JP2019089143A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットを小型化、軽量化する。【解決手段】ロボットアーム１０１は、関節Ｊ１〜Ｊ６で連結されたベース１１０及びリンク１１１〜１１６で構成されたロボット本体１５０を有する。ロボット本体１５０には、各関節Ｊ１〜Ｊ６に対応して、各関節の状態に応じた信号を出力する複数のセンサ部Ｓ１〜Ｓ６が設けられている。また、ロボット本体１５０には、センサ部Ｓ１〜Ｓ６から信号を取得する複数の回路基板３１〜３４が設けられている。各センサ部Ｓ１〜Ｓ６は、複数の回路基板３１〜３４のうち、いずれか１つに信号を出力する。回路基板３３は、２つのセンサ部Ｓ３，Ｓ４から信号を取得する。回路基板３４は、２つのセンサ部Ｓ５，Ｓ６から信号を取得する。【選択図】図１

Description

本発明は、関節で連結された複数のリンクを有するロボットに関する。

産業用ロボットとして、関節により連結された複数のリンクを有する多関節のロボットがある。この種のロボットは、工場等においてさまざまな生産作業を行うのに利用されており、複雑な作業が可能なように、高精度化や高速化などの高性能化が望まれている。ロボットの高性能化に伴い、ロボットにおけるリンクの内部には、各関節に対応する駆動部、各種のセンサ、これらセンサに接続された回路基板、電力線や信号線などの多くの部材が配置されるようになってきている（特許文献１参照）。

特開２０１５−８９５７７号公報

しかしながら、ロボットの高性能化に伴い、センサの種類及び数が増加の傾向にあり、また、関節の数も増加の傾向にあり、ロボットが大型化する問題があった。

そこで、本発明は、ロボットの小型化を目的とする。

本発明のロボットは、複数の関節で連結された複数のリンクと、前記各関節の状態に応じた信号を出力する複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部から信号を取得して処理する複数の回路基板と、を備え、前記各センサ部は、前記複数の回路基板のうちいずれか１つに信号を出力し、前記複数の回路基板のうちいずれかは、前記複数のセンサ部のうち２つ以上のセンサ部から信号を取得する、ことを特徴とする。

本発明によれば、ロボットを小型化（細身化）、軽量化をすることができる。

第１実施形態に係るロボットを示す説明図である。 第１実施形態に係るロボットにおいてセンサ部と回路基板との接続状態を示す模式図である。 第１実施形態に係るロボットの制御系を示すブロック図である。 第１実施形態におけるロボット本体内部の配線構造を示す模式図である。 第２実施形態に係るロボットにおいてセンサ部と回路基板との接続状態を示す模式図である。 第２実施形態に係るロボットの制御系を示すブロック図である。 第３実施形態に係るロボットにおいてセンサ部と回路基板との接続状態を示す模式図である。 第４実施形態に係るロボットにおいてセンサ部と回路基板との接続状態を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るロボット１００を示す説明図である。図１に示すロボット１００は、多関節ロボットであり、物品を生産するのに用いる産業用ロボットである。

第１実施形態ではロボット１００は、６軸の垂直多関節ロボットであり、ロボットアーム１０１と、ロボットアーム１０１の先端に設けられたエンドエフェクタの一例としての把持部であるハンド１０２と、を備える。また、ロボット１００は、ロボットアーム１０１及びハンド１０２を制御するコントローラ３００と、コントローラ３００に接続された教示ペンダント４００と、を備える。

ロボットアーム１０１は、ベース１１０及び複数のリンク１１１〜１１６を有するフレームを構成するロボット本体１５０を有する。ロボット本体１５０の基端であるベース１１０は、架台等に固定されるリンクであり、リンク１１１〜１１６は、可動するリンクである。ロボット本体１５０は、ベース１１０を基準に、複数のリンク１１１〜１１６が直列に関節Ｊ１〜Ｊ６で回転可能に連結されて構成されている。即ち、ロボット本体１５０は、ベース１１０を基準に、１番目のリンク１１１、２番目のリンク１１２、３番目のリンク１１３、４番目のリンク１１４、５番目のリンク１１５、６番目のリンク１１６の順に各関節Ｊ１〜Ｊ６で連結されて構成されている。ロボット本体１５０の先端を構成するリンク１１６には、ハンド１０２が連結されている。

リンク１１１は、関節Ｊ１の回転軸（軸線）を中心にベース１１０に対して回転する。リンク１１２は、関節Ｊ２の回転軸を中心にリンク１１１に対して旋回（揺動）する。リンク１１３は、関節Ｊ３の回転軸を中心にリンク１１２に対して旋回（揺動）する。リンク１１４は、関節Ｊ４の回転軸を中心にリンク１１３に対して回転する。リンク１１５は、関節Ｊ５の回転軸を中心にリンク１１４に対して旋回（揺動）する。リンク１１６は、関節Ｊ６の回転軸を中心にリンク１１５に対して回転する。

関節Ｊ１〜Ｊ６のうち、一部の関節は、一対のリンクのうち、一方のリンクに対して他方のリンクが捩り動作するように、一対のリンクを連結する回転関節（以下、「捩り関節」という）である。また、関節Ｊ１〜Ｊ６のうち、残りの関節は、一方のリンクに対して他方のリンクが曲げ動作するように、一対のリンクを連結する旋回関節（以下、「曲げ関節」という）である。第１実施形態では、関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６が捩り関節であり、関節Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５が曲げ関節である。

ロボット本体１５０の内部には、各関節Ｊ１〜Ｊ６に対応して設けられ、対応する関節Ｊ１〜Ｊ６を駆動する、関節Ｊ１〜Ｊ６の数と同じ数の複数（６つ）の駆動部Ａ１〜Ａ６が配置されている。たとえば、関節Ｊ１を駆動する駆動部Ａ１は、ベース１１０の内部に配置されている。関節Ｊ２を駆動する駆動部Ａ２は、リンク１１２の内部に配置されている。関節Ｊ３を駆動する駆動部Ａ３及び関節Ｊ４を駆動する駆動部Ａ４は、共にリンク１１３の内部に配置されている。関節Ｊ５を駆動する駆動部Ａ５は、リンク１１４の内部に配置されている。関節Ｊ６を駆動する駆動部Ａ６は、リンク１１５の内部に配置されている。各駆動部Ａ１〜Ａ６により各リンク１１１〜１１６を回転駆動することで、ロボットアーム１０１（ロボット本体１５０）の姿勢、即ちロボットアーム１０１の先端の位置姿勢を変更することができる。

なお、図１において、駆動部Ａ１〜Ａ６は、その存在を示すために模式的に四角形のブロックで作図している。実際の形状、サイズ、位置は、四角形のブロックとは異なる。

ハンド１０２は、任意のワークに対して把持等の作業を行う。ハンド１０２は、複数の指１０７を有し、互いに近接又は離間させることが可能に構成されている。複数の指１０７同士を近接させることで、ワークを把持することができる。なお、エンドエフェクタが指を有するハンド１０２である場合について説明するが、これに限定するものではなく、指を有さないハンド、例えば吸着によりワークを把持するものであってもよい。また、エンドエフェクタが、ハンド以外のもの、例えば電動ドライバなどのツールであってもよい。

ロボット本体１５０には、各関節Ｊ１〜Ｊ６に対応して設けられ、対応する関節Ｊ１〜Ｊ６の状態に応じた信号を出力する、関節Ｊ１〜Ｊ６の数と同じ数の複数（６つ）のセンサ部Ｓ１〜Ｓ６が配置されている。たとえば、関節Ｊ１の状態に応じた信号を出力するセンサ部Ｓ１は、ベース１１０の内部に配置されている。関節Ｊ２の状態に応じた信号を出力するセンサ部Ｓ２は、リンク１１２の内部に配置されている。関節Ｊ３の状態に応じた信号を出力するセンサ部Ｓ３、及び関節Ｊ４状態に応じた信号を出力するセンサ部Ｓ４は、共にリンク１１３の内部に配置されている。関節Ｊ５の状態に応じた信号を出力するセンサ部Ｓ５は、リンク１１４の内部に配置されている。関節Ｊ６の状態に応じた信号を出力するセンサ部Ｓ６は、リンク１１５の内部に配置されている。

なお、図１において、センサ部Ｓ１〜Ｓ６は、その存在を示すために模式的に四角形のブロックで作図している。実際の形状、サイズ、位置は、四角形のブロックとは異なる。各センサ部Ｓ１〜Ｓ６は、１種類以上のセンサを有して構成されており、第１実施形態では、複数種類のセンサを有して構成されている。

また、ロボット本体１５０には、センサ部Ｓ１〜Ｓ６からの信号を取得して処理し、コントローラ３００に信号を出力する、関節Ｊ１〜Ｊ６の数、即ちセンサ部Ｓ１〜Ｓ６の数よりも少ない数の複数（４つ）の回路基板３１〜３４が配置されている。

４つの回路基板３１〜３４は、ロボット本体１５０の内部、即ちベース１１０及び複数のリンク１１１〜１１６のうちいずれかの内部に配置されている。具体的には、回路基板３１はベース１１０、回路基板３２はリンク１１２、回路基板３３はリンク１１３、回路基板３４はリンク１１４のそれぞれの内部に配置されている。

また、各センサ部Ｓ１〜Ｓ６は、各関節Ｊ１〜Ｊ６に対応して設けられているため、センサ部Ｓ１〜Ｓ６の数は回路基板３１〜３４の数よりも多い。したがって、複数の回路基板３１〜３４のうちいずれかは、複数のセンサ部Ｓ１〜Ｓ６のうち２つ以上のセンサ部から信号を取得して処理し、処理した結果を示す信号をコントローラ３００に出力する。コントローラ３００は、回路基板３１〜３４からの信号を取得して、駆動部Ａ１〜Ａ６を制御する。

図２は、第１実施形態に係るロボット１００においてセンサ部Ｓ１〜Ｓ６と回路基板３１〜３４との接続状態を示す模式図である。関節Ｊ１に対応するセンサ部Ｓ１は、検知結果を示す信号を回路基板３１に出力し、センサ部Ｓ１から信号を取得した回路基板３１は、信号に所定の処理を施して、処理した結果を示す信号をコントローラ３００に出力する。関節Ｊ２に対応するセンサ部Ｓ２は、検知結果を示す信号を回路基板３２に出力し、センサ部Ｓ２から信号を取得した回路基板３２は、信号に所定の処理を施して、処理した結果を示す信号をコントローラ３００に出力する。関節Ｊ３に対応するセンサ部Ｓ３、及び関節Ｊ４に対応するセンサ部Ｓ４は、検知結果を示す信号を、共に回路基板３３に出力する。センサ部Ｓ３，Ｓ４から信号を取得した回路基板３３は、信号に所定の処理を施して、処理した結果を示す信号をコントローラ３００に出力する。関節Ｊ５に対応するセンサ部Ｓ５、及び関節Ｊ６に対応するセンサ部Ｓ６は、検知結果を示す信号を、共に回路基板３４に出力する。センサ部Ｓ５，Ｓ６から信号を取得した回路基板３４は、信号に所定の処理を施して、処理した結果を示す信号をコントローラ３００に出力する。

即ち、各センサ部Ｓ１〜Ｓ６は、複数の回路基板３１〜３４のうち、いずれか１つの回路基板に信号を出力する。よって、回路基板３１，３２は、それぞれ１つのセンサ部から信号を取得するが、回路基板３３，３４は、それぞれ２つ以上のセンサ部から信号を取得する。このように、ロボット本体１５０の内部に配置される回路基板３１〜３４の数を、関節Ｊ１〜Ｊ６、即ちセンサ部Ｓ１〜Ｓ６の数よりも少なくすることで、その分、ロボット１００、即ちロボット本体１５０を小型化及び軽量化することができる。また、配線の量（数、長さ）を少なくすることができる。

ロボット１００は、図１に示すように、ロボット本体１５０の内部を通過するように設けられた内部配線１２０を有する。内部配線１２０は、コントローラ３００と、回路基板３１〜３４、駆動部Ａ１〜Ａ６、及びハンド１０２とを接続する信号線や電力線を含む。また、内部配線１２０には、エア配管、真空配管などが含まれていてもよい。

第１実施形態では、センサ部Ｓ１〜Ｓ６と回路基板３１〜３４とは、配線（支線）１４１〜１４６で接続されている。そして、センサ部Ｓ１〜Ｓ６及び回路基板３１〜３４は、支線１４１〜１４６が捩り関節である関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６を通過しないように、ロボット本体１５０の内部に配置されている。

具体的には、センサ部Ｓ１と回路基板３１が、ベース１１０に配置され、センサ部Ｓ１と、ベース１１０の内部に配置された支線１４１によって接続されている。また、回路基板３２がリンク１１２の内部に配置され、センサ部Ｓ２と、支線１４２によって接続されている。また、回路基板３３がリンク１１３に配置され、センサ部Ｓ３，Ｓ４と、リンク１１３の内部に配置された支線１４３，１４４によって接続されている。また、回路基板３３が、リンク１１４に配置され。そして、センサ部Ｓ５と回路基板３３とが、リンク１１４の内部に配置された支線１４５で接続され、センサ部Ｓ６と回路基板３３とが、リンク１１４，１１５の内部に跨って配置された支線１４６で接続されている。この際、支線１４６は、曲げ関節である関節Ｊ５を通過するように配置されている。

このように、支線１４１〜１４６は、捩り関節である関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６を通過しないように配置されているので、その分、関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６を細くすることができ、これにより、ロボット１００、即ちロボット本体１５０を小型化することができる。

教示ペンダント４００は、ユーザが操作するものであり、ユーザの操作により各関節Ｊ１〜Ｊ６の目標の回転角度（教示データ）をコントローラ３００に出力することができる。

図３は、第１実施形態に係るロボット１００の制御系を示すブロック図である。各駆動部Ａ１〜Ａ６は、モータＭ１〜Ｍ６と、モータＭ１〜Ｍ６の回転軸（シャフト）の回転速度を減速して出力する減速機Ｒ１〜Ｒ６と、を有する。モータＭ１〜Ｍ６は、例えばブラシレスＤＣサーボモータやＡＣサーボモータである。減速機Ｒ１〜Ｒ６は、小型軽量で減速比の大きい波動歯車減速機であることが好ましい。このような構成により、関節Ｊ１〜Ｊ６は、モータＭ１〜Ｍ６により減速機Ｒ１〜Ｒ６を介して駆動される。なお、各関節Ｊ１〜Ｊ６には不図示のブレーキユニットが設けられており、ブレーキユニットにより、電源オフ時のロボット本体１５０の姿勢を保持することができる。

センサ部Ｓ１〜Ｓ６は、センサとして、モータＭ１〜Ｍ６の回転軸の回転角度に応じた信号を出力する第１のエンコーダである入力軸エンコーダ５１〜５６を有する。入力軸エンコーダ５１〜５６は、減速機Ｒ１〜Ｒ６の入力軸に設けられている。また、センサ部Ｓ１〜Ｓ６は、センサとして、減速機Ｒ１〜Ｒ６の出力軸の回転角度、即ちリンクの相対角度（関節の回転角度）に応じた信号を出力する第２のエンコーダである出力軸エンコーダ６１〜６６を有する。出力軸エンコーダ６１〜６６の出力を用いてモータＭ１〜Ｍ６を制御することにより、減速機Ｒ１〜Ｒ６の剛性不足やガタにより関節Ｊ１〜Ｊ６の回転角度に誤差が発生しても、関節Ｊ１〜Ｊ６の回転角度を目標の回転角度に高精度にモニタすることができる。したがって、出力軸エンコーダ６１〜６６が出力する信号に基づいてモータＭ１〜Ｍ６を制御することにより、ロボット本体１５０の先端、即ちハンド１０２を高精度に位置決めすることが可能となる。入力軸エンコーダ５１〜５６及び出力軸エンコーダ６１〜６６は、インクリメンタル型のロータリエンコーダや、アブソリュート型のロータリエンコーダを用いることができる。

さらに、センサ部Ｓ１〜Ｓ６は、センサとして、減速機Ｒ１〜Ｒ６の出力側に設けられた、各関節Ｊ１〜Ｊ６に作用するトルクに応じた信号を出力するトルクセンサ７１〜７６を有する。コントローラ３００が、エンコーダ５１〜５６，６１〜６６からの信号、及びトルクセンサ７１〜７６からの信号に基づいて、モータＭ１〜Ｍ６への通電を制御することにより、ロボット本体１５０の力制御が可能となる。

なお、各センサ部Ｓ１〜Ｓ６は、上述したセンサ以外にも、モータＭ１〜Ｍ６に供給する電流に応じた信号を出力する電流センサ、関節の温度に応じた信号を出力する温度センサ、慣性センサなど、他のセンサを有していてもよい。

コントローラ３００は、コンピュータにより構成され、予め取得されたプログラムに基づき、各センサ部Ｓ１〜Ｓ６により検知された情報を用いつつ、要求電力をモータＭ１〜Ｍ６に供給して、ロボット本体１５０の姿勢を制御する。コントローラ３００は、ＣＰＵ３１１及びメモリ３１２等で構成された制御回路３０２を有する。メモリ３１２は、例えばＲＯＭやＲＡＭ、ＨＤＤ等を有して構成されている。メモリ３１２には、データや、ロボットアーム１０１及びハンド１０２の各部を制御するためのプログラムが記憶されている。ＣＰＵ３１１は、メモリ３１２に記憶されたプログラムに基づいて各部を制御する。また、メモリ３１２には、教示ペンダント４００から取得した教示データや、動作手順の動作プログラム等が記憶される。

さらに、コントローラ３００は、入出力インタフェース回路（Ｉ／Ｆ）として、モータＭ１〜Ｍ６の駆動信号を出力する駆動回路３０１と、回路基板３１〜３４からの情報の入力を受ける通信回路３０３とを備える。また、コントローラ３００は、回路基板３１〜３４に電力を供給する電力供給回路３０４を有する。

制御回路３０２（ＣＰＵ３１１）は、駆動回路３０１を介して、各関節の回転角度が目標の回転角度となるように、モータＭ１〜Ｍ６による関節Ｊ１〜Ｊ６の駆動を制御する。即ち、コントローラ３００は、センサ部Ｓ１〜Ｓ６から取得した情報に基づき、ハンド１０２が目標の位置姿勢になるように、モータＭ１〜Ｍ６による駆動を制御する。特に、制御回路３０２は、出力軸エンコーダ６１〜６６からの情報を用いることで、減速機Ｒ１〜Ｒ６の剛性不足やガタにより関節誤差が発生しても、各関節Ｊ１〜Ｊ６の回転角度を目標の回転角度に高精度に制御することができる。

各回路基板３１〜３４は、プリント回路板からなり、各処理回路８１〜８４と、各電源回路９１〜９４とを有する。各電源回路９１〜９４は、各処理回路８１〜８４に電力を供給する。各処理回路８１〜８４は、例えば同じ種類の半導体パッケージで構成され、複数のセンサ部Ｓ１〜Ｓ６のうち、対応するセンサ部から信号を取得して処理し、処理の結果を示す信号をコントローラ３００の通信回路３０３に出力する。信号の処理は、例えば複数の信号の統合、データ圧縮、信号のデジタル化、及び信号のシリアル化などの処理である。なお、信号の処理は、これに限定するものではない。第１実施形態では、各処理回路８１〜８４とコントローラ３００の通信回路３０３とは、デジタル信号によりシリアル通信を行う。

第１実施形態では、処理回路８１には１つのセンサ部Ｓ１が接続され、処理回路８２には１つのセンサ部Ｓ２が接続され、処理回路８３には２つのセンサ部Ｓ３，Ｓ４が接続され、処理回路８４には２つのセンサ部Ｓ５，Ｓ６が接続される。処理回路８１〜８４は、同じ種類の半導体パッケージで構成されるので、処理回路８１，８２には、センサ部が接続されない空きポートが存在することになる。第１実施形態では、各回路基板３１〜３４で共通化を図ることにより、製造コストを抑えることができる。なお、処理回路８１，８２と、処理回路８３，８４とを異なる種類の半導体パッケージで構成してもよい。

次に、内部配線１２０の配置について具体的に説明する。内部配線１２０は、図３に示すように、回路基板３１〜３４とコントローラ３００との間で通信が可能なように、コントローラ３００と回路基板３１〜３４とを接続する信号線である配線（主線）１２１〜１２４を含む。本実施形態では、複数の回路基板３１〜３４は、主線１２１〜１２４でコントローラ３００（通信回路３０３）にパラレルに接続されている。即ち、複数の回路基板３１〜３４は、コントローラ３００にスター型で接続されている。つまり、各回路基板３１〜３４とコントローラ３００とは、各々の主線１２１〜１２４を介して通信を行うので、１つの主線で複数の回路基板とコントローラとの間でシリアル通信を行う場合と比較して、大量のデータを高速で通信することが可能である。特に、各センサ部Ｓ１〜Ｓ６においてセンサの数が増加の傾向にあり、各センサもデータ量が増加の傾向にある。具体的には、各センサ部Ｓ１〜Ｓ６が、データ量の多い入力軸エンコーダ５１〜５６及び出力軸エンコーダ６１〜６６に加え、データ量の多いトルクセンサ７１〜７６を有する。したがって、第１実施形態では、コントローラ３００と回路基板３１〜３４との接続をスター型とすることで、高速通信が可能となる。また、回路基板３１〜３４の数、即ち主線１２１〜１２４の数も、センサ部Ｓ１〜Ｓ６の数よりも少ないので、その分、ロボット１００、即ちロボット本体１５０を小型化することができる。

また、内部配線１２０は、コントローラ３００の駆動回路３０１と、モータＭ１〜Ｍ６とを接続するモータ駆動用の配線１３０を含む。また、内部配線１２０は、コントローラ３００の電力供給回路３０４に回路基板３１〜３４の電源回路９１〜９４を直列に接続する電力線１３５を含む。

主線１２１〜１２４、配線１３０及び電力線１３５を有する内部配線１２０は、束ねられて、図１に示すように、ロボット本体１５０の内部に配置されている。捩り関節である関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６には、中空部品が配置されており、内部配線１２０は、中空部品を介してロボット本体１５０に配置されている。内部配線１２０は、曲げ関節である関節Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５において、関節の回転軸を中心に略円弧状に設置される。ハンド１０２は、リンク１１６に対して着脱可能に取り付けられており、ハンド１０２に設けられた配線は、不図示のコネクタによりロボット本体１５０内の内部配線１２０に接続されている。また、上述したように、センサ部Ｓ１〜Ｓ６と回路基板３１〜３４とは、信号の通信が可能なように支線１４１〜１４６で接続されている。

図４は、第１実施形態におけるロボット本体１５０の２番目のリンク１１２、３番目のリンク１１３及び４番目のリンク１１４の内部の配線構造を示す模式図である。複数のリンク１１１〜１１６のうち、第１のリンクがリンク１１２、第２のリンクがリンク１１３、第３のリンクがリンク１１４である場合について説明する。また、複数の関節Ｊ１〜Ｊ６のうち、第１の関節が関節Ｊ３、第２の関節が関節Ｊ４である場合について説明する。上述したように、関節Ｊ３は曲げ関節、関節Ｊ４は捩り関節である。更に、複数のセンサ部Ｓ１〜Ｓ６のうち、第１のセンサ部がセンサ部Ｓ３、第２のセンサ部がセンサ部Ｓ４である場合について説明する。

リンク１１３には、複数の回路基板３１〜３４のうち、回路基板３３が配置されている。また、リンク１１３よりもロボット本体１５０の先端側にあるリンク１１４，１１５，１１６のうちいずれかのリンク、第１実施形態ではリンク１１４には、回路基板３４が配置されている。ロボット本体１５０は、関節Ｊ４に配置された、リンク１１４からリンク１１３の内部に延びる中空部品１６０を有する。中空部品１６０は、側壁に形成された開口部１６０Ｈを有し、一端がリンク１１４に固定され、他端が駆動部Ａ４の減速機Ｒ４の出力軸に固定されている。

リンク１１３と、リンク１１３よりも先のリンク１１４とに跨る、支線１４３，１４４とは別の配線である内部配線１２０は、中空部品１６０の外部から開口部１６０Ｈを通じて中空部品１６０の内部を通過するように配置されている。特に、内部配線１２０のうち、リンク１１４に配置された回路基板３４に接続された主線１２４は、関節Ｊ４に配置された中空部品１６０の内部を通じて、リンク１１３とリンク１１４とに跨って配置されている。内部配線１２０（主線１２４）が中空部品１６０の中を通過しているので、内部配線１２０の長さを短くすることができ、ロボット１００、即ちロボット本体１５０を小型化及び軽量化することができる。

また図４に示すように、２つのセンサ部Ｓ３，Ｓ４は、回路基板３３に、中空部品１６０を介さずに、リンク１１３に配置された支線１４３，１４４で接続されている。これにより、第１実施形態では、中空部品１６０を通過する配線の数を少なくすることができる。更に、支線１４３，１４４を短くすることができる。また、センサ部Ｓ３，Ｓ４が中空部品１６０を介さずに回路基板３３に接続されるので、メンテナンスが容易となる。更に、支線１４３，１４４は、中空部品１６０の内部を介さずにリンク１１３に配置されている。したがって、関節Ｊ４でリンク１１４がリンク１１３に対して回転した際にも、支線１４３，１４４は、捩れるのが低減され、また中空部品１６０の内部のような狭い空間で配線相互で干渉したりすることがないので、断線が抑制され、長寿命となる。

また、１つの回路基板３３に、２つのセンサ部Ｓ３，Ｓ４が接続され、２つのセンサ部Ｓ３，Ｓ４の信号が１つの回路基板３３に入力される。回路基板３３の処理回路８３は、２つのセンサ部Ｓ３，Ｓ４から取得した信号を処理して、処理した結果をシリアル信号で主線１２３を通じてコントローラ３００に出力する。このように、１つの回路基板で複数のセンサ部から取得した信号を処理するようにしたので、回路基板の数を低減することができ、その結果、ロボット１００、即ちロボット本体１５０を小型化及び軽量化することができる。

以上、３つのリンク１１２，１１３，１１４を例に説明したが、これに限定するものではなく、図１において、３つのリンク１１４，１１５，１１６においても同様である。即ち、第１のリンクをリンク１１４、第２のリンクをリンク１１５、第３のリンクをリンク１１６とすれば、第１の関節は曲げ関節である関節Ｊ５、第２の関節は捩り関節である関節Ｊ６である。また、第１のセンサ部はセンサ部Ｓ５、第２のセンサ部はセンサ部Ｓ６である。

２つのセンサ部Ｓ５，Ｓ６は、それぞれの支線１４５，１４６で１つの回路基板３４に接続され、各センサ部Ｓ５，Ｓ６の信号が回路基板３４に入力される。回路基板３４の処理回路８４は、２つのセンサ部Ｓ５，Ｓ６から取得した信号を処理して、シリアル信号で主線１２４を通じてコントローラ３００に出力する。このように、１つの回路基板３４で複数のセンサ部Ｓ５，Ｓ６から取得した信号を処理するようにしたので、回路基板の数を低減することができる。

この場合、３つのリンク１１４，１１５，１１６に対する回路基板３４及びセンサ部Ｓ５（駆動部Ａ５）の配置関係は、３つのリンク１１２，１１３，１１４に対する回路基板３３及びセンサ部Ｓ３（駆動部Ａ３）の配置関係と異なる。

たとえば、関節Ｊ５の状態に応じた信号を出力するセンサ部Ｓ５が、第１のリンクであるリンク１１４に配置される一方、関節Ｊ６の状態に応じた信号を出力するセンサ部Ｓ６が、第２のリンクであるリンク１１５に配置されている。また、回路基板３４は、第１のリンクであるリンク１１４に配置されている。

よって、センサ部Ｓ５と回路基板３４とは、共にリンク１１４に配置されているため、リンク１１４に配置された支線１４５で、関節を跨がずに接続することができる。一方、センサ部Ｓ６と回路基板３４とは、別々のリンク１１５，１１４に配置されているため、関節Ｊ５を跨いで配置された支線１４６で接続されている。

センサ部Ｓ５，Ｓ６は、回路基板３４に、捩り関節である関節Ｊ６（中空部品）を通過しないように配置された支線１４５，１４６で接続されている。センサ部Ｓ５，Ｓ６と回路基板３４とを接続する支線１４５，１４６が捩り関節に配置した中空部品を介在することがないので、配線のメンテナンス性が向上する。即ち、ロボット本体の基端から数えてｎ番目の関節が曲げ関節であり、（ｎ＋１）番目の関節が捩り関節である場合、ｎ番目の関節に対応するセンサ部の信号と（ｎ＋１）番目の関節に対応するセンサ部の信号が同一の回路基板に入力されるように構成すればよい。ただし、ｎは正の整数である。

以上の例では、回路基板３３が、第２のリンクであるリンク１１３に配置される場合について説明したが、第１のリンクであるリンク１１２に配置される場合であってもよい。この場合、支線１４４は、曲げ関節である関節Ｊ３に跨って配置されることになる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係るロボットについて説明する。図５は、第２実施形態に係るロボット１００Ａにおいてセンサ部Ｓ１１〜Ｓ１６と回路基板３１〜３４との接続状態を示す模式図である。第２実施形態では、回路基板３２，３３の接続対象が第１実施形態と異なる。

ロボット１００Ａは、第１実施形態と同様、ロボット本体１５０を有する。ロボット本体１５０は、第１実施形態と同様、関節の数が６であり、関節Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５が曲げ関節、関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６が捩り関節である。６つの関節Ｊ１〜Ｊ６にそれぞれ対応する６つのセンサ部Ｓ１１〜Ｓ１６が、ロボット本体１５０に配置されている。また、６つの関節Ｊ１〜Ｊ６、即ち６つのセンサ部Ｓ１１〜Ｓ１６よりも少ない数の４つの回路基板３１〜３４が、ロボット本体１５０に配置されている。

図６は、第２実施形態に係るロボット１００Ａの制御系を示すブロック図である。第２実施形態では、各センサ部Ｓ１１〜Ｓ１６の構成が第１実施形態と異なる。即ち、各センサ部Ｓ１１〜Ｓ１６は、第１実施形態と同様、センサとして入力軸エンコーダ５１〜５６と、出力軸エンコーダ６１〜６６とを有し、更に、センサとして温度センサ１７１〜１７６を有する。温度センサ１７１〜１７６の各々は、関節Ｊ１〜Ｊ６の各々の温度を検知するものである。なお、ロボット本体１５０に対する各センサ部Ｓ１１〜Ｓ１６の配置は、第１実施形態のセンサ部Ｓ１〜Ｓ６と同様である。また、ロボット本体１５０に対する回路基板３１〜３４の配置も第１実施形態と同様である。

コントローラ３００の制御回路３０２は、通信回路３０３において各回路基板３１〜３４から取得した信号に基づき、モータＭ１〜Ｍ６への投入電力を制御する。回路基板３１〜３４の処理回路８１〜８４は、センサ部Ｓ１１〜Ｓ１６から取得した信号を処理し、処理の結果を示す信号をコントローラ３００の通信回路３０３に送信する。この際、処理回路８１〜８４は、温度センサ１７１〜１７６のデータを用いて、エンコーダ５１〜５６，６１〜６６からの信号を補正することで、関節の回転角度を目標の回転角度に高精度な位置制御が可能となる。

第２実施形態では、コントローラ３００と各回路基板３１〜３４とが、信号線である主線１２５でシリアル接続されている。即ち、コントローラ３００と各回路基板３１〜３４との間で通信されるデータ量が少ない場合は、シリアル接続、即ち渡り配線で接続することができ、配線数を第１実施形態よりも更に低減することができる。

また、第２実施形態では、関節Ｊ１に対応するセンサ部Ｓ１１と、回路基板３１とが、支線１４１で接続されている。また、関節Ｊ２に対応するセンサ部Ｓ１２及び関節Ｊ３に対応するセンサ部Ｓ１３と、回路基板３２とが、支線１４２，１４３で接続されている。また、関節Ｊ４に対応するセンサ部Ｓ１４と、回路基板３３とが、支線１４４で接続されている。また、関節Ｊ５に対応するセンサ部Ｓ１５及び関節Ｊ６に対応するセンサ部Ｓ１６と、回路基板３４とが、支線１４５，１４６で接続されている。

したがって、第２実施形態のような接続構成であっても、各支線１４１〜１４６は、第１実施形態と同様、捩り関節である関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６を通過せずに配置される。したがって、支線１４１〜１４６のメンテナンス性が良好である。また、関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６を支線が通過しない分、ロボット本体１５０を小型化（細身化）することができる。

また、第２実施形態においては、回路基板３２が、センサ部Ｓ１２とセンサ部Ｓ１３とから信号を共に取得して処理することで、回路基板の数及び配線の数の低減を低減することができ、メンテナンス性を向上させることができる。同様に、回路基板３４が、センサ部Ｓ１５とセンサ部Ｓ１６とから信号を共に取得して処理することで、回路基板の数及び配線の数の低減を低減することができ、メンテナンス性を向上させることができる。

また、第２実施形態では、回路基板３２を低い位置に配置することで、支線１４２及び支線１４３を低い位置に配置することができ、ロボットアームの重心を低くすることができる。したがって、ロボット１００Ａを制御性に優れた多関節ロボットとすることができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係るロボットについて説明する。図７は、第３実施形態に係るロボット１００Ｂにおいてセンサ部Ｓ１１〜Ｓ１６と回路基板３１〜３３との接続状態を示す模式図である。第３実施形態では、回路基板３１〜３３の数、及びセンサ部Ｓ１１〜Ｓ１６と回路基板３１〜３３との接続が、第２実施形態と異なる。

ロボット本体１５０の構成、即ち関節Ｊ１〜Ｊ６の構成は、第１及び第２実施形態と同様である。また、センサ部Ｓ１１〜Ｓ１６の構成は、第２実施形態と同様であり、入力軸エンコーダ、出力軸エンコーダ及び温度センサを有する。第３実施形態では、６つの関節Ｊ１〜Ｊ６、即ち６つのセンサ部Ｓ１１〜Ｓ１６に対して、３つの回路基板３１〜３３がロボット本体１５０に設けられている。また、ロボット本体１５０に対する各関節Ｊ１〜Ｊ６に対応する駆動部及びセンサ部Ｓ１１〜Ｓ１６の配置も、第１及び第２実施形態と同様である。

第３実施形態では、回路基板３１はベース１１０（図１参照）の内部に配置され、回路基板３２はリンク１１２（図１参照）の内部に配置され、回路基板３３はリンク１１４（図１参照）の内部に配置されている。第３実施形態における回路基板３１〜３３と、コントローラ３００とは、第２実施形態と同様、主線１２５によりシリアル接続されている。

また、第３実施形態では、センサ部Ｓ１１と回路基板３１とが、支線１４１で接続されている。また、センサ部Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４と回路基板３２とが、支線１４２，１４３，１４４で接続されている。また、センサ部Ｓ１５，Ｓ１６と回路基板３３とが、支線１４５，１４６で接続されている。

以上の構成により、第３実施形態によれば、第１及び第２実施形態よりも、更に回路基板３１〜３３の数を更に削減できる。したがって、ロボット本体１５０をより小型化及び軽量化することができる。また、第１及び第２実施形態と同様、配線数も削減でき、メンテナンス性も向上する。また、捩り関節である関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６を通過しないように支線１４１〜１４６が配置されているので、支線１４１〜１４６のメンテナンス性が高いとともに、ロボット本体１５０を小型化（細身化）することができる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係るロボットについて説明する。図８は、第４実施形態に係るロボット１００Ｃにおいてセンサ部Ｓ１１〜Ｓ１７と回路基板３１〜３４との接続状態を示す模式図である。第１〜第３実施形態では、ロボットが６軸の多関節ロボットである場合について説明した。第４実施形態では、ロボット１００Ｃが７軸の多関節ロボット、即ちロボット１００Ｃのロボット本体１５０Ｃが７つの関節Ｊ１〜Ｊ７を有する場合について説明する。

第４実施形態では、関節Ｊ２，Ｊ４，Ｊ６が曲げ関節であり、関節Ｊ１，Ｊ３，Ｊ５，Ｊ７が捩り関節である。７つの関節Ｊ１〜Ｊ７に対して、４つの回路基板３１〜３４が、ロボット本体１５０Ｃに設けられている。また、７つの関節Ｊ１〜Ｊ７の各々に対応する７つのセンサ部Ｓ１１〜Ｓ１７が、ロボット本体１５０Ｃに設けられている。なお、各センサ部Ｓ１１〜Ｓ１７は、第２実施形態と同様の構成であり、入力軸エンコーダ、出力軸エンコーダ及び温度センサを有する。

また、各関節Ｊ１〜Ｊ７を駆動する駆動部は、図示は省略するが、第１実施形態と同様の構成であり、モータ及び減速機を有する。たとえば、関節Ｊ１の駆動部およびセンサ部Ｓ１１は、ベースの内部に配置されている。関節Ｊ２，Ｊ３の駆動部及びセンサ部Ｓ１２、Ｓ１３は、２番目のリンクの内部に配置されている。関節Ｊ４，Ｊ５の駆動部及びセンサ部Ｓ１４，Ｓ１５は、４番目のリンクの内部に配置されている。関節Ｊ６，Ｊ７の駆動部及びセンサ部Ｓ１６，Ｓ１７は、６番目のリンクの内部に配置されている。

回路基板３１は、ベースの内部に配置され、回路基板３２は２番目のリンクの内部に配置され、回路基板３３は４番目のリンクの内部に配置され、回路基板３４は６番目のリンクの内部に配置されている。第４実施形態における回路基板３１〜３４と、コントローラ３００とは、第２実施形態と同様、主線１２５によりシリアル接続されている。

また、第４実施形態では、センサ部Ｓ１１と回路基板３１とが、支線１４１で接続されている。また、センサ部Ｓ１２，Ｓ１３と回路基板３２とが、支線１４２，１４３で接続されている。また、センサ部Ｓ１４，Ｓ１５と回路基板３３とが、支線１４４，１４５で接続されている。また、センサ部Ｓ１６，Ｓ１７と回路基板３４とが、支線１４６，１４７で接続されている。

以上の構成により、第４実施形態によれば、第１〜第３実施形態と同様、回路基板３１〜３４の数を更に削減できる。したがって、ロボット本体１５０を小型化及び軽量化することができる。また、第１〜第３実施形態と同様、配線数も削減でき、メンテナンス性も向上する。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。

上述の第１〜第３実施形態では、６軸の多関節ロボットについて説明し、第４実施形態では７軸の多関節ロボットについて説明したが、関節の数は複数であれば上述の実施形態で説明した数に限定するものではない。

また、上述の第１〜第４実施形態では、ロボット本体の全ての関節が回転関節である場合について説明したが、これに限定するものではない。ロボット本体の関節の一部又は全部が直動関節であってもよい。

また、上述の第１〜第４実施形態では、ロボットが垂直多関節のロボットである場合について説明したが、これに限定するものではない。水平多関節のロボット、パラレルリンクのロボット、直交ロボット等、種々の産業用ロボットに本発明は適用可能である。

また、上述の第１実施形態では、複数の回路基板がコントローラにパラレルに接続される場合について説明したが、これに限定するものではなく、シリアルに接続される場合であってもよい。また、上述の第２〜第４実施形態では、複数の回路基板がコントローラにシリアルに接続される場合について説明したが、これに限定するものではなく、パラレルに接続される場合であってもよい。即ち、各回路基板にて各センサ部から取得されるデータ量が多い場合には、所定の通信速度を確保するために、第１実施形態のように、パラレルに接続するのが好ましい。また、各回路基板にて各センサ部から取得されるデータ量が少なく、所定の通信速度を確保できる場合には、第２〜第４実施形態のように、シリアルに接続してもよい。特に、第１実施形態のように、各センサ部が、入力軸エンコーダ及び出力軸エンコーダに加え、データ量の多いトルクセンサを有する場合には、シリアル接続ではなく、パラレル接続にするのが好ましい。

また、回路基板の数は、関節の数、即ちセンサ部の数よりも少なければよく、上述の第１〜第４実施形態において例示した数に限定するものではない。また、第１〜第４実施形態では、ロボット本体に這わせた配線が、連続した配線である場合について説明したが、適宜、配線の途中でコネクタを介して直列的に配線を連結してもよい。

また、上述の第１、第２及び第４実施形態では、１つの回路基板に２つのセンサ部が接続されて、１つの回路基板が２つのセンサ部から信号を取得する場合について説明したが、２つに限定するものではない。また、上述の第３実施形態では、１つの回路基板に３つのセンサ部が接続されて、１つの回路基板が３つのセンサ部から信号を取得する場合について説明したが、３つに限定するものではない。即ち、１つの回路基板に２つ以上のセンサ部が接続されて、１つの回路基板が２つ以上のセンサ部から信号を取得するように構成すればよい。

また、上述の第１〜第４実施形態では、捩り関節のすべてに中空部品を適用したが、必ずしもすべての関節に適用する必要はなく、その一部であってもよい。

また、上述の第１〜第４実施形態では、コントローラ３００と、モータＭ１〜Ｍ６とを直接、モータ駆動用の配線１３０で接続する場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、コントローラとモータとを回路基板を介して配線で接続してもよい。即ち、回路基板にモータの駆動回路を搭載してもよい。

１００…ロボット、１１０…ベース（リンク）、１１１〜１１６…リンク、３００…コントローラ、３１〜３４…回路基板、Ｊ１〜Ｊ６…関節、Ｓ１〜Ｓ６…センサ部

Claims (10)

1. 複数の関節で連結された複数のリンクと、
   前記各関節の状態に応じた信号を出力する複数のセンサ部と、
   前記複数のセンサ部から信号を取得して処理する複数の回路基板と、を備え、
   前記各センサ部は、前記複数の回路基板のうちいずれか１つに信号を出力し、
   前記複数の回路基板のうちいずれかは、前記複数のセンサ部のうち２つ以上のセンサ部から信号を取得する、
   ことを特徴とするロボット。
2. 前記複数の関節のうち一部の関節は、一方のリンクに対して他方のリンクが捩り動作するように前記一方のリンクと前記他方のリンクとを連結する関節であり、
   前記センサ部と前記回路基板とが前記一部の関節を通過しないように配置された配線で接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット。
3. 前記一部の関節には、前記配線とは別の配線が通過する中空部品が配置されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載のロボット。
4. 前記複数のリンクのうち第１のリンクと第２のリンクとを連結する第１の関節は、前記第１のリンクに対して前記第２のリンクが曲げ動作するように前記第１のリンクと前記第２のリンクとを連結する関節であり、
   前記複数のリンクのうち前記第２のリンクと第３のリンクとを連結する第２の関節は、前記第２のリンクに対して前記第３のリンクが捩り動作するように前記第２のリンクと前記第３のリンクとを連結する関節であり、
   前記複数のセンサ部のうち、前記第１の関節の状態に応じた信号を出力する第１のセンサ部が、前記第１又は第２のリンクのいずれかに配置され、前記第２の関節の状態に応じた信号を出力する第２のセンサ部が、前記第２のリンクに配置され、
   前記第１のセンサ部及び前記第２のセンサ部が、前記複数の回路基板のうち、前記第１又は第２のリンクのいずれかに配置された回路基板に、前記第２の関節を通過しないように配置された配線で接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット。
5. 前記第１のセンサ部と、前記第１及び第２のセンサ部に前記配線で接続された回路基板とが、前記第２のリンクに配置されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載のロボット。
6. 前記第２の関節には、前記配線とは別の配線が通過する中空部品が配置されている、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載のロボット。
7. 前記各関節を駆動する複数の駆動部と、
   前記複数の回路基板から処理した信号を取得して、前記複数の駆動部を制御するコントローラと、を備え、
   前記複数の回路基板が、前記コントローラにパラレルに接続されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロボット。
8. 前記各駆動部は、モータと、前記モータの回転軸の回転速度を減速して出力する減速機と、を有しており、
   前記各センサ部は、
   前記モータの回転軸の回転角度に応じた信号を出力する第１のエンコーダと、
   前記関節の回転角度に応じた信号を出力する第２のエンコーダと、を含む、
   ことを特徴とする請求項７に記載のロボット。
9. 前記各センサ部は、
   前記関節に作用するトルクに応じた信号を出力するトルクセンサを含む、
   ことを特徴とする請求項８に記載のロボット。
10. 第１のリンクと、
    前記第１のリンクに第１の関節で連結された第２のリンクと、
    前記第２のリンクに第２の関節で連結された第３のリンクと、
    前記第１の関節の状態に応じた信号を出力する第１のセンサ部と、
    前記第２の関節の状態に応じた信号を出力する第２のセンサ部と、
    前記第１及び第２のセンサ部から信号を取得して処理する回路基板と、を備え、
    前記第１の関節は、前記第１のリンクに対して前記第２のリンクが曲げ動作するように前記第１のリンクと前記第２のリンクとを連結する関節であり、
    前記第２の関節は、前記第２のリンクに対して前記第３のリンクが捩り動作するように前記第２のリンクと前記第３のリンクとを連結する関節であり、
    前記第１のセンサ部、前記第２のセンサ部、及び前記回路基板は、共に前記第２のリンクに配置されており、
    前記第１及び第２のセンサ部と、前記回路基板とは、前記第２のリンクに配置された配線で接続されている、
    ことを特徴とするロボット。

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