(57)【要約】【課題】小型化を図りつつ、位置制御の精度を向上させることができるロボットを提供すること。【解決手段】アームと、前記アームを回動させる駆動力を出力する回転軸を有するモーターと、前記駆動力を前記アームに伝達する歯車装置と、前記アームの固有振動数よりも高い周波数で前記回転軸を軸まわりに振動させる制御部と、を備えることを特徴とするロボット。前記制御部は、前記回転軸の振動の中心を回動方向にオフセットさせる信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームと、
前記アームを回動させる駆動力を出力する回転軸を有するモーターと、
前記駆動力を前記アームに伝達する歯車装置と、
前記アームの固有振動数よりも高い周波数で前記回転軸を軸まわりに振動させる制御部と、を備えることを特徴とするロボット。
【請求項２】
対象物を撮像する撮像部を備え、
前記制御部は、前記撮像部の撮像結果に基づいて前記モーターの駆動を制御する請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記アームが受ける角速度を検出する角速度センサーを備え、
前記制御部は、前記角速度センサーの検出結果に基づいて前記モーターの駆動を制御する請求項１または２に記載のロボット。
【請求項４】
前記アームの回動状態を検出するエンコーダーを備え、
前記制御部は、前記エンコーダーの検出結果に基づいて前記モーターの駆動を制御する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項５】
前記制御部は、前記回転軸の振動の中心を回動方向にオフセットさせる信号を出力する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項６】
前記制御部は、前記回転軸の振動の中心に対して回動方向となる振幅の期間を反対方向となる期間よりも長くする信号を出力する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項７】
前記制御部は、前記回転軸の振動を減衰させる請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項８】
前記モーターを駆動する駆動電流を前記モーターに入力するモータードライバーを備え、
前記制御部は、前記モータードライバーの動作を制御することで、前記回転軸を軸まわりに振動させる請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項９】
前記モーターを駆動する駆動電流を前記モーターに入力するモータードライバーと、
前記駆動電流に重畳させる交番電流を生成する交番成分生成部と、を備え、
前記制御部は、前記交番成分生成部の動作を制御することで、前記回転軸を軸まわりに振動させる請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
【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】
少なくとも１つのアームを含んで構成されたロボットアームを備えるロボットでは、例えば、ロボットアームの関節部をモーターにより駆動するが、一般に、そのモーターからの駆動力による回転を減速機（歯車装置）により減速することが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のロボットは、水平多関節アームの各アーム間にバネ等のテンションリンクを配設し、このテンションリンクで引張り力または圧縮力を与えることにより各アームを駆動する駆動系の減速機に片側方向の負荷を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２５４３５７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に記載のロボットでは、バネ等のテンションリンクが必要となるため、ロボットの小型化が難しいという課題がある。また、特許文献１に記載のロボットでは、減速機の静摩擦および弾性に起因するヒステリシスロス等による影響により、高精度な位置制御を行うことが難しいという課題もある。
【０００６】
本発明の目的は、小型化を図りつつ、位置制御の精度を向上させることが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、小型化を図りつつ、位置制御の精度を向上させることができるロボットを提供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、アームと、
前記アームを回動させる駆動力を出力する回転軸を有するモーターと、
前記駆動力を前記アームに伝達する歯車装置と、
前記アームの固有振動数よりも高い周波数で前記回転軸を軸まわりに振動させる制御部と、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、回転軸を軸まわりに振動させるため、歯車装置内を動摩擦状態とし、歯車装置のヒステリシスロス等に起因する不感帯を低減することができる。そのため、アームの位置制御の精度（特に絶対精度）を向上させることができる。ここで、回転軸の振動の周波数がアームの固有振動数よりも高いため、回転軸を振動させても、その振動に伴ってアームが振動することはなく、アームの高精度な位置制御が可能である。また、バネ等のテンションリンクが不要であるので小型化も図ることができる。
【００１０】
本適用例のロボットでは、対象物を撮像する撮像部を備え、
前記制御部は、前記撮像部の撮像結果に基づいて前記モーターの駆動を制御することが好ましい。
【００１１】
これにより、撮像した対象物に対してアームが所望の位置となるように高精度に制御することができる。ここで、撮像結果を用いたアームの位置制御は、絶対精度を高める上で有用である。
【００１２】
本適用例のロボットでは、前記アームが受ける角速度を検出する角速度センサーを備え、
前記制御部は、前記角速度センサーの検出結果に基づいて前記モーターの駆動を制御することが好ましい。
【００１３】
これにより、アームの制振制御を行うことができる。そのため、タクトタイムを短縮することができる。
【００１４】
本適用例のロボットでは、前記アームの回動状態を検出するエンコーダーを備え、
前記制御部は、前記エンコーダーの検出結果に基づいて前記モーターの駆動を制御することが好ましい。
【００１５】
これにより、モーターの回転軸（歯車装置の入力軸側）の回動状態を検出した結果に基づいてモーターの駆動を制御する場合に比べて、アームの位置制御を高精度に行うことができる。
【００１６】
本適用例のロボットでは、前記制御部は、前記回転軸の振動の中心を回動方向にオフセットさせる信号を出力することが好ましい。
【００１７】
これにより、比較的簡単な構成で、モーターの回転軸を振動させつつアームの円滑な駆動を行うことができる。
【００１８】
本適用例のロボットでは、前記制御部は、前記回転軸の振動の中心に対して回動方向となる振幅の期間を反対方向となる期間よりも長くする信号を出力することが好ましい。
【００１９】
これにより、比較的簡単な構成で、モーターの回転軸を振動させつつアームの駆動を行うことができる。
【００２０】
本適用例のロボットでは、前記制御部は、前記回転軸の振動を減衰させることが好ましい。
【００２１】
これにより、省電力化を図ったり、歯車装置にかかる負荷を低減したりすることができる。
【００２２】
本適用例のロボットでは、前記モーターを駆動する駆動電流を前記モーターに入力するモータードライバーを備え、
前記制御部は、前記モータードライバーの動作を制御することで、前記回転軸を軸まわりに振動させることが好ましい。
【００２３】
これにより、比較的簡単な構成で、モーターの回転軸を振動させつつアームの駆動を行うことができる。
【００２４】
本適用例のロボットでは、前記モーターを駆動する駆動電流を前記モーターに入力するモータードライバーと、
前記駆動電流に重畳させる交番電流を生成する交番成分生成部と、を備え、
前記制御部は、前記交番成分生成部の動作を制御することで、前記回転軸を軸まわりに振動させることが好ましい。
【００２５】
これにより、比較的簡単な構成で、モーターの回転軸を振動させつつアームの駆動を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットの概略構成を示す側面図である。
【図２】図１に示すロボットの制御系を示すブロック図である。
【図３】図１に示すロボットが備える歯車装置を示す縦断面図である。
【図４】図３に示す歯車装置本体の正面図（軸線ａ方向から見た図）である。
【図５】波動歯車装置のヒステリシスロスを説明するためのグラフ（入力トルクと出力角度との関係を示すグラフ）である。
【図６】モーターの正転時のトルクの変遷を示すグラフである。
【図７】モーターの逆転時のトルクの変遷を示すグラフである。
【図８】モーターの正転時から停止までのトルクの変遷を示すグラフである。
【図９】モーターの正転時のトルクの変遷の変形例を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るロボットの制御系を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るロボットの制御系を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係るロボットの概略構成を示す側面図である。
【図１３】図１２に示すロボットの制御系を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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の概略構成を示す側面図である。図２は、図１に示すロボットの制御系を示すブロック図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１中の基台側を「基端側」、その反対側（エンドエフェクター側）を「先端側」と言う。また、図１の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。
【００２８】
図１に示すロボット１は、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に用いられるロボットである。このロボット１は、図１に示すように、基台１１と、第１アーム１２（アーム）と、第２アーム１３（アーム）と、作業ヘッド１４と、エンドエフェクター１５と、配線引き回し部１６と、モーター１７と、歯車装置１８と、制御装置１９と、角速度センサー２０と、を有している。以下、まず、ロボット１の概略について説明する。
【００２９】
基台１１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１１の内部には、ロボット１を統括制御する制御装置１９が設置されている。また、基台１１には、基台１１に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｊ１（回動軸）まわりに回動可能に第１アーム１２が連結している。第１アーム１２の先端部には、第１アーム１２に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２（回動軸）まわりに回動可能に第２アーム１３が連結している。第２アーム１３の先端部には、作業ヘッド１４が配置されている。作業ヘッド１４は、第２アーム１３の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト１４１を有している。スプラインシャフト１４１は、第２アーム１３に対して、その軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。スプラインシャフト１４１の先端部（下端部）には、エンドエフェクター１５が連結されている。エンドエフェクター１５としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの等が挙げられる。
【００３０】
ここで、基台１１内には、第１アーム１２を回動させる駆動力を発生させる第１モーターとしてのモーター１７と、モーター１７の駆動力による回転を減速する第１減速機としての歯車装置１８とが設置されている。モーター１７としては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いることができる。モーター１７は、モータードライバー２１を介して制御装置１９に接続されている。歯車装置１８（減速機）としては、例えば、遊星ギア型の減速機、波動歯車装置等を用いることができる。歯車装置１８の入力軸には、モーター１７の回転軸が連結され、歯車装置１８の出力軸には、第１アーム１２が連結されている。また、ロボット１は、基台１１に対する第１アーム１２の回転角度を検出する第１角度センサーとしての角度センサー２４を有する（図２参照）。角度センサー２４としては、例えば、磁気式、光学式等のロータリーエンコーダー等を用いることができる。
【００３１】
同様に、第２アーム１３内には、第２アーム１３を回動させる駆動力を発生させる第２モーターとしてのモーター１７と、モーター１７の駆動力による回転を減速する第２減速機としての歯車装置１８とが設置されている。また、ロボット１は、第１アーム１２に対する第２アーム１３の回転角度を検出する第２角度センサーとしての角度センサー２４を有する（図２参照）。
【００３２】
また、第２アーム１３内には、図示しないが、回転モーターおよび昇降モーターが配置されている。回転モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナットに伝達され、スプラインナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が鉛直方向に沿う軸Ｊ３まわりに正逆回転する。一方、昇降モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナットに伝達され、ボールネジナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が上下に移動する。
【００３３】
このように第２アーム１３内に配置された各電子部品（例えば、第２モーター、回転モーター、昇降モーター等）に接続される複数の配線は、第２アーム１３と基台１１とを連結する管状の配線引き回し部１６内を通って基台１１内まで引き回されている。さらに、かかる複数の配線は、基台１１内でまとめられることによって、基台１１内の配線とともに、基台１１内に設置された制御装置１９まで引き回される。
【００３４】
以上、ロボット１の概略について説明した。このロボット１では、歯車装置１８に起因する不感帯を低減するべく、制御装置１９が必要時にモーター１７の回転軸を軸まわりに振動させる。モーター１７の駆動制御については、後に詳述するが、その説明に先立ち、以下、歯車装置１８（第１減速機）の構成の一例を説明する。なお、以下では、基台１１に対して第１アーム１２を回動させる場合について説明する。
【００３５】
（歯車装置）
図３は、図１に示すロボットが備える歯車装置を示す縦断面図である。図４は、図３に示す歯車装置本体の正面図（軸線ａ方向から見た図）である。図５は、波動歯車装置のヒステリシスロスを説明するためのグラフ（入力トルクと出力角度との関係を示すグラフ）である。なお、各図では、説明の便宜上、必要に応じて各部の寸法を適宜誇張して図示しており、また、各部間の寸法比は実際の寸法比とは必ずしも一致しない。
【００３６】
図３に示す歯車装置１８は、波動歯車装置であり、本実施形態では、減速機として用いられる。この歯車装置１８は、歯車装置本体３０と、歯車装置本体３０を収納しているケース４０と、を有し、これらがユニット化されている。ここで、歯車装置１８のケース４０内には、グリース等の潤滑剤が配置されている。なお、ケース４０は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
【００３７】
歯車装置本体３０は、内歯歯車である剛性歯車３１と、剛性歯車３１の内側に配置されているカップ型の外歯歯車である可撓性歯車３２と、可撓性歯車３２の内側に配置されている波動発生器３３と、を有している。
【００３８】
本実施形態では、剛性歯車３１が前述したロボット１の基台１１（第１部材）にケース４０を介して固定（接続）され、可撓性歯車３２が前述したロボット１の第１アーム１２（第２部材）に接続され、波動発生器３３が前述したロボット１の基台１１に配置されているモーター１７の回転軸に接続されている。
【００３９】
モーター１７の回転軸が回転する（すなわち駆動力が発生する）と、波動発生器３３はモーター１７の回転軸と同じ回転速度で回転する。そして、剛性歯車３１および可撓性歯車３２は、互いに歯数が異なるため、互いの噛み合い位置が周方向に移動しながら軸線ａまわりに相対的に回転する。本実施形態では剛性歯車３１の歯数の方が可撓性歯車３２の歯数より多いため、モーター１７の回転軸の回転速度よりも低い回転速度で可撓性歯車３２を回転させることができる。すなわち、波動発生器３３を入力軸側、可撓性歯車３２を出力軸側とする減速機を実現することができる。
【００４０】
なお、ケース４０の形態によっては、可撓性歯車３２を基台１１に固定（接続）し、剛性歯車３１を第１アーム１２に接続しても、歯車装置１８を減速機として用いることができる。また、可撓性歯車３２にモーター１７の回転軸を接続しても、歯車装置１８を減速機として用いることができ、この場合、波動発生器３３を基台１１に固定（接続）し、剛性歯車３１を第１アーム１２に接続すればよい。また、歯車装置１８を増速機として用いる場合（モーター１７の回転軸の回転速度よりも高い回転速度で可撓性歯車３２を回転させる場合）、前述した入力側と出力側との関係を反対にすればよい。
【００４１】
図３および図４に示すように、剛性歯車３１は、径方向に実質的に撓まない剛体で構成された歯車であって、内歯３１１を有するリング状の内歯歯車である。本実施形態では、剛性歯車３１は平歯車である。すなわち、内歯３１１は、軸線ａに対して平行な歯スジを有する。なお、内歯３１１の歯スジは、軸線ａに対して傾斜していてもよい。すなわち、剛性歯車３１は、はすば歯車またはやまば歯車であってもよい。
【００４２】
図３および図４に示すように、可撓性歯車３２は、剛性歯車３１の内側に挿通されている。この可撓性歯車３２は、径方向に撓み変形可能な可撓性を有する歯車であって、剛性歯車３１の内歯３１１に噛み合う外歯３２１（歯）を有する外歯歯車である。また、可撓性歯車３２の歯数は、剛性歯車３１の歯数よりも少ない。このように可撓性歯車３２および剛性歯車３１の歯数が互いに異なることにより、減速機を実現することができる。
【００４３】
本実施形態では、可撓性歯車３２は、軸線ａ方向での一端（図３中右側の端部）が開口したカップ状をなし、その開口から他端に向かって外歯３２１が形成されている。なお、可撓性歯車３２は、軸線ａ方向での他端部にフランジ部を設けた形状（ハット状）をなしていてもよい。
【００４４】
図３および図４に示すように、波動発生器３３は、可撓性歯車３２の内側に配置され、軸線ａまわりに回転可能である。そして、波動発生器３３は、可撓性歯車３２の開口部の横断面を長軸Ｌａおよび短軸Ｌｂとする楕円形または長円形に変形させて、外歯３２１を剛性歯車３１の内歯３１１に噛み合わせる。ここで、可撓性歯車３２および剛性歯車３１は、同一の軸線ａまわりに回転可能に互いに内外で噛み合わされることとなる。
【００４５】
本実施形態では、波動発生器３３は、カム３３１と、カム３３１の外周に装着されている軸受３３２と、を有している。このような波動発生器３３は、カム３３１の軸線ａまわりの回転に伴って、剛性歯車３１および可撓性歯車３２の互いの噛み合い位置を周方向に移動させる。
【００４６】
このような剛性歯車３１、可撓性歯車３２および波動発生器３３は、それぞれ、金属材料で構成されていることが好ましく、特に、機械的特性および加工性に優れ、かつ、比較的安価であることから、例えば、鋳鉄、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）、マルエージング鋼および析出硬化型ステンレス鋼等の鉄系材料であることがより好ましい。
【００４７】
図３に示すケース４０は、軸受４３を介して軸４５（出力軸）を支持しているカップ状の本体４１と、軸受４４を介して軸４６（入力軸：例えばモーター１７の回転軸）を支持している略板状の蓋体４２と、を有する。ここで、蓋体４２と本体４１とは互いに連結（固定）されている。また、蓋体４２および本体４１の少なくとも一方には、前述した歯車装置本体３０の剛性歯車３１が例えばネジ止め等により固定されている。このようなケース４０は、前述したロボット１の基台１１に固定されている。ここで、蓋体４２は、基台１１と別体であって、例えばネジ止め等により基台１１に固定されていてもよいし、基台１１と一体であってもよい。また、ケース４０（蓋体４２、本体４１）の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、金属材料、セラミックス材料等が挙げられる。
【００４８】
以上、歯車装置１８の構成の一例について説明した。このような歯車装置１８では、軸４６を固定し、軸４５にトルクを加えるとトルクに比例したねじれが発生する。ここで、トルクを定格まで加えた後に「ゼロ」に戻した場合、歯車装置１８内の静摩擦および弾性等の影響により、ねじれは完全に「ゼロ」にならずにわずかな量が残る。これをヒステリシスロス（図５参照）と呼ぶ。なお、図５は、軸４５に加えるトルクをゼロから＋αおよび−αにそれぞれ増減させたときの軸４５のねじれ角度の変化を示す。
【００４９】
このようなヒステリシスロス等による歯車装置１８の微小入力時における不感帯を低減すべく、ロボット１では、以下のようなモーター１７の駆動制御を行う。
【００５０】
（モーターの駆動制御）
図６は、モーターの正転時のトルクの変遷を示すグラフである。図７は、モーターの逆転時のトルクの変遷を示すグラフである。図８は、モーターの正転時から停止までのトルクの変遷を示すグラフである。
【００５１】
制御装置１９は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサー１９１（制御部）と、ＲＯＭ（Read only memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリー１９２（記憶部）と、を有し、メモリー１９２に記憶されたプログラムをプロセッサー１９１が適宜読み込んで実行することで、以下の各種機能を実現する。
【００５２】
プロセッサー１９１は、角度センサー２４の検出結果に基づいて、モータードライバー２１の動作を制御する機能を有する。ここで、プロセッサー１９１は、角度センサー２４の検出結果に基づいて、モーター１７のトルクを制御するトルク制御部１９３を有する。このトルク制御部１９３は、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させるように、モーター１７への駆動電流の通電パターンおよびタイミングを制御してモーター１７のトルクを制御する。このような制御により、モーター１７は、モーター１７の回転軸をある方向に回転（以下、「正転」と言う）させる状態と、当該方向とは反対方向に回転（以下、「逆転」と言う）させる状態とを交互に繰り返す。これにより、歯車装置１８内を動摩擦状態とし、歯車装置１８のヒステリシスロス等に起因する不感帯を低減することができる。ここで、モーター１７の回転軸の振動の周波数は、ロボットアーム１０の固有振動数よりも高い。これにより、モーター１７の回転軸を振動させても、その振動に伴って第１アーム１２、第２アーム１３およびロボットアーム１０が振動することはなく、ロボットアーム１０の高精度な位置精度が可能である。
【００５３】
前述したようなモーター１７の回転軸の振動は、例えば、ロボットアーム１０を微小動作させる際に好適に用いられる。例えば、モーター１７を正転させてロボットアーム１０の微小動作を行う場合、図６に示すように、モーター１７に、正転側のトルクを逆転側のトルクよりも大きくしつつ、正転側のトルクと逆転側のトルクとを交互に発生させる。これにより、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させながら正転させることができる。同様に、モーター１７を逆転させてロボットアーム１０の微小動作を行う場合、図７に示すように、モーター１７に、逆転側のトルクを正転側のトルクよりも大きくしつつ、正転側のトルクと逆転側のトルクとを交互に発生させる。これにより、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させながら逆転させることができる。
【００５４】
ここで、図６に示す例では、周期Ａおよび振幅Ｂを有する正弦波を正転側にオフセットさせた波形でモーター１７のトルクを変化させる。また、図７に示す例では、周期Ａおよび振幅Ｂを有する正弦波を逆転側にオフセットさせた波形でモーター１７のトルクを変化させる。なお、トルクの波形は、図６および図７に示す波形に限定されず、例えば、矩形波状、三角波状等をなしていてもよい。
【００５５】
また、前述したようなモーター１７の回転軸の振動は、例えば、ロボットアーム１０が目的位置に近づいたときに好適に用いられる。例えば、モーター１７を正転させてロボットアーム１０を目的位置まで駆動する場合、図８に示すように、目的位置に近づいたとき（図８中時間ｔ１までの期間Ｔ１）、前述した図６と同様、モーター１７に、正転側のトルクを逆転側のトルクよりも大きくしつつ、正転側のトルクと逆転側のトルクとを交互に発生させる。これにより、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させながら正転させることができる。
【００５６】
そして、ロボットアーム１０が目的位置に達したとき（図８中時間ｔ１からｔ２までの期間Ｔ２）、モーター１７に、正転側のトルクと逆転側のトルクとを等しくしつつ、正転側のトルクと逆転側のトルクとを交互に発生させる。これにより、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させて歯車装置１８の動摩擦状態を維持しながら、ロボットアーム１０を目的位置に停止させることができる。
【００５７】
その後（図８中時間ｔ２以降の期間Ｔ３）、モーター１７の正転側および逆転側のトルクを減衰させてもよい。これにより、ロボットアーム１０を再度駆動するまでの時間が長時間に及ぶ場合に、省電力化を図ることができる。ただし、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させて歯車装置１８の動摩擦状態を維持しておくことで、その後にロボットアーム１０を異なる目的位置に微小移動させる場合においても、ロボットアームの位置制御を迅速かつ高精度に行うことができるという利点がある。
【００５８】
モーター１７のトルクは、モーター１７を駆動する駆動電流に比例する。そのため、前述したようなトルクでモーター１７を駆動するには、駆動電流を前述した図６ないし図８に示す波形と同様な波形で脈動させればよい。なお、ロボットアーム１０が目的位置まで遠い状態にあるとき（例えば図８に示す期間Ｔ１よりも前の期間）、駆動電流を脈動させてもよいしさせなくてもよいが、ロボットアーム１０を円滑に駆動すべく、モーター１７に正転側または逆転側のいずれかトルクを発生させるような駆動電流を用いることが好ましい。
【００５９】
また、図６および図７に示すトルクの振幅は、特に限定されないが、ヒステリシスロス角をθ［ｒａｄ］とし、歯車装置１８のバネ定数をＫ［Ｎｍ／ｒａｄ］とし、歯車装置１８の減速比をＲとしたとき、Ｋθ／Ｒ程度（０．１Ｋθ／Ｒ以上１０Ｋθ／Ｒ以下の範囲内）にあることが好ましい。これにより、モーター１７およびこれに関する電気的な負荷を低減することができる。
【００６０】
また、モーター１７の回転軸の軸まわりの振動の周波数は、ロボットアーム１０の固有振動数（約１０Ｈｚ程度）よりも高ければよいが、第１アーム１２および第２アーム１３のそれぞれの固有振動数よりも高いことが好ましい。これにより、モーター１７の回転軸の振動に伴う第１アーム１２および第２アーム１３の振動を低減することができる。さらに、モーター１７の回転軸の軸まわりの振動の周波数は、ロボットアーム１０の固有振動数に対して、１０倍以上であることが好ましく、１０倍以上１００００倍以下の範囲内にあることがより好ましい。これにより、モーター１７の回転軸を好適に振動させつつ、当該振動に伴うロボットアーム１０の振動を低減することができる。
【００６１】
また、モーター１７の回転軸の軸まわりの振動の角度振幅は、特に限定されないが、ヒステリシスロス角をθ［ｒａｄ］とし、歯車装置１８の減速比をＲとしたとき、θ×Ｒ程度（０．１θ×Ｒ以上１０θ×Ｒ以下の範囲内）にあることが好ましく、より具体的には、１［ｒａｄ］以上５［ｒａｄ］以下の範囲内にあることが好ましい。これにより、モーター１７の振動が歯車装置１８から出力されるのを低減することができる。
【００６２】
以上のように、ロボット１は、回動可能に設けられているアームであるロボットアーム１０と、ロボットアーム１０を回動させる駆動力を出力する回転軸を有するモーター１７と、モーター１７の駆動力をロボットアーム１０に伝達する歯車装置１８と、ロボットアーム１０の固有振動数よりも高い周波数でモーター１７の回転軸を軸まわりに振動させる制御部であるプロセッサー１９１と、を備える。
【００６３】
このようなロボット１によれば、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させるため、歯車装置１８内を動摩擦状態とし、歯車装置１８のヒステリシスロス等に起因する不感帯を低減することができる。そのため、ロボットアーム１０の位置制御の精度（特に絶対精度）を向上させることができる。ここで、モーター１７の回転軸の振動の周波数がロボットアーム１０の固有振動数よりも高いため、モーター１７の回転軸を振動させても、その振動に伴ってロボットアーム１０が振動することはなく、ロボットアーム１０の高精度な位置制御が可能である。また、バネ等のテンションリンクが不要であるので小型化も図ることができる。
【００６４】
本実施形態のロボット１は、ロボットアーム１０（アーム）が受ける角速度を検出する角速度センサー２０を備える。そして、プロセッサー１９１（制御部）は、角速度センサー２０の検出結果に基づいてモーター１７の駆動を制御する。これにより、ロボットアーム１０の制振制御を行うことができる。そのため、タクトタイムを短縮することができる。
【００６５】
また、ロボット１は、ロボットアーム１０（アーム）の回動状態を検出するエンコーダーである角度センサー２４を備える。そして、プロセッサー１９１（制御部）は、角度センサー２４の検出結果に基づいてモーター１７の駆動を制御する。これにより、モーター１７の回転軸（歯車装置１８の入力軸側）の回動状態を検出した結果に基づいてモーター１７の駆動を制御する場合に比べて、ロボットアーム１０の位置制御を高精度に行うことができる。
【００６６】
さらに、ロボット１は、モーター１７を駆動する駆動電流をモーター１７に入力するモータードライバー２１を備える。そして、プロセッサー１９１（制御部）は、モータードライバー２１の動作を制御することで、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させる。これにより、比較的簡単な構成で、モーター１７の回転軸を振動させつつロボットアーム１０の駆動を行うことができる。
【００６７】
本実施形態のプロセッサー１９１は、図６および図７に示すようなトルクをモーター１７に発生させるようにモータードライバー２１に信号を出力する。すなわち、プロセッサー１９１（制御部）は、モーター１７の回転軸の振動の中心（図６および図７中の破線）を回動方向にオフセットさせる信号を出力する。これにより、比較的簡単な構成で、モーター１７の回転軸を振動させつつロボットアーム１０の円滑な駆動を行うことができる。
【００６８】
また、プロセッサー１９１（制御部）は、図８の期間Ｔ３のように、モーター１７の回転軸の振動を減衰させる。これにより、省電力化を図ったり、歯車装置１８にかかる負荷を低減したりすることができる。
【００６９】
なお、前述した実施形態では、基台１１に対して第１アーム１２を回動させる場合を例に説明したが、第１アーム１２に対して第２アーム１３を回動させる場合についても同様である。この場合、第２アーム１３を回動させるためのモーター１７の回転軸を、第２アーム１３の固有振動数よりも高い周波数で軸まわりに振動させればよい。
【００７０】
（変形例）
図９は、モーターの正転時のトルクの変遷の変形例を示すグラフである。
【００７１】
前述した実施形態では、モーター１７の正転側のトルクと逆転側のトルクとの大きさを互いに異ならせることで、モーター１７の回転軸を振動させつつ正転または逆転させる場合を例に説明した。モーター１７のトルクの波形は、これに限定されず、例えば、モーター１７の正転側のトルクと逆転側のトルクとの大きさが互いに等しくてもよく、この場合、これらのトルクの発生期間の長さを互いに異ならせることによって、モーター１７の回転軸を振動させつつ正転または逆転させることができる。
【００７２】
例えば、モーター１７を正転させてロボットアーム１０の微小動作を行う場合、図９に示すように、モーター１７に、正転側のトルクの発生期間Ｅを逆転側のトルクの発生期間Ｆよりも長くしつつ、正転側のトルクと逆転側のトルクとを交互に発生させる。これにより、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させながら正転させることができる。図９に示す例では、周期Ｃおよび振幅Ｄを有する矩形波であって正転側のトルクの発生期間Ｅを逆転側のトルクの発生期間Ｆよりも長くした波形でモーター１７のトルクを変化させる。なお、かかる波形は、矩形波状に限定されず、例えば、三角波状等であってもよい。
【００７３】
ここで、制御装置１９のプロセッサー１９１は、前述したトルクをモーター１７に発生させるようにモータードライバー２１に信号を出力する。すなわち、プロセッサー１９１（制御部）は、モーター１７の回転軸の振動の中心に対して回動方向となる振幅の期間（発生期間）を反対方向となる期間よりも長くする信号を出力する。これにより、比較的簡単な構成で、モーター１７の回転軸を振動させつつロボットアーム１０の駆動を行うことができる。
【００７４】
＜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。
図１０は、本発明の第２実施形態に係るロボットの制御系を示すブロック図である。
【００７５】
本実施形態は、制御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。
【００７６】
本実施形態のロボット１Ａは、図１０に示すように、ロボット１Ａの各部を制御する制御装置１９Ａを備える。この制御装置１９Ａは、プロセッサー１９１Ａ（制御部）およびメモリー１９２を備えており、メモリー１９２に記憶されたプログラムをプロセッサー１９１Ａが適宜読み込んで実行することで各種機能を実現する。
【００７７】
プロセッサー１９１Ａは、角度センサー２４の検出結果に基づいて、モーター１７の回転角度を制御する角度制御部１９４を有する。この角度制御部１９４は、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させるように、モーター１７の回転角度を制御する。このような制御により、モーター１７は、モーター１７の回転軸を正転させる状態と逆転させる状態とを交互に繰り返す。
【００７８】
以上説明したような第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させることができる。
【００７９】
＜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。
図１１は、本発明の第３実施形態に係るロボットの制御系を示すブロック図である。
【００８０】
本実施形態は、制御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１１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。
【００８１】
本実施形態のロボット１Ｂは、図１１に示すように、交番電流（脈動電流）を発生させる交番成分生成部２２を備える。この交番成分生成部２２で発生した交番電流は、モータードライバー２１からの駆動電流に重畳されてモーター１７に供給される。これにより、前述した第１実施形態と同様、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させることができる。ここで、交番成分生成部２２は一定の周波数かつ一定の振幅で交番電流を発生させ、常に駆動電流に重畳させてもよいし、制御装置１９のプロセッサー１９１が、角度センサー２４の検出結果に基づいて、交番成分生成部２２の駆動を制御することもできる。
【００８２】
以上説明したような第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させることができる。
【００８３】
本実施形態のロボット１Ｂは、モーター１７を駆動する駆動電流をモーター１７に入力するモータードライバー２１と、駆動電流に重畳させる交番電流を生成する交番成分生成部２２と、を備える。そして、プロセッサー１９１（制御部）は、交番成分生成部２２の動作を制御することで、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させる。これにより、比較的簡単な構成で、モーター１７の回転軸を振動させつつロボットアーム１０の駆動を行うことができる。
【００８４】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
【００８５】
図１２は、本発明の第４実施形態に係るロボットの概略構成を示す側面図である。図１３は、図１２に示すロボットの制御系を示すブロック図である。
【００８６】
本実施形態は、主に６軸ロボットに本発明を適用したこと以外は、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。
【００８７】
図１２に示すロボット１Ｃは、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１Ｃは、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース５１と、ベース５１に回動軸Ｏ１まわりに回動自在に連結されたアーム５２と、アーム５２に回動軸Ｏ２まわりに回動自在に連結されたアーム５３と、アーム５３に回動軸Ｏ３まわりに回動自在に連結されたアーム５４と、アーム５４に回動軸Ｏ４まわりに回動自在に連結されたアーム５５と、アーム５５に回動軸Ｏ５まわりに回動自在に連結されたアーム５６と、アーム５６に回動軸Ｏ６まわりに回動自在に連結されたアーム５７と、これらアーム５２〜５７からなるロボットアーム５０の駆動を制御する制御装置１９Ｃと、を有している。また、アーム５７の先端部には、ロボット１Ｃに実行させる作業に応じたエンドエフェクター５８が装着されている。また、アーム５７の側面には、カメラ２３が取り付けられている。
【００８８】
また、図１３に示すように、ロボット１Ｃが有する各関節部には、モーター１７、歯車装置１８および角度センサー２４が設けられており、制御装置１９Ｃは、各関節部の角度センサー２４の出力に基づいて、各関節部のモーター１７の駆動を制御する。また、制御装置１９Ｃは、カメラ２３の撮像画像に基づいて、モーター１７の駆動を制御することもできる。
【００８９】
以上説明したような第４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させることができる。すなわち、ロボット１Ｃによれば、モーター１７の回転軸を軸まわりに振動させる。これにより、歯車装置１８内を動摩擦状態とし、歯車装置１８のヒステリシスロス等に起因する不感帯を低減することができる。そのため、ロボットアーム５０の位置制御の精度（特に絶対精度）を向上させることができる。ここで、モーター１７の回転軸の振動の周波数がロボットアーム５０の固有振動数よりも高い。これにより、モーター１７の回転軸を振動させても、その振動に伴ってロボットアーム５０が振動することはなく、ロボットアーム５０の高精度な位置制御が可能である。
【００９０】
本実施形態のロボット１Ｃは、対象物（部品）を撮像する撮像部であるカメラ２３を備える。そして、プロセッサー１９１（制御部）は、カメラ２３の撮像結果に基づいてモーター１７の駆動を制御する。これにより、撮像した対象物に対してロボットアーム５０が所望の位置となるように高精度に制御することができる。ここで、撮像結果を用いたロボットアーム５０の位置制御は、絶対精度を高める上で有用である。
【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、本発明のロボットの関節数は、前述した実施形態に限定されず、少なくとも１つあればよく、任意である。
【００９３】
前述した実施形態では、歯車装置が波動歯車装置である場合を例に説明したが、歯車装置は、これに限定されず、例えば、遊星歯車減速機等の減速機であってもよい。また、前述した実施形態では、歯車装置が減速機である場合を例に説明したが、歯車装置は、これに限定されず、例えば、減速機能を有しない歯車装置等であってもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１…ロボット、１Ａ…ロボット、１Ｂ…ロボット、１Ｃ…ロボット、１０…ロボットアーム、１１…基台、１２…第１アーム、１３…第２アーム、１４…作業ヘッド、１５…エンドエフェクター、１６…配線引き回し部、１７…モーター、１８…歯車装置、１９…制御装置、１９Ａ…制御装置、１９Ｃ…制御装置、２０…角速度センサー、２１…モータードライバー、２２…交番成分生成部、２３…カメラ、２４…角度センサー、３０…歯車装置本体、３１…剛性歯車、３２…可撓性歯車、３３…波動発生器、４０…ケース、４１…本体、４２…蓋体、４３…軸受、４４…軸受、４５…軸、４６…軸、５０…ロボットアーム、５１…ベース、５２…アーム、５３…アーム、５４…アーム、５５…アーム、５６…アーム、５７…アーム、５８…エンドエフェクター、１４１…スプラインシャフト、１９１…プロセッサー、１９１Ａ…プロセッサー、１９２…メモリー、１９３…トルク制御部、１９４…角度制御部、３１１…内歯、３２１…外歯、３３１…カム、３３２…軸受、Ａ…周期、Ｂ…振幅、Ｃ…周期、Ｄ…振幅、Ｅ…発生期間、Ｆ…発生期間、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…軸、Ｌａ…長軸、Ｌｂ…短軸、Ｏ１…回動軸、Ｏ２…回動軸、Ｏ３…回動軸、Ｏ４…回動軸、Ｏ５…回動軸、Ｏ６…回動軸、Ｔ１…期間、Ｔ２…期間、Ｔ３…期間、ａ…軸線
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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