JP2009285763A - ロボットアーム - Google Patents

Abstract

【課題】小型の回転関節を備えていても高加速トルクを供給することができること。
【解決手段】駆動側リンク４ｃと従動側リンク４ｄとが従動側リンクを駆動側リンクに対して回転駆動させるトルクを供給する回転関節５ｃを介して連結されたリンク機構を有する装置であって、駆動側リンクに、回転関節の前記トルクのうちの加速トルクを補助するための加速補助トルクを供給する加速補助トルク供給機構７を備えることを特徴とするロボットアームを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットアームに関する。

従来、駆動側リンクと従動側リンクとが従動側リンクを駆動側リンクに対して回転駆動させるトルクを供給する回転関節を介して連結されたリンク機構を有するロボットアームにおいて、前記トルクを軽減する技術が知られている（例えば特許文献１）。

特許文献１に記載のロボットアームは、基台にそれぞれの一端が枢着され互いに離れて平行に設けられた２つのリンクと、これらのリンクの他端が枢着されて、リンクの回動により一定姿勢を保って変移する作動体と、両端がそれぞれ基台及び作動体に連結された重力補償用ばねとを備えたものである。
特許文献１に記載の前記重力補償用ばねが、アームに作用する重力による負荷トルクを補助することで、基台に設けられた関節機構の負荷トルクを軽減することができる。
特開平６−３３５８９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のロボットアームの重力補償用ばねでは、リンクを基台に対して回転駆動させる際に必要な加速トルクは軽減されない。そのため、加速トルクの占める割合が大きいロボットアームでは、加速トルクの大きさに応じて高トルクを供給する必要があるので、回転関節が大型化してしまい、装置をコンパクト化することができない、という問題がある。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、小型の回転関節を備えていても高加速トルクを供給することができるロボットアームを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明に係るロボットアームは、駆動側リンクと従動側リンクとが前記従動側リンクを前記駆動側リンクに対して回転駆動させるトルクを供給する回転関節を介して連結されたリンク機構を有するロボットアームであって、前記駆動側リンクに、前記回転関節の前記トルクのうちの加速トルクを補助するための加速補助トルクを供給する加速補助トルク供給機構を備えることを特徴とするものである。

本発明のロボットアームによれば、加速補助トルク供給機構を備えるので、加速補助トルク供給機構から加速補助トルクを供給することで、回転関節の加速トルクが不足した場合にも、従動側リンクを回転駆動することができる。

また、本発明に係るロボットアームでは、前記回転関節は、前記駆動側リンクに固定されたステータ部と、ステータ部から回転駆動力が付勢されるロータ部とを備え、前記加速補助トルク供給機構は、一端が前記駆動側リンクに固定され、他端が前記ロータ部の回転軸周りに巻き回された状態で該回転軸に固定された形状記憶合金ワイヤと、該形状記憶合金ワイヤに電流を供給して前記形状記憶合金ワイヤを収縮させることにより、前記ロータ部に供給される前記加速補助トルクの大きさを制御する加速補助トルク制御部と、前記回転関節の駆動情報に基づいて前記加速トルクの不足分の大きさを算出し、算出された前記加速トルクの不足分を補うための前記加速補助トルクの大きさを前記加速補助トルク制御部に送出する加速補助トルク設定部とを備えることが好ましい。

この場合、加速補助トルク制御部は、加速トルクの不足分の大きさを補うために加速補助トルク設定部が算出した加速補助トルクを、一端が駆動側リンクに固定され、他端がロータ部の回転軸周りに巻き回された状態で回転軸に固定された形状記憶合金ワイヤに電流を供給して収縮させることで加速補助トルクを供給することができる。

また、本発明に係るロボットアームでは、前記加速補助トルク供給機構は、前記ロータ部の前記回転軸の軸心に対して一方向回りに前記加速補助トルクを供給する第１の形状記憶合金ワイヤと、前記軸心に対して前記一方向と反対方向回りに前記加速補助トルクを供給する第２の形状記憶合金ワイヤと、を有することが好ましい。

この場合、加速補助トルク供給機構によって、第１の形状記憶合金ワイヤ、又は第２の形状記憶合金ワイヤのいずれかに電流を供給することで回転軸の軸心回りのいずれの方向にも加速補助トルクを供給することができる。

本発明のロボットアームによれば、小型の回転関節を備えていても高加速トルクを供給することができる、という効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係るロボットアームについて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るロボットアームの概略構成を示す模式的な側面図である。なお、図１では、図を見易くするため、配線の図示を省略している。

本実施形態のロボットアーム１０は、図１に示すように、箱状の基台部１と、屈曲可能に設けられ基台部１の上面に基端側が連結されたアーム部２と、アーム部２の先端側に設けられ作業対象を把持する把持部３とを備える。また、これら各構成の動作はいずれもメインコントローラ（不図示）によって制御される。

アーム部２は、基端側から先端側に向けて順次配列されている３つの柱状のリンク４ｂ、４ｃ、４ｄが２つの回転関節５ｂ、５ｃを介して連結されることで、互いに同方向の回動軸を有する回転関節５ｂ、５ｃで屈曲可能とされた多関節型のアームである。アーム部２の先端側には、回転関節５ｂ、５ｃと同方向の回動軸を有する回転関節５ｄを介して把持部３が連結されている。本実施形態では、各リンク４ｃ、４ｄ及び把持部３は、回転関節５ｂ、５ｃ、５ｄによって、同一平面内で回転駆動可能とされている。

また、リンク４ｂ及び回転関節５ｂには、リンク４ｃをリンク４ｂに対して回転駆動させる際に必要な加速トルクを供給可能な加速補助トルク供給機構７が設けられている。この加速補助トルク供給機構７は、リンク４ｃと回転関節５ｃ、及びリンク４ｄと回転関節５ｄにも、同様にそれぞれ設けられている。

また、リンク４ｂは、基台部１内に固定された回転関節５ａに固定されている。
回転関節５ａは、リンク４ｂを鉛直軸回りに回転させることで、水平面内でのアーム部２の向きを変更するものであり、基台部１内に固定され、水平方向に延ばして配置されたリンク４ａに固定されている。
また、リンク４ａ及び回転関節５ａには、加速補助トルク供給機構７が設けられている。

ここで、リンク４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、回転関節５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及びそれぞれに設けられた加速補助トルク供給機構７は、基本的な構成が同じなので、以下では、代表してリンク４ｃ及び回転関節５ｃに関して詳細構成を説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係るロボットアームのリンク及び回転関節を示す模式的な正面図である。図３は、図２におけるＡ視の模式的な側面図である。図４は、本発明の一実施形態に係るロボットアームの制御ブロック図である。なお、図２及び図３では、リンク４ｃとリンク４ｄとが一直線に延ばされた場合を図示している。また、図３では、配線の図示を省略している。また、図４に示す駆動対象は、以下の説明ではリンク４ｄを意味する。

回転関節５ｃは、図２及び図３に示すように、四角柱状のリンク４ｃの一端部の上下両面を固定部５１ａで挟持するようにして固定された略円柱状のモータ部（ステータ部）５１と、そのモータ部５１のモータシャフト５２の両端部に跨るように固定され軸心Ｌ回りに回動可能とされたコの字状のブラケット本体５７を有するブラケット（ロータ部）５３とを備える。

また、モータ部５１は、図４に示すように、モータシャフト５２を正逆２方向に回転させるサーボモータ５４と、サーボモータ５４の回転角速度を、モータ部５１に電気的に接続されたサーボコントローラ５６にフィードバックするエンコーダ５５とを更に備える。なお、本実施形態では、モータ部５１の最大モータトルクは、τｍであるとする。そして、このτｍを後述する閾値とする。

サーボコントローラ５６は、後述するコントローラ（加速補助トルク設定部）８から送出された駆動情報と、エンコーダ５５よりフィードバックされた回転角速度とに基づいて、サーボモータ５４へ電流を供給するものである。

ブラケット５３は、図２及び図３に示すように、モータシャフト５２の各先端が固定され、モータ部５１を跨ぐように設けられたコの字状のブラケット本体５７と、軸心Ｌと同軸となる位置でブラケット本体５７の外側面から外側に突出された曲率半径ｒの円柱状の軸部（回転軸）５８Ａ、５８Ｂとを備える。円柱状の軸部５８Ａ、５８Ｂの径は、モータシャフト５２の径よりも大きい。ブラケット本体５７の軸心Ｌと直交する方向の側面には、四角柱状のリンク４ｄの端部が、その上下両面を固定部５７ａが挟持するようにして、軸心Ｌと直交する方向に延在する状態で固定されている。

軸部５８Ａ、５８Ｂの材質は、表面が絶縁されていれば、適宜の材料を採用することができる。本実施形態では、例えば、表面が絶縁コーティングされた金属部材からなる。また、本実施形態では、軸部５８Ａ、５８Ｂの表面は、後述するようにこの軸部５８Ａ、５８Ｂに巻回される形状記憶合金ワイヤ７１、７２が滑りやすいように平滑に形成されている。
以下では、図３に示すように、図２の矢印Ａ方向から見て、軸心Ｌに対する時計回り方向を回転の正方向Ｄ１、反時計回り方向を回転の逆方向Ｄ２と称することにする。

軸部５８Ａ、５８Ｂには、図２及び図３に示すように、供給される電流量に応じて伸縮する第１の形状記憶合金ワイヤ７１及び第２の形状記憶合金ワイヤ７２がそれぞれ巻き付けられている。
形状記憶合金ワイヤ７１、７２の材質や線径は、必要な強度、収縮力に応じて適宜に選択することができるが、例えばバイオメタル（登録商標）（トキ・コーポレーション社製）を採用することができる。形状記憶合金ワイヤ７１、７２の線径は、例えば０．０５ｍｍから０．１５ｍｍが好ましい。本実施形態では、一例として０．０５ｍｍとしている。

第１の形状記憶合金ワイヤ７１は、図２に示すように、一端が軸部５８Ａ上の先端部の点Ｐ_Ａに固定され、点Ｐ_Ａから軸部５８Ａの基端側に向かって回転の正方向Ｄ１に沿って軸部５８Ａの外周に複数回（本実施形態では４回）巻き付けられてから、リンク４ｃの延在方向に沿って延ばされている。そして、第１の形状記憶合金ワイヤ７１の他端は、リンク４ｃの延在方向の端部側で四角柱状の側方に突出された、断面が矩形の柱状のワイヤ固定部４１Ａ上に点Ｑ_Ａの位置で固定されている。

第２の形状記憶合金ワイヤ７２は、一端が軸部５８Ｂ上の先端部の点Ｐ_Ｂに固定され、点Ｐ_Ｂから軸部５８Ｂの基端側に向かって回転の逆方向Ｄ２に沿って軸部５８Ｂの外周に複数回（本実施形態では４回）巻き付けられてから、リンク４ｃの延在方向に沿って延ばされている。そして、第２の形状記憶合金ワイヤ７２の他端は、リンク４ｃの延在方向の端部側で四角柱状の他方の側方に突出された、断面が矩形の柱状のワイヤ固定部４１Ｂ上に点Ｑ_Ｂの位置で固定されている。

また、形状記憶合金ワイヤ７１、７２は、点Ｐ_Ａ、Ｐ_Ｂ、Ｑ_Ａ、Ｑ_Ｂの近傍位置で例えばフレキシブルケーブルからなる配線７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄによって、加速補助トルク制御部７３に電気的に接続されている。
加速補助トルク制御部７３は、後述するコントローラ８に電気的に接続され、コントローラ８から送出された目標加速補助トルク情報に基づいて、第１の形状記憶合金ワイヤ７１、若しくは第２の形状記憶合金ワイヤ７２に電流を供給するものである。形状記憶合金ワイヤ７１、７２への電流の供給量と、その際に生じる収縮力によって発生する加速補助トルクとの関係は、加速補助トルク制御部７３に予め記憶されている。

このように設けられた第１の形状記憶合金ワイヤ７１、及び第２の形状記憶合金ワイヤ７２では、加速補助トルク制御部７３から電流が供給されると、ジュール熱によって変態を起こすことで収縮して収縮力Ｆが発生する。この収縮力Ｆが、点Ｐ_Ａ、又は点Ｐ_Ｂから軸部５８Ａ、５８Ｂに作用することで、モータトルクを補助するためのトルクである軸心Ｌ回りの加速補助トルクを供給することができる。
第１の形状記憶合金ワイヤ７１によって収縮力Ｆが発生した場合、リンク４ｄを正方向Ｄ１に回動させる加速補助トルクτｈ＝ｒ・Ｆが発生する。また、第２の形状記憶合金ワイヤ７２によって収縮力Ｆが発生した場合、リンク４ｄを逆方向Ｄ２に回動させる加速補助トルクτｈ＝−ｒ・Ｆを生じさせることができる。
なお、形状記憶合金ワイヤ７１、７２は、電流が供給されない場合は、前述したとおり線径が細いため、即座に変態開始温度より低温となるため、低荷重で伸張することができ、リンク４ｄの回動の抵抗とはならない。
また、軸部５８Ａ、Ｂの表面は平滑に形成されているため、形状記憶合金ワイヤ７１、７２と、軸部５８Ａ、５８Ｂとの間に生じる摩擦によるエネルギー損失を抑えることができる。

また、形状記憶合金ワイヤ７１、７２は、いずれもリンク４ｃに沿う方向に延ばされているので、コンパクトに配置することができる。
なお、図２は、模式図のため、軸部５８Ａ、５８Ｂ及びワイヤ固定部４１Ａ、４１Ｂの寸法を誇張して図示しているが、軸部５８Ａ、５８Ｂの軸長は形状記憶合金ワイヤ７１、７２がそれぞれ巻き付けられる程度の長さであれば良く、ワイヤ固定部４１Ａ、４１Ｂの突出量は形状記憶合金ワイヤ７１、７２が固定できる程度であれば良い。

コントローラ８は、メインコントローラから送出された回転角速度、回転角度等の駆動情報から必要加速トルクの大きさを算出するものである。そして、コントローラ８は、算出した必要加速トルクと、予め記憶されているところのサーボモータ５４による最大モータトルクである閾値τｍとに基づいて、形状記憶合金ワイヤ７１、７２による目標加速補助トルクを算出し、この情報を加速補助トルク制御部７３へ送出すると共に、サーボコントローラ５６へ駆動情報を送出する。

なお、上述した第１の形状記憶合金ワイヤ７１、第２の形状記憶合金ワイヤ７２、加速補助トルク制御部７３及びコントローラ８は、加速補助トルク供給機構７を構成する。
また、回転関節５ｃを介して連結されたリンク４ｃ、４ｄは、回転関節５ｃのモータ部５１に連結されたリンク４ｃが駆動側リンクであり、回転関節５ｃのブラケット５３に連結され、ブラケット５３を介してモータ部５１及び加速補助トルク供給機構７から加速トルクを付勢されるリンク４ｄが従動側リンクである。

次に、上述したロボットアーム１０の動作について、回転関節における加速トルクの供給動作を中心に説明する。
図５（ａ）は、本発明の一実施形態に係るロボットアームの動作における目標角速度の一例を示すグラフである。横軸は時刻を示し（以下のグラフでも同様）、縦軸は目標角速度を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）の動作（時刻に対応した目標角速度を得るための動作）に対応する必要加速トルクの一例を示すグラフである。縦軸は必要加速トルクを示す。図５（ｃ）は、図５（ａ）の動作に対応する目標加速補助トルクの一例を示すグラフである。縦軸は目標加速補助トルクを示す。図５（ｄ）は、図５（ａ）の動作に対応する第１の形状記憶合金ワイヤの電流量の一例を示すグラフである。縦軸は電流量を示す。図５（ｅ）は、図５（ａ）の動作に対応する第２の形状記憶合金ワイヤの電流量の一例を示すグラフである。縦軸は電流量を示す。図５（ｆ）は、図５（ａ）の動作に対応するサーボモータの負荷トルクの一例を示すグラフである。縦軸はサーボモータの負荷トルクを示す。

ロボットアーム１０は、把持部３によって作業対象を把持したり、目標位置に移動したりするため、メインコントローラから各回転関節５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの回転角速度、回転角度等の駆動情報が生成され、各回転関節５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに接続されたコントローラ８に送出される。
以下では、メインコントローラから回転関節５ｃのコントローラ８に対して、図５（ａ）に示す目標角速度が送出された場合の例で説明する。なお、以下では、時刻Ｔｉの添字ｉは、時刻の大小関係を表すものとする。即ち、Ｔｉ＜Ｔｉ＋１を意味する。
目標角速度は、図５（ａ）の屈曲線９ａに示すように、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１では、０からω１（但し、ω１＞０）まで単調増加し、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２では、ω１を維持し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３では、ω１から０まで単調減少する。そして、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までは、０を維持した後、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までは、０から−ω１まで単調減少し、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までは、−ω１を維持し、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までは、−ω１から０まで単調増加する。

コントローラ８は、この目標角速度に基づいて必要加速トルクを算出する。コントローラ８は、図５（ｂ）の屈曲線９ｂに示すように、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１、及び時刻Ｔ６から時刻Ｔ７の間の必要加速トルクとしてτ_１を算出する。本例では、τｍ＜τ_１の関係にあるものとする。また、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３及び時刻Ｔ４から時刻Ｔ５の間の必要加速トルクとして−τ_１を、その他の時刻の必要加速トルクとして０を算出する。

この必要加速トルクの算出結果と、予め入力されている閾値τｍとに基づいて、コントローラ８は、各時刻で目標加速補助トルクを算出する。
まず、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間では、コントローラ８は、図５（ｂ）の屈曲線９ｂに示すように、必要加速トルクの絶対値であるτ_１が閾値τｍを超えているので、図５（ｃ）の屈曲線９ｃに示すように、目標加速補助トルクとしてτｈ_１（但し、τｈ_１＝τ_１−τｍ）を算出する。そしてサーボコントローラ５６へは、メインコントローラから送出された駆動情報をそのまま送出し、加速補助トルク制御部７３へは、τｈ_１を送出する。

目標加速補助トルク情報を受信した加速補助トルク制御部７３は、目標加速補助トルクの絶対値であるτｈ_１を供給するために必要な収縮力Ｆ１（即ち、Ｆ１＝τｈ_１／ｒ）を形状記憶合金ワイヤ７１、７２に生じさせる電流量Ｉ１を算出する。そして、図５（ｄ）及び図５（ｅ）の屈曲線９ｄ、９ｅに示すように、加速補助トルク制御部７３は、τｈ_１＞０なので、第１の形状記憶合金ワイヤ７１にのみ電流量Ｉ１の電流を供給する。

サーボコントローラ５６は、コントローラ８から受信した駆動情報と、エンコーダ５５よりフィードバックされた回転角速度とに基づいてサーボモータ５４を制御する。このとき、図５（ｆ）の屈曲線９ｆに示すように、サーボモータ５４を最大モータトルクτｍで駆動することで、加速補助トルク供給機構７によって加速補助トルクτｈ_１と合わせて、必要加速トルクτ_１を供給することができる。

次に、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間では、コントローラ８は、必要加速トルクが０なので、図５（ｃ）の屈曲線９ｃに示すように、目標加速補助トルクとして０を算出する。そして、コントローラ８は、加速補助トルク制御部７３に、目標加速補助トルク情報として０を送出し、サーボコントローラ５６に駆動情報を送出する。これにより、サーボモータ５４は一定角速度で回転し、形状記憶合金ワイヤ７１の電流供給が停止される。

次に、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間では、コントローラ８は、図５（ｂ）の屈曲線９ｂに示すように、必要加速トルクの絶対値であるτ_１が閾値τｍを超えているので、図５（ｃ）の屈曲線９ｃに示すように、目標加速補助トルクとして−τｈ_１を算出する。そしてサーボコントローラ５６へは、メインコントローラから送出された駆動情報をそのまま送出し、加速補助トルク制御部７３へは、−τｈ_１を送出する。

目標加速補助トルク情報を受信した加速補助トルク制御部７３は、目標加速補助トルクの絶対値であるτｈ_１を供給するために必要な収縮力Ｆ１を形状記憶合金ワイヤ７１、７２に生じさせる電流量Ｉ１を算出する。そして、図５（ｄ）及び図５（ｅ）の屈曲線９ｄ、９ｅに示すように、加速補助トルク制御部７３は、−τｈ_１＜０なので、第２の形状記憶合金ワイヤ７２にのみ電流量Ｉ１の電流を供給する。

サーボコントローラ５６は、コントローラ８から受信した駆動情報と、エンコーダ５５よりフィードバックされた回転角速度とに基づいてサーボモータ５４を制御する。このとき、図５（ｆ）の屈曲線９ｆに示すように、サーボモータ５４を最大モータトルク−τｍで駆動することで、加速補助トルク供給機構７によって加速補助トルク−τｈ_１と合わせて、必要加速トルク−τ_１を供給することができる。

時刻Ｔ３以降では、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までは、時刻Ｔ１からＴ２までと同様に、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までは、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までと同様に、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までは、時刻Ｔ１からＴ２までと同様に、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までは、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までと同様に各機構が動作する。

本動作例は、必要加速トルクの絶対値τ１がいずれも閾値τｍより大きい場合であるため、加速トルクを供給するときは常に加速補助トルク供給機構７により加速補助トルクを供給したが、必要加速トルクの絶対値が閾値τｍより小さい場合であれば、加速補助トルク供給機構７に加速補助トルクを供給させなくてもよい。

また、本動作例は、目標加速補助トルクがτｈ_１或いは−τｈ_１で一定の場合であるため、加速補助トルク制御部７３が形状記憶合金ワイヤ７１、７２に電流量Ｉ１の電流のみを供給しているが、電流量は必要加速トルクに応じて変化させればよい。

本実施形態のロボットアーム１０によれば、加速補助トルク供給機構７として形状記憶合金ワイヤ７１、７２を備えるので、サーボモータ５４によるモータトルクが必要加速トルクに対して不足している場合にも、形状記憶合金ワイヤ７１、７２による加速補助トルクで、不足分を供給することができる。このため、回転関節５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄとして、出力トルクが小さい、小型且つ軽量な回転関節を採用することができる。

また、加速補助トルクを供給するために形状記憶合金ワイヤ７１、７２を用いているので、例えば他のモータ等を用いて加速トルクを補助する場合に比べて小型化及び軽量化を図ることができる。

また、形状記憶合金ワイヤ７１、７２によって、各リンクを回転の正方向Ｄ１、逆方向Ｄ２に駆動する加速補助トルクをそれぞれ別個に供給することができる。そのため、加速補助トルクの方向切り替えが容易となり、加速補助トルクの大きさも第１の形状記憶合金ワイヤ７１、若しくは第２の形状記憶合金ワイヤ７２のいずれかに供給する電流量を変えるだけでよい。従って、加速補助トルクに関しては、例えばフィードバック制御等の複雑な制御が不要であるので、加速補助トルク制御部７３を簡素化することができる。

また、形状記憶合金ワイヤ７１、７２は、線径が０．０５ｍｍから０．１５ｍｍなので、短時間で放熱しやすく、電流供給をストップしてから張力が元に戻るまでの時間が短時間で済む。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

なお、上記実施形態では、形状記憶合金ワイヤ７１、７２は軸部５８Ａ、５８Ｂ回りに複数回巻き付けられているものとしたが、形状記憶合金ワイヤ７１、７２の巻き付け回数ｋは、回転関節における回転角度の上限から下限までの可動範囲θ、及び回数軸部５８Ａ、５８Ｂの曲率半径ｒに依存させることが好ましい。この場合、形状記憶合金ワイヤ７１、７２は、特性上収縮できる量が全長の数％という具合に決まっているため、巻き付け回数ｋは、以下に示す［数１］の関係式で求めることが好ましい（図３参照）。

上記［数１］で、ｌは、形状記憶合金ワイヤ７１、７２と軸部５８Ａ、５８Ｂとの接点から、点Ｑ_Ａ、Ｑ_Ｂまでの形状記憶合金ワイヤ７１、７２の長さ、ｘは、形状記憶合金ワイヤ７１、７２の材料特性である収縮率を意味する。
つまり、可動範囲θが広い場合、可動範囲θ内の任意の角度で張力を発生させる必要があるため、巻き付け回数ｋは増える。逆に可動範囲θが狭ければ、巻き付けなくてもよい。
図６に、形状記憶合金ワイヤの固定方法の他例を示した。
例えば、図６に示すように、第１の形状記憶合金ワイヤ７１を軸部５８Ａに巻き付けずに、軸心Ｌから水平方向にずらした軸部５８Ａ上の位置Ｐに固定していても構わない。

また、上記実施形態では、軸部５８Ａ、５８Ｂがブラケット本体５７の両端側から１つずつ突出されているが、いずれか一方側からのみ突出されていても、突出された軸部に形状記憶合金ワイヤ７１、７２が巻き付けられていれば制限はない。

本発明の一実施形態に係るロボットアームの概略構成を示す模式的な側面図である。 本発明の一実施形態に係るロボットアームのリンク及び回転関節を示す模式的な正面図である。 図２におけるＡ視の模式的な側面図である。 本発明の一実施形態に係るロボットアームの制御ブロック図である。 図５（ａ）は、本発明の一実施形態に係るロボットアームの動作における目標角速度の一例を示すグラフである。図５（ｂ）は、図５（ａ）の動作に対応する必要加速トルクの一例を示すグラフである。図５（ｃ）は、図５（ａ）の動作に対応する目標加速補助トルクの一例を示すグラフである。図５（ｄ）は、図５（ａ）の動作に対応する第１の形状記憶合金ワイヤの電流量の一例を示すグラフである。図５（ｅ）は、図５（ａ）の動作に対応する第２の形状記憶合金ワイヤの電流量の一例を示すグラフである。図５（ｆ）は、図５（ａ）の動作に対応する負荷トルクの一例を示すグラフである。 形状記憶合金ワイヤの固定方法の他例を示す図である。

符号の説明

４ａ リンク（駆動側リンク）
４ｂ、４ｃ、４ｄ リンク（従動側リンク、駆動側リンク）
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 回転関節
７ 加速補助トルク供給機構
８ コントローラ（加速補助トルク設定部）
１０ ロボットアーム
５１ モータ部（ステータ部）
５３ ブラケット（ロータ部）
５８Ａ、５８Ｂ 軸部（回転軸）
７１ 第１の形状記憶合金ワイヤ
７２ 第２の形状記憶合金ワイヤ
７３ 加速補助トルク制御部
Ｌ 軸心
ｋ 巻き付け回数

Claims (3)

1. 駆動側リンクと従動側リンクとが前記従動側リンクを前記駆動側リンクに対して回転駆動させるトルクを供給する回転関節を介して連結されたリンク機構を有するロボットアームであって、
   前記駆動側リンクに、前記回転関節の前記トルクのうちの加速トルクを補助するための加速補助トルクを供給する加速補助トルク供給機構を備えることを特徴とするロボットアーム。
2. 請求項１に記載のロボットアームにおいて、
   前記回転関節は、前記駆動側リンクに固定されたステータ部と、ステータ部から回転駆動力が付勢されるロータ部とを備え、
   前記加速補助トルク供給機構は、一端が前記駆動側リンクに固定され、他端が前記ロータ部の回転軸周りに巻き回された状態で該回転軸に固定された形状記憶合金ワイヤと、該形状記憶合金ワイヤに電流を供給して前記形状記憶合金ワイヤを収縮させることにより、前記ロータ部に供給される前記加速補助トルクの大きさを制御する加速補助トルク制御部と、前記回転関節の駆動情報に基づいて前記加速トルクの不足分の大きさを算出し、算出された前記加速トルクの不足分を補うための前記加速補助トルクの大きさを前記加速補助トルク制御部に送出する加速補助トルク設定部とを備えることを特徴とするロボットアーム。
3. 請求項２に記載のロボットアームにおいて、
   前記加速補助トルク供給機構は、前記ロータ部の前記回転軸の軸心に対して一方向回りに前記加速補助トルクを供給する第１の形状記憶合金ワイヤと、前記軸心に対して前記一方向と反対方向回りに前記加速補助トルクを供給する第２の形状記憶合金ワイヤと、を有することを特徴とするロボットアーム。

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