JP2013169628A - Torque limit mechanism, driving device and robot device - Google Patents
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Abstract
【課題】衝突時や挟み込み発生時等における人や物などの周囲の作業環境への損傷などを低減すること。
【解決手段】回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達する伝達部と、回転駆動軸と被駆動軸とに対して相対的な変位を生じさせる許容値に基づき、伝達部による回転力の伝達状態を調整可能な調整部と、所定の較正動作によって得られる較正情報に応じて、許容値を変更可能な制御部とを備える。
【選択図】図１[PROBLEMS] To reduce damage to a surrounding work environment such as a person or an object at the time of a collision or occurrence of pinching.
A transmission unit that transmits a rotational force of a rotary drive shaft to a driven shaft, and an allowable value that causes a relative displacement between the rotary drive shaft and the driven shaft. An adjustment unit capable of adjusting a transmission state and a control unit capable of changing an allowable value according to calibration information obtained by a predetermined calibration operation.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置に関する。 The present invention relates to a torque limiting mechanism, a drive device, and a robot device.
近年、例えば工業分野に限られず、医療や福祉などの広い産業分野において、作業者の負担軽減等を目的として、ロボット装置が用いられている。このようなロボット装置は、例えば、関節部を介して複数の腕部が接続される構成になっている（例えば、特許文献１参照）。このようなロボット装置において、ロボット装置周囲の人や物が腕部に挟み込まれた場合に駆動トルクを低減して、挟み込まれた人や物及びロボット装置の損傷を低減する構成が知られている。 In recent years, for example, robot devices are used not only in the industrial field but also in a wide range of industrial fields such as medical care and welfare in order to reduce the burden on workers. Such a robot apparatus is configured, for example, such that a plurality of arm portions are connected via joint portions (see, for example, Patent Document 1). In such a robot apparatus, a configuration is known in which when a person or object around the robot apparatus is sandwiched between arms, the driving torque is reduced to reduce damage to the sandwiched person or object and the robot apparatus. .
しかしながら、上述のようなロボット装置は、例えば、人や物への衝突を検出した後或いは人や物の挟み込みを検出した後などに駆動トルクを低減するための動作を行う場合、衝突発生や挟み込み発生から駆動トルクの低減までに時間がかかり、衝突時や挟み込み発生時等における人や物などの周囲の作業環境への損傷を低減することが難しいという問題があった。 However, when the robot apparatus as described above performs an operation for reducing the driving torque after detecting a collision with a person or an object or after detecting an object or object being caught, There is a problem that it takes time from generation to reduction of driving torque, and it is difficult to reduce damage to surrounding work environments such as people and objects at the time of collision or occurrence of pinching.
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、例えば衝突時や挟み込み発生時の損傷を低減することができるトルク制限装置、駆動装置及びロボット装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a torque limiting device, a driving device, and a robot device that can reduce, for example, damage at the time of collision or occurrence of pinching.
本発明の第一の態様に従えば、回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達する伝達部と、回転駆動軸と被駆動軸とに対して相対的な変位を生じさせる許容値に基づき、伝達部による回転力の伝達状態を調整可能な調整部と、所定の較正動作によって得られる較正情報に応じて、許容値を変更可能な制御部とを備えるトルク制限機構が提供される。 According to the first aspect of the present invention, based on a transmission unit that transmits the rotational force of the rotary drive shaft to the driven shaft, and an allowable value that causes a relative displacement between the rotary drive shaft and the driven shaft. A torque limiting mechanism is provided that includes an adjustment unit that can adjust the transmission state of the rotational force by the transmission unit, and a control unit that can change an allowable value according to calibration information obtained by a predetermined calibration operation.
本発明の第二の態様に従えば、本発明の第一の態様に従うトルク制限機構と、回転駆動軸を回転させる駆動部と、を備える駆動装置が提供される。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a drive device including the torque limiting mechanism according to the first aspect of the present invention and a drive unit that rotates the rotary drive shaft.
本発明の第三の態様に従えば、本発明の第一の態様に従うトルク制限機構を備えるロボット装置が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a robot apparatus provided with a torque limiting mechanism according to the first aspect of the present invention.
本発明によれば、衝突時や挟み込み発生時等における人や物などの周囲の作業環境への損傷などを低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the damage to the surrounding work environment, such as a person and an object at the time of a collision, the occurrence of pinching, etc. can be reduced.
［第一実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第一の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態に係るトルク制限機構１２０及び駆動装置１００を備えるロボット装置２００の構成の一例を示す構成図である。
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration of a
本実施形態のロボット装置２００は、固定部１０と、可動部２０（被駆動部）と、駆動装置１００と、上位装置８０とを備えている。
固定部１０は、駆動装置１００及び可動部２０を支持する支持部材であり、例えば、床に固定されている。
The
The
可動部２０（被駆動部）は、例えば、ロボット装置２００の腕（アーム）部分であり、例えば、固定部１０に対して移動（例えば、回転移動）される。固定部１０と可動部２０とは、連結部３０において、移動可能（例えば、回転可能）に連結されている。
連結部３０は、固定部１０と可動部２０とを連結しており、この駆動装置１００を備えている。
駆動装置１００は、駆動部１５０と、トルク制限機構１２０とを備えており、固定部１０に固定され、可動部２０（被駆動部）を移動（例えば、回転移動）させる。
The movable part 20 (driven part) is, for example, an arm part of the
The connecting
The
本実施形態において上位装置８０は、例えば、ロボット装置２００の制御用コンピュータである。この上位装置８０は、駆動ドライバを備えており、駆動装置１００の駆動部１５０に対して、可動部２０（被駆動部）を移動（例えば、回転移動）させる回転力の指令値に応じた、駆動部１５０を駆動する駆動電流（例えば、駆動電流ＩＴ）を出力する。
In the present embodiment, the
駆動部１５０は、上位装置８０が出力する駆動電流ＩＴに応じた回転力によって回転駆動軸１１を回転させる。本実施形態の駆動部１５０は、例えば、固定部１０の第３軸受部１２ｃに取り付けられ、上位装置８０から供給される駆動電流ＩＴに応じた回転力によって回転駆動軸１１を回転させる。
The
回転駆動軸１１は、例えば、駆動部１５０によって発生された回転力を出力する駆動部１５０の回転出力軸である。また、回転駆動軸１１は、拡径部１１ａを備えており、固定部１０の第一軸受部１２ａ及び第二軸受部１２ｂと、可動部２０の第４軸受部２２ａ及び第５軸受部２２ｂと、被駆動軸２１とを貫通している。
The
トルク制限機構１２０は、調整部１２１と、検出部１２２とを備えており、回転駆動軸１１の回転力を被駆動軸２１に伝達可能である。
検出部１２２は、例えば、トルクセンサを備えており、回転駆動軸１１と被駆動軸２１との間に伝達される回転力を検出する。
The
The
被駆動軸２１は、回転駆動軸１１から伝達された回転力によって回転する回転軸である。本実施形態の被駆動軸２１は、例えば、可動部２０の第５軸受部２２ｂに接続されており、第５軸受部２２ｂとともに回転する。つまり、可動部２０は、被駆動軸２１が回転することによって、被駆動軸２１を中心にして回転する。
The driven
調整部１２１は、駆動素子１３１と、伝達部１３０とを備えており、回転駆動軸１１と被駆動軸２１との間に伝達される回転力の上限値（許容値）を調整する。
駆動素子１３１は、一端が可動部２０に接続され、他端が伝達部１３０の一端に接続されており、制御部１２３から出力される制御信号に基づき変形することによって伝達部１３０の張力を変化させて、回転駆動軸１１及び被駆動軸２１に対する伝達部１３０のグリップ力を変化させる。
The
One end of the
伝達部１３０は、回転駆動軸１１の拡径部１１ａと被駆動軸２１とに対して接触可能にされて（例えば、巻きかけられて）おり、例えば張力（すなわち、伝達部１３０のグリップ力）に対応する許容値によって回転駆動軸１１の回転力を被駆動軸２１に伝達する。つまり、回転駆動軸１１の拡径部１１ａから被駆動軸２１に伝達されるトルクの許容値は、トルク制限機構１２０が備える伝達部１３０のグリップ力によって設定される。
The
制御部１２３は、後述する上位装置８０から供給される回転力指令値を駆動部１５０に出力する。また、制御部１２３は、調整部１２１が調整する上限値を可動部２０の負荷及び加速度に応じて設定するとともに、検出部１２２が検出する回転力と設定されている上限値とに基づいて、上限値の設定を変更する。制御部１２３は、上記の上限値に基づく制御信号を調整部１２１に出力する。
The
次に、図２を参照して、トルク制限機構１２０が備える調整部１２１としての駆動素子１３１と伝達部１３０との詳細な構成について説明する。
図２は、トルク制限機構１２０の構成を示す断面図である。
伝達部１３０は、その端部（第一端部１３０ａ、第二端部１３０ｂ）が、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１の周方向の基準位置Ｐを挟むように所定の隙間を空けて対向して配置されている。また、伝達部１３０の形状は、例えば、帯状又は線状などである。
Next, with reference to FIG. 2, a detailed configuration of the
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the
The
拡径部１１ａと被駆動軸２１とは、例えば、同一の径を有しているため、拡径部１１ａの外周面と被駆動軸２１の外周面との間では段差が発生することが無い。このため、伝達部１３０と拡径部１１ａとの間、及び、伝達部１３０と被駆動軸２１との間には、ほぼ同一のグリップ力が発生することになる。
For example, since the enlarged
駆動素子１３１（本実施形態においては、第一駆動素子１３１−１及び第二駆動素子１３１−２）は、伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の接触状態を調整する。第一駆動素子１３１−１及び第二駆動素子１３１−２としては、例えば電歪素子（例、ピエゾ素子）や磁歪素子などの電気機械変換素子が用いられている。例えば、第一駆動素子１３１−１及び第二駆動素子１３１−２は、駆動電圧が供給されることにより、一方向に伸縮する構成である。
The drive element 131 (in the present embodiment, the first drive element 131-1 and the second drive element 131-2) adjust the contact state between the
第一駆動素子１３１−１は、伸縮方向の一方の端部が伝達部１３０の第一端部１３０ａに接続されている。また、第一駆動素子１３１−１の他方の端部は、可動部２０の端面から突出した支持部１３４に固定されている。したがって、第一駆動素子１３１−１は、第一端部１３０ａと支持部１３４とで挟まれた構成となっている。第一駆動素子１３１−１のうち第一端部１３０ａとの接続部分には、フレクシャ機構１３２−１が形成されている。
As for the 1st drive element 131-1, one edge part of the expansion-contraction direction is connected to the
第二駆動素子１３１−２は、伸縮方向の一方の端部が伝達部１３０の第二端部１３０ｂに接続されている。また、第二駆動素子１３１−２の他方の端部は、可動部２０の端面から突出した支持部１３４に固定されている。したがって、第二駆動素子１３１−２は、第二端部１３０ｂと支持部１３４とで挟まれた構成となっている。第二駆動素子１３１−２のうち第二端部１３０ｂとの接続部分には、フレクシャ機構１３２−２が形成されている。
The second drive element 131-2 has one end in the expansion / contraction direction connected to the
上述したように、制御部１２３は第一駆動素子１３１−１及び第二駆動素子１３１−２に接続されており、当該第一駆動素子１３１−１及び第二駆動素子１３１−２に対して駆動電圧を供給可能になっている。制御部１２３は、第一駆動素子１３１−１及び第二駆動素子１３１−２に印加する駆動電圧の電圧値を変化させることにより、第一駆動素子１３１−１及び第二駆動素子１３１−２の伸縮量を調整する。
As described above, the
例えば、第一駆動素子１３１−１が伸びると、伝達部１３０の第一端部１３０ａが第二端部１３０ｂに近づく方向に移動する。また、第二駆動素子１３１−２が伸びると、伝達部１３０の第二端部１３０ｂが第一端部１３０ａに近づく方向に移動する。このため、伝達部１３０が拡径部１１ａの周面（例、外周面や内周面）及び被駆動軸２１の周面（例、外周面や内周面）に巻きつき、当該伝達部１３０に張力が加わる。第一駆動素子１３１−１が縮むと、第一端部１３０ａが第二端部１３０ｂから離れる方向に移動する。また、第二駆動素子１３１−２が縮むと、第二端部１３０ｂが第一端部１３０ａから離れる方向に移動する。このため、伝達部１３０が拡径部１１ａ及び被駆動軸２１から離れて、伝達部１３０が弛緩する。このように、例えば、伝達部１３０は、駆動素子１３１の駆動（例、伸縮）によって回転駆動軸１１の径方向及び被駆動軸２１の径方向に力（例、伝達部１３０のグリップ力や張力、押圧力）が加えられる。これによって、伝達部１３０と拡径部１１ａとの間、及び伝達部１３０と被駆動軸２１との間で、それぞれ摩擦力が生じる。なお、本実施形態は、例えば、駆動素子１３１を縮ませることによって、伝達部１３０が拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に巻きついて、当該伝達部１３０にグリップ力が加わる構成にしてもよい。そして、本実施形態は、駆動素子１３１が伸びることによって、伝達部１３０が拡径部１１ａ及び被駆動軸２１から離れて弛緩する構成にしてもよい。
For example, when the first drive element 131-1 extends, the
次に、図３を参照して、駆動部１５０によって発生される回転力が被駆動軸２１に伝達される回転力の伝達経路の一例を説明する。
図３は、本実施形態における回転力の伝達経路の一例を示す断面図である。
まず、駆動部１５０は、所定の回転力を発生させて、発生させた回転力によって回転駆動軸１１を回転させる。この回転駆動軸１１の回転力は、拡径部１１ａと、トルク制限機構１２０の伝達部１３０との間に生じる摩擦力によって、伝達部１３０に伝達される（図３のＴｑ１）。次に、伝達部１３０の回転力は、伝達部１３０と、被駆動軸２１との間に生じる摩擦力によって、被駆動軸２１に伝達される（図３のＴｑ２）。このようにして、駆動部１５０によって発生された回転力は、被駆動軸２１に伝達される。上述したように、駆動部１５０は、固定部１０の第３軸受部１２ｃに固定されており、被駆動軸２１は、可動部２０の第５軸受部２２ｂに固定されている。この回転力によって、可動部２０は、固定部１０を基準にして回転される。
Next, with reference to FIG. 3, an example of a transmission path of the rotational force through which the rotational force generated by the
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a rotational force transmission path in the present embodiment.
First, the
次に、本実施形態に係るトルク制限機構１２０において、回転駆動軸１１（拡径部１１ａ）から被駆動軸２１へ回転力を伝達し、当該被駆動軸２１に回転力を作用させる原理の一例を説明する。被駆動軸２１を駆動させる際には、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に巻き付いた伝達部１３０に張力を生じさせて、当該張力によって生じるグリップ力によって拡径部１１ａと被駆動軸２１とを連結する。拡径部１１ａと被駆動軸２１とが伝達部１３０によって連結されることで、回転駆動軸１１から被駆動軸２１へと回転力が伝達可能となる。
Next, in the
オイラーの摩擦ベルト理論により、回転駆動軸１１（拡径部１１ａ）及び被駆動軸２１に巻き付いた伝達部１３０の第一端部１３０ａ側の張力（Ｔ１）及び第二端部１３０ｂ側の張力（Ｔ２）が下記（式１）を満たすとき、伝達部１３０と拡径部１１ａとの間、伝達部１３０と被駆動軸２１との間で、それぞれ摩擦力が生じ、伝達部１３０が拡径部１１ａの外周面及び被駆動軸２１の外周面に対して滑りを生じることの無い状態（接触状態）となる。なお、本実施形態では、伝達部１３０が短手方向に等しい寸法ずつ拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に掛けられているため、生じる摩擦力の大きさは、伝達部１３０と拡径部１１ａとの間、及び、伝達部１３０と被駆動軸２１との間で、ほぼ等しくなる。
According to Euler's friction belt theory, the tension (T1) on the
伝達部１３０は、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１に対して接触状態となったときに、摩擦力によって回転駆動軸１１及び被駆動軸２１と共に移動する。この移動により、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に回転力が伝達される。ただし、（式１）において、μは伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の摩擦係数であり、θは伝達部１３０の有効巻き付き角（接触角度）である。有効巻き付け角θについては、拡径部１１ａの外周面及び被駆動軸２１の外周面のうち伝達部１３０に対して接触状態となりうる部分の範囲である。
The
このとき、回転力の伝達に寄与する張力は、（Ｔ１−Ｔ２）によって表される。上記（式１）に基づいて張力（Ｔ１−Ｔ２）を求めると、（式２）のようになる。 At this time, the tension that contributes to the transmission of the rotational force is represented by (T1-T2). When the tension (T1-T2) is obtained based on the above (Expression 1), it is expressed as (Expression 2).
上記（式２）より、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に伝達される回転力は、例えば第一駆動素子１３１−１の伸縮によって伝達部１３０に生じる張力Ｔ１によって一意に決定されることがわかる。（式２）の右辺の張力Ｔ１の係数部分は、伝達部１３０と拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間における摩擦係数μ、及び、伝達部１３０の有効巻き付き角θにそれぞれ依存する。
From the above (Equation 2), the rotational force transmitted from the
図４は、オイラーの原理に基づく摩擦係数μを変化させたときの有効巻き付き角θと係数部分の値との関係を示すグラフである。グラフの横軸は有効巻き付き角θを示しており、グラフの縦軸は係数部分の値を示している。図４に示すように、例えば摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θが３００°以上のときに係数部分の値が０．８以上となっている。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the effective winding angle θ and the value of the coefficient portion when the friction coefficient μ based on Euler's principle is changed. The horizontal axis of the graph indicates the effective winding angle θ, and the vertical axis of the graph indicates the value of the coefficient portion. As shown in FIG. 4, for example, when the friction coefficient μ is 0.3, the value of the coefficient portion is 0.8 or more when the effective winding angle θ is 300 ° or more.
このことから、摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θを３００°以上とすることにより、第一駆動素子１３１−１による張力Ｔ１の８０％以上の力が被駆動軸２１の回転力に寄与することがわかる。この巻き付き角の他（例、１８０°、２７０°、３６０°、３６０°以上）、図４のグラフから、例えば伝達部１３０と、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１との間の摩擦係数を大きくするほど、係数部分の値が大きくなることが推定される。このように、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に伝達される回転力の上限値（許容値）の大きさは第一駆動素子１３１−１による張力Ｔ１によって一意に決定されることになる。したがって、本実施形態におけるトルク制限機構又は制御部は、回転駆動軸１１（拡径部１１ａ）及び被駆動軸２１に対する伝達部１３０のグリップ力を緩めること及び締め付けることによって上記回転力の上限値を変更可能である。
From this, when the friction coefficient μ is 0.3, by setting the effective winding angle θ to 300 ° or more, the force of 80% or more of the tension T1 by the first drive element 131-1 is driven
次に、本実施形態の制御部１２３が駆動装置１００を制御する構成について説明する。
Next, a configuration in which the
図５は、本実施形態の制御部１２３が駆動装置１００を制御する構成の一例を示す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration in which the
本実施形態において上位装置８０は、例えば、ロボット装置２００の制御用コンピュータであり、制御部１２３に対して、回転駆動軸１１を回転させる駆動部１５０の回転力の指令値である回転力指令値（例えば、回転力指令値ＣＴ）を出力する。なお、この指令値は、回転駆動軸１１の回転位置の指令値や、回転駆動軸１１の回転速度の指令値であってもよい。
In the present embodiment, the
制御部１２３は、上位装置８０に接続されており、上位装置８０が出力する、回転力指令値ＣＴを取得する。また、制御部１２３は、上位装置８０から取得した駆動部１５０の回転力指令値ＣＴに応じた、駆動部１５０を駆動する駆動電流（例えば、駆動電流ＩＴ）を駆動部１５０に出力する。また、制御部１２３は、回転駆動軸１１の回転力を被駆動軸２１に伝達可能なトルク制限機構１２０が有する調整部１２１が調整する回転力の上限値を設定する。また、制御部１２３は、検出部１２２が検出する被駆動軸２１の回転力（例えば、回転駆動軸１１から被駆動軸２１に伝達された回転力）と設定されている上限値とに基づいて、上限値の設定を変更する。
The
本実施形態の制御部１２３は、例えば、モータドライバ１２３ａと、クラッチ制御部１２３ｂと、回転力検出部１２３ｃとを備えている。この、モータドライバ１２３ａは、上位装置８０から取得した駆動部１５０の回転力指令値ＣＴに応じて、駆動部１５０を駆動する駆動電流ＩＴを生成し、生成した駆動電流ＩＴを駆動部１５０に出力する。また、クラッチ制御部１２３ｂは、トルク制限機構１２０が有する調整部１２１に接続されており、回転力の上限値を、第一駆動素子１３１−１及び第二駆動素子１３１−２に印加して設定する設定電圧（例えば、設定電圧ＶＳ）を調整部１２１に出力する。また、回転力検出部１２３ｃは、検出部１２２に接続されており、検出部１２２が検出する被駆動軸２１の回転力を示す回転力情報（例えば、回転力情報ＤＴ）を取得する。
The
制御部１２３は、通常動作において、回転力の上限値を設定して、設定した上限値に応じた設定電圧ＶＳを、クラッチ制御部１２３ｂを介して調整部１２１に出力する。
In normal operation, the
例えば、トルク制限機構１２０は、通常動作において、伝達する回転力の大きさが、設定されている上限値を超えている場合には、伝達する回転力の大きさが上限値を超えないように滑りを発生させる。ここで、トルク制限機構１２０の滑りとは、例えば、回転駆動軸１１の回転数（又は回転速度）と被駆動軸２１の回転数（又は回転速度）とが一致していない状態である。このトルク制限機構１２０の滑りは、例えば、トルク制限機構１２０に設定されている上限値を超える回転力を回転駆動軸１１及び被駆動軸２１間において伝達しようとした場合に発生する。
For example, in the normal operation, the
図６は、本実施形態における相対的な滑りの上限値の変化の一例を示すグラフである。通常動作において、回転駆動軸１１と被駆動軸２１との間に伝達される回転力の上限値は、例えば、図６に示す波形ＷＳのように設定されている。例えば、上限値は被駆動軸２１が駆動される状態（例えば、被駆動軸２１に加わる負荷トルクの変化）に応じて設定されている。一例として、上限値は、図６の時刻ｔ０からｔ１において波形ＷＳ１に示すに設定されている。図６の時刻ｔ１からｔ８においても同様に、上限値は波形ＷＳ２からＷＳ８に示すように、それぞれ設定されている。
FIG. 6 is a graph showing an example of a change in the upper limit value of relative slip in the present embodiment. In the normal operation, the upper limit value of the rotational force transmitted between the
これに対して、トルク制限機構１２０は、伝達部１３０、拡径部１１ａ及び被駆動軸２１などの表面状態の変化、表面への油の付着、湿気の影響などの原因により、上述した摩擦力が変化することがある。トルク制限機構１２０は、例えば、これらの原因によって伝達部１３０と、拡径部１１ａ又は被駆動軸２１とが固着する場合がある。このような場合に、トルク制限機構１２０が伝達する回転力は、設定した上限値を超えることがある。
In contrast, the
例えば、トルク制限機構１２０が伝達する回転力の上限値が、設定した上限値よりも増加することがある。ここで、設定されている上限値（例えば、波形ＷＳによって示される上限値）に対して摩擦力が増加した場合、例えば、図６に示す波形ＷＳは、波形ＷＵに変化する。この場合、伝達する回転力の大きさが設定された上限値を超えても、滑りが発生しないことがある。
For example, the upper limit value of the rotational force transmitted by the
また、例えば、トルク制限機構１２０が伝達する回転力は、設定した上限値に達しないことがある。つまり、トルク制限機構１２０が伝達する回転力の上限値が、設定した上限値よりも減少することがある。ここで、設定されている上限値（ＷＳ）に対して摩擦力が減少した場合、例えば、図６に示す波形ＷＳは、波形ＷＬに変化する。この場合、被駆動軸２１の負荷（例えば、可動部２０及び可動部２０が移動させる負荷）を移動させるために必要な回転力を回転駆動軸１１から被駆動軸２１に伝達することができないことがある。
Further, for example, the rotational force transmitted by the
つまり、トルク制限機構１２０において、上記のように摩擦力が変化すると、滑りが発生すべき状況において滑りが発生しなかったり、滑りが発生すべきでない状況において滑りが発生したりする、といった誤作動が発生する場合がある。
In other words, in the
そこで、本実施形態では、滑りが発生すべき状況において滑りが発生するように、トルク制限機構１２０に設定されている上限値を変更する。例えば、制御部１２３は、当該上限値を変更するため、通常動作とは別に、回転力に関するトルク制限機構１２０の較正動作を行わせる。当該較正動作において、制御部１２３は、回転駆動軸１１と被駆動軸２１との間に相対的な滑りが発生する場合の回転力（滑り発生回転力）を較正情報として求める。制御部１２３は、通常動作において、トルク制限機構１２０の上限値を、較正情報として求めた滑り発生回転力に変更する。
Therefore, in the present embodiment, the upper limit value set in the
つまり、図６に即して説明すると、まず較正動作において波形ＷＵの値や波形ＷＬの値を較正情報として求める。その後、通常動作において、予め設定されている上限値の波形ＷＳを、求めた波形ＷＵや波形ＷＬに変更する。以降の通常動作は、変更後の上限値（波形ＷＵ又は波形ＷＬ）に基づいて行われる。このため、トルク制限機構１２０の状態に応じて上限値を柔軟に適応させることができる。
In other words, referring to FIG. 6, first, in the calibration operation, the value of the waveform WU and the value of the waveform WL are obtained as calibration information. Thereafter, in the normal operation, the preset upper limit waveform WS is changed to the obtained waveform WU or waveform WL. Subsequent normal operations are performed based on the changed upper limit value (waveform WU or waveform WL). For this reason, the upper limit value can be flexibly adapted according to the state of the
この場合、制御部１２３は、ロボット装置２００に対して異なる複数種類の較正動作を行わせ、これらの複数種類の較正動作について、それぞれ較正情報として滑り発生回転力を求める。複数種類の較正動作として、制御部１２３は、例えば通常動作と同一の動作を行わせることができる。あるいは、制御部１２３は、トルク制限機構１２０に滑りが発生する可能性のある動作を、通常動作に相当する動作として行わせても構わない。なお、制御部１２３は、上記の複数種類の較正動作に限らず、１種類の較正動作をロボット装置２００に対して行わせてもよい。
In this case, the
このような通常動作に相当する較正動作として、例えば静止している可動部２０に対して一方向に力を作用させる動作が挙げられる。この較正動作の一例として、図７に示すように、可動部２０の先端に較正用の錘Ｇを取り付ける。検出部１２２は、錘Ｇによって滑りが発生したときの回転力（滑り発生回転力）を検出する。なお、較正用の錘Ｇは、トルク制限機構１２０に滑りが生じる程度の重さであり、予め決められた所定の重さである。制御部１２３は、検出された滑り発生回転力を、第一較正情報として例えば制御部１２３に設けられる不図示のメモリ等に記憶させる。また、制御部１２３は、一方向として、例えば重力方向に沿った方向の他、重力方向に逆らう方向や重力方向に交差する方向など、複数の異なる方向についての滑り発生回転力を求め、較正情報としてメモリ等に記憶させても良い。上記の較正動作においては、例えば錘Ｇを取り付ける代わりに、例えば可動部２０の先端を重力方向に引っ張る機構を用いることで、錘Ｇを取り付ける場合と同等な結果を得ることができる。なお、上記の較正動作の一例として、可動部２０の先端に取り付ける較正用の錘Ｇは、重さを容易に調整できるような形態であってもよい。
As a calibration operation corresponding to such a normal operation, for example, there is an operation in which a force is applied in one direction to the stationary
また、通常動作に相当する較正動作として、一方向に可動部２０を等速移動させて対象物Ｐに衝突させる動作が挙げられる。この較正動作の一例として、制御部１２３は、図８に示すように、一方向に可動部２０を移動させ、トルク制限機構１２０に滑りが発生するように可動部２０を対象物Ｐに接触させる又は押し付ける。検出部１２２は、滑りが発生したときの滑り発生回転力を検出する。制御部１２３は、検出された滑り発生回転力を、第二較正情報として例えば制御部１２３に設けられる不図示のメモリ等に記憶させる。また、制御部１２３は、一方向として、例えば重力方向に交差する方向の他、重力方向に沿った方向や重力方向に逆らう方向など、複数の異なる方向についての滑り発生回転力を求め、較正情報としてメモリ等に記憶させても良い。
Further, as a calibration operation corresponding to the normal operation, there is an operation in which the
また、通常動作に相当する較正動作として、可動部２０を一方向に加速移動させる動作が挙げられる。この較正動作において、まず制御部１２３は、例えば固定部１０を静止させた状態から、トルク制限機構１２０に滑りが発生するように固定部１０を一方向に加速して移動させる。検出部１２２は、滑りが発生したときの滑り発生回転力を検出する。制御部１２３は、検出された滑り発生回転力を、第三較正情報として例えば制御部１２３に設けられる不図示のメモリ等に記憶させる。このとき、制御部１２３は、一方向として、例えば重力方向に交差する方向や重力方向に沿った方向、重力方向に逆らう方向など、複数の異なる方向について較正動作を行わせたり、異なる加速度で較正動作を行わせたりして、複数の較正情報を得るようにしても良い。
Further, as a calibration operation corresponding to the normal operation, there is an operation of accelerating and moving the
また、通常動作に相当する較正動作として、一方向に移動している可動部２０を減速させる動作が挙げられる。この較正動作において、まず制御部１２３は、一方向に固定部１０を所定速度で移動させた状態から、トルク制限機構１２０に滑りが発生するように固定部１０を減速させる。検出部１２２は、滑りが発生したときの滑り発生回転力を検出する。制御部１２３は、検出された滑り発生回転力を、第四較正情報として例えば制御部１２３に設けられる不図示のメモリ等に記憶させる。このとき、制御部１２３は、一方向として、例えば重力方向に交差する方向や重力方向に沿った方向、重力方向に逆らう方向など、複数の異なる方向について較正動作を行わせたり、異なる減速度（減速方向の加速度）で較正動作を行わせたりして、複数の較正情報を得るようにしても良い。
Moreover, the operation | movement which decelerates the
上記の較正動作を行うタイミングとしては、通常動作が行われない期間などが挙げられる。例えば、制御部１２３は、ロボット装置２００の電源を入れた後、通常動作が行われるまでの期間に較正動作を行わせても良い。また、制御部１２３は、一日ごとに所定の時間が到来したときに較正動作を行わせても良い。通常動作を行っているときに所定の時間が到来した場合、制御部１２３は通常動作を停止させ、当該通常動作が停止している期間に較正動作を行わせる。
Examples of the timing for performing the calibration operation include a period during which the normal operation is not performed. For example, the
以上のように較正動作を行った後、制御部１２３はロボット装置２００に通常動作を行わせる。通常動作において、制御部１２３は、動作の種類ごとに、トルク制限機構１２０の上限値を、上記較正情報として求めた較正情報（滑り発生回転力）に等しくなるように変更する。
After performing the calibration operation as described above, the
例えば、制御部１２３は、静止している可動部２０に対して一方向に力が作用する場合には第一較正情報に基づいて上限値を変更させる。また、制御部１２３は、一方向に可動部２０を等速移動させる場合には第二較正情報に基づいて上限値を変更させる。また、制御部１２３は、可動部２０を一方向に加速移動させる場合には第三較正情報に基づいて上限値を変更させる。また、制御部１２３は、一方向に移動している可動部２０を減速させる場合には第四較正情報に基づいて上限値を変更させる。
For example, the
トルク制限機構１２０の上限値を変更する場合、同一種類の動作に対して複数の較正情報が求められている場合（例、異なる方向についての較正情報、異なる加速度についての較正情報、異なる動作期間についての較正情報など）、制御部１２３は、複数の較正情報のうち一の較正情報を上限値として選択する。このとき、制御部１２３は、例えば重力方向に沿った方向についての較正情報を優先的に選択しても良いし、加速度が最も大きい場合についての較正情報を優先的に選択しても良い。
When changing the upper limit value of the
以上のように、本実施形態に係るトルク制限機構１２０は、回転駆動軸１１の回転力を被駆動軸２１に伝達する伝達部１３０と、回転駆動軸１１と被駆動軸２１とに対して相対的な変位を生じさせる上限値に基づき、伝達部１３０による回転力の伝達状態を調整可能な調整部１２１と、回転力についての所定の較正動作によって得られる較正情報に応じて、上限値を変更可能な制御部１２３とを備えるので、例えば、経年変化による伝達部１３０の表面状態の変化や、周囲環境の油や埃、湿気などによりトルク制限機構１２０の摩擦力が変化した場合であっても、摩擦力の変化に応じた上限値が設定される。これにより、例えば、可動部２０が人や物を挟み込んだ場合に、トルク制限機構１２０に設定されている上限値を超えて回転力が伝達されることを低減することができる。これにより、トルク制限機構１２０は、挟み込み発生から短時間で駆動トルクを低減することができるので、衝突時や挟み込み発生時等における人や物などの周囲の作業環境への損傷などを低減することができる。また、本実施形態に係るトルク制限機構１２０は、例えば上記のように摩擦力の変化に応じた上限値が設定されることによって、滑りを生じさせない場合に誤って滑りが生じることを低減できるため、予期しない衝突を引き起こすことを防止できる。
As described above, the
［第二実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第二実施形態を説明する。なお、上述した第一実施形態と同様である構成及び動作については、説明を省略する。
図９は、本実施形態におけるロボット装置の構成の一例を示す構成図である。
図９に示すように、本実施形態のロボット装置２００は、台座部５０と、固定部１０と、手先部４０と、複数の可動部２０（例えば、可動部２０ａ及び可動部２０ｂ）と、複数の駆動装置１００（例えば、駆動装置１００ａ及び駆動装置１００ｂ）を備えている。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, description is abbreviate | omitted about the structure and operation | movement similar to 1st embodiment mentioned above.
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an example of the configuration of the robot apparatus according to the present embodiment.
As shown in FIG. 9, the
台座部５０は、ロボット装置２００が設置されている床に固定されている。
固定部１０は、第１端部が台座部に固定されており、第２端部が連結部３０ａを介して可動部２０ａの第１端部と連結されている。
The
As for the fixed
可動部２０ａは、第１端部が連結部３０ａを介して固定部１０の第２端部と連結されており、第２端部が連結部３０ｂを介して可動部２０ｂの第１端部と連結されている。例えば、可動部２０ａは、ロボット装置２００が備えるロボットアームのうちの上腕部である。
The
可動部２０ｂは、第１端部が連結部３０ｂを介して可動部２０ａの第２端部と連結されており、第２端部に手先部４０が接続されている。例えば、可動部２０ｂは、ロボット装置２００が備えるロボットアームのうちの下腕部である。
手先部４０は、可動部２０ｂの第２端部に接続されており、被移動物体ＷＫを保持する（例えば、把持する）。
As for the
The
駆動装置１００ａは、連結部３０ａに備えられており、上位装置８０の指令値に基づいて固定部１０に対して可動部２０ａが回転移動するように可動部２０ａを駆動する。同様に、駆動装置１００ｂは、連結部３０ｂに備えられており、上位装置８０の指令値に基づいて可動部２０ａに対して可動部２０ｂが回転移動するように可動部２０ｂを駆動する。また、これらの駆動装置１００は、上述した実施形態において説明したトルク制限機構１２０をそれぞれ備えている。例えば、駆動装置１００ａは、トルク制限機構１２０としてのトルク制限機構１２０ａを備えており、駆動装置１００ｂは、トルク制限機構１２０としてのトルク制限機構１２０ｂを備えている。
The
以上説明したように、本実施形態の駆動装置１００（駆動装置１００ａ、駆動装置１００ｂ）は、上述した実施形態において説明したトルク制限機構１２０を備えている。これにより、本実施形態の駆動装置１００は、例えば衝突時や挟み込み発生時の損傷を低減することができる。
As described above, the driving device 100 (the
また、本実施形態のロボット装置２００は、上述した実施形態において説明したトルク制限機構１２０（本実施形態においては、トルク制限機構１２０ａ及びトルク制限機構１２０ｂ）を備えている。これにより、本実施形態のロボット装置２００は、例えば衝突時や挟み込み発生時の損傷を低減することができる。
Further, the
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention has been explained in full detail with reference to drawings, a concrete structure is not restricted to this embodiment and can be suitably changed in the range which does not deviate from the meaning of this invention. .
なお、上記の実施形態における制御部１２３又はこの制御部１２３が備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。
Note that the
なお、この制御部１２３が備える各部はメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、制御部１２３が備える各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
Each unit included in the
また、制御部１２３が備える各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、制御部１２３が備える各部による処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
In addition, by recording a program for realizing the function of each unit included in the
Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。 The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are also included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.
１１…回転駆動軸、２１…被駆動軸、１００…駆動装置、１２０…トルク制限機構、１２１…調整部、１２２…検出部、１２３…制御部、１２４…すべり検出部、１２５…回転力検出部（検出部）、１５０…駆動部、２００…ロボット装置
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記回転駆動軸と前記被駆動軸とに対して相対的な変位を生じさせる許容値に基づき、前記伝達部による前記回転力の伝達状態を調整可能な調整部と、
所定の較正動作によって得られる較正情報に応じて、前記許容値を変更可能な制御部と
を備えるトルク制限機構。 A transmission unit for transmitting the rotational force of the rotary drive shaft to the driven shaft;
An adjustment unit capable of adjusting a transmission state of the rotational force by the transmission unit, based on an allowable value that causes a relative displacement with respect to the rotation drive shaft and the driven shaft;
A torque limiting mechanism comprising: a control unit capable of changing the allowable value according to calibration information obtained by a predetermined calibration operation.
請求項１に記載のトルク制限機構。 The torque limiting mechanism according to claim 1, wherein the calibration operation includes obtaining a slip generation rotational force when a relative slip occurs between the rotation drive shaft and the driven shaft.
請求項２に記載のトルク制限機構。 The torque limiting mechanism according to claim 2, wherein the control unit causes the adjustment unit to adjust the transmission state so that the slip generation rotational force becomes equal to the allowable value.
請求項２又は請求項３に記載のトルク制限機構。 4. The torque limiting mechanism according to claim 2, wherein the calibration operation includes determining the slip generation rotational force in different rotational directions of the rotational drive shaft and the driven shaft. 5.
請求項４に記載のトルク制限機構。 When the slip generation rotational force with respect to the different rotational directions is different, the control unit uses the slip generation rotational force with respect to any one of the different rotational directions to the adjustment unit. The torque limiting mechanism according to claim 4, wherein a transmission state is adjusted.
請求項４又は請求項５に記載のトルク制限機構。 The said control part makes the said adjustment part adjust the said transmission state using the said slip generation | occurrence | production rotational force about the direction where the acceleration which acts on the said rotational drive shaft and the said driven shaft among the said different rotation directions is large. Alternatively, the torque limiting mechanism according to claim 5.
前記制御部は、前記異なる回転方向のうち前記アーム部の重力によって前記被駆動軸が回転する方向についての前記滑り発生回転力を用いて前記調整部に前記伝達状態を調整させる
請求項４から請求項６に記載のトルク制限機構。 The driven shaft is connected to an arm portion,
The said control part makes the said adjustment part adjust the said transmission state using the said slip generation | occurrence | production rotational force about the direction which the said driven shaft rotates by the gravity of the said arm part among the said different rotation directions. Item 7. The torque limiting mechanism according to Item 6.
請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。 The torque limiting mechanism according to any one of claims 1 to 7, wherein the control unit changes the allowable value for each of a plurality of pieces of calibration information obtained by a plurality of the calibration operations.
前記調整部は、前記許容値が可変となるように、前記回転軸に対する前記伝達部の接触状態を前記伝達状態として調整可能に形成されている
請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。 The transmission portion is provided so as to be able to contact at least a part of a circumferential surface of at least one of the rotation drive shaft and the driven shaft, and a force in a direction different from the axial direction of the rotation shaft. Is formed so as to transmit the rotational force of the rotational drive shaft to the driven shaft by contacting the rotational shaft with
The adjustment unit is formed so that the contact state of the transmission unit with respect to the rotation shaft can be adjusted as the transmission state so that the allowable value is variable. The torque limiting mechanism described in 1.
請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。 The torque limiting mechanism according to any one of claims 1 to 9, wherein the calibration operation is performed every predetermined period.
前記回転駆動軸を回転させる駆動部と、
を備える駆動装置。 The torque limiting mechanism according to any one of claims 1 to 10, a drive unit that rotates the rotary drive shaft,
A drive device comprising:
ロボット装置。 A robot apparatus comprising the torque limiting mechanism according to any one of claims 1 to 10.
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