JPWO2013140579A1 - 作業ロボットおよびロボットシステム - Google Patents

Abstract

安全面においてより信頼性の高い、人共存型の作業ロボットおよびロボットシステムを提供する。作業ロボット（１）は、アームと、駆動機構（３０）と、制御部（５）とを備える。アームは、軸周りに回転自在に連結された複数のリンク体（３）を有する。駆動機構（３０）は、駆動源（３１，３２）と、互いに異なる回転数またはトルクで駆動源（３１，３２）からの動力をリンク体（３）に伝達可能な複数の動力伝達経路（３０１，３０２）とを有する。制御部（５）は、所定エリア（１００）内における人体を含む移動体（６）の検知結果に基づいて動力伝達経路（３０１，３０２）を切り替える。

Description

開示の実施形態は、作業ロボットおよびロボットシステムに関する。

従来、人共存型のロボットとして、軸周りに回転自在に連結された複数のリンク体を有するアームなどを備え、かつ人間と共に作業する作業ロボットが知られている。かかる構成の作業ロボットには、人間を含む他物体とアームとの干渉回避や、仮にアームが接触したとしても相手にダメージを与えないことが求められる。

そこで、アームが接触しても人に対してダメージを与えることなく、人と共存できるように、アームの動作制御を行う制御装置を備えたロボットが提案された。これは、制御装置のソフトウェアによるアーム動作制御によって、人間との最適な接触動作を行わせている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００８−３０２４９６号公報

しかしながら、人共存型の作業ロボットとしては、上記特許文献１に開示されているようなソフトウェアのみに頼った動作制御よりも、より信頼性を高めることのできる動作制御の実現が望ましい。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、人共存型として、安全面においてより信頼性を高めることのできる作業ロボットおよびロボットシステムを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る作業ロボットは、アームと、駆動機構と、制御部とを備える。アームは、軸周りに回転自在に連結された複数のリンク体を有する。駆動機構は、駆動源と、互いに異なる回転数またはトルクで前記駆動源からの動力を前記リンク体に伝達可能な複数の動力伝達経路とを有する。制御部は、所定エリア内における人体を含む移動体の検知結果に基づいて前記動力伝達経路を切り替える。

実施形態の一態様によれば、安全面においてより信頼性の高い、人共存型の作業ロボットおよびロボットシステムを提供することができる。

図１は、本実施形態に係るロボットシステムが設備された作業エリアを示す説明図である。 図２は、同ロボットシステムにおける作業ロボットのアーム部の旋回領域を示す説明図である。 図３Ａは、同作業ロボットが備える関節部の模式的説明図である。 図３Ｂは、リンク体への動力伝達経路を示す模式的説明図である。 図４は、同関節部に設けられた駆動機構の説明図である。 図５は、同駆動機構のクラッチ機構を示す説明図である。 図６は、図５におけるＡ矢視図である。 図７は、第２の実施形態に係る駆動機構を示す模式的説明図である。 図８は、同駆動機構の変形例を示す模式的説明図である。 図９は、第３の実施形態に係る駆動機構を示す模式的説明図である。

（第１の実施形態）
以下、添付図面を参照して、本願の開示する作業ロボットおよびロボットシステムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係るロボットシステム１０が設置された作業エリア１００を示す説明図、図２は、同ロボットシステム１０が備える作業ロボット１のアーム部４の旋回領域を示す説明図である。

本実施形態に係るロボットシステム１０は、いわゆる人共存型の作業ロボット１を備えている。ロボットシステム１０は、図１に示すように、移動体である作業者６なども出入り可能な所定の作業エリア１００におけるフロア２００上の所定位置に作業ロボット１を設置することにより設備される。なお、作業ロボット１の設置位置としては、作業に応じて適宜設定することができるが、ここでは作業エリア１００の略中央位置としている。また、作業エリア１００は、例えば、工場などの製造ラインにおいては作業ブース（不図示）として区画されている。

また、ロボットシステム１０は、図２に示すように、作業ロボット１の動作を制御する制御部５を備えている。この制御部５には、予め作業ロボット１への制御指令の内容が記憶されており、かかる記憶内容に基づいて、作業ロボット１は制御されることになる。なお、制御部５については後に詳述する。

図１に示すように、作業ロボット１は、フロア２００上に設置された基台２と、この基台２上に旋回自在に設けられたアーム部４とを備える。

アーム部４は、基台２にそれぞれ軸を介して順次連結されるアーム基体３、第１アーム体４１、および第２アーム体４２からなるアームと、第１リスト体４３１、第２リスト体４３２および第３リスト体４３３からなるリスト４３とを備えている。そして、第３リスト体４３３の先端に、作業ロボット１に与えられた作業内容に適したエンドエフェクタ（不図示）が取り付けられる。かかる作業ロボット１のアーム部４を最大に伸長させた状態での最大旋回軌跡９００を、図２に示す。

このように、本実施形態に係る作業ロボット１は、アームのアーム基体３、第１アーム体４１、および第２アーム体４２と、リスト４３の第１リスト体４３１、第２リスト体４３２および第３リスト体４３３とを可動部位とする多関節ロボットで構成されている。

そして、以下に説明するように、作業ロボット１の可動部位は、第１関節部２１〜第６関節部２６を介して軸周りに回転可能に構成されている。

図３Ａは、作業ロボット１が備える関節部の模式的説明図であり、第１関節部２１を例示している。図３Ｂは、リンク体の一つであるアーム基体３への動力伝達経路を示す模式的説明図である。また、図４は、第１関節部２１に設けられた駆動機構である第１の伝動機構３０の説明図である。なお、図３Ａおよび図４は、図１と同方向（Ｙ方向）から作業ロボット１を見た状態で示している。

第１関節部２１〜第６関節部２６の構成は、すべて基本的に同じである。そのため、図３Ａ、図３Ｂおよび図４を参照しながら第１関節部２１の構成を説明し、他の関節部（第２関節部２２〜第６関節部２６）の構成についての具体的な説明は省略する。

第１関節部２１は、可動部位の１つを構成し、作業ロボット１の胴体部ともなるアーム基体３を、フロア２００に固定状態に設置された略円筒状の基台２に対して回転可能に連結している。すなわち、図１に示すように、第１関節部２１は、基台２の略中央に設けられており、垂直方向（Ｚ方向）に延在する第１軸１１を備えている。

そして、この第１軸１１を、図３Ａ〜図４に示すように、第１のモータ部と第１の減速機５０とを備える第１の伝動機構３０に連動連結している。こうして、アーム基体３は、第１の伝動機構３０により、図１に示すように、基台２に対して、第１軸１１周りに水平方向に回転することになる（矢印３００を参照）。

図３Ａ、図３Ｂおよび図４に示すように、第１関節部２１は、駆動源となる第１モータ３１および第２モータ３２を設けた第１のモータ部、および第１の減速機５０を有する第１の伝動機構３０を駆動機構として備えている。

第１の伝動機構３０は、図３Ｂに示すように、駆動源からの動力を、アーム基体３に選択的に伝達することのできる第１の動力伝達経路３０１と第２の動力伝達経路３０２とを備えている。第１の動力伝達経路３０１と第２の動力伝達経路３０２とでは、互いに異なる回転数またはトルクで駆動源からの動力をアーム基体３に伝達可能である。

ここでは、第１モータ３１を、相対的に高い回転数または相対的に高いトルクを示して相対的な最大出力値が大きい駆動源とする一方、第２モータ３２を、相対的に低い回転数または相対的に低いトルクを示して相対的な最大出力値が小さい駆動源としている。

第１の動力伝達経路３０１は、第１モータ３１と第１の減速機５０とを結ぶ経路となる。かかる第１の動力伝達経路３０１は、第１モータ３１の出力軸３１１に設けた出力側プーリ３４と、後述するクラッチ機構８のクラッチシャフト８０（図５を参照）に設けた入力側プーリ３５との間にベルト３６を巻装して構成されている。なお、クラッチ機構８のクラッチシャフト８０は、第１の減速機５０に連動連結している。

こうして、第１の動力伝達経路３０１においては、第１モータ３１からの動力は、第１モータ３１→出力軸３１１→出力側プーリ３４→ベルト３６→入力側プーリ３５→第１入力軸３１２→第１の減速機５０と伝達される。

一方、第２の動力伝達経路３０２は、第２モータ３２と第１の減速機５０とを結ぶ経路となる。第２の動力伝達経路３０２は、第２モータ３２の出力軸３２１が第１の減速機５０に直接連動連結している。つまり、第２モータ３２の出力軸３２１と第１の減速機５０の入力軸とが直結して構成されている。

こうして、第２の動力伝達経路３０２においては、第２モータ３２からの動力は、第２モータ３２→出力軸３２１→第１の減速機５０と直接伝達される。

また、図示するように、第１の減速機５０の出力軸となる第１軸１１にはアーム基体３が固着されている。つまり、第１の動力伝達経路３０１あるいは第２の動力伝達経路３０２のいずれかを介して、第１モータ３１または第２モータ３２の駆動力により、可動部位の中で最も基台２の側に位置するアーム基体３が回転されることになる。

ここで、第１モータ３１とリンク体であるアーム基体３との接続を入り切りするクラッチ機構８について、図５および図６を参照して説明する。図５は、第１の伝動機構３０のクラッチ機構８を示す説明図、図６は、図５におけるＡ矢視図である。

図示するように、クラッチ機構８は、第１の減速機５０の第１入力軸３１２に連動連結したクラッチシャフト８０を、駆動ケーシング２２０内にラジアルベアリング８６を介して支持している。

また、クラッチシャフト８０の中央部分に、入力側プーリ３５がラジアルベアリング８６を介して取り付けられており、かかる入力側プーリ３５の一側面部側には、クラッチディスク８１をスプライン嵌合により取付けている。

クラッチディスク８１には、入力側プーリ３５の一側面部に当接可能な摩擦板８２が設けられており、入力側プーリ３５の一側面部に対し、スラストベアリング８５を介して離接自在に配設される。なお、ここで入力側プーリ３５の一側面部とは、第１の減速機５０の方向とは反対方向を向いた面であり、図５における上方を向いた面である。

また、クラッチディスク８１の一側面部には、当該クラッチディスク８１を付勢するバネ体８７と、このバネ体８７の付勢力に抗して、クラッチディスク８１を吸着する電磁石８４とが配設されている。なお、クラッチディスク８１の一側面部には金属プレート８９が一体的に設けられており、この金属プレート８９をバネ体８７は押圧し、電磁石８４は磁力によって引き付ける。なお、電磁石８４は、スイッチ回路８６０に電気的に接続し、スイッチ８６１の入り切りによって、バネ体８７の付勢力に抗してクラッチディスク８１を吸着することができる。

かかる構成により、本クラッチ機構８によれば、電磁石８４が通電されていないオフの状態では、クラッチディスク８１は入力側プーリ３５に押圧される。そのため、入力側プーリ３５の回転が摩擦板８２を介してクラッチシャフト８０にスプライン嵌合されたクラッチディスク８１を回し、この回転力がクラッチシャフト８０に伝達される。

ところで、図６に示すように、本実施形態では、クラッチシャフト８０と同心円となる仮想円周上に、それぞれ３個ずつの電磁石８４とバネ体８７とを交互に配置している。そのため、クラッチディスク８１をバランスよく吸引したり押圧したりすることができる。なお、電磁石８４とバネ体８７との配置については、必ずしも本実施形態に限定されるものではない。

次に、前述の第１関節部２１をはじめとする関節部を介してそれぞれ軸周りに回転する可動部位について、図１に基づいて簡単に説明する。

上述したアーム基体３の一側部分には、第２関節部２２が設けられており、この第２関節部２２を介して、可動部位の中で最も長尺な第１アーム体４１が回転可能に連結されている。

なお、かかる第１アーム体４１は、アーム基体３を連結する第１軸１１に偏心した位置に連結されているため、この第１アーム体４１を含み、これにそれぞれ軸を介して順次連結される第２アーム体４２、およびリスト４３についても第１軸１１を中心に旋回することになる。

第２関節部２２の第２軸１２は、図１に示すように、第１軸１１と直交方向、すなわち、図面上の前後水平方向（Ｙ方向）に延在している。したがって、第１アーム体４１は、第２の伝動機構（図示せず）により、第２軸１２周りに回転、つまり、上下方向に揺動することになる（矢印４００を参照）。

第１アーム体４１の先端側には第３関節部２３が設けられており、この第３関節部２３を介して略Ｌ字状の第２アーム体４２が連結されている。

第３関節部２３は、第２軸１２と平行方向、すなわち、第１軸１１と直交する第２軸１２と同方向に延在する第３軸１３を備えている。そして、この第３軸１３は、第３のモータ部と第３の減速機とを備える第３の伝動機構（図３Ａを参照）に連動連結している。こうして、第２アーム体４２は、第３の伝動機構により、第３軸１３周りに回転、つまり、上下方向に揺動する（矢印５００を参照）。

また、第２アーム体４２の先端側には第４関節部２４が設けられており、この第４関節部２４を介して、第１リスト体４３１が連結されている。

なお、リスト４３は、第４関節部２４に連結する円筒状の第１リスト体４３１と、この第１リスト体４３１に連結する第２リスト体４３２と、エンドエフェクタを設けた第３リスト体４３３とから構成される。

第１リスト体４３１を連動連結する第４関節部２４は、第３軸１３と直行する方向、すなわち、図面上の左右水平方向（Ｘ方向）に延在する第４軸１４を備えている。そして、この第４軸１４は、第４のモータ部と第４の減速機とを備える第４の伝動機構（図３Ａを参照）に連動連結している。こうして、第４軸１４と同軸方向に連動連結された第１リスト体４３１は、第４の伝動機構により、第４軸１４周りに回転、つまり、第４軸１４周りに自転する（矢印６００を参照）。

第１リスト体４３１の先端側には、第５関節部２５が設けられており、この第５関節部２５を介して、第２リスト体４３２が同軸方向に連結されている。

第５関節部２５は、第４軸１４と同軸方向、すなわち、図面上の左右水平方向（Ｘ方向）に延在する第５軸１５を備えている。そして、この第５軸１５は、第５のモータ部と第５の減速機とを備える第５の伝動機構（図３Ａを参照）に連動連結している。したがって、第５軸１５と同軸方向に連動連結された第２リスト体４３２は、第５の伝動機構により、第５軸１５周りに回転、つまり、第５軸１５周りに自転する（矢印７００を参照）。

第２リスト体４３２の先端側には、第６関節部２６が設けられており、この第６関節部２６を介して、第３リスト体４３３が連結されている。

第６関節部２６は、第５軸１５と直行する方向、すなわち、図面上の前後水平方向（Ｙ方向）に延在する第６軸１６を備えている。そして、この第６軸１６は、第６のモータ部と第６の減速機とを備える第６の伝動機構（図３Ａを参照）に連動連結している。したがって、第３リスト体４３３は、第６の伝動機構により、第６軸１６周りに回転、つまり、上下方向に揺動する（矢印８００を参照）。

上述してきたように、本実施形態に係る作業ロボット１は、所定の設置面であるフロア２００に設けられる基台２に対して回転可能に設けられたアーム部４を備えている。

アーム部４は、第１軸１１周りに回転可能に設けられたアーム基体３と、第１アーム体４１と、第２アーム体４２と、第２アーム体４２に対して回転可能に設けられたリスト４３とを備えている。第１アーム体４１は、アーム基体３に対して第２軸１２周りに回転可能に設けられている。また、第２アーム体４２は、第１アーム体４１に対して第３軸１３周りに回転可能に設けられている。

また、リスト４３は、第１リスト体４３１と第２リスト体４３２と第３リスト体４３３とを備えている。第１リスト体４３１は、第２アーム体４２に対して第４軸１４周りに回転可能に設けられている。第２リスト体４３２は、第１リスト体４３１に対して第５軸１５周りに回転可能に設けられている。また、第３リスト体４３３は、第２リスト体４３２に対して第６軸１６周りに回転可能に設けられるとともに、先端には所定のエンドエフェクタが取り付けられている。

これらアーム基体３、第１アーム体４１、第２アーム体４２、第１リスト体４３１、第２リスト体４３２、および第３リスト体４３３は、軸周りに回転自在に連結された複数のリンク体であり、作業ロボット１の可動部位を構成する。そして、かかるリンク体を、各伝動機構にそれぞれ設けられたモータが各軸（第１軸１１〜第６軸１６）周りに回転させるのである。

なお、本実施形態では、基台２に連結されるアーム基体３の他、アーム基体３に連結される第１アーム体４１、第１アーム体４１に連結される第２アーム体４２、さらには第２アーム体４２に連結されるリスト４３もアーム部４に含まれる。つまり、アーム部４の一部であるリスト４３を構成する第１リスト体４３１、第２リスト体４３２、および第３リスト体４３３についても、いずれもリンク体の概念に含まれる。

ロボットシステム１０が備える制御部５は、図２に示すように、作業ロボット１と接続している。かかる制御部５は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、さらにはハードディスクなどの記憶部を備えている。そして、かかる制御部５は、記憶部に格納されたプログラムをＣＰＵが読み出し、プログラムに従ってリンク体であるアーム基体３、第１アーム体４１、第２アーム体４２、第１リスト体４３１、第２リスト体４３２、および第３リスト体４３３を駆動する。

また、本実施形態における制御部５は、作業エリア１００内における作業者６を含む移動体の検知結果に基づいて、動力を伝達する経路を、複数の経路の中から切り替えることができる。

本実施形態に係る作業ロボット１では、前述した第１関節部２１において、アーム基体３に動力を伝達する経路を、第１の動力伝達経路３０１または第２の動力伝達経路３０２のいずれかに切り替えることができるようにしている。

すなわち、前述したように、第１の伝動機構３０内には、第１の動力伝達経路３０１と第２の動力伝達経路３０２とが選択自在に設けられている。第１の動力伝達経路３０１は、相対的に高い回転数または相対的に高いトルクを示して相対的な最大出力値が大きい第１モータ３１からの動力を、クラッチ機構８を介してアーム基体３に伝達する。他方、第２の動力伝達経路３０２は、相対的に低い回転数または相対的に低いトルクを示して相対的な最大出力値が小さい第２モータ３２からの動力をアーム基体３に伝達する。

そして、作業者６の検知結果に基づいて、制御部５が、いずれかの動力伝達経路に切り替えるようにしているのである。具体的に説明すると、制御部５は、図２に示すように、作業エリア１００内における作業者６の動きを検知する近接センサなどからなる移動体検出部７に対して電気的に接続している。

かかる移動体検出部７は、作業ロボット１とは独立して作業エリア１００の近傍に配置されている。なお、移動体検出部７としては、作業エリア１００の内部全体を監視可能なカメラを用いることもできる。

そして、制御部５は、移動体検出部７による検知結果を受信し、受信した検知結果に基づいて、第１の動力伝達経路３０１および第２の動力伝達経路３０２のいずれかに切り替える。すなわち、制御部５は、クラッチ機構８の入り切り動作を制御するとともに、第１モータ３１および第２モータ３２の駆動制御を実行する。

そして、作業者６が不在であることを検知結果が示す場合、第１モータ３１をオンする一方、第２モータ３２をオフするとともに、クラッチ機構８を「入り」の状態、つまり、電磁石８４をオフする。その結果、バネ体８７によってクラッチディスク８１が入力側プーリ３５側へ付勢され、動力をアーム基体３に伝達する経路は第１の動力伝達経路３０１に切り替えられる。こうして、第１モータ３１の相対的に高い回転数または相対的に高いトルクで動力がアーム基体３に伝達されてアーム部４が駆動されることになる。

一方、作業者６が存在することを検知結果が示す場合、第１モータ３１をオフする一方、第２モータ３２をオンするとともに、クラッチ機構８を「切り」の状態、つまり、電磁石８４をオンする。その結果、バネ体８７に抗してクラッチディスク８１が入力側プーリ３５側から離隔し、動力をアーム基体３に伝達する経路が第２の動力伝達経路３０２に切り替えられる。こうして、第２モータ３２の相対的に低い回転数または相対的に低いトルクで動力がアーム基体３に伝達されてアーム部４が駆動されることになる。

このように、制御部５は、例えば、作業者６が作業エリア１００内には不在である場合は、アーム部４などが作業者６と接触するおそれがないので第１の動力伝達経路３０１に切り替える。すなわち、相対的に最大出力値が大きい第１モータ３１からの動力をアーム基体３に伝達可能な第１の動力伝達経路３０１に切り替える。この場合、作業ロボット１には、相対的に大きな負荷が掛かるようなハードな作業を行わせたり、アーム部４を高速で旋回させたりすることができる。

一方、作業エリア１００内に作業者６が存在する場合、アーム部４などが仮に作業者６と接触しても大きなダメージを与えることがないように、制御部５は、第２の動力伝達経路３０２に切り替える。すなわち、制御部５は、相対的に最大出力値が小さい第２モータ３２からの動力をアーム基体３に伝達可能な第２の動力伝達経路３０２に切り替える。この場合、作業ロボット１には相対的に負荷の小さなソフトな作業を行わせたり、アーム部４を低速で旋回させたりすることになる。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る駆動機構を示す模式的説明図である。作業ロボット１を底面視した状態で示した図７を参照しながら、第２の実施形態に係る作業ロボット１およびロボットシステム１０について説明する。なお、本実施形態では、前述してきた第１の実施形態に係る作業ロボット１と同じ構成要素については同じ符号を用いて示し、構成要素の具体的な説明は省略する。

上述してきた実施形態に係る作業ロボット１では、駆動源として、相対的な最大出力値が異なる第１モータ３１と第２モータ３２とを用いていたが、本実施形態に係る作業ロボット１は、図７に示すように、駆動源として単一のモータ３１０を用いている。

すなわち、図示するように、単一のモータ３１０と第１の減速機５０との間に、高速動作用伝達部材である第１クラッチ付プーリ８０１と、低速動作用伝達部材である第２クラッチ付プーリ８０２とを備える変速機構３３０を設けている。

第１クラッチ付プーリ８０１は、相対的に大径の入力用大プーリ８１１と相対的に小径の出力用小プーリ８１２とを備える一方、第２クラッチ付プーリ８０２は、相対的に小径の入力用小プーリ８１３と相対的に大径の出力用大プーリ８１４とを備えている。

第１クラッチ付プーリ８０１のクラッチ（不図示）と第２クラッチ付プーリ８０２のクラッチ（不図示）とは同時にオンすることはない。つまり、いずれか一方が選択的にオンされ、モータ３１０からの動力は、第３の動力伝達経路３０３、あるいは第４の動力伝達経路３０４を介してアーム基体３に伝達されるようになっている。

すなわち、変速機構３３０は、高速動作用部材である第１クラッチ付プーリ８０１を用いてモータ３１０からの動力をアーム基体３に伝達する増速用の第３の動力伝達経路３０３と、低速動作用部材である第２クラッチ付プーリ８０２を用いてモータ３１０からの動力をアーム基体３に伝達する減速用の第４の動力伝達経路３０４とを備えている。

第３の動力伝達経路３０３は、モータ３１０と大径の入力用大プーリ８１１とを第１ベルト８０３で連動連結し、小径の出力用小プーリ８１２と、第１の減速機５０に設けた減速機側第１入力プーリ５１とを第２ベルト８０４で連動連結している。すなわち、第３の動力伝達経路３０３によれば、モータ３１０の動力は、モータ３１０→第１ベルト８０３→第１クラッチ付プーリ８０１（低速動作用伝達部材）→第２ベルト８０４→減速機側第１入力プーリ５１→第１の減速機５０と伝達される。

一方、第４の動力伝達経路３０４は、モータ３１０と小径の入力用小プーリ８１３とを第３ベルト８０５で連動連結し、大径の出力用大プーリ８１４と、第１の減速機５０に設けた減速機側第２入力プーリ５２とを第４ベルト８０６で連動連結している。すなわち、第４の動力伝達経路３０４によれば、モータ３１０の動力は、モータ３１０→第３ベルト８０５→第２クラッチ付プーリ８０２（高速動作用伝達部材）→第４ベルト８０６→減速機側第２入力プーリ５２→第１の減速機５０と伝達される。

かかる構成において、制御部５は、作業者６が不在であることを移動体検出部７による検知結果が示す場合、第３の動力伝達経路３０３に切り替えてアームを駆動する。すなわち、制御部５は、変速機構３３０の第１クラッチ付プーリ８０１を用いてモータ３１０からの動力をリンク体であるアーム基体３に伝達する第３の動力伝達経路３０３に切り替えてアームを駆動する。一方、作業者６が存在することを移動体検出部７による検知結果が示す場合、制御部５は、変速機構３３０の第２クラッチ付プーリ８０２を用いてモータ３１０からの動力をアーム基体３に伝達する第４の動力伝達経路３０４に切り替えてアームを駆動する。

このように、本実施形態に係る作業ロボット１およびロボットシステム１０では、単一のモータ３１０を用いながら、作業者６が作業エリア１００内に不在である場合は作業ロボット１のアーム部４を高速で旋回させることができる。一方、作業エリア１００内に作業者６が存在する場合、アーム部４などが仮に作業者６と接触しても大きなダメージを与えることがないように、作業ロボット１のアーム部４を低速で旋回させる。

（変形例）
単一のモータ３１０とアーム基体３との間に変速機構３３０を設けた構成の変形例を図８に示す。図３Ａや図４と同様に、図８も図１と同方向（Ｙ方向）から作業ロボット１を見た状態で示している。なお、この変形例についても、上述してきた第１、第２の各実施形態に係る作業ロボット１と同じ構成要素については同じ符号を用いて示し、構成要素の具体的な説明は省略する。

上述の第２の実施形態に係る作業ロボット１では、高速動作用部材として第１クラッチ付プーリ８０１を、低速動作用部材として第２クラッチ付プーリ８０２を用いた。ここでは、プーリに代えてギヤを用いている。

すなわち、図示するように、変速機構３３０は、高速動作用部材としての高速用ギヤ８１５と、低速動作用部材としての低速用ギヤ８１６とを、中継軸８１７にギヤ切替機構８８を介して同軸に設けている。中継軸８１７には、入力側プーリ３５が設けられており、当該入力側プーリ３５と、モータ３１０の出力軸３１１に設けた出力側プーリ３４とをベルト３６により連動連結している。

そして、第１の減速機５０に設けた減速機側入力軸３１３に、高速用ギヤ８１５と低速用ギヤ８１６とにそれぞれ対応して噛合する第１中継ギヤ８１８と第２中継ギヤ８１９とを設ける。こうして、変形例における変速機構３３０は、ギヤ切替機構８８により、モータ３１０からの動力が、高速用ギヤ８１５と低速用ギヤ８１６とのいずれかを介して第１の減速機５０に入力されるようになる。なお、図示するように、高速用ギヤ８１５と第１中継ギヤ８１８との間にはアイドラギヤ８２０が介設されている。

したがって、この変形例に係る作業ロボット１の第３の動力伝達経路３０３によれば、モータ３１０の動力は、モータ３１０→出力軸３１１→出力側プーリ３４→ベルト３６→入力側プーリ３５→高速用ギヤ８１５→アイドラギヤ８２０→第１中継ギヤ８１８→減速機側入力軸３１３→第１の減速機５０と伝達される。

一方、第４の動力伝達経路３０４によれば、モータ３１０の動力は、モータ３１０→出力軸３１１→出力側プーリ３４→ベルト３６→入力側プーリ３５→低速用ギヤ８１６→第２中継ギヤ８１９→減速機側入力軸３１３→第１の減速機５０と伝達される。

このように、本変形例に係る作業ロボット１では、作業者６が不在であることを移動体検出部７による検知結果が示す場合、変速機構３３０の高速用ギヤ８１５を用いてモータ３１０からの動力をアーム基体３に伝達する動力伝達経路（図７の第３の動力伝達経路３０３に相当）に切り替えてアームを駆動する。一方、作業者６が存在することを移動体検出部７による検知結果が示す場合、変速機構３３０の低速用ギヤ８１６を用いてモータ３１０からの動力をアーム基体３に伝達する動力伝達経路（図７の第４の動力伝達経路３０４に相当）に切り替えてアームを駆動する。

なお、この変形例では第３の動力伝達経路３０３中に１つのアイドラギヤ８２０を用いたため、アーム基体３の回動方向は第４の動力伝達経路３０４とは逆になる。したがって、制御部５は、動力伝達経路を切り替える際には、モータ３１０の回転方向の正逆についても切り替える必要がある。

（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係る駆動機構を示す模式的説明図である。図示するように、上述してきた第１の実施形態に係る駆動機構と第２の実施形態に係る駆動機構との構成とを組み合わせることができる。

すなわち、相対的に最大出力値が大きい第１モータ３１と相対的に最大出力値が小さい第２モータ３２とを備えるとともに、第１モータ３１とアーム基体３との間に、図３Ａおよび図３Ｂに示したクラッチ機構８を介設し、第２モータ３２とアーム基体３との間に、図７や図８で示した変速機構３３０を介設するのである。なお、本実施形態においても、前述してきた第１、第２の実施形態に係る作業ロボット１と同じ構成要素については同じ符号を用いて示し、構成要素の具体的な説明は省略する。

制御部５は、作業者６が不在であることを移動体検出部７による検知結果が示す場合、クラッチ機構８を接続して第１モータ３１からの動力をアーム基体３に伝達する第５の動力伝達経路３０５に切り替えてアーム部４を駆動する。

一方、作業者６が存在することを移動体検出部７による検知結果が示す場合、制御部５は、クラッチ機構８を切り、第２モータ３２からの動力をアーム基体３に伝達する第６の動力伝達経路３０６に切り替える。そして、作業者６の位置に応じて、変速機構３３０の高速用ギヤ８１５または低速用ギヤ８１６のいずれかを選択してアーム部４を駆動する。

本実施形態に係る作業ロボット１では、作業者６が作業エリア１００内に不在であれば、第５の動力伝達経路３０５に切り替え、最大出力値が大きい第１モータ３１を用いて、作業ロボット１に相対的に大きな負荷が掛かるハードな作業を行わせたり、アーム部４を高速で旋回させたりすることができる。

一方、作業エリア１００内に作業者６が存在する場合、アーム部４などが仮に作業者６と接触しても大きなダメージを与えることがないように、第６の動力伝達経路３０６に切り替え、最大出力値が小さい第２モータ３２を用いて、作業ロボット１には相対的に負荷の小さなソフトな作業を行わせたり、アーム部４を低速で旋回させたりすることができる。

しかも、本実施形態の第６の動力伝達経路３０６は、変速機構３３０の下手からは高速動作用部材を用いる経路３０６ａと、低速動作用部材を用いる経路３０６ｂとの２系統に分かれている。そのため、作業者６と作業ロボット１との間の距離に応じて、アーム部４の旋回スピードを可変することができる。たとえば、作業者６が作業ロボット１に対して、所定距離以内に近接した場合、アーム部４の旋回スピードが低速となるように制御することができる。

以上、説明してきた実施形態や変形例に係る作業ロボット１は、互いに異なる回転数またはトルクで駆動源からの動力をアーム部４に伝達可能な複数の動力伝達経路を備える構成を有し、人体を含む移動体の検知結果に基づいて動力伝達経路を切り替えるようにしている。したがって、アーム部４の旋回動作を、ソフトウェアのみに頼った制御ではなく、機械的な制御としたことにより、人共存型の作業ロボット１、ロボットシステム１０として、より信頼性を高めることができる。

ところで、上述してきた各実施形態では、制御対象を、第１関節部２１の第１の伝動機構３０とした。しかし、これに限定されるものではなく、各リンク体を軸周りに回動させる第２関節部２２〜第６関節部２６の各伝動機構それぞれを対象とすることができるし、必要な関節部を適宜組み合わせた状態でも制御することができる。

また、上述してきた実施形態では、移動体検出部７を、作業ロボット１と独立して配置されたものとしたが、移動体検出部７は、作業ロボット１に一体的に設けられていても構わない。

また、上述してきた各実施形態では、作業ロボット１を片腕の構造としたが、双腕のアーム部を有する構造であっても構わない。

また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 作業ロボット
４ アーム部
５ 制御部
６ 作業者
７ 移動体検出部
８ クラッチ機構
３０ 第２の伝動機構
３１ 第１モータ
３２ 第２モータ
１００ 作業エリア（所定エリア）
３０１ 第１の動力伝達経路
３０２ 第２の動力伝達経路
３０３ 第３の動力伝達経路
３０４ 第４の動力伝達経路
３３０ 変速機構

Claims (9)

1. 軸周りに回転自在に連結された複数のリンク体を有するアームと、
   駆動源と、互いに異なる回転数またはトルクで前記駆動源からの動力を前記リンク体に伝達可能な複数の動力伝達経路とを有する駆動機構と、
   所定エリア内における人体を含む移動体の検知結果に基づいて前記動力伝達経路を切り替える制御部と
   を備えることを特徴とする作業ロボット。
2. 前記制御部は、
   前記移動体が不在であることを前記検知結果が示す場合、相対的に高い回転数または相対的に高いトルクで前記リンク体に動力を伝達する動力伝達経路に切り替えて前記アームを駆動し、
   前記移動体が存在することを前記検知結果が示す場合、相対的に低い回転数または相対的に低いトルクで前記リンク体に動力を伝達する動力伝達経路に切り替えて前記アームを駆動すること
   を特徴とする請求項１に記載の作業ロボット。
3. 相対的に最大出力値が大きい駆動源である第１モータと、
   相対的に最大出力値が小さい駆動源である第２モータと
   を備え、
   前記制御部は、
   前記移動体が不在であることを前記検知結果が示す場合、前記第１モータからの動力を前記リンク体に伝達する第１の動力伝達経路に切り替えて前記アームを駆動し、
   前記移動体が存在することを前記検知結果が示す場合、前記第２モータからの動力を前記リンク体に伝達する第２の動力伝達経路に切り替えて前記アームを駆動すること
   を特徴とする請求項１または２に記載の作業ロボット。
4. 前記駆動機構は、
   前記第１モータと前記リンク体との接続を入り切りするクラッチ機構を備え、
   前記制御部は、
   前記移動体が不在であることを前記検知結果が示す場合、前記クラッチ機構のクラッチを接続して前記第１の動力伝達経路に切り替える一方、前記移動体が存在することを前記検知結果が示す場合、前記クラッチ機構のクラッチを切り、前記第２の動力伝達経路に切り替えること
   を特徴とする請求項３に記載の作業ロボット。
5. 前記駆動機構は、
   前記駆動源である単一のモータと前記リンク体との間に設けられた変速機構を備え、
   前記制御部は、
   前記移動体が不在であることを前記検知結果が示す場合、前記変速機構の高速動作用部材を用いて前記モータからの動力を前記リンク体に伝達する第３の動力伝達経路に切り替えて前記アームを駆動し、
   前記移動体が存在することを前記検知結果が示す場合、前記変速機構の低速動作用部材を用いて前記モータからの動力を前記リンク体に伝達する第４の動力伝達経路に切り替えて前記アームを駆動すること
   を特徴とする請求項１または２に記載の作業ロボット。
6. 相対的に最大出力値が大きい駆動源である第１モータと、
   相対的に最大出力値が小さい駆動源である第２モータと
   を備え、
   前記駆動機構は、
   前記第１モータと前記リンク体との接続を入り切りするクラッチ機構と、
   前記第２モータと前記リンク体との間に設けられた変速機構と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記移動体が不在であることを前記検知結果が示す場合、前記クラッチ機構のクラッチを接続して前記第１モータからの動力を前記リンク体に伝達する第５の動力伝達経路に切り替えて前記アームを駆動し、
   前記移動体が存在することを前記検知結果が示す場合、前記クラッチ機構のクラッチを切り、前記第２モータからの動力を前記リンク体に伝達する第６の動力伝達経路に切り替えるとともに、前記移動体の位置に応じて、前記変速機構の高速動作用部材または低速動作用部材のいずれかを選択して前記アームを駆動すること
   を特徴とする請求項１に記載の作業ロボット。
7. 前記駆動源からの出力を前記リンク体に減速して伝達する減速機が、前記リンク体を回転自在に連結した関節軸に取付けられていること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の作業ロボット。
8. 前記所定エリア内における人を含む移動体を検知し、検知結果を前記制御部に出力する移動体検出部を
   備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の作業ロボット。
9. 所定エリア内に配置される請求項１〜７のいずれか１つに記載の作業ロボットと、
   前記作業ロボットと独立して配置され、前記所定エリア内における人を含む移動体を検知し、検知結果を前記制御部に出力する移動体検出部と
   を備えることを特徴とするロボットシステム。

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