JP2014050926A - トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より安定したトルク制御が可能なトルク制限機構、駆動装置及びロボット装置を提供すること。
【解決手段】回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、回転駆動軸と被駆動軸とのうち少なくとも一方の回転軸の第一面の少なくとも一部に対して接触する第二面を有し、回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で第二面が第一面の少なくとも一部に接触することによって回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達する伝達部と、第一面及び第二面のうち少なくとも一方の接触面の状態の変化を抑制する抑制部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置に関する。

近年、例えば工業分野に限られず、医療や福祉などの広い産業分野において、作業者の負担軽減等を目的として、ロボット装置が用いられている。このようなロボット装置は、例えば、関節部を介して複数の腕部が接続される構成になっている（例えば、特許文献１参照）。このようなロボット装置において、ロボット装置周囲の人や物が腕部に挟み込まれた場合に駆動トルクを低減して、挟み込まれた人や物及びロボット装置の損傷を低減する構成が知られている。

特開２００４−１８８５３５号公報

しかしながら、上述のようなロボット装置においては、トルク制限機構によるトルク制御の安定性が求められている。

以上のような事情に鑑み、本発明は、安定したトルク制御が可能なトルク制限機構、駆動装置及びロボット装置を提供することにある。

本発明の第一の態様に従えば、回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、回転駆動軸と被駆動軸とのうち少なくとも一方の回転軸の第一面の少なくとも一部に対して接触する第二面を有し、回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で第二面が第一面の少なくとも一部に接触することによって回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達する伝達部と、第一面及び第二面のうち少なくとも一方の接触面の状態の変化を抑制する抑制部とを備えるトルク制限機構が提供される。

本発明の第二の態様に従えば、駆動軸と、当該駆動軸に回転力を作用させる回転駆動部と、駆動軸の前記回転力が伝達される被駆動軸と、駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構とを備え、トルク制限機構として、本発明の第一の態様に従う制限機構が用いられている駆動装置が提供される。

本発明の第三の態様に従えば、アームと、当該アームを駆動する駆動装置とを備え、駆動装置として、本発明の第二の態様に従う駆動装置が用いられているロボット装置が提供される。

本発明の第四の態様に従えば、本発明の第一の態様に従うトルク制限機構を備えるロボット装置が提供される。

本発明によれば、より安定したトルク制御が可能となる。

本発明の第一実施形態に係る駆動装置の構成の一例を示す構成図。 本実施形態におけるトルク制限機構の構成の一例を示す断面図 本実施形態における回転力の伝達経路の一例を示す断面図。 本実施形態におけるトルク制限機構の特性の一例を示すグラフ。 本実施形態における制御部が駆動装置を制御する構成の一例を示す構成図。 本実施形態における相対的なすべりの上限値の変化の一例を示すグラフ。 本実施形態における較正動作の一例を示す図。 本実施形態における較正動作の一例を示す図。 本発明の第二実施形態に係るロボット装置の構成の一例を示す構成図。 本発明の第一実施形態に係る駆動装置の構成の一例を示す構成図。 本実施形態におけるトルク制限機構の構成の一例を示す断面図 本実施形態における回転力の伝達経路の一例を示す断面図。 本実施形態における回転力の伝達経路の一例を示す断面図。

［第一実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第一の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態に係るトルク制限機構１２０及び駆動装置１００を備えるロボット装置２００の構成の一例を示す構成図である。

本実施形態のロボット装置２００は、固定部１０と、可動部２０（被駆動部）と、駆動装置１００と、上位装置８０とを備えている。
固定部１０は、駆動装置１００及び可動部２０を支持する支持部材であり、例えば、床に固定されている。

可動部２０（被駆動部）は、例えば、ロボット装置２００の腕（アーム）部分であり、例えば、固定部１０に対して移動（例えば、回転移動）される。固定部１０と可動部２０とは、連結部３０において、移動可能（例えば、回転可能）に連結されている。
連結部３０は、固定部１０と可動部２０とを連結しており、この駆動装置１００を備えている。
駆動装置１００は、駆動部１５０と、トルク制限機構１２０とを備えており、固定部１０に固定され、可動部２０（被駆動部）を移動（例えば、回転移動）させる。

本実施形態において上位装置８０は、例えば、ロボット装置２００の制御用コンピュータである。この上位装置８０は、駆動ドライバを備えており、駆動装置１００の駆動部１５０に対して、可動部２０（被駆動部）を移動（例えば、回転移動）させる回転力の指令値に応じた、駆動部１５０を駆動する駆動電流（例えば、駆動電流ＩＴ）を出力する。

駆動部１５０は、上位装置８０が出力する駆動電流ＩＴに応じた回転力によって回転駆動軸１１を回転させる。本実施形態の駆動部１５０は、例えば、固定部１０の第３軸受部１２ｃに取り付けられ、上位装置８０から供給される駆動電流ＩＴに応じた回転力によって回転駆動軸１１を回転させる。

回転駆動軸１１は、例えば、駆動部１５０によって発生された回転力を出力する駆動部１５０の回転出力軸である。また、回転駆動軸１１は、拡径部１１ａを備えており、固定部１０の第一軸受部１２ａ及び第二軸受部１２ｂと、可動部２０の第４軸受部２２ａ及び第５軸受部２２ｂと、被駆動軸２１とを貫通している。

トルク制限機構１２０は、調整部１２１と、検出部１２２とを備えており、回転駆動軸１１の回転力を被駆動軸２１に伝達可能である。
検出部１２２は、例えば、トルクセンサを備えており、回転駆動軸１１と被駆動軸２１との間に伝達される回転力を検出する。

被駆動軸２１は、回転駆動軸１１から伝達された回転力によって回転する回転軸である。本実施形態の被駆動軸２１は、例えば、可動部２０の第５軸受部２２ｂに接続されており、第５軸受部２２ｂとともに回転する。つまり、可動部２０は、被駆動軸２１が回転することによって、被駆動軸２１を中心にして回転する。

調整部１２１は、駆動素子１３１と、ベルト部材を有する伝達部１３０とを備えており、回転駆動軸１１と被駆動軸２１との間に伝達される回転力の上限値（許容値）を調整する。
駆動素子１３１は、一端が可動部２０に接続され、他端が伝達部１３０の一端に接続されており、制御部１２３から出力される制御信号に基づき変形することによって伝達部１３０の張力を変化させて、回転駆動軸１１及び被駆動軸２１に対する伝達部１３０のグリップ力を変化させる。

伝達部１３０は、回転駆動軸１１の拡径部１１ａと被駆動軸２１とに対して接触可能にされて（例えば、巻きかけられて）おり、例えば張力（すなわち、伝達部１３０のグリップ力）に対応する許容値によって回転駆動軸１１の回転力を被駆動軸２１に伝達する。つまり、回転駆動軸１１の拡径部１１ａから被駆動軸２１に伝達されるトルクの許容値は、トルク制限機構１２０が備える伝達部１３０のグリップ力によって設定される。

制御部１２３は、後述する上位装置８０から供給される回転力指令値を駆動部１５０に出力する。また、制御部１２３は、調整部１２１が調整する上限値を可動部２０の負荷及び加速度に応じて設定するとともに、検出部１２２が検出する回転力と設定されている上限値とに基づいて、上限値の設定を変更する。制御部１２３は、上記の上限値に基づく制御信号を調整部１２１に出力する。

次に、図２を参照して、トルク制限機構１２０が備える調整部１２１としての駆動素子１３１と伝達部１３０との詳細な構成について説明する。
図２は、トルク制限機構１２０の構成を示す断面図である。
伝達部１３０は、その端部（第一端部１３０ａ、第二端部１３０ｂ）が、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１の周方向の基準位置Ｐを挟むように所定の隙間を空けて対向して配置されている。また、伝達部１３０の形状は、例えば、帯状又は線状などである。

拡径部１１ａと被駆動軸２１とは、例えば、同一の径を有しているため、拡径部１１ａの外周面と被駆動軸２１の外周面との間では段差が発生することが無い。このため、伝達部１３０と拡径部１１ａとの間、及び、伝達部１３０と被駆動軸２１との間には、ほぼ同一のグリップ力が発生することになる。

駆動素子１３１（本実施形態においては、第一駆動素子１３１ａ及び第二駆動素子１３１ｂ）は、伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の接触状態を調整する。第一駆動素子１３１ａ及び第二駆動素子１３１ｂとしては、例えば電歪素子（例、ピエゾ素子）や磁歪素子などの電気機械変換素子が用いられている。例えば、第一駆動素子１３１ａ及び第二駆動素子１３１ｂは、駆動電圧が供給されることにより、一方向に伸縮する構成である。

第一駆動素子１３１ａは、伸縮方向の一方の端部が伝達部１３０の第一端部１３０ａに接続されている。また、第一駆動素子１３１ａの他方の端部は、可動部２０の端面から突出した支持部１３４に固定されている。したがって、第一駆動素子１３１ａは、第一端部１３０ａと支持部１３４とで挟まれた構成となっている。第一駆動素子１３１ａのうち第一端部１３０ａとの接続部分には、フレクシャ機構１３２ａが形成されている。

第二駆動素子１３１ｂは、伸縮方向の一方の端部が伝達部１３０の第二端部１３０ｂに接続されている。また、第二駆動素子１３１ｂの他方の端部は、可動部２０の端面から突出した支持部１３４に固定されている。したがって、第二駆動素子１３１ｂは、第二端部１３０ｂと支持部１３４とで挟まれた構成となっている。第二駆動素子１３１ｂのうち第二端部１３０ｂとの接続部分には、フレクシャ機構１３２ｂが形成されている。

上述したように、制御部１２３は第一駆動素子１３１ａ及び第二駆動素子１３１ｂに接続されており、当該第一駆動素子１３１ａ及び第二駆動素子１３１ｂに対して駆動電圧を供給可能になっている。制御部１２３は、第一駆動素子１３１ａ及び第二駆動素子１３１ｂに印加する駆動電圧の電圧値を変化させることにより、第一駆動素子１３１ａ及び第二駆動素子１３１ｂの伸縮量を調整する。

例えば、第一駆動素子１３１ａが伸びると、伝達部１３０の第一端部１３０ａが第二端部１３０ｂに近づく方向に移動する。また、第二駆動素子１３１ｂが伸びると、伝達部１３０の第二端部１３０ｂが第一端部１３０ａに近づく方向に移動する。このため、伝達部１３０が拡径部１１ａの周面（例、外周面や内周面）及び被駆動軸２１の周面（例、外周面や内周面）に巻きつき、当該伝達部１３０に張力が加わる。第一駆動素子１３１ａが縮むと、第一端部１３０ａが第二端部１３０ｂから離れる方向に移動する。また、第二駆動素子１３１ｂが縮むと、第二端部１３０ｂが第一端部１３０ａから離れる方向に移動する。このため、伝達部１３０が拡径部１１ａ及び被駆動軸２１から離れて、伝達部１３０が弛緩する。このように、例えば、伝達部１３０は、駆動素子１３１の駆動（例、伸縮）によって回転駆動軸１１の径方向及び被駆動軸２１の径方向に力（例、伝達部１３０のグリップ力や張力、押圧力）が加えられる。これによって、伝達部１３０と拡径部１１ａとの間、及び伝達部１３０と被駆動軸２１との間で、それぞれ摩擦力が生じる。なお、本実施形態は、例えば、駆動素子１３１を縮ませることによって、伝達部１３０が拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に巻きついて、当該伝達部１３０にグリップ力が加わる構成にしてもよい。そして、本実施形態は、駆動素子１３１が伸びることによって、伝達部１３０が拡径部１１ａ及び被駆動軸２１から離れて弛緩する構成にしてもよい。

次に、図３を参照して、駆動部１５０によって発生される回転力が被駆動軸２１に伝達される回転力の伝達経路の一例を説明する。
図３は、本実施形態における回転力の伝達経路の一例を示す断面図である。
まず、駆動部１５０は、所定の回転力を発生させて、発生させた回転力によって回転駆動軸１１を回転させる。この回転駆動軸１１の回転力は、拡径部１１ａと、トルク制限機構１２０の伝達部１３０との間に生じる摩擦力によって、伝達部１３０に伝達される（図３のＴｑ１）。次に、伝達部１３０の回転力は、伝達部１３０と、被駆動軸２１との間に生じる摩擦力によって、被駆動軸２１に伝達される（図３のＴｑ２）。このようにして、駆動部１５０によって発生された回転力は、被駆動軸２１に伝達される。上述したように、駆動部１５０は、固定部１０の第３軸受部１２ｃに固定されており、被駆動軸２１は、可動部２０の第５軸受部２２ｂに固定されている。この回転力によって、可動部２０は、固定部１０を基準にして回転される。

次に、本実施形態に係るトルク制限機構１２０において、回転駆動軸１１（拡径部１１ａ）から被駆動軸２１へ回転力を伝達し、当該被駆動軸２１に回転力を作用させる原理の一例を説明する。被駆動軸２１を駆動させる際には、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に巻き付いた伝達部１３０に張力を生じさせて、当該張力によって生じるグリップ力によって拡径部１１ａと被駆動軸２１とを連結する。拡径部１１ａと被駆動軸２１とが伝達部１３０によって連結されることで、回転駆動軸１１から被駆動軸２１へと回転力が伝達可能となる。

オイラーの摩擦ベルト理論により、回転駆動軸１１（拡径部１１ａ）及び被駆動軸２１に巻き付いた伝達部１３０の第一端部１３０ａ側の張力（Ｔ１）及び第二端部１３０ｂ側の張力（Ｔ２）が下記（式１）を満たすとき、伝達部１３０と拡径部１１ａとの間、伝達部１３０と被駆動軸２１との間で、それぞれ摩擦力が生じ、伝達部１３０が拡径部１１ａの外周面及び被駆動軸２１の外周面に対して滑りを生じることの無い状態（接触状態）となる。なお、本実施形態では、伝達部１３０が短手方向に等しい寸法ずつ拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に掛けられているため、生じる摩擦力の大きさは、伝達部１３０と拡径部１１ａとの間、及び、伝達部１３０と被駆動軸２１との間で、ほぼ等しくなる。

伝達部１３０は、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に対して接触状態となったときに、摩擦力によって回転駆動軸１１及び被駆動軸２１と共に移動する。この移動により、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に回転力が伝達される。ただし、（式１）において、μは伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の摩擦係数であり、θは伝達部１３０の有効巻き付き角（接触角度）である。有効巻き付け角θについては、拡径部１１ａの外周面及び被駆動軸２１の外周面のうち伝達部１３０に対して接触状態となりうる部分の範囲である。

このとき、回転力の伝達に寄与する張力は、（Ｔ１−Ｔ２）によって表される。上記（式１）に基づいて張力（Ｔ１−Ｔ２）を求めると、（式２）のようになる。

上記（式２）より、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に伝達される回転力は、例えば第一駆動素子１３１ａの伸縮によって伝達部１３０に生じる張力Ｔ１によって一意に決定されることがわかる。（式２）の右辺の張力Ｔ１の係数部分は、伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間における摩擦係数μ、及び、伝達部１３０の有効巻き付き角θにそれぞれ依存する。

図４は、オイラーの原理に基づく摩擦係数μを変化させたときの有効巻き付き角θと係数部分の値との関係を示すグラフである。グラフの横軸は有効巻き付き角θを示しており、グラフの縦軸は係数部分の値を示している。図４に示すように、例えば摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θが３００°以上のときに係数部分の値が０．８以上となっている。

このことから、摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θを３００°以上とすることにより、第一駆動素子１３１ａによる張力Ｔ１の８０％以上の力が被駆動軸２１の回転力に寄与することがわかる。この巻き付き角の他（例、１８０°、２７０°、３６０°、３６０°以上）、図４のグラフから、例えば伝達部１３０と、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の摩擦係数を大きくするほど、係数部分の値が大きくなることが推定される。このように、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に伝達される回転力の上限値（許容値）の大きさは第一駆動素子１３１ａによる張力Ｔ１によって一意に決定されることになる。したがって、本実施形態におけるトルク制限機構又は制御部は、回転駆動軸１１（拡径部１１ａ）及び被駆動軸２１に対する伝達部１３０のグリップ力を緩めること及び締め付けることによって上記回転力の上限値を変更可能である。また、本実施形態におけるトルク制限機構又は制御部は、オイラーの摩擦ベルト理論によって伝達部１３０の摩擦力の平均化効果が大きく、安定した摩擦力を得ることができる。また、本実施形態のトルク制限機構又は制御部は、オイラーの摩擦ベルト理論に基づいて伝達部１３０のグリップ力を制御することよって、小さな力で伝達されるトルクを可変にすることができ、軸の滑り出しの許容値（回転力の上限値）の可変レンジを大きくすることができる。

次に、本実施形態の制御部１２３が駆動装置１００を制御する構成について説明する。図５は、本実施形態の制御部１２３が駆動装置１００を制御する構成の一例を示す構成図である。

本実施形態において上位装置８０は、例えば、ロボット装置２００の制御用コンピュータであり、制御部１２３に対して、回転駆動軸１１を回転させる駆動部１５０の回転力の指令値である回転力指令値（例えば、回転力指令値ＣＴ）を出力する。なお、この指令値は、回転駆動軸１１の回転位置の指令値や、回転駆動軸１１の回転速度の指令値であってもよい。

制御部１２３は、上位装置８０に接続されており、上位装置８０が出力する、回転力指令値ＣＴを取得する。また、制御部１２３は、上位装置８０から取得した駆動部１５０の回転力指令値ＣＴに応じた、駆動部１５０を駆動する駆動電流（例えば、駆動電流ＩＴ）を駆動部１５０に出力する。また、制御部１２３は、回転駆動軸１１の回転力を被駆動軸２１に伝達可能なトルク制限機構１２０が有する調整部１２１が調整する回転力の上限値を設定する。また、制御部１２３は、検出部１２２が検出する被駆動軸２１の回転力（例えば、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に伝達された回転力）と設定されている上限値とに基づいて、上限値の設定を変更する。

本実施形態の制御部１２３は、例えば、モータドライバ１２３ａと、クラッチ制御部１２３ｂと、回転力検出部１２３ｃとを備えている。この、モータドライバ１２３ａは、上位装置８０から取得した駆動部１５０の回転力指令値ＣＴに応じて、駆動部１５０を駆動する駆動電流ＩＴを生成し、生成した駆動電流ＩＴを駆動部１５０に出力する。また、クラッチ制御部１２３ｂは、トルク制限機構１２０が有する調整部１２１に接続されており、回転力の上限値を、第一駆動素子１３１ａ及び第二駆動素子１３１ｂに印加して設定する設定電圧（例えば、設定電圧ＶＳ）を調整部１２１に出力する。また、回転力検出部１２３ｃは、検出部１２２に接続されており、検出部１２２が検出する被駆動軸２１の回転力を示す回転力情報（例えば、回転力情報ＤＴ）を取得する。

制御部１２３は、通常動作において、回転力の上限値を設定して、設定した上限値に応じた設定電圧ＶＳを、クラッチ制御部１２３ｂを介して調整部１２１に出力する。

図６は、トルク制限機構１２０の一部を拡大して示す断面図である。
図６に示すように、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃには、硬化処理層１３５が形成されている。硬化処理層１３５は、伝達部１３０の内周面１３０ｃに対する耐磨耗性が向上するように硬化処理が施された領域である。伝達部１３０の内周面１３０ｃに接触する接触面である外周面１１ｃ及び外周面２１ｃの耐磨耗性を向上させることにより、内周面１３０ｃによる摩擦を受けても外周面１１ｃ及び外周面２１ｃの面粗さが変化しにくくなる。このため、外周面１１ｃ及び外周面２１ｃと内周面１３０ｃとの間に作用する摩擦力が安定化される。

このような硬化処理層１３５としては、例えば窒素と炭素との化合物層を用いることができる。例えば鋼の変態点以下の温度（例、５１０℃〜５８０℃程度）のソルトバスに拡径部１１ａ及び被駆動軸２１を短時間浸漬させる（タフトライド処理）ことにより、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃに窒素と炭素との化合物層を形成することができる。この場合、硬化処理層１３５の硬度は、例えばヴィッカース硬度で４００〜１２００程度となる。

また、硬化処理層１３５として、例えばダイヤモンドライクカーボン層などを用いても良い。ダイヤモンドライクカーボン層は、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に対して例えばプラズマＣＶＤ法やＰＶＤ法などの手法を施すことにより形成することができる。この場合、硬化処理層１３５の硬度は、例えばヴィッカース硬度で１５００〜７０００程度となる。

図７は、本実施形態における相対的な滑りの上限値の変化の一例を示すグラフである。通常動作において、回転駆動軸１１と被駆動軸２１との間に伝達される回転力の上限値は、例えば、図７に示す波形ＷＳのように設定されている。例えば、上限値は被駆動軸２１が駆動される状態（例えば、被駆動軸２１に加わる負荷トルクの変化）に応じて設定されている。一例として、上限値は、図７の時刻ｔ０からｔ１において波形ＷＳ１に示すに設定されている。図７の時刻ｔ１からｔ８においても同様に、上限値は波形ＷＳ２からＷＳ８に示すように、それぞれ設定されている。

これに対して、トルク制限機構１２０は、伝達部１３０、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１などの接触面状態の変化により、上述した摩擦力が変化することがある。例えば、伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間で摩擦を繰り返すことにより、伝達部１３０の内周面１３０ｃや拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃが次第に粗くなっていく場合がある。このような場合、伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の摩擦力が徐々に変化（増加又は低減）する。

この結果、例えば、トルク制限機構１２０が伝達する回転力の上限値が、設定した上限値よりも増加することがある。ここで、設定されている上限値（例えば、波形ＷＳによって示される上限値）に対して摩擦力が増加した場合、例えば、図７に示す波形ＷＳは、波形ＷＵに変化する。この場合、伝達する回転力の大きさが設定された上限値を超えても、滑りが発生しないことがある。

また、例えば、トルク制限機構１２０が伝達する回転力が設定した上限値に達しないことがある。つまり、トルク制限機構１２０が伝達する回転力の上限値が、設定した上限値よりも減少することがある。ここで、設定されている上限値（ＷＳ）に対して摩擦力が減少した場合、例えば、図７に示す波形ＷＳは、波形ＷＬに変化する。この場合、被駆動軸２１の負荷（例えば、可動部２０及び可動部２０が移動させる負荷）を移動させるために必要な回転力を回転駆動軸１１から被駆動軸２１に伝達することができないことがある。

つまり、トルク制限機構１２０において、上記のように摩擦力が変化すると、滑りが発生すべき状況において滑りが発生しなかったり、滑りが発生すべきでない状況において滑りが発生したりする、といった誤作動が発生する場合がある。

これに対して、本実施形態では、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃに硬化処理層１３５が形成されているので、当該外周面１１ｃ及び外周面２１ｃの硬度が高められることになる。したがって、外周面１１ｃ及び外周面２１ｃが内周面１３０ｃとの間で摩擦を繰り返した場合でも、面粗さが変化しにくくなる。これにより、伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の摩擦力が安定化されるので、より安定したトルク制御が可能となる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
本実施形態では、上記実施形態と共通の構成については、共通の符号を付し、説明を省略あるいは簡略化する。

図８は、本実施形態に係るトルク制限機構２２０の一部の構成を示す図である。
図８に示すように、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃには、溝部１４０ａ及び溝部１４０ｂが設けられている。溝部１４０ａは、例えば拡径部１１ａ及び被駆動軸２１の周方向に沿って設けられている。溝部１４０ｂは、例えば拡径部１１ａ及び被駆動軸２１の軸線方向に沿って設けられている。

溝部１４０ａ及び溝部１４０ｂは、例えばトルク制限機構１２０の周囲の雰囲気から伝達部１３０の内周面１３０ｃ、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃに付着する付着物や、伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との摩擦によって生じた磨耗粉などの異物を収容する。溝部１４０ａ及び溝部１４０ｂに収容された異物は、例えば溝部１４０ａ及び溝部１４０ｂに沿って拡径部１１ａ及び被駆動軸２１の外部へ逃がされる。

図９は、本実施形態に係るトルク制限機構２２０の他の構成を示す図である。
図９に示すように、伝達部１３０のＺ方向の両端部には、トラップ部１４１が設けられている。トラップ部１４１は、伝達部１３０の周方向に沿って環状に形成されている。トラップ部１４１は、伝達部１３０の内周面１３０ｃと拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃとの間に混入された異物を吸着する。トラップ部１４１として、例えば異物を吸着可能な程度の粘性を有する物質などを用いても良い。これにより、伝達部１３０の内周面１３０ｃと拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間に付着する異物を吸着することができる。

また、トラップ部１４１が拡径部１１ａの外周面１１ｃや被駆動軸２１の外周面２１ｃに設けられた構成であっても良い。この場合、例えば、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃに多孔質層１４１ａが設けられた構成であっても良い。当該多孔質層１４１ａには、異物が入り込む程度の孔径を有する多孔質材料が用いられている。したがって、伝達部１３０の内周面１３０ｃと拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間に付着する異物を多孔質層１４１ａにおいて吸着することができる。

図１０は、本実施形態に係るトルク制限機構２２０の他の構成を示す図である。
図１０に示すように、伝達部１３０の第一端部１３０ａと第二端部１３０ｂとの間には、払拭部１４２が設けられている。払拭部１４２は、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃに付着した異物を払拭する。払拭部１４２としては、例えばブラシやスキージなどを用いることができる。払拭部１４２は、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃに接触した状態で移動することで、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃに付着した異物を除去することができる。

なお、払拭部１４２と、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃとの間は、相対的に移動する構成であれば良い。したがって、例えば、払拭部１４２の位置を固定させたまま拡径部１１ａ及び被駆動軸２１を回転させる構成であっても良い。この場合、払拭部１４２が拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃに接触した状態で拡径部１１ａ及び被駆動軸２１が移動することで、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃに付着した異物が払拭部１４２によって除去される。

ここで、内周面１３０ｃと拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との接触部分に異物が存在する状態で伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の摩擦を繰り返す場合、伝達部１３０の内周面１３０ｃ、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃの粗さなどの表面状態が変化し、摩擦力が変化（増加又は低減）することがある。この結果、滑りが発生すべき状況において滑りが発生しなかったり、滑りが発生すべきでない状況において滑りが発生したりする、といった誤作動が発生する場合がある。

これに対して、本実施形態では、内周面１３０ｃと拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との接触部分の異物を除去することが可能となるため、異物が残ったまま伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間で摩擦が行われるのを防ぐことができる。これにより、内周面１３０ｃと拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の摩擦力が安定化されるので、より安定したトルク制御が可能となる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
本実施形態では、上記実施形態と共通の構成については、共通の符号を付し、説明を省略あるいは簡略化する。

図１１は、本実施形態に係るトルク制限機構３２０の構成を示す図である。
図１１に示すように、伝達部１３０の内周面１３０ｃと、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃとの間には、液状体膜１４４が設けられている。液状体膜１４４は、内周面１３０ｃと拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃとの接触部分のほぼ全体に亘って設けられている。液状体膜１４４としては、例えば油膜や磁性流体膜などが挙げられる。液状体膜１４４を設けることにより、伝達部１３０の内周面１３０ｃや、拡径部１１ａの外周面１１ｃ、被駆動軸２１の外周面２１ｃの膜状態が変化（例、酸化）するのを防ぐことができる。

図１２は、図１１に示すトルク制限機構３２０の一部を拡大して示す図である。
図１２に示すように、伝達部１３０の内周面１３０ｃのうちＺ方向の端部には、複数の凹部１３０ｄが設けられている。各凹部１３０ｄは、内周面１３０ｃの周方向に沿って環状に形成されている。また、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃには、当該凹部１３０ｄに挿入される凸部１４５が設けられている。

凸部１４５が凹部１３０ｄに挿入された状態において、伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間に隙間が形成される。この隙間には、上記の液状体膜１４４が封入される。このように、伝達部１３０のＺ方向の両端部において、凹部１３０ｄと凸部１４５とが入り組んだ構成となっているため、外部から侵入する異物をトラップすることができる。

ここで、内周面１３０ｃと拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との接触部分において表面の化学的性質が変化（例、酸化）し、摩擦力が変化（増加又は低減）することがある。この結果、滑りが発生すべき状況において滑りが発生しなかったり、滑りが発生すべきでない状況において滑りが発生したりする、といった誤作動が発生する場合がある。

これに対して、本実施形態では、内周面１３０ｃと拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との接触部分に液状体膜１４４が設けられるため、当該液状体膜１４４が保護膜となって内周面１３０ｃや拡径部１１ａの外周面１１ｃ、被駆動軸２１の外周面２１ｃの化学的変化を抑制することが可能となる。これにより、内周面１３０ｃと拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の摩擦力が安定化されるので、より安定したトルク制御が可能となる。

なお、液状体膜１４４として、磁性流体膜が用いられる場合、例えば油膜に鉄粉などの磁性体を分散させることで容易に作成することができる。また、液状体膜１４４として磁性流体膜を用いる場合、伝達部１３０のＺ方向の両端部を磁化させておくことにより、凹部１３０ｄと凸部１４５との間を液状体膜１４４で満たすことができる。

［第四実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第四実施形態を説明する。
図１３は、本実施形態におけるロボット装置の構成の一例を示す構成図である。
図１３に示すように、本実施形態のロボット装置２００は、台座部５０と、固定部１０と、手先部４０と、複数の可動部２０（例えば、可動部２０ａ及び可動部２０ｂ）と、複数の駆動装置１００（例えば、駆動装置１００ａ及び駆動装置１００ｂ）を備えている。

台座部５０は、ロボット装置２００が設置されている床に固定されている。
固定部１０は、第１端部が台座部に固定されており、第２端部が連結部３０ａを介して可動部２０ａの第１端部と連結されている。

可動部２０ａは、第１端部が連結部３０ａを介して固定部１０の第２端部と連結されており、第２端部が連結部３０ｂを介して可動部２０ｂの第１端部と連結されている。例えば、可動部２０ａは、ロボット装置２００が備えるロボットアームのうちの上腕部である。

可動部２０ｂは、第１端部が連結部３０ｂを介して可動部２０ａの第２端部と連結されており、第２端部に手先部４０が接続されている。例えば、可動部２０ｂは、ロボット装置２００が備えるロボットアームのうちの下腕部である。
手先部４０は、可動部２０ｂの第２端部に接続されており、被移動物体ＷＫを保持する（例えば、把持する）。

駆動装置１００ａは、連結部３０ａに備えられており、上位装置８０の指令値に基づいて固定部１０に対して可動部２０ａが回転移動するように可動部２０ａを駆動する。同様に、駆動装置１００ｂは、連結部３０ｂに備えられており、上位装置８０の指令値に基づいて可動部２０ａに対して可動部２０ｂが回転移動するように可動部２０ｂを駆動する。また、これらの駆動装置１００は、上述した実施形態において説明したトルク制限機構１２０をそれぞれ備えている。例えば、駆動装置１００ａは、トルク制限機構１２０としてのトルク制限機構１２０ａを備えており、駆動装置１００ｂは、トルク制限機構１２０としてのトルク制限機構１２０ｂを備えている。

以上説明したように、本実施形態の駆動装置１００（駆動装置１００ａ、駆動装置１００ｂ）は、上述した実施形態において説明したトルク制限機構１２０、トルク制限機構２２０又はトルク制限機構３２０を備えている。これにより、本実施形態の駆動装置１００は、例えば衝突時や挟み込み発生時の損傷を低減することができる。

また、本実施形態のロボット装置２００は、上述した実施形態において説明したトルク制限機構１２０（本実施形態においては、トルク制限機構１２０ａ及びトルク制限機構１２０ｂ）を備えている。これにより、本実施形態のロボット装置２００は、例えば衝突時や挟み込み発生時の損傷を低減することができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態では、硬化処理層１３５が拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面２１ｃに設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、硬化処理層１３５が伝達部１３０の内周面１３０ｃに設けられた構成であっても良い。また、硬化処理層１３５が外周面１１ｃ及び外周面２１ｃと内周面１３０ｃとの両方に設けられた構成であっても良い。この場合、外周面１１ｃ及び外周面２１ｃと内周面１３０ｃとの間において、硬度が等しくなるようにしても良いし、硬度が異なるようにしても良い。

また、上記実施形態では、拡径部１１ａの外周面１１ｃ及び被駆動軸２１の外周面１１ｃに伝達部１３０の内周面１３０ｃが接する構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、回転駆動軸１１及び被駆動軸２１が中空部を有し、回転駆動軸１１の内周面及び被駆動軸２１の内周面に伝達部１３０の外周面が接する構成であっても良い。

また、上記実施形態に記載のトルク制限機構は、例えば伝達部１３０の経年劣化や使用による塑性変形などによって伝達部１３０の張力が変化し、伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の摩擦力が変化する場合がある。これに対して、例えば伝達部１３０の張力を維持するため、伝達部１３０にバネなどの弾性機構を取り付ける構成や、伝達部１３０に振動を減衰するダンパーなどの減衰機構を取り付ける構成としても良い。

また、上記の実施形態における制御部１２３又はこの制御部１２３が備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。

なお、この制御部１２３が備える各部はメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、制御部１２３が備える各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。

また、制御部１２３が備える各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、制御部１２３が備える各部による処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

１１…回転駆動軸 １１ａ…拡径部 １１ｃ…外周面 ２１…被駆動軸 ２１ｃ…外周面 ３０…連結部 １００…駆動装置 １２０、２２０、３２０…トルク制限機構 １３０…伝達部 １３０ｃ…内周面 １３０ｄ…凹部 １３１…駆動素子 １３５…硬化処理層 １４０ａ、１４０ｂ…溝部 １４１…トラップ部 １４１ａ…多孔質層 １４２…払拭部 １４４…液状体膜 １４５…凸部 ２００…ロボット装置

Claims (20)

1. 回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、
   前記回転駆動軸と前記被駆動軸とのうち少なくとも一方の回転軸の第一面の少なくとも一部に対して接触する第二面を有し、前記回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で前記第二面が前記第一面の少なくとも一部に接触することによって前記回転駆動軸の回転力を前記被駆動軸に伝達する伝達部と、
   前記第一面及び前記第二面のうち少なくとも一方の接触面の状態の変化を抑制する抑制部と
   を備えるトルク制限機構。
2. 前記回転駆動軸と前記被駆動軸とに対して相対的な変位を生じさせる許容値が可変となるように、前記回転軸に対する前記伝達部の接触状態を調整可能な調整部を備える
   請求項１に記載のトルク制限機構。
3. 前記抑制部は、前記接触面における摩擦力を一定にする
   請求項１又は請求項２に記載のトルク制限機構。
4. 前記抑制部は、前記接触面に形成された硬化処理層を有する
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
5. 前記硬化処理層は、前記第一面及び前記第二面の一方に形成されている
   請求項４に記載のトルク制限機構。
6. 前記硬化処理層は、前記第一面に形成されている
   請求項４又は請求項５に記載のトルク制限機構。
7. 前記抑制部は、前記接触面に形成された溝部を有する
   請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
8. 前記抑制部は、前記接触面を払拭する払拭部を有する
   請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
9. 前記抑制部は、前記接触面に付着する異物を吸着させるトラップ部を有する
   請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
10. 前記伝達部は、前記第一面に巻かれるベルト部材を有し、
    前記トラップ部は、前記ベルト部材の側部に設けられた粘性体を有する
    請求項９に記載のトルク制限機構。
11. 前記トラップ部は、前記接触面に形成された多孔質層を有する
    請求項９又は請求項１０に記載のトルク制限機構。
12. 前記抑制部は、前記接触面を覆う被覆部を有する
    請求項１から請求項１１のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
13. 前記被覆部は、液状体を用いて形成されている
    請求項１２に記載のトルク制限機構。
14. 前記抑制部は、異物の侵入を規制する第二トラップ部を有する
    請求項１１に記載のトルク制限機構。
15. 前記被覆部は、磁性流体を用いて形成されている
    請求項１２から請求項１４のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
16. 前記抑制部は、前記磁性流体を保持する磁場発生部を有する
    請求項１５に記載のトルク制限機構。
17. 前記磁場発生部は、前記伝達部の一部に設けられている
    請求項１６に記載のトルク制限機構。
18. 駆動軸と、
    前記駆動軸に回転力を作用させる回転駆動部と、
    前記駆動軸の前記回転力が伝達される被駆動軸と、
    前記駆動軸の前記回転力を前記被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構と
    を備え、
    前記トルク制限機構として、請求項１から請求項１７のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構が用いられている
    駆動装置。
19. アームと、
    前記アームを駆動する駆動装置と
    を備え、
    前記駆動装置として、請求項１８に記載の駆動装置が用いられている
    ロボット装置。
20. 請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載のトルク制限機構を備える
    ロボット装置。

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