(57)【要約】【課題】小出力化した柔構造のロボットの関節に用いても、ロボットの通常作動を妨げずに作動停止時の駆動トルクの変動による振動を速やかに減衰させ、作業のタスクタイムを短縮することができる回転ダンパーを提供することにある。【解決手段】基部材と、前記基部材に対し所定軸線周りに回転可能に配置された回転部材と、前記基部材と前記回転部材との少なくとも一方に固設されるとともに他方へ向けて押圧されて前記他方に摺接し、前記基部材に対する前記回転部材の相対回転に摩擦制動力を与える摩擦部材と、前記摩擦部材に前記他方へ向けて押圧力を加える押圧手段と、前記回転部材の回転速度が上がると前記摩擦部材に加わる押圧力を減少させる押圧力変更手段と、を具えてなる回転ダンパーである。【選択図】図１
2011127737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部材と、
前記基部材に対し所定軸線周りに回転可能に配置された回転部材と、
前記基部材と前記回転部材との少なくとも一方に固設されるとともに他方へ向けて押圧されて前記他方に摺接し、前記基部材に対する前記回転部材の相対回転に摩擦制動力を与える摩擦部材と、
前記摩擦部材に前記他方へ向けて押圧力を加える押圧手段と、
前記回転部材の回転速度が上がると前記摩擦部材に加わる押圧力を減少させる押圧力変更手段と、
を具えてなる回転ダンパー。
【請求項２】
前記押圧力変更手段は、前記回転部材の回転に伴って前記軸線周りに旋回する錘部材に加わる遠心力を用いて前記押圧力を減少させることを特徴とする、請求項１記載の回転ダンパー。
【請求項３】
前記押圧手段は、前記摩擦部材に前記軸線方向で前記他方へ向けて押圧力を加え、
前記押圧力変更手段は、
前記錘部材としての鋼球と、
前記鋼球と当接する、前記軸線を中心とした裁頭円錐状の凹面を持つ、前記基部材としての円盤状部材と、
を有し、
前記円盤状部材は、前記鋼球に加わる遠心力を前記凹面で前記軸線方向の力に変換し、その軸線方向力で前記回転部材を当該円盤状部材から離間する方向へ押圧することを特徴とする、請求項２記載の回転ダンパー。
【請求項４】
ロボットの二つのリンク部材を連結する関節に設けられた駆動装置であって、
モータと、
入力軸を前記モータの出力軸に駆動結合され、前記モータの出力軸の回転を減速した出力回転で前記二つのリンク部材の一方を他方に対し回動させる減速機と、
前記モータの出力軸または前記減速機の入力軸と前記二つのリンク部材の一方との間に設けられてその軸の回転をその一方のリンク部材に対し制動する請求項１から３までの何れか１項記載の回転ダンパーと、
を具えてなるロボット関節駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボットの関節等に用いて好適な回転ダンパーに関し、特には、回転速度が低いほど回転抵抗が高い回転ダンパーに関するものである。またこの発明は、その回転ダンパーを具える回転系のロボット関節駆動装置にも関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットに作業を実行させる場合、ワークにロボットのハンドを近づける工程やワークからロボットのハンドを離す工程においてワークとハンドとの距離を所定の精度に入れる必要がある。一方、回転系のロボット関節駆動装置には負荷慣性モーメントと構造上のねじれ剛性とが存在し、作動停止時や作動開始時の駆動トルクの変動により振動が発生する。このため従来は、ロボットの構造を高剛性にすることによりこの振動を抑制してきた。
【０００３】
ところで近年、人とロボットとが共存・協調作業する場合が増加しており、かかる場合の人に対するロボットの安全性のためには、ロボットを小出力化することが本質的解決になる。しかしながら、ロボットを小出力化すると構造上剛性が小さくならざるを得ず、いわゆる柔構造のロボットとなって振動振幅が大きくなる。
【０００４】
特に、ワークとハンドとの距離を所定の精度に入れるためにワークの位置確認を撮像装置によって高精度に行う場合には、撮像装置をロボットのハンドまたはその近傍に装備することが望ましいが、その場合にはハンドの振動を撮像装置が要求する振幅以下に納める必要があり、作業のタスクタイムからは、振動の整定時間を許容時間以内としなければならない。そこで、ハンドの振動を減衰させるためにロボット関節駆動装置の振動を減衰させる機構が必要となる。このような回転系の振動減衰機構としては従来、例えば、非特許文献１記載のオイル式の回転ダンパー（ロータリーダンパー）が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】２００９年１０月１９日ダウンロードの不二ラテックス株式会社ホームページ中、精密機器事業部  製品情報  ロータリーダンパー・ヒンジダンパー  参照（http://www.fujilatex.co.jp/seimitsukiki/data/product/r-dumper-structure.pdf）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上述した従来の回転ダンパーは、オイルの粘性抵抗によって発生する制動力を利用していることから、回転速度が上がるほど回転抵抗が大きくなり、このため、回転系のロボット関節駆動装置に設けると、ロボットの作動速度が上がる通常の作動中に回転抵抗が大きくなってエネルギー損失が大きくなり、ロボットを小出力化した場合に通常作動が妨げられてしまうという問題があった。
【０００７】
それゆえこの発明は、小出力化した柔構造のロボットの関節に用いても、ロボットの通常作動を妨げることなしに、作動停止時や作動開始時の駆動トルクの変動による振動を速やかに減衰させ、作業のタスクタイムを短縮し得る回転ダンパーおよび、その回転ダンパーを具える回転系のロボット関節駆動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は上記課題を有利に解決するものであり、この発明の回転ダンパーは、基部材と、前記基部材に対し所定軸線周りに回転可能に配置された回転部材と、前記基部材と前記回転部材との少なくとも一方に固設されるとともに他方へ向けて押圧されて前記他方に摺接し、前記基部材に対する前記回転部材の相対回転に摩擦制動力を与える摩擦部材と、前記摩擦部材に前記他方へ向けて押圧力を加える押圧手段と、前記回転部材の回転速度が上がると前記摩擦部材に加わる押圧力を減少させる押圧力変更手段と、を具えてなるものである。
【０００９】
また、この発明のロボット関節駆動装置は、ロボットの二つのリンク部材を連結する関節に設けられた駆動装置であって、モータと、入力軸を前記モータの出力軸に駆動結合され、前記モータの出力軸の回転を減速した出力回転で前記二つのリンク部材の一方を他方に対し回動させる減速機と、前記モータの出力軸または前記減速機の入力軸と前記二つのリンク部材の一方との間に設けられてその軸の回転をその一方のリンク部材に対し制動する前記回転ダンパーと、を具えてなるものである。
【発明の効果】
【００１０】
上述したこの発明の回転ダンパーにあっては、基部材とその基部材に対し所定軸線周りに回転可能に配置された回転部材との少なくとも一方に固設された摩擦部材が、それら基部材と回転部材とのうちの他方へ向けて押圧手段により押圧されてその他方に摺接して基部材に対する回転部材の相対回転に摩擦制動力を与え、そして押圧力変更手段が、回転部材の回転速度が上がると摩擦部材に加わる押圧力を減少させて、摩擦部材の摩擦制動力を減少させる。
【００１１】
従って、この発明の回転ダンパーによれば、回転系のロボット関節駆動装置に設けた場合に、関節の作動速度が低い作動停止時や作動開始時には高い制動力で振動を抑え、一方、関節の作動速度が上がる通常の作動中には制動力が減少し、回転抵抗が小さくなってエネルギー損失が小さくなるので、小出力化した柔構造のロボットの関節に用いても、ロボットの通常作動を妨げずに作動停止時の駆動トルクの変動による振動を速やかに減衰させ、作業のタスクタイムを短縮することができる。また、関節の作動停止中も関節に制動力を与えるので、別途ブレーキを設けなくてもロボットの腕等を停止位置に維持することができる。
【００１２】
なお、この発明の回転ダンパーにおいては、前記押圧力変更手段は、前記回転部材の回転に伴って前記軸線周りに旋回する錘部材に加わる遠心力を用いて前記押圧力を減少させてもよく、このようにすれば、押圧手段の押圧力を機械的な構成によって減少させることができるので、押圧力変更手段を安価に構成することができる。
【００１３】
また、この発明の回転ダンパーにおいては、前記押圧手段は、前記摩擦部材に前記軸線方向で前記他方へ向けて押圧力を加え、前記押圧力変更手段は、前記錘部材としての鋼球と、前記鋼球と当接する、前記軸線を中心とした裁頭円錐状の凹面を持つ、前記基部材としての円盤状部材と、を有し、前記円盤状部材は、前記鋼球に加わる遠心力を前記凹面で前記軸線方向の力に変換し、その軸線方向力で前記回転部材を当該円盤状部材から離間する方向へ押圧しても良く、このようにすれば、押圧力変更手段を簡易かつ安価に構成することができる。
【００１４】
一方、上述したこの発明のロボット関節駆動装置にあっては、ロボットの二つのリンク部材を連結する関節に設けられたモータの出力軸または、その関節に設けられて入力軸をそのモータの出力軸に駆動結合され、そのモータの出力軸の回転を減速した出力回転で二つのリンク部材の一方を他方に対し回動させる減速機の入力軸と、二つのリンク部材の一方との間に設けられた上記発明の回転ダンパーが、モータの出力軸または減速機の入力軸の回転速度が上がると、その軸に加える上記一方のリンク部材に対する制動力を減少させる。
【００１５】
従って、この発明のロボット関節駆動装置によれば、ロボットの二つのリンク部材を連結する関節の作動速度が低い作動停止時や作動開始時には高い制動力で振動を抑え、作動速度が上がる通常の作動中には制動力が減少し、回転抵抗が小さくなってエネルギー損失が小さくなるので、小出力化した柔構造のロボットの関節に用いても、ロボットの通常作動を妨げずに作動停止時や作動開始時の駆動トルクの変動による振動を速やかに減衰させ、作業のタスクタイムを短縮することができる。また、関節の作動停止中も関節に制動力を与えるので、別途ブレーキを設けなくてもロボットの腕等を停止位置に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の回転ダンパーの一実施例を示す断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、上記実施例の回転ダンパーの外観を裏側および表側からそれぞれ示す斜視図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、上記実施例の回転ダンパーの外観を一部切欠いて裏側および表側からそれぞれ示す斜視図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、上記実施例の回転ダンパーを裏側および表側からそれぞれ示す分解斜視図である。
【図５】上記実施例の回転ダンパーの回転数とダンピングトルクとの関係を示す特性図である。
【図６】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施例の回転ダンパーを装着した、この発明のロボット関節駆動装置の一実施例としての肩関節駆動装置を具える作業ロボットを例示する正面図、側面図および斜視図である。
【図７】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施例の肩関節駆動装置の構成を示す腕全体の側面図、正面図および斜視図である。
【図８】上記実施例の肩関節駆動装置の構成を示す、図７（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、この発明の回転ダンパーの一実施例を示す断面図、図２（ａ），（ｂ）は、上記実施例の回転ダンパーの外観を裏側および表側からそれぞれ示す斜視図、図３（ａ），（ｂ）は、上記実施例の回転ダンパーの外観を一部切欠いて裏側および表側からそれぞれ示す斜視図、そして図４（ａ），（ｂ）は、上記実施例の回転ダンパーを裏側および表側からそれぞれ示す分解斜視図である。
【００１８】
この実施例の回転ダンパーは、図１に示すように、基部材および円盤状部材としての制御ディスク１と、その制御ディスク１に対し所定中心軸線Ｃ周りに回転可能に配置された、回転部材としての回転ディスク２と、それら制御ディスク１と回転ディスク２とのうちここでは回転ディスク２に固設されるとともに制御ディスク１へ向けて押圧されてその制御ディスク１に摺接し、制御ディスク１に対する回転ディスク２の相対回転に摩擦制動力を与える、摩擦部材としての摺動リング３と、その摺動リング３に制御ディスク１へ向けて押圧力を加える、押圧手段としての高弾性ワッシャー４と、回転ディスク２の回転速度が上がると摺動リング３に加わる押圧力を減少させる、押圧力変更手段としての押圧力変更機構５とを具えている。
【００１９】
図２〜図４に示すように、制御ディスク１は、略円形の蓋状のカバー６内に嵌め込まれて、そのカバー６に図示しない留めネジで固定されている。また回転ディスク２の外側面には、後述のように歯付きベルトを掛け回される歯付きプーリー７がボルト８で固定されており、摺動リング３は、回転ディスク２の内側面に形成された環状溝２ａ内に嵌め込まれて位置決めされた状態で回転ディスク２に接着固定されている。この摺動リング３は、この実施例では合成ゴムからなる軸線方向弾性変形量の多いものとしているが、カーボンリング等の軸線方向弾性変形量の少ない或いは殆どないものとしても良い。
【００２０】
回転ディスク２の外周部分には、中心軸線Ｃの軸線方向に並んで各々半径方向外方へ延在する二枚の外周フランジ２ｂ，２ｃが形成されており、それらのうち内側面側の外周フランジ２ｂには、半径方向外方へ開いたＵ字状のボール受け溝２ｄが周方向に間隔を空けて多数形成されている。そして、これらボール受け溝２ｄ内にはそれぞれ、錘としての鋼球９が収容されており、これらの鋼球９は、カバー６によって半径方向外方から覆われて、半径方向に外れ止めされるとともに、外側面側の外周フランジ２ｃによって中心軸線Ｃの軸線方向外方から覆われている。
【００２１】
制御ディスク１の内側面側の外周部分には、中心軸線Ｃを中心とした浅い裁頭円錐状の凹面１ａが形成されており、各鋼球９はボール受け溝２ｄ内で、この凹面１ａに当接しつつ中心軸線Ｃに対し半径方向内外方へ移動することができる。また制御ディスク１の内側面側の、摺動リング３に対向する部分には、中心軸線Ｃを中心として半径方向へ延在する環状の摺接面１ｂが形成されており、摺動リング３は、鋼球９に遠心力が作用しない回転ディスク２の静止状態ではその摺接面１ｂに当接している。
【００２２】
制御ディスク１の中心部分には、内方端部に内周フランジを持つ貫通孔１ｃが形成され、その貫通孔１ｃ内にはベアリング１０のアウターレース１０ａが嵌挿されている。また回転ディスク２の中心部分には、回転ディスク２の外側面から凹陥した凹部２ｅと、貫通孔２ｆとが形成され、その貫通孔２ｆ内には、凹部２ｅ内に収容される外周フランジ１１ａを一端部に持つ押圧軸１１が中心軸線Ｃ方向へ摺動自在に嵌挿されており、その押圧軸１１の他端部は、ベアリング１０のインナーレース１０ｂ内に中心軸線Ｃ方向へ摺動自在に嵌挿されるとともに、中心部に雌ネジ１１ｂを形成されている。
【００２３】
押圧軸１１の上記他端部には、その雌ネジ１１ｂに螺合された位置決めネジ１２を介して押さえワッシャー１３が取り付けられており、その押さえワッシャー１３は、ベアリング１０のインナーレース１０ｂの外側端面に当接している。そして上述した高弾性ワッシャー４は、押圧軸１１の外周フランジ１１ａと回転ディスク２の凹部２ｅとの間に介挿されている。
【００２４】
これにより、位置決めネジ１２を押圧軸１１の雌ネジ１１ｂにねじ込んでゆくと、そのネジ推力により押圧軸１１が押さえワッシャー１３およびベアリング１０を介して制御ディスク１に引き寄せられて、押圧軸１１の外周フランジ１１ａが回転ディスク２の凹部２ｅとの間で高弾性ワッシャー４を圧縮するとともに、その圧縮反力により回転ディスク２が制御ディスク１の摺接面１ｂへ向けて摺動リング３を押圧して摺動リング３を摺接面１ｂに当接させ、摺動リング３を弾性的に圧縮するので、鋼球９に遠心力が作用しない回転ディスク２の静止状態で、制御ディスク１の摺接面１ｂに対し摺動リング３を押圧する押圧力（所期推力）ひいては制御ディスク１の摺接面１ｂに対する摺動リング３の摩擦制動力が所望の値になるように、押圧軸１１への位置決めネジ１２のねじ込み量を調節する。
【００２５】
一方、回転ディスク２が中心軸線Ｃ周りに回転して鋼球９に遠心力が作用すると、鋼球９は、回転ディスク２の外周フランジ２ｃの内側面および制御ディスク１の凹面１ａに沿って中心軸線Ｃに対し半径方向外方へ移動しつつ、回転ディスク２を制御ディスク１から離間する方向（図１では右方）へ押し出して、高弾性ワッシャー４をさらに圧縮するとともに、摺動リング３の圧縮量を減少させ、制御ディスク１の摺接面１ｂへ向けて摺動リング３に加わる押圧力ひいては制御ディスク１の摺接面１ｂに対する摺動リング３の摩擦制動力を減少させる。従って、鋼球９と、回転ディスク２の外周フランジ２ｃの内側面と、制御ディスク１の凹面１ａとは、押圧力変更機構５を構成している。
【００２６】
なお、この実施例では、回転ディスク２の静止状態で、図１に示すように、外側面側の外周フランジ２ｃに当接した鋼球９と制御ディスク１の凹面１ａとの間に僅かなクリアランスCLが空くように、上記所期推力下での摺動リング３の軸線方向厚さを設定しており、それゆえ、回転ディスク２の回転速度がある程度上昇して鋼球９に作用する遠心力がある程度大きくなり、鋼球９が継続的に凹面１ａと接触するまでは、制御ディスク１の摺接面１ｂへの摺動リング３の押圧力は減少しない。
【００２７】
かかる実施例の回転ダンパーにあっては、回転ディスク２に固設された摺動リング３が、制御ディスク１へ向けて高弾性ワッシャー４により押圧されてその制御ディスク１の摺接面１ｂに摺接して制御ディスク１に対する回転ディスク２の相対回転に摩擦制動力を与え、そして鋼球９と回転ディスク２の外周フランジ２ｃの内側面と制御ディスク１の凹面１ａとが、回転ディスク２の回転速度が上がると鋼球９に作用する遠心力により上述の如くして摺動リング３に加わる押圧力を減少させて、摺動リング３の摩擦制動力を減少させる。
【００２８】
従って、この実施例の回転ダンパーによれば、回転系のロボット関節駆動装置に設けた場合に、関節の作動速度が低い作動停止時や作動開始時には高い制動力で振動を抑え、一方、関節の作動速度が上がる通常の作動中には制動力が減少し、回転抵抗が小さくなってエネルギー損失が小さくなるので、小出力化した柔構造のロボットの関節に用いても、ロボットの通常作動を妨げずに作動停止時の駆動トルクの変動による振動を速やかに減衰させ、作業のタスクタイムを短縮することができる。また、関節の作動停止中も関節に制動力を与えるので、別途ブレーキを設けなくてもロボットの腕等を停止位置に維持することができる。
【００２９】
しかも、この実施例の回転ダンパーによれば、押圧力変更手段は、回転ディスク２の回転に伴って中心軸線Ｃ周りに旋回する鋼球９に加わる遠心力を用いて摺動リング３に加わる押圧力を減少させるので、高弾性ワッシャー４の押圧力を機械的な構成によって減少させ得て、押圧力変更手段を安価に構成することができる。
【００３０】
また、この実施例の回転ダンパーによれば、高弾性ワッシャー４は、摺動リング３に中心軸線Ｃ方向で制御ディスク１へ向けて押圧力を加え、押圧力変更手段は、鋼球９と、その鋼球９と当接する裁頭円錐状の凹面１ａを持つ制御ディスク１と、その鋼球９と内側面で当接する外周フランジ２ｃを持つ回転ディスク２とを有し、制御ディスク１は、鋼球９に加わる遠心力を凹面１ａで中心軸線Ｃ方向の力に変換し、その軸線方向力で回転ディスク１を制御ディスク２から離間する方向へ押圧するので、押圧力変更手段を簡易かつ安価に構成することができる。
【００３１】
図５は、上記実施例の回転ダンパーの回転ディスク２の回転数（回転速度）と、制御ディスク１と回転ディスク２との間のダンピングトルク（摩擦制動力）との関係を例示する特性図であり、図中曲線Ａは、所期推力３５Ｎを摺動リング３に加えた場合、また曲線Ｂは、所期推力５０Ｎを摺動リング３に加えた場合をそれぞれ示す。何れの場合も約５００ｒｐｍ（回転／分）までは、鋼球９の遠心力が小さいためダンピングトルクは変化せず、約５００ｒｐｍを超えると、曲線Ａでは、約２０００ｒｐｍまで上昇する間にダンピングトルクが約４０ｍＮｍから約５ｍＮｍまで減少し、約２０００ｒｐｍを超えると図では明らかでないが摺動リング３が制御ディスク１の摺接面１ｂから離間してダンピングトルクが実質上ゼロになる。また曲線Ｂでは、約２５００ｒｐｍまで上昇する間にダンピングトルクが約５６ｍＮｍから約２ｍＮｍまで減少し、約２５００ｒｐｍを超えると図では明らかでないが摺動リング３が制御ディスク１の摺接面１ｂから離間してダンピングトルクが実質上ゼロになる。
【００３２】
従ってこの図からも、上記実施例の回転ダンパーを回転系のロボット関節駆動装置に設けた場合に、関節の作動速度が低い作動停止時や作動開始時には高い制動力で振動を抑え、一方、関節の作動速度が上がる通常の作動中には制動力が減少し、回転抵抗が小さくなってエネルギー損失が小さくなることは明らかである。なお、上記のように摺動リング３を、合成ゴムからなる軸線方向弾性変形量の多いものとした場合には、回転ディスク２の回転数変化の広い範囲に亘ってダンピングトルク（摩擦制動力）が穏やかに変化するが、摺動リング３を、カーボンリング等の弾性変形量の少ない或いは殆どないものとした場合には、回転ディスク２の僅かな回転数変化でダンピングトルクを実質的にゼロまで急激に減少させることができる。また、使用する鋼球９の数を減少させれば、回転数の上昇に対するダンピングトルクの減少の傾きを小さくすることができる。
【００３３】
図６（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施例の回転ダンパーを装着した、この発明のロボット関節駆動装置の一実施例としての肩関節駆動装置を具える作業ロボットを例示する正面図、側面図および斜視図、図７（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施例の肩関節駆動装置の構成を示す腕全体の側面図、正面図および斜視図、そして図８は、上記実施例の肩関節駆動装置の構成を示す、図７（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、図中、符号２０は上記作業ロボット、３０は上記実施例の回転ダンパーを示す。
【００３４】
この作業ロボット２０は、セル生産現場等において人と共存、協調して作業を行うためのもので、図６に示すように、箱状の上部２１ａと柱状の下部２１ｂとを有する胴体２１と、その胴体２１の上部２１ａの上端に設けられた頭２２と、胴体２１の上部２１ａのロボット自身から見て左右側部に設けられた二本の腕２３と、それらの腕２３の先端に設けられたエンドエフェクタの一例としての図示しない手と、胴体２１の下部２１ｂを脚の代わりに支持する図示しない台車とを具えている。
【００３５】
また、この作業ロボット２０は、頭２２に撮像手段としての二台のビデオカメラ２４を搭載するとともに、胴体２１の上部２１ａと頭２２との間に首関節２５を具えており、その首関節２５は、頭２２を軸線Ｐ１周りに前後に傾動させる首ピッチ軸駆動装置と、頭２２を軸線Ｙ１周りに左右に回動させる首ヨー軸駆動装置とからなる首関節駆動装置を有している。加えてこの作業腕ロボット２０は、胴体２１の上部２１ａと下部２１ｂとの間に腰関節２６を具えており、その腰関節２６は、胴体２１の上部２１ａを下部２１ｂひいては上記台車に対して軸線Ｙ１周りに左右に回動させる腰ヨー軸駆動装置からなる腰関節駆動装置を有している。
【００３６】
さらに、この作業ロボット２０は、図７にも併せて示すように、胴体２１と各腕２３の上腕２３ａとの間の肩関節２７と、各腕２３の上腕２３ａと下腕２３ｂとの間の肘関節２８と、各腕２３の下腕２３ｂと上記手との間の手首関節２９とをそれぞれ具えており、各肩関節２７は、胴体２１の左右に突出して略ハ字状をなす肩ブラケット３１上にそれぞれ配置され、胴体２１に対して腕２３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駆動装置２７ａと、その肩ヨー軸駆動装置２７ａの軸線Ｙ２と直交する軸線Ｐ２周りに胴体２１に対して腕２３全体を相対的に前後に傾動させる肩ピッチ軸駆動装置２７ｂとからなる上記実施例の肩関節駆動装置を有している。なお、図中左肩の肩ピッチ軸駆動装置２７ｂについては、ベルト式伝動機構のカバーを外した状態で示している。
【００３７】
ここで、肩ブラケット３１の上面は、上記軸線Ｙ１に対して斜め下方に傾いていることから、各軸線Ｙ２は、胴体２１の上下方向に対して傾いて、下方へ行くほど胴体２１に近くなるように延在しており、これに伴い、その軸線Ｙ２と互いに直交する軸線Ｐ２も、床面に対して傾いている。そして腕２３の上腕２３ａは、下に下げた状態で肘関節２８に近い部分ほど胴体２１に近くなるように傾いて延在している。これにより各腕２３は、図６に示す正面向きの状態では胴体２１の側方への揺動を規制されているため、人がこの作業ロボット２０の横に並んでも人と各腕２３とが干渉する可能性が少ないので、この作業ロボット２０は、人と共存、協調して安全に作業を行うことができる。
【００３８】
さらに、各肘関節２８は、上腕２３ａに対し下腕２３ｂ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駆動装置からなる肘関節駆動装置を有し、また各手首関節２９は、下腕２３ｂに対して上記手を軸線Ｐ４周りに相対的に上下に傾動させる手首ピッチ駆動装置と、その手を軸線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駆動装置と、下腕２３ｂに対して手首ピッチ軸駆動装置と手首ヨー軸駆動装置とを軸線Ｒ周りにねじる手首ロール軸駆動装置とからなる手首関節駆動装置を有している。この結果各腕２３は、合計６つの可動軸駆動装置ひいては６自由度を有し、これらの可動軸駆動装置の軸配置により、この二本の腕２３は特異点がなく自由な姿勢を作ることができる。
【００３９】
加えて、この作業ロボット２０は上記台車内に、通常のコンピュータを有する図示しない制御装置を搭載しており、これにより作業ロボット２０は、その台車で自走し、あるいは人手により移動されて作業場所に位置すると、あらかじめ与えられたプログラムに従って、頭２２の二台のビデオカメラ２４からの画像に基づき、例えば画像処理により作業対象物の種類を認識するとともにカメラ測量により作業対象物の位置を認識して、作業対象物に対する作業を行うので、人と共存、協調して自動的に組立や検査等の作業を行うことができる。
【００４０】
ここで、上述した関節２５〜２９の可動軸駆動装置は各々、周知のように例えばサーボモータ等のモータの出力回転を例えば商品名ハーモニックドライブ等の減速機で減速して出力する回動機構で構成されており、例えば上記実施例の肩関節駆動装置における肩ヨー軸駆動装置２７ａは、肩ブラケット３１の上面に外周フランジ３２ａを固定される略円筒状のケーシング３２と、そのケーシング３２の軸線方向一端部（図８では下端部）に取り付けられたサーボモータ３３と、そのケーシング３２内に収容されたハーモニックドライブ３４と、ケーシング３２の他端部（図8では上端部）にベアリングを介して軸線Ｙ２周りに回動可能に支持されるとともに軸線方向一端部（図８では上端部）で肩ピッチ軸駆動装置２７ｂを支持する基部材３５とを有している。
【００４１】
ハーモニックドライブ３４は、ケーシング３２に固定された内歯歯車３４ａと、軸線方向の一端部（図８では下端部）に半径方向に弾性変形可能な外歯歯車を内歯歯車３４ａよりも多少少ない歯数で形成されるとともに他端部（図8では上端部）を基部材３５の他端部（図８では下端部）に結合された略カップ状のフレクスプライン３４ｂと、半径方向に弾性変形可能なベアリングを介してフレクスプライン３４ｂの外歯歯車を周方向に部分的に半径方向外方へ押し広げてその外歯歯車を内歯歯車３４ａに周方向に部分的に噛合させる駆動ディスク３４ｃとを有しており、サーボモータ３３はその出力軸３３ａを駆動ディスク３４ｃに結合されて駆動ディスク３４ｃを回転させ、これにより駆動ディスク３４ｃは、フレクスプライン３４ｂの外歯歯車と内歯歯車３４ａとの噛合箇所を周方向に移動させて、内歯歯車３４ａひいてはケーシング３２に対しフレクスプライン３４ｂひいては基部材３５を、サーボモータ３３の出力軸３３ａひいては駆動ディスク３４ｃの回転数に対しフレクスプライン３４ｂの外歯歯車と内歯歯車３４ａとの歯数に応じた大減速比で軸線Ｙ２周りに回動させ、胴体２１に対して腕２３全体を軸線Ｙ２周りに相対的に左右に回動させる。
【００４２】
また、上記実施例の肩関節駆動装置における肩ピッチ軸駆動装置２７ｂは、基部材３５の上端部に側面を固定される略円筒状のケーシング３６と、そのケーシング３６の軸線方向一端部（図８では左端部）に取り付けられるとともに図示しないカバーの装着用のフランジ３７ａを折曲形成された板状のブラケット３７と、そのブラケット３７に支持されたサーボモータ３８と、ケーシング３６内に収容されたハーモニックドライブ３９と、それらサーボモータ３８とハーモニックドライブ３９とを駆動結合するベルト式伝動機構４０と、ケーシング３２の他端部（図8では右端部）にベアリングを介して軸線Ｐ２周りに回動可能に支持されるとともに軸線方向一端部（図８では右端部）で腕２３の上腕２３ａを支持する略筒状の支持部材４１とを有するとともに、ここでは作業ロボット２０の二つのリンク部材としての胴体２１と腕２３との間に位置する上記実施例の回転ダンパー３０を有している。
【００４３】
ベルト式伝動機構４０は、サーボモータ３８の出力軸３８ａに結合された歯付きプーリー４２と、回転ダンパー３０に設けられた前述の歯付きプーリー７と、それらの歯付きプーリー４２，７間に掛け回された環状の歯付きベルト４３とを有し、サーボモータ３８の出力軸３８ａの回転を歯付きプーリー４２から歯付きベルト４３を経て歯付きプーリー７ヘ、歯付きプーリー４２と歯付きプーリー７との歯数に応じた減速比で伝達する。
【００４４】
ハーモニックドライブ３９は、ケーシング３６に固定された内歯歯車３９ａと、軸線方向一端部（図８では左端部）に半径方向に弾性変形可能な外歯歯車を内歯歯車３９ａよりも多少少ない歯数で形成されるとともに他端部（図8では右端部）を支持部材４１の他端部（図８では左端部）に結合された略カップ状のフレクスプライン３９ｂと、半径方向に弾性変形可能なベアリングを介してフレクスプライン３９ｂの外歯歯車を周方向に部分的に半径方向外方へ押し広げてその外歯歯車を内歯歯車３９ａに周方向に部分的に噛合させる駆動ディスク３９ｃと、ケーシング３６の上記一端部にベアリングを介して軸線Ｐ２周りに回転可能に支持されるとともに軸線方向一端部（図８では右端部）を駆動ディスク３９ｃに結合され、他端部（図８では左端部）を歯付きプーリー７に結合された入力軸３９ｄとを有しており、サーボモータ３８はその出力軸３８ａをベルト式伝動機構４０および入力軸３９ｄを介して駆動ディスク３９ｃに駆動結合されて駆動ディスク３９ｃを回転させ、これにより駆動ディスク３９ｃは、フレクスプライン３９ｂの外歯歯車と内歯歯車３９ａとの噛合箇所を周方向に移動させて、内歯歯車３９ａひいてはケーシング３６に対しフレクスプライン３９ｂひいては支持部材３５を、サーボモータ３８の出力軸３８ａひいては駆動ディスク３９ｃの回転数に対しフレクスプライン３９ｂの外歯歯車と内歯歯車３９ａとの歯数に応じた大減速比で軸線Ｐ２周りに回動させ、胴体２１に対して腕２３全体を軸線Ｐ２周りに相対的に前後に傾動させる。
【００４５】
そして上記実施例の回転ダンパー３０は、前述のようにその回転ディスク２の外側面に固定された歯付きプーリー７をハーモニックドライブ３９の入力軸３９ｄに結合されるとともに、そのカバー６の外周面に周方向に間隔を空けて複数設けられた突起に形成された固定孔６ａ（図２，４参照）にそれぞれ固定ピン４４の先端部を螺着され、それらの固定ピン４４の基端部をブラケット３７に図示しないネジで固定されて、カバー６をケーシング３６に結合されており、これによりカバー６は、ケーシング３６および肩ヨー軸駆動装置２７ａを介して肩ブラケット３１ひいては胴体２１に結合されている。
【００４６】
かかるこの実施例の肩関節駆動装置にあっては、作業ロボット２０の二つのリンク部材としての胴体２１と腕２３とを連結する肩関節２７の肩ピッチ軸駆動装置２７ｂに設けられて入力軸３９ｄをそのサーボモータ３８の出力軸３８ａに駆動結合され、その出力軸３８ａの回転を減速した出力回転で腕２３を胴体２１に対し傾動させるハーモニックドライブ３９の入力軸３９ｄと、上記二つのリンク部材の一方としての胴体２１との間に設けられた上記実施例の回転ダンパー３０が、ハーモニックドライブ３９の入力軸３９ｄの回転速度が上がると、その入力軸３９ｄに加える胴体２１に対する制動力を減少させる。
【００４７】
従って、この実施例の肩関節駆動装置によれば、肩関節２７の肩ピッチ軸駆動装置２７ｂの作動速度が低い作動停止時や作動開始時には高い制動力で腕２３の振動を抑え、作動速度が上がる通常の作動中には制動力が減少し、回転抵抗が小さくなってエネルギー損失が小さくなるので、小出力化した柔構造の作業ロボット２０において、その通常作動を妨げずに作動停止時や作動開始時の駆動トルクの変動による腕２３の振動を速やかに減衰させ、作業のタスクタイムを短縮することができる。また、肩関節２７の肩ピッチ軸駆動装置２７ｂの作動停止中も肩関節２７に制動力を与えるので、別途ブレーキを設けなくても腕２３を持ち上げた状態の停止位置に維持することができる。
【００４８】
以上、図示例に基づき説明したが、この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、この発明の回転ダンパーにおいては、摩擦部材は基部材側に固設されるとともに回転部材へ向けて押圧されて回転部材に摺接し、基部材に対する回転部材の相対回転に摩擦制動力を与えても良い。また、摩擦部材を基部材および回転部材の互いに半径方向に整列する部分の一方に設け、押圧手段はそれらの部分のうち半径方向外方に位置する部分に半径方向内方へ向けて押圧力を加えて他方の部分に摩擦部材を摺接させ、押圧力変更手段は回転部材の回転速度が上がるとその半径方向外方に位置する部分に作用して摩擦部材に加わる押圧力を減少させても良い。
【００４９】
また、この発明のロボット関節駆動装置においては、回転ダンパーはモータの出力軸とリンク部材との間に設けても良く、また回転ダンパーを設ける、ロボットの二つのリンク部材を連結する関節は、肩ピッチ軸駆動装置２７ｂと同様に作動停止中に荷重が加わっている肘関節や手首関節でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
かくしてこの発明の回転ダンパーによれば、回転系のロボット関節駆動装置に設けた場合に、関節の作動速度が低い作動停止時や作動開始時には高い制動力で振動を抑え、一方、関節の作動速度が上がる通常の作動中には制動力が減少し、回転抵抗が小さくなってエネルギー損失が小さくなるので、小出力化した柔構造のロボットの関節に用いても、ロボットの通常作動を妨げずに作動停止時の駆動トルクの変動による振動を速やかに減衰させ、作業のタスクタイムを短縮することができる。また、関節の作動停止中も関節に制動力を与えるので、別途ブレーキを設けなくてもロボットの腕等を停止位置に維持することができる。
【００５１】
またこの発明のロボット関節駆動装置によれば、ロボットの二つのリンク部材を連結する関節の作動速度が低い作動停止時や作動開始時には高い制動力で振動を抑え、作動速度が上がる通常の作動中には制動力が減少し、回転抵抗が小さくなってエネルギー損失が小さくなるので、小出力化した柔構造のロボットの関節に用いても、ロボットの通常作動を妨げずに作動停止時や作動開始時の駆動トルクの変動による振動を速やかに減衰させ、作業のタスクタイムを短縮することができる。また、関節の作動停止中も関節に制動力を与えるので、別途ブレーキを設けなくてもロボットの腕等を停止位置に維持することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  制御ディスク
１ａ  凹面
１ｂ  摺接面
１ｃ  貫通孔
２  回転ディスク
２ａ  環状溝
２ｂ，２ｃ  外周フランジ
２ｄ  ボール受け溝
２ｅ  凹部
２ｆ  貫通孔
３  摺動リング（摩擦部材）
４  高弾性ワッシャー（押圧手段）
５  押圧力変更機構（押圧力変更手段）
６  カバー
６ａ  固定孔
７，４２  歯付きプーリー
８  ボルト
９  鋼球
１０  ベアリング
１０ａ  アウターレース
１０ｂ  インナーレース
１１  押圧軸
１１ａ  外周フランジ
１１ｂ  雌ネジ
１２  位置決めネジ
１３  押さえワッシャー
２０  作業ロボット
２１  胴体
２１ａ  上部
２１ｂ  下部
２２  頭
２３  腕
２３ａ  上腕
２３ｂ  下腕
２４  ビデオカメラ
２５  首関節
２６  腰関節
２７  肩関節
２７ａ  肩ヨー軸駆動装置（関節駆動装置）
２７ｂ  肩ピッチ軸駆動装置（関節駆動装置）
２８  肘関節
２９  手首関節
３０  回転ダンパー
３１  肩ブラケット
３２，３６  ケーシング
３２ａ  外周フランジ
３３，３８  サーボモータ
３３ａ，３８ａ  出力軸
３４，３９  ハーモニックドライブ
３４ａ，３９ａ  内歯歯車
３４ｂ，３９ｂ  フレクスプライン
３４ｃ，３９ｃ  駆動ディスク
３５  基部材
３７  ブラケット
３７ａ  フランジ
３９ｄ  入力軸
４０  ベルト式伝動機構
４１  支持部材
４３  歯付きベルト
４４  固定ピン
Ｃ  中心軸線
ＣＬ  クリアランス
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４  軸線
Ｒ  軸線
Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３  軸線
【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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