(57)【要約】【課題】挟み込まれている人や物及びロボット装置の損傷を低減する。【解決手段】トルク制限機構は、回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、被駆動軸に伝達される回転力の上限値を調整する調整部と、被駆動軸に接続されて被駆動軸とともに移動される被駆動部の衝突を検出する検出部と、調整部が調整する上限値を設定するとともに、検出部が衝突を検出した検出情報に基づいて上限値の設定を変更する制御部とを備える。【選択図】図１
2013163224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、
前記被駆動軸に伝達される前記回転力の上限値を調整する調整部と、
前記被駆動軸に接続されて前記被駆動軸とともに移動される被駆動部の衝突を検出する検出部と、
前記調整部が調整する前記上限値を設定するとともに、前記検出部が前記衝突を検出した検出情報に基づいて前記上限値の設定を変更する制御部と、
を備えることを特徴とするトルク制限機構。
【請求項２】
前記制御部は、前記検出部による前記検出情報に基づいて前記上限値を予め設定された値に変更する
ことを特徴とする請求項１に記載のトルク制限機構。
【請求項３】
前記制御部は、
前記検出部が前記衝突を検出した場合には、前記上限値を低減させるように前記上限値の設定を変更する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトルク制限機構。
【請求項４】
前記制御部は、
前記被駆動部が所定の外力によって移動可能なように前記上限値の設定を変更する
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のトルク制限機構。
【請求項５】
前記制御部は、
前記被駆動軸の軸線の方向と重力の方向とがなす角度に基づいて、前記上限値の設定を変更する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項６】
前記制御部は、
前記検出部が前記衝突を検出した場合には、前記回転駆動軸を回転させる駆動部の回転力を変更させる制御を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項７】
前記制御部は、
前記被駆動部が所定の位置に保持されるように前記駆動部を制御する
ことを特徴とする請求項６に記載のトルク制限機構。
【請求項８】
前記制御部は、
前記駆動部の回転力を変更させる制御を行った場合に、前記上限値を低減させるように前記上限値の設定を変更する
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のトルク制限機構。
【請求項９】
前記検出部は、
前記駆動部を駆動する駆動電流を検出する電流検出部が検出した前記駆動電流に基づいて、前記被駆動部の衝突を検出する
ことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項１０】
前記回転駆動軸の回転情報を検出する第１の位置検出部と、
前記被駆動軸の回転情報を検出する第２の位置検出部と
を備え、
前記検出部は、
前記第１の位置検出部が検出した前記回転駆動軸の回転情報と前記第２の位置検出部が検出した前記被駆動軸の回転情報とに基づいて、前記被駆動部の衝突を検出する
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のトルク制限機構と、
前記回転駆動軸を回転させる駆動部と
を備える駆動装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のトルク制限機構を備えるロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば工業分野に限られず、医療や福祉などの広い産業分野において、作業者の負担軽減等を目的として、ロボット装置が用いられている。このようなロボット装置は、例えば、関節部を介して複数の被駆動部（例えば、ロボット装置の腕部）が接続される構成になっている（例えば、特許文献１参照）。このようなロボット装置は、ロボット装置周囲の人や物などの物体に被駆動部が衝突した場合に被駆動部の動作を停止させて被駆動部の位置を保持することにより、衝突された人や物及びロボット装置の損傷を低減する構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８８５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のようなロボット装置は、例えば、被駆動部が人や物などの物体に衝突した後に、衝突された人や物を被駆動部が挟み込んだ状態のまま被駆動部の位置が保持されることがある。この場合には、上述のようなロボット装置は、挟み込まれた人を退避させたり挟み込まれた物を除去したりすることができないことがあるため、挟み込まれた人や物及び被駆動部の損傷を低減することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、挟み込まれた人や物及び被駆動部の損傷を低減することができるトルク制限装置、駆動装置及びロボット装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態は、回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、前記被駆動軸に伝達される前記回転力の上限値を調整する調整部と、前記被駆動軸に接続されて前記被駆動軸とともに移動される被駆動部の衝突を検出する検出部と、前記調整部が調整する前記上限値を設定するとともに、前記検出部が前記衝突を検出した検出情報に基づいて前記上限値の設定を変更する制御部とを備えることを特徴とするトルク制限機構である。
【０００７】
また、本発明の一実施形態は、上記のトルク制限機構と、前記回転駆動軸を回転させる駆動部とを備える駆動装置である。
【０００８】
また、本発明の一実施形態は、上記のトルク制限機構を備えるロボット装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、挟み込まれた人や物及び被駆動部の損傷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るトルク制限機構を備える駆動装置の構成の一例を示す構成図である。
【図２】本実施形態におけるトルク制限機構の構成を示す断面図である。
【図３】本実施形態における回転力の伝達経路の一例を示す断面図である。
【図４】本実施形態におけるオイラーの原理に基づく摩擦係数μを変化させたときの有効巻き付き角θと係数部分の値との関係の一例を示すグラフである。
【図５】本実施形態の制御部が駆動装置を制御する構成の一例を示す構成図である。
【図６】本実施形態の可動部が物体に衝突した状態の一例を示す模式図である。
【図７】本実施形態の駆動装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るトルク制限機構を備える駆動装置の構成の一例を示す構成図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るトルク制限機構を備える駆動装置の構成の一例を示す構成図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係るトルク制限機構を備える駆動装置の構成の一例を示す構成図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るロボット装置の構成の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るトルク制限機構１２０及び駆動装置１００を備えるロボット装置２００の構成の一例を示す構成図である。
【００１２】
本実施形態のロボット装置２００は、水平多関節ロボットであり、固定部１０と、可動部２０（被駆動部）と、駆動装置１００と、上位装置８０とを備えている。
固定部１０は、駆動装置１００及び可動部２０を支持する支持部材であり、例えば、床に固定されている。
可動部２０（被駆動部）は、例えば、ロボット装置２００の腕（アーム）部分であり、例えば、固定部１０に対して移動（例えば、回転移動）される。固定部１０と可動部２０とは、連結部３０において、移動可能（例えば、回転可能）に連結されている。
連結部３０は、固定部１０と可動部２０とを連結しており、この駆動装置１００を備えている。
駆動装置１００は、駆動部１５０と、トルク制限機構１２０とを備えており、固定部１０に固定され、可動部２０（被駆動部）を移動（例えば、回転移動）させる。
【００１３】
本実施形態において上位装置８０は、例えば、ロボット装置２００の制御用コンピュータである。この上位装置８０は、駆動ドライバを備えており、駆動装置１００の駆動部１５０に対して、可動部２０（被駆動部）を移動（例えば、回転移動）させる回転力の指令値に応じた、駆動部１５０を駆動する駆動電流（例えば、駆動電流ＩＴ）を出力する。
駆動部１５０は、上位装置８０が出力する駆動電流ＩＴに応じた回転力によって回転駆動軸１１を回転させる。本実施形態の駆動部１５０は、例えば、固定部１０の第３軸受部１２ｃに取り付けられ、上位装置８０から供給される駆動電流ＩＴに応じた回転力によって回転駆動軸１１を回転させる。
回転駆動軸１１は、例えば、駆動部１５０によって発生された回転力を出力する駆動部１５０の回転出力軸である。また、回転駆動軸１１は、拡径部１１ａを備えており、固定部１０の第１軸受部１２ａ及び第２軸受部１２ｂと、可動部２０の第４軸受部２２ａ及び第５軸受部２２ｂと、被駆動軸２１とを貫通している。
【００１４】
トルク制限機構１２０は、調整部１２１と、検出部１２２と、制御部１２３とを備えており、回転駆動軸１１の回転力を被駆動軸２１に伝達可能である。
検出部１２２は、例えば、加速度センサを備えており、加速度センサからの出力信号に基づいて被駆動軸２１に接続されて被駆動軸２１とともに移動される可動部２０（被駆動部）の衝突を検出する。また、検出部１２２は、制御部１２３に接続されており、衝突を検出した場合には、制御部１２３に対して、検出部１２２が衝突を検出した検出情報（例、出力信号）を出力する。なお、検出部１２２は、例えば、圧力センサやトルクセンサを備えていてもよく、圧力センサやトルクセンサからの出力信号に基づいて可動部２０（被駆動部）の衝突を検出してもよい。なお、本実施形態における検出部は、後述の回転角度検出器（例、エンコーダ）を備えてもよく、該回転角度検出器からの出力信号に基づいて可動部２０（被駆動部）の衝突を検出してもよい。
被駆動軸２１は、回転駆動軸１１から伝達された回転力によって回転する回転軸である。本実施形態の被駆動軸２１は、例えば、可動部２０の第５軸受部２２ｂに接続されており、第５軸受部２２ｂとともに回転する。つまり、可動部２０は、被駆動軸２１が回転することによって、被駆動軸２１を中心にして回転する。
【００１５】
調整部１２１は、駆動素子１３１と、伝達部１３０とを備えており、回転駆動軸１１と被駆動軸２１との間に伝達される回転力の上限値（許容値）を調整する。
駆動素子１３１は、一端が可動部２０に接続され、他端が伝達部１３０の一端に接続されており、制御部１２３から出力される制御信号により変形する（例、伸縮する）ことによって伝達部１３０の張力を変化させて、回転駆動軸１１及び被駆動軸２１に対する伝達部１３０のグリップ力を変化させる。
伝達部１３０は、回転駆動軸１１の拡径部１１ａと被駆動軸２１とに対して接触可能にされて（例えば、巻きかけられて）おり、例えば張力（すなわち、伝達部１３０のグリップ力）に対応する許容値によって回転駆動軸１１の回転力を被駆動軸２１に伝達する。つまり、回転駆動軸１１の拡径部１１ａから被駆動軸２１に伝達されるトルクの許容値は、トルク制限機構１２０が備える伝達部１３０の、例えば伝達部１３０のグリップ力によって設定される。例えば、被駆動軸２１に伝達されるトルクの許容値は、接触可能な回転軸（例、回転駆動軸１１や被駆動軸２１）に対して伝達部１３０を締め付けたり緩めたりして伝達部１３０のグリップ力を変えることによってトルクの上限値（許容値）を調整することが可能である。
【００１６】
制御部１２３は、調整部１２１が調整する上限値を設定するとともに、検出部１２２が衝突を検出した検出情報に基づいて上限値の設定を変更する。本実施形態の制御部１２３は、例えば、調整部１２１が備える駆動素子１３１に制御信号（例えば、駆動電圧）を出力する。そして、制御部１２３は、可動部２０の負荷及び加速度に応じて設定した制御信号を出力することにより駆動素子１３１を変形させて伝達部１３０の張力を設定してグリップ力を設定することによって、上限値を設定する。また、制御部１２３は、検出部１２２が衝突を検出した場合には、検出部１２２が衝突を検出した検出情報に基づいて、制御信号（例えば、駆動電圧）を変更して出力する。そして、制御部１２３は、出力した制御信号により駆動素子１３１を変形させて伝達部１３０の張力を変更してグリップ力を変化させることによって、上限値の設定を変更する。
【００１７】
次に、図２を参照して、トルク制限機構１２０が備える調整部１２１としての駆動素子１３１と伝達部１３０との詳細な構成について説明する。
図２は、本実施形態におけるトルク制限機構１２０の構成を示す断面図である。
伝達部１３０は、その端部（第１端部１３０ａ、第２端部１３０ｂ）が、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１の周方向の基準位置Ｐを挟むように所定の隙間を空けて対向して配置されている。また、伝達部１３０の形状は、例えば、帯状又は線状などである。
【００１８】
拡径部１１ａと被駆動軸２１とは同一の径を有しているため、拡径部１１ａの外周面と被駆動軸２１の外周面との間では段差が発生することが無い。このため、伝達部１３０と拡径部１１ａとの間、及び、伝達部１３０と被駆動軸２１との間には、ほぼ同一のグリップ力が発生することになる。
【００１９】
駆動素子１３１（本実施形態においては、第１駆動素子１３１−１及び第２駆動素子１３１−２）は、伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の接触状態を調整する。第１駆動素子１３１−１及び第２駆動素子１３１−２としては、例えば電歪素子（例、ピエゾ素子）や磁歪素子などの電気機械変換素子が用いられている。例えば、第１駆動素子１３１−１及び第２駆動素子１３１−２は、駆動電圧が供給されることにより、一方向に伸縮する構成である。
【００２０】
第１駆動素子１３１−１は、伸縮方向の一方の端部が伝達部１３０の第１端部１３０ａに接続されている。また、第１駆動素子１３１−１の他方の端部は、可動部２０の端面から突出した支持部１３４に固定されている。したがって、第１駆動素子１３１−１は、第１端部１３０ａと支持部１３４とで挟まれた構成となっている。第１駆動素子１３１−１のうち第１端部１３０ａとの接続部分には、フレクシャ機構１３２−１が形成されている。
【００２１】
第２駆動素子１３１−２は、伸縮方向の一方の端部が伝達部１３０の第２端部１３０ｂに接続されている。また、第２駆動素子１３１−２の他方の端部は、可動部２０の端面から突出した支持部１３４に固定されている。したがって、第２駆動素子１３１−２は、第２端部１３０ｂと支持部１３４とで挟まれた構成となっている。第２駆動素子１３１−２のうち第２端部１３０ｂとの接続部分には、フレクシャ機構１３２−２が形成されている。
【００２２】
上述したように、制御部１２３は第１駆動素子１３１−１及び第２駆動素子１３１−２に接続されており、当該第１駆動素子１３１−１及び第２駆動素子１３１−２に対して駆動電圧を供給可能になっている。制御部１２３は、第１駆動素子１３１−１及び第２駆動素子１３１−２に印加する駆動電圧の電圧値を変化させることにより、第１駆動素子１３１−１及び第２駆動素子１３１−２の伸縮量を調整する。
【００２３】
例えば、第１駆動素子１３１−１が伸びると、伝達部１３０の第１端部１３０ａが第２端部１３０ｂに近づく方向に移動する。また、第２駆動素子１３１−２が伸びると、伝達部１３０の第２端部１３０ｂが第１端部１３０ａに近づく方向に移動する。このため、伝達部１３０が拡径部１１ａの周面（例、外周面や内周面）及び被駆動軸２１の周面（例、外周面や内周面）に巻きつき、当該伝達部１３０に張力が加わる。第１駆動素子１３１−１が縮むと、第１端部１３０ａが第２端部１３０ｂから離れる方向に移動する。また、第２駆動素子１３１−２が縮むと、第２端部１３０ｂが第１端部１３０ａから離れる方向に移動する。このため、伝達部１３０が拡径部１１ａ及び被駆動軸２１から離れて、伝達部１３０が弛緩する。このように、例えば、伝達部１３０は、駆動素子１３１の駆動（例、伸縮）によって回転駆動軸１１の径方向及び被駆動軸２１の径方向に力（例、伝達部１３０のグリップ力や張力、押圧力）が加えられる。これによって、伝達部１３０と拡径部１１ａとの間、及び伝達部１３０と被駆動軸２１との間で、それぞれ摩擦力が生じる。なお、本実施形態は、例えば、駆動素子１３１を縮ませることによって、伝達部１３０が拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に巻きついて、当該伝達部１３０にグリップ力が加わる構成にしてもよい。そして、本実施形態は、駆動素子１３１が伸びることによって、伝達部１３０が拡径部１１ａ及び被駆動軸２１から離れて弛緩する構成にしてもよい。
【００２４】
次に、図３を参照して、駆動部１５０によって発生される回転力が被駆動軸２１に伝達される回転力の伝達経路の一例を説明する。
図３は、本実施形態における回転力の伝達経路の一例を示す断面図である。
まず、駆動部１５０は、所定の回転力を発生させて、発生させた回転力によって回転駆動軸１１を回転させる。この回転駆動軸１１の回転力は、拡径部１１ａと、トルク制限機構１２０の伝達部１３０との間に生じる摩擦力によって、伝達部１３０に伝達される（図３のＴｑ１）。次に、伝達部１３０の回転力は、伝達部１３０と、被駆動軸２１との間に生じる摩擦力によって、被駆動軸２１に伝達される（図３のＴｑ２）。このようにして、駆動部１５０によって発生された回転力は、被駆動軸２１に伝達される。上述したように、駆動部１５０は、固定部１０の第３軸受部１２ｃに固定されており、被駆動軸２１は、可動部２０の第５軸受部２２ｂに固定されている。この回転力によって、可動部２０は、固定部１０を基準にして回転される。
【００２５】
次に、本実施形態に係るトルク制限機構１２０において、回転駆動軸１１（拡径部１１ａ）から被駆動軸２１へ回転力を伝達し、当該被駆動軸２１に回転力を作用させる原理を説明する。被駆動軸２１を駆動させる際には、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に巻き付いた伝達部１３０に張力を生じさせて、当該張力によって生じるグリップ力によって拡径部１１ａと被駆動軸２１とを連結する。拡径部１１ａと被駆動軸２１とが伝達部１３０によって連結されることで、回転駆動軸１１から被駆動軸２１へと回転力が伝達可能となる。
【００２６】
オイラーの摩擦ベルト理論により、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に巻き付いた伝達部１３０の第１端部１３０ａ側の張力（Ｔ１）及び第２端部１３０ｂ側の張力（Ｔ２）が下記（式１）を満たすとき、伝達部１３０と拡径部１１ａとの間、伝達部１３０と被駆動軸２１との間で、それぞれ摩擦力が生じ、伝達部１３０が拡径部１１ａの外周面及び被駆動軸２１の外周面に対してすべりを生じることの無い状態（接触状態）となる。なお、本実施形態では、伝達部１３０が短手方向に等しい寸法ずつ拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に掛けられているため、生じる摩擦力の大きさは、伝達部１３０と拡径部１１ａとの間、及び、伝達部１３０と被駆動軸２１との間で、ほぼ等しくなる。
【００２７】
伝達部１３０は、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に対して接触状態となったときに、摩擦力によって回転駆動軸１１及び被駆動軸２１と共に移動する。この移動により、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に回転力が伝達される。ただし、（式１）において、μは伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の摩擦係数であり、θは伝達部１３０の有効巻き付き角（接触角度）である。有効巻き付け角θについては、拡径部１１ａの外周面及び被駆動軸２１の外周面のうち伝達部１３０に対して接触状態となりうる部分の範囲である。
【００２８】
【数１】
2013163224.tif 000003
【００２９】
このとき、回転力の伝達に寄与する張力は、（Ｔ１−Ｔ２）によって表される。上記（式１）に基づいて張力（Ｔ１−Ｔ２）を求めると、（式２）のようになる。
【００３０】
【数２】
2013163224.tif 000004
【００３１】
上記（式２）より、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に伝達される回転力は、例えば第１駆動素子１３１−１の伸縮によって伝達部１３０に生じる張力Ｔ１によって一意に決定されることがわかる。（式２）の右辺の張力Ｔ１の係数部分は、伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間における摩擦係数μ、及び、伝達部１３０の有効巻き付き角θにそれぞれ依存する。
【００３２】
図４は、オイラーの原理に基づく摩擦係数μを変化させたときの有効巻き付き角θと係数部分の値との関係の一例を示すグラフである。グラフの横軸は有効巻き付き角θを示しており、グラフの縦軸は係数部分の値を示している。図４に示すように、例えば摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θが３００°以上のときに係数部分の値が０．８以上となっている。
【００３３】
このことから、摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θを３００°以上とすることにより、第１駆動素子１３１−１による張力Ｔ１の８０％以上の力が被駆動軸２１の回転力に寄与することがわかる。この巻き付き角の他（例、１８０°、２７０°、３６０°、３６０°以上）、図４のグラフから、例えば伝達部１３０と、回転駆動軸１１（拡径部１１ａ）及び被駆動軸２１との間の摩擦係数を大きくするほど、係数部分の値が大きくなることが推定される。このように、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に伝達される回転力の上限値（許容値）の大きさは第１駆動素子１３１−１による張力Ｔ１によって一意に決定されることになる。
【００３４】
次に、本実施形態の制御部１２３が駆動装置１００を制御する構成について説明する。
図５は、本実施形態の制御部１２３が駆動装置１００を制御する構成の一例を示す構成図である。
駆動部１５０は、上位装置８０に接続されており、上位装置８０から出力される駆動電流ＩＴに応じた回転力によって回転駆動軸１１を駆動する。
制御部１２３は、回転駆動軸１１の回転力を被駆動軸２１に伝達可能なトルク制限機構１２０が有する調整部１２１が調整する回転力の上限値を設定する。
また、上述したように検出部１２２は、例えば、加速度センサを備えており、被駆動軸２１に接続されて被駆動軸２１とともに移動される可動部２０（被駆動部）の衝突を、加速度センサからの出力信号に基づいて検出する。
【００３５】
次に、図６を参照して、可動部２０（被駆動部）が、例えば、物体ＯＢＪに衝突している状態の一例について説明する。
図６は、本実施形態の可動部２０（被駆動部）が物体ＯＢＪに衝突した状態の一例を示す模式図である。
図６に示すように、可動部２０は、Ｚ軸まわりの第１の方向ＤＲ１に回転して、物体ＯＢＪに衝突している。ここで、物体ＯＢＪは、例えば、壁ＷＬに接しており、可動部２０と壁ＷＬとに挟み込まれた状態になっている。この状態において、トルク制限機構１２０は、伝達する回転力の大きさが、予め設定されている上限値を超えている場合には、回転駆動軸１１と被駆動軸２１との間に相対的な変位（例えば、相対的なすべり）を発生させる。このように、駆動装置１００は、設定されている上限値を超える力が物体ＯＢＪに加えられないようにして、伝達する回転力の大きさを調整する。
【００３６】
ここで、物体ＯＢＪが可動部２０と壁ＷＬとに挟み込まれた状態から、物体ＯＢＪが挟み込まれていない状態にするためには、例えば、Ｚ軸まわりの第１の方向ＤＲ１とは逆の方向（例えば、第２の方向ＤＲ２）に可動部２０を回転させればよい。本実施形態のトルク制限機構１２０が備える制御部１２３は、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に伝達される回転力の上限値を変更する。本実施形態の制御部１２３は、例えば、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に伝達される回転力の上限値を低減させる。これにより、トルク制限機構１２０は、回転駆動軸１１と被駆動軸２１との間の相対的な変位（例えば、相対的なすべり）が、回転力の上限値を変更する前に比べて発生しやすい状態にする。これにより、本実施形態の可動部２０は、例えば、回転力の上限値を変更（例えば、低減）する前に比べて、Ｚ軸まわりに回転しやすくなる。
【００３７】
また、本実施形態の制御部１２３は、予め設定された値にして、調整部１２１が調整する上限値の設定を変更する。例えば、制御部１２３は、衝突を検出した場合には、第２の方向ＤＲ２に向けて１５０［Ｎ（ニュートン）］の力を可動部２０に加えた場合に、可動部２０が第２の方向ＤＲ２に回転するように予め設定された値に、調整部１２１が調整する上限値の設定を変更する。したがって、トルク制限機構１２０は、駆動部１５０が衝突前後において同じ大きさの回転力によって回転駆動軸１１を駆動していても、可動部２０に力（例えば、１５０［Ｎ］の力）を加えることによって、例えば、第２の方向ＤＲ２の向きに可動部２０を回転移動させることができる。ここで、１５０［Ｎ］の力とは、例えば、人が可動部２０に対して力を加えた場合に、可動部２０を移動させることができる力と想定する。これにより、本実施形態のトルク制限機構１２０は、可動部２０（被駆動部）が人や物を挟み込んだ状態から、可動部２０に力を加えることによって、挟み込まれた人や物を退避させることができる。
【００３８】
次に、物体ＯＢＪが可動部２０と壁ＷＬとに挟み込まれた状態における、駆動装置１００の動作の一例を図７に示す。
図７は、本実施形態の駆動装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、トルク制限機構１２０の制御部１２３は、調整部１２１が調整する上限値を設定する（ステップＳ１００）。本実施形態の制御部１２３は、例えば、調整部１２１が備える駆動素子１３１に、予め定められている制御信号（例えば、駆動電圧）を出力する。そして、制御部１２３は、出力した制御信号により駆動素子１３１を変形させて、伝達部１３０の張力を設定してグリップ力を設定することによって、調整部１２１が調整する上限値を設定する。
【００３９】
次に、トルク制限機構１２０の検出部１２２は、可動部２０（被駆動部）の加速度を検出する（ステップＳ１１０）。本実施形態の検出部１２２は、上述したように、例えば、加速度センサを備えている。検出部１２２は、加速度センサから出力される加速度を検出することによって、可動部２０が衝突したか否かを検出する。
【００４０】
次に、トルク制限機構１２０の検出部１２２は、可動部２０が衝突したか否かを検出する（ステップＳ１２０）。本実施形態の検出部１２２は、加速度センサから出力される加速度が、予め設定されている加速度を超えている場合には、可動部２０が衝突したと検出して、処理をステップＳ１３０に進める（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）。一方、検出部１２２は、加速度センサから出力される加速度が、予め設定されている加速度を超えていない場合には、処理をステップＳ１１０に戻す（ステップＳ１２０：ＮＯ）。
【００４１】
次に、トルク制限機構１２０の制御部１２３は、検出部１２２が衝突を検出した検出情報に基づいて上限値の設定を変更して、処理を終了する（ステップＳ１３０）。本実施形態の制御部１２３は、例えば、調整部１２１が備える駆動素子１３１に、予め定められている制御信号（例えば、駆動電圧）を出力する。そして、制御部１２３は、出力した制御信号により駆動素子１３１を変形させて、伝達部１３０の張力を変更してグリップ力を変更することによって、調整部１２１が調整する上限値の設定を変更する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態のトルク制限機構１２０は、回転駆動軸１１の回転力を被駆動軸２１に伝達可能なトルク制限機構１２０であって、調整部１２１と、検出部１２２と、制御部１２３とを備えている。ここで、調整部１２１は、被駆動軸２１に伝達される回転力の上限値を調整する。また、検出部１２２は、被駆動軸２１に接続されて被駆動軸２１とともに移動される可動部２０（被駆動部）の衝突を検出する。また、制御部１２３は、調整部１２１が調整する上限値を設定するとともに、検出部１２２が衝突を検出した検出情報に基づいて上限値の設定を変更する。したがって、本実施形態のトルク制限機構１２０は、例えば、可動部２０が人や物を挟み込んだ後に、可動部２０に伝達されるトルクを制限することができる。したがって、本実施形態のトルク制限機構１２０は、可動部２０（被駆動部）が人や物を挟み込んだ状態から、可動部２０に力を加えることによって、挟み込まれた人を退避させたり挟み込まれた物を除去したりすることができる。つまり、本実施形態のトルク制限機構１２０は、挟み込まれている人や物及びロボット装置の損傷を低減することができる。
【００４３】
また、本実施形態のトルク制限機構１２０が備える制御部１２３は、検出部１２２による検出情報に基づいて上限値を予め設定された値に変更する。これにより、本実施形態のトルク制限機構１２０は、挟み込み発生後に、可動部２０（被駆動部）を移動させるために外部から可動部２０に所定の力（外力）を加えて可動部２０を移動（例えば、回転移動）させることができる値に、上限値を変更することができる。
【００４４】
また、本実施形態のトルク制限機構１２０が備える制御部１２３は、検出部１２２が衝突を検出した場合には、上限値を低減させるように上限値の設定を変更する。これにより、本実施形態のトルク制限機構１２０は、挟み込み発生後に、可動部２０（被駆動部）を移動させるために外部から可動部２０に力を低減することができる。
【００４５】
また、本実施形態のトルク制限機構１２０が備える制御部１２３は、可動部２０（被駆動部）が所定の外力によって移動可能なように上限値の設定を変更する。例えば、制御部１２３は、所定の外力としての、図６に示す方向第２のＤＲ２に向けた１５０［Ｎ］の力を可動部２０に加えた場合に、可動部２０が第２の方向ＤＲ２に回転するように予め設定された値に、調整部１２１が調整する上限値の設定を変更する。これにより、本実施形態のトルク制限機構１２０は、挟み込み発生後に、可動部２０（被駆動部）を所定の力（例えば、人力）によって移動（例えば、回転）させることができる値に、上限値を変更することができる。
【００４６】
［第２の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、上述した第１の実施形態と同様である構成及び動作については、説明を省略する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係るトルク制限機構１２０を備える駆動装置１００の構成の一例を示す構成図である。
本実施形態において、上位装置８０は、トルク制限機構１２０の制御部１２３に対して、回転駆動軸１１を回転させる駆動部１５０の回転力の指令値である回転力指令値（例えば、回転力指令値ＣＴ）と、被駆動軸２１の軸線の方向と重力の方向とがなす角度を示す情報（例えば、角度情報ＩＡ）とを出力する。
本実施形態のトルク制限機構１２０の制御部１２３は、上位装置８０に接続されており、上位装置８０が出力する、回転力指令値ＣＴと、角度情報ＩＡとを取得する。また、制御部１２３は、駆動部１５０に接続されており、回転駆動軸１１を回転させる駆動部１５０の回転力に応じた駆動電流（例えば、駆動電流ＩＴ）を駆動部１５０に出力する。
【００４７】
本実施形態の制御部１２３は、検出部１２２が衝突を検出していない場合には、上位装置８０から取得した回転力指令値ＣＴに応じた駆動電流ＩＴを駆動部１５０に出力する。これにより、駆動部１５０は、上位装置８０が出力する回転力指令値ＣＴに応じた回転力によって回転駆動軸１１を回転させる。一方、制御部１２３は、検出部１２２が衝突を検出した場合には、駆動電流ＩＴの電流値を変更する。例えば、制御部１２３は、検出部１２２が衝突を検出した場合には、回転力指令値ＣＴに応じた駆動電流ＩＴの電流値から、可動部２０（被駆動部）が所定の位置（例えば、衝突検出直後の位置）に保持されるような駆動電流ＩＴの電流値に変更する。そして、制御部１２３は、電流値を変更した駆動電流ＩＴを駆動部１５０に出力する。このように、本実施形態の制御部１２３は、駆動部１５０の回転力を変更させる制御を行うことによって、衝突検出後に、可動部２０（被駆動部）を保持して、可動部２０が移動（例えば、回転移動）することを防止する。
【００４８】
また、上述したように、本実施形態のトルク制限機構１２０の制御部１２３は、上位装置８０から、角度情報ＩＡが供給される。ここで、被駆動軸２１の軸線の方向とは、被駆動軸２１の軸線と平行である方向であり、例えば、上述した図１に示すＺ軸の負の方向（−Ｚ方向）である。また、重力の方向とは、駆動装置１００に加わる重力の方向である。また、被駆動軸２１の軸線の方向と重力の方向とがなす角度とは、駆動装置１００に加わる重力の方向を例えば０［°］にした場合の被駆動軸２１の軸線の角度である。
【００４９】
例えば、上述した図１に示すＹ軸の負の方向（−Ｙ方向）が重力の方向である場合には、被駆動軸２１の軸線の方向と重力の方向とがなす角度は、例えば９０［°］である。これは、例えば固定部１０の軸線が鉛直方向に向けられて設置されている場合である。また、例えば、上述した図１に示すＺ軸の負の方向（−Ｚ方向）が重力の方向である場合には、被駆動軸２１の軸線の方向と重力の方向とがなす角度は、例えば０［°］である。これは、例えば固定部１０の軸線が水平方向に向けられて設置されている場合である。
【００５０】
ここで、可動部２０（被駆動部）の回転面が水平方向である場合には、トルク制限機構１２０が伝達する回転力の大きさは、可動部２０を回転させる負荷トルクによって定められる。ここで、負荷トルクとは、可動部２０を含む負荷を回転移動させるための回転力である。一方、固定部１０の軸線が鉛直方向に向けられて設置されている場合（つまり、可動部２０（被駆動部）の回転面が鉛直方向である場合）には、トルク制限機構１２０が伝達する回転力の大きさは、可動部２０を回転させる負荷トルクと保持トルクとを加算したトルクによって定められる。ここで、保持トルクとは、可動部２０を含む負荷を重力に抗して所定の位置に保持するための回転力である。このように、トルク制限機構１２０が伝達する回転力の大きさは、被駆動軸２１の軸線の方向と重力の方向とがなす角度に応じた保持トルクの変化に応じて変化する。
【００５１】
そこで、トルク制限機構１２０は、可動部２０の動作パターン（例、回転移動方向や回転動作など）に応じた保持トルクに基づいて、伝達される回転力の上限値の設定を変更する。本実施形態のトルク制限機構１２０は、この角度情報ＩＡに基づいて、上限値の設定を変更する。これにより、本実施形態のトルク制限機構１２０は、伝達される回転力の上限値の設定を保持トルクに基づいて変更して、可動部２０（被駆動部）を所定の位置に保持させる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態の制御部１２３は、被駆動軸２１の軸線の方向と重力の方向とがなす角度に基づいて、上限値の設定を変更する。したがって、本実施形態のトルク制限機構１２０は、可動部２０の移動方向（例えば、回転移動方向）に応じた保持トルクに基づいて、伝達される回転力の上限値の設定を変更することができる。これにより、本実施形態のトルク制限機構１２０は、可動部２０の移動方向（例えば、回転移動方向）によらず、可動部２０を所定の位置に保持したまま、伝達される回転力の上限値の設定を変更（例えば、低減）することができる。
【００５３】
また、本実施形態の制御部１２３は、検出部１２２が衝突を検出した場合には、回転駆動軸１１を回転させる駆動部１５０の回転力を変更させる制御を行う。これにより、本実施形態のトルク制限機構１２０は、衝突検出後において、挟み込んだ人や物及び可動部２０に対して加えられる可動部２０の力を低減することができる。つまり、トルク制限機構１２０は、挟み込んだ人や物及び可動部２０の損傷を、衝突検出後においても低減することができる。
【００５４】
また、例えば、可動部２０が重力に抗して回転移動する場合には、衝突検出後において被駆動軸２１に伝達される回転力の上限値を低減すると、重力による回転力が上限値を超えることがあり、この場合には、可動部２０が所定の位置に保持されないことがある。そこで、本実施形態の制御部１２３は、可動部２０（被駆動部）が所定の位置に保持されるように駆動部１５０を制御する。例えば、制御部１２３は、上位装置８０から供給される角度情報ＩＡに基づいて、重力による回転力を超える保持トルクを発生するように上限値を設定する。これにより、本実施形態のトルク制限機構１２０は、挟み込んだ人や物及び可動部２０に対して加えられる可動部２０の回転力を低減することができる。つまり、トルク制限機構１２０は、挟み込んだ人や物及び可動部２０の損傷を、衝突検出後においても低減することができる。
【００５５】
［第３の実施形態]
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態と同様である構成及び動作については、説明を省略する。
図９は、本発明の第３の実施形態に係るトルク制限機構１２０を備える駆動装置１００の構成の一例を示す構成図である。
上位装置８０は、通信線Ｌを介してトルク制限機構１２０に指令値（例えば、回転力指令値）を供給する。
トルク制限機構１２０は、電流検出部１２５を備えている。また、本実施形態の上位装置８０は、例えば、駆動部１５０を駆動する駆動電流（例えば、駆動電流ＩＴ）を駆動部１５０に対して出力する。
電流検出部１２５は、例えば、電流センサを備えており、上位装置８０から出力される駆動部１５０を駆動する駆動電流ＩＴの電流値を検出する。
検出部１２２は、電流検出部１２５に接続されており、電流検出部１２５が検出した駆動電流ＩＴの電流値に基づいて、可動部２０（被駆動部）の衝突を検出する。本実施形態の検出部１２２は、例えば、検出した駆動部１５０を駆動する駆動電流が予め設定されている電流値の範囲を超える場合に、可動部２０（被駆動部）の衝突を検出する。これにより、本実施形態のトルク制限機構１２０は、加速度センサやトルクセンサなど可動部２０の移動を直接的に検出する構成に比べて設置される位置に制限の少ない電流検出部１２５によって衝突を検出することができる。
【００５６】
［第４の実施形態]
次に、図１０を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、上述した第１の実施形態から第３の実施形態と同様である構成及び動作については、説明を省略する。
図１０は、本発明の第４の実施形態に係るトルク制限機構１２０を備える駆動装置１００の構成の一例を示す構成図である。
本実施形態のトルク制限機構１２０は、回転駆動軸１１の回転情報を検出する第１の位置検出部（回転角度検出器）１２６と、被駆動軸２１の回転情報を検出する第２の位置検出部（回転角度検出器）１２７とを備えている。第１の位置検出部１２６は、例えば、エンコーダを備えており、エンコーダによって回転駆動軸１１の回転情報を検出する。第２の位置検出部１２７も同様の構成である。
上位装置８０は、通信線Ｌを介してトルク制限機構１２０に指令値（例えば、回転力指令値）を供給する。また、本実施形態の上位装置８０は、第１の位置検出部１２６から回転駆動軸１１の回転情報（例えば、第１回転情報Ｒ１）と、第２の位置検出部１２７から被駆動軸２１の回転情報（例えば、第２回転情報Ｒ２）とをそれぞれ取得する。そして、上位装置８０は、取得した第１回転情報Ｒ１に基づいた駆動電流（例えば、駆動電流ＩＴ）を駆動部１５０に出力している。
【００５７】
本実施形態の検出部１２２は、第１回転情報Ｒ１と第２回転情報Ｒ２とに基づいて、可動部２０（被駆動部）の衝突を検出する。例えば、本実施形態の検出部１２２は、第１の位置検出部１２６から回転駆動軸１１の回転情報（例えば、第１回転情報Ｒ１）を取得する。また、検出部１２２は、第２の位置検出部１２７から被駆動軸２１の回転情報（例えば、第２回転情報Ｒ２）を取得する。また、検出部１２２は、取得した第１回転情報Ｒ１から回転駆動軸１１の回転位置を、取得した第２回転情報Ｒ２から被駆動軸２１の回転位置を、それぞれ算出する。また、検出部１２２は、例えば、算出した回転駆動軸１１の回転位置と、被駆動軸２１の回転位置とが一致しているか否かに基づいて、衝突を検出する。例えば、本実施形態の検出部１２２は、回転駆動軸１１の回転位置と、被駆動軸２１の回転位置とが一致していない場合、回転駆動軸１１と被駆動軸２１とに相対的な変位（相対的なすべり）が生じているので衝突が発生していると判定して、衝突を検出する。
【００５８】
このように、本実施形態のトルク制限機構１２０は、回転駆動軸１１の回転情報を検出する第１の位置検出部１２６と、被駆動軸２１の回転情報を検出する第２の位置検出部１２７とを備えている。また、本実施形態のトルク制限機構１２０が備える検出部１２２は、第１の位置検出部１２６が検出した回転駆動軸１１の回転情報と第２の位置検出部１２７が検出した被駆動軸２１の回転情報とに基づいて、可動部２０（被駆動部）の衝突を検出する。これにより、本実施形態のトルク制限機構１２０は、第１の位置検出部１２６及び第２の位置検出部１２７によって被駆動軸２１のすべりを直接的に検出することができるため、衝突検出の精度を向上させることができる。なお、本実施形態のトルク制限機構１２０は、第２の位置検出部１２７が所定の減速比によって、回転駆動軸１１の角速度よりも小さい角速度に減速されて回転する被駆動軸２１の回転情報を検出してもよい。この場合、制御部１２３は、第１の位置検出部１２６が検出する回転駆動軸１１の回転情報と、第２の位置検出部１２７が検出する被駆動軸２１の所定の減速比に応じた回転情報とに差が生じていない時、回転駆動軸１１と被駆動軸２１との間のすべりが発生していないと判定する。また、制御部１２３は、第１の位置検出部１２６が検出する回転駆動軸１１の回転情報と、第２の位置検出部１２７が検出する被駆動軸２１の所定の減速比に応じた回転情報とに差が生じている時、回転駆動軸１１と被駆動軸２１との間のすべりが発生していると判定する。
【００５９】
［第５の実施形態]
以下、図１１を参照して、本発明の第５の実施形態を説明する。なお、上述した第１の実施形態から第４の実施形態と同様である構成及び動作については、説明を省略する。
図１１は、本発明の第５の実施形態に係るロボット装置２００の構成の一例を示す構成図である。
本実施形態のロボット装置２００は、台座部５０と、固定部１０と、手先部４０と、複数の可動部２０（例えば、可動部２０ａ及び可動部２０ｂ）と、複数の駆動装置１００（例えば、駆動装置１００ａ及び駆動装置１００ｂ）を備えている。
【００６０】
台座部５０は、ロボット装置２００が設置されている床に固定されている。
固定部１０は、第１端部が台座部に固定されており、第２端部が連結部３０ａを介して可動部２０ａの第１端部と連結されている。
可動部２０ａ（被駆動部）は、第１端部が連結部３０ａを介して固定部１０の第２端部と連結されており、第２端部が連結部３０ｂを介して可動部２０ｂの第１端部と連結されている。例えば、可動部２０ａは、ロボット装置２００が備えるロボットアームのうちの上腕部である。
可動部２０ｂ（被駆動部）は、第１端部が連結部３０ｂを介して可動部２０ａの第２端部と連結されており、第２端部に手先部４０が接続されている。例えば、可動部２０ｂは、ロボット装置２００が備えるロボットアームのうちの下腕部である。
手先部４０は、可動部２０ｂの第２端部に接続されており、被移動物体ＷＫを保持する（例えば、把持する）。
駆動装置１００ａは、連結部３０ａにおいて固定部１０に備えられており、上位装置８０の指令値に基づいて固定部１０に対して可動部２０ａが回転移動するように可動部２０ａを駆動する。同様に、駆動装置１００ｂは、連結部３０ｂにおいて可動部２０ａに備えられており、上位装置８０の指令値に基づいて可動部２０ａに対して可動部２０ｂが回転移動するように可動部２０ｂを駆動する。また、これらの駆動装置１００は、上述した実施形態において説明したトルク制限機構１２０をそれぞれ備えている。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態の駆動装置１００（駆動装置１００ａ、駆動装置１００ｂ）は、上述した実施形態において説明したトルク制限機構１２０を備えている。これにより、本実施形態の駆動装置１００は、例えば、可動部２０（例えば、可動部２０ａ及び可動部２０ｂ）が人や物を挟み込んだ後に、可動部２０に伝達されるトルクを変更することができる。これにより、本実施形態の駆動装置１００は、挟み込まれている人や物及びロボット装置２００の損傷を低減することができる。
【００６２】
また、本実施形態のロボット装置２００は、上述した実施形態において説明したトルク制限機構１２０を備えている。これにより、本実施形態のロボット装置２００は、例えば、可動部２０（例えば、可動部２０ａ及び可動部２０ｂ）が人や物を挟み込んだ後に、可動部２０に伝達されるトルクを変更することができる。これにより、本実施形態のロボット装置２００は、挟み込まれている人や物及びロボット装置２００の損傷を低減することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
【００６４】
なお、上記の実施形態における制御部１２３又はこの制御部１２３が備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。
【００６５】
なお、この制御部１２３が備える各部はメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、制御部１２３が備える各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
【００６６】
また、制御部１２３が備える各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、制御部１２３が備える各部による処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００６７】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１１…回転駆動軸、２１…被駆動軸、１００…駆動装置、１２０…トルク制限機構、１２１…調整部、１２２…検出部、１２３…制御部、１２５…電流検出部、１２６…第１の位置検出部、１２７…第２の位置検出部、１５０…駆動部、２００…ロボット装置
【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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