(57)【要約】【課題】ブレーキ機構や減速機構を備えていない関節部の姿勢を保持不能な小型駆動手段を採用しつつ、関節部の姿勢保持が可能なロボットアームの姿勢保持構造を提供する。【解決手段】一方のアーム部１６,１８に対して上下方向へ回転し得るよう他方のアーム部１８,２０が連結された関節部２４,２６を備えたロボットアームにおいて、関節部２４,２６は、通電時には両アーム部１６,１８／１８,２０の相対位置を保持可能で、非通電時には両アーム部１６,１８／１８,２０の相対位置を保持不能な小型駆動手段３４により駆動すると共に、関節部２２,２４,２６を構成する両アーム部１６,１８／１８,２０は、駆動手段３４による両アーム部１６,１８／１８,２０の姿勢変化に伴って可撓変形すると共に駆動手段３４への通電停止時では当該通電停止時での姿勢を維持する可撓性部材３２で連結するよう構成した。【選択図】図２
2009226566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方のアーム部に対して上下方向へ回転し得るよう他方のアーム部が連結された関節部を備えたロボットアームの姿勢保持構造であって、
前記関節部は、通電時には前記両アーム部の相対位置を保持可能で、非通電時には両アーム部の相対位置を保持不能な小型駆動手段により駆動されると共に、
前記関節部を構成する両アーム部は、前記駆動手段による両アーム部の姿勢変化に伴って可撓変形すると共に駆動手段への通電停止時では当該通電停止時での姿勢を維持する可撓性部材で連結された
ことを特徴とするロボットアームの姿勢保持構造。
【請求項２】
前記ロボットアームは、前記関節部を複数箇所に備えた多関節アームであって、前記各関節部を構成するアーム部を前記可撓性部材で連結した請求項１記載のロボットアームの姿勢保持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１アーム部に対して上下方向へ回転し得るよう第２アーム部が連結された関節部を備えるロボットアームの姿勢保持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上肢を自分の意思に従って自由に動かせない高齢者や身体障害者等のために、自力で食事動作やその他の日常生活動作等を行なえるように上肢の動きを補助する装置が知られている(例えば特許文献１)。この特許文献１に記載された上肢動作補助装置では、台等にロボットアームの基端部が接続された本体を固定して安定性を高めつつ、該ロボットアームの自由端部側に設けた装具を被補助者の上肢に装着して、被補助者が動いた際に装具に加えられた力情報に基づいて自由端部を移動させることにより、上肢動作を補助するよう構成されている。
【特許文献１】特開平１１−２５３５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述した上肢動作補助装置では、被補助者の動きに追従してロボットアームが三次元的に移動することが要求される。このような移動の自由度の高いロボットアームでは、上肢動作補助装置を使用しない場合には通常はロボットアームを所定の支持具等で支持した状態で保管されている。しかしながら、ロボットアームの移動の自由度を高くすると、使用中に停電が発生したり非常停止操作された場合には、該ロボットアームの自重により関節部で屈曲して崩れ落ちるようにアーム部が落下する可能性がある。このような関節部の屈曲動作を防止するため、関節部を駆動する駆動手段としてブレーキ機構を備えたモータを採用したり減速機構を設けることにより、関節部の姿勢を保持することが一般的に行なわれる。しかしながら、ブレーキ機構を備えたモータや減速機構を採用した場合には、装置の大型化、重量化を招来する問題がある。一方で、装置の小型化、軽量化するにはロボットアームを小型化する必要があるものの、ブレーキ機構や減速機構が必要とされる関係上、装置の小型化や軽量化には限界があった。
【０００４】
そこで、本発明は、ブレーキ機構や減速機構を備えていない関節部の姿勢を保持不能な小型駆動手段を採用しつつ、関節部の姿勢保持が可能なロボットアームの姿勢保持構造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】
【０００５】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するために、本願の請求項１に係るロボットアームの姿勢保持構造は、
一方のアーム部(14,16,18)に対して上下方向へ回転し得るよう他方のアーム部(16,18,20)が連結された関節部(22,24,26)を備えたロボットアーム(12)の姿勢保持構造であって、
前記関節部(22,24,26)は、通電時には前記両アーム部(14,16/16,18/18,20)の相対位置を保持可能で、非通電時には両アーム部(14,16/16,18/18,20)の相対位置を保持不能な小型駆動手段(34)により駆動されると共に、
前記関節部(22,24,26)を構成する両アーム部(14,16/16,18/18,20)は、前記駆動手段(34)による両アーム部(14,16/16,18/18,20)の姿勢変化に伴って可撓変形すると共に駆動手段(34)への通電停止時では当該通電停止時での姿勢を維持する可撓性部材(32)で連結されたことを要旨とする。
【０００６】
請求項２に係るロボットアームの姿勢保持構造は、前記ロボットアームは、前記関節部を複数箇所に備えた多関節アーム(12)であって、前記各関節部(22,24,26)を構成するアーム部(14,16/16,18/18,20)を前記可撓性部材(32)で連結したことを要旨とする。
【０００７】
このように、ロボットアームにおける関節部を構成する２つのアーム部を可撓性部材で連結したことで、駆動手段への通電停止時においては当該通電停止時でのアーム部の相対的な姿勢を可撓性部材が維持できる。従って、関節部を構成するアーム部を駆動する駆動手段として、ブレーキ機構や減速機構を備えていないものを採用した場合であっても、通電停止時にロボットアームが関節部で屈曲してアーム部が崩れ落ちることはない。また、駆動手段としてブレーキ機構や減速機構を備えていない小型のものを採用できるから、装置の小型化、軽量化を実現できる。更に、ロボットアームとして移動の自由度の高い多関節アームを採用した場合でも、その関節部を構成するアーム部を可撓性部材で連結することで、通電停止時でも多関節アームの姿勢を保持できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るロボットアームの姿勢保持構造によれば、ブレーキ機構や減速機を有しない小型駆動手段を採用した場合であっても、可撓性部材によりロボットアームの関節部分の姿勢を保持し得るから、通電停止時にロボットアームの姿勢を保持でき、装置の小型化、軽量化を実現し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係るロボットアームの姿勢保持構造につき好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
【実施例】
【００１０】
図１は、実施例に係るロボットアームの姿勢保持構造を採用した上肢動作補助装置１０を示す斜視図である。図１に示すように、実施例に係る上肢動作補助装置１０は、設置台ＴＡ上に固定された多関節アーム１２(ロボットアーム)の自由端部側に、補助器具(図示省略)を設けるよう構成されている。ここで、前記補助器具は、被補助者に対する動作の補助目的に合わせた器具であり、図１にはスプーンが示されている。なお、補助器具としてはスプーンに限られず、フォークや、歯ブラシ、筆記用具等であってもよい。また、前記設置台ＴＡには、前記多関節アーム１２を駆動制御する制御装置や電源装置等が収容されている。なお、前記多関節アーム１２を設置する設置台ＴＡとしては、例えば、机や作業台が挙げられる。また、前記多関節アーム１２を設置台ＴＡに固定的に設置する構成に限らず、設置台ＴＡに対して載置される移動可能な装置本体を設けて、該装置本体に多関節アーム１２を設けるようにしてもよい。
【００１１】
前記多関節アーム１２は、図１に示すように、前記設置台ＴＡ上に配設されて鉛直方向に回転軸が延在し、水平方向に回転される第１アーム部１４と、該第１アーム部１４の上方側端部に対して第１関節部２２を介して回転可能に連結された第２アーム部１６と、該第２アーム部１６の他方の端部に対して第２関節部２４を介して回転可能に連結された第３アーム部１８と、該第３アーム部１８の他方の端部に対して第３関節部２６を介して回転可能に連結された第４アーム部２０とを備えており、該第４アーム部２０の自由端部側に、前記制御装置に接続された力覚センサ４０が配設されると共に、前記補助器具が配設されている。すなわち、被補助者が補助器具を移動させた際の力を力覚センサ４０が検出し、該力覚センサ４０の検出に基づいて制御装置が後述する駆動モータを駆動して多関節アーム１２を動作させるよう構成される。なお、前記各アーム部はカバー部材２８で覆われて、内部構造を外部から目視し得ないようになっている。
【００１２】
前記各関節部２２,２４,２６には、図２に示すように、一方のアーム部に対して、各関節部２２,２４,２６で連結される２つのアーム部１４,１６／１６,１８／１８,２０の延在方向と直交する方向に回転軸が延在する第１の駆動モータ(小型駆動手段)３４が配設されると共に、該第１の駆動モータ３４の回転軸に他方のアーム部に設けた連結具３０が連結されており、当該第１の駆動モータ３４の駆動により、連結された２つのアーム部１４,１６／１６,１８／１８,２０が屈曲動作するようになっている。なお、図２では、第２アーム部１６、第３アーム部１８および第４アーム部２０を連結する第２関節部２４および第３関節部２６を示すが、第１アーム部１４と第２アーム部１６とを連結する第１関節部２２も同様に構成されている。ここで、前記第１の駆動モータ３４としては、ブレーキ機構や減速機構を備えておらず、非通電時には連結された２つのアーム部の相対位置を保持不能な小型サーボモータや小型パルスモータ等の駆動手段が採用される。
【００１３】
また、前記各関節部２２,２４,２６は、前記第１の駆動モータ３４のケーシング３６と、前記連結具３０とを、可撓変形可能な可撓性部材３２で連結している。この可撓性部材３２としては、例えばステンレス製の薄いパイプに波付加工し、外装にステンレスのワイヤーを編み込んだホース状のもので、曲げたままの状態を保持可能なスタンドチューブ等と称されるフレキシブルチューブが採用される。そして、前記各可撓性部材３２の長さは、対応する各関節部２２,２４,２６において連結された２つのアーム部１４,１６／１６,１８／１８,２０が必要な範囲で屈曲動作し得る長さに設定されて、図１または図３(a)に示すように、常には湾曲した状態で２つのアーム部１４,１６／１６,１８／１８,２０に連結されている。すなわち、各関節部２２,２４,２６において連結された２つのアーム部１４,１６／１６,１８／１８,２０は、前記第１の駆動モータ３４による両アーム部１４,１６／１６,１８／１８,２０の角度変化に伴って可撓性部材３２が可撓変形し、第１の駆動モータ３４への通電停止時では当該通電停止時での両アーム部１４,１６／１６,１８／１８,２０の相対的な姿勢を可撓性部材３２が保持するよう構成されている。
【００１４】
また、前記第１〜第４アーム部１４,１６,１８,２０の夫々は、図２に示すように、前記連結具３０に対して第２の駆動モータ３８が固定されている。この第２の駆動モータ３８は、対応するアーム部の長手方向に沿って回転軸が延在するよう配設されると共に、該第２の駆動モータ３８の駆動により回転される軸部３９の端部が、前記第１の駆動モータ３４を支持する支持具３１に連結されている。すなわち、前記第２の駆動モータ３８の駆動により、各アーム部は、軸部３９を中心として回転し得るようになっている。そして、前記第１および第２の駆動モータ３４,３８の夫々が前記制御装置に接続されており、制御装置からの制御信号に基づいて各モータ３４,３８を独立して駆動させ得るようになっている。すなわち、各第１および第２の駆動モータ３４,３８の夫々を駆動することで、自由端部(補助器具)が三次元移動されるようになっている。また、前記上肢動作補助装置１０は、前記第１および第２の駆動モータ３４,３８への電源供給を停止する非常停止釦(図示せず)が設けられており、緊急時等に非常停止釦を操作することで、上肢動作補助装置１０の動作を停止させ得るようになっている。
【００１５】
次に、前述のように構成した実施例に係るロボットアームの姿勢保持構造の作用につき説明する。前記上肢動作補助装置１０は、多関節アーム１２の自由端部側に設けた補助器具を被補助者が把持して動かした際に、該多関節アーム１２の自由端部に設けた力覚センサ４０で当該被補助者の動作を検知して第１および第２の駆動モータ３４,３８を駆動制御し、被補助者の動作意図に基づいて補助器具が移動するよう多関節アーム１２を動作させる。すなわち、被補助者に自己の意思により動作している感覚を与えることで、被補助者の自発的な動作が促され、高いリハビリ効果が期待できる。
【００１６】
また、前記上肢動作補助装置１０の動作時に、停電の発生や装置の故障、その他非常停止釦の操作があった場合には、前記第１の駆動モータ３４への電源供給が停止する。このとき、前記多関節アーム１２における各関節部２２,２４,２６に設けた可撓性部材３２が、各関節部２２,２４,２６を構成する２つのアーム部１４,１６／１６,１８／１８,２０に連結されているから、該通電停止時点での両アーム部１４,１６／１６,１８／１８,２０の相対的な姿勢が可撓性部材３２で保持される(図３(b)参照)。従って、急な電源供給停止時であっても、多関節アーム１２のアーム部１４,１６／１６,１８／１８,２０が自重で落下するように関節部２２,２４,２６が屈曲することはなく、各アーム部１４,１６／１６,１８／１８,２０が設置台ＴＡ等に接触して損傷するのを防止し得る。また、身体障害者や高齢者等のように自己意思に基づいて自由な動作を行なうのが困難な者が前記上肢動作補助装置１０を使用している場合であっても、停電等で電源供給の停止が急に起きたとしても多関節アーム１２がその姿勢で保持されるから、被補助者に対して急な回避動作が求められず、被補助者が安心感を持って装置を使用することができる。
【００１７】
また、前述のように、各関節部２２,２４,２６を構成する２つのアーム部１４,１６／１６,１８／１８,２０を、可撓性部材３２で連結するだけの簡単な構成で姿勢を保持し得るから、装置の製造コストを抑制できる。更に、各関節部２２,２４,２６を屈曲動作させる駆動モータ３４として、ブレーキ機構や減速機構を備えていない小型の駆動モータを採用できるから、装置全体の小型化、軽量化を図り得ると共に、装置を小型化、軽量化することで、該多関節アーム１２を移動可能な装置本体に設けることで、装置自体の移動を簡単に行なうことができ、装置利用の幅が格段に拡がり、被補助者の利便性向上に寄与し得る。例えば、リハビリ施設と自宅との間で移動させて使用することで、被補助者の都合に合わせて自由にリハビリを行なうことが可能となる。
【００１８】
なお、実施例に係るロボットアームの姿勢保持構造は、前述した構成に限られず種々の変更が可能である。例えば、実施例では、複数の関節部を有する多関節アームに対して本発明に係る姿勢保持構造を採用したが、関節部を１つ備えたロボットアームに対しても採用し得ることは当然である。また、関節部の構成は、実施例に示したものに限られず、２つのアーム部を屈曲動作し得るよう回転可能に連結した構成とすればよい。また、２つのアーム部に対する可撓性部材の連結位置は、実施例のものに限られず、関節部を挟む２つのアーム部に対して可撓性部材を連結するよう構成すればよい。なお、実施例では、被補助者の上肢動作を補助可能な上肢動作補助装置に本発明に係る姿勢保持構造を採用した例を示したが、これに限られるものではなく、関節部を有するロボットアーム全般に対して採用することができる。すなわち、例えば産業用ロボットや医療用ロボットのように、アーム部をモータの駆動力で屈曲動作させるロボットアームの関節部に対して、本発明に係る姿勢保持構造を採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例に係る姿勢保持構造を採用した上肢動作補助装置を示す斜視図である。
【図２】実施例に係る姿勢保持構造を示す斜視図である。
【図３】実施例に係る多関節アームの第３関節部が屈曲動作する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
１２  多関節アーム(ロボットアーム)
１４  第１アーム部(アーム部)
１６  第２アーム部(アーム部)
１８  第３アーム部(アーム部)
２０  第４アーム部(アーム部)
２２  第１関節部(関節部)
２４  第２関節部(関節部)
２６  第３関節部(関節部)
３２  可撓性部材
３４  第１の駆動モータ(小型駆動手段)
【図１】
2009226566.tif 000003
【図２】
2009226566.tif 000004
【図３】
2009226566.tif 000005