JP2018114593A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】力検出部による検出精度を高めることができるロボットを提供すること。
【解決手段】少なくとも１つのアームを有し、エンドエフェクターを着脱可能なロボットアームと、前記エンドエフェクターと前記アームとの間に設けられた力検出部と、前記エンドエフェクターを前記力検出部側に付勢する付勢部材と、を備えることを特徴とするロボット。また、前記付勢部材は、弾性を有する弾性部材であることが好ましい。また、前記ロボットアームと前記エンドエフェクターとを連結する接続部を有し、前記力検出部は、前記エンドエフェクターと前記接続部との間に設けられていることが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロボットに関するものである。

従来から、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ーとを備えた産業用ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のロボットは、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ハンドと、ロボットアームとハンドとの間に設けられ、ハンドに作用する力を測定する力測定部を備える。このロボットは、力測定部により得られる力やハンドの質量に基づいてハンドにより把持されたワークの質量を測定することができる。

特開２０１３−５６４０２号公報

しかし、特許文献１に記載のロボットによる測定では、ハンドの質量を加味するため、ワークの質量を高精度に求めることが難しい。特に、力測定部としてロードセルを用いた場合、例えばハンドにガタ付き等があると、ワークに対してハンドが接触してもロードセルは直ぐに反応せず、ワークに対するハンドの荷重がある程度加わってから反応し始めてしまう。そのため、ハンドとワークとの接触等を高精度に検出することが難しいという問題があった。

本発明は、前述した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、以下により実現することが可能である。

本発明のロボットは、少なくとも１つのアームを有し、エンドエフェクターを着脱可能なロボットアームと、
前記エンドエフェクターと前記アームとの間に設けられた力検出部と、
前記エンドエフェクターを前記力検出部側に付勢する付勢部材と、を備えることを特徴とする。

このような本発明のロボットによれば、エンドエフェクターを力検出部側に付勢する付勢部材を備えているため、エンドエフェクターのガタ付き等を低減することができる。そのため、エンドエフェクターの対象物に対する接触等の力検出部による検出精度を高めることができる。

本発明のロボットでは、前記付勢部材は、弾性を有する弾性部材であることが好ましい。

これにより、エンドエフェクターのガタ付き等をより効果的に低減することができるので、力検出部による検出精度をより高めることができる。

本発明のロボットでは、前記ロボットアームと前記エンドエフェクターとを連結する接続部を有し、
前記力検出部は、前記エンドエフェクターと前記接続部との間に設けられていることが好ましい。

これにより、エンドエフェクターの対象物に対する接触等の力検出部による検出精度を特に高めることができる。

本発明のロボットでは、前記アームは、回動可能であり、
前記エンドエフェクターは、前記アームの回動軸周りに回動可能であり、
前記付勢部材は、前記回動軸の周りに複数設けられていることが好ましい。

これにより、エンドエフェクターを力検出部側にバランスよく付勢することができ、エンドエフェクターのガタ付き等をより効果的に低減することができる。そのため、力検出部による検出精度をより高めることができる。

本発明のロボットでは、前記エンドエフェクターは、対象物を保持可能な第１保持部および第２保持部を有することが好ましい。

これにより、例えば、エンドエフェクターによって２つの対象物を一度に把持することができるため、ロボットによる作業性を高めることができる。

本発明のロボットでは、前記第２保持部は、前記第１保持部よりも移動可能な距離が長いことが好ましい。

これにより、第１保持部で保持した対象物と第２保持部で保持した対象物とが干渉することを低減または回避することができる。

本発明のロボットでは、前記エンドエフェクターは、基部を有し、
前記第１保持部は、前記基部に固定されており、
前記第２保持部は、前記基部に対して移動可能であることが好ましい。

これにより、第１保持部で保持した対象物と第２保持部で保持した対象物とが干渉することをより効果的に低減または回避することができる。また、２つの保持部（第１保持部および第２保持部）のうちの一方が固定されていることで、エンドエフェクターにかかるモーメントを小さくすることができる。

本発明のロボットでは、前記アームは、回動可能であり、
前記エンドエフェクターは、前記アームの回動軸周りに回動可能であり、
前記第１保持部および前記第２保持部は、それぞれ、前記回動軸の周りに設けられており、
前記第１保持部の中心と前記回動軸との間の距離をＤ１とし、前記第２保持部の中心と前記回動軸との間の距離をＤ２としたとき、０．９≦Ｄ１／Ｄ２≦１．１であることが好ましい。
これにより、エンドエフェクターにかかるモーメントを小さくすることができる。

本発明のロボットでは、前記アームは、回動可能であり、
前記エンドエフェクターは、前記アームの回動軸周りに回動可能であり、
前記第１保持部と前記第２保持部とは、前記回動軸の軸方向から見て、前記第１保持部と前記第２保持部との間に前記回動軸が位置するように設けられていることが好ましい。
これにより、エンドエフェクターにかかるモーメントを小さくすることができる。

本発明のロボットでは、前記力検出部は、ロードセルであることが好ましい。
ロードセルは、一般的に小型であるため、力検出部がロードセルであることでロボットの小型化を容易に図ることができる。

本発明の好適な実施形態に係るロボットの側面図である。 図１に示すロボットが備える連結用構成物とツールとを示す斜視図である。 図１に示すロボットが備える連結用構成物とツールとを示す斜視図である。 図１に示すロボットが備える連結用構成物とツールとを示す正面図である。 図１に示すロボットが備える連結用構成物とツールとを示す側面図である。

以下、本発明のロボットを備える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、本発明の好適な実施形態に係るロボットの側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１中の基台１１０側を「基端」、その反対側（すなわちエンドエフェクター（ツール４０）側）を「先端」と言う。また、図１では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を図示している。また、以下では、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」とも言い、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」とも言い、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」とも言う。また、以下では、図示された各矢印の先端側を「＋（プラス）」、基端側を「−（マイナス）」と言う。また、図１の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。本明細書において、「水平」とは、水平に対して±５°以下の範囲内で傾斜している場合も含む。同様に、「鉛直」とは、鉛直に対して±５°以下の範囲内で傾斜している場合も含む。また、「平行」とは、２つの線（軸を含む）または面が、互いに完全な平行である場合のみならず、±５°以内で傾斜している場合も含む。また、本明細書において、「直交」とは、２つの線（軸を含む）または面が、互いに９０°の角度で交わる場合のみならず、９０°に対し±５°以内で傾斜している場合も含む。

図１に示すロボットシステム１００は、例えば、電子部品および電子機器等の対象物の保持、搬送および組立て等の作業で用いられる装置である。

このロボットシステム１００は、ロボットアーム１０を有するロボット１と、対象物に対して直接作業を行うツール４０と、例えばツール４０に加わる力を検出する力検出部５０と、ロボット１の駆動を制御する制御装置（図示せず）とを備えている。以下、ロボットシステム１００の各部について説明する。

図１に示すロボット１は、いわゆる水平多関節ロボット（スカラロボット）であり、基台１１０と、基台１１０に接続されたロボットアーム１０（可動部）と、ロボットアーム１０に対してツール４０を連結させる連結用構成物２と、を有する。また、ロボットアーム１０は、第１アーム１０１（アーム）と、第２アーム１０２（アーム）と、作業ヘッド１０４と、スプラインシャフト１０３と、を有している。また、ロボット１は、ロボットアーム１０を駆動させる動力を発生させる複数の駆動部１３０および複数の位置センサー１３１を有する。

図１に示す基台１１０は、ロボット１を例えば天井（図示せず）に取り付ける部分である。基台１１０の下端部には、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｊ１（回動軸）まわりに回動可能な第１アーム１０１が連結されている。また、第１アーム１０１の先端部には、第１アーム１０１に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２（回動軸）まわりに回動可能な第２アーム１０２が連結されている。また、第２アーム１０２には、作業ヘッド１０４が配置されている。作業ヘッド１０４は、第２アーム１０２の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト１０３（アーム）を有している。スプラインシャフト１０３は、第２アーム１０２に対して、その軸Ｊ３（回動軸）まわりに回動可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。

スプラインシャフト１０３の先端部（下端部）には、連結用構成物２と、ツール４０（エンドエフェクター）と、力検出部５０とが設けられている。なお、これらスプラインシャフト１０３の先端部（下端部）に設けられた部材については、後で詳述する。

また、基台１１０内には、第１アーム１０１を駆動（回動）させる駆動部１３０が設置されている。また、第１アーム１０１内には、第２アーム１０２を駆動させる駆動部１３０が設けられており、作業ヘッド１０４内には、スプラインシャフト１０３を駆動させる駆動部１３０が設置されている。すなわち、ロボット１は、３つの駆動部１３０を有している。駆動部１３０は、駆動力を発生させるモーター（図示せず）とモーターの駆動力を減速する減速機（図示せず）とを有する。駆動部１３０が有するモーターとしては、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ことができる。減速機としては、例えば、遊星ギア型の減速機、波動歯車装置等を用いることができる。また、各駆動部１３０には、モーターまたは減速機の回転軸の回転角度を検出する位置センサー１３１（角度センサー）が設けられている。

各駆動部１３０は、図示はしないが、基台１１０に内蔵されたモータードライバーに電気的に接続されている。このモータードライバーを介して各駆動部１３０は制御装置（図示せず）により制御されている。制御装置は、上述したようにロボット１の駆動を制御可能であれば如何なる構成であってもよい。例えば、制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）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。また、制御装置は、上述したツール４０や力検出部５０に電気的に接続されており、ツール４０や力検出部５０の駆動を制御する機能を有する。

以上、ロボットシステム１００の基本的な構成について簡単に説明した。次に、ロボット１が備える連結用構成物２と、ツール４０（エンドエフェクター）と、力検出部５０とについて詳述する。

図２および図３は、それぞれ、図１に示すロボットが備える連結用構成物とツールとを示す斜視図である。図４は、図１に示すロボットが備える連結用構成物とツールとを示す正面図である。図５は、図１に示すロボットが備える連結用構成物とツールとを示す側面図である。

〈連結用構成物〉
図２〜図５に示す連結用構成物２は、スプラインシャフト１０３とツール４０とを連結する部材であり、連結部２０と、２つ（一対）の付勢部３０とを有する。

（連結部）
連結部２０は、円筒状の第１接続部材２１と、第１接続部材２１の下端部に位置し、ｘｙ平面に平行な板面を有する平板状の第２接続部材２２と、第２接続部材２２の下端部に位置する支持部材２３と、支持部材２３に接続（固定）されたガイド部材２４と、を有する（図２〜図５参照）。ここで、第１接続部材２１および第２接続部材２２は、接続部２００を構成している。

第１接続部材２１は、円筒内にスプラインシャフト１０３の先端部を挿入できるよう構成されている。この第１接続部材２１にスプラインシャフト１０３の先端部が挿入され、嵌合されることで、連結部２０とロボットアーム１０とが接続される。これにより、連結部２０は、スプラインシャフト１０３の回動に伴って軸Ｊ３周りに回動可能となっている。また、第１接続部材２１の下端部には、第２接続部材２２が接続（固定）されている。第１接続部材２１は、第２接続部材２２のｚ軸方向（軸Ｊ３の軸方向）から見た中心部に位置している。また、第１接続部材２１の周りには、第１接続部材２１を挟むようにして２つの貫通孔２２１が設けられている。貫通孔２２１には、後述する付勢部３０が有するシャフト３１が挿通されている。

第２接続部材２２の下端部には、支持部材２３が接続（固定）されている。支持部材２３は、第２接続部材２２の＋ｙ軸側の縁部に位置し、ｚ軸方向に延びる平板状の部材２３１と、部材２３１に接続（固定）されていて、第２接続部材２２の＋ｘ軸側および−ｘ軸側に位置する平板状の２つの部材２３２と、を有する。これら部材２３１と２つの部材２３２とで囲まれた空間内には、ガイド部材２４が設けられている（図２および図４参照）。ガイド部材２４は、部材２３１に接続（固定）されており、後述するツール４０が有するレール部材４２をｚ軸方向にスライドさせるよう案内する機能を有する。なお、ガイド部材２４の構成（機構）は、ツール４０のレール部材４２を案内することができれば、いかなる構成であってもよい。また、レール部材４２は、図示はしないが、レールとレールを取り付ける取付部材とを備えている。

なお、連結部２０を構成する各部の構成材料としては、特に限定されず、例えば、金属材料、樹脂材料等を用いることができる。

（付勢部）
２つの付勢部３０は、それぞれ、シャフト３１と、コイルばね３２（付勢部材）と、ナット３３と、を有する。本実施形態では、２つの付勢部３０は、スプラインシャフト１０３（軸Ｊ３）の周りに、スプラインシャフト１０３（軸Ｊ３）を挟むように対向して配置されている。なお、本実施形態では、付勢部３０の数は、２つであるが、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。

シャフト３１は、ｚ軸方向に延びる長尺状をなし、上述した第２接続部材２２の貫通孔２２１に挿通されている。このシャフト３１は、貫通孔２２１内をｚ軸方向（シャフト３１の長手方向）に移動（摺動）することができる。シャフト３１の下端は、後述するツール４０の基部４１に接続（固定）されている。また、シャフト３１の上端部の外周面には、シャフト３１がナット３３と螺合するための雄ネジが形成されている。

また、シャフト３１の外周には、ｚ軸方向（シャフト３１の中心線Ａ３方向）に伸縮し得るコイルばね３２が設置されている。コイルばね３２は、弾性を有する弾性部材であり、第２接続部材２２の上方に位置している。特に、本実施形態では、コイルばね３２は、圧縮ばねとして機能している。このコイルばね３２は、シャフト３１の上部の螺合しているナット３３と第２接続部材２２との間に圧縮状態でシャフト３１に挿入され、ナット３３と第２接続部材２２とを離間させるように付勢している。これにより、コイルばね３２は、シャフト３１の下端部に接続（固定）されたツール４０を第２接続部材２２に近づくように付勢している。

また、ナット３３の内周面には、雌ネジが形成されており、ナット３３は、シャフト３１の上部と螺合している。このナット３３は、そのシャフト３１上での位置（ｚ軸方向における位置）を調節できるようになっている。これにより、コイルばね３２の付勢力を調節することができる。

このような構成の連結用構成物２が有する付勢部３０によって、ツール４０は、第２接続部材２２に対して吊り下げられた状態となっている。また、上述した連結部２０のガイド部材２４によって、ツール４０は、ｘ軸方向およびｙ軸方向の動きが規制され、ｚ軸方向に移動可能となっている。

なお、ツール４０は、付勢部３０のナット３３をシャフト３１から離脱することにより、第２接続部材２２から取り外すことができる。そのため、ツール４０は、連結用構成物２に対して着脱可能である。したがって、ツール４０は、ロボットアーム１０に対して連結用構成物２を介して着脱可能となっている。

また、付勢部３０を構成する各部の構成材料としては、特に限定されず、例えば、金属材料、樹脂材料等を用いることができる。

〈ツール〉
ツール４０は、対象物に対して直接的に作業を行うエンドエフェクターである。このツール４０は、基部４１と、レール部材４２と、２つのハンド保持部４３（第１ハンド保持部４３ａおよび第２ハンド保持部４３ｂ）と、２つのハンド部４４（第１ハンド部４４ａおよび第２ハンド部４４ｂ）と、を有する。また、ツール４０は、連結用構成物２に接続されていることで、スプラインシャフト１０３の回動に伴って軸Ｊ３周りに回動可能となっている。

（基部）
基部４１は、上述したシャフト３１に接続された部材４１１と、部材４１１の下端部に接続（固定）され、ｚ軸方向に延びる平板状の部材４１２（本体部）と、を有する。部材４１１は、ｘ軸方向に延びる部分と、当該部分の両端から＋ｙ軸方向に延びる２つの部分とを有する。＋ｙ軸方向に延びる２つの部分に、上述したシャフト３１が接続（固定）されている。

（レール部材）
部材４１１の＋ｙ軸側の面には、上述したガイド部材２４に取付可能なレール部材４２が接続（固定）されている（図２、図４および図５参照）。このレール部材４２は、本実施形態では、ｚ軸方向に延びた形状をなし、部材４１２のｘ軸方向における中央部に設けられている。また、レール部材４２は、ｙ軸方向から見て、スプラインシャフト１０３の軸Ｊ３上に位置している（図４参照）。また、レール部材４２の上端部には、後述する力検出部５０と接触する部材４２１（接触部材）が設けられている。

なお、基部４１およびレール部材４２の各構成材料としては、特に限定されず、例えば、金属材料、樹脂材料等を用いることができる。

（ハンド保持部）
２つのハンド保持部４３は、後述するハンド部４４を保持する部材であり、ｙ軸方向から見てレール部材４２の両側に位置する。したがって、２つのハンド保持部４３は、ｙ軸方向から見てスプラインシャフト１０３の軸Ｊ３の両側に位置している。また、２つのハンド保持部４３は、それぞれ、基部４１の部材４１２に接続されている。

第１ハンド保持部４３ａ（ハンド保持部４３）は、基部４１の部材４１２に固定されており、後述する第１ハンド部４４ａが有する板部材４４２を保持する保持部材４３１を備える。保持部材４３１は、＋ｙ軸方向に開口した凹部４３１０を有し、この凹部４３１０は、＋ｚ軸側および−ｚ軸側に開口している（図３参照）。

第２ハンド保持部４３ｂ（ハンド保持部４３）は、後述する第２ハンド部４４ｂが有する板部材４４２を保持する保持部材４３１と、保持部材４３１をｚ軸方向に移動させるための移動機構４３０と、を有する（図２および図５参照）。移動機構４３０は、レール４３２と、ガイド部材４３３と、エアシリンダー４３４と、スピードコントローラー４３５と、を有する。

保持部材４３１は、上述した第１ハンド保持部４３ａが備える保持部材４３１と同様の構成である。また、保持部材４３１の＋ｙ軸側の面には、レール４３２が接続（固定）されている。このレール４３２は、ｚ軸方向に延びた形状をなしている。また、上述した基部４１の部材４１２には、レール４３２を取付可能なガイド部材４３３が接続（固定）されている。このガイド部材４３３は、レール４３２をｚ軸方向にスライドさせるよう案内する機能を有する。なお、ガイド部材４３３の構成（機構）は、レール４３２を案内することができれば、いかなる構成であってもよい。また、基部４１の部材４１２には、エアシリンダー４３４が取り付けられている。エアシリンダー４３４は、レール４３２をガイド部材４３３に対して移動させる駆動力を発生させるための駆動部として機能する。また、エアシリンダー４３４には、スピードコントローラー４３５が取り付けられている。スピードコントローラー４３５は、エアシリンダー４３４内の空気（気体）の流量を調節するための流量調整部（駆動力調整部）として機能する。このスピードコントローラー４３５によって上述の駆動力を調節することができる。なお、上述の駆動部は、駆動力を発生させるものであればよく、エアシリンダー４３４に限定されない。駆動部は、例えば各種モーター等を備える構成であってもよい。

なお、保持部材４３１、レール４３２およびガイド部材４３３の各構成材料としては、特に限定されず、例えば、金属材料、樹脂材料等を用いることができる。

（ハンド部）
２つのハンド部４４は、それぞれ、ハンド保持部４３に保持されている。すなわち、第１ハンド部４４ａ（第１保持部）は、第１ハンド保持部４３ａに保持されており、第２ハンド部４４ｂ（第２保持部）は、第２ハンド保持部４３ｂに保持されている。これら第１ハンド部４４ａおよび第２ハンド部４４ｂは、ｙ軸方向から見てレール４２の両側に位置している。したがって、２つのハンド保持部４３は、ｙ軸方向から見てスプラインシャフト１０３の軸Ｊ３の両側に位置している。

第１ハンド部４４ａおよび第２ハンド部４４ｂは、それぞれ同様の構成であり、対象物を把持するコレットチャックハンド４４１および板部材４４２を有するユニット４００と、コレットチャックハンド４４１を開閉する駆動力を発生させるための駆動機構４４０と、を有する。駆動機構４４０は、エアシリンダー４４３と、スピードコントローラー４４４と、を有する。

ユニット４００が備えるコレットチャックハンド４４１は、複数の指を有しており、これらの指が放射状に開閉することによって対象物を把持することができる。また、ユニット４００が備える板部材４４２は、ｘｚ平面に平行な板面を有し、上述した保持部材４３１に装着されることで、ハンド保持部４３に保持されている。また、ユニット４００の上部には、エアシリンダー４４３が取り付けられている。エアシリンダー４４３は、コレットチャックハンド４４１を開閉する駆動力を発生させるための駆動部として機能する。また、エアシリンダー４４３には、スピードコントローラー４４４が取り付けられている。スピードコントローラー４４４は、エアシリンダー４４３内の空気（気体）の流量を調節するための流量調整部（駆動力調整部）として機能する。このスピードコントローラー４４４によって上述の駆動力を調節することができる。なお、上述の駆動部は、駆動力を発生させるものであればよく、エアシリンダー４４３に限定されない。駆動部は、例えば各種モーターやバネ部材等を備えていてもよい。

このような構成のハンド部４４は、ハンド保持部４３に対して着脱可能に取り付けられている。これにより、対象物等の種類に応じた適切なハンド部（エンドエフェクター部）を用いることができる。

また、上述したように、第１ハンド部４４ａを保持している第１ハンド保持部４３ａが有する保持部材４３１は、基部４１に固定されている。そのため、第１ハンド部４４ａは、第１ハンド保持部４３ａを介して基部４１に固定的に接続されている。一方、上述したように、第２ハンド部４４ｂを保持している第２ハンド保持部４３ｂが有する保持部材４３１は、移動機構４３０によって基部４１に対して移動可能となっている。したがって、第２ハンド部４４ｂは、第２ハンド保持部４３ｂを介して基部４１に対して図４中の矢印ｂ方向に移動可能に接続されている。これにより、第１ハンド部４４ａの先端および第２ハンド部４４ｂの先端の高さを異なる状態とすることができる。本実施形態では、第２ハンド部４４ｂの先端の位置は、第１ハンド部４４ａの先端の位置よりも上方と下方とに位置することができる。

なお、コレットチャックハンド４４１および板部材４４２の各構成材料としては、特に限定されず、例えば、金属材料、樹脂材料等を用いることができる。

〈力検出部〉
図４に示すように、力検出部５０は、上述した第２接続部材２２の下面（下端部）に取付られている。力検出部５０は、例えばツール４０に加わった力、より具体的にはコレットチャックハンド４４１に加わった力（外力）を検出する機能を有する。本実施形態では、力検出部５０は、ロードセルで構成されている。ロードセルは、図示はしないが、例えば、力により歪みを発生させる起歪体（弾性体）と、起歪体からの歪み量（変位量）を基にして力を電気信号として検出するひずみゲージと、起歪体および歪ゲージを収納するケースとを備える。本実施形態では、このロードセルは、ツール４０に加わるｚ軸方向の力を検出することができる。そのため、コレットチャックハンド４４１の対象物に対する接触等の検知の他、例えばコレットチャックハンド４４１が把持した対象物の重量を検出することもできる。

なお、力検出部５０が検出し得る力としては、ｚ軸方向の力の他、例えば、ｘ軸方向の力、ｙ軸方向の力、ｘ軸周りのトルク、ｙ軸周りのトルク、ｚ軸（例えば軸Ｊ３）周りのトルク、またはこれらのうちの２以上の組み合わせが挙げられる。また、前記と異なる座標系、例えば、ロボット１の座標系（ツール４０の座標系）をｘ’軸、ｙ’軸、ｚ’軸としたとき（図示せず）、ｘ’軸方向の力、ｙ’軸方向の力、ｚ’軸方向の力、ｘ’軸周りのトルク、ｙ’軸周りのトルク、ｚ’軸周りのトルク、またはこれらのうちの２以上の組み合わせが挙げられる。

また、歪ゲージを収納するケースの構成材料としては、特に限定されず、例えば、金属材料、樹脂材料等を用いることができる。また、本実施形態では、「力検出部」は、外力を検出できるものであればよく、ロードセルに限定されない。例えば、「力検出部」は、力覚センサー等であってもよい。

また、本実施形態では、上述した付勢部３０が備えるコイルばね３２によってツール４０と第２接続部材２２とが接近する方向に付勢力が働いている。これにより、第２接続部材２２下面に取り付けられた力検出部５０は、コレットチャックハンド４４１が対象物等に接触していない状態（非接触状態）で、ツール４０が備えるレール部材４２の上端部に設けられた部材４２１（接触部材）に接触している。

以上、スプラインシャフト１０３の先端部（下端部）に設けられた連結用構成物２、ツール４０（エンドエフェクター）および力検出部５０の各構成について説明した。

上述したように、本実施形態のロボット１は、少なくとも１つの「アーム」としてのスプラインシャフト１０３を有し、「エンドエフェクター」としてのツール４０を着脱可能なロボットアーム１０と、ツール４０とスプラインシャフト１０３との間に設けられた力検出部５０と、ツール４０を力検出部５０側に付勢する「付勢部材」としてのコイルばね３２と、を備える。このようなロボット１によれば、ツール４０を力検出部５０側に付勢するコイルばね３２を有する付勢部３０を備えているため、ツール４０のガタ付き（遊び、バックラッシュ）等を低減することができる。そのため、ツール４０が備えるコレットチャックハンド４４１の対象物に対する接触等の力検出部５０による検出精度を高めることができる。

なお、本実施形態では、「エンドエフェクター」としてコレットチャックハンド４４１を有するツール４０を用いたが、「エンドエフェクター」は、対象物に対して直接的に作業するものであればよく、コレットチャックハンド４４１を有するツール４０に限定されない。「エンドエフェクター」は、例えば、対象物を吸着して保持する吸着機構を有する構成であってもよい。また、「エンドフェクター」とは、対象物に対して直接的に作業する部分であり、その取り付け箇所は、ロボットアーム１０の先端に限定されない。

また、本実施形態では、力検出部５０は、スプラインシャフト１０３とツール４０との間に設けられているが、ロボットアーム１０が有するアーム（第１アーム１０１、第２アーム１０２またはスプラインシャフト１０３）と、エンドエフェクター（ツール４０）との間に設けられていれば、いずれの箇所にあってもよい。

ただし、上述したように、本実施形態では、ロボットアーム１０と「エンドエフェクター」としてのツール４０とを連結する接続部２００を有し、力検出部５０は、ツール４０と接続部２００との間に設けられている。これにより、ツール４０が有するコレットチャックハンド４４１の対象物に対する接触等の力検出部５０による検出精度を特に高めることができる。

さらに、上述したように、本実施形態では、コイルばね３２の付勢力をナット３３で調節することで、コレットチャックハンド４４１が対象物等に接触していない状態（非接触状態）で、力検出部５０をツール４０の部材４２１（接触部材）に接触させている。ここで、例えば、非接触状態において力検出部５０にツール４０の部材４２１が接触していないと、コレットチャックハンド４４１が対象物等に接触したとき、力検出部５０に対して部材４２１が接触するまでのタイムラグが生じる。また、力検出部５０にツール４０の部材４２１が接触していないと、ツール４０の重量による慣性力により上述のタイムラグが大きくなる。そのため、力検出部５０による反応のリニアリティ（応答性）が低くなってしまう。しかし、本実施形態では、上述したように、付勢部３０によって非接触状態で力検出部５０をツール４０の部材４２１に接触させている。そのため、力検出部５０による反応のリニアリティを高めることができる。

また、上述したように、本実施形態では、「付勢部材」は、弾性を有するコイルばね３２（弾性部材）である。これにより、非接触状態において力検出部５０に部材４２１からの過剰な力が加わることを低減または回避することができる。例えば、スプラインシャフト１０３の駆動に伴ってツール４０にｘｙ平面内における方向からの外力が加わっても、力検出部５０に部材４２１からの過剰な力が加わることを低減または回避することができる。このように、コイルばね３２を用いることで、ツール４０のガタ付き（遊び、バックラッシュ）等をより効果的に低減することができる。その結果、力検出部５０の検出精度をより高めることができる。なお、本実施形態では、弾性部材としては、コイルばね３２を用いているが、弾性部材は弾性を有するものであればよく、コイルばね３２に限定されない。例えば、引張ばねとしての機能を有する弾性部材を用いてもよい。その場合には、第２接続部材２２とツール４０の部材４１１との間に引張ばねとしての機能を有する弾性部材を設ければよい。

さらに、上述したように、「アーム」としてのスプラインシャフト１０３は、回動可能であり、「エンドエフェクター」としてのツール４０は、スプラインシャフト１０３の「回動軸」としての軸Ｊ３周りに回動可能であり、「付勢部材」としてのコイルばね３２は、軸Ｊ３の周りに複数（本実施形態では２つ）設けられている。これにより、ツール４０を力検出部５０側にバランスよく付勢することができるため、ツール４０のガタ付き等をより効果的に低減することができる。そのため、力検出部５０の検出精度をより高めることができる。

特に、本実施形態では、軸Ｊ３と、各シャフト３１の中心線Ａ３との間の距離Ｄ３同士が等しい（図４参照）。これにより、ツール４０を力検出部５０側に特にバランスよく付勢することができる。なお、上述の「距離Ｄ２が等しい」は、機械的な設計および設置等の誤差を含む。

また、本実施形態では、上述したように、力検出部５０は、ロードセルである。ロードセルは、一般的に小型であるため、力検出部５０がロードセルであると、連結用構成物２、ツール４０および力検出部５０を備える構造体の小型化を容易に図ることができる。また、力検出部５０がロードセルである場合、力検出部５０をツール４０の部材４２１と接触させておくことで力検出部５０の検出精度を高める効果をより顕著に発揮することができる。

また、「エンドエフェクター」としてのツール４０は、対象物を保持可能な「第１保持部」としての第１ハンド部４４ａおよび「第２保持部」としての第２ハンド部４４ｂを有する。これにより、例えば、ツール４０によって２つの対象物を一度に把持することができる。そのため、ロボット１による作業性を高めることができる。また、１つの対象物を２箇所で把持することができ、保持をより確実にし、脱落等を有効に防止することができる。なお、本実施形態では、ハンド部４４の数は、２つであるが、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。

さらに、上述したように、「エンドエフェクター」としてのツール４０は、基部４１を有し、「第１保持部」としての第１ハンド部４４ａは、第１ハンド保持部４３ａを介して、基部４１に固定されており、「第２保持部」としての第２ハンド部４４ｂは、第２ハンド保持部４３ｂを介して、基部４１に対して移動可能である。これにより、第１ハンド部４４ａおよび第２ハンド部４４ｂの先端部の高さ（ｚ軸方向の位置）を異なる状態とすることができる。そのため、例えば、第２ハンド部４４ｂの先端を第１ハンド部４４ａの先端よりも下方に位置させて第２ハンド部４４ｂで対象物を把持した後に、第２ハンド部４４ｂの先端を第１ハンド部４４ａの先端よりも上方に位置させ、その後、第１ハンド部４４ａで対象物を把持することができる。このようにすれば、第１ハンド部４４ａで保持した対象物と第２ハンド部４４ｂで保持した対象物とが干渉することをより効果的に低減することができる。特に、後述するように、ハンド部４４の軸Ｊ３からのオフセット（具体的には距離Ｄ１、Ｄ２）を小さい値に設定しても、上述の効果を有効に発揮することができる。また、第１ハンド部４４ａが固定されていることで、ツール４０にかかる軸Ｊ３周りのモーメントを比較的小さくすることができる。そのため、ツール４０のガタ付き等をより低減することができ、力検出部５０の検出精度をより高めることができる。また、第１ハンド部４４ａが固定されていることで、第２ハンド部４４ｂ用の移動機構４３０（特にエアシリンダー４３４）のみの備える構成とし、第１ハンド部４４ａ用の移動機構を省略することができる。これにより、ツール４０の小型化および軽量化を図ることができ、ツール４０にかかる軸Ｊ３周りのモーメントをより小さくすることができる。

また、言い換えると、本実施形態のロボット１では、「第２保持部」としての第２ハンド部４４ｂは、「第１保持部」としての第１ハンド部４４ａよりも移動可能な距離が長くなっている。これにより、第１ハンド部４４ａで保持した対象物と第２ハンド部４４ｂで保持した対象物とが干渉することを低減することができる。

なお、本実施形態では、第１ハンド部４４ａは、基部４１に対して固定されている（移動可能な距離が０である）が、第１ハンド部４４ａも第２ハンド部４４ｂと同様に移動可能であってもよい。その場合には、上述したように、第１ハンド部４４ａの移動可能な距離が第２ハンド部４４ｂの移動可能な距離よりも短くなっていることで、対象物同士の干渉を簡単に低減または回避することができる。

また、「アーム」としてのスプラインシャフト１０３は、回動可能であり、「エンドエフェクター」としてのツール４０は、スプラインシャフト１０３の「回動軸」としての軸Ｊ３周りに回動可能であり、「第１保持部」としての第１ハンド部４４ａと「第２保持部」としての第２ハンド部４４ｂとは、軸Ｊ３の軸方向から見て（ｚ軸方向から見て）、第１ハンド部４４ａと第２ハンド部４４ｂとの間に軸Ｊ３が位置するように設けられている。これにより、ツール４０にかかるモーメントを小さくすることができる。特に、本実施形態では、軸Ｊ３と、第１ハンド部４４ａが有するコレットチャックハンド４４１の中心線Ａ１と、第２ハンド部４４ｂが有するコレットチャックハンド４４１の中心線Ａ２とが、ｚ軸方向から見て一直線上に位置している。これにより、ツール４０にかかるモーメントを特に小さくすることができる。

さらに、「アーム」としてのスプラインシャフト１０３は、回動可能であり、「エンドエフェクター」としてのツール４０は、スプラインシャフト１０３の「回動軸」としての軸Ｊ３周りに回動可能であり、「第１保持部」としての第１ハンド部４４ａおよび「第２保持部」としての第２ハンド部４４ｂは、それぞれ、軸Ｊ３の周りに設けられており、第１ハンド部４４ａの中心（具体的には中心線Ａ１）と軸Ｊ３との間の距離をＤ１とし、第２ハンド部４４ｂの中心（具体的には中心線Ａ２）と軸Ｊ３との間の距離をＤ２としたとき、０．９≦Ｄ１／Ｄ２≦１．１であることが好ましく、０．９５≦Ｄ１／Ｄ２≦１．０５であることがより好ましい（図４参照）。特に、本実施形態では、距離Ｄ１と距離Ｄ２とは等しい。これにより、エンドエフェクターであるツール４０にかかる軸Ｊ３周りのモーメントを小さくすることができる。なお、「距離Ｄ１と距離Ｄ２とが等しい」は、機械的な設計および設置等の誤差を含む。また、距離Ｄ１と距離Ｄ２とは、それぞれ、比較的小さい値、例えば、１５〜５０ｍｍ程度、特に１８〜３５ｍｍ程度とすることができる。これにより、上述の効果をより顕著に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、前述した実施形態では、ロボットは、天井に設置されている場合を例に説明したが、ロボットの設置箇所はこれに限定されず任意である。ロボットは、例えば、作業台、地面、壁、移動可能な台車上等に設けられていてもよい。

また、前述した実施形態では、いわゆる水平多関節ロボットについて説明したが、本発明のロボットは、付勢部材と力検出部とを有する構成であればこれに限定されず、例えば垂直多関節ロボットにも適用可能である。

１…ロボット、２…連結用構成物、１０…ロボットアーム、２０…連結部、２１…第１接続部材、２２…第２接続部材、２３…支持部材、２４…ガイド部材、３０…付勢部、３１…シャフト、３２…コイルばね、３３…ナット、４０…ツール、４１…基部、４２…レール部材、４３…ハンド保持部、４３ａ…第１ハンド保持部、４３ｂ…第２ハンド保持部、４４…ハンド部、４４ａ…第１ハンド部、４４ｂ…第２ハンド部、５０…力検出部、１００…ロボットシステム、１０１…第１アーム、１０２…第２アーム、１０３…スプラインシャフト、１０４…作業ヘッド、１１０…基台、１３０…駆動部、１３１…位置センサー、２００…接続部、２２１…貫通孔、２３１…部材、２３２…部材、４００…ユニット、４１１…部材、４１２…部材、４２１…部材、４３０…移動機構、４３１…保持部材、４３２…レール、４３３…ガイド部材、４３４…エアシリンダー、４３５…スピードコントローラー、４４０…駆動機構、４４１…コレットチャックハンド、４４２…板部材、４４３…エアシリンダー、４４４…スピードコントローラー、４３１０…凹部、Ａ１…中心線、Ａ２…中心線、Ａ３…中心線、Ｄ１…距離、Ｄ２…距離、Ｄ３…距離、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…軸、ｂ…矢印

Claims (10)

1. 少なくとも１つのアームを有し、エンドエフェクターを着脱可能なロボットアームと、
   前記エンドエフェクターと前記アームとの間に設けられた力検出部と、
   前記エンドエフェクターを前記力検出部側に付勢する付勢部材と、を備えることを特徴とするロボット。
2. 前記付勢部材は、弾性を有する弾性部材である請求項１に記載のロボット。
3. 前記ロボットアームと前記エンドエフェクターとを連結する接続部を有し、
   前記力検出部は、前記エンドエフェクターと前記接続部との間に設けられている請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記アームは、回動可能であり、
   前記エンドエフェクターは、前記アームの回動軸周りに回動可能であり、
   前記付勢部材は、前記回動軸の周りに複数設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記エンドエフェクターは、対象物を保持可能な第１保持部および第２保持部を有する請求項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保持部は、前記第１保持部よりも移動可能な距離が長い請求項５に記載のロボット。
7. 前記エンドエフェクターは、基部を有し、
   前記第１保持部は、前記基部に固定されており、
   前記第２保持部は、前記基部に対して移動可能である請求項５または６に記載のロボット。
8. 前記アームは、回動可能であり、
   前記エンドエフェクターは、前記アームの回動軸周りに回動可能であり、
   前記第１保持部および前記第２保持部は、それぞれ、前記回動軸の周りに設けられており、
   前記第１保持部の中心と前記回動軸との間の距離をＤ１とし、前記第２保持部の中心と前記回動軸との間の距離をＤ２としたとき、０．９≦Ｄ１／Ｄ２≦１．１である請求項５ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
9. 前記アームは、回動可能であり、
   前記エンドエフェクターは、前記アームの回動軸周りに回動可能であり、
   前記第１保持部と前記第２保持部とは、前記回動軸の軸方向から見て、前記第１保持部と前記第２保持部との間に前記回動軸が位置するように設けられている請求項５ないし８のいずれか１項に記載のロボット。
10. 前記力検出部は、ロードセルである請求項１ないし９のいずれか１項に記載のロボット。

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