專利名稱：轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備和機(jī)器人設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)例如作用在無(wú)限旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備、 以及包括該轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備的機(jī)器人設(shè)備(robot apparatus) 0
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，作為測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的方法，已知下面的方法。具體地，在該方法中，在作為檢測(cè)目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)軸和支持該驅(qū)動(dòng)軸以使其可旋轉(zhuǎn)的固定部分之間提供應(yīng)變體。 通過(guò)檢測(cè)應(yīng)變體的形變量，測(cè)量繞驅(qū)動(dòng)軸的軸作用的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。例如，下面的日本專利 No. 3136816(下文稱為專利文獻(xiàn)1)公開了一種具有轉(zhuǎn)矩傳感器的機(jī)器人臂(robot arm), 其包括內(nèi)環(huán)、外環(huán)和傳感器。內(nèi)環(huán)耦接到由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)并由減速器(reducer)減速的軸。 外環(huán)耦接到機(jī)器人臂的第一構(gòu)件。傳感器檢測(cè)由于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩引起的內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間的相對(duì)位移。這種機(jī)器人臂檢測(cè)在第一構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間的相對(duì)位移，從而測(cè)量作用在第一構(gòu)件上的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。

發(fā)明內(nèi)容
近年來(lái)，需要開發(fā)測(cè)量例如輪的無(wú)限旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的技術(shù)。然而，利用上述專利文獻(xiàn)1中公開的配置，轉(zhuǎn)矩傳感器與被測(cè)目標(biāo)一起無(wú)限地旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，附接到轉(zhuǎn)矩傳感器的傳感器纜線纏繞在旋轉(zhuǎn)軸的外周周圍，使得難于正確地檢測(cè)轉(zhuǎn)矩。另外，被設(shè)置在輸入軸和輸出軸之間的轉(zhuǎn)矩傳感器易受其他軸部件的影響。從而， 還存在不可能精確地檢測(cè)僅僅希望的旋轉(zhuǎn)軸部件的轉(zhuǎn)矩值的問(wèn)題?？紤]上述情況，需要提供一種能夠正確地檢測(cè)無(wú)限旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備和機(jī)器人設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備，該轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備包括基部、驅(qū)動(dòng)部和檢測(cè)部。驅(qū)動(dòng)部包括在第一軸的方向具有主軸的轉(zhuǎn)子和配置為使轉(zhuǎn)子繞主軸旋轉(zhuǎn)的定子。檢測(cè)部包括應(yīng)變體和檢測(cè)元件。應(yīng)變體包括被固定到基部的第一端部和被固定到轉(zhuǎn)子的第二端部，并與轉(zhuǎn)子同心地設(shè)置。檢測(cè)元件被設(shè)置到應(yīng)變體上以檢測(cè)應(yīng)變體相對(duì)于基部的繞第一軸的應(yīng)變。在轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備中，驅(qū)動(dòng)部通過(guò)定子繞第一軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。當(dāng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子時(shí)，定子接收在與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向上的驅(qū)動(dòng)反作用力。然后，檢測(cè)部檢測(cè)轉(zhuǎn)子作用在定子上的驅(qū)動(dòng)反作用力，從而檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。也就是說(shuō)，設(shè)置在基部和定子之間的應(yīng)變體通過(guò)作用在定子上的驅(qū)動(dòng)反作用力繞第一軸發(fā)生形變，并且檢測(cè)元件檢測(cè)應(yīng)變體的應(yīng)變。如上所述，在沒(méi)有與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)檢測(cè)部的情況下檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。從而，可以正確地檢測(cè)無(wú)限旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。通常，對(duì)于驅(qū)動(dòng)部，使用電機(jī)(電力電機(jī))。除此之外，對(duì)于驅(qū)動(dòng)部，還可以使用例如旋轉(zhuǎn)筒的致動(dòng)器，其利用例如氣動(dòng)壓力或液動(dòng)壓力的流體壓力作為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)來(lái)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備還可以包括框體?？蝮w被固定到基部，以支持定子使其可以繞第一軸旋轉(zhuǎn)。在該配置中，通過(guò)框體將定子支持到基部以使其可旋轉(zhuǎn)，從而可以有效地消除軸部件的除繞第一軸的相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩之外的影響。從而，可以正確地檢測(cè)僅僅繞第一軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備還可以包括旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件被設(shè)置在框體周圍，以便由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而可以繞第一軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件被設(shè)置在框周圍，從而可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備的沿第一軸的方向的尺寸的減小。結(jié)果，可容易地消除其他軸部件，從而可以防止降低檢測(cè)精度。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件例如是輪胎。在該情況中，轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備被配置為旋轉(zhuǎn)輪胎的輪。從而， 可以正確地且高精度地檢測(cè)無(wú)限旋轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。另外，可以高精度地控制對(duì)輪的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于構(gòu)成檢測(cè)部的應(yīng)變體的配置沒(méi)有特別的限制，可以使用各種配置。例如，應(yīng)變體可包括軸狀部，其在兩端包括第一端部和第二端部。在該情況中，檢測(cè)元件被提供到軸狀部?？商鎿Q地，應(yīng)變體可包括第一環(huán)狀體、第二環(huán)狀體和連接部。第一環(huán)狀體包括第一端部并被形成為具有第一直徑。第二環(huán)狀體包括第二端部并被形成為具有不同于第一直徑的第二直徑。連接部被配置為連接在第一環(huán)狀體和第二環(huán)狀體之間。在該情況中，檢測(cè)元件被提供到連接部。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種機(jī)器人設(shè)備，其包括主體、驅(qū)動(dòng)部、檢測(cè)部和輪。驅(qū)動(dòng)部包括在第一軸的方向具有主軸的轉(zhuǎn)子和被配置為使轉(zhuǎn)子繞主軸旋轉(zhuǎn)的定子。檢測(cè)部包括應(yīng)變體和檢測(cè)元件。應(yīng)變體包括被固定到主體的第一端部和被固定到轉(zhuǎn)子的第二端部，并與轉(zhuǎn)子同心地設(shè)置。檢測(cè)元件被提供到應(yīng)變體，以檢測(cè)應(yīng)變體相對(duì)于主體的繞第一軸的應(yīng)變。輪耦接到轉(zhuǎn)子以便由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而繞第一軸旋轉(zhuǎn)，從而移動(dòng)主體。在機(jī)器人設(shè)備中，驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，從而繞第一軸旋轉(zhuǎn)輪。當(dāng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子接收在與輪的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向上的驅(qū)動(dòng)反作用力。然后，檢測(cè)部檢測(cè)作用在定子上的輪的驅(qū)動(dòng)反作用力，從而檢測(cè)輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。也就是說(shuō)，通過(guò)作用在定子上的驅(qū)動(dòng)反作用力，被設(shè)置在主體和定子之間的應(yīng)變體繞第一軸發(fā)生形變，并且，檢測(cè)元件檢測(cè)應(yīng)變體的應(yīng)變。如上所述，在沒(méi)有與輪一起旋轉(zhuǎn)檢測(cè)部的情況下，檢測(cè)輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。從而，可以正確地檢測(cè)無(wú)限旋轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以正確地檢測(cè)無(wú)限旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。根據(jù)下面的對(duì)附圖所示的本發(fā)明的最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。


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圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備的正視圖；圖2是包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備的輪的截面圖；圖3是輪的分解透視圖；圖4是示出構(gòu)成轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)變體的形狀的透視圖；圖5是示出應(yīng)變體的另一配置實(shí)例的透視圖；圖6是示出根據(jù)另一實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備的正視圖；圖7是根據(jù)另一實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備的后視圖；圖8是根據(jù)另一實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備的平面圖；圖9是根據(jù)另一實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備的仰視圖；圖10是根據(jù)另一實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備的右側(cè)視圖；以及圖11是根據(jù)另一實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備的左側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備的正視圖。根據(jù)該實(shí)施例的機(jī)器人設(shè)備100被配置為仿人服務(wù)機(jī)器人，其能夠通過(guò)多個(gè)輪142R、142L在地面(地板)5上移動(dòng)。[機(jī)器人設(shè)備]機(jī)器人設(shè)備100包括頭部分110、身體部分120、左臂部分130L和右臂部分130R、 以及移動(dòng)部分140。頭部分110包括頭部分主體111、用于捕捉環(huán)境作為圖像信息的照相機(jī)112、以及被耦接到身體部分120的頸114。身體部分120包括身體部分主體122，以及被分別耦接到左臂部分130L和右臂部分130R的左肩121L和右肩121R。左臂部分130L和右臂部分130R分別包括第一臂131L、131R，耦接到第一臂的第二臂，以及耦接到第二臂的手135L、135R。在圖1中，使得手135L、135R置于機(jī)器人的前面，第二臂相對(duì)于第一臂131L、131R向前方向彎曲約90度。從而，在圖1中，第二臂分別置于手 135LU35R的后面。移動(dòng)部分140包括耦接到身體部分120的移動(dòng)部分主體141和多個(gè)輪142L、142R。 移動(dòng)部分主體141容納用于輪142L、142R的驅(qū)動(dòng)電源(例如電池)143，和用于驅(qū)動(dòng)控制的控制器144等。驅(qū)動(dòng)電源143和控制器144還可以用作用于構(gòu)成頭部分110、身體部分120 和臂部分130L、130R的關(guān)節(jié)部分的致動(dòng)器中的每一個(gè)的驅(qū)動(dòng)電源和控制器。例如，輪142L、142R在前后左右的四個(gè)位置處被提供到移動(dòng)部分主體141的底部。 所有的輪142L、142R或者至少一對(duì)左輪142L和右輪142R包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源。另外，其中，至少一個(gè)輪包括用于檢測(cè)該輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)(轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備)?？刂破?44根據(jù)來(lái)自轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)的信號(hào)輸出測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并控制輪142L、142R的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。[轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)]在下文中，將參考圖2和圖3描述包括轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輪的配置。這里，將描述其中將轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)用到輪142的實(shí)例。圖2是示出輪142L的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，圖3是分解透視圖。在圖2中，X軸方向和Y軸方向表示相互正交的水平方向，而Z軸方向表示垂直方向。
轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)200包括基部20、驅(qū)動(dòng)部30和檢測(cè)部40。轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)200檢測(cè)輪142L的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并將其檢測(cè)信號(hào)輸出到安裝在移動(dòng)部分主體141中的控制器144。基部20構(gòu)成移動(dòng)部分主體141的一部分，并支持輪142L以使其可旋轉(zhuǎn)?；?0 用作靜態(tài)系統(tǒng)，作為用于在轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)200中檢測(cè)輪142L的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的基準(zhǔn)。驅(qū)動(dòng)部30包括轉(zhuǎn)子31和定子32。驅(qū)動(dòng)部30具有驅(qū)動(dòng)輪142L的功能。在該實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)部30由轉(zhuǎn)子(電轉(zhuǎn)子)構(gòu)成。轉(zhuǎn)子31包括沿平行于X軸方向的軸Lx(主軸，第一軸)延伸的驅(qū)動(dòng)軸310。定子32使轉(zhuǎn)子31 (即，驅(qū)動(dòng)軸310)繞主軸Lx旋轉(zhuǎn)。對(duì)轉(zhuǎn)子的種類沒(méi)有特別的限制。在該實(shí)施例中，定子32包括激勵(lì)線圈，轉(zhuǎn)子31包括永磁體。激勵(lì)線圈通過(guò)纜線320電連接到控制器144。驅(qū)動(dòng)部30包括軸承構(gòu)件33和編碼器34。軸承構(gòu)件33在基部20側(cè)上支持驅(qū)動(dòng)軸310以使其可旋轉(zhuǎn)。編碼器34檢測(cè)驅(qū)動(dòng)軸310的旋轉(zhuǎn)角或旋轉(zhuǎn)量。編碼器34通過(guò)纜線 (未示出)電連接到控制器144。另外，驅(qū)動(dòng)部30包括管狀的、容納定子32的第一電機(jī)框35。定子32由第一電機(jī)框35 —體地支持。第一電機(jī)框35的一端通過(guò)檢測(cè)部分40的應(yīng)變體41安裝到基部20。第一電機(jī)框35的另一端被電機(jī)蓋36覆蓋。電機(jī)蓋36在其中心具有通孔，并且驅(qū)動(dòng)軸310被插入到所述通孔中。驅(qū)動(dòng)部30還包括設(shè)置在第一電機(jī)框35的外周側(cè)上的第二電機(jī)框37 (框體)。第二電機(jī)框37包括容納第一電機(jī)框35的管狀部37a和被固定在基部20上的固定端部37b。在管狀部37a和第一電機(jī)框35的外周之間設(shè)置有軸承構(gòu)件38。第一電機(jī)框35由第二電機(jī)框37支持從而可旋轉(zhuǎn)。固定端部37b在管狀部37a的基部20側(cè)的一端具有基本環(huán)形的法蘭形狀(flange shape)。固定端部37b通過(guò)多個(gè)螺釘構(gòu)件被固定到基部20。應(yīng)該注意到，在第二電機(jī)框37中，形成有切口 37c，用于將用于定子32、編碼器34、 檢測(cè)部40的檢測(cè)元件42等的布線纜線拉出到驅(qū)動(dòng)部30的外部。輪142L包括將耦接到驅(qū)動(dòng)軸310的減速器50和設(shè)置在減速器50的輸出側(cè)上的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件討。減速器50由行星齒輪構(gòu)成，其以預(yù)定的減速比減少驅(qū)動(dòng)軸310的旋轉(zhuǎn)速度， 從而產(chǎn)生預(yù)定的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件M是形成基本球形輪胎的第一構(gòu)件51、第二構(gòu)件52 和第三構(gòu)件53的組件。第一構(gòu)件51被耦接到減速器50的外側(cè)，并通過(guò)軸承構(gòu)件55支持，以可以繞支持減速器50的齒輪箱50a旋轉(zhuǎn)。這里，齒輪箱50a通過(guò)螺釘構(gòu)件一體地固定到電機(jī)蓋36。第二構(gòu)件52和第三構(gòu)件53分別耦接到第一構(gòu)件51的末端。盡管旋轉(zhuǎn)構(gòu)件M由橡膠材料形成，但是可以使用例如塑料材料的其他材料形成旋轉(zhuǎn)構(gòu)件M。由于驅(qū)動(dòng)部30的驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件M可繞軸Lx旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件M的形狀不限于圖中所示的球形，而且可以使用圓柱形。檢測(cè)部40包括應(yīng)變體41和檢測(cè)元件42。圖4是示出應(yīng)變體41的配置實(shí)例的透視圖。例如，應(yīng)變體41由例如軟鋼或鋁合金的金屬材料形成，并被設(shè)置在基部20和定子 32之間。應(yīng)變體41包括被固定到基部20的第一法蘭部41a、被固定到驅(qū)動(dòng)部30的定子32 的第二法蘭部41b、以及將第一法蘭部41a與第二法蘭部41b彼此耦接的軸狀部41c。第一法蘭部41a對(duì)應(yīng)于將軸狀部41c的一端固定到基部20的第一端部，并具有與軸狀部41c同心地形成的多個(gè)螺釘孔HI。第二法蘭部41b對(duì)應(yīng)于將軸狀部41c的另一端固定到定子32的第二端部，并具有與軸狀部41c同心地形成的多個(gè)螺釘孔H2。應(yīng)變體41通過(guò)穿過(guò)螺釘孔HI、H2的螺釘被固定到基部20和第一電機(jī)框35。在該實(shí)施例中，第二法蘭部41b被形成為具有比第一法蘭部41a的直徑大的直徑，并且螺釘孔H2被形成在具有比螺釘孔Hl的同心圓的直徑大的直徑的同心圓中。在該配置中，驅(qū)動(dòng)部30的電機(jī)的反作用力可以容易地被傳送到軸狀部41c。軸狀部41c具有中空?qǐng)A柱形，并與轉(zhuǎn)子31同心地設(shè)置。根據(jù)希望的檢測(cè)靈敏度等， 可以正確地設(shè)置軸狀部41c的內(nèi)直徑、外直徑、長(zhǎng)度等。應(yīng)注意到，在第二法蘭部41b，形成有切口 41d，用于將用于定子32、編碼器34等的布線纜線拉出到驅(qū)動(dòng)部30的外部。檢測(cè)元件42被附接到應(yīng)變體41的軸狀部41c。檢測(cè)元件42用于檢測(cè)在軸Lx周圍的軸狀部41c的應(yīng)變。通常，應(yīng)變計(jì)基于電阻的變化測(cè)量形變量。除此之外，例如，可以使用基于磁特性變化測(cè)量形變量的元件作為檢測(cè)元件。可以使用單個(gè)檢測(cè)元件42，或者可使用多個(gè)檢測(cè)元件42。在使用多個(gè)檢測(cè)元件 42的情況下，檢測(cè)元件42被附接在軸狀部41c的周邊的多個(gè)位置處，該多個(gè)位置相對(duì)于軸中心對(duì)稱。例如，當(dāng)兩對(duì)夾著軸中心彼此相對(duì)的檢測(cè)元件被相互橋接時(shí)，可以構(gòu)成四規(guī)橋 (four-gauge bridge)(惠其jf通電橋)。每個(gè)檢測(cè)元件42通過(guò)布線纜線(未示出)電連接到控制器144?？刂破?44基于每個(gè)檢測(cè)元件42的檢測(cè)信號(hào)計(jì)算軸狀部41c的應(yīng)變量，從而測(cè)量輪142L的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。[操作實(shí)例]下面將描述包括以上述方式配置的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)200的輪142L的操作。當(dāng)驅(qū)動(dòng)部30的定子32從控制器144接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入，驅(qū)動(dòng)部30的定子32產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，轉(zhuǎn)子31和驅(qū)動(dòng)軸310繞其軸旋轉(zhuǎn)。減速器50以預(yù)定的減速比減少經(jīng)由驅(qū)動(dòng)軸310輸入的旋轉(zhuǎn)速度，從而產(chǎn)生被轉(zhuǎn)換成預(yù)定旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。減速器50的輸出被傳送到旋轉(zhuǎn)構(gòu)件M，從而繞驅(qū)動(dòng)軸310的軸Lx旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件54。當(dāng)定子32旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子31，定子32接收在與轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向上的驅(qū)動(dòng)反作用力。然后，檢測(cè)部40檢測(cè)作用在定子32上的來(lái)自轉(zhuǎn)子31的驅(qū)動(dòng)反作用力，從而檢測(cè)轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。也就是說(shuō)，由于作用在定子32上的驅(qū)動(dòng)反作用力，設(shè)置在基部20 和定子32之間的應(yīng)變體41繞軸Lx發(fā)生形變，并且檢測(cè)元件42檢測(cè)應(yīng)變體41的應(yīng)變?？刂破?44基于檢測(cè)元件42的輸出計(jì)算輪142L的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。對(duì)計(jì)算方法沒(méi)有特別的限制，例如，使用下面的表達(dá)式來(lái)計(jì)算。T = τ *Ζρ· . . (1)Zp = π Kd24"^4) d2}/16. · · (2)τ = ε *Ε/(1+ν). · . (3)其中，T表示旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，τ表示剪切應(yīng)力，Zp表示極截面模量，(I1表示軸狀部41c 的內(nèi)直徑，d2表示軸狀部41c的外直徑，ε表示應(yīng)變，E表示軸狀部41c的縱向彈性模量， 以及ν表示泊松比。如上所述，在該實(shí)施例的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)200中，在沒(méi)有與轉(zhuǎn)子31 —起旋轉(zhuǎn)檢測(cè)部 40的情況下，檢測(cè)轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。從而，可以防止連接到檢測(cè)元件42的布線纜線繞軸 Lx纏繞并中斷，并且可以正確地檢測(cè)無(wú)限旋轉(zhuǎn)輪142L的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
另外，驅(qū)動(dòng)部30經(jīng)由第二電機(jī)框37被固定到基部20，從而應(yīng)變體41可以高精度地檢測(cè)僅僅圍繞軸Lx的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，而不會(huì)受除軸Lx之外的軸部件的影響。應(yīng)注意，第一電機(jī)框35(定子32)通過(guò)軸承構(gòu)件38支持，以可以繞軸Lx相對(duì)于第二電機(jī)框37旋轉(zhuǎn)，從而防止定子32由于驅(qū)動(dòng)反作用力而引起的旋轉(zhuǎn)受到第二電機(jī)框37的干擾。如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，可以正確地檢測(cè)無(wú)限旋轉(zhuǎn)輪142L的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。從而，可以高精度地執(zhí)行對(duì)機(jī)器人設(shè)備100的移動(dòng)控制。另外，還可以檢測(cè)作用在處于靜止?fàn)顟B(tài)的輪142L上的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，從而可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的大小使機(jī)器人設(shè)備100執(zhí)行預(yù)定操作。另外，當(dāng)代替將上述轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)200僅僅安裝在輪142L中，例如，將轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)200安裝在所有的輪中時(shí)，對(duì)機(jī)器人設(shè)備100的轉(zhuǎn)動(dòng)操作變得容易，從而可以改善其機(jī)動(dòng)性。盡管在上面描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于此，而且，基于本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思可以進(jìn)行各種修改。例如，盡管在上述實(shí)施例中使用具有如圖4所示的形狀的應(yīng)變體41作為檢測(cè)部 40，但是，代替此，可以使用具有如圖5所示的形狀的應(yīng)變體71。應(yīng)變體71包括第一環(huán)狀體 71a、第二環(huán)狀體71b和連接部71c。第一環(huán)狀體71a被形成為具有第一直徑，并且包括被固定到基部20的第一端部 (端表面)。第二環(huán)狀體71b被形成為具有第二直徑，并且具有被固定到第一電機(jī)框35的第二端部(端表面)。第一環(huán)狀體71a和第二環(huán)狀體71b彼此同心地設(shè)置。在該實(shí)施例中， 第二環(huán)狀體71b被形成為具有比第一環(huán)狀體71a的直徑大的直徑。連接部71c將第一環(huán)狀體71a與第二環(huán)狀體71b彼此連接。在該實(shí)施例中，徑向地設(shè)置四個(gè)連接部71c。在多個(gè)連接部71c中，預(yù)定的連接部71c被設(shè)置有檢測(cè)元件42。當(dāng)?shù)诙h(huán)狀體71b在圓周方向上相對(duì)于第一環(huán)狀體71a接收旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩時(shí)，每個(gè)連接部71c發(fā)生形變。這些連接部71c的形變由檢測(cè)元件42檢測(cè)并被輸出到控制器144。甚至使用具有這種配置的應(yīng)變體71，也可以有效地檢測(cè)作用在定子32上的轉(zhuǎn)子 31的驅(qū)動(dòng)反作用力。服務(wù)機(jī)器人不限于如圖1所示的實(shí)施例。例如，可以使用如圖6至圖11所示的實(shí)施例。這里，圖6是正視圖、圖7是后視圖，圖8是平面圖，圖9是仰視圖，圖10是右側(cè)視圖， 以及圖11是左側(cè)視圖。另外，盡管在上述實(shí)施例中作為機(jī)器人設(shè)備100的服務(wù)機(jī)器人被描述為一個(gè)實(shí)例，但是本發(fā)明不限于此。本發(fā)明還可以應(yīng)用于不載人機(jī)器人(immarmed vehicle robot) 等。另外，盡管在上述實(shí)施例中描述了本發(fā)明應(yīng)用于檢測(cè)例如輪的無(wú)限旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)矩的實(shí)例，但是本發(fā)明還可以用于檢測(cè)例如機(jī)器人的關(guān)節(jié)部分的任何無(wú)限旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明包含與在2010年8月M日在日本專利局提交的日本在先專利申請(qǐng) JP2010-186887中公開的主題相關(guān)的主題，該專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以進(jìn)行各種修改、組合、子組合和替換，只要其在所附權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備，包括基部；驅(qū)動(dòng)部，該驅(qū)動(dòng)部包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子在第一軸的方向上具有主軸，和定子，該定子被配置為使所述轉(zhuǎn)子繞所述主軸旋轉(zhuǎn)；以及檢測(cè)部，該檢測(cè)部包括應(yīng)變體，該應(yīng)變體包括被固定到所述基部的第一端部，和被固定到所述轉(zhuǎn)子的第二端部，所述應(yīng)變體與所述轉(zhuǎn)子同心地設(shè)置，以及檢測(cè)元件，該檢測(cè)元件被設(shè)置到所述應(yīng)變體上，以檢測(cè)所述應(yīng)變體相對(duì)于所述基部的繞所述第一軸的應(yīng)變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備，還包括被固定到所述基部的框體，以支持所述定子能夠繞所述第一軸旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備，還包括被設(shè)置在所述框體的周圍的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，以由于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而能夠繞所述第一軸旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備，其中所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件是輪胎。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備，其中所述應(yīng)變體包括軸狀部，所述軸狀部在其兩端處包括第一端部和第二端部，以及所述檢測(cè)元件被設(shè)置到所述軸狀部上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備，其中所述應(yīng)變體包括第一環(huán)狀體，該第一環(huán)狀體包括第一端部，并被形成為具有第一直徑， 第二環(huán)狀體，該第二環(huán)狀體包括第二端部，并被形成為具有與所述第一直徑不同的第二直徑，以及連接部，該連接部被配置為連接所述第一環(huán)狀體與第二環(huán)狀體，以及所述檢測(cè)元件被設(shè)置到所述連接部上。
7.一種機(jī)器人設(shè)備，包括主體；驅(qū)動(dòng)部，該驅(qū)動(dòng)部包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子在第一軸的方向上具有主軸，和定子，該定子被配置為使所述轉(zhuǎn)子繞所述主軸旋轉(zhuǎn)；以及檢測(cè)部，該檢測(cè)部包括應(yīng)變體，該應(yīng)變體包括被固定到所述主體的第一端部，和被固定到所述轉(zhuǎn)子的第二端部，所述應(yīng)變體與所述轉(zhuǎn)子同心地設(shè)置，以及檢測(cè)元件，該檢測(cè)元件被設(shè)置到所述應(yīng)變體上，以檢測(cè)所述應(yīng)變體相對(duì)于所述主體的繞所述第一軸的應(yīng)變，以及輪，該輪被耦接到所述轉(zhuǎn)子，以由于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而繞所述第一軸旋轉(zhuǎn)，從而移動(dòng)所述主體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備和機(jī)器人設(shè)備。該轉(zhuǎn)矩檢測(cè)設(shè)備包括基部、驅(qū)動(dòng)部和檢測(cè)部。驅(qū)動(dòng)部包括轉(zhuǎn)子，其在第一軸的方向上具有主軸；和定子，其被配置為使所述轉(zhuǎn)子繞所述主軸旋轉(zhuǎn)。檢測(cè)部包括應(yīng)變體和檢測(cè)元件。應(yīng)變體包括被固定到所述基部的第一端部、和被固定到所述轉(zhuǎn)子的第二端部，并被設(shè)置為與所述轉(zhuǎn)子同心。檢測(cè)元件被設(shè)置到所述應(yīng)變體上，以檢測(cè)所述應(yīng)變體相對(duì)于所述基部的繞所述第一軸的應(yīng)變。
文檔編號(hào)G01L3/10GK102401709SQ20111022894
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者坪井利充, 宮本敦史, 川浪康範(fàn), 河本獻(xiàn)太, 福島哲治, 細(xì)田育英 申請(qǐng)人:索尼公司