(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状側壁を有する一端が開放された円筒状のハウジングと；
前記ハウジングの内部に回転可能に装着される回転部材と；
前記ハウジングと前記回転部材の結束を維持または解除させる、前記ハウジングの内部の前記ハウジングと前記回転部材との間に設けられたカムと；を備えており、
前記カムは、前記回転部材に従属されて前記回転部材と一緒に回転し、前記回転部材から独立して前記回転部材と別途に前記回転部材の軸方向に移動するように前記回転部材と結合され、
前記カムは、前記回転部材に一定大きさ未満の外力が印加される場合、前記ハウジングとの結束を維持し、前記回転部材に一定大きさ以上の外力が印加される場合、前記ハウジングとの結束を解除するように前記ハウジングと結合され、
前記カムは、前記ハウジングと結合されるローラを備え、
前記ハウジングの前記円筒状側壁に、前記ローラを結束させた状態と、前記ローラとの結束を解除させた状態と、を相互に遷移可能なカムガイド部を設け、これら２つの状態の遷移によって、前記ハウジングと前記回転部材の結束の維持または解除を制御するコンプライアントジョイント。
【請求項２】
前記カムと前記回転部材は、互いに挿入方式で結合されることを特徴とする請求項１に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項３】
前記カムは、前記回転部材に挿入される伝達軸を備えており、前記回転部材は、前記伝達軸を収容する装着孔を備えることを特徴とする請求項２に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項４】
前記伝達軸及び前記装着孔は、前記カム及び前記回転部材の回転中心から一定距離だけ離隔して形成されることを特徴とする請求項３に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項５】
前記伝達軸及び前記装着孔は、複数個形成されることを特徴とする請求項３に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項６】
前記カムガイド部は、前記ローラが挿入される定着溝を備えており、
前記ローラが前記定着溝に挿入される場合、前記カムと前記ハウジングが結束されることで、前記回転部材と前記ハウジングが結束されることを特徴とする請求項１に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項７】
前記定着溝は、段差を有して形成されることを特徴とする請求項６に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項８】
前記カムガイド部は、前記ローラが転がる転がり部を備えており、
前記ローラが前記転がり部で転がる場合、前記カムと前記ハウジングの結束が解除されることで、前記回転部材と前記ハウジングの結束が解除されることを特徴とする請求項１に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項９】
前記カムガイド部は、前記ローラの移動を制限するストッパーを備えており、
前記ローラの移動が前記ストッパーによって制限される場合、前記カムの回転が制限されることで、前記回転部材の回転が制限されることを特徴とする請求項１に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項１０】
前記転がり部は、前記円筒状側壁上で前記開放された前記一端に向かって凸となる円弧形状に形成され、前記カムを前記回転部材と一緒に回転させると同時に、前記回転部材と別途に前記回転部材の軸方向に移動させることを特徴とする請求項８に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項１１】
前記カムが前記回転部材に密着するように、前記カムと前記回転部材との間には弾性部材が装着されることを特徴とする請求項１に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項１２】
前記カムと前記ハウジングとの間に弾性部材が装着され、前記カムが前記ハウジングに密着することを特徴とする請求項１に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項１３】
前記弾性部材は、圧縮コイルスプリングを含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項１４】
前記伝達軸の端部に磁石が設置され、前記装着孔に電磁石が設置され、
前記回転部材と前記ハウジングの結束を解除させるために必要な外力を調節できるように、前記電磁石に印加される電流を調節する制御部を備えることを特徴とする請求項３に記載のコンプライアントジョイント。
【請求項１５】
相互回転可能に設けられる円筒状側壁を有する一端が開放された円筒状のハウジング及び前記ハウジングの内部に装着される回転部材と；
前記ハウジングの内部の前記ハウジングと前記回転部材との間に設けられ、前記ハウジング及び前記回転部材とそれぞれ結合されるカムと；を備えており、
前記カムは、前記回転部材と結合され、前記回転部材と一緒に回転すると同時に、前記回転部材と別途に前記回転部材の軸方向に移動するように設けられ、
前記カムは、前記ハウジングと結合され、一定大きさ未満の外力下では前記カムと前記ハウジングの結束が維持され、一定大きさ以上の外力下では前記カムとハウジングの結束が解除されるように設けられ、
前記カムは、前記ハウジングと結合されるローラを備え、
前記ハウジングの前記円筒状側壁に、前記ローラを結束させた状態と、前記ローラとの結束を解除させた状態と、を相互に遷移可能なカムガイド部を設け、これら２つの状態の遷移によって、前記ハウジングと前記回転部材の結束の維持または解除を制御するコンプライアントジョイント。
【請求項１６】
前記カムは伝達軸を備えており、前記回転部材は装着孔を備えており、前記伝達軸が前記装着孔に挿入され、前記カムと前記回転部材が挿入方式で結合されることを特徴とする請求項１５に記載のコンプライアントジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプライアントジョイントに関するもので、より詳細には、ロボットに一定の値以上の外力が加えられる場合、ロボットに柔軟性を付加し、ロボットに一定の値未満の外力が加えられる場合、ロボットが剛性を維持できるようにするコンプライアントジョイントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットは、人間による動作や監督なしにも正確な作業を遂行するために、生産ラインなどで広範囲に使用されている。例えば、自動車産業で使用されているロボットは、人間と相互作用しない状態で自動車の本体を運搬または溶接するなどの多様な作業を遂行している。
【０００３】
これと反対に、知能型サービスロボットは、人間と相互作用しながら人間の活動空間内で作業を遂行するようになる。例えば、掃除ロボットの場合、室内空間で埃などの汚染度を把握して掃除することで、人間に必要なサービスを提供している。しかしながら、知能型サービスロボットは、作業遂行中に予期しない障害物と衝突する危険がある。すなわち、知能型サービスロボットは、人間と衝突して人間に衝撃を加えることで、人間に予期しない事故を発生させる危険がある。そのため、知能型サービスロボットと人間との相互作用が可能になるように、知能型サービスロボットを人間に安全な形態に設計することが重要な設計仕様となる。
【０００４】
知能型サービスロボット（以下、‘ロボット'という。）が人間に衝撃を加えるとき、人間が衝撃を受けないようにロボットに柔軟性を与える。このような技術的解決方案をロボットコンプライアンス（ｒｏｂｏｔ  ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）という。すなわち、ロボットと人間との衝突によってロボットに一定の値以上の外力が伝達される場合、ロボットに柔軟性を付加して人間の怪我を防止し、ロボットに一定の値未満の外力が伝達される場合、ロボットが剛性を維持できるようにし、ロボットの作業遂行を円滑にすることをロボットコンプライアンスという。
【０００５】
ロボットにコンプライアンスを与える方法には、能動的な方法と受動的な方法がある。能動的な方法は、ロボットに装着された力／トルクセンサーのフィードバック信号を制御器で感知し、外部から作用した力や衝撃に対して適切に対処する方法である。また、受動的な方法は、スプリング、ダンパーなどの要素を用いて機械的なメカニズムで安全性を具現する方法である。
【０００６】
能動的な方法は、センサーを使用し、フィードバック信号によって制御するので、安全性を具現するのに限界を有している。例えば、ビジョンセンサーを使用する場合、分解能が低いので、速い速度で外部から衝撃が加えられると、これに対する即刻的な対処が難しい。また、センサーの信号にノイズが混合される場合と、制御可能な帯域幅以上の外部衝撃がある場合に対応できないという限界を有している。
【０００７】
しかしながら、受動的な方法は、特別なセンサーを使用せずに機械メカニズムで衝撃を吸収するので、反応速度が速く、誤作動の危険も小さい。したがって、受動的な方法のみを使用して人間とロボットの安全性を維持できるメカニズムの開発が要求される。すなわち、受動コンプライアンスを具現し、ロボットシステムを根本的に安全に設計及び製作する方案が要求される。
【０００８】
このために、特許文献１は、受動コンプライアンスを具現した安全ユニット及びこれを備える安全装置に対して開示している。しかしながら、これは、多節リンクを用いるので、その構造が複雑であり、多節リンクが動作する平面に垂直な方向の荷重が作用する場合に脆弱な構造を有している。
【特許文献１】大韓民国特許公開第１０−２００８−００１４３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、一定の値以上の外力が加えられる場合、ロボットに柔軟性を付加し、一定の値未満の外力が加えられる場合、ロボットが剛性を維持できるようにロボットに受動コンプライアンスを具現するにおいて、より単純でかつ堅固な構造を有するコンプライアントジョイントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明に係るコンプライアントジョイントは、ハウジングと、前記ハウジングに回転可能に装着される回転部材と、前記ハウジングと前記回転部材の結束を維持または解除させるカムとを備えており、前記カムは、前記回転部材に従属されて前記回転部材と一緒に回転し、前記回転部材から独立して前記回転部材と別途に前記回転部材の軸方向に移動するように前記回転部材と結合され、前記カムは、前記回転部材に一定大きさ未満の外力が印加される場合、前記ハウジングとの結束を維持し、前記回転部材に一定大きさ以上の外力が印加される場合、前記ハウジングとの結束を解除するように前記ハウジングと結合される。
【００１１】
また、前記カムと前記回転部材は、互いに挿入方式で結合されることを特徴とする。  
また、前記カムは、前記回転部材に挿入される伝達軸を備えており、前記回転部材は、前記伝達軸を収容する装着孔を備える。
【００１２】
また、前記伝達軸及び前記装着孔は、前記カム及び前記回転部材の回転中心から一定距離だけ離隔して形成される。
【００１３】
また、前記伝達軸及び前記装着孔は、複数個形成される。また、前記カムは、前記ハウジングと結合されるローラを備えており、前記ハウジングは、前記ローラを結束させるか、前記ローラとの結束を解除させるカムガイド部を備える。
【００１４】
また、前記カムガイド部は、前記ローラが挿入される定着溝を備えており、前記ローラが前記定着溝に挿入される場合、前記カムと前記ハウジングが結束されることで、前記回転部材と前記ハウジングが結束される。
【００１５】
また、前記定着溝は、段差を有して形成される。また、前記カムガイド部は、前記ローラが転がる転がり部を備えており、前記ローラが前記転がり部で転がる場合、前記カムと前記ハウジングの結束が解除されることで、前記回転部材と前記ハウジングの結束が解除される。
【００１６】
また、前記カムガイド部は、前記ローラの移動を制限するストッパーを備えており、前記ローラの移動が前記ストッパーによって制限される場合、前記カムの回転が制限されることで、前記回転部材の回転が制限される。
【００１７】
また、前記転がり部は、円弧形状に形成され、前記カムを前記回転部材と一緒に回転させると同時に、前記回転部材と別途に前記回転部材の軸方向に移動させる。
【００１８】
また、前記カムが前記回転部材に密着するように、前記カムと前記回転部材との間には弾性部材が装着される。また、前記カムと前記ハウジングとの間に弾性部材が装着され、前記カムが前記ハウジングに密着する。
【００１９】
また、前記弾性部材は、圧縮コイルスプリングを含むことを特徴とする。また、前記カムと前記回転部材との間には電磁石が設置され、前記回転部材と前記ハウジングの結束を解除させるために必要な外力を調節できるように、前記電磁石に印加される電流を調節する制御部を備える。
【００２０】
本発明に係るコンプライアントジョイントは、相互回転可能に設けられるハウジング及び回転部材と、前記ハウジングと前記回転部材との間に設けられ、前記ハウジング及び前記回転部材とそれぞれ結合されるカムとを備えており、前記カムは、前記回転部材と結合され、前記回転部材と一緒に回転すると同時に、前記回転部材と別途に前記回転部材の軸方向に移動するように設けられ、前記カムは、前記ハウジングと結合され、一定大きさ未満の外力下では前記カムと前記ハウジングの結束が維持され、一定大きさ以上の外力下では前記カムとハウジングの結束が解除されるように設けられる。
【００２１】
また、前記カムは伝達軸を備えており、前記回転部材は装着孔を備えており、前記伝達軸が前記装着孔に挿入され、前記カムと前記回転部材が挿入方式で結合される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るコンプライアントジョイントは、ロボット用腕などに受動コンプライアンスを具現することができ、反応速度が非常に速く、誤作動の危険がなくなるという効果を有する。
【００２３】
また、本発明に係るコンプライアントジョイントは、一定大きさ未満の外力下ではロボット用腕などに剛性を与えることで、位置を正確に制御できるので、作業の正確性を確保できるという効果を有する。
【００２４】
また、本発明に係るコンプライアントジョイントは、ヒューマノイドロボットに適用され、公共場所用サービスロボット、障害者及び高齢者支援ロボット、家庭用手伝いロボット、セル方式生産現場での作業者支援用ロボット、生産現場での人間と相互作用するロボットなどに多様に適用されることで、人間に対する安全性を確保できるという効果を有する。
【００２５】
また、本発明に係るコンプライアントジョイントは、カムの上下移動によって作動するので、コンプライアントジョイントの左右方向直径を最小化させることができる。その結果、製品を小型化させ、多様な分野に適用できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るコンプライアントジョイントを示した平面図である。
【図２】図１に示したコンプライアントジョイントのＡ−Ａ線側断面図である。
【図３】本発明に係るハウジングのカムガイド部を示した正面図である。
【図４】図１に示したコンプライアントジョイントのＢ−Ｂ線正断面図である。
【図５】図１に示したコンプライアントジョイントの他の実施例のＢ−Ｂ線正断面図である。
【図６】本発明に係るコンプライアントジョイントを示した分解斜視図である。
【図７】本発明に係るローラが定着溝から離脱された状態を示した正面図である。
【図８】本発明に係るローラが転がり部に置かれた状態を示した正面図である。
【図９】本発明に係るローラがストッパーと対面している状態を示した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るコンプライアントジョイントの好適な実施例を添付された図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明に係るコンプライアントジョイントを示した平面図である。図１に示すように、本発明に係るコンプライアントジョイントは、輪形状の断面を有するハウジング１０と、ハウジング１０の内部に回転可能に装着される回転部材２０とを備えている。ハウジング１０の内面と回転部材２０の外面との間にベアリング１１が設置されているので、ハウジング１０と回転部材２０の相互回転が可能である。さらに、ハウジング１０と回転部材２０との間にカム３０が設置されることで、ハウジング１０と回転部材２０の相互回転が制限されるようにハウジング１０と回転部材２０を結束させたり、ハウジング１０と回転部材２０の相互回転が可能になるようにハウジング１０と回転部材２０の結束を解除させる。
【００２９】
図２は、図１のＡ−Ａ線側断面図である。図２は、回転部材２０とカム３０との結合状態を示し、ハウジング１０とカム３０との結合状態を示している。
【００３０】
まず、回転部材２０とカム３０の結合構造を説明すると、カム３０は、上側に突出形成される伝達軸３１を備えており、回転部材２０は、伝達軸３１が挿入される装着孔２１を備えている。伝達軸３１が装着孔２１に挿入されることで、カム３０と回転部材２０が互いに単純な挿入方式で結合される。本実施例では、伝達軸３１の断面形状が円形であるが、伝達軸３１の断面形状が三角形または四角形であっても、本発明を実施するのに障害とならない。
【００３１】
カム３０と回転部材２０の動作を説明すると、カム３０は、回転部材２０に従属されて回転部材２０と一緒に回転すると同時に、回転部材２０とは別途に回転部材２０の軸方向に移動可能である。
【００３２】
伝達軸３１がカム３０の回転中心Ｃから一定距離だけ離隔して形成され、装着孔２１も回転部材２０の回転中心Ｃから一定距離だけ離隔して形成されるので、回転部材２０が回転する場合、カム３０は、回転部材２０に従属されて回転部材２０と一緒に回転する。伝達軸３１と装着孔２１が回転中心Ｃ線上に形成された場合には、回転部材２０が回転するとしても、カム３０は回転しなくなる。この場合、カム３０を回転部材２０と一緒に回転させるために別途の装置が必要である。
【００３３】
カム３０が回転部材２０の軸方向に移動するとき、回転部材２０とは別途に独立的に移動する。伝達軸３１が装着孔２１に単純に挿入された状態であるので、カム３０は、上下方向に往復運動することができる。このとき、回転部材２０が上下方向に移動することはない。
【００３４】
次に、カム３０とハウジング１０の結合構造を説明すると、カム３０は、左右方向に突出形成されるローラ３２を備えており、ハウジング１０の壁面にはローラ３２と接するカムガイド部１２が形成される。
【００３５】
図３は、本発明に係るハウジングのカムガイド部を示した正面図である。図３に示すように、ハウジング１０の壁面には、略半円形状に切開形成されるカムガイド部１２が備わり、カムガイド部１２上には、ローラ３２が転がるようにカムガイド部１２とローラ３２が互いに対面している。
【００３６】
カムガイド部１２の中央部分には、所定深さだけ陥没されることで、段差を有して形成される定着溝１３が備わる。ローラ３２が定着溝１３に挿入されている場合、カム３０の回転が制限されるので、図２に示すように、カム３０に挿入方式で結合されている回転部材２０の回転も制限される。その結果、カム３０は、回転部材２０とハウジング１０の結束を維持させ、回転部材２０とハウジング１０の相互回転を制限する。
【００３７】
その反対に、回転部材２０に一定大きさ以上の外力が作用し、回転部材２０と一緒にカム３０が回転する場合、ローラ３２が定着溝１３から離脱する。ローラ３２が定着溝１３から離脱するためには、定着溝１３の深さ（Ｈ）をローラ３２の半径（Ｄ／２）より小さくすべきである。定着溝１３の深さ（Ｈ）がローラ３２の半径（Ｄ／２）より大きい場合、ローラ３２が定着溝１３から離脱できない構造になる。
【００３８】
転がり部１４は、定着溝１３を基準にして左右対称構造の円弧形状を有して形成される。転がり部１４の円弧形状は、上側から下側に垂れ下がる形状に設けられる。したがって、ローラ３２が転がり部１４で転がるようになると、ローラ３２は、回転すると同時に下側方向に移動する。これは、図２を参照すると、カム３０が回転すると同時に下側方向に移動し、回転部材２０が回転することを意味する。
【００３９】
ローラ３２が転がる転がり部１４は、必ずしも円弧形状に形成されるべきではなく、転がり部１４が上側から下側方向に傾く斜線形状に形成される場合にも、ローラ３２が転がり部１４で転がると、カム３０が回転すると同時に下側方向に移動し、回転部材２０もカム３０の回転に従属されて回転する。
【００４０】
このように転がり部１４を上側から下側に垂れ下がる円弧形状にすることで、ローラ３２が定着溝１３に自動的に復帰される。これを図４に基づいて詳細に説明する。
【００４１】
転がり部１４の最外端にはストッパー１５が形成される。ローラ３２がストッパー１５と接する場合、ローラ３２はこれ以上回転（または移動）できなくなる。これは、図２に示すように、カム３０の回転が制限され、カム３０と一緒に回転可能に設けられた回転部材２０の回転も制限されることを意味する。ストッパー１５は、回転部材２０の回転半径を制限することで、２次的な被害を防止することができる。すなわち、ストッパー１５がなくて、回転部材２０が継続的に回転する場合、回転部材２０と連結されるロボット腕が他の物体（または人間）と２次的な衝突を起こす恐れがある。
【００４２】
図４は、図１のＢ−Ｂ線正断面図である。図４に示すように、回転部材２０とカム３０との間には圧縮コイルスプリング４０などの弾性部材が装着される。回転部材２０には下面で上側方向に溝２３が形成され、カム３０には上面で下側方向に溝３３が形成される。圧縮コイルスプリング４０の上端は回転部材２０の溝２３に挿入固定され、その下端はカム３０の溝３３に挿入固定される。その結果、圧縮コイルスプリング４０は、カム３０を回転部材２０側に引き寄せるようになり、カム３０が回転部材２０に密着されている状態に維持させる。
【００４３】
したがって、図３に示すように、定着溝１３に挿入されているローラ３２が定着溝１３から離脱するためには、図４に示すように、カム３０が圧縮コイルスプリング４０の弾性力を克服して下側に移動すべきである。また、図３に示すように、ローラ３２が転がり部１４で転がるようになると、カム３０が益々下側に移動するので、カム３０と回転部材２０の間隔が遠くなり、圧縮コイルスプリング４０は、益々伸びることで大きな収縮力を保有するようになる。その結果、上側から下側に垂れ下がる円弧形状の転がり部１４によって圧縮コイルスプリング４０が収縮するので、カム３０と回転部材２０の間隔が狭くなり、図３に示すように、ローラ３２が定着溝１３に再び挿入される。すなわち、上側から下側に垂れ下がる円弧形状の転がり部１４と圧縮コイルスプリング４０によって、カムガイド部１２上のローラ３２が自動的に元の位置に復帰される。
【００４４】
図５は、図１のコンプライアントジョイントの他の実施例のＢ−Ｂ線正断面図である。図５に示すように、図４の場合と同様に、ハウジング１０の内部に回転部材２０とカム３０が装着される。ただし、図４では、圧縮コイルスプリング４０がカム３０と回転部材２０との間に設置されるが、図５では、圧縮コイルスプリング４０がカム３０とハウジング１０との間に設置される。動作原理は、図４に基づいて説明した通りである。
【００４５】
図６は、本発明に係るコンプライアントジョイントを示した分解斜視図である。図６を参照すると、ハウジング１０と回転部材２０との間にベアリング１１が挿入されることで、ハウジング１０と回転部材２０が互いに回転可能に結合される。回転部材２０とカム３０は、伝達軸３１が装着孔２１に挿入されることで結合される。このとき、回転部材２０とカム３０との間に圧縮コイルスプリング４０が設置されることで、カム３０が回転部材２０に密着するようになる。カム３０とハウジング１０は、ローラ３２がカムガイド部１２に形成された定着溝１３に挿入されることで結合される。
【００４６】
コンプライアントジョイントは、一定大きさ以上の外力が作用するとき、回転部材２０とハウジング１０の結束を解除させ、一定大きさ未満の外力が作用するとき、回転部材２０とハウジング１０の結束を維持させる。本発明では、コンプライアントジョイントが適用される範囲を広げるために、回転部材２０とハウジング１０の結束を解除させる一定大きさ以上の外力を調節できるように構成する。
【００４７】
まず、回転部材２０とハウジング１０の結束を解除させるために必要な一定大きさ以上の外力に影響を及ぼす因子を説明する。
【００４８】
図３を参照すると、ローラ３２が定着溝１３から離脱するためには、一定大きさ以上の外力が必要である。定着溝１３の深さ（Ｈ）がローラ３２の半径（Ｄ／２）より小さくなるほど、ローラ３２が定着溝１３から離脱するために必要な外力が小さくなる。したがって、定着溝１３の深さ（Ｈ）に対するローラ３２の半径（Ｄ／２）の比を調節することで、回転部材２０とハウジング１０の結束を解除させるために必要な外力を調節することができる。
【００４９】
図４を参照すると、カム３０が下側に移動するためには、圧縮コイルスプリング４０が引っ張られるべきである。圧縮コイルスプリング４０の弾性係数（Ｋ）が変わることで、同一大きさの外力が与えられたとき、圧縮コイルスプリング４０が引っ張られる長さが変わる。したがって、圧縮コイルスプリング４０の弾性係数（Ｋ）を調節することで、回転部材２０とハウジング１０の結束を解除させるために必要な外力を調節することができる。
【００５０】
しかしながら、定着溝１３の深さ（Ｈ）に対するローラ３２の半径（Ｄ／２）の比またはスプリング弾性係数（Ｋ）を調節することは、コンプライアントジョイントの製作初期に決定可能な事項である。もちろん、スプリング４０の上端部にボルトが連結され、ボルトの締め付け及び緩みによって回転部材２０上でスプリング４０が上下運動可能である場合、スプリング４０の変形量を調節することで、回転部材２０とハウジング１０の結束を解除させるために必要な外力を調節することができる。しかしながら、これは、使用者または作業者が手動で直接ボルトを調節すべきであるという不便さがある。
【００５１】
したがって、コンプライアントジョイントが既に完成品として製造され、腕などに使用されている状況で、回転部材２０とハウジング１０の結束を解除させるために必要な外力を自動的に調節可能な装置が必要である。
【００５２】
図２及び図６に示すように、カム３０の伝達軸３１の上端には磁石３４が設置され、回転部材２０の装着孔２１には電磁石２４が設置される。回転部材２０、カム３０及びハウジング１０の中央に通孔２５が形成されており、この通孔２５に電線などが設置される。電線は、制御部２６を通して電磁石２４に印加される電流の強さを調節することができる。電磁石２４は、電流の強さによって磁場の強さが変わるので、電磁石２４に流れる電流の強さを大きくすると、磁場の強さが大きくなり、電磁石２４と磁石３４との引力が増加する。これは、カム３０と回転部材２０が互いに引き寄せる引力の増加を意味するので、カム３０を下側方向に移動させるために必要な外力が大きくなることを意味する。その結果、制御部２６を通して電磁石２４に流れる電流の強さを調節することで、回転部材２０とハウジング１０の結束を解除させるために必要な外力を自動的に調節することができる。
【００５３】
以下、定着溝１３の深さ（Ｈ）、ローラ３２の半径（Ｄ／２）、圧縮コイルスプリング４０の弾性係数（Ｋ）及び電磁石２４に流れる電流の強さが決定された状態で回転部材２０とハウジング１０の結束を解除させるために必要な外力をＴ（トルク）とし、コンプライアントジョイントの動作を説明する。
【００５４】
図３は、本発明に係るコンプライアントジョイントの初期状態を示している。回転部材２０にＴ未満の外力が伝達される場合、ローラ３２が定着溝１３に継続的に挿入された状態に維持されるので、回転部材２０とハウジング１０の結束が維持される。
【００５５】
図７は、本発明に係るローラが定着溝から離脱された状態を示した正面図である。図７に示すように、回転部材２０にＴ以上の外力が伝達される場合、ローラ３２が定着溝１３から離脱する。その結果、回転部材２０とハウジング１０の結束が解除され、回転部材２０がハウジング１０で回転可能になる。
【００５６】
図８は、本発明に係るローラが転がり部に置かれた状態を示した正面図である。図８に示すように、ローラ３２が円弧形状の転がり部１４で転がることで、回転部材２０がハウジング１０で自由に回転する。
【００５７】
図９は、本発明に係るローラがストッパーと対面している状態を示した正面図である。図９に示すように、ローラ３２は、ストッパー１５によって継続的に転がらなくなる。その結果、回転部材２０の回転も停止される。このとき、圧縮コイルスプリング４０（図４を参照）の引張長さが最大になり、圧縮コイルスプリング４０が収縮しようとする力も最大になる。この圧縮コイルスプリング４０の収縮力によって回転部材２０が反対方向に回転するようになり、図３に示すように、ローラ３２が定着溝１３に挿入され、回転部材２０とハウジング１０は再び結束された状態に維持される。
【００５８】
このようなコンプライアントジョイントが適用されたロボット用腕において、回転部材２０に一定大きさ未満の外力が伝達される場合、回転部材２０は、ハウジング１０に結束された状態に維持され、ロボット用腕に剛性を与える。一方、回転部材２０に一定大きさ以上の外力が伝達される場合、回転部材２０は、ハウジング１０との結束が解除され、ロボット用腕に柔軟性を与える。
【００５９】
すなわち、ロボット用腕が作業を遂行する間には、ロボット用腕に剛性を与えて、ロボット用腕の正確な作業遂行を可能にし、ロボット用腕が人間と衝突する場合には、ロボット用腕に柔軟性を与えて、ロボット用腕が人間に衝撃を加えないようにする。
【符号の説明】
【００６０】
１０  ハウジング
１１  ベアリング
１２  カムガイド部
１３  定着溝
１４  転がり部
１５  ストッパー
２０  回転部材
２１  装着孔
２３、３３  溝
２４  電磁石
２５  通孔
３０  カム
３１  伝達軸
３２  ローラ
３４  磁石
４０  圧縮コイルスプリング
２４  電磁石
２６  制御部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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