(57)【要約】      （修正有）【課題】容易な構成で駆動伝達機構を制御するためコントローラの演算量を簡略化することのできる作業用ロボットを提供する。【解決手段】支持部２に対して線状に連結された第１ないし第３アームＡ１，Ａ２，Ａ３と、これらのアームを回転駆動する第１ないし第３駆動伝達機構３，４，５と、これらの駆動伝達機構を駆動制御する第１ないし第３コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３とを備える。第３アームを駆動する第３駆動伝達機構５は、第３モータＭ３と動摩擦力が大きい第３減速器Ｇ３によって構成され、第３駆動伝達機構５を制御する第３コントローラＫ３は、制御対象の第３アームＡ３以外の第１および第２アームの反力の影響を加味することなく第３駆動伝達機構５を制御し、第１および第２コントローラＫ１，Ｋ２は、第１および第２アームの反力の影響を加味してそれぞれ対応する第１および第２駆動伝達機構３、４を制御する。【選択図】図２
2005186258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材に対して線状に連結された少なくとも３以上のアームと、前記支持部材および最先端のアームを除く各アームに設けられ、前記支持部材およびアームがそれぞれ支持する先端側のアームを回転駆動する複数の駆動伝達機構と、これらの駆動伝達機構をそれぞれ駆動制御する複数の制御手段と、を備える作業用ロボットであって、
前記各駆動伝達機構は、少なくとも駆動力を発生するモータとそのモータの回転速度を減速して対応するアームに伝達する減速器とを含み、かつ、少なくとも１の減速器は、他の減速器に比べて動摩擦力が大きい減速器によって構成され、
前記複数の制御手段のうち、動摩擦力の大きい減速器を含む駆動伝達機構を制御する制御手段は、制御対象のアーム以外の他のアームの反力の影響を加味することなく当該駆動伝達機構を制御し、他の制御手段は、制御対象のアーム以外の他のアームの反力の影響を加味してそれぞれ対応する駆動伝達機構を制御するものであることを特徴とする、作業用ロボット。
【請求項２】
前記動摩擦力の大きい減速器を含む駆動伝達機構によって回転駆動されるアームは、最先端にあるアームである、請求項１に記載の作業用ロボット。
【請求項３】
前記動摩擦力の大きい減速器は、中空構造のハーモニックドライブ減速器である、請求項１または２に記載の作業用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば半導体ウェハといった所望のワーク（被搬送物）を複数のステージ間において移動させるための作業用ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハといった所望のワークを複数のステージ間において移動させるための作業用ロボットには、複数のアームと、それらを互いに連結した複数の駆動伝達機構とを備えたものがある（たとえば、特許文献１参照。）。この駆動伝達機構は、たとえばモータと、そのモータの回転速度を減速するための減速器とを備え、各モータは、駆動伝達機構ごとに独立に制御されることが多い。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７５９８０号公報
【０００４】
図１は、作業用ロボットの一例を示す上面概略図であり、図２は、この作業用ロボットの要部断面図である。この作業用ロボット１は、水平移動可能な移動支持台２に対して第１駆動伝達機構３を介して第１アームＡ１が連結されている。第１アームＡ１には、第２駆動伝達機構４を介して第２アームＡ２が連結されている。第２アームＡ２には、第３駆動伝達機構５を介して第３アームＡ３が連結されている。第３アームＡ３の先端部分には、所望のワークを保持するためのハンド部材（図略）が設けられている。
【０００５】
第１ないし第３駆動伝達機構３，４，５には、それぞれ第１ないし第３モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３および第１ないし第３減速器Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３が備えられており、各モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３には、それを駆動制御するための第１ないし第３コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３がそれぞれ接続されている。
【０００６】
図６は、作業用ロボットを適用したフィードバック制御系のブロック構成図である。一般に、上記した作業用ロボットが所望する挙動を示すようにするためには、適切なコントローラを設計する必要がある。この設計プロセスでは、たとえば、コントローラの制御内容を仮定し、フィードバック制御系の応答を調べるとともにそれを評価し、その結果に基づいてコントローラの制御内容を変更するといった施工錯誤が繰り返される。この場合、与えられたプラント（制御対象、ここではモータ）に対する入出力の関係は、微分方程式や伝達関数などの数式モデルで表すことができる。
【０００７】
ここで、上記ブロック構成図を説明すると、第１ないし第３コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３には、ワークを移動させる際の軌道情報のひとつである目標値（たとえば目標モータ回転角度）ｒ1，ｒ2，ｒ3がそれぞれ入力される。各コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３では、所定の演算が行われ、第１ないし第３アームＡ１，Ａ２，Ａ３を駆動させるための各モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３のトルク量ｕ1，ｕ2，ｕ3を出力する。これらのトルク量ｕ1，ｕ2，ｕ3は、制御対象としての各プラントＰ１，Ｐ２，Ｐ３（たとえば各モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３）に入力される。その結果、たとえば実測モータ回転角度θ1，θ2，θ3といった動き量ｙ1，ｙ2，ｙ3が出力される。これらの動き量ｙ1，ｙ2，ｙ3は、各コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３の入力にフィードバックされ、偏差量ｅ1，ｅ2，ｅ3として各コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３に入力される。
【０００８】
ここで、図６に示すように、各コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３および各プラントＰ１，Ｐ２，Ｐ３を一つのコントローラＫおよび一つのプラントＰ（ともに点線参照）とした場合、このフィードバック制御系におけるコントローラＫおよびプラントＰは、下記に示す数式モデルとしての状態方程式で表すことができる（（１）式および（２）式参照）。
【０００９】
【数１】
2005186258.tif 000003
【００１０】
ここで、Ｋ11 (s)，Ｋ12(s)，Ｋ13(s)，Ｋ21(s)，Ｋ22(s)，Ｋ23(s)，Ｋ31(s)，Ｋ32(s)，Ｋ33(s)は、コントローラＫにおける伝達関数を示す。
【００１１】
【数２】
2005186258.tif 000004
【００１２】
ここで、Ｐ11(s)，Ｐ12(s)，Ｐ13(s)，Ｐ21(s)，Ｐ22(s)，Ｐ23(s)，Ｐ31(s)，Ｐ32(s)，Ｐ33(s)は、プラントＰにおける伝達関数を示す。
【００１３】
また、これらの状態方程式は、入出力数に着目すると、ｎ次の状態方程式で表すことができる。たとえばプラントＰ(s)は、下記（３）式、（４）式で表される。
【００１４】
【数３】
2005186258.tif 000005
【００１５】
ここで、ｘ1，‥，ｘnは状態変数であり、Ａ11，‥，Ａnnはシステム行列（system matrix）であり、Ｂ11，‥，Ｂnnは入力行列（control matrix）である。
【００１６】
（３）式の状態方程式は、上記構成の作業用ロボット１に適用した場合、作業用ロボット１のアーム数は「３」であるため、３次の状態方程式で表すことができる（（４）式参照）。
【００１７】
【数４】
2005186258.tif 000006
【００１８】
ここで、Ｃ11，‥，Ｃnnは出力行列（output matrix）であり、Ｄ11，‥，Ｄnnは直達行列（transfer matrix）である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、このような作業用ロボットにおいては、近年、ワークの大型化に伴って、作業用ロボット自体の大型化も進行しつつある。作業用ロボットが大型化されると、上記のような複数のアームが線状に連結されて設けられた作業用ロボットにおいては、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３では、他のアームＡ１，Ａ２，Ａ３が回転動作された際に受ける互いの反力が無視できなくなるほど大きくなる。そのため、ワークを移動させたときに、正確な位置決め精度が得られないことがある。
【００２０】
そこで、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３における互いの反力の影響を考慮して、その反力の影響を補償するための制御を行うことが考えられる。すなわち、各コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３は、自身以外の他のコントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３が出力するトルク量ｕ1，ｕ2，ｕ3に対して反力の影響を補償するべく制御量（補償トルク量）を加算させるようにする。
【００２１】
図７は、反力の影響を補償するべく制御量（補償トルク量）を考慮した場合のフィードバック制御系のブロック構成図である。同図によると、第１プラントＰ１には、第１コントローラＫ１から出力されるトルク量ｕ11に対して第２および第３アームＡ２，Ａ３の補償トルク量ｕ22，ｕ32が加算されたトルク量ｕ1が与えられる。第２プラントＰ２には、第２コントローラＫ２から出力されるトルク量ｕ21に対して第１および第３アームＡ１，Ａ３の補償トルク量ｕ12，ｕ33が加算されたトルク量ｕ2が与えられる。また、第３プラントＰ３には、第３コントローラＫ３から出力されるトルク量ｕ31に対して第１および第２アームＡ１，Ａ２の補償トルク量ｕ13，ｕ23が加算されたトルク量ｕ3が与えられる。
【００２２】
その結果、各プラントＰ１，Ｐ２，Ｐ３が出力する動き量ｙ1，ｙ2，ｙ3も自身以外の他のプラントＰ１，Ｐ２，Ｐ３の動き量が加算されたものとなる。すなわち、プラントＰ１の出力ｙ1は、プラントＰ２の出力ｙ22およびプラントＰ３の出力ｙ32が加算されたものとなる。プラントＰ２の出力ｙ2は、プラントＰ１の出力ｙ12およびプラントＰ３の出力ｙ32が加算されたものとなる。プラントＰ３の出力ｙ3は、プラントＰ１の出力ｙ13およびプラントＰ２の出力ｙ23が加算されたものとなる。
【００２３】
このように、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３における互いの反力の影響を考慮すると、各コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３は、他のコントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３に対して反力の影響を補償するべく補償トルク量をそれぞれ与える必要がある。そのため、各コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３における状態方程式の次数ｎが増大し、これにより演算量が増大することになり、その結果、演算に相当の時間が必要となったり、コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３の負担が大きくなったりするといった問題点がある。したがって、たとえこれらのコントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３を上記作業用ロボット１に適用しても、実用に耐え難い結果になっていた。
【００２４】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、容易な構成で駆動伝達機構を制御するためコントローラの演算量を簡略化することのできる作業用ロボットを提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００２６】
本願発明にかかる作業用ロボットは、支持部材に対して線状に連結された少なくとも３以上のアームと、前記支持部材および最先端のアームを除く各アームに設けられ、前記支持部材およびアームがそれぞれ支持する先端側のアームを回転駆動する複数の駆動伝達機構と、これらの駆動伝達機構をそれぞれ駆動制御する複数の制御手段と、を備える作業用ロボットであって、前記各駆動伝達機構は、少なくとも駆動力を発生するモータとそのモータの回転速度を減速して対応するアームに伝達する減速器とを含み、かつ、少なくとも１の減速器は、動摩擦力が大きい減速器によって構成され、前記複数の制御手段のうち、動摩擦力の大きい減速器を含む駆動伝達機構を制御する制御手段は、制御対象のアーム以外の他のアームの反力の影響を加味することなく当該駆動伝達機構を制御し、他の制御手段は、制御対象のアーム以外の他のアームの反力の影響を加味してそれぞれ対応する駆動伝達機構を制御するものであることを特徴としている（請求項１）。
【００２７】
これらの構成によれば、前記最先端にあるアームを回転駆動させるための駆動伝達機構の減速器に、動摩擦力の比較的大きい減速器が用いられているため、当該アームを回転駆動させるための駆動伝達機構を制御する制御手段は、他の制御手段と独立して駆動伝達機構を制御する。そのため、たとえばワークの大型化に伴って作業用ロボット自体の大型化が進行しても、アームにおける互いの反力の影響を補償する必要性が上記制御手段にはなくなるため、当該制御手段における演算量を大幅に低減させることができるとともに、互いにそれぞれの駆動伝達機構を駆動制御する他の制御手段の演算量を大幅に低減させることができる。
【００２８】
好ましい実施の形態によれば、前記動摩擦力の大きい減速器を含む駆動伝達機構によって回転駆動されるアームは、最先端にあるアームであるとよい（請求項２）。具体的には、前記動摩擦力の大きい減速器は、中空構造のハーモニックドライブ減速器であるとよい（請求項３）。
【００２９】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。なお、この実施の形態の説明では、背景技術の欄で説明した図１および図２を再度、参照して用いる。
【００３１】
この作業用ロボット１は、たとえば半導体ウェハといった所望のワーク（図略）を複数のステージ間において略水平方向に移動させるためのものである。なお、ワークとしては、半導体ウェハに限るものではない。
【００３２】
作業用ロボット１は、図１および図２に示したように、水平移動可能な支持台２と、支持台２に基端部が連結され、鉛直方向に延びる軸心周りに回転可能な第１アームＡ１と、この第１アームＡ１の先端部に基端部が連結され、鉛直方向に延びる軸心周りに回転可能な第２アームＡ２と、この第２アームＡ２の先端部に基端部が連結され、鉛直方向に延びる軸心周りに回転可能な第３アームＡ３とによって構成されている。
【００３３】
支持台２は、略直方体形状に形成され、その内部に第１アームＡ１を回転駆動させるための第１駆動伝達機構３を備えている。第１駆動伝達機構３は、支持台２の内部に配置された、たとえばＡＣサーボモータ等の電動モータからなる第１モータＭ１と、このモータＭ１の回転軸１１に接続された第１減速器Ｇ１とを備えている。第１減速器Ｇ１の出力軸１２には、第１アームＡ１が連結されている。
【００３４】
第１モータＭ１は、第１アームＡ１を回転駆動させるためのものであり、第１コントローラＫ１からの駆動信号によって回転駆動される。第１減速器Ｇ１は、第１モータＭ１の回転速度を減速しつつ第１モータＭ１の回転力を伝達するためのものである。
【００３５】
第１コントローラＫ１からの駆動信号によって第１モータＭ１が回転駆動させられると、その回転力が第１減速器Ｇ１によって減速されるとともに第１アームＡ１に伝達され、第１アームＡ１が回転される。
【００３６】
第１アームＡ１は、略円柱状の円柱部１３と、その円柱部１３の上部から略水平方向に延びた延設部１４とを備えており、第１アームＡ１の内部に第２アームＡ２を回転駆動させるための第２駆動伝達機構４を備えている。第２駆動伝達機構４は、円柱部１３の内部に配置された、たとえばＡＣサーボモータ等の電動モータからなる第２モータＭ２と、この第２モータＭ２の回転軸１５に連結された第２減速器Ｇ２と、一対のプーリ１６，１７と、そのプーリ１６，１７に掛け回された無端状の第１ベルト１８とによって構成されている。一対のプーリ１６，１７のうちの一方のプーリ１６は、第２減速器Ｇ２の出力軸１９に連結され、他方のプーリ１７は、第１アームＡ１の先端部に回転可能に支持されるとともに、第２アームＡ２の基端部に連結されている。
【００３７】
第２モータＭ２は、第２アームＡ２を回転駆動させるためのものであり、第２コントローラＫ２からの駆動信号によって回転駆動される。第２減速器Ｇ２は、第２モータＭ２の回転速度を減速しつつ第２モータＭ２の回転力を伝達するためのものである。
【００３８】
第２コントローラＫ２からの駆動信号によって第２モータＭ２が回転駆動させられると、その回転力が第２減速器Ｇ２によって伝達され、それが一対のプーリ１６，１７およびベルト１８を介して第２アームＡ２に伝達され、第２アームＡ２が回転される。
【００３９】
第２アームＡ２は、略円柱状の円柱部２１と、その円柱部２１の上部から略水平方向に延びた延設部２２とを備えており、第２アームＡ２の内部に第３アームＡ３を回転駆動させるための第３駆動伝達機構５を備えている。第３駆動伝達機構５は、円柱部２１の内部に配置された、たとえばＡＣサーボモータ等の電動モータからなる第３モータＭ３と、一対のプーリ２３，２４と、そのプーリ２３，２４に掛け回された無端状の第２ベルト２５と、第３減速器Ｇ３とによって構成されている。
【００４０】
一対のプーリ２３，２４のうちの一方のプーリ２３は、第３モータＭ３の回転軸２６に連結され、他方のプーリ２４は、第２アームＡ２の先端部に回転可能に支持されるとともに、第３減速器Ｇ３に連結されている。
【００４１】
第３モータＭ３は、第３アームＡ３を回転駆動させるためのものであり、第３コントローラＫ３からの駆動信号によって回転駆動される。一方のプーリ２３は、第３モータＭ３によって回転し、第２ベルト２５を介して他方のプーリ２４に対して第３モータＭ３の回転力を伝達する。他方のプーリ２４は、第２ベルト２５を介して伝達された第３モータＭ３の回転力を第３減速器Ｇ３に伝達するためのものである。第３減速器Ｇ３は、第３モータＭ３の回転速度を減速しつつ第３モータＭ３の回転力を伝達するためのものであり、第３アームＡ３に連結されている。
【００４２】
第３コントローラＫ３からの駆動信号によって第３モータＭ３が回転駆動させられると、その回転力が一対のプーリ２３，２４および第２ベルト２５を介して第３減速器Ｇ３に伝達され、第３アームＡ３が回転される。
【００４３】
第３アームＡ３は、略棒状に形成されており、その先端部にワークを保持するためのハンド部材（図略）を有している。
【００４４】
第１ないし第３コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３は、たとえばコンピュータを搭載して構成されており、第１コントローラＫ１は第１モータＭ１に、第２コントローラＫ２は第２モータＭ２に、第３コントローラＫ３は第３モータＭ３にそれぞれ接続され、各モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３に対して駆動信号を出力する。
【００４５】
第１ないし第３コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３には、各アームＡ１，Ａ２，Ａ３の目標回転角度がそれぞれ与えられ、それに応じた各モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３に対するトルク量を演算し、それを各プラントＰ１，Ｐ２，Ｐ３（たとえばモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３）にそれぞれ出力する。なお、第１ないし第３コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３は、ひとつのコントローラＫによって構成されていてもよく、この場合、このコントローラＫから各モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３に対して演算によって求められたトルク量が出力される。
【００４６】
本実施形態においては、少なくとも第３減速器Ｇ３には比較的動摩擦力の大きな減速器が採用されている。より具体的には、第３減速器Ｇ３には、中空構造のハーモニックドライブ減速器が採用されている。第１，第２減速器Ｇ１，Ｇ２には、たとえばＲＶ減速器が採用されている。ここで、ハーモニックドライブ減速器の構成および作用を簡単に説明すると、ハーモニックドライブ減速器は、図３に示すように、ウェーブジェネレータ３１、フレックスプライン３２、およびサーキュラスプライン３３で構成されている。
【００４７】
ウェーブジェネレータ３１は、外形が楕円形状に形成され、その外周面にベアリング３１ａが装着されているとともに、中央部にキー孔３１ｂが形成されている。第３減速器Ｇ３は、キー孔３１ｂが形成されていることにより、中空構造とされている。フレックスプライン３２は、外形がカップ状に形成され、その上部の外周面には、連続した多数の歯３２ａが形成されている。サーキュラスプライン３３は、中空の円筒状に形成され、この内表面には多数の歯３３ａが形成されている。フレックスプライン３２の歯数は、それらと歯合されるサーキュラスプライン３３の歯数よりたとえば２つ少なくされている。そして、フレックスプライン３２は、サーキュラスプライン３３の内部に配置され、ウェーブジェネレータ３１は、フレックスプライン３２の内部に配置される。
【００４８】
このハーモニックドライブ減速器が上記作業用ロボットに適用される場合、プーリ２４がウェーブジェネレータ３１に連結され、フレックスプライン３２が第３アームＡ３と連結される。この場合、プーリ２４が回転されると、これに伴ってウェーブジェネレータ３１のベアリング３１ａがフレッスプライン３２の側壁を撓ませてその歯３２ａをサーキュラスプライン３３の歯３３ａに押し付けながらフレックスプライン３２の内面を回転移動してゆく。この結果、フレックスプライン３２の歯３２ａがサーキュラスプライン３３の歯３３ａより２つ少ない分、プーリ２４の回転が減速されフレックスプライン３２（すなわち第３アームＡ３）に伝達される。
【００４９】
ところで、上記した作業用ロボットが所望する挙動を示すようにするためには、それが用いられるフィードバック制御系において適切なコントローラを設計する必要がある。この場合、与えられたプラントに対する入出力の関係を数式モデルで表す必要がある。
【００５０】
図４は、上記作業用ロボット１を適用したフィードバック制御系のブロック構成を示す図である。本実施形態では、第３減速器Ｇ３に、比較的動摩擦力の大きな減速器が用いられているため、第１アームＡ１および第２アームＡ２が回転動作されることによる第１アームＡ１および第２アームＡ２の、第３アームＡ３に対する反力の影響が著しく小さくなる。そのため、図４に示すようなフィードバック制御系を構成することができる。
【００５１】
具体的に説明すると、第１ないし第３コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３には、ワークを移動させる際の軌道情報のひとつである目標値（目標モータ回転角度）ｒ１，ｒ２，ｒ３がそれぞれ入力される。
【００５２】
第１コントローラＫ１は、所定の演算を行い、その出力をフィードバックさせながら、第１アームＡ１を駆動させるためのトルク量ｕ11を第１プラントＰ１（第１モータＭ１）に対して出力する。また、第１コントローラＫ１は、第２プラントＰ２に対して反力の影響を補償するべく補償トルク量ｕ12を出力する。この場合、第３減速器Ｇ３に比較的摩擦係数の大きな減速器が用いられているため、第１コントローラＫ１は、第３プラントＰ３に対して反力の影響を補償するべく補償トルク量を出力する必要がない。
【００５３】
また、第２コントローラＫ２は、所定の演算を行い、その出力をフィードバックさせながら、第２アームＡ２を駆動させるためのトルク量ｕ21を第２プラントＰ２（第２モータＭ２）に対して出力する。また、第２コントローラＫ２は、第１プラントＰ１に対して反力の影響を補償するべく補償トルク量ｕ22を出力する。この場合、第２コントローラＫ２は、第１コントローラＫ１と同様に、第３プラントＰ３に対して反力の影響を補償するべく補償トルク量を出力する必要がない。
【００５４】
第３コントローラＫ３は、所定の演算を行い、その出力をフィードバックさせながら、第３アームＡ３を駆動させるためのトルク量ｕ3を第３プラントＰ３（第３モータＭ３）に対して出力する。この場合、第３減速器Ｇ３に動摩擦力が比較的大きな減速器が用いられることにより、第３コントローラＫ３は、第１および第２プラントＰ１，Ｐ２に対して反力の影響を補償するべく補償トルク量を出力する必要がなく、第１および第２コントローラＫ１，Ｋ２並びに第１および第２プラントＰ１，Ｐ２とは、全く独立した制御系として構成される。
【００５５】
このフィードバック制御系における第１,第２プラントＰ１，Ｐ２は、下記に示す数式モデルとしての状態方程式で表すことができる（（５）式参照）。
【００５６】
【数５】
2005186258.tif 000007
【００５７】
ここで、ｘ1，‥，ｘmは状態変数であり、Ａ11，‥，Ａmmはシステム行列（system matrix）であり、Ｂ11，‥，Ｂmmは入力行列（control matrix）である。また、状態変数の数ｍは（４）式の状態方程式における状態変数の数ｎより小さい整数である。
【００５８】
上記したように、第３減速器Ｇ３に比較的動摩擦力が大きい減速器が採用されると、（５）式の状態方程式は、上記構成の作業用ロボット１に適用した場合、２次の状態方程式で表すことができる（（６）式参照）。
【００５９】
【数６】
2005186258.tif 000008
【００６０】
ここで、Ｃ11，‥，Ｃmmは出力行列（output matrix）であり、Ｄ11，‥，Ｄ22は直達行列（transfer matrix）である。
【００６１】
なお、数式は挙げないが、第１および第２コントローラＫ１，Ｋ２についても上記（５）式、（６）式と同様の表現形式の状態方程式によって表すことができる。
【００６２】
この（６）式に示す状態方程式から明らかなように、背景技術の欄で説明した（４）式の状態方程式に比べ、入力数が３から２に減少することになり、状態変数の数がｎからｍ（ｎより小）に低減するため、第１および第２コントローラＫ１，Ｋ２における演算は大幅に簡略化される。一方、第３コントローラＫ３は、制御系の次元が１次となるから、さらに状態変数の数がｍより小さくなるため、第１および第２コントローラＫ１，Ｋ２よりも演算は大幅に簡略化される。従って、第１ないし第３コントローラＫ１，Ｋ２，Ｋ３における演算が簡略化されるため、設計プロセスもアーム間相互の干渉を考慮する場合に比して容易となる。
【００６３】
図５は、変形例のフィードバック制御系におけるブロック構成図である。同図に示すブロック図は、第３アームＡ３の第１および第２アームＡ１，Ａ２への干渉が無視できない場合、その干渉量を考慮するようにしたものである。したがって、図５に示すブロック図は、図４に示すブロック図において、第３コントローラＫ３の出力端と第１および第２プラントＰ１，Ｐ２の出力端の間にブラントＰａを追加するとともに、第３プラントＰ３の出力端と第１および第２コントローラＫ１，Ｋ２の出力端の間にブラントコントローラＫａを追加したものである。
【００６４】
図５の構成によれば，第３プラントＰ３の出力がコントローラＫａを介して第１および第２のコントローラＫ１，Ｋ２の出力に加算される。すなわち、第３アームＡ３の第１および第２アームＡ１，Ａ２への干渉を考慮した制御量がコントローラＫａを介して第１および第２コントローラＫ１，Ｋ２の出力に加味される。また、第３コントローラＫ３の出力がプラントＰａを介して第１および第２プラントＰ１，Ｐ２の出力に加算される。すなわち、第３アームＡ３の第１および第２アームＡ１，Ａ２への干渉量がプラントＰａを介して第１および第２プラントＰ１，Ｐ２の出力に加味される。
【００６５】
この変形例では，上述した実施形態に比してプラントＰａとコントローラＫａが増加する分，構成が複雑になるが，プラントＰａおよびコントローラＫａの状態方程式は、図７に示した構成よりも簡素化されるため、システム全体としての演算量は図７に示す構成よりも低減され，産業用ロボットの大型化に対して十分に実用可能な設計プロセスを提供し得るとともに、コントローラを構築することができる。
【００６６】
なお、上記実施形態では，動摩擦力の大きなハーモニックドライブ減速器を第３減速器Ｇ３に適用したが，ハーモニックドライブ減速器の適用位置を第１減速器Ｇ１若しくは第２減速器Ｇ２としてもよい。あるいは、全ての減速器を動摩擦力の大きなハーモニックドライブ減速器としてもよい。この場合は、アーム相互の干渉量が低減されるため，図５に示したように各アームの制御系を独立に設計することも可能となる。
【００６７】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、各アームが水平方向に動作する場合の制御を説明したが、各アームが垂直方向に動作する場合の制御にも適用することができる。また、上記実施形態では、３つのアームが連結された場合について説明したが、この場合に限らず、４つ以上のアームの数が連結されていてもよい。また、上記制御系は、フィードバック制御系に限らず、フィードフォワード制御系に適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本願発明にかかる作業用ロボットの一例を示す上面概略図である。
【図２】図１に示す作業用ロボットの要部断面図である。
【図３】ハーモニックドライブ減速器の一例を示す分解図である。
【図４】作業用ロボットを適用したフィードバック制御系のブロック構成図である。
【図５】変形例のフィードバック制御系のブロック構成図である。
【図６】作業用ロボットを適用したフィードバック制御系のブロック構成図である。
【図７】反力の影響を補償するべく制御量（補償トルク量）を考慮した場合のフィードバック制御系のブロック構成図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  作業用ロボット
３  第１駆動伝達機構
４  第２駆動伝達機構
５  第３駆動伝達機構
Ａ１  第１アーム
Ａ２  第２アーム
Ａ３  第３アーム
Ｇ１  第１減速器
Ｇ２  第２減速器
Ｇ３  第３減速器
Ｋ１  第１コントローラ
Ｋ２  第２コントローラ
Ｋ３  第３コントローラ
Ｍ１  第１モータ
Ｍ２  第２モータ
Ｍ３  第３モータ
【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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