(57)【要約】【課題】外力をより正確に推定できるロボット関節を提供する。【解決手段】駆動プーリ１と、駆動プーリ１を回動させるモータ２と、駆動プーリ１の角度を測定する第１角度センサ３と、従動プーリ４と、従動プーリ４の角度を測定する第２角度センサ５と、駆動プーリ１と従動プーリ４との間に掛け渡される伝動ベルト６と、モータ２を制御する制御部７と、を備え、制御部７は、第１角度センサ３の測定値と第２角度センサ５の測定値との差が第２の閾値よりも大きい場合に、モータ２を揺動させる、ロボット関節１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動プーリと、
前記駆動プーリを回動させるモータと、
前記駆動プーリの角度を測定する第１角度センサと、
従動プーリと、
前記従動プーリの角度を測定する第２角度センサと、
前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に掛け渡される伝動ベルトと、
前記モータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第１角度センサの測定値と前記第２角度センサの測定値との差が所定の閾値よりも大きい場合に、前記モータを揺動させる、ロボット関節。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット関節に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ロボット関節が記載されている。当該ロボット関節は、体幹部と、上腕部と、モータと、駆動プーリと、従動プーリと、伝動ベルトと、を備える。駆動プーリは体幹部に回動可能に設けられ、モータによって駆動される。従動プーリは上腕部に回動可能に設けられる。伝動ベルトは駆動プーリと従動プーリとの間に掛け渡され、駆動プーリの動きを従動プーリに伝動する。これにより、上腕部は体幹部に回動可能に支持されている。
【０００３】
そして、特許文献１に記載のロボット関節では、従動プーリの中心軸と回動軸とを異なる位置とすることにより、体幹部に対する上腕部の相対的な角度に応じて、駆動プーリの中心軸（回動軸）と従動プーリの中心軸との間の距離を増減させている。これにより、体幹部に対する上腕部の相対的な角度に応じて、伝動ベルトのテンションを増減させている。そして、体幹部に対する上腕部の相対的な角度が大きいときには伝動ベルトのテンションが大きくなり、伝動ベルトが駆動プーリ上や従動プーリ上で滑りにくくなり、駆動プーリから従動プーリへ比較的大きな力が伝動される。一方、体幹部に対する上腕部の相対的な角度が小さいときには伝動ベルトのテンションが小さくなり、伝動ベルトが駆動プーリ上や従動プーリ上で滑りやすくなり、駆動プーリから従動プーリへ比較的小さな力が伝動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０５１０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されているようなロボット関節において、従動プーリに連結されたベアリングの摩擦が大きい等の原因によって、従動プーリが駆動プーリと同じ角度だけ回動しない場合がある。これにより、駆動プーリと従動プーリとの間に掛け渡された伝動ベルトのテンションに偏りが生じる場合がある。特許文献１に記載されているようなロボット関節では、駆動プーリの回動角度と従動プーリの回動角度との差から、当該関節に加わる外力を推定する。しかし、当該関節に外力が加わる前において、駆動プーリと従動プーリとの間に掛け渡された伝動ベルトのテンションに偏りが生じていると、当該関節に加わる外力を正確に推定できないという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、外力をより正確に推定できるロボット関節を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるロボット関節は、駆動プーリと、前記駆動プーリを回動させるモータと、前記駆動プーリの角度を測定する第１角度センサと、従動プーリと、前記従動プーリの角度を測定する第２角度センサと、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に掛け渡される伝動ベルトと、前記モータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１角度センサの測定値と前記第２角度センサの測定値との差が所定の閾値よりも大きい場合に、前記モータを揺動させる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるロボット関節によれば、第１角度センサの測定値と第２角度センサの測定値との差が所定の閾値よりも大きい場合に、モータが揺動する。換言すれば、駆動プーリの回動角度と従動プーリの回動角度との差が所定の閾値よりも大きい場合に、モータが揺動する。すなわち、伝動ベルトのテンションに偏りがある場合に、モータが揺動する。そして、モータが揺動することによって駆動プーリが所定の角度を中心として所定の角度分だけ揺動する。これにより、伝動ベルトのテンションの偏りを低減させることができる。そのため、外力をより正確に推定できるロボット関節を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかるロボット関節を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかるロボット関節の制御部分を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかるロボット関節における制御方法を説明するフローチャートである。
【図４】実施の形態１にかかるロボット関節における動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態１にかかるロボット関節１００は、駆動プーリ１、モータ２、第１角度センサ３、従動プーリ４、第２角度センサ５、伝動ベルト６、制御部７、ベアリング８等を備える。
【００１１】
駆動プーリ１は、略円柱状の形状を有し、モータ２によって回動される。具体的には、モータ２の回動に伴って、駆動プーリ１が回動可能なように、駆動プーリ１とモータ２とは連結されている。また、ここでは、駆動プーリ１の中心が駆動プーリ１の回動軸となっている。また、駆動プーリ１の回動軸とモータ２の回動軸とは同軸上に位置している。また、駆動プーリ１の外周面は、凹凸形状となっている。換言すれば、駆動プーリ１の外周面には、凹部と凸部とが交互に連続して設けられている。これにより、駆動プーリ１と伝動ベルト６とが歯合可能となっている。そして、駆動プーリ１の回動に伴って、伝動ベルト６が周回する。
【００１２】
モータ２は、制御部７によって制御され、駆動プーリ１を回動させる。具体的には、制御部７から入力される指令値に従ってモータ２が回動し、当該回動に伴って駆動プーリ１が回動する。制御部７から入力される指令値は電圧値、電流値、速度、位置である。指令値としての電流値は、モータ２が回動するトルクを指令する。また、モータ２は、制御部７からｓｉｎ波、三角波、方形波（矩形波）等の線対称な波形で表される指令値が入力されると、所定の角度を中心として揺動する。ここで、モータ２が揺動する角度は０．１°などの比較的小さな角度である（以下、「微揺動」と称する）。そのため、駆動プーリ１はモータ２の微揺動に伴って微揺動するが、当該駆動プーリ１の微揺動は、伝動ベルト６によって、従動プーリ４にほとんど伝動されない。すなわち、従動プーリ４が駆動プーリ１の当該微揺動に伴って微揺動することはないに等しい。
【００１３】
第１角度センサ３は、駆動プーリ１が回動した角度を測定する。具体的には、第１角度センサ３は、モータ２の回動角度を測定することによって、駆動プーリ１の回動角度を測定する。第１角度センサ３が測定した回動角度の値は、制御部７に入力される。
【００１４】
従動プーリ４は、略円柱状の形状を有し、伝動ベルト６によって回動される。具体的には、従動プーリ４の外周面は、凹凸形状となっている。換言すれば、従動プーリ４の外周面には、凹部と凸部とが交互に連続して設けられている。これにより、従動プーリ４と伝動ベルト６とが歯合可能となっている。そして、伝動ベルト６の周回に伴って、従動プーリ４が回動する。また、従動プーリ４はベアリング８によって軸受けされている。そして、従動プーリ４の回動軸とベアリング８の回動軸とは同軸上に位置している。
【００１５】
第２角度センサ５は、従動プーリ４が回動した角度を測定する。第２角度センサ５が測定した回動角度の値は、制御部７に入力される。
【００１６】
伝動ベルト６は、歯付ベルトである。また、伝動ベルト６は、駆動プーリ１と従動プーリ４との間に掛け渡されている。伝動ベルト６の表面の凹凸は、駆動プーリ１の外周面の凹凸及び従動プーリ４の外周面の凹凸形状と歯合可能となっている。これにより、駆動プーリ１の回動に伴って伝動ベルト６が周回し、伝動ベルト６の周回に伴って従動プーリ４が回動する。
【００１７】
制御部７は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）及び図示しない記憶部等を備える。そして、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより、制御部７における処理が実現する。
また、制御部７のそれぞれの記憶部に格納されるプログラムは、ＣＰＵに実行されることにより、制御部７のそれぞれにおける処理を実現するためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、制御部７における処理に利用される各種情報を格納することができる任意の記憶装置を含んで構成される。記憶装置は、例えば、メモリ等である。
【００１８】
具体的には、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することによって、制御部７は、第１角度センサ３及び第２角度センサ５から入力される回動角度の値に基づいて、モータ２の回動を制御する。より具体的には、制御部７は、指令値として、電圧値、電流値、速度、位置をモータ２に入力して、モータ２を回動させる。また、制御部７は、ｓｉｎ波、三角波、方形波（矩形波）等の線対称な波形で表される指令値をモータ２に入力して、モータ２を所定の角度を中心として微揺動させる。例えば、制御部７は、第１角度センサ３の測定値と第２角度センサ５の測定値との差を算出し、当該差が所定の閾値よりも大きい場合に、モータ２を微揺動させる。
【００１９】
また、制御部７は、第１角度センサ３の測定値と第２角度センサ５の測定値との差から、外力を推定する。そして、制御部７は、当該外力の推定値に基づいて、第１角度センサ３の測定値と第２角度センサ５の測定値との差が小さくなるように、モータ２を回動させる。これにより、例えば、当該関節１００が設けられるロボットが物と接触して当該関節１００に外力が加えられた場合に、ロボットが当該物に対して必要以上の力を加えないように制御（以下、「柔軟制御」と称する。）することができる。
【００２０】
次に、図３を参照しながら、本実施の形態１にかかるロボット関節１００における制御方法を説明する。
まず、制御部７は、柔軟制御を行う（ステップＳ１）。具体的には、制御部７は、第１角度センサ３の測定値と第２角度センサ５の測定値との差から、外力を推定し、モータ２に指令値を入力してモータ２を回動させる。より具体的には、制御部７は、当該外力の推定値に基づいて、第１角度センサ３の測定値と第２角度センサ５の測定値との差が小さくなるように、モータ２を回動させる。
【００２１】
次に、制御部７は、第１角度センサ３の測定値とステップＳ１でモータ２に入力した指令値との差が第１の閾値以下か否かを判断する（ステップＳ２）。すなわち、制御部７は、ステップＳ１でモータ２に入力した指令値に従って、モータ２が回動したか否かを判断する。
【００２２】
ステップＳ２において、制御部７が、第１角度センサ３の測定値とステップＳ１でモータ２に入力した指令値との差が第１の閾値より大きいと判断した場合には（ステップＳ２；Ｎｏ）、制御部７は、ステップＳ２の処理を繰り返す。すなわち、ステップＳ１でモータ２に入力した指令値に従ってモータ２が回動するまで、制御部７はステップＳ２の処理を繰り返す。
【００２３】
ステップＳ２において、制御部７が、第１角度センサ３の測定値とステップＳ１でモータ２に入力した指令値との差が第１の閾値以下であると判断した場合には（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、制御部７は、第１角度センサ３の測定値と第２角度センサ５の測定値との差が第２の閾値（所定の閾値）より大きいか否かを判断する（ステップＳ３）。すなわち、ステップＳ１でモータ２に入力した指令値に従ってモータ２が回動した場合には、制御部７は、第１角度センサ３の測定値と第２角度センサ５の測定値との差が第２の閾値より大きいか否かを判断する。
【００２４】
ステップＳ３において、制御部７が、第１角度センサ３の測定値と第２角度センサ５の測定値との差が第２の閾値より大きいと判断した場合には（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、制御部７は、ｓｉｎ波、三角波、方形波（矩形波）等の線対称な波形で表される指令値をモータ２に入力して、モータ２を所定の角度を中心として微揺動させ、ステップＳ３の処理を繰り返す。すなわち、制御部７は、伝動ベルト６のテンションに偏りがあると判断した場合には、モータ２を微揺動させて、伝動ベルト６のテンションの偏りを低減させる。
【００２５】
本実施の形態１にかかるロボット関節１００では、従動プーリ４に連結されたベアリング８の摩擦が大きい等の原因によって、従動プーリ４が駆動プーリ１と同じ角度だけ回動しない場合がある。これにより、図４の上側の図に示すように、駆動プーリ１と従動プーリ４との間に掛け渡された伝動ベルト６のテンションに偏りが生じる場合がある。そして、制御部７が柔軟制御において外力を推定する前に、伝動ベルト６のテンションに偏りが生じていると、制御部７が当該関節１００に加わる外力を正確に推定できなくなってしまう。
【００２６】
そこで、本実施の形態１にかかるロボット関節１００では、制御部７が第１角度センサ３の測定値と第２角度センサ５の測定値との差を算出し、当該差が第２の閾値よりも大きい場合に、制御部７がモータ２を微揺動させる。換言すれば、駆動プーリ１の回動角度と従動プーリ４の回動角度との差が第２の閾値よりも大きい場合に、モータ２が微揺動する。すなわち、駆動プーリ１の回動角度と従動プーリ４の回動角度との差が第２の閾値よりも大きい場合には、制御部７は伝動ベルト６のテンションに偏りがあると判断し、モータ２が微揺動する。そして、モータ２が微揺動することによって駆動プーリ１が所定の角度を中心として所定の角度分だけ微揺動する。例えば、制御部７がモータ２を角度１０°を中心に０．１°微揺動させると、駆動プーリ１の角度θはθ＝１０＋０．１ｓｉｎ（ω）となる。ここで、ωは角周波数である。すなわち、駆動プーリ１は、角度１０°を中心に０．１ｓｉｎ（ω）で表される変位量だけ微揺動する。換言すれば、駆動プーリ１は、角度１０°を中心に０．１°だけ滑らかに微揺動する。そして、伝動ベルト６は、駆動プーリ１の微揺動に伴って、わずかに往復運動する。これにより、図４の下側の図に示すように、伝動ベルト６のテンションの偏りを低減させることができる。
【００２７】
ステップＳ３において、制御部７が、第１角度センサ３の測定値と第２角度センサ５の測定値との差が第２の閾値以下であると判断した場合には（ステップＳ３；Ｎｏ）、制御部７は、本処理を終了する。すなわち、制御部７は、伝動ベルト６のテンションに偏りがないと判断した場合には、ステップＳ４の処理を行わずに、処理を終了する。
【００２８】
実施の形態１にかかるロボット関節１００によれば、第１角度センサ３の測定値と第２角度センサ５の測定値との差が第２の閾値よりも大きい場合に、モータ２が微揺動する。換言すれば、駆動プーリ１の回動角度と従動プーリ４の回動角度との差が第２の閾値よりも大きい場合に、モータ２が微揺動する。すなわち、伝動ベルト６のテンションに偏りがある場合に、モータ２が微揺動する。そして、モータ２が微揺動することによって駆動プーリ１が所定の角度を中心として所定の角度分だけ微揺動する。これにより、伝動ベルト６のテンションの偏りを低減させることができる。そのため、外力をより正確に推定できるロボット関節１００を提供することができる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明にかかるロボット関節１００において、伝動ベルト６は、平ベルト、Ｖベルト、Ｖリブドベルト等であってもよい。すなわち、伝動ベルト６の周回と駆動プーリ１及び従動プーリ４の回動とは、摩擦によって伝動されてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  駆動プーリ
２  モータ
３  第１角度センサ
４  従動プーリ
５  第２角度センサ
６  伝動ベルト
７  制御部
８  ベアリング
１００  ロボット関節
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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