JP2019089143A - ロボット - Google Patents
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Abstract
【課題】ロボットを小型化、軽量化する。【解決手段】ロボットアーム101は、関節J1〜J6で連結されたベース110及びリンク111〜116で構成されたロボット本体150を有する。ロボット本体150には、各関節J1〜J6に対応して、各関節の状態に応じた信号を出力する複数のセンサ部S1〜S6が設けられている。また、ロボット本体150には、センサ部S1〜S6から信号を取得する複数の回路基板31〜34が設けられている。各センサ部S1〜S6は、複数の回路基板31〜34のうち、いずれか1つに信号を出力する。回路基板33は、2つのセンサ部S3,S4から信号を取得する。回路基板34は、2つのセンサ部S5,S6から信号を取得する。【選択図】図1
Description
本発明は、関節で連結された複数のリンクを有するロボットに関する。
産業用ロボットとして、関節により連結された複数のリンクを有する多関節のロボットがある。この種のロボットは、工場等においてさまざまな生産作業を行うのに利用されており、複雑な作業が可能なように、高精度化や高速化などの高性能化が望まれている。ロボットの高性能化に伴い、ロボットにおけるリンクの内部には、各関節に対応する駆動部、各種のセンサ、これらセンサに接続された回路基板、電力線や信号線などの多くの部材が配置されるようになってきている(特許文献1参照)。
しかしながら、ロボットの高性能化に伴い、センサの種類及び数が増加の傾向にあり、また、関節の数も増加の傾向にあり、ロボットが大型化する問題があった。
そこで、本発明は、ロボットの小型化を目的とする。
本発明のロボットは、複数の関節で連結された複数のリンクと、前記各関節の状態に応じた信号を出力する複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部から信号を取得して処理する複数の回路基板と、を備え、前記各センサ部は、前記複数の回路基板のうちいずれか1つに信号を出力し、前記複数の回路基板のうちいずれかは、前記複数のセンサ部のうち2つ以上のセンサ部から信号を取得する、ことを特徴とする。
本発明によれば、ロボットを小型化(細身化)、軽量化をすることができる。
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。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係るロボット100を示す説明図である。図1に示すロボット100は、多関節ロボットであり、物品を生産するのに用いる産業用ロボットである。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係るロボット100を示す説明図である。図1に示すロボット100は、多関節ロボットであり、物品を生産するのに用いる産業用ロボットである。
第1実施形態ではロボット100は、6軸の垂直多関節ロボットであり、ロボットアーム101と、ロボットアーム101の先端に設けられたエンドエフェクタの一例としての把持部であるハンド102と、を備える。また、ロボット100は、ロボットアーム101及びハンド102を制御するコントローラ300と、コントローラ300に接続された教示ペンダント400と、を備える。
ロボットアーム101は、ベース110及び複数のリンク111〜116を有するフレームを構成するロボット本体150を有する。ロボット本体150の基端であるベース110は、架台等に固定されるリンクであり、リンク111〜116は、可動するリンクである。ロボット本体150は、ベース110を基準に、複数のリンク111〜116が直列に関節J1〜J6で回転可能に連結されて構成されている。即ち、ロボット本体150は、ベース110を基準に、1番目のリンク111、2番目のリンク112、3番目のリンク113、4番目のリンク114、5番目のリンク115、6番目のリンク116の順に各関節J1〜J6で連結されて構成されている。ロボット本体150の先端を構成するリンク116には、ハンド102が連結されている。
リンク111は、関節J1の回転軸(軸線)を中心にベース110に対して回転する。リンク112は、関節J2の回転軸を中心にリンク111に対して旋回(揺動)する。リンク113は、関節J3の回転軸を中心にリンク112に対して旋回(揺動)する。リンク114は、関節J4の回転軸を中心にリンク113に対して回転する。リンク115は、関節J5の回転軸を中心にリンク114に対して旋回(揺動)する。リンク116は、関節J6の回転軸を中心にリンク115に対して回転する。
関節J1〜J6のうち、一部の関節は、一対のリンクのうち、一方のリンクに対して他方のリンクが捩り動作するように、一対のリンクを連結する回転関節(以下、「捩り関節」という)である。また、関節J1〜J6のうち、残りの関節は、一方のリンクに対して他方のリンクが曲げ動作するように、一対のリンクを連結する旋回関節(以下、「曲げ関節」という)である。第1実施形態では、関節J1,J4,J6が捩り関節であり、関節J2,J3,J5が曲げ関節である。
ロボット本体150の内部には、各関節J1〜J6に対応して設けられ、対応する関節J1〜J6を駆動する、関節J1〜J6の数と同じ数の複数(6つ)の駆動部A1〜A6が配置されている。たとえば、関節J1を駆動する駆動部A1は、ベース110の内部に配置されている。関節J2を駆動する駆動部A2は、リンク112の内部に配置されている。関節J3を駆動する駆動部A3及び関節J4を駆動する駆動部A4は、共にリンク113の内部に配置されている。関節J5を駆動する駆動部A5は、リンク114の内部に配置されている。関節J6を駆動する駆動部A6は、リンク115の内部に配置されている。各駆動部A1〜A6により各リンク111〜116を回転駆動することで、ロボットアーム101(ロボット本体150)の姿勢、即ちロボットアーム101の先端の位置姿勢を変更することができる。
なお、図1において、駆動部A1〜A6は、その存在を示すために模式的に四角形のブロックで作図している。実際の形状、サイズ、位置は、四角形のブロックとは異なる。
ハンド102は、任意のワークに対して把持等の作業を行う。ハンド102は、複数の指107を有し、互いに近接又は離間させることが可能に構成されている。複数の指107同士を近接させることで、ワークを把持することができる。なお、エンドエフェクタが指を有するハンド102である場合について説明するが、これに限定するものではなく、指を有さないハンド、例えば吸着によりワークを把持するものであってもよい。また、エンドエフェクタが、ハンド以外のもの、例えば電動ドライバなどのツールであってもよい。
ロボット本体150には、各関節J1〜J6に対応して設けられ、対応する関節J1〜J6の状態に応じた信号を出力する、関節J1〜J6の数と同じ数の複数(6つ)のセンサ部S1〜S6が配置されている。たとえば、関節J1の状態に応じた信号を出力するセンサ部S1は、ベース110の内部に配置されている。関節J2の状態に応じた信号を出力するセンサ部S2は、リンク112の内部に配置されている。関節J3の状態に応じた信号を出力するセンサ部S3、及び関節J4状態に応じた信号を出力するセンサ部S4は、共にリンク113の内部に配置されている。関節J5の状態に応じた信号を出力するセンサ部S5は、リンク114の内部に配置されている。関節J6の状態に応じた信号を出力するセンサ部S6は、リンク115の内部に配置されている。
なお、図1において、センサ部S1〜S6は、その存在を示すために模式的に四角形のブロックで作図している。実際の形状、サイズ、位置は、四角形のブロックとは異なる。各センサ部S1〜S6は、1種類以上のセンサを有して構成されており、第1実施形態では、複数種類のセンサを有して構成されている。
また、ロボット本体150には、センサ部S1〜S6からの信号を取得して処理し、コントローラ300に信号を出力する、関節J1〜J6の数、即ちセンサ部S1〜S6の数よりも少ない数の複数(4つ)の回路基板31〜34が配置されている。
4つの回路基板31〜34は、ロボット本体150の内部、即ちベース110及び複数のリンク111〜116のうちいずれかの内部に配置されている。具体的には、回路基板31はベース110、回路基板32はリンク112、回路基板33はリンク113、回路基板34はリンク114のそれぞれの内部に配置されている。
また、各センサ部S1〜S6は、各関節J1〜J6に対応して設けられているため、センサ部S1〜S6の数は回路基板31〜34の数よりも多い。したがって、複数の回路基板31〜34のうちいずれかは、複数のセンサ部S1〜S6のうち2つ以上のセンサ部から信号を取得して処理し、処理した結果を示す信号をコントローラ300に出力する。コントローラ300は、回路基板31〜34からの信号を取得して、駆動部A1〜A6を制御する。
図2は、第1実施形態に係るロボット100においてセンサ部S1〜S6と回路基板31〜34との接続状態を示す模式図である。関節J1に対応するセンサ部S1は、検知結果を示す信号を回路基板31に出力し、センサ部S1から信号を取得した回路基板31は、信号に所定の処理を施して、処理した結果を示す信号をコントローラ300に出力する。関節J2に対応するセンサ部S2は、検知結果を示す信号を回路基板32に出力し、センサ部S2から信号を取得した回路基板32は、信号に所定の処理を施して、処理した結果を示す信号をコントローラ300に出力する。関節J3に対応するセンサ部S3、及び関節J4に対応するセンサ部S4は、検知結果を示す信号を、共に回路基板33に出力する。センサ部S3,S4から信号を取得した回路基板33は、信号に所定の処理を施して、処理した結果を示す信号をコントローラ300に出力する。関節J5に対応するセンサ部S5、及び関節J6に対応するセンサ部S6は、検知結果を示す信号を、共に回路基板34に出力する。センサ部S5,S6から信号を取得した回路基板34は、信号に所定の処理を施して、処理した結果を示す信号をコントローラ300に出力する。
即ち、各センサ部S1〜S6は、複数の回路基板31〜34のうち、いずれか1つの回路基板に信号を出力する。よって、回路基板31,32は、それぞれ1つのセンサ部から信号を取得するが、回路基板33,34は、それぞれ2つ以上のセンサ部から信号を取得する。このように、ロボット本体150の内部に配置される回路基板31〜34の数を、関節J1〜J6、即ちセンサ部S1〜S6の数よりも少なくすることで、その分、ロボット100、即ちロボット本体150を小型化及び軽量化することができる。また、配線の量(数、長さ)を少なくすることができる。
ロボット100は、図1に示すように、ロボット本体150の内部を通過するように設けられた内部配線120を有する。内部配線120は、コントローラ300と、回路基板31〜34、駆動部A1〜A6、及びハンド102とを接続する信号線や電力線を含む。また、内部配線120には、エア配管、真空配管などが含まれていてもよい。
第1実施形態では、センサ部S1〜S6と回路基板31〜34とは、配線(支線)141〜146で接続されている。そして、センサ部S1〜S6及び回路基板31〜34は、支線141〜146が捩り関節である関節J1,J4,J6を通過しないように、ロボット本体150の内部に配置されている。
具体的には、センサ部S1と回路基板31が、ベース110に配置され、センサ部S1と、ベース110の内部に配置された支線141によって接続されている。また、回路基板32がリンク112の内部に配置され、センサ部S2と、支線142によって接続されている。また、回路基板33がリンク113に配置され、センサ部S3,S4と、リンク113の内部に配置された支線143,144によって接続されている。また、回路基板33が、リンク114に配置され。そして、センサ部S5と回路基板33とが、リンク114の内部に配置された支線145で接続され、センサ部S6と回路基板33とが、リンク114,115の内部に跨って配置された支線146で接続されている。この際、支線146は、曲げ関節である関節J5を通過するように配置されている。
このように、支線141〜146は、捩り関節である関節J1,J4,J6を通過しないように配置されているので、その分、関節J1,J4,J6を細くすることができ、これにより、ロボット100、即ちロボット本体150を小型化することができる。
教示ペンダント400は、ユーザが操作するものであり、ユーザの操作により各関節J1〜J6の目標の回転角度(教示データ)をコントローラ300に出力することができる。
図3は、第1実施形態に係るロボット100の制御系を示すブロック図である。各駆動部A1〜A6は、モータM1〜M6と、モータM1〜M6の回転軸(シャフト)の回転速度を減速して出力する減速機R1〜R6と、を有する。モータM1〜M6は、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。減速機R1〜R6は、小型軽量で減速比の大きい波動歯車減速機であることが好ましい。このような構成により、関節J1〜J6は、モータM1〜M6により減速機R1〜R6を介して駆動される。なお、各関節J1〜J6には不図示のブレーキユニットが設けられており、ブレーキユニットにより、電源オフ時のロボット本体150の姿勢を保持することができる。
センサ部S1〜S6は、センサとして、モータM1〜M6の回転軸の回転角度に応じた信号を出力する第1のエンコーダである入力軸エンコーダ51〜56を有する。入力軸エンコーダ51〜56は、減速機R1〜R6の入力軸に設けられている。また、センサ部S1〜S6は、センサとして、減速機R1〜R6の出力軸の回転角度、即ちリンクの相対角度(関節の回転角度)に応じた信号を出力する第2のエンコーダである出力軸エンコーダ61〜66を有する。出力軸エンコーダ61〜66の出力を用いてモータM1〜M6を制御することにより、減速機R1〜R6の剛性不足やガタにより関節J1〜J6の回転角度に誤差が発生しても、関節J1〜J6の回転角度を目標の回転角度に高精度にモニタすることができる。したがって、出力軸エンコーダ61〜66が出力する信号に基づいてモータM1〜M6を制御することにより、ロボット本体150の先端、即ちハンド102を高精度に位置決めすることが可能となる。入力軸エンコーダ51〜56及び出力軸エンコーダ61〜66は、インクリメンタル型のロータリエンコーダや、アブソリュート型のロータリエンコーダを用いることができる。
さらに、センサ部S1〜S6は、センサとして、減速機R1〜R6の出力側に設けられた、各関節J1〜J6に作用するトルクに応じた信号を出力するトルクセンサ71〜76を有する。コントローラ300が、エンコーダ51〜56,61〜66からの信号、及びトルクセンサ71〜76からの信号に基づいて、モータM1〜M6への通電を制御することにより、ロボット本体150の力制御が可能となる。
なお、各センサ部S1〜S6は、上述したセンサ以外にも、モータM1〜M6に供給する電流に応じた信号を出力する電流センサ、関節の温度に応じた信号を出力する温度センサ、慣性センサなど、他のセンサを有していてもよい。
コントローラ300は、コンピュータにより構成され、予め取得されたプログラムに基づき、各センサ部S1〜S6により検知された情報を用いつつ、要求電力をモータM1〜M6に供給して、ロボット本体150の姿勢を制御する。コントローラ300は、CPU311及びメモリ312等で構成された制御回路302を有する。メモリ312は、例えばROMやRAM、HDD等を有して構成されている。メモリ312には、データや、ロボットアーム101及びハンド102の各部を制御するためのプログラムが記憶されている。CPU311は、メモリ312に記憶されたプログラムに基づいて各部を制御する。また、メモリ312には、教示ペンダント400から取得した教示データや、動作手順の動作プログラム等が記憶される。
さらに、コントローラ300は、入出力インタフェース回路(I/F)として、モータM1〜M6の駆動信号を出力する駆動回路301と、回路基板31〜34からの情報の入力を受ける通信回路303とを備える。また、コントローラ300は、回路基板31〜34に電力を供給する電力供給回路304を有する。
制御回路302(CPU311)は、駆動回路301を介して、各関節の回転角度が目標の回転角度となるように、モータM1〜M6による関節J1〜J6の駆動を制御する。即ち、コントローラ300は、センサ部S1〜S6から取得した情報に基づき、ハンド102が目標の位置姿勢になるように、モータM1〜M6による駆動を制御する。特に、制御回路302は、出力軸エンコーダ61〜66からの情報を用いることで、減速機R1〜R6の剛性不足やガタにより関節誤差が発生しても、各関節J1〜J6の回転角度を目標の回転角度に高精度に制御することができる。
各回路基板31〜34は、プリント回路板からなり、各処理回路81〜84と、各電源回路91〜94とを有する。各電源回路91〜94は、各処理回路81〜84に電力を供給する。各処理回路81〜84は、例えば同じ種類の半導体パッケージで構成され、複数のセンサ部S1〜S6のうち、対応するセンサ部から信号を取得して処理し、処理の結果を示す信号をコントローラ300の通信回路303に出力する。信号の処理は、例えば複数の信号の統合、データ圧縮、信号のデジタル化、及び信号のシリアル化などの処理である。なお、信号の処理は、これに限定するものではない。第1実施形態では、各処理回路81〜84とコントローラ300の通信回路303とは、デジタル信号によりシリアル通信を行う。
第1実施形態では、処理回路81には1つのセンサ部S1が接続され、処理回路82には1つのセンサ部S2が接続され、処理回路83には2つのセンサ部S3,S4が接続され、処理回路84には2つのセンサ部S5,S6が接続される。処理回路81〜84は、同じ種類の半導体パッケージで構成されるので、処理回路81,82には、センサ部が接続されない空きポートが存在することになる。第1実施形態では、各回路基板31〜34で共通化を図ることにより、製造コストを抑えることができる。なお、処理回路81,82と、処理回路83,84とを異なる種類の半導体パッケージで構成してもよい。
次に、内部配線120の配置について具体的に説明する。内部配線120は、図3に示すように、回路基板31〜34とコントローラ300との間で通信が可能なように、コントローラ300と回路基板31〜34とを接続する信号線である配線(主線)121〜124を含む。本実施形態では、複数の回路基板31〜34は、主線121〜124でコントローラ300(通信回路303)にパラレルに接続されている。即ち、複数の回路基板31〜34は、コントローラ300にスター型で接続されている。つまり、各回路基板31〜34とコントローラ300とは、各々の主線121〜124を介して通信を行うので、1つの主線で複数の回路基板とコントローラとの間でシリアル通信を行う場合と比較して、大量のデータを高速で通信することが可能である。特に、各センサ部S1〜S6においてセンサの数が増加の傾向にあり、各センサもデータ量が増加の傾向にある。具体的には、各センサ部S1〜S6が、データ量の多い入力軸エンコーダ51〜56及び出力軸エンコーダ61〜66に加え、データ量の多いトルクセンサ71〜76を有する。したがって、第1実施形態では、コントローラ300と回路基板31〜34との接続をスター型とすることで、高速通信が可能となる。また、回路基板31〜34の数、即ち主線121〜124の数も、センサ部S1〜S6の数よりも少ないので、その分、ロボット100、即ちロボット本体150を小型化することができる。
また、内部配線120は、コントローラ300の駆動回路301と、モータM1〜M6とを接続するモータ駆動用の配線130を含む。また、内部配線120は、コントローラ300の電力供給回路304に回路基板31〜34の電源回路91〜94を直列に接続する電力線135を含む。
主線121〜124、配線130及び電力線135を有する内部配線120は、束ねられて、図1に示すように、ロボット本体150の内部に配置されている。捩り関節である関節J1,J4,J6には、中空部品が配置されており、内部配線120は、中空部品を介してロボット本体150に配置されている。内部配線120は、曲げ関節である関節J2,J3,J5において、関節の回転軸を中心に略円弧状に設置される。ハンド102は、リンク116に対して着脱可能に取り付けられており、ハンド102に設けられた配線は、不図示のコネクタによりロボット本体150内の内部配線120に接続されている。また、上述したように、センサ部S1〜S6と回路基板31〜34とは、信号の通信が可能なように支線141〜146で接続されている。
図4は、第1実施形態におけるロボット本体150の2番目のリンク112、3番目のリンク113及び4番目のリンク114の内部の配線構造を示す模式図である。複数のリンク111〜116のうち、第1のリンクがリンク112、第2のリンクがリンク113、第3のリンクがリンク114である場合について説明する。また、複数の関節J1〜J6のうち、第1の関節が関節J3、第2の関節が関節J4である場合について説明する。上述したように、関節J3は曲げ関節、関節J4は捩り関節である。更に、複数のセンサ部S1〜S6のうち、第1のセンサ部がセンサ部S3、第2のセンサ部がセンサ部S4である場合について説明する。
リンク113には、複数の回路基板31〜34のうち、回路基板33が配置されている。また、リンク113よりもロボット本体150の先端側にあるリンク114,115,116のうちいずれかのリンク、第1実施形態ではリンク114には、回路基板34が配置されている。ロボット本体150は、関節J4に配置された、リンク114からリンク113の内部に延びる中空部品160を有する。中空部品160は、側壁に形成された開口部160Hを有し、一端がリンク114に固定され、他端が駆動部A4の減速機R4の出力軸に固定されている。
リンク113と、リンク113よりも先のリンク114とに跨る、支線143,144とは別の配線である内部配線120は、中空部品160の外部から開口部160Hを通じて中空部品160の内部を通過するように配置されている。特に、内部配線120のうち、リンク114に配置された回路基板34に接続された主線124は、関節J4に配置された中空部品160の内部を通じて、リンク113とリンク114とに跨って配置されている。内部配線120(主線124)が中空部品160の中を通過しているので、内部配線120の長さを短くすることができ、ロボット100、即ちロボット本体150を小型化及び軽量化することができる。
また図4に示すように、2つのセンサ部S3,S4は、回路基板33に、中空部品160を介さずに、リンク113に配置された支線143,144で接続されている。これにより、第1実施形態では、中空部品160を通過する配線の数を少なくすることができる。更に、支線143,144を短くすることができる。また、センサ部S3,S4が中空部品160を介さずに回路基板33に接続されるので、メンテナンスが容易となる。更に、支線143,144は、中空部品160の内部を介さずにリンク113に配置されている。したがって、関節J4でリンク114がリンク113に対して回転した際にも、支線143,144は、捩れるのが低減され、また中空部品160の内部のような狭い空間で配線相互で干渉したりすることがないので、断線が抑制され、長寿命となる。
また、1つの回路基板33に、2つのセンサ部S3,S4が接続され、2つのセンサ部S3,S4の信号が1つの回路基板33に入力される。回路基板33の処理回路83は、2つのセンサ部S3,S4から取得した信号を処理して、処理した結果をシリアル信号で主線123を通じてコントローラ300に出力する。このように、1つの回路基板で複数のセンサ部から取得した信号を処理するようにしたので、回路基板の数を低減することができ、その結果、ロボット100、即ちロボット本体150を小型化及び軽量化することができる。
以上、3つのリンク112,113,114を例に説明したが、これに限定するものではなく、図1において、3つのリンク114,115,116においても同様である。即ち、第1のリンクをリンク114、第2のリンクをリンク115、第3のリンクをリンク116とすれば、第1の関節は曲げ関節である関節J5、第2の関節は捩り関節である関節J6である。また、第1のセンサ部はセンサ部S5、第2のセンサ部はセンサ部S6である。
2つのセンサ部S5,S6は、それぞれの支線145,146で1つの回路基板34に接続され、各センサ部S5,S6の信号が回路基板34に入力される。回路基板34の処理回路84は、2つのセンサ部S5,S6から取得した信号を処理して、シリアル信号で主線124を通じてコントローラ300に出力する。このように、1つの回路基板34で複数のセンサ部S5,S6から取得した信号を処理するようにしたので、回路基板の数を低減することができる。
この場合、3つのリンク114,115,116に対する回路基板34及びセンサ部S5(駆動部A5)の配置関係は、3つのリンク112,113,114に対する回路基板33及びセンサ部S3(駆動部A3)の配置関係と異なる。
たとえば、関節J5の状態に応じた信号を出力するセンサ部S5が、第1のリンクであるリンク114に配置される一方、関節J6の状態に応じた信号を出力するセンサ部S6が、第2のリンクであるリンク115に配置されている。また、回路基板34は、第1のリンクであるリンク114に配置されている。
よって、センサ部S5と回路基板34とは、共にリンク114に配置されているため、リンク114に配置された支線145で、関節を跨がずに接続することができる。一方、センサ部S6と回路基板34とは、別々のリンク115,114に配置されているため、関節J5を跨いで配置された支線146で接続されている。
センサ部S5,S6は、回路基板34に、捩り関節である関節J6(中空部品)を通過しないように配置された支線145,146で接続されている。センサ部S5,S6と回路基板34とを接続する支線145,146が捩り関節に配置した中空部品を介在することがないので、配線のメンテナンス性が向上する。即ち、ロボット本体の基端から数えてn番目の関節が曲げ関節であり、(n+1)番目の関節が捩り関節である場合、n番目の関節に対応するセンサ部の信号と(n+1)番目の関節に対応するセンサ部の信号が同一の回路基板に入力されるように構成すればよい。ただし、nは正の整数である。
以上の例では、回路基板33が、第2のリンクであるリンク113に配置される場合について説明したが、第1のリンクであるリンク112に配置される場合であってもよい。この場合、支線144は、曲げ関節である関節J3に跨って配置されることになる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係るロボットについて説明する。図5は、第2実施形態に係るロボット100Aにおいてセンサ部S11〜S16と回路基板31〜34との接続状態を示す模式図である。第2実施形態では、回路基板32,33の接続対象が第1実施形態と異なる。
次に、第2実施形態に係るロボットについて説明する。図5は、第2実施形態に係るロボット100Aにおいてセンサ部S11〜S16と回路基板31〜34との接続状態を示す模式図である。第2実施形態では、回路基板32,33の接続対象が第1実施形態と異なる。
ロボット100Aは、第1実施形態と同様、ロボット本体150を有する。ロボット本体150は、第1実施形態と同様、関節の数が6であり、関節J2,J3,J5が曲げ関節、関節J1,J4,J6が捩り関節である。6つの関節J1〜J6にそれぞれ対応する6つのセンサ部S11〜S16が、ロボット本体150に配置されている。また、6つの関節J1〜J6、即ち6つのセンサ部S11〜S16よりも少ない数の4つの回路基板31〜34が、ロボット本体150に配置されている。
図6は、第2実施形態に係るロボット100Aの制御系を示すブロック図である。第2実施形態では、各センサ部S11〜S16の構成が第1実施形態と異なる。即ち、各センサ部S11〜S16は、第1実施形態と同様、センサとして入力軸エンコーダ51〜56と、出力軸エンコーダ61〜66とを有し、更に、センサとして温度センサ171〜176を有する。温度センサ171〜176の各々は、関節J1〜J6の各々の温度を検知するものである。なお、ロボット本体150に対する各センサ部S11〜S16の配置は、第1実施形態のセンサ部S1〜S6と同様である。また、ロボット本体150に対する回路基板31〜34の配置も第1実施形態と同様である。
コントローラ300の制御回路302は、通信回路303において各回路基板31〜34から取得した信号に基づき、モータM1〜M6への投入電力を制御する。回路基板31〜34の処理回路81〜84は、センサ部S11〜S16から取得した信号を処理し、処理の結果を示す信号をコントローラ300の通信回路303に送信する。この際、処理回路81〜84は、温度センサ171〜176のデータを用いて、エンコーダ51〜56,61〜66からの信号を補正することで、関節の回転角度を目標の回転角度に高精度な位置制御が可能となる。
第2実施形態では、コントローラ300と各回路基板31〜34とが、信号線である主線125でシリアル接続されている。即ち、コントローラ300と各回路基板31〜34との間で通信されるデータ量が少ない場合は、シリアル接続、即ち渡り配線で接続することができ、配線数を第1実施形態よりも更に低減することができる。
また、第2実施形態では、関節J1に対応するセンサ部S11と、回路基板31とが、支線141で接続されている。また、関節J2に対応するセンサ部S12及び関節J3に対応するセンサ部S13と、回路基板32とが、支線142,143で接続されている。また、関節J4に対応するセンサ部S14と、回路基板33とが、支線144で接続されている。また、関節J5に対応するセンサ部S15及び関節J6に対応するセンサ部S16と、回路基板34とが、支線145,146で接続されている。
したがって、第2実施形態のような接続構成であっても、各支線141〜146は、第1実施形態と同様、捩り関節である関節J1,J4,J6を通過せずに配置される。したがって、支線141〜146のメンテナンス性が良好である。また、関節J1,J4,J6を支線が通過しない分、ロボット本体150を小型化(細身化)することができる。
また、第2実施形態においては、回路基板32が、センサ部S12とセンサ部S13とから信号を共に取得して処理することで、回路基板の数及び配線の数の低減を低減することができ、メンテナンス性を向上させることができる。同様に、回路基板34が、センサ部S15とセンサ部S16とから信号を共に取得して処理することで、回路基板の数及び配線の数の低減を低減することができ、メンテナンス性を向上させることができる。
また、第2実施形態では、回路基板32を低い位置に配置することで、支線142及び支線143を低い位置に配置することができ、ロボットアームの重心を低くすることができる。したがって、ロボット100Aを制御性に優れた多関節ロボットとすることができる。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態に係るロボットについて説明する。図7は、第3実施形態に係るロボット100Bにおいてセンサ部S11〜S16と回路基板31〜33との接続状態を示す模式図である。第3実施形態では、回路基板31〜33の数、及びセンサ部S11〜S16と回路基板31〜33との接続が、第2実施形態と異なる。
次に、第3実施形態に係るロボットについて説明する。図7は、第3実施形態に係るロボット100Bにおいてセンサ部S11〜S16と回路基板31〜33との接続状態を示す模式図である。第3実施形態では、回路基板31〜33の数、及びセンサ部S11〜S16と回路基板31〜33との接続が、第2実施形態と異なる。
ロボット本体150の構成、即ち関節J1〜J6の構成は、第1及び第2実施形態と同様である。また、センサ部S11〜S16の構成は、第2実施形態と同様であり、入力軸エンコーダ、出力軸エンコーダ及び温度センサを有する。第3実施形態では、6つの関節J1〜J6、即ち6つのセンサ部S11〜S16に対して、3つの回路基板31〜33がロボット本体150に設けられている。また、ロボット本体150に対する各関節J1〜J6に対応する駆動部及びセンサ部S11〜S16の配置も、第1及び第2実施形態と同様である。
第3実施形態では、回路基板31はベース110(図1参照)の内部に配置され、回路基板32はリンク112(図1参照)の内部に配置され、回路基板33はリンク114(図1参照)の内部に配置されている。第3実施形態における回路基板31〜33と、コントローラ300とは、第2実施形態と同様、主線125によりシリアル接続されている。
また、第3実施形態では、センサ部S11と回路基板31とが、支線141で接続されている。また、センサ部S12,S13,S14と回路基板32とが、支線142,143,144で接続されている。また、センサ部S15,S16と回路基板33とが、支線145,146で接続されている。
以上の構成により、第3実施形態によれば、第1及び第2実施形態よりも、更に回路基板31〜33の数を更に削減できる。したがって、ロボット本体150をより小型化及び軽量化することができる。また、第1及び第2実施形態と同様、配線数も削減でき、メンテナンス性も向上する。また、捩り関節である関節J1,J4,J6を通過しないように支線141〜146が配置されているので、支線141〜146のメンテナンス性が高いとともに、ロボット本体150を小型化(細身化)することができる。
[第4実施形態]
次に、第4実施形態に係るロボットについて説明する。図8は、第4実施形態に係るロボット100Cにおいてセンサ部S11〜S17と回路基板31〜34との接続状態を示す模式図である。第1〜第3実施形態では、ロボットが6軸の多関節ロボットである場合について説明した。第4実施形態では、ロボット100Cが7軸の多関節ロボット、即ちロボット100Cのロボット本体150Cが7つの関節J1〜J7を有する場合について説明する。
次に、第4実施形態に係るロボットについて説明する。図8は、第4実施形態に係るロボット100Cにおいてセンサ部S11〜S17と回路基板31〜34との接続状態を示す模式図である。第1〜第3実施形態では、ロボットが6軸の多関節ロボットである場合について説明した。第4実施形態では、ロボット100Cが7軸の多関節ロボット、即ちロボット100Cのロボット本体150Cが7つの関節J1〜J7を有する場合について説明する。
第4実施形態では、関節J2,J4,J6が曲げ関節であり、関節J1,J3,J5,J7が捩り関節である。7つの関節J1〜J7に対して、4つの回路基板31〜34が、ロボット本体150Cに設けられている。また、7つの関節J1〜J7の各々に対応する7つのセンサ部S11〜S17が、ロボット本体150Cに設けられている。なお、各センサ部S11〜S17は、第2実施形態と同様の構成であり、入力軸エンコーダ、出力軸エンコーダ及び温度センサを有する。
また、各関節J1〜J7を駆動する駆動部は、図示は省略するが、第1実施形態と同様の構成であり、モータ及び減速機を有する。たとえば、関節J1の駆動部およびセンサ部S11は、ベースの内部に配置されている。関節J2,J3の駆動部及びセンサ部S12、S13は、2番目のリンクの内部に配置されている。関節J4,J5の駆動部及びセンサ部S14,S15は、4番目のリンクの内部に配置されている。関節J6,J7の駆動部及びセンサ部S16,S17は、6番目のリンクの内部に配置されている。
回路基板31は、ベースの内部に配置され、回路基板32は2番目のリンクの内部に配置され、回路基板33は4番目のリンクの内部に配置され、回路基板34は6番目のリンクの内部に配置されている。第4実施形態における回路基板31〜34と、コントローラ300とは、第2実施形態と同様、主線125によりシリアル接続されている。
また、第4実施形態では、センサ部S11と回路基板31とが、支線141で接続されている。また、センサ部S12,S13と回路基板32とが、支線142,143で接続されている。また、センサ部S14,S15と回路基板33とが、支線144,145で接続されている。また、センサ部S16,S17と回路基板34とが、支線146,147で接続されている。
以上の構成により、第4実施形態によれば、第1〜第3実施形態と同様、回路基板31〜34の数を更に削減できる。したがって、ロボット本体150を小型化及び軽量化することができる。また、第1〜第3実施形態と同様、配線数も削減でき、メンテナンス性も向上する。
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。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。
上述の第1〜第3実施形態では、6軸の多関節ロボットについて説明し、第4実施形態では7軸の多関節ロボットについて説明したが、関節の数は複数であれば上述の実施形態で説明した数に限定するものではない。
また、上述の第1〜第4実施形態では、ロボット本体の全ての関節が回転関節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。ロボット本体の関節の一部又は全部が直動関節であってもよい。
また、上述の第1〜第4実施形態では、ロボットが垂直多関節のロボット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。水平多関節のロボット、パラレルリンクのロボット、直交ロボット等、種々の産業用ロボットに本発明は適用可能である。
また、上述の第1実施形態では、複数の回路基板がコントローラにパラレルに接続され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、シリアルに接続される場合であってもよい。また、上述の第2〜第4実施形態では、複数の回路基板がコントローラにシリアルに接続され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、パラレルに接続される場合であってもよい。即ち、各回路基板にて各センサ部から取得されるデータ量が多い場合には、所定の通信速度を確保するために、第1実施形態のように、パラレルに接続するのが好ましい。また、各回路基板にて各センサ部から取得されるデータ量が少なく、所定の通信速度を確保できる場合には、第2〜第4実施形態のように、シリアルに接続してもよい。特に、第1実施形態のように、各センサ部が、入力軸エンコーダ及び出力軸エンコーダに加え、データ量の多いトルクセンサを有する場合には、シリアル接続ではなく、パラレル接続にするのが好ましい。
また、回路基板の数は、関節の数、即ちセンサ部の数よりも少なければよく、上述の第1〜第4実施形態において例示した数に限定するものではない。また、第1〜第4実施形態では、ロボット本体に這わせた配線が、連続した配線である場合について説明したが、適宜、配線の途中でコネクタを介して直列的に配線を連結してもよい。
また、上述の第1、第2及び第4実施形態では、1つの回路基板に2つのセンサ部が接続されて、1つの回路基板が2つのセンサ部から信号を取得する場合について説明したが、2つに限定するものではない。また、上述の第3実施形態では、1つの回路基板に3つのセンサ部が接続されて、1つの回路基板が3つのセンサ部から信号を取得する場合について説明したが、3つに限定するものではない。即ち、1つの回路基板に2つ以上のセンサ部が接続されて、1つの回路基板が2つ以上のセンサ部から信号を取得するように構成すればよい。
また、上述の第1〜第4実施形態では、捩り関節のすべてに中空部品を適用したが、必ずしもすべての関節に適用する必要はなく、その一部であってもよい。
また、上述の第1〜第4実施形態では、コントローラ300と、モータM1〜M6とを直接、モータ駆動用の配線130で接続す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。例えば、コントローラとモータとを回路基板を介して配線で接続してもよい。即ち、回路基板にモータの駆動回路を搭載してもよい。
100…ロボット、110…ベース(リンク)、111〜116…リンク、300…コントローラ、31〜34…回路基板、J1〜J6…関節、S1〜S6…センサ部
Claims (10)
- 複数の関節で連結された複数のリンクと、
前記各関節の状態に応じた信号を出力する複数のセンサ部と、
前記複数のセンサ部から信号を取得して処理する複数の回路基板と、を備え、
前記各センサ部は、前記複数の回路基板のうちいずれか1つに信号を出力し、
前記複数の回路基板のうちいずれかは、前記複数のセンサ部のうち2つ以上のセンサ部から信号を取得する、
ことを特徴とするロボット。 - 前記複数の関節のうち一部の関節は、一方のリンクに対して他方のリンクが捩り動作するように前記一方のリンクと前記他方のリンクとを連結する関節であり、
前記センサ部と前記回路基板とが前記一部の関節を通過しないように配置された配線で接続されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット。 - 前記一部の関節には、前記配線とは別の配線が通過する中空部品が配置されている、
ことを特徴とする請求項2に記載のロボット。 - 前記複数のリンクのうち第1のリンクと第2のリンクとを連結する第1の関節は、前記第1のリンクに対して前記第2のリンクが曲げ動作するように前記第1のリンクと前記第2のリンクとを連結する関節であり、
前記複数のリンクのうち前記第2のリンクと第3のリンクとを連結する第2の関節は、前記第2のリンクに対して前記第3のリンクが捩り動作するように前記第2のリンクと前記第3のリンクとを連結する関節であり、
前記複数のセンサ部のうち、前記第1の関節の状態に応じた信号を出力する第1のセンサ部が、前記第1又は第2のリンクのいずれかに配置され、前記第2の関節の状態に応じた信号を出力する第2のセンサ部が、前記第2のリンクに配置され、
前記第1のセンサ部及び前記第2のセンサ部が、前記複数の回路基板のうち、前記第1又は第2のリンクのいずれかに配置された回路基板に、前記第2の関節を通過しないように配置された配線で接続されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット。 - 前記第1のセンサ部と、前記第1及び第2のセンサ部に前記配線で接続された回路基板とが、前記第2のリンクに配置されている、
ことを特徴とする請求項4に記載のロボット。 - 前記第2の関節には、前記配線とは別の配線が通過する中空部品が配置されている、
ことを特徴とする請求項4又は5に記載のロボット。 - 前記各関節を駆動する複数の駆動部と、
前記複数の回路基板から処理した信号を取得して、前記複数の駆動部を制御するコントローラと、を備え、
前記複数の回路基板が、前記コントローラにパラレルに接続されている、
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。 - 前記各駆動部は、モータと、前記モータの回転軸の回転速度を減速して出力する減速機と、を有しており、
前記各センサ部は、
前記モータの回転軸の回転角度に応じた信号を出力する第1のエンコーダと、
前記関節の回転角度に応じた信号を出力する第2のエンコーダと、を含む、
ことを特徴とする請求項7に記載のロボット。 - 前記各センサ部は、
前記関節に作用するトルクに応じた信号を出力するトルクセンサを含む、
ことを特徴とする請求項8に記載のロボット。 - 第1のリンクと、
前記第1のリンクに第1の関節で連結された第2のリンクと、
前記第2のリンクに第2の関節で連結された第3のリンクと、
前記第1の関節の状態に応じた信号を出力する第1のセンサ部と、
前記第2の関節の状態に応じた信号を出力する第2のセンサ部と、
前記第1及び第2のセンサ部から信号を取得して処理する回路基板と、を備え、
前記第1の関節は、前記第1のリンクに対して前記第2のリンクが曲げ動作するように前記第1のリンクと前記第2のリンクとを連結する関節であり、
前記第2の関節は、前記第2のリンクに対して前記第3のリンクが捩り動作するように前記第2のリンクと前記第3のリンクとを連結する関節であり、
前記第1のセンサ部、前記第2のセンサ部、及び前記回路基板は、共に前記第2のリンクに配置されており、
前記第1及び第2のセンサ部と、前記回路基板とは、前記第2のリンクに配置された配線で接続されている、
ことを特徴とするロボット。
Priority Applications (1)
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JP2017217795A Pending JP2019089143A (ja) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | ロボット |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2021187332A1 (ja) * | 2020-03-18 | 2021-09-23 | ファナック株式会社 | 力センサを備えた回転軸構造及びロボット |
CN114905544A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-08-16 | 中铭谷智能机器人(广东)有限公司 | 一种协作机器人内部走线装置及走线方法 |
WO2023112102A1 (ja) * | 2021-12-13 | 2023-06-22 | ファナック株式会社 | 6軸多関節ロボット |
-
2017
- 2017-11-10 JP JP2017217795A patent/JP2019089143A/ja active Pending
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