(57)【要約】【課題】逆入力可能な可動部を持つヒューマノイド型ロボットについて、ブレーキによる特別な制動力を必要とせず、関節の非作動状態でその可動部を重力に抗して関節の作動停止時の位置等の所定位置に維持できるようにして、電源を遮断したときの可動部の垂れ下がりを防止することにある。【解決手段】ヒューマノイド型ロボットの関節１１により逆入力可能に駆動される可動部４ｂを前記関節の非作動状態で所定位置に支持する装置において、前記可動部４ｂに一端部を連結された索条３０と、前記索条の他端部に連結されたスプリング３１と、前記可動部と前記スプリングとの間での前記索条の張り渡し位置を規制して、前記関節の非作動状態で前記可動部が重力に抗して所定位置を維持するように前記可動部に前記索条から前記スプリングの弾性力による張力に基づく支持トルクを与える索条ガイド手段３２と、を具えることを特徴とするロボット用可動部支持装置である。【選択図】図１
2011020227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒューマノイド型ロボットの関節により逆入力可能に駆動される可動部を前記関節の非作動状態で所定位置に支持する装置において、
前記可動部に一端部を連結された索条と、
前記索条の他端部に連結されたスプリングと、
前記可動部と前記スプリングとの間での前記索条の張り渡し位置を規制して、前記関節の非作動状態で前記可動部が重力に抗して所定位置を維持するように前記可動部に前記索条から前記スプリングの弾性力による張力に基づく支持トルクを与える索条ガイド手段と、
を具えることを特徴とする、ロボット用可動部支持装置。
【請求項２】
前記可動部は腕の下腕部であり、
前記関節は前記腕の肘関節であり、
前記所定位置は水平位置であり、
前記索条ガイド手段は、前記下腕部が前記腕の上腕部に対し所定角度をなし、前記上腕部が鉛直に延在する場合には前記所定位置付近に位置するガイド開始位置から前記上腕部に対する離間方向へ回動すると、前記上腕部に配置された前記スプリングと前記下腕部との間で前記索条を掛け回されてガイドし、前記下腕部が前記ガイド開始位置から前記上腕部に対する接近方向へ回動すると前記索条から離間する、前記肘関節の回動軸線と同心に配置された主プーリを有することを特徴とする、請求項１記載のロボット用可動部支持装置。
【請求項３】
前記主プーリは、前記肘関節の作動により前記下腕部と一緒に回動するとともに、前記下腕部が前記ガイド開始位置から前記上腕部に対する離間方向へ回動するにつれて前記肘関節の回動軸線に近づく半径方向位置から前記索条を巻き掛けるガイド形状を持つことを特徴とする、請求項２記載のロボット用可動部支持装置。
【請求項４】
前記スプリングは、前記上腕部内にその上腕部によるガイド下で伸縮可能に収納され、
前記索条ガイド手段は、前記索条を前記スプリングの近傍から前記下腕部に向かわせる補助プーリを有することを特徴とする、請求項２または３記載のロボット用可動部復帰装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人と共存、協調することが予定されるヒューマノイド型ロボットに用いられるロボット用可動部支持装置に関するものである。なお、この明細書において「ヒューマノイド型ロボット」とは、人と同様に胴体の左右に双腕を具えるロボットを意味する。
【背景技術】
【０００２】
セル生産等の作業を人に代わって実行する上述の如きヒューマノイド型ロボットとしては従来、例えば特許文献１記載の、双腕が前方に寄ったロボットや、特許文献２記載の、下半身が台車型のロボット等が知られており、かかるヒューマノイド型ロボットが人の代わりに作業を実行する場合、そのロボットには、作業台上のワークの組立・ハンドリング等のタスクを実行することが求められる。
【０００３】
この時、ロボットの基本姿勢は、作業の開始し易さから、可動部である腕の上腕部を肩関節によりピッチ軸線周りに鉛直に下げるとともに、その腕の下腕部を、肘関節によりピッチ軸線周りに上腕部に対し９０度に折り曲げて水平に延在する所定位置に位置させ、かつこれも可動部である頭を正面向きの所定位置に位置させた格好になることが多く、この基本姿勢では、下腕部や手首関節や手や取り扱うワーク等の重量により肘関節に常にトルクが作用するとともに、頭の前部の視覚系の重量により首関節のピッチ軸にも常にトルクが作用している。
【０００４】
ところで、上記のように人との共存・協調を前提として設計されたヒューマノイド型ロボットは、人との接触時における緩衝性の問題等の本質安全設計の観点から、低出力のモータと軽量の可動部とを具えるように構成されることが望ましく、不必要な質量の増加等、ムダな要素は極力取り除かなければならない。
【０００５】
また、ヒューマノイド型ロボットは、上述した本質安全設計の観点および動作の教示の便宜から、外力で動かせる逆入力可能な構造の関節を持つことが一般的であり、それゆえ、制御回路に電源が入っていない場合は関節にブレーキがかからず、腕や頭等の可動部はその自重等により回動し、結果的に摩擦力と釣り合う位置まで垂れ下がることとなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３８３５０号公報
【特許文献２】特開２００７−１１８１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それゆえ、ヒューマノイド型ロボットを停止状態にする際には、特に、手首部に装備した手や工具等の精密かつ高価なエンドエフェクタが腕の垂れ下がりで机等の周辺設備に当接して故障や破損を生じるのを避けるため、従来は電源が入っている間に、腕を頭の後ろの、電源が入っていない状態でも垂れ下がらない位置へ移動させるか、腕の垂れ下がりを想定して、腕が垂れ下がってもエンドエフェクタが周辺設備と当接することが無い位置にロボットを移動させておかなければならない、という煩わしさがあった。
【０００８】
またヒューマノイド型ロボットは停止状態では、その腕や頭等の可動部が上述の如き所定位置に位置する基本姿勢を維持しておけないため、そのロボットを停止状態から起動する際に、関節を作動させ、各可動部を一旦所定位置まで移動させて基本姿勢をとらせた後、その基本姿勢から作業を開始させる必要があって、作業開始までに手間がかかるという問題もあった。
【０００９】
そこで、上述した垂れ下がりへの対策として肘関節にブレーキを設けることも検討されたが、制動トルクが小さくて済むようにブレーキをモータに設けると、結果としてモータの形状、質量が大きくなってしまうことになるため腕の質量が増え、ヒューマノイド型ロボットに求められる本質安全設計の確立が困難になってしまうという問題があった。
【００１０】
一方、産業用ロボットにおいては通常、モータに通電時不作動型電磁ブレーキを設け、電源が落ちると自動的にブレーキが掛かって可動部としてのアームの垂れ下がりを防止しているが、このような産業用ロボットの場合、ブレーキの制動トルクはロボットの定格出力以上に設定されているため、一旦ブレーキが入ると逆入力が困難となることから、人との協調作業、作業空間の共存などを行う状況においては、人との隔離を目的とした防護柵等の安全方策が必要になる。
【００１１】
それゆえこの発明は、セル生産の現場等の人と共存、協調する作業場所に、腕や頭等の逆入力可能な可動部を持つヒューマノイド型ロボットを投入する場合に、ブレーキによる特別な制動力を必要とせず、その可動部等への重力に抗して、電源を遮断したときの可動部の垂れ下がりを防止し、これにより、周辺設備等への可動部の衝突を防止して可動部を保護するとともに、ロボットの安全運用および関節用モータの低出力化に貢献し、かつ、停止状態からの迅速な作業開始を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は上記課題を有利に解決するものであり、この発明のロボット用可動部支持装置は、ヒューマノイド型ロボットの関節により逆入力可能に駆動される可動部を前記関節の非作動状態で所定位置に支持する装置において、前記可動部に一端部を連結された索条と、前記索条の他端部に連結されたスプリングと、前記可動部と前記スプリングとの間での前記索条の張り渡し位置を規制して、前記関節の非作動状態で前記可動部が重力に抗して所定位置を維持するように前記可動部に前記索条から前記スプリングの弾性力による張力に基づく支持トルクを与える索条ガイド手段と、を具えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
上述したこの発明のロボット用可動部支持装置にあっては、索条ガイド手段が、ヒューマノイド型ロボットの関節により逆入力可能に駆動される可動部に一端部を連結されるとともにスプリングに他端部を連結された索条の、それら可動部とスプリングとの間での張り渡し位置を規制して、上記関節の非作動状態でその可動部が重力に抗してその関節の作動停止時の位置等の所定位置を維持するようにその可動部に上記索条から上記スプリングの弾性力による張力に基づく支持トルクを与える。これにより、例えば可動部としての下腕部を水平位置で停止させると、スプリングの弾性力によるワイヤの張力に基づく支持トルクにより下腕部がその水平位置で支持され、また下腕部を水平位置よりも上げた位置で停止させると、重力による垂れ下がりトルクが水平位置よりも減少すると同時に可動部がスプリングに近づきスプリングの弾性力が減少して支持トルクも減少するので可動部がその上げた位置で支持され、その一方可動部を水平位置よりも下げた位置で停止させると、重力による垂れ下がりトルクが減少すると同時に索条が関節の回動軸線に接近して支持トルクも減少するので、可動部がその下げた位置で支持される。
【００１４】
従って、この発明のロボット用可動部支持装置によれば、セル生産の現場等の人と共存、協調する作業場所に、逆入力可能な可動部を持つヒューマノイド型ロボットを投入する場合に、ブレーキによる特別な制動力を必要とせず、上記関節の非作動状態でその可動部を重力に抗して関節の作動停止時の位置等の所定位置に維持することができるので、電源を遮断したときの可動部の垂れ下がりを防止し、それにより周辺設備等への可動部の衝突を防止して可動部を保護するとともに、ロボットの安全運用および関節用モータの低出力化に貢献し、しかもロボットを基本姿勢で停止させることで停止状態でもその基本姿勢を維持し得て、停止状態からの迅速な作業開始を可能にすることができる。
【００１５】
なお、この発明のロボット用可動部支持装置においては、前記可動部は腕の下腕部であり、前記関節は前記腕の肘関節であり、前記所定位置は水平位置であり、前記索条ガイド手段は、前記下腕部が前記腕の上腕部に対し所定角度をなし、前記上腕部が鉛直に延在する場合には前記所定位置付近に位置するガイド開始位置から前記上腕部に対する離間方向へ回動すると、前記上腕部に配置された前記スプリングと前記下腕部との間で前記索条を掛け回されてガイドし、前記下腕部が前記ガイド開始位置から前記上腕部に対する接近方向へ回動すると前記索条から離間する、前記肘関節の回動軸線と同心に配置された主プーリを有するものであっても良い。
【００１６】
かかる構成によれば、上腕部が鉛直に延在する場合に、可動部としての下腕部が所定位置としての水平位置付近のガイド開始位置よりも下がると、索条が主プーリに掛け回されてその主プーリにより肘関節の回動軸線への接近を規制されるので、下腕部の支持トルクを生じさせるモーメントの腕の長さが下腕部の垂れ下がりで過度に減少して支持トルクが小さくなり過ぎるのを防止することができる。
【００１７】
また、この発明のロボット用可動部支持装置においては、前記主プーリは、前記肘関節の作動により前記下腕部と一緒に回動するとともに、前記下腕部が前記ガイド開始位置から前記上腕部に対する離間方向へ回動するにつれて前記肘関節の回動軸線に近づく半径方向位置から前記索条を巻き掛けるガイド形状を持つものであっても良い。
【００１８】
かかる構成によれば、主プーリは、肘関節の作動により下腕部と一緒に回動するとともに、そのガイド形状により、下腕部が水平位置付近のガイド開始位置から上腕部に対する離間方向へ回動して下がるにつれて肘関節の回動軸線に近づく半径方向位置から索条を巻き掛けるので、下腕部の支持トルクを生じさせるモーメントの腕の長さを下腕部の垂れ下がりに応じて減少させて、スプリングの弾性力の増大に伴う索条の張力の増大によって支持トルクが過大になるのを防止することができ、ひいては関節の駆動用モータの負荷を減少させるとともに、関節の非作動時の可動部への逆入力によるティーチングを容易にすることができる。
【００１９】
さらにこの発明のロボット用可動部支持装置においては、前記スプリングは、前記上腕部内にその上腕部によるガイド下で伸縮可能に収納され、前記索条ガイド手段は、前記索条を前記スプリングの近傍から前記下腕部に向かわせる補助プーリを有するものであっても良い。
【００２０】
かかる構成によれば、上腕部でロボットの構造部材とスプリングのガイド部材との両方を構成し得て、ヒューマノイド型ロボットの構成をコンパクトかつ安価なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ヒューマノイド型ロボットがその腕に具える、この発明のロボット用可動部支持装置の一実施例の構成を示す断面図である。
【図２】二台の上記ヒューマノイド型ロボットが作業者と共存、協調して作業するセル生産現場の全体を示す斜視図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、上記ヒューマノイド型ロボットを示す正面図および側面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記ヒューマノイド型ロボットを示す平面図，背面図および斜視図である。
【図５】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記ヒューマノイド型ロボットが腕の下腕部を水平に維持して前後移動させる場合の、上記実施例のロボット用可動部支持装置の作動状態を示す説明図である。
【図６】上記ヒューマノイド型ロボットが腕の下腕部を水平に維持して前後移動させる場合の、上記実施例のロボット用可動部支持装置の肘関節周りの釣り合い関係を示す説明図である。
【図７】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記ヒューマノイド型ロボットが腕の下腕部を上下移動させる場合の、上記実施例のロボット用可動部支持装置の作動状態を示す説明図である。
【図８】上記ヒューマノイド型ロボットが腕の下腕部を上下移動させる場合の、上記実施例のロボット用可動部支持装置の肘関節周りの釣り合い関係を示す説明図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、この発明のロボット用可動部支持装置の他の一実施例の作動状態を腕の下腕部が水平な状態と下方へ垂れ下がった状態とについてそれぞれ示す説明図である。
【図１０】図９（ａ），（ｂ）に示す状態の間での上記実施例のロボット用可動部支持装置の作動状態を示す説明図である。
【図１１】上記実施例のロボット用可動部支持装置の肘関節周りの釣り合い関係を示す説明図である。
【図１２】上記ヒューマノイド型ロボットが腕の下腕部を水平に維持して前後移動させる場合の、上記実施例のロボット用可動部支持装置の肘関節周りの釣り合い関係を示す説明図である。
【図１３】上記ヒューマノイド型ロボットが腕の下腕部を上下移動させる場合の、上記実施例のロボット用可動部支持装置の肘関節周りの釣り合い関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。ここに、図１は、図２に例示するヒューマノイド型ロボットがその腕に具える、この発明のロボット用可動部支持装置の一実施例の構成を示す断面図、図２は、二台の上記ヒューマノイド型ロボットが作業者と共存、協調して作業するセル生産現場の全体を示す斜視図、図３（ａ）および（ｂ）は、上記ヒューマノイド型ロボットを示す正面図および側面図、そして図４（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記ヒューマノイド型ロボットを示す平面図，背面図および斜視図であり、図中符号１はそのヒューマノイド型ロボットを示す。
【００２３】
図２に示すセル生産現場は、作業台としての五つの机Ｔ１〜Ｔ５を略コ字状に配置して具えており、中央の机Ｔ３の手前には作業者Ｍが配置され、中間の二つの机Ｔ２，Ｔ４の手前には二台のヒューマノイド型ロボット１が、作業者Ｍと共存、協調して作業するように配置されている。このセル生産現場では、両端の机Ｔ１，Ｔ５上に図示しないワークを載せたパレットＰが搬入されると、二台のヒューマノイド型ロボット１が、それらの机Ｔ１，Ｔ５上のパレットＰをそれぞれ中間の二つの机Ｔ２，Ｔ４上に移してそこでパレットＰからワークを取り出し、円形の台ＲＴ上でワークの組み立てを行い、組み立てたワークを空のパレットＰに載せ、そのパレットＰを中央の机Ｔ３上に移す。そして作業者Ｍが中央の机Ｔ３上で、それらのパレットＰから組み立てたワークを取り出し、円形の台ＲＴ上で組み合わせて図示しない製品を組み立てて、その製品をパレットＰとともに机Ｔ３上から搬出する。
【００２４】
かかるセル生産作業を行うため、ここにおける二台のヒューマノイド型ロボット１は互いに同一の構成とされ、各ヒューマノイド型ロボット１は、図３，４に示すように、胴体２と、その胴体２の上端に設けられた頭３と、その胴体２のロボット自身から見て左右側方に位置する二本の腕（双腕）４と、それらの腕４の先端に設けられたエンドエフェクタの一例としての挟持型の手５と、胴体２の下部２ａを脚の代わりに支持する台車６とを具えている。また、各ヒューマノイド型ロボット１は、頭３の前面に撮像手段としての二台のビデオカメラ７を搭載するとともに、頭３を支持する首関節８を具えており、その首関節８は、頭３を軸線Ｐ１周りに前後に傾動させる首ピッチ軸と、胴体２の上下方向に延在する中心線である軸線Ｙ１周りに頭３を左右に回動させる首ヨー軸とを可動軸として有している。さらに、各ヒューマノイド型ロボット１は、胴体２の下部２ａと上部２ｂとの間に腰関節９を具えており、その腰関節９は、胴体２の上部２ｂを下部２ａひいては台車６に対して軸線Ｙ１周りに左右に回動させる腰ヨー軸を可動軸として有している。
【００２５】
さらに、各ヒューマノイド型ロボット１は、胴体２と各腕４の上腕部４ａとの間の肩関節１０と、各腕４の上腕部４ａと下腕部４ｂとの間の肘関節１１と、各腕４の下腕部４ｂと手５との間の手首関節１２とをそれぞれ具えており、肩関節１０は、図３（ａ）に示すように、胴体２の左右に突出して略ハ字状をなす肩ブラケット１３上にそれぞれ配置され、胴体２に対し腕４全体を軸線Ｙ２周りに相対的に左右に回動させる肩ヨー軸と、その肩ヨー軸の軸線Ｙ２と互いに直交して軸線Ｐ２を配置され、胴体２に対し腕４全体をその軸線Ｐ２周りに相対的に前後に傾動させる肩ピッチ軸とを可動軸として有している。
【００２６】
ここで、肩ブラケット１３の上面は、上記軸線Ｙ１に対して左右方向斜め下方に１５度傾いて配置されていることから、各肩ヨー軸の軸線Ｙ２は、胴体２の上下方向に対して１５度傾いて、下方へ行くほど胴体２に近くなるように延在しており、それに伴い、各肩ヨー軸の軸線Ｙ２と互いに直交する各肩ピッチ軸の軸線Ｐ２も、床面に対して１５度傾いている。そして腕４の上腕部４ａは、下に下げた状態で肘関節１１に近づくほど胴体２に近くなるように傾いて延在している。この構成により、作業者Ｍの横に位置する肘関節１１が、作業者Ｍから離れて位置し、しかも横に動かないので、作業者Ｍが腕４と干渉する可能性を小さくし得て、人と共存、協調する作業場所にヒューマノイド型ロボットを投入する場合の、作業者の安全性を高めることができる。
【００２７】
さらに、各肘関節１１は、上腕部４ａに対し下腕部４ｂを、軸線Ｐ２に平行な軸線Ｐ３周りに上下に傾動させる肘ピッチ軸を可動軸として有し、また各手首関節１２は、下腕部４ｂに対して手５を軸線Ｐ４周りに相対的に上下に傾動させる手首ピッチ軸と、その手５を軸線Ｐ４に直交する軸線Ｙ３周りに相対的に左右に回動させる手首ヨー軸と、下腕部４ｂに対して手首ピッチ軸と手首ヨー軸とを軸線Ｒ周りにねじる手首ロール軸とを可動軸として有しており、結果として各腕４は、合計６つの可動軸、すなわち６自由度を有し、これら可動軸の軸配置により、この二本の腕４は特異点がなく自由な姿勢を作ることが可能である。なお、これらの可動軸は各々、周知のように例えばサーボモータと例えば商品名ハーモニックドライブ等の逆入力可能な減速機とを組み合わせた逆入力可能な回動機構で構成されている。かかる回動機構によれば、関節用モータの非作動時に可動部を人手で逆入力して動かすことでヒューマノイド型ロボット１に作動を教示することができるのに加え、意図せずに作業者とヒューマノイド型ロボット１との干渉が生じた場合の作業者の安全性を高めることもできる。
【００２８】
さらに、各ヒューマノイド型ロボット１は、台車６の上端部に胴体２の下部２ａを昇降可能に支持するとともに、レバー１４ａの操作で図示しないねじ部材を回転させることでその下部２ａを締め付け固定する、一部切り欠かれたリング状の二個の胴ブラケット１４と、胴体２の下部２ａと台車６の下部との間に介挿されて、それらの胴ブラケット１４による昇降可能な支持状態で胴体２を昇降移動させる、例えば通常のボールねじ式の電動アクチュエータ１５と、胴体２の上部２ｂ内に収容された各可動軸用駆動回路と、台車6の下部に搭載されてヒューマノイド型ロボット１の上記各可動軸用駆動回路の作動を制御する、通常のコンピュータを有するコントロールボックス１６と、頭３の前面に搭載した二台のビデオカメラ７が撮像した机Ｔ１〜Ｔ５やパレットＰの隅部に設けられた標識ＣＭおよび図示しないワークの輪郭形状等に関する画像（視覚情報）に基づきワークの３次元座標および向きを認識してコントロールボックス１６に伝達する、これも通常のコンピュータを有する視覚制御ボックス１７とを具えている。
【００２９】
そして、ここにおける台車６はその下部に、四本の固定脚１８と、各々首振り可能な四個のキャスタ１９とを有しており、これらのキャスタ１９は、台車６の下部に平行リンク２１を介して昇降可能に支持された可動フレーム２０に取付けられて可動フレーム２０とともに昇降可能とされ、可動フレーム２０は、図では折り畳まれているペダル２１を外に倒して踏み降ろすことで下降させて、キャスタ１９が固定脚１８よりも下がって台車６を床面上で走行可能に支持する図示しない下降位置に固定することができ、また反対側のペダル２２を踏み降ろすことでロックを解除して図示しないスプリングで、キャスタ１９が固定脚１８よりも上がって台車６が固定脚１８で床面上に固定支持される図示の収納位置へ上昇させることができる。
【００３０】
また、ここにおける台車６はその後部に、人手で押し引きできるようにハンドル２３を設けられるとともに、そのハンドル２３に、スイッチボックス２４を着脱可能に装着されており、このスイッチボックス２４には、ヒューマノイド型ロボット１全体を停止させる非常停止スイッチ２４ａおよびヒューマノイド型ロボット１の可動部のみを停止させる一旦停止スイッチ２４ｂと、電動アクチュエータ１５による胴体２の上昇スイッチ２４ｃおよび下降スイッチ２４ｄとが設けられている。そして、各ヒューマノイド型ロボット１の首関節８には、頭３と干渉しないように表示灯２５が立設され、この表示灯２５には、作動状態等の表示内容に応じて色分けされた複数のランプが設けられている。
【００３１】
上記構成を具えるヒューマノイド型ロボット１は、セル生産現場において作業者Ｍだけでは人手が不足するような場合に、台車６で押し引きしてそのセル生産現場に配置して、例えば逆入力によりワークの組み立て作業を教示するとともに、ワークの輪郭形状等の特徴を教示すると、ロボット自身で視覚により机Ｔ１〜Ｔ５やパレットＰやその上のワークの位置を認識して前述した組み立て作業を行い、しかも軽量で低出力かつ逆入力可能に設計されているので、作業者Ｍの安全性を確保しつつ、作業者Ｍの作業を補助することができる。
【００３２】
このヒューマノイド型ロボット１の各腕４は、図１に示すように、肩関節１０で支持された上腕部４ａが、肘関節１１を介して下腕部４ｂを支持し、ここで、肘関節１１は、モータ１１ａの出力軸を図示しないベルトおよびプーリを介して、逆入力可能な減速機１１ｂの入力要素に駆動結合し、その減速機１１ｂの出力要素を下腕部４ｂに結合しており、その腕４に設けられたこの実施例の可動部支持装置は、下腕部４ｂに一端部を連結された索条としての鋼製のワイヤ３０と、そのワイヤ３０の他端部に上端部を連結されたスプリングとしてのコイルスプリング３１と、索条ガイド手段としての主プーリ３２および補助プーリ３３とを具えている。
【００３３】
ここにおけるコイルスプリング３１は、腕４の、円筒状に形成された上腕部４ａ内に収納されて、その上腕部４ａの内壁により伸縮変形を案内され、そのコイルスプリング３１の上端部に連結されたワイヤ３０は、肘関節１１の上部に内蔵された円形の補助プーリ３３と、肘関節１１の減速機１１ｂのケーシング外周面で形成された、肘ピッチ軸の軸線Ｐ３を中心とした半径一定の円弧状をなす主プーリ３２とに掛け渡されて下腕部４ｂまで至っており、これら主プーリ３２および補助プーリ３３は、下腕部４ｂとコイルスプリング３１との間でのワイヤ３０の張り渡し位置を規制して、肘関節１１のモータ１１ａの非作動状態でも、図１に示す如く、鉛直に延在する上腕部４ａに対して、下腕部４ｂが重力に抗して水平な所定位置を維持するように、下腕部４ｂにワイヤ３０からコイルスプリング３１の圧縮分Ｓｔに対応する弾性力に略一致する張力によって支持トルクＴを与える。
【００３４】
ここで、図１に示すように、手首関節１２に設けられた手５や工具等のエンドエフェクタＥの重量をＷｆ、そのエンドエフェクタＥの、肘ピッチ軸の軸線Ｐ３からの距離をＬｆとすると、下腕部４ｂを水平位置にした場合に、そのエンドエフェクタＥの重量により下腕部４ｂに加わるトルクＴｆはＴｆ＝Ｗｆ×Ｌｆとなる。また、下腕部４ｂの重量をＷａ、その下腕部４ｂの重心の、肘ピッチ軸の軸線Ｐ３からの距離をＬａとすると、下腕部４ｂを水平位置にした場合に、その下腕部４ｂの重量により下腕部４ｂに加わるトルクＴａはＴａ＝Ｗａ×Ｌａとなる。従って、エンドエフェクタＥの重量Ｗｆと下腕部４ｂの重量Ｗａとの総重量Ｗｔによるトルク（上記支持トルクＴに概略等しい）は重量Ｗｆと重量Ｗａとのそれぞれによるトルクの和（Ｔｆ＋Ｔａ）となり、その総重量Ｗｔが加わる位置の、肘ピッチ軸の軸線Ｐ３からの距離Ｌｔは、Ｔ＝Ｔｆ＋Ｔａ＝Ｌｔ×Ｗｔ＝Ｌｔ×（Ｗｆ＋Ｗａ）から求まる。なお、下腕部４ｂを水平位置から上げ下げした場合は、総重量Ｗｔの作用点が肘ピッチ軸の軸線Ｐ３に近づいてモーメントの腕が短くなるので、総重量Ｗｔによるトルクも減少する。
【００３５】
図５（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記ヒューマノイド型ロボット１が腕４の下腕部４ｂを水平に維持して前方、中央および後方へ移動させる場合の、上記実施例のロボット用可動部支持装置の作動状態をそれぞれ示す説明図、また図６は、図５に示すように上記ヒューマノイド型ロボット１が腕４の下腕部４ｂを水平に維持して前後移動させる場合の、上記実施例のロボット用可動部支持装置の肘関節１１周りの釣り合い関係を示す説明図である。
【００３６】
図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、肩関節１０の作動によって上腕部４ａを前後に振るとともにその間肘関節１１の作動によって下腕部４ｂを水平に維持して前後に移動させると、図５（ｂ）に示すように、上腕部４ａを鉛直にするとともに肘関節１１の関節角度を９０度にして下腕部４ｂを水平位置にした基本姿勢では、コイルスプリング３１が全圧縮可能量の概ね半分の圧縮分によりワイヤ３０に張力を与え、ワイヤ３０は補助プーリ３３の周囲に掛け回された後その補助プーリ３３から主プーリ３２に掛からずに下腕部４ｂに至って下腕部４ｂに支持トルク（ばね発生トルク）を与える。
【００３７】
また、図５（ｃ）に示すように、上腕部４ａを後方に振るとともに肘関節１１の関節角度を１６０度すなわち肘が曲がりきった状態にして下腕部４ｂを水平位置に維持した姿勢では、コイルスプリング３１が全圧縮可能量の僅かな部分の圧縮分によりワイヤ３０に張力を与え、ワイヤ３０は補助プーリ３３の周囲に掛け回された後その補助プーリ３３から主プーリ３２に掛からずに下腕部４ｂに至って下腕部４ｂに支持トルク（ばね発生トルク）を与える。
【００３８】
そして、図５（ａ）に示すように、上腕部４ａを前方に振るとともに肘関節１１の関節角度を−１０度すなわち肘が伸びきった状態にして下腕部４ｂを水平位置に維持した姿勢では、コイルスプリング３１が全圧縮可能量の概ね全ての圧縮分によりワイヤ３０に張力を与え、ワイヤ３０は補助プーリ３３の周囲に掛け回された後その補助プーリ３３から主プーリ３２に掛け回され、その後に下腕部４ｂに至って下腕部４ｂに支持トルク（ばね発生トルク）を与える。
【００３９】
すなわち補助プーリ３３はワイヤ３０の引き回し方向を変え、主プーリ３２は、下腕部４ｂが上腕部４ａに対し関節角度で約８０度をなし、かつ上腕部４ａが鉛直に延在する場合には、その下腕部４ｂが、水平位置から約１０度下がって水平位置付近に位置するガイド開始位置から、上腕部４ａに対する離間方向である下方へ回動すると、上腕部４ａに配置されたコイルスプリング３１と下腕部４ｂとの間で、周囲にワイヤ３０を掛け回されてそのワイヤ３０をガイドし、下腕部４ｂが上記ガイド開始位置から上腕部４ａに対する接近方向である上方へ回動すると、ワイヤ３０から離間する。なお、ここでは摩擦抵抗を減らすためにワイヤ３０を補助プーリ３３の周囲に掛けるだけにしているが、ワイヤ３０を外れ防止のために補助プーリ３３に１回以上巻回しても良い。
【００４０】
図６は、上記のように腕４が作動する際の肘関節１１周りの釣り合いを示しており、この場合、下腕部４ｂは水平位置に維持されるので、その水平位置の維持に必要なトルク（必要トルク）は肘関節１１の関節角度にかかわらず約２．５０Ｎｍで一定である。これに対してコイルスプリング３１の圧縮分により発生するトルク（ばね発生トルク）は、肘関節１１の関節角度が１６０度から１００度まで減少する間はその減少に従ってワイヤ３０の引っ張り量ひいてはコイルスプリング３１の圧縮分が増えるため増加し、１００度より減ると関節角度の減少に従ってワイヤ３０の引っ張り量は増える一方ワイヤ３０によるモーメントの腕の長さが減少するため、ばね発生トルクは多少減少する。そして８０度以下ではワイヤ３０が主プーリ３２に掛かるため、関節角度の減少に従ってワイヤ３０の引っ張り量は増える一方ワイヤ３０によるモーメントの腕の長さは一定になるため、ばね発生トルクは関節角度の減少に反比例して増加する。
【００４１】
モータ１１ａが出力するトルク（実行トルクまたは復帰トルク）は、肘関節１１の関節角度が１６０度から１２０度まで減少する間は、下腕部４ｂを水平位置に維持するのに必要な一定トルクに対しばね発生トルクが小さいため下腕部４ｂを持ち上げているのに必要となり、１２０度から８０度まで減少する間は、下腕部４ｂを水平位置に維持するのに必要な一定トルクに対しばね発生トルクが少し大きいため下腕部４ｂを押し下げるのに必要となり、８０度以下では下腕部４ｂを水平位置に維持するのに必要な一定トルクに対しばね発生トルクが関節角度の減少に反比例して大きくなってゆくため下腕部４ｂをコイルスプリング３１に抗してさらに押し下げるのに必要となる。
【００４２】
これにより、肘関節１１の関節角度が約７０度から１３０度程度までの間は、下腕部４ｂを水平位置に維持するのに必要な一定トルクに対しばね発生トルクが約０．３Ｎｍ過不足の範囲内に収まるので、肘関節１１のモータ１１ａの非作動状態でも、モータ１１ａの磁力によるロータの回転抵抗および減速機１１ｂの摩擦抵抗等により、下腕部４ｂは肘関節１１の作動停止時の角度状態を維持する。そして肘関節１１の関節角度が約７０度未満で作動停止した場合は、下腕部４ｂはワイヤ３０を介してコイルスプリング３１で引かれて、関節角度約７０度に向かって持上げられ、モータ１１ａのロータの回転抵抗および減速機の摩擦抵抗等と釣り合う位置で停止する。また、上腕部４ａも鉛直付近であれば同様に、肩関節１０のモータの非作動状態でも、そのモータのロータの回転抵抗および減速機の摩擦抵抗等により、肩関節１０の作動停止時の状態を維持する。
【００４３】
図７（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記ヒューマノイド型ロボット１が腕４の上腕部４ａを鉛直に維持して下腕部４ｂを上方、水平および下方へ移動させる場合の、上記実施例のロボット用可動部支持装置の作動状態をそれぞれ示す説明図、また図８は、図７に示すように上記ヒューマノイド型ロボット１が腕４の下腕部４ｂを上下移動させる場合の、上記実施例のロボット用可動部支持装置の肘関節１１周りの釣り合い関係を示す説明図である。
【００４４】
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、肩関節１０の作動によって上腕部４ａを鉛直に維持するとともにその間肘関節１１の作動によって下腕部４ｂを上下に移動させると、図７（ｂ）に示すように、上腕部４ａを鉛直にするとともに肘関節１１の関節角度を９０度にして下腕部４ｂを水平位置にした基本姿勢では、図５（ｂ）の状態と同様、コイルスプリング３１が全圧縮可能量の概ね半分の圧縮分によりワイヤ３０に張力を与え、ワイヤ３０は補助プーリ３３の周囲に掛け回された後その補助プーリ３３から主プーリ３２に掛からずに下腕部４ｂに至って下腕部４ｂに支持トルク（ばね発生トルク）を与える。
【００４５】
また、図７（ａ）に示すように、上腕部４ａを鉛直に維持するとともに肘関節１１の関節角度を１６０度すなわち肘が曲がりきった状態にして下腕部４ｂを持ち上げた姿勢では、図５（ｃ）の状態と同様、コイルスプリング３１が全圧縮可能量の僅かな部分の圧縮分によりワイヤ３０に張力を与え、ワイヤ３０は補助プーリ３３の周囲に掛け回された後その補助プーリ３３から主プーリ３２に掛からずに下腕部４ｂに至って下腕部４ｂに支持トルク（ばね発生トルク）を与える。
【００４６】
そして、図７（ｃ）に示すように、上腕部４ａを鉛直に維持するとともに肘関節１１の関節角度を−１０度すなわち肘が伸びきった状態にして下腕部４ｂを下ろした姿勢では、図５（ａ）の状態と同様、コイルスプリング３１が全圧縮可能量の概ね全ての圧縮分によりワイヤ３０に張力を与え、ワイヤ３０は補助プーリ３３の周囲に掛け回された後その補助プーリ３３から主プーリ３２に掛け回され、その後に下腕部４ｂに至って下腕部４ｂに支持トルク（ばね発生トルク）を与える。
【００４７】
すなわち補助プーリ３３はワイヤ３０の引き回し方向を変え、主プーリ３２は、下腕部４ｂが上腕部４ａに対し関節角度で約８０度をなし、かつ上腕部４ａが鉛直に延在する場合には、その下腕部４ｂが、水平位置から約１０度下がって水平位置付近に位置するガイド開始位置から、上腕部４ａに対する離間方向である下方へ回動すると、上腕部４ａに配置されたコイルスプリング３１と下腕部４ｂとの間で、周囲にワイヤ３０を掛け回されてそのワイヤ３０をガイドし、下腕部４ｂが上記ガイド開始位置から上腕部４ａに対する接近方向である上方へ回動すると、ワイヤ３０から離間する。
【００４８】
図８は、上記のように腕４が作動する際の肘関節１１周りの釣り合いを示しており、この場合には下腕部４ｂは上下に動かされるので必要トルクは肘関節１１の関節角度が９０度になる下腕部４ｂの水平位置での約２．５０Ｎｍを最大として、下腕部４ｂをその水平位置から上げ下げするにつれて、先に説明したように総重量Ｗｔの作用点が肘ピッチ軸の軸線Ｐ３に近づいてモーメントの腕が短くなるので、総重量Ｗｔによる必要トルクも減少する。これに対してコイルスプリング３１の圧縮分により発生するばね発生トルクは、肘関節１１の関節角度が１６０度から１００度まで減少する間はその減少に従ってワイヤ３０の引っ張り量ひいてはコイルスプリング３１の圧縮分が増えるため増加し、１００度より減ると関節角度の減少に従ってワイヤ３０の引っ張り量は増える一方ワイヤ３０によるモーメントの腕の長さが減少するため、ばね発生トルクは多少減少する。そして８０度以下ではワイヤ３０が主プーリ３２に掛かるため、関節角度の減少に従ってワイヤ３０の引っ張り量は増える一方ワイヤ３０によるモーメントの腕の長さは一定になるため、ばね発生トルクは関節角度の減少に反比例して増加する。
【００４９】
モータ１１ａが出力するトルク（実行トルクまたは復帰トルク）は、肘関節１１の関節角度が１６０度から１５０度まで減少する間は、下腕部４ｂを持ち上げておくのに必要なトルクに対しばね発生トルクが小さいため下腕部４ｂを持ち上げているのに必要となり、１５０度から８０度まで減少する間は、下腕部４ｂを持上げているのに必要なトルクに対しばね発生トルクが少し大きいため下腕部４ｂを押し下げるのに必要となり、８０度以下では下腕部４ｂを持上げているのに必要なトルクが関節角度の減少に従って減少してゆくのに対しばね発生トルクが関節角度の減少に反比例して大きくなってゆくため下腕部４ｂをコイルスプリング３１に抗してさらに押し下げるのに必要となる。
【００５０】
これにより、肘関節１１の関節角度が約７０度から１６０度程度までの間は、下腕部４ｂを停止位置に維持するのに必要なトルクに対しばね発生トルクが約０．４Ｎｍ過不足の範囲内に収まるので、肘関節１１のモータ１１ａの非作動状態でも、モータ１１ａの磁力によるロータの回転抵抗および減速機１１ｂの摩擦抵抗等により、下腕部４ｂは肘関節１１の作動停止時の角度状態を維持する。そして肘関節１１の関節角度が約７０度未満で作動停止した場合は、下腕部４ｂはワイヤ３０を介してコイルスプリング３１で引かれて、関節角度約７０度に向かって持上げられ、モータ１１ａのロータの回転抵抗および減速機の摩擦抵抗等と釣り合う位置で停止する。また、上腕部４ａも鉛直付近であれば同様に、肩関節１０のモータの非作動状態でも、そのモータのロータの回転抵抗および減速機の摩擦抵抗等により、肩関節１０の作動停止時の状態を維持する。
【００５１】
従って、この実施例のロボット用可動部支持装置によれば、図２に示すように、セル生産の現場等の人と共存、協調する作業場所に、逆入力可能な可動部としての上腕部４ａおよび下腕部４ｂを持つヒューマノイド型ロボット１を投入する場合に、ブレーキによる特別な制動力を必要とせず、肩関節１０および肘関節１１の非作動状態でそれら上腕部４ａおよび下腕部４ｂを重力に抗して関節の作動停止時の位置に維持することができるので、電源を遮断したときの下腕部４ｂの垂れ下がりを防止し、それにより周辺設備等へのエンドエフェクタＥの衝突を防止してエンドエフェクタＥを保護するとともに、ヒューマノイド型ロボット１の安全運用および関節用モータ１１ａ等の低出力化に貢献し、しかもヒューマノイド型ロボット１の腕４を、図５（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、上腕部４ａが鉛直に位置するとともに下腕部４ｂが水平に位置する基本姿勢で停止させることで、停止状態でもその腕４の基本姿勢を維持し得て、停止状態からの迅速な作業開始を可能にすることができる。
【００５２】
また、この実施例のロボット用可動部支持装置によれば、可動部は腕４の下腕部４ｂであり、関節は腕４の肘関節１１であり、所定位置は水平位置であり、索条ガイド手段は、下腕部４ｂが腕４の上腕部４ａに対し関節角度約８０度の所定角度をなし、上腕部４ａが鉛直に延在する場合には水平位置付近に位置するガイド開始位置から上腕部４ａに対する離間方向へ回動すると、上腕部４ａに配置されたコイルスプリング３１と下腕部４ｂとの間でワイヤ３０を掛け回されてガイドし、下腕部４ｂが上記ガイド開始位置から上腕部４ａに対する接近方向へ回動するとワイヤ３０から離間する、肘関節１１の回動軸線Ｐ３と同心に配置された主プーリ３２を有していることから、上腕部４ａが鉛直に延在する場合に下腕部４ｂが水平位置付近のガイド開始位置よりも下がると、ワイヤ３０が主プーリ３２に掛け回されてその主プーリ３２により肘関節１１の回動軸線Ｐ３への接近を規制されるので、下腕部４ｂの支持トルクを生じさせるモーメントの腕の長さが下腕部４ｂの垂れ下がりで過度に減少して支持トルクが小さくなり過ぎるのを防止することができる。
【００５３】
さらにこの実施例のロボット用可動部支持装置によれば、コイルスプリング３１は、上腕部４ａ内にその上腕部４ａによるガイド下で伸縮可能に収納され、索条ガイド手段は、ワイヤ３０をコイルスプリング３１の近傍から引き回し方向を変えて下腕部４ｂに向かわせる補助プーリ３３を有していることから、上腕部４ａでヒューマノイド型ロボット１の構造部材とコイルスプリング３１のガイド部材との両方を構成し得て、ヒューマノイド型ロボット１の構成をコンパクトかつ安価なものとすることができる。
【００５４】
図９（ａ）および（ｂ）は、この発明のロボット用可動部支持装置の他の一実施例の作動状態を腕の下腕部が水平な状態と下方へ垂れ下がった状態とについてそれぞれ示す説明図、また図１０は、図９（ａ），（ｂ）に示す状態の間での上記実施例のロボット用可動部支持装置の作動状態を示す説明図であり、この実施例のロボット用可動部支持装置は、主プーリ３２のみ先の実施例と異なっており、他の点では先の実施例と同一の構成を具えているので、以下には主プーリ３２の構成とそれによる作用効果について主に説明する。
【００５５】
すなわち、この実施例のロボット用可動部支持装置の主プーリ３２は、図９，１０に示すように、肘関節１１の回動軸線である肘ピッチ軸の軸線Ｐ３からの半径が周方向位置によって変化するガイド形状のガイド部３２ａを有していて「カム」とも呼ばれる。かかる主プーリ３２のガイド部３２ａは、肘関節１１の作動により下腕部４ｂと一体で回動するとともに、下腕部４ｂが図１０で上から２番目に示す前述のガイド開始位置より下がるにつれて肘関節１１の上記軸線Ｐ３に近づく位置から、ワイヤ３０を主プーリ３２に巻き掛ける機能を持つ。
【００５６】
これにより、図９（ａ）に示すように、上腕部４ａ（ここでは図示せず）が鉛直位置に位置するとともに下腕部４ｂが水平位置に位置する場合は、ワイヤ３０が主プーリ３２のガイド部３２ａから離間して、下腕部４ｂを引き上げる方向に働く支持トルクはワイヤ３０の張力×モーメントの腕Ｌｂとなり、また、図９（ｂ）に示すように、上腕部４ａ（ここでは図示せず）が鉛直位置に位置するとともに下腕部４ｂが肘関節１１が伸びきった位置に位置する場合は、ワイヤ３０が主プーリ３２のガイド部３２ａに巻き掛けられて、下腕部４ｂを引き上げる方向に働く支持トルクはワイヤ３０の張力×モーメントの腕Ｌｃとなる。図１０は、これら図９（ａ），（ｂ）に示す状態とそれらの間でのガイド部３２ａへのワイヤ３０の４種類の巻き掛け状態とを示している。
【００５７】
図１１は、この実施例のロボット用可動部支持装置の肘関節周りの釣り合い関係を示す説明図、図１２は、上記ヒューマノイド型ロボット１が腕４の下腕部４ｂを水平に維持して前後移動させる場合の、この実施例のロボット用可動部支持装置の肘関節１１周りの釣り合い関係を示す説明図、そして図１３は、上記ヒューマノイド型ロボット１が腕４の下腕部４ｂを上下移動させる場合の、この実施例のロボット用可動部支持装置の肘関節１１周りの釣り合い関係を示す説明図である。
【００５８】
すなわち、図１１は、先の実施例の半径一定の円弧状ガイド形状の主プーリ３２によるバネ発生トルクと、この実施例の半径が変化するガイド形状の主プーリ３２（カム）によるバネ発生トルクとを対比して、下腕部４ｂを水平に維持して前後移動させる場合（手先水平移動時）の必要トルクおよび下腕部４ｂを上下移動させる場合（手先上下移動時）の必要トルクとともに示しており、この図から明らかなように、この実施例の半径が変化するガイド形状の主プーリ３２（カム）によるバネ発生トルクは先の実施例の半径一定の円弧状ガイド形状の主プーリ３２によるバネ発生トルクと異なって、肘関節１１の関節角度が９０度では概略２．８０Ｎｍとなり、９０度から７０度まで減少するにつれて僅かに低下して概略２．７０Ｎｍとなり、７０度未満ではその概略２．７０Ｎｍで概ね一定に維持される。
【００５９】
これにより、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記ヒューマノイド型ロボット１が腕４の下腕部４ｂを水平に維持して前後移動させる場合には、図１２に示すように、下腕部４ｂは水平位置に維持されるので、その水平位置の維持に必要なトルク（必要トルク）は肘関節１１の関節角度にかかわらず約２．５０Ｎｍで一定である。これに対してコイルスプリング３１の圧縮分により発生するトルク（ばね発生トルク）は、肘関節１１の関節角度が１６０度から１００度まで減少する間はその減少に従ってワイヤ３０の引っ張り量ひいてはコイルスプリング３１の圧縮分が増えるため増加し、１００度以下では関節角度の減少に従って、ワイヤ３０の引っ張り量は増える一方、主プーリ３２（カム）のガイド部３２ａの巻き掛け半径が減少してワイヤ３０によるモーメントの腕の長さが減少するため、１００度から７０度まで減少する間にばね発生トルクは概略２．８０Ｎｍから概略２．７０Ｎｍまで多少減少し、７０度以下ではその概略２．７０Ｎｍで概ね一定に維持される。
【００６０】
モータ１１ａが出力するトルク（実行トルクまたは復帰トルク）は、肘関節１１の関節角度が１６０度から１２０度まで減少する間は、下腕部４ｂを水平位置に維持するのに必要な一定トルクに対しばね発生トルクが小さいため下腕部４ｂを持ち上げているのに必要となり、１２０度以下では、下腕部４ｂを水平位置に維持するのに必要な一定トルクに対しばね発生トルクが少し大きいため下腕部４ｂを押し下げるのに必要となる。
【００６１】
これにより、肘関節１１の関節角度が約−１０度から１３０度程度までの間は、下腕部４ｂを水平位置に維持するのに必要な一定トルクに対しばね発生トルクが約０．３Ｎｍ過不足の範囲内に収まるので、肘関節１１のモータ１１ａの非作動状態でも、モータ１１ａの磁力によるロータの回転抵抗および減速機１１ｂの摩擦抵抗等により、下腕部４ｂは肘関節１１の作動停止時の角度状態を維持する。また、上腕部４ａも鉛直付近であれば同様に、肩関節１０のモータの非作動状態でも、そのモータのロータの回転抵抗および減速機の摩擦抵抗等により、肩関節１０の作動停止時の状態を維持する。
【００６２】
また、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記ヒューマノイド型ロボット１が腕４の上腕部４ａを鉛直に維持して下腕部４ｂを上下移動させる場合には、図１３に示すように、下腕部４ｂは上下に動かされるので必要トルクは肘関節１１の関節角度が９０度になる下腕部４ｂの水平位置での約２．５０Ｎｍを最大として、下腕部４ｂをその水平位置から上げ下げするにつれて減少する。これに対してコイルスプリング３１の圧縮分により発生するばね発生トルクは、肘関節１１の関節角度が１６０度から１００度まで減少する間はその減少に従ってワイヤ３０の引っ張り量ひいてはコイルスプリング３１の圧縮分が増えるため増加し、１００度以下では関節角度の減少に従って、ワイヤ３０の引っ張り量は増える一方、主プーリ３２（カム）のガイド部３２ａの巻き掛け半径が減少してワイヤ３０によるモーメントの腕の長さが減少するため、１００度から７０度まで減少する間にばね発生トルクは概略２．８０Ｎｍから概略２．７０Ｎｍまで多少減少し、７０度以下ではその概略２．７０Ｎｍで概ね一定に維持される。
【００６３】
モータ１１ａが出力するトルク（実行トルクまたは復帰トルク）は、肘関節１１の関節角度が１６０度から１５０度まで減少する間は、下腕部４ｂを持ち上げておくのに必要なトルクに対しばね発生トルクが小さいため下腕部４ｂを持ち上げているのに必要となり、１５０度から８０度まで減少する間は、下腕部４ｂを持上げているのに必要なトルクに対しばね発生トルクが少し大きいため下腕部４ｂを押し下げるのに必要となり、８０度以下では下腕部４ｂを持上げているのに必要なトルクが関節角度の減少に従って減少してゆくのに対しばね発生トルクが関節角度の減少にかかわらず概略一定に維持されるため先の実施例程ではないが下腕部４ｂをコイルスプリング３１に抗してさらに押し下げるのに必要となる。
【００６４】
これにより、肘関節１１の関節角度が約７０度から１６０度程度までの間は、下腕部４ｂを停止位置に維持するのに必要なトルクに対しばね発生トルクが約０．４Ｎｍ過不足の範囲内に収まるので、肘関節１１のモータ１１ａの非作動状態でも、モータ１１ａの磁力によるロータの回転抵抗および減速機１１ｂの摩擦抵抗等により、下腕部４ｂは肘関節１１の作動停止時の角度状態を維持する。そして肘関節１１の関節角度が約７０度未満で作動停止した場合は、下腕部４ｂはワイヤ３０を介してコイルスプリング３１で引かれて、関節角度約７０度に向かって持上げられ、モータ１１ａのロータの回転抵抗および減速機の摩擦抵抗等と釣り合う位置で停止する。また、上腕部４ａも鉛直付近であれば同様に、肩関節１０のモータの非作動状態でも、そのモータのロータの回転抵抗および減速機の摩擦抵抗等により、肩関節１０の作動停止時の状態を維持する。
【００６５】
従って、この実施例のロボット用可動部支持装置によれば、先の実施例と同様の作用効果が得られるのに加えて、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記ヒューマノイド型ロボット１が腕４の下腕部４ｂを水平に維持して前後移動させる場合に、肘関節１１の関節角度が−１０度〜１３０度の広い範囲にわたって、ブレーキによる特別な制動力を必要とせず、肩関節１０および肘関節１１の非作動状態で下腕部４ｂを重力に抗して関節の作動停止時の位置に維持することができるので、作業開始時の基本姿勢の選択の余地をより広げることができる。
【００６６】
以上、図示例に基づき説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができるものであり、例えば、上記実施例のロボット用可動部支持装置は可動部としての腕４の下腕部４ｂを支持するために肘関節１１に適用したが、本発明のロボット用可動部支持装置は、ヒューマノイド型ロボット１の可動部としての頭３を支持するために首関節８に適用しても良く、その場合に例えばコイルスプリング３１を胴体２の背中側に収納しても良い。
【００６７】
また本発明のロボット用可動部支持装置では、ヒューマノイド型ロボットとして、台車６を有する代わりに二本の脚を有するものを用いても良く、スプリングとして、コイルスプリング３１に換えてねじりばねや板ばね等を用いても良く、さらに索条として、鋼製のワイヤ３０に換えて、カーボンファイバや他の材質のワイヤあるいはロープ等を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
かくして本発明のロボット用可動部支持装置によれば、セル生産の現場等の人と共存、協調する作業場所に、逆入力可能な可動部を持つヒューマノイド型ロボットを投入する場合に、ブレーキによる特別な制動力を必要とせず、上記関節の非作動状態でその可動部を重力に抗して関節の作動停止時の位置等の所定位置に維持することができるので、電源を遮断したときの可動部の垂れ下がりを防止し、それにより周辺設備等への可動部の衝突を防止して可動部を保護するとともに、ロボットの安全運用および関節用モータの低出力化に貢献し、しかもロボットを基本姿勢で停止させることで停止状態でもその基本姿勢を維持し得て、停止状態からの迅速な作業開始を可能にすることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  ヒューマノイド型ロボット
２  胴体
２ａ  下部
２ｂ  上部
３  頭
４  腕
４ａ  上腕部
４ｂ  下腕部
５  手
６  台車
７  ビデオカメラ
８  首関節
９  腰関節
１０  肩関節
１１  肘関節
１１ａ  モータ
１１ｂ  減速機
１２  手首関節
１３  肩ブラケット
１４  胴ブラケット
１４ａ  レバー
１５  電動アクチュエータ
１６  コントロールボックス
１７  視覚制御ボックス
１８  固定脚
１９  キャスタ
２０  可動フレーム
２１，２２  ペダル
２３  ハンドル
２４  スイッチボックス
２４ａ  非常停止スイッチ
２４ｂ  一旦停止スイッチ
２４ｃ  上昇スイッチ
２４ｄ  下降スイッチ
２５  表示灯
３０  ワイヤ
３１  コイルスプリング
３２  主プーリ
３２ａ  ガイド部
３３  補助プーリ
Ｍ  作業者
Ｐ  部品
Ｐ１〜Ｐ４  ピッチ軸線
Ｒ  ロール軸線
ＲＴ  台
Ｔ１〜Ｔ５  机
Ｙ１〜Ｙ３  ヨー軸線
【図１】
2011020227.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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