JP2015174207A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブル配線板の電源線からのノイズを低減するロボットを提供する。
【解決手段】ロボットは、第１アームと、関節を介して第１アームに回動可能に設けられた第２アームと、関節内に挿通され、電源線２６を有するフレキシブル配線板６８−１と、接地された接地線２８を有する第１接地板６８−２及び第２接地板６８−３と、を有し、フレキシブル配線板６８−１は、第１接地板６８−２と第２接地板６８−３とに挟まれている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ロボットに関するものである。

産業用のロボットは、ベースに複数のアームを回転関節によって順次結合して構成され、アームの先端である手首部には、通常、ハンドなどのエンドエフェクターが装着される。このような産業用のロボットでは、アームやエンドエフェクターなどの駆動源をなすモーターに電源を供給したり、モーターとロボットコントローラーとの間で制御用信号を送受したりするケーブルが配線される。この場合の配線方式として、ケーブルをベースやアームの内部に通す内部配線方式と、ロボットの外面に沿って配線する外部配線方式とがある。
上記の２つの配線方式のいずれを採用するにせよ、回転関節部分では、相対回転する２つの部材（ベースとアーム、アームとアーム、アームと手首部など）の相対回転を阻害しないような配線構造とする必要がある。

例えば、アーム先端の電力線、信号線にフレキシブル配線板を使ったロボットが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−３９６７１号公報

しかしながら、特許文献１では、フレキシブル配線板において、信号線と電源線とを一緒に伝達しているため、信号線が電源線からのノイズの影響を受けてロボットが誤動作するなどのおそれがあった。

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、第１アームと、関節を介して前記第１アームに回動可能に設けられた第２アームと、前記関節内に挿通され、電源線を有するフレキシブル配線板と、接地された接地線を有する第１接地板及び第２接地板と、を有し、前記フレキシブル配線板は、前記第１接地板と前記第２接地板とに挟まれていることを特徴とする。

本適用例によれば、フレキシブル配線板の電源線を第１接地板及び第２接地板の接地線で挟むことができる。これにより、フレキシブル配線板の電源線からのノイズを低減することができる。

［適用例２］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記第１接地板の接地線の幅及び前記第２接地板の接地線の幅は、前記電源線の幅よりも広いことを特徴とする。

本適用例によれば、フレキシブル配線板の電源線を第１接地板及び第２接地板の接地線で容易に挟むことができる。

［適用例３］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記第１接地板及び前記第２接地板は、ベタに前記接地線が形成されていることを特徴とする。

本適用例によれば、フレキシブル配線板の電源線を第１接地板及び第２接地板の接地線で容易に挟むことができる。

［適用例４］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記第１接地板及び前記第２接地板は、フラットケーブルであることを特徴とする。

本適用例によれば、フレキシブル配線板の電源線を第１接地板及び第２接地板の接地線で確実に挟むことができる。

［適用例５］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記フレキシブル配線板は、複数の前記電源線を有することを特徴とする。

本適用例によれば、フレキシブル配線板は複数の電源を供給することができる。

［適用例６］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記電源線に接続されたスイッチング素子を含む電源部を有することを特徴とする。

本適用例によれば、スイッチング素子を含む電源部を用いることができる。

［適用例７］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記電源部は、ＤＣ／ＤＣコンバーターであることを特徴とする。

本適用例によれば、小型・軽量化した電源部を用いることができる。

［適用例８］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記第２アームを駆動する駆動部を有し、前記電源線は、前記駆動部に電源を供給することを特徴とする。

本適用例によれば、駆動部に高効率な電源を供給することができる。

［適用例９］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記第２アームに設けられたエンドエフェクターを有し、前記電源線は、前記エンドエフェクターに電源を供給することを特徴とする。

本適用例によれば、エンドエフェクターに高効率な電源を供給することができる。

［適用例１０］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記第２アームに設けられ、前記フレキシブル配線板の一端側が前記関節と略平行する回動軸回りに巻回されたリールを有していることを特徴とする。

本適用例によれば、第１アームに対する第２アームの回動をフレキシブル配線板が阻害しないようにリールで吸収することができる。

本実施形態に係るロボットの概略構成を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係るロボットのジョイントに対してリンクを屈伸回動させる駆動伝達部の構造を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係るロボットにおける電装部の概略構成を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る複数のＦＰＣの重ね順を示す図、（Ａ）は、ロボットの電装部におけるＦＰＣを示す模式平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線模式断面図。 本実施形態に係るＦＰＣを示す図、（Ａ）は、ロボットの電装部におけるＦＰＣを示す模式平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線模式断面図。

以下、本発明に係るロボットの一実施形態について、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。

まず、本実施形態に係るロボットの概略構成について説明する。
図１は、本実施形態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「回動」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動軸を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、アーム）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、基底部７０及び本体部７１と、制御部７２と、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、及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、隣り合うリンク及び／又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。

本実施形態のロボットは、第２アームに設けられたエンドエフェクターを備えてもよい。電源線は、エンドエフェクターに電源を供給してもよい。これによれば、エンドエフェクターに高効率な電源を供給することができる。

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。又は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）端末や、赤外線送受信機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の多関節アームが連結される表面に対して交差する回転軸のことをいい、本実施形態では、本体部７１の表面に対して略直交する回転軸になっている。
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、及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、以降説明する各回動軸の近傍にも、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、及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と略直交する一の回動軸であって、リンク７４をＸ軸方向に貫く第１番目の一の回動軸９２を中心にして回動するように駆動される。第１番目の一の回動軸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、本実施形態の多関節アームにおいて、第１番目の一の回動軸９２と略平行な一の回動軸は、本体側から順に第１〜第ｎ番目の一の回動軸と、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、回動軸の延在方向は、ロボット１０が動作すると変化する（例えば、肩軸９１を中心に旋回した場合）ため、図１に示す多関節アームの態様を初期状態と定義し、この初期状態に設置された状態を前提として説明する。

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番目の一の回動軸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（駆動部）５０と電装部（電源部）６０とを有するジョイント７９が組み合わされている。ジョイント７９は、一の回動軸と略直交する二の回動軸９４であってリンク７８の末端側をＹ軸方向に貫く二の回動軸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。
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番目の一の回動軸９５を中心にして駆動される。

上記したように、本実施形態のロボット１０の多関節アームの一の回動軸は、本体部７１から順に、第１番目の一の回動軸９２、第２番目の一の回動軸９３、及び第３番目の一の回動軸９５を有している。

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の略中心を貫く二の回動軸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、本実施形態のロボット１０の多関節アームにおいて、最末端側の一の回動軸である第３番目の一の回動軸９５の関節駆動機構である駆動伝達部５０について、図面に沿って説明する。
図２は、本実施形態に係るロボット１０のジョイント７９に対してリンク８０を屈伸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る。なお、図２では、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。

上記したように、複数のリンクやジョイントなどのアーム部材が、二の回動軸及び一の回動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、最末端側の一の回動軸である第３番目の一の回動軸９５を回動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）。さらに詳細には、駆動伝達部５０は、ジョイント７９の第３番目の一の回動軸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。

その第３番目の一の回動軸９５を含む駆動伝達部５０の詳細を示す図２において、ジョイント７９には、第３番目の一の回動軸９５を回動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番目の一の回動軸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番目の一の回動軸９５と同じ回動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、回転位置検出部８０Ｄ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。回転位置検出部８０Ｄ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索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、説明した構成のジョイント７９に備わる駆動伝達部５０によれば、第３番目の一の回動軸９５に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番目の一の回動軸９５を設置するジョイント７９の小型化が図れる。具体的には、第３番目の一の回動軸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。

次に、ジョイント７９と、リンク８０との配線構造を含むジョイント７９の電装部６０について説明する。
図３は、本実施形態に係るロボット１０の電装部６０の概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、図３では、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及びリンク８０の内部の配線構造を説明する便宜上、一部を透視して示している。

図３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側面（他方の側面）に配置されている。電装部６０は、配線基板６１と、その配線基板６１を介して、第３番目の一の回動軸９５（図１を参照）の末端側のリンク８０及びそれに取り付けられるエンドエフェクター（図示せず）などの駆動源をなすモーターに電源を供給したり、モーターとロボット制御部との間で制御用信号を送受したりするために配線されるフラットケーブルとしてのＦＰＣ（Flexible Printed Circuitｓ）６８とを含む。

絶縁性の基材に回路配線が形成された配線基板６１の第１面６１ａには、駆動回路などを構成する種々の電子部品６３や、ＦＰＣ６８の一端側が接続される接続部としてのコネクター６７が実装されている。本実施形態では、複数のＦＰＣ６８が重ねて配線される構成となっており、配線基板６１にはこれと対応する複数のコネクター６７が実装されている。

図４は、本実施形態に係る複数のＦＰＣ６８の重ね順を示す図である。（Ａ）は、ロボット１０の電装部６０におけるＦＰＣ６８を示す模式平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線模式断面図である。
本実施形態に係るロボット１０は、ＦＰＣ（フレキシブル配線板）６８−１と、ＦＰＣ（第１接地板）６８−２と、ＦＰＣ（第２接地板）６８−３とを備えている。ＦＰＣ６８−１は、ＦＰＣ６８−２とＦＰＣ６８−３とに挟まれている。

ＦＰＣ６８−１は電源線２６を有している。ＦＰＣ６８−１は、複数の電源線２６を有してもよい。これによれば、ＦＰＣ６８−１は複数の電源を供給することができる。

ＦＰＣ６８−２及びＦＰＣ６８−３は接地された接地線２８を有している。ＦＰＣ６８−２及びＦＰＣ６８−３は、フラットケーブルである。これによれば、ＦＰＣ６８−１の電源線２６をＦＰＣ６８−２及びＦＰＣ６８−３の接地線２８で確実に挟むことができる。

ＦＰＣ６８−２の接地線２８の幅及びＦＰＣ６８−３の接地線２８の幅は、ＦＰＣ６８−１の電源線２６の幅よりも広くてもよい。これによれば、ＦＰＣ６８−１の電源線２６をＦＰＣ６８−２及びＦＰＣ６８−３の接地線２８で容易に挟むことができる。また、ＦＰＣ６８−２及びＦＰＣ６８−３の接地線２８の面積の方がＦＰＣ６８−１の電源線２６の面積よりも広いので、電源線２６の断線抑制になる。

ＦＰＣ６８−２及びＦＰＣ６８−３は、ベタに接地線２８が形成されていてもよい。これによれば、ＦＰＣ６８−１の電源線２６をＦＰＣ６８−２及びＦＰＣ６８−３の接地線２８で容易に挟むことができる。

これにより、ＦＰＣ６８−１の電源線２６からのノイズ（放射）を低減することができる。なお、ＦＰＣ６８−２及びＦＰＣ６８−３の接地線２８とＦＰＣ６８−１の電源線２６との間に他のＦＰＣ６８の信号線が含まれてもよい。

ＦＰＣ６８−１の電源線２６に接続されたスイッチング素子を含む電装部６０を有してもよい。これによれば、スイッチング素子を含む電装部６０を用いることができる。

電装部６０は、ＤＣ／ＤＣコンバーターであってもよい。これによれば、小型・軽量化した電装部６０を用いることができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力にはリップルが発生しやすいが、これによれば、ＤＣ／ＤＣコンバーターで生成されたＦＰＣ６８−１の電源線２６を上下からＦＰＣ６８−２及びＦＰＣ６８−３の接地線２８で挟むことで放射ノイズを低減することができる。

ＦＰＣ６８−１の電源線２６は、駆動伝達部５０に電源を供給している。これによれば、駆動伝達部５０に高効率な電源を供給することができる。

図５は、本実施形態に係るＦＰＣ６８を示す図である。（Ａ）は、ロボット１０の電装部６０におけるＦＰＣ６８を示す模式平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ線模式断面図である。図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、ＦＰＣ６８は、例えばポリイミドなどの可撓性を有する絶縁性の基材６４の一面に、金属の配線パターン６５が形成されている。配線パターン６５が形成された基材６４の一面の一部には絶縁性の樹脂からなる絶縁膜６６が積層されている。絶縁膜６６が無いＦＰＣ６８の一端側が、配線基板６１のコネクター６７との接続部分となる。同様に、ＦＰＣ６８の他端側（図示せず）にも絶縁膜６６が無い接続部分が形成されている。ＦＰＣ６８の一端側の接続部分において、基材６４の配線パターン６５形成面の反対の面には、基材６４よりも硬い補強部材としての補強板６９が設けられている。補強板６９は絶縁性の樹脂材料からなり、例えばＰＥＴ（Polyethylene Terephtalate）などを用いて形成したものであってもよいし、基材６４よりも厚い基材６４と同じ材料を用いて形成したものであってもよい。これと同様に、ＦＰＣ６８の他端側の接続部分にも補強板６９が設けられている（図示省略）。
ＦＰＣ６８は、フラットケーブルに類するもののなかで特に可撓性に富み、また、薄いので、電装部６０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く、リール６８ｗ（図３参照）の形成がし易いので、ロボット１０の各部材の配線材料として好適である。

本実施形態のロボット１０は、ＦＰＣ６８の一端側がジョイント７９と略平行する回動軸回りに巻回されたリール６８ｗを有している。リール６８ｗはリンク８０に設けられている。これによれば、リンク７８に対するリンク８０の回動をＦＰＣ６８が阻害しないようにリール６８ｗで吸収することができる。

本実施形態によれば、ＦＰＣ６８−１の電源線２６をＦＰＣ６８−２及びＦＰＣ６８−３の接地線２８で挟むことができる。これにより、ＦＰＣ６８−１の電源線２６からのノイズを低減することができる。

１０…ロボット ２６…電源線 ２８…接地線 ５０…駆動伝達部（駆動部） ６０…電装部（電源部） ６１…配線基板 ６１ａ…第１面 ６３…電子部品 ６４…基材 ６５…配線パターン ６６…絶縁膜 ６７…コネクター ６８…ＦＰＣ（フラットケーブル） ６８−１…ＦＰＣ（フレキシブル配線板） ６８−２…ＦＰＣ（第１接地板） ６８−３…ＦＰＣ（第２接地板） ６８ｗ…リール ６９…補強板 ７０…基底部 ７１…本体部 ７２…制御部 ７３，７５，７７…ジョイント ７４，７６，８１…リンク ７８…リンク（第１アーム） ７９…ジョイント（関節） ８０…リンク（第２アーム） ８０Ｄ…回転位置検出器 ８０Ｍ…モーター ８５…駆動プーリー ８６…従動プーリー ８７…タイミングベルト ８８…アイドラー ９１…肩軸 ９２…第１番目の一の回動軸 ９３…第２番目の一の回動軸 ９４，９６…二の回動軸 ９５…第ｎ番目の一の回動軸としての第３番目の一の回動軸 ９７…駆動軸。

Claims (10)

1. 第１アームと、
   関節を介して前記第１アームに回動可能に設けられた第２アームと、
   前記関節内に挿通され、電源線を有するフレキシブル配線板と、
   接地された接地線を有する第１接地板及び第２接地板と、
   を有し、
   前記フレキシブル配線板は、前記第１接地板と前記第２接地板とに挟ま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、
   前記第１接地板の接地線の幅及び前記第２接地板の接地線の幅は、前記電源線の幅よりも広いことを特徴とするロボット。
3. 請求項１又は２に記載のロボットにおいて、
   前記第１接地板及び前記第２接地板は、ベタに前記接地線が形成されていることを特徴とするロボット。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットにおいて、
   前記第１接地板及び前記第２接地板は、フラットケーブルであることを特徴とするロボット。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットにおいて、
   前記フレキシブル配線板は、複数の前記電源線を有することを特徴とするロボット。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボットにおいて、
   前記電源線に接続されたスイッチング素子を含む電源部を有することを特徴とするロボット。
7. 請求項６に記載のロボットにおいて、
   前記電源部は、ＤＣ／ＤＣコンバーターであることを特徴とするロボット。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のロボットにおいて、
   前記第２アームを駆動する駆動部を有し、
   前記電源線は、前記駆動部に電源を供給することを特徴とするロボット。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のロボットにおいて、
   前記第２アームに設けられたエンドエフェクターを有し、
   前記電源線は、前記エンドエフェクターに電源を供給することを特徴とするロボット。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載のロボットにおいて、
    前記第２アームに設けられ、前記フレキシブル配線板の一端側が前記関節と略平行する回動軸回りに巻回されたリールを有していることを特徴とするロボット。

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