WO2023167075A1 - 駆動機構およびこれを備えるロボットアーム - Google Patents

駆動機構およびこれを備えるロボットアーム Download PDF

Info

Publication number
WO2023167075A1
WO2023167075A1 PCT/JP2023/006497 JP2023006497W WO2023167075A1 WO 2023167075 A1 WO2023167075 A1 WO 2023167075A1 JP 2023006497 W JP2023006497 W JP 2023006497W WO 2023167075 A1 WO2023167075 A1 WO 2023167075A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive mechanism
elastic
elastic member
mechanism according
preload
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/006497
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
光樹 土屋
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友重機械工業株式会社 filed Critical 住友重機械工業株式会社
Publication of WO2023167075A1 publication Critical patent/WO2023167075A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints

Definitions

  • the present invention relates to a drive mechanism and a robot arm including the same.
  • SEA Series Elastic Actuators
  • An SEA is an actuator in which an elastic element is connected in series to a motion transmission part.
  • the rigidity of this series elastic element is lower than that of a speed reducer, and it is often arranged between the low speed side of the speed reducer and a link arm. .
  • the series elastic element increases mechanical compliance, reduces the risk of damage to the joint mechanism due to external impact forces, and further improves safety in interaction with people and the work environment.
  • VSA Variable Stiffness Actuator
  • SEA is a method of passively enhancing compliance. Since it depends on the stiffness of the series elastic elements, it is basically impossible to change the stiffness after assembly unlike the VSA. On the other hand, unlike the VSA, it does not require a mechanism or drive system for changing rigidity, so the joint can be made simple and compact.
  • VSA Variable Stiffness Actuator
  • the present invention passively changes the stiffness to increase the impact force mitigation effect, and realizes nonlinear elasticity while maintaining a certain level of stiffness, thereby improving the back drivability.
  • Another object of the present invention is to provide a drive mechanism that does not require the addition of an external drive system, and a robot arm equipped with the drive mechanism.
  • One aspect of the present invention is a driving unit configured to be drivable; a driven part driven by receiving the driving force of the driving part; an elastic portion configured by a plurality of elastic members including at least a first elastic member and a second elastic member arranged in series between the driven portion and the driving portion; The first elastic member functions until a predetermined load acts on the elastic portion, and when the load exceeds a predetermined value, the load is also applied to the second elastic member to switch the rigidity of the elastic portion. and A drive mechanism comprising
  • the switching portion applies a predetermined preload to the second elastic member, which is large enough to prevent the second elastic member from functioning until the load acting on the elastic portion exceeds a predetermined value. It may include a mechanism.
  • the drive mechanism of the aspect described above may further include a preload adjusting device that adjusts the magnitude of the preload.
  • the second elastic member in the drive mechanism of the aspect described above is a coil spring
  • the preload adjusting device is configured as a device for adjusting the magnitude of the preload applied to the coil spring by changing the length of the coil spring.
  • the preload adjusting device may include a wedge member that changes the length of the coil spring by wedge action when it moves relative to the coil spring.
  • At least one pair of second elastic members may be provided in the drive mechanism of the above aspect.
  • the paired second elastic members may be arranged symmetrically.
  • the second elastic members may be arranged symmetrically about the neutral axis before the paired second elastic members are relatively deformed with respect to the driven portion. .
  • the paired second elastic members may be arranged in series.
  • a load transmission body may be interposed between the first elastic member and the second elastic member.
  • the load transmission body may be composed of relatively rotatable rollers.
  • the roller in the driving mechanism of the above aspect may be configured to be relatively rotatable with respect to the driven part.
  • the impact force mitigation effect can be enhanced by passively changing the rigidity, and back drivability is improved by realizing non-linear elasticity while maintaining a certain level of torsional rigidity. It is possible to provide a drive mechanism and a robot arm having the drive mechanism that do not require the addition of an external drive system.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a robot arm according to one embodiment of the present invention
  • FIG. Fig. 2 is a side view of a robot arm
  • FIG. 3 is a diagram of the robot arm viewed from the direction indicated by reference numeral III in FIG. 2
  • It is a schematic diagram explaining the principle of a drive mechanism.
  • 4A and 4B are graphs showing the relationship between the torsion angle ⁇ t and the torsion torque ⁇ , and (B) the graph showing the relationship between the torsion angle ⁇ t and the torsion rigidity S, both of which describe the characteristics of the elastic portion of the drive mechanism;
  • FIG. 4 is a diagram showing a drive mechanism according to an embodiment of the present invention, in which the joints of the robot arm shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a transmission path of a driving force from a driving portion (reducer output shaft 10) to a driven portion (second ring 62) in the driving mechanism or a load generated by the driving force;
  • FIG. FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the preload applying mechanism in the switching unit, and is a view of the one located in the 12 o'clock direction of the four preload applying mechanisms in FIG. 6 seen from above in FIG. plan view).
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a preload applying mechanism in a switching unit, showing an enlarged view of one positioned in the 12 o'clock direction among the four preload applying mechanisms in FIG. 6 .
  • FIG. 10 is a diagram showing (A) the second link side where the drive section is located and (B) the third link side where the driven section is located in a state (state [3]) in which the output shaft of the speed reducer is further rotated;
  • FIG. 10 is a diagram showing (A) the side of the second link where the drive section is located and (B) the side of the third link where the driven section is located, respectively, in a situation where an external force acts on the third link of the robot arm;
  • FIG. 10 is a diagram showing (A) the side of the second link where the drive section is located and (B) the side of the third link where the driven section is located in a situation where a larger external force acts on the third link of the robot arm;
  • 1 is a block diagram showing an example of a control device for a robot arm;
  • FIG. 10 is a diagram showing (A) the side of the second link where the drive section is located and (B) the side of the third link where the driven section is located, respectively, in a situation where an external force acts on the third link of the robot arm;
  • FIG. 10 is a diagram showing (A) the side of the second link where the drive section is located and (B) the side of the third link where the driven section is located in a situation where a larger
  • the robot arm 100 is a vertical multi-joint robot arm with multiple joints (for example, four axes), and includes a base 100B and a plurality of links connected to the base.
  • the link has an actuator 9 (see FIGS. 3 and 14) rotatably provided with respect to the link to rotate the next link along the axis of rotation (see FIG. 1, etc.).
  • the robot arm 100 in this embodiment includes a first link 101, a second link 102, a third link 103, and a hand 104 (see FIGS. 1 to 3).
  • the surface of the base 100B is defined as an xz plane defined by the x-axis and the z-axis, and the axis perpendicular to the xz-plane is defined as the y-axis.
  • the axis will be used for explanation.
  • the first link 101 is rotatably provided around the y-axis (an axis parallel to) with respect to the base 100B, and rotates the second link 102 and the like along the xz plane (see FIG. 1, etc.).
  • the second link 102 includes a link arm rotatable relative to the first link 101 about an axis perpendicular to the y-axis (an axis parallel to the xz plane).
  • the third link 103 includes a link arm rotatable relative to the second link 102 about an axis perpendicular to the y-axis (an axis parallel to the xz plane).
  • a hand 104 used for gripping a workpiece (not shown) is provided at the tip of the third link 103 so as to be rotatable (swivelable) around a central axis 103c extending in the longitudinal direction of the third link 103 .
  • Members such as the links 101 to 103 and the hand 104 (in this specification, the side that applies the driving force is referred to as the driving portion, and the side that receives the driving force from the driving portion and is driven by the member is referred to as the driven portion.
  • control device 200 is a control device 200 (although detailed description is omitted in this specification, the control device 200 includes various components such as a start position acquisition unit, a target position acquisition unit, a route acquisition unit, a control command acquisition unit, a storage unit, and the like). It is configured to function as a part), and is driven by an actuator 9 to perform a predetermined operation (see FIG. 14). In addition, a joint functioning as a joint (in this specification and the drawings, a 110) is provided (see FIG. 1, etc.).
  • the joint part 110 is provided with a drive mechanism 1 having a structure in which an elastic element is connected in series to a motion transmission part that transmits driving force from the drive part to the driven part.
  • the drive mechanism 1 is provided for each of the joints 110, and although the detailed structure may differ depending on the structure of each joint 110, basically, the mechanical compliance is enhanced by the elastic element, It is configured to reduce the risk of damage to the joints 110 due to external impact force and improve safety in interaction with people and work environments.
  • the drive mechanism 1 in this embodiment includes a drive portion (for example, a speed reducer output shaft 10 to be described later), a driven portion (for example, a second ring 62 to be described later), an elastic portion 1E, a switching portion 50, and the like.
  • the elastic portion 1E is composed of a plurality of elastic members including a first elastic member 11 and a second elastic member 41 arranged in series between the driven portion and the driving portion.
  • the switching portion 50 only the first elastic member 11 functions (deforms) until the load acting on the elastic portion 1E reaches a predetermined value (that is, until the predetermined load acts), and the load reaches the predetermined value. When it exceeds, the load acts on the second elastic member 41, so that the second elastic member 41 also functions (further deforms from the state in which the preload is applied), thereby switching the rigidity of the elastic portion 1E. It is configured.
  • the driving mechanism 1 including the elastic portion 1E and the switching portion 50 configured in this manner the spring stiffness of the elastic portion 1E as a whole (for example, , torsional stiffness) can be switched.
  • FIGS. 4 and 5 the principle and features of such a drive mechanism 1 will be described (see FIGS. 4 and 5), and then the specific structure will be described (see FIG. 6, etc.).
  • FIG. 4 shows a schematic configuration of the drive mechanism 1 of this embodiment, and FIG. 5 shows changes in characteristics (spring stiffness) during operation.
  • Symbol [1] in FIG. 4 indicates a state where the load is 0,
  • [2] indicates a state where the load is applied and only the first elastic member 11 is functioning, and
  • [3] indicates a load exceeding a predetermined value.
  • a state in which both the first elastic member 11 and the second elastic member 41 are functioning is shown.
  • first elastic members 11 are arranged on both sides of a driving piece 10t of a driving portion (for example, a speed reducer output shaft) 10, and second elastic members 12 are arranged on the outside thereof.
  • the driving force is transmitted to the driven portion 62 through the first elastic member 11 and the second elastic member 41 regardless of whether the is operated (rotated) clockwise or counterclockwise.
  • the first elastic member 11 and the second elastic member 41 can be considered to be, for example, torsion coil springs.
  • a member denoted by reference numeral 50 between the first elastic member 11 and the second elastic member 41 represents a switching portion. Symbols [1] to [3] in FIG. 5 indicate changes in characteristics corresponding to states [1] to [3] shown in FIG.
  • the clockwise rotation of the driving piece 10t corresponds to the amount of displacement of the driving piece 10t that moves accordingly.
  • the first elastic member 11 located in the direction is compressed and deformed (state [2] shown in FIG. 4).
  • the function of the switching portion 50 prevents the second elastic member 41 from deforming.
  • the driving force (torsion torque ⁇ ) acting from the drive section 10 to the driven section 62 linearly changes in proportion to the torsion angle ⁇ t of the drive section 10 (Fig. 5 (A)).
  • the torsional stiffness S in such state [2] is constant regardless of the magnitude of the torsional angle ⁇ t (see FIG. 5(B)).
  • This property (the property that the torsional stiffness is constant regardless of the magnitude of the torsion angle) is similar to that in conventional direct elastic actuators (SEA).
  • the switching portion 50 changes to a state (state [3]) in which the load acting by the driving force is also applied to the second elastic member 41 .
  • state [3] the state in which the spring rigidity of the elastic portion 1E as a whole is equal to the spring rigidity of only the first elastic member 11 (state [2]) is changed to the state in which the first elastic member 11 and the second elastic member 41 are connected in series. It switches to the spring stiffness according to the spring constant of the spring.
  • the subsequent torsional torque ⁇ changes differently from the state [2], specifically, the degree of change is smaller than that in the state [2] (see FIG. 5A), and the torsional stiffness S is lower than state [2] (see FIG. 5(B)).
  • the drive mechanism 1 of the present embodiment based on such a principle is based on the conventional system of passively increasing the compliance like SEA, but after a specific torsional angle ⁇ t , the torsional rigidity S decreases. It has structure. This is different from the conventional mechanism in which the torsion torque ⁇ had to change linearly according to the torsion angle ⁇ t . This leads to further improvements in back drivability, safety for humans, the surrounding environment, and internal equipment of the robot arm 100 . Moreover, since the drive mechanism 1 of the present embodiment includes the switching unit 50 that is mechanically configured to switch the spring rigidity according to the change in the load according to the torsion angle ⁇ t , an external drive system can be added. It is possible to switch autonomously without The specific structure and characteristics of the switching unit 50 will be further clarified by specific examples of the drive mechanism 1 described below.
  • the drive mechanism 1 of the present embodiment includes a speed reducer output shaft (drive portion) 10, an annular spring (first elastic member) 11, a first ring 21, rollers 31 to 34, coil springs (second elastic members) 41 to 44. , a switching portion 50, a second ring (driven portion) 62, and the like (see FIG. 6, etc.). These elements are built in respective housings 112 and 113 of the second link 102 and the third link 103 (see FIGS. 1, 3, etc.).
  • Each of these elements has a driving force of actuator (motor) 9 ⁇ speed reducer output shaft 10 ⁇ annular spring (first elastic member) 11 ⁇ first ring 21 ⁇ rollers 31 to 34 ⁇ coil spring (second elastic member) 41 to 44 ⁇ second ring (driven portion) 62 in order (see FIG. 7).
  • actuator motor
  • annular spring first elastic member
  • second elastic member second elastic member 41 to 44 ⁇ second ring (driven portion) 62
  • a plurality of elastic members in the present embodiment, two kinds of springs, namely, an annular spring 11 and coil springs 41 to 44
  • springs 41 to 44 are mechanically arranged in series with rollers 31 to 34 interposed therebetween (see FIG. 7).
  • the speed reducer output shaft 10 moderately reduces the rotational speed in the final stage of the path for transmitting the driving force of the actuator 9 (see FIGS. 3 and 14) that drives the third link 103, and then transfers to the third link 103. It is a member that outputs and functions as a drive unit (see FIG. 6, etc.).
  • the speed reducer output shaft 10 of this embodiment is configured to rotate either clockwise or counterclockwise in the drawing.
  • the annular spring 11 is an example of a first elastic member and is provided between the speed reducer output shaft 10 and the first ring 21 .
  • the inner ends 11i of the pair of annular springs 11a and 11b, which are curved plate springs, are fixed around the speed reducer output shaft 10, and the outer ends 11o are fixed. is fixed to the inner peripheral surface of the first ring 21 located on the outer peripheral side (see FIG. 6, etc.).
  • the annular spring 11 (11a, 11b) of the present embodiment is elastically deformed so as to expand outward when the speed reducer output shaft 10 rotates clockwise in the drawing, and attaches the first ring 21 in that direction (clockwise). When the force (see FIGS. 10 and 11) is applied, the output shaft 10 of the speed reducer rotates in the counterclockwise direction (not shown). counterclockwise).
  • the first ring 21 is an annular member that is biased by the annular spring 11 and rotates so as to follow the speed reducer output shaft 10 when the annular spring 11 is elastically deformed (see FIG. 6, etc.).
  • the first ring 21 of this embodiment is incorporated in the housing 112 of the second link 102 and is rotatably held by a bearing 23 such as a ball bearing (see FIG. 6, etc.).
  • the rollers 31 to 34 are mechanically interposed between the annular spring 11 and the coil springs 41 to 44, which are provided in series and directly constitute elastic elements. It is provided as a load transmitting body that transmits to the springs 41 to 44 (see FIG. 6, etc.).
  • the rollers 31 to 34 of this embodiment are composed of rolling elements that are rotatably attached to the 21st ring, and each of the rollers 31 to 34 is a third roller in the housing 113 of the third link 103. 2 It is arranged at a position where it can press each of the coil springs 41 to 44 provided in the ring (driven portion) 62 to transmit the load (see FIG. 6).
  • rollers 31 to 34 which are rotatably mounted, are also rotatable relative to the second ring (driven portion) 62, and when moving within the second ring (driven portion) 62, The resistance during movement is reduced by using rolling resistance instead of slip resistance (see FIG. 11, etc.).
  • the coil springs (second elastic members) 41 to 44 are elastic members that are mechanically arranged in series with the annular spring 11 and constitute the elastic portion 1E directly composed of elastic elements. These coil springs 41 to 44 are formed in the second ring 62 at intervals of 90 degrees in the circumferential direction.
  • a pair of spring installation spaces 65 are installed in each of the spring installation spaces 65 (see FIGS. 6 and 8, etc.).
  • a pair of coil springs 41a and 41b arranged in one installation space 65 are symmetrically arranged in series across a virtual neutral axis (indicated by symbol NL in FIG. 9) on which the roller 31 is positioned.
  • the paired coil springs 41a and 41b are guided by a cylindrical direct-acting guide 66 arranged inside (see FIGS. 8 and 9). It should be noted that the linear motion guide 66 is preferably made of a resin material or the like whose surface has a low coefficient of dynamic friction. These coil springs 41a and 41b are compressed by a preload applying mechanism 51 and are always preloaded.
  • the second ring 62 is an annular member that is rotationally driven by receiving a driving force transmitted from the reduction gear output shaft (driving portion) 10 via the elastic portion 1E (annular spring 11 and coil springs 41 to 44). .
  • the second ring 62 of this embodiment is incorporated in the housing 113 of the 32-link 103, and is rotatably held by a bearing 63 such as a ball bearing (see FIG. 6, etc.).
  • the switching portion 50 deforms only the annular spring 11 until a predetermined load acts on the elastic portion 1E (the annular spring 11 and the coil springs 41 to 44). Not only the spring 11 but also the coil springs 41 to 44 are acted upon to switch the rigidity of the elastic portion 1E. In this embodiment, such a function of the switching section 50 is realized using the preload applying mechanism 51 .
  • the preload applying mechanism 51 applies a predetermined preload that does not cause the coil springs 41 to 44 to function (further deformation from the preloaded state) until the load acting on the elastic portion 1E exceeds a predetermined value. It is a device composed of a mechanism for applying to 41-44.
  • the preload applying mechanism 51 of this embodiment is configured as a device that further includes a preload adjusting device 52 that adjusts the magnitude of the preload (see FIGS. 8 and 9, etc.).
  • the preload adjusting device 52 is a device for adjusting the length of the coil springs 41 to 44 to continuously increase or decrease the magnitude of the preload applied to the coil springs.
  • the wedge member 53 of this embodiment includes a central wedge member 53c, a pair of both side wedge members 53a and 53b, a central wedge adjusting bolt 54c, both side wedge fixing bolts 54a and 54b, and pressing pieces 55a and 55b. Includes (see FIG. 8, etc.).
  • the central wedge member 53c has a substantially trapezoidal shape (or a triangular shape or the like), and is attached to the second ring 62 by a central wedge adjusting bolt 54c so as to be movable in the y-axis direction (see FIG. 9, etc.). .
  • the central wedge adjusting bolt 54c has its tip screwed to the second ring 62 while passing through the central wedge member 53c.
  • the position of the central wedge member 53c in the y-axis direction can be adjusted by rotating the head of the central wedge adjusting bolt 54c positioned at the back of the hole 62c by putting a screwdriver or the like on the head thereof. (See Figure 8).
  • the both side wedge members 53a and 53b are members arranged in contact with both sides of the central wedge member 53c. They approach or separate (see FIG. 9, etc.). These two-side wedge members 53a and 53b are fixed to the second ring 62 by tightening two-side wedge fixing bolts 54a and 54b (see FIG. 8, etc.).
  • the fixing bolts 54a and 54b are movable in the x-axis direction along long holes 62a and 62b formed in the second ring 62.
  • both side wedge members 53a and 53b When the fixing bolts 54a and 54b are loosened, the fixing bolts 54a and 54b The x-axis direction positions of both side wedge members 53a and 53b can be changed, and when the fixing bolts 54a and 54b are loosened, the x-axis direction positions of both side wedge members 53a and 53b are fixed at the positions.
  • These wedge members 53a and 53b are configured to press and compress the coil springs 41 (41a and 41b) via pressing pieces 55a and 55b (see FIG. 8). By pressing and compressing the coil springs 41 (41a, 41b) by the pressing pieces 55a, 55b, the coil springs 41 (41a, 41b) can be preloaded.
  • the roller 31 (to 34) is arranged on the neutral axis NL between the pair of pressing pieces 55a and 55b.
  • the load is transmitted to the coil springs 41 (41a, 41b) in this state.
  • the wedge members 53a and 53b and the pressing pieces 55a and 55b are not connected to each other (not integrated).
  • the pressing piece 55a when the roller 31 moves counterclockwise (to the left in the x-axis direction in the drawing), the pressing piece 55a also moves, but the wedge member 53a is fixed and does not move.
  • the pressing piece 55b on the opposite side is pressed against the wedge member 53b by the preload of the coil spring 41 (41b) and stops.
  • the position of the central wedge member 53c is adjusted while the fixing bolts 54a and 54b are loosened.
  • the coil springs 41 (41a, 41b) are compressed via the pressing pieces 55a, 55b.
  • the preload applied to the coil springs 41 (41a, 41b) increases, and the threshold value (predetermined value) at which the rigidity of the elastic portion 1E is switched increases.
  • the central wedge adjustment bolt 54c when the central wedge adjustment bolt 54c is turned in the opposite direction, the central wedge member 53c pressed by the two wedge members 53a and 53b moves along the y-axis direction in FIG.
  • the coil springs 41 (41a, 41b) expand as the two side wedge members 53a, 53b move toward the central wedge member 53c as they are pushed upward.
  • the preload applied to the coil springs 41 (41a, 41b) is reduced, and the threshold value (predetermined value) at which the rigidity of the elastic portion 1E is switched is reduced.
  • the preload can be applied evenly to the paired coil springs 41 (41a, 41b), and one adjustment can be performed. Since the magnitude of the preload applied to the coil springs 41 (41a, 41b) can be simultaneously adjusted by the means (central wedge adjustment bolt 54c), work such as adjustment can be performed efficiently.
  • This state corresponds to the above-described state [2] in which only the annular spring 11 is elastically deformed and the behavior of the torsional torque ⁇ and the torsional rigidity S of the elastic portion 1E depends only on the characteristics of the annular spring 11 (FIG. 5). reference).
  • the driving force (torsion torque ⁇ ) acting from the speed reducer output shaft 10 to the second ring 62 changes linearly in proportion to the torsion angle ⁇ t
  • the torsion stiffness S is proportional to the torsion angle ⁇ t . It is constant regardless of the size (see Fig. 5).
  • the annular spring 11 is further elastically deformed, and urges the coil spring 41a with a greater urging force via the roller 31 and the pressing piece 55a (see FIG. 11A).
  • this biasing force exceeds the magnitude of the predetermined preload applied to the coil spring 41a, the coil spring 41 is compressed and deformed. That is, the state [2] in which only the annular spring 11 is elastically deformed is switched to the state [3] in which both the annular spring 11 and the coil spring 41 are deformed.
  • a counterclockwise torque in FIG. 11(B) acts on the second ring 62, and in response to this torque, the second ring 62 rotates counterclockwise in FIG. reference).
  • the torsion angle ⁇ t of the roller 31 and the first ring 21 increases, and the elastic deformation amount of the annular spring 11 also increases (see FIG. 13).
  • the biasing force acting on the coil spring 41a from the elastically deformed annular spring 11 via the roller 31 and the pressing piece 55a exceeds the magnitude of the predetermined preload applied to the coil spring 41a.
  • the coil spring 41 is compressed and deformed (see FIG. 13B). That is, the state [2] in which only the annular spring 11 is elastically deformed is switched to the state [3] in which both the annular spring 11 and the coil spring 41 are deformed, and the spring rigidity of the elastic portion 1E as a whole changes to the annular state.
  • the state (state [2]) equal to the spring stiffness of the spring 11 alone is switched to the spring stiffness corresponding to the spring constant of the series spring composed of the annular spring 11 and the coil spring 41 (see FIG. 5).
  • the drive mechanism 1 passively changes its rigidity when a larger external force acts on it, thereby mitigating the external force such as impact force.
  • the annular spring (first elastic member) 11 elastically deforms when the load acting on the elastic portion 1E composed of the series elastic element is less than a predetermined value.
  • the load exceeds a predetermined value, not only the annular spring 11 but also the coil springs (second elastic members) 41 to 44 are switched to an elastically deformed state. also switches to a different state.
  • the rigidity torsional rigidity
  • the rigidity is constant regardless of the magnitude of the load. 10
  • the torsion angle can be increased under the condition of relatively small force, thereby realizing the characteristic of high compliance.
  • the robot arm 100 when the robot arm 100 comes into strong contact with a person and an impact force acts, the elasticity is passively changed non-linearly at the moment when the load exceeds a predetermined value.
  • the robot arm 100 maintains a certain level of rigidity during operation, while the rigidity is low in situations where the requirements for higher safety and higher back drivability should be satisfied.
  • By passively switching to it is possible to soften the impact force from the outside and reduce the risk of damage to the joint mechanism.
  • the force accuracy increases in force control by controlling the torsion angle ⁇ t .
  • the characteristics of the driving mechanism 1 as described above, more specifically, the rigidity of the elastic portion 1E in each of the states [1] and [2] are determined by the annular spring 11 as the first elastic member and the second elastic member It can be adjusted by changing the spring stiffness of each of the barrel springs 41-44.
  • the drive mechanism 1 configured as described above can be used as a mechanism that constitutes the joints of the robot arm 100, and is used in various fields such as production sites, welfare/medical care, agriculture, service, and entertainment. Further, it can be applied to joints of various robots such as ankle joints of walking robots and joint mechanisms of assist suits.
  • the above-described embodiment is a preferred example of the present invention, it is not limited to this, and can be modified in various ways without departing from the gist of the present invention.
  • the drive mechanism 1 including two types of elastic elements, the annular spring 11 as the first elastic member and the coil springs 41 to 44 as the second elastic members, was described, but this is only a preferred example. do not have.
  • the elastic portion 1E of the driving mechanism 1 is composed of three or more elastic members arranged in series between the driving portion (for example, the speed reducer output shaft 10) and the driven portion (for example, the second ring 62). good too.
  • the driving mechanism 1 including the annular spring 11 and the coil springs 41 to 44 has been described. Needless to say, the driving mechanism 1 can be configured by elastic members other than the annular spring 11 and the coil springs 41-44.
  • [Appendix 1] a driving unit configured to be drivable; a driven part driven by receiving the driving force of the driving part; an elastic portion configured by a plurality of elastic members including at least a first elastic member and a second elastic member arranged in series between the driven portion and the driving portion; The first elastic member functions until a predetermined load acts on the elastic portion, and when the load exceeds a predetermined value, the load is also applied to the second elastic member to switch the rigidity of the elastic portion.
  • a switching unit configured to A drive mechanism.
  • Appendix 3 3. The drive mechanism according to appendix 2, further comprising a preload adjustment device that adjusts the magnitude of the preload.
  • Appendix 5 The drive mechanism according to appendix 4, wherein the preload adjustment device includes a wedge member that changes the length of the coil spring by wedge action when relatively displaced with respect to the coil spring.
  • Appendix 7 The drive mechanism according to appendix 6, wherein the paired second elastic members are arranged symmetrically.
  • Appendix 8 8. The driving mechanism according to appendix 7, wherein the paired second elastic members are arranged symmetrically about a neutral axis of the paired second elastic members before they are relatively deformed with respect to the driven portion.
  • Appendix 9 9. The drive mechanism according to any one of appendices 6 to 8, wherein the pair of second elastic members are arranged in series.
  • Appendix 10 10. The drive mechanism according to any one of appendices 1 to 9, wherein a load transmission body is interposed between the first elastic member and the second elastic member.
  • Appendix 11 11. The drive mechanism according to appendix 10, wherein the load transmission body is composed of a relatively rotatable roller.
  • Appendix 12 12. The driving mechanism according to appendix 11, wherein the roller is configured to be relatively rotatable with respect to the driven part.
  • Appendix 13 A drive mechanism according to any one of Appendices 1 to 12; a link provided with the drive unit of the drive mechanism according to appendix 1; and a link on which the driven portion of the drive mechanism according to appendix 1 is provided.
  • the present invention is suitable for application to a drive mechanism and a robot arm including the same.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

受動的に剛性が変化することで衝撃力を緩和することができ、一定以上の剛性を有しつつも非線形弾性を実現することでバックドライバビリティを向上させることができ、かつ、外部のドライブシステムを追加することが不要な駆動機構等を提供するべく、本開示に係る駆動機構１は、駆動可能に構成された駆動部１０と、該駆動部１０の駆動力を受けて従動する被駆動部６２と、該被駆動部６２および駆動部１０の間に直列に配置された、少なくとも第１弾性部材１１と第２弾性部材４１～４４を含む複数の弾性部材によって構成される弾性部と、該弾性部に所定の荷重が作用するまでは第１弾性部材１１を機能させ、荷重が所定の値を超えると当該荷重を第２弾性部材４１～４４にも作用させて当該弾性部の剛性を切り替えるように構成された切替部５０と、を備える。

Description

駆動機構およびこれを備えるロボットアーム
　本発明は、駆動機構およびこれを備えるロボットアームに関する。
　近年、人と同じ作業空間で動作することができる協働ロボットは、生産現場への導入が進んでいる。このような協働ロボットが外部環境と衝突したときの協働ロボットおよび環境が受けるダメージの低減や、人とのインタラクションにおけるさらなる安全性の向上を図るため、直列弾性アクチュエータ（Series Elastic Actuator、以下、ＳＥＡともいう）が、一部の協働ロボットの関節部に搭載されている。
　ＳＥＡは、運動伝達部に弾性要素を直列接続したアクチュエータであり、一般的に、この直列弾性要素の剛性は減速機よりも小さく、減速機の低速側とリンクアームの間に介在する構成が多い。直列弾性要素により機械的なコンプライアンスが高くなり、外部からの衝撃力による関節機構の損傷リスクの低減や、人や作業環境へのインタラクションにおける安全性がさらに向上するといった効果が得られる。
　さて、今後を見据えると、このような協調ロボットの用途は、生産現場から介護や医療、家庭環境などへと拡大していくことが予想されている。これらの用途では、生産現場よりも人との接触、協調作業が多くなることが想定されることからして、今後、このような協働ロボットの利用領域がいっそう拡大したときに、より高い安全性、より高いバックドライバビリティが要求されるようになることが予想される。とくに、安全性の観点からすれば協働ロボットの関部節のコンプライアンスをいかに高めるかというのが重要になってくる。関節部のコンプライアンスを高める従来の方式としては、大別して以下の３つの方法がある（例えば特許文献１～５参照）。
1) コンプライアンス制御
　センサで取得した位置や力情報をフィードバックし、モータへの指令を制御することで、関節の剛性を変える方式である。必要な機器は、位置・角度センサまたは力・トルクセンサである。位置・角度センサは通常、関節アクチュエータに搭載されている。力・トルクセンサは標準で搭載されているロボットが増えており、追加で搭載する際も大きなサイズアップにはならない。基本的には、ソフトウェアによる剛性の変化になるため、追加の機構やドライブシステムを必要としないことが利点である。
2) 可変剛性アクチュエータ（Variable Stiffness Actuator, ＶＳＡ）
　上記のＳＥＡと同様、直列弾性要素を有する。ＳＥＡと異なる点は、直列弾性要素における剛性を、動作中にかつ連続的に調整できることである。高応答・高精度なロボット動作が求められる時は関節剛性を高くし、安全性やコンプライアンスを高めるときには関節剛性を低くする、という切り替えが可能になり、ロボットの汎用性が向上する。
3) ＳＥＡ
　上記したごとく、ＳＥＡは受動的にコンプライアンスを高める方式である。直列弾性要素の剛性に依存するので、ＶＳＡのように組立後の剛性の変更は基本的にはできない。一方で、ＶＳＡのように剛性を変化させるための機構やドライブシステムが不要なため、シンプルでコンパクトな関節部にすることができる。
　こういった従来の方式をふまえつつ、協働ロボットに対するより高い安全性、より高いバックドライバビリティといった要求を満たすための特性としては、ねじり剛性が低いことが望ましいといえるが、その一方で、ロボット動作を考慮すると一定以上のねじり剛性が必要であるというのが実際である。そうすると、両方の要求を満たす手段のひとつとして、剛性を変化させることが考えられる。
特開２００１－３３００５５号公報 特開２００９－０３４７７４号公報 特開２００６－２５０２９６号公報 特開２０１１－０８３８８４号公報 特開２０１９－５１３５６８号公報
　しかし、実際、剛性を変えるための具体的手段としては上記コンプライアンス制御のように外部からソフトウェア等で制御する方式を採用することが考えられるものの、これだと衝撃力を緩和することが難しいという問題がある。また、別の具体的手段のひとつには可変剛性アクチュエータ（ＶＳＡ）があるものの、これだと、連続的に剛性を変えることができる一方で、その機能を実現するためにはドライブシステムが増えるという問題がある。
　そこで、本発明は、受動的に剛性が変化することで衝撃力の緩和効果を高くでき、一定以上の剛性を有しつつも非線形弾性を実現することでバックドライバビリティを向上させることができ、かつ、外部のドライブシステムを追加することが不要な駆動機構およびこれを備えるロボットアームを提供することを目的とする。
　本発明の一態様は、
　駆動可能に構成された駆動部と、
　該駆動部の駆動力を受けて従動する被駆動部と、
　該被駆動部および駆動部の間に直列に配置された、少なくとも第１弾性部材と第２弾性部材を含む複数の弾性部材によって構成される弾性部と、
　該弾性部に所定の荷重が作用するまでは第１弾性部材を機能させ、荷重が所定の値を超えると当該荷重を第２弾性部材にも作用させて当該弾性部の剛性を切り替えるように構成された切替部と、
を備える、駆動機構である。
　上記のごとき態様の駆動機構においては、弾性部（第１弾性部材と第２弾性部材を含む複数の弾性部材によって構成される）に作用する荷重が所定値未満の場合、第１弾性部材のみが弾性変形し、荷重が所定値を超えると第１弾性部材のみならず第２弾性部材もまた弾性変形した状態に切り替わるから、このとき、併せて弾性部全体の剛性もまたそれまでとは異なる状態（通常的には、それまでよりも剛性が低くなった状態）に切り替わる。このような機構は、例えば、ロボットアームが人と強く接触したようなとき、荷重が所定値を超えたときを境にして受動的に弾性を非線形に変化させてコンプライアンスを高めるものであるということができ、これにより、ロボットアームの動作時には一定以上の剛性を確保しつつも、より高い安全性、より高いバックドライバビリティといった要求を満たすべき場面においては剛性が低い状態へと受動的に切り替わることで外部からの衝撃力を和らげ、関節機構の損傷リスクを低減させることを可能とする。しかも、このような特性は、外部のドライブシステムを追加することなく、当該機構を構成する複数の弾性部材等によって実現されている。
　上記のごとき態様の駆動機構において、切替部は、弾性部に作用する荷重が所定値を超えるまでは第２弾性部材を機能させない大きさの所定の予圧を当該第２弾性部材に付与する予圧付与機構を含むものであってもよい。
　上記のごとき態様の駆動機構は、予圧の大きさを調整する予圧調整装置をさらに含むものであってもよい。
　上記のごとき態様の駆動機構における第２弾性部材がコイルばねであり、予圧調整装置は、当該コイルばねの長さを変えて該コイルばねに付与される予圧の大きさを調整する装置として構成されていてもよい。
　上記のごとき態様の駆動機構において、予圧調整装置は、コイルばねに対して相対移動した際、くさびの作用で当該コイルばねの長さを変えるくさび部材を含むものであってもよい。
　上記のごとき態様の駆動機構において、第２弾性部材が少なくとも一対設けられていてもよい。
　上記のごとき態様の駆動機構において、対となる第２弾性部材が、対称的に配置されていてもよい。
　上記のごとき態様の駆動機構において、被駆動部に対する、対となる第２弾性部材の相対的に変形する前の中立軸を中心にしてこれら第２弾性部材が対称的に配置されていてもよい。
　上記のごとき態様の駆動機構において、対となる第２弾性部材が直列の状態で配置されていてもよい。
　上記のごとき態様の駆動機構において、第１弾性部材と第２弾性部材との間に荷重伝達体が介在していてもよい。
　上記のごとき態様の駆動機構において、荷重伝達体は、相対回転可能なローラで構成されていてもよい。
　上記のごとき態様の駆動機構におけるローラは、被駆動部に対して相対回転可能に構成されていてもよい。
　本発明によれば、受動的に剛性が変化することで衝撃力の緩和効果を高くすることができ、一定以上のねじり剛性を有しつつも非線形弾性を実現することでバックドライバビリティを向上させることができ、かつ、外部のドライブシステムを追加することが不要な駆動機構およびこれを備えるロボットアームを提供することができる。
本発明の一実施形態に係るロボットアームの一例を示す斜視図である。 ロボットアームの側面図である。 図２中、符号IIIで示す方向から見たロボットアームの図である。 駆動機構の原理について説明する模式図である。 駆動機構の弾性部の特性について説明する、（Ａ）ねじり角度θｔとねじりトルクτとの関係を表すグラフと、（Ｂ）ねじり角度θｔとねじり剛性Ｓとの関係を表すグラフである。 本発明の一実施形態における駆動機構を示す図であって、図３に示したロボットアームの関節部を、図３中のVI-VI線に沿って左右に開いてから図２に示す矢印に沿って見たとした場合の内部の構成のうち、（Ａ）駆動部がある第２リンク側、（Ｂ）被駆動部がある第３リンク側、をそれぞれ表したものである。 駆動機構における駆動部（減速機出力軸１０）から被駆動部（第２リング６２）までの駆動力ないしは該駆動力により生じる荷重の伝達経路を概略的に示す図である。 切替部における予圧付与機構の構成例を示す図で、図６における４つの予圧付与機構のうち１２時方向に位置するものを、ｙ軸に沿って図６中の上方から見た場合の図（平面図）である。 切替部における予圧付与機構の構成例を示す図で、図６における４つの予圧付与機構のうち１２時方向に位置するものを拡大して表したものである。 減速機出力軸がねじり角度θｔまで回転動作した状態（状態［２］）における、（Ａ）駆動部がある第２リンク側、（Ｂ）被駆動部がある第３リンク側をそれぞれ表した図である。 減速機出力軸がさらに回転動作した状態（状態［３］）における、（Ａ）駆動部がある第２リンク側、（Ｂ）被駆動部がある第３リンク側をそれぞれ表した図である。 ロボットアームの第３リンクに外力が作用した局面における、（Ａ）駆動部がある第２リンク側、（Ｂ）被駆動部がある第３リンク側をそれぞれ表した図である。 ロボットアームの第３リンクにさらに大きな外力が作用した局面における、（Ａ）駆動部がある第２リンク側、（Ｂ）被駆動部がある第３リンク側をそれぞれ表した図である。 ロボットアームの制御装置の一例を示すブロック図である。
　以下、図面を参照しつつ本発明に係る駆動機構やロボットアームの好適な実施形態について詳細に説明する。以下においては、まず、ロボットアームの概略を示したうえで当該ロボットアームにおける駆動機構の配置などを説明し、その後、駆動機構の原理を説明したうえで、駆動機構の構成や動きについて例を挙げて詳細に説明する。
［ロボットアーム］
　ロボットアーム１００は、多関節（一例として、４軸）からなる垂直型の多関節ロボットアームであり、ベース１００Ｂと、該ベースに接続される複数のリンクを備えている。リンクは、次のリンクを回転軸に従って回転させるためにリンクに対して回転可能に設けられたアクチュエータ９（図３、図１４参照）を備えている（図１等参照）。
　本実施形態におけるロボットアーム１００は、第１リンク１０１と、第２リンク１０２と、第３リンク１０３と、ハンド１０４とを備えている（図１～図３参照）。なお、図１等においては、説明の便宜のため、ベース１００Ｂの表面をｘ軸とｚ軸とで規定されるｘｚ平面、このｘｚ平面に垂直な軸をｙ軸としており、以降、適宜これらの軸を用いて説明することとする。
　第１リンク１０１は、ベース１００Ｂに対し、ｙ軸（と平行な軸）まわりに回転可能に設けられていて、第２リンク１０２等をｘｚ平面に沿って旋回させる（図１等参照）。第２リンク１０２は、この第１リンク１０１に対し、ｙ軸に垂直な軸（ｘｚ平面に平行な軸）まわりに回転可能に設けられたリンクアームを含む。第３リンク１０３は、この第２リンク１０２に対し、ｙ軸に垂直な軸（ｘｚ平面に平行な軸）まわりに回転可能に設けられたリンクアームを含む。ワーク（図示省略）の把持等に用いられるハンド１０４は、この第３リンク１０３の先端に、当該第３リンク１０３の長手方向に延びる中心軸１０３ｃまわりに回転（旋回）可能に設けられている。これらのリンク１０１～１０３やハンド１０４などの各部材（本明細書では、これらのうち、駆動力を与える側を駆動部、駆動部から駆動力を受けて従動する側を被駆動部と称する場合がある）は、制御装置２００（本明細書では特に詳しい説明は省略するが、制御装置２００は、開始位置取得部、目標位置取得部、経路取得部、制御命令取得部、記憶部などといった各部位として機能するように構成されている）によって駆動制御されつつ、アクチュエータ９によって駆動されて所定の動作をする（図１４参照）。また、各駆動部・被駆動部どうし相対回転可能な状態で取り付けられる部分（第１リンク１０１とベース１００Ｂとの間の部分を含む）には関節として機能する関節部（本明細書および図面において符号１１０で示す）が設けられている（図１等参照）。
　関節部１１０には、駆動部から被駆動部へと駆動力を伝達する運動伝達部に弾性要素が直列接続された構造の駆動機構１が設けられている。駆動機構１は関節部１１０のそれぞれに設けられていて、関節部１１０ごとの構造に応じて詳細な構造は異なる場合があるにせよ、基本的には、弾性要素により機械的なコンプライアンスを高め、外部からの衝撃力による関節部１１０の損傷リスクを低減させ、人や作業環境へのインタラクションにおける安全性を向上させるといった各機能を奏しうるように構成されている。
　このような駆動機構１のうち、以下では、第２リンク１０２と第３リンク１０３の間の関節部１１０に設けられたものを例に、その構造や特徴について説明する（図２、図６等参照）。本実施形態における駆動機構１は、駆動部（たとえば、後述する減速機出力軸１０）、被駆動部（たとえば、後述する第２リング６２）、弾性部１Ｅ、切替部５０などで構成されている。弾性部１Ｅは、被駆動部および駆動部の間に直列に配置された第１弾性部材１１と第２弾性部材４１を含む複数の弾性部材によって構成されている。切替部５０は、この弾性部１Ｅに作用する荷重が所定値となるまでは（つまり、所定の荷重が作用するまでは）第１弾性部材１１のみが機能（変形）し、荷重が所定値を超えるとその荷重が第２弾性部材４１にも作用することで第２弾性部材４１もまた機能（予圧が付与された状態からさらに変形）し、これにより、当該弾性部１Ｅの剛性が切り替わるように構成されている。このように構成された弾性部１Ｅや切替部５０を備えた駆動機構１は、弾性部１Ｅに作用する荷重が所定値を超えたときを境にして弾性部１Ｅの全体としてのばね剛性（一例として、ねじり剛性）を切り替えることができる。まず、このような駆動機構１の原理や特徴を説明し（図４、図５参照）、その後で具体的な構造を説明する（図６等参照）。
［駆動機構の原理］
　本実施形態の駆動機構１の概略構成を図４に示し、動作時の特性（ばね剛性）の変化を図５に示す。図４中の記号［１］は荷重が０の状態、［２］は荷重が作用して第１弾性部材１１のみが機能している状態、［３］は所定値を超える荷重が作用して第１弾性部材１１と第２弾性部材４１の両方が機能している状態を示す。図４では、駆動部（たとえば、減速機出力軸）１０の駆動片１０ｔの両側にそれぞれ第１弾性部材１１が配置され、さらにその外側に第２弾性部材１２が配置されていて、駆動部１０が時計回り、反時計回りのどちらに動作（回転）したとしてもこれら第１弾性部材１１および第２弾性部材４１を介して駆動力が被駆動部６２に伝達されるという構成が示されている。第１弾性部材１１および第２弾性部材４１は、例えばねじりコイルばねであると考えることができる。第１弾性部材１１と第２弾性部材４１との間の符号５０で示す部材は、切替部を表している。図５中の記号［１］～［３］は、図４に示す状態［１］～［３］のそれぞれに対応した特性の変化を示す。
　駆動部（たとえば、減速機出力軸）１０が動作してねじり角度θｔまで時計回りに回転したとすると、これに伴って動く駆動片１０ｔの変位量に相当するぶん、駆動片１０ｔの時計回り方向に位置する第１弾性部材１１が圧縮変形する（図４に示す状態［２］）。ただし、荷重が所定値未満である状態［２］では、切替部５０の機能により、第２弾性部材４１は変形しない。このような状態［２］においては、駆動部１０から被駆動部６２へと作用する駆動力（ねじりトルクτ）は、駆動部１０のねじり角度θｔに比例して線形に変化する（図５（Ａ）参照）。また、このような状態［２］におけるねじり剛性Ｓは、ねじり角度θｔの大きさにかかわらず一定である（図５（Ｂ）参照）。この特性（ねじり剛性がねじり角度の大きさにかかわらず一定であるという特性）は、従前の直接弾性アクチュエータ（ＳＥＡ）における特性と同様である。
　駆動部１０がさらに動作してねじり角度θｔがさらに大きくなる過程で、駆動部１０から被駆動部６２へと作用する駆動力（ねじりトルクτ）が所定値τplを超えると、切替部５０が当該駆動力により作用する荷重を第２弾性部材４１にも作用させる状態（状態［３］）へと移り変わる。これにより、弾性部１Ｅの全体としてのばね剛性が、第１弾性部材１１のみのばね剛性に等しかった状態（状態［２］）から、第１弾性部材１１と第２弾性部材４１とからなる直列ばねのばね定数に応じたばね剛性へと切り替わる。この結果、その後のねじりトルクτは状態［２］とは異なる変化、具体的には、状態［２］よりも変化の度合いが小さな変化となり（図５（Ａ）参照）、また、ねじり剛性Ｓは、状態［２］よりも低くなる（図５（Ｂ）参照）。
　このような原理に基づく本実施形態の駆動機構１は、ＳＥＡのように受動的にコンプライアンスを高めるという従前の方式をふまえつつも、特定のねじり角度θｔ以降、ねじり剛性Ｓが低下する直列ばね構造を備えている。これは、ねじり角度θｔに応じてねじりトルクτが線形に変化するしかなかった従前の機構とは異なり、途中からねじりトルクτが低くなる構造を実現したといえるもので、これにより、より高いバックドライバビリティと、人や周辺環境、およびロボットアーム１００の内部機器に対する安全性などをより向上させることにつながる。しかも、本実施形態の駆動機構１は、ねじり角度θｔに応じた荷重の変化により、ばね剛性を切り替えるように機構的に構成された切替部５０を備えることから、外部のドライブシステムを追加することなく自律的に切り替えをすることが可能となっている。なお、このような切替部５０の具体的な構造や特徴などは以下に説明する駆動機構１の具体例によってさらに明らかとなる。
［駆動機構の具体例］
　以下、駆動機構１の具体的な構造の一例を説明する（図６～図１３参照）。
　本実施形態の駆動機構１は、減速機出力軸（駆動部）１０、環状ばね（第１弾性部材）１１、第１リング２１、ローラ３１～３４、コイルばね（第２弾性部材）４１～４４、切替部５０、第２リング（被駆動部）６２などで構成される（図６等参照）。これらの要素は、第２リンク１０２と第３リンク１０３のそれぞれのハウジング１１２，１１３に内蔵されている（図１、図３等参照）。これらの各要素は、駆動力が、アクチュエータ（モータ）９　→　減速機出力軸１０　→　環状ばね（第１弾性部材）１１　→　第１リング２１　→　ローラ３１～３４　→　コイルばね（第２弾性部材）４１～４４　→　第２リング（被駆動部）６２　の順に伝達されるように構成されている（図７参照）。なお、図３と図７においては、このように駆動力を伝達する駆動機構１のうち前段部を符号１Ａ、後段部を符号１Ｂで表している（図３、図７参照）。これらの図から明らかなように、この駆動機構１においては、減速機出力軸（駆動部）１０と第２リング（被駆動部）６２との間に複数の弾性部材（本実施形態であれば、環状ばね１１とコイルばね４１～４４という２種類のばね）がローラ３１～３４を介在させつつ機構上は直列に配置された構造となっている（図７参照）。
　減速機出力軸１０は、第３リンク１０３を駆動するアクチュエータ９（図３、図１４参照）の駆動力を伝達する経路の最終段階において回転速度を適度に減速させてから第３リンク１０３へと出力する、駆動部として機能する部材である（図６等参照）。本実施形態の減速機出力軸１０は、図中において時計まわり、反時計まわりいずれの方向にも回転するように構成されている。
　環状ばね１１は、第１弾性部材の一例であって、減速機出力軸１０と第１リング２１との間に設けられている。本実施形態では、減速機出力軸１０の周囲に、湾曲した状態の板ばねで構成される一対の環状ばね１１ａ、１１ｂのそれぞれの内側端部１１ｉを固定し、かつ、それぞれの外側端部１１ｏを、外周側に位置する第１リング２１の内周面に固定している（図６等参照）。本実施形態の環状ばね１１（１１ａ、１１ｂ）は、減速機出力軸１０が図中において時計まわりに回転すると外側に膨らむように弾性変形して第１リング２１を当該方向（時計まわり）に付勢し（図１０、図１１参照）、特に図示してはいないが減速機出力軸１０が逆に反時計まわりに回転すると内側に絞られるように弾性変形して第１リング２１を当該方向（反時計まわり）に付勢する。
　第１リング２１は、環状ばね１１が弾性変形した際、当該環状ばね１１から付勢されて、減速機出力軸１０に追従するように回転する環状の部材である（図６等参照）。本実施形態の第１リング２１は、第２リンク１０２のハウジング１１２に内蔵されていて、例えばボールベアリング等で構成される軸受２３によって回転可能な状態で保持されている（図６等参照）。
　ローラ３１～３４は、機構上、直列に設けられて直接弾性要素を構成している環状ばね１１とコイルばね４１～４４の間に介在し、環状ばね１１が弾性変形した際に生じる荷重をコイルばね４１～４４に伝達する荷重伝達体として設けられている（図６等参照）。本実施形態のローラ３１～３４は、第２１リングに対して回転可能に取り付けられた転動体によって構成されていて、かつ、ローラ３１～３４のそれぞれが、第３リンク１０３のハウジング１１３内の第２リング（被駆動部）６２内に設けられたコイルばね４１～４４のそれぞれを押圧して荷重を伝達できる位置に配置されている（図６参照）。回転可能に取り付けられたこれらローラ３１～３４は、第２リング（被駆動部）６２に対しても相対回転可能な状態になっており、第２リング（被駆動部）６２内で移動する際の抵抗を滑り抵抗ではなく転がり抵抗とすることで移動時の抵抗を減少させている（図１１等参照）。
　コイルばね（第２弾性部材）４１～４４は、機構上、環状ばね１１と直列に設けられて直接弾性要素からなる弾性部１Ｅを構成している弾性部材である。これらコイルばね４１～４４は、第２リング６２内に周方向９０度おきに形成された４つ（本実施形態では、図６中の１２時方向、３時方向、６時方向、９時方向の４つ）のばね設置スペース６５のそれぞれに一対ずつ、計８つが設置されている（図６、図８等参照）。ひとつの設置スペース６５内に配置された一対のコイルばね４１ａ，４１ｂは、ローラ３１が位置する仮想的な中立軸（図９において符号ＮＬで示す）を挟んで直列の状態で対称的に配置されている（なお、これは他のコイルばね４２ａ，４２ｂ、コイルばね４３ａ，４３ｂ、コイルばね４４ａ，４４ｂとローラ３２，３３，３４についても同様であるが、以下ではそれらのうちコイルばね４１ａ，４１ｂとローラ３１を代表例として説明する場合がある）。対をなすコイルばね４１ａ，４１ｂは、その内側に配置された円柱状の直動ガイド６６によってガイドされている（図８，図９等参照）。なお、直動ガイド６６は、表面の動摩擦係数が低い樹脂材料などで形成されていることが好ましい。これらコイルばね４１ａ，４１ｂは、予圧付与機構５１によって圧縮され常に予圧が付与された状態になっている。ローラ３１から荷重が伝達され、対をなすコイルばね４１ａ，４１ｂのどちらかがされに圧縮されて変形すると、当該圧縮変形したコイルばねは、第２リング６２に荷重を作用させて回させようにトルクを作用させる（図７、図１２等参照）。
　第２リング６２は、減速機出力軸（駆動部）１０から弾性部１Ｅ（環状ばね１１およびコイルばね４１～４４）を介して伝達された駆動力を受けて回転駆動される環状の部材である。本実施形態の第２リング６２は、３２リンク１０３のハウジング１１３に内蔵されていて、例えばボールベアリング等で構成される軸受６３によって回転可能な状態で保持されている（図６等参照）。
　切替部５０は、弾性部１Ｅ（環状ばね１１およびコイルばね４１～４４）に所定の荷重が作用するまでは環状ばね１１のみを変形させて機能させ、荷重が所定値を超えると当該荷重を環状ばね１１のみならずコイルばね４１～４４にも作用させて当該弾性部１Ｅの剛性を切り替えるように構成されている。本実施形態では、このような切替部５０の機能を、予圧付与機構５１を用いて実現している。
　予圧付与機構５１は、弾性部１Ｅに作用する荷重が所定値を超えるまではコイルばね４１～４４を機能（予圧が付与された状態からのさらなる変形）させない大きさの所定の予圧を当該コイルばね４１～４４に付与するための機構で構成される装置である。本実施形態の予圧付与機構５１は、予圧の大きさを調整する予圧調整装置５２をさらに含む装置として構成されている（図８、図９等参照）。
　予圧調整装置５２は、コイルばね４１～４４の長さを変えて該コイルばねに付与される予圧の大きさを連続的に増減させて調整する装置であり、このような調整をしやすくするためのくさび部材５３を含む。本実施形態のくさび部材５３は、中央くさび部材５３ｃと、一対の両側くさび部材５３ａ，５３ｂと、中央くさび調整用ボルト５４ｃと、両側くさび固定用ボルト５４ａ，５４ｂと、押圧片５５ａ，５５ｂとを含む（図８等参照）。
　中央くさび部材５３ｃは、略台形状（三角形状などでもよい）であり、第２リング６２に対して中央くさび調整用ボルト５４ｃによりｙ軸方向に移動可能に取り付けられている（図９等参照）。中央くさび調整用ボルト５４ｃは、中央くさび部材５３ｃを貫通した状態でその先端を第２リング６２に螺号させていて、この中央くさび調整用ボルト５４ｃを（本実施形態では、第２リング６２の透孔６２ｃの奥に位置する中央くさび調整用ボルト５４ｃの頭部にドライバーなどを宛がうようにして）回転させることで中央くさび部材５３ｃのｙ軸方向の位置を調整することができるようになっている（図８参照）。
　両側くさび部材５３ａ，５３ｂは、中央くさび部材５３ｃの両側に当接した状態で配置される部材で、当該中央くさび部材５３ｃがｙ軸方向に移動するのに伴いｘ軸方向の位置を変え、互いに接近あるいは離間する（図９等参照）。これら両側くさび部材５３ａ，５３ｂは、それぞれ、両側くさび固定用ボルト５４ａ，５４ｂを締め付けることで第２リング６２に固定された状態となる（図８等参照）。固定用ボルト５４ａ，５４ｂは、第２リング６２に形成された長孔６２ａ，６２ｂに沿ってｘ軸方向に移動可能であり、当該固定用ボルト５４ａ，５４ｂを緩めると固定用ボルト５４ａ，５４ｂごと両側くさび部材５３ａ，５３ｂのｘ軸方向位置を変えることができ、当該固定用ボルト５４ａ，５４ｂを緩め付けると両側くさび部材５３ａ，５３ｂのｘ軸方向位置が当該位置に固定される。また、これら両側くさび部材５３ａ，５３ｂは、それぞれ、押圧片５５ａ，５５ｂを介してコイルばね４１（４１ａ，４１ｂ）を押圧し圧縮した状態とするように構成されている（図８参照）。これら押圧片５５ａ，５５ｂがそれぞれコイルばね４１（４１ａ，４１ｂ）を押圧して圧縮することで、これらコイルばね４１（４１ａ，４１ｂ）に予圧を付与した状態とすることができる。また、これら一対の押圧片５５ａ，５５ｂの間に中立軸ＮＬ上に上述のローラ３１（～３４）が配置されており、当該ローラ３１（～３４）は、押圧片５５ａ，５５ｂを介在させた状態でコイルばね４１（４１ａ，４１ｂ）に荷重を伝達する。なお、くさび部材５３ａ，５３ｂと押圧片５５ａ，５５ｂとは互いにつながった状態にはなっていない（一体化されていない）。例えば、図９において、ローラ３１が反時計回り（図中、向かってｘ軸方向の左側）に動く時、これに伴って押圧片５５ａも動くが、くさび部材５３ａは固定されていて動かない。この時、反対側の押圧片５５ｂは、コイルばね４１（４１ｂ）の予圧力でくさび部材５３ｂに押し当てられて止まるようになっている。
　上記のごとき予圧調整装置５２においては、まず、当該固定用ボルト５４ａ，５４ｂを緩めた状態で、中央くさび部材５３ｃの位置を調整する。この状態で、例えば中央くさび調整用ボルト５４ｃを回して中央くさび部材５３ｃをｙ軸方向に沿って図９中下方に移動させると、くさびの作用で両側くさび部材５３ａ，５３ｂが左右に押し開かれ、押圧片５５ａ，５５ｂを介してコイルばね４１（４１ａ，４１ｂ）がそれぞれ圧縮される。こうした場合、コイルばね４１（４１ａ，４１ｂ）に付与される予圧が大きくなり、弾性部１Ｅの剛性が切り替わる際のしきい値（所定値）が高くなる。一方で、中央くさび調整用ボルト５４ｃを上記とは逆に回すと、両側くさび部材５３ａ，５３ｂから押圧されている状態の中央くさび部材５３ｃは、くさびの作用によりｙ軸方向に沿って図９中上方へと押し上げられ、これに伴い、両側くさび部材５３ａ，５３ｂがそれぞれ中央くさび部材５３ｃのほうへと移動したぶん、コイルばね４１（４１ａ，４１ｂ）がそれぞれ伸長する。こうした場合、コイルばね４１（４１ａ，４１ｂ）に付与される予圧が小さくなり、弾性部１Ｅの剛性が切り替わる際のしきい値（所定値）が低くなる。ここまで説明したように、本実施形態のごとき予圧調整装置５２によれば、対をなすコイルばね４１（４１ａ，４１ｂ）に対して均等に予圧力を付与することができ、また、ひとつの調整手段（中央くさび調整用ボルト５４ｃ）によってコイルばね４１（４１ａ，４１ｂ）に与える予圧の大きさを同時に調整することができるため、調整等の作業を効率的に行うことができる。
［駆動機構における動作（その１）］
　上記のごとき駆動機構１を備えたロボットアーム１００の関節部１１０における動作を説明する（図１０、図１１参照）。
　減速機出力軸１０が動作してねじり角度（減速機出力軸（駆動部）１０と第２リング（被駆動部）６２との角度差）θｔまで時計回りに回転すると、環状ばね１１が外側に膨らむように弾性変形し、ローラ３１および押圧片５５ａを介してコイルばね４１ａを図１０（Ｂ）において反時計まわりに付勢する（図１０参照）。ただし、この付勢力が、コイルばね４１ａに付与されている所定の値の予圧の大きさを上回るまでは、コイルばね４１ａは付勢されていても変形しない。この状態は、環状ばね１１のみが弾性変形していて、弾性部１Ｅのねじりトルクτやねじり剛性Ｓの挙動は環状ばね１１の特性にのみ依拠する上述した状態［２］に相当する（図５参照）。かかる状態下では、減速機出力軸１０から第２リング６２へと作用する駆動力（ねじりトルクτ）はねじり角度θｔに比例して線形に変化し、ねじり剛性Ｓは、ねじり角度θｔの大きさにかかわらず一定である（図５参照）。
　減速機出力軸１０がさらに回転すると、環状ばね１１はさらに弾性変形し、ローラ３１および押圧片５５ａを介してコイルばね４１ａをより大きな付勢力で付勢する（図１１（Ａ）参照）。この付勢力が、コイルばね４１ａに付与されている所定の値の予圧の大きさを上回ると、コイルばね４１が圧縮変形する。つまり、環状ばね１１のみが弾性変形していた状態［２］から、環状ばね１１とコイルばね４１の両方が変形する状態［３］へと切り替わる。そうすると、図１１（Ｂ）中の反時計回りのトルクが第２リング６２に作用し、このトルクに応じ、第２リング６２が図中反時計回りに角度θｔ２回転する（図１１（Ｂ）参照）。このとき、環状ばね１１の弾性変形に応じた回転角度をθｔ１とするならば、ねじり角度θｔは、上記の角度θｔ１とθｔ２との和に相当する大きさ、すなわち
　　　θｔ＝θｔ１＋θｔ２
となる。なお、ここでは、図中の１２時方向に位置するローラ３１やコイルばね４１の動きについて説明したが、以上は、図中の３時方向、６時方向、９時方向に位置する他のローラ３２，３３，３４や他のコイルばね４２（４２ａ，４２ｂ）、４３（４３ａ，４３ｂ）、４４（４４ａ，４４ｂ）についても同様であり、４つの予圧付与機構５１において同様の動きが同時に生じている（図１１（Ｂ）等参照）。
［駆動機構における動作（その２）］
　上記の駆動機構における動作（その１）は、減速機出力軸（駆動部）１０を回転駆動させる局面における動作を説明したが、本実施形態の駆動機構１は、ロボットアーム１００に外力が作用した局面においても所定の動作をし、衝撃力を緩和することができる。これについて以下に説明する（図１２、図１３参照）。
　アクチュエータ（モータ）９の駆動軸が位置制御下にある状態あるいはアクチュエータ９の駆動軸がブレーキなどで固定されている状態において人がロボットアーム１００と強く接触したときのような、ロボットアーム１００の第３リンク１０３に何かしらの外力が作用した場合を想定する。このとき、第２リング６２が当該外力の作用で図１２（Ｂ）中の時計まわりにねじり角度θｔぶん回転したとすれば、これに伴いローラ３１および第１リング２１が図１２（Ａ）中の反時計回りにθｔ回転し、これにより、環状ばね１１が外側に膨らむように弾性変形する（図１２（Ａ）参照）。環状ばね１１は、このように弾性変形することによって、第３リンク１０３に作用した外力が第２リンク１０２の減速機出力軸１０に直接的に及ぶことを緩和し、外力による影響を抑制する。なお、この状態下のおけるねじり角度θｔ（減速機出力軸１０と第２リングとの角度差）は、環状ばね１１の弾性変形に応じた回転角度をθｔ１と等しい（θｔ＝θｔ１）。
　第３リンク１０３に作用する外力がさらに大きくなると、それに伴い、ローラ３１および第１リング２１のねじり角度θｔが増加し、また、環状ばね１１の弾性変形量も増加する（図１３参照）。弾性変形している環状ばね１１から、ローラ３１および押圧片５５ａを介してコイルばね４１ａに作用している付勢力が、コイルばね４１ａに付与されている所定の値の予圧の大きさを上回ると、コイルばね４１が圧縮変形する（図１３（Ｂ）参照）。つまり、環状ばね１１のみが弾性変形していた状態［２］から、環状ばね１１とコイルばね４１の両方が変形する状態［３］へと切り替わり、弾性部１Ｅの全体としてのばね剛性が、環状ばね１１のみのばね剛性に等しかった状態（状態［２］）から、環状ばね１１とコイルばね４１とからなる直列ばねのばね定数に応じたばね剛性へと切り替わる（図５参照）。この結果、駆動機構１は、より大きな外力が作用した場合には受動的に剛性を変化させ、衝撃力といった外力を緩和する。
　ここまで説明したように、本実施形態の駆動機構１においては、直列弾性要素からなる弾性部１Ｅに作用する荷重が所定値未満の場合、環状ばね（第１弾性部材）１１のみが弾性変形し、荷重が所定値を超えると環状ばね１１のみならずコイルばね（第２弾性部材）４１～４４もまた弾性変形した状態に切り替わり、このとき、併せて弾性部１Ｅ全体の剛性（ねじり剛性Ｓ）もまたそれまでとは異なる状態に切り替わる。この点に関し、例えば一般的なＳＥＡにおいては荷重の大きさにかかわらず剛性（ねじり剛性）は一定であるので、大きなねじり角度を得るためにはそのぶん駆動部（例えば、上述の減速機出力軸１０）に与える力（ねじりトルク）を大きくする必要があるのに対し、本実施形態の駆動機構１によれば、所定のねじりトルクτpl以上でねじり剛性Ｓが低下する特性により（図５参照）、比較的小さな力が作用する状況下で、ねじり角度を大きくすることができ、これにより、コンプライアンスが高くなるという特性を実現することができる。このような駆動機構１によれば、例えばロボットアーム１００が人と強く接触して衝撃力が作用したようなとき、荷重が所定値を超えた瞬間を境にして受動的に弾性を非線形に変化させてコンプライアンスを高めることができ、これにより、ロボットアーム１００の動作時には一定以上の剛性を確保しつつも、より高い安全性、より高いバックドライバビリティといった要求を満たすべき場面においては剛性が低い状態へと受動的に切り替わることで外部からの衝撃力を和らげ、関節機構の損傷リスクを低減させることができる。また、ロボット動作の観点においては、状態［３］でねじり角度θｔに対するねじりトルクτの感度が相対的に低くなるため、ねじり角度θｔのコントロールによる力制御において力精度が高くなる。
　また、上記のごとき駆動機構１における特性、より具体的にいえば状態［１］と状態［２］のそれぞれにおける弾性部１Ｅの剛性は、第１弾性部材たる環状ばね１１と、第２弾性部材たるコイルばね４１～４４のそれぞれのばね剛性を変えることによって調整することが可能である。
　上記のごとく構成された駆動機構１は、ロボットアーム１００における関節を構成する機構として用いることができるものであり、生産現場および、福祉・医療、農業、サービス、エンターテイメントなどの各分野にて利用される協働ロボットに適用することが可能であるし、さらには、歩行ロボットの足関節や、アシストスーツの関節機構といったように、種々のロボットの関節にも適用することが可能である。
　なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、第１弾性部材たる環状ばね１１と第２弾性部材たるコイルばね４１～４４という２種類の弾性要素を含む駆動機構１を説明したが、これは好適な一例にすぎない。駆動機構１の弾性部１Ｅは、駆動部（例えば減速機出力軸１０）と被駆動部（例えば第２リング６２）との間に直列に配置された３つ以上の弾性部材で構成されていてもよい。
　また、上述の実施形態では環状ばね１１やコイルばね４１～４４を含む駆動機構１を説明したが、これらは上記のごとく駆動部と被駆動部との間に直列に配置される弾性部材の例にすぎず、これら環状ばね１１やコイルばね４１～４４以外の弾性部材によって駆動機構１を構成することが可能であることはいうまでもない。
　上述した実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうる。しかしながら、本発明は以下の付記に限定されるものではない。
［付記１］
　駆動可能に構成された駆動部と、
　該駆動部の駆動力を受けて従動する被駆動部と、
　該被駆動部および前記駆動部の間に直列に配置された、少なくとも第１弾性部材と第２弾性部材を含む複数の弾性部材によって構成される弾性部と、
　該弾性部に所定の荷重が作用するまでは前記第１弾性部材を機能させ、荷重が所定の値を超えると当該荷重を前記第２弾性部材にも作用させて当該弾性部の剛性を切り替えるように構成された切替部と、
を備える、駆動機構。
［付記２］
　前記切替部は、前記弾性部に作用する荷重が所定値を超えるまでは前記第２弾性部材を機能させない大きさの所定の予圧を当該第２弾性部材に付与する予圧付与機構を含む、付記１に記載の駆動機構。
［付記３］
　前記予圧の大きさを調整する予圧調整装置をさらに含む、付記２に記載の駆動機構。　　　　
［付記４］
　前記第２弾性部材がコイルばねであり、前記予圧調整装置は、当該コイルばねの長さを変えて該コイルばねに付与される予圧の大きさを調整する装置として構成されている、付記３に記載の駆動機構。
［付記５］
　前記予圧調整装置は、前記コイルばねに対して相対移動した際、くさびの作用で当該コイルばねの長さを変えるくさび部材を含む、付記４に記載の駆動機構。
［付記６］
　前記第２弾性部材が少なくとも一対設けられている、付記２から５のいずれかに記載の駆動機構。
［付記７］
　対となる前記第２弾性部材が、対称的に配置されている、付記６に記載の駆動機構。
［付記８］
　前記被駆動部に対する、対となる前記第２弾性部材の相対的に変形する前の中立軸を中心にしてこれら第２弾性部材が対称的に配置されている、付記７に記載の駆動機構。
［付記９］
　対となる前記第２弾性部材が直列の状態で配置されている、付記６から８のいずれかに記載の駆動機構。
［付記１０］
　前記第１弾性部材と前記第２弾性部材との間に荷重伝達体が介在している、付記１から９のいずれかに記載の駆動機構。
［付記１１］
　前記荷重伝達体は、相対回転可能なローラで構成されている、付記１０に記載の駆動機構。
［付記１２］
　前記ローラは、前記被駆動部に対して相対回転可能に構成されている、付記１１に記載の駆動機構。
［付記１３］
　付記１から１２のいずれかに記載の駆動機構と、
　付記１に記載の前記駆動機構の前記駆動部が設けられるリンクと、
　付記１に記載の前記駆動機構の前記被駆動部が設けられるリンクと
を備えるロボットアーム。
　本発明は、駆動機構およびこれを備えるロボットアームに適用して好適である。
１…駆動機構
１Ａ…駆動機構の前段部
１Ｂ…駆動機構の後段部
１Ｅ…弾性部
９…アクチュエータ
１０…減速機出力軸（駆動部）
１０ｔ…駆動片
１１（１１ａ、１１ｂ）…環状ばね（第１弾性部材）
１１ｉ…環状ばねの内側端部
１１ｏ…環状ばねの外側端部
２１…第１リング
２３…軸受
３１～３４…ローラ（荷重伝達体）
４１～４４（４１ａ，４１ｂ，４２ａ，…，４４ｂ）コイルばね（第２弾性部材）
５０…切替部
５１…予圧付与機構
５２…予圧調整装置
５３…くさび部材
５３ａ，５３ｂ…両側くさび部材
５３ｃ…中央くさび部材
５４ａ，５４ｂ…両側くさび固定用ボルト
５４ｃ…中央くさび調整用ボルト
５５ａ，５５ｂ…押圧片
６２…第２リング（被駆動部）
６２ａ，６２ｂ…長孔
６２ｃ…透孔
６３…軸受
６５…ばね設置スペース
６６…直動ガイド
１００…ロボットアーム
１００Ｂ…ベース
１０１…第１リンク
１０２…第２リンク（リンク）
１０３…第３リンク（リンク）
１０３ｃ…中心軸
１０４…ハンド
１１０…関節部
１１２…ハウジング
１１３…ハウジング
２００…制御装置
τ…ねじりトルク
τpl…ねじりトルクの所定値
θｔ…ねじり角度（駆動部と被駆動部との角度差）
θｔ１…環状ばねの変形分の角度
θｔ…環状ばねの変形分の角度
Ｓ…ねじり剛性
ＮＬ…中立軸

Claims (13)

  1. 　駆動可能に構成された駆動部と、
    　該駆動部の駆動力を受けて従動する被駆動部と、
    　該被駆動部および前記駆動部の間に直列に配置された、少なくとも第１弾性部材と第２弾性部材を含む複数の弾性部材によって構成される弾性部と、
    　該弾性部に所定の荷重が作用するまでは前記第１弾性部材を機能させ、荷重が所定の値を超えると当該荷重を前記第２弾性部材にも作用させて当該弾性部の剛性を切り替えるように構成された切替部と、
    を備える、駆動機構。
  2. 　前記切替部は、前記弾性部に作用する荷重が所定値を超えるまでは前記第２弾性部材を機能させない大きさの所定の予圧を当該第２弾性部材に付与する予圧付与機構を含む、請求項１に記載の駆動機構。
  3. 　前記予圧の大きさを調整する予圧調整装置をさらに含む、請求項２に記載の駆動機構。
  4. 　前記第２弾性部材がコイルばねであり、前記予圧調整装置は、当該コイルばねの長さを変えて該コイルばねに付与される予圧の大きさを調整する装置として構成されている、請求項３に記載の駆動機構。
  5. 　前記予圧調整装置は、前記コイルばねに対して相対移動した際、くさびの作用で当該コイルばねの長さを変えるくさび部材を含む、請求項４に記載の駆動機構。
  6. 　前記第２弾性部材が少なくとも一対設けられている、請求項２に記載の駆動機構。
  7. 　対となる前記第２弾性部材が、対称的に配置されている、請求項６に記載の駆動機構。
  8. 　前記被駆動部に対する、対となる前記第２弾性部材の相対的に変形する前の中立軸を中心にしてこれら第２弾性部材が対称的に配置されている、請求項７に記載の駆動機構。
  9. 　対となる前記第２弾性部材が直列の状態で配置されている、請求項６に記載の駆動機構。
  10. 　前記第１弾性部材と前記第２弾性部材との間に荷重伝達体が介在している、請求項１に記載の駆動機構。
  11. 　前記荷重伝達体は、相対回転可能なローラで構成されている、請求項１０に記載の駆動機構。
  12. 　前記ローラは、前記被駆動部に対して相対回転可能に構成されている、請求項１１に記載の駆動機構。
  13. 　請求項１から１２のいずれか一項に記載の駆動機構と、
    　請求項１に記載の前記駆動機構の前記駆動部が設けられるリンクと、
    　請求項１に記載の前記駆動機構の前記被駆動部が設けられるリンクと
    を備えるロボットアーム。
     
     
     
PCT/JP2023/006497 2022-03-04 2023-02-22 駆動機構およびこれを備えるロボットアーム WO2023167075A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-033594 2022-03-04
JP2022033594 2022-03-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023167075A1 true WO2023167075A1 (ja) 2023-09-07

Family

ID=87883594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/006497 WO2023167075A1 (ja) 2022-03-04 2023-02-22 駆動機構およびこれを備えるロボットアーム

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023167075A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003266358A (ja) * 2002-03-18 2003-09-24 Sony Corp ロボット装置及び関節軸駆動装置
CN203460186U (zh) * 2013-07-15 2014-03-05 北京理工大学 能够提供非线性可变刚度的弹性组件
JP2023005544A (ja) * 2021-06-29 2023-01-18 トヨフレックス株式会社 付勢力発生装置及び動作補助装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003266358A (ja) * 2002-03-18 2003-09-24 Sony Corp ロボット装置及び関節軸駆動装置
CN203460186U (zh) * 2013-07-15 2014-03-05 北京理工大学 能够提供非线性可变刚度的弹性组件
JP2023005544A (ja) * 2021-06-29 2023-01-18 トヨフレックス株式会社 付勢力発生装置及び動作補助装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6021579A (en) Spatial parallel compliant mechanism
US20090312870A1 (en) Manipulator, manipulator collision detecting method and manipulator control method
US11951619B2 (en) Cabled differential for cable controlled joint
EP2989345B1 (en) Variable stiffness actuator with large range of stiffness
CN109476023B (zh) 可变刚度串联式弹性致动器
CN107061545B (zh) 驱动力传递装置
WO2008069306A1 (ja) 関節機構及び関節装置
Park et al. Safe link mechanism based on nonlinear stiffness for collision safety
Davis et al. Torque control of a redundantly actuated passive manipulator
US11027434B2 (en) Telepresence controller and system using magnetorheological fluid clutch apparatuses
Park et al. Safe joint mechanism using inclined link with springs for collision safety and positioning accuracy of a robot arm
JP5284066B2 (ja) ロボットハンド
KR101195700B1 (ko) 가변 강성 액츄에이터 유닛
CN110022787B (zh) 屈曲机构以及医疗用机械手
JP2006198748A (ja) 関節装置及び関節装置を用いたメカニカルユニバーサルハンド
US11173092B2 (en) Joint exoskeleton auxiliary driving mechanism
WO2023167075A1 (ja) 駆動機構およびこれを備えるロボットアーム
KR100999477B1 (ko) 로봇용 안전관절장치
CN109843520B (zh) 机器人的关节构造体
JPWO2017217415A1 (ja) 関節ユニット
Wang et al. Mechanically stiffness-adjustable actuator using a leaf spring for safe physical human-robot interaction
JP2001121460A (ja) ロボット用パラレルリンク機構
JPH06281513A (ja) トルクセンサ
KR20180129020A (ko) 임계 토크 가변 가능한 로봇 관절 안전장치 및 이를 이용한 안전시스템
JP5472742B2 (ja) 車両用操舵装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23763334

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1