JP4369886B2

JP4369886B2 - ロボット

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Publication number: JP4369886B2
Application number: JP2005076490A
Authority: JP
Inventors: 有一村瀬
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: JP2006255829A

Description

本発明は、人間にサービス（役務）を提供することによって生活を支援する対人用のサービスロボットに関する。

公共の場所や家庭などで、人間に対してサービス（役務）を提供することによって生活を支援する対人用のサービスロボットと呼ばれるロボットが存在している。この種のサービスロボットは、事務所・店舗やイベント会場、家庭での接客や清掃、警備、娯楽などの目的で使われることがある。

なお、この種のサービスロボットは、工場内などで使われる製造用ロボットと異なり、対人用の配慮が必要となる。この種のサービスロボットは、以下の特許文献１に記載されている。

たとえば、ロボットの出力軸あるいはアームから過大な負荷が関節部分に加えられ、ダメージを受ける可能性がある。そのようなダメージを回避するため、ロボット自体を機械的に強固に作製することが考えられる。ただし、このような強固に作製する対策では、ロボットの重量が増大し、また、これによって強力なアクチュエータが必要になる。

このような強力なアクチュエータを備えたロボットでは、対人用の安全策として、以下の手法が考えられる。
(1)ロボットの関節に所定以上のトルクがかかった場合、モータ電流によりモータの停止を検知し、サーボを停止させる手法。
(2)トルクカッターと呼ばれる伝達トルク制限手段を関節に備え付け、所定以上のトルクがかかった場合に、スリップを生じさせる手法。
(3)トルクカッターなどの伝達トルク制限手段を関節に備え付け、所定以上のトルクがかかった場合にスリップを生じさせると共に、角度センサを設けておいて関節角度を制御する手法（特許文献２参照）。
特開平６−２３３８７１号公報（第１頁、図１）特開平６−８８７６９号公報（第１頁、図１）

上述した手法(1)では電流検知センサが必要となりと共に、パルスモータを使用できないという問題が存在している。
また、上述した手法(2)ではスリップさせることによって安全性を確保することは可能になるものの、関節角度がずれたことを検知できず、また、ずれた量が不明のままであるため、作業性に問題が生じてくる。

さらに、上述した手法(3)ではスリップさせることによって安全性を確保することは可能になるものの、関節角度がずれたという異常な事態を検出できないために、安全のために一旦停止をして原因を解決してしてから復帰させるという一連の作業による復旧はできない問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、関節部などでの過負荷が発生した場合に安全に停止すると共に過負荷を検知し、さらに正常な状態に復帰することが可能なロボットを提供することにある。

以上の課題を解決する本発明について、図１を参照して説明する。図１は本発明の原理的構成を示す原理図である。
この図１は、ロボットの関節部などでの過負荷が発生した場合に、安全に停止させると共にこの過負荷を検知し、さらに正常な状態に復帰することが可能なロボット１００について示している。

この図１において、１０１は各部を制御する制御手段としてのＣＰＵ、１１０は周囲の障害物の存在を検知する障害物センサ、１２０はＣＰＵ１０１からの指示に従ってモータを電気的に駆動するモータコントローラ、１３０は回転軸に所定のトルクの回転あるいは回動を発生させる回転駆動源としてのモータ、１４０はモータ１３０の回転に応じたパルスなどを生成するエンコーダ、１５０はモータ１３０の回転を所定の減速比で減速させる減速機、１６０はモータ１３０の回転軸からの回転を受けて出力軸側に伝達すると共に、あらかじめ設定された所定トルク以上のトルクがモータ回転軸あるいは減速機１４０の出力軸と出力軸１８０との間に発生した場合に入力・出力間にスリップを発生させることでトルクの伝達を所定トルク未満に制限する伝達トルク制限手段としてのトルクカッタ、１７０はトルクカッタの入力側と出力側の回転角度の差を検出する角度検出手段としてのポテンショメータ、１８０はトルクカッタ１６０で伝達トルク制限された回転を外部に取り出す出力軸、１８２は回転軸１８０の回転を外部に作用させるアーム、１９０はアーム１８２の回転角度を制限するためのリミット部である。

なお、出力軸１８０とアーム１８２とで、ロボット１００の関節部を構成している。
そして、ＣＰＵ１０１は、過負荷によるトルクカッタ１６０でのスリップにより角度ズレが検出されない場合には通常運用アルゴリズムに従って動作の制御を行い、角度検出手段により角度ズレが検出された場合には復帰アルゴリズムに従って復帰の制御を行う。

ここで、ＣＰＵ１０１は、角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、復帰アルゴリズムに従って、モータ１３０を角度ズレ発生時と逆方向に回転させ、トルクカッタ１６０の入力と出力との角度ズレを解消させる制御を行う、ことを特徴としている。

ここで、上述した課題を解決する手段としてのロボットの発明は、以下に列記して説明するものである。
（１）請求項１記載の発明は、回転軸に所定のトルクの回転を発生させる回転駆動源としてのモータと、前記モータの回転軸からの回転を外部に作用させる出力軸と、前記モータの回転軸からの回転を受けて前記出力軸に伝達すると共に、あらかじめ設定された所定トルク以上のトルクが前記回転軸と前記出力軸との間に発生した場合に入力・出力間にスリップを発生させることでトルクの伝達を所定トルク未満に制限する伝達トルク制限手段と、前記スリップにより前記伝達トルク制限手段の入力・出力間に生じる角度ズレを検出する角度検出手段と、前記角度検出手段により角度ズレが検出されない場合には通常運用アルゴリズムに従って動作の制御を行い、前記角度検出手段により角度ズレが検出された場合には復帰アルゴリズムに従って復帰の制御を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、復帰アルゴリズムに従って、前記出力軸の回転を制限して停止させた状態にして前記モータを前記角度ズレ発生時と逆方向に回転させ、入力・出力間に前記スリップを発生させつつ前記伝達トルク制限手段の入力・出力間の角度ズレを解消させる制御を行う、ことを特徴とするロボットである。

（２）請求項２記載の発明は、前記制御手段は、前記復帰アルゴリズム実行時には、前記角度検出手段で検出される角度ズレがなくなるまで、前記前記モータを前記角度ズレ発生時と逆方向に回転させる、ことを特徴とする請求項１記載のロボットである。

（３）請求項３記載の発明は、周囲の障害物の存在を検知する障害物センサを備え、前記制御手段は、前記角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、前記障害物センサの検知結果により前記障害物の存在の有無を判定し、前記障害物が存在が検知された場合には、さらに前記障害物センサの検知結果により前記障害物の存在の有無を判定を続行し、検知された前記障害物が排除された後に、復帰アルゴリズムに従った制御を実行する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボットである。

（４）請求項４記載の発明は、前記制御手段は、前記復帰アルゴリズム実行時に、前記角度検出手段で検出される角度ズレがなくなるまで前記モータを前記角度ズレ発生時と逆方向に回転させた後、前記出力軸が初期位置に位置するように前記モータを回転させる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のロボットである。

（５）請求項５記載の発明は、前記伝達トルク制限手段は、凸部を有する第一回転力伝達部と、前記凸部に対応する凹部を有する第二回転力伝達部と、を有し、前記凸部が前記凹部に対して付勢された状態で嵌り込むことで、前記第一回転力伝達部と前記第二回転力伝達部とを介してトルクの伝達がなされ、所定以上のトルクがかかった場合には、前記凸部と前記凹部との嵌り込み状態が外れることにより、前記第一回転力伝達部と前記第二回転力伝達部との間にスリップが生じるように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のロボットである。

本発明によると以下のような効果が得られる。
以上の図１に示したロボットの発明によれば、ＣＰＵ１０１は、過負荷によるトルクカッタ１６０でのスリップにより角度ズレが検出されない場合には通常運用アルゴリズムに従って動作の制御を行い、角度検出手段により角度ズレが検出された場合には復帰アルゴリズムに従って復帰の制御を行う。そして、ＣＰＵ１０１は、角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、復帰アルゴリズムに従って、モータ１３０を角度ズレ発生時と逆方向に回転させ、トルクカッタ１６０の入力と出力との角度ズレを解消させる制御を行う。

このような構成のロボットにより、過負荷が発生した場合に、角度検出手段によって過負荷の発生を角度ズレとして検知し、ＣＰＵ１０１がモータ１３０の回転を安全に停止させる。さらに、ＣＰＵ１０１は、角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、復帰アルゴリズムに従って、モータ１３０を角度ズレ発生時と逆方向に回転させ、トルクカッタ１６０の入力と出力との角度ズレを解消させる制御を行うことで、正常な状態に復帰することが可能なロボットを実現できる。

また、上述した課題を解決する手段としてのロボットの各発明によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）請求項１記載のロボットの発明では、モータの回転軸からの回転を出力軸から外部に作用させる際に、モータの回転軸からの回転を受けて出力軸に伝達すると共に、あらかじめ設定された所定トルク以上のトルクが回転軸と出力軸との間に発生した場合に入力・出力間にスリップを発生させることでトルクの伝達を所定トルク未満に制限する伝達トルク制限手段と、伝達トルク制限手段でのスリップにより回転軸と出力軸との間に生じる角度ズレを検出する角度検出手段と、を備えており、制御手段は、角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、復帰アルゴリズムに従って、出力軸の回転を制限して停止させた状態にしてモータを角度ズレ発生時と逆方向に回転させ、入力・出力間にスリップを発生させつつ伝達トルク制限手段の入力・出力間の角度ズレを解消させる制御を行う。

この結果、ロボットの関節部などでの過負荷が発生した場合にスリップを生じさせることで安全に停止すると共に、スリップによる角度ズレで過負荷を検知し、さらに正常な状態に復帰することが可能になる。

（２）請求項２記載のロボットの発明では、上記（１）において、制御手段は、復帰アルゴリズム実行時には、角度検出手段で検出される角度ズレがなくなるまで、モータを角度ズレ発生時と逆方向に回転させている。

この結果、ロボットの関節部などでの過負荷が発生した場合にスリップを生じさせることで安全に停止すると共に、スリップによる角度ズレで過負荷を検知し、さらに、角度ズレが無くなるまで逆回転させることで、正常な状態に復帰することが可能になる。

（３）請求項３記載のロボットの発明では、上記（１）または（２）において、周囲の障害物の存在を検知する障害物センサを備えておき、制御手段は、角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、障害物センサの検知結果により障害物の存在の有無を判定し、障害物が存在が検知された場合には、さらに障害物センサの検知結果により障害物の存在の有無を判定を続行し、検知された障害物が排除された後に、復帰アルゴリズムに従った制御を実行する。

この結果、ロボットの関節部などでの過負荷が発生した場合にスリップを生じさせることで安全に停止すると共に、スリップによる角度ズレで過負荷を検知し、さらに、過負荷の原因となった障害物が除去されたことが確認されてから角度ズレが無くなるまで逆回転させることで、安全を確保しつつ、正常な状態に復帰することが可能になる。

（４）請求項４記載のロボットの発明では、上記（１）〜（３）において、復帰アルゴリズム実行時に、角度検出手段で検出される角度ズレがなくなるまでモータを角度ズレ発生時と逆方向に回転させた後、出力軸が初期位置に位置するようにモータを回転させる。

この結果、ロボットの関節部などでの過負荷が発生した場合にスリップを生じさせることで安全に停止すると共に、スリップによる角度ズレで過負荷を検知し、さらに、角度ズレが無くなるまで逆回転させ、その後に初期位置になるようにすることで、正常な状態に復帰することが可能になる。

（５）請求項５記載のロボットの発明では、上記（１）〜（４）において、伝達トルク制限手段は、凸部を有する第一回転力伝達部と、凸部に対応する凹部を有する第二回転力伝達部と、を有し、凸部が凹部に対して付勢された状態で嵌り込むことで、第一回転力伝達部と第二回転力伝達部とを介してトルクの伝達がなされ、所定以上のトルクがかかった場合には、凸部と凹部との嵌り込み状態が外れることにより、第一回転力伝達部と第二回転力伝達部との間にスリップが生じる。

この結果、ロボットの関節部などでの過負荷が発生した場合にスリップを生じさせることで、伝達されるトルクが激減するため安全に停止する。また、スリップによる角度ズレで過負荷を検知し、さらに正常な状態に復帰する際にも、極めて小さいトルクで滑らかに動作させることが可能になる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）を詳細に説明する。
ここでは、人間にサービス（役務）を提供することによって生活を支援する対人用のサービスロボット（以下、単に「ロボット」）を具体例として用いることにする。

図１は本実施の形態例のロボット１００の主要部を模式的に示す説明図である。この図１において、１０１は各部を制御する制御手段としてのＣＰＵである。このＣＰＵ１０１は、過負荷によるスリップにより角度ズレが検出されない場合には通常運用アルゴリズムに従って動作の制御を行い、角度検出手段により角度ズレが検出された場合には復帰アルゴリズムに従って復帰の制御を行うことを特徴とする。

１１０は周囲の障害物の存在を検知する障害物センサであり、人体あるいは動物などを検出可能な焦電型の赤外線センサ、動き検知や輪郭検出等の画像計測を可能にした撮像手段、接触型のセンサなど、障害物の存在を検出可能な各種のセンサが該当する。なお、複数のセンサを組み合わせて用いることも可能である。

１２０はＣＰＵ１０１からの指示に従ってモータを電気的に駆動するモータコントローラであり、ＣＰＵ１０１からの指示を受けて、所定の回転速度によって正転／反転の駆動が可能であるものとする。

１３０はモータコントローラ１２０からのパルスあるいは電力の供給を受けて、回転軸に所定のトルクの回転あるいは回動を、所定の回転方向（正転／反転）で発生させる回転駆動源としてのモータである。１４０はモータ１３０の回転速度／回転方向に応じたパルスなどを生成するエンコーダである。

１５０はモータ１３０の回転を所定の減速比で減速させる減速機であり、モータ１３０と一体に構成されていてもよく、あるいは、モータ１３０とは別体に構成されていてもよい。なお、この減速機１５０は必要に応じて配置すればよいものであり、省略することが可能である。

１６０はモータ１３０の回転軸からの回転を受けて出力軸側に伝達すると共に、あらかじめ設定された所定トルク以上のトルクがモータ回転軸あるいは減速機１４０の出力軸と出力軸１８０との間に発生した場合に、スリップを発生させることでトルクの伝達を所定トルク未満に制限する伝達トルク制限手段としてのトルクカッタである。

なお、このトルクカッタ１６０としては、凸部を有する第一回転力伝達部と、前記凸部に対応する凹部を有する第二回転力伝達部と、を有し、前記凸部が前記凹部に対して付勢された状態で嵌り込むことで、前記第一回転力伝達部と前記第二回転力伝達部とを介してトルクの伝達がなされ、所定以上のトルクがかかった場合には、前記凸部と前記凹部との嵌り込み状態が外れる（脱調する）ことにより、前記第一回転力伝達部と前記第二回転力伝達部との間にスリップが生じるように構成されているものが望ましい。ここで、凸部としてはボールプランジャ、凹部はボールプランジャの先端部分に対応した溝あるいは窪みを用いることで実現することができる。

１７０はトルクカッタ１６０の入力側と出力側の回転角度の差を検出する角度検出手段としてのポテンショメータである。この場合、ポテンショメータ１７０は、回転角度の差（角度ズレ）を、電気抵抗、あるいは、電気信号などでＣＰＵ１０１に伝達する。

なお、トルクカッタ１６０の入力側の回転角度については、モータ１３０がパルスモータであれば駆動パルスの計数結果から知ることができ、また、エンコーダ１４０からのエンコーダパルスから知ることもできる。

１８０はトルクカッタ１６０で伝達トルク制限された回転を外部に取り出すためのロボット１００の出力軸であり、さらに、この出力軸１８０に取り付けられたアーム１８２を介してモータ１３０からの回転力を外部に作用させる。なお、１９０はアーム１８２の回転角度を制限するためのリミット部である。また、出力軸１８０とアーム１８２とで、ロボット１００の関節部を構成している。

ここで、ＣＰＵ１０１は、過負荷によるトルクカッタ１６０でのスリップにより角度ズレが検出されない場合には通常運用アルゴリズムに従って動作の制御を行い、角度検出手段により角度ズレが検出された場合には復帰アルゴリズムに従って復帰の制御を行うための制御プログラムを有している。そして、この制御プログラムにより、ＣＰＵ１０１は、角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、復帰アルゴリズムに従って、モータ１３０を角度ズレ発生時と逆方向に回転させ、トルクカッタ１６０の入力と出力との角度ズレを解消させる制御を行うように構成されている。

また、出力軸１８０とアーム１８２とリミット部１９０とが図３のような配置にある場合、本実施形態では、角度ズレが生じていない状態では、トルクカッタ１６０の入力側角度Ｔinと、トルクカッタ１６０（アーム１８２）の出力側角度Ｔoutとが一直線（１８０°）にあるものとして説明を行う。

なお、リミット部１９０は、復帰時にアーム１８２を停止させるものであるため、通常使用時には邪魔にならないいずれかの位置、かつ、復帰時にアーム１８２を停止させて問題のないいずれかの位置に配置しておけばよい。

すなわち図４（ａ）の角度ズレの生じていない状態に対し、アーム１８２に障害物などがあたり、大きな外力が加わったとする。ここで、モータ１３０からの回転力によってトルクカッタ１６０の入力側角度Ｔinが変わったとしても、アーム１８２の角度Ｔoutが変化しなかったとする（図４（ｂ））。この図４（ｂ）の状態では、トルクカッタ１６０の入力側角度Ｔinと、トルクカッタ１６０（アーム１８２）の出力側角度Ｔoutとが一直線（１８０°）から外れているため、ポテンショメータ１７０によって角度ズレが検出される。

以下、図２のフローチャート、ならびに、図３以降の説明図をも参照して、本実施形態のロボットの動作説明を行う。なお、この実施形態においては、ＣＰＵ１０１と制御プログラムによる制御を、単にＣＰＵ１０１の制御という言い方によって説明する。

ロボット１００の動作開始時に、ＣＰＵ１０１はアプリケーションプログラムから目標動作指令を取得する（図２Ｓ１）。この目標動作指令には、アーム１８２の動作タイミング、動作回転角度、停止タイミングなどロボット１００の動作に関する詳細データが記載されている。

ここで、ＣＰＵ１０１は、ポテンショメータ１７０の出力信号からトルクカッタ１６０の入力側と出力側の回転角度の差（角度ズレ）を検出する（図２Ｓ２）。なお、この際に、必要に応じてエンコーダ１４０からのエンコーダパルスも参照する。

ここで、トルクカッタ１６０の入力側と出力側の回転角度の差（角度ズレ）が検出されなければ（図２Ｓ２でＹ）、ＣＰＵ１０１は目標動作制御として前述した目標動作指令に基づいた制御を実行する（図２Ｓ３）。すなわち、ＣＰＵ１０１は、目標動作指令に記述されているアーム１８２の動作タイミング、動作回転角度、停止タイミングなどに従ってモータコントローラ１２０を介して、通常運用アルゴリズムに従ってモータ１３０を駆動する。

また、ここで、トルクカッタ１６０の入力側と出力側の回転角度の差（角度ズレ）が検出されれば（図２Ｓ２でＮ）、障害物などからの外力によって上述した図４（ｂ）の状態になっていると考えられる。このため、ＣＰＵ１０１はモータ１３０の動作を停止させ、以下の手順（図２Ｓ５以降）に示す復帰アルゴリズムに従って復帰の制御を行う。

なお、このように角度ズレが生じている時点では、トルクカッタ１６０にてスリップが発生しているため、伝達されるトルクは所定トルク未満になっており、安全な状態でアーム１８２は停止している。

この復帰アルゴリズムとして、ＣＰＵ１０１は障害物センサ１１０の出力を参照して、ロボット１００の周囲の障害物の検出や判定を行う（図２Ｓ５）。ここで、障害物センサ１１０が焦電型の赤外線センサであれば、ＣＰＵ１０１は、赤外線の存在によって人体あるいは動物などを検出する。また、障害物センサ１１０が撮像手段であれば、ＣＰＵ１０１は、画像データのフレーム間の相違による動き検知や、輪郭検出結果とパターンマッチングなどとによって、ロボット１００の周囲の人体などの検出を行う。

障害物センサ１１０の検出結果によりロボット１００の周囲に人が検出された場合には（図２Ｓ６でＹ）、「さわらないでね」あるいは「５秒後に動き出します」などといった音声による注意メッセージの発報を、図示されない報知手段を介して行う（図２Ｓ７）。

なお、障害物センサ１１０の検出結果によりロボット１００の周囲に何の障害物も検出されない場合には（図２Ｓ８でＮ）、ＣＰＵ１０１は、ロボット１００の故障であると判断し（図２Ｓ９）、動作履歴ログに故障により動作停止した旨を記述する（図２Ｓ１０）。なお、図示されない表示部などの、故障による動作停止である旨を表示してもよい。

なお、障害物センサ１１０の検出結果によりロボット１００の周囲に障害物も検出された場合には（図２Ｓ８でＹ）、ＣＰＵ１０１は、自己復帰動作をするか否かについて上位アプリケーションプログラムなどの決定に従い、制御を実行する（図２Ｓ１１）。

上位アプリケーションプログラムなどの決定によって自己復帰動作をしない場合には（図２Ｓ１１でＮ）、ＣＰＵ１０１は、障害物によって停止し、かつ、自己復帰動作をしない決定に従って動作停止した旨を動作履歴ログに記述する（図２Ｓ１０）。

上位アプリケーションプログラムなどの決定によって自己復帰動作をする場合には（図２Ｓ１１でＹ）、ＣＰＵ１０１は、さらに障害物センサ１１０の検知結果により障害物の存在の有無を判定を続行する（図２Ｓ１２）。一定時間経過しても障害物が取り除かれない場合には（図２Ｓ１２でＮ）、動作履歴ログに障害物が取り除かれないため動作停止したままである旨を記述する（図２Ｓ１０）。

ＣＰＵ１０１が障害物センサ１１０の検知結果により障害物の存在の有無を判定を一定時間続行している間に障害物が取り除かれた場合には（図２Ｓ１２でＹ）、復帰アルゴリズムに従った制御として、ＣＰＵ１０１は、角度ズレ発生時と逆方向にモータ１３０を回転させ、角度ズレの解消を試みる（図２Ｓ１３）。

すなわち、モータ１３０が時計方向の回転をしたときに障害物などによる外力で角度ズレが発生した場合（図４（ｂ）、図５（ａ））、ＣＰＵ１０１はモータ１３０を反時計方向に回転させる（図５（ｂ））。ここで、ＣＰＵ１０１は、ポテンショメータ１７０の出力信号からトルクカッタ１６０の入力側と出力側の回転角度の差（角度ズレ）を検出する（図２Ｓ１４）。なお、この際に、必要に応じてエンコーダ１４０からのエンコーダパルスも参照する。

このようなモータ１３０の回転によって、図５（ｃ）に示すように、アーム１８２はリミット部１９０に当接する。この時点ではトルクカッタ１６０は脱調しており、モータ１３０の回転によりトルクカッタ１６０の入力側は回転するものの、アーム１８２がリミット部１９０に当接していることで、図５（ｃ）〜（ｄ）に示すように、トルクカッタ１６０の入力側と出力側との角度ズレが徐々に減少していく（図２Ｓ１４、Ｓ１５でＮ）。

このようなモータ１３０の回転によって、図５（ｄ）に示すように、トルクカッタ１６０の入力側と出力側との角度ズレが解消された時点で（図２ＳＳ１５でＹ）、ＣＰＵ１０１はモータ１３０の回転を停止させる。なお、この状態になると、トルクカッタ１６０の脱調状態が解消され、凸部（ボールプランジャ）と凹部（ボールプランジャの先端に対応した溝あるいは窪み）とが嵌り込む。

なお、この後、ＣＰＵ１０１は、アーム１８２が初期位置に位置するようにモータ１３０を回転駆動してもよい。また、ＣＰＵ１０１は、角度ズレが生じた時点の位置までアーム１８２を駆動してもよい。

以上のような構成のロボットにより、過負荷が発生した場合に、角度検出手段によって過負荷の発生を角度ズレとして検知し、ＣＰＵ１０１がモータ１３０の回転を安全に停止させる。さらに、ＣＰＵ１０１は、角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、復帰アルゴリズムに従って、モータ１３０を角度ズレ発生時と逆方向に回転させ、トルクカッタ１６０の入力と出力との角度ズレを解消させる制御を行うことで、正常な状態に復帰することが可能なロボットを実現できる。

また、ロボットの関節部などでの過負荷が発生した場合にスリップを生じさせることで安全に停止すると共に、スリップによる角度ズレで過負荷を検知し、さらに、過負荷の原因となった障害物が除去されたことが確認されてから角度ズレが無くなるまで逆回転させることで、安全を確保しつつ、正常な状態に復帰することが可能になる。

また、ロボットの関節部などでの過負荷が発生した場合にスリップを生じさせることで安全に停止すると共に、スリップによる角度ズレで過負荷を検知し、さらに、角度ズレが無くなるまで逆回転させ、その後に初期位置になるようにすることで、正常な状態に復帰することが可能になる。

また、所定以上のトルクがかかった場合には、トルクカッタ１６０の凸部と凹部との嵌り込み状態が外れるため、ロボットの関節部などでの過負荷が発生した場合にスリップを生じさせることで、伝達されるトルクが激減するため安全に停止する。また、スリップによる角度ズレで過負荷を検知し、さらに正常な状態に復帰する際にも、極めて小さいトルクで滑らかに動作させることが可能になる。

また、復帰時にリミット部１９０でアーム１８２が停止するため、ケーブルなどの捩れの問題が発生することもない。
〈その他の実施の形態例〉
なお、以上の実施形態ではアーム１８２を介して外部に力を伝達する機構であったが、出力軸１８０を介して外部に力を伝達する機構のロボットであってもよい。また、リミット部１９０が単独であったが、可動範囲を挟むようにして、２つのリミット部を配置するようにしてもよい。

（付記１）回転軸に所定のトルクの回転を発生させる回転駆動源としてのモータと、前記モータの回転軸からの回転を外部に作用させる出力軸と、前記モータの回転軸からの回転を受けて前記出力軸に伝達すると共に、あらかじめ設定された所定トルク以上のトルクが前記回転軸と前記出力軸との間に発生した場合に入力・出力間にスリップを発生させることでトルクの伝達を所定トルク未満に制限する伝達トルク制限手段と、前記スリップにより前記伝達トルク制限手段の入力・出力間に生じる角度ズレを検出する角度検出手段と、前記角度検出手段により角度ズレが検出されない場合には通常運用アルゴリズムに従って動作の制御を行い、前記角度検出手段により角度ズレが検出された場合には復帰アルゴリズムに従って復帰の制御を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、復帰アルゴリズムに従って、前記モータを前記角度ズレ発生時と逆方向に回転させ、前記伝達トルク制限手段の入力・出力間の角度ズレを解消させる制御を行う、ことを特徴とするロボット。

（付記２）前記制御手段は、前記復帰アルゴリズム実行時には、前記角度検出手段で検出される角度ズレがなくなるまで、前記前記モータを前記角度ズレ発生時と逆方向に回転させる、ことを特徴とする付記１記載のロボット。

（付記３）周囲の障害物の存在を検知する障害物センサを備え、前記制御手段は、前記角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、前記障害物センサの検知結果により前記障害物の存在の有無を判定し、前記障害物が存在が検知された場合には、さらに前記障害物センサの検知結果により前記障害物の存在の有無を判定を続行し、検知された前記障害物が排除された後に、復帰アルゴリズムに従った制御を実行する、ことを特徴とする付記１または付記２に記載のロボット。

（付記４）前記制御手段は、前記復帰アルゴリズム実行時に、前記角度検出手段で検出される角度ズレがなくなるまで前記モータを前記角度ズレ発生時と逆方向に回転させた後、前記出力軸が初期位置に位置するように前記モータを回転させる、ことを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載のロボット。

（付記５）前記伝達トルク制限手段は、凸部を有する第一回転力伝達部と、前記凸部に対応する凹部を有する第二回転力伝達部と、を有し、前記凸部が前記凹部に対して付勢された状態で嵌り込むことで、前記第一回転力伝達部と前記第二回転力伝達部とを介してトルクの伝達がなされ、所定以上のトルクがかかった場合には、前記凸部と前記凹部との嵌り込み状態が外れることにより、前記第一回転力伝達部と前記第二回転力伝達部との間にスリップが生じるように構成されている、ことを特徴とする付記１乃至付記４のいずれかに記載のロボット。

（付記６）前記伝達トルク制限手段としては、凸部はボールプランジャ、凹部はボールプランジャの先端に対応した溝あるいは窪みを用いる付記５記載のロボット。

本発明の実施形態のロボットの構成を示す説明図である。本発明の実施形態のロボットの動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態のロボットの動作状態を示す説明である。本発明の実施形態のロボットの動作状態を示す説明である。本発明の実施形態のロボットの動作状態を示す説明である。

符号の説明

１００ロボット
１０１ＣＰＵ
１１０センサ
１２０モータコントローラ
１３０モータ
１４０エンコーダ
１５０減速機
１６０トルクカッタ
１７０ポテンショメータ
１８０出力軸
１８２アーム
１９０リミット部

Claims

回転軸に所定のトルクの回転を発生させる回転駆動源としてのモータと、
前記モータの回転軸からの回転を外部に作用させる出力軸と、
前記モータの回転軸からの回転を受けて前記出力軸に伝達すると共に、あらかじめ設定された所定トルク以上のトルクが前記回転軸と前記出力軸との間に発生した場合に入力・出力間にスリップを発生させることでトルクの伝達を所定トルク未満に制限する伝達トルク制限手段と、
前記スリップにより前記伝達トルク制限手段の入力・出力間に生じる角度ズレを検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段により角度ズレが検出されない場合には通常運用アルゴリズムに従って動作の制御を行い、前記角度検出手段により角度ズレが検出された場合には復帰アルゴリズムに従って復帰の制御を行う制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、復帰アルゴリズムに従って、前記出力軸の回転を制限して停止させた状態にして前記モータを前記角度ズレ発生時と逆方向に回転させ、入力・出力間に前記スリップを発生させつつ前記伝達トルク制限手段の入力・出力間の角度ズレを解消させる制御を行う、
ことを特徴とするロボット。
前記制御手段は、前記復帰アルゴリズム実行時には、前記角度検出手段で検出される角度ズレがなくなるまで、前記前記モータを前記角度ズレ発生時と逆方向に回転させる、
ことを特徴とする請求項１記載のロボット。
周囲の障害物の存在を検知する障害物センサを備え、
前記制御手段は、前記角度検出手段により角度ズレが検出された場合には、前記障害物センサの検知結果により前記障害物の存在の有無を判定し、前記障害物が存在が検知された場合には、さらに前記障害物センサの検知結果により前記障害物の存在の有無を判定を続行し、検知された前記障害物が排除された後に、復帰アルゴリズムに従った制御を実行する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボット。
前記制御手段は、前記復帰アルゴリズム実行時に、前記角度検出手段で検出される角度ズレがなくなるまで前記モータを前記角度ズレ発生時と逆方向に回転させた後、前記出力軸が初期位置に位置するように前記モータを回転させる、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のロボット。
前記伝達トルク制限手段は、凸部を有する第一回転力伝達部と、前記凸部に対応する凹部を有する第二回転力伝達部と、を有し、前記凸部が前記凹部に対して付勢された状態で嵌り込むことで、前記第一回転力伝達部と前記第二回転力伝達部とを介してトルクの伝達がなされ、所定以上のトルクがかかった場合には、前記凸部と前記凹部との嵌り込み状態が外れることにより、前記第一回転力伝達部と前記第二回転力伝達部との間にスリップが生じるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のロボット。