JP2015157332A - Robot device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2回転未満の可動範囲で回転可能なリンクを備えたロボット装置に関する。 The present invention relates to a robot apparatus including a link that can rotate within a movable range of less than two rotations.
一般に、生産システムに組み込まれているロボット装置はロボットアームとロボットアームの先端に取り付けられたエンドエフェクタとを備え、ロボットアームは複数のリンクが関節で連結されて構成されている。リンクの回転角度(関節角度)は、ロータリーエンコーダを回転軸に設置することで検出している。 In general, a robot apparatus incorporated in a production system includes a robot arm and an end effector attached to the tip of the robot arm, and the robot arm is configured by connecting a plurality of links with joints. The rotation angle (joint angle) of the link is detected by installing a rotary encoder on the rotation shaft.
ロータリーエンコーダは主に回転角度の差分を検出するインクリメンタルエンコーダと、回転角度の絶対値を検出するアブソリュートエンコーダの2種類に分けることできる。インクリメンタルエンコーダは、ある基準角度からの角度変化の差分をメモリに累積していくことで角度を算出する方法が用いられ、基準角度の検出方法として原点センサが使われる。一方、アブソリュートエンコーダは、1回転未満の回転角度の絶対値を検出することができ、1回転以上の回転角度は回転回数をカウントしてメモリに保存しておくことで、現在の関節角度を算出することができる。そのため、多回転するリンクに設置されるアブソリュートエンコーダはメモリとセットで使用される。 Rotary encoders can be divided into two types: an incremental encoder that detects the difference in rotation angle and an absolute encoder that detects the absolute value of the rotation angle. Incremental encoders use a method of calculating an angle by accumulating a difference in angle change from a certain reference angle in a memory, and an origin sensor is used as a reference angle detection method. On the other hand, the absolute encoder can detect the absolute value of the rotation angle of less than 1 rotation, and the rotation angle of 1 rotation or more can be calculated by counting the number of rotations and storing it in the memory. can do. Therefore, an absolute encoder installed on a multi-rotating link is used as a set with a memory.
上記のように多回転するリンクの回転角度を検出するためにはメモリが必要になるが、電源が停止しメモリに電力が供給されない状態でリンクが外部から力を受けて回転することがある。そこで、予備電源としてバッテリーを装置に内蔵することで、リンクの回転角度を算出し続けるものが提案されている(特許文献1参照)。 As described above, a memory is required to detect the rotation angle of the multi-rotating link. However, the link may rotate by receiving a force from the outside in a state where the power is stopped and no power is supplied to the memory. In view of this, it has been proposed that a battery is built in the apparatus as a standby power source to continue calculating the rotation angle of the link (see Patent Document 1).
しかし、バッテリーを搭載すると、ロボット装置を長期間使用する場合はバッテリーの定期交換が必要になり、メンテナンスコストが高くなる問題があった。また、バッテリー自身の設置スペースとバッテリーからメモリへ電力を供給するための電力ケーブルの配線スペースが必要になり、ロボット装置が大型化する問題があった。 However, when the battery is installed, when the robot apparatus is used for a long period of time, it is necessary to periodically replace the battery, resulting in a problem that the maintenance cost becomes high. Moreover, the installation space of the battery itself and the wiring space of the power cable for supplying power from the battery to the memory are required, which causes a problem that the robot apparatus becomes large.
そこで、本発明は、リンクの回転回数を記憶させておくためのバッテリーを必要としないロボット装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a robot apparatus that does not require a battery for storing the number of rotations of a link.
本発明のロボット装置は、第1リンクと、前記第1リンクに対して回転可能に連結された第2リンクと、前記第2リンクを前記第1リンクに対して2回転未満の可動範囲で回転駆動する回転駆動部と、前記第1リンクに対する前記第2リンクの回転角度が目標回転角度となるように前記回転駆動部を制御する制御部と、前記第2リンクの絶対角度を0°以上360°未満の値で検出する角度検出部と、第1位置、及び前記第1位置とは異なる第2位置に移動可能に前記第1リンクに支持された移動部材と、前記第2リンクに設けられ、前記移動部材が、前記第1リンクに対する前記第2リンクの回転が1回転未満であるときには前記第1位置に移動し、前記第1リンクに対する前記第2リンクの回転が1回転以上2回転未満であるときには前記第2位置に移動するよう、前記移動部材を案内する案内部材と、前記移動部材が前記第1位置及び前記第2位置のうちいずれの位置に移動したかを検知する検知部と、を備え、前記制御部は、前記検知部により前記移動部材が前記第1位置に移動したと検知された場合には、前記第2リンクの回転角度を前記角度検出部の検出結果とし、前記検知部により前記移動部材が前記第2位置に移動したと検知された場合には、前記第2リンクの回転角度を前記角度検出部の検出結果に360°を加算した結果とする角度演算処理を行うことを特徴とする。 The robot apparatus according to the present invention rotates the first link, the second link rotatably connected to the first link, and the second link within a movable range of less than two rotations relative to the first link. A rotation drive unit for driving, a control unit for controlling the rotation drive unit such that a rotation angle of the second link with respect to the first link becomes a target rotation angle, and an absolute angle of the second link of 0 ° to 360 ° An angle detection unit that detects a value less than °, a moving member supported by the first link so as to be movable to a first position and a second position different from the first position, and the second link. The moving member moves to the first position when the rotation of the second link relative to the first link is less than one rotation, and the rotation of the second link relative to the first link is not less than one rotation and less than two rotations. When A guide member that guides the moving member so as to move to a second position, and a detection unit that detects which of the first position and the second position the moving member has moved, When the detection unit detects that the moving member has moved to the first position, the control unit sets the rotation angle of the second link as a detection result of the angle detection unit, and the detection unit When it is detected that the moving member has moved to the second position, an angle calculation process is performed in which the rotation angle of the second link is a result of adding 360 ° to the detection result of the angle detection unit. And
本発明によれば、角度検出部が第1リンクに対する第2リンクの絶対角度を検出し、検知部が移動部材の位置を検知することにより、制御部が第1リンクに対し2回転未満で回転する第2リンクの回転角度を求めている。これにより、電源停止時に第2リンクが第1リンクに対して回転したとしても、第2リンクの回転角度を求めることができるので、回転回数をメモリに記憶させておくためのバッテリーが不要になる。バッテリーが不要となることで、バッテリーの定期交換の必要もなくなり、バッテリーの電力ケーブル等も不要になるため、ロボット装置を小型化及びコストダウンすることができる。 According to the present invention, the angle detection unit detects the absolute angle of the second link with respect to the first link, and the detection unit detects the position of the moving member, whereby the control unit rotates in less than two rotations with respect to the first link. The rotation angle of the second link is determined. Thereby, even if the second link rotates with respect to the first link when the power is stopped, the rotation angle of the second link can be obtained, so that a battery for storing the number of rotations in the memory becomes unnecessary. . By eliminating the need for a battery, it is not necessary to replace the battery regularly, and a power cable for the battery is not required, so that the robot apparatus can be reduced in size and cost.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るロボット装置を示す斜視図である。ロボット装置100は、ロボット200と、ロボット200の動作を制御する制御部としての制御装置300と、ユーザの操作によりロボット200の動作を教示する教示部としてのティーチングペンダント400と、を備えている。ロボット200は、垂直多関節型のロボットアーム201と、ロボットアーム201の先端に取り付けられた、エンドエフェクタとしてのロボットハンド202と、を有している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a robot apparatus according to the first embodiment of the present invention. The
ロボットアーム201は、作業台に固定される基端リンクとなるベース部210と、変位や力を伝達する複数のリンク211〜216とが関節J1〜J6で屈曲(旋回)又は回転可能に連結されている。第1実施形態では、ロボットアーム201は、屈曲する3軸と回転する3軸の6軸の関節J1〜J6で構成されている。ここで、屈曲(旋回)とは2つのリンクの長手方向と直交する方向の回転軸まわりにリンクが相対的に回ること、回転とは2つのリンクの長手方向の回転軸まわりにリンクが相対的に回ることをいい、それぞれを屈曲部、回転部と呼ぶ。ロボットアーム201は、6つの関節J1〜J6から構成され、関節J1,J4,J6が回転部、関節J2,J3,J5が屈曲部である。
In the
ロボットハンド202は、リンク(先端リンク)216に結合され、ワークWの組付け作業等を行うエンドエフェクタであり、複数のフィンガー220を有する。複数のフィンガー220を閉動作させることにより、ワークWを把持することができ、複数のフィンガー220を開動作させることにより、ワークWを把持解放することができる。
The
ロボットアーム201は、各関節J1,J4,J6に対して設けられ、各関節J1,J4,J6をそれぞれ回転駆動する複数(3つ)の回転駆動部230を有している。なお、ロボットアーム201は、関節J2,J3,J5に対して設けられ、各関節J2,J3,J5をそれぞれ屈曲駆動(旋回駆動)する複数(3つ)の屈曲駆動部(旋回駆動部)を有している。
The
図1では、回転駆動部230は、便宜上、関節J4にのみ図示し、他の関節J1,J6には図示を省略しているが、他の関節J1,J6にも、同様の構成の回転駆動部230が配置されている。なお、第1実施形態では、関節J1,J4,J6の全てが回転駆動部230で構成される場合について説明するが、関節J1,J4,J6のうち少なくとも1つが回転駆動部230で駆動されるよう構成されていればよい。以下、関節J4を例に代表して説明し、他の関節J1,J6については、サイズや性能が異なる場合もあるが、同様の構成であるため、説明を省略する。
In FIG. 1, for the sake of convenience, the
図2は、ロボットアーム201の関節J4を示す部分断面図である。ロボットアーム201は、図2に示すように、第1リンクであるリンク213と、リンク213に対して相対的に回転可能に連結された第2リンクであるリンク214とを有している。リンク213とリンク214とは、ベアリング238を介して回転自在に結合されている。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the joint J4 of the
回転駆動部230は、リンク214をリンク213に対して基準となる角度(姿勢)から2回転未満の可動範囲で回転駆動する。回転駆動部230は、電磁モータである回転モータ(以下、「モータ」という)231と、モータ231の回転軸232の回転を減速してリンク214に伝達する減速機233と、を有している。更に、回転駆動部230は、減速機233にモータ231の回転を伝達する伝達機構234と、を有している。減速機233には入力軸244及び出力軸236が固定されている。出力軸236は、リンク214に一体に固定されている。そして、出力軸236は、リンク213に対してベアリング238を介して回転自在に支持されている。
The
伝達機構234は、モータ231の回転軸232に固定されたプーリー241と、入力軸244に固定されたプーリー242と、プーリー241,242間に巻回された無端状のベルト243とを有している。なお、伝達機構234の構成は、これに限定するものではなく、例えば複数の歯車を組み合わせて構成された歯車機構であってもよい。
The
ロボットアーム201は、モータ231の回転軸232の角度変化を検出するインクリメンタル型のロータリーエンコーダ、即ちインクリメンタルエンコーダ235を有している。
The
また、ロボットアーム201は、減速機233の出力軸236(リンク213に対するリンク214)の回転角度を検出する角度検出部であるアブソリュート型のロータリーエンコーダ、即ちアブソリュートエンコーダ237を有している。アブソリュートエンコーダ237は、リンク213に対するリンク214の絶対角度を0°以上360°未満の値で検出する。つまり、アブソリュートエンコーダ237は、回転回数をカウントするカウンタやカウント数を記憶するメモリ、カウンタ及びメモリに電力を供給するバッテリーは有していない。
The
モータ231は、サーボモータであり、例えばブラシレスDCサーボモータやACサーボモータである。モータ231とエンコーダ235との間には、不図示のブレーキユニットが設けられている。ブレーキユニットの主な機能は、電源オフ時のロボットアーム201の姿勢の保持である。
The
減速機233は、第1実施形態では小型軽量で減速比の大きい波動歯車減速機である。なお、波動歯車減速機には角度伝達誤差と弾性変形がある。出力軸236の回転角度をインクリメンタルエンコーダ235で検出しようとしても減速機233の角度伝達誤差と弾性変形を含んだものになる。そのため、出力軸236側の回転角度を精密に検出するために、出力軸236側にアブソリュートエンコーダ237が設置されている。アブソリュートエンコーダ237は、センサ素子237Aと、センサ素子237Aが実装され、リンク213に固定されたセンサ基板237Bと、センサ素子237Aに対向するようリンク214に固定された円盤状のパターン板237Cとを有している。
In the first embodiment, the
図3は、ロボットアーム201の断面図である。図3(a)は図2の矢印IIIA方向に見たロボットアーム201の断面図、図3(b)は図2の矢印IIIB方向に見たロボットアーム201の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
第1実施形態では、ロボットアーム201は、図3(a)に示すように、リンク213に揺動可能(移動可能)に支持された揺動部材であるレバースイッチ(移動部材)250を有している。また、ロボットアーム201は、図3(b)に示すように、リンク214に設けられ、レバースイッチ250を案内して揺動させる案内部材260を有している。また、ロボットアーム201は、図3(a)に示すように、レバースイッチ250の接触状態を検知する接触センサ(検知部)270を有している。
In the first embodiment, the
図4は、レバースイッチ250及び接触センサ270を示す斜視図である。図4に示すように、接触センサ270は、レバースイッチ250の近傍に配置されている。レバースイッチ250は、本体251と、本体251の一端251Aから案内部材260の側である矢印X方向(図2中、回転中心線Cと平行な方向)に突出する突出部252と、を有している。本体251の一端251Aと他端251Bとの間の部分に回転軸253が設けられ、本体251が回転軸253(回転中心線Cに平行な軸線)まわりに回転可能にリンク213に支持されている。レバースイッチ250の本体251が揺動(回転軸253まわりに回転)することにより、本体251の他端251Bが接触センサ270に対して近接又は離間する。接触センサ270は、リンク213に固定されたセンサ基板271に固定されている。レバースイッチ250(本体251)は、接触センサ270から離間する第1位置と、接触センサ270に接触する、第1位置とは異なる第2位置との間を揺動可能にリンク213に支持されている。
FIG. 4 is a perspective view showing the
つまり、レバースイッチ250の先端部である突出部252が案内部材260に案内されてレバースイッチ250が揺動し、レバースイッチ250の後端部である本体251の他端251Bが、接触センサ270に対して近接又は離間する。
That is, the
接触センサ270は、接触圧の増加に伴って電気抵抗値が減少する圧力センサである。したがって、接触センサ270の出力(通電電流)は、接触圧の増加に伴って増加する。レバースイッチ250が第1位置に揺動したときには、接触センサ270はレバースイッチ250の本体251の他端251Bから離間しているので、出力(電流)が第1レベルとなる。レバースイッチ250が第2位置に揺動したときには、接触センサ270はレバースイッチ250の本体251の他端251Bに押圧されて電気抵抗値が減少し、出力(電流)が第1レベルよりも高い第2レベルとなる。即ち、接触センサ270は、レバースイッチ250が第1位置及び第2位置のうちいずれの位置に揺動したかを検知することができるものである。
The
以下、接触センサ270の出力が第1レベル以下となった場合を接触センサ270がオフ、接触センサ270の出力が第2レベル以上となった場合を接触センサ270がオンになったものとする。
Hereinafter, it is assumed that the
図3(b)に示す案内部材260は、リンク214と一体に形成されている。案内部材260は、リンク213に対するリンク214の回転が1回転未満であるときには、レバースイッチ250の本体251が第1位置に揺動するようレバースイッチ250を案内する。また、案内部材260は、リンク213に対するリンク214の回転が1回転以上2回転未満であるときにはレバースイッチ250の本体251が第2位置に揺動するようレバースイッチ250を案内する。
The
図5は、本発明の第1実施形態に係るロボット装置の要部のブロック図である。制御部である制御装置300は、制御ユニット301と、演算ユニット302と、演算ユニット302に演算処理を実行させる演算プログラムを記憶した記憶部303を有している。演算ユニット302は例えばCPUである。
FIG. 5 is a block diagram of a main part of the robot apparatus according to the first embodiment of the present invention. The
演算ユニット302は、演算プログラムに従って角度演算処理を実行する。演算ユニット302は、アブソリュートエンコーダ237による検出結果(検出角度)φ、及び接触センサ270のオン/オフに基づき、リンク213に対するリンク214の2回転未満の回転角度θを求め、制御ユニット301に出力する。なお、回転角度θは関節J4の角度である。制御ユニット301は、回転角度θが目標回転角度となるように、即ち回転角度θが目標回転角度に近づくように、回転駆動部230のモータ231を制御する。
The
図6は、本発明の第1実施形態に係るロボット装置100の案内部材260を示す平面図である。第1実施形態では、案内部材260には、レバースイッチ250の突出部252が嵌合する案内溝(カム溝)261が形成されている。レバースイッチ250の突出部252は、案内溝261の中に入り込み、リンク214が回転中心線Cまわりに回転すると案内溝261に沿って案内部材260に対して相対的に動く。
FIG. 6 is a plan view showing the
案内部材260はリンク214の回転中心線Cを法線とし、リンク213に対向する端面262を有している。案内溝261は端面262に形成されている。案内溝261は回転中心線Cに段階的に近づく(遠ざかる)よう渦巻状に形成されている。そして、リンク213に対してリンク214が相対的に回転するのに伴い、案内部材260が回転中心線Cを中心に回転し、レバースイッチ250の突出部252が案内溝261をスライドする。レバースイッチ250の突出部252が案内溝261に案内されることで、レバースイッチ250の本体251は、案内溝261に追従して回転軸253まわりに揺動する。これにより、レバースイッチ250の本体251は、第1位置と第2位置との間で揺動する。
The
案内溝261は、第1領域261A、第2領域261B及び第3領域261Cの3つの領域に区分けされている。第1領域261Aと第3領域261Cとは、半径の異なる円弧状に形成され、同心円状に配置されている。第1領域261Aと第3領域261Cとは、回転中心線Cを中心とする角度α°の扇形領域を避けて形成されており、角度α°の扇形領域において、第2領域261Bにて連結されている。ここで、リンク214(出力軸側)は、不図示のストッパー機構により可動範囲が2回転未満に限定されており、その可動範囲を0°以上(720−α)°未満とする。
The
レバースイッチ250の突出部252が第1領域261A、第2領域261B及び第3領域261Cのそれぞれに移動したときのレバースイッチ250の本体251の姿勢について説明する。
The posture of the
図7は、リンク214を回転させたときの案内部材260の状態を示す説明図、図8は、リンク214を回転させたときのレバースイッチ250の状態を示す説明図である。図7(a)及び図8(a)は、リンク213に対してリンク214を0°以上(360−α)°未満の範囲で回転させた状態を示している。図7(b)及び図8(b)は、リンク213に対してリンク214を(360−α)°以上360°未満の範囲で回転させた状態を示している。図7(c)及び図8(c)は、リンク213に対してリンク214を360°以上(720−α)°未満の範囲で回転させた状態を示している。
7 is an explanatory view showing the state of the
つまり、図7(a)及び図8(a)は、レバースイッチ250が第1位置に揺動した状態を示し、図7(c)及び図8(c)は、レバースイッチ250が第2位置に揺動した状態を示している。また、図7(b)及び図8(b)は、レバースイッチ250が第1の位置と第2位置との間の位置に揺動した状態を示している。
That is, FIGS. 7A and 8A show a state in which the
突出部252は、リンク214の回転角度θが0°≦θ<360−α°の場合は、図7(a)に示すように、案内溝261の第1領域261Aの中を動く。また、突出部252は、360−α°≦θ<360°の場合は、図7(b)に示すように、第2領域261Bの中を動く。また、突出部252は、360°≦θ<720−α°の場合は、図7(c)に示すように、第3領域261Cの中を動く。
When the rotation angle θ of the
つまり、案内部材260は、リンク214の回転角度が0°以上(360−α)°未満のとき、レバースイッチ250を第1位置に移動させる。また、案内部材260は、リンク214の回転角度が(360−α)°以上360°未満のとき、レバースイッチ250を第1位置と第2位置との間の位置に移動させる。また、案内部材260は、リンク214の回転角度が360°以上(720−α)°未満のとき、レバースイッチ250を第2位置に移動させる。
That is, the
突出部252が第1領域261Aを移動する場合は、第1領域261Aが回転中心線Cを中心とする第1仮想真円上に円弧状に形成されているので、本体251は第1位置に位置する。同様に、突出部252が第3領域261Cを移動する場合は、第3領域261Cが回転中心線Cを中心とする第2仮想真円上に円弧状に形成されているので、本体251は第2位置に位置する。なお、第1仮想真円は第2仮想真円よりも半径が大きいものとする。
When the
一方、突出部252が第2領域261Bを移動する場合は、回転中心線Cに対する第2領域261Bの半径方向の距離が半径方向と直交する周方向で異なるため、本体251が第1位置と第2位置との間で揺動する。
On the other hand, when the
レバースイッチ250の本体251の他端251Bは、突出部252が第1領域261Aの中を動いている間は、図8(a)に示すように、接触センサ270から離れており、接触センサ270の出力はオフ(第1レベル)になっている。リンク214の回転と共に突出部252が第2領域261Bを移動すると、図8(b)に示すように、本体251の他端251Bが接触センサ270に近接する方向に本体251が揺動する。
The
そして、突出部252が第3領域261Cへ移動すると、図8(b)に示すように、本体251の回転軸253を中心とする揺動により、他端251Bが接触センサ270に接触して接触センサ270の出力がオン(第2レベル)となる。つまり、突出部252が第1領域261Aを移動する場合は、本体251は第1位置から揺動せず、接触センサ270の出力はオフのままである。また、突出部252が第3領域261Cを移動する場合は、本体251は第2位置から揺動せず、接触センサ270の出力はオンのままである。そして、突出部252が、第2領域261Bを移動する場合は、本体251が揺動し、接触センサ270の出力は、オフからオン、又はオンからオフに切り替わる過渡状態となる。
Then, when the
図9は、リンク214の回転角度θと、アブソリュートエンコーダ237の検出角度φ及び接触センサ270の出力との関係を示すグラフである。図9に示すように、アブソリュートエンコーダ237の検出結果である検出角度φが0°≦φ<360−α°の場合、リンク214の回転が1周目(0°以上360°未満)か2周目(360°以上720°未満)かで回転角度θの候補が2つある。例えば、可動範囲が630°の条件で考えると、このとき角度αは90°になる。検出角度φが200°のとき、回転角度θは200°と560°の2候補がある。ここで、接触センサ270の出力がオフの場合は、突出部252が第1領域261Aに位置することになるので、θ=200°となる。接触センサ270の出力がオンの場合は、突出部252が第3領域261Cに位置することになるのでθ=200°+360°=560°となる。このように、接触センサ270の出力から1周目か2周目かを判別することができる。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the rotation angle θ of the
また、検出角度φが360−α°≦φ<360°の場合、角度αが90°の構成で検出角度φが330°のとき、回転角度θは330°と一意に決定する。これは可動範囲が0°以上630°未満であるため、突出部252が2周目にあるときθ=690°になるが、回転角度の可動範囲外にあたり、除外できるからである。
When the detected angle φ is 360−α ° ≦ φ <360 °, the rotation angle θ is uniquely determined as 330 ° when the angle α is 90 ° and the detected angle φ is 330 °. This is because, since the movable range is 0 ° or more and less than 630 °, θ = 690 ° when the
このように、アブソリュートエンコーダ237で検出する検出角度φと、接触センサ270の出力を比較することで、リンク214の回転角度θを算出することができる。
Thus, the rotation angle θ of the
次に、演算ユニット302で実施される角度演算処理の各工程について説明する。図10は、演算ユニット302が記憶部303に格納されたプログラムに基づいて実行する角度演算処理を示すフローチャートである。
Next, each step of the angle calculation process performed by the
演算ユニット302は、電源がオンされることにより起動し、記憶部303から演算プログラムを読み出して演算プログラムを実行する(S1)。電源停止時は、アブソリュートエンコーダ237及び接触センサ270に電力が供給されていないため、アブソリュートエンコーダ237及び接触センサ270は動作していない。そのため、ロボットアーム201の関節軸を人が手で強制的に回転させたりしても回転角度の変化量をアブソリュートエンコーダ237で検出することができない。電源停止の状態から電源を起動させると、アブソリュートエンコーダ237及び接触センサ270に電力が供給される。
The
次に、演算ユニット302は、アブソリュートエンコーダ237から検出結果として検出角度φの値を取得する(S2)。
Next, the
次に、演算ユニット302は、アブソリュートエンコーダ237から取得した検出角度φの値が所定の角度範囲内にあるか否かを判断する(S3)。具体的には、0≦α<360としたとき、リンク213に対するリンク214の可動範囲が0°以上(720−α)°未満であるので、演算ユニット302は、0≦φ<360−αであるか否かを判断する。即ち、演算ユニット302は、検出角度φが、0°以上(360−α)°未満であるか否かを判断する。ここで、0≦φ<360−αの場合は、突出部252は案内溝261において第1領域261A及び第3領域261Cのうちいずれかの領域に移動している。360−α≦φ<360の場合は、突出部252は案内溝261において第2領域261Bに移動している。
Next, the
次に、演算ユニット302は、0≦φ<360−αであると判断した場合(S3:Yes)、接触センサ270の出力を確認(取得)する(S4)。
Next, when the
次に、演算ユニット302は、接触センサ270の出力がオンであるか否か(オフであるか)を判断する(S5)。突出部252が第1領域261Aに位置している場合は、レバースイッチ250の本体251は接触センサ270に接触しておらず、接触センサ270の出力はオフである。突出部252が第3領域261Cに位置している場合は、レバースイッチ250の本体251は接触センサ270に接触しており、接触センサ270の出力はオンである。
Next, the
演算ユニット302は、接触センサ270の出力がオンである場合(S5:Yes)、検出角度φに360°を加算する処理(θ=φ+360とする処理)を行い、この加算結果をリンク214の回転角度θとする(S6)。即ち、演算ユニット302は、接触センサ270によりレバースイッチ250が第2位置に揺動したと検知された場合(出力がオンの場合)には、リンク214の回転角度θをアブソリュートエンコーダ237の検出結果φに360°を加算した結果とする。
When the output of the
つまり、リンク214の回転角度(関節角度)θは、2回転目(360°以上720−α°未満)に位置していることになるため、θ=φ+360である。
That is, since the rotation angle (joint angle) θ of the
また、演算ユニット302は、ステップS5において接触センサ270の出力がオフである場合(S5:No)、リンク214の回転角度θをアブソリュートエンコーダ237の検出結果φとする(S7)。即ち、演算ユニット302は、接触センサ270によりレバースイッチ250が第1位置に揺動したと検知された場合には、θ=φとする。
When the output of the
つまり、突出部252は第1領域261Aに位置しており、リンク214の回転角度(関節角度)θは、1回転目(0°以上360−α°未満)に位置していることになるため、θ=φである。
That is, the
また、演算ユニット302は、ステップS3においてアブソリュートエンコーダ237から取得した検出角度φが(360−α)°以上360°未満であると判断した場合(S3:No)、リンク214の回転角度θを検出角度φとする(S8)。つまり、突出部252が第2領域261Bに位置しているため、回転角度(関節角度)θはθ=φと一意に決まる。
If the
次に、演算ユニット302は、ステップS6,S7,S8で求めた回転角度(関節角度)θの値を制御ユニット301へ送信する(S9)。制御ユニット301は、回転角度θが目標回転角度となるようにモータ231を制御する。
Next, the
以上、第1実施形態によれば、アブソリュートエンコーダ237がリンク213に対するリンク214の絶対角度を検出し、接触センサ270がレバースイッチ250の揺動位置を検知している。これにより、制御装置300の演算ユニット302がリンク213に対し2回転未満で回転するリンク214の回転角度θを求めている。これにより、電源停止時にリンク214がリンク213に対して回転したとしても、リンク214の回転角度θを求めることができるので、回転回数をメモリに記憶させておくためのバッテリーが不要になる。バッテリーが不要となることで、バッテリーの定期交換の必要もなくなり、バッテリーの電力ケーブル等も不要になるため、ロボット装置100を小型化及びコストダウンすることができる。
As described above, according to the first embodiment, the
また、突出部252が第2領域261Bを移動しているとき、即ち検出角度φが(360−α)°以上360°未満のときは、接触センサ270の出力に関わらず、回転角度θは一意にφに決まる。したがって、第1位置から第2位置へ、又は第2位置から第1位置へレバースイッチ250が変位する際の過渡期であっても、回転角度θが求まる。よって、リンク214の可動範囲全域に亘ってリンク214の回転角度θが正確に求まり、ロボット装置100の小型化及びコストダウンを図りながらも、ロボット200の制御動作が安定する。
Further, when the
また、第1実施形態では、案内溝261に沿わせて揺動部材であるレバースイッチ250(本体251)を揺動させるという簡単な構成で、リンク213に対するリンク214の回転角度θを求めることができる。
In the first embodiment, the rotation angle θ of the
更に、第1実施形態では、案内部材260の端面262に案内溝261を形成したので、レバースイッチ250をリンク213,214間に配置することができ、よりロボット装置100が小型化する。
Furthermore, in the first embodiment, since the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るロボット装置について説明する。図11は、本発明の第2実施形態に係るロボット装置の案内部材を示す平面図である。図12は、第2実施形態における第2リンクの回転角度θと、アブソリュートエンコーダの検出角度φ及び接触センサの出力との関係を示すグラフである。なお、第2実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。第2実施形態では、案内部材560の案内溝561の形状が上記第1実施形態の案内部材260の案内溝261と異なり、それ以外の構成は、上記第1実施形態と同様である。つまり、上記第1実施形態では、レバースイッチ250の揺動位置である第1位置及び第2位置は一点に決まっていたが、第1位置及び第2位置に範囲があってもよい。
[Second Embodiment]
Next, a robot apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a plan view showing a guide member of the robot apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the rotation angle θ of the second link, the detection angle φ of the absolute encoder, and the output of the contact sensor in the second embodiment. Note that in the second embodiment, identical symbols are assigned to configurations similar to those in the first embodiment and descriptions thereof are omitted. In 2nd Embodiment, the shape of the
具体的には、接触センサ270は、接触圧の増加に伴って電気抵抗値が減少する圧力センサである。したがって、接触センサ270の出力(通電電流)は、接触圧の増加に伴って増加する。接触センサ270の出力が第1レベル以下となった場合を接触センサ270がオフ、つまりレバースイッチ250が第1位置に移動したと判断すればよい。また、接触センサ270の出力が第2レベル以上となった場合を接触センサ270がオン、つまりレバースイッチ250が第2位置に移動したと判断すればよい。
Specifically, the
第2実施形態では、図11に示すように、案内部材560の案内溝561は、端面562に、回転中心線Cに連続的に近づく(遠ざかる)よう渦巻状に形成されている。よって、接触センサ270の出力は、図12に示すように、直線的に変化する。
In the second embodiment, as illustrated in FIG. 11, the
案内溝(カム溝)561は、第1領域561A、第2領域561B及び第3領域561Cの3つの領域に区分けすることができる。これら3つの領域561A,561B,561Cは連続しているため、明確な区切りはない。リンク214が0°から図11中時計方向へ回転するに伴い、突出部252が案内部材560に対して相対的に図11中反時計方向へ案内溝561に沿って移動する。その際、案内溝561内の突出部252は、回転中心線Cから遠ざかる方向へ連続的に動くことになる。そこで、リンク214の回転角度が0°以上(360−α)°未満のときに接触センサ270の出力がオフに、360以上(720−α)°未満のときに接触センサ270の出力がオンになるように接触センサ270を調整する。つまり、演算ユニット302における接触センサ270の出力の閾値となる第1レベル及び第2レベルを設定する。このとき、(360−α)°以上360°未満の場合は接触センサ270の値はオンとオフのどちらでも構わない。
The guide groove (cam groove) 561 can be divided into three regions: a
以上第2実施形態によれば、上記第1実施形態で説明した図10のフローチャートと同じ工程を経て、リンク214の回転角度θを求めることができる。したがって、電源停止時にリンク214がリンク213に対して回転したとしても、リンク214の回転角度θを求めることができるので、回転回数をメモリに記憶させておくためのバッテリーが不要になる。バッテリーが不要となることで、バッテリーの定期交換の必要もなくなり、バッテリーの電力ケーブル等も不要になるため、ロボット装置を小型化及びコストダウンすることができる。
As described above, according to the second embodiment, the rotation angle θ of the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係るロボット装置について説明する。図13は、本発明の第3実施形態に係るロボット装置の案内部材を示す斜視図である。図14は、本発明の第3実施形態に係るロボット装置の案内部材を示す側面図である。なお、第3実施形態において、上記第1、第2実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。第3実施形態では、案内部材660の案内溝661の形成位置、並びにレバースイッチ250及び接触センサ270の配置位置が、上記第1、第2実施形態と異なる。
[Third Embodiment]
Next, a robot apparatus according to a third embodiment of the invention will be described. FIG. 13 is a perspective view showing a guide member of the robot apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 14 is a side view showing the guide member of the robot apparatus according to the third embodiment of the present invention. Note that in the third embodiment, identical symbols are assigned to configurations similar to those in the first and second embodiments and descriptions thereof are omitted. In the third embodiment, the formation position of the
第3実施形態では、案内部材660は、円筒(又は円柱)形状に形成されている。そして、案内部材660は、リンク214の回転中心線Cに対して直交する線を法線とする周面、具体的には外周面(側面)663を有している。案内溝661は、案内部材660の外周面663に螺旋状に形成されている。つまり、案内溝661は、回転中心線Cに平行な矢印Z方向において案内部材660の回転に伴う突出部252の位置が段階的に変化するように形成されている。
In the third embodiment, the
レバースイッチ250は、外周面663に対向する位置に配置されている。そして、レバースイッチ250は、突出部252が案内溝661の中に入り込むように配置されている。案内部材660が回転中心線Cまわりに回転すると、案内部材660の外周面(側面)に形成された案内溝661にならって突出部252が相対的に案内溝661に対してスライドする。これにより、突出部252が円筒の回転中心線Cに平行な矢印Z方向へ動く。この突出部252の移動により、レバースイッチ250の本体251が揺動(回転軸253まわりに回転)する。
The
図14に示すように、外周面(側面)663に形成された案内溝661は、上記第1実施形態の案内溝261と同様、第1領域661A、第2領域661B及び第3領域661Cの3つの領域に区分けされる。
As shown in FIG. 14, the
第1領域661Aは図14中案内部材660の上側、第3領域661Cは図14中案内部材660の下側に形成され、第1領域661Aと第3領域661Cとは、回転中心線Cから角度α°だけ間隔をあけて形成されている。第1領域661Aと第3領域661Cとは、第2領域661Bを介して連結されている。レバースイッチ250の本体251が回転軸253まわりに揺動して、接触センサ270に接触又は離間する動作は、上記第1実施形態と同様である。
The
以上、案内部材660の外周面663に案内溝661を形成した場合であっても、上記第1実施形態で説明した図9と同様にリンク214の回転角度θと接触センサ270の出力との関係が導かれる。よって、第3実施形態においても、上記第1実施形態と同様、ロボット装置を小型化及びコストダウンすることができる。
As described above, even when the
なお、第3実施形態では、案内溝661を回転中心線Cに平行な矢印Z方向に段階的に変化するように形成した場合について説明したが、上記第2実施形態と同様、連続的に変化するように形成してもよい。
In the third embodiment, the case where the
[変形例]
上記第1〜第3実施形態においては、ロボット200の起動中は常時演算ユニット302でアブソリュートエンコーダ237と接触センサ270の出力を演算し、関節の絶対角度を演算する場合について説明した。一方、起動時のみ接触センサ270の出力を用いて演算ユニット302で関節角度θの演算を行い、起動後はインクリメンタルエンコーダ235の角度変化分を起動時に演算した関節角度θに加算してもよい。即ち、演算ユニット302は、角度演算処理により求めた回転角度θを基準に、インクリメンタルエンコーダ235により検出された角度変化Δθからリンク214の現在の回転角度を求める制御モードを有していてもよい。これにより、演算ユニット302は、上記第1実施形態で説明した図10の演算を、ロボット装置の起動後、常に行わなくても関節角度の絶対角度を検出することができる。
[Modification]
In the first to third embodiments, the case has been described in which the output of the
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications are possible within the technical idea of the present invention.
上記実施形態では、レバースイッチ250が接触センサ270から離間する位置を第1位置、レバースイッチ250が接触センサ270に接触する位置を第2位置としたが、これに限定するものではなく、例えば逆の関係であってもよい。即ち、レバースイッチ250が接触センサ270に接触する位置が第1位置、レバースイッチ250が接触センサ270から離間する位置が第2位置となるようにレバースイッチ250及び接触センサ270を配置すればよい。
In the above embodiment, the position at which the
また、上記実施形態では、回転駆動部が、伝達機構を有する場合について説明したが、伝達機構を有さない場合についても本発明は適用可能である。更に、上記実施形態では、回転駆動部が、減速機を有する場合について説明したが、減速機を有さない場合についても本発明は適用可能である。 Moreover, although the case where the rotation drive unit has a transmission mechanism has been described in the above embodiment, the present invention can also be applied to a case where the rotation mechanism does not have a transmission mechanism. Furthermore, although the case where the rotational drive unit has a speed reducer has been described in the above embodiment, the present invention can also be applied to a case where the speed reducer does not have a speed reducer.
また、上記実施形態では、移動部材が揺動可能なレバースイッチであり、レバースイッチが案内溝に案内される場合について説明したが、バッテリーが無くても案内部材に案内されて1周目か2周目かを判別できれば他の手段でも良い。例えば、レバースイッチ250の代わりにスライド可能なスライド式のスイッチを用いても同様の効果を得ることができる。移動部材がスライド式のスイッチの場合、案内部材は、第1位置と第2位置との間でスライドするよう案内するように構成すればよい。また、接触センサ270の代わりに、可変抵抗器やレーザー変位計、静電容量センサといった、連続的に移動部材の位置を検知する検知部を用いることで1周目か2周目かを判別するようにしてもよい。
In the above embodiment, the moving member is a swingable lever switch, and the lever switch is guided to the guide groove. However, even if there is no battery, the guide member is guided to the first or second turn. Other means may be used as long as it can be discriminated. For example, the same effect can be obtained by using a slidable slide switch instead of the
また、上記実施形態では、制御装置300が制御ユニット301と演算ユニット302とに分かれている場合について説明したが、これに限定するものではなく、制御ユニット301と演算ユニット302とが1つのユニットで構成されていてもよい。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the
また、上記実施形態では、リンク213が第1リンクであり、リンク214が第2リンクである場合について説明したが、第1リンクと第2リンクとは相対的なものであり、第1リンクをリンク214、第2リンクをリンク213としてもよい。
In the above embodiment, the case where the
100…ロボット装置、213…リンク(第1リンク)、214…リンク(第2リンク)、230…回転駆動部、237…アブソリュートエンコーダ(角度検出部)、250…レバースイッチ(移動部材)、260…案内部材、270…接触センサ(検知部)、300…制御装置(制御部)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1リンクに対して回転可能に連結された第2リンクと、
前記第2リンクを前記第1リンクに対して2回転未満の可動範囲で回転駆動する回転駆動部と、
前記第1リンクに対する前記第2リンクの回転角度が目標回転角度となるように前記回転駆動部を制御する制御部と、
前記第2リンクの絶対角度を0°以上360°未満の値で検出する角度検出部と、
第1位置、及び前記第1位置とは異なる第2位置に移動可能に前記第1リンクに支持された移動部材と、
前記第2リンクに設けられ、前記移動部材が、前記第1リンクに対する前記第2リンクの回転が1回転未満であるときには前記第1位置に移動し、前記第1リンクに対する前記第2リンクの回転が1回転以上2回転未満であるときには前記第2位置に移動するよう、前記移動部材を案内する案内部材と、
前記移動部材が前記第1位置及び前記第2位置のうちいずれの位置に移動したかを検知する検知部と、を備え、
前記制御部は、前記検知部により前記移動部材が前記第1位置に移動したと検知された場合には、前記第2リンクの回転角度を前記角度検出部の検出結果とし、前記検知部により前記移動部材が前記第2位置に移動したと検知された場合には、前記第2リンクの回転角度を前記角度検出部の検出結果に360°を加算した結果とする角度演算処理を行うことを特徴とするロボット装置。 The first link,
A second link rotatably connected to the first link;
A rotational drive unit that rotationally drives the second link in a movable range of less than two rotations with respect to the first link;
A control unit that controls the rotation driving unit so that a rotation angle of the second link with respect to the first link becomes a target rotation angle;
An angle detector that detects an absolute angle of the second link with a value of 0 ° or more and less than 360 °;
A moving member supported by the first link so as to be movable to a first position and a second position different from the first position;
The second link provided on the second link moves to the first position when the rotation of the second link relative to the first link is less than one rotation, and the rotation of the second link relative to the first link. A guide member that guides the moving member to move to the second position when is less than or equal to 1 rotation and less than 2 rotations;
A detection unit that detects which position of the first position and the second position the moving member has moved;
When the detection unit detects that the moving member has moved to the first position, the control unit sets the rotation angle of the second link as a detection result of the angle detection unit, and the detection unit When it is detected that the moving member has moved to the second position, an angle calculation process is performed in which the rotation angle of the second link is a result of adding 360 ° to the detection result of the angle detection unit. A robot device.
前記案内部材は、前記第2リンクの回転角度が、0°以上(360−α)°未満のときに前記移動部材を前記第1位置に移動させ、(360−α)°以上360°未満のときに前記移動部材を前記第1位置と前記第2位置との間の位置に移動させ、360°以上(720−α)°未満のときに前記移動部材を前記第2位置に移動させ、
前記制御部は、前記角度演算処理では、前記角度検出部により検出された角度が(360−α)°以上360°未満のときは、前記第2リンクの回転角度を、前記角度検出部の検出結果とすることを特徴とする請求項1に記載のロボット装置。 When 0 ≦ α <360, the movable range is 0 ° or more and less than (720−α) °,
The guide member moves the moving member to the first position when the rotation angle of the second link is not less than 0 ° and less than (360−α) °, and is not less than (360−α) ° and less than 360 °. Sometimes the moving member is moved to a position between the first position and the second position, and the moving member is moved to the second position when it is 360 ° or more and less than (720−α) °,
In the angle calculation process, the control unit detects the rotation angle of the second link when the angle detected by the angle detection unit is equal to or greater than (360-α) ° and less than 360 °. The robot apparatus according to claim 1, wherein the robot apparatus is a result.
前記移動部材には、前記案内部材の側に突出する突出部が形成されており、
前記案内部材には、前記移動部材が揺動するように前記第2リンクの回転に伴って前記突出部がスライドする案内溝が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のロボット装置。 The moving member is supported by the first link so as to be swingable to the first position and the second position;
The moving member is formed with a protruding portion that protrudes toward the guide member.
The guide groove according to claim 1 or 2, wherein the guide member is formed with a guide groove on which the protrusion slides with the rotation of the second link so that the moving member swings. Robot device.
前記案内溝は、前記案内部材の端面に渦巻状に形成されていることを特徴とする請求項3に記載のロボット装置。 The guide member has an end surface whose normal is the rotation center line of the second link;
The robot apparatus according to claim 3, wherein the guide groove is formed in a spiral shape on an end surface of the guide member.
前記案内溝は、前記案内部材の周面に螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項3に記載のロボット装置。 The guide member has a peripheral surface whose normal is a line orthogonal to the rotation center line of the second link,
The robot apparatus according to claim 3, wherein the guide groove is formed in a spiral shape on a peripheral surface of the guide member.
前記回転モータの回転軸の角度変化を検出するインクリメンタルエンコーダを更に備え、
前記制御部は、前記角度演算処理により求めた値を基準に、前記インクリメンタルエンコーダにより検出された角度変化から前記第2リンクの回転角度を求める制御モードを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のロボット装置。 The rotation drive unit has a rotation motor,
An incremental encoder for detecting an angular change of the rotation shaft of the rotary motor;
7. The control unit according to claim 1, further comprising a control mode for obtaining a rotation angle of the second link from an angle change detected by the incremental encoder based on a value obtained by the angle calculation process. The robot apparatus according to any one of the above.
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