JP2015182143A - ロボットおよびロボットシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】容易かつ確実に、振動を抑制することができるロボットおよびロボットシステムを提供すること。
【解決手段】ロボットは、基台と、前記基台に、第1回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第1アームと、前記第1アームに、前記第1回動軸の軸方向とは異なる軸方向である第2回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第2アームと、第1角速度検出器を有する第1部材と、を備え、前記第1部材の少なくとも一部は、前記第2回動軸の軸方向から見て、前記第1アームの前記第2アームと重なっている部分に設けられている。
【選択図】図1

Description

本発明は、ロボットおよびロボットシステムに関するものである。
特許文献1に記載のロボットでは、先端部、すなわち、最も先端側の第6のリンクに、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸のそれぞれの方向の加速度、X軸、Y軸、Z軸のそれぞれの回りの加速度を検出する6軸センサーを設置し、その6軸センサーの検出結果に基づいて、各リンクについて、それぞれ、目的の軸回りの角速度の振動成分を求め、振動を抑制する制御を行っている。なお、リンクの角速度の振動成分は、「ねじれ角速度」または「振動角速度」等と呼ばれている。
特開2011−136395号公報
特許文献1に記載のロボットでは、ロボットの動きによって6軸センサーの姿勢が変わるので、その6軸センサーの検出結果から、ヤコビ変換と呼ばれる座標軸変換等を行い、各リンクの角速度の振動成分を求める必要がある。しかも、刻一刻と変化するモーターの回転角度に合わせて計算を行う必要がある。
このため、複雑で膨大な演算処理が必要となるので、性能が高く、高価なCPU(Central Processing Unit)等を有する制御装置を必要とし、コストが増大するという問題がある。
また、複雑で膨大な演算処理が必要となるので、演算誤差が生じ易く、その演算誤差により、振動を十分に抑制することができないという問題がある。
本発明の目的は、容易かつ確実に、振動を抑制することができるロボットおよびロボットシステムを提供することにある。
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
(適用例1)
本発明に係わるロボットは、基台と、
前記基台に、第1回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第1アームと、
前記第1アームに、前記第1回動軸の軸方向とは異なる軸方向である第2回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第2アームと、
第1角速度検出器を有する第1部材と、を備え、
前記第1部材の少なくとも一部は、前記第2回動軸の軸方向から見て、前記第1アームの前記第2アームと重なっている部分に設けられていることを特徴とする。
これにより、容易かつ確実に、振動を抑制することができる。
また、第1部材を前記の位置に配置することにより、第1角速度検出器は、第1アームの先端側に配置されることとなるので、その第1角速度検出器により、第1アームのうちの振動の大きい部位の角速度を検出することができ、これにより、確実に振動を抑制することができる。
(適用例2)
本発明に係わるロボットでは、前記第1アームは、前記第2アームよりも基台側に位置する第1部分と、前記基台よりも前記第2アーム側に位置する第2部分と、を有し、
前記第1部材は、前記第2部分に設けられていることが好ましい。
これにより、第2アームが回動した場合に第1アームに発生する振動は、第1部分よりも第2部分の方が大きいので、第1角速度検出器により、第1アームのうちの振動の大きい部位の角速度を検出することができ、これによって、確実に振動を抑制することができる。
(適用例3)
本発明に係わるロボットでは、前記第2部分に、減速機が設けられていることが好ましい。
これにより、第2アームが回動した場合に、第2部分に大きい振動が発生するので、第1角速度検出器により、第1アームのうちの振動の大きい部位の角速度を検出することができ、これによって、確実に振動を抑制することができる。
(適用例4)
本発明に係わるロボットでは、前記第2回動軸の軸方向から見て、前記第1部分と前記第2アームとは重なっておらず、
前記第1部材は、前記第2回動軸の軸方向から見て、前記第2部分に、前記第1部分と重ならないように設けられていることが好ましい。
これにより、第1角速度検出器により、第1アームのうちの振動の大きい部位の角速度を検出することができ、これによって、確実に振動を抑制することができる。
(適用例5)
本発明に係わるロボットでは、前記第2アームに、前記第2回動軸と平行な軸である第3回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第3アームと、
前記第3アームに設けられ、第2角速度検出器を有する第2部材と、を備えることが好ましい。
これにより、第1角速度検出器により、第1アームの角速度を検出することができる。また、第3回動軸は、第2回動軸と平行であるので、第2角速度検出器により、第2アームの回動分を含めて第3アームの角速度を検出することができる。そして、これらの検出結果に基づいて、振動を抑制することができる。
また、第2角速度検出器により、第2アームの角速度ではなく、第2アームの回動分を含めて第3アームの角速度を検出するので、より確実に振動を抑制することができる。
また、第2アームにも角速度検出器を設置する場合に比べて、角速度検出器の数を削減することができ、コストを低減することができ、また、構成を簡素化することができる。
(適用例6)
本発明に係わるロボットでは、前記第2角速度検出器の角速度の検出軸は、前記第3回動軸と平行であることが好ましい。
これにより、容易かつ確実に第3アームの角速度を検出することができる。
また、ロボットの姿勢が変化、例えば、第2アームが回動しても、また、第3アームが回動しても第2角速度検出器の角速度の検出軸は、一定である。このため、第2角速度検出器により検出された第3アームの角速度に対して、第2角速度検出器の向きによる補正を行う必要がない。
(適用例7)
本発明に係わるロボットでは、前記第1角速度検出器の角速度の検出軸は、前記第1回動軸と平行であることが好ましい。
これにより、容易かつ確実に第1アームの角速度を検出することができる。
また、ロボットの姿勢が変化しても第1角速度検出器の角速度の検出軸の軸方向は、一定である。このため、第1角速度検出器により検出された第1アームの角速度に対して、第1角速度検出器の向きによる補正を行う必要がない。
(適用例8)
本発明に係わるロボットでは、前記第1部材は、前記第1アームの内部に配置されていることが好ましい。
これにより、第1角速度検出器を保護することができ、信頼性および耐久性を向上させることができる。
(適用例9)
本発明に係わるロボットでは、前記第2回動軸は、前記第1回動軸に直交する軸であるかまたは前記第1回動軸に直交する軸と平行な軸であることが好ましい。
これにより、ロボットの制御を容易に行うことができる。
(適用例10)
本発明に係わるロボットでは、前記第2回動軸は、前記第1回動軸の軸方向から見て、前記第1回動軸からずれた位置に配置されていることが好ましい。
これにより、ロボットの可動範囲を広くすることができる。
(適用例11)
本発明に係わるロボットでは、前記第3アームに、前記第3回動軸に直交する軸であるかまたは前記第3回動軸に直交する軸と平行な軸である第4回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第4アームと、
前記第4アームに対し、前記第4回動軸に直交する軸であるかまたは前記第4回動軸に直交する軸と平行な軸である第5回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第5アームと、
前記第5アームに対し、前記第5回動軸に直交する軸であるかまたは前記第5回動軸に直交する軸と平行な軸である第6回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第6アームと、を備えることが好ましい。
これにより、より複雑な動きを容易に行うことができる。
(適用例12)
本発明に係わるロボットシステムは、ロボットと、
前記ロボットの作動を制御するロボット制御装置と、を備え、
前記ロボットは、基台と、
前記基台に、第1回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第1アームと、
前記第1アームに、前記第1回動軸の軸方向とは異なる軸方向である第2回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第2アームと、
角速度検出器を有する部材と、を備え、
前記部材の少なくとも一部は、前記第2回動軸の軸方向から見て、前記第1アームの前記第2アームと重なっている部分に設けられていることを特徴とする。
これにより、容易かつ確実に、振動を抑制することができる。
また、部材を前記の位置に配置することにより、角速度検出器は、第1アームの先端側に配置されることとなるので、その角速度検出器により、第1アームのうちの振動の大きい部位の角速度を検出することができ、これにより、確実に振動を抑制することができる。
本発明のロボットの実施形態を正面側から見た斜視図である。 図1に示すロボットを背面側から見た斜視図である。 図1に示すロボットの概略図である。 図1に示すロボットを有するロボットシステムの主要部のブロック図である。 図1に示すロボットの正面図である。 図1に示すロボットの第1アームにおける第1角速度センサー付近を示す図である。 図1に示すロボットの第3アームにおける第2角速度センサー付近を示す図である。 図1に示すロボットの第1角速度センサーユニットの断面図である。 図1に示すロボットの第2アームを駆動する駆動源の減速機付近を示す断面図である。 図1に示すロボットの主要部のブロック図である。 図1に示すロボットの主要部のブロック図である。 図1に示すロボットの主要部のブロック図である。 図1に示すロボットの主要部のブロック図である。 図1に示すロボットの主要部のブロック図である。
以下、本発明のロボットおよびロボットシステムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明のロボットの実施形態を正面側から見た斜視図である。図2は、図1に示すロボットを背面側から見た斜視図である。図3は、図1に示すロボットの概略図である。図4は、図1に示すロボットを有するロボットシステムの主要部のブロック図である。図5は、図1に示すロボットの正面図である。図6は、図1に示すロボットの第1アームにおける第1角速度センサー付近を示す図である。図7は、図1に示すロボットの第3アームにおける第2角速度センサー付近を示す図である。図8は、図1に示すロボットの第1角速度センサーユニットの断面図である。図9は、図1に示すロボットの第2アームを駆動する駆動源の減速機付近を示す断面図である。図10〜図14は、それぞれ、図1に示すロボットの主要部のブロック図である。
なお、以下では、説明の都合上、図1〜図3、図5〜図7中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図1〜図3、図5〜図7中の基台側を「基端」、その反対側を「先端」と言う。また、図9中の右側を「右」、左側を「左」と言う。また、図8には、第1角速度センサーユニットに対応させて、括弧書きで、第2角速度センサーユニットの各部の符号を記載し、第2角速度センサーユニットの図示は省略する。
図1〜図4に示すロボットシステム(産業用ロボットシステム)1は、例えば腕時計のような精密機器等を製造する製造工程で用いることができ、ロボット(産業用ロボット)1と、ロボット1の作動を制御するロボット制御装置(制御手段)20(図4参照)とを有している。ロボット1と、ロボット制御装置20とは、電気的に接続されている。また、ロボット制御装置20は、例えば、CPU(Central Processing Unit)が内蔵されたパーソナルコンピューター(PC)等で構成することができる。なお、ロボット制御装置20については、後で詳述する。
ロボット1は、基台11と、4本のアーム(リンク)12、13、14、15と、リスト(リンク)16と、6つの駆動源401、402、403、404、405、406とを備えている。このロボット1は、基台11と、アーム12、13、14、15と、リスト16とが基端側から先端側に向ってこの順に連結された垂直多関節(6軸)ロボット(ロボット本体)である。垂直多関節ロボットでは、基台11と、アーム12〜15と、リスト16とを総称して「アーム」と言うこともでき、アーム12を「第1アーム」、アーム13を「第2アーム」、アーム14を「第3アーム」、アーム15を「第4アーム」、リスト16を「第5アーム、第6アーム」と分けて言うことができる。なお、本実施形態では、リスト16は、第5アームと、第6アームとを有している。リスト16にはエンドエフェクタ等を取り付けることができる。
アーム12〜15、リスト16は、それぞれ、基台11に対し独立して変位可能に支持されている。このアーム12〜15、リスト16の長さは、それぞれ、特に限定されないが、図示の構成では、第1アーム12、第2アーム13、第4アーム15の長さが、第3アーム14およびリスト16よりも長く設定されている。
基台11と第1アーム12とは、関節(ジョイント)171を介して連結されている。そして、第1アーム12は、基台11に対し、鉛直方向と平行な第1回動軸O1を回動中心とし、その第1回動軸O1回りに回動可能となっている。第1回動軸O1は、基台11の設置面である床101の上面の法線と一致している。この第1回動軸O1回りの回動は、モーター401Mを有する第1駆動源401の駆動によりなされる。また、第1駆動源401はモーター401Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター401Mは電気的に接続されたモータードライバー301を介してロボット制御装置20により制御される(図4参照)。なお、第1駆動源401はモーター401Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター401Mからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよいが、本実施形態では、第1駆動源401は、減速機を有している。
第1アーム12と第2アーム13とは、関節(ジョイント)172を介して連結されている。そして、第2アーム13は、第1アーム12に対し、水平方向と平行な第2回動軸O2を軸中心として回動可能となっている。第2回動軸O2は、第1回動軸O1に直交する軸と平行である。すなわち、第2回動軸O2は、第1回動軸O1の軸方向から見て、第1回動軸O1からずれた位置に配置されている。この第2回動軸O2回りの回動は、モーター402Mを有する第2駆動源402の駆動によりなされる。また、第2駆動源402はモーター402Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター402Mは電気的に接続されたモータードライバー302を介してロボット制御装置20により制御される(図4参照)。なお、第2駆動源402はモーター402Mとともに設けた減速機によってモーター402Mからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよいが、本実施形態では、第2駆動源402は、減速機45(図5、図9参照)を有している。また、第2回動軸O2は、第1回動軸O1と直交していてもよい。また、第2回動軸O2の軸方向は、第1回動軸O1の軸方向と異なっていれば、前記以外であってもよい。すなわち、第2回動軸O2は、第1回動軸O1と平行でなく、かつ、一致していなければよい。
第2アーム13と第3アーム14とは、関節(ジョイント)173を介して連結されている。そして、第3アーム14は、第2アーム13に対して水平方向と平行な回動軸O3を回動中心とし、その第3回動軸O3回りに回動可能となっている。第3回動軸O3は、第2回動軸O2と平行である。この第3回動軸O3回りの回動は、第3駆動源403の駆動によりなされる。また、第3駆動源403は、モーター403Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター403Mは電気的に接続されたモータードライバー303を介してロボット制御装置20により制御される(図4参照)。なお、第3駆動源403はモーター403Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター403Mからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよいが、本実施形態では、第3駆動源403は、減速機を有している。
第3アーム14と第4アーム15とは、関節(ジョイント)174を介して連結されている。そして、第4アーム15は、第3アーム14(基台11)に対し、第3アーム14の中心軸方向と平行な第4回動軸O4を回動中心とし、その第4回動軸O4回りに回動可能となっている。第4回動軸O4は、第3回動軸O3と直交している。この第4回動軸O4回りの回動は、第4駆動源404の駆動によりなされる。また、第4駆動源404は、モーター404Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター404Mは電気的に接続されたモータードライバー304を介してロボット制御装置20により制御される(図4参照)。なお、第4駆動源404はモーター404Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター404Mからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよいが、本実施形態では、第4駆動源404は、減速機を有している。第4回動軸O4は、第3回動軸O3に直交する軸と平行であってもよい。
第4アーム15と第5リスト16とは、関節(ジョイント)175を介して連結されている。そして、リスト16は、第4アーム15に対して水平方向(y軸方向)と平行な第5回動軸O5を回動中心とし、その第5回動軸O5回りに回動可能となっている。第5回動軸O5は、第4回動軸O4と直交している。この第5回動軸O5回りの回動は、第5駆動源405の駆動によりなされる。また、第5駆動源405は、モーター405Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター405Mは電気的に接続されたモータードライバー305を介してロボット制御装置20により制御される(図4参照)。なお、第5駆動源405はモーター405Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター405Mからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよいが、本実施形態では、第5駆動源405は、減速機を有している。また、リスト16は、関節(ジョイント)176を介して、第5回動軸O5と垂直な第6回動軸O6を回動中心とし、その第6回動軸O6回りにも回動可能となっている。回動軸O6は、回動軸O5と直交している。この第6回動軸O6回りの回動は、第6駆動源406駆動によりなされる。また、第6駆動源406の駆動は、モーター406Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター406Mは電気的に接続されたモータードライバー306を介してロボット制御装置20により制御される(図4参照)。なお、第6駆動源406はモーター406Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター406Mからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよいが、本実施形態では、第6駆動源406は、減速機を有している。また、第5回動軸O5は、第4回動軸O4に直交する軸と平行であってもよく、また、第6回動軸O6は、第5回動軸O5に直交する軸と平行であってもよい。
また、図6に示すように、第1アーム12には、第1角速度センサー(第1角速度検出器)31、すなわち、第1角速度センサー31を有する第1角速度センサーユニット(第1部材)71が設置されている。この第1角速度センサー31により第1アーム12の角速度、すなわち、第1角速度センサー31の角速度の検出軸311の回りの角速度を検出する。第1部材とは、第1角速度センサー(第1角速度検出器)31が設けられているものであり、例えば、基板(第1基板)等が挙げられる。
また、図7に示すように、第3アーム14には、第2角速度センサー(第2角速度検出器)32、すなわち、第2角速度センサー32を有する第2角速度センサーユニット(第1部材)72が設置されている。この第2角速度センサー32により第3アーム14の角速度、すなわち、第2角速度センサー32の角速度の検出軸321の回りの角速度を検出する。第2部材とは、第2角速度センサー(第2角速度検出器)32が設けられているものであり、例えば、基板(第2基板)等が挙げられる。
なお、第1角速度センサー31、第2角速度センサー32としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、ジャイロセンサー等を用いることができる。
ここで、このロボット1では、第1アーム12、第2アーム13および第3アーム14の振動を抑制することにより、ロボット1全体の振動を抑制する。但し、第1アーム12、第2アーム13および第3アーム14の振動を抑制するために、第1アーム12、第2アーム13および第3アーム14のすべてに角速度センサーを設置するのではなく、前記のように第1アーム12、第3アーム14のみに第1角速度センサー31、第2角速度センサー32を設置し、その第1角速度センサー31、第2角速度センサー32の検出結果に基づいて駆動源401、402の作動を制御する。これにより、第1アーム12、第2アーム13および第3アーム14のすべてに角速度センサーを設置する場合に比べ、角速度センサーの数を削減することができ、コストを低減することができ、また、回路構成を簡素化することができる。また、第2角速度センサー32により、第2アーム13の角速度ではなく、第2アーム13の回動分を含めて第3アーム14の角速度を検出するので、より確実に振動を抑制することができる。また、第3アーム14よりも基端側の第2アーム13を回動させる第2駆動源402の作動を制御することにより、ロボット1の振動を抑制する効果を高めることができる。
駆動源401〜406には、それぞれのモーターまたは減速機に、第1位置センサー411、第2位置センサー412、第3位置センサー413、第4位置センサー414、第5位置センサー415、第6位置センサー416が設けられている。これらの位置センサーとしては、それぞれ、特に限定されず、例えば、エンコーダー、ロータリーエンコーダー、レゾルバー、ポテンショメーター等を用いることができる。これらの位置センサー411〜416により、それぞれ、駆動源401〜406のモーターまたは減速機の軸部の回転角度を検出する。この駆動源401〜406のモーターとしては、それぞれ、特に限定されず、例えば、ACサーボモーター、DCサーボモーター等のサーボモーターを用いるのが好ましい。また、前記各ケーブルは、それぞれ、ロボット1を挿通していてもよい。
図4に示すように、ロボット1は、ロボット制御装置20と電気的に接続されている。すなわち、駆動源401〜406、位置センサー411〜416、角速度センサー31、32は、それぞれ、ロボット制御装置20と電気的に接続されている。
そして、ロボット制御装置20は、アーム12〜15、リスト16をそれぞれ独立して作動させることができる、すなわち、モータードライバー301〜306を介して、駆動源401〜406をそれぞれ独立して制御することができる。この場合、ロボット制御装置20は、位置センサー411〜416、第1角速度センサー31、第2角速度センサー32により検出を行い、その検出結果に基づいて、駆動源401〜406の駆動、例えば、角速度や回転角度等をそれぞれ制御する。この制御プログラムは、ロボット制御装置20に内蔵された記録媒体に予め記憶されている。
図1、図2に示すように、基台11は、ロボット1が垂直多関節ロボットの場合、当該垂直多関節ロボットの最も下方に位置し、設置スペースの床101に固定される部分である。この固定方法としては、特に限定されず、例えば、図1、図2に示す本実施形態では、複数本のボルト111による固定方法を用いている。なお、基台11の設置スペースでの固定箇所としては、床の他に、設置スペースの壁や天井とすることもできる。
基台11は、中空の基台本体(ハウジング)112を有している。基台本体112は、円筒状をなす円筒状部113と、当該円筒状部113の外周部に一体的に形成された、箱状をなす箱状部114とに分けることができる。そして、このような基台本体112には、例えば、モーター401Mやモータードライバー301〜306が収納されている。
アーム12〜15は、それぞれ、中空のアーム本体(筺体)2と、駆動機構3とを有している。なお、以下では、説明の都合上、第1アーム12が有するアーム本体2、駆動機構3、後述する封止手段4をそれぞれ「アーム本体2a」、「駆動機構3a」、「封止手段4a」と言い、第2アーム13が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「アーム本体2b」、「駆動機構3b」、「封止手段4b」と言い、第3アーム14が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「アーム本体2c」、「駆動機構3c」、「封止手段4c」と言い、第4アーム15が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「アーム本体2d」、「駆動機構3d」、「封止手段4d」と言うことがある。
また、関節171〜176は、それぞれ、回動支持機構(図示せず)を有している。この回動支持機構は、互いに連結された2本のアームのうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構、互いに連結された基台11と第1アーム12のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構、互いに連結された第4アーム15と第5リスト16のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構である。互いに連結された第4アーム15とリスト16とを一例とした場合、回動支持機構は、リスト16を第4アーム15に対し回動させることができる。また、各回動支持機構は、それぞれ、対応するモーターの回転速度を所定の減速比で減速して、その駆動力を対応するアーム、リスト16のリスト本体161、支持リング162に伝達する減速機(図示せず)を有している。なお、前述したように、本実施形態では、この減速機とモーターとを含めて駆動源とする。
第1アーム12は、基台11の上端部(先端部)に水平方向に対し傾斜した姿勢で連結されている。この第1アーム12では、駆動機構3aがモーター402Mを有しており、アーム本体2a内に収納している。また、アーム本体2a内は、封止手段(蓋体)4aにより気密封止されている。アーム本体2aは、先端側の1対の舌片部(第2部分)241a、241bと、基端側の根元部(第1部分)251とを有している。根元部(第1部分)251、舌片部241a、241bの位置関係は、固定されている。また、舌片部241aと舌片部241bとは、離間し、互いに対向している。また、舌片部241a、241bは、根元部251に対して傾斜しており、これにより、第1アーム12は、水平方向に対し傾斜する。そして、舌片部241aと舌片部241bとの間に、第2アーム13の基端部が配置されている。なお、各封止手段4aは、各舌片部241a、241bの構成要素であり、各舌片部241a、241b内は、各封止手段4aにより気密封止されている。また、前記アーム本体2aは、第2アーム13よりも基台11側に位置する第1部分と、基台11よりも第2アーム13側に位置する第2部分とに大別することができる。
また、根元部251は、基台11と接している。具体的には、根元部251は、基台11の上端部(先端部)に回動可能に連結されている。また、各舌片部241a、241bは、第2アーム13の基端部と接している。具体的には、第2アーム13の基端部は、各舌片部241a、241bに回動可能に連結されている。すなわち、各舌片部241a、241bは、第2アーム13の基端部に回動可能に連結されている。
また、図6に示すように、第2回動軸O2の軸方向から見て、根元部251と第2アーム13とは重なっていないが、舌片部241aの一部および舌片部241bの一部と第2アーム13とは重なっている。
そして、図6に示すように、第1アーム12の内部には、第1角速度センサーユニット71が設置されている。本実施形態では、第1角速度センサーユニット71は、第1アーム12の舌片部241aの内部に設置されている。これにより、第1アーム12のうちの振動の大きい部位の角速度を検出することができ、これによって、より確実に振動を抑制することができる。
また、第1角速度センサーユニット71の少なくとも一部は、第2回動軸O2の軸方向から見て、第1アーム12の第2アーム13と重なっている部位に設置されている。本実施形態では、第2回動軸O2の軸方向から見て、第1角速度センサーユニット71の全体が、第1アーム12の第2アーム13と重なっている部位に設置され、かつ、第1角速度センサーユニット71は、全く、根元部251と重なっていない。これにより、第1アーム12のうちの振動の大きい部位の角速度を検出することができ、これによって、より確実に振動を抑制することができる。
この場合、図示の構成のように、第1角速度センサーユニット71は、第1アーム12の基台11よりも第2アーム13側に位置する第2部分、換言すれば、第1アーム12の先端部、すなわち、舌片部241aの先端部に配置されていることが好ましい。第1アーム12に生じる振動は、第1アーム12の先端部において最大となるので、これにより、第1アーム12のうちの振動の大きい部位の角速度を検出することができこれによって、より確実に振動を抑制することができる。
また、第1アーム12の舌片部241bの内部には、ロボット1の各モーター401M〜406Mに電力を供給するケーブル85が収納されており、前述したように、第1角速度センサーユニット71は、その舌片部241bと反対側の舌片部241a内に設置されている。これにより、第1角速度センサー31がケーブル85から発せられるノイズの影響を受けることを防止することができ、また、第1角速度センサーユニット71の後述する回路部713、配線、第1角速度センサー31がケーブル85によりショートしてしまうことを防止することができる。
ここで、駆動機構3および減速機について、代表的に、第1アーム12のアーム本体2a内に設けられ、第2アーム13を回動させる駆動機構3および減速機を説明する。
図5および図6に示すように、駆動機構3は、モーター402Mの軸部に連結された第1プーリー91と、第1プーリー91に離間して配置された第2プーリー92と、第1プーリー91と第2プーリー92とに掛け渡されたベルト(タイミングベルト)93とを有している。そして、第2プーリー92と第2アーム13の軸部とが、減速機45により連結されている。
なお、ロボット1のアーム12〜15、リスト16の振動の主な原因としては、例えば、減速機45のねじれや撓み、ベルト93の伸縮、アーム12〜15、リスト16の撓み等が挙げられる。
減速機45としては、特に限定されず、例えば、複数の歯車で構成されたものや、ハーモニックドライブ(「ハーモニックドライブ」は登録商標)と呼ばれるもの等が挙げられる。
次に、減速機45について説明する。なお、以下に説明する減速機の構成は、あくまでも1例である。
図9に示すように、第1アーム12の舌片部241aと舌片部241bとの間に、第2アーム13の根元部252が配置されている。
そして、舌片部241bは、軸受183により、根元部252に回転可能に支持されている。また、プーリー92の中心部には、回転軸921が固定されている。この回転軸921は、軸受181、182により、舌片部241a、根元部252に回転可能に支持されている。
減速機45は、ユニットタイプの減速機であり、プーリー92の回転を減速して第2アーム13の根元部252に伝達する機能を有する減速部451と、第1アーム12の舌片部241aと根元部252との一方に対して他方を回動可能に支持する機能を有する軸受456とを備えている。
軸受456は、クロスローラーベアリングで構成されており、外輪457と、内輪458と、複数のローラー459とを有している。
舌片部241aは、前記軸受456により、根元部252に回転可能に支持されている。すなわち、軸受456の内輪458は、舌片部241aに固定され、外輪457は、根元部252に固定されている。
減速部451は、ハーモニックドライブ(「ハーモニックドライブ」は登録商標)または波動歯車装置等と呼ばれる減速機で構成されており、外周側に配置された歯車452と、内周側に配置された歯車455とを有している。
歯車452は、内形が円形状で、内周に複数の歯が形成された筒状部453と、取付部454とを有している。また、歯車455は、その外形が楕円形状をなし、その外周に、歯車452の歯数よりも少ない歯数の複数の歯が形成されている。そして、歯車455が歯車452の内周側に配置され、歯車452の歯と歯車455の歯とが噛合している。
歯車455は、プーリー92の中心部に固定された回転軸921に固定されている。
また、歯車452は、その取付部454において、軸受456の外輪457に固定されている。
このように、減速機45は、舌片部241aと、根元部252とに跨って設けられている。
なお、前述した図9に示す減速機45は、ユニットタイプの減速機であるが、これに限定されず、例えば、プーリー92の回転を減速して第2アーム13の根元部252に伝達する機能を有する装置と、第1アーム12の舌片部241aと根元部252との一方に対して他方を回動可能に支持する機能を有する装置とが別体となったコンポーネントタイプの減速機であってもよい。
図1〜図3に示すように、第2アーム13は、第1アーム12の先端部に連結されている。この第2アーム13では、駆動機構3bがモーター403Mを有しており、アーム本体2b内に収納している。また、アーム本体2b内は、封止手段4bにより気密封止されている。アーム本体2bは、先端側の1対の舌片部242a、242bと、基端側の根元部252とを有している。舌片部242aと舌片部242bとは、離間し、互いに対向している。そして、舌片部242aと舌片部242bとの間に、第3アーム14の基端部が配置されている。なお、各封止手段4bは、各舌片部242a、242bの構成要素であり、各舌片部242a、242b内は、各封止手段4bにより気密封止されている。
第3アーム14は、第2アーム13の先端部に連結されている。この第3アーム14では、駆動機構3cがモーター404Mを有しており、アーム本体2c内に収納している。また、アーム本体2c内は、封止手段4cにより気密封止されている。なお、アーム本体2cは、前記アーム本体2aの根元部251、前記アーム本体2bの根元部252に相当する部材で構成されている。
また、第3アーム14における第2角速度センサー32の設置位置は、特に限定されないが、本実施形態では、図7に示すように、第2角速度センサー32、すなわち、第2角速度センサーユニット72は、第3アーム14のアーム本体2cの内部のケーブル85と反対側の端部に設置されている。これにより、第2角速度センサー32がケーブル85から発せられるノイズの影響を受けることを防止することができ、また、第2角速度センサーユニット72の回路部723、配線、第2角速度センサー32がケーブル85によりショートしてしまうことを防止することができる。
第4アーム15は、第3アーム14の先端部に、その中心軸方向と平行に連結されている。このアーム15では、駆動機構3dがモーター405M、406Mを有しており、アーム本体2d内に収納している。また、アーム本体2d内は、封止手段4dにより気密封止されている。アーム本体2dは、先端側の1対の舌片部244a、244bと、基端側の根元部254とを有している。舌片部244aと舌片部244bとは、離間し、互いに対向している。そして、舌片部244aと舌片部244bとの間に、リスト16の支持リング162が配置されている。なお、各封止手段4dは、各舌片部244a、244bの構成要素であり、各舌片部244a、244b内は、各封止手段4dにより気密封止されている。
第4アーム15の先端部(基台11と反対側の端部)には、リスト16が連結されている。このリスト16には、その先端部(第4アーム15と反対側の端部)に、機能部(エンドエフェクタ)として、例えば、腕時計等のような精密機器を把持するマニピュレーター(図示せず)が着脱可能に装着される。なお、マニピュレーターとしては、特に限定されず、例えば、複数本の指部(フィンガー)を有する構成のものが挙げられる。そして、このロボット1は、マニピュレーターで精密機器を把持したまま、アーム12〜15やリスト16等の動作を制御することにより、当該精密機器を搬送することができる。
リスト16は、円筒状をなすリスト本体(第6アーム)161と、リスト本体161と別体で構成され、当該リスト本体161の基端部に設けられ、リング状をなす支持リング(第5アーム)162とを有している。
リスト本体161の先端面163は、平坦な面となっており、マニピュレーターが装着される装着面となる。また、リスト本体161は、関節176を介して、第4アーム15の駆動機構3dに連結されており、当該駆動機構3dのモーター406Mの駆動により、回動軸O6回りに回動する。
支持リング162は、関節175を介して、第4アーム15の駆動機構3dに連結されており、当該駆動機構3dのモーター405Mの駆動により、リスト本体161ごと回動軸O5回りに回動する。
アーム本体2の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種金属材料を用いることができ、これらの中でも、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金が好ましい。アーム本体2が金型を用いて成形される鋳物である場合、当該アーム本体2の構成材料にアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることにより、金型成形を容易に行なうことができる。
また、基台11の基台本体112、リスト16のリスト本体161、支持リング162の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、前記アーム本体2の構成材料と同様のもの等が挙げられる。なお、リスト16のリスト本体161の構成材料は、ステンレス鋼を用いるのが好ましい。
また、封止手段4の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料を用いることができる。なお、封止手段4の構成材料として、樹脂材料を用いることにより、軽量化を図ることができる。
次に、第1角速度センサーユニット71、第2角速度センサーユニット72について説明する。
図8に示すように、第1角速度センサーユニット71は、第1ハウジング711と、第1ハウジング711内に設けられ、配線を有する回路基板712、回路基板712上に電気的に接続された第1角速度センサー31および回路部713とを有している。本実施形態では、第1ハウジング711は、封止材で構成され、その封止材により、第1角速度センサー31、回路部713および回路基板712全体が封止されている。
同様に、第2角速度センサーユニット72は、第2ハウジング721と、第2ハウジング721内に設けられ、配線を有する回路基板722、回路基板722上に電気的に接続された第2角速度センサー32および回路部723とを有している。本実施形態では、第2ハウジング721は、封止材で構成され、その封止材により、第2角速度センサー32、回路部723および回路基板722全体が封止されている。
このように、第1角速度センサー31および回路部713、第2角速度センサー32および回路部723をパッケージ化することで、構成を簡素化することができる。
なお、第1角速度センサーユニット71と第2角速度センサーユニット72とは同様であるので、以下、代表的に、第1角速度センサーユニット71について説明する。
まず、回路部713は、第1角速度センサー31から出力される信号をAD変換、すなわち、アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換部と、前記変換された信号をロボット制御装置20に送信する送信部とを有している。
また、第1ハウジング711の外形は、立方体である。
また、図6に示すように、第1角速度センサー31は、角速度の検出軸(以下、単に「検出軸」とも言う)311を有しており(図6参照)、その検出軸311の回りの角速度を検出するように構成されている。また、第1角速度センサー31の検出軸311は、第1ハウジング711の直方体の一番大きな面の法線と一致している。これにより、容易かつ確実に、第1角速度センサー31の検出軸311および第2角速度センサー32の検出軸321の方向を認識することができ、容易に、第1角速度センサー31および第2角速度センサー32を適正な姿勢にすることができる。そして、第1角速度センサー31、すなわち、第1角速度センサーユニット71は、第1角速度センサー31の検出軸311が第1回動軸O1と平行になるように設置されている。また、図7に示すように、第2角速度センサー32、すなわち、第2角速度センサーユニット72は、第2角速度センサー32の検出軸321が第3回動軸O3と平行になるように設置されている。
また、図6および図8に示すように、第1ハウジング711は、その4つの角部に、第1アーム12に取り付けられる取付部7111を有している。各取付部7111には、それぞれ、雄ネジ(固定部材)81が挿入される孔7112が形成されている。
第1角速度センサーユニット71を第1アーム12に取り付ける(設置する)際は、4つの雄ネジ81をそれぞれ第1ハウジング711の孔7112に挿入し、第1アーム12のアーム側取付部121の4つの雌ネジに螺合する。これにより、各雄ネジ81により、第1ハウジング711の各取付部7111がそれぞれアーム側取付部121に固定される。すなわち、アーム側取付部121に、第1角速度センサーユニット71が取り付けられる。
また、図7および図8に示すように、第2ハウジング721は、その4つの角部に、第3アーム14に取り付けられる取付部7211を有している。各取付部7211には、それぞれ、雄ネジ(固定部材)81が挿入される孔7212が形成されている。
また、図7に示すように、第3アーム14は、アーム本体2cと一体的に形成され、第2角速度センサーユニット72(第2ハウジング721)が取り付けられるアーム側取付部141を有している。アーム側取付部141は、第2ハウジング721に対応した形状をなしている。すなわち、アーム側取付部141は、板状をなし、平面視での形状は、四角形、本実施形態では、長方形をなしている。また、アーム側取付部141の各角部には、それぞれ、雄ネジ81が螺合する雌ネジが形成されている。
なお、前記アーム本体2cと一体的に形成されたアーム側取付部141における「一体的」とは、別々に部材を形成し、それらを接合するのではなく、例えば、ダイキャスト等により、アーム本体2cとアーム側取付部141とを同時に形成する場合を言う。
第2角速度センサーユニット72を第3アーム14に取り付ける際は、4つの雄ネジ81をそれぞれ第2ハウジング721の孔7212に挿入し、第3アーム14のアーム側取付部141の先端部の雌ネジに螺合する。これにより、各雄ネジ81により、第2ハウジング721の4つの取付部7211がそれぞれ第2アーム14のアーム側取付部141に固定される。すなわち、第2アーム14のアーム側取付部141に、第2角速度センサーユニット72が取り付けられる。この場合、アーム側取付部141と第2角速度センサーユニット72との間には、何も介在しておらず、すなわち、第2角速度センサーユニット72は、アーム側取付部141に直接取り付けられる。これにより、第2角速度センサーユニット72を確実に第3アーム14に取り付けることができ、また、第2角速度センサーユニット72は、確実に、第3アーム14と一体的に回動することができる。
なお、第2角速度センサーユニット72がアーム側取付部141に直接取り付けられるにおける「直接」とは、第2角速度センサーユニット72を別の基板等の中間体に取り付けて、その中間体を、アーム側取付部141に取り付けでいるのではないことを言う。すなわち、アーム側取付部141と第2角速度センサーユニット72との間に、接着剤等を除き、何も介在していないことを言う。
また、雄ネジ81は、導電性を有しており、例えば、各種の金属材料で形成されている。雄ネジ81は、第2ハウジング721の孔7212に挿入し、アーム側取付部141の雌ネジに螺合した際、回路部723のアース用の端子に電気的に接続された回路基板722の配線に電気的に接続され、また、雄ネジ81の先端部は、アーム側取付部141に電気的に接続される。これにより、回路部723のアース用の端子は、配線および雄ネジ81を介して、第2アーム14のアーム本体2cに電気的に接続され、アースされる。これにより、アースに要する部品点数を削減することができ、構成を簡素化することができる。
次に、図4、図10〜図14を参照し、ロボット制御装置20の構成について説明する。
ロボット制御装置20は、第1角速度センサー31から出力される第1信号と、第2角速度センサー32から出力される第2信号と、位置センサー411〜416から出力される各信号とをそれぞれ受信する受信部と、この受信部により受信された第1信号および第2信号に基づいて、第1アーム12の角速度の振動成分および第3アーム14の角速度の振動成分を求める演算部と、この演算部により求められた第1アーム12の角速度の振動成分および第3アーム14の角速度の振動成分に基づいて、ロボット1の作動を制御する制御部とを有している。
具体的には、図4、図10〜図14に示すように、ロボット制御装置20は、前記受信部と、第1駆動源401の作動を制御する第1駆動源制御部201と、第2駆動源402の作動を制御する第2駆動源制御部202と、第3駆動源403の作動を制御する第3駆動源制御部203と、第4駆動源404の作動を制御する第4駆動源制御部204と、第5駆動源405の作動を制御する第5駆動源制御部205と、第6駆動源406の作動を制御する第6駆動源制御部206とを有している。
なお、前記演算部は、第1駆動源制御部201の後述する角速度算出部561、減算器571、第2駆動源制御部202の後述する角速度算出部562、加減算器622、第3駆動源制御部203の後述する角速度算出部563により構成される。
図10に示すように、第1駆動源制御部201は、減算器511と、位置制御部521と、減算器531と、角速度制御部541と、回転角度算出部551と、角速度算出部561と、減算器571と、変換部581と、補正値算出部591と、加算器601とを有している。
図11に示すように、第2駆動源制御部202は、減算器512と、位置制御部522と、減算器532と、角速度制御部542と、回転角度算出部552と、角速度算出部562と、加減算器622と、変換部582と、補正値算出部592と、加算器602とを有している。
図11に示すように、第3駆動源制御部203は、減算器513と、位置制御部523と、減算器533と、角速度制御部543と、回転角度算出部553と、角速度算出部563とを有している。
図12に示すように、第4駆動源制御部204は、減算器514と、位置制御部524と、減算器534と、角速度制御部544と、回転角度算出部554と、角速度算出部564とを有している。
図13に示すように、第5駆動源制御部205は、減算器515と、位置制御部525と、減算器535と、角速度制御部545と、回転角度算出部555と、角速度算出部565とを有している。
図14に示すように、第6駆動源制御部206は、減算器516と、位置制御部526と、減算器536と、角速度制御部546と、回転角度算出部556と、角速度算出部566とを有している。
ここで、ロボット制御装置20は、ロボット1が行う処理の内容に基づいてリスト16の目標位置を演算し、その目標位置にリスト16を移動させるための軌道を生成する。そして、ロボット制御装置20は、その生成した軌道に沿ってリスト16が移動するように、各駆動源401〜406の回転角度を所定の制御周期ごとに測定し、この測定結果に基づいて演算した値をそれぞれ各駆動源401〜406の位置指令Pcとして駆動源制御部201〜206に出力する(図10〜図14参照)。なお、前記および以下では、「値が入力、出力」等と表記しているが、これは、「その値に対応する信号が入力、出力」の意味である。
図10に示すように、第1駆動源制御部201には、第1駆動源401の位置指令Pcの他、第1位置センサー411、第1角速度センサー31からそれぞれ検出信号が入力される。第1駆動源制御部201は、第1位置センサー411の検出信号から算出される第1駆動源の回転角度(位置フィードバック値Pfb)が位置指令Pcになり、かつ、後述する角速度フィードバック値ωfbが後述する角速度指令ωcになるように、各検出信号を用いたフィードバック制御によって第1駆動源401を駆動する。
すなわち、第1駆動源制御部201の減算器511には、位置指令Pcが入力され、また、回転角度算出部551から後述する位置フィードバック値Pfbが入力される。回転角度算出部551では、第1位置センサー411から入力されるパルス数がカウントされるとともに、そのカウント値に応じた第1駆動源401の回転角度が位置フィードバック値Pfbとして減算器511に出力される。減算器511は、これら位置指令Pcと位置フィードバック値Pfbとの偏差(第1駆動源401の回転角度の目標値から位置フィードバック値Pfbを減算した値)を位置制御部521に出力する。
位置制御部521は、減算器511から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン等を用いた所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第1駆動源401の角速度の目標値を演算する。位置制御部521は、その第1駆動源401の角速度の目標値(指令値)を示す信号を角速度指令ωcとして減算器531に出力する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、比例制御(P制御)がなされるが、これに限定されるものではない。
減算器531には、角速度指令ωcが入力され、また、後述する角速度フィードバック値ωfbが入力される。減算器531は、これら角速度指令ωcと角速度フィードバック値ωfbとの偏差(第1駆動源401の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωfbを減算した値)を角速度制御部541に出力する。
角速度制御部541は、減算器531から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン、積分ゲイン等を用い、積分を含む所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第1駆動源401の駆動信号(駆動電流)を生成し、モータードライバー301を介してモーター401Mに供給する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、PI制御がなされるが、これに限定されるものではない。
このようにして、位置フィードバック値Pfbが位置指令Pcと可及的に等しくなり、かつ、角速度フィードバック値ωfbが角速度指令ωcと可及的に等しくなるように、フィードバック制御がなされ、第1駆動源401の駆動電流が制御される。
次に、第1駆動源制御部201における角速度フィードバック値ωfbについて説明する。
角速度算出部561では、第1位置センサー411から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第1駆動源401の角速度ωm1が算出され、その角速度ωm1は、加算器601に出力される。
また、角速度算出部561では、第1位置センサー411から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第1アーム12の第1回動軸O1の回りの角速度ωA1mが算出され、その角速度ωA1mは、減算器571に出力される。なお、角速度ωA1mは、角速度ωm1を、第1駆動源401のモーター401Mと第1アーム12との間、すなわち、関節171における減速比で除算した値である。
また、第1角速度センサー31により、第1アーム12の第1回動軸O1の回りの角速度が検出される。そして、その第1角速度センサー31の検出信号、すなわち、第1角速度センサー31により検出された第1アーム12の第1回動軸O1の回りの角速度ωA1は、減算器571に出力される。
減算器571には、角速度ωA1および角速度ωA1mが入力され、減算器571は、この角速度ωA1から角速度ωA1mを減算した値ωA1s(=ωA1−ωA1m)を変換部581に出力する。この値ωA1sは、第1アーム12の第1回動軸O1の回りの角速度の振動成分(振動角速度)に相当する。以下、ωA1sを振動角速度と言う。本実施形態では、この振動角速度ωA1s(詳細には、振動角速度ωA1sに基づいて生成した値であるモーター401Mにおける角速度ωm1s)が後述するゲインKa倍されて駆動源401の入力側に戻るフィードバック制御を行う。具体的には、振動角速度ωA1sが可及的に0になるように、駆動源401に対してフィードバック制御がなされる。これにより、ロボット1の振動を抑制することができる。なお、このフィードバック制御では、駆動源401の角速度が制御される。
変換部581は、振動角速度ωA1sを第1駆動源401における角速度ωm1sに変換し、その角速度ωm1sを補正値算出部591に出力する。この変換は、振動角速度ωA1sに、第1駆動源401のモーター401Mと第1アーム12との間、すなわち、関節171における減速比を乗算することで得ることができる。
補正値算出部591は、角速度ωm1sに予め定められた係数であるゲイン(フィードバックゲイン)Kaを乗算し、補正値Ka・ωm1sを求め、その補正値Ka・ωm1sを加算器601に出力する。
加算器601には、角速度ωm1が入力され、また、補正値Ka・ωm1sが入力される。加算器601は、角速度ωm1と補正値Ka・ωm1sとの加算値を角速度フィードバック値ωfbとして減算器531に出力する。なお、以降の動作は、前述した通りである。
図11に示すように、第2駆動源制御部202には、第2駆動源402の位置指令Pcの他、第2位置センサー412、第2角速度センサー32からそれぞれ検出信号が入力される。また、第2駆動源制御部202には、第3駆動源制御部203からアーム15の第3回動軸O3の回りの角速度ωA3mが入力される。第2駆動源制御部202は、第2位置センサー412の検出信号から算出される第2駆動源402の回転角度(位置フィードバック値Pfb)が位置指令Pcになり、かつ、後述する角速度フィードバック値ωfbが後述する角速度指令ωcになるように、各検出信号を用いたフィードバック制御によって第2駆動源402を駆動する。
すなわち、第2駆動源制御部202の減算器512には、位置指令Pcが入力され、また、回転角度算出部552から後述する位置フィードバック値Pfbが入力される。回転角度算出部552では、第2位置センサー412から入力されるパルス数がカウントされるとともに、そのカウント値に応じた第2駆動源402の回転角度が位置フィードバック値Pfbとして減算器512に出力される。減算器512は、これら位置指令Pcと位置フィードバック値Pfbとの偏差(第2駆動源402の回転角度の目標値から位置フィードバック値Pfbを減算した値)を位置制御部522に出力する。
位置制御部522は、減算器512から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン等を用いた所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第2駆動源402の角速度の目標値を演算する。位置制御部522は、その第2駆動源402の角速度の目標値(指令値)を示す信号を角速度指令ωcとして減算器532に出力する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、比例制御(P制御)がなされるが、これに限定されるものではない。
減算器532には、角速度指令ωcが入力され、また、後述する角速度フィードバック値ωfbが入力される。減算器532は、これら角速度指令ωcと角速度フィードバック値ωfbとの偏差(第2駆動源402の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωfbを減算した値)を角速度制御部542に出力する。
角速度制御部542は、減算器532から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン、積分ゲイン等を用い、積分を含む所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第2駆動源402の駆動信号(駆動電流)を生成し、モータードライバー302を介してモーター402Mに供給する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、PI制御がなされるが、これに限定されるものではない。
このようにして、位置フィードバック値Pfbが位置指令Pcと可及的に等しくなり、かつ、角速度フィードバック値ωfbが角速度指令ωcと可及的に等しくなるように、フィードバック制御がなされ、第2駆動源402の駆動電流が制御される。なお、第2回動軸O2は、第1回動軸O1に対して直交しているので、第1アーム12の動作や振動の影響を受けず、第1駆動源401に対して独立して第2駆動源402の作動を制御することができる。
次に、第2駆動源制御部202における角速度フィードバック値ωfbについて説明する。
角速度算出部562では、第2位置センサー412から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第2駆動源402の角速度ωm2が算出され、その角速度ωm2は、加算器602に出力される。
また、角速度算出部562では、第2位置センサー412から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第2アーム13の第2回動軸O2の回りの角速度ωA2mが算出され、その角速度ωA2mは、加減算器622に出力される。なお、角速度ωA2mは、角速度ωm2を、第2駆動源402のモーター402Mと第2アーム13との間、すなわち、関節172における減速比で除算した値である。
また、第3駆動源制御部203の角速度算出部563では、第3位置センサー413から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第3アーム14の第3回動軸O3の回りの角速度ωA3mが算出され、その角速度ωA3mは、加減算器622に出力される。なお、角速度ωA3mは、角速度ωm3を、第3駆動源403のモーター403Mと第3アーム14との間、すなわち、関節173における減速比で除算した値である。
また、第2角速度センサー32により、第3アーム14の第2回動軸O2の回りの角速度が検出される。そして、その第2角速度センサー32の検出信号、すなわち、第2角速度センサー32により検出された第3アーム14の第2回動軸O2の回りの角速度ωA3は、加減算器622に出力される。なお、第2回動軸O2、第3回動軸O3は、第1回動軸O1に対して直交しているので、第1アーム12の動作や振動の影響を受けずに、容易かつ確実に、第3アーム14の第2回動軸O2の回りの角速度を求めることができる。
加減算器622には、角速度ωA3、角速度ωA2mおよび角速度ωA3mが入力され、加減算器622は、角速度ωA3から角速度ωA2mおよび角速度ωA3mを減算した値ωA2s(=ωA3−ωA2m−ωA3m)を変換部582に出力する。この値ωA2sは、第2アーム13と第3アーム14の第2回動軸O2の回りの合計の角速度の振動成分(振動角速度)に相当する。以下、ωA2sを振動角速度と言う。本実施形態では、この振動角速度ωA2s(詳細には、振動角速度ωA2sに基づいて生成した値であるモーター402Mにおける角速度ωm2s)が後述するゲインKa倍されて第2駆動源402の入力側に戻るフィードバック制御を行う。具体的には、振動角速度ωA2sが可及的に0になるように、第2駆動源402に対してフィードバック制御がなされる。これにより、ロボット1の振動を抑制することができる。なお、このフィードバック制御では、第2駆動源402の角速度が制御される。
変換部582は、振動角速度ωA2sを第2駆動源402における角速度ωm2sに変換し、その角速度ωm2sを補正値算出部592に出力する。この変換は、振動角速度ωA2sに、第2駆動源402のモーター402Mと第2アーム13との間、すなわち、関節172における減速比を乗算することで得ることができる。
補正値算出部592は、角速度ωm2sに予め定められた係数であるゲイン(フィードバックゲイン)Kaを乗算し、補正値Ka・ωm2sを求め、その補正値Ka・ωm2sを加算器602に出力する。なお、この第2駆動源制御部202におけるゲインKaと、第1駆動源制御部201におけるゲインKaとは、同一でもよく、また、異なっていてもよい。
加算器602には、角速度ωm2が入力され、また、補正値Ka・ωm2sが入力される。加算器602は、角速度ωm2と補正値Ka・ωm2sとの加算値を角速度フィードバック値ωfbとして減算器532に出力する。なお、以降の動作は、前述した通りである。
図11に示すように、第3駆動源制御部203には、第3駆動源403の位置指令Pcの他、第3位置センサー413から検出信号が入力される。第3駆動源制御部203は、第3位置センサー413の検出信号から算出される第3駆動源403の回転角度(位置フィードバック値Pfb)が位置指令Pcになり、かつ、後述する角速度フィードバック値ωfbが後述する角速度指令ωcになるように、各検出信号を用いたフィードバック制御によって第3駆動源403を駆動する。
すなわち、第3駆動源制御部203の減算器513には、位置指令Pcが入力され、また、回転角度算出部553から後述する位置フィードバック値Pfbが入力される。回転角度算出部553では、第3位置センサー413から入力されるパルス数がカウントされるとともに、そのカウント値に応じた第3駆動源403の回転角度が位置フィードバック値Pfbとして減算器513に出力される。減算器513は、これら位置指令Pcと位置フィードバック値Pfbとの偏差(第3駆動源403の回転角度の目標値から位置フィードバック値Pfbを減算した値)を位置制御部523に出力する。
位置制御部523は、減算器513から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン等を用いた所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第3駆動源403の角速度の目標値を演算する。位置制御部523は、その第3駆動源403の角速度の目標値(指令値)を示す信号を角速度指令ωcとして減算器533に出力する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、比例制御(P制御)がなされるが、これに限定されるものではない。
また、角速度算出部563では、第3位置センサー413から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第3駆動源403の角速度が算出され、その角速度が角速度フィードバック値ωfbとして減算器533に出力される。
減算器533には、角速度指令ωcが入力され、また、角速度フィードバック値ωfbが入力される。減算器533は、これら角速度指令ωcと角速度フィードバック値ωfbとの偏差(第3駆動源403の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωfbを減算した値)を角速度制御部543に出力する。
角速度制御部543は、減算器533から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン、積分ゲイン等を用い、積分を含む所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第3駆動源403の駆動信号(駆動電流)を生成し、モータードライバー303を介してモーター403Mに供給する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、PI制御がなされるが、これに限定されるものではない。
このようにして、位置フィードバック値Pfbが位置指令Pcと可及的に等しくなり、かつ、角速度フィードバック値ωfbが角速度指令ωcと可及的に等しくなるように、フィードバック制御がなされ、第3駆動源403の駆動電流が制御される。
なお、駆動源制御部204〜206については、それぞれ、前記第3駆動源制御部203と同様であるので、その説明は省略する。
以上説明したように、このロボット1およびロボットシステム10では、第1角速度センサー31により、第1アーム12の角速度を検出することができ、また、第3回動軸O3は、第2回動軸O2と平行であるので、第2角速度センサー32により、第2アーム13の回動分を含めて第3アーム14の角速度を検出することができる。そして、これらの検出結果に基づいて、振動を抑制することができる。そして、特に、第1角速度センサーユニット71を前述した位置に配置することにより、第1角速度センサー31により、第1アーム12のうちの振動の大きい部位の角速度を検出することができ、これにより、より確実に振動を抑制することができる。
ここで、第1角速度センサー31により第1アーム12のうちの振動の大きい部位の角速度を検出することができる理由を説明すると、まず、第1アーム12のうち、根元部251と、舌片部241a、241bとでは、根元部251の方が剛性が高く、また、第1アーム12の基端側よりも先端側の方が大きい振動が生じるので、舌片部241a、241bの方が大きい振動が生じる。
また、舌片部241aと、舌片部241bとでは、舌片部241aに減速機45が設けられているので、第2アーム13に駆動力を伝達し、かつ、第2アーム13を支持している部位は、舌片部241aである。このため、第2アーム13が駆動した際、舌片部241bよりも舌片部241aの方が大きい振動が生じる。
なお、第2回動軸O2の軸方向から見て、第1角速度センサーユニット71が、全く、第1アーム12の第2アーム13と重なっている部位に設けられていない場合、例えば、第1角速度センサーユニット71が根元部251に設置されている場合は、第1アーム12の第1回動軸O1の回りの捩じれによる振動を含む角速度は検出できるが、第1アーム12の撓みによる振動を含む角速度を検出することができない。しかし、このロボット1およびロボットシステム10では、第1角速度センサーユニット71が舌片部241aに設置されているので、第1アーム12の第1回動軸O1の回りの捩じれによる振動および第1アーム12の撓みによる振動を含む角速度を検出することができ、これにより、より確実に振動を抑制することができる。
また、ロボット1の姿勢が変化しても、第1角速度センサー31の検出軸311は、一定である。このため、第1角速度センサー31により検出された第1アーム12の角速度に対して、第1角速度センサー31の向きによる補正を行う必要がない。
また、第3回動軸O3および第2回動軸O2は、第1回動軸O1と直交または第1回動軸に直交する軸と平行であるので、ロボット1の姿勢が変化、例えば、第2アーム13が回動しても、また、第3アーム14が回動しても、第2角速度センサー32の検出軸321は、一定である。このため、第2角速度センサー32により検出された第3アーム14の角速度に対して、第2角速度センサー32の向きによる補正を行う必要がない。
これにより、複雑で膨大な演算が不要であり、これによって、演算誤差が生じ難く、振動を確実に抑制することができ、また、ロボット1の制御における応答速度を速くすることができる。
また、第2角速度センサー32により、第2アーム13の角速度ではなく、第2アーム13の回動分を含めて第3アーム14の角速度を検出するので、より確実に振動を抑制することができる。
また、第2アーム13にも角速度センサーを設置する場合に比べて、角速度センサーの数を削減することができ、コストを低減することができ、また、構成を簡素化することができる。
また、第3アーム14よりも基端側の第2アーム13を回動させる第2駆動源402の作動を制御することにより、ロボット1の振動を抑制する効果を高めることができる。
以上、本発明のロボットおよびロボットシステムを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
なお、各駆動源のモーターとしては、それぞれ、前記サーボモーターの他、例えば、ステッピングモーター等が挙げられる。また、モーターとしてステッピングモーターを用いる場合は、位置センサーとして、例えば、ステッピングモーターへ入力する駆動パルスの数を計測することで、モーターの回転角度を検出するものを用いてもよい。
また、各位置センサー、各角速度センサーの方式は、それぞれ、特に限定されず、例えば、光学式、磁気式、電磁式、電気式等が挙げられる。
また、前記実施形態では、第2角速度センサーの検出結果に基づいて第2アームを回動させる第2駆動源の作動を制御するようになっているが、これに限らず、例えば、第2角速度センサーの検出結果に基づいて第3アームを回動させる第3駆動源の作動を制御するようになっていてもよい。
また、前記実施形態では、ロボットの回動軸の数は、6つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットの回動軸の数は、2つ、3つ、4つ、5つまたは7つ以上でもよい。
すなわち、前記実施形態では、リストが2本のアームを有しているので、ロボットのアームの本数は、6本であるが、本発明では、これに限定されず、ロボットのアームの本数は、2本、3本、4本、5本または7本以上でもよい。
また、前記実施形態では、ロボットは、複数のアームを回動可能に連結してなるロボットアームを1つ有する単腕ロボットであるが、本発明では、これに限定されず、例えば、複数のアームを回動可能に連結してなるロボットアームを2つ有する双腕ロボット等、前記ロボットアームを複数有するロボットであってもよい。
1……ロボット(産業用ロボット) 10……ロボットシステム 11……基台 12、13、14、15……アーム(リンク) 16……リスト(リンク) 161……リスト本体 162……支持リング 163……先端面 171、172、173、174、175、176……関節(ジョイント) 2、2a、2b、2c、2d……アーム本体 3、3a、3b、3c、3d……駆動機構 31、32……角速度センサー 311、321……検出軸 4、4a、4b、4c、4d……封止手段 20……ロボット制御装置 201〜206……駆動源制御部 301、302、303、304、305、306……モータードライバー 401、402、403、404、405、406……駆動源 401M、402M、403M、404M、405M、406M……モーター 411、412、413、414、415、416……位置センサー 511、512、513、514、515、516……減算器 521、522、523、524、525、526……位置制御部 531、532、533、534、535、536……減算器 541、542、543、544、545、546……角速度制御部 551、552、553、554、555、556……回転角度算出部 561、562、563、564、565、566……角速度算出部 571……減算器 581、582……変換部 591、592……補正値算出部 601、602……加算器 622……加減算器 45……減速機 451……減速部 452……歯車 453……筒状部 454……取付部 455……歯車 456……軸受 457……外輪 458……内輪 459……ローラー 71、72……角速度センサーユニット 711、721……ハウジング 7111、7211……取付部 712、722……回路基板 713、723……回路部 7112、7212……孔 81……雄ネジ 85……ケーブル 91、92……プーリー 921……回転軸 93……ベルト 101……床 111……ボルト 112……基台本体 113……円筒状部 114……箱状部 121、141 アーム側取付部 181、182、183……軸受 241a、241b、242a、242b、244a、244b……舌片部 251、252、254……根元部 O1、O2、O3、O4、O5、O6……回動軸

Claims (12)

  1. 基台と、
    前記基台に、第1回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第1アームと、
    前記第1アームに、前記第1回動軸の軸方向とは異なる軸方向である第2回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第2アームと、
    第1角速度検出器を有する第1部材と、を備え、
    前記第1部材の少なくとも一部は、前記第2回動軸の軸方向から見て、前記第1アームの前記第2アームと重なっている部分に設けられていることを特徴とするロボット。
  2. 前記第1アームは、前記第2アームよりも基台側に位置する第1部分と、前記基台よりも前記第2アーム側に位置する第2部分と、を有し、
    前記第1部材は、前記第2部分に設けられている請求項1に記載のロボット。
  3. 前記第2部分に、減速機が設けられている請求項2に記載のロボット。
  4. 前記第2回動軸の軸方向から見て、前記第1部分と前記第2アームとは重なっておらず、
    前記第1部材は、前記第2回動軸の軸方向から見て、前記第2部分に、前記第1部分と重ならないように設けられている請求項2または3に記載のロボット。
  5. 前記第2アームに、前記第2回動軸と平行な軸である第3回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第3アームと、
    前記第3アームに設けられ、第2角速度検出器を有する第2部材と、を備える請求項1ないし4のいずれか1項に記載のロボット。
  6. 前記第2角速度検出器の角速度の検出軸は、前記第3回動軸と平行である請求項5に記載のロボット。
  7. 前記第1角速度検出器の角速度の検出軸は、前記第1回動軸と平行である請求項1ないし6のいずれか1項に記載のロボット。
  8. 前記第1部材は、前記第1アームの内部に配置されている請求項1ないし7のいずれか1項に記載のロボット。
  9. 前記第2回動軸は、前記第1回動軸に直交する軸であるかまたは前記第1回動軸に直交する軸と平行な軸である請求項1ないし8のいずれか1項に記載のロボット。
  10. 前記第2回動軸は、前記第1回動軸の軸方向から見て、前記第1回動軸からずれた位置に配置されている請求項1ないし9のいずれか1項に記載のロボット。
  11. 前記第3アームに、前記第3回動軸に直交する軸であるかまたは前記第3回動軸に直交する軸と平行な軸である第4回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第4アームと、
    前記第4アームに対し、前記第4回動軸に直交する軸であるかまたは前記第4回動軸に直交する軸と平行な軸である第5回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第5アームと、
    前記第5アームに対し、前記第5回動軸に直交する軸であるかまたは前記第5回動軸に直交する軸と平行な軸である第6回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第6アームと、を備える請求項1ないし10のいずれか1項に記載のロボット。
  12. ロボットと、
    前記ロボットの作動を制御するロボット制御装置と、を備え、
    前記ロボットは、基台と、
    前記基台に、第1回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第1アームと、
    前記第1アームに、前記第1回動軸の軸方向とは異なる軸方向である第2回動軸を回動中心として回動可能に設けられた第2アームと、
    角速度検出器を有する部材と、を備え、
    前記部材の少なくとも一部は、前記第2回動軸の軸方向から見て、前記第1アームの前記第2アームと重なっている部分に設けられていることを特徴とするロボットシステム。
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