JP2020163548A - 水平多関節ロボットおよびロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができる水平多関節ロボットおよびロボットシステムを提供すること。【解決手段】基台と、前記基台に接続され、第１軸回りに回動する第１アームと、前記第１アームに接続され、前記第１軸と平行な第２軸回りに回動する第２アームと、前記第２アームに接続され、前記第１軸と平行な第３軸回りに回動し、かつ、前記第３軸に沿って移動する第３アームと、前記第２アームに設けられ、前記第３アームを駆動するモーターと、前記モーターと前記第２アームとの間に設けられ、前記モーターの駆動による反力を検出する力検出部と、を備えることを特徴とする水平多関節ロボット。【選択図】図４

Description

本発明は、水平多関節ロボットおよびロボットシステムに関するものである。

近年、工場では人件費の高騰や人材不足により、各種ロボットやそのロボット周辺機器によって、人手で行われてきた作業の自動化が加速している。その各種ロボットの中で単純な搬送工程やねじ締め工程では、例えば特許文献１に示すような水平多関節ロボット、すなわち、スカラロボットが広く用いられている。

特許文献１に記載されているスカラロボットは、第１軸回りに回転する第１アームと、第２軸回りに回転する第２アームと、第３軸回りに回転し、かつ、第３軸方向に移動するシャフトを有している。また、シャフトの駆動に関してボールねじスプラインを用いて上述した２方向の動作を実現することができる。また、第３アームの先端には、力覚センサーおよびエンドエフェクター（ハンド）が設置されている。力覚センサーが検出した力に基づいて、ロボットの駆動を制御し、各種作業を行っている。

特開平４−２５６５９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているスカラロボットでは、シャフトの先端に力覚センサーが設けられている分、シャフトの実際に動作する部分、すなわち、第２アームがシャフトを支持している部分からエンドエフェクターまでの長さが長くなってしまい、大型化を招く。

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。

本適用例の水平多関節ロボットは、基台と、
前記基台に接続され、第１軸回りに回動する第１アームと、
前記第１アームに接続され、前記第１軸と平行な第２軸回りに回動する第２アームと、
前記第２アームに接続され、前記第１軸と平行な第３軸回りに回動し、かつ、前記第３軸に沿って移動する第３アームと、
前記第２アームに設けられ、前記第３アームを駆動するモーターと、
前記モーターと前記第２アームとの間に設けられ、前記モーターの駆動による反力を検出する力検出部と、を備えることを特徴とする。

本適用例のロボットシステムは、本発明の水平多関節ロボットと、
前記力検出部によって検出された前記反力に基づいて、前記第３アームの駆動を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明の水平多関節ロボットおよびロボットシステムの実施形態を示す側面図である。 図１に示すロボットシステムのブロック図である。 図１に示す水平多関節ロボットの第２アームの内部を示す側面図である。 図３中に示す第２アームの内部の一部拡大図である。 図４中Ａ−Ａ線断面図である。 図４中破線で示す領域の拡大断面図である。

以下、本発明の水平多関節ロボットおよび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。

＜実施形態＞
図１は、本発明の水平多関節ロボットおよびロボットシステムの実施形態を示す側面図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、図１に示す水平多関節ロボットの第２アームの内部を示す側面図である。図４は、図３中に示す第２アームの内部の一部拡大図である。図５は、図４中Ａ−Ａ線断面図である。図６は、図４中破線で示す領域の拡大断面図である。

また、図１、図３、図４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）」と言い、＋ｘ軸方向に平行な方向を「＋ｘ軸方向」とも言い、−ｘ軸方向に平行な方向を「−ｘ軸方向」とも言い、＋ｙ軸方向に平行な方向を「＋ｙ軸方向」とも言い、−ｙ軸方向に平行な方向を「−ｙ軸方向」とも言い、＋ｚ軸方向に平行な方向を「＋ｚ軸方向」とも言い、−ｚ軸方向に平行な方向を「−ｚ軸方向」とも言う。また、ｚ軸回りの方向およびｚ軸に平行な軸回りの方向を「ｕ軸方向」とも言う。

また、以下では、説明の便宜上、図１中の＋ｚ軸方向、すなわち、上側を「上」、−ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」とも言う。また、ロボットアーム２０については、図１中の基台２１側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター７側を「先端」と言う。また、図１中のｚ軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、ｘ軸方向およびｙ軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。

図１および図２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ワーク（対象物）の保持、搬送、組立ておよび検査等の作業で用いられる装置である。ロボットシステム１００は、制御装置１と、ロボット２と、エンドエフェクター７と、表示装置４１と、入力装置４２とを備えている。

また、図示の構成では、制御装置１は、ロボット２の外側に配置されているが、これに限定されず、ロボット２に内蔵されていてもよい。

また、図示の構成では、ロボット２と制御装置１とは、ケーブル２００で電気的に接続（以下、単に「接続」とも言う）されているが、これに限定されずケーブル２００を省略し、無線方式で通信を行うようになっていてもよい。すなわち、ロボット２と制御装置１とは、有線通信で接続されていてもよく、また、無線通信で接続されていてもよい。

ロボット２は、水平多関節ロボット、すなわち、スカラロボットである。
図１に示すように、ロボット２は、基台２１と、第１アーム２２と、第２アーム２３と、作業ヘッドである第３アーム２４と、力検出部５と、を備えている。第１アーム２２、第２アーム２３および第３アーム２４等によりロボットアーム２０が構成される。

また、ロボット２は、第１アーム２２を基台２１に対して回転させる駆動ユニット２５と、第２アーム２３を第１アーム２２に対して回転させる駆動ユニット２６と、第３アーム２４のシャフト２４１を第２アーム２３に対して回転させるｕ駆動ユニット２７と、シャフト２４１を第２アーム２３に対してｚ軸方向に移動させるｚ駆動ユニット２８と、角速度センサー２９とを備えている。

図１および図２に示すように、駆動ユニット２５は、第１アーム２２の筐体２２０内に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２５１と、モーター２５１の駆動力を減速する減速機２５２と、モーター２５１または減速機２５２の回転軸の回転角度を検出する位置センサー２５３とを有している。

駆動ユニット２６は、第２アーム２３の筐体２３０に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２６１と、モーター２６１の駆動力を減速する減速機２６２と、モーター２６１または減速機２６２の回転軸の回転角度を検出する位置センサー２６３とを有している。

ｕ駆動ユニット２７は、第２アーム２３の筐体２３０に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２７１と、モーター２７１の駆動力を減速する減速機２７２と、モーター２７１または減速機２７２の回転軸の回転角度を検出する位置センサー２７３とを有している。

ｚ駆動ユニット２８は、第２アーム２３の筐体２３０に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２８１と、モーター２８１の駆動力を減速する減速機２８２と、モーター２８１または減速機２８２の回転軸の回転角度を検出する位置センサー２８３とを有している。

モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１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。

また、減速機２５２、減速機２６２、減速機２７２および減速機２８２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、位置センサー２５３、位置センサー２６３、位置センサー２７３および位置センサー２８３は、例えば、角度センサーとすることができる。

駆動ユニット２５、駆動ユニット２６、ｕ駆動ユニット２７およびｚ駆動ユニット２８は、それぞれ、対応する図示しないモータードライバーに接続されており、モータードライバーを介して制御装置１のロボット制御部１１により制御される。なお、各減速機は省略されていてもよい。

また、角速度センサー２９は、第２アーム２３に内蔵されている。このため、第２アーム２３の角速度を検出することができる。この検出した角速度の情報に基づいて、制御装置１は、ロボット２の制御を行う。また、角速度センサー２９は、駆動ユニット２６〜２８よりも−ｙ軸側、すなわち、基台２１の遠位側に設置されている。

基台２１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台２１の上端部には第１アーム２２が連結されている。第１アーム２２は、基台２１に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｏ１回りに回転可能となっている。第１アーム２２を回転させる駆動ユニット２５が駆動すると、第１アーム２２が基台２１に対して第１軸Ｏ１回りに水平面内で回転する。また、位置センサー２５３により、基台２１に対する第１アーム２２の回転量が検出できるようになっている。

また、第１アーム２２の先端部には、第２アーム２３が連結されている。第２アーム２３は、第１アーム２２に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｏ２回りに回転可能となっている。第１軸Ｏ１の軸方向と第２軸Ｏ２の軸方向とは同一である。すなわち、第２軸Ｏ２は、第１軸Ｏ１と平行である。第２アーム２３を回転させる駆動ユニット２６が駆動すると、第２アーム２３が第１アーム２２に対して第２軸Ｏ２回りに水平面内で回転する。また、位置センサー２６３により、第１アーム２２に対する第２アーム２３の駆動、具体的には、回転量が検出できるようになっている。

また、第２アーム２３は、底板２３１、天板２３２およびこれらを連結している側壁２３３を有する筐体２３０を有している。この筐体２３０の内部、すなわち、底板２３１上には、駆動ユニット２６、ｕ駆動ユニット２７、ｚ駆動ユニット２８および角速度センサー２９が＋ｙ軸側からこの順で並んでいる。

また、筐体２３０は、天板２３２と側壁２３３との間に位置する傾斜部２３４を有している。この傾斜部２３４は、天板２３２の−ｙ軸側に設けられている。また、この傾斜部２３４は、ｚ軸に対して傾斜して設けられている。

また、図３および図４に示すように、第２アーム２３の先端部には、第３アーム２４が設置されている。第３アーム２４は、シャフト２４１と、シャフト２４１を回転可能に支持する回転支持部材２４２とを有する。

シャフト２４１は、第２アーム２３に対して、鉛直方向に沿う第３軸Ｏ３回りに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。このシャフト２４１は、ロボットアーム２０の第３アームであり、ロボットアーム２０の最も先端のアームである。

また、シャフト２４１の長手方向の途中には、ボールねじナット２４３と、スプラインナット２４４とが設置されており、シャフト２４１は、これらによって支持されている。これらボールねじナット２４３およびスプラインナット２４４は、この順で＋ｚ軸側から離間して配置されている。

ボールねじナット２４３は、内輪２４３Ａと、内輪２４３Ａの外周側に同心的に配置された外輪２４３Ｂとを有する。これら内輪２４３Ａおよび外輪２４３Ｂの間には、図示しない複数のボールが配置されており、ボールの移動とともに内輪２４３Ａおよび外輪２４３Ｂは、互いに相対的に回転する。

また、内輪２４３Ａは、外輪２４３Ｂから露出した部分を有し、この露出した部分に後述するベルト２８４が掛け回されている。また、内輪２４３Ａは、その内部にシャフト２４１を挿通し、後述するように、シャフト２４１をｚ軸方向に沿って移動可能に支持している。

スプラインナット２４４は、内輪２４４Ａと、内輪２４４Ａの外周側に同心的に配置された外輪２４４Ｂとを有する。これら内輪２４４Ａおよび外輪２４４Ｂの間には、図示しない複数のボールが配置されており、ボールの移動とともに内輪２４４Ａおよび外輪２４４Ｂは、互いに相対的に回転する。

また、内輪２４４Ａは、外輪２４４Ｂから露出した部分を有し、この露出した部分に後述するベルト２７４が掛け回されている。また、内輪２４４Ａは、その内部にシャフト２４１を挿通し、シャフト２４１をｚ軸回り、すなわち、ｕ軸方向に回転可能に支持している。

また、スプラインナット２４４の−ｚ軸側には、回転支持部材２４２が設置されている。この回転支持部材２４２は、外筒２４５と、外筒２４５の内側に設けられた回転体２４６と、を有する。外筒２４５は、第２アーム２３の筐体２３０内の底板２３１に固定されている。一方、回転体２４６は、シャフト２４１には固定されているが、シャフト２４１とともにｚ軸回りに回転可能に外筒２４５に支持されている。

シャフト２４１を回転させるｕ駆動ユニット２７が駆動すると、シャフト２４１は、ｚ軸回りに正逆回転、すなわち、回転する。また、位置センサー２７３により、第２アーム２３に対するシャフト２４１の回転量が検出できるようになっている。

また、シャフト２４１をｚ軸方向に移動させるｚ駆動ユニット２８が駆動すると、シャフト２４１は、上下方向、すなわち、ｚ軸方向に移動する。また、位置センサー２８３により、第２アーム２３に対するシャフト２４１のｚ軸方向の移動量が検出できるようになっている。

また、シャフト２４１の先端部には、各種のエンドエフェクターが着脱可能に連結される。エンドエフェクターとしては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの、検査に使用するもの等が挙げられる。本実施形態では、エンドエフェクター７が着脱可能に連結される。エンドエフェクター７については、後に詳述する。

なお、エンドエフェクター７は、本実施形態では、ロボット２の構成要素になっていないが、エンドエフェクター７の一部または全部がロボット２の構成要素になっていてもよい。また、エンドエフェクター７は、本実施形態では、ロボットアーム２０の構成要素になっていないが、エンドエフェクター７の一部または全部がロボットアーム２０の構成要素になっていてもよい。

図１に示すように、エンドエフェクター７は、シャフト２４１に取り付けられた取り付け部７１と、取り付け部７１に設けられたモーター７２と、モーター７２の回転軸に、着脱可能に同心的に取り付けられたねじ用限界ゲージ３とを有している。このエンドエフェクター７は、シャフト２４１の先端部に着脱可能に連結される。また、シャフト２４１の中心軸、すなわち、第３軸Ｏ３と、モーター７２の回転軸と、ねじ用限界ゲージ３の中心軸とは、一致している。すなわち、第３軸Ｏ３の軸方向から見て、第３軸Ｏ３と、モーター７２と、ねじ用限界ゲージ３とは重なっている。

また、ねじ用限界ゲージ３は、ねじゲージの１例であり、柱状の把持部３１と、把持部３１の一端部に設けられ、雄ねじが形成された通り側ゲージ３２と、把持部３１の他端部に設けられ、雄ねじが形成された止まり側ゲージ３３とを有している。このねじ用限界ゲージ３は、通り側ゲージ３２を使用する場合は、止まり側ゲージ３３が設けられた把持部３１の端部をモーター７２の回転軸に取り付け、通り側ゲージ３２を先端側に配置する。また、止まり側ゲージ３３を使用する場合は、通り側ゲージ３２が設けられた把持部３１の端部をモーター７２の回転軸に取り付け、止まり側ゲージ３３を先端側に配置する。

また、モーター７２としては、特に限定されないが、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、ステッピングモーター等が用いられる。

また、エンドエフェクター７は、モーター７２の回転軸の回転角度を検出する図示しない角度センサーを有しており、その位置センサーにより、モーター７２の回転軸の回転角度が検出できるようになっている。

このエンドエフェクター７では、モーター７２の回転軸とねじ用限界ゲージ３との間に歯車やベルト等の動力伝達機構が介在している場合に比べて、バックラッシュによる回転精度の低下を抑制することができる。

なお、ねじ用限界ゲージ３は、このような構成のものに限定されず、例えば、通り側ゲージのみを有するねじ用限界ゲージと、止まり側ゲージのみを有するねじ用限界ゲージとを付け替えて使用する構成のものであってもよい。

また、本実施形態では、エンドエフェクター７は、ロボットアーム２０に対して着脱可能であるが、これに限定されず、例えば、エンドエフェクター７は、ロボットアーム２０から離脱不能になっていてもよい。

また、力検出部５は、モーター２７１の駆動による反力を検出するものであり、その検出が制御装置１に送信される。

また、力検出部５は、後述するように、第２アーム２３、すなわち、ベース部２３０Ａと、モーター２７１との間に設けられている。これにより、モーター２７１の駆動により生じる反力が力検出部５に伝達される。よって、この反力を検出することができる。

図２に示すように、制御装置１は、ロボット制御部１１と、モーター制御部１２（エンドエフェクター制御部）と、表示制御部１３と、記憶部１４と、受付部１５と、判定部１６とを備えており、ロボット２、エンドエフェクター７のモーター７２および表示装置４１等、ロボットシステム１００の各部の駆動をそれぞれ制御する。

また、制御装置１は、ロボット制御部１１と、モーター制御部１２と、表示制御部１３と、記憶部１４と、受付部１５と、判定部１６との間で、それぞれ、通信可能に構成されている。すなわち、ロボット制御部１１と、モーター制御部１２と、表示制御部１３と、記憶部１４と、受付部１５と、判定部１６とは、互いに、有線または無線通信で接続されている。

また、制御装置１には、ロボット２と、表示装置４１と、入力装置４２と、エンドエフェクター７とが、それぞれ、有線または無線通信で接続されている。

ロボット制御部１１は、ロボット２の駆動、すなわち、ロボットアーム２０等の駆動を制御する。ロボット制御部１１は、ＯＳ等のプログラムがインストールされたコンピューターである。このロボット制御部１１は、例えば、プロセッサとしてのＣＰＵと、ＲＡＭと、プログラムが記憶されたＲＯＭとを有する。また、ロボット制御部１１の機能は、例えば、ＣＰＵにより各種プログラムを実行することにより実現することができる。

また、ロボット制御部１１は、力検出部５と電気的に接続されており、力検出部５から受け取った電気信号を、第３アーム２４に加わった外力とみなし、力に変換する。すなわち、力検出部５によって検出されたモーター２７１の駆動の反力の変化量から、第３アーム２４に加わった外力に換算する。そしてこの算出された外力に基づいて、第３アーム２４をｕ軸方向に駆動するｕ駆動ユニット２７のモーター２７１への指令値を制御するとともに、第３アーム２４をｚ軸方向に駆動するｚ駆動ユニット２８のモーター２８１への指令値を制御する。これにより、加わった外力に応じて、第３アーム２４をｕ軸方向およびｚ軸方向に移動させることができる。よって、例えば、ネジ締め作業を力制御により行うことができたり、第３アーム２４に閾値を超える外力が加わると、エンドエフェクター７を＋ｚ軸方向に退避したりすることができる。また、外力が加わっていなくても、モーター２７１を回転させる際の最初の加速時、定常運転時、減速時のそれぞれの制御に用いることもできる。

このように、ロボットシステム１００では、力検出部５によって検出された反力に基づいて、第３アーム２４に加わる第３軸方向Ｏ３の力を制御する。

モーター制御部１２は、モーター７２の駆動を制御する。モーター制御部１２は、ＯＳ等のプログラムがインストールされたコンピューターである。このモーター制御部１２は、例えば、プロセッサとしてのＣＰＵと、ＲＡＭと、プログラムが記憶されたＲＯＭとを有する。また、モーター制御部１２の機能は、例えば、ＣＰＵにより各種プログラムを実行することにより実現することができる。

表示制御部１３は、表示装置４１にウィンドウ等の各種の画面や文字等を表示させる機能を有している。すなわち、表示制御部１３は、表示装置４１の駆動を制御する。この表示制御部１３の機能は、例えばＧＰＵ等により実現することができる。

記憶部１４は、各種の情報（データやプログラム等を含む）を記憶する機能を有する。この記憶部１４は、制御プログラム等を記憶する。記憶部１４の機能は、ＲＯＭ等のいわゆる外部記憶装置（図示せず）によって実現することができる。

受付部１５は、入力装置４２からの入力を受け付ける機能を有している。この受付部１５の機能は、例えばインターフェース回路によって実現することができる。なお、例えばタッチパネルを用いる場合には、受付部１５は、ユーザーの指のタッチパネルへの接触等を検知する入力検知部としての機能を有する。

表示装置４１は、例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ等で構成された図示しないモニターを備えており、例えば、ウィンドウ等の各種の画面等を含む各種の画像や文字等を表示する機能を有する。

入力装置４２は、例えば、マウスやキーボード等で構成されている。したがって、ユーザーは、入力装置４２を操作することで、制御装置１に対して各種の処理等の指示を行うことができる。

具体的には、ユーザーは、表示装置４１に表示されるウィンドウ等の各種画面に対して入力装置４２のマウスでクリックする操作や、入力装置４２のキーボードで文字や数字等を入力する操作により、制御装置１に対する指示を行うことができる。

なお、本実施形態では、表示装置４１および入力装置４２の代わりに、表示装置４１および入力装置４２を兼ね備えた表示入力装置を設けてもよい。表示入力装置としては、例えば静電式タッチパネルや感圧式タッチパネル等のタッチパネルを用いることができる。また、入力装置４２は、音声等の音を認識する構成であってもよい。

次に、第２アーム２３の内部について説明する。
ロボット２では、図３に示すように、第２アーム２３の筐体２３０内に、第３アーム２４をｚ軸回りに回転させるｕ駆動ユニット２７と、第３アーム２４をｚ軸方向に移動させるｚ駆動ユニット２８と、ベルト２７４と、ベルト２８４と、が設けられている。

また、第２アーム２３の筐体２３０は、ベース部２３０Ａの＋ｚ軸側を覆うカバー部材２３０Ｂと、を有している。ベース部２３０Ａは、剛体であり、例えば、金属材料、各種硬質樹脂材料等で構成されている。なお、ベース部２３０Ａが第２アーム２３０を構成するため、以下では、第２アーム２３０をベース部２３０Ａとも言う。

図３に示すように、ｕ駆動ユニット２７は、前述したモーター２７１、減速機２７２および位置センサー２７３に加え、プーリー２７５を有する。これらは、プーリー２７５、減速機２７２およびモーター２７１の順で＋ｚ軸側から配置され、ベース部２３０Ａに固定されている。プーリー２７５は、減速機２７２のコアに固定されており、モーター２７１の回転力が減速機２７２で減速されて、プーリー２７５に伝達される。

また、プーリー２７５は、ベルト２７４によってシャフト２４１に設けられたスプラインナット２４４の内輪２４４Ａと連結されている。ベルト２７４は、プーリー２７５および内輪２４４Ａに掛け回された無端ベルトであり、その内側、すなわち、プーリー２７５および内輪２４４Ａ側に図示しない歯を有する。ベルト２７４の歯が、プーリー２７５および内輪２４４Ａの露出した部分の図示しない歯とそれぞれ噛合している。

このようなｕ駆動ユニット２７では、モーター２７１の回転力が減速機２７２およびプーリー２７５を介してベルト２７４に伝達され、ベルト２７４が回転する。このベルト２７４の回転により、その回転力がスプラインナット２４４を介してシャフト２４１に伝達される。この回転力が内輪２４４Ａの内周部およびシャフト２４１のスプライン溝を介してシャフト２４１に伝達され、シャフト２４１がｕ軸方向に移動する、すなわち、回転することができる。

このように、第３アーム２４は、シャフト２４１と、シャフト２４１に設けられたスプラインナット２４４と、を有している。また、ロボット２は、モーター２７１と、スプラインナット２４４とを連結するベルト２７４をさらに有する。これにより、シャフト２４１に加わった外力が、ベルト２７４、スプラインナット２４４およびモーター２７１を介して力検出部５に伝達される。よって、力検出部５がシャフト２４１に加わった外力を検出することができる。

図３に示すように、ｚ駆動ユニット２８は、前述したモーター２８１、減速機２８２および位置センサー２８３に加え、プーリー２８５を有する。これらは、モーター２８１、プーリー２８５および減速機２８２の順で＋ｚ軸側から配置されている。プーリー２８５は、減速機２８２のコアに固定されており、モーター２８１の回転力が減速機２８２で減速されて、プーリー２８５に伝達される。また、減速機２８２は、図示しないスペーサーを介してベース部２３０Ａに固定されている。

また、プーリー２８５は、ベルト２８４によってシャフト２４１に設けられたボールねじナット２４３の内輪２４３Ａの露出した部分と連結されている。ベルト２８４は、プーリー２８５および内輪２４３Ａに掛け回された無端ベルトであり、その内側、すなわち、プーリー２８５および内輪２４３Ａ側に図示しない歯を有する。ベルト２８４の歯が、プーリー２８５および内輪２４３Ａの図示しない歯とそれぞれ噛合している。

このようなｚ駆動ユニット２８では、モーター２８１の回転力が減速機２８２およびプーリー２８５を介してベルト２８４に伝達され、ベルト２８４が回転する。このベルト２８４の回転により、その回転力がボールねじナット２４３の内輪２４３Ａを介してシャフト２４１に伝達される。この回転力が内輪２４３Ａの内周部およびシャフト２４１のボールねじ溝によって方向が変換され、シャフト２４１がｚ軸方向に移動する、すなわち、上下動することができる。

次に、力検出部５について説明する。
図３および図４に示すように、力検出部５は、前述したように第３アーム２４に加わる力を検出するセンサーである。本実施形態では、ボールねじナット２４３と、ベース部２３０Ａとの間に設けられており、これらに固定され、挟持されている。また、図６に示すように、力検出部５は、第１プレート５１と、第２プレート５２と、第１プレート５１と第２プレート５２との間に配置された筒状部５３と、複数、本実施形態では、２つの素子５４とを有する。また、２つの素子５４は、第１プレート５１と、第２プレート５２との間で挟持されている。

このように力検出部５は、第１プレート５１と、第２プレート５２と、第１プレート５１と第２プレート５２とに挟持されている複数、本実施形態では、２つの素子５４とを有する。これにより、後述するように、素子５４は、モーター２７１の回転により生じる反力を検出することができる。

第１プレート５１は、円板状をなし、その＋ｚ軸側の面がモーター２７１の筐体に固定されている。図示の構成では、第１プレート５１およびモーター２７１は、ねじ、ビス等の固定部材８を介して固定されている。第２プレート５２は、円板状をなし、その−ｚ軸側の面がベース部２３０Ａの＋ｚ軸側の面に固定されている。図示の構成では、第２プレート５２およびベース部２３０Ａは、ねじ、ビス等の固定部材９を介して固定されている。

筒状部５３は、本実施形態では、円筒状をなし、素子５４を保護する機能を有する。
図５に示すように、各素子５４は、モーター２７１の出力軸Ｏ４を介して対向配置されている。すなわち、第３軸Ｏ３の軸方向から見て、モーター２７１の出力軸Ｏ４は、複数の素子５４の間にある。これにより、各素子５４に加わる力が可及的に均一になり、正確に力を検出することができる。

なお、素子５４の個数は、図示のような２つに限定されず、例えば、３つ以上であってもよいが、素子５４の数は、４つであるのが好ましい。この場合、各素子５４は、出力軸Ｏ４の周方向に沿って等間隔で設けられている、すなわち、出力軸Ｏ４を介して配置されている対が２対になるように配置されるのが好ましい。

各素子５４は、例えば、水晶等の圧電体で構成され、外力を受けると電荷を出力するものを用いることができる。また、制御装置１は、この電荷量に応じて受けた外力に変換することができる。また、このような圧電体であると、設置する向きに応じて、外力を受けた際に電荷を発生させることができる向きを調整可能である。本実施形態では、各素子５４は、図５に示すように、鉛直方向の成分の力Ｆｚと、ｚ軸回り、すなわち、ｕ軸方向の力Ｆｕとを検出することができる。

このような力検出部５は、前述したように、第１プレート５１がモーター２７１に固定され、第２プレート５２がベース部２３０Ａに固定されている。このような構成により、ｕ駆動ユニット２７のモーター２７１が駆動し、内部の図示しないローターが回転すると、その反力がモーター２７１の筐体を介して力検出部５に伝達される。そして、この伝達された力を力検出部５が検出し、反力の情報を電気信号に変換して図２に示す制御装置１のロボット制御部１１に送信することにより、後述するような制御が行われる。よって、力検出部５の検出結果に基づいて、第３アーム２４を駆動することができる。

特に、従来では、第３アーム２４に相当するアームの先端に力検出部を設置していた。しかしながら、このような構成では、アームの実質的な可動部分、すなわち、アームの付け根からエンドエフェクターまでの長さが長くなってしまう。これに対し、本発明では、第２アーム２３とモーター２７１との間に力検出部５を設置し、モーター２７１の駆動による反力を検出する構成となっている。すなわち、力検出部５を第２アーム２３に内蔵し、第３アーム２４に力検出部５が設置されるのを省略した構成となっている。これにより。第３アーム２４の実質的な可動部分を短くすることができる。よって、例えば、第３アーム２４を最大限まで−ｚ軸側に移動させたときのエンドエフェクター７の先端が、従来よりも−ｚ軸側に位置することとなり、小型化を実現することができる。さらに、従来に比べ、第３アーム２４の可搬重量をより十分に確保することができる。

また、力検出部５は、第２軸Ｏ２と第３軸Ｏ３との間に設置されている。すなわち、力検出部５は、第３軸Ｏ３から第２軸Ｏ２側に偏在している。これにより、力検出部５が第３アーム２４に設けられている構成と比べ、第２アーム２３の先端側の重量を軽くすることができる。よって、第２アーム２３を駆動する際の慣性モーメントを小さくすることができ、第２アーム２３を駆動する際の駆動力を比較的小さくすることができるとともに、第２アーム２３を駆動するモーター２６１の負荷を軽減することができる。

また、図３に示すように、第２軸Ｏ２から出力軸Ｏ４までの距離Ｌ２は、第３軸Ｏ３から出力軸Ｏ４までの距離Ｌ１よりも小さいのが好ましい。これにより、前述した第２アーム２３を駆動するモーター２６１の負荷を軽減することができるという効果をより一層顕著に得ることができる。

以上説明したように、ロボット２は、基台２１と、基台２１に接続され、第１軸Ｏ１回りに回動する第１アーム２２と、第１アーム２２に接続され、第１軸Ｏ１と平行な第２軸Ｏ２回りに回動する第２アーム２３と、第２アーム２３に接続され、第１軸Ｏ１と平行な第３軸Ｏ３回りに回動し、かつ、第３軸Ｏ３に沿って移動する第３アーム２４と、第２アーム２３に設けられ、第３アーム２４を駆動するモーター２７１と、モーター２７１と第２アーム２３との間に設けられ、モーター２７１の駆動による反力を検出する力検出部５と、を備える。これにより、力検出部５を第２アーム２３に内蔵し、第３アーム２４に力検出部５が設置されるのを省略した構成とすることができる。よって、第３アーム２４の実質的な可動部分を短くすることができ、小型化を実現することができる。

また、ロボットシステム１００は、前述したように、ロボット２と、力検出部５によって検出された、モーター２７１の駆動による反力に基づいて、第３アーム２４の駆動を制御する制御部としての制御装置１と、を備える。これにより、前述したロボット２の利点を享受しつつ、加わった外力に応じて、第３アーム２４の動作を制御することができる。例えば、モーター２７１を回転させる際の最初の加速時、定常運転時、減速時のそれぞれの制御を行うことができる。また、力検出部５によって検出されたモーター２７１の駆動の反力の変化量から、第３アーム２４に加わった外力（特に、ｚ軸方向の外力）に換算し、この外力に応じて、第３アーム２４をｕ軸方向およびｚ軸方向に移動させたり、エンドエフェクター７の力制御に用いることもできる。

以上、本発明の水平多関節ロボットおよびロボットシステム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、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、前記実施形態では、ロボットアームの回転軸の数は、３つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの回転軸の数は、例えば、２つ、または、４つ以上でもよい。すなわち、前記実施形態では、アームの数は、３つであるが、本発明では、これに限定されず、アームの数は、例えば、２つ、または、４つ以上でもよい。

また、前記実施形態では、モーター２７１と力検出部５とが固定されている構成であったが、本発明ではこれに限定されず、例えば、モーター２７１と力検出部５との間に例えば減速機等が介在していてもよい。

また、前記実施形態では、モーター２７１とベース部２３０Ａとの間に力検出部５が設けられている構成であったが、本発明ではこれに限定されず、例えば、モーター２８１とベース部２３０Ａとの間に設けられていてもよい。この場合であっても、本発明の効果が得られる。また、モーター２７１とベース部２３０Ａとの間、モーター２８１とベース部２３０Ａとの間の双方に設けられていてもよい。

１００…ロボットシステム、１…制御装置、２…ロボット、２０…ロボットアーム、２１…基台、２２…第１アーム、２３…第２アーム、２４…第３アーム、２５…駆動ユニット、２６…駆動ユニット、２７…ｕ駆動ユニット、２８…ｚ駆動ユニット、２９…角速度センサー、３…ねじ用限界ゲージ、３１…把持部、３２…通り側ゲージ、３３…止まり側ゲージ、５…力検出部、５１…第１プレート、５２…第２プレート、５３…筒状部、５４…素子、７…エンドエフェクター、８…固定部材、９…固定部材、１１…ロボット制御部、１２…モーター制御部、１３…表示制御部、１４…記憶部、１５…受付部、１６…判定部、４１…表示装置、４２…入力装置、７１…取り付け部、７２…モーター、２００…ケーブル、２２０…筐体、２３０…筐体、２３０Ａ…ベース部、２３０Ｂ…カバー部材、２３０Ｃ…凹部、２３１…底板、２３２…天板、２３３…側壁、２３４…傾斜部、２４１…シャフト、２４２…回転支持部材、２４３…ボールねじナット、２４３Ａ…内輪、２４３Ｂ…外輪、２４４…スプラインナット、２４４Ａ…内輪、２４４Ｂ…外輪、２４５…外筒、２４６…回転体、２５１…モーター、２５２…減速機、２５３…位置センサー、２６１…モーター、２６２…減速機、２６３…位置センサー、２７１…モーター、２７２…減速機、２７３…位置センサー、２７４…ベルト、２７５…プーリー、２８１…モーター、２８２…減速機、２８３…位置センサー、２８４…ベルト、２８５…プーリー、Ｆｕ…力、Ｆｚ…力、Ｏ１…第１軸、Ｏ２…第２軸、Ｏ３…第３軸、Ｏ４…出力軸

Claims (5)

1. 基台と、
   前記基台に接続され、第１軸回りに回動する第１アームと、
   前記第１アームに接続され、前記第１軸と平行な第２軸回りに回動する第２アームと、
   前記第２アームに接続され、前記第１軸と平行な第３軸回りに回動し、かつ、前記第３軸に沿って移動する第３アームと、
   前記第２アームに設けられ、前記第３アームを駆動するモーターと、
   前記モーターと前記第２アームとの間に設けられ、前記モーターの駆動による反力を検出する力検出部と、を備えることを特徴とする水平多関節ロボット。
2. 前記力検出部は、第１プレートと、第２プレートと、前記第１プレートと前記第２プレートとに挟持されている複数の素子と、を有し、
   前記第１プレートは、前記モーターに固定され、
   前記第２プレートは、前記第２アームに固定されている請求項１に記載の水平多関節ロボット。
3. 前記第３軸の軸方向から見て、前記モーターの出力軸は、前記複数の素子の間にある請求項２に記載の水平多関節ロボット。
4. 前記力検出部は、前記第２軸と前記第３軸との間に設置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の水平多関節ロボット。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水平多関節ロボットと、
   前記力検出部によって検出された前記反力に基づいて、前記第３アームの駆動を制御する制御部と、を備えることを特徴とするロボットシステム。

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