(57)【要約】【課題】  リンクを重ねて折りたたむことで小さいスペースで駆動させることが可能であり、リンク間の関節の旋回径の小さなロボットアームを提供する。【解決手段】  駆動源の駆動を減速機を介してリンクに伝達させ、リンクを回転させて、所定の動作を行うロボットアームであって、第２リンクと第２補助リンクとを駆動させるための駆動源は、第１リンクに設けられ、第３リンクを駆動させるための駆動源は、第３リンクに設けられ、第２リンクと第２補助リンクとを駆動させるための駆動源に配される配線は、第１リンクの内部を介して配されており、第３リンクを駆動させるための駆動源に配される配線は、第１補助リンクと第２補助リンクの内部を介して配されていることを特徴とするロボットアームを採用した。【選択図】  図１
2020075328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源の駆動を減速機を介してリンクに伝達させ、前記リンクを回転させて、所定の動作を行うロボットアームであって、
基台と、
前記基台と接続され、第１の回転軸で回転する第１リンクと、
前記第１リンクに設けられた第１補助リンクと、
前記第１リンクに接続され、第２の回転軸で回転する第２リンクと、
前記第２リンクの駆動に追従して駆動する第２補助リンクと、
前記第２リンクに接続され、第３の回転軸で回転する第３リンクと、を備え、
前記第２リンクと、前記第２補助リンクと、前記第３リンクとは、所定の方向から見て互いに重なる位置へと相対的に回転可能であり、
前記第２リンクと前記第２補助リンクとを駆動させるための駆動源は、前記第１リンクに設けられ、
前記第３リンクを駆動させるための駆動源は、前記第３リンクに設けられ、
前記第２リンクと前記第２補助リンクとを駆動させるための駆動源に配される配線は、前記第１リンクの内部を介して配されており、
前記第３リンクを駆動させるための駆動源に配される配線は、前記第１補助リンクと前記第２補助リンクの内部を介して配されていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットアームにおいて、
前記第２リンクと前記第２補助リンクとを駆動させるための駆動源に接続される減速機は、前記第１のリンクに設けられ、
前記第３リンクを駆動させるための駆動源に接続される減速機は、前記第３リンクに設けられることを特徴とするロボットアーム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のロボットアームにおいて、
前記第２リンクと前記第２補助リンクとを駆動させるための駆動源に配される配線と、前記第３リンクを駆動させるための駆動源に配される配線と、は前記減速機を介さずに配されていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、
前記第２補助リンクは、前記第１補助リンクと前記第２補助リンクとの接続部に第１のダクトを設け、かつ、前記第２の回転軸で回転可能となるように、第１の軸受を介して前記第１補助リンクに接続され、
前記第３リンクは、前記第２補助リンクと前記第３リンクとの接続部に第２のダクトを設け、かつ、前記第３の回転軸で回転可能となるように、第２の軸受を介して前記第２補助リンクに接続され、
前記第３リンクを駆動させるための駆動源に配される配線が、前記第１のダクト及びまたは前記第２のダクトを通っていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、
前記第１補助リンクと前記第２補助リンクとの接続部には、前記第１補助リンクと前記第２補助リンクとの相対的な変位を検出する第１の位置センサを備え、
前記第２補助リンクと前記第３リンクとの接続部には、前記第２補助リンクと前記第３リンクとの相対的な変位を検出する第２の位置センサを備え、
前記第１の位置センサへの配線は、前記第１補助リンクの内部に設けられており、
前記第２の位置センサへの配線は、前記第１補助リンク及び前記第２補助リンクの内部に設けられていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のロボットアームにおいて、
前記第１リンクと前記第２リンクとの接続部には、前記第１リンクと前記第２リンクとの間で生じるトルクを検出する第１のトルクセンサを備え、
前記第２リンクと前記第３リンクとの接続部には、前記第２リンクと前記第３リンクとの間で生じるトルクを検出する第２のトルクセンサを備え、
前記第１のトルクセンサへの配線は、前記第１リンクの内部を通っており、
前記第２のトルクセンサへの配線は、前記第１補助リンクの内部、前記第１のダクト、前記第２補助リンクの内部、前記第２のダクトを通っていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、
前記第１補助リンクは、前記第１リンクに対して前記第１の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アーム。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、
前記ロボットアームは、天吊り式であることを特徴とするロボットアーム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のロボットアームに、ロボットハンドを備えたことを特徴とするロボット装置。
【請求項１０】
駆動源の駆動を減速機を介してリンクに伝達させ、前記リンクを回転させて、所定の動作を行うロボットアームであって、
第１の回転軸で回転する第１リンクと、
前記第１リンクの駆動に追従して駆動する第１補助リンクと、
前記第１リンクと前記第１補助リンクに接続され、第２の回転軸で回転する第２リンクと、を備え、
前記第１リンクと、前記第１補助リンクと、前記第２リンクとは、所定の方向から見て互いに重なる位置へと相対的に回転可能であり、
前記第２リンクの内部まで配される配線は、前記第１補助リンクを介して配され、前記第２リンクの駆動を伝達する減速機は、前記第１リンクと前記第２リンクとの間に配されていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のロボットアームにおいて、
前記第２リンクを駆動させるための駆動源は、前記第２リンクに設けられていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載のロボットアームにおいて、
前記配線は、前記駆動源を駆動するための電力を供給する配線であることを特徴とするロボットアーム。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、
前記第１補助リンクと前記第２リンクとの接続部には、前記第１補助リンクと前記第２リンクとの相対的な変位を検出する位置センサを備え、
前記配線は、前記位置センサからの信号を送信する配線を含むことを特徴とするロボットアーム。
【請求項１４】
請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載のロボットアームにおいて、
前記第２リンクには、前記第２リンクで生じるトルクを検出するトルクセンサを備え、
前記配線は、前記トルクセンサからの信号を送信する配線を含むことを特徴とするロボットアーム。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のロボットアームを用いた、物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームおよびロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−０６８２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する為に本発明においては、駆動源の駆動を減速機を介してリンクに伝達させ、前記リンクを回転させて、所定の動作を行うロボットアームであって、基台と、前記基台と接続され、第１の回転軸で回転する第１リンクと、前記第１リンクに設けられた第１補助リンクと、前記第１リンクに接続され、第２の回転軸で回転する第２リンクと、前記第２リンクの駆動に追従して駆動する第２補助リンクと、前記第２リンクに接続され、第３の回転軸で回転する第３リンクと、を備え、前記第２リンクと、前記第２補助リンクと、前記第３リンクとは、所定の方向から見て互いに重なる位置へと相対的に回転可能であり、前記第２リンクと前記第２補助リンクとを駆動させるための駆動源は、前記第１リンクに設けられ、前記第３リンクを駆動させるための駆動源は、前記第３リンクに設けられ、前記第２リンクと前記第２補助リンクとを駆動させるための駆動源に配される配線は、前記第１リンクの内部を介して配されており、前記第３リンクを駆動させるための駆動源に配される配線は、前記第１補助リンクと前記第２補助リンクの内部を介して配されていることを特徴とするロボットアームを採用した。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】第１の実施形態におけるロボットアーム本体２００の関節Ｊ２と補助関節Ｊ２Ｓの模式的な断面図である。
【図５】第１の実施形態におけるロボットアーム本体２００の関節Ｊ３と補助関節Ｊ３Ｓの模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
ロボットアーム本体２００は、複数のリンク２１００〜２１０６が各関節Ｊ１〜Ｊ６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２１００〜２１０６が順に連結されている。
【００２１】
また図１（ｂ）より、リンク２１０１、２１０２には、関節Ｊ２Ｓ、Ｊ３Ｓを介して回転する補助リンク２１０１Ｓ、２１０２Ｓが設けられている。
【００２２】
リンク２１０２は、リンク２１０１に関節Ｊ２によって支持されている。ここで関節Ｊ２において、モータ２１２はリンク２１０１に設けられており、Ａ２軸でリンク２１０２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。
【００２３】
またリンク２１０１には、Ａ１軸を基準としてリンク２１０１と対称に補助リンク２１０１Ｓが取り付けられている。
【００２４】
補助リンク２１０１Ｓは、関節Ｊ２の回転中心と同じＡ２軸を回転中心とした補助関節Ｊ２Ｓによって補助リンク２１０２Ｓを支持している。
【００２５】
そして補助リンク２１０２Ｓは、関節Ｊ３の回転中心と同じＡ３軸を回転中心とした補助関節Ｊ３Ｓによって、補助リンク２１０３と接続されている。
【００２６】
これにより、関節Ｊ２、Ｊ３と同期して関節Ｊ２Ｓ、Ｊ３Ｓ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
各関節Ｊ１〜Ｊ６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２１００〜２１０６に接続されている。
【００３０】
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）。
【００３１】
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。
【００３２】
サーボ制御部２３０は、入力された各関節Ｊ１〜Ｊ６に対応する各トルク指令値に基づき、各関節Ｊ１〜Ｊ６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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）４０１を備えている。
【００３６】
また制御装置４００は、記憶部として、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）４０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）４０３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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ｑ１〜ｑ６を直接検知する。トルクセンサ２２１〜２２６は、関節Ｊ１〜Ｊ６のトルクτ１〜τ６をそれぞれ検知する。
【００５０】
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Ｆｄと、位置教示データ５０２に含まれる位置目標値ＰｄとをＣＰＵ３０１に出力する。力目標値Ｆｄ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。
【００５１】
位置目標値Ｐｄ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。
【００５２】
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Ｆｄ、位置目標値Ｐｄ、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Ｊ１〜Ｊ６に対するトルク指令値τＦｄ１〜τＦｄ６を求める。
【００５３】
このとき、手先力Ｆと力目標値Ｆｄとの力偏差、手先の位置Ｐ（ｔ）と位置目標値Ｐｄとの位置偏差が小さくなるようにトルク指令値τＦｄ１〜τＦｄ６を求める。力制御部５０４は、求めた各トルク指令値τＦｄ１〜τＦｄ６を各切替制御部５１１〜５１６に出力する。
【００５４】
位置目標値生成部５０５は、手先の位置目標値Ｐｄから逆運動学計算により各関節Ｊ１〜Ｊ６の角度指令値（位置指令値）ｑｄ１〜ｑｄ６を求め、各角度指令値ｑｄ１〜ｑｄ６を各位置制御部５２１〜５２６に出力する。
【００５５】
各位置制御部５２１〜５２６は、各関節Ｊ１〜Ｊ６の角度ｑ１〜ｑ６と各関節Ｊ１〜Ｊ６の角度指令値ｑｄ１〜ｑｄ６との角度偏差が小さくなるようトルク指令値τＰｄ１〜τＰｄ６を求める。各位置制御部５２１〜５２６は、各トルク指令値τＰｄ１〜τＰｄ６を各切替制御部５１１〜５１６に出力する。
【００５６】
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τＦｄ１〜τＦｄ６を各トルク指令値τｄ１〜τｄ６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τＰｄ１〜τＰｄ６を各トルク指令値τｄ１〜τｄ６として各モータ制御部５３１〜５３６に出力する。
【００５７】
各モータ制御部５３１〜５３６は、各電動モータ２１１〜２１６の角度（位置）θ１〜θ６に基づき、各トルク指令値τｄ１〜τｄ６を実現するように各電流Ｃｕｒ１〜Ｃｕｒ６を各モータ２１１〜２１６に通電する。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
図４は、ロボットアーム本体２００における、リンク２１０１とリンク２１０２との接続部である関節Ｊ２と、補助リンク２１０１Ｓと補助リンク２１０２Ｓとの接続部である補助関節Ｊ２Ｓの模式的な断面図を示している。図４（ａ）が関節Ｊ２、図４（ｂ）が関節Ｊ２Ｓである。
【００６１】
図４（ａ）より、リンク２１０１には、リンク２１０２を軸Ａ２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２１０２に伝達される。
【００６２】
またリンク２１０１には、リンク２１０２をリンク２１０１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。
【００６３】
そして軸Ａ２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によって原動動側プーリ２３２と連結される。
【００６４】
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２１０２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２１０２に接続されている。
【００６５】
以上の構成により、リンク２１０２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。
【００６６】
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。
【００６７】
そして減速機２７２により、リンク２１０２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２１０２を回転駆動する。
【００６８】
ここで減速機２７２は、トルクセンサ２２２を介してリンク２１０１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。
【００６９】
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２１０２にかかるトルクを制御することができる。
【００７０】
次に図４（ｂ）を用いて、補助関節Ｊ２Ｓについて詳しく説明する。補助関節Ｊ２Ｓは、補助リンク２１０１Ｓと補助リンク２１０２Ｓとを、軸受２５１を介して接続することで構成される。
【００７１】
また、リンク２１０１Ｓ、リンク２１０２Ｓには、関節の回転中心となる軸Ａ２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２１０１Ｓと補助リンク２１０２Ｓ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。
【００７２】
さらに補助関節Ｊ２Ｓには、位置センサ５４２を備えている。位置センサ５４２は、軸Ａ２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。
【００７３】
リンク２１０２Ｓ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２１０１Ｓと補助リンク２１０２Ｓの相対的な変位量を検出する。
【００７４】
関節Ｊ２と補助関節Ｊ２Ｓは同期して駆動するため、補助関節Ｊ２Ｓの角度を計測することは、関節Ｊ２の角度を計測することと同じであり、関節Ｊ２と補助関節Ｊ２Ｓとを位置制御することが可能となる。
【００７５】
補助関節Ｊ２Ｓの内部には、補助関節Ｊ２Ｓよりも手先側のリンク２１０３〜２１０６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。
【００７６】
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２１０１Ｓと、２１０２Ｓ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。
【００７７】
位置センサ配線２４０Ｅ１、２４０Ｅ２は、補助リンク２１０１Ｓ内で配線２４０に合流し、基部２０９へと導入される。
【００７８】
このように、配線導入部２８０、２８１により補助関節Ｊ２Ｓ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。
【００７９】
さらに図４（ａ）より、リンク２１０１の内部には、トルクセンサ２２２が検出した関節Ｊ２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２１０１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。
【００８０】
トルクセンサ２２２はリンク２１０２を駆動させる際、相対変位しないリンクとなるリンク２１０１に設けられている。ゆえに、減速機２７０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。
【００８１】
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Ｊ３、補助関節Ｊ３Ｓ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Ｊ３、右側が補助関節Ｊ３Ｓを示している。
【００８２】
まずリンク２１０３は、リンク２１０２と補助リンク２１０２Ｓとに接続されている。リンク２１０２は軸受２５２を介してリンク２１０３と接続され、リンク２１０２Ｓは軸受２５３を介してリンク２１０３と接続されている。
【００８３】
リンク２１０３には、リンク２１０３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２１０３を回転駆動させる。
【００８４】
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２１０３の内部の空間に、リンク２１０３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。
【００８５】
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。
【００８６】
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２１０２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。
【００８７】
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２１０３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２１０２、補助リンク２１０２Ｓ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２１０３もリンク２１０２、補助リンク２１０２Ｓに対して相対回転させることができる。
【００８８】
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２１０３に伝達するため、リンク２１０３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。
【００８９】
また、リンク２１０２Ｓには、リンク２１０３の回転中心となる軸Ａ３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２１０３と補助リンク２１０２Ｓ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。
【００９０】
さらに補助関節Ｊ３Ｓには、位置センサ５４３を備えている。位置センサ５４３は、軸Ａ３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。
【００９１】
リンク２１０３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２１０２Ｓとリンク２１０３の相対的な変位量を検出する。
【００９２】
関節Ｊ３と補助関節Ｊ３Ｓは同期して駆動するため、補助関節Ｊ３Ｓの角度を計測することは、関節Ｊ３の角度を計測することと同じであり、関節Ｊ３と補助関節Ｊ３Ｓとを位置制御することが可能となる。
【００９３】
補助関節Ｊ３Ｓの内部には、補助関節Ｊ３Ｓの含めた手先側のリンク２１０３〜２１０６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。
【００９４】
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。
【００９５】
図５に示すように、補助リンク２１０２Ｓと、リンク２１０３とが軸受２５２を介して接続されると、配線導入部２８２が、リンク２１０３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。
【００９６】
位置センサ配線２４０Ｅ３、２４０Ｅ４は、補助リンク２１０２Ｓ内で配線２４０に合流し、基部２０９へと導入される。
【００９７】
このように、配線導入部２８２により補助関節Ｊ３Ｓ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。
【００９８】
さらに図５より、リンク２１０３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。
【００９９】
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２７０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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【符号の説明】
【０１０５】
２００  ロボットアーム本体
２０９  基台
２１００〜２１０６  リンク
２１０１Ｓ、２１０２Ｓ  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
５４２Ｄ、５４３Ｄ  検出部
Ｊ１〜Ｊ６  関節
Ｊ２Ｓ、Ｊ３Ｓ  補助関節
【図１】
2020075328.tif 000003
【図２】
2020075328.tif 000004
【図３】
2020075328.tif 000005
【図４】
2020075328.tif 000006
【図５】
2020075328.tif 000007