JP7364784B2 - 力センサを備えた回転軸構造及びロボット - Google Patents

Description

本発明は回転軸構造及ロボットに関し、特に力センサを備えた回転軸構造及ロボットに関する。

一般に高性能の協働ロボットでは、力を高感度に検出可能な力センサを関節部に組み込むことで、人との接触力を瞬時に検出して、小さい接触力でロボットを安全に停止させたり、ロボット機構部を人が直接持ってロボットの位置姿勢を教示するダイレクトティーチ時に軽やかな力でリードスルー可能にしたりすることが多い。

同時に協働ロボットでは、ロボット駆動用の線条体が人に絡み付かないように線条体をロボット機構部内に配設してロボット機構部の外部に露出させない構造が求められている。通常、関節部の回転動作に起因して線条体が切れて断線しないように関節部近傍では線条体を拘束せずにフリーな状態にしておくことが望ましい。また、線条体を拘束しないことで線条体が元の状態に戻ろうとする力が力センサに作用し難くなるため、力センサの検出精度向上に寄与することになる。

しかしながら、一般にロボットは、塵埃、屑、水、油等の異物が多く存在する劣悪な環境で使用されることが多いため、力センサ自体が異物で腐食して検出精度を維持できなくなったり、力センサの内部に異物が侵入し、力センサ故障の原因となったり、力センサ内部の挿通部内を通る線条体が異物を噛み込んでしまったりすることがあるため、異物を侵入させない関節構造が必要である。このような回転軸構造に関する技術としては、後述のものが公知である。

特許文献１には、第１フレームと第２フレームを接続する関節部分を備えたロボットにおいて、ロボットを駆動させるための配線を、第１フレーム、トルクセンサの入力部、及びトルクセンサの出力部に留め具により留めることで配線による外乱トルクの影響を抑制したロボットが記載されている。

特許文献２には、アクチュエータ内部に貫通して延びる線条体の両端を、夫々中継部（例えばコネクタ）に接続することでロボットの組立て及び組替えを容易にした回転軸モジュールが記載されている。

特許文献３には、第１の構造体と第２の構造体を弾性の連結部材で連結したトルクセンサにおいて、第１の構造体と第２の構造体の相対移動量を検出する検出ユニットが、第１の構造体と第２の構造体のいずれか一方に固定した検出部と、他方に固定した被検出部と、検出部と被検出部の対向する空間を封止するシール部材と、から成ることが記載されている。

特許文献４には、荷重センサ内蔵車輪用軸受装置において、荷重センサが、内方部材に結合する等速ジョイントの外輪に配置した被検出部と、被検出部に対向して外方部材に配置されていて被検出部の変化を検出することで車輪用軸受に作用する荷重を検出する検出部と、を備え、検出部から引き出すケーブルを配置するＵ字状切り欠き上にシール金属環の一部が重なることでＵ字状切り欠きの防水性を高めることが記載されている。

特許文献５には、トルクセンサを備えたパワーステアリング装置において、操舵トルクを伝達する回転軸を挿通するハウジングと、回転軸の外周面に取付けたセンサスリーブを有するトルクセンサと、センサスリーブの外周面とハウジングの内周面との間に配置されたシール部材と、を備え、シール部材が、センサスリーブの外周面に圧入された本体部と、本体部から径方向外側に突出してハウジングの内周面に当接する第１のリップ部と、本体部から軸方向のトルク入力側に突出してハウジングの垂直面に当接する第２のリップ部と、を有することが記載されている。

特開２０１７－１５９３９７号公報 特開２０１５－１２３５７０号公報 特開２０１９－９０７１８号公報 特開２００５－３２１２９１号公報 特開２０１５－１５５２９１号公報

異物の侵入を防ぐために力センサをカバーで覆い、カバー間にパッキン等を挿入してボルト締結する手法を採用することも考えられるが、力センサ自体をこれらシール部材で封止するとなると力センサの外径や厚みが大きくなり、ひいては回転軸構造が大型化、重量化する。同時にシール部材が力センサの検出性能に影響を及ぼすこともある。他方、アーム内部を通る線条体の本数が多くなればなる程、回転動作に起因して線条体が切れて断線したり、回転動作の際に線条体が元の状態に戻ろうとする力（反力）が大きくなったりするため、線条体が力センサの検出性能に影響を及ぼすこともある。

そこで、力センサの検出精度を安定ないし向上させる回転軸構造が求められている。

本開示の一態様は、被駆動体を回転駆動する出力軸を備えたアクチュエータと、出力軸と被駆動体との間に配置されていて出力軸と被駆動体との間に作用する力を検出する力センサと、を備えた回転軸構造であって、出力軸及び被駆動体に接触する柔軟な変形体を備え、力センサ全体が、出力軸、被駆動体、及び柔軟な変形体によって封止された、回転軸構造を提供する。
本開示の他の態様は、被駆動体を回転駆動する出力軸を備えたアクチュエータと、出力軸と被駆動体との間に配置されていて出力軸と被駆動体との間に作用する力を検出する力センサと、アクチュエータと力センサを出力軸の軸方向に貫通していて線条体を挿通する挿通孔と、を備えた回転軸構造であって、力センサはシリアル通信可能な又は無線通信可能な通信基板を備え、通信基板によって挿通孔に挿通する線条体の本数を削減しており、前記力センサは、前記出力軸に連結された入力体と、前記被駆動体に連結された出力体と、前記入力体と前記出力体を接続していて前記入力体と前記出力体が相対回転することで歪みを発生可能な少なくとも二つの起歪体と、前記二つの起歪体の各々で発生する歪みを検出する少なくとも二つの歪み検出センサと、を備え、前記歪み検出センサの各々は前記通信基板又は力センサ用線条体によって別系統でデイジーチェーン接続された、回転軸構造を提供する。
本開示のさらに他の態様は、被駆動体を回転駆動する出力軸を備えたアクチュエータと、出力軸と被駆動体との間に配置されていて出力軸と被駆動体との間に作用する力を検出する力センサと、アクチュエータと力センサを出力軸の軸方向に貫通していて線条体を挿通する挿通孔と、を備えた回転軸構造であって、力センサはシリアル通信可能な又は無線通信可能な通信基板を備え、通信基板によって挿通孔に挿通する線条体の本数を削減しており、前記力センサは、前記出力軸に連結された入力体と、前記被駆動体に連結された出力体と、前記入力体と前記出力体を接続していて前記入力体と前記出力体が相対回転することで歪みを発生可能な少なくとも一つの起歪体と、前記一つの起歪体で発生する歪みを検出する少なくとも二つの歪み検出センサと、を備え、前記歪み検出センサの各々は前記通信基板又は力センサ用線条体によって別系統でデイジーチェーン接続された、回転軸構造を提供する。

本開示の一態様によれば、力センサ全体が、出力軸、被駆動体、及び柔軟な変形体によって封止されるため、力センサの腐食や故障又は異物の噛み込みを防ぐだけでなく、力センサ自体にシール部材を設ける必要がないため、力センサを小型化、軽量化でき、ひいては小型で軽量な回転軸構造を提供できる。同時に柔軟な変形体は、力センサの歪みに追従して柔軟に変形し反力を発生させないため、力センサの検出精度に影響を及ぼすことはない。即ち、力センサの検出精度を安定ないし向上させた回転軸構造を提供できる。
本開示の他の態様によれば、力センサがシリアル通信可能な又は無線通信可能な通信基板を備えることで挿通孔に挿通する線条体の本数が削減されるため、回転動作に伴う線条体の断線の可能性を低減できると共に、回転動作の際に線条体が元の状態に戻ろうとする反力を抑制できる。即ち、力センサの検出精度を安定ないし向上させた回転軸構造を提供できる。

一実施形態における回転軸構造を示す断面図である。 力センサの詳細を示す斜視図である。 他の実施形態における回転軸構造を示す断面図である。 弛みを備えた柔軟な変形体を示す拡大断面図である。 柔軟な変形体の他の変形例を示す拡大断面図である。 柔軟な変形体の別の変形例を示す拡大断面図である。 力センサの変動量を補正するロボットの一例を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を詳細に説明する。各図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の符号が付与されている。また、以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲及び用語の意義を限定するものではない。

図１は本実施形態における回転軸構造１を示している。回転軸構造１は、例えばロボットの関節構造であるが、工作機械、建設機械、車両等の他の軸式機械における回転軸構造でもよい。回転軸構造１は、本体１０に対して被駆動体１１が相対回転する構造体であり、被駆動体１１を回転駆動するアクチュエータ２０と、アクチュエータ２０と被駆動体１１との間に作用する力を検出する力センサ３０と、を備えている。

アクチュエータ２０は、本体１０に固定されており、例えばモータ等の駆動源２１と、駆動源２１の出力速度を減速する減速機２２と、を備えているが、減速機２２のないダイレクトドライブモータでもよい。アクチュエータ２０は、被駆動体１１を回転駆動する出力軸２３を備えている。力センサ３０は、出力軸２３と被駆動体１１との間に配置されていて、出力軸２３と被駆動体１１との間に作用する力を検出する。力センサ３０は、例えばＡ軸をＺ軸とした場合のＡ（Ｚ）軸周りのモーメントＭｚと、Ａ（Ｚ）軸に垂直で且つ互いに垂直な方向の２方向の力Ｆｘ、Ｆｙと、を検出可能な三軸力センサであるが、六軸方向の力Ｍｘ、Ｍｙ，Ｍｚ、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを検出可能な六軸力センサでもよい。また、Ａ軸をＺ軸とした場合のＡ（Ｚ）軸周りのモーメントＭｚのみを検出可能な一軸トルクセンサでもよい。力センサの検出可能な力の種類（力、モーメント）と検出可能な軸数（検出自由度）は、前述の実施形態に限定されるものではない。検出可能な力の種類と検出可能な軸数の組み合わせは、どのような組み合わせでもよい。

図２は力センサ３０の詳細を示している。力センサ３０は、例えば歪みゲージ式の力センサであるが、圧電式、光学式、静電容量式、磁歪式等の他の検出方式の力センサでもよい。例えば力センサ３０は、出力軸２３に連結された入力体３１と、被駆動体１１に連結された出力体３２と、入力体３１と出力体３２を接続していて入力体３１と出力体３２が相対回転することで歪みを発生可能な起歪体３３と、起歪体３３で発生した歪みを検出可能な歪み検出センサ３４と、を備えているが、検出方式に応じて種々の構造を採用してもよい。

図１を再び参照すると、回転軸構造１は、出力軸２３と被駆動体１１に接触する柔軟な変形体４０をさらに備えており、力センサ３０の全体が、出力軸２３、被駆動体１１、及び柔軟な変形体４０によって封止される。柔軟な変形体４０により、入力体３１と出力体３２との間に形成された隙間３５を通過して力センサ３０の周囲の空間に異物が侵入するのを防げるため、力センサ３０の腐食を防ぐことができる。同時に力センサ３０自体はシール部材を備えておらず、高い防塵能力、高い防水能力、高い防錆能力等を有する必要がないため、力センサ３０を小型化、軽量化でき、ひいては小型で軽量な回転軸構造１を提供できる。

また柔軟な変形体４０は、出力軸２３及び被駆動体１１との接触部分が出力軸２３及び被駆動体１１に対して夫々相対移動せず、接触部分を除いた部位が柔軟に変形して反力を発生させないものが望ましい。柔軟な変形体４０における柔軟さの程度や反力の程度は、例えば数百ミクロン～数ミリ程度の変形量（即ち、力センサ３０の歪み量）では元の形状に戻ろうとする反力を概ね発生させない（即ち、力センサ３０の検出精度に影響しない）程度の柔らかさでよく、反力が必ずしもゼロである必要はない。柔軟な変形体４０の変形部分は、例えばゴム風船のようにエラストマー等の弾性材料で形成された柔軟な薄膜状（例えば０．０１ｍｍの薄肉状）部分でよく、柔軟な変形体４０と出力軸２３又は被駆動体１１との接触部分は、接着剤、ねじ締結等によって固定されているとよい。これにより、柔軟な変形体４０は、出力軸２３及び被駆動体１１との接触部分が出力軸２３及び被駆動体１１に対して夫々相対移動せずに、接触部分を除いた部位（即ち、変形部分）が力センサ３０の歪みに追従して柔軟に変形し反力を発生させないことになる。ひいては、力センサ３０の検出精度を安定ないし向上させた回転軸構造１を提供できる。

また回転軸構造１は、アクチュエータ２０と力センサ３０を回転軸線Ａの軸方向に貫通していて線条体５０を挿通する挿通孔５１を備えているとよい。特にロボットの関節構造では、線条体５０が、アクチュエータ２０駆動用の線条体と、力センサ３０通信用の線条体と、ロボット先端に取付けるツール駆動用の線条体と、のうち少なくとも一つを含むことがある。即ち、線条体５０は、例えば動力ケーブル、信号ケーブル、吸着ハンド用エアチューブ等で構成された多数の線条体を備えることになる。線条体５０を挿通孔５１に挿通することで線条体５０が回転軸構造１の内部に配設されて人に絡み付くことが無くなるため、特に協働ロボットの関節構造の場合に利点となる。同時に挿通孔５１は力センサ３０の隙間３５に連通しており、柔軟な変形体４０が隙間３５から挿通孔５１への異物の侵入も防ぐため、挿通孔５１内での腐食又は異物の噛み込みに起因した線条体５０の損傷も抑制することが可能になる。

力センサ３０はシリアル通信可能な又は無線通信可能な通信基板３６をさらに備えているとよい。つまり通信基板３６は有線又は無線の１つの伝送路上でデータを１ビットずつ逐次的に送信又は受信するとよい。通信基板３６によって挿通孔５１に挿通する線条体５０の本数が削減されるため、回転動作に伴う線条体５０の断線の可能性をさらに低減できると共に、回転動作の際に線条体５０が元の状態に戻ろうとする反力を抑制できる。即ち、力センサ３０の検出精度を安定ないし向上させた回転軸構造１を提供できることになる。また、力センサ３０全体が柔軟な変形体４０で封止されるので、通信基板３６自体のシール機能も不要にでき、力センサ３０の外形をさらに小型化できることになる。

また通信基板３６又は力センサ用線条体はデイジーチェーン接続可能であることが望ましい。回転軸構造１が複数ある場合、特に多関節ロボットの関節構造では、各々の関節部の通信基板３６又は力センサ用線条体を数珠繋ぎで接続することで挿通孔５１に挿通する線条体５０の本数をさらに削減できる。従って、回転動作に伴う線条体５０の断線の可能性をより一層低減できると共に、回転動作の際に線条体５０が元の状態に戻ろうとする反力をさらに抑制できる。

また回転軸構造１は、力センサ３０の検出回路を二重化したフェールオーバの仕組みを備えているとよい。例えば図２に示すように、回転軸構造１は、少なくとも二つの起歪体３３を備え、二つの起歪体３３の各々で発生する歪みを検出する少なくとも二つの歪み検出センサ３４を通信基板３６又は力センサ用線条体によって別系統でデイジーチェーン接続するとよい。或いは、回転軸構造１は、少なくとも一つの起歪体３３を備え、一つの起歪体３３で発生する歪みを検出する少なくとも二つの歪み検出センサ３４を通信基板３６又は力センサ用線条体によって別系統でデイジーチェーン接続してもよい。これにより、特に協働ロボットでは、一系統の検出回路が何かしらの原因で故障しても、もう一系統の検出回路で安全にロボットを停止させることが可能になる。同時に力センサ３０の検出回路を二重化した場合であっても、二系統の検出回路が夫々デイジーチェーン接続可能となるため、挿通孔５１に挿通する線条体５０の本数の増大を大幅に抑制できることになる。

図３は他の実施形態における回転軸構造１を示している。本例の回転軸構造１では、被駆動体１１が力センサ３０の外周を覆って出力軸２３の側方まで延在している点で、前述のものとは異なる。被駆動体１１を出力軸２３に近付けることにより、出力軸２３及び被駆動体１１に接触する柔軟な変形体４０のサイズを小さくできるため、力センサ３０に影響を与える可能性を最小限に抑えることが可能になる。

また本例の回転軸構造１では、柔軟な変形体４０が弛みを備えている点でも、前述のものとは異なる。図４は弛みを備えた柔軟な変形体４０の拡大図である。柔軟な変形体４０の変形部分４１は、例えば割れて萎んだゴム風船のような弛みを備えており、柔軟な変形体４０と出力軸２３及び被駆動体１１との接触部分４２は、接着剤、ねじ締結等によって夫々固定されているとよい。柔軟な変形体４０における弛みの程度は、例えば数百ミクロン～数ミリ程度の変形量（即ち、力センサ３０の歪み量）では元の形状に戻ろうとする反力を概ね発生させない（即ち、力センサ３０の検出精度に影響しない）程度の弛みでよい。弛みは、回転軸線の径方向に向かって波打つように形成されているが、回転軸線の径方向に対して傾斜した方向に向かって波打つように形成されていてもよい。これにより、柔軟な変形体４０は、出力軸２３及び被駆動体１１との接触部分４２が出力軸２３及び被駆動体１１に対して相対移動せず、接触部分を除いた部位（即ち、変形部分４１）が力センサ３０の歪みに追従して柔軟に変形し反力を発生させないことになる。ひいては、力センサ３０の検出精度を安定ないし向上させた回転軸構造１を提供できる。

図５は柔軟な変形体４０の他の変形例を示している。柔軟な変形体４０の変形部分４１はエラストマー等の弾性材料で形成された柔軟な薄膜状部分であるが、柔軟な変形体４０と出力軸２３及び被駆動体１１との接触部分４２は、固定するのではなく、少なくとも一方の表面が相対移動しない摩擦係数を有していてもよい。例えば柔軟な変形体４０の相対移動を防止する相対移動防止溝４３を出力軸２３の外周面と被駆動体１１の内周面に周方向に形成し、柔軟な変形体４０の接触部分４２の近傍部位を弾性変形させつつ相対移動防止溝４３に嵌め込む（即ち、圧入する）ことで接触部分４２が相対移動しないように構成してもよい。また、柔軟な変形体４０の相対移動を防止するため、柔軟な変形体４０と出力軸２３及び被駆動体１１との接触部分４２の少なくとも一方の表面が、ザラザラ部分、凹凸部分等の摩擦係数を大きくした表面粗さを備えていてもよい。これにより、柔軟な変形体４０は、出力軸２３及び被駆動体１１との接触部分４２が出力軸２３及び被駆動体１１に対して夫々相対移動せず、接触部分４２を除いた部位（即ち、変形部分４１）が力センサ３０の歪みに追従して柔軟に変形し反力を発生させないことになる。ひいては、力センサ３０の検出精度を安定ないし向上させた回転軸構造１を提供できる。

図６は柔軟な変形体４０の別の変形例を示している。柔軟な変形体４０は二層構造のＯリング形状の部材でもよい。柔軟な変形体４０の変形部分４１は、気体、液体、ゲル等の流体で構成される内層部分であり、柔軟な変形体４０と出力軸２３及び被駆動体１１との接触部分４２は、エラストマー等の弾性材料で形成された柔軟な薄膜状の外層部分でよい。或いは、変形部分４１（内層部分）は、接触部分４２（外層部分）と同一のエラストマー等の弾性材料で構成されるが、接触部分４２（外層部分）より柔軟なもので構成されてもよい。また、変形部分４１（内層部分）と接触部分４２（外層部分）は同一のエラストマー等の柔軟な弾性材料で構成され、接触部分４２（外層部分）の表面は出力軸２３及び被駆動体１１の表面に対して相対移動しない摩擦係数を有していてもよい。例えば柔軟な変形体４０の相対移動を防止する相対移動防止溝４３を出力軸２３の外周面に周方向に形成し、柔軟な変形体４０の接触部分４２の近傍部位を弾性変形させつつ相対移動防止溝４３に嵌め込む（即ち、圧入する）ことで接触部分４２が相対移動しないように構成してもよい。また、柔軟な変形体４０の相対移動を防止するため、柔軟な変形体４０と出力軸２３との接触部分４２の少なくとも一方の表面が、ザラザラ部分、凹凸部分等の摩擦係数を大きくした表面粗さを備えていてもよい。他方、柔軟な変形体４０と被駆動体１１との接触部分４２は、接着剤等によって固定されるが、相対移動防止溝を被駆動体１１の外周面にも周方向に形成し、柔軟な変形体４０の接触部分４２の近傍部位を弾性変形させつつ相対移動防止溝に嵌め込むことで接触部分４２が相対移動しないように構成してもよい。これにより、柔軟な変形体４０は、出力軸２３及び被駆動体１１との接触部分４２が出力軸２３及び被駆動体１１に対して夫々相対移動せず、接触部分４２を除いた部位（即ち、変形部分４１）が力センサ３０の歪みに追従して柔軟に変形し反力を発生させないことになる。ひいては、力センサ３０の検出精度を安定ないし向上させた回転軸構造１を提供できる。

図７は力センサ３０の変動量を補正するロボット６０の一例を示している。前述の回転軸構造１をロボット６０の関節構造に適用する場合、ロボット６０は、特定の関節軸に作用する力センサ３０の変動量（他軸干渉力）を推定して補正する制御装置を備えていることが望ましい。制御装置は、ロボット６０の既知のパラメータを用いて特定の関節軸に作用する力センサ３０の変動量を推定する変動量推定部６１と、推定された変動量に基づき力センサ３０で検出された力を補正する力補正部６２と、補正された力に基づき動作指令を補正する動作指令補正部６３と、補正された動作指令に基づき特定の関節軸の駆動源２１を駆動する駆動部６４と、を備えている。

例えば変動量推定部６１は、ある瞬間のロボット６０の姿勢から、ロボット６０の手首負荷、アーム質量等の既知のパラメータを用いて特定の関節軸に作用する回転方向以外の倒れモーメントや他方向の静荷重（第一他軸力成分）を計算し、ある瞬間のロボット６０の動作速度から、ロボット６０の手首負荷、アーム質量等の既知のパラメータを用いて慣性力により特定の関節軸に作用する回転方向以外の倒れモーメントや他方向力（第二他軸力成分）を計算すると共に、第一他軸力成分と第二他軸力成分を加算することで補正トルクＴｆを推定するとよい。

また力補正部６２は、推定された補正トルクＴｆを力センサ３０の検出トルクＴから減算することで推定実トルクＴｒを算出する。推定実トルクＴｒは、特定の関節軸に作用する回転方向以外の他軸力成分が排除された、特定の関節軸の回転方向に発生する実際のトルクを表している。

動作指令補正部６３は、算出された推定実トルクＴｒをロボット６０の動作指令であるトルク指令値Ｔｉから減算することで駆動トルクを算出する。駆動部６４は、算出された駆動トルクによって駆動源２１を駆動させる。つまり駆動源２１の駆動中に力センサ３０で検出された検出トルクＴは、補正トルクＴｆが減算されて推定実トルクＴｒとして駆動部６４のフィードバック制御に用いられる。これにより、例えば作業者がロボット機構部に直接触れて外力を加えることでリードスルー教示が行われる場合に、外力によって特定の関節軸の回転方向に発生する実トルクを精度良く推定できることになる。

以上の実施形態によれば、力センサ３０全体が、出力軸２３、被駆動体１１、及び柔軟な変形体４０によって封止されるため、力センサ３０の腐食又は異物の噛み込みを抑制できるだけでなく、力センサ３０自体にシール部材を設ける必要がないため、力センサ３０を小型化、軽量化でき、ひいては小型で軽量な回転軸構造１を提供できる。同時に柔軟な変形体４０は、力センサ３０の歪みに追従して柔軟に変形し反力を発生させないため、力センサ３０の検出精度に影響を及ぼすことはない。即ち、力センサ３０の検出精度を安定ないし向上させた回転軸構造１を提供できる。

また力センサ３０がシリアル通信可能な又は無線通信可能な通信基板を備えることで挿通孔５１に挿通する線条体５０の本数が削減されるため、回転動作に伴う線条体５０の断線の可能性を低減できると共に、回転動作の際に線条体５０が元の状態に戻ろうとする反力を抑制できる。即ち、力センサ３０の検出精度を安定ないし向上させた回転軸構造１を提供できる。

本明細書において種々の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において種々の変更を行えることを認識されたい。

１ 回転軸構造
１０ 本体
１１ 被駆動体
２０ アクチュエータ
２１ 駆動源
２２ 減速機
２３ 出力軸
３０ 力センサ
３１ 入力体
３２ 出力体
３３ 起歪体
３４ 歪み検出センサ
３５ 隙間
３６ 通信基板
４０ 柔軟な変形体
４１ 変形部分
４２ 接触部分
４３ 相対移動防止溝
５０ 線条体
５１ 挿通孔
６０ ロボット
６１ 変動量推定部
６２ 力補正部
６３ 動作指令補正部
６４ 駆動部
Ａ 回転軸線

Claims (17)

1. 被駆動体を回転駆動する出力軸を備えたアクチュエータと、前記出力軸と前記被駆動体との間に配置されていて前記出力軸と前記被駆動体との間に作用する力を検出する力センサと、を備えた回転軸構造であって、
   前記出力軸及び前記被駆動体に接触する柔軟な変形体を備え、前記力センサ全体が、前記出力軸、前記被駆動体、及び前記柔軟な変形体によって封止された、回転軸構造。
2. 前記柔軟な変形体は、前記出力軸及び前記被駆動体との接触部分が前記出力軸及び前記被駆動体に対して夫々相対移動せず、前記接触部分を除いた部位が柔軟に変形して反力を発生させない、請求項１に記載の回転軸構造。
3. 前記柔軟な変形体と前記出力軸又は前記被駆動体との接触部分が固定されている、又は前記接触部分の少なくとも一方の表面が相対移動しない摩擦係数を有している、請求項１又は２に記載の回転軸構造。
4. 前記柔軟な変形体の変形部分は柔軟な薄膜状部分である、請求項１から３のいずれか一項に記載の回転軸構造。
5. 前記柔軟な変形体の変形部分は弛みを備えている、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転軸構造。
6. 前記柔軟な変形体の接触部分は前記出力軸及び前記被駆動体の少なくとも一方に形成された相対移動防止溝に嵌合する、請求項１から５のいずれか一項に記載の回転軸構造。
7. 前記被駆動体は前記力センサの外周を覆って前記出力軸の側方まで延在する、請求項１から６のいずれか一項に記載の回転軸構造。
8. 前記力センサは、前記出力軸に連結された入力体と、前記被駆動体に連結された出力体と、前記入力体と前記出力体を接続していて前記入力体と前記出力体が相対回転することで歪みを発生可能な起歪体と、を備え、前記柔軟な変形体は前記入力体と前記出力体との間に形成された隙間への異物の侵入を防止する、請求項１から７のいずれか一項に記載の回転軸構造。
9. 前記力センサ自体はシール部材を備えていない、請求項１から８のいずれか一項に記載の回転軸構造。
10. 前記アクチュエータと前記力センサを前記出力軸の軸方向に貫通していて線条体を挿通する挿通孔をさらに備え、前記柔軟な変形体は前記挿通孔への異物の侵入を防止する、請求項１から９のいずれか一項に記載の回転軸構造。
11. 前記力センサはシリアル通信可能な又は無線通信可能な通信基板を備え、前記通信基板によって前記挿通孔に挿通する前記線条体の本数を削減した、請求項１０に記載の回転軸構造。
12. 前記通信基板又は力センサ用線条体がデイジーチェーン接続可能である、請求項１１に記載の回転軸構造。
13. 被駆動体を回転駆動する出力軸を備えたアクチュエータと、前記出力軸と前記被駆動体との間に配置されていて前記出力軸と前記被駆動体との間に作用する力を検出する力センサと、前記アクチュエータと前記力センサを前記出力軸の軸方向に貫通していて線条体を挿通する挿通孔と、を備えた回転軸構造であって、
    前記力センサはシリアル通信可能な又は無線通信可能な通信基板を備え、前記挿通孔に挿通する前記線条体の本数を前記通信基板によって削減しており、
    前記力センサは、前記出力軸に連結された入力体と、前記被駆動体に連結された出力体と、前記入力体と前記出力体を接続していて前記入力体と前記出力体が相対回転することで歪みを発生可能な少なくとも二つの起歪体と、前記二つの起歪体の各々で発生する歪みを検出する少なくとも二つの歪み検出センサと、を備え、前記歪み検出センサの各々は前記通信基板又は力センサ用線条体によって別系統でデイジーチェーン接続された、回転軸構造。
14. 被駆動体を回転駆動する出力軸を備えたアクチュエータと、前記出力軸と前記被駆動体との間に配置されていて前記出力軸と前記被駆動体との間に作用する力を検出する力センサと、前記アクチュエータと前記力センサを前記出力軸の軸方向に貫通していて線条体を挿通する挿通孔と、を備えた回転軸構造であって、
    前記力センサはシリアル通信可能な又は無線通信可能な通信基板を備え、前記挿通孔に挿通する前記線条体の本数を前記通信基板によって削減しており、
    前記力センサは、前記出力軸に連結された入力体と、前記被駆動体に連結された出力体と、前記入力体と前記出力体を接続していて前記入力体と前記出力体が相対回転することで歪みを発生可能な少なくとも一つの起歪体と、前記一つの起歪体で発生する歪みを検出する少なくとも二つの歪み検出センサと、を備え、前記歪み検出センサの各々は前記通信基板又は力センサ用線条体によって別系統でデイジーチェーン接続された、回転軸構造。
15. 前記通信基板又は力センサ用線条体がデイジーチェーン接続可能である、請求項１３または１４に記載の回転軸構造。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載の回転軸構造を関節構造として備えたロボットであって、前記力の変動量を前記ロボットの既知のパラメータを用いて推定する変動量推定部と、推定された前記変動量に基づき前記力センサで検出された前記力を補正する力補正部と、を備える、ロボット。
17. 請求項１０から１５のいずれか一項に記載の回転軸構造を関節構造として備えたロボットであって、前記線条体は、アクチュエータ駆動用の線条体と、力センサ通信用の線条体と、ロボット先端に取付けるツール駆動用の線条体と、のうちの少なくとも一つを含む、ロボット。

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