(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源と、
該駆動源の出力軸に取り付けられ、前記出力軸と共に回転し、前記出力軸と直交する平面を有するプレートと、
前記プレートの平面に空間を介して対向する平面を有し、前記駆動源の出力軸と同軸上で回転可能に設けられた回転体と、
前記プレート、前記回転体のうちのどちらか一方に設けられ、他方の平面に当接可能なスライダと、
該スライダを前記他方の平面に当接する方向に付勢し、前記プレートと前記回転体とを一体回転させる付勢手段と、
前記プレート、前記回転体のうちの他方の平面上に形成された凹部であって、回転中心を中心とした円周に沿って、前記凹部の縁部から中央部に向かって時計回転方向に深さが漸次深くなり前記スライダが当接可能な第１の斜面、前記凹部の縁部から中央部に向かって反時計回転方向に深さが漸次深くなり前記スライダが当接可能な第２の斜面を有する凹部と、
前記プレート、前記回転体のうちのどちらか一方に設けられ、他方の平面に向かって突出する突部と、前記プレート、前記回転体のうちの他方に設けられ、前記突部が係合し、回転中心を中心とした円周に沿って形成され、端部に前記突部が当接可能な壁面が形成された溝とからなり、前記スライダが前記凹部から離脱するのを禁止するストッパ機構と、
前記回転体の前記プレートに対する回転方向のずれを検出する位置ずれ検出手段と、
該位置ずれ検出手段からの信号を取り込んで、前記位置ずれ検出手段が応動すると、前記駆動源の駆動トルクを緩和させるバックドライブモードとなり、前記位置ずれ検出手段の応動がなくなると、前記駆動源の制御が通常の制御モードとなる制御部と、
からなることを特徴とする回転部保護機構。
【請求項２】
前記スライダは、ボール、ローラのうちのいずれかであることを特徴とする請求１項記載の回転部保護機構。
【請求項３】
前記位置ずれ検出手段は、
前記回転体の回転中心以外の箇所に設けられた溝と、
前記回転体以外の箇所に設けられ、検出部が前記溝に係合し、前記回転体が前記プレートに対してずれると、前記検出部が前記溝より離脱して応動するマイクロスイッチと、
からなることを特徴とする請求項１又は２記載の回転部保護機構。
【請求項４】
前記位置ずれ検出手段は、前記ストッパ機構の前記突部が前記溝の壁面に当接する前に応動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転部保護機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの関節、車輪を用いた移動機構等に用いられる回転部保護機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの関節や移動機構は、駆動源と駆動源によって回転駆動される回転体とに大別される。
そして、回転体に大きな負荷が作用した場合、駆動源の出力軸と回転体との間に、摩擦クラッチのようなトルクリミッタを設け、回転体に大きな負荷が作用すると、トルクリミッタが滑ることにより駆動源に負荷が作用しないようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２８０１９５号公報（段落番号００７３、図９参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、摩擦クラッチのようなトルクリミッタを設けた場合、大きな負荷が作用しトルクリミッタが作動すると、駆動源によって駆動される回転体のみが回転し、駆動源と回転体とがずれる。そして、負荷がなくなり、再び回転体を駆動するには、回転体をトルクリミッタ作動以前の位置に復帰させる必要がある。
【０００４】
復帰させる制御を行なうには、回転体のずれ量（角度）を知る必要があり、ポテンショメータ等の高価なセンサが必要となる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされてもので、その課題は、安価な回転部保護機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する請求項１に係る発明は、駆動源と、該駆動源の出力軸に取り付けられ、前記出力軸と共に回転し、前記出力軸と直交する平面を有するプレートと、前記プレートの平面に空間を介して対向する平面を有し、前記駆動源の出力軸と同軸上で回転可能に設けられた回転体と、前記プレート、前記回転体のうちのどちらか一方に設けられ、他方の平面に当接可能なスライダと、該スライダを前記他方の平面に当接する方向に付勢し、前記プレートと前記回転体とを一体回転させる付勢手段と、前記プレート、前記回転体のうちの他方の平面上に形成された凹部であって、回転中心を中心とした円周に沿って、前記凹部の縁部から中央部に向かって時計回転方向に深さが漸次深くなり前記スライダが当接可能な第１の斜面、前記凹部の縁部から中央部に向かって反時計回転方向に深さが漸次深くなり前記スライダが当接可能な第２の斜面を有する凹部と、前記プレート、前記回転体のうちのどちらか一方に設けられ、他方の平面に向かって突出する突部と、前記プレート、前記回転体のうちの他方に設けられ、前記突部が係合し、回転中心を中心とした円周に沿って形成され、端部に前記突部が当接可能な壁面が形成された溝とからなり、前記スライダが前記凹部から離脱するのを禁止するストッパ機構と、前記回転体の前記プレートに対する回転方向のずれを検出する位置ずれ検出手段と、該位置ずれ検出手段からの信号を取り込んで、前記位置ずれ検出手段が応動すると、前記駆動源の駆動トルクを緩和させるバックドライブモードとなり、前記位置ずれ検出手段の応動がなくなると、前記駆動源の制御が通常の制御モードとなる制御部と、からなることを特徴とする回転部保護機構である。
【０００６】
回転体に負荷が作用していない場合には、付勢手段によって付勢されるスライダは、凹部の中央部に位置している。そして、駆動源が駆動され、プレートが回転すると、スライダと凹部との間の嵌合力（スライダと溝との間に発生する摩擦力と付勢手段の付勢力とで決まる力）により、回転体はプレートと一体となって回転し、駆動源の回転が回転体に伝達される。
突部が溝の端部の壁面に当接する範囲で、回転体はプレートに対して回転可能となる。
【０００７】
スライダと凹部との間の嵌合力以上の負荷が回転体に作用すると、スライダは凹部の第１の斜面あるいは第２の斜面上を登る。即ち、回転体がプレートに対してずれる。この回転体のずれにより、位置ずれ検出手段が応動し、制御部は駆動源の駆動力を減少させるバックドライブモードとなる。尚、本明細書で「駆動源の駆動トルク緩和させるバックドライブモード」とは、サーボオフ、制御ゲイン変更、駆動源停止等があるが、限定するものではない。
【０００８】
更に、スライダが凹部より離脱するまで回転体がプレートに対して移動すると、ストッパ機構により、スライダの凹部からの離脱が禁止される。そして、駆動源は負荷によってバックドライブ可能となる。
【０００９】
次に、回転体に作用する負荷がなくなると、スライダと凹部との間の嵌合力によってスライダは第１の斜面、第２の斜面を降り、再び凹部の中央部に位置する。即ち、元位置に復帰し、回転体もプレートに対して負荷が作用する以前の状態の位置まで復帰する。回転体が元位置に復帰すると、位置ずれ検出手段の応動がなくなり、制御部は通常の制御モードに復帰する。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記スライダは、ボール、ローラのうちのいずれかであることを特徴とする請求１記載の回転部保護機構である。
請求項３に係る発明は、前記位置ずれ検出手段は、前記回転体の回転中心以外の箇所に設けられた溝と、前記回転体以外の箇所に設けられ、検出部が前記溝に係合し、前記回転体が前記プレートに対してずれると、前記検出部が前記溝より離脱して応動するマイクロスイッチと、からなることを特徴とする請求項１又は２記載の回転部保護機構である。
【００１１】
回転体がプレートに対して回転すると、マイクロスイッチの検出部が溝から離脱し、マイクロスイッチが応動する。
請求項４に係る発明は、前記位置ずれ検出手段は、前記ストッパ機構の前記突部が前記溝の壁面に当接する前に応動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転部保護機構である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１−４に係る発明によれば、前記プレート、前記回転体のうちのどちらか一方に設けられ、他方の平面に当接可能なスライダと、該スライダを前記他方の平面に当接する方向に付勢する付勢手段と、前記プレート、前記回転体のうちの他方の平面上に形成された凹部であって、回転中心を中心とした円周に沿って、前記凹部の縁部から中央部に向かって時計回転方向に深さが漸次深くなり前記スライダが当接可能な第１の斜面、前記凹部の縁部から中央部に向かって反時計回転方向に深さが漸次深くなり前記スライダが当接可能な第２の斜面を有する凹部と、前記スライダが前記凹部から離脱するのを禁止するストッパ機構とを有すことで、回転体に大きな負荷が作用し、プレートと回転体とが位置ずれをおこしても、回転体に作用する負荷がなくなると、回転体はプレートに対して負荷が作用する以前の状態の位置まで復帰する。
【００１４】
したがって、回転体のずれ量（角度）検出するポテンショメータ等の高価なセンサが不要となり、回転部保護機構が安価となる。
又、付勢手段の付勢力の大きさ、凹部の第１の斜面、第２の斜面の傾斜角を適切に設定することで、小さなスペースで、プレート、回転体間の剛性を高く設定できる。
【００１５】
又、前記回転体の前記プレートに対する回転方向の移動を検出する位置ずれ検出手段と、該位置ずれ検出手段からの信号を取り込んで、前記位置ずれ検出手段が応動すると、前記駆動源の駆動トルクを緩和させるバックドライブモードとなり、前記位置ずれ検出手段の応動がなくなると、前記駆動源の制御が通常の制御モードとなる制御部とを有することで、駆動源に大きな負荷が作用することがなく、駆動源が破壊されない。
前記ストッパ機構は、突部と溝の端部の壁面との当接により、回転体の回転を禁止するものであるので、確実に回転体の回転規制を行うことができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、前記スライダは、ボール、ローラのうちのいずれかであることにより、スライダは凹部に対して転動する。よって、凹部に対して摺接するスライダに比べ、異音の発生が少なくなる。
【００１８】
請求項３に係る発明によれば、マイクロスイッチを用いることで、検出が確実で、しかも安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１−図３を用いて、全体構成を説明する。図１は本形態例の回転部保護機構の全体を説明する図で、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図の右側面図、図２は図１（ｂ）の切断線Ａ−Ａでの断面図、図３は本形態例の電気的構成を説明する図である。尚、切断線Ａ−Ａは、回転体７の回転中心を中心とした円周に沿った切断線である。
【００２０】
図において、駆動源としてのモータ１の出力軸１ａは、プレート３の穴３ａに圧入され、モータ１の出力軸１ａと、プレート３とは一体となって回転するようになっている。又、このプレート３には、出力軸１ａと直交する平面３ｂを有している。
【００２１】
モータ１の出力軸１ａには、軸受５を介して回転体７が取り付けられている。本形態例では、軸受５の内輪に出力軸１ａを圧入し、軸受５の外輪を回転体７の穴７ａに圧入している。このため、回転体７はモータ１の出力軸１ａと同軸上で回転可能に設けられることとなる。又、回転体７は、プレート３の平面３ｂに空間Ａを介して対向する平面７ｂを有している。
【００２２】
回転体７の平面７ｂには、回転中心を中心とした円周上に９０°ピッチで、４つの穴１１が形成されている。
ここで、図２に示すように、この穴１１の開口１１ａ部分には、プレート３の平面３ｂに当接可能なスライダとしての鋼球１３が配置されている。そして、穴１１内には、一端部が穴１１の底面１１ｂに当接し、他端部が鋼球１３を押す付勢手段としてのスプリング１５が設けられている。このスプリング１５の付勢力により、鋼球１３はプレート３の平面３ｂに押接している。
【００２３】
プレート３の平面３ｂには、各鋼球１３が係合する凹部２１が形成されている。本形態例の凹部２１は、円錐状とした。凹部２１の円錐面上には、プレート３の回転中心を中心とした円周に沿って、凹部２１の縁部２３から中央部２５に向かって時計回転方向に深さが漸次深くなり鋼球１３が当接可能な第１の斜面２７と、凹部２１の縁部２３から中央部２５に向かって反時計回転方向に深さが漸次深くなり鋼球１３が当接可能な第２の斜面２９とが形成されている。
【００２４】
再び、図１に戻って、プレート３の平面３ｂ上には、回転体７の平面７ｂに向かって突出する突部としてのストッパピン３１が設けられている。一方、回転体７の平面７ｂには、ストッパピン３１が係合し、回転体７の回転中心を中心とした円周に沿って形成され、端部にストッパピン３１が当接可能な壁面３３ａ、３３ｂが形成された円弧状の溝３３が形成されている。したがって、回転体７はストッパピン３１が溝３３の壁面３３ａ、３３ｂに当接する範囲で回転可能となっている。そして、溝３３の長さは、回転体７が回転し、鋼球１３が凹部２１から離脱しない範囲に設定されている。よって、ストッパピン３１と溝３３とで鋼球１３が凹部２１から離脱するのを禁止するストッパ機構３５となっている。
【００２５】
次に、回転体７のプレート３に対する回転方向のずれを検出する位置ずれ検出手段４１を説明する。図１（ｂ）に示すように、回転体７の周面には、溝４３が形成されている。
回転体７以外の箇所にマイクロスイッチ４５が設けられている。このマイクロスイッチ４５の検出部４５ａは通常は溝４３に係合し、回転体７がプレート３に対してずれると、検出部４５ａが溝４３より離脱して応動するように設置されている。
【００２６】
次に、図３を用いて本形態例の電気的構成を説明する。図において、５１は、位置ずれ検出手段４１のマイクロスイッチ４５からの信号を取り込んで、マイクロスイッチ４５が応動すると、モータ１の駆動力を減少させ、マイクロスイッチ４５の応動がなくなると、モータ１の駆動力を元の状態に復帰させる制御部である。
【００２７】
ここで、図４を用いて本形態例の回転部保護機構の作動を説明する。図４は回転体に作用する負荷による回転体の位置ずれ及びマイクロスイッチの応動を説明する図である。
回転体７に負荷が作用していない場合には、スプリング１５によって付勢される鋼球１３は、凹部２１の中央部に位置している。モータ１が駆動され、プレート３が回転すると、鋼球１３と凹部２１との間の嵌合力により、回転体７はプレート３と一体となって回転し、モータ１の回転が回転体７に伝達される。
【００２８】
ここで、図４に示すように、鋼球１３と凹部２１との間の嵌合力以上の負荷が回転体７に作用すると、鋼球１３は凹部２１の第１の斜面２７あるいは第２の斜面２９上を登り始める。即ち、凹部２１に対して鋼球１３が移動し、回転体７がプレート３に対してずれ始める（時間ｔ１）。
【００２９】
回転体７が更にずれると、位置ずれ検出手段４１のマイクロスイッチ４５の検出部４５ａが溝４３より離脱し、マイクロスイッチ４５が応動する（時間ｔ２）。制御部５１はモータ１の駆動トルクを緩和するバックドライブモードとなる。尚、本形態例ではモータ１を停止するようにしている。
【００３０】
更に、鋼球１３が凹部２１より離脱するまで回転体７がプレート３に対して移動すると、ストッパ機構３５のストッパピン３１が溝３３の壁面３３ａあるいは壁面３３ｂに当接し、鋼球１３の凹部２１からの離脱が禁止される（時間ｔ３）。これ以降、モータ１は負荷によって逆駆動（バックドライブ）される。
【００３１】
次に、回転体７に作用する負荷がなくなると、鋼球１３は凹部２１の第１の斜面２７あるいは第２の斜面２９上を降り始める（時間ｔ４）。即ち、回転体７が元位置に向かって復帰し始める。そして、位置ずれ検出手段４１のマイクロスイッチ４５の検出部４５ａが溝４３に再び係合し、マイクロスイッチ４５の応動が停止する（時間ｔ５）。制御部５１は、負荷が作用する前の通常の制御モードに復帰する。そして、鋼球１３は再び凹部２１の中央部に位置する（時間ｔ６）。即ち、回転体７がプレート３に対して負荷が作用する以前の状態の位置まで復帰する。
【００３２】
このような構成によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回転体７に設けられ、プレート３の平面３ｂに当接可能なスライダとしての鋼球１３と、鋼球１３をプレート３の平面３ｂに当接する方向に付勢する付勢手段としてのスプリング１５と、プレート３の平面３ｂに形成された凹部２１であって、プレート３の回転中心を中心とした円周に沿って、凹部２１の縁部から中央部に向かって時計回転方向に深さが漸次深くなり鋼球１３が当接可能な第１の斜面２７、凹部２１の縁部から中央部に向かって反時計回転方向に深さが漸次深くなり鋼球１３が当接可能な第２の斜面２９を有する凹部２１と、鋼球１３が凹部２１から離脱するのを禁止するストッパ機構３５とを有することで、回転体７に大きな負荷が作用し、プレート３と回転体７とが位置ずれをおこしても、回転体７に作用する負荷がなくなると、回転体７はプレート３に対して負荷が作用する以前の状態の位置まで復帰する。
【００３３】
したがって、回転体７のずれ量を検出するポテンショメータ等の高価なセンサが不要となり、回転部保護機構が安価となる。
（２）スプリング１５の付勢力の大きさ、凹部２１の第１の斜面２７、第２の斜面２９の傾斜角を適切に設定することで、小さなスペースで、プレート３、回転体７間の剛性を高く設定できる。
（３）回転体７のプレート３に対する回転方向の移動を検出するマイクロスイッチ４５を有する位置ずれ検出手段４１と、位置ずれ検出手段４１のマイクロスイッチ４５からの信号を取り込んで、マイクロスイッチ４５が応動すると、モータ１の駆動トルクを緩和させるバックドライブモードとなり、マイクロスイッチ４５の応動がなくなると、モータ１の制御が通常の制御モードとなる制御部５１とを有することで、モータ１に大きな負荷が作用することがなく、モータ１が破壊されない。
（４）スライダとして、鋼球（ボール）１３を用いたことにより、凹部２１に対して転動する。よって、凹部２１に対して摺接するスライダに比べ、異音の発生が少なくなる。
（５）ストッパ機構３５は、突部としてのストッパピン３１と溝３３の端部の壁面３３ａ、壁面３３ｂとの当接により、回転体７の回転を禁止するものであるので、確実に回転体７の回転規制を行うことができる。
（６）位置ずれ検出手段４１はマイクロスイッチ４５を用いることで、検出が確実で、しかも安価である。
【００３４】
尚、本発明は上記形態例に限定するものではない。上記形態例ではスライダとして鋼球（ボール）１３を用いたが、図５に示すように、ローラ１０１でもよい。この場合凹部１０３は、図５に示すように、プレートの回転中心を中心とした円周に沿って、凹部２０５の縁部１０５から中央部１０７に向かって時計回転方向に深さが漸次深くなりローラ１０１が当接可能な第１の斜面１０９、凹部１０３の縁部１０５から中央部１０７に向かって反時計回転方向に深さが漸次深くなりローラ１０１が当接可能な第２の斜面１１１を有すればよい。又、このような凹部１０３の場合、スライダとしては、先が尖ったピンでもよいし、第１の斜面１０９、第２の斜面１１１にそれぞれ摺接可能な斜切平面を有する棒状の部材であってもよい。
【００３５】
又、スライダを回転体７に、凹部をプレート３に設けたが、逆に、スライダをプレート３に、凹部を回転体７に設けてもよい。
更に、ストッパ機構３５のストッパピン３１をプレート３に、溝３３を回転体７に設けたが、逆に、ストッパピンを回転体７に、溝３をプレート３に設けてもよい。
【００３６】
又、位置ずれ検出手段として溝４３とマイクロスイッチ４５とを用いたが、それに限定するものではない。例えば、回転体に発光素子、受光素子のうちのいずれか一方の素子を設け、回転体以外の箇所に他方の素子を設け、発光素子からの光を受光素子に向けて出射させ、受光素子の応動により回転体のずれを検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】形態例の回転部保護機構の全体を説明する図で、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図の右側面図である。
【図２】図１（ｂ）の切断線Ａ−Ａでの断面図である。
【図３】図１に示す回転部保護機構の電気的構成を説明する図である。
【図４】図１に示す回転部保護機構の作動を説明する図である。
【図５】他の形態例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  駆動源
１ａ  出力軸
３  プレート
７  回転体
１３  鋼球
１５  スプリング
２１  凹部
３５  ストッパ機構
４１  位置ずれ検出手段
５１  制御手段
【図１】
0004594246.tif 000002
【図２】
0004594246.tif 000003
【図３】
0004594246.tif 000004
【図４】
0004594246.tif 000005
【図５】
0004594246.tif 000006