JP2021020289A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】近接センサーの感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】第１アームと、前記第１アームに対して変位する第２アームと、前記第２アームに設けられている静電容量型の第１近接センサーと、前記第２アームに設けられている静電容量型の第２近接センサーと、を備え、前記第１アームから前記第１近接センサーまでの距離は、前記第１アームから前記第２近接センサーまでの距離と異なることを特徴とするロボット。【選択図】図６

Description

本発明は、ロボットに関するものである。

特許文献１には、３本のアームを備える垂直多関節ロボットが開示されている。このロボットの各アームには、外周面に静電容量型近接スイッチを有する非接触センサー装置が巻き付けられている。そして、各非接触センサー装置によるセンサー検出範囲に人が侵入すると、リード線を介して検出信号がコントロールボックスに入力されるようになっている。検出信号を受けたコントロールボックスでは、ロボットの各アームが緊急停止または減速運転するようになっている。

また、各非接触センサー装置では、感度調節ボリュームを備えている。感度調節ボリュームで感度を低く設定することにより、センサー検出範囲を狭く設定したり、反対に、感度を高く設定したりすることもできる。

特開２０１８−１４９６７３号公報

ここで、特許文献１に記載のロボットの３本のアームを、第１アーム、第２アームおよび第３アームとする。第１アームと第２アームとの間、および、第２アームと第３アームとの間は、それぞれ一方のアームに対して他方のアームを回動可能に接続する関節部を介している。このため、例えば、第２アームに設けられた非接触センサー装置に対して第１アームまたは第３アームが接近するように回動した場合、非接触センサー装置と第１アームまたは第３アームとの間で静電容量が大きくなり、その結果、センサー検出範囲に何らかの物体や人が接近したと誤検出されてしまうことが考えられる。このような誤検出を避けるためには、非接触センサー装置の感度を下げる対策が考えられる。しかしながら、感度を下げると、物体や人の接近を検出しにくくなるという問題がある。

本発明の適用例に係るロボットは、
第１アームと、
前記第１アームに対して変位する第２アームと、
前記第２アームに設けられている静電容量型の第１近接センサーと、
前記第２アームに設けられている静電容量型の第２近接センサーと、
を備え、
前記第１アームから前記第１近接センサーまでの距離は、前記第１アームから前記第２近接センサーまでの距離と異なる。

実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 図１に示すロボットおよび制御装置のシステム構成図である。 図１に示すロボットの正面図である。 図１に示すロボットの第１アーム、第２アームおよび第３アームが重なっていない姿勢の概略側面図である。 図１に示す近接センサーの部分断面図である。 図３に示すロボットアームの部分拡大図である。 図６の近接センサーならびに図２の第１センサー回路および第２センサー回路を示すブロック図である。 従来のロボットにおける近接センサーの配置例、センサー回路の配置例および配線例を示す図である。 図６の近接センサーの配置ならびに図２の第１センサー回路および第２センサー回路の配置を示す正面図である。 第１変形例に係るロボットの第２アームに配置された近接センサーを示す部分拡大図である。 第２変形例に係るロボットの第２アームに配置された近接センサーを示す部分拡大図である。

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。
１．ロボット
図１は、実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットおよび制御装置のシステム構成図である。図３は、図１に示すロボットの正面図である。図４は、図１に示すロボットの第１アーム、第２アームおよび第３アームが重なっていない姿勢の概略側面図である。

なお、以下では、各図では、上下に鉛直軸が延在しており、各図の上方を鉛直上方とし、各図の下方を鉛直下方とする。また、特に図３では、鉛直軸をＺ軸とし、矢印で示す。また、図３では、鉛直軸に直交する水平面内において直交する２つの軸をＸ軸およびＹ軸とし、それぞれ矢印で示す。なお、各軸を表す矢印の先端側を「プラス側」とし、基端側を「マイナス側」とする。また、以下の説明では、ロボットアーム１０の基台１１０側を「基端側」、ロボットアーム１０の先端側を「先端側」と言う。

図１に示すロボット１００は、ロボット本体１と、ロボット本体１の作動を制御する制御装置８と、を有する。

このロボット１００は、例えば、電子部品および電子機器等の対象物の把持、搬送および組立て等の作業で用いられる。この場合、ロボット本体１は、制御装置８の制御により、対象物の把持、搬送および組立て等の作業を行う。

図１ないし図３に示すロボット本体１は、基台１１０と、ロボットアーム１０と、近接センサー４と、を有する。また、図２に示すように、ロボット本体１は、図１に示すロボットアーム１０を駆動させる動力を発生させる複数の駆動部３１１〜３１６および複数のモータードライバー３２１〜３２６を備えている。また、図３に示すように、ロボットアーム１０の先端部には、エンドエフェクターであるハンド９１が着脱可能に取り付けられている。

１．１ 基台
図１に示す基台１１０は、所定の箇所に取り付けられる部分であり、ロボットアーム１０を支持している。

本実施形態におけるロボット本体１は、いわゆる天吊り型の垂直多関節ロボットである。基台１１０は、ロボット本体１の最も鉛直上方に位置し、ロボット本体１の設置スペース内にある天井１０１の取り付け面１０２に取り付けられている。本実施形態では、基台１１０が第１アーム１１よりも鉛直上方に位置しているため、ロボット本体１において鉛直下方の領域における作業性を高めることができる。

なお、本実施形態では、基台１１０の下部に設けられた板状のフランジ１１１０を取り付け面１０２に固定しているが、取り付け面１０２に固定される部分は、これに限定されず、例えば、基台１１０の上面であってもよい。また、この固定方法は、特に限定されず、例えば、複数本のボルトによる固定方法を採用することができる。また、基台１１０の固定箇所としては、天井１０１に限定されず、例えば、設置スペースの壁、床、地上等であってもよい。

１．２ ロボットアーム
図１に示すロボットアーム１０は、基台１１０に対して回動可能に支持されている。

このロボットアーム１０は、第１アーム１１と、第２アーム１２と、第３アーム１３と、第４アーム１４と、第５アーム１５と、第６アーム１６と、を有する。第１アーム１１は、基台１１０の下端部に接続されている。そして、第１アーム１１、第２アーム１２、第３アーム１３、第４アーム１４、第５アーム１５および第６アーム１６は、基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。これらアーム１１〜１６は、互いに独立して、基台１１０に対して変位可能に支持されている。ロボット本体１は、６つのアーム１１〜１６を有する垂直多関節ロボットであるため、駆動範囲が広く、高い作業性を発揮することができる。

図３に示すように、第１アーム１１は、湾曲または屈曲した形状をなし、その基端部が基台１１０に接続されている。この第１アーム１１は、基台１１０に接続され、水平面に沿って延びる第１部分１１１と、第２アーム１２に接続され、鉛直軸に沿って延びる第２部分１１２と、第１部分１１１と第２部分１１２との間に位置し、水平面および鉛直軸に対して傾斜した方向に延びる第３部分１１３と、を有している。なお、第１部分１１１、第２部分１１２および第３部分１１３は、一体になっている。

第２アーム１２は、長手形状をなし、第１アーム１１の先端部に接続されている。
第３アーム１３は、長手形状をなし、第２アーム１２の第１アーム１１が接続されている端部とは反対の端部に接続されている。

第４アーム１４は、第３アーム１３の第２アーム１２が接続されている端部とは反対の端部に接続されている。第４アーム１４は、互いに対向する１対の支持部１４１、１４２を有している。支持部１４１、１４２は、第５アーム１５との接続に用いられる。なお、第４アーム１４は、この構造に限らず、例えば、支持部が１つであってもよい。

第５アーム１５は、支持部１４１、１４２の間に位置し、支持部１４１、１４２に取り付けられることで第４アーム１４に接続されている。

第６アーム１６は、平面視形状が円形である板状をなし、第５アーム１５の先端部に接続されている。また、第６アーム１６の先端部には、ハンド９１が着脱可能に取り付けられている。なお、本実施形態では、エンドエフェクターとしてハンド９１を例に挙げているが、エンドエフェクターはハンド９１に限定されない。エンドエフェクターとしては、例えば対象物を吸着する吸着機構、対象物に加工等を施す加工機構等であってもよい。

このような各アーム１１〜１６の外装部材は、それぞれ、１つの部材であってもよいし、複数の部材で構成されていてもよい。

基台１１０と第１アーム１１とは、関節１７１を介して連結されている。関節１７１は、第１アーム１１を基台１１０に対して回動可能に支持する。これにより、第１アーム１１は、基台１１０に対して鉛直軸に沿う第１回動軸Ｏ１周りに回動可能となっている。第１アーム１１は、モーター３１１Ｍを有する駆動部３１１により回動する。

第１アーム１１と第２アーム１２とは、関節１７２を介して連結されている。関節１７２は、第２アーム１２を第１アーム１１に対して回動可能に支持する。これにより、第２アーム１２は、第１アーム１１に対して水平面に沿う第２回動軸Ｏ２周りに回動可能となっている。第２アーム１２は、モーター３１２Ｍを有する駆動部３１２により回動する。

第２アーム１２と第３アーム１３とは、関節１７３を介して連結されている。関節１７３は、第３アーム１３を第２アーム１２に対して回動可能に支持する。これにより、第３アーム１３は、第２アーム１２に対して水平面に沿う第３回動軸Ｏ３周りに回動可能となっている。第３アーム１３は、モーター３１３Ｍを有する駆動部３１３により回動する。

第３アーム１３と第４アーム１４とは、関節１７４を介して連結されている。関節１７４は、第４アーム１４を第３アーム１３に対して回動可能に支持する。これにより、第４アーム１４は、第３アーム１３に対して第３回動軸Ｏ３と直交する第４回動軸Ｏ４周りに回動可能となっている。第４アーム１４は、モーター３１４Ｍを有する駆動部３１４により回動する。

第４アーム１４と第５アーム１５とは、関節１７５を介して連結されている。関節１７５は、第５アーム１５を第４アーム１４に対して回動可能に支持する。これにより、第５アーム１５は、第４アーム１４に対して第４回動軸Ｏ４と直交する第５回動軸Ｏ５周りに回動可能となっている。第５アーム１５は、モーター３１５Ｍを有する駆動部３１５により回動する。

第５アーム１５と第６アーム１６とは、関節１７６を介して連結されている。関節１７６は、第６アーム１６を第５アーム１５に対して回動可能に支持する。これにより、第６アーム１６は、第５アーム１５に対して第５回動軸Ｏ５と直交する第６回動軸Ｏ６周りに回動可能となっている。第６アーム１６は、モーター３１６Ｍを有する駆動部３１６により回動する。

上述のとおり、ロボット本体１は、各アーム１１〜１６に対応した数の駆動部３１１〜３１６を有する。また、駆動部３１１〜３１６は、それぞれ、前述した対応するモーター３１１Ｍ〜３１６Ｍと、モーター３１１Ｍ〜３１６Ｍの回転を減速する減速機とを有する。また、モーター３１１Ｍ〜３１６Ｍは、それぞれ、対応するモータードライバー３２１〜３２６と電気的に接続されており、対応するモータードライバー３２１〜３２６を介して制御装置８により制御される。図３に示すモータードライバー３２１〜３２６は、基台１１０に内蔵されている。

なお、各駆動部３１１〜３１６には、図示はしないが、例えば、エンコーダー、ロータリーエンコーダー等の角度センサーが設けられている。これにより、各駆動部３１１〜３１６が有するモーターまたは減速機の回転軸の回転角度を検出することができる。

なお、ロボットアーム１０の構成は、上記に限定されない。例えば、１つのアームは、それに隣り合うアームまたは基台に対して、上記のように回動するのではなく、直動するものであってもよい。本明細書では、回動および直動を合わせて「変位」という。

１．３ 制御装置
図２に示す制御装置８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えるパーソナルコンピューター等で構成されている。

制御装置８は、駆動制御部８１と、センサー制御部８２と、記憶部８３と、を有する。駆動制御部８１は、例えば、各種センサー等から入力された検出結果に基づいて、複数の駆動部３１１〜３１６の駆動条件、例えば、角速度や回転角度等をそれぞれ独立して制御する機能を有する。センサー制御部８２は、近接センサー４の作動を制御する。具体的には、近接センサー４による検出結果に基づいて、近接センサー４に対する物体の接近の有無を判定する。そして、検出結果を、駆動制御部８１に出力する。記憶部８３は、駆動部３１１〜３１６の駆動を制御するプログラムや各種データ等を記録する機能を有する。

制御装置８は、例えば、あらかじめ決定されたプログラムにしたがって、ロボット本体１の各部の作業をシーケンシャルに制御することができる。このため、ロボット本体１の高精度な動作制御を行うことができる。

なお、本実施形態に係る制御装置８は、ロボット本体１とは別体で設けられているが、ロボット本体１にその一部または全部が内蔵されていてもよい。また、ロボット本体１と制御装置８との接続は、有線または無線を問わない。

１．４ 近接センサー
ロボットアーム１０の外表面には、近接センサー４が配置されている。近接センサー４は、接近する物体を検出するセンサーである。図３、４では、近接センサー４が配置されている領域にドットを付している。本実施形態に係る近接センサー４は、第１アーム１１、第２アーム１２および第３アーム１３の外表面の広範囲にわたって配置されている。なお、ドットを付した領域は、一例であり、図示した領域に限定されない。

また、本実施形態に係る近接センサー４は、近接センサー４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄという４つの部分に分かれている。近接センサー４Ａは、第１アーム１１の外表面に配置されており、近接センサー４Ｂ、４Ｃは、それぞれ第２アーム１２の外表面に配置されており、近接センサー４Ｄは、第３アーム１３の外表面に配置されている。

図５は、図１に示す近接センサー４の部分断面図である。図６は、図３に示すロボットアーム１０の部分拡大図である。

図５に示す近接センサー４は、静電容量の変化に基づいて接近する物体の有無を検出する静電容量型のセンサーである。近接センサー４は、駆動電極４１と検出電極４２とを有する。駆動電極４１および検出電極４２は、第２アーム１２の外表面１２２０において、互いに離間して設けられている。これにより、駆動電極４１と検出電極４２との間は絶縁されている。また、駆動電極４１および検出電極４２は、外表面１２２０を平面視したとき、図６に示すように、櫛歯状をなしている。そして、駆動電極４１の櫛歯と検出電極４２の櫛歯とが、互いに離間しつつ噛み合うように配置されている。

駆動電極４１に駆動電圧を印加すると、駆動電極４１と検出電極４２との間に電界が発生する。電界が発生した状態で近接センサー４に物体が接近すると、駆動電極４１と検出電極４２との間に発生している電界が変化する。この電界の変化による静電容量の変化を検出電極４２で検出することにより、物体が接近したか否かを判定することができる。

なお、本実施形態に係る近接センサー４の検出方式は、相互容量方式であるが、自己容量方式であってもよい。相互容量方式の近接センサー４は、自己容量方式のセンサーに比べて、物体の検出精度を高めることができる。

ここで、図６に示す第２アーム１２の外表面１２２０には、前述したように、近接センサー４Ｂと近接センサー４Ｃとが併設されている。これらは、それぞれ前述した駆動電極４１および検出電極４２を有している。近接センサー４Ｂが有する駆動電極４１は、近接センサー４Ｃが有する駆動電極４１と離間しており、電気的にも絶縁されている。同様に、近接センサー４Ｂが有する検出電極４２は、近接センサー４Ｃが有する検出電極４２と離間しており、電気的にも絶縁されている。

図７は、図６の近接センサー４ならびに図２の第１センサー回路４０１および第２センサー回路４０２を示すブロック図である。

図６に示す第２アーム１２は、前述したように長手形状をなしている。第２アーム１２が図６に示す姿勢にあるとき、第２アーム１２の外表面１２２０のうち、領域１２１は、Ｚ軸に沿う２つの長辺１２１ｂを有するとともに、Ｙ軸に平行な第２回動軸Ｏ２に沿う２つの短辺１２１ａを有する略長方形をなしている。

ここで、各短辺１２１ａの中間点をＭ１とする。なお、２つの短辺１２１ａの長さが互いに異なる場合には、領域１２１に描くことができる最大面積の長方形における２つの短辺の中間点をＭ１とすればよい。

そして、中間点Ｍ１同士を結ぶ直線を仮想線ＩＬとする。仮想線ＩＬは、第２回動軸Ｏ２と直交する直線である。その上で、領域１２１のうち、仮想線ＩＬよりも第１アーム１１側の部分を第１アーム側部分１２１１とし、仮想線ＩＬよりも第３アーム１３側の部分を第３アーム側部分１２１２とする。つまり、図６に示す領域１２１は、Ｚ軸に平行な仮想線ＩＬを境に、Ｙ軸プラス側とＹ軸マイナス側の２つに分割されている。そして、第１アーム側部分１２１１には、近接センサー４Ｂが配置され、第３アーム側部分１２１２には、近接センサー４Ｃが配置されている。

また、図２に示すように、近接センサー４Ａ、４Ｂは、それぞれ第１センサー回路４０１と電気的に接続されている。一方、近接センサー４Ｃ、４Ｄは、それぞれ第２センサー回路４０２と電気的に接続されている。その上で、第１センサー回路４０１および第２センサー回路４０２は、それぞれ制御装置８と電気的に接続されている。

第１センサー回路４０１は、後述するように、第１アーム１１の内部に収容されている。そして、第１センサー回路４０１は、近接センサー４Ａ、４Ｂの駆動電極４１に駆動電圧を印加する駆動回路４０１１と、検出電極４２から出力される電荷量を駆動電圧に同期して検出する検出回路４０１２と、を備えている。第２センサー回路４０２は、後述するように、第３アーム１３の内部に収容されている。そして、近接センサー４Ｃ、４Ｄの駆動電極４１に駆動電圧を印加する駆動回路４０１１と、検出電極４２から出力される電荷量を駆動電圧に同期して検出する検出回路４０１２と、を備えている。

また、図７に示す第１センサー回路４０１は、検出回路４０１２の接続先を、近接センサー４Ａの検出電極４２または近接センサー４Ｂの検出電極４２のいずれかに切り替えるスイッチング素子４０１３を備えている。図７に示す第２センサー回路４０２は、検出回路４０１２の接続先を、近接センサー４Ｃの検出電極４２または近接センサー４Ｄの検出電極４２のいずれかに切り替えるスイッチング素子４０１３を備えている。各スイッチング素子４０１３は、所定の時間間隔で切り替えられ、近接センサー４Ａ、４Ｂのいずれか、および、近接センサー４Ｃ、４Ｄのいずれか、を所定の時間間隔で有効にする。

検出回路４０１２による検出結果は、図２に示すように、制御装置８のセンサー制御部８２に出力される。センサー制御部８２では、検出回路４０１２による検出結果、具体的には、電荷量の変化等に基づいて、ロボットアーム１０の周囲における物体を検出する。センサー制御部８２における物体の検出結果に基づき、駆動制御部８１では、ロボットアーム１０の作動を停止させたり、減速させたりする。

ここで、従来技術の課題について説明する。
図８は、従来のロボットにおける近接センサーの配置例、センサー回路の配置例および配線例を示す図である。なお、図８では、説明の便宜上、上記要素と同じ要素については、同じ符号を付している。

従来のロボット１００’では、第２アーム１２に１つの近接センサー４Ｂ’が配置されている。また、ロボット１００’では、１つのセンサー回路４００が第１アーム１１の内部に収容されている。静電容量型のセンサーである近接センサー４Ｂ’の検出可能範囲は、近接センサー４Ｂ’の表面から所定の距離の範囲に広がっている。このため、例えば、第２アーム１２が第１アーム１１に対して第２回動軸Ｏ２周りに回動すると、回動角によっては、近接センサー４Ｂ’の検出可能範囲内に第１アーム１１が侵入することになる。そうすると、近接センサー４Ｂ’の検出電極４２から出力される電荷量は、第１アーム１１の侵入量に伴って増加する。その結果、センサー回路４００からは、近接センサー４Ｂ’の検出可能範囲に、何らかの物体が侵入したのと同等レベルの検出結果が意図せず出力されてしまうことになる。このため、図示しないセンサー制御部では、物体が接近していると判断し、ロボットアーム１０の作動を停止させたり、減速させたりする必要に迫られる。

一方、このようなロボット１００’の作動の制限を避けるためには、センサー制御部において、物体が接近していると判断するための「しきい値」を下げることが考えられる。つまり、近接センサー４Ｂ’の感度を下げることが考えられる。

ところが、近接センサー４Ｂ’の検出可能範囲に第１アーム１１が侵入した場合、第１アーム１１の侵入に伴って静電容量が変化するのは、近接センサー４Ｂ’の第１アーム１１側の部分４０１Ｂ’のみである。したがって、近接センサー４Ｂ’のうち、第３アーム１３側の部分４０２Ｂ’については、第１アーム１１の侵入による影響はほとんど受けない。しかしながら、上記のようにして感度を下げた場合、近接センサー４Ｂ’全体で感度が低下することになる。このため、近接センサー４Ｂ’の部分４０２Ｂ’も感度低下の影響を受けてしまうことになる。

同様に、近接センサー４Ｂ’の検出可能範囲に第３アーム１３が侵入した場合、第３アーム１３の侵入に伴って静電容量が変化するのは、近接センサー４Ｂ’の第３アーム１３側の部分４０２Ｂ’のみである。したがって、近接センサー４Ｂ’のうち、第１アーム１１側の部分４０１Ｂ’については、第３アーム１３の侵入による影響はほとんど受けない。しかしながら、上記のようにして感度を下げた場合、近接センサー４Ｂ’全体で感度が低下することになる。このため、近接センサー４Ｂ’の部分４０１Ｂ’も感度低下の影響を受けてしまうことになる。

これに対し、本実施形態では、第２アーム１２の外表面に、接続されるセンサー回路が異なる近接センサー４Ｂ、４Ｃが併設されている。具体的には、図６に示すように、第２アーム１２の外表面の領域１２１を２つに分割したとき、第１アーム１１側の第１アーム側部分１２１１に近接センサー４Ｂが配置され、第３アーム側部分１２１２に近接センサー４Ｃが配置されている。そして、第１アーム１１に配置された近接センサー４Ａと、第１アーム側部分１２１１に配置された近接センサー４Ｂとは、図２および図７に示すように、それぞれ第１センサー回路４０１と接続されている。また、第３アーム１３に配置された近接センサー４Ｄと、第３アーム側部分１２１２に配置された近接センサー４Ｄとは、図２および図７に示すように、それぞれ第２センサー回路４０２と接続されている。このため、第１アーム１１と近接センサー４Ｂ、４Ｃとの位置関係について考察すると、第１アーム１１から近接センサー４Ｂ（第１近接センサー）までの第２回動軸Ｏ２に沿う距離Ｌ１は、図６に示すように、第１アーム１１から近接センサー４Ｃ（第２近接センサー）までの第２回動軸Ｏ２に沿う距離Ｌ２より短くなっている。つまり、距離Ｌ１および距離Ｌ２は、互いに異なっている。そして、本実施形態に係る距離Ｌ１、Ｌ２の大小関係は、第１アーム１１に対する第２アーム１２の回動角度によらず、ほぼ維持されている。

なお、距離Ｌ１は、第１アーム１１に対して第２アーム１２を回動させたとき、その回動範囲全体において、第１アーム１１と近接センサー４Ｂとの離間距離の最小値を指す。同様に、距離Ｌ２は、第１アーム１１に対して第２アーム１２を回動させたとき、その回動範囲全体において、第１アーム１１と近接センサー４Ｃとの離間距離の最小値を指す。

このように、領域１２１において、センサー制御回路が互いに異なる近接センサー４Ｂ、４Ｃを併設するとともに、その配置を最適化したことにより、近接センサー４Ｂ、４Ｃの検出可能範囲に対して第１アーム１１または第３アーム１３が干渉するときの悪影響を最小限に留めることができる。

具体的には、領域１２１を第１アーム１１側と第３アーム１３側とで２つに分割し、互いに独立した近接センサー４Ｂ、４Ｃが併設されている。このため、例えば、近接センサー４Ｂの検出可能範囲内に第１アーム１１が侵入することを考慮して、近接センサー４Ｂと接続されている第１センサー回路４０１の感度を一時的に下げた場合でも、近接センサー４Ｃと接続されている第２センサー回路４０２の感度を下げなくても済む。このため、近接センサー４Ｃの検出可能範囲では、本来の良好な感度が維持され、物体の接近をより高精度に検出することができる。同様に、近接センサー４Ｃの検出可能範囲内に第３アーム１３が侵入することを考慮して、近接センサー４Ｃと接続されている第２センサー回路４０２の感度を一時的に下げた場合でも、近接センサー４Ｂと接続されている第１センサー回路４０１の感度を下げなくても済む。このため、近接センサー４Ｂの検出可能範囲では、本来の良好な感度が維持され、物体の接近をより高精度に検出することができる。

また、近接センサー４Ｂが配置されている第２アーム１２は、近接センサー４Ａが配置されている第１アーム１１に対し、第２回動軸Ｏ２まわりに回動する。このため、回動角によっては、近接センサー４Ｂの検出電極４２に対して、近接センサー４Ａの駆動電極４１で発生した電界が作用する位置関係が生じる。

これを踏まえ、本実施形態では、図７に示すように、第１アーム１１に配置されている近接センサー４Ａが、近接センサー４Ｂとともに第１センサー回路４０１と接続されている。このため、近接センサー４Ａ、４Ｂでは、互いに同一のタイミングで変化する駆動電圧が印加され、互いに同一のタイミングで電荷量を検出することができる。これにより、第１アーム１１に対する第２アーム１２の回動によって、近接センサー４Ａ、４Ｂの静電容量が干渉を受け、検出電極４２から出力される電荷量が増減したとしても、電荷量の増減を容易に補正することができる。これは、駆動電圧が変化するタイミングと、電荷量を検出するタイミングと、が揃っているため、干渉に伴う電荷量の増減幅と、第１アーム１１に対する第２アーム１２の姿勢と、の間に一定の相関関係を持たせられるからである。つまり、干渉に伴う電荷量の増減においてランダム性が抑えられ、再現性が生じるので、干渉に伴う電荷量の増減を容易に算出することができ、本来求めるべき近接センサー４Ａ、４Ｂに対する物体の接近に伴う電荷量の増減をより高精度に求めることができる。

これと同様に、本実施形態では、図７に示すように、第３アーム１３に配置されている近接センサー４Ｄが、近接センサー４Ｃとともに第２センサー回路４０２と接続されている。このため、近接センサー４Ｃ、４Ｄでは、互いに同一のタイミングで変化する駆動電圧が印加され、互いに同一のタイミングで電荷量を検出することができる。これにより、第２アーム１２に対する第３アーム１３の回動によって、近接センサー４Ｃ、４Ｄの静電容量が干渉を受け、検出電極４２から出力される電荷量が増減したとしても、電荷量の増減を容易に補正することができる。これは、駆動電圧が変化するタイミングと、電荷量を検出するタイミングと、が揃っているため、干渉に伴う電荷量の増減幅と、第２アーム１２に対する第３アーム１３の姿勢と、の間に一定の相関関係を持たせられるからである。つまり、干渉に伴う電荷量の増減においてランダム性が抑えられ、再現性が生じるので、干渉に伴う電荷量の増減を容易に算出することができ、本来求めるべき近接センサー４Ｃ、４Ｄに対する物体の接近に伴う電荷量の増減をより高精度に求めることができる。

また、図８に示す従来のロボット１００’では、第１アーム１１に近接センサー４Ａが配置され、第２アーム１２に前述した近接センサー４Ｂ’が配置され、第３アーム１３に近接センサー４Ｄが配置されている。そして、これら３つの近接センサー４Ａ、４Ｂ’、４Ｄの各検出電極４２は、ロボットアーム１０の内部に収容された配線４０Ａ、４０Ｂ’、４０Ｄ’を介して、第１アーム１１の内部に収容された１つのセンサー回路４００と電気的に接続されている。このため、特にセンサー回路４００と近接センサー４Ｄとの間は、物理的に離れていることから、配線４０Ｄ’の延長が長くなる。そうすると、配線４０Ｄ’を伝送されるアナログ信号、具体的には検出電極４２から出力された電荷量の変化が、外乱ノイズの影響を受けやすくなるとともに、寄生容量が増加する。その結果、電荷量の増減幅から求められる物体の検出精度が低下するという課題がある。さらには、第１アーム１１と第２アーム１２との間の関節１７２には、複数の配線４０Ｂ’、４０Ｄ’を通す必要がある。そうすると、関節１７２の内部の設計自由度が低下するという課題もある。

これに対し、本実施形態では、１つのセンサー回路４００を、２つに分けることにより、上記の課題を解決している。

図９は、図６の近接センサー４の配置ならびに図２の第１センサー回路４０１および第２センサー回路４０２の配置を示す正面図である。

図９に示すロボット１００は、第１アーム１１の内部に収容された第１センサー回路４０１と、第３アーム１３の内部に収容された第２センサー回路４０２と、を備えている。そして、近接センサー４Ａ、４Ｂの各検出電極４２は、ロボットアーム１０の内部に収容された配線４０Ａ、４０Ｂを介して、第１センサー回路４０１と電気的に接続され、近接センサー４Ｃ、４Ｄの各検出電極４２は、ロボットアーム１０の内部に収容された配線４０Ｃ、４０Ｄを介して、第２センサー回路４０２と接続されている。このため、図９では、各配線４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄの延長を、図８に示す各配線４０Ａ、４０Ｂ’、４０Ｄ’の延長に比べて短くすることができる。その結果、各配線４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄを伝送されるアナログ信号が、外乱ノイズの影響を受けにくくなる。これにより、本実施形態に係るロボット１００では、物体の接近をより高精度に検出することができる。また、図９では、図８に比べて、関節１７２の内部を通される配線の数を減らすことができる。これにより、関節１７２の内部の設計自由度を高めることができる。

第１センサー回路４０１および第２センサー回路４０２の配置は、上記に限定されず、各配線４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄの延長ができるだけ短くなるように、適宜変更される。また、ロボット１００は、３つ以上のセンサー回路を備えていてもよい。

なお、図示しないが、図６に示す第２アーム１２において、Ｘ軸と交差するもう１つの領域、すなわち領域１２１の反対側に位置する領域についても、領域１２１と同様、図示しない仮想線を境にして２つに分割するようにしてもよい。そして、その仮想線よりも第１アーム１１側の部分に近接センサー４Ｂと同様のセンサーが設けられ、第３アーム１３側の部分に近接センサー４Ｃと同様のセンサーが設けられていてもよい。

また、図示しないが、図６に示す第２アーム１２において、領域１２１の２つの短辺１２１ａに対応する２つの領域、すなわちＺ軸と交差する２つの領域についても、領域１２１と同様、図示しない仮想線を境にして２つに分割したとき、仮想線よりも第１アーム１１側の部分に近接センサー４Ｂと同様のセンサーを設け、第３アーム１３側の部分に近接センサー４Ｃと同様のセンサーを設けるようにしてもよい。

さらに、図示しないが、図６に示す第２アーム１２において、領域１２１の２つの長辺１２１ｂに対応する２つの領域のうち、第１アーム１１側に位置する領域については、近接センサー４Ｂと同様のセンサーを設けるようにすればよい。同様に、第３アーム１３側に位置する領域については、近接センサー４Ｃと同様のセンサーを設けるようにすればよい。

以上のようなセンサーを設けることにより、第１アーム１１側の部分に設けたセンサーについては、第１センサー回路４０１と接続することにより、配線の延長を短くすることができる。このため、検出信号についての外乱ノイズの影響を抑えることができ、かつ、関節の内部における設計自由度の低下を避けることができる。同様に、第３アーム１３側の部分に設けたセンサーについても、第２センサー回路４０２と接続することにより、配線の延長を短くすることができる。このため、検出信号についての外乱ノイズの影響を抑えることができ、かつ、関節の内部における設計自由度の低下を避けることができる。

なお、領域１２１には、仮想線ＩＬを挟んで近接センサー４Ｂと近接センサー４Ｃとが併設されているが、この場合、各駆動電極４１から伸びる図示しない電気力線は、領域１２１に対して直交する方向に飛び出した後、隣り合う検出電極４２に至ることになる。このため、例えば近接センサー４Ｂの駆動電極４１から近接センサー４Ｃの検出電極４２に至る電気力線は、ほとんどないと考えられる。これを踏まえると、領域１２１に対し、回路が異なる近接センサー４Ｂ、４Ｃを併設しても、互いに及ぼす影響は限定的である。

一方、図９に示す配置を採用することにより、上記のような効果、つまり、外乱ノイズの影響を抑制したり、関節の設計自由度を高めたりする効果を享受しつつ、領域１２１に近接センサー４Ｂ、４Ｃを、十分な密度で配置することができる。このため、近接センサー４の検出可能範囲が及ばない空間を極力減らすことができ、近接センサー４にとっての「死角」が少ないロボット１００を実現することができる。

以上のように、本実施形態に係るロボット１００は、第１アーム１１と、第１アーム１１に対して変位する第２アーム１２と、第２アーム１２に設けられている静電容量型の近接センサー４Ｂ（第１近接センサー）と、第２アーム１２に設けられている静電容量型の近接センサー４Ｃ（第２近接センサー）と、を備えている。そして、前述したように、第１アーム１１から近接センサー４Ｂまでの距離Ｌ１は、第１アーム１１から近接センサー４Ｃまでの距離Ｌ２と異なっている。

このようなロボット１００によれば、第２アーム１２に対し、互いに異なるセンサー回路と接続された近接センサー４Ｂ、４Ｃを併設しているので、近接センサー４Ｂと第１アーム１１との干渉を考慮した場合でも、近接センサー４Ｃの感度を下げなくても済む。このため、本実施形態によれば、感度を高めやすいロボット１００を実現することができる。

なお、上記のようにして、第２アーム１２に近接センサー４Ｂ（第１近接センサー）および近接センサー４Ｃ（第２近接センサー）を併設したとき、近接センサー４Ｂの感度と、近接センサー４Ｃの感度と、を異ならせるようにしてもよい。具体的には、センサー制御部８２では、第１センサー回路４０１から出力される検出結果と、第２センサー回路４０２から出力される検出結果と、をそれぞれ「しきい値」と比較し、検出結果がしきい値以上である場合には、ロボットアーム１０に物体が接近していると判断することができる。この場合、第１センサー回路４０１から出力される検出結果に適用されるしきい値と、第２センサー回路４０２から出力される検出結果に適用されるしきい値と、を互いに異ならせるようにしてもよい。近接センサー４Ｂに対する第１アーム１１の干渉の程度と、近接センサー４Ｃに対する第３アーム１３の干渉の程度とは、ロボットアーム１０の設計によって異なることが多いため、上記のようにしてしきい値を異ならせることにより、近接センサー４Ｂ、４Ｃにおいて、感度を最適化することができる。

また、第２アーム１２は、前述したように、第１アーム１１に対して回動軸である第２回動軸Ｏ２まわりに回動する。第２回動軸Ｏ２に沿う第２アーム１２の長さの中間点、すなわち前述した短辺１２１ａの中間点Ｍ１を通過し、第２回動軸Ｏ２に直交する線を仮想線ＩＬとしたとき、第１アーム１１から近接センサー４Ｂ（第１近接センサー）までの距離Ｌ１は、図６に示すように、第１アーム１１から仮想線ＩＬまでの距離Ｌ３より短い。また、第１アーム１１から近接センサー４Ｃ（第２近接センサー）までの距離Ｌ２は、第１アーム１１から仮想線ＩＬまでの距離Ｌ３より長い。

このような仮想線ＩＬを境にして近接センサー４Ｂと近接センサー４Ｃを配置することにより、第２アーム１２の周辺における近接センサー４の検出可能範囲を、近接センサー４Ｂと近接センサー４Ｃとで二分することができる。このため、近接センサー４Ｂと近接センサー４Ｃとで、感度が著しく異なるという状況が生まれにくくなり、全体としてムラなく感度が高い近接センサー４を備えたロボット１００を実現することができる。

また、図６に示す近接センサー４Ｂ（第１近接センサー）は、駆動電極４１（第１駆動電極）と検出電極４２（第１検出電極）とを備える相互容量方式のセンサーである。このような相互容量方式の近接センサー４Ｂは、自己容量方式のセンサーに比べて、物体の検出精度を高めることができる。このため、より信頼性の高いロボット１００を実現することができる。

また、図６に示す近接センサー４Ｃ（第２近接センサー）も、近接センサー４Ｂと同様、駆動電極４１（第２駆動電極）と検出電極４２（第２検出電極）とを備える相互容量方式のセンサーである。このような相互容量方式の近接センサー４Ｃは、自己容量方式のセンサーに比べて、物体の検出精度を高めることができる。このため、より信頼性の高いロボット１００を実現することができる。

また、図６に示す近接センサー４Ｂ、４Ｃの検出方法は、それぞれ前述したように、駆動電極４１と検出電極４２とを備える相互容量方式である。近接センサー４Ｂの駆動電極４１（第１駆動電極）と近接センサー４Ｃの駆動電極４１（第２駆動電極）との間には、近接センサー４Ｂの検出電極４２（第１検出電極）および近接センサー４Ｃの検出電極４２（第２検出電極）が配置されないように構成されている。つまり、近接センサー４Ｂの駆動電極４１と近接センサー４Ｃの駆動電極４１とが、互いに隣り合っている。

駆動電極４１の周辺では、駆動電極４１がシールドとして機能する。このため、近接センサー４Ｂの駆動電極４１と近接センサー４Ｃの駆動電極４１とが、互いに隣り合っていても、相互に悪影響を及ぼす可能性は小さい。一方、例えば、近接センサー４Ｂの検出電極４２と近接センサー４Ｃの駆動電極４１とが隣り合っていると、検出電極４２から出力される電荷量の変化は、近接センサー４Ｃの駆動電極４１に印加される駆動信号の影響を受けやすい。

これに対し、上記のような配置を採用することによって、検出電極４２同士の間に、駆動電極４１が介在することになる。このため、検出信号にノイズが重畳しにくくなり、近接センサー４において物体をより精度よく検出することができる。

２．第１変形例
次に、前述した実施形態に係るロボット１００の第１変形例について説明する。

図１０は、第１変形例に係るロボット１００の第２アーム１２に配置された近接センサー４Ｂ−１、４Ｃ−１を示す部分拡大図である。

以下、第１変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１０において、前記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

図１０に示す近接センサー４Ｂ−１、４Ｃ−１の検出方法は、それぞれ前述したように、駆動電極４１と検出電極４２とを備える相互容量方式である。近接センサー４Ｂ−１の検出電極４２（第１検出電極）と近接センサー４Ｃ−１の検出電極４２（第２検出電極）との間には、近接センサー４Ｂ−１の駆動電極４１（第１駆動電極）および近接センサー４Ｃ−１の駆動電極４１（第２駆動電極）が配置されないように構成されている。つまり、近接センサー４Ｂ−１の検出電極４２と近接センサー４Ｃ−１の検出電極４２とが、互いに隣り合っている。

このような配置を採用することにより、前記実施形態ほどではないが、例えば、近接センサー４Ｂ−１の検出電極４２と近接センサー４Ｃ−１の駆動電極４１とが隣り合っている場合に比べて、検出信号にノイズが重畳しにくくなる。このため、回路の異なる駆動電極４１と検出電極４２とが隣り合う場合に比べて、近接センサー４Ｂ−１、４Ｃ−１における物体の検出精度を高めることができる。
以上のような第１変形例においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。

３．第２変形例
次に、前述した実施形態に係るロボット１００の第２変形例について説明する。

図１１は、第２変形例に係るロボット１００の第２アーム１２に配置された近接センサー４Ｂ−２、４Ｃ−２を示す部分拡大図である。

以下、第２変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１１において、前記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

図１１に示す近接センサー４Ｂ−２、４Ｃ−２の検出方法は、それぞれ前述したように、駆動電極４１と検出電極４２とを備える相互容量方式である。そして、第２変形例に係るロボット１００は、近接センサー４Ｂ−２と近接センサー４Ｃ−２との間に設けられ、グランド電位を有するグランド電極４３を備えている。

これにより、例えば、図１１に示すように、近接センサー４Ｂ−２の駆動電極４１と近接センサー４Ｃ−２の検出電極４２とが互いに隣り合っている場合でも、それらの間にグランド電極４３を設けることによって、検出電極４２から出力される電荷量の変化は、近接センサー４Ｂ−２の駆動電極４１に印加される駆動信号の影響を受けにくくなる。つまり、グランド電極４３がシールドとして機能し、検出電極４２から出力される電荷量の変化にノイズが重畳しにくくなる。その結果、近接センサー４Ｂ−２、４Ｃ−２における物体の検出精度をより高めることができる。
以上のような第２変形例においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。

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、本発明のロボットは、ロボットアームを有していれば、天吊り型の垂直多関節ロボットに限定されず、例えば、その他の垂直多関節ロボット、双腕ロボット、スカラロボット等の他のロボットであってもよい。また、ロボットアームが有するアームの数は、前述した実施形態の数に限定されず、１つ以上５つ以下または７つ以上であってもよい。

１…ロボット本体、４…近接センサー、４Ａ…近接センサー、４Ｂ…近接センサー、４Ｂ’…近接センサー、４Ｂ−１…近接センサー、４Ｂ−２…近接センサー、４Ｃ…近接センサー、４Ｃ−１…近接センサー、４Ｃ−２…近接センサー、４Ｄ…近接センサー、８…制御装置、１０…ロボットアーム、１１…第１アーム、１２…第２アーム、１３…第３アーム、１４…第４アーム、１５…第５アーム、１６…第６アーム、４０Ａ…配線、４０Ｂ…配線、４０Ｂ’…配線、４０Ｃ…配線、４０Ｄ…配線、４０Ｄ’…配線、４１…駆動電極、４２…検出電極、４３…グランド電極、８１…駆動制御部、８２…センサー制御部、８３…記憶部、９１…ハンド、１００…ロボット、１００’…ロボット、１０１…天井、１０２…取り付け面、１１０…基台、１１１…第１部分、１１２…第２部分、１１３…第３部分、１２１…領域、１２１ａ…短辺、１２１ｂ…長辺、１４１…支持部、１４２…支持部、１７１…関節、１７２…関節、１７３…関節、１７４…関節、１７５…関節、１７６…関節、３１１…駆動部、３１１Ｍ…モーター、３１２…駆動部、３１２Ｍ…モーター、３１３…駆動部、３１３Ｍ…モーター、３１４…駆動部、３１４Ｍ…モーター、３１５…駆動部、３１５Ｍ…モーター、３１６…駆動部、３１６Ｍ…モーター、３２１…モータードライバー、３２２…モータードライバー、３２３…モータードライバー、３２４…モータードライバー、３２５…モータードライバー、３２６…モータードライバー、４００…センサー回路、４０１…第１センサー回路、４０１Ｂ’…部分、４０２…第２センサー回路、４０２Ｂ’…部分、１１１０…フランジ、１２１１…第１アーム側部分、１２１２…第３アーム側部分、１２２０…外表面、４０１１…駆動回路、４０１２…検出回路、４０１３…スイッチング素子、ＩＬ…仮想線、Ｌ１…距離、Ｌ２…距離、Ｌ３…距離、Ｍ１…中間点、Ｏ１…第１回動軸、Ｏ２…第２回動軸、Ｏ３…第３回動軸、Ｏ４…第４回動軸、Ｏ５…第５回動軸、Ｏ６…第６回動軸

Claims (8)

1. 第１アームと、
   前記第１アームに対して変位する第２アームと、
   前記第２アームに設けられている静電容量型の第１近接センサーと、
   前記第２アームに設けられている静電容量型の第２近接センサーと、
   を備え、
   前記第１アームから前記第１近接センサーまでの距離は、前記第１アームから前記第２近接センサーまでの距離と異なることを特徴とするロボット。
2. 前記第１近接センサーの感度は、前記第２近接センサーの感度と異なる請求項１に記載のロボット。
3. 前記第２アームは、前記第１アームに対して回動軸まわりに回動し、
   前記回動軸に沿う前記第２アームの長さの中間点を通過し、前記回動軸に直交する線を仮想線としたとき、
   前記第１アームから前記第１近接センサーまでの距離は、前記第１アームから前記仮想線までの距離より短く、
   前記第１アームから前記第２近接センサーまでの距離は、前記第１アームから前記仮想線までの距離より長い請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記第１近接センサーの検出方式は、第１駆動電極と第１検出電極とを備える相互容量方式である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記第２近接センサーの検出方式は、第２駆動電極と第２検出電極とを備える相互容量方式である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
6. 前記第１近接センサーは、第１駆動電極と第１検出電極とを備える相互容量方式であり、
   前記第２近接センサーは、第２駆動電極と第２検出電極とを備える相互容量方式であり、
   前記第１駆動電極と前記第２駆動電極との間に、前記第１検出電極および前記第２検出電極が配置されていない請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
7. 前記第１近接センサーは、第１駆動電極と第１検出電極とを備える相互容量方式であり、
   前記第２近接センサーは、第２駆動電極と第２検出電極とを備える相互容量方式であり、
   前記第１検出電極と前記第２検出電極との間に、前記第１駆動電極および前記第２駆動電極が配置されていない請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
8. 前記第１近接センサーと前記第２近接センサーとの間に設けられ、グランド電位を有するグランド電極を備える請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボット。

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