JP5655871B2

JP5655871B2 - ロボット装置

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Publication number: JP5655871B2
Application number: JP2013008486A
Authority: JP
Inventors: 信和宮内; 中村　民男; 民男中村; 善太中元; 大河野
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2033-01-21
Also published as: CN103934833B; US9032811B2; EP2756936A1; US20140207279A1; JP2014138966A; CN103934833A

Description

本発明は、ロボット装置に関する。

近年、人間による手作業をロボットにより自動化させる需要が高まっている。例えば特許文献１には、箱詰め作業を自動で行うロボットが開示されている。

特開２０１１−０００６６９号公報

ところで、人間による手作業の一部をロボットが担うようになると、人間とロボットが作業空間に共存することが考えられる。このため、人間とロボットの接触等に備えて安全性の一層の向上が求められている。

そこで本発明は、より安全性を向上させることができるロボット装置を提供することを目的とする。

本発明に係るロボット装置は、外皮を有するアームと、外皮の変形を検知する検知機構とを備え、検知機構は、信号を発信する発信部と、信号を受信する受信部と、外皮に沿うように設けられ、信号を導く伝送経路とを有し、受信部に信号が到達しているかどうかに基づいて外皮の変形を検知する。

本発明に係るロボット装置によれば、より安全性を向上させることができる。

本発明に係るロボット装置の一実施形態を示す斜視図である。カバーを取り外した左アームの平面図である。カバー及び検知機構の構成を示す要部断面図である。コントローラの機能的構成を示すブロック図である。カバー及び検知機構の変形例を示す要部断面図である。図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。カバー及び検知機構の他の変形例を示す要部断面図である。カバー及び検知機構の更に他の変形例を示す模式図である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

＜ロボット装置＞
図１に示されるように、ロボット装置１は、双腕ロボット１００とコントローラ２００を備える。双腕ロボット１００とコントローラ２００は、相互通信可能にケーブルハーネス２で接続されている。なお、双腕ロボット１００とコントローラ２００を無線で接続してもよいし、コントローラ２００を双腕ロボット１００に内蔵してもよい。

双腕ロボット１００は、基台１０１と、胴体１１０と、左アーム１２０Ｌと、右アーム１２０Ｒを有する。基台１０１は、底板１０１ａと、底板１０１ａ上に立設された筒状の側壁１０１ｂとを有し、アクチュエータ１１を内蔵する。底板１０１ａ及び側壁１０１ｂは、例えばアルミニウムの鋳物等により構成されている。基台１０１は、床や台座等に設置される。以下の説明における「上下」は、基台１０１が水平面上に設置された場合の方向を意味する。

胴体１１０は、基台１０１の上端部に取り付けられている。胴体１１０は、基台１０１に内蔵されたアクチュエータ１１により駆動され、鉛直な軸線Ｌ１を中心に旋回する。胴体１１０は、例えば高張力鋼（いわゆるハイテン鋼）等からなる強度部材１１１と、強度部材１１１を覆うカバー１１２とを有する（図２参照）。

胴体１１０の上端部には、アーム１２０Ｌ，１２０Ｒを支持するアーム支持部１１０ａが形成されている。アーム支持部１１０ａは、水平に横たわる円柱状の外形を呈する。アーム支持部１１０ａの中心軸線Ｌ２は、胴体１１０の旋回軸線Ｌ１に対し平面視で一方側にずれている。以下の説明における「前後左右」は、旋回軸線Ｌ１に対し中心軸線Ｌ２がずれている方を前方とした場合の方向を意味する。

胴体１１０は、２個のアクチュエータ１２を内蔵する（図２参照）。アクチュエータ１２は、モータ（不図示）と減速機Ｇ１２を有する。２個のアクチュエータ１２の減速機Ｇ１２は、アーム支持部１１０ａの両端部にそれぞれ配置され、強度部材１１１に固定されている。それぞれの減速機Ｇ１２の出力軸は左右方向に沿う軸線Ｌ２を中心に回転する。

２本のアーム１２０Ｌ，１２０Ｒは、アーム支持部１１０ａの両端部にそれぞれ取り付けられている。図２に示されるように、左アーム１２０Ｌは、複数のアーム要素として、肩部１２１と、第１上腕部１２２と、第２上腕部１２３と、第１下腕部１２４と、第２下腕部１２５と、手首部１２６を有する。

肩部１２１は、アーム支持部１１０ａの左端部に取り付けられ、アーム支持部１１０ａから左側（図示右側）に突出する。肩部１２１は、例えば高張力鋼（いわゆるハイテン鋼）等からなる強度部材２１と、強度部材２１を覆うカバー３１とを有する。強度部材２１の基端部は、減速機Ｇ１２の出力軸に固定されている。このため、肩部１２１は、胴体１１０のアクチュエータ１２に駆動され、軸線Ｌ２を中心に旋回する。

肩部１２１は、アクチュエータ１３を内蔵する。アクチュエータ１３は、モータＭ１３とブレーキＢ１３と減速機Ｇ１３を有する。モータＭ１３及びブレーキＢ１３は、肩部１２１の基端側に配置され、強度部材２１に固定されている。減速機Ｇ１３は、肩部１２１の先端側に配置され、強度部材２１に固定されている。モータＭ１３の回転軸は、タイミングベルト１３ａを介してブレーキＢ１３の回転軸に連結されている。ブレーキＢ１３の回転軸は、タイミングベルト１３ｂを介して減速機Ｇ１３の入力軸に連結されている。モータＭ１３は、ブレーキＢ１３を介して減速機Ｇ１３に駆動力を伝達する。ブレーキＢ１３は、モータＭ１３及び減速機Ｇ１３に制動力を伝達する。減速機Ｇ１３の出力軸は、肩部１２１の旋回軸線Ｌ２に対して直行する軸線Ｌ３を中心に回転する。

第１上腕部１２２の基端部は、肩部１２１の先端部に連結されている。第１上腕部１２２は、肩部１２１の突出方向に連続して延在する。第１上腕部１２２は、例えば高張力鋼（いわゆるハイテン鋼）等からなる強度部材２２と、強度部材２２を覆うカバー３２とを有する。強度部材２２の基端部は、肩部１２１の減速機Ｇ１３の出力軸に固定されている。このため、第１上腕部１２２は、肩部１２１のアクチュエータ１３により駆動され、軸線Ｌ３を中心に揺動する。

第１上腕部１２２は、アクチュエータ１４を内蔵する。アクチュエータ１４は、モータＭ１４と減速機Ｇ１４を有する。減速機Ｇ１４は、第１上腕部１２２の先端側に配置され、強度部材２２に固定されている。減速機Ｇ１４の出力軸は、第１上腕部１２２の延在方向に平行な軸線Ｌ４を中心に回転する。モータＭ１４は減速機Ｇ１４に固定され、モータＭ１４の出力軸は減速機Ｇ１４の入力軸に直結している。

第２上腕部１２３の基端部は、第１上腕部１２２の先端部に連結されている。第２上腕部１２３は、第１上腕部１２２の延在方向に連続して延在し、途中で鈍角をなすように折れ曲がっている。第２上腕部１２３は、例えば高張力鋼（いわゆるハイテン鋼）等からなる強度部材２３と、強度部材２３を覆うカバー３３とを有する。強度部材２３の基端部は、第１上腕部１２２の減速機Ｇ１４の出力軸に固定されている。このため、第２上腕部１２３は、第１上腕部１２２のアクチュエータ１４により駆動され、軸線Ｌ４を中心に旋回する。

第２上腕部１２３は、アクチュエータ１５を内蔵する。アクチュエータ１５は、モータＭ１５とブレーキＢ１５と減速機Ｇ１５を有する。モータＭ１５及びブレーキＢ１５は第２上腕部１２３の基端側に配置され、強度部材２３に固定されている。減速機Ｇ１５は、第２上腕部１２３の先端側に配置され、強度部材２３に固定されている。モータＭ１５の回転軸は、タイミングベルト（不図示）を介してブレーキＢ１５の回転軸に連結されている。ブレーキＢ１５の回転軸は、タイミングベルト１５ｂを介して減速機Ｇ１５の入力軸に連結されている。モータＭ１５は、ブレーキＢ１５を介して減速機Ｇ１５に駆動力を伝達する。ブレーキＢ１５は、モータＭ１５及び減速機Ｇ１５に制動力を伝達する。減速機Ｇ１５の出力軸は、第２上腕部１２３の旋回軸線Ｌ４に対して直行する軸線Ｌ５を中心に回転する。

第１下腕部１２４の基端部は、第２上腕部１２３の先端部に連結されている。第１下腕部１２４は、第２上腕部１２３の延在方向に連続して延在し、途中で鈍角をなすように折れ曲がっている。第１下腕部１２４が折れ曲がる方向は、第２上腕部１２３が折れ曲がる方向と同じである。第１下腕部１２４の先端側は、第２上腕部１２３の基端側に対して略垂直になっている。

第１下腕部１２４は、例えば高張力鋼（いわゆるハイテン鋼）等からなる強度部材２４と、強度部材２４を覆うカバー３４とを有する。強度部材２４の基端部は、第２上腕部１２３の減速機Ｇ１５の出力軸に固定されている。このため、第１下腕部１２４は、第２上腕部１２３のアクチュエータ１５により駆動され、軸線Ｌ５を中心に揺動する。

第１下腕部１２４は、アクチュエータ１６を内蔵する。アクチュエータ１６は、モータＭ１６と減速機Ｇ１６を有する。減速機Ｇ１６は、第１下腕部１２４の先端側に配置され、強度部材２４に固定されている。減速機Ｇ１６の出力軸は、第１下腕部１２４の延在方向に平行な軸線Ｌ６を中心に回転する。モータＭ１６は減速機Ｇ１６に固定され、モータＭ１６の出力軸は減速機Ｇ１６の入力軸に直結している。

第２下腕部１２５の基端部は、第１下腕部１２４の先端部に連結されている。第２下腕部１２５は、第１下腕部１２４の延在方向に連続して延在する。第２下腕部１２５は、例えば高張力鋼（いわゆるハイテン鋼）等からなる強度部材２５と、強度部材２５を覆うカバー３５とを有する。強度部材２５の基端部は、第１下腕部１２４の減速機Ｇ１６の出力軸に固定されている。このため、第２下腕部１２５は、第１下腕部１２４のアクチュエータ１６により駆動され、軸線Ｌ６を中心に旋回する。

第２下腕部１２５はアクチュエータ１７を内蔵している。アクチュエータ１７は、モータＭ１７とブレーキＢ１７と減速機Ｇ１７を有する。モータＭ１７及びブレーキＢ１７は第２下腕部１２５の基端側に配置され、強度部材２５に固定されている。減速機Ｇ１７は第２下腕部１２５の先端側に配置され、強度部材２５に固定されている。モータＭ１７の回転軸は、タイミングベルト（不図示）を介してブレーキＢ１７の回転軸に連結されている。ブレーキＢ１７の回転軸は、タイミングベルト１７ｂを介して減速機Ｇ１７の入力軸に連結されている。モータＭ１７は、ブレーキＢ１７を介して減速機Ｇ１７に駆動力を伝達する。ブレーキＢ１７は、モータＭ１７及び減速機Ｇ１７に制動力を伝達する。減速機Ｇ１７の出力軸は、第２下腕部１２５の旋回軸線Ｌ６に対して直行する軸線Ｌ７を中心に回転する。

手首部１２６の基端部は、第２下腕部１２５の先端部に連結されている。手首部１２６は、第２下腕部１２５の延在方向に連続して延在する。手首部１２６は、例えば高張力鋼（いわゆるハイテン鋼）等からなる強度部材２６と、強度部材２６を覆うカバー３６とを有する。強度部材２６の基端部は、第２下腕部１２５の減速機Ｇ１７の出力軸に固定されている。このため、手首部１２６は、第２下腕部１２５のアクチュエータ１７により駆動され、軸線Ｌ７を中心に揺動する。

手首部１２６は、アクチュエータ１８を内蔵する。アクチュエータ１８は、モータ（不図示）と減速機Ｇ１８を有する。減速機Ｇ１８は、手首部１２６の先端側に配置され、強度部材２６に固定されている。減速機Ｇ１８の出力軸は、手首部１２６の延在方向に平行な軸線Ｌ８を中心に回転する。モータは減速機Ｇ１８に固定され、モータの出力軸は減速機Ｇ１８の入力軸に直結している。

減速機Ｇ１８の出力軸には、フランジ状の継手部１３１が固定されている。継手部１３１には、双腕ロボット１００に所望の作業を行わせるための種々のツール（不図示）が取り付けられる。継手部１３１に取り付けられたツールは、手首部１２６のアクチュエータ１８により駆動され、軸線Ｌ８を中心に旋回する。

図１に示されるように、右アーム１２０Ｒは、左アーム１２０Ｌと同様に構成され、左アーム１２０Ｌと逆向きに配置されている。右アーム１２０Ｒの肩部１２１の基端部は、アーム支持部１１０ａの右端部に取り付けられ、アーム支持部１１０ａから右側に突出する。右アーム１２０Ｒについての他の説明は、左アーム１２０Ｌの説明と重複するので省略する。

＜カバー部材及び検知機構＞
アーム１２０Ｌ，１２０Ｒは、アーム要素ごとに設けられた検知機構４１，４２，４３，４４，４５，４６を備える。すなわち、肩部１２１、第１上腕部１２２、第２上腕部１２３、第１下腕部１２４、第２下腕部１２５、手首部１２６は、検知機構４１，４２，４３，４４，４５，４６をそれぞれ備える。検知機構４１，４２，４３，４４，４５，４６は、カバー３１，３２，３３，３４，３５，３６の接触をそれぞれ検知する。

カバー３１，３２，３３，３４，３５，３６の構造は共通であり、検知機構４１，４２，４３，４４，４５，４６の構造も共通であるので、以下の説明ではこれらを区別せず、カバーには共通の符号３０を付し、検知機構には共通の符号４０を付す。また、強度部材についても共通の符号２０を付す。

図３に示されるように、カバー３０は、外皮Ｃ１と、外皮Ｃ１の内面Ｓ１に沿うように設けられた内皮Ｃ２とを有する。外皮Ｃ１は、例えば樹脂材料又はゴム材料からなり、弾性を有する。外皮Ｃ１の内面には導電性のメッキ層Ｔ１が形成されている。内皮Ｃ２は、例えば樹脂材料又はゴム材料からなり、弾性を有する。内皮Ｃ２の外面Ｓ２には導電性のメッキ層Ｔ２が形成されている。内皮Ｃ２は、樹脂材料等の絶縁性材料からなる支持部材３を介して、強度部材２０に固定されている。

外皮Ｃ１と内皮Ｃ２は互いに離間し、メッキ層Ｔ１，Ｔ２は互いに絶縁されている。外皮Ｃ１と内皮Ｃ２の間には、複数のスペーサ部材４が配置されている。スペーサ部材４は、樹脂材料又はゴム材料等の絶縁性材料からなり、外皮Ｃ１と内皮Ｃ２の間隔を一定に保つ。

検知機構４０は、電気信号を発信する発信部Ｅ１と、電気信号を受信する受信部Ｅ２と、外皮Ｃ１に沿うように設けられ、電気信号を伝送する伝送経路Ｒ１と、受信部Ｅ２が電気信号を受信しているかどうかを検知する検知回路Ｅ３とを備えている。

発信部Ｅ１と受信部Ｅ２は一対の電極である。発信部Ｅ１は、受信部Ｅ２に比べ電位が高いプラス電極であり、メッキ層Ｔ１に導通している。受信部Ｅ２は、発信部Ｅ１に比べ電位が低いマイナス電極であり、メッキ層Ｔ２に導通している。伝送経路Ｒ１は、外皮Ｃ１に沿うメッキ層Ｔ１及びメッキ層Ｔ２により構成されている。すなわち、外皮Ｃ１の内面Ｓ１と内皮Ｃ２の外面Ｓ２は導電性を有して伝送経路Ｒ１を構成している。なお、発信部Ｅ１がメッキ層Ｔ２に導通し、受信部Ｅ２がメッキ層Ｔ１に導通していてもよい。

図３（ｂ）に示されるように、周囲に接触して外皮Ｃ１が変形し、外皮Ｃ１の内面Ｓ１と内皮Ｃ２の外面Ｓ２とが接触すると、メッキ層Ｔ１，Ｔ２同士が導通する。これにより、メッキ層Ｔ１，Ｔ２を介して発信部Ｅ１から受信部Ｅ２に電流が生じる。すなわち、伝送経路Ｒ１により、発信部Ｅ１から受信部Ｅ２に電気信号が導かれる。

検知回路Ｅ３は、発信部Ｅ１とメッキ層Ｔ１の間に設けられており、例えば発信部Ｅ１から受信部Ｅ２への電流を検知する。これにより、受信部Ｅ２への電気信号の到達が検知される。検知回路Ｅ３は、電流を検知したときに報知信号を発信する。検知回路Ｅ３は、受信部Ｅ２とメッキ層Ｔ２の間に設けられていてもよいし、発信部Ｅ１又は受信部Ｅ２に組み込まれていてもよい。

＜コントローラ＞
コントローラ２００は、例えば演算装置、記憶装置及び入出力装置を有するコンピュータである。図４に示されるように、コントローラ２００は、動作制御部２１０と報知信号取得部２２０を有する。

動作制御部２１０は、ケーブルハーネス２を介してアクチュエータ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７に接続されており、アクチュエータ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７を駆動して双腕ロボット１００の動作を制御する。

報知信号取得部２２０は、ケーブルハーネス２を介して検知機構４１，４２，４３，４４，４５，４６に接続されており、それぞれの検知回路Ｅ３から発信される報知信号を取得する。双腕ロボット１００の動作中に報知信号取得部２２０が報知信号を取得すると、動作制御部２１０は、例えば全てのアクチュエータ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７を減速させる。これには、アクチュエータを停止させることも含まれる。アクチュエータを減速させる代わりに、アクチュエータを逆回転させ、双腕ロボット１００の動作方向を逆転させてもよい。

以上に説明したロボット装置１によれば、周囲への接触に伴う外皮Ｃ１の変形が検知機構４０によって検知される。外皮Ｃ１の変形が検知されると、これに応じ、コントローラ２００によりロボット装置１の動作を停止させる制御が行われる。これにより、安全性を向上させることができる。

検知機構４０の伝送経路Ｒ１は、外皮Ｃ１に沿うように設けられているため、外皮Ｃ１のうち伝送経路Ｒ１に沿ういずれの部分が変形しても、発信部Ｅ１から受信部Ｅ２への信号の到達状況に影響する。このため、受信部Ｅ２に信号が到達しているかどうかを検知するのみで、外皮Ｃ１の広い範囲の接触を検知できる。従って、安全性をより向上させることができる。

検知機構４０で用いられる信号は電気信号であり、伝送経路Ｒ１は、外皮Ｃ１が変形しているときに、発信部Ｅ１から受信部Ｅ２に電気信号を導く。このため、伝送経路Ｒ１が一か所でも導通すれば伝わるという電気信号の性質を利用して、検知機構４０を容易に構成することが可能となっている。

外皮Ｃ１の内側には内皮Ｃ２が設けられ、外皮Ｃ１の内面Ｓ１と内皮Ｃ２の外面Ｓ２は導電性を有して伝送経路Ｒ１を構成している。発信部Ｅ１は外皮Ｃ１の内面Ｓ１に導通し、受信部Ｅ２は内皮Ｃ２の外面Ｓ２に導通している。外皮Ｃ１の変形に伴って外皮Ｃ１の内面Ｓ１と内皮Ｃ２の外面Ｓ２とが接触すると、伝送経路Ｒ１は発信部Ｅ１から受信部Ｅ２に電気信号を導く。外皮Ｃ１と内皮Ｃ２の間隔を小さく設定することで、検知機構４０の感度を高めることができる。また、外皮Ｃ１の内面の広範囲に沿って内皮Ｃ２を設けることで、外皮Ｃ１の広い範囲の接触を検知できる。従って、安全性をより一層向上させることができる。

アーム１２０Ｌ，１２０Ｒは、複数のアーム要素を有し、カバー３０及び検知機構４０は、アーム要素ごとに設けられている。このため、アーム１２０Ｌ，１２０Ｒの多様な動作を可能としつつ、アーム１２０Ｌ，１２０Ｒの全域にカバー３０及び検知機構４０を配置できる。

なお、内皮Ｃ２の剛性は、外皮Ｃ１の剛性に比べ高くてもよい。また、内皮Ｃ２は弾性を有しなくてもよい。これらの場合、内皮Ｃ２に比べ外皮Ｃ１が大きく変形するため、外皮Ｃ１と内皮Ｃ２が接触し易くなる。このため、検知機構４０の感度をより高めることができる。

外皮Ｃ１及び内皮Ｃ２の全体を導電性材料で構成してもよい。この場合、導電性のメッキ層Ｔ１，Ｔ２を形成することなく、外皮Ｃ１と内皮Ｃ２により伝送経路Ｒ１を形成できる。導電性材料としては、例えば導電性ゴムが挙げられる。上述のように内皮Ｃ２は弾性を有しなくてもよいので、内皮Ｃ２を金属材料で構成することも可能である。

＜第１の変形例＞
図５に示されるカバー３０Ａ及び検知機構４０Ａは、電気信号の代わりに光信号を用いるものである。カバー３０Ａは、外皮Ｃ３を有する。外皮Ｃ３は、例えば樹脂材料又はゴム材料からなり、弾性を有する。外皮Ｃ３は、支持部材５を介して強度部材２０に固定されている。

検知機構４０Ａは、光信号を発信する発信部Ｅ４と、光信号を受信する受信部Ｅ５と、複数の遮光板Ｐとを備えている。発信部Ｅ４及び受信部Ｅ５は、互いに離間した状態で外皮Ｃ３の内面Ｓ３に固定されている。発信部Ｅ４及び受信部Ｅ５は、外皮Ｃ３の内面Ｓ３の近傍に位置した状態で強度部材２０に固定されていてもよい。

発信部Ｅ４は、外皮Ｃ３の長手方向に沿って光信号を出射する。光信号は、例えばレーザ光である。受信部Ｅ５は、光信号の光路Ｒ２上に配置されている。受信部Ｅ５は、光信号を検知する要素として例えばフォトダイオードを有しており、発信部Ｅ４からの光信号を検知できないときに報知信号を発信する。

複数の遮光板Ｐは、光路Ｒ２に沿って並び、それぞれ光路Ｒ２に直交する。遮光板Ｐには、光信号の透光窓Ｗが形成されている。透光窓Ｗは、図６（ａ）に示されるように小孔状を呈する。透光窓Ｗは、図６（ｂ）に示されるように、外皮Ｃ３の径方向に沿うスリット状を呈していてもよいし、図６（ｃ）に示されるように、外皮Ｃ３の径方向に直交するスリット状を呈していてもよい。

全ての遮光板Ｐの透光窓Ｗは、外皮Ｃ３が変形していないときに光路Ｒ２に沿って直線状に並ぶ。これにより、発信部Ｅ４から受信部Ｅ５に向かう光信号を伝送する伝送経路Ｒ２が構成されている。換言すると、複数の遮光板Ｐは、伝送経路Ｒ２に沿って並び、それぞれ伝送経路Ｒ２に交差しており、透光窓Ｗは伝送経路Ｒ２に沿って直線状に並んでいる。伝送経路Ｒ２は、外皮Ｃ３が変形していないときに、発信部Ｅ４から受信部Ｅ５に光信号を導く。

図５（ｂ）に示されるように、周囲に接触して外皮Ｃ３が変形すると、遮光板Ｐが変位する。遮光板Ｐが変位すると、透光窓Ｗの直線状の配列が乱れ、受信部Ｅ５に光信号が到達しなくなる。このとき、受信部Ｅ５によって報知信号が発信される。

このように、検知機構４０Ａは光信号を用い、伝送経路Ｒ２は、外皮Ｃ３が変形していないときに、発信部Ｅ４から受信部Ｅ５に光信号を導く。このため、光の直進性を利用して、検知機構４０Ａを容易に構成することが可能となっている。

また、検知機構４０Ａでは、遮光板Ｐが変位すると透光窓Ｗの直線状の配列が乱れ、受信部Ｅ５に光信号が到達しなくなる。透光窓Ｗを小さく形成することで、検知機構４０Ａの感度を高めることができる。従って、安全性をより一層向上させることができる。

＜第２の変形例＞
図７に示される検知機構４０Ｂも、光信号を用いて外皮の変形を検知するものである。検知機構４０Ｂは、光信号を発信する発信部Ｅ６と、光信号を受信する受信部Ｅ７と、外皮Ｃ３の内側に設けられた複数の鏡ＭＲとを備える。鏡の枚数に制限はないが、以下では、便宜上４枚の鏡ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４を備えるものとして説明する。

発信部Ｅ６及び受信部Ｅ７は、互いに隣接した状態で強度部材２０に固定されている。発信部Ｅ６は、外皮Ｃ３に向かって光信号を出射する。光信号は、例えばレーザ光である。受信部Ｅ７は、外皮Ｃ３側から光信号を受信する。受信部Ｅ７は、光信号を検知する要素として例えばフォトダイオードを有しており、光信号を検知できないときに報知信号を発信する。

鏡ＭＲ１は発信部Ｅ６に対向し、鏡ＭＲ４は受信部Ｅ７に対向する。鏡ＭＲ２，ＭＲ３，は、外皮Ｃ３の周方向に沿って、鏡ＭＲ１，ＭＲ４の間に配置され、鏡ＭＲ１側から鏡ＭＲ４側に並んでいる。外皮Ｃ３が変形していないときに、鏡ＭＲ１は、発信部Ｅ６側から入射した光信号を鏡ＭＲ２側に反射する。鏡ＭＲ２は、鏡ＭＲ１側から入射した光信号を鏡ＭＲ３側に反射する。鏡ＭＲ３は、鏡ＭＲ２側から入射した光信号を鏡ＭＲ４側に反射する。鏡ＭＲ４は、鏡ＭＲ３側から入射した光信号を受信部Ｅ７側に反射する。

鏡ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４により、発信部Ｅ６から受信部Ｅ７に向かう光信号を外皮Ｃ３の周方向に沿って伝送する伝送経路Ｒ３が構成されている。換言すると、複数の鏡ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４は、伝送経路Ｒ３に沿って並んでいる。伝送経路Ｒ３は、外皮Ｃ３が変形していないときに、発信部Ｅ６から受信部Ｅ７に光信号を導く。

図７（ｂ）に示されるように、周囲に接触して外皮Ｃ３が変形すると、鏡ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４のいずれかが変位する。鏡ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４のいずれかが変位すると、光信号の進行方向が変化し、受信部Ｅ７に光信号が到達しなくなる。このとき、受信部Ｅ７によって報知信号が発信される。

検知機構４０Ｂでは、鏡ＭＲを用いて光信号の伝送経路Ｒ３を屈曲させ、曲面状の外皮Ｃ３に沿わせることができる。このため、外皮Ｃ３の広範囲に伝送経路Ｒ３を巡らせ、外皮Ｃ３の広い範囲の接触を検知できる。従って、安全性をより一層向上させることができる。

なお、図８に示されるように、アーム要素ごとに設けられた複数の検知機構４０Ｂを光ファイバー５３で直列に接続してもよい。図８の構成において、各アーム要素の発信部Ｅ６は光信号の中継のみを行い、光信号を発生させない。各アーム要素の受信部Ｅ７は光信号の中継のみを行い、光信号を検知しない。

手首部１２６を除くアーム要素の受信部Ｅ７は、隣接するアーム要素の発信部Ｅ６に光ファイバー５３を介して接続されている。肩部１２１の発信部Ｅ６には、光ファイバー５４を介して光源５１が接続されている。手首部１２６の受信部Ｅ７には、光ファイバー５５を介して光検知部５２が接続されている。光検知部５２は、光信号を検知する要素として例えばフォトダイオードを有し、光信号を検知できないときに報知信号を発信する。このように、図８の構成によれば、光源５１及び光検知部５２をアーム１２０Ｌ，１２０Ｒ全体で一つに集約できる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、第１の変形例の遮光板Ｐと第２の変形例の鏡ＭＲとを組み合わせて用いてもよい。これにより、伝送経路をより広範囲に巡らせ、より広範囲の接触を検知できる。更に、電気信号と光信号を組み合わせて用いてもよい。

また、上述した実施形態では、内側に配された強度部材１１１，２１，２２，２３，２４，２５，２６により剛性が保たれる内骨格構造のロボット装置に本発明を適用した場合を示したが、これに限られない。本発明は、外殻部材により剛性が保たれる外骨格構造のロボット装置にも適用可能である。この場合、各アーム要素の外皮及び検知機構は外殻部材の更に外側に形成される。

１…ロボット装置、１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８…アクチュエータ、４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４０Ａ，４０Ｂ …検知機構、Ｗ…透光窓、１２０Ｌ，１２０Ｒ…アーム、１２１…肩部（アーム要素）、１２２…第１上腕部（アーム要素）、１２３…第２上腕部（アーム要素）、１２４…第１下腕部（アーム要素）、１２５…第２下腕部（アーム要素）、１２６…手首部（アーム要素）、２００…コントローラ、Ｃ１，Ｃ３…外皮、Ｃ２…内皮、Ｃ３…外皮、Ｅ１，Ｅ４，Ｅ６…発信部、Ｅ２，Ｅ５，Ｅ７…受信部、ＭＲ，ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４…鏡、Ｐ…遮光板、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…伝送経路、Ｓ１，Ｓ２…内面。

Claims

外皮を有するアームと、
前記外皮の変形を検知する検知機構と、を備え、
前記検知機構は、
光信号を発信する発信部と、
前記光信号を受信する受信部と、
前記外皮に沿うように設けられ、前記外皮が変形していないときに、前記発信部から前記受信部に前記光信号を導く伝送経路と、を有し、
前記発信部から出射された前記光信号が前記受信部に到達しているかどうかに基づいて前記外皮の変形を検知する、ロボット装置。
前記検知機構は、前記外皮に設けられた複数の遮光板を更に有し、
前記複数の遮光板は、前記伝送経路に沿って並び、それぞれ前記伝送経路に交差し、
それぞれの前記遮光板には、前記光信号の透光窓が形成され、
前記複数の遮光板にそれぞれ形成された複数の前記透光窓は、前記外皮が変形していないときに前記伝送経路に沿って直線状に並ぶ、請求項１記載のロボット装置。
前記検知機構は、前記外皮に設けられた複数の鏡を更に有し、
前記複数の鏡は、前記伝送経路に沿って並び、前記外皮が変形していないときに、前記光信号を反射させて前記発信部から前記受信部に導く、請求項１記載のロボット装置。
前記アームは、複数のアーム要素と、前記複数のアーム要素をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを有し、
前記外皮及び前記検知機構は、前記アーム要素ごとに設けられている、請求項１〜３のいずれか一項記載のロボット装置。
前記複数のアクチュエータを制御するコントローラを更に備え、
前記コントローラは、前記検知機構が前記外皮の変形を検知したときに、前記アクチュエータを減速又は逆転させる、請求項４記載のロボット装置。