(57)【要約】【課題】優れた制振効果を発揮することのできるロボットおよびロボットシステムを提供すること。【解決手段】ロボットは、基台と、前記基台に設けられ、前記基台に対して第１軸周りに回動する第１アームと、前記第１アームに設けられ、前記第１アームに対して前記第１軸と平行な第２軸周りに回動する第２アームと、前記第２アームに設けられ、前記第２軸の軸方向と直交する角速度検出軸周りの角速度および前記第２軸方向の加速度の一方または両方を検出する慣性センサーと、前記第１アームの外部に位置し、前記基台と前記第２アームとを接続する配管と、前記配管内を通って配置され、前記慣性センサーと電気的に接続されている配線と、を有する。【選択図】図１
2020001108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台に設けられ、前記基台に対して第１軸周りに回動する第１アームと、
前記第１アームに設けられ、前記第１アームに対して前記第１軸と平行な第２軸周りに回動する第２アームと、
前記第２アームに設けられ、前記第２軸の軸方向と直交する角速度検出軸周りの角速度および前記第２軸方向の加速度の一方または両方を検出する慣性センサーと、
前記第１アームの外部に位置し、前記基台と前記第２アームとを接続する配管と、
前記配管内を通って配置され、前記慣性センサーと電気的に接続されている配線と、を有することを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記第２アームに設けられ、前記第２軸と平行な第３軸周りに回動可能なシャフトと、
前記慣性センサーが搭載され、前記慣性センサーから出力される信号を処理する回路基板と、を備え、
前記回路基板は、前記第２軸と前記第３軸とを通る平面と交差している請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記回路基板は、前記第２アームのアーム基台に直接的に固定されている請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記慣性センサーは、前記第２軸と前記第３軸とを通る平面と交差している請求項２または３に記載のロボット。
【請求項５】
前記第２アームに設けられ、前記第２軸と平行な第３軸周りに回動可能なシャフトを備え、
前記慣性センサーは、前記第２軸と前記第３軸とを通る平面と交差していない請求項１に記載のロボット。
【請求項６】
前記慣性センサーは、前記第２軸よりも前記第３軸側に設けられている請求項２ないし５のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項７】
前記慣性センサーは、前記第２軸方向と直交する角速度検出軸周りの角速度を検出する角速度センサーである請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項８】
前記慣性センサーは、前記第２アームの回動方向の角速度または加速度を検出する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項９】
前記慣性センサーとして、
前記第２軸方向と直交する角速度検出軸周りの角速度または前記第２軸方向の加速度を検出する第１慣性センサーと、
前記第２アームの回動方向の角速度または加速度を検出する第２慣性センサーと、を含む請求項１ないし８のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のロボットと、
前記ロボットの駆動を制御する制御装置と、を有することを特徴とするロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットおよびロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されているロボットは、水平多関節ロボット（スカラロボット）であり、基台と、基台に対して鉛直方向に沿う第１軸まわりに回動可能に連結された第１アームと、第１アームに対して鉛直方向に沿う第２軸まわりに回動可能に連結された第２アームと、第２アームにシャフト支持部を介して取り付けられたシャフトと、を有する。また、ロボットは、第１アームに設けられ、第１アームの鉛直方向の振動を検出するセンサーを有し、センサーの検出結果に基づいて鉛直方向の振動を低減する制振制御が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−４２８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のロボットでは、第１アームにセンサーが設けられているため、シャフトの第２アームとの取り付け部における鉛直方向の振動を精度よく検出することができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の適用例に係るロボットは、基台と、
前記基台に設けられ、前記基台に対して第１軸周りに回動する第１アームと、
前記第１アームに設けられ、前記第１アームに対して前記第１軸と平行な第２軸周りに回動する第２アームと、
前記第２アームに設けられ、前記第２軸の軸方向と直交する角速度検出軸周りの角速度および前記第２軸方向の加速度の一方または両方を検出する慣性センサーと、
前記第１アームの外部に位置し、前記基台と前記第２アームとを接続する配管と、
前記配管内を通って配置され、前記慣性センサーと電気的に接続されている配線と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す図である。
【図２】慣性センサーユニットの分解斜視図である。
【図３】ロボットの概略図である。
【図４】第２アームの分解側面図である。
【図５】第２アームが有するアーム基台の下面図である。
【図６】第２アームが第１アームに対して延びた状態を示す上面図である。
【図７】第２アームの鉛直方向への振動に含まれる振動成分を示す正面図である。
【図８】慣性センサーユニットとアーム基台との固定状態を示す側面図である。
【図９】制御装置の回路系を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るロボットシステムが有する慣性センサーユニットの分解斜視図である。
【図１１】ロボットの概略図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るロボットシステムが有する第２アームのアーム基台の下面図である。
【図１３】第２アームが第１アームに対して曲がった状態を示す上面図である。
【図１４】第１〜第３実施形態についてハードウェア（プロセッサー）を中心として説明するためのブロック図である。
【図１５】本発明のロボットシステムの他の例１（変形例１）を示すブロック図である。
【図１６】本発明のロボットシステムの他の例２（変形例２）を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明のロボットおよびロボットシステムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す図である。図２は、慣性センサーユニットの分解斜視図である。図３は、ロボットの概略図である。図４は、第２アームの分解側面図である。図５は、第２アームが有するアーム基台の下面図である。図６は、第２アームが第１アームに対して延びた状態を示す上面図である。図７は、第２アームの鉛直方向への振動に含まれる振動成分を示す正面図である。図８は、慣性センサーユニットとアーム基台との固定状態を示す側面図である。図９は、制御装置の回路系を示すブロック図である。
【０００９】
なお、図１ではエンドエフェクターを模式的に示している。また、以下では、説明の都合上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１中の上下方向が鉛直方向である。また、本明細書において、「水平」とは、完全に水平な場合のみならず、水平に対して±５°以内で傾斜している場合も含む。同様に、本明細書において、「鉛直」とは、完全に鉛直な場合のみならず、鉛直に対して±５°以内で傾斜している場合も含む。また、本明細書において、「平行」とは、２つの線（軸を含む）または面が互いに完全な平行である場合のみならず、±５°以内で傾斜している場合も含む。また、本明細書において、「直交」とは、２つの線（軸を含む）または面が互いに完全な直交である場合のみならず、±５°以内で傾斜している場合も含む。また、説明の便宜上、図３では、慣性センサーの配置が他の図と異なっている。
【００１０】
図１に示すロボットシステム１は、ロボット２と、ロボット２を制御する制御装置３と、を有する。ロボットシステム１の用途は、特に限定されず、ロボットシステム１は、例えば、電子部品および電子機器等のワーク（対象物）の保持、搬送、組立および検査等の各作業で用いることができる。ロボット２は、水平多関節ロボット（スカラロボット）であり、基台２１と、基台２１に設けられ、基台２１に対して第１軸Ｊ１周りに回動可能な第１アーム２２と、第１アーム２２の先端部に設けられ、第１アーム２２に対して第１軸Ｊ１と平行な第２軸Ｊ２周りに回動可能な第２アーム２３と、第２アーム２３に設けられた作業ヘッド２４と、第２アーム２３に設けられた慣性センサーユニット２０と、基台２１と第２アーム２３とを接続する配管２５と、を有する。
【００１１】
基台２１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台２１内には基台２１に対して第１アーム２２を第１軸Ｊ１周りに回動させるモーター２６１が設けられている。また、このモーター２６１にはモーター２６１の回転量を検出する図示しないエンコーダーが設けられており、このエンコーダーからの出力によって基台２１に対する第１アーム２２の回動角を検出することができる。また、第２アーム２３内には第１アーム２２に対して第２アーム２３を第２軸Ｊ２周りに回動させるモーター２６２が設けられている。また、モーター２６２にはモーター２６２の回転量を検出する図示しないエンコーダーが設けられており、このエンコーダーからの出力によって第１アーム２２に対する第２アーム２３の回動角を検出することができる。
【００１２】
作業ヘッド２４は、第２アーム２３の先端部に設けられている。作業ヘッド２４は、第２アーム２３の先端部に同軸的に配置されたスプラインナット２４１およびボールネジナット２４２と、スプラインナット２４１およびボールネジナット２４２に挿通されたスプラインシャフト２４３と、を有する。スプラインシャフト２４３は、第２アーム２３に対して、その中心軸である第３軸Ｊ３周りに回転可能であり、かつ、第３軸Ｊ３に沿った方向に移動可能となっている。なお、第３軸Ｊ３は、第１軸Ｊ１および第２軸Ｊ２と平行であり、鉛直方向に沿っている。
【００１３】
第２アーム２３内にはスプラインナット２４１を回転させてスプラインシャフト２４３を第３軸Ｊ３周りに回転させるモーター２６３が設けられている。また、モーター２６３にはモーター２６３の回転量を検出する図示しないエンコーダーが設けられており、このエンコーダーからの出力によって第２アーム２３に対するスプラインシャフト２４３の回転量を検出することができる。また、第２アーム２３内にはボールネジナット２４２を回転させてスプラインシャフト２４３を第３軸Ｊ３に沿った方向に移動させるモーター２６４が設けられている。また、モーター２６４にはモーター２６４の回転量を検出する図示しないエンコーダーが設けられており、このエンコーダーからの出力によって第２アーム２３に対するスプラインシャフト２４３の移動量を検出することができる。
【００１４】
スプラインシャフト２４３の先端部には、エンドエフェクター２９を装着するためのペイロード２４４が設けられている。ペイロード２４４に装着するエンドエフェクター２９としては、特に限定されず、例えば、対象物を保持（把持、吸着）するハンドや対象物を加工する作業具等が挙げられる。
【００１５】
慣性センサーユニット２０は、第２アーム２３に設けられている。特に、本実施形態では、慣性センサーユニット２０は、第２アーム２３の先端部であって、スプラインシャフト２４３の第２アーム２３への取り付け部の近傍に設けられている。これにより、当該取り付け部における第２アーム２３の鉛直方向への振動を精度よく検出することができる。
【００１６】
図２に示すように、慣性センサーユニット２０は、慣性センサーとしての３つの角速度センサー２０２、２０３、２０４と、角速度センサー２０２、２０３、２０４が搭載され、角速度センサー２０２、２０３、２０４から出力される信号を処理する回路基板２０１と、を有する。角速度センサー２０２、２０３、２０４は、角速度検出軸が互いに直交している。具体的には、図３に示すように、角速度センサー２０２（第１慣性センサー）は、第２軸Ｊ２と第３軸Ｊ３とを通る平面に直交する角速度検出軸Ｊｇｙ１を有し、角速度検出軸Ｊｇｙ１周りの角速度ω１を検出する。また、角速度センサー２０３（第２慣性センサー）は、第２軸Ｊ２と平行な角速度検出軸Ｊｇｙ２を有し、角速度検出軸Ｊｇｙ２周りの角速度ω２を検出する。また、角速度センサー２０４は、角速度検出軸Ｊｇｙ１および角速度検出軸Ｊｇｙ２と直交する角速度検出軸Ｊｇｙ３を有し、角速度検出軸Ｊｇｙ３周りの角速度ω３を検出する。
【００１７】
図３に示すように、角速度センサー２０２は、主として、基台２１と第１アーム２２とを接続する関節Ｍ１のたわみ、第１アーム２２と第２アーム２３とを接続する関節Ｍ２のたわみ、第１アーム２２の曲げと捩りおよび第２アーム２３の曲げと捩りにより発生する第２アーム２３の回転運動の角速度を検出する。第２アーム２３は、第１アーム２２に片持ち支持され、第１アーム２２は、基台２１に片持ち支持されているため、第２アーム２３の先端部すなわちスプラインシャフト２４３の第２アーム２３への取り付け部は、基台２１に対して矢印Ｓで示すように回転運動する。そのため、角速度センサー２０２によって、スプラインシャフト２４３の第２アーム２３への取り付け部における鉛直方向への振動と等価な角速度を検出することができる。
【００１８】
角速度センサー２０３は、第２アーム２３の回動方向の角速度を検出する。これにより、第２アーム２３の駆動時の第２軸Ｊ２周りの振動を検出することができる。なお、上述したように、慣性センサーユニット２０には、さらに、角速度センサー２０４が設けられているが、本実施形態では、角速度センサー２０４からの検出信号は、ロボット２の制御に使用しない。そのため、角速度センサー２０４は、省略してもよい。ただし、角速度センサー２０４からの検出信号をロボット２の制御に用いてもよい。
【００１９】
なお、角速度センサー２０２、２０３、２０４の構成としては、それぞれ、特に限定されない。図２に示すように、本実施形態では、角速度センサー２０２、２０３、２０４は、パッケージ２０２ａ、２０３ａ、２０４ａと、パッケージ２０２ａ、２０３ａ、２０４ａに収納されたセンサー素子２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂと、を有する。
【００２０】
また、センサー素子２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂとしては、それぞれ、特に限定されない。例えば、センサー素子２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂとしては、水晶振動子を用いた構成とすることができる。この場合、水晶振動子が有する振動腕を駆動振動モードで振動させ、その状態で検出軸周りの角速度が加わると、コリオリの力が生じて検出腕に検出振動モードが新たに励振される。そのため、この検出振動モードにより生じる検出信号に基づいて角速度を検出することができる。
【００２１】
また、センサー素子２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂとしては、シリコン振動子を用いた構成とすることができる。この場合、シリコン基板に可動体を形成し、可動体と対向して検出電極を配置した構成とする。そして、可動体を駆動振動モードで振動させ、その状態で検出軸周りの角速度が加わると、コリオリの力が生じて可動体に検出振動モードが新たに励振され、この検出振動モードによって可動体と検出電極とのギャップが変化し、これらの間の静電容量が変化する。そのため、静電容量の変化に基づいて角速度を検出することができる。
【００２２】
なお、上述したように、本実施形態では、角速度ω１を検出する角速度センサー２０２と、角速度ω２を検出する角速度センサー２０３と、角速度ω３を検出する角速度センサー２０４と、が別体で構成されているが、これに限定されず、これらのうちの少なくとも２つが一体で形成されていてもよい。この場合、１つのパッケージ内に、角速度ω１を検出するセンサー素子と、角速度ω２を検出するセンサー素子と、角速度ω３を検出するセンサー素子とが収納された構成であってもよいし、１つのセンサー素子が角速度ω１、ω２、ω３の少なくとも２つを検出可能な構成であってもよい。
【００２３】
また、回路基板２０１には、各種回路要素が配置され、必要に応じて、角速度センサー２０２、２０３、２０４を駆動する駆動回路、角速度センサー２０２、２０３、２０４からの出力に基づいて角速度ω１、ω２、ω３を検出する検出回路、温度補償回路等が形成されている。また、回路基板２０１は、角速度センサー２０２、２０３、２０４を覆う蓋部材２０５を有する。蓋部材２０５によって、角速度センサー２０２、２０３、２０４を保護することができる。
【００２４】
ロボットシステム１では、角速度センサー２０２が検出した角速度ω１をモーター２６４の駆動制御にフィードバックすることにより、スプラインシャフト２４３を昇降させる駆動力の反力を利用して、スプラインシャフト２４３の第２アーム２３への取り付け部での鉛直方向への振動を低減する構成となっている。すなわち、スプラインシャフト２４３を昇降させることにより、第２アーム２３に鉛直振動と逆方向の加速度を与え、スプラインシャフト２４３の第２アーム２３との取り付け部での鉛直方向への振動を低減する構成となっている。これにより、ロボット２の鉛直方向への振動を効果的に低減することができる。さらに、ロボットシステム１では、角速度センサー２０３が検出した角速度ω２をモーター２６１、２６２の駆動制御にフィードバックすることにより、第２アーム２３の回動方向への振動を低減する構成となっている。これにより、第２アーム２３の回動方向への振動を効果的に低減することができる。
【００２５】
図１に示すように、配管２５は、基台２１と第２アーム２３とを第１アーム２２内を経由することなく直接接続している。配管２５の内部には、基台２１と第２アーム２３の内部同士を連結する配線挿通孔が形成されている。配管２５の少なくとも一部は可撓性を有し、配管２５が変形することによって、基台２１に対する第１アーム２２の回動や、第１アーム２２に対する第２アーム２３の回動が許容される。配管２５には、慣性センサーユニット２０と電気的に接続された配線２０９が引き回されている。この場合、配線２５内に挿通される配線２０９は、その全長に限らず、少なくとも一部であればよい。
【００２６】
また、その他にも、配管２５には、第２アーム２３内に設けられた電子部品、例えば、モーター２６２〜２６４、エンコーダー等と電気的に接続された複数の配線を有する配線群２８が引き回されている。これにより、第２アーム２３内に設けられた各種電子部品の配線を関節Ｍ２、第１アーム２２および関節Ｍ１を経由することなく基台２１まで直に引き回すことができる。そのため、配線の引き回しが容易となり、第２アーム２３内に種々の電子部品を設け易くなる。また、特に、関節Ｍ１、Ｍ２に配線を引き回すためのスペースを確保する必要がなくなるため、同じ大きさであれば関節Ｍ１、Ｍ２の機械的強度を高めることができ、同じ強度であれば、関節Ｍ１、Ｍ２を小型化することができる。
【００２７】
なお、配管２５は、管路として閉じた形状のものに限定されず、一部が開放したもの、例えば、横断面がＣ字状をなすものであってもよい。
【００２８】
以上、ロボット２の構成について簡単に説明した。次に、慣性センサーユニット２０の配置について詳細に説明する。図４に示すように、第２アーム２３は、関節Ｍ２を介して第１アーム２２と接続されたアーム基台２３１と、アーム基台２３１の上方を覆う上側カバー２３２と、アーム基台２３１の下方を覆う下側カバー２３３と、を有する。前述したスプラインナット２４１、ボールネジナット２４２、モーター２６２、２６３、２６４およびエンコーダー等は、アーム基台２３１の上側においてアーム基台２３１に支持され、上側カバー２３２に覆われている。一方、慣性センサーユニット２０は、アーム基台２３１の下側においてアーム基台２３１に支持され、下側カバー２３３に覆われている。
【００２９】
図５に示すように、慣性センサーユニット２０に含まれる角速度センサー２０２は、第２軸Ｊ２よりも第３軸Ｊ３側に偏って設けられている。すなわち、第３軸Ｊ３と角速度センサー２０２との離間距離は、第２軸Ｊ２と角速度センサー２０２との離間距離よりも短い。これにより、角速度センサー２０２を第３軸Ｊ３の近傍に配置することができるため、角速度センサー２０２によって、より精度よくスプラインシャフト２４３のアーム基台２３１への取り付け部における第２アーム２３の鉛直方向の振動を検出することができる。特に、本実施形態では、前述したように、スプラインナット２４１およびボールネジナット２４２をアーム基台２３１の上側に配置し、慣性センサーユニット２０をアーム基台２３１の下側に配置している。そのため、慣性センサーユニット２０をスプラインナット２４１およびボールネジナット２４２に邪魔されることなく第３軸Ｊ３の近傍に配置することができる。そのため、角速度センサー２０２によって、さらに精度よくスプラインシャフト２４３のアーム基台２３１への取り付け部における第２アーム２３の鉛直方向の振動を検出することができる。
【００３０】
また、図５に示すように、回路基板２０１は、第３軸Ｊ３の軸方向からの平面視で、第２軸Ｊ２と第３軸Ｊ３とを通る直線Ｌ上に設けられている。なお、「回路基板２０１が直線Ｌ上に設けられている」とは、第３軸Ｊ３の軸方向からの平面視で、回路基板２０１が直線Ｌと重なる部分を有することを意味する。慣性センサーユニット２０をこのような配置とすることにより、図６に示すように、第１アーム２２に対して第２アーム２３が延びた状態での、第２アーム２３の鉛直方向への振動を精度よく検出することができる。
【００３１】
具体的に説明すると、図７に示すように、鉛直方向の振動成分には、主として、関節Ｍ１のたわみ、第１アーム２２の曲げ、関節Ｍ２のたわみ、第２アーム２３の曲げにより発生する振動成分Ａと、主として、第１アーム２２の捩りおよび第２アーム２３の捩りにより発生する振動成分Ｂがある。振動成分Ｂは、平面視で、直線Ｌから離間する程大きくなる。スプラインシャフト２４３の第２アーム２３への取り付け部は、直線Ｌ上にあることから、第１アーム２２に対して第２アーム２３が延びた状態では、当該部分には実質的に振動成分Ｂが生じない。そのため、第１アーム２２に対して第２アーム２３が延びた状態では、実質的に、振動成分Ａだけを第２アーム２３の鉛直方向の振動成分とすることが好ましい。
【００３２】
そこで、前述したように回路基板２０１を直線Ｌ上に配置することにより、角速度センサー２０２を直線Ｌの近傍、好ましくは直線Ｌ上に配置することができる。そのため、角速度センサー２０２に加わる振動成分Ｂが小さくなり、角速度センサー２０２の振動成分Ｂに対する不感性が高まる。したがって、角速度センサー２０２によって実質的に振動成分Ａだけを精度よく検出することができる。そのため、第２アーム２３の鉛直方向への振動を精度よく検出することができる。
【００３３】
特に、本実施形態では、角速度センサー２０２が、第３軸Ｊ３の軸方向からの平面視で、直線Ｌ上に設けられている（図５参照）。これにより、角速度センサー２０２からの出力に振動成分Ｂに起因したノイズがより乗り難くなり、角速度センサー２０２によって振動成分Ａをより精度よく検出することができる。そのため、第２アーム２３の鉛直方向への振動をより精度よく検出することができる。なお、「角速度センサー２０２が直線Ｌ上に設けられている」とは、第３軸Ｊ３の軸方向からの平面視で、角速度センサー２０２のパッケージ２０２ａが直線Ｌと重なる部分を有することを意味し、センサー素子２０２ｂが直線Ｌと重なる部分を有することが好ましい。また、第１アーム２２に対して第２アーム２３が延びた状態とは、例えば、図６に示すように、第１軸Ｊ１と第２軸Ｊ２とを通る直線Ｌ１に対する第２軸Ｊ２と第３軸Ｊ３とを通る直線Ｌ２の傾きθが−３０°以上＋３０°以下のことを言う。
【００３４】
また、図８に示すように、回路基板２０１は、第２アーム２３のアーム基台２３１に直接的に固定されている。これにより、例えば、アーム基台２３１から延びた支柱を介して回路基板２０１をアーム基台２３１に固定する場合と比べて、アーム基台２３１に対する回路基板２０１のぐらつきやアーム基台２３１との機械的な共振を効果的に抑制することができる。そのため、回路基板２０１に搭載された角速度センサー２０２によって、第２アーム２３の鉛直方向への振動を精度よく検出することができる。なお、本実施形態では、回路基板２０１がアーム基台２３１に対してねじ止めされているが、固定方法としては特に限定されず、例えば、接着剤を用いて回路基板２０１をアーム基台２３１に固定してもよい。また、本実施形態では、蓋部材２０５とアーム基台２３１とが接しているが、これに限定されない。また、アーム基台２３１と回路基板２０１との間に放熱部材、絶縁部材を介する場合も「回路基板２０１がアーム基台２３１に直接的に固定されている」に含まれる。
【００３５】
制御装置３は、ロボット２と電気的に接続され、ロボット２の駆動を制御する。ロボット２と制御装置３とは、ケーブルで電気的に接続されている。ただし、ロボット２と制御装置３とは、有線方式の接続に限らず、例えば、ケーブルを省略し、無線方式で接続してもよい。また、制御装置３は、ロボット２にその一部または全部が内蔵されていてもよい。
【００３６】
制御装置３は、例えば、プロセッサーの一例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）が内蔵されたコンピューター（ＰＣ）等で構成することができる。制御装置３は、ロボット２の各部を制御することができる。特に、制御装置３は、角速度センサー２０２から得られた加速度情報（角速度ω１の情報）をモーター２６４の電流指令にフィードバックすることができる。これにより、スプラインシャフト２４３の第２アーム２３への取り付け部における第２アーム２３の鉛直方向への振動を低減することができる。また、制御装置３は、角速度センサー２０３から得られた角速度ω２の情報をモーター２６１、２６２の電流指令にフィードバックすることができる。これにより、第２アーム２３の回動方向への振動を低減することができる。そのため、制振特性に優れたロボットシステム１となる。
【００３７】
以下に、角速度センサー２０２から得られた角速度情報をモーター２６４の電流指令にフィードバックする方法について図９に基づいて簡単に説明する。図９に示すように、制御装置３は、モーター２６４への位置指令を生成する位置指令生成部３１と、位置指令生成部３１で生成された位置指令に基づいてモーター２６４への速度指令を生成する位置制御部３２と、位置制御部３２で生成された速度指令に基づいてモーター２６４を駆動する電流指令を生成する速度制御部３３と、速度制御部３３からの電流指令通りの電流をモーター２６４に供給する電流制御部３４と、を有する。
【００３８】
位置指令生成部３１は、ロボット２が行う処理の内容に基づいてスプラインシャフト２４３の目標位置である位置指令を生成して出力する。位置制御部３２は、入力される位置指令とモーター２６４に接続されたエンコーダーが検出した現在位置との差分を基に速度指令を生成する。速度制御部３３は、この速度指令とエンコーダーが検出した現在位置とを微分し、実際速度との偏差に対して比例ゲインＫｖｐを調整する比例制御と、積分ゲインＫｖｉを調整する積分制御とを実施し、速度指令に基づく速度になるよう電流指令を生成する。電流制御部３４は、電流指令と実際の駆動電流との差分に対し、比例制御、積分制御を行い、モーター２６４に電流指令通りの電流を供給する。このようなフィードバック制御によって、モーター２６４は、位置指令および速度指令に合った駆動状態となる。
【００３９】
また、制御装置３は、角速度センサー２０２の出力側に設けられたＤＣ除去部３５を有する。ＤＣ除去部３５は、角速度センサー２０２から出力された角速度情報からオフセット成分（角速度を受けていない状態で出力される信号成分）を除去する。角速度情報に含まれるオフセット成分は、例えば、ロボット２が停止中の角速度の移動平均等から求めることができる。ＤＣ除去部３５を設けることにより、角速度情報に過大なオフセットが存在する場合にも対応することができる。また、制御装置３は、角速度情報から角速度センサー２０２の離調ノイズ成分および機械的な共振成分を除去するＬＰＦ３６（ローパスフィルター）を有する。ＬＰＦ３６を設けることにより、より精度の良い角速度情報が得られる。
【００４０】
また、制御装置３は、ＬＰＦ３６から出力された角速度情報に対してフィードバックゲインＫｇｐ（比例ゲイン）を調整する比例制御を実施する。そして、調整された角速度情報は、電流指令に直接入力される。このように、角速度情報を電流指令にフィードバックすることにより、第２アーム２３の鉛直方向への振動を低減（キャンセル）する反力を直接制御することができるため、鉛直方向への振動を低減する能力を高めることができる。また、角速度情報にオフセットが含まれていても、速度制御部３３の積分処理でその影響がキャンセルされるため、スプラインシャフト２４３の位置ずれが生じ難い。
【００４１】
以上、ロボットシステム１について説明した。ロボットシステム１が有するロボット２は、前述したように、基台２１と、基台２１に設けられ、基台２１に対して第１軸Ｊ１周りに回動する第１アーム２２と、第１アーム２２に設けられ、第１アーム２２に対して第１軸Ｊ１と平行な第２軸Ｊ２周りに回動する第２アーム２３と、第２アーム２３に設けられ、第２軸Ｊ２の軸方向と直交する角速度検出軸Ｊｇｙ１周りの角速度ω１を検出する慣性センサーとしての角速度センサー２０２と、第１アーム２２の外部に位置し、基台２１と第２アーム２３とを接続する配管２５と、配管２５内を通って配置され、角速度センサー２０２と電気的に接続されている配線２０９と、を有する。このように、第２アーム２３に角速度センサー２０２を配置することにより、第２アーム２３の鉛直方向への振動を精度よく検出することができる。そのため、角速度センサー２０２からの検出信号をロボット２の駆動にフィードバックすることにより、第２アーム２３の鉛直方向への振動を効果的に抑制することができる。特に、配線２０９を配管２５内に配置することにより、配線２０９を関節Ｍ２、第１アーム２２および関節Ｍ１を経由することなく基台２１まで直に引き回すことができる。そのため、配線２０９の引き回しが容易となり、第２アーム２３内に角速度センサー２０２を設け易くなる。また、関節Ｍ１、Ｍ２に配線を引き回すためのスペースを確保する必要がなくなるため、同じ大きさであれば関節Ｍ１、Ｍ２の機械的強度を高めることができ、同じ強度であれば、関節Ｍ１、Ｍ２を小型化することができる。
【００４２】
また、前述したように、ロボット２は、第２アーム２３に設けられ、第２軸Ｊ２と平行な第３軸Ｊ３周りに回動可能なスプラインシャフト２４３（シャフト）と、角速度センサー２０２が搭載され、角速度センサー２０２から出力される信号を処理する回路基板２０１と、を備える。そして、回路基板２０１は、第２軸Ｊ２と第３軸Ｊ３とを通る平面と交差している。これにより、角速度センサー２０２によって、第１アーム２２および第２アーム２３の捩りに起因する鉛直方向への振動成分Ｂが検出され難くなる。したがって、特に、第２アーム２３が第１アーム２２に対して延びた状態における第２アーム２３の鉛直方向の振動を精度よく検出することができる。特に、本実施形態では、角速度センサー２０２は、第３軸Ｊ３の軸方向から見て、直線Ｌ上に設けられている。そのため、上述した効果をより顕著に発揮することができる。
【００４３】
また、前述したように、角速度センサー２０２は、第２軸Ｊ２よりも第３軸Ｊ３側に設けられている。これにより、スプラインシャフト２４３の第２アーム２３への取り付け部における第２アーム２３の鉛直方向への振動をより精度よく検出することができる。そのため、スプラインシャフト２４３の鉛直方向への振動をより効果的に低減することができ、より安定した駆動を行うことのできるロボットシステム１となる。
【００４４】
また、前述したように、回路基板２０１は、第２アーム２３のアーム基台２３１に直接的に固定されている。これにより、例えば、アーム基台２３１から延びた支柱を介して回路基板２０１をアーム基台２３１に固定する場合と比べて、アーム基台２３１に対する回路基板２０１のぐらつきやアーム基台２３１との機械的な共振を効果的に抑制することができる。そのため、回路基板２０１に搭載された角速度センサー２０２によって、第２アーム２３の鉛直方向への振動を精度よく検出することができる。
【００４５】
また、前述したように、慣性センサーは、第２軸Ｊ２方向と直交する角速度検出軸Ｊｇｙ１周りの角速度ω１を検出する角速度センサー２０２である。これにより、第２アーム２３の鉛直方向への振動を精度よく検出することができる。
【００４６】
また、前述したように、慣性センサーは、第２アーム２３の回動方向の角速度ω２すなわち第２軸Ｊ２周りの角速度ω２を検出することができる。そのため、角速度ω２をロボット２の駆動にフィードバックすることにより、第２アーム２３の回動方向への振動を効果的に抑制することができる。特に、本実施形態のロボット２では、慣性センサーとして、第２軸Ｊ２方向と直交する角速度検出軸Ｊｇｙ１周りの角速度ω１を検出する第１慣性センサーとしての角速度センサー２０２と、第２アーム２３の回動方向の角速度ω２を検出する第２慣性センサーとしての角速度センサー２０３と、を含んでいる。このように、角速度ω１を検出する角速度センサー２０２と、角速度ω２を検出する角速度センサー２０３と、を別体とすることにより、これら角速度センサー２０２、２０３の配置の自由度が高まる。そのため、例えば、角速度センサー２０２を直線Ｌ上に配置し易くなる。
【００４７】
また、前述したように、ロボットシステム１は、ロボット２と、ロボット２の駆動を制御する制御装置３と、を有する。そのため、前述したロボット２の効果（制振効果）を享受でき、信頼性の高いロボットシステム１となる。
【００４８】
＜第２実施形態＞
図１０は、本発明の第２実施形態に係るロボットシステムが有する慣性センサーユニットの分解斜視図である。図１１は、ロボットの概略図である。
【００４９】
本実施形態に係るロボットシステムは、慣性センサーユニット２０の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態のロボットシステムに関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１０および図１１では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【００５０】
図１０に示すように、本実施形態の慣性センサーユニット２０は、慣性センサーとしての３つの加速度センサー２０６、２０７、２０８と、加速度センサー２０６、２０７、２０８が搭載され加速度センサー２０６、２０７、２０８から出力される信号を処理する回路基板２０１と、を有する。また、回路基板２０１は、加速度センサー２０６、２０７、２０８を覆う蓋部材２０５を有する。また、加速度センサー２０６、２０７、２０８は、検出軸が互いに直交している。
【００５１】
具体的には、図１１に示すように、加速度センサー２０６（第１慣性センサー）は、第２軸Ｊ２と平行な加速度検出軸Ｊａｃ１を有し、加速度検出軸Ｊａｃ１に沿った加速度Ａｃ１を検出する。また、加速度センサー２０７（第２慣性センサー）は、第２軸Ｊ２および第３軸Ｊ３を通る平面に直交する加速度検出軸Ｊａｃ２を有し、加速度検出軸Ｊａｃ２に沿う加速度を検出する。また、加速度センサー２０８（第２慣性センサー）は、直線Ｌに平行な加速度検出軸Ｊａｃ３を有し、加速度検出軸Ｊａｃ３に沿う加速度を検出する。
【００５２】
このような構成によれば、加速度センサー２０６によって第２アーム２３の鉛直方向の振動を検出することができ、加速度センサー２０７、２０８によって第２アーム２３の回動方向の振動を検出することができる。そのため、前述した第１実施形態と同様に、加速度センサー２０６からの検出信号をモーター２６４への電流指令にフィードバックすることにより第２アーム２３の鉛直方向への振動を低減することができ、加速度センサー２０７、２０８からの検出信号をモーター２６１、２６２への電流指令にフィードバックすることにより第２アーム２３の回動方向への振動を低減することができる。
【００５３】
以上のように、本実施形態のロボット２は、第２アーム２３に設けられ、第２軸Ｊ２方向の加速度を検出する慣性センサーとしての加速度センサー２０６を有する。このように、第２アーム２３に加速度センサー２０６を配置することにより、第２アーム２３の鉛直方向への振動を精度よく検出することができる。そのため、加速度センサー２０６からの検出信号をロボット２の駆動にフィードバックすることにより、第２アーム２３の鉛直方向への振動を効果的に抑制することができる。
【００５４】
また、前述したように、慣性センサーは、第２アーム２３の回動方向の加速度を検出する。第２アーム２３の回動方向の加速度をロボット２の駆動にフィードバックすることにより、第２アーム２３の回動方向への振動を効果的に抑制することができる。特に、本実施形態のロボット２では、慣性センサーとして、第２軸Ｊ２方向の加速度Ａｃ１を検出する第１慣性センサーとしての加速度センサー２０６と、第２アーム２３の回動方向の加速度Ａｃ２、Ａｃ３を検出する第２慣性センサーとしての加速度センサー２０７、２０８と、を含んでいる。このように、加速度Ａｃ１を検出する加速度センサー２０６と、加速度Ａｃ２、Ａｃ３を検出する加速度センサー２０７、２０８と、を別体とすることにより、これら加速度センサー２０６、２０７、２０８の配置の自由度が高まる。そのため、例えば、加速度センサー２０６を直線Ｌ上に配置し易くなる。
【００５５】
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００５６】
＜第３実施形態＞
図１２は、本発明の第３実施形態に係るロボットシステムが有する第２アームのアーム基台の下面図である。図１３は、第２アームが第１アームに対して曲がった状態を示す上面図である。
【００５７】
本実施形態に係るロボットシステムは、慣性センサーユニット２０の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１と同様である。なお、以下の説明では、第３実施形態のロボットシステムに関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１２および図１３では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【００５８】
図１２に示すように、本実施形態のロボット２では、角速度センサー２０２は、第２軸Ｊ２と第３軸Ｊ３とを通る平面と交差していない。これにより、角速度センサー２０２によって、前述した振動成分Ａと共に振動成分Ｂ（すなわち、第１アーム２２および第２アーム２３の捩りに起因した第２アーム２３の鉛直方向への振動）を検出することができる。
【００５９】
例えば、図１３に示すように、第２アーム２３が第１アーム２２に対して曲がっている場合では、第１アーム２２や第２アーム２３に捩りが生じ易い。そのため、角速度センサー２０２によって捩りに起因した第２アーム２３の鉛直方向への振動を検出することにより、第２アーム２３全体としての鉛直方向への振動をより精度よく検出することができる。なお、第１アーム２２に対して第２アーム２３が曲がった状態とは、例えば、図１３に示すように、第１軸Ｊ１と第２軸Ｊ２とを通る直線Ｌ１に対する第２軸Ｊ２と第３軸Ｊ３とを通る直線Ｌ２の傾きθが−１２０°以上−６０°以下および＋６０°以上＋１２０°以下のことを言う。
【００６０】
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６１】
図１４は、第１〜第３実施形態についてハードウェア（プロセッサー）を中心として説明するためのブロック図である。図１４には、ロボット２とコントローラー６１とコンピューター６２が接続されたロボットシステム１Ａの全体構成が示されている。ロボット２の制御はコントローラー６１にあるプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよいし、コンピューター６２に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出してコントローラー６１を介して実行されてもよい。したがって、コントローラー６１とコンピューター６２とのいずれか一方または両方を「制御装置」として捉えることができる。
【００６２】
図１５は、本発明のロボットシステムの他の例１（変形例１）を示すブロック図である。図１５には、ロボット２に直接コンピューター６３が接続されたロボットシステム１Ｂの全体構成が示されている。ロボット２の制御はコンピューター６３に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して直接実行される。したがって、コンピューター６３を「制御装置」として捉えることができる。
【００６３】
図１６は、本発明のロボットシステムの他の例２（変形例２）を示すブロック図である。図１６には、コントローラー６１が内蔵されたロボット２とコンピューター６６が接続され、コンピューター６６がＬＡＮ等のネットワーク６５を介してクラウド６４に接続されているロボットシステム１Ｃの全体構成が示されている。ロボット２の制御はコンピューター６６に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよいし、クラウド６４上に存在するプロセッサーによりコンピューター６６を介してメモリーにある指令を読み出して実行されてもよい。したがって、コントローラー６１とコンピューター６６とクラウド６４とのいずれか１つ、または、いずれか２つ、または、３つ（全体）を「制御装置」として捉えることができる。
【００６４】
以上、本発明のロボットおよびロボットシステム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、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【００６５】
また、前記実施形態では、ロボットの基台の固定箇所は、例えば、設置スペースにおける床であるが、本発明では、これに限定されず、この他、例えば、天井、壁、作業台、地上等が挙げられる。また、基台自体が移動可能であってもよい。また、本発明では、ロボットは、セル内に設置されていてもよい。この場合、ロボットの基台の固定箇所としては、例えば、セルの床部、天井部、壁部、作業台等が挙げられる。
【００６６】
また、前記実施形態では、ロボット（基台）が固定される平面（面）である第１面は、水平面と平行な平面（面）であるが、本発明では、これに限定されず、例えば、水平面や鉛直面に対して傾斜した平面（面）でもよく、また、鉛直面と平行な平面（面）であってもよい。すなわち、第１〜第３軸は、鉛直方向に対して傾斜していてもよい。
【００６７】
また、前記実施形態では、ロボットアームの回動軸の数は、２つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの回動軸の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。すなわち、前記実施形態では、アームの数は、２つであるが、本発明では、これに限定されず、アームの数は、例えば、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、プロセッサーは、１つの装置で構成されていてもよく、また、複数の装置で構成されていてもよい、すなわち、複数の単位プロセッサーに分かれていてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１、１Ａ〜１Ｃ…ロボットシステム、２…ロボット、２０…慣性センサーユニット、２０１…回路基板、２０２、２０３、２０４…角速度センサー、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ…パッケージ、２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ…センサー素子、２０５…蓋部材、２０６〜２０８…加速度センサー、２０９…配線、２１…基台、２２…第１アーム、２３…第２アーム、２３１…アーム基台、２３２…上側カバー、２３３…下側カバー、２４…作業ヘッド、２４１…スプラインナット、２４２…ボールネジナット、２４３…スプラインシャフト、２４４…ペイロード、２６１〜２６４…モーター、２５…配管、２８…配線群、２９…エンドエフェクター、３…制御装置、３１…位置指令生成部、３２…位置制御部、３３…速度制御部、３４…電流制御部、３５…ＤＣ除去部、３６…ＬＰＦ、６１…コントローラー、６２…コンピューター、６３…コンピューター、６４…クラウド、６５…ネットワーク、６６…コンピューター、Ａ…振動成分、Ｂ…振動成分、Ａｃ１〜Ａｃ３…加速度、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…第３軸、Ｊａｃ１〜Ｊａｃ３…加速度検出軸、Ｊｇｙ１〜Ｊｇｙ３…角速度検出軸、Ｍ１、Ｍ２…関節、Ｓ…矢印、θ…傾き、ω１〜ω３…角速度
【図１】
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【図２】
2020001108.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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