(57)【要約】【課題】近接センサーにおける誤検出が少ないロボットを提供すること。【解決手段】第１部材と、回動軸を含む関節部を介して前記第１部材と接続され、前記第１部材に対して前記回動軸まわりに相対的に回動する第２部材と、前記第２部材に設けられている静電容量型近接センサー用電極を備え、前記静電容量型近接センサー用電極で検出した静電容量の変化に基づいて物体を検出する近接センサーと、を有し、前記静電容量型近接センサー用電極は、前記回動軸を中心とし前記回動軸まわりの面上に位置し、前記回動軸の延在方向における長さが、前記面において一定であり、前記面上における外縁が、前記延在方向と直交している直交部分を含む、ことを特徴とするロボット。【選択図】図３
2020082301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、
回動軸を含む関節部を介して前記第１部材と接続され、前記第１部材に対して前記回動軸まわりに相対的に回動する第２部材と、
前記第２部材に設けられている静電容量型近接センサー用電極を備え、前記静電容量型近接センサー用電極で検出した静電容量の変化に基づいて物体を検出する近接センサーと、を有し、
前記静電容量型近接センサー用電極は、
前記回動軸を中心とし前記回動軸まわりの面上に位置し、
前記回動軸の延在方向における長さが、前記面において一定であり、
前記面上における外縁が、前記延在方向と直交している直交部分を含む、
ことを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記直交部分は、前記面の周方向の全長において前記延在方向と直交している請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
第１部材と、
回動軸を含む関節部を介して前記第１部材と接続され、前記第１部材に対して前記回動軸まわりに相対的に回動する第２部材と、
前記第２部材に設けられている静電容量型近接センサー用電極を備え、前記静電容量型近接センサー用電極で検出した静電容量の変化に基づいて物体を検出する近接センサーと、を有し、
前記静電容量型近接センサー用電極は、前記第１部材に対して前記第２部材が相対的に回動するとき、前記第１部材の表面から前記近接センサーの検出可能距離にある仮想空間に交差している領域の面積が一定であることを特徴とするロボット。
【請求項４】
前記第１部材に対して前記第２部材が相対的に回動するとき、前記領域の形状が一定である請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
前記第１部材に対して前記第２部材が相対的に回動するとき、前記領域の前記第１部材に対する相対位置が一定である請求項３または４に記載のロボット。
【請求項６】
前記静電容量型近接センサー用電極は、複数に分割されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項７】
前記近接センサーの検出方式は、相互容量方式である請求項６に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、１軸から６軸までの６つの軸と、これらを互いに連結する関節と、を有するロボットアームを備えるロボットが開示されている。このようなロボットは、ロボットアームを作動させた際に、その周辺の構造物と衝突する可能性がある。そこで、特許文献１に記載の発明では、ロボットのうち、周辺の構造物と衝突する可能性がある位置に距離センサーを設け、距離センサーの検出結果に基づいてロボットが構造物に近接したか否かを確認するようになっている。具体的には、関節に３つの距離センサーを設け、その関節と周辺の構造物との距離を検出し、近接の有無を確認する。そして、近接したことを確認した場合には、警報等を発報することにより、ロボットと周辺の構造物との衝突を未然に防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−９９２８５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、距離センサーが関節に設けられている場合、ロボットアームの姿勢が変化すると、距離センサーとロボットアームとの距離が短くなるため、そのロボットアームを障害物や人体と誤って検出してしまうという課題がある。その結果、ロボットの作動の安定性が低下する。
【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、第１部材と、
回動軸を含む関節部を介して前記第１部材と接続され、前記第１部材に対して前記回動軸まわりに相対的に回動する第２部材と、
前記第２部材に設けられている静電容量型近接センサー用電極を備え、前記静電容量型近接センサー用電極で検出した静電容量の変化に基づいて物体を検出する近接センサーと、を有し、
前記静電容量型近接センサー用電極は、
前記回動軸を中心とし前記回動軸まわりの面上に位置し、
前記回動軸の延在方向における長さが、前記面において一定であり、
前記面上における外縁が、前記延在方向と直交している直交部分を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【図２】図１に示すロボットのブロック図である。
【図３】図１に示すロボットアーム１０のうちの一部を拡大して示す分解斜視図である。
【図４】図３に示すロボットアーム１０の一部を組み立てた状態の斜視図である。
【図５】第１部材に対して第２部材が回動軸まわりに相対的に回動する様子を説明するための図である。
【図６】従来例に係るロボットの第１部材に対して第２部材が回動軸まわりに相対的に回動する様子を説明するための図である。
【図７】図５に示す［Ａ］の位置にあるときの第２部材を示す斜視図である。
【図８】図５に示す［Ｂ］の位置にあるときの第２部材を示す斜視図である。
【図９】図５に示す［Ｃ］の位置にあるときの第２部材を示す斜視図である。
【図１０】第２実施形態に係るロボットの一部を示す斜視図である。
【図１１】比較のための図であり、第１実施形態に係る３つの要素ａ、ｂ、ｃのうちの少なくとも１つを満たしていない電極を備えたロボットアームを示す斜視図である。
【図１２】第１実施形態に係る３つの要素ａ、ｂ、ｃのうちの少なくとも１つを満たしていない電極を備えたロボットアームを示す斜視図である。
【図１３】第２実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図１４】第２実施形態の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明のロボットの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットのブロック図である。なお、以下では、ロボット１の基台１１０側を「基端側」、その反対側、すなわちエンドエフェクター１７側を「先端側」と言う。
【０００８】
図１に示すロボット１は、エンドエフェクター１７が装着されたロボットアーム１０を用いて、例えば、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うシステムである。このロボット１は、複数のアーム１１〜１６を有するロボットアーム１０と、ロボットアーム１０の先端側に取り付けられたエンドエフェクター１７と、これらの作動を制御する制御装置５０と、を備える。以下、ロボット１の概略を説明する。
【０００９】
ロボット１は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットである。図１に示すように、ロボット１は、基台１１０と、基台１１０に対して相対的に回動するロボットアーム１０と、を備える。
【００１０】
基台１１０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上等に固定される。ロボットアーム１０は、基台１１０に対して回動可能に連結されているアーム１１と、アーム１１に対して回動可能に連結されているアーム１２と、アーム１２に対して回動可能に連結されているアーム１３と、アーム１３に対して回動可能に連結されているアーム１４と、アーム１４に対して回動可能に連結されているアーム１５と、アーム１５に対して回動可能に連結されているアーム１６と、を有する。なお、基台１１０およびアーム１１〜１６のうちの互いに連結された２つの部材同士を回動させる部分が「関節部」を構成している。
【００１１】
また、図２に示すように、ロボット１は、ロボットアーム１０の各関節部を駆動する駆動部１３０と、ロボットアーム１０の各関節部の駆動状態を検出する角度センサー１３５と、を有する。駆動部１３０は、例えば、モーターおよび減速機を含んで構成されている。角度センサー１３５は、例えば、磁気式または光学式のロータリーエンコーダーを含んで構成されている。
【００１２】
このようなロボット１のアーム１６の先端面には、エンドエフェクター１７が装着されている。なお、アーム１６とエンドエフェクター１７との間には、力覚センサーが配置されていてもよい。
【００１３】
エンドエフェクター１７は、対象物を把持する把持ハンドである。このエンドエフェクター１７は、図１に示すように、本体１７１と、本体１７１に設置されている駆動部１７０と、駆動部１７０からの駆動力により開閉する１対の把持部１７２と、把持部１７２に設けられている把持力センサー１７３と、を有する。
【００１４】
ここで、駆動部１７０は、例えば、モーターと、モーターからの駆動力を１対の把持部１７２に伝達する歯車等の伝達機構と、を含んで構成されている。そして、１対の把持部１７２は、駆動部１７０からの駆動力により開閉する。これにより、１対の把持部１７２間で対象物を掴んで保持したり、１対の把持部１７２間で保持した対象物を離脱させたりすることができる。把持力センサー１７３は、例えば、抵抗型、静電型等の感圧センサーであり、把持部１７２または把持部１７２と駆動部１７０との間に配置され、１対の把持部１７２間に加わる力を検出する。なお、エンドエフェクター１７は、前述した把持ハンドに限定されず、例えば、吸着により対象物を保持する方式のエンドエフェクターであってもよい。本明細書において、「保持」とは、吸着および把持の双方を含む概念である。また、「吸着」とは、磁力による吸着、負圧による吸着等を含む概念である。また、エンドエフェクター１７に用いる把持ハンドの指の数は、２本に限定されず、３本以上であってもよい。
【００１５】
図１および図２に示す制御装置５０は、角度センサー１３５の検出結果に基づいて、ロボットアーム１０の駆動を制御する機能を有する。また、制御装置５０は、把持力センサー１７３の検出結果およびロボット１の作動条件に基づいて、エンドエフェクター１７の把持力を決定したりロボット１の作動条件を変更したりする機能を有していてもよい。
【００１６】
この制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサー５１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリー５２と、Ｉ／Ｆ５３（インターフェース回路）と、を有する。そして、制御装置５０は、メモリー５２に記憶されているプログラムをプロセッサー５１が適宜読み込んで実行することで、ロボットアーム１０およびエンドエフェクター１７の作動の制御、各種演算および判断等の処理を実現する。また、Ｉ／Ｆ５３は、ロボットアーム１０およびエンドエフェクター１７と通信可能に構成されている。
【００１７】
なお、制御装置５０は、図示ではロボット１の基台１１０内に配置されているが、これに限定されず、例えば、基台１１０の外部やロボットアーム１０内に配置されていてもよい。また、制御装置５０には、ディスプレイ等のモニターを備える表示装置、例えばマウスやキーボード等を備える入力装置等が接続されていてもよい。
【００１８】
また、図１および図２に示すロボット１は、ロボットアーム１０よりも基端側であって、ロボットアーム１０と基台１１０との間に設けられている力センサー２１を備える。
【００１９】
力センサー２１は、ロボットアーム１０に付与される外力を検出するセンサーである。このような力センサー２１を設けることにより、ロボットアーム１０またはエンドエフェクター１７に外力が付与されたとき、その外力がロボットアーム１０を経て力センサー２１に伝達され、力センサー２１においてその力の大きさや向きを検出することができる。
【００２０】
なお、このような力センサー２１は、必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよい。
【００２１】
ここで、図３は、図１に示すロボットアーム１０のうちの一部を拡大して示す分解斜視図である。具体的には、図３には、アーム１２およびアーム１３ならびにそれらの連結部である関節部３を図示している。また、図４は、図３に示すロボットアーム１０の一部を組み立てた状態の斜視図である。
【００２２】
図１に示すロボットアーム１０のうち、アーム１２は、前述したように、アーム１１とアーム１３との間に設けられている。また、ロボットアーム１０のうち、アーム１３は、前述したように、アーム１２とアーム１４との間に設けられている。
【００２３】
そして、アーム１２およびアーム１３は、図３および図４に示すように、関節部３を介して互いに接続されている。つまり、第１部材であるアーム１２に対し、第２部材であるアーム１３が、回動軸３２を含む関節部３を介して接続されている。そして、アーム１２に対してアーム１３が相対的に回動するように構成されている。また、関節部３は、Ｚ軸方向に対向配置された一対の接続板３１、３１と、Ｚ軸方向に延在する回動軸３２と、を含んでいる。一対の接続板３１、３１は、アーム１２およびアーム１３を跨ぐように配置されている。そして、接続板３１同士の間に、アーム１２およびアーム１３が挟持されている。また、回動軸３２は、一対の接続板３１、３１およびアーム１３を貫通するように設けられ、回動軸３２まわりにアーム１３が回動する。なお、図３および図４では、回動軸３２の延在方向をＺ軸方向とする。また、アーム１２の延在方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向およびＸ軸方向の双方に直交する方向をＹ軸方向とする。なお、一対の接続板３１、３１は、アーム１２とは一体であっても別体であってもよい。
【００２４】
また、アーム１３は、回動軸３２の延在方向から見たとき、直線状をなす直線部１３１と、外縁に円弧を含む円形部１３２と、を備えている。円形部１３２は、直線部１３１の長手方向の両端のうち、アーム１２側の端部に接続されている。また、円形部１３２の外縁は、円弧状をなしており、その円弧の中心は、回動軸３２と一致している。
【００２５】
図５は、アーム１２および一対の接続板３１、３１に対してアーム１３が回動軸３２まわりに相対的に回動する様子を説明するための図である。なお、図５は、回動軸３２の延在方向からアーム１２およびアーム１３を見た図である。また、図５では、図示の便宜上、一対の接続板３１、３１のうちの一方の図示を省略している。
【００２６】
図５では、アーム１２を固定した系においてアーム１３が回動する例を図示している。図５に示すアーム１３は、アーム１２の延長方向を中心に、左右で所定の角度範囲内で回動するようになっている。以下の説明では、アーム１３の回動可能な角度範囲全体を「回動可能範囲」という。なお、この回動可能範囲の大きさは、特に限定されない。
【００２７】
また、アーム１３の直線部１３１は、Ｚ軸方向に直交する上面１３１ａおよび下面１３１ｂと、Ｚ軸方向に平行であるとともにＹ軸方向に直交する側面１３１ｃおよび側面１３１ｄと、を備えている。上面１３１ａおよび下面１３１ｂは、Ｘ軸方向に長軸を有する矩形をなしている。
【００２８】
一方、アーム１３の円形部１３２は、Ｚ軸方向に直交する上面１３２ａおよび下面１３２ｂと、Ｚ軸方向に平行な側面１３２ｃと、を備えている。側面１３２ｃは、上面１３２ａの外縁と下面１３２ｂの外縁とを接続している。前述したように、上面１３２ａの外縁および下面１３２ｂの外縁は円弧状をなしていることから、側面１３２ｃは、回動軸３２を中心とし、回動軸３２まわりに位置する円弧面である。なお、円弧面とは、回動軸３２を中心とする円弧を回動軸３２に沿って移動させたときに形成される面のことをいう。
【００２９】
また、側面１３２ｃ上には、静電容量型近接センサー用電極４１が設けられている。この静電容量型近接センサー用電極４１は、静電容量型近接センサーに用いられる電極であって、電界を形成する電極である。このような電極は、例えば、側面１３２ｃ上に貼り付けられた導電膜等を備えている。そして、このような静電容量型近接センサー用電極４１で検出される静電容量の変化に基づき、処理部４２において、アーム１３に近接する物体の有無を検出する。したがって、静電容量型近接センサー用電極４１および処理部４２により、近接センサー４が構成されている。
【００３０】
処理部４２は、静電容量型近接センサー用電極４１で検出された静電容量の変化に基づき、その変化量や変化速度等を算出する処理を行って物体の有無を判断する。なお、処理部４２は、前述した制御装置５０に統合されていてもよい。
【００３１】
このような近接センサー４は、アーム１３に接近する物体の存在を検出するセンサーである。換言すれば、ロボット１の作動により、アーム１３が周囲の物体に接近し、その物体が近接センサー４の検出可能範囲に入ったとき、近接センサー４によってその物体の存在を検出する。近接センサー４の検出可能範囲とは、静電容量型近接センサー用電極４１が形成する電界が物体の存在に伴って変化するとき、その変化を検出することが可能な範囲のことをいう。なお、物体には、人や動物等の生体も含まれる。
【００３２】
近接センサー４によって物体の存在を検出した場合、その検出信号が制御装置５０に出力される。そして、制御装置５０によりロボットアーム１０の作動を停止させたり、物体との接触を回避するように作動させたりすることができる。これにより、ロボットアーム１０と物体との接触を防止することができる。また、これらの制御に代えて、ロボットアーム１０と物体との接触を警告する警報を発報するようにしてもよい。
【００３３】
ここで、図６は、従来例に係るロボットの第１部材に対して第２部材が回動軸まわりに相対的に回動する様子を説明するための図である。なお、説明の便宜上、図６のうち、図５との相違点以外の構成には、図５と同様の符号を付している。
【００３４】
図６に示す従来例のロボットアーム１０’が備える第２部材であるアーム１３’は、図５に示す円形部１３２に代えて方形部１３２’を備えている。図６に示すアーム１３’も、図５と同様、第１部材であるアーム１２の延長方向を中心に、左右で所定の角度範囲内で回動するようになっている。そして、ロボットアーム１０’のそれ以外の構成は、ロボットアーム１０と同様である。また、図６に示す電極４１’は、方形部１３２’の側面上に設けられている。
【００３５】
アーム１３’が回動軸３２まわりに回動すると、それに伴って電極４１’もアーム１２に対して相対的に回動する。
【００３６】
ところで、図６に示すアーム１２は、電極４１’の近くに配置されているため、電極４１’を含む近接センサーの検出可能範囲に含まれている。これにより、アーム１２とアーム１３との距離を近づけることができ、ロボット１の小型化が容易になる。仮に、近接センサーの検出可能範囲に含まれないようにアーム１３’からアーム１２を離間させた場合、ロボットアーム１０’が著しく大型化してしまうため、現実的ではない。一方、アーム１２が電極４１’を含む近接センサーの検出可能範囲に含まれていると、電極４１’の回動に伴って、電極４１’とアーム１２との距離が変化することになる。かかる距離の変化は、物体の存在を検出する本来の機能の精度を低下させる。すなわち、電極４１’とアーム１２との距離が変化した結果、近接センサーの検出可能範囲に物体が存在していないにもかかわらず、存在していると誤認したり、物体までの距離の測定精度が低下したりするおそれがある。
【００３７】
以下、かかる課題の具体例について説明する。図６に示すように、アーム１３’が［Ａ］の位置にあるとき、電極４１’とアーム１２との最短距離をＬ１とする。また、アーム１３’が［Ａ］の位置から回動して［Ｂ］の位置にあるとき、電極４１’とアーム１２との最短距離をＬ２とする。さらに、アーム１３’が［Ａ］の位置から回動して［Ｃ］の位置にあるとき、電極４１’とアーム１２との最短距離をＬ３とする。
【００３８】
電極４１’は、方形部１３２’の側面上に設けられているため、アーム１３’が回動すると、電極４１’とアーム１２との最短距離が変化する。すなわち、最短距離Ｌ１と最短距離Ｌ２、Ｌ３とが異なる。その結果、アーム１３’の回動に伴って、電極４１’で検出される静電容量が意図せず変化してしまう。かかる変化は、ロボットアーム１０’に近接した物体が存在すると近接センサー４に誤認させる原因となる。
【００３９】
そこで、本実施形態では、図５に示すように、方形部１３２’に代えて円形部１３２を用いている。そして、静電容量型近接センサー用電極４１は、円形部１３２の側面１３２ｃ上に設けられている。以下、本実施形態に係る静電容量型近接センサー用電極４１について詳述する。
【００４０】
本実施形態に係る静電容量型近接センサー用電極４１は、以下の３つの要素ａ、ｂ、ｃを満たしている。
【００４１】
ａ：静電容量型近接センサー用電極４１は、回動軸３２を中心とし回動軸３２まわりに位置する円弧面である側面１３２ｃ上に設けられている
ｂ：静電容量型近接センサー用電極４１は、回動軸３２の延在方向（Ｚ軸方向）の長さが側面１３２ｃ（円弧面）において一定である
ｃ：静電容量型近接センサー用電極４１の外縁が、回動軸３２の延在方向（Ｚ軸方向）と直交している部分を含む
【００４２】
以下、３つの要素ａ、ｂ、ｃについて順次説明する。
まず、要素ａについて説明する。図３ないし図５に示すように、静電容量型近接センサー用電極４１は、側面１３２ｃ上に設けられている。側面１３２ｃは、前述したように、回動軸３２を中心とし、回動軸３２まわりに位置する円弧面である。すなわち、図５に示す側面１３２ｃは、回動軸３２を中心軸とし、底面が真円である円柱の側面である。したがって、その側面１３２ｃ上に設けられた静電容量型近接センサー用電極４１も、回動軸３２を中心軸とする円筒の一部をなしている。このため、回動軸３２まわりにアーム１３が回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極４１とアーム１２との最短距離は変化しない。その結果、要素ａは、静電容量型近接センサー用電極４１の回動に伴う静電容量の変化を最小限に抑える要素の１つである。
【００４３】
なお、回動軸３２を中心軸とし、底面が真円である円柱とは、完全な真円から製造誤差程度のずれを許容する概念である。製造誤差程度のずれの一例としては、完全な真円からのずれがその真円の半径の１０％以下という程度が挙げられる。
【００４４】
次に、要素ｂについて説明する。静電容量型近接センサー用電極４１のＺ軸方向の長さは、側面１３２ｃ上において一定である。具体的には、図３に示すように、側面１３２ｃ上の任意の２か所における静電容量型近接センサー用電極４１のＺ軸方向の長さをＬ４およびＬ５としたとき、長さＬ４と長さＬ５とが互いに等しくなっている。このような要素ｂを満たす静電容量型近接センサー用電極４１が回動するとき、静電容量型近接センサー用電極４１から発生する電気力線とアーム１２との位置関係が変化しにくい。その結果、要素ｂも、静電容量型近接センサー用電極４１の回動に伴う静電容量の変化を最小限に抑える要素の１つである。
【００４５】
なお、静電容量型近接センサー用電極４１のＺ軸方向の長さが側面１３２ｃにおいて一定とは、Ｚ軸方向の長さの合計が、側面１３２ｃの周方向の全長において変化しないことをいうが、製造誤差程度のずれは許容される。製造誤差程度のずれの一例としては、Ｚ軸方向の長さの最大値と最小値との差が、最大値の１０％以下という程度が挙げられる。
【００４６】
次に、要素ｃについて説明する。静電容量型近接センサー用電極４１の外縁は、図３に示すように、Ｚ軸方向と直交する直交部分４１１を含んでいる。直交部分４１１が回動軸３２の延在方向と直交しているため、回動軸３２まわりにアーム１３が回動したとしても、Ｚ軸方向における静電容量型近接センサー用電極４１の位置は変化しない。このため、静電容量型近接センサー用電極４１から発生する電気力線とアーム１２との位置関係が変化しにくい。その結果、要素ｃも、静電容量型近接センサー用電極４１の回動に伴う静電容量の変化を最小限に抑える要素の１つである。
【００４７】
なお、直交部分４１１がＺ軸方向と直交するとは、回動軸３２を法線とする平面上に直交部分４１１が位置している状態をいうが、その直交部分４１１は完全な直交から製造誤差程度のずれを許容する概念である。製造誤差程度のずれの一例としては、直交部分４１１とＺ軸方向との交差角度が、９０°±５°の範囲内にある程度が挙げられる。
【００４８】
以上の３つの要素ａ、ｂ、ｃを満たすことにより、静電容量型近接センサー用電極４１が回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極４１で検出される静電容量の変化が最小限に抑えられる。その結果、静電容量の意図しない変化が抑えられるため、近接センサー４による誤検出が頻発するのを防止することができる。すなわち、近接センサー４における誤検出が少ないロボット１を実現することができる。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係るロボット１は、第１部材であるアーム１２と、回動軸３２を含む関節部３を介してアーム１２と接続され、アーム１２に対して回動軸３２まわりに相対的に回動する第２部材であるアーム１３と、アーム１３に設けられている静電容量型近接センサー用電極４１を備え、静電容量型近接センサー用電極４１で検出した静電容量の変化に基づいて物体を検出する近接センサー４と、を有している。そして、静電容量型近接センサー用電極４１は、回動軸３２を中心とし回動軸３２まわりの面、すなわち円弧面である側面１３２ｃ上に位置しており、かつ、回動軸３２の延在方向における長さが回動軸３２まわりの側面１３２ｃ上において一定であり、かつ、回動軸３２まわりの側面１３２ｃ上における外縁が回動軸３２の延在方向と直交している直交部分４１１を含んでいる。
【００５０】
このようなロボット１によれば、アーム１３の回動に伴って静電容量型近接センサー用電極４１も回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極４１で検出される静電容量の変化を最小限に抑えることができる。これにより、静電容量の意図しない変化が抑えられるため、近接センサー４における誤検出が少ないロボット１を実現することができる。
【００５１】
なお、物体が近接センサー４の検出可能範囲に存在しないとき、アーム１３の回動に伴う静電容量の変化はできるだけ小さい方がよいが、一例として、アーム１３の回動に伴う静電容量の変化幅が、静電容量の最大値の１０％未満であることが好ましい。このような特性は、アーム１３の回動に伴う意図しない静電容量の変化を抑え、近接センサー４における誤検出が少なく、信頼性の高いロボット１の実現に寄与する。
【００５２】
また、本実施形態に係る静電容量型近接センサー用電極４１は、側面１３２ｃ上に貼り付けられた面状の電極である。静電容量型近接センサー用電極４１の外縁の一部は、前述したようにＺ軸方向と直交する直交部分４１１であるが、この直交部分４１１は、円弧面である側面１３２ｃの全長にわたって設けられている。換言すれば、直交部分４１１は、側面１３２ｃの全長において回動軸３２の延在方向と直交している。
【００５３】
直交部分４１１がこのような範囲に設けられていることで、図５に示すようなアーム１３の回動可能範囲の全体において、アーム１３が回動したとしても静電容量型近接センサー用電極４１から発生する電気力線とアーム１２との位置関係が変化しにくくなる。したがって、回動可能範囲の大きさによらず、近接センサー４における誤検出が少ないロボット１を実現することができる。
【００５４】
なお、側面１３２ｃの全長とは、円弧面である側面１３２ｃ上の周方向、すなわち、Ｚ軸方向と直交する平面内における全長のことをいう。
【００５５】
一方、本実施形態に係るロボット１では、静電容量型近接センサー用電極４１が、上記３つの要素ａ、ｂ、ｃではなく、以下の要素ｄを満たしていてもよい。
【００５６】
ｄ：静電容量型近接センサー用電極４１は、第１部材であるアーム１２に対して第２部材であるアーム１３が相対的に回動するとき、アーム１２の表面から近接センサー４の検出可能距離にある仮想空間ＶＳに交差している領域ＣＡの面積が一定である
【００５７】
すなわち、本実施形態に係るロボット１は、第１部材であるアーム１２と、回動軸３２を含む関節部３を介してアーム１２と接続され、アーム１２に対して回動軸３２まわりに相対的に回動する第２部材であるアーム１３と、アーム１３に設けられている静電容量型近接センサー用電極４１を備え、静電容量型近接センサー用電極４１で検出した静電容量の変化に基づいて物体を検出する近接センサー４と、を有している。そして、静電容量型近接センサー用電極４１は、アーム１２に対してアーム１３が相対的に回動するとき、アーム１２の表面から近接センサー４の検出可能距離にある仮想空間ＶＳに交差している領域ＣＡの面積が一定である、という要素ｄを満たしている。なお、近接センサー４の検出可能距離とは、静電容量型近接センサー用電極４１に物体が接近してきたとき、静電容量の変化に基づいて物体の存在を検出し得る最大距離のことをいう。
【００５８】
このようなロボット１によれば、アーム１３の回動に伴って静電容量型近接センサー用電極４１も回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極４１で検出される静電容量の変化を最小限に抑えることができる。これにより、静電容量の意図しない変化が抑えられるため、近接センサー４における誤検出が少ないロボット１を実現することができる。
【００５９】
以下、要素ｄについて説明する。
前述したように、静電容量型近接センサー用電極４１に対向する位置に設けられたアーム１２は、近接センサー４の検出可能範囲に位置している。このことは、見方を変えると、アーム１２の表面から近接センサー４の検出可能距離にある仮想空間ＶＳを仮想したとき、その仮想空間ＶＳに静電容量型近接センサー用電極４１の少なくとも一部が含まれている、と言い換えることができる。この場合、静電容量型近接センサー用電極４１のうち、仮想空間ＶＳと交差している領域ＣＡは、そこから発生する電気力線がアーム１２から影響を受ける領域ということになる。図５では、仮想空間ＶＳの一例にドットを付して図示している。この仮想空間ＶＳとは、アーム１２の表面から近接センサー４の検出可能距離にある点の集合体を指す。なお、図５の仮想空間ＶＳは、図示の便宜のため、アーム１３側に位置する一部のみを図示したものである。つまり、実際の仮想空間は、アーム１２の表面全体に広がっている。そして、静電容量型近接センサー用電極４１のうち、仮想空間ＶＳに交差、つまり接している部分が、前述した領域ＣＡである。
【００６０】
したがって、要素ｄは、アーム１２の表面から近接センサー４の検出可能距離にある仮想空間ＶＳに交差している領域ＣＡの面積が、第１部材であるアーム１２に対して第２部材であるアーム１３が相対的に回動する際に、変化することなく一定であるというものである。このような要素ｄの具体例について、図７ないし図９を用いて説明する。
【００６１】
図７ないし図９は、それぞれ第１部材であるアーム１２に対して第２部材であるアーム１３が回動軸３２まわりに相対的に回動する様子を説明するための図である。なお、図７は、図５に示す［Ａ］の位置にあるときのアーム１３を示す斜視図であり、図８は、図５に示す［Ｂ］の位置にあるときのアーム１３を示す斜視図であり、図９は、図５に示す［Ｃ］の位置にあるときのアーム１３を示す斜視図である。図７ないし図９では、静電容量型近接センサー用電極４１に疎なドットを付し、領域ＣＡに密なドットを付している。
【００６２】
図７ないし図９に示すように、アーム１２に対してアーム１３が相対的に回動するのに伴い、アーム１２に付随する仮想空間ＶＳに対して静電容量型近接センサー用電極４１が相対的に移動する。その際、要素ｄを満たすことにより、アーム１３が［Ａ］の位置にあるときでも、［Ｂ］の位置にあるときでも、［Ｃ］の位置にあるときでも、領域ＣＡの面積は互いに同じになる。つまり、このように領域ＣＡの面積が変化しないように、静電容量型近接センサー用電極４１の形状や、静電容量型近接センサー用電極４１とアーム１２の位置関係を適宜調整する。これにより、静電容量型近接センサー用電極４１が回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極４１から発生する電気力線とアーム１２との相互作用の状態が変化しにくい。このため、静電容量型近接センサー用電極４１が回動したとしても、静電容量の変化を最小限に抑えることができる。その結果、静電容量の意図しない変化が抑えられるため、近接センサー４における誤検出が少ないロボット１を実現することができる。
【００６３】
なお、領域ＣＡの面積が一定とは、アーム１２に対してアーム１３が相対的に回動する際に、領域ＣＡの面積の最大値と最小値との差が、最大値の１０％以下であることをいう。
【００６４】
また、第１部材であるアーム１２に対して第２部材であるアーム１３が相対的に回動するとき、領域ＣＡの面積が一定であれば形状は変化してもよいが、好ましくは形状も一定とされる。これにより、静電容量型近接センサー用電極４１が回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極４１から発生する電気力線とアーム１２との相互作用の状態が特に変化しにくくなる。このため、静電容量型近接センサー用電極４１が回動したとしても、静電容量の変化を特に最小限に抑えることができる。すなわち、静電容量の変化には、領域ＣＡの面積の変化が大きな影響を及ぼすが、領域ＣＡの形状も多少の影響を及ぼす。したがって、面積のみでなく、領域ＣＡの形状も一定にすることで、静電容量の変化を特に最小限に抑えることができる。
【００６５】
さらに、第１部材であるアーム１２に対して第２部材であるアーム１３が相対的に回動するとき、アーム１２に対する領域ＣＡの相対位置が変化してもよいが、好ましくは相対位置が一定である。これにより、静電容量型近接センサー用電極４１が回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極４１から発生する電気力線とアーム１２との相互作用の状態がさらに変化しにくくなる。このため、静電容量型近接センサー用電極４１が回動したとしても、静電容量の変化をとりわけ最小限に抑えることができる。
【００６６】
なお、アーム１２に対する領域ＣＡの相対位置とは、アーム１２に固定された視野における領域ＣＡの位置を指す。したがって、例えば固定されたアーム１２に対してアーム１３が回動する過程で、アーム１２に固定された視野における領域ＣＡの位置が変化しなければよい。
【００６７】
以上、第１実施形態について説明したが、静電容量型近接センサー用電極４１は、アーム１３ではなく、図１に示すアーム１２やアーム１５等に設けられていてもよく、これらのアームの２つ以上に併設されていてもよい。
【００６８】
また、近接センサー４は、前述した静電容量型近接センサー用電極４１以外の電極をさらに有していてもよい。例えば、図３および図４に示す静電容量型近接センサー用電極４１は、アーム１３の直線部１３１の表面にも延在しているが、これにより、この直線部１３１に近接する物体の存在を検出することが可能になる。
【００６９】
なお、このような電極の配置は、ロボットアーム１０の可動域やロボット１の稼働環境に応じて適宜設定されるため、図示した配置に限定されず、いかなる配置であってもよい。
【００７０】
また、静電容量型近接センサー用電極４１は、上記３つの要素ａ、ｂ、ｃとともに、要素ｄを満たしていてもよい。
【００７１】
＜第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態に係るロボットの一部を示す斜視図である。
【００７２】
以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１０において、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００７３】
第２実施形態は、複数に分割された静電容量型近接センサー用電極４１を備えている以外、第１実施形態と同様である。すなわち、図１０に示す静電容量型近接センサー用電極４１は、第１電極４１ａと、第２電極４１ｂと、を有している。このように複数に分割された静電容量型近接センサー用電極４１を備えていることにより、近接センサー４における物体の検出精度をより高めることができる。
【００７４】
複数に分割された静電容量型近接センサー用電極４１を備える近接センサー４の検出方式は、自己容量方式または相互容量方式のいずれであってもよい。このうち、相互容量方式の近接センサー４では、前述した第１電極４１ａおよび第２電極４１ｂのうち、一方を電気力線の発生用電極として用い、他方を容量の計測用電極として用いる。自己容量方式の場合は、物体との距離が短くなった場合も、例えば水滴等の誘電率の高い異物がセンサー用電極に付着した場合も、共に計測容量が増加するため、これらを区別することは困難である。しかし、相互容量方式の場合は、電気力線が近接した物体により遮られて容量の計測用電極に届かなくなり、計測容量が減少することから物体の近接を検出するため、静電容量型近接センサー用電極４１に水滴等の異物が付着したとしても、引き続き静電容量の変化を検出することが可能である。したがって、相互容量方式の近接センサー４では、物体の存在を検出するという本来の機能が維持されやすい。その結果、近接センサー４における誤検出が特に少ないロボット１Ａを実現することができる。
【００７５】
ここで、このように分割されている場合であっても、第１電極４１ａおよび第２電極４１ｂは、それぞれ第１実施形態に係る３つの要素ａ、ｂ、ｃまたは要素ｄを満たしている。このため、本実施形態においても、第１実施形態と同様、静電容量型近接センサー用電極４１が回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極４１で検出される静電容量の変化が最小限に抑えられ、近接センサー４における誤検出が少ないロボット１Ａを実現することができる。
【００７６】
なお、図１０では、一例として、互いに電気的に絶縁された第１電極４１ａおよび第２電極４１ｂが、Ｚ軸方向に並んでいる。換言すれば、図１０に示す第１電極４１ａおよび第２電極４１ｂは、図３に示す静電容量型近接センサー用電極４１を、Ｚ軸方向に２つに分割したものである。そして、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの隙間は、Ｚ軸方向と直交する方向に延在している。したがって、第１電極４１ａおよび第２電極４１ｂは、それぞれ、Ｚ軸方向に直交する２つの外縁を有することになるが、これらの外縁もＺ軸方向と直交することになる。なお、複数の電極の並び方は、これに限定されず、いかなる並び方であってもよい。
【００７７】
図１１および図１２は、それぞれ比較のための図であり、前述した第１実施形態に係る３つの要素ａ、ｂ、ｃのうちの少なくとも１つを満たしていない電極を備えたロボットアームを示す斜視図である。なお、図１１および図１２では、説明の便宜上、図１０と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００７８】
図１１に示す電極４１０’は、第１電極４１ａ’および第２電極４１ｂ’の２つに分割されているが、これらはその形状が異なる以外、第１電極４１ａおよび第２電極４１ｂと同様である。具体的には、第１電極４１ａ’の外縁は、前述した直交部分４１１を有しておらず、代わりに、Ｚ軸方向に対して斜めに交差している非直交部分４１１’を有している。すなわち、第１電極４１ａ’の外縁のうち、Ｚ軸方向に交差する２つの非直交部分４１１’は、図１１に示すＺ軸方向に変位するように傾いている。したがって、図１１に示す第１電極４１ａ’の外縁は、前述した要素ｃを満たしていない。
【００７９】
また、第２電極４１ｂ’の外縁は、Ｚ軸方向に交差する直交部分４１１を有しているが、それに加えて、Ｚ軸方向に対して斜めに交差している非直交部分４１１’を有している。すなわち、図１１に示す第２電極４１ｂ’の外縁のうち、Ｚ軸のマイナス側に位置する部分は、直交部分４１１である一方、Ｚ軸のプラス側に位置する部分は、非直交部分４１１’になっている。したがって、図１１に示す第２電極４１ｂ’の外縁は、前述した要素ｂ、ｃを満たしていない。
【００８０】
以上のような電極４１０’を備えているため、図１１に示すロボットでは、電極４１０’が回動するとき、電極４１０’から発生する電気力線とアーム１２との位置関係が変化してしまう。このため、静電容量が変化するおそれがある。
【００８１】
また、上述した図１１に示すロボットは、第１実施形態に係る要素ｄも満たしていない。このため、かかる観点からも、図１１に示すロボットでは、静電容量が変化するおそれがある。
【００８２】
一方、図１２に示す電極４１０’は、第１電極４１ｃ’、第２電極４１ｄ’および第３電極４１ｅ’の３つに分割されているが、これらはその形状が異なる以外、第１電極４１ａおよび第２電極４１ｂと同様である。具体的には、第１電極４１ｃ’、第２電極４１ｄ’および第３電極４１ｅ’は、それぞれＺ軸方向に長軸を有する略長方形をなしており、かつ、回動軸３２まわりに並んでいる。このため、このような電極４１０’は、回動軸３２まわりに電極が存在している位置と存在していない位置とが混在した形状をなしていることになる。したがって、図１２に示す電極４１０’は、Ｚ軸方向の長さが円形部１３２の側面において一定ではないことから、前述した要素ｂを満たしていない。これにより、図１２に示すロボットでは、電極４１０’が回動するとき、電極４１０’から発生する電気力線とアーム１２との位置関係が変化してしまう。このため、静電容量が変化するおそれがある。
【００８３】
また、上述した図１２に示すロボットは、第１実施形態に係る要素ｄも満たしていない。このため、かかる観点からも、図１２に示すロボットでは、静電容量が変化するおそれがある。
【００８４】
以上のことから、図１１および図１２に示すロボットアームでは、本実施形態に係るロボット１、１Ａが奏する効果を奏し得ない。
【００８５】
これに対し、図１０に示す第１電極４１ａおよび第２電極４１ｂは、それぞれ第１実施形態に係る３つの要素ａ、ｂ、ｃまたは要素ｄを満たしている。特に、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとを隔てる隙間は、Ｚ軸方向に直交するように延在しており、その結果、第１電極４１ａおよび第２電極４１ｂは、それぞれ２つずつの直交部分４１１を有している。このような静電容量型近接センサー用電極４１では、それが回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極４１で検出される静電容量の変化が最小限に抑えられるという効果が得られる。なお、上述した図１０に示すロボット１Ａは、第１実施形態に係る要素ｄも満たしている。このため、かかる観点からも、図１０に示すロボット１Ａは、上述した効果を奏するものとなる。
【００８６】
一方、図１３および図１４は、それぞれ第２実施形態の変形例を示す斜視図である。なお、図１３および図１４は、斜視図における視野の角度が互いに異なっている以外、同一のものを図示している。また、図１３および図１４では、説明の便宜上、図１０と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００８７】
図１３および図１４に示す変形例に係る静電容量型近接センサー用電極４１は、互いに噛み合うように構成された櫛歯型の第１電極４１Ａおよび第２電極４１Ｂを備えている以外、図１０に示す静電容量型近接センサー用電極４１と同様である。
【００８８】
具体的には、第１電極４１Ａは、回動軸３２まわりに延在する３つの部分４１２Ａと、それらを互いに接続するようにＺ軸方向に延在する部分４１３Ａと、を備えた櫛歯型をなしている。一方、第２電極４１Ｂも、回動軸３２まわりに延在する２つの部分４１２Ｂと、それらを互いに接続するようにＺ軸方向に延在する部分４１３Ｂと、を備えた櫛歯型をなしている。そして、第１電極４１Ａおよび第２電極４１Ｂが互いに噛み合っている。つまり、３つの部分４１２Ａと２つの部分４１２Ｂとが、いずれも円形部１３２の側面１３２ｃに設けられ、かつ、側面１３２ｃ上においてＺ軸方向に交互に並んでいる。
【００８９】
これらの３つの部分４１２Ａおよび２つの部分４１２Ｂは、それぞれ第１実施形態に係る３つの要素ａ、ｂ、ｃまたは要素ｄを満たしている。
【００９０】
このような櫛歯型をなす第１電極４１Ａおよび第２電極４１Ｂを備えることにより、静電容量型近接センサー用電極４１は、第１電極４１Ａと第２電極４１Ｂとの間を十分に近づけつつ、広い面積を占めることができる。このため、側面１３２ｃの面積が広い場合でも、近接センサー４の検出精度を高めることができる。
このような変形例においても、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００９１】
以上、本発明のロボットを、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、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【００９２】
また、本発明は、前述した２つの実施形態の構成を組み合わせたものであってもよい。
また、本発明のロボットは、ロボットアームを有していれば、単腕ロボットに限定されず、例えば、双腕ロボット、スカラーロボット等の他のロボットであってもよい。また、ロボットアームが有するアームの数は、前述した実施形態の数に限定されず、１つ以上５つ以下または７つ以上であってもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１…ロボット、１Ａ…ロボット、３…関節部、４…近接センサー、１０…ロボットアーム、１０’…ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１３’…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…エンドエフェクター、２１…力センサー、３１…接続板、３２…回動軸、４１…静電容量型近接センサー用電極、４１’…電極、４１Ａ…第１電極、４１Ｂ…第２電極、４１ａ…第１電極、４１ａ’…第１電極、４１ｂ…第２電極、４１ｂ’…第２電極、４１ｃ’…第１電極、４１ｄ’…第２電極、４１ｅ’…第３電極、４２…処理部、５０…制御装置、５１…プロセッサー、５２…メモリー、５３…Ｉ／Ｆ、１１０…基台、１３０…駆動部、１３１…直線部、１３１ａ…上面、１３１ｂ…下面、１３１ｃ…側面、１３１ｄ…側面、１３２…円形部、１３２’…方形部、１３２ａ…上面、１３２ｂ…下面、１３２ｃ…側面、１３５…角度センサー、１７０…駆動部、１７１…本体、１７２…把持部、１７３…把持力センサー、４１０’…電極、４１１…直交部分、４１１’…非直交部分、４１２Ａ…部分、４１２Ｂ…部分、４１３Ａ…部分、４１３Ｂ…部分、ＣＡ…領域、Ｌ１…最短距離、Ｌ２…最短距離、Ｌ３…最短距離、Ｌ４…長さ、Ｌ５…長さ、ＶＳ…仮想空間
【図１】
2020082301.tif 000003
【図２】
2020082301.tif 000004
【図３】
2020082301.tif 000005
【図４】
2020082301.tif 000006
【図５】
2020082301.tif 000007
【図６】
2020082301.tif 000008
【図７】
2020082301.tif 000009
【図８】
2020082301.tif 000010
【図９】
2020082301.tif 000011
【図１０】
2020082301.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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