(57)【要約】      （修正有）【課題】各段に備えた張力センサにより、正逆双方向のトルクの測定を可能とする、２段式の巻き掛け伝動装置を提供する。【解決手段】巻き掛け伝動装置２段と、演算装置（１４）と、基体とを含む２段式巻き掛け伝動装置であって、各巻き掛け伝動装置は、小プーリ（１、以下ａは第１段を表し、ｂは第２段を表す）と、大プーリと、テンショナと、張力センサと、可橈体とを備え、１段目の張力センサ（６ａ）が張り側にあるとき、２段目の張力センサ（６ｂ）は緩み側にあり、演算装置（１４）は、１段目の力センサ（１２ａ）の出力値から１段目の大プーリ（３ａ）に印加されたトルクを計算する処理（１５）と、該トルクに２段目の減速比ξを乗ずる処理（１７）と、２段目の力センサ（１２ｂ）の出力値から２段目の大プーリ（３ｂ）に印加されたトルクを計算する処理（１６）とを含むことを特徴とする２段式巻き掛け伝動装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻き掛け伝動装置２段と、演算装置と、基体とを含む２段式巻き掛け伝動装置であって、各巻き掛け伝動装置は、小プーリと、大プーリと、テンショナと、張力センサと、可橈体とを備え、小プーリは回転軸を含み、基体は該回転軸を回転自在に保持し、大プーリは回転軸を含み、基体は該回転軸を回転自在に保持し、テンショナは、回転軸を含むアイドラと、該回転軸を回転自在に保持しつつ基体との距離を調整する張力調整装置とを備え、張力センサは、回転軸を含むアイドラと、該回転軸を回転自在に保持しつつ基体との間に加わる力を測定する力センサとを備え、該力センサは演算装置に計測値を出力し、可橈体は、小プーリおよび大プーリに巻き掛かり、テンショナのアイドラおよび張力センサのアイドラの規制を受けながら小プーリおよび大プーリを一定の減速比で回転させ、２段目の小プーリは１段目の大プーリと同軸に固定され、１段目の小プーリおよび２段目の大プーリを一定の減速比で回転させ、１段目の張力センサが張り側にあるとき、２段目の張力センサは緩み側にあり、演算装置は、１段目の力センサの出力値から１段目の大プーリに印加されたトルクを計算する処理と、該トルクに２段目の減速比ξを乗ずる処理と、２段目の力センサの出力値から２段目の大プーリに印加されたトルクを計算する処理とを含むことを特徴とする２段式巻き掛け伝動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
各段に備えた張力センサにより、正逆双方向のトルクの測定を可能とする、２段式の巻き掛け伝動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人との接触を許容する協働ロボットが求められており、事故や自損を防止する観点から、出力軸トルクの測定が可能なモータへの要求が高まっている。
【０００３】
トルクを検出する方法には、出力軸に回転型トルクセンサ（例えば文献１）を接続する方法が一般的であるが、センサや減速機が過負荷で損傷しやすく、製造価格が高い点などで課題がある。
【０００４】
この点、巻き掛け伝動装置は、過負荷が加わるとプーリと可橈体が適度に滑って駆動系を保護する上、製造価格も比較的低く、協働ロボットの駆動系として広く普及することが期待される。
【０００５】
巻き掛け伝動装置を用いてトルクを検出するには、図２に示すように、小プーリ（１）と、大プーリ（３）と、テンショナ（５）と、張力センサ（６）と、可橈体（１３）とを備え、小プーリ（１）は回転軸（２）を含み、基体は該回転軸（２）を回転自在に保持し、大プーリ（３）は回転軸（４）を含み、基体は該回転軸（４）を回転自在に保持し、テンショナ（５）は、回転軸（８）を含むアイドラ（７）と、該回転軸（８）を回転自在に保持しつつ基体との距離を調整する張力調整装置（９）とを備え、張力センサ（６）は、回転軸（１１）を含むアイドラ（１０）と、該回転軸（１１）を回転自在に保持しつつ基体との間に加わる力を測定する力センサ（１２）とを備え、可橈体（１３）は、小プーリ（１）および大プーリ（３）に巻き掛かり、テンショナ（５）のアイドラ（７）および張力センサ（６）のアイドラ（１０）の規制を受けながら小プーリ（１）および大プーリ（３）を一定の減速比で回転させることを特徴とする巻き掛け伝動装置を用いることができる。基体は力学的な基準となる頑健なフレームやカバーなどである。
【０００６】
この構成によれば、大プーリ（３）に時計回りの外部トルクが印加されたとき、張力センサ（６）は可橈体（１３）の張り側にあって、力センサ（１２）は可橈体（１３）の張力に応じた力を測定することができる。一般的な機械式張力測定器に見られるように、アイドラ（１０）の押下による可橈体（１３）の弦のたわみを三角形で近似すれば容易に張力の近似値を求めることができ、この値とプーリの半径から、大プーリ（３）の外部トルクを容易に計算することができる。
【０００７】
しかし、大プーリ（３）に反時計周りの外部トルクが印加される場合、張力センサ（６）は可橈体（１３）の緩み側にあって、力センサ（１２）が力を計測するに十分な張力が加わらないことがある。すなわち、この構成は時計回りのトルクの計測にしか適さない。
【０００８】
この問題を解決するひとつの方法として、図３に示すように、小プーリ（１）と、大プーリ（３）と、第１の張力センサ（６）と、第２の張力センサ（１８）と、可橈体（１３）とを備え、小プーリ（１）は回転軸（２）を含み、基体は該回転軸（２）を回転自在に保持し、大プーリ（３）は回転軸（４）を含み、基体は該回転軸（４）を回転自在に保持し、第１の張力センサ（６）は、回転軸（１１）を含むアイドラ（１０）と、該回転軸（１１）を回転自在に保持しつつ基体との間に加わる力を測定する力センサ（１２）とを備え、第２の張力センサ（１８）は、回転軸（２０）を含むアイドラ（１９）と、該回転軸（２０）を回転自在に保持しつつ基体との間に加わる力を測定する力センサ（２１）とを備え、可橈体（１３）は、小プーリ（１）および大プーリ（３）に巻き掛かり、第１の張力センサ（６）のアイドラ（１０）および第２の張力センサ（１８）のアイドラ（１９）の規制を受けながら小プーリ（１）および大プーリ（３）を一定の減速比で回転させることを特徴とする巻き掛け伝動装置を用いることができる。
【０００９】
この構成によれば、大プーリ（３）に時計回りの外部トルクが印加されるとき、第１の張力センサ（６）は可橈体（１３）の張り側にあり、大プーリ（３）に反時計回りの外部トルクが印加されるとき、第２の張力センサ（１８）は可橈体（１３）の張り側にある。したがって、正逆双方向のトルクを効果的に測定することができる。
【００１０】
しかしこの構成ではテンショナを設けることが難しいため、小プーリ（１）と大プーリ（３）との軸間距離を調整することによって可橈体（１３）の初張力を調整しなければならない。そのため、小プーリ（１）または大プーリ（３）に別の巻き掛け伝動装置を接続して多段化した場合、後続段の軸間距離も調整しなければならず、減速比を大きくすることが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１４―９８７１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上の問題を鑑み、正逆双方向のトルクの測定が可能で、多段化による減速が容易で、張力の調整が容易な巻き掛け伝動装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
係る問題を解決するため、図１に示すように、巻き掛け伝動装置２段と、演算装置（１４）と、基体とを含む２段式巻き掛け伝動装置であって、各巻き掛け伝動装置は、小プーリ（１、以下ａは第１段を表し、ｂは第２段を表す）と、大プーリ（３）と、テンショナ（５）と、張力センサ（６）と、可橈体（１３）とを備え、小プーリ（１）は回転軸（２）を含み、基体は該回転軸（２）を回転自在に保持し、大プーリ（３）は回転軸（４）を含み、基体は該回転軸（４）を回転自在に保持し、テンショナ（５）は、回転軸（８）を含むアイドラ（７）と、該回転軸（８）を回転自在に保持しつつ基体との距離を調整する張力調整装置（９）とを備え、張力センサ（６）は、回転軸（１１）を含むアイドラ（１０）と、該回転軸（１１）を回転自在に保持しつつ基体との間に加わる力を測定する力センサ（１２）とを備え、該力センサ（１２）は演算装置（１４）に計測値を出力し、可橈体（１３）は、小プーリ（１）および大プーリ（３）に巻き掛かり、テンショナ（５）のアイドラ（７）および張力センサ（６）のアイドラ（１０）の規制を受けながら小プーリ（１）および大プーリ（３）を一定の減速比で回転させ、２段目の小プーリ（１ｂ）は１段目の大プーリ（３ａ）と同軸に固定され、１段目の小プーリ（１ａ）および２段目の大プーリ（３ｂ）を一定の減速比で回転させ、１段目の張力センサ（６ａ）が張り側にあるとき、２段目の張力センサ（６ｂ）は緩み側にあり、演算装置（１４）は、１段目の力センサ（１２ａ）の出力値から１段目の大プーリ（３ａ）に印加されたトルクを計算する処理（１５）と、該トルクに２段目の減速比ξを乗ずる処理（１７）と、２段目の力センサ（１２ｂ）の出力値から２段目の大プーリ（３ｂ）に印加されたトルクを計算する処理（１６）とを含むことを特徴とする２段式巻き掛け伝動装置を提供する。
【００１４】
この構成によれば、２段目の大プーリ（３ｂ）に反時計回りの外部トルクが印加されたとき、２段目の張力センサ（６ｂ）は２段目の可橈体（１３ｂ）の張り側にあって、安定的に力を計測することができる。１段目の張力センサ（６ａ）は１段目の可橈体（１３ａ）の緩み側にあって、計測値が不安定となることがあるが、その計測値を用いる必要はない。
【００１５】
逆に時計回りの外部トルクが印加されたとき、２段目の張力センサ（６ｂ）は２段目の可橈体（１３ｂ）の緩み側にあって計測が不安定となることがあるが、１段目の張力センサ（６ａ）は、１段目の可橈体（１３ａ）の張り側にあって、安定的に力を計測することができる。この場合も２段目の不安定な計測値を用いる必要は無く、１段目の安定な計測値を用いれば良い。
【００１６】
ただし、１段目の力センサ（１２ａ）の出力値から計算したトルク（１５）は、２段目の減速比に応じて増力されるため、正逆のトルクの振幅を一致させるためには、１段目のトルクに２段目の減速比を乗ずる演算（１７）が必要となる。これによって、正逆双方向のトルクを対等に計測することができる。
【００１７】
なお、テンショナ（５）を調整して、可橈体（１３）に十分な初張力を与えておけば、張力センサ（６）が緩み側にあっても、張力が０に至らない範囲で負のトルクを計算することができる。伝動装置の摩擦損失などによるステリシスが大きい場合は、１段目の力センサ（１２ａ）の計測値を用いず、この方法により負のトルクを測定することもできる。
【発明の効果】
【００１８】
各段に備えた力センサの計測値に基づいて正逆双方向のトルクを検出することができる。
【００１９】
可橈体の張力は各段に備えたテンショナにより容易に調整することができる。このとき、各段の力センサの値を利用することができるため、より正確で簡単に張力の調整ができる。また、張力の低下や異常な脈動などを容易に検出することができる。
【００２０】
２段式の巻き掛け伝動装置としたことにより、比較的大きな減速比を得ることができるほか、可橈体とプーリの種類によってはバックラッシのない駆動系を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】張力センサを備えた２段式巻き掛け伝動装置を示した図である。
【図２】片弦に張力センサを備えた巻き掛け伝動装置を示した図である。
【図３】両弦に張力センサを備えた巻き掛け伝動装置を示した図である。
【図４】本発明の実施例（第１段面視）を示した図である。
【図５】本発明の実施例（第２段面視）を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図４（第１段面視）および図５（第２段面視）は、巻き掛け伝動装置２段と、演算装置（１４）と、基体とを含む２段式巻き掛け伝動装置であって、各巻き掛け伝動装置は、小プーリ（１、以下ａは第１段を表し、ｂは第２段を表す）と、大プーリ（３）と、テンショナ（５）と、張力センサ（６）と、可橈体（１３）とを備え、小プーリ（１）は回転軸（２）を含み、基体は該回転軸（２）を回転自在に保持し、大プーリ（３）は回転軸（４）を含み、基体は該回転軸（４）を回転自在に保持し、テンショナ（５）は、回転軸を含むアイドラと、該回転軸を回転自在に保持しつつ基体との距離を調整する張力調整装置とを備え、張力センサ（６）は、回転軸を含むアイドラと、該回転軸を回転自在に保持しつつ基体との間に加わる力を測定する力センサとを備え、該力センサは演算装置（１４）に計測値を出力し、可橈体（１３）は、小プーリ（１）および大プーリ（３）に巻き掛かり、テンショナ（５）のアイドラおよび張力センサ（６）のアイドラの規制を受けながら小プーリ（１）および大プーリ（３）を一定の減速比で回転させ、２段目の小プーリ（１ｂ）は１段目の大プーリ（３ａ）と同軸に固定され、１段目の小プーリ（１ａ）および２段目の大プーリ（３ｂ）を一定の減速比で回転させ、１段目の張力センサが張り側にあるとき、２段目の張力センサは緩み側にあり、演算装置（１４）は、１段目の力センサの出力値から１段目の大プーリ（３ａ）に印加されたトルクを計算する処理と、該トルクに２段目の減速比ξを乗ずる処理と、２段目の力センサの出力値から２段目の大プーリ（３ｂ）に印加されたトルクを計算する処理とを含むことを特徴とする２段式巻き掛け伝動装置の実施例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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