(57)【要約】【課題】ロボットアームの先端に設けられるエンドエフェクタに対する作業者などの接触を優れた信頼性をもって検出できる、新規な構造の接触検出装置を提供すること。【解決手段】検出対象Ａとエンドエフェクタ１６の接触を検出する接触検出装置１０であって、アーム本体１４とエンドエフェクタ１６が弾性連結体３２で弾性連結されて相対変位を許容されている一方、アーム本体１４側からエンドエフェクタ１６側へ突出するアーム側突出部３６と、エンドエフェクタ１６側からアーム本体１４側へ突出するエフェクタ側突出部４８が設けられて、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８が何れも外周側に向けて凸の湾曲形状を有していると共に、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８は少なくとも先端部分が内外に重なるように対向して配されており、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８とにおいて相対変位を検出するセンサ５４が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームにおけるアーム本体とエンドエフェクタの接続部分に配されて検出対象の該エンドエフェクタに対する接触を検出する接触検出装置であって、
前記アーム本体と前記エンドエフェクタを相互に弾性連結する弾性連結体が設けられており、それらアーム本体とエンドエフェクタが該弾性連結体の弾性変形によって相対的な変位を許容されている一方、
前記アーム本体側から前記エンドエフェクタ側へ向けて突出するアーム側突出部が設けられていると共に、該エンドエフェクタ側から該アーム本体側へ向けて突出するエフェクタ側突出部が設けられて、それらアーム側突出部とエフェクタ側突出部が何れも突出方向で傾斜角度が変化する外周側に向けて凸の湾曲形状を有していると共に、それらアーム側突出部とエフェクタ側突出部との少なくとも突出先端部分が内外に重なるように対向して配されており、
それらアーム側突出部とエフェクタ側突出部とにおいて相対変位を検出するセンサが設けられていることを特徴とする接触検出装置。
【請求項２】
前記センサが前記アーム側突出部と前記エフェクタ側突出部の対向部分に設けられている請求項１に記載の接触検出装置。
【請求項３】
前記センサが前記アーム側突出部と前記エフェクタ側突出部における突出方向の複数箇所に設けられている請求項１又は２に記載の接触検出装置。
【請求項４】
筒状の前記弾性連結体が前記アーム側突出部と前記エフェクタ側突出部の内周側に配されていると共に、該弾性連結体の内孔に前記アーム本体と前記エンドエフェクタの間にまたがって配線されたアーム用配線が挿通されている請求項１〜３の何れか一項に記載の接触検出装置。
【請求項５】
前記アーム側突出部と前記エフェクタ側突出部が周方向の複数箇所に部分的に設けられている請求項１〜４の何れか一項に記載の接触検出装置。
【請求項６】
前記アーム側突出部と前記エフェクタ側突出部が直接的な外力の非作用状態において変形しない硬質の部材とされている請求項１〜５の何れか一項に記載の接触検出装置。
【請求項７】
前記センサが磁気センサと光センサと静電容量式センサの少なくとも一つとされている請求項１〜６の何れか一項に記載の接触検出装置。
【請求項８】
前記センサを構成するセンサ素子が前記アーム側突出部と前記エフェクタ側突出部に装着されていると共に、該センサによる検出を制御する検出回路が前記アーム本体側に設けられており、該アーム側突出部に装着された該センサ素子と該検出回路が検出用配線によって相互に接続されている請求項１〜７の何れか一項に記載の接触検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームに対する人などの接触を検出する接触検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、産業の自動化の推進によって産業用ロボットのような自動装置が一般的に用いられている。このような自動装置は、産業用のロボットアームなどのように、全体乃至は一部が所定の作業を実行するために移動可能とされている。
【０００３】
ところで、人間の作業者と同じ空間で作業を行う協働ロボットなどの採用が増えるに従って、ロボットアームと作業者などとの衝突を安全柵に代わる手段で防いで、安全性の向上を図ることが必要となってきている。例えば、産業用のロボットアームと作業者が同じ空間で作業を行う場合には、ロボットアームが動くことでワークなどの他部材や作業者などと衝突することによる事故の発生を回避すると共に、衝突時にロボットアームと作業者などとの間に作用する力を低減することで、衝突による作業者の怪我やロボットアームなどの損傷を防止することが重要である。
【０００４】
そこで、特開平６−２７８０８１号公報（特許文献１）には、ロボットアームの表面を覆う触感スリーブを設けて、触感スリーブに取り付けられた複数の応力センサによって衝突の有無を検出し、衝突時にはロボットアームを応力の作用方向とは逆方向に動かすようにした衝突防止機能付ロボットアームが提案されている。これによれば、ロボットアームにおける触感スリーブで覆われた部分への作業者などの衝突に際して、作業者やロボットアームに作用する力が低減されることから、衝突による作業者の怪我やロボットアームなどの損傷が軽減され得る。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構造では、ロボットアームのリンクに対する作業者などの衝突が応力センサを備えた触感スリーブによって検出可能とされる一方で、ロボットアームの先端に設けられるエンドエフェクタに対する作業者などの衝突を検出することは困難であった。即ち、エンドエフェクタは、ワークを把持するなどの目的を達するために、ロボットアームのリンクに比して複雑な構造を有していたり、可動部分を備えていたりする場合もあって、構造によってはエンドエフェクタの機能を阻害することなく触感スリーブで覆うことが難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２７８０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、ロボットアームの先端に設けられるエンドエフェクタに対する作業者などの接触を精度よく検出することができる、新規な構造の接触検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。
【０００９】
すなわち、本発明の第一の態様は、ロボットアームにおけるアーム本体とエンドエフェクタの接続部分に配されて検出対象の該エンドエフェクタに対する接触を検出する接触検出装置であって、前記アーム本体と前記エンドエフェクタを相互に弾性連結する弾性連結体が設けられており、それらアーム本体とエンドエフェクタが該弾性連結体の弾性変形によって相対的な変位を許容されている一方、前記アーム本体側から前記エンドエフェクタ側へ向けて突出するアーム側突出部が設けられていると共に、該エンドエフェクタ側から該アーム本体側へ向けて突出するエフェクタ側突出部が設けられて、それらアーム側突出部とエフェクタ側突出部が何れも突出方向で傾斜角度が変化する外周側に向けて凸の湾曲形状を有していると共に、それらアーム側突出部とエフェクタ側突出部との少なくとも突出先端部分が内外に重なるように対向して配されており、それらアーム側突出部とエフェクタ側突出部とにおいて相対変位を検出するセンサが設けられていることを、特徴とする。
【００１０】
このような第一の態様に従う構造とされた接触検出装置によれば、アーム本体とエンドエフェクタの相対変位をセンサによって検出することによって、エンドエフェクタに対する検出対象の接触を検知することができる。
【００１１】
しかも、アーム本体側からエンドエフェクタ側へ向けて突出するアーム側突出部と、エンドエフェクタ側からアーム本体側へ向けて突出するエフェクタ側突出部とにおいて、センサが設けられている。これにより、アーム側突出部とエフェクタ側突出部に装着されるセンサのセンサ素子を相互に近い位置に配し易くなって、センサの検出精度の向上が図られる。
【００１２】
さらに、アーム側突出部とエフェクタ側突出部が少なくとも突出先端部分において内外に重なるように対向配置されていると共に、それらアーム側突出部とエフェクタ側突出部が何れも外周側に向けて凸の湾曲形状を有していることから、エンドエフェクタに検出対象が接触して、エンドエフェクタがアーム本体に対して傾動する際に、アーム側突出部とエフェクタ側突出部が干渉し難くなっている。それ故、アーム側突出部とエフェクタ側突出部を内外の対向方向で接近した位置に配置して、アーム側突出部とエフェクタ側突出部にそれぞれ設けられるセンサ素子をより近い位置に配置することができることから、センサの検出精度の向上が図られる。
【００１３】
加えて、アーム側突出部とエフェクタ側突出部の干渉が回避されることで、エンドエフェクタと検出対象が衝突した場合に、弾性連結体の弾性に基づく緩衝作用が有効に発揮されて、エンドエフェクタと検出対象の間に作用する力が低減されることから、エンドエフェクタの損傷や検出対象の損傷乃至は負傷が有利に回避される。
【００１４】
本発明の第二の態様は、第一の態様に記載された接触検出装置において、前記センサが前記アーム側突出部と前記エフェクタ側突出部の対向部分に設けられているものである。
【００１５】
第二の態様によれば、アーム側突出部に装着されるセンサ素子とエフェクタ側突出部に装着されるセンサ素子の距離をより短く設定することができて、センサの検出精度の更なる向上が実現される。
【００１６】
本発明の第三の態様は、第一又は第二の態様に記載された接触検出装置において、前記センサが前記アーム側突出部と前記エフェクタ側突出部における突出方向の複数箇所に設けられているものである。
【００１７】
第三の態様によれば、複数箇所に設けられたセンサによってアーム側突出部とエフェクタ側突出部の相対変位をより精度よく検出することができると共に、アーム側突出部とエフェクタ側突出部の相対的な変位量を測定することも可能となり得る。
【００１８】
なお、アーム側突出部とエフェクタ側突出部における突出部の突出方向の複数箇所にセンサが設けられているとは、アーム側突出部とエフェクタ側突出部の両方に各複数のセンサ素子が設けられている場合のみをいうものではない。即ち、例えば、アーム側突出部とエフェクタ側突出部の何れか一方には一つの検出用素子が設けられていると共に、アーム側突出部とエフェクタ側突出部の他方において複数の検出用素子が突出方向の複数箇所に設けられており、アーム側突出部とエフェクタ側突出部の一方に設けられた一つの検出用素子と他方に設けられた複数の検出用素子とで構成される複数組によって複数箇所のセンサを構成することもできる。
【００１９】
本発明の第四の態様は、第一〜第三の何れか１つの態様に記載された接触検出装置において、筒状の前記弾性連結体が前記アーム側突出部と前記エフェクタ側突出部の内周側に配されていると共に、該弾性連結体の内孔に前記アーム本体と前記エンドエフェクタの間にまたがって配線されたアーム用配線が挿通されているものである。
【００２０】
第四の態様によれば、エンドエフェクタと検出対象の接触によって、エンドエフェクタとアーム本体が相対的に変位して、弾性連結体が弾性変形せしめられる際に、アーム用配線が過度に張るのを防ぐことができて、アーム用配線の断線やエンドエフェクタと検出対象の間に作用する力の増大などが回避される。なお、弾性連結体は、円筒状に限定されるものではなく、例えば多角断面や異形断面を有する筒状であっても良く、軸方向で断面形状が変化する形状であっても良い。
【００２１】
また、弾性連結体がアーム側突出部とエフェクタ側突出部の内周側に配されていることによって、弾性連結体がアーム側突出部とエフェクタ側突出部によって保護されて、弾性連結体の耐久性の向上などが図られ得る。
【００２２】
さらに、弾性連結体よりも外周側に配されるアーム側突出部とエフェクタ側突出部は、少なくとも突出先端部分が内外に重なるように対向配置されていることから、アーム本体とエンドエフェクタの接続部分に作業者の手指などが挟まれるのを防ぐことができる。尤も、エンドエフェクタに対する検出対象の接触時などエンドエフェクタがアーム本体に対して傾動せしめられた状態では、アーム側突出部の突出先端部分とエフェクタ側突出部の突出先端部分の重なりが解除されて、アーム側突出部の突出先端とエフェクタ側突出部の突出先端の間に隙間が形成されても良い。この場合には、隙間の大きさがエンドエフェクタとアーム本体の接続部分への入り込みが想定される手指などに対して十分に小さくされて、手指などの入り込みを阻止し得る程度の隙間とされることが好ましい。
【００２３】
本発明の第五の態様は、第一〜第四の何れか１つの態様に記載された接触検出装置において、前記アーム側突出部と前記エフェクタ側突出部が周方向の複数箇所に部分的に設けられているものである。
【００２４】
第五の態様によれば、アーム側突出部とエフェクタ側突出部が周方向に断続的に設けられた構造であっても、エンドエフェクタに対する検出対象の接触を有効に検出することができる。なお、アーム側突出部とエフェクタ側突出部が周方向で断続的に設けられる場合には、アーム側突出部とエフェクタ側突出部における周方向で隣り合う部分の周方向間の隙間が、手指などの入り込みを阻止し得る程度の大きさとされることが望ましい。
【００２５】
本発明の第六の態様は、第一〜第五の何れか１つの態様に記載された接触検出装置において、前記アーム側突出部と前記エフェクタ側突出部が直接的な外力の非作用状態において変形しない硬質の部材とされているものである。
【００２６】
第六の態様によれば、アーム側突出部とエフェクタ側突出部の変形による相対変位が防止されることから、アーム側突出部とエフェクタ側突出部の相対変位をセンサによって検出することで、エンドエフェクタと検出対象の接触を精度よく検知することができる。
【００２７】
本発明の第七の態様は、第一〜第六の何れか１つの態様に記載された接触検出装置において、前記センサが磁気センサと光センサと静電容量式センサの少なくとも一つとされているものである。
【００２８】
第七の態様によれば、アーム側突出部とエフェクタ側突出部の相対変位を有効に検出することができる。しかも、非接触型のセンサを採用すれば、アーム本体とエンドエフェクタの相対変位を妨げることもない。
【００２９】
本発明の第八の態様は、第一〜第七の何れか１つの態様に記載された接触検出装置において、前記センサを構成するセンサ素子が前記アーム側突出部と前記エフェクタ側突出部に装着されていると共に、該センサによる検出を制御する検出回路が前記アーム本体側に設けられており、該アーム側突出部に装着された該センサ素子と該検出回路が検出用配線によって相互に接続されているものである。
【００３０】
第八の態様によれば、検出用配線がアーム本体とエンドエフェクタの接続部分を跨ぐことなく配されることから、エンドエフェクタのアーム本体に対する相対変位が検出用配線によって制限されるのを防ぐことができると共に、エンドエフェクタのアーム本体に対する相対変位によって検出用配線が断線するのを回避することもできる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、アーム本体とエンドエフェクタの相対変位をセンサで検出することによって、エンドエフェクタに対する検出対象の接触を検知することができると共に、互いに近づく向きに突出するアーム側突出部とエフェクタ側突出部にセンサを設けることによって、優れた検出精度を実現することができる。特に、アーム側突出部とエフェクタ側突出部が何れも外周側に向けて凸の湾曲形状を有していることによって、アーム側突出部とエフェクタ側突出部を近い位置に配置して、アーム側突出部とエフェクタ側突出部とにおいて設けられるセンサの検出精度を更に高めることも可能となる。また、アーム側突出部とエフェクタ側突出部の干渉が回避されることで、エンドエフェクタと検出対象の衝突時に、弾性連結体の弾性に基づく緩衝作用が有効に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一の実施形態としての接触検出装置を備えるロボットアームを示す図。
【図２】図１のロボットアームの要部を拡大して示す斜視図。
【図３】図２のロボットアームの正面および要部の断面を示す図。
【図４】図３に示すロボットアームの右側面図。
【図５】図２のロボットアームの正面および要部の断面を示す図であって、エンドエフェクタに作業者が右側方から接触した状態を示す図。
【図６】図５に示すロボットアームの右側面図。
【図７】本発明の第二の実施形態としての接触検出装置を備えるロボットアームの正面および要部の断面を示す図。
【図８】図７のロボットアームの正面および要部の断面を示す図であって、エンドエフェクタに作業者が右側方から接触した状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３４】
図１には、本発明に従う構造とされた接触検出装置１０を備えるロボットアーム１２が図示されている。ロボットアーム１２は、アーム本体１４の先端部にエンドエフェクタ１６が装着された構造を有している。なお、以下の説明において、上下方向とは、原則として図１中の上下方向を言う。
【００３５】
より詳細には、アーム本体１４は、複数のリンク１８ａ〜１８ｄがピン２０によって相対的に傾動可能な態様で連結された構造を有しており、アーム本体１４の基端部を構成するリンク１８ａが床２２に設置された基台２４に対して傾動可能な態様で連結されている。また、アーム本体１４の先端部を構成するリンク１８ｄには、図２〜４に示すように、エンドエフェクタ１６が装着されている。
【００３６】
エンドエフェクタ１６は、図示しないワークを掴む把持部や、ワークに設けられたボルトにナットを締結するナット締め具、ワークを溶接する溶接ガン、ワークに塗料を吹き付けるスプレーガンなど、各種のものが選択的に採用可能とされている。本実施形態では、二つの爪部２６，２６を有する把持部とされており、図示しないワークをそれら二つの爪部２６，２６の間で挟んで支持することができる。なお、図中において必ずしも明らかではないが、二つの爪部２６，２６は、相対的に変位可能とされており、例えば、相対的に接近するように移動することで、それら二つの爪部２６，２６の間に配されたワークが把持されるようになっている。なお、爪部２６は、屈曲可能な関節を有していても良い。
【００３７】
また、図２〜４に示すように、エンドエフェクタ１６は、エンドエフェクタ１６に対する検出対象としての作業者Ａの接触を検出する接触検出装置１０を介して、アーム本体１４に装着されている。接触検出装置１０は、図３に示すように、アーム本体１４に装着されるアーム取付部材２８と、エンドエフェクタ１６に装着されるエフェクタ取付部材３０が、弾性連結体３２によって相互に弾性連結された構造を有している。
【００３８】
アーム取付部材２８は、金属や合成樹脂などで形成された硬質の部材であって、全体として略円板形状を有していると共に、径方向の中央部分には厚さ方向に延びる中央配線孔３４が貫通形成されている。
【００３９】
さらに、アーム取付部材２８の径方向中間部分には、アーム側突出部３６が一体形成されている。このアーム側突出部３６は、略筒状とされて、アーム取付部材２８からエンドエフェクタ１６に向けて突出していると共に、アーム取付部材２８からの突出方向が上下方向に対して外周側に傾斜している。しかも、アーム側突出部３６は、上下方向に対する傾斜角度が突出先端側へ行くに従って次第に小さくなっており、外周側に凸となる略円弧状の湾曲断面を有している。なお、本実施形態では、アーム側突出部３６の突出方向（図３中の上下方向）に延びるセンサ用配線孔３８が形成されており、センサ用配線孔３８がアーム側突出部３６だけでなくアーム取付部材２８も上下に貫通している。
【００４０】
更にまた、アーム側突出部３６の突出先端部分には、アーム側センサ素子４０が配設されている。アーム側センサ素子４０は、後述するセンサ５４を構成する素子であって、非接触型のセンサ５４を構成するものであることが好ましく、例えば、磁気を検出するホール素子や光を検出する光電素子などが好適に採用される。このアーム側センサ素子４０は、周方向の四箇所に周方向で等間隔に配置されており、各アーム側センサ素子４０に接続された検出用配線４２がアーム側突出部３６のセンサ用配線孔３８に挿通されて、アーム本体１４側へ延びている。
【００４１】
そして、各検出用配線４２は、アーム本体１４側に設けられてセンサ５４による検出を制御する検出回路４４に接続されており、検出回路４４からアーム側センサ素子４０への検出電流の供給や、アーム側センサ素子４０から検出回路４４への検出信号の送信などが、検出用配線４２によって可能とされている。本実施形態では、検出用配線４２がアーム側センサ素子４０に接続されており、後述するエフェクタ側センサ素子５０には配線が不要とされていることから、検出用配線４２がエンドエフェクタ１６とアーム本体１４の接続部分を跨ぐことなく配されている。従って、エンドエフェクタ１６のアーム本体１４に対する相対変位が検出用配線４２によって制限されるのを防止できると共に、エンドエフェクタ１６のアーム本体１４に対する相対変位時において、検出用配線４２の断線が回避される。
【００４２】
一方、エフェクタ取付部材３０は、金属や合成樹脂などで形成された硬質の部材であって、全体として略円板形状を有していると共に、径方向の中央部分には厚さ方向に延びる中央配線孔４６が貫通形成されている。
【００４３】
さらに、エフェクタ取付部材３０の径方向中間部分には、エフェクタ側突出部４８が一体形成されている。このエフェクタ側突出部４８は、略筒状とされて、エフェクタ取付部材３０からアーム本体１４に向けて突出していると共に、エフェクタ取付部材３０からの突出方向が上下方向に対して外周側に傾斜している。しかも、エフェクタ側突出部４８は、上下方向に対する傾斜角度が突出先端側へ行くに従って次第に小さくなっており、外周側に凸となる略円弧状の湾曲断面を有している。また、エフェクタ側突出部４８の最大内径寸法Ｒがアーム側突出部３６の最大外径寸法ｒよりも大きくされていると共に、エフェクタ側突出部４８の最小内径寸法Ｒ’がアーム側突出部３６の最小外径寸法ｒ’よりも大きくされている。
【００４４】
更にまた、エフェクタ側突出部４８の突出先端部分には、エフェクタ側センサ素子５０が配設されている。エフェクタ側センサ素子５０は、アーム側センサ素子４０との組み合わせで非接触型のセンサ５４（後述）を構成するものであって、例えば、センサ５４が磁気センサの場合には磁場を形成する永久磁石、光センサの場合には投射光を反射する反射部などとされる。本実施形態のエフェクタ側センサ素子５０は、アーム側センサ素子４０と対応する周方向の四箇所に配置されている。本実施形態のエフェクタ側センサ素子５０は、アーム側センサ素子４０の検出用配線４２のような配線は不要とされている。尤も、エフェクタ側センサ素子５０の種類などによっては、エフェクタ側センサ素子５０にも必要に応じて配線が接続され得る。
【００４５】
そして、アーム取付部材２８とエフェクタ取付部材３０は、上下に対向して配置されており、アーム側突出部３６がエフェクタ取付部材３０に向けて突出していると共に、エフェクタ側突出部４８がアーム取付部材２８に向けて突出している。更に、アーム取付部材２８とエフェクタ取付部材３０は、アーム側突出部３６およびエフェクタ側突出部４８よりも内周側において、弾性連結体３２で相互に弾性連結されている。
【００４６】
弾性連結体３２は、上下に貫通する内孔５２を備えた筒状のゴム弾性体であって、軸方向一方の端部がアーム取付部材２８に重ね合わされて固着されていると共に、軸方向他方の端部がエフェクタ取付部材３０に重ね合わされて固着されている。本実施形態では、弾性連結体３２の外径寸法がアーム側突出部３６の最小内径寸法よりも小さくされていると共に、弾性連結体３２がアーム取付部材２８およびエフェクタ取付部材３０と同一中心軸上に配置されており、弾性連結体３２がアーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の内周側に配されている。これにより、弾性連結体３２は、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８によって周囲を保護されており、弾性連結体３２の耐久性の向上などが図られている。なお、弾性連結体３２の弾性中心は、円弧状の湾曲断面を有するアーム側突出部３６およびエフェクタ側突出部４８の曲率中心と略一致することが望ましい。また、弾性連結体３２は、円筒状に限定されるものではなく、例えば多角断面や異形断面を有する筒状であっても良い。更に、弾性連結体３２は、断面形状が軸方向で変化していても良く、例えば蛇腹形状やテーパ形状の周壁部を備える筒状などとされ得る。
【００４７】
また、弾性連結体３２によって弾性連結されたアーム取付部材２８とエフェクタ取付部材３０は、アーム取付部材２８のアーム側突出部３６とエフェクタ取付部材３０のエフェクタ側突出部４８が、少なくとも突出先端部分において内外に重なるように対向して配されている。なお、アーム側突出部３６がエフェクタ側突出部４８よりも小径とされており、アーム側突出部３６の突出先端部分が、エフェクタ側突出部４８の突出先端部分に差し入れられて、エフェクタ側突出部４８の内周側に配置されている。
【００４８】
本実施形態では、アーム側センサ素子４０を備えるアーム側突出部３６の突出先端部分と、エフェクタ側センサ素子５０を備えるエフェクタ側突出部４８の突出先端部分が、所定の隙間をもって内外に対向配置されている。これにより、アーム側センサ素子４０とエフェクタ側センサ素子５０が相互に近い位置に配設されており、アーム側センサ素子４０を備えるアーム側突出部３６と、エフェクタ側センサ素子５０を備えるエフェクタ側突出部４８の相対変位を検出するセンサ５４が、アーム側センサ素子４０とエフェクタ側センサ素子５０によって構成されている。要するに、本実施形態では、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の相対変位を検出するセンサ５４が、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の対向部分に設けられている。
【００４９】
なお、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８は、直接的な外力の作用がない状態において一定の形状を保ち得ることが望ましく、好適には硬質の金属や樹脂などで形成される。これにより、互いに近い位置で対向して配置された場合にも、変形によって相互に干渉するのを防ぐことができると共に、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の相対変位をセンサ５４によって検出することで、エンドエフェクタ１６と作業者Ａの接触を精度よく検知することができる。尤も、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８は、変形による干渉を回避し得るものであって、外力の非作用状態で一定の形状を保ち得るものが好ましいが、ゴム弾性体などで形成されていても良く、これによって、作業者Ａがアーム側突出部３６やエフェクタ側突出部４８に接触する際の衝撃を緩和することも可能となる。
【００５０】
かくの如き構造とされた接触検出装置１０は、図３に示すように、アーム本体１４とエンドエフェクタ１６の間に配設されている。即ち、接触検出装置１０のアーム取付部材２８がアーム本体１４の先端部に固定されていると共に、接触検出装置１０のエフェクタ取付部材３０がエンドエフェクタ１６の基端部に固定されている。これにより、アーム本体１４とエンドエフェクタ１６は、接触検出装置１０の弾性連結体３２によって弾性連結されており、相対的な変位が弾性連結体３２の弾性変形によって許容されている。
【００５１】
なお、筒状とされた弾性連結体３２の内孔５２が、アーム取付部材２８の中央配線孔３４とエフェクタ取付部材３０の中央配線孔４６に対して直列的に連続しており、アーム本体１４とエンドエフェクタ１６との間にまたがって延びるアーム用配線５６が、それら弾性連結体３２の内孔５２とアーム取付部材２８の中央配線孔３４とエフェクタ取付部材３０の中央配線孔４６とに対して挿通されている。このように、アーム用配線５６が弾性連結体３２の内孔５２に挿通されていることによって、エンドエフェクタ１６とアーム本体１４が弾性連結体３２の弾性変形を伴って相対的に変位する際に、アーム用配線５６が過度に引っ張られるのを防ぐことができて、アーム用配線５６の断線やエンドエフェクタ１６と作業者Ａの間に作用する力の増大などが回避される。
【００５２】
このような本実施形態に従う構造のロボットアーム１２において、図５，６に示すように、検出対象としての作業者Ａがエンドエフェクタ１６に接触すると、先ず、アーム本体１４に対して弾性連結されたエンドエフェクタ１６が、外力の作用によってアーム本体１４に対して相対変位せしめられる。
【００５３】
図５，６に示す作業者Ａの接触状態では、エンドエフェクタ１６がアーム本体１４に対して傾動することで、エフェクタ取付部材３０がアーム取付部材２８に対して弾性連結体３２の略弾性中心回りで傾動して、アーム取付部材２８のアーム側突出部３６とエフェクタ取付部材３０のエフェクタ側突出部４８が相対的に変位せしめられる。
【００５４】
これにより、アーム側突出部３６に設けられたアーム側センサ素子４０と、エフェクタ側突出部４８に設けられたエフェクタ側センサ素子５０との相対位置が変化する。そして、センサ素子４０，５０の相対位置変化に基づいて、エフェクタ側センサ素子５０から発せられてアーム側センサ素子４０によって検出される磁気や反射光の量などが変化することから、アーム側センサ素子４０とエフェクタ側センサ素子５０からなるセンサ５４において、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の相対変位が検出される。なお、図５，６では、アーム側センサ素子４０とエフェクタ側センサ素子５０が相互にずれるように相対変位しており、例えばセンサ素子４０，５０における対向面積の変化や距離の変化などに基づいて、相対位置の変化を検出することができる。
【００５５】
したがって、センサ５４は、エンドエフェクタ１６のアーム本体１４に対する相対変位を検出可能とされており、エンドエフェクタ１６に対する作業者Ａの接触を、センサ５４の検出結果に基づいて検知することが可能とされている。
【００５６】
本実施形態では、センサ５４が四方向にそれぞれ設けられていることから、各センサ５４の検出結果に基づいて、作業者Ａとエンドエフェクタ１６の任意の方向での接触を検知することができると共に、エンドエフェクタ１６に対する作業者Ａの接触方向を特定することも可能とされている。図５，６では、作業者Ａがエンドエフェクタ１６に対して右側方から接触して、エンドエフェクタ１６がアーム本体１４に対して時計回りに傾動した状態が例示されているが、エンドエフェクタ１６に対する作業者Ａの接触方向は特に限定されるものではなく、任意の方向での接触をセンサ５４によって検出することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、エンドエフェクタ１６がアーム本体１４に対して傾動した状態において、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８が全周に亘って内外に重なっている。尤も、周方向の一部においてアーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の内外に重なるような対向配置が解除されて、それらアーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８が上下に離れるようになっていても良い。この場合には、アーム側突出部３６の先端とエフェクタ側突出部４８の先端との間に形成される隙間が、作業者Ａの手指やワークなどの入り込みを阻止し得る大きさ（例えば５ｍｍ以下など）とされることが好ましい。
【００５８】
なお、センサ５４がエンドエフェクタ１６に対する作業者Ａの接触を検出すると、例えば、ロボットアーム１２の作動の停止や、作業者Ａと反対側へのロボットアーム１２の移動、警報や警告表示による接触の報知などが、センサ５４の検出信号に基づいて実行される。
【００５９】
また、本実施形態に従う構造とされた接触検出装置１０では、アーム本体１４側からエンドエフェクタ１６側へ向けて突出するアーム側突出部３６と、エンドエフェクタ１６側からアーム本体１４側へ向けて突出するエフェクタ側突出部４８とにおいて、センサ５４が設けられている。これにより、アーム側センサ素子４０とエフェクタ側センサ素子５０を相互により近い位置に配することができて、センサ５４の検出精度の向上が図られる。特に本実施形態では、内外で重なるように対向配置されたアーム側突出部３６の先端部分とエフェクタ側突出部４８の先端部分に対して、アーム側センサ素子４０とエフェクタ側センサ素子５０が配設されていることから、それらアーム側センサ素子４０とエフェクタ側センサ素子５０が近接して配置されて、センサ５４による接触の検知をより高精度に実現することができる。
【００６０】
さらに、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８が何れも外周側に向けて凸の湾曲形状を有していることから、図５，６に示すようにエンドエフェクタ１６がアーム本体１４に対して傾動する際に、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８が干渉し難くなっている。それ故、内外で重なるように対向するアーム側突出部３６の先端部分とエフェクタ側突出部４８の先端部分を、対向方向でより接近して配置することができて、アーム側センサ素子４０とエフェクタ側センサ素子５０を相互により近付けて配設することによる検出精度の向上が図られる。しかも、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の曲率中心を弾性連結体３２の弾性中心に近い位置に設定すれば、弾性連結体３２の弾性変形によるエンドエフェクタ１６の傾動時に、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の干渉がより効果的に防止される。
【００６１】
もっとも、たとえアーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８が相互に干渉しても、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８が外方に凸となる湾曲形状とされていることで、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の傾動が小さな接触抵抗で許容されることとなり、作業者Ａの衝突に対する緩衝作用は発揮される。
【００６２】
また、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８が湾曲形状とされて、それらアーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の干渉が回避されることにより、エンドエフェクタ１６と作業者Ａの衝突時に、弾性連結体３２の弾性に基づく緩衝作用が有効に発揮される。これにより、エンドエフェクタ１６と作業者Ａの衝突時に、エンドエフェクタ１６と作業者Ａの間に作用する力が低減されることから、エンドエフェクタ１６の損傷や作業者Ａの負傷などが有利に回避される。加えて、床２２から基台２４を介してロボットアーム１２に振動が入力される場合には、アーム本体１４からエンドエフェクタ１６への振動伝達が弾性連結体３２の防振作用によって低減される。
【００６３】
また、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８が少なくとも先端部分で相互に重なるように対向して配置されていることにより、エンドエフェクタ１６とアーム本体１４の接続部分に作業者Ａの手指などが挟まれるのを防ぐことができる。特に、アーム側突出部３６およびエフェクタ側突出部４８の内周側に弾性連結体３２が配設された構造において、弾性連結体３２がそれらアーム側突出部３６およびエフェクタ側突出部４８によって外部からの接触を回避されることから、弾性連結体３２の耐久性の向上も図られる。
【００６４】
図７には、本発明の第二の実施形態としての接触検出装置６０を備えるロボットアーム６２の先端部分が示されている。接触検出装置６０は、アーム本体１４の先端部に装着されるアーム取付部材６４と、エンドエフェクタ１６の基端部に装着されるエフェクタ取付部材６６が、弾性連結体３２によって相互に弾性連結された構造を有している。以下の説明において、第一の実施形態と実質的に同一の部材および部位については、図中に同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００６５】
より詳細には、アーム取付部材６４は、エンドエフェクタ１６に向けて突出するアーム側突出部６８を備えている。アーム側突出部６８は、アーム取付部材６４の周方向で複数箇所に設けられて、複数が周方向で直列的に並んで配置されており、全体として略筒状をなしている。各アーム側突出部６８は、何れも上下方向に対して傾斜した方向に突出していると共に、突出先端に向けて傾斜角度が次第に小さくなっており、図７に示すような外周側へ向けて凸の湾曲断面形状を有している。なお、アーム側突出部６８の周方向間の隙間は、アーム側突出部６８への接触を想定される対象（作業者Ａの手指など）が入り込み得ない寸法（例えば５ｍｍ以下など）とされることが望ましい。また、各アーム側突出部６８の曲率中心は、弾性連結体３２の弾性中心と略同じ位置に設定されている。
【００６６】
エフェクタ取付部材６６は、アーム本体１４に向けて突出するエフェクタ側突出部７０を備えている。エフェクタ側突出部７０は、エフェクタ取付部材６６の周方向で複数箇所に設けられて、複数が周方向で直列的に並んで配置されており、全体として略筒状をなしている。各エフェクタ側突出部７０は、何れも上下方向に対して傾斜した方向に突出していると共に、突出先端に向けて傾斜角度が次第に小さくなっており、図７に示すような外周側へ向けて凸の湾曲断面形状を有している。なお、エフェクタ側突出部７０の周方向間の隙間は、作業者Ａの手指などエフェクタ側突出部７０への接触が想定される対象が入り込み得ない寸法とされることが望ましい。また、各エフェクタ側突出部７０の曲率中心は、弾性連結体３２の弾性中心と略同じ位置に設定されている。
【００６７】
さらに、エフェクタ側突出部７０には、複数のエフェクタ側センサ素子７２が取り付けられている。即ち、本実施形態では、エフェクタ側突出部７０の突出先端部に第一のエフェクタ側センサ素子７２ａが設けられていると共に、エフェクタ側突出部７０の突出方向の中間部分に第二のエフェクタ側センサ素子７２ｂが設けられている。なお、３つ以上のエフェクタ側センサ素子７２を、エフェクタ側突出部７０における突出方向の複数箇所に設けることもできる。
【００６８】
アーム側突出部６８とエフェクタ側突出部７０は、先端部分が内外に重なるように相互に対向して配されている。また、アーム本体１４とエンドエフェクタ１６に外力が作用していない静置状態において、エフェクタ側突出部７０の先端部に設けられた第一のエフェクタ側センサ素子７２ａは、中間部分に設けられた第二のエフェクタ側センサ素子７２ｂよりも、アーム側センサ素子４０に近い位置に配置されている。本実施形態では、アーム側センサ素子４０と第一のエフェクタ側センサ素子７２ａによって第一のセンサ７４ａが構成されると共に、アーム側センサ素子４０と第二のエフェクタ側センサ素子７２ｂによって第二のセンサ７４ｂが構成される。これにより、本実施形態の接触検出装置６０では、アーム側突出部６８とエフェクタ側突出部７０の突出方向の複数箇所において、センサ７４ａ，７４ｂが設けられている。
【００６９】
そして、アーム取付部材６４がアーム本体１４の先端部に装着されると共に、エフェクタ取付部材６６がエンドエフェクタ１６の基端部に装着されることにより、アーム本体１４とエンドエフェクタ１６が接触検出装置６０を介して相互に連結されている。このように接触検出装置６０がアーム本体１４とエンドエフェクタ１６の間に装着された状態で、図８に示すように、作業者Ａがエンドエフェクタ１６に接触して、エンドエフェクタ１６がアーム本体１４に対して傾動すると、アーム側突出部６８とエフェクタ側突出部７０が相対的に変位して、アーム側突出部６８とエフェクタ側突出部７０に設けられたセンサ素子４０，７２の相対位置が変化する。これにより、第一のセンサ７４ａと第二のセンサ７４ｂにおいて、それぞれアーム側突出部６８とエフェクタ側突出部７０の相対変位が検出されて、それら第一のセンサ７４ａと第二のセンサ７４ｂの検出結果に基づいてエンドエフェクタ１６と作業者Ａの接触が検知される。
【００７０】
本実施形態のエフェクタ側突出部７０には、エフェクタ側センサ素子７２ａ，７２ｂがエフェクタ側突出部７０の突出方向で異なる部位に設けられており、それらエフェクタ側センサ素子７２ａ，７２ｂとアーム側センサ素子４０によって複数のセンサ７４ａ，７４ｂが構成されている。これにより、各センサ７４ａ，７４ｂの検出結果に基づいて、エンドエフェクタ１６と作業者Ａの接触をより精度よく検知することができると共に、アーム側突出部６８とエフェクタ側突出部７０の相対変位量を求めることも可能となって、エンドエフェクタ１６に対する作業者Ａの衝突の強度を把握することなどができる。
【００７１】
なお、アーム側センサ素子４０がアーム側突出部６８の突出方向の複数箇所に設けられていても良く、アーム側センサ素子４０とエフェクタ側センサ素子７２の両方が各突出部３６，４８の突出方向の複数箇所に設けられていても良い。
【００７２】
また、本実施形態において示すように、アーム側突出部とエフェクタ側突出部は、必ずしも周方向に連続する筒状や環状に限定されるものではなく、周方向で複数に分割された構造を採用することもできる。なお、アーム側突出部とエフェクタ側突出部は、例えば、何れか一方が周方向で分割されていると共に、何れか他方が周方向で連続する筒状や環状とされていても良い。
【００７３】
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、アーム側突出部３６がエフェクタ側突出部４８よりも大径とされて、アーム側突出部３６がエフェクタ側突出部４８に対して外側に重なるように対向配置されていても良い。
【００７４】
また、センサ５４は、検出の信頼性を向上させるなどの目的で周方向の複数箇所に設けられていることが望ましいが、周方向の一箇所だけに設けることもできる。更に、センサ５４の種類は特に限定されるものではないが、好適には、磁気センサと光センサと静電容量式センサの少なくとも一つとされる。このような検出方式のセンサを採用すれば、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の相対変位を有効に検出することができる。特に、磁気センサや光センサを採用することによって、前記実施形態のように、一方のセンサ素子４０に検出用配線４２を接続すればよくなって、アーム本体１４とエンドエフェクタ１６の接続部分を跨ぐことなく検出用配線４２を配することができる。また、検出方式の異なる複数種類のセンサ５４を併用することも可能である。
【００７５】
なお、静電容量式センサを採用する場合には、例えば、コンデンサを構成する一方の電極がアーム側突出部３６に設けられると共に、他方の電極がエフェクタ側突出部４８に設けられる。そして、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の相対変位時に、それら電極の対向面積や対向間距離などが変化することに基づく静電容量値の変化を検出することにより、アーム側突出部３６とエフェクタ側突出部４８の相対変位を検出することができる。また、光センサのエフェクタ側センサ素子５０を、アーム側センサ素子４０に向けて光を投射する投光部とすることもできる。
【００７６】
また、弾性連結体は、アーム側突出部３６およびエフェクタ側突出部４８の両方よりも大径の筒状とされて、それらアーム側突出部３６およびエフェクタ側突出部４８の外周側を囲むように配されていても良い。更に、弾性連結体は、筒形状に限定されるものではなく、例えば柱形状などの中実構造であっても良い。この場合には、アーム用配線５６は弾性連結体の中心軸を外れた位置に配される。
【００７７】
更にまた、前記実施形態では、アーム取付部材２８とエフェクタ取付部材３０が一つの弾性連結体３２によって弾性連結された構造を例示したが、弾性連結体は複数設けられていても良く、例えば、弾性連結体がアーム取付部材２８とエフェクタ取付部材３０の周方向で複数配されて、アーム取付部材２８とエフェクタ取付部材３０が周方向の複数箇所において弾性連結体で弾性連結されるようにもできる。
【００７８】
また、前記実施形態では、アーム側突出部３６を備えるアーム取付部材２８がアーム本体１４とは別体とされていると共に、エフェクタ側突出部４８を備えるエフェクタ取付部材３０がエンドエフェクタ１６とは別体とされていたが、アーム側突出部３６はアーム本体１４に一体的に設けられていても良く、エフェクタ側突出部４８はエンドエフェクタ１６に一体的に設けられていても良い。
【００７９】
また、前記実施形態に示すアーム本体１４およびエンドエフェクタ１６の構造は、あくまでも例示であって、限定的に解釈されるものではない。具体的には、例えば、アーム本体１４は、リンク１８間の相対的なねじり変位（リンク１８の軸回りでの回動）を許容された構造も採用され得る。
【符号の説明】
【００８０】
１０，６０：接触検出装置、１２，６２：ロボットアーム、１４：アーム本体、１６：エンドエフェクタ、３２：弾性連結体、３６，６８：アーム側突出部、４０：アーム側センサ素子（センサ素子）、４２：検出用配線、４４：検出回路、４８，７０：エフェクタ側突出部、５０，７２：エフェクタ側センサ素子（センサ素子）、５２：内孔、５４，７４：センサ、５６：アーム用配線
【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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