JP2015085482A - ロボット、制御装置及びロボットシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】配線数の低減に寄与できるロボットを提供する。
【解決手段】第1のアーム30と、第2のアーム40と、第1のアーム及び第2のアームを支持する胴体部20と、第1のアームに設けられた第1の検出器36と、第2のアームに設けられた第2の検出器46と、胴体部に設けられた第3の検出器21と、第1の検出器、第2の検出器及び第3の検出器の検出結果に基づいて、第1のアーム及び第2のアームの動作を制御する制御部50と、第1の検出器、第3の検出器及び制御部を直列的に接続する第1の配線部60と、第2の検出器、及び制御部を直列的に接続する第2の配線部70と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、ロボット、制御装置及びロボットシステムに関するものである。
アームを備えたロボットにおいて、アームに設けられたセンサー等に配線を接続する技術としては、例えば、特許文献1に記載されたものが開示されている。特許文献1に記載された技術は、アーム内の中空空間内にパラレル配線を収納し、このパラレル配線を手首に取り付けられたツールまで配している。
特開2002−79487号公報
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
センサー等にパラレル配線されているため、配線数が増加するという問題が生じる。特に、近年の多機能化したロボットにおいてはセンサー等の数が増加しており、各センサーサーとセンサー等の出力信号が入力する制御器との間にそれぞれ配線を設けると配線数が大幅に増加してしまう。配線数の増加はロボットの小型化を阻害するとともに、ロボット駆動時の抵抗が大きくなったり、配線に加わる捻れ等の負荷も大きくなり、ロボットの俊敏性や安定性を低下させる可能性がある。
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、配線数の低減に寄与できるロボット、制御装置及びロボットシステムを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の一態様に係るロボットは、第1のアームと、第2のアームと、前記第1のアーム及び前記第2のアームを支持する胴体部と、前記第1のアームに設けられた第1の検出器と、前記第2のアームに設けられた第2の検出器と、前記胴体部に設けられた第3の検出器と、前記第1の検出器、前記第2の検出器及び前記第3の検出器の検出結果に基づいて、前記第1のアーム及び前記第2のアームの動作を制御する制御部と、前記第1の検出器、前記第3の検出器及び前記制御部を直列的に接続する第1の配線部と、前記第2の検出器、及び前記制御部を直列的に接続する第2の配線部と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、第1の検出器、第3の検出器及び制御部が直列的に接続(所謂、デイジーチェーン接続、以下同様)され、第2の検出器、及び前記制御部が直列的に接続されるため、各検出器毎に制御部と配線する場合と比較して配線数を大幅に低減することが可能となる。
その結果、本発明では、ロボットの小型化及び俊敏性や安定性を向上させることができる。
上記構成においては、前記第1の配線部と前記第2の配線部との少なくとも一方が、シリアル通信が行われる配線部である構成を好適に採用できる。
この構成では、複数の検出器に対する信号伝達が一つの配線で逐次行われるため、パラレル通信により信号伝達が行われる場合と比較して配線数の低減に寄与できる。
上記構成においては、前記第1の検出器、前記第2の検出器、前記第3の検出器は、それぞれ所定の検出方向の動作に関する情報を検出可能であり、前記第1の検出器及び前記第2の検出器が検出可能な検出方向の数は、前記第3の検出器が検出可能な検出方向の数よりも多い構成を好適に採用できる。
この構成では、第1の検出器及び第2の検出器が検出可能な検出方向の数が、第3の検出器が検出可能な検出方向の数よりも多い場合でも、配線数を低減することが可能となる。
上記構成においては、複数設けられた前記第1の検出器は、隣り合う第1の検出器のうち、前記第1の配線部において前記制御部から遠い側の第1の検出器が検出可能な検出方向の数が、前記制御部に近い側の第1の検出器が検出可能な検出方向の数以上であり、複数設けられた前記第2の検出器は、隣り合う第2の検出器のうち、前記第2の配線部において前記制御部から遠い側の第2の検出器が検出可能な検出方向の数が、前記制御部に近い側の第2の検出器が検出可能な検出方向の数以上である構成を好適に採用できる。
この構成では、隣り合う第1の検出器のうち、前記第1の配線部において前記制御部から遠い側の第1の検出器が検出可能な検出方向の数が、前記制御部に近い側の第1の検出器が検出可能な検出方向の数以上である場合、及び隣り合う第2の検出器のうち、前記第2の配線部において前記制御部から遠い側の第2の検出器が検出可能な検出方向の数が、前記制御部に近い側の第2の検出器が検出可能な検出方向の数以上である場合でも、配線数を低減することが可能となる。
上記構成においては、前記第1の検出器及び前記第2の検出器は、それぞれ角速度検出器を含む構成を好適に採用できる。
この構成では、第1のアーム及び第2のアームに角速度検出器が設けられる場合についても配線数を低減することが可能となる。
上記構成においては、前記第1の検出器及び前記第2の検出器は、それぞれ前記制御部に対して前記角速度検出器よりも遠い側に設けられた力検出器を含む構成を好適に採用できる。
この構成では、前記制御部に対して前記角速度検出器よりも遠い側に力検出器が設けられる場合についても配線数を低減することが可能となる。
本発明の一態様に係るロボットは、第1のアームと、第2のアームと、前記第1のアーム及び前記第2のアームを支持する胴体部と、前記第1のアームに設けられた第1の検出器と、前記第2のアームに設けられた第2の検出器と、前記胴体部に設けられた第3の検出器と、前記第1のアームの先端部に設けられた第1の駆動装置と、前記第1のアームに設けられ前記第1の駆動装置の駆動を制御する第1の駆動制御器と、前記第2のアームの先端部に設けられた第2の駆動装置と、前記第2のアームに設けられ前記第2の駆動装置の駆動を制御する第2の駆動制御器と、前記第1の検出器、前記第2の検出器及び前記第3の検出器の検出結果に基づいて、前記第1のアーム及び前記第2のアームの動作を制御するとともに、前記第1の駆動制御器及び前記第2の駆動制御器を介して前記第1の駆動装置及び前記第2の駆動装置の駆動を制御する制御部と、前記第1の検出器、前記第3の検出器及び前記制御部を直列的に接続する第1の配線部と、前記第2の検出器及び前記制御部を直列的に接続する第2の配線部と、を備え、前記第1の配線部と前記第2の配線部との少なくとも一方は、シリアル通信が行われる配線部であり、前記第1の検出器及び前記第2の検出器は、それぞれ角速度検出器と、前記制御部に対して前記角速度検出器よりも遠い側に設けられた力検出器とを含み、前記第1の検出器、前記第2の検出器、前記第3の検出器は、それぞれ所定の検出方向の動作に関する情報を検出可能であり、前記角速度検出器が検出可能な検出方向の数は、前記第3の検出器が検出可能な検出方向の数よりも多く、前記力検出器が検出可能な検出方向の数は、前記角速度検出器が検出可能な検出方向の数よりも多く、前記第1の駆動制御器と前記制御部との間の信号伝達は、前記第1の配線部を介して行われ、前記第2の駆動制御器と前記制御部との間の信号伝達は、前記第2の配線部を介して行われることを特徴とする。
この構成では、第1の検出器、第3の検出器及び制御部が直列的に接続され、第2の検出器、及び前記制御部が直列的に接続されるため、各検出器毎に制御部と配線する場合と比較して配線数を大幅に低減することが可能となる。
その結果、本発明では、ロボットの小型化及び俊敏性や安定性を向上させることができる。
また、上記の構成では、複数の検出器に対する信号伝達が一つの配線で逐次行われるため、パラレル通信により信号伝達が行われる場合と比較して配線数の低減に寄与できるとともに、第1の検出器及び第2の検出器が検出可能な検出方向の数が、第3の検出器が検出可能な検出方向の数よりも多い場合でも、配線数を低減することが可能となる。
さらに、上記の構成では、第1の検出器及び第2の検出器が検出可能な検出方向の数が、第3の検出器が検出可能な検出方向の数よりも多い場合でも、配線数を低減することが可能となるとともに、隣り合う第1の検出器のうち、前記第1の配線部において前記制御部から遠い側の第1の検出器が検出可能な検出方向の数が、前記制御部に近い側の第1の検出器が検出可能な検出方向の数以上である場合、及び隣り合う第2の検出器のうち、前記第2の配線部において前記制御部から遠い側の第2の検出器が検出可能な検出方向の数が、前記制御部に近い側の第2の検出器が検出可能な検出方向の数以上である場合でも、配線数を低減することが可能となる。
また、上記構成では、第1のアーム及び第2のアームに角速度検出器が設けられ、前記制御部に対して前記角速度検出器よりも遠い側に力検出器が設けられる場合についても配線数を低減することが可能となる。
さらに、上記構成では、前記第1の駆動制御器と前記制御部との間の信号伝達は、前記第1の配線部を介して行われ、前記第2の駆動制御器と前記制御部との間の信号伝達は、前記第2の配線部を介して行われるため、第1の駆動制御器と制御部との間、及び第2の駆動制御器と制御部との間に別途配線を設ける必要がなくなる。
本発明の一態様に係る制御装置は、本発明の一態様のロボットを制御することを特徴とするものである。
本発明の一態様に係るロボットシステムは、本発明の一態様のロボットを備えることを特徴とするものである。
第1実施形態に係るロボット1の構成を示す模式的な正面図である。 第2実施形態に係るロボット1の構成を示す模式的な正面図である。 第3実施形態に係るロボット1の構成を示す模式的な正面図である。
以下、本発明のロボット、制御装置及びロボットシステムの実施の形態を、図1ないし図3を参照して説明する。
なお、以下の実施の実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせている。
(第1実施形態)
図1は、双腕型のロボット1の構成を示す模式的な正面図である。
ロボット1は、基台10と、胴体部20と、第1のアーム30と、第2のアーム40と、制御部(演算部)50と、第1の配線部60と、第2の配線部70とを備えている。
以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内で第1のアーム30と第2のアーム40とが並ぶ方向(図1中、左右方向)をX方向、水平面内においてX軸方向と直交する方向(図1中、紙面と直交する方向)をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに直交する方向(すなわち鉛直方向)をZ軸方向とする。また、X軸、Y軸、及びZ軸まわりの回転(傾斜)方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ方向とする。
胴体部20は、第1のアーム30及び第2のアーム40を支持するものである。胴体部20は、基台10の内部に設けられた回動機構(図示せず)によって、基台10に対してθZ方向に回転する。胴体部20には角速度検出器(第3の検出器)21が設けられている。角速度検出器21は、θZ方向を検出方向とするものであり、例えば、水晶振動子を用いたジャイロセンサーが用いられる。
第1のアーム30は、腕部31、32、ハンド部33を備えている。
腕部31は、回動機構34によって、胴体部20に対してθY方向に移動可能である。腕部32は、回動機構35によって、腕部31に対してθY方向に移動可能である。また、第1のアーム30には、角速度検出器(第1の検出器)36が設けられている。角速度検出器36は、θZ方向、θY方向及びθX方向の3方向を検出方向とするものであり、例えば、水晶振動子を用いたジャイロセンサーが用いられる。
第2のアーム40は、腕部41、42、ハンド部43を備えている。
腕部41は、回動機構44によって、胴体部20に対してθY方向に移動可能である。腕部42は、回動機構45によって、腕部41に対してθY方向に移動可能である。また、第2のアーム40には、角速度検出器(第2の検出器)46が設けられている。角速度検出器46は、θZ方向、θY方向及びθX方向の3方向を検出方向とするものであり、例えば、水晶振動子を用いたジャイロセンサーが用いられる。
制御部50は、角速度検出器21、36、46から入力する検出結果に基づいて、回動機構34、35の回動、胴体部20のθZ方向の回動、及びハンド部33、43の駆動(把持動作等)を制御するものである。制御部50には、上位制御装置(制御装置)100が接続されている。上位制御装置100は、制御部50に対してロボット1に要求される動作(ハンド部33、43の位置、動作等)を指示するとともに、例えば、複数基のロボット1を各基の制御部50を介して統括的に制御したり、ロボット1が設置された場所とは離間した場所に配置されたサーバ等を介してロボット1を遠隔制御を行う。上記ロボット1及び上位制御装置100によって、ロボットシステムが構成される。
角速度検出器36、角速度検出器21及び制御部50は、第1の配線部60によって直列的に接続(所謂、デイジーチェーン接続)されている。第1の配線部60は、信号伝達が逐次的に行われるシリアル通信が行われる配線部である。角速度検出器21及び制御部50は、第2の配線部70によって直列的に接続され、且つ第2の配線部70において、信号伝達が逐次的に行われるシリアル通信が行われる。
上記構成のロボット1においては、制御部50の制御により胴体部20がθZ方向に回動することにより、ハンド部33、43をθZ方向の所定位置に移動させることができる。また、第1のアーム30においては、制御部50が回動機構34、35の回動量を制御することにより、腕部31、32がそれぞれθY方向に回動し、ハンド部33をZ方向及びX方向の所定位置に移動させることができる。さらに、第2のアーム40においては、制御部50が回動機構44、45の回動量を制御することにより、腕部41、42がそれぞれθY方向に回動し、ハンド部43をZ方向及びX方向の所定位置に移動させることができる。
上記胴体部20の動作時には、角速度検出器21によってθZ方向の角速度が検出され、検出信号が第1の配線部60を介して制御部50に伝達される。また、第1のアーム30の動作時には、角速度検出器36によってθZ方向、θY方向及びθX方向の角速度がそれぞれ検出され、各検出信号が第1の配線部60を介して制御部50に伝達される。制御部50は、入力した検出信号からハンド部33、43の位置、姿勢を演算して求め、ハンド部33、43が上位制御装置100に指示された所定位置となるように、胴体部20を回動する回動機構、回動機構34、35及び回動機構44、55の駆動量をサーボ制御する。制御部50出力される胴体部20の回動量の制御信号及び回動機構34、35の制御信号は第1の配線部60を介して各回動機構に伝達される。制御部50出力される回動機構44、45の制御信号は第2の配線部70を介して各回動機構に伝達される。
上記角速度検出器21、36から制御部50に送信される検出信号、及び制御部50から胴体部20を回動する回動機構、回動機構34、35に送信される制御信号は、角速度検出器21、36、制御部50がデイジーチェーン接続された第1の配線部60を介して伝送されるため、各信号はシリアル通信によって逐次伝送される。同様に、角速度検出器46から制御部50に送信される検出信号、及び制御部50から回動機構44、45に送信される制御信号は、角速度検出器46、制御部50がデイジーチェーン接続された第2の配線部70を介して伝送されるため、各信号はシリアル通信によって逐次伝送される。
以上説明したように、本実施形態では、角速度検出器21、36及び制御部50が第1の配線部60によって直列的に接続され、角速度検出器46及び制御部50が第2の配線部70によって直列的に接続されているため、各角速度検出器21、36、46を個々に制御部50に接続する場合と比較して配線を低減することが可能となる。その結果、本実施形態では、ロボット1の小型軽量化、俊敏性及び安定性を向上させることができる。また、本実施形態では、各配線部60、70においてシリアル通信が行われるため、各検出器からの信号も円滑に伝送することができる。
なお、上記実施形態では、第2の配線部70についてもシリアル通信が行われるものとして説明したが、制御部50と接続される機器が一つの場合は、必ずしもシリアル通信を行う必要はない。
(第2実施形態)
次に、ロボット1の第2実施形態について図2を参照して説明する。
この図において、図1に示す第1実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係るロボット1は、第1のアーム30にハンド部33に加わる力を検出するための力検出器(力覚センサー、第1の検出器)37が設けられている。力検出器37は、Z方向、Y方向、X方向、θZ方向、θY方向、θX方向の6つの方向を検出方向としており、第1の配線部60において制御部50に対して角速度検出器36よりも遠い側に直列的に接続されている。同様に、第2のアーム40には、ハンド部43に加わる力を検出するための力検出器(力覚センサー、第2の検出器)47が設けられている。力検出器47は、Z方向、Y方向、X方向、θZ方向、θY方向、θX方向の6つの方向を検出方向としており、第2の配線部70において制御部50に対して角速度検出器46よりも遠い側に直列的に接続されている。
他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
本実施形態では、上記第1実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、2つのアーム30、40がそれぞれ複数の検出器を備える場合でも、検出器毎に制御部50と接続する配線を用いる必要がなくなり、ロボット1の小型軽量化を図ることができる。また、本実施形態では、各配線部60、70において、隣り合う検出器のうち、制御部50から遠い側の検出器の検出方向が制御部50に近い側の検出器の検出方向以上となっている場合でも、各配線60、70においてシリアル通信で信号伝送が行われるため、円滑な信号伝送を実現できる。
(第3実施形態)
次に、ロボット1の第3実施形態について図3を参照して説明する。
この図において、図2に示す第2実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
図3に示すロボット1は、第1のアーム30においてハンド部33を駆動するアクチュエータ(第1の駆動装置)38と、アクチュエータ38の駆動を制御する第1の駆動制御器39とが配線L1で接続されて設けられている。同様に、第2のアーム40には、ハンド部43を駆動するアクチュエータ(第2の駆動装置)48と、アクチュエータ48の駆動を制御する第2の駆動制御器49とが配線L2で接続されて設けられている。
第1の駆動制御器39は、第1の配線部60において、角速度検出器36と力検出器37との間に介装され、角速度検出器21及び制御部50も含めて直列的に接続されている。第2の駆動制御器49は、第2の配線部70において、角速度検出器46と力検出器47との間に介装され、角速度検出器21も含めて直列的に接続されている。
本実施形態では、上記第2実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、検出器とは異なる種類の機器(第1、第2の駆動制御器39、49)がアームに設けられる構成であっても、制御部50と接続するための配線を別途用いる必要がなく、さらなる配線数削減に寄与できる。また、上記構成のように、異種の機器がアームに設けられる場合でも、各配線部60、70においてシリアル通信で逐次的に信号が伝送されるため、円滑な信号伝送を実現できる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記実施形態では、ロボット1が2つのアーム30、40を備える構成としたが、これに限定されるものではなく、3つ以上のアームを備える構成であってもよい。また、上記実施形態で例示した検出器や駆動制御器の種類・個数は一例であり、信号伝送が行われる他の種類の機器を、上記で示した個数でアーム等に設ける構成であってもよい。
1…ロボット、 20…胴体部、 21…角速度検出器(第3の検出器)、 30…第1のアーム、 36…角速度検出器(第1の検出器)、 37…力検出器(力覚センサー、第1の検出器)、 38…アクチュエータ(第1の駆動装置)、 39…第1の駆動制御器、 40…第2のアーム、 46…角速度検出器(第2の検出器)、 47…力検出器(力覚センサー、第2の検出器)、 48…アクチュエータ(第2の駆動装置)、 49…第2の駆動制御器、 50…制御部(演算部)、 60…第1の配線部、 70…第2の配線部、 100…上位制御装置(制御装置)

Claims (9)

  1. 第1のアームと、
    第2のアームと、
    前記第1のアーム及び前記第2のアームを支持する胴体部と、
    前記第1のアームに設けられた第1の検出器と、
    前記第2のアームに設けられた第2の検出器と、
    前記胴体部に設けられた第3の検出器と、
    前記第1の検出器、前記第2の検出器及び前記第3の検出器の検出結果に基づいて、前記第1のアーム及び前記第2のアームの動作を制御する制御部と、
    前記第1の検出器、前記第3の検出器及び前記制御部を直列的に接続する第1の配線部と、
    前記第2の検出器、及び前記制御部を直列的に接続する第2の配線部と、
    を備えることを特徴とするロボット。
  2. 前記第1の配線部と前記第2の配線部との少なくとも一方は、シリアル通信が行われる配線部である
    請求項1記載のロボット。
  3. 前記第1の検出器、前記第2の検出器、前記第3の検出器は、それぞれ所定の検出方向の動作に関する情報を検出可能であり、
    前記第1の検出器及び前記第2の検出器が検出可能な検出方向の数は、前記第3の検出器が検出可能な検出方向の数よりも多い
    請求項1または請求項2に記載のロボット。
  4. 複数設けられた前記第1の検出器は、隣り合う第1の検出器のうち、前記第1の配線部において前記制御部から遠い側の第1の検出器が検出可能な検出方向の数が、前記制御部に近い側の第1の検出器が検出可能な検出方向の数以上であり、
    複数設けられた前記第2の検出器は、隣り合う第2の検出器のうち、前記第2の配線部において前記制御部から遠い側の第2の検出器が検出可能な検出方向の数が、前記制御部に近い側の第2の検出器が検出可能な検出方向の数以上である
    請求項3記載のロボット。
  5. 前記第1の検出器及び前記第2の検出器は、それぞれ角速度検出器を含む
    請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のロボット。
  6. 前記第1の検出器及び前記第2の検出器は、それぞれ前記制御部に対して前記角速度検出器よりも遠い側に設けられた力検出器を含む
    請求項5記載のロボット。
  7. 第1のアームと、
    第2のアームと、
    前記第1のアーム及び前記第2のアームを支持する胴体部と、
    前記第1のアームに設けられた第1の検出器と、
    前記第2のアームに設けられた第2の検出器と、
    前記胴体部に設けられた第3の検出器と、
    前記第1のアームの先端部に設けられた第1の駆動装置と、
    前記第1のアームに設けられ前記第1の駆動装置の駆動を制御する第1の駆動制御器と、
    前記第2のアームの先端部に設けられた第2の駆動装置と、
    前記第2のアームに設けられ前記第2の駆動装置の駆動を制御する第2の駆動制御器と、
    前記第1の検出器、前記第2の検出器及び前記第3の検出器の検出結果に基づいて、前記第1のアーム及び前記第2のアームの動作を制御するとともに、前記第1の駆動制御器及び前記第2の駆動制御器を介して前記第1の駆動装置及び前記第2の駆動装置の駆動を制御する制御部と、
    前記第1の検出器、前記第3の検出器及び前記制御部を直列的に接続する第1の配線部と、
    前記第2の検出器及び前記制御部を直列的に接続する第2の配線部と、を備え、
    前記第1の配線部と前記第2の配線部との少なくとも一方は、シリアル通信が行われる配線部であり、
    前記第1の検出器、及び前記第2の検出器は、それぞれ角速度検出器と、前記制御部に対して前記角速度検出器よりも遠い側に設けられた力検出器とを含み、
    前記第1の検出器、前記第2の検出器、前記第3の検出器は、それぞれ所定の検出方向の動作に関する情報を検出可能であり、
    前記角速度検出器が検出可能な検出方向の数は、前記第3の検出器が検出可能な検出方向の数よりも多く、前記力検出器が検出可能な検出方向の数は、前記角速度検出器が検出可能な検出方向の数よりも多く、
    前記第1の駆動制御器と前記制御部との間の信号伝達は、前記第1の配線部を介して行われ、
    前記第2の駆動制御器と前記制御部との間の信号伝達は、前記第2の配線部を介して行われることを特徴とするロボット。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のロボットを制御することを特徴とする制御装置。
  9. 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のロボットを備えることを特徴とするロボットシステム。
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