DE102018107815A1

DE102018107815A1 - Drehmomentsensor und Roboter

Info

Publication number: DE102018107815A1
Application number: DE102018107815.3A
Authority: DE
Inventors: Kazutaka Nakayama
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2038-04-04
Also published as: US20190346321A1; US10989614B2; US20180292277A1; CN108692839B; DE102018107815B4; US10444098B2; CN108692839A

Abstract

Ein Drehmoment in der Rotationsrichtung wird genau erkannt, während Kosten vermindert werden, indem die Anzahl von Dehnungssensoren vermindert wird. Bereitgestellt wird ein Dehnungssensor 1, der umfasst: ein Lager 5, das mit einem Innenring 2 und einem Außenring 3 versehen ist, die so gelagert sind, dass sie nur in der Richtung der Rotation um eine vorbestimmte Achse A relativ beweglich sind; ein Verbindungselement 6, das mit Fixierungsabschnitten versehen ist, die jeweils an dem Innenring 2 und dem Außenring 3 fixiert sind, und einen Dehnungserzeugungsabschnitt, der zwischen die Fixierungsabschnitte geschaltet ist; und einen Dehnungssensor 7, der an dem Verbindungselement 6 angeordnet ist, sodass er in der Lage ist, eine Dehnung mindestens in der Umfangsrichtung zu erkennen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehmomentsensor und einen Roboter.
STAND DER TECHNIK
Im Stand der Technik ist als ein Drehmomentsensor, der ein Drehmoment in der Rotationsrichtung erkennt, ein Drehmomentsensor bekannt, in dem ein Dehnungssensor zum Messen einer Dehnung in einem Dehnungskörper, der sich aufgrund von Rotation verformt, an dem Dehnungskörper befestigt ist (siehe beispielsweise Patentliteratur PTL 1). In einem Gelenk eines Roboters, an dem Lasten in verschiedenen Richtungen wirken, besteht ein Dehnungsrückstellungsmechanismus, um ein Drehmoment in der Rotationsrichtung genau zu erkennen, das auf das Gelenk wirkt, aus einer Brückenschaltung, die viele Dehnungssensoren verwendet, um Lasten in anderen Richtungen als der Rotationsrichtung auszuschließen.
ENTGEGENHAL TUNGSLISTE
PATENTLITERATUR
PTL 1 Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2012-47460
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Da ein Dehnungssensor teuer ist, gibt es jedoch dahingehend einen Nachteil, dass die Kosten eines Roboters erhöht werden, wenn viele Dehnungssensoren für die jeweiligen Gelenkachsen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Umstände gemacht worden, und es ist eine Aufgabe davon, einen Drehmomentsensor und einen Roboter bereitzustellen, die in der Lage sind, ein Drehmoment in der Rotationsrichtung genau zu erkennen, während die Kosten vermindert werden, indem die Anzahl von Dehnungssensoren vermindert wird.
LÖSUNG DER AUFGABE
Zur Erfüllung der vorhergehend beschriebenen Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen vor.
Gemäß einem Gesichtspunkt sieht die vorliegende Erfindung einen Drehmomentsensor vor, umfassend: ein Lager, das mit einem Innenring und einem Außenring versehen ist, die so gelagert sind, dass sie nur in der Rotationsrichtung um eine vorbestimmte Achse relativ beweglich sind; ein Verbindungselement, das mit Fixierungsabschnitten versehen ist, die jeweils an dem Innenring und dem Außenring fixiert sind, und einen Dehnungserzeugungsabschnitt, der zwischen die Fixierungsabschnitte geschaltet ist; und einen Dehnungssensor, der an dem Verbindungselement angeordnet ist, sodass er in der Lage ist, eine Dehnung mindestens in der Umfangsrichtung zu erkennen.
Gemäß diesem Gesichtspunkt wird die Achse mit der Rotationsachse eines Erkennungsziels in Übereinstimmung gebracht, das um die Rotationsachse getrieben wird, und der Innenring und der Außenring, die so angeordnet sind, dass sie sich über einen Abschnitt erstrecken, auf den ein Drehmoment übertragen wird, sind an dem Erkennungsziel fixiert, wobei der Innenring und der Außenring relativ gedreht werden, wenn ein Drehmoment auf das Erkennungsziel angewandt wird, und eine Dehnung in dem Dehnungserzeugungsabschnitt des Verbindungselements auftritt. Wenn der Dehnungssensor den Betrag der Dehnung erkennt, kann ein Drehmoment, das auf das Erkennungsziel wirkt, auf Basis des erkannten Betrags der Dehnung erhalten werden.
In diesem Fall ist es möglich, weil der Innenring und der Außenring des Lagers so gelagert sind, dass sie nur in der Rotationsrichtung um die vorbestimmte Achse relativ beweglich sind, sogar in einem Fall, in dem der Drehmomentsensor an einem Gelenk eines Roboters befestigt ist, auf das Lasten in verschiedenen Richtungen wirken, zu verhindern, dass Lasten in anderen Richtungen als der Rotationsrichtung auf den Dehnungserzeugungsabschnitt des Verbindungselements wirken. Folglich kann, sogar, wenn ein Dehnungsrückstellungsmechanismus nicht aus einer Brückenschaltung besteht, die eine Vielzahl von Dehnungsmessstreifen verwendet, ein Drehmoment in der Rotationsrichtung genau erkannt werden.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Gesichtspunkt ist die Querschnittsfläche des Dehnungserzeugungsabschnitts möglicherweise kleiner als die Querschnittsflächen der Fixierungsabschnitte.
Dadurch wird der Betrag der Dehnung in dem Dehnungserzeugungsabschnitt erhöht, und somit kann der Dehnungssensor die Dehnung in der Umfangsrichtung genau erkennen.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Gesichtspunkt sind der Innenring und der Außenring möglicherweise mit Fixierungsmitteln versehen, die den Innenring und den Außenring an einem Erkennungsziel fixieren.
Dadurch können der Innenring und der Außenring direkt mittels der Fixierungsmittel an dem Erkennungsziel fixiert werden.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Gesichtspunkt ist das Verbindungselement möglicherweise in einer plattenförmigen Form gebildet, die sich entlang Seitenoberflächen des Innenrings und des Außenrings erstreckt, wobei die Seitenoberflächen im Wesentlichen senkrecht zu der Rotationsachse des Innenrings und des Außenrings sind.
Dadurch ist das plattenförmige Verbindungselement entlang der Seitenoberflächen des Innenrings und des Außenrings angeordnet, wodurch ermöglicht wird, das Verbindungselement so zu bilden, dass es nicht in der radialen Richtung hervorsteht.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Gesichtspunkt ist der Dehnungssensor möglicherweise mit einem Korrekturmittel versehen, das eine Dehnungsbetragsvariation korrigiert, die von einer Umgebungstemperaturänderung verursacht wird.
Dadurch wird, weil Umgebungstemperaturänderungen allein den Betrag der Dehnung veranlassen, zu variieren, der Betrag der Dehnung entsprechend dieser Umgebungstemperaturänderung korrigiert, wodurch ermöglicht wird, die Dehnungserkennungsgenauigkeit weiter zu verbessern.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Gesichtspunkt ist der Dehnungssensor möglicherweise mit Schrauben an dem Verbindungselement fixiert.
Dadurch ist es notwendig, obgleich Dehnungsmessstreifen in den meisten Fällen allgemein mittels eines Klebstoffs fixiert sind, zu gewährleisten, dass die Klebstoffschicht gleichmäßig ist. Durch Fixieren der Schrauben kann die einfache Montage verbessert werden.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Gesichtspunkt sind möglicherweise eine Vielzahl von Dehnungssensoren, die jeweils die Gleichen wie der Dehnungssensor sind, Seite an Seite auf dem Dehnungserzeugungsabschnitt angeordnet.
Dadurch ist es möglich, zu bestimmen, ob ein beliebiger der Dehnungssensoren normal arbeitet, indem die Dehnungsdaten mit einem anderen der Dehnungssensoren verglichen werden. Sogar, wenn einer der Dehnungssensoren ausfällt, ist es möglich, den Roboter sicher und unverzüglich zu stoppen, indem Dehnungsinformationen verwendet werden, die von dem verbleibenden normalen Dehnungssensor erhalten werden, der nicht ausgefallen ist.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Gesichtspunkt ist das Lager möglicherweise ein Kreuzrollenlager.
Dadurch werden der Innenring und der Außenring so gelagert, dass sie nur in der Rotationsrichtung um die Achse relativ beweglich sind, und sogar in einem Fall, in dem der Drehmomentsensor an einem Gelenk eines Roboters befestigt ist, auf das Lasten in verschiedenen Richtungen wirken, ist es einfach zu verhindern, dass Lasten in anderen Richtungen als der Rotationsrichtung auf den Dehnungserzeugungsabschnitt des Verbindungselements wirken.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Gesichtspunkt ist das Lager möglicherweise ein Verbundkugellager.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Gesichtspunkt ist das Lager möglicherweise ein Gleitlager.
Dadurch können die Kosten aufgrund eines Gleitlagers mit einfacher Struktur vermindert werden.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Gesichtspunkt sind möglicherweise eine Vielzahl von Verbindungselementen, die jeweils die Gleichen wie das Verbindungselement sind, in Intervallen in der Umfangsrichtung um die Achse vorgesehen; und der Dehnungssensor ist möglicherweise auf dem Dehnungserzeugungsabschnitt jedes der Verbindungselemente angeordnet.
Dadurch ist eine Vielzahl von identischen Verbindungselementen vorgesehen, auf denen jeweils der Dehnungssensor angeordnet ist, wodurch ermöglicht wird, einfach einen Drehmomentsensor zu konfigurieren, der Erkennungswerte von der Vielzahl von Systemen ausgibt.
Weiter umfasst der zuvor beschriebene Gesichtspunkt überdies mindestens ein Verstärkungselement, das jeweils an dem Innenring und dem Außenring fixiert ist, und das den Innenring und den Außenring koppelt.
Dadurch wird, weil das Verstärkungselement den Betrag der Dehnung vermindert, die auf den Dehnungserzeugungsabschnitt wirkt, der Betrag der Dehnung, die von dem Dehnungssensor erkannt wird, verglichen mit einem Fall, in dem das Verstärkungselement nicht vorgesehen ist, vermindert. Somit kann der Erkennungswert des Dehnungssensors mittels des Verstärkungselements angepasst werden.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt sieht die vorliegende Erfindung überdies einen Roboter vor, an dem einer der zuvor beschriebenen Drehmomentsensoren befestigt ist, während die Achse des Lagers mit der Rotationsachse jedes Gelenks in Übereinstimmung gebracht wird.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht dahingehend eine vorteilhafte Wirkung, dass es möglich ist, ein Drehmoment in der Rotationsrichtung genau zu erkennen, während die Kosten vermindert werden, indem die Anzahl von Dehnungssensoren vermindert wird.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Drehmomentsensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Vorderansicht, die den Drehmomentsensor von 1 zeigt.
3 ist eine Längsschnittansicht, die den Drehmomentsensor von 1 zeigt.
4 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Verbindungselement des Drehmomentsensors von 1 zeigt.
5 ist eine Ansicht, die einen Beispielsfall zeigt, in dem der Drehmomentsensor von 1 um eine Gelenkachse eines Roboters befestigt ist.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Abwandlung des Drehmomentsensors von 1 zeigt.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Abwandlung des Drehmomentsensors von 1 zeigt.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Abwandlung des Drehmomentsensors von 1 zeigt.
9 ist eine Vorderansicht, die eine Abwandlung des Drehmomentsensors von 1 zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden ein Drehmomentsensor 1 und ein Roboter 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 bis 3 gezeigt, ist der Drehmomentsensor 1 dieser Ausführungsform versehen mit: einem Kreuzrollenlager (Lager) 5, das einen Innenring 2 und einen Außenring 3 umfasst, die benachbart zueinander in der radialen Richtung angeordnet sind, und einer Vielzahl von Rollen 4, die zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 in Intervallen in der Umfangsrichtung angebracht sind; einem Verbindungselement 6, das jeweils an dem Innenring 2 und dem Außenring 3 des Kreuzrollenlagers 5 fixiert ist; und einem einachsigen Dehnungssensor (Dehnungssensor) 7, der an dem Verbindungselement 6 fixiert ist.
Wie in 1 gezeigt, sind der Innenring 2 und der Außenring 3 des Kreuzrollenlagers 5 an Intervallen in der Umfangsrichtung mit Durchgangsbohrungen (Fixierungsmitteln) 8a oder Schraubenlöchern (Fixierungsmitteln) 8b versehen, die dadurch in der Richtung einer Achse A eindringen, um den Innenring 2 und den Außenring 3 an Erkennungszielen zu fixieren.
Das Verbindungselement 6 ist in einer plattenförmigen Form gebildet, sodass es entlang Endoberflächen des Innenrings 2 und des Außenrings 3 des Kreuzrollenlagers 5 angeordnet ist, wobei die Endoberflächen im Wesentlichen senkrecht zu der axialen Richtung des Innenrings 2 und des Außenrings 3 sind, wie in 1 und 3 gezeigt, und ist versehen mit: wie in 4 gezeigt, Fixierungsabschnitten 9a und 9b, die in der axialen Richtung des Innenrings 2 und des Außenrings 3 jeweils an den Endoberflächen fixiert sind; und einem Dehnungserzeugungsabschnitt 10, der zwischen die Fixierungsabschnitte 9a und 9b geschaltet ist.
In dem in 4 gezeigten Beispiel weisen der Fixierungsabschnitt 9a, der an dem Innenring 2 fixiert ist, und der Fixierungsabschnitt 9b, der an dem Außenring 3 fixiert ist, jeweils Breitenabmessungen W1 und W2 in der Umfangsrichtung auf und sind an Positionen benachbart zueinander in der Umfangsrichtung angeordnet. Der Fixierungsabschnitt 9a, der an dem Innenring 2 fixiert ist, erstreckt sich radial nach außen, und der Fixierungsabschnitt 9b, der an dem Außenring 3 fixiert ist, erstreckt sich radial nach innen. Der Dehnungserzeugungsabschnitt 10, der zwischen die Fixierungsabschnitte 9a und 9b geschaltet ist, weist eine Breitenabmessung W3 in der radialen Richtung auf und befindet sich in der Nachbarschaft einer Grenzposition zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3, an einer Position eingeschichtet zwischen den Fixierungsabschnitten 9a und 9b in der Umfangsrichtung, und verbindet somit die Fixierungsabschnitte 9a und 9b.
Die Querschnittsfläche des Dehnungserzeugungsabschnitts 10 ist ausreichend kleiner eingestellt als die Querschnittsflächen der Fixierungsabschnitte 9a und 9b. Entsprechend wirkt, wenn ein Drehmoment zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 wirkt, das sie veranlasst, relativ zueinander zu rotieren, eine Zugkraft oder Druckkraft entlang der Umfangsrichtung auf den Dehnungserzeugungsabschnitt 10, wie von einem Pfeil in 4 angezeigt, und eine Dehnung tritt ausschließlich an dem Dehnungserzeugungsabschnitt 10 auf.
Der einachsige Dehnungssensor 7 ist auf der Oberfläche des Dehnungserzeugungsabschnitts 10 befestigt, während die Erkennungsrichtung davon mit der Richtung in Übereinstimmung gebracht wird, in der eine Zugkraft und eine Druckkraft wirken. Ein Draht (nicht gezeigt) ist mit dem einachsigen Dehnungssensor 7 verbunden, und ein Spannungssignal wird ausgegeben, das proportional zu dem Betrag der Dehnung ist, der auf dem Dehnungserzeugungsabschnitt 10 auftritt. Entsprechend kann ein Drehmoment auf Basis des Spannungssignals erhalten werden, das von dem einachsigen Dehnungssensor 7 ausgegeben wird. Obgleich Beispiele des einachsigen Dehnungssensors 7 einen Halbleiter-Dehnungsmessstreifen und einen Metallfolien-Dehnungsmessstreifen umfassen, ist der einachsige Dehnungssensor 7 möglicherweise ein bolzenfixierter Dehnungssensor oder eine Verlagerungserkennungsvorrichtung wie ein Laserverlagerungssensor, ein Lasernäherungssensor oder ein kapazitiver Näherungssensor. Es ist möglich, einen Sensor zu verwenden, der den Betrag der Dehnung von dem Abstand zu einem Ziel erkennt. In diesem Fall ist es notwendig, auf dem gleichen Dehnungserzeugungsabschnitt 10 einen Projektor für eine solche Verlagerungserkennungsvorrichtung und ein wandähnliches Element des Ziels anzuordnen.
Der Betrieb des so ausgestalteten Drehmomentsensors 1 dieser Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Hier erfolgt eine Beschreibung eines Falls, in dem ein Drehmoment, das auf eine Gelenkachse des Roboters 100 wirkt, unter Verwendung des Drehmomentsensors 1 dieser Ausführungsform erkannt wird.
Damit ein Drehmoment, das auf die Gelenksachse des Roboters 100 wirkt, unter Verwendung des Drehmomentsensors 1 dieser Ausführungsform erkannt wird, wie in 5 gezeigt, ist der Drehmomentsensor 1 derart fixiert, dass die Achse A des Kreuzrollenlagers 5 mit einer Achse (Rotationsachse) B der Gelenksachse (Gelenk) in Übereinstimmung gebracht wird.
In dem in 5 gezeigten Beispiel ist der Außenring 3 mit Schrauben 120 unter Verwendung der Durchgangsbohrungen 8a, die in dem Außenring 3 des Kreuzrollenlagers 5 gebildet sind, an einer Untersetzungsgetriebe-Abtriebswelle 111 eines Aktuators 110 fixiert, die die Gelenksachse bildet. Überdies ist der Innenring 2 an dem Roboterarm 101, der an der Untersetzungsgetriebe-Abtriebswelle 111 mit Schrauben (nicht gezeigt) fixiert ist, unter Verwendung der Durchgangsbohrungen 8b, die in dem Innenring 2 gebildet sind, mit Schrauben 130 fixiert. Entsprechend kann der Drehmomentsensor 1 dieser Ausführungsform direkt an dem Roboterarm 101 und dem Aktuator 110 fixiert werden, die Erkennungsziele sind. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 140 einen Motor, der dem Aktuator 110 Energie zuführt.
In diesem Zustand werden, wenn eine Last auf den Roboterarm 101 des Roboters 100 wirkt, wodurch veranlasst wird, dass ein Drehmoment um die Achse B der Untersetzungsgetriebe-Abtriebswelle 111 wirkt, der Innenring 2 und der Außenring 3 des Kreuzrollenlagers 5, die den Drehmomentsensor 1 bilden, genauestens relativ in der Umfangsrichtung verlagert; daher wirkt, aufgrund der Verlagerung, eine Zugkraft oder eine Druckkraft auf den Dehnungserzeugungsabschnitt 10, der sich zwischen den Fixierungsabschnitten 9a und 9b des Verbindungselements 6 befindet, wodurch der Dehnungserzeugungsabschnitt 10 zum Verformen gebracht wird. Entsprechend wird der Betrag der Dehnung von dem einachsigen Dehnungssensor 7 erkannt, der an dem Dehnungserzeugungsabschnitt 10 befestigt ist, und ein Drehmoment kann auf Basis des erkannten Betrags der Dehnung erkannt werden.
In diesem Fall wird gemäß dem Drehmomentsensor 1 dieser Ausführungsform das Verbindungselement 6, das mit dem Dehnungserzeugungsabschnitt 10 versehen ist, an dem Innenring 2 und dem Außenring 3 des Kreuzrollenlagers 5 so fixiert, dass es sich über sie hinweg erstreckt, sodass der Innenring 2 und der Außenring 3 so gelagert werden, dass sie sich nur in der Umfangsrichtung relativ bewegen. Sogar, wenn Lasten in verschiedenen Richtungen auf den Roboterarm 101 wirken, wirkt daher eine Zugkraft oder eine Druckkraft nur in der Umfangsrichtung auf den Dehnungserzeugungsabschnitt 10, an dem der einachsige Dehnungssensor 7 befestigt ist.
Insbesondere besteht gemäß dem Drehmomentsensor 1 dieser Ausführungsform ein Vorteil dahingehend, dass, sogar, wenn Lasten in verschiedenen Richtungen auf den Roboterarm 101 wirken, nur ein Drehmoment, das um die Achse B der Gelenkachse wirkt, genau erkannt werden kann.
Folglich ist es möglich, sogar, wenn kein Mehrachsen-Dehnungsrückstellungsmechanismus angenommen wird, der eine Brückenschaltung verwendet, in der teure Dehnungssensoren in vielen Richtungen befestigt sind, das Drehmoment genau zu erkennen, ohne die Dehnungsbeträge zu erkennen, die von Lasten in anderen Richtungen als der Rotationsrichtung verursacht werden, und die Kosten zu vermindern. Insbesondere können die Kosten wirksam vermindert werden, wenn der Drehmomentsensor an jeder aller Gelenkachsen eines Gelenkroboters installiert wird.
Überdies ist in dieser Ausführungsform, obgleich eine Beschreibung eines Beispielfalls gegeben worden ist, in dem der einachsige Dehnungssensor 7 den Betrag der Dehnung in dem Dehnungserzeugungsabschnitt 10 erkennt, der zu erkennende Betrag der Dehnung nicht notwendigerweise auf Dehnung auf einer einzelnen Achse beschränkt. Es ist auch möglich, einen Dehnungssensor zum Erkennen des Betrags der Dehnung in dem Dehnungserzeugungsabschnitt 10 nicht nur auf einer einzelnen Achse, sondern auch auf mehreren Achsen anzunehmen.
Überdies weist, gemäß dem Drehmomentsensor 1 dieser Ausführungsform, weil das Verbindungselement 6, mit dem der einachsige Dehnungssensor 7 zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 befestigt ist, in der axialen Richtung des Innenrings 2 und des Außenrings 3 in einer plattenförmigen Form gebildet ist, sodass es entlang der Endoberflächen angeordnet ist, das Verbindungselement 6 eine kompakte Struktur auf, die leicht in der axialen Richtung des Kreuzrollenlagers 5 hervorsteht. Entsprechend kann der Drehmomentsensor 1 um die Gelenkachse des Roboters 100 unter Verwendung eines Spalts befestigt werden, der zwischen der Untersetzungsgetriebe-Abtriebswelle 111 und dem Roboterarm 101 gebildet ist.
Gemäß dem Roboter 100, in dem der Drehmomentsensor 1 dieser Ausführungsform um jede Gelenkachse befestigt ist, sogar, wenn Lasten in mehreren Richtungen auf das distale Ende des Roboters 100 einwirken, gibt es dann dahingehend einen Vorteil, dass ein Drehmoment, das auf jede Gelenkachse wirkt, genau erhalten und gesteuert werden kann.
Es ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform, obgleich das Kreuzrollenlager 5 als ein Lager verwendet wird, das Lager nicht darauf begrenzt ist, und es auch möglich ist, ein Lager eines anderen Typs anzunehmen, wie ein Vierpunktkugellager, ein Kegelrollenverbundlager, ein Schrägkugellager, ein zweireihiges Kugellager, ein Radialrillenkugellager oder ein Gleitlager, solange der Innenring 2 und der Außenring 3 des Lagers so gelagert werden, dass sie nur in der Richtung der Rotation um die vorbestimmte Achse A relativ beweglich sind. Insbesondere wird, weil der Betrag der relativen Verlagerung zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3, der verwendet wird, um ein Drehmoment zu erkennen, ein sehr kleiner Betrag ist, möglicherweise ein Gleitlager verwendet, das eine einfache Struktur aufweist, und in dem Fall kann eine weitere Kostenreduktion erzielt werden.
Überdies ist es unter Verwendung eines Verbundkugellagers möglich, den Einfluss von Rotationsreibung zu minimieren, und eine Verbesserung in der Erkennungsgenauigkeit zu erwarten.
Überdies ist es in dieser Ausführungsform auch möglich, obgleich ein plattenförmiges Verbindungselement, das sich entlang der Endoberflächen des Innenrings 2 und des Außenrings 3 in der axialen Richtung erstreckt, als ein Beispiel des Verbindungselements 6 gezeigt ist, stattdessen ein Verbindungselement anzunehmen, das mit Folgendem versehen ist: L-förmigen Fixierungsabschnitten 11a und 11b, die sich jeweils radial von den axialen Endoberflächen des Innenrings 2 und des Außenrings 3 nach außen erstrecken und die in der axialen Richtung an einer radialen Außenseite des Außenrings 3 gebogen sind; und einem Dehnungserzeugungsabschnitt 12, der sich in der Umfangsrichtung befindet, sodass er zwischen die zwei Fixierungsabschnitte 11a und 11b geschaltet ist, die an der radialen Außenseite des Außenrings 3 mit einem Spalt dazwischen angeordnet sind.
Dadurch ist es möglich, den einachsigen Dehnungssensor 7 an einer radialen Außenseite des Kreuzrollenlagers 5 anzuordnen und einfach Auswechselarbeiten auszuführen, wenn der einachsige Dehnungssensor 7 beschädigt ist. Überdies kann die Breite des Drehmomentsensors 1 selbst vermindert werden.
Überdies ist in dieser Ausführungsform der einachsige Dehnungssensor 7 möglicherweise mit einem Korrekturmittel versehen, das Variationen in dem Betrag der Dehnung korrigiert, die von Umgebungstemperaturänderungen verursacht werden.
Dadurch wird, obgleich, wenn sich die Umgebungstemperatur in der Nachbarschaft des Dehnungserzeugungsabschnitts 10 des Verbindungselements 6 ändert, der Betrag der Dehnung gemäß dem Betrag der Temperaturänderung variiert, das Korrekturmittel verwendet, um den Betrag der Dehnung entsprechend der Änderung in der Umgebungstemperatur zu korrigieren, wodurch ermöglicht wird, die Dehnungserkennungsgenauigkeit weiter zu verbessern.
Überdies ist es in dieser Ausführungsform, obgleich ein einachsiger Dehnungssensor, der an der Oberfläche des Dehnungserzeugungsabschnitts 10 befestigt ist, als ein Beispiel des einachsigen Dehnungssensors 7 gezeigt ist, stattdessen auch möglich, einen einachsigen Dehnungssensor anzunehmen, der mit Schrauben fixiert ist.
Obgleich eine Beschreibung eines Falls gegeben worden ist, in dem der Drehmomentsensor 1 mit dem einachsigen Dehnungssensor 7 versehen ist, sind überdies möglicherweise zwei oder mehr einachsige Dehnungssensoren 7 auch Seite an Seite auf dem Dehnungserzeugungsabschnitt 10, 12 zur Fehlererkennung angebracht. Sie sind möglicherweise parallel oder in Reihe angebracht.
Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, zu bestimmen, ob ein einachsiger Dehnungssensor 7 normal arbeitet, indem mit Dehnungsdaten eines anderen einachsigen Dehnungssensors 7 verglichen wird. Sogar, wenn der einachsige Dehnungssensor 7 ausfällt, ist es möglich, den Roboter 100 sicher und unverzüglich zu stoppen, indem Dehnungsinformationen verwendet werden, die von dem verbleibenden normalen einachsigen Dehnungssensor 7 erhalten werden, der nicht ausgefallen ist.
7 zeigt einen Drehmomentsensor 1a gemäß einer Abwandlung, der mit zwei Verbindungselementen 6 und 16 versehen ist. Wie in 7 gezeigt, ist der Drehmomentsensor 1a, verglichen mit dem Drehmomentsensor 1 der Ausführungsform, überdies zusätzlich zu dem Verbindungselement 6 mit dem Verbindungselement 16 versehen, an dem ein einachsiger Dehnungssensor (Dehnungssensor) 17 fixiert ist. Das Verbindungselement 16 und der einachsige Dehnungssensor 17 weisen die gleichen Ausgestaltungen auf wie das Verbindungselement 6 und der einachsige Dehnungssensor 7. Das Verbindungselement 16 ist auf einer Linie CL1 an dem gleichen Rotationsumfang wie das Verbindungselement 6 an einer unterschiedlichen Position in der Umfangsrichtung angeordnet, und ist an dem Außenring 3 und dem Innenring 2 fixiert. Somit kann der einachsige Dehnungssensor 17 den Betrag der Dehnung erkennen, der an dem Verbindungselement 16 auftritt.
Auf diese Weise ist der Drehmomentsensor 1a der Abwandlung, die in 7 gezeigt ist, mit den zwei Verbindungselementen 6 und 16 und den zwei einachsigen Dehnungssensoren 7 und 17 an dem gleichen Rotationsumfang versehen, wodurch ermöglicht wird, Erkennungswerte von der Vielzahl von Systemen auszugeben. Es ist zu beachten, dass in der in 7 gezeigten Abwandlung, obgleich eine Beschreibung eines Beispielfalls gegeben worden ist, in dem der Drehmomentsensor 1a mit den zwei Verbindungselementen 6 und 16 und den zwei einachsigen Dehnungssensoren 7 und 17 versehen ist, die Anzahl von Verbindungselementen und die Anzahl von einachsigen Dehnungssensoren, die in dem Drehmomentsensor vorzusehen sind, drei oder mehr sein können. Überdies weisen die zwei Verbindungselemente 6 und 16 möglicherweise die gleiche Form auf, und die zwei einachsigen Dehnungssensoren 7 und 17 sind möglicherweise die gleichen einachsigen Dehnungssensoren.
8 zeigt einen Drehmomentsensor 1b gemäß einer anderen Abwandlung, der mit zwei Verstärkungselementen 21 und 22 versehen ist, die jeweils an dem Außenring 3 und dem Innenring fixiert sind, und die jeweils den Außenring 3 und den Innenring 2 koppeln, und in dem zwei einachsige Dehnungssensoren 7 und 17 auf einem Verbindungselement 6b angeordnet sind. Weil die Verstärkungselemente 21 und 22 jeweils an dem Außenring 3 und dem Innenring 2 fixiert sind, ist der Betrag der Dehnung, die auf dem Verbindungselement 6b auftritt, geringer als der Betrag der Dehnung, die auf dem Verbindungselement 6 auftritt, das in dem Drehmomentsensor 1 gemäß der Ausführungsform fixiert ist. Somit können mit den Verstärkungselementen 21 und 22 Erkennungswerte angepasst werden, die von den einachsigen Dehnungssensoren 7 und 17 ausgegeben werden, die auf dem Verbindungselement 6b angeordnet sind. Die zwei einachsigen Dehnungssensoren 7 und 17 sind möglicherweise die gleichen einachsigen Dehnungssensoren.
Überdies sind in dem Drehmomentsensor 1b, der in 8 gezeigt ist, die zwei einachsigen Dehnungssensoren 7 und 17 auf dem Dehnungserzeugungsabschnitt 10 des Verbindungselements 6b angeordnet. Mittels Vergleichen der Erkennungswerte, die von den zwei einachsigen Dehnungssensoren 7 und 17 ausgegeben werden, ist es somit möglich, zu bestimmen, ob die einachsigen Dehnungssensoren 7 und 17 normal arbeiten. Es ist zu beachten, dass ein Drehmomentsensor einer anderen Ausführungsform möglicherweise mit drei oder mehr einachsigen Dehnungssensoren versehen ist, die auf dem einzelnen Verbindungselement 6 angeordnet sind, oder möglicherweise mit einem Verstärkungselement oder drei oder mehr Verstärkungselementen versehen ist. Obgleich die Verstärkungselemente 21 und 22, die in 8 gezeigt sind, als beispielhafte Verstärkungselemente gezeigt sind, die in dem Drehmomentsensor vorgesehen sind, können die Verstärkungselemente, die in dem Drehmomentsensor vorgesehen sind, unterschiedlich in der Form abgewandelt sein, solange sie jeweils an dem Außenring 3 und dem Innenring 2 fixiert sind. Die Verstärkungselemente weisen möglicherweise die gleiche Form auf wie beispielsweise das Verbindungselement 6b, das in 8 gezeigt ist, oder weisen möglicherweise eine Scheibenform oder Ähnliches auf. Die Verstärkungselemente sind möglicherweise auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Drehmomentsensors 1b von der Oberfläche davon angeordnet, auf der das Verbindungselement 6 angeordnet ist.
In dem Drehmomentsensor 1 gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist eine Beschreibung des Verbindungselements 6 gegeben worden, in dem die Querschnittsflächen der Fixierungsabschnitte 9a und 9b größer sind als die Querschnittsfläche des Dehnungserzeugungsabschnitts 10; die Beziehung zwischen den Querschnittsflächen der jeweiligen Abschnitte, die in dem Verbindungselement 6 umfasst sind, kann jedoch unterschiedlich abgewandelt werden. Beispielsweise weist, wie in 9 gezeigt, ein Verbindungselement 6c, das in einem Drehmomentsensor 1c vorgesehen ist, gemäß einer Abwandlung eine Form auf, die einem Rechteck nahe kommt, in dem beide Endoberflächen in Fächerform von vorn gesehen so gebildet sind, dass sie parallel zueinander sind. Indem das Verbindungselement 6c angenommen wird, sogar in einem Fall, in dem ein großes Drehmoment auf den Drehmomentsensor 1c angewandt wird, ist das Vorsehen der Verstärkungselemente 21 und 22, die in 8 gezeigt sind, unnötig. Als ein extremes Beispiel weist das Verbindungselement möglicherweise eine ringkammerförmige Form unter Verwendung des gesamten Umfangs des Innenrings 2 und des Außenrings 3 des Lagers auf. Anders als der Dehnungserzeugungsabschnitt 10, der in 4 gezeigt ist, ist es nicht notwendig, dass ein Dehnungserzeugungsabschnitt 10c, in dem der einachsige Dehnungssensor 7 eine Dehnung erkennt, so geformt ist, dass er kleiner in der Querschnittsfläche ist als die anderen Abschnitte. In einer anderen Abwandlung ist die Querschnittsfläche des Dehnungserzeugungsabschnitts in dem Verbindungselement möglicherweise größer als die Querschnittsflächen der Fixierungsabschnitte.
Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b, 1c: Drehmomentsensor
2: Innenring
3: Außenring
5: Kreuzrollenlager(Lager)
6, 6b, 6c, 16: Verbindungselement
7, 17: einachsiger Dehnungssensor (Dehnungssensor)
8a: Durchgangsbohrung (Fixierungsmittel)
8b: Schraubenloch (Fixierungsmittel)
9a, 9b, 11a, 11b: Fixierungsabschnitt
10, 12: Dehnungserzeugungsabschnitt
100: Roboter
101: Roboterarm (Erkennungsziel)
110: Aktuator (Erkennungsziel)
A: Achse
B: Achse (Rotationsachse)

Claims

Drehmomentsensor, umfassend: ein Lager, das mit einem Innenring und einem Außenring versehen ist, die so gelagert sind, dass sie nur in der Richtung der Rotation um eine vorbestimmte Achse relativ beweglich sind; ein Verbindungselement, das mit Fixierungsabschnitten versehen ist, die jeweils an dem Innenring und dem Außenring fixiert sind, und einen Dehnungserzeugungsabschnitt, der zwischen die Fixierungsabschnitte geschaltet ist; und einen Dehnungssensor, der so an dem Verbindungselement angeordnet ist, dass er in der Lage ist, eine Dehnung mindestens in der Umfangsrichtung zu erkennen.
Dehnungssensor nach Anspruch 1, wobei die Querschnittsfläche des Dehnungserzeugungsabschnitts kleiner ist als die Querschnittsflächen der Fixierungsabschnitte.
Dehnungssensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Innenring und der Außenring mit Fixierungsmitteln versehen sind, die den Innenring und den Außenring an einem Erkennungsziel fixieren.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verbindungselement in einer plattenförmigen Form gebildet ist, die sich entlang Seitenoberflächen des Innenrings und des Außenrings erstrecken, wobei die Seitenoberflächen im Wesentlichen senkrecht zu der Rotationsachse des Innenrings und des Außenrings sind.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Dehnungssensor mit einem Korrekturmittel versehen ist, das eine Dehnungsbetragsvariation korrigiert, die von einer Umgebungstemperaturänderung verursacht wurde.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Dehnungssensor an dem Verbindungselement mit Schrauben fixiert ist.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Vielzahl von Dehnungssensoren, die jeweils die Gleichen wie der Dehnungssensor sind, Seite an Seite auf dem Dehnungserzeugungsabschnitt angeordnet sind.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Lager ein Kreuzrollenlager ist.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Lager ein Verbundkugellager ist.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Lager ein Gleitlager ist.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Vielzahl von Verbindungselementen, die jeweils die Gleichen wie das Verbindungselement sind, in Intervallen in der Umfangsrichtung um die Achse vorgesehen sind; und der Dehnungssensor auf dem Dehnungserzeugungsabschnitt jedes der Verbindungselemente angeordnet ist.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, überdies umfassend mindestens ein Verstärkungselement, das jeweils an dem Innenring und dem Außenring fixiert ist, und das den Innenring und den Außenring koppelt.
Roboter, an dem ein Drehmomentsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 befestigt ist, während die Achse des Lagers mit der Rotationsachse jedes Gelenks in Übereinstimmung gebracht wird.