JP4927786B2 - コンプライアントジョイント - Google Patents

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Description

本発明は、コンプライアントジョイントに係り、より詳細には、ロボットとの衝突による損傷を防止できるようにロボットに使われるコンプライアントジョイントに関する。
一般に、産業用ロボットは、人間の依存する動作や監督なしにも正確な作業を遂げるために、生産ラインなどで広範囲に使われている。例えば、自動車産業で使われているロボットは、自動車のボディーを運搬したり溶接したりする等の様々な作業を行っている。
これに対し、知能型サービスロボットは、人間と相互作用をしながら人間の活動している空間内で作業を行う。例えば、掃除ロボットは、室内空間でホコリなどの汚染度を把握し掃除することによって、人間に必要なサービスを提供している。ところで、知能型サービスロボットは、作業中に予期せぬ障害物にぶつかる危険がある。すなわち、知能型サービスロボットは、人間とぶつかって衝撃を与え、人間に予期せぬ事故を被らせる危険がある。このため、知能型サービスロボットと人間との相互作用において人間に安全な設計とするのが、重要な仕様となる。
知能型サービスロボット(以下、‘ロボット'と略す。)が人間に衝撃を加えても人間が衝撃を受けないようにロボットに柔軟性を与える。このような技術的解決方案を‘ロボットコンプライアンス(robot compliance)’という。ロボットにコンプライアンスを与えるには、能動的な方法と受動的な方法がある。能動的な方法では、ロボットに装着された力/トルクセンサーのフィードバック信号を制御器で感知し、外部からの力や衝撃に適宜に対処する。受動的な方法では、スプリング、ダンパーなどの機械的な要素を用いて必要な安全性を具現する。
能動的な方法は、センサーのフィードバック信号による制御を行うから、安全性の具現において限界があった。例えば、ビジョンセンサー(vision sensor)を使用する場合、分解能が低いため、速い速度で外部衝撃が加えられるとそれに即刻対処し難い。また、センサーの信号にノイズが混入する場合と、制御可能な帯域幅(Bandwidth)以上の外部衝撃がある場合には、対応できなくなるという限界点があった。
しかしながら、受動的な方法は、特別なセンサーを使用せず、機械メカニズムで衝撃を吸収するため、反応速度が速く、誤作動の危険も少ない。したがって、受動的な方法のみを使って人間とロボット相互間の安全を維持可能にするメカニズムを開発するのが要求されている。言い換えると、受動コンプライアンスを具現し、ロボットシステムを根本的に安全(Intrinsically Safe)に設計・製作する方案が要求されている。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、人間とロボットとの衝突による被害を防ぐために、ロボットに受動コンプライアンスを具現させることができるコンプライアントジョイントを提供することにある。
上記の目的を達成するための、本発明に係るコンプライアントジョイントは、ハウジングと、前記ハウジングの内部に回転可能に設けられるカム部材と、前記カム部材に装着され、収縮または伸張可能なローラスプリング装置と、前記ハウジングに設けられ、前記カム部材の回転によって前記ローラスプリング装置が収縮または伸張するように案内するガイド部材と、前記ガイド部材に設けられ、前記ローラスプリング装置が収容される場合に前記ハウジングと前記カム部材とを係合させ、前記ローラスプリング装置が離脱する場合に前記ハウジングと前記カム部材との係合を解除する収容溝と、を備える構成とした。
なお、前記ガイド部材は、前記ローラスプリング装置が前記収容溝から離脱した場合、前記カム部材が回転するにつれて前記ローラスプリング装置を次第に収縮させ弾性復原力を大きくするように楕円形状に形成されることができる。
なお、前記カム部材にトルクが伝達される時、前記収容溝に収容された前記ローラスプリング装置を収縮させる方向に力が作用するように、前記収容溝に傾斜面が形成されることができる。
なお、前記ローラスプリング装置は、前記ガイド部材と対面するローラ部材と、前記ローラ部材と連結され、前記ローラ部材が収縮または伸張できるようにするスプリング部材と、を備えることができる。
なお、前記ローラ部材は、前記ガイド部材と接触するローラと、前記ローラを支持するローラボディーと、前記ローラボディーと連結され、前記スプリング部材の一端を支持するピストン部と、を含むことができる。
なお、前記カム部材には、前記ピストン部が往復運動するようにガイドする装着穴が設けられることができる。
また、前記カム部材には、前記ローラスプリング装置を収縮または伸張させる予圧装置が設けられることができる。
前記予圧装置は、前記ローラスプリング装置の端部を支持する突出段部と、前記カム部材にねじ結合され、前記突出段部を往復させるように回転できる調節部と、を備えることができる。
また、本発明に係るコンプライアントジョイントは、ハウジングと、前記ハウジングの内部に回転可能に設けられるカム部材と、前記カム部材の外側を取り囲むように前記ハウジングに設けられるガイド部材と、前記ガイド部材に凹入形成された収容溝と、前記カム部材に装着され、前記収容溝に収容されて前記ハウジングと前記カム部材とを係合させたり、前記収容溝から離脱して前記ハウジングと前記カム部材との係合を解除させるローラスプリング装置とを備える構成とすることができる。
なお、前記ローラスプリング装置が前記収容溝から離脱した場合に前記ローラスプリング装置の回転を制限するように、前記ガイド部材にはストッパーが前記収容溝から一定の距離隔たって突出して形成されることができる。
また、前記ローラスプリング装置が前記収容溝から前記ストッパーまで回転する時、前記カム部材の回転中心から前記ガイド部材までの半径長さは次第に小さくなるように、前記ガイド部材は楕円形に形成されることができる。
本発明に係るコンプライアントジョイントによれば、一定の大きさ未満の衝突に対してはロボットのロバスト性をそのまま維持できるので、位置を正確に制御し、作業性能を高めることが可能になる。
また、一定の大きさ以上の衝突に対してはロボットのロバスト性が急に低下し、安全性を確保することができるので、ロボットが人間に予期せぬ傷害を被らせるのを防止するという効果を奏する。
本発明に係るコンプライアントジョイントは、受動的に動作するので反応速度が速く且つ誤作動の危険がほとんどない。すなわち、ロボットの安全に関する信頼度が非常に高い。
本発明に係るコンプライアントジョイントは、ヒューマノイドロボットの他にも、公共の場所用サービスロボット、身体の不自由な人及び高齢者支援用ロボット、家庭用コンパニオンロボット、セル方式の生産現場での作業者支援用ロボット、生産現場での人間と相互作用するロボットなどに多様に適用され、人間への安全性を確保することができるという効果がある。
以下、本発明によるコンプライアントジョイントの好適な実施例を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
一般に、ロボットの制御において位置を正確に制御するには、ロボットが大きいロバスト性を持っているのが好ましい。しかし、ロボットが人間と衝突するときには安全性確保のために小さいロバスト性を持つことが有利である。したがって、ロボットアームなどの関節部分にコンプライアントジョイントを設置し、人間に傷害を被らせるような外力以上の衝突ではロバスト性が減少し、安全性を確保し、一方、それ以下の衝突では十分なロバスト性を有し、正確に位置制御できるようにする。以下では、ローラスプリング装置とガイド部材を含むメカニズムを適用したコンプライアントジョイントについて説明する。
図1は、本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントの要部を示す斜視図である。
図2は、図1に示すコンプライアントジョイントの要部を示す断面図である。
図1及び図2に示すように、本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントは、受動コンプライアンスを具現するために、ハウジング10と、ハウジング10において回転可能に設けられたカム部材30と、を備える。ハウジング10にはガイド部材11が備えられ、カム部材30にはローラスプリング装置20が装着される。ガイド部材11及びローラスプリング装置20は、ハウジング10とカム部材30とを係合または係合解除させる役割を果たす。すなわち、小さい外部衝撃が与えられた場合にはハウジング10とカム部材30との係合を保持し、ハウジング10とカム部材30とが共に動作するようにし、大きい外部衝撃が与えられた場合にはハウジング10とカム部材30との係合を解除し、ハウジング10とカム部材30とが別々に動作するようにする。
ガイド部材11は、略円形になっており、かつ、一定深さ凹入した収容溝12が形成される。収容溝12の両側面は、90゜より小さい傾斜度で傾斜面13が形成される。傾斜面13は、ローラスプリング装置20と対面するが、90゜より小さい傾斜度を持つ場合にのみ、ローラスプリング装置20を収縮させる力を発生させることができる。これは、本実施例ではローラ23の回転中心が収容溝12の内部に位置しているためである。しかし、ローラ23の回転中心が収容溝12の外部に位置していると、傾斜面13が90゜より大きい傾斜度を持つように形成されても、ローラスプリング装置20を収縮させる力を発生させることができる。本実施例では傾斜面13の傾斜が90゜より小さく形成される場合に挙げて説明するが、これに本発明の権利範囲が限定されるわけではない。
ローラスプリング装置20は、ローラ部材21とスプリング部材22とからなる。ローラ部材21は、ガイド部材11と対面しており、スプリング部材22はカム部材30に支持して装着される。スプリング部材22は、圧縮された状態で装着されるので、一定の弾性復原力を保有している。スプリング部材22の弾性復原力によって、ローラ部材21がガイド部材11に密着される。特に、ローラ部材21がガイド部材11の収容溝12に装着されると、ハウジング10とカム部材30との係合が維持され、ローラ部材21がガイド部材11の収容溝12から離脱すると、ハウジング10とカム部材30との係合が解除される。
ハウジング10とカム部材30とが係合している初期状態で、一定の大きさ以上の衝突が生じた場合、ハウジング10とカム部材30との係合が解除されるか否かは、ローラ部材21が収容溝12から離脱するか否かによる。ローラ部材21が収容溝12から離脱するには、スプリング部材22が一定の長さLだけ収縮しなければならない。すなわち、スプリング部材22が一定の長さLよりも少なく収縮すると、ハウジング10とカム部材30との係合は維持され、スプリング部材22が一定の長さLよりも多く収縮すると、ハウジング10とカム部材30との係合は解除される。
一定の大きさを持つ衝突が生じる時、スプリング部材22の収縮と関連した因子について述べる。図2を参照すると、ハウジング10とカム部材30は互いに回転可能なように設けられているため、衝突が生じた場合、ハウジング10またはカム部材30にトルクTが作用する。トルクTは、収容溝12に形成された傾斜面13を介してローラ部材21に力Fを伝達する。ローラ部材21に伝達される力の方向は、スプリング部材22の軸方向と傾斜をなしている。したがって、ローラ部材21に伝達される力Fのうち、スプリング部材22の軸方向と一致する成分のみがスプリング部材22を収縮させる力として作用することになる。すなわち、スプリング部材22の収縮は、収容溝12に形成された傾斜面13の傾斜度と関連する。
なお、初期状態でスプリング部材22は圧縮された状態で装着されるので、ローラ部材21をガイド部材11に密着させる弾性復原力を保有している。同じスプリング定数を持つスプリング部材22は、多く圧縮されるほど、ローラ部材21をガイド部材11に密着させる弾性力は大きくなる。したがって、衝突によるトルクによってローラ部材21に伝達される力は、スプリング部材22がローラ部材21をガイド部材11に密着させる力より大きくならなければならない。すなわち、ハウジング10とカム部材30との係合解除に必要なスプリング部材22の収縮程度は、初期状態においてスプリング部材22が圧縮された程度と関連する。したがって、本発明の実施例では、初期状態でスプリング部材22の圧縮程度を調節できる予圧装置50が設けられる。予圧装置50については後述する。
上述のように、ガイド部材11の収容溝12に形成された傾斜面13と初期状態でスプリング部材22が圧縮された程度を調節することによって、ハウジング10とカム部材30との係合を解除させる衝突の大きさを調節することができる。これにより、多様な分野で適用可能な受動コンプライアンスを具現可能になる。ちなみに、製品設計に当って傾斜面13の傾斜度を調節することが好ましく、製品の使用中には予圧装置50を用いてスプリング部材22の圧縮程度を調節することが好ましい。
図3は、本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントの概略的な構成を示す分解斜視図である。同図において、コンプライアントジョイントは、外観を形成するハウジング10を備える。ハウジング10は、円筒形に形成される。ハウジング10の左側壁面は、完全開放し、カム部材30及び第1及び第2ベアリング31,33などの内部構成部品が組み立てられるようにする。ハウジング10の内部には、カム部材30が回転可能に取り付けられる。カム部材30の中央には、ローラスプリング装置20を装着できる装着部40が設けられ、装着部40の右側壁面には第1ベアリング31が結合される第1ベアリング支持部32が突設され、装着部40の左側壁面には、第2ベアリング33が結合される第2ベアリング支持部34が突設される。第1ベアリング31は、カム部材30とハウジング10の右側壁面によって支持され、第2ベアリング33は、カム部材30とベアリング支持部材35によって支持される。ベアリング支持部材35は輪状に形成され、ハウジング10の左側端面15と結合する。
図5は、本発明の一実施例によるカム部材の装着部を示す断面図である。図5に示すように、カム部材30の装着部40には、上下方向に貫通して装着穴41が形成される。装着穴41には、予圧装置50を支持する支持部42が設けられる。支持部42は、装着穴41の内周面から突出して形成される。支持部42の中央には貫通穴43が形成されており、その内周面に沿ってねじ山が形成されている。装着穴41には、ローラスプリング装置20が円滑に移動できるようにするブシング44が挿入される。ブシング44は黒鉛45を含んでおり、これにより、ローラスプリング装置20の移動が円滑になる。
予圧装置50は、初期状態でスプリング部材22の圧縮程度を調節できるように設けられる。予圧装置50は、スプリング部材22の一端を支持する突出段部51と、ねじ山が形成されている調節部52とからなる。調節部52はカム部材30の貫通穴43に挿入される。調節部52と貫通穴43は互いにねじ山が形成されているので、調節部52を時計または反時計回り方向に回転させると、突出段部51は装着穴41内部で往復運動し、これによって、突出段部51に支持されるスプリング部材22を圧縮または伸張させることが可能になる。このように調節部52を時計回り方向または反時計回り方向に回転できるのは、装着穴41の下側においては調節部52の周囲に一定の空間が形成されているためである。
図3を参照すると、ローラスプリング装置20は、ローラ部材21とスプリング部材22とからなる。ローラ部材21は、ガイド部材11の内周面に沿って動くローラ23と、ローラ23をピン26で支持するローラボディー24と、ローラボディー24と一体に形成されてスプリング部材22を支持するピストン部25と、を備える。ピストン部25は、装着穴41に挿入されたブシング44に挿入されて往復運動をする(図5参照)。
図4は、本発明の一実施例によるハウジングの内部を示す斜視図である。図4に示すように、ハウジング10の内部にはガイド部材11が突出して形成される。ガイド部材11は略円形に形成される。前述したように、ガイド部材11にはローラ23が収容される収容溝12が凹設されている。収容溝12からガイド部材11の内周面に沿って所定距離隔たってストッパー14が互いに対称に形成される。ストッパー14はガイド部材11の内周面から中心方向に突出して形成される。ストッパー14は、一定の大きさ以上の衝撃が伝達された時にローラ23がガイド部材11の内周面に沿って回転するのを制限することによって、カム部材30の回転を制限する役割を果たす。
与えられた衝撃が除去された場合、ハウジング10とカム部材30が元の位置に復帰するための工夫が要求される。すなわち、受動コンプライアンスの具現されたロボットアームが外部衝撃によって折れた場合、元の形状に復帰する必要があるわけである。このため、ガイド部材11の形状に変化を与え、外部衝撃が消えた後には自動で復帰されるようにする。
具体的には、カム部材30にはローラスプリング装置20が共に回転するように装着されており、ローラスプリング装置20はガイド部材11と対面しており、よって、カム部材30は、ガイド部材11の内周面に沿って回転する。すなわち、一定の大きさ以上の衝撃が与えられると、カム部材30は、収容溝12からストッパー14に至るガイド部材11の内周面に沿って回転する。カム部材30の回転中心Cから収容溝12までの半径長さをAといい、回転中心Cからストッパー14までの半径長さをBという。半径長さBを半径長さAよりも小さく設定し、回転中心Cから、収容溝12とストッパー14との間にあるガイド部材11までの半径長さが次第に小さくなるように設計する。これにより、カム部材30が収容溝12からストッパー14側へ回転するにつれて、ローラスプリング装置20は次第に圧縮される。したがって、ローラスプリング装置20は大きい弾性復原力を持つようになり、カム部材30が再び最初の状態に復帰する。
以下、本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントの動作について詳細に説明する。
図6は、本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントの初期状態を示す断面図である。図6に示すように、ローラスプリング装置20のローラ23は、ガイド部材11の収容溝12に収容されている。したがって、ハウジング10とカム部材30は互いに係合されているから、ハウジング10とカム部材30は共に動作する。ロボットに一定の大きさ未満の衝撃が与えられる場合には、ロボットはロバスト性が確保できるので、位置を正確に制御可能になる。
図7は、上記のコンプライアントジョイントが動作する状態を示す断面図である。図7に示すように、一定の大きさ以上の衝撃が与えられると、ハウジング10またはカム部材30にはトルクTが伝達される。この力によってローラスプリング装置20のスプリング部材22は収縮し、ローラ23が収容溝12から離脱することになる。これにより、ハウジング10とカム部材30との係合が解除され、ハウジング10とカム部材30は別々に動作することになる。すなわち、ロボットが人間に障害を被るような一定の大きさ以上の衝撃がを与えられる場合、ロボットの関節部位に装着されたコンプライアントジョイントによって人間に一定の大きさ以上の衝撃が伝達されるの防ぐ。これで、ロボットと人間とが相互作用できる根本的に安全なロボットの設計が可能となる。
図8は、ハウジング10とカム部材30の回転が制限される状態を示す断面図である。図8に示すように、収容溝12から離脱してガイド部材11の内周面に沿って回転するローラ23は、ストッパー14によって停止し、よって、カム部材30はハウジング10に対して回転が制限される。その結果、カム部材30に連結されているロボットアームなどの動きが制限される。
図9は、ハウジング10とカム部材30が元の状態に復帰する状態を示す断面図である。図9に示すように、カム部材30の回転中心からガイド部材11に至る半径長さは、収容溝12からストッパー14から行くにつれて次第に小さくなるように設計されている。したがって、図8に示すように、ローラ23がストッパー14によって停止している時、スプリング部材22は最大限に圧縮された状態であるため、弾性力が最も大きい。これに対し、ローラ23が収容溝12に収容されている時に、弾性力は最も小さい。要するに、ローラスプリング装置20は、ガイド部材11の楕円形状によってカム部材30の回転角度別に異なる弾性力を持ち、これにより、カム部材30は自動で元の状態に復帰可能である。
本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントの要部を示す斜視図である。 本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントの要部を示す断面図である。 本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントの概略的な構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントのハウジングの内部を示す斜視図である。 本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントのカム部材の装着部を示す断面図である。 本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントの初期状態を示す断面図である。 本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントの動作状態を示す断面図である。 本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントのハウジングとカム部材との回転が制限される状態を示す断面図である。 本発明の一実施例によるコンプライアントジョイントのハウジングとカム部材が元の状態に復帰する様子を示す断面図である。
符号の説明
10 ハウジング
11 ガイド部材
12 収容溝
13 傾斜面
20 ローラスプリング装置
21 ローラ部材
22 スプリング部材
23 ローラ
24 ローラボディー
25 ピストン部
30 カム部材
40 装着部
41 装着穴
42 支持部
43 貫通穴
44 ブシング
50 予圧装置
51 突出段部
52 調節部

Claims (11)

  1. ハウジングと、
    前記ハウジングの内部に設けられ、前記ハウジングと係合して前記ハウジングと共に回転し、一定の大きさ以上の衝撃が与えられた場合に前記ハウジングとの係合が解除されて前記ハウジングに対し相対回転可能であり、該相対回転の大きさが所定の角度範囲に制限されるカム部材と、
    前記カム部材に装着され、前記カム部材の回転運動の半径方向に収縮または伸張可能なローラスプリング装置と、
    前記ハウジングに設けられ、前記カム部材の回転によって前記ローラスプリング装置が収縮または伸張するように案内するガイド部材と、
    前記ガイド部材の内周面に設けられる収容溝であり、前記ローラスプリング装置が収容される場合に前記ハウジングと前記カム部材とを係合させ、前記ローラスプリング装置が離脱する場合に前記ハウジングと前記カム部材との係合を解除する収容溝とを備え、
    前記ガイド部材の内周面は、前記ローラスプリング装置が前記収容溝から離脱した場合、前記カム部材が回転するにつれて前記ローラスプリング装置を次第に収縮させ弾性復原力を大きくし前記ローラスプリング装置が前記収容溝に自動的に復帰するように、前記カム部材の回転軸方向から見たときに楕円形状の一部を形成し、且つ、前記ハウジングに対する前記カム部材の相対回転の大きさを所定の角度範囲に制限するように、前記収容溝から一定の距離隔たって突出するストッパーを形成し、
    前記収容溝は、前記カム部材にトルクが伝達されるとき、前記収容溝に収容された前記ローラスプリング装置を収縮させる方向に力が作用するように傾斜面を形成し、
    前記収容溝の傾斜面は、前記ガイド部材の内周面の一部である、
    コンプライアントジョイント。
  2. 前記ローラスプリング装置は、
    前記ガイド部材と対面するローラ部材と、
    前記ローラ部材と連結され、前記ローラ部材が収縮または伸張できるようにするスプリング部材とを備える請求項1に記載のコンプライアントジョイント。
  3. 前記ローラ部材は、
    前記ガイド部材と接触するローラと、
    前記ローラを支持するローラボディーと、
    前記ローラボディーと連結され、前記スプリング部材の一端を支持するピストン部とを含む請求項2に記載のコンプライアントジョイント。
  4. 前記カム部材には、前記ピストン部が往復運動するようにガイドする装着穴が設けられる請求項3に記載のコンプライアントジョイント。
  5. 前記カム部材には、前記ローラスプリング装置を収縮または伸張させる予圧装置が設けられる請求項1に記載のコンプライアントジョイント。
  6. 前記予圧装置は、
    前記ローラスプリング装置の端部を支持する突出段部と、
    前記カム部材にねじ結合され、前記突出段部を往復させるように回転できる調節部と、
    を備える請求項5に記載のコンプライアントジョイント。
  7. ハウジングと、
    前記ハウジングの内部に設けられ、前記ハウジングと係合して前記ハウジングと共に回転し、一定の大きさ以上の衝撃が与えられた場合に前記ハウジングとの係合が解除されて前記ハウジングに対し相対回転可能であり、該相対回転の大きさが所定の角度範囲に制限されるカム部材と、
    前記カム部材の外側を取り囲むように前記ハウジングに設けられるガイド部材と、
    前記ガイド部材の内周面に凹入形成された収容溝と、
    前記カム部材に装着され、前記収容溝に収容されて前記ハウジングと前記カム部材とを係合させたり、前記収容溝から離脱して前記ハウジングと前記カム部材との係合を解除させたりすべく、前記カム部材の回転運動の半径方向に収縮または伸張可能なローラスプリング装置とを備え、
    前記ガイド部材の内周面は、前記ローラスプリング装置が前記収容溝から離脱した場合、前記カム部材が回転するにつれて前記ローラスプリング装置を次第に収縮させ弾性復原力を大きくし前記ローラスプリング装置が前記収容溝に自動的に復帰するように、前記カム部材の回転軸方向から見たときに楕円形状の一部を形成し、且つ、前記ハウジングに対する前記カム部材の相対回転の大きさを所定の角度範囲に制限するように、前記収容溝から一定の距離隔たって突出するストッパーを形成し、
    前記収容溝は、前記カム部材にトルクが伝達されるとき、前記収容溝に収容された前記ローラスプリング装置を収縮させる方向に力が作用するように傾斜面を形成し、
    前記収容溝の傾斜面は、前記ガイド部材の内周面の一部である、
    コンプライアントジョイント。
  8. 前記ローラスプリング装置が前記収容溝から離脱した場合に前記ローラスプリング装置の回転を制限するように、前記ガイド部材には前記ストッパーが前記収容溝から一定の距離隔たって突出して形成される請求項7に記載のコンプライアントジョイント。
  9. 前記ローラスプリング装置が前記収容溝から前記ストッパーまで回転するとき、前記カム部材の回転中心から前記ガイド部材までの半径長さは次第に小さくなるように、前記ガイド部材の内周面は、前記カム部材の回転軸方向から見たときに楕円形の一部を形成する請求項8に記載のコンプライアントジョイント。
  10. 前記カム部材の中央に形成され、前記ローラスプリング装置が装着される装着部材をさらに備える請求項7に記載のコンプライアントジョイント。
  11. 前記装着部材は、
    前記ローラスプリング装置を収容する装着穴と、
    前記装着穴に挿入されるブッシングと、
    前記ブッシングに含まれる黒鉛とを備える請求項10に記載のコンプライアントジョイント。
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWM318893U (en) * 2007-03-06 2007-09-11 Coson Tech Co Ltd Hinge device
KR100987087B1 (ko) * 2008-06-02 2010-10-11 한국과학기술연구원 항복 토크 발생장치 및 이를 이용한 회전기구
CN101905431B (zh) * 2009-06-03 2013-04-24 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 过载保护机构以及采用该过载保护机构的连轴装置
TWI419778B (zh) * 2011-03-16 2013-12-21 Ind Tech Res Inst 順應性關節
TW201242732A (en) * 2011-04-19 2012-11-01 Prec Machinery Res & Dev Ct Compliance mechanism
CN102756380A (zh) * 2011-04-26 2012-10-31 财团法人精密机械研究发展中心 顺应性机构
KR101331835B1 (ko) 2012-02-10 2013-11-22 한국과학기술연구원 항복토크 조절이 가능한 토크리미터
KR101428326B1 (ko) * 2012-12-27 2014-08-07 현대자동차주식회사 토크 가변형 로봇 관절장치
CN103846930B (zh) * 2012-12-27 2015-11-25 中国科学院合肥物质科学研究院 应用于服务机器人机械臂上的被动式顺应性阻抗机构
KR101379809B1 (ko) * 2013-05-20 2014-04-01 한국과학기술연구원 항복토크 변경이 가능한 토크 리미터
CN103433933B (zh) * 2013-07-15 2015-06-10 北京理工大学 能够提供非线性可变刚度的弹性组件
US9408379B2 (en) * 2013-10-08 2016-08-09 Agco Corporation Bi-directional break-away boom with roller and rotary damper
JP6114681B2 (ja) 2013-11-21 2017-04-12 三木プーリ株式会社 トルクリミタ
CN103600358A (zh) * 2013-11-29 2014-02-26 中国科学院合肥物质科学研究院 一种被动式顺应性阻抗机构及机械臂
US10208806B2 (en) 2015-04-09 2019-02-19 The Chinese University Of Hong Kong Compliant safe joint and manufacturing method thereof
KR102384150B1 (ko) 2015-11-04 2022-04-08 삼성전자주식회사 조인트 어셈블리 및 이를 포함하는 운동 보조 장치
CN105500401B (zh) * 2016-01-04 2017-05-31 山东省科学院自动化研究所 一种具有转矩限制功能的柔顺转动关节
KR101777946B1 (ko) * 2016-02-12 2017-09-13 성균관대학교산학협력단 로봇의 관절 구조물
US10527078B2 (en) * 2016-05-23 2020-01-07 Harris Global Communications, Inc Breakaway retention device
TWI593527B (zh) * 2017-03-23 2017-08-01 台達電子工業股份有限公司 被動式順應性機構
US11931888B2 (en) * 2019-01-10 2024-03-19 Ati Industrial Automation, Inc. Robotic tool having selectable compliance modes
DE102022119917A1 (de) 2022-08-08 2024-02-08 Festo Se & Co. Kg Sicherheitsvorrichtung für einen Roboter und damit ausgestatteter Roboter

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US924749A (en) * 1907-03-21 1909-06-15 Marguerite Drapier Transmission mechanism.
US1443026A (en) * 1920-08-30 1923-01-23 Lee Leif Power-transmission device
US2171829A (en) * 1932-07-09 1939-09-05 Automatic Drive & Transmission Automatic drive and clutch mechanism
US3203524A (en) * 1962-07-21 1965-08-31 Fisher & Ludlow Ltd Overload or torque limiting clutches
CH517234A (de) 1969-03-13 1971-12-31 Hans Viessmann Vorgefertigtes und transportables Becken
JPS4844523Y1 (ja) * 1970-11-27 1973-12-21
US3762183A (en) * 1971-06-30 1973-10-02 Bobst Fils Sa J Safety device coupling
DE3269641D1 (en) * 1981-09-09 1986-04-10 Ciba Geigy Ag Stabilised thermoplastic polyester compositions
US4653623A (en) * 1985-07-18 1987-03-31 Deere & Company Snubber mechanism for ratchet-type slip clutch
JPH0757536B2 (ja) * 1987-07-21 1995-06-21 清治 永吉 合成樹脂管の製造装置
JPH02125214A (ja) 1988-11-04 1990-05-14 Fujikura Ltd 光ファイバコード
JPH04226886A (ja) 1990-10-19 1992-08-17 Sony Corp ロボットのツール保持機構
DE4137829C2 (de) * 1991-11-16 1995-12-21 Walterscheid Gmbh Gkn Drehmomentbegrenzungskupplung
JP3497524B2 (ja) 1993-06-18 2004-02-16 泰和 楊 緩徐復帰型回転結合装置
JPH0938887A (ja) * 1995-08-01 1997-02-10 Ricoh Co Ltd コンプライアンス機構
US6012985A (en) * 1996-01-11 2000-01-11 Sukup Manufacturing Company Method and means for coupling shafts
CA2181097C (en) 1996-07-12 2007-10-23 Fernando Manuel Rodrigues Nunes Overload protector for robotic tooling
US5924536A (en) * 1996-08-01 1999-07-20 Gustav Klauke Gmbh Torque-switched clutch
US6069415A (en) 1998-06-05 2000-05-30 Ati Industrial Automation, Inc. Overload protection device
US6214057B1 (en) 1999-05-07 2001-04-10 Process Equipment Co. Of Tipp City Overload protection device for robotic tooling
DE10002748B4 (de) * 2000-01-22 2006-05-18 Robert Bosch Gmbh Handwerkzeugmaschine mit einer Sicherheitskupplung
US6670796B2 (en) 2002-05-24 2003-12-30 Anritsu Company Ultra fast and high efficiency inductive coil driver
KR100484885B1 (ko) 2002-10-02 2005-04-22 한국과학기술연구원 자기유변 유체를 이용한 댐퍼와 스프링을 이용한 회전식컴플라이언트 조인트
JP2004270854A (ja) 2003-03-11 2004-09-30 Toyota Motor Corp 動力伝達装置
JP2005224941A (ja) 2005-05-09 2005-08-25 Kawasaki Heavy Ind Ltd 力センサ過負荷保護装置
KR20050065466A (ko) * 2005-05-18 2005-06-29 이상철 탄성체 변화를 이용한 가변형 원격 순응 중심 장치
JP4594246B2 (ja) 2006-01-20 2010-12-08 富士通株式会社 回転部保護機構

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