(57)【要約】【課題】リンクの回転回数を記憶させておくためのバッテリーを必要としないロボット装置を提供する。【解決手段】レバースイッチ２５０が揺動可能にリンク２１３に支持されている。レバースイッチ２５０を案内する案内部材２６０がリンク２１４に設けられている。案内部材２６０は、レバースイッチ２５０を、リンク２１４の回転が１回転未満であるときには第１位置に揺動させ、リンク２１４の回転が１回転以上２回転未満であるときには第２位置に揺動させる。接触センサ２７０は、レバースイッチ２５０が第１位置及び第２位置のうちいずれの位置に揺動したかを検知する。レバースイッチ２５０が第１位置に揺動した場合には、リンク２１４の回転角度をアブソリュートエンコーダ２３７の検出結果とする。レバースイッチ２５０が第２位置に揺動した場合には、リンク２１４の回転角度をアブソリュートエンコーダ２３７の検出結果に３６０°を加算した結果とする。【選択図】図３
2015157332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１リンクと、
前記第１リンクに対して回転可能に連結された第２リンクと、
前記第２リンクを前記第１リンクに対して２回転未満の可動範囲で回転駆動する回転駆動部と、
前記第１リンクに対する前記第２リンクの回転角度が目標回転角度となるように前記回転駆動部を制御する制御部と、
前記第２リンクの絶対角度を０°以上３６０°未満の値で検出する角度検出部と、
第１位置、及び前記第１位置とは異なる第２位置に移動可能に前記第１リンクに支持された移動部材と、
前記第２リンクに設けられ、前記移動部材が、前記第１リンクに対する前記第２リンクの回転が１回転未満であるときには前記第１位置に移動し、前記第１リンクに対する前記第２リンクの回転が１回転以上２回転未満であるときには前記第２位置に移動するよう、前記移動部材を案内する案内部材と、
前記移動部材が前記第１位置及び前記第２位置のうちいずれの位置に移動したかを検知する検知部と、を備え、
前記制御部は、前記検知部により前記移動部材が前記第１位置に移動したと検知された場合には、前記第２リンクの回転角度を前記角度検出部の検出結果とし、前記検知部により前記移動部材が前記第２位置に移動したと検知された場合には、前記第２リンクの回転角度を前記角度検出部の検出結果に３６０°を加算した結果とする角度演算処理を行うことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
０≦α＜３６０としたとき、前記可動範囲を０°以上（７２０−α）°未満とし、
前記案内部材は、前記第２リンクの回転角度が、０°以上（３６０−α）°未満のときに前記移動部材を前記第１位置に移動させ、（３６０−α）°以上３６０°未満のときに前記移動部材を前記第１位置と前記第２位置との間の位置に移動させ、３６０°以上（７２０−α）°未満のときに前記移動部材を前記第２位置に移動させ、
前記制御部は、前記角度演算処理では、前記角度検出部により検出された角度が（３６０−α）°以上３６０°未満のときは、前記第２リンクの回転角度を、前記角度検出部の検出結果とすることを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
【請求項３】
前記移動部材が、前記第１位置及び前記第２位置に揺動可能に前記第１リンクに支持されており、
前記移動部材には、前記案内部材の側に突出する突出部が形成されており、
前記案内部材には、前記移動部材が揺動するように前記第２リンクの回転に伴って前記突出部がスライドする案内溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット装置。
【請求項４】
前記案内部材は、前記第２リンクの回転中心線を法線とする端面を有し、
前記案内溝は、前記案内部材の端面に渦巻状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のロボット装置。
【請求項５】
前記案内部材は、前記第２リンクの回転中心線に対して直交する線を法線とする周面を有し、
前記案内溝は、前記案内部材の周面に螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のロボット装置。
【請求項６】
前記角度検出部が、アブソリュートエンコーダであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項７】
前記回転駆動部は、回転モータを有し、
前記回転モータの回転軸の角度変化を検出するインクリメンタルエンコーダを更に備え、
前記制御部は、前記角度演算処理により求めた値を基準に、前記インクリメンタルエンコーダにより検出された角度変化から前記第２リンクの回転角度を求める制御モードを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項８】
前記回転駆動部は、前記回転モータの回転を減速して前記第２リンクに伝達する減速機を有することを特徴とする請求項７に記載のロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２回転未満の可動範囲で回転可能なリンクを備えたロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、生産システムに組み込まれているロボット装置はロボットアームとロボットアームの先端に取り付けられたエンドエフェクタとを備え、ロボットアームは複数のリンクが関節で連結されて構成されている。リンクの回転角度（関節角度）は、ロータリーエンコーダを回転軸に設置することで検出している。
【０００３】
ロータリーエンコーダは主に回転角度の差分を検出するインクリメンタルエンコーダと、回転角度の絶対値を検出するアブソリュートエンコーダの２種類に分けることできる。インクリメンタルエンコーダは、ある基準角度からの角度変化の差分をメモリに累積していくことで角度を算出する方法が用いられ、基準角度の検出方法として原点センサが使われる。一方、アブソリュートエンコーダは、１回転未満の回転角度の絶対値を検出することができ、１回転以上の回転角度は回転回数をカウントしてメモリに保存しておくことで、現在の関節角度を算出することができる。そのため、多回転するリンクに設置されるアブソリュートエンコーダはメモリとセットで使用される。
【０００４】
上記のように多回転するリンクの回転角度を検出するためにはメモリが必要になるが、電源が停止しメモリに電力が供給されない状態でリンクが外部から力を受けて回転することがある。そこで、予備電源としてバッテリーを装置に内蔵することで、リンクの回転角度を算出し続けるものが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平３−８９１６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、バッテリーを搭載すると、ロボット装置を長期間使用する場合はバッテリーの定期交換が必要になり、メンテナンスコストが高くなる問題があった。また、バッテリー自身の設置スペースとバッテリーからメモリへ電力を供給するための電力ケーブルの配線スペースが必要になり、ロボット装置が大型化する問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、リンクの回転回数を記憶させておくためのバッテリーを必要としないロボット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のロボット装置は、第１リンクと、前記第１リンクに対して回転可能に連結された第２リンクと、前記第２リンクを前記第１リンクに対して２回転未満の可動範囲で回転駆動する回転駆動部と、前記第１リンクに対する前記第２リンクの回転角度が目標回転角度となるように前記回転駆動部を制御する制御部と、前記第２リンクの絶対角度を０°以上３６０°未満の値で検出する角度検出部と、第１位置、及び前記第１位置とは異なる第２位置に移動可能に前記第１リンクに支持された移動部材と、前記第２リンクに設けられ、前記移動部材が、前記第１リンクに対する前記第２リンクの回転が１回転未満であるときには前記第１位置に移動し、前記第１リンクに対する前記第２リンクの回転が１回転以上２回転未満であるときには前記第２位置に移動するよう、前記移動部材を案内する案内部材と、前記移動部材が前記第１位置及び前記第２位置のうちいずれの位置に移動したかを検知する検知部と、を備え、前記制御部は、前記検知部により前記移動部材が前記第１位置に移動したと検知された場合には、前記第２リンクの回転角度を前記角度検出部の検出結果とし、前記検知部により前記移動部材が前記第２位置に移動したと検知された場合には、前記第２リンクの回転角度を前記角度検出部の検出結果に３６０°を加算した結果とする角度演算処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、角度検出部が第１リンクに対する第２リンクの絶対角度を検出し、検知部が移動部材の位置を検知することにより、制御部が第１リンクに対し２回転未満で回転する第２リンクの回転角度を求めている。これにより、電源停止時に第２リンクが第１リンクに対して回転したとしても、第２リンクの回転角度を求めることができるので、回転回数をメモリに記憶させておくためのバッテリーが不要になる。バッテリーが不要となることで、バッテリーの定期交換の必要もなくなり、バッテリーの電力ケーブル等も不要になるため、ロボット装置を小型化及びコストダウンすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第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】第１実施形態に係るロボット装置のロボットアームの関節を示す部分断面図である。
【図３】第１実施形態に係るロボット装置のロボットアームの断面図である。
【図４】第１実施形態におけるレバースイッチ及び接触センサを示す斜視図である。
【図５】第１実施形態に係るロボット装置の要部のブロック図である。
【図６】第１実施形態に係るロボット装置の案内部材を示す平面図である。
【図７】第１実施形態において第２リンクを回転させたときの案内部材の状態を示す説明図である。
【図８】、第１実施形態において第２リンクを回転させたときのレバースイッチの状態を示す説明図である。
【図９】第１実施形態において第１リンクの回転角度θと、アブソリュートエンコーダの検出角度φ及び接触センサの出力との関係を示すグラフである。
【図１０】第１実施形態における演算ユニットの角度演算処理を示すフローチャートである。
【図１１】第２実施形態に係るロボット装置の案内部材を示す平面図である。
【図１２】第２実施形態における第２リンクの回転角度θと、アブソリュートエンコーダの検出角度φ及び接触センサの出力との関係を示すグラフである。
【図１３】第３実施形態に係るロボット装置の案内部材を示す斜視図である。
【図１４】第３実施形態に係るロボット装置の案内部材を示す側面図である。
【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。
【００１２】
［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装置を示す斜視図である。ロボット装置１００は、ロボット２００と、ロボット２００の動作を制御する制御部としての制御装置３００と、ユーザの操作によりロボット２００の動作を教示する教示部としての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、垂直多関節型のロボットアーム２０１と、ロボットアーム２０１の先端に取り付けられた、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】
ロボットアーム２０１は、作業台に固定される基端リンクとなるベース部２１０と、変位や力を伝達する複数のリンク２１１〜２１６とが関節Ｊ１〜Ｊ６で屈曲（旋回）又は回転可能に連結されている。第１実施形態では、ロボットアーム２０１は、屈曲する３軸と回転する３軸の６軸の関節Ｊ１〜Ｊ６で構成されている。ここで、屈曲（旋回）とは２つのリンクの長手方向と直交する方向の回転軸まわりにリンクが相対的に回ること、回転とは２つのリンクの長手方向の回転軸まわりにリンクが相対的に回ることをいい、それぞれを屈曲部、回転部と呼ぶ。ロボットアーム２０１は、６つの関節Ｊ１〜Ｊ６から構成され、関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６が回転部、関節Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５が屈曲部である。
【００１４】
ロボットハンド２０２は、リンク（先端リンク）２１６に結合され、ワークＷの組付け作業等を行うエンドエフェクタであり、複数のフィンガー２２０を有する。複数のフィンガー２２０を閉動作させることにより、ワークＷを把持することができ、複数のフィンガー２２０を開動作させることにより、ワークＷを把持解放することができる。
【００１５】
ロボットアーム２０１は、各関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６に対して設けられ、各関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６をそれぞれ回転駆動する複数（３つ）の回転駆動部２３０を有している。なお、ロボットアーム２０１は、関節Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５に対して設けられ、各関節Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５をそれぞれ屈曲駆動（旋回駆動）する複数（３つ）の屈曲駆動部（旋回駆動部）を有している。
【００１６】
図１では、回転駆動部２３０は、便宜上、関節Ｊ４にのみ図示し、他の関節Ｊ１，Ｊ６には図示を省略しているが、他の関節Ｊ１，Ｊ６にも、同様の構成の回転駆動部２３０が配置されている。なお、第１実施形態では、関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６の全てが回転駆動部２３０で構成される場合について説明するが、関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６のうち少なくとも１つが回転駆動部２３０で駆動されるよう構成されていればよい。以下、関節Ｊ４を例に代表して説明し、他の関節Ｊ１，Ｊ６については、サイズや性能が異なる場合もあるが、同様の構成であるため、説明を省略する。
【００１７】
図２は、ロボットアーム２０１の関節Ｊ４を示す部分断面図である。ロボットアーム２０１は、図２に示すように、第１リンクであるリンク２１３と、リンク２１３に対して相対的に回転可能に連結された第２リンクであるリンク２１４とを有している。リンク２１３とリンク２１４とは、ベアリング２３８を介して回転自在に結合されている。
【００１８】
回転駆動部２３０は、リンク２１４をリンク２１３に対して基準となる角度（姿勢）から２回転未満の可動範囲で回転駆動する。回転駆動部２３０は、電磁モータである回転モータ（以下、「モータ」という）２３１と、モータ２３１の回転軸２３２の回転を減速してリンク２１４に伝達する減速機２３３と、を有している。更に、回転駆動部２３０は、減速機２３３にモータ２３１の回転を伝達する伝達機構２３４と、を有している。減速機２３３には入力軸２４４及び出力軸２３６が固定されている。出力軸２３６は、リンク２１４に一体に固定されている。そして、出力軸２３６は、リンク２１３に対してベアリング２３８を介して回転自在に支持されている。
【００１９】
伝達機構２３４は、モータ２３１の回転軸２３２に固定されたプーリー２４１と、入力軸２４４に固定されたプーリー２４２と、プーリー２４１，２４２間に巻回された無端状のベルト２４３とを有している。なお、伝達機構２３４の構成は、これに限定するものではなく、例えば複数の歯車を組み合わせて構成された歯車機構であってもよい。
【００２０】
ロボットアーム２０１は、モータ２３１の回転軸２３２の角度変化を検出するインクリメンタル型のロータリーエンコーダ、即ちインクリメンタルエンコーダ２３５を有している。
【００２１】
また、ロボットアーム２０１は、減速機２３３の出力軸２３６（リンク２１３に対するリンク２１４）の回転角度を検出する角度検出部であるアブソリュート型のロータリーエンコーダ、即ちアブソリュートエンコーダ２３７を有している。アブソリュートエンコーダ２３７は、リンク２１３に対するリンク２１４の絶対角度を０°以上３６０°未満の値で検出する。つまり、アブソリュートエンコーダ２３７は、回転回数をカウントするカウンタやカウント数を記憶するメモリ、カウンタ及びメモリに電力を供給するバッテリーは有していない。
【００２２】
モータ２３１は、サーボモータであり、例えばブラシレスＤＣサーボモータやＡＣサーボモータである。モータ２３１とエンコーダ２３５との間には、不図示のブレーキユニットが設けられている。ブレーキユニットの主な機能は、電源オフ時のロボットアーム２０１の姿勢の保持である。
【００２３】
減速機２３３は、第１実施形態では小型軽量で減速比の大きい波動歯車減速機である。なお、波動歯車減速機には角度伝達誤差と弾性変形がある。出力軸２３６の回転角度をインクリメンタルエンコーダ２３５で検出しようとしても減速機２３３の角度伝達誤差と弾性変形を含んだものになる。そのため、出力軸２３６側の回転角度を精密に検出するために、出力軸２３６側にアブソリュートエンコーダ２３７が設置されている。アブソリュートエンコーダ２３７は、センサ素子２３７Ａと、センサ素子２３７Ａが実装され、リンク２１３に固定されたセンサ基板２３７Ｂと、センサ素子２３７Ａに対向するようリンク２１４に固定された円盤状のパターン板２３７Ｃとを有している。
【００２４】
図３は、ロボットアーム２０１の断面図である。図３（ａ）は図２の矢印ＩＩＩＡ方向に見たロボットアーム２０１の断面図、図３（ｂ）は図２の矢印ＩＩＩＢ方向に見たロボットアーム２０１の断面図である。
【００２５】
第１実施形態では、ロボットアーム２０１は、図３（ａ）に示すように、リンク２１３に揺動可能（移動可能）に支持された揺動部材であるレバースイッチ（移動部材）２５０を有している。また、ロボットアーム２０１は、図３（ｂ）に示すように、リンク２１４に設けられ、レバースイッチ２５０を案内して揺動させる案内部材２６０を有している。また、ロボットアーム２０１は、図３（ａ）に示すように、レバースイッチ２５０の接触状態を検知する接触センサ（検知部）２７０を有している。
【００２６】
図４は、レバースイッチ２５０及び接触センサ２７０を示す斜視図である。図４に示すように、接触センサ２７０は、レバースイッチ２５０の近傍に配置されている。レバースイッチ２５０は、本体２５１と、本体２５１の一端２５１Ａから案内部材２６０の側である矢印Ｘ方向（図２中、回転中心線Ｃと平行な方向）に突出する突出部２５２と、を有している。本体２５１の一端２５１Ａと他端２５１Ｂとの間の部分に回転軸２５３が設けられ、本体２５１が回転軸２５３（回転中心線Ｃに平行な軸線）まわりに回転可能にリンク２１３に支持されている。レバースイッチ２５０の本体２５１が揺動（回転軸２５３まわりに回転）することにより、本体２５１の他端２５１Ｂが接触センサ２７０に対して近接又は離間する。接触センサ２７０は、リンク２１３に固定されたセンサ基板２７１に固定されている。レバースイッチ２５０（本体２５１）は、接触センサ２７０から離間する第１位置と、接触センサ２７０に接触する、第１位置とは異なる第２位置との間を揺動可能にリンク２１３に支持されている。
【００２７】
つまり、レバースイッチ２５０の先端部である突出部２５２が案内部材２６０に案内されてレバースイッチ２５０が揺動し、レバースイッチ２５０の後端部である本体２５１の他端２５１Ｂが、接触センサ２７０に対して近接又は離間する。
【００２８】
接触センサ２７０は、接触圧の増加に伴って電気抵抗値が減少する圧力センサである。したがって、接触センサ２７０の出力（通電電流）は、接触圧の増加に伴って増加する。レバースイッチ２５０が第１位置に揺動したときには、接触センサ２７０はレバースイッチ２５０の本体２５１の他端２５１Ｂから離間しているので、出力（電流）が第１レベルとなる。レバースイッチ２５０が第２位置に揺動したときには、接触センサ２７０はレバースイッチ２５０の本体２５１の他端２５１Ｂに押圧されて電気抵抗値が減少し、出力（電流）が第１レベルよりも高い第２レベルとなる。即ち、接触センサ２７０は、レバースイッチ２５０が第１位置及び第２位置のうちいずれの位置に揺動したかを検知することができるものである。
【００２９】
以下、接触センサ２７０の出力が第１レベル以下となった場合を接触センサ２７０がオフ、接触センサ２７０の出力が第２レベル以上となった場合を接触センサ２７０がオンになったものとする。
【００３０】
図３（ｂ）に示す案内部材２６０は、リンク２１４と一体に形成されている。案内部材２６０は、リンク２１３に対するリンク２１４の回転が１回転未満であるときには、レバースイッチ２５０の本体２５１が第１位置に揺動するようレバースイッチ２５０を案内する。また、案内部材２６０は、リンク２１３に対するリンク２１４の回転が１回転以上２回転未満であるときにはレバースイッチ２５０の本体２５１が第２位置に揺動するようレバースイッチ２５０を案内する。
【００３１】
図５は、本発明の第１実施形態に係るロボット装置の要部のブロック図である。制御部である制御装置３００は、制御ユニット３０１と、演算ユニット３０２と、演算ユニット３０２に演算処理を実行させる演算プログラムを記憶した記憶部３０３を有している。演算ユニット３０２は例えばＣＰＵである。
【００３２】
演算ユニット３０２は、演算プログラムに従って角度演算処理を実行する。演算ユニット３０２は、アブソリュートエンコーダ２３７による検出結果（検出角度）φ、及び接触センサ２７０のオン／オフに基づき、リンク２１３に対するリンク２１４の２回転未満の回転角度θを求め、制御ユニット３０１に出力する。なお、回転角度θは関節Ｊ４の角度である。制御ユニット３０１は、回転角度θが目標回転角度となるように、即ち回転角度θが目標回転角度に近づくように、回転駆動部２３０のモータ２３１を制御する。
【００３３】
図６は、本発明の第１実施形態に係るロボット装置１００の案内部材２６０を示す平面図である。第１実施形態では、案内部材２６０には、レバースイッチ２５０の突出部２５２が嵌合する案内溝（カム溝）２６１が形成されている。レバースイッチ２５０の突出部２５２は、案内溝２６１の中に入り込み、リンク２１４が回転中心線Ｃまわりに回転すると案内溝２６１に沿って案内部材２６０に対して相対的に動く。
【００３４】
案内部材２６０はリンク２１４の回転中心線Ｃを法線とし、リンク２１３に対向する端面２６２を有している。案内溝２６１は端面２６２に形成されている。案内溝２６１は回転中心線Ｃに段階的に近づく（遠ざかる）よう渦巻状に形成されている。そして、リンク２１３に対してリンク２１４が相対的に回転するのに伴い、案内部材２６０が回転中心線Ｃを中心に回転し、レバースイッチ２５０の突出部２５２が案内溝２６１をスライドする。レバースイッチ２５０の突出部２５２が案内溝２６１に案内されることで、レバースイッチ２５０の本体２５１は、案内溝２６１に追従して回転軸２５３まわりに揺動する。これにより、レバースイッチ２５０の本体２５１は、第１位置と第２位置との間で揺動する。
【００３５】
案内溝２６１は、第１領域２６１Ａ、第２領域２６１Ｂ及び第３領域２６１Ｃの３つの領域に区分けされている。第１領域２６１Ａと第３領域２６１Ｃとは、半径の異なる円弧状に形成され、同心円状に配置されている。第１領域２６１Ａと第３領域２６１Ｃとは、回転中心線Ｃを中心とする角度α°の扇形領域を避けて形成されており、角度α°の扇形領域において、第２領域２６１Ｂにて連結されている。ここで、リンク２１４（出力軸側）は、不図示のストッパー機構により可動範囲が２回転未満に限定されており、その可動範囲を０°以上（７２０−α）°未満とする。
【００３６】
レバースイッチ２５０の突出部２５２が第１領域２６１Ａ、第２領域２６１Ｂ及び第３領域２６１Ｃのそれぞれに移動したときのレバースイッチ２５０の本体２５１の姿勢について説明する。
【００３７】
図７は、リンク２１４を回転させたときの案内部材２６０の状態を示す説明図、図８は、リンク２１４を回転させたときのレバースイッチ２５０の状態を示す説明図である。図７（ａ）及び図８（ａ）は、リンク２１３に対してリンク２１４を０°以上（３６０−α）°未満の範囲で回転させた状態を示している。図７（ｂ）及び図８（ｂ）は、リンク２１３に対してリンク２１４を（３６０−α）°以上３６０°未満の範囲で回転させた状態を示している。図７（ｃ）及び図８（ｃ）は、リンク２１３に対してリンク２１４を３６０°以上（７２０−α）°未満の範囲で回転させた状態を示している。
【００３８】
つまり、図７（ａ）及び図８（ａ）は、レバースイッチ２５０が第１位置に揺動した状態を示し、図７（ｃ）及び図８（ｃ）は、レバースイッチ２５０が第２位置に揺動した状態を示している。また、図７（ｂ）及び図８（ｂ）は、レバースイッチ２５０が第１の位置と第２位置との間の位置に揺動した状態を示している。
【００３９】
突出部２５２は、リンク２１４の回転角度θが０°≦θ＜３６０−α°の場合は、図７（ａ）に示すように、案内溝２６１の第１領域２６１Ａの中を動く。また、突出部２５２は、３６０−α°≦θ＜３６０°の場合は、図７（ｂ）に示すように、第２領域２６１Ｂの中を動く。また、突出部２５２は、３６０°≦θ＜７２０−α°の場合は、図７（ｃ）に示すように、第３領域２６１Ｃの中を動く。
【００４０】
つまり、案内部材２６０は、リンク２１４の回転角度が０°以上（３６０−α）°未満のとき、レバースイッチ２５０を第１位置に移動させる。また、案内部材２６０は、リンク２１４の回転角度が（３６０−α）°以上３６０°未満のとき、レバースイッチ２５０を第１位置と第２位置との間の位置に移動させる。また、案内部材２６０は、リンク２１４の回転角度が３６０°以上（７２０−α）°未満のとき、レバースイッチ２５０を第２位置に移動させる。
【００４１】
突出部２５２が第１領域２６１Ａを移動する場合は、第１領域２６１Ａが回転中心線Ｃを中心とする第１仮想真円上に円弧状に形成されているので、本体２５１は第１位置に位置する。同様に、突出部２５２が第３領域２６１Ｃを移動する場合は、第３領域２６１Ｃが回転中心線Ｃを中心とする第２仮想真円上に円弧状に形成されているので、本体２５１は第２位置に位置する。なお、第１仮想真円は第２仮想真円よりも半径が大きいものとする。
【００４２】
一方、突出部２５２が第２領域２６１Ｂを移動する場合は、回転中心線Ｃに対する第２領域２６１Ｂの半径方向の距離が半径方向と直交する周方向で異なるため、本体２５１が第１位置と第２位置との間で揺動する。
【００４３】
レバースイッチ２５０の本体２５１の他端２５１Ｂは、突出部２５２が第１領域２６１Ａの中を動いている間は、図８（ａ）に示すように、接触センサ２７０から離れており、接触センサ２７０の出力はオフ（第１レベル）になっている。リンク２１４の回転と共に突出部２５２が第２領域２６１Ｂを移動すると、図８（ｂ）に示すように、本体２５１の他端２５１Ｂが接触センサ２７０に近接する方向に本体２５１が揺動する。
【００４４】
そして、突出部２５２が第３領域２６１Ｃへ移動すると、図８（ｂ）に示すように、本体２５１の回転軸２５３を中心とする揺動により、他端２５１Ｂが接触センサ２７０に接触して接触センサ２７０の出力がオン（第２レベル）となる。つまり、突出部２５２が第１領域２６１Ａを移動する場合は、本体２５１は第１位置から揺動せず、接触センサ２７０の出力はオフのままである。また、突出部２５２が第３領域２６１Ｃを移動する場合は、本体２５１は第２位置から揺動せず、接触センサ２７０の出力はオンのままである。そして、突出部２５２が、第２領域２６１Ｂを移動する場合は、本体２５１が揺動し、接触センサ２７０の出力は、オフからオン、又はオンからオフに切り替わる過渡状態となる。
【００４５】
図９は、リンク２１４の回転角度θと、アブソリュートエンコーダ２３７の検出角度φ及び接触センサ２７０の出力との関係を示すグラフである。図９に示すように、アブソリュートエンコーダ２３７の検出結果である検出角度φが０°≦φ＜３６０−α°の場合、リンク２１４の回転が１周目（０°以上３６０°未満）か２周目（３６０°以上７２０°未満）かで回転角度θの候補が２つある。例えば、可動範囲が６３０°の条件で考えると、このとき角度αは９０°になる。検出角度φが２００°のとき、回転角度θは２００°と５６０°の２候補がある。ここで、接触センサ２７０の出力がオフの場合は、突出部２５２が第１領域２６１Ａに位置することになるので、θ＝２００°となる。接触センサ２７０の出力がオンの場合は、突出部２５２が第３領域２６１Ｃに位置することになるのでθ＝２００°＋３６０°＝５６０°となる。このように、接触センサ２７０の出力から１周目か２周目かを判別することができる。
【００４６】
また、検出角度φが３６０−α°≦φ＜３６０°の場合、角度αが９０°の構成で検出角度φが３３０°のとき、回転角度θは３３０°と一意に決定する。これは可動範囲が０°以上６３０°未満であるため、突出部２５２が２周目にあるときθ＝６９０°になるが、回転角度の可動範囲外にあたり、除外できるからである。
【００４７】
このように、アブソリュートエンコーダ２３７で検出する検出角度φと、接触センサ２７０の出力を比較することで、リンク２１４の回転角度θを算出することができる。
【００４８】
次に、演算ユニット３０２で実施される角度演算処理の各工程について説明する。図１０は、演算ユニット３０２が記憶部３０３に格納されたプログラムに基づいて実行する角度演算処理を示すフローチャートである。
【００４９】
演算ユニット３０２は、電源がオンされることにより起動し、記憶部３０３から演算プログラムを読み出して演算プログラムを実行する（Ｓ１）。電源停止時は、アブソリュートエンコーダ２３７及び接触センサ２７０に電力が供給されていないため、アブソリュートエンコーダ２３７及び接触センサ２７０は動作していない。そのため、ロボットアーム２０１の関節軸を人が手で強制的に回転させたりしても回転角度の変化量をアブソリュートエンコーダ２３７で検出することができない。電源停止の状態から電源を起動させると、アブソリュートエンコーダ２３７及び接触センサ２７０に電力が供給される。
【００５０】
次に、演算ユニット３０２は、アブソリュートエンコーダ２３７から検出結果として検出角度φの値を取得する（Ｓ２）。
【００５１】
次に、演算ユニット３０２は、アブソリュートエンコーダ２３７から取得した検出角度φの値が所定の角度範囲内にあるか否かを判断する（Ｓ３）。具体的には、０≦α＜３６０としたとき、リンク２１３に対するリンク２１４の可動範囲が０°以上（７２０−α）°未満であるので、演算ユニット３０２は、０≦φ＜３６０−αであるか否かを判断する。即ち、演算ユニット３０２は、検出角度φが、０°以上（３６０−α）°未満であるか否かを判断する。ここで、０≦φ＜３６０−αの場合は、突出部２５２は案内溝２６１において第１領域２６１Ａ及び第３領域２６１Ｃのうちいずれかの領域に移動している。３６０−α≦φ＜３６０の場合は、突出部２５２は案内溝２６１において第２領域２６１Ｂに移動している。
【００５２】
次に、演算ユニット３０２は、０≦φ＜３６０−αであると判断した場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、接触センサ２７０の出力を確認（取得）する（Ｓ４）。
【００５３】
次に、演算ユニット３０２は、接触センサ２７０の出力がオンであるか否か（オフであるか）を判断する（Ｓ５）。突出部２５２が第１領域２６１Ａに位置している場合は、レバースイッチ２５０の本体２５１は接触センサ２７０に接触しておらず、接触センサ２７０の出力はオフである。突出部２５２が第３領域２６１Ｃに位置している場合は、レバースイッチ２５０の本体２５１は接触センサ２７０に接触しており、接触センサ２７０の出力はオンである。
【００５４】
演算ユニット３０２は、接触センサ２７０の出力がオンである場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、検出角度φに３６０°を加算する処理（θ＝φ＋３６０とする処理）を行い、この加算結果をリンク２１４の回転角度θとする（Ｓ６）。即ち、演算ユニット３０２は、接触センサ２７０によりレバースイッチ２５０が第２位置に揺動したと検知された場合（出力がオンの場合）には、リンク２１４の回転角度θをアブソリュートエンコーダ２３７の検出結果φに３６０°を加算した結果とする。
【００５５】
つまり、リンク２１４の回転角度（関節角度）θは、２回転目（３６０°以上７２０−α°未満）に位置していることになるため、θ＝φ＋３６０である。
【００５６】
また、演算ユニット３０２は、ステップＳ５において接触センサ２７０の出力がオフである場合（Ｓ５：Ｎｏ）、リンク２１４の回転角度θをアブソリュートエンコーダ２３７の検出結果φとする（Ｓ７）。即ち、演算ユニット３０２は、接触センサ２７０によりレバースイッチ２５０が第１位置に揺動したと検知された場合には、θ＝φとする。
【００５７】
つまり、突出部２５２は第１領域２６１Ａに位置しており、リンク２１４の回転角度（関節角度）θは、１回転目（０°以上３６０−α°未満）に位置していることになるため、θ＝φである。
【００５８】
また、演算ユニット３０２は、ステップＳ３においてアブソリュートエンコーダ２３７から取得した検出角度φが（３６０−α）°以上３６０°未満であると判断した場合（Ｓ３：Ｎｏ）、リンク２１４の回転角度θを検出角度φとする（Ｓ８）。つまり、突出部２５２が第２領域２６１Ｂに位置しているため、回転角度（関節角度）θはθ＝φと一意に決まる。
【００５９】
次に、演算ユニット３０２は、ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ８で求めた回転角度（関節角度）θの値を制御ユニット３０１へ送信する（Ｓ９）。制御ユニット３０１は、回転角度θが目標回転角度となるようにモータ２３１を制御する。
【００６０】
以上、第１実施形態によれば、アブソリュートエンコーダ２３７がリンク２１３に対するリンク２１４の絶対角度を検出し、接触センサ２７０がレバースイッチ２５０の揺動位置を検知している。これにより、制御装置３００の演算ユニット３０２がリンク２１３に対し２回転未満で回転するリンク２１４の回転角度θを求めている。これにより、電源停止時にリンク２１４がリンク２１３に対して回転したとしても、リンク２１４の回転角度θを求めることができるので、回転回数をメモリに記憶させておくためのバッテリーが不要になる。バッテリーが不要となることで、バッテリーの定期交換の必要もなくなり、バッテリーの電力ケーブル等も不要になるため、ロボット装置１００を小型化及びコストダウンすることができる。
【００６１】
また、突出部２５２が第２領域２６１Ｂを移動しているとき、即ち検出角度φが（３６０−α）°以上３６０°未満のときは、接触センサ２７０の出力に関わらず、回転角度θは一意にφに決まる。したがって、第１位置から第２位置へ、又は第２位置から第１位置へレバースイッチ２５０が変位する際の過渡期であっても、回転角度θが求まる。よって、リンク２１４の可動範囲全域に亘ってリンク２１４の回転角度θが正確に求まり、ロボット装置１００の小型化及びコストダウンを図りながらも、ロボット２００の制御動作が安定する。
【００６２】
また、第１実施形態では、案内溝２６１に沿わせて揺動部材であるレバースイッチ２５０（本体２５１）を揺動させるという簡単な構成で、リンク２１３に対するリンク２１４の回転角度θを求めることができる。
【００６３】
更に、第１実施形態では、案内部材２６０の端面２６２に案内溝２６１を形成したので、レバースイッチ２５０をリンク２１３，２１４間に配置することができ、よりロボット装置１００が小型化する。
【００６４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るロボット装置について説明する。図１１は、本発明の第２実施形態に係るロボット装置の案内部材を示す平面図である。図１２は、第２実施形態における第２リンクの回転角度θと、アブソリュートエンコーダの検出角度φ及び接触センサの出力との関係を示すグラフである。なお、第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。第２実施形態では、案内部材５６０の案内溝５６１の形状が上記第１実施形態の案内部材２６０の案内溝２６１と異なり、それ以外の構成は、上記第１実施形態と同様である。つまり、上記第１実施形態では、レバースイッチ２５０の揺動位置である第１位置及び第２位置は一点に決まっていたが、第１位置及び第２位置に範囲があってもよい。
【００６５】
具体的には、接触センサ２７０は、接触圧の増加に伴って電気抵抗値が減少する圧力センサである。したがって、接触センサ２７０の出力（通電電流）は、接触圧の増加に伴って増加する。接触センサ２７０の出力が第１レベル以下となった場合を接触センサ２７０がオフ、つまりレバースイッチ２５０が第１位置に移動したと判断すればよい。また、接触センサ２７０の出力が第２レベル以上となった場合を接触センサ２７０がオン、つまりレバースイッチ２５０が第２位置に移動したと判断すればよい。
【００６６】
第２実施形態では、図１１に示すように、案内部材５６０の案内溝５６１は、端面５６２に、回転中心線Ｃに連続的に近づく（遠ざかる）よう渦巻状に形成されている。よって、接触センサ２７０の出力は、図１２に示すように、直線的に変化する。
【００６７】
案内溝（カム溝）５６１は、第１領域５６１Ａ、第２領域５６１Ｂ及び第３領域５６１Ｃの３つの領域に区分けすることができる。これら３つの領域５６１Ａ，５６１Ｂ，５６１Ｃは連続しているため、明確な区切りはない。リンク２１４が０°から図１１中時計方向へ回転するに伴い、突出部２５２が案内部材５６０に対して相対的に図１１中反時計方向へ案内溝５６１に沿って移動する。その際、案内溝５６１内の突出部２５２は、回転中心線Ｃから遠ざかる方向へ連続的に動くことになる。そこで、リンク２１４の回転角度が０°以上（３６０−α）°未満のときに接触センサ２７０の出力がオフに、３６０以上（７２０−α）°未満のときに接触センサ２７０の出力がオンになるように接触センサ２７０を調整する。つまり、演算ユニット３０２における接触センサ２７０の出力の閾値となる第１レベル及び第２レベルを設定する。このとき、（３６０−α）°以上３６０°未満の場合は接触センサ２７０の値はオンとオフのどちらでも構わない。
【００６８】
以上第２実施形態によれば、上記第１実施形態で説明した図１０のフローチャートと同じ工程を経て、リンク２１４の回転角度θを求めることができる。したがって、電源停止時にリンク２１４がリンク２１３に対して回転したとしても、リンク２１４の回転角度θを求めることができるので、回転回数をメモリに記憶させておくためのバッテリーが不要になる。バッテリーが不要となることで、バッテリーの定期交換の必要もなくなり、バッテリーの電力ケーブル等も不要になるため、ロボット装置を小型化及びコストダウンすることができる。
【００６９】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るロボット装置について説明する。図１３は、本発明の第３実施形態に係るロボット装置の案内部材を示す斜視図である。図１４は、本発明の第３実施形態に係るロボット装置の案内部材を示す側面図である。なお、第３実施形態において、上記第１、第２実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。第３実施形態では、案内部材６６０の案内溝６６１の形成位置、並びにレバースイッチ２５０及び接触センサ２７０の配置位置が、上記第１、第２実施形態と異なる。
【００７０】
第３実施形態では、案内部材６６０は、円筒（又は円柱）形状に形成されている。そして、案内部材６６０は、リンク２１４の回転中心線Ｃに対して直交する線を法線とする周面、具体的には外周面（側面）６６３を有している。案内溝６６１は、案内部材６６０の外周面６６３に螺旋状に形成されている。つまり、案内溝６６１は、回転中心線Ｃに平行な矢印Ｚ方向において案内部材６６０の回転に伴う突出部２５２の位置が段階的に変化するように形成されている。
【００７１】
レバースイッチ２５０は、外周面６６３に対向する位置に配置されている。そして、レバースイッチ２５０は、突出部２５２が案内溝６６１の中に入り込むように配置されている。案内部材６６０が回転中心線Ｃまわりに回転すると、案内部材６６０の外周面（側面）に形成された案内溝６６１にならって突出部２５２が相対的に案内溝６６１に対してスライドする。これにより、突出部２５２が円筒の回転中心線Ｃに平行な矢印Ｚ方向へ動く。この突出部２５２の移動により、レバースイッチ２５０の本体２５１が揺動（回転軸２５３まわりに回転）する。
【００７２】
図１４に示すように、外周面（側面）６６３に形成された案内溝６６１は、上記第１実施形態の案内溝２６１と同様、第１領域６６１Ａ、第２領域６６１Ｂ及び第３領域６６１Ｃの３つの領域に区分けされる。
【００７３】
第１領域６６１Ａは図１４中案内部材６６０の上側、第３領域６６１Ｃは図１４中案内部材６６０の下側に形成され、第１領域６６１Ａと第３領域６６１Ｃとは、回転中心線Ｃから角度α°だけ間隔をあけて形成されている。第１領域６６１Ａと第３領域６６１Ｃとは、第２領域６６１Ｂを介して連結されている。レバースイッチ２５０の本体２５１が回転軸２５３まわりに揺動して、接触センサ２７０に接触又は離間する動作は、上記第１実施形態と同様である。
【００７４】
以上、案内部材６６０の外周面６６３に案内溝６６１を形成した場合であっても、上記第１実施形態で説明した図９と同様にリンク２１４の回転角度θと接触センサ２７０の出力との関係が導かれる。よって、第３実施形態においても、上記第１実施形態と同様、ロボット装置を小型化及びコストダウンすることができる。
【００７５】
なお、第３実施形態では、案内溝６６１を回転中心線Ｃに平行な矢印Ｚ方向に段階的に変化するように形成した場合について説明したが、上記第２実施形態と同様、連続的に変化するように形成してもよい。
【００７６】
［変形例］
上記第１〜第３実施形態においては、ロボット２００の起動中は常時演算ユニット３０２でアブソリュートエンコーダ２３７と接触センサ２７０の出力を演算し、関節の絶対角度を演算する場合について説明した。一方、起動時のみ接触センサ２７０の出力を用いて演算ユニット３０２で関節角度θの演算を行い、起動後はインクリメンタルエンコーダ２３５の角度変化分を起動時に演算した関節角度θに加算してもよい。即ち、演算ユニット３０２は、角度演算処理により求めた回転角度θを基準に、インクリメンタルエンコーダ２３５により検出された角度変化Δθからリンク２１４の現在の回転角度を求める制御モードを有していてもよい。これにより、演算ユニット３０２は、上記第１実施形態で説明した図１０の演算を、ロボット装置の起動後、常に行わなくても関節角度の絶対角度を検出することができる。
【００７７】
なお、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。
【００７８】
上記実施形態では、レバースイッチ２５０が接触センサ２７０から離間する位置を第１位置、レバースイッチ２５０が接触センサ２７０に接触する位置を第２位置としたが、これに限定するものではなく、例えば逆の関係であってもよい。即ち、レバースイッチ２５０が接触センサ２７０に接触する位置が第１位置、レバースイッチ２５０が接触センサ２７０から離間する位置が第２位置となるようにレバースイッチ２５０及び接触センサ２７０を配置すればよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、回転駆動部が、伝達機構を有する場合について説明したが、伝達機構を有さない場合についても本発明は適用可能である。更に、上記実施形態では、回転駆動部が、減速機を有する場合について説明したが、減速機を有さない場合についても本発明は適用可能である。
【００８０】
また、上記実施形態では、移動部材が揺動可能なレバースイッチであり、レバースイッチが案内溝に案内される場合について説明したが、バッテリーが無くても案内部材に案内されて１周目か２周目かを判別できれば他の手段でも良い。例えば、レバースイッチ２５０の代わりにスライド可能なスライド式のスイッチを用いても同様の効果を得ることができる。移動部材がスライド式のスイッチの場合、案内部材は、第１位置と第２位置との間でスライドするよう案内するように構成すればよい。また、接触センサ２７０の代わりに、可変抵抗器やレーザー変位計、静電容量センサといった、連続的に移動部材の位置を検知する検知部を用いることで１周目か２周目かを判別するようにしてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、制御装置３００が制御ユニット３０１と演算ユニット３０２とに分かれている場合について説明したが、これに限定するものではなく、制御ユニット３０１と演算ユニット３０２とが１つのユニットで構成されていてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、リンク２１３が第１リンクであり、リンク２１４が第２リンクである場合について説明したが、第１リンクと第２リンクとは相対的なものであり、第１リンクをリンク２１４、第２リンクをリンク２１３としてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１００…ロボット装置、２１３…リンク（第１リンク）、２１４…リンク（第２リンク）、２３０…回転駆動部、２３７…アブソリュートエンコーダ（角度検出部）、２５０…レバースイッチ（移動部材）、２６０…案内部材、２７０…接触センサ（検知部）、３００…制御装置（制御部）
【図１】
2015157332.tif 000003
【図２】
2015157332.tif 000004
【図３】
2015157332.tif 000005
【図４】
2015157332.tif 000006
【図５】
2015157332.tif 000007
【図６】
2015157332.tif 000008
【図７】
2015157332.tif 000009
【図８】
2015157332.tif 000010
【図９】
2015157332.tif 000011
【図１０】
2015157332.tif 000012
【図１１】
2015157332.tif 000013
【図１２】
2015157332.tif 000014
【図１３】
2015157332.tif 000015
【図１４】
2015157332.tif 000016