JPWO2013190639A1 - ロボットシステムおよび加工品の製造方法 - Google Patents

Abstract

特異点の回避による不都合を低減することを課題とする。この課題を解決するために、実施形態に係るロボットシステムは、アームを有するロボット（２）と、作業台（３）とを備える。作業台（３）には、ロボット（２）がアームを用いて行う作業に用いられる物品が載置される。ロボットが有するアームは、第１アーム部（２１）と、第２アーム部（２２）と、第３アーム部（２３）とを備える。第１アーム部（２１）は、先端においてエンドエフェクタ（５０Ｌ）を第１回転軸を中心として回転可能に支持する。第２アーム部（２２）は、第１回転軸に対して垂直な第２回転軸を中心として第１アーム部（２１）の基端部を揺動可能に支持する。第３アーム部（２３）は、第２回転軸に対して垂直な第３回転軸を中心として第２アーム部（２２）の基端部を揺動可能に支持する。

Description

開示の実施形態は、ロボットシステムおよび加工品の製造方法に関する。

従来、複数の関節軸を備える多関節ロボットには、特異点と呼ばれる位置が存在する。具体的には、特異点とは、ロボット先端部の位置および姿勢から各関節軸の角度を求める逆キネマティクス演算の解が不定となる姿勢（各関節軸の回転位置）である。

そこで、ロボットが特異点姿勢となることを回避するための手法が種々提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００５−３２９５２１号

しかしながら、特許文献１のような特異点回避手法を用いた場合であっても、特異点となる位置の近傍では特異点を回避する必要からロボットの作業性が低下することがある。

一方、近年では、ロボットの利用用途の多様化に伴い、ロボットが特異点に近い姿勢で作業を行わざるを得ない状況が増えつつある。このため、特異点の回避による不都合を低減することが求められている。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、特異点の回避による不都合を低減することができるロボットシステムおよび加工品の製造方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るロボットシステムは、アームを有するロボットと、作業台とを備える。作業台には、ロボットがアームを用いて行う作業に用いられる物品が載置される。ロボットが有するアームは、第１アーム部と、第２アーム部と、第３アーム部とを備える。第１アーム部は、先端においてエンドエフェクタを第１回転軸を中心として回転可能に支持する。第２アーム部は、第１回転軸に対して垂直な第２回転軸を中心として第１アーム部の基端部を揺動可能に支持する。第３アーム部は、第２回転軸に対して垂直な第３回転軸を中心として第２アーム部の基端部を揺動可能に支持する。

実施形態の一態様によれば、特異点の回避による不都合を低減することができる。

図１は、第１の実施形態に係るロボットシステムの構成を示す図である。 図２は、ロボットの構成を示す図である。 図３は、手首部の軸構成を示す図である。 図４Ａは、ＲＢＴ型ロボットの特異点姿勢を示す図である。 図４Ｂは、第１の実施形態に係るロボットの特異点姿勢を示す図である。 図５は、受渡作業の動作例を示す図である。 図６Ａは、受渡作業の他の動作例を示す図である。 図６Ｂは、受渡作業の他の動作例を示す図である。 図６Ｃは、受渡作業の他の動作例を示す図である。 図７Ａは、攪拌作業の動作例を示す図である。 図７Ｂは、攪拌作業の他の動作例を示す図である。 図８Ａは、掻取作業の動作例を示す図である。 図８Ｂは、掻取作業の動作例を示す図である。 図９は、第２の実施形態に係るロボットが行う作業の動作例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットシステムおよび加工品の製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下においては、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定する。また、Ｘ軸正方向を水平前方と規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上方と規定する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るロボットシステムの構成を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るロボットシステム１は、ロボット２と、作業台３と、制御装置４とを備える。かかるロボットシステム１では、ロボット２が、制御装置４からの指示に従い、作業台３に載置された各種の物品を用いて各種の作業を行う。

ロボット２は、左アーム２０３Ｌおよび右アーム２０３Ｒを備える双腕ロボットである。ロボット２は、これらのアーム２０３Ｌ，２０３Ｒを用いて作業を行う。かかるロボット２の具体的な構成については、図２を用いて後述する。

作業台３は、ロボット２がアーム２０３Ｌ，２０３Ｒを用いて行う作業に用いられる各種の物品が載置される。たとえば、作業台３の天板３１には、コップ１１（容器の一例に相当）、ステア１２（長尺部材の一例に相当）、ステア１２を立てた状態で保持する保持台１３、液体が入ったビン１４，１５等が載置される。

また、作業台３の天板３１には、棚３２が一体的に設けられている。棚３２は、たとえばコップ１１を上下方向（鉛直方向）に多段に収納する収納部である。棚３２の内部は、仕切板で上下に仕切られており、これによって形成される収納空間３２ａ，３２ｂにコップ１１等がそれぞれ収納される。

なお、作業台３の天板３１および棚３２における収納空間３２ａ，３２ｂの各下面は、全て水平であるものとする。

作業台３は、略コ字状に形成され、ロボット２の前方および側方を取り囲むように配置される。なお、コップ１１、ステア１２および保持台１３は、ロボット２の前方に配置され、ビン１４，１５は、ロボット２の左側方に配置され、棚３２は、ロボット２の右側方に配置される。

制御装置４は、ロボット２の駆動制御を行う制御装置である。制御装置４は、ケーブル４０を介してロボット２と接続される。

すなわち、制御装置４は、ロボット２の各関節部に設けられるアクチュエータとケーブル４０を介してそれぞれ接続されており、ケーブル４０を介して各アクチュエータへ駆動指令を送信する。ロボット２は、制御装置４からの駆動指令に従ってアクチュエータを個別に任意の角度だけ回転させることで、アーム２０３Ｌ，２０３Ｒを任意の姿勢で任意の場所へ移動させる。

なお、制御装置４としては、たとえば、記憶装置、電子演算器および入力装置を備えるコンピュータ等を用いることができる。また、ケーブル４０は、たとえば、ロボット２と制御装置４との信号通信ラインおよび図示しない電源から各アクチュエータへ電力を供給する給電ラインが束ねられ被覆されたケーブルである。

このように構成されたロボットシステム１において、ロボット２は、制御装置４からの指示に従って各種の作業を行う。たとえば、ロボット２は、作業台３や棚３２からコップ１１を取ったり、作業台３や棚３２へコップ１１を載置したりする「受渡作業」を行う。また、ロボット２は、保持したコップ１１を振って内部の液体をかき混ぜる「攪拌作業」、コップ１１の内壁に付着した付着物をステア１２を用いて掻き取る「掻取作業」等も行う。

ここで、特許文献１に示したような典型的なアーム型ロボット（以下、このロボットをＲＢＴ型ロボットという）においては、アームの手首部（先端側の３つの駆動軸）が伸びきった姿勢が特異点姿勢の一つとなる（図４Ａを参照）。このため、このロボットの場合、特異点を回避しながらたとえば作業台に載置された物品を水平方向から連続的にアクセスして保持することが困難である。このため、作業台に載置された物品を保持する際に、例えば、手首部分を９０度曲げた状態で上方からアクセスすることによって物品の保持を行っていた。このように、特異点姿勢を回避するための姿勢をとることにより作業内容によっては、ロボットの作業性が低下する可能性がある。

これに対し、第１の実施形態に係るロボット２は、ＲＢＴ型ロボットとは異なる軸方向で構成されている。これにより、第１の実施形態に係るロボット２は、作業台３に載置された物品に対する水平アクセスを容易に行うことができる。以下では、ロボット２の構成およびロボット２が行う各種作業について具体的に説明する。

まず、ロボット２の構成について図２を用いて説明する。図２は、ロボット２の構成を示す図である。図２に示すように、ロボット２は、双腕型の７軸ロボットである。具体的には、ロボット２は、基台２０１と、胴体部２０２と、左アーム２０３Ｌと、右アーム２０３Ｒとを備える。

基台２０１は、床や天井といった設置面に対して直立した状態で固定される部材であり、Ｚ軸に平行な鉛直軸Ａ０を中心として胴体部２０２を回転可能に支持する。胴体部２０２は、基端部が基台２０１によって回転可能に支持され、先端部において左アーム２０３Ｌおよび右アーム２０３Ｒを回転可能に支持する。

左アーム２０３Ｌは、胴体部２０２の左肩関節部に回転可能に支持されるアームであり、右アーム２０３Ｒは、胴体部２０２の右肩関節部に回転可能に支持されるアームである。

ここで、左アーム２０３Ｌおよび右アーム２０３Ｒの構成について説明する。なお、左アーム２０３Ｌおよび右アーム２０３Ｒは本実施形態では同一構成であるため、以下では、左アーム２０３Ｌの構成についてのみ説明し、右アーム２０３Ｒの構成の説明については省略する。

左アーム２０３Ｌは、第１アーム部２１、第２アーム部２２、第３アーム部２３、第４アーム部２４、第５アーム部２５および第６アーム部２６を備える。

第１アーム部２１は、エンドエフェクタ５０Ｌを第１回転軸Ａ１を中心として回転可能に支持するアーム部である。エンドエフェクタ５０Ｌは、互いに対向する一対の把持部５１，５２を備え、これら把持部５１，５２を互いに近付く方向に移動させることによって、把持部５１，５２間に配置された物品を把持する。なお、右アーム２０３Ｒが備えるエンドエフェクタ５０Ｒも、エンドエフェクタ５０Ｌと同一構成である。

第１アーム部２１の先端部（フランジ部）２１ａは、第１回転軸Ａ１に沿って延在する円柱状の部材であり、かかる先端部２１ａはエンドエフェクタ５０Ｌが着脱自在に形成されている。また、先端部２１ａには図示しない第１アクチュエータが設けられており、かかる第１アクチュエータによってエンドエフェクタ５０Ｌが第１回転軸Ａ１まわりに回転する。

なお、エンドエフェクタ５０Ｌが備える一対の把持部５１，５２は、第１回転軸Ａ１と平行に設けられる。

第２アーム部２２は、第１回転軸Ａ１に対して垂直な第２回転軸Ａ２を中心として第１アーム部２１の基端部を揺動可能に支持するアーム部である。第２回転軸Ａ２を形成する関節部２２ａは、第２アーム部２２の先端部および第１アーム部２１の基端部を含む領域によって形成される。かかる関節部２２ａには、図示しない第２アクチュエータが設けられており、かかる第２アクチュエータによって第１アーム部２１が第２回転軸Ａ２まわりに揺動する。

第３アーム部２３は、第１回転軸Ａ１及び第２回転軸Ａ２のいずれに対しても実質的に垂直な第３回転軸Ａ３を中心として第２アーム部２２の基端部を揺動可能に支持するアーム部である。第３回転軸Ａ３を形成する関節部２３ａは、第３アーム部２３の先端部および第２アーム部２２の基端部を含む領域によって形成される。かかる関節部２３ａには、図示しない第３アクチュエータが設けられておりかかる第３アクチュエータによって、第２アーム部２２が第３回転軸Ａ３まわりに揺動する。

なお、左アーム２０３Ｌの手首部は、これら第１アーム部２１、第２アーム部２２および第３アーム部２３を含んで構成される。

第４アーム部２４は、第３回転軸Ａ３に対して垂直な第４回転軸Ａ４を中心として第３アーム部２３を揺動可能に支持するアーム部である。第４回転軸Ａ４を形成する関節部２４ａは、第４アーム部２４の先端部および第３アーム部２３の基端部を含む領域によって形成される。また、関節部２４ａには図示しない第４アクチュエータが設けられており、かかる第４アクチュエータによって、第３アーム部２３が第４回転軸Ａ４まわりに揺動する。

第５アーム部２５は、第４回転軸Ａ４に対して垂直な第５回転軸Ａ５を中心として第４アーム部２４を回転可能に支持するアーム部である。第５回転軸Ａ５を形成する関節部２５ａは、第５アーム部２５の先端部および第４アーム部２４の基端部を含む領域によって形成される。また、関節部２５ａには、図示しない第５アクチュエータが設けられており、かかる第５アクチュエータによって第４アーム部２４が第５回転軸Ａ５まわりに揺動する。

第６アーム部２６は、第５回転軸Ａ５に対して垂直な第６回転軸Ａ６を中心として第５アーム部２５を揺動可能に支持するアーム部である。第６回転軸Ａ６を形成する関節部２６ａは、第６アーム部２６の先端部および第５アーム部２５の基端部を含む領域によって形成される。また、第６アーム部２６は、第６回転軸Ａ６に対して垂直な第７回転軸Ａ７を中心として胴体部２０２に回転可能に支持される。

関節部２６ａおよび胴体部２０２には、図示しない第６アクチュエータおよび第７アクチュエータがそれぞれ設けられている。そして、これら第６アクチュエータおよび第７アクチュエータによって、第５アーム部２５が第６回転軸Ａ６まわりに揺動し、第６アーム部２６が第７回転軸Ａ７まわりに回転する。

ロボット２の基本姿勢（初期姿勢）は、本実施形態では図２に示す姿勢に設定されている。すなわち、ロボット２の姿勢が基本姿勢である場合、第５アーム部２５は、第５回転軸Ａ５が第７回転軸Ａ７に対して垂直となる位置で第６アーム部２６によって支持され、第６アーム部２６は、第５回転軸Ａ５が鉛直下向き（Ｚ軸負方向）となる位置で胴体部２０２によって支持される。

また、ロボット２の姿勢が基本姿勢である場合、第３アーム部２３は、第３回転軸Ａ３が鉛直上向きとなる位置で第４アーム部２４によって支持され、第４アーム部２４は、関節部２３ａが前方を向く位置で第５アーム部２５によって支持される。

また、ロボット２の姿勢が基本姿勢である場合、第２アーム部２２は、関節部２２ａが前方を向く位置で第３アーム部２３によって支持され、第１アーム部２１は、先端部２１ａが前方（Ｘ軸正方向）を向く位置で第２アーム部２２によって支持される。

なお、胴体部２０２は、左アーム２０３Ｌの第６アーム部２６を回転可能に支持する基部である。また、胴体部２０２は、右アーム２０３Ｒの第６アーム部を回転可能に支持する基部でもある。すなわち、胴体部２０２は、２つのアーム２０３Ｌ，２０３Ｒ共通の基部である。

また、胴体部２０２は、基台２０１によって鉛直軸Ａ０を中心として回転可能に支持される。したがって、ロボット２は、鉛直軸Ａ０を中心に胴体部２０２を回転させることによって、図２に示すロボット２の側方（Ｙ軸方向）に配置される棚３２やビン１４，１５等に対して容易にアクセスすることができる。

次に、第１アーム部２１、第２アーム部２２および第３アーム部２３で構成される手首部の軸構成について図３を用いて説明する。図３は、手首部の軸構成を示す図である。なお、図３には、ロボット２の姿勢が図２に示す基本姿勢である場合の第１アーム部２１〜第３アーム部２３を模式的にあらわしている。

図３に示すように、第１の実施形態に係るロボット２の第１回転軸Ａ１は、第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離Ｌが最大となる姿勢において第３回転軸Ａ３に対して垂直となる。

ここで、「第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離Ｌが最大となる姿勢」とは、図３に示す第１アーム部２１および第２アーム部２２（図２に示す第１アーム部２１および第２アーム部２２をジョイント間を接続するリンクとしてあらわしたもの）が一直線上に並ぶ姿勢である。より具体的には、図２に示す第１アーム部２１の先端部２１ａの延在方向（すなわち、第１回転軸Ａ１の向き）が第２アーム部２２の延在方向と一致する姿勢である。

なお、「第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離Ｌが最大となる姿勢」は、「第３回転軸Ａ３から第１アーム部２１の先端までの距離が最大となる姿勢」でもある。

第３回転軸Ａ３は、第２アーム部２２の延在方向に対して垂直に設けられる。このため、第２アーム部２２の先端部に位置する関節部２２ａは、第３回転軸Ａ３まわりに揺動する。これに対し、ＲＢＴ型のロボットでは、第３回転軸が、第２アーム部の延在方向に対して平行に設けられる。このため、第２アーム部の先端部に位置する関節部は、第３回転軸を中心にその場で回転する、すなわち、自転することとなる。

このように、第１の実施形態に係るロボット２では、第１回転軸Ａ１と第３回転軸Ａ３との軸関係が、ＲＢＴ型のロボットにおける第１回転軸と第３回転軸との軸関係と異なる。したがって、第１の実施形態に係るロボット２の特異点姿勢は、ＲＢＴ型ロボットの特異点姿勢とは異なるものとなる。

ここで、第１の実施形態に係るロボット２とＲＢＴ型ロボットとの特異点姿勢の違いについて図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。図４Ａは、ＲＢＴ型ロボットの特異点姿勢を示す図であり、図４Ｂは、第１の実施形態に係るロボット２の特異点姿勢を示す図である。

なお、図４Ａでは、第１回転軸Ａ１に対応する回転軸を第１回転軸Ｂ１、第２回転軸Ａ２に対応する回転軸を第２回転軸Ｂ２、第３回転軸Ａ３に対応する回転軸を第３回転軸Ｂ３として示している。また、第１アーム部２１、第２アーム部２２および第３アーム部２３に相当する部材をそれぞれ第１アーム部４１、第２アーム部４２および第３アーム部４３として示している。

図４Ａに示すように、ＲＢＴ型ロボットは、第３回転軸Ｂ３が、第２アーム部４２の延在方向に対して平行に設けられる。したがって、ＲＢＴ型ロボットは、第１アーム部４１と第２アーム部４２とが一直線上に並んだとき、換言すれば、第２アーム部４２の基端部から第１アーム部４１の先端までの距離が最大となるときに、第１回転軸Ｂ１が第３回転軸Ｂ３と平行になり、特異点姿勢となる。

このため、ＲＢＴ型ロボットは、第１アーム部４１および第２アーム部４２が一直線上に並ぶ姿勢を回避する軌道を取る必要があるため、第１アーム部４１および第２アーム部４２が一直線上に並ぶ姿勢を含む動作を行うことが困難であった。

これに対し、第１の実施形態に係るロボット２は、図４Ｂに示すように、第３回転軸Ａ３が第２アーム部２２の延在方向に対して垂直に設けられる。このため、第１の実施形態に係るロボット２は、第１アーム部２１の先端部２１ａが第２アーム部２２に対して垂直となる位置に配置された場合に、第１回転軸Ａ１と第３回転軸Ａ３とが平行となり、特異点姿勢となる。

このように、第１の実施形態に係るロボット２は、第１アーム部２１の可動範囲の上限（たとえば＋１１０度）または下限（たとえば−１１０度）に近い位置に特異点をずらすことができる。

このため、第１の実施形態に係るロボット２は、第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離が最大となる姿勢、すなわち、第１アーム部２１および第２アーム部２２が一直線上に並ぶ姿勢を含む作業を行う場合であっても、特異点姿勢となることなく作業を行うことができる。

次に、第１の実施形態に係るロボット２が実行する「受渡作業」、「攪拌作業」および「掻取作業」について説明する。なお、これらの作業は、制御装置４（図１参照）からの指示に従って実行される。

まず、「受渡作業」について図５を用いて説明する。図５は、受渡作業の他の動作例を示す図である。「受渡作業」は、作業台３の天板３１に載置されたコップ１１を取ったり、作業台３の天板３１へコップ１１を載置したりする作業である。

ロボット２は、第１アーム部２１と第２アーム部２２とが一直線上に並んだ姿勢、すなわち、第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ、エンドエフェクタ５０Ｌおよび天板３１間でコップ１１の受渡しを行う。

たとえば、ロボット２は、図５に示すように、第１アーム部２１と第２アーム部２２とが一直線上に並んだ姿勢で、第１アーム部２１および第２アーム部２２を略水平方向に移動させる。これにより、ロボット２は、コップ１１に対してかかるコップ１１の側方からエンドエフェクタ５０Ｌを接近させ、その後、エンドエフェクタ５０Ｌの把持部５１，５２を用いてコップ１１を側方から保持する。

このように、ロボット２は、第１アーム部２１と第２アーム部２２とが一直線上に並んだ姿勢が特異点姿勢ではないため、作業台３に載置されたコップ１１等の物品に対する側方からのアクセスを容易に行うことができる。

なお、ＲＢＴ型ロボットは、第１アーム部と第２アーム部とが一直線上に並んだ姿勢が特異点姿勢であるため、第１の実施形態に係るロボット２のように作業台に載置された物品に対して側方からのアクセスを行うことが困難である。

つづいて、受渡作業の他の例について図６Ａ〜図６Ｃを用いて説明する。図６Ａ〜図６Ｃは、受渡作業の他の動作例を示す図である。受渡作業の他の例では、エンドエフェクタ５０Ｌに保持されたコップ１１を棚３２へ収納したり、棚３２からコップ１１を取り出したりする動作を行う。

ロボット２は、第１アーム部２１と第２アーム部２２とが一直線上に並んだ姿勢、すなわち、第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ、エンドエフェクタ５０Ｌおよび棚３２間でコップ１１の受渡しを行う。

たとえば、ロボット２は、図６Ａに示すように、エンドエフェクタ５０Ｌを用いて保持したコップ１１を棚３２の収納空間３２ａへ収納する。このとき、ロボット２は、第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離が最大となる姿勢、すなわち、第１アーム部２１および第２アーム部２２が一直線上に並んだ姿勢を経由しつつ、第１アーム部２１を収納空間３２ａ内へ侵入させる。

このように、ロボット２は、側方からのアクセスを容易に行うことができるため、棚３２の収納空間３２ａのように上下方向に仕切られた空間に対しても容易にアクセスすることができる。

また、ロボット２は、図６Ｂに示すように、棚３２に収納されたコップ１１を収納空間３２ａ内で反転させて再び収納空間３２ａへ載置する作業も行う。具体的には、ロボット２は、第１アーム部２１および第２アーム部２２が一直線上に並んだ姿勢で第１アーム部２１を棚３２の収納空間３２ａへ移動させ、収納空間３２ａ内のコップ１１をエンドエフェクタ５０Ｌを用いて水平方向から保持する。

つづいて、ロボット２は、保持したコップ１１を鉛直上方にわずかに持ち上げたのち、第１回転軸Ａ１を中心としてエンドエフェクタ５０Ｌを１８０度回転させることによって、コップ１１を反転させる。その後、ロボット２は、第１アーム部２１および第２アーム部２２を鉛直下方に移動させて、反転させたコップ１１を収納空間３２ａへ再び載置する。

このように、ロボット２は、側方からのアクセスを容易に行うことができるため、保持した物品を第１回転軸Ａ１を中心として回転させる場合に、回転させる物品の回転半径を小さくすることができる。したがって、棚３２の収納空間３２ａのように狭い空間内であっても、物品を容易に回転させることができる。

なお、ロボット２は、コップ１１を鉛直上方または鉛直下方に移動させる動作を行いながらコップ１１を反転させてもよい。

また、ロボット２は、図６Ｃに示すように、棚３２に収納されたコップ１１を収納空間３２ａから取り出す作業も行う。具体的には、ロボット２は、コップ１１を反転させる場合と同様に、収納空間３２ａ内のコップ１１をエンドエフェクタ５０Ｌを用いて水平方向から保持する。そして、ロボット２は、第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離が最大となる姿勢でこれらを後退させることによって、保持したコップ１１を収納空間３２ａから取り出す。

このように、第１の実施形態に係るロボット２は、第１アーム部２１および第２アーム部２２が一直線上に並んだ状態で水平方向からアクセスできるため、棚３２などの上下方向の幅が比較的狭い空間に対しても容易にアクセスすることができる。

次に、「攪拌作業」について図７Ａを用いて説明する。図７Ａは、攪拌作業の動作例を示す図である。「攪拌作業」は、コップ１１を振って内部の液体（加工品の一例に相当）をかき混ぜる作業である。

なお、図７Ａにおいて、ロボット２は、第１アーム部２１および第２アーム部２２が一直線上に並んだ姿勢、すなわち、第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離が最大となる姿勢で、コップ１１に対して斜め上方からアクセスしてコップ１１を斜めに保持するものとする。

図７Ａに示すように、ロボット２は、第２回転軸Ａ２を中心として第１アーム部２１を正方向（たとえば上方）および逆方向（たとえば下方）に揺動させることによってコップ１１を振り、コップ１１内の液体を攪拌させる。ロボット２は、かかる動作を、第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ行う。

ロボット２は、第２アーム部２２の延在方向に対して−９０度〜９０度の範囲において特異点姿勢となることなく第１アーム部２１を揺動させることができる。このため、図７Ａに示すような攪拌作業を容易に行うことができる。

つづいて、攪拌作業の他の例について図７Ｂを用いて説明する。図７Ｂは、攪拌作業の他の動作例を示す図である。

図７Ｂに示すように、ロボット２は、第１アーム部２１だけでなく第２アーム部２２も揺動させてコップ１１を振ることも可能である。すなわち、ロボット２は、第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ第２回転軸Ａ２を中心として第１アーム部２１を揺動させるとともに、第３回転軸Ａ３を中心として第２アーム部２２を揺動させる。

これにより、エンドエフェクタ５０Ｌによって保持されたコップ１１は、図７Ｂに示すように、円を描くように旋回することとなる。したがって、図７Ａに示すように第１アーム部２１だけを揺動させてコップ１１を振る場合と比較して攪拌力を高めることができる。

また、ロボット２は、コップ１１を円を描くように旋回させる動作を、第１アーム部２１と、かかる第１アーム部２１を支持する第２アーム部２２とを揺動させることによって行う。すなわち、ロボット２は、揺動させる２つのアーム部が連続している、言い換えれば、揺動させる２つのアーム部の間に他のアーム部が介在しないため、コップ１１を振る動作を小さな動きで行うことができる。したがって、ロボット２は、作業領域が比較的狭い場合であっても、物品を円を描くように回す作業を容易に行うことができる。

なお、ロボット２は、第１アーム部２１および第２アーム部２２を揺動させつつ、さらに、第１回転軸Ａ１を中心としてエンドエフェクタ５０Ｌを回転させてもよい。これにより、攪拌力をさらに高めることができる。

次に、「掻取作業」について図８Ａおよび図８Ｂを用いて説明する。図８Ａおよび図８Ｂは、掻取作業の動作例を示す図である。「掻取作業」は、コップ１１の内壁に付着した付着物をステア１２を用いて掻き取る作業である。

図８Ａに示すように、ロボット２は、左アーム２０３Ｌが備えるエンドエフェクタ５０Ｌを用いてコップ１１を保持し、右アーム２０３Ｒが備えるエンドエフェクタ５０Ｒを用いてステア１２を保持する。なお、ロボット２は、図５を用いて説明したように、第１アーム部２１および第２アーム部２２が一直線上に並んだ状態でコップ１１に対して水平方向からアクセスしてコップ１１を保持する。右アーム２０３Ｒによるステア１２の保持作業についても同様である。

ステア１２は、先端にすくい部１２ａを備える。ロボット２は、かかるすくい部１２ａを用いてコップ１１の内壁１１ａに付着した付着物を掻き取る。

まず、ロボット２は、右アーム２０３Ｒを駆動させて、ステア１２のすくい部１２ａの側面をコップ１１の内壁１１ａに当接させる。このとき、ロボット２は、左アーム２０３Ｌを駆動させてコップ１１の角度を変更することによって、すくい部１２ａを内壁１１ａに当接させ易くする。

つづいて、ロボット２は、右アーム２０３Ｒの手首部の全てを駆動させることによってステア１２を円を描くように回転させる。すなわち、ロボット２は、右アーム２０３Ｒについて、第２アーム部の基端部から第１アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ第２回転軸を中心として第１アーム部を揺動させるとともに、第３回転軸を中心として第２アーム部を揺動させる。さらに、第１回転軸を中心としてエンドエフェクタ５０Ｒを回転させる。

これにより、図８Ｂに示すように、エンドエフェクタ５０Ｒに保持されたステア１２のすくい部１２ａが、コップ１１の内壁１１ａに沿って移動し、コップ１１の内壁１１ａに付着した付着物がすくい部１２ａによって掻き取られることとなる。

このように、ロボット２は、右アーム２０３Ｒの手首部の全てを駆動させてステア１２を円を描くように旋回させることによって、コップ１１の内壁１１ａに付着した付着物をステア１２のすくい部１２ａによって掻き取ることができる。

また、ロボット２は、２つのアーム２０３Ｌ，２０３Ｒを備える双腕ロボットであり、右アーム２０３Ｒが備えるエンドエフェクタ５０Ｒによってステア１２を保持し、左アーム２０３Ｌが備えるエンドエフェクタ５０Ｌによってコップ１１を保持することとした。これにより、右アーム２０３Ｒの動きが最小となるように、左アーム２０３Ｌを用いてコップ１１の角度を変更することができ、ロボット２の動きをより小さくすることができる。

なお、ロボット２は、たとえば、すくい部１２ａを有しない長尺部材（たとえばかき混ぜ棒）の先端部をコップ１１の内壁１１ａに沿って移動させる作業を行ってもよい。

また、ここでは、ロボット２が、左アーム２０３Ｌが備えるエンドエフェクタ５０Ｌでコップ１１を保持し、右アーム２０３Ｒが備えるエンドエフェクタ５０Ｒでステア１２を保持することとしたが、コップ１１およびステア１２を保持するアーム２０３Ｌ，２０３Ｒは、本例と逆であってもよい。

上述してきたように、第１の実施形態に係るロボットシステム１は、アーム２０３Ｌ，２０３Ｒを有するロボット２と、作業台３とを備える。作業台３には、ロボット２がアーム２０３Ｌ，２０３Ｒを用いて行う作業に用いられる物品が載置される。

ロボット２が有するアーム２０３Ｌ，２０３Ｒは、第１アーム部２１と、第２アーム部２２と、第３アーム部２３とを備える。第１アーム部２１は、先端においてエンドエフェクタ５０Ｌ，５０Ｒを第１回転軸Ａ１を中心として回転可能に支持する。第２アーム部２２は、第１回転軸Ａ１に対して垂直な第２回転軸Ａ２を中心として第１アーム部２１の基端部を揺動可能に支持する。第３アーム部２３は、第２回転軸Ａ２に対して垂直な第３回転軸Ａ３を中心として第２アーム部２２の基端部を揺動可能に支持する。

したがって、第１の実施形態に係るロボットシステム１によれば、ＲＢＴ型ロボットでは特異点回避のための補正等が必要となる動作（作業）が多く含まれる場合であっても、かかる補正の必要なく特異点の回避による不都合を低減することができる。

（第２の実施形態）
ところで、上述した第１の実施形態では、ロボット２が、「受渡作業」、「攪拌作業」および「掻取作業」等を行う場合の例について説明したが、ロボット２が行う作業はこれらに限定されない。たとえば、ロボット２は、壁等の垂直な面を持つ部材の研磨作業を行ってもよい。

以下では、ロボットが実行する作業の他の例について図９を用いて説明する。図９は、第２の実施形態に係るロボットが行う作業の動作例を示す図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図９に示すように、第２の実施形態に係るロボット２ａは、第１の実施形態に係るロボット２が備えるエンドエフェクタ５０Ｌ，５０Ｒに代えて、エンドエフェクタ５３を備える。エンドエフェクタ５３はポリッシャであり、研磨面が第１回転軸Ａ１に対して垂直となる向きで第１アーム部２１に支持され、第１回転軸Ａ１を中心として回転する。

ロボット２ａは、エンドエフェクタ５３の研磨面を加工品６０の垂直面に対して垂直に当接させた後、第１回転軸Ａ１を中心としてエンドエフェクタ５３を回転させる。

そして、ロボット２ａは、エンドエフェクタ５３を回転させた状態で、第１アーム部２１および第２アーム部２２を鉛直下方に移動させて加工品６０を研磨する。このとき、ロボット２ａは、エンドエフェクタ５３の研磨面が加工品６０の垂直面に対して垂直な状態が維持されるように、第２回転軸Ａ２を中心として第１アーム部２１を揺動させながら、第１アーム部２１および第２アーム部２２を鉛直下方へ移動させる。

この結果、ロボット２ａは、第１アーム部２１および第２アーム部２２が一直線上に並んだ状態、すなわち、第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離が最大となる姿勢を経由することとなる。

ロボット２ａは、第１の実施形態に係るロボット２と同様、第２アーム部２２の基端部から第１アーム部２１の先端までの距離が最大となる姿勢が特異点姿勢ではない。このため、ロボット２ａは、第１アーム部２１および第２アーム部２２が一直線上に並んだ状態を経由しつつ加工品６０の垂直面の研磨を行う場合であっても、特異点姿勢を回避する必要がなく、一定方向に研磨を行うことができる。

なお、上述した各実施形態では、ロボット２，２ａが双腕型の７軸ロボットである場合の例について説明したが、ロボットは、少なくとも第１アーム部２１〜第３アーム部２３を備えていればよく、単腕型や６軸以下の軸数のロボット等の他の構成のロボットであっても構わない。また、ロボット２，２ａにより行われる作業内容は上述のものに限定されない。

また、第１アーム部２１〜第３アーム部２３の構造をパラレルリンクロボットに対して適用してもよい。パラレルリンクロボットとは、一般的に、所定の間隔を空けて対向配置された一対の部材（ここでは、基端側の部材を「基礎部材」と呼び、先端側の部材を「可動部材」と呼ぶ）を複数のリンクによって並列的に連結するパラレルリンク機構を備えるロボットである。かかるパラレルリンクロボットの可動部材に対して、上述してきた第１アーム部２１〜第３アーム部２３を用いることとしてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ ロボットシステム
２，２ａ ロボット
２０１ 基台
２０２ 胴体部
２０３Ｌ 左アーム
２０３Ｒ 右アーム
２１ 第１アーム部
２１ａ 先端部
２２ 第２アーム部
２２ａ 関節部
２３ 第３アーム部
２３ａ 関節部
５０Ｌ，５０Ｒ，５３ エンドエフェクタ
３ 作業台
３１ 天板
３２ 棚
３２ａ，３２ｂ 収納空間
４ 制御装置
４０ ケーブル
Ａ１ 第１回転軸
Ａ２ 第２回転軸
Ａ３ 第３回転軸
１１ コップ
１２ ステア

Claims (12)

1. アームを有するロボットと、
   前記ロボットが前記アームを用いて行う作業に用いられる物品が載置される作業台と
   を備え、
   前記ロボットが有する前記アームは、
   先端においてエンドエフェクタを第１回転軸を中心として回転可能に支持する第１アーム部と、
   前記第１回転軸に対して垂直な第２回転軸を中心として前記第１アーム部の基端部を揺動可能に支持する第２アーム部と、
   前記第２回転軸に対して垂直な第３回転軸を中心として前記第２アーム部の基端部を揺動可能に支持する第３アーム部と
   を備えることを特徴とするロボットシステム。
2. 前記ロボットを制御する制御装置
   をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記第２アーム部の基端部から前記第１アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を含む作業を行うように前記ロボットに対して指示すること
   を特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記アームは、
   前記第３回転軸に対して垂直な第４回転軸を中心として前記第３アーム部の基端部を揺動可能に支持する第４アーム部と、
   前記第４回転軸に対して垂直な第５回転軸を中心として前記第４アーム部の基端部を回転可能に支持する第５アーム部と、
   前記第５回転軸に対して垂直な第６回転軸を中心として前記第５アーム部の基端部を揺動可能に支持する第６アーム部と
   をさらに備え、
   前記ロボットは、
   前記第６回転軸に対して垂直な第７回転軸を中心として前記第６アーム部の基端部を回転可能に支持する基部
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のロボットシステム。
4. 前記ロボットは、
   ２つの前記アーム共通の前記基部となる胴体部と、
   前記胴体部を鉛直軸を中心として回転可能に支持する基台と
   をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のロボットシステム。
5. 前記作業は、
   前記第２アーム部の基端部から前記第１アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ、前記作業台と前記エンドエフェクタとの間で前記物品の受け渡しを行う作業であること
   を特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のロボットシステム。
6. 前記作業台は、前記物品を多段に収納する棚を備え、
   前記作業は、
   前記第２アーム部の基端部から前記第１アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ、前記棚と前記エンドエフェクタとの間で前記物品の受け渡しを行う作業であること
   を特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のロボットシステム。
7. 前記作業は、
   前記第２アーム部の基端部から前記第１アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢で前記エンドエフェクタを前記第１回転軸を中心として回転させることによって、前記エンドエフェクタに保持された前記物品を回転させる作業をさらに含むこと
   を特徴とする請求項６に記載のロボットシステム。
8. 前記作業は、
   前記第２アーム部の基端部から前記第１アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ、前記第２回転軸を中心として前記第１アーム部を正方向および逆方向に揺動させることによって、前記エンドエフェクタに保持された物品を振る作業であること
   を特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のロボットシステム。
9. 前記作業は、
   前記第２アーム部の基端部から前記第１アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ前記第２回転軸を中心として前記第１アーム部を揺動させるとともに、前記第３回転軸を中心として前記第２アーム部を揺動させることによって、前記エンドエフェクタに保持された前記物品を円を描くように回す作業であること
   を特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のロボットシステム。
10. 前記第２アーム部の基端部から前記第１アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を経由しつつ前記第２回転軸を中心として前記第１アーム部を揺動させるとともに、前記第３回転軸を中心として前記第２アーム部を揺動させ、さらに、前記第１回転軸を中心として前記エンドエフェクタを回転させることによって、前記エンドエフェクタに保持された前記物品である長尺部材を容器の内壁に沿って移動させる作業であること
    を特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のロボットシステム。
11. 前記ロボットは、
    ２つの前記アームを備える双腕ロボットであり、
    一方の前記アームが備える前記エンドエフェクタによって前記長尺部材が保持され、他方の前記アームが備える前記エンドエフェクタによって前記容器が保持されること
    を特徴とする請求項１０に記載のロボットシステム。
12. 先端においてエンドエフェクタを第１回転軸を中心として回転可能に支持する第１アーム部と、前記第１回転軸に対して垂直な第２回転軸を中心として前記第１アーム部の基端部を揺動可能に支持する第２アーム部と、前記第２回転軸に対して垂直な第３回転軸を中心として前記第２アーム部の基端部を揺動可能に支持する第３アーム部とを備えるアームを有するロボットが、作業台に載置された物品を前記エンドエフェクタを用いて保持する工程と、
    前記ロボットが、前記エンドエフェクタを用いて保持した物品に対して、前記第２アーム部の基端部から前記第１アーム部の先端までの距離が最大となる姿勢を含む作業を行うことによって前記物品を加工する工程と
    を含むことを特徴とする加工品の製造方法。

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