協働ロボット関節の力制御を実現し、統合度を向上させるために、ハーモニック減速機内部に統合されたトルクセンサーを提案し、関節出力トルク値を正確に取得してスマート制御の実現を促進する。有限要素法を用いてハーモニック減速機のフレックスホイール底面ひずみと加わるトルクとの関係を解析し；続いて有限要素解析の結果に基づき、フレックスホイール底面の感度グリッドのワイヤ長さ、ワイヤ間隔、位置が異なる場合における底面ひずみとトルク変化のピアソン相関係数の応答面モデルを構築した。モデルを解いて最適な感度グリッド構造パラメータを得て、その構造下で統合型センサーが最良の線形応答を持つことを保証し、ウィートストンブリッジの原理を組み合わせてトルクセンサー構造を設計した；最後に統合トルクセンサーの較正と試験を行った。結果は統合トルクセンサーの感度が0.249 mV/N·m、線形度が0.99974、ヒステリシス誤差が2.19%であることを示している。0〜70 N·mの階段状の荷重トルクを印加して繰り返し実験を行い、統合トルクセンサーが標準トルクセンサーに対して平方平均二乗誤差は0.89〜0.98 N·mであった。±70 N·mの範囲で正弦波状に変化する荷重トルクを印加し、平方平均二乗誤差は0.96〜1.05 N·mであった。この統合トルクセンサーは負荷トルクを比較的正確に感知でき、協働ロボット関節の力制御の実現やロボットシステムの統合度向上に寄与する。

トルクセンサー;ハーモニック減速機;有限要素解析;感度グリッド;応答面法