(57)【要約】      （修正有）【課題】アクチュエータによるマニピュレータの関節に中立位置復帰手段と機能性流体で構成された柔軟機構を適用することによって、セミアクティブ機構を実現し、急激な加速度の変動を吸収し、関節が外部環境と接触したときにも、それを滑りながら回転して、目標位置への到達を可能とし、外部環境への回避および接触が安全に遂行されることを可能とする。【解決手段】関節の一部に、セミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置６とバネ要素８とから構成した柔軟関節を備え、マニピュレータが外部環境と接触した時、上記柔軟関節によって、両者間の接触力および衝撃力を緩和しながら前記関節の一部の折れ曲がりを可能にした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節の一部に、セミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置と中立位置復帰手段とから構成した柔軟関節を備え、マニピュレータが外部環境と接触した時、上記柔軟関節によって、両者間の接触力および衝撃力を緩和しながら前記関節の一部の折れ曲がりを可能にしたことを特徴とするロボットマニピュレータ。
【請求項２】
請求項１において、ロボットマニピュレータが２リンクマニピュレータとして構成され、その第２関節部に設けられた柔軟関節を構成するセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置にＥＲ流体を用いたクラッチを用い、且つ中立位置復帰手段に非線形バネを用い、機能性流体に電界又は磁界を印加することによって、運搬物の質量の大小による振動特性の違いや外部環境の機械インピーダンス、人間の痛覚閾値、対象物の破壊閾値に適応して、セミアクティブに関節トルクを制御可能としたことを特徴とするロボットマニピュレータ。
【請求項３】
請求項１又は２において、中立位置復帰手段がコイルバネ又は引張バネであることを特徴とするロボットマニピュレータ。
【請求項４】
中立位置復帰手段とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置とからなる柔軟関節を備えた柔軟関節２リンクロボットマニピュレータと、機能性流体によって構成された関節の一部のトルクを可変とし且つ、２リンクロボットマニピュレータの運搬作業を可能とするリンク駆動装置と、リンクによる安定的な粘性係数の設定下で運搬作業中、運搬物の許容加速度を判別する許容加速度判別装置と、運搬物が許容加速度を超過した時、又はマニピュレータの外部環境と接触を感知したとき、適宜その状況を判断して設定された粘性条件に修復するため適切に制御を行う粘性条件修復制御装置と、外部環境から回避したマニピュレータのバネ復元した時、アームの振動を抑制するアーム振動抑制制御装置を含むことを特徴とする２リンクロボットマニピュレータの制御システム。
【請求項５】
請求項４において、第１関節部とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いたＥＲクラッチ及び柔かいバネによってのみ構成される柔軟関節を有した第２関節部を備えてマニピュレータを構成する複数のリンクと、第１関節部をドライバを介して駆動する剛性の高いモータと、第２関節部を制御する高電圧アンプと、第１関節及び第２関節の角度を検知する各角度センサと、第２リンクに設置の力センサと、ＥＲクラッチの受ける加速度を検知するロードセルと、各検知信号を受けて演算し、ドライバ及び高電圧アンプ部を介して、モータ及びＥＲクラッチを制御する制御装置を備えたことを特徴とするロボットマニピュレータの制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、ロボットマニピュレータに関し、人間と同じ領域にも使用される、機能性流体を用いた柔軟関節に関するものであって、さらに詳細には、関節の一部が、中立位置復帰手段とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置によって構成されるロボットマニピュレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人間との協調活動が必要とされる研究が盛んに行われ、人間とロボットの協調システムの確立が検討されている。そして、ロボットが人間と同じ領域に存在するため、接触、衝突といった双方の干渉を想定せざるを得ない環境下に置かれている。
【０００３】
かかる環境下にあって、従来のロボットマニピュレータは、精密制御が求められることから、剛性の高いアクチュエータ（減速比の高いギアを使用したモータなど）の使用を余儀なくされるものであった。そして、この高剛性のアクチュエータの使用においては、次のような課題を生じるものであった。
【０００４】
一つには、デリケートな運搬物（コップに入った水、お盆の上の食器等、運搬物内部のマスが急激に移動することを嫌う運搬物のことを指す）を移動する場合、過度な速度が生じないようにアクチュエータをゆっくり移動させなければならない。このため、稼動速度が制約されるものであった。また、外部環境（人間、構造物等）が急にマニピュレータの予定軌道内に進入した場合、マニピュレータは外部環境と激しく衝突するため、搬送物内部のマスが激しく移動し、デリケートな運搬物は移動できない。このため、マニピュレータの適用環境条件として制約を受けるものであった。さらに外部環境（人間、構造物等）が急にマニピュレータの予定軌道内に進入した場合、また人との共同作業中にマニピュレータが停電、故障等の原因で停止した場合、マニピュレータは、ノンバックドライバブルな機構となり、外部環境に衝突したまま外部環境を押し付けて、目標の位置まで安全に到達できない。このため、作動の安全性、確実性を確保する上で信頼性に問題を残すものであった。またさらに、外部環境（人間、構造物等）が急にマニピュレータの予定軌道内に進入した場合、マニピュレータは、ノンバックドライバブルな機構となり、外部環境（人間、構造物等）と接触したときの衝突力及び接触力の瞬時の緩和が困難である。このため、人体の安全性を確保する上で改善を必要とするものであった。
【０００５】
また、安全性を考慮した従来技術として、関節部にトルクリミッタ（特開２００１−００３９５１号）等の安全装置が内蔵されているものもある。しかし、これらによっても以下のような課題を生じる。
（１）激しい振動が生じた場合、トルクリミッタにより十分な減衰力を得ることができず、振動を抑えることができない。このため、動作特性の改善が望まれるものであった。
（２）トルクリミッタを用いた場合、「運搬作業状態」（確実な作業が求められるため比較的高トルクである）と「外部環境への接触」（トルクの適切な緩和が必要）等の各状態を判断してトルクを適切に制御することができない。このため、各種の稼動状態に適応したトルク制御を遂行する上で課題を残すものであった。
（３）外部環境と衝突した時、トルクリミッタの過剰な減衰力の低下により、運搬物内部のマスが激しく移動し、デリケートな運搬物は移動できない。このため、適用範囲に制約を受けるものであった。
（４）トルクリミッタを用いた場合、運搬物の質量の大小による振動特性の違いや外部環境の性質（機械インピーダンス、痛覚閾値、破壊閾値）に適応してトルクを制御することができない。このため、各種の稼動状態に適応したトルク制御を遂行する上で課題を残すものであった。
（５）トルクリミッタに使用される異方性ダンパを構成するのに複雑な構成を要し、故障を引き起こしやすい。このため、構造上簡素化する上で課題を残すものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この出願の発明は、上記の課題、人体等の外部環境物との接触力緩和とそれに伴う振動の問題を解決するために、マニピュレータが外部環境と接触した時、中立位置復帰手段とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置によって構成された関節の一部が、機能性流体の効果によって、外部環境との接触力および衝撃力を緩和し、且つ外部環境との衝撃によって生じる運搬物内部のマスの激しい移動に対して、その急峻な移動を回避できるようなロボットマニピュレータを提供することを目的とする。
【０００７】
さらに、人体への痛覚耐性閾値基づいてマニピュレータ関節部のトルク制御を行い、人体、更には他の外部環境物に対して害を及ぼさないようなシステムを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記のような問題点を解決するために次の機構が必要になることが見い出した上で、達成されたものである。
（１）マニピュレータの急激な加速度の変動を抑えるために、関節の一部に運動エネルギー消散機構が必要となる。
（２）外部環境（人間等）が急にマニピュレータの予定軌道内に進入した場合、その関節がバックドライバブルになるように、リンクの一部に柔軟機構を設ける必要がある。また、目標位置まで到達するために、復帰用バネは必要となる。
（３）外部環境への回避及び接触が安全に遂行されるように、セミアクティブ機構であることが必要である。
（４）「運搬作業状態」（確実な作業が求められるため比較的高トルクである）と「外部環境への接触」（トルクの適切な緩和が必要）等の各状態を判断してトルクを適切に制御することが必要である。
（５）マニピュレータが外部環境と接触した時、外部環境への衝撃力および接触力の緩和を促すため、トルクをコントロールできるような機構及びシステムが必要となる。
（６）運搬物の質量の大小による振動特性の違いや外部環境の性質（機械インピーダンス・人間の痛覚閾値・対象物の破壊閾値）に適応してトルクを制御できるように、セミアクティブな機構が必要である。
（７）構造が簡単であることが必要である。
以上から、この出願の発明は、第１には、関節の一部に、セミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置と中立位置復帰手段とから構成した柔軟関節を備え、マニピュレータが外部環境と接触した時、上記柔軟関節によって、両者間の接触力および衝撃力を緩和しながら前記関節の一部の折れ曲がりを可能にしたことを特徴とするロボットマニピュレータ（請求項１）を提供するものである。
【０００９】
そして、この出願の発明は、さらに具体化して、ロボットマニピュレータが２リンクマニピュレータとして構成され、その第２関節部に設けられた柔軟関節を構成するセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置にＥＲ流体を用いたクラッチを用い、且つ中立位置復帰手段に非線形バネを用い、機能性流体に電界又は磁界を印加することによって、運搬物の質量の大小による振動特性の違いや外部環境の機械インピーダンス、人間の痛覚閾値、対象物の破壊閾値に適応して、セミアクティブに関節トルクを制御可能としたり（請求項２）、中立位置復帰手段がコイルバネ又は引張バネであるものとしたり（請求項３）するロボットマニピュレータを提供する。
【００１０】
また、この出願の発明は、第２には、前記ロボットマニピュレータを制御する制御システムとして、中立位置復帰手段とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置とからなる柔軟関節を備えた柔軟関節２リンクロボットマニピュレータと、機能性流体によって構成された関節の一部のトルクを可変とし且つ、２リンクロボットマニピュレータの運搬作業を可能とするリンク駆動装置と、リンクによる安定的な粘性係数の設定下で運搬作業中、運搬物の許容加速度を判別する許容加速度判別装置と、運搬物が許容加速度を超過した時、又はマニピュレータの外部環境と接触を感知したとき、適宜その状況を判断して設定された粘性条件に修復するため適切に制御を行う粘性条件修復制御装置と、外部環境から回避したマニピュレータのバネ復元した時、アームの振動を抑制するアーム振動抑制制御装置を含むことを特徴とする２リンクロボットマニピュレータの制御システム（請求項４）を提供する。
【００１１】
さらに、この出願の発明は、上記制御システムにおける各装置を具体化して、第１関節部とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いたＥＲクラッチ及び柔かいバネによってのみ構成される柔軟関節を有した第２関節部を備えてマニピュレータを構成する複数のリンクと、第１関節部をドライバを介して駆動する剛性の高いモータと、第２関節部を制御する高電圧アンプと、第１関節及び第２関節の角度を検知する各角度センサと、第２リンクに設置の力センサと、ＥＲクラッチの受ける加速度を検知するロードセルと、各検知信号を受けて演算し、ドライバ及び高電圧アンプ部を介して、モータ及びＥＲクラッチを制御する制御装置を備えたことを特徴とするロボットマニピュレータの制御システム（請求項５）をも提供する。
【００１２】
以下、この出願の発明について、さらに詳細に説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下この出願の発明の実施の形態について説明する。
ロボットマニピュレータは、２リンクマニピュレータとして構成されるが、２リンクに限定されず、それ以上のリンクにおいても実施することができる。
【００１４】
関節の一部に組み込まれる、セミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置は、ＥＲクラッチを利用することができる。ここで、セミアクティブ機能を有する機能性流体としては、ＥＲ流体のみならず、その他の機能性流体として、ＭＲ流体、磁性流体等の適用も可能である。
【００１５】
また関節の一部に組み込まれる中立位置復帰手段については、非線形バネを用い、形状としてコイルバネ又は引張バネを用いることができる。第２リンクの延長部の先端と第１リンクの関節部との結合構造から、第２リンクの延長部を第１リンクの関節部より長くした場合には、圧縮バネを利用することもできる。
この中立位置復帰手段は、折れ曲が可能なリンクを常時中立位置に復帰させるように作用する中立位置復帰手段であり、トルクの小さなアクチュエータを包含することもできる。
【００１６】
機能性流体に電界又は磁界を印加することによるセミアクティブな関節トルク制御は、運搬物の質量の大小による振動特性の違い、外部環境の機械インピーダンス、人間の痛覚閾値、対象物の破壊閾値に適応して、適切に制御することができる。
【００１７】
以下、図面に基づいてこの出願の発明を、さらに詳細に説明する。
【００１８】
【実施例】
この出願の発明の機能性流体を用いた柔軟関節マニピュレータは、第１関節部と第２関節部を備えたシンプルな２リンクマニピュレータとして構成される。第１関節部は剛性の高いモータ（アクチュエータ）によって駆動され、第２関節部は、駆動部がなく、ＥＲ流体を用いたクラッチ及び柔かいバネのみによって構成される。
【００１９】
この出願の発明の２リンクマニピュレータは、図１、図６に示すように、第１リンク（４）は支持台（１）に設置されたギア機構内蔵モータ（２）の出力軸（３）に枢支され、第２リンク（５）は第１リンク（４）に設置されたＥＲクラッチ（６）の出力軸（７）の一方の端部に枢支される。第１リンク（４）と第１リンク（４）の一端に枢支される第２リンク（５）とからなる２リンクマニピュレータにおいて、第１リンク（４）と第２リンク（５）の間にバネ（８）が介装され、第２リンク（５）を第１リンク（４）の長手方向なる所定方向に位置付けして付勢されるように取付けられる。
【００２０】
出力軸（３）の先端に角度センサ（１１）が設置され、第１関節部の角度を検出し、また出力軸（７）の先端にも角度センサ（１１）が設置され、第２関節部の角度を検出する。
【００２１】
第２リンク（５）には力センサ（１２）が設置され、人体や外部環境体との接触した場合、その接触力を検出する。
【００２２】
ＥＲクラッチ（６）の出力軸（７）の他方の端部にロードセル（９）が設置され、第１リンク（４）との間で発生する粘性トルクが検出される。
【００２３】
制御装置（１３）は、パソコン（P／C）を含み、角度センサ（１１）（１１）で検出した、第１関節部の角度及び第２関節部の角度、ロードセル（９）で検出した粘性トルク、力センサ（１２）で検出した接触力の検出信号を受けて演算し、高電圧アンプ（１４）を介して昇圧された制御電圧を、ＥＲクラッチ（６）に印加し、クラッチの粘性係数を制御する。
【００２４】
ドライバ（１０）は、ギア機構内蔵モータ（２）を制御するための駆動機構である。
【００２５】
この出願の発明において、柔軟関節マニピュレータの第２関節部のトルクを制御するために用いる機能性流体の一つとして、ＥＲ流体を用いることができ、さらに中立位置復帰手段を用いた一例として非線形バネを用いることができる。
【００２６】
そして、この出願の発明は、ＥＲ流体が、電場の印加によりその粘性が可逆的に変化する流体で、主に振動系ダンパや力覚提示といったデバイスへの適用が期待され、自ら外力を発生しないセミアクティブデバイスとしての機能を有することに着目し、本発明のマニピュレータの作動機構に適用した場合、安全性の高いシステムを構築することができるものである。
【００２７】
この出願の発明において、ロボットマニピュレータの関節の一部に、中立位置復帰手段とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置によって柔軟関節機構を形成するものであるから、本願の柔軟関節ロボットマニピュレータは、使用上におけるその役割や状態に応じて、図２に示されるように、ケース１、ケース２及びケース３の３種の挙動をとることができる。
【００２８】
図２（ａ）の「ケース１」は、外部環境（人間、デリケートな対象物等）の干渉が生じない又は生じていない場合のマニピュレータの挙動を模式的に示すものである。この場合、作業に対して有効な関節数は柔軟関節の数だけ減少する。したがって、本マニピュレータは、見かけ上１リンクとして機能していることになる。
【００２９】
ここで、リンク先端に取り付けられた運搬物を想定した場合、第２関節部のエネルギー消散作用により、運搬物に対する急激な加速度の増加を抑えることができる。したがって、水の入ったコップ等、運搬物内部のマスが激しく移動することを嫌うデリケートな物体の運搬に有効である。
【００３０】
次に、図２（ｂ）の「ケース２」は、マニピュレータが外部環境（人間、デリケートな対象物等）（M）と干渉している際の挙動を模式的に示すものである。
【００３１】
この挙動は、マニピュレータが外部環境（M）に接触した瞬間、第２関節部が折れ曲がる。これは、マニピュレータと外部環境（M）との接触力を緩和するだけでなく、第１関節部を駆動させ続けることによって、第２リンク（５）が外部環境（M）の回りを滑りながらそれを回避していくように作用する。
【００３２】
この場合、高電圧アンプ（１４）によってＥＲ流体のトルクを制御することにより、外部環境（M）の性質、例えば機械インピーダンス、痛覚閾値、破壊閾値に適応してトルクを制御することができる。
【００３３】
ここでケース１からケース２へ移行する際、その初期段階で外部環境（M）とマニピュレータの間に衝突が生じるのであるが、この衝突力は、後述の非線形バネによる作用と、ＥＲ流体の粘性によるエネルギー消散作用によって吸収されることにより、緩和される。さらにデリケートな運搬物を移動している場合でも、衝突時にその運搬物に対して、被害を最小限に抑えられるように、ＥＲ流体の粘性を制御することも可能である。
【００３４】
最後に、図２（ｃ）の「ケース３」は、リンク２が外部環境（M）から回避した後に、バネによってケース１の状態に復元しようとする挙動を模式的に示すものである。
【００３５】
この挙動は第２関節部のバネ（８）とマスの効果によって大きく振動することとなって現われる。このため、第２関節部の減衰による制振作用を考慮する必要があり、本願発明は、この振動に対して、第２関節部のＥＲ流体の粘性減衰効果によって制御することを可能とするものである。
【００３６】
さらに運搬物が変動した場合、例えば、コップに入ったジュース、御盆の上の茶碗を運んでいる場合、一定の加速度を超えるため、容器が移動してこぼれてしまうが、このような場合にもこぼれないようにするため、ＥＲ流体の粘性を制御することによって、内部のマスの移動した場合の重心（慣性モーメントの変動に関連する）の移動に対応できるように制御し、これらの問題に適応させることができる。また、運搬物の重さが変動した（負荷変動）場合、振動制御に対する関節の臨界減衰係数が変動するが、この場合も、ＥＲ流体の粘性を変化させることによって容易に対応することができる。この際、負荷変動する範囲を見積もって、十分な一定粘性をもった減衰器を取り付けることも可能であるが、その粘性を可変にすることによって回復に要する時間を短縮することができる。
【００３７】
次に、第２関節部に設けられた柔軟関節の機構についてさらに詳0細に説明する。
【００３８】
本願第２関節部は、図６に示すように、回転系バネ（８）と均一系ＥＲ流体を用いたクラッチ（６）とから構成される。
【００３９】
図３には、本発明で用いた回転系バネ（８）における回転角度とトルクの関係が示される。この回転バネ（８）は、図に示すように、小さい角度においてはトルクが小さく、大きい角度になるほどトルクが大きくなるような非線形バネとして作用する。この非線形バネ作用は、「ケース２」の初期段階で発生する接触力及び衝突力を軽減し、「ケース３」から「ケース１」への状態復帰を確実に行うことができる効果がある。
【００４０】
本発明では、均一系ＥＲ流体をクラッチの作動流体として使用する。クラッチの作動流体として均一系ＥＲ流体を使用する理由は次のとおりである。一つには、「ケース２」によるトルク制御とケース３の振動制御の双方に対して扱いやすいこと、二つ目には、故障により電界が印加され続けても、アームの関節を低速度で回転させれば、小さい接触力で回避することができること、さらに、粒子の沈降がないことである。
【００４１】
図４には、ＥＲ流体を用いたクラッチ（６）の概要図が一例として示される。
【００４２】
ハウジング（６１）にハウジング（６１）を貫通し外方に突出する入力軸（７１）と出力軸（７）が、ボールベアリング（６３）（６４）により軸支される。ハウジング（６１）内に収容された電極と電極の間にＥＲ流体等の機能性流体（６２）が封入されている。また、ハウジング（６１）には電極の電流を制御するためスリップリング部（６５）（６６）を備える。
【００４３】
図５は、図４に示すＥＲ流体を用いたクラッチの回転速度とトルク出力の関係を示している。この図から明らかなように、本願ＥＲクラッチ（６）は、回転速度の上昇に対する出力トルクの増加が実現されており、また磁界の変化に応じては、その粘性係数も変化している。したがって、この特性を利用すれば、回転速度と磁界を変化させることができ、これによって、粘性係数の変化及びトルクの制御を行うことができる。
【００４４】
これらのマニピュレータの制御システムを図６に示す。
【００４５】
剛性の高いモータ（２）によって駆動される第１関節部と、駆動部がなく、ＥＲ流体クラッチ及び柔かいバネによってのみ構成される第２関節部を備えた２リンク柔軟関節マニピュレータは、制御装置（１３）により第１関節部の出力軸（３）駆動用のモータ（２）、ドライバ（１０）を介して制御、駆動される。
【００４６】
制御装置（１３）は、角度センサ（１１）により検出した第１関節部及び第２関節部の角度信号、力センサ（１２）により検出した第２リンク（５）の人体等との接触による接触力信号、及びロードセル（９）により検出したＥＲクラッチ（６）において発生した粘性トルク信号を受けて演算し、一方では高電圧アンプ（１４）を介してＥＲクラッチ（６）をフィードバック制御して、クラッチの粘性係数を制御し、他方ではドライバ（１０）を介してギア機構内蔵モータ（２）をフィードバック制御する。
＜ケース１の場合＞外部環境の干渉が生じない場合の作用
図７に示すように、目標値を設定して各リンクを駆動し、その際安定的な粘性係数に設定する。最初許容加速度判別工程において、リンクによる運搬物の移動が許容加速度未満であって、外部環境との接触もない場合には、粘性条件修復制御工程は省略され、アーム振動制御工程に進む。
＜ケース２の場合＞マニピュレータが外部環境と干渉している場合の作用
なお、許容加速度判別工程において、リンクによる運搬物の移動が許容加速度を超過した場合には、粘性条件修復制御工程が継続実行され、コンピュータにより適切な司令電圧がアンプを経てＥＲクラッチに印加して粘性を制御する。その後、設定された条件との比較において、満足することになると、次のアーム振動抑制制御工程へと導かれ、先のアーム振動制御工程における作用が実行される。
＜ケース３の場合＞外部環境からの回避後、バネにより大きく振動する場合の作用
アーム振動抑制制御工程でアーム振動がない場合は、目標へ到達するまで駆動され、到達していなければ元へ戻って繰り返されるが、到達した時点で各リンクの駆動は停止する。一方、アーム振動が有る場合には、ＥＲクラッチの粘性減衰トルクを設定制御した状態で、目標値へ到達するまでリンクを駆動する。このとき、前述と同様に、到達した時点で各リンクの駆動を停止し、到達していなければ元へ戻って繰り返す。
【００４７】
以上から、本願マニピュレータは、各ケース毎に以下の手順に沿って制御される。
（１）第２リンクが外部環境と接触した状態から、第１関節がモータによって回転される。
（２）第１関節部の角度は、モータに備え付けられたエンコーダによって計測される。
【００４８】
また、第２関節部の回転角度及び外力はそれぞれ、関節部に設置された回転角度センサ及びリンクに設置された力センサによって計測される。
【００４９】
さらに、ＥＲクラッチの粘性トルクはクラッチ出力軸に取付けられたロードセルによって計測される。
（３）それぞれ計測された値をパーソナルコンピュータ（PC）に取り込み、次の電圧を計算する。
（４）高電圧アンプによって昇圧された制御電圧を、ＥＲクラッチに印加することで、クラッチの粘性係数が制御される。
【００５０】
【発明の効果】
以上、この出願の発明によれば、関節に復帰用バネと機能性流体で構成された柔軟機構を適用することによって、アクチュエータによるマニピュレータの急激な加速度の変動を吸収することができ、また、急激ではないものの、関節が外部環境と接触したときには、その外部環境を滑りながら回転して、目標位置に到達することができる。
【００５１】
また、機能性流体を用いていることによって、セミアクティブ機構が実現され、外部環境への回避および接触が安全に遂行される。
【００５２】
さらに、関節をセミアクティブ機構にすることによって、柔軟関節に起因する運搬物の質量の大小による振動特性の違いや衝突時における外部環境の性質、機械的インピーダンス、人間の感覚閾値、対象物の破壊閾値に適応してトルクを制御することができる。
【００５３】
そして、機能性流体のトルクを可変にすることによって、確実な作業が求められるため比較的高トルクである「運搬作業状態」とトルクの適切な緩和が必要とされる「外部環境への接触状態」等、各状態を判断して各状態に対応したトルクを適切に制御することができる。
【００５４】
この出願の発明によれば、機能性流体を用いた装置と、中立位置復帰手段のみで構成されるため、簡単な構造で関節を組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明のロボットマニピュレータの概略図を示し、（ａ）は２リンクマニピュレータの全体的概要図を示し、（ｂ）は部分的拡大模式図を示す。
【図２】本願発明の柔軟関節を有するロボットマニピュレータの挙動を示す。
【図３】本願発明の回転バネにおける回転角度とトルクの関係を示す。
【図４】本願発明のＥＲクラッチの詳細図を示す
【図５】各電界値におけるＥＲクラッチの回転角度とトルクの関係をそれぞれ示す。
【図６】本願発明のマニピュレータの実験システムを示す。
【図７】マニピュレータを実行する場合のフローチャートを示す。
【符号の説明】
１    支持台
２    ギア機構内蔵モータ
３    出力軸
４    第１リンク
５    ２リンク
５ａ  延長端
６    ＥＲクラッチ
７    出力軸
７１  入力軸
８    中立位置復帰手段
９    ロードセル
１０    ドライバ
１１    角度センサ
１２    力センサ
１３    制御装置
P／C    パソコン
６１    ハウジング
６２    機能性流体
６３    ボールベアリング
６４    ボールベアリング
６５    スリップリング部
６６    スリップリング部
【図１】
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【図２】
2004195576.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004195576.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004195576.tif 000008
【図７】
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