JP2020157428A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】各装置間や各装置とコントローラーとを接続する配線の敷設作業が不要であり、設置が容易なロボットを提供すること。【解決手段】基台と、前記基台に接続されている可動部と、撮像部からの出力を演算する撮像演算部と、第１力検出部からの出力を演算する力演算部と、前記撮像演算部による演算結果および前記力演算部による演算結果に基づいて前記可動部の動作を演算する動作演算部と、を有する制御基板と、を備え、前記制御基板は、前記基台の内部に位置していることを特徴とするロボット。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットに関するものである。

ロボットは、例えば先端にハンドのようなエンドエフェクターが装着されたロボットアームを備えている。エンドエフェクターが作業を行う際には、エンドエフェクターを様々な姿勢に制御する必要があることから、ロボットアームは複数のアームを有するとともに、各アームが回動するようになっている。そして、各アームの回動軸には、アームを回動させる駆動力を発生するモーターと、回動状態を検出するエンコーダーと、を含む駆動装置が設けられている。

これらの複数の駆動装置を総合的に制御するため、ロボットコントローラーが用いられる。ロボットコントローラーは、各駆動装置と配線を介して接続されており、エンドエフェクターが目的の姿勢をとれるように、各駆動装置の駆動を制御する。

また、近年では、ロボットに様々なセンサーを装着し、センサーの検出結果に基づいて各駆動装置の駆動が制御されるようになっている。

例えば、特許文献１には、多関節のアームと、アームの先端に設けられた力覚センサーと、力覚センサーを介してアームの先端に取り付けられたエンドエフェクターとしてのハンドと、ハンドを撮像可能なカメラと、を有するロボットシステムが開示されている。

このロボットシステムは、さらに、各ロボットに設けられているモーターに電流を供給してロボットを作動させるロボット制御装置と、力覚センサーから出力される検出信号に基づいて力またはモーメントを示す測定値を算出する力測定装置と、カメラから送信された画像を処理してロボットの位置補正に必要な演算を行うビジョン測定装置と、システム全体を統括して制御するコントローラーと、を有している。そして、コントローラーは、力測定装置およびビジョン測定装置から得られた演算結果に基づいて、システム全体を制御するようになっている。

特開２０１２−１３５３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のロボットシステムでは、ロボット制御装置、力測定装置およびビジョン測定装置と、コントローラーと、がそれぞれ個別に設けられ、しかもそれらを接続するためには、複数のケーブルが必要になる。このため、各装置やコントローラーを設置するためのスペースの確保やケーブルの敷設に手間がかかり、ロボットシステムの設置が容易でないという課題がある。

本発明の適用例に係るロボットは、基台と、
前記基台に接続されている可動部と、
撮像部からの出力を演算する撮像演算部と、第１力検出部からの出力を演算する力演算部と、前記撮像演算部による演算結果および前記力演算部による演算結果に基づいて前記可動部の動作を演算する動作演算部と、を有する制御基板と、
を備え、
前記制御基板は、前記基台の内部に位置していることを特徴とする。

実施形態に係るロボットを示す側面図である。 図１に示すロボットの機能ブロック図である。 図１に示すロボットの基台の分解斜視図である。 図３に示す制御基板が有するプロセッサー（演算素子）を示す機能ブロック図である。 図４に示すプロセッサーの各プロセッサーコアに対応するＯＳ（Operating System）と、各プロセッサーコアが処理する演算と、の関係の一例を示す表である。

以下、本発明のロボットの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、実施形態に係るロボットを示す側面図である。図２は、図１に示すロボットの機能ブロック図である。図３は、図１に示すロボットの基台の分解斜視図である。

図１に示すロボット１は、いわゆる水平多関節ロボットである。ロボット１の用途は、特に限定されないが、例えば、精密機器やこれを構成する部品等の対象物Ｗの給材、除材、搬送および組立等が挙げられる。

図１に示すロボット１は、基台１１と、基台１１に接続されている可動部１２と、を備えている。

基台１１は、例えば、床、壁、天井、台上、移動可能な台車上等の被設置面１０に固定される。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図１の上方を「上」、下方を「下」として説明する。また、図１および図３において、被設置面１０の面内において互いに直交する２つの軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、Ｘ軸およびＹ軸の双方に直交する軸をＺ軸とする。

可動部１２は、第１アーム１２１と、第２アーム１２２と、作動部１２３と、ハンド１２４と、配管１２５と、を有している。なお、可動部１２に含まれるこれらの要素の数は、特に限定されず、任意の数とされる。第１アーム１２１は、基台１１に対して回動可能に設けられている。第２アーム１２２は、第１アーム１２１に対して回動可能に設けられている。作動部１２３は、第２アーム１２２に対して直動可能かつ回動可能に設けられている。なお、作動部１２３の構成は、これに限定されず、直動可能であるものの、回動可能でなくてもよく、回動可能であるものの、直動可能でなくてもよい。

また、図１に示すロボット１は、基台１１の内部に設けられた第１力検出部３１と、外部に設置された教示装置６１と、可動部１２に装着された第１撮像部６２と、外部に設置された第２撮像部６３と、可動部１２に装着された第２力検出部６４と、を有している。なお、これらは、それぞれ必要に応じて設けられればよく、省略されてもよい。

以下、ロボット１の各部について説明する。
１．基台
図１に示す基台１１は、被設置面１０に載置される台座１１２と、台座１１２上に設けられる基台カバー１１４と、を有する。

台座１１２は、板状をなしており、下面が被設置部に当接している。また、台座１１２の上面には、第１力検出部３１が載置されるようになっている。

また、図１に示す基台カバー１１４は、略直方体の外形形状を有している。なお、基台カバー１１４の外形形状は、これに限定されず、例えば正方形、円柱形等であってもよく、角部や稜線部が面取りされていたり、丸みを帯びたりしていてもよい。そして、基台カバー１１４の内部は中空になっている。

基台カバー１１４は、一部が分割され、本体１１４１と、本体１１４１の開口部１１４２を塞ぐように設けられた蓋体１１４３と、を含んでいる。そして、蓋体１１４３を取り外すことにより、開口部１１４２を介して基台カバー１１４の内部が開放されるようになっている。これにより、基台カバー１１４の内部に、基板類を収容する作業を容易に行うことができる。

基台カバー１１４の内部には、第１力検出部３１、電源基板４１、制御基板４２および機能安全基板４３が収容されている。また、基台カバー１１４の内部には、例えばラック、レール等、基板を配置可能な機構が設けられ、電源基板４１、制御基板４２および機能安全基板４３は、このような機構によって支持されている。さらに、これらの基板は、開口部１１４２から外部に引き出し可能な位置に設けられており、修理や交換作業がより容易に行えるようになっている。そして、好ましくは、電源基板４１、制御基板４２および機能安全基板４３が互いに重なるように配置されている。これにより、作業をさらに効率よく行うことができるとともに、省スペース化を図ることができる。

また、基台カバー１１４の内部には、第１駆動装置５１が収容されている。第１駆動装置５１は、基台１１に対して第１アーム１２１を回動させる駆動力を発生させる。

さらに、基台カバー１１４は、例えばＹ軸に直交する外面１１４ａに露出するように設けられたコネクター１１５１、１１５２を有している。

このうち、コネクター１１５１には、ケーブル１１６１の一端に設けられたコネクター１１６２が接続されている。また、このケーブル１１６１の他端には、プログラミングデバイスであるタブレット端末型の教示装置６１が接続されている。

また、コネクター１１５２には、ケーブル１１６３の一端に設けられたコネクター１１６４が接続されている。このケーブル１１６３の他端には、ロボット１の外部、例えば天井や壁等に固定された第２撮像部６３が接続されている。

なお、図１では、コネクター１１５１、１１５２が蓋体１１４３の外面１１４ａに設けられているが、コネクター１１５１、１１５２の位置は特に限定されず、基台カバー１１４のその他の位置、または第２アーム１２２の外面であってもよい。

配管１２５は、基台カバー１１４と第２アーム１２２とを接続している。配管１２５の一端は、基台カバー１１４に接続されており、他端は、第２アーム１２２に接続されている。

このような基台１１は、第１アーム１２１を支持している。なお、基台１１は、第１アーム１２１を直接支持していてもよいし、間接的に支持していてもよい。

２．可動部
図１に示す可動部１２は、前述したように、第１アーム１２１と、第２アーム１２２と、作動部１２３と、ハンド１２４と、配管１２５と、を有している。

図１に示す第１アーム１２１は、略直方体の外形形状を有している。なお、第１アーム１２１の外形形状は、これに限定されず、例えば直方体の角部や稜線部が面取りされていたり、丸みを帯びたりしていてもよい。

このような第１アーム１２１は、基台１１に対して、第１回動軸ＡＸ１まわりに回動可能に設けられている。図１に示す第１回動軸ＡＸ１は、第１アーム１２１の長軸の一端部と基台１１とが重なる位置に設けられ、Ｚ軸と平行な軸である。第１アーム１２１は、前述した基台カバー１１４の内部に設けられている第１駆動装置５１が発生させた駆動力により、第１回動軸ＡＸ１まわりに回動する。

図１に示す第２アーム１２２は、略直方体の外形形状を有している。なお、第２アーム１２２の外形形状は、これに限定されず、例えば直方体の角部や稜線部が面取りされていたり、丸みを帯びたりしていてもよい。

このような第２アーム１２２は、第１アーム１２１に対して第２回動軸ＡＸ２まわりに回動可能に設けられている。図１に示す第２回動軸ＡＸ２は、第１アーム１２１の長軸の他端部と第２アーム１２２のＹ軸方向の一端部とが重なる位置に設けられ、Ｚ軸と平行な軸である。

また、第２アーム１２２のＹ軸方向の他端部には、第３回動軸ＡＸ３が設けられている。第３回動軸ＡＸ３には、後述する作動部１２３が設けられている。

第２アーム１２２は、内部が中空になっているアームカバー１２６を有する。前述した配管１２５の他端は、アームカバー１２６に接続されている。

アームカバー１２６の内部には、第２駆動装置５２および第３駆動装置５３が収容されている。第２駆動装置５２は、第１アーム１２１に対して第２アーム１２２を回動させる駆動力を発生させる。第３駆動装置５３は、第２アーム１２２に対して作動部１２３を直動および回動させる駆動力を発生させる。

また、アームカバー１２６は、その上面１２６ａに露出するように設けられたコネクター１２７１、１２７２を有している。コネクター１２７１には、ケーブル１２８１の一端に設けられたコネクター１２８２が接続されている。また、このケーブル１２８１の他端には、アームカバー１２６の外面に固定されている第１撮像部６２が接続されている。なお、図１では、コネクター１２７１、１２７２が上面１２６ａに設けられているが、コネクター１２７１、１２７２の位置は特に限定されず、第２アーム１２２のその他の位置、または基台カバー１１４の外面であってもよい。

図１に示す作動部１２３は、Ｚ軸と平行な方向に延在する円柱状をなし、側面に図示しないスプライン溝およびボールねじ溝が形成されているシャフト１２３１を有している。このシャフト１２３１は、アームカバー１２６の下面を貫通し、内部に挿通されている。また、作動部１２３は、アームカバー１２６の内部に設けられ、シャフト１２３１が挿通されているスプライン外筒１２３２およびボールねじナット１２３３を有している。したがって、作動部１２３は、いわゆるボールねじスプラインとして作動する。そして、第３駆動装置５３が発生させた駆動力により、シャフト１２３１が第３回動軸ＡＸ３まわりに回動するとともに、第３回動軸ＡＸ３に沿って上下方向に直動する。

また、シャフト１２３１は、Ｚ軸方向プラス側の面とマイナス側の面とを貫通する貫通孔１２３１ａを有している。貫通孔１２３１ａには、必要に応じて図示しないケーブル等が挿通可能になっている。

なお、図１および各図では、図示の便宜のため、第３駆動装置５３により発生した駆動力をボールねじナット１２３３に伝達するように図示しているが、スプライン外筒１２３２に伝達させる駆動力については、図示を省略している別の駆動装置において発生させるようにすればよい。

図１に示すハンド１２４は、シャフト１２３１の下側の端部に設けられている。このハンド１２４は、シャフト１２３１に対して着脱可能に設けられている。これにより、ハンド１２４を様々な種類のエンドエフェクター、例えば吸着機構の付いた吸着ハンドと交換することができる。なお、ハンド１２４は、必要に応じて設けられる。

ハンド１２４には、ケーブル１２９１の一端が接続されている。また、ケーブル１２９１の他端には、コネクター１２９２が設けられている。そして、コネクター１２９２は、アームカバー１２６の上面１２６ａに設けられたコネクター１２７２に接続されている。さらに、ケーブル１２９１は、固定具１２９３により、アームカバー１２６の外面に固定されている。なお、図１では、ケーブル１２９１がアームカバー１２６の外側に敷設されているが、シャフト１２３１の貫通孔１２３１ａに挿通されていてもよい。

図１に示す第２力検出部６４は、例えばハンド１２４の上面に設けられている。第２力検出部６４は、ハンド１２４に加わる荷重を検出し、ハンド１２４の作動状況を捉えることができる。第２力検出部６４としては、例えば力覚センサー、感圧センサー等が挙げられる。

図１に示す配管１２５は、細長いチューブである。配管１２５は、好ましくは可撓性を有しており、内部に挿通されているケーブルを、第１アーム１２１や第２アーム１２２の回動に伴う振動等から保護することができる。内部に挿通されているケーブルとしては、図１に示すロボット１の場合、基台１１と、第２アーム１２２、作動部１２３、ハンド１２４、および第１撮像部６２と、を接続する通信線や電源線等が挙げられる。

なお、配管１２５の全てが可撓性を有している必要はなく、部分的には剛性を有していてもよい。また、配管１２５と基台１１との接続部、および、配管１２５と第２アーム１２２との接続部は、それぞれ互いに回動可能になっていてもよい。

３．駆動装置
第１駆動装置５１は、駆動制御部５１２と、モーター５１４と、エンコーダー５１６と、を有している。第１駆動装置５１は、基台１１の内部に設けられている。

駆動制御部５１２は、制御基板４２から出力された制御信号に基づいて、モーター５１４に電力を供給するとともに、モーター５１４の回動を制御するモーター制御信号を生成し、モーター５１４に向けて出力する。なお、駆動制御部５１２からモーター５１４に出力される電力およびモーター制御信号は、互いに同一の信号、すなわち電力の供給および回動の制御の双方を担う信号であってもよい。

モーター５１４は、回動軸が第１アーム１２１に接続されている。これにより、モーター５１４の回動により、第１アーム１２１を駆動することができる。

エンコーダー５１６は、駆動制御部５１２から供給される電力で作動し、モーター５１４の回動の状態を検出して、検出結果を駆動制御部５１２に出力する。検出結果は、制御基板４２に出力される。

第２駆動装置５２は、駆動制御部５２２と、モーター５２４と、エンコーダー５２６と、を有している。第２駆動装置５２は、第２アーム１２２の内部に設けられている。

駆動制御部５２２は、制御基板４２から出力された制御信号に基づいて、モーター５２４に電力を供給するとともに、モーター５２４の回動を制御するモーター制御信号を生成し、モーター５２４に向けて出力する。なお、駆動制御部５２２からモーター５２４に出力される電力およびモーター制御信号は、互いに同一の信号、すなわち電力の供給および回動の制御の双方を担う信号であってもよい。

モーター５２４は、回動軸が第２アーム１２２に接続されている。これにより、モーター５２４の回動により、第２アーム１２２を駆動することができる。

エンコーダー５２６は、駆動制御部５２２から供給される電力で作動し、モーター５２４の回動の状態を検出して、検出結果を駆動制御部５２２に出力する。検出結果は、制御基板４２に出力される。

第３駆動装置５３は、駆動制御部５３２と、モーター５３４と、エンコーダー５３６と、を有している。第３駆動装置５３は、第２アーム１２２の内部に設けられている。

駆動制御部５３２は、制御基板４２から出力された制御信号に基づいて、モーター５３４に電力を供給するとともに、モーター５３４の回動を制御するモーター制御信号を生成し、モーター５３４に向けて出力する。なお、駆動制御部５３２からモーター５３４に出力される電力およびモーター制御信号は、互いに同一の信号、すなわち電力の供給および回動の制御の双方を担う信号であってもよい。

モーター５３４は、回動軸が作動部１２３に接続されている。これにより、モーター５３４の回動により、作動部１２３を駆動することができる。

エンコーダー５３６は、駆動制御部５３２から供給される電力で作動し、モーター５３４の回動の状態を検出して、検出結果を駆動制御部５３２に出力する。検出結果は、制御基板４２に出力される。

４．制御系
図１および図２に示すロボット１は、さらに、制御系として、電源基板４１、制御基板４２および機能安全基板４３を有している。これらは、いずれも基台１１の内部に配置されている。なお、図１では、一部の構成の図示を省略している。

４．１ 電源基板
電源基板４１は、ロボット１の外部に設けられた電源９から供給された交流電圧を受けて、直流電圧に変換し、直流電圧の信号または直流電流の信号を生成する。電源基板４１は、配線４２０を介して生成された信号を制御基板４２に出力し、制御基板４２の作動に必要な電力を供給する。

電源基板４１は、例えば図３に示すように、配線基板とその上に搭載されている各種電子部品とを有するボードである。なお、電源基板４１は、ボード以外の形態であってもよいが、基台１１への実装性の観点から、ボードの形態が好ましい。

４．２ 機能安全基板
機能安全基板４３は、配線４３０を介して第１力検出部３１と接続されている。これにより、第１力検出部３１からは、機能安全基板４３の作動に必要な信号、例えば第１力検出部３１による力検出信号を送信する。

一方、機能安全基板４３は、配線４３１を介して第１駆動装置５１と接続され、配線４３２を介して第２駆動装置５２と接続され、配線４３３を介して第３駆動装置５３と接続されている。機能安全基板４３は、第１力検出部３１に異常があることを検出した場合、第１駆動装置５１、第２駆動装置５２および第３駆動装置５３に向けて異常信号を出力する。異常信号が入力された第１駆動装置５１、第２駆動装置５２および第３駆動装置５３では、各モーターへの電力の供給を遮断する。これにより、可動部１２の動作が停止する。

このように、機能安全基板４３は、第１力検出部３１に異常が認められた場合には、電力の供給を遮断することによって可動部１２の作動を停止させる。これにより、ロボット１の作動中は、第１力検出部３１から出力される力検出信号の信頼性が担保され、例えばロボット１の可動部１２が物体や人に衝突した場合、かかる衝突の発生を確実に検出することができる。換言すれば、可動部１２が物体や人に衝突したにもかかわらず、それを検出することができないという事態が発生するのを防止することができる。

また、上記のような可動部１２の作動停止は、制御基板４２に搭載されているプロセッサー７から出力される信号に基づいて行うことができるが、制御基板４２に搭載されているプロセッサー７は、熱や電磁ノイズ等の影響等で処理能力が低下しやすい傾向がある。その一方、機能安全基板４３は、機能が比較的単純であることから、搭載するプロセッサーにおいて熱や電磁ノイズ等に対する耐性を高めやすい。このため、制御基板４２を介することなく、可動部１２の作動を停止させることができるという点で、ロボット１の信頼性および安全性をより高めることができる。

さらに、機能安全基板４３を制御基板４２から独立させることにより、その分、制御基板４２を小型化することができるので、これらを収容する基台１１についても小型化を図ることができる。

また、図２に示す配線４３０は、２本の配線４３０ａ、４３０ｂを含み、二重化されている。そして、配線４３０ａ、４３０ｂには、第１力検出部３１から双方に同様の力検出信号が出力されるように構成されている。機能安全基板４３では、この２本の配線４３０ａ、４３０ｂにそれぞれ出力された力検出信号の差分を監視し、例えば差分がしきい値を超えた場合には、異常として判断する。これにより、機能安全基板４３では、第１力検出部３１の健全性を常時監視することができる。すなわち、第１力検出部３１の内部に異常が発生した場合には、２本の配線４３０ａ、４３０ｂにそれぞれ出力される力検出信号の差分が大きくなる。したがって、この差分が増加し、しきい値を超えたことを検出することにより、第１力検出部３１における異常の有無を判断することができる。

なお、配線４３０の二重化は必須ではなく、省略されてもよい。また、三重以上の多重化が図られていてもよい。また、異常の有無の判断基準は、しきい値を超えたか否かという基準に限定されず、それ以外の基準であってもよい。

また、配線４３１、４３２、４３３も、それぞれ二重化されているのが好ましい。これにより、異常信号の伝送をより確実に行うことができ、機能安全をさらに高めることができる。

なお、配線４３２、４３３は、それぞれ、配管１２５に挿通され、基台１１から第２アーム１２２へと引き回されている。このため、配線４３２、４３３の損傷等が抑制され、さらなる機能安全に寄与する。

機能安全基板４３は、例えば図３に示すように、配線基板とその上に搭載されている各種電子部品とを有するボードである。電子部品としては、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のようなプロセッサー、メモリー、インターフェース等が挙げられる。そして、メモリーに格納されている所定のプログラムをプロセッサーによって実行することにより、前述した機能安全のための制御を実現する。なお、機能安全基板４３は、ボード以外の形態であってもよいが、基台１１への実装性の観点から、ボードの形態が好ましい。

４．３ 制御基板
制御基板４２は、電源基板４１から供給された電力により、第１駆動装置５１、第２駆動装置５２および第３駆動装置５３の各作動を制御し、ロボット１による作業を実現する。

制御基板４２は、例えば図３に示すように、配線基板とその上に搭載されている各種電子部品とを有するボードである。電子部品としては、図３に示すプロセッサー７が挙げられる。プロセッサーとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）が挙げられる。この他の電子部品としては、例えばメモリー、インターフェース等が挙げられる。そして、メモリーに格納されている所定のプログラムをプロセッサーによって実行することにより、前述した制御を実現する。なお、プログラムは、インターフェースを介して外部からダウンロードされたものであってもよい。また、制御基板４２は、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等を介してインターネットに接続されていてもよい。また、制御基板４２は、ボード以外の形態であってもよいが、基台１１への実装性の観点から、ボードの形態が好ましい。

制御基板４２と第１駆動装置５１とは、配線４２１を介して接続されている。また、第１駆動装置５１と第２駆動装置５２とは、配管１２５に挿通された配線４２２を介して、第２駆動装置５２と第３駆動装置５３とは、配線４２３を介して、それぞれ接続されている。これにより、制御基板４２と、第１駆動装置５１、第２駆動装置５２および第３駆動装置５３とが、バス型配線で互いに接続されている。そして、制御基板４２からは、第１駆動装置５１、第２駆動装置５２および第３駆動装置５３の作動に必要な電力および制御信号を出力する。また、第１駆動装置５１、第２駆動装置５２および第３駆動装置５３からは、制御基板４２の作動に必要な信号、例えば各装置の作動状況を検出した信号を送信する。なお、配線形態は、これに限定されず、例えばスター型配線であってもよい。

また、制御基板４２は、配線４２４を介して第１力検出部３１と接続されている。これにより、制御基板４２からは、第１力検出部３１の作動に必要な電力および制御信号を出力する。また、第１力検出部３１からは、制御基板４２の作動に必要な信号、例えば第１力検出部３１による力検出信号を送信する。

さらに、制御基板４２は、配管１２５に挿通された配線４２５および前述したケーブル１２９１を介してハンド１２４と接続されている。これにより、制御基板４２からは、ハンド１２４の作動に必要な電力および制御信号を出力する。また、ハンド１２４からは、制御基板４２の作動に必要な信号、例えばハンド１２４の作動状況を検出した信号を送信する。

また、制御基板４２は、配線４２６および前述したケーブル１１６１を介して教示装置６１と接続されている。これにより、制御基板４２からは、教示装置６１の作動に必要な電力および制御信号を出力する。また、教示装置６１からは、制御基板４２の作動に必要な信号、例えばメモリーに記憶させるためのプログラム等を送信する。

さらに、制御基板４２は、配管１２５に挿通された配線４２７および前述したケーブル１２８１を介して第１撮像部６２と接続されている。これにより、制御基板４２からは、第１撮像部６２の作動に必要な電力および制御信号を出力する。また、第１撮像部６２からは、制御基板４２の作動に必要な信号、例えば第１撮像部６２で撮像した画像データ等を送信する。

また、制御基板４２は、配線４２８および前述したケーブル１１６３を介して第２撮像部６３と接続されている。これにより、制御基板４２からは、第２撮像部６３の作動に必要な電力および制御信号を出力する。また、第２撮像部６３からは、制御基板４２の作動に必要な信号、例えば第２撮像部６３で撮像した画像データ等を送信する。

さらに、制御基板４２は、配管１２５に挿通された配線４２９を介して第２力検出部６４と接続されている。この配線４２９は、さらに、シャフト１２３１の貫通孔１２３１ａにも挿通されている。これにより、制御基板４２からは、第２力検出部６４の作動に必要な電力および制御信号を出力する。また、第２力検出部６４からは、制御基板４２の作動に必要な信号、例えば第２力検出部６４による力検出信号を送信する。

以上のように、制御基板４２は、第１力検出部３１、ハンド１２４、教示装置６１および第１撮像部６２から送信される信号に基づき、第１駆動装置５１、第２駆動装置５２および第３駆動装置５３の各作動を制御する。

ここで、図４は、図３に示す制御基板４２が有するプロセッサー７（演算素子）を示す機能ブロック図である。図５は、図４に示すプロセッサー７の各プロセッサーコア７０〜７３に対応するＯＳ（Operating System）と、各プロセッサーコア７０〜７３が処理する演算と、の関係の一例を示す表である。

図４に示すプロセッサー７は、４つのプロセッサーコア７０〜７３を含むマルチコアのＣＰＵである。４つのプロセッサーコア７０〜７３は、互いに異なる処理を割り振ることにより、複数の演算を並列に処理することができる。これにより、全体の処理速度を高めることができる。

また、マルチコアＣＰＵの利用方法としては、対称型マルチプロセッシング（ＳＭＰ）と非対称型マルチプロセッシング（ＡＭＰ）とがあるが、プロセッサー７は、非対称型マルチプロセッシングに対応したＣＰＵであるのが好ましい。これにより、各プロセッサーコア７０〜７３で互いに異なるＯＳを使用することができるので、例えば汎用ＯＳとリアルタイムＯＳとを併用することができ、ロボット１に用いるプロセッサー７として好適である。

具体的には、本実施形態では、プロセッサーコア７０、７１、７２が、ＯＳとしてＬｉｎｕｘ（登録商標）のような汎用ＯＳを使用する。また、プロセッサーコア７３は、ホストＯＳ型のハイパーバイザーが適用されていてもよいが、好ましくはベアメタル型のハイパーバイザーを使用する。ベアメタル型のハイパーバイザーは、ホストＯＳを用いることなく、プロセッサーコア７３上で直接稼働し、仮想化環境を構築するソフトウェアである。これにより、プロセッサーコア７３においてリアルタイムＯＳを使用することができる。その結果、１つのプロセッサー７を用いつつ、汎用ＯＳとリアルタイムＯＳとを併用することができる。このため、設計自由度を確保しつつ、ロボット１の小型化および省電力化を図ることができる。

また、プロセッサー７の各プロセッサーコア７０〜７３には、互いに異なる機能が割り振られている。すなわち、本実施形態に係るプロセッサー７は、演算処理が実現する機能ごとに、制御基板４２の作動を制御するための演算を行う上位演算部７００と、第１撮像部６２からの出力を演算し、処理する撮像演算部７１０と、第１力検出部３１からの出力を演算し、処理する力演算部７３１と、撮像演算部７１０による演算結果および力演算部７３１による演算結果に基づいて可動部１２の動作を演算し、処理する動作演算部７３２と、を有している。そして、上位演算部７００がプロセッサーコア７０に割り振られ、撮像演算部７１０がプロセッサーコア７１、７２に割り振られ、力演算部７３１および動作演算部７３２がプロセッサーコア７３に割り振られている。このようにして機能ごとに異なるプロセッサーコア７０〜７３に演算処理を割り振ることにより、互いに並行して処理を行うことができ、全体の処理効率を高めることができる。

このうち、上位演算部７００は、制御基板４２のファームウェアが実行されるコアである。

また、撮像演算部７１０は、可動部１２に設けられる第１撮像部６２からの出力、および、ロボット１の外部に設けられる第２撮像部６３からの出力、をそれぞれ演算し、その演算結果を動作演算部７３２に出力するアプリケーションソフトウェアが実行されるコアである。具体的な演算結果としては、例えば、画像データから求められる対象物Ｗの位置や姿勢等が挙げられる。第２撮像部６３は、ロボット１の外部から対象物Ｗを撮像することができるので、例えば、ロボット１に近づくように移動してくる対象物Ｗを捉え、その距離に応じてロボット１の作動を制御することにより、作業にかかるタクトタイムを短縮することができる。なお、本明細書では、第１撮像部６２および第２撮像部６３の双方を指して単に「撮像部」ともいう。撮像演算部７１０は、この撮像部からの出力を演算する機能を有している。

さらに、力演算部７３１は、基台１１の内部に設けられる第１力検出部３１からの出力、および、可動部１２に設けられる第２力検出部６４からの出力、をそれぞれ演算し、その演算結果を動作演算部７３２に出力するアプリケーションソフトウェアが実行されるコアである。具体的な演算結果としては、例えば、力検出信号から求められる基台１１への荷重印加状況またはハンド１２４の作動状況等が挙げられる。なお、第２力検出部６４は、ハンド１２４の作動状況を検出することができるので、その演算結果を用いることにより、ハンド１２４の作動状況に応じて第１アーム１２１や第２アーム１２２の動作を制御することが可能になる。

また、従来であれば、撮像演算部７１０、力演算部７３１および動作演算部７３２が、プロセッサー７の外部に設けられているとともに、基台１１の外部に設けられていた。このため、各部を接続するケーブルや各部と制御装置（コントローラー）とを接続するケーブルの敷設に手間がかかるという問題があった。これに対し、本実施形態では、撮像演算部７１０、力演算部７３１および動作演算部７３２が、１つのプロセッサー７に内蔵されている。このため、撮像演算部７１０、力演算部７３１および動作演算部７３２と制御装置とを接続するケーブルは不要になり、ロボット１を設置する作業も容易になる。このため、比較的経験の浅いユーザーであっても、ロボット１を簡単に設置して使用することができる。

なお、上述した各演算部とは、マルチコアのプロセッサー７において、各機能を実現するアプリケーションソフトウェアやファームウェアが実行されるコアのことをいう。

また、プロセッサーコア７０〜７３の順序は、プロセッサー７内におけるコアの配列とは無関係である。したがって、各演算部は、上記と異なるコアに割り振られていてもよい。

また、プロセッサーコア７３については、上述したようにベアメタル型のハイパーバイザーが使用されるように構成されていることから、本実施形態のように、機能が異なる力演算部７３１と動作演算部７３２の２つを、１つのプロセッサーコア７３に割り振ることが可能になる。すなわち、仮想化環境が構築されているため、機能が異なる力演算部７３１および動作演算部７３２を１つのプロセッサーコア７３に割り振ったとしても、並行に処理を実行することができる。

以上のように、本実施形態に係るロボット１は、基台１１と、基台１１に接続されている可動部１２と、基台１１の内部に位置している制御基板４２と、を備えている。そして、制御基板４２は、第１撮像部６２からの出力を演算する撮像演算部７１０と、第１力検出部３１からの出力を演算する力演算部７３１と、撮像演算部７１０による演算結果および力演算部７３１による演算結果に基づいて可動部１２の動作を演算する動作演算部７３２と、を有する。

このようなロボット１によれば、上記演算部同士に接続するためのケーブルの敷設作業が不要になるため、設置作業を容易に行うことができる。また、撮像演算部７１０、力演算部７３１および動作演算部７３２が、１つのプロセッサー７に内蔵されていることから、ロボット１の小型化を図ることができる。

さらに、図３に示す制御基板４２は、配線基板４２ａと、配線基板４２ａ上に設けられているプロセッサー７（演算素子）と、を有している。そして、プロセッサー７は、シングルコアの素子に構築された仮想化環境において上記演算部が同時並行で処理するように構成された素子であってもよいが、好ましくは複数のプロセッサーコア７０〜７３（演算コア）を含んでいるのが好ましい。このようなマルチコアのプロセッサー７を有する制御基板４２によれば、処理効率がより高くなるため、ロボット１の駆動をより高精度に制御することができる。

また、プロセッサー７（演算素子）は、前述したように、制御基板４２の作動を制御する上位演算部７００と、撮像演算部７１０と、力演算部７３１と、動作演算部７３２と、を有している。そして、上位演算部７００はプロセッサーコア７０に割り振られ、撮像演算部７１０はプロセッサーコア７１、７２に割り振られ、力演算部７３１および動作演算部７３２はプロセッサーコア７３に割り振られている。したがって、撮像演算部７１０が対応するコア数は２つであり、上位演算部７００が対応するコア数、力演算部７３１が対応するコア数、および、動作演算部７３２が対応するコア数、のいずれよりも多い。

このようなコア数の配分がなされていることにより、プロセッサー７のリソースを、比較的処理量が大きい撮像演算部７１０に多く割り振ることができる。したがって、撮像演算部７１０の処理が処理速度においてボトルネックになりにくく、全体の処理効率を低下するのを抑制することができる。

なお、撮像演算部７１０が対応するコア数は２つに限定されず、１つまたは３つ以上であってもよい。また、上位演算部７００、力演算部７３１および動作演算部７３２がそれぞれ対応するコア数も、２つ以上であってもよい。

また、プロセッサー７に含まれるコア数も、２または３であっても、５以上であってもよい。

さらに、動作演算部７３２は、力演算部７３１による演算結果に基づいて、可動部１２の動作を停止または減速させるように構成されている。例えば、第１力検出部３１において可動部１２が物体等に接触したことに伴う力検出信号が制御基板４２に送信された場合、力演算部７３１においてその力検出信号を演算し、処理する。そして、その演算結果に基づいて、動作演算部７３２は、可動部１２の動作を停止または減速させるための演算を行う。この演算結果、つまり、可動部１２の動作を制御する制御信号を、第１駆動装置５１、第２駆動装置５２および第３駆動装置５３に出力することにより、可動部１２の動作を安全に制御することができる。

５．第１力検出部
図１および図２に示すロボット１は、第１力検出部３１を有している。第１力検出部３１は、前述したように、基台１１の内部に位置している。

このように基台１１の内部に設けられた第１力検出部３１を有しているので、ロボット１は、可動部１２全体と物体や人とが接触したことを検出することができる。つまり、第１力検出部３１が例えば第２アーム１２２に設けられている場合は、第２アーム１２２に物体や人が接触したことを検出するに限られるのに対し、基台１１の内部に第１力検出部３１を設けることにより、上記のようにして可動部１２全体において検出することが可能になる。このため、ロボット１の安全性をより高めることができる。

第１力検出部３１としては、例えば３軸または６軸の力覚センサーが挙げられる。なお、第１力検出部３１は、基台１１の内部に設けられるものに限定されず、例えばロボット１の外部に設けられた力覚センサーであってもよい。しかしながら、内部に設けられることにより、上記のような効果をより確実に得ることができる。

６．配線
また、ロボット１は、基台１１の内部に設けられ、第１力検出部３１と制御基板４２とを接続する配線４２４（第１配線）を備えている。これにより、ロボット１の外部では、少なくとも第１力検出部３１と制御基板４２とを接続するケーブル等の敷設作業が不要になる。このため、設置作業がより簡単なロボット１を実現することができる。

さらに、本実施形態に係るロボット１は、前述したように、基台１１の内部に設けられ、第１力検出部３１からの出力に基づいて第１力検出部３１の異常を検出する機能安全基板４３（機能安全部）を備えている。また、ロボット１は、併せて、第１力検出部３１と機能安全基板４３とを接続する配線４３０（第２配線）を備えている。

このような機能安全基板４３を備えていることにより、第１力検出部３１の健全性を担保することができる。これにより、可動部１２が物体や人に衝突したにもかかわらず、それを検出することができないという事態が発生するのを防止することができる。

また、本実施形態に係るロボット１では、前述したように、第１力検出部３１と機能安全基板４３とを接続する配線４３０が多重化されている。そして、機能安全基板４３は、第１力検出部３１から一方の配線４３０ａを介して出力される信号と、他方の配線４３０ｂを介して出力される信号と、の差に基づいて、第１力検出部３１の異常を検出するように構成されている。

このようなロボット１によれば、第１力検出部３１の健全性を常時監視することができるので、異常発生時には即座に可動部１２の作動を停止させる措置を講じることができる。

さらに、本実施形態に係るロボット１の可動部１２は、第１アーム１２１と、第１アーム１２１に対して回動する第２アーム１２２と、を有しているとともに、ロボット１は、基台１１と第２アーム１２２とをつなぐ配管１２５と、第１撮像部６２と制御基板４２とを接続し、配管１２５に挿通されている配線４２７（第３配線）と、を備えている。

このようなロボット１では、配線４２７を基台カバー１１４の外側に引き回して制御基板４２に接続するという作業が不要になる。つまり、配線４２７は、あらかじめ基台１１の内部および第２アーム１２２の内部に敷設されているため、第１撮像部６２を設置する際には、ケーブル１２８１と配線４２７とを接続すればよい。このため、設置作業を簡素化することができる。

また、本実施形態に係るロボット１の可動部１２は、エンドエフェクターであるハンド１２４と制御基板４２とを接続し、配管１２５に挿通されている配線４２５（第４配線）を備えている。

このようなロボット１では、配線４２５を基台カバー１１４の外側に引き回して制御基板４２に接続するという作業が不要になる。つまり、配線４２５は、あらかじめ基台１１の内部および第２アーム１２２の内部に敷設されているため、ハンド１２４を設置する際には、ケーブル１２９１と配線４２５とを接続すればよい。このため、設置作業を簡素化することができる。

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、前記実施形態には、他の任意の構成物が付加されていてもよい。さらに、前記実施形態では、撮像演算部、力演算部および動作演算部が同一のプロセッサーに内蔵されているが、本発明はこれに限定されず、例えば同一のボードに搭載された互いに異なるプロセッサーであってもよい。

１…ロボット、７…プロセッサー、９…電源、１０…被設置面、１１…基台、１２…可動部、３１…第１力検出部、４１…電源基板、４２…制御基板、４２ａ…配線基板、４３…機能安全基板、５１…第１駆動装置、５２…第２駆動装置、５３…第３駆動装置、６１…教示装置、６２…第１撮像部、６３…第２撮像部、６４…第２力検出部、７０…プロセッサーコア、７１…プロセッサーコア、７２…プロセッサーコア、７３…プロセッサーコア、１１２…台座、１１４…基台カバー、１１４ａ…外面、１２１…第１アーム、１２２…第２アーム、１２３…作動部、１２４…ハンド、１２５…配管、１２６…アームカバー、１２６ａ…上面、４２０…配線、４２１…配線、４２２…配線、４２３…配線、４２４…配線、４２５…配線、４２６…配線、４２７…配線、４２８…配線、４２９…配線、４３０…配線、４３０ａ…配線、４３０ｂ…配線、４３１…配線、４３２…配線、４３３…配線、５１２…駆動制御部、５１４…モーター、５１６…エンコーダー、５２２…駆動制御部、５２４…モーター、５２６…エンコーダー、５３２…駆動制御部、５３４…モーター、５３６…エンコーダー、７００…上位演算部、７１０…撮像演算部、７３１…力演算部、７３２…動作演算部、１１４１…本体、１１４２…開口部、１１４３…蓋体、１１５１…コネクター、１１５２…コネクター、１１６１…ケーブル、１１６２…コネクター、１１６３…ケーブル、１１６４…コネクター、１２３１…シャフト、１２３１ａ…貫通孔、１２３２…スプライン外筒、１２３３…ボールねじナット、１２７１…コネクター、１２７２…コネクター、１２８１…ケーブル、１２８２…コネクター、１２９１…ケーブル、１２９２…コネクター、１２９３…固定具、ＡＸ１…第１回動軸、ＡＸ２…第２回動軸、ＡＸ３…第３回動軸、Ｗ…対象物

Claims (11)

1. 基台と、
   前記基台に接続されている可動部と、
   撮像部からの出力を演算する撮像演算部と、第１力検出部からの出力を演算する力演算部と、前記撮像演算部による演算結果および前記力演算部による演算結果に基づいて前記可動部の動作を演算する動作演算部と、を有する制御基板と、
   を備え、
   前記制御基板は、前記基台の内部に位置していることを特徴とするロボット。
2. 前記制御基板は、配線基板と、前記配線基板上に設けられている演算素子と、を有し、
   前記演算素子は、複数の演算コアを含む請求項１に記載のロボット。
3. 前記演算素子は、前記制御基板の作動を制御する上位演算部と、前記撮像演算部と、前記力演算部と、前記動作演算部と、を有し、
   前記撮像演算部に対応する前記演算コアの数は、前記上位演算部に対応する前記演算コアの数、前記力演算部に対応する前記演算コアの数、および、前記動作演算部に対応する前記演算コアの数、のいずれよりも多い請求項２に記載のロボット。
4. 前記第１力検出部を備え、
   前記第１力検出部は、前記基台の内部に位置している請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記動作演算部は、前記力演算部による演算結果に基づいて、前記可動部の動作を停止または減速させるための演算を行う請求項４に記載のロボット。
6. 前記基台の内部に設けられ、前記第１力検出部と前記制御基板とを接続する第１配線を備える請求項５に記載のロボット。
7. 前記力演算部は、前記可動部に設けられる第２力検出部からの出力を演算する請求項４ないし６のいずれか１項に記載のロボット。
8. 前記基台の内部に設けられ、前記第１力検出部からの出力に基づいて前記第１力検出部の異常を検出する機能安全部と、
   前記第１力検出部と前記機能安全部とを接続する第２配線と、
   を備える請求項４ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
9. 前記第２配線は、多重化されており、
   前記機能安全部は、一方の前記第２配線からの信号と、他方の前記第２配線からの信号と、の差に基づいて、前記異常を検出する請求項８に記載のロボット。
10. 前記可動部は、第１アームと、前記第１アームに対して回動する第２アームと、を有し、
    さらに、前記基台と前記第２アームとをつなぐ配管と、前記撮像部と前記制御基板とを接続し、前記配管に挿通されている第３配線と、を備える請求項１ないし９のいずれか１項に記載のロボット。
11. 前記可動部は、エンドエフェクターと前記制御基板とを接続し、前記配管に挿通されている第４配線を備える請求項１０に記載のロボット。

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