(57)【要約】【課題】歪ゲージやバネを用いた従来の張力測定手段の不具合を解決する。【解決手段】第１ワイヤ１と第２ワイヤ２の張力差によって駆動対象５を作動させるワイヤ駆動機構において、第１ワイヤ１と第２ワイヤ２の張力差に応じて移動する可動プーリ７と、前記張力差による可動プーリ７の移動に応じて歪むように可動プーリ７に接続されている起歪体１９と、第１ワイヤ１のみが巻回された第１測定プーリ８と、第２ワイヤ２のみが巻回された第２測定プーリ９と、可動プーリ７の移動に応じた第１測定プーリ８の回転量を測定する第１測定手段２６と、可動プーリ７の移動に応じた第２測定プーリ９の回転量を測定する第２測定手段２７と、を備え、回転量の差から取得した起歪体１９の変形量を用いて前記張力差を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部に駆動手段が連結され、第２端部に駆動対象が連結された第１ワイヤと、
第１端部に駆動手段が連結され、第２端部に駆動対象が連結された第２ワイヤと、
を備え、第１ワイヤと第２ワイヤの張力差によって前記駆動対象を作動させるワイヤ駆動機構において、
第１ワイヤと第２ワイヤが反対方向から巻回された可動プーリであって、第１ワイヤと第２ワイヤの張力差に応じて移動する可動プーリと、
前記張力差による当該可動プーリの移動に応じて歪むように前記可動プーリに接続されている起歪体と、
第１ワイヤのみが巻回された第１測定プーリと、
第２ワイヤのみが巻回された第２測定プーリと、
可動プーリの移動に応じた第１測定プーリの回転量を測定する第１測定手段と、
可動プーリの移動に応じた第２測定プーリの回転量を測定する第２測定手段と、
第１測定プ―リの回転量と第２測定プーリの回転量の差から前記起歪体の変形量を取得する手段と、
前記起歪体の変形量と前記起歪体の剛性とから前記張力差を取得する手段と、
を備えたワイヤ駆動機構における張力測定装置。
【請求項２】
前記起歪体は、前記可動プーリの移動方向に伸縮する、請求項１に記載のワイヤ駆動機構における張力測定装置。
【請求項３】
前記可動プーリは、第１の方向と、第１の方向と反対側の第２の方向に移動可能であり、
前記起歪体は、前記可動プーリの第１の方向側に位置する第１部分と、前記可動プーリの第２の方向側に位置する第２部分と、を有し、
前記可動プーリの第１の方向への移動によって、前記第１部分が圧縮し、前記第２部分が伸長し、
前記可動プーリの第２の方向への移動によって、前記第１部分が伸長し、前記第２部分が圧縮する、
請求項２に記載のワイヤ駆動機構における張力測定装置。
【請求項４】
前記可動プーリは、第１の方向と、第１の方向と反対側の第２の方向に移動可能であり、
前記起歪体は、前記可動プーリの第１の方向側、第２の方向側のいずれか一方に設けてあり、
前記起歪体は、前記可動プーリの第１の方向、第２の方向のいずれか一方の方向への移動によって圧縮し、他方の方向への移動によって伸長する、
請求項２に記載のワイヤ駆動機構における張力測定装置。
【請求項５】
前記起歪体は、前記可動プーリの移動方向に湾曲する、請求項１に記載のワイヤ駆動機構における張力測定装置。
【請求項６】
前記可動プーリは、第１の方向と、第１の方向と反対側の第２の方向に移動可能であり、
前記起歪体は、前記可動プーリの移動方向と交差する方向に延びており、
前記起歪体は、前記可動プーリの第１の方向への移動によって第１の方向に膨出するように撓み、前記可動プーリの第２の方向への移動によって第２の方向に膨出するように撓む、請求項５に記載のワイヤ駆動機構における張力測定装置。
【請求項７】
前記起歪体は、材料ブロックを切削加工することで形成されている、請求項１〜６いずれか１項に記載の張力測定装置。
【請求項８】
前記第１部分及び前記第２部分は、予圧コイルスプリングから形成されている、請求項３に記載の張力測定装置。
【請求項９】
前記起歪体は、板バネから形成されている、請求項５、６いずれか１項に記載の張力測定装置。
【請求項１０】
前記第１測定手段、前記第２測定手段は、エンコーダである、請求項１〜９いずれか１項に記載の張力測定装置。
【請求項１１】
前記第１ワイヤは、第１端部から第２端部に向かって、第１固定プーリ、前記可動プーリ、第２固定プーリに巻回されており、
前記第２ワイヤは、第１端部から第２端部に向かって、第１固定プーリ、前記可動プーリに巻回されており、
前記第１ワイヤの前記第１固定プーリ、前記第２固定プーリの少なくとも１つが前記第１測定プーリであり、
前記第２ワイヤの前記第１固定プーリが前記第２測定プーリである、
請求項１〜１０いずれか１項に記載のワイヤ駆動機構における張力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ駆動機構における張力測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
筋駆動システムにおいて回転関節を第１の方向と第２の方向に回転させるためには、主動筋と拮抗筋が必要となり、主動筋と拮抗筋の出力差が関節トルクとなる。ロボットにおいて、筋駆動システムは、筋を模したワイヤでリンクを引っ張るワイヤ駆動機構ないし腱駆動システムによって実現される。ロボットの力制御には力センサが必要である。腱駆動ロボットではワイヤの張力を測定することが力測定になる。
【０００３】
一般に、ワイヤの張力は歪ゲージもしくは柔らかいバネの変位により計測される。例えば、特許文献１および非特許文献１には、歪ゲージを用いてワイヤ張力を推定し、ワイヤ張力の差分から関節トルクを推定する方法が開示されている。
【０００４】
しかしながら、歪ゲージには温度感度が高いほか、電磁ノイズの影響を受けやすく、感度は高いが、信号雑音比を高くすることが難しいという不具合がある。一方で、バネを用いるものは、信号雑音比は高いものの、感度を高めるためにはバネ定数を下げることになり、制御性を損なう原因になっていた。
【０００５】
ロボットと人の協調作業や極限環境におけるロボットの信頼性を高めるためるためにはロボットの力制御性を高めることが欠かせない。ところが、上記従来の方法は、信号雑音比と制御性の両立が難しかった。
【特許文献１】特開平６−８１７８号
【非特許文献１】金子真人，横井一仁，鈴木夏夫，谷江和雄，「プーリ・ワイヤ駆動系におけるトルクセンシングとトルク制御」、日本ロボット学会誌、１９８９年２月第７巻第１号、ｐ．６２−ｐ．７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、歪ゲージやバネを用いた従来の張力測定手段の不具合を解決できる張力測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が採用した技術手段は、
第１端部に駆動手段が連結され、第２端部に駆動対象が連結された第１ワイヤと、
第１端部に駆動手段が連結され、第２端部に駆動対象が連結された第２ワイヤと、
を備え、第１ワイヤと第２ワイヤの張力差によって前記駆動対象を作動させるワイヤ駆動機構において、
第１ワイヤと第２ワイヤが反対方向から巻回された可動プーリであって、第１ワイヤと第２ワイヤの張力差に応じて移動する可動プーリと、
前記張力差による当該可動プーリの移動に応じて歪むように前記可動プーリに接続されている起歪体と、
第１ワイヤのみが巻回された第１測定プーリと、
第２ワイヤのみが巻回された第２測定プーリと、
可動プーリの移動に応じた第１測定プーリの回転量を測定する第１測定手段と、
可動プーリの移動に応じた第２測定プーリの回転量を測定する第２測定手段と、
第１測定プ―リの回転量と第２測定プーリの回転量の差から前記起歪体の変形量を取得する手段と、
前記起歪体の変形量と前記起歪体の剛性とから前記張力差を取得する手段と、
を備えたワイヤ駆動機構における張力測定装置、である。
【０００８】
１つの態様では、前記起歪体は、前記可動プーリの移動方向に伸縮する。
１つの態様では、前記起歪体は、前記可動プーリの移動方向に湾曲する。
起歪体をどのように形成するかは限定されない。例えば、起歪体は、所定の材料ブロックを切削加工したり、あるいは、所定の材料から鋳造してもよい。起歪体の材料は限定されず、例えば、ロードセル等の公知の起歪体に用いられる材料（例えば、バネ鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、ステンレススチール、アルミニウム合金、チタン合金）を採用することができる。また、起歪体としてバネ材を用いてもよい。
【０００９】
１つの態様では、前記可動プーリは、第１の方向と、第１の方向と反対側の第２の方向に移動可能であり、
前記起歪体は、前記可動プーリの第１の方向側に位置する第１部分と、前記可動プーリの第２の方向側に位置する第２部分と、を有し、
前記可動プーリの第１の方向への移動によって、前記第１部分が圧縮し、前記第２部分が伸長し、
前記可動プーリの第２の方向への移動によって、前記第１部分が伸長し、前記第２部分が圧縮する。
第１部分と第２部分を備えた上記起歪体は、例えば、材料ブロックを切削加工してなる削り出し起歪体や、予圧コイルバネから形成することができる。
【００１０】
１つの態様では、前記可動プーリは、第１の方向と、第１の方向と反対側の第２の方向に移動可能であり、
前記起歪体は、前記可動プーリの第１の方向側、第２の方向側のいずれか一方に設けてあり、
前記起歪体は、前記可動プーリの第１の方向、第２の方向のいずれか一方の方向への移動によって圧縮し、他方の方向への移動によって伸長する。
上記起歪体は、例えば、材料ブロックを切削加工してなる削り出し起歪体から形成することができる。
【００１１】
１つの態様では、前記可動プーリは、第１の方向と、第１の方向と反対側の第２の方向に移動可能であり、
前記起歪体は、前記可動プーリの移動方向と交差する方向に延びており、
前記起歪体は、前記可動プーリの第１の方向への移動によって第１の方向に膨出するように撓み、前記可動プーリの第２の方向への移動によって第２の方向に膨出するように撓む。
上記起歪体は、例えば、板バネや材料ブロックを切削加工してなる削り出し起歪体から形成することができる。
【００１２】
１つの態様では、前記第１測定手段、前記第２測定手段は、ロータリエンコーダである。
１つの態様では、前記ロータリエンコーダは、アブソリュートエンコーダである。
アブソリュートエンコーダを用いることで、電源投入後初期化の手順無しに力の大きさを知ることができる。
１つの態様では、前記ロータリエンコーダは、インクリメンタルエンコーダである。
【００１３】
１つの態様では、前記第１ワイヤは、第１端部から第２端部に向かって、第１固定プーリ、前記可動プーリ、第２固定プーリに巻回されており、
前記第２ワイヤは、第１端部から第２端部に向かって、第１固定プーリ、前記可動プーリに巻回されており、
前記第１ワイヤの前記第１固定プーリ、前記第２固定プーリの少なくとも１つが前記第１測定プーリ（後述する実施形態では、第２固定プーリ）であり、
前記第２ワイヤの前記第１固定プーリが前記第２測定プーリである。
【００１４】
１つの態様では、前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤの第２端部は、共通の従動プーリを介して駆動対象に連結されている。
前記駆動手段は、第１ワイヤ及び第２ワイヤで共通の駆動手段であっても、あるいは、第１ワイヤ、第２ワイヤ毎に独立した別個の駆動手段であってもよい。すなわち、本発明は、閉ループ構造のｎ型ワイヤ駆動系にも、拮抗型の２ｎ型ワイヤ駆動系にも用いることができる。
【００１５】
本明細書において、「ワイヤ」には、プーリに巻回可能な任意の線状要素が含まれ、断面形状が円形の細径の線に限定されず、断面がフラット状のベルトないしテープが含まれる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、第１ワイヤと第２ワイヤの張力差によって移動する可動プーリの移動量、すなわち起歪体の変形量を、第１測定プ―リの回転量と第２測定プーリの回転量の差から取得することで、当該起歪体の変形量から張力差（トルク）を取得する。本発明では、張力差に基づく第１ワイヤ、第２ワイヤの変位量をプーリの回転量に変換することで、近似を行うことなく、張力差を測定することができる。
【００１７】
プーリの回転量は精度良く計測することができるので（例えば、エンコーダを用いることで）、起歪体の剛性を高く設計することができ、張力計測における駆動系の共振を抑えることができる。
【００１８】
本発明に係る張力測定装置は、ワイヤの変位を測定することもでき、測定の多重化が可能となる。
また、プーリの直径を変更することで、力測定の分解能を変更することができるほかワイヤ移動量に対するエンコーダ回転量を変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ワイヤ駆動機構における張力測定装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】ワイヤ駆動機構における張力測定装置の第２の実施形態を示す図である。
【図３】第１の実施形態及び第２の実施形態に採用される起歪体、測定用プーリを示す部分斜視図である。
【図４】図３とは異なる方向から見た部分斜視図である。
【図５】図３、図４に示す起歪体の斜視図及び平面図である。
【図６】第１の実施形態及び第２の実施形態に採用され得る起歪体の他の態様を示す図である。
【図７】ワイヤ駆動機構における張力測定装置の第３の実施形態を示す図である。
【図８】ワイヤ駆動機構における張力測定装置の第４の実施形態を示す図である。
【図９】第４の実施形態に採用され得る起歪体の可動プーリ固定部及び変形部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１を参照しつつ、ワイヤ駆動機構における張力測定装置の第１の実施形態について説明する。図１に示すように、ワイヤ駆動機構は、主動ワイヤあるいは拮抗ワイヤとして機能する第１ワイヤ１及び第２ワイヤ２を備えている。第１ワイヤ１は第１端部１ａと第２端部１ｂとを有し、第１端部１ａは駆動手段３に連結されており、第２端部１ｂは従動プーリ４に連結されている。第２ワイヤ２は第１端部２ａと第２端部２ｂとを有し、第１端部２ａは駆動手段３に連結されており、第２端部２ｂは従動プーリ４に連結されている。
【００２１】
従動プーリ４は、第１ワイヤ１の張力と第２ワイヤ２の張力との張力差によって、第１方向、あるいは、第１の方向と逆方向の第２の方向に回転し、従動プーリ４の回転に伴って従動プーリ４に連結されている駆動対象（リンク）５が第１の方向あるいは第２の方向に回動するようになっている。従動プーリ４は関節として機能し、第１ワイヤ１と第２ワイヤ２の張力差によって関節トルクが生成される。
【００２２】
駆動手段３としては、モータやシリンダ等のアクチュエータが例示される。第１ワイヤ１の第１端部１ａ、第２ワイヤ２の第１端部２ａは、図１の態様では共通の駆動手段３に連結されているが、それぞれ別個の駆動手段３に連結されていてもよい（図２参照）。第１ワイヤ１、第２ワイヤ２は２本の独立したワイヤから構成しても、１本のワイヤから構成してもよい。後者の場合、例えば、１本のワイヤの長さ方向の中間部位を従動プーリ４に滑らないように複数回巻き付けたものでもよい。ワイヤ駆動機構の非作動時・作動時において、第１ワイヤ１、第２ワイヤ２はテンションがかかった状態で張られており、また、ワイヤ駆動機構の非作動時・作動時において、第１ワイヤ１の長さ（第１端部１ａと第２端部１ｂとの間の寸法）、第２ワイヤ１の長さ（第１端部２ａと第２端部２ｂとの間の寸法）は不変である。
【００２３】
図１に示す態様では、第１端部１ａが駆動手段３に連結された第１ワイヤ１は、第１固定プーリ６、可動プーリ７、第２固定プーリ８を巻回して延びており、第２端部１ｂが従動プーリ４に連結されている。
【００２４】
図１に示すように、第１ワイヤ１は、駆動手段３と第１固定プーリ６との間に亘って延びる第１部分１０と、第１固定プーリ６に巻回（図示の態様では半周）される第２部分１１と、第１固定プーリ６と可動プーリ７との間に亘って延びる第３部分１２と、可動プーリ７に巻回（図示の態様では半周）される第４部分１３と、可動プーリ７と第２固定プーリ８との間に亘って延びる第５部分１４と、第２固定プーリ８に巻回（図示の態様では半周）される第６部分１５と、第２固定プーリ８と従動プーリ４との間に亘って延びる第７部分１６と、従動プーリ４に巻回（図示の態様では１／４周）される第８部分１７と、を有している。第８部分１７の先端（第２端部１ｂ）は従動プーリ４あるいは駆動対象５に固定されている。
【００２５】
図１に示す態様では、第１端部２ａが駆動手段３に連結された第２ワイヤ２は、第１固定プーリ９、可動プーリ７を巻回して延びており、第２端部２ｂが従動プーリ４に連結されている。
【００２６】
図１に示すように、第２ワイヤ２は、駆動手段３と第１固定プーリ９との間に亘って延びる第１部分２０と、第１固定プーリ９に巻回（図示の態様では半周）される第２部分２１と、第１固定プーリ９と可動プーリ７との間に亘って延びる第３部分２２と、可動プーリ７に巻回（図示の態様では半周）される第４部分２３と、可動プーリ７と従動プーリ４との間に亘って延びる第５部分２４と、従動プーリ４に巻回（図示の態様では１／４周）される第６部分２５と、を有している。第６部分２５の先端（第２端部２ｂ）は従動プーリ４あるいは駆動対象５に固定されている。
【００２７】
ワイヤ駆動機構の従動プーリ４、第１固定プーリ６、第２固定プーリ８、第１固定プーリ９は、ワイヤ駆動機構のフレームないしボディ１８に回転自在（例えばベアリングを用いて軸６０、８０、９０回りに回転自在となっている）に固定されている。第１ワイヤ１、第２ワイヤ２は、各プーリに対して滑らないように巻回されており、各プーリが回転することで第１ワイヤ１、第２ワイヤ２が移動する。
【００２８】
可動プーリ７は、回転自在（例えばベアリングを用いて軸７０回りに回転自在となっている）かつ往復動可能にフレーム１８に設けられる。第１ワイヤ１、第２ワイヤ２は、可動プーリ７に対して互いに反対方向から巻回されている。第１ワイヤ１は、第３部分１２が図示の左側から右側に向かって延び、第４部分１３が可動プーリ７の右半部に半周巻回され、第５部分１４が図示の右側から左側に向かって延びている。一方、第２ワイヤ２は、第３部分２２が図示の右側から左側に向かって延び、第４部分２３が可動プーリ７の左半部に半周巻回され、第５部分２４が図示の左側から右側に向かって延びている。
【００２９】
図１に示す態様では、可動プーリ７は、第１ワイヤ１の第３部分１２及び第５部分１４、第２ワイヤ２の第３部分２２及び第５部分２４に平行して、第１ワイヤ１側の第１方向（左方向）、あるいは、第２ワイヤ側の第２方向（右方向）に往復動可能となっている。可動プーリ７は、第１ワイヤ１と第２ワイヤ２の張力差に応じて第１の方向あるいは第２の方向に移動する。図２、図３に示すように、可動プーリ７には、ワイヤを巻回するための溝７１、７２が並設されており、一方の溝に第１ワイヤ１の第４部分１３が巻回されており、他方の溝に第２ワイヤ２の第４部分２３が巻回されている。
【００３０】
図１に示すように、可動プーリ７は、ワイヤ駆動機構のフレーム１８に取り付けられた起歪体１９に回転自在に支持されている。起歪体１９の変形が可動プーリ７の移動を許容しており、可動プーリ７の移動に応じて起歪体１９が歪むようになっている。すなわち、第１ワイヤ１と第２ワイヤ２の張力差に応じて起歪体１９が歪むようになっている。
【００３１】
図１に示すように、起歪体１９は、変形部としての第１部分１９０及び第２部分１９１と、第１部分１９０と第２部分１９１の間に形成された可動プーリ７の固定部１９２（図２〜図６参照）と、フレーム１８に連結される第１端部１９３及び第２端部１９４を備えている。第１部分１９０は一端（第１端部１９３）においてフレーム１８に連結され、他端において可動プーリ７に連結されており、第２部分１９１は一端（第２端部１９４）においてフレーム１８に連結され、他端において可動プーリ７に連結されている。図示において、起歪体１９の第１部分１９０は、可動プーリ７の移動方向に平行して可動プーリ７の左側に配置されており、第２部分１９１は、可動プーリ７の移動方向に平行して可動プーリ７の右側に配置されている。
【００３２】
起歪体１９は、第１ワイヤ１と第２ワイヤ２の張力差による可動プーリ７の移動に応じて歪むように可動プーリ７に接続されている。可動プーリ７が第１方向（左方向）に移動すると、起歪体１９の第１部分１９０が圧縮され、第２部分１９１が伸長する。可動プーリ７が第２方向（右方向）に移動すると、起歪体１９の第１部分１９０が伸長し、第２部分１９１が圧縮される。
【００３３】
第１ワイヤ１が巻回される第２固定プーリ８、第２ワイヤ２が巻回される第１固定プーリ９は測定用プーリであって、ワイヤ駆動機構における張力測定装置は、第２固定プーリ８の回転情報を取得する第１測定手段２６、第１固定プーリ９の回転情報を取得する第２測定手段２７、を備えている。第１測定手段２６は、第１ワイヤ１の移動量を回転量として取得する。第２測定手段２７は、第２ワイヤ２の移動量を回転量として取得する。第１測定手段２６、第２測定手段２７は、エンコーダから構成することができる。
【００３４】
第１ワイヤ１と第２ワイヤ２の張力に差があると、その差に応じて可動プーリ７が左側あるいは右側に移動する。図１の態様において、駆動手段３としてのシリンダが左側に移動すると、第２ワイヤ２が左側に引っ張られて、第１固定プーリ９が回転し、可動プーリ７が右側に移動し、従動プーリ４が回転し、駆動対象５としてのリンクが第１の方向（上側）に回動する。図１の態様において、駆動手段３としてのシリンダが右側に移動すると、第１ワイヤ１が右側に引っ張られて、第１固定プーリ６、が回転し、可動プーリ７が左側に移動し、第２固定プーリ８、従動プーリ４が回転し、駆動対象５としてのリンクが第２の方向（下側）に回動する。
【００３５】
可動プーリ７が左右いずれかに移動することによって、第１ワイヤ１の移動量と第２ワイヤ２の移動量に差が生じ、この差が第２固定プーリ８の回転量と第１固定プーリ９の回転量の差に表れ、この差が第１測定手段２６の測定結果（回転量）と第２測定手段２７の測定結果（回転量）の差として取得される。
【００３６】
第１測定プ―リの回転量と第２測定プーリの回転量の差は起歪体１９の変形量と相関する。起歪体１９の変形量と、第１測定プ―リの回転量と第２測定プーリの回転量の差と、の関係を事前に取得して記憶部に記憶しておくことで、第１測定手段２６の測定結果（回転量）と第２測定手段２７の測定結果（回転量）から起歪体１９の変形量を取得することができる。
【００３７】
起歪体１９において、応力が比例限度以下であれば、応力と変形量との関係は直線であり、起歪体１９の剛性に応じた直線関係を取得しておけば、起歪体１９の変形量から第１ワイヤ１と第２ワイヤ２の張力差を取得することができる。
【００３８】
図２は、ワイヤ駆動機構における張力測定装置の第２の実施形態を示す。図１に示す実施形態と異なる点は、第１ワイヤ１の駆動手段と第２ワイヤの駆動手段が独立している点である。第１ワイヤ１は駆動手段としてのシリンダ３０によって引っ張られ、第２ワイヤ２は駆動手段としてのシリンダ３１によって引っ張られる。第１ワイヤ１の引張力と第２ワイヤ２の引張力の差がトルクとしてリンクに作用する。ワイヤ駆動機構の動作は、図１に示す実施形態と実質的に同じである。図１と図２において、同一の要素には同一の参照番号が付してあり、同一の参照番号が付された要素の説明については、既述の記載を援用することができる。
【００３９】
図３〜図５には、第１の実施形態（図１）及び第２の実施形態（図２）に用いられ得る起歪体１９が示されている。起歪体１９は、変形部としての第１部分１９０及び第２部分１９１と、第１部分１９０と第２部分１９１との間に形成された可動プーリ７の固定部１９２と、フレーム１８に連結される第１端部１９３及び第２端部１９４を備えている。起歪体１９は、材料ブロックを所定形状に切削加工することで一体形成された削り出し起歪体である。起歪体１９の形状は応力集中を防ぐ構造となっており、有限要素解析により形状を決定することができる。
【００４０】
図示の形態では、起歪体１９は、可動プーリ７の移動方向に延びる長軸を有しており、第１部分１９０は、長軸に対して直交する方向に両側にそれぞれ突出形成された一対の波状部（山部と谷部が連続している）、全体としていわば蛇腹形状を有している。第２部分１９１も同様の形状を有しており、長軸に対して直交する方向に両側にそれぞれ突出形成された波状部（山部と谷部が連続している）、全体としていわば蛇腹形状を有している。第１部分１９０と第２部分１９１は、中間の固定部１９２を挟んで対称形状となっている。図示の態様では、波状部は、３つの山部と２つの谷部からなり（個数は限定されない）、山部と谷部はループ状の同寸・同一形状を有している。
【００４１】
起歪体１９の第１部分１９０、第２部分１９１は長軸方向（可動プーリ７の移動方向）に伸縮変形可能となっている。起歪体１９に外力が作用しない状態で、隣接する山部同士、隣接する谷部同士は、それぞれ離間して間隙が形成されており、起歪体１９に長軸方向の引張力が作用すると、当該間隙が拡がって起歪体１９が伸長し、起歪体１９に長軸方向の圧縮力が作用すると、当該間隙が狭まって起歪体１９が圧縮するようになっている。
【００４２】
第１部分１９０及び第２部分１９１には、起歪体１９の過度の変形を規制するストッパ１９５が形成されており、想定を超える過大な張力が作用した場合に起歪体１９の塑性変形を防止している。ストッパ１９５は、外力が作用しない状態で変形方向に沿って離間対向する一対の当接部１９５０、１９５１（図示の態様では起歪体１９の長軸上に位置している）からなり、第１部分１９０、第２部分１９１のいずれか一方が過度に圧縮されそうになった時（この時、他方は過度に引張されそうになる）に、一対の当接部１９５０、１９５１が当接してそれ以上の圧縮（引張）を規制する。起歪体１９に初期状態で歪が含まれるような場合には、歪を取り除くようにプリテンションを与えた状態で、可動プーリ７とフレーム１８間に装着してもよい。
【００４３】
第１実施形態、第２実施形態に採用され得る起歪体１９の形状は図３〜５に示すものに限定されない。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に幾つかの実施例を示す。いずれの態様においても、起歪体１９の変形部は起歪体１９の長軸方向（可動プーリ７の移動方向）に伸縮変形可能となっている。
【００４４】
図６（Ａ）に示す起歪体１９は、図５に示す形状と類似の形状を備えており、変形部としての第１部分１９０及び第２部分１９１と、第１部分１９０と第２部分１９１との間に形成された可動プーリ７の固定部１９２とを備えている。第１部分１９０、第２部分１９１は、起歪体１９の長軸に対して直交する方向に両側にそれぞれ突出形成された一対のループ状部（図示の態様では４つのループからなる）を有している。突出状のループ（山部）は同寸・同形であるが、図５に示す形状と異なり、谷部の形状は山部の形状と異なる。
【００４５】
図６（Ｂ）に示す起歪体１９は、菱形状の第１部分１９０´及び第２部分１９１´と、その間に形成された可動プーリ固定部１９２´と、を備えている。菱形状の第１部分１９０´及び第２部分１９１´には、八角形状の開口が形成されている。起歪体１９は、その長軸方向に変形可能となっている。より具体的には、可動プーリ（図６では図示せず）が第１の方向（左側）に移動すると第１部分１９０´が圧縮、第２部分１９１´が伸張し、可動プーリ（図６では図示せず）が第２の方向（右側）に移動すると第１部分１９０´が伸張、第２部分１９１´が圧縮する。
【００４６】
図６（Ｃ）に示す起歪体１９は、コイルバネからなる第１部分１９０´´及び第２部分１９１´´と、その間に形成された可動プーリ固定部１９２´´と、を備えている。第１部分１９０´´及び第２部分１９１´´は予圧コイルバネから構成されている。起歪体１９は、その長軸方向に変形可能となっている。より具体的には、可動プーリ（図６では図示せず）が第１の方向（左側）に移動すると第１部分１９０´´が圧縮、第２部分１９１´´が伸張し、可動プーリ（図６では図示せず）が第２の方向（右側）に移動すると第１部分１９０´´が伸張、第２部分１９１´´が圧縮する。
【００４７】
図７は、ワイヤ駆動機構における張力測定装置の第３の実施形態を示す。図１に示す第１の実施形態と異なる点は、図１では、起歪体１９が可動プーリ７の両側にそれぞれ変形部として第１部分１９０、第２部分１９１を備えているのに対して、図７では、起歪体１９´が可動プーリ７の片側にのみ設けてある点である。このような起歪体１９´の具体的な形状としては、例えば、図５に示す起歪体１９の第１部分１９０を採用することができる。
【００４８】
第１ワイヤ１と第２ワイヤ２の張力差によって、可動プーリ７が第１方向（左方向）に移動すると、起歪体１９´が圧縮され、可動プーリ７が第２方向（右方向）に移動すると、起歪体１９´が伸長する。なお、図７では可動プーリ７の左側に設けた起歪体１９を示したが、起歪体を可動プーリ７の右側にのみ設けたものでもよい。図１と図７において、同一の要素には同一の参照番号が付してあり、同一の参照番号が付された要素の説明については、既述の記載を援用することができる。
【００４９】
図８は、ワイヤ駆動機構における張力測定装置の第４の実施形態を示す。起歪体１９´´は、可動プーリ７の移動方向に直交する方向に延びる板バネである。板バネは、両端がフレーム１８に連結されており、中央部位が可動プーリ７の移動時に第１方向（左方向）あるいは第２方向（右方向）に膨出するように可動プーリ７に設けてある。第１ワイヤ１と第２ワイヤ２の張力差によって、可動プーリ７が第１方向（左方向）に移動すると、起歪体１９´´が左側に膨出し、可動プーリ７が第２方向（右方向）に移動すると、起歪体１９´´のが右側に膨出する。図８において、起歪体１９´´が膨出した状態がグレースケールで模式的に記載されている。図９は、第４の実施形態に採用され得る起歪体の可動プーリ固定部及び変形部を示す図である。図９に示す可動部は変形部４点が板バネであり、平行リンク機構に類似した構造となっており、変形部が撓むことで可動プーリが左右方向に変位する。
【００５０】
叙上のように、本発明に係るワイヤ駆動機構における張力測定装置は、駆動手段により発生した張力を第１ワイヤ１、第２ワイヤ２を通じて駆動対象（関節機構）に伝達するワイヤ駆動機構において、第１ワイヤ１、第２ワイヤ２の張力差を取り出し、起歪体の変形に変換するものであり、より具体的には、第１ワイヤ１と第２ワイヤ２の間に与えられた張力差によって可動プーリが移動して起歪体の変形を生じさせ、この時の起歪体の変位量（第１ワイヤ１と第２ワイヤ２の変位量の差）を、第１ワイヤ１が巻回された測定プーリと第２ワイヤ２が巻回された測定プーリの回転量の差、すなわち、エンコーダからなる第１測定手段２６、第２測定手段２７の角度差として計測する。エンコーダによる角度測定は、高信号雑音比で高分解能で行うことができるため起歪体１９の剛性を高く設計することができ、張力計測に伴う駆動系の共振を抑えることができる。本発明に係る張力測定装置は、可動プーリを付加するという簡便な構成でより正確に張力を計測することができ、ワイヤを利用する駆動系一般に広く適用することができ、産業上の利用価値が高い。
【符号の説明】
【００５１】
１  第１ワイヤ
２  第２ワイヤ
３  駆動手段（シリンダ）
４  従動プーリ
５  駆動対象（リンク）
６  第１固定プーリ
７  可動プーリ
８  第２固定プーリ（測定用プーリ）
９  第１固定プーリ（測定用プーリ）
２６  第１測定手段（エンコーダ）
２７  第２測定手段（エンコーダ）
【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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