(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットコントローラに内蔵されたＤ／Ａボードからの指令電圧を入力するサーボアンプと、このサーボアンプから出力された電流指令により駆動されるサーボモータと、このサーボモータを駆動源とするロボットと、を備えたロボット駆動装置において、
前記ロボットのアームの外表面に、前記ロボットが人間と接触したときの負荷の大きさが大きくなるにつれて、その検出された抵抗値が単調減少するタッチセンサが設けてあり、前記Ｄ／Ａボードと接続されると共に、前記タッチセンサの検出抵抗への負荷が大きくなるにしたがって単調減少するしきい値電圧と前記指令電圧を比較することにより、人と接触する際の前記ロボットの動作を安全側に働かせる判断を行う安全保護判断部を備えてあることを特徴とするロボット駆動装置。
【請求項２】
前記タッチセンサは、前記アームの外表面の先端部に二つ設けてあり、前記安全保護判断部は、前記二つのタッチセンサの検出抵抗は前記負荷が大きくなるにしたがって単調減少し、前記検出抵抗の変化が電圧変換器により変換された電圧と予め設定された外部の固定抵抗により決定される電圧をそれぞれ上限、下限のしきい値電圧とすると共に前記二つのタッチセンサの検出抵抗は前記負荷が大きくなるにしたがって単調減少し、前記検出抵抗の変化が前記電圧変換器により変換された前記上限しきい値がともに前記指令電圧より高いときに発振するウィンドウコンパレータと、前記ウィンドウコンパレータより発振した出力を整流する整流回路と、前記整流回路による整流後の出力電圧を用いて前記サーボモータの電源を切るための指令を発するリレーと、より構成された請求項１に記載のロボット駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、人間または物体と接触することを前提とするサービスロボット等を駆動するロボット駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、医療福祉分野等において使用される人間共存型のロボットは、人間または物体と同一空間で作業を行うことになり、ロボットが人間または物体と接触する可能性があり、人間の安全性を確保し作業を継続することが望まれる。通常、ロボットを駆動するためのロボット駆動装置は、図１5のようになっている。
図において、１は人間、２はロボット、３はロボットコントローラ、４はロボットコントローラ３に内蔵されたＤ／Ａボード、５はＤ／Ａボード４からの指令電圧Ｖref を入力するサーボアンプ、２１はロボット２に設けられると共にサーボアンプ５よりパワー変換された電流指令により駆動されるサーボモータ、２２はサーボモータ２１を駆動源とするロボット２のアームである。このようなロボット２は、ロボット２自身と人間１との接触状態を監視するために、アーム２２の外表面等に負荷状況に応じて抵抗値が単調減少する図示しないタッチセンサが取り付けられ、接触検出情報に基づきソフトウェア制御により、ロボット２から人間１への衝撃を抑制し且つ安全を確保している。
ところが、例えば、Ｄ／Ａボード４やサーボアンプ５が故障したり、若しくはコントローラ３のソフトウェアが暴走したりしてＤ／Ａボード４からサーボアンプ５に異常な指令が出力されると、サーボモータ２１は指令電圧通りに動作するため暴走するという問題があった。これによりロボット２は人間１の安全性を保ちながらアーム２２の動作を継続することができなくなる恐れがある。そこで、ロボット駆動装置の異常を識別する手段が必要となる。
【０００３】
ロボット駆動装置の異常を識別する手段は種々提案されているが、例えば、一般の負荷駆動装置には、負荷に異常が発生している時に負荷側の駆動を停止するように指令を出すウィンドウコンパレータを用いたものがある。図１６は負荷駆動装置の一例を示す。このような装置は、図示しないセンサからのアナログ信号が、常時ウィンドウコンパレータ１６に入力されるものであり、入力されるセンサ信号がマイコン制御部１３によるセンサの設定範囲を超えた時、上限値設定部１４及び下限値設定部１５により設定された上限値及び下限値に対してセンサ信号が比較される。ウィンドウコンパレータ１６において、センサ信号がしきい値外になったときには、マイコン制御部１３またはＡ／Ｄ変換部１２が故障して動作不良であると判断され、出力信号を生じないようにして負荷側の駆動を停止させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の技術においては、以下のような問題があった。
（１）図１５に示すようなロボットと人間が接触する状態において、例えば、ロボットのアーム２２に図示しないタッチセンサを取り付け、従来例の図１６に示すウィンドウコンパレータを用いて動作異常を判断する回路を加えた構成にすると、比較器の故障もしくはＡＮＤゲートの故障または断線故障が生じた場合に、動作異常であるにもかかわらず動作異常判断後の出力が安全であると判断してしまう。
（２）図１５に示したロボット駆動装置において、図示しないタッチセンサによりロボットと人間の接触状況を監視した場合であって、仮にロボットが暴走して人間の安全を確保できなくなるような恐れがあると、人間の判断でロボットの非常停止スイッチを投入して停止させている。しかし、人間自身が安全でないと感じて非常停止スイッチを投入するまでの間はロボットの動作を継続させることになり、また、迅速に非常停止スイッチを投入することができなくなると、ロボット等を駆動するサーボアンプへの指令電圧や駆動対象に流れる電流が増加する一方となる。その結果、ロボットは人間に危害を加え続けることになる。さらに、危険時に、ロボットを停止させた場合、再度ロボットを立ち上げ直すのに時間がかかり、作業の中断時間も長くなってしまう。
（３）通常、ロボットアームに取り付けた図示しないタッチセンサの増幅器の出力は、無負荷時に出力電圧が小さく、負荷状況に応じて出力電圧が単調増加的に変化するため、図１５に示すロボットに人間が接触して負荷がかかった状態において、タッチセンサが故障したりあるいはその配線が断線したりすると、センサ出力電圧が０Ｖとなる。そのため、ロボットに負荷がかかっているにもかかわらずタッチセンサの出力電圧から無負荷であると判断してしまう危険性がある。
そこで、本発明の第１の目的は、ロボットの駆動装置で動作異常を判断する比較器の故障もしくはＡＮＤゲートの故障または断線故障が生じた場合に、動作異常であるにもかかわらず動作異常判断後の出力を誤って安全と判断することのない、ロボット駆動装置を提供することである。
また、第２の目的は、ロボットが暴走して人間の安全を確保できなくなる様なおそれがある場合に、ロボットの動作を停止することなく、動作速度を低減することのできるロボット駆動装置を提供することである。
さらに、第３の目的は、ロボットに負荷がかかった場合において、ロボットと人間等との接触状況を検知するタッチセンサの故障・断線が生じたときに、駆動装置が無負荷と判断することなく、安全側故障になるようにしたロボット駆動装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は次のような構成にしたものである。
（１）請求項１に記載の発明は、ロボットコントローラに内蔵されたＤ／Ａボードからの指令電圧を入力するサーボアンプと、このサーボアンプから出力された電流指令により駆動されるサーボモータと、このサーボモータを駆動源とするロボットと、を備えたロボット駆動装置において、
前記ロボットのアームの外表面に、前記ロボットが人間と接触したときの負荷の大きさが大きくなるにつれて、その検出された抵抗値が単調減少するタッチセンサが設けてあり、前記Ｄ／Ａボードと接続されると共に、前記タッチセンサの検出抵抗への負荷が大きくなるにしたがって単調減少するしきい値電圧と前記指令電圧を比較することにより、人と接触する際の前記ロボットの動作を安全側に働かせる判断を行う安全保護判断部を備えたものである。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１記載のロボット駆動装置において、前記タッチセンサは、前記アームの外表面の先端部に二つ設けてあり、前記安全保護判断部は、前記二つのタッチセンサの検出抵抗は前記負荷が大きくなるにしたがって単調減少し、前記検出抵抗の変化が電圧変換器により変換された電圧と予め設定された外部の固定抵抗により決定される電圧をそれぞれ上限、下限のしきい値電圧とすると共に前記二つのタッチセンサの検出抵抗は前記負荷が大きくなるにしたがって単調減少し、前記検出抵抗の変化が前記電圧変換器により変換された前記上限しきい値がともに前記指令電圧より高いときに発振するウィンドウコンパレータと、前記ウィンドウコンパレータより発振した出力を整流する整流回路と、前記整流回路による整流後の出力電圧を用いて前記サーボモータの電源を切るための指令を発するリレーと、より構成されたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
図において従来例と同じ構成要素に同一符号を付してその説明を省略する。
図１は本発明の第1 の実施例を示すロボット駆動装置の安全保護装置であり、（ａ）は安全保護装置のブロック図、（ｂ）はウィンドウコンパレータの内部構成を示す模式図である。図２は、タッチセンサと安全保護判断部の動作を示す図で、安全保護判断部で安全と判断した場合であり、（ａ）は、タッチセンサの抵抗値の変化を示す図、（ｂ）は、ウィンドウコンパレータのしきい値に対する指令電圧と電源電圧の和Ｖrefdの変化、（ｃ）は、整流回路の出力電圧である。図３は、安全保護判断部で危険と判断した場合におけるタッチセンサと安全保護判断部の動作を示す図で、（ａ）はタッチセンサの抵抗値の変化を示す図、（ｂ）はウィンドウコンパレータのしきい値に対する指令電圧と電源電圧の和Ｖrefdの変化、（ｃ）は整流回路の出力電圧である。
従来と異なる点は、ロボット２のアーム２２の外表面、特に先端部には、ロボット２が人間１と接触した際、その負荷の大きさに応じて検出される抵抗値が単調減少的に変化するタッチセンサ８１、８２（可変抵抗：ＲH1、ＲH2とする）が取り付けられている。また、Ｄ／Ａボード４には、タッチセンサ８１、８２の抵抗ＲH1、ＲH2の検出値により変化するしきい値電圧と指令電圧Ｖref を比較すると共に、ロボット２の動作を常に安全側に働かせる判断を行う安全保護判断部７が接続されている。
安全保護判断部７は、２入力のＡＮＤゲート回路７２ａ、７２ｂ、７２ｃと比較器７２ｄ、７２ｅとを組み合わせてなるフェールセーフが保証されたウィンドウコンパレータ７２と、ウィンドウコンパレータ７２より発振した出力を整流する整流回路７３と、整流回路７３による整流後の出力電圧を用いてサーボモータ２１の電源（パワー部６）を切るための指令を発するリレー７４より構成されている。
このウィンドウコンパレータ７２では、比較器７２ｅは２つの異なる上限値ＶH1および下限値ＶL の間でしきい値を設定しており、また、比較器７２ｄは２つの異なる上限値ＶH2および下限値ＶL のしきい値を設定している。ここでは、上限しきい値ＶH1、ＶH2はタッチセンサ８１、８２の抵抗ＲH1、ＲH2の変化を電圧変換器８１ａ、８２ａにより電圧に変換して設定され、また、下限しきい値ＶLは予め設定された外部の固定抵抗７５、７６の抵抗値ＲLを電圧変換器７５ａ、７６ａにより電圧に変換して設定される。この比較器７２ｄ、７２ｅにより、Ｄ／Ａボード４から出力される指令電圧とウィンドウコンパレータ７２の電源電圧の和｜Ｖref ｜＋Ｖcc  を監視するようにしている。さらに、ＡＮＤゲート回路７２ａ、７２ｂ、７２ｃにより、両しきい値内にある場合論理値１に相当する信号を発し、２入力が共に設定したしきい値内に｜Ｖref ｜＋Ｖccの和であるＶrefdが入っている場合すなわち論理積１のとき発振回路７２ｆを介して発振し、その際、交流（方形波）を出力する。また、しきい値外になる場合は論理積０に相当し、      ２入力の論理積が０のとき誤って発振しない特性を有するものである。ただし、下限値ＶL はウィンドウコンパレータの電源電圧Ｖccより高く設定したものである。
次に、動作について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に示す様に、最初に、Ｄ／Ａボード４から出力される指令電圧Ｖref を整流回路７１に入力し、指令電圧｜Ｖref ｜と電圧源Ｖccとの和で
あるＶrefdをウィンドウコンパレータ７２に入力する。ロボット２が人間１と接触する際の負荷が大きくなると、図２の（ａ）に示す様にタッチセンサの抵抗値ＲH1が単調減少していく。そのとき、図２の（ｂ）に示す様にＤ／Ａボード４から出力される指令電圧｜Ｖref ｜と電圧源Ｖccとの和Ｖrefdが、タッチセンサ８１、８２の抵抗ＲH1、ＲH2と固定抵抗ＲL に依存した電圧のしきい値内、すなわち、それぞれともにＶL ＜Ｖrefd＜ＶH1、ＶL ＜Ｖrefd＜ＶH2にある場合、論理積１となって発振出力になる。そして、次段の整流回路７３で整流を行なうと、図２の（ｃ）に示す様にＨｉｇｈレベル（安全）になり、その信号をリレー７４に送り、ロボット２の動作を継続させるようにしている。また、逆に、抵抗ＲH1、ＲH2に依存した電圧がそれぞれともにしきい値外になる場合は、すなわち、図３の（ｂ）に示す様にＶH1＜Ｖrefd、ＶH2＜Ｖrefdにある場合、図２の（ｃ）に示す様に安全保護判断部の判断により論理値０で、Ｌｏｗレべル（危険）となり、サーボモータ２１のパワー部６の電源を切り、ロボット２を停止する。
したがって、本発明では人間とロボットが接触したときの負荷（抵抗）に依存した電圧つまり上限しきい値ＶH1、ＶH2の変化に対して、Ｄ／Ａボードから出力された指令電圧Ｖref を、フェールセーフであるウィンドウコンパレータを用いて監視することで安全の有無を判断するようにしたので、ウィンドウコンパレータの比較器の故障や、比較器に接続しているＡＮＤゲートの故障、配線の断線故障等が生じたとしても、動作異常であるにもかかわらず動作異常判断後の出力が安全であると判断してしまうことはなく、負荷への入力を増加させることもない。よって、負荷に異常が発生している時にはその動作を常に安全側に働かせることのできるロボット駆動装置を得ることができる。
【０００７】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図４は、本発明の第２の実施例を示すロボット駆動装置の安全保護装置のブロック図である。
第２の実施例が従来と異なる点は、図４に示すように、ロボット２のアーム２２の外表面には力の大きさに応じて抵抗検出値が単調増加的に変化するタッチセンサ８３（抵抗ＲH3）を設け、タッチセンサ８３と直列に固定抵抗９（抵抗Ｒ1 ）を接続してある点であり、サーボアンプ５に入力される直前の指令電圧Ｖout は、Ｄ／Ａボード４から出た直後の指令電圧Ｖref をタッチセンサ８３の抵抗ＲH3と固定抵抗９とで分圧するようにしたことを特徴とする。
次に動作について説明する。
図５は安全保護装置の動作を示す図で、（ａ）は指令電圧の時間変化、（ｂ）はロボットの負荷に対するタッチセンサの抵抗変化、（ｃ）負荷に対するサーボアンプ指令電圧の変化である。
図５（ａ）に示すように、Ｄ／Ａボード４から一定の指令電圧Ｖref が出力されており、図５（ｂ）に示すように、ロボット２が人間１と接触する際の負荷が大きくなると、タッチセンサ８３の抵抗値ＲH3が単調増加していく。サーボアンプ５に入力される直前の指令電圧Ｖout は、Ｄ／Ａボード４から出た直後の指令電圧Ｖref をタッチセンサ８３の抵抗と固定抵抗９とで分圧しているため、ロボット２が人間１と接触した際にその負荷状況に応じて、図５（ｃ）に示すように、ロボット２を駆動するサーボアンプ５への指令電圧Ｖout が単調減少する。このとき指令電圧Ｖout は、指令電圧Ｖref 、タッチセンサの抵抗ＲH3、固定抵抗Ｒ1 より次式で表せる。
Ｖout ＝Ｖref ／（１＋ＲH3／Ｒ1）    （式1 ）
そのため、サーボアンプ５への指令電圧を低減し、且つ、負荷に流れる電流を低減することができるので、ロボット２を停止することなく動作速度を低減しながら、人間１と接触した状態で動作を継続させることができる。
なお、Ｄ／Ａボード４とサーボアンプ５の間に入力されるタッチセンサ８３の近傍にスイッチ（図示せず）を設けて、ロボット２が人間１と接触したとき任意に該スイッチを投入して、サーボアンプ５への指令電圧を単調減少させる様にしても良い。
また、ロボット駆動装置において、タッチセンサの抵抗値ＲH3が負荷に応じて単調減少する場合、タッチセンサ８３と固定抵抗９の接続を入れ換えるとか、あるいはタッチセンサに替えて固定抵抗を用いても良く、上記の実施例同様にサーボアンプへの指令電圧を単調減少させることができる。
【０００８】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。
図６は、本発明の第３の実施例を示すロボット駆動装置の安全保護装置のブロック図である。
第３の実施例が従来と異なる点は、図６に示すように、ロボット２のアーム２２の外表面には力の大きさに応じて抵抗検出値が単調減少的に変化するタッチセンサ８１を設け、タッチセンサ８１の抵抗ＲH1と並列にサーボモータ２１のモータ抵抗Ｒm と接続し、タッチセンサ８１の抵抗ＲH1およびサーボモータ２１のモータ抵抗Ｒm と直列に固定抵抗１０（抵抗Ｒ2 ）を接続した点である。この構成によりサーボアンプ5から出た直後の電流をタッチセンサ８１の抵抗ＲH1およびサーボモータ２１のモータ抵抗Ｒm とで分流することで、サーボモータ２１に入力される駆動電流ｉmを低減するようにしたことを特徴とする。
次に動作について説明する。
図７は安全保護装置の動作を示す図で、（ａ）は指令電圧の時間変化、（ｂ）はロボットの負荷に対するタッチセンサの抵抗変化、（ｃ）は負荷に対するサーボモータ駆動電流の変化である。
図７（ａ）に示すように、サーボアンプ５から一定の指令電圧Ｖref が出力されるが、図７（ｂ）に示すように、ロボット２が人間１と接触する際の負荷が大きくなると、タッチセンサ８１の抵抗値ＲH1が単調減少していく。サーボアンプ５から出た直後の指令電圧をタッチセンサ８１の抵抗８１ａおよびサーボモータ２１のモータ抵抗Ｒm で分流するため、図７（ｃ）に示すように、ロボット２が人間１と接触した際にその負荷状況に応じて、ロボット２を駆動するサーボモータ２１への電流ｉm が単調減少する．このときのサーボモータ２１への電流ｉmは、指令電圧Ｖref 、タッチセンサの抵抗ＲH1、固定抵抗Ｒ2 、サーボモータのモータ抵抗Ｒm より次式で表せる。
ｉm ＝Ｖref ／（Ｒ2 Ｒm ／ＲH1＋Ｒ2 ＋Ｒm ）      （式２）
そのため、サーボモータ２１への駆動電流を低減することができるので、ロボットを停止することなく動作速度を低減しながら、人間と接触した状態で動作を継続させることができる。
なお、サーボアンプ５とサーボモータ２１の間に入力されるタッチセンサの近傍にスイッチ（図示せず）を設け、ロボット２が人間１または物体と接触したときのみ任意に該スイッチを投入して、サーボモータへの電流を単調減少させるようにしても良い。
また、ロボット駆動装置において、タッチセンサに替えて固定抵抗とスイッチを用いても良く、上記の実施例同様にサーボモータへの電流を単調減少させることができる。
また、ロボットのアームが人間と接触したときモータトルクが小さくなるようにするために、タッチセンサの抵抗ＲH1、固定抵抗Ｒ2 、サーボモータのモータ抵抗Ｒm の大きさを設定して駆動電流を小さくし、人間の安全性を図っており問題はない。
【０００９】
次に、本発明の第４の実施例について説明する。
図８は、本発明の第４の実施例を示すロボット駆動装置の安全保護装置のブロック図である。
第４の実施例が従来と異なる点は、図８に示すように、ロボット２のアーム２２の外表面には力の大きさに応じて抵抗検出値が単調増加的に変化するタッチセンサ８３を設け、タッチセンサ８３の抵抗ＲH3と直列にサーボモータ２１のモータ抵抗Ｒm を接続し、タッチセンサ８３の抵抗８３ａとサーボモータ２１のモータ抵抗Ｒm を直列に接続した点である。この構成によりサーボアンプ5から出た直後の電流をタッチセンサ８３の抵抗ＲH3で分流することで、サーボモータ２１に入力される駆動電流ｉmを低減するようにしたことを特徴とする。
次に動作について説明する。
図９は安全保護装置の動作を示す図で、（ａ）は指令電圧の時間変化、（ｂ）はロボットの負荷に対するタッチセンサの抵抗変化、（ｃ）は負荷に対するサーボモータ駆動電流の変化である。
図９（ａ）に示すように、サーボアンプ５から一定の指令電圧Ｖref が出力されるが、図９（ｂ）に示すように、ロボット２が人間１と接触する際の負荷が大きくなると、タッチセンサ８３の抵抗値ＲH3が単調増加していく。サーボアンプ５から出た直後の指令電圧をタッチセンサ８３の抵抗ＲH3で低減しているため、図９（ｃ）に示すように、ロボット２が人間１と接触した際にロボット２の負荷状況に応じて、ロボット２を駆動するサーボモータ２１への駆動電流ｉm が単調に減少する．このときのサーボモータ２１への駆動電流ｉm は指令電圧Ｖref 、タッチセンサの抵抗ＲH3、サーボモータのモータ抵抗Ｒm より次式で表せる。
ｉm ＝Ｖref ／（ＲH3＋Ｒm ）      （式３）
その結果、サーボモータ２１への駆動電流を低減することができるので、ロボット２を停止することなく動作速度を低減しながら、人間１と接触した状態で動作を継続させることができる。
なお、ロボットのアームが人間と接触したときモータトルクが小さくなるようにするために、タッチセンサの抵抗ＲH3、サーボモータのモータ抵抗Ｒm の大きさを設定して駆動電流を小さくし、人間の安全性を図っており問題はない。
【００１０】
次に、本発明の第５の実施例について説明する。
図１０は本発明の第５の実施例を示すロボット駆動装置の安全保護装置であって、（ａ）は安全保護装置のブロック図、（ｂ）はウィンドウコンパレータの内部構成を示す模式図である。
第５の実施例が従来と異なる点は、ロボット２のアーム２２の外表面に、負荷状況に応じて抵抗値が単調減少するタッチセンサ８１（可変抵抗ＲH1）が取り付けられている点であり、また、ロボット駆動装置に、ＡＮＤゲート回路７２ａ、７２ｂ、７２ｃと比較器７２ｄ、７２ｅとを組み合わせてなるフェールセーフが保証されたウィンドウコンパレータと、ウィンドウコンパレータ７２より発振した出力を整流する整流回路７３とが、タッチセンサ８１に並列に接続され、また、固定抵抗１１（Ｒ3）がタッチセンサ８１に直列に設けられている点である。
ここで、ウィンドウコンパレータ７２は上限値の符号は異なるが、第１の実施例で示したものと同じように、比較器７２ｅが２つの異なる上限値ＶHeおよび下限値ＶL の間でしきい値電圧を設定し、また、比較器７２ｄが２つの異なる上限値ＶHdおよび下限値ＶL のしきい値電圧を設定している。ここで、上限しきい値ＶHd、ＶHeは予め設定された固定抵抗７７、７８（抵抗値：ＲHd、ＲHe）を電圧変換器７７ａ、７８ａで電圧に変換して設定したものであり、一方の下限しきい値ＶLも同様に固定抵抗７５、７６を電圧変換器７５ａ、７６ａで電圧に変換して設定している。また、この比較器７２ｄ、７２ｅはウィンドウコンパレータ７２の電源電圧Ｖccを監視している。さらに、ウィンドウコンパレータ７２はＡＮＤゲート回路７２ａ、７２ｂ、７２ｃにより、２入力が共に設定した両しきい値内にＶccが入っている場合すなわち論理積１のとき発振回路７２ｆを介して発振し、その際、交流（方形波）を出力する。また、２入力のうち少なくとも何れか一方の入力がしきい値外になる場合は論理積０に相当し、この２入力の論理積が０のときは発振しないようになっている。
このようにウィンドウコンパレータ７２と整流回路７３が、タッチセンサ８１に並列に接続され、且つ、固定抵抗１１（Ｒ3）がタッチセンサ８１に直列に設けられているため、タッチセンサ８１の可変抵抗にかかる出力電圧Ｖoutは、ウィンドウコンパレータ７２の整流後の出力電圧Ｖcompをタッチセンサ８１の可変抵抗ＲH1と固定抵抗１１（Ｒ3）で分圧する形となる。タッチセンサ８１の可変抵抗に現れる出力電圧は、
Ｖout＝［Ｒ3／（Ｒ3＋ＲH1）］Ｖcomp    （式４）
となる。さらに、図１０に示すように、タッチセンサ８１に並列に設けたＡ／Ｄボード１７に入力するようにし、この信号をパソコンのＣＰＵ１８に送り、危険時にはパソコンのＣＰＵ１８に接続されたＩＯボード１９でリレー７４を駆動することで、サーボモータ２１の電源（パワー部６）を切りロボットを停止させるようにしている。
次に、動作について説明する。
図１１は、安全と判断した場合のウィンドウコンパレータと整流回路の動作を示す図で、（ａ）は、固定抵抗の抵抗値の変化を示す図、（ｂ）は、ウィンドウコンパレータのしきい値電圧に対する電源電圧ＶCCの変化、（ｃ）は、整流回路の出力電圧である。図１２は、安全と判断した場合の負荷に対するタッチセンサの特性を説明する図で、（ａ）はタッチセンサの負荷に対する抵抗値変化、（ｂ）はタッチセンサの両端にかかるＡ／Ｄボードの出力電圧変化の図である。図１３は、危険と判断した場合のウィンドウコンパレータと整流回路の動作を示す図で、（ａ）はウィンドウコンパレータのしきい値電圧と電源電圧ＶCCの変化であり、Ｖcc＜ＶLの場合、（ｂ）はウィンドウコンパレータのしきい値電圧と電源電圧ＶCCの変化であり、ＶHe＜ＶccあるいはＶHd＜Ｖccの場合である。ウィンドウコンパレータのしきい値電圧に対する電源電圧ＶCCの変化、（ｃ）は、整流回路の出力電圧である。図１４は、危険と判断した場合の負荷に対するタッチセンサの特性を説明する図で、（ａ）はタッチセンサの負荷に対する抵抗値変化、（ｂ）はＡ／Ｄボードの出力電圧変化の図である。
まず、図１０（ａ）に示すロボット駆動装置において、電源電圧Ｖccがウィンドウコンパレータ７２に入力され、電源電圧Ｖccの電圧値がウィンドウコンパレータ７２内で予め設定された固定抵抗ＲHd、ＲHe、ＲL （いずれも図１１（ａ）参照）に依存した電圧のしきい値内、すなわち、図１１（ｂ）に示すようにそれぞれともにＶL ＜Ｖcc＜ＶHd、ＶL ＜Ｖcc＜ＶHeに入っていると、ウィンドウコンパレータ７２の出力は論理積１となって発振出力になる。これにより、電源電圧Ｖccがウィンドウコンパレータ７２のしきい値内にあるので、整流回路出力後の電圧特性Ｖcompは図１１（ｃ）のようにＨｉｇｈレベルになる。
一方、タッチセンサ８１の可変抵抗ＲH1の特性は図１２（ａ）で示されるように、負荷がかかった場合に単調減少するものであり、電源電圧Ｖccがウィンドウコンパレータ７２のウィンドウ内にあると、Ａ／Ｄボード１７に入力される出力電圧Ｖoutの特性は、この整流回路出力後の出力電圧Ｖcompをタッチセンサ８１の可変抵抗ＲH1と固定抵抗１１（Ｒ3）で分圧するので、図１２（ｂ）のようになる。このとき、すなわち、Ａ／Ｄボード１７に可変抵抗ＲH1にかかる電圧Ｖoutを入力し、正常時にはパソコンのＣＰＵ１８を用いてＤ／Ａボード４にて指令電圧を出力し、サーボモータ２１を介してロボット２を動作させる。
また、ウィンドウコンパレータ７２に入力された電源電圧Ｖccの電圧値が変動し、図１３（ａ）に示すようなＶcc＜ＶL、もしくは図１３（ｂ）に示すようなＶHe＜ＶccまたはＶHd＜Ｖccの状態になると論理値０で、ウィンドウコンパレータ７２の出力はＬｏｗレべル（危険）となる。このとき、整流回路出力後の出力電圧特性は図１３（ｃ）のようになる。また、タッチセンサに図１４（ａ）に示すように過負荷が加わった場合、出力電圧Ｖoutが０Ｖに近づくため危険と判断することができる（図１４（ｂ）参照）。
さらに、この整流回路出力後の出力電圧Ｖcomp（Ｖout＝０Ｖ）がＡ／Ｄボード１７に入力されると、パソコンのＣＰＵ１８を用いてＩＯボード１９でリレー７４を駆動し、サーボモータ２１の電源（パワー部６）を切りロボット２を停止させる。
したがって、ロボットに負荷がかかり、ロボットと人間等との接触状況を検知するタッチセンサの故障・断線が生じた場合や、電源電圧が変動した場合に、ロボットを安全側に動作させることができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば以下の効果がある。
（１）第１の実施例に示すように、ロボットのアームの外表面にロボットが人間と接触したときの負荷の大きさに応じて抵抗値が単調減少するタッチセンサを取り付け、タッチセンサの検出抵抗よる電圧と指令電圧を比較し、ロボットの動作を常に安全側に働かせるような判断を行う安全保護判断部を設けたので、異常が発生している時にはその動作を安全側に働かせることができる。
（２）第２の実施例に示すように、ロボットのアームの外表面にロボットが人間と接触したとき負荷の大きさに応じて抵抗値が単調増加するタッチセンサを設け、 サーボアンプに入力される指令電圧をタッチセンサの抵抗と固定抵抗とで分圧させる構成にしたり、また、第３の実施例に示すように、負荷の大きさに応じて抵抗値が単調減少するタッチセンサを設け、 サーボモータを駆動させる駆動電流をタッチセンサの抵抗とサーボモータのモータ抵抗で低減させるようにしたので、ロボットが暴走して人間の安全を確保できなくなるようなおそれがある場合に、ロボットの動作を停止することなく、動作速度を低減することができる。
（３）第４の実施例に示すように、ロボットのアームの外表面に抵抗値が単調増加するタッチセンサを設け、サーボモータを駆動させる駆動電流をタッチセンサの抵抗で低減させるようにしたので、ロボットの動作を停止することなく、動作速度を低減することができる。
（４）第５の実施例に示すように、ロボットに負荷がかかり、ロボットと人間等との接触状況を検知するタッチセンサの故障・断線が生じた場合、電源電圧の変動が生じた場合に、駆動装置がタッチセンサの出力電圧から無負荷であると判断することなく、安全側に動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1 の実施例を示すロボット駆動装置の安全保護装置であり、（ａ）は安全保護装置のブロック図、（ｂ）はウィンドウコンパレータの内部構成を示す模式図である。
【図２】安全保護判断部で安全と判断した場合におけるタッチセンサと安全保護判断部の動作を示す図で、（ａ）はタッチセンサの抵抗値の変化、（ｂ）はウィンドウコンパレータのしきい値に対する指令電圧と電源電圧の和Ｖrefdの変化、（ｃ）は整流回路の出力電圧である。
【図３】安全保護判断部で危険と判断した場合における、タッチセンサと安全保護判断部の動作を示す図で、（ａ）はタッチセンサの抵抗値の変化、（ｂ）はウィンドウコンパレータのしきい値に対する指令電圧と電源電圧の和Ｖre
fdの変化、（ｃ）は整流回路の出力電圧である。
【図４】本発明の第２の実施例を示すロボット駆動装置の安全保護装置のブロック図である。
【図５】安全保護装置の動作を示す図で、（ａ）は指令電圧の時間変化、（ｂ）はロボットの負荷に対するタッチセンサの抵抗変化、（ｃ）は負荷に対するサーボアンプ指令電圧の変化を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施例を示すロボット駆動装置の安全保護装置のブロック図である。
【図７】安全保護装置の動作を示す図で、（ａ）は指令電圧の時間変化、（ｂ）はロボットの負荷に対するタッチセンサの抵抗変化、（ｃ）は負荷に対するサーボモータ駆動電流の変化を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施例を示すロボット駆動装置の安全保護装置のブロック図である。
【図９】安全保護装置の動作を示す図で、（ａ）は指令電圧の時間変化、（ｂ）はロボットの負荷に対するタッチセンサの抵抗変化、（ｃ）は負荷に対するサーボモータ駆動電流の変化を示す図である。
【図１０】本発明の第5の実施例を示すロボット駆動装置の安全保護装置であって、（ａ）は安全保護装置のブロック図、（ｂ）はウィンドウコンパレータの内部構成を示す模式図である。
【図１１】安全と判断した場合のウィンドウコンパレータと整流回路の動作を示す図で、（ａ）は固定抵抗による上限、下限のしきい値抵抗の時間変化を示す図、（ｂ）はウィンドウコンパレータのしきい値電圧に対する電源電圧ＶCCの変化、（ｃ）は整流回路の出力電圧である。
【図１２】安全と判断した場合の負荷に対するタッチセンサの特性を説明する図で、（ａ）はタッチセンサの負荷に対する抵抗値変化、（ｂ）はＡ／Ｄボードに入力される出力電圧の特性である。
【図１３】危険と判断した場合のウィンドウコンパレータと整流回路の動作を示す図で、（ａ）および（ｂ）はウィンドウコンパレータのしきい値電圧に対する電源電圧ＶCCの変化、（ｃ）は整流回路の出力電圧である。
【図１４】危険と判断した場合の負荷に対するタッチセンサの特性を説明する図で、（ａ）はタッチセンサの負荷に対する抵抗値変化、（ｂ）はＡ／Ｄボードに入力される出力電圧である。
【図１５】従来例を示すロボット駆動装置のブロック図である。
【図１６】従来の負荷駆動装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：人間
２：ロボット
２１：サーボモータ
２２：アーム
３：ロボットコントローラ
４：Ｄ／Ａボード
５：サーボアンプ
６：パワー部
７：安全保護判断部
７１：整流回路
７２：ウィンドウコンパレータ
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ：ＡＮＤゲート回路
７２ｄ、７２ｅ：比較器
７２ｆ：発振回路
７３：整流回路
７４：リレー
７５、７６、７７、７８：固定抵抗（ウィンドウコンパレータ）
８１、８２、８３：タッチセンサ
９：固定抵抗
１０：固定抵抗
１１：固定抵抗
Ｖref ：指令電圧
Ｖcc：電源電圧
ＶH1、ＶH2、ＶHd、ＶHe：ウィンドウコンパレータの上限しきい値
ＶL：ウィンドウコンパレータの下限しきい値
【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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【図１５】
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【図１６】
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