JP7362242B2

JP7362242B2 - ロボット、ロボット装置、ロボットの制御方法、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

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Publication number: JP7362242B2
Application number: JP2018210726A
Authority: JP
Inventors: 勝尾形
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Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2023-10-17
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: JP2020075328A

Description

本発明は、ロボットおよびロボット装置に関する。

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。

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。

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。

特開２０１６－０６８２２６号公報

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。

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。

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。

上記課題を解決する為に本発明においては、第１部位と第２部位とを有する第１リンクと、前記第１リンクに対して相対的に移動する第２リンクと、を備えたロボットであって、前記第１部位と第１関節を介して接続され、かつ前記第２リンクと第２関節を介して接続され、前記第１部位に対して相対的に移動する第３リンクと、前記第２部位と第３関節を介して接続され、かつ前記第２リンクと第４関節を介して接続され、前記第２部位に対して相対的に移動する第４リンクと、前記第１部位には前記第３リンクを移動させるための動力を伝達する伝達機構が配置され、前記第２部位と前記第３関節と前記第４リンクと前記第４関節には前記第１リンクから前記第２リンクへ配される配線が配置されており、前記第２リンクを前記第３リンクに対して相対的に移動させる第１駆動源へ配される配線が、前記第１リンクから、前記第２部位と前記第３関節と前記第４リンクと前記第４関節に配置されている、ことを特徴とするロボットを採用した。

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。

第１の実施形態におけるロボット装置１０００の概略構成を示す模式図である。第１の実施形態におけるロボット装置１０００のブロック図である。第１の実施形態におけるロボット装置１０００の制御系を示す制御ブロック図である。第１の実施形態におけるロボットアーム本体２００の関節Ｊ_２と補助関節Ｊ_２Ｓの模式的な断面図である。第１の実施形態におけるロボットアーム本体２００の関節Ｊ_３と補助関節Ｊ_３Ｓの模式的な断面図である。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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２１０_０～２１０_６が各関節Ｊ_１～Ｊ_６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２１０_０～２１０_６が順に連結されている。

また図１（ｂ）より、リンク２１０_１、２１０_２には、補助関節Ｊ_２Ｓ、Ｊ_３Ｓを介して回転する補助リンク２１０_１Ｓ、２１０_２Ｓが設けられている。

リンク２１０_２は、リンク２１０_１に関節Ｊ_２によって支持されている。ここで関節Ｊ_２において、モータ２１２はリンク２１０_１に設けられており、Ａ_２軸でリンク２１０_２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。

またリンク２１０_１には、Ａ_１軸を基準としてリンク２１０_１と対称に補助リンク２１０_１Ｓが取り付けられている。

補助リンク２１０_１Ｓは、関節Ｊ_２の回転中心と同じＡ_２軸を回転中心とした補助関節Ｊ_２Ｓによって補助リンク２１０_２Ｓを支持している。

そして補助リンク２１０_２Ｓは、関節Ｊ_３の回転中心と同じＡ_３軸を回転中心とした補助関節Ｊ_３Ｓによって、リンク２１０_３と接続されている。

これにより、関節Ｊ_２、Ｊ_３と同期して補助関節Ｊ_２Ｓ、Ｊ_３Ｓ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。

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。

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。

各関節Ｊ_１～Ｊ_６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２１０_０～２１０_６に接続されている。

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）。

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。

サーボ制御部２３０は、入力された各関節Ｊ_１～Ｊ_６に対応する各トルク指令値に基づき、各関節Ｊ_１～Ｊ_６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。

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。

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。

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（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）４０１を備えている。

また制御装置４００は、記憶部として、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）４０２、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）４０３、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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ｑ_１～ｑ_６を直接検知する。トルクセンサ２２１～２２６は、関節Ｊ_１～Ｊ_６のトルクτ_１～τ_６をそれぞれ検知する。

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Ｆ_ｄと、位置教示データ５０２に含まれる位置目標値Ｐ_ｄとをＣＰＵ３０１に出力する。力目標値Ｆ_ｄ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。

位置目標値Ｐ_ｄ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。

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Ｆ_ｄ、位置目標値Ｐ_ｄ、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Ｊ_１～Ｊ_６に対するトルク指令値τ_Ｆｄ１～τ_Ｆｄ６を求める。

このとき、手先力Ｆと力目標値Ｆ_ｄとの力偏差、手先の位置Ｐ（ｔ）と位置目標値Ｐ_ｄとの位置偏差が小さくなるようにトルク指令値τ_Ｆｄ１～τ_Ｆｄ６を求める。力制御部５０４は、求めた各トルク指令値τ_Ｆｄ１～τ_Ｆｄ６を各切替制御部５１１～５１６に出力する。

位置目標値生成部５０５は、手先の位置目標値Ｐ_ｄから逆運動学計算により各関節Ｊ_１～Ｊ_６の角度指令値（位置指令値）ｑ_ｄ１～ｑ_ｄ６を求め、各角度指令値ｑ_ｄ１～ｑ_ｄ６を各位置制御部５２１～５２６に出力する。

各位置制御部５２１～５２６は、各関節Ｊ_１～Ｊ_６の角度ｑ_１～ｑ_６と各関節Ｊ_１～Ｊ_６の角度指令値ｑ_ｄ１～ｑ_ｄ６との角度偏差が小さくなるようトルク指令値τ_Ｐｄ１～τ_Ｐｄ６を求める。各位置制御部５２１～５２６は、各トルク指令値τ_Ｐｄ１～τ_Ｐｄ６を各切替制御部５１１～５１６に出力する。

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τ_Ｆｄ１～τ_Ｆｄ６を各トルク指令値τ_ｄ１～τ_ｄ６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τ_Ｐｄ１～τ_Ｐｄ６を各トルク指令値τ_ｄ１～τ_ｄ６として各モータ制御部５３１～５３６に出力する。

各モータ制御部５３１～５３６は、各電動モータ２１１～２１６の角度（位置）ｑ _１～ｑ _６に基づき、各トルク指令値τ_ｄ１～τ_ｄ６を実現するように各電流Ｃｕｒ_１～Ｃｕｒ_６を各モータ２１１～２１６に通電する。

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。

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。

図４は、ロボットアーム本体２００における、リンク２１０_１とリンク２１０_２との接続部である関節Ｊ_２と、補助リンク２１０_１Ｓと補助リンク２１０_２Ｓとの接続部である補助関節Ｊ_２Ｓの模式的な断面図を示している。図４（ａ）が関節Ｊ_２、図４（ｂ）が補助関節Ｊ_２Ｓである。

図４（ａ）より、リンク２１０_１には、リンク２１０_２を軸Ａ_２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２１０_２に伝達される。

またリンク２１０_１には、リンク２１０_２をリンク２１０_１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。

そして軸Ａ_２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によって原動側プーリ２３２と連結される。

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２１０_２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２１０_２に接続されている。

以上の構成により、リンク２１０_２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。

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。

そして減速機２７２により、リンク２１０_２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２１０_２を回転駆動する。

ここで減速機２７２は、トルクセンサ２２２を介してリンク２１０_１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。

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２１０_２にかかるトルクを制御することができる。

次に図４（ｂ）を用いて、補助関節Ｊ_２Ｓについて詳しく説明する。補助関節Ｊ_２Ｓは、補助リンク２１０_１Ｓと補助リンク２１０_２Ｓとを、軸受２５１を介して接続することで構成される。

また、補助リンク２１０_１Ｓ、補助リンク２１０_２Ｓには、関節の回転中心となる軸Ａ_２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２１０_１Ｓと補助リンク２１０_２Ｓ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。

さらに補助関節Ｊ_２Ｓには、位置センサ５４２を備えている。位置センサ５４２は、軸Ａ_２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。

補助リンク２１０_２Ｓ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２１０_１Ｓと補助リンク２１０_２Ｓの相対的な変位量を検出する。

関節Ｊ_２と補助関節Ｊ_２Ｓは同期して駆動するため、補助関節Ｊ_２Ｓの角度を計測することは、関節Ｊ_２の角度を計測することと同じであり、関節Ｊ_２と補助関節Ｊ_２Ｓとを位置制御することが可能となる。

補助関節Ｊ_２Ｓの内部には、補助関節Ｊ_２Ｓよりも手先側のリンク２１０_３～２１０_６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。

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２１０_１Ｓと、補助リンク２１０_２Ｓ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。

位置センサ配線２４０Ｅ１、２４０Ｅ２は、補助リンク２１０_１Ｓ内で配線２４０に合流し、基部２０９へと導入される。

このように、配線導入部２８０、２８１により補助関節Ｊ_２Ｓ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。

さらに図４（ａ）より、リンク２１０_１の内部には、トルクセンサ２２２が検出した関節Ｊ_２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２１０_１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。

トルクセンサ２２２はリンク２１０_２を駆動させる際、相対変位しないリンクとなるリンク２１０_１に設けられている。ゆえに、減速機２７２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。

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Ｊ_３、補助関節Ｊ_３Ｓ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Ｊ_３、右側が補助関節Ｊ_３Ｓを示している。

まずリンク２１０_３は、リンク２１０_２と補助リンク２１０_２Ｓとに接続されている。リンク２１０_２は軸受２５２を介してリンク２１０_３と接続され、補助リンク２１０_２Ｓは軸受２５３を介してリンク２１０_３と接続されている。

リンク２１０_３には、リンク２１０_３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２１０_３を回転駆動させる。

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２１０_３の内部の空間に、リンク２１０_３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。

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。

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２１０_２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。

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２１０_３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２１０_２、補助リンク２１０_２Ｓ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２１０_３もリンク２１０_２、補助リンク２１０_２Ｓに対して相対回転させることができる。

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２１０_３に伝達するため、リンク２１０_３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。

また、補助リンク２１０_２Ｓには、リンク２１０_３の回転中心となる軸Ａ_３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２１０_３と補助リンク２１０_２Ｓ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。

さらに補助関節Ｊ_３Ｓには、位置センサ５４３を備えている。位置センサ５４３は、軸Ａ_３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。

リンク２１０_３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２１０_２Ｓとリンク２１０_３の相対的な変位量を検出する。

関節Ｊ_３と補助関節Ｊ_３Ｓは同期して駆動するため、補助関節Ｊ_３Ｓの角度を計測することは、関節Ｊ_３の角度を計測することと同じであり、関節Ｊ_３と補助関節Ｊ_３Ｓとを位置制御することが可能となる。

補助関節Ｊ_３Ｓの内部には、補助関節Ｊ_３Ｓの含めた手先側のリンク２１０_３～２１０_６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。

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。

図５に示すように、補助リンク２１０_２Ｓと、リンク２１０_３とが軸受２５３を介して接続されると、配線導入部２８２が、リンク２１０_３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。

位置センサ配線２４０Ｅ３、２４０Ｅ４は、補助リンク２１０_２Ｓ内で配線２４０に合流し、基部２０９へと導入される。

このように、配線導入部２８２により補助関節Ｊ_３Ｓ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。

さらに図５より、リンク２１０_３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。

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２７３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。

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。

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。

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。

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。

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。

２００ロボットアーム本体
２０９基台
２１０_０～２１０_６リンク
２１０_１Ｓ、２１０_２Ｓ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スケール部
５４２Ｄ、５４３Ｄ検出部
Ｊ_１～Ｊ_６関節
Ｊ_２Ｓ、Ｊ_３Ｓ補助関節

Claims

第１部位と第２部位とを有する第１リンクと、前記第１リンクに対して相対的に移動する第２リンクと、を備えたロボットであって、
前記第１部位と第１関節を介して接続され、かつ前記第２リンクと第２関節を介して接続され、前記第１部位に対して相対的に移動する第３リンクと、
前記第２部位と第３関節を介して接続され、かつ前記第２リンクと第４関節を介して接続され、前記第２部位に対して相対的に移動する第４リンクと、
前記第１部位には前記第３リンクを移動させるための動力を伝達する伝達機構が配置され、前記第２部位と前記第３関節と前記第４リンクと前記第４関節には前記第１リンクから前記第２リンクへ配される配線が配置されており、
前記第２リンクを前記第３リンクに対して相対的に移動させる第１駆動源へ配される配線が、前記第１リンクから、前記第２部位と前記第３関節と前記第４リンクと前記第４関節に配置されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記第２リンクは、前記第１部位と前記第２部位と前記第３リンクと前記第４リンクとを介して両持ち構造で支持されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１または２に記載のロボットにおいて、
前記第３リンクと前記第４リンクとは連動する、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から３のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第３リンクには前記配線が配置されていない、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から４のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記配線は、前記第２部位の内部および前記第４リンクの内部に配置されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から５のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第２リンク以降のリンクに配置される機器に前記第１リンクから接続される配線も前記第２部位と前記第３関節と前記第４リンクと前記第４関節に配置されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から６のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第３リンクと前記第４リンクとを移動させるための第２駆動源が前記第１部位に配置されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項７に記載のロボットにおいて、
前記第１駆動源に接続される配線は、前記第１駆動源に接続される減速機を介さずに配置されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から８のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第１駆動源が前記第２リンクに配置されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から９のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第２部位と前記第４リンクとは、第１ダクトを有するように接続されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から１０のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第２リンクと前記第４リンクとは、第２ダクトを有するように接続されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から１１のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第２部位と前記第４リンクとの接続部には、前記第２部位と前記第４リンクとの相対的な変位を検出する第１位置センサを備え、
前記第１位置センサに関する配線は、前記第２部位に配置されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から１２のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第２リンクと前記第４リンクとの接続部には、前記第２リンクと前記第４リンクとの相対的な変位を検出する第２位置センサを備え、
前記第２位置センサに関する配線は、前記第２部位と前記第３関節と前記第４リンクに配置されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から１３のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第１部位と前記第３リンクとの接続部には、前記第１部位と前記第３リンクとの間で生じるトルクを検出する第１トルクセンサを備え、
前記第１トルクセンサに関する配線は、前記第１部位に配置されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から１４のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第２リンクには、前記第２リンクに生じるトルクを検出する第２トルクセンサを備え、
前記第２トルクセンサに関する配線は、前記第２部位と前記第３関節と前記第４リンクと前記第４関節に配置されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から１５のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第１部位と前記第２部位と前記第３リンクと前記第４リンクとは、所定方向から見て重なる位置が生じるように設けられている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１６に記載のロボットにおいて、
前記第１部位と前記第２部位と前記第３リンクと前記第４リンクとは、折りたたみ可能となっている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から１７のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第１部位と前記第３リンクとは前記第２リンクを基準として同じ側で配置されており、前記第２リンクを基準として前記第１部位と前記第３リンクとは配置されている側とは反対側に前記第２部位と前記第４リンクとが配置されている、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から１８のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記第１部位と前記第２部位とは、所定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。
請求項１から１９のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記ロボットは、天吊り式である、
ことを特徴とするロボット。
請求項１から２０のいずれか１項に記載のロボットに、ロボットハンドを備えたことを特徴とするロボットシステム。
請求項２１に記載のロボットシステム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。
第１部位と第２部位とを有する第１リンクと、前記第１リンクに対して相対的に移動する第２リンクとを備えたロボットの制御方法であって、
前記ロボットは、
前記第１部位と第１関節を介して接続され前記第２リンクと第２関節を介して接続され、前記第１部位に対して相対的に移動する第３リンクと、
前記第２部位と第３関節を介して接続され前記第２リンクと第４関節を介して接続され、前記第２部位に対して相対的に移動する第４リンクと、を備え、
前記第１部位には前記第３リンクを移動させるための動力を伝達する伝達機構が配置され、前記第２部位と前記第３関節と前記第４リンクと前記第４関節には前記第１リンクから前記第２リンクへ配される配線が配置され、
前記第２リンクを前記第３リンクに対して相対的に移動させる第１駆動源へ配される配線が、前記第１リンクから、前記第２部位と前記第３関節と前記第４リンクと前記第４関節に配置されている、
制御装置が、前記伝達機構を用いて前記第２リンクの移動を制御する、
ことを特徴とする制御方法。
請求項２３に記載の制御方法を実行可能な制御プログラム。
請求項２４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。