JP2018094703A - ロボット - Google Patents

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Abstract

【課題】関節部の小型化を図ることのできるロボットを提供する。【解決手段】ロボットは、第1導光路を備える第1アームと、第2導光路を備える第2アームと、回動軸を有し、前記第1アームと前記第2アームとを前記回動軸まわりに回動可能で接続する関節部と、前記関節部の内側であって前記第1導光路と前記第2導光路との間に設けられ、前記第1導光路と前記第2導光路とを光接続している光ロータリージョイントと、を有している。また、前記光ロータリージョイントは、前記第1導光路と固定され、前記回動軸を中心とする筒状をなす第1導光部を有し、前記第2導光路の前記光ロータリージョイント側の端部が前記第1導光部と対向している。【選択図】図2

Description

本発明は、ロボットに関するものである。
例えば、産業用の多関節ロボットとして、特許文献1に記載のロボットが知られている。特許文献1のロボットは、基台と、基台に取り付けられた多関節アームと、多関節アームの先端に設けられたハンドと、を有している。また、ハンドにはTVカメラが内蔵されている。
特開平5−96484号公報
しかしながら、特許文献1のロボットでは、例えば、TVカメラ等の電子部品の電気配線を多関節アームの関節内を通して配置しているため、関節の小型化を図ることが困難である。
本発明の目的は、関節部の小型化を図ることのできるロボットを提供することにある。
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のロボットは、第1導光路を備える第1アームと、
第2導光路を備える第2アームと、
回動軸を有し、前記第1アームと前記第2アームとを前記回動軸まわりに回動可能で接続する関節部と、
前記関節部の内側であって前記第1導光路と前記第2導光路との間に設けられ、前記第1導光路と前記第2導光路とを光接続している光ロータリージョイントと、を有していることを特徴とする。
これにより、従来のような電気配線の少なくとも一部を光配線に置き換えることができるため、関節部を通過する電気配線の数を減らすことができる。そのため、関節部の小型化を図ることができる。また、関節部の回動によって第1、第2導光路が捩じれることが無いため、第1、第2導光路が破損したり、第1、第2導光路が過度に変形して光伝搬効率が低下したりすることが抑制され、ロボットの信頼性が向上する。
本発明のロボットでは、前記光ロータリージョイントは、前記第1導光路と固定され、前記回動軸を中心とする筒状をなす第1導光部を有し、
前記第2導光路の前記光ロータリージョイント側の端部が前記第1導光部と対向していることが好ましい。
これにより、第2アームの回動状態によらず、第1導光部を介して、第1導光路と第2導光路とを光接続することができる。
本発明のロボットでは、前記第1導光部は、前記第2導光路側から前記第1導光路側に向けて外径が漸減する外径漸減部を有していることが好ましい。
これにより、第1導光部内での光の損失を効果的に低減することができる。
本発明のロボットでは、前記第1導光路は、斜切円筒状をなしていることが好ましい。
これにより、第1導光部内での光の損失を効果的に低減することができる。
本発明のロボットでは、前記第1導光部は、光を拡散させる拡散材を含んでいることが好ましい。
これにより、第1導光部内での光の損失を効果的に低減することができる。
本発明のロボットでは、前記第1アームに配置され、前記第1導光路とは異なる第3導光路と、
前記第2アームに配置され、前記第2導光路とは異なる第4導光路と、を有し、
前記光ロータリージョイントは、第1導光部の内側に配置され、前記第3導光路と前記第4導光路とを光接続する第2導光部を有していることが好ましい。
これにより、第1導光部と第2導光部とを用いて双方向光通信が可能となる。そのため、ロボットの利便性が向上する。
本発明のロボットでは、前記第2導光部は、前記第3導光路と固定され、前記回動軸を中心とする筒状をなし、
前記第4導光路の前記光ロータリージョイント側の端部が前記第2導光部と対向していることが好ましい。
これにより、第2アームの回動状態によらず、第2導光部を介して、第3導光路と第4導光路とを光接続することができる。
本発明のロボットでは、前記第2導光部は、前記第3導光路と固定され、前記回動軸上に配置され、
前記第4導光路の前記光ロータリージョイント側の端部が前記第2導光部と対向していることが好ましい。
これにより、第2アームの回動状態によらず、第2導光部を介して、第3導光路と第4導光路とを光接続することができる。
本発明のロボットでは、前記関節部の内側に配置されている電気配線を有し、
前記電気配線は、前記第1導光部の内側に位置していることが好ましい。
これにより、関節部のスペースを有効活用することができ、関節部の小型化を図りつつ、光配線と電気配線の両方を引き回すことができる。
本発明のロボットでは、前記関節部の内側に配置されている電気配線を有し、
前記電気配線は、前記第1導光部の外側に位置していることが好ましい。
これにより、関節部のスペースを有効活用することができ、関節部の小型化を図りつつ、光配線と電気配線の両方を引き回すことができる。
本発明のロボットでは、前記関節部よりも第2アーム側に配置され、前記第2導光路と接続されている電子部品を有していることが好ましい。
これにより、例えば、電子部品へのコントロール信号や電子部品からの出力信号(電子部品の検出信号)を光ロータリージョイントを介して光通信することができる。そのため、これらの信号の通信速度を高めることができ、より高精度なロボットを実現することができる。
本発明の第1実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 図1に示すロボットが備える関節部を示す断面図である。 図2に示す光ロータリージョイントの正面図である。 図3に示す光ロータリージョイントの変形例を示す正面図である。 図3に示す光ロータリージョイントの変形例を示す正面図である。 図3に示す光ロータリージョイントの変形例を示す断面図である。 図1に示すロボットの光接続状態を示すブロック図である。 本発明の第2実施形態に係るロボットの関節部を示す断面図である。 図8に示す光ロータリージョイントの斜視図である。 本発明の第3実施形態に係るロボットが有する関節部を示す断面図である。 図10に示す光ロータリージョイントの平面図である。 本発明の第4実施形態に係るロボットが有する関節部を示す断面図である。 本発明の第5実施形態に係るロボットが有する関節部を示す断面図である。 本発明の第6実施形態に係るロボットが有する関節部を示す断面図である。
以下、本発明のロボット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。
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係る光接続装置について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図2は、図1に示すロボットが備える関節部を示す断面図である。図3は、図2に示す光ロータリージョイントの正面図である。図4および図5は、図3に示す光ロータリージョイントの変形例を示す正面図である。図6は、図3に示す光ロータリージョイントの変形例を示す断面図である。図7は、図1に示すロボットの光接続状態を示すブロック図である。なお、以下では、説明の便宜上、図2および図6の図中左側を「先端」とも言い、図中右側を「基端」とも言う。
図1に示すロボット1は、精密機器やこれを構成する部品(対象物)の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。
ロボット1は、6軸ロボット(多関節ロボット)であり、床や天井等に固定されるベース11と、関節部21を介してベース11に回動自在に連結されたアーム12と、関節部22を介してアーム12に回動自在に連結されたアーム13と、関節部23を介してアーム13に回動自在に連結されたアーム14と、関節部24を介してアーム14に回動自在に連結されたアーム15と、関節部25を介してアーム15に回動自在に連結されたアーム16と、関節部26を介してアーム16に回動自在に連結されたアーム17と、これらアーム12、13、14、15、16、17の駆動を制御するロボット制御部18と、を有している。また、アーム17にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット1に実行させる作業に応じたハンド19(エンドエフェクター)が装着される。また、各関節部21、22、23、24、25、26には、例えばモーター、モーターの駆動を制御するコントローラー、減速機、エンコーダー等を備えた駆動装置3が搭載されており、この駆動装置3の駆動によって各アーム12、13、14、15、16、17が回動する。なお、各駆動装置3は、ロボット制御部18によって制御される。
次に、関節部24の構成について詳細に説明する。なお、以下に示す関節部24の構造は、他の関節部21、22、23、25、26にも適用することができる。言い換えると、関節部21、22、23、24、25、26のうちの少なくとも1つが以下の構成となっていればよい。
図2に示すように、関節部24は、アーム14の先端部に固定された本体部241と、アーム15の基端部に固定され、本体部241に対して回動軸Jまわりに回動可動な回動部242と、を有している。
本体部241は、その先端側(アーム15側)に開放する円柱状の凹部2411を有している。なお、本体部241は、円柱状の貫通孔を有する筒状部2412と、筒状部2412の基端部に挿入、固定された挿入部2413と、で形成されており、これにより凹部2411が形成されている。ただし、本体部241の構成としては、特に限定されず、例えば、筒状部2412と挿入部2413とが一体であってもよい。
ここで、アーム14内には、光を伝搬するための第1導光路41および第3導光路43が引き回されている。また、第1導光路41および第3導光路43は、共に、挿入部2413を貫通して設けられており、第1導光路41の先端面41aおよび第3導光路43の先端面43aが共に挿入部2413の先端面2413a(凹部2411の底面)から露出している。また、回動軸Jの軸方向から見た平面視で、第1導光路41の先端面41aは、回動軸Jからずれた場所に位置し、第3導光路43の先端面43aは、回動軸J上に位置している。
このような第1導光路41および第3導光路43としては、光を伝搬することができれば、特に限定されず、例えば、光ファイバーを用いることができる。なお、第1、第3導光路41、43の基端は、光電変換回路9に接続されており、さらに、この光電変換回路9を介して対象物(例えば、ロボット制御部18)に電気的に接続されている(図7参照)。光電変換回路9の配置としては、特に限定されないが、対象物の近く(例えば、対象物がロボット制御部18の場合は、ベース11内)に配置することが好ましい。
一方、回動部242は、その基端部が凹部2411に挿入されている。また、回動部242の基端面242b(挿入部2413側の端面)は、挿入部2413の先端面2413aと離間しており、これらの間には、後述する光ロータリージョイント8が配置されている。また、回動部242は、ボールベアリング243を介して筒状部2412に接続されている。これにより、回動部242が本体部241に回動可能に支持されると共に、回動部242が本体部241に対して円滑に回動可能となる。
ここで、アーム15内には、光を伝搬するための第2導光路42および第4導光路44が引き回されている。また、第2導光路42および第4導光路44は、共に、回動部242を貫通して設けられており、第2導光路42の基端面42bおよび第4導光路44の基端面44bが共に回動部242の基端面242bから露出している。また、回動軸Jの軸方向から見た平面視で、第2導光路42の基端面42bは、回動軸Jからずれた場所に位置し、第4導光路44の基端面44bは、回動軸J上に位置している。
このような第2導光路42および第4導光路44としては、光を伝搬することができれば、特に限定されず、例えば、前述した第1、第3導光路41、43と同様に、光ファイバーを用いることができる。なお、第2、第4導光路42、44の先端は、光電変換回路9に接続されており、さらに、この光電変換回路9を介して対象物(例えば、関節部25、26の駆動装置3、ハンド19のカメラ、各種センサー等)に電気的に接続されている(図7参照)。光電変換回路9の配置としては、特に限定されないが、対象物の近く(例えば、対象物が配置されているアームと同じアーム内)に配置することが好ましい。
以上、関節部24の構成について説明した。本実施形態では、本体部241の方が回動部242よりも外径が大きく、重量も大きい。そのため、本体部241をロボット1の根本側(ベース11側)に位置させるべく、アーム14に固定している。これにより、ロボット1の先端側を小型化できると共に、その重量を低減することができ、より優れた駆動特性を有するロボット1となる。ただし、関節部24の配置としては、この逆であってもよい。
なお、本体部241および回動部242の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉛、錫、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも1種を含む合金(例えば、ステンレス鋼)または金属間化合物、さらには、これらの金属の酸化物(例えば、アルミナ)、窒化物、炭化物等を用いることができる。
図2に示すように、関節部24には、光ロータリージョイント8が配置されている。この光ロータリージョイント8は、関節部24を介して、第1導光路41と第2導光路42との間の光通信および第3導光路43と第4導光路44との間の光通信を可能とする機能を有している。以下、光ロータリージョイント8について詳細に説明する。
光ロータリージョイント8は、筒状部2412内に配置されており、挿入部2413と回動部242との間に位置している。また、光ロータリージョイント8は、本体部241に固定された基部81と、基部81を貫通して設けられた第1導光部82および第2導光部83と、を有している。第2導光部83は、回動軸Jを中心とする円柱状に形成され、第1導光部82は、回動軸Jを中心とし、かつ第2導光部83を被接触で囲むような円筒状に形成されている。このような光ロータリージョイント8では、基部81がクラッドとして機能し、第1導光部82および第2導光部83がコアとして機能することで、第1導光部82および第2導光部83内で光を伝搬することができる。特に、第1導光部82と第2導光部83との間に、クラッドとして機能する基部81が存在しているため、第1導光部82と第2導光部83との間でクロストーク(コンタミ)が生じることが防止される。
基部81の基端面81bは、挿入部2413の先端面2413aに当接している。また、基部81の先端面81aは、回動部242の基端面242bと離間している。また、先端面81aと基端面242bとが、空隙を介して対向している。これにより、回動部242が本体部241に対して回動する際の摩擦抵抗を低減することができ、回動部242が本体部241に対してより円滑に回動可能となる。また、第1、第2導光部82、83の先端面82a、83aや、第2、第4導光路42、44の基端面42b、44bの摩耗(摩擦による損傷)を防止することができ、光ロータリージョイント8の光伝搬効率の低下を抑制することができる。
基部81の先端面81aと回動部242の基端面242bとの離間距離としては、特に限定されないが、小さい程好ましい。具体的には、5mm以下であることが好ましく、3mm以下であることがより好ましく、1mm以下であることがさらに好ましい。これにより、第2、第4導光路42、44と光ロータリージョイント8との間の光伝搬効率の低下を抑制することができる。
なお、基部81の先端面81aと回動部242の基端面242bとの間の空隙には、例えば、所定の光学条件を満たし、光の伝搬を実質的に阻害しないマッチングオイルが充填されていてもよい。これにより、先端面81aおよび基端面242bが、外気から遮断されるため、当該部分の劣化を抑制することができる。なお、当該部分の構成は、特に限定されず、例えば、先端面81aと基端面242bとが接触していてもよい。
第1導光部82は、第1導光路41と第2導光路42とを光接続する。第1導光部82は、実質的に無色透明であり、基部81よりも高い屈折率を有している。そのため、第1導光部82に入射した光は、全反射しながら第1導光部82に閉じこめられた状態で伝搬する。このような第1導光部82は、回動軸Jを中心とした円筒状をなしている。
また、第1導光部82の先端面82aは、回動軸Jに垂直な平面上に位置しており、その全域が基部81の先端面81aから露出している。そして、先端面82aは、第2導光路42の基端面42bと対向している。すなわち、図3に示すように、回動軸Jの軸方向から見た平面視で、第1導光部82の先端面82aと第2導光路42の基端面42bとが重なっている。そのため、第1導光部82の先端面82aから出射した光がより確実に第2導光路42の基端面42bに入射し、また、第2導光路42の基端面42bから出射した光がより確実に第1導光部82の先端面82aに入射する。なお、第1導光部82が回動軸Jを中心軸とした円筒状であるため、回動部242と共に第2導光路42が回動軸Jまわりに回動しても、常に、第1導光部82の先端面82aと第2導光路42の基端面42bとが対向した状態が維持される。そのため、回動部242の回動状態に関わらず、第1導光部82と第2導光路42とを光接続することができる。
また、図2に示すように、第1導光部82の基端面82bも、回動軸Jに垂直な平面上に位置しており、その全域が基部81の基端面81bから露出している。また、基端面82bは、その一部において、第1導光路41の先端面41aと接続されている。そのため、第1導光部82の基端面82bから出射した光がより確実に第1導光路41の先端面41aに入射し、また、第1導光路41の先端面41aから出射した光がより確実に第1導光部82の基端面82bに入射する。これにより、第1導光部82と第1導光路41とを光接続することができる。
このように、第1導光部82は、その先端側において第2導光路42と光接続されており、基端側において第1導光路41と光接続されている。そのため、第1導光部82を介して、第1導光路41と第2導光路42との間で光通信を行うことができる。
なお、図3に示すように、本実施形態では、第1導光部82の肉厚T(外径と内径の差)が第1導光路41および第2導光路42の直径rよりも大きくなっているが、これに限定されず、直径rと等しくてもよいし、直径rよりも小さくてもよい。
また、第1導光部82の形状としては、その先端側において、回動部242の回動状態に関わらず第2導光路42と光接続することができ、その基端側において第1導光路41と光接続することができれば、特に限定されない。例えば、第1導光部82は、少なくとも先端面82aが回動軸Jを中心とする円環状であれば、その他の部分の形状は、特に限定されない。また、先端面82aは、回動部242が回動軸Jまわりに1回転する間、常に、第2導光路42の基端面42bと対向していれば、すなわち、回動軸Jの軸方向から見た平面視で、第2導光路42の基端面42bの移動軌跡Lと全周で重なっていれば、回動軸Jを中心とする円環状でなくてもよい。例えば、図4に示すような、回動軸Jを中心とする多角形の環状であってもよいし、図5に示すような、回動軸Jを中心とし、蛇行しつつ円を描くような環状であってもよい。さらに言えば、第1導光部82の先端面82aは、回動部242が回動軸Jまわりに1回転する間、常に、第2導光路42との間で光接続されていれば、第2導光路42の基端面42bと対向していなくてもよい。
また、本実施形態では、基部81がクラッドとして機能する構成であるが、これに限定されず、第1導光部82がコアとクラッドとを備える構成としてもよい。これにより、基部81の構成材料の選択自由度が増す。また、図6に示すように、第1導光部82は、基部81に形成された貫通孔811と、貫通孔811の内周面に配置された光反射性を有する反射膜812と、を有する構成としてもよい。なお、貫通孔811の内周面が光反射性を有する場合には、反射膜812を省略することもできる。
第2導光部83も、第1導光部82と同様に、先端側から基端側へ、または、基端側から先端側へ光を伝搬する機能(光の通過を許容する機能)を有している。第2導光部83は、実質的に無色透明であり、基部81よりも高い屈折率を有している。そのため、第2導光部83に入射した光は、全反射しながら第2導光部83に閉じこめられた状態で伝搬する。図2に示すように、このような第2導光部83は、回動軸J上に沿って延在する円柱状、すなわち、回動軸Jを中心軸とする円柱状をなしている。
第2導光部83の先端面83aは、基部81の先端面81aから露出している。そして、先端面83aは、第4導光路44の基端面44bと対向している。すなわち、図3に示すように、回動軸Jの軸方向から見た平面視で、第2導光部83の先端面83aと第4導光路44の基端面44bとが重なっている。そのため、第2導光部83の先端面83aから出射した光がより確実に第4導光路44の基端面44bに入射し、また、第4導光路44の基端面44bから出射した光がより確実に第2導光部83の先端面83aに入射する。
また、図2に示すように、第2導光部83の基端面83bは、基部81の基端面81bから露出している。そして、基端面83bは、第3導光路43の先端面43aと接続されている。そのため、第2導光部83の基端面83bから出射した光がより確実に第3導光路43の先端面43aに入射し、また、第3導光路43の先端面43aから出射した光がより確実に第2導光部83の基端面83bに入射する。これにより、第2導光部83と第3導光路43とを光接続することができる。
このように、第2導光部83は、その先端側において第4導光路44と光接続されており、基端側において第3導光路43と光接続されている。そのため、第2導光部83を介して、第3導光路43と第4導光路44との間で光通信を行うことができる。
なお、本実施形態では、第2導光部83の直径が第3、第4導光路43、44の直径よりも大きくなっているが、これに限定されず、第3、第4導光路43、44の直径と等しくてもよいし、第3、第4導光路43、44の直径よりも小さくてもよい。
また、第2導光部83の形状としては、その先端側において、第4導光路44と光接続することができ、その基端側において第3導光路43と光接続することができれば、特に限定されない。例えば、第2導光部83の横断面形状は、円形でなくてもよく、楕円形、三角形、四角形等の多角形、異形等であってもよい。また、第2導光部83は、その延在方向の途中で湾曲したり、屈曲したりしていてもよい。
また、本実施形態では、基部81がクラッドとして機能する構成であるが、これに限定されず、第2導光部83がコアとクラッドとを備える構成としてもよい。これにより、基部81の構成材料の選択自由度が増す。また、例えば、図6に示すように、第2導光部83は、基部81に形成された貫通孔813と、貫通孔813の内周面に配置された光反射性を有する反射膜814と、を有する構成としてもよい。なお、貫通孔813の内周面が光反射性を有する場合には、反射膜814を省略することもできる。
なお、このような第2導光部83は、第3導光路43および第4導光路44と共に省略してもよい。
以上のような基部81、第1導光部82および第2導光部83の構成材料としては、前述したように、第1、第2導光部82、83の屈折率が、基部81の屈折率よりも大きければ、特に限定されず、例えば、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリウレタン、ポリオレフィン系樹脂、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、PETやPBTのようなポリエステル、ポリエチレンサクシネート、ポリサルフォン、ポリエーテル、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等の各種ガラス材料等を用いることができ、少なくとも2つの異なる材料を組み合わせた複合材料を用いてもよい。
また、図2に示すように、第1導光部82内には、光を拡散させる拡散材829が分散されている。すなわち、第1導光部82は、光を拡散させる拡散材829を含んでいる。これにより、第1導光部82内で光を拡散させることができ、先端面82aから入射した光をより確実に基端面82bに導くことができ、また、基端面82bから入射した光をより確実に先端面82aに導くことができる。すなわち、第1導光部82内での光の損失を効果的に低減することができる。なお、拡散材829の構成材料としては、特に限定されず、例えば、第1導光部82の構成材料と屈折率が異なる樹脂材料(例えば上述した各種樹脂材料)、気泡、金属鱗片等を用いることができる。ただし、拡散材829は、省略してもよい。
以上、光ロータリージョイント8について説明した。このような光ロータリージョイント8によれば、従来のような電気配線の少なくとも一部を光配線に置き換えることができるため、関節部24を通過する電気配線の数を減らすことができる。そのため、関節部24の小型化を図ることができる。また、関節部24の回動によっても光配線(第1、第2、第3、第4導光路41、42、43、44)が捩じれることが無いため、光配線が破損したり、光配線が過度に変形して光伝搬効率が低下したりすることが抑制され、ロボット1の信頼性が向上する。
特に、本実施形態では、第1導光部82によって第1導光路41と第2導光路42とが光接続され、第2導光部83によって第3導光路43と第4導光路44とが光接続されているため、光通信経路が2つ形成されている。そのため、双方向通信が可能となる。
また、光ロータリージョイント8では、その構成上、第1導光部82の方が第2導光部83よりも光伝搬効率が悪い。そのため、例えば、2つの光信号のうち、信号強度の強い方が第1導光部82を介して通信され、信号強度の弱い方が第2導光部83を介して通信されることが好ましい。また、2つの光信号のうち、重要な方が第2導光部83を介して通信され、重要でない方が第1導光部82を介して通信されることが好ましい。
具体的な例を挙げれば、例えば、図7に示すように、ロボット制御部18から関節部25や関節部26に設けられた駆動装置3のコントローラー31へ送信する信号(コントロール信号)が第1導光部82を介して送信され、関節部25や関節部26に設けられた駆動装置3のエンコーダー32、ハンド19に設けられたエンコーダー191、カメラ192、各種センサー193(力覚センサー、温度センサー、圧力センサー等)等からの出力信号が第2導光部83を介してロボット制御部18へ送信されることが好ましい。これは、コントロール信号は、出力信号に対して、第1導光部82での損失を考慮して生成することが比較的容易であるためである。なお、以下では、エンコーダー32、191、カメラ192、各種センサー193をまとめて電子部品Qとも言う。また、電子部品Qとしては、これに限定されない。
ここで、図7に示すように、第2、4導光路42、44が複数の電子部品Qと接続されている場合は、例えば、各電子部品から出力信号を時分割で送信すればよい。
以上、ロボット1について説明した。このようなロボット1は、前述したように、第1導光路41を備える第1アームとしてのアーム14と、第2導光路42を備える第2アームとしてのアーム15と、回動軸Jを有し、アーム14とアーム15とを回動軸Jまわりに回動可能で接続する関節部24と、関節部24の内側であって第1導光路41と第2導光路42との間に設けられ、第1導光路41と第2導光路42とを光接続している光ロータリージョイント8と、を有している。これにより、従来のような電気配線の少なくとも一部を光配線に置き換えることができるため、関節部24を通過する電気配線の数を減らすことができる。そのため、関節部24の小型化を図ることができる。また、関節部24の回動によって光配線(第1、第2導光路41、42)が捩じれることが無いため、光配線が破損したり、光配線が過度に変形して光伝搬効率が低下したりすることが抑制され、ロボット1の信頼性が向上する。
また、前述したように、ロボット1では、光ロータリージョイント8は、第1導光路41と固定され、回動軸Jを中心とする筒状をなす第1導光部82を有している。また、第2導光路42の光ロータリージョイント8側の端部(基端面42b)が第1導光部82と対向している。これにより、アーム15の回動状態によらず、第1導光部82を介して、第1導光路41と第2導光路42とを光接続することができる。
また、前述したように、ロボット1では、第1アームとしてのアーム14に配置されている第3導光路43と、第2アームとしてのアーム15に配置されている第4導光路44と、を有している。また、光ロータリージョイント8は、第1導光部82の内側に配置され、第3導光路43と第4導光路44とを光接続する第2導光部83を有している。これにより、第1導光部82と第2導光部83とを用いて双方向光通信が可能となる。そのため、ロボット1の利便性が向上する。
また、前述したように、ロボット1では、第2導光部83は、第3導光路43と固定され、回動軸J上に配置されている。第4導光路44の光ロータリージョイント8側の端部(基端面44b)が第2導光部83と対向している。これにより、アーム15の回動状態によらず、第2導光部83を介して、第3導光路43と第4導光路44とを光接続することができる。
また、前述したように、ロボット1では、関節部24よりもアーム15側(ロボット1の先端側)に配置され、第2導光路42や第4導光路44と接続されている電子部品Qを有している。これにより、例えば、電子部品Qへのコントロール信号や電子部品Qからの出力信号を、光ロータリージョイント8を介して光通信することができる。そのため、これらの信号の通信速度を高めることができ、より高精度なロボット1を実現することができる。
<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について説明する。
図8は、本発明の第2実施形態に係るロボットの関節部を示す断面図である。図9は、図8に示す光ロータリージョイントの斜視図である。
本実施形態は、光ロータリージョイント8の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図8および図9において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図8に示すように、第1導光部82の基端面82bは、回動軸Jに垂直な平面に対して傾斜した平面上に位置し、その一部が基部81の基端面81bから露出している。以下では、この露出している部分を露出部82b’とも言う。また、露出部82b’は、基端面82bの先端面82aから最も離間した部分に位置している。そして、基端面82bは、露出部82b’において、第1導光路41と接続されている。
換言すれば、図9に示すように、第1導光部82は、一端部が回動軸Jに対して斜めに交差している面を持つ筒状(すなわち斜切筒状)をなしている。そして、その長さ(軸方向の長さ)が最も長い部分の基端面82bに露出部82b’が位置し、露出部82b’が第1導光路41と接続されている。第1導光部82をこのような形状とすることで、先端面82aから入射した光をより効率的に露出部82b’に導くことができ、また、露出部82b’から入射した光をより効率的に先端面82aに導くことができる。そのため、第1導光部82内での光の損失を効果的に低減することができる。
基端面82bの回動軸Jに対する傾斜角度θ3としては、特に限定されないが、例えば、後述する傾斜角度θ1よりも大きいことが好ましい。具体的には、20°以上45°以下であることが好ましく、30°以上40°以下であることがより好ましい。これにより、より効率的に、先端面82aから入射した光をより効率的に露出部82b’に導くことができ、また、露出部82b’から入射した光をより効率的に先端面82aに導くことができる。
また、第1導光部82は、第2導光路42側(先端面82a側)から第1導光路41側(基端面82b側)に向けて外径が漸減する外径漸減部821を有している。これにより、先端面82aから入射した光をより効率的に露出部82b’に導くことができ、また、露出部82b’から入射した光をより効率的に先端面82aに導くことができる。そのため、第1導光部82内での光の損失を効果的に低減することができる。
外径漸減部821の回動軸Jに対する傾斜角度θ1としては、特に限定されないが、例えば、1°以上20°以下程度であることが好ましく、5°以上10°以下であることがより好ましい。これにより、上述した効果がより顕著となる。
なお、本実施形態では、第1導光部82の長さ方向の全域が外径漸減部821で構成されているが、第1導光部82の長さ方向の一部が外径漸減部821で構成されていてもよいし、外径漸減部821を省略してもよい。
また、第1導光部82は、先端面82a側から基端面82b側に向けて内径が漸増する内径漸増部822を有している。これにより、先端面82aから入射した光をより効率的に露出部82b’に導くことができ、また、露出部82b’から入射した光をより効率的に先端面82aに導くことができる。そのため、第1導光部82内での光の損失を効果的に低減することができる。
内径漸増部822の回動軸Jに対する傾斜角度θ4としては、特に限定されないが、例えば、1°以上20°以下程度であることが好ましく、5°以上10°以下であることがより好ましい。これにより、上述した効果がより顕著となる。
なお、本実施形態では、第1導光部82の長さ方向の全域が内径漸増部822で構成されているが、第1導光部82の長さ方向の一部が内径漸増部822で構成されていてもよいし、内径漸増部822を省略してもよい。
また、第2導光部83は、第4導光路44側(先端面83a側)から第3導光路43側(基端面83b側)に向けて外径が漸減する外径漸減部831を有している。これにより、先端面83aから入射した光をより効率的に基端面83bに導くことができ、また、基端面83bから入射した光をより効率的に先端面83aに導くことができる。そのため、第2導光部83内での光の損失を効果的に低減することができる。
外径漸減部831の回動軸Jに対する傾斜角度θ2としては、特に限定されないが、例えば、1°以上20°以下程度であることが好ましく、5°以上10°以下であることがより好ましい。これにより、上述した効果がより顕著となる。
なお、本実施形態では、第2導光部83の長さ方向の全域が外径漸減部831で構成されているが、第2導光部83の長さ方向の一部が外径漸減部831で構成されていてもよいし、外径漸減部831を省略してもよい。
以上、本実施形態の光ロータリージョイント8について説明した。このような光ロータリージョイント8では、第1導光部82の構成上、第2導光路42から第1導光路41への光伝搬効率よりも、第1導光路41から第2導光路42への光伝搬効率の方が低い。一方、第2導光部83では、第3導光路43から第4導光路44への光伝搬効率と第4導光路44から第3導光路43への光伝搬効率とがほとんど等しい。そこで、本実施形態では、第1導光部82を第2導光路42から第1導光路41への信号の送信に用い、第2導光部83を第3導光路43から第4導光路44への信号の送信に用いることが好ましい。
以上のような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<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について説明する。
図10は、本発明の第3実施形態に係るロボットが有する関節部を示す断面図である。図11は、図10に示す光ロータリージョイントの平面図である。
本実施形態は、光ロータリージョイント8の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図10において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図10および図11に示すように、回動軸Jの軸方向から見た平面視で、第4導光路44の基端面44bは、回動軸Jからずれた場所に位置している。なお、第4導光路44の基端面44bの回動軸Jからのずれ量は、第2導光路42の基端面42bの回動軸Jからのずれ量よりも小さい。
また、第2導光部83は、第1導光部82の内側に設けられ、回動軸Jを中心軸とした円筒状をなしている。また、第2導光部83の先端面83aは、回動軸Jに垂直な平面上に位置し、その全域が基部81の先端面81aから露出している。また、先端面83aは、第4導光路44の基端面44bと対向している。すなわち、回動軸Jの軸方向から見た平面視で、第2導光部83の先端面83aと第4導光路44の基端面44bとが重なっている。そのため、第2導光部83の先端面83aから出射した光がより確実に第4導光路44の基端面44bに入射し、また、第4導光路44の基端面44bから出射した光がより確実に第2導光部83の先端面83aに入射する。なお、第2導光部83が回動軸Jを中心軸とした円筒状であるため、回動部242と共に第4導光路44が回動軸Jまわりに回動しても、常に、第2導光部83の先端面83aと第4導光路44の基端面44bとが対向した状態が維持される。そのため、回動部242の回動状態に関わらず、第2導光部83と第4導光路44とを光接続することができる。
また、第2導光部83の基端面83bも、回動軸Jに垂直な平面上に位置し、その全域が基部81の基端面81bから露出している。また、基端面83bは、その一部において、第3導光路43の先端面43aと接続されている。そのため、第2導光部83の基端面83bから出射した光がより確実に第3導光路43の先端面43aに入射し、また、第3導光路43の先端面43aから出射した光がより確実に第2導光部83の基端面83bに入射する。これにより、第2導光部83と第3導光路43とを光接続することができる。
このように、第2導光部83は、その先端側において第4導光路44と光接続されており、基端側において第3導光路43と光接続されている。そのため、第2導光部83を介して、第3導光路43と第4導光路44との間で光通信を行うことができる。
以上のように、第2導光部83は、第3導光路43と固定され、回動軸Jを中心とする筒状をなし、第4導光路44の基端部(光ロータリージョイント8側の端部)が第2導光部83と対向している。これにより、アーム15の回動状態によらず、第2導光部83を介して、第3導光路43と第4導光路44とを光接続することができる。
以上のような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
なお、本実施形態では、第2導光部83の肉厚(外径と内径の差)が第3、第4導光路43、44の直径よりも大きくなっているが、これに限定されず、第3、第4導光路43、44の直径と等しくてもよいし、第3、第4導光路43、44の直径よりも小さくてもよい。
また、第2導光部83の形状としては、その先端側において、回動部242の回動状態に関わらず第4導光路44と光接続することができ、その基端側において第3導光路43と光接続することができれば、特に限定されない。例えば、第2導光部83は、少なくとも先端面83aが回動軸Jを中心とする円環状であれば、その他の部分の形状は、特に限定されない。また、先端面83aは、回動部242が回動軸Jまわりに1回転する間、常に、第4導光路44の基端面44bと対向していれば、すなわち、回動軸Jの軸方向から見た平面視で、基端面44bの移動軌跡と全周で重なっていれば、回動軸Jを中心とする円環状でなくてもよい(図5、図6に示す第1導光部82の形状と同様)。さらに言えば、先端面83aは、回動部242が回動軸Jまわりに1回転する間、常に、第4導光路44の間で光接続されていれば、基端面44bと対向していなくてもよい。
また、例えば、第2導光部83は、前述した第2実施形態での第1導光部82のように、先端側から基端側に向けて外径が漸減する外径漸減部を有していてもよいし、基端面44bが斜めにカットされた斜切筒状をなしていてもよい。これにより、第1導光部82と同様の効果を発揮することができる。
また、例えば、第2導光部83は、第1導光部82と同様に分散材を含んでいてもよい。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係るロボットについて説明する。
図12は、本発明の第4実施形態に係るロボットが有する関節部を示す断面図である。
本実施形態は、関節部および光ロータリージョイント8の構成が異なること以外は、前述した第3実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第3実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図12において、前述した第3実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図12に示すように、本実施形態では、本体部241、基部81および回動部242を貫通する貫通孔70が形成されている。また、この貫通孔70は、回動軸J上に形成されており、第2導光部83の内側を貫通するように位置している。また、この貫通孔70内には、電気配線71が引き回されている。
このように、本実施形態のロボット1は、関節部24の内側に配置されている電気配線71を有し、電気配線71は、第1導光部82および第2導光部83の内側に位置している。これにより、関節部24のスペースを有効活用することができ、関節部24の小型化を図りつつ、光配線と電気配線の両方を引き回すことができる。なお、前述したように、貫通孔70が回動軸J上に位置しているため、回動部242の回動による電気配線71の捩じれを抑制することができる。そのため、電気配線71の損傷を抑制することができる。
以上のような第4実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態に係るロボットについて説明する。
図13は、本発明の第5実施形態に係るロボットが有する関節部を示す断面図である。
本実施形態は、関節部の構成が異なること以外は、前述した第3実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図13において、前述した第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図13に示すように、関節部24に電気配線71が設けられている。また、電気配線71は、本体部241に設けられた第1電気配線711と、回動部242に設けられた第2電気配線712と、第1電気配線711と第2電気配線712とを電気的に接続する接続部713と、を有している。
また、第1電気配線711は、凹部2411の内側面に設けられた環状の環状部7111を有している。また、環状部7111は、回動部242の側面と対向して配置されている。
また、第2電気配線712は、回動部242の側面に配置されている。そして、第2電気配線712の基端部が環状部7111と対向している。また、第2電気配線712の基端部には、接続部713が固定されており、接続部713は、環状部7111と接触している。これにより、接続部713を介して第1電気配線711と第2電気配線712とが電気的に接続される。また、このような構成によれば、回動部242の回動状態に関わらず、接続部713を介して第1電気配線711と第2電気配線712とが電気的に接続された状態を維持することができる。
このように、本実施形態のロボット1は、関節部24の内側に配置されている電気配線71を有し、電気配線71は、第1導光部82の外側に位置している。これにより、関節部24のスペースを有効活用することができ、関節部24の小型化を図りつつ、光配線と電気配線の両方を引き回すことができる。なお、本実施形態では、電気配線71が1本であるが、電気配線71の数は、特に限定されず、2本以上であってもよい。この場合は、複数の環状部7111を回動軸Jに沿ってずらして配置し、複数の第2電気配線712を回動部242の周方向にずらして配置すればよい。
以上のような第5実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態に係るロボットについて説明する。
図14は、本発明の第6実施形態に係るロボットが有する関節部を示す断面図である。
本実施形態は、関節部および光ロータリージョイント8の構成が異なること以外は、前述した第2実施形態と同様である。
なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第2実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図14において、前述した第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図14に示すように、光ロータリージョイント8は、第1導光部82および第2導光部83を有する基部81(第1基部)に加えて、さらに、第3導光部85および第4導光部86を有する基部84(第2基部)を備えている。
基部84は、基部81と回動部242との間に位置し、回動部242に固定されている。また、基部84は、基部81と離間して配置されている。基部81、84の離間距離としては、特に限定されず、小さい程好ましい。具体的には、5mm以下であることが好ましく、3mm以下であることがより好ましく、1mm以下であることがさらに好ましい。これにより、第1、第2導光部82、83と第3、第4導光部85、86との間の光伝搬効率の低下を抑制することができる。
第3導光部85は、回動軸Jに直交する平面Fに対して第1導光部82と線対称な構成となっており、先端面85aが有する露出部85a’において第2導光路42と接続されている。同様に、第4導光部86は、平面Fに対して第2導光部83と線対称な構成となっており、先端部86aにおいて、第4導光路44と接続されている。そのため、回動部242の回動状態に関わらず、第1導光部82の先端面82aと第3導光部85の基端面85bとが対向し、第2導光部83の先端面83aと第4導光部86の基端面86bとが対向する。このような構成によれば、光ロータリージョイント8での光の損失をより効果的に低減することができる。
以上のような第6実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明のロボットを、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。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、ロボットが6軸ロボットである構成について説明したが、ロボットとしては、特に限定されず、例えば、双腕ロボット、スカラロボット等であってもよい。
また、前述した実施形態では、第1導光路および第2導光路と光ロータリージョイントとにより光通信を行う例について説明したが、これらの用途は、これに限定されず、例えば、第1導光路および第2導光路の少なくとも一方は、照明用の光や画像を構成する光を送るのに用いることもできる。
1…ロボット、11…ベース、12、13、14、15、16、17…アーム、18…ロボット制御部、19…ハンド、191…エンコーダー、192…カメラ、193…センサー、21、22、23、24、25、26…関節部、241…本体部、2411…凹部、2412…筒状部、2413…挿入部、2413a…先端面、242…回動部、242b…基端面、243…ボールベアリング、3…駆動装置、31…コントローラー、32…エンコーダー、41…第1導光路、41a…先端面、42…第2導光路、42b…基端面、43…第3導光路、43a…先端面、44…第4導光路、44b…基端面、70…貫通孔、71…電気配線、711…第1電気配線、7111…環状部、712…第2電気配線、713…接続部、8…光ロータリージョイント、81…基部、81a…先端面、81b…基端面、811…貫通孔、812…反射膜、813…貫通孔、814…反射膜、82…第1導光部、82a…先端面、82b…基端面、82b'…露出部、821…外径漸減部、822…内径漸増部、829…拡散材、83…第2導光部、83a…先端面、83b…基端面、831…外径漸減部、84…基部、85…第3導光部、85a…先端面、85a’…露出部、85b…基端面、86…第4導光部、86a…先端部、86b…基端面、9…光電変換回路、F…平面、J…回動軸、L…移動軌跡、Q…電子部品、r…直径、T…肉厚、θ1、θ2、θ3、θ4…傾斜角度

Claims (11)

  1. 第1導光路を備える第1アームと、
    第2導光路を備える第2アームと、
    回動軸を有し、前記第1アームと前記第2アームとを前記回動軸まわりに回動可能で接続する関節部と、
    前記関節部の内側であって前記第1導光路と前記第2導光路との間に設けられ、前記第1導光路と前記第2導光路とを光接続している光ロータリージョイントと、を有していることを特徴とするロボット。
  2. 前記光ロータリージョイントは、前記第1導光路と固定され、前記回動軸を中心とする筒状をなす第1導光部を有し、
    前記第2導光路の前記光ロータリージョイント側の端部が前記第1導光部と対向している請求項1に記載のロボット。
  3. 前記第1導光部は、前記第2導光路側から前記第1導光路側に向けて外径が漸減する外径漸減部を有している請求項2に記載のロボット。
  4. 前記第1導光路は、斜切円筒状をなしている請求項2または3に記載のロボット。
  5. 前記第1導光部は、光を拡散させる拡散材を含んでいる請求項2ないし4のいずれか1項に記載のロボット。
  6. 前記第1アームに配置され、前記第1導光路とは異なる第3導光路と、
    前記第2アームに配置され、前記第2導光路とは異なる第4導光路と、を有し、
    前記光ロータリージョイントは、第1導光部の内側に配置され、前記第3導光路と前記第4導光路とを光接続する第2導光部を有している請求項2ないし5のいずれか1項に記載のロボット。
  7. 前記第2導光部は、前記第3導光路と固定され、前記回動軸を中心とする筒状をなし、
    前記第4導光路の前記光ロータリージョイント側の端部が前記第2導光部と対向している請求項2ないし6のいずれか1項に記載のロボット。
  8. 前記第2導光部は、前記第3導光路と固定され、前記回動軸上に配置され、
    前記第4導光路の前記光ロータリージョイント側の端部が前記第2導光部と対向している請求項2ないし6のいずれか1項に記載のロボット。
  9. 前記関節部の内側に配置されている電気配線を有し、
    前記電気配線は、前記第1導光部の内側に位置している請求項2ないし8のいずれか1項に記載ロボット。
  10. 前記関節部の内側に配置されている電気配線を有し、
    前記電気配線は、前記第1導光部の外側に位置している請求項2ないし8のいずれか1項に記載ロボット。
  11. 前記関節部よりも第2アーム側に配置され、前記第2導光路と接続されている電子部品を有している請求項1ないし10のいずれか1項に記載のロボット。
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