(57)【要約】【課題】優れた通信性能を実現しつつ、関節部の小型化および軽量化を図ることのできるロボットを提供すること。【解決手段】第１関節部と、前記第１関節部よりも先端側にある第２関節部と、を有するロボットアームと、前記第１関節部内で光通信を行う光ファイバーと、前記第２関節部内で光空間伝送を行う第１の光空間伝送部と、を備えることを特徴とするロボット。前記ロボットアームは、複数の関節部を有し、前記第２関節部は、前記複数の関節部のうちの最も先端側にある関節部である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１関節部と、前記第１関節部よりも先端側にある第２関節部と、を有するロボットアームと、
前記第１関節部内で光通信を行う光ファイバーと、
前記第２関節部内で光空間伝送を行う第１の光空間伝送部と、を備えることを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記ロボットアームの最も先端側にある関節部が、前記第２関節部である請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記ロボットアームの先端に接続されているエンドエフェクターを備える請求項１または２に記載のロボット。
【請求項４】
前記ロボットアームの前記第２関節部よりも先端側に設けられているセンサーを備える請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項５】
前記ロボットアームは、前記第１関節部と前記第２関節部との間にある第３関節部を有し、
第３関節部内部で光空間伝送を行う第２の光空間伝送部を備える請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項６】
前記ロボットアームは、前記第２関節部を介して回動可能に設けられている２つのアームを有し、
前記第１の光空間伝送部は、
前記２つのアームのうちの一方のアーム側に設けられ、光を出射する発光素子と、
前記２つのアームのうちの他方のアーム側に設けられ、前記発光素子からの光を受光する受光素子と、を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項７】
前記第１の光空間伝送部は、
前記一方のアーム側に設けられ、前記発光素子からの光を前記他方のアーム側へ導く第１導光部と、
前記他方のアーム側に設けられ、前記第１導光部からの光を前記受光素子へ導く第２導光部と、を有する請求項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】
複数の関節部を有するロボットアームの内部に光ファイバーを配置したロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の産業用ロボット装置では、ロボット本体よりロボットアーム上を経てハンド装置に至るまで配置した制御信号用の光ケーブルを配設方向に分割し、分割したケーブルをロータリージョイントで中継している。ここで、ロータリージョイントは、ロボットアームが有する各駆動機（関節部）上に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１９９３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の産業用ロボットは、ロボットアームが有するすべての関節部上にロータリージョイントを設けているため、ロータリージョイントでの光損失が多く、通信性能が低下してしまうという課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、優れた通信性能を実現しつつ、関節部の小型化および軽量化を図ることのできるロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００８】
本適用例のロボットは、第１関節部と、前記第１関節部よりも先端側にある第２関節部と、を有するロボットアームと、
前記第１関節部内で光通信を行う光ファイバーと、
前記第２関節部内で光空間伝送を行う第１の光空間伝送部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このようなロボットによれば、光ファイバーが第１関節部内で光通信を行うことで、光ファイバーによる低損失な通信特性を生かすことができる。また、光空間伝送部が第２関節部内で光空間伝送を行うことで、関節部の設計の自由度（例えば、光通信のための配線の引き回しだけでなく、電気配線の引き回しの自由度）が高くなり、その結果、第２関節部の小型化および軽量化を図ることができる。このように、優れた通信性能を実現しつつ、関節部の小型化および軽量化を図ることができる。なお、「光空間伝送」とは、空間（気体）を介して光を伝搬（伝送）させて通信を行うことを言う。
【００１０】
本適用例のロボットでは、前記ロボットアームの最も先端側にある関節部が、前記第２関節部であることが好ましい。
【００１１】
一般に、複数の関節部を有するロボットアームでは、最も先端側の関節部は回動可能な角度範囲が大きく、このような最も先端側の関節部に光ファイバーを用いると、光ファイバーの曲げやねじれの許容範囲を超えやすい。そこで、このような最も先端側の関節部に光空間伝送部を設けることで、光ファイバーを用いる場合の問題を解消することができる。
【００１２】
本適用例のロボットでは、前記ロボットアームの先端に接続されているエンドエフェクターを備えることが好ましい。
【００１３】
これにより、例えば、エンドエフェクターに設けられたセンサー等の信号を、光空間伝送部を介して光ファイバー側に伝送させることができる。
【００１４】
本適用例のロボットでは、前記ロボットアームの前記第２関節部よりも先端側に設けられているセンサーを備えることが好ましい。
【００１５】
これにより、センサーの信号を、光空間伝送部を介して光ファイバー側に伝送させることができる。
【００１６】
本適用例のロボットでは、前記ロボットアームは、前記第１関節部と前記第２関節部との間にある第３関節部を有し、
第３関節部内部で光空間伝送を行う第２の光空間伝送部を備えることが好ましい。
【００１７】
これにより、ロボットアームが有する複数の関節部のうち、最も先端側の関節部だけでなく、他の回動可能な角度範囲が大きい関節部においても、光空間伝送を行うことで、光ファイバーを用いる場合の問題を解消することができる。
【００１８】
本適用例のロボットでは、前記ロボットアームは、前記第２関節部を介して回動可能に設けられている２つのアームを有し、
前記第１の光空間伝送部は、
前記２つのアームのうちの一方のアーム側に設けられ、光を出射する発光素子と、
前記２つのアームのうちの他方のアーム側に設けられ、前記発光素子からの光を受光する受光素子と、を有することが好ましい。
【００１９】
これにより、発光素子を用いて、電気信号を光信号に変換して光空間伝送を行うことができる。また、受光素子を用いて、受光した光信号を一旦電気信号に変換して必要な処理（例えば増幅）を行い、光空間伝送による通信特性の劣化（光強度低下）を低減することができる。
【００２０】
本適用例のロボットでは、前記第１の光空間伝送部は、
前記一方のアーム側に設けられ、前記発光素子からの光を前記他方のアーム側へ導く第１導光部と、
前記他方のアーム側に設けられ、前記第１導光部からの光を前記受光素子へ導く第２導光部と、を有することが好ましい。
【００２１】
これにより、発光素子および受光素子の配置の自由度を高め、ひいては、第２関節部の設計の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第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に示すロボットのロボット本体の側面図である。
【図４】図１に示すロボットの関節部（第２関節部）の断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るロボットの関節部を示す断面図である。
【図６】図５に示す関節部の横断面図（第６回動軸に直交して切断した断面）である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るロボットを示すブロック図である。
【図８】図７に示すロボットのロボット本体の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜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。図３は、図１に示すロボットのロボット本体の側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、ロボットの基台１１０側を「基端側」、その反対側（エンドエフェクター２０側）を「先端側」と言う。
【００２４】
〈ロボット〉
図１に示すロボット１００は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットであり、例えば、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。このロボット１００は、ロボット本体１と、このロボット本体１の駆動を制御する制御装置５０と、カメラ３０と、を備える。
【００２５】
ここで、ロボット１００のロボット本体１は、第２関節部（関節部２６）またはその近傍に光空間伝送部６（第１の光空間伝送部）を有しており、カメラ３０等から得られた情報（信号）を制御装置５０に対して、この光空間伝送部６を介した光通信により伝送することが可能となっている。なお、ロボット本体１への電力供給は、図示しない電気配線により行う。以下、この光空間伝送部６の説明に先立ち、まず、ロボット１００の各部の概略について説明する。
【００２６】
ロボット本体１は、基台１１０と、ロボットアーム１０とを有する。ロボットアーム１０は、第１アーム１１（アーム）と、第２アーム１２（アーム）と、第３アーム１３（アーム）と、第４アーム１４（アーム）と、第５アーム１５（アーム）と、第６アーム１６（アーム、先端アーム）と、を有する。
【００２７】
ここで、第１アーム１１は、基台１１０に対して、鉛直方向に沿う第１回動軸Ｏ１まわりに回動可能に、関節部２１を介して連結されている。第２アーム１２は、第１アーム１１に対して、水平方向に沿う第２回動軸Ｏ２まわりに回動可能に、関節部２２を介して連結されている。第３アーム１３は、第２アーム１２に対して、水平方向に沿う第３回動軸Ｏ３まわりに回動可能に、関節部２３を介して連結されている。第４アーム１４は、第３アーム１３に対して、第３回動軸Ｏ３と直交した第４回動軸Ｏ４まわりに回動可能に、関節部２４を介して連結されている。第５アーム１５は、第４アーム１４に対して、第４回動軸Ｏ４と直交した第５回動軸Ｏ５まわりに回動可能に、関節部２５を介して連結されている。第６アーム１６は、第５アーム１５に対して、第５回動軸Ｏ５と直交した第６回動軸Ｏ６まわりに回動可能に、関節部２６を介して連結されている。また、第６アーム１６の先端面には、エンドエフェクター２０が取り付けられている。また、第６アーム１６の側面には、カメラ３０が取り付けられている。なお、本明細書において「関節部」とは、それにより連結された２つの部材同士（隣接するアーム同士）を屈曲または回動させる機能を有するものである。
【００２８】
また、ロボット本体１は、図２に示すように、駆動部１３０ａ〜１３０ｆと、角度センサー１３１ａ〜１３１ｆと、光送信部３１ａ〜３１ｆと、光送受信部３２と、光受信部３３と、光伝送部４と、を有する。
【００２９】
駆動部１３０ａは、前述した関節部２１に設けられ、第１アーム１１を基台１１０に対して回動させる駆動力を発生する。同様に、駆動部１３０ｂ〜１３０ｆは、それぞれ、前述した関節部２２〜２６に設けられ、第２アーム１２〜第６アーム１６を回動させる駆動力を発生する。このような駆動部１３０ａ〜１３０ｆは、それぞれ、例えば、モーターおよび減速機を含んで構成されている。
【００３０】
角度センサー１３１ａは、前述した関節部２１に設けられ、基台１１０に対する第１アーム１１の回動状態（例えば回転角度）を検出する。同様に、角度センサー１３１ｂ〜１３１ｆは、それぞれ、前述した関節部２２〜２６に設けられ、第２アーム１２〜第６アーム１６の回動状態を検出する。このような角度センサー１３１ａ〜１３１ｆは、それぞれ、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。
【００３１】
光送信部３１ａは、電気配線５１ａを介して角度センサー１３１ａに電気的に（電気導通可能に）接続され、角度センサー１３１ａからの電気信号（角度情報）を光信号に変換して出力する機能を有する。同様に、光送信部３１ｂ〜３１ｆは、それぞれ、電気配線５１ｂ〜５１ｆを介して角度センサー１３１ｂ〜１３１ｆに電気的に（電気導通可能に）接続され、角度センサー１３１ｂ〜１３１ｆからの電気信号を光信号に変換して出力する機能を有する。このような光送信部３１ａ〜３１ｆは、それぞれ、例えば、光送信サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitting Optical Sub-Assembly）であり、発光素子（例えば、半導体レーザー、発光ダイオード等）と、発光素子が電気信号に応じた光信号を発するように電気信号に基づいて発光素子を駆動する回路と、を含んで構成されている。また、光送信部３１ａ〜３１ｆは、互いに時分割で光信号を送信するように構成されていてもよい。
【００３２】
本実施形態では、光送信部３１ｆは、角度センサー１３１ｆの他に、電気配線５２を介してカメラ３０に電気的に（電気導通可能に）接続されているとともに、電気配線５３を介してエンドエフェクター２０が電気的に（電気導通可能に）接続されている。そして、光送信部３１ｆは、カメラ３０からの電気信号（撮像情報）を光信号に変換して出力する機能、および、エンドエフェクター２０（例えば、エンドエフェクター２０が有する接触センサー等のセンサー）からの電気信号を光信号に変換して出力する機能をも有する。
【００３３】
カメラ３０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子と、レンズ（光学系）と、を含んで構成されている。このカメラ３０は、撮像対象を撮像した撮像情報に応じた電気信号を出力する。このようなカメラ３０の撮像情報は、例えば、ロボットアーム１０の基準座標系におけるキャリブレーションや対象物の位置の教示等に用いることができる。このカメラ３９は、第６アーム１６またはその近傍に設置されているが、カメラ３０の設置箇所は、これに限定されない。
【００３４】
光送受信部３２は、光送信部３１ｆからの光信号（図２に示す光ＬＬ）を受信し、光送信部３１ｆからの光信号と同一の光信号（または必要に応じて例えば増幅等の処理を行った光信号）を光受信部３３へ送信する機能を有する。ここで、光送受信部３２は、光送信部３１ｆとの間で光空間伝送により光通信を行う。そして、この光空間伝送を行う部分が光空間伝送部６を構成している。このような光送受信部３２は、例えば、光送信サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitting Optical Sub-Assembly）および光受信サブアセンブリ（ＲＯＳＡ：Receiving Optical Sub-Assembly）を含んで構成され、より具体的には、光信号を受光して電気信号（電流）に変換する受光素子（フォトダイオード等）と、発光素子（例えば、半導体レーザー、発光ダイオード等）と、受光素子の電気信号に応じた光信号を発するように当該電気信号に基づいて発光素子を駆動する回路と、を含んで構成されている。なお、光空間伝送部６については、後に詳述する。
【００３５】
光受信部３３は、光伝送部４を介して光送信部３１ａ〜３１ｅおよび光送受信部３２に光学的に（光通信可能に）接続され、これらからの光信号を受信し、当該光信号を電気信号に変換して出力する機能を有する。この出力は、制御装置５０に入力される。これにより、制御装置５０は、角度センサー１３１ａ〜１３１ｆの角度情報およびカメラ３０の撮像情報を得ることができる。このような光受信部３３は、例えば、光受信サブアセンブリ（ＲＯＳＡ：Receiving Optical Sub-Assembly）であり、光信号を受光して電気信号（電流）に変換する受光素子（フォトダイオード等）と、受光素子の電気信号を増幅する増幅回路等を含む回路と、を含んで構成されている。
【００３６】
ここで、光伝送部４は、光送受信部３２と光受信部３３とを光学的に（光通信可能に）接続している光ファイバー４１（光配線）と、光送信部３１ａと光受信部３３とを光学的に（光通信可能に）接続している光配線４２ａと、光送信部３１ｂ〜３１ｅと光ファイバー４１とを光学的に（光通信可能に）接続している光配線４２ｂ〜４２ｅと、を有する。
【００３７】
光ファイバー４１は、図３に示すように、基台１１０からロボットアーム１０の内部を通って第５アーム１５まで引き回されている。したがって、光ファイバー４１は、前述した関節部２１〜２６（第１、第２関節部）のそれぞれの内部を通っている。また、光配線４２ａ〜４２ｅは、それぞれ、例えば、光ファイバーまたは光導波路である。なお、光配線４２ｂ〜４２ｅと光ファイバー４１との間には、必要に応じて、光カプラ、光スイッチ等が設けられていてもよい。また、光配線４２ｂ〜４２ｅのそれぞれが光ファイバー４１を介さずに光受信部３３に直接接続されていてもよい。
【００３８】
図１および図２に示す制御装置５０は、ロボット本体１およびカメラ３０の駆動を制御する機能を有する。この制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）が内蔵されたパーソナルコンピューター（ＰＣ）等で構成することができる。本実施形態では、制御装置５０は、ロボット本体１およびカメラ３０に対して、図示しない電気配線を介して電気的に（電気導通可能に）接続されている。したがって、前述した光受信部３３からの電気信号も当該電気配線を通じて制御装置５０に入力される。なお、制御装置５０は、ロボット本体１およびカメラ３０に対して有線通信および無線通信のいずれにより接続されていてもよい。この場合、例えば、光受信部３３に無線送信機を接続すればよい。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。
【００３９】
以上、ロボット１００の各部の概略について説明した。以下、光空間伝送部６（第１の光空間伝送部）について詳述する。
【００４０】
（光空間伝送部の詳細な説明）
図４は、図１に示すロボットの関節部（第２関節部）の断面図である。
図４に示すように、関節部２６は、第５アーム１５に固定されている第１部材２６１と、第６アーム１６に固定されている第２部材２６２と、これらの間に配置されている軸受２６３と、を有する。そして、この関節部２６には、第１部材２６１側と第２部材２６２側とに分割されるように配置されている２つの反射部材６１、６２を有する光空間伝送部６（光ロータリージョイント）が設けられている。
【００４１】
ここで、第５アーム１５の先端部は、筒状をなしており、第１部材２６１は、第５アーム１５の先端部の内側に配置され、第６回動軸Ｏ６に垂直な面に沿った板状をなしている。また、第２部材２６２は、中空部を有する軸体で構成され、第５アーム１５の先端部に挿入され、先端面が第１部材２６１の板面に非接触で対向している。また、軸受２６３は、第５アーム１５の先端部の内周面と第２部材２６２の外周面との間に配置され、第２部材２６２を第５アーム１５に対して第６回動軸Ｏ６まわりに回動可能に支持している。これにより、第２部材２６２が固定されている第６アーム１６も第５アーム１５に対して第６回動軸Ｏ６まわりに回動可能に支持されることとなる。なお、第１部材２６１および第２部材２６２の形状は、図示の形状に限定されない。また、第１部材２６１は、第５アーム１５と一体で構成されていてもよい。また、第２部材２６２は、第６アーム１６と一体で構成されていてもよい。
【００４２】
また、第５アーム１５内には、第１部材２６１に対して第２部材２６２とは反対側に、前述した光送受信部３２が配置されている。光送受信部３２は、フォトダイオード等の受光素子３２１と、受光素子３２１に電気的に（電気導通可能に）接続されているユニット３２２と、を有する。なお、図示しないが、ユニット３２２は、光ファイバー４１を介して光受信部３３に光学的に（光通信可能に）接続されており、発光素子（例えば、半導体レーザー、発光ダイオード等）と、受光素子の電気信号に応じた光信号を発するように当該電気信号に基づいて発光素子を駆動する回路と、を含んで構成されている。
【００４３】
また、第２部材２６２内または第６アーム１６内には、前述した光送信部３１ｆが配置されている。光送信部３１ｆは、半導体レーザー、発光ダイオード等の発光素子３１１と、発光素子３１１に電気的に（電気導通可能に）接続されているユニット３１２と、を有する。なお、図示しないが、ユニット３１２は、電気配線５１ｆ、５２を介して角度センサー１３１ｆ、カメラ３０に電気的に（電気導通可能に）接続されており、発光素子３１１が電気信号に応じた光信号を発するように電気信号に基づいて発光素子３１１を駆動する回路と、を含んで構成されている。
【００４４】
このような関節部２６には、光空間伝送部６（第１の光空間伝送部）が設けられている。この光空間伝送部６は、第１部材２６１に設けられている有底筒状の反射部材６１と、第１部材２６１に対し回動する第２部材２６２に設けられている有底筒状の反射部材６２と、を有する。
【００４５】
反射部材６１、６２は、それぞれ、一方の端が開口し、他方の端が封鎖されている有底筒状をなしている。そして、反射部材６１、６２は、互いに軸線が一致するように、互いの開口（一方の端）同士を突き合わせて配置されている。本実施形態では、反射部材６１、６２は、それぞれの軸線が第６回動軸Ｏ６に一致するように配置されている。これにより、第５アーム１５および第６アーム１６の第６回動軸Ｏ６まわりの相対的な回動に伴って、反射部材６１、６２が第６回動軸Ｏ６まわりに相対的に回動しても、反射部材６１、６２の互いの開口を突き合わせた状態を保つことができる。
【００４６】
また、反射部材６１、６２の内表面６１１、６２１（内周面）は、それぞれ、光反射性を有しており、反射部材６１および６２の内部空間は、それらの内表面６１１、６２１（内周面）で反射を繰り返して軸線方向に沿って光を伝搬させる導光路６５を構成している。本実施形態では、反射部材６２がその底部側から開口側へ向けて光を伝搬させ、反射部材６１がその開口側から底部側へ向けて光を伝搬させる。なお、反射部材６１、６２の内部空間は、大気圧の気体（より具体的には空気）で満たされているが、反射部材６１、６２内に樹脂材料、ガラス材料等の透明材料が充填されていてもよい。この場合、当該透明材料が導光路６５を構成し、当該導光路６５と、反射部材６１と反射部材６２との間の空間とが「光空間伝送部」を構成する。
【００４７】
そして、反射部材６１の底部（図４中上側の端部）の内側には、光送受信部３２の受光素子３２１が配置され、一方、反射部材６２の底部（図４中下側の端部）の内側には、光送信部３１ｆの発光素子３１１が配置されている。これにより、発光素子３１１からの光ＬＬを反射部材６１、６２の内部空間を伝搬させて受光素子３２１で受光させることができる。
【００４８】
このような反射部材６１、６２の構成材料としては、反射部材６１、６２の内表面が光ＬＬに対する反射性に優れているものであればよく、特に限定されないが、例えば、金属材料、ガラス材料、樹脂材料、セラミックス材料等が挙げられる。また、反射部材６１、６２の内表面には、銀、アルミニウム等の光反射性に優れた金属膜がコーティングされていてもよい。
【００４９】
なお、反射部材６１、６２の形状は、発光素子３１１からの光ＬＬを受光素子３２１で受光させることができればよく、図示の形状に限定されない。また、図示では、反射部材６１と反射部材６２とが離間しているが、反射部材６１と反射部材６２とが接触していてもよいし、反射部材６１と反射部材６２と間に他の部材が介在していてもよい。また、発光素子３１１および受光素子３２１の相対的な向き、距離等によっては、反射部材６１、６２のうちの少なくとも一方を省略してもよく、両方を省略してもよい。両方を省略した場合、発光素子３１１と受光素子３２１との間の空間が「光空間伝送部」を構成していると言える。また、光送受信部３２を省略することもできる。この場合、発光素子３１１からの光ＬＬを光ファイバー４１へ集光するレンズ等の光学部品を設ければよい。
【００５０】
このような光空間伝送部６は、光配線４２ａ〜４２ｅに比べ、回動によるねじれの問題がなく、よって、第５アーム１５と第６アーム１６とが第６回動軸Ｏ６まわりに回動するように連結する関節部２６（第２関節部）のような部位に設けるのに適している。
【００５１】
以上のように、ロボット１００は、第１関節部である関節部２１〜２５と、関節部２１〜２５よりも先端側にある第２関節部である関節部２６と、を有するロボットアーム１０と、関節部２１〜２５内で光通信を行う光ファイバー４１と、関節部２６内で光空間伝送を行う光空間伝送部６（第１の光空間伝送部）と、を備える。
【００５２】
このようなロボット１００によれば、光ファイバー４１が関節部２１〜２５内で光通信を行うことで、光ファイバー４１による低損失な通信特性を生かすことができる。また、光空間伝送部６が関節部２６内で光空間伝送を行うことで、関節部２６の設計の自由度（例えば、光通信のための配線の引き回しだけでなく、電気配線の引き回しの自由度）が高くなり、その結果、関節部２６の小型化および軽量化を図ることができる。このように、ロボット１００は、優れた通信性能を実現しつつ、関節部２６の小型化および軽量化を図ることができる。なお、ここで、関節部２１〜２５のそれぞれが「第１関節部」であるとも言えるし、関節部２１〜２５のうちの任意の１つの関節部か「第１関節部」であるとも言える。
【００５３】
ここで、ロボットアーム１０は、複数の関節部２１〜２６を有し、関節部２６（第２関節部）は、複数の関節部２１〜２６のうちの最も先端側にある関節部である。一般に、複数の関節部を有するロボットアームでは、最も先端側の関節部は回動可能な角度範囲が大きく、このような最も先端側の関節部に光ファイバーを用いると、光ファイバーの曲げやねじれの許容範囲を超えやすい。そこで、このような最も先端側の関節部２６に光空間伝送部６を設けることで、光ファイバーを用いる場合の問題を解消することができる。
【００５４】
すなわち、光空間伝送部６が設けられている関節部２６の基準状態からの回動可能な角度範囲は、光ファイバー４１が設けられている関節部２１〜２５の基準状態からの回動可能な角度範囲よりも大きい。これにより、光ファイバー４１が許容するねじれ角度や曲げ角度の範囲内で回動可能な角度範囲の小さい関節部２１〜２５に光ファイバー４１を用いることで、光ファイバー４１を損傷させることなく、通信精度を優れたものとすることができる。また、光ファイバー４１が許容するねじれ角度や曲げ角度の範囲外で回動可能な角度範囲の大きい関節部２６に光空間伝送部６を用いることで、そのような関節部２６での光通信を可能とする。
【００５５】
このような観点から、光ファイバー４１は、基準状態から±１８０°未満の範囲で回動可能な関節部に用いることが好ましい。一方、光空間伝送部６は、基準状態から±１８０°以上の範囲で回動可能な関節部に用いることが好ましい。
【００５６】
また、ロボットアーム１０には、関節部２６（第２関節部）よりも先端側にエンドエフェクター２０が接続されていることが好ましい。これにより、例えば、エンドエフェクター２０に設けられたセンサー等の信号を、光空間伝送部６を介して光ファイバー４１側に伝送させることができる。
【００５７】
また、ロボット１００は、ロボットアーム１０の関節部２６（第２関節部）よりも先端側に設けられているセンサーとして、角度センサー１３１ｆおよびカメラ３０を備える。これにより、角度センサー１３１ｆおよびカメラ３０からの信号を、光空間伝送部６を介して光ファイバー４１側に伝送させることができる。なお、光空間伝送部６での伝送に用いる信号の基となるセンサーは、角度センサー１３１ｆおよびカメラ３０に限定されず、例えば、力覚センサー等の他のセンサーであってもよい。また、カメラ３０は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
【００５８】
また、本実施形態では、ロボットアーム１０は、関節部（第２関節部）を介して回動可能に設けられている２つのアームである第５アーム１５および第６アーム１６を有している。そして、光空間伝送部６は、第５アーム１５および第６アーム１６のうちの一方のアーム（第６アーム１６）側に設けられ、光ＬＬを出射する発光素子３１１と、第５アーム１５および第６アーム１６のうちの他方のアーム（第５アーム１５）側に設けられ、発光素子３１１からの光ＬＬを受光する受光素子３２１と、を有する（図４参照）。これにより、発光素子３１１を用いて、電気信号を光信号に変換して光空間伝送を行うことができる。また、受光素子３２１を用いて、受光した光信号を一旦電気信号に変換して必要な処理（例えば増幅）を行い、光空間伝送による通信特性の劣化（光強度低下）を低減することができる。
【００５９】
また、光空間伝送部６は、第６アーム１６（一方のアーム）側に設けられ、発光素子３１１からの光ＬＬを第５アーム１５（他方のアーム）側へ導く第１導光部である反射部材６２と、第５アーム１５（他方のアーム）側に設けられ、反射部材６２からの光ＬＬを受光素子３２１へ導く第２導光部である反射部材６１と、を有する。これにより、発光素子３１１および受光素子３２１の配置の自由度を高め、ひいては、関節部２６の設計の自由度を高めることができる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００６１】
図５は、本発明の第２実施形態に係るロボットの関節部を示す断面図である。図６は、図５に示す関節部の横断面図（第６回動軸に直交して切断した断面）である。
【００６２】
本実施形態は、光空間伝送部の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、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５および図６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００６３】
本実施形態のロボット１００Ａが有する関節部２６（第２関節部）には、光空間伝送部６Ａが設けられている。この光空間伝送部６Ａは、第１部材２６１に設けられている２つのカップ状の反射部材６３、６４と、第２部材２６２に設けられている有底筒状の反射部材６２と、を有する。
【００６４】
反射部材６３、６４は、それぞれ、図５中下側に開口したカップ状をなしている。そして、反射部材６４は、反射部材６３の内側に配置されている。ここで、反射部材６３の内径（図５中左右方向での長さ）が反射部材６４の外径（図５中左右方向での長さ）よりも大きく、かつ、反射部材６３内の深さ（図５中上下方向での長さ）が反射部材６４の高さ（図５中上下方向での長さ）よりも大きい。また、反射部材６３、６４は、それぞれの軸線が第６回動軸Ｏ６に一致するように、互いに同軸的に配置されている。したがって、反射部材６３の内表面６３１と反射部材６４の外表面６４１との間には、反射部材６２側に開口している隙間（カップ状の空間）が形成されている。そして、当該隙間の開口は、図６に示すように、円環状をなしており、反射部材６２の開口の幅と等しいかまたはそれよりも大きい幅を有している。反射部材６３および６４で囲まれた内部空間（前記隙間）と反射部材６２の内部空間とで、導光路６５が形成される。
【００６５】
本実施形態では、反射部材６２は、図５および図６に示すように、反射部材６２の開口（図５中上端）が前述した反射部材６３、６４間の隙間の開口（図５中下端）の周方向での一部に対向するように、第６回動軸Ｏ６から離間した位置に配置されている。これにより、第５アーム１５および第６アーム１６の第６回動軸Ｏ６まわりの相対的な回動に伴って、反射部材６２と反射部材６３、６４とが第６回動軸Ｏ６まわりに相対的に回動しても、これらの互いの開口を突き合わせた状態を保つことができる。
【００６６】
また、反射部材６３の内表面６３１および反射部材６４の外表面６４１は、それぞれ、光反射性を有しており、反射部材６３と反射部材６４との間の空間は、反射部材６３の内表面６３１と反射部材６４の外表面６４１とで反射を繰り返して開口側から中央部側へ光を伝搬させる導光路６５の一部（第１部材２６１側）を構成している。
【００６７】
そして、反射部材６３の底部（図５中上側の端部）の内側には、光送受信部３２の受光素子３２１が配置されている。これにより、反射部材６３、６４間の隙間の開口から入射した発光素子３１１からの光ＬＬを反射部材６３、６４間の空間を伝搬させて受光素子３２１で受光させることができる。なお、反射部材６４の底部（図５中上側の端部）の外側に受光素子３２１を配置してもよい。また、反射部材６３、６４間の空間に入射した光ＬＬを受光素子３２１にできるだけ受光させるように、反射部材６３の内表面および反射部材６４の外表面の形状を適宜設定してもよいし、反射部材６３の内表面上または反射部材６４の外表面上にミラー等の光学部品を適宜配置してもよい。
【００６８】
以上のように、ロボット１００Ａは、第１関節部である関節部２１〜２５と、関節部２１〜２５よりも先端側にある第２関節部である関節部２６と、を有するロボットアーム１０と、関節部２１〜２５内で光通信を行う光ファイバー４１と、関節部２６内で光空間伝送を行う光空間伝送部６Ａと、を備える。
【００６９】
以上のような第２実施形態によっても、優れた通信性能を実現しつつ、関節部の小型化および軽量化を図ることができる。
【００７０】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００７１】
図７は、本発明の第３実施形態に係るロボットを示すブロック図である。図８は、図７に示すロボットのロボット本体の側面図である。
【００７２】
本実施形態は、２つの光空間伝送部を設けた以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、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７および図８において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００７３】
本実施形態のロボット１００Ｂは、図７に示すように、ロボット本体１Ｂと、このロボット本体１Ｂの駆動を制御する制御装置５０と、カメラ３０と、を備える。
【００７４】
ここで、ロボット１００Ｂのロボット本体１Ｂは、第４、第６回動軸Ｏ４、Ｏ６のための関節部（第３、第２関節部）に光空間伝送部６、６Ｂを有しており、カメラ３０等の情報を制御装置５０に対して、この光空間伝送部６、６Ｂを介した光通信により伝送することが可能となっている。
【００７５】
より具体的に説明すると、ロボット本体１Ｂは、図７に示すように、駆動部１３０ａ〜１３０ｆと、角度センサー１３１ａ〜１３１ｆと、光送信部３１ａ〜３１ｆと、光送受信部３２、３４と、光受信部３３と、光伝送部４Ｂと、を有する。
【００７６】
光送受信部３４は、光送受信部３２と同様に構成されており、光送信部３１ｄとの間で光空間伝送により光通信を行う。そして、この光空間伝送を行う部分が光空間伝送部６Ｂを構成している。この光空間伝送部６Ｂは、光空間伝送部６と同様に構成することができる。
【００７７】
ここで、光伝送部４Ｂは、光送受信部３２と光送受信部３４とを光学的に（光通信可能に）接続している光ファイバー４３（光配線）と、光送受信部３４と光受信部３３とを光学的に（光通信可能に）接続している光ファイバー４１Ｂ（光配線）と、を有する。光ファイバー４１Ｂ、４３は、それぞれ、図８に示すように、ロボットアーム１０の内部に配置されている。そして、光ファイバー４１Ｂは、前述した関節部２１〜２３（第１〜第３回動軸Ｏ１〜Ｏ３のための関節部）のそれぞれの内部を通っている。また、光ファイバー４３は、前述した関節部２５（第５回動軸Ｏ５のための関節部）の内部を通っている。なお、光配線４２ｂ、４２ｃは、それぞれ、光ファイバー４１Ｂに光学的に（光通信可能に）接続されている。また、光配線４２ｅは、光ファイバー４３に光学的に（光通信可能に）接続されている。
【００７８】
以上のように、ロボット１００Ｂは、第１関節部である関節部２１〜２３、２５と、関節部２１〜２５よりも先端側にある第２関節部である関節部２６と、第３関節部である関節部２４と、を有するロボットアーム１０と、関節部２１〜２３、２５内で光通信を行う光ファイバー４１Ｂ、４３と、関節部２６内で光空間伝送を行う光空間伝送部６と、関節部２４内で光空間伝送を行う光空間伝送部６Ｂと、を備える。
【００７９】
このように、ロボット１００Ｂのロボットアーム１０は、関節部２１〜２３（第１関節部）と関節部２６（第２関節部）との間に配置されていて、光空間伝送部６Ｂ（第２の光空間伝送部）により内部で光空間伝送を行う第３関節部である関節部２４を有する。これにより、ロボットアーム１０が有する複数の関節部２１〜２６のうち、最も先端側の関節部２６だけでなく、他の回動可能な角度範囲が大きい関節部２４においても、光空間伝送を行うことで、光ファイバーを用いる場合の問題を解消することができる。
【００８０】
以上のような第３実施形態によっても、優れた通信性能を実現しつつ、関節部の小型化および軽量化を図ることができる。
【００８１】
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。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【００８２】
また、前述した実施形態では、ロボットが６軸ロボットである構成について説明したが、ロボットとしては、特に限定されず、例えば、６軸以外（５軸以下または７軸以上）の多関節ロボット、双腕ロボット、スカラロボット等であってもよい。
【００８３】
また、前述した実施形態では、光空間伝送部および光ファイバーがセンサーの出力信号に基づく光信号を伝送する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、光空間伝送部および光ファイバーが駆動部（モーター）を駆動する駆動回路の制御信号に基づく光信号を伝送してもよい。この場合、前述した光空間伝送部の先端側と基端側とを逆にした構成にすればよく、また、センサーの出力信号に基づく光信号の伝送とともに双方向に伝送（双方向通信）を行う場合は、光空間伝送部の先端側と基端側の双方に発光素子および受光素子を設ければよい。
【符号の説明】
【００８４】
１…ロボット本体、１Ｂ…ロボット本体、４…光伝送部、４Ｂ…光伝送部、６…光空間伝送部、６Ａ…光空間伝送部、６Ｂ…光空間伝送部、１０…ロボットアーム、１１…第１アーム（アーム）、１２…第２アーム（アーム）、１３…第３アーム（アーム）、１４…第４アーム（アーム）、１５…第５アーム（アーム）、１６…第６アーム（アーム）、２０…エンドエフェクター、２１…関節部（第１関節部）、２２…関節部（第１関節部）、２３…関節部（第１関節部）、２４…関節部（第１関節部、第３関節部）、２５…関節部（第１関節部）、２６…関節部（第２関節部）、３０…カメラ（センサー）、３１ａ…光送信部、３１ｂ…光送信部、３１ｃ…光送信部、３１ｄ…光送信部、３１ｅ…光送信部、３１ｆ…光送信部、３２…光送受信部、３３…光受信部、３４…光送受信部、４１…光ファイバー、４１Ｂ…光ファイバー、４２ａ…光配線、４２ｂ…光配線、４２ｃ…光配線、４２ｄ…光配線、４２ｅ…光配線、４３…光ファイバー、５０…制御装置、５１ａ…電気配線、５１ｂ…電気配線、５１ｃ…電気配線、５１ｄ…電気配線、５１ｅ…電気配線、５１ｆ…電気配線、５２…電気配線、５３…電気配線、６１…反射部材、６２…反射部材、６３…反射部材、６４…反射部材、６５…導光路、１００…ロボット、１００Ａ…ロボット、１００Ｂ…ロボット、１１０…基台、１３０ａ…駆動部、１３０ｂ…駆動部、１３０ｃ…駆動部、１３０ｄ…駆動部、１３０ｅ…駆動部、１３０ｆ…駆動部、１３１ａ…角度センサー、１３１ｂ…角度センサー、１３１ｃ…角度センサー、１３１ｄ…角度センサー、１３１ｅ…角度センサー、１３１ｆ…角度センサー（センサー）、２６１…第１部材、２６２…第２部材、２６３…軸受、３１１…発光素子、３１２…ユニット、３２１…受光素子、３２２…ユニット、６１１…内表面、６２１…内表面、６３１…内表面、６４１…外表面、ＬＬ…光、Ｏ１…第１回動軸、Ｏ２…第２回動軸、Ｏ３…第３回動軸、Ｏ４…第４回動軸、Ｏ５…第５回動軸、Ｏ６…第６回動軸
【図１】
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【図２】
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【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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