(57)【要約】      （修正有）【課題】サーボモータ及びその制御方法を提供することによって、モータ出力及び減速機伝動誤差を低減し、角度伝達精度を向上させる。【解決手段】サーボモータは制御回路１、モータ２、調和減速機及びセンサ４を備える。調和減速機は外筐体と、外筐体内に設けられる波動発生器３２と、可撓性歯車３４と、剛性歯車３３とを備え、モータは外筐体の一端に設けられ、波動発生器はモータにより駆動され、可撓性歯車は波動発生器の外部に外嵌連結され、剛性歯車は外筐体内に固定され、可撓性歯車は、剛性歯車の内部に位置し、かつ可撓性歯車と剛性歯車とは噛合されている。可撓性歯車には出力部３７が連結され、出力部の回転軸線には支柱６が連結されている。センサは、外筐体内に設けられ、支柱の角変位を検出する。【選択図】図１
2018017391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータであって、制御回路（１）、モータ（２）、調和減速機（３）及びセンサを備え、
前記制御回路（１）はモータ（２）と電気的に接続され、前記制御回路（１）の出力信号は前記モータ（２）の回転を制御しており、
前記調和減速機（３）は、外筐体（５）と、外筐体（５）内に設けられる波動発生器（３２）と、可撓性歯車（３４）と、剛性歯車（３３）とを備え、前記モータ（２）は外筐体（５）の一端に設けられ、前記波動発生器（３２）は前記モータ（２）により駆動され、前記可撓性歯車（３４）は前記波動発生器（３２）の外部に外嵌連結され、前記剛性歯車（３３）は前記外筐体（５）内に固定され、前記可撓性歯車（３４）は、前記剛性歯車（３３）の内部に位置し、かつ前記剛性歯車（３３）と噛合されており、
前記可撓性歯車（３４）には動力出力のための出力部（３７）が連結され、前記出力部（３７）の回転軸線には支柱（６）が連結されており、
前記センサは、前記外筐体（５）内に設けられ、支柱（６）の角変位を検出することに用いられる、サーボモータ。
【請求項２】
前記モータ（２）の出力軸（２２）は前記外筐体（５）内に延伸し、かつ第１歯車（２１）が設けられ、前記波動発生器（３２）には第２歯車（３１）が設けられ、前記第１歯車（２１）と第２歯車（３１）とは噛合されている、請求項１に記載のサーボモータ。
【請求項３】
前記第１歯車（２１）と第２歯車（３１）とは平歯車であり、かつ前記第１歯車（２１）の歯数は前記第２歯車（３１）の歯数より少ない、請求項２に記載のサーボモータ。
【請求項４】
前記調和減速機（３）は、可撓性歯車押圧片（３５）と軸受内輪（３６）とをさらに備え、前記可撓性歯車押圧片（３５）は、位置制限部（３５１）と突出部（３５２）を備え、前記可撓性歯車（３４）の底部には第１貫通孔（３４１）が開設され、前記軸受内輪（３６）には第２貫通孔（３６１）が設けられ、前記可撓性歯車押圧片（３５）の突出部（３５２）は順に第１貫通孔（３４１）と第２貫通孔（３６１）を通過し、前記可撓性歯車（３４）は可撓性歯車押圧片（３５）の位置制限部（３５１）と軸受内輪（３６）との間に介設されている、請求項２に記載のサーボモータ。
【請求項５】
前記外筐体（５）の前記モータ（２）から離れる一端が開口され、前記出力部（３７）は前記外筐体（５）の開口に位置し、かつ前記出力部（３７）、軸受内輪（３６）、可撓性歯車（３４）及び可撓性歯車押圧片（３５）は固定連結されている、請求項４に記載のサーボモータ。
【請求項６】
前記外筐体（５）と出力部（３７）との間には第１軸受（３９１）が設けられ、前記軸受内輪（３６）の外周は前記第１軸受（３９１）の内輪に嵌入されている、請求項４に記載のサーボモータ。  
【請求項７】
前記第２歯車（３１）は中空の歯車部（３１１）と延伸軸（３１２）とを備え、前記歯車部（３１１）の内部には、前記歯車部（３１１）と前記外筐体（５）との間に支持される第２軸受（３９２）が設けられ、前記波動発生器（３２）は前記延伸軸（３１２）に外嵌連結され、前記延伸軸（３１２）の前記歯車部（３１１）から離れる一端の外周と、前記可撓性歯車押圧片（３５）の位置制限部（３５１）の内壁との間には第３軸受（３９３）が設けられている、請求項４〜６のいずれか一項に記載のサーボモータ。
【請求項８】
前記可撓性歯車押圧片（３５）の中部には第３貫通孔（３５３）が開設され、前記支柱（６）は前記第２歯車（３１）、第３貫通孔（３５３）及び出力部（３７）を順に通過し、前記支柱（６）の一端は出力部（３７）の中心に連結され、かつ前記支柱（６）の外周には、前記支柱（６）と前記外筐体（５）との間に支持される第４軸受（３９４）がさらに設けられている、請求項７に記載のサーボモータ。
【請求項９】
前記波動発生器（３２）の中軸線には中空の伝動軸（３８）が設けられ、前記第２歯車（３１）は前記伝動軸（３８）に外嵌連結され、前記伝動軸（３８）の一端と前記外筐体（５）との間には第５軸受（３９５）が設けられ、前記伝動軸（３８）の他端と前記可撓性歯車押圧片（３５）との間には第６軸受（３９６）が設けられている、請求項４〜６のいずれか一項に記載のサーボモータ。
【請求項１０】
前記可撓性歯車押圧片（３５）の中部には第３貫通孔（３５３）が開設され、前記支柱（６）は前記伝動軸（３８）、第３貫通孔（３５３）及び出力部（３７）を順に通過し、前記支柱（６）の一端は出力部（３７）の中心に連結されている、請求項９に記載のサーボモータ。
【請求項１１】
前記センサはエンコーダ（４）であり、前記エンコーダ（４）はエンコーダ回路板（４１）とマグネット（４２）とを備え、前記マグネット（４２）は、前記支柱（６）の前記出力部（３７）から離れる一端に設けられ、前記エンコーダ回路板（４１）は、前記外筐体（５）に固定され、かつ前記マグネット（４２）と正対する、請求項１に記載のサーボモータ。
【請求項１２】
前記外筐体（５）は第１筐体（５１）と第２筐体（５２）とを備え、前記第１筐体（５１）と第２筐体（５２）との間には、前記調和減速機（３）を取り付けるための減速機キャビティ体が形成され、前記第１筐体（５１）と第２筐体（５２）との連結位置にはそれぞれ第１階段状溝と第２階段状溝が設けられ、前記剛性歯車（３３）の縁部は前記第１階段状溝と第２階段状溝内に収容されている、請求項１に記載のサーボモータ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のサーボモータの制御方法であって、
制御回路（１）は初期の動作計画を制御計画に変換してモータ（２）に送信するステップと、
モータ（２）は前記制御計画に応じて角変位を出力するステップと、
調和減速機（３）は、モータ（２）に対して減速出力を行い、かつ支柱（６）を回転させるステップと、
センサは、支柱（６）の角変位を検出し、支柱（６）の角変位と初期の動作計画の理論的に達成可能な角変位との偏差値を計算し、該偏差値に応じて１つ以上の動作計画を追加し、制御回路（１）により制御計画に変換し、かつ、偏差値がセンサの分解能または動作計画の最小許容誤差より小さくなるまで、モータ（２）の実行を制御するステップと、を含むサーボモータの制御方法。
【請求項１４】
調和減速機（３）がモータ（２）に対して減速を行う前、
平歯車伝動装置によりモータ（２）に対して第１段階減速を行うことをさらに含む、請求項１３に記載のサーボモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ減速伝動技術の分野に属し、具体的にはサーボモータ及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーボモータ例えばサーボ（Ｓｅｒｖｏ）は、直流電動機、減速歯車組、センサ及び制御回路により構成される自動制御システムである。既存のサーボモータの減速歯車組は主に平歯車減速機であり、一部は遊星歯車減速機である。性能要求のために、一般的に、サーボモータの減速比は１：２００であり、さらに３００以上に達する。平歯車減速機と遊星減速機は、上述の減速比に達するために、３〜５段減速が必要である。減速比に達するために、一般的に、４段減速の必要がある。実際の加工・組立の能力を考慮すると、単段歯車の効率が９０％〜９５％である場合、四段歯車の総合効率は６５．６％〜８１．５％である。設計・組立が適当でないとき、効率はさらに低くなり、歯車組構造の体積が大きくなることで、効率の低下を必然的にもたらす。平歯車減速機と遊星減速機は、円滑な伝動のために、歯車同士間に一定の隙間が必要である。これにより、減速機には理論的にバックラッシュが存在し、バックラッシュの単位はａｒｃｍｉｎである。一般的に、３ａｒｃｍｉｎより低いものは高精度型であり、１５ａｒｃｍｉｎ以上のものは低精度型である。一般的に、遊星減速機のバックラッシュは１５〜３ａｒｃｍｉｎに達することができる。一般的に、平歯車減速機のバックラッシュは１５ａｒｃｍｉｎに達することができる。
【０００３】
別の種類の調和歯車減速機がさらに存在し、遊星歯車伝動の原理を用いて開発された新たな減速機である。調和歯車伝動（調和伝動と略称する）は、可撓性部品による弾性機械波によって、動力と動作を伝送する遊星歯車伝動である。調和減速機は、その簡単な構造、小さなサイズ、低い騒音、大きな伝動比、高い伝動精度、及び高い効率などの利点によって、ロボットの関節の重要な部材として幅広く用いられている。１９５５年に米国のＣ．Ｗ．マッサーは初めて調和減速機を発明して以来、世界の主要工業国は全面的な研究を実施し、さらに一連の種類と異なるサイズの多くの調和減速機を次々と製造している。この中で、小モジュール・インボリュート歯車歯形の調和減速機は最も広く使用されている。既存の調和減速機は、使用時に、構造及び技術の制限により、一般的にモータ後端のエンコーダの検出値に基づいて出力端の位置を制御しており、モータ出力誤差と調和伝動誤差を考慮しないため、伝動過程中の誤差を除去することができず、出力端のバックラッシュ誤差を制御できない。調和減速機の一般的なバックラッシュ誤差（バックラッシュ）は１ａｒｃｍｉｎ以内であり、高精度調和減速機のバックラッシュ誤差は１／３ａｒｃｍｉｎ以内である。しかしながら、減速機の使用に伴って、歯車は摩耗され、バックラッシュ誤差は大きくなる。      
角度伝達精度は、任意の回転角が入力に伝達したときの理論回転出力の回転角度と実際の回転出力の回転角度との間の差値、即ち角度伝達誤差を意味する。上述したバックラッシュ及びモータ出力、調和伝動誤差はいずれもサーボモータの出力角度に影響を与え、サーボモータの角度伝達精度を低減する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既存のサーボモータにモータ出力及び減速機伝動誤差が存在している問題に対して、本発明は、サーボモータ及びその制御方法を提供することによって、モータ出力及び減速機伝動誤差を低減し、角度伝達精度を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明が上述の技術問題を解決するために採用する技術案は下記のとおりである。
サーボモータであって、制御回路、モータ、調和減速機及びセンサを備え、
前記制御回路はモータと電気的に接続され、制御回路の出力信号はモータの回転を制御しており、
前記調和減速機は、外筐体と、外筐体内に設けられる波動発生器と、可撓性歯車と、剛性歯車とを備え、前記モータは外筐体の一端に設けられ、前記波動発生器は前記モータにより駆動され、前記可撓性歯車は前記波動発生器の外部に外嵌連結され、前記剛性歯車は前記外筐体内に固定され、前記可撓性歯車は、前記剛性歯車の内部に位置し、かつ前記剛性歯車と噛合されており、
前記可撓性歯車には動力出力のための出力部が連結され、前記出力部の回転軸線には支柱が連結されており、
前記センサは、前記外筐体内に設けられ、支柱の角変位を検出することに用いられる。
【０００６】
さらに、前記モータの出力軸は前記外筐体内に延伸し、かつ第１歯車が設けられ、前記波動発生器には第２歯車が設けられ、前記第１歯車と第２歯車とは噛合されている。
【０００７】
さらに、前記第１歯車と第２歯車とは平歯車であり、かつ前記第１歯車の歯数は前記第２歯車の歯数より少ない。
【０００８】
さらに、前記調和減速機は、可撓性歯車押圧片と軸受内輪とをさらに備え、前記可撓性歯車押圧片は位置制限部と突出部とを備え、前記可撓性歯車の底部には第１貫通孔が開設され、前記軸受内輪には第２貫通孔が設けられ、前記可撓性歯車押圧片の突出部は順に第１貫通孔と第２貫通孔を通過し、前記可撓性歯車は可撓性歯車押圧片の位置制限部と軸受内輪との間に介設されている。
【０００９】
さらに、前記外筐体の前記モータから離れる一端が開口され、前記出力部は前記外筐体の開口に位置し、かつ前記出力部、軸受内輪、可撓性歯車及び可撓性歯車押圧片は固定連結されている。
【００１０】
さらに、前記外筐体と出力部との間には第１軸受が設けられ、前記軸受内輪の外周は前記第１軸受の内輪に嵌入されている。  
さらに、前記第２歯車は中空の歯車部と延伸軸とを備え、前記歯車部の内部には、前記歯車部と前記外筐体との間に支持される第２軸受が設けられ、前記波動発生器は前記延伸軸に外嵌連結され、前記延伸軸の前記歯車部から離れる一端の外周と、前記可撓性歯車押圧片の位置制限部の内壁との間には第３軸受が設けられている。
【００１１】
さらに、前記可撓性歯車押圧片の中部には第３貫通孔が開設され、前記支柱は前記第２歯車、第３貫通孔及び出力部を順に通過し、前記支柱の一端は出力部の中心に連結され、かつ前記支柱の外周には、前記支柱と前記外筐体との間に支持される第４軸受がさらに設けられている。
【００１２】
さらに、前記波動発生器の中軸線には中空の伝動軸が設けられ、前記第２歯車は前記伝動軸に外嵌連結され、前記伝動軸の一端と前記外筐体との間には第５軸受が設けられ、前記伝動軸の他端と前記可撓性歯車押圧片との間には第６軸受が設けられている。
【００１３】
さらに、前記可撓性歯車押圧片の中部には第３貫通孔が開設され、前記支柱は前記伝動軸、第３貫通孔及び出力部を順に通過し、前記支柱の一端は出力部の中心に連結されている。
【００１４】
さらに、前記センサはエンコーダであり、前記エンコーダはエンコーダ回路板とマグネットとを備え、前記マグネットは、前記支柱の前記出力部から離れる一端に設けられ、前記エンコーダ回路板は、前記外筐体に固定され、かつ前記マグネットと正対する。
【００１５】
さらに、前記外筐体は第１筐体と第２筐体とを備え、前記第１筐体と第２筐体との間には、前記調和減速機を取り付けるための減速機キャビティ体が形成され、前記第１筐体と第２筐体との連結位置にはそれぞれ第１階段状溝と第２階段状溝が設けられ、前記剛性歯車の縁部は前記第１階段状溝と第２階段状溝内に収容されている。
【００１６】
本発明はサーボモータの制御方法をさらに開示する。該サーボモータの制御方法は、
制御回路は初期の動作計画を制御計画に変換してモータに送信するステップと、
モータは前記制御計画に応じて角変位を出力するステップと、
調和減速機は、モータに対して減速出力を行い、かつ支柱を回転させるステップと、
センサは、支柱の角変位を検出し、支柱の角変位と初期の動作計画の理論的に達成可能な角変位との偏差値を計算し、該偏差値に応じて１つ以上の動作計画を追加し、制御回路により制御計画に変換し、かつ、偏差値がセンサの分解能または動作計画の最小許容誤差より小さくなるまで、モータの実行を制御するステップと、を含む。
【００１７】
さらに、調和減速機がモータに対して減速を行う前、
平歯車伝動装置によりモータに対して第１段階減速を行うことがさらに含まれる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明が開示するサーボモータ及びその制御方法によれば、調和減速機によりモータに対して減速出力を行い、調和減速機の出力部には支柱が設けられ、センサにより支柱の回転状態を検出することができ、即ち出力部の角変位を正確に検出することができ、これにより出力部の角変位と初期の動作計画の論理的に達成可能な角変位との間の偏差値を取得し、制御回路に返送し、１つ以上の動作計画を追加して、モータ出力及び減速機伝動誤差による回転偏差を相殺し、角度伝達の精度を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１によるサーボモータの構造分解図である。
【図２】本発明の実施例１によるサーボモータの断面図である。
【図３】本発明の実施例２によるサーボモータの断面図である。
【図４】本発明の実施例３によるサーボモータの制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明が解決しようとする技術問題、技術的手段及び有益な効果をさらに明らかにするために、以下は図面及び実施例を組み合わせて、本発明をさらに詳細に説明する。ここで述べた具体的な実施例は本発明の解釈のために用いられ、本発明を限定するためのものではないことを理解するべきである。
〈実施例１〉
【００２１】
図１と図２に示すように、本実施例には、サーボモータが開示され、制御回路１、モータ２、調和減速機３及びセンサを備え、
モータ２の角変位、回転速度及びトルクを制御するために、前記制御回路１とモータ２とは電気的に接続されており、
前記調和減速機３は、外筐体５と、外筐体５内に設けられる波動発生器３２と、可撓性歯車３４と、剛性歯車３３とを備える。前記波動発生器３２は、径方向長さが一致しないカムであり、外周にはローラ軸受が設けられている。前記モータ２は外筐体５の一端に設けられ、前記波動発生器３２は前記モータ２により駆動される。前記可撓性歯車３４は前記波動発生器３２の外部に外嵌連結され、波動発生器３２により可撓性歯車３４は制御可能な弾性変形を発生する。前記剛性歯車３３は前記外筐体５内に固定され、前記可撓性歯車３４の外部には外歯が設けられ、前記剛性歯車３３は環形の内歯車であり、前記可撓性歯車３４は前記剛性歯車３３の内部に位置し、かつ前記可撓性歯車３４と剛性歯車３３とは噛合されている。波動発生器３２が回転するとき、可撓性歯車３４の外形は波動発生器３２の回転方向に伴って絶えず変わって、可撓性歯車３４と剛性歯車３３との間の噛合状態を促進することによって、可撓性歯車３４が剛性歯車３３に対して波動発生器３２と反対の方向に沿って回転することを実現する。
【００２２】
可撓性歯車３４と剛性歯車３３との間の歯数差によって、伝動比が制御される。調和減速機３の可撓性歯車３４の歯は、伝動過程において均一の径方向の移動を行う。そのため、入力速度が非常に高くても、歯車の歯の相対スリップ速度が依然として低いので、歯車の歯の磨耗が小さく、効率が高く、６９％〜９６％に達し得る。一般的な減速機と比較して、出力トルクが同じであるとき、調和歯車減速機の体積は２／３減少することができ、重量は１／２軽減することができ、サーボモータ製品は全体的に小型化、軽量化することができる。
【００２３】
前記可撓性歯車３４には動力出力のための出力部３７が連結され、前記出力部３７の回転軸線には支柱６が連結されている。
【００２４】
前記センサは、前記外筐体５内に設けられ、支柱６の角変位を検出することに用いられる。
【００２５】
本実施例において、前記モータ２には出力軸２２が設けられ、前記出力軸２２は前記外筐体５内に延伸し、且つ第１歯車２１が設けられている。前記波動発生器３２には第２歯車３１が設けられ、前記第１歯車２１と第２歯車３１とは噛合されて、１段伝動を行う。モータ２は、前記出力軸２２によりトルクを出力し、第１歯車２１と第２歯車３１との歯車伝動によりトルクを前記波動発生器３２に伝達して、調和減速機３へのトルク入力を実現し、調和減速機３により減速伝動出力を行う。
【００２６】
前記第１歯車２１と第２歯車３１とは平歯車であり、かつ前記第１歯車２１の歯数は前記第２歯車３１の歯数より少なく、平歯車減速伝動となる。なお、前記平歯車減速伝動は本実施例の好適な一実施形態に過ぎず、他の歯車伝動方式により置き換えられる技術案、例えば傘歯車伝動、スクリュー伝動などは、本発明の保護範囲内に含まれるべきである。
【００２７】
前記調和減速機３は、前記可撓性歯車３４と連結し可撓性歯車３４のトルク出力を伝導するための可撓性歯車押圧片３５と軸受内輪３６とを備える。前記可撓性歯車押圧片３５はＴ字形の円錐台構造であり、位置制限部３５１と突出部３５２とを備える。前記位置制限部３５１は円環構造であり、突出部３５２は円柱状である。前記可撓性歯車３４の底部には第１貫通孔３４１が開設され、前記第１貫通孔３４１は前記可撓性歯車３４の中軸線に位置する。前記軸受内輪３６には第２貫通孔３６１が開設され、前記可撓性歯車押圧片３５の突出部３５２は第１貫通孔３４１と第２貫通孔３６１とを順に通過する。前記可撓性歯車３４は、可撓性歯車押圧片３５の位置制限部３５１と軸受内輪３６との間に挟持され、可撓性歯車押圧片３５と軸受内輪３６とを可撓性歯車３４に固定して、可撓性歯車３４が回転するとき、前記可撓性歯車押圧片３５と軸受内輪３６とをその中軸線のまわりに回転するように同時に駆動できる。
【００２８】
前記外筐体５の前記モータ２から離れる一端が開口され、前記出力部３７は前記外筐体５の開口に位置し、かつ前記出力部３７、軸受内輪３６、可撓性歯車３４及び可撓性歯車押圧片３５は固定連結されている。具体的な連結方式は下記のとおりである。出力部３７、軸受内輪３６、可撓性歯車３４及び可撓性歯車押圧片３５の対応する位置にはいずれも複数のネジ貫通孔が設けられている。前記ネジ貫通孔はそれぞれ出力部３７、軸受内輪３６、可撓性歯車３４及び可撓性歯車押圧片３５の表面に環状配列で配置され、複数のネジが前記出力部３７、軸受内輪３６、可撓性歯車３４及び可撓性歯車押圧片３５のネジ貫通孔を順に通過するように設置することによって、これらを固定連結する。本実施例において、出力部３７は駆動盤である。他の実施例において、出力部３７駆動軸などの構造であってもよい。
【００２９】
前記外筐体５と出力部３７との間には第１軸受３９１が設けられ、前記軸受内輪３６の外周の一部は前記第１軸受３９１の内輪に嵌入されて、可撓性歯車３４及び出力部３７の回転精度が保証される。
【００３０】
本実施例において、前記第２歯車３１は中空のＴ字形の歯車であり、歯車部３１１と延伸軸３１２とを備える。前記第１歯車２１と噛合するように、前記歯車部３１１の外部には外歯が設けられている。前記歯車部３１１の内部には、前記歯車部３１１と前記外筐体５との間に支持される第２軸受３９２が設けられている。前記歯車部３１１と波動発生器３２とはネジにより互いに固定連結され、かつ前記波動発生器３２は前記延伸軸３１２に外嵌連結されている。前記延伸軸３１２の前記歯車部３１１から離れる一端の外周と、前記可撓性歯車押圧片３５の位置制限部３５１の内壁との間には、第３軸受３９３が設けられている。前記第２軸受３９２と第３軸受３９３により、第２歯車３１及び波動発生器３２の回転精度は保証される。
【００３１】
前記可撓性歯車押圧片３５の中部には第３貫通孔３５３が開設され、前記支柱６は前記第２歯車３１、第３貫通孔３５３及び出力部３７を順に通過する。前記支柱６の一端は出力部３７の中心に連結され、かつ前記支柱６の外周には、前記支柱６と前記外筐体５との間に支持される第４軸受３９４がさらに設けられている。前記出力部３７の中心には第４貫通孔が開設され、前記支柱６の底部にはねじ山部が設けられ、前記ねじ山部は前記第４貫通孔を通過する。同時に、前記ねじ山部を締め付けるために、ナットが設けられている。
【００３２】
本実施例において、センサはエンコーダ４であり、磁場変化を感応するためのエンコーダ回路板４１及びマグネット４２を備える。前記マグネット４２は、前記支柱６の前記出力部３７から離れる一端に設けられている。前記エンコーダ回路板４１は、前記外筐体５に固定され、かつ前記マグネット４２と正対する。エンコーダ回路板４１は、支柱６の中心のマグネット４２の磁場変化を検出することで、出力部３７の実際の動作データを正確に検出することができる。従来技術によれば、エンコーダ回路板は１６ビットのデータを検出することができ、即ち最小検出角度は３６０／６５５３６＝０．００５５度＝０．３３ａｒｃｍｉｎであるため、バックラッシュと角度伝達精度は０．３３ａｒｃｍｉｎまで検出され得る。
【００３３】
本実施例において、前記外筐体（５）は第１筐体（５１）と第２筐体（５２）とを備える。前記第１筐体（５１）と第２筐体（５２）との間には、前記調和減速機（３）を取り付けるための減速機キャビティ体が形成されている。前記第１筐体（５１）と第２筐体（５２）との連結位置にはそれぞれ第１階段状溝５１１と第２階段状溝５２１とが設けられている。前記剛性歯車３３は前記第１階段状溝５１１と第２階段状溝５２１との間に位置し、第１階段状溝５１１と第２階段状溝５２１により剛性歯車３３は挟持されて、剛性歯車３３の位置が固定される。前記第１筐体５１には筒形支持部５１２がさらに設けられ、前記筒形支持部５１２は前記減速機キャビティ体内に位置し、かつ筒形支持部５１２の外壁と前記第２軸受３９２の内輪とは連結され、筒形支持部５１２の内壁と前記第４軸受３９４の外周とは連結されている。
【００３４】
前記第１筐体５１の前記減速機キャビティ体から離反する側にはモータ２のキャビティ体が設けられ、前記モータ２と制御回路１とはいずれも前記モータ２のキャビティ体内に位置し、モータ２のキャビティ体の前記減速機キャビティ体から離れる一端には、密閉のためにモータ２の裏カバーが設けられている。 
【００３５】
本実施例のサーボモータは、調和減速機３によりモータ２に対して減速出力を行い、調和減速機３の出力部３７には支柱６が設けられ、センサにより支柱６の回転状態を検出することができ、即ち出力部３７の角変位を正確に検出することができ、これにより出力部３７の角変位と初期の動作計画の論理的に達成可能な角変位との間の偏差値を取得し、制御回路に返送し、１つ以上の動作計画を追加して、モータ出力及び減速機伝動誤差による回転偏差を相殺し、角度伝達の精度を向上させる。既存の調和減速機が使用されるときには、センサは入力モータの末端に置かれる。モータの性能が一定である場合、減速機の出力精度の向上のために、さらに精密な調和減速機を使用する必要がある。一方、本発明は、一般的な調和減速機を採用して、センサの角変位検出値を用いて減速機の実際の出力精度を制御するため、コストが精密調和減速機の１／４であり、精密調和減速機を用いる技術案のコストよりもはるかに低い。
〈実施例２〉
【００３６】
図３に示すように、本実施例は、サーボモータを開示し、実施例１における技術的特徴の大部分を含むが、下記の点で異なる。
本実施例において、前記波動発生器３２の中軸線には伝動軸３８が設けられ、前記伝動軸３８には軸肩部３８１が設けられ、前記軸肩部３８１と前記波動発生器３２とがネジ連結され、前記第２歯車３１は締りばめによって前記伝動軸３８に外嵌連結されている。前記第２歯車３１には、前記第１歯車２１と噛合するように外歯が設けられている。前記伝動軸３８は中空構造である。前記波動発生器３２は、前記伝動軸３８の外部に外嵌連結されている。前記伝動軸３８の一端と前記外筐体５との間には第５軸受３９５が設けられ、前記伝動軸３８の他端と前記可撓性歯車押圧片３５との間には第６軸受３９６が設けられ、前記第５軸受３９５と第６軸受３９６とにより第２歯車３１及び波動発生器３２の回転精度は保証される。
【００３７】
前記可撓性歯車押圧片３５の中部には第３貫通孔３５３が開設され、前記支柱６は前記第３貫通孔３５３と伝動軸３８を通過し、かつ出力部３７の中心軸線に連結されている。前記出力部３７の中心には第４貫通孔が設けられ、前記支柱６の底部にはねじ山部が設けられ、前記ねじ山部は前記第４貫通孔を通過する。同時に、前記ねじ山部を締め付けるために、ナットが設けられている。
【００３８】
本実施例において、前記外筐体（５）は第１筐体（５１）と第２筐体（５２）とを備える。前記第１筐体（５１）と第２筐体（５２）との間には、前記調和減速機（３）を取り付けるための減速機キャビティ体が形成されている。前記第１筐体（５１）と第２筐体（５２）との連結位置にはそれぞれ第１階段状溝５１１と第２階段状溝５２１とが設けられている。前記剛性歯車３３は前記第１階段状溝５１１と第２階段状溝５２１との間に位置し、第１階段状溝５１１と第２階段状溝５２１により剛性歯車３３は挟持されて、剛性歯車３３の位置が固定される。
〈実施例３〉
【００３９】
図４に示すように、本実施例はサーボモータの制御方法を開示する。該サーボモータの制御方法は、
制御回路１は初期の動作計画を制御計画に変換してモータ２に送信するステップと、
モータ２は前記制御計画に応じて角変位、回転速度及びトルクを出力し、具体的にはモータ２の入力電流を制御することによってモータ制御を実現するステップと、
調和減速機３は、モータ２に対して減速出力を行い、かつ支柱６を回転させるステップと、
センサは、支柱６の角変位を検出し、支柱６の角変位と初期の動作計画の理論的に達成可能な角変位との偏差値を計算し、該偏差値に応じて１つ以上の動作計画を追加し、制御回路１により制御計画に変換し、かつ、偏差値がセンサの分解能または動作計画の最小許容誤差より小さくなるまで、モータ２の実行を制御するステップと、を含む。本実施例では、磁気エンコーダはセンサとして用いられる。
【００４０】
出力部３７の角変位は、センサにより支柱６の回転データを直接検出することによって得られる。支柱６は前記出力部３７に固定され、かつ支柱６と出力部３７との間には伝動誤差を引き起こす他の配置がないため、センサが検出し得た回転データは、出力部３７の実際の動作を直接フィードバックすることができる。
前記初期の動作計画の論理的に達成可能な角変位は、サーボモータ２自体に存在するバックラッシュと角度伝達誤差などの偏差を無視して、動作計画により得られた出力部３７の論理的に実現可能な角変位であり、即ち期待される動作計画に合う期待される角変位である。
【００４１】
本実施例において、前記モータ２と調和減速機３との間には平歯車減速装置がさらに設けられる。前記モータ２は、平歯車により１段伝動減速された後、調和減速機３により２段伝動減速される。該配置は、伝動比をさらに向上することができ、同時にモータ２の位置は、異なるサイズの歯車を設けることによって適応的に調節することができる。
【００４２】
上述は本発明の好適な実施形態に過ぎず、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の精神および原則内に属する限り、行われるすべての修正、同等の置き換え、改善などは、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるべきである。
【符号の説明】
【００４３】
１  制御回路
２  モータ
２１  第１歯車
２２  出力軸
３  調和減速機
３１  第２歯車
３１１ 歯車部
３１２ 延伸軸
３２  波動発生器
３３  剛性歯車
３４  可撓性歯車  
３４１ 第１貫通孔
３５  可撓性歯車押圧片
３５１ 位置制限部
３５２ 突出部
３５３ 第３貫通孔
３６  軸受内輪
３６１ 第２貫通孔
３７  出力部
３８  伝動軸
３８１ 軸肩部
３９１ 第１軸受
３９２ 第２軸受
３９３ 第３軸受
３９４ 第４軸受
３９５ 第５軸受
３９６ 第６軸受
４  エンコーダ
４１  エンコーダ回路板
４２  マグネット
５  外筐体
５１  第１筐体
５１１ 第１階段状溝
５１２ 筒形支持部
５２  第２筐体
５２１ 第２階段状溝
６  支柱
【図１】
2018017391.tif 000003
【図２】
2018017391.tif 000004
【図３】
2018017391.tif 000005
【図４】
2018017391.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月13日(2017.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータであって、制御回路（１）、モータ（２）、調和減速機（３）及びセンサを備え、
前記制御回路（１）はモータ（２）と電気的に接続され、前記制御回路（１）の出力信号は前記モータ（２）の回転を制御しており、
前記調和減速機（３）は、外筐体（５）と、外筐体（５）内に設けられる波動発生器（３２）と、可撓性歯車（３４）と、剛性歯車（３３）とを備え、前記モータ（２）は外筐体（５）の一端に設けられ、前記波動発生器（３２）は前記モータ（２）により駆動され、前記可撓性歯車（３４）は前記波動発生器（３２）の外部に外嵌連結され、前記剛性歯車（３３）は前記外筐体（５）内に固定され、前記可撓性歯車（３４）は、前記剛性歯車（３３）の内部に位置し、かつ前記剛性歯車（３３）と噛合されており、
前記可撓性歯車（３４）には動力出力のための出力部（３７）が連結され、前記出力部（３７）の回転軸線には支柱（６）が連結されており、
前記センサは、前記外筐体（５）内に設けられ、支柱（６）の角変位を検出することに用いられ、
前記モータ（２）の出力軸（２２）は前記外筐体（５）内に延伸し、かつ第１歯車（２１）が設けられ、前記波動発生器（３２）には第２歯車（３１）が設けられ、前記第１歯車（２１）と第２歯車（３１）とは噛合されている、サーボモータ。
【請求項２】
前記第１歯車（２１）と第２歯車（３１）とは平歯車であり、かつ前記第１歯車（２１）の歯数は前記第２歯車（３１）の歯数より少ない、請求項１に記載のサーボモータ。
【請求項３】
前記調和減速機（３）は、可撓性歯車押圧片（３５）と軸受内輪（３６）とをさらに備え、前記可撓性歯車押圧片（３５）は、位置制限部（３５１）と突出部（３５２）を備え、前記可撓性歯車（３４）の底部には第１貫通孔（３４１）が開設され、前記軸受内輪（３６）には第２貫通孔（３６１）が設けられ、前記可撓性歯車押圧片（３５）の突出部（３５２）は順に第１貫通孔（３４１）と第２貫通孔（３６１）を通過し、前記可撓性歯車（３４）は可撓性歯車押圧片（３５）の位置制限部（３５１）と軸受内輪（３６）との間に介設されている、請求項１に記載のサーボモータ。
【請求項４】
前記外筐体（５）の前記モータ（２）から離れる一端が開口され、前記出力部（３７）は前記外筐体（５）の開口に位置し、かつ前記出力部（３７）、軸受内輪（３６）、可撓性歯車（３４）及び可撓性歯車押圧片（３５）は固定連結されている、請求項３に記載のサーボモータ。
【請求項５】
前記外筐体（５）と出力部（３７）との間には第１軸受（３９１）が設けられ、前記軸受内輪（３６）の外周は前記第１軸受（３９１）の内輪に嵌入されている、請求項３に記載のサーボモータ。  
【請求項６】
前記第２歯車（３１）は中空の歯車部（３１１）と延伸軸（３１２）とを備え、前記歯車部（３１１）の内部には、前記歯車部（３１１）と前記外筐体（５）との間に支持される第２軸受（３９２）が設けられ、前記波動発生器（３２）は前記延伸軸（３１２）に外嵌連結され、前記延伸軸（３１２）の前記歯車部（３１１）から離れる一端の外周と、前記可撓性歯車押圧片（３５）の位置制限部（３５１）の内壁との間には第３軸受（３９３）が設けられている、請求項３〜５のいずれか一項に記載のサーボモータ。
【請求項７】
前記可撓性歯車押圧片（３５）の中部には第３貫通孔（３５３）が開設され、前記支柱（６）は前記第２歯車（３１）、第３貫通孔（３５３）及び出力部（３７）を順に通過し、前記支柱（６）の一端は出力部（３７）の中心に連結され、かつ前記支柱（６）の外周には、前記支柱（６）と前記外筐体（５）との間に支持される第４軸受（３９４）がさらに設けられている、請求項６に記載のサーボモータ。
【請求項８】
前記波動発生器（３２）の中軸線には中空の伝動軸（３８）が設けられ、前記第２歯車（３１）は前記伝動軸（３８）に外嵌連結され、前記伝動軸（３８）の一端と前記外筐体（５）との間には第５軸受（３９５）が設けられ、前記伝動軸（３８）の他端と前記可撓性歯車押圧片（３５）との間には第６軸受（３９６）が設けられている、請求項３〜５のいずれか一項に記載のサーボモータ。
【請求項９】
前記可撓性歯車押圧片（３５）の中部には第３貫通孔（３５３）が開設され、前記支柱（６）は前記伝動軸（３８）、第３貫通孔（３５３）及び出力部（３７）を順に通過し、前記支柱（６）の一端は出力部（３７）の中心に連結されている、請求項８に記載のサーボモータ。
【請求項１０】
前記センサはエンコーダ（４）であり、前記エンコーダ（４）はエンコーダ回路板（４１）とマグネット（４２）とを備え、前記マグネット（４２）は、前記支柱（６）の前記出力部（３７）から離れる一端に設けられ、前記エンコーダ回路板（４１）は、前記外筐体（５）に固定され、かつ前記マグネット（４２）と正対する、請求項１に記載のサーボモータ。
【請求項１１】
前記外筐体（５）は第１筐体（５１）と第２筐体（５２）とを備え、前記第１筐体（５１）と第２筐体（５２）との間には、前記調和減速機（３）を取り付けるための減速機キャビティ体が形成され、前記第１筐体（５１）と第２筐体（５２）との連結位置にはそれぞれ第１階段状溝と第２階段状溝が設けられ、前記剛性歯車（３３）の縁部は前記第１階段状溝と第２階段状溝内に収容されている、請求項１に記載のサーボモータ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のサーボモータの制御方法であって、
制御回路（１）は初期の動作計画を制御計画に変換してモータ（２）に送信するステップと、
モータ（２）は前記制御計画に応じて角変位を出力するステップと、
調和減速機（３）は、モータ（２）に対して減速出力を行い、かつ支柱（６）を回転させるステップと、
センサは、支柱（６）の角変位を検出し、支柱（６）の角変位と初期の動作計画の理論的に達成可能な角変位との偏差値を計算し、該偏差値に応じて１つ以上の動作計画を追加し、制御回路（１）により制御計画に変換し、かつ、偏差値がセンサの分解能または動作計画の最小許容誤差より小さくなるまで、モータ（２）の実行を制御するステップと、を含むサーボモータの制御方法。
【請求項１３】
調和減速機（３）がモータ（２）に対して減速を行う前、
平歯車伝動装置によりモータ（２）に対して第１段階減速を行うことをさらに含む、請求項１２に記載のサーボモータの制御方法。