(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源と、
アーム部と、
前記アーム部の長手方向一端部に接続される物体取扱部と、
前記駆動源からの駆動力によって前記アーム部を所定の自由度方向へ移動させる関節機構と、
前記アーム部に接続された連結部と該連結部に連結する被連結部とが相対移動自在な状態で連結され、かつ、該連結部と該被連結部との間の相対移動を禁止した動力伝達状態から該相対移動の禁止を解除する動力伝達解除状態へ無給電状態で切り替え可能な連結解除機構とを有し、
前記動力伝達状態において前記駆動源からの駆動力により前記アーム部を前記所定の自由度方向へ移動させるロボットアームであって、
前記連結解除機構は、前記連結部と前記被連結部とを２以上の相対移動方向へ相対移動自在に連結しており、
前記２以上の相対移動方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力が前記アーム部へ加わったときに該外力を利用して無給電状態で作動し、前記物体取扱部に外力が加わっても作動しない検知伝達部材を備えた外力検知伝達機構を有し、
前記連結解除機構は、前記検知伝達部材の作動に連動して、前記アーム部に加わった外力が有する前記力成分に対応した相対移動方向への相対移動を禁止した動力伝達状態をその動力伝達解除状態へ切り替えることを特徴とするロボットアーム。
【請求項２】
請求項１のロボットアームにおいて、
前記外力検知伝達機構は、前記２以上の相対移動方向ごとに異なる２以上の検知伝達部材を備えていて、前記アーム部に加わった外力の前記力成分に対応した相対移動方向についての検知伝達部材のみを作動させるように構成されており、
前記連結解除機構は、各検知伝達部材の作動に連動して、作動した検知伝達部材に対応する相対移動方向のみの相対移動を禁止した動力伝達状態をその動力伝達解除状態へ切り替えることを特徴とするロボットアーム。
【請求項３】
請求項１又は２のロボットアームにおいて、
前記連結解除機構は、単一の連結部で、前記連結部及び前記被連結部を前記２以上の相対移動方向へ相対移動自在に連結することを特徴とするロボットアーム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、
前記外力検知伝達機構の検知伝達部材は、前記アーム部の長手方向に沿って移動可能に構成されており、
前記アーム部は、該アーム部の長手方向に対して直交する方向の力成分を一定以上有する外力を受けることで、該力成分を受け流す向きへ変位可能なアーム側面部材を備えており、
前記外力検知伝達機構は、前記アーム側面部材の変位に連動して前記検知伝達部材を前記アーム部の長手方向に沿って移動させるリンク機構を備えていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、
前記アーム部は、該アーム部の長手方向に対して直交する方向の力成分を一定以上有する外力を受けることで変形可能な柔軟性を有する流体封入部材によって構成されたアーム側面部材を備えており、
前記外力検知伝達機構の検知伝達部材は、前記流体封入部材の変形による封入流体の移動に連動して作動するように構成されていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項６】
駆動源と、アーム部と、前記アーム部の長手方向一端部に接続される物体取扱部と、前記駆動源からの駆動力によって前記アーム部を所定の自由度方向へ移動させる関節機構と、前記アーム部に接続された連結部と該連結部に連結する被連結部とが相対移動自在な状態で連結され、かつ、該連結部と該被連結部との間の相対移動を禁止した動力伝達状態から該相対移動の禁止を解除する動力伝達解除状態へ無給電状態で切り替え可能な連結解除機構とを有し、前記動力伝達状態において前記駆動源からの駆動力により前記アーム部を前記所定の自由度方向へ移動させるロボットアームにおける、前記アーム部に加わった外力を検知して前記連結解除機構へ伝達するロボットアーム用の外力検知伝達装置であって、
２以上の方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力が前記アーム部へ加わったときに該外力を利用して無給電状態で作動し、前記物体取扱部に外力が加わっても作動しない検知伝達部材を有することを特徴とするロボットアーム用の外力検知伝達装置。
【請求項７】
駆動源と、アーム部と、前記アーム部の長手方向一端部に接続される物体取扱部と、前記駆動源からの駆動力によって前記アーム部を所定の自由度方向へ移動させる関節機構と、２以上の方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力が前記アーム部へ加わったときに該外力を利用して無給電状態で作動し、前記物体取扱部に外力が加わっても作動しない検知伝達部材を備えた外力検知伝達機構とを有するロボットアームに利用されるロボットアーム用の緩衝装置において、
前記アーム部に接続された連結部と該連結部に連結する被連結部とが前記２以上の方向の力成分それぞれを受け流す２以上の相対移動方向へ相対移動自在な状態で連結され、かつ、該連結部と該被連結部との間の相対移動を禁止した動力伝達状態から該相対移動の禁止を解除する動力伝達解除状態へ無給電状態で切り替え可能な連結解除機構を有し、
前記検知伝達部材の作動に連動して、前記アーム部に加わった外力が有する前記力成分に対応した相対移動方向への相対移動を禁止した動力伝達状態からその動力伝達解除状態へ切り替えることを特徴とするロボットアーム用の緩衝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーム部に外力が加わったときの衝撃を緩和する緩衝機能を備えたロボットアーム、並びに、ロボットアーム用の外力検知伝達装置及び緩衝装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のロボットアームは、様々な製品の製造工程における産業用ロボットとして利用されるものが多い。産業用ロボットは、通常、オートメーション化された製造ライン上の決められた箇所に固定配置されて稼働するため、そのロボットアームの稼働中に周囲の障害物と衝突するような事態が発生することは予定されていない。また、オートメーション化された製造ラインに配置される産業用ロボットの周囲には、人間が居ない場合が多く、又は居たとしても専門の作業員であるため、そのロボットアームの稼働中に人間が衝突するような事態も予定されていない。一方、近年、ロボットアームの利用分野が拡大し、人間の介護や医療の現場あるいは家庭内などにおいて、ロボットアームの積極的な利用が期待されている。このような利用場面では、ロボットアームに周囲の障害物や人間などが衝突するような事態が予想される。そのため、障害物や人間がロボットアームに衝突しても、その衝撃を緩和して、障害物や人間あるいはロボットアームが受けるダメージを軽減する技術が必要となる。
【０００３】
特許文献１には、ダンパやばねなどの柔軟機構を関節部に備え、障害物への衝突時に当該障害物に対する衝突の衝撃を緩和させることを可能としたロボットアームが開示されている。
また、特許文献２には、サーボ装置に接続されたサーボホーンの接合面上に円周状に配置された複数の円頭状凸部と連結部材の接合面上に設けられた複数の凹部とを連結させてサーボ装置の回転力が連結部材へ伝達されるように構成し、連結部材に接続されたアーム部を駆動できるロボットアームが開示されている。このロボットアームでは、弾性体の性質を有するワッシャの締め付けによってサーボホーンの接合面と連結部材の接合面とが近づく方向に付勢されており、これによりサーボホーン上の凸部と連結部材上の凹部との連結が維持されている。このロボットアームを備えたロボットが転倒事故を起こしてアーム部の移動可能方向（自由度方向）に大きな力が加わると、ワッシャの弾性変形によってサーボホーンの凸部が連結部材の凹部から抜け出し、連結が解除される。これにより、アーム部は、サーボ装置側から解放され、自由度方向への移動が自在となって緩衝機能が発揮される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に開示されたロボットアームの柔軟機構は、無給電状態でも緩衝機能を発揮できる構成であるため、電気的なトラブルで緩衝機能を発揮できないような事態が発生しない。この点で、電気的な制御によって緩衝機能を実現する構成と比較して、信頼性が高いという利点がある。しかしながら、このロボットアームは、衝突時の瞬間的な衝撃については柔軟機構によって無給電状態で緩衝できるが、衝突後もアーム部が障害物に向けて移動し続けたり、衝突後も障害物がアーム部を押し込んだりしたときのアーム部と障害物との当接圧は無給電状態では軽減できない。この衝突後の当接圧軽減のための構成には、電気的な制御が使用されている。詳しくは、関節部に設けた角度センサの検出結果と柔軟機構の影響とを考慮して、衝突後に関節部の制御目標角度を衝突後に検出した角度となるように修正し、衝突後の当接圧が理想的にはゼロになるように駆動制御を行う。そのため、特許文献１に開示のロボットアームは、衝突時の瞬間的な衝撃だけでなく衝突後の押し込み力の軽減も含めた広義の緩衝機能については、無給電状態では実現できておらず、この点で信頼性が低い。
【０００５】
更に、前記特許文献１に開示のロボットアームが有する柔軟機構は、アーム部を駆動するための駆動力伝達経路内に配置されている。そのため、アーム部で重い物体を移動させる場合など、一定以上の大きな駆動負荷が加わる状況下でロボットアームを稼働させると、アーム部が障害物と衝突していなくても柔軟機構の緩衝機能が発揮されてしまう。この場合、アーム部の移動位置が制御目標値から外れてしまい、アーム部の適切な駆動制御を実現することが困難となる。そのため、このようなロボットアームの利用態様は、比較的軽い物体を移動させるような駆動負荷が小さい状況下に限定されてしまう。一方、大きな駆動負荷が加わる状況下でも適切な駆動制御を実現するために柔軟機構の柔軟性を低下させると、衝突時の緩衝機能が不十分となり、狙いの緩衝機能を得ることができなくなる。
【０００６】
また、前記特許文献２に開示のロボットアームでは、自由度方向への衝撃を受けた時点以降、アーム部がサーボ装置側から解放され、自由度方向への移動が自在となって緩衝機能が発揮される。そのため、このロボットアームによれば、衝突時の瞬間的な衝撃の緩和だけでなく衝突後の当接圧の軽減も含めた広義の緩衝機能（以下、単に「緩衝機能」というときは広義の緩衝機能を意味するものとする。）が無給電状態で実現でき、信頼性が高い。しかしながら、このロボットアームも、アーム部で重い物体を移動させる場合など、一定以上の大きな駆動負荷が加わる状況下でロボットアームを稼働させると、アーム部が障害物と衝突していなくても、ワッシャの弾性変形によってサーボホーンの凸部が連結部材の凹部から抜け出してしまい、ロボットアームの適切な駆動制御を実現することが困難となる。そのため、このロボットアームの利用態様も、比較的軽い物体を移動させるような駆動負荷が小さい状況下に限定されてしまう。一方、大きな駆動負荷が加わる状況下でも適切な駆動制御を実現するためにワッシャの弾性を高めると、緩衝機能が不十分となり、狙いの緩衝機能を得ることができなくなる。
【０００７】
そこで、本発明者らは、障害物や人間などとの衝突によってアーム部に一定以上の外力が加わらない限り、大きな駆動負荷が加わる状況下でも緩衝機能が発揮されず、かつ、ひとたび当該外力が加わったときには無給電状態で緩衝機能が発揮される信頼性の高いロボットアームを開発した。このロボットアームは、１つの関節部を有する一自由度の関節機構に取り付けられたアーム部が当該関節機構を支点として当該自由度方向へ回動する構成となっている。このロボットアームの関節部は、当該自由度方向に沿って回転するアウターディスク（連結部）と、その内部で回転可能なインナーディスク（被連結部）とから構成されている。インナーディスクは、駆動源に接続されていて駆動源からの駆動力によって回転する。アウターディスクには、アーム部に接続されていて、アウターディスクとアーム部とは一体となって回転する。インナーディスク上には、径方向外側に付勢されたインナースライダー（動力伝達解除手段）が設けられており、その付勢方向先端部はその付勢によってインナーディスクの周縁部よりも径方向外方へ突出する。通常時、インナーディスク上のインナースライダーの付勢方向先端部は、アウターディスク上の周縁部の一部に設けられたスライダー挿入凹部に嵌り込んだ状態で維持されている。よって、通常時はインナーディスクとアウターディスクとの相対移動が禁止された状態となり、これらは一体回転するので、駆動源からの駆動力によってアーム部が自由度方向へ回動することができる。
【０００８】
このロボットアームの自由度方向に面するアーム部側面には、その自由度方向から外力を受けると、その外力に押し込まれて変位する被衝突板が備わっている。この被衝突板が変位すると、リンク機構を介してインナーディスク上のインナースライダーが径方向内側に向けてスライドし、インナースライダーとアウターディスクとの連結が解除される。これにより、インナースライダーとアウターディスクとが相対移動自在となる。その結果、アーム部は、駆動源側から解放されて自由度方向への移動が自在となり、緩衝機能が発揮される。
【０００９】
このロボットアームによれば、アーム部で重い物体を移動させる場合など、大きな駆動負荷が加わる状況下でロボットアームが稼働する場合でも、その駆動負荷はインナースライダーを径方向内側へスライドさせる作用を有しないので、インナーディスクとアウターディスクとの連結状態は維持される。一方、ひとたび障害物や人間との衝突が発生して、その外力によってアーム部の被衝突板が変位すると、インナーディスクとアウターディスクとの連結状態が解除され、緩衝機能が発揮される。しかも、この緩衝機能は電気的な制御を用いずに実現されており、無給電状態で緩衝機能が発揮される。
【００１０】
しかしながら、このロボットアームは、被衝突板の板面に対する法線方向という一方向について、その方向の力成分を一定以上有する外力に対してしか、緩衝機能を発揮することができないという問題点があった。
また、このロボットアームは、被衝突板の板面に対する法線方向という一方向についてしか、その方向の力成分を一定以上有する外力を検知できない点も問題点であった。
【００１１】
本発明は、以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、２以上の方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部へ加わったときに、その外力によるダメージを軽減する緩衝機能を無給電状態で発揮できる信頼性の高いロボットアーム、並びに、ロボットアーム用の外力検知伝達装置及び緩衝装置を提供することである。
また、本発明は、２以上の方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部へ加わったときに、その外力を検知できるロボットアーム用の外力検知伝達装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、駆動源と、アーム部と、前記アーム部の長手方向一端部に接続される物体取扱部と、前記駆動源からの駆動力によって前記アーム部を所定の自由度方向へ移動させる関節機構と、前記アーム部に接続された連結部と該連結部に連結する被連結部とが相対移動自在な状態で連結され、かつ、該連結部と該被連結部との間の相対移動を禁止した動力伝達状態から該相対移動の禁止を解除する動力伝達解除状態へ無給電状態で切り替え可能な連結解除機構とを有し、前記動力伝達状態において前記駆動源からの駆動力により前記アーム部を前記所定の自由度方向へ移動させるロボットアームであって、前記連結解除機構は、前記連結部と前記被連結部とを２以上の相対移動方向へ相対移動自在に連結しており、前記２以上の相対移動方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力が前記アーム部へ加わったときに該外力を利用して無給電状態で作動し、前記物体取扱部に外力が加わっても作動しない検知伝達部材を備えた外力検知伝達機構を有し、前記連結解除機構は、前記検知伝達部材の作動に連動して、前記アーム部に加わった外力が有する前記力成分に対応した相対移動方向への相対移動を禁止した動力伝達状態をその動力伝達解除状態へ切り替えることを特徴とするものである。
このロボットアームにおいては、連結解除機構における連結部と被連結部とが相対移動可能な２以上の相対移動方向のいずれについても、その方向の力成分（以下「特定力成分」という。）を一定以上有する外力がアーム部へ加わった場合には、その外力を利用して検知伝達部材が無給電状態で移動し、その外力を受けたことを連結解除機構へ伝達することができる。そして、前記外力がアーム部に加わり、その外力によって検知伝達部材が移動すると、連結解除機構は、これに連動して、アーム部に加わった外力が有する特定力成分に対応した相対移動方向への相対移動を禁止した動力伝達状態を解除状態へ切り替える。これにより、当該相対移動方向についての連結部と被連結部との相対移動が自在な状態となり、アーム部に加わった外力の特定力成分を受け流すことができ、その外力によるダメージを軽減する緩衝機能が無給電状態で発揮できる。
このように、本ロボットアームによれば、２以上の方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部へ加わったときに、その外力を無給電状態で検知し、かつ、その外力によるダメージを軽減する緩衝機能を無給電状態で発揮することができる。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１のロボットアームにおいて、前記外力検知伝達機構は、前記２以上の相対移動方向ごとに異なる２以上の検知伝達部材を備えていて、前記アーム部に加わった外力の前記力成分に対応した相対移動方向についての検知伝達部材のみを作動させるように構成されており、前記連結解除機構は、各検知伝達部材の作動に連動して、作動した検知伝達部材に対応する相対移動方向のみの相対移動を禁止した動力伝達状態をその動力伝達解除状態へ切り替えることを特徴とするものである。
このロボットアームにおいては、アーム部に加わった外力の特定力成分に対応した相対移動方向のみ、被連結部及び連結部の相対移動の禁止が解除される。これにより、アーム部に加わった外力の緩衝に必要な方向への緩衝機能だけが発揮され、不要な方向への緩衝機能は発揮されない。
【００１４】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２のロボットアームにおいて、前記連結解除機構は、単一の連結部で、前記連結部及び前記被連結部を前記２以上の相対移動方向へ相対移動自在に連結することを特徴とするものである。
このロボットアームにおいては、複数の連結箇所で、被連結部と連結部とを前記２以上の相対移動方向へ相対移動自在とする場合と比較して、連結解除機構が小型化することが可能である。
【００１５】
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、前記外力検知伝達機構の検知伝達部材は、前記アーム部の長手方向に沿って移動可能に構成されており、前記アーム部は、該アーム部の長手方向に対して直交する方向の力成分を一定以上有する外力を受けることで、該力成分を受け流す向きへ変位可能なアーム側面部材を備えており、前記外力検知伝達機構は、前記アーム側面部材の変位に連動して前記検知伝達部材を前記アーム部の長手方向に沿って移動させるリンク機構を備えていることを特徴とするものである。
このロボットアームにおいては、アーム部の長手方向に対して直交する方向からアーム部に加わる外力を検知して連結解除機構へスムーズに伝達できる構成を簡易に実現できる。
【００１６】
また、請求項５の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、前記アーム部は、該アーム部の長手方向に対して直交する方向の力成分を一定以上有する外力を受けることで変形可能な柔軟性を有する流体封入部材によって構成されたアーム側面部材を備えており、前記外力検知伝達機構の検知伝達部材は、前記流体封入部材の変形による封入流体の移動に連動して移動するように構成されていることを特徴とするものである。
このロボットアームにおいては、外力を受けるアーム側面部材が柔軟性を有する流体封入部材によって構成されているので、剛性の高い材料でアーム側面部材が構成されている場合よりも、衝突時の瞬間的な衝撃の軽減に有効である。また、流体封入部材の変形による封入流体の移動に連動して検知伝達部材が移動するように構成されているため、どのような方向の外力が流体封入部材に加わっても、流体封入部材の変形による封入流体の安定した移動が実現でき、検知伝達部材を安定して移動させることができる。よって、幅広い加力方向に対応することが容易となる。
【００１７】
また、請求項６の発明は、駆動源と、アーム部と、前記アーム部の長手方向一端部に接続される物体取扱部と、前記駆動源からの駆動力によって前記アーム部を所定の自由度方向へ移動させる関節機構と、前記アーム部に接続された連結部と該連結部に連結する被連結部とが相対移動自在な状態で連結され、かつ、該連結部と該被連結部との間の相対移動を禁止した動力伝達状態から該相対移動の禁止を解除する動力伝達解除状態へ無給電状態で切り替え可能な連結解除機構とを有し、前記動力伝達状態において前記駆動源からの駆動力により前記アーム部を前記所定の自由度方向へ移動させるロボットアームにおける、前記アーム部に加わった外力を検知して前記連結解除機構へ伝達するロボットアーム用の外力検知伝達装置であって、２以上の方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力が前記アーム部へ加わったときに該外力を利用して無給電状態で作動し、前記物体取扱部に外力が加わっても作動しない検知伝達部材を有することを特徴とするものである。
このロボットアーム用の外力検知伝達装置においては、２以上の方向（検知方向）のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部へ加わった場合には、その外力を利用して検知伝達部材が移動し、当該外力を無給電状態で検知して連結解除機構へ伝達することができる。なお、ロボットアームの連結解除機構における連結部と被連結部との相対移動方向を２以上とし、本外力検知伝達装置における検知方向をこれに対応させれば、当該２以上の方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力によるダメージを軽減できる緩衝機能を発揮させることができる。
【００１８】
また、請求項７の発明は、駆動源と、アーム部と、前記アーム部の長手方向一端部に接続される物体取扱部と、前記駆動源からの駆動力によって前記アーム部を所定の自由度方向へ移動させる関節機構と、２以上の方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力が前記アーム部へ加わったときに該外力を利用して無給電状態で作動し、前記物体取扱部に外力が加わっても作動しない検知伝達部材を備えた外力検知伝達機構とを有するロボットアームに利用されるロボットアーム用の緩衝装置において、前記アーム部に接続された連結部と該連結部に連結する被連結部とが前記２以上の方向の力成分それぞれを受け流す２以上の相対移動方向へ相対移動自在な状態で連結され、かつ、該連結部と該被連結部との間の相対移動を禁止した動力伝達状態から該相対移動の禁止を解除する動力伝達解除状態へ無給電状態で切り替え可能な連結解除機構を有し、前記検知伝達部材の作動に連動して、前記アーム部に加わった外力が有する前記力成分に対応した相対移動方向への相対移動を禁止した動力伝達状態からその動力伝達解除状態へ切り替えることを特徴とするものである。
このロボットアーム用の緩衝装置においては、連結部と被連結部とが相対移動可能な２以上の相対移動方向のいずれについても、その方向の力成分（特定力成分）を一定以上有する外力がアーム部へ加わった場合には、これを検知した検知伝達部材の移動に連動して、当該外力によるダメージを軽減できる相対移動方向への相対移動の禁止が無給電状態で解除され、緩衝機能が発揮される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、２以上の方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部へ加わったときに、その外力によるダメージを軽減する緩衝機能を無給電状態で発揮できる信頼性の高いロボットアームを提供できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態におけるロボットアームの正面図である。
【図２】同ロボットアームの側面図である。
【図３】同ロボットアームにおける緩衝機能を実現するための主要部を示す斜視図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態における外力検知伝達機構の構成及び動作を示す断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態における緩衝機構の構成及び動作を示す断面図である。
【図６】同緩衝機構の分解斜視図である。
【図７】実施形態における内輪部材の分解斜視図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、第１検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部に加わったときのダンパーばねの動作を説明するための説明図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、第２検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部に加わったときのダンパーばねの動作を説明するための説明図である。
【図１０】変形例のロボットアームにおける関節機構及びアーム部の部分拡大図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、変形例における外力検知伝達機構の構成及び動作を示す説明図である。
【図１２】変形例における関節機構の構成を示す斜視図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、同関節機構における緩衝機能に関わる構成及び動作を説明するための説明図である。
【図１４】外力を受けることで変形可能な柔軟性を有する流体封入部材を利用した外力検知伝達機構の他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るロボットアームの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態におけるロボットアームの正面図である。
図２は、本実施形態におけるロボットアームの側面図である。
本実施形態のロボットアームは、主に、台座１０と、関節機構２０と、アーム部３０とから構成されている。なお、本実施形態では、台座上にロボットアームを搭載した例について説明するが、本発明に係るロボットアームは、これに限らず、例えば、人間型ロボットの腕部、脚部、頭部（首関節を含む。）、胴体部（腰関節を含む。）などの関節を有する部位に広く使用することができる。
【００２２】
本ロボットアームの台座１０は、下プレート１５の底面に、オムニホイール等から構成される車輪１１が取り付けられている。これにより、車輪１１の回転によって本ロボットアームが全方向移動できるように構成されている。台座１０の下プレート１５の上面には、本ロボットアームの駆動制御を実行する駆動制御部１２が搭載されている。駆動制御部１２は、ＣＰＵ等の演算装置や、駆動制御プログラム等を記憶するＲＯＭ、データを一時保持するＲＡＭ等のデータ記憶装置などを搭載した電気回路等から構成されている。駆動制御部１２は、演算装置が所定の駆動制御プログラムを実行することにより、アーム部３０の移動などの各種動作を実現する。また、台座１０は、下プレート１５の上面から鉛直方向上向きへ延びる６本の足部１３によって上プレート１４を支持している。
【００２３】
本ロボットアームの関節機構２０は、それぞれ一自由度を有する下関節部２１及び上関節部２２によって二自由度を実現している。下関節部２１の筐体内部には、旋回用駆動モータ２３が搭載されている。この旋回用駆動モータ２３は、そのモータ軸が鉛直方向に沿うように下関節部２１の筐体内部に配置されている。旋回用駆動モータ２３は、台座１０の上プレート１４に固定されている。また、下関節部２１の筐体には、ハーモニックドライブ（登録商標）を介して上関節部２２のベース２２ａが固定されている。よって、駆動制御部１２の制御命令に従って旋回用駆動モータ２３が回転駆動すると、そのモータ軸を回転中心として、本ロボットアームにおける関節機構２０の上関節部２２を含んだアーム部３０側の部分が台座１０に対して相対回転移動する。本実施形態では、台座１０が床面に固定してあるので、旋回用駆動モータを回転駆動させることにより、そのモータ軸２３を回転中心にしてアーム部３０を旋回移動させることができる。
【００２４】
関節機構２０の上関節部２２には、２つの側板２４が設けられており、２つの側板２４は連結板２４ａによって一体に形成されている。２つの側板２４は、上関節部２２のベース２２ａに回動可能に支持されている。上関節部２２には、上下回動用駆動モータ２５のモータ軸が水平方向（図１中左右方向）に向くように当該上下回動用駆動モータ２５が搭載されている。上下回動用駆動モータ２５のモータ軸は、ハーモニックドライブ（登録商標）等の減速機構２６を介して、２つの側板２４の一方（図１中左側の側板２４）に取り付けられている。これにより、駆動制御部１２の制御命令に従って上下回動用駆動モータ２５が回転駆動すると、そのモータ軸を回転中心として、上関節部２２における２つの側板２４が下関節部２１に固定されたベース２２ａに対して相対回転移動する。２つの側板２４の上部には、連結解除機構である緩衝機構４０が固定されており、アーム部３０は、この緩衝機構４０を介して、上関節部２２における２つの側板２４に取り付けられている。よって、上下回動用駆動モータ２５を回転駆動させることにより、そのモータ軸を回転中心にしてアーム部３０を上下方向へ回動させることができる。
【００２５】
本ロボットアームのアーム部３０は、アーム長手方向に延びる基部３１と、アーム部の長手方向に対して直交する方向（アーム側面方向）へ変位できるように基部３１へ取り付けられたアーム側面部材３２とから構成されている。基部３１における関節機構２０側の端部は、関節機構２０に搭載されている緩衝機構４０に取り付けられている。基部３１におけるアーム先端側の端部には、ロボットアームによって運搬する運搬対象物を把持するための把持部であるハンド５０が取り付けられている。
【００２６】
ハンド５０は、固定ハンド部５１と、可動ハンド部５２と、これらの間に設けられたスライド駆動部５３とから構成されている。スライド駆動部５３は、駆動制御部１２の制御命令に従って、固定ハンド部５１と可動ハンド部５２とを近接・離間させる方向へ駆動することができる。これにより、固定ハンド部５１と可動ハンド部５２との間に運搬対象物を挟持する動作を行うことができる。
【００２７】
以上より、本実施形態におけるロボットアームは、鉛直方向に延びる回転軸を中心としたアーム部３０の旋回移動と、水平方向に延びる回転軸を中心としたアーム部３０の上下回動という二自由度のアーム駆動を実現することができる。そして、この二自由度の範囲内で５０で把持した運搬対象物を自由に運搬することができる。
【００２８】
次に、本発明の特徴部分である、ロボットアームの緩衝機能について説明する。
図３は、本実施形態のロボットアームにおける緩衝機能を実現するための主要部を示す斜視図である。
本実施形態のロボットアームは、アーム部３０の長手方向に対して直交する方向のいずれの方向についても、その方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部３０へ加わった場合に、その外力を無給電状態で検知して、その外力によるダメージを軽減する緩衝機能を無給電状態で発揮できる構成を採用している。この構成は、主に、このような外力を検知するアーム部３０に設けられた外力検知伝達機構（ロボットアーム用の外力検知伝達装置）と、その検知結果に応じて緩衝機能を発揮する関節機構２０に設けられた緩衝機構４０とによって実現される。
【００２９】
なお、図３は、外力検知伝達機構が搭載されたアーム部３０と緩衝機構４０とが分離した状態を示しているが、組み立て後の状態では、アーム部３０の基部３１が緩衝機構４０の筐体上の２本の固定部材４１に固定される。
【００３０】
図４（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態における外力検知伝達機構の構成及び動作を示す断面図である。
アーム部３０に搭載された外力検知伝達機構は、円筒状のアーム側面部材３２の内壁に固定された４つの固定部材３３Ａ，３３Ｂと、アーム部３０の基部３１に対してアーム長手方向に沿ってスライド移動可能に取り付けられた４つのスライド部材３４Ａ，３４Ｂと、各固定部材３３Ａ，３３Ｂと各スライド部材３４Ａ，３４Ｂとの間をそれぞれ連結する連結ロッド３５Ａ，３５Ｂと、スライド部材３４Ａ，３４Ｂの動きに連動してスライド移動する検知伝達部材としてのスライドロッド３６Ａ，３６Ｂとから構成されている。
【００３１】
４つの固定部材３３Ａ，３３Ｂは、円筒状のアーム側面部材３２の周方向位置が互いに９０度ずつずれた位置に配置されている。４つのスライド部材３４Ａ，３４Ｂは、それぞれ対応する固定部材３３Ａ，３３Ｂと対向する位置に配置されている。固定部材３３Ａ，３３Ｂと連結ロッド３５Ａ，３５Ｂとの間、及び、スライド部材３４Ａ，３４Ｂと連結ロッド３５Ａ，３５Ｂとの間は、いずれもボールジョイントを介して連結されている。
【００３２】
本実施形態においては、互いに対向する２つの固定部材３３Ａ、並びに、これに対応する２つのスライド部材３４Ａ、連結ロッド３５Ａ、スライドロッド３６Ａが１組となって、第１検知伝達機構が構成されている。また、互いに対向する２つの固定部材３３Ｂ、並びに、これに対応する２つのスライド部材３４Ｂ、連結ロッド３５Ｂ、スライドロッド３６Ｂが１組となって、第２検知伝達機構が構成されている。第１検知伝達機構は、２つの固定部材３３Ａが互いに対向する方向（図４中左右方向）に沿った方向の力成分を一定以上有する外力を検知して緩衝機構４０に伝達することができる。第２検知伝達機構は、２つの固定部材３３Ｂが互いに対向する方向（図４中紙面前後方向）に沿った方向の力成分を一定以上有する外力を検知して緩衝機構４０に伝達することができる。各検知伝達機構は、平行クランク機構のように機能する。
【００３３】
図４（ａ）に示す通常状態のアーム部３０において、移動中のアーム部３０のアーム側面部材３２が障害物や人間など（以下「障害物等」という。）に衝突したり、あるいは、移動中又は非移動中のアーム部３０のアーム側面部材３２に障害物等が衝突したりする場合がある。このような場合に、例えば図４中左右方向すなわち第１検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力が図４（ｂ）に示すようにアーム側面部材３２に加わると、アーム側面部材３２は、その外力の当該力成分を受け流す向き（図４中左向き）へ、アーム部３０の基部３１に対して相対的に例えば５［ｍｍ］程度変位する。この変位により、アーム側面部材３２に障害物等が衝突した時の瞬間的な衝撃が緩和される。
【００３４】
また、この変位により、第１検知伝達機構における外力を受けた側の固定部材３３Ａ（図４中右側の固定部材３３Ａ）は基部３１に近づく。そして、この固定部材３３Ａに連結ロッド３５Ａを介して連結したスライド部材３４Ａは、スライドロッド３６Ａが設けられたアーム長手方向端部とは反対側の端部に向けてスライド移動する。一方、第１検知伝達機構における外力を受けた側とは反対側の固定部材３３Ａ（図４中左側の固定部材３３Ａ）は基部３１から離れる。そして、この固定部材３３Ａに連結ロッド３５Ａを介して連結したスライド部材３４Ａは、スライドロッド３６Ａが設けられたアーム長手方向端部に向けてスライド移動する。このスライド部材３４Ａのスライド移動により、スライドロッド３６Ａは、そのスライド部材３４Ａの端部に押されて、図４（ａ）に示す通常位置から図４中下向きすなわち緩衝機構４０に向けてスライド移動し、図４（ｂ）に示すように検知伝達位置に位置する。
【００３５】
なお、図４中左側からアーム側面部材３２が外力を受けた場合には、第１検知伝達機構における外力を受けた側とは反対側の固定部材３３Ａ、すなわち、図４中右側の固定部材３３Ａが基部３１から離れる。そして、この固定部材３３Ａに連結ロッド３５Ａを介して連結したスライド部材３４Ａが、スライドロッド３６Ａ側のアーム長手方向端部に向けてスライド移動し、スライドロッド３６Ａが図４（ｂ）中の矢印の向き（図中下向き）へスライド移動する。したがって、図４中左右方向すなわち第１検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力がアーム側面部材３２に加わった場合、その向きが図中右向きの場合でも左向きの場合でも、スライドロッド３６Ａが図４（ｂ）中の矢印の向き（図中下向き）すなわち緩衝機構４０に向けてスライド移動する。
【００３６】
同様に、例えば図４中紙面前後方向すなわち第２検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力が図４中紙面手前側から奥側に向けてアーム側面部材３２に加わると、アーム側面部材３２は、その外力の当該力成分を受け流す向き（図４中紙面奥側）へ変位する。この変位により、第２検知伝達機構における外力を受けた側の固定部材３３Ｂ（図４中手前側の固定部材３３Ｂ）は基部３１に近づく。そして、この固定部材３３Ｂに連結ロッド３５Ｂを介して連結したスライド部材３４Ｂは、スライドロッド３６Ｂが設けられたアーム長手方向端部とは反対側の端部に向けてスライド移動する。一方、第２検知伝達機構における外力を受けた側とは反対側の固定部材３３Ｂ（図４中奥側の固定部材３３Ｂ）は基部３１から離れる。そして、この固定部材３３Ｂに連結ロッド３５Ｂを介して連結したスライド部材３４Ｂは、スライドロッド３６Ｂが設けられたアーム長手方向端部に向けてスライド移動する。このスライド部材３４Ｂのスライド移動により、スライドロッド３６Ｂはそのスライド部材３４Ｂの端部に押されて、通常位置から図４中下向きすなわち緩衝機構４０に向けてスライド移動し、検知伝達位置に位置する。図４中奥側からアーム側面部材３２が外力を受けた場合も同様である。
【００３７】
本実施形態においては、各固定部材３３Ａ，３３Ｂと各スライド部材３４Ａ，３４Ｂとの間がボールジョイントを有する連結ロッド３５Ａ，３５Ｂによって連結されているので、第１検知伝達機構の固定部材３３Ａと、第２検知伝達機構の固定部材３３Ｂとを、独立して変位させることができる。よって、本実施形態においては、第１検知伝達機構の検知方向の外力と、第２検知伝達機構の検知方向の外力とを、区別して検知することができる。
【００３８】
第１検知伝達機構の検知方向の力成分と第２検知伝達機構の検知方向の力成分とをそれぞれ一定以上有する外力がアーム側面部材３２に加わった場合には、いずれの検知伝達機構も動作して、２つのスライドロッド３６Ａ，３６Ｂが緩衝機構４０に向けてスライド移動することになる。したがって、本実施形態においては、円筒状のアーム側面部材３２の周方向いずれの方向から外力を受けた場合でも、その外力を受け流す向きへアーム側面部材３２が変位し、スライドロッド３６Ａ，３６Ｂを介して緩衝機構４０に外力の検知を伝達することができる。
【００３９】
次に、第１検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部３０のアーム側面部材３２に加わった場合について、緩衝機構の構成及び動作について説明する。
図５（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態における緩衝機構４０の構成及び動作を示す断面図である。
本実施形態の緩衝機構４０は、外輪部材（連結部）４２と、その内部で外輪部材４２に対して相対回転可能な内輪部材（被連結部）４３とを備えている。内輪部材４３には、その回転中心軸を貫通するように固定軸４６が固定されており、この固定軸４６の両端は、図１に示すように、関節機構２０における上関節部２２の側板２４に固定されている。外輪部材４２の外壁には、図３及び図５に示すように、アーム部３０の基部３１を固定するための２本の固定部材４１が形成されている。この２本の固定部材４１を介してアーム部３０が外輪部材４２に固定される。
【００４０】
内輪部材４３には、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、圧縮バネ４５Ａによって径方向外側に付勢された動力伝達解除手段としてのインナースライダー４４Ａが内蔵されている。アーム部３０のアーム側面部材３２に障害物等が衝突していない通常状態では、図５（ａ）に示すように、圧縮バネ４５Ａの付勢力によって径方向外側に付勢されたインナースライダー４４Ａの先端部分は、内輪部材４３の周縁部よりも径方向外方へ突出した状態になる。この状態において、このインナースライダー４４Ａの先端部分は、外輪部材４２上の周縁部の一部に設けられたスライダー挿入凹部４２ａを貫通する。このインナースライダー４４Ａの先端部は、通常位置に位置するスライドロッド３６Ａの先端部に当接し、この状態でインナースライダー４４Ａの位置（突出位置）が保持される。よって、通常状態においては、インナースライダー４４Ａによって内輪部材４３と外輪部材４２との固定軸４６回りの相対回転が禁止された状態となり、内輪部材４３と外輪部材４２とが一体となる。内輪部材４３は、関節機構２０における上関節部２２の側板２４に固定されているので、外輪部材４２に固定されたアーム部３０は、関節機構２０における上関節部２２及び下関節部２１の駆動に伴って移動することができる。
【００４１】
一方、図５（ａ）に示す通常状態において、第１検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部３０のアーム側面部材３２に加わり、通常位置に位置していたスライドロッド３６Ａが検知伝達位置へスライド移動した場合、突出位置に位置しているインナースライダー４４Ａは、スライドロッド３６Ａに押されて、図５（ｂ）に示すように、その先端部が内輪部材４３の周縁部の内側まで引っ込んだ引込位置までスライド移動する。このようにしてインナースライダー４４Ａが図５（ｂ）に示す引込位置まで移動すると、内輪部材４３と外輪部材４２との相対回転を禁止した動力伝達状態が解除された動力伝達解除状態となる。よって、外輪部材４２は、内輪部材４３に対して固定軸４６回りの相対回転が自在になる。
【００４２】
したがって、本実施形態においては、第１検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部３０のアーム側面部材３２に加わった場合、第１検知伝達機構のスライドロッド３６Ａがスライド移動して、内輪部材４３と外輪部材４２との固定軸４６回りの相対回転を禁止した状態が解除される。その結果、外輪部材４２に固定されたアーム部３０は、内輪部材４３の拘束を離れて固定軸４６を中心とした回転方向に回転自在な状態になる。すなわち、外輪部材４２に固定されたアーム部３０は、アーム側面部材３２に加わった外力の当該力成分を受け流す向きへ回動自在となり、この外力の緩衝機能が発揮される。
【００４３】
次に、第２検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部３０のアーム側面部材３２に加わった場合について、緩衝機構の構成及び動作について説明する。
図６は、本実施形態における緩衝機構４０の分解斜視図である。
本実施形態において、内輪部材４３と外輪部材４２とが相対移動できる方向は、第１検知伝達機構の検知方向の力成分を受け流すことができる固定軸４６回りの相対回転方向と、第２検知伝達機構の検知方向の力成分を受け流すことができる固定軸４６と直交する軸（アーム長手方向とも直交する軸。以下「第２相対回転軸Ｃ」という。）を中心とした相対回転方向の２つである。
【００４４】
本実施形態では、この２つの方向への相対回転を単一の連結部で実現するため、図６に示すように、固定軸４６に対する内輪部材４３の周面が球面状である太鼓型形状の内輪部材４３を用い、これを覆うように配置される外輪部材４２の内壁面も内輪部材４３の周面形状に合わせて球面状としている。
【００４５】
また、本実施形態では、この２つの方向への相対回転を単一の連結部で実現するため、第１検知伝達機構のスライドロッド３６Ａを介して外力の検知が伝達されたときに内輪部材４３と外輪部材４２との固定軸４６回りの相対回転を第２検知伝達機構のスライドロッド３６Ｂやインナースライダー４４Ｂが妨げないように、図６に示すように、インナースライダー４４Ｂの先端部分が貫通する外輪部材４２上のスライダー挿入凹部４２ｂが固定軸４６の周方向に延びている。
【００４６】
同様に、第２検知伝達機構のスライドロッド３６Ｂを介して外力の検知が伝達されたときに内輪部材４３と外輪部材４２との第２相対回転軸Ｃ回りの相対回転を第１検知伝達機構のスライドロッド３６Ａやインナースライダー４４Ａが妨げないように、図６に示すように、インナースライダー４４Ａの先端部分が貫通する外輪部材４２上のスライダー挿入凹部４２ａが第２相対回転軸Ｃの周方向に延びている。また、内輪部材４３に固定された固定軸４６は、固定軸４６の軸方向における外輪部材４２の両端部板４２ｃに設けられた貫通孔４２ｄを貫通して、図１に示すように、関節機構２０における上関節部２２の側板２４に固定されている。よって、内輪部材４３と外輪部材４２とが第２相対回転軸Ｃ回りに相対回転する場合に、この固定軸４６が妨げにならないように、両端部板４２ｃの貫通孔４２ｄを第２相対回転軸Ｃの周方向へ長尺に形成してある。
【００４７】
図７は、本実施形態における内輪部材４３の分解斜視図である。
インナースライダー４４Ａ，４４Ｂは、図示しない圧縮バネを介して内輪主軸部材４３ａに取り付けられている。本実施形態では、内輪部材４３が外輪部材４２に対して滑らかに相対回転できるように、内輪部材４３の周面部材４３ｂの外表面に、複数のボールベアー４３ｃが組み込まれている。
【００４８】
内輪部材４３の内部には、４つのダンパーばね４３ｄが設けられている。ダンパーばね４３ｄのダンパー軸部４３ｅは、固定軸４６の軸方向における内輪部材４３の両端部板４３ｆに設けられた貫通孔を介して、固定軸４６の軸方向に沿って内輪部材４３の外部へ突出している。このダンパーばね４３ｄは、アーム部３０に加えられた外力により内輪部材４３と外輪部材４２とが相対回転自在になって、当該外力により内輪部材４３に対して外輪部材４２が相対回転した際の回転力を吸収する機能を果たす。特に、本実施形態のダンパーばね３２ｄは、骨ばねで外からの荷重を支え、ばねを覆っている粘弾性体で振動を吸収するようになっているため、高い緩衝機能を実現できる。また、このダンパーばね４３ｄは、アーム部３０に加わっていた外力が無くなったときに、内輪部材４３に対して相対回転した外輪部材４２を逆回転させて、再び、緩衝機構４０及びアーム部３０のアーム側面部材３２を通常状態に戻す機能を果たす。
【００４９】
図８（ａ）及び（ｂ）は、第１検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部３０に加わったときのダンパーばね４３ｄの動作を説明するための説明図である。
図８（ａ）に示す通常状態において、第１検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部３０に加わった場合、図８（ｂ）に示すように、例えば外輪部材４２が内輪部材４３に対して固定軸４６回りに図中矢印の向きへ相対回転する。外輪部材４２の両端部板４２ｃの内壁面には、突起部４２ｅが設けられている。外輪部材４２が内輪部材４３に対して固定軸４６回りに相対回転すると、その相対回転方向の先頭側に面する突起部４２ｅの傾斜面が内輪部材４３のダンパー軸部４３ｅに当接する。内輪部材４３に対する外輪部材４２の相対回転が進むにつれて、外輪部材４２の突起部４２ｅの傾斜面に沿って内輪部材４３のダンパー軸部４３ｅが押し込まれていく。その結果、そのダンパー軸部４３ｅのダンパーばね３２ｄの粘弾性体の作用で、衝撃が吸収される。
【００５０】
更に、ダンパーばね３２ｄは、ダンパー軸部４３ｅの押し込み量に応じて、その押し込みを戻そうとする抗力を発揮する。この抗力は、内輪部材４３に対する外輪部材４２の相対回転を戻そうとする力となるので、アーム部３０に加わっている外力を押し戻す力が発揮される。その結果、アーム部３０に加わっていた外力が無くなったとき、内輪部材４３に対して相対回転した外輪部材４２が逆回転する。そして、内輪部材４３のインナースライダー４４Ａが外輪部材４２のスライダー挿入凹部４２ａと対向する位置まで逆回転すると、圧縮バネ４５Ａの付勢力によりインナースライダー４４Ａがスライダー挿入凹部４２ａに挿入され、緩衝機構４０は内輪部材４３と外輪部材４２との固定軸４６回りの相対回転が禁止された通常状態（動力伝達状態）に戻る。また、インナースライダー４４Ａがスライダー挿入凹部４２ａに挿入されることで、アーム部３０のスライドロッド３６Ａも検知伝達位置から通常位置まで押し戻される。これにより、スライド部材３４Ａがスライド移動し、これに連動して固定部材３３Ａがアーム側面方向へ変位し、アーム側面部材３２は外力を受ける前（変位前）の通常状態に戻る。
【００５１】
図９（ａ）及び（ｂ）は、第２検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部３０に加わったときのダンパーばね４３ｄの動作を説明するための説明図である。
図９（ａ）に示す通常状態において、第２検知伝達機構の検知方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部３０に加わった場合、図９（ｂ）に示すように、例えば外輪部材４２が内輪部材４３に対して第２相対回転軸Ｃ回りに図中矢印の向きへ相対回転する。外輪部材４２が内輪部材４３に対して第２相対回転軸Ｃ回りに相対回転すると、その相対回転方向の先頭側に面する突起部４２ｅの傾斜面が内輪部材４３のダンパー軸部４３ｅに当接する。内輪部材４３に対する外輪部材４２の相対回転が進むにつれて、外輪部材４２の突起部４２ｅの傾斜面に沿って内輪部材４３のダンパー軸部４３ｅが押し込まれていく。その結果、そのダンパー軸部４３ｅのダンパーばね３２ｄの粘弾性体の作用で、衝撃が吸収される。
【００５２】
更に、ダンパーばね３２ｄは、ダンパー軸部４３ｅの押し込み量に応じて、その押し込みを戻そうとする抗力を発揮する。この抗力は、内輪部材４３に対する外輪部材４２の相対回転を戻そうとする力となるので、アーム部３０に加わっている外力を押し戻す力が発揮される。その結果、アーム部３０に加わっていた外力が無くなったとき、内輪部材４３に対して相対回転した外輪部材４２が逆回転する。そして、内輪部材４３のインナースライダー４４Ｂが外輪部材４２のスライダー挿入凹部４２ｂと対向する位置まで逆回転すると、圧縮バネ４５Ｂの付勢力によりインナースライダー４４Ｂがスライダー挿入凹部４２ｂに挿入され、緩衝機構４０は内輪部材４３と外輪部材４２との第２相対回転軸Ｃ回りの相対回転が禁止された通常状態に戻る。また、インナースライダー４４Ｂがスライダー挿入凹部４２ｂに挿入されることで、アーム部３０のスライドロッド３６Ｂも検知伝達位置から通常位置まで押し戻される。これにより、スライド部材３４Ｂがスライド移動し、これに連動して固定部材３３Ｂがアーム側面方向へ変位し、アーム側面部材３２は外力を受ける前（変位前）の通常状態に戻る。
【００５３】
〔変形例〕
次に、前記実施形態におけるロボットアームの一変形例について説明する。
本変形例におけるロボットアームは、外力検知伝達機構として、外力を受けることで変形可能な柔軟性を有する流体封入部材を利用したものを採用している。また、本変形例では、緩衝機構の構成も前記実施形態のものとは異なっている。詳しくは、前記実施形態では、外輪部材４２と内輪部材４３とが、固定軸４６回りの相対回転と、第２相対回転軸Ｃ回りの相対回転という２方向についての相対移動によって、アーム部３０に対する第１検知伝達機構の検知方向と第２検知伝達機構の検知方向という２つの緩衝方向について一定以上の力成分をもつ外力を緩衝できるものであった。これに対し、本変形例における緩衝方向は１つだけである。以下の説明では、前記実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略する。
【００５４】
図１０は、本変形例のロボットアームにおける関節機構１２０及びアーム部１３０の部分拡大図である。
このロボットアームのアーム部１３０は、アーム長手方向に延びる基部１３１と、この基部１３１の周面を覆うように設けられた空気袋（流体封入部材）１３２によって構成されたアーム側面部材とから構成されている。基部１３１におけるアーム先端側の端部には、前記実施形態の場合と同様、などの物体取扱部等が、本ロボットアームの用途に応じて適宜取り付けられる。一方、基部１３１におけるアーム先端側端部とは反対側の端部（関節機構側端部）は、関節機構１２０のアーム支持部材１２４に固定されている。
【００５５】
図１１（ａ）及び（ｂ）は、本変形例における外力検知伝達機構の構成及び動作を示す説明図である。
アーム部１３０に搭載された外力検知伝達機構は、外力を受けることで変形可能な柔軟性を有する空気袋（流体封入部材）１３２が基部１３１の周面を覆うように設けられている。基部１３１のアーム先端側端部には、空気袋１３２が基部１３１に沿ってアーム先端側へ移動しないように固定プレート１３３が設けられている。また、基部１３１における関節機構側端部には、基部１３１に対して相対的にスライド移動可能な可動プレート１３４が設けられている。この可動プレート１３４の外面側には、可動プレート１３４の動きに連動してスライド移動する検知伝達部材としてのスライドラック１３６が当接している。
【００５６】
図１１（ａ）に示す通常状態のアーム部１３０において、移動中のアーム部１３０の空気袋１３２が障害物等に衝突したり、あるいは、移動中又は非移動中のアーム部１３０の空気袋１３２に障害物等が衝突したりする場合がある。このような場合に、アーム側面方向の力成分を一定以上有する外力が図１１（ｂ）に示すように空気袋１３２に加わると、その外力を受けた空気袋１３２の箇所が圧縮変形する。この圧縮変形により、空気袋１３２に障害物等が衝突した時の瞬間的な衝撃が緩和される。
【００５７】
また、外力を受けた箇所が圧縮変形により、空気袋１３２内の空気が移動して、空気袋１３２がアーム長手方向に伸びるように変形する。これにより、図１１（ｂ）に示すように、空気袋１３２の関節機構側端部に設けられた可動プレート１３４が基部１３１に対して相対的にスライド移動する。そして、スライド移動する可動プレート１３４に押されて、スライドラック１３６が、図１１（ａ）に示す通常位置から図１１中下向きすなわち関節機構１２０に向けてスライド移動し、図１１（ｂ）に示すように検知伝達位置に位置する。
【００５８】
本変形例では、アーム側面方向からの力成分を一定以上有する外力がアーム周方向のいずれの向きからアーム部１３０に加わった場合でも、これを検知して関節機構１２０へ伝達することができる。
【００５９】
図１２は、本変形例における関節機構１２０の構成を示す斜視図である。
本変形例の関節機構１２０は、一自由度を有する１つの関節部によって一自由度を実現している。この関節機構１２０は、台車に取り付けられたり、他の関節機構に取り付けられたりするなど、本ロボットアームの用途に応じた構造物に適宜取り付けられる固定フレーム１２１を備えている。この固定フレーム１２１は、アーム支持部材１２４の回動軸１２３を回動自在に支持している。この回動軸１２３上には、駆動入力プーリ１２５が固定されており、この駆動入力プーリ１２５には、図示しない駆動モータのモータ軸に設けられたプーリに掛け回された図示しないタイミングベルトが巻き付けられる。また、アーム支持部材１２４の回動軸１２３は、ハーモニックドライブ（登録商標）等の減速機構１２６の入力軸に取り付けられており、この減速機構１２６の出力軸には被連結部としての駆動ギヤ１２７が取り付けられている。よって、駆動モータが駆動すると、タイミングベルトを介して駆動入力プーリ１２５に入力される回転駆動力により、アーム支持部材１２４の回動軸１２３が回転し、減速機構１２６を介しては駆動ギヤ１２７が回転する。
【００６０】
スライドラック１３６が図１１（ａ）に示した通常位置に位置する通常状態においては、スライドラック１３６の図中下側の端部に設けられた連結部としてのラック部１３６ａが駆動ギヤ１２７に噛み合うように構成されている。スライドラック１３６は、アーム支持部材１２４に対し、駆動ギヤ１２７の回転方向に対して相対移動が規制されている。よって、駆動ギヤ１２７が回転すると、この回転に伴ってラック部１３６ａが駆動ギヤ１２７の軸回りを周回する方向へ移動する。これにより、スライドラック１３６はアーム支持部材１２４の回動軸１２３回りを回動し、このスライドラック１３６の回動に伴ってアーム支持部材１２４が回動軸１２３回りを回動する。したがって、本変形例においては、駆動モータを回転駆動させることにより、アーム支持部材１２４に取り付けられたアーム部１３０を、回動軸１２３を回転中心にして回動させることができる。
【００６１】
図１３（ａ）及び（ｂ）は、本変形例の関節機構１２０における緩衝機能に関わる構成及び動作を説明するための説明図である。
図１３（ａ）に示す通常状態において、アーム側面方向であって関節機構１２０の自由度方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部１３０の空気袋１３２に加わると、通常位置に位置していたスライドラック１３６が可動プレート１３４の動きに連動して検知伝達位置へスライド移動する。スライドラック１３６は、アーム支持部材１２４に対し、アーム長手方向に沿ってスライド移動自在に取り付けられており、スライドラック１３６がスライド移動すると、そのラック部１３６ａもアーム長手方向に沿ってアーム先端側とは反対側へ移動する。これにより、図１３（ｂ）に示すように、ラック部１３６ａと駆動ギヤ１２７とが噛み合った噛み合い状態（動力伝達状態）が解除されて動力伝達解除状態となる。よって、ラック部１３６ａは、駆動ギヤ１２７に対して回動軸１２３回りの相対回転が自在になる。
【００６２】
このように、本変形例においては、アーム側面方向であって関節機構１２０の自由度方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部１３０の空気袋１３２に加わった場合、スライドラック１３６がスライド移動して、そのラック部１３６ａと駆動ギヤ１２７との回動軸１２３回りの相対回転を禁止した動力伝達状態が解除される。その結果、スライドラック１３６に対して回動軸１２３回りの相対回転が規制されているアーム支持部材１２４に固定されたアーム部１３０は、駆動ギヤ１２７の拘束を離れて回動軸１２３を中心とした回転方向に回転自在な状態になる。すなわち、アーム部１３０は、空気袋１３２に加わった外力の当該力成分を受け流す向きへ回動自在となり、この外力の緩衝機能が発揮される。
【００６３】
また、本変形例においては、アーム側面方向であって関節機構１２０の自由度方向に対して直交する方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部１３０の空気袋１３２に加わった場合にも、通常位置に位置していたスライドラック１３６が検知伝達位置へスライド移動する。よって、この場合でも、アーム部１３０は駆動ギヤ１２７の拘束を離れて回動軸１２３を中心とした回転方向に回転自在な状態になる。ただし、この場合には、空気袋１３２に加わった外力の当該力成分を受け流す向きには回動自在にならないので、この外力の緩衝機能が発揮されるわけではない。しかしながら、アーム側面方向からアーム部１３０に障害物が衝突するという異常事態が発生していることから、アーム部１３０を回転自在な状態にして駆動モータによるアーム部１３０の移動を不能とすることは、異常事態に対処する上で有益である。
【００６４】
本変形例においては、スライドラック１３６が駆動ギヤ１２７の拘束を離れて回動軸１２３回りに回転自在な状態になったときに、そのスライドラック１３６の回転力に抗する抗力を発揮する、前記実施形態におけるダンパーばね４３ｄのような弾性部材が設けられている。よって、アーム部１３０に加えられた外力によりスライドラック１３６と駆動ギヤ１２７とが相対回転自在になって、当該外力により駆動ギヤ１２７に対してスライドラック１３６が相対回転した際、その回転力をこの弾性部材により吸収することができる。
【００６５】
また、スライドラック１３６には、図示しない付勢手段によって常に検知伝達位置から通常位置へ向かう付勢力が加えられている。したがって、アーム部１３０に加わっていた外力が無くなると、この付勢力によってスライドラック１３６が検知伝達位置から通常位置へ戻される。その結果、ラック部１３６ａと駆動ギヤ１２７とが再び噛み合った状態に戻る。また、可動プレート１３４のスライド移動も戻されて、これによりアーム長手方向に伸びた空気袋１３２が通常状態の形状に戻る。
【００６６】
なお、本変形例では、上述したように、アーム側面方向であって関節機構１２０の自由度方向に対して直交する方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部１３０の空気袋１３２に加わった場合には、この外力の緩衝機能が発揮されないが、この外力の緩衝機能が発揮されるように構成することもできる。この構成は、例えば、以下のようにして実現することができる。
【００６７】
本変形例のロボットアームにおいて、スライドラック１３６を、アーム支持部材１２４に対し、回動軸１２３の軸方向に沿って相対的に移動可能に構成する。スライドラック１３６のラック部１３６ａが駆動ギヤ１２７と噛み合った通常状態においては、アーム支持部材１２４に対するスライドラック１３６の回動軸１２３の軸方向への相対移動を禁止した状態としておく。アーム側面方向であって関節機構１２０の自由度方向に対して直交する方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部１３０の空気袋１３２に加わった場合、通常位置に位置していたスライドラック１３６は、検知伝達位置へスライド移動する。これにより、スライドラック１３６のラック部１３６ａと駆動ギヤ１２７との噛み合い状態が解除されると、アーム支持部材１２４に対するスライドラック１３６の回動軸１２３の軸方向への相対移動を禁止した動力伝達状態が解除されるようにする。その結果、スライドラック１３６は、アーム支持部材１２４に対し、回動軸１２３の軸方向に沿って相対的に移動自在な状態になる。すなわち、アーム支持部材１２４に固定されたアーム部１３０は、空気袋１３２に加わった外力の当該力成分を受け流す向きへ回動自在となり、この外力の緩衝機能が発揮される。
【００６８】
また、本変形例では、アーム側面方向からの力成分を一定以上有する外力がアーム部１３０に加わった場合にその外力の向きの違いを区別して検知する構成とはなっていないが、区別して検知できる構成とすることも可能である。例えば、基部３１の周囲に複数の空気袋を配置し、空気袋ごとに独立して移動可能な検知伝達部材を設ければよい。
また、封入流体は空気でなくてもよく、他の気体あるいは液体などでもよい。
【００６９】
また、外力を受けることで変形可能な柔軟性を有する流体封入部材を利用した外力検知伝達機構としては、例えば、図１４に示すような構成を採用することもできる。この構成は、アーム長手方向に沿って２つの空気袋１３２Ａ，１３２Ｂを直列に設け、これらの空気袋１３２Ａ，１３２Ｂの内部を連結管１３９で連通させたものである。この構成において、緩衝機能を有する関節機構１２０から離れた第１空気袋１３２Ａのアーム長手方向両端はいずれも固定プレート１３３Ａによって押さえられている。よって、第１空気袋１３２Ａに障害物が衝突した場合、その第１空気袋１３２Ａが圧縮変形することにより、第１空気袋１３２Ａ内の空気が第２空気袋１３２Ｂ内へと流れ込む。これにより、第２空気袋１３２Ｂがアーム長手方向に伸びるように変形し、第２空気袋１３２Ｂの関節機構側端部（図１４中右側の端部）に設けられた可動プレート１３４が基部１３１に対して相対的にスライド移動する。そして、スライド移動する可動プレート１３４に押されて、スライドラック１３６がスライド移動する。また、第２空気袋１３２Ｂに障害物が衝突した場合にも、第２空気袋１３２Ｂがアーム長手方向に伸びるように変形し、スライドラック１３６がスライド移動する。この構成によれば、アーム長手方向に直列に配置された第１空気袋１３２Ａと第２空気袋１３２Ｂのいずれに障害物が衝突した場合でも、関節機構１２０の緩衝機能を発揮させることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０  台座
２０  関節機構
２１  下関節部
２２  上関節部
２３  旋回用駆動モータ
２４  側板
２５  上下回動用駆動モータ
３０  アーム部
３１  基部
３２  アーム側面部材
３３Ａ，３３Ｂ  固定部材
３４Ａ，３４Ｂ  スライド部材
３５Ａ，３５Ｂ  連結ロッド
３６Ａ，３６Ｂ  スライドロッド
４０  緩衝機構
４１  固定部材
４２  外輪部材
４３  内輪部材
４４Ａ，４４Ｂ  インナースライダー
４５Ａ，４５Ｂ  圧縮バネ
４６  固定軸
５０  ハンド
１２０  関節機構
１２１  固定フレーム
１２３  回動軸
１２４  アーム支持部材
１２７  駆動ギヤ
１３０  アーム部
１３１  基部
１３２  空気袋
１３３  固定プレート
１３４  可動プレート
１３６  スライドラック
１３６ａ  ラック部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７１】
【特許文献１】特開２００６−１６７８２０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０１７０４号公報
【要約】
【課題】２以上の方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部へ加わったときにその外力によるダメージを軽減する緩衝機能を無給電状態で発揮させることを課題とする。
【解決手段】アーム部３０に接続された外輪部材４２と関節機構２０側に接続された内輪部材４３とが、固定軸４６回りの相対回転方向と、固定軸４６及びアーム長手方向の両方に直交する軸回りの相対回転方向のいずれについても、相対移動の状態で連結されている。当該２つの相対移動方向のいずれについても、その方向の力成分を一定以上有する外力がアーム部へ加わった場合、その外力を利用して無給電状態で検知伝達部材が作動し、これに連動して、その外力の当該力成分に対応した相対移動方向への相対移動を禁止した動力伝達状態が無給電状態で解除される。
【選択図】図１【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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