特開 2024-145471 センサユニット、及び産業用ロボット

(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】P2024145471

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】センサユニット、及び産業用ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/06 20060101AFI20241004BHJP

   B25J 19/02 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

B25J19/06

B25J19/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057836

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】501428545

【氏名又は名称】株式会社デンソーウェーブ

(71)【出願人】

【識別番号】520115462

【氏名又は名称】メカビジョン インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 渉

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS10

3C707CY06

3C707DS01

3C707HS27

3C707KS11

3C707KS21

3C707KS31

3C707KS35

3C707KV01

3C707KW01

3C707KW03

3C707KX05

3C707MS27

(57)【要約】

【課題】接触力を低減可能であり且つ物体との接触を高感度で検知することができるセンサユニットを提供する。
【解決手段】産業用ロボットのアームに取り付けられ、物体との接触を検知するセンサユニット（５０）であって、アームの表面よりも軟らかい材質により、アームの所定部を覆うことができる形状に形成された軟質部（５３）と、軟質部の内面に対向して配置されて圧力を検出する検出部（５７ａ）を有し、検出部により検出された圧力が閾値を超えたことを条件として接触を検知するシート状のセンサシート（５７）と、軟質部の内面（５３ａ）から検出部に向けて突出する複数の突起（５４）と、検出部と複数の突起との間に所定隙間が形成されるように軟質部を支持する支持部と、を備える。
【選択図】 図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

産業用ロボットのアームに取り付けられ、物体との接触を検知するセンサユニットであって、
前記アームの表面よりも軟らかい材質により、前記アームの所定部を覆うことができる形状に形成された軟質部と、
前記軟質部の内面に対向して配置されて圧力を検出する検出部を有し、前記検出部により検出された圧力が閾値を超えたことを条件として前記接触を検知するシート状のセンサシートと、
前記軟質部の内面から前記検出部に向けて突出する複数の突起と、
前記検出部と前記複数の突起との間に所定隙間が形成されるように前記軟質部を支持する支持部と、
を備える、センサユニット。

【請求項2】

前記複数の突起は、前記軟質部の内面から前記検出部に近付くほど細くなっている、請求項１に記載のセンサユニット。

【請求項3】

前記センサシートにおける前記検出部以外の箇所と、前記複数の突起のうちの一部の突起との間には、前記所定隙間に相当する厚みのスペーサが設けられている、請求項２に記載のセンサユニット。

【請求項4】

前記軟質部及び前記複数の突起は、同一の材質により一体に形成されている、請求項３に記載のセンサユニット。

【請求項5】

産業用ロボットのアームに取り付けられ、物体との接触を検知するセンサユニットであって、
前記アームの表面よりも軟らかい材質により、前記アームの所定部を覆うことができる形状に形成された軟質部と、
前記軟質部の内面に対向して配置されて圧力を検出する検出部を有し、前記検出部により検出された圧力が閾値を超えたことを条件として前記接触を検知するシート状のセンサシートと、を備え、
前記軟質部に加えられた力を集中させて前記検出部の方向へ伝達する力集中部と、
前記検出部と前記力集中部との間に所定隙間が形成されるように前記軟質部を支持する支持部と、
を備える、センサユニット。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載のセンサユニットと、
前記アームと、を備え、
前記アームに前記センサユニットが取り付けられた産業用ロボットであって、
前記センサシートにより前記接触が検知された場合に前記アームを減速させる、産業用ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、産業用ロボットに取り付けられ、物体との接触を検知するセンサユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

複数のリンクが一連となるようにして連結された多関節型ロボット等の産業用ロボットには、リンクが人等の物体（障害物）に接触したことを検知可能となるように構成されているものがある。例えば特許文献１に記載された産業用ロボットは、物体と接触した際に発生する異常トルクに基づいて接触を検知する検知機能を有しており、接触を検知した場合に産業用ロボットを停止（防護停止）させることで物体や産業用ロボットの保護を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－１０３６７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した検知手法においては、物体との接触箇所から関節部分までの距離に関わらず同じ閾値を用いて異常トルクの判定がなされる。このため、接触箇所によって接触検知の精度や応答性に差が生じることとなる。例えば、関節部分から近い位置では遠い位置と比べて検知の精度や応答性が低くなる。なお、関節部分から近い位置での接触を想定して閾値を低くした場合には、不要な防護停止の回数が増えることで生産効率が低下し得る。

【0005】

これに対して、物体との接触を検知可能な検知部を有するセンサユニットによってアーム（リンク）の表面を覆う構成とすれば、上述した検知精度や応答性の懸念を払拭できる。産業用ロボットの生産効率を向上させるためには、産業用ロボットの動作速度を上昇させることが望ましい。しかし、産業用ロボットが人と協働する場面では、産業用ロボットが人と接触した際に人に加わる力（以下、「接触力」という）を許容値以下にする必要がある。このため、産業用ロボットの動作速度は、接触力が許容値を超えない範囲でしか上昇させることができない。ここで、センサユニットが接触力を低減可能であり且つ物体との接触を高感度で検知することができれば、物体との接触時に接触力が許容値を超えるまでに産業用ロボットを減速させやすくなるため、産業用ロボットの動作速度を上昇させることができる。

【0006】

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、接触力を低減可能であり且つ物体との接触を高感度で検知することができるセンサユニットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための第１の手段は、
産業用ロボットのアームに取り付けられ、物体との接触を検知するセンサユニットであって、
前記アームの表面よりも軟らかい材質により、前記アームの所定部を覆うことができる形状に形成された軟質部と、
前記軟質部の内面に対向して配置されて圧力を検出する検出部を有し、前記検出部により検出された圧力が閾値を超えたことを条件として前記接触を検知するシート状のセンサシートと、
前記軟質部の内面から前記検出部に向けて突出する複数の突起と、
前記検出部と前記複数の突起との間に所定隙間が形成されるように前記軟質部を支持する支持部と、
を備える。

【0008】

上記構成によれば、センサユニットは、産業用ロボットのアームに取り付けられ、物体との接触を検知する。

【0009】

ここで、軟質部は、前記アームの表面よりも軟らかい材質により、前記アームの所定部を覆うことができる形状に形成されている。このため、軟質部により前記アームの所定部を覆うことによって、前記アームの所定部が物体に接触する際に、軟質部が変形して衝撃を吸収することができる。したがって、アームの所定部が直接人に接触する場合と比較して、産業用ロボットが人と接触した際に人に加わる力（以下、「接触力」という）を低減することができる。

【0010】

シート状のセンサシートは、前記軟質部の内面に対向して配置されて圧力を検出する検出部を有し、前記検出部により検出された圧力が閾値を超えたことを条件として前記接触を検知する。すなわち、センサシートは、前記検出部により検出された圧力が閾値を超えた場合に物体との接触を検知するため、この検知に基づいて産業用ロボットのアームを減速させることができる。また、センサシートは、前記検出部により検出された圧力が閾値を超えていない場合は物体との接触を検知しない。

【0011】

さらに、複数の突起が前記軟質部の内面から前記検出部に向けて突出しており、支持部は前記検出部と前記複数の突起との間に所定隙間が形成されるように前記軟質部を支持している。このため、物体が軟質部に接触していない場合は、センサシートの検出部により物体との接触が検知されることなく、前記軟質部を支持することができる。一方、物体が軟質部に接触した場合は、物体と軟質部との接触面積よりも、突起の先端と検出部との接触面積が小さくなる。このため、物体が軟質部に接触した場合に、物体から軟質部に加えられる圧力よりも高い圧力を、突起の先端から検出部に加えることができる。このため、接触力が大きくなる前に前記検出部により検出される圧力が閾値を超えるようになり、物体との接触を高感度で検知することができる。

【0012】

突起全体が細い場合は、軟質部から検出部へ突起により力を伝達する際に、突起が座屈するおそれがある。この場合、突起の先端から検出部に加えられる圧力が低下し、前記検出部により検出される圧力が閾値を超えなくなるおそれがある。一方、突起全体が太い場合は、突起の強度が高くなり過ぎ、物体が軟質部に接触した際に軟質部が変形して衝撃を吸収する効果が低下するおそれがある。

【0013】

この点、第２の手段では、前記複数の突起は、前記軟質部の内面から前記検出部に近付くほど細くなっている。こうした構成によれば、突起の強度が高くなり過ぎることを抑制しつつ、軟質部から検出部へ突起により力を伝達する際に突起が座屈することを抑制することができる。したがって、物体が軟質部に接触した際に軟質部が変形して衝撃を吸収する効果が低下することを抑制しつつ、物体との接触を高感度で検知することができる。

【0014】

第３の手段では、前記センサシートにおける前記検出部以外の箇所と、前記複数の突起のうちの一部の突起との間には、前記所定隙間に相当する厚みのスペーサが設けられている。こうした構成によれば、前記センサシートにおける前記検出部以外の箇所（非検出部）にスペーサを設けることにより、複数の突起のうちの一部を、支持部を構成する部材の一部として利用することができる。

【0015】

第４の手段では、前記軟質部及び前記複数の突起は、同一の材質により一体に形成されている。こうした構成によれば、前記軟質部及び前記複数の突起を、同一の材質を用いて金型等により成形することができ、前記軟質部及び前記複数の突起の製造が容易になる。

【0016】

第５の手段は、
産業用ロボットのアームに取り付けられ、物体との接触を検知するセンサユニットであって、
前記アームの表面よりも軟らかい材質により、前記アームの所定部を覆うことができる形状に形成された軟質部と、
前記軟質部の内面に対向して配置されて圧力を検出する検出部を有し、前記検出部により検出された圧力が閾値を超えたことを条件として前記接触を検知するシート状のセンサシートと、を備え、
前記軟質部に加えられた力を集中させて前記検出部の方向へ伝達する力集中部と、
前記検出部と前記力集中部との間に所定隙間が形成されるように前記軟質部を支持する支持部と、
を備える。

【0017】

上記構成によれば、力集中部は前記軟質部に加えられた力を集中させて前記検出部の方向へ伝達し、支持部は前記検出部と前記力集中部との間に所定隙間が形成されるように前記軟質部を支持している。このため、物体が軟質部に接触していない場合は、センサシートの検出部により物体との接触が検知されることなく、前記軟質部を支持することができる。一方、物体が軟質部に接触して軟質部が変形した場合は、軟質部に加えられた力が力集中部により集中させられて前記検出部に伝達される。このため、物体から軟質部に加えられる圧力よりも高い圧力を、力集中部から検出部に加えることができる。このため、接触力が大きくなる前に前記検出部により検出される圧力が閾値を超えるようになり、物体との接触を高感度で検知することができる。

【0018】

第６の手段は、第１～第５のいずれか１つの手段のセンサユニットと、前記アームと、を備え、前記アームに前記センサユニットが取り付けられた産業用ロボットであって、前記センサシートにより前記接触が検知された場合に前記アームを減速させる。こうした構成によれば、産業用ロボットのアームが人と接触した際に接触力を低減するとともに、人との接触を高感度で検知してアームを減速（例えば停止）させることができる。したがって、人との接触時に接触力が許容値を超えるまでにアームを減速させやすくなり、産業用ロボットのアームの動作速度を上昇させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】ロボットの斜視図。

【図2】ロボットの側面図。

【図3】ロボット本体からセンサユニットを取り外した状態を示す斜視図。

【図4】センサユニットの側面図。

【図5】センサユニットの部分断面斜視図。

【図6】複数の突起とセンサシートとの位置関係を示す側面図。

【図7】同一の動作速度における比較例及び本実施形態の接触力を示すグラフ。

【図8】センサユニットの変更例を示す側面図。

【図9】センサユニットの他の変更例を示す側面図。

【図10】センサユニットの他の変更例を示す側面図。

【図11】センサユニットの他の変更例を示す側面図。

【図12】センサユニットの他の変更例を示す側面図。

【図13】センサユニットの他の変更例を示す側面図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、機械組立工場において人間と協働可能な産業用のロボットに具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0021】

図１に示すように、ロボット１０は、垂直多関節型のロボット本体１１を備えている。ロボット本体１１は、床等に固定されるベース２１と、複数のリンクが一連となるようにして連結されたアーム２２とを有している。図１においては一部図示を省略しているがアーム２２の各リンクの外周には人等の物体との接触を検知可能なセンサユニット群１２が取り付けられている。

【0022】

アーム２２は、上記複数のリンクとして、ベース２１によって支持されたショルダ部２３と、ショルダ部２３により支持された下アーム部２４と、下アーム部２４により支持された第１上アーム部２５と、第１上アーム部２５により支持された第２上アーム部２６と、第２上アーム部２６により支持された手首部２７と、手首部２７により支持されたフランジ部２８とを有している。アーム２２の表面の材質は、例えばアルミ合金（金属）である。フランジ部２８にはエンドエフェクタ２９が取り付けられている。ロボット１０は、作業内容に応じて複数種のエンドエフェクタに付替可能である。なお、アーム２２の表面の材質を硬質プラスチック（硬質樹脂）等にすることもできる。

【0023】

図２に示すように、ベース２１及びショルダ部２３には、それらベース２１及びショルダ部２３を連結する第１関節部Ｊ１が形成されており、ショルダ部２３は第１関節部Ｊ１の連結軸ＡＸ１を中心として水平方向に回動可能となっている。ショルダ部２３及び下アーム部２４には、それらショルダ部２３及び下アーム部２４を連結する第２関節部Ｊ２が形成されており、下アーム部２４は第２関節部Ｊ２の連結軸ＡＸ２を中心として上下方向に回動可能となっている。下アーム部２４及び第１上アーム部２５には、それら下アーム部２４及び第１上アーム部２５を連結する第３関節部Ｊ３が形成されており、第１上アーム部２５は第３関節部Ｊ３の連結軸ＡＸ３を中心として上下方向に回動可能となっている。第１上アーム部２５及び第２上アーム部２６には、それら第１上アーム部２５及び第２上アーム部２６を連結する第４関節部Ｊ４が形成されており、第２上アーム部２６は第４関節部Ｊ４の連結軸ＡＸ４を中心として捻り方向に回動可能となっている。第２上アーム部２６及び手首部２７には、それら第２上アーム部２６及び手首部２７を連結する第５関節部Ｊ５が形成されており、手首部２７は第５関節部Ｊ５の連結軸ＡＸ５を中心として上下方向に回動可能となっている。手首部２７及びフランジ部２８には、それら手首部２７及びフランジ部２８を連結する第６関節部Ｊ６が形成されており、フランジ部２８は第６関節部Ｊ６の連結軸ＡＸ６を中心として捻り方向に回動可能となっている。

【0024】

各関節部Ｊ１～Ｊ６にはそれら関節部Ｊ１～Ｊ６を回動させる駆動部としてモータＭ１～Ｍ６（具体的にはサーボモータ）が各々配設されており、モータＭ１～Ｍ６はサーボアンプ３２を介してモーションコントローラ３３に接続されている。モーションコントローラ３３はベース２１に設けられた外部入出力端子３４を介して上位コントローラＣに接続可能となっており、上位コントローラＣからの指令に基づいてモータＭ１～Ｍ６の駆動制御を行う。

【0025】

具体的には、モーションコントローラ３３は、上位コントローラＣからの指令を受けてプログラム記憶部から指令に対応した動作プログラムを読み込み且つ読み込んだ動作プログラムから動作目標位置を特定する。その後は、特定した動作目標位置とアーム２２の現在の位置とを滑らかに繋ぐ目標軌道を生成し、目標軌道を細分化した位置である補間位置をサーボアンプ３２に順次送信する。

【0026】

サーボアンプ３２には、モータＭ１～Ｍ６に付属のエンコーダが接続されており、エンコーダ値に基づいてモータＭ１～Ｍ６の回転位置（すなわちアーム２２の姿勢）を検出する。そして、サーボアンプ３２は、検出した回転位置とモーションコントローラ３３から受信した指令に含まれる補間位置との偏差に基づいて各モータＭ１～Ｍ６の目標トルク及び目標回転速度を算出し、算出した目標トルク及び目標回転速度に基づいて各モータＭ１～Ｍ６に供給する電力（電流、電圧、パルス）を決定し、各モータＭ１～Ｍ６に電力供給を行う。これらサーボアンプ３２、モーションコントローラ３３、及び上位コントローラＣにより、ロボット１０の制御システムが構成されている。

【0027】

なお、フランジ部２８の外周部には、エンドエフェクタ２９から延びるケーブル３０を接続可能な接続端子２８ａが設けられており、ロボット本体１１には接続端子２８ａとベース２１の外部入出力端子３４とを繋ぐ配線が収容（内蔵）されている。配線はモーションコントローラ３３や外部入出力端子３４に繋がっており、エンドエフェクタ２９から延びるケーブル３０を接続端子２８ａに接続することで、エンドエフェクタ２９とモーションコントローラ３３や上位コントローラＣとを接続可能となっている。

【0028】

本実施形態に示す制御システムでは、アーム２２が人等の物体と接触した際に発生する異常トルクに基づいて接触を検知する検知機能を有しており、接触を検知した場合にロボット本体１１の動作を停止（防護停止）させることで物体やロボット本体１１の保護を図っている。但し、この検知手法においては、物体との接触箇所から関節部までの距離に関わらず同じ閾値を用いて異常トルクの判定がなされる。このため、接触箇所によって接触検知の精度や応答性に差が生じることとなる。例えば、関節部から近い位置では遠い位置と比べて検知の精度や応答性が低くなる。なお、関節部から近い位置での接触を想定して閾値を低くした場合には、不要な防護停止の回数が増えることで生産効率が低下し得る。本実施形態に示すロボット１０では、物体の接触を検知するセンサユニット群１２によってアーム２２を覆い、センサユニット群１２にて接触を検知した場合にロボット１０を停止（防護停止）させる構成となっている。つまり、異常トルクが発生したと判定した場合だけでなく、センサユニット群１２によって接触を直接的に検出した場合にも防護停止（アーム２２の減速）が実行される構成となっている。

【0029】

ここで、図１に示したセンサユニット群１２は、リンクの形状等によって大きく２つのグループに分類される。具体的には、リンクの直線形状部分（以下、直線部という）に適用されるセンサユニット群と、リンクの屈曲形状部分（以下、屈曲部という）に適用されるセンサユニット群とに分類される。本実施形態では、一部のセンサユニットについては図示を省略しているが、下アーム部２４及び第１上アーム部２５が直線部用のセンサユニットの適用対象となっており、第２上アーム部２６及び手首部２７が屈曲部用のセンサユニットの適用対象となっている。

【0030】

以下、図３及び図４を参照して、屈曲部に適用されるセンサユニットについて手首部２７用のセンサユニット５０を例に説明する。

【0031】

図３に示すように、手首部２７は、その中間位置にて屈曲しており、全体としてＬ字状をなしている。言い換えれば、手首部２７は、第２上アーム部２６に連なり連結軸ＡＸ５と同じ方向に延びる直線部４１ａと、フランジ部２８に連なり連結軸ＡＸ６と同じ方向に延びる直線部４１ｂと、それら直線部４１ａ，４１ｂを繋ぐ屈曲部４１ｃとで構成されている。

【0032】

センサユニット５０は、この屈曲部４１ｃ（所定部）を屈曲外側から覆うことができる形状に形成されたフレーム５２及びソフトパッド５３を有している。より詳しくは、フレーム５２及びソフトパッド５３は、屈曲部４１ｃ及び直線部４１ａ，４１ｂにおいて屈曲外側となる部分と、手首部２７の側面とに対向している（図４参照）。なお、図４に示すように、手首部２７の側面にはダイレクトティーチング等を行う場合にユーザによって操作される操作ボタン２７ａが配設されている。フレーム５２及びソフトパッド５３は、手首部２７の側面を覆ってはいるものの、操作ボタン２７ａがフレーム５２及びソフトパッド５３によって覆われる領域から外れるように一部を切り欠いている。

【0033】

フレーム５２は、硬質樹脂（例えばポリカーボネート）により形成されており、手首部２７の外面に当接する。ソフトパッド５３（軟質部）は、軟質樹脂（例えばシリコンゴム）により形成されており、フレーム５２を外側から覆っている。軟質樹脂は、ロボット本体１１のアーム２２の表面（アルミ合金）よりも柔らかい材質であり、物体と接触した際に変形可能である。フレーム５２とソフトパッド５３との間にシート状のセンサシート５７（後述）が収容されている。人等の物体がソフトパッド５３に当たることでソフトパッド５３が変形し、変形したソフトパッド５３（後述する突起５４）によってセンサシートが押される。これにより、センサシートから物体との接触を示す信号が出力されることとなる。

【0034】

手首部２７の屈曲部４１ｃには、屈曲外側となる部分の一部を凹ませることで、ロボット本体１１側のコネクタ４４を収容する収容部４３が形成されている。この収容部４３については、着脱可能なカバー４２によって覆われている。センサユニット５０をロボット本体１１のアーム２２に取り付ける場合には、ロボット本体１１側のコネクタ４４と、センサユニット５０側のコネクタ５５とを接続することで、接触を示す信号がロボット本体１１側に入力されることとなる。

【0035】

次に、センサユニット５０の取付構造について説明する。フレーム５２には、フレーム５２を手首部２７に取り付けるための留め具７０，８０が配設されている。留め具７０は、一端がフレーム５２に固定された長尺状の面ファスナであり、一方の面部にフック部７１とフック部７１に結合するループ部７２とが形成されている。フック部７１とループ部７２とは留め具７０の長手方向に並んでおり、それらフック部７１とループ部７２との間にはフック部７１及びループ部７２の何れも形成されていないブランク部７３が設けられている。留め具８０は、一端がフレーム５２に固定された長尺状のベルト８１とベルト８１の他端（先端）に固定された連結プレート８２とで構成されている。連結プレート８２には、開口８３が形成されている。開口８３に挿通させた留め具７０を折り返してフック部７１とループ部７２とを結合させることにより、留め具７０，８０が一連となるようにして結合された状態となる。

【0036】

次に、図５を参照して、センサユニット５０の内部構造について説明する。なお、図５では、留め具７０，８０の図示を省略している。

【0037】

フレーム５２とソフトパッド５３との間には、シート状のセンサシート５７が設けられている。センサシート５７は、フレーム５２及びソフトパッド５３の形状に対応した形状に形成されており、フレーム５２の外面（屈曲外側）を覆っている。センサシート５７は、圧力を検出する検出部５７ａを有している。検出部５７ａ（センサシート５７）は、ソフトパッド５３の内面５３ａ（屈曲内側）に対向している。検出部５７ａは、圧力センサを含んでおり、ソフトパッド５３の内面５３ａ側から検出部５７ａに加えられた圧力を検出する。センサシート５７は、検出部５７ａにより検出された圧力が閾値を超えたことを条件として、接触を示す信号をロボット本体１１へ出力する（接触を検知する）。すなわち、センサシート５７は、検出部５７ａにより検出された圧力が閾値を超えた場合に接触を示す信号をロボット本体１１へ出力し、検出部５７ａにより検出された圧力が閾値を超えていない場合は接触を示す信号をロボット本体１１へ出力しない。

【0038】

ソフトパッド５３の内面５３ａには、複数の突起５４が形成されている。複数の突起５４は、ソフトパッド５３の内面５３ａに均等（略均等）に分散して形成されている。ソフトパッド５３及び複数の突起５４は、同一の軟質樹脂（同一の材質）を用いて金型等で成形（例えば射出成形）されており、同一の軟質樹脂により一体に形成されている。複数の突起５４は、ソフトパッド５３の内面５３ａから検出部５７ａに向けて突出している。複数の突起５４は、先細りの四角柱状に形成されている。すなわち、複数の突起５４は、ソフトパッド５３の内面５３ａから検出部５７ａに近付くほど細くなっている。複数の突起５４の形状は同一（略同一）であり、その長さ及び太さが互いに等しい（略等しい）。

【0039】

複数の突起５４（力集中部）は、ソフトパッド５３に加えられた力を集中させて検出部５７ａの方向へ伝達する。すなわち、ソフトパッド５３に力が加えられた部分の面積よりも、突起５４の先端の面積は小さくなる。このため、ソフトパッド５３に加えられた力は、突起５４の先端に集中して検出部５７ａの方向へ伝達される。その結果、ソフトパッド５３に力が加えられた部分の圧力よりも、突起５４の先端から検出部５７ａに伝達される圧力は高くなる。

【0040】

なお、突起５４全体が細い場合は、ソフトパッド５３から検出部５７ａへ突起５４により力を伝達する際に、突起５４が座屈するおそれがある。この場合、突起５４の先端から検出部５７ａに加えられる圧力が低下し、検出部５７ａにより検出される圧力が閾値を超えなくなるおそれがある。一方、突起５４全体が太い場合は、突起５４の強度が高くなり過ぎ、物体がソフトパッド５３に接触した際にソフトパッド５３が変形して衝撃を吸収する効果が低下するおそれがある。

【0041】

図６に示すように、センサシート５７は、圧力の検出を行わない非検出部５７ｂを含んでいる。非検出部５７ｂ（検出部５７ａ以外の箇所）は、検出部５７ａと同一の構成で圧力の検出値を無効化した部分でもよいし、圧力センサを含まない配線の部分でもよいし、圧力センサや配線が設けられていない部分でもよい。

【0042】

非検出部５７ｂと複数の突起５４のうちの一部の突起５４Ａとの間には、スペーサ５８が設けられている。スペーサ５８は、例えばＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂により形成されたシート状（板状）の部材であり、非検出部５７ｂの領域に対応した形状に形成されている。これにより、検出部５７ａと複数の突起５４との間には所定隙間Ｇが形成されている。すなわち、突起５４Ａ及びスペーサ５８（支持部）は、検出部５７ａと複数の突起５４との間に所定隙間Ｇが形成されるようにソフトパッド５３を支持している。換言すれば、スペーサ５８の厚みは、所定隙間Ｇに相当する厚みである。所定隙間Ｇは、例えばソフトパッド５３及び複数の突起５４が自重により変形しても複数の突起５４が検出部５７ａに接触しない（検出部５７ａによる検出圧力が閾値を超えない）最小の隙間に設定することができる。また、所定隙間Ｇを、ロボット本体１１のアーム２２の動作時にソフトパッド５３及び複数の突起５４に慣性が作用しても複数の突起５４が検出部５７ａに接触しない（検出部５７ａによる検出圧力が閾値を超えない）最小の隙間に設定してもよい。なお、ソフトパッド５３及び複数の突起５４の製造ばらつきをさらに考慮して、所定隙間Ｇを設定してもよい。

【0043】

図７は、同一の動作速度における比較例１，２及び本実施形態の接触力Ｆを示すグラフである。ここでは、時間ｔ＝０［ｓ］においてロボット１０が人に接触した例を示している。

【0044】

比較例１は、センサユニット５０が取り付けられていないロボット１０において、アーム２２の屈曲部４１ｃが人と直接接触した際の接触力Ｆを示している。アーム２２の表面はアルミ合金で形成されていて硬いため、接触力Ｆはｔ＝０［ｓ］から急激に上昇している。接触力Ｆが接触力Ｆ４になった時に、異常トルクによる接触検知に基づく防護停止が作動している。その後、接触力Ｆはピークで接触力Ｆ１になった後に低下している。

【0045】

比較例２は、複数の突起５４が設けられていないセンサユニットが取り付けられたロボット１０において、アーム２２の屈曲部４１ｃに取り付けられたセンサユニットが人と接触した際の接触力Ｆを示している。センサユニットのソフトパッド５３がアーム２２の表面を覆っているため、接触力Ｆはソフトパッド５３が変形している間は低くなっている。その後、ソフトパッド５３が変形し終わると接触力Ｆが急激に上昇し、接触力Ｆが接触力Ｆ５になった時に、センサユニットによる接触検知に基づく防護停止が作動している。センサユニットは、接触力Ｆ４よりも低い接触力Ｆ５で接触を検知している。その後、接触力Ｆはピークで、接触力Ｆ１よりも低い接触力Ｆ２になった後に低下している。

【0046】

本実施形態は、複数の突起５４が設けられたセンサユニット５０が取り付けられたロボット１０において、アーム２２の屈曲部４１ｃに取り付けられたセンサユニット５０が人と接触した際の接触力Ｆを示している。センサユニット５０のソフトパッド５３がアーム２２の表面を覆っているため、接触力Ｆはソフトパッド５３が変形している間は低くなっている。その際、ソフトパッド５３が変形する過程で突起５４が検出部５７ａに接触し、接触力Ｆが接触力Ｆ６になった時に、センサユニット５０による接触検知に基づく防護停止が作動している。ここで、突起５４の先端から検出部５７ａに加えられる圧力が高くなるため、センサユニット５０は接触力Ｆ５よりも低い接触力Ｆ６で接触を検知している。その後、接触力Ｆはピークで、接触力Ｆ２よりも低い接触力Ｆ３になった後に低下している。このため、本実施形態では、接触力Ｆが許容値を超えない範囲で、アーム２２の動作速度をさらに上昇させることができる。

【0047】

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

【0048】

・ソフトパッド５３は、アーム２２の表面を形成するアルミ合金よりも軟らかい軟質樹脂により、アーム２２の屈曲部４１ｃを覆うことができる形状に形成されている。このため、ソフトパッド５３によりアーム２２の屈曲部４１ｃを覆うことによって、アーム２２の屈曲部４１ｃが物体に接触する際に、ソフトパッド５３が変形して衝撃を吸収することができる。したがって、アーム２２の屈曲部４１ｃが直接人に接触する比較例１よりも、ロボット１０が人と接触した際に人に加わる力（接触力）を低減することができる。

【0049】

・複数の突起５４がソフトパッド５３の内面５３ａから検出部５７ａに向けて突出しており、突起５４Ａ及びスペーサ５８（支持部）は検出部５７ａと複数の突起５４との間に所定隙間Ｇが形成されるようにソフトパッド５３を支持している。このため、物体がソフトパッド５３に接触していない場合は、センサシート５７の検出部５７ａにより物体との接触が検知されることなく、ソフトパッド５３を支持することができる。一方、物体がソフトパッド５３に接触した場合は、物体とソフトパッド５３との接触面積よりも、突起５４の先端と検出部５７ａとの接触面積が小さくなる。このため、物体がソフトパッド５３に接触した場合に、物体からソフトパッド５３に加えられる圧力よりも高い圧力を、突起５４の先端から検出部５７ａに加えることができる。このため、接触力が大きくなる前に検出部５７ａにより検出される圧力が閾値を超えるようになり、物体との接触を高感度で検知することができる。

【0050】

・複数の突起５４は、ソフトパッド５３の内面５３ａから検出部５７ａに近付くほど細くなっている。こうした構成によれば、突起５４の強度が高くなり過ぎることを抑制しつつ、ソフトパッド５３から検出部５７ａへ突起５４により力を伝達する際に突起５４が座屈することを抑制することができる。したがって、物体がソフトパッド５３に接触した際にソフトパッド５３が変形して衝撃を吸収する効果が低下することを抑制しつつ、物体との接触を高感度で検知することができる。

【0051】

・センサシート５７における検出部５７ａ以外の箇所（非検出部５７ｂ）と、複数の突起５４のうちの一部の突起５４Ａとの間には、所定隙間Ｇに相当する厚みのスペーサ５８が設けられている。こうした構成によれば、非検出部５７ｂにスペーサ５８を設けることにより、複数の突起５４のうちの一部の突起５４Ａを、ソフトパッド５３の支持部を構成する部材の一部として利用することができる。

【0052】

・ソフトパッド５３及び複数の突起５４は、同一の軟質樹脂により一体に形成されている。こうした構成によれば、ソフトパッド５３及び複数の突起５４を、同一の軟質樹脂を用いて金型等により成形することができ、ソフトパッド５３及び複数の突起５４の製造が容易になる。

【0053】

・複数の突起５４（力集中部）はソフトパッド５３に加えられた力を集中させて検出部５７ａの方向へ伝達し、突起５４Ａ及びスペーサ５８は検出部５７ａと複数の突起５４との間に所定隙間Ｇが形成されるようにソフトパッド５３を支持している。このため、物体がソフトパッド５３に接触していない場合は、センサシート５７の検出部５７ａにより物体との接触が検知されることなく、ソフトパッド５３を支持することができる。一方、物体がソフトパッド５３に接触してソフトパッド５３が変形した場合は、ソフトパッド５３に加えられた力が複数の突起５４により集中させられて検出部５７ａに伝達される。このため、物体からソフトパッド５３に加えられる圧力よりも高い圧力を、突起５４から検出部５７ａに加えることができる。このため、接触力が大きくなる前に検出部５７ａにより検出される圧力が閾値を超えるようになり、物体との接触を高感度で検知することができる。

【0054】

・ロボット１０は、アーム２２にセンサユニット５０が取り付けられており、センサシート５７により接触が検知された場合にアーム２２を防護停止させる。こうした構成によれば、ロボット１０のアーム２２が人と接触した際に接触力を低減するとともに、人との接触を高感度で検知してアーム２２を防護停止させることができる。したがって、人との接触時に接触力が許容値を超えるまでにアーム２２を減速させやすくなり、ロボット１０のアーム２２の動作速度を上昇させることができる。

【0055】

なお、上記実施形態及びその変更例を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【0056】

・先細りの四角柱状に形成された上記突起５４に代えて、図８に示すように、先端部のみが細くなった四角柱状の突起１５４を採用することもできる。こうした構成によっても、物体からソフトパッド５３に加えられる圧力よりも高い圧力を、突起１５４の先端から検出部５７ａに加えることができる。複数の突起１５４のうちの一部の突起１５４Ａ及びスペーサ５８（支持部）により、ソフトパッド５３が支持されている。なお、突起５４，１５４，１５４Ａを、四角柱状から円柱状に変更することもできる。

【0057】

・図９に示すように、突起５４と異なる形状の突起５６（突出部）及びスペーサ５８（支持部）により、ソフトパッド５３を支持することもできる。突起５６がソフトパッド５３の内面５３ａから突出する長さは、突起５４が内面５３ａから突出する長さと等しい（略等しい）。突起５６は、スペーサ５８の範囲に収まっていれば、その形状は任意である。なお、ソフトパッド５３及び突起５６よりも硬い材質（異なる材質）により突起５４を形成することで、突起５４の先端から検出部５７ａにさらに高い圧力を加えることができる。

【0058】

・図１０に示すように、スペーサ５８を省略して、検出部５７ａと複数の突起５４との間に所定隙間Ｇが形成されるように、支持部５９によりソフトパッド５３を支持することもできる。支持部５９は、ソフトパッド５３の内面５３ａから検出部５７ａに向けて突出しており、スペーサ５８の厚みに相当する分だけ複数の突起５４よりも長く形成されている。支持部５９は、先端が非検出部５７ｂに当接していればよく、その形状は任意である。支持部５９を先細り形状に形成することにより、支持部５９の先端が非検出部５７ｂから外れて検出部５７ａに接触することを抑制することができる。

【0059】

・図１１に示すように、センサシート５７に貫通孔５７ｃを形成し、検出部５７ａと複数の突起５４との間に所定隙間Ｇが形成されるように、貫通孔５７ｃを挿通した支持部１５９によりソフトパッド５３を支持することもできる。支持部１５９は、ソフトパッド５３の内面５３ａからフレーム５２に向けて突出しており、スペーサ５８及び検出部５７ａの厚みに相当する分だけ複数の突起５４よりも長く形成されている。支持部１５９は、先端がフレーム５２に当接していればよく、その形状は任意である。

【0060】

・図１２に示すように、一定の太さの複数の突起２５４を、ソフトパッド５３の内面５３ａから検出部５７ａに向けて突出させることもできる。すなわち、複数の突起２５４，２５４Ａは、先細り形状及び先端が細い形状に形成されていない。こうした構成によっても、ソフトパッド５３における複数の突起２５４を含む部分の面積よりも、複数の突起２５４の先端の面積の合計は小さくなる。したがって、物体がソフトパッド５３に接触した場合に、物体からソフトパッド５３に加えられる圧力よりも高い圧力を、突起２５４の先端から検出部５７ａに加えることができる。なお、複数の突起２５４のうちの一部の突起２５４Ａは、ソフトパッド５３の支持部を構成する部材の一部として利用されている。
また、ソフトパッド５３及び突起２５４Ａよりも硬い材質（異なる材質）により突起２５４を形成することで、突起２５４の先端から検出部５７ａにさらに高い圧力を加えることができる。

【0061】

・図１３に示すように、複数の突起３５４において、先端部３５４ａ以外をソフトパッド５３と同一の材質により形成し、先端部３５４ａをソフトパッド５３よりも硬い材質により形成することもできる。例えば、複数の突起３５４の外形は、上記複数の突起５４の外形と同一である。こうした構成によれば、物体がソフトパッド５３に接触した場合に、突起５４の先端部３５４ａから検出部５７ａにさらに高い圧力を加えることができる。

【0062】

・第１上アーム部２５に適用される直線部用のセンサユニット１００（図１参照）に、センサユニット５０と同様の構成を適用することもできる。

【0063】

・ロボット１０は、水平多関節型のロボット本体を備えていてもよい。

【0064】

なお、上記各実施形態及びその変更例を、組み合わせ可能な範囲で組み合わせて実施することもできる。

【符号の説明】

【0065】

１０…ロボット、１２…センサユニット群、２２…アーム、５０…センサユニット、５２…フレーム、５３…ソフトパッド（軟質部）、５３ａ…内面、５４…突起、５４Ａ…突起、５６…突起、５７…センサシート、５７ａ…検出部、５７ｂ…非検出部、５８…スペーサ、５９…支持部、１００…センサユニット、１５４…突起、１５９…支持部、２５４…突起、２５４Ａ…突起、３５４…突起、Ｇ…所定隙間。

【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】