(57)【要約】 【課題】  操作者への過大な力が作用することを防止し、操作者の安全性を向上する。【解決手段】  操作者が把持する把持部材７と所定の移動経路に沿って駆動される基台と第１および第２連結部１３，１４によって連結し、把持部材７１に過大な力が作用したとき、操作部材７に連なる第１連結部１３が基台４に固定された第２連結部１４から分離し、基台４から第２連結部１４、第１連結部１３および把持部材７を介して操作者に過大な力が作用することを防止する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者が把持する把持部材と、
前記把持部材が搭載され、面方向に移動自在に設けられる基台と、
前記基台を、操作者への予め定める提示力によって略面方向に移動させる駆動手段と、
前記把持部材と基台とを、予め定める連結力で連結する連結手段とを含むことを特徴とする操作アームの安全装置。
【請求項２】
前記連結手段は、把持部材が固定される第１連結部と、前記基台に固定され、第１連結部が上載される載置面上で開口しかつ吸引力が導入される吸引空間を有する第２連結部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の操作アームの安全装置。
【請求項３】
前記連結手段は、把持部材が固定される第１連結部と、前記基台に固定され、第１連結部が上載される第２連結部と、第１および第２連結部の少なくともいずれか一方に設けられ、第１および第２連結部のいずれか他方を磁気吸着する磁力発生手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の操作アームの安全装置。
【請求項４】
前記連結手段は、把持部材が固定される第１連結部と、前記基台に固定される第２連結部と、前記第１連結部および第２連結部を、ばね力によって挟着するばね挟着手段とを含むことを特徴とする請求項２または３に記載の操作アームの安全装置。
【請求項５】
前記第１連結部と第２連結部とを連結する前記連結手段の連結力を補強する補助連結手段を含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の操作アームの安全装置。
【請求項６】
前記第１および第２連結部の少なくとも一方には、前記第１および第２連結部のいずれか他方に係合する段差部が設けられることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の操作アームの安全装置。
【請求項７】
前記第１連結部と第２連結部とが分離したことを検出する分離検出手段を含むことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の操作アームの安全装置。
【請求項８】
前記連結手段による把持部材と基台との連結力の大きさを調整する連結力調整手段を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の操作アームの安全装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の操作アームの安全装置を備えたリンク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者が把持する操作アームから過大な力が操作者に作用することを防止する操作アームの安全装置およびそれを備えたリンク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハプティックデバイスとも呼ばれる力提示装置には、制御装置による制御が不能となって暴走し、操作者が把持する操作アームからその操作者に過大な力が作用しないように、非常停止手段を設けたり、提示力が十分小さいアクチュエータを用いるなどして、操作者の安全を確保している。
【０００３】
しかし、装置が大型の場合やアクチュエータが高出力の場合、操作アームから操作者への力覚提示を遮断して、操作者を確実に保護する必要があり、そのような操作アームの安全装置が望まれている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４１５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、操作者へ過大な力が作用することを防止し、操作者の安全性を向上することができる操作アームの安全装置およびそれを備えたリンク装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、操作者が把持する把持部材と、
前記把持部材が搭載され、面方向に移動自在に設けられる基台と、
前記基台を、操作者への予め定める提示力によって略面方向に移動させる駆動手段と、
前記把持部材と基台とを、予め定める連結力で連結する連結手段とを含むことを特徴とする操作アームの安全装置である。
【０００７】
本発明に従えば、基台には連結手段によって把持部材が予め定める連結力で連結される。これによって基台が駆動手段によって予め定める提示力によって平面および曲面を含む略面方向に移動されても、前記予め定める連結力を操作者に適した値に設定しておくことによって、把持部材に操作者から作用する操作力が前記予め定める連結力を超えると、把持部材は基台から分離し、把持部材を把持した操作者へ過大な力が作用することが確実に防がれ、操作者の安全性が向上される。
【０００８】
また本発明は、前記連結手段は、把持部材が固定される第１連結部と、前記基台に固定され、第１連結部が上載される載置面上で開口しかつ吸引力が導入される吸引空間を有する第２連結部とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明に従えば、把持部材が第１連結部に固定され、この第１連結部が第２連結部に上載される。第２連結部は、前記第１連結部が上載される載置面上で開口する吸引空間を有し、この吸引空間に吸引力が導入されることによって、第１連結部を吸引力によって吸着し、基台と把持部材とが第１および第２連結部を介して連結される。このように連結手段が構成されるので、第２連結部の吸引空間に導かれる吸引力を調整して、基台と把持部材との連結力を操作者に応じて最適な強さに容易に設定することができ、確実に把持部材から操作者に過大な力が作用することを防止することができる。
【００１０】
さらに本発明は、前記連結手段は、把持部材が固定される第１連結部と、前記基台に固定され、第１連結部が上載される第２連結部と、第１および第２連結部の少なくともいずれか一方に設けられ、第１および第２連結部のいずれか他方を磁気吸着する磁力発生手段とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、把持部材が第１連結部に固定され、この第１連結部が第２連結部に上載され、第２連結部は基台に固定される。第１および第２連結部のいずれか一方または双方には、磁力発生手段が設けられ、この磁力発生手段によって第１および第２連結部のいずれか他方が磁気吸着される。このように連結手段が構成されるので、磁力発生手段の磁力を調整して、基台と把持部材との連結力を操作者に応じて最適な強さに容易に設定することができ、確実に把持部材から操作者に過大な力が作用することを防止することができる。
【００１２】
さらに本発明は、前記連結手段は、把持部材が固定される第１連結部と、前記基台に固定される第２連結部と、前記第１連結部および第２連結部を、ばね力によって挟着するばね挟着手段とを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、把持部材が固定される第１連結部と、基台に固定される第２連結部とは、ばね挟着手段によって挟着され、基台と把持部材とが第１および第２連結部を介して連結される。このように連結手段が構成されるので、ばね挟着手段のばね力を調整して、基台と把持部材との連結力を操作者に応じて最適な強さに容易に設定することができ、把持部材から操作者に過大な力が作用することを確実に防止することができる。
【００１４】
さらに本発明は、前記第１連結部と第２連結部とを連結する前記連結手段の連結力を補強する補助連結手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、第１連結部と第２連結部とが、前記連結手段と連結補助手段とによって連結されるため、駆動手段から基台への駆動力が大きく、連結手段による連結力だけでは第１および第２連結部間の連結力が不十分である場合、補助連結手段によって連結力を補い、最適な連結力を達成することができる。
【００１６】
さらに本発明は、前記第１および第２連結部の少なくとも一方には、前記第１および第２連結部のいずれか他方に係合する段差部が設けられることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、第１および第２連結部の少なくとも一方に段差部が設けられるので、第１および第２連結部間の横滑りを防止することができる。
【００１８】
さらに本発明は、前記第１連結部と第２連結部とが分離したことを検出する分離検出手段を含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、分離検出手段によって第１連結部と第２連結部とが分離したことが検出されるので、この分離検出手段による分離検出信号によって駆動手段を停止させ、把持部材が基台から分離した後に基台だけが駆動手段によって駆動されることを阻止し、安全性を向上することができる。
【００２０】
さらに本発明は、前記連結手段による把持部材と基台との連結力の大きさを調整する連結力調整手段を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、連結手段による把持部材と基台との連結力の大きさを連結力調整手段によって調整することができるので、連結手段による連結力を容易に変更することができ、連結力を容易に最適化することができる。
【００２２】
さらに本発明は、前記操作アームの安全装置を備えたリンク装置である。
本発明に従えば、リンク装置の操作アームに前記安全装置が適用されることによって、操作アームに対して設定した力が正しく出力されずに誤って過負荷を発生しても、前記安全装置によって把持部材が基台から分離するので、操作者に過大な力が作用することが防がれ、安全性が向上される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、駆動手段によって面方向に移動する基台に連結手段によって連結される把持部材を、操作者に過大な力が作用する前に前記基台から分離することができるので、確実に操作者に過大な力が作用することを防止し、操作者に対する安全性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は本発明の実施の一形態の操作アームの安全装置１を示す断面図であり、図２は操作アームの安全装置１の斜視図である。本実施の形態の操作アームの安全装置１は、略面方向に移動自在な基台４に搭載される操作アーム５と、この操作アーム５と前記基台４と予め定める大きさの連結力で連結する連結手段６とを含む。
【００２５】
前記操作アーム５は、操作者によって把持される直円筒上の把持部材７と、把持部材７の軸線方向一端部に固定されるフランジ部材８とを有する。フランジ部材８は、直円柱状の第１嵌合突部９と、この第１嵌合突部９に同軸上に連なる直円筒状の第２嵌合突部１０と、第１および第２嵌合突部９,１０から半径方向外方に延びる円環状のフランジ部１１とを有する。第１嵌合突部９には、その外周部に外ねじが刻設される。また把持部材７の軸線方向一端部の内周部には、内ねじが刻設される。このような把持部材７の軸線方向一端部は、第１嵌合突部９に螺着され、把持部材７がフランジ部材８に同一軸線上で固定される。このようにフランジ部材８の第１嵌合突部９には、前記把持部材７の軸線方向一端部が螺着されるので、把持部材７はフランジ部８に対して着脱可能であり、異なる把持部材と容易に交換することができる。
【００２６】
前記連結手段６は、前記操作アーム５、したがって把持部材７が固定される第１連結部１３と、前記基台４に固定される第２連結部１４とを有する。第１連結部１３には、操作アーム５のフランジ部１１が複数のボルト１６によって着脱可能に連結される。この連結部１３の前記第２連結部１４に対向する部分には、環状のシール部材１７が嵌まり込む凹溝１８が形成され、周縁部には、半径方向外方および軸線方向一方側に開放した嵌合溝１９が形成される。このような第１連結部１３は、大略的に円板状に形成される。
【００２７】
前記第２連結部１４は、同一軸線上に直円柱状の吸引空間２１と、吸引空間２１から半径方向外方に延びる吸引孔２２とを、吸引孔２２に連なり、外周面上で開口する接続ポート２３とが形成される。接続ポート２３には、接続プラグ２４が着脱自在に装着され、この接続プラグ２４には可撓性の吸引管２５を介して真空ポンプまたはエジェクタによって実現される吸引源２６から吸引力が導かれる。
【００２８】
第２連結部１４の前記第１連結部１３に臨む一表面側の外周部には、軸線方向一方側に突出する環状の環状突部２７が一体的に形成され、この環状突部２７は第１連結部１３の嵌合溝１９に嵌合し、第１連結部１３が第２連結部１４に対して横滑り、すなわち図１の左右方向にずれてしまうことが阻止される。このように環状突部２７が嵌合溝１９に嵌合した状態では、第１連結部１３のシール部材１７が第２連結部１４の環状突部２７と前記吸引空間２１との間の環状の表面２８に弾発的に当接し、これによって吸引空間２１を気密が達成され、吸引空間２１に導入された吸引力によって第１連結部１３が第２連結部１４に吸着され、予め定める連結力の強さで把持部材７が基台４に連結される。
【００２９】
図３は、操作アームの安全装置１が適用される力提示装置３１の系統図である。前記操作アームの安全装置１が適用されるリンク装置である力提示装置３１は、複数のリンク部材３２をサーボモータ３３によって駆動し、先端のリンク部材３２には前記基台４が連結されるリンクアーム３４と、サーボモータ３３を制御する制御装置３５とを含む。
【００３０】
この制御装置３５は、遮断器３６を介して主電源装置４０に接続され、第２連結部１４に設けられる近接スイッチ３７によって第１連結部１３が第２連結部１４から分離したことを検出すると、その検出信号は入出力部３８を経て制御装置３５に入力され、この制御装置３５に備えられるリレー３９の接点が切換えられ、遮断器３６が遮断し、主電源装置４０から制御装置への電力が遮断される。
【００３１】
このような制御装置３５は、制御装置３５からサーボモータ３３への制御指令の誤動作などによって操作者に適した提示力を超えて把持部材７に力が作用したとき、第１連結部１３が第２連結部１４から分離し、そのことを近接スイッチ３７が検出し、基台４にリンクアーム３４を介して過大な力が作用しないように、主電源装置４０から制御装置３５への電力を遮断するように構成され、安全性が確保されている。
【００３２】
図４は力提示装置３１の操作者による操作状態を示す斜視図であり、図５は操作アーム５が分離する手順を説明するための図であり、図５（１）は分離前の状態を示し、図５（２）は分離後の状態を示す。前記力提示装置３１において、リンクアーム３４の可動端には、前記装置１が設けられる。操作者４１は一方の腕４２によって把持部材７を把持する。制御装置３５は、把持部材７駆動させ、操作者４１の操作訓練などが行われる。一方の腕４２によって把持部材７が把持された状態で、たとえば予め設定した力が正しく出力されずに誤って過剰な力が操作アーム５に発生すると、連結手段６によって第２連結部１４が第１連結部１３から分離し、操作者４１に過大な力が作用することが回避され、操作者４１の安全性を確保するように構成されている。
【００３３】
図６は連結手段６によって操作アーム５が基台４から分離する原理を説明するための図である。前記リンクアーム３４によって駆動される基台４に、連結手段６によって操作アーム５が保持された状態において、把持部材７に操作者４１の腕４２から負荷力Ｆが作用すると、その作用位置までの距離をＬ１とし、吸引空間２１からの吸引力Ｗが中心軸線上に作用した状態で、第１連結部１３の半径をｄとすると、Ｗ・ｄ＞Ｆ・Ｌ１になると、第１連結部１３の負荷力Ｆが作用する方向の下流側の端部が第２連結部１４上で参照符４３で示される位置を回転中心として転倒し、第１連結部１３は操作アーム５とともに第２連結部１４および基台４から分離することになる。
【００３４】
このような操作アーム５の転倒による分離に先立って、負荷力Ｆが第２連結部１４の表面２８上で横滑りしてしまう。このような横滑りを防止するために、前述したように第１連結部１３には嵌合溝１９を形成し、第２連結部１４には環状突部２７を形成して、過大な負荷力Ｆによって第１連結部１３が第２連結部１４上を横滑りし、予め定める連結力に達する前に操作アーム５が基台４から分離してしまうことを防止している。
【００３５】
このように本実施の形態では、基台に連結手段６によって把持部材７が予め定める連結力で連結され、この予め定める連結力を超える力が作用すると第１連結部１３が第２連結部１４から分離し、操作者４１に無理な力が作用することが確実に防がれ、操作者の安全性が向上される。
【００３６】
図７は、本発明の実施のさらに他の形態の操作アームの安全装置１ａを示す斜視図である。なお、前述の実施の形態と対応する部分には同一の参照符を付す。本実施の形態の操作アームの安全装置１ａは、第１連結部１３と第２連結部１４とが複数のばね挟着手段５０によって予め定める連結力で挟着される。各ばね挟着手段５０は、大略的にＬ字状の各対を成す挟着部材５１ａ，５１ｂと、各挟着部材５１ａ，５１ｂを角変位自在に連結するピン５２と、各挟着部材５１ａ，５１ｂを相互に近接する方向にばね付勢する引張コイルばね５３とによって構成される。
【００３７】
このようなばね挟着手段５０は、前述の実施の形態のように吸引空間２１に吸引力を導かずに単独で用いる場合には、連結手段を構成し、個数を調整することによって第１および第２連結部１３，１４の連結力を最適に設定することができる。またリンク手段３４からの駆動力を大きく、吸引空間２１からの吸引力だけでは連結力が不足する場合には、補助連結手段を構成し、ばね挟着手段５０を補助的に用いて、連結力を最適に設定することができる。
【００３８】
前述の実施の各形態では、第１連結部１３を吸引力によって、あるいはばね挟着手段５０によるばね力によって連結するように構成されたが、本発明の実施の他の形態では、第２連結部１４に電磁石を内蔵して電流を制御し、第１連結部１３を磁力によって磁気吸着し、最適な連結力を得るようにしてもよい。またこの磁力による磁気吸着力が不足する場合には、前述のばね挟着手段５０を用いて、最適な連結力が得られるように吸着力を補足するようにしてもよい。
【００３９】
さらに本発明の実施の他の形態では、前記操作アームの安全装置１，１ａを、たとえば６自由度多関節ロボットのロボットアームの手首先端に装備してもよい。
【００４０】
このように本発明の操作アームの安全装置は、その移動方向が直線、平面、曲面のいずれであってもよく、既存の操作アームを備える駆動装置の本質安全装置として好適に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の一形態の操作アームの安全装置１を示す断面図である。
【図２】操作アームの安全装置１の斜視図である。
【図３】操作アームの安全装置１が適用される力提示装置３１の系統図である。
【図４】力提示装置３１の操作者による操作状態を示す斜視図である。
【図５】操作アーム５が分離する手順を説明するための図であり、図５（１）は分離前の状態を示し、図５（２）は分離後の状態を示す。
【図６】連結手段６によって操作アーム５が基台４から分離する原理を説明するための図である。
【図７】本発明の実施のさらに他の形態の操作アームの安全装置１ａを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１，１ａ  操作アームの安全装置
４  基台
５  操作アーム
６  連結手段
７  把持部材
８  フランジ部材
９  第１嵌合突部
１０  第２嵌合突部
１１  フランジ部
１３  第１連結部
１４  第２連結部
１７  シール部材
１９  嵌合溝
２１  吸引空間
２６  吸引源
２７  環状突部
２８  表面
３１  力提示装置
３４  リンクアーム
３５  制御装置
４１  操作者
４２  腕
５０  ばね挟着手段
５１ａ，５１ｂ  挟着部材
５３  引張コイルばね
【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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