JP2018051675A - エンコーダ装置、ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】入力軸と出力軸の双方にエンコーダを設ける場合において小型化することができるエンコーダ装置、ロボットを提供する。【解決手段】実施形態のエンコーダ装置９は、ショルダ３（第１のアーム）に収容されているモータ１０の回転角度を検出する入力軸エンコーダ１１（第１のエンコーダ）と、ショルダ３に対する下アーム４（第２のアーム）の回転角度を検出する出力軸エンコーダ１４（第２のエンコーダ）と、を備えている。このとき、下アーム４（第２のアーム）は、モータ１０と減速機１２（伝達機構）とを回転軸１０ａの両側から覆う形状に形成されており、出力軸エンコーダ１４は、モータ１０と減速機１２との連結位置よりもモータ１０側に位置して設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、回転角度を検出するエンコーダ装置、ロボットに関する。

近年、ロボットの高速化等を目的として、モータの回転軸の一方の端部側にアームを接続するのではなく、回転軸を両端から挟み込むような形状のアームを用いることがある。この場合、アームが言わば両持ち状態で支持されることから、始動時や制動時におけるアームのぶれが抑制されて高速化を図ることができるとともに、アームの剛性が相対的に高くなることから、位置決め精度も向上すると考えられる。

そして、近年では、位置決めをより高精度で行うために、モータの回転軸等の入力軸側だけでなく、モータによって駆動される伝達機構の出力段等の出力軸側にもエンコーダを設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−５１１４１号公報

さて、一般的に用いられる光学式のエンコーダは、熱耐性が比較的低いことから、駆動しているモータからの影響を抑えるために、検出器をカバーで覆う等の対策が必要となる。そして、入力軸側のエンコーダは、従来から採用されているものであるので、熱対策が施されていると考えられる。

しかしながら、従来では、エンコーダを耐熱カバー等で覆うこと等により熱対策が行われており、そのような熱対策を出力軸側のエンコーダにも適用すると、必要なスペースが増加し、例えばロボットであれば大型化を招くおそれがある。また、両持ち状態のアームを採用している場合には、バランスを取ることやデザイン性等を考慮してアームを対称形状に形成することが多いため、さらに大型化してしまうおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、入力軸と出力軸の双方にエンコーダを設ける場合において小型化することができるエンコーダ装置、ロボットを提供することにある。

請求項１記載のエンコーダ装置は、第１のアームに収容されているモータの回転角度を検出する第１のエンコーダと、第１アームに対する第２のアームの回転角度を検出する第２のエンコーダと、を備えている。これにより、まず、アームの位置決め精度を高めることができる。

このとき、第２のアームは、モータと、モータに接続されて当該モータの回転軸を入力軸とするとともに出力軸に第２のアームが接続されている伝達機構とを、モータの回転軸の延長線上における両側から覆う形状に形成されている。つまり、第２のアームは、回転軸において、両持ち状態のアームとなっている。そして、第２のエンコーダは、モータと伝達機構との連結位置よりもモータ側の位置に設けられている。

このような構成とすることにより、第２のエンコーダ（出力軸エンコーダ）を、伝達機構から離間した位置に設けることが可能となる。これにより、モータを回転駆動した際の発熱が伝達機構に伝わったとしても、伝達機構からの輻射熱や、第２のアームを経由する伝熱が、第２のエンコーダまで到達することが抑制される。すなわち、モータで発生した熱が第２のエンコーダに影響を与えることが抑制される。

このため、第２のエンコーダに対して耐熱カバーといった従来用いられていた耐熱構造物が不要となり、第２のエンコーダを設ける場合であっても、大きな設置スペースを必要としない。したがって、入力軸と出力軸の双方にエンコーダを設ける場合において、エンコーダ装置を小型化することができる。
また、入力軸と出力軸の双方にエンコーダを設けていることから、位置決め精度を向上させることができる。

請求項２記載のエンコーダ装置では、第２のエンコーダの回転板は、モータの回転軸と同軸となる位置において第２のアームと一体に回転する軸部材に回転軸と垂直な状態で固定されており、第２のエンコーダの検出器は、回転板と対向する位置において第１のアームに固定されている。
これにより、検出器に対して回転板を相対的に回転させることが可能となり、第１のアームに対する第２のアームの回転角度を検出することができる。

請求項３記載のエンコーダ装置では、第１のエンコーダは、検出器および回転板を有する光学式のものであり、第２のエンコーダの回転板は、モータの回転軸と同軸となる位置において第２のアームと一体に回転する軸部材に、回転軸と垂直な状態、且つ、前記第１のエンコーダの回転板と対向する状態で固定されており、第１のエンコーダの検出器および第２のエンコーダの検出器は、第１のアームの内壁から第１のエンコーダの回転板と前記第２のエンコーダの回転板との間まで延びている支持部材において、互いの回転板と対向する位置に固定されている。
これにより、検出器に対して回転板を相対的に回転させることが可能となり、第１のアームに対する第２のアームの回転角度を検出することができる。

請求項４記載のエンコーダ装置では、第２のエンコーダの回転板は、モータの回転軸と同軸となる位置において第２のアームと一体に回転する軸部材に、回転軸と垂直な状態で固定されており、第２のエンコーダの検出器は、第２のエンコーダの回転板と対向する位置において第２のアームに固定されている。
これにより、検出器に対して回転板を相対的に回転させることが可能となり、第１のアームに対する第２のアームの回転角度を検出することができる。

請求項５記載のエンコーダ装置では、第２のエンコーダの検出器は、モータの回転軸と同軸となる位置において第２のアームから回転板に向かって延びているとともに先端部が回転板と平行に曲げられた軸部材に、回転板と対向する位置に固定されている。
これにより、検出器に対して回転板を相対的に回転させることが可能となり、第１のアームに対する第２のアームの回転角度を検出することができる。
また、回転板を共通化することができ、部品点数の削減によるコストダウンと、設置スペースの削減により小型化とを両立させることができる。

請求項６記載のエンコーダ装置では、第１のエンコーダおよび第２のエンコーダは、検出器および回転板で構成される光学式のものであり、第２のエンコーダの回転板として第１のエンコーダの回転板を共用し、第１のアームには、前記第１のエンコーダの回転板と水平に、且つ、当該回転板に対向する位置まで窪んだ溝部が形成されており、第２のエンコーダの検出器は、溝部内を第２のアームから第１のエンコーダの回転板と水平に、且つ、当該回転板に対向する第１のアーム内の位置まで延びている支持部材に固定されている。
これにより、検出器に対して回転板を相対的に回転させることが可能となり、第１のアームに対する第２のアームの回転角度を検出することができる。
また、回転板を共通化することができ、部品点数の削減によるコストダウンと、設置スペースの削減により小型化とを両立させることができる。

請求項７記載のエンコーダ装置では、第１のエンコーダおよび第２のエンコーダは、検出器および回転板で構成される光学式のものであり、第１のエンコーダの回転板はモータの外形よりも大きな直径に形成されており、第２のエンコーダの回転板として第１のエンコーダの回転板を共用し、第２のエンコーダの検出器は、溝部内を第２のアームから第１のエンコーダの回転板と水平に、且つ、当該回転板に対向する第１のアーム内の位置まで延びている支持部材に固定されている。
これにより、検出器に対して回転板を相対的に回転させることが可能となり、第１のアームに対する第２のアームの回転角度を検出することができる。
また、回転板を共通化することができ、部品点数の削減によるコストダウンと、設置スペースの削減により小型化とを両立させることができる。

請求項８記載のエンコーダ装置では、第１のアームから第２のアームに渡される配線部材を、伝達機構とは反対側となる第１のアームと第２のアームとの対向面において、モータの回転軸と同軸となる中空部を通して配線している。
相対的に回転するアーム間に配線を行う場合、配線部材の保護や関節部の省スペース化のために、回転軸を中空とし、その中空部を通すことが多い。しかし、モータと伝達機構の中空部に出力軸と配線の両方を通さなければならないため、関節部が大型化してしまうことが多かった。

これに対して、伝達機構とは反対側つまりは機械的構造が比較的単純な位置から配線することにより、モータの回転軸や伝達機構の主軸を中空にすることなく、第１のアームと第２のアームとの間で配線を行うことができる。これにより、複雑な配線構造を新たに設ける必要なく、第２のエンコーダ等への配線を行うことができ、関節部が大型化してしまうことを防止できる。

また、第１のアームと第２のアームとは、モータの回転軸とは異なり概ね１回転程度しか相対的に回転しないため、アームの回転に伴って配線部材が振り回されるおそれが少なく、配線の損傷を抑えることができ、耐久性を向上させることができる。
また、回転軸等を中空にする必要が無いことから、回転軸を中空にできないような小型のモータや小型の伝達機構を有するものにおいても、第２のエンコーダを設けることができ、位置決め精度の向上を図ることができる。

請求項９に記載したロボットは、請求項１に記載したエンコーダ装置を備えている。これにより、上記したようにエンコーダ装置を小型化することができることから、ロボットの大型化を招くことがない。
また、入力軸と出力軸の双方にエンコーダを設けていることから、位置決め精度を向上させることができる。

第１実施形態のロボットの構成を模式的に示す図 エンコーダ装置の構成を模式的に示す図 第２実施形態のエンコーダ装置の構成を模式的に示す図 第３実施形態のエンコーダ装置の構成を模式的に示す図 第４実施形態のエンコーダ装置の構成を模式的に示す図 第５実施形態のエンコーダ装置の構成を模式的に示す図その１ エンコーダ装置の構成を模式的に示す図その２ その他の実施形態のロボットの構成を模式的に示す図

以下、複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態において実質的に共通する部位には同一符号を付して説明する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。

図１に示すように、ロボット１は、いわゆる垂直多関節型ロボットとして周知の構成を備えており、図示は省略するが制御部であるコントローラに接続されており、コントローラで実行される制御プログラムに従って動作する。

このロボット１は、ベース２上に、Ｚ方向の軸心を持つ第１軸（Ｊ１）を介してショルダ３が水平方向に回転可能に連結されている。ショルダ３には、Ｙ方向の軸心を持つ第２軸（Ｊ２）を介して上方に延びる下アーム４の下端部が垂直方向に回転可能に連結されている。この下アーム４は、ショルダ３を両側から挟む態様で設けられている一対の腕部４ａと、これら腕部４ａ間を高剛性に接続する接続部４ｂとを有している。

このため、各腕部４ａは、下アーム４が回転するとき、それぞれ同時に且つ一体的に回転する。換言すると、一方の腕部４ａの回転は、他方の腕部４ａの回転と同じである。以下、下アーム４や後述する第一上アーム５や第二上アーム６など、回転中心となる軸線上において両側から挟み込む形状に形成されているアームを、両持ち状態とも称する。

下アーム４の先端部には、Ｙ方向の軸心を持つ第３軸（Ｊ３）を介して第一上アーム５が垂直方向に回転可能に連結されている。この第一上アーム５は、２つの腕部４ａの間に挟まれている。つまり、第一上アーム５は、両持ち状態で下アーム４に支持されている。この第一上アーム５の先端部には、Ｘ方向の軸心を持つ第４軸（Ｊ４）を介して第二上アーム６が捻り回転可能に連結されている。第二上アーム６の先端部は、二股となっており、Ｙ方向の軸心を持つ第５軸（Ｊ５）を介して手首７が垂直方向に回転可能に連結されている。

つまり、手首７は、第二上アーム６の先端部によって両持ち状態で支持されている。手首７には、Ｘ方向の軸心を持つ第６軸（Ｊ６）を介してフランジ８が捻り回転可能に連結されている。これらベース２、ショルダ３、下アーム４、第一上アーム５、第二上アーム６、手首７およびフランジ８は、ロボット１のアームとして機能する。そして、ロボット１におけるアームの最先端となるフランジ８には、図示は省略するがハンドやエンドエフェクタと称される治具が取り付けられる。この治具は、例えば図示しないワークを把持する把持部や、ワークを加工する工具等である。

このロボット１の各軸には、駆動源となるモータ１０（図２等参照）がそれぞれ設けられている。各モータ１０は、コントローラによって制御されており、回転することによりアームの角度つまりはロボット１の姿勢を変化させる。このとき、各モータ１０には、回転角度を検出するエンコーダや、モータ１０の回転を他のアームに伝達する伝達機構が設けられている。

例えば、第２軸には、図２に示すように、ショルダ３内には、モータ１０、入力軸エンコーダ１１、伝達機構としての減速機１２が設けられている。なお、図２も含めて、説明の簡略化のために断面を示すハッチングは省略している。

入力軸エンコーダ１１は、本実施形態における第１のエンコーダに相当し、モータ１０の回転軸１０ａに接続されて回転軸１０ａと同軸に、回転軸１０ａに垂直な平面内で回転する第１回転板１１ａと、第１回転板１１ａに光を照射するとともにその反射光を受光する第１検出器１１ｂとを有している。なお、本実施形態では光源と受光素子とを単一パッケージに組み込んだ反射型のエンコーダを採用しているが、透過型のエンコーダを採用することもできる。

第１回転板１１ａは、周知のように複数のスリットが設けられており、第１検出器１１ｂにおいてスリットに遮られる光を検出することにより、第１回転板１１ａの回転角度つまりはモータ１０の回転角度を検出する。つまり、本実施形態の入力軸エンコーダ１１は、光学式ものである。また、入力軸エンコーダ１１としては、いわゆるインクリメント型やアブソリュート型のものを採用できる。

これら第１回転板１１ａおよび第１検出器１１ｂは、カバー１３により覆われている。このカバー１３は、耐熱性を高めるために設けられている耐熱構造物である。つまり、入力軸エンコーダ１１は、熱対策やノイズ対策が施されている。

第１検出器１１ｂは、カバー１３の内壁において第１回転板１１ａと対向する位置に設けられている。ここで、第１回転板１１ａと対向する位置とは、第１回転板１１ａに設けられているスリットに対向する位置を意味している。これにより、モータ１０を回転駆動することによって第１回転板１１ａが第１検出器１１ｂに対して相対的に回転し、モータ１０の回転角度が検出される。

減速機１２は、モータ１０の回転軸１０ａの回転を減速して出力段つまりは出力軸に伝達する。つまり、減速機１２は、モータ１０に連結されている。本実施形態では、減速機１２として波動歯車装置を採用している。なお、伝達機構としては、減速機１２に限らず、モータ１０の回転力を伝達するものであれば他の構造のものを採用することができる。また、減速機１２としては、波動歯車装置に限らず、他の構造のものを採用することができる。

減速機１２の出力軸には、本実施形態における第２のアームとしての下アーム４が、ショルダ３に対して相対的に回転可能に接続されている。この下アーム４は、図２の場合にはＪ２で示されているモータ１０の回転軸１０ａを通る平面視において、回転軸１０ａの延長線上に位置する形状、つまりは、モータ１０および減速機１２を両側から覆う形状に形成されている。つまり、下アーム４は、ショルダ３を両側から挟み込む両持ち状態で、図示しない支持機構によって支持されてショルダ３に連結されている。

この下アーム４は、剛性を高めるために金属材料により形成されており、ショルダ３を両側から挟み込むようにある程度大きく形成されていることから、その比熱や熱容量が比較的大きくなっている。なお、ショルダ３や第一上アーム５や第二上アーム６等の他のアームも、金属材料により形成されており、比熱や熱容量が比較的大きくなっている。

この下アーム４には、出力軸エンコーダ１４は、モータ１０と減速機１２とが接続されている部位である連結部位よりもモータ１０側に位置して、出力軸エンコーダ１４が設けられている。つまり、本実施形態の出力軸エンコーダ１４は、モータ１０を挟んで減速機１２とは反対側となる位置に設けられている。

この出力軸エンコーダ１４は、入力軸エンコーダ１１と同様に光学式のものであり、第２回転板１４ａと第２検出器１４ｂとを有している。つまり、出力軸エンコーダ１４の第２回転板１４ａおよび第２検出器１４ｂは、双方が減速機１２よりもモータ１０側に位置して設けられている。この出力軸エンコーダ１４は、入力軸エンコーダ１１とともにエンコーダ装置９を構成している。

第２回転板１４ａは、モータ１０の回転軸１０ａと同軸となる位置において、下アーム４の内壁から下アーム４の内側に延びている軸部材１５の先端に、回転軸１０ａに垂直な状態で下アーム４内に固定されている。このため、下アーム４が回転した場合には、第２回転板１４ａは、回転軸１０ａを中心として、回転軸１０ａに垂直な平面内で下アーム４とともに回転する。

また、軸部材１５は、円筒状に形成されており、その内部が中空になっている。この中空の部分が、中空部に相当する。そして、第２回転板１４ａは、中空部に対応する位置に開口が形成されている。このため、ショルダ３内部と下アーム４内部とは、軸部材１５の中空部および第２回転板１４ａの開口を経由して連通している。そして、ロボット１では、これら中空部および開口を利用してショルダ３と下アーム４との間で配線部材１６が配線されている。

第２検出器１４ｂは、ショルダ３において第２回転板１４ａと対向する位置に固定されている。ここで、第２回転板１４ａと対向する位置とは、第２回転板１４ａに設けられているスリットに対向する位置を意味している。このとき、下アーム４には、第２回転板１４ａと第２検出器１４ｂとが対向する位置に、回転軸１０ａを中心とし、下アーム４の回転可能範囲に合わせた円弧状の開口が形成されている。このため、下アーム４が回転した場合であっても、第２回転板１４ａと第２検出器１４ｂとの間が遮られることは無い。

なお、図２にはショルダ３の表面に第２検出器１４ｂを設けた例を示しているが、第２検出器１４ｂをショルダ３内に設け、ショルダ３の壁部にも開口を設けて第２回転板１４ａに対向可能にする構成にすることもできる。

次に上記した構成の作用について説明する。
前述のように、入力軸エンコーダ１１に加えて、モータ１０が回転したときに相対的に移動する出力側に出力軸エンコーダ１４を設けることにより、位置決め精度を向上させることができると考えられる。ただし、出力軸エンコーダ１４も熱対策を施す必要があることから、入力軸エンコーダ１１と同様の耐熱性を確保するためにカバー１３等の耐熱構造物を設けると、設置スペースが増大し、その結果、ロボット１が大型化してしまう。
そこで、本実施形態では、以下の様にして、エンコーダ装置９への熱の影響を低減している。

さて、モータ１０が発熱した場合、その熱は、回転軸１０ａから減速機１２に伝わっていく。そのため、もし仮に減速機１２側の位置つまりは図２において減速機１２よりも右方側の位置に出力軸エンコーダ１４を設けた場合には、耐熱構造物を設けなければ、出力軸エンコーダ１４は、減速機１２からの輻射熱や下アーム４を経由して伝わる熱の影響を直接的に受けてしまう。

これに対して、本実施形態では、出力軸エンコーダ１４、より厳密に言えば、出力軸エンコーダ１４の第２回転板１４ａおよび第２検出器１４ｂの双方を、減速機１２よりもモータ１０側に位置して設けている。この場合、出力軸エンコーダ１４は、減速機１２との間にモータ１０および入力軸エンコーダ１１のカバー１３が存在していることから、減速機１２からの輻射熱の影響を直接的に受けることがない。つまり、出力軸エンコーダ１４は、減速機１２側からの熱の影響を受け難い位置に設けられている。

また、出力軸エンコーダ１４は、第２回転板１４ａが上記したように比熱や熱容量が大きい下アーム４において回転軸１０ａでみた場合に減速機１２とは反対側となる位置に設けられており、第２検出器１４ｂも、上記したように比熱や熱容量が大きいショルダ３において減速機１２とは反対側となる位置に設けられておいる。これにより、減速機１２からの熱は、ショルダ３や下アーム４によって吸収され、反対側の出力軸エンコーダ１４に与える影響が小さくなる。

すなわち、出力軸エンコーダ１４は、減速機１２からの輻射熱や下アーム４を経由して伝わる熱の影響を受け難い位置に設けられている。これにより、出力軸エンコーダ１４に対する熱の影響を抑制することができる。
このとき、出力軸エンコーダ１４は、熱の影響が抑制されていることから、耐熱構造物を設ける必要がない。これにより、出力軸エンコーダ１４を保護するための耐熱構造物等の設置スペースが不要となる。

以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
エンコーダ装置９は、ショルダ３（第１のアーム）に収容されているモータ１０の回転角度を検出する入力軸エンコーダ１１（第１のエンコーダ）と、ショルダ３に対する下アーム４（第２のアーム）の回転角度を検出する出力軸エンコーダ１４（第２のエンコーダ）と、を備えている。このとき、下アーム４（第２のアーム）は、モータ１０と減速機１２（伝達機構）とを、モータ１０の回転軸１０ａの延長線上における両側から覆う形状に形成されており、出力軸エンコーダ１４は、第２回転板１４ａおよび第２検出器１４ｂを有する光学式のものであり、第２回転板１４ａおよび第２検出器１４ｂの双方が減速機１２よりもモータ１０側に位置して設けられている。

この場合、出力軸エンコーダ１４は、減速機１２からの輻射熱や下アーム４を経由して伝わる熱の影響、つまりは、モータ１０を回転駆動した際の熱の影響を受けにくくなる。そして、熱の影響を受け難いことから、大きな耐熱構造物を設ける必要がない。これにより、エンコーダ装置９の耐熱性を向上させることができるとともに、耐熱構造物等の設置スペースが不要となり、筐体の大型化、本実施形態で言えばロボット１の大型化を抑制することができる。すなわち、エンコーダ装置９を小型化することができる。

また、第２回転板１４ａおよび第２検出器１４ｂのうち一方がショルダ３側に固定され、他方が下アーム４に固定されていることから、各アームの相対的な回転角度を検出することができる。

また、第２回転板１４ａは、モータ１０の回転軸１０ａと同軸となる位置において下アーム４と一体に回転する軸部材１５に固定されており、第２検出器１４ｂは、第２回転板１４ａと対向する位置においてショルダ３に固定されている。つまり、第２回転板１４ａは、比熱や熱容量が大きい下アーム４において減速機１２とは反対側となる位置に設けられており、第２検出器１４ｂは、比熱や熱容量が大きいショルダ３において減速機１２とは反対側となる位置に設けられておいる。これにより、減速機１２からの熱がショルダ３や下アーム４によって吸収され、反対側に位置する出力軸エンコーダ１４に与える影響が小さくなる。これにより、出力軸エンコーダ１４に対する熱の影響を抑制することができる。

下アーム４は、図２における左右方向において概ね対称に形成されているこが多いため、減速機１２と反対側となる図示左方側の内部には、ある程度のスペースが存在していると考えられる。その場合、そのスペースに第２回転板１４ａを設けることにより、従来構造を大きく変更することなく出力軸エンコーダ１４を設置可能になることが期待できる。

ショルダ３から下アーム４に渡される配線部材１６を、減速機１２とは反対側となるショルダ３から下アーム４の対向面において、モータ１０の回転軸１０ａと同軸となる中空部を通して配線している。これにより、回転軸１０ａや減速機１２の主軸を中空にしたりすることなく、また、回転軸１０ａの回転に対応するための複雑な配線構造を新たに設ける必要なく、第２検出器１４ｂまでの配線等、ショルダ３と下アーム４との間を容易に配線することができる。

換言すると、回転軸１０ａや減速機１２の主軸を中空にできない小型モータや小型減速機にも出力軸エンコーダ１４を設けることができ、位置決め精度の向上を図ることができる。これは、配線をする場合、配線の保護や関節部の省スペース化のために中空部を通すことが多いが、従来ではモータ１０と減速機１２の中空部に出力軸と配線の両方を通さなければならないため、関節部が大型化してしまうのに対し、機械的構造が単純な出力軸エンコーダ１４側のみ中空にすれば配線を通すことができるためである。

また、中空の軸部材１５によってショルダ３と下アーム４とが連通していることから、軸部材１５が配線の保護部材として機能することから、アームの回転に伴って配線部材１６が振り回されることがなく、配線の損傷を抑えることができ、耐久性を向上させることができる。
また、ロボット１は、入力軸エンコーダ１１と出力軸エンコーダ１４とを有するエンコーダ装置９を備え、出力軸エンコーダ１４については耐熱構造物等を設ける必要が無いことから、大型化を招くことなく、位置決め精度を向上させることができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、図３を参照しながら説明する。第２実施形態では、エンコーダ装置９の構成が第１実施形態と異なっている。なお、第２実施形態の場合も第１実施形態で示したロボット１に適用することを想定しているため、図１も参照しながら説明する。

図３（ａ）に示すように、第２実施形態のエンコーダ装置９では、第２回転板１４ａは、Ｊ２にて示すモータ１０の回転軸１０ａと同軸となる位置において、回転軸１０ａを中心に下アーム４と一体に回転する中空部を有する軸部材１５に、回転軸１０ａと垂直な状態、且つ、入力軸エンコーダ１１の第１回転板１１ａと対向する状態で固定されている。つまり、第２回転板１４ａは、ショルダ３内に位置しているものの、下アーム４に固定された状態で設けられている。このため、下アーム４が回転した場合には、第２回転板１４ａは、回転軸１０ａを中心として、回転軸１０ａに垂直な平面内で下アーム４とともに回転する。この第２回転板１４ａは、第１実施形態と同様に、中空部に対応する位置が開口している。

一方、第２検出器１４ｂは、ショルダ３の内壁から第１回転板１１ａと第２回転板１４ａとの間まで延びている支持部材１７の先端側において、第２回転板１４ａと対向するショルダ３内の位置に固定されている。この実施形態では、この支持部材１７は、検出器用の基板を用いており、第１回転板１１ａと対向する位置には第１検出器１１ｂが設けられている。つまり、支持部材１７は、回路基板であるとともに、第１検出器１１ｂおよび第２検出器１４ｂをショルダ３に対して固定する固定部材として機能している。この支持部材１７は、一方の検出器から照射された光が他方の検出器に到達しないように、不透明な金属材料等により、紙面に垂直方向における長さが少なくとも検出器よりも幅広となる寸法に形成されている。

このような構成によっても、入力軸エンコーダ１１および出力軸エンコーダ１４は、減速機１２からの輻射熱や下アーム４を経由して伝わる熱の影響、つまりは、モータ１０を回転駆動した際の熱の影響を受けにくくなることから、エンコーダ装置９の耐熱性を向上させることができるとともに、耐熱構造物等の設置スペースが不要となり、エンコーダ装置９を小型化することができる。

また、ショルダ３内部と下アーム４内部とは軸部材１５の中空部および第２回転板１４ａの開口を経由して連通しているため、これを利用してショルダ３から下アーム４への配線部材１６を配線することにより、第２検出器１４ｂまでの配線やさらに先端側のアームまでの配線等を含めて、ショルダ３と下アーム４との間を容易に配線することができる。また、アームの回転に伴って配線部材１６が振り回されることがなく、配線の損傷を抑えることができ、耐久性を向上させることができる。

また、支持部材１７を共通化したことにより、部品点数の増加を抑制できる。すなわち、ショルダ３内に必要なスペースの増加を抑制できる。
この場合、第１回転板１１ａ、第１検出器１１ｂ、第２回転板１４ａおよび第２検出器１４ｂを覆うカバー１３（図２参照）を設けることにより、さらに耐熱性を向上させることができるとともに、対ノイズ性も向上させることができる。

ところで、第２回転板１４ａをショルダ３内に位置するように設けた場合には、図３（ｂ）に示すように、入力軸エンコーダ１１をカバー１３内に設けておき、つまりは、入力軸エンコーダ１１については出力軸エンコーダ１４を設けない場合と共通の構造としておき、ショルダ３の内壁において第２回転板１４ａと対向する位置に第２検出器１４ｂを設けてもよい。

このような構成によっても、入力軸エンコーダ１１および出力軸エンコーダ１４は、減速機１２からの輻射熱や下アーム４を経由して伝わる熱の影響、つまりは、モータ１０を回転駆動した際の熱の影響を受けにくくなることから、エンコーダ装置９の耐熱性を向上させることができるとともに、耐熱構造物等の設置スペースが不要となり、エンコーダ装置９を小型化することができる。

この場合、第２検出器１４ｂがショルダ３内に位置していることから、第２検出器１４ｂまでの配線のためにショルダ３と下アーム４とを連通させる必要は無いものの、例えば第３軸や第７軸にもエンコーダ装置９を設ける場合には、ショルダ３と下アーム４とを連通させて、減速機１２の反対側から配線部材１６を配線することもできる。
また、下アーム４の内部にはある程度の空きスペースが存在していると考えられるため、従来構造を大きく変更することなく、また、大型化を招くことなく出力軸エンコーダ１４を設置可能になることが期待できる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、図４を参照しながら説明する。第３実施形態では、エンコーダ装置９の構成が第１実施形態と異なっている。なお、第３実施形態の場合も第１実施形態で示したロボット１に適用することを想定しているため、図１も参照しながら説明する。

図４に示すように、第３実施形態のエンコーダ装置９では、第２回転板１４ａは、Ｊ２にて示すモータ１０の回転軸１０ａと同軸となる位置において、回転軸１０ａを中心に下アーム４と一体に回転し、ショルダ３から下アーム４内まで延びる中空部を有する軸部材１５に、回転軸１０ａと垂直な状態で固定されている。この第２回転板１４ａは、第１実施形態と同様に、中空部に対応する位置が開口している。つまり、第２回転板１４ａは、下アーム４内に位置しているものの、ショルダ３に固定された状態で設けられている。そして、下アーム４が回転した場合には、第２回転板１４ａは、回転軸１０ａを中心として、回転軸１０ａに垂直な平面内で下アーム４とともに回転する。

一方、第２検出器１４ｂは、下アーム４の内壁において、第２回転板１４ａと対向する位置に固定されている。
このような構成によっても、入力軸エンコーダ１１および出力軸エンコーダ１４は、減速機１２からの輻射熱や下アーム４を経由して伝わる熱の影響、つまりは、モータ１０を回転駆動した際の熱の影響を受けにくくなることから、耐熱構造物等の設置スペースが不要となり、エンコーダ装置９を小型化することができる。

この場合、第２回転板１４ａおよび第２検出器１４ｂは、いずれも下アーム４内に位置しているため、第２回転板１４ａおよび第２検出器１４ｂとの間にショルダ３と下アーム４の壁部が存在することから、減速機１２からの熱だけでなく、モータ１０からの熱の影響も低減することができる。したがって、より一層、エンコーダ装置９の耐熱性を向上させることができる。

また、ショルダ３内部と下アーム４内部とは軸部材１５の中空部および第２回転板１４ａの開口を経由して連通しているため、これを利用してショルダ３から下アーム４への配線部材１６を配線することにより、第２検出器１４ｂまでの配線や先端側のアームまでの配線等を含めて、ショルダ３と下アーム４との間を容易に配線することができる。

また、アームの回転に伴って配線部材１６が振り回されることがなく、配線の損傷を抑えることができ、耐久性を向上させることができる。
また、下アーム４の内部にはある程度の空きスペースが存在していると考えられるため、従来構造を大きく変更することなく、また、大型化を招くことなく出力軸エンコーダ１４を設置可能になることが期待できる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、図５を参照しながら説明する。第４実施形態では、エンコーダ装置９の構成が第１実施形態と異なっている。なお、第４実施形態の場合も第１実施形態で示したロボット１に適用することを想定しているため、図１も参照しながら説明する。

図５に示すように、第４実施形態のエンコーダ装置９では、出力軸エンコーダ１４と入力軸エンコーダ１１は、回転板を共用している。以下、第１回転板１１ａを共用しているものとして説明する。
入力軸エンコーダ１１の第１検出器１１ｂは、ショルダ３の内壁から第１回転板１１ａまで延びる支持部材１７において、第１回転板１１ａに対向する位置に設けられている。この支持部材１７は、ショルダ３に対して固定されている。また、支持部材１７の取り付け位置はこれに限らない。

一方、出力軸エンコーダ１４の第２検出器１４ｂは、モータ１０の回転軸１０ａと同軸となる位置において下アーム４から第１回転板１１ａに向かって延びているとともに、先端側において第１回転板１１ａと平行に延びている軸部材１５において、第１回転板１１ａと対向する位置に固定されている。つまり、軸部材１５は、モータ１０の回転軸１０ａと同軸となる位置において下アーム４から第１回転板１１ａに向かって延びているとともに先端部が第１回転板１１ａと平行に曲げられている。

さて、このような構成の場合、モータ１０が回転すると下アーム４も回転することから、第１回転板１１ａおよび第２検出器１４ｂの双方が同時に動くことになる。ただし、下アーム４は、減速機１２を介してモータ１０の回転軸１０ａに接続されていることから、モータ１０の一回転に対する下アーム４の回転量はごく僅かである。そのため、回転角度を検出する際には、第１回転板１１ａに対する第２検出器１４ｂの位置の変化が検出精度に与える影響は十分に無視できる程度であると推測される。

そのため、このような構成によっても、入力軸エンコーダ１１および出力軸エンコーダ１４は、減速機１２からの輻射熱や下アーム４を経由して伝わる熱の影響、つまりは、モータ１０を回転駆動した際の熱の影響を受けにくくなることから、耐熱構造物等の設置スペースが不要となり、エンコーダ装置９を小型化することができる。

また、入力軸エンコーダ１１と出力軸エンコーダ１４とで回転板を共用しているため、必要スペースも削減することができることに加えて、部品点数が削減できることから、コストダウンを図ることができる。

また、ショルダ３内部と下アーム４内部とは軸部材１５の中空部および第２回転板１４ａの開口を経由して連通しているため、これを利用してショルダ３から下アーム４への配線部材１６を配線することにより、先端側のアームまでの配線等を含めて、ショルダ３と下アーム４との間を容易に配線することができる。また、アームの回転に伴って配線部材１６が振り回されることがなく、配線の損傷を抑えることができ、耐久性を向上させることができる。

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について、図６および図７を参照しながら説明する。第５実施形態では、エンコーダ装置９の構成が第１実施形態と異なっている。なお、第５実施形態の場合も第１実施形態で示したロボット１に適用することを想定しているため、図１も参照しながら説明する。

図６に示すように、第５実施形態のエンコーダ装置９では、出力軸エンコーダ１４と入力軸エンコーダ１１は、回転板を共用している。以下、第１回転板１１ａを共用しているものとして説明する。
入力軸エンコーダ１１の第１検出器１１ｂは、ショルダ３の内壁から第１回転板１１ａに対向する位置まで延びる支持部材１８において、第１回転板１１ａに対向する位置に設けられている。この支持部材１８は、ショルダ３に対して固定されている。また、支持部材１８の取り付け位置はこれに限らない。

一方、出力軸エンコーダ１４の第２検出器１４ｂは、下アーム４から第１回転板１１ａと水平に、且つ、当該第１回転板１１ａに対向する位置まで延びている支持部材１７において、第１回転板１１ａに対向する位置に固定されている。この支持部材１７が設けられるショルダ３と下アーム４との対向面には、下アーム４の回転可能範囲に渡って、ショルダ３の表面から内側に窪む溝部が設けられている。また、溝部の第１回転板１１ａ側の壁部には、検出器と対向する位置に、下アーム４の回転可能範囲に沿った円弧状の開口が形成されている。

これにより、回転板の共用が可能となるとともに、ショルダ３と下アーム４との相対的な位置関係が変化した場合であっても、第２検出器１４ｂによる回転角度の検出が可能となる。
この場合、図７に示すように、第１回転板１１ａをモータ１０の外形よりも大きな直径に形成し、溝部をモータ１０の側方側に形成することにより、エンコーダ装置９の全長（図示左右方向の長さ）を縮めることができ、小型化することができる。

このような構成によっても、入力軸エンコーダ１１および出力軸エンコーダ１４は、減速機１２からの輻射熱や下アーム４を経由して伝わる熱の影響、つまりは、モータ１０を回転駆動した際の熱の影響を受けにくくなることから、耐熱構造物等の設置スペースが不要となり、エンコーダ装置９を小型化することができる。
また、回転板を共用していることから、部品点数の削減および省スペース化を図ることができる。

また、ショルダ３内部と下アーム４内部とは回転軸１０ａに対応する部位が開口しており、この開口を経由して連通している。そのため、この開口を利用してショルダ３から下アーム４への配線部材１６を配線することにより、第２検出器１４ｂまでの配線やさらに先端側のアームまでの配線等を含めて、ショルダ３と下アーム４との間を容易に配線することができる。また、アームの回転に伴って配線部材１６が振り回されることがなく、配線の損傷を抑えることができ、耐久性を向上させることができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形や拡張あるいは組み合わせを行うことができる。

各実施形態ではエンコーダ装置９を垂直多関節型ロボットに適用する例を示したが、図８に示すように、いわゆる水平多関節型ロボット３０に適用してもよい。この水平多関節型ロボット３０は、ベース３１、ベース３１に両持ち状態で連結されて第１軸（Ｊ１０）を中心に回転する第１アーム３２、第１アーム３２と一体に回転する補助アーム３３、第１アーム３２および補助アーム３３により両持ち状態で連結されて第２軸（Ｊ１１）を中心に回転する第２アーム３４、および、第２アーム３４の先端側に当該第２アーム３４に対して第３軸（Ｊ１２）を中心に回転するシャフト３５等を備えている。

この場合、例えばモータ１０が第２アーム３４内に設けられており、そのモータ１０によって第２アーム３４が第１アーム３２および補助アーム３３に対して相対的に移動する場合には、エンコーダ装置９を第２アーム３４の回転中心となる第２軸（Ｊ１１）に適用することができる。
また、エンコーダ装置９は、垂直多関節型ロボットや水平多関節型ロボット３０のような産業用ロボットに限らず、両持ち状態で連結されるアームを有するものに適用することができる。

実施形態では第２軸にエンコーダ装置９を適用した例を示したが、第３軸（Ｊ３）や第５軸（Ｊ５）にエンコーダ装置９を適用することができる。また、実施形態では下アーム４が第２のアームに相当する例を示したが、各アームは、その構造によっては第１のアームにも第２のアームにもなり得る。また、エンコーダ装置９を適用できる軸は各アームの構造によって異なる。

図面中、１はロボット、３はショルダ（第１のアーム）、４は下アーム（第２のアーム）、５は第一上アーム（第１のアーム）、６は第二上アーム（第２のアーム）、７は手首（第１のアーム）、９はエンコーダ装置、１０はモータ、１０ａは回転軸（モータの回転軸）、１１は入力軸エンコーダ（第１のエンコーダ）、１１ａは第１回転板（第１のエンコーダの回転板）、１１ｂは第１検出器（第１のエンコーダの検出器）、１２は減速機（伝達機構）、１４は出力軸エンコーダ（第２のエンコーダ）、１４ａは第２回転板（第２のエンコーダの回転板）、１４ｂは第２検出器（第２のエンコーダの検出器）、１５は軸部材、１６は配線部材、１７は支持部材、１８は支持部材、１９は溝部、３０は水平多関節型ロボット（ロボット）、３２は第１アーム（第２のアーム）、３３は補助アーム（第２のアーム）、３４は第２アーム（第１のアーム）を示す。

Claims (9)

1. 第１のアームに収容されているモータの回転角度を検出する第１のエンコーダと、
   前記第１アームに対する第２のアームの回転角度を検出する第２のエンコーダと、を備え、
   前記第２のアームは、前記モータと、前記モータに接続されて当該モータの回転軸を入力軸とするとともに出力軸に第２のアームが接続されている伝達機構とを、前記モータの回転軸の延長線上における両側から覆う形状に形成されており、
   前記第２のエンコーダは、前記モータと前記伝達機構との連結位置よりも前記モータ側に位置して設けられていることを特徴とするエンコーダ装置。
2. 前記第２のエンコーダは、回転板および検出器を有する光学式のものであり、
   前記第２のエンコーダの回転板は、前記モータの回転軸と同軸となる位置において前記第２のアームと一体に回転する軸部材に回転軸と垂直な状態で固定されており、
   前記第２のエンコーダの検出器は、回転板と対向する位置において前記第１のアームに固定されていることを特徴とする請求項１記載のエンコーダ装置。
3. 前記第１のエンコーダおよび前記第２のエンコーダは、それぞれ検出器および回転板を有する光学式のものであり、
   前記第２のエンコーダの回転板は、前記モータの回転軸と同軸となる位置において前記第２のアームと一体に回転する軸部材に、回転軸と垂直な状態、且つ、前記第１のエンコーダの回転板と対向する状態で固定されており、
   前記第１のエンコーダの検出器および前記第２のエンコーダの検出器は、前記第１のアームの内壁から前記第１のエンコーダの回転板と前記第２のエンコーダの回転板との間まで延びている支持部材において、互いの回転板と対向する位置に固定されていることを特徴とする請求項１記載のエンコーダ装置。
4. 前記第２のエンコーダは、回転板および検出器を有する光学式のものであり、
   前記第２のエンコーダの回転板は、前記モータの回転軸と同軸となる位置において前記第２のアームと一体に回転する軸部材に、回転軸と垂直な状態で固定されており、
   前記第２のエンコーダの検出器は、前記第２のエンコーダの回転板と対向する位置において前記第２のアームに固定されていることを特徴とする請求項１記載のエンコーダ装置。
5. 前記第１のエンコーダおよび前記第２のエンコーダは、検出器および回転板で構成される光学式のものであり、
   前記第２のエンコーダの回転板として前記第１のエンコーダの回転板を共用し、
   前記第２のエンコーダの検出器は、前記モータの回転軸と同軸となる位置において前記第２のアームから回転板に向かって延びているとともに先端部が回転板と平行に曲げられた軸部材に、回転板と対向する位置に固定されていることを特徴とする請求項１記載のエンコーダ装置。
6. 前記第１のエンコーダおよび前記第２のエンコーダは、検出器および回転板で構成される光学式のものであり、
   前記第２のエンコーダの回転板として前記第１のエンコーダの回転板を共用し、
   前記第１のアームには、前記第１のエンコーダの回転板と水平に、且つ、当該回転板に対向する位置まで窪んだ溝部が形成されており、
   前記第２のエンコーダの検出器は、前記溝部内を前記第２のアームから前記第１のエンコーダの回転板と水平に、且つ、当該回転板に対向する位置まで延びている支持部材に固定されていることを特徴とする請求項１記載のエンコーダ装置。
7. 前記第１のエンコーダおよび前記第２のエンコーダは、検出器および回転板で構成される光学式のものであり、
   前記第１のエンコーダの回転板は、前記モータの外形よりも大きな直径に形成されており、
   前記第２のエンコーダの回転板として、前記第１のエンコーダの回転板を共用し、
   前記第１のアームには、前記モータの側方において前記第１のエンコーダの回転板と水平に、且つ、当該回転板に対向する位置まで窪んだ溝部が形成されており、
   前記第２のエンコーダの検出器は、前記溝部内を前記第２のアームから前記第１のエンコーダの回転板と水平に、且つ、当該回転板に対向する位置まで延びている支持部材に固定されていることを特徴とする請求項１記載のエンコーダ装置。
8. 前記第１のアームから前記第２のアームに渡される配線部材を、前記伝達機構とは反対側となる前記第１のアームと前記第２のアームとの対向面において、前記モータの回転軸と同軸となる中空部を通して配線したことを特徴とする請求項２から７のいずれか一項記載のエンコーダ装置。
9. 第１のアームに収容されているモータの回転角度を検出する第１のエンコーダと、
   前記第１アームに対する前記第２のアームの回転角度を検出する第２のエンコーダと、を備え、
   前記第２のアームは、前記モータと、前記モータに接続されて当該モータの回転軸を入力軸とするとともに出力軸に第２のアームが接続されている伝達機構とを、前記モータの回転軸の延長線上における両側から覆う形状に形成されており、
   前記第２のエンコーダは、検出器および回転板を有する光学式のものであり、検出器および回転板のうち一方が前記第１のアーム側に固定され、他方が前記第２のアーム側に固定されているとともに、検出器および回転板の双方が前記伝達機構よりも前記モータ側に位置して設けられているエンコーダ装置を備えることを特徴とするロボット。

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