(57)【要約】【課題】センサによる計測の誤差を低減させる。【解決手段】センサ本体５０１は、回転軸Ｃ０を中心に相対的に変位可能な支持部５０４，５０５と、支持部５０４と支持部５０５とを連結する弾性部５０３と、を有する。センサ本体５０１には、エンコーダ５０２が配置されている。エンコーダ５０２のスケール５０８は支持部５０４に支持され、エンコーダ５０２のヘッド５０９は支持部５０５に支持されている。支持部５０４は、対象部材に締結されるボルト穴５１１を有している。ボルト穴５１１において回転軸Ｃ０から最も遠い位置と回転軸Ｃ０との距離が、弾性部５０３において回転軸Ｃ０から最も遠い位置と回転軸Ｃ０との距離よりも短い。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に相対的に変位可能な第１の支持部及び第２の支持部と、
前記第１の支持部と前記第２の支持部とを連結する弾性部と、
前記第１の支持部に支持されたスケール、及び前記第２の支持部に支持されたヘッドを有するエンコーダと、を備え、
前記第１の支持部は、対象部材に締結される締結部位を有し、
前記締結部位において前記回転軸から最も遠い位置と前記回転軸との距離が、前記弾性部において前記回転軸から最も遠い位置と前記回転軸との距離よりも短いことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記弾性部は、前記回転軸を中心に放射状に延びる複数の弾性部材を有する請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記締結部位は、前記第１の支持部を対象部材に締結する締結具が挿通される穴であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記締結部位は、前記回転軸を中心とする同心円上に間隔をあけて複数配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項５】
前記エンコーダは、光学式のエンコーダであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項６】
前記エンコーダは、前記回転軸を中心とする同心円上に間隔をあけて複数配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項７】
複数の前記エンコーダは、前記回転軸を中心とする周方向に等間隔に配置されている請求項６に記載のセンサ。
【請求項８】
前記第１の支持部、前記第２の支持部および前記弾性部は一体に構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項９】
第１のリンクと、
前記第１のリンクに対して回転する第２のリンクと、
前記第１のリンクと前記第２のリンクとの間に配置された、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサと、を備えたロボット。
【請求項１０】
前記第１の支持部は前記第１のリンクの側、前記第２の支持部は前記第２のリンクの側にそれぞれ締結されていることを特徴とする請求項９に記載のロボット。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載のロボットを用いて物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダを有するセンサ、センサを有するロボット、及びロボットによる物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な工業製品の生産ラインにおいて、ロボットが利用されるようになってきている。この種のロボットにおいては、柔軟物、軽量物又は低強度部材等のワークの組付けなど部品に加わる荷重が数グラム程度であることが要求されるような工程や、精密嵌合を行う工程を実現することが要求されている。
【０００３】
上述のような柔軟物、軽量物、又は低強度部材といったワークを取り扱う場合、例えばワークの破損や変形を防ぐため、ワークに大きな力を作用させることができない。このような場合には、ロボットの関節やリンクを介してワークに作用する力を高精度に制御する必要がある。そこで、ロボットの各リンクに作用するトルクを計測して、ロボットの駆動制御にフィードバックすることが考えられる。
【０００４】
特許文献１には、エンコーダを有するトルクセンサが提案されている。エンコーダにより計測した変位量をトルク値に換算することで、回転軸まわりのトルクを計測することができる。特許文献１には、トルクを精度よく計測するために、エンコーダのヘッド及びスケールを板状の連結部材で連結する構成が記載されている。この構成により、エンコーダのヘッドとスケールとの計測方向の変位を許容して、他の方向の変位を拘束しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８９５１６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に記載のように、ヘッドとスケールとを連結部材で連結したとしても、回転軸に直交する軸まわりのモーメントが作用した場合に、連結部材が撓み変形して、スケールに対してヘッドが傾くことがあった。スケールに対するヘッドの傾きは、ヘッドがスケールに対して回転中心軸まわりに回転することで発生する。この回転中心軸がスケールから遠ざかるほど、即ち回転中心軸がヘッドに近づくほど、ヘッドにて測定するスケール上の位置がずれるため、センサによる計測の誤差が大きくなるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、センサによる計測の誤差を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のセンサは、回転軸を中心に相対的に変位可能な第１の支持部及び第２の支持部と、前記第１の支持部と前記第２の支持部とを連結する弾性部と、前記第１の支持部に支持されたスケール、及び前記第２の支持部に支持されたヘッドを有するエンコーダと、を備え、前記第１の支持部は、対象部材に締結される締結部位を有し、前記締結部位において前記回転軸から最も遠い位置と前記回転軸との距離が、前記弾性部において前記回転軸から最も遠い位置と前記回転軸との距離よりも短いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、センサによる計測の誤差が低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るロボット装置を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係るロボットアームの関節の駆動装置を示す模式図である。
【図３】実施形態に係るトルクセンサの斜視図である。
【図４】実施形態に係るトルクセンサの模式図である。
【図５】（ａ）はスケールの平面図、（ｂ）はヘッドの平面図、（ｃ）はスケール及びヘッドの断面図である。
【図６】実施形態におけるトルクセンサの制御系を示すブロック図である。
【図７】（ａ）は実施形態のトルクセンサの上面図、（ｂ）は実施形態のトルクセンサの下面図である。
【図８】力が作用していない状態のトルクセンサの断面図である。
【図９】他軸力が作用している状態のトルクセンサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、実施形態に係るロボット装置を示す斜視図である。図１中、第１ワークであるワークＷＡは、例えばリング状の部材であり、第２ワークであるワークＷＢは、例えば突起部を有する部材である。ワークＷＡとワークＷＢとを嵌合させることにより物品Ｗ０が製造される。
【００１２】
ロボット装置１００は、ロボット２００と、ロボット２００を制御する制御装置３００と、ティーチングペンダント４００とを備えている。ロボット２００は、垂直多関節のロボットアーム２０１と、ロボットアーム２０１の先端に取り付けられた、ロボット２００の手先であるエンドエフェクタとしてのロボットハンド２０２と、を有している。
【００１３】
制御装置３００は、ロボットアーム２０１の各関節Ｊ１〜Ｊ６の回転角度をそれぞれ制御する。ロボット２００は、制御装置３００の制御により、可動範囲の中であれば任意の３次元位置で任意の３方向の姿勢に手先を向けることができる。
【００１４】
ティーチングペンダント４００は、制御装置３００に教示点のデータを送信する教示装置であり、主にロボット装置１００の設置現場において、操作者がロボット２００の動作を指定するのに用いられる。
【００１５】
ロボットハンド２０２は、ハンド本体２２０と、ハンド本体２２０に開閉可能に支持された複数のフィンガー２２１とを有している。複数のフィンガー２２１を閉動作させることにより、第１のワークであるワークＷＡを把持することができ、複数のフィンガー２２１を開動作させることにより、ワークＷＡを把持解放することができる。複数のフィンガー２２１を用いてワークＷＡを把持することにより、ワークＷＡをワークＷＢに組み付ける作業を行うことができる。
【００１６】
ロボットアーム２０１は、複数のリンク２１０〜２１６を有し、複数のリンク２１０〜２１６が関節Ｊ１〜Ｊ６で回転可能に連結されている。ロボットアーム２０１のベース部であるリンク２１０は、架台１５０に固定されている。ロボットアーム２０１の各関節Ｊ１〜Ｊ６には電動のモータ等を有する駆動装置が設けられている。各関節Ｊ１〜Ｊ６の駆動装置は、必要なトルクの大きさに合わせて適切な出力のものが用いられる。各関節Ｊ１〜Ｊ６の駆動装置は、同様の構成であり、例えば関節Ｊ２の駆動装置について説明をし、他の関節Ｊ１，Ｊ３〜Ｊ６の駆動装置については説明を省略する。
【００１７】
図２は、実施形態に係るロボットアーム２０１の関節Ｊ２の駆動装置７００を示す模式図である。駆動装置７００は、サーボモータ及び減速機等を有する駆動部６００と、センサの一例であるトルクセンサ５００とを有する。駆動部６００及びトルクセンサ５００は、第１のリンクであるリンク２１１と、第２のリンクであるリンク２１２との間に配置されている。具体的には、リンク２１２に駆動部６００が固定して配置され、リンク２１１と駆動部６００との間にトルクセンサ５００が配置されている。２つのリンク２１１，２１２のうちリンク２１１は、相対的にロボット２００の根元側のリンクであり、リンク２１２は、相対的にロボット２００の手先側のリンクである。リンク２１２は、リンク２１１に対してロボット２００の手先側にあるため、駆動部６００の駆動により、リンク２１１に対して回転軸Ｃ０まわりに回転する。つまり、リンク２１１は、リンク２１２に対してはベースとなる固定側のリンクであり、リンク２１２は、リンク２１１に対して可動する可動側のリンクである。
【００１８】
図３は、実施形態に係るトルクセンサ５００の斜視図である。図４は、実施形態に係るトルクセンサ５００の模式図である。トルクセンサ５００は、図３のように、センサ本体５０１と、エンコーダ５０２とを有している。図３中、回転軸Ｃ０の延びる方向がＺ方向、Ｚ方向に直交し、かつ互いに直交する２方向がＸ方向及びＹ方向である。
【００１９】
センサ本体５０１は、第１の支持部である支持部５０４と、第２の支持部である支持部５０５とを有する。支持部５０４，５０５は、平板状の部材であり、支持部５０４と支持部５０５とが回転軸Ｃ０の延びるＺ方向で互いに対向するように、Ｚ方向に間隔をあけて配置されている。つまり、支持部５０４，５０５は、支持部５０４のＸＹ方向に広がる平面５０４Ａと支持部５０５のＸＹ方向に広がる平面５０５Ａとが対向するようにＺ方向に所定の間隔をあけて配置されている。支持部５０４，５０５は、例えば図３に示すように回転軸Ｃ０を中心とする円環形状となっており、回転軸Ｃ０を中心とする回転方向に相対的に変位可能となっている。なお、支持部５０４，５０５の形状はこれに限定するものではなく、例えば円盤形状であってもよい。
【００２０】
支持部５０４，５０５は、トルクを計測する対象の部材に締結されるフランジ部である。支持部５０４は、図４に示すように、リンク２１１の側、具体的には第１の締結対象部材であるリンク２１１に、締結具であるボルト５８１によって締結されている。また、支持部５０５は、リンク２１２の側、具体的にはリンク２１２に固定された第２の締結対象部材である駆動部６００のハウジングに、締結具であるボルト５８２によって締結されている。
【００２１】
図３に示すように、支持部５０４と支持部５０５とは、弾性部５０３で連結されている。具体的には、支持部５０４の平面５０４Ａと支持部５０５の平面５０５Ａとが弾性部５０３で連結されている。弾性部５０３は、回転軸Ｃ０を中心に放射状に延びる複数の弾性部材である板ばね５０６を有している。複数の板ばね５０６は、回転軸Ｃ０まわりの周方向に互いに間隔をあけて配置されている。図２に示すリンク２１１とリンク２１２との間に回転軸Ｃ０まわりのトルクが作用すると、作用したトルクの大きさに応じた回転量で支持部５０４と支持部５０５とが回転軸Ｃ０を中心に相対的に回転変位する。弾性部５０３の板ばね５０６は、目的とするトルクの計測範囲および必要とする分解能などに応じた弾性係数、即ちばね係数を有する材質で構成される。弾性部５０３の材質は、例えば樹脂や金属である。金属としては、鋼材、ステンレスなどが挙げられる。弾性部５０３は外力により弾性変形するが、支持部５０４及び支持部５０５も外力により弾性変形する。したがって、センサ本体５０１は、弾性体で構成されているともいえる。
【００２２】
本実施形態では支持部５０４、支持部５０５及び弾性部５０３は、同じ材質であり、一体に構成されている。センサ本体５０１は、３Ｄプリンタによって製造してもよい。具体的には、センサ本体５０１の設計データ（例えばＣＡＤデータ）から、３Ｄプリンタ用のスライスデータを作成し、そのデータを３Ｄプリンタに入力することにより製造することができる。３Ｄプリンタによりセンサ本体５０１を容易に一体に形成することができる。
【００２３】
エンコーダ５０２は、支持部５０４と支持部５０５との相対的な変位、即ち支持部５０４と支持部５０５との間に作用した回転軸Ｃ０まわりのトルクを計測するのに用いる。エンコーダ５０２は、光学式のエンコーダである。エンコーダ５０２は、回転軸Ｃ０を中心とする同心円上に間隔をあけて複数配置されている。本実施形態では、２つのエンコーダ５０２が、回転軸Ｃ０を中心とする周方向に等間隔、即ち回転軸Ｃ０を中心に１８０度対称な位置に配置されている。つまり、２つのエンコーダ５０２は、回転軸Ｃ０を通る直径方向に延びる線上に配置されている。なお、エンコーダ５０２の数は、２つに限らず、１つでも３つ以上であってもよい。
【００２４】
エンコーダ５０２は、インクリメンタル形のエンコーダである。回転軸Ｃ０を中心とする支持部５０４と支持部５０５との相対的な回転変位は、エンコーダ５０２の位置では微小な変位であり、並進方向であるＸ方向の変位とみなすことができる。したがって、本実施形態では、エンコーダ５０２は、リニアエンコーダである。
【００２５】
エンコーダ５０２は、スケール５０８とヘッド５０９とを有する。スケール５０８は、支持部５０４に支持され、ヘッド５０９は、支持部５０５に支持されている。具体的に説明すると、スケール５０８は、支持部５０４に直接固定されることにより、支持部５０４に支持されている。一方、支持部５０５には、開口部又は切欠部の縁に形成された段差部５１５が設けられている。ヘッド５０９は、取付部材５１０に固定されている。取付部材５１０が段差部５１５に固定されることにより、ヘッド５０９が取付部材５１０を介して支持部５０５に支持されている。
【００２６】
本実施形態では、エンコーダ５０２が光学式のエンコーダであるため、スケール５０８とヘッド５０９との間に光を遮蔽する物がないように互いに対向して配置されている。エンコーダ５０２により、支持部５０４と支持部５０５との相対的な変位を、ある基準位置を起点とする相対量として計測することが可能である。
【００２７】
スケール５０８及びヘッド５０９について詳細に説明する。図５（ａ）はスケール５０８の平面図、図５（ｂ）はヘッド５０９の平面図、図５（ｃ）はエンコーダ５０２、即ちスケール５０８及びヘッド５０９の断面図である。
【００２８】
スケール５０８は、例えば光反射型のスケールであり、図５（ａ）に示すように、格子配列のスケールパターン５２０を有する。スケールパターン５２０は、例えばＡｌ、Ｃｒで形成されている。スケールパターン５２０は、例えば規則的に濃淡や反射率を特定のパターンで異ならせて配置することにより構成される。なお、スケールパターン５２０は、検出演算の方式によっては１条のみならず、例えば配置位相の異なる複数条の濃淡パターンを配置することもできる。スケールパターン５２０のピッチは、位置検出に必要とされる分解能などに応じて決定するが、近年ではエンコーダの高精度化及び高分解能化に伴い、μｍオーダのピッチのものも利用可能である。
【００２９】
ヘッド５０９は、例えば光反射型のヘッドであり、図５（ｂ）に示すように、発光素子５２１及び受光素子アレイ５２２を有する。発光素子５２１上にはインデックス格子パターン５２３が配置されている。詳細な図示は省略しているが、ヘッド５０９の受光素子アレイ５２２は、例えば千鳥配置の複数相、例えばＡ、Ｂの２相に配置された受光素子のサブアレイを有する。この受光素子アレイ５２２のサブアレイからそれぞれ得られるＡ、Ｂの２相の信号を処理することにより、変位量を示す信号を取得することができる。
【００３０】
回転軸Ｃ０まわりのトルクが作用し、支持部５０４と支持部５０５との間に回転軸Ｃ０まわりの相対的な回転変位が生じると、ヘッド５０９とスケール５０８との相対位置がＸ方向に変化する。そのため、ヘッド５０９からスケール５０８に照射される光の照射位置ＰＡがスケール５０８上をＸ方向に移動する。このとき、図５（ｃ）に示すように、スケール５０８に照射されている光がスケール５０８上のパターン５２０を通過すると、ヘッド５０９の受光素子アレイ５２２で検出される光の光量が変化する。この光量の変化から、スケール５０８とヘッド５０９との相対的な変位量を計測することができる。
【００３１】
図６は、実施形態におけるトルクセンサ５００の制御系を示すブロック図である。トルクセンサ５００は、演算装置５５０を有する。演算装置５５０は、マイクロコンピュータ等で構成されている。演算装置５５０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）５５１を有する。また、演算装置５５０は、記憶部として、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）５５２と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）５５３と、を有する。更に、演算装置５５０は、複数のインタフェース５６１，５６２と、バス５６０とを有する。ＣＰＵ５５１と、ＲＯＭ５５２と、ＲＡＭ５５３と、インタフェース５６１，５６２とは、互いに通信可能にバス５６０で接続されている。
【００３２】
ＣＰＵ５５１は、トルク値を求める演算処理を行う。ＲＯＭ５５２は、ＣＰＵ５５１に演算処理を実行させるためのプログラム５７０を記憶する記憶装置、即ちプログラム５７０が記録された記録媒体である。ＲＡＭ５５３は、ＣＰＵ５５１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。
【００３３】
インタフェース５６１には、制御装置３００が接続されており、インタフェース５６１を介して制御装置３００にトルク値を示す信号が送信される。インタフェース５６２には、ヘッド５０９が接続されている。インタフェース５６２は、ヘッド５０９の発光素子５２１を点滅させるとともに、受光素子アレイ５２２からの信号をＣＰＵ５５１に送信する。
【００３４】
演算装置５５０は、エンコーダ５０２のヘッド５０９からの信号に基づき、支持部５０４と支持部５０５との相対的な変位量、即ちエンコーダ値を求める。そして、演算装置５５０は、変位量をトルク値に換算する。本実施形態では、エンコーダ５０２が複数あるので、複数のエンコーダ５０２のエンコーダ値を平均して、その平均値をトルク値に換算する。なお、トルク値の演算方法は、これに限定するものではなく、各エンコーダ５０２のエンコーダ値からそれぞれのトルク値を求め、これらトルク値を平均することで、トルク値を求めてもよい。ＣＰＵ５５１により求めたトルク値、本実施形態では平均したトルク値が、制御装置３００に送信される。制御装置３００は、取得したトルク値に基づいて、ロボット２００を制御する。
【００３５】
本実施形態では、支持部５０４には、図３及び図４に示すように、ボルト５８１でリンク２１１に締結される、締結部位であるボルト穴５１１が設けられている。支持部５０５には、ボルト５８２で駆動部６００のハウジングに締結される、締結部位であるボルト穴５１２が設けられている。ボルト穴５１１，５１２は、ボルト５８１，５８２の軸が挿通される穴であり、タップ穴またはキリ穴である。
【００３６】
図７（ａ）は、実施形態のトルクセンサ５００の上面図であり、図７（ｂ）は、実施形態のトルクセンサ５００の下面図である。図７（ｂ）に示すように、ボルト穴５１１は、回転軸Ｃ０を中心とする同心円上に間隔をあけて複数配置されている。本実施形態では、ボルト穴５１１は１２か所配置されている。また、図７（ａ）に示すように、ボルト穴５１２は、回転軸Ｃ０を中心とする同心円上に間隔をあけて複数配置されている。本実施形態では、ボルト穴５１２は１２か所配置されている。
【００３７】
ここで、トルクが作用する回転軸Ｃ０まわりのねじり剛性をＥＭＺ、他方向の軸まわりのねじり剛性をＥＭＸ，ＥＭＹとする。各剛性を表す記号の添え字のＸ、Ｙ、Ｚは、図３における座標に対応している。弾性部５０３の板ばね５０６は８枚あり、各板ばね５０６の周方向の間隔は、エンコーダ５０２の配置などを考慮して設定されている。本実施形態では、各板ばね５０６の間隔が一定値ではない、即ちエンコーダ５０２を挟む一対の板ばね５０６の間隔が他の一対の板ばね５０６の間隔よりも広くなっているが、これに限定するものではなく、例えば間隔を一定値としてもよい。また、板ばね５０６の枚数も８枚に限定するものではない。
【００３８】
柔軟物、軽量物、又は低強度部材などのワークＷＡ，ＷＢを取り扱う場合などにおいては、高精度に関節やリンクを介してワークに作用する力を制御する必要がある。したがって、トルクセンサ５００には、高い分解能が要求されるが、トルクセンサ５００を高分解能化する場合でも、ロボット２００の駆動制御帯域を広く確保するために、関節の剛性低下を可能な限り抑制するのが好ましい。
【００３９】
弾性部５０３の各板ばね５０６は、トルクが作用する回転軸Ｃ０を中心とする放射方向に延びて、支持部５０４と支持部５０５とを連結している。これにより、他方向の軸まわりの力（他軸力）による支持部５０４と支持部５０５との間の相対変位を、複数の板ばね５０６で規制し、他方向の軸まわりのねじり剛性ＥＭＸ，ＥＭＹを高めている。したがって、他軸力が作用した際のヘッド５０９とスケール５０８との間の平行度を高い状態に保つことができ、トルクセンサ５００の計測精度を高めることができる。
【００４０】
また、図３に示すように、センサ本体５０１に複数のエンコーダ５０２を配置している。演算装置５５０は、複数のエンコーダ５０２より得られるエンコーダ値に基づき、平均されたトルク値を算出するので、他軸力の影響を低減することができ、高精度なトルクの計測を行うことができる。
【００４１】
弾性部５０３の各板ばね５０６の厚みＳを薄くするほど、ねじり剛性ＥＭＺが低下して、スケール５０８とヘッド５０９との相対的な変位量が大きくなり、トルクの計測分解能が高まる。よって、トルクの計測に必要な分解能に応じて板ばね５０６の厚みＳを設定すればよい。一方で、エンコーダ５０２に求められる必要分解能がμｍオーダ以下になると、複数の板ばね５０６を放射状に配置してねじり剛性ＥＭＸ，ＥＭＹを高めても他軸力によるセンサ本体５０１の変形量、即ち変位量の計測結果に加わる計測の誤差が無視できない。本実施形態では、この計測誤差を低減する構成としたものである。
【００４２】
エンコーダ５０２において計測誤差が発生する要因として、他軸力によりスケール５０８に対してヘッド５０９が傾くことが考えられる。図８及び図９は、図７（ａ）におけるトルクセンサ５００の矢印Ａ−Ａの断面図であり、図８は、力がトルクセンサ５００に作用していない状態、図９は、Ｙ軸まわりのモーメントＭＹがトルクセンサ５００に作用している状態を示している。
【００４３】
他軸力であるＹ軸まわりのモーメントＭＹがトルクセンサ５００に作用したとき、複数の板ばね５０６で変形を規制していても、ねじり剛性ＥＭＹの大きさに応じて、スケール５０８に対してヘッド５０９が傾くようセンサ本体５０１が変形する。具体的には、ヘッド５０９の光の出射位置ＰＢが、Ｙ方向に延びる回転中心軸Ｃ１を中心に回転するように、ヘッド５０９がスケール５０８に対して傾く。これにより、ヘッド５０９の光の出射位置ＰＢは、Ｘ方向にずれるとともに、出射位置ＰＢからの光の照射方向がＺ軸に対して傾くことになる。
【００４４】
ヘッド５０９の回転中心軸Ｃ１がスケール５０８から遠ざかるほど、即ち回転中心軸Ｃ１がヘッド５０９に近づくほど、ヘッド５０９から照射される光のスケール５０８上の照射位置ＰＡがＸ方向にずれる。よって、本実施形態のトルクセンサ５００では、ヘッド５０９がスケール５０８に対して傾いても、照射位置ＰＡのＸ方向へのずれを低減するよう構成したものである。
【００４５】
トルクセンサ５００の支持部５０４は、固定側のリンクであるリンク２１１の側に締結され、トルクセンサ５００の支持部５０５は、可動側のリンクであるリンク２１２の側に締結されている。即ち、スケール５０８はリンク２１１の側に配置され、ヘッド５０９はリンク２１２の側に配置されていることになる。この配置関係の下、本実施形態では、板ばね５０６の位置やボルト穴５１１の位置等を調整することで、回転中心軸Ｃ１のＺ方向の位置を調整できることを見出したものである。図７（ｂ）に示すように、ボルト穴５１１において回転軸Ｃ０から最も遠い位置と回転軸Ｃ０との距離をＨ１とする。また、弾性部５０３の板ばね５０６において回転軸Ｃ０から最も遠い位置と回転軸Ｃ０との距離をＷ１とする。本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、距離Ｈ１が距離Ｗ１よりも短くなるように、即ちＨ１＜Ｗ１となるように、ボルト穴５１１を配置している。
【００４６】
つまり、Ｈ１＜Ｗ１とすることで、図９に示すように、回転中心軸Ｃ１のＺ方向の位置が、支持部５０４と支持部５０５との間の中央ではなく、中央よりも支持部５０４寄り、具体的にはスケール５０８のパターン面近傍となることを見出したものである。このように、Ｈ１＜Ｗ１とすることで、ヘッド５０９の回転中心軸Ｃ１の位置を、スケール５０８のパターン面に略一致させることができる。これは、支持部５０４の撓み変形と支持部５０５の撓み変形とが、非対称となることに起因すると考えられる。
【００４７】
Ｈ１＜Ｗ１とすることにより、ヘッド５０９の出射位置ＰＢから照射された光のスケール５０８上の照射位置ＰＡと回転中心軸Ｃ１とを重ねることができ、照射位置ＰＡが計測方向であるＸ方向にずれるのを抑制することができる。距離Ｈ１及び距離Ｗ１と回転中心軸Ｃ１との関係は、センサ本体５０１の材質やサイズ、板ばね５０６の寸法、板ばね５０６の数、ボルト穴５１１の配置位置と数などにより変わる。
【００４８】
なお、仮にＨ１＞Ｗ１とした場合、支持部５０４の撓み変形と支持部５０５の撓み変形が対称になる。回転中心軸Ｃ１のＺ方向の位置が、支持部５０４と支持部５０５との略中央となり、スケール５０８におけるヘッド５０９の照射光の照射位置ＰＡがＸ方向へ移動することになる。
【００４９】
板バネ５０６は、円環形状の平面５０４Ａの外側の縁まで延びている。本実施形態では、支持部５０４と支持部５０５のサイズを略同一としている。図７（ａ）に示すように、ボルト穴５１２において回転軸Ｃ０から最も遠い位置と回転軸Ｃ０との距離をＨ２とする。また、弾性部５０３の板ばね５０６において回転軸Ｃ０から最も遠い位置と回転軸Ｃ０との距離をＷ２とする。Ｈ２≧Ｗ２としてもよいが、本実施形態では、支持部５０４と支持部５０５とを略同一のサイズとしているため、図７（ａ）に示すように、距離Ｈ２が距離Ｗ２よりも短くなるように、即ちＨ２＜Ｗ２となるように、ボルト穴５１２を配置している。支持部５０４と支持部５０５とを略同一のサイズとすることで、トルクセンサ５００の大型化を抑制している。
【００５０】
回転中心軸Ｃ１のＺ方向の位置は、距離Ｈ１と距離Ｗ１の関係により変動する。距離Ｗ１に対して距離Ｈ１が短いほど、回転中心軸Ｃ１は−Ｚ方向へと移動する。本実施形態において、Ｈ１＝０．８８×Ｗ１としてシミュレーションを行った結果、回転中心軸Ｃ１のＺ方向の位置をスケール５０８のパターン表面に略一致させることができることが確認された。
【００５１】
以上の構成により、本実施形態のトルクセンサ５００によれば、スケール５０８に対してヘッド５０９が傾いたとしても、ヘッド５０９の回転中心軸Ｃ１をスケール５０８のパターン表面近傍にすることができる。このため、トルクの計測誤差を低減することができる。したがって、トルクセンサ５００によれば、高精度にトルクを計測することができる。
【００５２】
そして、本実施形態のトルクセンサ５００によれば、センサ本体５０１が高剛性でありながらも、高分解能にトルクを計測することができる。このため、関節の力を保持するガイドを用いない関節構成のロボット２００であっても、ロボット２００の関節の剛性を高く保つことができ、剛性の低下によるロボット２００の制御性が低下するのを防ぐことができる。
【００５３】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。
【００５４】
上述の実施形態では、ロボットアームが垂直多関節のロボットアームの場合について説明したが、これに限定するものではない。ロボットアームが、例えば、水平多関節のロボットアーム、パラレルリンクのロボットアーム、種々のロボットアームであってもよい。また、ロボットアームの関節の数も６つに限定するものでもない。
【００５５】
また、ロボットアーム２０１の関節の構成例を図２に示したが、関節の構成はこれ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。即ち、上述の実施形態では、駆動部６００がリンク２１２に固定して配置され、リンク２１１と駆動部６００との間にトルクセンサ５００を配置した場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば駆動部６００がリンク２１１に固定して配置され、リンク２１２と駆動部６００との間にトルクセンサ５００を配置した場合であってもよい。この場合、トルクセンサ５００の支持部５０４は、駆動部６００に締結され、トルクセンサ５００の支持部５０５は、リンク２１２に締結されることになる。また、トルクセンサ５００の支持部５０４を直接リンク２１１に締結し、トルクセンサ５００の支持部５０５を直接リンク２１２に締結するように構成されていてもよい。このように、トルクセンサ５００にてリンク２１１，２１２間のトルクを計測できるように、支持部５０４は、固定側のリンクであるリンク２１１の側に締結され、支持部５０５は、可動側のリンクであるリンク２１２の側に締結されればよい。
【００５６】
また、駆動部６００が、サーボモータを有する場合について説明したが、駆動部６００の構成はこれに限定されるものでもない。駆動部が、例えば人工筋肉のようなデバイス等を有する場合であってもよい。
【００５７】
また、上述の実施形態では、ロボット２００の関節Ｊ１〜Ｊ６に配置したトルクセンサが、全てトルクセンサ５００である場合について説明したが、これに限定するものではない。ロボット２００の関節Ｊ１〜Ｊ６に配置したトルクセンサのうち、少なくとも１つがトルクセンサ５００であればよい。
【符号の説明】
【００５８】
２００…ロボット、２１１…リンク（第１のリンク）、２１２…リンク（第２のリンク）、５００…トルクセンサ（センサ）、５０２…エンコーダ、５０３…弾性部、５０４…支持部（第１の支持部）、５０５…支持部（第２の支持部）、５０８…スケール、５０９…ヘッド、５１１…ボルト穴（締結部位）
【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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【図９】
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