JP6431743B2 - ロボットの安全装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの動作時にその位置が変化するアームに取り付けられて作動するロボットの安全装置に関する。

ロボットは、例えばアームが移動や回転する際に周囲の人や構造物に衝突する可能性があるため、安全柵を設置する等の安全対策が施された状態で使用される。ただし、設置作業等でアームの可動範囲内に人が進入すること等も想定されるため、ロボット自体にも様々な安全対策が施されている。例えば、特許文献１には、衝突を検知してロボットの動作を停止させるものが記載されている。あるいは、特許文献２には、センサを設け、近接している人や障害物との衝突を防止するものが記載されている。

特開平成１１−７７５８０号公報 特開２００６−４３７９２号公報

ところで、近年では、人とロボットとが協調作業することにより作業効率を改善しようとする動きもあり、ロボットのすぐ近くに人が存在する場合であってもロボットは動作する必要がある。そのため、ロボットには、人の安全を確保するためのさらなる安全性の確保が求められており、その一環として、万が一にロボットが衝突した際に人体への影響を抑えるため、可動部を駆動する際の駆動力（推力）に制限を加える等の安全基準が設けられている。以下、この安全基準の上限を、便宜的に基準値と称する。

しかしながら、ロボットの可動部を天地方向へ駆動する場合、可動部の自重とワークの重量とを重力に逆らって移動させることが必要となる。その場合、例えば人の手に対する安全基準を満たすように設計すると、推力が足らずに可動部を駆動できなくなるおそれがある。その一方、可動部を駆動できるだけの推力を駆動部に与える設計とすると、基準値を超える力を被衝突ぶるに与えてしまうおそれがある。

この場合、特許文献１のように制御によって安全を確保することが考えられるものの、そのためにはロボットが常に正常な状態であることが必須の要件となり、ロボットに万が一の異常が発生してしまうと衝突を防止する制御自体ができなくなる。
また、ロボットの場合には、安全対策をするための装置や機構を小型化および軽量化することが求められる。これは、装置や機構が過度に大型化すると、装置ごとアームを駆動するために大きな推力が必要となって安全基準を超えてしまうおそれがあることに加えて、アームの可動範囲が狭くなって作業効率が悪化したり、駆動部が大型化してロボットの大型化を招いたりするためである。

さらに、ロボットの場合には、作業内容によってはハンドやワークの種類等が変更され、安全装置が作動するための条件が変化することが想定されるため、それらの変化に対応することも求められる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型且つ軽量であって、動作条件の変更にも対応することができるロボットの安全装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、アームに固定的に取り付けられる固定部と、通常時には固定部に対する相対位置が変化しないようにその移動が規制される一方、予め定められている基準値を超える力が加わる衝突時にはその移動が許容されて固定部に対する相対位置が変化する可動部と、通常時には可動部の移動を規制して予め定められている通常位置に当該可動部を位置決めする一方、衝突時には可動部の移動を許容するとともに通常位置とは異なる退避位置に当該可動部を位置決めする機械式の移動規制部と、移動規制部が可動部の移動を規制する際の基準値を調整する機械式の調整機構と、を備えている。

これにより、衝突により基準値を超える力が加わった際には可動部が移動して衝撃を緩和することができるとともに、可動部が移動することから挟み込みを防止することができる。そして、移動規制部は機械的に可動部の移動の規制と許容とを切り替えることから、仮にロボットの制御に異常が生じたとしても、安全装置の作動を保証することができる。すなわち、制御によらず安全を確保する本質安全を実現することができる。

このとき、可動部は、通常時には通常位置に位置決めされているので、通常のロボットの作業に支障をきたすことがない。また、可動部は、退避位置に移動した後には通常位置に戻ることが規制されるので、衝突した物体に再度衝突することを防止できる。
また、移動規制部により可動部の移動を規制する際の力の基準値を調整するための調整機構を設けているので、ハンドやワークの種類が変更され、安全装置が作動する条件が変化したとしても、その変化に対応させることができる。

また、移動規制部をボールプランジャーで構成している。これにより、まず、移動規制部を小型化且つ軽量化することができる。
請求項２の発明では、可動部は、通常位置に位置決めされた状態においてボールプランジャーのボール部材に接触する第１の接触面と、退避位置に位置決めされた状態においてボール部材に接触する第２の接触面とを有し、当該第１の接触面と当該第２の接触面との間の厚みが通常位置と退避位置との間の距離となる爪部が形成されているため、爪部とボールプランジャーとの接触位置により位置決めされる。これにより、構造の複雑化や大型化を招くこと無く、通常動作時および衝突時の双方において可動部を適切に位置決めすることができる。

また、可動部に第１の接触面と第２の接触面との間の距離が通常位置と退避位置との間の距離となる爪部を形成したので、退避位置に移動した後には衝突した状態（つまり、通常位置）との間にクリアランスが存在し、例えば手が挟まれたような場合に容易に手を引き抜くことができる。すなわち、衝突時の衝撃を緩和するだけでなく、衝突後の対処もし易い構成となっている。

請求項３の発明では、本体部の外周側にねじ山が形成されたボールプランジャーを採用
し、固定部に形成されているプランジャー孔にボールプランジャーの本体部をねじ込む際
のねじ込み量を調整することによって、可動部の移動を規制する際の基準値を調整する調
整機構を実現している。つまり、必須となるボールプランジャー以外の追加部材を必要と
すること無く、調整機構を実現している。これにより、安全装置の重量が増加することを
抑制できる。

また、ボールプランジャーの本体部全体で爪部側からの力を受け止めることができるので、ボールプランジャーの位置が変化すること、すなわち、安全装置の動作条件が変化してしまうことを確実に防止することができる。

請求項４の発明では、本体部内に可動板を有しており、当該可動板の位置を変更することでボール部材を付勢する力が変更されるボールプランジャーを採用し、その可動板の位置を変更することによって可動部の移動を規制する際の基準値を調整する調整機構を実現している。つまり、必須となるボールプランジャー以外の追加部材を必要とすること無く、調整機構を実現している。これにより、安全装置の重量が増加することを抑制できる。
また、ボールプランジャーの位置そのものは変化させないので、本体部が爪部に接触してしまうことが無く、容易に調整することができる。

第１実施形態のロボットの外観を模式的に示す図 安全装置の取り付け態様および人体への衝突態様を模式的に示す図 安全装置の構成を模式的に示す図 ボールプランジャーの構成を模式的に示す図 ボールプランジャーを取り付けた状態を模式的に示す図 図５のＶＩ領域の拡大図で、ボールプランジャーと可動部の接触状態を模式的に示す図 衝突時における安全装置の作動を模式的に示す図 その他の実施形態のボールプランジャーの構成を模式的に示す図その２

以下、本発明の一実施形態について、図１から図７を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の対象となるロボット１は、いわゆる直交座標ロボットであり、周知のように、ロボット１に取り付けられるハンド２（図２参照。ハンド、ツール等とも称される）の位置を三次元で位置決め可能に構成されている。

このロボット１は、図示しないコントローラ（図１（Ｂ）参照）によってその移動やハンド２の開閉動作等が制御される。なお、図１は直角座標ロボットの代表的な構成を例示しているのであって、本発明を適用することができるロボットは、図１に例示したものに限定されるわけではない。

ロボット１は、ロボット１全体を支える構造体である直線状のＹベース１０を有しており、このＹベース１０上に、Ｙ軸移動ユニット１１がＹベース１０に沿って往復移動可能に取り付けられている。以下、Ｙベース１０の延びる向きを便宜的にＹ軸方向と称する。Ｙ軸移動ユニット１１は、Ｙ軸方向に移動する支持板１２に固定的に取り付けられている。

そのため、Ｙ軸モータ（図示省略）によって駆動されて支持板１２がＹ軸方向に移動すると、それに伴ってＹ軸移動ユニット１１もＹ軸方向に移動する。Ｙ軸移動ユニット１１は、ケーブルベア１４（登録商標）内に配線されたケーブルによってＹベース１０側に電気的に接続されている。このＹ軸移動ユニット１１には、Ｘ軸移動ユニット１５が取り付けられている。

Ｘ軸移動ユニット１５は、Ｙベース１０に直交する方向に延びるＸベース１６を有している。以下、Ｘベース１６の延びる向きを便宜的にＸ軸方向と称する。Ｘ軸移動ユニット１５は、Ｘ軸方向に移動する支持板１７に固定的に取り付けられている。そのため、Ｘ軸モータ（図示省略）によって支持板１７がＸ軸方向に移動すると、それに伴ってＸ軸移動ユニット１５もＸ軸方向に移動する。Ｘベース１６の端部に設けられているＸモータケース１９に収容されている。このＸ軸移動ユニット１５には、Ｚ軸移動ユニット２０が取り付けられている。

Ｚ軸移動ユニット２０は、レール２１上に配置されているケーブルベア２２内に配線されたケーブルによってＸ軸移動ユニット１５側と電気的に接続されている。このＺ軸移動ユニット２０は、Ｘ軸およびＹ軸の双方と直交する方向に延びるＺベース２３を有している。Ｚベース２３は、動作中に位置が変化するアームに相当する。以下、Ｚベース２３の延びる向きを便宜的にＺ軸方向または上下方向と称する。

Ｚベース２３の図示上方側の端部には、Ｚ軸モータ２４を収容するＺモータケース２５が設けられている。Ｚ軸モータ２４は、駆動部に相当する。Ｚ軸移動ユニット２０は、Ｘ軸移動ユニット１５の支持板１７に固定的に取り付けられており、Ｚ軸モータ２４により駆動されることで、Ｚ軸移動ユニット２０全体がＺ軸方向に移動する。

このＺ軸移動ユニット２０の先端側（図示下方の端部側）には、図２（Ａ）に示すように、安全装置３０およびハンド２が取り付けられる。なお、安全装置３０の詳細については後述する。そして、コントローラからの指令に基づいてＸ軸移動ユニット１５、Ｚ軸移動ユニット２０が移動し、ハンド２の位置決めが行われることで、例えばワークのピックアンドプレース等の作業が行われる。このとき、Ｘ軸移動ユニット１５やＺ軸移動ユニット２０は、予め定められている範囲内で移動する。

さて、ロボット１の場合、Ｚ軸移動ユニット２０のＺベース２３は、図２（Ｂ）に示すように動作中にＺ軸方向（上下方向）に移動する。このとき、図２（Ｃ）に示すように下方に移動した際、ハンド２が人体（図２（Ｃ）では人の手Ｈを示す）に衝突したり、手Ｈを挟み込んだりする可能性がある。

この場合、Ｚ軸モータ２４は、Ｚベース２３、ハンド２、およびハンド２に把持されるワーク（図示省略）をＺ軸方向つまり重力に沿って移動させる必要があることから、ある程度の駆動力（モータの推力）が与えられている。このため、図２（Ｃ）に示すようにハンド２が人の手Ｈに衝突すると、手Ｈにはモータの推力に応じた力が加わることになり、人の手Ｈに対する安全基準（例えば、ロボットメーカの社内基準）の許容範囲を超えてしまうおそれがある。この場合、安全基準を満たす推力にするとロボット１を動作させることができなくなるため、それ以外の対策が必要となってくる。
そこで、本実施形態では、安全装置３０を、Ｚベース２３とハンド２との間に設けている。この安全装置３０は、動作時に位置が変化するアームであるＺベース２３に取り付けられている。

さて、安全対策を施す上で、安全装置３０に必要とされる条件について考えてみる。
まず、安全装置３０には、小型且つ軽量であることが求められる。これは、安全装置３０が大型化すると、各移動ユニットが移動できる範囲が狭くなり、ロボット１の作業領域Ｇが減少して作業効率の低下を招くためである。また、安全装置３０の重量が増加すると、Ｚ軸モータ２４の推力を増加させる必要があり、大型化を招くとともに、衝突時に手Ｈに加わる力も大きくなり、それを緩和するためにさらに安全装置３０が大型化するといった悪循環を生む可能性があるためである。また、Ｚ軸モータ２４が大型化することでコストの増加等をも招くことになる。以下、この条件を便宜的に条件Ａとも称する。

次に、安全装置３０には、確実に動作することが求められる。これは、安全対策として必須であり、万が一にロボット１の制御に異常が生じて衝突した場合でも、安全装置３０が作動することで人体に影響を与えないようにするためである。以下、この条件を便宜的に条件Ｂとも称する。

さらに、安全装置３０には、ロボット１に使用されるものであることから、作動する条件を変更可能であることが求められる。これは、ロボット１の場合、作業対象となるワークの種類や作業内容が変更されることがあり、その場合には安全装置３０が作動する条件を変更したり調整したりする必要が出てくるためである。以下、この条件を便宜的に条件Ｃとも称する。

そして、本実施形態の安全装置３０は、これらの条件Ａ〜Ｃを満足する構成となっている。具体的には、安全装置３０は、図３（Ａ）に示すように、Ｚベース２３に固定的に取り付けられる金属材料等によりＬ字状に形成された固定部３１と、固定部３１に対してＺ軸方向で上向き（図示上方側）に相対移動可能であり、金属材料等により概ね四角柱な可動部３２とを備えている。この可動部３２は、常には固定部３１に対するその位置が固定されている一方、予め定められている以上の力が加わったときには、固定部３１に対するその位置が変化する構成となっている。

この可動部３２には、ハンド２を取り付けるためのねじ穴３２ａが形成されており、ハンド２が取り付けられる。このため、ハンド２も、可動部３２とともに、固定部３１に対して相対的に移動可能となっている。つまり、本実施形態の安全装置３０は、鉛直方向に移動するＺ軸移動ユニット２０においてＺベース２３（アームに相当する）とハンド２との間に設けられており、Ｚベース２３が下方へ移動する際にハンド２が例えば手Ｈに衝突したとき等に加わる力によって、可動部３２が上方に移動する構成となっている。

さて、固定部３１は、その一方の面（以下、背板３１ａと称する）が、Ｚベース２３に平行に配置されて、複数のナット３３によってＺベース２３に強固に固定されている。このため、安全装置３０は、Ｚベース２３が上下方向へ移動すると、Ｚベース２３とともに移動する。このとき、基本的には、可動部３２も固定部３１とともに上下方向へ移動する。

固定部３１のもう一方の面（以下、底板３１ｂと称する）は、図３（Ｂ）に示すように、背板３１ａから前方（Ｚベース２３と反対方向）に延びて形成されている。底板３１ｂには、その両端側に、図示上方向に向かって概ね固定部３１の上端まで延びるガイドピン３４がそれぞれ設けられている。このガイドピン３４は、可動部３２を上下方向に貫通して形成されているガイド穴３５に挿入されることで、可動部３２が固定部３１に対して相対移動する際にその移動を案内する。

本実施形態の場合、ガイドピン３４を２本設けていることから、可動部３２は、固定部３１に平行な状態で、つまり、固定部３１に対向する姿勢を維持した状態で、上下方向に相対的に移動する。なお、ガイドピン３４の数は２つに限定されるものではなく、３本等であってもよいが、可動部３２が移動する際の姿勢が変わってしまわないように、複数本とすることが望ましい。

また、固定部３１の背板３１ａには、複数のプランジャー孔３６が設けられており、本実施形態では、そのうち２つのプランジャー孔３６に、ボールプランジャー３７が取り付けられている。ボールプランジャー３７は、周知のものを採用することができ、例えば図４に示すように、中空でその外側に全域に渡ってねじ山が形成されている本体部３７ａと、本体部３７ａの前方側（図示左方側。可動部３２に対向する側）に配置されているボール３７ｂ（ボール部に相当する）と、ボール３７ｂを先方側に付勢するばね３７ｃとで構成されている。

このボールプランジャー３７は、図５に示すように、プランジャー孔３６に本体部３７ａがねじ込まれている。このとき、ボールプランジャー３７は、プランジャー孔３６に取り付けられたときに、常にはそのボール３７ｂが可動部３２に設けられている爪部３８に当接した状態となるようにねじ込まれている。このため、プランジャー孔３６へのねじ込み量を変更することで、ボールプランジャー３７が可動部３２側に突出している突出量、つまり、ボールプランジャー３７と可動部３２の爪部３８とが接触する位置を調整することができる。

また、このプランジャー孔３６は、固定部３１の中央に位置するプランジャー孔３６を中心として左右対称となるように形成されている。このため、ボールプランジャー３７による押し付け力は、可動部３２に対して左右均等に加えられる。なお、プランジャー孔３６の数は、必ずしも５個（奇数個）である必要はなく、他の数でも偶数個であってもよいが、固定部３１の中央に対して左右均等に形成することが望ましい。

本実施形態の場合、ボールプランジャー３７の突出量を調整することで、爪部３８がボール３７ｂを乗り越える際の力、つまり、可動部３２が通常位置から退避位置へ移動する際にその移動を規制する際の力の基準値を調整することができる。ボールプランジャー３７およびプランジャー孔３６は、本体部３７ａをプランジャー孔３６にねじ込む際のねじ込み量によってボール３７ｂが可動部３２の爪部３８に押し付けられる際の力を変更可能とすることで、可動部３２の移動を規制する際の力の基準値を調整する調整機構を構成している。すなわち、移動規制部および調整機構を構成するプランジャー孔３６、ボールプランジャー３７、爪部３８等は、安全装置３０の外縁から飛び出ない状態で設けられている。

可動部３２の爪部３８は、可動部３２の下端側に、固定部３１側（つまり、ボールプランジャー３７側）に突出するように形成されているこの爪部３８は、図６（Ａ）に示すように、その上端側に、固定部３１側に向かって下方に傾斜した第１の接触面３８ａを有する断面視（側面視）で略台形状に形成されている。この接触面３８ａは、常には、ボール３７ｂと点Ｐ１で点接触した状態になっている。このため、ボール３７ｂと接触面３８ａとの固着が生じにくくなっており、いざ安全装置３０が作動するという状態になったとき（つまり、衝突したとき）に確実に作動するようになっている。

また、接触面３８ａは固定部３１側に向かって傾斜しているため、図６（Ａ）に示すように爪部３８がボールプランジャー３７よりも下方側に位置してボール３７ｂと接触面３８ａとが当接している状態では、可動部３２自体はガイドピン３４に挿入されて前方（図示右方）への移動が規制されていることから、爪部３８には下方側に向かう力がボールプランジャー３７から加わることになる。以下、図６（Ａ）に示す状態を便宜的に通常時と称する。

このため、通常時では、爪部３８が底板３１ｂ側に押し付けられて可動部３２が固定部３１の底板３１ｂに接触した状態（図５参照）となる。このように、通常時では、ボールプランジャー３７によって可動部３２が固定されている。この通常時に可動部３２が固定されている位置が通常位置に相当する。このため、可動部３２は、Ｚベース２３が通常の動作で移動したとしても、固定部３１に対して相対的に移動することが規制されてその位置が固定される。そのため、通常時であれば、可動部３２およびハンド２は、固定部３１つまりはＺベース２３とともにＺ軸方向に移動する。

図６（Ｂ）は、爪部３８がボール３７ｂを乗り越えようとしている状態を模式的に示している。以下、この図６（Ｂ）に示す状態を、便宜的に衝突時の状態と称する。この衝突時の状態は、可動部３２に上向きの力が加わったときに発生する。具体的には、ハンド２が人の手Ｈに衝突したとき等に衝突時の状態が発生し得る。

爪部３８がボール３７ｂを乗り越える力（基準値に相当する）は、安全基準に基づいて設定されている。このため、例えば人の手Ｈとの衝突した等により可動部３２に上向きの力が加わると、まずは可動部３２が上方に移動を開始して衝突時の状態となり、上向きの力が基準値に達すると、可動部３２がさらに上方に移動して爪部３８がボール３７ｂを乗り越える。このため、可動部３２に上向きの力が働く原因となった衝突時には、基準値を超える力が手Ｈに加わることがない。換言すると、衝突時に手Ｈに加わる力を、安全基準を満たす範囲に抑えることができる。

可動部３２に基準値を超える上向きの力が加わると、衝突時の状態を経た後、図６（Ｃ）に示すように、爪部３８がボールプランジャー３７の上側に位置して爪部３８の下端側がボール３７ｂに接触した状態となる。以下、この図６（Ｃ）に示す状態を、便宜的に退避状態と称する。

さて、基準値を超える力が加わった場合、可動部３２が図６（Ｃ）に示す位置よりもさらに上方に一時的に移動する可能性はあるものの、ガイドピン３４を概ね固定部３１の上端までの高さに形成していることから可動部３２がガイドピン３４から外れてしまうことはなく、一時的に上方に移動した可動部３２は、重力によって下方に移動する。このとき、ボールプランジャー３７を乗り越える力が基準値として設定されているため、退避状態となった後で図６（Ａ）に示す通常時に戻すためには、やはり基準値を超える力が必要となる。

そのため、退避状態となった場合には、例えば人によって意図的に力が加えられること等が無ければ、重力により下がろうとする可動部３２は、ボールプランジャー３７によって支持された状態となる。そして、若干の振動状態を経て、最終的には図６（Ｃ）に示すように爪部３８の下端側とボール３７ｂとが接触した状態に落ち着く。つまり、可動部３２は、退避状態になった後にはボールプランジャー３７によって通常位置に戻ることが規制され、退避位置に位置決めされる。この退避状態において可動部３２が静止する位置が退避位置に相当する。

爪部３８の下端側には、固定部３１側に向かって上方に傾斜する第２の接触面３８ｂが形成されている。この接触面３８ｂは、ボール３７ｂと点Ｐ２において点接触する。このとき、本実施形態では、爪部３８は、点Ｐ１と点Ｐ２との間の直線距離Ｄは、人の指の厚みを考慮して概ね２０ｍｍに設定されている。

このため、退避状態において可動部３２が静止する位置は、通常時において静止している位置よりも概ね２０ｍｍ程度上方になる。このように、退避状態では、可動部３２は、ボールプランジャー３７によって下方への移動が規制され、その位置が通常位置から予め定められた間隔を存した位置に位置決めされる。この位置が退避位置に相当し、直線距離Ｄが、第１の接触面３８ａおよび第２の接触面３８ｂの間の距離、つまり、通常位置と退避位置との間の距離になる。

そのため、図７に示すように、Ｚベース２３が下方に移動して例えばハンド２の下端が人の手Ｈに衝突したとき、その力が基準値に達すると、可動部３２およびチャックが上方に移動して、挟み込みを回避できるだけの予め定められた間隔（クリアランス）が確保される。これにより、手Ｈがハンド２で一瞬挟まれたとしても、人体への影響が少ないとされている安全基準を超えるが加わることはなく、さらに、このクリアランスが概ね２０ｍｍに設定されていることから、チャックの下方から手Ｈを引き出すことができ、挟み込みを回避することが可能となる。
このように、安全装置３０は、衝突した際に予め設定されている力が加わると、自動で上方に移動してクリアランスを確保するように作動することで、衝突時に加わる力を逃がすとともに、挟み込み等を防止する。

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
Ｚベース２３（アーム）に固定的に取り付けられる固定部３１と、通常時には固定部３１に対する相対位置が変化しないようにその移動が規制される一方、予め定められている基準値を超える力が加わる衝突時にはその移動が許容されて固定部３１に対する相対位置が変化する可動部３２と、通常時には可動部３２の移動を規制して予め定められている通常位置に位置決めする一方、衝突時には可動部３２の移動を許容するとともに通常位置とは異なる退避位置に位置決めする機械式のボールプランジャー３７（移動規制部）と、ボールプランジャー３７が可動部３２の移動を規制する際の基準値を調整する機械式の調整機構（本実施形態ではプランジャー孔３６とボールプランジャー３７）とを備えている。

このような構成により、衝突により基準値を超える力が加わった際には可動部３２が移動して衝撃を緩和することができるとともに、可動部３２が移動することから挟み込みを防止することができる。そして、ボールプランジャー３７は機械的に可動部３２の移動の規制と移動の許容とを切り替えることから、仮にロボット１の制御に異常が生じたとしても安全装置３０が作動させることができる。したがって、制御によらず安全を確保する本質安全を実現することができる。

具体例を上げると、安全装置３０は、Ｚベース２３が下方へ移動する際にハンド２が例えば人の手Ｈに衝突した際に加わる力によって可動部３２が上方へ移動することで、手Ｈの挟み込みを防止することができる。
このとき、可動部３２は、通常時には通常位置に位置決めされているので、通常のロボットの作業に支障をきたすことがない。また、可動部３２は、退避位置に移動した後には通常位置に戻ることが規制されるので、衝突した物体に再度衝突することを防止できる。

また、移動規制部をボールプランジャー３７で構成しているので、移動規制部を小型化且つ軽量化することができる。
そして、ボールプランジャー３７により可動部３２の移動を規制する際の力の基準値を調整するための調整機構を設けているので、ハンドやワークの種類が変更され、安全装置３０が作動する条件が変化したとしても、その変化に対応させることができる。

さらに、可動部３２は、通常位置に位置決めされた状態においてボールプランジャー３７のボール３７ｂ（ボール部材）に接触する第１の接触面３８ａと、退避位置に位置決めされた状態においてボール３７ｂに接触する第２の接触面３８ｂとを有し、当該第１の接触面と当該第２の接触面との間の厚みが通常位置と退避位置との間の距離となる爪部３８が形成されている。このため、可動部３２の位置は、爪部３８とボールプランジャー３７との接触位置によって位置決めされる。これにより、構造の複雑化や大型化を招くこと無く、通常動作時および衝突時の双方において可動部３２を適切に位置決めすることができる。

このとき、可動部３２は、退避位置に移動した後には通常位置に戻ることが規制されるので、衝突した物体に再度衝突することを防止できる。さらに、第１の接触面３８ａと第２の接触面３８ｂとの間の距離を通常位置と退避位置との間の距離となるようにしているので、退避位置に移動した後には衝突した状態（つまり、通常位置）との間にクリアランスが存在し、例えば手Ｈが挟まれたような場合に容易に手Ｈを引き抜くことができる。すなわち、安全装置３０は、衝突時の衝撃が緩和されるだけでなく、衝突後の対処もし易い構成となっている。

ボールプランジャー３７は、本体部３７ａの外周側にねじ山が形成されており、固定部３１に形成されているプランジャー孔３６にその本体部３７ａをねじ込む際のねじ込み量を調整することによって、可動部３２の移動を規制する際の基準値を調整する調整機構を実現している。つまり、移動規制部として必須となるボールプランジャー３７以外の追加部材を必要とすること無く、調整機構を実現している。これにより、安全装置３０の重量が増加することを抑制できる。

また、ボールプランジャー３７の本体部３７ａ全体で爪部３８側からの力を受け止めることができるので、ボールプランジャー３７の位置が変化すること、すなわち、安全装置３０の動作条件が変化してしまうことを確実に防止することができる。
また、移動規制部や調整機構を構成するプランジャー孔３６、ボールプランジャー３７、爪部３８等は、安全装置３０の外縁から飛び出ない状態で設けられているので、安全装置３０の大型化を招くことがない。

また、２本のガイドピン３４で可動部３２の移動を案内するので、その移動する姿勢が崩れたりすることがない。そして、ガイドピン３４を概ね固定部３１の高さ程度まで延びて形成しているので、衝突時に可動部３２が固定部３１から外れてしまうおそれを低減することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記した実施形態で例示した構成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任意に変形、組み合わせ、拡張することができる。
実施形態で例示した数値は一例であり、それらに限定されるものではない。
実施形態では本体部３７ａの外周にねじ山が形成されたボールプランジャー３７を採用し、本体部３７ａの位置を移動させることで押し付け力を調整するようにしたが、他の構成のものを採用してもよい。例えば、図８に示すように、本体部５０ａ、ボール５０ｂ（ボール部に相当する）、ばね５０ｃ（付勢部材に相当する）、および本体部５０ａの内側において回転すること等によりその位置が変化してばね５０ｃを圧縮・伸張させる可動板５０ｄを備えたボールプランジャー５０を採用して調整機構を実現してもよい。この場合、ボールプランジャー５０は、例えば圧入や溶接等により固定部３１に取り付けることができる。

このような構成によっても、必須となるボールプランジャー５０以外の追加部材を必要とすること無く、調整機構を実現することができ、安全装置３０の重量が増加することを抑制できる。また、ボールプランジャー５０自体の位置は変化しないので、調整中等に本体部５０ａが爪部３８に接触してしまうことが無く、容易に調整することができる。なお、ボールプランジャー５０は単体でも調整機構を実現することもできるが、本体部５０ａにねじ山を設け、プランジャー孔３６にねじ込むことでボールプランジャー５０の位置を変更可能としてもよい。すなわち、実施形態と同様に、ボールプランジャー５０位置によっても押し付け力を調整できるようにしてもよい。

このような構成のボールプランジャー５０であっても、可動板５０ｄの位置を調整することで、押し付け力を調整することができ、ひいては可動部３２が移動する際の力を調整することができる。また、ボール部として、球状のボール（３７ｂ、５０ｂ）ではなく、先端が球状となったピンでボール部が形成されている等、他の形状のボールプランジャーを採用してもよい。

実施形態では直角座標ロボットに適用した例を示したが、垂直多関節型ロボット（いわゆる６軸ロボット、７軸ロボット）や、水平回転可能なアームを有する水平多関節型ロボット、あるいは、１軸方向あるいは２軸方向へアームが移動する直動型ロボット等に本発明を適用してもよい。また、実施形態ではボールねじにより駆動される構成を例示したが、移動ユニットをベルトで移動させるベルトドライブ式のロボットに適用してもよい。

実施形態では爪部３８を断面視で略台形状に形成したが、断面視で半円形状など他の形状に形成してもよい。すなわち、第１および第２の接触面（３８ａ、３８ｂ）は、平面に限らず、曲面であってもよい。
また、衝突や挟み込みを防止するための制御を行って機能安全を実現しているロボットに、本発明を適用しても勿論よい。そのような構成によれば、機能安全によってまず衝突や挟み込みの防止を図ることができるとともに、万が一制御に異常が生じた場合であっても、安全装置３０によってけが等の人体への影響を抑制することができ、安全性をさらに高めることができる。

なお、ハンド２の先端が尖っている等、ハンド２の形状によっては安全基準を満たす範囲の力であっても人体を損傷する可能性がある。そのような場合には、ハンド２の周りに移動やワークに対する作業に支障が無い程度の保護ケースを設け、保護ケースと人体とが接触するようにしておけば、本発明を適用することができる。

実施形態では人体のうち手Ｈを衝突や挟み込みが発生する部位として想定したが、他の部位を想定してもよい。また、対象とする人体の部位が変化した場合には安全基準値が異なるし、安全基準値が異なれば爪部３８がボール部材を乗り越える際の力の値も異なってくるが、適宜設定すればよい。

図面中、１はロボット、２はハンド、２０はＺ軸移動ユニット（アーム）、２３はＺベース（アーム）、３０は安全装置、３１は固定部、３２は可動部、３６はプランジャー孔（調整機構）、３７はボールプランジャー（移動規制部、調整機構）、３７ａは本体部（調整機構）、３７ｂはボール（ボール部材）、３７ｃはばね（付勢部材）、３８は爪部、３８ａは第１の接触面、３８ｂは第２の接触面、５０はボールプランジャー（移動規制部、調整機構）、５０ａは本体部、５０ｂはボール（ボール部材）、５０ｄは可動板（調整機構）を示す。

Claims (4)

1. 動作時に位置が変化するアームに取り付けられるロボットの安全装置であって、
   前記アームに固定的に取り付けられる固定部と、
   通常時には前記固定部に対する相対位置が変化しないようにその移動が規制される一方、予め定められている基準値を超える力が加わる衝突時にはその移動が許容されて前記固定部に対する相対位置が変化する可動部と、
   通常時には前記可動部の移動を規制して予め定められている通常位置に当該可動部を位置決めする一方、衝突時には前記可動部の移動を許容するとともに前記通常位置とは異なる退避位置に当該可動部を位置決めする機械式の移動規制部と、
   前記移動規制部が前記可動部の移動を規制する際の基準値を調整する調整機構と、を備え、
   前記移動規制部は、本体部、当該本体部に収容される付勢部材、および当該付勢部材により付勢されるボール部材を有するボールプランジャーで構成され、
   前記可動部は、前記ボール部材側に、前記通常位置に位置決めされた状態において前記ボール部材に接触する第１の接触面を一辺とする断面視がＶ字状の溝部が形成されており、
   前記ボール部材は、前記通常位置に位置決めされた状態において、前記Ｖ字状の溝部と前記第１の接触面でのみ接触していることを特徴とするロボットの安全装置。
2. 前記可動部は、前記第１の接触面と前記退避位置に位置決めされた状態において前記ボール部材に接触する第２の接触面とを有し、当該第１の接触面と当該第２の接触面との間の距離が前記通常位置と前記退避位置との間の距離となる爪部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のロボットの安全装置。
3. 前記ボールプランジャーは、前記本体部の外周側にねじ山が形成されており、
   前記固定部には、前記ボールプランジャーの前記本体部をねじ込むためのプランジャー孔が形成されており、
   前記ボールプランジャーの前記本体部を前記プランジャー孔にねじ込む際のねじ込み量を調整することによって、前記可動部の移動を規制する際の基準値を調整する前記調整機構を実現していることを特徴とする請求項２記載のロボットの安全装置。
4. 前記ボールプランジャーは、前記本体部内に可動板を有しており、当該可動板の位置を変更することで前記ボール部材を付勢する力が変更されるものであり、
   前記ボールプランジャーの前記可動板の位置を変更することによって前記可動部の移動を規制する際の基準値を調整する前記調整機構を実現していることを特徴とする請求項２記載のロボットの安全装置。

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