JP2020075328A - Robot arm and robot device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットアームおよびロボット装置に関する。 The present invention relates to a robot arm and a robot device.
これまでに多くの産業において多関節型のロボットアームを用いたロボット装置が、工場の生産ラインの省人化や自動化のために利用されてきた。特に近年では、少子化や人件費の高騰などから生産ラインの自動化が加速している。さらに工場の限られたスペースを有効利用してロボットアームの設置数を増やし、生産ラインの効率化を図る為、ロボットアームの小型化も求められている。 In many industries, robot devices using articulated robot arms have been used so far for labor saving and automation of factory production lines. Particularly in recent years, automation of production lines has accelerated due to the declining birthrate and rising labor costs. Further, in order to effectively utilize the limited space of the factory to increase the number of robot arms installed and improve the efficiency of the production line, downsizing of the robot arms is also required.
特許文献1に記載のロボットアームは、ロボットアームを構成する一部のリンクを重ねて折り畳みできる機構にしている。こうすることで、ロボットアームの先端を所定の位置から反対の位置に移動させる際、リンクが折りたたまれた状態となる姿勢を介して動作させることで、ロボットアームに大きな回転をさせずに、ロボットアームの先端を所定の位置から反対の位置に移動できる。 The robot arm described in Patent Document 1 has a mechanism in which a part of links forming the robot arm can be overlapped and folded. By doing so, when the tip of the robot arm is moved from the predetermined position to the opposite position, the robot arm is moved through the posture in which the link is folded so that the robot arm does not rotate significantly and The tip of the arm can be moved from a predetermined position to the opposite position.
これにより、ロボットアームの動作中に他の機器との干渉を防ぐために必要なスペースを小さくすることができる。ゆえに、ロボットアームの設置に必要なスペースを小さくでき、工場の限られたスペースに多くのロボットアームを設置することが可能となる。 As a result, the space required to prevent interference with other devices during the operation of the robot arm can be reduced. Therefore, the space required for installing the robot arm can be reduced, and many robot arms can be installed in the limited space of the factory.
しかしながら特許文献1に記載の構成では、リンクの一部を重ねてロボットアームを折り畳み可能な構成とするため、リンクを駆動する各関節の可動角が大きくなる。そのため可動角が大きい関節に搭載されるセンサなどの配線は、その配線の耐久性を確保するために配線処理スペースを可動角に応じて大きく確保しなければならない。 However, in the configuration described in Patent Document 1, since the robot arm can be folded by overlapping a part of the link, the movable angle of each joint that drives the link becomes large. Therefore, for wiring such as a sensor mounted on a joint having a large movable angle, a large wiring processing space must be secured according to the movable angle in order to secure the durability of the wiring.
しかもそれらの配線処理スペースが配置される関節には、減速機等の駆動装置も配置されている場合が多く、配線処理スペースを十分に確保することが困難となる。その結果、配線処理スペースを確保する為に、例えば減速機の周りにとぐろを巻くように配線し、ロボットアームの関節部分が大きくなってしまう。 Moreover, a drive device such as a speed reducer is often arranged at the joint where the wiring processing space is arranged, and it is difficult to secure a sufficient wiring processing space. As a result, in order to secure the wiring processing space, for example, the wiring is wound around the speed reducer, and the joint portion of the robot arm becomes large.
以上の課題を鑑み、本発明では、可動角の大きい関節における配線処理スペースを十分に確保しつつ、関節の大型化を低減することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to reduce the size increase of joints while sufficiently securing the wiring processing space in joints having a large movable angle.
上記課題を解決する為に本発明においては、駆動源の駆動を減速機を介してリンクに伝達させ、前記リンクを回転させて、所定の動作を行うロボットアームであって、基台と、前記基台と接続され、第1の回転軸で回転する第1リンクと、前記第1リンクに設けられた第1補助リンクと、前記第1リンクに接続され、第2の回転軸で回転する第2リンクと、前記第2リンクの駆動に追従して駆動する第2補助リンクと、前記第2リンクに接続され、第3の回転軸で回転する第3リンクと、を備え、前記第2リンクと、前記第2補助リンクと、前記第3リンクとは、所定の方向から見て互いに重なる位置へと相対的に回転可能であり、前記第2リンクと前記第2補助リンクとを駆動させるための駆動源は、前記第1リンクに設けられ、前記第3リンクを駆動させるための駆動源は、前記第3リンクに設けられ、前記第2リンクと前記第2補助リンクとを駆動させるための駆動源に配される配線は、前記第1リンクの内部を介して配されており、前記第3リンクを駆動させるための駆動源に配される配線は、前記第1補助リンクと前記第2補助リンクの内部を介して配されていることを特徴とするロボットアームを採用した。 In order to solve the above problems, in the present invention, a drive of a drive source is transmitted to a link through a speed reducer, the link is rotated, and a robot arm that performs a predetermined operation is provided. A first link that is connected to the base and rotates on a first rotation shaft; a first auxiliary link provided on the first link; and a first link that is connected to the first link and rotates on a second rotation shaft. The second link includes two links, a second auxiliary link that is driven to follow the driving of the second link, and a third link that is connected to the second link and that rotates on a third rotation shaft. And the second auxiliary link and the third auxiliary link are rotatable relative to each other so as to overlap each other when viewed from a predetermined direction, and drive the second auxiliary link and the second auxiliary link. Is provided in the first link, and the drive source for driving the third link is provided in the third link, and is for driving the second link and the second auxiliary link. The wiring arranged in the driving source is arranged through the inside of the first link, and the wiring arranged in the driving source for driving the third link includes the first auxiliary link and the second auxiliary link. A robot arm is adopted, which is characterized by being arranged through the inside of the auxiliary link.
本発明によれば、ロボットアームの配線処理スペースを、減速機等の駆動装置を介することなく配置することできる。ゆえに、ロボットアームの関節部分の大型化を低減することができる。 According to the present invention, the wiring processing space of the robot arm can be arranged without using a drive device such as a speed reducer. Therefore, it is possible to reduce the size increase of the joint portion of the robot arm.
以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。 Embodiments for carrying out the present invention will be described below with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings. It should be noted that the following embodiments are merely examples, and for example, the detailed configuration can be appropriately changed by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. The numerical values taken in this embodiment are reference numerical values and do not limit the present invention.
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態におけるロボット装置1000を、XYZ座標系の任意の方向から見た平面図である。図1(a)はXZ平面図、図1(b)はYZ平面図を示す。なお以下の図面において、図中の矢印X、Y、Zはロボット装置1000全体の座標系を示す。一般に、ロボット装置では、XYZ3次元座標系は、設置環境全体のグローバル座標系の他に、制御の都合などによって、ロボットハンド、フィンガなどに関して適宜ローカル座標系を用いる場合がある。本実施形態ではロボット装置1000全体の座標系をXYZ、ローカル座標系をxyzで表す。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view of a
図1に示すように、ロボット装置1000は、多関節のロボットアーム本体200、ロボットハンド本体300、ロボットアーム本体200と、ロボットハンド本体300の動作を制御する制御装置400を備えている。
As shown in FIG. 1, the
また、制御装置400に教示データを送信する教示装置としての外部入力装置500を備えている。外部入力装置500の一例としてティーチングペンダントが挙げられ、操作者がロボットアーム本体200やロボットハンド本体300の動作を指定するのに用いる。
The
本実施形態のロボットアーム本体200は、エンドエフェクタとしてロボットハンド本体300が取り付けられ、垂直多関節の構成を取っている。以下、エンドエフェクタがロボットハンド本体300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い。
The robot arm
またロボットアーム本体200は、台座Bに基台209が埋め込まれた状態で固定されている。本実施形態ではロボットアーム本体200の向きを鉛直下向き(−Z方向)として説明するが、ユースケースによって向きを変えてもよい。
Further, the robot arm
ロボットハンド本体300は、部品やツール等の対象物を把持するものである。本実施形態のロボットハンド本体300は不図示の駆動機構により2本の指部を開閉し、上記対象物の把持ないし開放を行う。対象物をロボットアーム本体200に対して相対的に変位させないように把持できれば良い。
The robot hand
ロボットアーム本体200は、複数の関節、例えば6つ関節(6軸)を有している。ロボットアーム本体200は、各関節J1〜J6を各回転軸A1〜A6まわりにそれぞれ回転駆動させる複数(6つ)のサーボモータ211〜216を有している。
The robot arm
ロボットアーム本体200は、複数のリンク2100〜2106が各関節J1〜J6で回転可能に連結されている。ここで、ロボットアーム本体200の基端側から先端側に向かって、リンク2100〜2106が順に連結されている。
In the robot arm
また図1(b)より、リンク2101、2102には、関節J2S、J3Sを介して回転する補助リンク2101S、2102Sが設けられている。 1B, the links 210 1 and 210 2 are provided with auxiliary links 210 1S and 210 2S which rotate via joints J 2S and J 3S .
リンク2102は、リンク2101に関節J2によって支持されている。ここで関節J2において、モータ212はリンク2101に設けられており、A2軸でリンク2102を回転させるために伝達機構231が設けられているものとする。本実施形態では伝達機構231としてタイミングベルトを用いている。もちろん当業者によって、伝達機構231をベベルギア等の別の伝達機構を使用しても良い。
The link 210 2 is supported on the link 210 1 by a joint J 2 . Here, in the joint J 2 , the
またリンク2101には、A1軸を基準としてリンク2101と対称に補助リンク2101Sが取り付けられている。 The link 210 1, A 1 auxiliary link axis as a reference to the link 210 1 and symmetric 210 1S is attached.
補助リンク2101Sは、関節J2の回転中心と同じA2軸を回転中心とした補助関節J2Sによって補助リンク2102Sを支持している。 Auxiliary link 210 1S supports the auxiliary link 210 2S by the auxiliary joint J 2S that a rotation about the same A 2-axis and the rotation center of the joint J 2.
そして補助リンク2102Sは、関節J3の回転中心と同じA3軸を回転中心とした補助関節J3Sによって、補助リンク2103と接続されている。 The auxiliary link 210 2S is connected to the auxiliary link 210 3 by an auxiliary joint J 3S whose rotation center is the A 3 axis which is the same as the rotation center of the joint J 3 .
これにより、関節J2、J3と同期して関節J2S、J3Sを駆動させることができ、可動範囲の中であれば、任意の3次元位置で任意の3方向の姿勢に、ロボットアーム本体200のエンドエフェクタ(ロボットハンド本体300)を向けることができる。 As a result, the joints J 2S and J 3S can be driven in synchronization with the joints J 2 and J 3, and within the movable range, the robot arm can be brought into a posture in any of three directions at any three-dimensional position. The end effector of the main body 200 (robot hand main body 300) can be turned.
ロボットアーム本体200の位置及び姿勢は、座標系で表現することができる。図1中の座標系Toは、ロボットアーム本体200の基端、即ち台座Bに固定した座標系を表し、座標系Teはロボットアーム本体200の手先(ロボットハンド本体300)に固定した座標系を表す。
The position and orientation of the
ここで、ロボットアーム本体200の手先とは、本実施形態では、ロボットハンド本体300が物体を把持していない場合には、ロボットハンド本体300のことである。ロボットハンド本体300が物体を把持している場合は、ロボットハンド本体300と把持している物体(例えば部品やツール等)とを含めてロボットアーム本体200の手先という。つまり、ロボットハンド本体300が物体を把持している状態であるか物体を把持していない状態であるかにかかわらず、エンドエフェクタであるロボットハンド本体300を手先という。
Here, the hand of the robot arm
各関節J1〜J6は、それぞれモータ211〜216と、各モータ211〜216の駆動を各リンクに伝達する減速機271〜276とを有している。減速機271〜276は、直接、又は伝達機構231やベアリング等の伝達部材を介して各関節で駆動されるリンク2100〜2106に接続されている。
Each of the joints J 1 to J 6 has a
また後述するが、ロボットアーム本体200には、トルクセンサ221〜226と、各リンク間の相対変位量を検出する位置センサ541〜546を備えている(図2)。
Further, as will be described later, the robot arm
基台209の内部には、各モータ211〜216の駆動を制御する駆動制御部としてのサーボ制御部230が配置されている。
Inside the
サーボ制御部230は、入力された各関節J1〜J6に対応する各トルク指令値に基づき、各関節J1〜J6のトルクがトルク指令値に追従するよう、各モータ211〜216に電流を出力し、各モータ211〜216の駆動を制御する。
The
なお、本実施形態では、サーボ制御部230が1つの制御装置で構成されているものとして説明しているが、各モータ211〜216にそれぞれ対応した複数の制御装置の集合体で構成されていてもよい。また、本実施形態では、サーボ制御部230は、基台209の内部に配置されているが、制御装置400の内部に配置されていてもよい。
In addition, in the present embodiment, the
以上の構成により、ロボットアーム本体200のリンクの一部を折りたたんで、ロボットハンド本体300を任意の位置に動作させ、所望の作業を行わせることができる。所望の作業とは、例えば、ロボットハンド本体300により所定のワークを把持し、物品の製造を行う作業等が挙げられる。
With the above configuration, it is possible to fold a part of the link of the robot arm
図2は、本実施形態におけるロボット装置1000を示すブロック図である。ロボット装置1000に接続される制御装置400は、コンピュータで構成されており、制御部(処理部)としてのCPU(Central Processing Unit)401を備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing the
また制御装置400は、記憶部として、ROM(Read Only Memory)402、RAM(Random Access Memory)403、HDD(Hard Disk Drive)404を備えている。また、制御装置400は、記録ディスクドライブ405、各種のインタフェース406〜409を備えている。
Further, the
CPU401には、ROM402、RAM403、HDD404、記録ディスクドライブ405、各種のインタフェース406〜409が、バス410を介して接続されている。ROM402には、BIOS等の基本プログラムが格納されている。RAM403は、CPU401の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。
A
HDD404は、CPU401の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置であると共に、CPU401に、演算処理を実行させるためのプログラム430を記録するものである。CPU401は、HDD404に記録(格納)されたプログラム430に基づいてロボット制御方法の各工程を実行する。
The
記録ディスクドライブ405は、記録ディスク431に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。
The
外部入力装置500はインタフェース406に接続されている。CPU401はインタフェース406及びバス410を介して外部入力装置500からの教示データの入力を受ける。
The
サーボ制御部230は、インタフェース409に接続されている。サーボ制御部230はモータ211〜216を駆動させ、モータの駆動により生じるリンク間のトルクと相対変位量を、トルクセンサ221〜222および位置センサ541〜546より検出し、検出結果を受け取る。
The
そしてCPU401は、サーボ制御部230、インタフェース409及びバス410を介してトルクセンサ221〜226、位置センサ541〜546からの検出結果を取得する。また、CPU401は、各関節のトルク指令値および位置指令のデータを所定時間間隔でバス410及びインタフェース409を介してサーボ制御部230に出力する。
Then, the
インタフェース407には、モニタ421が接続されており、モニタ421には、CPU401の制御の下、各種画像が表示される。インタフェース408は、書き換え可能な不揮発性メモリや外付けHDD等の記憶部である外部記憶装置422が接続可能に構成されている。
A
なお本実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がHDD404であり、HDD404にプログラム430が格納される場合について説明するが、これに限定するものではない。プログラム430は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。
In this embodiment, the computer-readable recording medium is the
例えば、プログラム430を供給するための記録媒体としては、図2に示すROM402、記録ディスク431、外部記憶装置422等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性メモリ、ROM等を用いることができる。
For example, as the recording medium for supplying the
図3は、本実施形態におけるロボット装置の制御系を示す制御ブロック図である。制御装置400のCPU401(図2)は、プログラム430(図2)を実行することにより、力制御部504及び位置目標値生成部505として機能する。
FIG. 3 is a control block diagram showing a control system of the robot apparatus in this embodiment. The CPU 401 (FIG. 2) of the
サーボ制御部230は、複数(6関節であるので6つ)の切換制御部511〜516と、複数の位置制御部521〜526と、複数のモータ制御部531〜536として機能する。
The
トルクセンサ221〜226(トルク検出手段)は、各リンク間で生じるトルクを検出し、位置センサ541〜546は、各リンク間の相対移動量をそれぞれ検知するものである。位置センサは例えばエンコーダ等が挙げられる。 The torque sensors 221 to 226 (torque detecting means) detect the torque generated between the links, and the position sensors 541 to 546 detect the relative movement amount between the links. An example of the position sensor is an encoder.
本実施形態では、位置センサ541〜546は、各リンク間の相対変位量となる角度q1〜q6を直接検知する。トルクセンサ221〜226は、関節J1〜J6のトルクτ1〜τ6をそれぞれ検知する。 In the present embodiment, the position sensor 541 to 546 detects the angle q 1 to q 6 as a relative displacement amount between the direct link. The torque sensors 221 to 226 detect the torques τ 1 to τ 6 of the joints J 1 to J 6 , respectively.
外部入力装置500は、操作者の操作により、力教示データ501に含まれる力目標値Fdと、位置教示データ502に含まれる位置目標値PdとをCPU301に出力する。力目標値Fdは、ロボットアーム本体200の手先で生じる力の目標値であり、操作者が外部入力装置500を用いて設定する。
The
位置目標値Pdは、ロボットアーム本体200の手先の位置の目標値であり、操作者が外部入力装置500を用いて設定する。外部記憶装置422にはロボットモデル503が記憶されている。
The position target value P d is a target value of the position of the hand of the robot arm
力制御部504は、手先負荷モデルを含むロボットモデル503、力目標値Fd、位置目標値Pd、現在位置P及び力Fを入力する。そして、力制御部504は、これら値を用いて、各関節J1〜J6に対するトルク指令値τFd1〜τFd6を求める。
The
このとき、手先力Fと力目標値Fdとの力偏差、手先の位置P(t)と位置目標値Pdとの位置偏差が小さくなるようにトルク指令値τFd1〜τFd6を求める。力制御部504は、求めた各トルク指令値τFd1〜τFd6を各切替制御部511〜516に出力する。
At this time, the force deviation and hand force F and the force target value F d, to obtain a torque command value τ Fd1 ~τ Fd6 as positional deviation between the hand position P (t) and the target position value P d becomes smaller. The
位置目標値生成部505は、手先の位置目標値Pdから逆運動学計算により各関節J1〜J6の角度指令値(位置指令値)qd1〜qd6を求め、各角度指令値qd1〜qd6を各位置制御部521〜526に出力する。
The position target
各位置制御部521〜526は、各関節J1〜J6の角度q1〜q6と各関節J1〜J6の角度指令値qd1〜qd6との角度偏差が小さくなるようトルク指令値τPd1〜τPd6を求める。各位置制御部521〜526は、各トルク指令値τPd1〜τPd6を各切替制御部511〜516に出力する。 Each position control unit 521 to 526, the torque command so that the angular deviation between the angle q 1 to q 6 of each joint J 1 through J 6 and angle command value q d1 to q d6 of the joints J 1 through J 6 is reduced Values τ Pd1 to τ Pd6 are calculated . The position control units 521 to 526 output the torque command values τ Pd1 to τ Pd6 to the switching control units 511 to 516, respectively.
各切替制御部511〜516は、トルクベース力制御を行う力制御モードと、位置制御を行う位置制御モードとを切り替え制御する。各切替制御部511〜516は、力制御モード時は、各トルク指令値τFd1〜τFd6を各トルク指令値τd1〜τd6として各モータ制御部531〜536に出力する。また、各切替制御部511〜516は、位置制御モード時は、各トルク指令値τPd1〜τPd6を各トルク指令値τd1〜τd6として各モータ制御部531〜536に出力する。
Each of the switching control units 511 to 516 controls switching between a force control mode for performing torque-based force control and a position control mode for performing position control. Each switch control unit 511 to 516, the force control mode is output to each
各モータ制御部531〜536は、各電動モータ211〜216の角度(位置)θ1〜θ6に基づき、各トルク指令値τd1〜τd6を実現するように各電流Cur1〜Cur6を各モータ211〜216に通電する。
Each
以上の構成により、ロボットアーム本体200に、位置情報により制御する位置制御と、トルク等の力情報により制御する力制御とを実行させることが可能となる。
With the above configuration, the robot arm
次に図を参照し、本実施形態のロボットアーム本体200において、折りたたむことが可能なリンクを駆動する関節の駆動機構、それら関節に設けられるセンサの配置と構造、およびセンサに接続される配線の処理について説明する。
Next, referring to the drawings, in the robot arm
図4は、ロボットアーム本体200における、リンク2101とリンク2102との接続部である関節J2と、補助リンク2101Sと補助リンク2102Sとの接続部である補助関節J2Sの模式的な断面図を示している。図4(a)が関節J2、図4(b)が関節J2Sである。
4, the
図4(a)より、リンク2101には、リンク2102を軸A2周りに能動的に回転駆動するための駆動源であるモータ212が格納されている。モータ212の回転を出力するモータ出力軸234にはタイミングプーリ(原動側プーリ)232が接続されており、モータ212からの出力はタイミングベルト231によってリンク2102に伝達される。
As shown in FIG. 4A, the link 210 1 stores a
またリンク2101には、リンク2102をリンク2101に対して相対的に回動可能に支持する支持機構である軸受250が配置されている。
The link 210 1,
そして軸A2の軸上には減速機272が配置されており、その減速機入力軸235には、タイミングプーリ(従動側プーリ)233が接続され、タイミングベルト231によって原動動側プーリ232と連結される。
A
また、減速機272には、減速機入力軸235から入力されたトルクを所定の減速比の分だけ拡大してリンク2102に出力するための減速機出力軸236を備えている。減速機出力軸236は軸受250を介してリンク2102に接続されている。
Further, the
以上の構成により、リンク2102を駆動させる際、モータ212は、サーボ制御器230により駆動され、モータ212からの出力トルクがサーボ制御器230からの指令値に追従するように電流制御される。
With the above arrangement, when the driving link 210 2, the
モータ212で発生したトルクは、モータ出力軸234、原動側プーリ232、タイミングベルト231、従動側プーリ233、減速機入力軸235により構成される動力伝達系を経由して減速機272に入力される。
The torque generated by the
そして減速機272により、リンク2102を駆動する為に適切なレベルのトルクに変換され(減速比の分だけ拡大されて)、減速機出力軸236から出力され、リンク2102を回転駆動する。
Then, the
ここで減速機272は、トルクセンサ222を介してリンク2101に固定される。このように、減速機272を固定したリンク側にトルクセンサ222を配置することで、トルクセンサ222には、減速機272が出力する出力トルクの反作用としての反トルクが作用することになる。
Here, the
この反トルクを所望の指令トルクに追従するようにサーボ制御器230によりモータ212を制御することで、リンク2102にかかるトルクを制御することができる。
The torque applied to the link 210 2 can be controlled by controlling the
次に図4(b)を用いて、補助関節J2Sについて詳しく説明する。補助関節J2Sは、補助リンク2101Sと補助リンク2102Sとを、軸受251を介して接続することで構成される。
Next, the auxiliary joint J 2S will be described in detail with reference to FIG. The auxiliary joint J 2S is configured by connecting the auxiliary link 210 1S and the auxiliary link 210 2S via a
また、リンク2101S、リンク2102Sには、関節の回転中心となる軸A2に沿って中空の構造をなした、ダクト状の配線導入部280、281をそれぞれ備えている。補助リンク2101Sと補助リンク2102Sの相対回転に伴って配線240がロボットアーム内部で摺動した際も配線の耐久性を確保できるように、なめらかな形状を有している。
Further, the link 210 1S and the link 210 2S are respectively provided with duct-shaped
さらに補助関節J2Sには、位置センサ542を備えている。位置センサ542は、軸A2の円周状に配置されたスケール部542Sと検出部542Dとによって構成されている。
Further, the auxiliary joint J 2S is provided with a
リンク2102Sの回転に伴い、スケール部542Sと検出部542Dとが相対変位し、その相対変位量を検出部542Dで検出することで、補助リンク2101Sと補助リンク2102Sの相対的な変位量を検出する。
With the rotation of the link 210 2S , the scale portion 542S and the
関節J2と補助関節J2Sは同期して駆動するため、補助関節J2Sの角度を計測することは、関節J2の角度を計測することと同じであり、関節J2と補助関節J2Sとを位置制御することが可能となる。 Since the joint J 2 auxiliary joint J 2S driven synchronously, to measure the angle of the auxiliary joint J 2S is the same as measuring the angle of the joint J 2, joint J 2 and the auxiliary joint J 2S It becomes possible to control the positions of and.
補助関節J2Sの内部には、補助関節J2Sよりも手先側のリンク2103〜2106に設置されているモータ213〜216、トルクセンサ553〜556、位置センサ543〜546などへの電力や信号のやり取りを行う配線240が配設されている。
Inside the auxiliary joint J 2S, auxiliary joint J 2S is installed in the link 210 3-210 6 of the end side of the
さらに位置センサ542は、電力供給と、サーボ制御器230やロボット制御装置400との信号のやり取りを行うため位置センサ配線240E1、240E2を有している
図4(b)に示すように、補助リンク2101Sと、2102Sとが軸受251を介して接続されると、配線導入部280、281も連結されると共に、配線240が通過するための中空部が形成されるよう構成されている。
Further, the
位置センサ配線240E1、240E2は、補助リンク2101S内で配線240に合流し、基部209へと導入される。
The position sensor wirings 240E1 and 240E2 join the
このように、配線導入部280、281により補助関節J2Sの内部を中空にすることで、その空間を配線処理のためのスペースとして活用することができる。ゆえに、減速機272を介することなく配線240を設けることができる。
In this way, by making the inside of the auxiliary joint J 2S hollow by the
さらに図4(a)より、リンク2101の内部には、トルクセンサ222が検出した関節J2の駆動トルクをサーボ制御器230や制御装置400へ送信するためのトルクセンサ配線241が設けられている。トルクセンサ配線241は、リンク2101内部に設けられたモータ212の近傍で配線240と合流するように設けられている。
Further, as shown in FIG. 4A, a
トルクセンサ222はリンク2102を駆動させる際、相対変位しないリンクとなるリンク2101に設けられている。ゆえに、減速機270を介することなくロボットアーム本体200の内部にトルクセンサ配線241を設けることができる。
The
図5は本実施形態のロボットアーム本体200における関節J3、補助関節J3Sの機構の模式的な断面図を示している。図5向かって左側が関節J3、右側が補助関節J3Sを示している。
FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the mechanism of the joint J 3 and the auxiliary joint J 3S in the
まずリンク2103は、リンク2102と補助リンク2102Sとに接続されている。リンク2102は軸受252を介してリンク2103と接続され、リンク2102Sは軸受253を介してリンク2103と接続されている。
First, the link 210 3 is connected to the link 210 2 and the auxiliary link 210 2S . The link 210 2 is connected to the link 210 3 via a
リンク2103には、リンク2103を駆動するための減速機273、およびモータ213が格納されている。モータ213はサーボ制御器230からの指令値に、モータ213から出力されるトルクが指令値に追従するように制御されることでリンク2103を回転駆動させる。
The link 210 3 stores a
モータ213は電磁モータであり、ブラシレスDCモータやACサーボモータが例示できる。モータ213はリンク2103の内部の空間に、リンク2103とモータ213との間に間隙を有して支持されるよう、モータフランジ290にビスによる締結で取り付けられている。モータ213から出力されるトルクは、モータ出力軸238が回転し、不図示の減速機入力軸を介して減速機273に伝達される。
The
減速機273は、モータ213の回転量を1/Nに減速し、減速機出力軸237に伝える。減速機273の例として平歯車列や波動歯車減速機等が挙げられる。
The
減速後のトルクを出力する減速機出力軸237は、軸受252を介してリンク2102に接続される。また、軸受252の一方はモータフランジ290に取り付けられ、他方は減速機出力軸237に取り付けられている。軸受252の例としてクロスローラーベアリングが挙げられる。
The
以上の構成を取ることで、軸受252の回転中心(A3)を軸として、モータフランジ290が相対回転する。モータフランジ290の他方はトルクセンサ223を介してリンク2103と一体となって構成されている。これによりモータフランジ290がリンク2102、補助リンク2102Sに対して相対回転すると、トルクセンサ223を介してリンク2103もリンク2102、補助リンク2102Sに対して相対回転させることができる。
With the above configuration, the
そして、減速機273から出力されるトルクがトルクセンサ223を介してリンク2103に伝達するため、リンク2103にかかるトルクをトルクセンサ223により検出することができる。
Then, since the torque output from the
また、リンク2102Sには、リンク2103の回転中心となる軸A3に沿って中空の構造をなした、ダクト状の配線導入部282を備えている。配線導入部282は、リンク2103と補助リンク2102Sの相対回転に伴って配線240がロボットアーム内部で摺動した際も配線の耐久性を確保できるように、なめらかな形状を有している。
Further, the link 210 2S is provided with a duct-shaped
さらに補助関節J3Sには、位置センサ543を備えている。位置センサ543は、軸A3の円周状に配置されたスケール部543Sと、検出部543Dとによって構成されている。
Further, the auxiliary joint J 3S is provided with a
リンク2103の回転に伴い、スケール部543Sと検出部543Dとが相対変位し、その相対変位量を検出部543Dで検出することで、補助リンク2102Sとリンク2103の相対的な変位量を検出する。
With the rotation of the link 210 3 , the
関節J3と補助関節J3Sは同期して駆動するため、補助関節J3Sの角度を計測することは、関節J3の角度を計測することと同じであり、関節J3と補助関節J3Sとを位置制御することが可能となる。 Since the joint J 3 auxiliary joint J 3S driven synchronously, to measure the angle of the auxiliary joint J 3S is equivalent to measuring the angle of the joint J 3, the joint J 3 and the auxiliary joint J 3S It becomes possible to control the positions of and.
補助関節J3Sの内部には、補助関節J3Sの含めた手先側のリンク2103〜2106に設置されているモータ213〜216、トルクセンサ223〜226、位置センサ543〜546などへの電力供給や信号のやり取りを行う配線240が配設されている。
Inside the auxiliary joint J 3S, auxiliary joint J 3S of including the hand side of the link 210 3-210 6 motor is installed in the 213-216, the
さらに位置センサ543は、電力供給と、サーボ制御器230やロボット制御装置400との信号のやり取りを行うための位置センサ配線240E3、240E4を有している。
Further, the
図5に示すように、補助リンク2102Sと、リンク2103とが軸受252を介して接続されると、配線導入部282が、リンク2103内部に設けられたモータ213を設置するための空間に連結される。そして配線240が通過するための中空部が形成されるよう構成されている。
As shown in FIG. 5, when the auxiliary link 210 2S and the link 210 3 are connected via the
位置センサ配線240E3、240E4は、補助リンク2102S内で配線240に合流し、基部209へと導入される。
The position sensor wirings 240E3 and 240E4 join the
このように、配線導入部282により補助関節J3Sの内部を中空にすることで、その空間を配線処理のためのスペースとして活用することができる。ゆえに、減速機273を介することなく配線240を設けることができる。
In this way, by making the inside of the auxiliary joint J 3S hollow by the
さらに図5より、リンク2103の内部には、トルクセンサ223が検出する駆動トルクをサーボ制御器230や制御装置400へ送信するためのトルクセンサ配線243が設けられている。
Further from FIG. 5, the internal link 210 3, the
トルクセンサ223は、配線240が設けられている空間に隣接する部分に設けられている。ゆえに、減速機270を介することなくトルクセンサ配線243を設けることができる。
The
以上説明したように、本実施形態のロボットアーム本体200は、折りたたみ可能なリンクに設けられるモータに配される配線の配線経路と、モータの配置経路が別々となる構成をとっている。よって、配線を減速機に介させることなく配置することができる。
As described above, the robot arm
これにより、例えば減速機の周りにとぐろを巻くような複雑な配線処理スペースを関節に設ける必要がなくなり、関節部分が大型化することを低減することができる。 As a result, it is not necessary to provide a complicated wiring processing space, such as a coil around the reduction gear, in the joint, and it is possible to reduce the size of the joint.
その結果、ロボットアーム本体の各関節の旋回径を小さくすることができる。これによりロボットアーム本体の干渉回避のためのスペースを小さくすることができ、ロボットアームの作業性の悪化を防止することができる。 As a result, the turning diameter of each joint of the robot arm body can be reduced. As a result, the space for avoiding the interference of the robot arm body can be reduced, and the workability of the robot arm can be prevented from being deteriorated.
また上記の実施形態におけるロボットアーム本体の関節の構成はこれだけに限定されるものではなく、当業者において任意に設計変更が可能である。また、各モータは、上述の構成に限定されるものではなく、各関節を駆動する駆動源は例えば人工筋肉のようなデバイス等であってもよい。 The configuration of the joints of the robot arm body in the above embodiment is not limited to this, and those skilled in the art can arbitrarily change the design. In addition, each motor is not limited to the above-described configuration, and the drive source that drives each joint may be, for example, a device such as an artificial muscle.
また上記の実施形態ではロボットアーム本体を天吊り式で説明したが、床置きや壁かけ方式、あるいは傾斜面などの任意の設置方法のロボットに適用可能である。また、制御装置の記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作またはこれらの複合動作を自動的に行うことができる機械に適用可能である。 Further, although the robot arm main body is described as being suspended from the ceiling in the above-described embodiments, the robot arm main body can be applied to a robot that is placed on the floor, hung on a wall, or installed on an inclined surface. Further, it is applicable to a machine capable of automatically performing expansion / contraction, flexion / extension, vertical movement, horizontal movement or turning operation or a combined operation thereof based on the information in the storage device of the control device.
200 ロボットアーム本体
209 基台
2100〜2106 リンク
2101S、2102S 補助リンク
211〜216 モータ
221〜226 トルクセンサ
230 サーボ制御装置
231 タイミングベルト
232、233 タイミングプーリ
234、238 モータ出力軸
235 減速機入力軸
236、237 減速機出力軸
240 配線
240E1、240E2、240E3、240E4 位置センサ配線
241、243 トルクセンサ配線
250、251、252、253 軸受
271〜276 減速機
280、281、282 配線導入部
300 ロボットハンド本体
400 制御装置
500 外部入力装置
541〜546 位置センサ
542S、543S スケール
542D、543D 検出部
J1〜J6 関節
J2S、J3S 補助関節
200 Robot arm
Claims (15)
基台と、
前記基台と接続され、第1の回転軸で回転する第1リンクと、
前記第1リンクに設けられた第1補助リンクと、
前記第1リンクに接続され、第2の回転軸で回転する第2リンクと、
前記第2リンクの駆動に追従して駆動する第2補助リンクと、
前記第2リンクに接続され、第3の回転軸で回転する第3リンクと、を備え、
前記第2リンクと、前記第2補助リンクと、前記第3リンクとは、所定の方向から見て互いに重なる位置へと相対的に回転可能であり、
前記第2リンクと前記第2補助リンクとを駆動させるための駆動源は、前記第1リンクに設けられ、
前記第3リンクを駆動させるための駆動源は、前記第3リンクに設けられ、
前記第2リンクと前記第2補助リンクとを駆動させるための駆動源に配される配線は、前記第1リンクの内部を介して配されており、
前記第3リンクを駆動させるための駆動源に配される配線は、前記第1補助リンクと前記第2補助リンクの内部を介して配されていることを特徴とするロボットアーム。 A robot arm that transmits a drive of a drive source to a link through a speed reducer, rotates the link, and performs a predetermined operation,
Base
A first link that is connected to the base and rotates about a first rotation axis;
A first auxiliary link provided on the first link;
A second link that is connected to the first link and that rotates on a second rotation axis;
A second auxiliary link driven following the drive of the second link;
A third link which is connected to the second link and rotates on a third rotation shaft;
The second link, the second auxiliary link, and the third link are relatively rotatable to a position in which they overlap each other when viewed from a predetermined direction,
A drive source for driving the second link and the second auxiliary link is provided in the first link,
A drive source for driving the third link is provided in the third link,
The wiring arranged in the drive source for driving the second link and the second auxiliary link is arranged via the inside of the first link,
The robot arm, wherein the wiring arranged in a driving source for driving the third link is arranged inside the first auxiliary link and the second auxiliary link.
前記第2リンクと前記第2補助リンクとを駆動させるための駆動源に接続される減速機は、前記第1のリンクに設けられ、
前記第3リンクを駆動させるための駆動源に接続される減速機は、前記第3リンクに設けられることを特徴とするロボットアーム。 The robot arm according to claim 1,
A speed reducer connected to a drive source for driving the second link and the second auxiliary link is provided in the first link,
The robot arm, wherein a speed reducer connected to a drive source for driving the third link is provided on the third link.
前記第2リンクと前記第2補助リンクとを駆動させるための駆動源に配される配線と、前記第3リンクを駆動させるための駆動源に配される配線と、は前記減速機を介さずに配されていることを特徴とするロボットアーム。 The robot arm according to claim 1 or 2,
The wiring arranged in the driving source for driving the second link and the second auxiliary link and the wiring arranged in the driving source for driving the third link do not go through the speed reducer. A robot arm characterized by being arranged in.
前記第2補助リンクは、前記第1補助リンクと前記第2補助リンクとの接続部に第1のダクトを設け、かつ、前記第2の回転軸で回転可能となるように、第1の軸受を介して前記第1補助リンクに接続され、
前記第3リンクは、前記第2補助リンクと前記第3リンクとの接続部に第2のダクトを設け、かつ、前記第3の回転軸で回転可能となるように、第2の軸受を介して前記第2補助リンクに接続され、
前記第3リンクを駆動させるための駆動源に配される配線が、前記第1のダクト及びまたは前記第2のダクトを通っていることを特徴とするロボットアーム。 The robot arm according to any one of claims 1 to 3,
The second auxiliary link is provided with a first duct at a connecting portion between the first auxiliary link and the second auxiliary link, and a first bearing so that the second auxiliary link can rotate on the second rotary shaft. Is connected to the first auxiliary link via
The third link is provided with a second duct at a connecting portion between the second auxiliary link and the third link, and is provided with a second bearing so as to be rotatable on the third rotation shaft. Connected to the second auxiliary link,
A robot arm, wherein wiring arranged in a drive source for driving the third link passes through the first duct and / or the second duct.
前記第1補助リンクと前記第2補助リンクとの接続部には、前記第1補助リンクと前記第2補助リンクとの相対的な変位を検出する第1の位置センサを備え、
前記第2補助リンクと前記第3リンクとの接続部には、前記第2補助リンクと前記第3リンクとの相対的な変位を検出する第2の位置センサを備え、
前記第1の位置センサへの配線は、前記第1補助リンクの内部に設けられており、
前記第2の位置センサへの配線は、前記第1補助リンク及び前記第2補助リンクの内部に設けられていることを特徴とするロボットアーム。 The robot arm according to any one of claims 1 to 4,
A first position sensor that detects a relative displacement between the first auxiliary link and the second auxiliary link is provided at a connecting portion between the first auxiliary link and the second auxiliary link,
A second position sensor that detects a relative displacement between the second auxiliary link and the third link is provided at a connecting portion between the second auxiliary link and the third link,
The wiring to the first position sensor is provided inside the first auxiliary link,
The robot arm, wherein the wiring to the second position sensor is provided inside the first auxiliary link and the second auxiliary link.
前記第1リンクと前記第2リンクとの接続部には、前記第1リンクと前記第2リンクとの間で生じるトルクを検出する第1のトルクセンサを備え、
前記第2リンクと前記第3リンクとの接続部には、前記第2リンクと前記第3リンクとの間で生じるトルクを検出する第2のトルクセンサを備え、
前記第1のトルクセンサへの配線は、前記第1リンクの内部を通っており、
前記第2のトルクセンサへの配線は、前記第1補助リンクの内部、前記第1のダクト、前記第2補助リンクの内部、前記第2のダクトを通っていることを特徴とするロボットアーム。 The robot arm according to claim 4 or 5,
A first torque sensor that detects a torque generated between the first link and the second link is provided at a connecting portion between the first link and the second link,
A second torque sensor that detects a torque generated between the second link and the third link is provided at a connecting portion between the second link and the third link,
The wiring to the first torque sensor passes through the inside of the first link,
The robot arm, wherein the wiring to the second torque sensor passes through the inside of the first auxiliary link, the first duct, the inside of the second auxiliary link, and the second duct.
前記第1補助リンクは、前記第1リンクに対して前記第1の回転軸を基準に対称となるように設けられていることを特徴とするロボットアーム。 The robot arm according to any one of claims 1 to 6, wherein
The robot arm, wherein the first auxiliary link is provided so as to be symmetrical with respect to the first link with respect to the first rotation axis.
前記ロボットアームは、天吊り式であることを特徴とするロボットアーム。 The robot arm according to any one of claims 1 to 7,
The robot arm is a ceiling-mounted type.
第1の回転軸で回転する第1リンクと、
前記第1リンクの駆動に追従して駆動する第1補助リンクと、
前記第1リンクと前記第1補助リンクに接続され、第2の回転軸で回転する第2リンクと、を備え、
前記第1リンクと、前記第1補助リンクと、前記第2リンクとは、所定の方向から見て互いに重なる位置へと相対的に回転可能であり、
前記第2リンクの内部まで配される配線は、前記第1補助リンクを介して配され、前記第2リンクの駆動を伝達する減速機は、前記第1リンクと前記第2リンクとの間に配されていることを特徴とするロボットアーム。 A robot arm that transmits a drive of a drive source to a link through a speed reducer, rotates the link, and performs a predetermined operation,
A first link that rotates on a first axis of rotation;
A first auxiliary link driven following the drive of the first link;
A second link that is connected to the first link and the first auxiliary link and rotates on a second rotation shaft;
The first link, the first auxiliary link, and the second link are relatively rotatable to a position in which they overlap each other when viewed from a predetermined direction,
The wiring arranged inside the second link is arranged via the first auxiliary link, and the speed reducer transmitting the drive of the second link is provided between the first link and the second link. A robot arm characterized by being arranged.
前記第2リンクを駆動させるための駆動源は、前記第2リンクに設けられていることを特徴とするロボットアーム。 The robot arm according to claim 10,
A robot arm, wherein a drive source for driving the second link is provided on the second link.
前記配線は、前記駆動源を駆動するための電力を供給する配線であることを特徴とするロボットアーム。 The robot arm according to claim 10 or 11,
The robot arm, wherein the wiring is a wiring for supplying electric power for driving the driving source.
前記第1補助リンクと前記第2リンクとの接続部には、前記第1補助リンクと前記第2リンクとの相対的な変位を検出する位置センサを備え、
前記配線は、前記位置センサからの信号を送信する配線を含むことを特徴とするロボットアーム。 The robot arm according to any one of claims 10 to 12,
A position sensor that detects a relative displacement between the first auxiliary link and the second link is provided at a connecting portion between the first auxiliary link and the second link,
The robot arm, wherein the wiring includes a wiring that transmits a signal from the position sensor.
前記第2リンクには、前記第2リンクで生じるトルクを検出するトルクセンサを備え、
前記配線は、前記トルクセンサからの信号を送信する配線を含むことを特徴とするロボットアーム。 The robot arm according to any one of claims 10 to 13,
The second link is provided with a torque sensor that detects a torque generated in the second link,
The robot arm, wherein the wiring includes a wiring for transmitting a signal from the torque sensor.
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