特開 2023-179173 起歪体およびこれを備えた作業ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023179173

(43)【公開日】2023-12-19

(54)【発明の名称】起歪体およびこれを備えた作業ロボット

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20231212BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20231212BHJP

【ＦＩ】

G01L3/10 311

G01L5/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022092313

(22)【出願日】2022-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000010076

【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100133916

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 興

(72)【発明者】

【氏名】早川 慶

【テーマコード（参考）】

2F051

【Ｆターム（参考）】

2F051AA10

(57)【要約】

【課題】起歪体の交換作業を容易化する。
【解決手段】起歪体１は、モータ５１により回転駆動される回転体のトルクを受けて弾性変形し、かつその変形量がトルクの検出に利用されるものである。起歪体１は、外周面２２と、外周面２２の内側に形成され、かつモータ５１に接続されるケーブル５４が挿通される中空部Ｓ１を画成する内周面２１と、内周面２１から外周面２２へと至る径方向に延びるスリット（２５，２６）とを備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータにより回転駆動される回転体のトルクを受けて弾性変形し、かつその変形量がトルクの検出に利用される起歪体であって、
外周面と、
前記外周面の内側に形成され、かつ前記モータに接続されるケーブルが挿通される中空部を画成する内周面と、
前記内周面から前記外周面へと至る径方向に延びるスリットとを備えた、起歪体。

【請求項2】

請求項１に記載の起歪体において、
前記外周面を有するリング状の外輪部と、
前記内周面を有するリング状の内輪部と、
前記外輪部と前記内輪部とを径方向に連結し、かつ周方向に互いに隙間を空けつつ並ぶ複数のスポーク部とを備え、
前記スリットは、前記内輪部を径方向に貫通する第１スリットと、前記外輪部を径方向に貫通する第２スリットとを含む、起歪体。

【請求項3】

請求項２に記載の起歪体において、
前記第１スリットの対向縁部どうしを連結するように前記内輪部に着脱自在に取り付けられた内側補強部材を備えた、起歪体。

【請求項4】

請求項３に記載の起歪体において、
前記内側補強部材は、前記内輪部の軸方向の一方側において前記第１スリットを跨ぐように周方向に延びかつその両端部が前記内輪部に固定される板状の本体部と、当該本体部から前記軸方向の他方側に突出して前記第１スリットの内部に嵌入される突出部とを含む、起歪体。

【請求項5】

請求項２に記載の起歪体において、
前記第２スリットの対向縁部どうしを連結するように前記外輪部に着脱自在に取り付けられた外側補強部材を備えた、起歪体。

【請求項6】

請求項５に記載の起歪体において、
前記外側補強部材は、前記外輪部の軸方向の一方側において前記第２スリットを跨ぐように周方向に延びかつその両端部が前記外輪部に固定される板状の本体部と、当該本体部から前記軸方向の他方側に突出して前記第２スリットの内部に嵌入される突出部とを含む、起歪体。

【請求項7】

請求項２に記載の起歪体において、
複数の前記スポーク部どうしの隙間を軸方向の一方側から覆う着脱自在なカバーを備えた、起歪体。

【請求項8】

請求項２に記載の起歪体において、
前記内輪部、前記外輪部、及び前記スポーク部に対応する同一の平面形状を有しかつ厚み方向に互いに積層、固定された複数の起歪プレートを含む、起歪体。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１項に記載の起歪体と、
前記モータにより回転駆動される前記回転体としてのロボットアームと、
前記起歪体の変形量に基づき前記ロボットアームに作用するトルクを検出するトルクセンサとを備えた、作業ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トルクの検出に利用される起歪体およびこれを備えた作業ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

前記起歪体を用いたトルクセンサとして、下記特許文献１のものが知られている。具体的に、この特許文献１のトルクセンサは、リング状の金属板からなる起歪体の歪み（弾性変形）を電気信号に変換するセンサであり、起歪体に取り付けられた歪ゲージと、当該歪ゲージと電気的に接続されたブリッジ回路とを備える。トルクの入力を受けて起歪体（金属板）が弾性変形すると、その変形に応じて歪ゲージ内に抵抗変化が生じ、その抵抗変化に応じた電気信号がブリッジ回路で生成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６８５１８９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、上述した起歪体を例えば作業ロボットの関節部に適用した場合、当該起歪体の内側の中空部に、作業ロボットを作動させるための電力線や信号線等を含むケーブルが挿通されることがある。しかしながら、このようなレイアウトでは、作業ロボットに過大な外力が加わる等の事情により起歪体が損傷したときに、当該損傷した起歪体を交換する作業が煩雑になるという問題がある。

【0005】

すなわち、中空部にケーブルが挿通された起歪体を交換するには、当該起歪体を固定先から取り外す作業に加えて、ケーブルの一端を接続先から抜く作業を行う必要がある。ケーブルの一端の接続を解除しないと、起歪体がケーブルに引っ掛かってその交換ができないからである。

【0006】

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、交換が容易な起歪体およびこれを備えた作業ロボットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するためのものとして、本発明の一局面に係る起歪体は、モータにより回転駆動される回転体のトルクを受けて弾性変形し、かつその変形量がトルクの検出に利用される起歪体であって、外周面と、前記外周面の内側に形成され、かつ前記モータに接続されるケーブルが挿通される中空部を画成する内周面と、前記内周面から前記外周面へと至る径方向に延びるスリットとを備えたものである。

【0008】

本発明によれば、起歪体を径方向に貫通するスリットが形成されるので、起歪体をその固定先から分離する際に、当該起歪体の中空部に挿通されたケーブルを、前記スリットを通じて起歪体の外部に抜き出すことができる。また、新たな起歪体を固定先に取り付ける際にも、前記スリットを通じてケーブルを中空部に挿入することができる。すなわち、本発明によれば、ケーブルの端部の接続を解除しなくても起歪体を交換できるので、当該交換にかかる工数を削減でき、起歪体の交換作業を容易化することができる。

【0009】

好ましくは、前記起歪体は、前記外周面を有するリング状の外輪部と、前記内周面を有するリング状の内輪部と、前記外輪部と前記内輪部とを径方向に連結し、かつ周方向に互いに隙間を空けつつ並ぶ複数のスポーク部とを備え、前記スリットは、前記内輪部を径方向に貫通する第１スリットと、前記外輪部を径方向に貫通する第２スリットとを含む。

【0010】

このように、内輪部と外輪部とが複数のスポーク部で連結された構造の起歪体を用いた場合には、入力されるトルクに応じて起歪体を適切に弾性変形させることができ、当該弾性変形に基づき精度よくトルクを検出することができる。また、内輪部および外輪部にそれぞれスリットが形成されるので、起歪体の交換時に当該各スリット（第１および第２スリット）を通じてケーブルを挿脱することができる。

【0011】

好ましくは、前記起歪体は、前記第１スリットの対向縁部どうしを連結するように前記内輪部に着脱自在に取り付けられた内側補強部材を備える。

【0012】

この態様では、第１スリットに起因した起歪体の強度低下を内側補強部材により補うことができ、起歪体の強度（剛性）を適切に確保することができる。また、内側補強部材が着脱自在とされるので、起歪体の交換時に内側補強部材を取り外して第１スリットを解放することにより、交換作業を容易化する上述した効果も享受することができる。

【0013】

好ましくは、前記内側補強部材は、前記内輪部の軸方向の一方側において前記第１スリットを跨ぐように周方向に延びかつその両端部が前記内輪部に固定される板状の本体部と、当該本体部から前記軸方向の他方側に突出して前記第１スリットの内部に嵌入される突出部とを含む。

【0014】

この態様では、内側補強部材の本体部によって第１スリットの対向縁部どうしが連結されるだけでなく、本体部から突出する突出部が第１スリットの内部に嵌入されるので、内側補強部材による補強効果をより高めることができる。

【0015】

好ましくは、前記起歪体は、前記第２スリットの対向縁部どうしを連結するように前記外輪部に着脱自在に取り付けられた外側補強部材を備える。

【0016】

この態様では、第２スリットに起因した起歪体の強度低下を外側補強部材により補うことができ、起歪体の強度（剛性）を適切に確保することができる。また、外側補強部材が着脱自在とされるので、起歪体の交換時に外側補強部材を取り外して第２スリットを解放することにより、交換作業を容易化する上述した効果も享受することができる。

【0017】

好ましくは、前記外側補強部材は、前記外輪部の軸方向の一方側において前記第２スリットを跨ぐように周方向に延びかつその両端部が前記外輪部に固定される板状の本体部と、当該本体部から前記軸方向の他方側に突出して前記第２スリットの内部に嵌入される突出部とを含む。

【0018】

この態様では、外側補強部材の本体部によって第２スリットの対向縁部どうしが連結されるだけでなく、本体部から突出する突出部が第２スリットの内部に嵌入されるので、外側補強部材による補強効果をより高めることができる。

【0019】

好ましくは、前記起歪体は、複数の前記スポーク部どうしの隙間を軸方向の一方側から覆う着脱自在なカバーを備える。

【0020】

この態様では、スポーク部どうしの隙間から起歪体の内部に異物が侵入するのを防止することができ、起歪体の内部にある部品を異物から保護することができる。

【0021】

好ましくは、前記起歪体は、前記内輪部、前記外輪部、及び前記スポーク部に対応する同一の平面形状を有しかつ厚み方向に互いに積層、固定された複数の起歪プレートを含む。

【0022】

この態様では、検出すべきトルク帯域に応じて起歪プレートの積層枚数を適宜増減させることにより、トルク帯域に適した剛性（強度）を有するように起歪体の厚みを調整することができる。

【0023】

本発明の他の局面に係る作業ロボットは、上述した起歪体と、前記モータにより回転駆動される前記回転体としてのロボットアームと、前記起歪体の変形量に基づき前記ロボットアームに作用するトルクを検出するトルクセンサとを備える。

【0024】

本発明によれば、ロボットアームのトルクを起歪体を用いて適切に検出できるとともに、当該起歪体を交換する作業を容易化することができる。

【発明の効果】

【0025】

以上説明したように、本発明によれば、交換が容易な起歪体およびこれを備えた作業ロボットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の第１実施形態に係る作業ロボットの外観を示す斜視図である。

【図2】前記作業ロボットの第２関節の内部構造を示す断面図である。

【図3】前記第２関節の側面図である。

【図4】前記第２関節の斜視図である。

【図5】前記第２関節に適用される起歪体の平面図である。

【図6】前記起歪体の斜視図である。

【図7】前記起歪体を取り外す状況を示す斜視図である。

【図8】前記第１実施形態の変形例に係る起歪体の平面図である。

【図9】本発明の第２実施形態に係る起歪体を示す平面図である。

【図10】前記起歪体の斜視図である。

【図11】前記起歪体に適用される補強部材の形状を示す斜視図である。

【図12】本発明の第３実施形態に係る起歪体を示す平面図である。

【図13】前記起歪体の斜視図である。

【図14】前記起歪体に適用されるカバーの形状を示す斜視図である。

【図15】本発明の第４実施形態に係る起歪体を示す平面図である。

【図16】前記起歪体の斜視図である。

【図17】前記起歪体の分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の起歪体およびこれを備えた作業ロボットの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。作業ロボットとして、実施形態では複数の関節を含む多関節ロボットを例示するが、作業ロボットはトルク検出用の起歪体を内蔵した少なくとも１つの関節を含んでいればよく、その限りにおいて種々の作業ロボットを実施し得る。

【0028】

（１）第１実施形態
［作業ロボットの全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る作業ロボット１００の外観を示す斜視図である。本図に示される作業ロボット１００は、７つの関節Ｊ１～Ｊ７を含む垂直多関節７軸ロボットである。すなわち、作業ロボット１００は、床面や作業台等の上に固定されたベース１１０と、ベース１１０に第１関節Ｊ１を介して連結された第１アーム要素１１１と、第１アーム要素１１１に第２関節Ｊ２を介して連結された第２アーム要素１１２と、第２アーム要素１１２に第３関節Ｊ３を介して連結された第３アーム要素１１３と、第３アーム要素１１３に第４関節Ｊ４を介して連結された第４アーム要素１１４と、第４アーム要素１１４に第５関節Ｊ５を介して連結された第５アーム要素１１５と、第５アーム要素１１５に第６関節Ｊ６を介して連結された第６アーム要素１１６と、第６アーム要素１１６に第７関節Ｊ７を介して連結されたヘッド部１１７とを備える。各関節Ｊ１～Ｊ７には、トルク検出用の後述する起歪体１（図４）が内蔵されている。

【0029】

第１関節Ｊ１は、第１アーム要素１１１をベース１１０に対し鉛直方向に延びる第１軸ＡＸ１回りに回転させる回転関節である。第２関節Ｊ２は、第２アーム要素１１２を第１アーム要素１１１に対し水平方向に延びる第２軸ＡＸ２回りに揺動（回転）させる揺動関節である。第３関節Ｊ３は、第３アーム要素１１３を第２アーム要素１１２に対し、第２アーム要素１１２の中心軸と一致する第３軸ＡＸ３回りに回転させる回転関節である。第４関節Ｊ４は、第４アーム要素１１４を第３アーム要素１１３に対し水平方向に延びる第４軸ＡＸ４回りに揺動（回転）させる揺動関節である。第５関節Ｊ５は、第５アーム要素１１５を第４アーム要素１１４に対し、第４アーム要素１１４の中心軸と一致する第５軸ＡＸ５回りに回転させる回転関節である。第６関節Ｊ６は、第６アーム要素１１６を第５アーム要素１１５に対し水平方向に延びる第６軸ＡＸ６回りに揺動（回転）させる揺動関節である。第７関節Ｊ７は、ヘッド部１１７を第６アーム要素１１６に対し、第６アーム要素１１６の中心軸と一致する第７軸ＡＸ７回りに回転させる回転関節である。

【0030】

アーム要素を水平軸回りに揺動させる３つの関節、つまり第２、第４、第６関節Ｊ２，Ｊ４，Ｊ６には、それぞれカバー１２３が取り付けられている。具体的に、第２関節Ｊ２の一端部を構成する第２アーム要素１１２の基部には、第１カバー１２３Ａが取り付けられている。第２関節Ｊ２の他端部を構成する第１アーム要素１１１の上部には、第２カバー１２３Ｂが取り付けられている。第４関節Ｊ４の一端部を構成する第４アーム要素１１４の基部には、第３カバー１２３Ｃが取り付けられている。第６関節Ｊ６の一端部を構成する第６アーム要素１１６の基部には、第４カバー１２３Ｄが取り付けられている。各カバー１２３（１２３Ａ～１２３Ｄ）は、対応する関節のハウジングに対し軸方向に着脱自在に取り付けられている。例えば、第１カバー１２３Ａは、第２アーム要素１１２の基部に対し第２軸ＡＸ２と平行な方向（水平方向）に着脱自在に取り付けられている。

【0031】

［関節の詳細構造］
図２～図４は、第２関節Ｊ２の内部構造を示す断面図、側面図、および斜視図である。本図に示すように、第２関節Ｊ２は、起歪体１と、トルクセンサ４１と、モータ５１と、減速機５２と、ブレーキ５３とを備える。なお、このような構造を有するのは第２関節Ｊ２以外の関節（Ｊ１，Ｊ３～Ｊ７）でも同様である。このため、第２関節Ｊ２以外の関節についてはその詳細な説明を省略する。

【0032】

モータ５１は、第１アーム要素１１１に対し第２アーム要素１１２を回転させる電動式のモータである。モータ５１は、ハウジング６１と、ハウジング６１に対し回転可能なモータ軸６２（図２）とを含む。モータ軸６２は、電力の供給を受けて回転する出力軸であり、減速機５２およびブレーキ５３と同軸に連結されている。ハウジング６１は、詳細の図示を省略するが、フランジ部６１ａを介して第１アーム要素１１１に固定されている。

【0033】

減速機５２は、モータ軸６２の回転を減速しつつ起歪体１に伝達するギヤ機構である。減速機５２は、図２に示すように、ハウジング７１と、ハウジング７１の内部に配置された入力要素７２および出力要素７３とを含む。入力要素７２は、モータ軸６２の先端部に固定され、出力要素７３は、起歪体１の中央部（後述する内輪部１１）に固定されている。入力要素７２の回転は、所定の減速比で減速された上で出力要素７３に伝達される。

【0034】

減速機５２のハウジング７１におけるモータ５１とは反対側の端部には、ベアリング５５が取り付けられている。ベアリング５５は、ハウジング７１と起歪体１の外周部（後述する外輪部１２）との間に介在し、起歪体１をハウジング７１に対し相対回転可能に支持している。

【0035】

ブレーキ５３は、モータ５１に対し減速機５２とは反対側に配置されている。ブレーキ５３は、モータ５１の非通電時に第２アーム要素１１２が自重等により勝手に回転するのを抑止する機能（保持ブレーキ機能）を有している。

【0036】

起歪体１は、減速機５２の出力要素７３に結合された中空円板状の部材である。起歪体１は、例えば金属材料から構成され、入力されるトルクに応じて周方向に弾性変形することが可能である。

【0037】

主に図４に示すように、起歪体１は、リング状の内輪部１１と、内輪部１１の外側に位置するリング状の外輪部１２と、内輪部１１と外輪部１２とを連結するように放射状に延びる複数のスポーク部１３とを含む。内輪部１１は、減速機５２の出力要素７３（図２）に固定され、外輪部１２は、第２アーム要素１１２（図２）に固定されている。言い換えると、起歪体１は、モータ軸６２の回転を第２アーム要素１１２に伝達し得るように減速機５２と第２アーム要素１１２とを連結している。このような起歪体１は、モータ５１の駆動時、モータ軸６２から第２アーム要素１１２に作用するトルクに応じて弾性変形する。また、第２アーム要素１１２に外力が加わった場合にも、当該外力に基づくトルクに応じて起歪体１が弾性変形する。すなわち、起歪体１は、第２アーム要素１１２のトルクを受けて弾性変形し得るように減速機５２（モータ５１）と第２アーム要素１１２とを連結している。起歪体１のさらなる詳細については後述する。

【0038】

トルクセンサ４１は、起歪体１のスポーク部１３に貼り付けられた複数の（ここでは２つの）歪ゲージ４２（図４）と、歪ゲージ４２と電気的に接続された回路基板４３（図２）とを含む。各歪ゲージ４２は、図略の薄膜抵抗体を内部に有している。回路基板４３は、当該抵抗体と電気的に接続されており、トルクの検出信号を出力する。すなわち、起歪体１にトルクが入力されると、当該起歪体１の弾性変形によって前記抵抗体の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に基づく出力電圧が回路基板４３において生成される。この回路基板４３の出力電圧は、起歪体１に入力されるトルク、換言すれば第２アーム要素１１２のトルクを表す検出信号である。このように、トルクセンサ４１は、起歪体１の弾性変形を利用して第２アーム要素１１２のトルクを検出するセンサである。この場合において、トルクの検出対象である第２アーム要素１１２は、本発明における「回転体」もしくは「ロボットアーム」に相当する。

【0039】

［起歪体の詳細構造］
図５および図６は、上述した起歪体１の平面図および斜視図である。既に述べたとおり、起歪体１は、内輪部１１、外輪部１２、および複数のスポーク部１３を含む。内輪部１１および外輪部１２は、モータ軸６２（図２）と一致する軸心を中心に同心円状に配置されている。複数のスポーク部１３は、起歪体１（内輪部１１）の中心から外側へと向かって放射状に延び、内輪部１１と外輪部１２とを互いに連結している。すなわち、同心円状に配置された内輪部１１と外輪部１２とが放射状のスポーク部１３を介して互いに連結されることにより、自動車等のホイールに似た形状の一体構造の起歪体１が形成されている。

【0040】

内輪部１１は、起歪体１の中心を含む領域に、平面視円形の中空部Ｓ１を有する。言い換えると、内輪部１１は、中空部Ｓ１を画成する内周面２１を有するリング状の部材である。内輪部１１には、当該内輪部１１を減速機５２の出力要素７３（図２）に締結するための複数の締結孔ｈ１が形成されている。

【0041】

図４に示すように、起歪体１を作業ロボット１００の関節（ここでは第２関節Ｊ２）に取り付けた状態において、中空部Ｓ１には、ケーブル５４が挿通される。ケーブル５４は、モータ５１に接続されるリード線を含む各種配線を束ねたケーブルである。例えば、ケーブル５４は、モータ５１に電力を供給する電力線と、モータ５１の回転情報を伝達する信号線とを含み得る。ケーブル５４は、さらに、トルクセンサ４１による検出情報を伝達する信号線を含んでいてもよい。

【0042】

外輪部１２は、内輪部１１よりも一回り大きいリング状の部材であり、起歪体１の最外周を規定する外周面２２を有している。外輪部１２には、当該外輪部１２を第２アーム要素１１２およびベアリング５５（図２）に締結するための複数の締結孔ｈ２が形成されている。すなわち、外輪部１２は、締結孔ｈ２の一部に螺合される図略の締結部材を介して第２アーム要素１１２のフランジ１１２ａ（図２）に結合されるとともに、締結孔ｈ２の他の一部に挿入される締結部材２３（図７）を介してベアリング５５に結合される。

【0043】

複数のスポーク部１３は、周方向に等間隔に並ぶように配置されている。本実施形態において、スポーク部１３の数は６つである。すなわち、スポーク部１３は、略６０度ずつ離れた周方向の６箇所において内輪部１１と外輪部１２とを径方向に連結している。隣接するスポーク部１３どうしの間には、概ね部分扇状を呈する空隙Ｓ２が形成される。言い換えると、起歪体１は、内輪部１１と外輪部１２とスポーク部１３とにより画成された複数の（６つの）部分扇状の空隙Ｓ２を有している。

【0044】

起歪体１はさらに、内輪部１１から径方向外側に突出する３つの突出部１５を有している。突出部１５は、略１２０度ずつ離れた周方向の３箇所に設けられる。すなわち、突出部１５は、互いに隣接しない３つの空隙Ｓ２に対応する位置に設けられる。突出部１５は、スポーク部１３と異なり、内輪部１１と外輪部１２とを連結しない。具体的に、突出部１５は、内輪部１１から空隙Ｓ２の途中まで延びるように形成され、外輪部１２までは達しない。各突出部１５には、図４に示すストッパ軸１７が径方向に圧入されている。ストッパ軸１７の径方向外側の端部は、外輪部１２の内周にある孔に隙間を空けつつ挿入されている。このようなストッパ軸１７は、トルクの入力時に外輪部１２が内輪部１１に対し周方向に変位するのを許容しつつ、スポーク部１３が折損した場合には外輪部１２を内輪部１１に対し拘束する役割を果たす。これにより、モータ駆動されるアーム要素（ここでは第２アーム要素１１２）がモータ５１と完全に分離することが防止される。

【0045】

内輪部１１および外輪部１２には、径方向に延びるスリット２５，２６が形成されている。すなわち、内輪部１１における周方向の１箇所に、当該内輪部１１を径方向に貫通する第１スリット２５が形成されるとともに、外輪部１２における周方向の１箇所に、当該外輪部１２を径方向に貫通する第２スリット２６が形成されている。本実施形態において、第１スリット２５および第２スリット２６は、起歪体１の中心から外側に延びる同一直線上に位置するように配置されている。

【0046】

第１スリット２５は、内輪部１１の周方向に一定の幅を有するスリットである。第１スリット２５は、内輪部１１の内側の中空部Ｓ１と、内輪部１１と外輪部１２との間の空隙Ｓ２とを互いに連通するように、内輪部１１を径方向に貫通している。第１スリット２５は、突出部１５が存在する３つの空隙Ｓ２を避けて、残り３つの空隙Ｓ２（つまり突出部１５が存在しない空隙Ｓ２）のいずれかと連通する位置に形成されている。

【0047】

第２スリット２６は、第１スリット２５と同一の幅を有するスリットである。第２スリット２６は、内輪部１１と外輪部１２との間の空隙Ｓ２と、外輪部１２の外側とを互いに連通するように、外輪部１２を径方向に貫通している。第２スリット２６は、第１スリット２５が連通する空隙Ｓ２と同一の空隙Ｓ２と連通している。

【0048】

第１スリット２５および第２スリット２６の幅は、中空部Ｓ１内のケーブル５４（図４）を通過させ得る範囲でできるだけ小さい値に設定される。言い換えると、第１スリット２５および第２スリット２６の幅は、内輪部１１の内径（中空部Ｓ１の直径）よりも小さくかつケーブル５４の外径よりも大きい値に設定される。

【0049】

上述した第１スリット２５および第２スリット２６の組合せは、内輪部１１の内側の中空部Ｓ１と外輪部１２の外側とを互いに連通させる。すなわち、中空部Ｓ１が第１スリット２５を介して空隙Ｓ２と連通するとともに、当該空隙Ｓ２が第２スリット２６を介して外輪部１２の外側と連通することにより、中空部Ｓ１と外輪部１２の外側とが互いに連通される。言い換えると、起歪体１は、中空部Ｓ１と外輪部１２の外側とを連通するように内輪部１１の内周面２１から外輪部１２の外周面２２まで延びるスリット（第１および第２スリット２５，２６）を有している。

【0050】

［作用効果］
以上説明したとおり、第１実施形態では、内輪部１１および外輪部１２を含む中空円板状の起歪体１が作業ロボット１００の関節内に設けられるとともに、当該起歪体１の内輪部１１および外輪部１２に、径方向に貫通する第１スリット２５および第２スリット２６が形成される。このような構成によれば、トルク検出用の起歪体１を容易に交換できるという利点がある。

【0051】

起歪体１は、モータ５１により回転駆動されるアーム要素（ここでは第２アーム要素１１２）のトルクを受けて弾性変形する部材である。このため、例えば作業ロボット１００が障害物に衝突する等によりアーム要素に過大な外力が加わった場合に、起歪体１が大きなトルクを受けて損傷する可能性がある。例えば、弾性域を超える変形（つまり塑性変形）が起歪体１に生じたり、スポーク部１３の破断に代表される起歪体１の破損が生じる可能性がある。このような起歪体１の塑性変形または破損が生じた場合、つまりトルクセンシングの再現性が損なわれるような起歪体１の損傷が生じた場合には、起歪体１を交換する作業が必要になる。この点、起歪体１にスリット（第１および第２スリット２５，２６）が設けられた第１実施形態によれば、起歪体１の交換作業を容易化することができる。

【0052】

起歪体１の交換容易性を示すために、起歪体１を交換する作業の一例、つまり作業ロボット１００の第２関節Ｊ２に適用された第１実施形態の起歪体１を交換する場合の作業手順について説明する。起歪体１を交換するには、まず、第２アーム要素１１２から第１カバー１２３Ａ（図１）を取り外す。そして、この取り外しにより解放された第２アーム要素１１２の開口を通じて、第２アーム要素１１２のフランジ１１２ａ（図２）と起歪体１の外輪部１２とを結合している締結部材を取り外す。これにより、第１アーム要素１１１と第２アーム要素１１２とが分離される。次に、図７に示すように、起歪体１の外輪部１２とベアリング５５とを結合している締結部材２３を取り外す。これにより、起歪体１がベアリング５５から分離される。ベアリング５５から分離した起歪体１は、軸方向と直交する横方向にスライドさせるだけで、第２関節Ｊ２から完全に取り外すことが可能である。すなわち、内輪部１１の中空部Ｓ１にあるケーブル５４が第１スリット２５、空隙Ｓ２、および第２スリット２６を順に通るように、起歪体１を横方向にスライドさせる。これにより、ケーブル５４が中空部Ｓ１から外輪部１２の外側へと抜き出され、起歪体１が第２関節Ｊ２から完全に取り外される。このことは、起歪体１の取り外し準備のためにケーブル５４の接続を解除する必要がなくなることを意味する。

【0053】

例えば、仮に第１および第２スリット２５，２６が存在しなければ、ケーブル５４を中空部Ｓ１から抜くために、ケーブル５４の一端部の接続を解除して、当該一端部を自由に動かせる状態にする必要がある。これに対し、第１実施形態では、第１および第２スリット２５，２６を通じてケーブル５４を起歪体１から分離させることができるため、上述したケーブル５４の端部の接続解除を経なくても、起歪体１を第２関節Ｊ２から取り外すことが可能になる。

【0054】

以上のようにして起歪体１を取り外した後は、当該取り外しと逆の手順で新たな起歪体１を取り付ける。すなわち、ケーブル５４が新たな起歪体１における第２スリット２６、空隙Ｓ２、および第１スリット２５を順に通過するように、起歪体１をケーブル５４の側方から中心に向かって横方向に移動させる。そして、ケーブル５４が内輪部１１の中空部Ｓ１に挿入された状態で、外輪部１２に締結部材２３を取り付けることにより、当該締結部材２３を介して外輪部１２とベアリング５５とを結合する。これにより、新たな起歪体１が第２関節Ｊ２に取り付けられる。言い換えると、新たな起歪体１の取り付けは、ケーブル５４の接続解除を経ることなく行うことが可能である。

【0055】

このように、第１実施形態では、ケーブル５４の接続を維持したまま（ケーブル５４の端部の接続を解除することなく）起歪体１を交換できるので、当該交換にかかる工数を削減でき、起歪体１の交換作業を容易化することができる。

【0056】

［変形例］
前記第１実施形態では、内輪部１１に形成される第１スリット２５と外輪部１２に形成される第２スリット２６とを同一直線上に配置したが、例えば内輪部１１の締結孔ｈ１および外輪部１２の締結孔ｈ２をそれぞれ避けて各スリット２５，２６を形成しようとした場合には、必ずしもスリット２５，２６を同一直線上に配置できないと考えられる。すなわち、第１スリット２５および第２スリット２６は、少なくとも共通の空隙Ｓ２に連通するように配置されていればよく、その限りにおいて各スリット２５，２６の周方向位置は適宜変更することが可能である。例えば、図８に示す起歪体１Ａのように、中心に対する角度が異なる２つの直線上に第１スリット２５および第２スリット２６を配置してもよい。

【0057】

前記第１実施形態では、起歪体１の変形量に基づきトルクを検出するトルクセンサ４１として、起歪体１に貼り付けられた歪ゲージ４２を含むセンサを使用したが、本発明において使用し得るトルクセンサの構成はこれに限られない。例えば、光学的または磁気的に回転角度を検出可能なエンコーダを用いて、内輪部１１および外輪部１２の回転角度差を特定し、特定した回転角度差に基づいてトルクを検出することも可能である。

【0058】

（２）第２実施形態
図９および図１０は、本発明の第２実施形態に係る起歪体１Ｃを示す平面図および斜視図である。本図に示すように、起歪体１Ｃは、前記第１実施形態の起歪体１と同様に、内輪部１１、外輪部１２、および複数のスポーク部１３を備える。内輪部１１には第１スリット２５が形成され、外輪部１２には第２スリット２６が形成されている。前記第１実施形態とは異なる点として、第２実施形態の起歪体１Ｃは、第１補強部材２０１および第２補強部材２０２をさらに備える。第１補強部材２０１は、第１スリット２５の対向縁部２５ａ，２５ｂ（図９）どうしを連結するように内輪部１１に取り付けられる補強部材であり、第２補強部材２０２は、第２スリット２６の対向縁部２６ａ，２６ｂ（図９）どうしを連結するように外輪部１２に取り付けられる補強部材である。なお、第１補強部材２０１は本発明における「内側補強部材」に相当し、第２補強部材２０２は本発明における「外側補強部材」に相当する。

【0059】

図１１は、第１および第２補強部材２０１，２０２の形状を示す斜視図である。両補強部材２０１，２０２の寸法および寸法比は異なるが、基本的な形状が同一であることから、共通の図１１を用いて両者の形状を表す。本図に示すように、第１補強部材２０１は、板状の本体部２１１と、当該本体部２１１から突出する突出部２１２とを含む。同様に、第２補強部材２０２は、板状の本体部２２１と、当該本体部２２１から突出する突出部２２２とを含む。

【0060】

第１補強部材２０１は、その本体部２１１の両端部が第１スリット２５の対向縁部２５ａ，２５ｂ、つまり第１スリット２５を挟んで相対向する内輪部１１の２箇所にそれぞれ締結されることにより、内輪部１１に固定される。すなわち、本体部２１１は、内輪部１１の軸方向の一方側（図９の紙面表側）において第１スリット２５を跨ぐように周方向に延びる形状を有する。本体部２１１の両端部には、一対の締結部材２１３を挿通するための孔ｈ３（図１１）が形成されている。一対の締結部材２１３は、本体部２１１の各孔ｈ３に挿通されつつ第１スリット２５の対向縁部２５ａ，２５ｂにそれぞれ螺着される。これにより、本体部２１１が第１スリット２５を覆うように内輪部１１に固定され、当該本体部２１１によって第１スリット２５の対向縁部２５ａ，２５ｂどうしが連結される。また、本体部２１１が内輪部１１に固定された状態で、突出部２１２は、軸方向の他方側（図９の紙面裏側）に突出して第１スリット２５の内部に嵌入される。言い換えると、第１補強部材２０１は、その突出部２１２によって第１スリット２５を埋めるような態様で内輪部１１に固定される。

【0061】

第２補強部材２０２は、その本体部２２１の両端部が第２スリット２６の対向縁部２６ａ，２６ｂ、つまり第２スリット２６を挟んで相対向する外輪部１２の２箇所にそれぞれ締結されることにより、外輪部１２に固定される。すなわち、本体部２２１は、外輪部１２の軸方向の一方側（図９の紙面表側）において第２スリット２６を跨ぐように周方向に延びる形状を有する。本体部２２１の両端部には、一対の締結部材２２３を挿通するための孔ｈ４（図１１）が形成されている。一対の締結部材２２３は、本体部２２１の各孔ｈ４に挿通されつつ第２スリット２６の対向縁部２６ａ，２６ｂにそれぞれ螺着される。これにより、本体部２２１が第２スリット２６を覆うように外輪部１２に固定され、当該本体部２２１によって第２スリット２６の対向縁部２６ａ，２６ｂどうしが連結される。また、本体部２２１が外輪部１２に固定された状態で、突出部２２２は、軸方向の他方側（図９の紙面裏側）に突出して第２スリット２６の内部に嵌入される。言い換えると、第２補強部材２０２は、その突出部２２２によって第２スリット２６を埋めるような態様で外輪部１２に固定される。

【0062】

以上説明したように、第２実施形態では、内輪部１１における第１スリット２５の対向縁部２５ａ，２５ｂどうしが第１補強部材２０１によって連結されるとともに、外輪部１２における第２スリット２６の対向縁部２６ａ，２６ｂどうしが第２補強部材２０２によって連結されるので、これら両補強部材２０１，２０２の補強効果により、スリット２５，２６に起因した起歪体１Ｃの強度低下を補うことができ、起歪体１Ｃの強度（剛性）を適切に確保することができる。また、補強部材２０１，２０２は、締結部材２１３，２２３を介して内輪部１１および外輪部１２に着脱自在に取り付けられるので、起歪体１Ｃの交換時には、締結部材２１３，２２３の締結を解除して補強部材２０１，２０２を取り外す（つまりスリット２５，２６を解放する）ことにより、当該スリット２５，２６を通じたケーブル５４（図４）の挿脱が可能になる。言い換えると、第２実施形態では、起歪体１Ｃの強度低下を防止しながら、当該起歪体１Ｃの交換作業を容易化することができる。

【0063】

また、第２実施形態では、第１補強部材２０１の本体部２１１によって第１スリット２５の対向縁部２５ａ，２５ｂどうしが連結されるだけでなく、本体部２１１から突出する突出部２１２が第１スリット２５の内部に嵌入されるので、第１補強部材２０１による補強効果をより高めることができる。同様に、第２補強部材２０２の本体部２２１によって第２スリット２６の対向縁部２６ａ，２６ｂどうしが連結されるだけでなく、本体部２２１から突出する突出部２２２が第２スリット２６の内部に嵌入されるので、第２補強部材２０２による補強効果をより高めることができる。

【0064】

（３）第３実施形態
図１２および図１３は、本発明の第３実施形態に係る起歪体１Ｄを示す平面図および斜視図である。起歪体１Ｄは、前記第１実施形態の起歪体１と同様に、内輪部１１、外輪部１２、および複数のスポーク部１３を備える。内輪部１１には第１スリット２５が形成され、外輪部１２には第２スリット２６が形成されている。前記第１実施形態とは異なる点として、第３実施形態の起歪体１Ｄは、複数のスポーク部１３どうしの隙間である空隙Ｓ２を覆うカバー３００をさらに備える。

【0065】

図１４は、カバー３００を単体で示す斜視図である。図１２～図１４に示すように、カバー３００は、本体カバー部３０１と、本体カバー部３０１の内側に形成された内側固定部３０２と、本体カバー部３０１の外側に形成された外側固定部３０３とを含む。

【0066】

内側固定部３０２は、内輪部１１に固定される小径リング状の部分である。内側固定部３０２は、内輪部１１を軸方向の一方側（図１２の紙面表側）から覆うように配置され、かつ当該内輪部１１に複数の締結部材３０５を介して着脱自在に取り付けられている。

【0067】

外側固定部３０３は、外輪部１２に固定される大径リング状の部分である。外側固定部３０３は、外輪部１２を軸方向の一方側から覆うように配置され、かつ当該外輪部１２に複数の締結部材３０６を介して着脱自在に取り付けられている。

【0068】

本体カバー部３０１は、内側固定部３０２と外側固定部３０３とを互いに連結するリング状の部分である。また、本体カバー部３０１は、軸方向の一方側にわずかに膨出した皿状（リング皿状）に形成されている。すなわち、本体カバー部３０１は、内側固定部３０２の外縁から軸方向の一方側に突出する内壁３０１ａと、外側固定部３０３の内縁から軸方向の一方側に突出する外壁３０１ｂと、内壁３０１ａと外壁３０１ｂとを径方向に連結する遮蔽壁３０１ｃとを有する。

【0069】

内側固定部３０２が内輪部１１に固定されかつ外側固定部３０３が外輪部１２に固定された状態で、本体カバー部３０１は、複数の（ここでは６つの）空隙Ｓ２をいずれも軸方向の一方側から覆うように配置される。第３実施形態では、このように空隙Ｓ２が本体カバー部３０１によって覆われるので、当該空隙Ｓ２を通じて起歪体１Ｄの内部に異物が侵入するのを防止することができ、起歪体１Ｄの内部に配置される部品を異物から保護することができる。

【0070】

すなわち、起歪体１Ｄが減速機５２（図２）に取り付けられた使用状態において、起歪体１Ｄの内部には、例えば回路基板４３のような部品が配置され得る。第３実施形態では、軸方向の一方側つまり減速機５２の反対側から空隙Ｓ２を覆うカバー３００が用意されるので、当該空隙Ｓ２から起歪体１Ｄの内部に異物が侵入するのを防止でき、起歪体１Ｄの内部にある前記回路基板４３のような部品を異物から保護することができる。

【0071】

また、カバー３００は、締結部材３０５，３０６を介して内輪部１１および外輪部１２に着脱自在に取り付けられるので、起歪体１Ｄの交換時には、締結部材３０５，３０６の締結を解除してカバー３００を取り外す（つまりスリット２５，２６を解放する）ことにより、当該スリット２５，２６を通じたケーブル５４（図４）の挿脱が可能になる。言い換えると、第３実施形態では、起歪体１Ｄの内部への異物侵入を防止しながら、当該起歪体１Ｄの交換作業を容易化することができる。

【0072】

ここで、外側固定部３０３における第２スリット２６に対応する位置に、軸方向の他方側（図１２の紙面裏側）に突出する突出部を設け、当該突出部を第２スリット２６の内部に嵌入させるようにしてもよい。同様に、内側固定部３０２における第１スリット２５に対応する位置に、軸方向の他方側に突出する突出部を設け、当該突出部を第１スリット２５の内部に嵌入させるようにしてもよい。このようにすれば、上述した第２実施形態と同様、スリット２５，２６に起因した起歪体１Ｄの強度低下を防止することができる。

【0073】

（４）第４実施形態
図１５および図１６は、本発明の第４実施形態に係る起歪体１Ｅを示す平面図および斜視図である。起歪体１Ｅは、前記第１実施形態の起歪体１と同様に、内輪部１１、外輪部１２、および複数のスポーク部１３を備える。内輪部１１には第１スリット２５が形成され、外輪部１２には第２スリット２６が形成されている。前記第１実施形態とは異なる点として、第４実施形態の起歪体１Ｅは、厚み方向に積層されるベース部材４０１と複数の起歪プレート４０２とを含む多層構造とされている。

【0074】

図１７は、起歪体１Ｅの分解斜視図である。本図に示すように、ベース部材４０１は、起歪体１Ｅの厚み方向の一部範囲を構成する部材であり、起歪体１Ｅと同一の平面形状を有する。つまり、ベース部材４０１は、図１５に示す内輪部１１、外輪部１２、およびスポーク部１３と平面視（軸方向視）で完全に重なる形状を有する。複数の起歪プレート４０２は、それぞれ、内輪部１１の全部、スポーク部１３の全部、および外輪部１２の内側の一部と平面視で重なる形状を有する。また、各起歪プレート４０２の厚みは、ベース部材４０１の厚みよりも小さい。言い換えると、各起歪プレート４０２は、ベース部材４０１と比べて外径および厚みが小さくされた板状の部材であり、互いに同一の平面形状を有する。図１７に示すように、各起歪プレート４０２には、第１スリット２５に対応するスリット２５０と、第２スリット２６に対応するスリット２６０とが形成されている。複数の起歪プレート４０２は、厚み方向に互いに積層された状態で、複数の締結部材４０５を介してベース部材４０１に固定される。これにより、内輪部１１、外輪部１２、および複数のスポーク部１３を備えた多層構造の起歪体１Ｅが構築される。

【0075】

このように、第４実施形態の起歪体１Ｅは、厚み方向に積層、固定された複数の起歪プレート４０２を含むので、検出すべきトルク帯域に応じて起歪プレート４０２の積層枚数を適宜増減させることにより、トルク帯域に適した剛性（強度）を有するように起歪体１の厚みを調整することができる。すなわち、検出対象のトルクを起歪体１Ｅを用いて検出する場合において、その検出精度を十分に確保するには、検出対象に作用し得るトルク帯域に対し適切な感度をもつように起歪体１Ｅの剛性を設定する必要がある。例えば、作業ロボットのアーム要素に作用するトルクは、作業ロボットのサイズや仕様によって大きく異なり得るので、当該アーム要素（検出対象）のトルクを精度よく検出するには、そのトルク帯域に適した剛性の起歪体１Ｅを用意し、当該起歪体１Ｅの弾性変形量を適切な範囲に収める必要がある。ここで、起歪体の剛性を変更する方法として、例えば起歪体のスポーク部１３の幅や本数を変えることも考えられる。しかしながら、このような方法では、トルク帯域ごとに起歪体を完全に作り変える必要がある。これに対し、第４実施形態では、起歪プレート４０２の積層枚数の変更によって起歪体１Ｅの厚みを調整できるので、トルク帯域に適した剛性をもった起歪体１Ｅを容易に実現することができる。

【0076】

なお、第４実施形態では、積層された複数の起歪プレート４０２を締結部材４０５を用いて互いに固定したが、起歪プレート４０２を固定する方法はこれに限られず、例えば溶接または接着により起歪プレート４０２を互いに固定してもよい。

【符号の説明】

【0077】

１，１Ａ～１Ｅ 起歪体
１１ 内輪部
１２ 外輪部
１３ スポーク部
２１ 内周面
２２ 外周面
２５ 第１スリット
２６ 第２スリット
Ｓ１ 中空部
Ｓ２ 空隙（隙間）
４１ トルクセンサ
８１ 内周面
８２ 外周面
８５ スリット
Ｓ１１ 中空部
１１２ 第２アーム要素（回転体；ロボットアーム）
２０１ 第１補強部材（内側補強部材）
２０２ 第２補強部材（外側補強部材）
２１１，２２１ 本体部
２１２，２２２ 突出部
３００ カバー
４０２ 起歪プレート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】