JP7348772B2

JP7348772B2 - ロボット

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Publication number: JP7348772B2
Application number: JP2019151531A
Authority: JP
Inventors: 光拡田村; 章山本
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2039-08-21
Also published as: DE102020121870A1; JP2021030344A; CN112405511A

Description

本発明は、ロボットに関する。

複数の関節を有するロボットが知られている。特許文献１には外力に応じて退避動作するロボットが記載されている。特許文献１に記載のロボットは、ロボットに作用する外力を検出し、その検出外力が第一閾値より大きい場合にロボットに退避動作をさせ、退避動作後の検出外力の変動が第二閾値より小さい場合に退避動作を停止させる。

特許第６０３４８９５号公報

特許文献１のように、減速機の出力側に外力センサを設ける場合、外力センサは高価であり、コスト的に不利である。

本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたもので、減速機の出力側の外力センサによらず外力に対応可能なロボットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のロボットは、モータおよび減速機が組み込まれた関節を有するロボットであって、モータの回転に関する情報を取得する取得手段と、取得手段が取得した情報に基づいて、外力が作用したことを検知し、退避動作を行う制御手段と、を有する。減速機は、平行軸歯車機構と、平行軸歯車機構の出力回転が入力される偏心揺動型歯車機構と、を有する。偏心揺動型歯車機構は、偏心体軸が内歯歯車の軸心に配置されるセンタークランクタイプであり、かつ減速比が３５以下である。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、減速機の出力側の外力センサによらず外力に対応可能なロボットを提供できる。

実施の形態に係るロボットを概略的に示す側面図である。図１のロボットの減速機を示す側断面図である。図１のロボットを概略的に示すブロック図である。偏心揺動型歯車機構の減速比と効率の関係を示すグラフである。

本発明者らは、モータと減速機が組み込まれた関節を有するロボットについて研究し、以下の知見を得た。
ロボットの関節では、減速機の入力軸にモータの回転駆動力が入力されると、減速機の出力部材が所定の減速比で減速回転し、出力部材に連結されたアームが関節の軸心を中心として回転する。ダイレクトティーチングなどによりアームから関節に外力が加わった場合、関節の減速機は逆駆動される。逆駆動されると、減速機の出力側から入力側へ逆駆動トルクが伝達される。この逆駆動トルクは減速機の内部機構に過大な応力（負荷）を与え、その内部機構に損傷を与えることがある。研究の結果、減速機の伝達効率が高い場合に、減速機の内部機構にかかる応力（負荷）が小さく、逆駆動に対して損傷を与えにくいことが分かった。

伝達効率を高くする観点から様々な構成の減速機を検討した結果、平行軸歯車機構とセンタークランク型偏心揺動型歯車機構（以下、「揺動型歯車機構」ということがある）とをこの順で配置し、かつ偏心揺動型歯車機構の減速比を適切に選択することにより、特に伝達効率を高くできることが判明した。図４は、揺動型歯車機構の減速比Ｒｇ（入力回転速度を出力回転速度で除して得られる速度の比）と伝達効率Ｅｇとの関係をプロットしたグラフｇ１を示す。このデータから、減速比Ｒｇが３５以下である場合に伝達効率が高く、減速比Ｒｇが３５を超える場合に伝達効率が顕著に低下することが分かった。また、減速比Ｒｇが１７以下の場合に伝達効率が一層高くなることもわかった。なお、この減速機では、平行軸歯車機構の減速比が伝達効率に与える影響は小さかった。ここで、伝達効率とは、入力トルクに対する出力トルクの割合であり、（出力トルク）÷（入力トルク×減速比）×１００％で得られる。

さらに、当該ロボットにおいて、逆駆動による損傷を防ぐ観点から、外力に応じてモータに退避動作させる構成を検討した。例えば、減速機の出力側にトルクセンサを設け、その検知結果に応じてモータに退避動作させることが考えられる。しかし、この構成では、トルクセンサが外力によって破損する可能性があり、トルクセンサやその配線を設けるためのスペースが余計にかかり、コスト面でも不利である。このため、トルクセンサを用いずに、モータ電流などのモータの回転に関する情報に基づいて外力の状態を識別する構成を検討した。この結果、上述のトルクセンサを用いることなく、退避動作できることが分かった。

以上のことから、平行軸歯車機構とセンタークランクタイプの偏心揺動型歯車機構の組合せで、かつ偏心揺動型歯車機構の減速比Ｒｇが３５以下の減速機を用いて、モータの回転に関する情報に基づいてモータを退避動作させることで、低コストで外力（逆駆動）に対応可能なロボットを提供できるといえる。以下、これらの知見に基づくロボットを実施の形態を例に説明する。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［実施の形態］
以下、図面を参照して、実施の形態に係るロボット１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るロボット１００を概略的に示す側面図である。ロボット１００は、先端側から基端側の間に複数の関節を介して接続された複数のアームを有する多関節ロボットである。本実施形態のロボット１００は、関節４０と、アーム４２とを有する。また、ロボット１００は、外力に応じて退避動作を行うために、モータの回転に関する情報を取得する取得部５２と、当該情報に基づいて、外力が作用したことを検知し、退避動作を行う制御部５４とを有する。先に関節４０とアーム４２とを説明し、取得部５２および制御部５４については後述する。

関節４０は、先端側から順に第１関節４０ａと、第２関節４０ｂと、第３関節４０ｃと、第４関節４０ｄと、第５関節４０ｅと、第６関節４０ｆとを含む。アーム４２は、第１アーム４２ａと、第２アーム４２ｂと、第３アーム４２ｃと、第４アーム４２ｄと、第５アーム４２ｅと、第６アーム４２ｆとを含む。第１アーム４２ａは、第１関節４０ａの先端側（出力側）に接続される。第２～第６アーム４２ｂ～４２ｆは、第１～第６関節４０ａ～４０ｆの間に接続される。第６関節４０ｆの基端側は基台４２ｇに接続され、基台４２ｇは設置面Ｇｆに固定的に接続されている。

関節４０には、モータ３８と減速機６とが組み込まれる。モータ３８から減速機６に回転駆動力が入力されると、減速機６の出力部材が減速回転して、アーム４２が関節４０の軸心を中心として回転する。ロボット１００では、第１アーム４２ａの出力側に取付けられたツール４２ｈが所定の軌跡に沿って移動するように、各モータ３８の回転が制御される。本実施形態のロボット１００のように複数の関節４０を有する場合、全ての関節に本発明の対象となる減速機が組み込まれている必要はなく、少なくとも一つの関節に本発明の対象となる減速機が組み込まれていればよい。特に先端側の関節に本発明の対象となる減速機が組み込まれているのが好ましい。

モータ３８は、減速機６に回転駆動力を入力可能なものであればよく、種々の原理に基づくモータを採用できる。本実施形態のモータ３８は、サーボモータである。この場合、小型で出力が大きく、比較的長寿命でメンテナンスが殆ど不要である点で好ましい。

減速機６を説明する。図２は、減速機６を示す側断面図である。減速機６は、平行軸歯車機構８と、平行軸歯車機構８の出力回転が入力される偏心揺動型歯車機構１０とを有する。偏心揺動型歯車機構１０は、後述する偏心体軸１２が内歯歯車の軸心に配置されるセンタークランクタイプである。本実施形態では、平行軸歯車機構８と、偏心揺動型歯車機構１０とは、後述するケーシング２０に収納されている。

以下、偏心揺動型歯車機構１０の内歯歯車１６（後述する）の中心軸線Ｌａに沿った方向を「軸方向」といい、その中心軸線Ｌａを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。また、以下、便宜的に、軸方向の一方側（図中右側）を入力側といい、他方側（図中左側）を反入力側という。

平行軸歯車機構８は、駆動軸８ａと、駆動歯車８ｂと、従動歯車８ｃとを有する。この例では、駆動軸８ａは、モータ３８の出力軸である。駆動軸８ａは、中心軸線Ｌａからオフセットした位置に、中心軸線Ｌａに平行に延びている。駆動軸８ａは、モータ３８と共にケーシング２０の入力側側面部２０ｃに設けられたモータ取付孔２０ｈからケーシング２０の反入力側に進入している。駆動歯車８ｂは、駆動軸８ａの外周に固定されている。従動歯車８ｃは、駆動軸８ａと平行に延びる偏心体軸１２の外周に固定されており、駆動歯車８ｂと噛合う。駆動歯車８ｂおよび従動歯車８ｃは、平歯車であってもよいし、斜歯歯車など他の種類の歯車であってもよい。

偏心揺動型歯車機構１０は、内歯歯車と噛み合う外歯歯車を揺動させることで、内歯歯車および外歯歯車の一方に自転を生じさせ、その生じた運動成分を出力部材から被駆動部材に出力する偏心揺動型歯車装置である。この例の偏心揺動型歯車機構１０は、外歯歯車の自転を拘束して内歯歯車に自転を生じさせ、内歯歯車から回転を出力する。

本実施形態の偏心揺動型歯車機構１０は、偏心体軸１２と、外歯歯車１４と、内歯歯車１６と、伝達部材１８と、ケーシング２０と、軸受支持部２２と、偏心体軸軸受２４と、中央軸受２６と、偏心軸受２８と、内ピン３０と、つば部材３２と、出力部材３４と、主軸受３６とを備える。

（ケーシング）
ケーシング２０は、内歯歯車１６を環囲する筒部２０ｂと、内歯歯車１６の入力側の側部に設けられる入力側側面部２０ｃとを有する。軸受支持部２２は、入力側側面部２０ｃの中央部から反入力側に伸びる部分であり、この例では単一の素材により入力側側面部２０ｃと一体的に形成されている。軸受支持部２２は、中心軸線Ｌａを囲む中空筒形状を有する。つば部材３２は、中空円形の部材で、ケーシング２０の筒部２０ｂの反入力側の端部にボルトＢ４によって固定される。つば部材３２の内周側は、筒部２０ｂより半径方向内側に延出し、主軸受３６の反入力側の一部を覆う。つば部材３２は、筒部２０ｂより半径方向外側に張出している。つば部材３２は、関節４０の筐体（不図示）などに固定される。

内歯歯車１６と外歯歯車１４とは、互いに噛合う。出力部材３４は、内歯歯車１６の自転と同期する。ケーシング２０は、外歯歯車１４の自転と同期する。主軸受３６は、出力部材３４と筒部２０ｂとの間に配置される。軸受支持部２２の外周には、偏心体軸１２を支持する偏心体軸軸受２４が配置される。

（偏心体軸）
偏心体軸１２は、平行軸歯車機構８の従動歯車８ｃから入力される回転動力によって回転中心線周りに回転させられる。偏心体軸１２は、偏心体軸軸受２４を介してケーシング２０の軸受支持部２２に支持されており、ケーシング２０に対して回転自在に支持されている。

図２に示すように、偏心体軸１２の入力側の端部は、駆動軸８ａの反入力側の端部より入力側に位置している。つまり、径方向から見て、偏心体軸１２と駆動軸８ａとは一部において重なっている。平行軸歯車機構８は、偏心揺動型歯車機構１０の軸方向範囲に含まれている。また、軸方向から見て、駆動軸８ａは外歯歯車１４と重なっている。また、駆動軸８ａの反入力側の端部は外歯歯車１４と軸方向に対向している。

偏心揺動型歯車機構１０は、偏心体軸１２が内歯歯車１６の中心軸心Ｌａに配置されるセンタークランクタイプの偏心揺動型歯車装置である。偏心体軸１２は、外歯歯車１４を揺動させるための複数の偏心部１２ａを有する。偏心部１２ａの軸芯は、偏心体軸１２の回転中心線に対して偏心している。本実施形態では２個の偏心部１２ａが設けられ、隣り合う偏心部１２ａの偏心位相は１８０°ずれている。

（外歯歯車）
外歯歯車１４は、複数の偏心部１２ａのそれぞれに対応して個別に設けられ、偏心体軸１２の回転に基づき揺動回転する。外歯歯車１４は、偏心軸受２８を介して対応する偏心部１２ａに回転自在に支持される。外歯歯車１４の外周には、外歯１４ａが形成される。外歯歯車１４は、内歯歯車１６の内歯と噛合いつつ移動することで揺動する。

外歯歯車１４には、その軸心からオフセットされた位置に複数の内ピン孔１４ｈが設けられる。内ピン孔１４ｈそれぞれには内ピン３０が貫通する。内ピン３０と内ピン孔１４ｈの間には外歯歯車１４の揺動成分を吸収するための遊びとなる隙間が設けられる。内ピン３０と内ピン孔１４ｈの内壁面とは一部で接触する。

（内歯歯車）
内歯歯車１６は、その内周部に外歯歯車１４と噛み合う内歯１６ａを有する中空円筒形の部材である。内歯歯車１６の内歯１６ａの数は、本実施形態において、外歯歯車１４の外歯数より一つ多い。内歯歯車１６は、外歯歯車１４の揺動回転に基づいて外歯歯車１４に対して相対回転する。

（伝達部材）
伝達部材１８は、内歯歯車１６と出力部材３４との間に設けられる中空円形の部材である。この例の伝達部材１８は、外歯歯車１４の反入力側の側部に配置される。伝達部材１８は、内歯歯車１６からの動力を出力部材３４に伝達する。伝達部材１８は、ボルトＢ１によって内歯歯車１６の反入力側の側部に固定される。伝達部材１８の内周面と軸受支持部２２の外周面との間に中央軸受２６が設けられる。伝達部材１８は、中央軸受２６を介して軸受支持部２２に回転自在に支持される。

偏心体軸軸受２４は、偏心体軸１２と軸受支持部２２との間に配置され、偏心体軸１２を支持する。偏心軸受２８は、偏心部１２ａと外歯歯車１４との間に配置され、偏心運動を外歯歯車１４に伝達する。中央軸受２６は、伝達部材１８と軸受支持部２２との間に配置され、伝達部材１８を支持する。中央軸受２６は、偏心体軸軸受２４の反入力側の側部に隣接配置される。

主軸受３６は、出力部材３４とケーシング２０の筒部２０ｂとの間に配置され、出力部材３４を支持する。本実施形態では、偏心体軸軸受２４、中央軸受２６および偏心軸受２８は球状の転動体を有する玉軸受けであり、主軸受３６は円筒状のころを転動体とするクロスローラベアリングである。これらの軸受は、別形式の軸受であってもよい。

（内ピン）
内ピン３０は、外歯歯車１４と出力部材３４との間で動力を伝達する棒状の部材であり、周方向に離隔して複数設けられる。この例の内ピン３０は、入力側側面部２０ｃに圧入固定され、入力側側面部２０ｃから外歯歯車１４の内ピン孔１４ｈを貫通して反入力側に延びている。内ピン３０は、内ピン孔１４ｈの一部と当接しており、外歯歯車１４の自転を拘束しその揺動のみを許容している。

（出力部材）
出力部材３４は、伝達部材１８を介して内歯歯車１６からの動力が伝達される円形の部材である。出力部材３４は、内歯歯車１６および伝達部材１８と一体的に回転する。出力部材３４は、外歯歯車１４の軸方向で反入力側の側部に配置され、主軸受３６の径方向内側に設けられる。出力部材３４は、ボルトＢ２によって伝達部材１８の反入力側の側部に固定される。出力部材３４は、主軸受３６を介してケーシング２０の筒部２０ｂに回転自在に支持されている。出力部材３４の反入力側の側部に、被駆動部材４６がボルトＢ５によって固定される。出力部材３４は、被駆動部材４６に回転駆動力を出力する。被駆動部材４６は、関節４０によって支持されるアーム４２に連結される。

以上のように構成された減速機６の動作を説明する。モータ３８が回転すると駆動歯車８ｂと、これに噛合う従動歯車８ｃと偏心体軸１２とが一体的に回転する。偏心体軸１２が回転すると、偏心体軸１２の偏心部１２ａが偏心回転する。偏心部１２ａが偏心回転すると、偏心軸受２８を介して外歯歯車１４が揺動する。このとき、外歯歯車１４は、自らの軸芯が偏心体軸１２の回転中心線周りを回転するように揺動する。

外歯歯車１４が揺動すると、外歯歯車１４と内歯歯車１６の噛合位置が順次ずれる。この結果、偏心体軸１２が一回転する毎に、外歯歯車１４と内歯歯車１６との歯数差に相当する分、外歯歯車１４および内歯歯車１６の一方の自転が発生する。本実施形態においては、内歯歯車１６が自転し、伝達部材１８を介して出力部材３４から減速回転が出力される。出力部材３４が回転すると、出力部材３４に固定された被駆動部材４６が回転する。被駆動部材４６が回転すると、被駆動部材４６に連結されたアーム４２が回転する。

次に、取得部５２および制御部５４を説明する。図３は、ロボット１００を概略的に示すブロック図である。図３に示す各機能ブロックは、ハードウエア的には、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウエア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。

取得部５２および制御部５４は、逆駆動による減速機６の損傷を防ぐために、外力に応じて退避動作を行うようにモータ３８を制御する（以下、「退避制御」という）。上述したように、取得部５２は、モータ３８の回転に関する情報を取得する取得手段として機能する。制御部５４は、取得部５２の取得結果に基づき外力を検知し、退避動作を行う制御手段として機能する。

モータ３８の回転に関する情報としては、モータの出力軸のねじれ、モータの回転速度、モータの駆動電圧（ＰＷＭ駆動信号のデューティ比）、モータの電流などが挙げられる。本実施形態では、モータ３８の回転に関する情報は、モータ３８の駆動電流Ｉｍであり、取得部５２は、駆動電流Ｉｍを検知する電流センサ５２ｓを含む。本実施形態の電流センサ５２ｓは、モータ３８に直列接続された小抵抗値のシリーズ抵抗である。取得部５２は、シリーズ抵抗の電圧降下として駆動電流Ｉｍを検知できる。

本実施形態の制御部５４は、第１受付部５４ａと、第２受付部５４ｂと、外力検知部５４ｃと、モータ駆動部５４ｄと、退避制御部５４ｅとを主に含む。第１受付部５４ａは、上位制御システム４からの位置指令情報と、位置センサ４ｓからの各アーム４２の位置情報との差に関する情報を受付ける。上位制御システム４は、例えば、ロボット１００の各関節４０の動作を制御するマスタシステムであってもよい。第１受付部５４ａは、受付け結果に基づいて位置指令信号Ｐｓを生成する。

第２受付部５４ｂは、取得部５２の電流センサ５２ｓから駆動電流Ｉｍを受付ける。例えば、第２受付部５４ｂは、駆動電流Ｉｍをデジタル信号に変換するＤＡコンバータを含んで構成できる。

外力検知部５４ｃは、取得部５２の取得結果に基づいて関節４０に作用する外力を検知する。例えば、外力検知部５４ｃは、モータ３８を駆動する駆動電圧Ｖｄと、駆動電流Ｉｍとに基づいて外力を検知できる。一例として、外力検知部５４ｃは、外力がない場合の駆動電圧Ｖｄと駆動電流Ｉｍとの関係に関する情報を予め記憶しておき、新たに検知された駆動電圧Ｖｄおよび駆動電流Ｉｍと、この記憶情報とに応じて外力を推定できる。例えば、記憶情報から回帰線（線形回帰、多項式回帰を含む）を求め、この回帰線からの乖離の大きさから外力を推定できる。

退避制御部５４ｅは、外力検知部５４ｃで推定した外力に基づき退避動作を決定する。一例として、退避制御部５４ｅは、この外力の大きさの区分に応じて、退避せず、減速、停止、逆転させるなどの退避情報Ｐｃを生成できる。

モータ駆動部５４ｄは、位置指令信号Ｐｓと退避情報Ｐｃとに基づいて決定した大きさの駆動電圧Ｖｄをモータ３８に供給する。モータ駆動部５４ｄは、ＰＷＭインバータを含んで構成できる。駆動電圧Ｖｄの大きさはＰＷＭ駆動信号のデューティ比によって定まる。退避情報Ｐｃが「退避せず」の場合、モータ駆動部５４ｄは、位置指令信号Ｐｓに応じた駆動電圧Ｖｄを供給する。退避情報Ｐｃが「減速」の場合、モータ駆動部５４ｄは、デューティ比を小さくした駆動電圧Ｖｄを供給する。退避情報Ｐｃが「停止」の場合、モータ駆動部５４ｄは、駆動電圧Ｖｄのデューティ比をゼロ％にする。退避情報Ｐｃが「逆転」の場合、モータ駆動部５４ｄは、逆転用の駆動電圧Ｖｄを供給する。

このように構成された取得部５２および制御部５４によれば、外力に応じてモータ３８を退避制御することができるので、逆駆動による減速機６の損傷の防止を図れるとともに、人がロボットに接触したときの衝撃を緩和することもできる。また、トルクセンサを減速機の出力側に設けた構成と比較して、トルクセンサが外力によって破損する可能性を少なくでき、トルクセンサを設けるためのスペースやコストの面で有利である。

次に、減速機６の減速比Ｒｓを説明する。減速比Ｒｓは、偏心揺動型歯車機構１０の減速比Ｒｇと平行軸歯車機構８との減速比Ｒｐとの積である。図４のグラフｇ１は、偏心揺動型歯車機構１０の減速比Ｒｇと伝達効率Ｅｇとの関係を示している。グラフｇ１に示すように、減速比Ｒｇが３５以下の場合に伝達効率Ｅｇは高く、減速比Ｒｇが３５を超える場合に伝達効率Ｅｇは一気に低下する。また、減速比Ｒｇが１７以下の場合に伝達効率Ｅｇはより一層高くなる。伝達効率Ｅｇを高める観点からは、減速比Ｒｇは３５以下に設定されてもよい。

偏心揺動型歯車機構１０を製造する際、内歯１６ａおよび外歯１４ａの歯形状には製造誤差が不可避的に含まれる。この製造誤差は、歯同士の隙間変動や当接タイミングの変動を招き、偏心揺動型歯車機構１０の伝達効率に悪影響を及ぼす可能性がある。この製造誤差に対するマージンを確保するためには、減速比Ｒｇは１７以下であることが望ましい。この範囲内であれば、製造誤差が伝送効率に与える影響は実用上問題ないレベルを確保できることが示唆されている。本実施形態の減速比Ｒｇは１５に設定されており、偏心揺動型歯車機構１０の伝達効率は９５％である。

平行軸歯車機構８の減速比Ｒｐは、減速機６の所望の減速比Ｒｓを偏心揺動型歯車機構１０の減速比Ｒｇで除した結果に設定されてもよい。減速比Ｒｐが大きすぎると、駆動歯車８ｂと従動歯車８ｃとの径比が大きくなり、バックラッシュの増加などにより伝達精度が低下する。伝達精度を確保するためには、減速比Ｒｐは５以下であることが望ましい。この範囲内であれば、伝達精度は実用上問題ないレベルを確保できることが示唆されている。本実施形態の減速比Ｒｐは５に設定されている。

適切な退避制御を可能とするためには、減速機６の減速比Ｒｓは１７５以下であることが望ましく、８５以下であることがより望ましい。また、減速機６の減速比Ｒｓが小さすぎると、アーム４２の駆動力が小さくなる。アーム４２の駆動力を確保するためには、減速機６の減速比Ｒｓは５０以上であることが望ましい。減速機６の減速比Ｒｓが５０～１７５の範囲内、より望ましくは５０～８５の範囲内であれば、退避制御の精度およびアーム４２の駆動力は実用上問題ないレベルを確保できることが示唆されている。本実施形態の減速比Ｒｓは７５に設定されている。

減速機６の効率が低すぎると、減速機の出力側からモータ側に外力が伝達されるまでのタイムラグが大きくなり、外力を検知して退避制御を行うまでの間に減速機６に損傷が発生するおそれがある。減速機６が損傷する前にモータ側で外力を検知し退避制御を行うためには、減速機６の効率は８０％以上であることが望ましい。この範囲内であれば、退避制御を実用上問題ないレベルで実施できることが示唆されている。本実施形態の減速機６の伝達効率は９０％である。

以上のように構成されたロボット１００によれば、減速機６の出力側にトルクセンサを設けることなく外力に対応可能なロボットを提供できる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

［変形例］
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

実施の形態の説明では、退避動作は、モータについて減速、停止、逆転を行う例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、退避動作は、モータの減速、停止、逆転の何れかを行うものであってもよいし、他の動作を行うものであってもよい。

実施の形態の説明では、駆動電圧Ｖｄと駆動電流Ｉｍとから、回帰分析により外力を推定する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、駆動電圧Ｖｄと駆動電流Ｉｍなどのモータの回転に関する情報と外力とのデータをもとに公知の機械学習（教師有り学習を含む）により生成された外力推定モデルを用いて、外力を推定してもよい。この場合、制御部５４は、この外力推定モデルを記憶する記憶部を備えてもよい。また、制御部５４は、機械学習により外力推定モデルを生成するモデル生成部を備えてもよい。

実施の形態の説明では、偏心揺動型歯車機構１０は、内歯歯車１６から回転が出力される例を示したが、本発明はこれに限定されない。偏心揺動型歯車機構は、内歯歯車が固定され、外歯歯車から回転が出力される構成であってもよい。

実施の形態の説明では、ロボットが６つの関節を有する多関節ロボットである例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ロボットは水平多軸型ロボット（スカラ型ロボット）であってもよい。また、関節の数に限定はない。本発明のロボットは、人と隔離されることなく、人の近くで稼動する協働ロボット、サービスロボット、ロボット台車などに好適に使用されるが、これに限定されるものではない。

実施の形態の説明では、筒部２０ｂと、入力側側面部２０ｃと、軸受支持部２２とが単一の素材で一体的に構成される例を示したが、これらは別々に形成されて結合されてもよい。

実施の形態の説明では、外歯歯車１４を２枚備える例を示したが、本発明はこれに限定されない。外歯歯車１４は１枚または３枚以上設けられてもよい。

実施の形態の説明では、内ピン３０が入力側のみが支持される例を示したが、本発明はこれに限定されない。外歯歯車の反入力側にキャリヤを設け、内ピンの反入力側をこのキャリヤに固定してもよい。

上述の各変形例は実施の形態と同様の作用・効果を奏する。

上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

６・・・減速機、８・・・平行軸歯車機構、１０・・・偏心揺動型歯車機構、１２・・・偏心体軸、１４・・・外歯歯車、１４ａ・・・外歯、１６・・・内歯歯車、１６ａ・・・内歯、３８・・・モータ、４０・・・関節、４２・・・アーム、５２・・・取得部、５４・・・制御部、５４ｃ・・・外力検知部、１００・・・ロボット。

Claims

モータおよび減速機が組み込まれた関節を有するロボットであって、
前記モータの回転に関する情報を取得する取得手段と、
前記取得手段が取得した情報に基づいて、外力が作用したことを検知し、退避動作を行う制御手段と、を有し、
前記減速機は、平行軸歯車機構と、平行軸歯車機構の出力回転が入力される偏心揺動型歯車機構と、を有し、
前記偏心揺動型歯車機構は、偏心体軸が内歯歯車の軸心に配置されるセンタークランクタイプであり、かつ減速比が３５以下であり、
前記平行軸歯車機構は、駆動歯車と、駆動歯車の中心軸線からオフセットした中心軸線を有する従動歯車と、を有し、
前記従動歯車は、前記偏心体軸に固定され、前記偏心体軸と一体的に回転することを特徴とするロボット。
前記平行軸歯車機構の減速比は５以下であることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
モータおよび減速機が組み込まれた関節を有するロボットであって、
前記モータの回転に関する情報を取得する取得手段と、
前記取得手段が取得した情報に基づいて、外力が作用したことを検知し、退避動作を行う制御手段と、を有し、
前記減速機は、平行軸歯車機構と、平行軸歯車機構の出力回転が入力される偏心揺動型歯車機構と、を有し、
前記偏心揺動型歯車機構は、偏心体軸が内歯歯車の軸心に配置されるセンタークランクタイプであり、かつ減速比が３５以下であり、
前記平行軸歯車機構は、駆動歯車と、駆動歯車の中心軸線からオフセットした中心軸線を有する従動歯車と、を有し、
前記偏心体軸は、当該偏心体軸の内周に配置される偏心体軸軸受に支持されることを特徴とするロボット。
前記従動歯車と前記偏心体軸軸受は、径方向から見て重なることを特徴とする請求項３に記載のロボット。