ロボットおよびロボットシステム
【課題】アーム等の部位の位置ずれを防止すること。
【解決手段】実施形態に係るロボットは、減速機４２ａと、第１のシャフト６１と、モータ４１ａと、第２のシャフト６２と、外部ブレーキ４４ａとを備える。減速機４２ａは、入力部４２２へ入力される回転を減じて出力する。第１のシャフト６１は、入力部４２２に対して接続される。モータ４１ａは、第１のシャフト６１を回転させる。第２のシャフト６２は、入力部４２２に対して接続される。外部ブレーキ４４ａは、第２のシャフト６２の回転を規制する。
【解決手段】実施形態に係るロボットは、減速機４２ａと、第１のシャフト６１と、モータ４１ａと、第２のシャフト６２と、外部ブレーキ４４ａとを備える。減速機４２ａは、入力部４２２へ入力される回転を減じて出力する。第１のシャフト６１は、入力部４２２に対して接続される。モータ４１ａは、第１のシャフト６１を回転させる。第２のシャフト６２は、入力部４２２に対して接続される。外部ブレーキ４４ａは、第２のシャフト６２の回転を規制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、ロボットおよびロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、搬送用ロボットや溶接用ロボットあるいは塗装用ロボットといった各種のロボットが、生産現場において利用されている。
【０００３】
この種のロボットは、たとえば電源が遮断された場合に、アーム等の部位が自重によって位置ずれを起こすことを防止するためのブレーキを備える場合がある。たとえば、特許文献１には、電源供給時には電磁力によって制動力が解除され、電源遮断時にはバネ等の機械的作用で制動力が作用する無励磁作動式電磁ブレーキを備えるロボットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０７６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来技術では、ブレーキを用いることでアーム等の部位の位置ずれを防止することとしている。しかしながら、従来技術には、アーム等の部位の位置ずれをより確実に防止するという点で更なる改善の余地がある。
【０００６】
たとえば、一方のアームが他方のアームと減速機を介して接続される場合がある。このような場合に、モータの回転を減速機へ入力する入力軸に設けられた入力ギアが経年劣化等によって摩耗すると、アームは、入力ギアが摩耗した分だけ位置がずれた状態で姿勢保持されることとなる。このため、演算上でのアームの姿勢保持位置の確保が困難となる可能性がある。
【０００７】
なお、従来では、たとえば入力ギアの交換等を定期的に実施することで、アームの位置ずれを未然に防いでいる。しかしながら、アーム等の部位の位置ずれは、より確実に防止することが望ましい。
【０００８】
実施形態の一態様は、アーム等の部位の位置ずれを防止することができるロボットおよびロボットシステム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】
【０００９】
実施形態の一態様に係るロボットは、減速機と、第１のシャフトと、回転電機と、第２のシャフトと、ブレーキとを備える。減速機は、入力部へ入力される回転を減じて出力する。第１のシャフトは、入力部に対して接続される。回転電機は、第１のシャフトを回転させる。第２のシャフトは、入力部に対して接続される。ブレーキは、第２のシャフトの回転を規制する。
【００１０】
また、実施形態の一態様に係るロボットシステムは、ロボットと、制御装置とを備える。ロボットは、減速機と、第１のシャフトと、回転電機と、第２のシャフトと、ブレーキとを備える。減速機は、入力部へ入力される回転を減じて出力する。第１のシャフトは、入力部に対して接続される。回転電機は、第１のシャフトを回転させる。第２のシャフトは、入力部に対して接続される。ブレーキは、第２のシャフトの回転を規制する。また、制御装置は、ロボットを制御する。
【発明の効果】
【００１１】
実施形態の一態様によれば、アーム等の部位の位置ずれを防止することが可能なロボットおよびロボットシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るロボットの模式斜視図である。
【図２】図２は、ロボットの模式側面図である。
【図３】図３は、第１関節部周辺の一部透過図である。
【図４】図４は、入力部周辺の拡大図である。
【図５Ａ】図５Ａは、入力部、第１のシャフトおよび第２のシャフトの他の構成例を示す拡大図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、入力部、第１のシャフトおよび第２のシャフトの他の構成例を示す拡大図である。
【図６】図６は、制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、診断処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、第３の実施形態に係るロボットの模式斜視図である。
【図９】図９は、第４の実施形態に係るロボットの一部を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットおよびロボットシステムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
（第１の実施形態）
［ロボットの全体構成］
まず、第１の実施形態に係るロボットの構成について図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係るロボットの模式斜視図である。以下では、説明の便宜上、ロボット１の旋回位置が図１に示す状態であるとしてロボット１における各部位の位置関係を説明する。また、以下では、Ｚ軸方向を鉛直方向とする。
【００１５】
図１に示すように、ロボット１は、旋回機構１０と、昇降機構２０と、水平アームユニット３０とを備える。
【００１６】
旋回機構１０は、基台１１と、旋回台１２とを備える。基台１１は、たとえば床面等に設置される。基台１１の上部には、旋回台１２が旋回軸Ｏを中心に旋回可能に取り付けられる。旋回台１２は、鉛直軸である旋回軸Ｏを中心として旋回する。かかる旋回台１２が旋回することにより、昇降機構２０および水平アームユニット３０は、旋回軸Ｏを中心として旋回する。
【００１７】
昇降機構２０は、支柱２１と、脚部ユニット２２とを備える。支柱２１は、旋回台１２の先端部から鉛直方向に立設される部材である。脚部ユニット２２は、基端部が支柱２１の先端部に支持され、先端部において水平アームユニット３０を支持する部材である。昇降機構２０は、脚部ユニット２２の姿勢を変化させることで、水平アームユニット３０を旋回軸Ｏと平行な軸に沿って上下方向に昇降させる。
【００１８】
脚部ユニット２２は、第１昇降用アーム２４と、第２昇降用アーム２６とを備える。第１昇降用アーム２４は、基端部が支柱２１の先端部と第１関節部２３を介して連結される。これにより、第１昇降用アーム２４は、水平軸である第１関節部２３の関節軸を中心として、支柱２１の先端部に回転可能に支持される。
【００１９】
第２昇降用アーム２６は、基端部が第１昇降用アーム２４の先端部と第２関節部２５を介して連結される。これにより、第２昇降用アーム２６は、水平軸である第２関節部２５の関節軸を中心として、第１昇降用アーム２４の先端部に回転可能に支持される。
【００２０】
水平アームユニット３０は、第２昇降用アーム２６の先端部と第３関節部２７を介して連結される。これにより、水平アームユニット３０は、水平軸である第３関節部２７の関節軸を中心として、第２昇降用アーム２６の先端部に回転可能に支持される。
【００２１】
このように、第１の実施形態に係るロボット１は、１つの脚部ユニット２２を用いて水平アームユニット３０を支持する。このため、２以上の昇降アームユニットで水平アームユニット３０を支持する場合に比べて、構成を簡素化することができる。
【００２２】
水平アームユニット３０は、下側アームユニット３１ａと、上側アームユニット３１ｂとを備える。下側アームユニット３１ａは、ハンド部３３ａと、アーム部３２ａと、下側支持部材３４ａとを備える。ハンド部３３ａは、被搬送対象物である薄板状のワークＷを載置する。アーム部３２ａは、基端部が下側支持部材３４ａに支持され、先端部においてハンド部３３ａを支持する。下側支持部材３４ａは、第２昇降用アーム２６の先端部に、第３関節部２７の関節軸を中心として回転可能に支持される。下側支持部材３４ａには、上側支持部材３４ｂの基端部が固定され、アーム部３２ａの基端部が回転可能に支持される。
【００２３】
上側アームユニット３１ｂは、ハンド部３３ｂと、アーム部３２ｂと、上側支持部材３４ｂとを備える。ハンド部３３ｂは、被搬送対象物である薄板状のワークＷ（図示せず）を載置する。アーム部３２ｂは、基端部が上側支持部材３４ｂに回転可能に支持され、先端部においてハンド部３３ｂを支持する。上側支持部材３４ｂは、その基端部が下側支持部材３４ａの基端部に連結され、第３関節部２７の関節軸を中心として回転可能に支持される。
【００２４】
水平アームユニット３０は、アーム部３２ａ，３２ｂを伸縮させることによって、ハンド部３３ａ，３３ｂを所定の方向へ移動させる。たとえば、ロボット１が図１に示す旋回位置にある場合、アーム部３２ａ，３２ｂはＸ方向の正方向または負方向にハンド部３３ａ，３３ｂを直線的に移動させる。
【００２５】
［ロボットの動作］
第１の実施形態に係るロボット１は、たとえば、次のように図示しないストッカに保管されたワークＷをストッカから取り出し、図示しない搬送位置へ搬送する。なお、ここでは、ハンド部３３ａでワークＷをすくい上げて搬送する場合について説明するが、ハンド部３３ｂによる搬送も同様である。
【００２６】
まず、ロボット１は、昇降機構２０によって水平アームユニット３０を上昇又は下降させることによって、ストッカ内に保管されて取り出し対象となるワークＷの高さよりも少し低い高さにハンド部３３ａを位置させる。なお、ストッカ内には、たとえば、ロボット１が設置される工場の天井近くの高さから床面近くの高さまでの間に、ワークＷが一定の間隔を持って積み重ねられ保管される。
【００２７】
つづいて、ロボット１は、アーム部３２ａを駆動してハンド部３３ａを水平方向に直線的に移動させて、ワークＷを保管するストッカ内にハンド部３３ａを進入させ、その後、昇降機構２０によって水平アームユニット３０を上昇させる。これにより、ハンド部３３ａ上にワークＷが載置される。
【００２８】
つづいて、ロボット１は、アーム部３２ａを縮ませることによってワークＷを載置したハンド部３３ａをストッカ内から水平方向に直線的に退出させる。その後、ロボット１は、ハンド部３３ａの先端部がワークＷの搬送位置の方向へ向くように水平アームユニット３０および昇降機構２０を旋回機構１０によって旋回させる。
【００２９】
つづいて、ロボット１は、アーム部３２ａを再び伸ばすことによって、ハンド部３３ａを水平方向に直線的に移動させ、ハンド部３３ａを搬送位置の上方に進入させる。そして、ロボット１は、昇降機構２０によって水平アームユニット３０を下降させる。これにより、ハンド部３３ａの位置が下降し、ワークＷが搬送位置に載置される。
【００３０】
このように、ロボット１は、アーム部３２ａ，３２ｂの伸縮によるハンド部３３ａ，３３ｂの移動、昇降機構２０による水平アームユニット３０の昇降および旋回機構１０による水平アームユニット３０の旋回によってワークＷの搬送を行う。
【００３１】
こうしたロボット１の動作は、通信ネットワークを介してロボット１と接続された制御装置５からの指示によって行われる。
【００３２】
制御装置５は、ロボット１の駆動制御を行う制御装置である。具体的には、ロボット１の各関節部２３，２５，２７には、モータが設けられており、制御装置５は、これらモータの駆動を指示する。ロボット１は、制御装置５からの指示に従って各モータを個別に任意の角度だけ回転させることで、旋回機構１０、昇降機構２０および水平アームユニット３０を駆動させる。ロボット１と制御装置５とを接続する通信ネットワークとしては、たとえば有線ＬＡＮ（Local Area Network）や無線ＬＡＮといった一般的なネットワークを用いることができる。なお、ここでは図示を省略するが、旋回台１２およびアーム部３２ａ，３２ｂにも同様のモータが設けられており、制御装置５は、これらモータの駆動指示も行う。
【００３３】
また、各関節部２３，２５，２７には、減速機および外部ブレーキがさらに設けられる。減速機は、モータの回転を減じて出力する伝達機構である。外部ブレーキは、減速機の入力軸の回転を規制することによって、減速機の出力軸の回転を規制するブレーキである。減速機の出力軸は、水平アームユニット３０や第１昇降用アーム２４、第２昇降用アーム２６といったアームに連結される。したがって、外部ブレーキを作動させることにより、アームの自重による位置ずれを防止することができる。
【００３４】
ここで、第１の実施形態に係るロボット１のように、一方のアームが他方のアームと減速機を介して接続される場合、減速機の入力軸に設けられた入力ギアが経年劣化等によって摩耗する可能性がある。この入力ギアが摩耗すると、磨耗分に相当する量の位置ずれが生じ、アームを姿勢保持する位置がずれることとなる可能性がある。
【００３５】
そこで、第１の実施形態に係るロボット１では、減速機の入力軸と接続するシャフトをモータ側のシャフトおよび外部ブレーキ側のシャフトに分割し、それぞれのシャフトに対して入力ギアを設けることとした。
【００３６】
これにより、第１の実施形態に係るロボット１は、モータ側の入力ギアが摩耗あるいは破損した場合であっても、外部ブレーキの制動力を減速機へ適切に伝達させることができる。したがって、アームの位置ずれを確実に防止することができる。
【００３７】
以下では、各関節部２３，２５，２７に設けられるモータ、減速機および外部ブレーキの構成について具体的に説明する。
【００３８】
［モータ、減速機および外部ブレーキの構成］
図２は、ロボット１の模式側面図である。図２に示すように、ロボット１は、第１関節部２３と、第２関節部２５と、第３関節部２７とを備える。第１関節部２３は、第１昇降用アーム２４の基端部と支柱２１の先端部とを連結する関節部である。第２関節部２５は、第２昇降用アーム２６の基端部と第１昇降用アーム２４の先端部とを連結する関節部である。第３関節部２７は、水平アームユニット３０と第２昇降用アーム２６の先端部とを連結する関節部である。
【００３９】
第１関節部２３には、モータ４１ａ、減速機４２ａおよび外部ブレーキ４４ａが設けられる。第２関節部２５には、モータ４１ｂ、減速機４２ｂおよび外部ブレーキ４４ｂが設けられる。第３関節部２７には、モータ４１ｃ、減速機４２ｃおよび外部ブレーキ４４ｃが設けられる。また、各モータ４１ａ〜４１ｃは、内部ブレーキ４３ａ〜４３ｃを内蔵する。モータ４１ａ〜４１ｃは、回転電機の一例である。
【００４０】
内部ブレーキ４３ａ〜４３ｃおよび外部ブレーキ４４ａ〜４４ｃは、たとえば無励磁作動式電磁ブレーキである。無励磁作動式電磁ブレーキは、電源供給時には電磁力によってブレーキ保持が解除され、電源遮断時にはバネ等の機械的作用でブレーキがかかる仕組みを持ったブレーキである。なお、内部ブレーキおよび外部ブレーキは、無励磁作動式電磁ブレーキ以外のブレーキであってもよい。
【００４１】
第１関節部２３では、モータ４１ａの回転が減速機４２ａによって減速されて出力されることで、第１昇降用アーム２４が回転し、支柱２１に対する第１昇降用アーム２４の姿勢が変化する。また、第１関節部２３では、電源供給遮断時には、内部ブレーキ４３ａおよび外部ブレーキ４４ａが作動することによって、支柱２１に対する第１昇降用アーム２４の姿勢が保持される。
【００４２】
第２関節部２５では、モータ４１ｂの回転が減速機４２ｂによって減速されて出力されることで、第２昇降用アーム２６が回転し、第１昇降用アーム２４に対する第２昇降用アーム２６の姿勢が変化する。また、第２関節部２５では、電源供給遮断時には、内部ブレーキ４３ｂおよび外部ブレーキ４４ｂが作動することによって、第１昇降用アーム２４に対する第２昇降用アーム２６の姿勢が保持される。
【００４３】
第３関節部２７では、モータ４１ｃの回転が減速機４２ｃによって減速されて出力されることで、水平アームユニット３０が回転し、第２昇降用アーム２６に対する水平アームユニット３０の姿勢が変化する。また、第３関節部２７では、電源供給遮断時には、内部ブレーキ４３ｃおよび外部ブレーキ４４ｃが作動することによって、第２昇降用アーム２６に対する水平アームユニット３０の姿勢が保持される。
【００４４】
次に、モータ４１ａ〜４１ｃ、減速機４２ａ〜４２ｃおよび外部ブレーキ４４ａ〜４４ｃの具体的な構成について説明する。ここでは、一例として第１関節部２３に設けられたモータ４１ａ、減速機４２ａおよび外部ブレーキ４４ａの構成について図３を用いて説明する。図３は、第１関節部２３周辺の一部透過図である。
【００４５】
図３に示すように、第１関節部２３では、モータ４１ａが支柱２１に固定され、減速機４２ａが第１昇降用アーム２４に固定される。また、外部ブレーキ４４ａは、減速機４２ａを介してモータ４１ａと対向配置され、減速機４２ａの減速機本体部４２１に対してケーシング４５０を介して固定される。
【００４６】
減速機４２ａは、たとえばＲＶ（Rotary Vector）型の減速機であり、減速機本体部４２１と、入力部４２２と、出力部４２３とを備える。減速機４２ａは、入力部４２２へ入力された回転を減じて出力部４２３へ出力する。
【００４７】
具体的には、入力部４２２には、第１のシャフト６１が接続される。また、第１のシャフト６１は、モータ４１ａの出力軸４１１と接続される。これにより、モータ４１ａの回転力は、モータ４１ａの出力軸４１１および第１のシャフト６１を介して減速機４２ａの入力部４２２へ入力される。そして、減速機４２ａは、モータ４１ａの回転力が入力部４２２へ入力されると、モータ４１ａの回転速度よりも遅い回転速度で出力部４２３を回転させる。
【００４８】
減速機４２ａの出力部４２３は、支柱２１に固定されている。このため、第１関節部２３では、モータ４１ａの回転が入力部４２２へ入力されると、出力部４２３ではなく減速機本体部４２１が回転する。この結果、第１関節部２３では、減速機本体部４２１を固定する第１昇降用アーム２４が回転し、支柱２１に対する第１昇降用アーム２４の姿勢が変化することとなる。
【００４９】
なお、減速機４２ａは、ＲＶ型の減速機に限ったものではなく、他のタイプの減速機であってもよい。
【００５０】
減速機４２ａの入力部４２２には、第２のシャフト６２がさらに接続される。第２のシャフト６２は、基端部が第１のシャフト６１の先端部近傍に設けられ、かつ、その中心軸を第１のシャフト６１の中心軸と同一としている。
【００５１】
すなわち、第１の実施形態では、減速機４２ａの入力部４２２に接続されるシャフトが２つに分割されている。
【００５２】
外部ブレーキ４４ａは、ブレーキシャフト４４１と、ブレーキ本体部４４２とを備える。ブレーキシャフト４４１は、第２のシャフト６２の先端部と連結され、かつ、その中心軸を第２のシャフト６２の中心軸と同一としている。
【００５３】
ブレーキ本体部４４２は、たとえばフィールドコア、コイル、サイドプレート、アーマチュア、バネ、ブレーキ板等を備える。フィールドコアは、軟磁性材料を用いて形成された筒状の部材である。コイルは、フィールドコア内部に設けられる。サイドプレートは、ボルト等を介してフィールドコアに固定される。アーマチュアは、フィールドコアとサイドプレートとの間に配設される。バネは、アーマチュアを軸方向に付勢する。ブレーキ板は、アーマチュアとサイドプレートとの間に配設され、ブレーキシャフト４４１の回転に伴って回転する。
【００５４】
ブレーキ本体部４４２は、たとえば軟磁性材料を用いて形成された筒状のフィールドコア、フィールドコア内部に設けられたコイル、ボルト等を介してフィールドコアに固定されたサイドプレートを備える。また、ブレーキ本体部４４２は、フィールドコアとサイドプレートとの間に配設されたアーマチュア、アーマチュアを軸方向に付勢するバネ、アーマチュアとサイドプレートとの間に配設され、ブレーキシャフト４４１の回転に伴って回転するブレーキ板等を備える。
【００５５】
コイルに通電すると、外部ブレーキ４４ａは励磁状態となり、アーマチュアがバネの弾性力に抗してフィールドコアに磁気吸引される。これにより、ブレーキ板に対する押し付け力が開放され、ブレーキシャフト４４１および第２のシャフト６２が回転可能となる。
【００５６】
一方、外部ブレーキ４４ａは、駆動電源が遮断されて無励磁状態となると、バネの弾性力によってアーマチュアがサイドプレート側へ押し付けられる。これにより、ブレーキ板の回転がアーマチュアおよびサイドプレート間の摩擦力によって規制され、これに伴い、ブレーキシャフト４４１および第２のシャフト６２の回転が規制されることとなる。
【００５７】
外部ブレーキ４４ａによって第２のシャフト６２の回転が規制されると、減速機４２ａは、第２のシャフト６２と接続する入力部４２２の回転が規制され、出力部４２３の回転が規制される。この結果、ロボット１は、支柱２１に対する第１昇降用アーム２４の姿勢が保持される。
【００５８】
このように、減速機４２ａの入力部４２２には、第１のシャフト６１および第２のシャフト６２の２つのシャフトが接続される。
【００５９】
以下では、これら第１のシャフト６１、第２のシャフト６２および入力部４２２の構成について図４を用いてより具体的に説明する。図４は、入力部４２２周辺の拡大図である。
【００６０】
図４に示すように、入力部４２２は、たとえばスパーギアであり、第１の歯車部４２５を備える。第１のシャフト６１および第２のシャフト６２は、それぞれ入力ギア６１１，６２１を備える。入力ギア６１１，６２１は、それぞれ第２の歯車部および第３の歯車部の一例である。
【００６１】
入力ギア６１１および入力ギア６２１は、それぞれ入力部４２２の第１の歯車部４２５と噛み合う。減速機４２ａでは、第１の歯車部４２５が入力ギア６１１と噛み合うことにより、モータ４１ａの回転が入力ギア６１１および第１の歯車部４２５を介して入力部４２２へ入力される。これにより、減速機４２ａでは、入力部４２２が回転するとともに、入力部４２２の回転に伴って出力部４２３が回転する。
【００６２】
また、減速機４２ａでは、第１の歯車部４２５が入力ギア６２１と噛み合うことにより、外部ブレーキ４４ａの制動力が入力ギア６２１および第１の歯車部４２５を介して入力部４２２へ伝わる。これにより、減速機４２ａでは、入力部４２２の回転が規制される。
【００６３】
ここで、ロボット１では、たとえば第１昇降用アーム２４を停止した状態から旋回させたり、旋回中の第１昇降用アーム２４を停止させたりといった動作が頻繁に行われる。このため、入力ギア６１１には、比較的大きな負荷がかかり易い。
【００６４】
一方、入力ギア６２１は、外部ブレーキ４４ａが作動していない状態では、第１の歯車部４２５の回転に伴って回転しているだけであるため、入力ギア６１１と比較して大きな負荷を受ける可能性が低い。また、外部ブレーキ４４ａは、通常、第１昇降用アーム２４が停止した状態もしくは速度が低減した状態で作動するため、入力ギア６２１は、外部ブレーキ４４ａを作動させた場合であっても、入力ギア６１１と比較して大きな負荷を受ける可能性が低い。
【００６５】
このように、入力ギア６１１は、入力ギア６２１と比較して大きな負荷がかかり易いため、入力ギア６２１よりも早く劣化し易い。入力ギア６１１は、劣化することによって、第１の歯車部４２５との間でバックラッシュ（がた付き）を起こす場合がある。
【００６６】
ここで、仮に、第１のシャフト６１および第２のシャフト６２が一体的に形成された１つのシャフトであり、入力ギア６１１および入力ギア６２１も一体的に形成された１つの入力ギアであるとする。すなわち、モータ４１ａの回転力および外部ブレーキ４４ａの制動力が１つの入力ギアを介して第１昇降用アーム２４へ伝達されるとする。
【００６７】
かかる場合、入力ギアと第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じると、外部ブレーキ４４ａを動作させたとしても、外部ブレーキ４４ａの制動力が第１昇降用アーム２４へ伝達されず、第１昇降用アーム２４がバックラッシュ分ずれて姿勢保持される可能性がある。
【００６８】
しかし、第１の実施形態に係るロボット１では、外部ブレーキ４４ａの制動力を伝達する入力ギア６２１が、モータ４１ａの回転力を伝達する入力ギア６１１とは別体に設けられる。このため、外部ブレーキ４４ａの制動力は、入力ギア６１１と第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じたとしても、入力ギア６２１を介して第１昇降用アーム２４へ適切に伝達される。したがって、第１の実施形態に係るロボット１によれば、第１昇降用アーム２４等の部位の位置ずれを防止することができる。
【００６９】
上述してきたように、第１の実施形態では、第１のシャフトおよび第２のシャフトが減速機の入力部へそれぞれ接続され、モータが第１のシャフトを回転させ、外部ブレーキが第２のシャフトの回転を規制することとした。したがって、第１の実施形態では、アーム等の部位の位置ずれを防止することができる。
【００７０】
また、モータ４１ａは、内部ブレーキ４３ａを内蔵する（図２参照）。内部ブレーキ４３ａは、無励磁状態において、モータ４１ａの出力軸４１１の回転を規制する。すなわち、ロボット１は、内部ブレーキ４３ａを作動させることにより、外部ブレーキ４４ａを作動させた場合と同様に、支柱２１に対する第１昇降用アーム２４の姿勢を保持することができる。
【００７１】
このように、ロボット１は、１つのモータ４１ａに対して内部ブレーキ４３ａおよび外部ブレーキ４４ａの２つのブレーキを設けることとした。このため、モータ４１ａの回転を内部ブレーキ４３ａのみで規制する場合と比較して制動力を高めることができる。
【００７２】
また、何らかの原因で内部ブレーキ４３ａのブレーキトルクが低下し、内部ブレーキ４３ａ単体ではアームを保持できなくなった場合であっても、外部ブレーキ４４ａが作用することによってアームを保持することができるため、アームが自由落下することがなく、安全性を高めることができる。同様に、入力ギア６１１が噛み合わなくなるほど摩滅した場合であっても、入力ギア６２１によって姿勢保持トルクを伝達するできるため、アームが自由落下するおそれがない。
【００７３】
なお、ここでは、第１のシャフト６１がモータ４１ａの出力軸４１１と別体である場合の例について説明したが、第１のシャフト６１およびモータ４１ａの出力軸４１１は、あらかじめ一体的に形成されてもよい。同様に、ここでは、第２のシャフト６２が外部ブレーキ４４ａのブレーキシャフト４４１と別体である場合の例について説明したが、第２のシャフト６２および外部ブレーキ４４ａのブレーキシャフト４４１は、あらかじめ一体的に形成されてもよい。
【００７４】
ところで、図４では、第１の歯車部４２５の軸方向において、入力ギア６１１と第１の歯車部４２５とが当接する長さと、入力ギア６２１と第１の歯車部４２５とが当接する長さとが、同一である場合の例について示した。しかし、第１の歯車部４２５と当接する長さは、入力ギア６１１，６２１間で異なってもよい。
【００７５】
以下では、第１の歯車部４２５と当接する長さを入力ギア６１１，６２１間で異ならせる場合の例について図５Ａを用いて説明する。図５Ａは、入力部４２２、第１のシャフト６１および第２のシャフト６２の他の構成例を示す拡大図である。
【００７６】
図５Ａに示すように、第１のシャフト６１ａの入力ギア６１１ａが第１の歯車部４２５と当接する長さは、第２のシャフト６２ａの入力ギア６２１ａが第１の歯車部４２５と当接する長さよりも長い。具体的には、第１のシャフト６１ａは、図４に示す第１のシャフト６１よりも長く形成される。また、第２のシャフト６２ａは、図４に示す第２のシャフト６２よりも短く形成される。
【００７７】
上述したように第１のシャフト６１ａの入力ギア６１１ａは、第２のシャフト６２ａの入力ギア６２１ａよりも負荷がかかり易い傾向がある。そこで、入力ギア６１１ａが第１の歯車部４２５と当接する長さを図４に示す場合よりも長くすることで、入力ギア６１１ａの耐久性を高めることができる。これにより、入力ギア６１１ａのバックラッシュの発生を抑えることができる。
【００７８】
なお、図５Ａでは、入力ギア６１１ａと第１の歯車部４２５とが当接する長さを、入力ギア６２１ａと第１の歯車部４２５とが当接する長さよりも長くする場合の例を示した。しかし、逆に、入力ギア６２１ａと第１の歯車部４２５とが当接する長さを、入力ギア６１１ａと第１の歯車部４２５とが当接する長さよりも長くしてもよい。このようにした場合には、入力ギア６２１ａの耐久性を高めることができ、入力ギア６２１ａのバックラッシュの発生を抑えることができる。
【００７９】
また、図４では、第１のシャフト６１が備える入力ギア６１１の歯数と、第２のシャフト６２が備える入力ギア６２１の歯数とを同一としたが、入力ギア６１１，６２１の歯数は、異なってもよい。以下では、入力ギア６１１，６２１の歯数を異ならせる場合の例について図５Ｂを用いて説明する。図５Ｂは、入力部４２２、第１のシャフト６１および第２のシャフト６２の他の構成例を示す拡大図である。
【００８０】
図５Ｂに示すように、第２のシャフト６２ｂが備える入力ギア６２１ｂの歯数は、第１のシャフト６１ｂが備える入力ギア６１１ｂの歯数よりも多い。
【００８１】
第１のシャフト６１ｂは、図４に示す入力ギア６１１と同様の入力ギア６１１ｂを備える。一方、第２のシャフト６２ｂは、入力ギア６１１ｂよりも大径の入力ギア６２１ｂを備える。入力ギア６２１ｂは、入力ギア６１１ｂと比較して歯数が多い。
【００８２】
入力部４２２ａは、たとえば２段歯車機構を備える。具体的には、入力部４２２ａは、第１の歯車部として、大径歯車部４２５ａと、小径歯車部４２５ｂとを備える。大径歯車部４２５ａは、入力ギア６１１ｂと噛み合う。小径歯車部４２５ｂは、入力ギア６２１ｂと噛み合う。
【００８３】
このように、図５Ｂでは、第２のシャフト６２ｂが備える入力ギア６２１ｂの歯数を、第１のシャフト６１ｂが備える入力ギア６１１ｂの歯数よりも多くした。具体的には、入力ギア６２１ｂの径を入力ギア６１１ｂの径よりも大きくした。これにより、入力ギア６２１ｂのバックラッシュを抑えることができる。
【００８４】
なお、図５Ｂでは、入力ギア６２１ｂの歯数を入力ギア６１１ｂの歯数よりも多くする場合の例を示したが、逆に、入力ギア６１１ｂの歯数を入力ギア６２１ｂの歯数よりも多くしてもよい。このようにした場合には、入力ギア６１１ｂのバックラッシュを抑えることができる。また、図５Ｂでは、入力ギア６１１ｂと大径歯車部４２５ａとが当接する長さと、入力ギア６２１ｂと小径歯車部４２５ｂとが当接する長さとを同一としたが、図５Ａに示すように、入力ギア６１１ｂ，６２１ｂが各歯車部と当接する長さを異ならせてもよい。
【００８５】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態として、制御装置５によるロボット１の動作制御について説明する。制御装置５は、モータ４１ａ〜４１ｃ等の駆動制御の他、第１のシャフト６１の入力ギア６１１と第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じていないか否かを診断する診断処理を実行する。
【００８６】
なお、制御装置５から異常を通知された上位コントローラは、異常対応処置を行うことで安全性を確保することができる。また、ライン停止を回避するためにサブラインの生産に切り替えるプログラムを組み込むことで、異常時の生産量の低下を最小限にすることも可能である。
【００８７】
まず、制御装置５の構成について図６を用いて説明する。図６は、制御装置５の構成の一例を示すブロック図である。なお、図６では、制御装置５の特徴を説明するために必要な構成要素のみを示し、一般的な構成要素についての記載を省略する。
【００８８】
また、以下では、外部ブレーキ４４ａ〜４４ｃのうちの任意の外部ブレーキ４４ａ〜４４ｃを「外部ブレーキ４４」と記載する場合がある。同様に、以下では、内部ブレーキ４３ａ〜４３ｃのうちの任意の内部ブレーキ４３ａ〜４３ｃを「内部ブレーキ４３」と記載する場合がある。また、図６では、内部ブレーキ４３を「Ｂｒ１」と記載し、外部ブレーキ４４を「Ｂｒ２」と記載する。
【００８９】
図６に示すように、制御装置５は、コンバータ部５１と、サーボアンプ５２と、ＤＣ電源５３と、スイッチ５４ａ，５４ｂと、制御部５５とを備える。
【００９０】
また、図６に示すように、ロボット１は、エンコーダ４６をさらに備える。エンコーダ４６は、モータ４１の回転位置を検出する位置検出部であり、各モータ４１に対応して設けられる。かかるエンコーダ４６によって検出されたモータ４１の回転位置（以下、「エンコーダ値」と記載する）は、制御部５５へ出力される。
【００９１】
なお、ここでは、エンコーダ４６が絶対値エンコーダであるものとするが、これに限ったものではなく、エンコーダ４６は、インクリメンタルエンコーダであってもよい。また、エンコーダ４６に代えて、レゾルバ等を位置検出部として用いてもよい。
【００９２】
コンバータ部５１は、ＡＣ（Alternating Current）主電源２から供給される交流電力を用いてモータ４１の駆動電力を生成する装置である。コンバータ部５１によって生成された駆動電力は、サーボアンプ５２へ入力される。サーボアンプ５２は、制御部５５からの指令に従ってＰＷＭ制御を行い、モータ４１に対して駆動電力を供給する処理部である。
【００９３】
ＤＣ電源５３は、ＡＣ主電源２から供給される交流電力から直流電力を生成する。ＤＣ電源５３によって生成された直流電力は、内部ブレーキ４３および外部ブレーキ４４へ供給される。なお、図示していないが、ＤＣ電源５３によって生成された直流電力は、制御部５５等にも供給される。
【００９４】
スイッチ５４ａは、内部ブレーキ４３の電源スイッチであり、内部ブレーキ４３に対するＤＣ電源５３からの直流電力の供給および遮断を切り替える。また、スイッチ５４ｂは、外部ブレーキ４４の電源スイッチであり、外部ブレーキ４４に対するＤＣ電源５３からの直流電力の供給および遮断を切り替える。
【００９５】
これらスイッチ５４ａ，５４ｂの切り替えは、制御部５５によって行われる。なお、内部ブレーキ４３および外部ブレーキ４４は、スイッチ５４ａ，５４ｂがオフされることによって、すなわち、電源供給が遮断されることによって作動してモータ４１の回転を規制することとなる。
【００９６】
制御部５５は、ペンダント等の操作部あるいはＰＣ（Personal Computer）等の上位コントローラからの指令データと、エンコーダ４６から取得したエンコーダ値とに基づいてモータ４１の制御に必要な演算処理を行い、ＰＷＭ波形を生成してサーボアンプ５２へ出力する。なお、サーボアンプ５２では、かかるＰＷＭ波形に従ってＰＷＭ制御が行われることとなる。
【００９７】
また、制御部５５は、操作部あるいは上位コントローラからの指令に基づいて診断処理を実行する。ここで、診断処理とは、第１のシャフト６１の入力ギア６１１と第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じていないか否かを診断する処理である。
【００９８】
ここで、診断処理の具体的な処理手順について、図７を用いて説明する。図７は、診断処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、診断処理は、スイッチ５４ａ，５４ｂが共にオンされた状態、すなわち、内部ブレーキ４３および外部ブレーキ４４が共に解除された状態で開始される。また、診断処理は、制御装置５が操作部または上位コントローラからの指令を受けた場合に開始されてもよいし、あらかじめ決められた周期で定期的に開始されてもよい。
【００９９】
図７に示すように、制御装置５の制御部５５は、診断処理を開始すると、外部ブレーキ４４を作動させる（ステップＳ１０１）。つづいて、制御部５５は、モータ４１を右回転させ（ステップＳ１０２）、所定のモータトルク値におけるエンコーダ値を取得する（ステップＳ１０３）。ここでは、ステップＳ１０３において取得されるエンコーダ値を「右エンコーダ値」と呼ぶ。
【０１００】
つづいて、制御部５５は、モータ４１を左回転させ（ステップＳ１０４）、所定のモータトルク値におけるエンコーダ値を取得する（ステップＳ１０５）。ここでは、ステップＳ１０５において取得されるエンコーダ値を「左エンコーダ値」と呼ぶ。
【０１０１】
つづいて、制御部５５は、ステップＳ１０３において取得した右エンコーダ値およびステップＳ１０５において取得した左エンコーダ値に基づいてモータ４１の回転角度を算出する（ステップＳ１０６）。具体的には、制御部５５は、右エンコーダ値および左エンコーダ値の差分を算出し、算出した差分を回転角度へ換算する。制御部５５は、算出した回転角度をＲＡＭ（Random Access Memory）等の図示しない記憶部に記憶する。
【０１０２】
つづいて、制御部５５は、ステップＳ１０６において算出した回転角度（現在のバックラッシュ量）と、過去に算出した回転角度（基準バックラッシュ量）との差が所定以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
【０１０３】
そして、制御部５５は、過去に算出した回転角度との差が所定以上ではない場合には（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、第１のシャフト６１の入力ギア６１１および第１の歯車部４２５が正常であると判定して（ステップＳ１０８）、処理を終える。すなわち、制御部５５は、現在のバックラッシュ量と基準バックラッシュ量との間に大幅な変化がない場合には、第１のシャフト６１の入力ギア６１１と第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じていないと判定する。
【０１０４】
一方、制御部５５は、過去に算出した回転角度との差が所定以上であると判定した場合には（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、第１のシャフト６１の入力ギア６１１または第１の歯車部４２５に異常があると判定して（ステップＳ１０９）、処理を終える。すなわち、制御部５５は、現在のバックラッシュ量が基準バックラッシュ量と比較して大幅に変化した場合には、第１のシャフト６１の入力ギア６１１と第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じたと判定する。
【０１０５】
なお、制御部５５は、ステップＳ１０９において異常判定を行った場合には、モータ４１を駆動させることによってロボット１に対して退避姿勢を取らせてもよい。退避姿勢とは、ロボット１の各アーム（第１昇降用アーム２４や第２昇降用アーム２６）を最下位置まで下降させた姿勢である。このように、ロボット１に対して退避姿勢を取らせることとすれば、ロボット１のアームが自重によって位置ずれを起こす可能性が高い状態であっても、かかる位置ずれに対する安全性を確保することができる。
【０１０６】
また、制御部５５は、ロボット１に対して退避姿勢を取らせた後に、モータ４１への電源供給を遮断する処理を行ってもよい。これにより、ロボット１のアーム等の位置ずれに対する安全性をさらに高めることができる。
【０１０７】
上述してきたように、第２の実施形態では、ロボット１が、第１のシャフト６１の回転を検知するエンコーダ４６をさらに備える。そして、第２の実施形態では、制御装置５が、外部ブレーキ４４を作動させた状態でモータ４１を駆動させた場合におけるエンコーダ４６の検知結果に基づき、第１のシャフト６１または入力部４２２の異常を検出することとした。したがって、たとえば第１のシャフト６１の入力ギア６１１と第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じたか否かを容易に診断することができる。
【０１０８】
なお、図７では、モータ４１を右回転させ、右エンコーダ値を取得した後に、モータ４１を左回転させ、左エンコーダ値を取得する場合の例を示したが（ステップＳ１０２〜ステップＳ１０５参照）、モータ４１の回転方向は、逆であってもよい。すなわち、制御部５５は、モータ４１を左回転させ、左エンコーダ値を取得した後に、モータ４１を右回転させ、右エンコーダ値を取得してもよい。
【０１０９】
（第３の実施形態）
ところで、上述してきた各実施形態では、ロボットが、１つの脚部ユニットで水平アームユニットを支持するタイプのロボットである場合の例について説明したが、ロボットのタイプは、これに限ったものではない。
【０１１０】
たとえば、ロボットは、２以上の脚部ユニットで水平アームユニットを支持するタイプのロボットであってもよい。そこで、以下では、第３の実施形態として、ロボットの他の例について図８を用いて説明する。図８は、第３の実施形態に係るロボットの模式斜視図である。
【０１１１】
図８に示すように、第３の実施形態に係るロボット１ａは、基台３１０と、昇降機構３２０と、水平アームユニット３３０とを備える。昇降機構３２０は、基台３１０に対して回転可能に取り付けられた旋回部３２１と、旋回部３２１の両端にそれぞれ立設された支柱部３２２，３２３と、水平アームユニット３３０を回転可能に支持する支持ベース部３２４とを備える。また、昇降機構２０は、基端部が支柱部３２２，３２３にそれぞれ支持され、先端部で支持ベース部３２４を支持する２つの脚部ユニット３２５，３２６とを備える。
【０１１２】
また、脚部ユニット３２５は、支柱部３２２に対して基端部が回転可能に支持された第１脚部３２５ａと、第１脚部３２５ａの先端部に回転可能に基端部が支持され、かつ支持ベース部３２４を先端部で支持する第２脚部３２５ｂとを備える。同様に、脚部ユニット３２６は、支柱部３２３に対して基端部が回転可能に支持された第１脚部３２６ａと、第１脚部３２６ａの先端部に回転可能に基端部が支持され、かつ支持ベース部３２４を先端部で支持する第２脚部３２６ｂとを備える。
【０１１３】
水平アームユニット３３０は、ワークＷを載置するためのハンド部３３１ａ，３３１ｂと、ハンド部３３１ａ，３３１ｂをそれぞれ先端で支持するアーム部３３２ａ，３３２ｂとを備える。水平アームユニット３３０は、第１の実施形態に係る水平アームユニット３０と同様、アーム部３３２ａ，３３２ｂの伸縮によってハンド部３３１ａ，３３１ｂを所定方向へ移動させる。
【０１１４】
かかる昇降機構３２０では、２つの脚部ユニット３２５，３２６の姿勢を変化させることによって水平アームユニット３３０を上下方向に移動させる。なお、昇降機構３２０は、２つの脚部ユニット３２５，３２６を用いて水平アームユニット３３０を支持するため、第１の実施形態に係る昇降機構２０と比較して水平アームユニット３３０をより確実に保持することができる。
【０１１５】
そして、昇降機構３２０の各関節部には、内部ブレーキを内蔵したモータ、減速機および外部ブレーキがそれぞれ設けられる。これらモータ、減速機および外部ブレーキの構成は、上述した各実施形態において説明したモータ、減速機および外部ブレーキと同様である。
【０１１６】
このように、ロボットは、２つの脚部ユニットによって水平アームユニットを支持するタイプのロボットであってもよい。かかる場合であっても、上述した第１の実施形態および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図８では、２つの脚部ユニットを備えるロボットを示したが、脚部ユニットの数は２以上であってもよい。
【０１１７】
（第４の実施形態）
また、ロボットは、たとえば直動型の搬送ロボットであってもよい。そこで、以下では、第４の実施形態として、ロボットが直動型の搬送ロボットである場合の例について図９を用いて説明する。図９は、第４の実施形態に係るロボットの一部を拡大した図である。
【０１１８】
図９に示すように、第４の実施形態に係るロボット１ｂは、回転力を直線の動きに変換することによって上下方向への移動を行うラックアンドピニオン型のロボットである。具体的には、ロボット１ｂは、上下方向に延在するラック部５１０と、ラック部５１０に対して上下方向に移動可能に保持された直動体５２０と、直動体５２０上に搭載されたモータユニット部５３０とを備える。
【０１１９】
また、モータユニット部５３０は、直動体５２０に立設された支持部５３１と、支持部５３１に固定されたモータ５３２と、モータ５３２の回転を減速して出力する減速機５３３とを備える。また、モータユニット部５３０は、モータ５３２の回転を規制する外部ブレーキ５３４と、減速機５３３の出力軸５３３ａの先端に取り付けられたピニオンギア５３５とを備える。なお、モータ５３２は、上述してきた各実施形態に係るモータと同様に内部ブレーキを内蔵する。
【０１２０】
かかるロボット１ｂでは、モータ５３２の駆動によってピニオンギア５３５がラック部５１０と噛み合いながら回転することで、直動体５２０が上下方向に移動することとなる。
【０１２１】
このように、ロボットは、図９に示すような直動型のロボットであってもよい。かかる場合であっても、上述した第１の実施形態および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２２】
なお、上述してきた各実施形態では、第２のシャフトと減速機の入力部とが、歯車で噛み合うことによって互いに接続される場合の例について説明してきた。しかし、第２のシャフトと減速機の入力部とは、歯車以外の接続方法を用いて接続させてもよい。また、第２のシャフトと減速機の入力部とは、あらかじめ一体的に形成されてもよい。
【０１２３】
また、上述してきた各実施形態では、モータが内部ブレーキを備える場合の例について説明したが、モータは、必ずしも内部ブレーキを備えていなくてもよい。
【０１２４】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
Ｗ ワーク
１ ロボット
１０ 旋回機構
１１ 基台
１２ 旋回台
２０ 昇降機構
２１ 支柱
２２ 脚部ユニット
２３ 第１関節部
２４ 第１昇降用アーム
２５ 第２関節部
２６ 第２昇降用アーム
２７ 第３関節部
３０ 水平アームユニット
３２ａ，３２ｂ アーム部
３３ａ，３３ｂ ハンド部
３４ａ 下側支持部材
３４ｂ 上側支持部材
４１ａ〜４１ｃ モータ
４１１ 出力軸
４２ａ〜４２ｃ 減速機
４２１ 減速機本体部
４２２ 入力部
４２３ 出力部
４２５ 第１の歯車部
４２５ａ 大径歯車部
４２５ｂ 小径歯車部
４３ａ〜４３ｃ 内部ブレーキ
４４ａ〜４４ｃ 外部ブレーキ
４４１ ブレーキシャフト
４４２ ブレーキ本体部
４５０ ケーシング
４６ エンコーダ
５ 制御装置
５１ コンバータ部
５２ サーボアンプ
５３ ＤＣ電源
５４ａ，５４ｂ スイッチ
５５ 制御部
６１ 第１のシャフト
６１１，６１１ａ，６１１ｂ 入力ギア
６２ 第２のシャフト
６２１，６２１ａ，６２１ｂ 入力ギア
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、ロボットおよびロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、搬送用ロボットや溶接用ロボットあるいは塗装用ロボットといった各種のロボットが、生産現場において利用されている。
【０００３】
この種のロボットは、たとえば電源が遮断された場合に、アーム等の部位が自重によって位置ずれを起こすことを防止するためのブレーキを備える場合がある。たとえば、特許文献１には、電源供給時には電磁力によって制動力が解除され、電源遮断時にはバネ等の機械的作用で制動力が作用する無励磁作動式電磁ブレーキを備えるロボットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０７６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来技術では、ブレーキを用いることでアーム等の部位の位置ずれを防止することとしている。しかしながら、従来技術には、アーム等の部位の位置ずれをより確実に防止するという点で更なる改善の余地がある。
【０００６】
たとえば、一方のアームが他方のアームと減速機を介して接続される場合がある。このような場合に、モータの回転を減速機へ入力する入力軸に設けられた入力ギアが経年劣化等によって摩耗すると、アームは、入力ギアが摩耗した分だけ位置がずれた状態で姿勢保持されることとなる。このため、演算上でのアームの姿勢保持位置の確保が困難となる可能性がある。
【０００７】
なお、従来では、たとえば入力ギアの交換等を定期的に実施することで、アームの位置ずれを未然に防いでいる。しかしながら、アーム等の部位の位置ずれは、より確実に防止することが望ましい。
【０００８】
実施形態の一態様は、アーム等の部位の位置ずれを防止することができるロボットおよびロボットシステム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】
【０００９】
実施形態の一態様に係るロボットは、減速機と、第１のシャフトと、回転電機と、第２のシャフトと、ブレーキとを備える。減速機は、入力部へ入力される回転を減じて出力する。第１のシャフトは、入力部に対して接続される。回転電機は、第１のシャフトを回転させる。第２のシャフトは、入力部に対して接続される。ブレーキは、第２のシャフトの回転を規制する。
【００１０】
また、実施形態の一態様に係るロボットシステムは、ロボットと、制御装置とを備える。ロボットは、減速機と、第１のシャフトと、回転電機と、第２のシャフトと、ブレーキとを備える。減速機は、入力部へ入力される回転を減じて出力する。第１のシャフトは、入力部に対して接続される。回転電機は、第１のシャフトを回転させる。第２のシャフトは、入力部に対して接続される。ブレーキは、第２のシャフトの回転を規制する。また、制御装置は、ロボットを制御する。
【発明の効果】
【００１１】
実施形態の一態様によれば、アーム等の部位の位置ずれを防止することが可能なロボットおよびロボットシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るロボットの模式斜視図である。
【図２】図２は、ロボットの模式側面図である。
【図３】図３は、第１関節部周辺の一部透過図である。
【図４】図４は、入力部周辺の拡大図である。
【図５Ａ】図５Ａは、入力部、第１のシャフトおよび第２のシャフトの他の構成例を示す拡大図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、入力部、第１のシャフトおよび第２のシャフトの他の構成例を示す拡大図である。
【図６】図６は、制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、診断処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、第３の実施形態に係るロボットの模式斜視図である。
【図９】図９は、第４の実施形態に係るロボットの一部を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットおよびロボットシステムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
（第１の実施形態）
［ロボットの全体構成］
まず、第１の実施形態に係るロボットの構成について図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係るロボットの模式斜視図である。以下では、説明の便宜上、ロボット１の旋回位置が図１に示す状態であるとしてロボット１における各部位の位置関係を説明する。また、以下では、Ｚ軸方向を鉛直方向とする。
【００１５】
図１に示すように、ロボット１は、旋回機構１０と、昇降機構２０と、水平アームユニット３０とを備える。
【００１６】
旋回機構１０は、基台１１と、旋回台１２とを備える。基台１１は、たとえば床面等に設置される。基台１１の上部には、旋回台１２が旋回軸Ｏを中心に旋回可能に取り付けられる。旋回台１２は、鉛直軸である旋回軸Ｏを中心として旋回する。かかる旋回台１２が旋回することにより、昇降機構２０および水平アームユニット３０は、旋回軸Ｏを中心として旋回する。
【００１７】
昇降機構２０は、支柱２１と、脚部ユニット２２とを備える。支柱２１は、旋回台１２の先端部から鉛直方向に立設される部材である。脚部ユニット２２は、基端部が支柱２１の先端部に支持され、先端部において水平アームユニット３０を支持する部材である。昇降機構２０は、脚部ユニット２２の姿勢を変化させることで、水平アームユニット３０を旋回軸Ｏと平行な軸に沿って上下方向に昇降させる。
【００１８】
脚部ユニット２２は、第１昇降用アーム２４と、第２昇降用アーム２６とを備える。第１昇降用アーム２４は、基端部が支柱２１の先端部と第１関節部２３を介して連結される。これにより、第１昇降用アーム２４は、水平軸である第１関節部２３の関節軸を中心として、支柱２１の先端部に回転可能に支持される。
【００１９】
第２昇降用アーム２６は、基端部が第１昇降用アーム２４の先端部と第２関節部２５を介して連結される。これにより、第２昇降用アーム２６は、水平軸である第２関節部２５の関節軸を中心として、第１昇降用アーム２４の先端部に回転可能に支持される。
【００２０】
水平アームユニット３０は、第２昇降用アーム２６の先端部と第３関節部２７を介して連結される。これにより、水平アームユニット３０は、水平軸である第３関節部２７の関節軸を中心として、第２昇降用アーム２６の先端部に回転可能に支持される。
【００２１】
このように、第１の実施形態に係るロボット１は、１つの脚部ユニット２２を用いて水平アームユニット３０を支持する。このため、２以上の昇降アームユニットで水平アームユニット３０を支持する場合に比べて、構成を簡素化することができる。
【００２２】
水平アームユニット３０は、下側アームユニット３１ａと、上側アームユニット３１ｂとを備える。下側アームユニット３１ａは、ハンド部３３ａと、アーム部３２ａと、下側支持部材３４ａとを備える。ハンド部３３ａは、被搬送対象物である薄板状のワークＷを載置する。アーム部３２ａは、基端部が下側支持部材３４ａに支持され、先端部においてハンド部３３ａを支持する。下側支持部材３４ａは、第２昇降用アーム２６の先端部に、第３関節部２７の関節軸を中心として回転可能に支持される。下側支持部材３４ａには、上側支持部材３４ｂの基端部が固定され、アーム部３２ａの基端部が回転可能に支持される。
【００２３】
上側アームユニット３１ｂは、ハンド部３３ｂと、アーム部３２ｂと、上側支持部材３４ｂとを備える。ハンド部３３ｂは、被搬送対象物である薄板状のワークＷ（図示せず）を載置する。アーム部３２ｂは、基端部が上側支持部材３４ｂに回転可能に支持され、先端部においてハンド部３３ｂを支持する。上側支持部材３４ｂは、その基端部が下側支持部材３４ａの基端部に連結され、第３関節部２７の関節軸を中心として回転可能に支持される。
【００２４】
水平アームユニット３０は、アーム部３２ａ，３２ｂを伸縮させることによって、ハンド部３３ａ，３３ｂを所定の方向へ移動させる。たとえば、ロボット１が図１に示す旋回位置にある場合、アーム部３２ａ，３２ｂはＸ方向の正方向または負方向にハンド部３３ａ，３３ｂを直線的に移動させる。
【００２５】
［ロボットの動作］
第１の実施形態に係るロボット１は、たとえば、次のように図示しないストッカに保管されたワークＷをストッカから取り出し、図示しない搬送位置へ搬送する。なお、ここでは、ハンド部３３ａでワークＷをすくい上げて搬送する場合について説明するが、ハンド部３３ｂによる搬送も同様である。
【００２６】
まず、ロボット１は、昇降機構２０によって水平アームユニット３０を上昇又は下降させることによって、ストッカ内に保管されて取り出し対象となるワークＷの高さよりも少し低い高さにハンド部３３ａを位置させる。なお、ストッカ内には、たとえば、ロボット１が設置される工場の天井近くの高さから床面近くの高さまでの間に、ワークＷが一定の間隔を持って積み重ねられ保管される。
【００２７】
つづいて、ロボット１は、アーム部３２ａを駆動してハンド部３３ａを水平方向に直線的に移動させて、ワークＷを保管するストッカ内にハンド部３３ａを進入させ、その後、昇降機構２０によって水平アームユニット３０を上昇させる。これにより、ハンド部３３ａ上にワークＷが載置される。
【００２８】
つづいて、ロボット１は、アーム部３２ａを縮ませることによってワークＷを載置したハンド部３３ａをストッカ内から水平方向に直線的に退出させる。その後、ロボット１は、ハンド部３３ａの先端部がワークＷの搬送位置の方向へ向くように水平アームユニット３０および昇降機構２０を旋回機構１０によって旋回させる。
【００２９】
つづいて、ロボット１は、アーム部３２ａを再び伸ばすことによって、ハンド部３３ａを水平方向に直線的に移動させ、ハンド部３３ａを搬送位置の上方に進入させる。そして、ロボット１は、昇降機構２０によって水平アームユニット３０を下降させる。これにより、ハンド部３３ａの位置が下降し、ワークＷが搬送位置に載置される。
【００３０】
このように、ロボット１は、アーム部３２ａ，３２ｂの伸縮によるハンド部３３ａ，３３ｂの移動、昇降機構２０による水平アームユニット３０の昇降および旋回機構１０による水平アームユニット３０の旋回によってワークＷの搬送を行う。
【００３１】
こうしたロボット１の動作は、通信ネットワークを介してロボット１と接続された制御装置５からの指示によって行われる。
【００３２】
制御装置５は、ロボット１の駆動制御を行う制御装置である。具体的には、ロボット１の各関節部２３，２５，２７には、モータが設けられており、制御装置５は、これらモータの駆動を指示する。ロボット１は、制御装置５からの指示に従って各モータを個別に任意の角度だけ回転させることで、旋回機構１０、昇降機構２０および水平アームユニット３０を駆動させる。ロボット１と制御装置５とを接続する通信ネットワークとしては、たとえば有線ＬＡＮ（Local Area Network）や無線ＬＡＮといった一般的なネットワークを用いることができる。なお、ここでは図示を省略するが、旋回台１２およびアーム部３２ａ，３２ｂにも同様のモータが設けられており、制御装置５は、これらモータの駆動指示も行う。
【００３３】
また、各関節部２３，２５，２７には、減速機および外部ブレーキがさらに設けられる。減速機は、モータの回転を減じて出力する伝達機構である。外部ブレーキは、減速機の入力軸の回転を規制することによって、減速機の出力軸の回転を規制するブレーキである。減速機の出力軸は、水平アームユニット３０や第１昇降用アーム２４、第２昇降用アーム２６といったアームに連結される。したがって、外部ブレーキを作動させることにより、アームの自重による位置ずれを防止することができる。
【００３４】
ここで、第１の実施形態に係るロボット１のように、一方のアームが他方のアームと減速機を介して接続される場合、減速機の入力軸に設けられた入力ギアが経年劣化等によって摩耗する可能性がある。この入力ギアが摩耗すると、磨耗分に相当する量の位置ずれが生じ、アームを姿勢保持する位置がずれることとなる可能性がある。
【００３５】
そこで、第１の実施形態に係るロボット１では、減速機の入力軸と接続するシャフトをモータ側のシャフトおよび外部ブレーキ側のシャフトに分割し、それぞれのシャフトに対して入力ギアを設けることとした。
【００３６】
これにより、第１の実施形態に係るロボット１は、モータ側の入力ギアが摩耗あるいは破損した場合であっても、外部ブレーキの制動力を減速機へ適切に伝達させることができる。したがって、アームの位置ずれを確実に防止することができる。
【００３７】
以下では、各関節部２３，２５，２７に設けられるモータ、減速機および外部ブレーキの構成について具体的に説明する。
【００３８】
［モータ、減速機および外部ブレーキの構成］
図２は、ロボット１の模式側面図である。図２に示すように、ロボット１は、第１関節部２３と、第２関節部２５と、第３関節部２７とを備える。第１関節部２３は、第１昇降用アーム２４の基端部と支柱２１の先端部とを連結する関節部である。第２関節部２５は、第２昇降用アーム２６の基端部と第１昇降用アーム２４の先端部とを連結する関節部である。第３関節部２７は、水平アームユニット３０と第２昇降用アーム２６の先端部とを連結する関節部である。
【００３９】
第１関節部２３には、モータ４１ａ、減速機４２ａおよび外部ブレーキ４４ａが設けられる。第２関節部２５には、モータ４１ｂ、減速機４２ｂおよび外部ブレーキ４４ｂが設けられる。第３関節部２７には、モータ４１ｃ、減速機４２ｃおよび外部ブレーキ４４ｃが設けられる。また、各モータ４１ａ〜４１ｃは、内部ブレーキ４３ａ〜４３ｃを内蔵する。モータ４１ａ〜４１ｃは、回転電機の一例である。
【００４０】
内部ブレーキ４３ａ〜４３ｃおよび外部ブレーキ４４ａ〜４４ｃは、たとえば無励磁作動式電磁ブレーキである。無励磁作動式電磁ブレーキは、電源供給時には電磁力によってブレーキ保持が解除され、電源遮断時にはバネ等の機械的作用でブレーキがかかる仕組みを持ったブレーキである。なお、内部ブレーキおよび外部ブレーキは、無励磁作動式電磁ブレーキ以外のブレーキであってもよい。
【００４１】
第１関節部２３では、モータ４１ａの回転が減速機４２ａによって減速されて出力されることで、第１昇降用アーム２４が回転し、支柱２１に対する第１昇降用アーム２４の姿勢が変化する。また、第１関節部２３では、電源供給遮断時には、内部ブレーキ４３ａおよび外部ブレーキ４４ａが作動することによって、支柱２１に対する第１昇降用アーム２４の姿勢が保持される。
【００４２】
第２関節部２５では、モータ４１ｂの回転が減速機４２ｂによって減速されて出力されることで、第２昇降用アーム２６が回転し、第１昇降用アーム２４に対する第２昇降用アーム２６の姿勢が変化する。また、第２関節部２５では、電源供給遮断時には、内部ブレーキ４３ｂおよび外部ブレーキ４４ｂが作動することによって、第１昇降用アーム２４に対する第２昇降用アーム２６の姿勢が保持される。
【００４３】
第３関節部２７では、モータ４１ｃの回転が減速機４２ｃによって減速されて出力されることで、水平アームユニット３０が回転し、第２昇降用アーム２６に対する水平アームユニット３０の姿勢が変化する。また、第３関節部２７では、電源供給遮断時には、内部ブレーキ４３ｃおよび外部ブレーキ４４ｃが作動することによって、第２昇降用アーム２６に対する水平アームユニット３０の姿勢が保持される。
【００４４】
次に、モータ４１ａ〜４１ｃ、減速機４２ａ〜４２ｃおよび外部ブレーキ４４ａ〜４４ｃの具体的な構成について説明する。ここでは、一例として第１関節部２３に設けられたモータ４１ａ、減速機４２ａおよび外部ブレーキ４４ａの構成について図３を用いて説明する。図３は、第１関節部２３周辺の一部透過図である。
【００４５】
図３に示すように、第１関節部２３では、モータ４１ａが支柱２１に固定され、減速機４２ａが第１昇降用アーム２４に固定される。また、外部ブレーキ４４ａは、減速機４２ａを介してモータ４１ａと対向配置され、減速機４２ａの減速機本体部４２１に対してケーシング４５０を介して固定される。
【００４６】
減速機４２ａは、たとえばＲＶ（Rotary Vector）型の減速機であり、減速機本体部４２１と、入力部４２２と、出力部４２３とを備える。減速機４２ａは、入力部４２２へ入力された回転を減じて出力部４２３へ出力する。
【００４７】
具体的には、入力部４２２には、第１のシャフト６１が接続される。また、第１のシャフト６１は、モータ４１ａの出力軸４１１と接続される。これにより、モータ４１ａの回転力は、モータ４１ａの出力軸４１１および第１のシャフト６１を介して減速機４２ａの入力部４２２へ入力される。そして、減速機４２ａは、モータ４１ａの回転力が入力部４２２へ入力されると、モータ４１ａの回転速度よりも遅い回転速度で出力部４２３を回転させる。
【００４８】
減速機４２ａの出力部４２３は、支柱２１に固定されている。このため、第１関節部２３では、モータ４１ａの回転が入力部４２２へ入力されると、出力部４２３ではなく減速機本体部４２１が回転する。この結果、第１関節部２３では、減速機本体部４２１を固定する第１昇降用アーム２４が回転し、支柱２１に対する第１昇降用アーム２４の姿勢が変化することとなる。
【００４９】
なお、減速機４２ａは、ＲＶ型の減速機に限ったものではなく、他のタイプの減速機であってもよい。
【００５０】
減速機４２ａの入力部４２２には、第２のシャフト６２がさらに接続される。第２のシャフト６２は、基端部が第１のシャフト６１の先端部近傍に設けられ、かつ、その中心軸を第１のシャフト６１の中心軸と同一としている。
【００５１】
すなわち、第１の実施形態では、減速機４２ａの入力部４２２に接続されるシャフトが２つに分割されている。
【００５２】
外部ブレーキ４４ａは、ブレーキシャフト４４１と、ブレーキ本体部４４２とを備える。ブレーキシャフト４４１は、第２のシャフト６２の先端部と連結され、かつ、その中心軸を第２のシャフト６２の中心軸と同一としている。
【００５３】
ブレーキ本体部４４２は、たとえばフィールドコア、コイル、サイドプレート、アーマチュア、バネ、ブレーキ板等を備える。フィールドコアは、軟磁性材料を用いて形成された筒状の部材である。コイルは、フィールドコア内部に設けられる。サイドプレートは、ボルト等を介してフィールドコアに固定される。アーマチュアは、フィールドコアとサイドプレートとの間に配設される。バネは、アーマチュアを軸方向に付勢する。ブレーキ板は、アーマチュアとサイドプレートとの間に配設され、ブレーキシャフト４４１の回転に伴って回転する。
【００５４】
ブレーキ本体部４４２は、たとえば軟磁性材料を用いて形成された筒状のフィールドコア、フィールドコア内部に設けられたコイル、ボルト等を介してフィールドコアに固定されたサイドプレートを備える。また、ブレーキ本体部４４２は、フィールドコアとサイドプレートとの間に配設されたアーマチュア、アーマチュアを軸方向に付勢するバネ、アーマチュアとサイドプレートとの間に配設され、ブレーキシャフト４４１の回転に伴って回転するブレーキ板等を備える。
【００５５】
コイルに通電すると、外部ブレーキ４４ａは励磁状態となり、アーマチュアがバネの弾性力に抗してフィールドコアに磁気吸引される。これにより、ブレーキ板に対する押し付け力が開放され、ブレーキシャフト４４１および第２のシャフト６２が回転可能となる。
【００５６】
一方、外部ブレーキ４４ａは、駆動電源が遮断されて無励磁状態となると、バネの弾性力によってアーマチュアがサイドプレート側へ押し付けられる。これにより、ブレーキ板の回転がアーマチュアおよびサイドプレート間の摩擦力によって規制され、これに伴い、ブレーキシャフト４４１および第２のシャフト６２の回転が規制されることとなる。
【００５７】
外部ブレーキ４４ａによって第２のシャフト６２の回転が規制されると、減速機４２ａは、第２のシャフト６２と接続する入力部４２２の回転が規制され、出力部４２３の回転が規制される。この結果、ロボット１は、支柱２１に対する第１昇降用アーム２４の姿勢が保持される。
【００５８】
このように、減速機４２ａの入力部４２２には、第１のシャフト６１および第２のシャフト６２の２つのシャフトが接続される。
【００５９】
以下では、これら第１のシャフト６１、第２のシャフト６２および入力部４２２の構成について図４を用いてより具体的に説明する。図４は、入力部４２２周辺の拡大図である。
【００６０】
図４に示すように、入力部４２２は、たとえばスパーギアであり、第１の歯車部４２５を備える。第１のシャフト６１および第２のシャフト６２は、それぞれ入力ギア６１１，６２１を備える。入力ギア６１１，６２１は、それぞれ第２の歯車部および第３の歯車部の一例である。
【００６１】
入力ギア６１１および入力ギア６２１は、それぞれ入力部４２２の第１の歯車部４２５と噛み合う。減速機４２ａでは、第１の歯車部４２５が入力ギア６１１と噛み合うことにより、モータ４１ａの回転が入力ギア６１１および第１の歯車部４２５を介して入力部４２２へ入力される。これにより、減速機４２ａでは、入力部４２２が回転するとともに、入力部４２２の回転に伴って出力部４２３が回転する。
【００６２】
また、減速機４２ａでは、第１の歯車部４２５が入力ギア６２１と噛み合うことにより、外部ブレーキ４４ａの制動力が入力ギア６２１および第１の歯車部４２５を介して入力部４２２へ伝わる。これにより、減速機４２ａでは、入力部４２２の回転が規制される。
【００６３】
ここで、ロボット１では、たとえば第１昇降用アーム２４を停止した状態から旋回させたり、旋回中の第１昇降用アーム２４を停止させたりといった動作が頻繁に行われる。このため、入力ギア６１１には、比較的大きな負荷がかかり易い。
【００６４】
一方、入力ギア６２１は、外部ブレーキ４４ａが作動していない状態では、第１の歯車部４２５の回転に伴って回転しているだけであるため、入力ギア６１１と比較して大きな負荷を受ける可能性が低い。また、外部ブレーキ４４ａは、通常、第１昇降用アーム２４が停止した状態もしくは速度が低減した状態で作動するため、入力ギア６２１は、外部ブレーキ４４ａを作動させた場合であっても、入力ギア６１１と比較して大きな負荷を受ける可能性が低い。
【００６５】
このように、入力ギア６１１は、入力ギア６２１と比較して大きな負荷がかかり易いため、入力ギア６２１よりも早く劣化し易い。入力ギア６１１は、劣化することによって、第１の歯車部４２５との間でバックラッシュ（がた付き）を起こす場合がある。
【００６６】
ここで、仮に、第１のシャフト６１および第２のシャフト６２が一体的に形成された１つのシャフトであり、入力ギア６１１および入力ギア６２１も一体的に形成された１つの入力ギアであるとする。すなわち、モータ４１ａの回転力および外部ブレーキ４４ａの制動力が１つの入力ギアを介して第１昇降用アーム２４へ伝達されるとする。
【００６７】
かかる場合、入力ギアと第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じると、外部ブレーキ４４ａを動作させたとしても、外部ブレーキ４４ａの制動力が第１昇降用アーム２４へ伝達されず、第１昇降用アーム２４がバックラッシュ分ずれて姿勢保持される可能性がある。
【００６８】
しかし、第１の実施形態に係るロボット１では、外部ブレーキ４４ａの制動力を伝達する入力ギア６２１が、モータ４１ａの回転力を伝達する入力ギア６１１とは別体に設けられる。このため、外部ブレーキ４４ａの制動力は、入力ギア６１１と第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じたとしても、入力ギア６２１を介して第１昇降用アーム２４へ適切に伝達される。したがって、第１の実施形態に係るロボット１によれば、第１昇降用アーム２４等の部位の位置ずれを防止することができる。
【００６９】
上述してきたように、第１の実施形態では、第１のシャフトおよび第２のシャフトが減速機の入力部へそれぞれ接続され、モータが第１のシャフトを回転させ、外部ブレーキが第２のシャフトの回転を規制することとした。したがって、第１の実施形態では、アーム等の部位の位置ずれを防止することができる。
【００７０】
また、モータ４１ａは、内部ブレーキ４３ａを内蔵する（図２参照）。内部ブレーキ４３ａは、無励磁状態において、モータ４１ａの出力軸４１１の回転を規制する。すなわち、ロボット１は、内部ブレーキ４３ａを作動させることにより、外部ブレーキ４４ａを作動させた場合と同様に、支柱２１に対する第１昇降用アーム２４の姿勢を保持することができる。
【００７１】
このように、ロボット１は、１つのモータ４１ａに対して内部ブレーキ４３ａおよび外部ブレーキ４４ａの２つのブレーキを設けることとした。このため、モータ４１ａの回転を内部ブレーキ４３ａのみで規制する場合と比較して制動力を高めることができる。
【００７２】
また、何らかの原因で内部ブレーキ４３ａのブレーキトルクが低下し、内部ブレーキ４３ａ単体ではアームを保持できなくなった場合であっても、外部ブレーキ４４ａが作用することによってアームを保持することができるため、アームが自由落下することがなく、安全性を高めることができる。同様に、入力ギア６１１が噛み合わなくなるほど摩滅した場合であっても、入力ギア６２１によって姿勢保持トルクを伝達するできるため、アームが自由落下するおそれがない。
【００７３】
なお、ここでは、第１のシャフト６１がモータ４１ａの出力軸４１１と別体である場合の例について説明したが、第１のシャフト６１およびモータ４１ａの出力軸４１１は、あらかじめ一体的に形成されてもよい。同様に、ここでは、第２のシャフト６２が外部ブレーキ４４ａのブレーキシャフト４４１と別体である場合の例について説明したが、第２のシャフト６２および外部ブレーキ４４ａのブレーキシャフト４４１は、あらかじめ一体的に形成されてもよい。
【００７４】
ところで、図４では、第１の歯車部４２５の軸方向において、入力ギア６１１と第１の歯車部４２５とが当接する長さと、入力ギア６２１と第１の歯車部４２５とが当接する長さとが、同一である場合の例について示した。しかし、第１の歯車部４２５と当接する長さは、入力ギア６１１，６２１間で異なってもよい。
【００７５】
以下では、第１の歯車部４２５と当接する長さを入力ギア６１１，６２１間で異ならせる場合の例について図５Ａを用いて説明する。図５Ａは、入力部４２２、第１のシャフト６１および第２のシャフト６２の他の構成例を示す拡大図である。
【００７６】
図５Ａに示すように、第１のシャフト６１ａの入力ギア６１１ａが第１の歯車部４２５と当接する長さは、第２のシャフト６２ａの入力ギア６２１ａが第１の歯車部４２５と当接する長さよりも長い。具体的には、第１のシャフト６１ａは、図４に示す第１のシャフト６１よりも長く形成される。また、第２のシャフト６２ａは、図４に示す第２のシャフト６２よりも短く形成される。
【００７７】
上述したように第１のシャフト６１ａの入力ギア６１１ａは、第２のシャフト６２ａの入力ギア６２１ａよりも負荷がかかり易い傾向がある。そこで、入力ギア６１１ａが第１の歯車部４２５と当接する長さを図４に示す場合よりも長くすることで、入力ギア６１１ａの耐久性を高めることができる。これにより、入力ギア６１１ａのバックラッシュの発生を抑えることができる。
【００７８】
なお、図５Ａでは、入力ギア６１１ａと第１の歯車部４２５とが当接する長さを、入力ギア６２１ａと第１の歯車部４２５とが当接する長さよりも長くする場合の例を示した。しかし、逆に、入力ギア６２１ａと第１の歯車部４２５とが当接する長さを、入力ギア６１１ａと第１の歯車部４２５とが当接する長さよりも長くしてもよい。このようにした場合には、入力ギア６２１ａの耐久性を高めることができ、入力ギア６２１ａのバックラッシュの発生を抑えることができる。
【００７９】
また、図４では、第１のシャフト６１が備える入力ギア６１１の歯数と、第２のシャフト６２が備える入力ギア６２１の歯数とを同一としたが、入力ギア６１１，６２１の歯数は、異なってもよい。以下では、入力ギア６１１，６２１の歯数を異ならせる場合の例について図５Ｂを用いて説明する。図５Ｂは、入力部４２２、第１のシャフト６１および第２のシャフト６２の他の構成例を示す拡大図である。
【００８０】
図５Ｂに示すように、第２のシャフト６２ｂが備える入力ギア６２１ｂの歯数は、第１のシャフト６１ｂが備える入力ギア６１１ｂの歯数よりも多い。
【００８１】
第１のシャフト６１ｂは、図４に示す入力ギア６１１と同様の入力ギア６１１ｂを備える。一方、第２のシャフト６２ｂは、入力ギア６１１ｂよりも大径の入力ギア６２１ｂを備える。入力ギア６２１ｂは、入力ギア６１１ｂと比較して歯数が多い。
【００８２】
入力部４２２ａは、たとえば２段歯車機構を備える。具体的には、入力部４２２ａは、第１の歯車部として、大径歯車部４２５ａと、小径歯車部４２５ｂとを備える。大径歯車部４２５ａは、入力ギア６１１ｂと噛み合う。小径歯車部４２５ｂは、入力ギア６２１ｂと噛み合う。
【００８３】
このように、図５Ｂでは、第２のシャフト６２ｂが備える入力ギア６２１ｂの歯数を、第１のシャフト６１ｂが備える入力ギア６１１ｂの歯数よりも多くした。具体的には、入力ギア６２１ｂの径を入力ギア６１１ｂの径よりも大きくした。これにより、入力ギア６２１ｂのバックラッシュを抑えることができる。
【００８４】
なお、図５Ｂでは、入力ギア６２１ｂの歯数を入力ギア６１１ｂの歯数よりも多くする場合の例を示したが、逆に、入力ギア６１１ｂの歯数を入力ギア６２１ｂの歯数よりも多くしてもよい。このようにした場合には、入力ギア６１１ｂのバックラッシュを抑えることができる。また、図５Ｂでは、入力ギア６１１ｂと大径歯車部４２５ａとが当接する長さと、入力ギア６２１ｂと小径歯車部４２５ｂとが当接する長さとを同一としたが、図５Ａに示すように、入力ギア６１１ｂ，６２１ｂが各歯車部と当接する長さを異ならせてもよい。
【００８５】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態として、制御装置５によるロボット１の動作制御について説明する。制御装置５は、モータ４１ａ〜４１ｃ等の駆動制御の他、第１のシャフト６１の入力ギア６１１と第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じていないか否かを診断する診断処理を実行する。
【００８６】
なお、制御装置５から異常を通知された上位コントローラは、異常対応処置を行うことで安全性を確保することができる。また、ライン停止を回避するためにサブラインの生産に切り替えるプログラムを組み込むことで、異常時の生産量の低下を最小限にすることも可能である。
【００８７】
まず、制御装置５の構成について図６を用いて説明する。図６は、制御装置５の構成の一例を示すブロック図である。なお、図６では、制御装置５の特徴を説明するために必要な構成要素のみを示し、一般的な構成要素についての記載を省略する。
【００８８】
また、以下では、外部ブレーキ４４ａ〜４４ｃのうちの任意の外部ブレーキ４４ａ〜４４ｃを「外部ブレーキ４４」と記載する場合がある。同様に、以下では、内部ブレーキ４３ａ〜４３ｃのうちの任意の内部ブレーキ４３ａ〜４３ｃを「内部ブレーキ４３」と記載する場合がある。また、図６では、内部ブレーキ４３を「Ｂｒ１」と記載し、外部ブレーキ４４を「Ｂｒ２」と記載する。
【００８９】
図６に示すように、制御装置５は、コンバータ部５１と、サーボアンプ５２と、ＤＣ電源５３と、スイッチ５４ａ，５４ｂと、制御部５５とを備える。
【００９０】
また、図６に示すように、ロボット１は、エンコーダ４６をさらに備える。エンコーダ４６は、モータ４１の回転位置を検出する位置検出部であり、各モータ４１に対応して設けられる。かかるエンコーダ４６によって検出されたモータ４１の回転位置（以下、「エンコーダ値」と記載する）は、制御部５５へ出力される。
【００９１】
なお、ここでは、エンコーダ４６が絶対値エンコーダであるものとするが、これに限ったものではなく、エンコーダ４６は、インクリメンタルエンコーダであってもよい。また、エンコーダ４６に代えて、レゾルバ等を位置検出部として用いてもよい。
【００９２】
コンバータ部５１は、ＡＣ（Alternating Current）主電源２から供給される交流電力を用いてモータ４１の駆動電力を生成する装置である。コンバータ部５１によって生成された駆動電力は、サーボアンプ５２へ入力される。サーボアンプ５２は、制御部５５からの指令に従ってＰＷＭ制御を行い、モータ４１に対して駆動電力を供給する処理部である。
【００９３】
ＤＣ電源５３は、ＡＣ主電源２から供給される交流電力から直流電力を生成する。ＤＣ電源５３によって生成された直流電力は、内部ブレーキ４３および外部ブレーキ４４へ供給される。なお、図示していないが、ＤＣ電源５３によって生成された直流電力は、制御部５５等にも供給される。
【００９４】
スイッチ５４ａは、内部ブレーキ４３の電源スイッチであり、内部ブレーキ４３に対するＤＣ電源５３からの直流電力の供給および遮断を切り替える。また、スイッチ５４ｂは、外部ブレーキ４４の電源スイッチであり、外部ブレーキ４４に対するＤＣ電源５３からの直流電力の供給および遮断を切り替える。
【００９５】
これらスイッチ５４ａ，５４ｂの切り替えは、制御部５５によって行われる。なお、内部ブレーキ４３および外部ブレーキ４４は、スイッチ５４ａ，５４ｂがオフされることによって、すなわち、電源供給が遮断されることによって作動してモータ４１の回転を規制することとなる。
【００９６】
制御部５５は、ペンダント等の操作部あるいはＰＣ（Personal Computer）等の上位コントローラからの指令データと、エンコーダ４６から取得したエンコーダ値とに基づいてモータ４１の制御に必要な演算処理を行い、ＰＷＭ波形を生成してサーボアンプ５２へ出力する。なお、サーボアンプ５２では、かかるＰＷＭ波形に従ってＰＷＭ制御が行われることとなる。
【００９７】
また、制御部５５は、操作部あるいは上位コントローラからの指令に基づいて診断処理を実行する。ここで、診断処理とは、第１のシャフト６１の入力ギア６１１と第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じていないか否かを診断する処理である。
【００９８】
ここで、診断処理の具体的な処理手順について、図７を用いて説明する。図７は、診断処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、診断処理は、スイッチ５４ａ，５４ｂが共にオンされた状態、すなわち、内部ブレーキ４３および外部ブレーキ４４が共に解除された状態で開始される。また、診断処理は、制御装置５が操作部または上位コントローラからの指令を受けた場合に開始されてもよいし、あらかじめ決められた周期で定期的に開始されてもよい。
【００９９】
図７に示すように、制御装置５の制御部５５は、診断処理を開始すると、外部ブレーキ４４を作動させる（ステップＳ１０１）。つづいて、制御部５５は、モータ４１を右回転させ（ステップＳ１０２）、所定のモータトルク値におけるエンコーダ値を取得する（ステップＳ１０３）。ここでは、ステップＳ１０３において取得されるエンコーダ値を「右エンコーダ値」と呼ぶ。
【０１００】
つづいて、制御部５５は、モータ４１を左回転させ（ステップＳ１０４）、所定のモータトルク値におけるエンコーダ値を取得する（ステップＳ１０５）。ここでは、ステップＳ１０５において取得されるエンコーダ値を「左エンコーダ値」と呼ぶ。
【０１０１】
つづいて、制御部５５は、ステップＳ１０３において取得した右エンコーダ値およびステップＳ１０５において取得した左エンコーダ値に基づいてモータ４１の回転角度を算出する（ステップＳ１０６）。具体的には、制御部５５は、右エンコーダ値および左エンコーダ値の差分を算出し、算出した差分を回転角度へ換算する。制御部５５は、算出した回転角度をＲＡＭ（Random Access Memory）等の図示しない記憶部に記憶する。
【０１０２】
つづいて、制御部５５は、ステップＳ１０６において算出した回転角度（現在のバックラッシュ量）と、過去に算出した回転角度（基準バックラッシュ量）との差が所定以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
【０１０３】
そして、制御部５５は、過去に算出した回転角度との差が所定以上ではない場合には（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、第１のシャフト６１の入力ギア６１１および第１の歯車部４２５が正常であると判定して（ステップＳ１０８）、処理を終える。すなわち、制御部５５は、現在のバックラッシュ量と基準バックラッシュ量との間に大幅な変化がない場合には、第１のシャフト６１の入力ギア６１１と第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じていないと判定する。
【０１０４】
一方、制御部５５は、過去に算出した回転角度との差が所定以上であると判定した場合には（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、第１のシャフト６１の入力ギア６１１または第１の歯車部４２５に異常があると判定して（ステップＳ１０９）、処理を終える。すなわち、制御部５５は、現在のバックラッシュ量が基準バックラッシュ量と比較して大幅に変化した場合には、第１のシャフト６１の入力ギア６１１と第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じたと判定する。
【０１０５】
なお、制御部５５は、ステップＳ１０９において異常判定を行った場合には、モータ４１を駆動させることによってロボット１に対して退避姿勢を取らせてもよい。退避姿勢とは、ロボット１の各アーム（第１昇降用アーム２４や第２昇降用アーム２６）を最下位置まで下降させた姿勢である。このように、ロボット１に対して退避姿勢を取らせることとすれば、ロボット１のアームが自重によって位置ずれを起こす可能性が高い状態であっても、かかる位置ずれに対する安全性を確保することができる。
【０１０６】
また、制御部５５は、ロボット１に対して退避姿勢を取らせた後に、モータ４１への電源供給を遮断する処理を行ってもよい。これにより、ロボット１のアーム等の位置ずれに対する安全性をさらに高めることができる。
【０１０７】
上述してきたように、第２の実施形態では、ロボット１が、第１のシャフト６１の回転を検知するエンコーダ４６をさらに備える。そして、第２の実施形態では、制御装置５が、外部ブレーキ４４を作動させた状態でモータ４１を駆動させた場合におけるエンコーダ４６の検知結果に基づき、第１のシャフト６１または入力部４２２の異常を検出することとした。したがって、たとえば第１のシャフト６１の入力ギア６１１と第１の歯車部４２５との間にバックラッシュが生じたか否かを容易に診断することができる。
【０１０８】
なお、図７では、モータ４１を右回転させ、右エンコーダ値を取得した後に、モータ４１を左回転させ、左エンコーダ値を取得する場合の例を示したが（ステップＳ１０２〜ステップＳ１０５参照）、モータ４１の回転方向は、逆であってもよい。すなわち、制御部５５は、モータ４１を左回転させ、左エンコーダ値を取得した後に、モータ４１を右回転させ、右エンコーダ値を取得してもよい。
【０１０９】
（第３の実施形態）
ところで、上述してきた各実施形態では、ロボットが、１つの脚部ユニットで水平アームユニットを支持するタイプのロボットである場合の例について説明したが、ロボットのタイプは、これに限ったものではない。
【０１１０】
たとえば、ロボットは、２以上の脚部ユニットで水平アームユニットを支持するタイプのロボットであってもよい。そこで、以下では、第３の実施形態として、ロボットの他の例について図８を用いて説明する。図８は、第３の実施形態に係るロボットの模式斜視図である。
【０１１１】
図８に示すように、第３の実施形態に係るロボット１ａは、基台３１０と、昇降機構３２０と、水平アームユニット３３０とを備える。昇降機構３２０は、基台３１０に対して回転可能に取り付けられた旋回部３２１と、旋回部３２１の両端にそれぞれ立設された支柱部３２２，３２３と、水平アームユニット３３０を回転可能に支持する支持ベース部３２４とを備える。また、昇降機構２０は、基端部が支柱部３２２，３２３にそれぞれ支持され、先端部で支持ベース部３２４を支持する２つの脚部ユニット３２５，３２６とを備える。
【０１１２】
また、脚部ユニット３２５は、支柱部３２２に対して基端部が回転可能に支持された第１脚部３２５ａと、第１脚部３２５ａの先端部に回転可能に基端部が支持され、かつ支持ベース部３２４を先端部で支持する第２脚部３２５ｂとを備える。同様に、脚部ユニット３２６は、支柱部３２３に対して基端部が回転可能に支持された第１脚部３２６ａと、第１脚部３２６ａの先端部に回転可能に基端部が支持され、かつ支持ベース部３２４を先端部で支持する第２脚部３２６ｂとを備える。
【０１１３】
水平アームユニット３３０は、ワークＷを載置するためのハンド部３３１ａ，３３１ｂと、ハンド部３３１ａ，３３１ｂをそれぞれ先端で支持するアーム部３３２ａ，３３２ｂとを備える。水平アームユニット３３０は、第１の実施形態に係る水平アームユニット３０と同様、アーム部３３２ａ，３３２ｂの伸縮によってハンド部３３１ａ，３３１ｂを所定方向へ移動させる。
【０１１４】
かかる昇降機構３２０では、２つの脚部ユニット３２５，３２６の姿勢を変化させることによって水平アームユニット３３０を上下方向に移動させる。なお、昇降機構３２０は、２つの脚部ユニット３２５，３２６を用いて水平アームユニット３３０を支持するため、第１の実施形態に係る昇降機構２０と比較して水平アームユニット３３０をより確実に保持することができる。
【０１１５】
そして、昇降機構３２０の各関節部には、内部ブレーキを内蔵したモータ、減速機および外部ブレーキがそれぞれ設けられる。これらモータ、減速機および外部ブレーキの構成は、上述した各実施形態において説明したモータ、減速機および外部ブレーキと同様である。
【０１１６】
このように、ロボットは、２つの脚部ユニットによって水平アームユニットを支持するタイプのロボットであってもよい。かかる場合であっても、上述した第１の実施形態および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図８では、２つの脚部ユニットを備えるロボットを示したが、脚部ユニットの数は２以上であってもよい。
【０１１７】
（第４の実施形態）
また、ロボットは、たとえば直動型の搬送ロボットであってもよい。そこで、以下では、第４の実施形態として、ロボットが直動型の搬送ロボットである場合の例について図９を用いて説明する。図９は、第４の実施形態に係るロボットの一部を拡大した図である。
【０１１８】
図９に示すように、第４の実施形態に係るロボット１ｂは、回転力を直線の動きに変換することによって上下方向への移動を行うラックアンドピニオン型のロボットである。具体的には、ロボット１ｂは、上下方向に延在するラック部５１０と、ラック部５１０に対して上下方向に移動可能に保持された直動体５２０と、直動体５２０上に搭載されたモータユニット部５３０とを備える。
【０１１９】
また、モータユニット部５３０は、直動体５２０に立設された支持部５３１と、支持部５３１に固定されたモータ５３２と、モータ５３２の回転を減速して出力する減速機５３３とを備える。また、モータユニット部５３０は、モータ５３２の回転を規制する外部ブレーキ５３４と、減速機５３３の出力軸５３３ａの先端に取り付けられたピニオンギア５３５とを備える。なお、モータ５３２は、上述してきた各実施形態に係るモータと同様に内部ブレーキを内蔵する。
【０１２０】
かかるロボット１ｂでは、モータ５３２の駆動によってピニオンギア５３５がラック部５１０と噛み合いながら回転することで、直動体５２０が上下方向に移動することとなる。
【０１２１】
このように、ロボットは、図９に示すような直動型のロボットであってもよい。かかる場合であっても、上述した第１の実施形態および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２２】
なお、上述してきた各実施形態では、第２のシャフトと減速機の入力部とが、歯車で噛み合うことによって互いに接続される場合の例について説明してきた。しかし、第２のシャフトと減速機の入力部とは、歯車以外の接続方法を用いて接続させてもよい。また、第２のシャフトと減速機の入力部とは、あらかじめ一体的に形成されてもよい。
【０１２３】
また、上述してきた各実施形態では、モータが内部ブレーキを備える場合の例について説明したが、モータは、必ずしも内部ブレーキを備えていなくてもよい。
【０１２４】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
Ｗ ワーク
１ ロボット
１０ 旋回機構
１１ 基台
１２ 旋回台
２０ 昇降機構
２１ 支柱
２２ 脚部ユニット
２３ 第１関節部
２４ 第１昇降用アーム
２５ 第２関節部
２６ 第２昇降用アーム
２７ 第３関節部
３０ 水平アームユニット
３２ａ，３２ｂ アーム部
３３ａ，３３ｂ ハンド部
３４ａ 下側支持部材
３４ｂ 上側支持部材
４１ａ〜４１ｃ モータ
４１１ 出力軸
４２ａ〜４２ｃ 減速機
４２１ 減速機本体部
４２２ 入力部
４２３ 出力部
４２５ 第１の歯車部
４２５ａ 大径歯車部
４２５ｂ 小径歯車部
４３ａ〜４３ｃ 内部ブレーキ
４４ａ〜４４ｃ 外部ブレーキ
４４１ ブレーキシャフト
４４２ ブレーキ本体部
４５０ ケーシング
４６ エンコーダ
５ 制御装置
５１ コンバータ部
５２ サーボアンプ
５３ ＤＣ電源
５４ａ，５４ｂ スイッチ
５５ 制御部
６１ 第１のシャフト
６１１，６１１ａ，６１１ｂ 入力ギア
６２ 第２のシャフト
６２１，６２１ａ，６２１ｂ 入力ギア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力部へ入力される回転を減じて出力する減速機と、
前記入力部に対して接続される第１のシャフトと、
前記第１のシャフトを回転させる回転電機と、
前記入力部に対して接続される第２のシャフトと、
前記第２のシャフトの回転を規制するブレーキと
を備えることを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記減速機は、前記入力部としての第１の歯車部を備え、
前記第１のシャフトは、前記第１の歯車部と噛み合う第２の歯車部を備え、
前記第２のシャフトは、前記第１の歯車部と噛み合う第３の歯車部を備えることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記第１の歯車部の軸方向において、前記第２の歯車部が前記第１の歯車部と当接する長さと、前記第３の歯車部が前記第１の歯車部と当接する長さとを異ならせることを特徴とする請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記第２の歯車部の歯数と、前記第３の歯車部の歯数とを異ならせることを特徴とする請求項２または３に記載のロボット。
【請求項５】
ロボットと、前記ロボットを制御する制御装置とを備え、
前記ロボットは、
入力部へ入力される回転を減じて出力する減速機と、
前記入力部に対して接続される第１のシャフトと、
前記第１のシャフトを回転させる回転電機と、
前記入力部に対して接続される第２のシャフトと、
前記第２のシャフトの回転を規制するブレーキと
を備えることを特徴とするロボットシステム。
【請求項６】
前記ロボットは、
前記第１のシャフトの回転を検知する検知部
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記ブレーキを作動させた状態で前記回転電機を駆動させた場合における前記検知部の検知結果に基づき、前記第１のシャフトまたは前記入力部の異常を検出することを特徴とする請求項５に記載のロボットシステム。
【請求項１】
入力部へ入力される回転を減じて出力する減速機と、
前記入力部に対して接続される第１のシャフトと、
前記第１のシャフトを回転させる回転電機と、
前記入力部に対して接続される第２のシャフトと、
前記第２のシャフトの回転を規制するブレーキと
を備えることを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記減速機は、前記入力部としての第１の歯車部を備え、
前記第１のシャフトは、前記第１の歯車部と噛み合う第２の歯車部を備え、
前記第２のシャフトは、前記第１の歯車部と噛み合う第３の歯車部を備えることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記第１の歯車部の軸方向において、前記第２の歯車部が前記第１の歯車部と当接する長さと、前記第３の歯車部が前記第１の歯車部と当接する長さとを異ならせることを特徴とする請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記第２の歯車部の歯数と、前記第３の歯車部の歯数とを異ならせることを特徴とする請求項２または３に記載のロボット。
【請求項５】
ロボットと、前記ロボットを制御する制御装置とを備え、
前記ロボットは、
入力部へ入力される回転を減じて出力する減速機と、
前記入力部に対して接続される第１のシャフトと、
前記第１のシャフトを回転させる回転電機と、
前記入力部に対して接続される第２のシャフトと、
前記第２のシャフトの回転を規制するブレーキと
を備えることを特徴とするロボットシステム。
【請求項６】
前記ロボットは、
前記第１のシャフトの回転を検知する検知部
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記ブレーキを作動させた状態で前記回転電機を駆動させた場合における前記検知部の検知結果に基づき、前記第１のシャフトまたは前記入力部の異常を検出することを特徴とする請求項５に記載のロボットシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３９６４８（Ｐ２０１３−３９６４８Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７９３８６（Ｐ２０１１−１７９３８６）
【出願日】平成２３年８月１９日（２０１１．８．１９）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１９日（２０１１．８．１９）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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