JP7495271B2 - 産業用ロボット - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボット（以下、単に「ロボット」とも言う）に関し、特に、ロボットのハンドに設けられるフォークの間隔を変更できる、搬送用のロボットに関する。

液晶表示装置用のガラス基板などの大型の板状の搬送対象物を搬送する産業用ロボットは、１または複数のアームを連結した上でアームの先端にハンドを取り付け、ハンドの上に搬送対象物を載置するように構成されている。ハンドはハンド基部とフォークと呼ばれる棒状の部材とからなる。ハンドでは、複数本のフォークが、相互に平行にかつハンド基部から一方向に延びるように配置され、搬送対象物は、複数本のフォークに跨るように載置された状態で保持されて搬送される。ハンド上に板状の搬送対象物を保持するためには最低限２本のフォークが存在すればよいが、２本のフォークのみを用いて板状の搬送対象物を搬送する場合、２本のフォークの間や２本のフォークの外側で搬送対象物がその自重によって大きくたわむことがある。搬送対象物の大きなたわみは、搬送中の搬送対象物を不安定な状態とするとともに、搬送対象物に対して機械的なダメージを与えることもある。そこで、ハンドに設けられるフォークの本数を３本以上、例えば４本とすることが検討されている。

近年、多品種混合生産の普及などにより搬送用のロボットを用いて多様な寸法の板状の搬送対象物を搬送することについての需要が増している。異なる寸法の搬送対象物を安定して搬送するためには、ハンドにおけるフォーク間の間隔すなわちフォークピッチを変更できることが必要である。特許文献１～３は、ハンド基部にモータを設け、モータによってフォークを駆動することによってフォークピッチを可変とした搬送用のロボットを開示している。モータとしてはＤＣ（直流）モータなどが使用されている。

特開２０１７－１９０６１号公報 特開２０１９－１０６８９号公報 特開２０１９－１０６９３号公報

特許文献１～３に開示された産業用ロボットでは、モータによるフォークの移動可能範囲の端部にセンサを設けることはあっても、フォークの位置をフィードバックすることによって移動可能範囲内の任意の位置に正確にフォークを移動させる構成とはなっていない。また、ロボットを制御するロボットコントローラの電源を遮断した後、再起動した場合に、フォークについて原点復帰動作を行う必要がある。モータにＤＣモータなどを用いた場合には、フォークの移動速度が比較的遅いので、フォークピッチを高頻度で変更することができない。ハンド基部にサーボモータを設けてロボットコントローラからこのサーボモータを駆動してフォークを移動させることにより、フォークの位置精度を高め、移動速度も速くすることも考えられるが、サーボモータが三相モータであるとするとサーボモータを１つ設けるごとに３本の電力用の導体配線が必要となる。ハンドはアームの先端に取り付けられるからハンドへの導体配線はアーム間の関節の中を通す必要があるが、フォークを駆動するサーボモータのための多数の導体配線を関節の中を通すことは難しい。

本発明の目的は、ハンドにおけるフォークピッチを変更できる搬送用の産業用ロボットであって、フォークの位置を正確に制御できるとともに高速でフォークを動かすことができる産業用ロボットを提供することにある。

本発明の産業用ロボットは、アームとアームの先端に手首軸を介して取り付けられたハンドとを含む水平多関節型のロボット本体と、ロボット本体に接続したロボットコントローラと、を備え、ハンド上に載置された搬送対象物を搬送する産業用ロボットであって、ハンドは、手首軸に接続するハンド基部と、ハンド基部から一方向に延びて搬送対象物を下から支持する複数のフォークと、複数のフォークのうちの少なくとも一部をハンド基部に沿って移動させることによってフォークの間隔であるフォークピッチを変更するエンコーダ付きの第１サーボモータと、エンコーダでの検出結果に基づいて第１サーボモータをサーボ制御により駆動する第１サーボドライバと、第１サーボドライバに対する指令が入力するリモートＩ／Ｏと、センサと、を備え、複数のフォークにはハンド基部に固定されているフォークが含まれるとともに２以上のフォークがハンド基部に沿って移動可能であって、移動可能なフォークごとに第１サーボモータと第１サーボドライバとが設けられ、リモートＩ／Ｏは複数の第１サーボドライバをデイジーチェーン接続またはバス接続で接続できるインタフェースであり、第１サーボモータ、エンコーダ、第１サーボドライバ及びリモートＩ／Ｏはハンド基部に設けられ、ロボットコントローラは、アームの位置及び姿勢の少なくとも一方を変化させる第２サーボモータをサーボ制御により駆動する第２サーボドライバを内蔵し、ロボットコントローラからの指令が、ロボットコントローラとハンド基部を接続する信号線とリモートＩ／Ｏとを介して第１サーボドライバに送信され、センサからの信号がリモートＩ／Ｏと信号線とを介してロボットコントローラに伝送される。

本発明の産業用ロボットは、エンコーダ付きの第１サーボモータによってフォークを移動させるので、フォークピッチの変更に際し、複数のフォークのうちの移動可能なフォークの位置を正確に制御できるとともに、高速でフォークを動かすことができる。その結果、本発明の産業用ロボットによれば、高頻度でフォークピッチを変更する場合においても工程の効率を低下させることがなくなる。またこの産業用ロボットは、第１サーボモータを駆動する第１サーボドライバ自体をハンド基部に設けているので、手首軸を通して配置される導体配線の本数を低減することができ、ロボットのアームや手首軸における寸法的な制約を受けずに導体配線を配置できるようになるので、第１サーボモータをハンド基部に設けることを可能にしている。

本発明においては、第１サーボモータに設けられるエンコーダをアブソリュートエンコーダとすることが好ましい。アブソリュートエンコーダを用いることにより、ロボット本体あるいはロボットコントローラの電源を遮断し、その後、再起動を行うときに、フォークについては原点復帰動作を行う必要がなくなる。

本発明においては、複数のフォークがハンド基部に沿って移動可能であるともに、移動可能なフォークごとに第１サーボモータと第１サーボドライバとを設けるので、移動可能なフォークの本数を増やすことによって、搬送対象物に合わせてより好適にフォークピッチを変更できるようになる。本発明によれば、第１サーボドライバをハンド基部に設けているので、フォークごとに第１サーボモータを設けることにより全体としての第１サーボモータの数が増加したとしても、ロボットコントローラに設けられるサーボドライバが不足することがない。また、電力用の導体配線としては第１サーボドライバに対して共通に設けられる電源線だけを設ければよいので、移動可能なフォークを数を増したときであっても、アームとハンドとの間に介在する手首軸を通る導体配線の数の増加を抑えることができる。

本発明では、ハンド基部に設けられているリモートＩ／Ｏを介して第１サーボドライバに対する指令が入力する。もともと搬送用の産業用ロボットのハンドでは、そのハンドにおける搬送対象物の位置を検出するセンサなどが設けられ、センサなどからの信号を出力するためにリモートＩ／Ｏが設けられていることが多い。そのような既設のリモートＩ／Ｏを用いることによって、ハンド基部への第１サーボモータと第１サーボドライバとの配置が容易になる。

ハンド基部に設けられるリモートＩ／Ｏとして、ＲＳ－４８５によるインタフェースであるリモートＩ／Ｏを用いることができる。ＲＳ－４８５によるインタフェースはデイジーチェーン接続あるいはバス接続が可能であるので、移動可能なフォークの本数が増えた場合であって、サーボドライバに対して手首軸を通して接続される信号線の数を増やさなく済むようになる。

本発明の産業用ロボットでは、ロボット本体に接続し、アームの位置及び姿勢の少なくとも一方を変化させる第２サーボモータをサーボ制御により駆動する第２サーボドライバを内蔵するロボットコントローラが設けられており、ロボットコントローラからの指令が、ロボットコントローラとハンド基部を接続する信号線とリモートＩ／Ｏとを介して第１サーボドライバに送信される。ロボット本体にはアームの位置や姿勢を変化させるための複数の第２サーボモータが設けられるが、これらの第２サーボモータについてはロボットコントローラ内の第２サーボドライバによりサーボ制御し、フォークピッチ変更のための第１サーボモータについてはハンド基部の第１サーボドライバにより駆動することによって、ロボットコントローラに設けられるサーボドライバの数に制約がある場合においても第１サーボモータを用いてフォークピッチを変更することが可能になる。

ハンド基部に設けられる第１サーボドライバには駆動用の電力を供給する必要があるが、本発明では、ロボットコントローラを介してこの駆動用の電力を第１サーボドライバに供給し、かつ、駆動用の電力を遮断するスイッチをロボットコントローラの内部に設けることが好ましい。このように構成することによって、ロボットコントローラにおける非常停止状態と連動してスイッチにより駆動用の電力を遮断することが可能となり、メンテナンス時などにおける産業用ロボットの安全性が高まる。

本発明の産業用ロボットでは、第１サーボドライバとロボットコントローラの間でデータ通信を行うためのデータ通信線を信号線とは別個に設け、ハンド基部に設けられる第１サーボモータの位置情報の取得のためにデータ通信が行われるようにしてもよい。この構成によれば、信号線だけではなく通信線を設けることで、ロボットコントローラ側において、第１サーボモータの正確な絶対位置、すなわちハンドにおける移動可能なフォークの正確な絶対位置を知ることが可能になって制御の精度を向上させることが可能になる。

データ通信線を備える本発明の産業用ロボットでは、ロボットコントローラは、ロボットの動作の実行及び管理を行う動作制御部と、データ通信線によるデータ通信の処理を行うドライバ通信部と、動作制御部及びドライバ通信部の両方からアクセス可能な共有メモリと、第１サーボドライバに対する指令を動作制御部から受け取って信号線を介してリモートＩ／Ｏに送信するリモートＩ／Ｏ制御部と、を備え、ドライバ通信部は、データ通信線を介して第１サーボモータの位置情報を取得したときに、位置情報を共有メモリに格納するようにしてもよい。この構成によれば、動作制御部からの指令がリモートＩ／Ｏ制御部から信号線を介してハンド基部側に送られるので、動作制御部によって第１サーボドライバを制御することが可能になる。また、第１サーボモータの位置情報が共有メモリを介して動作制御部に供給されるので、動作制御部は、共有メモリに格納されている位置情報に基づいて的確な制御を速やかに実施できるようになる。

データ通信線を備える本発明の産業用ロボットでは、ロボットコントローラにペンダントを接続可能として、第１サーボドライバに対する指令がペンダントから入力したときに、その指令がリモートＩ／Ｏ制御部に入力して信号線を介してリモートＩ／Ｏに送信されるようにしてもよい。この構成によれば、第１サーボドライバに対してもペンダントによって指令を出力することができ、例えば教示を容易に行えるようになる。

データ通信線を備える本発明の産業用ロボットでは、データ通信により、第１サーボドライバに設定されている設定値の読み出しと、第１サーボドライバへの設定値の設定が可能であるようにして、ドライバ通信部が、設定値を読み出したときに当該設定値を共有メモリに格納し、ペンダントが、共有メモリに格納された設定値を編集可能であって、ペンダントからの指令により、共有メモリに格納された設定値をドライバ通信部がデータ通信によって第１サーボドライバに設定するようにしてもよい。この構成によれば、第１サーボドライバに対する直接作業を行うことなく、この第１サーボドライバに対する初期値などの設定作業をロボットコントローラに接続されているペンダントから行うことが可能になる。

本発明によれば、ハンドにおけるフォークピッチを変更できる搬送用の産業用ロボットであって、フォークの位置を正確に制御できるとともに高速でフォークを動かすことができる産業用ロボットを得ることができる。

（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の第１の実施形態の産業用ロボットの側面図及び平面図である。 水平多関節機構が上昇した状態での産業用ロボットを示す側面図である。 第１の実施形態の産業用ロボットでのハンドの構成を説明する図である。 第２の実施形態の産業用ロボットでのハンドの構成を説明する図である。 第２の実施形態の産業用ロボットにおけるロボットコントローラの構成を示すブロック図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態の産業用ロボットのロボット本体を示しており、（ａ），（ｂ）はそれぞれ側面図及び平面図である。図１に示すロボットは、液晶表示パネルの製造に用いるガラス基板などの略長方形の板状の搬送対象物を搬送する水平多関節型のものであり、搬送対象物をそれぞれ保持する２つのハンド１３Ａ，１３Ｂを備えるいわゆるダブル・ハンド・ロボットである。また図２は、図１に示すロボット本体において水平多関節機構が上昇した状態を示している。図１及び図２には示していないが、本実施形態の産業用ロボットでは、ロボット本体に対し、各軸のサーボモータを制御するロボットコントローラ７０（図３参照）が接続する。

ロボット本体は、床面に直線で設けられた相互に平行な１対のレール２１上を移動可能な基台２２と、基台２２の上に設けられ、基台２２に内蔵されたサーボモータ（不図示）によって回転軸３１の周りで水平面内で回転する回転台２３と、回転台２３に対して直立するように設けられた昇降機構２４を備えている。基台２２のレール２１上での移動も基台２２に内蔵された別のサーボモータ（不図示）によって駆動される。レール２１にはそれを覆うカバー２５が取り付けられている。昇降機構２４は、回転台２３に取り付けられている固定部２４Ａと、不図示のサーボモータによって固定部２４Ａに対して昇降する移動部２４Ｂとを備えている。図１（ａ）は昇降機構２４の移動部２４Ｂがその昇降範囲での最も下に位置している状態でのロボット本体を示すのに対し、図２は、移動部２４Ｂが上昇した状態でのロボット本体を示している。

移動部２４Ｂには水平多関節機構を保持する支持部２６が水平方向に延びるように設けられており、支持部２６の先端には２組の水平多関節機構が上下方向に配列して取り付けられている。上側の水平多関節機構は、支持部２６に取り付けられて共通軸３２の周りで水平面内を回転可能な第１アーム１１Ａと、第１アーム１１Ａの先端に取り付けられて軸３３Ａの周りで水平面内を回転可能な第２アーム１２Ａを備えており、第２アーム１２Ａの先端にハンド１３Ａが取り付けられている。同様に下側の水平多関節機構は、支持部２６に取り付けられて共通軸３２の周りで水平面内を回転可能な第１アーム１１Ｂと、第１アーム１１Ｂの先端に取り付けられて軸３３Ｂの周りで水平面内を回転可能な第２アーム１２Ｂを備えており、第２アーム１２Ｂの先端にハンド１３Ｂが取り付けられている。第１アーム１１Ａ，１１Ｂ、第２アーム１２Ａ，１２Ｂ及びハンド１３Ａ，１３Ｂもロボット本体に含まれる。

ハンド１３Ａ，１３Ｂは同一の構成のである。いずれのハンド１３Ａ，１３Ｂもハンド基部１４と棒状の部材である複数のフォーク１５，１６とを備え、フォーク１５，１６によって下から保持することによって、板状の搬送対象物を水平状態に保ったまま搬送できるように構成されている。図示した例では、ハンド１３Ａ，１３Ｂの各々は、ハンド基部１４に沿って移動できる２本のフォーク１５とハンド基部１４に固定された２本のフォーク１６との合計４本のフォーク１５，１６を備え、これらのフォーク１５，１６は、相互に平行にかつハンド基部１４から一方向に延びるように、ハンド基部１４に配置されている。具体的には、フォーク１５，１６の延びる方向とは直交する方向に沿って、内側の２本がハンド基部１４に固定されたフォーク１６であり、外側の２本が移動可能なフォーク１５である。ハンド１３Ａ，１３Ｂは、例えばロードロック室などに収納されている搬送対象物を取り出してハンド１３Ａ，１３Ｂ上に保持するときや保持している搬送対象物をロードロック室内などに収納するときに搬送対象物に対して前進または後退するが、このときにハンド１３Ａ，１３Ｂの前進したり後退する方向は、フォーク１５，１６の延びる方向と平行な方向とされる。

このロボットにおいて水平多関節機構は、第１アーム１１Ａ，１１Ｂと第２アーム１２Ａ，１２Ｂとに組み込まれたリンク機構により、支持部２６が延びる方向とは直交する方向で直線運動でハンド１３Ａ，１３Ｂが前進及び後退運動を行うように構成されている。すなわち両方のハンド１３Ａ，１３Ｂは同一方向に前進及び後退を行う。中心軸３２に対してハンド１３Ａ，１３Ｂの先端が遠ざかる動きが前進運動であり、前進運動とは反対方向の動きが後退運動である。第１アーム１１Ａ，１１Ｂと第２アーム１２Ａ，１２Ｂとは全体して屈曲運動を行い、それにも関わらず水平面内でのハンド１３Ａ，１３Ｂの向きを一定とするために、ハンド１３Ａ，１３Ｂは、それぞれ、第２アーム１２Ａ，１２Ｂの先端の位置で手首軸３４Ａ，３４Ｂの周りで水平面内を回転可能に取り付けられている。上側の水平多関節機構は、支持部２６に設けられたサーボモータ（不図示）が駆動されることによって、第１アーム１１Ａ及び第２アーム１２Ａが動き、ハンド１３Ａはその向きを保ったまま、支持部２６の延びる方向とは直交する方向に移動する。同様に下側の水平多関節機構は、支持部２６に設けられたサーボモータ（不図示）が駆動されることによって、第１アーム１１Ｂ及び第２アーム１２Ｂが動き、ハンド１３Ｂはその向きを保ったまま、支持部２６の延びる方向とは直交する方向に移動する。このロボットでは、ハンド１３Ａとハンド１３Ｂとを独立して移動させることができる。

次に、図３を用いてハンド１３Ａ，１３Ａについて説明する。ハンド１３Ａ，１３Ｂは同一構成であるのでここではハンド１３Ａの構成を説明するが、ハンド１３Ｂについても、それが手首軸３４Ｂを介して第２アーム１２Ｂに取り付けられている点を除けば、ここでの説明がそのまま当てはまる。

ハンド１３Ａは、そのハンド基部１４が手首軸３４Ａを介して第２アーム１２Ａに取り付けられている。ハンド基部１４には、移動可能なフォーク１５ごとに、そのフォーク１５を移動させるボールねじ５２と、ボールねじ５２の一端に取り付けられてボールねじ５２を回転駆動するサーボモータ５３と、サーボモータ５３の駆動軸に取り付けられたアブソリュート（絶対）型のエンコーダ５４と、エンコーダ５４での検出結果と外部から入力する指令とに基づいてサーボモータを駆動するサーボドライバ５５と、を備えている。ボールねじ５２は、フォーク１５の長手方向とは直交する方向に延びており、フォーク１５ではその根元側においてボールねじ５２がかみ合いつつ貫通している。サーボモータ５３によってボールねじ５２が回転駆動されることによって、ボールねじ５２が延びる方向にフォーク１５が移動する。エンコーダ５４によってボールねじ５２の回転量を検出することによって、ハンド基部１４におけるフォーク１５の位置を正確に知ることができる。

ハンド基部１４には、さらに、ロボットコントローラ７０との通信を行うためのリモートＩ／Ｏ（入出力部）６０が設けられている。リモートＩ／Ｏ６０は、シリアルデータ通信を行う入出力インタフェースであって、ロボットコントローラ７０に対し、昇降機構２４、第１アーム１１Ａ及び第２アーム１２Ａの内部に配置された信号線６２を介して接続する。サーボドライバ５５の制御用信号の入力端子は、リモートＩ／Ｏ６０に接続している。サーボドライバ５５の制御用信号とは、サーボドライバ５５に対する位置指令などの動作指令、サーボドライバ５５の内部に格納されたテーブルを選択する指令、サーボドライバ５５の動作確認を行うための指令などのことである。フォーク１５の移動に関する指令は、ロボットコントローラ７０から信号線６２を介してリモートＩ／Ｏ６０に伝達され、リモートＩ／Ｏ６０からサーボドライバ５５に送られる。指令を受けたサーボドライバ５５は、エンコーダ５４で検出した位置と指令とに基づいてサーボモータ５３を駆動し、その結果、ボールねじ５２が回転して、指令によって指定された位置までフォーク１５が迅速かつ正確に移動する。なお、ハンド上に搬送対象物を搭載した状態でフォークピッチの変更を行うことはなく、フォークピッチの変更のためにフォーク１５に要求される動きも複雑なものではないので、サーボドライバ５５に与えられる指令は複雑なものではなく、複数のサーボドライバ５５に対する指令をシリアルインタフェースであるリモートＩ／Ｏ６０を介して供給することとしても、フォークピッチの迅速な変更に支障をきたすことはない。

ハンド１３Ａには、ハンド１３Ａにおける搬送対象物の載置位置などを検出するためのセンサ（不図示）が設けられており、センサへの検出指示の送信やセンサによる検出結果の送信にもリモートＩ／Ｏ６０が用いられる。特に本実施形態の産業用ロボットでは、リモートＩ／Ｏ６０として、ＲＳ－４８５によるインタフェースを用いている。ＲＳ－４８５によるインタフェースでは、マルチポイントでのシリアルデータ通信が可能であり、このインタフェースを用いることによって、サーボドライバ５５だけではなくハンド１３Ａに設けられる各種のセンサ類も、デイジーチェーン接続によりロボットコントローラ７０に電気的に接続することが可能である。このとき、サーボドライバ５５の数やセンサの数が増えたとしても、手首軸３４Ａの内部を通る信号線６２の本数や芯数が増加することはない。

次に、本実施形態の産業用ロボットに設けられるサーボモータについて説明する。以上の説明から明らかなように、ハンド１３Ａには２個のサーボモータ５３が設けられ、ハンド１３Ｂにも２個のサーボモータ５３が設けられている。これらのサーボモータ５３は、いずれもハンド基部１４に設けられているサーボドライバ５５によってサーボ制御される。これらのサーボモータ５３とは別に、ロボット本体には、レール２１上を移動するために基台２２に内蔵されたサーボモータと、回転軸３１の周りでの回転を実現するために基台２２に内蔵されたサーボモータと、昇降機構２４において昇降のために設けられているサーボモータと、ハンド１３Ａの前進及び後退のために支持部２６に設けられたサーボモータと、もう１つのハンド１３Ｂの前進及び後退のために支持部２６に設けられたサーボモータとの５個のサーボモータが設けられている。これらの５個のサーボモータは、アーム１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂの位置及び姿勢の少なくとも一方を変化させるサーボモータであって、ロボットコントローラ７０に内蔵されているサーボドライバによってサーボ制御されている。手首軸３４Ａ，３４Ｂの周りでハンド１３Ａ，１３Ｂをそれぞれ回転させるためにサーボモータを設けることもあるが、手首軸３４Ａ，３４Ｂの周りでの回転のためのサーボモータもロボットコントローラ７０に内蔵されるサーボドライバによってサーボ制御される。

結局、この実施形態の産業用ロボットにおいてロボットコントローラ７０には、ハンド基部１４の４個のサーボモータ５３を除いた５個あるいは７個のサーボモータをそれぞれサーボ制御により駆動する５個あるいは７個のサーボドライバが必要となる。一般的なロボットコントローラに設けられるサーボドライバの数には上限があり、仮にフォークピッチの変更に用いられるサーボモータ５３のサーボ制御もロボットコントローラ７０で行おうとするとさらに４個のサーボドライバがロボットコントローラ７０に必要となり、サーボドライバの個数についての制約から一般的なロボットコントローラでは実現不可能となる可能性がある。本実施形態では、フォークピッチの変更に必要なサーボドライバ５５をハンド基部１４に設けることにより、一般的なロボットコントローラを用いつつ、サーボモータ５３を用いてフォークピッチの変更を行うことを可能にしている。ハンド１３Ａ，１３Ｂにおいてフォークピッチの変更のために移動するフォーク１５の本数を増減する場合であっても、それに応じでハンド基部１４に設けらられるサーボモータ５３及びサーボドライバ５５の数を増減させればよいので、ロボットコントローラにおけるサーボドライバの数を増減させる必要はない。

次に、ハンド基部１４に設けられるサーボドライバ５５への駆動用の電力の供給について説明する。サーボドライバ５５がサーボモータ５３をサーボ制御により駆動するためにはサーボドライバ５５に対して駆動用の電力を供給する必要がある。本実施形態では、電源７１から例えば単相２００Ｖの交流電力がロボットコントローラ７０に供給され、ロボットコントローラ７０の内部に設けられている非常停止スイッチ７２を経て電源線６１を介してハンド基部１４に供給されている。単相交流を供給するので、手首軸３４Ａを通してハンド基部１４に接続する電源線６１は、２本の導体配線から構成されている。ここでハンド基部１４に設けられる２個のサーボモータ５３をサーボ駆動するサーボドライバをロボットコントローラ７０に設けるとすると、サーボモータ５３は一般に三相モータであるからモータの１個当たり３本の電力用の導体配線を必要とし、合計で６個の導体配線を手首軸３４Ａに通す必要が生じる。さらに、エンコーダ５４の検出結果を出力する信号線も手首軸３４Ａに通す必要もある。ロボットのアームの先端側に位置する手首軸３４Ａにこのように大量の電力用の導体配線や信号線を配置することは、手首軸３４Ａにおける配線用の空間が限定されることにより、一般には困難である。本実施形態では、２本の導体配線からなる電源線６１を手首軸３４Ａに通せばよいので、サーボモータ５３をハンド基部１４に容易に設けることができる。ハンド基部１４において移動するフォーク１５の本数を増やし、それに応じてサーボモータ５３及びサーボドライバ５５の数を増やしたとしても、手首軸３４Ａに通される導体配線の本数は増加しない。

次に、ロボットコントローラ７０内に設けられる非常停止スイッチ７２について説明する。第１の実施形態の産業用ロボットでは、電源７１からの電力は、ロボットコントローラ７０内に設けられた非常停止スイッチ７２を介してハンド基部１４内のサーボドライバ５５に供給されている。非常停止スイッチ７２は、サーボドライバ５５への駆動用の電力の供給を遮断するために設けられており、ロボットコントローラ７０における非常停止状態に連動してサーボドライバ５５への駆動用の電力の供給を遮断する。これにより、ロボットの全体を非常停止させる必要が生じたときにサーボドライバ５５も非常停止してフォーク１５の移動も停止することとなり、例えばメンテナンス時などにおける産業用ロボットの安全性が向上する。

第１の実施形態のロボットでは、信号線６２とリモートＩ／Ｏ６０を介してロボットコントローラ７０からサーボドライバ５５に指令を送信している。したがって、このロボットの教示（ティーチング）を行うときは、ロボットコントローラ７０に対してペンダントを接続し、ペンダントへの入力に基づいてロボットコントローラ７０において位置指令などの動作指令やサーボドライバ５５内のテーブルを選択するための指令を生成してリモートＩ／Ｏ６０経由でその指令をサーボコントローラ５５に供給することとなる。なお、ハンド１３Ａ，１３Ｂにおいて、フォーク１５における指令位置からの多少のずれなどの軽微なエラーが発生した場合には、リモートＩ／Ｏ６０を介してフォーク１５を原点に移動させる指令をサーボドライバ５５に供給すればよい。

以上説明した第１の実施形態の産業用ロボットでは、ハンド１３Ａ，１３Ｂの各々のハンド基部１４に、フォーク１５をハンド基部１４に沿って移動させるサーボモータ５３とこのサーボモータ５３をサーボ制御により駆動するサーボドライバ５５を設けることにより、フォーク１５を迅速かつ正確に所望の位置まで移動させてフォークピッチの変更を行うことができる。その結果、フォークピッチの変更に要する時間が短縮され、ロボットの動作中にフォークピッチの変更を行うことが可能となってシステムのサイクルタイムが短縮され、多品種混合生産を効率的に行うことが可能になる。サーボドライバ５５をハンド基部１４に設けているので、電力の供給のために手首軸３４Ａ，３４Ｂに通す導体配線の本数を最小のものとすることができ、手首軸３４Ａ，３４Ｂにおける配線スペースが限られているときであっても、サーボモータ３３によるフォーク１５の駆動が可能となる。さらに、ロボットコントローラ７０としてサーボドライバの搭載数が多いものを使用する必要がなくなり、既設の産業用ロボットにおいてハンド１３Ａ，１３Ｂを交換するだけでフォークピッチの変更が可能な構成とすることができる。サーボモータ５３に取り付けられるエンコーダ５４としてアブソリュート形のものを用いることにより、ロボット本体やロボットコントローラ７０の電源が切断されたのちにロボットを始動するときに、原点復帰動作を行う必要がなくなる。ＲＳ－４８５によるインタフェースからなるリモートＩ／Ｏ６０をハンド基部１４に設けることにより、サーボモータ５３やサーボドライバ５５の増設も容易に行うことができるようになる。

次に、本発明の第２の実施形態の産業用ロボットについて説明する。第１の実施形態のロボットは、ハンド基部１４に設けられているセンサなどのための既設のリモートＩ／Ｏ６０を利用してサーボドライバ５５に対して制御用信号（テーブル選択のための指令、動作指定及び動作確認など）を供給するように構成されている。制御用信号はその伝送のために要する帯域が狭いので、リモートＩ／Ｏ６０を介しても十分に伝送することができる。またサーボドライバ５５には、その内部に保持されているテーブルの編集や、内部状態の取得、異常情報の取得、さらには外部からのサーボドライバ５５のリセットなどのためにデータ通信用の通信端子が設けられている。しかしながらサーボドライバ５５におけるデータ通信は、それに要する帯域が広いので、リモートＩ／Ｏ６０を介して行うことは難しい。そのため、精度の高い絶対位置情報を特にリアルタイムで取得することが難しくなる。また、サーボドライバに対する各種の設定（例えば内蔵テーブルの編集や初期値の設定など）を行うためには、ハンド１３Ａ，１３Ｂに設けられているサーボドライバ５５への直接作業が必要となり、作業性が悪くなるともに、ハンド１３Ａ，１３Ｂはロボットにおいて駆動される部分であることから、安全確保のために配慮を必要とする。そこでこの第２の実施形態の産業用ロボットでは、ロボットコントローラ７０側からハンド１３Ａ，１３Ｂに設けられているサーボドライバ５５に対し、動作指令などの伝達のための制御用信号だけでなく、サーボドライバ５５の設定や状態読み出しなどのためのデータ通信も行えるようにしている。

図４は、第２の実施形態のロボットにおけるハンド１３Ａ，１３Ｂを説明する図であって、ハンド１３Ａ，１３Ｂは同一の構成であるので、ハンド１３Ａの構成を示している。図５は、第２の実施形態において用いられるロボットコントローラ７０の内部構成を示している。なお図５は、ロボットコントローラ７０が実行する制御に関する論理的な構成を示すので、ロボットコントローラ７０の内部構成のうち、例えば非常停止スイッチ７２などの電源関係の構成は示されていない。第２の実施形態のロボットにおけるロボット本体は、第１の実施形態でのロボット本体と同様のものであるが、ロボットコントローラ７０からハンド基部１４内のサーボドライバ５５に接続するデータ通信線６５が設けられている点で相違する。ハンド１３Ａに接続するデータ通信線６５は、上述の信号線６２と同様に、昇降機構２４、第１アーム１１Ａ及び第２アーム１２Ａの内部に配置され、手首軸３４Ａを通って、ハンド１３Ａのハンド基部１４内に設けられている２つのサーボモータ５５のそれぞれのデータ通信用の端子に接続する。ハンド１３Ｂに接続するデータ通信線６５も同様である。データ通信線６５は、サーボドライバ５５のデータ通信用の端子のインタフェース規格に応じた信号インタフェースの通信線であり、例えば、ＲＳ－４８５によるデータ通信線である。データ通信線６５は大電流を流す配線ではないので線径は小さく、したがって、データ通信線６５を付加したからといって、手首軸３４Ａ内の配線用の空間が圧迫されることはない。また、ＲＳ－４８５によるデータ通信線であれば、接続するサーボドライバ５５の数が増えても配線本数が増えることはない。

本実施形態のロボットでは、ロボットコントローラ７０は、図４に示すように、データ通信線６５を介したサーボドライバ５５とのデータ通信を行うためのデータ処理部であるドライバ通信部８１と、ハンド１３Ａ，１３Ｂに設けられたサーボモータ５３も含めてロボットの各軸のサーボモータの動作制御を動作制御部８２と、不揮発性メモリとして構成されて動作制御部８２での動作制御に必要なデータやパラメータを格納する登録データ格納部８３と、揮発性メモリである共有メモリ８６と、信号線６２を介してハンド基部１４のリモートＩ／Ｏ６０と通信するリモートＩ／Ｏ制御部８７と、を備えている。ドライバ通信部８１、動作制御部８２及び登録データ格納部８３は、ロボットコントローラ７０に実装されるアプリケーションプログラム８０を構成する。共有メモリ８６は、ドライバ通信部８１及び動作制御部８２の両方からアクセス可能である。このロボットコントローラ７０には、教示やロボットの操作のために、ペンダント通信線７４を介してペンダント７３が接続されてもよい。さらにロボットコントローラ７０では、このロボットコントローラ７０に対する上位の制御装置である外部制御装置から、ロボットへの作業位置や動作種類を指定する指令が、例えばネットワークを介して動作制御部８２に与えられてもよい。

ドライバ通信部８１は、データ通信線６５を介するデータ通信を行うためのデータ処理部として機能するものであり、ハンド基部１４に設けられているサーボドライバ５５から、対応するサーボモータ５３の位置情報と、それらのサーボドライバ５５に既に設定されている設定値とを取得して、共有メモリ８６に格納する機能を有する。ドライバ通信部８１は、ハンド基部１４のサーボドライバ５５において異常が発生したことを検知したとき、そのサーボドライバ５５から詳細情報を取得する機能も有する。サーボドライバ５５における異常の発生は、データ通信線６５を介して検知できることもあるが、ハンド基部１４のリモートＩ／Ｏ６０から信号線６２を介してリモートＩ／Ｏ制御部８７において検出されることもある。異常の発生をデータ通信線６５または信号線６２のいずれを介して検出したによらず、ドライバ通信部８１は、データ信号線６５を介してサーボドライバ５５から詳細情報を取得して共有メモリ８６に格納する。さらにドライバ通信部８１は、ペンダント７３からの指令により、共有メモリ８６に記録されている各サーボドライバ５５の設定値をデータ通信線６５を介して対応するサーボドライバ５５に送信してそのサーボドライバ５５に設定する機能を有する。ドライバ通信部８１は、ロボットにおける重篤な異常、例えば、原点を失うなどのエラーが生じた場合、ペンダント７３からの指令により、データ通信線６５を介してサーボドライバ５５のリセットを行う機能も有する。なお、ハンド１３Ａ，１３Ｂにおいてフォーク１５における指令位置からの多少のずれなどの軽微なエラーが発生した場合には、実際のモータ位置と共有メモリ８６に格納されている現在位置との間にずれが生じるが、その場合、リモートＩ／Ｏ６０を介してフォーク１５を原点に移動させる指令をサーボドライバ５５に供給することにより、実際のモータ位置が原点位置となるとともに共有メモリ８６に格納される現在位置も原点位置となって、エラーから復帰することができる。

動作制御部８２は、ロボットにおけるハンド基部１４に設けられているサーボドライバ５５以外のサーボドライバに関し、外部制御装置からの指令により、登録データ格納部８３に登録された位置へのロボットの動作の実行と管理とを行う。上述したように、ロボットの各軸のサーボモータを駆動するサーボドライバのうち、ハンド基部１４に設けられているサーボドライバ５５以外のサーボドライバはロボットコントローラ７０内に設けられており、動作制御部８２は、これらのサーボドライバを直接制御し、これらのサーボドライバに対応するサーボモータの位置情報を共有メモリ８６に記録する。ハンド基部１４に設けられているサーボドライバ５５に関し、動作制御部８２は、外部制御装置から指定されたフォークピッチとなるよう各サーボモータ５３を駆動するための指令を、リモートＩ／Ｏ制御部８７に対して出力する。その結果、この指令は、リモートＩ／Ｏ制御部８７から信号線６２、ハンド基部１４のリモートＩ／Ｏ６０を介して、サーボドライバ５５に与えられる。さらに動作制御部８２は、共有メモリ８６に格納されている各サーボモータの現在位置を取得し、登録データ格納部８３に格納されている情報との一致を確認する機能を有する。登録データ格納部８３は、不揮発性メモリとして構成されるものであって、例えば、ロボットの動作目標位置（教示位置）、ロボットを動作させるための条件設定値、各サーボモータの駆動位置などを格納する。

ペンダント７３は、一般的なロボットコントローラ７０に接続されて使用されるものと同様の機能を有し、ロボットの教示やロボットコントローラ７０に対する指令の入力に使用される。特に本実施形態では、ペンダント７３は、ハンド基部１４に設けられたサーボドライバ５５に対し、フォークピッチ変換のための駆動指令を入力することができる。この駆動指令は、リモートＩ／Ｏ制御部８７、信号線６２及びリモートＩ／Ｏ６０を介してサーボドライバ５５に出力される。また、ペンダント７３は、ハンド基部１４のサーボモータ５３も含めて各サーボモータの位置情報を共有メモリ８６から取得し、各サーボドライバへの設定値を共有メモリ８６に格納することができる。共有メモリ８６に格納された各サーボドライバへの設定値は、ハンド基部１４のサーボドライバ５５以外のサーボドライバについては、一般的なロボットコントローラの場合と同様に、動作制御部によってそれらのサーボドライバに設定される。これに対し、ハンド基部１４のサーボドライバ５５の設定値は、ペンダント７３からドライバ通信部８１に対する書込み指令により、共有メモリ８６からドライバ通信部８１によって読み出され、データ通信線６５を介してサーボドライバ５５に設定される。サーボドライバ５５に格納されているテーブルの編集を行うときは、そのテーブルの内容を共有メモリ８６に読み出した上で、共有メモリ８６に読み出されているテーブルの内容をペンダント７３を用いて編集し、ドライバ通信部８１を介して編集後のテーブルをサーボドライバ５５に転送して格納すればよい。さらにペンダント７３は、共有メモリ８６を介してドライバ通信部８１に対し、ハンド基部１４のサーボドライバ５５のリセットを指令する機能を有する。

このような本実施形態のロボットでは、ハンド基部１４のリモートＩ／Ｏ６０に接続する信号線６２とは別個のデータ通信線６５を設けてハンド基部１４のサーボドライバ５５とロボットコントローラ７０との間でデータ通信を行えるようにしたことにより、ロボットが搬送対象物を搬送しているときであっても、サーボモータ５３についての精度の高い位置情報や状態情報をロボットコントローラ７０側で随時取得することが可能になる。その結果、サーボモータ５３についてより精度の高い制御を実施することが可能になり、異常発生時にエラーコードなどを容易に取得できるようになる。また、ハンド基部１４に設けられているサーボドライバ５５への設定値の書き込みを、サーボドライバ５５に対する直接作業を行うことなく、例えばペンダント７３を用いてロボットコントローラ７０の側から行うことができる。その結果、ロボットにおけるメンテナンス作業の作業性及び安全性が向上する。また本実施形態のロボットでは、ペンダント７３から共有メモリ８６の格納値を参照することにより、ハンド基部１４のサーボモータ５３について、その位置をペンダント７３においても確認可能であって、正確な位置に基づいて教示を行うことができる。ペンダント７３からハンド基部１４のサーボドライバ５５内のテーブルの編集を行うことができ、サーボドライバ５５に設定値を設定できるので、教示も含めて作業性が向上する。さらに、ロボットコントローラ７０自体に設けられているサーボドライバの数を超えるサーボドライバをペンダント７３から制御することが可能になり、ロボットに設けられるサーボモータの数が多い場合であってもこれらのサーボモータを操作することができる。

以上説明した各実施形態において産業用ロボットは、２つのハンドを備えるダブル・ハンド・ロボットであるが、本発明は、単一のハンドしか備えない産業用ロボットにも３以上のハンドを備える産業用ロボットにも適用可能である。また、ハンドに設けられるフォークの数は２以上であれば任意の本数とすることができ、それらのフォークの中でサーボモータによりハンド基部に沿って移動可能とされるフォークの本数も２に限定されるものではない。ハンドに設けられるすべてのフォークを移動可能としても、一部のフォークのみを移動可能としてもよい。移動可能とされるフォークの本数に応じてサーボモータ及びサーボドライバの数を増減することが好ましい。

１１Ａ，１１Ｂ…第１アーム；１２Ａ，１２Ｂ…第２アーム；１３Ａ，１３Ｂ…ハンド；１４…ハンド基部；１５，１６…フォーク；２１…レール；２２…基台；２３…回転台；２４…昇降機構；２４Ａ…固定部；２４Ｂ…移動部；２５…カバー；２６…支持部；３１…回転軸；３２…共通軸；３３Ａ，３３Ｂ…軸；３４Ａ，３４Ｂ…手首軸；５２…ボールねじ；５３…サーボモータ；５４…エンコーダ；５５…サーボドライバ；６０…リモートＩ／Ｏ；６１…電源線；６２…信号線；６５…データ通信線；７０…ロボットコントローラ；７１…電源；７２…非常停止スイッチ；７３…ペンダント；７４…ペンダント通信線；８０…アプリケーションプログラム；８１…ドライバ通信部；８２…動作制御部；８３…登録データ格納部；８６…共有メモリ；８７…リモートＩ／Ｏ制御部。

Claims (8)

1. アームと前記アームの先端に手首軸を介して取り付けられたハンドとを含む水平多関節型のロボット本体と、前記ロボット本体に接続したロボットコントローラと、を備え、前記ハンド上に載置された搬送対象物を搬送する産業用ロボットであって、
   前記ハンドは、前記手首軸に接続するハンド基部と、前記ハンド基部から一方向に延びて前記搬送対象物を下から支持する複数のフォークと、前記複数のフォークのうちの少なくとも一部を前記ハンド基部に沿って移動させることによって前記フォークの間隔であるフォークピッチを変更するエンコーダ付きの第１サーボモータと、前記エンコーダでの検出結果に基づいて前記第１サーボモータをサーボ制御により駆動する第１サーボドライバと、前記第１サーボドライバに対する指令が入力するリモートＩ／Ｏと、センサと、を備え、
   前記複数のフォークには前記ハンド基部に固定されているフォークが含まれるともに２以上のフォークが前記ハンド基部に沿って移動可能であって、移動可能な前記フォークごとに前記第１サーボモータと前記第１サーボドライバとが設けられ、
   前記リモートＩ／Ｏは複数の前記第１サーボドライバをデイジーチェーン接続またはバス接続で接続できるインタフェースであり、
   前記第１サーボモータ、前記エンコーダ、前記第１サーボドライバ及び前記リモートＩ／Ｏは前記ハンド基部に設けられ、
   前記ロボットコントローラは、前記アームの位置及び姿勢の少なくとも一方を変化させる第２サーボモータをサーボ制御により駆動する第２サーボドライバを内蔵し、
   前記ロボットコントローラからの前記指令が、前記ロボットコントローラと前記ハンド基部を接続する信号線と前記リモートＩ／Ｏとを介して前記第１サーボドライバに送信され、前記センサからの信号が前記リモートＩ／Ｏと前記信号線とを介して前記ロボットコントローラに伝送される、産業用ロボット。
2. 前記エンコーダはアブソリュートエンコーダである、請求項１に記載の産業用ロボット。
3. 前記リモートＩ／Ｏは、ＲＳ－４８５によるインタフェースである、請求項１または２に記載の産業用ロボット。
4. 前記第１サーボドライバに対して前記ロボットコントローラを介して駆動用の電力が供給され、
   前記ロボットコントローラの内部に、前記駆動用の電力を遮断するスイッチが設けられている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
5. 前記第１サーボドライバと前記ロボットコントローラの間でデータ通信を行うためのデータ通信線が前記信号線とは別個に設けられ、
   前記データ通信は、少なくとも、前記第１サーボモータの位置情報の取得のために行われる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
6. 前記ロボットコントローラは、前記ロボットの動作の実行及び管理を行う動作制御部と、前記データ通信線による前記データ通信の処理を行うドライバ通信部と、前記動作制御部及び前記ドライバ通信部の両方からアクセス可能な共有メモリと、前記第１サーボドライバに対する指令を前記動作制御部から受け取って前記信号線を介して前記リモートＩ／Ｏに送信するリモートＩ／Ｏ制御部と、を備え、
   前記ドライバ通信部は、前記データ通信線を介して前記第１サーボモータの前記位置情報を取得したときに、前記位置情報を前記共有メモリに格納する、請求項５に記載の産業用ロボット。
7. 前記ロボットコントローラにペンダントが接続可能であり、前記第１サーボドライバに対する指令が前記ペンダントから入力したときに、当該指令が前記リモートＩ／Ｏ制御部に入力して前記信号線を介して前記リモートＩ／Ｏに送信される、請求項６に記載の産業用ロボット。
8. 前記データ通信により、前記第１サーボドライバに設定されている設定値の読み出しと、前記第１サーボドライバへの設定値の設定が可能であり、
   前記ドライバ通信部は、前記設定値を読み出したときに当該設定値を前記共有メモリに格納し、
   前記ペンダントは、前記共有メモリに格納された前記設定値を編集可能であって、前記ペンダントからの指令により、前記共有メモリに格納された前記設定値を前記ドライバ通信部が前記データ通信によって前記第１サーボドライバに設定する、請求項７に記載の産業用ロボット。

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