滑り検出機構、トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置
【課題】剛性及び柔軟性を備える構成に資することが可能な滑り検出機構、トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置を提供すること。
【解決手段】回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で回転軸に接触することによって回転軸との間に摩擦力を生じさせる伝達部と、伝達部に接続され、検出素子の変位によって生じる出力信号を検出する検出部と、検出部による検出結果に基づいて、回転軸と伝達部との間の相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部とを備える。
【解決手段】回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で回転軸に接触することによって回転軸との間に摩擦力を生じさせる伝達部と、伝達部に接続され、検出素子の変位によって生じる出力信号を検出する検出部と、検出部による検出結果に基づいて、回転軸と伝達部との間の相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滑り検出機構、トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば工業分野に限られず、医療や福祉などの広い産業分野において、作業者の負担軽減等を目的として、ロボット装置が用いられている。ロボット装置の構成として、例えば複数のアームが連結され、連結部を中心としてアームが回転する構成が知られている。各アームの連結部には、駆動力を伝達するトルク制限機構などの動力伝達機構が設けられている。
【０００３】
このようなロボット装置には、重量物を支持したり、所定の位置へ移動したりなど、パワー及び精密さが求められる。そこで、ロボット装置のアームや連結部には高い剛性が不可欠となる。一方で、例えばロボット装置がアームを移動させながら動作を行う場合、アームの一部が他の部位等に衝突する場合が想定されうる。このような場合、衝突箇所に傷がついたり、アームや他の部位が破損したりするおそれがあるため、アームや連結部には一定の柔軟性が求められる。従って、ロボット装置には、剛性及び柔軟性という相反的な性質を兼ね備えていることが求められている。
【０００４】
このようなロボット装置を実現するため、例えば、アーム同士の連結部の動力伝達機構を機械構造的に柔軟にする構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、動力伝達機構として、トルクリミッタや磁性流体などを用いた構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４１４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば上記の動力伝達機構においては、大掛かりな装置やシール機構などが用いられるため、構造が複雑となり、大型化や重量化が避けられない場合がある。このため、小型のロボット装置に対して適用することは困難である。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明は、剛性及び柔軟性を備える構成に資することが可能な滑り検出機構、トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置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】
【０００８】
本発明の第一の態様に従えば、回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で回転軸に接触することによって回転軸との間に摩擦力を生じさせる伝達部と、伝達部に接続され、検出素子の変位によって生じる出力信号を検出する検出部と、検出部による検出結果に基づいて、回転軸と伝達部との間の相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部とを備える滑り検出機構が提供される。
【０００９】
本発明の第二の態様に従えば、回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、回転駆動軸と被駆動軸とのうち少なくとも一方の回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、駆動部によって回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で回転軸に接触することによって回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達する伝達部と、駆動部からの出力信号を検出する検出部と、検出部による検出結果に基づいて、回転駆動軸と被駆動軸との相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部とを備えるトルク制限機構が提供される。
【００１０】
本発明の第三の態様に従えば、回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、回転駆動軸と被駆動軸とのうち少なくとも一方の回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられた伝達部と、伝達部に対して回転軸の軸方向とは異なる方向に力を加えた状態で当該伝達部を回転軸に接触させることによって、回転軸と伝達部との間に摩擦力を生じさせる駆動部と、伝達部に接続され、検出素子の変位によって生じる出力信号を検出する検出部と、検出部による検出結果に基づいて回転軸と伝達部との間の相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部とを備えるトルク制限機構が提供される。
【００１１】
本発明の第四の態様に従えば、本発明の第二の態様に従うトルク制限機構又は第三の態様に従うトルク制限機構と、回転駆動軸を回転させる回転機構と、を備える駆動装置が提供される。
【００１２】
本発明の第五の態様に従えば、本発明の第一の態様に従う滑り機構を備えるロボット装置が提供される。
【００１３】
本発明の第六の態様に従えば、本発明の第二の態様に従うトルク制限機構又は第三の態様に従うトルク制限機構を備えるロボット装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、剛性及び柔軟性を備える構成に資することが可能な滑り検出機構、トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る滑り検出機構の構成を示す図。
【図２】本実施形態における内部電圧検出器及び算出器の検出結果を示すグラフ。
【図３】本発明の第二実施形態に係る滑り検出機構の構成を示す図。
【図４】本実施形態における内部電圧検出器及び算出器の検出結果を示すグラフ。
【図５】本発明の第三実施形態に係るロボット装置の構成を示す斜視図。
【図６】本実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す図。
【図７】本実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す図。
【図８】本実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す図。
【図９】本実施形態に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図１０】本実施形態におけるトルク制限機構の特性を示すグラフ。
【図１１】本実施形態におけるトルク制限機構の動作を示す図。
【図１２】本実施形態におけるトルク制限機構の動作を示す図。
【図１３】本実施形態におけるトルク制限機構の動作を示す図。
【図１４】本実施形態における内部電圧検出器及び算出器の検出結果を示すグラフ。
【図１５】本実施形態におけるトルク制限機構の動作を示す図。
【図１６】本実施形態におけるトルク制限機構の動作を示す図。
【図１７】本発明の第四実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す斜視図。
【図１８】本実施形態におけるトルク制限機構の動作を示す図。
【図１９】本実施形態における内部電圧検出器及び算出器の検出結果を示すグラフ。
【図２０】本発明の第五実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す斜視図。
【図２１】本実施形態に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図２２】本実施形態における内部電圧検出器及び算出器の検出結果を示すグラフ。
【図２３】本発明の第六実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す斜視図。
【図２４】本実施形態に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図２５】本実施形態に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図２６】本実施形態における内部電圧検出器及び算出器の検出結果を示すグラフ。
【図２７】本発明の変形例に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図２８】本発明の変形例に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図２９】本発明の変形例に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図３０】本発明の変形例に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図３１】本発明の変形例に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係る滑り検出機構１の構成を示す断面図である。
図１に示すように、滑り検出機構１は、伝達部２、圧電部３及び制御部４を有している。
伝達部２は、回転軸ＳＦの周面に掛けられている。伝達部２は、回転軸ＳＦのうちの周面（例、外周面や内周面）の少なくとも一部に対して接触可能に設けられている。伝達部２は、該回転軸の軸方向（例えばＺ方向）とは異なる方向（例、該回転軸の径方向など）に力（例、張力や押圧力など）が加えられた状態で該回転軸ＳＦに接触することによって回転軸ＳＦとの間で摩擦力を生じるように形成されている。
【００１７】
伝達部２は、ベルト部（接触部）５を有している。ベルト部５は、例えばステンレスなどの金属を用いて帯状に形成されている。ベルト部５は、回転軸ＳＦの外周面ＳＦａに掛けられている。ベルト部５は、回転軸ＳＦの外周面ＳＦａに沿って湾曲された状態となっている。このように、ベルト部５は、回転軸ＳＦの周面（例、外周面ＳＦａ又は内周面）に沿って曲げることが可能な可撓性を有する。なお、ベルト部５は、回転軸ＳＦ（外周面ＳＦａ）に対して、少なくとも一部が掛けられた状態若しくは接触した状態であればよい。また、例えば、ベルト部５は、回転軸Ｓの曲面状周面の少なくとも一部に沿って巻き付いた状態であればよい。
【００１８】
ベルト部５は、両端部（第一端部５ａ及び第二端部５ｂ）が例えば外周面ＳＦａの接平面に垂直な方向へ伸びるように折り曲げられている。ベルト部５の折り曲げ部分（端部）である第一端部５ａ及び第二端部５ｂは、外周面ＳＦａの周方向の基準位置Ｆを挟むように所定の隙間を空けて対向して配置されている。第一端部５ａは、圧電部３の一部を介して、フレーム６の固定部６ａに固定されている。第二端部５ｂは、圧電部３の一部を介して、フレーム６の固定部６ｂに固定されている。また、ベルト部５の形状は、例えば、帯状又は線状などである。なお、ベルト部５をフレーム６に固定させる構成としては、圧電部３の一部を用いて固定する構成に限られない。例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を用いて、又は、不図示のネジやバネなどの固定部材を介して、ベルト５をフレーム６に固定させる構成であっても良い。
【００１９】
圧電部３は、検出素子として、圧電素子（第一素子）３ａ及び圧電素子（第二素子）３ｂを備えている。
圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂは、弾性変形するように形成されている。圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂは、弾性によりベルト部５を外周面ＳＦａに押圧している。圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂとしては、例えば電歪素子（例えばピエゾ素子）などの電気機械変換素子が用いられている。圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂは、所定の一方向（例、図中左右方向）に伸縮する構成であり、伸縮の際には伸縮量に応じた電圧を生じさせる。
【００２０】
圧電素子３ａは、伸縮方向の一方の端部がベルト部５の第一端部５ａに接続されている。また、圧電素子３ａの他方の端部は、フレーム６の固定部６ａに固定されている。したがって、圧電素子３ａは、第一端部５ａと固定部６ａとで挟まれた構成となっている。圧電素子３ｂは、伸縮方向が圧電素子３ａと同一方向となるように配置されている。圧電素子３ｂは、伸縮方向の一方の端部がベルト部５の第二端部５ｂに接続されている。また、圧電素子３ｂの他方の端部は、フレーム６の固定部６ｂに固定されている。したがって、圧電素子３ｂは、第二端部５ｂと固定部６ｂとで挟まれた構成となっている。
【００２１】
圧電素子３ａには内部電圧検出器７が接続されている。内部電圧検出器７は、圧電素子３ａの伸縮によって当該圧電素子３ａの内部に生じる電圧を検出する。また、圧電素子３ｂには、内部電圧検出器８が接続されている。内部電圧検出器８は、圧電素子３ｂの伸縮によって当該圧電素子３ｂの内部に生じる電圧を検出する。
【００２２】
内部電圧検出器７は、例えば、圧電素子３ａが伸びた場合に負の電圧を検出し、圧電素子３ａが縮んだ場合に正の電圧を検出する。また、内部電圧検出器８は、例えば、圧電素子３ｂが伸びた場合に負の電圧を検出し、圧電素子３ａが縮んだ場合に正の電圧を検出する。勿論、圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂの伸縮方向と検出する電圧の正負とが上記とは逆の構成であっても構わない。
【００２３】
内部電圧検出器７の出力先及び内部電圧検出器８の出力先は、算出器９に接続されている。算出器９は、内部電圧検出器７の出力と、内部電圧検出器８の出力とを加算する。算出器９の出力先は、制御部４に接続されている。算出器９による算出結果は、出力信号として制御部４に送信される。
【００２４】
次に、以上の構成における滑り検出機構１の動作を説明する。
まず、制御部４は、回転軸ＳＦの駆動機構（不図示）を用いて回転軸ＳＦを回転させたり、あるいは回転軸ＳＦの回転を停止させたりする。このような制御を行う際に、例えば回転軸ＳＦに対して図１における時計回りの方向（以下、ＣＷ方向と表記する）に回転する何らかの力が外部から加わる場合、回転軸ＳＦとベルト部５との間にＣＷ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部５ａ及び第二端部５ｂに対して、それぞれＣＷ方向の力として作用する。
【００２５】
このとき、回転軸ＳＦとベルト部５との間の静止摩擦力を超える力が第一端部５ａに対してＣＷ方向に作用すると、圧電素子３ａが固定部６ａ側に縮むように変形し、第一端部５ａが基準位置Ｆから離れる方向へ移動する。一方、第二端部５ｂにＣＷ方向の力が作用する場合、ベルト部５のうち第二端部５ｂ側の部分はオイラーの巻き掛け理論から容易に分かるように５ａ部と比べてＳＦとの摩擦力が小さいためにＳＦとの間にすべりが生じて、圧電素子３ｂはほとんど変形することなく、第二端部５ｂはほとんど移動しない。したがって、第一端部５ａと第二端部５ｂとの間隔が広がり、ベルト部５の巻き付きが緩み、回転軸ＳＦとベルト部５との間において所定の回転方向（例、ＣＷ方向）に滑りが生じやすくなる。
【００２６】
このときの内部電圧検出器７及び内部電圧検出器８の検出結果は、図２のグラフ（Ａ）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器７においては、出力Ｖ１として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器８においては、出力Ｖ２として負の電圧値が検出される。ここでは、出力Ｖ１の値が出力Ｖ２の値よりも絶対値が大きいため、算出器９では、出力Ｖ３として、正の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【００２７】
また、回転軸ＳＦに対して図１における反時計回りの方向（以下、ＣＣＷ方向と表記する）に回転する力が外部から加わる場合、回転軸ＳＦとベルト部５との間にＣＣＷ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部５ａ及び第二端部５ｂに対して、それぞれＣＣＷ方向の力として作用する。
【００２８】
このとき、回転軸ＳＦとベルト部５との間の静止摩擦力を超える力が第二端部５ｂに対してＣＷ方向に作用すると、圧電素子３ｂが固定部６ｂ側に縮むように変形し、第二端部５ｂが基準位置Ｆから離れる方向へ移動する。一方、第一端部５ａにＣＣＷ方向の力が作用する場合、ベルト部５のうち第一端部５ａ側の部分はオイラーの巻き掛け理論から容易に分かるようにＳＦとの摩擦力が５ｂ部に比べて小さいためにＳＦとの間にすべりが生じて、圧電素子３ａはほとんど変形することなく、第一端部５ａはほとんど移動しない。したがって、第一端部５ａと第二端部５ｂとの間隔が広がり、ベルト部５の巻き付きが緩み、回転軸ＳＦとベルト部５との間において所定の回転方向（例、ＣＷ方向）に滑りが生じやすくなる。
【００２９】
このときの内部電圧検出器７及び内部電圧検出器８の検出結果は、図２のグラフ（Ｂ）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器７においては、出力Ｖ１として負の電圧値が検出され、内部電圧検出器８においては、出力Ｖ２として正の電圧値が検出される。ここでは、出力Ｖ２の値が出力Ｖ１の値よりも絶対値が大きいため、算出器９では、出力Ｖ３として、負の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【００３０】
上記のように、回転軸ＳＦとベルト部５との間に滑りが生じると、回転軸ＳＦのトルクがベルト部５に伝達されること無く、回転軸ＳＦが空回りし、当該回転軸ＳＦとベルト部５との間に相対的な変位が生じる。
【００３１】
そして、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ３（出力信号）が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、回転軸ＳＦとベルト部５の間に相対的な変位が生じたか否か（相対位置情報）を判断する。この閾値として、例えば実験やシミュレーションなどによって予め設定された値（＋ｍ、−ｍ）を設定することができる。
【００３２】
したがって、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ３が所定の閾値を超えている場合には、回転軸ＳＦとベルト部５との間に相対的な変位が生じたと判断する。また、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ３が所定の閾値を超えていない場合には、回転軸ＳＦとベルト部５との間に相対的な変位が生じていないと判断する。
【００３３】
なお、出力Ｖ３が正の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ３が閾値＋ｍよりも大きな値である場合に、閾値を超えたと判断する。また、出力Ｖ３が負の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ３が閾値−ｍよりも小さな値である場合に、閾値を超えたと判断する。
【００３４】
また、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ３の正負に基づき、回転軸ＳＦとベルト部５との間に相対的な変位の方向（相対位置情報）を検出することができる。例えば、出力Ｖ３が正の電圧値である場合、回転軸ＳＦがベルト部５に対して、一方向（例、ＣＷ方向）に変位していると判断することができる。また、出力Ｖ３が負の電圧値である場合、回転軸ＳＦがベルト部５に対して、回転方向において上記一方向とは反対の他方向（例、ＣＣＷ方向）に変位していると判断することができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態に係る滑り検出機構１は、圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂの変位によって生じる出力信号を検出する算出器９を有し、制御部４が当該算出器９による算出結果に基づいて、回転軸ＳＦとベルト部５との間の滑りとその方向を検出することができる構成であるため、回転軸ＳＦとベルト部５との間の相対的な変位を判断することができる。これにより、剛性及び柔軟性を備える構成に資することが可能な滑り検出機構１が提供される。
【００３６】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図３は、本実施形態に係る滑り検出機構１０１の構成を示す図である。
図３に示すように、滑り検出機構１０１は、伝達部１０２、圧電部１０３及び制御部１０４を有している。
【００３７】
本実施形態では、圧電部１０３は、検出素子として、１個の圧電素子１０３ａを備えた構成となっている。
圧電素子１０３ａは、弾性変形するように形成されている。圧電素子１０３ａは、弾性によりベルト部５を外周面ＳＦａに押圧している。圧電素子１０３ａとしては、例えば電歪素子（例えばピエゾ素子）などの電気機械変換素子が用いられている。圧電素子１０３ａは、所定の一方向（例、図中左右方向）に伸縮する構成であり、伸縮の際には伸縮量に応じた電圧を生じさせる。
【００３８】
ベルト部１０５は、両端部（第一端部１０５ａ及び第二端部１０５ｂ）が例えば外周面ＳＦａの接平面に垂直な方向へ伸びるように折り曲げられている。ベルト部１０５の折り曲げ部分（端部）である第一端部１０５ａ及び第二端部１０５ｂは、外周面ＳＦａの周方向の基準位置Ｆを挟むように所定の隙間を空けて対向して配置されている。
【００３９】
第一端部１０５ａは、弾性部材１０８ａを介してフレーム１０６の固定部１０６ａに固定されている。第二端部１０５ｂは、弾性部材１０８ｂを介してフレーム１０６の固定部１０６ｂに固定されている。また、ベルト部１０５の形状は、例えば、帯状又は線状などである。
【００４０】
圧電素子１０３ａのうち伸縮方向の一方の端部（例、図中左側端部）は、ベルト部１０５の第一端部１０５ａに接続されている。また、圧電素子１０３ａの他方の端部（例、図中右側端部）は、ベルト部１０５の第二端部１０５ｂに接続されている。したがって、圧電素子１０３ａは、第一端部１０５ａと第二端部１０５ｂとで挟まれた構成となっている。圧電素子１０３ａは、弾性によって第一端部１０５ａ及び第二端部１０５ｂを基準位置Ｆ側へ引っ張るように設けられている。この圧電素子１０３ａの弾性力（引っ張る力）により、ベルト部１０５が外周面ＳＦａに押圧されている。
【００４１】
圧電素子１０３ａには内部電圧検出器１０７が接続されている。内部電圧検出器１０７は、圧電素子１０３ａの伸縮によって当該圧電素子１０３ａの内部に生じる電圧を検出する。内部電圧検出器１０７は、例えば、圧電素子１０３ａが伸びた場合に正の電圧を検出し、圧電素子１０３ａが縮んだ場合に負の電圧を検出する。勿論、圧電素子１０３ａの伸縮方向と検出する電圧の正負とが上記とは逆の構成であっても構わない。
【００４２】
内部電圧検出器１０７の出力先は、制御部１０４に接続されている。内部電圧検出器１０７による算出結果は、出力信号として制御部１０４に送信されるようになっている。
【００４３】
次に、以上の構成における滑り検出機構１０１の動作を説明する。
まず、制御部１０４は、回転軸ＳＦの駆動機構（不図示）を用いて回転軸ＳＦを回転させたり、あるいは回転軸ＳＦの回転を停止させたりする。このような制御を行う際に、例えば回転軸ＳＦに対して図３における時計回りの方向（以下、ＣＷ方向と表記する）に回転する何らかの力が外部から加わる場合、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間にＣＷ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部１０５ａ及び第二端部１０５ｂに対して、それぞれＣＷ方向の力として作用する。
【００４４】
このとき、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間の静止摩擦力を超える力が第一端部１０５ａに対してＣＷ方向に作用すると、弾性部材１０８ａが固定部１０６ａ側に縮むように変形し、第一端部１０５ａが基準位置Ｆから離れる方向へ移動する。一方、第二端部１０５ｂにＣＷ方向の力が作用する場合、ベルト部１０５のうち第二端部１０５ｂ側の部分はオイラーの巻き掛け理論から分かるように１０５ａ側と比べてＳＦとの間の摩擦力が小さいためにＳＦとの間にすべりが生じて、弾性部材１０８ｂはほとんど変形することなく、第二端部１０５ｂはほとんど移動しない。したがって、第一端部１０５ａと第二端部１０５ｂとの間隔が広がり、ベルト部１０５の巻き付きが緩み、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間において所定の回転方向（例、ＣＷ方向）に滑りが生じやすくなる。また、第一端部１０５ａと第二端部１０５ｂとの間隔が広がるため、圧電素子１０３ａが図中左右方向に伸びる。
【００４５】
このときの内部電圧検出器１０７の検出結果は、図４のグラフ（Ｃ）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器１０７においては、出力Ｖ４として正の電圧値が検出される。
【００４６】
また、回転軸ＳＦに対して図４における反時計回りの方向（以下、ＣＣＷ方向と表記する）に回転する力が外部から加わる場合、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間にＣＣＷ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部１０５ａ及び第二端部１０５ｂに対して、それぞれＣＣＷ方向の力として作用する。
【００４７】
このとき、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間の静止摩擦力を超える力が第二端部１０５ｂに対してＣＣＷ方向に作用すると、弾性部材１０８ｂが固定部１０６ｂ側に縮むように変形し、第二端部１０５ｂが基準位置Ｆから離れる方向へ移動する。一方、第一端部１０５ａにＣＣＷ方向の力が作用する場合、ベルト部１０５のうち第一端部１０５ａ側の部分は、オイラーの巻き掛け理論から容易に分かるように１０５ｂ側と比べてＳＦとの間の摩擦力が小さいためにすべりが生じて、弾性部材１０８ａはほとんど変形することなく、第一端部１０５ａはほとんど移動しない。したがって、第一端部１０５ａと第二端部１０５ｂとの間隔が広がり、ベルト部１０５の巻き付きが緩み、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間において所定の回転方向（例、ＣＷ方向）に滑りが生じやすくなる。また、第一端部１０５ａと第二端部１０５ｂとの間隔が広がるため、圧電素子１０３ａが図中左右方向に伸びる。
【００４８】
このときの内部電圧検出器１０７の検出結果は、図４のグラフ（Ｄ）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器１０７においては、出力Ｖ４として正の電圧値が検出される。
【００４９】
上記のように、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間に滑りが生じると、回転軸ＳＦのトルクがベルト部１０５に伝達されること無く、回転軸ＳＦが空回りし、当該回転軸ＳＦとベルト部１０５との間に相対的な変位が生じる。
【００５０】
そして、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ４（出力信号）が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、回転軸ＳＦとベルト部１０５の間に相対的な変位が生じたか否か（相対位置情報）を判断する。この閾値として、例えば実験やシミュレーションなどによって予め設定された値（＋ｎ）を設定することができる。
【００５１】
したがって、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ４が所定の閾値を超えている場合には、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間に相対的な変位が生じたと判断する。また、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ４が所定の閾値を超えていない場合には、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間に相対的な変位が生じていないと判断する。
【００５２】
また、出力Ｖ４が負の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ４が閾値−ｎよりも小さな値である場合に、閾値を超えたと判断する。
【００５３】
以上のように、本実施形態に係る滑り検出機構１は、圧電素子１０３ａの変位によって生じる出力信号を検出する内部電圧検出器１０７を有し、制御部１０４が当該内部電圧検出器１０７による検出結果に基づいて、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間の滑りを検出することができる構成であるため、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間の相対的な変位の有無を判断することができる。これにより、剛性及び柔軟性を備える構成に資することが可能な滑り検出機構１０１が提供される。
【００５４】
［第三実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図５は、本実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す図である。
図５に示すように、ロボット装置１００は、第一アーム１０、第二アーム２０及び制御部ＣＯＮＴを有している。第一アーム１０及び第二アーム２０は、連結部３０において連結されている。回転機構４０及びトルク制限機構５０を備える駆動装置６０が連結部３０に設けられている。駆動装置６０は、連結部３０を基準として第二アーム２０を回転させる。制御部ＣＯＮＴは、第一アーム１０及び第二アーム２０を含めたロボット装置１００の動作を統括的に制御する。
【００５５】
第一アーム１０は、基部１１及び軸受部１２を有している。
基部１１は、円柱状（中実）若しくは円筒状（中空）に形成されており、ロボット装置１００の骨格の一部を構成する。基部１１は、ロボット装置１００の不図示の軸部材に取り付けられており、当該軸部材を中心として所定方向に回転移動するように設けられている。なお、第一アーム１０には、当該第一アーム１０の三次元的な位置及び姿勢を検出する不図示のセンサが設けられている。当該センサとしては、例えば第一アーム１０の回転角度や回転方向等を検出するエンコーダなどの回転位置検出器が挙げられる。
【００５６】
軸受部１２は、基部１１の端面１１ａに設けられている。軸受部１２は、第一軸受１２ａ、第二軸受１２ｂ及び第三軸受１２ｃを有している。第一軸受１２ａ、第二軸受１２ｂ及び第三軸受１２ｃは、一方向（例えばＺ方向）に並んで配置されている。
【００５７】
第一軸受１２ａ及び第二軸受１２ｂは、端面１１ａ上に直接設けられている。第一軸受１２ａ及び第二軸受１２ｂは、互いの間に所定の間隔が設けられるように配置されている。第三軸受１２ｃは、第二軸受１２ｂから端面１１ａの外側へ伸びた接続部１１ｂを介して設けられている。
【００５８】
図６は、第一アーム１０の構成を示す図である。図６においては、第二アーム２０の図示を省略している。
図６に示すように、第一軸受１２ａには、貫通孔１３ａが設けられている。貫通孔１３ａは、Ｚ方向に第一軸受１２ａを貫通する。第二軸受１２ｂには、貫通孔１３ｂが設けられている。貫通孔１３ｂは、Ｚ方向に第二軸受１２ｂを貫通する。第三軸受１２ｃには、貫通孔１３ｃが設けられている。貫通孔１３ｃは、Ｚ方向に第三軸受１２ｃを貫通する。
【００５９】
貫通孔１３ａ及び貫通孔１３ｂ及び貫通孔１３ｃは、例えば円形に形成されており、それぞれＺ方向視において重なる位置に配置されている。また、貫通孔１３ａ及び貫通孔１３ｂは、互いに等しい径を有するように形成されている。なお、貫通孔１３ａ、貫通孔１３ｂ及び貫通孔１３ｃのうち少なくとも一つの径やＺ方向視での形状が他と異なる構成であっても構わない。
【００６０】
また、図５に示すように、第二アーム２０は、基部２１、軸受部２２及び被駆動軸２４を有している。
基部２１は、第一アーム１０の基部１１と同様、円柱状（中実）若しくは円筒状（中空）に形成されており、ロボット装置１００の骨格の一部を構成する。第二アーム２０には、当該第二アーム２０の三次元的な位置及び姿勢を検出する不図示のセンサが設けられている。当該センサとしては、例えば第二アーム２０の回転角度や回転方向等を検出するエンコーダなどの回転位置検出器が挙げられる。
【００６１】
軸受部２２は、基部２１の端面２１ａに設けられている。軸受部２２は、第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂを有している。第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂは、一方向（例えばＺ方向）に並んで配置されている。
【００６２】
第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂは、端面２１ａ上に直接設けられている。第二アーム２０の第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂは、第一アーム１０の第一軸受１２ａと第二軸受１２ｂとの間に配置可能となるように、互いの間に所定の間隔を空けて配置されている。
【００６３】
被駆動軸（回転軸）２４は、回転機構４０による回転力が伝達部５１によって伝達されることで回転する軸である。被駆動軸２４は、第四軸受２２ａの＋Ｚ側に当該第四軸受２２ａと一体的に設けられている。被駆動軸２４は、例えば円筒状に形成されており、軸線方向がＺ方向に平行になるように配置されている。被駆動軸２４の外周面２４ａは、ほぼ一周に亘って摩擦係数が均一になるように形成されている。
【００６４】
図７は、第二アーム２０の構成を示す斜視図である。
図７に示すように、第四軸受２２ａには、貫通孔２３ａが設けられている。貫通孔２３ａは、Ｚ方向に第四軸受２２ａを貫通する。第五軸受２２ｂには、貫通孔２３ｂが設けられている。貫通孔２３ｂは、Ｚ方向に第五軸受２２ｂを貫通する。被駆動軸２４には、貫通孔２３ｃが設けられている。貫通孔２３ｃは、被駆動軸２４をＺ方向に貫通する。
【００６５】
貫通孔２３ａ、貫通孔２３ｂ及び貫通孔２３ｃは、例えば互いに等しい径を有する円形に形成されており、それぞれＺ方向視において重なる位置に配置されている。勿論、貫通孔２３ａ、貫通孔２３ｂ及び貫通孔２３ｃのうち少なくとも一つの径やＺ方向視での形状が他と異なる構成であっても構わない。
【００６６】
図８は、連結部３０の構成を模式的に示す図である。図８においては、第一アーム１０の各部やカップリング４５、ベルト部５３については、内部が透過した状態となるように輪郭のみを示している。
【００６７】
図８に示すように、連結部３０において、第一アーム１０及び第二アーム２０は、第一軸受１２ａと第二軸受１２ｂとの間に、第四軸受２２ａと第五軸受２２ｂとが配置された状態で連結されることになる。この場合、＋Ｚ方向へ向けて、第一軸受１２ａ、第四軸受２２ａ、第五軸受２２ｂ、第二軸受１２ｂ及び第三軸受１２ｃの順に配置される。また、第一軸受１２ａの貫通孔２３ａ、第四軸受２２ａの貫通孔２３ａ、第五軸受２２ｂの貫通孔２３ｂ、第二軸受１２ｂの貫通孔１３ｂ及び第三軸受１２ｃの貫通孔１３ｃは、Ｚ方向に一列に並んで配置されることになる。
【００６８】
回転機構４０は、図５、図６及び図８に示すように、回転駆動源４１、回転駆動軸４２、カップリング４５及び回転方向検出器４６を有している。
回転駆動源４１は、回転駆動軸（回転軸）４２に対して所定の回転方向（例、Ｚ軸回りの方向：θＺ方向）に回転力を付与する。回転駆動源４１としては、例えばモーター装置などが用いられている。カップリング４５は、第二軸受１２ｂと第三軸受１２ｃとの間に配置されており、回転駆動源４１の駆動軸４１ａと回転駆動軸４２とを連結する。なお、回転駆動軸４２は、駆動軸４１ａ及びカップリング４５を介さずに直接的に回転駆動源４１と連結されてもよい。回転方向検出器４６は、回転駆動軸４２の回転方向及び被駆動軸（回転軸）２４の回転方向（例、＋θＺ方向又は−θＺ方向）を個別に検出可能である。回転方向検出器４６としては、例えばエンコーダなどが用いられている。
【００６９】
回転駆動軸４２は、貫通部４３及び拡径部４４を有している。貫通部４３は、円柱状に形成されており、長手方向がＺ方向に平行になるように配置されている。貫通部４３は、第一軸受１２ａの貫通孔１３ａ、第四軸受２２ａの貫通孔２３ａ、第五軸受２２ｂの貫通孔２３ｂ、第二軸受１２ｂの貫通孔１３ｂ及び第三軸受１２ｃの貫通孔１３ｃをそれぞれ貫通する。
【００７０】
貫通部４３は、上記の各貫通孔を貫通して設けられることで、軸受部１２及び軸受部２２において第一アーム１０と第二アーム２０とを連結している。また、貫通部４３は、不図示の当該軸受部１２及び軸受部２２（例えば、第一軸受１２ａ、第四軸受２２ａ、第五軸受２２ｂ、第二軸受１２ｂ及び第三軸受１２ｃ）によって、所定のＺ軸周りに独立して回転するように支持されている。
【００７１】
拡径部４４は、貫通部４３の一部に設けられている。拡径部４４は、貫通部４３と中心軸が一致するように円筒状に形成されている。拡径部４４は、貫通部４３よりも径が大きく形成されている。本実施形態では、拡径部４４の径は、被駆動軸２４の径と同一となるように形成されている。
【００７２】
拡径部４４の外周面４４ａは、ほぼ一周に亘って摩擦係数が均一になるように形成されている。拡径部４４は、外周面４４ａの摩擦係数が被駆動軸２４の外周面２４ａの摩擦係数と同一になるように形成されている。第一アーム１０と第二アーム２０とが連結された状態では、拡径部４４と被駆動軸２４とは、互いの中心軸が一致するようにＺ方向に並んで配置されている。
【００７３】
トルク制限機構５０は、回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達する。
図９は、トルク制限機構５０の構成を示す断面図である。
図５、図７、図８及び図９に示すように、トルク制限機構５０は、伝達部５１及び調整部５２を有している。
【００７４】
伝達部５１は、回転駆動軸４２の周面と被駆動軸２４の周面とのうち少なくとも一方に掛けられて、回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達する。例えば、伝達部５１は、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とのうち少なくとも一方の回転軸の周面（例、外周面や内周面）の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、該回転軸の軸方向（例えばＺ方向）とは異なる方向（例、該回転軸の径方向など）に力（例、張力や押圧力など）が加えられた状態で該回転軸に接触することによって回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達する。調整部５２は、伝達部５１と回転駆動軸４２及び被駆動軸２４との間の接触状態を調整する。
【００７５】
伝達部５１は、ベルト部（湾曲部）５３を有している。ベルト部５３は、例えばステンレスなどの金属を用いて帯状に形成されている。ベルト部５３は、回転駆動軸４２の拡径部４４と被駆動軸２４との間に跨って掛けられている。例えば、ベルト部５３は、拡径部４４の外周面４４ａと、被駆動軸２４の外周面２４ａとに、それぞれ短手方向に半分ずつ均等に掛けられた状態となっている。ベルト部５３は、拡径部４４の外周面４４ａ及び被駆動軸２４の外周面２４ａに沿って湾曲された状態となっている。したがって、ベルト部５３は、拡径部４４の周面（例、外周面４４ａ又は内周面）及び被駆動軸２４の周面（例、外周面２４ａ又は内周面）に沿って曲げることが可能な可撓性を有する。このように、例えば、本実施形態におけるトルク制限機構５０は、回転機構４０によって回転駆動軸４２に生じる回転力を、ベルト部５３を介して被駆動軸２４に伝達する手段を有している。なお、ベルト部５３は、回転駆動軸４２（拡径部４４）及び被駆動軸２４のそれぞれに対して、少なくとも一部ずつが掛けられた状態であればよい。また、例えば、ベルト部５３は、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とのうち少なくとも一方の回転軸の曲面状周面の少なくとも一部に沿って巻き付いた状態であればよい。
【００７６】
ベルト部５３は、両端部（第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂ）がＺ方向と直交する方向へ伸びるように折り曲げられている。ベルト部５３の折り曲げ部分（端部）である第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂは、拡径部４４及び被駆動軸２４の周方向の基準位置Ｆを挟むように所定の隙間を空けて対向して配置されている。第一端部５３ａは、調整部５２の一部を介して、端面２１ａから突出した支持部２１ｂの端面に接続されている。第二端部５３ｂは、調整部５２の一部を介して、第二アーム２０の端面２１ａから突出した支持部２１ｃの端面に固定されている。また、ベルト部５３の形状は、例えば、帯状又は線状などである。
【００７７】
拡径部４４と被駆動軸２４とは同一の径を有しているため、拡径部４４の外周面４４ａと被駆動軸２４の外周面２４ａとの間では段差が発生することが無い。このため、伝達部５１と拡径部４４との間、及び、伝達部５１と被駆動軸２４との間には、ほぼ同一の張力及び摩擦力が発生することになる。
【００７８】
本実施形態では、ベルト部５３が金属を用いて形成されているため、ベルト部５３を例えば放電加工などによって容易に作成することができる。また、ベルト部５３が金属を用いて形成される場合、ベルト部５３が導電性を有する構成となるため、ベルト部５３と拡径部４４（回転駆動軸４２）及び被駆動軸２４との間の摩擦によって発生する静電気がベルト部５３に帯電するのを抑制することができる。なお、伝達部５１の形状については、帯状の構成に限られず、例えば線状又は鎖状に形成されていても構わない。
【００７９】
また、調整部５２は、駆動部として駆動素子（第一素子）５４及び駆動素子（第二素子）５６を備えている。
駆動素子５４は、伸縮方向の一方の端部がベルト部５３の第一端部５３ａに接続されている。また、駆動素子５４の他方の端部は、第二アーム２０の端面２１ａから突出した支持部２１ｂに固定されている。したがって、駆動素子５４は、第一端部５３ａと支持部２１ｂとで挟まれた構成となっている。駆動素子５４のうち第一端部５３ａとの接続部分及び支持部２１ｂとの接続部分には、それぞれフレクシャ機構５４ａ及び５４ｂが形成されている。
【００８０】
駆動素子５６は、伸縮方向が駆動素子５４と同一方向となるように配置されている。駆動素子５６は、伸縮方向の一方の端部がベルト部５３の第二端部５３ｂに接続されている。また、駆動素子５６の他方の端部は、第二アーム２０の端面２１ａから突出した支持部２１ｃに固定されている。したがって、駆動素子５６は、第二端部５３ｂと支持部２１ｃとで挟まれた構成となっている。駆動素子５６のうち第二端部５３ｂとの接続部分及び支持部２１ｃとの接続部分には、それぞれフレクシャ機構５６ａ及び５６ｂが形成されている。
【００８１】
駆動素子５４及び駆動素子５６は、ベルト部５３と外周面４４ａ及び２４ａとの間の接触状態を調整可能である。駆動素子５４及び駆動素子５６としては、電歪素子（例えばピエゾ素子）などの電気機械変換素子が用いられている。本実施形態では、駆動素子５４及び駆動素子５６として、圧電素子が用いられた構成を例に挙げて説明する。
【００８２】
駆動素子５４及び駆動素子５６は、電気的には容量素子としての性質を有する。このため、電圧を印加することにより、駆動素子５４及び駆動素子５６には電荷が蓄えられるようになっている。駆動素子５４及び駆動素子５６は、蓄えられた電荷量に応じた伸縮量で、所定の一方向に伸縮する構成である。また、駆動素子５４及び駆動素子５６は、外部からの力の作用によって伸縮すると、内部に電圧が発生する。
【００８３】
なお、駆動素子５４が支持部２１ｂに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部２１ｂに固定された構成であっても良い。同様に、駆動素子５６が支持部２１ｃに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部２１ｃに固定された構成であっても良い。
【００８４】
駆動素子５４には、電源回路５７ａが接続されている。電源回路５７ａは、電池５７ｃを有している。電池５７ｃは、駆動素子５４に対して電圧を供給する電圧源である。電池５７ｃは、駆動素子５４に対して直列に接続されている。電池５７ｃは、内部抵抗５７ｒを有している。
【００８５】
電源回路５７ａには、内部電圧検出器５７が接続されている。内部電圧検出器５７は、内部抵抗５７ｒを含む電池５７ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器５７は、内部抵抗５７ｒを含む電池５７ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子５４の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器５７においては、例えば伸縮によって当該駆動素子５４の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【００８６】
駆動素子５６には、電源回路５８ａが接続されている。電源回路５８ａは、電池５８ｃを有している。電池５８ｃは、駆動素子５６に対して電圧を供給する電圧源である。電池５８ｃは、駆動素子５６に対して直列に接続されている。電池５８ｃは、内部抵抗５８ｒを有している。
【００８７】
また、電源回路５８ａには、内部電圧検出器５８が接続されている。内部電圧検出器５８は、内部抵抗５８ｒを含む電池５８ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器５８は、内部抵抗５８ｒを含む電池５８ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子５６の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器５８においては、例えば伸縮によって当該駆動素子５６の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【００８８】
内部電圧検出器５７は、例えば、駆動素子５４が伸びた場合に負の電圧を検出し、駆動素子５４が縮んだ場合に正の電圧を検出する。また、内部電圧検出器５８は、例えば、駆動素子５６が伸びた場合に負の電圧を検出し、駆動素子５４が縮んだ場合に正の電圧を検出する。勿論、駆動素子５４及び駆動素子５６の伸縮方向と検出する電圧の正負とが上記とは逆の構成であっても構わない。
【００８９】
内部電圧検出器５７の出力先及び内部電圧検出器５８の出力先は、算出器５９に接続されている。算出器５９は、内部電圧検出器５７の出力と、内部電圧検出器５８の出力とを加算する。算出器５９の出力先は、制御部ＣＯＮＴに接続されている。算出器５９による算出結果は、出力信号として制御部ＣＯＮＴに送信される。
【００９０】
なお、制御部ＣＯＮＴは電池５７ｃに対して電圧信号を調整可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池５７ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子５４に印加する電圧を調整可能である。また、電池５７ｃを介して駆動素子５４に印加する電圧を調整することにより、駆動素子５４に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子５４の伸縮量を調整可能である。
【００９１】
また、制御部ＣＯＮＴは電池５８ｃに対して電圧信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池５８ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子５６に印加する電圧を調整可能である。また、電池５８ｃを介して駆動素子５６に印加する電圧を調整することにより、駆動素子５６に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子５６の伸縮量を調整可能である。
【００９２】
例えば、駆動素子５４が伸びると、ベルト部５３の第一端部５３ａが第二端部５３ｂに近づく方向に移動する。このため、ベルト部５３が回転駆動軸４２の拡径部４４及び被駆動軸２４に巻きつき、当該ベルト部５３に張力が加わる。駆動素子５４が縮むと、第一端部５３ａが第二端部５３ｂから離れる方向に移動する。このため、ベルト部５３が拡径部４４及び被駆動軸２４から離れて弛緩する。
【００９３】
同様に、例えば、駆動素子５６が伸びると、ベルト部５３の第二端部５３ｂが第一端部５３ａに近づく方向に移動する。このため、ベルト部５３が回転駆動軸４２の拡径部４４及び被駆動軸２４に巻きつき、当該ベルト部５３に張力が加わる。駆動素子５６が縮むと、第二端部５３ｂが第一端部５３ａから離れる方向に移動する。このため、ベルト部５３が拡径部４４及び被駆動軸２４から離れて弛緩する。
【００９４】
このように、例えば、ベルト部５３は、駆動素子５４及び駆動素子５６の駆動（例、伸縮）によって回転駆動軸４２の径方向及び被駆動軸２４の径方向に力が加えられる。これによって、ベルト部５３と拡径部４４との間、及びベルト部５３と被駆動軸２４との間で、それぞれ摩擦力が生じる。駆動素子５４及び駆動素子５６の駆動量（伸縮量）を調整することで、当該摩擦力を変化させることができ、これによってベルト部５３と拡径部４４との間、及びベルト部５３と被駆動軸２４との間のトルクの許容値を可変とすることができる。
【００９５】
なお、本実施形態は、例えば、駆動素子５４及び駆動素子５６を縮ませることによって、ベルト部５３が拡径部４４及び被駆動軸２４に巻きついて、当該ベルト部５３に張力が加わる構成にしてもよい。そして、本実施形態は、駆動素子５４及び駆動素子５６が伸びることによって、ベルト部５３が拡径部４４及び被駆動軸２４から離れて弛緩する構成にしてもよい。
【００９６】
例えば、制御部ＣＯＮＴにより駆動素子５４のみに電気信号を供給すると、駆動素子５４は変形し、駆動素子５６は変形しない。したがって、第二端部５３ｂは駆動素子５６及び支持部２１ｃに固定されたままであり、第一端部５３ａが基準位置Ｆに対して近づく方向又は基準位置Ｆから遠ざかる方向へ移動する。
【００９７】
上記の場合、ベルト部５３の第一端部５３ａは当該ベルト部５３の張力を制御するための制御端として機能し、ベルト部５３の第二端部５３ｂは当該ベルト部５３を第二アーム２０に固定させる固定端として機能する。また、駆動素子５６のみに電気信号を供給すると、これとは逆に、第一端部５３ａが固定端として機能し、第二端部５３ｂが制御端として機能する。また、駆動素子５４及び駆動素子５６の両方に電気信号を供給することもできる。この場合には、駆動素子５４及び駆動素子５６は、共に制御端として機能する。
【００９８】
このように、駆動素子５４及び駆動素子５６に対して電気信号の供給の有無を選択することにより、第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂを、固定端及び制御端のいずれかに選択することができる。
【００９９】
次に、本実施形態に係るトルク制限機構５０において、回転駆動軸４２から被駆動軸２４へ回転力を伝達し、当該被駆動軸２４にトルクを伝達させる原理を説明する。被駆動軸２４を駆動させる際には、拡径部４４及び被駆動軸２４に巻き掛けられたベルト部５３に有効張力を生じさせ、当該有効張力によって拡径部４４と被駆動軸２４とを連結する。拡径部４４と被駆動軸２４とがベルト部５３によって連結されることで、回転駆動軸４２から被駆動軸２４へとトルクが伝達可能となる。
【０１００】
オイラーの摩擦ベルト理論により、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４に巻き掛けられたベルト部５３の第一端部５３ａ側の張力（Ｔ１）及び第二端部５３ｂ側の張力（Ｔ２）が下記［数１］を満たすとき、ベルト部５３と拡径部４４との間、ベルト部５３と被駆動軸２４との間で、それぞれ摩擦力が生じる。このため、ベルト部５３と、拡径部４４の外周面４４ａ及び被駆動軸２４の外周面２４ａとの間は、それぞれ回転方向の力が作用し合う状態（接触状態）となる。なお、ここでいう摩擦力とは、静止摩擦力及び動摩擦力が含まれる。なお、本実施形態では、ベルト部５３が短手方向に等しい寸法ずつ拡径部４４及び被駆動軸２４に掛けられているため、生じる摩擦力の大きさは、ベルト部５３と外周面４４ａとの間、及び、ベルト部５３と外周面２４ａとの間で、ほぼ等しくなる。
【０１０１】
ベルト部５３は、外周面４４ａ及び外周面２４ａに対して接触状態となったときに、摩擦力によって回転駆動軸４２及び被駆動軸２４と共に移動する。この移動により、回転駆動軸４２から被駆動軸２４にトルクが伝達される。ただし、［数１］において、μはベルト部５３と外周面４４ａ及び外周面２４ａとの間の見かけ上の摩擦係数であり、θはベルト部５３の有効巻き付き角（接触角度）である。有効巻き付け角θについては、図９に示すように、拡径部４４の外周面４４ａ及び被駆動軸２４の外周面２４ａのうちベルト部５３に対して接触状態となりうる部分の範囲である。
【０１０２】
【数１】
【０１０３】
このとき、トルクの伝達に寄与する有効張力は、（Ｔ１−Ｔ２）によって表される。上記［数１］に基づいて有効張力（Ｔ１−Ｔ２）を求めると、［数２］のようになる。［数２］は、Ｔ１を用いて有効張力を表す式である。
【０１０４】
【数２】
【０１０５】
上記［数２］より、回転駆動軸４２から被駆動軸２４に伝達されるトルクは、例えば駆動素子５４の伸縮によってベルト部５３に生じる張力Ｔ１によって一意に決定されることがわかる。［数２］の右辺のＴ１の係数部分は、ベルト部５３と拡径部４４との間における摩擦係数μ、ベルト部５３との間における摩擦係数μ、及び、ベルト部５３の有効巻き付き角θにそれぞれ依存する。
【０１０６】
ここで、トルク制限機構５０においては、回転駆動軸４２とベルト部５３との間に働く力が、回転駆動軸４２の外周面４４ａとベルト部５３との間の最大静止摩擦力よりも小さい場合、回転駆動軸４２とベルト部５３との間には静止摩擦力が発生し、当該静止摩擦力によって回転駆動軸４２からベルト部５３にトルクが伝達される。
【０１０７】
一方、例えば回転駆動軸４２とベルト部５３との間に最大静止摩擦力以上の力が働くと、回転駆動軸４２とベルト部５３との間に滑りが生じる。例えば、回転駆動軸４２とベルト部５３との間に、回転方向についての相対的な移動が発生する。この場合、回転駆動軸４２とベルト部５３との間には動摩擦力が働くため、当該動摩擦力によって回転駆動軸４２からベルト部５３にトルクが伝達される。
【０１０８】
しかしながら、回転駆動軸４２の外周面４４ａとベルト部５３との間の動摩擦係数は、両者の静止摩擦力係数よりも小さいため、静止摩擦力によって伝達されるトルクに比べて、動摩擦力によって伝達されるトルクの大きさは小さくなる。例えば、回転駆動軸４２とベルト部５３との接触状態によっては、回転駆動軸４２がほぼ空回りに近い状態となる場合がある。したがって、回転駆動軸４２とベルト部５３との間に回転方向についての相対的な移動が発生する場合、回転駆動軸４２とベルト部５３との間に静止摩擦力が働く場合に比べて、伝達されるトルクの大きさが小さくなる。このため、トルクの伝達が制限されることになる。
【０１０９】
なお、例えば、トルク制限機構５０は、回転駆動軸４２とベルト部５３との間に対して所定の回転方向に滑りが生じた後、滑りが生じている所定の回転方向とは反対方向にトルクが生じるように、駆動素子５４及び駆動素子５６を駆動させることによって滑りを止めることができる。このように、本実施形態におけるトルク制限機構５０は、上記のような相対的な変位（例、滑り）が生じた場合に、ブレーキ機能として変位を止めることが可能である。
【０１１０】
このように、トルク制限機構５０は、回転駆動軸４２の外周面４４ａとベルト部５３との間に働く力が最大静止摩擦力を超えない場合には、回転駆動軸４２のトルクをベルト部５３に伝達する。また、トルク制限機構５０は、外周面４４ａとベルト部５３との間に働く力が最大静止摩擦力を超える場合には、回転駆動軸４２からベルト部５３へのトルクの伝達を制限する。以上の説明は、被駆動軸２４とベルト部５３との間においても同様に適用される。
【０１１１】
このことを踏まえると、トルク制限機構５０は、回転駆動軸４２からベルト部５３へ伝達されるトルクの閾値（許容値）、及び、ベルト部５３から被駆動軸２４へ伝達されるトルクの閾値（許容値）、を超えるトルクの伝達を制限する機能を有しているといえる。ここで、上記閾値は、回転駆動軸４２の外周面４４ａとベルト部５３との間に働く力が最大静止摩擦力に等しくなるようなトルクの値である。
【０１１２】
図１０は、摩擦係数μを変化させたときの有効巻き付き角θと係数部分の値との関係を示すグラフである。グラフの横軸は有効巻き付き角θを示しており、グラフの縦軸は係数部分の値を示している。図１０に示すように、例えば摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θが３００°以上のときに係数部分の値が０．８以上となっている。
【０１１３】
このことから、摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θを３００°以上とすることにより、駆動素子５４による張力Ｔ１の８０％以上の力が被駆動軸２４のトルクに寄与することがわかる。この巻き付き角（例、１８０°、２７０°、３６０°、３６０°以上）の他、図１０のグラフから、例えばベルト部５３と、拡径部４４及び被駆動軸２４との間の摩擦係数を大きくするほど、係数部分の値が大きくなることが推定される。
【０１１４】
このように、伝達可能なトルクの大きさは駆動素子５４による張力Ｔ１によって一意に決定されることになる。例えば駆動素子５４に用いられるピエゾ素子などは、数ミリ程度の小型素子であっても、数百ニュートン以上の力を出すことができるので、幅広い範囲の大きさのトルクを伝達することができる。したがって、駆動素子５４は、回転駆動軸４２からベルト部５３へ伝達されるトルクの許容値、及び、ベルト部５３から被駆動軸２４へ伝達されるトルクの許容値をそれぞれ可変にする機能を有している。つまり、調整部５２は、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との相対的な変位を生じさせるトルクの許容値を変更することが可能である。
【０１１５】
次に、ロボット装置１００の動作について説明する。図１１〜図１３は、ロボット装置１００の動作の様子を示す図である。図１４は、ロボット装置１００が動作している場合についての、内部電圧検出器５７、内部電圧検出器５８及び算出器５９の出力波形を示すグラフである。
【０１１６】
なお、図１４において、「出力１」は内部電圧検出器５７の出力電圧を示し、「出力２」は内部電圧検出器５８の出力電圧を示し、「出力３」は算出器５９の出力電圧（出力信号）を示す。それぞれのグラフの縦軸は電圧の大きさを示している。また、グラフの横軸は、時間の経過を示している。なお、出力１〜出力３のグラフは、横方向において３つの異なる場合（グラフ（１）〜グラフ（３））について示している。
【０１１７】
まず、図１１に示すように、ベルト部５３が回転駆動軸４２の拡径部４４の外周面４４ａと被駆動軸２４の外周面２４ａとに亘って掛けられた状態とする。この状態から、制御部ＣＯＮＴは、図１２に示すように、ベルト部５３の第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂがそれぞれ基準位置Ｆに近づくように駆動素子５４及び駆動素子５６に対して電気信号を供給する。
【０１１８】
この電気信号の供給により、ベルト部５３においては、拡径部４４の外周面４４ａ及び被駆動軸２４の外周面２４ａに共に巻かれた状態で第一端部５３ａ側には張力Ｔ１が発生し、第二端部５３ｂ側には張力Ｔ２が発生する。したがって、ベルト部５３に有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生し、ベルト部５３と拡径部４４との間、ベルト部５３と被駆動軸２４との間が、それぞれ接触状態となる。
【０１１９】
制御部ＣＯＮＴは、ベルト部５３に有効張力を発生させた状態を保持しつつ、回転機構４０の回転駆動源４１を作動させる。この動作により、ベルト部５３と拡径部４４の外周面４４ａとの間に摩擦力が発生し、ベルト部５３が外周面４４ａの周方向に引っ張られて移動しようとする。そして、ベルト部５３が移動しようとする際には、ベルト部５３と被駆動軸２４の外周面２４ａとの間に摩擦力が発生し、当該摩擦力によって被駆動軸２４が外周面２４ａの周方向に回転する。
【０１２０】
したがって、図１３に示すように、回転駆動軸４２（拡径部４４）の回転によってベルト部５３が移動すると共に、当該ベルト部５３の移動によって被駆動軸２４が外周面２４ａの周方向に回転する。このようにして、回転駆動軸４２（拡径部４４）の回転力が被駆動軸２４に伝達され、被駆動軸２４が回転する。
【０１２１】
制御部ＣＯＮＴは、この被駆動軸２４の駆動動作において、駆動素子５４及び駆動素子５６は、伸縮方向に相補的に変形させる。例えば、駆動素子５４を伸ばす場合には駆動素子５６が同量だけ縮ませ、駆動素子５４が縮ませる場合には駆動素子５６が同量だけ伸ばす。
【０１２２】
このとき、駆動素子５４及び駆動素子５６の伸縮により、当該駆動素子５４及び駆動素子５６の内部に電圧が発生する。この電圧は、内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８によって検出される。例えば、図１４のグラフ（１）に示すように、内部電圧検出器５７においては、出力１として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器５８においては、出力２として負の電圧値が検出される。ここでは、出力１の振幅と出力２の振幅とが等しいため、正負が反転した状態の２つの波形が検出される。また、算出器５９においては、内部電圧検出器５７の検出結果と内部電圧検出器５８の検出結果との和（出力３）が出力信号として検出されるため、ゼロの電圧値が検出される。
【０１２３】
なお、上記動作において、制御部ＣＯＮＴは、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４の配置状態に応じて調整部５２による接触状態を調整する。ここで、配置状態とは、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４の位置、姿勢及び相対的な位置関係のうち少なくとも一つを含む。なお、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間の相対的な位置関係は、第一アーム１０及び第二アーム２０の位置、姿勢及び相対的な位置関係に基づく。
【０１２４】
例えば、第二アーム２０を一定の速度で一定の角度だけ移動させようとする場合、連結部３０を基準として第二アーム２０に対して作用するモーメント（例、重力モーメント）の大きさによって、被駆動軸２４に対して伝達されるトルクの大きさを調整する必要が生じる。
【０１２５】
図１５及び図１６は、第一アーム１０と第二アーム２０との間の位置関係を模式的に示す図である。
第二アーム２０が位置Ｐ１に配置されている場合（図１５参照）と、第二アーム２０が位置Ｐ２に配置されている場合（図１６参照）とでは、位置Ｐ２に配置されている場合の第二アーム２０の先端のモーメントＭ２の方が、位置Ｐ１に配置されている場合の第二アーム２０の先端のモーメントＭ１よりも大きい。
【０１２６】
したがって、第二アーム２０を一定の速度で一定の角度だけ移動させる回転動作の場合において、位置Ｐ２に配置された第二アーム２０を移動させるときには、位置Ｐ１に配置された第二アーム２０を移動させるときに比べて、被駆動軸２４に伝達すべきトルクの大きさを大きくする必要がある。
【０１２７】
ここで、単に回転機構４０の回転駆動源４１の出力を大きくすると、回転駆動軸４２とベルト部５３、ベルト部５３と被駆動軸２４との接触状態によっては、トルクの許容値を超えてしまう場合がある。この場合、回転駆動軸４２からのトルクの伝達が制限されるため、トルクの許容値を大きくしておく必要がある。オイラーの摩擦ベルト理論に従うと、制御部ＣＯＮＴは、調整部５２を用いて張力Ｔ１及びＴ２を調整することで、トルクの許容値の大きさを調整可能である。
【０１２８】
本実施形態では、予め実験やシミュレーションなどを行い、第一アーム１０及び第二アーム２０の位置、姿勢及び相対的な位置関係に応じたトルクの許容値、例えば、最適な有効巻き付き角θ、若しくは、最適な張力Ｔ１及び張力Ｔ２を予め算出し、算出したこれらの結果を駆動情報として例えば制御部ＣＯＮＴの記憶部などに記憶させておくようにする。
【０１２９】
その上で、制御部ＣＯＮＴは、第一アーム１０及び第二アーム２０に設けられたセンサにより、第一アーム１０の位置及び姿勢、第二アーム２０の位置及び姿勢を求め、このセンサによる結果と記憶された上記駆動情報とを用いて最適な有効巻き付き角θ、若しくは、最適な張力Ｔ１及び張力Ｔ２を決定する。
【０１３０】
また、第二アーム２０に対して回転方向の一方向（例、−θＺ方向：図９等参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間に−θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂに対して、それぞれ−θＺ方向の力として作用する。
【０１３１】
第一端部５３ａに−θＺ方向の力が作用すると、駆動素子５４が弾性変形し、第一端部５３ａが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第二端部５３ｂに−θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部５３のうち第二端部５３ｂ側の部分が回転駆動軸４２及び被駆動軸２４との摩擦が小さいため、第二端部５３ｂはほとんど移動せず、駆動素子５６はほとんど変形しない。この結果、第一端部５３ａと第二端部５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間に滑りが生じる。
【０１３２】
このときの内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８の検出結果は、図１４のグラフ（２）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器５７においては、出力１として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器５８においては、出力２として負の電圧値が検出される。ここでは、出力１の値が出力２の値よりも絶対値が大きいため、算出器５９では、出力３として、正の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０１３３】
また、第二アーム２０に対して回転方向の他方向（例、＋θＺ方向：図９等参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間に＋θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂに対して、それぞれ＋θＺ方向の力として作用する。
【０１３４】
第二端部５３ｂに＋θＺ方向の力が作用すると、駆動素子５６が弾性変形し、第二端部５３ｂが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第一端部５３ａに＋θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部５３のうち第一端部５３ａ側の部分が回転駆動軸４２及び被駆動軸２４との摩擦が小さいため、第一端部５３ａはほとんど移動せず、駆動素子５４はほとんど変形しない。この結果、第一端部５３ａと第二端部５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間に滑りが生じる。
【０１３５】
このときの内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８の検出結果は、図１４のグラフ（３）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器５７においては、出力１として負の電圧値が検出され、内部電圧検出器５８においては、出力２として正の電圧値が検出される。ここでは、出力２の値が出力１の値よりも絶対値が大きいため、算出器５９では、出力３として、負の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０１３６】
上記のように、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間に滑りが生じると、回転駆動軸４２のトルクが被駆動軸２４に伝達されること無く、回転駆動軸４２又は被駆動軸２４が空回りし、当該回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間に相対的な変位が生じる。
【０１３７】
そして、制御部ＣＯＮＴは、出力３（出力信号）が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間に相対的な変位が生じたか否か（相対位置情報）を判断する。この閾値として、例えば、正側については、駆動素子５４及び駆動素子５６の駆動時の電気信号の最大値よりも大きい値（＋α）を設定することができ、負側については、駆動素子５４及び駆動素子５６の駆動時の電気信号の最小値よりも小さい値（−α）を設定することができる。
【０１３８】
したがって、制御部ＣＯＮＴは、出力３が所定の閾値を超えている場合には、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間に相対的な変位が生じたと判断する。また、制御部ＣＯＮＴは、出力３が所定の閾値を超えていない場合には、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間に相対的な変位が生じていないと判断する。
【０１３９】
なお、出力３が正の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力３が閾値＋αよりも大きな値である場合に、閾値を超えたと判断する。また、出力３が負の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力３が閾値−αよりも小さな値である場合に、閾値を超えたと判断する。
【０１４０】
また、制御部ＣＯＮＴは、出力３の正負に基づき、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間に相対的な変位の方向（相対位置情報）を検出することができる。例えば、出力３が正の電圧値である場合、回転駆動軸４２が被駆動軸２４に対して、一方向（例、−θＺ方向：図９等参照）に変位していると判断することができる。また、出力３が負の電圧値である場合、回転駆動軸４２が被駆動軸２４に対して、回転方向において上記一方向とは反対の他方向（例、＋θＺ方向：図９等参照）に変位していると判断することができる。
【０１４１】
なお、トルクの許容値を変更させながら駆動を行わせる際に、制御部ＣＯＮＴは、必ずしも駆動素子５４及び駆動素子５６を伸縮方向に相補的に変形させない場合がある。例えば、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子５４の変形量と駆動素子５６の変形量とが異なるように駆動素子５４及び駆動素子５６の変形量を調整する場合がある。このため、算出器５９で検出される出力３は必ずしもゼロにはならず、正の電圧値である場合、若しくは、負の電圧値である場合がある。しかしながら、この場合の電圧値は、閾値を超えない値であるため、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間の相対的な変位を判断する際の妨げとはならない。
【０１４２】
以上のように、本実施形態によれば、回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達可能なトルク制限機構５０であって、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とのうち少なくとも一方の回転軸に対して接触可能に設けられ、駆動素子５４及び駆動素子５６によって該回転軸の径方向に力（例、張力）が加えられた状態で回転軸の周面に接触することによって回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達する伝達部５１と、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とに対して相対的な変位を生じさせる許容値が可変となるように、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とのうち少なくとも一方に対する伝達部５１の接触状態を調整可能な調整部５２とを備えるので、オイラーの摩擦ベルト理論により、ベルト部５３の第一端部５３ａ側の張力によってトルクの許容値が一意に決定されることになる。したがって、幅広い範囲の大きさのトルクを被駆動軸２４に伝達させることができる。これにより、高い剛性を実現可能である。また、許容値を超えるトルクに対しては当該トルクの伝達を制限することができるので、外部の衝撃などに対して柔軟な構成を実現可能となる。これにより、剛性及び柔軟性を備える小型のトルク制限機構５０を提供することができる。
【０１４３】
また、本実施形態に係るトルク制限機構５０は、駆動素子５４及び駆動素子５６の変位によって生じる出力信号を検出する算出器５９を有し、制御部ＣＯＮＴが当該算出器５９による算出結果に基づいて、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間の滑りとその方向を検出することができる構成であるため、回転駆動軸４２と被駆動軸２４と間の相対的な変位を判断することができる。
【０１４４】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態を説明する。
本実施形態では、ロボット装置におけるトルク制限機構が円筒状に形成された被駆動軸の内部に配置された構成となっている点で、第三実施形態とは異なっている。以下、当該相違点を中心に説明する。
【０１４５】
図１７は、本実施形態に係るロボット装置２００の一部の構成を示す図である。
図１７に示すように、ロボット装置２００は、第一アーム２１０、第二アーム２２０及び制御部ＣＯＮＴを有している。第一アーム２１０及び第二アーム２２０は、連結部２３０において連結されている。
【０１４６】
連結部２３０には、回転機構２４０及びトルク制限機構２５０を有する駆動装置２６０が設けられている。駆動装置２６０は、連結部２３０を基準として第二アーム２２０を回転させる。制御部ＣＯＮＴは、第一アーム２１０及び第二アーム２２０を含めたロボット装置２００の動作を統括的に制御する。
【０１４７】
第一アーム２１０は、基部２１１、軸受部２１２（２１２ａ及び２１２ｂ）を有している。軸受部２１２は、基部２１１の端面２１１ａ上に設けられている。第二アーム２２０は、基部２２１、軸受部２２２及び被駆動軸（回転軸）２２４を有している。軸受部２２２（図１６において一転鎖線で示す）は、基部２２１の端面２２１ａ上に設けられている。
【０１４８】
第一アーム２１０の軸受部２１２ｂ及び第二アーム２２０の軸受部２２２は、回転機構２４０の回転駆動軸（回転軸）２４２を回転可能に支持する。なお、回転駆動軸２４２は、円筒状に形成されている。回転駆動軸２４２は、一方の端部が回転駆動源２４１に接続されており、他方の端部が上記軸受部２１２ｂ及び２２２に支持されている。回転駆動軸２４２は、回転駆動源２４１の回転力を受けて円周方向に回転可能となっている。回転機構２４０には、例えばエンコーダなどの回転方向検出器２４６が設けられている。回転方向検出器２４６は、回転駆動軸２４２の回転方向及び被駆動軸２２４の回転方向（例、＋θＺ方向又は−θＺ方向）を個別に検出可能である。
【０１４９】
第一アーム２１０の軸受部２１２ａは、被駆動軸２２４を回転可能に支持する。被駆動軸２２４は、円筒状に形成されており、軸受部２２２に固定されている。被駆動軸２２４は、内周面２２４ｂを有している。被駆動軸２２４の内周面２２４ｂは、回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂと同一の径となるように形成されている。
【０１５０】
図１８は、トルク制限機構２５０の構成を示す図である。
図１８に示すように、トルク制限機構２５０は、伝達部２５１及び調整部２５２を備えている。伝達部２５１はベルト部２５３を有している。ベルト部２５３は、帯状に形成されており、被駆動軸２２４の内周面２２４ｂ及び回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂに沿って設けられている。したがって、伝達部２５１は、回転駆動軸２４２と被駆動軸２２４とのうち少なくとも一方の回転軸の内周面に巻き付いて、回転駆動軸２４２の回転力を被駆動軸２２４に伝達する。
【０１５１】
ベルト部２５３は、被駆動軸２２４の内周面２２４ｂ及び回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂに接触可能に形成されている。例えば、ベルト部２５３は、内周面２２４ｂに沿って配置させたときに形状が崩れない程度の剛性を有すると共に、内周面２２４ｂに対して被駆動軸２２４の軸方向（例えばＺ方向）とは異なる方向（例、被駆動軸２２４の径方向など）に押圧させられたときに内周面２２４ｂの形状に従って変形し当該内周面２２４ｂとの間に摩擦力が生じる程度の弾性を有するように形成されている。
【０１５２】
また、例えば、ベルト部２５３は、内周面２４２ｂに沿って配置させたときに形状が崩れない程度の剛性を有すると共に、内周面２４２ｂに対して回転駆動軸２４２の軸方向（例えばＺ方向）とは異なる方向（例、回転駆動軸２４２の径方向など）に押圧させられたときに内周面２４２ｂの形状に従って変形し当該内周面２４２ｂとの間に摩擦力が生じる程度の弾性を有するように形成されている。
【０１５３】
このように、ベルト部２５３は、回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂと被駆動軸２２４の内周面２２４ｂとの間に跨って当接されている。ベルト部２５３は、内周面２４２ｂ及び内周面２２４ｂに沿って湾曲された状態となっている。なお、ベルト部２５３は、回転駆動軸２４２（内周面２４２ｂ）及び被駆動軸２２４（内周面２２４ｂ）のそれぞれに対して、少なくとも一部ずつが接触された状態であればよい。
【０１５４】
回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂと被駆動軸２２４の内周面２２４ｂとは同一の径を有しているため、内周面２４２ｂと内周面２２４ｂとの間では段差が発生することが無い。このため、ベルト部２５３と回転駆動軸２４２との間、及び、ベルト部２５３と被駆動軸２２４との間には、ほぼ同一の張力及び摩擦力が発生することになる。
【０１５５】
ベルト部２５３は、両端部（第一端部２５３ａ及び第二端部２５３ｂ）が折り曲げられた状態になっている。第一端部２５３ａ及び第二端部２５３ｂは、それぞれ調整部２５２に接続されている。
【０１５６】
調整部２５２は、駆動部として駆動素子（第一素子）２５４及び駆動素子（第二素子）２５６を備えている。
駆動素子２５４は、伸縮方向の一方の端部がベルト部２５３の第一端部２５３ａに接続されている。また、駆動素子２５４の他方の端部は、支持部２５５ｃに固定されている。したがって、駆動素子２５４は、第一端部２５３ａと支持部２５５ｃとで挟まれた構成となっている。駆動素子２５４のうち第一端部２５３ａとの接続部分及び支持部２５５ｃとの接続部分には、それぞれフレクシャ機構（不図示）が形成されている。
【０１５７】
駆動素子２５６は、伸縮方向が駆動素子２５４と同一方向となるように配置されている。駆動素子２５６は、伸縮方向の一方の端部がベルト部２５３の第二端部２５３ｂに接続されている。また、駆動素子２５６の他方の端部は、支持部２５５ｃに固定されている。したがって、駆動素子２５６は、第二端部２５３ｂと支持部２５５ｃとで挟まれた構成となっている。駆動素子２５６のうち第二端部２５３ｂとの接続部分及び支持部２５５ｃとの接続部分には、それぞれフレクシャ機構（不図示）が形成されている。
【０１５８】
なお、駆動素子２５４が支持部２５５ｃに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部２５５ｃに固定された構成であっても良い。同様に、駆動素子２５６が支持部２５５ｃに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部２５５ｃに固定された構成であっても良い。
【０１５９】
駆動素子２５４及び駆動素子２５６としては、電歪素子（例えばピエゾ素子）などの電気機械変換素子が用いられている。本実施形態では、駆動素子２５４及び駆動素子２５６として、例えば第三実施形態と同一構成の圧電素子が用いられた構成を例に挙げて説明する。
【０１６０】
駆動素子２５４には、電源回路２５７ａが接続されている。電源回路２５７ａは、電池２５７ｃを有している。電池２５７ｃは、駆動素子２５４に対して電圧を供給する電圧源である。電池２５７ｃは、駆動素子２５４に対して直列に接続されている。電池２５７ｃは、内部抵抗２５７ｒを有している。
【０１６１】
電源回路２５７ａには、内部電圧検出器２５７が接続されている。内部電圧検出器２５７は、内部抵抗２５７ｒを含む電池２５７ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器２５７は、内部抵抗２５７ｒを含む電池２５７ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子２５４の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器２５７においては、例えば伸縮によって当該駆動素子２５４の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【０１６２】
駆動素子２５６には、電気回路２５８ａが接続されている。電気回路２５８ａは、電池２５８ｃを有している。電池２５８ｃは、駆動素子２５６に対して電圧を供給する電圧源である。電池２５８ｃは、駆動素子２５６に対して直列に接続されている。電池２５８ｃは、内部抵抗２５８ｒを有している。
【０１６３】
また、電気回路２５８ａには、内部電圧検出器２５８が接続されている。内部電圧検出器２５８は、内部抵抗２５８ｒを含む電池２５８ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器２５８は、内部抵抗２５８ｒを含む電池２５８ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子２５６の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器２５８においては、例えば伸縮によって当該駆動素子２５６の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【０１６４】
なお、制御部ＣＯＮＴは電池２５７ｃ及び電池２５８ｃに対して電圧信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池２５７ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子２５４に印加する電圧を調整可能である。また、電池２５７ｃを介して駆動素子２５４に印加する電圧を調整することにより、駆動素子２５４に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子２５４の伸縮量を調整可能である。
【０１６５】
また、制御部ＣＯＮＴは電池２５８ｃに対して電圧信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池２５８ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子２５６に印加する電圧を調整可能である。また、電池２５８ｃを介して駆動素子２５６に印加する電圧を調整することにより、駆動素子２５６に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子２５６の伸縮量を調整可能である。
【０１６６】
上記第三実施形態と同様に、駆動素子２５４及び駆動素子２５６の駆動量（伸縮量）を調整することで、ベルト部２５３と回転駆動軸２４２との間、及びベルト部２５３と被駆動軸２２４との間に生じる摩擦力（静止摩擦力）を変化させることができ、これによってベルト部２５３と回転駆動軸２４２との間、及びベルト部２５３と被駆動軸２２４との間のトルクの許容値を可変とすることができる。
【０１６７】
内部電圧検出器２５７の出力先及び内部電圧検出器２５８の出力先は、算出器２５９に接続されている。算出器２５９は、内部電圧検出器２５７の出力と、内部電圧検出器２５８の出力とを加算する。算出器２５９の出力先は、制御部ＣＯＮＴに接続されている。算出器２５９による算出結果は、出力信号として制御部ＣＯＮＴに送信される。
【０１６８】
駆動素子２５４及び駆動素子２５６に電気信号を供給すると、当該駆動素子２５４及び駆動素子２５６が伸びるように変形し、当該変形による力が作用する。この力は、ベルト部２５３の第一端部２５３ａを内周面２２４ｂ側（及び内周面２４２ｂ側）へ押圧する。このため、ベルト部２５３の第一端部２５３ａ及び第二端部２５３ｂは、基準位置Ｆから離れる方向に移動し、ベルト部２５３が内周面２２４ｂ（及び内周面２４２ｂ側）に接触した状態となる。
【０１６９】
一方、この状態から駆動素子２５４及び駆動素子２５６に対する電気信号の供給が停止されると、当該駆動素子２５４及び駆動素子２５６が収縮するように変形する。この変形により、第一端部２５３ａ及び第二端部２５３ｂが基準位置Ｆに近づく方向に移動する。なお、本実施形態は、例えば、駆動素子２５４及び駆動素子２５６を縮ませることによって、ベルト部２５３が内周面２４２ｂ及び内周面２２４ｂに押圧されて、当該ベルト部２５３に押圧力が加わる構成にしてもよい。そして、本実施形態は、駆動素子２５４が伸ばすことによって、ベルト部２５３が内周面２４２ｂ及び内周面２２４ｂから離れて弛緩する構成にしてもよい。なお、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子２５４及び駆動素子２５６に対して、個別に電気信号の供給及び供給の停止を切り替えることができる。したがって、駆動素子２５４及び駆動素子２５６のうち一方のみに対して電気信号を供給し、若しくは、供給を停止することで、ベルト部２５３を内周面２２４ｂ（及び内周面２４２ｂ）に接触させたり、弛緩させたりすることができる。
【０１７０】
次に、トルク制限機構２５０の動作を説明する。
本実施形態に係るトルク制限機構２５０において、被駆動軸２２４を駆動させる時に、被駆動軸２２４の内周面２２４ｂにベルト部２５３を押圧した状態で有効押圧力を生じさせ、当該有効押圧力によって被駆動軸２２４にトルクを伝達する。
【０１７１】
第三実施形態において説明したオイラーの摩擦ベルト理論は、この場合においても適用することができる。この理論に従えば、トルク制限機構２５０は、回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂとベルト部２５３との間に働く力が最大静止摩擦力を超えない場合には、回転駆動軸２４２のトルクをベルト部２５３に伝達する。また、トルク制限機構２５０は、内周面２４２ｂとベルト部２５３との間に働く力が最大静止摩擦力を超える場合には、回転駆動軸２４２からベルト部２５３へのトルクの伝達を制限する。以上の説明は、被駆動軸２２４とベルト部２５３との間においても同様に適用される。
【０１７２】
このことを踏まえると、トルク制限機構２５０は、回転駆動軸２４２からベルト部２５３へ伝達されるトルクの閾値（許容値）、及び、ベルト部２５３から被駆動軸２２４へ伝達されるトルクの閾値（許容値）、を超えるトルクの伝達を制限する機能を有しているといえる。ここで、上記閾値は、回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂとベルト部５３との間に働く力が最大静止摩擦力に等しくなるようなトルクの値、又は被駆動軸２２４の内周面２２４ｂとベルト部５３との間に働く力が最大静止摩擦力に等しくなるようなトルクの値である。なお、調整部２５２は、回転駆動軸２４２と被駆動軸２２４との相対的な変位を生じさせるトルクの許容値を変更することが可能である。また、本実施形態における効果や機能は、上記の第三実施形態と同様である。
【０１７３】
次に、ロボット装置２００の動作について説明する。図１９は、ロボット装置２００が動作している場合についての、内部電圧検出器２５７、内部電圧検出器２５８及び算出器２５９の出力波形を示すグラフである。
【０１７４】
なお、図１９において、「出力４」は内部電圧検出器２５７の出力電圧を示し、「出力５」は内部電圧検出器２５８の出力電圧を示し、「出力６」は算出器２５９の出力電圧（出力信号）を示す。それぞれのグラフの縦軸は電圧の大きさを示している。また、グラフの横軸は、時間の経過を示している。なお、出力４〜出力６のグラフは、横方向において３つの異なる場合（グラフ（４）〜グラフ（６））について示している。
【０１７５】
まず、ベルト部２５３が回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂと被駆動軸２２４の内周面２２４ｂとに跨って配置された状態とする。この状態から、制御部ＣＯＮＴは、ベルト部２５３の第一端部２５３ａと第二端部２５３ｂとが基準位置Ｆから離れるように駆動素子２５４及び駆動素子２５６を変形（伸長）させる。この動作により、ベルト部２５３が内周面２４２ｂ及び内周面２２４ｂに共に押し当てられた状態で第一端部２５３ａ側には押圧力Ｆ１が発生し、第二端部２５３ｂ側には押圧力Ｆ２が発生する。したがって、ベルト部２５３に有効張力が発生する。
【０１７６】
制御部ＣＯＮＴは、ベルト部２５３に有効張力を発生させた状態を保持しつつ、回転機構２４０の回転駆動源２４１を作動させる。この動作により、ベルト部２５３と内周面２４２ｂとの間に摩擦力が発生し、ベルト部２５３が内周面２４２ｂの周方向に引っ張られて移動しようとする。加えて、ベルト部２５３が移動しようとする際には、ベルト部２５３と被駆動軸２２４の内周面２２４ｂとの間に摩擦力が発生し、当該摩擦力によって被駆動軸２２４が内周面２２４ｂの周方向に回転する。
【０１７７】
したがって、回転駆動軸２４２の回転によってベルト部２５３が移動すると共に、当該ベルト部２５３の移動によって被駆動軸２２４が内周面２２４ｂの周方向に回転する。このようにして、回転駆動軸２４２の回転力が被駆動軸２２４に伝達され、被駆動軸２２４が回転する。
【０１７８】
このとき、駆動素子２５４及び駆動素子２５６の伸縮により、当該駆動素子２５４及び駆動素子２５６の内部に電圧が発生する。この電圧は、内部電圧検出器２５７及び内部電圧検出器２５８によって検出される。例えば、図１９のグラフ（４）に示すように、内部電圧検出器２５７においては、出力４として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器２５８においては、出力５として負の電圧値が検出される。ここでは、出力４の振幅と出力５の振幅とが等しいため、正負が反転した状態の２つの波形が検出される。また、算出器２５９においては、内部電圧検出器２５７の検出結果と内部電圧検出器２５８の検出結果との和（出力６）が出力信号として検出されるため、ゼロの電圧値が検出される。
【０１７９】
上記の動作において、調整部２５２は、駆動素子２５４（伝達部２５１）の張力を変えることによって接触状態を調整する。また、駆動素子２５４（伝達部２５１）は、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４のうち少なくとも一方（上記例においては、被駆動軸２２４）に対する回転方向への外力に応じて伝達部２５１の張力を調整する。この調整動作により、回転駆動軸２４２からベルト部２５３に、また、ベルト部２５３から被駆動軸２２４に伝達されるトルクの許容値を変更することができる。
【０１８０】
また、例えばベルト部２５３と内周面２４２ｂ及び内周面２２４ｂとの間が接触状態となっているときに、被駆動軸２２４に対して衝撃などの外力が加えられる場合がある。これに対して、本実施形態におけるトルク制限機構２５０は、衝突の衝撃による力がベルト部２５３と内周面２４２ｂ及び内周面２２４ｂとの間の最大静止摩擦力（トルクの許容値）を超える場合には、被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に相対的な変位（滑り）が生じ、トルクの伝達が制限されることになる。
【０１８１】
ここで、被駆動軸２２４に対して−θＺ方向（図１８参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に−θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部２５３ａ及び第二端部２５３ｂに対して、それぞれ−θＺ方向の力として作用する。
【０１８２】
第一端部２５３ａに−θＺ方向の力が作用すると、駆動素子２５４が弾性変形し、第一端部２５３ａが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第二端部２５３ｂに−θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部２５３のうち第二端部２５３ｂ側の部分が回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂに押し当てられているため、第二端部２５３ｂはほとんど移動せず、駆動素子２５６はほとんど変形しない。この結果、第一端部２５３ａと第二端部２５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部２５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に滑りが生じる。
【０１８３】
このときの内部電圧検出器２５７及び内部電圧検出器２５８の検出結果は、図１９のグラフ（５）の値を示すようになる。例えば、内部電圧検出器２５７においては、出力４として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器２５８においては、出力５として負の電圧値が検出される。ここでは、出力４の値が出力５の値よりも絶対値が大きいため、算出器２５９では、出力６として、正の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０１８４】
また、被駆動軸２２４に対して＋θＺ方向（図１８参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に＋θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部２５３ａ及び第二端部２５３ｂに対して、それぞれ＋θＺ方向の力として作用する。
【０１８５】
第二端部２５３ｂに＋θＺ方向の力が作用すると、駆動素子２５４が弾性変形し、第二端部２５３ｂが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第一端部２５３ａに＋θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部２５３のうち第一端部２５３ａ側の部分が回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂに押し当てられているため、第一端部２５３ａはほとんど移動せず、駆動素子２５６はほとんど変形しない。この結果、第一端部２５３ａと第二端部２５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部２５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に滑りが生じる。
【０１８６】
上記のように、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に滑りが生じると、回転駆動軸２４２のトルクが被駆動軸２２４に伝達されること無く、回転駆動軸２４２又は被駆動軸２２４が空回りし、当該回転駆動軸２４２と被駆動軸２２４との間に相対的な変位が生じる。
【０１８７】
このときの内部電圧検出器２５７及び内部電圧検出器２５８の検出結果は、図１９のグラフ（６）と同様の値を示すようになる。例えば、内部電圧検出器２５７においては、出力４として負の電圧値が検出され、内部電圧検出器２５８においては、出力５として正の電圧値が検出される。ここでは、出力５の値が出力４の値よりも絶対値が大きいため、算出器２５９では、出力６として、負の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０１８８】
制御部ＣＯＮＴは、出力６が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、回転駆動軸２４２と被駆動軸２２４との間に相対的な移動が生じたか否か（相対位置情報）を判断する。この閾値として、例えば、正側については、駆動素子２５４及び駆動素子２５６の駆動時の電気信号の最大値よりも大きい値（＋β）を設定することができ、負側については、駆動素子２５４及び駆動素子２５６の駆動時の電気信号の最小値よりも小さい値（−β）を設定することができる。
【０１８９】
したがって、制御部ＣＯＮＴは、出力６が所定の閾値を超えている場合には、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に滑り（相対的な移動）が生じたと判断する。また、制御部ＣＯＮＴは、出力６が所定の閾値を超えていない場合には、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間には滑り（相対的な移動）が生じていないと判断する。
【０１９０】
なお、出力６が正の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力６が閾値＋βよりも大きな値である場合に、閾値を超えたと判断する。また、出力６が負の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力３が閾値−βよりも小さな値である場合に、閾値を超えたと判断する。
【０１９１】
また、制御部ＣＯＮＴは、出力６の正負に基づき、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間の相対的な移動方向（相対位置情報）を検出することができる。例えば、出力６が正の電圧値である場合、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４がベルト部２５３に対して、一方向（例、−θＺ方向：図１８参照）に移動していると判断することができる。また、出力６が負の電圧値である場合、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４がベルト部２５３に対して、回転方向において上記一方向とは反対の他方向（例、＋θＺ方向：図１８参照）に移動していると判断することができる。
【０１９２】
なお、トルクの許容値を変更させながら駆動を行わせる際に、制御部ＣＯＮＴは、必ずしも駆動素子２５４及び駆動素子２５６を伸縮方向に相補的に変形させない場合がある。例えば、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子２５４の変形量と駆動素子２５６の変形量とが異なるように駆動素子２５４及び駆動素子２５６の変形量を調整する場合がある。このため、算出器２５９で検出される出力３は必ずしもゼロにはならず、正の電圧値である場合、若しくは、負の電圧値である場合がある。しかしながら、この場合の電圧値は、閾値を超えない値であるため、回転駆動軸２４２と被駆動軸２２４との間の相対的な変位を判断する際の妨げとはならない。
【０１９３】
以上のように、本実施形態では、円筒状の被駆動軸２２４の内側にトルク制限機構２５０が配置されている場合であっても、オイラーの摩擦ベルト理論により、ベルト部２５３に付加する一方の押圧力によってトルクが一意に決定されることになる。したがって、小型のトルク制限機構２５０であっても、高いトルクを被駆動軸２２４に作用させることができる。これにより、高い剛性を実現可能である。また、許容値を超えるトルクに対しては当該トルクの伝達を制限することができるので、外部の衝撃などに対して柔軟な構成を実現可能となる。これにより、剛性及び柔軟性を備える小型のトルク制限機構２５０を提供することができる。また、本実施形態におけるトルク制限機構２５０は、少なくとも伝達部２５１を回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂ又は被駆動軸２２４の内周面２２４ｂに配置することによって、グリースなどの流体による影響を低減できる。
【０１９４】
更に、本実施形態に係るトルク制限機構２５０は、トルクの許容値を可変とすることができるため、被駆動軸２２４の動作に応じて最適なトルクの許容値を設定することができる。これにより、被駆動軸２２４に対して多彩な動作を行わせることができる。
【０１９５】
また、本実施形態に係る駆動装置２６０は、剛性及び柔軟性を備え、被駆動軸２２４に対して多彩な動作を行わせることができるトルク制限機構２５０と、回転駆動軸２４２を回転させる回転機構２４０とを備えるので、幅広い分野に適用することができる。
【０１９６】
また、本実施形態に係るロボット装置２００は、剛性及び柔軟性を備える小型のトルク制限機構２５０を動力伝達機構として備えるため、狭いスペースであっても適用することができ、パワー及び精密さに優れると共に、耐衝撃性に優れたものとなる。
【０１９７】
また、本実施形態に係るトルク制限機構２５０は、駆動素子２５４及び駆動素子２５６の変位によって生じる出力信号を検出する算出器２５９を有し、制御部ＣＯＮＴが当該算出器２５９による算出結果に基づいて、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間の滑りとその方向を検出することができる構成であるため、回転駆動軸２４２と被駆動軸２２４との間の相対的な変位を判断することができる。
【０１９８】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態を説明する。
図２０は、本実施形態に係るロボット装置３００の一部の構成を示す図である。
図２０に示すように、ロボット装置３００は、第一アーム３１０、第二アーム３２０及び制御部ＣＯＮＴを備えている。
【０１９９】
連結部３３０には、回転機構３４０及びトルク制限機構３５０を有する駆動装置３６０が設けられている。駆動装置３６０は、連結部３３０を基準として第二アーム３２０を回転させる。制御部ＣＯＮＴは、第一アーム３１０及び第二アーム３２０を含めたロボット装置３００の動作を統括的に制御する。
【０２００】
第一アーム３１０は、基部３１１、軸受部３１２を有している。軸受部３１２は、基部３１１の端面３１１ａ上に設けられている。第二アーム３２０は、基部３２１及び軸受部３２２を有している。軸受部３２２は、基部３２１の端面３２１ａ上に設けられている。
【０２０１】
軸受部３１２及び軸受部３２２は、回転機構３４０の回転駆動軸（回転軸）３４２を回転可能に支持する。回転駆動軸３４２は、例えば円柱状若しくは円筒状に形成されている。回転駆動軸３４２は、一方の端部が回転駆動源３４１に接続されており、他方の端部が上記軸受部３１２及び３２２に支持されている。回転駆動軸３４２は、回転駆動源３４１の回転力を受けて円周方向に回転可能となっている。回転機構３４０には、例えばエンコーダなどの回転方向検出器３４６が設けられている。回転方向検出器３４６は、回転駆動軸３４２の回転方向（例、＋θＺ方向又は−θＺ方向）を検出可能である。なお、トルク制限機構３５０は、上述の実施形態におけるトルク制限機構と同様である。
【０２０２】
図２１は、トルク制限機構３５０の構成を示す断面図である。
図２０及び図２１に示すように、トルク制限機構３５０は、伝達部３５１及び調整部３５２を有している。伝達部３５１はベルト部３５３を有している。ベルト部３５３は、帯状に形成されており、回転駆動軸３４２の外周面３４２ａに掛けられている。ベルト部３５３は、回転駆動軸３４２の外周面３４２ａに沿って円筒状に湾曲された状態となっている。なお、ベルト部３５３は、回転駆動軸３４２（外周面３４２ａ）に対して、少なくとも一部が当接された状態であればよい。本実施形態では、ベルト部３５３が回転駆動軸３４２の回転力を被駆動軸（回転軸）である基部３２１（又は第二アーム３２０）に直接伝達する構成となっている。
【０２０３】
ベルト部３５３は、両端部（第一端部３５３ａ及び第二端部３５３ｂ）が折り曲げられた状態になっている。第一端部３５３ａは、駆動素子３５４を介して、端面３２１ａから突出した支持部３２１ｂに接続されている。第二端部３５３ｂは、駆動素子３５６を介して、端面３２１ａから突出した支持部３２１ｃに固定されている。
【０２０４】
調整部３５２は、駆動部として、駆動素子（第一素子）３５４及び駆動素子（第二素子）３５６を有している。
駆動素子３５４は、伸縮方向の一方の端部がベルト部３５３の第一端部３５３ａに接続されている。また、駆動素子３５４の他方の端部は、第二アーム３２０の端面３２１ａから突出した支持部３２１ｂに固定されている。したがって、駆動素子３５４は、第一端部３５３ａと支持部３２１ｂとで挟まれた構成となっている。
【０２０５】
駆動素子３５６は、伸縮方向が駆動素子３５４と同一方向となるように配置されている。駆動素子３５６は、伸縮方向の一方の端部がベルト部３５３の第二端部３５３ｂに接続されている。また、駆動素子３５６の他方の端部は、第二アーム３２０の端面３２１ａから突出した支持部３２１ｃに固定されている。したがって、駆動素子３５６は、第二端部３５３ｂと支持部３２１ｃとで挟まれた構成となっている。
【０２０６】
なお、駆動素子３５４が支持部３２１ｂに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部３２１ｂに固定された構成であっても良い。同様に、駆動素子３５６が支持部３２１ｃに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部３２１ｃに固定された構成であっても良い。
【０２０７】
駆動素子３５４及び駆動素子３５６は、ベルト部３５３と外周面３４２ａとの間の接触状態を調整可能である。駆動素子３５４及び駆動素子３５６としては、電歪素子（例えばピエゾ素子）などの電気機械変換素子が用いられている。本実施形態では、駆動素子３５４及び駆動素子３５６として、圧電素子が用いられた構成を例に挙げて説明する。
【０２０８】
駆動素子３５４及び駆動素子３５６は、電気的には容量素子としての性質を有する。このため、電圧を印加することにより、駆動素子３５４及び駆動素子３５６には電荷が蓄えられるようになっている。駆動素子３５４及び駆動素子３５６は、蓄えられた電荷量に応じた伸縮量で、所定の一方向に伸縮する構成である。また、駆動素子３５４及び駆動素子３５６は、外部からの力の作用によって伸縮すると、内部に電圧が発生する。
【０２０９】
駆動素子３５４には、電源回路３５７ａが接続されている。電源回路３５７ａは、電池３５７ｃを有している。電池３５７ｃは、駆動素子３５４に対して電圧を供給する電圧源である。電池３５７ｃは、駆動素子３５４に対して直列に接続されている。電池３５７ｃは、内部抵抗３５７ｒを有している。
【０２１０】
電源回路３５７ａには、内部電圧検出器３５７が接続されている。内部電圧検出器３５７は、内部抵抗３５７ｒを含む電池３５７ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器３５７は、内部抵抗３５７ｒを含む電池３５７ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子３５４の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器３５７においては、例えば伸縮によって当該駆動素子３５４の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【０２１１】
駆動素子３５６には、電気回路３５８ａが接続されている。電気回路３５８ａは、電池３５８ｃを有している。電池３５８ｃは、駆動素子５６に対して電圧を供給する電圧源である。電池３５８ｃは、駆動素子３５６に対して直列に接続されている。電池３５８ｃは、内部抵抗３５８ｒを有している。
【０２１２】
また、電気回路３５８ａには、内部電圧検出器３５８が接続されている。内部電圧検出器３５８は、内部抵抗３５８ｒを含む電池３５８ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器３５８は、内部抵抗３５８ｒを含む電池３５８ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子３５６の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器３５８においては、例えば伸縮によって当該駆動素子３５６の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【０２１３】
内部電圧検出器３５７は、例えば、駆動素子３５４が伸びた場合に負の電圧を検出し、駆動素子３５４が縮んだ場合に正の電圧を検出する。また、内部電圧検出器３５８は、例えば、駆動素子３５６が伸びた場合に負の電圧を検出し、駆動素子３５４が縮んだ場合に正の電圧を検出する。勿論、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の伸縮方向と検出する電圧の正負とが上記とは逆の構成であっても構わない。
【０２１４】
内部電圧検出器３５７の出力先及び内部電圧検出器３５８の出力先は、算出器３５９に接続されている。算出器３５９は、内部電圧検出器３５７の出力と、内部電圧検出器３５８の出力とを加算する。算出器３５９の出力先は、制御部ＣＯＮＴに接続されている。算出器３５９による算出結果は、出力信号として制御部ＣＯＮＴに送信される。
【０２１５】
なお、制御部ＣＯＮＴは電池３５７ｃに対して電圧信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池３５７ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子３５４に印加する電圧を調整可能である。また、電池３５７ｃを介して駆動素子５４に印加する電圧を調整することにより、駆動素子３５４に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３５４の伸縮量を調整可能である。
【０２１６】
また、制御部ＣＯＮＴは電池３５８ｃに対して電圧信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池３５８ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子３５６に印加する電圧を調整可能である。また、電池３５８ｃを介して駆動素子３５６に印加する電圧を調整することにより、駆動素子３５６に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３５６の伸縮量を調整可能である。
【０２１７】
また、駆動素子３５４の両端部に電圧が印加されることにより、当該駆動素子３５４は伸縮方向に変形する。駆動素子３５４の変形により、駆動素子３５４に接続される第一端部３５３ａが当該伸縮方向に移動する。例えば駆動素子３５４が伸びると、第一端部３５３ａは基準位置Ｆに近づく方向（図中左方向）に移動する。また、駆動素子３５４が縮むと、第一端部３５３ａは基準位置Ｆから離れる方向（図中右方向）に移動する。
【０２１８】
一方、この状態から駆動素子３５４及び駆動素子３５６に対する電気信号の供給が停止されると、当該駆動素子３５４及び駆動素子３５６が収縮するように変形する。この変形により、第一端部３５３ａ及び第二端部３５３ｂが基準位置Ｆに近づく方向に移動する。なお、本実施形態は、例えば、駆動素子３５４及び駆動素子３５６を縮ませることによって、ベルト部３５３が外周面３４２ａ及び内周面３２４ｂに押圧されて、当該ベルト部３５３に押圧力が加わる構成にしてもよい。そして、本実施形態は、駆動素子３５４が伸ばすことによって、ベルト部３５３が外周面３４２ａ及び外周面３２４ａから離れて弛緩する構成にしてもよい。なお、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３５４及び駆動素子３５６に対して、個別に電気信号の供給及び供給の停止を切り替えることができる。したがって、駆動素子３５４及び駆動素子３５６のうち一方のみに対して電気信号を供給し、若しくは、供給を停止することで、ベルト部３５３を外周面３２４ａ（及び外周面３４２ａ）に接触させたり、弛緩させたりすることができる。
【０２１９】
このように、例えば、ベルト部３５３は、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の駆動（例、伸縮）によって回転駆動軸３４２の径方向に力が加えられる。これによって、ベルト部３５３と回転駆動軸３４２との間で摩擦力が生じる。駆動素子３５４及び駆動素子３５６の駆動量（伸縮量）を調整することで、当該摩擦力を変化させることができ、これによってベルト部３５３と回転駆動軸３４２との間のトルクの許容値を可変とすることができる。
【０２２０】
例えば、制御部ＣＯＮＴにより駆動素子３５４のみに電気信号を供給すると、駆動素子３５４は変形し、駆動素子３５６は変形しない。したがって、第二端部３５３ｂは駆動素子３５６及び支持部２２１ｃに固定されたままであり、第一端部３５３ａが基準位置Ｆに対して近づく方向又は基準位置Ｆから遠ざかる方向へ移動する。
【０２２１】
上記の場合、ベルト部３５３の第一端部３５３ａは当該ベルト部３５３の張力を制御するための制御端として機能し、ベルト部３５３の第二端部３５３ｂは当該ベルト部３５３を第二アーム２２０に固定させる固定端として機能する。また、駆動素子３５６のみに電気信号を供給すると、これとは逆に、第一端部３５３ａが固定端として機能し、第二端部３５３ｂが制御端として機能する。また、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の両方に電気信号を供給することもできる。この場合には、駆動素子３５４及び駆動素子３５６は、共に制御端として機能する。
【０２２２】
このように、駆動素子３５４及び駆動素子３５６に対して電気信号の供給の有無を選択することにより、第一端部３５３ａ及び第二端部３５３ｂを、固定端及び制御端のいずれかに選択することができる。
【０２２３】
次に、ロボット装置３００の動作について説明する。図２２は、ロボット装置３００が動作している場合についての、内部電圧検出器３５７、内部電圧検出器３５８及び算出器３５９の出力波形を示すグラフである。
【０２２４】
なお、図２２において、「出力７」は内部電圧検出器３５７の出力電圧を示し、「出力８」は内部電圧検出器３５８の出力電圧を示し、「出力９」は算出器３５９の出力電圧を示す。それぞれのグラフの縦軸は電圧の大きさを示している。また、グラフの横軸は、時間の経過を示している。なお、出力７〜出力９のグラフは、横方向において３つの異なる場合（グラフ（７）〜グラフ（９））について示している。
まず、制御部ＣＯＮＴは、ベルト部３５３が回転駆動軸３４２の外周面３４２ａに掛けられた状態とする。この状態から、制御部ＣＯＮＴは、ベルト部３５３の第一端部３５３ａ及び第二端部３５２ｂが基準位置Ｆ側に移動するように駆動素子３５４を変形させる。この動作により、ベルト部３５３が外周面３４２ａに巻かれた状態で第一端部３５３ａ側には張力Ｔ１が発生し、第二端部３５３ｂ側には張力Ｔ２が発生する。したがって、ベルト部３５３に有効張力が発生し、ベルト部３５３と回転駆動軸３４２との間が接触状態となる。
【０２２５】
制御部ＣＯＮＴは、ベルト部３５３に有効張力を発生させた状態を保持しつつ、回転機構３４０の回転駆動源３４１を作動させる。この動作により、ベルト部３５３と回転駆動軸３４２との間に摩擦力が発生し、ベルト部３５３が外周面３４２ａの周方向に引っ張られて移動する。ベルト部３５３の移動によって第二アーム３２０が回転駆動軸３４２の外周面３４２ａの周方向に回転する。
【０２２６】
このようにして、回転駆動軸３４２の回転力がベルト部３５３に伝達され、ベルト部３５３が第二アーム３２０に直接トルクを伝達させる。したがって、本実施形態では、ベルト部３５３が被駆動軸を兼ねていることとなる。
【０２２７】
このとき、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の伸縮により、当該駆動素子３５４及び駆動素子３５６の内部に電圧が発生する。この電圧は、内部電圧検出器３５７及び内部電圧検出器３５８によって検出される。例えば、図２２のグラフ（７）に示すように、内部電圧検出器３５７においては、出力７として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器３５８においては、出力８として負の電圧値が検出される。ここでは、出力７の振幅と出力８の振幅とが等しいため、正負が反転した状態の２つの波形が検出される。また、算出器３５９においては、内部電圧検出器３５７の検出結果と内部電圧検出器３５８の検出結果との和（出力９）が出力信号として検出されるため、ゼロの電圧値が検出される。
【０２２８】
また、例えばベルト部３５３と外周面３４２ａとの間が接触状態となっているときに、第二アーム３２０に対して衝撃などの外力が加えられる場合がある。これに対して、本実施形態におけるトルク制限機構３５０は、衝突の衝撃による力がベルト部３５３と外周面３４２ａとの間の最大静止摩擦力（トルクの許容値）を超える場合には、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間に相対的な変位（滑り）が生じる。このため、トルクの伝達が制限されることになる。
【０２２９】
上記の動作において、調整部３５２は、ベルト部３５３の張力を変えることによって接触状態を調整する。この調整動作により、回転駆動軸３４２からベルト部３５３に伝達されるトルクの許容値を変更することができる。
【０２３０】
また、回転駆動軸３４２に対して−θＺ方向に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間に−θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部３５３ａ及び第二端部３５３ｂに対して、それぞれ−θＺ方向の力として作用する。
【０２３１】
第一端部３５３ａに−θＺ方向の力が作用すると、駆動素子３５４が弾性変形し、第一端部３５３ａが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第二端部３５３ｂに−θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部３５３のうち第二端部３５３ｂ側の部分が回転駆動軸３４２に掛けられているため、第二端部３５３ｂはほとんど移動せず、駆動素子３５６はほとんど変形しない。この結果、第一端部３５３ａと第二端部３５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部３５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間に滑りが生じる。
【０２３２】
このときの内部電圧検出器３５７及び内部電圧検出器３５８の検出結果は、図２２のグラフ（８）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器３５７においては、出力７として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器３５８においては、出力８として負の電圧値が検出される。ここでは、出力７の値が出力８の値よりも絶対値が大きいため、算出器３５９では、出力９として、正の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０２３３】
また、第二アーム３２０に対して回転方向の他方向（例、＋θＺ方向：図２２参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間に＋θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部３５３ａ及び第二端部３５３ｂに対して、それぞれ＋θＺ方向の力として作用する。
【０２３４】
第二端部３５３ｂに＋θＺ方向の力が作用すると、駆動素子３５６が弾性変形し、第二端部３５３ｂが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第一端部３５３ａに＋θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部３５３のうち第一端部３５３ａ側の部分が回転駆動軸３４２に掛けられているため、第一端部３５３ａはほとんど移動せず、駆動素子３５４はほとんど変形しない。この結果、第一端部３５３ａと第二端部３５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部３５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間に滑りが生じる。
【０２３５】
このときの内部電圧検出器３５７及び内部電圧検出器３５８の検出結果は、図２２のグラフ（９）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器３５７においては、出力７として負の電圧値が検出され、内部電圧検出器３５８においては、出力８として正の電圧値が検出される。ここでは、出力８の値が出力７の値よりも絶対値が大きいため、算出器３５９では、出力９として、負の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０２３６】
上記のように、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間に滑りが生じると、回転駆動軸３４２のトルクが第二アーム３２０側に伝達されること無く、当該回転駆動軸３４２又は第二アーム３２０が空回りし、当該回転駆動軸３４２と第二アーム３２０との間に相対的な変位が生じる。
【０２３７】
制御部ＣＯＮＴは、出力９が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、回転駆動軸３４２と第二アーム３２０との間に相対的な変位が生じたか否か（相対位置情報）を判断する。この閾値として、例えば、正側については、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の駆動時の電気信号の最大値よりも大きい値（＋γ）を設定することができ、負側については、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の駆動時の電気信号の最小値よりも小さい値（−γ）を設定することができる。
【０２３８】
したがって、制御部ＣＯＮＴは、出力９が所定の閾値を超えている場合には、回転駆動軸３４２と第二アーム３２０との間に相対的な変位が生じたと判断する。また、制御部ＣＯＮＴは、出力９が所定の閾値を超えていない場合には、回転駆動軸３４２と第二アーム３２０との間に相対的な変位が生じていないと判断する。
【０２３９】
なお、出力９が正の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力９が閾値＋γよりも大きな値である場合に、閾値を超えたと判断する。また、出力９が負の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力９が閾値−γよりも小さな値である場合に、閾値を超えたと判断する。
【０２４０】
また、制御部ＣＯＮＴは、出力９の正負に基づき、回転駆動軸３４２と第二アーム３２０との間に相対的な変位の方向（相対位置情報）を検出することができる。例えば、出力９が正の電圧値である場合、回転駆動軸３４２が第二アーム３２０に対して、一方向（例、−θＺ方向：図２１参照）に変位していると判断することができる。また、出力９が負の電圧値である場合、回転駆動軸３４２が第二アーム３２０に対して、回転方向において上記一方向とは反対の他方向（例、＋θＺ方向：図２１参照）に変位していると判断することができる。
【０２４１】
なお、トルクの許容値を変更させながら駆動を行わせる際に、制御部ＣＯＮＴは、必ずしも駆動素子３５４及び駆動素子３５６を伸縮方向に相補的に変形させない場合がある。例えば、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３５４の変形量と駆動素子３５６の変形量とが異なるように駆動素子３５４及び駆動素子３５６の変形量を調整する場合がある。このため、算出器３５９で検出される出力９は必ずしもゼロにはならず、正の電圧値である場合、若しくは、負の電圧値である場合がある。しかしながら、この場合の電圧値は、閾値を超えない値であるため、回転駆動軸３４２と第二アーム３２０との間に相対的な変位を判断する際の妨げとはならない。
【０２４２】
以上のように、本実施形態によれば、ベルト部３５３が被駆動軸を兼ねた構成とすることにより、被駆動軸を配置するスペースを省略することができる。これにより、小型のトルク制限機構３５０を得ることができる。
【０２４３】
また、本実施形態に係るトルク制限機構３５０は、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の変位によって生じる出力信号を検出する算出器３５９を有し、制御部ＣＯＮＴが当該算出器３５９による算出結果に基づいて、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間の滑りとその方向を検出することができる構成であるため、回転駆動軸３４２と第二アーム３２０と間の相対的な変位を判断することができる。
【０２４４】
［第六実施形態］
次に、本発明の第六実施形態を説明する。
図２３は、本実施形態に係るロボット装置４００の一部の構成を示す図である。
図２３に示すように、ロボット装置４００は、第一アーム４１０、第二アーム４２０及び制御部ＣＯＮＴを備えている。
【０２４５】
第一アーム４１０と第二アーム４２０との連結部４３０には、回転機構４４０及びトルク制限機構４５０を有する駆動装置４６０が設けられている。駆動装置４６０は、連結部４３０を基準として第二アーム４２０を回転させる。制御部ＣＯＮＴは、第一アーム４１０及び第二アーム４２０を含めたロボット装置４００の動作を統括的に制御する。
【０２４６】
第一アーム４１０は、基部４１１、軸受部４１２を有している。軸受部４１２は、基部４１１の端面４１１ａ上に設けられている。第二アーム４２０は、基部４２１、軸受部４２２及び被駆動軸４２４を有している。軸受部４２２は、基部４２１の端面４２１ａ上に設けられている。
【０２４７】
軸受部４１２及び軸受部４２２は、回転機構４４０の回転駆動軸４４２及び第二アーム４２０の被駆動軸４２４を回転可能に支持する。回転駆動軸４４２は、例えば円柱状若しくは円筒状に形成されている。回転駆動軸４４２は、一方の端部が回転駆動源４４１に接続されており、他方の端部が上記軸受部４１２及び４２２に支持されている。回転駆動軸４４２は、回転駆動源４４１の回転力を受けて円周方向に回転可能となっている。被駆動軸４２４は、軸受部４２２と一体的に設けられている。被駆動軸４２４は、例えば円筒状に形成されており、軸線方向がＺ方向に平行になるように配置されている。被駆動軸４２４の外周面４２４ａは、ほぼ一周に亘って摩擦係数が均一になるように形成されている。なお、トルク制限機構４５０は、上述の実施形態におけるトルク制限機構とは構成が異なっている。
【０２４８】
図２４は、トルク制限機構４５０の構成を示す図である。
図２４に示すように、トルク制限機構４５０は、伝達部４５１及び調整部４５２を有している。伝達部４５１はベルト部４５３を有している。ベルト部４５３は、帯状に形成されており、回転駆動軸４４２の外周面４４２ａと被駆動軸４２４の外周面４２４ａとの間に跨って掛けられている。ベルト部４５３は、回転駆動軸４４２の外周面４４２ａと被駆動軸４２４の外周面４２４ａとに沿って円筒状に湾曲された状態となっている。なお、ベルト部４５３は、回転駆動軸４４２（外周面４４２ａ）に対して、少なくとも一部が当接された状態であればよい。本実施形態では、ベルト部４５３が回転駆動軸４４２の回転力を直接基部４２１に伝達する構成となっている。
【０２４９】
ベルト部４５３は、両端部（第一端部４５３ａ及び第二端部４５３ｂ）が折り曲げられた状態になっている。第一端部４５３ａ及び第二端部４５３ｂは、回転駆動軸４４２の周方向の基準位置Ｆを挟むように所定の隙間を空けて対向して配置されている。第一端部４５３ａは、駆動素子４５４を介して、端面４２１ａから突出した支持部４２１ｂに接続されている。第二端部４５３ｂは、棒状部材４５９を介して、端面４２１ａから突出した支持部４２１ｃに固定されている。
【０２５０】
調整部４５２は、駆動素子（駆動部）４５４及び棒状部材４５９を有している。
駆動素子４５４は、伸縮方向の一方の端部がベルト部４５３の第一端部４５３ａに接続されている。また、駆動素子４５４の他方の端部は、第二アーム４２０の端面４２１ａから突出した支持部４２１ｂに固定されている。したがって、駆動素子４５４は、第一端部４５３ａと支持部４２１ｂとで挟まれた構成となっている。なお、駆動素子４５４が支持部４２１ｂに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部３２１ｂに固定された構成であっても良い。
【０２５１】
駆動素子４５４は、ベルト部４５３と外周面４４２ａ及び外周面４２４ａとの間の接触状態を調整可能である。駆動素子４５４としては、電歪素子（例えばピエゾ素子）などの電気機械変換素子が用いられている。本実施形態では、駆動素子４５４として、圧電素子が用いられた構成を例に挙げて説明する。
【０２５２】
駆動素子４５４は、電気的には容量素子としての性質を有する。このため、電圧を印加することにより、駆動素子４５４には電荷が蓄えられるようになっている。駆動素子４５４は、蓄えられた電荷量に応じた伸縮量で、所定の一方向に伸縮する構成である。また、駆動素子４５４は、外部からの力の作用によって伸縮すると、内部に電圧が発生する。
【０２５３】
駆動素子４５４には、電源回路４５７ａが接続されている。電源回路４５７ａは、電池４５７ｃを有している。電池４５７ｃは、駆動素子４５４に対して電圧を供給する電圧源である。電池４５７ｃは、駆動素子４５４に対して直列に接続されている。電池４５７ｃは、内部抵抗４５７ｒを有している。
【０２５４】
なお、制御部ＣＯＮＴは電池４５７ｃに対して電圧信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池４５７ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子４５４に印加する電圧を調整可能である。また、電池４５７ｃを介して駆動素子４５４に印加する電圧を調整することにより、駆動素子４５４に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子４５４の伸縮量を調整可能である。
【０２５５】
電源回路４５７ａには、内部電圧検出器４５７が接続されている。内部電圧検出器４５７は、内部抵抗４５７ｒを含む電池４５７ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器４５７は、内部抵抗４５７ｒを含む電池４５７ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子４５４の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器４５７においては、例えば伸縮によって当該駆動素子４５４の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【０２５６】
内部電圧検出器４５７は、例えば、駆動素子４５４が伸びた場合に負の電圧を検出し、駆動素子４５４が縮んだ場合に正の電圧を検出する。勿論、駆動素子４５４の伸縮方向と検出する電圧の正負とが上記とは逆の構成であっても構わない。内部電圧検出器４５７の出力先は、制御部ＣＯＮＴに接続されている。内部電圧検出器４５７による検出結果は、出力信号として制御部ＣＯＮＴに送信される。
【０２５７】
棒状部材４５９は、少なくとも第二剛性以上の剛性を有するように形成されている。棒状部材４５９は、駆動素子４５４の伸縮方向が長手方向に一致するように配置されている。棒状部材４５９は、長手方向の一方の端部がベルト部４５３の第二端部４５３ｂに接続されている。また、棒状部材４５９の長手方向の他方の端部は、第二アーム４２０の端面４２１ａから突出した支持部４２１ｃに固定されている。
【０２５８】
例えば、駆動素子４５４に電気信号を供給すると、当該駆動素子４５４が伸びるように変形し、当該変形による力が作用する。駆動素子４５４が伸びると、ベルト部４５３の第一端部４５３ａが基準位置Ｆに近づく方向に移動する。このため、ベルト部４５３が回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４に巻きつき、当該ベルト部４５３に張力が加わる。駆動素子４５４が縮むと、第一端部４５３ａが基準位置Ｆから離れる方向に移動する。このため、ベルト部４５３が回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４から離れて弛緩する。このように、例えば、ベルト部４５３は、駆動素子４５４の駆動（例、伸縮）によって回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４の径方向に力が加えられる。これによって、ベルト部４５３と回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４との間で摩擦力が生じる。なお、本実施形態は、例えば、駆動素子４５４を縮ませることによって、ベルト部５３が回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４に巻きついて、当該ベルト部４５３に張力が加わる構成にしてもよい。そして、本実施形態は、駆動素子４５４が伸びることによって、ベルト部４５３が回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４から離れて弛緩する構成にしてもよい。
【０２５９】
このように、例えば、ベルト部４５３は、駆動素子４５４の駆動（例、伸縮）によって回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４の径方向に力が加えられる。これによって、ベルト部４５３と回転駆動軸４４２、及び、ベルト部４５３と被駆動軸４２４、との間でそれぞれ摩擦力が生じる。駆動素子３５４の駆動量（伸縮量）を調整することで、当該摩擦力を変化させることができ、これによってベルト部４５３と回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４との間のトルクの許容値を可変とすることができる。
【０２６０】
次に、トルク制限機構４５０の動作を説明する。
制御部ＣＯＮＴは、ベルト部４５３が回転駆動軸４４２の外周面４４２ａ及び被駆動軸４２４の外周面４２４ａに掛けられた状態とする。この状態から、制御部ＣＯＮＴは、ベルト部４５３の第一端部４５３ａが基準位置Ｆ側に移動するように駆動素子４５４を変形させる。この動作により、ベルト部４５３が外周面４４２ａ及び外周面４２４ａに巻かれた状態で第一端部４５３ａ側には張力Ｔ１が発生し、第二端部４５３ｂ側には張力Ｔ２が発生する。したがって、ベルト部４５３に有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生し、ベルト部４５３と回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４との間が接触状態となる。
【０２６１】
制御部ＣＯＮＴは、ベルト部４５３に有効張力を発生させた状態を保持しつつ、回転機構４４０の回転駆動源４４１を作動させる。この動作により、ベルト部４５３と回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４との間に摩擦力が発生し、ベルト部４５３が外周面４４２ａ及び外周面４２４ａの周方向に引っ張られて移動する。ベルト部４５３の移動によって第二アーム４２０が回転駆動軸４４２の外周面４４２ａ及び被駆動軸４２４の外周面４２４ａの周方向に回転する。このようにして、回転駆動軸４４２の回転力がベルト部４５３に伝達され、ベルト部４５３から被駆動軸４２４にトルクが伝達されて、被駆動軸４２４が回転する。
【０２６２】
このとき、駆動素子４５４の伸縮により、当該駆動素子４５４の内部に電圧が発生する。この電圧は、内部電圧検出器４５７によって検出される。例えば、図２５のグラフ（１０）に示すように、内部電圧検出器４５７においては、出力１０として正の電圧ちが出力信号として検出される。
【０２６３】
また、例えばベルト部４５３と外周面４４２ａ及び外周面４２４ａとの間が接触状態となっているときに、第二アーム４２０に対して衝撃などの外力が加えられる場合がある。これに対して、本実施形態におけるトルク制限機構４５０は、衝突の衝撃による力がベルト部４５３と外周面４４２ａ及び外周面４２４ａとの間の最大静止摩擦力（トルクの許容値）を超える場合には、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４とベルト部４５３との間に相対的な変位（滑り）が生じる。このため、トルクの伝達が制限されることになる。
【０２６４】
上記の動作において、調整部４５２は、ベルト部４５３の張力を変えることによって接触状態を調整する。この調整動作により、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４からベルト部４５３に伝達されるトルクの許容値を変更することができる。
【０２６５】
また、第二アーム４２０に対して回転方向の一方向（例、−θＺ方向：図２４等参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４とベルト部４５３との間に−θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部４５３ａ及び第二端部４５３ｂに対して、それぞれ−θＺ方向の力として作用する。
【０２６６】
第一端部４５３ａに−θＺ方向の力が作用すると、駆動素子４５４が弾性変形し、第一端部４５３ａが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第二端部４５３ｂに−θＺ方向の力が作用する場合、第二端部４５３ｂが棒状部材４５９を介して支持部４２１ｃに支持されているため、第二端部４５３ｂはほとんど移動しない。この結果、第一端部４５３ａと第二端部４５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部４５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４とベルト部４５３との間に滑りが生じる。
【０２６７】
このときの内部電圧検出器４５７の検出結果は、図２５のグラフ（１１）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器４５７においては、出力１０として正の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０２６８】
また、第二アーム４２０に対して回転方向の他方向（例、＋θＺ方向：図２４等参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４とベルト部４５３との間に＋θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部４５３ａ及び第二端部４５３ｂに対して、それぞれ＋θＺ方向の力として作用する。
【０２６９】
第二端部４５３ｂに＋θＺ方向の力が作用する場合、第二端部４５３ｂが棒状部材４５９を介して支持部４２１ｃに支持されているため、第二端部４５３ｂはほとんど移動しない。また、第一端部５３ａに＋θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部４５３のうち第一端部４５３ａ側の部分が回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４掛けられているため、第一端部４５３ａはほとんど移動せず、駆動素子４５４はほとんど変形しない。この結果、第一端部４５３ａと第二端部４５３ｂとの間隔は広がらず、ベルト部４５３の巻き付きが緩むことが無いため、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間には滑りが生じない。
【０２７０】
このときの内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８の検出結果は、図２５のグラフ（１２）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器４５７において、出力１０として負の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０２７１】
上記のように、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４とベルト部４５３との間に滑りが生じると、回転駆動軸４４２のトルクが被駆動軸４２４に伝達されること無く、回転駆動軸４４２又は被駆動軸４２４が空回りし、当該回転駆動軸４４２と被駆動軸４２４との間に相対的な変位が生じる。
【０２７２】
制御部ＣＯＮＴは、出力１１が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、回転駆動軸４４２と被駆動軸４２４との間に相対的な変位が生じたか否か（相対位置情報）を判断する。この閾値として、例えば、駆動素子４５４の駆動時の電気信号の最大値よりも大きい値（＋δ）を設定することができる。負側については、滑りが生じることが無いため、閾値を設定しなくても済む。
【０２７３】
したがって、制御部ＣＯＮＴは、出力１１が所定の閾値を超えている場合には、回転駆動軸４４２と被駆動軸４２４との間に相対的な変位が生じたと判断する。また、制御部ＣＯＮＴは、出力１１が所定の閾値を超えていない場合には、回転駆動軸４４２と被駆動軸４２４との間に相対的な変位が生じていないと判断する。
【０２７４】
なお、出力１１が正の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力１１が閾値＋δよりも大きな値である場合に、閾値を超えたと判断する。また、本実施形態では、制御部ＣＯＮＴは、回転方向検出器４４６の検出結果に基づき、回転駆動軸４４２と被駆動軸４２４との間に相対的な変位の方向を検出することができる。
【０２７５】
以上のように、本実施形態に係るトルク制限機構４５０は、駆動素子４５４の変位によって生じる出力信号を検出する内部電圧検出器４５７を有し、制御部ＣＯＮＴが当該内部電圧検出器４５７による検出結果に基づいて、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４とベルト部４５３との間の滑りとその方向を検出することができる構成であるため、回転駆動軸４４２と被駆動軸４２４と間の相対的な変位を判断することができる。
【０２７６】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態においては、ベルト部５３、２５３、３５３、４５３の第一端部５３ａ、２５３ａ、３５３ａ、４５３ａの張力Ｔ１、押圧力Ｆ１、張力Ｔ１、張力Ｔ１を調整することにより、接触状態を調整する構成としたが、これに限られることは無い。例えば、オイラーの摩擦ベルト理論に従うと、有効巻き付き角（接触角度）θ又は有効押し付け角（接触角度）θを調整することで、被駆動軸２４、２２４及びベルト部３５３に伝達されるトルクの許容値の大きさを調整することができる。したがって、調整部５２、２５２、３５２、４５２が、ベルト部５３、２５３、３５３、４５３の有効巻き付け角θ又は有効押し付け角θを調整する構成を有していても構わない。
【０２７７】
また、例えば上記第三実施形態の構成においては、図２６に示すように、回転駆動軸４２（拡径部４４）及び被駆動軸２４とは独立して、ベルト部５３を拡径部４４及び被駆動軸２４の回転方向に沿って移動させることができる。図２６では、駆動素子５４を伸長させ、駆動素子５６を収縮させた状態を例に挙げて示している。この場合、ベルト部５３は、図２６の時計回りの方向に移動する。なお、駆動素子５４を収縮させ、駆動素子５６を伸長させることにより、ベルト部５３を図２６の反時計回りの方向に移動させることができる。
【０２７８】
また、上記各実施形態においては、外力に対する駆動素子５４及び駆動素子５６の変形を検出する構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、図２７に示すように、ベルト部５３の第一端部５３ａと駆動素子５４との間に検出素子として圧電素子６１が配置され、ベルト部５３の第二端部５３ｂと駆動素子５６との間に検出素子として圧電素子６２が配置された構成であっても構わない。したがって、この構成では、駆動部が、駆動素子５４及び駆動素子５６を有すると共に、これらの駆動素子とは別個に検出素子として圧電素子６１及び圧電素子６２を有する構成となっている。図２７に示す構成では、駆動素子５４は、第一端部５３ａ側の端部が接続部材６３を介して圧電素子６１に固定されている。また、駆動素子５６は、第一端部５３ａ側の端部が接続部材６４を介して圧電素子６２に固定されている。
【０２７９】
圧電素子６１には、内部電圧検出器５７が接続されている。内部電圧検出器５７は、圧電素子６１の伸縮によって当該圧電素子６１の内部に生じる電圧を検出する。また、圧電素子６２には、内部電圧検出器５８が接続されている。内部電圧検出器５８は、圧電素子６２の伸縮によって当該圧電素子６２の内部に生じる電圧を検出する。
【０２８０】
内部電圧検出器５７の出力先及び内部電圧検出器５８の出力先は、算出器５９に接続されている。算出器５９は、内部電圧検出器５７の出力と、内部電圧検出器５８の出力とを加算する。算出器５９の出力先は、制御部ＣＯＮＴに接続されている。算出器５９による算出結果は、出力信号として制御部ＣＯＮＴに送信される。
【０２８１】
また、制御部ＣＯＮＴは駆動素子５４に接続されており、当該駆動素子５４に対して制御信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、駆動素子５４に印加する電圧を調整することにより、駆動素子５４の伸縮量を調整可能である。また、制御部ＣＯＮＴは駆動素子５６に接続されており、当該駆動素子５６に対して制御信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、駆動素子５４及び駆動素子５６に印加する電圧を調整することにより、駆動素子５４及び駆動素子５６の伸縮量を調整可能である。駆動素子５４及び駆動素子５６の駆動量（伸縮量）を調整することで、当該摩擦力を変化させることができ、これによってベルト部５３と拡径部４４との間、及びベルト部５３と被駆動軸２４との間のトルクの許容値を可変とすることができる。
【０２８２】
例えば回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間に滑りが生じると、第一端部５３ａ又は第二端部５３ｂが移動し、この移動によって圧電素子６１及び圧電素子６２が変形する。検出部５９は、このときの圧電素子６１及び圧電素子６２に生じる出力信号を検出し、制御部ＣＯＮＴが当該算出器５９による算出結果に基づいて、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間の滑りとその方向を検出することができる構成である。
【０２８３】
このため、駆動素子５４及び駆動素子５６に対しては電圧電源を用いて電圧を印加しつつ、圧電素子６１及び圧電素子６２の変形による電圧の変化量を直接的に検出することで回転駆動軸４２と被駆動軸２４と間の相対的な変位を検出及び判断することができる。
【０２８４】
また、圧電素子の内部電圧の変化量を直接的に検出する他の構成として、例えば、駆動素子５４及び駆動素子５６に接続される電源回路５７ａ及び電源回路５８ａが電流源となるような回路構成であり、スイッチなどによって電流の供給の有無を切り替え可能な構成などが挙げられる。この構成では、内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８は、駆動素子５４及び駆動素子５６にそれぞれ直接接続させることができる。
【０２８５】
この場合、電源回路５７ａ及び電源回路５８ａによって駆動素子５４及び駆動素子５６に電荷を蓄えた後、スイッチを切り離すことにより、内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８を用いて駆動素子５４及び駆動素子５６内部電圧の変化量を検出することができる。
【０２８６】
また、上記各実施形態においては、トルク制限機構の少なくとも一部が第二アーム側に接続された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、トルク制限機構が外部の接続部に接続された状態であり、第二アームとは独立して設けられた構成であっても構わない。
【０２８７】
例えば、図２８に示すように、トルク制限機構５０が接続部５００によって被駆動軸２４側に一体的に固定されると共に、ベルト部５３が回転駆動軸４２との間でのみ接触状態となる構成であっても構わない。この構成においては、ベルト部５３は、被駆動軸２４との間では接触状態とはならない構成となっている。また、被駆動軸２４は、径方向への移動が規制されるように不図示の軸受によって支持された構成としてもよい。
【０２８８】
図２８に示す構成において、ベルト部５３と回転駆動軸４２との間が接触状態となっている場合、回転駆動軸４２が回転することにより、回転駆動軸４２のトルクはベルト部５３に伝達される。ベルト部５３に伝達されたトルクは、接続部５００を回転駆動軸４２の周方向に移動させる。当該接続部５００の移動により、被駆動軸２４が周方向に回転することになる。
【０２８９】
また、例えば、図２９に示すように、トルク制限機構５０が接続部５００によって回転駆動軸４２側に一体的に固定されると共に、ベルト部５３が被駆動軸２４との間でのみ接触状態となる構成であっても構わない。この構成においては、ベルト部５３は、回転駆動軸４２との間では接触状態とはならない構成となっている。また、回転駆動軸４２は、径方向への移動が規制されるように不図示の軸受によって支持された構成としてもよい。
【０２９０】
図２９に示す構成において、ベルト部５３と被駆動軸２４とが接触状態となっている場合、回転駆動軸４２が回転することにより、当該回転駆動軸４２に固定された接続部５００が周方向に移動する。この接続部５００の移動により、ベルト部５３に対して被駆動軸２４の周方向に沿ったトルクが伝達される。被駆動軸２４は、当該ベルト部５３に伝達されたトルクによって周方向に回転することになる。
【０２９１】
また、例えば図３０に示すように、トルク制限機構５０が接続部５００によって被駆動軸２４側に一体的に固定されると共に、ベルト部５３が回転駆動軸４２の少なくとも一部と被駆動軸２４の少なくとも一部との両方に亘って接触状態となる構成であっても構わない。つまり、トルク制限機構５０が被駆動軸２４に固定されると共に、ベルト部５３が回転駆動軸４２と被駆動軸２４とを共締めすることで接触状態となる構成であってもよい。また、図３１に示すように、トルク制限機構５０が接続部５００によって回転駆動軸４２側に一体的に固定されると共に、ベルト部５３が回転駆動軸４２と被駆動軸２４との両方に亘って接触状態となる構成であっても構わない。
【０２９２】
また、本実施形態におけるトルク制限機構は、複数の調整部及び複数の伝達部を備える構成であってもよい。この場合、例えば、複数の伝達部（又は複数の調整部）は、回転駆動軸と被駆動軸とのうち少なくとも一方に対して等間隔に配置してもよいし、回転駆動軸と被駆動軸とのうち少なくとも一方の中心軸に対して対称又は非対称に配置してもよい。
【０２９３】
また、上記第三実施形態の構成において、電気抵抗と電源とを直列に接続させた回路を、内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８に対して並列に接続させる構成であっても構わない。この構成によれば、駆動素子５４及び駆動素子５６に電気抵抗を介して電源を接続する構成となるため、電源により駆動素子５４及び駆動素子５６をあらかじめ所定量伸張させることができる。この場合、電源電圧を可変することによって、ベルト部５３と回転駆動軸４２及び被駆動軸２４との間の接触状態が変化し、すべり出しトルク（トルクの許容値）を変えることができる。また、電源と直列に接続された電気抵抗は、電源のインピーダンスを等価的に上昇させることができるため、駆動素子５４及び駆動素子５６において発生する内部電圧の変化を検出しやすくすることができる。
【符号の説明】
【０２９４】
ＣＯＮＴ…制御部 ＳＦ…回転軸 ２４、２２４…被駆動軸 ４２、２４２、３４２、４４２…回転駆動軸 ５０、２５０、３５０、４５０…トルク制限機構 ２、１０２、５１、２５１、３５１、４５１、４７１…伝達部 ５２、２５２、３５２、４５２…調整部 ５、１０５、５３、２５３、３５３、４５３、４７３…ベルト部 ５ａ、１０５ａ、５３ａ、２５３ａ、３５３ａ、４５３ａ…第一端部 ５ｂ、１０５ｂ、５３ｂ、２５３ｂ、３５３ｂ、４５３ｂ…第二端部 ３ａ、３ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、５４、５６、２５４、２５６、３５４、３５６、４５４…駆動素子 ５７、５８、２５７、２５８、３５７、３５８、４５７…内部電圧検出器 ５７ａ、５８ａ、２５７ａ、２５８ａ、３５７ａ、３５８ａ、４５７ａ…電源回路 ５７ｒ、５８ｒ、２５７ｒ、２５８ｒ、３５７ｒ、３５８ｒ、４５７ｒ…内部抵抗 ５７ｃ、５８ｃ、２５７ｃ、２５８ｃ、３５７ｃ、３５８ｃ、４５７ｃ…電池 ５９、２５９、３５９…算出器 ６０、２６０、３６０、４６０…駆動装置
１００、２００、３００、４００…ロボット装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滑り検出機構、トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば工業分野に限られず、医療や福祉などの広い産業分野において、作業者の負担軽減等を目的として、ロボット装置が用いられている。ロボット装置の構成として、例えば複数のアームが連結され、連結部を中心としてアームが回転する構成が知られている。各アームの連結部には、駆動力を伝達するトルク制限機構などの動力伝達機構が設けられている。
【０００３】
このようなロボット装置には、重量物を支持したり、所定の位置へ移動したりなど、パワー及び精密さが求められる。そこで、ロボット装置のアームや連結部には高い剛性が不可欠となる。一方で、例えばロボット装置がアームを移動させながら動作を行う場合、アームの一部が他の部位等に衝突する場合が想定されうる。このような場合、衝突箇所に傷がついたり、アームや他の部位が破損したりするおそれがあるため、アームや連結部には一定の柔軟性が求められる。従って、ロボット装置には、剛性及び柔軟性という相反的な性質を兼ね備えていることが求められている。
【０００４】
このようなロボット装置を実現するため、例えば、アーム同士の連結部の動力伝達機構を機械構造的に柔軟にする構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、動力伝達機構として、トルクリミッタや磁性流体などを用いた構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４１４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば上記の動力伝達機構においては、大掛かりな装置やシール機構などが用いられるため、構造が複雑となり、大型化や重量化が避けられない場合がある。このため、小型のロボット装置に対して適用することは困難である。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明は、剛性及び柔軟性を備える構成に資することが可能な滑り検出機構、トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置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】
【０００８】
本発明の第一の態様に従えば、回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で回転軸に接触することによって回転軸との間に摩擦力を生じさせる伝達部と、伝達部に接続され、検出素子の変位によって生じる出力信号を検出する検出部と、検出部による検出結果に基づいて、回転軸と伝達部との間の相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部とを備える滑り検出機構が提供される。
【０００９】
本発明の第二の態様に従えば、回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、回転駆動軸と被駆動軸とのうち少なくとも一方の回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、駆動部によって回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で回転軸に接触することによって回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達する伝達部と、駆動部からの出力信号を検出する検出部と、検出部による検出結果に基づいて、回転駆動軸と被駆動軸との相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部とを備えるトルク制限機構が提供される。
【００１０】
本発明の第三の態様に従えば、回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、回転駆動軸と被駆動軸とのうち少なくとも一方の回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられた伝達部と、伝達部に対して回転軸の軸方向とは異なる方向に力を加えた状態で当該伝達部を回転軸に接触させることによって、回転軸と伝達部との間に摩擦力を生じさせる駆動部と、伝達部に接続され、検出素子の変位によって生じる出力信号を検出する検出部と、検出部による検出結果に基づいて回転軸と伝達部との間の相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部とを備えるトルク制限機構が提供される。
【００１１】
本発明の第四の態様に従えば、本発明の第二の態様に従うトルク制限機構又は第三の態様に従うトルク制限機構と、回転駆動軸を回転させる回転機構と、を備える駆動装置が提供される。
【００１２】
本発明の第五の態様に従えば、本発明の第一の態様に従う滑り機構を備えるロボット装置が提供される。
【００１３】
本発明の第六の態様に従えば、本発明の第二の態様に従うトルク制限機構又は第三の態様に従うトルク制限機構を備えるロボット装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、剛性及び柔軟性を備える構成に資することが可能な滑り検出機構、トルク制限機構、駆動装置及びロボット装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る滑り検出機構の構成を示す図。
【図２】本実施形態における内部電圧検出器及び算出器の検出結果を示すグラフ。
【図３】本発明の第二実施形態に係る滑り検出機構の構成を示す図。
【図４】本実施形態における内部電圧検出器及び算出器の検出結果を示すグラフ。
【図５】本発明の第三実施形態に係るロボット装置の構成を示す斜視図。
【図６】本実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す図。
【図７】本実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す図。
【図８】本実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す図。
【図９】本実施形態に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図１０】本実施形態におけるトルク制限機構の特性を示すグラフ。
【図１１】本実施形態におけるトルク制限機構の動作を示す図。
【図１２】本実施形態におけるトルク制限機構の動作を示す図。
【図１３】本実施形態におけるトルク制限機構の動作を示す図。
【図１４】本実施形態における内部電圧検出器及び算出器の検出結果を示すグラフ。
【図１５】本実施形態におけるトルク制限機構の動作を示す図。
【図１６】本実施形態におけるトルク制限機構の動作を示す図。
【図１７】本発明の第四実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す斜視図。
【図１８】本実施形態におけるトルク制限機構の動作を示す図。
【図１９】本実施形態における内部電圧検出器及び算出器の検出結果を示すグラフ。
【図２０】本発明の第五実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す斜視図。
【図２１】本実施形態に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図２２】本実施形態における内部電圧検出器及び算出器の検出結果を示すグラフ。
【図２３】本発明の第六実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す斜視図。
【図２４】本実施形態に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図２５】本実施形態に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図２６】本実施形態における内部電圧検出器及び算出器の検出結果を示すグラフ。
【図２７】本発明の変形例に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図２８】本発明の変形例に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図２９】本発明の変形例に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図３０】本発明の変形例に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【図３１】本発明の変形例に係るトルク制限機構の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係る滑り検出機構１の構成を示す断面図である。
図１に示すように、滑り検出機構１は、伝達部２、圧電部３及び制御部４を有している。
伝達部２は、回転軸ＳＦの周面に掛けられている。伝達部２は、回転軸ＳＦのうちの周面（例、外周面や内周面）の少なくとも一部に対して接触可能に設けられている。伝達部２は、該回転軸の軸方向（例えばＺ方向）とは異なる方向（例、該回転軸の径方向など）に力（例、張力や押圧力など）が加えられた状態で該回転軸ＳＦに接触することによって回転軸ＳＦとの間で摩擦力を生じるように形成されている。
【００１７】
伝達部２は、ベルト部（接触部）５を有している。ベルト部５は、例えばステンレスなどの金属を用いて帯状に形成されている。ベルト部５は、回転軸ＳＦの外周面ＳＦａに掛けられている。ベルト部５は、回転軸ＳＦの外周面ＳＦａに沿って湾曲された状態となっている。このように、ベルト部５は、回転軸ＳＦの周面（例、外周面ＳＦａ又は内周面）に沿って曲げることが可能な可撓性を有する。なお、ベルト部５は、回転軸ＳＦ（外周面ＳＦａ）に対して、少なくとも一部が掛けられた状態若しくは接触した状態であればよい。また、例えば、ベルト部５は、回転軸Ｓの曲面状周面の少なくとも一部に沿って巻き付いた状態であればよい。
【００１８】
ベルト部５は、両端部（第一端部５ａ及び第二端部５ｂ）が例えば外周面ＳＦａの接平面に垂直な方向へ伸びるように折り曲げられている。ベルト部５の折り曲げ部分（端部）である第一端部５ａ及び第二端部５ｂは、外周面ＳＦａの周方向の基準位置Ｆを挟むように所定の隙間を空けて対向して配置されている。第一端部５ａは、圧電部３の一部を介して、フレーム６の固定部６ａに固定されている。第二端部５ｂは、圧電部３の一部を介して、フレーム６の固定部６ｂに固定されている。また、ベルト部５の形状は、例えば、帯状又は線状などである。なお、ベルト部５をフレーム６に固定させる構成としては、圧電部３の一部を用いて固定する構成に限られない。例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を用いて、又は、不図示のネジやバネなどの固定部材を介して、ベルト５をフレーム６に固定させる構成であっても良い。
【００１９】
圧電部３は、検出素子として、圧電素子（第一素子）３ａ及び圧電素子（第二素子）３ｂを備えている。
圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂは、弾性変形するように形成されている。圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂは、弾性によりベルト部５を外周面ＳＦａに押圧している。圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂとしては、例えば電歪素子（例えばピエゾ素子）などの電気機械変換素子が用いられている。圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂは、所定の一方向（例、図中左右方向）に伸縮する構成であり、伸縮の際には伸縮量に応じた電圧を生じさせる。
【００２０】
圧電素子３ａは、伸縮方向の一方の端部がベルト部５の第一端部５ａに接続されている。また、圧電素子３ａの他方の端部は、フレーム６の固定部６ａに固定されている。したがって、圧電素子３ａは、第一端部５ａと固定部６ａとで挟まれた構成となっている。圧電素子３ｂは、伸縮方向が圧電素子３ａと同一方向となるように配置されている。圧電素子３ｂは、伸縮方向の一方の端部がベルト部５の第二端部５ｂに接続されている。また、圧電素子３ｂの他方の端部は、フレーム６の固定部６ｂに固定されている。したがって、圧電素子３ｂは、第二端部５ｂと固定部６ｂとで挟まれた構成となっている。
【００２１】
圧電素子３ａには内部電圧検出器７が接続されている。内部電圧検出器７は、圧電素子３ａの伸縮によって当該圧電素子３ａの内部に生じる電圧を検出する。また、圧電素子３ｂには、内部電圧検出器８が接続されている。内部電圧検出器８は、圧電素子３ｂの伸縮によって当該圧電素子３ｂの内部に生じる電圧を検出する。
【００２２】
内部電圧検出器７は、例えば、圧電素子３ａが伸びた場合に負の電圧を検出し、圧電素子３ａが縮んだ場合に正の電圧を検出する。また、内部電圧検出器８は、例えば、圧電素子３ｂが伸びた場合に負の電圧を検出し、圧電素子３ａが縮んだ場合に正の電圧を検出する。勿論、圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂの伸縮方向と検出する電圧の正負とが上記とは逆の構成であっても構わない。
【００２３】
内部電圧検出器７の出力先及び内部電圧検出器８の出力先は、算出器９に接続されている。算出器９は、内部電圧検出器７の出力と、内部電圧検出器８の出力とを加算する。算出器９の出力先は、制御部４に接続されている。算出器９による算出結果は、出力信号として制御部４に送信される。
【００２４】
次に、以上の構成における滑り検出機構１の動作を説明する。
まず、制御部４は、回転軸ＳＦの駆動機構（不図示）を用いて回転軸ＳＦを回転させたり、あるいは回転軸ＳＦの回転を停止させたりする。このような制御を行う際に、例えば回転軸ＳＦに対して図１における時計回りの方向（以下、ＣＷ方向と表記する）に回転する何らかの力が外部から加わる場合、回転軸ＳＦとベルト部５との間にＣＷ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部５ａ及び第二端部５ｂに対して、それぞれＣＷ方向の力として作用する。
【００２５】
このとき、回転軸ＳＦとベルト部５との間の静止摩擦力を超える力が第一端部５ａに対してＣＷ方向に作用すると、圧電素子３ａが固定部６ａ側に縮むように変形し、第一端部５ａが基準位置Ｆから離れる方向へ移動する。一方、第二端部５ｂにＣＷ方向の力が作用する場合、ベルト部５のうち第二端部５ｂ側の部分はオイラーの巻き掛け理論から容易に分かるように５ａ部と比べてＳＦとの摩擦力が小さいためにＳＦとの間にすべりが生じて、圧電素子３ｂはほとんど変形することなく、第二端部５ｂはほとんど移動しない。したがって、第一端部５ａと第二端部５ｂとの間隔が広がり、ベルト部５の巻き付きが緩み、回転軸ＳＦとベルト部５との間において所定の回転方向（例、ＣＷ方向）に滑りが生じやすくなる。
【００２６】
このときの内部電圧検出器７及び内部電圧検出器８の検出結果は、図２のグラフ（Ａ）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器７においては、出力Ｖ１として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器８においては、出力Ｖ２として負の電圧値が検出される。ここでは、出力Ｖ１の値が出力Ｖ２の値よりも絶対値が大きいため、算出器９では、出力Ｖ３として、正の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【００２７】
また、回転軸ＳＦに対して図１における反時計回りの方向（以下、ＣＣＷ方向と表記する）に回転する力が外部から加わる場合、回転軸ＳＦとベルト部５との間にＣＣＷ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部５ａ及び第二端部５ｂに対して、それぞれＣＣＷ方向の力として作用する。
【００２８】
このとき、回転軸ＳＦとベルト部５との間の静止摩擦力を超える力が第二端部５ｂに対してＣＷ方向に作用すると、圧電素子３ｂが固定部６ｂ側に縮むように変形し、第二端部５ｂが基準位置Ｆから離れる方向へ移動する。一方、第一端部５ａにＣＣＷ方向の力が作用する場合、ベルト部５のうち第一端部５ａ側の部分はオイラーの巻き掛け理論から容易に分かるようにＳＦとの摩擦力が５ｂ部に比べて小さいためにＳＦとの間にすべりが生じて、圧電素子３ａはほとんど変形することなく、第一端部５ａはほとんど移動しない。したがって、第一端部５ａと第二端部５ｂとの間隔が広がり、ベルト部５の巻き付きが緩み、回転軸ＳＦとベルト部５との間において所定の回転方向（例、ＣＷ方向）に滑りが生じやすくなる。
【００２９】
このときの内部電圧検出器７及び内部電圧検出器８の検出結果は、図２のグラフ（Ｂ）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器７においては、出力Ｖ１として負の電圧値が検出され、内部電圧検出器８においては、出力Ｖ２として正の電圧値が検出される。ここでは、出力Ｖ２の値が出力Ｖ１の値よりも絶対値が大きいため、算出器９では、出力Ｖ３として、負の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【００３０】
上記のように、回転軸ＳＦとベルト部５との間に滑りが生じると、回転軸ＳＦのトルクがベルト部５に伝達されること無く、回転軸ＳＦが空回りし、当該回転軸ＳＦとベルト部５との間に相対的な変位が生じる。
【００３１】
そして、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ３（出力信号）が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、回転軸ＳＦとベルト部５の間に相対的な変位が生じたか否か（相対位置情報）を判断する。この閾値として、例えば実験やシミュレーションなどによって予め設定された値（＋ｍ、−ｍ）を設定することができる。
【００３２】
したがって、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ３が所定の閾値を超えている場合には、回転軸ＳＦとベルト部５との間に相対的な変位が生じたと判断する。また、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ３が所定の閾値を超えていない場合には、回転軸ＳＦとベルト部５との間に相対的な変位が生じていないと判断する。
【００３３】
なお、出力Ｖ３が正の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ３が閾値＋ｍよりも大きな値である場合に、閾値を超えたと判断する。また、出力Ｖ３が負の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ３が閾値−ｍよりも小さな値である場合に、閾値を超えたと判断する。
【００３４】
また、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ３の正負に基づき、回転軸ＳＦとベルト部５との間に相対的な変位の方向（相対位置情報）を検出することができる。例えば、出力Ｖ３が正の電圧値である場合、回転軸ＳＦがベルト部５に対して、一方向（例、ＣＷ方向）に変位していると判断することができる。また、出力Ｖ３が負の電圧値である場合、回転軸ＳＦがベルト部５に対して、回転方向において上記一方向とは反対の他方向（例、ＣＣＷ方向）に変位していると判断することができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態に係る滑り検出機構１は、圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂの変位によって生じる出力信号を検出する算出器９を有し、制御部４が当該算出器９による算出結果に基づいて、回転軸ＳＦとベルト部５との間の滑りとその方向を検出することができる構成であるため、回転軸ＳＦとベルト部５との間の相対的な変位を判断することができる。これにより、剛性及び柔軟性を備える構成に資することが可能な滑り検出機構１が提供される。
【００３６】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図３は、本実施形態に係る滑り検出機構１０１の構成を示す図である。
図３に示すように、滑り検出機構１０１は、伝達部１０２、圧電部１０３及び制御部１０４を有している。
【００３７】
本実施形態では、圧電部１０３は、検出素子として、１個の圧電素子１０３ａを備えた構成となっている。
圧電素子１０３ａは、弾性変形するように形成されている。圧電素子１０３ａは、弾性によりベルト部５を外周面ＳＦａに押圧している。圧電素子１０３ａとしては、例えば電歪素子（例えばピエゾ素子）などの電気機械変換素子が用いられている。圧電素子１０３ａは、所定の一方向（例、図中左右方向）に伸縮する構成であり、伸縮の際には伸縮量に応じた電圧を生じさせる。
【００３８】
ベルト部１０５は、両端部（第一端部１０５ａ及び第二端部１０５ｂ）が例えば外周面ＳＦａの接平面に垂直な方向へ伸びるように折り曲げられている。ベルト部１０５の折り曲げ部分（端部）である第一端部１０５ａ及び第二端部１０５ｂは、外周面ＳＦａの周方向の基準位置Ｆを挟むように所定の隙間を空けて対向して配置されている。
【００３９】
第一端部１０５ａは、弾性部材１０８ａを介してフレーム１０６の固定部１０６ａに固定されている。第二端部１０５ｂは、弾性部材１０８ｂを介してフレーム１０６の固定部１０６ｂに固定されている。また、ベルト部１０５の形状は、例えば、帯状又は線状などである。
【００４０】
圧電素子１０３ａのうち伸縮方向の一方の端部（例、図中左側端部）は、ベルト部１０５の第一端部１０５ａに接続されている。また、圧電素子１０３ａの他方の端部（例、図中右側端部）は、ベルト部１０５の第二端部１０５ｂに接続されている。したがって、圧電素子１０３ａは、第一端部１０５ａと第二端部１０５ｂとで挟まれた構成となっている。圧電素子１０３ａは、弾性によって第一端部１０５ａ及び第二端部１０５ｂを基準位置Ｆ側へ引っ張るように設けられている。この圧電素子１０３ａの弾性力（引っ張る力）により、ベルト部１０５が外周面ＳＦａに押圧されている。
【００４１】
圧電素子１０３ａには内部電圧検出器１０７が接続されている。内部電圧検出器１０７は、圧電素子１０３ａの伸縮によって当該圧電素子１０３ａの内部に生じる電圧を検出する。内部電圧検出器１０７は、例えば、圧電素子１０３ａが伸びた場合に正の電圧を検出し、圧電素子１０３ａが縮んだ場合に負の電圧を検出する。勿論、圧電素子１０３ａの伸縮方向と検出する電圧の正負とが上記とは逆の構成であっても構わない。
【００４２】
内部電圧検出器１０７の出力先は、制御部１０４に接続されている。内部電圧検出器１０７による算出結果は、出力信号として制御部１０４に送信されるようになっている。
【００４３】
次に、以上の構成における滑り検出機構１０１の動作を説明する。
まず、制御部１０４は、回転軸ＳＦの駆動機構（不図示）を用いて回転軸ＳＦを回転させたり、あるいは回転軸ＳＦの回転を停止させたりする。このような制御を行う際に、例えば回転軸ＳＦに対して図３における時計回りの方向（以下、ＣＷ方向と表記する）に回転する何らかの力が外部から加わる場合、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間にＣＷ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部１０５ａ及び第二端部１０５ｂに対して、それぞれＣＷ方向の力として作用する。
【００４４】
このとき、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間の静止摩擦力を超える力が第一端部１０５ａに対してＣＷ方向に作用すると、弾性部材１０８ａが固定部１０６ａ側に縮むように変形し、第一端部１０５ａが基準位置Ｆから離れる方向へ移動する。一方、第二端部１０５ｂにＣＷ方向の力が作用する場合、ベルト部１０５のうち第二端部１０５ｂ側の部分はオイラーの巻き掛け理論から分かるように１０５ａ側と比べてＳＦとの間の摩擦力が小さいためにＳＦとの間にすべりが生じて、弾性部材１０８ｂはほとんど変形することなく、第二端部１０５ｂはほとんど移動しない。したがって、第一端部１０５ａと第二端部１０５ｂとの間隔が広がり、ベルト部１０５の巻き付きが緩み、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間において所定の回転方向（例、ＣＷ方向）に滑りが生じやすくなる。また、第一端部１０５ａと第二端部１０５ｂとの間隔が広がるため、圧電素子１０３ａが図中左右方向に伸びる。
【００４５】
このときの内部電圧検出器１０７の検出結果は、図４のグラフ（Ｃ）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器１０７においては、出力Ｖ４として正の電圧値が検出される。
【００４６】
また、回転軸ＳＦに対して図４における反時計回りの方向（以下、ＣＣＷ方向と表記する）に回転する力が外部から加わる場合、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間にＣＣＷ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部１０５ａ及び第二端部１０５ｂに対して、それぞれＣＣＷ方向の力として作用する。
【００４７】
このとき、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間の静止摩擦力を超える力が第二端部１０５ｂに対してＣＣＷ方向に作用すると、弾性部材１０８ｂが固定部１０６ｂ側に縮むように変形し、第二端部１０５ｂが基準位置Ｆから離れる方向へ移動する。一方、第一端部１０５ａにＣＣＷ方向の力が作用する場合、ベルト部１０５のうち第一端部１０５ａ側の部分は、オイラーの巻き掛け理論から容易に分かるように１０５ｂ側と比べてＳＦとの間の摩擦力が小さいためにすべりが生じて、弾性部材１０８ａはほとんど変形することなく、第一端部１０５ａはほとんど移動しない。したがって、第一端部１０５ａと第二端部１０５ｂとの間隔が広がり、ベルト部１０５の巻き付きが緩み、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間において所定の回転方向（例、ＣＷ方向）に滑りが生じやすくなる。また、第一端部１０５ａと第二端部１０５ｂとの間隔が広がるため、圧電素子１０３ａが図中左右方向に伸びる。
【００４８】
このときの内部電圧検出器１０７の検出結果は、図４のグラフ（Ｄ）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器１０７においては、出力Ｖ４として正の電圧値が検出される。
【００４９】
上記のように、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間に滑りが生じると、回転軸ＳＦのトルクがベルト部１０５に伝達されること無く、回転軸ＳＦが空回りし、当該回転軸ＳＦとベルト部１０５との間に相対的な変位が生じる。
【００５０】
そして、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ４（出力信号）が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、回転軸ＳＦとベルト部１０５の間に相対的な変位が生じたか否か（相対位置情報）を判断する。この閾値として、例えば実験やシミュレーションなどによって予め設定された値（＋ｎ）を設定することができる。
【００５１】
したがって、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ４が所定の閾値を超えている場合には、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間に相対的な変位が生じたと判断する。また、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ４が所定の閾値を超えていない場合には、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間に相対的な変位が生じていないと判断する。
【００５２】
また、出力Ｖ４が負の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力Ｖ４が閾値−ｎよりも小さな値である場合に、閾値を超えたと判断する。
【００５３】
以上のように、本実施形態に係る滑り検出機構１は、圧電素子１０３ａの変位によって生じる出力信号を検出する内部電圧検出器１０７を有し、制御部１０４が当該内部電圧検出器１０７による検出結果に基づいて、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間の滑りを検出することができる構成であるため、回転軸ＳＦとベルト部１０５との間の相対的な変位の有無を判断することができる。これにより、剛性及び柔軟性を備える構成に資することが可能な滑り検出機構１０１が提供される。
【００５４】
［第三実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図５は、本実施形態に係るロボット装置の一部の構成を示す図である。
図５に示すように、ロボット装置１００は、第一アーム１０、第二アーム２０及び制御部ＣＯＮＴを有している。第一アーム１０及び第二アーム２０は、連結部３０において連結されている。回転機構４０及びトルク制限機構５０を備える駆動装置６０が連結部３０に設けられている。駆動装置６０は、連結部３０を基準として第二アーム２０を回転させる。制御部ＣＯＮＴは、第一アーム１０及び第二アーム２０を含めたロボット装置１００の動作を統括的に制御する。
【００５５】
第一アーム１０は、基部１１及び軸受部１２を有している。
基部１１は、円柱状（中実）若しくは円筒状（中空）に形成されており、ロボット装置１００の骨格の一部を構成する。基部１１は、ロボット装置１００の不図示の軸部材に取り付けられており、当該軸部材を中心として所定方向に回転移動するように設けられている。なお、第一アーム１０には、当該第一アーム１０の三次元的な位置及び姿勢を検出する不図示のセンサが設けられている。当該センサとしては、例えば第一アーム１０の回転角度や回転方向等を検出するエンコーダなどの回転位置検出器が挙げられる。
【００５６】
軸受部１２は、基部１１の端面１１ａに設けられている。軸受部１２は、第一軸受１２ａ、第二軸受１２ｂ及び第三軸受１２ｃを有している。第一軸受１２ａ、第二軸受１２ｂ及び第三軸受１２ｃは、一方向（例えばＺ方向）に並んで配置されている。
【００５７】
第一軸受１２ａ及び第二軸受１２ｂは、端面１１ａ上に直接設けられている。第一軸受１２ａ及び第二軸受１２ｂは、互いの間に所定の間隔が設けられるように配置されている。第三軸受１２ｃは、第二軸受１２ｂから端面１１ａの外側へ伸びた接続部１１ｂを介して設けられている。
【００５８】
図６は、第一アーム１０の構成を示す図である。図６においては、第二アーム２０の図示を省略している。
図６に示すように、第一軸受１２ａには、貫通孔１３ａが設けられている。貫通孔１３ａは、Ｚ方向に第一軸受１２ａを貫通する。第二軸受１２ｂには、貫通孔１３ｂが設けられている。貫通孔１３ｂは、Ｚ方向に第二軸受１２ｂを貫通する。第三軸受１２ｃには、貫通孔１３ｃが設けられている。貫通孔１３ｃは、Ｚ方向に第三軸受１２ｃを貫通する。
【００５９】
貫通孔１３ａ及び貫通孔１３ｂ及び貫通孔１３ｃは、例えば円形に形成されており、それぞれＺ方向視において重なる位置に配置されている。また、貫通孔１３ａ及び貫通孔１３ｂは、互いに等しい径を有するように形成されている。なお、貫通孔１３ａ、貫通孔１３ｂ及び貫通孔１３ｃのうち少なくとも一つの径やＺ方向視での形状が他と異なる構成であっても構わない。
【００６０】
また、図５に示すように、第二アーム２０は、基部２１、軸受部２２及び被駆動軸２４を有している。
基部２１は、第一アーム１０の基部１１と同様、円柱状（中実）若しくは円筒状（中空）に形成されており、ロボット装置１００の骨格の一部を構成する。第二アーム２０には、当該第二アーム２０の三次元的な位置及び姿勢を検出する不図示のセンサが設けられている。当該センサとしては、例えば第二アーム２０の回転角度や回転方向等を検出するエンコーダなどの回転位置検出器が挙げられる。
【００６１】
軸受部２２は、基部２１の端面２１ａに設けられている。軸受部２２は、第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂを有している。第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂは、一方向（例えばＺ方向）に並んで配置されている。
【００６２】
第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂは、端面２１ａ上に直接設けられている。第二アーム２０の第四軸受２２ａ及び第五軸受２２ｂは、第一アーム１０の第一軸受１２ａと第二軸受１２ｂとの間に配置可能となるように、互いの間に所定の間隔を空けて配置されている。
【００６３】
被駆動軸（回転軸）２４は、回転機構４０による回転力が伝達部５１によって伝達されることで回転する軸である。被駆動軸２４は、第四軸受２２ａの＋Ｚ側に当該第四軸受２２ａと一体的に設けられている。被駆動軸２４は、例えば円筒状に形成されており、軸線方向がＺ方向に平行になるように配置されている。被駆動軸２４の外周面２４ａは、ほぼ一周に亘って摩擦係数が均一になるように形成されている。
【００６４】
図７は、第二アーム２０の構成を示す斜視図である。
図７に示すように、第四軸受２２ａには、貫通孔２３ａが設けられている。貫通孔２３ａは、Ｚ方向に第四軸受２２ａを貫通する。第五軸受２２ｂには、貫通孔２３ｂが設けられている。貫通孔２３ｂは、Ｚ方向に第五軸受２２ｂを貫通する。被駆動軸２４には、貫通孔２３ｃが設けられている。貫通孔２３ｃは、被駆動軸２４をＺ方向に貫通する。
【００６５】
貫通孔２３ａ、貫通孔２３ｂ及び貫通孔２３ｃは、例えば互いに等しい径を有する円形に形成されており、それぞれＺ方向視において重なる位置に配置されている。勿論、貫通孔２３ａ、貫通孔２３ｂ及び貫通孔２３ｃのうち少なくとも一つの径やＺ方向視での形状が他と異なる構成であっても構わない。
【００６６】
図８は、連結部３０の構成を模式的に示す図である。図８においては、第一アーム１０の各部やカップリング４５、ベルト部５３については、内部が透過した状態となるように輪郭のみを示している。
【００６７】
図８に示すように、連結部３０において、第一アーム１０及び第二アーム２０は、第一軸受１２ａと第二軸受１２ｂとの間に、第四軸受２２ａと第五軸受２２ｂとが配置された状態で連結されることになる。この場合、＋Ｚ方向へ向けて、第一軸受１２ａ、第四軸受２２ａ、第五軸受２２ｂ、第二軸受１２ｂ及び第三軸受１２ｃの順に配置される。また、第一軸受１２ａの貫通孔２３ａ、第四軸受２２ａの貫通孔２３ａ、第五軸受２２ｂの貫通孔２３ｂ、第二軸受１２ｂの貫通孔１３ｂ及び第三軸受１２ｃの貫通孔１３ｃは、Ｚ方向に一列に並んで配置されることになる。
【００６８】
回転機構４０は、図５、図６及び図８に示すように、回転駆動源４１、回転駆動軸４２、カップリング４５及び回転方向検出器４６を有している。
回転駆動源４１は、回転駆動軸（回転軸）４２に対して所定の回転方向（例、Ｚ軸回りの方向：θＺ方向）に回転力を付与する。回転駆動源４１としては、例えばモーター装置などが用いられている。カップリング４５は、第二軸受１２ｂと第三軸受１２ｃとの間に配置されており、回転駆動源４１の駆動軸４１ａと回転駆動軸４２とを連結する。なお、回転駆動軸４２は、駆動軸４１ａ及びカップリング４５を介さずに直接的に回転駆動源４１と連結されてもよい。回転方向検出器４６は、回転駆動軸４２の回転方向及び被駆動軸（回転軸）２４の回転方向（例、＋θＺ方向又は−θＺ方向）を個別に検出可能である。回転方向検出器４６としては、例えばエンコーダなどが用いられている。
【００６９】
回転駆動軸４２は、貫通部４３及び拡径部４４を有している。貫通部４３は、円柱状に形成されており、長手方向がＺ方向に平行になるように配置されている。貫通部４３は、第一軸受１２ａの貫通孔１３ａ、第四軸受２２ａの貫通孔２３ａ、第五軸受２２ｂの貫通孔２３ｂ、第二軸受１２ｂの貫通孔１３ｂ及び第三軸受１２ｃの貫通孔１３ｃをそれぞれ貫通する。
【００７０】
貫通部４３は、上記の各貫通孔を貫通して設けられることで、軸受部１２及び軸受部２２において第一アーム１０と第二アーム２０とを連結している。また、貫通部４３は、不図示の当該軸受部１２及び軸受部２２（例えば、第一軸受１２ａ、第四軸受２２ａ、第五軸受２２ｂ、第二軸受１２ｂ及び第三軸受１２ｃ）によって、所定のＺ軸周りに独立して回転するように支持されている。
【００７１】
拡径部４４は、貫通部４３の一部に設けられている。拡径部４４は、貫通部４３と中心軸が一致するように円筒状に形成されている。拡径部４４は、貫通部４３よりも径が大きく形成されている。本実施形態では、拡径部４４の径は、被駆動軸２４の径と同一となるように形成されている。
【００７２】
拡径部４４の外周面４４ａは、ほぼ一周に亘って摩擦係数が均一になるように形成されている。拡径部４４は、外周面４４ａの摩擦係数が被駆動軸２４の外周面２４ａの摩擦係数と同一になるように形成されている。第一アーム１０と第二アーム２０とが連結された状態では、拡径部４４と被駆動軸２４とは、互いの中心軸が一致するようにＺ方向に並んで配置されている。
【００７３】
トルク制限機構５０は、回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達する。
図９は、トルク制限機構５０の構成を示す断面図である。
図５、図７、図８及び図９に示すように、トルク制限機構５０は、伝達部５１及び調整部５２を有している。
【００７４】
伝達部５１は、回転駆動軸４２の周面と被駆動軸２４の周面とのうち少なくとも一方に掛けられて、回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達する。例えば、伝達部５１は、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とのうち少なくとも一方の回転軸の周面（例、外周面や内周面）の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、該回転軸の軸方向（例えばＺ方向）とは異なる方向（例、該回転軸の径方向など）に力（例、張力や押圧力など）が加えられた状態で該回転軸に接触することによって回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達する。調整部５２は、伝達部５１と回転駆動軸４２及び被駆動軸２４との間の接触状態を調整する。
【００７５】
伝達部５１は、ベルト部（湾曲部）５３を有している。ベルト部５３は、例えばステンレスなどの金属を用いて帯状に形成されている。ベルト部５３は、回転駆動軸４２の拡径部４４と被駆動軸２４との間に跨って掛けられている。例えば、ベルト部５３は、拡径部４４の外周面４４ａと、被駆動軸２４の外周面２４ａとに、それぞれ短手方向に半分ずつ均等に掛けられた状態となっている。ベルト部５３は、拡径部４４の外周面４４ａ及び被駆動軸２４の外周面２４ａに沿って湾曲された状態となっている。したがって、ベルト部５３は、拡径部４４の周面（例、外周面４４ａ又は内周面）及び被駆動軸２４の周面（例、外周面２４ａ又は内周面）に沿って曲げることが可能な可撓性を有する。このように、例えば、本実施形態におけるトルク制限機構５０は、回転機構４０によって回転駆動軸４２に生じる回転力を、ベルト部５３を介して被駆動軸２４に伝達する手段を有している。なお、ベルト部５３は、回転駆動軸４２（拡径部４４）及び被駆動軸２４のそれぞれに対して、少なくとも一部ずつが掛けられた状態であればよい。また、例えば、ベルト部５３は、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とのうち少なくとも一方の回転軸の曲面状周面の少なくとも一部に沿って巻き付いた状態であればよい。
【００７６】
ベルト部５３は、両端部（第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂ）がＺ方向と直交する方向へ伸びるように折り曲げられている。ベルト部５３の折り曲げ部分（端部）である第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂは、拡径部４４及び被駆動軸２４の周方向の基準位置Ｆを挟むように所定の隙間を空けて対向して配置されている。第一端部５３ａは、調整部５２の一部を介して、端面２１ａから突出した支持部２１ｂの端面に接続されている。第二端部５３ｂは、調整部５２の一部を介して、第二アーム２０の端面２１ａから突出した支持部２１ｃの端面に固定されている。また、ベルト部５３の形状は、例えば、帯状又は線状などである。
【００７７】
拡径部４４と被駆動軸２４とは同一の径を有しているため、拡径部４４の外周面４４ａと被駆動軸２４の外周面２４ａとの間では段差が発生することが無い。このため、伝達部５１と拡径部４４との間、及び、伝達部５１と被駆動軸２４との間には、ほぼ同一の張力及び摩擦力が発生することになる。
【００７８】
本実施形態では、ベルト部５３が金属を用いて形成されているため、ベルト部５３を例えば放電加工などによって容易に作成することができる。また、ベルト部５３が金属を用いて形成される場合、ベルト部５３が導電性を有する構成となるため、ベルト部５３と拡径部４４（回転駆動軸４２）及び被駆動軸２４との間の摩擦によって発生する静電気がベルト部５３に帯電するのを抑制することができる。なお、伝達部５１の形状については、帯状の構成に限られず、例えば線状又は鎖状に形成されていても構わない。
【００７９】
また、調整部５２は、駆動部として駆動素子（第一素子）５４及び駆動素子（第二素子）５６を備えている。
駆動素子５４は、伸縮方向の一方の端部がベルト部５３の第一端部５３ａに接続されている。また、駆動素子５４の他方の端部は、第二アーム２０の端面２１ａから突出した支持部２１ｂに固定されている。したがって、駆動素子５４は、第一端部５３ａと支持部２１ｂとで挟まれた構成となっている。駆動素子５４のうち第一端部５３ａとの接続部分及び支持部２１ｂとの接続部分には、それぞれフレクシャ機構５４ａ及び５４ｂが形成されている。
【００８０】
駆動素子５６は、伸縮方向が駆動素子５４と同一方向となるように配置されている。駆動素子５６は、伸縮方向の一方の端部がベルト部５３の第二端部５３ｂに接続されている。また、駆動素子５６の他方の端部は、第二アーム２０の端面２１ａから突出した支持部２１ｃに固定されている。したがって、駆動素子５６は、第二端部５３ｂと支持部２１ｃとで挟まれた構成となっている。駆動素子５６のうち第二端部５３ｂとの接続部分及び支持部２１ｃとの接続部分には、それぞれフレクシャ機構５６ａ及び５６ｂが形成されている。
【００８１】
駆動素子５４及び駆動素子５６は、ベルト部５３と外周面４４ａ及び２４ａとの間の接触状態を調整可能である。駆動素子５４及び駆動素子５６としては、電歪素子（例えばピエゾ素子）などの電気機械変換素子が用いられている。本実施形態では、駆動素子５４及び駆動素子５６として、圧電素子が用いられた構成を例に挙げて説明する。
【００８２】
駆動素子５４及び駆動素子５６は、電気的には容量素子としての性質を有する。このため、電圧を印加することにより、駆動素子５４及び駆動素子５６には電荷が蓄えられるようになっている。駆動素子５４及び駆動素子５６は、蓄えられた電荷量に応じた伸縮量で、所定の一方向に伸縮する構成である。また、駆動素子５４及び駆動素子５６は、外部からの力の作用によって伸縮すると、内部に電圧が発生する。
【００８３】
なお、駆動素子５４が支持部２１ｂに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部２１ｂに固定された構成であっても良い。同様に、駆動素子５６が支持部２１ｃに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部２１ｃに固定された構成であっても良い。
【００８４】
駆動素子５４には、電源回路５７ａが接続されている。電源回路５７ａは、電池５７ｃを有している。電池５７ｃは、駆動素子５４に対して電圧を供給する電圧源である。電池５７ｃは、駆動素子５４に対して直列に接続されている。電池５７ｃは、内部抵抗５７ｒを有している。
【００８５】
電源回路５７ａには、内部電圧検出器５７が接続されている。内部電圧検出器５７は、内部抵抗５７ｒを含む電池５７ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器５７は、内部抵抗５７ｒを含む電池５７ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子５４の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器５７においては、例えば伸縮によって当該駆動素子５４の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【００８６】
駆動素子５６には、電源回路５８ａが接続されている。電源回路５８ａは、電池５８ｃを有している。電池５８ｃは、駆動素子５６に対して電圧を供給する電圧源である。電池５８ｃは、駆動素子５６に対して直列に接続されている。電池５８ｃは、内部抵抗５８ｒを有している。
【００８７】
また、電源回路５８ａには、内部電圧検出器５８が接続されている。内部電圧検出器５８は、内部抵抗５８ｒを含む電池５８ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器５８は、内部抵抗５８ｒを含む電池５８ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子５６の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器５８においては、例えば伸縮によって当該駆動素子５６の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【００８８】
内部電圧検出器５７は、例えば、駆動素子５４が伸びた場合に負の電圧を検出し、駆動素子５４が縮んだ場合に正の電圧を検出する。また、内部電圧検出器５８は、例えば、駆動素子５６が伸びた場合に負の電圧を検出し、駆動素子５４が縮んだ場合に正の電圧を検出する。勿論、駆動素子５４及び駆動素子５６の伸縮方向と検出する電圧の正負とが上記とは逆の構成であっても構わない。
【００８９】
内部電圧検出器５７の出力先及び内部電圧検出器５８の出力先は、算出器５９に接続されている。算出器５９は、内部電圧検出器５７の出力と、内部電圧検出器５８の出力とを加算する。算出器５９の出力先は、制御部ＣＯＮＴに接続されている。算出器５９による算出結果は、出力信号として制御部ＣＯＮＴに送信される。
【００９０】
なお、制御部ＣＯＮＴは電池５７ｃに対して電圧信号を調整可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池５７ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子５４に印加する電圧を調整可能である。また、電池５７ｃを介して駆動素子５４に印加する電圧を調整することにより、駆動素子５４に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子５４の伸縮量を調整可能である。
【００９１】
また、制御部ＣＯＮＴは電池５８ｃに対して電圧信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池５８ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子５６に印加する電圧を調整可能である。また、電池５８ｃを介して駆動素子５６に印加する電圧を調整することにより、駆動素子５６に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子５６の伸縮量を調整可能である。
【００９２】
例えば、駆動素子５４が伸びると、ベルト部５３の第一端部５３ａが第二端部５３ｂに近づく方向に移動する。このため、ベルト部５３が回転駆動軸４２の拡径部４４及び被駆動軸２４に巻きつき、当該ベルト部５３に張力が加わる。駆動素子５４が縮むと、第一端部５３ａが第二端部５３ｂから離れる方向に移動する。このため、ベルト部５３が拡径部４４及び被駆動軸２４から離れて弛緩する。
【００９３】
同様に、例えば、駆動素子５６が伸びると、ベルト部５３の第二端部５３ｂが第一端部５３ａに近づく方向に移動する。このため、ベルト部５３が回転駆動軸４２の拡径部４４及び被駆動軸２４に巻きつき、当該ベルト部５３に張力が加わる。駆動素子５６が縮むと、第二端部５３ｂが第一端部５３ａから離れる方向に移動する。このため、ベルト部５３が拡径部４４及び被駆動軸２４から離れて弛緩する。
【００９４】
このように、例えば、ベルト部５３は、駆動素子５４及び駆動素子５６の駆動（例、伸縮）によって回転駆動軸４２の径方向及び被駆動軸２４の径方向に力が加えられる。これによって、ベルト部５３と拡径部４４との間、及びベルト部５３と被駆動軸２４との間で、それぞれ摩擦力が生じる。駆動素子５４及び駆動素子５６の駆動量（伸縮量）を調整することで、当該摩擦力を変化させることができ、これによってベルト部５３と拡径部４４との間、及びベルト部５３と被駆動軸２４との間のトルクの許容値を可変とすることができる。
【００９５】
なお、本実施形態は、例えば、駆動素子５４及び駆動素子５６を縮ませることによって、ベルト部５３が拡径部４４及び被駆動軸２４に巻きついて、当該ベルト部５３に張力が加わる構成にしてもよい。そして、本実施形態は、駆動素子５４及び駆動素子５６が伸びることによって、ベルト部５３が拡径部４４及び被駆動軸２４から離れて弛緩する構成にしてもよい。
【００９６】
例えば、制御部ＣＯＮＴにより駆動素子５４のみに電気信号を供給すると、駆動素子５４は変形し、駆動素子５６は変形しない。したがって、第二端部５３ｂは駆動素子５６及び支持部２１ｃに固定されたままであり、第一端部５３ａが基準位置Ｆに対して近づく方向又は基準位置Ｆから遠ざかる方向へ移動する。
【００９７】
上記の場合、ベルト部５３の第一端部５３ａは当該ベルト部５３の張力を制御するための制御端として機能し、ベルト部５３の第二端部５３ｂは当該ベルト部５３を第二アーム２０に固定させる固定端として機能する。また、駆動素子５６のみに電気信号を供給すると、これとは逆に、第一端部５３ａが固定端として機能し、第二端部５３ｂが制御端として機能する。また、駆動素子５４及び駆動素子５６の両方に電気信号を供給することもできる。この場合には、駆動素子５４及び駆動素子５６は、共に制御端として機能する。
【００９８】
このように、駆動素子５４及び駆動素子５６に対して電気信号の供給の有無を選択することにより、第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂを、固定端及び制御端のいずれかに選択することができる。
【００９９】
次に、本実施形態に係るトルク制限機構５０において、回転駆動軸４２から被駆動軸２４へ回転力を伝達し、当該被駆動軸２４にトルクを伝達させる原理を説明する。被駆動軸２４を駆動させる際には、拡径部４４及び被駆動軸２４に巻き掛けられたベルト部５３に有効張力を生じさせ、当該有効張力によって拡径部４４と被駆動軸２４とを連結する。拡径部４４と被駆動軸２４とがベルト部５３によって連結されることで、回転駆動軸４２から被駆動軸２４へとトルクが伝達可能となる。
【０１００】
オイラーの摩擦ベルト理論により、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４に巻き掛けられたベルト部５３の第一端部５３ａ側の張力（Ｔ１）及び第二端部５３ｂ側の張力（Ｔ２）が下記［数１］を満たすとき、ベルト部５３と拡径部４４との間、ベルト部５３と被駆動軸２４との間で、それぞれ摩擦力が生じる。このため、ベルト部５３と、拡径部４４の外周面４４ａ及び被駆動軸２４の外周面２４ａとの間は、それぞれ回転方向の力が作用し合う状態（接触状態）となる。なお、ここでいう摩擦力とは、静止摩擦力及び動摩擦力が含まれる。なお、本実施形態では、ベルト部５３が短手方向に等しい寸法ずつ拡径部４４及び被駆動軸２４に掛けられているため、生じる摩擦力の大きさは、ベルト部５３と外周面４４ａとの間、及び、ベルト部５３と外周面２４ａとの間で、ほぼ等しくなる。
【０１０１】
ベルト部５３は、外周面４４ａ及び外周面２４ａに対して接触状態となったときに、摩擦力によって回転駆動軸４２及び被駆動軸２４と共に移動する。この移動により、回転駆動軸４２から被駆動軸２４にトルクが伝達される。ただし、［数１］において、μはベルト部５３と外周面４４ａ及び外周面２４ａとの間の見かけ上の摩擦係数であり、θはベルト部５３の有効巻き付き角（接触角度）である。有効巻き付け角θについては、図９に示すように、拡径部４４の外周面４４ａ及び被駆動軸２４の外周面２４ａのうちベルト部５３に対して接触状態となりうる部分の範囲である。
【０１０２】
【数１】
【０１０３】
このとき、トルクの伝達に寄与する有効張力は、（Ｔ１−Ｔ２）によって表される。上記［数１］に基づいて有効張力（Ｔ１−Ｔ２）を求めると、［数２］のようになる。［数２］は、Ｔ１を用いて有効張力を表す式である。
【０１０４】
【数２】
【０１０５】
上記［数２］より、回転駆動軸４２から被駆動軸２４に伝達されるトルクは、例えば駆動素子５４の伸縮によってベルト部５３に生じる張力Ｔ１によって一意に決定されることがわかる。［数２］の右辺のＴ１の係数部分は、ベルト部５３と拡径部４４との間における摩擦係数μ、ベルト部５３との間における摩擦係数μ、及び、ベルト部５３の有効巻き付き角θにそれぞれ依存する。
【０１０６】
ここで、トルク制限機構５０においては、回転駆動軸４２とベルト部５３との間に働く力が、回転駆動軸４２の外周面４４ａとベルト部５３との間の最大静止摩擦力よりも小さい場合、回転駆動軸４２とベルト部５３との間には静止摩擦力が発生し、当該静止摩擦力によって回転駆動軸４２からベルト部５３にトルクが伝達される。
【０１０７】
一方、例えば回転駆動軸４２とベルト部５３との間に最大静止摩擦力以上の力が働くと、回転駆動軸４２とベルト部５３との間に滑りが生じる。例えば、回転駆動軸４２とベルト部５３との間に、回転方向についての相対的な移動が発生する。この場合、回転駆動軸４２とベルト部５３との間には動摩擦力が働くため、当該動摩擦力によって回転駆動軸４２からベルト部５３にトルクが伝達される。
【０１０８】
しかしながら、回転駆動軸４２の外周面４４ａとベルト部５３との間の動摩擦係数は、両者の静止摩擦力係数よりも小さいため、静止摩擦力によって伝達されるトルクに比べて、動摩擦力によって伝達されるトルクの大きさは小さくなる。例えば、回転駆動軸４２とベルト部５３との接触状態によっては、回転駆動軸４２がほぼ空回りに近い状態となる場合がある。したがって、回転駆動軸４２とベルト部５３との間に回転方向についての相対的な移動が発生する場合、回転駆動軸４２とベルト部５３との間に静止摩擦力が働く場合に比べて、伝達されるトルクの大きさが小さくなる。このため、トルクの伝達が制限されることになる。
【０１０９】
なお、例えば、トルク制限機構５０は、回転駆動軸４２とベルト部５３との間に対して所定の回転方向に滑りが生じた後、滑りが生じている所定の回転方向とは反対方向にトルクが生じるように、駆動素子５４及び駆動素子５６を駆動させることによって滑りを止めることができる。このように、本実施形態におけるトルク制限機構５０は、上記のような相対的な変位（例、滑り）が生じた場合に、ブレーキ機能として変位を止めることが可能である。
【０１１０】
このように、トルク制限機構５０は、回転駆動軸４２の外周面４４ａとベルト部５３との間に働く力が最大静止摩擦力を超えない場合には、回転駆動軸４２のトルクをベルト部５３に伝達する。また、トルク制限機構５０は、外周面４４ａとベルト部５３との間に働く力が最大静止摩擦力を超える場合には、回転駆動軸４２からベルト部５３へのトルクの伝達を制限する。以上の説明は、被駆動軸２４とベルト部５３との間においても同様に適用される。
【０１１１】
このことを踏まえると、トルク制限機構５０は、回転駆動軸４２からベルト部５３へ伝達されるトルクの閾値（許容値）、及び、ベルト部５３から被駆動軸２４へ伝達されるトルクの閾値（許容値）、を超えるトルクの伝達を制限する機能を有しているといえる。ここで、上記閾値は、回転駆動軸４２の外周面４４ａとベルト部５３との間に働く力が最大静止摩擦力に等しくなるようなトルクの値である。
【０１１２】
図１０は、摩擦係数μを変化させたときの有効巻き付き角θと係数部分の値との関係を示すグラフである。グラフの横軸は有効巻き付き角θを示しており、グラフの縦軸は係数部分の値を示している。図１０に示すように、例えば摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θが３００°以上のときに係数部分の値が０．８以上となっている。
【０１１３】
このことから、摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θを３００°以上とすることにより、駆動素子５４による張力Ｔ１の８０％以上の力が被駆動軸２４のトルクに寄与することがわかる。この巻き付き角（例、１８０°、２７０°、３６０°、３６０°以上）の他、図１０のグラフから、例えばベルト部５３と、拡径部４４及び被駆動軸２４との間の摩擦係数を大きくするほど、係数部分の値が大きくなることが推定される。
【０１１４】
このように、伝達可能なトルクの大きさは駆動素子５４による張力Ｔ１によって一意に決定されることになる。例えば駆動素子５４に用いられるピエゾ素子などは、数ミリ程度の小型素子であっても、数百ニュートン以上の力を出すことができるので、幅広い範囲の大きさのトルクを伝達することができる。したがって、駆動素子５４は、回転駆動軸４２からベルト部５３へ伝達されるトルクの許容値、及び、ベルト部５３から被駆動軸２４へ伝達されるトルクの許容値をそれぞれ可変にする機能を有している。つまり、調整部５２は、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との相対的な変位を生じさせるトルクの許容値を変更することが可能である。
【０１１５】
次に、ロボット装置１００の動作について説明する。図１１〜図１３は、ロボット装置１００の動作の様子を示す図である。図１４は、ロボット装置１００が動作している場合についての、内部電圧検出器５７、内部電圧検出器５８及び算出器５９の出力波形を示すグラフである。
【０１１６】
なお、図１４において、「出力１」は内部電圧検出器５７の出力電圧を示し、「出力２」は内部電圧検出器５８の出力電圧を示し、「出力３」は算出器５９の出力電圧（出力信号）を示す。それぞれのグラフの縦軸は電圧の大きさを示している。また、グラフの横軸は、時間の経過を示している。なお、出力１〜出力３のグラフは、横方向において３つの異なる場合（グラフ（１）〜グラフ（３））について示している。
【０１１７】
まず、図１１に示すように、ベルト部５３が回転駆動軸４２の拡径部４４の外周面４４ａと被駆動軸２４の外周面２４ａとに亘って掛けられた状態とする。この状態から、制御部ＣＯＮＴは、図１２に示すように、ベルト部５３の第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂがそれぞれ基準位置Ｆに近づくように駆動素子５４及び駆動素子５６に対して電気信号を供給する。
【０１１８】
この電気信号の供給により、ベルト部５３においては、拡径部４４の外周面４４ａ及び被駆動軸２４の外周面２４ａに共に巻かれた状態で第一端部５３ａ側には張力Ｔ１が発生し、第二端部５３ｂ側には張力Ｔ２が発生する。したがって、ベルト部５３に有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生し、ベルト部５３と拡径部４４との間、ベルト部５３と被駆動軸２４との間が、それぞれ接触状態となる。
【０１１９】
制御部ＣＯＮＴは、ベルト部５３に有効張力を発生させた状態を保持しつつ、回転機構４０の回転駆動源４１を作動させる。この動作により、ベルト部５３と拡径部４４の外周面４４ａとの間に摩擦力が発生し、ベルト部５３が外周面４４ａの周方向に引っ張られて移動しようとする。そして、ベルト部５３が移動しようとする際には、ベルト部５３と被駆動軸２４の外周面２４ａとの間に摩擦力が発生し、当該摩擦力によって被駆動軸２４が外周面２４ａの周方向に回転する。
【０１２０】
したがって、図１３に示すように、回転駆動軸４２（拡径部４４）の回転によってベルト部５３が移動すると共に、当該ベルト部５３の移動によって被駆動軸２４が外周面２４ａの周方向に回転する。このようにして、回転駆動軸４２（拡径部４４）の回転力が被駆動軸２４に伝達され、被駆動軸２４が回転する。
【０１２１】
制御部ＣＯＮＴは、この被駆動軸２４の駆動動作において、駆動素子５４及び駆動素子５６は、伸縮方向に相補的に変形させる。例えば、駆動素子５４を伸ばす場合には駆動素子５６が同量だけ縮ませ、駆動素子５４が縮ませる場合には駆動素子５６が同量だけ伸ばす。
【０１２２】
このとき、駆動素子５４及び駆動素子５６の伸縮により、当該駆動素子５４及び駆動素子５６の内部に電圧が発生する。この電圧は、内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８によって検出される。例えば、図１４のグラフ（１）に示すように、内部電圧検出器５７においては、出力１として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器５８においては、出力２として負の電圧値が検出される。ここでは、出力１の振幅と出力２の振幅とが等しいため、正負が反転した状態の２つの波形が検出される。また、算出器５９においては、内部電圧検出器５７の検出結果と内部電圧検出器５８の検出結果との和（出力３）が出力信号として検出されるため、ゼロの電圧値が検出される。
【０１２３】
なお、上記動作において、制御部ＣＯＮＴは、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４の配置状態に応じて調整部５２による接触状態を調整する。ここで、配置状態とは、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４の位置、姿勢及び相対的な位置関係のうち少なくとも一つを含む。なお、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間の相対的な位置関係は、第一アーム１０及び第二アーム２０の位置、姿勢及び相対的な位置関係に基づく。
【０１２４】
例えば、第二アーム２０を一定の速度で一定の角度だけ移動させようとする場合、連結部３０を基準として第二アーム２０に対して作用するモーメント（例、重力モーメント）の大きさによって、被駆動軸２４に対して伝達されるトルクの大きさを調整する必要が生じる。
【０１２５】
図１５及び図１６は、第一アーム１０と第二アーム２０との間の位置関係を模式的に示す図である。
第二アーム２０が位置Ｐ１に配置されている場合（図１５参照）と、第二アーム２０が位置Ｐ２に配置されている場合（図１６参照）とでは、位置Ｐ２に配置されている場合の第二アーム２０の先端のモーメントＭ２の方が、位置Ｐ１に配置されている場合の第二アーム２０の先端のモーメントＭ１よりも大きい。
【０１２６】
したがって、第二アーム２０を一定の速度で一定の角度だけ移動させる回転動作の場合において、位置Ｐ２に配置された第二アーム２０を移動させるときには、位置Ｐ１に配置された第二アーム２０を移動させるときに比べて、被駆動軸２４に伝達すべきトルクの大きさを大きくする必要がある。
【０１２７】
ここで、単に回転機構４０の回転駆動源４１の出力を大きくすると、回転駆動軸４２とベルト部５３、ベルト部５３と被駆動軸２４との接触状態によっては、トルクの許容値を超えてしまう場合がある。この場合、回転駆動軸４２からのトルクの伝達が制限されるため、トルクの許容値を大きくしておく必要がある。オイラーの摩擦ベルト理論に従うと、制御部ＣＯＮＴは、調整部５２を用いて張力Ｔ１及びＴ２を調整することで、トルクの許容値の大きさを調整可能である。
【０１２８】
本実施形態では、予め実験やシミュレーションなどを行い、第一アーム１０及び第二アーム２０の位置、姿勢及び相対的な位置関係に応じたトルクの許容値、例えば、最適な有効巻き付き角θ、若しくは、最適な張力Ｔ１及び張力Ｔ２を予め算出し、算出したこれらの結果を駆動情報として例えば制御部ＣＯＮＴの記憶部などに記憶させておくようにする。
【０１２９】
その上で、制御部ＣＯＮＴは、第一アーム１０及び第二アーム２０に設けられたセンサにより、第一アーム１０の位置及び姿勢、第二アーム２０の位置及び姿勢を求め、このセンサによる結果と記憶された上記駆動情報とを用いて最適な有効巻き付き角θ、若しくは、最適な張力Ｔ１及び張力Ｔ２を決定する。
【０１３０】
また、第二アーム２０に対して回転方向の一方向（例、−θＺ方向：図９等参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間に−θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂに対して、それぞれ−θＺ方向の力として作用する。
【０１３１】
第一端部５３ａに−θＺ方向の力が作用すると、駆動素子５４が弾性変形し、第一端部５３ａが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第二端部５３ｂに−θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部５３のうち第二端部５３ｂ側の部分が回転駆動軸４２及び被駆動軸２４との摩擦が小さいため、第二端部５３ｂはほとんど移動せず、駆動素子５６はほとんど変形しない。この結果、第一端部５３ａと第二端部５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間に滑りが生じる。
【０１３２】
このときの内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８の検出結果は、図１４のグラフ（２）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器５７においては、出力１として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器５８においては、出力２として負の電圧値が検出される。ここでは、出力１の値が出力２の値よりも絶対値が大きいため、算出器５９では、出力３として、正の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０１３３】
また、第二アーム２０に対して回転方向の他方向（例、＋θＺ方向：図９等参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間に＋θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部５３ａ及び第二端部５３ｂに対して、それぞれ＋θＺ方向の力として作用する。
【０１３４】
第二端部５３ｂに＋θＺ方向の力が作用すると、駆動素子５６が弾性変形し、第二端部５３ｂが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第一端部５３ａに＋θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部５３のうち第一端部５３ａ側の部分が回転駆動軸４２及び被駆動軸２４との摩擦が小さいため、第一端部５３ａはほとんど移動せず、駆動素子５４はほとんど変形しない。この結果、第一端部５３ａと第二端部５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間に滑りが生じる。
【０１３５】
このときの内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８の検出結果は、図１４のグラフ（３）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器５７においては、出力１として負の電圧値が検出され、内部電圧検出器５８においては、出力２として正の電圧値が検出される。ここでは、出力２の値が出力１の値よりも絶対値が大きいため、算出器５９では、出力３として、負の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０１３６】
上記のように、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間に滑りが生じると、回転駆動軸４２のトルクが被駆動軸２４に伝達されること無く、回転駆動軸４２又は被駆動軸２４が空回りし、当該回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間に相対的な変位が生じる。
【０１３７】
そして、制御部ＣＯＮＴは、出力３（出力信号）が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間に相対的な変位が生じたか否か（相対位置情報）を判断する。この閾値として、例えば、正側については、駆動素子５４及び駆動素子５６の駆動時の電気信号の最大値よりも大きい値（＋α）を設定することができ、負側については、駆動素子５４及び駆動素子５６の駆動時の電気信号の最小値よりも小さい値（−α）を設定することができる。
【０１３８】
したがって、制御部ＣＯＮＴは、出力３が所定の閾値を超えている場合には、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間に相対的な変位が生じたと判断する。また、制御部ＣＯＮＴは、出力３が所定の閾値を超えていない場合には、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間に相対的な変位が生じていないと判断する。
【０１３９】
なお、出力３が正の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力３が閾値＋αよりも大きな値である場合に、閾値を超えたと判断する。また、出力３が負の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力３が閾値−αよりも小さな値である場合に、閾値を超えたと判断する。
【０１４０】
また、制御部ＣＯＮＴは、出力３の正負に基づき、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間に相対的な変位の方向（相対位置情報）を検出することができる。例えば、出力３が正の電圧値である場合、回転駆動軸４２が被駆動軸２４に対して、一方向（例、−θＺ方向：図９等参照）に変位していると判断することができる。また、出力３が負の電圧値である場合、回転駆動軸４２が被駆動軸２４に対して、回転方向において上記一方向とは反対の他方向（例、＋θＺ方向：図９等参照）に変位していると判断することができる。
【０１４１】
なお、トルクの許容値を変更させながら駆動を行わせる際に、制御部ＣＯＮＴは、必ずしも駆動素子５４及び駆動素子５６を伸縮方向に相補的に変形させない場合がある。例えば、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子５４の変形量と駆動素子５６の変形量とが異なるように駆動素子５４及び駆動素子５６の変形量を調整する場合がある。このため、算出器５９で検出される出力３は必ずしもゼロにはならず、正の電圧値である場合、若しくは、負の電圧値である場合がある。しかしながら、この場合の電圧値は、閾値を超えない値であるため、回転駆動軸４２と被駆動軸２４との間の相対的な変位を判断する際の妨げとはならない。
【０１４２】
以上のように、本実施形態によれば、回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達可能なトルク制限機構５０であって、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とのうち少なくとも一方の回転軸に対して接触可能に設けられ、駆動素子５４及び駆動素子５６によって該回転軸の径方向に力（例、張力）が加えられた状態で回転軸の周面に接触することによって回転駆動軸４２の回転力を被駆動軸２４に伝達する伝達部５１と、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とに対して相対的な変位を生じさせる許容値が可変となるように、回転駆動軸４２と被駆動軸２４とのうち少なくとも一方に対する伝達部５１の接触状態を調整可能な調整部５２とを備えるので、オイラーの摩擦ベルト理論により、ベルト部５３の第一端部５３ａ側の張力によってトルクの許容値が一意に決定されることになる。したがって、幅広い範囲の大きさのトルクを被駆動軸２４に伝達させることができる。これにより、高い剛性を実現可能である。また、許容値を超えるトルクに対しては当該トルクの伝達を制限することができるので、外部の衝撃などに対して柔軟な構成を実現可能となる。これにより、剛性及び柔軟性を備える小型のトルク制限機構５０を提供することができる。
【０１４３】
また、本実施形態に係るトルク制限機構５０は、駆動素子５４及び駆動素子５６の変位によって生じる出力信号を検出する算出器５９を有し、制御部ＣＯＮＴが当該算出器５９による算出結果に基づいて、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間の滑りとその方向を検出することができる構成であるため、回転駆動軸４２と被駆動軸２４と間の相対的な変位を判断することができる。
【０１４４】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態を説明する。
本実施形態では、ロボット装置におけるトルク制限機構が円筒状に形成された被駆動軸の内部に配置された構成となっている点で、第三実施形態とは異なっている。以下、当該相違点を中心に説明する。
【０１４５】
図１７は、本実施形態に係るロボット装置２００の一部の構成を示す図である。
図１７に示すように、ロボット装置２００は、第一アーム２１０、第二アーム２２０及び制御部ＣＯＮＴを有している。第一アーム２１０及び第二アーム２２０は、連結部２３０において連結されている。
【０１４６】
連結部２３０には、回転機構２４０及びトルク制限機構２５０を有する駆動装置２６０が設けられている。駆動装置２６０は、連結部２３０を基準として第二アーム２２０を回転させる。制御部ＣＯＮＴは、第一アーム２１０及び第二アーム２２０を含めたロボット装置２００の動作を統括的に制御する。
【０１４７】
第一アーム２１０は、基部２１１、軸受部２１２（２１２ａ及び２１２ｂ）を有している。軸受部２１２は、基部２１１の端面２１１ａ上に設けられている。第二アーム２２０は、基部２２１、軸受部２２２及び被駆動軸（回転軸）２２４を有している。軸受部２２２（図１６において一転鎖線で示す）は、基部２２１の端面２２１ａ上に設けられている。
【０１４８】
第一アーム２１０の軸受部２１２ｂ及び第二アーム２２０の軸受部２２２は、回転機構２４０の回転駆動軸（回転軸）２４２を回転可能に支持する。なお、回転駆動軸２４２は、円筒状に形成されている。回転駆動軸２４２は、一方の端部が回転駆動源２４１に接続されており、他方の端部が上記軸受部２１２ｂ及び２２２に支持されている。回転駆動軸２４２は、回転駆動源２４１の回転力を受けて円周方向に回転可能となっている。回転機構２４０には、例えばエンコーダなどの回転方向検出器２４６が設けられている。回転方向検出器２４６は、回転駆動軸２４２の回転方向及び被駆動軸２２４の回転方向（例、＋θＺ方向又は−θＺ方向）を個別に検出可能である。
【０１４９】
第一アーム２１０の軸受部２１２ａは、被駆動軸２２４を回転可能に支持する。被駆動軸２２４は、円筒状に形成されており、軸受部２２２に固定されている。被駆動軸２２４は、内周面２２４ｂを有している。被駆動軸２２４の内周面２２４ｂは、回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂと同一の径となるように形成されている。
【０１５０】
図１８は、トルク制限機構２５０の構成を示す図である。
図１８に示すように、トルク制限機構２５０は、伝達部２５１及び調整部２５２を備えている。伝達部２５１はベルト部２５３を有している。ベルト部２５３は、帯状に形成されており、被駆動軸２２４の内周面２２４ｂ及び回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂに沿って設けられている。したがって、伝達部２５１は、回転駆動軸２４２と被駆動軸２２４とのうち少なくとも一方の回転軸の内周面に巻き付いて、回転駆動軸２４２の回転力を被駆動軸２２４に伝達する。
【０１５１】
ベルト部２５３は、被駆動軸２２４の内周面２２４ｂ及び回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂに接触可能に形成されている。例えば、ベルト部２５３は、内周面２２４ｂに沿って配置させたときに形状が崩れない程度の剛性を有すると共に、内周面２２４ｂに対して被駆動軸２２４の軸方向（例えばＺ方向）とは異なる方向（例、被駆動軸２２４の径方向など）に押圧させられたときに内周面２２４ｂの形状に従って変形し当該内周面２２４ｂとの間に摩擦力が生じる程度の弾性を有するように形成されている。
【０１５２】
また、例えば、ベルト部２５３は、内周面２４２ｂに沿って配置させたときに形状が崩れない程度の剛性を有すると共に、内周面２４２ｂに対して回転駆動軸２４２の軸方向（例えばＺ方向）とは異なる方向（例、回転駆動軸２４２の径方向など）に押圧させられたときに内周面２４２ｂの形状に従って変形し当該内周面２４２ｂとの間に摩擦力が生じる程度の弾性を有するように形成されている。
【０１５３】
このように、ベルト部２５３は、回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂと被駆動軸２２４の内周面２２４ｂとの間に跨って当接されている。ベルト部２５３は、内周面２４２ｂ及び内周面２２４ｂに沿って湾曲された状態となっている。なお、ベルト部２５３は、回転駆動軸２４２（内周面２４２ｂ）及び被駆動軸２２４（内周面２２４ｂ）のそれぞれに対して、少なくとも一部ずつが接触された状態であればよい。
【０１５４】
回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂと被駆動軸２２４の内周面２２４ｂとは同一の径を有しているため、内周面２４２ｂと内周面２２４ｂとの間では段差が発生することが無い。このため、ベルト部２５３と回転駆動軸２４２との間、及び、ベルト部２５３と被駆動軸２２４との間には、ほぼ同一の張力及び摩擦力が発生することになる。
【０１５５】
ベルト部２５３は、両端部（第一端部２５３ａ及び第二端部２５３ｂ）が折り曲げられた状態になっている。第一端部２５３ａ及び第二端部２５３ｂは、それぞれ調整部２５２に接続されている。
【０１５６】
調整部２５２は、駆動部として駆動素子（第一素子）２５４及び駆動素子（第二素子）２５６を備えている。
駆動素子２５４は、伸縮方向の一方の端部がベルト部２５３の第一端部２５３ａに接続されている。また、駆動素子２５４の他方の端部は、支持部２５５ｃに固定されている。したがって、駆動素子２５４は、第一端部２５３ａと支持部２５５ｃとで挟まれた構成となっている。駆動素子２５４のうち第一端部２５３ａとの接続部分及び支持部２５５ｃとの接続部分には、それぞれフレクシャ機構（不図示）が形成されている。
【０１５７】
駆動素子２５６は、伸縮方向が駆動素子２５４と同一方向となるように配置されている。駆動素子２５６は、伸縮方向の一方の端部がベルト部２５３の第二端部２５３ｂに接続されている。また、駆動素子２５６の他方の端部は、支持部２５５ｃに固定されている。したがって、駆動素子２５６は、第二端部２５３ｂと支持部２５５ｃとで挟まれた構成となっている。駆動素子２５６のうち第二端部２５３ｂとの接続部分及び支持部２５５ｃとの接続部分には、それぞれフレクシャ機構（不図示）が形成されている。
【０１５８】
なお、駆動素子２５４が支持部２５５ｃに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部２５５ｃに固定された構成であっても良い。同様に、駆動素子２５６が支持部２５５ｃに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部２５５ｃに固定された構成であっても良い。
【０１５９】
駆動素子２５４及び駆動素子２５６としては、電歪素子（例えばピエゾ素子）などの電気機械変換素子が用いられている。本実施形態では、駆動素子２５４及び駆動素子２５６として、例えば第三実施形態と同一構成の圧電素子が用いられた構成を例に挙げて説明する。
【０１６０】
駆動素子２５４には、電源回路２５７ａが接続されている。電源回路２５７ａは、電池２５７ｃを有している。電池２５７ｃは、駆動素子２５４に対して電圧を供給する電圧源である。電池２５７ｃは、駆動素子２５４に対して直列に接続されている。電池２５７ｃは、内部抵抗２５７ｒを有している。
【０１６１】
電源回路２５７ａには、内部電圧検出器２５７が接続されている。内部電圧検出器２５７は、内部抵抗２５７ｒを含む電池２５７ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器２５７は、内部抵抗２５７ｒを含む電池２５７ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子２５４の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器２５７においては、例えば伸縮によって当該駆動素子２５４の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【０１６２】
駆動素子２５６には、電気回路２５８ａが接続されている。電気回路２５８ａは、電池２５８ｃを有している。電池２５８ｃは、駆動素子２５６に対して電圧を供給する電圧源である。電池２５８ｃは、駆動素子２５６に対して直列に接続されている。電池２５８ｃは、内部抵抗２５８ｒを有している。
【０１６３】
また、電気回路２５８ａには、内部電圧検出器２５８が接続されている。内部電圧検出器２５８は、内部抵抗２５８ｒを含む電池２５８ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器２５８は、内部抵抗２５８ｒを含む電池２５８ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子２５６の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器２５８においては、例えば伸縮によって当該駆動素子２５６の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【０１６４】
なお、制御部ＣＯＮＴは電池２５７ｃ及び電池２５８ｃに対して電圧信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池２５７ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子２５４に印加する電圧を調整可能である。また、電池２５７ｃを介して駆動素子２５４に印加する電圧を調整することにより、駆動素子２５４に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子２５４の伸縮量を調整可能である。
【０１６５】
また、制御部ＣＯＮＴは電池２５８ｃに対して電圧信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池２５８ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子２５６に印加する電圧を調整可能である。また、電池２５８ｃを介して駆動素子２５６に印加する電圧を調整することにより、駆動素子２５６に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子２５６の伸縮量を調整可能である。
【０１６６】
上記第三実施形態と同様に、駆動素子２５４及び駆動素子２５６の駆動量（伸縮量）を調整することで、ベルト部２５３と回転駆動軸２４２との間、及びベルト部２５３と被駆動軸２２４との間に生じる摩擦力（静止摩擦力）を変化させることができ、これによってベルト部２５３と回転駆動軸２４２との間、及びベルト部２５３と被駆動軸２２４との間のトルクの許容値を可変とすることができる。
【０１６７】
内部電圧検出器２５７の出力先及び内部電圧検出器２５８の出力先は、算出器２５９に接続されている。算出器２５９は、内部電圧検出器２５７の出力と、内部電圧検出器２５８の出力とを加算する。算出器２５９の出力先は、制御部ＣＯＮＴに接続されている。算出器２５９による算出結果は、出力信号として制御部ＣＯＮＴに送信される。
【０１６８】
駆動素子２５４及び駆動素子２５６に電気信号を供給すると、当該駆動素子２５４及び駆動素子２５６が伸びるように変形し、当該変形による力が作用する。この力は、ベルト部２５３の第一端部２５３ａを内周面２２４ｂ側（及び内周面２４２ｂ側）へ押圧する。このため、ベルト部２５３の第一端部２５３ａ及び第二端部２５３ｂは、基準位置Ｆから離れる方向に移動し、ベルト部２５３が内周面２２４ｂ（及び内周面２４２ｂ側）に接触した状態となる。
【０１６９】
一方、この状態から駆動素子２５４及び駆動素子２５６に対する電気信号の供給が停止されると、当該駆動素子２５４及び駆動素子２５６が収縮するように変形する。この変形により、第一端部２５３ａ及び第二端部２５３ｂが基準位置Ｆに近づく方向に移動する。なお、本実施形態は、例えば、駆動素子２５４及び駆動素子２５６を縮ませることによって、ベルト部２５３が内周面２４２ｂ及び内周面２２４ｂに押圧されて、当該ベルト部２５３に押圧力が加わる構成にしてもよい。そして、本実施形態は、駆動素子２５４が伸ばすことによって、ベルト部２５３が内周面２４２ｂ及び内周面２２４ｂから離れて弛緩する構成にしてもよい。なお、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子２５４及び駆動素子２５６に対して、個別に電気信号の供給及び供給の停止を切り替えることができる。したがって、駆動素子２５４及び駆動素子２５６のうち一方のみに対して電気信号を供給し、若しくは、供給を停止することで、ベルト部２５３を内周面２２４ｂ（及び内周面２４２ｂ）に接触させたり、弛緩させたりすることができる。
【０１７０】
次に、トルク制限機構２５０の動作を説明する。
本実施形態に係るトルク制限機構２５０において、被駆動軸２２４を駆動させる時に、被駆動軸２２４の内周面２２４ｂにベルト部２５３を押圧した状態で有効押圧力を生じさせ、当該有効押圧力によって被駆動軸２２４にトルクを伝達する。
【０１７１】
第三実施形態において説明したオイラーの摩擦ベルト理論は、この場合においても適用することができる。この理論に従えば、トルク制限機構２５０は、回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂとベルト部２５３との間に働く力が最大静止摩擦力を超えない場合には、回転駆動軸２４２のトルクをベルト部２５３に伝達する。また、トルク制限機構２５０は、内周面２４２ｂとベルト部２５３との間に働く力が最大静止摩擦力を超える場合には、回転駆動軸２４２からベルト部２５３へのトルクの伝達を制限する。以上の説明は、被駆動軸２２４とベルト部２５３との間においても同様に適用される。
【０１７２】
このことを踏まえると、トルク制限機構２５０は、回転駆動軸２４２からベルト部２５３へ伝達されるトルクの閾値（許容値）、及び、ベルト部２５３から被駆動軸２２４へ伝達されるトルクの閾値（許容値）、を超えるトルクの伝達を制限する機能を有しているといえる。ここで、上記閾値は、回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂとベルト部５３との間に働く力が最大静止摩擦力に等しくなるようなトルクの値、又は被駆動軸２２４の内周面２２４ｂとベルト部５３との間に働く力が最大静止摩擦力に等しくなるようなトルクの値である。なお、調整部２５２は、回転駆動軸２４２と被駆動軸２２４との相対的な変位を生じさせるトルクの許容値を変更することが可能である。また、本実施形態における効果や機能は、上記の第三実施形態と同様である。
【０１７３】
次に、ロボット装置２００の動作について説明する。図１９は、ロボット装置２００が動作している場合についての、内部電圧検出器２５７、内部電圧検出器２５８及び算出器２５９の出力波形を示すグラフである。
【０１７４】
なお、図１９において、「出力４」は内部電圧検出器２５７の出力電圧を示し、「出力５」は内部電圧検出器２５８の出力電圧を示し、「出力６」は算出器２５９の出力電圧（出力信号）を示す。それぞれのグラフの縦軸は電圧の大きさを示している。また、グラフの横軸は、時間の経過を示している。なお、出力４〜出力６のグラフは、横方向において３つの異なる場合（グラフ（４）〜グラフ（６））について示している。
【０１７５】
まず、ベルト部２５３が回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂと被駆動軸２２４の内周面２２４ｂとに跨って配置された状態とする。この状態から、制御部ＣＯＮＴは、ベルト部２５３の第一端部２５３ａと第二端部２５３ｂとが基準位置Ｆから離れるように駆動素子２５４及び駆動素子２５６を変形（伸長）させる。この動作により、ベルト部２５３が内周面２４２ｂ及び内周面２２４ｂに共に押し当てられた状態で第一端部２５３ａ側には押圧力Ｆ１が発生し、第二端部２５３ｂ側には押圧力Ｆ２が発生する。したがって、ベルト部２５３に有効張力が発生する。
【０１７６】
制御部ＣＯＮＴは、ベルト部２５３に有効張力を発生させた状態を保持しつつ、回転機構２４０の回転駆動源２４１を作動させる。この動作により、ベルト部２５３と内周面２４２ｂとの間に摩擦力が発生し、ベルト部２５３が内周面２４２ｂの周方向に引っ張られて移動しようとする。加えて、ベルト部２５３が移動しようとする際には、ベルト部２５３と被駆動軸２２４の内周面２２４ｂとの間に摩擦力が発生し、当該摩擦力によって被駆動軸２２４が内周面２２４ｂの周方向に回転する。
【０１７７】
したがって、回転駆動軸２４２の回転によってベルト部２５３が移動すると共に、当該ベルト部２５３の移動によって被駆動軸２２４が内周面２２４ｂの周方向に回転する。このようにして、回転駆動軸２４２の回転力が被駆動軸２２４に伝達され、被駆動軸２２４が回転する。
【０１７８】
このとき、駆動素子２５４及び駆動素子２５６の伸縮により、当該駆動素子２５４及び駆動素子２５６の内部に電圧が発生する。この電圧は、内部電圧検出器２５７及び内部電圧検出器２５８によって検出される。例えば、図１９のグラフ（４）に示すように、内部電圧検出器２５７においては、出力４として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器２５８においては、出力５として負の電圧値が検出される。ここでは、出力４の振幅と出力５の振幅とが等しいため、正負が反転した状態の２つの波形が検出される。また、算出器２５９においては、内部電圧検出器２５７の検出結果と内部電圧検出器２５８の検出結果との和（出力６）が出力信号として検出されるため、ゼロの電圧値が検出される。
【０１７９】
上記の動作において、調整部２５２は、駆動素子２５４（伝達部２５１）の張力を変えることによって接触状態を調整する。また、駆動素子２５４（伝達部２５１）は、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４のうち少なくとも一方（上記例においては、被駆動軸２２４）に対する回転方向への外力に応じて伝達部２５１の張力を調整する。この調整動作により、回転駆動軸２４２からベルト部２５３に、また、ベルト部２５３から被駆動軸２２４に伝達されるトルクの許容値を変更することができる。
【０１８０】
また、例えばベルト部２５３と内周面２４２ｂ及び内周面２２４ｂとの間が接触状態となっているときに、被駆動軸２２４に対して衝撃などの外力が加えられる場合がある。これに対して、本実施形態におけるトルク制限機構２５０は、衝突の衝撃による力がベルト部２５３と内周面２４２ｂ及び内周面２２４ｂとの間の最大静止摩擦力（トルクの許容値）を超える場合には、被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に相対的な変位（滑り）が生じ、トルクの伝達が制限されることになる。
【０１８１】
ここで、被駆動軸２２４に対して−θＺ方向（図１８参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に−θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部２５３ａ及び第二端部２５３ｂに対して、それぞれ−θＺ方向の力として作用する。
【０１８２】
第一端部２５３ａに−θＺ方向の力が作用すると、駆動素子２５４が弾性変形し、第一端部２５３ａが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第二端部２５３ｂに−θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部２５３のうち第二端部２５３ｂ側の部分が回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂに押し当てられているため、第二端部２５３ｂはほとんど移動せず、駆動素子２５６はほとんど変形しない。この結果、第一端部２５３ａと第二端部２５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部２５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に滑りが生じる。
【０１８３】
このときの内部電圧検出器２５７及び内部電圧検出器２５８の検出結果は、図１９のグラフ（５）の値を示すようになる。例えば、内部電圧検出器２５７においては、出力４として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器２５８においては、出力５として負の電圧値が検出される。ここでは、出力４の値が出力５の値よりも絶対値が大きいため、算出器２５９では、出力６として、正の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０１８４】
また、被駆動軸２２４に対して＋θＺ方向（図１８参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に＋θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部２５３ａ及び第二端部２５３ｂに対して、それぞれ＋θＺ方向の力として作用する。
【０１８５】
第二端部２５３ｂに＋θＺ方向の力が作用すると、駆動素子２５４が弾性変形し、第二端部２５３ｂが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第一端部２５３ａに＋θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部２５３のうち第一端部２５３ａ側の部分が回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂに押し当てられているため、第一端部２５３ａはほとんど移動せず、駆動素子２５６はほとんど変形しない。この結果、第一端部２５３ａと第二端部２５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部２５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に滑りが生じる。
【０１８６】
上記のように、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に滑りが生じると、回転駆動軸２４２のトルクが被駆動軸２２４に伝達されること無く、回転駆動軸２４２又は被駆動軸２２４が空回りし、当該回転駆動軸２４２と被駆動軸２２４との間に相対的な変位が生じる。
【０１８７】
このときの内部電圧検出器２５７及び内部電圧検出器２５８の検出結果は、図１９のグラフ（６）と同様の値を示すようになる。例えば、内部電圧検出器２５７においては、出力４として負の電圧値が検出され、内部電圧検出器２５８においては、出力５として正の電圧値が検出される。ここでは、出力５の値が出力４の値よりも絶対値が大きいため、算出器２５９では、出力６として、負の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０１８８】
制御部ＣＯＮＴは、出力６が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、回転駆動軸２４２と被駆動軸２２４との間に相対的な移動が生じたか否か（相対位置情報）を判断する。この閾値として、例えば、正側については、駆動素子２５４及び駆動素子２５６の駆動時の電気信号の最大値よりも大きい値（＋β）を設定することができ、負側については、駆動素子２５４及び駆動素子２５６の駆動時の電気信号の最小値よりも小さい値（−β）を設定することができる。
【０１８９】
したがって、制御部ＣＯＮＴは、出力６が所定の閾値を超えている場合には、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間に滑り（相対的な移動）が生じたと判断する。また、制御部ＣＯＮＴは、出力６が所定の閾値を超えていない場合には、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間には滑り（相対的な移動）が生じていないと判断する。
【０１９０】
なお、出力６が正の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力６が閾値＋βよりも大きな値である場合に、閾値を超えたと判断する。また、出力６が負の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力３が閾値−βよりも小さな値である場合に、閾値を超えたと判断する。
【０１９１】
また、制御部ＣＯＮＴは、出力６の正負に基づき、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間の相対的な移動方向（相対位置情報）を検出することができる。例えば、出力６が正の電圧値である場合、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４がベルト部２５３に対して、一方向（例、−θＺ方向：図１８参照）に移動していると判断することができる。また、出力６が負の電圧値である場合、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４がベルト部２５３に対して、回転方向において上記一方向とは反対の他方向（例、＋θＺ方向：図１８参照）に移動していると判断することができる。
【０１９２】
なお、トルクの許容値を変更させながら駆動を行わせる際に、制御部ＣＯＮＴは、必ずしも駆動素子２５４及び駆動素子２５６を伸縮方向に相補的に変形させない場合がある。例えば、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子２５４の変形量と駆動素子２５６の変形量とが異なるように駆動素子２５４及び駆動素子２５６の変形量を調整する場合がある。このため、算出器２５９で検出される出力３は必ずしもゼロにはならず、正の電圧値である場合、若しくは、負の電圧値である場合がある。しかしながら、この場合の電圧値は、閾値を超えない値であるため、回転駆動軸２４２と被駆動軸２２４との間の相対的な変位を判断する際の妨げとはならない。
【０１９３】
以上のように、本実施形態では、円筒状の被駆動軸２２４の内側にトルク制限機構２５０が配置されている場合であっても、オイラーの摩擦ベルト理論により、ベルト部２５３に付加する一方の押圧力によってトルクが一意に決定されることになる。したがって、小型のトルク制限機構２５０であっても、高いトルクを被駆動軸２２４に作用させることができる。これにより、高い剛性を実現可能である。また、許容値を超えるトルクに対しては当該トルクの伝達を制限することができるので、外部の衝撃などに対して柔軟な構成を実現可能となる。これにより、剛性及び柔軟性を備える小型のトルク制限機構２５０を提供することができる。また、本実施形態におけるトルク制限機構２５０は、少なくとも伝達部２５１を回転駆動軸２４２の内周面２４２ｂ又は被駆動軸２２４の内周面２２４ｂに配置することによって、グリースなどの流体による影響を低減できる。
【０１９４】
更に、本実施形態に係るトルク制限機構２５０は、トルクの許容値を可変とすることができるため、被駆動軸２２４の動作に応じて最適なトルクの許容値を設定することができる。これにより、被駆動軸２２４に対して多彩な動作を行わせることができる。
【０１９５】
また、本実施形態に係る駆動装置２６０は、剛性及び柔軟性を備え、被駆動軸２２４に対して多彩な動作を行わせることができるトルク制限機構２５０と、回転駆動軸２４２を回転させる回転機構２４０とを備えるので、幅広い分野に適用することができる。
【０１９６】
また、本実施形態に係るロボット装置２００は、剛性及び柔軟性を備える小型のトルク制限機構２５０を動力伝達機構として備えるため、狭いスペースであっても適用することができ、パワー及び精密さに優れると共に、耐衝撃性に優れたものとなる。
【０１９７】
また、本実施形態に係るトルク制限機構２５０は、駆動素子２５４及び駆動素子２５６の変位によって生じる出力信号を検出する算出器２５９を有し、制御部ＣＯＮＴが当該算出器２５９による算出結果に基づいて、回転駆動軸２４２及び被駆動軸２２４とベルト部２５３との間の滑りとその方向を検出することができる構成であるため、回転駆動軸２４２と被駆動軸２２４との間の相対的な変位を判断することができる。
【０１９８】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態を説明する。
図２０は、本実施形態に係るロボット装置３００の一部の構成を示す図である。
図２０に示すように、ロボット装置３００は、第一アーム３１０、第二アーム３２０及び制御部ＣＯＮＴを備えている。
【０１９９】
連結部３３０には、回転機構３４０及びトルク制限機構３５０を有する駆動装置３６０が設けられている。駆動装置３６０は、連結部３３０を基準として第二アーム３２０を回転させる。制御部ＣＯＮＴは、第一アーム３１０及び第二アーム３２０を含めたロボット装置３００の動作を統括的に制御する。
【０２００】
第一アーム３１０は、基部３１１、軸受部３１２を有している。軸受部３１２は、基部３１１の端面３１１ａ上に設けられている。第二アーム３２０は、基部３２１及び軸受部３２２を有している。軸受部３２２は、基部３２１の端面３２１ａ上に設けられている。
【０２０１】
軸受部３１２及び軸受部３２２は、回転機構３４０の回転駆動軸（回転軸）３４２を回転可能に支持する。回転駆動軸３４２は、例えば円柱状若しくは円筒状に形成されている。回転駆動軸３４２は、一方の端部が回転駆動源３４１に接続されており、他方の端部が上記軸受部３１２及び３２２に支持されている。回転駆動軸３４２は、回転駆動源３４１の回転力を受けて円周方向に回転可能となっている。回転機構３４０には、例えばエンコーダなどの回転方向検出器３４６が設けられている。回転方向検出器３４６は、回転駆動軸３４２の回転方向（例、＋θＺ方向又は−θＺ方向）を検出可能である。なお、トルク制限機構３５０は、上述の実施形態におけるトルク制限機構と同様である。
【０２０２】
図２１は、トルク制限機構３５０の構成を示す断面図である。
図２０及び図２１に示すように、トルク制限機構３５０は、伝達部３５１及び調整部３５２を有している。伝達部３５１はベルト部３５３を有している。ベルト部３５３は、帯状に形成されており、回転駆動軸３４２の外周面３４２ａに掛けられている。ベルト部３５３は、回転駆動軸３４２の外周面３４２ａに沿って円筒状に湾曲された状態となっている。なお、ベルト部３５３は、回転駆動軸３４２（外周面３４２ａ）に対して、少なくとも一部が当接された状態であればよい。本実施形態では、ベルト部３５３が回転駆動軸３４２の回転力を被駆動軸（回転軸）である基部３２１（又は第二アーム３２０）に直接伝達する構成となっている。
【０２０３】
ベルト部３５３は、両端部（第一端部３５３ａ及び第二端部３５３ｂ）が折り曲げられた状態になっている。第一端部３５３ａは、駆動素子３５４を介して、端面３２１ａから突出した支持部３２１ｂに接続されている。第二端部３５３ｂは、駆動素子３５６を介して、端面３２１ａから突出した支持部３２１ｃに固定されている。
【０２０４】
調整部３５２は、駆動部として、駆動素子（第一素子）３５４及び駆動素子（第二素子）３５６を有している。
駆動素子３５４は、伸縮方向の一方の端部がベルト部３５３の第一端部３５３ａに接続されている。また、駆動素子３５４の他方の端部は、第二アーム３２０の端面３２１ａから突出した支持部３２１ｂに固定されている。したがって、駆動素子３５４は、第一端部３５３ａと支持部３２１ｂとで挟まれた構成となっている。
【０２０５】
駆動素子３５６は、伸縮方向が駆動素子３５４と同一方向となるように配置されている。駆動素子３５６は、伸縮方向の一方の端部がベルト部３５３の第二端部３５３ｂに接続されている。また、駆動素子３５６の他方の端部は、第二アーム３２０の端面３２１ａから突出した支持部３２１ｃに固定されている。したがって、駆動素子３５６は、第二端部３５３ｂと支持部３２１ｃとで挟まれた構成となっている。
【０２０６】
なお、駆動素子３５４が支持部３２１ｂに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部３２１ｂに固定された構成であっても良い。同様に、駆動素子３５６が支持部３２１ｃに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部３２１ｃに固定された構成であっても良い。
【０２０７】
駆動素子３５４及び駆動素子３５６は、ベルト部３５３と外周面３４２ａとの間の接触状態を調整可能である。駆動素子３５４及び駆動素子３５６としては、電歪素子（例えばピエゾ素子）などの電気機械変換素子が用いられている。本実施形態では、駆動素子３５４及び駆動素子３５６として、圧電素子が用いられた構成を例に挙げて説明する。
【０２０８】
駆動素子３５４及び駆動素子３５６は、電気的には容量素子としての性質を有する。このため、電圧を印加することにより、駆動素子３５４及び駆動素子３５６には電荷が蓄えられるようになっている。駆動素子３５４及び駆動素子３５６は、蓄えられた電荷量に応じた伸縮量で、所定の一方向に伸縮する構成である。また、駆動素子３５４及び駆動素子３５６は、外部からの力の作用によって伸縮すると、内部に電圧が発生する。
【０２０９】
駆動素子３５４には、電源回路３５７ａが接続されている。電源回路３５７ａは、電池３５７ｃを有している。電池３５７ｃは、駆動素子３５４に対して電圧を供給する電圧源である。電池３５７ｃは、駆動素子３５４に対して直列に接続されている。電池３５７ｃは、内部抵抗３５７ｒを有している。
【０２１０】
電源回路３５７ａには、内部電圧検出器３５７が接続されている。内部電圧検出器３５７は、内部抵抗３５７ｒを含む電池３５７ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器３５７は、内部抵抗３５７ｒを含む電池３５７ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子３５４の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器３５７においては、例えば伸縮によって当該駆動素子３５４の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【０２１１】
駆動素子３５６には、電気回路３５８ａが接続されている。電気回路３５８ａは、電池３５８ｃを有している。電池３５８ｃは、駆動素子５６に対して電圧を供給する電圧源である。電池３５８ｃは、駆動素子３５６に対して直列に接続されている。電池３５８ｃは、内部抵抗３５８ｒを有している。
【０２１２】
また、電気回路３５８ａには、内部電圧検出器３５８が接続されている。内部電圧検出器３５８は、内部抵抗３５８ｒを含む電池３５８ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器３５８は、内部抵抗３５８ｒを含む電池３５８ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子３５６の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器３５８においては、例えば伸縮によって当該駆動素子３５６の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【０２１３】
内部電圧検出器３５７は、例えば、駆動素子３５４が伸びた場合に負の電圧を検出し、駆動素子３５４が縮んだ場合に正の電圧を検出する。また、内部電圧検出器３５８は、例えば、駆動素子３５６が伸びた場合に負の電圧を検出し、駆動素子３５４が縮んだ場合に正の電圧を検出する。勿論、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の伸縮方向と検出する電圧の正負とが上記とは逆の構成であっても構わない。
【０２１４】
内部電圧検出器３５７の出力先及び内部電圧検出器３５８の出力先は、算出器３５９に接続されている。算出器３５９は、内部電圧検出器３５７の出力と、内部電圧検出器３５８の出力とを加算する。算出器３５９の出力先は、制御部ＣＯＮＴに接続されている。算出器３５９による算出結果は、出力信号として制御部ＣＯＮＴに送信される。
【０２１５】
なお、制御部ＣＯＮＴは電池３５７ｃに対して電圧信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池３５７ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子３５４に印加する電圧を調整可能である。また、電池３５７ｃを介して駆動素子５４に印加する電圧を調整することにより、駆動素子３５４に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３５４の伸縮量を調整可能である。
【０２１６】
また、制御部ＣＯＮＴは電池３５８ｃに対して電圧信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池３５８ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子３５６に印加する電圧を調整可能である。また、電池３５８ｃを介して駆動素子３５６に印加する電圧を調整することにより、駆動素子３５６に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３５６の伸縮量を調整可能である。
【０２１７】
また、駆動素子３５４の両端部に電圧が印加されることにより、当該駆動素子３５４は伸縮方向に変形する。駆動素子３５４の変形により、駆動素子３５４に接続される第一端部３５３ａが当該伸縮方向に移動する。例えば駆動素子３５４が伸びると、第一端部３５３ａは基準位置Ｆに近づく方向（図中左方向）に移動する。また、駆動素子３５４が縮むと、第一端部３５３ａは基準位置Ｆから離れる方向（図中右方向）に移動する。
【０２１８】
一方、この状態から駆動素子３５４及び駆動素子３５６に対する電気信号の供給が停止されると、当該駆動素子３５４及び駆動素子３５６が収縮するように変形する。この変形により、第一端部３５３ａ及び第二端部３５３ｂが基準位置Ｆに近づく方向に移動する。なお、本実施形態は、例えば、駆動素子３５４及び駆動素子３５６を縮ませることによって、ベルト部３５３が外周面３４２ａ及び内周面３２４ｂに押圧されて、当該ベルト部３５３に押圧力が加わる構成にしてもよい。そして、本実施形態は、駆動素子３５４が伸ばすことによって、ベルト部３５３が外周面３４２ａ及び外周面３２４ａから離れて弛緩する構成にしてもよい。なお、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３５４及び駆動素子３５６に対して、個別に電気信号の供給及び供給の停止を切り替えることができる。したがって、駆動素子３５４及び駆動素子３５６のうち一方のみに対して電気信号を供給し、若しくは、供給を停止することで、ベルト部３５３を外周面３２４ａ（及び外周面３４２ａ）に接触させたり、弛緩させたりすることができる。
【０２１９】
このように、例えば、ベルト部３５３は、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の駆動（例、伸縮）によって回転駆動軸３４２の径方向に力が加えられる。これによって、ベルト部３５３と回転駆動軸３４２との間で摩擦力が生じる。駆動素子３５４及び駆動素子３５６の駆動量（伸縮量）を調整することで、当該摩擦力を変化させることができ、これによってベルト部３５３と回転駆動軸３４２との間のトルクの許容値を可変とすることができる。
【０２２０】
例えば、制御部ＣＯＮＴにより駆動素子３５４のみに電気信号を供給すると、駆動素子３５４は変形し、駆動素子３５６は変形しない。したがって、第二端部３５３ｂは駆動素子３５６及び支持部２２１ｃに固定されたままであり、第一端部３５３ａが基準位置Ｆに対して近づく方向又は基準位置Ｆから遠ざかる方向へ移動する。
【０２２１】
上記の場合、ベルト部３５３の第一端部３５３ａは当該ベルト部３５３の張力を制御するための制御端として機能し、ベルト部３５３の第二端部３５３ｂは当該ベルト部３５３を第二アーム２２０に固定させる固定端として機能する。また、駆動素子３５６のみに電気信号を供給すると、これとは逆に、第一端部３５３ａが固定端として機能し、第二端部３５３ｂが制御端として機能する。また、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の両方に電気信号を供給することもできる。この場合には、駆動素子３５４及び駆動素子３５６は、共に制御端として機能する。
【０２２２】
このように、駆動素子３５４及び駆動素子３５６に対して電気信号の供給の有無を選択することにより、第一端部３５３ａ及び第二端部３５３ｂを、固定端及び制御端のいずれかに選択することができる。
【０２２３】
次に、ロボット装置３００の動作について説明する。図２２は、ロボット装置３００が動作している場合についての、内部電圧検出器３５７、内部電圧検出器３５８及び算出器３５９の出力波形を示すグラフである。
【０２２４】
なお、図２２において、「出力７」は内部電圧検出器３５７の出力電圧を示し、「出力８」は内部電圧検出器３５８の出力電圧を示し、「出力９」は算出器３５９の出力電圧を示す。それぞれのグラフの縦軸は電圧の大きさを示している。また、グラフの横軸は、時間の経過を示している。なお、出力７〜出力９のグラフは、横方向において３つの異なる場合（グラフ（７）〜グラフ（９））について示している。
まず、制御部ＣＯＮＴは、ベルト部３５３が回転駆動軸３４２の外周面３４２ａに掛けられた状態とする。この状態から、制御部ＣＯＮＴは、ベルト部３５３の第一端部３５３ａ及び第二端部３５２ｂが基準位置Ｆ側に移動するように駆動素子３５４を変形させる。この動作により、ベルト部３５３が外周面３４２ａに巻かれた状態で第一端部３５３ａ側には張力Ｔ１が発生し、第二端部３５３ｂ側には張力Ｔ２が発生する。したがって、ベルト部３５３に有効張力が発生し、ベルト部３５３と回転駆動軸３４２との間が接触状態となる。
【０２２５】
制御部ＣＯＮＴは、ベルト部３５３に有効張力を発生させた状態を保持しつつ、回転機構３４０の回転駆動源３４１を作動させる。この動作により、ベルト部３５３と回転駆動軸３４２との間に摩擦力が発生し、ベルト部３５３が外周面３４２ａの周方向に引っ張られて移動する。ベルト部３５３の移動によって第二アーム３２０が回転駆動軸３４２の外周面３４２ａの周方向に回転する。
【０２２６】
このようにして、回転駆動軸３４２の回転力がベルト部３５３に伝達され、ベルト部３５３が第二アーム３２０に直接トルクを伝達させる。したがって、本実施形態では、ベルト部３５３が被駆動軸を兼ねていることとなる。
【０２２７】
このとき、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の伸縮により、当該駆動素子３５４及び駆動素子３５６の内部に電圧が発生する。この電圧は、内部電圧検出器３５７及び内部電圧検出器３５８によって検出される。例えば、図２２のグラフ（７）に示すように、内部電圧検出器３５７においては、出力７として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器３５８においては、出力８として負の電圧値が検出される。ここでは、出力７の振幅と出力８の振幅とが等しいため、正負が反転した状態の２つの波形が検出される。また、算出器３５９においては、内部電圧検出器３５７の検出結果と内部電圧検出器３５８の検出結果との和（出力９）が出力信号として検出されるため、ゼロの電圧値が検出される。
【０２２８】
また、例えばベルト部３５３と外周面３４２ａとの間が接触状態となっているときに、第二アーム３２０に対して衝撃などの外力が加えられる場合がある。これに対して、本実施形態におけるトルク制限機構３５０は、衝突の衝撃による力がベルト部３５３と外周面３４２ａとの間の最大静止摩擦力（トルクの許容値）を超える場合には、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間に相対的な変位（滑り）が生じる。このため、トルクの伝達が制限されることになる。
【０２２９】
上記の動作において、調整部３５２は、ベルト部３５３の張力を変えることによって接触状態を調整する。この調整動作により、回転駆動軸３４２からベルト部３５３に伝達されるトルクの許容値を変更することができる。
【０２３０】
また、回転駆動軸３４２に対して−θＺ方向に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間に−θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部３５３ａ及び第二端部３５３ｂに対して、それぞれ−θＺ方向の力として作用する。
【０２３１】
第一端部３５３ａに−θＺ方向の力が作用すると、駆動素子３５４が弾性変形し、第一端部３５３ａが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第二端部３５３ｂに−θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部３５３のうち第二端部３５３ｂ側の部分が回転駆動軸３４２に掛けられているため、第二端部３５３ｂはほとんど移動せず、駆動素子３５６はほとんど変形しない。この結果、第一端部３５３ａと第二端部３５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部３５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間に滑りが生じる。
【０２３２】
このときの内部電圧検出器３５７及び内部電圧検出器３５８の検出結果は、図２２のグラフ（８）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器３５７においては、出力７として正の電圧値が検出され、内部電圧検出器３５８においては、出力８として負の電圧値が検出される。ここでは、出力７の値が出力８の値よりも絶対値が大きいため、算出器３５９では、出力９として、正の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０２３３】
また、第二アーム３２０に対して回転方向の他方向（例、＋θＺ方向：図２２参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間に＋θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部３５３ａ及び第二端部３５３ｂに対して、それぞれ＋θＺ方向の力として作用する。
【０２３４】
第二端部３５３ｂに＋θＺ方向の力が作用すると、駆動素子３５６が弾性変形し、第二端部３５３ｂが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第一端部３５３ａに＋θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部３５３のうち第一端部３５３ａ側の部分が回転駆動軸３４２に掛けられているため、第一端部３５３ａはほとんど移動せず、駆動素子３５４はほとんど変形しない。この結果、第一端部３５３ａと第二端部３５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部３５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間に滑りが生じる。
【０２３５】
このときの内部電圧検出器３５７及び内部電圧検出器３５８の検出結果は、図２２のグラフ（９）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器３５７においては、出力７として負の電圧値が検出され、内部電圧検出器３５８においては、出力８として正の電圧値が検出される。ここでは、出力８の値が出力７の値よりも絶対値が大きいため、算出器３５９では、出力９として、負の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０２３６】
上記のように、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間に滑りが生じると、回転駆動軸３４２のトルクが第二アーム３２０側に伝達されること無く、当該回転駆動軸３４２又は第二アーム３２０が空回りし、当該回転駆動軸３４２と第二アーム３２０との間に相対的な変位が生じる。
【０２３７】
制御部ＣＯＮＴは、出力９が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、回転駆動軸３４２と第二アーム３２０との間に相対的な変位が生じたか否か（相対位置情報）を判断する。この閾値として、例えば、正側については、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の駆動時の電気信号の最大値よりも大きい値（＋γ）を設定することができ、負側については、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の駆動時の電気信号の最小値よりも小さい値（−γ）を設定することができる。
【０２３８】
したがって、制御部ＣＯＮＴは、出力９が所定の閾値を超えている場合には、回転駆動軸３４２と第二アーム３２０との間に相対的な変位が生じたと判断する。また、制御部ＣＯＮＴは、出力９が所定の閾値を超えていない場合には、回転駆動軸３４２と第二アーム３２０との間に相対的な変位が生じていないと判断する。
【０２３９】
なお、出力９が正の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力９が閾値＋γよりも大きな値である場合に、閾値を超えたと判断する。また、出力９が負の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力９が閾値−γよりも小さな値である場合に、閾値を超えたと判断する。
【０２４０】
また、制御部ＣＯＮＴは、出力９の正負に基づき、回転駆動軸３４２と第二アーム３２０との間に相対的な変位の方向（相対位置情報）を検出することができる。例えば、出力９が正の電圧値である場合、回転駆動軸３４２が第二アーム３２０に対して、一方向（例、−θＺ方向：図２１参照）に変位していると判断することができる。また、出力９が負の電圧値である場合、回転駆動軸３４２が第二アーム３２０に対して、回転方向において上記一方向とは反対の他方向（例、＋θＺ方向：図２１参照）に変位していると判断することができる。
【０２４１】
なお、トルクの許容値を変更させながら駆動を行わせる際に、制御部ＣＯＮＴは、必ずしも駆動素子３５４及び駆動素子３５６を伸縮方向に相補的に変形させない場合がある。例えば、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子３５４の変形量と駆動素子３５６の変形量とが異なるように駆動素子３５４及び駆動素子３５６の変形量を調整する場合がある。このため、算出器３５９で検出される出力９は必ずしもゼロにはならず、正の電圧値である場合、若しくは、負の電圧値である場合がある。しかしながら、この場合の電圧値は、閾値を超えない値であるため、回転駆動軸３４２と第二アーム３２０との間に相対的な変位を判断する際の妨げとはならない。
【０２４２】
以上のように、本実施形態によれば、ベルト部３５３が被駆動軸を兼ねた構成とすることにより、被駆動軸を配置するスペースを省略することができる。これにより、小型のトルク制限機構３５０を得ることができる。
【０２４３】
また、本実施形態に係るトルク制限機構３５０は、駆動素子３５４及び駆動素子３５６の変位によって生じる出力信号を検出する算出器３５９を有し、制御部ＣＯＮＴが当該算出器３５９による算出結果に基づいて、回転駆動軸３４２とベルト部３５３との間の滑りとその方向を検出することができる構成であるため、回転駆動軸３４２と第二アーム３２０と間の相対的な変位を判断することができる。
【０２４４】
［第六実施形態］
次に、本発明の第六実施形態を説明する。
図２３は、本実施形態に係るロボット装置４００の一部の構成を示す図である。
図２３に示すように、ロボット装置４００は、第一アーム４１０、第二アーム４２０及び制御部ＣＯＮＴを備えている。
【０２４５】
第一アーム４１０と第二アーム４２０との連結部４３０には、回転機構４４０及びトルク制限機構４５０を有する駆動装置４６０が設けられている。駆動装置４６０は、連結部４３０を基準として第二アーム４２０を回転させる。制御部ＣＯＮＴは、第一アーム４１０及び第二アーム４２０を含めたロボット装置４００の動作を統括的に制御する。
【０２４６】
第一アーム４１０は、基部４１１、軸受部４１２を有している。軸受部４１２は、基部４１１の端面４１１ａ上に設けられている。第二アーム４２０は、基部４２１、軸受部４２２及び被駆動軸４２４を有している。軸受部４２２は、基部４２１の端面４２１ａ上に設けられている。
【０２４７】
軸受部４１２及び軸受部４２２は、回転機構４４０の回転駆動軸４４２及び第二アーム４２０の被駆動軸４２４を回転可能に支持する。回転駆動軸４４２は、例えば円柱状若しくは円筒状に形成されている。回転駆動軸４４２は、一方の端部が回転駆動源４４１に接続されており、他方の端部が上記軸受部４１２及び４２２に支持されている。回転駆動軸４４２は、回転駆動源４４１の回転力を受けて円周方向に回転可能となっている。被駆動軸４２４は、軸受部４２２と一体的に設けられている。被駆動軸４２４は、例えば円筒状に形成されており、軸線方向がＺ方向に平行になるように配置されている。被駆動軸４２４の外周面４２４ａは、ほぼ一周に亘って摩擦係数が均一になるように形成されている。なお、トルク制限機構４５０は、上述の実施形態におけるトルク制限機構とは構成が異なっている。
【０２４８】
図２４は、トルク制限機構４５０の構成を示す図である。
図２４に示すように、トルク制限機構４５０は、伝達部４５１及び調整部４５２を有している。伝達部４５１はベルト部４５３を有している。ベルト部４５３は、帯状に形成されており、回転駆動軸４４２の外周面４４２ａと被駆動軸４２４の外周面４２４ａとの間に跨って掛けられている。ベルト部４５３は、回転駆動軸４４２の外周面４４２ａと被駆動軸４２４の外周面４２４ａとに沿って円筒状に湾曲された状態となっている。なお、ベルト部４５３は、回転駆動軸４４２（外周面４４２ａ）に対して、少なくとも一部が当接された状態であればよい。本実施形態では、ベルト部４５３が回転駆動軸４４２の回転力を直接基部４２１に伝達する構成となっている。
【０２４９】
ベルト部４５３は、両端部（第一端部４５３ａ及び第二端部４５３ｂ）が折り曲げられた状態になっている。第一端部４５３ａ及び第二端部４５３ｂは、回転駆動軸４４２の周方向の基準位置Ｆを挟むように所定の隙間を空けて対向して配置されている。第一端部４５３ａは、駆動素子４５４を介して、端面４２１ａから突出した支持部４２１ｂに接続されている。第二端部４５３ｂは、棒状部材４５９を介して、端面４２１ａから突出した支持部４２１ｃに固定されている。
【０２５０】
調整部４５２は、駆動素子（駆動部）４５４及び棒状部材４５９を有している。
駆動素子４５４は、伸縮方向の一方の端部がベルト部４５３の第一端部４５３ａに接続されている。また、駆動素子４５４の他方の端部は、第二アーム４２０の端面４２１ａから突出した支持部４２１ｂに固定されている。したがって、駆動素子４５４は、第一端部４５３ａと支持部４２１ｂとで挟まれた構成となっている。なお、駆動素子４５４が支持部４２１ｂに直接接続された構成に限られず、例えば不図示のネジやバネなどの固定部材を介して支持部３２１ｂに固定された構成であっても良い。
【０２５１】
駆動素子４５４は、ベルト部４５３と外周面４４２ａ及び外周面４２４ａとの間の接触状態を調整可能である。駆動素子４５４としては、電歪素子（例えばピエゾ素子）などの電気機械変換素子が用いられている。本実施形態では、駆動素子４５４として、圧電素子が用いられた構成を例に挙げて説明する。
【０２５２】
駆動素子４５４は、電気的には容量素子としての性質を有する。このため、電圧を印加することにより、駆動素子４５４には電荷が蓄えられるようになっている。駆動素子４５４は、蓄えられた電荷量に応じた伸縮量で、所定の一方向に伸縮する構成である。また、駆動素子４５４は、外部からの力の作用によって伸縮すると、内部に電圧が発生する。
【０２５３】
駆動素子４５４には、電源回路４５７ａが接続されている。電源回路４５７ａは、電池４５７ｃを有している。電池４５７ｃは、駆動素子４５４に対して電圧を供給する電圧源である。電池４５７ｃは、駆動素子４５４に対して直列に接続されている。電池４５７ｃは、内部抵抗４５７ｒを有している。
【０２５４】
なお、制御部ＣＯＮＴは電池４５７ｃに対して電圧信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、電池４５７ｃに供給する電圧信号を調整することにより、駆動素子４５４に印加する電圧を調整可能である。また、電池４５７ｃを介して駆動素子４５４に印加する電圧を調整することにより、駆動素子４５４に蓄えられる電荷量を調整可能である。これにより、制御部ＣＯＮＴは、駆動素子４５４の伸縮量を調整可能である。
【０２５５】
電源回路４５７ａには、内部電圧検出器４５７が接続されている。内部電圧検出器４５７は、内部抵抗４５７ｒを含む電池４５７ｃに対して並列に接続されている。内部電圧検出器４５７は、内部抵抗４５７ｒを含む電池４５７ｃの両端の電圧を検出することにより、駆動素子４５４の両端の電圧を検出する。このため、内部電圧検出器４５７においては、例えば伸縮によって当該駆動素子４５４の内部に生じる電圧が検出可能となる。
【０２５６】
内部電圧検出器４５７は、例えば、駆動素子４５４が伸びた場合に負の電圧を検出し、駆動素子４５４が縮んだ場合に正の電圧を検出する。勿論、駆動素子４５４の伸縮方向と検出する電圧の正負とが上記とは逆の構成であっても構わない。内部電圧検出器４５７の出力先は、制御部ＣＯＮＴに接続されている。内部電圧検出器４５７による検出結果は、出力信号として制御部ＣＯＮＴに送信される。
【０２５７】
棒状部材４５９は、少なくとも第二剛性以上の剛性を有するように形成されている。棒状部材４５９は、駆動素子４５４の伸縮方向が長手方向に一致するように配置されている。棒状部材４５９は、長手方向の一方の端部がベルト部４５３の第二端部４５３ｂに接続されている。また、棒状部材４５９の長手方向の他方の端部は、第二アーム４２０の端面４２１ａから突出した支持部４２１ｃに固定されている。
【０２５８】
例えば、駆動素子４５４に電気信号を供給すると、当該駆動素子４５４が伸びるように変形し、当該変形による力が作用する。駆動素子４５４が伸びると、ベルト部４５３の第一端部４５３ａが基準位置Ｆに近づく方向に移動する。このため、ベルト部４５３が回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４に巻きつき、当該ベルト部４５３に張力が加わる。駆動素子４５４が縮むと、第一端部４５３ａが基準位置Ｆから離れる方向に移動する。このため、ベルト部４５３が回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４から離れて弛緩する。このように、例えば、ベルト部４５３は、駆動素子４５４の駆動（例、伸縮）によって回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４の径方向に力が加えられる。これによって、ベルト部４５３と回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４との間で摩擦力が生じる。なお、本実施形態は、例えば、駆動素子４５４を縮ませることによって、ベルト部５３が回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４に巻きついて、当該ベルト部４５３に張力が加わる構成にしてもよい。そして、本実施形態は、駆動素子４５４が伸びることによって、ベルト部４５３が回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４から離れて弛緩する構成にしてもよい。
【０２５９】
このように、例えば、ベルト部４５３は、駆動素子４５４の駆動（例、伸縮）によって回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４の径方向に力が加えられる。これによって、ベルト部４５３と回転駆動軸４４２、及び、ベルト部４５３と被駆動軸４２４、との間でそれぞれ摩擦力が生じる。駆動素子３５４の駆動量（伸縮量）を調整することで、当該摩擦力を変化させることができ、これによってベルト部４５３と回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４との間のトルクの許容値を可変とすることができる。
【０２６０】
次に、トルク制限機構４５０の動作を説明する。
制御部ＣＯＮＴは、ベルト部４５３が回転駆動軸４４２の外周面４４２ａ及び被駆動軸４２４の外周面４２４ａに掛けられた状態とする。この状態から、制御部ＣＯＮＴは、ベルト部４５３の第一端部４５３ａが基準位置Ｆ側に移動するように駆動素子４５４を変形させる。この動作により、ベルト部４５３が外周面４４２ａ及び外周面４２４ａに巻かれた状態で第一端部４５３ａ側には張力Ｔ１が発生し、第二端部４５３ｂ側には張力Ｔ２が発生する。したがって、ベルト部４５３に有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生し、ベルト部４５３と回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４との間が接触状態となる。
【０２６１】
制御部ＣＯＮＴは、ベルト部４５３に有効張力を発生させた状態を保持しつつ、回転機構４４０の回転駆動源４４１を作動させる。この動作により、ベルト部４５３と回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４との間に摩擦力が発生し、ベルト部４５３が外周面４４２ａ及び外周面４２４ａの周方向に引っ張られて移動する。ベルト部４５３の移動によって第二アーム４２０が回転駆動軸４４２の外周面４４２ａ及び被駆動軸４２４の外周面４２４ａの周方向に回転する。このようにして、回転駆動軸４４２の回転力がベルト部４５３に伝達され、ベルト部４５３から被駆動軸４２４にトルクが伝達されて、被駆動軸４２４が回転する。
【０２６２】
このとき、駆動素子４５４の伸縮により、当該駆動素子４５４の内部に電圧が発生する。この電圧は、内部電圧検出器４５７によって検出される。例えば、図２５のグラフ（１０）に示すように、内部電圧検出器４５７においては、出力１０として正の電圧ちが出力信号として検出される。
【０２６３】
また、例えばベルト部４５３と外周面４４２ａ及び外周面４２４ａとの間が接触状態となっているときに、第二アーム４２０に対して衝撃などの外力が加えられる場合がある。これに対して、本実施形態におけるトルク制限機構４５０は、衝突の衝撃による力がベルト部４５３と外周面４４２ａ及び外周面４２４ａとの間の最大静止摩擦力（トルクの許容値）を超える場合には、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４とベルト部４５３との間に相対的な変位（滑り）が生じる。このため、トルクの伝達が制限されることになる。
【０２６４】
上記の動作において、調整部４５２は、ベルト部４５３の張力を変えることによって接触状態を調整する。この調整動作により、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４からベルト部４５３に伝達されるトルクの許容値を変更することができる。
【０２６５】
また、第二アーム４２０に対して回転方向の一方向（例、−θＺ方向：図２４等参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４とベルト部４５３との間に−θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部４５３ａ及び第二端部４５３ｂに対して、それぞれ−θＺ方向の力として作用する。
【０２６６】
第一端部４５３ａに−θＺ方向の力が作用すると、駆動素子４５４が弾性変形し、第一端部４５３ａが基準位置Ｆとは反対の方向へ移動する。一方、第二端部４５３ｂに−θＺ方向の力が作用する場合、第二端部４５３ｂが棒状部材４５９を介して支持部４２１ｃに支持されているため、第二端部４５３ｂはほとんど移動しない。この結果、第一端部４５３ａと第二端部４５３ｂとの間隔が広がり、ベルト部４５３の巻き付きが緩み、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４とベルト部４５３との間に滑りが生じる。
【０２６７】
このときの内部電圧検出器４５７の検出結果は、図２５のグラフ（１１）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器４５７においては、出力１０として正の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０２６８】
また、第二アーム４２０に対して回転方向の他方向（例、＋θＺ方向：図２４等参照）に回転する力が外部から加わると、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４とベルト部４５３との間に＋θＺ方向の摩擦力が働く。この摩擦力は、第一端部４５３ａ及び第二端部４５３ｂに対して、それぞれ＋θＺ方向の力として作用する。
【０２６９】
第二端部４５３ｂに＋θＺ方向の力が作用する場合、第二端部４５３ｂが棒状部材４５９を介して支持部４２１ｃに支持されているため、第二端部４５３ｂはほとんど移動しない。また、第一端部５３ａに＋θＺ方向の力が作用する場合、ベルト部４５３のうち第一端部４５３ａ側の部分が回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４掛けられているため、第一端部４５３ａはほとんど移動せず、駆動素子４５４はほとんど変形しない。この結果、第一端部４５３ａと第二端部４５３ｂとの間隔は広がらず、ベルト部４５３の巻き付きが緩むことが無いため、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間には滑りが生じない。
【０２７０】
このときの内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８の検出結果は、図２５のグラフ（１２）に示すようになる。例えば、内部電圧検出器４５７において、出力１０として負の電圧値（出力信号）が検出されることになる。
【０２７１】
上記のように、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４とベルト部４５３との間に滑りが生じると、回転駆動軸４４２のトルクが被駆動軸４２４に伝達されること無く、回転駆動軸４４２又は被駆動軸４２４が空回りし、当該回転駆動軸４４２と被駆動軸４２４との間に相対的な変位が生じる。
【０２７２】
制御部ＣＯＮＴは、出力１１が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、回転駆動軸４４２と被駆動軸４２４との間に相対的な変位が生じたか否か（相対位置情報）を判断する。この閾値として、例えば、駆動素子４５４の駆動時の電気信号の最大値よりも大きい値（＋δ）を設定することができる。負側については、滑りが生じることが無いため、閾値を設定しなくても済む。
【０２７３】
したがって、制御部ＣＯＮＴは、出力１１が所定の閾値を超えている場合には、回転駆動軸４４２と被駆動軸４２４との間に相対的な変位が生じたと判断する。また、制御部ＣＯＮＴは、出力１１が所定の閾値を超えていない場合には、回転駆動軸４４２と被駆動軸４２４との間に相対的な変位が生じていないと判断する。
【０２７４】
なお、出力１１が正の電圧値である場合、制御部ＣＯＮＴは、出力１１が閾値＋δよりも大きな値である場合に、閾値を超えたと判断する。また、本実施形態では、制御部ＣＯＮＴは、回転方向検出器４４６の検出結果に基づき、回転駆動軸４４２と被駆動軸４２４との間に相対的な変位の方向を検出することができる。
【０２７５】
以上のように、本実施形態に係るトルク制限機構４５０は、駆動素子４５４の変位によって生じる出力信号を検出する内部電圧検出器４５７を有し、制御部ＣＯＮＴが当該内部電圧検出器４５７による検出結果に基づいて、回転駆動軸４４２及び被駆動軸４２４とベルト部４５３との間の滑りとその方向を検出することができる構成であるため、回転駆動軸４４２と被駆動軸４２４と間の相対的な変位を判断することができる。
【０２７６】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態においては、ベルト部５３、２５３、３５３、４５３の第一端部５３ａ、２５３ａ、３５３ａ、４５３ａの張力Ｔ１、押圧力Ｆ１、張力Ｔ１、張力Ｔ１を調整することにより、接触状態を調整する構成としたが、これに限られることは無い。例えば、オイラーの摩擦ベルト理論に従うと、有効巻き付き角（接触角度）θ又は有効押し付け角（接触角度）θを調整することで、被駆動軸２４、２２４及びベルト部３５３に伝達されるトルクの許容値の大きさを調整することができる。したがって、調整部５２、２５２、３５２、４５２が、ベルト部５３、２５３、３５３、４５３の有効巻き付け角θ又は有効押し付け角θを調整する構成を有していても構わない。
【０２７７】
また、例えば上記第三実施形態の構成においては、図２６に示すように、回転駆動軸４２（拡径部４４）及び被駆動軸２４とは独立して、ベルト部５３を拡径部４４及び被駆動軸２４の回転方向に沿って移動させることができる。図２６では、駆動素子５４を伸長させ、駆動素子５６を収縮させた状態を例に挙げて示している。この場合、ベルト部５３は、図２６の時計回りの方向に移動する。なお、駆動素子５４を収縮させ、駆動素子５６を伸長させることにより、ベルト部５３を図２６の反時計回りの方向に移動させることができる。
【０２７８】
また、上記各実施形態においては、外力に対する駆動素子５４及び駆動素子５６の変形を検出する構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、図２７に示すように、ベルト部５３の第一端部５３ａと駆動素子５４との間に検出素子として圧電素子６１が配置され、ベルト部５３の第二端部５３ｂと駆動素子５６との間に検出素子として圧電素子６２が配置された構成であっても構わない。したがって、この構成では、駆動部が、駆動素子５４及び駆動素子５６を有すると共に、これらの駆動素子とは別個に検出素子として圧電素子６１及び圧電素子６２を有する構成となっている。図２７に示す構成では、駆動素子５４は、第一端部５３ａ側の端部が接続部材６３を介して圧電素子６１に固定されている。また、駆動素子５６は、第一端部５３ａ側の端部が接続部材６４を介して圧電素子６２に固定されている。
【０２７９】
圧電素子６１には、内部電圧検出器５７が接続されている。内部電圧検出器５７は、圧電素子６１の伸縮によって当該圧電素子６１の内部に生じる電圧を検出する。また、圧電素子６２には、内部電圧検出器５８が接続されている。内部電圧検出器５８は、圧電素子６２の伸縮によって当該圧電素子６２の内部に生じる電圧を検出する。
【０２８０】
内部電圧検出器５７の出力先及び内部電圧検出器５８の出力先は、算出器５９に接続されている。算出器５９は、内部電圧検出器５７の出力と、内部電圧検出器５８の出力とを加算する。算出器５９の出力先は、制御部ＣＯＮＴに接続されている。算出器５９による算出結果は、出力信号として制御部ＣＯＮＴに送信される。
【０２８１】
また、制御部ＣＯＮＴは駆動素子５４に接続されており、当該駆動素子５４に対して制御信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、駆動素子５４に印加する電圧を調整することにより、駆動素子５４の伸縮量を調整可能である。また、制御部ＣＯＮＴは駆動素子５６に接続されており、当該駆動素子５６に対して制御信号を供給可能になっている。制御部ＣＯＮＴは、駆動素子５４及び駆動素子５６に印加する電圧を調整することにより、駆動素子５４及び駆動素子５６の伸縮量を調整可能である。駆動素子５４及び駆動素子５６の駆動量（伸縮量）を調整することで、当該摩擦力を変化させることができ、これによってベルト部５３と拡径部４４との間、及びベルト部５３と被駆動軸２４との間のトルクの許容値を可変とすることができる。
【０２８２】
例えば回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間に滑りが生じると、第一端部５３ａ又は第二端部５３ｂが移動し、この移動によって圧電素子６１及び圧電素子６２が変形する。検出部５９は、このときの圧電素子６１及び圧電素子６２に生じる出力信号を検出し、制御部ＣＯＮＴが当該算出器５９による算出結果に基づいて、回転駆動軸４２及び被駆動軸２４とベルト部５３との間の滑りとその方向を検出することができる構成である。
【０２８３】
このため、駆動素子５４及び駆動素子５６に対しては電圧電源を用いて電圧を印加しつつ、圧電素子６１及び圧電素子６２の変形による電圧の変化量を直接的に検出することで回転駆動軸４２と被駆動軸２４と間の相対的な変位を検出及び判断することができる。
【０２８４】
また、圧電素子の内部電圧の変化量を直接的に検出する他の構成として、例えば、駆動素子５４及び駆動素子５６に接続される電源回路５７ａ及び電源回路５８ａが電流源となるような回路構成であり、スイッチなどによって電流の供給の有無を切り替え可能な構成などが挙げられる。この構成では、内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８は、駆動素子５４及び駆動素子５６にそれぞれ直接接続させることができる。
【０２８５】
この場合、電源回路５７ａ及び電源回路５８ａによって駆動素子５４及び駆動素子５６に電荷を蓄えた後、スイッチを切り離すことにより、内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８を用いて駆動素子５４及び駆動素子５６内部電圧の変化量を検出することができる。
【０２８６】
また、上記各実施形態においては、トルク制限機構の少なくとも一部が第二アーム側に接続された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、トルク制限機構が外部の接続部に接続された状態であり、第二アームとは独立して設けられた構成であっても構わない。
【０２８７】
例えば、図２８に示すように、トルク制限機構５０が接続部５００によって被駆動軸２４側に一体的に固定されると共に、ベルト部５３が回転駆動軸４２との間でのみ接触状態となる構成であっても構わない。この構成においては、ベルト部５３は、被駆動軸２４との間では接触状態とはならない構成となっている。また、被駆動軸２４は、径方向への移動が規制されるように不図示の軸受によって支持された構成としてもよい。
【０２８８】
図２８に示す構成において、ベルト部５３と回転駆動軸４２との間が接触状態となっている場合、回転駆動軸４２が回転することにより、回転駆動軸４２のトルクはベルト部５３に伝達される。ベルト部５３に伝達されたトルクは、接続部５００を回転駆動軸４２の周方向に移動させる。当該接続部５００の移動により、被駆動軸２４が周方向に回転することになる。
【０２８９】
また、例えば、図２９に示すように、トルク制限機構５０が接続部５００によって回転駆動軸４２側に一体的に固定されると共に、ベルト部５３が被駆動軸２４との間でのみ接触状態となる構成であっても構わない。この構成においては、ベルト部５３は、回転駆動軸４２との間では接触状態とはならない構成となっている。また、回転駆動軸４２は、径方向への移動が規制されるように不図示の軸受によって支持された構成としてもよい。
【０２９０】
図２９に示す構成において、ベルト部５３と被駆動軸２４とが接触状態となっている場合、回転駆動軸４２が回転することにより、当該回転駆動軸４２に固定された接続部５００が周方向に移動する。この接続部５００の移動により、ベルト部５３に対して被駆動軸２４の周方向に沿ったトルクが伝達される。被駆動軸２４は、当該ベルト部５３に伝達されたトルクによって周方向に回転することになる。
【０２９１】
また、例えば図３０に示すように、トルク制限機構５０が接続部５００によって被駆動軸２４側に一体的に固定されると共に、ベルト部５３が回転駆動軸４２の少なくとも一部と被駆動軸２４の少なくとも一部との両方に亘って接触状態となる構成であっても構わない。つまり、トルク制限機構５０が被駆動軸２４に固定されると共に、ベルト部５３が回転駆動軸４２と被駆動軸２４とを共締めすることで接触状態となる構成であってもよい。また、図３１に示すように、トルク制限機構５０が接続部５００によって回転駆動軸４２側に一体的に固定されると共に、ベルト部５３が回転駆動軸４２と被駆動軸２４との両方に亘って接触状態となる構成であっても構わない。
【０２９２】
また、本実施形態におけるトルク制限機構は、複数の調整部及び複数の伝達部を備える構成であってもよい。この場合、例えば、複数の伝達部（又は複数の調整部）は、回転駆動軸と被駆動軸とのうち少なくとも一方に対して等間隔に配置してもよいし、回転駆動軸と被駆動軸とのうち少なくとも一方の中心軸に対して対称又は非対称に配置してもよい。
【０２９３】
また、上記第三実施形態の構成において、電気抵抗と電源とを直列に接続させた回路を、内部電圧検出器５７及び内部電圧検出器５８に対して並列に接続させる構成であっても構わない。この構成によれば、駆動素子５４及び駆動素子５６に電気抵抗を介して電源を接続する構成となるため、電源により駆動素子５４及び駆動素子５６をあらかじめ所定量伸張させることができる。この場合、電源電圧を可変することによって、ベルト部５３と回転駆動軸４２及び被駆動軸２４との間の接触状態が変化し、すべり出しトルク（トルクの許容値）を変えることができる。また、電源と直列に接続された電気抵抗は、電源のインピーダンスを等価的に上昇させることができるため、駆動素子５４及び駆動素子５６において発生する内部電圧の変化を検出しやすくすることができる。
【符号の説明】
【０２９４】
ＣＯＮＴ…制御部 ＳＦ…回転軸 ２４、２２４…被駆動軸 ４２、２４２、３４２、４４２…回転駆動軸 ５０、２５０、３５０、４５０…トルク制限機構 ２、１０２、５１、２５１、３５１、４５１、４７１…伝達部 ５２、２５２、３５２、４５２…調整部 ５、１０５、５３、２５３、３５３、４５３、４７３…ベルト部 ５ａ、１０５ａ、５３ａ、２５３ａ、３５３ａ、４５３ａ…第一端部 ５ｂ、１０５ｂ、５３ｂ、２５３ｂ、３５３ｂ、４５３ｂ…第二端部 ３ａ、３ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、５４、５６、２５４、２５６、３５４、３５６、４５４…駆動素子 ５７、５８、２５７、２５８、３５７、３５８、４５７…内部電圧検出器 ５７ａ、５８ａ、２５７ａ、２５８ａ、３５７ａ、３５８ａ、４５７ａ…電源回路 ５７ｒ、５８ｒ、２５７ｒ、２５８ｒ、３５７ｒ、３５８ｒ、４５７ｒ…内部抵抗 ５７ｃ、５８ｃ、２５７ｃ、２５８ｃ、３５７ｃ、３５８ｃ、４５７ｃ…電池 ５９、２５９、３５９…算出器 ６０、２６０、３６０、４６０…駆動装置
１００、２００、３００、４００…ロボット装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、前記回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で前記回転軸に接触することによって前記回転軸との間に摩擦力を生じさせる伝達部と、
前記伝達部に接続され、検出素子の変位によって生じる出力信号を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて、前記回転軸と前記伝達部との間の相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部と
を備える滑り検出機構。
【請求項２】
前記相対位置情報は、前記回転軸と前記伝達部との間の相対的な位置の変化の有無を含む
請求項１に記載の滑り検出機構。
【請求項３】
前記相対位置情報は、前記回転軸と前記伝達部との間の相対的な変位を含む
請求項１又は請求項２に記載の滑り検出機構。
【請求項４】
前記相対位置情報は、前記駆動部の変位を含む
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項５】
前記制御部は、前記相対的な変位によって生じる前記検出素子の変位に基づいた前記出力信号を用いて前記相対位置情報を判断する
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項６】
前記伝達部は、前記回転軸の周方向に沿って配置されており、
前記検出素子は、前記伝達部の前記周方向の端部に接続されている
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項７】
前記伝達部は、前記伝達部の前記周方向の第一端部及び第二端部を有し、
前記第一端部及び前記第二端部は、前記回転軸の周面上の基準位置を挟んで配置され、
前記検出素子は、
前記第一端部に接続された第一素子と、
前記第二端部に接続された第二素子と、を有する
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項８】
前記第一素子及び前記第二素子は、前記第一端部及び前記第二端部を挟む位置に設けられている
請求項７に記載の滑り検出機構。
【請求項９】
前記制御部は、前記回転軸の回転に伴って前記第一素子から出力される第一出力信号と前記第二素子から出力される第二出力信号とに基づき前記出力信号を算出する
請求項７又は請求項８に記載の滑り検出機構。
【請求項１０】
前記伝達部は、前記伝達部の前記周方向の第一端部及び第二端部を有し、
前記第一端部及び前記第二端部は、前記回転軸の周面上の基準位置を挟んで配置され、
前記検出素子は、前記第一端部と前記第二端部とで挟まれている
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項１１】
前記制御部は、前記出力信号が所定の閾値を越えたか否かに基づいて前記相対位置情報を判断する
請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項１２】
前記検出素子として、圧電素子が用いられている
請求項１から請求項１１のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項１３】
回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、
前記回転駆動軸と前記被駆動軸とのうち少なくとも一方の回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、駆動部によって前記回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で前記回転軸に接触することによって前記回転駆動軸の回転力を前記被駆動軸に伝達する伝達部と、
前記駆動部からの出力信号を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて、前記回転駆動軸と前記被駆動軸との相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部と
を備えるトルク制限機構。
【請求項１４】
前記相対位置情報は、前記回転軸と前記伝達部との間の相対的な位置の変化の有無を含む
請求項１３に記載のトルク制限機構。
【請求項１５】
前記相対位置情報は、前記回転軸と前記伝達部との間の相対的な変位を含む
請求項１３又は請求項１４に記載のトルク制限機構。
【請求項１６】
前記駆動部は、
前記伝達部に接続され、変位に応じた前記出力信号を出力するように変位可能であり、当該変位によって前記伝達部を移動させる駆動素子
を有する
請求項１３から請求項１５のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項１７】
前記制御部は、前記相対的な変位によって生じる前記駆動素子の変位に基づいた前記出力信号を用いて前記相対的な変位を判断する
請求項１６一項に記載のトルク制限機構。
【請求項１８】
前記伝達部は、前記回転駆動軸と前記被駆動軸とのうち少なくとも一方の周方向に沿って配置されており、
前記駆動素子は、前記伝達部の前記周方向の端部に接続されている
請求項１６又は請求項１７に記載のトルク制限機構。
【請求項１９】
前記伝達部は、前記伝達部の前記周方向の第一端部及び第二端部を有し、
前記第一端部及び前記第二端部は、前記回転駆動軸と前記被駆動軸とのうち少なくとも一方の周面上の基準位置を挟んで配置され、
前記駆動素子は、
前記第一端部に接続された第一素子と、
前記第二端部に接続された第二素子と、を有する
請求項１６から請求項１７のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項２０】
前記第一素子及び前記第二素子は、前記第一端部及び前記第二端部を挟む位置に設けられている
請求項１９に記載のトルク制限機構。
【請求項２１】
前記制御部は、前記回転駆動軸の回転に伴って前記第一素子から出力される第一出力信号と前記第二素子から出力される第二出力信号とに基づき前記出力信号を算出する
請求項１９又は請求項２０に記載のトルク制限機構。
【請求項２２】
前記制御部は、前記出力信号が所定の閾値を越えたか否かに基づいて前記相対的な変位を判断する
請求項１２から請求項２１のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項２３】
前記回転駆動軸と前記被駆動軸とに相対的な変位を生じさせる許容値が可変となるように、前記伝達部における前記回転駆動軸と前記被駆動軸とのうち少なくとも一方の前記回転軸に対する接触状態を調整可能な調整部を備える
請求項１２から請求項２２のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項２４】
前記調整部は、前記回転軸の動作に応じて前記回転軸と前記伝達部との間の摩擦力が可変となるように、前記接触状態を調整する
請求項２３に記載のトルク制限機構。
【請求項２５】
前記調整部は、前記回転軸の回転方向に応じて前記接触状態を調整する
請求項２４記載のトルク制限機構。
【請求項２６】
前記駆動部に対して抵抗を介して電圧を供給する電源を備え、
前記制御部は、前記電圧の大きさを調整することによって前記許容値を変える
請求項１２から請求項２４のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項２７】
前記駆動部として、圧電素子が用いられている
請求項１２から請求項２６のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項２８】
前記駆動部は、
前記伝達部に接続され変位することによって前記伝達部を移動させる駆動素子と、
前記伝達部及び前記駆動素子のうち少なくとも一方に接続され変位することによって当該変位に応じた前記出力信号を出力する検出素子と、
を有する
請求項１３から請求項１５のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項２９】
前記制御部は、前記相対的な変位によって生じる前記検出素子の変位に基づいた前記出力信号を用いて前記相対的な変位を判断する
請求項２８に記載のトルク制限機構。
【請求項３０】
回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、
前記回転駆動軸と前記被駆動軸とのうち少なくとも一方の回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられた伝達部と、
前記伝達部に対して前記回転軸の軸方向とは異なる方向に力を加えた状態で当該伝達部を前記回転軸に接触させることによって、前記回転軸と前記伝達部との間に摩擦力を生じさせる駆動部と、
前記伝達部に接続され、検出素子の変位によって生じる出力信号を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記回転軸と前記伝達部との間の相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部と
を備えるトルク制限機構。
【請求項３１】
請求項１３から請求項３０のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構と、
前記回転駆動軸を回転させる回転機構と、
を備える駆動装置。
【請求項３２】
請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構を備える
ロボット装置。
【請求項３３】
請求項１３から請求項３０のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構を備える
ロボット装置。
【請求項１】
回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、前記回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で前記回転軸に接触することによって前記回転軸との間に摩擦力を生じさせる伝達部と、
前記伝達部に接続され、検出素子の変位によって生じる出力信号を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて、前記回転軸と前記伝達部との間の相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部と
を備える滑り検出機構。
【請求項２】
前記相対位置情報は、前記回転軸と前記伝達部との間の相対的な位置の変化の有無を含む
請求項１に記載の滑り検出機構。
【請求項３】
前記相対位置情報は、前記回転軸と前記伝達部との間の相対的な変位を含む
請求項１又は請求項２に記載の滑り検出機構。
【請求項４】
前記相対位置情報は、前記駆動部の変位を含む
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項５】
前記制御部は、前記相対的な変位によって生じる前記検出素子の変位に基づいた前記出力信号を用いて前記相対位置情報を判断する
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項６】
前記伝達部は、前記回転軸の周方向に沿って配置されており、
前記検出素子は、前記伝達部の前記周方向の端部に接続されている
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項７】
前記伝達部は、前記伝達部の前記周方向の第一端部及び第二端部を有し、
前記第一端部及び前記第二端部は、前記回転軸の周面上の基準位置を挟んで配置され、
前記検出素子は、
前記第一端部に接続された第一素子と、
前記第二端部に接続された第二素子と、を有する
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項８】
前記第一素子及び前記第二素子は、前記第一端部及び前記第二端部を挟む位置に設けられている
請求項７に記載の滑り検出機構。
【請求項９】
前記制御部は、前記回転軸の回転に伴って前記第一素子から出力される第一出力信号と前記第二素子から出力される第二出力信号とに基づき前記出力信号を算出する
請求項７又は請求項８に記載の滑り検出機構。
【請求項１０】
前記伝達部は、前記伝達部の前記周方向の第一端部及び第二端部を有し、
前記第一端部及び前記第二端部は、前記回転軸の周面上の基準位置を挟んで配置され、
前記検出素子は、前記第一端部と前記第二端部とで挟まれている
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項１１】
前記制御部は、前記出力信号が所定の閾値を越えたか否かに基づいて前記相対位置情報を判断する
請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項１２】
前記検出素子として、圧電素子が用いられている
請求項１から請求項１１のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構。
【請求項１３】
回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、
前記回転駆動軸と前記被駆動軸とのうち少なくとも一方の回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられ、駆動部によって前記回転軸の軸方向とは異なる方向に力が加えられた状態で前記回転軸に接触することによって前記回転駆動軸の回転力を前記被駆動軸に伝達する伝達部と、
前記駆動部からの出力信号を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて、前記回転駆動軸と前記被駆動軸との相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部と
を備えるトルク制限機構。
【請求項１４】
前記相対位置情報は、前記回転軸と前記伝達部との間の相対的な位置の変化の有無を含む
請求項１３に記載のトルク制限機構。
【請求項１５】
前記相対位置情報は、前記回転軸と前記伝達部との間の相対的な変位を含む
請求項１３又は請求項１４に記載のトルク制限機構。
【請求項１６】
前記駆動部は、
前記伝達部に接続され、変位に応じた前記出力信号を出力するように変位可能であり、当該変位によって前記伝達部を移動させる駆動素子
を有する
請求項１３から請求項１５のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項１７】
前記制御部は、前記相対的な変位によって生じる前記駆動素子の変位に基づいた前記出力信号を用いて前記相対的な変位を判断する
請求項１６一項に記載のトルク制限機構。
【請求項１８】
前記伝達部は、前記回転駆動軸と前記被駆動軸とのうち少なくとも一方の周方向に沿って配置されており、
前記駆動素子は、前記伝達部の前記周方向の端部に接続されている
請求項１６又は請求項１７に記載のトルク制限機構。
【請求項１９】
前記伝達部は、前記伝達部の前記周方向の第一端部及び第二端部を有し、
前記第一端部及び前記第二端部は、前記回転駆動軸と前記被駆動軸とのうち少なくとも一方の周面上の基準位置を挟んで配置され、
前記駆動素子は、
前記第一端部に接続された第一素子と、
前記第二端部に接続された第二素子と、を有する
請求項１６から請求項１７のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項２０】
前記第一素子及び前記第二素子は、前記第一端部及び前記第二端部を挟む位置に設けられている
請求項１９に記載のトルク制限機構。
【請求項２１】
前記制御部は、前記回転駆動軸の回転に伴って前記第一素子から出力される第一出力信号と前記第二素子から出力される第二出力信号とに基づき前記出力信号を算出する
請求項１９又は請求項２０に記載のトルク制限機構。
【請求項２２】
前記制御部は、前記出力信号が所定の閾値を越えたか否かに基づいて前記相対的な変位を判断する
請求項１２から請求項２１のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項２３】
前記回転駆動軸と前記被駆動軸とに相対的な変位を生じさせる許容値が可変となるように、前記伝達部における前記回転駆動軸と前記被駆動軸とのうち少なくとも一方の前記回転軸に対する接触状態を調整可能な調整部を備える
請求項１２から請求項２２のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項２４】
前記調整部は、前記回転軸の動作に応じて前記回転軸と前記伝達部との間の摩擦力が可変となるように、前記接触状態を調整する
請求項２３に記載のトルク制限機構。
【請求項２５】
前記調整部は、前記回転軸の回転方向に応じて前記接触状態を調整する
請求項２４記載のトルク制限機構。
【請求項２６】
前記駆動部に対して抵抗を介して電圧を供給する電源を備え、
前記制御部は、前記電圧の大きさを調整することによって前記許容値を変える
請求項１２から請求項２４のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項２７】
前記駆動部として、圧電素子が用いられている
請求項１２から請求項２６のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項２８】
前記駆動部は、
前記伝達部に接続され変位することによって前記伝達部を移動させる駆動素子と、
前記伝達部及び前記駆動素子のうち少なくとも一方に接続され変位することによって当該変位に応じた前記出力信号を出力する検出素子と、
を有する
請求項１３から請求項１５のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構。
【請求項２９】
前記制御部は、前記相対的な変位によって生じる前記検出素子の変位に基づいた前記出力信号を用いて前記相対的な変位を判断する
請求項２８に記載のトルク制限機構。
【請求項３０】
回転駆動軸の回転力を被駆動軸に伝達可能なトルク制限機構であって、
前記回転駆動軸と前記被駆動軸とのうち少なくとも一方の回転軸の周面の少なくとも一部に対して接触可能に設けられた伝達部と、
前記伝達部に対して前記回転軸の軸方向とは異なる方向に力を加えた状態で当該伝達部を前記回転軸に接触させることによって、前記回転軸と前記伝達部との間に摩擦力を生じさせる駆動部と、
前記伝達部に接続され、検出素子の変位によって生じる出力信号を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記回転軸と前記伝達部との間の相対的な位置に関する相対位置情報を判断する制御部と
を備えるトルク制限機構。
【請求項３１】
請求項１３から請求項３０のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構と、
前記回転駆動軸を回転させる回転機構と、
を備える駆動装置。
【請求項３２】
請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載の滑り検出機構を備える
ロボット装置。
【請求項３３】
請求項１３から請求項３０のうちいずれか一項に記載のトルク制限機構を備える
ロボット装置。
【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】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【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】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２０１３−１０４４６４（Ｐ２０１３−１０４４６４Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７６５０（Ｐ２０１１−２４７６５０）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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