JP2015085410A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】エンドエフェクターの移動の連続性および位置精度が高く、小型化が可能なロボットを提供する。
【解決手段】多関節アームの最末端のアーム部材としてのジョイント７９の一方の側面には、駆動軸を介して駆動用回転源により回動する駆動輪と、無縁の動力伝達策条を介して駆動輪に連結された従動輪と、によりジョイント７９に対してリンク８０を回動させる駆動伝達部５０が配置され、ジョイント７９の他方の側面には、リンク８０側の駆動系に配線部材としてのＦＰＣ６８を介して駆動電力および電気信号を送るための中継基板６１を含む電装部６０が設置され、ジョイント７９に対してリンク７８から中継基板６１に接続される配線としてのＦＰＣ６９が、ジョイント７９とリンク７８との連結部において図４中の上方から導入されていることを特徴とするロボット。
【選択図】図４

Description

この発明は、ロボット、特に、多関節アームを有するロボットに関するものである。

従来より、工場等の製造現場における工業製品の組み立て工程、あるいは溶接工程等の作業において、自動化や省力化のために産業用のロボットが多用されている。そして近年は、工業製品の小型化や高機能化に対応するための作業工程の複雑化に伴い、多数のリンクやジョイントなどのアーム部材が駆動軸（回転軸）により回動可能に組み合わされた多関節アームを有する多軸制御のロボットの需要が増えてきている。例えば特許文献１には、基体（胴体）の左右両側に６軸の多関節アームが連結されたロボットが開示されている。こうした６軸の多関節アームにおいては、人の腕の動きと同じような動きを実現すべく、例えば、肩部、上腕部、前腕部、手首部で構成されている。このような多関節アームの手首部となるリンクの先端側には、ロボットが行う所定の作業を実行するロボットハンドなどのエンドエフェクターが取り付けられる。
また、近年では、多関節アームの動作を人の腕の動きにさらに近づけるべく、捻り動作（ロール軸を回転軸として回転する動作）を行うための関節が上腕部に追加され、捻り動作を行うアームと屈伸動作（ロール軸と直交するヨー軸を回転軸として回転する動作）を行うアームとが交互に連結された７軸構成の多関節アームも開発されている。

このように、従来、人手で行っている作業を、産業用のロボットによって自動化しようとしたとき、既存のラインに導入可能とするためには人と同様なサイズのロボットであること、即ち小型化が求められる。上記したような６軸構成、あるいは７軸構成の多関節アームを有するロボットにおいて、多関節（多軸）アームの駆動によるエンドエフェクターの移動の自由度を大きくすることと、小型化とを同時に図るうえでは、ロボットの多関節アームにおいて隣り合うリンクどうしを回動可能に接続して駆動させる関節構造が支配的な要素となる。特に、多関節アームにおいてエンドエフェクターが取り付けられる最末端のリンクのコンパクト化が必要なのはもちろんのこと、その最末端のリンクの駆動軸が設置されるリンクの関節構造のコンパクト化がポイントになる。

例えば、最末端のリンクは、隣り合うリンクに対して屈伸動作を行うヨー軸により連結される。この最末端のリンクのヨー軸において、駆動用回転源としての例えばモーターの回転軸を直接接続すると、モーターが第ｎ番目のリンク駆動軸の方向に迫り出すことになり、第ｎ−１番目リンクの関節構造の大型化を招いてしまう。
これを回避し得る関節構造として、第ｎ番目のリンクの駆動用回転源と、第ｎ番目のリンクのヨー軸回りに回動する駆動軸を介して駆動用回転源により回動する駆動輪（駆動プーリー）と、タイミングベルトなどの無縁の動力伝達策条を介して駆動輪に連結された従動輪（従動プーリー）と、を第ｎ−１番目のリンクに配置した構成が有効であり、第ｎ番目のリンクと第ｎ−１番目のリンクとの関節構造の小型化に有利であることを発明者は見出した。

特開２００８−１８８６９９号公報

しかしながら、上記のタイミングベルト駆動により第ｎ−１番目のリンクに対して第ｎ番目のリンクを屈伸動作させる関節構造では、ロボットの多関節アームの回動角度を大きく確保したい方向に対して駆動軸が近づく方向に在ると、第ｎ−１番目のリンクが第ｎ番目のリンクの屈伸動作に干渉して、エンドエフェクターの移動の自由度が制約される虞があるという課題があった。
また、関節構造の小型化において、リンク間の配線の引き回しの小型化対応や、配線の発熱および／または電気的な悪影響を回避する必要があるなどの課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るロボットは、基体と、複数のアーム部材と前記複数のアーム部材を連結して回動させる関節駆動機構を含む多関節アームと、を有し、前記多関節アームは、前記基体に対する肩軸回りに回動するように連結され、隣り合う前記アーム部材が、前記肩軸と平行なロール軸、または、前記ロール軸と直交なヨー軸のいずれかの軸回りに回動するように連結され、前記ヨー軸が前記基体側から順に第１番目のヨー軸〜第ｎ番目のヨー軸とすると（ｎは３以上の整数）、前記第ｎ番目のヨー軸を有する前記アーム部材において、前記第ｎ番目のヨー軸の駆動源と、前記駆動源から伝達される動力によって回転する駆動輪と、無縁の動力伝達策条を介して前記駆動輪から動力を伝達されて前記第ｎ番目のヨー軸として回転する従動輪と、を有する駆動伝達部が設置され、電力線および信号線を中継する中継基板を含む電装部が前記中継基板の実装面と前記第ｎ番目のヨー軸とが交差するように設置され、前記多関節アームの前記ロール軸と前記ヨー軸とが交差する状態において、前記第ｎ番目のヨー軸に隣在する前記ヨー軸の回転軸線と、前記第ｎ番目のヨー軸の回転軸線とを結ぶ仮想の線上には前記駆動軸が配置されず、前記第ｎ番目のヨー軸を有する前記アーム部材の前記基体側に隣り合うアーム部材から前記中継基板に配線される配線が、前記仮想の線よりも前記駆動輪側の位置から導入されていることを特徴とする。

本適用例における「平行」とは、完全に平行である構成に加えて、１０°以内の範囲で交差している構成を含む意味であり、「直交」とは、完全に直交する構成に加えて、１０°以内の範囲で交差している構成を含む意味である。
また、本適用例における「肩軸」とは、基体表面と交差する回転軸のことをいい、「ヨー軸」とは、所望の面に沿ってアーム部材の長手軸を旋回させる回転軸のことをいい、「ロール軸」とは、前記した「ヨー軸」と直交する回転軸のことをいう。
本適用例によれば、第ｎ番目のヨー軸に駆動用回転源を直接接続する構造よりも、第ｎ番目のヨー軸を設置するアーム部材の小型化が図れるとともに、第ｎ番目のヨー軸の回転軸線と、第ｎ番目のヨー軸に隣接するヨー軸の回転軸線とを結んだ仮想の線上とは異なる位置に駆動軸が配置されていることにより、第ｎ番目のヨー軸が設置されたアーム部材において仮想の線を挟んで駆動軸とは反対側の領域に、第ｎ番目のヨー軸回りに回動するアーム部材の屈伸動作させるスペースを広く確保することができる。
また、第ｎ番目のヨー軸を有するアーム部材に対して基体側に隣り合うアーム部材から中継基板に接続される配線を、第ｎ番目のヨー軸を有するアーム部材の仮想の線に対して駆動軸側となる方向から導入することにより、配線の長さが短縮され小型化に有利となる。
また、第ｎ番目のヨー軸と、隣接するヨー軸とが一直線上に配置されているので、多関節アームの動作の特異点が抑えられ、エンドエフェクターの移動の連続性を高く確保できる。
したがって、高精度な作業を実行可能な小型・軽量のロボットを提供することができる。

［適用例２］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記配線の少なくとも一部がフラットケーブルであることが好ましい。

本適用例によれば、配線の薄型化を図ることができるので、ロボットの小型化に効果を奏する。

［適用例３］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記電装部は、前記駆動源の回転位置検出器を含み、前記中継基板の実装面を平面視したときに、前記回転位置検出器と前記配線とが重ならないように配置されていることが好ましい。

本適用例によれば、ロボットの駆動に伴う配線部材および配線の発熱から回転位置検出器を遠ざける配置とすることにより、熱による回転位置検出器の誤動作を抑制して駆動用回転源を適切に制御することができる。

［適用例４］上記適用例に記載のロボットにおいて、複数の前記フラットケーブルには電力線用フラットケーブルおよび信号線用フラットケーブルが含まれ、前記電力線用フラットケーブルが前記信号線用フラットケーブルよりも前記中継基板から離れるように重ねられていることが好ましい。

本適用例によれば、中継基板に形成された他の電子回路や信号線に対して、電力線から発生する熱や電子線が及ぼす電気的な干渉などの悪影響を抑制することができる。

［適用例５］上記適用例に記載のロボットにおいて、複数の前記フラットケーブルには電力線用フラットケーブルおよび信号線用フラットケーブルが含まれ、前記電力線用フラットケーブルと前記信号線用フラットケーブルとの間に絶縁部材またはシールド部材が配置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、重ねて引き回された電力線用フラットケーブルや信号線用フラットケーブルどうしの電気的な干渉や熱の伝導などの悪影響を抑制することができる。

［適用例６］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記フラットケーブル接続用のコネクター部品が前記中継基板の両面に実装されていることを特徴とする。

本適用例によれば、中継基板のサイズを抑えながら多数のフラットケーブルを介した中継基板による接続構造を構成することができる。

［適用例７］上記適用例に記載のロボットにおいて、複数の前記多関節アームを備えたことを特徴とする。

本適用例によれば、上記適用例に示された、可動領域が大きく確保され、特異点が抑えられ、小型・軽量化に有利な多関節アームを複数備えているので、多様な作業を高精度にて行うことが可能な小型のロボットを提供することができる。

実施形態１に係るロボットの概略構成を模式的に示す斜視図。 実施形態１のロボットに係る関節駆動機構の一例としてのアクチュエーターの正面構造を模式的に示す一部断面図。 実施形態１のロボットの駆動伝達部の構造を模式的に示す斜視図。 実施形態１のロボットの電装部の概略構成を模式的に示す斜視図。 実施形態１のロボットの電装部を図４の矢印Ａの方向からみて示す一部模式図。 ロボットの電装部の変形例を示すものであり、図４の矢印Ａの方向からみて示す一部模式図。 実施形態２に係るロボットを模式的に示す説明図。

以下、本発明に係るロボットの一実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。

（実施形態１）
まず、本実施形態１に係るロボットの概略構成について説明する。図１は、実施形態１に係るロボットの概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、実施形態における「回転」とは、正転及び逆転を意味する。

図１に示すロボット１０は、基本的な駆動軸である回転軸を６つ有する６軸の垂直型多関節ロボットであり、人間の腕の構造を模して高さ方向（Ｚ軸）に複数のアーム部材としてのリンク（腕木）が複数のアーム部材としてのジョイント（関節、継手）によって直列に接続された構成であるため、自由度が高く複雑な作業を行うことが可能である。

ロボット１０は、基体としての基底部７０および本体部７１と、制御部７２と、アーム部材としてのジョイント７３、リンク７４、ジョイント７５、リンク７６、ジョイント７７、リンク７８、ジョイント７９、リンク８０、およびエンドエフェクター（不図示）が取り付けられるリンク８１を有し、隣り合うリンクおよび／またはジョイント同士が関節機構により回動可能に連結された多関節アームと、を有している。
基底部７０は、ロボット１０の台座であり、工場内の作業スペースの床や、作業台などの平面に複数本のボルト（ネジ）によって強固に固定される。なお、固定場所は、水平面（Ｘ軸及びＹ軸を含む面）に限定するものではなく、ロボット１０の重量、及び振動に耐え得る強度があれば、移動可能な台車上や、壁面、天井、あるいは後述するようなロボットユニットに設けられたアーム連結部などであっても良い。

制御部７２には、図示はしないが、ロボット１０を操作するための操作パネルに加えて、動作プログラムを入力するためのＲＳ２３２Ｃや、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）などのインターフェイス端子が設けられている。または、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）端末や、赤外線送受信器などのインターフェイス装置を備えた構成であっても良い。
なお、制御部７２は、ロボット本体とは別体に設けられていても良い。

本体部７１の上には、ジョイント７３、リンク７４が、この順番に配置されている。
まず、ロボット１０のジョイント７３からリンク８０までの多関節アーム構造（腕から手まで）は、本体部７１をＺ軸方向に貫く肩軸９１を中心にして水平方向に旋回する。即ち、ジョイント７３は、本体部７１肩軸回りに回動するように連結されている。なお、本実施形態において「肩軸」とは、基体としての本体部７１表面と交差する回転軸のことをいう。
また、エンドエフェクターが取り付けられるリンク８１が、多関節アーム構造における一端（末端）であり、本体部７１（基底部７０側）に取り付けられたジョイント７３がロボットアーム構造における他端（根元）に相当する。なお、以降の説明において、ロボットアーム構造におけるリンク８１に近い側を「末端側」、基底部７０に近い側を「根元側」という表現も用いる。
また、本体部７１には、ロボットアーム構造を回転駆動するためのモーター、および複数のギヤを含む減速機構などが組み込まれている。また、以降説明する各回転軸の近傍にも、該当するリンクやエンドエフェクターを駆動するためのモーター、および減速機構などが組み込まれている。

ジョイント７３の末端側に延在するように配置されたリンク７４の末端側には、ジョイント７５が組み合わされている。ジョイント７５は、肩軸９１と略直交するヨー軸であって、リンク７４をＸ軸方向に貫く第１番目のヨー軸９２を中心にして回動するように駆動される。第１番目のヨー軸９２は、リンク７４の末端側に位置している。ここで、「略直交」とは、完全に直交する構成に加えて、１０°以内の範囲で交差している構成を含むものと定義する。
なお、本実施形態１の多関節アームにおいて、第１番目のヨー軸９２と略平行なヨー軸は、本体側から順に第１〜第ｎ番目のヨー軸と、追番にて名称を付す。ここで、「略平行」とは、完全に平行である構成に加えて、１０°以内の範囲で交差している構成を含むものと定義する。
また、回転軸の延在方向は、ロボットが動作すると変化する（例えば、肩軸９１を中心に旋回した（捻れた）場合）ため、図１に示す、回動角度が初期状態の角度である状態を前提として説明する。また、本実施形態において「ヨー軸」とは、所望の面に沿ってアーム部材の長手軸を旋回させる回転軸のことをいう。

リンク７６は、ジョイント７５の末端側に延在するように配置されている。
リンク７６の末端側にはジョイント７７が組み合わされており、さらにこのジョイント７７の末端側にはリンク７８が組み付けられている。リンク７８は、ジョイント７７の末端側に延在するように配置されている。リンク７８が組み付けられたジョイント７７は、リンク７６の末端側をＸ軸方向に貫く第２番目のヨー軸９３を中心にして駆動される。

そして、リンク７８の末端側には、駆動伝達部５０と電装部６０とが設置されたジョイント７９が組み合わされている。ジョイント７９は、リンク７８の末端側をＹ軸方向に貫くロール軸９４を中心にしてジョイント７９がリンク７８に対して捻れ方向に回動するように駆動される。なお、本実施形態において「ロール軸」とは、前記した「ヨー軸」と直交する回転軸のことをいう。
また、ジョイント７９の末端側には、リンク８０が組み合わされており、このリンク８０は、ジョイント７９の末端側をＸ軸方向に貫く第３番目のヨー軸９５を中心にして駆動される。
リンク８０の末端側には、このリンク８０に延在するようにリンク８１が配置されている。リンク８１は、リンク８０の末端側をリンク８０からリンク８１の延在方向に沿うＹ軸方向、即ち、円柱状をなしたリンク８１の略中心を貫くロール軸９６を中心にしてリンク８１がリンク８０に対して捻れ方向に回動するように駆動される。

上述したように、多関節アームの末端側には、ロボット１０が行う所定の作業を実行する機構としてのエンドエフェクターが組み合わされる（不図示）。エンドエフェクターは、ロボット１０の用途により種々の形態のものを用いることができる。例えば、製造物の部品などを把持するロボットハンドなどの把持機構や、半田付けや溶接のような加工を行うツールをリンク８１の末端側に取り付けることにより、種々の作業を実施するロボット１０として用いることができる。

次に、上記した構成のロボット１０の多関節アームの関節駆動機構において、隣り合うアーム部材（リンク、ジョイント）同士を回動可能に連結する関節駆動機構について説明する。
まず、多関節アームの最末端のヨー軸である第３番目のヨー軸９５とは異なる回転軸（関節）の関節駆動機構について図面を参照して説明する。図２は、関節駆動機構としてのアクチュエーター２の正面構造を模式的に示す一部断面図である。なお、図２では、多関節アームの各関節部において根元側のアーム部材（リンクまたはジョイント）を基点リンク１１０と呼び、その基点リンク１１０に対して回動させる末端側のアーム部材を回動リンク１１２として説明する。
図２において、アクチュエーター２は、モーター２２、減速機２４、減速機出力軸カラー２６、減速機出力軸３０、及び少なくとも一部としてモーター２２のモーターフレーム３２を有する動力伝達軸３４で構成されている。

モーター２２は、ローター３８とローターシャフト４０とステータ４２とモーターフレーム３２とを備えている。モーター２２のローターシャフト４０は、減速機２４の入力軸と減速機２４の内部で接続されている。ローター３８の外周に、ステータ４２とモーターフレーム３２とが設けられている。ローターシャフト４０の回転力は減速機２４に伝達され、減速機２４はこの回転力のトルクを増大させたトルク出力を出力する。

減速機２４のフレーム３６は、モーター２２のモーターフレーム３２（或いは動力伝達軸３４）と接続されている。減速機２４は、モーター２２からの回転を減速し、回転のトルク出力を増大させて出力する。減速機２４は、内部に入力軸の回転を減速する歯車機構（図省略）と、減速機出力軸３０を支持する関節軸受機構（図省略）とを内蔵する。減速機２４の歯車機構は波動歯車を用いてもよいが、他の減速機構を用いてもよい。

減速機出力軸カラー２６は、減速機出力軸３０に接続され、減速機２４若しくは動力伝達軸３４の外周に配置されている。減速機出力軸カラー２６は、線条体２８が減速機２４と接触することを防止する。ここで、線条体２８は、配線及び配管の少なくとも一方である。なお、線条体とは、電力線（電線）、信号線、気体を送る気体用配管、及び液体を送る液体用配管等を総称している。気体用配管には真空用配管も含まれる。

減速機出力軸３０は、トルク出力を減速機２４から回動リンク１１２に伝達する。減速機出力軸３０の外周には、減速機出力軸３０に接続される減速機出力軸外筒１６が配置されている。減速機出力軸３０には、回動リンク１１２、減速機出力軸外筒１６、及び減速機出力軸カラー２６が接続されている。減速機出力軸３０は増大したトルク出力を回動リンク１１２に伝達する。減速機出力軸３０とは、減速機２４が出力したトルク出力を回動リンク１１２に伝達する全ての部材を対象とする。

動力伝達軸３４は、減速機２４のフレーム３６と基点リンク１１０とを接続する部材である。動力伝達軸３４は、少なくとも一部としてモーターフレーム３２を有している。例えば、動力伝達軸３４はモーターフレーム３２と一体構造である。これにより、一体化による放熱特性向上で高負荷駆動ができる。動力伝達軸３４は、モーター２２のモーターフレーム３２を兼ね、この中にモーター２２を構成するローター３８、ローターシャフト４０、及びステータ４２が組み込まれている。動力伝達軸３４は、基点リンク１１０と接続されている。動力伝達軸３４は、トルク出力の反力を減速機２４のフレーム３６から基点リンク１１０に伝達することによって、回動リンク１１２と基点リンク１１０とを互いに回動させる。動力伝達軸３４の外周には、動力伝達軸３４に接続される動力伝達軸外筒１４が配置されている。
この他に、アクチュエーター２には、回転数検出部（回転位置検出器）４４及びメカニカルブレーキ４６が設けられるが、設ける位置は図示された位置以外でもよい。

回転数検出部４４は基点リンク１１０の内部に配置されてもよい。これにより、基点リンク１１０と回動リンク１１２との間の長さを短くすることができ、関節駆動装置としてのアクチュエーター２を小型化することができる。回転数検出部４４は、ユニット構造を使用してもよいし、モジュール構造を使用してもよい。

減速機出力軸３０は、中心部を中空構造で構成され、モーター２２の回転軸は、減速機出力軸３０の中空構造の中を貫通させてメカニカルブレーキ４６の入力軸に接続され、メカニカルブレーキ４６のフレームは、回動リンク１１２の内部に配置されていてもよい。これにより、基点リンク１１０と回動リンク１１２との間の長さを短くすることができ、関節駆動装置としてのアクチュエーター２を小型化することができる。

次に、本発明の特徴であるロボット１０の多関節アームにおける最末端側の関節駆動機構である駆動伝達部５０と、電装部６０との詳細について図面を参照しながら説明する。
まず、駆動伝達部５０について説明する。図３は、ロボット１０のジョイント７９に対してリンク８０を屈伸させる（ヨー軸を回転軸として回動させる）駆動伝達部５０の構造を模式的に示す斜視図であって、当該駆動伝達部５０以外の部材を一部省略するとともに、ジョイント７９内部の駆動伝達部５０の構造を説明する便宜上、一部を透視して示す図である。

上記した複数のリンクやジョイントなどのアーム部材が、ロール軸およびヨー軸により連結された複数の関節駆動機構を有するロボット１０の多関節アームにおいて、最末端側のヨー軸である第３番目のヨー軸９５を回転軸とした関節駆動機構としての駆動伝達部５０は、ジョイント７９に設置されている（図１を参照）。更に詳細には、駆動伝達部５０は、ジョイント７９の第３番目のヨー軸９５と略直交する方向の側面のうちの一方の側面に配置されている。なお、本実施形態において「略直交」とは、完全に直交する構成に加えて、１０°以内の範囲で交差している構成を含む意味である。

その第３番目のヨー軸９５を含む駆動伝達部５０の詳細を示す図３において、ジョイント７９には、第３番目のヨー軸９５を回転軸として回動する従動輪としての従動プーリー８６と、第３番目のヨー軸９５の駆動回転源としてのモーター８０Ｍと、そのモーター８０Ｍにより第３番目のヨー軸９５と同じ回転軸回りに回動する駆動軸９７と、駆動軸９７を介してモーター８０Ｍにより回動する駆動輪としての駆動プーリー８５とを有している。また、モーター８０Ｍ近傍には、回転位置検出器（位置検出器）６５が設けられるが、設ける位置は図示された位置以外でもよい。回転位置検出器６５は、ユニット構造を使用してもよいし、モジュール構造を使用してもよい。
そして、駆動プーリー８５と従動プーリー８６とは無縁の動力伝達策条としてのタイミングベルト８７を介して連結されている。また、駆動プーリー８５と従動プーリー８６との間には、タイミングベルト８７のテンションを調整するためにタイミングベルト８７の動きに従って回動可能に接触させたプーリーを有するアイドラー８８が配置されている。
以上、説明した構成のロボット１０は産業用ロボットには限定されず、医療用ロボットや家庭用ロボットであっても良い。

上記したジョイント７９に設置された関節駆動機構において、第３番目のヨー軸９５の回転軸線と、多関節アームにおいて第３番目のヨー軸９５に隣接する第２番目のヨー軸９３の回転軸線とを結ぶ仮想の線Ｐ１上とは異なる位置に、駆動軸９７がその回転軸線を位置させて配置されている。
これにより、第３番目のヨー軸９５にも駆動用回転源としてのモーターを直接接続する構造よりも、第３番目のヨー軸９５を設置するアーム部材としてのジョイント７９の小型化が図れる。具体的には、第３番目のヨー軸９５の軸方向にモーターが配置されることによる多関節アームの延伸方向と直交するアーム幅方向へのジョイント７９の幅の増大が抑えられる。

しかも、第３番目のヨー軸９５の回転軸線と、隣接するヨー軸である第２番目のヨー軸９３の回転軸線とを結んだ仮想の線Ｐ１上とは異なる位置に回転軸線をずらして駆動軸９７が配置されていることにより、ジョイント７９において仮想の線Ｐ１を挟んで駆動軸９７とは反対側の領域に、第３番目のヨー軸９５回りに回動させたアーム部材としてのリンク８０およびその末端側に組み込まれたリンク８１や図示しないエンドエフェクターが干渉しないスペースを広く確保することができる。

また、第３番目のヨー軸９５と、隣接するヨー軸である第２番目のヨー軸９３とが一直線上に配置されているので、多関節アームの末端側に取り付けたエンドエフェクターにより所望の作業を実施すべく多関節アームを動作させてエンドエフェクターを所望の位置に移動させる制御を実施したときの特異点が抑えられ、エンドエフェクターの移動の連続性を高く確保することができる。

したがって、上記実施形態１のロボット１０によれば、多関節アームを備えたロボットにおいて、高精度な作業を実行可能な小型・軽量のロボット１０を提供することができる。

特に、上記実施形態１のロボット１０では、駆動軸９７が、仮想の線Ｐ１に対して多関節アームの回動角度を大きくする方向とは逆の方向にずらして配置されているので、多関節アームの回動角度を大きくする方向とは反対側の方向の多関節アームの移動の自由度が高いロボットを提供することができる。具体的には、多関節アームの最末端のリンク８１に取り付けたエンドエフェクターにより、ロボット１０の鉛直方向下方の本体部（基体）７１側、即ち、人でいうところの手元付近の細かい作業に好適なロボット１０を提供することができる。

次に、電装部６０について説明する。図４は、電装部６０の概略構成を模式的に示す斜視図であって、当該電装部６０以外の部材を一部省略するとともに、ジョイント７９内部の電装部６０の構造を説明する便宜上、一部を透視して示している。
図４において、電装部６０は、上記した駆動伝達部５０が設置されたジョイト７９の一方の側面の反対側の他方の側面に配置されている。電装部６０は、第３番目のヨー軸９５（図１を参照）の末端側のリンク８０およびそれに取り付けられるエンドエフェクターなどの駆動系にフラットケーブル（配線部材）としてのＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）６８を介して駆動電力および電気信号を送るための中継基板６１を含む。

絶縁性の基材に回路配線が形成された中継基板６１には、駆動回路などを構成する種々の電子部品６３や、ＦＰＣ６８用のコネクター６７が実装されている。
第３番目のヨー軸９５を有するアーム部材としてのジョイント７９に対して根元側に隣り合うアーム部材としてのリンク７８からは配線としてのＦＰＣ６９が引き出されて中継基板６１に接続されている。このＦＰＣ６９は、リンク７８とジョイント７９との連結部において、図３に示す仮想の線Ｐ１よりも駆動軸９７側の位置から導入されて中継基板６１に接続されている。これにより、配線としてのＦＰＣ６９の長さが短縮され、関節構造の小型化に有利である。

中継基板６１に実装された複数のコネクター６７の各々には、ＦＰＣ６８の一端側が挿入・固定され、他端側がジョイント７９の末端側の配線経路８３からリンク８０に引き出されてリンク８０側に設けられた図示しない回路基板のコネクターに挿入・固定されている。リンク８０に設置された図示しない回路配線基板に接続されている。

リンク７８からジョイント７９に導入される配線としてのＦＰＣ６９、および、ジョイント７９の電装部６０からリンク８０に引き出される配線部材としてのＦＰＣ６８は、図３に示す第３番目のヨー軸９５方向に電装部６０を平面視したときに回転位置検出器６５と重ならない位置に配置されている。これにより、ロボット１０の駆動に伴うＦＰＣ６８．６９の発熱から回転位置検出器６５を遠ざける配置とすることができるので、回転位置検出器（エンコーダー）６５の熱による誤動作を抑制し、第３番目のヨー軸９５の駆動用回転源としてのモーター８０Ｍを含む駆動伝達部５０を適切に制御することができる。

また、本実施形態では、配線としてＦＰＣ６９を、また、配線部材としてＦＰＣ６８を用いている。ＦＰＣは、可撓性を有し、また、薄いので、電装部の実装構造の薄型化・小型化に効果を奏する。また、屈曲させやすいことから配線の引き回し経路の自由度が高いうえに、関節構造における可動部の動きに追従してダメージを受け難いので信頼性の確保にも効果があり、配線または配線部材として好適である。

ここで、電装部６０の中継基板６１とリンク８０との電気的な接続に供する配線部材のとしてのＦＰＣ６８の配置等の一実施形態について詳細に説明する。図５は、実施形態１のロボットの電装部６０を図４の矢印Ａの方向からみて示す一部模式図である。
図５に示すように、電装部６０において、中継基板６１に実装された複数のコネクター６７は、電装部６０からリンク８０に向かう方向に所定の間隔を空けて並設されている。各コネクター６７にはＦＰＣ６８の接続端子が設けられた一端側が挿入され、図示しないストッパー機構により容易に抜けないように固定されている。コネクター６７に挿入・固定された各ＦＰＣ６８は、接続端子の他端側近傍に設けられた補強板６４の他端側でリンク８０側に折り曲げられ、複数のＦＰＣ６８が水平方向に重ねられてリンク８０側に引き出されている。図５では、４つのコネクター６７のそれぞれにＦＰＣ６８ａ〜６８ｄが挿入・固定され、リンク８０側に折り曲げられた後に中継基板６１側から順にＦＰＣ６８ａ、ＦＰＣ６８ｂ、ＦＰＣ６８ｃ、ＦＰＣ６８ｄが重ねられている。

ここで、最も中継基板６１側にあるＦＰＣ６８ａは信号線用の配線部材であり、中継基板６１から離れる方向に重なるＦＰＣ６８ｄとＦＰＣ６８ｃとが電力線用の配線部材である。また、信号線用のＦＰＣ６８ａと、電力線用のＦＰＣ６８ｃ，６８ｄとの間に配置されたＦＰＣ６８ｂは金属層を含むシールド部材であり、コネクター６７を介してグランドに接地されている。このように、電力線用のＦＰＣ６８ｃ，６８ｄを、信号線用のＦＰＣ６８ａよりも中継基板６１から離れる方向に配置して重ねるとともに、電力線用のＦＰＣ６８ｃ，６８ｄと信号線用のＦＰＣ６８ａとの間に接地されたシールド部材からなるＦＰＣ６８ｂを配置して重ねることにより、中継基板６１に形成された他の電子回路や信号線用のＦＰＣ６８ａに対して、電力線から発生する熱や電子線が及ぼす電気的な干渉などの悪影響を抑制することができる。
なお、電力線用のＦＰＣ６８ｃ，６８ｄと信号線用のＦＰＣ６８ａとの間にシールド部材からなるＦＰＣ６８ｂを配置する構成に限らず、熱や電力線の遮蔽効果を有する絶縁性の部材を配置する構成としてもよい。この場合、絶縁性の部材をコネクター６７に挿入する必要はない。

（変形例）
図６は、ロボットの電装部の変形例を示すものであり、図４の矢印Ａの方向からみて示す一部模式図である。
図６に示す本変形例の電装部６０´において、中継基板６１´の一方の面には、上記実施形態の中継基板６１と同様に四つのコネクター６７にＦＰＣ６８ａ〜６８ｄが挿入・固定され、リンク８０側に折り曲げられてから重ねてリンク８０側に引き出されているとともに、中継基板６１´の他方の面にも複数のコネクター６７´が実装され、各コネクター６７´にＦＰＣ６８´ａ〜６８´ｄが挿入・固定され、各ＦＰＣ６８´ａ〜６８´ｄは、補強板６４´の他端側でリンク８０側に折り曲げられてから、更に中継基板６１´側に折り曲げられ、中継基板６１´の一方の面側から引き出されたＦＰＣ６８と重ねられてリンク８０側に引き出されている。

本変形例によれば、多関節アームを有するロボット１０（図１を参照）のエンドエフェクターが取り付けられる末端側において、中継基板６１´のサイズを抑えながら多数の配線部材（ＦＰＣ）を介した中継基板６１´による接続構造を構成することができる。

（実施形態２）
次に、ロボットの実施形態２について、図面を参照して説明する。
図７は、実施形態２に係るロボットを模式的に示す説明図である。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
図７において、本実施形態２のロボット２００は、胴体部２１３に、実施形態１のロボット１０と同じ構成の２つの第１ロボットアーム１０Ａおよび第２ロボットアーム１０Ｂが設置されてなる双腕ロボットである。

ロボット２００は、このロボット２００を支持する架台２１１と、架台２１１に固設された円柱状の胴体部２１３と、胴体部２１３の架台２１１側とは反対側の上部に胴体部２１３から略直角に突設された第１アーム連結部２１５Ａおよび第２アーム連結部２１５Ｂとを有している。

第１アーム連結部２１５Ａの胴体部２１３側とは反対側の第１ロボットアーム１０Ａ設置面側は、第１アーム連結部２１５Ａの突設方向に貫く第０回転軸Ｊ０ＡＬ回りに回動可能な第１アーム固定部Ｊ０Ａを有している。そして、第１アーム固定部Ｊ０Ａには、上記実施形態のロボット１０と同一構成の第１ロボットアーム１０Ａの本体部７１が固定されている。
同様に、第２アーム連結部２１５Ｂの胴体部２１３側とは反対側の第２ロボットアーム１０Ｂ設置面側は、第２アーム連結部２１５Ｂの突設方向に貫く第０回転軸Ｊ０ＢＬ回りに回動可能な第２アーム固定部Ｊ０Ｂを有している。そして、第２アーム固定部Ｊ０Ｂには、上記実施形態１のロボット１０と同一構成の第２ロボットアーム１０Ｂの本体部７１が固定されている。

６軸制御の第１ロボットアーム１０Ａおよび第２ロボットアーム１０Ｂともに、第１アーム固定部Ｊ０Ａおよび第２アーム固定部Ｊ０Ｂが第０回転軸Ｊ０ＡＬおよび第０回転軸Ｊ０ＢＬをそれぞれ有していることにより、実質的に７軸制御のロボット２００として、第１ロボットアーム１０Ａおよび第２ロボットアーム１０Ｂのそれぞれを多彩な軌道にて自由度の高い移動を実現することができる。

本実施形態２に係るロボット２００によれば、上記実施形態１で説明したロボット１０と同一構成の第１ロボットアーム１０Ａおよび第２ロボットアーム１０Ｂを備えているので、多様な作業を高精度にて行うことが可能な、小型の双腕ロボット２００を提供することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

例えば、上記実施形態では、配線や配線部材としてＦＰＣ６８，６８´，６９を用いた構成を説明したが、これに限らない。例えばハーネスのような他のフラットケーブルを用いてもよいし、リード線を用いることもできる。

また、上記実施形態１では、駆動軸９７が、仮想の線Ｐ１に対して多関節アームの回動角度を大きくする方向とは逆の方向にずらして配置され、ロボット１０の鉛直方向下方の本体部（基体）７１側、即ち、人が作業する場合の手前側手元付近の細かい作業に好適なロボット１０を構成した例を説明した。
これに限らず、駆動軸９７を、仮想の線Ｐ１に対して多関節アームの回動角度を大きくする方向にずらして配置する構成としてもよい。
このようにすれば、仮想の線Ｐ１に対して多関節アームの回動角度を大きくする方向の多関節アームの移動の自由度が高いロボットを提供することができ、例えば、エンドエフェクターにより、被作業物を鉛直方向上方に持ち上げる方向のロボットの本体部（基体）寄りの領域の作業に好適なロボットを提供することができる。

また、上記実施形態２のロボット２００は、第１ロボットアーム１０Ａおよび第２ロボットアーム１０Ｂの二つのロボットアームを有する双腕ロボットである構成を説明した。これに限らず、３つ以上のロボットアームを備える構成としてもよい。

１０，２００…ロボット、１０Ａ…第１ロボットアーム、１０Ｂ…第２ロボットアーム、５０…駆動伝達部、６０…電装部、６１，６１´…中継基板、６７，６７´…コネクター、６８，６８ａ〜６８ｄ，６８´，６８´ａ〜６８´ｄ…配線部材（フラットケーブル）としてのＦＰＣ、６９…配線としてのＦＰＣ、７１…基体としての本体部、７２…制御部、７３，７５，７７，７９…アーム部材としてのジョイント、７４，７６，７８，８０，８１…アーム部材としてのリンク、８０Ｍ…駆動用回転源としてのモーター、８５…駆動輪としての駆動プーリー、８６…従動輪としての従動プーリー、８７…無縁の動力伝達策条としてのタイミングベルト、８８…アイドラー、９１…肩軸、９２…第１番目のヨー軸、９３…第２番目のヨー軸、９４，９６…ロール軸、９５…第３番目のヨー軸、９７…駆動軸、Ｐ１…仮想の線。

Claims (7)

1. 基体と、複数のアーム部材と前記複数のアーム部材を連結して回動させる関節駆動機構を含む多関節アームと、を有し、
   前記多関節アームは、前記基体に対する肩軸回りに回動するように連結され、
   隣り合う前記アーム部材が、前記肩軸と平行なロール軸、または、前記ロール軸と直交なヨー軸のいずれかの軸回りに回動するように連結され、
   前記ヨー軸が前記基体側から順に第１番目のヨー軸〜第ｎ番目のヨー軸とすると（ｎは3以上の整数）、
   前記第ｎ番目のヨー軸を有する前記アーム部材において、
   前記第ｎ番目のヨー軸の駆動源と、前記駆動源から伝達される動力によって回転する駆動輪と、無縁の動力伝達策条を介して前記駆動輪から動力を伝達されて前記第ｎ番目のヨー軸として回転する従動輪と、を有する駆動伝達部が設置され、
   電力線および信号線を中継する中継基板を含む電装部が前記中継基板の実装面と前記第ｎ番目のヨー軸とが交差するように設置され、
   前記多関節アームの前記ロール軸と前記ヨー軸とが交差する状態において、
   前記第ｎ番目のヨー軸に隣在する前記ヨー軸の回転軸線と、前記第ｎ番目のヨー軸の回転軸線とを結ぶ仮想の線上には前記駆動軸が配置されず、
   前記第ｎ番目のヨー軸を有する前記アーム部材の前記基体側に隣り合うアーム部材から前記中継基板に配線される配線が、前記仮想の線よりも前記駆動輪側の位置から導入されていることを特徴とするロボット。
2. 請求項１に記載のロボットにおいて、
   前記配線の少なくとも一部がフラットケーブルであることを特徴とするロボット。
3. 請求項１または２に記載のロボットにおいて、
   前記電装部は、前記駆動源の回転位置検出器を含み、
   前記中継基板の実装面を平面視したときに、前記回転位置検出器と前記配線とが重ならないように配置されていることを特徴とするロボット。
4. 請求項２または３に記載のロボットにおいて、
   複数の前記フラットケーブルには電力線用フラットケーブルおよび信号線用フラットケーブルが含まれ、前記電力線用フラットケーブルが前記信号線用フラットケーブルよりも前記中継基板から離れるように重ねられていることを特徴とするロボット。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載のロボットにおいて、
   複数の前記フラットケーブルには電力線用フラットケーブルおよび信号線用フラットケーブルが含まれ、前記電力線用フラットケーブルと前記信号線用フラットケーブルとの間に絶縁部材またはシールド部材が配置されていることを特徴とするロボット。
6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載のロボットにおいて、
   前記フラットケーブルを接続するコネクター部品が前記中継基板の実装面のいずれか一方の面または両面に実装されていることを特徴とするロボット。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボットにおいて、
   前記基体に複数の前記多関節アームを連結したことを特徴とするロボット。

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