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    • 专利摘要:
    EinAntriebsmechanismus weist einen Motor und eine Wellengetriebevorrichtungauf. Drei Sätzevon Drehmomentsensoren sind bei Intervallen von 120° an einerMembran eines flexiblen außenverzahnten Zahnrads der Wellengetriebevorrichtung angebracht. In demRotationswinkeldetektionsteil der Signalverarbeitungsschaltung werdenSignalkomponenten, welche in den Ausgaben der Drehmomentsensorenenthalten sind und welche in der Form zweier Zyklen einer Sinuswellepro Rotation des Wellengenerators variieren und synchron mit einemRotationswinkel des Wellengenerator sind, extrahiert, und eine Koordinatentransformationwird fürdie erhaltenen Drei-Phasen-Sinussignale durchgeführt, um Zwei-Phasen-Sinussignalezu berechnen, die 90° außer Phasesind, wobei der Rotationswinkel des Wellengenerators basierend aufdiesen Signalen berechnet wird. Es ist ohne separates Vorsehen einesRotationswinkeldetektors möglich, denRotationswinkel des Wellengenerators mittels der Ausgaben der Drehmomentsensorenzu detektieren.
    公开号:DE102004021058A1
    申请号:DE102004021058
    申请日:2004-04-29
    公开日:2004-11-18
    发明作者:Masashi Horiuchi；Naoki Kanayama
    申请人:Harmonic Drive Systems Inc；
    IPC主号:G01L3-10
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Rotationswinkeldetektionsvorrichtungund ein Rotationswinkeldetektionsverfahren, welche einen Rotationswinkeleines Wellengenerators einer Wellengetriebevorrichtung bzw. mitwellenartiger Bewegung arbeitenden Getriebevorrichtung detektierenkönnen,basierend auf der Ausgabe von Dehnungsdetektionselementen bzw. Verformungsdetektionselementen, welchean der Wellengetriebevorrichtung angebracht sind.
    [0002] EineWellengetriebevorrichtung weist üblicherweiseein ringförmiges,starres innen verzahntes Zahnrad, ein flexibles außen verzahntesZahnrad, das innerhalb des starren innen verzahnten Zahnrads angeordnetist, und einen Wellengenerator, der einen ovalen Umriss hat, auf.Das flexible außenverzahnte Zahnrad wird in eine elliptische Form durch den Wellengeneratorgebogen und ist mit dem starren innen verzahnten Zahnrad an beidenEnden der Hauptachse der elliptischen Form in Eingriff. Wenn derWellengenerator durch einen Motor oder dergleichen rotiert wird,bewegen sich die Eingriffspositionen beider Zahnräder in einerUmfangsrichtung, und aufgrund einer Differenz in der Anzahl vonZähnen zwischendiesen Zahnrädernwird eine verlangsamte Rotationsausgabe von einem der Zahnräder erhalten.
    [0003] EineKonstruktion, bei der mehrere Sätze vonDehnungsmessern, insbesondere Dehnungsmessstreifen, an eine Membrandes flexiblen außen verzahntenZahnrads bei Intervallen eines vorbestimmten Winkels rund um eineZentralachse davon herum angebracht sind, so dass eine Fehlerkomponenteaufgrund einer zyklischen Verlagerung des flexiblen außen verzahntenZahnrads, welche durch den. Wellengenerator bewirkt ist, eliminiertwird, ist als ein Drehmomentsensor für eine Wellengetriebevorrichtungbekannt. Basierend auf den Ausgaben dieser Sätze von Dehnungsmessern istes möglich, Fehlerkomponenten(Variationen in der Rotationsgeschwindigkeit) aufgrund von Versetzungdes flexiblen außenverzahnten Zahnrads, die nicht in Bezug zu dem Übertragungsdrehmoment stehen,vollständig zueliminieren, so dass das Drehmoment präzise detektiert werden kann.
    [0004] Hierbeiwird das in eine elliptische Form gebogene, flexible, außen verzahnteZahnrad wiederholt in einer radialen Richtung bei einer Rate von zweiZyklen pro einzelner Rotation verlagert. Demgemäß ist eine Fehlerkomponente,die sinusförmigin zwei Zyklen pro einzelner Rotation eines Wellengenerators variiert,in einer Ausgabe des Dehnungsmessers enthalten. Der Anmelder dervorliegenden Anmeldung hat die Verwendung dieser Fehlerkomponentebei der Detektion eines Rotationswinkels des flexiblen Außengetriebesoder des starren Innengetriebes, welches ein Ausgabeelement einerWellengetriebevorrichtung ist, in JP-A-10-19554 vorgeschlagen.
    [0005] DieWellengetriebevorrichtung wird typischerweise in Verbindung miteinem AC-Servomotor oder dergleichen verwendet, um einen Antriebsmechanismusin einem industriellen Roboter, einer Präzisionsbearbeitungsausrüstung oderdergleichen zu bilden. In solchen Antriebsmechanismen ist es wesentlich,den Rotationswinkel der Motorwelle zu detektieren, um den Antriebdes Motors zu kontrollieren.
    [0006] Esist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotationswinkeldetektionsvorrichtungund ein Rotationswinkeldetektionsverfahren bereitzustellen, welcheeinen Rotationswinkel eines Wellengenerators, der mit einer Motorausgabewelleverbunden ist, detektieren kann, basierend auf Ausgaben von Dehnungsdetektionselementenwie Dehnungsmessern, welche an einer Wellengetriebevorrichtung angeordnetsind, und der keinen Winkeldetektor für die Motorwelle benötigt.
    [0007] Umdie obigen und weitere Aufgaben zu erreichen, ist die vorliegendeErfindung auf eine Rotationswinkeldetektionsvorrichtung für eine Wellengetriebevorrichtunggerichtet, die ein ringförmiges,starres innen verzahntes Zahnrad, ein flexibles außen verzahntesZahnrad und einen Wellengenerator mit einer elliptischen Form, derdas flexible außenverzahnte Zahnrad in eine elliptische Form biegt, so dass es teilweisemit dem starren innen verzahnten Zahnrad in Eingriff ist, und Eingriffspositionender zwei Zahnräderin einer Umfangsrichtung bewegt, aufweist, aufweisend: einerstes, ein zweites und ein drittes Dehnungsdetektionselement, diein Intervallen von 120° ineiner Umfangsrichtung entweder an dem starren innen verzahnten Zahnradoder an dem flexiblen außen verzahntenZahnrad angeordnet sind; eine Signalkomponentenextraktionseinheit,welche aus Ausgaben der genannten Dehnungsdetektionselemente Signalkomponentenextrahiert, die als zwei Zyklen einer Sinuswelle pro Rotation desWellengenerators erscheinen und synchron sind mit einem Rotationswinkeldes Wellengenerators; eine Signalverarbeitungseinheit, dieZwei-Phasen-Sinussignale erzeugt, die 90° außer Phase sind, durch Ausführen einerKoordinatentransformation an den Drei-Phasen-Sinussignalen, die120° außer Phasesind und aus den Ausgaben der genannten Dehnungsdetektionselementeextrahiert wurden; und eine Winkelberechnungseinheit, die einenRotationswinkel des Wellengenerators basierend auf den Zwei-Phasen-Sinussignalenberechnet.
    [0008] Gemäß der vorliegendenErfindung ist es möglich,den Rotationswinkel des Wellengenerators basierend auf den Ausgabenvon Dehnungsdetektionselementen zu detektieren. Es ist daher möglich, denRotationswinkel einer Motorwelle eines AC-Servomotors oder dergleichen,mit dem der Wellengenerator verbunden ist, zu detektieren. Diesbedeutet, dass ein Winkeldetektor für die Motorwelle nicht an derMotorseite benötigtwird, so dass ein Antriebsmechanismus, der aus einem Motor und einerWellengetriebevorrichtung zusammengesetzt ist; kleiner und kompaktergemacht werden kann und bei geringen Kosten erreicht werden kann.
    [0009] Hierbeikann das flexible außenverzahnte Zahnrad einen zylindrischen Rumpfteil, eine ringförmige Membran,die sich von einem Ende des zylindrischen Rumpfteils auswärts odereinwärtsin einer radialen Richtung erstreckt, eine verdickte Nabe, die entwederan einen äußeren Umfangsrandoder einen inneren Umfangsrand der Membran angrenzt, und externeZähne,welche an einer äußeren Umfangsfläche desanderen Endbereichs des zylindrischen Rumpfteils, an der eine Öffnung ausgebildetist, ausgebildet sind, aufweisen.
    [0010] Daserste, zweite und dritte Dehnungsdetektionselement können auchan dem flexiblen außen verzahntenZahnrad angeordnet sein.
    [0011] Außerdem kanneine Mehrzahl von Dehnungsmessern als die genannten Dehnungsdetektionselementeverwendet werden.
    [0012] AlsNächstesweist ein Antriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindungeinen Servomotor, eine Wellengetriebevorrichtung und eine oben genannteRotationswinkeldetektionsvorrichtung für die Wellengetriebevorrichtungauf, wobei eine Motorwelle des Servomotors an einem Wellengenerator derWellengetriebevorrichtung befestigt ist und ein Rotationswinkelder Motorwelle durch die Rotationswinkeldetektionsvorrichtung detektiertwird.
    [0013] Andererseitsist gemäß der vorliegendenErfindung ein Rotationswinkeldetektionsverfahren vorgesehen zumDetektieren eines Rotationswinkels eines Wellengenerators einerWellengetriebevorrichtung mit einem ringförmigen, starren innen verzahntenZahnrad, einem flexiblen außenverzahnten Zahnrad und einem Wellengenerator mit einer elliptischenForm zum Biegen des flexiblen außen verzahnten Zahnrads ineine elliptische Form, so dass es teilweise mit dem starren innenverzahnten Zahnrad in Eingriff ist und Eingriffspositionen der zwei Zahnräder in Umfangsrichtungbewegt, aufweisend die folgenden Schritte: Anordnen eines ersten,eines zweiten und eines dritten Dehnungsdetektionselements in Intervallenvon 120° inder Umfangsrichtung entweder an dem starren innen verzahnten Zahnradoder dem flexiblen außenverzahnten Zahnrad; Extrahieren von Signalkomponenten aus Ausgaben dergenannten Dehnungsdetektionselemente, die als zwei Zyklen einerSinuswelle pro Rotation des Wellengenerators erscheinen und synchronmit einem Rotationswinkel des Wellengenerators sind; Erzeugenvon Zwei-Phasen-Sinussignalen, die 90° außer Phase sind, durch Ausführen einerKoordinatentransformation an den Drei-Phasen-Sinussignalen, die120° außer Phasesind und aus den Ausgaben der Dehnungsdetektionselemente extrahiert wurden;und Berechnen eines Rotationswinkels des Wellengenerators basierendauf den Zwei-Phasen-Sinussignalen.
    [0014] 1 zeigt schematisch einBeispiel eines Antriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
    [0015] 2 ist ein erklärendes Diagramm,welches Positionen von Drehmomentsensoren zeigt, welche an einemWellengenerator der Wellengetriebevorrichtung aus 1 angebracht sind;
    [0016] 3 ist ein Graph, welcheraus den Ausgaben der Drehmomentsensoren extrahierte Drei-Phasen-Sinussignalezeigt;
    [0017] 4 ist ein Graph, der Zwei-Phasen-Sinussignalezeigt, welche durch Ausführeneiner Koordinatentransformation an Drei-Phasen-Sinussignalen erhaltenwurde; und
    [0018] 5A bis 5C sind Graphen, welche Beispiele vonDrei-Phasen-Sinussignalen, Zwei-Phasen-Sinussignalen und Berechnungsergebnissenfür einenWinkelausgabewert, der aus Ausgaben aufgefunden ist, welche vonDrehmomentsensoren der Wellengetriebevorrichtung aus 1 erhalten wurden, zeigen.
    [0019] EinBeispiel eines Antriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindungwird unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
    [0020] 1 ist ein erklärendes Diagramm,welches den Antriebsmechanismus zeigt. Der Antriebsmechanismus 1 istein Beispiel, bei dem ein Drehmomentsensor und ein Winkeldetektorintegral ausgeführtsind.
    [0021] DerAntriebsmechanismus 1 weist einen AC-Servomotor 2,eine als eine Untersetzungsvorrichtung dienende Wellengetriebevorrichtung 3 und eineAntriebssteuerschaltung 4 auf. Die Antriebssteuerschaltung 4 empfängt Übertragungsdrehmomentinformationfür dieWellengetriebevorrichtung 3 und Rotationswinkelinformationfür einenWellengenerator daran von einer Signalverarbeitungsschaltung 7,die ein Drehmomentdetektionsteil 5 und ein Rotationswinkeldetektionsteil 6 aufweist.Detektionssignale von drei Sätzenvon Drehmomentsensoren 11 bis 13 werden in dasDrehmomentdetektionsteil 5 und das Rotationswinkeldetektionsteil 6 eingegeben. EineDrehmomentdetektionsvorrichtung ist durch diese Drehmomentsensoren 11 bis 13 unddas Drehmomentdetektionsteil 5 ausgebildet. In der vorliegendenAusführungsformbilden die Drehmomentsensoren 11 bis 13 und dasRotationswinkeldetektionsteil 6 auch eine Rotationswinkeldetektionsvorrichtung.
    [0022] DieWellengetriebevorrichtung 3 hat ein ringförmiges,starres innen verzahntes Zahnrad 21, ein becherförmiges,flexibles außenverzahntes Zahnrad 22 und einen Wellengenerator 23 miteiner elliptischen Form. Der Wellengenerator 23 ist indas flexible außenverzahnte Zahnrad 22 eingepasst, um es in eine elliptischeForm zu biegen. Als Ergebnis greift das flexible außen verzahnteZahnrad 22 in das starre innen verzahnte Zahnrad 21 anbeiden Enden der Hauptachse der Ellipse ein. Der Wellengenerator 23 istan einer Motorwelle 1a des AC-Servomotors 2 befestigt. Wennder Wellengenerator 23 rotiert, bewegen sich Eingriffspositionender Zahnräder 21, 22 in einerUmfangsrichtung, und aufgrund der Differenz in der Anzahl der Zähne zwischendiesen Zahnrädern wirdeine Relativrotation zwischen ihnen erzeugt. Als ein Beispiel istdas starre innen verzahnte Zahnrad 21 fixiert, und dieRelativrotation der Zahnräderwird von dem flexiblen außenverzahnten Zahnrad 22 als eine Rotationsausgabe reduzierterDrehzahl ausgegeben und an eine Lastseite (nicht gezeigt) übertragen.
    [0023] Dasflexible außenverzahnte Zahnrad 22 hat einen zylindrischen Rumpfteil 221,eine scheibenförmigeMembran 222, welche ein Ende des zylindrischen Rumpfteils 221 schließt, eineverdickte Nabe 223, welche in einem Zentralteil der Membran 222 ausgebildetist, und externe Zähne 224,welche an einem äußeren Umfangsflächenteileines Öffnungsbereichsan dem anderen Ende des zylindrischen Rumpfteils 221 ausgebildetsind.
    [0024] 2 zeigt die Positionen derdrei Sätzevon Drehmomentsensoren 11 bis 13, welche an der Membran 222 desflexiblen außenverzahnten Zahnrads 22 der Wellengetriebevorrichtung 3 angeklebt sind.Die Drehmomentsensoren 11 bis 13 sind bei Intervallenvon 120° umdie Vorrichtungsachse 2a angeordnet. Die jeweiligen Drehmomentsensoren 11 bis 13 weisenzwei Dehnungsmesser (11a, 11b), (12a, 12b)und (13a, 13b) auf, welche an die Membran 222 angeklebtsind, wobei jedes Paar von Dehnungsmessern so angebracht ist, dasssich die Dehnungsmesser bei 90° miteinanderschneiden. Diese Dehnungsmesser 11a bis 13b sindderart verbunden, dass sie eine Brückenschaltung bilden, derenAusgaben in das Drehmomentdetektionsteil 5 eingegeben werden,so dass das Übertragungsdrehmoment über dieWellengetriebevorrichtung 3 berechnet wird.
    [0025] Andererseitsextrahiert das Rotationswinkeldetektionsteil 6 die Fehlerkomponenten(Variationen in der Rotationsgeschwindigkeit), welche als eine Zwei-Zyklen-Sinuwellepro Rotation des Wellengenerators 23 auftreten, aus denAusgaben der drei Sätze vonDrehmomentsensoren 11 bis 13. Mit anderen Wortenextrahiert das Rotationswinkeldetektionsteil 6 eine Signalkomponentein Synchronisation mit dem Rotationswinkel des Wellengenerators 23.Wie in 3 gezeigt, werdendie aus den Ausgaben der jeweiligen Drehmomentsensoren 11 bis 13 extrahiertenFehlerkomponenten als die Drei-Phasen-Sinussignale 11S, 12S, 13S,die 120° außer Phasesind, erhalten. Die horizontale Achse des Graphen in 3 zeigt den Rotationswinkeldes Wellengenerators 23. Durch Ausführen einer Koordinatentransformationan den Drei-Phasen-Sinussignalen 11S, 12S, 13S erzeugtdas Rotationswinkeldetektionsteil 6 als Nächstes Zwei-Phasen-SinussignaleA und B, die 90° außer Phasesind. Diese Zwei-Phasen-Sinussignale A und B sind in 4 gezeigt. Durch Ausführen einer Arctan-Berechnung,basierend auf diesen Zwei-Phasen-Sinussignalen A und B, die 90° außer Phase sind,berechnet das Rotationswinkeldetektionsteil 6 den Rotationswinkeldes Wellengenerators 23.
    [0026] DasRotationswinkeldetektionsteil 6 liest nämlich die Spannungsausgabender Drehmomentsensoren 11 bis 13 (d.h. Spannungswerteder jeweiligen Sinussignale 11S bis 13S in 3) zu einem gegebenen Momentaus, erzeugt zwei Werte (die Werte der jeweiligen Sinussignale Aund B in 4) aus diesendrei Werten übereine Koordinatentransformation und führt eine Arctan-Berechnungfür diese Werteaus, um den Rotationswinkel des Wellengenerators 23 zuberechnen.
    [0027] Aufdiese Weise werden in dem Antriebsmechanismus 1 dieserAusführungsformFehlerkomponenten, welche in der Ausgabe der Drehmomentsensoren 11 bis 13 derals eine Untersetzungsvorrichtung dienenden Wellengetriebevorrichtung 3 indem Rotationswinkeldetektionsteil 6 verwendet, um den Rotationswinkeldes Wellengenerators 23 zu detektieren. Der Wellengenerator 23 istan der Motorwelle 1a befestigt, so dass der Rotationswinkelder Motorwelle 1a detektiert werden kann, ohne einen Rotationswinkeldetektorfür dieMotorwelle 1a separat bereitzustellen.
    [0028] 5A bis 5C zeigen experimentelle Daten, welchedurch Verwendung der wie oben aufgebauten Wellengetriebevorrichtung 3 erhaltenwurden. 5A zeigt dieDrei-Phasen-Sinussignale 11S bis 13S, welche ausden Ausgaben der jeweiligen Drehmomentsensoren 11 bis 13 extrahiertwurden. Wenn diese Drei-Phasen-Sinussignale 11S bis 13S ineinem dreidimensionalen Raum gezeichnet werden, wird ein perfekterKreis in einer Ebene gezogen, die durch einen Normalenvektor definiertist, der durch den Ursprung verläuftund die Koordinaten (1, 1, 1) hat. Durchzweifaches Ausführeneiner Rotationskoordinatentransformation in einem dreidimensionalenRaum ist es möglich,die Ebene, auf der der Kreis gezogen ist, auf die X-Y-Ebene derräumlichen Koordinatenzu superponieren. Die notwendigen Rotationstransformationen sindeine Rotation von –45° um die Y-Achseund eine Rotation von arcsin (1/√3)° um die X-Achse.Um die berechneten Werte an die tatsächlichen Werte anzupassen,ist auch eine Rotationstransformation um die Z-Achse notwendig zur Ausrichtungmit dem Anfangspunkt fürdie Datenmessung. 5B zeigtdie Zwei-Phasen-Sinussignale A, B, welche durch Koordinatentransformationender Drei-Phasen-Sinussignale 11S bis 13S erhaltenwurden, wobei diese Signale aus einer Rotationskonversion von 24,74° um die Z-Achseresultieren.
    [0029] 5C ist ein Graph, welcherberechnete Winkelwerte zeigt, welche durch Berechnen eines Arcustangens aus den Zwei-Phasen-Sinussignalen A und B erhalten wurden.
    [0030] Inder obigen Ausführungsformist das flexible außenverzahnte Zahnrad ein becherförmiges, aberdie vorliegende Erfindung kann auch angewendet werden, wenn einflexibles außenverzahntes Zahnrad einer anderen Form, wie einer Zylinderhutform(silk hat-shape), verwendet wird.
    [0031] DieDrehmomentsensoren könnenan Teilen des flexiblen außenverzahnten Zahnrads abseits von der Membran angeordnet sein. DieDrehmomentsensoren könnenauch an dem starren innen verzahnten Zahnrad anstatt an dem flexiblenaußen verzahntenZahnrad angeordnet sein.
    [0032] Außerdem istes möglich,neben Dehnungsmessern vom Kontakttyp Magnetostriktionsdetektionselementevom Nicht-Kontakttyp als die Drehmomentsensoren zu verwenden.
    [0033] Andererseitssind in dem obigen Beispiel die Drehmomentsensoren und der Rotationswinkeldetektorintegral zusammengesetzt. Selbst wenn ein Rotationswinkeldetektorseparat montiert ist, sind Dehnungsdetektionselemente, wie Dehnungsmesser,an dem flexiblen außenverzahnten Zahnrad oder dem starren innen verzahnten Zahnrad angeordnet.Es ist z.B. möglich,die Dehnungsdetektionselemente an die Membran des flexiblen außen verzahntenZahnrads zu kleben. Da in diesem Fall Dehnung und Kompression durchdie angebrachten Dehnungsmesser gemessen werden, ist ein Paar von Dehnungsmessernmit einem Messer parallel zu der radialen Richtung der Membran unddem anderen Messer senkrecht zu diesem Messer angebracht.
    [0034] Gemäß der Rotationswinkeldetektionsvorrichtungund dem Rotationswinkeldetektionsverfahren für eine Wellengetriebevorrichtunggemäß der vorliegendenErfindung wird der Rotationswinkel des Wellengenerators wie obenbeschrieben mittels Signalkomponenten detektiert, welche in derAusgabe der Dehnungsdetektionselemente enthalten sind, welche synchronmit dem Rotationswinkel eines Wellengenerators sind und welche inder Form von zwei Zyklen einer Sinuswelle in einer Rotation desWellengenerators variieren. Bei einem Antriebsmechanismus, welcherso aufgebaut ist, dass eine Wellengetriebevorrichtung, die dieseRotationswinkeldetektionsvorrichtung aufweist, mit einer Motorwelleverbunden ist, ist es demgemäß möglich, denRotationswinkel der Motorwelle zu detektieren, ohne einen Rotationswinkeldetektorfür dieMotorwelle vorzusehen. Es ist daher möglich, einen Antriebsmechanismuszu realisieren, der klein, kompakt und kostengünstig ist.
    [0035] Zusammenfassendweist ein Antriebsmechanismus einen Motor und eine Wellengetriebevorrichtungauf. Drei Sätzevon Drehmomentsensoren sind bei Intervallen von 120° an einerMembran eines flexiblen außenverzahnten Zahnrads der Wellengetriebevorrichtung angebracht. Indem Rotationswinkeldetektionsteil der Signalverarbeitungsschaltung werdenSignalkomponenten, welche in den Ausgaben der Drehmomentsensorenenthalten sind und welche in der Form zweier Zyklen einer Sinuswelle proRotation des Wellengenerators variieren und synchron mit einem Rotationswinkeldes Wellengenerators sind, extrahiert, und eine Koordinatentransformationwird fürdie erhaltenen DreiPhasen-Sinussignale durchgeführt, um Zwei-Phasen-Sinussignalezu berechnen, die 90° außer Phasesind, wobei der Rotationswinkel des Wellengenerators basierend auf diesenSignalen berechnet wird. Es ist ohne separates Bereitstellen einesRotationswinkeldetektors möglich,den Rotationswinkel des Wellengenerators mittels der Ausgaben derDrehmomentsensoren zu detektieren.
    权利要求:
    Claims (6)
    [1] Rotationswinkeldetektionsvorrichtung für eine Wellengetriebevorrichtung,die ein ringförmiges,starres innen verzahntes Zahnrad (21), ein flexibles außen verzahntesZahnrad (22) und einen Wellengenerator (23) miteiner elliptischen Form zum Biegen des flexiblen außen verzahntenZahnrads in eine elliptische Form, so dass es teilweise mit demstarren innen verzahnten Zahnrad (21) in Eingriff ist,und zum Bewegen von Eingriffspositionen der zwei Zahnräder (21, 22)in Umfangsrichtung aufweist, aufweisend: ein erstes, ein zweitesund ein drittes Dehnungsdetektionselement (11, 12, 13),die in Intervallen von 120° inder Umfangsrichtung entweder an dem starren innen verzahnten Zahnrad(21) oder an dem flexiblen außen verzahnten Zahnrad (22)angeordnet sind; eine Signalkomponentenextraktionseinrichtung(7), welche aus Ausgaben der genannten Dehnungsdetektionselemente(11, 12, 13) Signalkomponenten extrahiert,die als zwei Zyklen einer Sinuswelle pro Rotation des Wellengenerators(23) erscheinen und synchron sind mit einem Rotationswinkeldes Wellengenerators (23); eine Signalverarbeitungseinrichtung,die Zwei-Phasen-Sinussignale erzeugt, die 90° außer Phase sind, durch Ausführen einerKoordinatentransformation an den Drei-Phasen-Sinussignalen, die120° außer Phasesind und aus den Ausgaben der genannten Dehnungsdetektionselemente(11, 12, 13) extrahiert wurden; und eineWinkelberechnungseinrichtung, die einen Rotationswinkel des Wellengeneratorsbasierend auf den Zwei-Phasen-Sinussignalen berechnet.
    [2] Rotationswinkeldetektionsvorrichtung für eine Wellengetriebevorrichtung(3) nach Anspruch 1, wobei das flexible außen verzahnteZahnrad (22) einen zylindrischen Rumpfteil, eine ringförmige Membran (222),die sich von einem Ende des zylindrischen Rumpfteils (221)auswärtsoder einwärtsin einer radialen Richtung erstreckt, eine verdickte Nabe (223), dieentweder an einen äußeren Umfangsrandoder an einen inneren Umfangsrand der Membran (222) grenzt,und externe Zähne(224), welche an einem äußeren Umfangsflächenbereicheines Öffnungsendesdes zylindrischen Rumpfteils (221) ausgebildet sind, aufweist.
    [3] Rotationswinkeldetektionsvorrichtung für eine Wellengetriebevorrichtung(3) nach Anspruch 2, wobei die genannten Dehnungsdetektionselemente(11, 12, 13) an dem flexiblen außen verzahntenZahnrad (22) angeordnet sind.
    [4] Rotationswinkeldetektionsvorrichtung für eine Wellengetriebevorrichtung(3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die genanntenDehnungsdetektionselemente (11, 12, 13)jeweils eine Mehrzahl von Dehnungsmessern aufweisen.
    [5] Antriebsmechanismus (1) mit einem Servomotor(2), einer Wellengetriebevorrichtung (3) und der Rotationswinkeldetektionsvorrichtunggemäß einem derAnsprüche1 bis 4, wobei eine Motorwelle (1a) des Servomotorsan dem Wellengenerator (23) der Wellengetriebevorrichtung (3)befestigt ist, und ein Rotationswinkel der Motorwelle (1a)durch die Rotationswinkeldetektionsvorrichtung detektiert wird.
    [6] Rotationswinkeldetektionsverfahren zum Detektiereneines Rotationswinkels eines Wellengenerators (23) in einerWellengetriebevorrichtung (3) mit einem ringförmigen,starren innen verzahnten Zahnrad (21), einem flexiblenaußenverzahnten Zahnrad (22) und dem Wellengenerator (23)mit einer elliptischen Form zum Biegen des flexiblen außen verzahntenZahnrads in eine elliptische Form, so dass es teilweise mit demstarren innen verzahnten Zahnrad (21) in Eingriff ist zumBewegen von Eingriffspositionen der zwei Zahnräder in Umfangsrichtung, aufweisenddie folgenden Schritte: Anordnen eines ersten, eines zweitenund eines dritten Dehnungsdetektionselements (11, 12, 13)in Intervallen von 120° inder Umfangsrichtung entweder an dem starren innen verzahnten Zahnrad(21) oder dem flexiblen außen verzahnten Zahnrad (23); Extrahierenvon Signalkomponenten aus Ausgaben der genannten Dehnungsdetektionselemente(11, 12, 13), die als zwei Zyklen einerSinuswelle pro Rotation des Wellengenerators (3) erscheinenund synchron mit einem Rotationswinkel des Wellengenerators (3)sind; Erzeugen von Zwei-Phasen-Sinussignalen, die 90° außer Phasesind, durch Ausführeneiner Koordinatentransformation an den Drei-Phasen-Sinussignalen, die120° außer Phasesind und aus den Ausgaben der Dehnungsdetektionselemente (11, 12, 13) extrahiertwurden; und Berechnen eines Rotationswinkels des Wellengenerators(3) basierend auf den Zwei-Phasen-Sinussignalen.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-07-22| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2017-02-24| R016| Response to examination communication|
    2017-07-12| R082| Change of representative|Representative=s name: SCHMITT-NILSON SCHRAUD WAIBEL WOHLFROM PATENTA, DE |
    2017-12-18| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2019-01-08| R020| Patent grant now final|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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