(57)【要約】      （修正有）【課題】配線またはロボット全体の構成を見直すことにより、製造コストを削減した多関節ロボットを提供する。【解決手段】多関節ロボットは、第１モータ２２６と、前記第１モータを収容する第１空間を有する第１部位と、前記第１部位に接続され、前記第１部位を回転させる第２モータ２２５と、前記第２モータを収容する第２空間を有する第２部位とを備える。前記第２空間内には、入力される制御信号から前記第１モータの巻線に与えられる第１スイッチング信号を生成する第１スイッチング信号生成回路２８６と、前記制御信号から前記第２モータの巻線に与えられる第２スイッチング信号を生成する第２スイッチング信号生成回路２８５とが配置される。中間配線３０６は、前記第１スイッチング信号、または、前記第１スイッチング信号に基づいて動作するスイッチ群から出力される電力を前記第２空間から前記第１空間へと導く。【選択図】図４
2019155532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１モータと、
前記第１モータを収容する第１空間を有する第１部位と、
前記第１部位に接続され、前記第１部位を回転させる第２モータと、
前記第２モータを収容する第２空間を有する第２部位と、
前記第２空間内に配置され、入力される制御信号から前記第１モータの巻線に与えられる電圧の変化を指示する第１スイッチング信号を生成する第１スイッチング信号生成回路と、
前記第２空間内に配置され、前記制御信号から前記第２モータの巻線に与えられる電圧の変化を指示する第２スイッチング信号を生成する第２スイッチング信号生成回路と、
前記第１スイッチング信号、または、前記第１スイッチング信号に基づいて動作するスイッチ群から出力される電力を前記第２空間から前記第１空間へと導く中間配線と、
を備える、多関節ロボット。
【請求項２】
前記第１モータが、多関節構造に含まれるモータのうち、最も先端側のモータである、請求項１に記載の多関節ロボット。
【請求項３】
前記中間配線の長さが、多関節構造に沿って配置されるモータ電源線の長さの１／３以下である、請求項１または２に記載の多関節ロボット。
【請求項４】
前記第２部位に接続され、前記第２部位を回転させる第３モータと、
前記第３モータを収容する第３空間を有する第３部位と、
前記第２空間内に配置され、前記制御信号から前記第３モータの巻線に与えられる電圧の変化を指示する第３スイッチング信号を生成する第３スイッチング信号生成回路と、
前記第３スイッチング信号、または、前記第３スイッチング信号に基づいて動作するスイッチ群から出力される電力を前記第２空間から前記第３空間へと導く他の中間配線と、
をさらに備える、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の多関節ロボット。
【請求項５】
前記他の中間配線の長さが、多関節構造に沿って配置されるモータ電源線の長さの１／３以下である、請求項４に記載の多関節ロボット。
【請求項６】
前記制御信号が、多関節構造が有する複数のモータのうち、２以上のモータをそれぞれ収容する２以上の空間内へと個別の制御線を介して導かれ、
前記第１モータが、前記多関節構造において前記第２モータよりも先端側に位置する、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の多関節ロボット。
【請求項７】
前記第１空間において、前記中間配線の接続端子が前記第１モータの前記第２モータ側に位置し、
前記第２空間において、前記中間配線の他の接続端子が前記第２モータの前記第１モータ側に位置する、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の多関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のモータを含む多関節ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な分野で利用されるロボットの１つとして、複数のモータを介して複数の部材を連結し、複雑な動きを実現する多関節ロボットがある。多関節ロボットでは、複数のモータを駆動するため、多数の配線が設けられる。従来の多関節ロボットの一例では、各モータと制御部とが個別の制御線にて接続され、各モータ内には制御信号から巻線に供給する電力を生成する回路が設けられる。この場合、多数の制御線が多関節ロボット内に配置される。そのため、ロボット製造時に煩雑な配線作業が必要となる。
【０００３】
特開２０１７−５６５２１号公報には、信号線の数を削減することにより、アームを細くする技術が開示されている。特開２０１７−５６５２１号公報の図７では、１つの制御部に２つのモータドライバが接続され、２つのモータドライバから２つのモータにそれぞれ電力が供給される。
【特許文献１】特開２０１７−５６５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特開２０１７−５６５２１号公報では、制御部はロボットの外部に配置され、モータドライバに入力されるスイッチング信号を生成する。したがって、仮にモータドライバをロボットのアーム内に配置したとしても、モータと制御部との接続に多数の線が必要になる。このように、従来の多関節ロボットでは配線の数が多いため、ロボット製造時の配線作業が煩雑であり、製造コストの削減が困難であった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされており、多関節ロボットにおける配線または全体の構成を見直すことにより、多関節ロボットの製造コストを削減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の例示的な一の実施形態に係る多関節ロボットは、第１モータと、前記第１モータを収容する第１空間を有する第１部位と、前記第１部位に接続され、前記第１部位を回転させる第２モータと、前記第２モータを収容する第２空間を有する第２部位と、前記第２空間内に配置され、入力される制御信号から前記第１モータの巻線に与えられる電圧の変化を指示する第１スイッチング信号を生成する第１スイッチング信号生成回路と、前記第２空間内に配置され、前記制御信号から前記第２モータの巻線に与えられる電圧の変化を指示する第２スイッチング信号を生成する第２スイッチング信号生成回路と、前記第１スイッチング信号、または、前記第１スイッチング信号に基づいて動作するスイッチ群から出力される電力を前記第２空間から前記第１空間へと導く中間配線と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、多関節ロボットの製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、多関節ロボットの概略図である。
【図２】図２は、ロボット本体の一部を示す図である。
【図３】図３は、ロボット本体の一部を示す図である。
【図４】図４は、２つのモータ部の構成および配線の接続の一例を示す図である。
【図５】図５は、２つのモータ部の構成および配線の接続の他の例を示す図である。
【図６】図６は、２つのモータ部の構成および配線の接続のさらに他の例を示す図である。
【図７】図７は、ロボット本体の一部を示す図である。
【図８】図８は、３つのモータ部の構成および配線の接続の一例を示す図である。
【図９】図９は、ロボット本体の一部を示す図である。
【図１０】図１０は、４つのモータ部の構成および配線の接続の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係る多関節ロボット１の概略図である。多関節ロボット１は、電源１０１と、制御部１０２と、ロボット本体１０３と、を含む。電源１０１とロボット本体１０３とは電源線１１１にて接続される。制御部１０２とロボット本体１０３とは制御線１１２にて接続される。図１では電源線１１１および制御線１１２をそれぞれ１つの線にて示しているが、複数の線が束ねられていてもよい。電源線１１１および制御線１１２の数はそれぞれ１以上であり、これらの数はロボット本体１０３の構成に依存する。
【００１０】
ロボット本体１０３は、ベース部２００と、第１アーム部２０１と、第２アーム部２０２と、第３アーム部２０３と、第４アーム部２０４と、第５アーム部２０５と、第６アーム部２０６と、を含む。なお、「アーム部」という表現はロボットの説明の都合上の表現であり、実際にアーム状である必要はない。アーム部は、モータにより移動または回転する部位、すなわち、１つの部材または結合された複数の部材である。
【００１１】
ベース部２００は、床に固定される。第１アーム部２０１内には第１モータ部２１１が配置される。ベース部２００と第１アーム部２０１とは、第１モータ部２１１を介して接続される。第１モータ部２１１は、ベース部２００に対して第１アーム部２０１を鉛直方向を向く軸Ｊ１を中心に回転する。
【００１２】
第２アーム部２０２内には第２モータ部２１２と第３モータ部２１３とが配置される。第１アーム部２０１と第２アーム部２０２とは第２モータ部２１２を介して接続される。第２モータ部２１１は、第１アーム部２０１に対して第２アーム部２０２を軸Ｊ１に垂直な軸Ｊ２を中心に回転する。第２アーム部２０２と第３アーム部２０３とは第３モータ部２１３を介して接続される。第３モータ部２１３は、第２アーム部２０２に対して第３アーム部２０３を軸Ｊ２に平行な軸Ｊ３を中心に回転する。
【００１３】
第３アーム部２０３内には第４モータ部２１４が配置される。第３アーム部２０３と第４アーム部２０４とは、第４モータ部２１４を介して接続される。第４モータ部２１４は、第３アーム部２０３に対して第４アーム部２０４を軸Ｊ３に垂直な軸Ｊ４を中心に回転する。
【００１４】
第４アーム部２０４内には第５モータ部２１５が配置される。第４アーム部２０４と第５アーム部２０５とは、第５モータ部２１５を介して接続される。第５モータ部２１５は、第４アーム部２０４に対して第５アーム部２０５を軸Ｊ４に垂直な軸Ｊ５を中心に回転する。
【００１５】
第５アーム部２０５内には第６モータ部２１６が配置される。第５アーム部２０５と第６アーム部２０６とは、第６モータ部２１６を介して接続される。第６モータ部２１６は、第５アーム部２０５に対して第６アーム部２０６を軸Ｊ５に垂直な軸Ｊ６を中心に回転する。第６アーム部２０６には、必要に応じてツールもしくはデバイスが装着される。
【００１６】
図２は、ロボット本体１０３の第５モータ部２１５と第６モータ部２１６とを含む部分を示す図である。第６モータ部２１６は、ロボット本体１０３において最も先端に位置するモータ部である。第５モータ部２１５は、ロボット本体１０３において先端から２番目に位置するモータ部である。第５モータ部２１５は、モータ２２５と、基板２３５と、を含む。第４アーム部２０４は、モータ２２５および基板２３５を収容する空間２４５を有する。第６モータ部２１６は、モータ２２６と、基板２３６と、を含む。モータ２２６は、ロボット本体１０３の多関節構造に含まれるモータのうち、最も先端側のモータである。第５アーム部２０５は、モータ２２６および基板２３６を収容する空間２４６を有する。
【００１７】
符号１１０を付す破線は、電源線１１１および制御線１１２等の配線の概略を示す。各種配線は、第３アーム部２０３側から第４アーム部２０４内を経由して空間２４５内の基板２３５に接続される。また、基板２３５から引き出される各種配線は、モータ２２５の中空軸内を経由して空間２４６内の基板２３６に接続される。一部の線は基板を経由することなくモータの中空軸内に導かれてもよい。例えば、第６アーム部２０６に装着されるツールもしくはデバイスに制御信号あるいは電力を導く配線は、モータ部２１５の基板２３５に接続されることなくモータ２２５の中空軸内に挿入されてもよい。
【００１８】
図３は、ロボット本体１０３の第３モータ部２１３と第４モータ部２１４とを含む部分を示す図である。第４モータ部２１４は、ロボット本体１０３において先端から３番目に位置するモータ部である。第３モータ部２１３は、ロボット本体１０３において先端から４番目に位置するモータ部である。図２の場合と同様に、第３モータ部２１３は、モータ２２３と、基板２３３と、を含む。第２アーム部２０２は、モータ２２３および基板２３３を収容する空間２４３を有する。第４モータ部２１４は、モータ２２４と、基板２３４と、を含む。第３アーム部２０３は、モータ２２４および基板２３４を収容する空間２４４を有する。
【００１９】
図２の場合と同様に、符号１１０を付す破線は、電源線１１１および制御線１１２等の配線の概略を示す。各種配線は、第１アーム部２０１側から第２アーム部２０２内を経由して空間２４３内の基板２３３に接続される。また、基板２３３から引き出される各種配線は、モータ２２３の中空軸内を経由して第３アーム部２０３内の空間２４４内の基板２３４に接続される。さらに、基板２３４から引き出される各種配線は、モータ２２４の中空軸内を経由して第４アーム部２０４へと導かれる。
【００２０】
多関節ロボット１の第１モータ部２１１および第２モータ部２１２近傍の部位においても、図３に準じて各種配線が配置される。ただし、第１モータ部２１１および第２モータ部２１２では、ベース部２００から先端部に向かう方向に関して、モータと基板との配置順序は図３の場合とは逆になる。以上のように、電源線１１１および制御線１１２は、第１モータ部２１１から第６モータ部２１６に向かって配置される。
【００２１】
図４は、第５モータ部２１５および第６モータ部２１６の構成および配線の接続を示す図である。第５モータ部２１５は、モータ２２５と、ドライバ２５５と、センサ２６５と、サーボ回路２７５と、を含む。サーボ回路２７５は、２つのスイッチング信号生成回路２８５，２８６を含む。第６モータ部２１６は、モータ２２６と、ドライバ２５６と、センサ２６６と、を含む。ドライバ２５５およびサーボ回路２７５は、基板２３５に設けられる。ドライバ２５６は基板２３６に設けられる。
【００２２】
電源１０１からの電源線１１１は、モータの駆動に用いられるモータ電源線１２１と、基板に電力を供給する基板電源線１２２と、を含む。モータ電源線１２１は、ドライバ２５５，２５６に接続される。基板電源線１２２は、基板２３５，２３６に接続され、サーボ回路２７５およびドライバ２５５，２５６に電力を供給する。基板電源線１２２とドライバ２５５，２５６との接続の図示は省略している。以下の類似の図についても同様である。図４では、図示を簡略化するためにモータ電源線１２１および基板電源線１２２から配線が分岐して第５モータ部２１５および第６モータ部２１６に電力を供給するように示しているが、実際には、これらの電源線１２１，１２２は、基板２３５に接続された後、基板２３５から基板２３６に導かれる。もちろん、図４に示す通りに電源線は分岐してもよい。
【００２３】
制御部１０２からの制御線１１２は、第１モータ部２１１ないし第４モータ部２１４を順に経由して第５モータ部２１５のサーボ回路２７５に接続される。図４では制御線１１２を１つの線にて示しているが、本実施の形態では、EtherCAT（登録商標）にて制御情報が伝達されるため、正確には、制御線１１２は、往路と復路とを含む配線、または、ループ配線である。
【００２４】
サーボ回路２７５には、制御線１１２を介して制御部１０２からモータ２２５，２２６の回転位置を指示する制御信号が入力される。なお、正確には、制御線１１２にて伝達される制御信号のうち、サーボ回路に対応するモータへの指示を示す部分がサーボ回路に入力されるが、以下の説明では、単に「サーボ回路に制御信号が入力される」と表現する。回転位置を指示する制御信号は、例えば、数値を示す。センサ２６５は、モータ２２５のロータの回転位置を検出し、位置信号をスイッチング信号生成回路２８５に入力する。スイッチング信号生成回路２８５は、制御信号およびセンサ２６５からの位置信号に基づいてドライバ２５５に入力されるＵＶＷ信号を生成する。ＵＶＷ信号は、モータ２２５の巻線に与えられる電圧の変化を指示するスイッチング信号である。ドライバ２５５は複数のスイッチを含み、ＵＶＷ信号に基づいてモータ２２５の巻線に与えられるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧をスイッチングする。典型的には、ドライバ２５５は、巻線に印加される電圧の極性を高速に反転させつつ切り替え時間を制御することにより、交番する電流を生成してモータ２２５を駆動する。スイッチング信号には電圧のＯＮ／ＯＦＦの指示が含まれてもよい。
【００２５】
センサ２６６は、モータ２２６のロータの回転位置を検出し、位置信号をもう１つのスイッチング信号生成回路２８６に入力する。スイッチング信号生成回路２８６は、制御信号およびセンサ２６６からの位置信号に基づいてドライバ２５６に入力されるＵＶＷ信号を生成する。これらの信号を第５モータ部２１５と第６モータ部２１６との間で伝達するため、第５モータ部２１５と第６モータ部２１６との間には中間配線３０６が設けられる。中間配線３０６は、センサ２６６からの位置信号をスイッチング信号生成回路２８６に導くセンサ中間配線３１６と、スイッチング信号生成回路２８６からドライバ２５６にＵＶＷ信号を導くドライバ中間配線３２６と、を含む。ＵＶＷ信号は、モータ２２６の巻線に与えられる電圧の変化を指示するスイッチング信号である。ドライバ２５６は複数のスイッチを含み、ＵＶＷ信号に基づいてモータ２２６の巻線に与えられる電圧をスイッチングする。すなわち、巻線に与えられる電圧を変化させる。
【００２６】
ここで、図２のモータ２２６を「第１モータ」、第５アーム部２０５を「第１部位」、空間２４６を「第１空間」、モータ２２５を「第２モータ」、第４アーム部２０４を「第２部位」、空間２４５を「第２空間」と捉えた場合、第１部位は第１モータを収容する第１空間を有し、第２部位は第２モータを収容する第２空間を有する。第２モータは第１部位に接続され、第１部位を回転する。
【００２７】
さらに、図４のスイッチング信号生成回路２８６を「第１スイッチング信号生成回路」、スイッチング信号生成回路２８５を「第２スイッチング信号生成回路」と捉えた場合、第１スイッチング信号生成回路および第２スイッチング信号生成回路は第２空間内に配置される。そして、中間配線３０６に含まれるドライバ中間配線３２６は、第１スイッチング信号生成回路からの第１スイッチング信号を第２空間から第１空間へと導く。
【００２８】
以上のように、第５モータ部２１５および第６モータ部２１６では、サーボ回路２７５は一方の基板２３５のみに設けられる。これにより、２つのスイッチング信号生成回路２８５，２８６の共通の構成要素、例えば、制御信号の受信回路等を共用化でき、２つの基板２３５，２３６に個別に高価なサーボ回路を設ける場合に比べて多関節ロボット１全体の製造コストを削減することができる。
【００２９】
加えて、ロボット本体１０３の最も先端側の第６モータ部２１６に制御線１１２を接続する必要がないため、ロボット本体１０３の先端部における配線を簡素化することができる。なお、図４中に破線にて示すように、モータ電源線１２１および基板電源線１２２は、第６アーム部２０６に装着されるツールもしくはデバイスに電力を供給するために、第６アーム部２０６内へと導かれてもよい。制御線１１２に関しても、第６アーム部２０６に装着されるツールもしくはデバイスを制御するために、基板２３５からさらに先端に向かって引き出されてもよい。
【００３０】
２つのモータに利用されるスイッチング信号生成回路を一方のモータ部に設けることは、アーム部を介して直列に接続される２つのモータ部が近い場合に適している。具体的には、中間配線３０６の長さは、ロボット本体１０３の多関節構造に沿って配置されるモータ電源線１２１の全長の１／３以下であることが好ましい。より好ましくは、ロボット本体１０３において離間距離が最も短い２つのモータ部に上記構造が採用されることが好ましい。ここで、「中間配線の長さ」は、中間配線の第１空間内の接続箇所から第２空間内の接続箇所までの長さであるとする。「モータ電源線の全長」は、モータ電源線１２１がロボット本体１０３に入る位置から先端の第６モータ部２１６の電源接続位置までの長さであるとする。
【００３１】
図５は、第３モータ部２１３および第４モータ部２１４の構成および配線の接続を示す図である。第３モータ部２１３は、モータ２２３と、ドライバ２５３と、センサ２６３と、サーボ回路２７３と、を含む。サーボ回路２７３は、２つのスイッチング信号生成回路２８３，２８４を含む。第４モータ部２１４は、モータ２２４と、ドライバ２５４と、センサ２６４と、を含む。ドライバ２５３およびサーボ回路２７３は、基板２３３に設けられる。ドライバ２５４は基板２３４に設けられる。
【００３２】
モータ電源線１２１は、ドライバ２５３，２５４に接続される。基板電源線１２２は、基板２３３，２３４に接続され、サーボ回路２７３およびドライバ２５３，２５４に電力を供給する。図４と同様に図５においても、図示を簡略化するためにモータ電源線１２１および基板電源線１２２から配線が分岐して第３モータ部２１３および第４モータ部２１４に電力を供給するように示しているが、実際には、これらの電源線１２１，１２２は、基板２３３に接続された後、基板２３３から基板２３４に導かれる。図５に示す通りに電源線は分岐してもよい。
【００３３】
制御部１０２からの制御線１１２は、第１モータ部２１１および第２モータ部２１２を順に経由して第３モータ部２１３のサーボ回路２７３に接続される。サーボ回路２７３には、制御線１１２を介して制御部１０２からモータ２２３，２２４の回転位置を指示する制御信号が入力される。センサ２６３は、モータ２２３のロータの回転位置を検出し、位置信号をスイッチング信号生成回路２８３に入力する。スイッチング信号生成回路２８３は、制御信号およびセンサ２６３からの位置信号に基づいてドライバ２５３に入力されるＵＶＷ信号を生成する。ＵＶＷ信号は、モータ２２３の巻線に与えられる電圧の変化を指示するスイッチング信号である。ドライバ２５３は複数のスイッチを含み、ＵＶＷ信号に基づいてモータ２２３の巻線に与えられる電圧をスイッチングする。すなわち、巻線に与えられる電圧を変化させる。
【００３４】
センサ２６４は、モータ２２４のロータの回転位置を検出し、位置信号をもう１つのスイッチング信号生成回路２８４に入力する。スイッチング信号生成回路２８４は、制御信号およびセンサ２６４からの位置信号に基づいてドライバ２５４に入力されるＵＶＷ信号を生成する。これらの信号を第３モータ部２１３と第４モータ部２１４との間で伝達するため、第３モータ部２１３と第４モータ部２１４との間には中間配線３０４が設けられる。中間配線３０４は、センサ２６４からの位置信号をスイッチング信号生成回路２８４に導くセンサ中間配線３１４と、スイッチング信号生成回路２８４からドライバ２５４にＵＶＷ信号を導くドライバ中間配線３２４と、を含む。ＵＶＷ信号は、モータ２２４の巻線に与えられる電圧の変化を指示するスイッチング信号である。ドライバ２５４は複数のスイッチを含み、ＵＶＷ信号に基づいてモータ２２４の巻線に与えられる電圧をスイッチングする。すなわち、巻線に与えられる電圧を変化させる。
【００３５】
制御線１１２は、第３モータ部２１３の基板２３３から第５モータ部２１５の基板２３５へと導かれる。なお、制御線１１２は、第４モータ部２１４の基板２３４に一旦接続され、基板２３４から基板２３５へと導かれてもよい。電源線１１１は基板２３４から第５モータ部２１５の基板２３５へと導かれる。
【００３６】
ここで、図３のモータ２２４を「第１モータ」、第３アーム部２０３を「第１部位」、空間２４４を「第１空間」、モータ２２３を「第２モータ」、第２アーム部２０２を「第２部位」、空間２４３を「第２空間」と捉えた場合、第１部位は第１モータを収容する第１空間を有し、第２部位は第２モータを収容する第２空間を有する。第２モータは第１部位に接続され、第１部位を回転する。
【００３７】
さらに、図５のスイッチング信号生成回路２８４を「第１スイッチング信号生成回路」、スイッチング信号生成回路２８３を「第２スイッチング信号生成回路」と捉えた場合、第１スイッチング信号生成回路および第２スイッチング信号生成回路は第２空間内に配置される。そして、中間配線３０４に含まれるドライバ中間配線３２４は、第１スイッチング信号生成回路からの第１スイッチング信号を第２空間から第１空間へと導く。
【００３８】
以上のように、図４の場合と同様に、第３モータ部２１３および第４モータ部２１４では、サーボ回路２７３は一方のモータ部のみに設けられる。これにより、２つのスイッチング信号生成回路２８３，２８４に共通の構成要素を共用化でき、２つの基板２３３，２３４に個別にサーボ回路を設ける場合に比べて多関節ロボット１全体の製造コストを削減することができる。
【００３９】
また、制御線１１２を第４モータ部２１４に接続しない場合は、第４モータ部２１４の製造コストおよびロボット本体１０３の組み立てコストを削減することができる。
【００４０】
図４の場合と同様に、２つのモータに利用されるスイッチング信号生成回路を一方の基板に設けることは、アーム部を介して直列に接続される２つのモータ部が近い場合に適している。具体的には、中間配線３０４の長さは、多関節構造に沿って配置されるモータ電源線１２１の全長の１／３以下であることが好ましい。より好ましくは、ロボット本体１０３において離間距離が最も短い２つのモータ部に上記構造が採用されることが好ましい。
【００４１】
図６は、２つのモータ部の他の好ましい例を示す図である。図６では、図５の第３モータ部２１３および第４モータ部２１４に注目した構成を示しており、図５のドライバ２５４が第３モータ部２１３の基板２３３上に配置される。そのため、中間配線３０４は、ドライバ中間配線３２４に代えて、ドライバ２５４とモータ２２４とを接続するＵＶＷ電力中間配線３３４を含む。センサ中間配線３１４には、センサ２６４からのセンサ信号用の線と、センサ２６４に微弱な電力を供給する線とが含まれてよい。第４モータ部２１４にはモータ電源線１２１および基板電源線１２２のいずれも接続されない。他の構成は、図５と同様であり、同様の構成要素には同符号を付している。
【００４２】
ドライバ２５４が有するスイッチ群は、スイッチング信号生成回路２８４からのスイッチング信号（上述の第１スイッチング信号）に基づいて動作し、出力電圧を変化させる。ドライバ２５４から出力されるスイッチングされたＵＶＷ電力は、空間２４３（上述の第２空間）から空間２４４（上述の第１空間）へと導かれ、モータ２２４の巻線に入力される。
【００４３】
図６に示す構成では、第４モータ部２１４の構造を大幅に簡素化することができる。第４モータ部２１４では基板２３４を省略することも可能である。第３モータ部２１３の基板２３３には２つのドライバ２５３，２５４が設けられるため、回路の部分的共用化をさらに行うことができる。その結果、多関節ロボット１の製造コストをさらに削減することができる。
【００４４】
図７は、図２の第６アーム部２０６が第７モータ部２１７を収容する例を示す図である。第７モータ部２１７は、ロボット本体１０３において最も先端に位置するモータ部である。第７モータ部２１７は、モータ２２７と、基板２３７と、を含む。第６アーム部２０６は、モータ２２７および基板２３７を収容する空間２４７を有する。モータ２２７は、ロボット本体１０３の多関節構造に含まれるモータのうち、最も先端側のモータである。第７モータ部２１７は、第７アーム部２０７に接続される。第７モータ部２１７は、第７アーム部２０７を第６モータ部２１６の軸Ｊ６に垂直な軸Ｊ７を中心に回転する。第４アーム部２０４、第５アーム部２０５、第５モータ部２１５および第６モータ部２１６に関する構成は、後述するように、配線および基板の構造を除いて図２と同様である。
【００４５】
図２の場合と同様に、符号１１０を付す各種配線は、第３アーム部２０３側から第４アーム部２０４内を経由して空間２４５内の基板２３５に接続される。基板２３５から引き出される各種配線は、モータ２２５の中空軸内を経由して空間２４６内の基板２３６に接続される。基板２３６から引き出される各種配線は、モータ２２６の中空軸内を経由して空間２４７内の基板２３７に接続される。一部の線は基板を経由することなくモータの中空軸内に導かれてもよい。
【００４６】
図８は、第５モータ部２１５ないし第７モータ部２１７の構成および配線の接続を示す図である。第５モータ部２１５は、モータ２２５と、ドライバ２５５と、センサ２６５と、を含む。ドライバ２５５は基板２３５に設けられる。第６モータ部２１６は、モータ２２６と、ドライバ２５６と、センサ２６６と、サーボ回路２７６と、を含む。サーボ回路２７６は、３つのスイッチング信号生成回路２８５，２８６，２８７を含む。ドライバ２５６およびサーボ回路２７６は、基板２３６に設けられる。第７モータ部２１７は、モータ２２７と、ドライバ２５７と、センサ２６７と、を含む。ドライバ２５７は基板２３７に設けられる。
【００４７】
モータ電源線１２１は、ドライバ２５５，２５６，２５７に接続される。基板電源線１２２は、基板２３５，２３６，２３７に接続され、サーボ回路２７６、ドライバ２５５，２５６，２５７に電力を供給する。図８においても、図示を簡略化するためにモータ電源線１２１および基板電源線１２２から配線が分岐して第５モータ部２１５ないし第７モータ部２１７に電力を供給するように示しているが、実際には、これらの電源線１２１，１２２は、基板２３５に接続された後、基板２３５から基板２３６に導かれ、基板２３６から基板２３７に導かれる。もちろん、図８に示す通りに電源線は分岐してもよい。
【００４８】
制御部１０２からの制御線１１２は、第１モータ部２１１ないし第５モータ部２１５を順に経由して第６モータ部２１６のサーボ回路２７６に接続される。
【００４９】
サーボ回路２７６には、制御線１１２を介して制御部１０２からモータ２２５，２２６，２２７の回転位置を指示する制御信号が入力される。センサ２６６は、モータ２２６のロータの回転位置を検出し、位置信号をスイッチング信号生成回路２８６に入力する。スイッチング信号生成回路２８６は、制御信号およびセンサ２６６からの位置信号に基づいてドライバ２５６に入力されるＵＶＷ信号を生成する。ＵＶＷ信号は、モータ２２６の巻線に与えられる電圧の変化を指示するスイッチング信号である。
【００５０】
センサ２６７は、モータ２２７のロータの回転位置を検出し、位置信号をもう１つのスイッチング信号生成回路２８７に入力する。１つのスイッチング信号生成回路２８７は、制御信号およびセンサ２６７からの位置信号に基づいてドライバ２５７に入力されるＵＶＷ信号を生成する。ＵＶＷ信号は、モータ２２７の巻線に与えられる電圧の変化を指示するスイッチング信号である。これらの信号を第６モータ部２１６と第７モータ部２１７との間で伝達するため、第６モータ部２１６と第７モータ部２１７との間には中間配線３０７が設けられる。中間配線３０７は、センサ２６７からの位置信号をスイッチング信号生成回路２８７に導くセンサ中間配線３１７と、スイッチング信号生成回路２８７からドライバ２５７にＵＶＷ信号を導くドライバ中間配線３２７と、を含む。
【００５１】
センサ２６５は、モータ２２５のロータの回転位置を検出し、位置信号をさらに他の１つのスイッチング信号生成回路２８５に入力する。スイッチング信号生成回路２８５は、制御信号およびセンサ２６５からの位置信号に基づいてドライバ２５５に入力されるＵＶＷ信号を生成する。ＵＶＷ信号は、モータ２２５の巻線に与えられる電圧の変化を指示するスイッチング信号である。これらの信号を第５モータ部２１５と第６モータ部２１６との間で伝達するため、第５モータ部２１５と第６モータ部２１６との間には中間配線３０５が設けられる。中間配線３０５は、センサ２６５からの位置信号をスイッチング信号生成回路２８５に導くセンサ中間配線３１５と、スイッチング信号生成回路２８５からドライバ２５５にＵＶＷ信号を導くドライバ中間配線３２５と、を含む。
【００５２】
以上のように、図８に示す構成は、図５における第６モータ部２１６および第５モータ部２１５をそれぞれ第７モータ部２１７および第６モータ部２１６に置き換え、図５の第６モータ部２１６と同様の構成を第５モータ部２１５として設け、さらに、第５モータ部２１５用のスイッチング信号生成回路２８５を第６モータ部２１６に設けている。
【００５３】
ここで、図７のモータ２２７を「第１モータ」、第６アーム部２０６を「第１部位」、空間２４７を「第１空間」、モータ２２６を「第２モータ」、第５アーム部２０５を「第２部位」、空間２４６を「第２空間」、モータ２２５を「第３モータ」、第４アーム部２０４を「第３部位」、空間２４５を「第３空間」と捉えた場合、第１部位は第１モータを収容する第１空間を有し、第２部位は第２モータを収容する第２空間を有し、第３部位は第３モータを収容する第３空間を有する。第２モータは第１部位に接続され、第１部位を回転する。第３モータは第２部位に接続され、第２部位を回転する。
【００５４】
さらに、図８のスイッチング信号生成回路２８７を「第１スイッチング信号生成回路」、スイッチング信号生成回路２８６を「第２スイッチング信号生成回路」、スイッチング信号生成回路２８５を「第３スイッチング信号生成回路」と捉えた場合、第１スイッチング信号生成回路、第２スイッチング信号生成回路および第３スイッチング信号生成回路は第２空間内に配置される。そして、中間配線３０７に含まれるドライバ中間配線３２７は、第１スイッチング信号生成回路からの第１スイッチング信号を第２空間から第１空間へと導く。中間配線３０５に含まれるドライバ中間配線３２５は、第３スイッチング信号生成回路からの第３スイッチング信号を第２空間から第３空間へと導く。
【００５５】
以上のように、第５モータ部２１５ないし第７モータ部２１７では、サーボ回路２７６は１つの基板２３６のみに設けられる。これにより、３つのスイッチング信号生成回路２８５，２８６，２８７に共通の構成要素、例えば、制御信号の受信回路等を共用化でき、３つの基板２３５，２３６，２３７に個別にサーボ回路を設ける場合に比べて多関節ロボット１全体の製造コストを削減することができる。
【００５６】
３つのモータ部はロボット本体１０３の先端部に配置される必要はないが、図７のように先端部に配置される場合、第７モータ部２１７に制御線１１２を接続する必要がないため、ロボット本体１０３の先端部における配線を簡素化することができる。なお、図８中に破線にて示すように、モータ電源線１２１および基板電源線１２２は、第７アーム部２０７に装着されるツールもしくはデバイスに電力を供給するために、第７アーム部２０７内へと導かれてもよい。制御線１１２に関しても、第７アーム部２０７に装着されるツールもしくはデバイスを制御するために、基板２３７からさらに先端に向かって引き出されてもよい。
【００５７】
３つのモータに利用されるスイッチング信号生成回路を１つの基板に設けることは、アーム部を介して直列に接続される３つのモータ部が近い場合に適している。具体的には、中間配線３０７の長さは、多関節構造に沿って配置されるモータ電源線１２１の全長の１／３以下であることが好ましい。中間配線３０５の長さは、多関節構造に沿って配置されるモータ電源線１２１の全長の１／３以下であることが好ましい。より好ましくは、ロボット本体１０３において離間距離が最も短い２つのモータ部を含む３つのモータ部に上記構造が採用されることが好ましい。配線を簡素化するために、アーム部を介して直列に接続される３つのモータ部のうち中央のモータ部に３つのスイッチング信号生成回路が設けられることが好ましい。
【００５８】
図８においても、図６の場合と同様に、第７モータ部２１７および第５モータ部２１５の双方または一方のドライバ２５７，２５５が、第６モータ部２１６の基板２３６上に設けられてもよい。この場合、スイッチング信号に基づいて動作するドライバのスイッチ群から出力される電力、すなわち、ＵＶＷ電力を空間２４６（上述の第２空間）から空間２４７（上述の第１空間）および／または空間２４５（上述の第３空間）へと導くＵＶＷ電力中間配線が、中間配線３０７および／または中間配線３０５に含められる。ドライバが基板２３６上に設けられる場合、モータ部２１７，２１５の構成は、非常に簡素化される。
【００５９】
図９は、図３の第３モータ部２１３および第４モータ部２１４の他の例を示す図である。図９では、ベース部２００から先端部に向かって配線が導かれる配線経路に沿って見た場合に、第３モータ部２１３のモータ２２３と基板２３３との配置が逆である点で図３と相違する。すなわち、ベース部２００から先端部に向かって、図３では、基板２３３、モータ２２３、基板２３４、モータ２２４がこの順で並ぶが、図９では、モータ２２３、基板２３３、基板２３４、モータ２２４がこの順で並ぶ。その他は図３と同様であり、配線の接続構造も図５と同様である。
【００６０】
したがって、基板２３３と基板２３４とを接続する図５の中間配線３０４は、モータ２２３およびモータ２２４のいずれも経由しない。換言すれば、配線経路に沿って見た場合に、モータ部２１３と中間配線３０４とを接続する接続端子３４３は、モータ２２３のモータ２２４側に位置し、モータ部２１４と中間配線３０４とを接続する接続端子３４４は、モータ２２４のモータ２２３側に位置する。その結果、中間配線３０４を容易に配置することができる。なお、接続端子は好ましくは基板上に設けられるが、基板以外の位置に設けられてもよい。図９以外の類似の図では、接続端子の記載を省略している。図９では、基板２３３と基板２３４との間の配線の束を太い破線１１０にて示しているが、中間配線３０４はこれらの配線の１つであり、図示の都合上、接続端子３３３，３３４を示す矩形を太い破線１１０の両端に示している。
【００６１】
ここで、モータ２２４を「第１モータ」、空間２４４を「第１空間」、モータ２２３を「第２モータ」、空間２４３を「第２空間」と捉えた場合、配線経路に沿ってみた場合に、第１空間において、中間配線の接続端子が第１モータの第２モータ側に位置し、第２空間において、中間配線の他の接続端子が第２モータの第１モータ側に位置することにより、配線の簡素化および製造コストの削減が実現される。配線経路に沿って構成要素の配置順序を特定することは、複数のアーム部および複数のモータ部が直列に接続された「多関節構造」に沿って構成要素の配置順序を特定することと同じである。
【００６２】
図１０は、配線構造の他の例を示す図である。図１０では、第１モータ部２１１ないし第４モータ部２１４に関連する配線構造を示している。第３モータ部２１３および第４モータ部２１４の構成は、図５と同様である。第１モータ部２１１と第２モータ部２１２の構成は、第３モータ部２１３および第４モータ部２１４の構成と同様である。すなわち、第１モータ部２１１は、モータ２２１と、ドライバ２５１と、センサ２６１と、サーボ回路２７１と、を含む。サーボ回路２７１は、２つのスイッチング信号生成回路２８１，２８２を含む。図示の都合上、スイッチング信号生成回路２８１，２８２を空白の矩形にて示している。スイッチング信号生成回路２８３，２８４についても同様である。第２モータ部２１２は、モータ２２２と、ドライバ２５２と、センサ２６２と、を含む。ドライバ２５１およびサーボ回路２７１は、第１モータ部２１１の基板に設けられる。ドライバ２５２は第２モータ部２１２の基板に設けられる。
【００６３】
モータ電源線１２１は、ドライバ２５１，２５２に接続される。基板電源線１２２は、第１モータ部２１１の基板および第２モータ部２１２の基板に接続され、サーボ回路２７１、ドライバ２５１，２５２に電力を供給する。センサ２６１は、モータ２２１のロータの回転位置を検出し、位置信号をスイッチング信号生成回路２８１に入力する。スイッチング信号生成回路２８１は、制御信号およびセンサ２６１からの位置信号に基づいてドライバ２５１に入力されるＵＶＷ信号を生成する。ドライバ２５１は複数のスイッチを含み、ＵＶＷ信号に基づいてモータ２２１の巻線に与えられる電圧をスイッチングする。すなわち、巻線に与えられる電圧を変化させる。
【００６４】
センサ２６２は、モータ２２２のロータの回転位置を検出し、位置信号をもう１つのスイッチング信号生成回路２８２に入力する。スイッチング信号生成回路２８２は、制御信号およびセンサ２６２からの位置信号に基づいてドライバ２５２に入力されるＵＶＷ信号を生成する。これらの信号を第１モータ部２１１と第２モータ部２１２との間で伝達するため、第１モータ部２１１と第２モータ部２１２との間には中間配線３０２が設けられる。中間配線３０２は、センサ２６２からの位置信号をスイッチング信号生成回路２８２導くセンサ中間配線３１２と、スイッチング信号生成回路２８２からドライバ２５２にＵＶＷ信号を導くドライバ中間配線３２２と、を含む。ドライバ２５２は複数のスイッチを含み、ＵＶＷ信号に基づいてモータ２２２の巻線に与えられる電圧をスイッチングする。すなわち、巻線に与えられる電圧を変化させる。
【００６５】
図１０に示す例では、制御信号の伝達にはEtherCATは採用されず、各サーボ回路２７１、２７３に個別の制御線１１２を介して制御部１０２から制御信号が入力される。すなわち、第１モータ部２１１への制御信号は、１つの制御線１１２を介して制御部１０２から第１モータ部２１１を収容する第１アーム部２０１の空間内へと導かれる。第３モータ部２１３への制御信号は、制御部１０２から他の１つの制御線１１２を介して第３モータ部２１３を収容する第２アーム部２０２の空間２４３内へと導かれる。
【００６６】
ここで、第２モータ部２１２には制御線１１２は接続されないため、制御部１０２から第１モータ部２１１を経由して第２モータ部２１２に導かれる制御線１１２は存在しない。したがって、ロボット本体１０３のベース部２００から先端部に向かう方向において、第１モータ部２１１と第２モータ部２１２の順序を逆転させる場合よりも配線作業が簡素化される。同様に、第４モータ部２１４には制御線１１２は接続されないため、ロボット本体１０３のベース部２００から先端部に向かう方向において、第３モータ部２１３と第４モータ部２１４の順序を逆転させる場合よりも配線構造および配線作業が簡素化される。
【００６７】
図１０において、スイッチング信号生成回路を含まないモータ部のモータを「第１モータ」とし、第１モータ用のスイッチング信号生成回路を含む少なくとも２つのスイッチング信号生成回路を含むモータ部のモータを「第２モータ」として一般的に表現した場合、ロボット本体１０３の多関節構造において第１モータを第２モータよりも先端側に位置させることにより、配線構造および配線作業を簡素化することができる。
【００６８】
図１０では、上記構造を、第１モータ部２１１および第２モータ部２１２と、第３モータ部２１３および第４モータ部２１４に適用しているが、いずれか一方のみに適用されてもよく、他の様々なモータ部の組合せに適用されてもよい。多関節構造が有する複数のモータのうち２以上のモータをそれぞれ収容する２以上の空間内へ、個別の制御線を介して制御信号が導かれる場合、当該２以上のモータのいずれか１つが複数のスイッチング信号生成回路を含むモータ部のモータである場合に、スイッチング信号生成回路を含まないモータ部を多関節構造の先端側に配置することにより、配線構造および配線作業の簡素化が実現される。
【００６９】
多関節ロボット１では、様々な変形が可能である。
【００７０】
上記実施形態では、電源線１１１、制御線１１２および中間配線は、モータの中空軸内を通ると説明したが、これらの少なくとも１つがモータの外側あるいはアーム部の外側を経由して他のモータ部に導かれてもよい。電源線１１１、制御線１１２および中間配線には、上記説明にて言及した線以外の線が含まれてもよい。
【００７１】
モータ部に含まれる基板は、１枚には限定されない。例えば、モータの軸方向両側にそれぞれ基板が存在してもよく、軸方向一方側に２枚の基板が存在してもよい。また、基板は板状には限定されない。図６に示す複数のドライバを１つの基板に設ける構造は、図４、図８、図１０および他の変形例等に採用可能である。
【００７２】
制御信号の方式はどのような方式が採用されてもよい。スイッチング信号の方式も様々な方式が採用可能である。
【００７３】
各モータ部を収容するアーム部内の空間は、完全に１つの空間である必要はない。例えば、１つの空間が板で仕切られ、モータを収容する空間と基板を収容する空間とに分けられてもよい。さらに、空間はモータ部全体を完全に収容する必要は無い。例えば、モータの一部が露出していてもよい。
【００７４】
上記多関節ロボット１では、隣接するモータの軸は互いに垂直または平行であるが、これらには限定されない。ただし、中間配線は短い方が好ましいため、好ましくは、中間配線にて接続される２つのモータの回転軸は、ねじれの関係にある。
【００７５】
上記多関節ロボット１におけるモータ部の個数および配置、複数のアーム部の構成は一例に過ぎず、様々に変更可能である。１つのみのスイッチング信号生成回路を含むモータ部が設けられてもよく、４以上のスイッチング信号生成回路を含むモータ部が設けられてもよい。さらに、多関節ロボット１において、モータ部とアーム部とが直列に接続される複数の部位が存在してもよい。
【００７６】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、様々な用途の多関節ロボットに利用可能である。多関節ロボットは、産業用には限定されず、家庭用ロボットの一部であってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１    多関節ロボット
１１２    制御線
１２１    モータ電源線
２０１〜２０６    アーム部
２１１〜２１７    モータ
２４３〜２４７    空間
２８１〜２８７    スイッチング信号生成回路
３０２，３０４〜３０７    中間配線
３４３，３４４    接続端子
【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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