JP6794800B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに関するものである。

例えば、特許文献１には、作業者（人）と共存するロボットに取り付け、万が一、ロボットが作業者と接触した際の作業者の安全を確保するためのプロテクトサポーターが開示されている。このようなプロテクトサポーターは、発泡ゴム等の衝撃吸収部を備えており、ロボットに被せるようにして使用される。

特開２０１０−１２５５４６号公報

しかしながら、特許文献１のプロテクトサポーターは、その構成上、断熱材としても機能してしまうため、ロボットにプロテクトサポーターを被せた状態では、ロボット内部の温度が上がり易くなる。そのため、ロボットに設けられている冷却ファンだけでは、ロボット内部の温度を十分に下げることができないおそれがある。

本発明の目的は、被接触物との接触時の衝撃を和らげ、ロボットの内部温度の上昇を抑制することのできるロボットを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。

本発明のロボットは、第１内部空間を有する可動部と、
前記可動部の外側に配置され、第２内部空間を有する緩衝部と、
流体供給源から前記第１内部空間に流体を供給する第１状態と、前記流体供給源から前記第２内部空間に流体を供給する第２状態と、を切り替え可能な状態切替部と、を備えていることを特徴とする。
このように、緩衝部を有することで、被接触物との接触時の衝撃を和らげることができる。また、第１内部空間に流体を供給することで、流体によって第１内部空間を冷却することができる。そのため、被接触物との接触時の衝撃を和らげ、かつ、ロボットの内部温度の上昇を抑制することのできるロボットが得られる。

本発明のロボットでは、前記状態切替部は、
前記流体供給源からの前記流体を前記第１内部空間に供給する第１流路と、
前記流体供給源からの前記流体を前記第２内部空間に供給する第２流路と、
前記第１流路および前記第２流路についてそれぞれの開閉度合いを調整可能なバルブと、を備えていることが好ましい。
これにより、状態切替部の構成がより簡単となる。

本発明のロボットでは、前記第２内部空間は、密閉され、自然状態で陽圧であることが好ましい。
これにより、緩衝部の衝撃吸収性がより向上する。

本発明のロボットでは、前記緩衝部に加わる力を検出する力検出部を備えていることが好ましい。
これにより、被接触物との接触を検知することができる。

本発明のロボットでは、前記力検出部は、前記第２内部空間内の圧力を検出する圧力検出部を備えていることが好ましい。
これにより、力検出部の構成がより簡単となる。

本発明のロボットでは、前記力検出部は、前記可動部に配置されていることが好ましい。
これにより、圧力検出部をロボット内に収納することができ、圧力検出部を保護することができる。また、圧力検出部を第２内部空間の近くに配置することができ、第２内部空間内の圧力変化をより精度よく検出することができる。

本発明のロボットでは、前記緩衝部は、前記可動部の外側に配置され、前記可動部との間に前記第２内部空間を構成する可撓性部と、
前記可動部と前記可撓性部との間に位置し、前記可撓性部の前記可動部から離間する方向への変位を規制する規制部と、を備えていることが好ましい。
これにより、緩衝部の構成がより簡単となる。

本発明のロボットでは、前記流体供給源は、前記第１内部空間内に配置されていることが好ましい。
これにより、第１流路や第２流路の引き回しがより簡単となる。また、第１流路や第２流路を短くすることができるため、損失を少なくし、より効率的に、第１内部空間や第２内部空間に流体を供給することができる。

本発明のロボットでは、前記流体供給源は、圧電素子を駆動源とするポンプを有していることが好ましい。
これにより、流体供給源の小型化を図ることができる。

本発明のロボットでは、前記第１内部空間内に配置されている温度検出部を備えていることが好ましい。
これにより、温度検出部の検出結果に基づいて、開閉部を作動させることができる。

本発明のロボットでは、前記第１内部空間内に配置されている回路素子を備えていることが好ましい。
これにより、回路素子を保護することができる。

本発明のロボットでは、前記第１内部空間を構成する壁部は、前記第１内部空間に臨む面に凹凸を有していることが好ましい。

例えば、凹凸をフィンとして機能させることで、第１内部空間を効率的に冷却することができる。

本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 図１に示すロボットが有する緩衝部を示す部分拡大断面図である。 緩衝部に被接触物が接触した状態を示す断面図である。 図１に示すロボットが有する流体供給源の一例を示す断面図である。 図１に示すロボットが有する圧力センサーの検出信号の一例を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るロボットを示す部分拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係るロボットを示す部分拡大断面図である。 本発明の第４実施形態に係るロボットを示す部分拡大断面図である。

以下、本発明のロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係るロボットについて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットが有する緩衝部を示す部分拡大断面図である。図３は、緩衝部に被接触物が接触した状態を示す断面図である。図４は、図１に示すロボットが有する流体供給源の一例を示す断面図である。図５は、図１に示すロボットが有する圧力センサーの検出信号の一例を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図２ないし図４中の上側を「上」とも言い、下側を「下」とも言う。

図１に示すロボット１は、例えば、精密機器等の工業製品を製造する製造工程で用いることのできるロボットである。同図に示すように、ロボット１は、可動部としての多関節アーム２３を備えるロボット本体２と、多関節アーム２３の外側に配置された緩衝部３とを有している。

図１に示すように、ロボット本体２は、例えば床や天井に固定されるベース２１と、関節機構２２１を介してベース２１に連結され、関節機構２２１を軸に回動するアーム２３１と、関節機構２２２を介してアーム２３１に連結され、関節機構２２２を軸に回動するアーム２３２と、関節機構２２３を介してアーム２３２の先端に連結され、関節機構２２３を軸に回動するアーム２３３と、関節機構２２４を介してアーム２３３の先端に連結され、関節機構２２４を軸に回動するアーム２３４と、関節機構２２５を介してアーム２３４の先端に連結され、関節機構２２５を軸に回動するアーム２３５と、関節機構２２６を介してアーム２３５の先端に連結され、関節機構２２６を軸に回動するアーム２３６と、を有している。また、アーム２３６にはハンド接続部２４が設けられており、ハンド接続部２４にはロボット１に実行させる作業に応じたハンド２６（エンドエフェクター）が装着される。なお、本実施形態では、６つのアーム２３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６で多関節アーム２３が構成されている。

各アーム２３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６の回動駆動は、各関節機構２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６に内蔵されているモーター等によって行われる。各モーターの駆動は、ロボット制御部２５で制御され、これにより、ロボット１に所望の動作を実行させることができる。

図２に示すように、このようなロボット１は、第１内部空間Ｓ１を有する可動部としてのアーム２３４と、アーム２３４の外側に配置され、第２内部空間Ｓ２を有する緩衝部３と、流体供給源４から第１内部空間Ｓ１に流体Ｑを供給する第１状態と、流体供給源４から第２内部空間Ｓ２に流体Ｑを供給する第２状態と、を切り替え可能な状態切替部としての流体供給部５と、を備えている。このような構成によれば、緩衝部３を有することで、被接触物Ｘ（代表的には作業者）との接触時の衝撃を和らげることができる。そのため、作業者の安全をより確実に確保することができる。また、第１内部空間Ｓ１に流体Ｑを供給することで、流体Ｑによって第１内部空間Ｓ１（第１内部空間Ｓ１内に配置されている部品）を冷却することができる。そのため、ロボット１の内部温度（各部品）の過度な上昇を抑制することができ、ロボット１の故障や駆動特性の低下、変動等を抑制することができる。

ここで、本実施形態では、流体Ｑとして気体を用いている。この場合の流体Ｑとしては、特に限定されず、空気（大気）、窒素、アルゴン等の希ガス等が挙げられ、本実施形態では、空気（大気）を用いている。これにより、流体Ｑの原料を簡単に確保することができ、ロボット１の構成が簡単なものとなる。なお、流体Ｑとして、希ガスを用いる場合には、第２内部空間Ｓ２内がより安定した雰囲気となる。ただし、流体Ｑとしては、気体に限定されず、気体の他にも、液体、ゲル等を用いることができる。

図２に示すように、第１内部空間Ｓ１は、アーム２３４の内側に形成されている。言い換えると、アーム２３４の筐体２３４ａに囲まれることで、第１内部空間Ｓ１が形成されている。第１内部空間Ｓ１は、気密ではなく、アーム２３４の外側と連通している。そのため、第１内部空間Ｓ１に熱がこもり難くなり、第１内部空間Ｓ１内の過度な温度上昇を抑制することができる。

また、筐体２３４ａ（第１内部空間Ｓ１を構成する壁部）は、その内面、すなわち第１内部空間Ｓ１に臨む面に凹凸２３４ｂを有している。このような凹凸２３４ｂは、フィン（ヒートシンク）として機能させることができ、これにより、第１内部空間Ｓ１の内外の熱交換を効率的に行うことができる。そのため、第１内部空間Ｓ１内を効率的に冷却することができる。ただし、このような凹凸２３４ｂは、省略してもよい。ここで、特に限定されないが、流体Ｑは、第１内部空間Ｓ１に供給される際、凹凸２３４ｂに向けて噴射されることが好ましい。図２に示すように、第１流路５１の先端は、凹凸２３４ｂに向いている。これにより、より効率的に、第１内部空間Ｓ１内を冷却することができる。ただし、第１流路５１の先端の向きは、特に限定されない。

なお、筐体２３４ａの構成材料としては、特に限定されないが、筐体２３４ａの少なくとも一部を、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム等の各種金属材料で構成することができる。これにより、より高い熱伝導性を有する筐体２３４ａが得られ、第１内部空間Ｓ１内の冷却をより効率的に行うことができる。

緩衝部３が有する第２内部空間Ｓ２は、密閉（すなわち、気密封止）され、流体Ｑが供給されることで、自然状態で陽圧（すなわち、ロボット１が配置されている雰囲気の圧力よりも高い圧力）となっている。これにより、緩衝部３の衝撃吸収性がより向上し、ロボット１の周囲で作業をする作業者の安全性がより高まる。なお、前記「自然状態」とは、例えば、ロボット１が静止した状態で、かつ、被接触物Ｘと接触していない状態を言う。

なお、第２内部空間Ｓ２内の圧力としては、特に限定されないが、例えば、ロボット１を配置している雰囲気の圧力（大気圧）に対して＋３以上、＋７ｋＰａ以下とすることが好ましく、＋５ｋＰａ程度とすることがより好ましい。このような範囲とすれば、緩衝部３が十分な衝撃吸収性を発揮することができる。また、後述する被接触物Ｘとの接触検知をより高精度に行うことができる。

図２に示すように、緩衝部３は、可撓性部３１と規制部３２とを備えている。可撓性部３１は、可撓性を有し、アーム２３４の外側に配置され、アーム２３４（筐体２３４ａ）との間に第２内部空間Ｓ２を構成する。また、規制部３２は、アーム２３４と可撓性部３１との間に位置し、可撓性部３１のアーム２３４から離間する方向への変位を規制する。なお、ここでの「規制」は、規制部３２を省略した場合と比較して、可撓性部３１の前記接触部以外の部分を膨らみ難くすることができることを意味しており、好ましくは、前記接触部以外の部分の膨らみを防止することができることを意味している。

可撓性部３１は、シート状をなし、可撓性と気密性も有している。そして、可撓性部３１は、その外縁部においてアーム２３４の筐体２３４ａに接合されており、筐体２３４ａとの間に気密的な第２内部空間Ｓ２を形成している。このような構成によれば、緩衝部３の構成がより簡単となり、より簡単に第２内部空間Ｓ２を形成することができる。また、筐体２３４ａを、第２内部空間Ｓ２を形成するための部材として利用することができるため、緩衝部３の部材点数の削減、これによるアーム２３４の小型化および軽量化を図ることもできる。

なお、可撓性部３１は、さらに、実質的に伸縮しないことが好ましい。可撓性部３１が実質的に伸縮しないことで、陽圧による第２内部空間Ｓ２の膨張を抑制することができるため、第２内部空間Ｓ２内の圧力を効率的に高めることができる。また、第２内部空間Ｓ２内の圧力を一定に保ち易くなる。

規制部３２は、第２内部空間Ｓ２内、すなわち可撓性部３１と筐体２３４ａとの間に設けられている。また、規制部３２は、シート状をなしており、その上面が可撓性部３１に接合されており、下面が筐体２３４ａに接合されている。なお、規制部３２と可撓性部３１、筐体２３４ａとの接合は、例えば、接着剤を用いて行うことができる。このような規制部３２を設けることで、図３に示すように、被接触物Ｘが接触した際、可撓性部３１の被接触物Ｘとの接触部以外の部分の膨らみを規制することができる。そのため、被接触物Ｘとの接触時に、第２内部空間Ｓ２内の圧力をより大きく変化させることができる。よって、後述する被接触物Ｘとの接触検知をより高精度に行うことができる。

本実施形態では、規制部３２は、弾性体で構成されている。このように、規制部３２を弾性体で構成することで、規制部３２の構成が簡単となると共に、規制部３２によっても、被接触物Ｘとの接触時の衝撃を緩和することができる。そのため、例えば、被接触物Ｘとしての作業者の安全性がさらに向上する。特に本実施形態では、規制部３２は、通気性を有するものが好ましく、本実施形態では、スポンジに代表されるような連続した空孔を有する柔らかい発泡体で構成されている。そのため、規制部３２の構成がより簡単となると共に、より高い衝撃吸収性を発揮することができる。また、第２内部空間Ｓ２での流体Ｑの拡散性が向上する。発泡体としては、特に限定されないが、例えば、ウレタンフォーム材を用いることができる。ただし、規制部３２は、例えば、繊維や細線の集合体で構成されていてもよい。

なお、規制部３２の厚さとしては、特に限定されないが、第２内部空間Ｓ２に配置された状態で、例えば、１ｃｍ以上、５ｃｍ以下とすることができる。この程度の厚さとすることで、十分に薄い緩衝部３となり、アーム２３４に配置し易くなる。また、規制部３２の構成としては、可撓性部３１のアーム２３４から離間する方向への変位を規制することができれば、特に限定されない。

このような緩衝部３は、アーム２３４の外周面の一部または全部に設けられている。本実施形態では、アーム２３４の一対の側面のそれぞれに設けられているが、これに限定されず、アーム２３４の図１中の上面および下面にも設けられていてもよい。

以上、緩衝部３について説明した。緩衝部３の構成としては、第２内部空間Ｓ２を形成することができれば、特に限定されない。例えば、本実施形態では、第２内部空間Ｓ２内が陽圧となっているが、これに限定されず、外圧と等しくてもよいし、外圧よりも低い陰圧であってもよい。また、本実施形態では、緩衝部３が規制部３２を有しているが、規制部３２を省略してもよい。また、本実施形態では、緩衝部３がアーム２３４に配置されているが、緩衝部３の配置としては、動く部分（すなわち、可動部）に配置されていれば特に限定されず、例えば、アーム２３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６、ハンド２６の少なくとも１つに配置されていればよい。ただし、緩衝部３を複数のアームに配置する場合は、関節機構を跨ぐことなく、アーム毎に独立して配置することが好ましい。これにより、例えば、隣り合うアーム同士の相対的位置関係の変位に起因する第２内部空間Ｓ２内の圧力変化（被接触物Ｘとの接触以外の理由による第２内部空間Ｓ２の圧力変化）を抑制することができる。そのため、後述するような被接触物Ｘとの接触検知を精度よく行うことができる。

また、図２に示すように、ロボット１は、上述の緩衝部３に加わる力、より具体的には被接触物Ｘとの接触により加わる力を検出する力検出部６を備えている。これにより、被接触物Ｘとの接触を検知することができ、接触を検知した場合にはロボット１を緊急停止させる等により、ロボット１をより安全に作動させることができる。

このような力検出部６は、第２内部空間Ｓ２内の圧力を検出する圧力検出部としての圧力センサー６０を備えている。図３に示すように、緩衝部３に被接触物Ｘが接触すると、第２内部空間が収縮して、第２内部空間Ｓ２内の圧力が高まる。そのため、第２内部空間Ｓ２内の圧力変化（圧力上昇）を圧力センサー６０によって検出することで、より確実に、被接触物Ｘとの接触を検知することができる。このように、力検出部６が圧力センサー６０を備えることで、より確実に被接触物Ｘとの接触を検知することができると共に、力検出部６の構成がより簡単となる。特に、前述したように、本実施形態では、第２内部空間Ｓ２内が陽圧となっているため、被接触物Ｘとの接触で第２内部空間Ｓ２内の圧力をより大きくかつ瞬時に変化させることができる。そのため、被接触物Ｘとの接触をより高感度に検知することができる。

また、力検出部６（圧力センサー６０）は、アーム２３４に配置されている。具体的には、圧力センサー６０は、第１内部空間Ｓ１に臨むようにして、筐体２３４ａに固定されている。これにより、圧力センサー６０をロボット１内に収納することができ、圧力センサー６０を保護することができる。また、圧力センサー６０は、筐体２３４ａのうちでも、可撓性部３１と共に第２内部空間Ｓ２を形成している部位、すなわち、第２内部空間Ｓ２に面している部分に設けられている。そのため、第２内部空間Ｓ２のより近くに圧力センサー６０を配置することができる。これにより、圧力損失が小さくなると共に、圧力センサー６０が第２内部空間Ｓ２内の圧力変化を検出するまでのタイムラグが短くなり、圧力センサー６０によって、第２内部空間Ｓ２内の圧力をより正確に検出することができる。そのため、力検出部６によれば、ロボット１と被接触物Ｘとの接触をより高感度に検知することができる。また、圧力センサー６０が第１内部空間Ｓ１に臨んでいるため、圧力センサー６０の過度な昇温を抑制することができる。そのため、圧力センサー６０からの検出信号の温度ドリフトを低減することができ、第２内部空間Ｓ２内の圧力変化をより正確に検出することができる。

なお、圧力センサー６０としては、第２内部空間Ｓ２内の圧力を検出することができれば特に限定されず、公知の物を適用することができる。例えば、圧力センサー６０は、受圧により撓み変形するダイアフラムと、ダイアフラムの撓みを検出する検出素子（例えば、ダイアフラム上に配置されているピエゾ抵抗素子）と、を有する構成とすることができる。

以上、力検出部６について説明した。なお、本実施形態では、圧力センサー６０が第１内部空間Ｓ１に臨むように配置されているが、圧力センサー６０の配置としては、第２内部空間Ｓ２内の圧力を検出することができれば、特に限定さない。例えば、圧力センサー６０は、可撓性部３１に設けられていてもよい。

また、図２に示すように、ロボット１は、第１内部空間Ｓ１内に配置されている温度検出部７を備えている。これにより、第１内部空間Ｓ１内の温度をより正確に検出することができる。また、例えば、温度検出部７の検出結果に基づいて、第１内部空間Ｓ１内の冷却（すなわち、第１内部空間Ｓ１内への流体Ｑの供給）が必要か否かを判断することができ、第１内部空間Ｓ１を過不足なく冷却することができる。そのため、より確実に、第１内部空間Ｓ１内を適切な温度に保つことができる。また、例えば、温度検出部７の検出結果に基づいて、圧力センサー６０の検出結果を補正（温度補正）することもできる。そのため、第２内部空間Ｓ２内の圧力をより精度よく検出することができる。

なお、温度検出部７の構成としては、第１内部空間Ｓ１内の温度を検出することができれば、特に限定されず、例えば、サーミスタや熱電対等を用いることができる。

また、図２に示すように、流体供給部５は、流体供給源４からの流体Ｑを第１内部空間Ｓ１に供給する（導く）第１流路５１と、流体供給源４からの流体Ｑを第２内部空間Ｓ２に供給する（導く）第２流路５２と、第１流路５１および第２流路５２についてそれぞれの開閉度合いを調整可能な開閉部５３と、を備えている。より具体的には、流体供給部５は、一端（上流端）が流体供給源４に接続された流路５４（配管）と、流路５４の他端（下流端）に接続された開閉部５３としてのバルブ５３１と、一端（上流端）がバルブ５３１に接続され、他端（下流端）が第１内部空間Ｓ１に接続されている第１流路５１（配管）と、一端（上流端）がバルブ５３１に接続され、他端（下流端）が筐体２３４を貫通して第２内部空間Ｓ２に接続されている第２流路５２（配管）とを有している。

そのため、例えば、バルブ５３１によって、第１流路５１を開け（通し）、第２流路５２を閉じる（止める）ことで、流体Ｑが第１内部空間Ｓ１へ供給される第１状態とすることができる。これにより、流体Ｑによって、第１内部空間Ｓ１内を冷却することができる。そのため、ロボット１の内部温度の過度な上昇を抑制することができ（第１内部空間Ｓ１内の温度を適度な温度に保つことができ）、ロボット１の故障や駆動特性の低下、変動等を抑制することができる。また、バルブ５３１によって、第１流路５１を閉じ（止め）、第２流路５２を開ける（通す）ことで、流体Ｑが第２内部空間Ｓ２へ供給される第２状態とすることができる。これにより、第２内部空間Ｓ２内を陽圧とすることができる。このような流体供給部５によれば、バルブ５３１の駆動のみで、流体Ｑの供給先を選択することができるため、流体供給部５の構成がより簡単となる。なお、バルブ５３１による第１状態と第２状態の切り替えは、第１流路５１および第２流路５２をそれぞれ完全に開状態と完全に閉状態とに切り替えてもよく、または第１流路５１および第２流路５２が開けられた状態では、第１内部空間Ｓ１および第２内部空間へ供給できる流体Ｑの量を段階的または無段階に調整できてもよい。すなわち、完全に開状態と完全に閉状態とに切り替えることも含めて、バルブ５３１は開閉度合いが調整可能と言える。

なお、流体供給部５は、上述の第１、第２状態の他にも、例えば、バルブ５３１によって、第１流路５１および第２流路５２を共に閉じる（止める）ことで、流体Ｑが第１内部空間Ｓ１および第２内部空間Ｓ２へ共に供給されない第３状態や、第１流路５１および第２流路５２を共に開くことで、流体Ｑが第１内部空間Ｓ１および第２内部空間Ｓ２へ共に供給される第４状態とすることができてもよい。また、バルブ５３１としては、上記の機能を果たすことができれば、特に限定されず、例えば、電磁バルブ（ソレノイドバルブ）を用いることができる。また、バルブ５３１は、開度を多段階または無段階に調整できる構成となっていてもよい。

図２に示すように、流体Ｑの供給源である流体供給源４は、流体供給部５と共に、第１内部空間Ｓ１内に配置されている。これにより、流体供給部５（第１流路５１や第２流路５２）の引き回しがより簡単となる。また、第１流路５１、第２流路５２および流路５４をそれぞれ短くすることができるため、損失を少なくし、より効率的に、第１内部空間Ｓ１や第２内部空間Ｓ２に流体Ｑを供給することができる。また、流体供給部５がロボット１（アーム２３４）の外部へ露出しないため、例えば、第１流路５１や第２流路５２が、ロボット１の作動を阻害してしまうことを防止することができる。ただし、流体供給源４の配置は、特に限定されず、例えば、ロボット１（アーム２３４）の外側に、ロボット１とは別に配置されていてもよい。

また、図４に示すように、流体供給源４は、圧電素子４３を駆動源とするポンプ４０を有している。これにより、小型で軽量な流体供給源４となり、ロボット１の小型化および軽量化を図ることができる。

具体的には、図４に示すように、ポンプ４０は、ダイアフラムポンプであり、ベース基板４１と、ベース基板４１に接合され、撓み変形可能なダイアフラム４２１を有するダイアフラム基板４２と、ダイアフラム４２１に配置され、ダイアフラム４２１を変形させる圧電素子４３とを備えている。なお、図４に示すように、ポンプ４０は、支持部４９に支持されている。そして、図示しないが、この支持部４９を介して筐体２３４ａに固定されている。

ベース基板４１には、吸引孔として機能する貫通孔４１１および排出孔として機能する貫通孔４１２が設けられている。そして、貫通孔４１２が流路５４に接続され、貫通孔４１１が第１内部空間Ｓ１に開放している。ただし、貫通孔４１１は、例えば、図示しない配管を介してロボット１の外側まで引き出され、ロボット１の外側に開放していてもよい。また、流体Ｑとして空気以外の気体を用いる場合、貫通孔４１１は、例えば、図示しない配管を介して流体Ｑが充填されたボンベ等に接続されている。

ダイアフラム４２１は、ベース基板４１と対向して配置され、ダイアフラム４２１とベース基板４１との間にはポンプ室Ｐが形成されている。また、ダイアフラム４２１は、ポンプ部ダイアフラム４２２と、ポンプ部ダイアフラム４２２を挟んで配置されている２つのバルブ部ダイアフラム４２３、４２４とを有している。バルブ部ダイアフラム４２３、４２４は、貫通孔４１１、４１２と対向して配置され、貫通孔４１１、４１２と重なる部分には貫通孔４１１、４１２に向けて突出する台座４２５、４２６が設けられている。さらに、台座４２５、４２６の下面にはパッキン４４１、４４２が配置され、このパッキン４４１、４４２によって、通常状態において貫通孔４１１、４１２が閉じた状態に保たれている。

また、圧電素子４３は、ポンプ部ダイアフラム４２２に配置され、ポンプ部ダイアフラム４２２を撓み変形させる第１圧電素子４３１と、バルブ部ダイアフラム４２３に配置され、バルブ部ダイアフラム４２３を撓み変形させる第２圧電素子４３２と、バルブ部ダイアフラム４２４に配置され、バルブ部ダイアフラム４２４を撓み変形させる第３圧電素子４３３とを有し、これら３つの圧電素子４３１、４３２、４３３は、それぞれ、後述する回路素子８の制御によって独立して駆動される。このように、圧電素子４３をダイアフラム４２１に配置することで、圧電素子４３の駆動力を効率的にダイアフラム４２１に伝達することができる。また、圧電素子４３を駆動源とすることで、ポンプ４０の小型化および軽量化を図ることができる。

そして、第２、第３圧電素子４３２、４３３の駆動によってバルブ部ダイアフラム４２３、４２４を上側に動かすことで、貫通孔４１１、４１２を開くことができる。また、第１圧電素子４３１の駆動によってポンプ部ダイアフラム４２２を上側に動かすことで気体の吸引を、下側に動かすことで気体の排出を実現することができる。そして、ポンプ部ダイアフラム４２２と、バルブ部ダイアフラム４２３、４２４の駆動タイミングを制御することで、任意の方向への送気が可能となる。

以上のようなポンプ４０は、圧電素子４３を駆動源としているため、例えば、駆動源がモーターの場合と比較して振動が小さい。そのため、流体供給源４の作動に起因するロボット１の振動を低減することができ、ロボット１の動作精度の低下を低減することができる。なお、図４に示すように、本実施形態では、貫通孔４１２が第１内部空間Ｓ１に開放しており、ポンプ４０は、第１内部空間Ｓ１内の空気を吸引するように構成されているが、これに限定されず、例えば、貫通孔４１２に図示しない配管を接続し、この配管を介して貫通孔４１２を筐体２３４（ロボット１）の外側に開放し、ロボット１の外側の空気を吸引するように構成されていてもよい。これにより、第１内部空間Ｓ１内の空気よりも温度の低い空気を用いることができ、第１内部空間Ｓ１内をより効果的に冷却することができる。

なお、流体供給源４の構成としては、流体Ｑを第１内部空間Ｓ１や第２内部空間Ｓ２に供給することができれば、特に限定されない。例えば、前述したように、流体Ｑとして希ガスを用いる場合には、希ガスを高圧で充填したボンベを有する構成とすることができる。

また、ロボット１は、第１内部空間Ｓ１内に配置されている回路素子８を備えている。これにより、回路素子８を保護することができる。回路素子８は、ポンプ４０、圧力センサー６０、バルブ５３１および温度検出部７と電気的に接続されている。また、回路素子８は、制御部として機能し、例えば、圧力センサー６０や温度検出部７の検出結果に基づいてポンプ４０やバルブ５３１の駆動を制御する。

このような回路素子８（制御部）は、第１内部空間Ｓ１内の温度が所定の範囲（例えば、５０℃以上８０℃以下）を維持するように、ポンプ４０およびバルブ５３１の駆動を制御する。第１内部空間Ｓ１内の温度は、環境温度やロボット１の駆動条件、連続駆動時間等によって変化する。そのため、このような回路素子８の制御によって、第１内部空間Ｓ１内の温度を所定の範囲に維持することで、ロボット１をより最適な温度下で駆動させることができ、ロボット１をより精度よく駆動させることができると共に、ロボット１の故障等をより効果的に抑制することができる。

また、回路素子８（制御部）は、自然状態において第２内部空間Ｓ２内の圧力が所定の値（例えば、前述したように雰囲気圧力＋５ｋＰａ程度の陽圧）を維持するように、ポンプ４０およびバルブ５３１の駆動を制御する。第２内部空間Ｓ２内の圧力は、温度変化や経年的な気体抜け等によって変化する。そのため、このような回路素子８の制御によって、自然状態での第２内部空間Ｓ２内の圧力を所定の値に保つことができる。これにより、緩衝部３の衝撃吸収性の経時的な低下および被接触物Ｘとの接触検知特性の経時的な低下を抑制することができる。

以上のように、回路素子８（制御部）は、温度検出部７や圧力センサー６０の検出結果（第１内部空間Ｓ１内の温度や第２内部空間Ｓ２内の圧力）に基づいて、流体Ｑを第１内部空間Ｓ１に供給する第１状態にしたり、流体Ｑを第２内部空間Ｓ２に供給する第２状態にしたりする。ここで、第１内部空間Ｓ１内の温度と第２内部空間Ｓ２内の圧力とが同時に所定の値からずれる場合も考えられる。このような場合、前述したように、第１流路５１および第２流路５２を共に開き、流体Ｑが第１内部空間Ｓ１および第２内部空間Ｓ２へ共に供給される第４状態とすることができるのであれば、第４状態とすればよい。しかしながら、仮に、第４状態とすることができない場合には、第１状態および第２状態のいずれかを優先する必要がある。すなわち、先に第１状態とし、第１内部空間Ｓ１の温度を所定の値としてから第２状態とするか、反対に、先に第２状態とし、第２内部空間Ｓ２の圧力を所定の値としてから第１状態とするか、を選択する必要がある。例えば、被接触物Ｘとの接触を検知することよりも、ロボット１をより精度よく駆動させたいのであれば前者とすればよいし、反対に、ロボット１を精度よく駆動させるよりも、被接触物Ｘとの接触をより精度よく検知したいのであれば後者とすればよい。

なお、本実施形態では、回路素子８が第１内部空間Ｓ１内に配置されているが、回路素子８の配置としては、特に限定されない。また、回路素子８は、ロボット制御部２５に含まれていてもよい。

図５に、被接触物Ｘと接触したときの第２内部空間Ｓ２内の圧力の変化（すなわち、圧力センサー６０の検出信号）の一例を示す。このグラフは、時刻Ｔ１に被接触物Ｘが緩衝部３に接触し、時刻Ｔ２に被接触物Ｘが緩衝部３から離れた場合の圧力変化を示している。同図に示すように、時刻Ｔ１において緩衝部３に被接触物Ｘが接触すると第２内部空間Ｓ２内の圧力が急峻に上昇し、時刻Ｔ２において被接触物Ｘとの接触が解除されると、速やかに自然状態の圧力に復帰する。

回路素子８（制御部）は、図５で示したように、第２内部空間Ｓ２内の圧力が大きく上昇した場合には被接触物Ｘと接触したと判断し、第２内部空間Ｓ２内の圧力が自然状態に戻れば、被接触物Ｘとの接触が解除されたと判断する。そして、回路素子８は、被接触物Ｘと接触したと判断した場合には、その情報をロボット本体２のロボット制御部２５に送信する。ロボット制御部２５は、被接触物Ｘと接触したとの情報を回路素子８から受信した場合には、例えば、速やかにロボット本体２を停止させる。これにより、ロボット１や被接触物Ｘの破損を防止でき、特に、被接触物Ｘとしての作業者の安全を確保することができる。反対に、回路素子８は、被接触物Ｘとの接触が解除されたと判断した場合には、その情報をロボット制御部２５に送信する。ロボット制御部２５は、被接触物Ｘとの接触が解除されたとの情報を回路素子８から受信した場合には、例えば、速やかにロボット本体２の駆動を再開する。これにより、被接触物Ｘとの接触によるタイムロスを短くすることができる。

以上、ロボット１について詳細に説明した。ロボット１によれば、前述したように、被接触物Ｘとの接触の有無を高精度に検知することができ、ロボット１の安全な駆動が可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るロボットについて説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係るロボットを示す部分拡大断面図である。

本実施形態に係るロボット１は、主に、流体供給部５の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボット１と同様である。

なお、以下の説明では、第２実施形態のロボット１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図６では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図６に示すように、本実施形態のロボット１では、開閉部５３は、第１流路５１の途中に設けられ、第１流路５１を開閉することのできる第１バルブ５３２と、第２流路５２の途中に設けられ、第２流路５２を開閉することのできる第２バルブ５３３とを有している。そして、これら第１、第２バルブ５３２、５３３は、回路素子８によってそれぞれ独立して駆動（開閉の駆動）が制御されている。このような構成によっても、簡単かつ確実に、流体Ｑが第１内部空間Ｓ１へ供給される第１状態、流体Ｑが第２内部空間Ｓ２へ供給される第２状態とすることができる。また、特に、このような構成とすることで、前述した第１実施形態と比較して、第１流路５１および第２流路５２を共に閉じて、流体Ｑが第１内部空間Ｓ１および第２内部空間Ｓ２へ共に供給されない第３状態や、第１流路５１および第２流路５２を共に開き、流体Ｑが第１内部空間Ｓ１および第２内部空間Ｓ２へ共に供給される第４状態とすることが容易となる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るロボットについて説明する。
図７は、本発明の第３実施形態に係るロボットを示す部分拡大断面図である。

本実施形態に係るロボット１は、主に、緩衝部３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボット１と同様である。

なお、以下の説明では、第３実施形態のロボット１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図７では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図７に示すように、本実施形態のロボット１では、緩衝部３は、内部に第２内部空間Ｓ２を有する袋部３３と、袋部３３内に配置された規制部３２とを有している。また、袋部３３は、シート状の第１可撓性部３４および第２可撓性部３５を有し、これらの外縁部同士が接合された構成となっている。なお、第１可撓性部３４と第２可撓性部３５は、一体となっていてもよい。すなわち、例えば、１枚のシートを２つ折りにし、２つの折り曲げ片の外縁同士を接合することで袋部３３としてもよい。

このような構成によれば、袋部３３に既に第２内部空間Ｓ２が形成されているため、袋部３３をアーム２３４の筐体２３４ａに取り付けるだけで、簡単に、緩衝部３を有するロボット１が得られる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るロボットについて説明する。
図８は、本発明の第４実施形態に係るロボットを示す部分拡大断面図である。

本実施形態に係るロボット１は、主に、緩衝部３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボット１と同様である。

なお、以下の説明では、第４実施形態のロボット１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図８では前述した第１実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図８に示すように、本実施形態のロボット１では、規制部３２が柔軟な複数の線状体３２２で構成されている。そして、各線状体３２２の一端部が可撓性部３１に固定されており、他端部が筐体２３４ａに固定されている。そして、これら線状体３２２が伸びきることで、可撓性部３１のアーム２３４から離間する方向への変位を規制している。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明のロボットについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、前述した実施形態では、ロボットとして、回動軸の数が６ある６軸多関節ロボットを用いたが、ロボットとしては、これに限定されず、例えば、胴体と２つの多関節アームを有する双腕ロボットであってもよいし、スカラロボット（水平多関節ロボット）であってもよい。

１…ロボット、２…ロボット本体、２１…ベース、２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６…関節機構、２３…多関節アーム、２３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６…アーム、２３４ａ…筐体、２３４ｂ…凹凸、２４…ハンド接続部、２５…ロボット制御部、２６…ハンド、３…緩衝部、３１…可撓性部、３２…規制部、３２２…線状体、３３…袋部、３４…第１可撓性部、３５…第２可撓性部、４…流体供給源、４０…ポンプ、４１…ベース基板、４１１、４１２…貫通孔、４２…ダイアフラム基板、４２１…ダイアフラム、４２２…ポンプ部ダイアフラム、４２３、４２４…バルブ部ダイアフラム、４２５、４２６…台座、４３…圧電素子、４３１…第１圧電素子、４３２…第２圧電素子、４３３…第３圧電素子、４４１、４４２…パッキン、４９…支持部、５…状態切替部（流体供給部）、５１…第１流路、５２…第２流路、５３…開閉部、５３１…バルブ、５３２…第１バルブ、５３３…第２バルブ、５４…流路、６…力検出部、６０…圧力センサー、７…温度検出部、８…回路素子、Ｐ…ポンプ室、Ｑ…流体、Ｓ１…第１内部空間、Ｓ２…第２内部空間、Ｔ１、Ｔ２…時刻、Ｘ…被接触物

Claims (12)

1. 第１内部空間を有する可動部と、
   前記可動部の外側に配置され、第２内部空間を有する緩衝部と、
   流体供給源から前記第１内部空間に流体を供給する第１状態と、前記流体供給源から前
   記第２内部空間に流体を供給する第２状態と、を切り替え可能な状態切替部と、を備えて
   いることを特徴とするロボット。
2. 前記状態切替部は、
   前記流体供給源からの前記流体を前記第１内部空間に供給する第１流路と、
   前記流体供給源からの前記流体を前記第２内部空間に供給する第２流路と、
   前記第１流路または前記第２流路の開閉度合いを調整可能なバルブと、を備えている請求項１に記載のロボット。
3. 前記第２内部空間内の圧力は、自然状態で陽圧である請求項２に記載のロボット。
4. 前記緩衝部に加わる力を検出する力検出部を備えている請求項３に記載のロボット。
5. 前記力検出部は、前記第２内部空間内の圧力を検出する圧力検出部を備えている請求項
   ４に記載のロボット。
6. 前記力検出部は、前記可動部に配置されている請求項４または５に記載のロボット。
7. 前記緩衝部は、前記可動部の外側に配置され、前記可動部との間に前記第２内部空間を
   構成する可撓性部と、
   前記可動部と前記可撓性部との間に位置し、前記可撓性部の前記可動部から離間する方
   向への変位を規制する規制部と、を備えている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
   ロボット。
8. 前記流体供給源は、前記第１内部空間内に配置されている請求項１ないし７のいずれか
   １項に記載のロボット。
9. 前記流体供給源は、圧電素子を駆動源とするポンプを有している請求項８に記載のロボ
   ット。
10. 前記第１内部空間内に配置されている温度検出部を備えている請求項１ないし９のいず
    れか１項に記載のロボット。
11. 前記第１内部空間内に配置されている回路素子を備えている請求項１ないし１０のいず
    れか１項に記載のロボット。
12. 前記第１内部空間を構成する壁部は、前記第１内部空間に臨む面に凹凸を有している請
    求項１ないし１１のいずれか１項に記載のロボット。

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