JPWO2009093451A1

JPWO2009093451A1 - ロボットアーム

Info

Publication number: JPWO2009093451A1
Application number: JP2009550470A
Authority: JP
Inventors: 総一郎藤岡; 水野　修; 修水野; 松川　善彦; 善彦松川; 晃庸奥田; 東條　剛史; 剛史東條; 高橋　里枝; 里枝高橋; 中村　徹; 徹中村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: CN101925444A; US20110036188A1; JP5017379B2; US8286528B2; WO2009093451A1; CN101925444B

Abstract

ロボットアームは、軸２２を有する駆動ギヤ２３と、駆動ギヤ２３の軸２２を中心として回動可能なギヤフレーム２８と、駆動ギヤ２３に連動して、ギヤフレーム２８に固定された軸２４回りに前記駆動ギヤとは反対方向に回動可能な第１の従動ギヤ２５と、駆動ギヤ２３に対して第１の従動ギヤ２５をロック可能な伝達制御機構部３０と、第１の従動ギヤ２５に連動するアーム４と、アーム４と障害物との衝突を検知可能な衝突検知部９とを備える。伝達制御機構部は、衝突検知部によるアーム４と障害物との衝突の検知に応じて、駆動ギヤ２３に対する従動ギヤ２５のロックを解除する。このロボットアームによれば、衝突による衝撃力を迅速に緩和することが可能である。

Description

本発明は、人と障害物との衝突による影響を緩和することが可能なロボットアームに関するものである。

従来、障害物への衝突回避や衝突による衝撃力を緩和する技術に関して、さまざまな提案がなされている。

例えば、特許文献１には、ロボットアームが障害物に衝突したことを検知した後に、アームとアームとを連結している関節部を駆動するモータに流す電流の向きを反転させることにより、衝突前に与えられたトルクとは逆向きのトルクをアームに与える技術が開示されている。

従来のロボットアームでは、モータに流す電流の向きが反転されて、ロボットアームに逆向きのトルクが与えられると、ロボットアームは、減速過程・停止過程を経た後に反転する。このため、衝突を回避する方向または衝突による衝撃力を緩和する後退方向にロボットアームを移動させるまでには相応の遅れが生じていた。一般に、ロボットアームにおいては、駆動トルクを稼ぐためにモータ出力に減速機が組み込まれている。このため、ロボットアーム動作時のモータの回転数が比較的高くなるため、モータの減速から反転に至る時間が大きくなる傾向がある。すなわち、従来のロボットアームでは、ロボットアームの反転に至るまでの時間が大きくなり、衝突回避や衝撃力緩和のための反転動作の応答性が不十分であるという課題がある。
特開２００５−５９１７１号公報

発明の概要

本発明の目的は、衝突による影響を緩和することを可能にするロボットアームを提供することである。

本発明の一局面に従うロボットアームによれば、ロボットアームは、軸を有する駆動ギヤと、前記駆動ギヤの前記軸を中心として回動可能なギヤフレームと、前記駆動ギヤに連動して、前記ギヤフレームに固定された軸回りに前記駆動ギヤとは反対方向に回動可能な第１の従動ギヤと、前記駆動ギヤに対して前記第１の従動ギヤをロック可能な伝達制御機構部と、前記第１の従動ギヤに連動するアームと、前記アームと障害物との衝突を検知可能な衝突検知部とを備え、前記伝達制御機構部は、前記衝突検知部による前記アームと前記障害物との衝突の検知に応じて、前記駆動ギヤに対する前記第１の従動ギヤのロックを解除する。

本発明の実施の形態１におけるロボットアームの構成を示す構成図である。同ロボットアームにおける関節部の構成を示す構成図である。同ロボットアームにおける歯車伝達制御機構部の構成を示す構成図である。同ロボットアームの電気的な構成を示すブロック図である。同ロボットアームの動作の流れを説明するフローチャートである。同ロボットアームの動作を説明する説明図である。同ロボットアームにおける撮像部の配置を示す配置図である。本発明の実施の形態２におけるロボットアームの関節部の構成を示す構成図である。本発明の実施の形態３におけるロボットアームの関節部の構成を示す構成図である。同ロボットアームにおける関節部の要部構成を示す構成図である。本発明の実施の形態４におけるロボットアームの関節部の構成を示す構成図である。

発明を実施するための形態

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態１）
まず、図１を参照しながら、本発明の実施の形態１におけるロボットアームの構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるロボットアーム１の構成を示す構成図である。

ロボットアーム１は、複数のアームを連結した多関節型ロボットアームであって、例えば、図１に示すように、物を把持するハンド２と、アーム４，６と、アーム基台部８と、関節部３，５，７とを備えている。

ハンド２とアーム４は、関節部３を介して連結されている。アーム４とアーム６は関節部５を介して連結されている。アーム６とアーム基台部８は関節部７を介して連結されている。

ロボットアーム１は、さらに、人物や移動または静止している物体などの障害物７２との衝突を検知する衝突検知部９と、入力部１０と、入力部１０からの操作指令および衝突検知部９の検知出力に基づいて関節部３、５および関節部７の動作を制御する制御部１１と、を備えている。

そして、ロボットアーム１は、入力部１０からの操作指令に従って、各関節部３、５、７に備えたモータ３５（図４参照）を駆動することにより、ハンド２およびアーム４、６の姿勢や位置を変えることができる。また、ロボットアーム１は、後述するように、衝突検知部９によってアーム４，６と障害物７２との衝突を検知したときには、障害物７２から離れるようにアーム４またはアーム６を退避させることができる。なお、ハンド２は、公知のアクチュエータを備えており、物を把持することができる。

関節部３は、公知の駆動用のモータ３５を備えており、ハンド２を回動させることができる。関節部５は、アーム４とアーム６とを回動自在に連結し、公知の駆動用のモータ３５を備えている。このため、関節部５に設けられたモータ３５を駆動することによって、アーム６に対してアーム４を回動させることができる。これにより、アーム６に対するアーム４の姿勢を変えることができる。同様に、関節部７は、アーム基台部８とアーム６とを回動自在に連結し、モータ３５を駆動することによってアーム基台部８に対してアーム６を回動させる。

アーム４の表面には、障害物７２との接触を検出する接触センサ１２が設けられている。同様に、アーム６の表面には、障害物７２との接触を検出する接触センサ１３が設けられている。

接触センサ１２、１３は、例えば、導電性感圧インクで印刷された縦横パターンの交点における抵抗変化に基づいて障害物７２との接触の有無を検知する。この導電性感圧インクのパターンを有するシートを内側に設け、スペーサを間に入れて外皮で覆う。障害物７２が外皮と接触すると、スペーサを介して内側のシートが押え付けられて抵抗が変化し、これにより接触センサ１２、１３が作動（以下、「ＯＮ」と記す）する。

衝突検知部９は、障害物７２との接触を検出する各接触センサ１２、１３からの出力に応じて、どの部位が障害物７２と衝突しているかを検知し、制御部１１にその情報を出力する。すなわち、衝突検知部９は、接触センサ１２，１３の縦横パターンの交点における抵抗変化により、障害物７２の衝突部位を検知可能である。そして、衝突検知部９は、例えば接触センサ１２がＯＮしたときには、アーム４と障害物７２とが衝突したことを検知するとともに、その衝突部位を検知する。同様に、衝突検知部９は、接触センサ１３がＯＮしたときには、アーム６と障害物７２とが衝突したことを検知するとともに、その衝突部位を検知する。

なお、アーム４、６と障害物７２とが衝突していないときには、接触センサ１２、１３は、非作動（以下、「ＯＦＦ」と記す）となっている。このとき、衝突検知部９は、制御部１１に対して、情報を出力しない。

入力部１０は、各種入力デバイス等から操作指令を入力し、後述する制御部１１にその操作指令を出力する。入力デバイスとして、例えば、公知のキー入力、ジョイステック、タッチパネルなどを使用することができる。なお、ロボットアーム１が自律移動可能に構成される場合には、入力部１０は、外部に構成される上位制御部（図示せず）からの操作指令を受信して、当該操作指令を入力する。

制御部１１は、各種機能を実行するためのプログラムに従ってデータを判断し、演算を実行する中央制御装置（以下、「ＣＰＵ」と記す）と、各種プログラムなどを記憶している読み出し専用メモリのリード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）と、データを一時格納する書き換え可能なランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）と、を備えている。制御部１１は、外部から入力される情報に応じたプログラムを実行することにより、入力部１０からの入力した操作指令および衝突検知部９の検知出力に基づいて、関節部３、５、７の動作を制御することができる。

制御部１１は、衝突検知部９により衝突を検知したときには、障害物７２から離れるようにアーム４またはアーム６を退避させる。例えば、制御部１１は、接触センサ１２がＯＮしたことを衝突検知部９によって検知したときには、アーム４が障害物７２から離れるように関節部５を制御する。すなわち、アーム４の移動方向が反転するように関節部５が制御される。同様に、制御部１１は、接触センサ１３がＯＮしたことを衝突検知部９によって検知したときには、アーム６が障害物７２から離れるように関節部７を制御する。すなわち、アーム６の移動方向が反転するように関節部７が制御される。

制御部１１は、ＣＰＵで衝突検知部９からの出力をハードウェア割り込みにより受け付け、退避動作を行うためのプログラムを実行する。これにより、衝突があった場合の応答を速くすることができる。衝突を検知したときの退避動作の詳細については後述する。

次に、図２を参照しながら、衝突した障害物７２からアーム４を退避させることができる関節部５の構成について説明する。図２は本発明の実施の形態１におけるロボットアーム１の関節部５の構成を示す構成図である。

図２に示すように、関節部５は、アーム４とアーム６とを連結している。関節部５は、モータ３５と反転歯車機構部２９とを備え、アーム６に固定されているモータ３５を駆動することにより、反転歯車機構部２９を介してアーム４を回動する。

モータ３５は、モータ３５の軸２０の先端に固定されているモータ出力ギヤ２１を回動させて反転歯車機構部２９を駆動する。そして、反転歯車機構部２９は、モータ出力ギヤ２１の駆動力をアーム４に伝達する。これにより、モータ３５の軸２０を回動させることで、アーム４を軸２２回りに回動させることができる。モータ３５には減速機（図示を省略）が組み込まれており、モータ３５の軸２０は、減速機によって減速された出力をする。

反転歯車機構部２９は、モータが固定されたアーム（第１部材）６に固定されている軸２２を中心に回動可能なギヤフレーム２８と、軸２２に回動可能に設けられた外歯歯車からなる駆動ギヤ２３と、ギヤフレーム２８に固定されている軸２４に回動可能に設けられた外歯歯車からなる従動ギヤ（第１の従動ギヤ）２５とを備えている。ギヤフレーム２８は、例えば、貫通孔を有する板材で構成されており、このギヤフレーム２８の貫通孔を軸２２が貫通している。これにより、ギヤフレーム２８は、軸２２を中心として回動可能となっている。そして、貫通孔から突出した軸２２の先端部に駆動ギヤ２３が回動可能に取り付けられている。

駆動ギヤ２３と従動ギヤ２５とは互いに噛み合っていて、これらのギヤ２３，２５は、互いに回動方向が異なるように駆動力を伝達する反転歯車機構部２９を構成している。

従動ギヤ２５は、アーム（第２部材）４に一体的に取り付けられている。これにより、アーム４は、従動ギヤ２５の回動に伴って、軸２４を中心として従動ギヤ２５と一緒に回動する。

次に、図３を用いて、反転歯車機構部２９の反転歯車回動をロックまたはロック解除する伝達制御機構部３０の動作について説明をする。

図３は本発明の実施の形態１におけるロボットアーム１の伝達制御機構部３０の構成を示す構成図であり、図３（ａ）は反転歯車機構部２９の反転歯車回動をロックしたときの構成を示す構成図、図３（ｂ）は反転歯車機構部２９の反転歯車回動のロックを解除したときの構成を示す構成図である。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、ロボットアーム１は、ギヤフレーム２８に駆動ギヤ２３に対する従動ギヤ２５の回動をロックするための、または当該ロックを解除するための伝達制御機構部３０を備えている。

伝達制御機構部３０は、ギヤフレーム２８に固定され、ソレノイドを内蔵する切換え部本体３１と、切換え部本体３１のオンオフを切り換えることにより、切換え部本体３１に対してＡ方向またはＢ方向に移動可能な軸（プランジャ）２６と、軸２６の先端部に設けられた従動ギヤ（第２の従動ギヤ）２７とを備えている。従動ギヤ２７は、軸２６に回動可能に設けられている。

従動ギヤ２７は、軸２６の進退移動に伴って移動する。すなわち、従動ギヤは、ロック位置とロック解除位置との２位置を取り得る。ロック位置は、駆動ギヤ２３及び従動ギヤ２５の双方に従動ギヤ２７が噛み合わせ可能な位置である。一方、ロック解除位置は、従動ギヤ２７が従動ギヤ２５には噛み合うが、駆動ギヤ２３には噛み合わない位置である。

すなわち、伝達制御機構部３０は、図３（ａ）に示すように、駆動ギヤ２３および従動ギヤ２５の反転歯車回動をロックするときには、軸２６をＡ方向に移動させる。これにより、従動ギヤ２７は、駆動ギヤ２３及び従動ギヤ２５の双方と噛み合うロック位置に移動する。これにより、駆動ギヤ２３と従動ギヤ２５の反転歯車回動がロックされる。このとき、アーム４は、駆動ギヤ２３の回動に伴って、ギヤフレーム２８、従動ギヤ２５及び従動ギヤ２７と一体となって軸２２を中心に回動する。

一方、伝達制御機構部３０は、図３（ｂ）に示すように、駆動ギヤ２３および従動ギヤ２５のロックを解除するときには、軸２６をＢ方向に移動させる。これにより、従動ギヤ２７は、駆動ギヤ２３との噛み合いが解除されるロック解除位置に移動する。このロック解除位置では、従動ギヤ２７は、従動ギヤ２５とのみ噛み合っている。ロック解除位置では、駆動ギヤ２３と従動ギヤ２５のロックが解除されるので、駆動ギヤ２３に対する従動ギヤ２５回動が可能となる。このとき、アーム４は、従動ギヤ２５に一体的に取り付けられているため、駆動ギヤ２３の回動方向とは逆方向に軸２４を中心に回動する。

従動ギヤ２７は、従動ギヤ２５と噛み合った状態を維持しながらロック位置とロック解除位置との間を移動する。すなわち、本実施形態では、駆動ギヤ２３と従動ギヤ２７とがほぼ同じ厚みのギヤによって構成されるとともに、従動ギヤ２５が、駆動ギヤ２３及び従動ギヤ２７よりも十分に厚いギヤによって構成されており、従動ギヤ２７が往復移動する際にも常に従動ギヤ２５に噛み合った状態となっている。これにより、伝達制御機構部３０では、従動ギヤ２７と従動ギヤ２５との回動を常に同期させることができ、従動ギヤ２７を移動させるときに、従動ギヤ２５と同期している駆動ギヤ２３との噛み合わせが容易になる。

なお、従動ギヤ２７を駆動ギヤ２３と噛合させながらロック位置とロック解除位置との間を移動させるようにしてもよい。これによっても、同様に、駆動ギヤ２３と同期している従動ギヤ２５との噛み合わせが容易になる。この場合には、駆動ギヤ２３を従動ギヤ２５，２７よりも厚くすればよい。

また、駆動ギヤ２３、従動ギヤ２５および従動ギヤ２７それぞれの歯の噛み合い位置では、一方の歯の山部と他方の歯の谷部とを一致させて噛み合うようにしている。これにより、さらに、ギヤの噛み合わせが容易となる。

上記したように、伝達制御機構部３０により、従動ギヤ２７をロック位置とロック解除位置との間を移動させることで、モータ３５の回転方向を切り替えることなく、アーム４の回動方向を変えることができる。すなわち、伝達制御機構部３０の従動ギヤ２７をロック位置にして反転歯車機構部２９の反転歯車回動をロックしたときには、アーム４は、モータ３５の軸２０の回転方向と逆向きに回動する一方、従動ギヤ２７をロック解除位置にしてロックを解除したときには、モータ３５の軸２０の回転方向と同じ向きにアーム４を回動させることができる。

反転歯車機構部２９によるロックが解除される場合には、ギヤフレーム２８をロックしない構成とすることもできるが、反転歯車機構部２９のロックが解除されて反転歯車回動するときに、ギヤフレーム２８の回動をロックする場合について説明する。

関節部５は、図３（ｂ）に示すように、ギヤフレーム２８の回動をロックするためのクラッチ部３４を備えている。

このクラッチ部３４は、伝達制御機構部３０によって、反転歯車機構部２９の反転歯車回動に連動してＯＮするように制御される。

クラッチ部３４は、可動部３２と固定部３３とを備えている。可動部３２は、アーム６に固定された軸２２に回動可能に設けられ、ギヤフレーム２８に固定されている。固定部３３は、アーム６に固定されている。そして、伝達制御機構部３０により、可動部３２と固定部３３とが結合可能に構成されている。

クラッチ部３４をＯＮにしたときには、可動部３２と固定部３３とが互いのクラッチ板などを接触させて結合されるため、ギヤフレーム２８はクラッチ部３４を介してアーム６に結合される。これにより、ギヤフレーム２８は、軸２２回りの回動が阻止される。

一方、クラッチ部３４をＯＦＦにしたときは、可動部３２と固定部３３とが結合されないため、ギヤフレーム２８は軸２２回りに回動可能となる。

伝達制御機構部３０は、反転歯車機構部２９の反転歯車回動のロックを解除したときにクラッチ部３４をＯＮにし、反転歯車機構部２９の反転歯車回動をロックしたときにクラッチ部３４をＯＦＦにする。

これにより、反転歯車機構部２９によって反転歯車回動のロックを解除したときに、ギヤフレーム２８を、クラッチ部３４を介してアーム６に結合することができ、アーム４の反転歯車回動において、その反作用によってギヤフレーム２８が軸２２回りに回動してしまうのを防ぐことができる。これにより、アーム４をアーム６に対して、より安定に反転回動させることができる。

なお、本実施の形態においては、関節部７は、関節部５と同様な構成を採用している。このため、衝突検知部９で接触センサ１３がＯＮしたことを検知すると、アーム６を退避方向に回動させることができ、障害物７２からアーム６を迅速に離すことができる。

次に、図４を参照しながら、ロボットアーム１の電気的な構成について説明する。

図４は本発明の実施の形態１におけるロボットアーム１の電気的な構成を示すブロック図である。

図４に示すように、ロボットアーム１は、入力部１０と、ハンド２と、アーム４、６と、アーム基台部８と、関節部３、５、７と、衝突検知部９と、関節部３、５、７それぞれに設けられたモータ３５を駆動する複数のモータ駆動部３６と、関節部５、７に設けられた切換え部本体３１およびクラッチ部３４をそれぞれ駆動する複数のロック機構駆動部３７と、関節部３、５、７のモータ駆動部３６およびロック機構駆動部３７を制御する制御部１１と、を備えている。

エンコーダ１９は、モータ３５の軸２０に連結するように設けられていて、軸２０の回動量を検出する。エンコーダ１９の出力は、モータ駆動部３６にフィードバックされる。これにより、モータ３５の回転速度、回転位置などが制御される。

制御部１１には、エンコーダ１９からのモータ３５の回転情報が入力され、制御部１１は、この情報に基づいて、ハンド２、アーム４およびアーム６の位置および姿勢を算出する。

ロック機構駆動部３７は、制御部１１からの設定によりＯＮする。すなわち、制御部１１は、衝突検知部９によって接触センサ１２または接触センサ１３がＯＮしたことを検知したときに、ロック機構駆動部３７により、伝達制御機構部３０の切換え部本体３１を駆動して軸２６をＢ方向に移動させるとともに、クラッチ部３４をＯＮにする。これにより、反転歯車機構部２９が反転歯車回動し、アーム４またはアーム６を移動させた方向とは逆方向、例えば、障害物７２から退避する方向に移動させることができる。

一方、制御部１１は、アーム４，６が障害物７２と衝突していない通常時には、ロック機構駆動部３７により、伝達制御機構部３０の切換え部本体３１を駆動して軸２６をＡ方向に移動させるとともに、クラッチ部３４をＯＦＦにする。これにより、反転歯車機構部２９の反転歯車回動がロックされ、モータ３５の駆動によってアーム４またはアーム６を移動させることができる。

次に、図５および図６を参照しながら、ロボットアーム１の動作について説明する。

図５は、本発明の実施の形態１におけるロボットアーム１の動作の流れを説明するフローチャートであり、図６は、同ロボットアーム１の動作を説明するための説明図である。

図５に示すように、まず、ロボットアーム１は、アーム４、６を移動させるための初期設定を行う。すなわち、反転歯車機構部２９のロックを解除し、ギヤフレーム２８においてアーム４、６の位置を初期位置に戻す。初期位置には、ギヤフレーム２８に設けられた初期位置検出部（図示せず）でアーム４、６のマーキング位置を検出することにより戻される。例えば、図６（ａ）に示すような位置がアーム４の初期位置として設定される。次に、制御部１１は、ロック機構駆動部３７により、切換え部本体３１を駆動して軸２６をＡ方向に移動させ、同時にクラッチ部３４をＯＦＦにする（ステップＳ１００）。これにより、駆動ギヤ２３と従動ギヤ２５との反転歯車回動がロックされるとともに、ギヤフレーム２８がフリーな状態となる。これにより、アーム４、６は、駆動ギヤ２３と同じ回動方向に回動可能な状態となる。

次に、ロボットアーム１の制御部１１は、入力部１０からの操作指令に従って、ハンド２およびアーム４、６それぞれのモータ３５をそれぞれのモータ駆動部３６によって駆動し、ハンド２及びアーム４，６を移動させる（ステップＳ１０２）。このとき、ギヤフレーム２８及び従動ギヤ２５は、駆動ギヤ２３の軸２２を中心として駆動ギヤ２３と一体的に回動動作する。そして、例えば図６（ａ）に示すように、アーム４は、駆動ギヤ２３と同じ回動方向に回動する。このとき、アーム４は、モータ出力ギヤ２１の回動に伴って、ギヤフレーム２８、従動ギヤ２５と一体となって軸２２を中心に回動する。すなわち、アーム４は、モータ３５の回動方向と逆向きに回動する。

次に、図５に示すように、ロボットアーム１は、衝突検知部９の出力情報を判断し、アーム４，６が、障害物７２と衝突しているか否かを検知する（ステップＳ１０４）。

ロボットアーム１は、衝突検知部９で衝突が検知されない場合には、ステップＳ１０２およびステップＳ１０４を繰り返し実行し、アーム４、６を移動させることができる。

そして、障害物７２とアーム４またはアーム６とが衝突し、衝突検知部９によって接触センサ１２または接触センサ１３がＯＮしたことを検出した場合には、ステップＳ１０６に進む。例えば、図６（ｂ）に示すように、障害物７２とアーム４とが衝突し、衝突検知部９で接触センサ１２のＯＮを検出した場合にステップＳ１０６に進む。

ロボットアーム１は、接触センサ１２がＯＮした場合に、アーム４またはアーム６のどの部位で衝突したかの衝突位置を検知する。そして、制御部１１は、衝突位置に応じて、反転歯車機構部２９のロックを解除するか否かを判断する（ステップＳ１０６）。

ロボットアーム１は、衝突位置がアーム４またはアーム６の移動方向側にあると判断した場合には、反転歯車機構部２９のロックを解除する（ステップＳ１０８）。一方、ロボットアーム１は、衝突位置がアーム４またはアーム６の移動方向とは逆側にあると判断した場合には、反転歯車機構部２９のロックを維持したままステップＳ１１０に進む。

ロボットアーム１は、反転歯車機構部２９のロックを解除する場合には、切換え部本体３１を駆動して軸２６をＢ方向に移動させ、クラッチ部３４をＯＮにする（ステップＳ１０８）。これにより、反転歯車機構部２９のロックを解除して駆動ギヤ２３と従動ギヤ２５の反転歯車回動を可能にするとともに、ギヤフレーム２８をアーム６に固定し、ギヤフレーム２８が軸２２回りに回動することを阻止する。

次に、ロボットアーム１は、関節部５または関節部７のモータ３５の駆動トルクを増加させ、あるいは、モータ３５の駆動トルクを最大の駆動トルクである最大駆動トルクにする（ステップＳ１１０）。例えば、ロボットアーム１は、アーム４、６を１Ｋｇ・ｃｍのトルクで駆動していた場合に、１．５Ｋｇ・ｃｍにトルクを増加する。これにより、さらに、退避を加速させることが可能になる。

ロボットアーム１は、モータ３５の駆動トルクを増加させた後、あるいは増加させながら、反転歯車機構部２９の反転歯車回動のロックを解除した場合には、ロックが解除されたアーム４またはアーム６を、ステップＳ１０２で移動させた方向とは逆方向、すなわち、障害物７２から退避する方向に移動させる。このとき、例えば図６（ｃ）に示すように、従動ギヤ２７はロック解除位置に移動しており、駆動ギヤ２３および従動ギヤ２５は逆向きに回動可能となっている。これにより、図６（ｄ）に示すように、アーム４は、軸２４を中心として障害物７２から退避する方向に移動する。すなわち、モータ３５の回動方向と同じ向きにアーム４を回動させることができる。

このように、ロボットアーム１は、モータ３５の回動方向を変更することなしに、アーム４の回動方向を変更することができる。

一方、反転歯車機構部２９の反転歯車回動をロックした場合には、アーム４の回動を加速させて、アーム後方からの衝突による衝撃力を緩和することができる。

このように、反転歯車機構部２９の反転歯車回動をロックした場合には、アーム４の回動速度を加速することができる。

次に、図５に戻り、ロボットアーム１は、アーム４を障害物７２から退避した所定の位置でアーム４を停止させる（ステップＳ１１２）。また、ロボットアーム１は、ギヤフレーム２８においてアーム４、６の位置を初期位置に戻す。そして、ロボットアーム１は、アーム４、６が初期位置に戻ったところで、反転歯車機構部２９をロックする。

以上述べたように、本実施の形態１におけるロボットアーム１によれば、衝突による影響（衝突による衝撃力）を緩和することを可能にするロボットアーム１を提供することができる。すなわち、ロボットアーム１は、アーム４が障害物７２に衝突したことを検知したときに、伝達制御機構部３０を使うことにより、モータ３５の回動方向を変更することなくアーム４の回動方向を変更することができる。これにより、ロボットアーム１は、障害物７２にアーム４またはアーム６が衝突したことを衝突検知部９で検知したときに、衝突したアーム４またはアーム６の回動方向を変更し、衝突したアーム４またはアーム６を迅速に退避方向に回動させて、障害物７２から迅速に離すことができる。

また、本実施の形態のロボットアーム１は、切換え部本体３１をＯＮさせて軸２６をＢ方向に移動させ、これにより反転歯車機構部２９のロックを解除する。このため、サーボ系によってモータを減速・反転させる場合に比べて応答が速く、アーム４、６が障害物７２を押し付けている時間を短くすることができる。そのため、一層、衝突による影響（衝突による衝撃力）を緩和することができる。

また、本実施の形態のロボットアーム１では、アーム４、６には、モータ３５からの駆動力が反転歯車機構部２９を介して伝達されているため、アーム４、６の姿勢が自重によって変わることはない。例えば、反転歯車機構部２９の反転歯車回動のロックを解除したときでも、アーム４、６が落下するようなことはない。

また、本実施の形態のロボットアーム１では、モータ３５の回動方向を変更することなくアーム４、６の回動方向を変更するため、障害物７２が衝突した時にモータ３５の駆動電流を制限して衝撃力を緩和する必要がない。このため、モータ３５の駆動力を低下させることなく、アーム４、６を安全な位置に迅速に退避させることができる。

また、本実施の形態のロボットアーム１では、衝突時にモータ３５の回動方向を変更することなしに障害物７２からアーム４、６を退避させるため、モータ３５に供給する電流方向の切り替えが不要である。このため、電流の切り替え時に発生する過電流を防止することができ、モータ３５やモータ駆動部３６の電気回路の破損を防止できる。

また、本実施の形態のロボットアーム１では、駆動ギヤ２３、従動ギヤ２５および従動ギヤ２７それぞれの噛み合い位置において、一方のギヤの歯の山部と他方のギヤの歯の谷部とを一致させ、従動ギヤ２７を、従動ギヤ２５と噛み合わせながら移動させるため、ギヤの噛み合わせを容易にすることができる。また、従動ギヤ２７を、従動ギヤ２５と噛み合わせながら移動させるため、従動ギヤ２７の移動時においても、従動ギヤ２７、駆動ギヤ２３および従動ギヤ２５を同期させることができる。これにより、駆動ギヤ２３および従動ギヤ２５をロックあるいはロック解除するときに、ギヤの噛み合わせを容易にすることができる。

なお、ギヤの歯形の先端を円弧状にしてもよい。これにより、ギヤ同士を噛み合わせるときに、ギヤの噛み合わせを円滑にすることができる。

また、接触センサ１２または接触センサ１３の情報を直接に切換え部本体３１に入力し、接触センサ１２または接触センサ１３がＯＮしたときに、伝達制御機構部３０の切換え部本体３１をＯＮさせて軸２６をＢ方向に移動させるようにしてもよい。この構成では、さらに、衝突時の応答性を高めることができ、反転歯車機構部２９を反転歯車回動させ、アーム４、６を移動させた方向とは逆方向、すなわち、障害物７２から退避する方向に、より迅速に移動させることができる。

また、ロボットアーム１は、衝突を検知したときに障害物７２から退避する方向にアーム４、６を移動させる。しかし、衝突の検知としては、ロボットアーム１と障害物７２との接触を検知した場合に限定されるものではなく、衝突の危険性があると予測されたときも含む。例えば図７に示すように、ロボットアーム１には、アーム基台部８に、複数の撮像部７１と、これらの撮像部７１の撮影画像からハンド２およびアーム４、６の衝突を監視する衝突監視部７０とが設けられている。そして、衝突監視部７０は、撮影して得た撮影画像を解析することで障害物７２の動き、障害物７２とハンド２およびアーム４、６との位置関係を監視し、衝突可能性を判断する。なお、ロボットアーム１は、ハンド２、アーム４，６の位置を把握しているので、撮影画像に基づいて、障害物７２の衝突可能性を判断することができる。

この場合において、ロボットアーム１は、衝突監視部７０からの衝突判断情報を制御部１１に入力し、衝突する可能性があると判断された場合に、ハンド２またはアーム４、６が障害物７２から離れる方向に移動するように伝達制御機構部３０を制御する。すなわち、ロボットアーム１は、衝突監視部７０において、ハンド２およびアーム４、６の移動方向（図７のＡ方向）に障害物７２があると判断した衝突判断情報が出力された場合には、伝達制御機構部３０により、反転歯車機構部２９の反転歯車回動のロックを解除する。一方、ハンド２およびアーム４、６の移動方向（図７のＡ方向）と逆方向に障害物７３があると判断した衝突判断情報が衝突監視部７０から出力された場合には、ロボットアーム１は、反転歯車機構部２９をロックする。このように、ロボットアーム１は、衝突監視部７０において障害物７２の近接を判断し、アーム４、６の移動方向（アーム４，６が向かっている方向）に障害物７２があって、障害物７２が衝突すると判断されたときには、反転歯車機構部２９のロックを解除する。これにより、ロボットアーム１は、アーム４、６を障害物７２から離す方向、すなわち、衝突を回避する方向に移動させることができる。

関節部３は、関節部５と同様の構成としてもよい。これにより、ハンド２でも障害物７２との衝突回避または衝突時の衝撃力を緩和することができる。なお、ハンド２への人や障害物の衝突を検知する場合には、ハンド２の外側外装に上記した接触センサ１２、１３と同様の接触センサを配置し、その出力を衝突検知部に入力するようにすればよい。

また、ロボットアーム１は、制御部１１に関節部３、関節部５および関節部７の動きを協調させる協調プログラムを備えていてもよい。この構成では、協調プログラムを実行することにより、関節部３、関節部５および関節部７を協調動作させて、ハンド２またはアーム４、６を障害物７２から離れる方向に移動させることができる。例えば、図６（ｂ）〜（ｃ）に示すように、アーム４、６の移動方向に障害物７２がある場合には、関節部５および関節部７それぞれの反転歯車機構部２９のロックを解除する。これにより、さらに迅速に、アーム４を障害物７２から離すことができる。

なお、本実施の形態においては、自由度が３のロボットアームについて説明したが、これに限定されることはなく、自由度が１又は２又は４以上のロボットアームの各関節部に適応可能である。もちろん、関節部の全てに適応することを限定するものではなく、選択的に適応可能である。

複数の関節部に反転歯車機構部２９がそれぞれ設けられる構成において、反転動作を実行させる関節部を適宜選択する様に構成してもよい。すなわち、障害物７２の移動方向とアーム４，６の各関節部５，７の駆動方向をチェックし、障害物７２の移動方向に対向する方向に駆動されている関節部５，７の全部又は一部に対して反転動作を実行するようにしてもよい。

なお、本実施の形態では、モータ３５の駆動力がギヤ伝動によってアーム４に伝えられる構成について説明したが、これに限られるものではなく、例えばベルト伝動でアーム４，６を駆動する方式としてもよい。ベルト伝動方式とする場合には、ギヤ伝動に比べて軽量化、コンパクト化を図ることができる。また、ベルトの伸縮性を積極的に利用して衝撃を緩和することも可能となる。また、駆動力伝達時の衝撃が小さく、静かな駆動を実現することができる。また、駆動部と従動部とが離れていても動力伝達が可能となる。また、潤滑剤が不要となる。なお、ベルト伝動方式においてアーム先端位置精度や制御性を確保する必要がある場合には、従動側にハーモニックドライブ（登録商標）減速機等の高減速比の減速機が必要となる。この場合には、ベルトの伸縮性を利用した衝撃緩和を図ることが困難となる。一方、ギヤ伝動方式の場合には、テンション調節が不要であり、またベルト伝動に比べて、応答性を向上させることができるとともに駆動ロスを低減することができる。

（実施の形態２）
次に、図８を参照しながら、反転歯車機構部２９の他の構成例について説明する。

図８は本発明の実施の形態２におけるロボットアーム１の関節部４０の構成を示す構成図である。なお、実施の形態１におけるロボットアーム１と同一の機能は同じ符号を付して説明する。

実施の形態１では、従動ギヤ２７をロック位置に移動させることで反転歯車機構部２９の反転歯車回動をロックする一方、従動ギヤ２７をロック解除位置に移動させることで反転歯車回動のロックを解除するようにした。

本実施の形態２では、従動ギヤ２７に代えて、クラッチ機構を使って反転歯車機構部２９の反転歯車回動をロックするようにした点で実施の形態１と異なる。

以下、具体的に関節部４０の構成例について説明する。図８に示すように、関節部４０における伝達制御機構部３０は、クラッチ部４３を備えており、クラッチ部４３を駆動することにより、従動ギヤ２５が回動するのをロックする。すなわち、クラッチ部４３を駆動して従動ギヤ２５の回動をロックすることで、駆動ギヤ２３の回動をロックし、その結果、反転歯車機構部２９の反転歯車回動をロックする。

クラッチ部４３は、可動部４１と固定部４２とを備えている。可動部４１は、ギヤフレーム２８に固定された軸２４に回動可能に設けられるとともに、従動ギヤ２５に固定されている。固定部４２は、ギヤフレーム２８に固定されている。そして、クラッチ部４３は、可動部４１と固定部４２とが結合可能に構成されている。

関節部４０のクラッチ部４３をＯＮにしたときには、可動部４１と固定部４２とが互いのクラッチ板などを接触させて結合され、従動ギヤ２５はクラッチ部４３を介してギヤフレーム２８に結合される。これにより、従動ギヤ２５は、軸２４回りの回動がロックされて、ギヤフレーム２８と一体的に駆動ギヤ２３の周りを回動する。一方、クラッチ部４３をＯＦＦしたときには、可動部４１と固定部４２とが結合されないため、従動ギヤ２５は軸２４回りに回動可能となり、従動ギヤ２５は駆動ギヤ２３と反対向きに回動する。

ギヤフレーム２８をロックするためのクラッチ部３４は、反転歯車機構部２９の反転歯車回動に連動してＯＮする。すなわち、伝達制御機構部３０は、クラッチ部４３をＯＮしたときにはクラッチ部３４をＯＦＦにし、クラッチ部４３をＯＦＦしたときにはクラッチ部３４をＯＮにする。

これにより、反転歯車機構部２９で反転歯車回動するときに、ギヤフレーム２８が動作的に浮かないようにクラッチ部３４を介してギヤフレーム２８をアーム６に固定することができるため、駆動ギヤ２３の駆動力をアーム４に伝えるときに、動作を安定させることができる。

以上述べたように、本発明の実施の形態２におけるロボットアーム１によれば、クラッチ部４３をＯＦＦにすることで即座に従動ギヤ２５の回動のロックを解除でき、これにより反転歯車機構部２９で反転歯車回動することができる。これにより、反転歯車機構部２９で反転歯車回動のロックを解除するときに、従動ギヤ２７を移動させるなどの制御動作を必要とせず、さらに、衝突時の回避動作の応答性を高めることができる。また、モータ３５の回動方向を変更することなしにアーム４を回動させた方向とは逆方向、すなわち、障害物７２から退避する方向に回動させることができる。

なお、本実施の形態２では、アーム４とアーム６との間の関節部４０について説明したが、関節部７にも同様に関節部４０の構成を適用することができる。

また、本実施の形態２では、軸２４にクラッチ部４３を設け、従動ギヤ２５の軸２４回りの回動をロックまたはロック解除できるようにしたが、この構成に限定されない。例えば、クラッチ部４３で駆動ギヤ２３の軸２２回りの回動をロックまたはロック解除するようにしてもよい。これによっても、同様に、駆動ギヤ２３と従動ギヤ２５との反転歯車回動をロックまたはロック解除することができる。

（実施の形態３）
次に、図９を参照しながら、反転歯車機構部２９の他の構成例について説明する。図９は、本発明の実施の形態３におけるロボットアーム１の関節部５０の構成を示す構成図である。なお、実施の形態１におけるロボットアーム１と同一の機能は同じ符号を付して説明する。

本実施の形態３では、遊星歯車機構を用いて反転歯車回動を行わせる点で実施の形態１と異なる。

以下、具体的に関節部５０の構成例について説明する。図９に示すように、アーム５１は関節部５０を介してアーム５２に連結されている。

関節部５０は、アーム５１に固定されたモータ（図示せず）の駆動力によってアーム５２を回動する。

駆動ギヤ５４は、モータ（図示せず）の軸５３に固定されている。そして、複数の従動ギヤ５５を駆動ギヤ５４との間に挟んで駆動ギヤ５４と同心状に配設された外輪ギヤ５７が設けられている。従動ギヤ（第１の従動ギヤ、第３の従動ギヤ）５５は、駆動ギヤ５４及び外輪ギヤ５７に噛み合って回転しながら駆動ギヤ５４の周りを回動する。すなわち、駆動ギヤ５４はサンギヤとして機能し、従動ギヤ５５は、外輪ギヤ５７の内歯に噛み合いながら駆動ギヤ５４の周りを公転する遊星歯車として機能する。外輪ギヤ５７は、従動ギヤ５５と同相で回動する。また、外輪ギヤ５７は、アーム５２に一体的に取り付けられている。

モータの軸５３の駆動力は、駆動ギヤ５４、従動ギヤ５５および外輪ギヤ５７を介してアーム５２に伝達される。そのため、軸５３に固定された駆動ギヤ５４の回動方向とは逆方向に外輪ギヤ５７が回動し、外輪ギヤ５７と一体のアーム５２が回動する。ギヤフレーム５８は、軸５３に回動可能に設けられている。また、従動ギヤ５５は、ギヤフレーム５８に固定された軸５６に回転可能に設けられている。

このような構成において、従動ギヤ５５の回動がロックされると、駆動ギヤ５４と外輪ギヤ５７とが従動ギヤ５５を介して結合されるため、駆動ギヤ５４と外輪ギヤ５７との回動方向が同じになる。

次に、図１０を参照しつつ、従動ギヤ５５の回動をロックする場合について説明する。図１０は、本発明の実施の形態３におけるロボットアーム１の関節部５０の要部構成を示す構成図である。

図１０に示すように、伝達制御機構部３０は、クラッチ部６１を備え、従動ギヤ５５の回動をロックするようにしている。すなわち、クラッチ部６１は、可動部５９と固定部６０とを備えており、可動部５９は、軸５６に回動可能に設けられ、従動ギヤ５５に固定されている。一方、固定部６０は、ギヤフレーム５８に固定されている。そして、可動部５９と固定部６０とが結合可能に構成されている。

クラッチ部６１をＯＮにしたときには、可動部５９と固定部６０とが互いのクラッチ板などを接触させて結合されるため、従動ギヤ５５はクラッチ部６１を介してギヤフレーム５８に結合される。これにより、従動ギヤ５５は、軸５６回りの回動がロックされる。

一方、クラッチ部６１がＯＦＦにしたときは、可動部５９と固定部６０とが結合されないため、従動ギヤ５５は軸５６回りに回動可能となる。

なお、本実施形態３においても、実施の形態２と同様にクラッチ部３４（図８参照）を軸５３に設け、クランチ部３４を反転歯車機構部２９の反転歯車回動に連動してＯＮするようにしてもよい。すなわち、伝達制御機構部３０は、クラッチ部６１をＯＮしたときにはクラッチ部３４をＯＦＦにし、クラッチ部６１をＯＦＦしたときにはクラッチ部３４をＯＮにするようにしてもよい。

これにより、反転歯車機構部２９によって反転歯車回動するときに、ギヤフレーム５８が動作的に浮かないようにクラッチ部３４を介してアーム５１に固定することができ、駆動ギヤ５４の駆動力をアーム５２に伝えるときに、動作を安定させることができる。

そして、ロボットアーム１は、通常使用時、すなわち、入力部１０からの操作指令に応じてアーム５１を移動させるときにはクラッチ部６１をＯＮに設定する。これにより、クラッチ部６１では可動部５９と固定部６０とが結合されるため、従動ギヤ５５の軸５６回りの回動がロックされる。これにより、モータの回動方向とアーム５２の回動方向とを同じにすることができる。

一方、ロボットアーム１は、衝突検知部９によって衝突を検知したときに、クラッチ部６１をＯＦＦにする。これにより、可動部５９と固定部６０は結合されず、従動ギヤ５５は軸５６回りに回動するため、駆動ギヤ５４と従動ギヤ５５とは反転歯車回動する。これにより、ロボットアーム１は、アーム５２を移動させた方向とは逆方向、すなわち、障害物７２から退避する方向に移動させることができる。

以上述べたように、本発明の実施の形態３におけるロボットアーム１によれば、クラッチ部６１をＯＦＦにすることで即座に従動ギヤ５５のロックを解除でき、駆動ギヤ５４と従動ギヤ５５とを反転歯車回動させることができる。これにより、従動ギヤ２７を移動させるなどの制御動作を必要とせずに反転動作が可能となり、さらに衝突時の応答性を高めることができる。

また、本実施形態３のロボットアーム１では、従動ギヤ５５の回動のロックを解除することにより、モータの回動方向を変更することなしにアーム５２を移動させた方向とは逆方向、すなわち、障害物７２から退避する方向に移動させることができる。

なお、衝突検知部９に代えて、衝突監視部７０（図７参照）を備えるようにしてもよい。

（実施の形態４）
次に、図１１を参照しながら、反転歯車機構部２９の他の構成例について説明する。

図１１は本発明の実施の形態４におけるロボットアーム１の関節部５の構成を示す構成図である。なお、実施の形態１におけるロボットアーム１と同一の機能は同じ符号を付して説明する。

実施の形態1では、従動ギヤ２５がギヤフレーム２８に固定された回動軸２４に回動可能に設けられるとともに、この回動軸２４を中心としてアーム４が回動する構成としたが、本実施の形態４では、アーム４の回動軸は、従動ギヤ２５の回動軸２４とは別個に設けられている。すなわち、ギヤフレーム２８には、軸２４と平行に延びるアーム軸６５が固定されており、アーム４は、このアーム軸６５に回動可能に設けられている。そして、アーム４には、伝動機構６６を介して従動ギヤ２５（第１の従動ギヤ）の駆動力が伝達される。言い換えると、アーム４は、従動ギヤ２５に連動する。

伝動機構６６は、従動ギヤ２５に噛み合う第１伝動ギヤ６７と、第１伝動ギヤ６７に噛み合うとともにアーム軸６５に回動可能に設けられた第２伝動ギヤ６８とを有する。第２伝動ギヤ６８は、アーム４に固定されている。したがって、従動ギヤ２５が回動すると第１伝動ギヤ６７が回動して第２伝動ギヤ６８が回動し、アーム４は、この第２伝動ギヤ６８と一体的に回動する。このとき、アーム４は、従動ギヤ２５と同じ向きに回動する。したがって、このロボットアーム１においても、障害物７２との衝突が検知又は予測されると、モータ３５の回転方向を変えることなくアーム４の回動方向を反転することができるので、衝突による衝撃を緩和することができる。

一方、伝達制御機構部３０によって駆動ギヤ２３に対する従動ギヤ２５の回動がロックされると、第１伝動ギヤ６７及び第２伝動ギヤ６８はギヤフレーム２８に対して固定される。したがって、駆動ギヤ２３がモータ３５によって駆動されると、従動ギヤ２７、従動ギヤ２５、第１伝動ギヤ６７、第２伝動ギヤ６８及びアーム４は、ギヤフレーム２８と一緒に駆動ギヤ２３の軸２２を中心として回動する。

このようにして、ギヤ連結によって減速機能を持たせることで、ギヤフレーム２８の必要強度を緩めることができる。本実施の形態４では、第１伝動ギヤ６７と第２伝動ギヤ６８の間で減速させている。

なお、本実施形態４においても、衝突検知部９に代えて、衝突監視部７０（図７参照）を備えるようにしてもよい。

以上述べたように、本発明の実施の形態１〜４によれば、迅速に衝突回避または衝突による衝撃力を迅速に緩和するロボットアーム１を提供することができる。

また、これらのロボットアーム１をロボット（図示せず）に備えることで、衝突検知部９で衝突を検知したときに、モータの回動方向を変更することなしにアーム４、６を移動させた方向とは逆方向、すなわち、障害物７２から退避する方向に移動させることができる。これにより、ロボットは、障害物７２にアーム４、６を衝突させたときに、衝突による衝撃力を迅速に緩和することができる。また、ロボットは、衝突監視部７０の衝突情報を用いることで、障害物７２が移動方向にあり、近接した場合には、反転歯車機構部２９の反転歯車回動のロックを解除し、障害物７２との衝突を回避するようにアーム４、６を移動させた方向とは逆方向、すなわち、障害物７２から退避する方向に移動させることができる。

また、モータ３５と駆動ギヤ２３との間を複数のギヤによって連結してもよいし、プーリ＆ベルトで介在させてもよい。このように、アーム４や関節部５にモータ３５を実装せず、アーム基台部８等にモータ３５を設置して動力を伝達する構成にすることにより、アーム４や関節部５の構造を簡素化することができる。

［実施の形態の概要］
前記実施の形態をまとめると、以下の通りである。

(1) 前記実施の形態のロボットアームは、軸を有する駆動ギヤと、前記駆動ギヤの前記軸を中心として回動可能なギヤフレームと、前記ギヤフレームに固定された軸を有し、前記駆動ギヤに連動して前記軸回りに前記駆動ギヤとは反対方向に回動可能な第１の従動ギヤと、前記駆動ギヤに対して前記第１の従動ギヤをロック可能な伝達制御機構部と、前記第１の従動ギヤに連動するアームと、前記アームと障害物との衝突を検知可能な衝突検知部とを備え、前記伝達制御機構部は、前記衝突検知部による前記アームと前記障害物との衝突の検知に応じて、前記駆動ギヤに対する前記第１の従動ギヤのロックを解除することを特徴とする。

この構成では、第１の従動ギヤが駆動ギヤに対してロックされているときには、駆動ギヤが駆動されると、第１の従動ギヤは、駆動ギヤと一体となって駆動ギヤの周りを移動する。このとき、第１の従動ギヤは、駆動ギヤの軸を中心として回動可能なギヤフレームの回動を伴って駆動ギヤ周りを回動する。したがって、アームは駆動ギヤの軸回りに駆動ギヤと同じ方向に回動する。一方、駆動ギヤと第１の従動ギヤとのロックが解除された場合には、第１の従動ギヤの回動方向が反転して、第１従動ギヤの回動方向が駆動ギヤの回動方向に対して反対方向となる。これにより、アームは駆動ギヤとは反対方向に第１の従動ギヤの軸回りに回動する。このため、駆動ギヤの回動方向を変更することなく、アームを逆方向に回動させることができる。すなわち、駆動ギヤをモータで駆動すれば、モータの回動方向を変更することなしにアームの回動方向を反転させることができる。このように、障害物にアームが衝突したことを検知したときには、駆動ギヤの回転方向を変えることなく障害物からアームを退避する方向に回動させることができ、これにより、衝突による衝撃力を緩和するロボットアームを提供することができる。

(2) 前記伝達制御機構部は、前記駆動ギヤに対して前記第１の従動ギヤをロックするロック位置と、前記ロックを解除するロック解除位置との２位置を取る得る第２の従動ギヤを有していてもよい。

この態様では、第１の従動ギヤの位置をロック位置とロック解除位置との間で移動させることにより、第１の従動ギヤのロック状態、アンロック状態を切り換えることができる。したがって、伝達制御機構部が第１の従動ギヤを移動させる駆動部を有するだけで、伝達制御機構部の駆動力伝達状態を切り換えることができる。

(3) 前記ロック位置では、前記第２の従動ギヤが前記駆動ギヤと前記第１の従動ギヤとの双方に噛み合い、前記ロック解除位置では、前記第２の従動ギヤが前記駆動ギヤ及び前記第１の従動ギヤのいずれか一方に噛み合うようにしてもよい。すなわち、伝達制御機構部は、駆動ギヤと第１の従動ギヤの反転歯車回動をロックするロック位置と駆動ギヤと第１の従動ギヤの反転歯車回動のロックを解除するロック解除位置との間を移動可能な第２の従動ギヤを有し、ロック位置では、第２の従動ギヤを駆動ギヤと第１の従動ギヤとに噛合させ、ロック解除位置では、第２の従動ギヤを駆動ギヤまたは第１の従動ギヤのいずれか一方と噛合させるようにしてもよい。

この態様では、さらに、第２の従動ギヤがロック位置に移動した場合に、駆動ギヤ、第１の従動ギヤおよび第２の従動ギヤが噛み合うことにより、第１の従動ギヤがロックされ、第２の従動ギヤがロック解除位置に移動した場合には、第２の従動ギヤが駆動ギヤまたは第１の従動ギヤのいずれか一方と噛み合うので、駆動ギヤに対する第１の従動ギヤのロックが解除される。

(4) 前記伝達制御機構部は、前記第２の従動ギヤが前記駆動ギヤ及び前記第１の従動ギヤの少なくとも一方に噛み合いながら前記ロック位置と前記ロック解除位置との間を移動可能であってもよい。

この態様によれば、さらに、第２の従動ギヤの移動時にも第１の従動ギヤと第２の従動ギヤとの回動を同期させることができる。第１の従動ギヤは駆動ギヤと同期されているので、第２の従動ギヤを移動させるときにも、第２の従動ギヤと第１の従動ギヤ又は駆動ギヤとの噛み合わせが容易になる。

(5) 前記伝達制御機構部は、前記駆動ギヤに対して前記第１の従動ギヤをロックするときには、前記ギヤフレームを前記駆動ギヤの軸回りに回動可能とし、前記ロックを解除するときには、前記ギヤフレームを前記駆動ギヤの軸回りに回動しないようにロックするようにしてもよい。

この態様によれば、さらに、フレームとの反作用によってギヤフレームが動かないように固定できるので、ロックが解除されているときに、駆動ギヤの駆動力を安定してアームに伝えることができる。

(6) 前記第１の従動ギヤは、前記駆動ギヤに直接噛み合っていてもよい。この態様では、部品点数を減らしつつ、駆動ギヤに対する第１の従動ギヤの連動のロック及びその解除を切換え可能な構成を実現できる。

(7) 前記ロボットアームは、内歯を有するとともに、前記アームに固定された外輪ギヤを更に備えていてもよく、この場合には、前記第１の従動ギヤは、前記外輪ギヤの内歯に噛み合いながら前記駆動ギヤの周りを公転可能な遊星歯車であり、前記外輪ギヤは、前記第１の従動ギヤと同相に回動可能に構成されているのが好ましい。

この態様では、第１の従動ギヤが駆動ギヤに駆動されると、第１の従動ギヤは、駆動ギヤの周りを公転する。これに伴ってアームは、第１の従動ギヤと同じ方向に回動する。一方、伝達制御機構部が駆動ギヤに対する第１の従動ギヤの連動をロックすると、外輪ギヤが駆動ギヤに対してロックされる。したがって、アームは駆動ギヤの軸を軸心として駆動ギヤと一体的に回動する。

(8) この態様において、前記伝達制御機構部は、前記第１の従動ギヤに固定された可動部と、前記ギヤフレームに固定された固定部とを有するクラッチ部を備え、前記伝達制御機構部は、前記可動部と前記固定部とを結合して前記駆動ギヤに対して前記第１の従動ギヤをロックする一方、前記衝突検知部によって前記アームの衝突を検知したときには、前記固定部から前記可動部を切り離して前記駆動ギヤに対する前記第１の従動ギヤのロックを解除するようにしてもよい。

すなわち、本実施形態のロボットアームは、ギヤフレームに回動可能に組みつけられた駆動ギヤと、この駆動ギヤに噛み合いながら前記駆動ギヤの周りに回動可能に設けられた第３の従動ギヤと、前記第３の従動ギヤを内接させながら第３の従動ギヤと噛み合い、前記第３の従動ギヤと同相に回動する外輪ギヤと、を有し、前記駆動ギヤと前記第３の従動ギヤとが互いに異なる方向に反転歯車回動する反転歯車機構部と、前記第３の従動ギヤに固定された可動部と、前記ギヤフレームに固定された固定部とが結合可能なクラッチ部を有し、このクラッチ部を作動させて可動部と固定部とを結合して前記駆動ギヤと前記第３の従動ギヤの反転歯車回動をロックする伝達制御機構部と、前記外輪ギヤに一体的に取り付けられたアームと、前記アームが障害物に衝突したことを検知する衝突検知部と、を備え、前記伝達制御機構部は、前記衝突検知部で前記アームの衝突を検知したときには、前記クラッチ部を非作動にし、前記可動部と前記固定部とを切り離して前記駆動ギヤと前記第３の従動ギヤとの反転歯車回動のロックを解除するようにしてもよい。

この態様では、クラッチ部を非作動にきりかえることによって、第３の従動ギヤにおける反転歯車回動のロックが解除されると、反転歯車機構部は反転歯車回動する。このため、第３の従動ギヤと同相に回動する外輪ギヤの回動方向は駆動ギヤの回動方向と逆になる。これにより、駆動ギヤの回動方向を変更することなしに、外輪ギヤと一体的に取り付けられたアームを回動させた方向とは逆方向にアームの回動方向を切り換えることができる。これにより、駆動ギヤをモータで駆動すれば、モータの回動方向を変更することなしにアームを回動させた方向とは逆方向にアームを回動させることが可能となる。このように、本実施形態のロボットアームでは、障害物にアームが衝突したことを衝突検知部が検知したときに、アームを回動させた方向とは逆方向、すなわち、障害物からアームを退避する方向にアームを回動させることが可能となるので、衝突による衝撃力を緩和することができる。

(9) 本実施形態のロボットアームは、軸を有する駆動ギヤと、前記駆動ギヤの前記軸を中心として回動可能なギヤフレームと、前記駆動ギヤに連動して前記駆動ギヤとは反対方向に回動可能な第１の従動ギヤと、前記駆動ギヤに対して前記第１の従動ギヤをロック可能な伝達制御機構部と、前記第１の従動ギヤに連動するアームと、前記アームと障害物との衝突を監視する衝突監視部とを備え、前記伝達制御機構部は、前記衝突監視部により、前記アームの移動方向にある前記障害物が前記アームと衝突すると判断されたときには、前記駆動ギヤに対する前記第１の従動ギヤのロックを解除するロボットアームである。

すなわち、本実施の形態のロボットアームは、ギヤフレームに回動可能に組みつけられた駆動ギヤと、この駆動ギヤに噛み合う第１の従動ギヤとを有し、前記駆動ギヤと前記第１の従動ギヤとが互いに異なる方向に反転歯車回動する反転歯車機構部と、前記駆動ギヤと前記第１の従動ギヤの反転歯車回動をロックする伝達制御機構部と、前記第１の従動ギヤに一体的に取り付けられたアームと、前記アームと障害物との衝突を監視する衝突監視部とを備え、前記伝達制御機構部は、前記衝突監視部により、前記アームの移動方向に障害物があり、前記アームが障害物と衝突すると判断されたときには、前記駆動ギヤと前記第１の従動ギヤとの反転歯車回動のロックを解除することを特徴とする。

この構成では、駆動ギヤと従動ギヤとのロックが解除された場合には、反転歯車機構部は反転歯車回動するため、駆動ギヤの回動方向を変更することなしにアームを回動させた方向とは逆方向にアームを回動させることができる。これにより、駆動ギヤをモータで駆動すれば、モータの回動方向を変更することなしにアームを回動させた方向とは逆方向にアームを回動させることができる。このように、本実施形態のロボットアームによれば、障害物にアームが接近したことを衝突監視部で検知したときに、障害物からアームを離す方向に回動させることができるので、障害物への衝突を回避することができる。

以上述べたように本実施の形態のロボットアームによれば、ロボットアームと障害物との衝突による影響を緩和することができる。

本発明は、迅速に衝突回避または衝突による衝撃力を緩和することができるので、ロボットアーム、ロボットなどに有用である。

特開２００５−５９１７１号公報

従来のロボットアームでは、モータに流す電流の向きが反転されて、ロボットアームに逆向きのトルクが与えられると、ロボットアームは、減速過程・停止過程を経た後に反転する。このため、衝突を回避する方向または衝突による衝撃力を緩和する後退方向にロボットアームを移動させるまでには相応の遅れが生じていた。一般に、ロボットアームにおいては、駆動トルクを稼ぐためにモータ出力に減速機が組み込まれている。このため、ロボットアーム動作時のモータの回転数が比較的高くなるため、モータの減速から反転に至る時間が大きくなる傾向がある。すなわち、従来のロボットアームでは、ロボットアームの反転に至るまでの時間が大きくなり、衝突回避や衝撃力緩和のための反転動作の応答性が不十分であるという課題がある。

本発明のロボットアームによれば、ロボットアームと障害物との衝突による影響を緩和することができる。

実施の形態１では、従動ギヤ２５がギヤフレーム２８に固定された回動軸２４に回動可能に設けられるとともに、この回動軸２４を中心としてアーム４が回動する構成としたが、本実施の形態４では、アーム４の回動軸は、従動ギヤ２５の回動軸２４とは別個に設けられている。すなわち、ギヤフレーム２８には、軸２４と平行に延びるアーム軸６５が固定されており、アーム４は、このアーム軸６５に回動可能に設けられている。そして、アーム４には、伝動機構６６を介して従動ギヤ２５（第１の従動ギヤ）の駆動力が伝達される。言い換えると、アーム４は、従動ギヤ２５に連動する。

Claims

軸を有する駆動ギヤと、
前記駆動ギヤの前記軸を中心として回動可能なギヤフレームと、
前記駆動ギヤに連動して、前記ギヤフレームに固定された軸回りに前記駆動ギヤとは反対方向に回動可能な第１の従動ギヤと、
前記駆動ギヤに対して前記第１の従動ギヤをロック可能な伝達制御機構部と、
前記第１の従動ギヤに連動するアームと、
前記アームと障害物との衝突を検知可能な衝突検知部とを備え、
前記伝達制御機構部は、前記衝突検知部による前記アームと前記障害物との衝突の検知に応じて、前記駆動ギヤに対する前記第１の従動ギヤのロックを解除するロボットアーム。
前記伝達制御機構部は、前記駆動ギヤに対して前記第１の従動ギヤをロックするロック位置と、前記ロックを解除するロック解除位置との２位置を取る得る第２の従動ギヤを有する請求項１に記載のロボットアーム。
前記ロック位置では、前記第２の従動ギヤが前記駆動ギヤと前記第１の従動ギヤとの双方に噛み合い、前記ロック解除位置では、前記第２の従動ギヤが前記駆動ギヤ及び前記第１の従動ギヤのいずれか一方に噛み合う請求項２に記載のロボットアーム。
前記伝達制御機構部は、前記第２の従動ギヤが前記駆動ギヤ及び前記第１の従動ギヤの少なくとも一方に噛み合いながら前記ロック位置と前記ロック解除位置との間を移動可能である請求項３に記載のロボットアーム。
前記伝達制御機構部は、前記駆動ギヤに対して前記第１の従動ギヤをロックするときには、前記ギヤフレームを前記駆動ギヤの軸回りに回動可能とし、前記ロックを解除するときには、前記ギヤフレームを前記駆動ギヤの軸回りに回動しないようにロックする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロボットアーム。
前記第１の従動ギヤは、前記駆動ギヤに噛み合っている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のロボットアーム。
内歯を有するとともに、前記アームに固定された外輪ギヤを更に備え、
前記第１の従動ギヤは、前記外輪ギヤの内歯に噛み合いながら前記駆動ギヤの周りを公転可能な遊星歯車であり、
前記外輪ギヤは、前記第１の従動ギヤと同相に回動可能に構成されている請求項６に記載のロボットアーム。
前記伝達制御機構部は、前記第１の従動ギヤに固定された可動部と、前記ギヤフレームに固定された固定部とを有するクラッチ部を備え、前記伝達制御機構部は、前記可動部と前記固定部とを結合して前記駆動ギヤに対して前記第１の従動ギヤをロックする一方、前記衝突検知部によって前記アームの衝突を検知したときには、前記固定部から前記可動部を切り離して前記駆動ギヤに対する前記第１の従動ギヤのロックを解除する請求項７に記載のロボットアーム。
軸を有する駆動ギヤと、
前記駆動ギヤの前記軸を中心として回動可能なギヤフレームと、
前記駆動ギヤに連動して前記駆動ギヤとは反対方向に回動可能な第１の従動ギヤと、
前記駆動ギヤに対して前記第１の従動ギヤをロック可能な伝達制御機構部と、
前記第１の従動ギヤに連動するアームと、
前記アームと障害物との衝突を監視する衝突監視部とを備え、
前記伝達制御機構部は、前記衝突監視部により、前記アームの移動方向にある前記障害物が前記アームと衝突すると判断されたときには、前記駆動ギヤに対する前記第１の従動ギヤのロックを解除するロボットアーム。