JP7156865B2 - 緩衝装置及びそれを備えるロボット - Google Patents

Description

本発明は、緩衝装置及びそれを備えるロボットに関する。

従来から、第１物体から第２物体に伝わる衝撃を緩和するための緩衝装置が知られている。このような緩衝装置として、例えば、特許文献１で提案されている被覆材がある。

特許文献１には、マニピュレータを覆う被覆材が記載されている。当該被覆材は、クッション層と、当該クッション層の外側に配置される接触センサと、当該接触センサの外側に配置される近接センサと、最も外側に配置されるコーティング層と、を有している。

特開２０１７－２０５８６７号公報

ところで、特許文献１の被覆材及びその他の従来からある緩衝装置は、一般に、マニピュレータの内部構造等である第１物体を包含する外殻と、前記第２物体によって前記外殻に加えられる外力又は前記第２物体によって前記外殻を介して前記第１物体に加えられる外力等を検出するためのセンサと、前記センサによる検出値に基づき、前記第１物体及び前記外殻の動作を抑制するための動作抑制装置と、を備える。

しかし、前記従来からある緩衝装置は、第１物体から第２物体に伝わる衝撃を緩和する度合いに改善の余地があった。また、前記第２物体によって前記外殻に加えられる外力又は前記第２物体によって前記外殻を介して前記第１物体に加えられる外力等を、センサで精度良く検知できない場合があった。これにより、動作抑制装置が、センサによる検出値に基づき、所望するように前記第１物体及び前記外殻の動作を抑制できていない場合があった。

そこで、本発明は、第１物体から第２物体に伝わる衝撃を十分に緩和することができ、且つ、センサによる検出値に基づき所望するように第１物体及び外殻の動作を抑制することが可能な、緩衝装置及びそれを備えるロボットを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る緩衝装置は、第１物体から第２物体に伝わる衝撃を緩和するための緩衝装置であって、前記第１物体を包含し、可撓性を有する弾性体で構成される外殻と、前記第２物体によって前記外殻に加えられる外力、前記第２物体によって前記外殻を介して前記第１物体に加えられる外力、又は、前記外力のいずれかに対応する物理量を検出するためのセンサと、前記センサによる検出値に基づき、前記第１物体及び前記外殻の動作を抑制するための動作抑制装置と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、前記第２物体によって前記外殻に外力が加えられたとき、前記外殻が撓むように弾性変形するので、前記第１物体から前記第２物体に伝わる衝撃を十分に緩和することができる。また、前記第２物体によって外殻に加えられる外力が比較的小さい段階で、前記第２物体を押し返す外殻の弾力が、前記従来からある緩衝装置の外殻の場合と比較して速やかに増加する。したがって、前記第２物体によって前記外殻に加えられる外力又は前記第２物体によって前記外殻を介して前記第１物体に加えられる外力を、センサで精度良く検知することが可能となる。これにより、動作抑制装置が、センサによる検出値に基づき、所望するように前記第１物体及び前記外殻の動作を抑制することができる。

前記外殻は薄肉であり、前記第１物体と前記外殻との間には間隙が設けられてもよい。

上記構成によれば、外殻が他の物体に妨げられることなく良好に弾性変形することが可能となる。

例えば、前記外殻は、前記第２物体によって外力を加えられた部分がその厚さ方向の全域に亘って前記間隙に向けて撓むように弾性変形することで、前記第１物体から前記第２物体に伝わる衝撃を緩和してもよい。

前記薄肉の厚みは、５．０ｍｍ以下であってもよい。

上記構成によれば、外殻が良好に弾性変形することが可能となる。

前記薄肉の厚みは、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であってもよい。

上記構成によれば、外殻がいっそう良好に弾性変形することが可能となる。

前記外殻を構成する弾性体は、非圧縮性をさらに有してもよい。

上記構成によれば、外殻が良好に弾性変形することが可能となる。

前記外殻を構成する弾性体は、非発泡樹脂で形成されてもよい。

上記構成によれば、容易に外殻を形成することができ、且つ、外殻が良好に弾性変形することが可能となる。

例えば、前記非発泡樹脂の主成分はポリエチレンであってもよい。

前記外殻の少なくとも一部は、厚さ方向の外側に向けて突出する湾曲部を有してもよい。

上記構成によれば、前記第２物体を押し返す外殻の弾力が、前記従来からある緩衝装置の外殻の場合と比較していっそう速やかに増加する。したがって、前記第２物体によって前記外殻に加えられる外力又は前記第２物体によって前記外殻を介して前記第１物体に加えられる外力を、センサでいっそう精度良く検知することが可能となる。

前記外殻の前記第１物体と対向する内面は平滑であってもよい。

上記構成によれば、容易に外殻を形成することができ、且つ、外殻が他の物体に妨げられることなく良好に弾性変形することが可能となる。

前記課題を解決するために、本発明に係るロボットは、上記のいずれかに記載の緩衝装置と、前記第１物体と、を備えるロボットであって、前記第１物体はロボットの内部構造であり、前記外殻は前記ロボットの外殻であることを特徴とする。

上記構成によれば、前記第２物体によって前記外殻に外力が加えられたとき、前記外殻が撓むように弾性変形するので、ロボットの内部構造（第１物体）から前記第２物体に伝わる衝撃を十分に緩和することができる。また、前記第２物体によって外殻に加えられる外力が比較的小さい段階で、前記第２物体を押し返す外殻の弾力が、前記従来からある緩衝装置の外殻の場合と比較して速やかに増加する。したがって、前記第２物体によって前記外殻に加えられる外力又は前記第２物体によって前記外殻を介して前記ロボットの内部構造に加えられる外力を、センサで精度良く検知することが可能となる。これにより、動作抑制装置が、センサによる検出値に基づき、所望するようにロボットの動作を抑制することができる。

例えば、少なくとも一つの関節軸を有するロボットアームと、前記関節軸を駆動するためのモータと、を備え、前記外殻は、前記ロボットアームの外殻として構成される第１部分を含み、前記センサは、前記第２物体によって前記第１部分を介して前記第１物体に加えられる外力として、前記モータの回転位置の変化量、前記モータの回転速度の変化量又は前記モータに流れる電流値の変化量を検出してもよい。

例えば、前記第２物体は人体であり、前記人体と協働して作業を行う産業用ロボットとして構成されてもよい。

第１物体から第２物体に伝わる衝撃を十分に緩和することができ、且つ、センサによる検出値に基づき所望するように第１物体及び外殻の動作を抑制することが可能な、緩衝装置及びそれを備えるロボットを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る緩衝装置及びそれを備えるロボットが人体と協働して作業を行う作業現場の様子を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置及びそれを備えるロボットの全体構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置及びそれを備えるロボットの全体構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置の第１外殻が開かれた状態の斜視図であり、（Ａ）が外側から見たときの図、（Ｂ）が内側から見たときの図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置の一対の第１外殻本体同士を互いに固定するためのスナップフィット構造を示す概略図であり、（Ａ）が固定する前の状態を示す図、（Ｂ）が固定した後の状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置の第１外殻がリストに取り付けられた状態を示す図であり、（Ａ）が正面側から見た斜視図、（Ｂ）が背面側から見た斜視図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置の第１外殻とロボットの内部構造との位置関係を示す図であり、（Ａ）がリストの基端部、（Ｂ）がリストの中央部、及び（Ｃ）がリストの先端部を示す図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置の第１外殻背面部の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置の第２外殻がロボットの第１リンクに取り付けられる前の状態を示す図であり、（Ａ）が当該第２外殻並びに第１リンク及び化粧板を示す斜視図、（Ｂ）が第２外殻の固着部及びその周辺部分を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置の第２外殻がロボットの第１リンクに取り付けられた状態を示す図であり、（Ａ）が斜視図、（Ｂ）が固着部及びその周辺部分を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置の第３外殻が開かれた状態を内側から見たときの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置の第３外殻がロボットの第２リンクに取り付けられた状態を示す図であり、（Ａ）が第１面側から見たときの斜視図、（Ｂ）が第２面側から見たときの斜視図、（Ｃ）が固着部及びその周辺部分を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置の効果を説明するための概略的な断面図であり、（Ａ）が人体によって外殻に外力が加えられる前の図、（Ｂ）が人体によって外力が加えられたときの図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置の効果を確かめるために発明者らが行った実験を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態に係る緩衝装置の効果を確かめるために発明者らが行った実験結果を示すグラフである。 従来からある緩衝装置の第１外殻とロボットの内部構造との位置関係を示す図であり、（Ａ）がリストの基端部、（Ｂ）がリストの中央部、及び（Ｃ）がリストの先端部を示す図である。 従来からある緩衝装置を説明するための概略的な断面図であり、（Ａ）が人体によって外殻に外力が加えられる前の図、（Ｂ）が人体によって外力が加えられたときの図である。

以下、本発明の一実施形態に係る緩衝装置及びそれを備えるロボットについて、図面を参照して説明する。なお、本実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（ロボット１０）
図１は、本実施形態に係る緩衝装置及びそれを備えるロボットが人体と協働して作業を行う作業現場の様子を示す平面図である。図１に示すように、本実施形態に係るロボット１０は、作業現場Ｓで人体Ｐ、Ｐ´（第２物体）と協働して作業を行う産業用ロボットとして構成される。具体的には、ロボット１０は、作業現場ＳのコンベヤＣに隣接した位置で、人体Ｐと人体Ｐ´の間の人一人分に相当する限られたスペース（例えば、６１０ｍｍ×６２０ｍｍ）に設置される。そして、ロボット１０は、コンベヤＣによって順次搬送されてくる複数のワークＷに対して人体Ｐ、Ｐ´と協働して作業を行うことが可能である。

図２は、本実施形態に係る緩衝装置及びそれを備えるロボットの全体構成を示す概略図である。図２に示すように、ロボット１０は、台車に固定された基台１２と、基台１２内に収納された図１中破線で示すロボット制御装置１８と、基台１２に支持された一対のロボットアーム２０ａ、２０ｂと、を備える。なお、ロボットアーム２０ａ、２０ｂの先端には、それぞれ、ワークＷに対して把持などの作業を行うためのエンドエフェクタが取り付けられてもよいが、ここではその図示及び説明を省略する。

（一対のロボットアーム２０ａ、２０ｂ）
一対のロボットアーム２０ａ、２０ｂは、それぞれ、基台１２に対して移動可能に構成された水平多関節型のロボットアームである。一対のロボットアーム２０ａ、２０ｂは、それぞれ、独立して動作したり、互いに関連して動作したりすることができる。なお、ロボットアーム２０ｂは、ロボットアーム２０ａと同様の構成を有している。したがって、ここではロボットアーム２０ａについてのみ説明し、ロボットアーム２０ｂの同様となる説明は適宜省略する。

ロボットアーム２０ａは、関節部Ｊ１～Ｊ４（関節軸）を有している。そして、ロボットアーム２０ａには、関節部Ｊ１～Ｊ４に対応付けられるように、駆動用のモータ３０（図３参照）が設けられている。ロボットアーム２０ａは、第１リンク２２及び第２リンク２４と、リスト２６とを有している。

第１リンク２２は、基台１２の上面に固定された基軸１４と回転式の関節部Ｊ１により連結されることで、基軸１４の軸心を通るように規定された回転軸Ｌ１まわりに回動可能である。第２リンク２４は、第１リンク２２の先端と回転式の関節部Ｊ２により連結されることで、第１リンク２２の先端に規定された回転軸Ｌ２まわりに回動可能である。

リスト２６は、エンドエフェクタ（図示せず）が取り付けられるメカニカルインターフェイス２７を有しており、第２リンク２４の先端と直動式の関節部Ｊ３及び回転式の関節部Ｊ４を介して連結されている。リスト２６は、直動式の関節部Ｊ３によって、第２リンク２４に対して昇降移動可能である。また、リスト２６は、回転式の関節部Ｊ４によって、第２リンク２４に対して垂直な回転軸Ｌ３まわりに回動可能である。

ロボットアーム２０ａの第１リンク２２の回転軸Ｌ１と、ロボットアーム２０ｂの第１リンク２２の回転軸Ｌ１とは同一直線上に存し、ロボットアーム２０ａの第１リンク２２とロボットアーム２０ｂの第１リンク２２とは上下に高低差を設けて配置されている。

ロボット制御装置１８の具体的な構成は特に限定されないが、例えば、公知のプロセッサ（ＣＰＵ等）が記憶部（メモリ）に格納されるプログラムに従って動作することにより実現される構成であってもよい。

（緩衝装置５０）
図３は、本実施形態に係る緩衝装置及びそれを備えるロボットの全体構成を示すブロック図である。図３に示すように、ロボット１０は、当該ロボット１０の内部構造（第１物体）に伝わる衝撃を緩和するための緩衝装置５０をさらに備える。なお、本実施形態では、ロボット１０の内部構造は、ロボット１０内に設けられる構造物（例えば、ロボットアーム２０ａ、２０ｂ内に設けられるモータ３０、後述する第１リンクの内部構造２２ａ、第２リンクの内部構造２４ａ、及びリストの内部構造２６ａ等）を含む。

本実施形態に係る緩衝装置５０は、ロボット１０の内部構造（第１物体）を包含し、可撓性を有する弾性体で構成される外殻６０を備える。また、緩衝装置５０は、人体Ｐ、Ｐ´（第２物体）によって外殻６０を介してロボット１０の内部構造に加えられる外力を検出するためのセンサ１１０をさらに備える。そして、緩衝装置５０は、センサ１１０による検出値に基づき、ロボット１０（ロボット１０の内部構造及び外殻６０等）の動作を抑制するための動作抑制装置１２０をさらに備える。

（外殻６０）
外殻６０は、ロボット１０の外殻として構成される。具体的には、外殻６０は、ロボットアーム２０ａのリスト２６の外殻として構成される第１外殻７０と、ロボットアーム２０ａの第１リンク２２の外殻として構成される第２外殻８０と、第１ロボットアーム２０ａの第２リンク２４の外殻として構成される第３外殻９０と、を含む。すなわち、本実施形態では、外殻６０は、第１ロボットアーム２０ａ（及び第２ロボットアーム２０ｂ）の内部構造の外殻として構成される。

外殻６０（すなわち、第１外殻７０、第２外殻８０及び第３外殻９０それぞれ）は薄肉であり、外殻６０とロボット１０の内部構造との間には間隙が設けられる。前記薄肉の厚みは、５．０ｍｍ以下であってもよい。さらに、当該薄肉の厚みは、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であってもよい。

また、外殻６０を構成する弾性体は、非圧縮性をさらに有する。なお、ここでいう非圧縮性とは、人体Ｐ、Ｐ´等（第２物体）によって外力を加えられたとき、その密度（又は体積）が弾性変形の前後で変化しない（又は殆ど変化しない）性質をいう。

さらに、外殻６０を構成する弾性体は、非発泡樹脂で形成される。そして、当該非発泡樹脂の主成分はポリエチレンである。

ポリエチレンは、ＬＤＰＥ（Low Density Polyethylene、低密度ポリエチレン）であってもよい。或いは、ポリエチレンは、例えば、ＨＤＰＥ（High Density Polyethylene、高密度ポリエチレン）、ＬＬＤＰＥ（Linear Low Density Polyethylene、直鎖低密度ポリエチレン）、ＭＰＥ（Metallocene Polyethylene、メタロセン触媒で重合したポリエチレン）、ＥＶＡ（Ethylene-VinylAcetate、エチレンビニルアセテート）、又は、ＵＨＭＷＰＥ（Ultra High Molecular Weight Polyethylene、超高分子量ポリエチレン）等であってもよいし、これらが混合されたものであってもよい。

さらに、外殻６０のロボット１０の内部構造と対向する内面は平滑である。

外殻６０は、ロボットアーム２０ｂの外殻として構成される第１外殻７０、第２外殻８０及び第３外殻９０をさらに含むが、これらの構造はロボットアーム２０ａの外殻として構成されるそれらと同じである。したがって、以下では特に必要な場合を除き、第１ロボットアーム２０ａの外殻についてのみ説明し、第２ロボットアーム２０ｂについての同様となる説明は適宜省略する。

（第１外殻７０）
図４は、本実施形態に係る緩衝装置の第１外殻が開かれた状態の斜視図であり、（Ａ）が外側から見たときの図、（Ｂ）が内側から見たときの図である。図４に示すように、第１外殻７０は、一対の第１外殻本体７２ａ、７２ｂと、第１外殻本体７２ａの基端部の背面側と第１外殻本体７２ｂの基端部の背面側とを互いに接続する第１外殻背面部７６と、を有する。

一対の第１外殻本体７２ａ、７２ｂは、それぞれ、協働してリストの内部構造２６ａを内包することができるように、略々お椀型形状が上下に２つ連設された形状を有する。

第１外殻７０は、例えば、次のような手順でリストの内部構造２２ａに取り付けることができる。

まず、図４（Ａ）に示すように、第１外殻背面部７６を中心として第１外殻本体７２ａ、７２ｂを見開くようにして、第１外殻７０を開かれた状態とする。

次に、リストの内部構造２６ａに対して、第１外殻背面部７６の内面を上方からスライドするようにして取り付ける。

そして、第１外殻本体７２ａの内面と第１外殻本体７２ｂの内面とがリストの内部構造２６ａを介して互いに対向するように、第１外殻本体７２ａを第１外殻背面部７６との接続部から内側に向けて折り曲げ、且つ、第１外殻本体７２ｂを第１外殻背面部７６との接続部から内側に向けて折り曲げる。

最後に、第１外殻本体７２ａ、７２ｂの略々お椀型形状の第２リンク２４とは反対側の高さ方向に延びる端縁に設けられるスナップフィット構造７３（図４参照）によって、当該第１外殻本体７２ａ、７２ｂ同士を互いに固定する。

図５は、本実施形態に係る緩衝装置の一対の第１外殻本体同士を互いに固定するためのスナップフィット構造を示す概略図であり、（Ａ）が固定する前の状態を示す図、（Ｂ）が固定した後の状態を示す図である。図５に示すように、スナップフィット構造７３は、第１外殻本体７２ａ、７２ｂのいずれか一方に設けられる雄部７３ａと同いずれか他方に設けられる雌部７３ｂとを、雄部７３ａの弾性変形を利用して互いに係合させる公知の構造である。

なお、スナップフィット構造７３は、第１外殻本体７２ａ、７２ｂの略々お椀型形状の第２リンク２４とは反対側の高さ方向に延びる端縁に、高さ方向において互いに間隔を空けて複数設けられてもよい。これにより、第１外殻本体７２ａ、７２ｂ同士を強固に固定することができる。また、スナップフィット構造７３は、それぞれ、第１外殻本体７２ａ、７２ｂの内面に設けられてもよい。これにより、第１外殻７０をリストの内部構造２６ａに取り付けるとスナップフィット構造７３が外部から視認できなくなるので、美観を向上させることができ、また、スナップフィット構造７３が他の物体に引っ掛かる等の虞を回避することが可能となる。

図６は、本実施形態に係る緩衝装置の第１外殻がリストに取り付けられた状態を示す図であり、（Ａ）が正面側から見た斜視図、（Ｂ）が背面側から見た斜視図である。図６に示すように、第１外殻７０は、厚さ方向の外側（すなわち、リストの内部構造２６ａとは反対側）に向けて突出する湾曲部１０１を有する。当該湾曲部１０１は、第１外殻本体７２ａ、７２ｂの略々お椀型形状の第２リンク２４とは反対側の高さ方向に延びる端縁がスナップフィット構造７３によって固定されることで、第１外殻７０の基端部から先端部に亘って形成される。

なお、リストの内部構造２６ａの一部は、第１外殻７０から露出してもよい。図６（Ｂ）に示すように、第１外殻背面部７６には、リストの内部構造２６ａから生じる熱を外部へと排出するための通気口７７が設けられる。

図７は、本実施形態に係る緩衝装置の第１外殻とロボットの内部構造との位置関係を示す図であり、（Ａ）がリストの基端部、（Ｂ）がリストの中央部、及び（Ｃ）がリストの先端部を示す図である。図７に示すように、第１外殻７０が薄肉に形成されることで、リストの内部構造２６ａと第１外殻７０との間に間隙が設けられる。これにより、リスト２６の基端部から先端部に亘って内部空間７９が形成される。

図８は、本実施形態に係る緩衝装置の第１外殻背面部の変形例を示す図である。図８に示すように、通気口７７の一部を切り欠いて、そこにヒートシンク７８が設けられてもよい。これにより、リストの内部構造２６ａから生じる熱を外部へといっそう排出することができる。

（第２外殻８０）
図９は、本実施形態に係る緩衝装置の第２外殻がロボットの第１リンクに取り付けられる前の状態を示す図であり、（Ａ）が当該第２外殻並びに第１リンク及び化粧板を示す斜視図、（Ｂ）が第２外殻の固着部及びその周辺部分を示す断面図である。

図９（Ａ）に示すように、第２外殻８０は、一対の第２外殻本体８２ａ、８２ｂを有する。一対の第２外殻本体８２ａ、８２ｂは、互いに同じ形状を有する。一対の第２外殻本体８２ａ、８２ｂは、協働して、第１リンクの内部構造２２ａの側面の全域、並びに上面及び底面の縁部を被覆するように、第１リンクの内部構造２２ａに取り付けられる。

一対の第２外殻本体８２ａ、８２ｂの内面には、それぞれ、第１リンクの内部構造２２ａの側面に固着するための固着部８４が複数箇所設けられている。図９（Ｂ）に示すように、当該固着部８４は、それぞれ、一対の第２外殻本体８２ａ、８２ｂの内面に一方側の主面が固定されるスポンジフォーム８５と、スポンジフォーム８５の他方側の主面に設けられる面ファスナー８６と、を有する。

スポンジフォーム８５は、例えば、柔軟性を有し、外力が加えられることで容易に変形し、且つ、当該外力が加えられなくなると元の形状に容易に戻ることが可能な、一般にキッチンで用いられるスポンジのような素材で形成される。すなわち、スポンジフォーム８５は、容易に弾性変形することが可能である。

なお、面ファスナー８６は、スポンジフォーム８５の主面に接着剤などで取り付けられてもよい。第１ロボットアーム２０ａの第１リンク２２の上面には化粧板２３が取り付けられているが、第２ロボットアーム２０ｂのそれには化粧板２３は取り付けられていない。

第２外殻８０は、例えば、第２外殻本体８２ａと第２外殻本体８２ｂとを互いに上下逆転させて第１リンクの内部構造２２ａの側面に当接させることで、面ファスナー８６が対応した位置に設けられる第１リンクの内部構造２２ａの面ファスナー８７に固着し、第１リンクの内部構造２２ａに取り付けることができる。なお、第２外殻本体８２ａ、８２ｂの面ファスナー８６は、フック構造とループ構造のいずれか一方であり、第１リンクの内部構造２２ａの面ファスナー８７は、フック構造とループ構造のいずれか他方である。

図１０は、本実施形態に係る緩衝装置の第２外殻がロボットの第１リンクに取り付けられた状態を示す図であり、（Ａ）が斜視図、（Ｂ）が固着部及びその周辺部分を示す断面図である。

第２外殻本体８２ａと第２外殻本体８２ｂとは、それぞれの端面に設けられる篏合構造によって互いに固定される。なお、当該篏合構造は、第１外殻７０と同様のスナップフィット構造であってもよいし、又は、ピンとそれに対応したピン受けが設けられる公知の嵌合構造であってもよい。

図１０（Ｂ）に示すように、一対の第２外殻本体８２ａ、８２ｂは、それぞれ、複数の固着部８４によって第１リンクの内部構造２２ａの側面に固着される。具体的には、一対の第２外殻本体８２ａ、８２ｂそれぞれを第１リンクの内部構造２２ａに向けて押圧することで、固着部８４の面ファスナー８６が第１リンクの内部構造２２ａの側面に設けられる面ファスナー８７に固着し、その後に押圧を解除することで、スポンジフォーム８５が弾性変形して第１リンクの内部構造２２ａの側面側に延びた状態を保つことによって、一対の第２外殻本体８２ａ、８２ｂが第１リンクの内部構造２２ａの側面に固着される。

なお、図１０（Ａ）に示すように、第２外殻８０は、第１外殻７０と同様に、厚さ方向の外側（すなわち、第１リンクの内部構造２２ａとは反対側）に向けて突出する湾曲部１０２を有する。当該湾曲部１０２は、第２外殻本体８２ａ、８２ｂそれぞれの高さ方向に延びる両端縁が固定されることで、第２外殻８０の基端側と先端側それぞれの高さ方向の全域に亘って形成される。

（第３外殻９０）
図１１は、本実施形態に係る緩衝装置の第３外殻が開かれた状態を内側から見たときの斜視図である。図１１に示すように、第３外殻９０は、一対の第３外殻本体９２ａ、９２ｂを有する。一対の第３外殻本体９２ａ、９２ｂは、それぞれ、第２リンク２４の側面を被覆するための第３外殻側部９３と、第２リンク２４の第１面の一部を被覆するための第３外殻一方面部９４と、第２リンク２４の第２面の一部を被覆するための第３外殻他方面部９５と、を有する。

図１１において、一対の第３外殻本体９２ａ、９２ｂそれぞれの第３外殻側部９３は、上方から見て外側へと突出すように湾曲した形状であり、上下方向に延びる縁部同士が互いに内側方向へと折り畳み可能に接続されている。一対の第３外殻本体９２ａ、９２ｂそれぞれの第３外殻側部９３の内面には、一対の第２外殻本体８２ａ、８２ｂの内面に設けられた固着部８４と同様の構成である固着部９６が複数設けられる。すなわち、当該固着部９６は、一対の第３外殻本体９２ａ、９２ｂの内面に一方側の主面を固定されるスポンジフォーム９７と、スポンジフォーム９７の他方側の主面に固定される面ファスナー９８と、を有する。

図１１において、第３外殻一方面部９４は、第３外殻側部９３の下端縁から内側に向けて水平方向に延在している。なお、第３外殻一方面部９４の内面には、それぞれ、第３外殻側部９３に設けられるのと同様の固着部９６が設けられる。また、第３外殻他方面部９５は、第３外殻側部９３の上端縁から内側に向けて水平方向に延在している。

第３外殻９０は、例えば、第３外殻本体９２ａと第３外殻本体９２ｂとを互いの接続部から内側へと折り畳んで、第２リンクの内部構造２４ａの側面に当接させることで、面ファスナー９８が対応した位置に設けられる第３リンクの内部構造２４ａの面ファスナー９９に固着し、第２リンクの内部構造２４ａに取り付けることができる。なお、第３外殻本体９２ａ、９２ｂの面ファスナー９８は、面ファスナーの公知のフック構造とループ構造のいずれか一方であり、第２リンクの内部構造２４ａの面ファスナー９９は、フック構造とループ構造のいずれか他方である。

図１２は、本実施形態に係る緩衝装置の第３外殻がロボットの第２リンクに取り付けられた状態を示す図であり、（Ａ）が第１面側から見たときの斜視図、（Ｂ）が第２面側から見たときの斜視図、（Ｃ）が固着部及びその周辺部分を示す断面図である。

第３外殻本体９２ａと第３外殻本体９２ｂとは、それぞれの折り畳み可能に接続された端面と反対側の端面に設けられる篏合構造によって互いに固定される。なお、当該篏合構造は、第１外殻７０と同様のスナップフィット構造であってもよいし、又は、ピンとそれに対応したピン受けが設けられる公知の嵌合構造であってもよい。

図１２（Ｃ）に示すように、一対の第３外殻本体９２ａ、９２ｂは、それぞれ、複数の固着部９６によって第２リンクの内部構造２４ａに固着される。なお、当該固着の態様は上記で説明した第１リンクの内部構造２２ａと第２外殻８０とを固着する場合と同様であるため、ここではその説明を繰り返さない。

なお、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、第３外殻９０は、第１外殻７０及び第２外殻８０と同様に、厚さ方向の外側（すなわち、第２リンクの内部構造２４ａとは反対側）に向けて突出する湾曲部１０３を有する。当該湾曲部１０３は、第３外殻本体９２ａ、９２ｂそれぞれの高さ方向に延びる折り畳み可能な接続部とは反対側の端縁が固定されることで、当該端縁の高さ方向の全域に亘って形成される。

（センサ１１０）
再び図２を参照して、センサ１１０は、人体Ｐ、Ｐ´によってロボットアーム２０ａ、２０ｂの外殻６０（第１部分）を介してロボット１０の内部構造に加えられる外力として、モータ３０の回転速度の変化量を検出する。

（動作抑制装置１２０）
図２に示すように、動作抑制装置１２０は、ロボット制御装置１８の一部として構成されてもよい。当該動作抑制装置１２０の具体的な構成は特に限定されないが、例えば、公知のプロセッサ（ＣＰＵ等）が記憶部（メモリ）に格納されるプログラムに従って動作することにより実現される構成であってもよい。

なお、動作抑制装置１２０は、例えば、ロボット１０の動作を停止することにより、当該ロボット１０の動作を抑制してもよい。或いは、動作抑制装置１２０は、例えば、ロボット１０の速度又は加速度を遅くすることにより、当該ロボット１０の動作を抑制してもよし、その他の態様で当該ロボット１０の動作を抑制してもよい。

（効果）
ここで、本実施形態に係る緩衝装置５０が奏する効果を説明するために、図１６、１７に基づき従来からある緩衝装置２００について説明する。図１６は、従来からある緩衝装置の第１外殻とロボットの内部構造との位置関係を示す図であり、（Ａ）がリストの基端部、（Ｂ）がリストの中央部、及び（Ｃ）がリストの先端部を示す図である。図１７は、従来からある緩衝装置を説明するための概略的な断面図であり、（Ａ）が人体によって外殻に外力が加えられる前の図、（Ｂ）が人体によって外力が加えられたときの図である。

図１７に示すように、従来からある緩衝装置２００の外殻２１０（以下、「従来からある外殻２１０」と称する）は、肉厚であった。当該肉厚の厚みは、例えば、１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下程度であった。なお、従来からある外殻２１０は、発泡ウレタンを主成分として形成されていた。図１７に示すように、従来からある外殻２１０は、人体Ｐ等によって外力が加えられると、前記外力を加えられた部分が圧縮されて体積が小さくなることで（又は密度が大きくなることで）、ロボットの内部構造（ここではリストの内部構造２６´）に伝わる衝撃を緩和するように機能していた。

しかし、このような衝撃の緩和態様は、ロボットの内部構造２６´に伝わる衝撃を緩和する度合いに改善の余地があった。また、外殻２１０の体積の変化に対して人体Ｐ等を押し返す外殻２１０の弾力の変化が線形にしか変化しない。換言すると、外殻２１０の体積の変化が比較的小さい段階で（すなわち、人体Ｐ等によって外殻２１０に加えられる外力が比較的小さい段階で）、人体Ｐ等を押し返す外殻２１０の弾力が大きく変化することはない。これにより、人体Ｐ等によって外殻２１０に外力が加えられても、センサがそれを感知できず、前記センサによる検出値に基づきロボットの動作を抑制する動作抑制装置が所望するように作動しない場合があった。その結果、従来からある緩衝装置２００では、所望するようにロボットの動作を抑制できない場合があった。

さらに、従来からある外殻２１０は、上記した通り肉厚であるため、図１７に示すようにその内面とロボットの内部構造とが互いに当接するか又はほぼ当接している。したがって、人体Ｐ等によって外力が加えられたとき、外殻２１０の体積変化がロボットの内部構造によって妨げられるので、十分に緩衝機能を果たせないという問題があった。また、外殻２１０とロボットの内部構造との間に挿入すべきハーネスなどの構成を配置し難くかった。さらに、当該ハーネスなどの構成は、前記のように配置されたあと、外殻２１０及びロボットの内部構造に接触し易く、これにより損傷し易かった。

一方、本実施形態に係る緩衝装置５０は、可撓性を有する弾性体で構成される外殻６０を備えるので、ロボット１０の内部構造（第１物体）に伝わる衝撃を十分に緩和することができる。

図１３は、本実施形態に係る緩衝装置の効果を説明するための概略的な断面図であり、（Ａ）が人体によって外殻に外力が加えられる前の図、（Ｂ）が人体によって外力が加えられたときの図である。図１３に示すように、外殻６０（ここでは第１外殻７０）は、人体Ｐ等によって外力を加えられた部分がその厚さ方向の全域に亘って内部空間７９（間隙）に向けて撓むように弾性変形する。これにより、ロボット１０の内部構造（ここではリストの内部構造２６ａ、第１物体）から人体Ｐ等（第２物体）に伝わる衝撃を十分に緩和することができる。

また、人体Ｐ等によって外殻６０に加えられる外力が比較的小さい段階で、人体Ｐ等を押し返す外殻６０の弾力が、前記従来からある外殻２１０の場合と比較して速やかに増加する。したがって、人体Ｐ等によって外殻６０に加えられる外力又は人体Ｐ等によって外殻６０を介してロボット１０の内部構造に加えられる外力を、センサ１１０で精度良く検知することが可能となる。これにより、動作抑制装置１２０が、センサ１１０による検出値に基づき、所望するようにロボット１０の内部構造及び外殻６０の動作を抑制することができる。

また、外殻６０が薄肉であり、ロボット１０の内部構造と外殻６０との間には間隙が形成されるので、外殻６０がロボット１０の内部構造やハーネスなどの他の物体に妨げられることなく良好に弾性変形することが可能となる。また、外殻６０とロボット１０の内部構造との間に挿入すべきハーネスなどの構成を配置し易い。さらに、当該ハーネスなどの構成は、前記のように配置されたあと、外殻６０及びロボット１０の内部構造に接触し難いので、損傷することを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、前記薄肉の厚みが５．０ｍｍ以下であることで、外殻６０が良好に弾性変形することが可能となる。さらに、前記薄肉の厚みが１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることで、外殻６０がいっそう良好に弾性変形することが可能となる。

そして、外殻６０を構成する弾性体は、非圧縮性をさらに有するので、図１３に示すように、外殻６０が良好に弾性変形することが可能となる。

また、外殻６０を構成する弾性体は、非発泡樹脂で形成されるので、容易に外殻を形成することができる。例えば、容易且つ安価に射出成形によって外殻６０を形成することができる。また、外殻６０が良好に弾性変形することが可能となる。

外殻６０の少なくとも一部は、厚さ方向の外側に向けて突出する湾曲部１０１、１０２、１０３を有するので、人体Ｐ等を押し返す外殻６０の弾力が、前記従来からある外殻２１０の場合と比較していっそう速やかに増加する。したがって、人体Ｐ等によって外殻６０に加えられる外力又は人体Ｐ等によって外殻６０を介してロボット１０の内部構造に加えられる外力を、センサ１１０でいっそう精度良く検知することが可能となる。

さらに、本実施形態では、外殻６０のロボット１０の内部構造と対向する内面が平滑であるので（すなわち、リブ等が形成されていないので）、容易に外殻６０を形成することができる。また、リブ等がロボット１０の内部構造やハーネスなどの他の物体に当接することがないので、外殻６０が前記他の物体に妨げられることなく良好に弾性変形することが可能となる。

また、センサ１１０は、人体Ｐ等によってロボットアーム２０ａ、２０ｂの外殻６０（第１部分）を介してロボットアーム２０ａ、２０ｂの内部構造に加えられる外力として、モータ３０の回転速度の変化量を検出する。これにより、例えば、従来からある外殻２１０のように、接触センサや近接センサ等を内蔵して、人体Ｐ等によって加えられる外力を検出する必要が無くなる。したがって、外殻６０を薄肉にして良好に弾性変形させることが可能となる。

（変形例）
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

上記実施形態では、第１リンクの内部構造２２ａと第２外殻８０とが面ファスナーを含む固着部８４で固定される場合について説明したが、これに限定されない。例えば、第１リンクの内部構造２２ａと第２外殻８０とは、螺子部材を用いて互いに固定されてもよい。これにより、互いに位置がずれることなく容易に固定することが可能となる。なお、第２リンクの内部構造２４ａと第３外殻９０とについても同様である。

上記実施形態では、外殻６０が、第１ロボットアーム２０ａ及び第２ロボットアーム２０ｂの外殻として構成される場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ロボット制御装置１８等によって基台１２の動作を制御することが可能であれば、外殻６０は、基軸１４の外殻として構成されてもよいし、当該基台１２の外殻として構成されてもよい。

上記実施形態では、センサ１１０は、人体Ｐ、Ｐ´（第２物体）によって外殻６０を介してロボット１０の内部構造に加えられる外力として、モータ３０の回転速度の変化量を検出する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、センサ１１０は、人体Ｐ、Ｐ´（第２物体）によって外殻６０を介してロボット１０の内部構造に加えられる外力として、モータ３０の回転位置の変化量、又は、モータ３０に流れる電流値の変化量を検出してもよい。

上記実施形態では、センサ１１０は、人体Ｐ、Ｐ´（第２物体）によって外殻６０を介してロボット１０の内部構造に加えられる外力を検出し、当該センサ１１０による検出値に基づき、動作抑制装置１２０がロボット１０の動作を抑制する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、センサ１１０は、人体Ｐ、Ｐ´によって外殻６０に加えられる外力、又は、前記外力のいずれか（すなわち、人体Ｐ、Ｐ´によって外殻６０を介してロボット１０の内部構造に加えられる外力、又は、人体Ｐ、Ｐ´によって外殻６０に加えられる外力のいずれか）に対応する物理量を検出し、当該センサ１１０による検出値に基づき、動作抑制装置１２０がロボット１０の動作を抑制してもよい。なお、前記外力のいずれかに対応する物理量とは、例えば、外殻６０の撓み量などであってもよいし、又は、その他の物理量であってもよい。

上記実施形態では、外殻６０を構成する弾性体は、非発泡樹脂で形成され、当該非発泡樹脂の主成分はポリエチレンである場合について説明したが、これに限定されない。外殻６０を構成する弾性体は、非発泡樹脂で形成され、当該非発泡樹脂の主成分は、例えば、ポリプリピレン、ポリカーボネート、エチレン酢酸ビニル、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、ポリアミド（ナイロン）、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、又は、ポリ乳酸などであってもよい。また、外殻６０を構成する弾性体は、発泡樹脂で形成されてもよい。

上記実施形態では、ロボット１０は、第１ロボットアーム２０ａ及び第２ロボットアーム２０ｂが、それぞれ、４つの関節軸ＪＴ１～ＪＴ４を有する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、第１ロボットアーム２０ａ及び第２ロボットアーム２０ｂは、それぞれ、１つ以上３つ以下の関節軸を有してもよいし、又は、５つ以上の関節軸を有してもよい。そして、緩衝装置５０は、前記したようなロボットアームそれぞれを適切に包含できるような外殻６０、及びその他の構成を備えてもよい。

上記実施形態では、ロボット１０は、第１ロボットアーム２０ａ及び第２ロボットアーム２０ｂを有する双腕の水平多関節型ロボットとして構成される場合を説明したが、これに限定されない。例えば、ロボット１０は、片腕の水平多関節型ロボットとして構成されてもよい。或いは、ロボット１０は、極座標型ロボットとして構成されてもよいし、円筒座標型ロボットとして構成されてもよいし、直角座標型ロボットとして構成されてもよいし、垂直多関節型ロボットとして構成されてもよいし、又は、その他のロボットとして構成されてもよい。そして、緩衝装置５０は、前記したようなロボットそれぞれを適切に包含できるような外殻６０、及びその他の構成を備えてもよい。

上記実施形態では、ロボット１０は、作業現場Ｓで人体Ｐ、Ｐ´（第２物体）と協働して作業を行う産業用ロボットとして構成される場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ロボット１０は、いわゆるエンターテインメントロボットとして構成されてもよいし、又は、その他のロボットとして構成されてもよい。

上記実施形態では、第２物体が作業現場Ｓでロボット１０と協働して作業を行う人体Ｐ、Ｐ´である場合について説明したが、これに限定されない。例えば、第２物体は、作業現場Ｓでロボット１０と協働して作業を行う周辺機器であってもよいし、作業現場Ｓに配置される他の物体でもよい。また、作業現場Ｓとは別の場所にロボット１０が配置される場合、第２物体は、その場所に存する人体やその他の物体などであってもよい。

上記実施形態では、緩衝装置５０がロボット１０に備えられ、第１物体はロボット１０の内部構造であり、外殻６０は前記ロボットの外殻である場合を説明したが、これに限定されない。例えば、緩衝装置５０（及び外殻６０）は、ロボット１０とは異なる構造を有するロボット（第１物体）に備えられてもよいし、ロボット以外の電気機器（同前）に設けられてもよし、或いは、その他の第１物体に設けられてもよい。

（実験例）
以下、この発明の効果を確認するために発明者らが行った実験例について説明する。図１４は、本実施形態に係る緩衝装置の効果を確かめるために発明者らが行った実験を説明するための概略図である。図１５は、当該実験結果を示すグラフである。

図１４に示すように、上記実施形態で説明した第１外殻７０に模したサンプル２４０を実施例として製作した。当該実施例は、ＬＤＰＥ（Low Density Polyethylene、低密度ポリエチレン）を主成分として非発泡樹脂で射出成形した。また、同様の形状の図１４に示す従来からある第１外殻のサンプル２４０´を比較例として製作した。当該比較例は、２液混合タイプの発泡ウレタンである。

図１４に示すように、実施例及び比較例それぞれを定盤２５４に載置し、上記実施形態の湾曲部１０１に対応した高さ位置の最も高くなっている中央部を、ハイドゲージ２５０で高さ位置を調整しながらプッシュプルゲージ２５２で押圧した。これにより、実施例及び比較例それぞれに関して、撓み量の変化に伴う弾力（すなわち、プッシュプルゲージ２５２を押し返す力）を測定した。

図１５に実験結果を示す。図１５で撓み量２ｍｍごとに「△」が付されている実線の測定値が実施例であり、同様に「＊」が付されている破線の測定値が比較例である。

図１５に示すように、比較例では、測定値が線形であり、撓み量が比較的小さい段階で（すなわち、比較例に加えられる外力が比較的小さい段階で）、プッシュプルゲージ２５２を押し返す弾力があまり変化していない。

一方、実施例では、測定値が非線形であり、撓み量が比較的小さい段階で（すなわち、実施例に加えられる外力が比較的小さい段階で、具体的には０ｍｍ以上４ｍｍ以下の範囲あたりで）、プッシュプルゲージ２５２を押し返す弾力が急激に増加している。すなわち、実施例では、プッシュプルゲージ２５２を押し返す弾力が比較例と比較して速やかに増加している。以上の結果から、この発明に係る緩衝装置の効果を確認することができた。

１０ ロボット
１２ 基台
１４ 基軸
１８ ロボット制御装置
２０ａ、２０ｂ ロボットアーム
２２ 第１リンク
２２ａ 第１リンクの内部構造
２３ 化粧板
２４ 第２リンク
２４ａ 第２リンクの内部構造
２６ リスト
２６ａ リストの内部構造
２７ メカニカルインターフェイス
３０ モータ
５０ 緩衝装置
６０ 外殻
７０ 第１外殻
７２ 第１外殻本体
７３ スナップフィット構造
７３ａ 雄部
７４ｂ 雌部
７６ 第１外殻背面部
７７ 通気口
７８ ヒートシンク
７９ 内部空間
８０ 第２外殻
８２ 第２外殻本体
８４、９６ 固着部
８５ スポンジフォーム
８６、８７、９８、９９ 面ファスナー
９０ 第３外殻
９２ 第３外殻本体
９３ 第３外殻側部
９４ 第３外殻一方面部
９５ 第３外殻他方面部
９７ スポンジフォーム
１０１、１０２、１０３ 湾曲部
１１０ センサ
１２０ 動作抑制装置
２００ 従来からある緩衝装置
２１０ 従来からある外殻
２４０ サンプル
２５０ ハイドゲージ
２５２ プッシュプルゲージ
２５４ 定盤
Ｊ１～Ｊ４ 関節部
Ｌ１、Ｌ２ 回転軸
Ｃ コンベヤ
Ｐ 人体
Ｓ 作業現場
Ｗ ワーク

Claims (12)

1. 第１物体から第２物体に伝わる衝撃を緩和するための緩衝装置であって、
   前記第１物体を包含し、可撓性を有する弾性体で構成される外殻と、
   前記第２物体によって前記外殻に加えられる外力、前記第２物体によって前記外殻を介して前記第１物体に加えられる外力、又は、前記外力のいずれかに対応する物理量を検出するためのセンサと、
   前記センサによる検出値に基づき、前記第１物体及び前記外殻の動作を抑制するための動作抑制装置と、
   を備え、
   前記外殻は薄肉であり、前記第１物体と前記外殻との間には間隙が設けられることを特徴とする、緩衝装置。
2. 前記外殻は、前記第２物体によって外力を加えられた部分がその厚さ方向の全域に亘って前記間隙に向けて撓むように弾性変形することで、前記第１物体から前記第２物体に伝わる衝撃を緩和する、請求項１に記載の緩衝装置。
3. 前記薄肉の厚みは、５．０ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の緩衝装置。
4. 前記薄肉の厚みは、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である、請求項３に記載の緩衝装置。
5. 前記外殻を構成する弾性体は、非圧縮性をさらに有する、請求項１乃至４のいずれかに記載の緩衝装置。
6. 前記外殻を構成する弾性体は、非発泡樹脂で形成される、請求項１乃至５のいずれかに記載の緩衝装置。
7. 前記非発泡樹脂の主成分はポリエチレンである、請求項６に記載の緩衝装置。
8. 前記外殻の少なくとも一部は、厚さ方向の外側に向けて突出する湾曲部を有する、請求項１乃至７のいずれかに記載の緩衝装置。
9. 前記外殻の前記第１物体と対向する内面は平滑である、請求項１乃至８のいずれかに記載の緩衝装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の緩衝装置と、前記第１物体とを備えるロボットであって、
    前記第１物体はロボットの内部構造であり、
    前記外殻は前記ロボットの外殻であることを特徴とする、ロボット。
11. 少なくとも一つの関節軸を有するロボットアームと、
    前記関節軸を駆動するためのモータと、を備え、
    前記外殻は、前記ロボットアームの外殻として構成される第１部分を含み、
    前記センサは、前記第２物体によって前記第１部分を介して前記第１物体に加えられる外力として、前記モータの回転位置の変化量、前記モータの回転速度の変化量又は前記モータに流れる電流値の変化量を検出する、請求項１０に記載のロボット。
12. 前記第２物体は人体であり、
    前記人体と協働して作業を行う産業用ロボットとして構成される、請求項１０又は１１に記載のロボット。

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