JP2017522509A - 回転及び併進運動時の出力リンクの剛性を制御する装置 - Google Patents

Abstract

剛性制御装置は、出力リンクと、出力リンクの外部または内部に回転可能に配置され、出力リンクを拘束する回転体と、回転体を回転するための回転軸と、を含み、出力リンクの剛性を制御する少なくとも一つの剛性制御部と、備え、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を制御する。

Description

本発明は、回転及び併進運動時の出力リンクの剛性を制御する装置に関する。

近年、ロボットに対する需要は産業用のみならず家庭用に対する需要も高まって、ロボットに関する研究が活発に行われている。ロボットの動作においては関節運動が重要な部分を占めているが、従来の技術では回転または併進運動時の剛性（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）と位置調整のために複雑な構造とそれに伴うスペースが要求された。

ロボット関節の剛性を調整する方法には、例えば、（ｉ）所定の剛性を有するロボットアームに力・トルクセンサーのようなセンシング素子を末端部の付近に付着し、センシング素子から検知される信号を用いて関節のトルクを調整することで関節の剛性を調整する方法と、（ｉｉ）力・トルクセンサーを用いずに剛性を調整できる装置をロボットの関節に挿入して状況によって剛性を調整する方法がある。

しかし、力・トルクセンサーを用いる方法の場合、剛性を調整するためのアルゴリズムが複雑で安定性の問題があり、これによりロボットの剛性の最小値または最大値の設定に限界があるだけでなく、費用の面でもロボットの商用化に困難を伴う。それに対し、力・トルクセンサーを用いない剛性調整装置の場合、費用の問題は多少解消できるが、別途の装置が関節に挿入されるのでロボット全体の大きさを増大させ、剛性調整の応答速度に問題がある。

一方、人間の筋肉を模写する構造を取って、剛性を調整する変数、即ち、剛性調整変数に対して非線形的な特性を示すようにすることでより効果的な動作の実現及び汎用的な適用可能性を高めようとする試みがある（例えば、特許文献１）。

しかし、この場合、剛性調整変数に対して非線形的な特性を有するトルクを得ることはできるが、外力が発生して出力側が回転運動をなすことで位置が変動する場合に出力側の回転剛性を一定に維持するために、回転剛性を調整する剛性調整変数もリアルタイムで一緒に変動する必要があり、そのための複雑な制御構造または構成要素を必要とする。

韓国公開特許第１０−２０１１−０１１５８０号公報

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、本発明の少なくとも一つの目的は、回転及び併進運動時に出力リンクの剛性を可変制御することでロボットの安定的な動作を行えるようにする剛性制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の少なくとも一つの実施例においては、出力リンクと、出力リンクの外部または内部に回転可能に配置され、出力リンクを拘束する回転体と、回転体を回転するための回転軸と、を含み、出力リンクの剛性を制御する少なくとも一つの剛性制御部と、備え、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を制御する剛性制御装置を提供する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、回転体は、回転軸が挿入される長溝を含み、回転軸は、長溝に挿入されて回転体を回転し、回転体の回転によって長溝に沿ってスライディングするように構成され、剛性制御部は、長溝の長さ方向の一側と回転軸との間に弾性体を含む。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、回転体は、回転軸が挿入される長溝を含み、回転軸は、長溝に挿入されて回転体を回転し、回転体の回転によって長溝に沿ってスライディングするように構成され、剛性制御部は、長溝の長さ方向の第１側と回転軸との間及び長溝の長さ方向の第２側と回転軸との間に弾性体を含む。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御部は、回転体の回転によって長溝が出力リンクに対して第１方向に位置した状態で出力リンクが最大剛性状態になるようにし、回転体の回転によって長溝が出力リンクに対して第１方向と垂直な第２方向に位置した状態で出力リンクが最小剛性状態になるようにする。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御部は、長溝が出力リンクに対して第１方向と第２方向の間の任意の方向に位置するように回転体を回転することで、出力リンクの剛性を最大剛性状態と最小剛性状態の間の任意の剛性に制御する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、回転体は、回転軸に垂直な断面が、長軸が長溝の長さ方向に平行な楕円形であり、剛性制御部は、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を連続的に制御する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、回転体は、回転軸に垂直な断面が円形であり、剛性制御部は、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を連続的に制御する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、回転体は、回転軸に垂直な断面が多角形であり、剛性制御部は、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を段階的に制御する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御装置は、出力リンクと回転体を一体化した状態で回転または併進運動させるためのベースプレートをさらに備える。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、ベースプレートは、ベースプレートの一部に形成された主回転軸を含み、出力リンクの一端が主回転軸に結合され、主回転軸の回転によって出力リンクと回転体を一体化した状態で回転運動させる。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、ベースプレートは、出力リンクと回転体を案内するためのレール構造を含み、レール構造に沿って出力リンクと回転体を一体化した状態で併進運動させる。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、回転軸は、軸方向の断面が四角形である。

回転軸は、長溝の長さ方向の内面に平行な二つの面が長溝の長さ方向の内面に沿ってスライディング可能に配置され、回転体を回転する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、回転軸は、四角形の各コーナーにローラーを含む。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、長溝は、長さ方向に沿ってガイド構造を含み、回転軸は、ガイド構造に沿ってスライディングするように、長さ方向の内面に平行な二つの面にガイド結合構造を含む。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御部は、主回転軸を基準として一端の端部の反対側に位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御部は、主回転軸を基準として一端の端部の反対側に複数個位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御部は、主回転軸と一端の端部との間に位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御部は、主回転軸と一端の端部との間に複数個位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御部は、主回転軸を基準として一端の端部の反対側と、主回転軸と一端の端部との間に位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御部は、主回転軸を基準として一端の端部の反対側と、主回転軸と一端の端部との間にそれぞれ複数位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御部は、出力リンクの両側に、主回転軸を基準に一端の端部の反対側に位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御部は、出力リンクの両側に、主回転軸と一端の端部との間に位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御部は、それぞれの回転体を同期化して回転する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、剛性制御部は、それぞれの回転体を独立的に回転する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、複数の剛性制御部の一部は、それぞれの回転体を同期化して回転し、複数の剛性制御部のもう一部は、それぞれの回転体を独立的に回転する。

本発明の少なくとも一つの実施例においては、出力リンクに結合される接触部を備えるロボットの可動部を提供する。

本発明の少なくとも一つの実施例によれば、接触部は、ロボットアームのエンドエフェクタ、ロボットの手、ロボットの足、ローディングヘッドのうち少なくとも一つを含む。

本発明の少なくとも一つの実施例においては、出力リンクと、出力リンクの内部または外部に回転可能に配置され、出力リンクを拘束する回転体と、回転体を回転するための回転軸と、を含み、出力リンクの剛性を制御する少なくとも一つの剛性制御部と、を備え、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を制御する剛性制御装置を提供する。回転体は、回転軸が挿入される長溝を含み、回転軸は、長溝に挿入されて回転体を回転し、回転体の回転によって長溝に沿ってスライディングするように構成され、剛性制御部は、長溝の長さ方向の第１側と第２側の少なくとも一つと回転軸の間に弾性体を含む。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る回転及び併進運動時の剛性制御装置は、回転軸の回転角度によって出力リンクの剛性を制御することで迅速で簡単に出力リンクの剛性を自由に調整することが可能であるとともに、回転運動と併進運動両方に適用可能であり、アクチュエータ構造に適用して可変剛性アクチュエータ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ａｃｔｕａｔｏｒ）装置として用いることが可能なので、簡単で効率的に出力リンクの剛性を調整し、安定的に動作を行えるようにできるという効果を奏する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置を適用した回転運動アクチュエータを示す斜視図で、（ａ）は外部型であり、（ｂ）は内部型である。 図１に示す剛性制御装置の分解斜視図で、（ａ）は外部型であり、（ｂ）は内部型である。 図１に示す剛性制御装置の最大剛性状態を示す平面図で、（ａ）は外部型であり、（ｂ）は内部型である。 図１に示す剛性制御装置の最小剛性状態を示す平面図で、（ａ）は外部型であり、（ｂ）は内部型である。 図３の最大剛性状態の作用を説明するための模式図で、（ａ）は外部型であり、（ｂ）は内部型である。 図４の最小剛性状態の作用を説明するための模式図で、（ａ）は外部型であり、（ｂ）は内部型である。 本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置を適用した併進運動アクチュエータを示す斜視図で、（ａ）は外部型であり、（ｂ）は内部型である。 図７に示す剛性制御装置の分解斜視図で、（ａ）は外部型であり、（ｂ）は内部型である。 図７に示す剛性制御装置の最大剛性状態を示す平面図で、（ａ）は外部型であり、（ｂ）は内部型である。 図７に示す剛性制御装置の最小剛性状態を示す平面図で、（ａ）は外部型であり、（ｂ）は内部型である。 本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置の回転軸の各コーナーに設けられたローラーを示す平面図である。 本発明の少なくとも一つの実施例に係る回転軸の両側にそれぞれ弾性体を含む剛性制御装置を表す模式図である。 本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を出力リンクの外部で互いに異なる位置に複数個備えた剛性制御装置の平面図である。 本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を出力リンクの内部で複数個備えた剛性制御装置の平面図である。 本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を出力リンクの端部に備えた剛性制御装置の平面図である。 本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を主回転軸を中心に両側に備えた剛性制御装置の平面図である。 本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を主回転軸を中心に両側に備えた剛性制御装置の平面図である。 本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を出力リンクの端部に複数個備えた剛性制御装置の平面図である。

以下、添付の図面を参照し、本発明の実施例に係る回転及び併進運動時の出力リンクの剛性を制御する装置（剛性制御装置）について詳細に説明する。

図１は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置を適用した回転運動アクチュエータを示す斜視図であり、図２は、図１に示す剛性制御装置の分解斜視図である。

図１ａ、図２ａ、図１ｂ、及び図２ｂに示すように、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置は、出力リンク（１００）、剛性制御部（２００、２００ａ）、ベースプレート（３００）、及び回転メカニズム接続部（４００）を備える。

剛性制御部（２００、２００ａ）は、回転体（２１０）、長溝（２１１）、弾性体（２２０）、及び回転軸（２３０）を含み、出力リンク（１００）の外部に備えられるか、出力リンク（１００）の外部に備えられる。ベースプレート（３００）は、主回転軸（３１０）及びベアリング（３２０）を含む。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置は、出力リンク（１００）の剛性を調整することができる。出力リンク（１００）は、ロボットのアームまたは足など適用でき、これを介してグリッパ（Ｇｒｉｐｐｅｒ）などのエンドエフェクタを装着することができる。

剛性制御部（２００）は、図１ａ及び図２ａに示すように、出力リンク（１００）の外部に回転可能に配置されて出力リンク（１００）を拘束し、その回転方向によって出力リンク（１００）に対する回転角度が調整され、出力リンク（１００）の回転または併進運動時の剛性を制御する。

剛性制御部（２００ａ）は、図１ａ及び図２ａに示すように、出力リンク（１００）の内部に回転可能に配置されて出力リンク（１００）を拘束し、その回転方向によって出力リンク（１００）に対する回転角度が調整され、出力リンク（１００）の回転または併進運動時の剛性を制御する。

そのため、剛性制御部（２００、２００ａ）は、回転体（２１０）、長溝（２１１）、弾性体（２２０）、及び 回転軸（２３０）を有する。

回転体（２１０）は、出力リンク（１００）の両側に配置され、出力リンク（１００）を拘束するようにその外部面に接するか離隔配置するように構成されるか、出力リンク（１００）の内部に配置され、出力リンク（１００）を拘束するようにその内部に接するか離隔配置するように構成され、略中央に長溝（２１１）が形成される。

回転体（２１０）は、回転軸（２３０）に垂直な断面が円形、長軸が長溝（２１１）の長さ方向に平行な楕円形、または多角形などで形成される。

回転体（２１０）の回転軸（２３０）に垂直な断面が円形または楕円形の場合、出力リンクの外部または内部に配置される剛性制御部（２００、２００ａ）は、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を連続的に制御することができる。

回転体（２１０）の回転軸（２３０）に垂直な断面が多角形の場合、剛性制御部（２００、２００ａ）は、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を段階的に制御することができる。この場合、多角形の各面ごとに回転が停止するようにクリック構造（不図示）を設けてもよい。

回転軸（２３０）は、回転体（２１０）の中央の長溝（２１１）に沿ってスライディング可能に挿入され、回転体（２１０）を回転させるとともに、長溝（２１１）の長さ方向に沿ってスライディングするように構成されている。本発明の少なくとも一つの実施例で、回転軸（２３０）は、ベースプレート（３００）に固定されている。

弾性体（２２０）は、スプリングまたは弾性力を有するシリコン、ゴムなどの材質でできた部材で、長溝（２１１）の内部に挿入され、片側が回転軸（２３０）に支持されるように設けられる。

従って、回転体（２１０）の回転方向によって出力リンク（１００）に対する長溝（２１１）の相対的な角度が変化し、弾性体（２２０）の伸縮状態によって出力リンク（１００）の剛性が制御される。

図１ａ及び図２ａに示す例では、出力リンク（１００）の外部に配置された回転体（２１０）が回転し、図１ｂ及び図２ｂに示す例では、出力リンク（１００）の内部に形成された円形の穴の中で回転体（２１０）が回転する。

弾性体（２２０）は、図１ａ乃至図２ｂに示すように、圧縮・引張スプリングを用いることができ、スプリングの弾性力を変更することで出力リンク（１００）の剛性も調整することができる。

回転メカニズム接続部（４００）は回転力を発生し、ベースプレート（３００）は一面が出力リンク（１００）と複数の回転体（２１０）に接続され、他面が回転メカニズム接続部（４００）と接続され、回転メカニズム接続部（４００）で発生した回転力を出力リンク（１００）に伝達することで出力リンク（１００）の位置制御を行う。

ベースプレート（３００）は、中央に形成された主回転軸（３１０）と主回転軸（３１０）に設けられたベアリング（３２０）を介して出力リンク（１００）に接続される。

回転メカニズム接続部（４００）は、複数の回転軸（２３０）を独立に回転させるメカニズムを含む。

従って、ベースプレート（３００）の回転によって出力リンク（１００）の位置が制御され、外力によって主回転軸（３１０）を軸として出力リンク（１００）が所定の角度で回転すると、剛性制御部（２００、２００ａ）に含まれた弾性体（２２０）の弾性力によるダンピング作用によって出力リンク（１００）の剛性が調整される。

図３ａ及び図３ｂは、図１ａ及び図１ｂに示す剛性制御装置の最大剛性状態を示す平面図であり、図４ａ及び図４ｂは、図１ａ及び図１ｂに示す剛性制御装置の最小剛性状態を示す平面図であり、図５ａ及び図５ｂは、図３ａ及び図３ｂの最大剛性状態の作用を説明するための模式図であり、図６ａ及び図６ｂは、図４ａ及び図４ｂの最小剛性状態の作用を説明するための模式図である。

図３ａ乃至図６ｂに示すように、剛性制御部（２００、２００ａ）は、回転体（２１０）の回転方向によって出力リンク（１００）に対する長溝（２１１）の相対角度が調整され、その結果、出力リンク（１００）の剛性が制御される。

回転体（２１０）の回転によって長溝（２１１）が出力リンク（１００）の長さ方向と平行な第１方向に位置した状態で出力リンク（１００）が最大剛性状態になり、第１方向と垂直な第２方向に位置した状態が最小剛性状態になる。

図３ａ及び図３ｂに示すように、剛性制御部（２００、２００ａ）は、回転体（２１０）が回転して長溝（２１１）が出力リンク（１００）に平行な方向（第１方向）に位置した状態で最大剛性状態となる。それに対し、図４ａ及び図４ｂに示すように、剛性制御部（２００、２００ａ）は、回転体（２１０）が回転して長溝（２１１）が出力リンク（１００）に垂直な方向（第２方向）に位置した状態では長溝（２１１）の一面と回転軸（２３０）の間に弾性体（２２０）が介在し、弾性体（２２０）の緩衝作用によって最小剛性状態となる。

図５ａ及び図６ａに示すように、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置のメカニズムは、出力リンク（１００）の外部の両側に設けられた二つの回転体（２１０）を所定の角度で回転することで、回転体（２１０）の内部の長溝（２１１）に設けられた弾性体（２２０）の弾性力によって出力リンク（１００）の剛性を制御する。

図５ｂ及び図６ｂに示すように、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置のメカニズムは、出力リンク（１００）の内部に設けられた回転体（２１０）を所定の角度で回転することで、回転体（２１０）の内部の長溝（２１１）に設けられた弾性体（２２０）の弾性力によって出力リンク（１００）の剛性を制御する。

弾性体（２２０）は、回転軸（２３０）の両側の回転体（２１０）の各面と回転軸（２３０）の間に挿入され、その弾性力で剛性を制御する。

回転体（２１０）が第１方向から第２方向へ回転すると、回転体（２１０）は回転軸（２３０）に沿ってスライディングすることになり、これによって出力リンク（１００）に予圧を加え、出力リンク（１００）が動いても常に出力リンク（１００）と一定な剛性で接触を維持する。

本発明の少なくとも一つの実施例では、出力リンク（１００）に対する回転体（２１０）の角度が第１角度から第２角度までの間で任意の方向に位置するように回転体（２１０）を回転させることで、出力リンク（１００）の剛性を最大剛性状態から最小剛性状態の間で任意の剛性に制御することができる。

例えば、回転体（２１０）の回転によって長溝（２１１）が出力リンク（１００）に対して第１方向に位置した状態では弾性体（２２０）の弾性力が作用しないので、出力リンク（１００）に外力が加えられても、主回転軸（３１０）を軸として出力リンク（１００）が回転できない。従って、この場合は、出力リンク（１００）が外力をそのまま受けることになる。

それに対し、回転体（２１０）の回転によって長溝（２１１）が出力リンク（１００）に対して第１方向以外の方向に位置した状態では、回転体（２１０）が回転軸（２３０）に沿ってスライディングし、主回転軸（３１０）を軸として出力リンク（１００）が所定の角度で回転し、これによって弾性体（２２０）の弾性力が作用し、ダンピング効果を得ることができる。

図７ａ及び図７ｂは、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置を適用した併進運動アクチュエータを示す斜視図であり、図８ａ及び図８ｂは、図７ａ及び図７ｂに示す剛性制御装置の分解斜視図であり、図９ａ及び図９ｂは、図７ａ及び図７ｂに示す剛性制御装置の最大剛性状態を示す平面図であり、図１０ａ及び図１０ｂは、図７ａ及び図７ｂに示す剛性制御装置の最小剛性状態を示す平面図である。

図７ａと図７ｂ及び図８ａと図８ｂに示すように、併進運動アクチュエータとしての本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置は、出力リンク（５００）、剛性制御部（６００、６００ａ）、及びベースフレーム（７００）を備える。

剛性制御部（６００、６００ａ）は、回転体（６１０）、長溝（６１１）、弾性体（６２０）、及び回転軸（６３０）を含む。

図７ａ及び図８ａに示すように、ベースフレーム（７００）は、出力リンク（５００）とその両側に配置される剛性制御部（６００）を長さ方向に密着するように収容する安着溝（７１０）を有する。出力リンク（５００）は、安着溝（７１０）に沿ってベースフレーム（７００）に平行する併進方向に移動可能に設けられる。

図７ｂ及び図８ｂに示すように、ベースフレーム（７００）は、出力リンク（５００）を長さ方向に密着するように収容する安着溝（７１０）を有する。剛性制御部（６００ａ）は、出力リンクの内部に備えられる。出力リンク（５００）は、安着溝（７１０）に沿ってベースフレーム（７００）に平行する併進方向に移動可能に設けられる。

出力リンク（５００）の外部に配置される剛性制御部（６００）は、出力リンク（５００）に伝達される剛性を制御する。このとき、剛性制御部（６００）は、図７ａに示すように出力リンク（５００）の両側を拘束し、その回転方向によって出力リンク（５００）に対する相対角度が調整されることで出力リンク（５００）の剛性を調整する。

出力リンク（５００）の内部に配置される剛性制御部（６００ａ）は、出力リンク（５００）に伝達される剛性を制御する。このとき、剛性制御部（６００）は、図７ｂに示すように出力リンク（５００）を拘束し、その回転方向によって出力リンク（５００）に対する相対角度が調整されることで出力リンク（５００）の剛性を調整する。

このため、剛性制御部（６００、６００ａ）は、回転体（６１０）、長溝（６１１）、弾性体（６２０）、及び回転軸（６３０）を含む。回転体（６１０）は、出力リンク（５００）を拘束し、中央に長溝（６１１）が形成される。回転体（６１０）は、回転軸（６３０）に垂直な断面が円形、長軸が長溝（２１１）の長さ方向に平行な楕円形、または多角形などで形成することができる。

回転軸（６３０）は、回転体（６１０）の中央の長溝（６１１）にスライディング可能に挿入される。弾性体（６２０）は、スプリングまたは弾性力を有するシリコン、ゴムなどの材質でできた部材で、長溝（６１１）の内部に挿入され、片側が回転軸（６３０）に支持されるように設けられる。

従って、回転体（６１０）の回転方向によって出力リンク（５００）に対する長溝（６１１）の相対角度が変化し、弾性体（６２０）の伸縮状態によって出力リンク（５００）の剛性が制御される。

弾性体（６２０）は、図１ａ及び図２ｂに示すように圧縮・引張スプリングを用いることができ、スプリングの弾性力を変更することで出力リンク（５００）の剛性も調整することができる。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置のメカニズムは、併進方向に移動する出力リンク（５００）の剛性を変更可能であり、このときの最大剛性状態及び最小剛性状態は図９ａと図９ｂ及び図１０ａと図１０ｂに示すようになる。

図９ａ及び図１０ａに示すように、出力リンク（５００）は、併進方向にベースフレーム（７００）に沿って移動可能であり、両側に配置される二つの回転体（６１０）によって拘束されている。二つの回転体（６１０）は、回転軸（６３０）に沿ってスライディング可能であり、剛性を調整するための弾性体（６２０）が内蔵されている。

二つの回転体（６１０）を回転することで、出力リンク（５００）の剛性を調整することができる。ベースフレーム（７００）は、回転軸（６３０）を回転できる図示しない一つまたは複数のアクチュエータと動力伝達メカニズムを含むことができ、これを介して回転体（６１０）を円滑に回転することができる。

図９ｂ及び図１０ｂに示すように、出力リンク（５００）は、併進方向にベースフレーム（７００）に沿って移動可能であり、内部で一つの回転体（６１０）によって拘束されている。回転体（６１０）は、回転軸（６３０）に沿ってスライディング可能であり、剛性を調整するための弾性体（６２０）が内蔵されている。

回転体（６１０）を回転することで、出力リンク（５００）の剛性を調整することができる。ベースフレーム（７００）は、回転軸（６３０）を回転できる図示しない一つまたは複数のアクチュエータと動力伝達メカニズムを含むことができ、これを介して回転体（６１０）を円滑に回転することができる。

従って、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置によると、回転運動または併進運動する出力リンクの剛性を調整することができるので、独立的にも使うことが可能であり、このメカニズムを一般のアクチュエータに接続すると、可変剛性アクチュエータ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ａｃｔｕａｔｏｒ）としても使うことが可能である。よって、簡単で効率的に出力リンクの剛性を可変することで、回転運動または併進運動が可能であるとともに、安定的に動作を行うことができる。

図１１は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置の回転軸の各コーナーに設けられたローラー（１１００）を示す平面図である。前述のように、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置の回転軸は長溝に挿入されて回転体を回転するとともに、長溝に沿ってスライディング可能に構成されている。従って、回転軸の各コーナーに設けられたローラー（１１００）は、回転軸が長溝に沿って円滑にスライディングできるように作用する。

図１２は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る回転軸の両側にそれぞれ弾性体を含む剛性制御装置を表す模式図である。

前述のように、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置は、回転軸と長溝の一面の間に弾性体のペアーを配置することで、回転体の回転によって長溝が出力リンクに対して垂直方向以外の方向に位置するときに弾性体の弾性力が作用し、出力リンクの剛性を制御する。この場合、長溝の方向によってそれぞれの剛性制御装置の弾性体が圧縮または引張されることで弾性力が発生する。

図１２に示す例では、回転軸の両側にそれぞれ弾性体を設けることで、弾性力を提供する際に一方の弾性体は引張され、他方の弾性体は圧縮されることで、一つの剛性制御装置で出力リンクの剛性を制御することができる。

図１３は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を出力リンクの外部で互いに異なる位置に複数個備えた剛性制御装置の平面図である。

前述した実施例では、出力リンクの外部に備えられる剛性制御部を、両側に一つずつ、二つの剛性制御部が主回転軸から同一距離をおいて対称的に配置されているが、本実施例では、二つの剛性制御部が主回転軸から互いに異なる距離をおいて非対称的に配置されている。これは、出力リンクの片側に外力が加えられるか、非対称的に剛性を制御する必要がある場合に有効である。

出力リンクの外部の両側にそれぞれ配置される剛性制御部は、両側にそれぞれ複数配置することができ、配置する剛性制御装置の個数は、制御しようとする出力リンクの剛性の最大値及び最小値によって適切に設定することができる。

図１４は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を出力リンクの内部で複数個備えた剛性制御装置の平面図である。

前述した実施例のように、出力リンク（１００）の内部に一つの剛性制御部が設けられている場合、主回転軸（３１０）を中心に左右両方向に出力リンク（１００）が回転するので、両方向の剛性を制御するためには回転軸（２３０）を中心に両側に弾性体（２２０）が必要である。しかし、図１４に示すように、複数の剛性制御部を設けると、回転軸（２３０）を中心に片側のみに弾性体（２２０）を設けた剛性制御部を互いに反対する方向に設けることができる。もちろん、この場合も、回転軸（２３０）を中心に両側に弾性体（２２０）を設けた剛性制御部を複数用いることもできる。

図１５は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を出力リンクの端部に備えた剛性制御装置の平面図である。

図１５に示す実施例では、出力リンク（１００）の主回転軸（３１０）と隣接する出力リンクの端部に、外側に解放された溝を形成し、剛性制御部が出力リンクの外部と内部の間に位置するように配置し、テコの原理によって作用する力を大きくすることができるので、剛性制御のダイナミックレンジを広げることができる。

図１６は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を主回転軸を中心に両側に備えた剛性制御装置の平面図である。

図１６に示す構造は、主回転軸を中心に両側に本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を配置することで、図１５に示す構造とともに主回転軸（３１０）に対して反対方向の出力リンク（１００）の内部にも剛性制御部を設け、剛性制御のダイナミックレンジをさらに広げることができる。

図１７は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を主回転軸を中心に両側に備えた剛性制御装置の平面図である。

図１７に示す構造は、主回転軸を中心に両側に本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部をそれぞれ配置したもので、図１５に示す構造と類似しているが、図１５の場合は出力リンクの端部に形成した溝が開放しているのに対し、図１７に示す構造は末端が密閉されていることにその差がある。

図１８は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御部を出力リンクの端部に複数個備えた剛性制御装置の平面図である。

図１８に示す構造は、図１７に示す構造で同一方向に複数の剛性制御部を設けたことにその特徴がある。出力リンク（１００）の主回転軸（３１０）と隣接する出力リンクの端部に複数の剛性制御部を配置することで、より強い外力にも対応することができる。

以上の実施例では、回転軸が長溝に沿って移動して回転体がスライディングする際に直線運動をするように記述しているが、実際の場合は、出力リンクが主回転軸を中心に回転して円弧を描くようになり、幾分放物線の形状を描くようになる。但し、スライディングの距離がそれほど長くないので、本明細書と図面には直線運動をするように説明しているのに過ぎず、出力リンクの大きさによって適切な円弧を描くように製作することは当業者であれば十分理解できる範囲内であるので、これに対する具体的な説明は省略する。

以上の実施例では、回転体のスライディング運動時に円弧を描くのを防止するために、主回転軸を中心に出力リンクが回転するときに出力リンクに接触して圧力を受ける剛性制御部の回転体がそれに対応して回転することで回転体のスライディング運動時に常時直線運動をするようにした。この場合、回転体の外部にベアリング構造（不図示）を設け、出力リンクに接触した状態で印加される圧力によって回転できるようにしても良い。

以上の実施例では、円形で形成した剛性制御部の回転体が出力リンクの円形の穴に嵌められた状態を図示しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、出力リンクに回転体に内接する多角形の穴を形成して剛性制御部を挿入することもできる。この場合、回転体の外部にベアリング構造（不図示）を設け、これに外接する出力リンクの円形または多角形の穴に回転体が接触した状態で回転してもよい。回転体の形状が多角形の場合は、回転体に内接する出力リンクの内面に多角形の各面ごとに回転が停止するようにクリック構造(不図示)を設けてもよい。

以上のように、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置は、出力リンクと、出力リンクの外部または内部に回転可能に配置され、出力リンクを拘束する回転体と、回転体を回転するための回転軸と、を含み、出力リンクの剛性を制御する少なくとも一つの剛性制御部と、備え、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を制御する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、回転体は、回転軸が挿入される長溝を含み、回転軸は、長溝に挿入されて回転体を回転し、回転体の回転によって長溝に沿ってスライディングするように構成され、剛性制御部は、長溝の長さ方向の一つの側と回転軸との間に弾性体を含む。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、回転体は、回転軸が挿入される長溝を含み、回転軸は、長溝に挿入されて回転体を回転し、回転体の回転によって長溝に沿ってスライディングするように構成され、剛性制御部は、長溝の長さ方向の第１側と回転軸との間及び長溝の長さ方向の第２側と回転軸との間に弾性体を含む。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、回転体の回転によって長溝が出力リンクに対して第１方向に位置した状態で出力リンクが最大剛性状態になるようにし、回転体の回転によって長溝が出力リンクに対して第１方向と垂直な第２方向に位置した状態で出力リンクが最小剛性状態になるようにする。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、長溝が出力リンクに対して第１方向と第２方向の間の任意の方向に位置するように回転体を回転することで、出力リンクの剛性を最大剛性状態と最小剛性状態の間の任意の剛性に制御する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、回転体は、回転軸に垂直な断面が、長軸が長溝の長さ方向に平行な楕円形であり、剛性制御部は、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を連続的に制御する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、回転体は、回転軸に垂直な断面が円形であり、剛性制御部は、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を連続的に制御する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、回転体は、回転軸に垂直な断面が多角形であり、剛性制御部は、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を段階的に制御する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置は、出力リンクと回転体を一体化した状態で回転または併進運動させるためのベースプレートをさらに備える。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、ベースプレートは、ベースプレートの一部に形成された主回転軸を含み、出力リンクの一端が主回転軸に結合され、主回転軸の回転によって出力リンクと回転体を一体化した状態で回転運動させる。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、ベースプレートは、出力リンクと回転体を案内するためのレール構造を含み、レール構造に沿って出力リンクと回転体を一体化した状態で併進運動させる。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、回転軸は、軸方向の断面が四角形であり、長溝の長さ方向の内面に平行な二つの面が長溝の長さ方向の内面に沿ってスライディング可能に配置され、回転体を回転する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、回転軸は、四角形の各コーナーにローラーを含む。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、長溝は、長さ方向に沿ってガイド構造を含み、回転軸は、ガイド構造に沿ってスライディングするように、長さ方向の内面に平行な二つの面にガイド結合構造を含む。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、主回転軸を基準として一端の端部の反対側に位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、主回転軸を基準として一端の端部の反対側に複数個位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、主回転軸と一端の端部との間に位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、主回転軸と一端の端部との間に複数個位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、主回転軸を基準として一端の端部の反対側と、主回転軸と一端の端部との間に位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、主回転軸を基準として一端の端部の反対側と、主回転軸と一端の端部との間にそれぞれ複数位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、出力リンクの両側に、主回転軸を基準に一端の端部の反対側に位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、出力リンクの両側に、主回転軸と一端の端部との間に位置する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、出力リンクの両側に、主回転軸から同一距離をおいて位置し、出力リンクの両側の剛性制御部は、それぞれの回転体を同期化して回転する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、それぞれの回転体を同期化して回転する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、剛性制御部は、それぞれの回転体を独立的に回転する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置で、複数の剛性制御部の一部は、それぞれの回転体を同期化して回転し、複数の剛性制御部のもう一部は、それぞれの回転体を独立的に回転する。

本発明の少なくとも一つの実施例に係るロボットの可動部は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置と、出力リンクに結合される接触部と、を備える。

本発明の少なくとも一つの実施例に係るロボットの可動部で、接触部は、ロボットアームのエンドエフェクタ、ロボットの手、ロボットの足、ローディングヘッドのうち少なくとも一つを含む。

本発明の少なくとも一つの実施例に係る剛性制御装置は、出力リンクと、出力リンクの内部または外部に回転可能に配置され、出力リンクを拘束する回転体と、回転体を回転するための回転軸と、を含み、出力リンクの剛性を制御する少なくとも一つの剛性制御部と、を備え、回転体の回転角度によって出力リンクの回転または併進運動時の剛性を制御する。回転体は、回転軸が挿入される長溝を含み、回転軸は、長溝に挿入されて回転体を回転し、回転体の回転によって長溝に沿ってスライディングするように構成され、剛性制御部は、長溝の長さ方向の第１側と第２側の少なくとも一つと回転軸の間に弾性体を含む。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

剛性制御部（２００、２００ａ）は、回転体（２１０）、長溝（２１１）、弾性体（２２０）、及び回転軸（２３０）を含み、出力リンク（１００）の外部または出力リンク（１００）の内部に備えられる。ベースプレート（３００）は、主回転軸（３１０）及びベアリング（３２０）を含む。

剛性制御部（２００ａ）は、図１ｂ及び図２ｂに示すように、出力リンク（１００）の内部に回転可能に配置されて出力リンク（１００）を拘束し、その回転方向によって出力リンク（１００）に対する角度が調整され、出力リンク（１００）の回転または併進運動時の剛性を制御する。

出力リンク（５００）の内部に配置される剛性制御部（６００ａ）は、出力リンク（５００）に伝達される剛性を制御する。このとき、剛性制御部（６００ａ）は、図７ｂに示すように出力リンク（５００）を拘束し、その回転方向によって出力リンク（５００）に対する相対角度が調整されることで出力リンク（５００）の剛性を調整する。

このため、剛性制御部（６００、６００ａ）は、回転体（６１０）、長溝（６１１）、弾性体（６２０）、及び回転軸（６３０）を含む。回転体（６１０）は、出力リンク（５００）を拘束し、中央に長溝（６１１）が形成される。回転体（６１０）は、回転軸（６３０）に垂直な断面が円形、長軸が長溝（６１１）の長さ方向に平行な楕円形、または多角形などで形成することができる。

Claims (28)

1. 出力リンクと、
   前記出力リンクの剛性を制御する少なくとも一つの剛性制御部と、
   を備え、
   前記剛性制御部は、
   前記出力リンクの外部または内部に回転可能に配置され、前記出力リンクを拘束する回転体と、
   前記回転体を回転するための回転軸と、
   を含み、
   前記回転体の回転角度によって前記出力リンクの回転または併進運動時の剛性を制御する、
   剛性制御装置。
2. 前記回転体は、前記回転軸が挿入される長溝を含み、
   前記回転軸は、前記長溝に挿入されて前記回転体を回転し、前記回転体の回転によって前記長溝に沿ってスライディングするように構成され、
   前記剛性制御部は、前記長溝の長さ方向の一側と前記回転軸との間に弾性体を含む、
   請求項１に記載の剛性制御装置。
3. 前記回転体は、前記回転軸が挿入される長溝を含み、
   前記回転軸は、前記長溝に挿入されて前記回転体を回転し、前記回転体の回転によって前記長溝に沿ってスライディングするように構成され、
   前記剛性制御部は、前記長溝の長さ方向の第１側と前記回転軸との間及び前記長溝の長さ方向の第２側と前記回転軸との間に弾性体を含む、
   請求項１に記載の剛性制御装置。
4. 前記剛性制御部は、前記回転体の回転によって前記長溝が前記出力リンクに対して第１方向に位置した状態で前記出力リンクが最大剛性状態になるようにし、前記回転体の回転によって前記長溝が前記出力リンクに対して前記第１方向と垂直な第２方向に位置した状態で前記出力リンクが最小剛性状態になるようにする、
   請求項１乃至３の何れか一つに記載の剛性制御装置。
5. 前記剛性制御部は、前記長溝が前記出力リンクに対して前記第１方向と前記第２方向の間の任意の方向に位置するように前記回転体を回転することで、前記出力リンクの剛性を前記最大剛性状態と前記最小剛性状態の間の任意の剛性に制御する、
   請求項４に記載の剛性制御装置。
6. 前記回転体は、前記回転軸に垂直な断面が、長軸が前記長溝の長さ方向に平行な楕円形であり、
   前記剛性制御部は、前記回転体の回転角度によって前記出力リンクの回転または併進運動時の剛性を連続的に制御する、
   請求項１ないし３の何れか一項に記載の剛性制御装置。
7. 前記回転体は、前記回転軸に垂直な断面が円形であり、
   前記剛性制御部は、前記回転体の回転角度によって前記出力リンクの回転または併進運動時の剛性を連続的に制御する、
   請求項１ないし３の何れか一項に記載の剛性制御装置。
8. 前記回転体は、前記回転軸に垂直な断面が多角形であり、
   前記剛性制御部は、前記回転体の回転角度によって前記出力リンクの回転または併進運動時の剛性を段階的に制御する、
   請求項１ないし３の何れか一項に記載の剛性制御装置。
9. 前記出力リンクと前記回転体を一体化した状態で回転または併進運動させるためのベースプレートをさらに備える、
   請求項１ないし３の何れか一項に記載の剛性制御装置。
10. 前記ベースプレートは、前記ベースプレートの一部に形成された主回転軸を含み、前記出力リンクの一端が前記主回転軸に結合され、前記主回転軸の回転によって前記出力リンクと前記回転体を一体化した状態で回転運動させる、
    請求項８に記載の剛性制御装置。
11. 前記ベースプレートは、前記出力リンクと前記回転体を案内するためのレール構造を含み、前記レール構造に沿って前記出力リンクと前記回転体を一体化した状態で併進運動させる、
    請求項８に記載の剛性制御装置。
12. 前記回転軸は、軸方向の断面が四角形であり、前記長溝の長さ方向の内面に平行な二つの面が前記長溝の長さ方向の内面に沿ってスライディング可能に配置され、前記回転体を回転する、
    請求項２または３に記載の剛性制御装置。
13. 前記回転軸は、前記四角形の各コーナーにローラーを含む、
    請求項１２に記載の剛性制御装置。
14. 前記長溝は、前記長さ方向に沿ってガイド構造を含み、
    前記回転軸は、前記ガイド構造に沿ってスライディングするように、前記長さ方向の内面に平行な前記二つの面にガイド結合構造を含む、
    請求項１２に記載の剛性制御装置。
15. 前記剛性制御部は、前記主回転軸を基準として前記一端の端部の反対側に位置する、
    請求項１０に記載の剛性制御装置。
16. 前記剛性制御部は、前記主回転軸を基準として前記一端の端部の反対側に複数個位置する、
    請求項１０に記載の剛性制御装置。
17. 前記剛性制御部は、前記主回転軸と前記一端の端部との間に位置する、
    請求項１０に記載の剛性制御装置。
18. 前記剛性制御部は、前記主回転軸と前記一端の端部との間に複数個位置する、
    請求項１０に記載の剛性制御装置。
19. 前記剛性制御部は、前記主回転軸を基準として前記一端の端部の反対側と、前記主回転軸と前記一端の端部との間に位置する、
    請求項１０に記載の剛性制御装置。
20. 前記剛性制御部は、前記主回転軸を基準として前記一端の端部の反対側と、前記主回転軸と前記一端の端部との間にそれぞれ複数位置する、
    請求項１０に記載の剛性制御装置。
21. 前記剛性制御部は、前記出力リンクの両側に、前記主回転軸を基準に前記一端の端部の反対側に位置する、
    請求項１０に記載の剛性制御装置。
22. 前記剛性制御部は、前記出力リンクの両側に、前記主回転軸と前記一端の端部との間に位置する、
    請求項１０に記載の剛性制御装置。
23. 前記剛性制御部は、それぞれの前記回転体を同期化して回転する、
    請求項１６、１８、及び２０の何れか一つに記載の剛性制御装置。
24. 前記剛性制御部は、それぞれの前記回転体を独立的に回転する、
    請求項１６、１８、及び２０の何れか一つに記載の剛性制御装置。
25. 前記複数の剛性制御部の一部は、それぞれの前記回転体を同期化して回転し、
    前記複数の剛性制御部のもう一部は、それぞれの前記回転体を独立的に回転する、
    請求項１６、１８、及び２０の何れか一つに記載の剛性制御装置。
26. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の剛性制御装置と、
    前記出力リンクに結合される接触部と、
    を備える、
    ロボットの可動部。
27. 前記接触部は、ロボットアームのエンドエフェクタ、ロボットの手、ロボットの足、ローディングヘッドのうち少なくとも一つを含む、
    請求項２３に記載のロボットの可動部。
28. 出力リンクと、
    前記出力リンクの剛性を制御する少なくとも一つの剛性制御部と、
    を備え、
    前記剛性制御部は、
    前記出力リンクの内部または外部に回転可能に配置され、前記出力リンクを拘束する回転体と、
    前記回転体を回転するための回転軸と、
    を含み、
    前記回転体の回転角度によって前記出力リンクの回転または併進運動時の剛性を制御し、
    前記回転体は、前記回転軸が挿入される長溝を含み、
    前記回転軸は、前記長溝に挿入されて前記回転体を回転し、前記回転体の回転によって前記長溝に沿ってスライディングするように構成され、
    前記剛性制御部は、前記長溝の長さ方向の第１側と第２側の少なくとも一つと前記回転軸の間に弾性体を含む、
    剛性制御装置。

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