JP2021085755A - 検出装置、駆動装置、ロボット装置、検出方法、ロボット装置を用いた物品の製造方法、制御プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】小型な検出装置を提供する。【解決手段】第１部位と、連結部を介して第１部位と連結された第２部位と、第１部位と第２部位との相対変位に応じた信号を出力する第１センサと、配線２７が接続される接続部と、第１センサと接続部とが搭載されたセンサ基板２１ｓと、を備え、配線２７は、第１部位と第２部位との間を通り、第１部材または第２部材の内側に向かって配線されている、ことを特徴とする検出装置２２１。【選択図】図４

Description

本発明は、検出装置に関する。

物品の生産の用途にロボットプログラムに従って動作するロボット装置が用いられている。組立動作において精度が要求される物品の生産に関しては、ロボット装置にトルクといった力の情報を取得できる検出装置を配置し、関節に作用する力を計測してロボットの動作を制御する制御方法が用いられている。この種の検出装置としては、特許文献１に記載のような、検出装置を構成する構造体の変位を検出できる検出器を用い、検出した変位と構造体の剛性に基づいて関節に作用するトルクを検出するトルクセンサが挙げられる。

特開２０１７−１２０２４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された検出装置は、検出装置を構成する伝達部材における適度な剛性について述べられているのみであり、検出装置の小型化に関しては述べられていない。検出装置の小型化においては、ロボット装置の制御性の観点から非常に重要であり、エンコーダのような、検出装置に用いられる構造体の変位を検出する検出器の配線も含めた小型化の検討が必要である。

以上の課題を鑑み、本発明は、小型な検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明においては、第１部位と、連結部を介して前記第１部位と連結された第２部位と、前記第１部位と前記第２部位との相対変位に応じた信号を出力する第１センサと、配線が接続される接続部と、前記第１センサと前記接続部とが搭載された基板と、を備え、前記配線は、前記第１部位と前記第２部位との間を通り、前記第１部材または前記第２部材の内側に向かって配線されている、ことを特徴とする検出装置を採用した。

本発明によれば、検出装置を小型化することができる。

実施形態に係るロボット装置１００の斜視図である。 実施形態に係るロボット装置１００の制御ブロック図である。 実施形態に係る関節Ｊ１の部分断面図である。 実施形態に係る検出装置２２１の斜視図である。 実施形態に係る検出装置２２１の検出器のブロック図である。 実施形態に係る検出装置２２１のブロック図である。 実施形態に係る検出装置２２１の断面図である。 実施形態に係る検出装置２２１の簡略化した配置図である。

以下、添付図面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、以下に示す実施形態はあくまでも一例であり、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適宜変更できる。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。

（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１００を、ＸＹＺ座標系のある方向から見た平面図である。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１００全体の座標系を示す。一般に、ロボット装置を用いたロボットシステムでは、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、指部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１００全体の座標系をＸＹＺ、ローカル座標系をｘｙｚで表すものとする。

図１に示すように、ロボット装置１００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の動作を制御する制御装置４００を備えている。

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、作業者がロボットアーム本体２００やロボットハンド本体３００の位置を指定するのに用いる。

本実施形態では、エンドエフェクタとしてロボットアーム本体２００の先端部に設けられるものが、ロボットハンド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、ツール等であってもよい。

ロボットアーム本体２００の基端となるリンク２０１は、基台２１０に設けられている。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は詳細不図示の駆動機構により２本の指部３０１を開閉し、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。

ロボットハンド本体３００はリンク２０６に接続され、リンク２０６が回転することで、ロボットハンド本体３００も回転させることができる。

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。

ロボットアーム本体２００は、複数のリンク２０１〜２０６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２０１〜２０６が順に直列に連結されている。

ロボットアーム本体２００は、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。

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。

以上の構成により、ロボットアーム本体２００により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、対象物同士を組み付け物品の製造を行う等の作業である。

図２は、本実施形態におけるロボット装置１００の構成を示すブロック図である。制御装置４００は、コンピュータで構成されており、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。

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を備え、各種のインタフェース４０６〜４０９、４１１、４１２とバス４１０を介して接続されている。

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、４１１、４１２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。

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。

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。

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。

アーム用モータドライバ２３０は、インタフェース４０９に接続されている。各モータ２１１〜２１６には、モータの回転軸の回転角度を検出するためのエンコーダである入力軸エンコーダ２３１〜２３６がそれぞれ設けられている。ＣＰＵ４０１は、アーム用モータドライバ２３０、インタフェース４０９及びバス４１０を介して各入力軸エンコーダ２３１〜２３６から検出結果を取得する。

また、ＣＰＵ４０１は、各関節の指令値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を介してアーム用モータドライバ２３０に出力する。また、各リンク２０１〜２０６の出力側の回転角度およびトルクを検出するための検出装置２２１〜２２６が、インタフェース４１１およびバス４１０を介してＣＰＵ４０１に接続されている。ＣＰＵ４０１は、インタフェース４１１及びバス４１０を介して各検出装置２２１〜２２６から検出結果を取得する。

同様にハンド用モータドライバ３３０も、インタフェース４１２に接続され、バス４１０を介してＣＰＵ４０１と通信可能に設けられている。ＣＰＵ４０１は、ロボットハンド本体３００の各指部３０１の指令値のデータを所定時間間隔でバス４１０及びインタフェース４１１を介してハンド用モータドライバ３３０に出力する。不図示ではあるが、ロボットハンド本体３００には、指部３０１を駆動させるためのモータを備え、ハンド用モータドライバ３３０に接続されているものとする。

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。

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。

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、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。

図３は本実施形態におけるロボットアーム本体２００の関節Ｊ１を示す部分断面図である。以下、関節Ｊ１を例に説明し、他の関節Ｊ２〜Ｊ６については、サイズや性能が異なるものもあるが、同様の構成であるため、説明を省略する。

関節Ｊ１は、図１に示す基台２１０と、リンク２０１との間に配置されており、電動のモータ２１１を有する。モータ２１１は、サーボモータであり、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。モータ２１１は、不図示の固定子が固定されたハウジング１４と、不図示の回転子に接続された軸（以下、「モータ回転軸」という）１５と、を有する。また関節Ｊ１は、モータ２１１のモータ回転軸１５の回転を減速して出力する減速機１１を有している。モータ２１１には、モータ回転軸１５の回転角度を検出する入力軸エンコーダ２３１が設けられている。

また関節Ｊ１において基台２１０、リンク２０１には、配線用の穴部５９を有する。また、減速機１１により基台２１０に対してリンク２０１が相対的に回転される。モータ２１１のモータ回転軸１５、及び減速機１１の出力側のリンク２０１、後述する構造体４は、回転軸Ａ１を中心に回転する。即ち、回転軸Ａ１は、リンク２０１の回転軸線である。

減速機１１は、いかなる減速機であってもよいが波動歯車減速機が好適であり、本実施形態では波動歯車減速機である。減速機１１は、モータ２１１のモータ回転軸１５に連結された、減速機の入力側の軸（入力軸）であるウェブジェネレータ１６を有する。また、減速機１１は、減速機の出力側の軸（出力軸）であるフレクスプライン１７を有する。また、減速機１１は、固定軸であるサーキュラスプライン１８を有する。

基台２１０には、モータ２１１のハウジング１４がボルトで固定されている。また、基台２１０には、サーキュラスプライン１８と、クロスローラベアリング２０の外輪とが固定されている。フレクスプライン１７には、出力側回転軸１９が固定されている。

出力側回転軸１９は、クロスローラベアリング２０の内輪に固定されている。なお、フレクスプライン１７と出力側回転軸１９とが別体に構成されているが、一体であってもよい。また、出力側回転軸１９とリンク２０１とが別体に構成されているが、一体であってもよい。また、これらフレクスプライン１７、出力側回転軸１９及びリンク２０１が一体であってもよい。

ウェブジェネレータ１６は、楕円カム１６１と、楕円カム１６１の外周に設けられた転がり軸受け１６２とを有する。モータ２１１のモータ回転軸１５は、ウェブジェネレータ１６の楕円カム１６１に接続されている。

フレクスプライン１７は、カップ形状の薄肉の胴部１７１と、胴部１７１に設けられ、出力側回転軸１９が取り付けられる取付部１７２と、を有する。胴部１７１の外側には、周方向に複数の歯が設けられている。胴部１７１は、ウェブジェネレータ１６によって楕円変形させられる。サーキュラスプライン１８は、フレクスプライン１７よりも歯数の多い内歯車である。

ウェブジェネレータ１６は、フレクスプライン１７を楕円形状に押し広げ、サーキュラスプライン１８と楕円カム１６１の長径方向の２箇所で噛み合わせる。フレクスプライン１７は、ウェブジェネレータ１６の１回転当たり２周期の割合で、径方向に繰り返し変位することになる。このとき、フレクスプライン１７とサーキュラスプライン１８の歯数が異なるので、ウェブジェネレータ１６が１回転したとき、サーキュラスプライン１８に対してフレクスプライン１７が歯数の差だけ回転する。

以上の構成により、モータ２１１のモータ回転軸１５が回転軸Ａ１周りに回転すると、減速機１１のウェブジェネレータ１６が回転軸Ａ１まわりに回転し、基台２１０に対して、フレクスプライン１７が減速されてリンク２０１が回転軸Ａ１まわりに相対回転する。したがって、フレクスプライン１７に固定された出力側回転軸１９、及び出力側回転軸１９に固定されたリンク２０１が基台２１０に対して回転軸Ａ１まわりに相対回転する。減速機１１の出力側の回転角度が、基台２１０に対するリンク２０１の相対角度、即ち関節Ｊ１の回転角度となる。

更に関節Ｊ１は、減速機１１の出力側に配置される構造体４を有する。構造体４は、トルクを検出するために用いる部材である。構造体４は、第１リング２８と、第２リング２９と、連結部として板ばね３０が複数設けられている。

複数の板ばね３０は、第１リング２８と第２リング２９とを連結するように回転軸Ａ１を中心とする周方向に互いに間隔をあけて配置されている。さらに第１リング２８と第２リング２９との相対変位を検出するための検出ヘッド９_１と、スケール８_１が備えられている。検出ヘッド９_１はセンサ基板２１に設けられており、配線を介して検出ヘッド９_１が取得した情報を制御装置４００に送信する。

また、減速機１１の出力側の回転角度を検出するためのスケール６と検出ヘッド７_１が関節Ｊ１に備えられている。スケール６は基台２１０に設けられており、検出ヘッド７_１は、センサ基板２１に設けられている。さらに第１リング２８には開口部４０が設けられており、そこから検出ヘッド７_１はスケール６に対向するように設けられる。そして検出ヘッド７_１は検出ヘッド９_１と同様に束線５２を介して、取得した情報を制御装置４００に送信する。束線５２は関節Ｊ１の所定の部分で巻き付けられ、回転軸Ａ１付近に配線されている。

上記で示す構造体、各検出ヘッド、スケール、センサ基板により、減速機１１の出力側のトルクおよび回転角度を検出する検出装置２２１が構成される。また本実施形態のセンサ基板２１には、回転軸Ａ１の径方向に突出する突出部が設けられており、突出した部分に処理回路、コネクタが実装され、第１リング２８と第２リング２９の間に設置されている。

図４（ａ）、図４（ｂ）は検出装置２２１の詳細な図である。図４（ａ）より、複数の板ばね３０は、第１リング２８の主面及び第２リング２９の主面に対して垂直となるように設けられ、回転軸Ａ１を中心に放射状に配置されている。構造体４の各部位は、目的のトルク検出範囲およびその必要分解能などに応じた弾性（バネ）係数を有する所定の材質、例えば樹脂や、金属（鋼材、ステンレスなど）の材質から構成される。

板ばねは曲げ方向の剛性が他の方向よりも低いという特徴がある。従って、このような板ばね３０の配置により、図中の座標系において、Ｚ軸方向の回転軸Ａ１まわりの回転方向θだけが柔らかく、他のＸ、Ｙ軸まわりの回転方向には硬い構造体を実現できる。

トルクを検出するための構造体にとって、このように剛性比を大きくすることは重要である。トルクを検出しない方向の剛性が高いと、それに伴う変形が小さくなり、測定誤差を小さくすることができる。

また図４（ａ）より、検出装置２２１は、減速機１１の出力側の回転角度を検出する検出ヘッド７_１と、検出ヘッド７_２と、減速機１１の出力側のトルクを検出する検出ヘッド９_１と、９_２とを有する。図４（ａ）には、検出ヘッド７_１及び７_２、図４（ｂ）には検出ヘッド９_１及び９_２が図示されている。

図４（ａ）、図４（ｂ）より、検出装置２２１は、検出ヘッド７_１及び７_２に対向するように配置されたスケール６を有する。基台２１０に対するリンク２０１の相対角度、即ち関節Ｊ１の回転角度は、可動範囲内で変化する。各検出ヘッド７_１及び７_２により関節の角度を広い範囲で検出するために、スケール６は、１周分必要であり、リング状に形成されている。スケール６には、周方向にパターンが形成されている。

スケール６と検出ヘッド７_１及び７_２とにより、回転角度検出用の出力軸エンコーダとして構成される。本実施形態ではロータリーエンコーダであるが、インクリメンタル式及びアブソリュート式のいずれであってもよく、変位の検出方法として光学式、磁気式、及び静電容量式のいずれのものであってもよいが、本実施形態では光学式のものである。即ち、検出ヘッド７_１及び７_２の各々は、発光部及び受光部を有し、スケール６に光を照射して、スケール６からの反射光を受光する。各検出ヘッド７_１及び７_２は、光電変換して電気信号を出力する。

また図４（ｂ）より、検出装置２２１は、検出ヘッド９_１及び９_２（図４（ｂ）では検出ヘッド９_２は不図示）それぞれに対向するように配置されたスケール８_１及び８_２を有する。各検出ヘッド９_１及び９_２により検出するのは、構造体４の板ばね３０の変形量（例えば５０μｍ）の分だけである。したがって、スケール８_１及び８_２は、円周の一部分だけでよい。スケール８_１及び８_２と検出ヘッド９_１及び９_２とにより、トルクを検出するための検出器が構成される。トルクを検出するための検出器に関しては上述した出力軸エンコーダと同様である。

即ち、検出ヘッド９_１は、発光部及び受光部を有し、スケール８_１に光を照射して、スケール８_１からの反射光を受光する。検出ヘッド９_２も、発光部及び受光部を有し、スケール８_２に光を照射して、スケール８_２からの反射光を受光する。

各検出ヘッド９_１及び９_２は、光電変換して電気信号を出力する。なお検出ヘッド９_１及び９_２は、実際にはスケール８_１及び８_２に対して円周方向に相対変位するものであるが、その変位量は微小（例えば５０μｍ）であるため、直線方向の相対変位と見做しても差し支えない。したがって、トルク検出用のエンコーダは、リニアエンコーダであってもよい。リニアエンコーダを用いれば、検出装置２２１の製造が容易となる。

図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、これら検出ヘッド７_１、７_２、９_１及び９_２はセンサ基板２１に表裏一体に取り付けられている。またセンサ基板２１には各検出ヘッドから受けた信号を処理する機能、及びデータを送受信する機能を有する処理回路２５を備えている。

処理回路２５は、１つの半導体パッケージで構成されており、センサ基板２１に配置（実装）されている。センサ基板２１には、制御装置４００（図１）に電気的に接続された電源線及び信号線を含むセンサ配線２７と電気的に接続するコネクタ２６が配置（実装）されている。即ち、各関節に配置された検出装置２２１〜２２６は制御装置４００に電気的に接続されている。

ここで図５に検出装置２２１のセンサ基板２１に搭載されている機器をブロックで表したブロック図を示す。図４（ａ）、図５より、センサ基板２１は、センサ基板２１ｍ、センサ基板２１ｓに分離されており、センサ基板２１ｍ、センサ基板２１ｓを連結するための接続コネクタ８０ａ、８０ｂが設けられている。

これにより、センサ基板２１ｓに設けられた処理回路２５で一度処理されたデータを接続コネクタ８０ａ、８０ｂを介して、センサ基板２１ｍに設けられた処理回路２５に送ることができる。これによりセンサ基板２１ｍに設けられた処理回路２５で全ての検出ヘッドの結果をロボット制御装置４００へ送ることができ、ロボットアーム本体２００内部に配される配線を増やすことなく通信が可能となる。

センサ基板２１ｓに搭載された検出ヘッド７_２、９_２は接続コネクタ８０ａ、８０ｂを介して直接、センサ基板２１ｓに設けられた処理回路２５へ接続することも可能である。その場合は、センサ基板２１ｓに搭載された処理回路は不要である。電源回路（不図示）などについてもセンサ基板２１ｍ、２１ｓそれぞれで必要な部品を接続コネクタ８０ａ、８０ｂを介して同時に利用でき片方は不要にできる。

また図４（ａ）図４（ｂ）より、構造体４は第１リング２８、第２リング２９、およびこれら両者を連結する放射状に配置された板ばね３０により構成されている。このように複数の板ばね３０が配置された構造において、サイズの制約上、第１リング２８と第２リング２９との間にセンサ基板２１を設置することが難しくなるケースが生じる。

これに対して、本実施形態のセンサ基板２１には、回転軸Ａ１の径方向の外側に突出する突出部が設けられており、突出した部分に処理回路、コネクタが実装され、第１リング２８と第２リング２９の間に設置されている。これにより、第１リング２８と第２リング２９とを相対変位させるために必要な板ばね３０を配置する際に生じる空間を、検出機器の配置場所として有効に活用することができる。これにより検出装置２１２のＺ軸方向の薄型化を図ることができる。

また図４（ａ）より、構造体４の第１リング２８には開口部４０が設けられている。この開口部４０に検出ヘッド７１、７２を配置しスケール６との間に遮蔽物が無い状態で対向させることができる。さらに図４（ｂ）よりセンサ基板の２１において、検出ヘッド７１、７２が設けられた面の裏側に検出ヘッド９１、９２を配置している。これにより、検出装置２１２に、角度検出機能とトルク検出機能を持たせることができ、両検出装置として動作させることができる。以上より、検出ヘッドが増えることで、センサ基板の数が増えることを抑制できるので、さらに薄型な検出装置を提供することが可能となる。

また図４（ａ）（ｂ）より、センサ基板２１ｍ、２１ｓは、ボルト１０ｍ、１０ｓ、１２ｍ、１２ｓと、取り付け機構２２ｍ、２２ｓ（図４（ａ）では取付機構２２ｓは不図示）により構造体４に取り付けられている。取付機構２２ｍ、２２ｓは、ボルト１０ｍ、１０ｓにより、構造体４の第１リング２８に固定されている。また、センサ基板２１ｍ、２１ｓは、ボルト１２ｍ、１２ｓにより、それぞれ取付機構２２ｍ、２２ｓに固定される。さらに、取付機構２２ｍ、２２ｓには、検出ヘッド９_１、９_２が、スケール８_１、８_２に光を照射するための開口部も設けられている。

ここで、ボルト１２ｍ、１２ｓが挿通するために、センサ基板２１ｍ、２１ｓに設けられる孔は、ボルト１２ｍ、１２ｓのネジ部よりも大きく、ネジ頭よりも小さい径となるようにしている。取付部２２ｍ、２２ｓにはボルト１２ｍ、１２ｓのネジ部が噛み合うようにネジ穴がそれぞれ設けられている。

これにより、ボルト１２ｍ、１２ｓをネジ孔から外れない程度で緩めることで、ボルト１２ｍ、１２ｓを基軸として、センサ基板２１ｍ、２１ｓが、設けられた孔の大きさ分動かすことができ、構造体４の円周方向θに微小に位置を変化させることが可能となる。上記のような位置調整機構を用いることで、分離したセンサ基板をそれぞれ独立して可動させることができ、検出ヘッド９_１と９_２の位置関係、および検出ヘッド７_１と７_２の位置関係において、位置調整を容易に行うことが可能となる。

加えて、クラッシュなどが原因で各検出ヘッドの相対的な位置関係がずれる場合がある。このような場合、ロボット装置から検出装置２２１を外して、各検出ヘッドの相対的な位置の再調整をしなければならなくなることがある。しかしながら、本実施形態では、上述した位置調整機構により、ボルト１２ｍ、１２ｓを緩めることで、検出装置２２１をロボットアーム本体２００に取り付けたまま、センサ基板２１ｍ、２１ｓの径方向に突出した部分を把持し動かすことができる。

よって人手で各検出センサの位置調整を行うことが可能となる。以上から、検出装置２２１をロボットアーム本体２００に搭載した後においても各検出ヘッドの位置調整を容易に行うことが可能となる。

図６は、本実施形態における検出装置２２１のブロック図である。図６ではセンサ基板２１ｓに搭載された処理回路２５を例にしている。図６に示す処理回路２５は、例えばマイクロコンピュータで構成されている。処理回路２５は、ＣＰＵ２５１を有する。また、処理回路２５は、記憶部として、ＲＯＭ２５１と、ＲＡＭ２５３と、を有する。更に、処理回路２５は、バス２５４と、複数のインタフェース２５５、２５６、２５７、２５８、４１１を有する。ＣＰＵ２５０、ＲＯＭ２５１、ＲＡＭ２５３、インタフェース２５５〜２５８、４１１は、互いに通信可能にバス２５４で接続されている。

ＣＰＵ２５０は、各種の処理を実行する。ＲＯＭ２５１は、ＣＰＵ２５０に各種の処理を実行させるためのプログラム２５２が記録された記録媒体である。ＲＡＭ２５３は、ＣＰＵ２５０の処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。

インタフェース４１１には、制御装置４００が接続されている。ＣＰＵ２５０は、インタフェース４１１を介して制御装置４００に各検出ヘッド７_１、７_２、９_１、９_２の検出結果となる信号を送信する。

インタフェース２５５には、関節の角度を検出するための検出ヘッド７_１が接続されている。インタフェース２５６には、関節の角度を検出するための検出ヘッド７_２が接続されている。各インタフェース２５５及び２５６は、各検出ヘッド７_１及び７_２の発光部に光を点滅させる信号を送信するとともに、各検出ヘッド７_１及び７_２の受光部からの信号を受信して、ＣＰＵ２５０に出力する。

インタフェース２５７には、関節のトルクを検出するための検出ヘッド９_１が接続されている。インタフェース２５８には、関節のトルクを検出するための検出ヘッド９_２が接続されている。各インタフェース２５７及び２５８は、各検出ヘッド９_１及び９_２の発光部に光を点滅させる信号を送信するとともに、各検出ヘッド９_１及び９_２の受光部からの信号を受信して、ＣＰＵ２５０に出力する。このようにしてＣＰＵ２５０は、位置情報を、所定の時間間隔で各検出ヘッド７_１、７_２、９_１、９_２から取得する。

ＣＰＵ２５０は、プログラム２５２を実行することにより、角度信号処理部、トルク信号処理部として機能する。角度信号処理部としてのＣＰＵ２５０は、関節Ｊ_１の角度、即ち固定部材１に対するベース部材３の相対角度の値を求める処理をする。トルク信号処理部としてのＣＰＵ２５０は、関節Ｊ_１にかかるトルク、即ち構造体４の第１リング２８と、構造体４の第２リング２９との間にかかるトルクの値を求める処理をする。ＣＰＵ２５０は、これらの演算結果を、制御装置４００に出力する。

ここで、検出ヘッド７_１及び７_２、即ちセンサ基板２１は、関節Ｊ１の回転中心である回転軸Ａ１に対して偏心することがある。即ち、検出ヘッド７_１及び７_２における角度の測定中心が回転軸Ａ１に対してずれることがある。このずれを偏心誤差という。偏心誤差があると、関節Ｊ１の回転に伴い検出ヘッド７_１及び７_２の位置が変動する。

この偏心誤差の方向をφとし、大きさをδとする。さらに、検出ヘッド７_１及び７_２の取付け半径をＲ、関節の回転角度をθとすると、２つの検出ヘッドの検出値ｓ_０及びｓ_１８０は以下の式となる。

上式の第２項が偏心誤差である。この２式を変形すると回転角度θは、以下の式となる。

この式のようにｓ_０とｓ_１８０とを平均することで、回転角度θにおいて偏心誤差を除去できる。つまり、検出ヘッド７_１及び７_２を対向配置することにより、偏心誤差を低減した角度検出が可能である。検出ヘッド９_１及び９_２についても同様の演算処理を行う。そして求めた角度から構造体４の剛性値を使用することでトルクを演算する。

上述の通り本実施形態における検出装置２２１は、検出ヘッド９_１及び９_２とスケール８_１、８_２の間に生じる相対的な変位を検出し、変位からトルク値に変換する。つまり、構造体４の第リング２８と第２リング２９との間には必ず空隙が存在する。

図４において、コネクタ２６の入出力部（センサ配線２７の接続部）は構造体４の内側（回転軸Ａ１に向かう方向）に向けられている。ここでコネクタ２６の入出力部（センサ配線２７の接続部）の向きは、センサ配線２７がコネクタ２６に接続される際、構造体４の内側に向かって配線した際に、センサ配線２７における接続部近辺に屈曲による負荷が生じないようにできる向きのことである。

したがって、コネクタ２６の入出力部（センサ配線２７の接続部）の向きは、上記の条件を満たす範囲である程度幅を持たせてよい。また本実施形態では、コネクタを使用しているが、上記の条件を満たす範囲でセンサ配線２７がセンサ基板２１に直接接続されていてもかまわない。

さらにセンサ配線２７はコネクタ２６に接続され、構造体４の第１リング２８と第２リング２９との間を通し、内側にて向かうように配線されている。これにより、構造体４の空隙を活用した配線をすることができるため、検出装置の厚み方向及び径方向に対する小型化を図ることができる。加えて、コネクタ２６は検出装置の厚み方向（Ｚ軸方向）に関して構造体４の第１リング２８と第２リング２９の間に配置されるようにしている。これにより、検出装置の厚み方向に対して小型化を図ることができる。

図７は検出装置２２１を図４（ａ）における破線ＡＡから矢印Ｐの方向に切断した際のＸＹ面における断面図である。図７において、センサ配線２７は留め具６０により第１リング２８に固定されている。また留め具６０は第１リング２８と第２リング２９との間に設置されている。

ロボットアーム本体２００が動作することによってセンサ配線２７は屈曲、伸長し、それによって生じた張力を発生する。これによりセンサ基板２１はセンサ配線２７の張力によって変形し、センサ基板２１に実装された各検出ヘッドを変位させる場合があり、各検出ヘッドの変位は検出誤差となって現れる。しかしながら図７に示すように、留め具６０によってセンサ配線２７を第１リング２８に固定しておくことで、センサ配線２７から発生した張力をセンサ基板２１へ直接伝えることを低減できる。

また、センサ配線２７が如何なる動きをしたとしても、板ばね３０によって隔離された領域が複数存在する中で、所定の領域（図７では領域Ａ）で留めることができる。よって各検出ヘッドが配置された領域以外の領域にセンサ配線２７を留めておくことで、センサ配線２７が直接検出ヘッド９_１及び９_２へ接触し、検出誤差が発生することを防ぐことができる。

図８はモータ２１１とモータ２１１の入力軸エンコーダ２３１を検出装置２２１の中空部に配置した際の図を簡易的に表した図である。検出装置２２１が中空構造の場合、中空部分にモータ２１１と入力軸エンコーダ２３１を配置することができるため、ロボットアーム全体を小型化することが可能であることがわかる。また、エンコーダ２３１の情報の取得およびモータ２１１の動力のためのモータ配線５１とセンサ配線２７とは検出装置の中空部で容易に集合し、束線５２を形成することができる。

以上本実施形態によれば、コネクタ２６の接続部の方向を、構造体４の内側（回転軸Ａ１に向かう方向）に向けることで、構造体４の空隙に配線を行うことができ、径方向に配線されないようにしている。よって検出装置の径方向に対して小型化を図ることができる。さらに、本検出装置を用いてトルクまたは角度を検出し、その検出したトルク、角度を用いて制御を行うロボット装置を提供することができる。

上述した実施形態における回転角度検出、トルク検出の処理手順は具体的には処理回路２５のＣＰＵ２５０により実行されるものとして説明した。しかし、上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体を制御装置４００または外部入力装置５００に搭載させて実施しても良い。

従って上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体、通信装置は本発明を構成することになる。

また、上記実施形態では、コンピュータで読み取り可能な記録媒体がＲＯＭ或いはＲＡＭであり、ＲＯＭ或いはＲＡＭに制御プログラムが格納される場合について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。

本発明を実施するための制御プログラムは、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。例えば、制御プログラムを供給するための記録媒体としては、ＨＤＤ、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。

（その他の実施形態）
また上述した実施形態では、ロボットアーム本体２００が複数の関節を有する多関節ロボットアームを用いた場合を説明したが、関節の数はこれに限定されるものではない。ロボット装置の形式として、垂直多軸構成を示したが、パラレルリンク型など異なる形式の関節においても上記と同等の構成を実施することができる。

また上述した実施形態では、構造体４において相対変位する部材として円環のリング形状を例に取り説明したが、これに限られない。例えば矩形や三角形などの形状で中空の構造を有していれば本発明を実施することが可能である。

また上述した種々の実施形態は、制御装置に設けられる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。

なお本発明は、上述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、本発明の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、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。

４ 構造体
７_１、７_２、９_１、９_２ 検出ヘッド
６、８_１、８_２ スケール
１０ｍ、１０ｓ、１２ｍ、１２ｓ ボルト
２１、２１ｍ、２１ｓ センサ基板
２２ｍ、２２ｓ 取付部
２５ 処理回路
２６、８０ａ、８０ｂ コネクタ
２７ センサ配線
２８ 第１リング
２９ 第２リング
３０ 板ばね
４０ 開口部
５２ 束線
１００ ロボット装置
２１０ 基台
２０１〜２０６ リンク
２２１〜２２６ 検出装置

Claims (20)

1. 第１部位と、
   連結部を介して前記第１部位と連結された第２部位と、
   前記第１部位と前記第２部位との相対変位に応じた信号を出力する第１センサと、
   配線が接続される接続部と、
   前記第１センサと前記接続部とが搭載された基板と、を備え、
   前記配線は、前記第１部位と前記第２部位との間を通り、前記第１部材または前記第２部材の内側に向かって配線されている、
   ことを特徴とする検出装置。
2. 請求項１に記載の検出装置において、
   前記連結部が複数設けられることで、前記第１部位と、前記第２部位と、前記連結部と、により囲まれた領域が複数存在し、
   前記第１のセンサが設けられた領域以外の領域に、前記接続部に接続される配線が位置している、
   ことを特徴とする検出装置。
3. 請求項２に記載の検出装置において、
   前記配線は、前記第１部位または前記第２部位に固定されている、
   ことを特徴とする検出装置。
4. 請求項２または３に記載の検出装置において、
   前記配線を前記第１部材または前記第２部材の内側に向かって配線した際、前記配線における前記接続部と接続されている部分に負荷が生じないように配線されている、
   ことを特徴とする検出装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の検出装置において、
   前記第１部位と前記第２部位との間に前記基板が設けられている、
   ことを特徴とする検出装置。
6. 請求項５に記載の検出装置において、
   前記基板には、前記第１部位および前記第２部位の外側に突出する突出部が設けられている、
   ことを特徴とする検出装置。
7. 請求項６に記載の検出装置において、
   前記第１センサの信号を処理する処理回路と前記接続部とが前記突出部に設けられている、
   ことを特徴とする検出装置。
8. 請求項５から７のいずれか１項に記載の検出装置において、
   前記基板は第１基板と第２基板とを備えており、前記第１基板と前記第２基板とのそれぞれに前記第１センサが設けられている、
   ことを特徴とする検出装置。
9. 請求項８に記載の検出装置において、
   前記第１基板と前記第２基板には、独立して位置の調整を可能な位置調整機構がそれぞれ設けられている、
   ことを特徴とする検出装置。
10. 請求項９に記載の検出装置において、
    前記位置調整機構は前記第１部位に接続されており、前記位置調整機構を介して前記第１部位に前記第１基板と前記第２基板が設けられている、
    ことを特徴とする検出装置。
11. 請求項１から１０に記載の検出装置において、
    前記基板には、前記第１部位または前記第２部位が、所定の装置に対して相対変位した際に信号を出力する第２センサを備え、
    前記接続部と前記配線により、前記第１センサの信号と前記第２センサの信号とが送信される、
    ことを特徴とする検出装置。
12. 請求項１１に記載の検出装置において、
    前記第１部位は、開口部を備えており、前記第２センサが前記開口部に設けられている、
    ことを特徴とする検出装置。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の検出装置において、
    前記第１部位および前記第２部位はリング形状であり、
    前記配線は、前記第１部位および前記第２部位の内側の中空部に向かって配線されている、
    ことを特徴とする検出装置。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の検出装置を備えた駆動装置。
15. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の検出装置を備えたロボット装置。
16. 第１部位と、
    連結部を介して前記第１部位に連結された第２部位と、
    前記第１部位と前記第２部位との相対変位に応じた信号を出力する第１センサと、
    前記第１センサの信号を処理する処理部と、
    配線が接続される接続部と、
    前記第１センサと前記接続部とが搭載された基板と、を備え、
    前記配線は、前記第１部位と前記第２部位との間を通り、前記第１部材または前記第２部材の内側に向かって配線されており、
    前記処理部が、
    前記第１センサから出力された信号に基づき、前記第１部位、前記連結部、前記第２部位にかかる力を求める、
    ことを特徴とする検出方法。
17. 請求項１５に記載のロボット装置を用いて物品の製造を行うことを特徴とする物品の製造方法。
18. 請求項１６に記載の検出方法を実行可能な制御プログラム。
19. 請求項１８に記載の制御プログラムを格納した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
20. 第１部位と、
    連結部を介して前記第１部位と連結された第２部位と、
    前記第１部位と前記第２部位との相対変位に応じた信号を出力する第１センサと、
    配線が接続される接続部と、
    前記第１センサと前記接続部とが搭載された基板と、を備え、
    前記接続部は、前記第１部位と前記第２部位との間に配置され、前記配線が前記第１部材または前記第２部材の内側に向かって配線されるように設けられている、
    ことを特徴とする検出装置。

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