(57)【要約】【課題】アームを高精度に動作させる。【解決手段】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、回転駆動軸及び被駆動軸のうち少なくとも一方の回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で回転軸に接触して生じる摩擦力によって回転力を被駆動軸に伝達する伝達部と、回転駆動軸と被駆動軸との相対的な回転速度を検出する検出部と、駆動部を駆動して伝達部の少なくとも一部を回転軸の移動方向に移動させることが可能な制御部とを備え、制御部は、検出された回転速度に応じた移動速度で伝達部の少なくとも一部を回転軸の移動方向に移動させること及び所定の摩擦力を生じさせる接触状態によって伝達部の少なくとも一部を移動させることにより、回転速度を減速させる減速動作を駆動部に行わせる。【選択図】図１
2013076432.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、
前記回転駆動軸及び前記被駆動軸のうち少なくとも一方の回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、前記回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で前記回転軸に接触して生じる摩擦力によって前記回転力を前記被駆動軸に伝達する伝達部と、
前記回転駆動軸と前記被駆動軸との相対的な回転速度を検出する検出部と、
駆動部を駆動して前記伝達部の少なくとも一部を前記回転軸の移動方向に移動させることが可能な制御部と
を備え、
前記制御部は、
検出された前記回転速度に応じた移動速度で前記伝達部の少なくとも一部を前記回転軸の移動方向に移動させること及び所定の前記摩擦力を生じさせる接触状態によって前記伝達部の少なくとも一部を移動させることにより、前記回転速度を減速させる減速動作を前記駆動部に行わせる
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、
前記伝達部が前記回転軸に対して静止摩擦の状態によって接触している前記接触状態によって、前記減速動作を前記駆動部に行わせる
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】
前記減速動作における前記摩擦力の大きさは、
前記回転軸と前記伝達部との間の静止摩擦係数に基づいて定められる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトルク制限機構。
【請求項４】
前記減速動作における前記摩擦力の大きさは、
前記回転軸と前記伝達部との間の静止摩擦係数に基づいて定められる摩擦力の大きさに、検出された前記回転速度に基づいた力の大きさが付加されて定められる
ことを特徴とする請求項３に記載のトルク制限機構。
【請求項５】
前記制御部は、
前記回転駆動軸と前記被駆動軸とに相対的な変位が生じた場合に、前記減速動作を前記駆動部に行わせる
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、
検出された前記回転速度よりも遅い移動速度によって、前記減速動作を前記駆動部に行わせる
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】
前記減速動作は、前記摩擦力を生じさせる接触状態において前記移動方向とは反対の方向に前記伝達部を移動させることを含む
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項８】
前記制御部は、
検出された前記回転速度に同期させた前記移動速度で前記伝達部の少なくとも一部を前記回転軸の移動方向に移動させる
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項９】
前記制御部は、
検出された前記回転速度が所定の速度を超えている場合には、前記減速動作を前記駆動部に行わせ、検出された前記回転速度が所定の速度を超えていない場合には、所定の前記摩擦力を生じさせるとともに、前記伝達部の前記移動速度を０に保持する保持動作を前記駆動部に行わせる
ことを特徴とする請求項１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】
前記検出部は、
前記回転駆動軸の角速度を検出する第１の検出部と、前記被駆動軸の角速度を検出する第２の検出部とを有し、前記第１の検出部によって検出された前記回転駆動軸の回転速度と、前記第２の検出部によって検出された前記被駆動軸の回転速度とに基づいて、前記回転駆動軸と前記被駆動軸との前記相対的な回転速度を検出する
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】
前記制御部は、
前記減速動作を前記駆動部に行わせた後に、検出された前記回転速度が所定の速度を超えている場合には、前記回転軸に前記回転力が伝達されない前記摩擦力の大きさによって前記伝達部を移動させる復帰動作と、前記減速動作とを、交互に繰り返し前記駆動部に行わせる
ことを特徴とする請求項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。
【請求項１２】
前記制御部は、
前記回転軸の周面に前記伝達部の少なくとも一部を接触させるために前記伝達部を移動させる準備動作を前記駆動部に行わせる
ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項１３】
複数の前記伝達部と、複数の前記駆動部とを備え、
前記制御部は、
前記複数の駆動部のうち少なくとも１つの前記駆動部による前記減速動作の開始タイミングを、他の前記駆動部による前記減速動作の開始タイミングと異なるように、前記減速動作を前記駆動部にそれぞれ行わせる
ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項１４】
前記駆動部は、
前記伝達部を移動させる一対の駆動素子を有し、
前記制御部は、
前記駆動素子に電圧を印加することにより前記駆動部を駆動する
ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項１５】
前記駆動部は、
前記伝達部に加えられる前記力を変えることによって前記摩擦力の大きさを変化させる
ことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項１６】
前記駆動部は、
前記伝達部の前記回転軸に対する接触角度を変えることによって前記摩擦力の大きさを変化させる
ことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６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回転機構と、
を備えることを特徴とする駆動装置。
【請求項１８】
請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載のトルク制限機構を備えることを特徴とするロボット装置。
【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。ロボット装置の構成として、例えば複数のアーム（被駆動体）が連結され、連結部を中心としてアームが回転する構成が知られている。各アームの連結部には、駆動力を伝達する動力伝達機構が設けられている。
【０００３】
このようなロボット装置は、重量物である負荷を支持したり、所定の位置へ移動したりするなどの動作をする際のパワー及び精度を求められる。そのため、ロボット装置のアームや連結部には高い剛性が不可欠となる。一方で、例えばロボット装置がアームを移動させる動作を行う場合、ロボット装置周囲の人や物に、アームの一部が衝突する場合が想定されうる。このような場合、アームが破損したり、衝突された人や物が損傷したりするおそれがあるため、アームや連結部には一定の柔軟性が求められる。従って、ロボット装置は、剛性及び柔軟性という相反的な性質を兼ね備えていることを求められる。
【０００４】
このようなロボット装置を実現するため、例えば、アーム同士の連結部の動力伝達機構を機械構造的に柔軟にする構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、ばねなどの弾性体や磁性流体などを用いて、伝達するトルクの上限値を制限するトルク制限機構が知られている。このようなトルク制限機構は、上限値を超える外力が連結部に加わった場合に、連結部をすべらせることにより、アームや衝突された人や物の損傷を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４１４６２号公報
【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、例えば、上述のようなトルク制限機構は、アーム同士の連結部にすべりが生じると、生じたすべりにより、アームを所定の位置に移動させるトルクを、アームに伝達できないことがある。つまり、上述のようなトルク制限機構は、アームなどの被駆動体を高精度に動作させることができないという問題がある。
【０００７】
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、被駆動体を高精度に動作させることができるトルク制限機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記回転駆動軸及び前記被駆動軸のうち少なくとも一方の回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、前記回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で前記回転軸に接触して生じる摩擦力によって前記回転力を前記被駆動軸に伝達する伝達部と、前記回転駆動軸と前記被駆動軸との相対的な回転速度を検出する検出部と、駆動部を駆動して前記伝達部の少なくとも一部を前記回転軸の移動方向に移動させることが可能な制御部とを備え、前記制御部は、検出された前記回転速度に応じた移動速度で前記伝達部の少なくとも一部を前記回転軸の移動方向に移動させること及び所定の前記摩擦力を生じさせる接触状態によって前記伝達部の少なくとも一部を移動させることにより、前記回転速度を減速させる減速動作を前記駆動部に行わせることを特徴とするトルク制限機構である。
【０００９】
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回転機構とを備えることを特徴とする駆動装置である。
【００１０】
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ことを特徴とするロボット装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、トルク制限機構は、被駆動体を高精度に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態によるロボット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第一アームの構成の一例を示す構成図である。
【図３】本実施形態における第二アームの構成の一例を示す構成図である。
【図４】本実施形態における連結部の構成の一例を示す断面図である。
【図５】本実施形態における検出部の構成の一例を示す断面図である。
【図６】本実施形態における制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】本実施形態におけるトルク制限機構の構成の一例を示す断面図である。
【図８】本実施形態におけるオイラーの原理に基づく伝達部と回転子との接触角と、伝達効率との関係の一例を示すグラフである。
【図９】本実施形態における第一アームと第二アームとが連結された構成の一例を示す断面図である。
【図１０】本実施形態における第二アームが移動した後の連結部の構成の一例を示す断面図である。
【図１１】本実施形態における制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本実施形態における第二アームが衝突した後の連結部の構成の一例を示す断面図である。
【図１３】本実施形態における制御部のすべり検出動作の一例を示すフローチャートである。
【図１４】本実施形態における制御部のすべりを検出した後の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１５】本実施形態における駆動パターンの一例を示すグラフである。
【図１６Ａ】本実施形態における減速動作の一例を示す断面図である。
【図１６Ｂ】本実施形態における減速動作の開始状態の一例を示す断面図である。
【図１６Ｃ】本実施形態における減速動作の動作状態の一例を示す断面図である。
【図１６Ｄ】本実施形態における減速動作の終了状態の一例を示す断面図である。
【図１６Ｅ】本実施形態における復帰動作の一例を示す断面図である。
【図１６Ｆ】本実施形態における準備動作の一例を示す断面図である。
【図１７】本実施形態における負荷を移動させる動作の一例を示す模式図である。
【図１８】本実施形態における第二アームが衝突した際の動作の一例を示す模式図である。
【図１９】本実施形態における第二アームが衝突した後の動作の一例を示す模式図である。
【図２０】本実施形態における準備動作の一例を示す断面図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態によるロボット装置の構成の一例を示す断面図である。
【図２２Ａ】本発明の第３の実施形態によるロボット装置の構成の一例を示す断面図である。
【図２２Ｂ】本実施形態におけるロボット装置の構成の一例を示す断面図である。
【図２３】本発明の第４の実施形態によるロボット装置の構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施形態］
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る一例としてのロボット装置１００の一部を示す構成図である。
【００１４】
図１に示すように、ロボット装置１００は、第一アーム（被駆動体）１０、第二アーム（被駆動体）２０及び制御部ＣＯＮＴを備えている。第一アーム１０と、第二アーム２０とは、連結部３０において連結されている。回転機構４０及びトルク制限機構５０を有する駆動装置６０は、連結部３０に設けられている。駆動装置６０は、連結部３０において第一アーム１０を基準として第二アーム２０を回転させる。制御部ＣＯＮＴは、回転機構４０及びトルク制限機構５０の動作を制御する。
【００１５】
第一アーム１０は、基部１１及び軸受部１２を有している。
基部１１は、円柱状（中実）若しくは円筒状（中空）に形成されており、ロボット装置１００の骨格の一部を構成する。基部１１は、例えばロボット装置１００の不図示の回転軸に取り付けられており、当該回転軸を中心として所定方向に回転移動するように設けられている。
【００１６】
軸受部１２は、基部１１の端面１１ａに設けられている。軸受部１２は、第一軸受１２ａ、第二軸受１２ｂ及び第三軸受１２ｃを有している。第一軸受１２ａ、第二軸受１２ｂ及び第三軸受１２ｃは、所定の一方向（例えばＺ方向）に並んで配置されている。
【００１７】
第一軸受１２ａ及び第二軸受１２ｂは、端面１１ａ上に直接設けられている。第一軸受１２ａ及び第二軸受１２ｂは、互いの間に所定の間隔が設けられるように配置されている。第三軸受１２ｃは、第二軸受１２ｂから端面１１ａの外側へ伸びた接続部１１ｂを介して設けられている。
【００１８】
また、第二アーム２０は、基部２１及び軸受部２２を有している。
基部２１は、第一アーム１０の基部１１と同様、円柱状（中実）若しくは円筒状（中空）に形成されており、ロボット装置１００の骨格の一部を構成する。
【００１９】
軸受部２２は、基部２１の端面２１ａに設けられている。軸受部２２は、第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂを有している。第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂは、所定の一方向（例えばＺ方向）に並んで配置されている。
【００２０】
第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂは、端面２１ａ上に直接設けられている。第二アーム２０の第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂは、第一アーム１０の第一軸受１２ａと第二軸受１２ｂとの間に配置可能となるように、互いの間に所定の間隔を空けて配置されている。
【００２１】
図２は、第一アーム１０の構成を示す図である。図２においては、第二アーム２０の図示を省略している。
図２に示すように、第一軸受１２ａには、貫通孔１３ａが設けられている。貫通孔１３ａは、Ｚ方向に第一軸受１２ａを貫通する。第二軸受１２ｂには、貫通孔１３ｂが設けられている。貫通孔１３ｂは、Ｚ方向に第二軸受１２ｂを貫通する。第三軸受１２ｃには、貫通孔１３ｃが設けられている。貫通孔１３ｃは、Ｚ方向に第三軸受１２ｃを貫通する。
【００２２】
貫通孔１３ａ及び貫通孔１３ｂ及び貫通孔１３ｃは、例えば円形に形成されており、それぞれＺ方向視において重なる位置に配置されている。また、貫通孔１３ａ及び貫通孔１３ｂは、互いに等しい径を有するように形成されている。なお、貫通孔１３ａ、貫通孔１３ｂ及び貫通孔１３ｃのうち少なくとも一つの径やＺ方向視での形状が他と異なる構成であっても構わない。
【００２３】
また、第一アーム１０は、上述した軸受部１２によって回転機構４０を支持している。
回転機構４０は、回転駆動源４１、回転軸４１ａ、回転駆動軸（回転軸）４２及びカップリング４５を有している。
カップリング４５は、第二軸受１２ｂと第三軸受１２ｃとの間に配置されており、回転駆動源４１の回転軸４１ａと回転駆動軸４２とを連結する。
回転駆動源４１は、第三軸受１２ｃに接続され、回転軸４１ａ及びカップリング４５を介して、回転駆動軸４２に回転力を付与する。回転駆動源４１には、制御部ＣＯＮＴによって出力される制御電圧が入力される。回転駆動源４１は、入力された制御電圧に応じた回転速度と回転方向とによって、回転軸４１ａを回転させる。回転駆動源４１としては、例えばモータ装置などが用いられている。
回転軸４１ａは、回転駆動源４１の出力軸であり、制御部ＣＯＮＴによって回転数と回転方向とが制御される。
【００２４】
回転駆動軸４２は、貫通部４３ａ及び貫通部４３ｂと、拡径部４４と、反射部７１とを有している。
貫通部４３ａ及び貫通部４３ｂは、円柱状に形成されており、長手方向がＺ方向に平行になるように配置されている。貫通部４３ａは、第一軸受１２ａの貫通孔１３ａを貫通する。貫通部４３ｂは、第二軸受１２ｂの貫通孔１３ｂを貫通する。
【００２５】
反射部７１は、回転駆動軸４２の外周面の、第五軸受２２ｂに対応する位置に形成されている。反射部７１は、例えば、第五軸受２２ｂに備えられている、後述する検出部７０によって照射される光を反射する。
【００２６】
拡径部４４は、回転駆動軸４２の一部に設けられている。拡径部４４は、貫通部４３と中心軸が一致するように円筒状に形成されている。拡径部４４は、貫通部４３よりも径が大きく形成されている。拡径部４４の外周面４４ａは、ほぼ一周に亘って摩擦係数が均一になるように形成されている。
【００２７】
図３は、第二アーム２０の構成を示す構成図である。
第二アーム２０は、上述した第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂと、被駆動軸（回転軸）２４と、トルク制限機構５０とを有している。また、第二アーム２０は、第五軸受２２ｂの内部に検出部７０を有している。
図３に示すように、第四軸受２２ａには、貫通孔２３ａが設けられている。貫通孔２３ａは、Ｚ方向に第四軸受２２ａを貫通する。第五軸受２２ｂには、貫通孔２３ｂが設けられている。貫通孔２３ｂは、Ｚ方向に第五軸受２２ｂを貫通する。被駆動軸２４には、貫通孔２３ｃが設けられている。貫通孔２３ｃは、被駆動軸２４をＺ方向に貫通する。
【００２８】
貫通孔２３ａ、貫通孔２３ｂ及び貫通孔２３ｃは、例えば互いに等しい径を有する円形に形成されており、それぞれＺ方向視において重なる位置に配置されている。なお、貫通孔２３ａ、貫通孔２３ｂ及び貫通孔２３ｃのうち少なくとも一つの径やＺ方向視での形状が他と異なる構成であっても構わない。
【００２９】
被駆動軸２４は、回転機構４０の回転力が伝達されることによって、第一アーム１０を基準にして回転する回転軸である。被駆動軸２４は、第四軸受２２ａの＋Ｚ側に当該第四軸受２２ａと一体的に設けられている。被駆動軸２４は、例えば円筒状に形成されており、軸線方向がＺ方向に平行になるように配置されている。被駆動軸２４の外周面２４ａは、ほぼ一周に亘って摩擦係数が均一になるように形成されている。本実施形態では、被駆動軸２４の径は、拡径部４４の径と同一となるように形成されている。また、被駆動軸２４は、外周面２４ａの摩擦係数が拡径部４４の外周面４４ａの摩擦係数と同一になるように形成されている。
【００３０】
トルク制限機構５０は、回転駆動軸４２の周面（例、外周面又は内周面）の少なくとも一部及び被駆動軸２４の周面（例、外周面又は内周面）の少なくとも一部に巻きつけられる伝達部５１を備える。トルク制限機構５０は、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４と伝達部５１との接触状態を変化させることによって、回転駆動軸４２から被駆動軸２４に伝達する回転力の上限値（許容値）を可変にして、回転駆動軸４２から被駆動軸２４に回転力を伝達する。ここで、上限値は、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とに相対的な変位を生じさせる許容値を含む。
【００３１】
検出部７０は、第五軸受２２ｂの内部に備えられ、第五軸受２２ｂを貫通する回転駆動軸４２の回転速度を検出する。この検出部７０は、例えば光学式や磁気式のエンコーダのような回転速度検出器を備えている。検出部７０によって回転速度を検出する構成については後述する。
【００３２】
次に、第一アーム１０と第二アーム２０とを連結する連結部３０の構成について説明する。
図４は、連結部３０の断面図である。
連結部３０において、第一アーム１０と第二アーム２０とは、第一軸受１２ａと第二軸受１２ｂとの間に、第四軸受２２ａと第五軸受２２ｂとが配置された状態で連結される。この場合、同図中の＋Ｚ方向へ向けて、第一軸受１２ａ、第四軸受２２ａ、第五軸受２２ｂ、第二軸受１２ｂ及び第三軸受１２ｃの順に配置される。また、第一軸受１２ａの貫通孔２３ａ、第四軸受２２ａの貫通孔２３ａ、第五軸受２２ｂの貫通孔２３ｂ、第二軸受１２ｂの貫通孔１３ｂ及び第三軸受１２ｃの貫通孔１３ｃは、Ｚ方向に一列に並んで配置される。
【００３３】
回転駆動軸４２の貫通部４３ａ及び貫通部４３ｂは、上記の各貫通孔を貫通して設けられることで、軸受部１２及び軸受部２２において第一アーム１０と第二アーム２０とを連結している。また、貫通部４３ａ及び貫通部４３ｂは、第一軸受１２ａ、第四軸受２２ａ、第五軸受２２ｂ、第二軸受１２ｂ及び第三軸受１２ｃによって、Ｚ軸周りに軸受部１２及び軸受部２２とは独立して回転するように支持されている。
【００３４】
次に、図４を用いて、回転駆動源４１によって発生される回転力が被駆動軸２４に伝達される回転力の伝達経路の一例を説明する。
まず、回転駆動源４１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軸４１ａを回転させる。この回転軸４１ａの回転力は、カップリング４５を介して、回転駆動軸４２に伝達される（図４のＴｑ１）。次に、この回転駆動軸４２の回転力は、回転駆動軸４２の拡径部４４と、後述するトルク制限機構５０が備える伝達部５１のベルト部５３との摩擦力によって、ベルト部５３に伝達される（図４のＴｑ２）。次に、ベルト部５３の回転力は、ベルト部５３と、被駆動軸２４との摩擦力によって、被駆動軸２４に伝達される（図４のＴｑ３）。このようにして、回転駆動源４１が発生させた回転力は、被駆動軸２４に伝達される。上述したように、回転駆動源４１は、第一アーム１０の第三軸受１２ｃに固定されており、被駆動軸２４は、第二アーム２０の第四軸受２２ａに固定されている。この回転力によって、第二アーム２０は、第一アーム１０を基準にして回転される。
【００３５】
次に、検出部７０と反射部７１との構成について説明する。
図５は検出部７０の構成を模式的に示す図である。
図５（ａ）に示すように、検出部７０は、発光部７３（発光部７３ａ及び発光部７３ｂ）と受光部７４（受光部７４ａ及び受光部７４ｂ）とを有している。
発光部７３は、発光させた光（照明光）を反射部７１に照射する。
受光部７４は、発光部７３から照射された光が、図５（ｂ）に示す回転駆動軸４２の反射部７１によって反射された反射光を受光する。
検出部７０は、反射部７１の溝（パターン）７２によって変化する反射光の光量変化の周期に基づいて、回転駆動軸４２の回転速度及び回転方向、つまり、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との相対的な回転速度及び回転方向を検出する。
【００３６】
次に、制御部ＣＯＮＴの構成について説明する。
図６は、制御部ＣＯＮＴの構成の一例を示すブロック図である。
制御部ＣＯＮＴは、図６に示すように判定部８２と、記憶部８３と、合成部８５と、出力部８６と、演算部８７とを有する。
【００３７】
演算部８７は、回転駆動源４１の回転速度と、トルク制限機構５０に発生させる所定の摩擦力を示す情報とを上位装置ＨＯＳＴから取得する。また、演算部８７は、上位装置ＨＯＳＴから取得した回転駆動源４１の回転速度に応じて回転駆動源４１の回転速度を制御する制御電圧を生成し、生成した制御電圧を回転駆動源４１に出力する。また、演算部８７は、上位装置ＨＯＳＴから取得した所定の摩擦力を示す情報に基づいて、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６を駆動する駆動電圧の電圧値を算出し、算出した電圧値を合成部８５に出力する。
【００３８】
判定部８２は、検出部７０によって検出された回転駆動軸４２の回転速度を、検出部７０から取得する。ここで、検出された回転駆動軸４２の回転速度には、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との相対的な回転方向と、回転の速さとが含まれる。また、判定部８２は、取得した回転駆動軸４２の回転速度と、所定のしきい値とを比較した結果に基づいて、すべりが発生している状態であるか否かを判定する。
【００３９】
ここで、すべりが発生している状態とは、回転駆動軸４２の回転速度と、被駆動軸２４の回転速度とが異なっている状態である。すべりは、例えば、回転駆動軸４２から被駆動軸２４に伝達すべき回転力に対して、ベルト部５３と、回転駆動軸４２との間の摩擦力が不足することによって発生する。この摩擦力の不足量が大きくなれば、すべりが大きくなり、回転駆動軸４２の回転速度と、被駆動軸２４の回転速度との差も大きくなる。これによって、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とに相対的な変位（すべり）が生じる。ここで、本実施形態の検出部７０は、被駆動軸２４と共に回転する第五軸受２２ｂの内部に備えられている。このようにして、検出部７０は、被駆動軸２４に対する回転駆動軸４２の回転速度を検出する。つまり、検出部７０は、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間の相対的な回転速度を検出する。したがって、例えば、所定のしきい値を０［ｒａｄ／ｓ］にする場合、検出部７０によって検出された回転駆動軸４２の回転速度が、０［ｒａｄ／ｓ］である状態は、すべりが発生していない状態である。一方、検出部７０によって検出された回転駆動軸４２の回転速度が、０［ｒａｄ／ｓ］以外である状態は、すべりが発生している状態である。また、検出部７０によって検出された回転駆動軸４２の回転速度が大きくなるほど、すべりの量が大きくなっていることを示している。また、検出された回転駆動軸４２の回転速度の正負によって、すべりが発生している回転方向を判定することができる。
【００４０】
記憶部８３には、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６を駆動する駆動電圧のパターンとして駆動パターンが、回転駆動軸４２の回転速度に関連付けられて予め記憶されている。駆動パターンについては、動作の説明において後述する。
【００４１】
合成部８５は、判定部８２の判定結果に基づいて、記憶部８３に予め記憶されている複数の駆動パターンから、取得された回転駆動軸４２の回転速度に関連付けられた駆動パターンを読み出す。また、合成部８５は、読み出した駆動パターンに基づいて、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６を駆動する駆動電圧の電圧値を設定する。また、合成部８５は、設定した電圧値と、演算部８７によって算出された電圧値とを合成して、合成した電圧値を出力部８６に出力する。
【００４２】
出力部８６は、駆動部５２が有する第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６に接続され、入力された電圧値を駆動電圧として第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６に出力する。
【００４３】
次に、トルク制限機構５０が、回転駆動軸４２から被駆動軸２４に伝達する回転力の上限値を可変にする構成について説明する。
図７は、トルク制限機構５０の構成を示す断面図である。
トルク制限機構５０は、制御部ＣＯＮＴ、伝達部５１及び駆動部５２を備えている。
伝達部５１は、回転駆動軸４２の周面と被駆動軸２４の周面とのうち少なくとも一方に掛けられて、回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達する。例えば、伝達部５１は、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とのうち少なくとも一方の回転軸の周面（例、外周面や内周面）の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、該回転軸の軸方向（例えばＺ方向）とは異なる方向（例、該回転軸の径方向など）に力（例、張力や押圧力など）が加えられた状態で該回転軸に接触することによって回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達する。制御部ＣＯＮＴは、伝達部５１と回転駆動軸４２及び被駆動軸２４との間の接触状態を調整する。
【００４４】
伝達部５１は、ベルト部５３を有しており、回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達する。ベルト部５３は、例えばステンレスなどの金属を用いて帯状に形成されている。ベルト部５３は、回転駆動軸４２の拡径部４４と被駆動軸２４との間に跨って掛けられている。例えば、ベルト部５３は、拡径部４４の外周面４４ａと、被駆動軸２４の外周面２４ａとに、それぞれ短手方向に半分ずつ均等に掛けられた状態となっている。ベルト部５３は、拡径部４４の外周面４４ａ及び被駆動軸２４の外周面２４ａに沿って湾曲された状態となっている。したがって、ベルト部５３は、拡径部４４の周面（例、外周面４４ａ又は内周面）及び被駆動軸２４の周面（例、外周面２４ａ又は内周面）に沿って曲げることが可能な可撓性を有する。このように、例えば、本実施形態におけるトルク制限機構５０は、回転機構４０によって回転駆動軸４２に生じる回転力をベルト部５３を介して被駆動軸２４に伝達する手段を有している。なお、ベルト部５３は、回転駆動軸４２（拡径部４４）及び被駆動軸２４のそれぞれに対して、少なくとも一部ずつが掛けられた状態であればよい。また、例えば、ベルト部５３は、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とのうち少なくとも一方の回転軸の曲面状周面の少なくとも一部に沿って巻き付いた状態であればよい。
【００４５】
ベルト部５３は、両端部（第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂ）がＺ方向と直交する方向へ伸びるように折り曲げられている。ベルト部５３の折り曲げ部分（端部）である第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂは、拡径部４４及び被駆動軸２４の周方向の基準位置Ｆ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、ベルト部５３の形状は、例えば、帯状又は線状などである。
【００４６】
拡径部４４と被駆動軸２４とは同一の径を有しているため、拡径部４４の外周面４４ａと被駆動軸２４の外周面２４ａとの間では段差が発生することが無い。このため、伝達部５１と拡径部４４との間、及び、伝達部５１と被駆動軸２４との間には、ほぼ同一の張力及び摩擦力が発生することになる。
【００４７】
駆動部５２は、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６を有しており、所定の摩擦力を生じさせる拡径部４４及び被駆動軸２４に対する伝達部５１の接触状態によって、伝達部５１を張力Ｔ１及び張力Ｔ２の方向に移動させる。
第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６は、ベルト部５３と外周面４４ａ及び２４ａとの間の接触状態を調整する。第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６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、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６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。
【００４８】
第一駆動素子５４は、伸縮方向の一方の端部がベルト部５３の第一端部５３ａに接続されている。また、第一駆動素子５４の他方の端部は、第二アーム２０の端面２１ａから突出した支持部２１ｂに固定されている。したがって、第一駆動素子５４は、第一端部５３ａと支持部２１ｂとで挟まれた構成となっている。第一駆動素子５４のうち第一端部５３ａとの接続部分には、フレクシャ機構５４ａが形成されている。
【００４９】
第二駆動素子５６は、伸縮方向の一方の端部がベルト部５３の第二端部５３ｂに接続されている。また、第二駆動素子５６の他方の端部は、第二アーム２０の端面２１ａから突出した支持部２１ｃに固定されている。したがって、第二駆動素子５６は、第二端部５３ｂと支持部２１ｃとで挟まれた構成となっている。第二駆動素子５６のうち第二端部５３ｂとの接続部分には、フレクシャ機構５６ａが形成されている。
【００５０】
上述したように、制御部ＣＯＮＴは第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６に接続されており、当該第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６に対して駆動電圧を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６に印加する駆動電圧の電圧値を変化させることにより、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６の伸縮量を調整する。
【００５１】
例えば、第一駆動素子５４が伸びると、ベルト部５３の第一端部５３ａが第二端部５３ｂに近づく方向に移動する。また、第二駆動素子５６が伸びると、ベルト部５３の第二端部５３ｂが第一端部５３ａに近づく方向に移動する。このため、ベルト部５３が回転駆動軸４２の拡径部４４及び被駆動軸２４に巻きつき、当該ベルト部５３に張力が加わる。第一駆動素子５４が縮むと、第一端部５３ａが第二端部５３ｂから離れる方向に移動する。また、第二駆動素子５６が縮むと、第二端部５３ｂが第一端部５３ａから離れる方向に移動する。このため、ベルト部５３が拡径部４４及び被駆動軸２４から離れて、ベルト部５３が弛緩する。このように、例えば、ベルト部５３は、駆動素子５４の駆動（例、伸縮）によって回転駆動軸４２の径方向及び被駆動軸２４の径方向に力が加えられる。これによって、ベルト部５３と拡径部４４との間、及びベルト部５３と被駆動軸２４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５４を縮ませることによって、ベルト部５３が拡径部４４及び被駆動軸２４に巻きついて、当該ベルト部５３に張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５４が伸びることによって、ベルト部５３が拡径部４４及び被駆動軸２４から離れて弛緩する構成にしてもよい。
【００５２】
次に、本実施形態に係るトルク制限機構５０において、回転駆動軸４２から被駆動軸２４へ回転力を伝達し、当該被駆動軸２４に回転力を作用させる原理を説明する。被駆動軸２４を駆動させる際には、拡径部４４及び被駆動軸２４に巻き付いたベルト部５３に有効張力を生じさせ、当該有効張力によって拡径部４４と被駆動軸２４とを連結する。拡径部４４と被駆動軸２４とがベルト部５３によって連結されることで、回転駆動軸４２から被駆動軸２４へと回転力が伝達可能となる。
【００５３】
オイラーの摩擦ベルト理論により、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４に巻き付いたベルト部５３の第一端部５３ａ側の張力（Ｔ１）及び第二端部５３ｂ側の張力（Ｔ２）が下記（式１）を満たすとき、ベルト部５３と拡径部４４との間、ベルト部５３と被駆動軸２４との間で、それぞれ摩擦力が生じ、ベルト部５３が拡径部４４の外周面４４ａ及び被駆動軸２４の外周面２４ａ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、ベルト部５３が短手方向に等しい寸法ずつ拡径部４４及び被駆動軸２４に掛けられているため、生じる摩擦力の大きさは、ベルト部５３と外周面４４ａとの間、及び、ベルト部５３と外周面２４ａとの間で、ほぼ等しくなる。
【００５４】
ベルト部５３は、外周面４４ａ及び外周面２４ａ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４２及び被駆動軸２４と共に移動する。この移動により、回転駆動軸４２から被駆動軸２４に回転力が伝達される。ただし、（式１）において、μはベルト部５３と外周面４４ａ及び外周面２４ａとの間の見かけ上の摩擦係数であり、θはベルト部５３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、図７に示すように、拡径部４４の外周面４４ａ及び被駆動軸２４の外周面２４ａのうちベルト部５３に対して接触状態となりうる部分の範囲である。
【００５５】
【数１】
2013076432.tif 000003
【００５６】
このとき、回転力の伝達に寄与する有効張力は、（Ｔ１−Ｔ２）によって表される。上記（式１）に基づいて有効張力（Ｔ１−Ｔ２）を求めると、（式２）のようになる。（式２）は、第二駆動素子５６を駆動せずに、第一駆動素子５４のみを駆動した場合に、張力Ｔ１を用いて有効張力を表す式である。
【００５７】
【数２】
2013076432.tif 000004
【００５８】
上記（式２）より、回転駆動軸４２から被駆動軸２４に伝達される回転力は、例えば第一駆動素子５４の伸縮によってベルト部５３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、ベルト部５３と拡径部４４及び被駆動軸２４との間における摩擦係数μ、及び、ベルト部５３の有効巻き付き角θにそれぞれ依存する。
【００５９】
図８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８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。
【００６０】
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、第一駆動素子５４による張力Ｔ１の８０％以上の力が被駆動軸２４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８のグラフから、例えばベルト部５３と、拡径部４４及び被駆動軸２４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４２から被駆動軸２４に伝達される回転力の上限値の大きさは第一駆動素子５４による張力Ｔ１によって一意に決定されることになる。
【００６１】
上記の摩擦係数μには、静止摩擦係数μｓと、動摩擦係数μＤとが含まれる。ベルト部５３と、拡径部４４及び被駆動軸２４との間がすべりなく回転力が伝達されている場合には、上記（式１）及び（式２）において、摩擦係数μとして静止摩擦係数μｓが用いられる。一方、ベルト部５３と、拡径部４４及び被駆動軸２４との間にすべりが発生しながら回転力が伝達されている場合には、上記（式１）及び（式２）において、摩擦係数μとして動摩擦係数μＤが用いられる。一般的に動摩擦係数μＤは静止摩擦係数μｓよりも小さな値となることが知られている。つまり、第一駆動素子５４による張力Ｔ１を一定にしたとき、摩擦力によって伝達される回転力は、すべりが発生していない場合よりも、すべりが発生している場合のほうが小さい。
【００６２】
次に、ロボット装置１００の動作の一例について図９から図１１を用いて説明する。
図９及び図１０は、第一アーム１０と第二アーム２０とを連結部３０において連結した状態の断面を示す図である。ここで、ロボット装置１００は、図９に示す第二アーム２０の位置から、図１０に示す第二アーム２０の位置に、第二アーム２０を移動させるものとする。以下、図１１に示すフローチャートを参照して、ロボット装置１００が備える制御部ＣＯＮＴの動作を説明する。
【００６３】
図１１は、制御部ＣＯＮＴの動作を示すフローチャートである。
制御部ＣＯＮＴは、上述したように、トルク制限機構５０に発生させる所定の摩擦力を示す情報と、回転駆動源４１を回転させる回転速度の情報とを、上位装置ＨＯＳＴから取得する。
まず、演算部８７は、上位装置ＨＯＳＴから、トルク制限機構５０に発生させる所定の摩擦力を示す情報を取得する（ステップＳ１１０）。
次に、演算部８７は、上位装置ＨＯＳＴから、回転駆動源４１を回転させる回転速度の情報を取得する（ステップＳ１２０）。
【００６４】
次に、演算部８７は、取得した摩擦力を示す情報に基づいて、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６を駆動する駆動電圧の電圧値を算出する（ステップＳ１３０）。
次に、演算部８７は、取得した回転速度の情報に基づいて、回転駆動源４１の回転速度を制御する制御電圧を算出する（ステップＳ１４０）。
【００６５】
次に、制御部ＣＯＮＴは、後述する手順によってすべり検出を行う（ステップＳ１５０）。ここで、制御部ＣＯＮＴは、ステップＳ１５０においてすべりが検出された場合（ステップＳ１６０−Ｙ）には、ステップＳ１７０に処理を進めて、後述する減速動作に必要となる駆動電圧の算出を行う。一方、制御部ＣＯＮＴは、ステップＳ１５０において、すべりが検出されなかった場合（ステップＳ１６０−Ｎ）には、ステップＳ１８０に処理を進める。
【００６６】
次に、合成部８５は、ステップＳ１３０において算出された駆動電圧と、ステップＳ１７０の減速制御によって算出された駆動電圧とを合成する（ステップＳ１８０）。
次に、出力部８６は、ステップＳ１８０において合成された駆動電圧を、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６に出力する（ステップＳ１９０）。
さらに、演算部８７は、ステップＳ１４０において算出された回転駆動源４１の回転速度を制御する制御電圧を、回転駆動源４１に出力する（ステップＳ２００）。
このようにして、制御部ＣＯＮＴは、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６を駆動して、拡径部４４及び被駆動軸２４と伝達部５１との間に所定の摩擦力を発生させて、伝達する回転力の上限値を所定の値に設定する。そして、制御部ＣＯＮＴは、回転駆動源４１を回転させて、第二アーム２０の位置を図９に示す状態から、図１０に示す状態に変化させる。
【００６７】
ここで、第一アーム１０と第二アーム２０とがなす角度や第二アーム２０の移動速度などが変化することにより、トルク制限機構５０に加わるモーメントは、変化する。この変化に対応するため、上位装置ＨＯＳＴは、第二アーム２０の位置や移動速度に応じて、トルク制限機構５０が伝達する回転力の上限値を変化させる。例えば、上位装置ＨＯＳＴは、トルク制限機構５０に加わるモーメントに応じて、拡径部４４及び被駆動軸２４と伝達部５１との間の摩擦力を変化させて、トルク制限機構５０が伝達する回転力の上限値を変化させる。このように、制御部ＣＯＮＴは、上述した手順を繰りかえし行うことによって、上位装置ＨＯＳＴから供給される第二アーム２０の移動に伴って変化する所定の摩擦力を示す情報に応じて、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６を駆動する。
【００６８】
次に、図１２から図１４を用いて、制御部ＣＯＮＴによるすべりの判定について説明する。
図１２は、第二アーム２０の衝突後に、トルク制限機構５０にすべりが発生している状態を示す図である。なお、図１２においては、被駆動軸２４の記載を省略している。
ここで、第二アーム２０の状態は、上述した図１０を用いて説明した状態から、図１２に示すように、例えば、第二アーム２０と障害物（物体）ＯＢＳとが衝突して、第二アーム２０を回転させることができない状態に変化したとする。このとき、回転駆動軸４２から被駆動軸２４に伝達すべき回転力に対して、ベルト部５３と、拡径部４４及び被駆動軸２４との間の摩擦力は、不足した状態になったとする。これにより、被駆動軸２４の回転速度と、回転駆動軸４２の回転速度とに差が生じて、すべり（相対的な変位）が発生している状態になる。図１２に示す状態において、検出部７０は、回転駆動軸４２が同図に示すＺ軸周りのＲ方向に回転していることを検出する。以下、図１３を用いて制御部ＣＯＮＴがすべりの有無を判定する手順を説明する。
【００６９】
図１３は、制御部ＣＯＮＴがすべりの有無を判定する手順の一例を示すフローチャートである。
まず、判定部８２は、検出部７０によって検出された被駆動軸２４に対する回転駆動軸４２の相対的な回転速度を、検出部７０から取得する（ステップＳ１５１）。上述したように、この回転駆動軸４２の回転速度は、すべりの量とすべりの方向とを示している。
次に、判定部８２は、ステップＳ１５１において取得した回転駆動軸４２の回転速度と、所定のしきい値とを比較して、回転駆動軸４２の回転速度が所定のしきい値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１５２）。本実施形態において所定のしきい値は、例えば０［ｒａｄ／ｓ］が予め定められている。したがって、すべりが発生していない状態の場合、被駆動軸２４に対する回転駆動軸４２の回転速度は、０［ｒａｄ／ｓ］である。判定部８２は、回転駆動軸４２の回転速度が、所定のしきい値を超えていない場合には、すべりが発生していない状態（すべり無し）と判定し、すべり判定処理を終了する（ステップＳ１５２−Ｎ）。一方、判定部８２は、回転駆動軸４２の回転速度が、所定のしきい値を超えている場合には、すべりが発生している状態（すべり有り）と判定してすべり判定処理を終了する（ステップＳ１５２−Ｙ）。このようにして、制御部ＣＯＮＴは、すべりの有無を判定する。
【００７０】
次に、制御部ＣＯＮＴがすべりの有無を判定した後に行う減速動作及び復帰動作の駆動電圧の算出手順について説明する。
図１４は、減速動作及び復帰動作の駆動電圧を算出する手順の一例を示すフローチャートである。ここで、減速動作とは、検出された相対的な回転速度に応じた移動速度で伝達部５１の少なくとも一部を回転軸の移動方向（例、回転方向や回転軸の周方向など）に移動させること及び所定の摩擦力を生じさせる接触状態によって伝達部５１の少なくとも一部を移動させることにより、所定のしきい値以下に回転速度を減速させる動作を含む。また、減速動作とは、検出部７０によって検出された相対的な回転速度に応じた移動速度及び所定の摩擦力を生じさせる接触状態によって伝達部５１を移動させることにより、所定のしきい値以下に回転速度を減速させる動作を含む。例えば、減速動作は、制御部ＣＯＮＴが、すべりの量を減少させる動作を含む。また、例えば、減速動作は、回転力が伝達される摩擦力を生じさせる接触状態において、回転軸（回転駆動軸４２又は被駆動軸２４）の移動方向とは反対の方向に伝達部５１の少なくとも一部を検出部７０によって検出された相対的な回転速度に同期させた移動速度で移動させることを含む。また、復帰動作とは、検出部７０によって検出された相対的な回転速度によって示される移動方向（例、回転方向）と逆向きの方向に、伝達部５１を移動させる動作を含む。例えば、復帰動作は、制御部ＣＯＮＴが、伝達部５１を減速動作の開始位置に復帰させる動作である。
【００７１】
まず、合成部８５は、記憶部８３に予め記憶されている複数の駆動パターンのうちから、ステップＳ１５１において取得した回転駆動軸４２の回転速度に関連付けられた駆動パターンを読み出す（ステップＳ１７１）。ステップＳ１７１において記憶部８３から読み出された駆動パターンの一例を図１５に示す。
図１５は、減速動作及び復帰動作の駆動パターンの一例を示すグラフである。
記憶部８３に予め記憶されている駆動パターンには、例えば図１５に示すように、時刻ＴＭ０から時刻ＴＭ３において、第一駆動素子５４を駆動する駆動電圧の電圧波形Ｗ１１〜Ｗ１３と、第二駆動素子５６を駆動する駆動電圧の電圧波形Ｗ２１〜Ｗ２３とが含まれている。図１５に示す時刻ＴＭ０から時刻ＴＭ１は、減速動作を行う期間である。また、図１５に示す時刻ＴＭ１から時刻ＴＭ３は、復帰動作を行う期間である。
次に、合成部８５は、ステップＳ１７１において読み出した駆動パターンに基づいて、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６を駆動する電圧値を算出する（ステップＳ１７２）。
さらに、合成部８５は、上述した図１１に示すステップＳ１８０において、演算部８７から出力された電圧値と、ステップＳ１７２において算出した電圧値を合成する。
【００７２】
図１６Ａ〜図１６Ｆの各図は、駆動部５２が行う減速動作及び復帰動作を示す図である。なお、図１６Ａ〜図１６Ｆにおいては、被駆動軸２４の記載を省略している。
図１５に示す時刻ＴＭ０から時刻ＴＭ１において、演算部８７から出力された第一駆動素子５４を駆動して所定の摩擦力を発生させる電圧値に、電圧波形Ｗ１１に基づいて算出された電圧値が合成される。同様に、時刻ＴＭ０から時刻ＴＭ１において、演算部８７から出力された第二駆動素子５６を駆動して所定の摩擦力を発生させる電圧値に、電圧波形Ｗ２１に基づいて算出された電圧値が合成される。このようにして、制御部ＣＯＮＴは、時刻ＴＭ０から時刻ＴＭ１において、図１６Ａに示すように、第一端部５３ａと第二端部５３ｂとの間隔を一定に保ちつつ、第一駆動素子５４を伸びる方向に駆動し、第二駆動素子５６を縮む方向に駆動する。
ここで、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６が駆動される方向と、時刻ＴＭ０から時刻ＴＭ１までの所要時間とは、上記ステップＳ１０１において取得した回転駆動軸４２の回転速度に応じて設定される。例えば、図１６Ａに示すように、制御部ＣＯＮＴは、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６を、拡径部４４の回転方向Ｒ１と、ベルト部５３の移動方向（回転方向）Ｒ２とが同じ方向になるように駆動する。また、例えば、制御部ＣＯＮＴは、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６を、拡径部４４の回転速度と、ベルト部５３の移動速度（回転速度）とが一致するように駆動する。例えば、制御部ＣＯＮＴは、ベルト部５３と接触状態になっている回転軸（例、回転駆動軸４２）に対するベルト部５３の相対的な移動速度がゼロになるように、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６を駆動する。
【００７３】
また、記憶部８３に予め記憶されている駆動パターンは、ベルト部５３を移動させる時間の経過に伴いベルト部５３の移動速度を低下させるように設定されている。図１６Ｂ〜図１６Ｄは、時間の経過に伴いベルト部５３の移動速度を低下させる状態を示している。まず、制御部ＣＯＮＴは、図１６Ｂに示すように拡径部４４の回転速度ＳＰ１１に応じた、移動速度ＳＰ２１によって、ベルト部５３を移動させる。次に、制御部ＣＯＮＴは、図１６Ｃに示すように、移動速度ＳＰ２１よりも速度を低下させた移動速度ＳＰ２２によって、ベルト部５３を移動させる。そして、制御部ＣＯＮＴは、図１６Ｄに示すように、移動速度ＳＰ２２よりも速度を低下させた移動速度ＳＰ２３によって、ベルト部５３を移動させる。このように、ベルト部５３の回転速度は、ＴＭ０からＴＭ１の期間において時間の経過とともに低下する。これにより、制御部ＣＯＮＴは、拡径部４４の回転速度を、ＴＭ０からＴＭ１の期間において回転速度ＳＰ１１から回転速度ＳＰ１３に低下させることができる。なお、例えば、制御部ＣＯＮＴは、上記の図１６Ｃ及び図１６Ｄにおいて、拡径部４４の回転方向と反対の方向にベルト部５３を移動速度ＳＰ２２と同じ速度などで移動させることによって、拡径部４４の回転速度を低下させるようにしてもよい。
【００７４】
次に、復帰動作について説明する。時刻ＴＭ１から時刻ＴＭ２において、演算部８７から出力された第一駆動素子５４を駆動して所定の摩擦力を発生させる電圧値に、電圧波形Ｗ１２に基づいて算出された電圧値が合成される。同様に、時刻ＴＭ１から時刻ＴＭ２において、演算部８７から出力された第二駆動素子５６を駆動して所定の摩擦力を発生させる電圧値に、電圧波形Ｗ２２に基づいて算出された電圧値が合成される。これにより、図１６Ｅに示すように、第一駆動素子５４は縮む方向に駆動される。
次に、時刻ＴＭ２から時刻ＴＭ３において、演算部８７から出力された第一駆動素子５４を駆動して所定の摩擦力を発生させる電圧値に、電圧波形Ｗ１３に基づいて算出された電圧値が合成される。同様に、時刻ＴＭ２から時刻ＴＭ３において、演算部８７から出力された第二駆動素子５６を駆動して所定の摩擦力を発生させる電圧値に、電圧波形Ｗ２３に基づいて算出された電圧値が合成される。これにより、図１６Ｆに示すように、第二駆動素子５６は伸びる方向に駆動される。
このようにして、制御部ＣＯＮＴは、電圧波形Ｗ１１〜Ｗ１３と、電圧波形Ｗ２１〜Ｗ２３とに基づいて算出された電圧値を、繰り返し第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６に出力することによって、伝達部５１を移動させて伝達部５１を介して一連の減速動作などを行わせる。
【００７５】
このように、制御部ＣＯＮＴは、時刻ＴＭ０から時刻ＴＭ１の期間において、ベルト部５３の回転速度と、拡径部４４の回転速度とを一致（又は同期）させて第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６を駆動することによって、ベルト部５３と拡径部４４とを静止摩擦の状態によって接触している接触状態にすることができる。
【００７６】
ここで、例えば、第二アーム２０によって負荷Ｌを引き上げる場合に、第二アーム２０が障害物ＯＢＳに衝突した状況について説明する。
図１７は、第二アーム２０が被駆動軸２４を中心にして、同図中のＺ軸周りのＲＴ方向に回転して、負荷Ｌを重力に抗して引き上げている状態を示している。つまり、同図においては、−Ｙ方向に重力加速度ｇが生じている。また、ベルト部５３と外周面４４ａ及び外周面２４ａとの間には所定の摩擦力が発生しており、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とがすべり無く回転しているものとする。ここで、図１８に示すように第二アーム２０が障害物ＯＢＳに衝突した場合を考える。
図１８は、第二アーム２０が障害物ＯＢＳに触れた状態を示している。
この障害物ＯＢＳによって、第二アーム２０は回転動作が妨げられ、ベルト部５３と外周面４４ａ及び外周面２４ａとの間は、すべりが発生した状態になる。このとき、同図の状態においては、ベルト部５３と外周面４４ａ及び外周面２４ａとの間に生じる摩擦力が、静止摩擦係数μｓよりも小さい値である動摩擦係数μＤによって発生する摩擦力に変化する。したがって、ベルト部５３と外周面４４ａ及び外周面２４ａとの間の摩擦力は、すべりが生じていない接触状態の場合に比べて減少する。
【００７７】
このとき、制御部ＣＯＮＴは、検出部７０によって検出された回転駆動軸４２と被駆動軸２４との相対的な回転速度に応じた移動速度及び所定の摩擦力を生じさせる接触状態によって伝達部５１のベルト部５３を移動させる。上述したように、この所定の摩擦力は、静止摩擦係数μｓによって発生する摩擦力である。したがって、この所定の摩擦力は、動摩擦係数μＤによって発生する摩擦力よりも大きくなり、ベルト部５３と外周面４４ａ及び外周面２４ａとの回転駆動軸４２と被駆動軸２４との相対的な回転速度が低下する。こうした減速動作により、制御部ＣＯＮＴは、すべりを低減することができる。
【００７８】
一方、仮に、制御部ＣＯＮＴによってベルト部５３を移動させない場合には、ベルト部５３と外周面４４ａ及び外周面２４ａとの間に生じる摩擦力は、静止摩擦係数μｓよりも小さい値である動摩擦係数μＤによって発生する摩擦力となる。このとき、第二アーム２０は、図１９に示すように、重力加速度の方向、つまり同図のＺ軸周りのＳ方向に回転して、負荷Ｌは−Ｙ方向に落下することになる。
図１９は制御部ＣＯＮＴが減速動作をしない場合の第二アーム２０の動作を示している。
【００７９】
ここで、制御部ＣＯＮＴは、上述した減速動作ではなく、例えばベルト部５３の張力Ｔをより大きくする制御を行ったとする。この場合においても、第二アーム２０が重力によって受ける力のモーメントよりも、トルク制限機構５０が発生させる摩擦力によるモーメントが大きくなれば、すべりが低減され、第二アーム２０は、−Ｙ方向に落下しなくなる。ところが、ベルト部５３と外周面４４ａとの間は、すべりが生じている接触状態から、すべりが生じていない接触状態に変化する。つまり、トルク制限機構５０が発生させる摩擦力は、動摩擦係数μＤによって発生する摩擦力から、静止摩擦係数μｓによって発生する摩擦力に変化する。上述したとおり、静止摩擦係数μｓは、動摩擦係数μＤよりも大きな値であるため、ベルト部５３の張力Ｔが同一であれば、すべりが生じていない接触状態によって、トルク制限機構５０が発生させる摩擦力は、すべりが生じている接触状態よりも大きくなる。このように、ベルト部５３の張力Ｔをより大きくする制御を行うと、すべりが生じなくなったときに、トルク制限機構５０が発生させる摩擦力が急激に変化することになる。
【００８０】
ここで、衝突による第二アーム２０などの破損を低減させる観点からは、例えば、第二アーム２０が障害物ＯＢＳに接触した場合に、第二アーム２０が障害物ＯＢＳに与える力は、できる限り小さいことが望ましい。つまり、この場合、トルク制限機構５０が発生させる摩擦力は、必要最小限であることが望ましい。したがって、上位装置ＨＯＳＴ及び制御部ＣＯＮＴは、トルク制限機構５０が発生させる摩擦力を精密に制御することが要求される。
しかしながら、上述のように、制御部ＣＯＮＴが減速動作をせずに、トルク制限機構５０が発生させる摩擦力を制御する場合には、ベルト部５３と外周面４４ａとの間の摩擦係数の変化を検出して、例えば、ベルト部５３の張力Ｔを変化させる必要がある。
一方、制御部ＣＯＮＴが減速動作を行った場合には、静止摩擦係数μｓによって発生する摩擦力を制御すればよく、ベルト部５３と外周面４４ａとの間の摩擦係数の変化を検出する必要がない。つまり、制御部ＣＯＮＴは、減速動作をすることにより、摩擦係数の変化を検出することなく、摩擦力を精度よく制御することができる。
【００８１】
このように、本実施形態のロボット装置１００は、伝達部５１と、駆動部５２と、検出部７０と、制御部ＣＯＮＴとを有するトルク制限機構５０を備えている。ここで、伝達部５１は、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４のうち少なくとも一つの回転軸に対して接触可能に設けられ、上述の回転軸に対して力（例、張力や押圧力）が加えられた状態で接触して生じる摩擦力によって回転力を回転駆動軸４２から被駆動軸２４に伝達する。また、駆動部５２は、伝達部５１に接続され、所定の摩擦力を生じさせる上述の回転軸に対する伝達部５１の接触状態によって、伝達部５１を回転軸の移動方向に移動させる。また、検出部７０は、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との相対的な回転速度を検出する。また、制御部ＣＯＮＴは、駆動部５２を駆動して伝達部５１を移動させるものであり、検出された回転速度に応じた移動速度で伝達部５１の少なくとも一部を回転軸の移動方向に移動させること及び所定の摩擦力を生じさせる接触状態によって伝達部５１の少なくとも一部を移動させることにより、回転速度を減速させる減速動作を駆動部５２に行わせる。
【００８２】
以上のように、本実施形態によれば、制御部ＣＯＮＴが駆動部５２に減速動作を行わせることができるため、制御部ＣＯＮＴは、摩擦力を精度よく制御することができる。したがって、本実施形態のトルク制限機構５０は、アームを精度よく動作させることができる。同様に、本実施形態のトルク制限機構５０を備える駆動装置６０及びロボット装置１００は、アームを精度よく動作させることができる。また、本実施形態によれば、回転駆動源４１の異常などにより回転軸の回転を停止させることができない状態であっても、制御部ＣＯＮＴが駆動部５２に減速動作を行わせることができるため、回転軸の回転を止めることが可能である。
【００８３】
また、本実施形態のロボット装置１００が備えるトルク制限機構５０は、伝達部５１が回転軸（回転駆動軸４２又は被駆動軸２４）に対して静止摩擦の状態によって接触している接触状態によって、減速動作を駆動部５２に行わせる制御部ＣＯＮＴを備えている。
これにより、摩擦係数の変化を検出することなく、上述の回転軸のすべりを低減させることができる。
【００８４】
また、本実施形態のロボット装置１００において、減速動作における摩擦力の大きさは、回転軸（回転駆動軸４２又は被駆動軸２４）と伝達部５１との間の静止摩擦係数に基づいて定められる。
これにより、減速動作によって発生する摩擦力を、予め定めることができるため、摩擦係数を検出することなく、上述の回転軸のすべりを低減させることができる。
【００８５】
また、本実施形態のロボット装置１００において、減速動作における摩擦力の大きさは、回転軸（回転駆動軸４２又は被駆動軸２４）と伝達部５１との間の静止摩擦係数に基づいて定められる摩擦力の大きさに、検出された回転速度に基づいた力の大きさが付加されて定められる。例えば、第二アーム２０が重力加速度の方向に加速される状態によって、すべりが発生している場合に、検出される回転速度は、時間の経過とともに上昇することがある。この場合、制御部ＣＯＮＴは、第二アーム２０に作用する外力の大きさに応じた摩擦力を発生させた減速動作によって、上述の回転軸のすべりを低減する必要がある。本実施形態のロボット装置１００は、減速動作における摩擦力を変化させることができるため、上述の回転軸と伝達部５１との間の静止摩擦係数に基づいて定められた摩擦力に、検出された回転速度に基づいた力の大きさを付加した摩擦力によって、減速動作を行うことができる。
これにより、例えば第二アーム２０が重力加速度の方向に加速される状態によって、すべりが発生しても、第二アーム２０に作用する外力の大きさに応じて摩擦力の大きさを可変にして減速動作を行うことができる。したがって、第二アーム２０に外力が作用して、すべりが増加している場合においても、減速動作によってすべりを低減させることができる。
【００８６】
また、本実施形態のロボット装置１００が備える制御部ＣＯＮＴは、検出された回転速度に対応させた移動速度によって、減速動作を駆動部５２に行わせる。
これにより、例えば第二アーム２０に障害物ＯＢＳが追突の状態によって衝突することにより第二アーム２０が加速される状態によって、すべりが発生しても、すべりの速度に応じて摩擦力の大きさを可変にして減速動作を行うことができる。つまり、本実施形態の制御部ＣＯＮＴは、第二アーム２０に外力が作用している場合においても、減速動作によってすべりを低減させることができる。
【００８７】
また、本実施形態のロボット装置１００が備える制御部ＣＯＮＴは、検出された回転速度よりも遅い移動速度によって、減速動作を駆動部５２に行わせる。例えば、制御部ＣＯＮＴは、検出された回転速度に応じた速度によって伝達部５１を移動させ、その後、伝達部５１と回転軸（回転駆動軸４２又は被駆動軸２４）との間の摩擦力を維持しつつ、徐々に速度を低下させて伝達部５１を移動させることができる。
これによって、減速動作において、静止摩擦状態を維持しつつ、摩擦力を大きくすることができる。したがって、トルク制限機構５０は、すべりを短時間に低減させることができる。
【００８８】
また、本実施形態のロボット装置１００が備える制御部ＣＯＮＴは、減速動作において、張力の方向のうちの、検出された回転速度によって示される回転方向に一致させた方向に、伝達部５１を移動させる。
これによって、制御部ＣＯＮＴは、減速動作において、静止摩擦状態を維持させやすくなるため、動摩擦状態によって摩擦力を制御する場合に比べて、摩擦力の制御性を向上することができる。
【００８９】
また、本実施形態のロボット装置１００が備える制御部ＣＯＮＴは、検出された回転速度が、所定の速度を超えている場合には、減速動作を駆動部５２に行わせ、所定の速度を超えていない場合には、所定の摩擦力を生じさせるとともに、伝達部５１の移動速度を０に保持する保持動作を駆動部５２に行わせる。
これにより、制御部ＣＯＮＴは、すべりを検出した場合にのみ減速動作を行うため、伝達部５１に生じるすべりを少なくすることができる。したがって、制御部ＣＯＮＴは、伝達部５１を移動させることによって生じる伝達部５１の摩耗を低減させることができる。
【００９０】
また、本実施形態のロボット装置１００が備える制御部ＣＯＮＴは、減速動作を駆動部５２に行わせた後に、検出された回転速度が所定の速度を超えている場合には、回転軸（回転駆動軸４２又は被駆動軸２４）に回転力が伝達されない摩擦力の大きさによって、張力の方向のうちの、検出された回転速度によって示される回転方向と逆向きの方向に、伝達部５１を移動させる復帰動作と、減速動作とを、交互に繰り返し駆動部５２に行わせる。
これにより、制御部ＣＯＮＴは、すべりを検出している期間に継続して減速動作を行わせることができるため、すべりの量が大きい場合であっても、すべりを低減させることができる。
【００９１】
また、本実施形態のロボット装置１００が備える駆動部５２は、伝達部５１を移動させる一対の電歪素子として第一駆動素子５４と第二駆動素子５６とを有し、制御部ＣＯＮＴは、電歪素子に電圧を印加することにより駆動部５２を駆動する。
これにより、駆動部５２は、小さな移動距離によって大きな摩擦力を発生させることができるため、駆動部５２を小型化することができる。
【００９２】
また、本実施形態のロボット装置１００が備える駆動部５２は、伝達部５１の張力を変えることによって摩擦力の大きさを変化させる。
これにより、駆動部５２は、伝達部５１として剛性の高い材料を用いることができるため、伝達部５１の耐久性を向上させることができる。
【００９３】
また、本実施形態のロボット装置１００が備える駆動部５２は、伝達部５１の回転駆動軸４２に対する接触角度を変えることによって摩擦力の大きさを変化させる。
これにより、駆動部５２は、伝達部５１として軽量かつ柔軟性の高い材料を用いることができるため、伝達部５１を軽量化することができる。
【００９４】
なお、検出された回転速度が所定の速度以下である場合には、検出部７０によって検出された回転速度によって示される回転方向と逆向きの方向に、所定の摩擦力の大きさと、所定の移動速度とによって、伝達部５１を移動させる準備動作を行ってもよい。つまり、図２０に示すように、すべりが発生していない状態において、減速動作を行う移動方向と逆向きの方向に、予め伝達部５１のベルト部５３を移動させておいてもよい。
図２０は、制御部ＣＯＮＴが行う準備動作を示す図である。
【００９５】
このように、本実施形態のロボット装置１００が備える制御部ＣＯＮＴは、検出された回転速度が所定の速度以下である場合には、検出された回転速度によって示される回転方向と逆向きの方向に、所定の摩擦力の大きさと、所定の移動速度とによって、伝達部５１を移動させる準備動作を駆動部５２に行わせる。
これにより、制御部ＣＯＮＴは、減速動作において伝達部５１が移動する量を大きくさせることができるため、短い時間によってすべりを低減することができる。
【００９６】
なお、準備動作の際にベルト部５３を動作させる方向は、検出部７０によって検出された回転速度に代えて、例えば上位装置ＨＯＳＴから取得した回転駆動源４１の回転方向に基づいて設定してもよい。これにより、例えば検出部７０によって検出された回転速度が０［ｒａｄ／ｓ］であっても、制御部ＣＯＮＴは、すべりが発生する回転方向と逆向きの方向にベルト部５３を予め移動させておくことができる。
【００９７】
［第２の実施形態］
次に、図２１を用いて、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成及び動作については説明を省略する。
図２１は、複数の伝達部５１を有するトルク制限機構５０−１を備えるロボット装置２００を示す図である。
【００９８】
本実施形態のロボット装置２００が備えるトルク制限機構５０−１は、伝達部５１−１と伝達部５１−２とを備えている。また、第一アーム２１０及び第二アーム２２０は、伝達部５１−１に対応する軸受部２１２及び軸受部２２２として、第一軸受１２ａ−１と、第四軸受２２ａ−１とを備えている。また、第一アーム２１０及び第二アーム２２０は、伝達部５１−２に対応する軸受部１２及び軸受部２２として、第一軸受１２ａ−２と、第四軸受２２ａ−２とを備えている。
伝達部５１−１は、回転駆動軸２４２の拡経部４４−１と、第四軸受２２ａ−１の被駆動軸２４−１とに巻きかけられている。伝達部５１−２は、回転駆動軸４２の拡経部４４−２と、第四軸受２２ａ−２の被駆動軸２４−２とに巻きかけられている。
【００９９】
伝達部５１−１は、第一駆動素子５４−１及び第二駆動素子５６−１によって移動される。
伝達部５１−２は、第一駆動素子５４−２及び第二駆動素子５６−２によって移動される。
本実施形態の制御部ＣＯＮＴは、第一駆動素子５４−１と、第一駆動素子５４−２と、第二駆動素子５６−１と、第二駆動素子５６−２とを駆動するタイミングを、それぞれ異なるタイミングにして駆動することができる。
【０１００】
このように、本実施形態のロボット装置２００が備えるトルク制限機構５０は、複数の伝達部５１と、複数の駆動部５２とを備え、制御部ＣＯＮＴは、複数の駆動部５２のうち、少なくとも１つの駆動部５２の減速動作の開始タイミングを、他の駆動部５２の減速動作の開始タイミングと異なるように、減速動作を駆動部５２にそれぞれ行わせる。
これにより、伝達部５１が一つである構成に比べて、伝達部５１が回転軸（回転駆動軸４２又は被駆動軸２４）から離れて移動する時間を、短くすることができるため、トルク制限機構５０は、短い時間によってすべりを低減することができる。
【０１０１】
［第３の実施形態］
次に、図２２Ａ及び図２２Ｂを用いて、本発明の第３の実施形態を説明する。なお、上述した実施形態と同じ構成及び動作については説明を省略する。
図２２Ａに示すように、本実施形態のロボット装置３００は、第一アーム３１０、第二アーム３２０及び制御部ＣＯＮＴを有している。第一アーム３１０と第二アーム３２０とは、連結部３３０によって連結されている。
【０１０２】
連結部３３０には、回転機構３４０及びトルク制限機構３５０を有する駆動装置３６０が設けられている。駆動装置３６０は、連結部３３０を基準として第二アーム３２０を回転させる。制御部ＣＯＮＴは、回転機構３４０及びトルク制限機構３５０の動作を制御する。
【０１０３】
第一アーム３１０は、基部３１１、軸受部３１２を有している。軸受部３１２は、基部３１１の端面３１１ａ上に設けられている。第二アーム３２０は、基部３２１及び軸受部３２２を有している。軸受部３２２は、基部３２１の端面３２１ａ上に設けられている。
【０１０４】
軸受部３１２及び軸受部３２２は、回転機構３４０の回転駆動軸３４２を回転可能に支持する。回転駆動軸３４２は、例えば円柱状若しくは円筒状に形成されている。回転駆動軸３４２は、一方の端部が回転駆動源３４１に接続されており、他方の端部が上記軸受部３１２及び３２２に支持されている。回転駆動軸３４２は、回転駆動源３４１の回転力を受けて円周方向に回転可能となっている。
【０１０５】
図２２Ｂに示すように、トルク制限機構３５０は、伝達部３５１と、第一駆動素子３５４及び第二駆動素子３５６とを有している。伝達部３５１はベルト部３５３を有している。ベルト部３５３は、帯状に形成されており、回転駆動軸３４２の外周面３４２ａに掛けられている。なお、ベルト部３５３は、回転駆動軸３４２（外周面３４２ａ）に対して、少なくとも一部が当接された状態であればよい。本実施形態では、ベルト部３５３が回転駆動軸３４２の回転力を被駆動軸（回転軸）である基部３２１（又は第二アーム３２０）に直接伝達する構成となっている。
【０１０６】
ベルト部３５３は、両端部（第一端部３５３ａ及び第二端部３５３ｂ）が折り曲げられた状態になっている。第一端部３５３ａは、第一駆動素子３５４を介して端面３２１ａに接続されている。第二端部３５３ｂは、第二駆動素子３５６を介して端面３２１ｂに接続されている。
【０１０７】
第一駆動素子３５４及び第二駆動素子３５６に電気信号を供給すると、当該第一駆動素子３５４及び第二駆動素子３５６が膨張するように変形し、当該変形による力が作用する。この力は、ベルト部３５３の第一端部３５３ａと第二端部３５３ｂとを互いに近づける方向に作用する。したがって、第一駆動素子３５４及び第二駆動素子３５６が伸びると、ベルト部３５３の第一端部３５３ａと第二端部３５３ｂとが互いに近づく方向に移動する。この動作により、ベルト部３５３が回転駆動軸３４２に巻きつき、当該ベルト部３５３に張力が加わる。一方、第一駆動素子３５４及び第二駆動素子３５６が縮むと、第一端部３５３ａと第二端部３５３ｂとが互いに離れる方向に移動する。このため、ベルト部３５３が回転駆動軸３４２から離れて弛緩する。
【０１０８】
したがって、トルク制限機構３５０の動作においては、まず、ベルト部３５３が回転駆動軸３４２の外周面３４２ａに掛けられた状態とする。この状態から、制御部ＣＯＮＴは、ベルト部３５３の第一端部３５３ａと第二端部３５３ｂとが互い近づくように第一駆動素子３５４及び第二駆動素子３５６を変形させる。この動作により、ベルト部３５３が外周面３４２ａに巻かれた状態で第一端部３５３ａ側には張力Ｔ１が発生し、第二端部３５３ｂ側には張力Ｔ２が発生する。したがって、ベルト部３５３に有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生し、ベルト部３５３と回転駆動軸３４２との間が接触状態となる。
【０１０９】
制御部ＣＯＮＴは、ベルト部３５３に有効張力を発生させた状態を保持しつつ、回転機構３４０の回転駆動源３４１を作動させる。この動作により、ベルト部３５３と回転駆動軸３４２との間に摩擦力が発生し、ベルト部３５３が外周面３４２ａの周方向に引っ張られて移動する。ベルト部３５３の移動によって第二アーム３２０が回転駆動軸３４２の外周面３４２ａの周方向に回転する。
【０１１０】
このようにして、回転駆動軸３４２の回転力がベルト部３５３に伝達され、ベルト部３５３が第二アーム３２０に直接回転力を作用させる。したがって、本実施形態では、ベルト部３５３が第１の実施形態における被駆動軸を兼ねていることとなる。
【０１１１】
以上のように、本実施形態によれば、被駆動軸を配置するスペースを省略することができる。これにより、小型のトルク制限機構３５０を得ることができる。
【０１１２】
［第４の実施形態］
次に、図２３を用いて、本発明の第４の実施形態を説明する。なお、上述した実施形態と同じ構成及び動作については説明を省略する。
図２３は、複数の検出部７０（第１の検出部７０−１及び第２の検出部７０−２）を備えるロボット装置４００を示す図である。
本実施形態のロボット装置４００は、回転駆動軸４２の回転速度を検出する第１の検出部７０−１と、被駆動軸２４の回転速度を検出する第２の検出部７０−２とを備えている。本実施形態の制御部ＣＯＮＴは、第１の検出部７０−１と、第２の検出部７０−２とに接続され、それぞれの検出部７０によって検出された回転速度の差に基づいて、回転駆動軸４２に対する被駆動軸２４の相対的な回転速度を取得する。
【０１１３】
このように、本実施形態のロボット装置４００は、回転駆動軸４２の角速度を検出する第１の検出部７０−１と、被駆動軸２４の角速度を検出する第２の検出部７０−２とを有し、第１の検出部７０−１によって検出された回転駆動軸４２の回転速度と、第２の検出部７０−２によって検出された被駆動軸２４の回転速度とに基づいて、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との相対的な速度を検出する。
これにより、上位装置ＨＯＳＴが備える検出部のうちの、回転駆動軸４２の回転数検出部を第１の検出部７０−１として、第二アーム２０の角度検出部を第２の検出部７０−２として、それぞれ利用することができ、ロボット装置４００全体としての検出部７０の数を低減することができる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
上記の実施形態では、第一駆動素子５４及び第二駆動素子５６は、例えばピエゾ素子などのような電気機械変換素子である構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えばピエゾ素子に代えて磁歪素子、電磁石、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）など、他のアクチュエータを用いる構成であっても構わない。例えば磁歪素子を用いた場合、推力を高くすることができる。電磁石を用いた場合は、高推力、長ストロークの駆動が可能である。ＶＣＭを用いた場合、長ストロークの駆動が可能であり、回転力制御が容易となる。
【０１１６】
なお、上記の各実施形態における制御部ＣＯＮＴ、又はこの制御部ＣＯＮＴ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。
【０１１７】
なお、この制御部ＣＯＮＴ、又はこの制御部ＣＯＮＴ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、この制御部ＣＯＮＴ、又はこの制御部ＣＯＮＴ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ＣＯＮＴ、又はこの制御部ＣＯＮＴ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。
【０１１８】
また、制御部ＣＯＮＴ、又はこの制御部ＣＯＮＴ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ＣＯＮＴ、又はこの制御部ＣＯＮＴ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。
【０１１９】
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】
【０１２０】
ＣＯＮＴ…制御部、２４…被駆動軸、４０…回転機構、４２…回転駆動軸、５０…トルク制限機構、５１…伝達部、５４…第一駆動素子（電歪素子）、５６…第二駆動素子（電歪素子）、６０…駆動装置、７０…検出部、１００、２００、３００、４００…ロボット装置
【図１】
2013076432.tif 000005
【図２】
2013076432.tif 000006
【図３】
2013076432.tif 000007
【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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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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