JP2003048187A - ロボット機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 このロボット機構１０は、基台１６に載置さ
れて第１のサーボモータ２８の回転を利用して水平面内
で第１の摩擦駆動ローラ３２により駆動される第１の回
転駆動部１８の上面に間隔を存して支軸２２により連結
された第２、第３の回転駆動部２４、２６を配置すると
共にこれらの回転駆動部を第２のサーボモータ３４等の
回転を利用した第２の摩擦駆動ローラ３８等により垂直
面内で駆動し、更に支軸２２には支持アーム部４２とリ
ンク伸縮部４４を含むロボットアーム１４を取付けて成
るものである。 【効果】 例えば、ロボットアーム１４に過大な力が加
わっても、摩擦伝動部において滑りが発生し、規定値以
上の力を発生することがなく、人に危害を加えることは
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はロボット機構に関し、
特にたとえば人や物と接してもこれらに大きな力を加え
ることのないロボット機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボットは人や物と接触した場合
にこれらに対して大きな力を加えることのないように、
人や物との接触を感知し駆動源（例えばサーボモータ）
の出力を抑えるための制御機構を設けている。

【０００３】例えば、各関節に制御モータ等の駆動源を
配備すると共に、人との接触を感知するためのタッチセ
ンサ等を設け、このセンサからの信号に基づいて各駆動
源を制御するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の場合、各関節に
駆動源を設ける関係上、ロボット自体の重量が増大する
ばかりでなく、独立して駆動源を制御するための制御機
構や回路構成が複雑となり、またコスト的にも高くつと
いう問題がある。

【０００５】それ故に、この発明の主たる目的は単純な
機構で人や物に接触した場合にこれらに大きな力が加わ
ることを抑制できる、ロボット機構を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、ロボットア
ーム、このロボットアームを駆動する回転駆動部、この
回転駆動部を駆動するモータ、およびモータの回転を回
転駆動部に伝達してこの回転駆動部を駆動する摩擦駆動
ローラを備える、ロボット機構である。

【０００７】また、他の発明は、基台、この基台上に載
置されて水平面内で回転駆動される第１の回転駆動部、
第１の回転駆動部を駆動するための第１のモータ、第１
のモータの回転を第１の回転駆動部に伝達して第１の回
転駆動部を駆動する第１の摩擦駆動ローラ、第１の回転
駆動部上に配置されて垂直面内で回転駆動される第２及
び第３の回転駆動部、第２及び第３の回転駆動部を駆動
する第２及び第３のモータ、第２及び第３のモータの回
転を第２及び第３の回転駆動部に伝達して第２及び第３
の回転駆動部を夫々駆動する第２及び第３の摩擦駆動ロ
ーラ、および第２及び第３の回転駆動部の駆動により作
動するロボットアームを備える、ロボット機構である。

【０００８】

【作用】例えば、ロボットアームが人や物に接触した場
合、これらに加わる力は摩擦駆動ローラの摩擦駆動力が
上限となり、これ以上の力を加えようとしても摩擦駆動
ローラの滑りが生じる。従って、ロボットアームが人や
物に加わる力を抑制することができる。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、単純な機構によりロ
ボットアームが人や物と接触した場合にこれらに対して
大きな力が加わることを容易に抑制できる。

【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して以下に行う実施例の詳
細な説明により一層明らかとなろう。

【００１１】

【実施例】図１〜図７において、この発明の一実施例で
あるロボット機構１０は、ロボット本体１２と、このロ
ボット本体１４に取付けられたロボットアーム１４を含
む。

【００１２】ロボット本体１２は、基台１６と、この基
台１６に載置されて水平面内で回転駆動される第１の回
転駆動部１８と、この回転駆動部１８の上面に間隔を存
して配置されかつポテンショメータ２０を有した支軸２
２により連結されて垂直面内で回転駆動される第２及び
第３の回転駆動部２４、２６とで構成されている。

【００１３】第１の回転駆動部１８は、円板１８ａとこ
の円板の周縁に一体に設けたスカート１８ｂにより形成
され、第１のサーボモータ２８のモータ軸３０に固定さ
れた第１の摩擦駆動ローラ３２が円板１８ａの裏面に接
触して回転駆動される。この回転駆動部１８は、例えば
アルミ部材で構成され、一方、摩擦駆動ローラ３２はゴ
ム部材等で構成されて、両部材の摩擦力によりサーボモ
ータ２８の回転駆動力が第1の摩擦駆動ローラ３２を介
して第１の回転駆動部１８に伝達される。

【００１４】また、第２及び第３の回転駆動部２４、２
６もそれぞれ円板２４ａ、２６ａと各円板の周縁に一体
に設けた環状部２４ｂ、２６ｂにより形成され、第１の
回転駆動部１８の上面に設けた第２のサーボモータ３４
のモータ軸３６に第２の摩擦駆動ローラ３８が固定さ
れ、この摩擦駆動ローラ３８が第２の回転駆動部２４の
環状部２４ｂの内面に当接すると共に図示されない第３
のサーボモータのモータ軸に固定された第3の摩擦駆動
ローラが第３の回転駆動部２６の環状部２６ｂの内面に
当接して支軸２２で連結された第２及び第３の回転駆動
部２４、２６が夫々回転駆動されるものである。この場
合も、第２及び第３の回転駆動部２４、２６は、アルミ
部材で構成され、第2の摩擦駆動ローラ３８及び第3の摩
擦駆動ローラ（図示せず）は共にゴム部材等で構成され
る。

【００１５】そして、第２の摩擦駆動ローラ３８は、図
４に示されるように第２の回転駆動部２４の環状部２４
ｂの外側に接触して設けた接触圧調整ローラ４０によ
り、この回転駆動部２４に押付けられ、利用状況に応じ
てこの調整ローラ４０の調整により最大出力（摩擦駆動
力）を適切に制限することが可能となる。なお、接触圧
調整ローラ４０は図５に示されるように、第２の摩擦駆
動ローラ３８に直接接触して設けてもよい。

【００１６】なお、図示されない第3の摩擦駆動ローラ
も第2の摩擦駆動ローラ３８と同様に接触圧調整ローラ
により第３の回転駆動部２６の環状部２６ｂに押付けら
れて調圧されるものである。

【００１７】また、この第２の摩擦駆動ローラ３８及び
第3の摩擦駆動ローラのローラ径を共に小径にすること
により増力を行うことが可能である。

【００１８】一方、ロボットアーム１４は、支軸２２に
取付けられた４関節部を有する矩形状の支持アーム部４
２と、このアーム部４２の端部に連結された伸縮可能な
リンク伸縮部４４で構成され、このリンク伸縮部４４の
先端にエンドエフェクタ４６が着脱可能に装着される。
このリンク伸縮部４４は関節リンクの長さを可変として
動作範囲（アーム長さ）を必要に応じて変更することが
できるもので、これにより収納時は小さく、利用時は大
きくして広い可動範囲で使うことが可能になる。

【００１９】また、支持アーム部４２は４本のアームで
矩形状に構成されており、そして隣接する２本のアーム
４２ａ、４２ｂが夫々第２、第３の回転駆動部２４、２
６によって作動される。これによって、ロボットアーム
１４を第２、第３の回転駆動部２４、２６の回転面と平
行な面内で作動させることが可能となる。

【００２０】そして、上記のロボット機構１０はロボッ
トコントローラ４８により駆動制御されるもので、その
システムブロックが図８に示されている。

【００２１】図８において、ロボットアーム１４のリン
ク伸縮部４４にはエンドエフェクタ４６が接続され、ま
た、ロボットアーム１４の駆動はロボット本体１２に搭
載された３個のサーボモータ２８、３４等により行わ
れ、動作位置はポテンショメータ２０により検出され、
さらに動作制限や動作表示はパイロットランプ５０によ
り行われる。

【００２２】ロボットコントローラ４８は、中央処理装
置（ＣＰＵ）５２、このＣＰＵ５２と外部パーソナルコ
ンピュータ（ＰＣ）５４に接続する通信インタフェース
（通信Ｉ／Ｆ）５６、各種データを保存する外部メモリ
カード５８とＣＰＵ５２との間で直接データの授受を行
うメモリカード入出力部（メモリカードＩ／Ｏ）６０、
およびＣＰＵ５２に接続されデータを保存するメモリ部
６２を含む。

【００２３】このメモリ部６２はメモリカードＩ／Ｏ６
０にも接続されて外部メモリカード５８との間で相互に
保存データを授受する。そして、メモリ部６２には保存
データとしてロボット制御プログラムが格納されてい
る。

【００２４】また、この実施例においては、外部メモリ
カード５８には各種エンドエフェクタ作動用データを保
存するもので、例えば、エンドエフェクタ４６としてハ
ンドルを連結してドライブゲームを行う場合、ゲーム開
始時に外部メモリカード５８からドライブゲームに必要
なデータをＣＰＵ５２に読み込み、ロボットアーム１４
に必要な動作を行わせると共にＰＣ５４の表示画面に動
作を表示する。そして、ゲーム終了後に使用したデータ
を保存するなどの目的に使用される。

【００２５】更に、ＣＰＵ５２とサーボモータ２８、３
４等との間にはＤ／Ａ変換器６４と駆動回路６６、ま
た、ポテンショメータ２０との間にはＡ／Ｄ変換器６
８、さらにパイロットランプ５０との間にはインタフェ
ース（ＰＩＯ）８０がそれぞれ設けられている。

【００２６】ここで、ロボット機構１０の動作について
説明する。

【００２７】先ず、ロボットアーム１４のリンク伸縮部
４４の先端にエンドエフェクタ４６を装着すると共に、
ロボットコントローラ４８のメモリ部６２に保存されて
いるロボット制御プログラムに基づく制御信号がＣＰＵ
５２からＤ／Ａ変換器６４を経由して駆動回路６６に出
力され、駆動回路６６からの駆動信号により各サーボモ
ータ２８、３４等が駆動される。その回転駆動力が第1
の摩擦駆動ローラ３２と第2、第3の各摩擦駆動ローラ３
８等を介して第１の回転駆動部１８と第２及び第３の回
転駆動部２４、２６に伝達される。その結果、第１の回
転駆動部１８は水平面内で駆動されると共に第２、第３
の回転駆動部２４、２６は垂直面内で駆動される。

【００２８】そして、第１の回転駆動部１８と第２、第
３の回転駆動部２４、２６の回転駆動によりロボットア
ーム１４は３軸方向に駆動されてその先端に取付けられ
たエンドエフェクタ４６を作動する。この時、エンドエ
フェクタ４６が人や物等に衝突し、エンドエフェクタ４
６に反発力が加わると、この反発力が第２及び第３の摩
擦駆動ローラ３８等の摩擦駆動力を上回る場合にはこれ
らの摩擦駆動ローラ３８等の滑りが生じ、サーボモータ
３４等による動力がロボットアーム１４に伝達されな
い。従って、第２及び第３の摩擦駆動ローラ３８等の摩
擦駆動力を上回る力が人や物に加わることがなく、接触
圧調整ローラ４０等によって摩擦駆動力の大きさを調整
することにより、エンドエフェクタ４６が人や物等に衝
突した際に、これらに加わる力を低減することができ
る。

【００２９】また、支軸２２に取付けられたポテンショ
メータ２０を用いて第２、第３の回転駆動部２４、２６
の回転角度を直接測定しているので、上述のように第
２、第３の摩擦駆動ローラ等の滑りが生じたとしてもロ
ボットアーム１４の関節角度を正確に測定することが可
能となり、滑りが生じた後もロボットアーム１４の制御
を連続して行うことができる。

【００３０】また、ロボットアーム１４の動作状態は、
ＣＰＵ５２から通信Ｉ／Ｆ５６を経由してパソコン５４
の表示画面に表示される。

【００３１】以上説明したように、このロボット機構の
実施例においては、駆動部（モータ）から被駆動部への
動力の伝達はモータ軸に固定されたゴムローラ等の摩擦
により伝動し、かつロボットの各関節角度は関節部にお
いてポテンショメータなどにより直接計測する機構とし
たので、ロボット（ロボットアーム）に過大な力が加わ
った場合、摩擦伝動部において滑りが発生し、規定値以
上の力を発生することがない。

【００３２】従って、例えばプログラム暴走時、システ
ム異常時等あらゆる状況において安全性を確保できる。
また、滑り発生時において関節角度は正確に計測されて
おり、システムを再起動することなく制御は連続的に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるロボット機構の一実施例を示す
斜面図である。

【図２】図１に示す水平面内で回転駆動される第１の回
転駆動部を裏面側から見た平面図である。

【図３】図２の斜面図である。

【図４】図１に示される垂直面内で回転駆動される第
２、第３の回転駆動部を含む要部の側面図である。

【図５】図４に相当する他の実施例の側面図である。

【図６】第２、第３の回転駆動部と第２の摩擦駆動ロー
ラ等を含む斜面図である。

【図７】ロボットアームのリンク伸縮部を縮めた場合の
図１に相当する斜面図である。

【図８】この発明によるロボット機構の駆動制御を行う
ロボットシステムのブロック図である。

【符号の説明】

１０ ・・・ロボット機構 １２ ・・・ロボット本体 １４ ・・・ロボットアーム １６ ・・・基台 １８ ・・・第１の回転駆動部 ２２ ・・・支軸 ２４、２６ ・・・第２、第３の回転駆動部 ２８、３４ ・・・第1、第2のサーボモータ ３２ ・・・第１の摩擦駆動ローラ ３０、３６ ・・・モータ軸 ３８ ・・・第２の摩擦駆動ローラ ４０ ・・・接触圧調整ローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットアーム、 前記ロボットアームを駆動する回転駆動部、 前記回転駆動部を駆動するモータ、および前記モータの
   回転を前記回転駆動部に伝達して前記回転駆動部を駆動
   する摩擦駆動ローラを備える、ロボット機構。
2. 【請求項２】前記摩擦駆動ローラの摩擦駆動力を調整す
   る接触圧調整ローラをさらに含む、請求項１記載のロボ
   ット機構。
3. 【請求項３】前記ロボットアームが回転可能に取付けら
   れる支軸、および前記支軸の回転角度を測定する測定器
   を、さらに含む請求項１または２記載のロボット機構。
4. 【請求項４】基台、 前記基台上に載置されて水平面内で回転駆動される第１
   の回転駆動部、 前記第１の回転駆動部を駆動するための第１のモータ、 前記第１のモータの回転を前記第１の回転駆動部に伝達
   して前記第１の回転駆動部を駆動する第１の摩擦駆動ロ
   ーラ、 前記第１の回転駆動部上に配置されて垂直面内で回転駆
   動される第２及び第３の回転駆動部、 前記第２及び第３の回転駆動部を駆動する第２及び第３
   のモータ、 前記第２及び第３のモータの回転を前記第２及び第３の
   回転駆動部に伝達して前記第２及び第３の回転駆動部を
   夫々駆動する第２及び第３の摩擦駆動ローラ、および前
   記第２及び第３の回転駆動部の駆動により作動するロボ
   ットアームを備える、ロボット機構。