JPWO2009107672A1 - ロボット安全装置、及びロボット - Google Patents

Abstract

ロボットが人間に対してダメージを与える可能性を検知するとともに、その検知をトリガーとして速やかにロボットの駆動力を停止させる。ロボットの駆動軸と、該駆動軸を駆動するアクチュエータとの間に設けられ、該ロボットの周囲に位置するユーザに対する不測の作用を防止する安全装置であって、アクチュエータからの出力を駆動軸へ伝達する伝達部と、アクチュエータによる伝達部の伝達加速度動作に対応して、アクチュエータからの出力による伝達部の動作を規制するための規制補助力を機械的に発生させる加速度動作対応部と、加速度動作対応部によって発生させられた規制補助力によって駆動され、伝達部の動作を規制する規制部と、を備える。

Description

本発明は、ロボットの周囲に位置するユーザに対する不測の作用を防止する安全装置に関する。

工場での製造現場等では、人間に代替する労働力として広くロボットが活用されている。一般に、ロボットは与えられた指示に従って、必要とされる作業を実現する。このようなロボットが用いられる場面において、ロボットのみが作業を行うのであれば人間に対してダメージを与える可能性は極めて低くなるものの、実際にはロボットと協調して別の作業を人間が行ったり、またロボットの保守や点検を行うためにロボットが作業を行っている領域に人間が入っていったりする場合がある。このような場合、人間がロボットから受けるダメージを極力回避する必要がある。

そこで、ロボットからのダメージを回避するために、ロボットの可動範囲と人間の進入禁止領域を適切に且つ随時変更していくことで、安全な環境と効率的な作業を実現しようとする技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。また、ロボットと協調して作業を行う必要のある作業者に対して、作業者の動作が制限されるべき範囲を効果的に提示する技術が開示されている（例えば、特許文献２を参照。）。

更に、直接的には人間との衝突防止に関する技術ではないが、作業対象物とロボットとの衝突が発生しても、その衝突によるダメージを低減するための技術が開示されている（例えば、特許文献３を参照。）。当該技術では、ロボットの関節を駆動するサーボモータからのトルクの大きさに基づいて、作業対象物とロボットの衝突が判断されることになる。
特開２００７−２８３４５０号公報 特開２００５−３３５０００号公報 特開２００７−２４９５２４号公報

ロボットと作業者との衝突を回避するために、先行技術のように作業者への効果的な作業領域の提示は有用な方法ではある。しかし、作業者に対して有用な情報を通知した場合であっても、ロボットとの衝突という不測の事態を完全にさけることは難しい。また、従来技術のようにロボットと作業者との衝突を何等かの方法により検知しようとする場合であっても、いわば衝突の危険性の検知が間に合わず、又は衝突が生じてからの該衝突の検知となるため、作業者を確実に保護することは難しいと言わざるを得ない。

一方で、作業者とロボットのとの衝突によって作業者へのダメージを低減するために、ロボットの駆動力を制限する方法も考えられるが、それでは人間に代わる労働力としてのロボットの採用意義が薄れてしまい、本末転倒となる。

本発明では、上記した問題に鑑み、ロボットが人間に対してダメージを与える可能性を検知するとともに、その検知をトリガーとして速やかにロボットの駆動力を停止させる安全装置を提供することを目的とする。

そこで、上記の課題を解決するために、本発明では、ロボットを駆動するアクチュエータからの駆動力によって得られる、駆動軸の加速度又は速度を基準として、ロボットの危険性を機械的に検知し、当該駆動軸の駆動を停止することとした。機械的に、危険性の検知と駆動軸停止を行うことで、センサーを介した様々な処理よりも速やかにロボットの出力軸の停止が可能となる。更に、制御用のコンピュータ等が故障した場合にも、出力軸の停止が可能となる。

詳細には、本発明に係るロボットの安全装置は、ロボットの駆動軸と、該駆動軸を駆動するアクチュエータとの間に設けられ、該ロボットの周囲に位置するユーザに対する不測の作用を防止する安全装置であって、前記アクチュエータからの出力を前記駆動軸へ伝達する伝達部と、前記アクチュエータによる前記伝達部の伝達加速度動作に対応して、前記アクチュエータからの出力による前記伝達部の動作を規制するための規制補助力を機械的に発生させる加速度動作対応部と、前記加速度動作対応部によって発生させられた前記規制補助力によって駆動され、前記伝達部の動作を規制する規制部と、を備える。

上記ロボット安全装置（以下、単に「安全装置」とも言う。）は、アクチュエータとロボットの駆動軸との間に設けられ、該アクチュエータから伝えられた駆動力による伝達部での伝達加速度動作を基準として、ロボットへ駆動力を伝える伝達部の動作が規制されることになる。即ち、加速度動作対応部が、その伝達加速度動作に対応して、伝達部の動作を規制する規制部を駆動するための規制補助力を機械的に発生させることで、機械的な危険性の判断と伝達部の機械的な停止を実現する。これにより、ロボットの周囲に位置するユーザに対して、ロボットが不測の作用（衝突等）を与えることを、速やかに防止することができる。

そして、上記安全装置において、前記アクチュエータによる前記伝達部の伝達加速度が所定加速度を超えると、前記規制部は、前記加速度動作対応部からの前記規制補助力により前記伝達部の動作を規制するようにしてもよい。これにより、伝達部の伝達加速度が所定加速度を超えるとき、ロボットがユーザに対して不測の作用を及ぼす可能性があると判断され、規制部による伝達部の動作規制が行われることになる。

また、上述までの安全装置において、前記加速度動作対応部は、前記伝達部に対して固定状態で連結される第一伝達補助部と、前記伝達部に対して相対移動可能な状態で配置される第二伝達補助部と、前記第一伝達補助部と前記第二伝達補助部とを弾性的に連結し、前記伝達部の伝達加速度動作に対応して、前記第二伝達補助部が前記伝達部に対して相対移動可能とする、弾性連結部と、前記弾性連結部を介した前記第二伝達補助部の変位によって前記規制補助力を発生させる規制補助力発生部と、を有するようにしてもよい。

上記の構成を有する安全装置では、第一伝達補助部は伝達部と連動して同じ動作を行うが、第二伝達補助部は、弾性連結部を介して、第一伝達補助部と伝達部に接続されているため、必ずしも伝達部との動作が連動するとは限らない。特に、伝達部が伝達加速度動作を行っている場合には、第一伝達補助部と第二伝達補助部との間に当該加速度に起因する慣性トルク等が生じ、慣性トルク等が生じていない場合の両伝達補助部の相対関係と比べて「相対移動」が生じることになる。そこで、この慣性力に従って相対移動による変位を介して、規制補助力発生部が上記規制補助力を発生するように機械的に安全装置を設計することで、ダメージ発生の可能性検知と、伝達部の速やかな停止を実現することが可能となる。

ここで、上記の安全装置において、前記所定加速度が変更可能であってもよい。更には、前記加速度動作対応部は、前記弾性連結部による前記第一伝達補助部と前記第二伝達補助部との弾性連結の程度を調整可能な弾性連結調整部を更に有し、前記弾性連結調整部によって前記弾性連結部による弾性連結を調整することで、前記所定加速度が変更可能としてもよい。所定加速度を変更可能とすることで、ロボットが使用される条件等に合わせてユーザを効果的に保護する安全装置の仕様設定が可能となる。また、所定加速度は、上述した第二伝達補助部の伝達部に対する相対移動の条件によって変更するものであるから、上記のように弾性連結部による弾性連結の程度を調整する以外にも、当該相対移動に関連する種々のパラメータを調整してもよい。

ここで、上述までの安全装置において、上記規制補助力の発生に関し、より具体的な構成を以下に示す。先ず、前記加速度動作対応部は、前記第一伝達補助部に対して相対移動可能に取り付けられ、且つ前記弾性連結部を介した前記第二伝達補助部の変位によって該相対移動を行う係合部を更に有し、そして、前記規制補助力発生部は、前記係合部が前記第一伝達補助部に対して前記相対移動を行うと該係合部と係合状態となり、該係合部を介して前記伝達部の動作が伝えられることで前記規制補助力を発生させてもよい。即ち、この構成を有する安全装置は、第二伝達補助部の相対移動を基点として、係合部と規制補助力発生部との係合状態が生み出され、そしてその係合状態が更に規制補助力を生み出すという、機械的な一連の流れを実現するものである。

また、別の具体的な構成としては、前記規制部は、前記伝達部に対する相対位置が可変となるように設けられ、且つ該伝達部に連動して駆動されるブレーキ部と、前記ブレーキ部と接触して前記伝達部の動作を規制するためのブレーキ力を発生させるブレーキドラム部と、を有し、前記アクチュエータによる前記伝達部の伝達加速度によって、前記弾性連結部を介した前記第二伝達補助部が変位することで、前記ブレーキ部の前記伝達部に対する相対位置が変更され、該ブレーキ部と前記ブレーキドラム部とが接触状態に至るようにしてもよい。即ち、この構成を有する安全装置は、第二伝達補助部の相対移動を基点として、ブレーキ部に規制補助力を及ぼし伝達部との相対位置の変更状態を生み出すとともに、その変更状態によってブレーキ部とブレーキドラム部との間にブレーキ力発生のための接触状態を形成するという、機械的な一連の流れを実現するものである。

ここで、上述までの安全装置において、前記アクチュエータによる前記伝達部の伝達速度が所定速度を超えると、前記第二伝達補助部を該伝達部に対して前記相対移動させ、その変位により前記規制部を駆動する速度動作対応部を、更に有するようにしてもよい。即ち、上述までのように伝達部の伝達加速度に加えて伝達速度に基づいて、機械的な伝達部の動作停止を実現するものである。この場合においても、伝達速度に基づいて第二伝達補助部を上記相対移動させることで、伝達部の動作停止を行う。

また、本発明に係る安全装置を、伝達部の伝達速度に基づいた機械的な動作停止を行う安全装置の観点から捉えることも可能である。即ち、本発明に係る安全装置は、ロボットの駆動軸と、該駆動軸を駆動するアクチュエータとの間に設けられ、該ロボットの周囲に位置するユーザに対する不測の作用を防止する安全装置であって、前記アクチュエータからの出力を前記駆動軸へ伝達する伝達部と、前記アクチュエータによる前記伝達部の伝達速度動作に対応して、前記アクチュエータからの出力による前記伝達部の動作を規制するための規制補助力を機械的に発生させる速度動作対応部と、前記速度動作対応部によって発生させられた前記規制補助力によって駆動され、前記伝達部の動作を規制する規制部と、を備える。これにより、伝達加速度に基づく場合と同様に、ロボットの周囲に位置するユーザに対して、ロボットが不測の作用を与えることを、速やかに防止することができる。

また、上記安全装置において、前記アクチュエータによる前記伝達部の伝達速度が所定速度を超えると、前記規制部は、前記規制補助力により前記伝達部の動作を規制するようにしてもよい。これにより、伝達部の伝達速度が所定速度を超えるとき、ロボットがユーザに対して不測の作用を及ぼす可能性があると判断され、規制部による伝達部の動作規制が行われることになる。そして、この所定速度は、変更可能であってもよい。これにより、ロボットが使用される条件等に合わせてユーザを効果的に保護する安全装置の仕様設定が可能となる。

ここで、上述までの安全装置において、前記規制部が前記伝達部の動作を規制する際に、前記アクチュエータへの電力供給を停止する電力停止部を、更に備えるようにしてもよい。規制部による伝達部の動作規制に加えて、アクチュエータへの電力供給を停止させることで、より確実にユーザへのダメージを回避することができる。尚、この電力供給の停止も、第二伝達補助部の上記相対移動に機械的に連動して行われるのが好ましい。電力供給の停止をより確実なものとすることができるからである。

また、前記電力停止部は、前記規制部が前記伝達部の動作を規制する前に、前記アクチュエータへの電力供給を停止するのが好ましい。このようにすれば、アクチュエータからの電力がより速やかに遮断されるため、ユーザへのダメージ回避がより確実となる。

尚、上述までの安全装置をロボットに組み込むことは、ロボットの使用時における安全性を高めるためにも極めて有用である。その際、前記ロボットの一部又は全部の駆動軸に対して、前記ロボット安全装置が取り付けられればよいが、安全性の向上を考慮すると、ロボットの全ての駆動軸に本発明に係る安全装置が取り付けられることが好ましい。ここで言うロボットとは、アクチュエータで駆動される機械全般を指すものである。

ロボットが人間に対してダメージを与える可能性を検知するとともに、その検知をトリガーとして速やかにロボットの駆動力を停止させる安全装置を提供する。

本発明に係るロボットの安全装置のコンセプトを示す図である。 本発明に係る安全装置として、ロボットの一部であるアーム部に組み込まれた状態を示す第一の図である。 本発明に係る安全装置として、ロボットの一部であるアーム部に組み込まれた状態を示す第二の図である。 本発明の実施例に係る安全装置の詳細な構成を示す第一の図である。 図４に示す安全装置の加速度検知部の構成を示す図である。 図４に示す安全装置における、加速度検知部と爪回転板との相関関係を示す図である。 図４に示す安全装置が回転軸の所定加速度を検知し、ロボットへの電力供給を遮断し、その駆動をロックするまでのプロセスを示す第一の図である。 図４に示す安全装置が回転軸の所定加速度を検知し、ロボットへの電力供給を遮断し、その駆動をロックするまでのプロセスを示す第二の図である。 図４に示す安全装置が回転軸の所定加速度を検知し、ロボットへの電力供給を遮断し、その駆動をロックするまでのプロセスを示す第三の図である。 図４に示す安全装置が回転軸の所定加速度を検知し、ロボットへの電力供給を遮断し、その駆動をロックするまでのプロセスを示す第四の図である。 図４に示す安全装置での、回転軸の速度検知のメカニズムを示す図である。 図４に示す安全装置が組み込まれたロボットにおいて、人間の身体が挟まれた場合の、該人間の救出に関する図である。 図４に示す安全装置において、ストッパと内歯とが引っ掛かった状態に至ったときの、係止爪とラチェットホイールとの相対関係を示す図である。 図４に示す安全装置において、加速度検知部のストッパ数を増やした場合の構成を示す図である。 図１２に示す加速度検知部の詳細な構成を示す図である。 本発明の実施例に係る安全装置の詳細な構成を示す第二の図である。 図１４に示す安全装置において、ラチェットホイールを複数の係止爪で同時にロックするプロセスを示す第一の図である。 図１４に示す安全装置において、ラチェットホイールを複数の係止爪で同時にロックするプロセスを示す第二の図である。 図１４に示す安全装置において、ラチェットホイールを複数の係止爪で同時にロックするプロセスを示す第三の図である。 図１４に示す安全装置において、ラチェットホイールを複数の係止爪で同時にロックするプロセスを示す第四の図である。 本発明の実施例に係る安全装置の詳細な構成を示す第三の図である。 図１６に示す安全装置における加速度検知部の構成を示す第一の図である。 図１６に示す安全装置において、回転軸をロックするまでのプロセスを示す図である。 図１６に示す安全装置における加速度検知部の構成を示す第二の図である。 図１６に示す安全装置における加速度検知部の構成を示す第三の図である。 図２０に示す加速度検知部における、ストッパと内歯との相関関係を示す図である。 本発明の実施例に係る安全装置の詳細な構成を示す第四の図である。 図２２に示す安全装置において、回転軸をロックするまでのプロセスを示す図である。 図２２に示す安全装置が組み込まれたロボットにおいて、人間の身体が挟まれた場合の、該人間の救出に関する図である。 図２２に示す安全装置において、回転軸をロックするためのブレーキ制動力を発生させる別の構成を示す図である。 本発明の第一の実施例に係る安全装置における線形バネの使用例を示す図である。 本発明の第二の実施例に係る安全装置における線形バネの使用例を示す図である。 本発明に係る安全装置における所定速度の調整を行うための機構を示す第一の図である。 本発明に係る安全装置における所定速度の調整を行うための機構を示す第二の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うための機構を示す第一の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うための機構を示す第二の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うための機構を示す第三の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うための機構を示す第四の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うための機構を示す第五の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うために、ギアの慣性モーメントを変化させる機構を示す図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うために、バネの剛性を変化させる機構を示す第一の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うために、バネの剛性を変化させる機構を示す第二の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うために、バネの剛性を変化させる機構を示す第三の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うために、バネの剛性を変化させる機構を示す第四の図である。 本発明に係る安全装置において、ストッパと噛み合うラチェットホイールの別の構成を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る安全装置の概略構成を示す図である。 図３９に示す安全装置の動作の様子を示す図である。 図３９に示す安全装置の詳細な構成を示す図である。 図３９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第一の図である。 図３９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第二の図である。 図３９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第三の図である。 図３９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第四の図である。 図３９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第五の図である。 図３９に示す安全装置の変形例を示す第一の図である。 図３９に示す安全装置の変形例を示す第二の図である。 図３９に示す安全装置の変形例を示す第三の図である。 図３９に示す安全装置の変形例を示す第四の図である。 図３９に示す安全装置の変形例を示す第五の図である。 図３９に示す安全装置の変形例を示す第六の図である。 本発明の第４の実施例の変形例に係る安全装置の概略構成を示す図である。 図５３に示す安全装置の詳細な構成を示す図である。 図５３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第一の図である。 図５３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第二の図である。 図５３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第三の図である。 図５３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第四の図である。 図５３に示す安全装置の変形例を示す第一の図である。 図５３に示す安全装置の変形例を示す第二の図である。 図５３に示す安全装置の変形例を示す第三の図である。 図５３に示す安全装置の変形例を示す第四の図である。 本発明の第４の実施例の変形例に係る安全装置の概略構成を示す図である。 図６３に示す安全装置の詳細な構成を示す図である。 図６３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第一の図である。 図６３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第二の図である。 図６３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第三の図である。 図６３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第四の図である。 図６３に示す安全装置の変形例を示す第一の図である。 図６３に示す安全装置の変形例を示す第二の図である。 図６３に示す安全装置の変形例を示す第三の図である。 本発明の第４の実施例の変形例に係る安全装置の概略構成を示す図である。 図７２に示す安全装置の詳細な構成を示す図である。 図７２に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第一の図である。 図７２に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第二の図である。 図７２に示す安全装置に、回転軸のロック機構を適用した構成を示す第一の図である。 図７２に示す安全装置に、回転軸のロック機構を適用した構成を示す第二の図である。 図７２に示す安全装置の変形例を示す第一の図である。 図７２に示す安全装置の変形例を示す第二の図である。 本発明の第５の実施例に係る安全装置の概略構成を示す図である。 図８０に示す安全装置の詳細な構成を示す図である。 図８０に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第一の図である。 図８０に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第二の図である。 図８０に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第三の図である。 図８０に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第四の図である。 図８０に示す安全装置におけるスイッチからの信号伝達部分の詳細な構成を示す第一の図である。 図８０に示す安全装置におけるスイッチからの信号伝達部分の詳細な構成を示す第二の図である。 図８０に示す安全装置の変形例を示す図である。 本発明の第５の実施例の変形例に係る安全装置の概略構成を示す図である。 図８９に示す安全装置の詳細な構成を示す図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第一の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第二の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第三の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第四の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第五の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第六の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第七の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第八の図である。 図８９に示す安全装置の変形例を示す第一の図である。 図８９に示す安全装置の変形例を示す第二の図である。

以下に、本発明に係るロボット用の安全装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。ロボットは様々な現場で使用される一般的な機械装置であるが、ロボットと人間がともに作業を行う場合、または人間がロボットの操作や保守を行うような場合、ロボットの動作領域と人間の動作領域とが干渉する可能性がある。その結果、場合によっては、ロボットが人間に接触し、何等かのダメージを与えてしまうことが考えられる。そこで、本発明に係るロボット用の安全装置（以下、単に「安全装置」と言う。）は、ロボットの周囲に位置する人間に対する不測の作用を防止することを主な目的として用いられる。

即ち、当該安全装置をロボットに組み込むことで、図１（ａ）に示すようなロボットの暴走およびそれによる人間へのダメージを回避し、例えば、図１（ｂ）に示すように、ロボットを構成する駆動軸の動き、特に加速度あるいは速度のいずれかが予め設定されている閾値を超えたときに、その駆動軸の動きを早急に規制し、人間へのダメージを軽減もしくは回避することを可能とする。このとき駆動軸の可及的に速やかな停止を実現するために、本発明に係る安全装置は、ロボットの駆動軸の動作に対して機械的に反応し、その動作を規制するものであり、以下にその詳細を示す。

図２に、本発明に係る安全装置１がロボットの一部であるアーム部１００に組み込まれた際の一例を示す。アーム部１００は、モータ等のアクチュエータ２００を動力源として、その出力軸２１０とロボットの駆動軸１１０との間の伝達軸２２０に配置される。尚、伝達軸としては、駆動力伝達のためのベルトやロボットの駆動軸１１０と連結される軸等が例示できるが、アクチュエータ２００の出力軸２１０の直後や、アーム部１００の駆動軸１１０の直前に安全装置１が設けられても構わない。

また、アーム部１００の正転方向・反転方向の両方向でその駆動軸１１０をロックしたい場合は、正転方向をロックする安全装置１と反転方向をロックする安全装置１’を図のように設置する。また、駆動軸１１０の正転方向のみ、あるいは、反転方向のみをロックできればよい場合は、それぞれの方向のみをロックする安全装置１又は１’だけを取り付ければよい。これらの安全装置１、１’の構造は、実質的に同一であるため、以下においては主に片方の安全装置１について言及していく。

また、安全装置１は、図３に示すように、ロボットの本体（胴体）部１３０側に設置してもよい。即ち、アーム部１１０から離れたロボット本体部１３０に、アクチュエータ２００が設置され、ベルトや歯車等の動力伝達装置１２０により、アクチュエータ２００の駆動力が伝達されアーム部１００の駆動軸１１０に伝達される場合において、図２に示す場合と同じように、アクチュエータ２００とアーム部１００の駆動軸１１０との間の伝達軸であってロボット本体部１３０内に、安全装置１が設置されてもよい。

次に、安全装置１の詳細な構造を、分解した状態で図４に示す。回転軸２２は、アクチュエータ２００からの出力が入力され、アーム部１００の駆動軸１１０に出力するための、駆動力伝達のための軸である。この回転軸２２は、ロボットの本体部等の固定部側（即ち、アクチュエータ２００によって駆動されない部分）上に設置されたフレーム１０に設けられた貫通孔１２に挿通され、そこでベアリング１１によって回転可能状態に支持される。

ここで、回転軸２２は、周囲にラチェットが設けられているラチェットホイール２４と一体となっている。そして、このラチェットホイール２４のラチェットに係止爪２０が引っ掛かることで、回転軸２２の回転が規制されることになる。ここで、回転軸２２に対してベアリング支持された状態で爪回転板２７が配置され、その円筒部分の内側面には内歯２９が設けられている。この爪回転板２７に設置されたピン２５にバネ２３の一端が接続され、バネ２３の他端はフレーム１０のピン１３に接続されている。すなわち、爪回転板２７はバネ２３を介してフレーム１０に拘束されている。

次に、係止爪２０が、フレーム１０上の貫通孔１４を介して、フレーム１０に対して回転可能な状態で取り付けられている。尚、この係止爪２０の回転方向は、後述するようにラチェットホイール２４に対して接近、離間が可能となる回転方向である。そして、係止爪２０の先端部分には、上記爪回転板２７の方向に向けてガイドバー２１が設けられており、このガイドバー２１は、安全装置１の組み立て状態において爪回転板２７に設けられたガイド孔２８に挿入される。

また、爪回転板２７の上記円筒部分に収まるように、加速度検知部３０が回転軸２２に対して相対的に配置される。この加速度検知部３０は、プレート３１、ストッパ３２、バネ３３、ラチェットホイール３４で構成される。ラチェットホイール３４はバネ３３を介してプレート３１に取り付けられている。尚、加速度検知部３０の詳細については後述する。更に、加速度検知部３０の隣にギア４０が回転軸２２に対して固定状態で連結される。

ここで、上記ギア４０に加えて、ラチェットホイール２４と、加速度検知部３０のプレート３１も回転軸２２に対して固定状態で連結され、回転軸２２と一体となって回転する。更に、ギア４０が回転すると、それに噛み合っているギア４１も回転するとともに、ギア４１に接続されているロータリダンパ４２も回転するように、ギア４１とロータリダンパ４２が配置される。そして、ロータリダンパ４２の回転軸にはストッパ４４が取り付けられており、ストッパ４４は、当該回転軸の速度（回転速度）に応じてロータリダンパ４２から制動トルクを受ける。また、ストッパ４４にはバネ４３の一端が取り付けられており、ストッパ４４にはバネ４３からの弾性力によるスプリングトルクが作用する。尚、このバネ４３の他端はフレーム４５に固定されており、このフレーム４５はフレーム１０に連結される。また、ストッパ４４の回転軸はベアリング４６を介してフレーム４５に対して回転可能状態で設置されている。

また、安全装置１においては、爪回転板２７が回転した場合に、該爪回転板２７上に設けられたピン２６により押される位置にスイッチ１５が設置されている。このスイッチ１５は、アクチュエータ２００への電力供給を接続、遮断するためのスイッチであり、本実施例ではスイッチ１５がピン２６によって押されると、電力供給が遮断されることになる。この点については、後述にて更に説明する。

＜加速度検知および回転軸２２のロックについて＞
図５に加速度検知部３０の詳細を示す。加速度検知部３０は、回転軸２２の加速度（回転加速度）を検知する。上述したように、プレート３１は回転軸２２と一体となって回転する。そして、プレート３１上には、ストッパ３２用の回転軸３１ａが設けられ、ストッパ３２がこの回転軸３１ａに取り付けられることで、プレート３１に対して相対的に回転可能となる。また、ストッパ３２の先端部分には、ラチェットホイール３４の方に向かって延在するガイドバー３２ａが設けられ、このガイドバー３２ａは、安全装置１の組み立て状態においてラチェットホイール３４上に設けられたガイド孔３４ａに挿入されることになる。また、プレート３１のピン３１ｂにはバネ３３の一端が接続され、ラチェットホイール３４のピン３４ｂ（図５においては、ラチェットホイール３４に隠れた位置にあるため点線で示されている。）に、そのもう一端が接続されている。従って、ラチェットホイール３４は回転軸２２に固定されているプレート３１に対して、バネ３３によって弾性的に連結されている。そのため、回転軸２２の回転は、プレート３１のピン３１ｂからバネ３３を介してラチェットホイール３４に伝わり、バネ３３を介した状態でラチェットホイール３４は回転することになる。

ここで、加速度検知部３０による回転軸２２の加速度の検知について説明する。図６には、爪回転板２７の円筒部分に収められた加速度検知部３０と、爪回転板２７側に設けられた内歯２９との相関関係が示されている。尚、図６の左側に示す当該相関関係は、回転軸２２の加速度がゼロもしくは比較的に低い場合、即ち所定加速度以下であるときのものであり、右側に示すのが、回転軸２２の加速度が所定加速度を超えたときのものである。図６に示すように、回転軸２２の加速度が上昇し、ラチェットホイール３４を拘束している、バネ３３からのスプリングトルク以上の慣性トルクがスプリングトルクとは逆の方向に作用することで、ラチェットホイール３４が回転軸２２に対して、該回転軸２２を中心として相対的に回転し当初の相対位置よりずれた場合（図６中に示す「ずれ」が生じた場合）、ストッパ３２は、ラチェットホイール３４に設けられたガイド孔３４ａとガイドバー３２ａとの幾何学的拘束により、爪回転板２７側の内歯２９と接触する方向に導かれ、最終的にストッパ３２の先端部分が内歯２９に引っ掛かる状態となる。

以上を踏まえて、加速度検知部３０による回転軸２２の加速度検知、およびその検知された加速度に基づく回転軸２２のロックの詳細について、図７Ａ〜７Ｃ及び図８に基づいて説明する。図７Ａ〜７Ｃ及び図８は、安全装置１が所定加速度を機械的に検知し、ロボットのアーム部１００の電力供給を遮断し、その駆動をロックするまでのプロセスを示している。本実施例では、図７Ａ、７Ｂに示した白抜き矢印の方向、即ち回転軸２２が左周りの方向に、予め設定した所定加速度が生じた場合の安全装置１の動作を示している。回転軸２２が逆方向に回転した場合については、同様のプロセスにより逆方向の回転をロックするために設置した安全装置１’が作動することになる。

先ず、図７Ａのように、回転軸２２の加速度が小さい通常状態の場合、その加速度によるラチェットホイール３４に生じる慣性トルクも比較的小さいので（即ち、所定加速度より小さい）、バネ３３によるスプリングトルクに負け、ラチェットホイール３４は回転軸２２とともに回転する。この場合、当然のことながら回転軸２２のロックは行われない。そして、回転軸２２の加速度が大きくなるとラチェットホイール３４に生じる慣性トルクも次第に大きくなり、当該加速度が所定加速度を超えると、当該慣性トルクがバネ３３によるスプリングトルクに打ち勝ち、ラチェットホイール３４の回転と回転軸２２の回転に「ずれ」（図６に示す「ずれ」）が生じる（図７Ｂ参照）。その結果、図７Ｂに示すように、内歯２９内でストッパ３２がガイド孔３４ａによって内歯２９側に導かれ、両者が接触する。

ストッパ３２が内歯２９と接触した後は、ストッパ３２は内歯２９に引っ掛かる位置まで移動する（図７Ｃ（ａ）を参照）。内歯２９とストッパ３２が互いに引っ掛かった状態となった後、回転軸２２の回転はストッパ３２により爪回転板２７に伝えられ、回転軸２２の回転に対して影響されない状態であった爪回転板２７が、回転軸２２とともに回転することになる。ここで、爪回転板２７上のガイド孔２８は、係止爪２０のガイドバー２１と幾何学的拘束関係にあるため、図７Ｃ（ｂ）に示すように、係止爪２０を回転軸２２に接近する方向に回転させる回転力が、該係止爪２０に作用することになる。また、それとともに、爪回転板２７に取り付けられたピン２６によりスイッチ１５が切られ、アクチュエータ２００への電力供給が遮断される。

その後、上記回転力によって、図８（ａ）に示すようにラチェットホイール２４のラチェットと係止爪２０がかみ合い、回転軸２２はロックされる。これにより、ロボットのアーム部１００による人間に対する不測の作用を防止することが可能となる。尚、回転軸２２がロックされた後、回転軸２２の加速度がなくなると、ラチェットホイール３４に作用する慣性トルクも消失する。これにより、ストッパ３２はバネ３３により元の位置へ戻ることになる。しかし、ロボットのアーム部１００の自重によるトルクが図８（ｂ）のように作用している場合は、そのトルクが作用している限り、ラチェットホイール２４のラチェットと係止爪２０とのかみ合いは維持され、以て、回転軸２２のロックは維持され続ける。

また、仮に、回転軸２２がロックされた後、ロボットの自重によるトルクが図８（ｂ）とは逆方向に作用しても、逆方向の回転のために設置された安全装置１’により、回転軸２２の回転における加速度が検知され、上述した構成を有する安全装置１’によって回転軸２２が確実にロックされる。このとき、回転軸２２の加速度が所定加速度にまで至らなければ回転軸２２にはロックが掛からないが、アクチュエータ２００への電力供給が遮断されているので、ロボットのアーム部１００はゆっくり落下し、回転軸２２でぶら下がり止ることになり人間へのダメージは抑えられる。

＜速度検知および回転軸２２のロックについて＞
次に、回転軸２２の速度（回転速度）に基づいた安全装置１の動作について、図９に基づいて説明する。図９には、ストッパ４４による回転軸２２の速度検知のメカニズムを示す。先ず、回転軸２２の速度は、回転軸２２に固定されたギア４０からギア４１を経て、ロータリダンパ４２に伝えられる。ロータリダンパ４２にはストッパ４４が取り付けられているので、ストッパ４４には、回転軸２２の速度に比例したロータリダンパ４２からの制動トルクが作用する。また、ストッパ４４にはバネ４３も接続されており、このバネ４３からは、ロータリダンパ４２からの制動トルクとは逆方向にスプリングトルクも作用している。

ここで、回転軸２２の速度が大きくなると、ロータリダンパ４２による制動トルクも増加し、その値が所定速度に至るとストッパ４４はラチェットホイール３４の外周に設けられたラチェット部分と接触しかみ合う。これによりラチェットホイール３４がストッパ４４により拘束され、回転軸２２の回転とラチェットホイール３４の回転に「ずれ」が生じる。このずれは上述した加速度検知部３０における「ずれ」と同義である。そして、この「ずれ」が生じると、内歯２９内のストッパ３２が内歯２９と接触し、その後は加速度検出部３０による場合と同様のプロセスで、回転軸２２がロックされることになる。これにより、ロボットのアーム部１００による人間に対する不測の作用を防止することが可能となる。

＜回転軸２２のロック後における、人間の救出について＞
図１０に示すように、回転軸２２をロックした後（係止爪２０がラチェットホイール２４に引っ掛かった状態となった後）、人間の身体あるいはその一部がロボットの自重等によりロボットに挟まれてしまう場合がある（図１０（ａ）を参照）。しかし、安全装置１が取り付けられたロボットにおいては、人間を挟んでいる方向とは逆方向には、係止爪２０によるロックは掛けられていないので、図１０（ｂ）に示すように、当該逆方向にロボットを動かすことができる。これにより、挟まれてしまった人間の救出が可能となる。

＜加速度もしくは速度検知から回転軸２２のロックまでの時間短縮について＞
安全装置１では、ラチェットホイール２４のラチェットと係止爪２０が確実にかみ合うように、ストッパ３２が内歯２９と引っ掛かった状態に至ったとき、係止爪２０とラチェットホイール２４のラチェットとの相対関係も必ず両者がかみ合う位置関係になるように設定されている（図１１参照。図１１においては、係止爪２０はラチェットホイール２４と噛み合っていない状態にある。この後、爪回転板２７が回転することにより確実に係止爪２０をラチェットホイール２４に噛み合わせることになる。）。即ち、ストッパ３２がどの内歯２９と引っ掛かった状態になっても、かみ合った瞬間における係止爪２０とラチェットホイール２４のラチェットとの幾何学的関係は同一となるようにしている。

加速度検知部３０における１つのストッパ３２でこのようなことを実現するためには、（１）ラチェットホイール２４のラチェットの歯の数と内歯２９の歯数を同一にする。
（２）ストッパ３２を取り付けているプレート３１とラチェットホイール２４が回転軸２２とともに回転する。
（３）ストッパ３２が内歯２９と引っ掛かった状態になるまで、爪回転板２７は回転軸２２とともに回転しない。
ことが必要である。

安全装置１は上記３つの条件を全て満たしている。ここで、このような構造を有する安全装置１において、回転軸２２の加速度が所定加速度を超え、又は速度が所定速度を超えたことが機械的に検知されてから、回転軸２２をロックするまでの時間は、人体へのダメージを考慮すると可及的に短い方が好ましい。そこで当該時間を短縮する方法として、爪回転板２７の内歯２９の歯数およびラチェットホイール２４のラチェットの歯数を増加させることが挙げられる。爪回転板２７の内歯２９の歯数を増加させることにより、内歯２９の歯幅が小さくなりストッパ３２が内歯２９に接触してからそれに沿って動く時間が短縮される。また、ラチェットホイール２４のラチェットの歯数を増やし歯を小さくすることにより、係止爪２０を回転させる角度も小さくなり、該係止爪２０を回転させる時間が短縮されることになる。

しかし、安全装置１はロボットに搭載することを考慮すると、可能な限りその大きさをコンパクトにすることが求められる。そのため、爪回転板２７の内歯２９の内径を一定にしたままその歯数を増やすには限界がある。そこで、以下に、内歯２９の歯数は一定のままで、ストッパ３２の数を増やすことにより、内歯２９の歯数を増やした場合と同じ効果が得られる機構を、図１２及び図１３に示す。

図１２に一例として、加速度検知部３０においてストッパ３２（３２１、３２２、３２３）を３つ設置した場合を示す。同図に示すように、加速度検知部３０が収められ対向する内歯２９の歯幅を３等分した位置（図１２においては、各ストッパ３２の先端部分に、対応する内歯２９の一つの歯を３等分する３本の線を示している。尚、図中のＡで示す位置は、３本線のうち一方の端の線に対応し、Ｃで示す位置は３本線のうちもう片方の端の線に対応し、Ｂで示す位置は３本線のうち真ん中の線に対応している。）において、各ストッパ３２の先端部分が一つずつずれた位置となるように、加速度検知部３０が配置される。

このような構造にすることにより、例えば図１２の線Ａの位置のストッパ３２３が内歯２９と接触した瞬間にその内歯２９と噛み合わなかったとしても、線Ｂの位置のストッパ３２１が内歯２９の歯幅の１／３を移動しさえすれば、そのストッパ３２１が内歯２９と噛み合うことになる。これにより、内歯２９の数は変わらずとも、実質的にその数が３倍にされたのと同じとなり、回転軸２２をロックするための時間の短縮が図られる。尚、この場合、内歯２９の数の３倍の歯数をもつラチェットホイール２４を使用すれば、内歯２９とストッパ３２が引っ掛かった瞬間におけるラチェットホイール２４の歯と係止爪２０の幾何学的関係の同一性（図１１に示した幾何学的関係）が保たれることになり、以て、内歯２９とストッパ３２が引っ掛かった瞬間に係止爪２０とラチェットホイール２４の歯がかみ合う。更に、ラチェットホイール２４のラチェットの歯数を増やし、その歯を小さくすることにより係止爪２０を回転させる角度も小さくすることでも、係止爪２０を回転させる時間が短縮される。

ここで、上記ではストッパ３２を３つ使用した場合を示したが、このストッパの数は、ストッパを設置するスペースが許す限り、さらに多くしても構わない。Ｎ個のストッパを配置する場合には、内歯２９の歯幅をＮ等分した位置にそれぞれのストッパの先端部分が来る位置に各ストッパを配置すればよい。更に、内歯２９とストッパ３２との引っ掛かるタイミングと、ラチェットホイール２４と係止爪２０とがかみ合うタイミングを合わせるために、内歯２９の歯数のＮ倍の歯をもつラチェットホイールを用いればよい。ただし、ラチェットホイールの歯の数にも限度があり、またストッパに作用する摩擦なども考えると、ストッパを増やすにも限界がある。従って、ストッパの数としては１〜８程度であり、好ましくは１〜４である。

尚、図１３に、図１２に示した３つのストッパ３２１、３２２、３２３を用いた場合の加速度検知部３００の構成例を示している。３つのストッパは、それぞれプレート３１０上に設けられた回転軸３１１ａ、３１２ａ、３１３ａを介して、該プレート３１０に対して相対的に回転可能な状態で設置される。また、各ストッパの先端部分には、ガイドバー３２１ａ、３２２ａ、３２３ａがそれぞれ設けられ、各ガイドバーは、安全装置１の組み立て状態においては、ラチェットホイール３４０上に設けられた対応するガイド孔３４ａ１、３４ａ２、３４ａ３にそれぞれ挿入された状態となる。

＜ラチェットホイール２４の強度不足の解決について＞
上述したように、ラチェットホイール２４の歯数を増やした方が、回転軸２２のロックに要する時間を短縮することはできる。しかし、同径のラチェットホイール２４でラチェットの歯数を多くすると、歯が小さくなるため、歯の強度が低下し、またラチェットホイール２４の径を大きくすればアクチュエータの負荷が増大する。そこで、図１４に示すように、ラチェットホイール２４とかみ合う係止爪２０１〜２０４を複数設置する。ここで、爪回転板２７には、係止爪の数に対応させて各係止爪が有するガイドバーが挿入されるガイド孔が複数設置される。

このような構成を採用することにより、図１５Ａ〜１５Ｄに示すように爪回転板２７が回転して回転軸２２に対してずれが生じた際、複数の係止爪２０１〜２０４が同時に動き、ラチェットホイール２４を複数の係止爪で同時にロックすることができる。図１５Ａは、回転軸２２の加速度等が所定の閾値より低い通常状態を示している。図１５Ｂは、回転軸２２の加速度等が所定の閾値を超えて、ストッパ３２１〜３２３が内歯２９に接触した状態を示している。図１５Ｃは、図１５Ｂに示す状態を経た結果、爪回転板２７の回転により複数の係止爪２０１〜２０４が、同時にラチェットホイール２４に向かって動き出したときの状態を示す図である。図１５Ｄは、図１５Ｃに示す状態を経た結果、複数の係止爪２０１〜２０４がラチェットホイール２４と同時にかみ合った状態を示す図である。このように複数の係止爪２０１〜２０４で同時に回転軸２２をロックすることにより、ラチェットホイール２４の歯に掛かる負担は、係止爪の数だけ小さくなり、強度不足が解決される。爪の数は１〜８程度で、好ましくは１〜４である。

＜変形例＞
次に、加速度検知部の変形例について、図１６〜図２１に基づいて説明する。図１６は、当該変形例に係る加速度検知部６００を有する安全装置１の構成を示す図である。当該安全装置の構成のうち、先に示した図４、１４等に示した安全装置１の構成と同一のものについては、同一の参照番号を付すことで、その詳細な説明は省略する。加速度検知部６００は、プレート６０１、バネ６０４、ストッパ６１１、ラチェットホイール６２１を含んで成る。この加速度検知部６００の詳細を、図１７に示す。尚、図１７では、プレート６０１、バネ６０４、ストッパ６１１が先ず一体となり（図１７上段）、次にラチェットホイール６２１が取り付けられることで（図１７中段）、加速度検知部６００が組み立てられる（図１７下段）手順が分かるように、記載されている。

プレート６０１の中央には、回転軸２２と固定連結されるための貫通孔６０３が設けられ、更にその貫通孔６０３を挟んで両側に突起状のガイドピン６０２が２つ設けられている。従って、プレート６０１は、回転軸２２と一体となって回転する。また、ストッパ６１１には、回転軸２２を挿通するための貫通孔６１４が設けられている。尚、ストッパ６１１は回転軸２２とは固定されない。ストッパ６１１上には突起状のピン６１３が設けられ、更に、貫通孔６１４を挟んで両側に矩形状の貫通孔であるガイド孔６１２が２つ設けられている。このガイド孔６１２は、図１７に示すように、二本のガイドピン６０２を結んだ線に平行な方向に長手方向が延びており、短手方向は、各ガイド孔６１２に対応するガイドピン６０２が挿入可能な程度の幅となっている。更に、ストッパ６１１の外周の一部は、爪回転板２７の内歯２９と引っ掛かることが可能な形状を有する突起部６１５が設けられている。

次に、ラチェットホイール６２１には、回転軸２２を挿通するための貫通孔６２３が設けられている。尚、ラチェットホイール６２１は回転軸２２とは固定されない。更に、ラチェットホイール６２１には、ストッパ６１１に取り付けられたピン６１３が挿入されるピン孔６２４と、プレート６０１に取り付けられたガイドピン６０２がラチェットホイール６２１と接触しないための逃げ孔６２２が設けられている。これらのプレート６０１、ストッパ６１１、ラチェットホイール６２１は、先ずプレート６０１がバネ６０４を介してストッパ６１１と連結され（図１７中段に示す状態）、その後ストッパ６１１のピン６１３がピン孔６２４に挿入されることで、ストッパ６１１とラチェットホイール６２１が連結される（図１７下段に示す状態）。このようにすることで、ラチェットホイール６２１は回転軸２２に固定されているプレート６０１に対して、バネ６０４によって弾性的に連結されることになる。そのため、回転軸２２の回転は、プレート６０１からバネ６０４を介してラチェットホイール６２１に伝わり、バネ６０４を介した状態でラチェットホイール６２１は回転することになる。

このような構成を採用することにより、回転軸２２の加速度に比例した慣性トルクが、あるいは、回転軸２２が所定速度に至ったときにストッパ４４とのかみ合いにより作用する拘束トルクが、図１８（ａ）の白抜き矢印に示すようにラチェットホイール６２１に作用する。これにより、図１８（ｂ）に示すように、ストッパ６１１をスライドさせようとする力Ｆ２がピン６１３に作用する。ここで、ストッパ６１１とプレート６０１の間には、バネ６０４によって所定のバネ力Ｆｋが作用しているため、この力Ｆ２が所定のバネ力Ｆｋ以上となると、ストッパ６１１はスライドして、その突起部６１５を介して内歯２９と接触する（図１８（ｃ）に示す状態）。尚、このストッパ６１１のスライド方向は、ガイド孔６１２とガイドピン６０２との幾何学的関係によって決まる。その後、回転軸２２の回転により、ストッパ６１１は内歯２９に接触しながらそれに沿って回転し、最終的に内歯２９に引っ掛かった状態となる（図１８（ｄ）に示す状態）。この後は、先に示した安全装置１と同様に、爪回転板２７が回転し、複数の係止爪２０１〜２０４がラチェットホイール２４に対して同時にかみ合い、回転軸２２のロックが行われる。

尚、加速度検知部６００における所定加速度の変更は、バネ６０４によってプレート６０１とストッパ６１１との間に作用する所定のバネ力Ｆｋを変更すればよい。そのためには、バネ６０４とバネ定数が異なるバネを採用してもよく、又は図１９に示すように安全装置１の組み立て状態におけるバネ６０４の全長が変更可能となる構造を採用してもよい。以下に、図１９に基づいて、バネ６０４による所定のバネ力Ｆｋを変更する構造について説明する。図１９は、加速度検知部６００のうち、プレート６０１とストッパ６１１の相対関係を、バネ６０４を中心にして示す図である。

ここで、プレート６０１側には、バネ６０４の設置方向に延在するネジ６０５が設置される。そして、このネジ６０５に対して螺合し、ネジ６０５上を移動可能なナット６０６が設けられている。そして、このナット６０６に対してバネ６０４の一端が接続され、またストッパ６１１に対してバネ６０４の他端が接続される。このように構成することで、ナット６０６をネジ６０５上で移動させることで、安全装置１の組み立て状態におけるバネ６０４の全長を調整でき、その結果、上記所定のバネ力Ｆｋの値を変更することが可能となる。

また、先に示した加速度検知部３００と同じ趣旨に基づいて、上記ストッパ６１１に代えて、図２０に示す二つのストッパ６１１ａと６１１ｂを採用し、内歯２９に対して複数箇所で接触することで、回転軸２２の加速度が所定加速度を超えたことを検知してから回転軸２２をロックするまでの時間を短縮することが可能となる。具体的には、図２０に示すストッパ６１１ａと６１１ｂは、概ね半円形上の同一の形状を有している。上記ガイド孔に相当するものとしてストッパ６１１ａにはガイド孔６１２ａが設けられ、ストッパ６１１ｂにはガイド孔６１２ｂが、それぞれ二つずつ設けられている。更に、上記ピンに相当するものとしてストッパ６１１ａにはピン６１３ａが設けられ、ストッパ６１１ｂにはピン６１３ｂが設けられている。更に、上記突起部に相当するものとしてストッパ６１１ａには突起部６１５ａが設けられ、ストッパ６１１ｂには突起部６１５ｂが設けられている。

ここで、プレート６０１においては、ストッパ６１１ａ上のガイド孔６１２ａに対応する２つのガイドピンと、ストッパ６１１ｂ上のガイド孔６１２ｂに対応する２つのガイドピンの合計４つのガイドピン６０２が設けられている。更に、ストッパ６１１ａとプレート６０１とを弾性的に連結するバネ６０４ａが設けられるとともに、ストッパ６１１ｂとプレート６０１とを弾性的に連結するバネ６０４ｂが設けられている。尚、図２０には明示されてはいないが、ラチェットホイール６２１にはピン６１３ａとピン６１３ｂとが挿入される二つのピン孔が設けられている。これにより、ラチェットホイール６２１は回転軸２２に固定されているプレート６０１に対して、バネ６０４ａ、６０４ｂによって弾性的に連結されることになる。更に、各バネは、上述したネジ６０５とナット６０６を介してプレート６０１に接続されているため、プレート６０１とストッパ６１１ａと６１１ｂとの間で作用させる所定のバネ力Ｆｋを適宜調整することが可能となる。

更に、先に示した加速度検知部３００と同じ趣旨（図１２を参照）に基づいて、図２１に示すように、内歯２９の歯幅をストッパの数で等分（本実施例では２等分）した位置に、複数のストッパ６１１ａと６１１ｂの突起部６１５ａ、６１５ｂが来るように各ストッパを設置する。このような構造を採用することにより、例えば図２１のＡの位置（内歯の端側の部位）に突起部６１５ａがあるストッパ６１１ａが、内歯２９と接触した瞬間に内歯２９に引っ掛かった状態にならなかったとしても、図２１のＢの位置（内歯の中央の部位）に突起部６１５ｂが来るストッパ６１１ｂが内歯２９の歯幅の１／ストッパ数（本実施例では１／２）だけ移動すればＢの位置にある突起部６１５ｂのストッパ６１１ｂが内歯２９と引っ掛かった状態となる。このようにすることで、内歯２９の数は実質的にストッパの数の分だけ数倍にされたのと同じ効果が得られるため、回転軸２２のロックに要する時間の短縮に資する。

本発明に係る安全装置１の第二の実施例を、図２２および図２３に示す。本実施例に係る安全装置１においても、アクチュエータ２００からの駆動力が伝えられる回転軸２２の加速度と速度のうち少なくとも何れかに基づいて、その回転動作の停止が行われる。図２２は、本実施例に係る安全装置１の構造を示すものであり、そのうち上記実施例に係る安全装置の構成と同一のものについては、同一の参照番号を付すことでその詳細な説明は省略する。尚、回転軸２２の速度が所定速度を超えたとき回転軸２２の停止に寄与するギア４０等を含む速度検知部は、先の実施例と同一である。

ロボットの本体側に設置されるフレーム１０上にブレーキドラム５０が設けられる。これは、後述する半円形ブレーキ５２との相互作用により、回転軸２２に制動力を与えるブレーキとして機能する。そして、ブレーキドラム５０内に収まるように、アーム５１、ステイ５８、ギア４０は回転軸２２に固定して取り付けられ、以て回転軸２２と一体となって回転する。尚、アーム５１は、回転軸２２に対して垂直に取り付けられた棒状体であり、ブレーキドラム５０内部の底面（フレーム１０の壁面に沿った面）上を、回転軸２２の回転に伴って回転する。ここで、図２２に示すように、ブレーキドラム５０とステイ５８の間に、ブレーキドラム５０側から順に、半円形ブレーキ５２（これは、２つの半円形ブレーキ５２ａ、５２ｂの総称である。）、ラチェットホイール５４、ねじりコイルバネ５６が設置される。

半円形ブレーキ５２は、図示するように、概ね半円形状であって、その中央部にアーム５１の一部が引っ掛かるように矩形のくぼみが設けられている。従って、安全装置１の組み立て時においては、２つの半円形ブレーキ５２ａ、５２ｂによって、アーム５１が挟まれることになる。これにより、半円形ブレーキ５２は、アーム５１の回転によりブレーキドラム５０内を回転する。ここで、半円形ブレーキ５２のそれぞれには、回転軸２２の延在方向に突出したガイドピン（半円形ブレーキ５２ａ側のガイドピンを５３ａ、半円形ブレーキ５２ｂ側のガイドピンを５３ｂで参照する。）が２つずつ取り付けられ、これら４つのガイドピン５３ａ、５３ｂは、ラチェットホイール５４上に設けられた４つの長方形孔５４ａ（図２３を参照。）に挿入される。この長方形孔５４ａは、当該挿入状態で、ガイドピン５３ａ、５３ｂに対してその長手方向にスペースを有する。

また、ラチェットホイール５４は、ねじりコイルバネ５６を介して回転軸２２に固定されたステイ５８と接続されている。従って、ラチェットホイール５４は回転軸２２に固定されているステイ５８に対して、ねじりコイルバネ５６によって弾性的に連結されている。そのため、回転軸２２の回転は、ステイ５８からねじりコイルバネ５６を介してラチェットホイール５４に伝わり、ねじりコイルバネ５６を介した状態でラチェットホイール５４は回転することになる。更に、ステイ５８にはアクチュエータ２００への電力供給を遮断するスイッチ５７が取り付けられており、後述するラチェットホイール５４とステイ５８との回転に「ずれ」が生じたとき、ラチェットホイール５４上に取り付けられたスイッチ用ピン５５によりスイッチ５７がＯＦＦにされ、アクチュエータへの電力供給が遮断される。

以上のような構造を有する安全装置１では、図２３に示すように左回りに回転軸２２がある加速度で回転したとすると、ラチェットホイール５４にはその加速度に比例する慣性トルクが発生する（図２３(a)）。ここで、ラチェットホイール５４はねじりコイルバネ
５６を介して回転軸２２と接続された状態となっているので、回転軸２２の加速度が上昇していくといずれ慣性トルクはねじりコイルバネ５６による弾性トルクに打ち勝ち、ラチェットホイール５４と回転軸２２の回転に「ずれ」（先の実施例における「ずれ」に相当する。）が生じる。そして、ラチェットホイール５４と回転軸２２の回転との間にずれが生じると、半円形ブレーキ５２ａ、５２ｂのガイドピン５３ａ、５３ｂと、ラチェットホイール５４の長方形孔５４ａとの幾何学的関係により、図２３（ｂ）に示すように半円形ブレーキ５２ａ、５２ｂがブレーキドラム５０側にスライドするスライド力Ｆａが、各半円形ブレーキに作用することになる。また、同時にラチェットホイール５４と回転軸２２の回転のずれにより、ステイ５８に取り付けたスイッチ５７がスイッチ用ピン５５によって切られ、アクチュエータ２００への電力供給が遮断される。

その後、上記スライド力によって半円形ブレーキ５２ａ上のブレーキ部材５９ａがブレーキドラム５０に接触し、また半円形ブレーキ５２ｂ上のブレーキ部材５９ｂがブレーキドラム５０に接触することで、そこに制動力が発生し、以て回転軸２２の回転が停止させられ、ロック状態に至る。尚、回転軸２２がロックされた後、回転軸２２の加速度がなくなると、ラチェットホイール５４に作用する慣性トルクも消失する。これにより、半円形ブレーキ５２はねじりコイルバネ５６により元の位置へ戻ることになる。しかし、ロボットのアーム部１００の自重によるトルクが作用している場合は、そのトルクが作用している限りアーム５１によりスライド力Ｆａが作用するため、半円形ブレーキ５２による制動力が作用し続ける。

また、本実施例に係る安全装置１においても、図２４に示すように、この安全装置１によって回転軸２２をロックした際に、人体の一部を挟んでしまった場合も、先の実施例で示した安全装置１と同様、逆方向にゆっくりロボットのアーム部１００を持ち上げればコイルバネ５６により半円形ブレーキ５２が元の位置に戻り、回転軸２２のロックが解除されるので、挟まれてしまった人間を救出することができる。

尚、速度検知においても、先に説明したストッパ４４により、回転軸２２の角速度が所定速度に至ったとき、ラチェットホイール５４がストッパ４４によってロックされ、ラチェットホイール５４と回転軸２２との回転にずれが発生するので、加速度の場合と同様にして回転軸２２がロックされることになる。

また、上記の実施例では、半円形ブレーキ５２とブレーキドラム５０との間にブレーキ部材５９ａ、５９ｂによる制動力をもって、回転軸２２を停止させたが、図２５に示すように、半円形ブレーキ５２とブレーキドラム５０との間に、互いにかみ合うブレーキ用ギア６０、６１を設けてもよい。ブレーキ用ギア６０はブレーキドラム５０側に設けられ、ブレーキ用ギア６１は半円形ブレーキ５２側に設けられ、両者がかみ合うことで回転軸２２に対して制動力が与えられることになる。この他にもブレーキ力を発生させる構成として種々の構成（例えば、図２３においては、ブレーキ部材（５９ａ、５９ｂ）を半円形ブレーキ側に取り付けた場合を示しているが、ブレーキドラム側のその内周部にブレーキ部材を取り付ける等）が考えられるが、半円形ブレーキ５２とブレーキドラム５０との間に制動力が発生できる構成であればよい。

＜変形例＞
また、上述した実施例１および実施例２の２種類の安全装置（ラチェットホイール２４を利用した安全装置１と、回転軸２２に設置したアーム５１を利用した安全装置１）において、ラチェットホイール３４又はラチェットホイール５４を拘束するバネとしてトルクを作用させるバネ３３又はコイルバネ５６を示したが、それらに代えて、ラチェットホイール３４又はラチェットホイール５４を回転軸２２まわりに拘束できる弾性体であれば、線形バネでも、定荷重バネ（バネのストロークに依存せず一定の力を出力するバネ）でもよく、特に限定されない。

図２６には、上記実施例１に係るラチェットホイール２４を利用した安全装置１での、バネ３３に代わる線形バネ３３０の使用例を示す。線形バネ３３０は、プレート３１とラチェットホイール３４とを連結するように配置される。また、図２７には、上記実施例２に係る回転軸２２に設置したアーム５１を利用した安全装置１での、ねじりコイルバネ５６に代わる線形バネ５６０の使用例を示す。線形バネ５６０は、ステイ５８とラチェットホイール５４とを連結するように配置される。

上述までの実施例において示すように、本発明に係る安全装置１によってロボットの駆動軸の停止が、安全装置１内の回転軸２２の加速度と速度のうち少なくとも何れかに基づいて行われる。即ち、加速度検出部および速度検知部に設けられたバネ３３、ねじりコイルバネ５６、バネ４３等による弾性体によって付与される弾性トルクの大きさが基準となり、回転軸２２の加速度および速度が、その基準となる弾性トルクに関連付けられた一定の大きさ（所定加速度、所定速度）を超えると、回転軸２２の停止が行われることになる。そこで、本実施例では、これらの弾性部材による弾性トルクやその他の要素を変更することで、回転軸２２の停止の基準となる所定加速度、所定速度を実質的に調整可能とするための手法について、説明する。

＜所定速度の設定＞
先ず、所定速度の調整について図２８、２９に基づいて説明する。上述までの安全装置１における所定速度は、バネ４３又はロータリダンパ４２によって決定されている。そこで、所定速度を調整するためには、以下に挙げる手法が考えられる。
（１）バネ４３を異なるバネ定数のバネに変更する
（２）ロータリダンパ４２の粘性係数を調節する。あるいは、粘性係数の異なるロータリダンパ４２に取り替える。
（３）バネ４３のフレーム４５に対する取り付け位置を変更し、取り付け時におけるバネ４３の長さを変更する。

ここで上記（３）について、以下に説明する。図２８には、バネ４３の取り付け位置を変更するためのスライダ装置７００が示される。スライダ装置７００においては、ボルト７０１をフレーム４５に通し、ナット７０２を取り付け、該ボルト７０１が落下しないようにする。ここで、スライダ７０４をボルト７０１のネジ部７０１ａに螺合させるとともに、スライダ７０４がネジ部７０１ａの延在方向にスライド可能となるように、ボルト７０１の横にガイドレール７０３が設置される。このような構成を有するスライダ装置７００では、ボルト７０１を回転させると、スライダ７０４はガイドレール７０３に沿ってスライドすることが可能となる。そして、このスライダ７０４にバネ４３の一端を接続し、そのもう一端をストッパ４４に接続することで、ボルト７０１の回転により、バネ４３からストッパ４４に作用する弾性力を調整することができ、これは実質的に回転軸２２の回転を停止するための基準となる所定速度を調整することに相当する。

尚、図２９に示すように、フレーム４５にモータ７０６を取り付け、ボルト７０１をモータ７０６で回転させてもよい。また、ボルト７０１の先端部分には、スライダ７０４の脱落防止のための留め具（例えばダブルナット等）７０５が設置されている。これにより、スライダ７０４を介したバネ４３による弾性力の調整は、限られた範囲で行われるため、安全装置１の操作上の安全性が担保される。

＜所定加速度の設定＞
次に、所定加速度の調整について図３０Ａ〜３７に基づいて説明する。上述までの安全装置１における所定加速度は、バネ３３、ねじりコイルバネ５６等又はラチェットホイール３４、ラチェットホイール５４の慣性モーメントによって決定されている。そこで、所定加速度を調整するためには、以下に挙げる手法が考えられる。
（１）バネ３３等を取替え、それらによって作用する弾性トルクの大きさを調整する。
（２）バネ３３等の取り付け位置を変更し、取り付け時におけるバネ３３等の長さを変更する。
（３）ラチェットホイール３４等の慣性モーメントを変更する。

上記（２）について、バネ３３等の取り付け位置を変更させるために、その取り付けのための位置を複数設定する実施例について、図３０Ａ、３０Ｂに基づいて説明する。図３０Ａ（ａ）は、上記実施例１に係るラチェットホイール２４を用いた安全装置１における、バネ３３を固定するためのピンを複数設けた例を示す。このように、プレート３１にバネ３３を取り付けるためのピン３１ｂを複数設けるとともに、ラチェットホイール３４にバネ３３を取り付けるためのピン３４ｂを複数設け、バネ３３の取り付けに際して、適宜使用するピンを選択することで、バネ３３によって作用する弾性トルクを調整する。また、図３０Ａ（ｂ）は、上記実施例２に係るアーム５１を用いた安全装置１における、バネ５６を固定するためのピンを複数設けた例を示す。このように、ステイ５８にバネ５６を取り付けるためのピン５８ａを複数設けるとともに、ラチェットホイール５４にバネ５６を取り付けるためのピン５４ｂを複数設け、バネ５６の取り付けに際して、適宜使用するピンを選択することで、バネ５６によって作用する弾性トルクを調整する。この弾性トルクの調整が、実質的に回転軸２２の回転を停止するための基準となる所定加速度を調整することに相当する。

また、図３０Ａに示すようにバネ３３等の取り付けのためのピンを複数設ける代わりに、ピンの数をバネ３３等の端部に合わせて一つずつとし、そのピンを取り付けるためのピン孔を複数設けるようにしてもよい。即ち、バネ３３等による弾性トルクを調整する場合には、バネ３３等が取り付けられるピン３１ｂ等をはめ込むピン孔を適宜選択する。

また、図３０Ｂに示すように、上述した線形バネ３３０、５６０を利用する場合にも、それらの端部が接続されるピンの位置を調整することで、それらによる弾性トルクの調整が行われる。例えば、図３０Ｂ（ａ）は、図２６に示す線形バネ３３０を用いた安全装置１であるが、線形バネ３３０の一端をプレート３１側に接続するピン３３０ａと、そのもう一端をラチェットホイール３４側に接続するピン３３０ｂが、それぞれ複数設けられている。また、３０Ｂ（ｂ）は、図２７に示す線形バネ５６０を用いた安全装置１であるが、線形バネ５６０の一端をステイ５８側に接続するピン５６０ａと、そのもう一端をラチェットホイール５４側に接続するピン５６０ｂが、それぞれ複数設けられている。これらの場合も、上記と同様に一つのピンと複数のピン孔による構成としてもよい。

次に、バネ３３等の取り付け位置を移動させるために、上述したスライダ装置７００を適用した実施例を図３１に示す。図３１（ａ）は、ラチェットホイール２４が用いられ且つバネ３３が組み込まれた安全装置１での、スライダ装置７００が適用された状態を示す。この状態では、バネ３３の一端がスライダ装置７００によって移動されることで、結果的にバネ３３による弾性トルクの大きさが調整される。また、図３１（ｂ）は、同じようにラチェットホイール２４が用いられ且つ線形バネ３３０が組み込まれた安全装置１での、スライダ装置７００が適用された状態を示す。この状態でも、線形バネ３３０の一端がスライダ装置７００によって移動されることで、結果的に線形バネ３３０による弾性トルクの大きさが調整される。このスライダ装置７００は、移動される一端が取り付けられるべきプレート３１又はラチェットホイール３４上に設けられる。

次に、図３１（ｃ）は、アーム５１が用いられ且つバネ５６が組み込まれた安全装置１での、スライダ装置７００が適用された状態を示す。この状態では、バネ５６の一端がスライダ装置７００によって移動されることで、結果的にバネ５６による弾性トルクの大きさが調整される。また、図３１（ｄ）は、同じようにアーム５１が用いられ且つ線形バネ５６０が組み込まれた安全装置１での、スライダ装置７００が適用された状態を示す。この状態でも、線形バネ５６０の一端がスライダ装置７００によって移動されることで、結果的に線形バネ５６０による弾性トルクの大きさが調整される。このスライダ装置７００は、移動される一端が取り付けられるべきステイ５８又はラチェットホイール５４上に設けられる。

また、図３０Ａ、図３０Ｂに示す安全装置１において、スライダ装置７００を取り付けるスペースが加速度検知部３０等に確保できない場合は、図３２に示す構成を有する加速度検知部３０１を採用することでスライダ装置７００の取り付けスペースを確保するようにしてもよい。加速度検知部３０１では、回転軸２２に対して固定されているギア４０側に、回転軸２２に固定されるステイ３５を新たに設け、そして、そのステイ３５とラチェットホイール３４との間にバネ３３が配置される。この構成により、加速度検知部３０’では、スライダ装置７００をステイ３５上に設けることができ、以て比較的スペースの制限を受けることなくスライダ装置７００を設置することができる。

また、スライダ装置７００の別の実施例として、図３３に示すようにモータ７１０の回転軸にネジ軸７１２を取り付け、それを覆うように直方体の外郭を有するナット部７１１を取り付け、該ナット部７１１の先端部分にバネ取り付け用のピン７１３を設けてもよい。ナット部７１１が直方体の外郭を有するため、スライダ装置７００の取り付け面がガイドレールの役割を果たし、ネジ軸７１２の回転に伴ってナット部７１１がその取り付け面に沿ってスライド移動することになる。ここまでは、スライダ装置７００及びその変形例を使用したが、これに代えて、ボルトとナットから構成される装置であって、ナットが固定されることでボルトが前進・後進する機構を有する装置を使用してもよい。この場合、ボルトの先端に、該ボルトの回転を伝えないように取り付けられたピンにバネを取り付けるようにすればよい。

次に、上記（３）について、ラチェットホイール３４等の慣性モーメントを変更するための実施例について、図３４に基づいて説明する。図３４（ａ）には、慣性モーメントを変更可能なラチェットホイール３４の例が示されている。ラチェットホイール３４には、その外周を４等分する位置に、ネジ部３４１と調整錘３４２の対がそれぞれ設けられている。調整錘３４２はネジ部３４１に螺合し、ネジ部３４１に対する相対位置を任意に調整することができる。従って、調整錘３４２がネジ部３４１上を移動し、外周側に位置するに従いラチェットホイール３４の慣性モーメントを増大させることが可能となる。尚、回転軸２２の回転バランスを考慮して、４本のネジ部３４１における錘部３４２の相対位置は何れも同じ位置であることが望ましい。

尚、速度検知部のストッパ４４とラチェットホイール３４との係合を考慮して、ラチェットホイール３４の構成を、図３４（ｂ）に示すように、ストッパとかみ合うラチェットホイール部３４３と、上記ネジ部３４１が設けられる慣性モーメント可変部３４４の組合せとすることが望ましい。尚、調整錘部３４１の移動は手動で行ってもよく、モータ等のアクチュエータで行ってもよい。

また、上記（１）〜（３）以外の手法においても、所定加速度を実質的に調整することが可能である。その一例として、ねじりコイルバネ５６等の剛性を変化させるようにしてもよい。そこで、以下にねじりコイルバネ５６等の剛性を可変とする機構について、図３５〜３７に基づいて説明する。尚、これらの図に示す剛性可変機構はねじりコイルバネ５６に関するものであるが、同様にそれ以外のバネであるバネ３３等にも適宜変更を加えることで採用が可能である。図３５（ｂ）に示すように、ねじりコイルバネ５６の一端はラチェットホイール５４に固定部ｓｆ１で取り付け、他端はステイ５８側に固定部ｓｆ２で取り付けられる。ここで、固定部ｓｆ２は、ステイ５８から回転軸２２に沿って延びた突起部５８０上に設けられる。

更に、ステイ５８にはネジ部５８１が設けられており、それに螺合し覆うようにガイドロッド７０が設けられる。また、ガイドロッド７０には図示するようにテーパ部７１が設けられ、このテーパ部７１はねじりコイルバネ５６の内部に潜り込み、該バネと接触することが可能なように配置されている。ここで、ガイドロッド７０をラチェットホイール５４方向に進む向きに回転させると、ガイドロッド７０のテーパ部７１がねじりコイルバネ５６を押し拡げて、その内部を進んでいく。図３５（ｂ）のうち上段に示す状態が、ガイドロッド７０がねじりコイルバネ５６の内部に入る前の状態であり、そのため該ねじりコイルバネ５６の有効バネ長さは、その全長の全てとなる。一方で、図３５（ｂ）のうち下段に示す状態が、ガイドロッド７０がねじりコイルバネの内部にある程度入り込んだ状態であり、そのためねじりコイルバネ５６のうち一部がガイドロッド７０もしくはそのテーパ部６１と接触してしまい弾性体としての機能が停止された状態となっている。従って、この状態では、図３５（ｂ）下段に示すように、ねじりコイルバネ５６の有効バネ長さは、その全長のうち一部分となる。このようにガイドロッド７０を移動させてねじりコイルバネ５６の有効長を調整することで、そのバネ定数を増減させ、以てその剛性を可変とすることができる。これにより、実質的に回転軸２２の回転を停止するための基準となる所定加速度を調整することに至る。

また、上記と同様の技術的思想に従って、以下のようにねじりコイルバネ５６の剛性を変化させ、以て所定加速度を調整することも可能である。図３６Ａに示すように、ガイドロッド７０のステイ５８側にフランジ部７２が設けられ、更にこのフランジ部７２には、ボルト８０と螺合可能な複数のネジ孔７３が設けられる。また、回転軸２２に固定されているステイ５８には、ボルト８０が貫通可能な貫通孔５８が二箇所設けられている。ここで、ねじりコイルバネ５６の一端はガイドロッド７０のフランジ部７２に固定し、他端をラチェットホイール５４に固定する。ガイドロッド７０の中心部には回転軸２２が挿入できるように貫通孔をあけておく。

このように構成されるバネ５６の剛性可変機構では、図３６Ｂに示すようにガイドロッド７０をステイ５８に設けられたネジ部５８１に対して回転させると、ねじりコイルバネ５６もねじられていき、それに伴いねじりコイルバネ５６とテーパ部７１との接触量が増加していく。その結果、上記の通りねじりコイルバネ５６の有効長が変動する。目的とする所定加速度に対応するねじりコイルバネ５６の有効長が得られる状態まで、ねじりコイルバネ５６をねじった後、図３６Ａに示すボルト８０によりガイドロッド７０をステイ５８に対して固定する。所望する所定加速度に対応する位置にネジ孔７３を予め設けておくことで、安全装置１における所定加速度を容易に調整することができる。尚、ここでは、例としてガイドロッド７０を固定する手段としてボルト等を用いたが、コイルバネ５６をねじった後でガイドロッド７０を固定できる手段であれば別の手段でもよい。

また、図３６Ａ、３６Ｂに示した剛性可変機構においては、ガイドロッド７０を手動で回転させたが、例えば、図３７に示すように、ステイ５８にモータ８１を取り付け、そのモータ８１の回転をギア８２を介して、ギア７２が取り付けられたガイドロッド７０へ伝えることで、ガイドロッド７０を回転させてもよい。これにより、ねじりコイルバネ５６の有効長を可変とすることが可能となる。

＜変形例＞
上述した実施例１〜３において、ストッパ４４とかみ合うラチェットホイール３４、５４、３４０等は、図３８（尚、図３８はラチェットホイール３４０に関する図である。）に示すようにラチェットの歯の部分とガイド孔が設けられているプレート部に分けてそれらをバネなどの弾性体で結合したものとしてもよい。これにより、プレート部はラチェット歯部の内側に弾性体を介して結合、固定される。その結果、ストッパ４４とかみ合ったときに発生する衝撃力等が緩和され、ストッパ４４やラチェットの歯への負担の軽減ばかりでなく、ストッパ４４とのかみ合いによる回転軸２２とラチェットホイールとの「ずれ」を、より円滑に発生させることができる。また、ストッパ４４とのかみ合いによる回転軸２２とラチェットホイールとの「ずれ」を円滑に発生させることができる構造であれば、他の構造でもよい。例えば、図３８の弾性体を用いずに、回転軸とラチェットホイールとの「ずれ」を円滑に発生させることができる程度の摩擦力を、ラチェット歯側の溝とプレート部で発生させる構造でもよい。

＜検知速度に基づくアクチュエータの電源ＯＦＦを行う構成＞
本実施例は、ロボットを駆動するためのアクチュエータへの電力供給に関するＯＮ、ＯＦＦを行うスイッチに関して、アクチュエータによって回転駆動される回転軸の速度に基づいたその電源ＯＦＦを機械的に実行する構成を開示する。そして、本実施例では、説明の簡略化のために着目すべきスイッチによる電源ＯＦＦを行う構成を主に開示し、上記実施例１〜３で示した回転軸をロックする構成の開示は省略するが、これは回転軸をロックする構成の採用を妨げるものではない。当業者の有する設計能力に応じて先の実施例で示した構成と適宜組み合わせることができる。なお、先の実施例で示した構成と本質的に同じ構成は同一の参照番号を付すことで、その詳細な説明は省略する。

本実施例に係る安全装置１の構成を図３９および図４０に示す。図３９は、安全装置１の概略構成を表し、図４０は、回転軸が正常に駆動されている回転軸低速回転時の安全装置１の状況（図４０（ａ））と、回転軸の回転速度が所定の速度を超えて暴走した際の安全装置１の状況（図４０（ｂ））とを表している。これらの図で示される安全装置１は、上述したように、実施例１〜３に示す回転軸２２をロックする機構を省略し、且つ回転軸２２の駆動を行うアクチュエータ２００への供給電力を制御するためのスイッチ１５に対して、該回転軸の回転速度に基づいてのＯＦＦ（供給遮断）制御を機械的に行うものである。以下に、その詳細を示す。

本実施例の安全装置１においては、回転軸２２をロックする構成が省略されていることより、ロボットのアーム１００のつながる回転軸２２の端部において、ギア４０が接続された構成となっている。そして、回転軸２２の回転は、ギア４０を介してギア４１に伝達される。さらに、ギア４１にロータリダンパ４２が接続されている構成までは上述までの実施例と同じであるが、上記ストッパ４４に代えてプレート８０１が、ロータリダンパ４２の制動トルクが伝達されるように、ギア４１、ロータリダンパ４２の回転軸と同軸上に回転可能に配置される。そして、このプレート８０１の回転軸部分は、フレーム４５上に設置されたベアリング４６に対して嵌め込まれ、且つプレート８０１の板状部分については、その背面にバネ４３の一端が接続され、一方で、その正面側には板状部分に相対するようにアクチュエータ２００用のスイッチ１５が配置される。なお、このスイッチ１５は、フレーム４５上に設置されるとともに、フレーム４５自体はフレーム１０上に固定され、またバネ４３の他端はフレーム４５に接続される。

このように構成される安全装置１では、回転軸２２が回転するとギア４０、４１を介してプレート８０１にロータリダンパ４２による制動トルクが作用する。回転軸２２の回転速度が比較的低いとき（図４０（ａ）を参照）は、バネ４３によるスプリングトルクがロータリダンパ４２による制動トルクよりも大きいため、プレート８０１はスイッチ１５に対して押圧力を付与する状態には至らず、スイッチ１５はＯＮ（通電）状態となっている。そして、回転軸２２が所定の回転速度に至ったとき（図４０（ｂ）を参照）、ロータリダンパ４２による制動トルクがバネ４３によるスプリングトルクに打ち勝つため、プレート８０１はスイッチ１５のレバーを押し上げる。これにより、アクチュエータ２００の電源がカットされ、アクチュエータ２００を停止させることが可能となる。

このように、回転軸２２の回転速度に基づいて、機械的にアクチュエータを停止し、ロボットの周囲で作業する人間を効果的に保護することができる。また、上記の実施例ではロボットのアーム部１００の片側の安全装置１についてのみ言及したが、反対側の安全装置１’においても同様の構成を採用することで、アーム部の反対回転方向における暴走時の動きに対しても十分な安全を確保することが可能である。

＜変形例１＞
上述した、検知速度に基づくアクチュエータの電源ＯＦＦを行う構成の第一の変形例を以下に示す。大きく異なる点は、上記の例ではロボットのアーム部１００の両側にそれぞれ異なる回転方向に対応した安全装置１、１’を設けていたが、本変形例ではアーム部１００の片側にのみ、アーム部の異なる二つの回転方向に対応する安全装置１を設けた点である。これにより、安全装置１の小型化が図られ、その省スペース、省コストが促進する。

本変形例に係る安全装置１の構成を図４１および図４２〜図４６に示す。図４１は、安全装置１の概略構成を表し、図４２〜図４６は、安全装置１の動作（安全装置１によるスイッチのＯＦＦ動作）の様子を表す。なお、図４１は、本変形例の理解のために安全装置１を分解した状態で示したものであり、その組み合わされた状態は、図４２〜図４６を参照すれば容易に理解できる。

ここで、回転軸２２はロボットのアーム部１００と接続されており、その回転軸２２の回転速度は、回転軸２２に固定されたギア４０からギア４１を経て、ロータリダンパ４２に伝えられる。ロータリダンパ４２には穴８０３を介し、プレート８０２が取り付けられているので、プレート８０２にロータリダンパ４２からの制動トルクが作用する。ここでプレート８０２は、穴８０３が設けられている基端部から矩形状に延在する本体部８０６を有し、更にその本体部８０６の先端部分には、該本体部８０６の延在方向に直交する方向に延在する先端部８０７を有する。したがって、プレート８０２においては、本体部８０６と先端部８０７でＴ字形状が形成される。この本体部８０６の幅方向（本体部８０６の延在方向に垂直な方向で、先端部８０７が延在する方向と同じ方向）に穴８０４および穴８０５が設けられている。

一方で、フレーム４５においては、ロボットのアーム部１００を駆動するアクチュエータ２００への供給電力を遮断する２つのスイッチ１５、１５’が縦方向に並置されている。ここで、上側に設置されたスイッチ１５は、そのレバーが上側に倒れることでアクチュエータ２００への供給電力を遮断でき、一方で下側に設置されたスイッチ１５’は、その逆に、そのレバーが下側に倒れることでアクチュエータ２００への供給電力を遮断できる。これらのスイッチが倒れこむ方向にフレーム４５上に延在する２つのスライド溝が設けられ、スイッチ１５に対応する方をスライド溝８１８とし、スイッチ１５’に対応する方をスライド溝８１９とする。さらに、フレーム４５には、縦に並ぶスライド溝８１８、８１９に並ぶように、穴８１４と穴８１５が縦に配置されている。

ここで、穴８１４にはピン８０８、穴８０４にはピン８０９、穴８０５にはピン８１０、穴８１５にはピン８１１が挿入され固定されている。そして、引張りバネ８１２の一端はピン８０８に、もう一端はピン８０９に取り付けられている。同様にピン８１０とピン８１１の間に引張りバネ８１３が取り付けられている。これにより、プレート８０２は、二つの引張りバネ８１２、８１３を介してフレーム４５に連結された状態になり、このとき、これらのピンと引張りバネによってプレート８０２にバネによる力が作用する。また、プレート８０２に作用するバネの力は、バネの剛性を変えることにより変更できる。更に、スライド溝８１８にはピン８１６、スライド溝８１９にはピン８１７が挿入される。これらのピン８１６、８１７は各スライド溝間でスライド可能であり、且つ各ピンは対応するそれぞれのスイッチのレバーに対して接触した状態となっている。

このように構成される本変形例の安全装置１では、図４２に示すように、フレーム４５上に縦方向に並置されたスイッチ１５、１５’の間に、プレート８０２の先端部８０７が挟まれた状態で、該プレート８０２がロータリダンパ４２からの制動トルクを受けることになり、その結果、回転軸２２の回転方向に応じたスイッチに対して、そのレバーを倒れこませることができ、以てアクチュエータ２００への電力供給を遮断することができる。以下に、その電力供給遮断のプロセスについて詳細に説明する。

まず、回転軸２２が反時計回りに回転している状態を前提として説明する。回転軸２２の回転速度は、ギア４０からギア４１を経て、ロータリダンパ４２に伝えられる。そしてプレート８０２には速度に比例したロータリダンパ４２による制動トルクが作用する（図４３を参照）。このとき、プレート８０２には、該制動トルクとは逆方向に引張りバネ８１３によるスプリングトルクも作用している。ここで回転軸２２の回転速度が大きくなるに従いロータリダンパ４２による制動トルクも増加し、そして所定速度に至ると、当該制動トルクがスプリングトルクに打ち勝つことで、プレート８０２が回転し先端部８０７がスイッチ１５のレバーを倒しこみ、ＯＦＦ状態に切り替える（図４４を参照）。これにより、アクチュエータ２００への電力供給が遮断される。このときスイッチ１５の切り替えによってピン８１６はスライド溝８１８に沿って移動する。その後、スイッチ１５が切り替えられアクチュエータ２００への電力供給が遮断されると、ロータリダンパ４２による制動トルクが解消するため、プレート８０２は引張りバネ８１２によって時計回りに回転させられ、引張りバネ８１３によるスプリングトルクと均衡がとれる元の位置で止まる（図４５を参照）。このときスイッチ１５はＯＦＦ状態になったままであるので、ロボットのアーム部１００は動作しない。再度アーム部１００を動作させるためには、ピン８１６を介してスイッチ１５のレバーに外力を与えて（図４６を参照）スイッチ１５を元の状態に戻せばよい（図４２に示す状態に戻る）。

また、回転軸２２が時計回りに回転している場合についても、上記の場合と本質的には同様に、回転軸２２の回転速度が所定速度を超えると、プレート８０２の先端部８０７がスイッチ１５’のレバーを倒しこむことによって、アクチュエータ２００への電力供給が遮断されることになる。

また図４７〜図５１には、更なる変形例を示す。図４７は、上記引張りバネ８１２、８１３に代えてねじりコイルバネ８１２’、８１３’を採用した形態を示す。これらのねじりコイルバネのそれぞれも、その一端をフレーム４５側に接続し、もう一端をプレート８０２上のピン８０９、８１０に接続すればよい。図４８は、ねじりコイルバネ８１２’、８１３’のプレート８０２側の接続端の接続位置を複数箇所から選択できる形態を示す。図４８に示す形態では、ピン８０９、８１０を設置できる穴をそれぞれ３か所用意し、そのいずれかを選択することで、バネによってプレート８０２に付与するスプリングトルクを変更できる。これにより、プレート８０２に作用するスプリングトルクを細かく調整することができ、以てアクチュエータ２００への供給電力を遮断する際の閾値となる回転軸２２の回転速度（所定速度）を細かく設定することが可能となる。なお、図４８においては、黒丸で示される穴はピンが差し込まれている穴であり、白丸で示される穴はピンが差し込まれていない穴であり、以下に示す図でもこの表示形態は同様とする。

次に、図４９はプレート８０２の形状を、穴８０３が設けられる基端部をはさんで両側にアーム部８０６’が延在する形状に変更した形態を示す。更にこの形態では、各アーム部８０６’にピン８０９、８１０を設置できる穴をそれぞれ３か所ずつ用意し、且つフレーム４５側にも、アーム部８０６’に設けられた穴に対応するように３か所のピン８０８、８１１設置用の穴を３か所ずつ用意する。このように構成することで、左右に延在するアーム部８０６’に加えられる引張りバネ８１２、８１３からの力による、基端部を中心として作用するスプリングトルクの大きさを変更することが可能となる。また、同様の技術的思想に基づいて、図５０に示すように、コイルバネとアーム部８０６’との接続位置を調整することで図４９に示すケースと同様にスプリングトルクの大きさを変更することができる。

また、図５１に示す形態では、図４１、図４２に示す変形例において、引張りバネ８１２、８１３によるスプリングトルクを変更するものである。この形態では、フレーム４５側の各引張りバネの接続位置を調整することで、プレート８０２に作用するスプリングトルクの大きさが変更される。なお、上述までの形態におけるプレート８０２に対して二つのバネによるスプリングトルクの付与については、各バネによるスプリングトルクの大きさを同じとするのが好ましい。

更に、図４１に示す形態では、回転軸２２の回転をギア４０、４１を介してロータリダンパ４２に入力していたが、図５２に示すように回転軸２２に直接ロータリダンパ４２を接続する構成としてもよい。

＜変形例２＞
上述した、検知速度に基づくアクチュエータの電源ＯＦＦを行う構成の第二の変形例を以下に示す。本変形例は、先の変形例１の形態においてプレート８０２の形状を円形状に変更したものである。そして、本変形例に係る安全装置１の構成を図５３および図５４〜図５８に示す。図５３は、安全装置１の概略構成を表し、図５４〜図５８は、安全装置１の動作（安全装置１によるスイッチのＯＦＦ動作）の様子を表す。なお、図５３は、本変形例の理解のために安全装置１を分解した状態で示したものであり、その組み合わされた状態は、図５４〜図５８を参照すれば容易に理解できる。

ここで、回転軸２２はロボットのアーム部１００と接続されており、その回転軸２２の回転速度は、回転軸２２に固定されたギア４０からギア４１を経て、ロータリダンパ４２に伝えられる。ロータリダンパ４２には穴８２１を介し、プレート８２０が取り付けられているので、プレート８２０にロータリダンパ４２からの制動トルクが作用する。ここでプレート８２０は、円形の板状体であり、その中心に穴８２１が設けられ、該穴８２１の下方に、且つ該穴８２１からの距離が等距離となる２つの位置に穴８２２と穴８２３が設けられている。また、これらの穴８２２、８２３と反対側の穴８２１の上方に、プレート８２０の表面から飛び出した突起８２４が設置されている。なお、この突起８２４は、プレート８２０の表面のうちフレーム４５に面する側の表面に設けられており、そのため図５３においては、プレート８２０に隠された状態となっている。

一方で、フレーム４５においては、ロボットのアーム部１００を駆動するアクチュエータ２００への供給電力を遮断する２つのスイッチ１５、１５’が横方向に並置されている。ここで、左側に設置されたスイッチ１５は、そのレバーが左側に倒れることでアクチュエータ２００への供給電力を遮断でき、一方で右側に設置されたスイッチ１５’は、その逆に、そのレバーが右側に倒れることでアクチュエータ２００への供給電力を遮断できる。これらのスイッチが倒れこむ方向にフレーム４５上に延在する２つのスライド溝が設けられ、スイッチ１５に対応する方をスライド溝８３３とし、スイッチ１５’に対応する方をスライド溝８３４とする。さらに、フレーム４５には、横に並ぶスライド溝８３３、８３４に並ぶように、穴８３１と穴８３２が横に配置されている。

ここで、穴８２２にはピン８２５、穴８２３にはピン８２６、穴８３１にはピン８２７、穴８３２にはピン８２８が挿入され固定されている。そして、引張りバネ８２９の一端はピン８２５に、もう一端はピン８２７に取り付けられている。同様にピン８２６とピン８２８の間に引張りバネ８３０が取り付けられている。これにより、プレート８２０は、二つの引張りバネ８２９、８３０を介してフレーム４５に連結された状態になり、このとき、これらのピンと引張りバネによってプレート８２０にバネによる力が作用する。また、プレート８２０に作用するバネの力は、バネの剛性を変えることにより変更できる。更に、スライド溝８３３にはピン８３５、スライド溝８３４にはピン８３６が挿入される。これらのピン８３５、８３６は各スライド溝間でスライド可能であり、且つ各ピンは対応するそれぞれのスイッチのレバーに対して接触した状態となっている。

このように構成される本変形例の安全装置１では、図５４に示すように、フレーム４５上に横方向に並置されたスイッチ１５、１５’の間に、プレート８２０上に設置された突起８２４が挟まれた状態で、該プレート８２０がロータリダンパ４２からの制動トルクを受けることになり、その結果、回転軸２２の回転方向に応じたスイッチに対して、そのレバーを倒れこませることができ、以てアクチュエータ２００への電力供給を遮断することができる。以下に、その電力供給遮断のプロセスについて詳細に説明する。

まず、回転軸２２が反時計回りに回転している状態を前提として説明する。回転軸２２の回転速度は、ギア４０からギア４１を経て、ロータリダンパ４２に伝えられる。そしてプレート８２０には速度に比例したロータリダンパ４２による制動トルクが反時計回りに作用する（図５５を参照）。このとき、プレート８２０には、この制動トルクとは逆方向に引張りバネ８３０によるスプリングトルクも作用している．ここで回転軸２２の回転速度が大きくなるに従い制動トルクも増加し、当該制動トルクがスプリングトルクに打ち勝つことで、プレート８２０が回転し突起８２４がスイッチ１５のレバーを倒しこみ、ＯＦＦ状態に切り替える（図５６を参照）。これにより、アクチュエータ２００への電力供給が遮断される。このときスイッチ１５の切り替えによってピン８３５はスライド溝８３３に沿って移動する。その後、スイッチ１５が切り替えられアクチュエータ２００への電力供給が遮断されると、ロータリダンパ４２による制動トルクが解消するため、プレート８２０は引張りバネ８２９によって時計回りに回転させられ、引張りバネ８３０によるスプリングトルクと均衡がとれる元の位置で止まる（図５７を参照）。このときスイッチ１５はＯＦＦ状態になったままであるので、ロボットのアーム部１００は動作しない。再度アーム部１００を動作させるためには、ピン８３５を介してスイッチ１５のレバーに外力を与えて（図５８を参照）スイッチ１５を元の状態に戻せばよい（図５４に示す状態に戻る）。

また、回転軸２２が時計回りに回転している場合についても、上記の場合と本質的には同様に、回転軸２２の回転速度が所定速度を超えると、プレート８２０の突起８２４がスイッチ１５’のレバーを倒しこむことによって、アクチュエータ２００への電力供給が遮断されることになる。

また図５９〜図６２には、更なる変形例を示す。図５９は、上記引張りバネ８２９、８３０に代えてねじりコイルバネ８２９’、８３０’を採用した形態を示す。これらのねじりコイルバネのそれぞれも、その一端をフレーム４５側に接続し、もう一端をプレート８２０上のピン８２５、８２６に接続すればよい。図６０は、ねじりコイルバネ８２９’、８３０’のプレート８２０側の接続端の接続位置を複数箇所から選択できる形態を示す。図６０に示す形態では、ピン８２５、８２６を設置できる穴をそれぞれ３か所用意し、そのいずれかを選択することで、バネによってプレート８２０に付与するスプリングトルクを変更できる。これにより、プレート８２０に作用するスプリングトルクを細かく調整することができ、以てアクチュエータ２００への供給電力を遮断する際の閾値となる回転軸２２の回転速度（所定速度）を細かく設定することが可能となる。

また、図６１に示す形態では、図５３、図５４に示す変形例において、引張りバネ８２９、８３０によるスプリングトルクを変更するものである。この形態では、フレーム４５側の各引張りバネの接続位置を調整することで、プレート８２０に作用するスプリングトルクの大きさが変更される。なお、上述までの形態におけるプレート８２０に対して二つのバネによるスプリングトルクの付与については、各バネによるスプリングトルクの大きさを同じとするのが好ましい。

更に、図５３に示す形態では、回転軸２２の回転をギア４０、４１を介してロータリダンパ４２に入力していたが、図６２に示すように回転軸２２に直接ロータリダンパ４２を接続する構成としてもよい。

＜変形例３＞
上述した、検知速度に基づくアクチュエータの電源ＯＦＦを行う構成の第三の変形例を以下に示す。本変形例は、先の変形例１の形態においてプレート８０２の形状を更に変更したものである。そして、本変形例に係る安全装置１の構成を図６３および図６４〜図６８に示す。図６３は、安全装置１の概略構成を表し、図６４〜図６８は、安全装置１の動作（安全装置１によるスイッチのＯＦＦ動作）の様子を表す。なお、図６３は、本変形例の理解のために安全装置１を分解した状態で示したものであり、その組み合わされた状態は、図６４〜図６８を参照すれば容易に理解できる。

ここで、回転軸２２はロボットのアーム部１００と接続されており、その回転軸２２の回転速度は、回転軸２２に固定されたギア４０からギア４１を経て、ロータリダンパ４２に伝えられる。ロータリダンパ４２には穴８４１を介し、プレート８４０が取り付けられているので、プレート８４０にロータリダンパ４２からの制動トルクが作用する。ここでプレート８４０は、穴８４１を中心として左右対称に延在する矩形状の本体部８４２と、この本体部８４２の中央（穴８４１の上方）部に設けられＴ字形状をした接触部８４３とを有する。

一方で、フレーム４５においては、ロボットのアーム部１００を駆動するアクチュエータ２００への供給電力を遮断する２つのスイッチ１５、１５’が横方向に並置されている。ここで、左側に設置されたスイッチ１５は、そのレバーが左側に倒れることでアクチュエータ２００への供給電力を遮断でき、一方で右側に設置されたスイッチ１５’は、その逆に、そのレバーが右側に倒れることでアクチュエータ２００への供給電力を遮断できる。これらのスイッチが倒れこむ方向にフレーム４５上に延在する２つのスライド溝が設けられ、スイッチ１５に対応する方をスライド溝８５４とし、スイッチ１５’に対応する方をスライド溝８５５とする。さらに、フレーム４５には、横に並ぶスライド溝８５４、８５５に並ぶように、スライド溝８５２とスライド溝８５３が横に配置されている。これらのスライド溝８５２、８５３の延在方向は、先のスライド溝８５４、８５５と溝の延在する方向に直交する方向、すなわちフレーム４５における縦方向である。さらに、フレーム４５に対して直交するようにフレーム４５’が設けられており、このフレーム４５’上には、上記スライド溝８５２、８５３と隣り合う位置に、二つの穴８５０、８５１が設けられている。

ここで、安全装置１には、スライド溝８５２、８５３内でスライド可能なプレート８４４、８４５が設けられる。これらのプレート８４４、８４５は、その上部にプレート８４０側に突出した爪部８４４’、８４５’を有しており、図６４に示すように安全装置１の組み立て状態においては、プレート８４４、８４５のそれぞれの爪部が、プレート８４０の本体部の、穴８４１を挟んで反対側の箇所に引っ掛かるように配置される。このとき、プレート８４４、８４５の下端部には、それぞれ引張りバネ８４６、８４７が接続されている。そして、これらの引張りバネ８４６、８４７の他の端部は、それぞれ調整ねじ８４８、８４９を介してフレーム４５’上の穴８５０、８５１に接続される。これらの調整ねじ８４８、８４９はそこに接続される引張りバネ８４６、８４７の取り付け位置を調整し、プレート８４０へそれぞれのバネから作用するバネ力を調整することが可能である。したがって、本変形例に係る安全装置１においては、ロータリダンパ４２から制動トルクを受けるプレート８４０は、プレート８４４、８４５を介してフレーム４５、４５’と弾性的に連結されており、換言すると、プレート８４０の制動トルクによる回転は、プレート８４４、８４５の何れかに邪魔をされた状態となっている。

このように構成される本変形例の安全装置１では、図６４に示すように、フレーム４５上に横方向に並置されたスイッチ１５、１５’の間に、プレート８４０上に設置されたＴ字形状の接触部８２４が挟まれた状態で、該プレート８４０がロータリダンパ４２からの制動トルクを受けることになり、その結果、回転軸２２の回転方向に応じたスイッチに対して、そのレバーを倒れこませることができ、以てアクチュエータ２００への電力供給を遮断することができる。以下に、その電力供給遮断のプロセスについて詳細に説明する。なお、プレート８４０がロータリダンパ４２から制動トルクを受けていない状態は、図６４に示す状態であり、このときプレート８４０の本体部８４２は水平な状態となっており、またプレート８４４、８４５はそれぞれに対応するスライド溝８５２、８５３の最下位置に位置した状態で、それぞれの爪部８４４’、８４５’が引張りバネ８４８、８４９の弾性力によって本体部８４２に引っ掛かった状態となっている。

まず、回転軸２２が反時計回りに回転している状態を前提として説明する。回転軸２２の回転速度は、ギア４０からギア４１を経て、ロータリダンパ４２に伝えられる。そしてプレート８４０には速度に比例したロータリダンパ４２による制動トルクが反時計回りに作用する（図６５を参照）。このとき、プレート８４０には、この制動トルクとは逆方向に引張りバネ８４７によるスプリングトルクも作用している。なお、引張りバネ８４６については、それが接続されているプレート８４４がスライド溝８５２内で動けないため、爪部８４４’と本体部８４２との接触状態が解消され、その結果該引張りバネ８４６からプレート８４０に対しては、スプリングトルクは作用しない。その後、回転軸２２の回転速度が大きくなるに従い制動トルクも増加し、当該制動トルクがスプリングトルクに打ち勝つことで、プレート８４０が回転し接触部８４３がスイッチ１５のレバーを倒しこみ、ＯＦＦ状態に切り替える（図６６を参照）。これにより、アクチュエータ２００への電力供給が遮断される。このときスイッチ１５の切り替えによってピン８５６はスライド溝８５４に沿って移動する。その後、スイッチ１５が切り替えられアクチュエータ２００への電力供給が遮断されると、ロータリダンパ４２による制動トルクが解消するため、プレート８４０は引張りバネ８４７によって時計回りに回転させられ（図６７を参照）、引張りバネ８４６によるスプリングトルクと均衡がとれる元の位置で止まる。このときスイッチ１５はＯＦＦ状態になったままであるので、ロボットのアーム部１００は動作しない。再度アーム部１００を動作させるためには、ピン８５６を介してスイッチ１５のレバーに外力を与えて（図６８を参照）スイッチ１５を元の状態に戻せばよい（図６４に示す状態に戻る）。

また、回転軸２２が時計回りに回転している場合についても、上記の場合と本質的には同様に、回転軸２２の回転速度が所定速度を超えると、プレート８４０の接触部８４３がスイッチ１５’のレバーを倒しこむことによって、アクチュエータ２００への電力供給が遮断されることになる。

また図６９〜図７１には、更なる変形例を示す。図６９は、プレート８４０の本体部８４２に対して接触する爪部を有するプレート（８４４、８４５）の数を、３個以上にした形態である（図６９では、爪部を有するプレートの数は６個）。この形態においては、穴８４１を挟んで左右に、対称的に爪部を有するプレートが設置されるのが好ましい。これにより、プレート８４０に作用するスプリングトルクを細かく調整することができ、以てアクチュエータ２００への供給電力を遮断する際の閾値となる回転軸２２の回転速度（所定速度）を細かく設定することが可能となる。

また、図７０に示す形態では、プレート８４０の本体部の形状を、先の変形例１で示したＴ字形状にしたものである。したがって、図７０に示す形態においては、変形例１と同じように、スイッチ１５、１５’は縦方向に並置されている。この場合、プレート８４０の本体部８４２に対しては、それぞれ逆方向から、プレート８４４、８４５の爪部８４４’、８４５’が引っ掛かった状態とすることで、本変形例と同じようにスイッチ１５、１５’のＯＦＦ制御が可能となる。

更に、図６３に示す形態では、回転軸２２の回転をギア４０、４１を介してロータリダンパ４２に入力していたが、図７１に示すように回転軸２２に直接ロータリダンパ４２を接続する構成としてもよい。

＜変形例４＞
上述までの変形例においては、回転軸２２の回転速度をロータリダンパ４２によって制動トルクに変換し、その制動トルクを利用することで回転速度に基づいたスイッチのＯＦＦ制御を行った。本変形例では、ロータリダンパ４２に代えて慣性体を利用することで回転軸２２の回転速度に基づいたスイッチのＯＦＦ制御の実現を図る安全装置１を開示する。そこで、本変形例に係る安全装置１について、図７２〜図７９に基づいて説明する。

図７２、図７３に示すように回転軸２２はロボットのアーム軸１００に取り付けられている。ここで、本実施例に係る安全装置１は、主にリンク機構で構成される。そのリンク機構においては、リンク８６２、リンク８６７は回転軸２２とピン８６４、ピン８６９によりピン支持されている。更に、慣性体８７５とリンク８６３はピン８６５によりリンク８６２に接続され、一方で、慣性体８７６とリンク８６８はピン８７０によりリンク８６７に接続されている。また、リンク８６３はピン８６６によりスライダ８７２と接続され、且つリンク８６８はピン８７１によりスライダ８７２に接続されている。そして、リンク８６２、８６３、８６７、８６８の長さはそれぞれ等しく、そのため安全装置１を構成するリンク機構は菱形形状を形成する。

ここで、スライダ８７２は回転軸２２の軸方向にベアリングにより滑ることが可能である。そして、スライダ８７２のアーム部１００側の端部にはバネ（圧縮バネ）８７４が取り付けられており、更にバネ８７４の他端には、２つのナットで構成され、回転軸２２のネジ部に固定されたダブルナット８６１がある。また、スライダのもう一端側（バネ８７４が接続された端部とは逆の端部側）にも、ダブルナット８６０が配置されている。スライダ８７２には、他の表面よりも突出しているツバ８７３が取り付けられており、その横にスイッチ１５のレバーが配置されている。したがって、スライダ８７２が回転軸２２の軸方向（図７２、７３においては、右方向）に滑ると、スライダ８７２に設けられたツバ８７３がスイッチ１５のレバーを倒しこみ、以てアクチュエータへの電力供給を遮断することができる。

詳細には、図７４に示すように、回転軸２２が回転角速度ω[rad/s]で回転すると、ピン８６５、ピン８７０には慣性体８７５、８７６により遠心力がＦが作用する。ここで、慣性体８７５、８７６の質量をそれぞれm[kg]、慣性体の回転軸の中心からの距離をr[m]とすると、ピン８６５、ピン８７０に作用する遠心力は Ｆ＝ｍｒω²[N]）で表わされる。そして、ピン８６５、８７０に作用する遠心力Ｆは、リンクによる幾何学的拘束により、スライダ８７２をバネ８７４側へスライドさせる力に変換され、このスライド力とバネ８７４による力が釣り合う位置までスライダ８７２はスライドする。したがって、回転軸２２が予め設定した回転速度に至ると、アクチュエータ２００のスイッチ１５のレバーとスライダ８７２のツバ８７３との接触により、アクチュエータ２００の電源が切られ、ロボットの暴走を防止することができる。

ここで、アクチュエータ２００の電源を切る回転軸２２の回転速度の設定は、（１）バネ８７４側のダブルナット８６１の位置を調整する、（２）バネ８７４を剛性の異なるバネに変更する、（３）上述の実施例３で示したバネの剛性可変機構（図３５〜図３７を参照）を用いてバネの剛性を調節する、（４）スライダ８７２両端のダブルナット８６０、８６１の位置を調整することにより回転軸２２から慣性体８７５、８７６までの距離rを変更する、（５）慣性体８７５、８７６の質量を異なるものとする、（６）スイッチ１５の取り付け位置を軸方向に移動させる、ことにより実現できる。なお、上記では圧縮バネ８７４を用いたが、図７５に示すように、スライダ８７２の逆側の端部に引張バネ８７７を取り付け、バネ８７７の他端をダブルナット８６０に固定するようにしてもよい。この場合のアクチュエータ２００の電源を切る回転軸２２の回転速度の設定は、（１）ダブルナット８６０の位置の調整、（２）バネ８７７を剛性の異なるバネに変更する、（３）上記剛性可変機構を用いたバネの剛性調節、（４）ダブルナット８６０、８６１による上記距離rの調整、（５）慣性体８７５、８７６の質量を異なるものとする、（６）スイッチ１５の取り付け位置を軸方向に移動させる、ことにより実現できる。

ここで、上述した慣性体に係る「遠心力」を利用した回転軸２２の速度検知によるスイッチ１５のＯＦＦ制御を、上記実施例１等に示したロック機構へ応用する態様について、図７６、図７７に基づいて説明する。図７６に示す「ロック機構」とは、上記実施例１等で示した回転軸２２の角加速度が所定の値を超えるとその回転をロックする機構であるので、その詳細な説明は省略する。ここで、本変形例に係るスライダ８７２を含むリンク機構は、このロック機構を介して回転軸２２の先端側に設置される。ここで、スライダ８７２に取り付けられているツバ８７３は、スライダ８７２との間にベアリング８８１を有しており、ツバ８７３の側面にはツバ８７３が軸方向に移動するように拘束するガイド８８０が設置されている。この構成により、ツバ８７３は回転軸２２の軸方向にはスライダ８７２とともに動くが、ツバ８７３にはスライダ８７３（回転軸２２）の回転は伝わらない。さらに、ツバ８７３にはワイヤ８８２が取り付けられており、ワイヤ８８２はプーリー８８３を介して、ロボットのアーム部１００の左右両側のストッパ４４へ接続される（図７６では一方側のストッパ４４のみが記載）。なお、このときのストッパ４４には、バネ４３のみが取り付けられており、先の実施例１等で示したロータリダンパ４２は設置されていない。なお、ストッパ４４の支持については、先の実施例１等と同様に、フレーム４５にベアリング４６で支持されている。

このような構成を採用することで、回転軸２２の回転速度の増加に伴い、ツバ８７３はガイド８８０に沿って動く。このツバ８７３の動きによりワイヤ８８３が引かれ、その結果ストッパ４４がその軸周りに回転する。そして、回転軸２２が所定の回転速度に至ったとき、ストッパ４４はロック機構内のラチェットホイール３４とかみ合う。その後は、既に示したとおりのプロセスで回転軸２２がロックされる。この回転軸２２のロックのための設定速度の調節は、スライダ８７２のバネ８７４、ストッパ４４のバネ４３のバネ力を調整するなど、これまでに述べた手法を用いることにより、行うことができる。

なお、ストッパ４４とラチェットホイール３４のかみ合いにおいて、ワイヤ８８２、プーリー８８３の設置が困難な場合は、図７７に示すように、ワイヤ８８２をストッパ４４に取り付けてもよい。すなわち、ワイヤ８８２が引かれることによりストッパ４４がラチェットホイール３４とかみ合うことが可能である実施形態であればどのような形態でも構わない。また、本変形例では、ワイヤ８８２とプーリー８７３を用いて、スライダ８７２のスライド力をストッパ４４へ伝達する構造を示したが、ワイヤ８８２とプーリー８８３に加えて、ギア、リンク機構、タイミングベルト等の伝達要素を用いて該スライド力をストッパ４４へ伝える構造でも構わない。

また図７８、図７９には、更なる変形例を示す。図７８は、上記の変形例に対して慣性体の設置位置を変更したものである。具体的には、リンク８６２、８６７を伸ばし、回転軸２２とピンで接続し、それぞれのリンク先端に慣性体８７５’、８７６’を取り付けた構造を採用する。この形態では、慣性体に働く遠心力は、回転軸２２とリンク８６２、８６７の先端に設置された各慣性体との距離によって決定される。また、図７９は、リンク機構の数を変化させた形態を示す。図７２、図７３で示す形態では慣性体が取り付けられるリンク機構は、２つ含まれているが（リンク８６２、８６３によるリンク機構と、リンク８６７、８６８によるリンク機構の２つ）、図７９に示す形態ではこのリンク機構を４つ含む。すなわち、回転軸２２の周りに９０度間隔で４個のリンク機構（リンク８６２、８６３によるリンク機構と、リンク８６７、８６８によるリンク機構、リンク８９０、８９１によるリンク機構（慣性体８９２を有する）、図の表現上回転軸２２の背後に位置する２つのリンク（図示されない慣性体を有する）の４つ。）を配した形態が図７９に示すものである。これにより、慣性体に働く遠心力の総和を大きくすることができるため、回転軸２２の回転速度の検出を速やかに行い得る。また、回転軸２２の回転のバランスに支障がなければ、リンク機構の数を１個にしても構わない。

＜検知加速度に基づくアクチュエータの電源ＯＦＦを行う構成＞
本実施例は、ロボットを駆動するためのアクチュエータへの電力供給に関するＯＮ、ＯＦＦを行うスイッチに関して、アクチュエータによって回転駆動される回転軸の加速度に基づいたその電源ＯＦＦを機械的に実行する構成を開示する。そして、本実施例では、説明の簡略化のために着目すべきスイッチによる電源ＯＦＦを行う構成を主に開示し、上記実施例１〜３で示した回転軸をロックする構成の開示は省略するが、これは回転軸をロックする構成の採用を妨げるものではない。当業者の有する設計能力に応じて先の実施例で示した構成と適宜組み合わせることができる。なお、先の実施例で示した構成と本質的に同じ構成は同一の参照番号を付すことで、その詳細な説明は省略する。

本実施例に係る安全装置１の構成を図８０および図８１に示す。図８０は、安全装置１の概略構成を表し、図８１は、図８０に示すプレート９００、９０３の互いに向かい合う面上の構成を示す図である。なお、図８０は、本変形例の理解のために安全装置１を分解した状態で示したものであり、その組み合わされた状態は、図８１〜図８７を参照すれば容易に理解できる。

回転軸２２はアクチュエータ２００で駆動されるロボットのアーム部１００の駆動軸と接続されている。回転軸２２の回転はギア４０、４１を介して軸２２’に伝わる。なお、軸２２’は、その先端側に段部９１７、９１８を有する段付形状であり、更に中空になっている。この段部９１７は段部９１８と比べて、その外径は大きく、また段部９１７の中腹には、その内部に存在する軸２２’の中空部分と連通する穴９１２が設けられている。また軸２２’の材質は、導電部９１３、９１４で示される部分を除き絶縁体の材質が採用される。

ここで、円形状のプレート９０３が、軸２２’の段部９１７に固定され、軸２２’と一体となって回転する。そして、プレート９０３の歯車４１側とは反対側の表面に、ピン９０４とピン９０５が設置される。また、プレート９０３の表面上の、軸２２’近くに、ロボットのアーム部１００を駆動するアクチュエータ２００への供給電力を遮断する２つのスイッチ１５、１５’が横方向に並置されている。このとき、スイッチ１５、１５’のレバーは互いに反対側に延出しており、図８０において左側に設置されたスイッチ１５は、そのレバーが下側に倒れることでアクチュエータ２００への供給電力を遮断でき、一方で図８０で右側に設置されたスイッチ１５’は、そのレバーが下側に倒れることでアクチュエータ２００への供給電力を遮断できる。なお、スイッチ１５、１５’の導線は軸２２’の穴９１２に挿入され軸２２’の中空部分を通り、導電部９１３、９１４に接続されている。また、これらのスイッチが倒れこむ方向にプレート９０３上に延在する２つのスライド溝が設けられ、スイッチ１５に対応する方をスライド溝９１０とし、スイッチ１５’に対応する方をスライド溝９１１とする。このスライド溝９１０にはピン９０６、スライド溝９１１にはピン９０７が挿入される。これらのピン９０６、９０７は各スライド溝間でスライド可能であり、且つ各ピンは対応するそれぞれのスイッチのレバーに対して接触した状態となっている。

また、円形状のプレート９００が用意される。このプレート９００上のギア４１側の表面（プレート９０３側の表面）にはピン９０１、９０２が設置されている。そして、引張りバネ９０８の一端はピン９０１に、もう一端はピン９０４に取り付けられている。同様にピン９０２とピン９０５の間に引張りバネ９０９が取り付けられている。なお、プレート９００は軸２２’の段部９１８に配置されるが、軸２２’に対しては固定されてはいない。これにより、プレート９００はピン９０１、９０２の取り付けられている引張りバネ９０８、９０９を介し、プレート９０３と一体となって回転する。つまり軸２２‘の回転が弾性的にプレート９００に伝わる。ここで、安全装置１の組み立て時には、上記の通り、プレート９００がプレート９０３と弾性的に連結されるが、このとき、プレート９００上のピン９０１、９０２は、それぞれピン９０６、９０７とともに、スイッチ１５のレバー、スイッチ１５’のレバーを挟んで位置する状態となる（図８２等を参照）。

このように構成される本変形例の安全装置１では、図８２に示すように、プレート９０３上に横方向に並置されたスイッチ１５、１５’のスイッチに対して、プレート９００上のピン９０１、９０２が接触し力を掛け得る構成となる。そして、回転軸２２の回転加速度に応じたプレート９００の慣性力によって、回転軸２２の回転方向に応じたスイッチに対して、そのレバーを倒れこませることができ、以てアクチュエータ２００への電力供給を遮断することができる。以下に、その電力供給遮断のプロセスについて詳細に説明する。

まず、回転軸２２が反時計回りに回転している状態を前提として説明する。回転軸２２に発生する加速度はギア４０、４１を介して、軸２２’、プレート９０３に伝わる。そして、その伝わった加速度により、プレート９００に慣性トルクが作用する（図８２を参照）。これと同時に、プレート９００には慣性トルクとは逆方向に、ピン９０２とピン９０５の間に取り付けられた引張りバネ９０５のバネ力によるスプリングトルクも作用している（図８３を参照）。ここで回転軸２２の加速度が大きくなるに従い、図８２に示すプレート９００に作用する慣性トルクも増加し、そして回転軸２２の加速度が所定の加速度に至ると、この慣性トルクによりプレート９００とプレート９０３に相対位置のずれ、すなわち回転のずれが生じる。このずれにより、プレート１に固定されたピン９０２がスイッチ１５’のレバーを倒しこみ、アクチュエータ２００への電力供給が遮断される（図８４を参照）。なお、電力供給が遮断された後はプレート９００の慣性トルクは消失するので、引張りバネ９０９により、プレート９００は当初の相対位置に戻るが、スイッチ１５’が切られたままであるので、ロボットのアーム部１００は動作しない（図８５を参照）。再度アーム部１００を動作させる場合は、ピン９０７をスイッチ１５’のレバーが元に戻るようにスライドさせればよい。

また、回転軸２２が時計回りに回転している場合についても、上記の場合と本質的には同様に、回転軸２２の回転速度が所定の加速度を超えると、プレート９００上のピン９０１がスイッチ１５のレバーを倒しこむことによって、アクチュエータ２００への電力供給が遮断されることになる。

ここで、図８６および図８７に基づいて、軸２２’に設けられた導電部９１３、９１４の詳細を説明する。スイッチ１５とスイッチ１５’は直列に結線されており（図８６右図参照）、スイッチ１５から延出する導線は導電部９１３に、スイッチ１５’から延出する導線は導電部９１４に接続されている（図８６左図参照）。そして、軸２２’側の導電部９１３、導電部９１４と、アクチュエータ２００の電源につながる導線が接続されている端子９１５、９１６はブラシ構造になっており、これにより軸２２’が回転しながらスイッチ１５、１５’からのアクチュエータ２００の電源遮断のための信号を電源に伝えることが可能となる。

また図８８には、更なる変形例を示す。図８８は、上記引張りバネ９０８、９０９に代えてねじりコイルバネ９０８’、９０９’を採用した形態を示す。これらのねじりコイルバネのそれぞれも、その一端をプレート９０３側に接続し、もう一端をプレート９００上のピン９０１、９０２に接続すればよい。

＜変形例＞
上述した、検知加速度に基づくアクチュエータの電源ＯＦＦを行う構成の変形例を以下に示す。本変形例に係る安全装置１の構成を図８９〜図９９に示す。図８９、図９０は、安全装置１の概略構成を表し、図９１〜図９８は、安全装置１の動作（安全装置１によるスイッチのＯＦＦ動作）の様子を表す。なお、図８９は、本変形例の理解のために安全装置１を分解した状態で示したものであり、その組み合わされた状態は、図９０〜図９９を参照すれば容易に理解できる。

ここで、回転軸２２はロボットのアーム部１００と接続されている。また、フレーム１０においては、ロボットのアーム部１００を駆動するアクチュエータ２００への供給電力を遮断する２つのスイッチ１５、１５’が縦方向に並置されている。ここで、上側に設置されたスイッチ１５は、そのレバーが上側に倒れることでアクチュエータ２００への供給電力を遮断でき、一方で下側に設置されたスイッチ１５’は、その逆に、そのレバーが下側に倒れることでアクチュエータ２００への供給電力を遮断できる。これらのスイッチが倒れこむ方向にフレーム１０上に延在する２つのスライド溝が設けられ、スイッチ１５に対応する方をスライド溝９５０とし、スイッチ１５’に対応する方をスライド溝９５１とする。更に、スライド溝９５０にはピン９５２、スライド溝９５１にはピン９５３が挿入される。これらのピン９５２、９５３は各スライド溝間でスライド可能であり、且つ各ピンは対応するそれぞれのスイッチのレバーに対して接触した状態となっている。

ここで、本変形例に係る安全装置１は、３枚の円形状のプレート９２０、９２３、９２８を含んで構成される。プレート９２８には異なる内歯９２９、９３０が２段に重ねて設けられており、図９５等で示すように内歯９２９の内径は、内歯９３０の内径よりも大きい。なお、このプレート９２８は、軸２２に対しては固定されてはおらず、一方で、プレート９２８の表面上に設けられたピン９３２に対して二方向から引張りバネ９３５、９３６が接続されており、これらの引張りバネによる復元力を常時受けている状態である。なお、引張りバネ９３５、９３６は、回転軸２２の回転から隔離された静的な構造物上にその一端が接続されている。また、プレート９２８の一部は、図８９、図９６等に示すように一部が切り欠かれており、そこにピン９３１が設けられている。

次に、プレート９２３について説明する。プレート９２３は、上記内歯９２９、９３０の内径部分に収まる形で、回転軸２２に対して固定されている。そして、プレート９２３にはピン９２５、ピン９２７が固定され、さらに図９０の左図に示すようにスライド溝９２３３、スライド溝９２３４が設けられ、各スライド溝にはさらに掘り込まれた溝９２３３ａ、９２３４aが設けられている。これらの溝９２３３ａ等は、対応するスライド溝９２３３等と延在する方向は同じである。そして、それぞれのスライド溝には爪９３８、爪９４０が挿入されている（図９０の右図参照）。詳細には、各爪には、図８９に示すように対応するスライド溝での動きを拘束するための円柱状の突起部９３８ａ、９４０ａが設けられ、この突起部が対応するスライド溝に設けられた溝９２３３ａ等内を移動することで、爪がスライドする。更に、爪９３８は引張りバネ９４２を介してピン９２５に接続され、爪９４０は引張りバネ９４４を介してピン９２７に接続されている。

また、爪９４０は爪９３８より大きく、プレート９２３に設置された状態では、図９０の右図に示すように反転した形状となっている。そして、爪９３８は、スライド溝９２３３をスライドし、内径の小さい内歯９３０と噛み合いが可能となるように、且つ爪９４０は、スライド溝９２３４をスライドし、内径の大きい内歯９２９と噛み合いが可能となるように、爪９３８と、爪９４０とでは、プレート９２３への各爪の設置における高さ（プレート９２３の厚さ方向における位置）が異なっている。

次に、プレート９２０について説明する。プレート９２０の表面のうち、プレート９２３に対向する表面上には突起９２１、突起９２２が設けられている。これらの突起について、安全装置１の組み立て時において、突起９２１が爪９３８に接触するように配置され、突起９２２が爪９４０に接触するように配置される構成となっており（図９１等を参照）、またプレート９２０自体は回転軸２２には固定されていない。したがって、プレート９２０は各爪、各引張りバネ、各突起を介して、プレート９２３の回転が伝わるようになっている。

このように構成される本変形例の安全装置１では、図９６等に示すように、フレーム１０上に縦方向に並置されたスイッチ１５、１５’の間に、プレート９２８のピン９３１が挟まれた状態で、該プレート９２８が外力を受けることになり、その結果、回転軸２２の回転方向に応じたスイッチに対して、そのレバーを倒れこませることができ、以てアクチュエータ２００への電力供給を遮断することができる。以下に、その電力供給遮断のプロセスについて詳細に説明する。

まず、回転軸２２が反時計回りに回転している状態を前提として説明する。回転軸２２の回転加速度はプレート９２３に伝わり、その結果、プレート９２０に慣性力による慣性トルクが作用する（図９２を参照）。これと同時に、図９３に示すように、プレート９２０には引張りバネ９４４のバネ力が突起９２２を介して働き、慣性トルクとは逆方向にスプリングトルクが作用している。ここで回転軸２２の加速度が大きくなると、プレート９２０に作用する慣性トルクも増加し、その後回転軸２２の加速度が所定の加速度に至ると、プレート９２０とプレート９２３に相対位置のずれ、すなわち回転のずれが生じる。このずれにより、図９４に示すように、突起９２２が爪９４０をスライドさせることになる。

このように爪９４０がずれることにより図９５に示すように内歯９２９と接触し、さらに回転すると噛み合う。なお、内歯９２９、９３０はラチェットの歯の形状になっており、内歯９２９と内歯９３０は歯の方向が逆に取り付けられている。このように異なる向きのラチェットの２つの内歯と、内歯毎に対応する異なる向きの爪が１つ（合計で２つの爪が）用意されているのは、回転軸２２の時計回り、反時計回りのそれぞれの方向の加速度が発生することを踏まえて、内歯と爪との噛み合わせを対応させるためである。本変形例では、爪９４０と内歯９２９が接触し、噛み合うこととする（図９５を参照）。

そして、爪９４０と内歯９２９が接触し、噛み合うとプレート９２３の回転がプレート９２８に伝わり一体となって回転し始める（図９６を参照）。すると、プレート９２８上に設けられたピン９３１によりスイッチ１５のレバーが倒しこまれ、アクチュエータ２００への電力供給が遮断される（図９７を参照）。その後、電力遮断により回転軸２２の加速度が消滅すると、引張りバネ９３５、９３６により復元力を受けているプレート９２８は、その復元力に従って元の位置に戻る。このプレート９２８の復帰とともに、爪９４０と内歯９２９との噛み合いが解消され、また爪９４０は、引張りバネ９４４によって元の位置に戻り、その結果プレート９２０とプレート９２３は、当初の相対位置に戻る。なお、この状態のままではスイッチ１５のレバーは倒しこまれたままであるので、再度ロボットを動作させる場合は、ピン９５２をスイッチ１５のレバーが元に戻るようにスライドさせ、スイッチ１５を元の状態に戻せばよい（図９８を参照）。

上述した爪９４０と内歯９２９との噛み合い以外でも、回転軸２２の回転方向と、プレート９２０に発生する慣性力の向きに応じて、爪と内歯の噛み合いが発生し、以て回転軸２２に発生する回転方向と同じ方向の加速度に基づいて、アクチュエータ２００の電力供給を遮断することが可能となる。

また図９９、図１００に、プレート９２３における爪の配置の変形例を示す。図９９に示すように、内歯９２９、９３０に対応してプレート９２３上に配置される２つの爪の向きを図９０の右図に示す状態と反対となるようにしても構わない。また、図１００に示すように、４つの爪をプレート９２３上に配置してもよい。この図１００に示す爪の配置は、いわば図９０に示す配置と図９９に示す配置を組み合わせた形態である。なお、図１００には、爪を４つ設置しているが、その数をこれに限定する意図はなく、内歯９２９、９３０との適切な噛み合わせが可能であれば、その数は適宜変更してもよい。

ロボットと作業者との衝突を回避するために、先行技術のように作業者への効果的な作業領域の提示は有用な方法ではある。しかし、作業者に対して有用な情報を通知した場合であっても、ロボットとの衝突という不測の事態を完全に避けることは難しい。また、従来技術のようにロボットと作業者との衝突を何等かの方法により検知しようとする場合であっても、いわば衝突の危険性の検知が間に合わず、又は衝突が生じてからの該衝突の検知となるため、作業者を確実に保護することは難しいと言わざるを得ない。

本発明に係るロボットの安全装置のコンセプトを示す図である。 本発明に係る安全装置として、ロボットの一部であるアーム部に組み込まれた状態を示す第一の図である。 本発明に係る安全装置として、ロボットの一部であるアーム部に組み込まれた状態を示す第二の図である。 本発明の実施例に係る安全装置の詳細な構成を示す第一の図である。 図４に示す安全装置の加速度検知部の構成を示す図である。 図４に示す安全装置における、加速度検知部と爪回転板との相関関係を示す図である。 図４に示す安全装置が回転軸の所定加速度を検知し、ロボットへの電力供給を遮断し、その駆動をロックするまでのプロセスを示す第一の図である。 図４に示す安全装置が回転軸の所定加速度を検知し、ロボットへの電力供給を遮断し、その駆動をロックするまでのプロセスを示す第二の図である。 図４に示す安全装置が回転軸の所定加速度を検知し、ロボットへの電力供給を遮断し、その駆動をロックするまでのプロセスを示す第三の図である。 図４に示す安全装置が回転軸の所定加速度を検知し、ロボットへの電力供給を遮断し、その駆動をロックするまでのプロセスを示す第四の図である。 図４に示す安全装置での、回転軸の速度検知のメカニズムを示す図である。 図４に示す安全装置が組み込まれたロボットにおいて、人間の身体が挟まれた場合の、該人間の救出に関する図である。 図４に示す安全装置において、ストッパと内歯とが引っ掛かった状態に至ったときの、係止爪とラチェットホイールとの相対関係を示す図である。 図４に示す安全装置において、加速度検知部のストッパ数を増やした場合の構成を示す図である。 図１２に示す加速度検知部の詳細な構成を示す図である。 本発明の実施例に係る安全装置の詳細な構成を示す第二の図である。 図１４に示す安全装置において、ラチェットホイールを複数の係止爪で同時にロックするプロセスを示す第一の図である。 図１４に示す安全装置において、ラチェットホイールを複数の係止爪で同時にロックするプロセスを示す第二の図である。 図１４に示す安全装置において、ラチェットホイールを複数の係止爪で同時にロックするプロセスを示す第三の図である。 図１４に示す安全装置において、ラチェットホイールを複数の係止爪で同時にロックするプロセスを示す第四の図である。 本発明の実施例に係る安全装置の詳細な構成を示す第三の図である。 図１６に示す安全装置における加速度検知部の構成を示す第一の図である。 図１６に示す安全装置において、回転軸をロックするまでのプロセスを示す図である。 図１６に示す安全装置における加速度検知部の構成を示す第二の図である。 図１６に示す安全装置における加速度検知部の構成を示す第三の図である。 図２０に示す加速度検知部における、ストッパと内歯との相関関係を示す図である。 本発明の実施例に係る安全装置の詳細な構成を示す第四の図である。 図２２に示す安全装置において、回転軸をロックするまでのプロセスを示す図である。 図２２に示す安全装置が組み込まれたロボットにおいて、人間の身体が挟まれた場合の、該人間の救出に関する図である。 図２２に示す安全装置において、回転軸をロックするための別の構成を示す図である。 本発明の第一の実施例に係る安全装置における線形バネの使用例を示す図である。 本発明の第二の実施例に係る安全装置における線形バネの使用例を示す図である。 本発明に係る安全装置における所定速度の調整を行うための機構を示す第一の図である。 本発明に係る安全装置における所定速度の調整を行うための機構を示す第二の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うための機構を示す第一の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うための機構を示す第二の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うための機構を示す第三の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うための機構を示す第四の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うための機構を示す第五の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うために、ギアの慣性モーメントを変化させる機構を示す図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うために、バネの剛性を変化させる機構を示す第一の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うために、バネの剛性を変化させる機構を示す第二の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うために、バネの剛性を変化させる機構を示す第三の図である。 本発明に係る安全装置における所定加速度の調整を行うために、バネの剛性を変化させる機構を示す第四の図である。 本発明に係る安全装置において、ストッパと噛み合うラチェットホイールの別の構成を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る安全装置の概略構成を示す図である。 図３９に示す安全装置の動作の様子を示す図である。 図３９に示す安全装置の詳細な構成を示す図である。 図３９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第一の図である。 図３９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第二の図である。 図３９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第三の図である。 図３９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第四の図である。 図３９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第五の図である。 図３９に示す安全装置の変形例を示す第一の図である。 図３９に示す安全装置の変形例を示す第二の図である。 図３９に示す安全装置の変形例を示す第三の図である。 図３９に示す安全装置の変形例を示す第四の図である。 図３９に示す安全装置の変形例を示す第五の図である。 図３９に示す安全装置の変形例を示す第六の図である。 本発明の第４の実施例の変形例に係る安全装置の概略構成を示す図である。 図５３に示す安全装置の詳細な構成を示す図である。 図５３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第一の図である。 図５３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第二の図である。 図５３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第三の図である。 図５３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第四の図である。 図５３に示す安全装置の変形例を示す第一の図である。 図５３に示す安全装置の変形例を示す第二の図である。 図５３に示す安全装置の変形例を示す第三の図である。 図５３に示す安全装置の変形例を示す第四の図である。 本発明の第４の実施例の変形例に係る安全装置の概略構成を示す図である。 図６３に示す安全装置の詳細な構成を示す図である。 図６３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第一の図である。 図６３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第二の図である。 図６３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第三の図である。 図６３に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第四の図である。 図６３に示す安全装置の変形例を示す第一の図である。 図６３に示す安全装置の変形例を示す第二の図である。 図６３に示す安全装置の変形例を示す第三の図である。 本発明の第４の実施例の変形例に係る安全装置の概略構成を示す図である。 図７２に示す安全装置の詳細な構成を示す図である。 図７２に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第一の図である。 図７２に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第二の図である。 図７２に示す安全装置に、回転軸のロック機構を適用した構成を示す第一の図である。 図７２に示す安全装置に、回転軸のロック機構を適用した構成を示す第二の図である。 図７２に示す安全装置の変形例を示す第一の図である。 図７２に示す安全装置の変形例を示す第二の図である。 本発明の第５の実施例に係る安全装置の概略構成を示す図である。 図８０に示す安全装置の詳細な構成を示す図である。 図８０に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第一の図である。 図８０に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第二の図である。 図８０に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第三の図である。 図８０に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第四の図である。 図８０に示す安全装置におけるスイッチからの信号伝達部分の詳細な構成を示す第一の図である。 図８０に示す安全装置におけるスイッチからの信号伝達部分の詳細な構成を示す第二の図である。 図８０に示す安全装置の変形例を示す図である。 本発明の第５の実施例の変形例に係る安全装置の概略構成を示す図である。 図８９に示す安全装置の詳細な構成を示す図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第一の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第二の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第三の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第四の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第五の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第六の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第七の図である。 図８９に示す安全装置による一連の電源遮断動作を示す第八の図である。 図８９に示す安全装置の変形例を示す第一の図である。 図８９に示す安全装置の変形例を示す第二の図である。

図２に、本発明に係る安全装置１がロボットの一部であるアーム部１００に組み込まれた際の一例を示す。アーム部１００は、モータ等のアクチュエータ２００を動力が、出力軸２１０からベルト２２０を介してロボットの駆動軸１１０に伝達されることで回転する。尚、伝達軸としては、駆動力伝達のためのベルトやロボットの駆動軸１１０と連結される軸等が例示できるが、アクチュエータ２００の出力軸２１０の直後や、アーム部１００の駆動軸１１０の直前に安全装置１が設けられても構わない。

また、加速度検知部３０は、プレート３１、ストッパ３２、バネ３３、ラチェットホイール３４で構成される。ラチェットホイール３４はバネ３３を介してプレート３１に取り付けられている。尚、加速度検知部３０の詳細については後述する。更に、加速度検知部３０の隣にギア４０が回転軸２２に対して固定状態で連結される。

ここで、加速度検知部３０による回転軸２２の加速度の検知について説明する。図６には、爪回転板２７の円筒部分に収められたプレート３１及びストッパ３２と、爪回転板２７側に設けられた内歯２９との相関関係が示されている。尚、図６の左側に示す当該相関関係は、回転軸２２の加速度がゼロもしくは比較的に低い場合、即ち所定加速度以下であるときのものであり、右側に示すのが、回転軸２２の加速度が所定加速度を超えたときのものである。図６に示すように、回転軸２２の加速度が上昇し、ラチェットホイール３４を拘束している、バネ３３からのスプリングトルク以上の慣性トルクがスプリングトルクとは逆の方向に作用することで、ラチェットホイール３４が回転軸２２に対して、該回転軸２２を中心として相対的に回転し当初の相対位置よりずれた場合（図６中に示す「ずれ」が生じた場合）、ストッパ３２は、ラチェットホイール３４に設けられたガイド孔３４ａとガイドバー３２ａとの幾何学的拘束により、爪回転板２７側の内歯２９と接触する方向に導かれ、最終的にストッパ３２の先端部分が内歯２９に引っ掛かる状態となる。

その後、上記回転力によって、図８（ａ）に示すようにラチェットホイール２４のラチェットと係止爪２０がかみ合い、回転軸２２はロックされる。これにより、ロボットのアーム部１００による人間に対する不測の作用を防止することが可能となる。尚、回転軸２２がロックされた後、回転軸２２の加速度がなくなると、ラチェットホイール３４に作用する慣性トルクも消失する。しかし、ロボットのアーム部１００の自重によるトルクが図８（ｂ）のように作用している場合は、そのトルクが作用している限り、ラチェットホイール２４のラチェットと係止爪２０とのかみ合いは維持され、以て、回転軸２２のロックは維持され続ける。

このような構成を採用することにより、図１５Ａ〜１５Ｄに示すように爪回転板２７が回転して回転軸２２に対してずれが生じた際、複数の係止爪２０１〜２０４が同時に動き、
ラチェットホイール２４を複数の係止爪で同時にロックすることができる。図１５Ａは、回転軸２２の加速度等が所定の閾値より低い通常状態を示している。図１５Ｂは、回転軸２２の加速度等が所定の閾値を超えて、ストッパ３２１〜３２３が内歯２９に接触した状態を示している。図１５Ｃは、図１５Ｂに示す状態を経た結果、爪回転板２７の回転により複数の係止爪２０１〜２０４が、同時にラチェットホイール２４に向かって動作中の状態を示す図である。図１５Ｄは、図１５Ｃに示す状態を経た結果、複数の係止爪２０１〜２０４がラチェットホイール２４と同時にかみ合った状態を示す図である。このように複数の係止爪２０１〜２０４で同時に回転軸２２をロックすることにより、ラチェットホイール２４の歯に掛かる負担は、係止爪の数だけ小さくなり、強度不足が解決される。爪の数は１〜８程度で、好ましくは１〜４である。

また、先に示した加速度検知部３００と同じ趣旨に基づいて、上記ストッパ６１１に代えて、図２０に示す二つのストッパ６１１ａと６１１ｂを採用し、内歯２９に対して複数箇所で接触することで、回転軸２２の加速度が所定加速度を超えたことを検知してから回転軸２２をロックするまでの時間を短縮することが可能となる。具体的には、図２０に示すストッパ６１１ａと６１１ｂは、概ね半円形状の同一の形状を有している。上記ガイド孔に相当するものとしてストッパ６１１ａにはガイド孔６１２ａが設けられ、ストッパ６１１ｂにはガイド孔６１２ｂが、それぞれ二つずつ設けられている。更に、上記ピンに相当するものとしてストッパ６１１ａにはピン６１３ａが設けられ、ストッパ６１１ｂにはピン６１３ｂが設けられている。更に、上記突起部に相当するものとしてストッパ６１１ａには突起部６１５ａが設けられ、ストッパ６１１ｂには突起部６１５ｂが設けられている。

ロボットの本体側に設置されるフレーム１０上にブレーキドラム５０が設けられる。これは、後述する半円形ブレーキ５２との相互作用により、回転軸２２に制動力を与えるブレーキとして機能する。そして、アーム５１、ステイ５８、ギア４０は回転軸２２に固定して取り付けられ、以て回転軸２２と一体となって回転する。尚、アーム５１は、回転軸２２に対して垂直に取り付けられた棒状体であり、ブレーキドラム５０内部で、回転軸２２の回転に伴って回転する。ここで、図２２に示すように、ブレーキドラム５０とステイ５８の間に、ブレーキドラム５０側から順に、半円形ブレーキ５２（これは、２つの半円形ブレーキ５２ａ、５２ｂの総称である。）、ラチェットホイール５４、ねじりコイルバネ５６が設置される。

以上のような構造を有する安全装置１では、図２３に示すように左回りに回転軸２２がある加速度で回転したとすると、ラチェットホイール５４にはその加速度に比例する慣性トルクが発生する（図２３（ａ））。ここで、ラチェットホイール５４はねじりコイルバネ５６を介して回転軸２２と接続された状態となっているので、回転軸２２の加速度が上昇していくといずれ慣性トルクはねじりコイルバネ５６による弾性トルクに打ち勝ち、ラチェットホイール５４と回転軸２２の回転に「ずれ」（先の実施例における「ずれ」に相当する。）が生じる。そして、ラチェットホイール５４と回転軸２２の回転との間にずれが生じると、半円形ブレーキ５２ａ、５２ｂのガイドピン５３ａ、５３ｂと、ラチェットホイール５４の長方形孔５４ａとの幾何学的関係により、図２３（ｂ）に示すように半円形ブレーキ５２ａ、５２ｂがブレーキドラム５０側にスライドするスライド力Ｆａが、各半円形ブレーキに作用することになる。また、同時にラチェットホイール５４と回転軸２２の回転のずれにより、ステイ５８に取り付けたスイッチ５７がスイッチ用ピン５５によって切られ、アクチュエータ２００への電力供給が遮断される。

その後、上記スライド力によって半円形ブレーキ５２ａ上のブレーキ部材５９ａがブレーキドラム５０に接触し、また半円形ブレーキ５２ｂ上のブレーキ部材５９ｂがブレーキドラム５０に接触することで、そこに制動力が発生し、以て回転軸２２の回転が停止させられ、ロック状態に至る。尚、回転軸２２がロックされた後、回転軸２２の加速度がなくなると、ラチェットホイール５４に作用する慣性トルクも消失する。しかし、ロボットのアーム部１００の自重によるトルクが作用している場合は、そのトルクが作用している限りアーム５１によりスライド力Ｆａが作用するため、半円形ブレーキ５２による制動力が作用し続ける。

また、図３０Ｂに示すように、上述した線形バネ３３０、５６０を利用する場合にも、それらの端部が接続されるピンの位置を調整することで、それらによる弾性トルクの調整が行われる。例えば、図３０Ｂ（ａ）は、図２６に示す線形バネ３３０を用いた安全装置１であるが、線形バネ３３０の一端をプレート３１側に接続するピン３３０ａと、そのもう一端をラチェットホイール３４側に接続するピン３３０ｂが、それぞれ複数設けられている。また、図３０Ｂ（ｂ）は、図２７に示す線形バネ５６０を用いた安全装置１であるが、線形バネ５６０の一端をステイ５８側に接続するピン５６０ａと、そのもう一端をラチェットホイール５４側に接続するピン５６０ｂが、それぞれ複数設けられている。これらの場合も、上記と同様に一つのピンと複数のピン孔による構成としてもよい。

また、図３０Ａ、図３０Ｂに示す安全装置１において、スライダ装置７００を取り付けるスペースが加速度検知部３０等に確保できない場合は、図３２に示す構成を有する加速度検知部３０１を採用することでスライダ装置７００の取り付けスペースを確保するようにしてもよい。加速度検知部３０１では、回転軸２２に対して固定されているギア４０側に、回転軸２２に固定されるステイ３５を新たに設け、そして、そのステイ３５とラチェットホイール３４との間にバネ３３が配置される。この構成により、加速度検知部３０１では、スライダ装置７００をステイ３５上に設けることができ、以て比較的スペースの制限を受けることなくスライダ装置７００を設置することができる。

また、上記と同様の技術的思想に従って、以下のようにねじりコイルバネ５６の剛性を変化させ、以て所定加速度を調整することも可能である。図３６Ａに示すように、ガイドロッド７０のステイ５８側にフランジ部７２が設けられ、更にこのフランジ部７２には、ボルト８０と螺合可能な複数のネジ孔７３が設けられる。また、回転軸２２に固定されているステイ５８には、ボルト８０が貫通可能な貫通孔５８２が二箇所設けられている。ここで、ねじりコイルバネ５６の一端はガイドロッド７０のフランジ部７２に固定し、他端をラチェットホイール５４に固定する。ガイドロッド７０の中心部には回転軸２２が挿入できるように貫通孔をあけておく。

まず、回転軸２２が反時計回りに回転している状態を前提として説明する。回転軸２２の回転速度は、ギア４０からギア４１を経て、ロータリダンパ４２に伝えられる。そしてプレート８２０には速度に比例したロータリダンパ４２による制動トルクが反時計回りに作用する（図５５を参照）。このとき、プレート８２０には、この制動トルクとは逆方向に引張りバネ８３０によるスプリングトルクも作用している。ここで回転軸２２の回転速度が大きくなるに従い制動トルクも増加し、当該制動トルクがスプリングトルクに打ち勝つことで、プレート８２０が回転し突起８２４がスイッチ１５のレバーを倒しこみ、ＯＦＦ状態に切り替える（図５６を参照）。これにより、アクチュエータ２００への電力供給が遮断される。このときスイッチ１５の切り替えによってピン８３５はスライド溝８３３に沿って移動する。その後、スイッチ１５が切り替えられアクチュエータ２００への電力供給が遮断されると、ロータリダンパ４２による制動トルクが解消するため、プレート８２０は引張りバネ８２９によって時計回りに回転させられ、引張りバネ８３０によるスプリングトルクと均衡がとれる元の位置で止まる（図５７を参照）。このときスイッチ１５はＯＦＦ状態になったままであるので、ロボットのアーム部１００は動作しない。再度アーム部１００を動作させるためには、ピン８３５を介してスイッチ１５のレバーに外力を与えて（図５８を参照）スイッチ１５を元の状態に戻せばよい（図５４に示す状態に戻る）。

一方で、フレーム４５においては、ロボットのアーム部１００を駆動するアクチュエータ２００への供給電力を遮断する２つのスイッチ１５、１５’が横方向に並置されている。ここで、左側に設置されたスイッチ１５は、そのレバーが左側に倒れることでアクチュエータ２００への供給電力を遮断でき、一方で右側に設置されたスイッチ１５’は、その逆に、そのレバーが右側に倒れることでアクチュエータ２００への供給電力を遮断できる。これらのスイッチが倒れこむ方向にフレーム４５上に延在する２つのスライド溝が設けられ、スイッチ１５に対応する方をスライド溝８５４とし、スイッチ１５’に対応する方をスライド溝８５５とする。さらに、フレーム４５には、横に並ぶスライド溝８５４、８５５に並ぶように、スライド溝８５２とスライド溝８５３が横に配置されている。これらのスライド溝８５２、８５３の延在方向は、先のスライド溝８５４、８５５の延在する方向に直交する方向、すなわちフレーム４５における縦方向である。さらに、フレーム４５に対して直交するようにフレーム４５’が設けられており、このフレーム４５’上には、上記スライド溝８５２、８５３と隣り合う位置に、二つの穴８５０、８５１が設けられている。

このように構成される本変形例の安全装置１では、図６４に示すように、フレーム４５上に横方向に並置されたスイッチ１５、１５’の間に、プレート８４０上に設置されたＴ字形状の接触部８４３が挟まれた状態で、該プレート８４０がロータリダンパ４２からの制動トルクを受けることになり、その結果、回転軸２２の回転方向に応じたスイッチに対して、そのレバーを倒れこませることができ、以てアクチュエータ２００への電力供給を遮断することができる。以下に、その電力供給遮断のプロセスについて詳細に説明する。なお、プレート８４０がロータリダンパ４２から制動トルクを受けていない状態は、図６４に示す状態であり、このときプレート８４０の本体部８４２は水平な状態となっており、またプレート８４４、８４５はそれぞれに対応するスライド溝８５２、８５３の最下位置に位置した状態で、それぞれの爪部８４４’、８４５’が引張りバネ８４６、８４７の弾性力によって本体部８４２に引っ掛かった状態となっている。

図７２、図７３に示すように回転軸２２はロボットのアーム部１００に取り付けられている。ここで、本実施例に係る安全装置１は、主にリンク機構で構成される。そのリンク機構においては、リンク８６２、リンク８６７は回転軸２２とピン８６４、ピン８６９によりピン支持されている。更に、慣性体８７５とリンク８６３はピン８６５によりリンク８６２に接続され、一方で、慣性体８７６とリンク８６８はピン８７０によりリンク８６
７に接続されている。また、リンク８６３はピン８６６によりスライダ８７２と接続され、且つリンク８６８はピン８７１によりスライダ８７２に接続されている。そして、リンク８６２、８６３、８６７、８６８の長さはそれぞれ等しく、そのため安全装置１を構成するリンク機構は菱形形状を形成する。

詳細には、図７４に示すように、回転軸２２が回転角速度ω[ｒａｄ／ｓ]で回転すると、ピン８６５、ピン８７０には慣性体８７５、８７６により遠心力Ｆが作用する。ここで、慣性体８７５、８７６の質量をそれぞれｍ[ｋｇ]、慣性体の回転軸の中心からの距離をｒ[ｍ]とすると、ピン８６５、ピン８７０に作用する遠心力はＦ＝ｍｒω²[Ｎ]で表わさ
れる。そして、ピン８６５、８７０に作用する遠心力Ｆは、リンクによる幾何学的拘束により、スライダ８７２をバネ８７４側へスライドさせる力に変換され、このスライド力とバネ８７４による力が釣り合う位置までスライダ８７２はスライドする。したがって、回転軸２２が予め設定した回転速度に至ると、アクチュエータ２００のスイッチ１５のレバーとスライダ８７２のツバ８７３との接触により、アクチュエータ２００の電源が切られ、ロボットの暴走を防止することができる。

ここで、上述した慣性体に係る「遠心力」を利用した回転軸２２の速度検知によるスイッチ１５のＯＦＦ制御を、上記実施例１等に示したロック機構へ応用する態様について、図７６、図７７に基づいて説明する。図７６に示す「ロック機構」とは、上記実施例１等で示した回転軸２２の角加速度が所定の値を超えるとその回転をロックする機構であるので、その詳細な説明は省略する。ここで、本変形例に係るスライダ８７２を含むリンク機構は、このロック機構を介して回転軸２２の先端側に設置される。ここで、スライダ８７２に取り付けられているツバ８７３は、スライダ８７２との間にベアリング８８１を有しており、ツバ８７３の側面にはツバ８７３が軸方向に移動するように拘束するガイド８８０が設置されている。この構成により、ツバ８７３は回転軸２２の軸方向にはスライダ８７２とともに動くが、ツバ８７３にはスライダ８７２（回転軸２２）の回転は伝わらない。さらに、ツバ８７３にはワイヤ８８２が取り付けられており、ワイヤ８８２はプーリー８８３を介して、ロボットのアーム部１００の左右両側のストッパ４４へ接続される（図７６では一方側のストッパ４４のみが記載）。なお、このときのストッパ４４には、バネ４３のみが取り付けられており、先の実施例１等で示したロータリダンパ４２は設置されていない。なお、ストッパ４４の支持については、先の実施例１等と同様に、フレーム４５にベアリング４６で支持されている。

このような構成を採用することで、回転軸２２の回転速度の増加に伴い、ツバ８７３はガイド８８０に沿って動く。このツバ８７３の動きによりワイヤ８８２が引かれ、その結果ストッパ４４がその軸周りに回転する。そして、回転軸２２が所定の回転速度に至ったとき、ストッパ４４はロック機構内のラチェットホイール３４とかみ合う。その後は、既に示したとおりのプロセスで回転軸２２がロックされる。この回転軸２２のロックのための設定速度の調節は、スライダ８７２のバネ８７４、ストッパ４４のバネ４３のバネ力を調整するなど、これまでに述べた手法等を用いることにより、行うことができる。

なお、ストッパ４４とラチェットホイール３４のかみ合いにおいて、ワイヤ８８２、プーリー８８３の設置が困難な場合は、図７７に示すように、ワイヤ８８２をストッパ４４に取り付けてもよい。すなわち、ワイヤ８８２が引かれることによりストッパ４４がラチェットホイール３４とかみ合うことが可能である実施形態であればどのような形態でも構わない。また、本変形例では、ワイヤ８８２とプーリー８８３を用いて、スライダ８７２のスライド力をストッパ４４へ伝達する構造を示したが、ワイヤ８８２とプーリー８８３に加えて、ギア、リンク機構、タイミングベルト等の伝達要素を用いて該スライド力をストッパ４４へ伝える構造でも構わない。

また、円形状のプレート９００が用意される。このプレート９００上のギア４１側の表面（プレート９０３側の表面）にはピン９０１、９０２が設置されている。そして、引張りバネ９０８の一端はピン９０１に、もう一端はピン９０４に取り付けられている。同様にピン９０２とピン９０５の間に引張りバネ９０９が取り付けられている。なお、プレート９００は軸２２’の段部９１８に配置されるが、軸２２’に対しては固定されてはいない。これにより、プレート９００はピン９０１、９０２に取り付けられている引張りバネ９０８、９０９を介し、プレート９０３と一体となって回転する。つまり軸２２‘の回転が弾性的にプレート９００に伝わる。ここで、安全装置１の組み立て時には、上記の通り、プレート９００がプレート９０３と弾性的に連結されるが、このとき、プレート９００上のピン９０１、９０２は、それぞれピン９０６、９０７とともに、スイッチ１５のレバー、スイッチ１５’のレバーを挟んで位置する状態となる（図８２等を参照）。

このように構成される本変形例の安全装置１では、図８２に示すように、プレート９０３上に横方向に並置されたスイッチ１５、１５’のレバーに対して、プレート９００上の
ピン９０１、９０２が接触し力を掛け得る構成となる。そして、回転軸２２の回転加速度に応じたプレート９００の慣性力によって、回転軸２２の回転方向に応じたスイッチに対して、そのレバーを倒れこませることができ、以てアクチュエータ２００への電力供給を遮断することができる。以下に、その電力供給遮断のプロセスについて詳細に説明する。

まず、回転軸２２が反時計回りに回転している状態を前提として説明する。回転軸２２に発生する加速度はギア４０、４１を介して、軸２２’、プレート９０３に伝わる。そして、その伝わった加速度により、プレート９００に慣性トルクが作用する（図８２を参照）。これと同時に、プレート９００には慣性トルクとは逆方向に、ピン９０２とピン９０５の間に取り付けられた引張りバネ９０９のバネ力によるスプリングトルクも作用している（図８３を参照）。ここで回転軸２２の加速度が大きくなるに従い、図８２に示すプレート９００に作用する慣性トルクも増加し、そして回転軸２２の加速度が所定の加速度に至ると、この慣性トルクによりプレート９００とプレート９０３に相対位置のずれ、すなわち回転のずれが生じる。このずれにより、プレート９００に固定されたピン９０２がスイッチ１５’のレバーを倒しこみ、アクチュエータ２００への電力供給が遮断される（図８４を参照）。なお、電力供給が遮断された後はプレート９００の慣性トルクは消失するので、引張りバネ９０９により、プレート９００は当初の相対位置に戻るが、スイッチ１５’が切られたままであるので、ロボットのアーム部１００は動作しない（図８５を参照）。再度アーム部１００を動作させる場合は、ピン９０７をスイッチ１５’のレバーが元に戻るようにスライドさせればよい。

そして、爪９４０と内歯９２９が接触し、噛み合うとプレート９２３の回転がプレート９２８に伝わり一体となって回転し始める（図９６を参照）。すると、プレート９２８上に設けられたピン９３１によりスイッチ１５のレバーが倒しこまれ、アクチュエータ２００への電力供給が遮断される（図９７を参照）。その後、回転軸２２を図９７の矢印方向とは逆方向に回転させる、ないしは回転すると、爪９４０と内歯９２９との噛み合いが解消され、また爪９４０は、引張りバネ９４４によって元の位置に戻り、その結果プレート９２０とプレート９２３は、当初の相対位置に戻る。なお、この状態のままではスイッチ１５のレバーは倒しこまれたままであるので、再度ロボットを動作させる場合は、ピン９５２をスイッチ１５のレバーが元に戻るようにスライドさせ、スイッチ１５を元の状態に戻せばよい（図９８を参照）。

Claims (15)

1. ロボットの駆動軸と、該駆動軸を駆動するアクチュエータとの間に設けられ、該ロボットの周囲に位置するユーザに対する不測の作用を防止する安全装置であって、
   前記アクチュエータからの出力を前記駆動軸へ伝達する伝達部と、
   前記アクチュエータによる前記伝達部の伝達加速度動作に対応して、前記アクチュエータからの出力による前記伝達部の動作を規制するための規制補助力を機械的に発生させる加速度動作対応部と、
   前記加速度動作対応部によって発生させられた前記規制補助力によって駆動され、前記伝達部の動作を規制する規制部と、
   を備える、ロボット安全装置。
2. 前記規制部は、前記アクチュエータへの電力供給を行う制御装置に対して前記規制補助力を作用させることで、該アクチュエータへの供給電力を遮断し、前記伝達部の動作を規制する、
   請求項１に記載のロボット安全装置。
3. 前記アクチュエータによる前記伝達部の伝達加速度が所定加速度を超えると、前記規制部は、前記加速度動作対応部からの前記規制補助力により前記伝達部の動作を規制する、
   請求項１又は請求項２に記載のロボット安全装置。
4. 前記所定加速度が変更可能である、
   請求項３に記載のロボット安全装置。
5. 前記加速度動作対応部は、
   前記伝達部に対して固定状態で連結される第一伝達補助部と、
   前記伝達部に対して相対移動可能な状態で配置される第二伝達補助部と、
   前記第一伝達補助部と前記第二伝達補助部とを弾性的に連結し、前記伝達部の伝達加速度動作に対応して、前記第二伝達補助部が前記伝達部に対して相対移動可能とする、弾性連結部と、
   前記弾性連結部を介した前記第二伝達補助部の変位によって前記規制補助力を発生させる規制補助力発生部と、
   を有する請求項１から請求項４の何れか一項に記載のロボット安全装置。
6. 前記加速度動作対応部は、前記第一伝達補助部に対して相対移動可能に取り付けられ、且つ前記弾性連結部を介した前記第二伝達補助部の変位によって該相対移動を行う係合部を更に有し、
   前記規制補助力発生部は、前記係合部が前記第一伝達補助部に対して前記相対移動を行うと該係合部と係合状態となり、該係合部を介して前記伝達部の動作が伝えられることで前記規制補助力を発生させる、
   請求項４又は請求項５に記載のロボット安全装置。
7. 前記規制部は、
   前記伝達部に対する相対位置が可変となるように設けられ、且つ該伝達部に連動して駆動されるブレーキ部と、
   前記ブレーキ部と接触して前記伝達部の動作を規制するためのブレーキ力を発生させるブレーキドラム部と、を有し、
   前記アクチュエータによる前記伝達部の伝達加速度によって、前記弾性連結部を介した前記第二伝達補助部が変位することで、前記ブレーキ部の前記伝達部に対する相対位置が変更され、該ブレーキ部と前記ブレーキドラム部とが接触状態に至る、
   請求項４又は請求項５に記載のロボット安全装置。
8. 前記アクチュエータによる前記伝達部の伝達速度が所定速度を超えると、前記第二伝達補助部を該伝達部に対して前記相対移動させ、その変位により前記規制部を駆動する速度動作対応部を、更に有する
   請求項４から請求項７の何れか一項に記載のロボット安全装置。
9. ロボットの駆動軸と、該駆動軸を駆動するアクチュエータとの間に設けられ、該ロボットの周囲に位置するユーザに対する不測の作用を防止する安全装置であって、
   前記アクチュエータからの出力を前記駆動軸へ伝達する伝達部と、
   前記アクチュエータによる前記伝達部の伝達速度動作に対応して、前記アクチュエータからの出力による前記伝達部の動作を規制するための規制補助力を機械的に発生させる速度動作対応部と、
   前記速度動作対応部によって発生させられた前記規制補助力によって駆動され、前記伝達部の動作を規制する規制部と、
   を備える、ロボット安全装置。
10. 前記規制部は、前記アクチュエータへの電力供給を行う制御装置に対して前記規制補助力を作用させることで、該アクチュエータへの供給電力を遮断し、前記伝達部の動作を規制する、
    請求項９に記載のロボット安全装置。
11. 前記アクチュエータによる前記伝達部の伝達速度が所定速度を超えると、前記規制部は、前記規制補助力により前記伝達部の動作を規制する、
    請求項９又は請求項１０に記載のロボット安全装置。
12. 前記所定速度は変更可能である、
    請求項１１に記載のロボット安全装置。
13. 前記規制部が前記伝達部の動作を規制する際に、前記アクチュエータへの電力供給を停止する電力停止部を、更に備える請求項１又は請求項９に記載のロボット安全装置。
14. 前記電力停止部は、前記規制部が前記伝達部の動作を規制する前に、前記アクチュエータへの電力供給を停止する、
    請求項１３に記載のロボット安全装置。
15. 請求項１から請求項１４の何れか一項に記載のロボット安全装置を備えるロボットであって、
    前記ロボットの一部又は全部の駆動軸に対して、前記ロボット安全装置が取り付けられる、ロボット。

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