ロボット用回転関節における回転の機械的制限
【課題】機構の複雑化・大型化や周囲との干渉、美観の低下を抑制しつつ、許容回転角度の範囲が広い範囲に設定されたロボット用回転関節における回転を機械的に制限する。
【解決手段】ロボット用回転関節は、フレームと、フレームの内部に配置され中心軸回りに回転する略円柱形状の回転軸体と、回転軸体の回転を機械的に制限するメカニカルストッパと、を備える。メカニカルストッパは、穴を有すると共に、フレームにおける回転軸体の側面に対向する位置に固定されたフックと、両端が回転軸体の側面に固定されたワイヤであって、フックの穴を一度通ると共に、回転軸体の側面に沿って巻き付けられたワイヤと、を含む。
【解決手段】ロボット用回転関節は、フレームと、フレームの内部に配置され中心軸回りに回転する略円柱形状の回転軸体と、回転軸体の回転を機械的に制限するメカニカルストッパと、を備える。メカニカルストッパは、穴を有すると共に、フレームにおける回転軸体の側面に対向する位置に固定されたフックと、両端が回転軸体の側面に固定されたワイヤであって、フックの穴を一度通ると共に、回転軸体の側面に沿って巻き付けられたワイヤと、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット用回転関節における回転を機械的に制限する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット用回転関節における回転を機械的に制限する機構として、フレームとフレームに対して相対的に回転する回転軸体とのそれぞれに突起を形成し、突起同士の干渉により回転を制限するメカニカルストッパが知られている。このようなメカニカルストッパは、突起の存在により、許容される回転角度の範囲が３６０度未満に抑えられるため、適用範囲が狭い。このようなメカニカルストッパにおいて、例えば突起を出し入れする可変機構を追加することにより、許容回転角度の範囲を３６０度以上とすることは可能であるが、機構が複雑化・大型化してしまう。
【０００３】
ロボット用回転関節を介して接続された２つのアームの外部側面にワイヤを設けることにより、回転関節における回転を機械的に制限する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、ワイヤの長さを調整することにより、回転関節の許容回転角度の範囲を任意に設定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１７８６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のワイヤを用いる技術では、ワイヤがアームの外部側面に設けられるため、ロボットの運用の際に周囲の物・人との干渉の恐れがあると共に、美観上も好ましくない。特に、上記従来のワイヤを用いる技術において、回転関節の許容回転角度の範囲を広くするためには、ワイヤを長くする必要があるが、この場合には、回転関節の角度によってはワイヤに大きな緩みが発生し、干渉や美観の点で問題が大きい。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、機構の複雑化・大型化や周囲との干渉、美観の低下を抑制しつつ、許容回転角度の範囲が３６０度以上の広い範囲に設定されたロボット用回転関節における回転を機械的に制限する技術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】
【０００７】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］ロボット用回転関節であって、
フレームと、
前記フレームの内部に配置され、中心軸回りに回転する略円柱形状の回転軸体と、
前記回転軸体の回転を機械的に制限するメカニカルストッパと、を備え、
前記メカニカルストッパは、
穴を有すると共に、前記フレームにおける前記回転軸体の側面に対向する位置に固定されたフックと、
両端が前記回転軸体の側面に固定されたワイヤであって、前記フックの前記穴を一度通ると共に、前記回転軸体の側面に沿って巻き付けられたワイヤと、を含む、ロボット用回転関節。
【０００９】
このロボット用回転関節は、フックとワイヤとを含むメカニカルストッパを備える。フックは、穴を有すると共に、フレームにおける回転軸体の側面に対向する位置に固定されている。また、ワイヤは、両端が回転軸体の側面に固定されており、フックの穴を一度通ると共に、回転軸体の側面に沿って巻き付けられている。そのため、回転軸体を回転させていくと、ワイヤの張力により回転軸体をそれ以上回転させることができない状態に達する。従って、メカニカルストッパは、回転軸体の回転を機械的に制限することができる。また、このメカニカルストッパは、ワイヤの長さを調整するだけで、回転関節の回転軸体の許容回転角度の範囲を３６０度以上の広い範囲に設定することができる。また、上述した従来のメカニカルストッパのようにフレームと回転軸体とのそれぞれに形成された突起同士の干渉により回転を制限する場合には、許容される回転角度の範囲が３６０度未満（３６０度から突起の体積に相当する角度を差し引いた角度まで）に抑えられるが、このメカニカルストッパでは、例えばワイヤの長さを許容回転角度が３６０度となるように調整すれば、回転軸体をきちんと３６０度の範囲全体にわたって回転させることができる。また、このメカニカルストッパは、フックとワイヤとにより構成されるため、上述した従来のメカニカルストッパにおいて突起を出し入れする可変機構が追加される構成のように、機構の複雑化・大型化を招くこともない。さらに、このメカニカルストッパは、フレームの内部に配設されるため、メカニカルストッパの存在により、ロボットの運用の際における周囲の物・人との干渉の恐れが増大したり、美観が損なわれたりすることがない。また、このメカニカルストッパは、回転軸体が回転してもワイヤが回転軸体の側面に沿って巻き付けられた状態を維持し、ワイヤの緩みの発生が抑制されるため、メカニカルストッパをフレームの内部に問題なく配設することができる。従って、このロボット用回転関節では、機構の複雑化・大型化や周囲との干渉、美観の低下を抑制しつつ、許容回転角度の範囲が３６０度以上の広い範囲に設定されたロボット用回転関節における回転を機械的に制限することができる。
【００１０】
［適用例２］適用例１に記載のロボット用回転関節であって、
前記ワイヤの両端の固定位置は、前記中心軸の方向に沿って互いにずれている、ロボット用回転関節。
【００１１】
このロボット用回転関節では、回転軸体の側面に巻き付けられたワイヤの一部が他の部分と接触することを抑制することができる。
【００１２】
［適用例３］適用例２に記載のロボット用回転関節であって、
前記フックの前記穴は、前記中心軸の方向に沿って、少なくとも、前記ワイヤの一端の固定位置に正対する位置から前記ワイヤの他端の固定位置に正対する位置までの長さを有する形状である、ロボット用回転関節。
【００１３】
このロボット用回転関節では、回転軸体の回転に伴うワイヤとフックの穴との接点の中心軸方向に沿った移動が許容されるため、ワイヤの長さおよび固定位置をより精度良く設定することができ、回転軸体の回転に伴うワイヤの緩みの発生をより効果的に抑制することができる。
【００１４】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載のロボット用回転関節であって、
前記ワイヤの前記回転軸体の側面に沿って巻き付けられる長さと前記ワイヤの両端の固定位置とは、前記メカニカルストッパにより制限すべき前記回転軸体の回転角度の範囲に応じて設定される、ロボット用回転関節。
【００１５】
このロボット用回転関節では、許容回転角度の範囲が３６０度以上の広い範囲に設定されたロボット用回転関節における回転を機械的に制限することができる。
【００１６】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のロボット用回転関節であって、
前記回転軸体は、前記回転軸体の側面に巻き付けられた前記ワイヤの長さ方向とは異なる方向に沿った動きを制限するガイド部を有する、ロボット用回転関節。
【００１７】
このロボット用回転関節では、ガイド部によって回転軸体の側面に巻き付けられたワイヤの長さ方向とは異なる方向に沿った動きが制限されるため、ワイヤの位置ずれによるワイヤの緩みやワイヤの部分同士の干渉の発生を効果的に抑制することができる。
【００１８】
［適用例６］適用例５に記載のロボット用回転関節であって、
前記ガイド部は、前記回転軸体の側面に形成されて前記ワイヤを内部に収容する溝部である、ロボット用回転関節。
【００１９】
このロボット用回転関節では、回転軸体の側面に形成されてワイヤを内部に収容する溝部により、回転軸体の側面に巻き付けられたワイヤの長さ方向とは異なる方向に沿った動きを制限することができる。
【００２０】
［適用例７］ロボットシステムであって、
適用例１ないし適用例６のいずれかに記載のロボット用回転関節と、
前記回転軸体を回転駆動するモータと、
前記回転軸体の回転角度を検出する角度検出部と、
前記角度検出部により検出された前記回転軸体の回転角度に基づき、前記回転軸体の回転角度が、前記メカニカルストッパにより制限される前記回転軸体の回転角度の範囲より狭い回転角度の範囲内となるように、前記モータを制御する制御部と、を備える、ロボットシステム。
【００２１】
このロボットシステムでは、制御部によって、回転軸体の回転角度が、メカニカルストッパにより制限される回転軸体の回転角度の範囲より狭い回転角度の範囲内となるように、モータが制御されるため、制御部による正常制御の際にはメカニカルストッパが作動することはなく、制御の不具合発生時やオペレータによるティーチングの際には、メカニカルストッパにより回転軸体の過回転による不具合の発生を抑制することができる。
【００２２】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ロボット用回転関節、ロボット用回転関節の制御方法、ロボット用回転関節を備えるロボットシステム、等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施例におけるロボットシステム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】回転関節１１０の構成を模式的に示す説明図である。
【図３】回転関節１１０における回転軸体１３０の回転動作を模式的に示す説明図である。
【図４】回転関節１１０における回転軸体１３０の回転動作を模式的に示す説明図である。
【図５】回転関節１１０における回転軸体１３０の回転動作を模式的に示す説明図である。
【図６】第２実施例における回転関節１１０ａの構成を模式的に示す説明図である。
【図７】第３実施例における回転関節１１０ｂの構成を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例：
【００２５】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例におけるロボットシステム１０の概略構成を示す説明図である。ロボットシステム１０は、多関節型の産業用ロボットであるロボット本体１００と、ロボット本体１００を制御する制御装置２００と、制御装置２００に接続され、ロボット本体１００の動作のプログラミングを行うためのティーチングペンダント３００と、を有している。
【００２６】
ロボット本体１００は、工場等の設置場所に固定されるベース部１０１と、水平方向に旋回可能にベース部１０１に支持されたショルダ部１０２と、鉛直方向に旋回可能にショルダ部１０２に下端が支持された下アーム１０３と、鉛直方向に旋回可能に下アーム１０３の先端に略中央部が支持された上アーム１０４と、鉛直方向に旋回可能に上アーム１０４の先端に支持された手首１０５と、を有している。手首１０５の先端には、手首１０５の円周方向に回転可能なフランジ部１０６が設けられている。フランジ部１０６には、例えばワークを把持するハンド（図示せず）が取り付けられる。
【００２７】
制御装置２００は、ＣＰＵとメモリとを有するコンピュータにより構成されている。制御装置２００は、ＣＰＵがメモリに記憶された所定のコンピュータプログラムを読み出して実行することにより、ロボット本体１００を制御する制御部として機能する。
【００２８】
ロボット本体１００の各パーツ間の接続位置には回転関節が設けられている。図２は、回転関節１１０の構成を模式的に示す説明図である。図２には、ロボット本体１００の各パーツを接続する位置に設けられた回転関節の１つを示している。
【００２９】
回転関節１１０は、フレーム１５０と、フレーム１５０の内部に配置され、所定の中心軸ＡＸ回りに回転する略円柱形状の回転軸体１３０と、回転軸体１３０を回転駆動するモータ１２２および減速機１２４と、を有している。モータ１２２および減速機１２４は、ギアードモータを構成する。なお、回転軸体１３０は、例えばティーチングペンダント３００を用いたティーチングの際に、オペレータによって回転させられることもある。
【００３０】
回転軸体１３０にはシャフト１４２が接続されている。シャフト１４２は、回転軸体１３０と一緒に回転する。また、シャフト１４２は、回転軸体１３０との接続部とは反対側で、隣接パーツに接続されている。そのため、回転関節１１０における回転軸体１３０の回転により、隣接パーツ間の相対回転動作が実現される。なお、本実施例では、シャフト１４２の形状を外側に湾曲した形状とすることにより、中心軸ＡＸ付近に、例えば機内配線１４４を収容するためのスペースを確保している。
【００３１】
回転関節１１０は、回転軸体１３０の回転角度を検出する図示しない角度センサを有している。角度センサは、モータ１２２の回転軸の回転角度を検出することによって回転軸体１３０の回転角度を検出するものであってもよいし、回転軸体１３０の回転角度を直接検出するものであってもよい。本実施例のロボットシステム１０では、制御装置２００が、各回転関節１１０における角度センサの検出結果に基づきモータ１２２を制御して、回転関節１１０の回転軸体１３０の回転角度を制御する。これにより、ロボット本体１００の姿勢制御が実現される。なお、本明細書では、このような制御装置２００による回転軸体１３０の回転角度制御を、ソフトウェア制御と呼ぶものとする。
【００３２】
回転関節１１０は、また、回転関節１１０の回転軸体１３０の回転を機械的に制限するメカニカルストッパ１６０を有している。メカニカルストッパ１６０は、フック１７０とワイヤ１８０とを含んでいる。フック１７０は、フレーム１５０における回転軸体１３０の側面に対向する位置に固定されており、穴１７２を有している。穴１７２の内径は、ワイヤ１８０の外径よりも大きい。ワイヤ１８０は、両端が固定位置１８２で回転軸体１３０の側面に固定されており、フック１７０の穴１７２を一度通ると共に、回転軸体１３０の側面に沿って巻き付けられている。
【００３３】
以下に説明するように、メカニカルストッパ１６０におけるワイヤ１８０の回転軸体１３０の側面に沿って巻き付けられる長さやワイヤ１８０の両端の固定位置１８２は、メカニカルストッパ１６０により制限すべき回転軸体１３０の回転角度の範囲に応じて設定される。メカニカルストッパ１６０により制限すべき回転軸体１３０の回転角度の範囲は、ソフトウェア制御により許容される回転軸体１３０の回転角度の範囲より僅かに広い範囲となるように設定される。すなわち、ソフトウェア制御は、回転軸体１３０の回転角度が、メカニカルストッパ１６０により機械的に制限される回転軸体１３０の回転角度の範囲より狭い回転角度の範囲内となるように実行される。
【００３４】
図３ないし図５は、回転関節１１０における回転軸体１３０の回転動作を模式的に示す説明図である。図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）には、回転関節１１０の回転軸体１３０およびメカニカルストッパ１６０を中心軸ＡＸに平行な方向から見た構成を模式的に示しており、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）には、回転関節１１０の回転軸体１３０およびメカニカルストッパ１６０を斜視した構成を模式的に示している。
【００３５】
例えば図３（ａ）に示すように、本実施例では、ワイヤ１８０の長さは、回転軸体１３０の円形断面の外周２周分の長さと、フック１７０の穴１７２から回転軸体１３０の円形断面への接線上における穴１７２から接点までの線分の長さの２倍と、の合計に等しくなるように設定されている。
【００３６】
なお、図３ないし図５では、ワイヤ１８０の存在をわかりやすく示すために、ワイヤ１８０が回転軸体１３０の側面から浮いているような表現を採用しているが、実際には、ワイヤ１８０は、回転軸体１３０の側面とフック１７０の穴１７２とを連絡する部分（以下、「フック連絡部」とも呼ぶ）を除き、回転軸体１３０の側面に接している。また、例えば図３（ｂ）に示すように、回転軸体１３０の側面に巻き付けられたワイヤ１８０の一部が他の部分と接触することがないように、ワイヤ１８０の両端の固定位置１８２は中心軸ＡＸの方向に沿って互いに僅かにずれている。従って、ワイヤ１８０は、厳密には、回転軸体１３０の側面に螺旋状に巻き付けられており、ワイヤ１８０の長さは上述した長さよりも僅かに長い。
【００３７】
図３は、回転関節１１０の回転軸体１３０の回転角度が０度である中間状態を示している。中間状態では、ワイヤ１８０の２つの固定位置１８２（１８２ａおよび１８２ｂ）が、フック１７０の穴１７２から回転軸体１３０の円形断面への接線における２つの接点に位置している。また、ワイヤ１８０は、一方の固定位置１８２（１８２ａ）から回転軸体１３０の側面に沿って１周分巻き付けられ、その先にフック１７０の穴１７２を通るフック連結部が位置し、さらにその先において回転軸体１３０の側面に沿って１周分巻き付けられて、他方の固定位置１８２（１８２ｂ）に至る状態となっている。この状態では、回転軸体１３０は、時計回り方向ＣＷにも反時計回り方向ＣＣＷにも回転可能である。なお、回転軸体１３０の円形断面における２つの固定位置１８２の為す角度をＤと表すものとする。
【００３８】
図４は、回転軸体１３０が、図３に示す中間状態から反時計回り方向ＣＣＷに３６０度回転した状態を示している。この状態では、２つの固定位置１８２（１８２ａおよび１８２ｂ）が、フック１７０の穴１７２から回転軸体１３０の円形断面への接線における２つの接点に位置している。また、ワイヤ１８０は、一方の固定位置１８２（１８２ａ）から直接フック１７０の穴１７２を通るフック連結部に至り、その先において回転軸体１３０の側面に沿って２周分巻き付けられて、他方の固定位置１８２（１８２ｂ）に至る状態となっている。この状態では、回転軸体１３０は、機械的には、時計回り方向ＣＷにも反時計回り方向ＣＣＷにも回転可能である。しかし、本実施例では、ソフトウェア制御において、図４に示した状態における回転軸体１３０の回転角度を、反時計回り方向ＣＣＷの限界回転角度に設定している。すなわち、ソフトウェア制御では、回転軸体１３０が図４に示した状態からさらに反時計回り方向ＣＣＷに回転しないように、モータ１２２が制御される。図４に示す状態を、反時計回り方向ＣＣＷのソフトウェア制御限界状態と呼ぶ。
【００３９】
なお、図３に示す中間状態から時計回り方向ＣＷに３６０度回転した状態は、図４（ａ）に示した状態を左右反転した状態となる。本実施例では、ソフトウェア制御において、この状態（図３に示す中間状態から時計回り方向ＣＷに３６０度回転した状態。以下、「時計回り方向ＣＷのソフトウェア制御限界状態」と呼ぶ）における回転軸体１３０の回転角度を、時計回り方向ＣＷの限界回転角度に設定している。すなわち、本実施例のソフトウェア制御では、許容される回転軸体１３０の回転角度の範囲は、中間状態から反時計回り方向ＣＣＷに３６０度回転した角度から、中間状態から時計回り方向ＣＷに３６０度回転した角度までの、合計７２０度の範囲である。
【００４０】
図５は、回転軸体１３０が、図４に示す反時計回り方向ＣＣＷのソフトウェア制御限界状態からさらに反時計回り方向ＣＣＷに回転した状態を示している。図４に示す反時計回り方向ＣＣＷのソフトウェア制御限界状態からさらに反時計回り方向ＣＣＷに回転軸体１３０を回転させていくと、ワイヤ１８０が受ける張力により、回転軸体１３０をそれ以上反時計回り方向ＣＣＷに回転させることができない状態（以下、「反時計回り方向ＣＣＷのメカニカル限界状態」と呼ぶ）に達する。すなわち、この状態では、回転軸体１３０をさらに反時計回り方向ＣＣＷに回転させようとする力が作用すると、ワイヤ１８０に両端を引っ張る力が作用するため、ワイヤ１８０によって回転軸体１３０の回転が制限される。図５は、反時計回り方向ＣＣＷのメカニカル限界状態を示している。なお、時計回り方向ＣＷについても同様に、時計回り方向ＣＷのソフトウェア制御限界状態からさらに反時計回り方向ＣＣＷに回転軸体１３０を回転させていくと、ワイヤ１８０の張力により、回転軸体１３０をそれ以上時計回り方向ＣＷに回転させることができない状態（以下、「時計回り方向ＣＷのメカニカル限界状態」と呼ぶ）に達する。
【００４１】
例えば、ソフトウェア制御の不具合発生時やオペレータによるティーチングの際には、反時計回り方向ＣＣＷのソフトウェア制御限界状態（図４）からさらに反時計回り方向ＣＣＷに回転軸体１３０を回転させる力が加えられる場合（あるいは時計回り方向ＣＷについての同様の場合）がある。本実施例のロボットシステム１０における回転関節１１０は、フック１７０とワイヤ１８０とを含むメカニカルストッパ１６０を有しているため、このような場合も、メカニカルストッパ１６０によって回転軸体１３０の回転がメカニカル限界状態で機械的に止められるため、回転軸体１３０の過回転による不具合の発生を抑制することができる。
【００４２】
また、本実施例では、メカニカルストッパ１６０のワイヤ１８０の長さを調整するだけで、回転関節１１０の回転軸体１３０の許容回転角度の範囲を３６０度以上の広い範囲に設定することができる。また、本実施例では、メカニカルストッパ１６０がフック１７０とワイヤ１８０とにより構成されるため、機構の複雑化・大型化を招くこともない。さらに、本実施例では、メカニカルストッパ１６０がフレーム１５０の内部に配設されるため、メカニカルストッパ１６０の存在により、ロボットシステム１０の運用の際における周囲の物・人との干渉の恐れが増大したり、美観が損なわれたりすることがない。また、本実施例では、少なくともソフトウェア制御において許容される回転角度の範囲においては、回転軸体１３０が回転しても、ワイヤ１８０が、フック連絡部を除いて、回転軸体１３０の側面に沿って巻き付けられた状態を維持し、ワイヤ１８０の緩みの発生が抑制されるため、メカニカルストッパ１６０をフレーム１５０の内部に問題なく配設することができる。従って、本実施例の回転関節１１０によれば、機構の複雑化・大型化や周囲との干渉、美観の低下を抑制しつつ、許容回転角度の範囲が３６０度以上の広い範囲に設定されたロボット用回転関節１１０における回転を機械的に制限することができる。
【００４３】
また、本実施例では、メカニカルストッパ１６０のワイヤ１８０の両端の固定位置１８２が、回転軸体１３０の中心軸ＡＸの方向に沿って互いにずれているため、回転軸体１３０の側面に巻き付けられたワイヤ１８０の一部が他の部分と接触することが抑制される。
【００４４】
Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例における回転関節１１０ａの構成を模式的に示す説明図である。第２実施例における回転関節１１０ａは、フック１７０の穴１７２ａの形状の点が、図３等に示した第１実施例と異なっており、その他の構成は第１実施例と同じである。
【００４５】
第２実施例では、フック１７０の穴１７２ａが、回転軸体１３０の中心軸ＡＸの方向に沿って、少なくとも、ワイヤ１８０の一端の固定位置１８２に正対する位置Ｐａからワイヤ１８０の他端の固定位置１８２に正対する位置Ｐｂまでの長さを有する形状となっている。そのため、第２実施例では、回転軸体１３０の回転に伴うワイヤ１８０とフック１７０の穴１７２ａとの接点の中心軸ＡＸ方向に沿った移動が許容される。従って、第２実施例では、ワイヤ１８０の長さおよび固定位置１８２をより精度良く設定することができ、回転軸体１３０の回転に伴うワイヤ１８０の緩みの発生をより効果的に抑制することができる。
【００４６】
Ｃ．第３実施例：
図７は、第３実施例における回転関節１１０ｂの構成を模式的に示す説明図である。第３実施例における回転関節１１０ｂは、回転軸体１３０の側面に螺旋状の溝１３２が形成され、ワイヤ１８０が溝１３２の内部に収容されている点が、図３等に示した第１実施例と異なっており、その他の構成は第１実施例と同じである。
【００４７】
第３実施例では、回転軸体１３０の側面に螺旋状の溝１３２が形成され、ワイヤ１８０が溝１３２の内部に収容されているため、回転軸体１３０の側面に巻き付けられたワイヤ１８０が長さ方向とは異なる方向に沿って動くことが制限される。すなわち、中心軸ＡＸ方向に沿ったワイヤ１８０の位置ずれが抑制される。従って、第３実施例では、ワイヤ１８０の位置ずれによるワイヤ１８０の緩みやワイヤ１８０の部分同士の干渉の発生を効果的に抑制することができる。
【００４８】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４９】
上記各実施例におけるロボットシステム１０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記各実施例では、ロボット本体１００は多関節型の産業用ロボットであるとしているが、ロボット本体１００が単関節型ロボットであるとしてもよい。また、上記各実施例において、ロボット本体１００のすべての回転関節がメカニカルストッパ１６０を有するとしてもよいし、ロボット本体１００の回転関節の少なくとも１つがメカニカルストッパ１６０を有するとしてもよい。
【００５０】
また、上記各実施例における、メカニカルストッパ１６０におけるワイヤ１８０の回転軸体１３０の側面に沿って巻き付けられる長さやワイヤ１８０の両端の固定位置１８２は、あくまで一例であり、これらはメカニカルストッパ１６０により制限すべき回転軸体１３０の回転角度の範囲に応じて設定される。例えば、上記各実施例では、ソフトウェア制御における回転軸体１３０の許容回転角度の範囲を合計７２０度の範囲とし、それより広い範囲でメカニカルストッパ１６０により回転軸体１３０の回転制限を行うために、ワイヤ１８０の長さを、回転軸体１３０の円形断面の外周２周分の長さと、フック１７０の穴１７２から回転軸体１３０の円形断面への接線上における穴１７２から接点までの線分の長さの２倍と、の合計に等しくなるように設定している。これに代えて、ソフトウェア制御における許容回転角度の範囲を合計１０８０度の範囲とし、それより広い範囲でメカニカルストッパ１６０により回転軸体１３０の回転制限を行うために、ワイヤ１８０の長さを、回転軸体１３０の円形断面の外周３周分の長さと、フック１７０の穴１７２から回転軸体１３０の円形断面への接線上における穴１７２から接点までの線分の長さの２倍と、の合計に等しくなるように設定するとしてもよい。また、ワイヤ１８０の両端の固定位置１８２を、中間状態において、フック１７０の穴１７２から回転軸体１３０の円形断面への接線における２つの接点とする必要はなく、メカニカルストッパ１６０により制限すべき回転軸体１３０の回転角度の範囲に応じた適切な位置にすればよい。
【００５１】
また、上記第３実施例では、回転軸体１３０の側面に螺旋状の溝１３２が形成され、ワイヤ１８０が溝１３２の内部に収容されているとしているが、溝１３２を形成する代わりに、回転軸体１３０の側面に螺旋状の空間を形成するカバーを設け、ワイヤ１８０をカバー内に収容するとしてもよい。このようにしても、回転軸体１３０の側面に巻き付けられたワイヤ１８０が長さ方向とは異なる方向に沿って動くことが制限され、ワイヤ１８０の位置ずれによるワイヤ１８０の緩みやワイヤ１８０の部分同士の干渉の発生を効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０…ロボットシステム
１００…ロボット本体
１０１…ベース部
１０２…ショルダ部
１０３…下アーム
１０４…上アーム
１０５…手首
１０６…フランジ部
１１０…回転関節
１２２…モータ
１２４…減速機
１３０…回転軸体
１３２…溝
１４２…シャフト
１４４…機内配線
１５０…フレーム
１６０…メカニカルストッパ
１７０…フック
１７２…穴
１８０…ワイヤ
１８２…固定位置
２００…制御装置
３００…ティーチングペンダント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット用回転関節における回転を機械的に制限する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット用回転関節における回転を機械的に制限する機構として、フレームとフレームに対して相対的に回転する回転軸体とのそれぞれに突起を形成し、突起同士の干渉により回転を制限するメカニカルストッパが知られている。このようなメカニカルストッパは、突起の存在により、許容される回転角度の範囲が３６０度未満に抑えられるため、適用範囲が狭い。このようなメカニカルストッパにおいて、例えば突起を出し入れする可変機構を追加することにより、許容回転角度の範囲を３６０度以上とすることは可能であるが、機構が複雑化・大型化してしまう。
【０００３】
ロボット用回転関節を介して接続された２つのアームの外部側面にワイヤを設けることにより、回転関節における回転を機械的に制限する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、ワイヤの長さを調整することにより、回転関節の許容回転角度の範囲を任意に設定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１７８６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のワイヤを用いる技術では、ワイヤがアームの外部側面に設けられるため、ロボットの運用の際に周囲の物・人との干渉の恐れがあると共に、美観上も好ましくない。特に、上記従来のワイヤを用いる技術において、回転関節の許容回転角度の範囲を広くするためには、ワイヤを長くする必要があるが、この場合には、回転関節の角度によってはワイヤに大きな緩みが発生し、干渉や美観の点で問題が大きい。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、機構の複雑化・大型化や周囲との干渉、美観の低下を抑制しつつ、許容回転角度の範囲が３６０度以上の広い範囲に設定されたロボット用回転関節における回転を機械的に制限する技術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】
【０００７】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］ロボット用回転関節であって、
フレームと、
前記フレームの内部に配置され、中心軸回りに回転する略円柱形状の回転軸体と、
前記回転軸体の回転を機械的に制限するメカニカルストッパと、を備え、
前記メカニカルストッパは、
穴を有すると共に、前記フレームにおける前記回転軸体の側面に対向する位置に固定されたフックと、
両端が前記回転軸体の側面に固定されたワイヤであって、前記フックの前記穴を一度通ると共に、前記回転軸体の側面に沿って巻き付けられたワイヤと、を含む、ロボット用回転関節。
【０００９】
このロボット用回転関節は、フックとワイヤとを含むメカニカルストッパを備える。フックは、穴を有すると共に、フレームにおける回転軸体の側面に対向する位置に固定されている。また、ワイヤは、両端が回転軸体の側面に固定されており、フックの穴を一度通ると共に、回転軸体の側面に沿って巻き付けられている。そのため、回転軸体を回転させていくと、ワイヤの張力により回転軸体をそれ以上回転させることができない状態に達する。従って、メカニカルストッパは、回転軸体の回転を機械的に制限することができる。また、このメカニカルストッパは、ワイヤの長さを調整するだけで、回転関節の回転軸体の許容回転角度の範囲を３６０度以上の広い範囲に設定することができる。また、上述した従来のメカニカルストッパのようにフレームと回転軸体とのそれぞれに形成された突起同士の干渉により回転を制限する場合には、許容される回転角度の範囲が３６０度未満（３６０度から突起の体積に相当する角度を差し引いた角度まで）に抑えられるが、このメカニカルストッパでは、例えばワイヤの長さを許容回転角度が３６０度となるように調整すれば、回転軸体をきちんと３６０度の範囲全体にわたって回転させることができる。また、このメカニカルストッパは、フックとワイヤとにより構成されるため、上述した従来のメカニカルストッパにおいて突起を出し入れする可変機構が追加される構成のように、機構の複雑化・大型化を招くこともない。さらに、このメカニカルストッパは、フレームの内部に配設されるため、メカニカルストッパの存在により、ロボットの運用の際における周囲の物・人との干渉の恐れが増大したり、美観が損なわれたりすることがない。また、このメカニカルストッパは、回転軸体が回転してもワイヤが回転軸体の側面に沿って巻き付けられた状態を維持し、ワイヤの緩みの発生が抑制されるため、メカニカルストッパをフレームの内部に問題なく配設することができる。従って、このロボット用回転関節では、機構の複雑化・大型化や周囲との干渉、美観の低下を抑制しつつ、許容回転角度の範囲が３６０度以上の広い範囲に設定されたロボット用回転関節における回転を機械的に制限することができる。
【００１０】
［適用例２］適用例１に記載のロボット用回転関節であって、
前記ワイヤの両端の固定位置は、前記中心軸の方向に沿って互いにずれている、ロボット用回転関節。
【００１１】
このロボット用回転関節では、回転軸体の側面に巻き付けられたワイヤの一部が他の部分と接触することを抑制することができる。
【００１２】
［適用例３］適用例２に記載のロボット用回転関節であって、
前記フックの前記穴は、前記中心軸の方向に沿って、少なくとも、前記ワイヤの一端の固定位置に正対する位置から前記ワイヤの他端の固定位置に正対する位置までの長さを有する形状である、ロボット用回転関節。
【００１３】
このロボット用回転関節では、回転軸体の回転に伴うワイヤとフックの穴との接点の中心軸方向に沿った移動が許容されるため、ワイヤの長さおよび固定位置をより精度良く設定することができ、回転軸体の回転に伴うワイヤの緩みの発生をより効果的に抑制することができる。
【００１４】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載のロボット用回転関節であって、
前記ワイヤの前記回転軸体の側面に沿って巻き付けられる長さと前記ワイヤの両端の固定位置とは、前記メカニカルストッパにより制限すべき前記回転軸体の回転角度の範囲に応じて設定される、ロボット用回転関節。
【００１５】
このロボット用回転関節では、許容回転角度の範囲が３６０度以上の広い範囲に設定されたロボット用回転関節における回転を機械的に制限することができる。
【００１６】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のロボット用回転関節であって、
前記回転軸体は、前記回転軸体の側面に巻き付けられた前記ワイヤの長さ方向とは異なる方向に沿った動きを制限するガイド部を有する、ロボット用回転関節。
【００１７】
このロボット用回転関節では、ガイド部によって回転軸体の側面に巻き付けられたワイヤの長さ方向とは異なる方向に沿った動きが制限されるため、ワイヤの位置ずれによるワイヤの緩みやワイヤの部分同士の干渉の発生を効果的に抑制することができる。
【００１８】
［適用例６］適用例５に記載のロボット用回転関節であって、
前記ガイド部は、前記回転軸体の側面に形成されて前記ワイヤを内部に収容する溝部である、ロボット用回転関節。
【００１９】
このロボット用回転関節では、回転軸体の側面に形成されてワイヤを内部に収容する溝部により、回転軸体の側面に巻き付けられたワイヤの長さ方向とは異なる方向に沿った動きを制限することができる。
【００２０】
［適用例７］ロボットシステムであって、
適用例１ないし適用例６のいずれかに記載のロボット用回転関節と、
前記回転軸体を回転駆動するモータと、
前記回転軸体の回転角度を検出する角度検出部と、
前記角度検出部により検出された前記回転軸体の回転角度に基づき、前記回転軸体の回転角度が、前記メカニカルストッパにより制限される前記回転軸体の回転角度の範囲より狭い回転角度の範囲内となるように、前記モータを制御する制御部と、を備える、ロボットシステム。
【００２１】
このロボットシステムでは、制御部によって、回転軸体の回転角度が、メカニカルストッパにより制限される回転軸体の回転角度の範囲より狭い回転角度の範囲内となるように、モータが制御されるため、制御部による正常制御の際にはメカニカルストッパが作動することはなく、制御の不具合発生時やオペレータによるティーチングの際には、メカニカルストッパにより回転軸体の過回転による不具合の発生を抑制することができる。
【００２２】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ロボット用回転関節、ロボット用回転関節の制御方法、ロボット用回転関節を備えるロボットシステム、等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施例におけるロボットシステム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】回転関節１１０の構成を模式的に示す説明図である。
【図３】回転関節１１０における回転軸体１３０の回転動作を模式的に示す説明図である。
【図４】回転関節１１０における回転軸体１３０の回転動作を模式的に示す説明図である。
【図５】回転関節１１０における回転軸体１３０の回転動作を模式的に示す説明図である。
【図６】第２実施例における回転関節１１０ａの構成を模式的に示す説明図である。
【図７】第３実施例における回転関節１１０ｂの構成を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例：
【００２５】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例におけるロボットシステム１０の概略構成を示す説明図である。ロボットシステム１０は、多関節型の産業用ロボットであるロボット本体１００と、ロボット本体１００を制御する制御装置２００と、制御装置２００に接続され、ロボット本体１００の動作のプログラミングを行うためのティーチングペンダント３００と、を有している。
【００２６】
ロボット本体１００は、工場等の設置場所に固定されるベース部１０１と、水平方向に旋回可能にベース部１０１に支持されたショルダ部１０２と、鉛直方向に旋回可能にショルダ部１０２に下端が支持された下アーム１０３と、鉛直方向に旋回可能に下アーム１０３の先端に略中央部が支持された上アーム１０４と、鉛直方向に旋回可能に上アーム１０４の先端に支持された手首１０５と、を有している。手首１０５の先端には、手首１０５の円周方向に回転可能なフランジ部１０６が設けられている。フランジ部１０６には、例えばワークを把持するハンド（図示せず）が取り付けられる。
【００２７】
制御装置２００は、ＣＰＵとメモリとを有するコンピュータにより構成されている。制御装置２００は、ＣＰＵがメモリに記憶された所定のコンピュータプログラムを読み出して実行することにより、ロボット本体１００を制御する制御部として機能する。
【００２８】
ロボット本体１００の各パーツ間の接続位置には回転関節が設けられている。図２は、回転関節１１０の構成を模式的に示す説明図である。図２には、ロボット本体１００の各パーツを接続する位置に設けられた回転関節の１つを示している。
【００２９】
回転関節１１０は、フレーム１５０と、フレーム１５０の内部に配置され、所定の中心軸ＡＸ回りに回転する略円柱形状の回転軸体１３０と、回転軸体１３０を回転駆動するモータ１２２および減速機１２４と、を有している。モータ１２２および減速機１２４は、ギアードモータを構成する。なお、回転軸体１３０は、例えばティーチングペンダント３００を用いたティーチングの際に、オペレータによって回転させられることもある。
【００３０】
回転軸体１３０にはシャフト１４２が接続されている。シャフト１４２は、回転軸体１３０と一緒に回転する。また、シャフト１４２は、回転軸体１３０との接続部とは反対側で、隣接パーツに接続されている。そのため、回転関節１１０における回転軸体１３０の回転により、隣接パーツ間の相対回転動作が実現される。なお、本実施例では、シャフト１４２の形状を外側に湾曲した形状とすることにより、中心軸ＡＸ付近に、例えば機内配線１４４を収容するためのスペースを確保している。
【００３１】
回転関節１１０は、回転軸体１３０の回転角度を検出する図示しない角度センサを有している。角度センサは、モータ１２２の回転軸の回転角度を検出することによって回転軸体１３０の回転角度を検出するものであってもよいし、回転軸体１３０の回転角度を直接検出するものであってもよい。本実施例のロボットシステム１０では、制御装置２００が、各回転関節１１０における角度センサの検出結果に基づきモータ１２２を制御して、回転関節１１０の回転軸体１３０の回転角度を制御する。これにより、ロボット本体１００の姿勢制御が実現される。なお、本明細書では、このような制御装置２００による回転軸体１３０の回転角度制御を、ソフトウェア制御と呼ぶものとする。
【００３２】
回転関節１１０は、また、回転関節１１０の回転軸体１３０の回転を機械的に制限するメカニカルストッパ１６０を有している。メカニカルストッパ１６０は、フック１７０とワイヤ１８０とを含んでいる。フック１７０は、フレーム１５０における回転軸体１３０の側面に対向する位置に固定されており、穴１７２を有している。穴１７２の内径は、ワイヤ１８０の外径よりも大きい。ワイヤ１８０は、両端が固定位置１８２で回転軸体１３０の側面に固定されており、フック１７０の穴１７２を一度通ると共に、回転軸体１３０の側面に沿って巻き付けられている。
【００３３】
以下に説明するように、メカニカルストッパ１６０におけるワイヤ１８０の回転軸体１３０の側面に沿って巻き付けられる長さやワイヤ１８０の両端の固定位置１８２は、メカニカルストッパ１６０により制限すべき回転軸体１３０の回転角度の範囲に応じて設定される。メカニカルストッパ１６０により制限すべき回転軸体１３０の回転角度の範囲は、ソフトウェア制御により許容される回転軸体１３０の回転角度の範囲より僅かに広い範囲となるように設定される。すなわち、ソフトウェア制御は、回転軸体１３０の回転角度が、メカニカルストッパ１６０により機械的に制限される回転軸体１３０の回転角度の範囲より狭い回転角度の範囲内となるように実行される。
【００３４】
図３ないし図５は、回転関節１１０における回転軸体１３０の回転動作を模式的に示す説明図である。図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）には、回転関節１１０の回転軸体１３０およびメカニカルストッパ１６０を中心軸ＡＸに平行な方向から見た構成を模式的に示しており、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）には、回転関節１１０の回転軸体１３０およびメカニカルストッパ１６０を斜視した構成を模式的に示している。
【００３５】
例えば図３（ａ）に示すように、本実施例では、ワイヤ１８０の長さは、回転軸体１３０の円形断面の外周２周分の長さと、フック１７０の穴１７２から回転軸体１３０の円形断面への接線上における穴１７２から接点までの線分の長さの２倍と、の合計に等しくなるように設定されている。
【００３６】
なお、図３ないし図５では、ワイヤ１８０の存在をわかりやすく示すために、ワイヤ１８０が回転軸体１３０の側面から浮いているような表現を採用しているが、実際には、ワイヤ１８０は、回転軸体１３０の側面とフック１７０の穴１７２とを連絡する部分（以下、「フック連絡部」とも呼ぶ）を除き、回転軸体１３０の側面に接している。また、例えば図３（ｂ）に示すように、回転軸体１３０の側面に巻き付けられたワイヤ１８０の一部が他の部分と接触することがないように、ワイヤ１８０の両端の固定位置１８２は中心軸ＡＸの方向に沿って互いに僅かにずれている。従って、ワイヤ１８０は、厳密には、回転軸体１３０の側面に螺旋状に巻き付けられており、ワイヤ１８０の長さは上述した長さよりも僅かに長い。
【００３７】
図３は、回転関節１１０の回転軸体１３０の回転角度が０度である中間状態を示している。中間状態では、ワイヤ１８０の２つの固定位置１８２（１８２ａおよび１８２ｂ）が、フック１７０の穴１７２から回転軸体１３０の円形断面への接線における２つの接点に位置している。また、ワイヤ１８０は、一方の固定位置１８２（１８２ａ）から回転軸体１３０の側面に沿って１周分巻き付けられ、その先にフック１７０の穴１７２を通るフック連結部が位置し、さらにその先において回転軸体１３０の側面に沿って１周分巻き付けられて、他方の固定位置１８２（１８２ｂ）に至る状態となっている。この状態では、回転軸体１３０は、時計回り方向ＣＷにも反時計回り方向ＣＣＷにも回転可能である。なお、回転軸体１３０の円形断面における２つの固定位置１８２の為す角度をＤと表すものとする。
【００３８】
図４は、回転軸体１３０が、図３に示す中間状態から反時計回り方向ＣＣＷに３６０度回転した状態を示している。この状態では、２つの固定位置１８２（１８２ａおよび１８２ｂ）が、フック１７０の穴１７２から回転軸体１３０の円形断面への接線における２つの接点に位置している。また、ワイヤ１８０は、一方の固定位置１８２（１８２ａ）から直接フック１７０の穴１７２を通るフック連結部に至り、その先において回転軸体１３０の側面に沿って２周分巻き付けられて、他方の固定位置１８２（１８２ｂ）に至る状態となっている。この状態では、回転軸体１３０は、機械的には、時計回り方向ＣＷにも反時計回り方向ＣＣＷにも回転可能である。しかし、本実施例では、ソフトウェア制御において、図４に示した状態における回転軸体１３０の回転角度を、反時計回り方向ＣＣＷの限界回転角度に設定している。すなわち、ソフトウェア制御では、回転軸体１３０が図４に示した状態からさらに反時計回り方向ＣＣＷに回転しないように、モータ１２２が制御される。図４に示す状態を、反時計回り方向ＣＣＷのソフトウェア制御限界状態と呼ぶ。
【００３９】
なお、図３に示す中間状態から時計回り方向ＣＷに３６０度回転した状態は、図４（ａ）に示した状態を左右反転した状態となる。本実施例では、ソフトウェア制御において、この状態（図３に示す中間状態から時計回り方向ＣＷに３６０度回転した状態。以下、「時計回り方向ＣＷのソフトウェア制御限界状態」と呼ぶ）における回転軸体１３０の回転角度を、時計回り方向ＣＷの限界回転角度に設定している。すなわち、本実施例のソフトウェア制御では、許容される回転軸体１３０の回転角度の範囲は、中間状態から反時計回り方向ＣＣＷに３６０度回転した角度から、中間状態から時計回り方向ＣＷに３６０度回転した角度までの、合計７２０度の範囲である。
【００４０】
図５は、回転軸体１３０が、図４に示す反時計回り方向ＣＣＷのソフトウェア制御限界状態からさらに反時計回り方向ＣＣＷに回転した状態を示している。図４に示す反時計回り方向ＣＣＷのソフトウェア制御限界状態からさらに反時計回り方向ＣＣＷに回転軸体１３０を回転させていくと、ワイヤ１８０が受ける張力により、回転軸体１３０をそれ以上反時計回り方向ＣＣＷに回転させることができない状態（以下、「反時計回り方向ＣＣＷのメカニカル限界状態」と呼ぶ）に達する。すなわち、この状態では、回転軸体１３０をさらに反時計回り方向ＣＣＷに回転させようとする力が作用すると、ワイヤ１８０に両端を引っ張る力が作用するため、ワイヤ１８０によって回転軸体１３０の回転が制限される。図５は、反時計回り方向ＣＣＷのメカニカル限界状態を示している。なお、時計回り方向ＣＷについても同様に、時計回り方向ＣＷのソフトウェア制御限界状態からさらに反時計回り方向ＣＣＷに回転軸体１３０を回転させていくと、ワイヤ１８０の張力により、回転軸体１３０をそれ以上時計回り方向ＣＷに回転させることができない状態（以下、「時計回り方向ＣＷのメカニカル限界状態」と呼ぶ）に達する。
【００４１】
例えば、ソフトウェア制御の不具合発生時やオペレータによるティーチングの際には、反時計回り方向ＣＣＷのソフトウェア制御限界状態（図４）からさらに反時計回り方向ＣＣＷに回転軸体１３０を回転させる力が加えられる場合（あるいは時計回り方向ＣＷについての同様の場合）がある。本実施例のロボットシステム１０における回転関節１１０は、フック１７０とワイヤ１８０とを含むメカニカルストッパ１６０を有しているため、このような場合も、メカニカルストッパ１６０によって回転軸体１３０の回転がメカニカル限界状態で機械的に止められるため、回転軸体１３０の過回転による不具合の発生を抑制することができる。
【００４２】
また、本実施例では、メカニカルストッパ１６０のワイヤ１８０の長さを調整するだけで、回転関節１１０の回転軸体１３０の許容回転角度の範囲を３６０度以上の広い範囲に設定することができる。また、本実施例では、メカニカルストッパ１６０がフック１７０とワイヤ１８０とにより構成されるため、機構の複雑化・大型化を招くこともない。さらに、本実施例では、メカニカルストッパ１６０がフレーム１５０の内部に配設されるため、メカニカルストッパ１６０の存在により、ロボットシステム１０の運用の際における周囲の物・人との干渉の恐れが増大したり、美観が損なわれたりすることがない。また、本実施例では、少なくともソフトウェア制御において許容される回転角度の範囲においては、回転軸体１３０が回転しても、ワイヤ１８０が、フック連絡部を除いて、回転軸体１３０の側面に沿って巻き付けられた状態を維持し、ワイヤ１８０の緩みの発生が抑制されるため、メカニカルストッパ１６０をフレーム１５０の内部に問題なく配設することができる。従って、本実施例の回転関節１１０によれば、機構の複雑化・大型化や周囲との干渉、美観の低下を抑制しつつ、許容回転角度の範囲が３６０度以上の広い範囲に設定されたロボット用回転関節１１０における回転を機械的に制限することができる。
【００４３】
また、本実施例では、メカニカルストッパ１６０のワイヤ１８０の両端の固定位置１８２が、回転軸体１３０の中心軸ＡＸの方向に沿って互いにずれているため、回転軸体１３０の側面に巻き付けられたワイヤ１８０の一部が他の部分と接触することが抑制される。
【００４４】
Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例における回転関節１１０ａの構成を模式的に示す説明図である。第２実施例における回転関節１１０ａは、フック１７０の穴１７２ａの形状の点が、図３等に示した第１実施例と異なっており、その他の構成は第１実施例と同じである。
【００４５】
第２実施例では、フック１７０の穴１７２ａが、回転軸体１３０の中心軸ＡＸの方向に沿って、少なくとも、ワイヤ１８０の一端の固定位置１８２に正対する位置Ｐａからワイヤ１８０の他端の固定位置１８２に正対する位置Ｐｂまでの長さを有する形状となっている。そのため、第２実施例では、回転軸体１３０の回転に伴うワイヤ１８０とフック１７０の穴１７２ａとの接点の中心軸ＡＸ方向に沿った移動が許容される。従って、第２実施例では、ワイヤ１８０の長さおよび固定位置１８２をより精度良く設定することができ、回転軸体１３０の回転に伴うワイヤ１８０の緩みの発生をより効果的に抑制することができる。
【００４６】
Ｃ．第３実施例：
図７は、第３実施例における回転関節１１０ｂの構成を模式的に示す説明図である。第３実施例における回転関節１１０ｂは、回転軸体１３０の側面に螺旋状の溝１３２が形成され、ワイヤ１８０が溝１３２の内部に収容されている点が、図３等に示した第１実施例と異なっており、その他の構成は第１実施例と同じである。
【００４７】
第３実施例では、回転軸体１３０の側面に螺旋状の溝１３２が形成され、ワイヤ１８０が溝１３２の内部に収容されているため、回転軸体１３０の側面に巻き付けられたワイヤ１８０が長さ方向とは異なる方向に沿って動くことが制限される。すなわち、中心軸ＡＸ方向に沿ったワイヤ１８０の位置ずれが抑制される。従って、第３実施例では、ワイヤ１８０の位置ずれによるワイヤ１８０の緩みやワイヤ１８０の部分同士の干渉の発生を効果的に抑制することができる。
【００４８】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４９】
上記各実施例におけるロボットシステム１０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記各実施例では、ロボット本体１００は多関節型の産業用ロボットであるとしているが、ロボット本体１００が単関節型ロボットであるとしてもよい。また、上記各実施例において、ロボット本体１００のすべての回転関節がメカニカルストッパ１６０を有するとしてもよいし、ロボット本体１００の回転関節の少なくとも１つがメカニカルストッパ１６０を有するとしてもよい。
【００５０】
また、上記各実施例における、メカニカルストッパ１６０におけるワイヤ１８０の回転軸体１３０の側面に沿って巻き付けられる長さやワイヤ１８０の両端の固定位置１８２は、あくまで一例であり、これらはメカニカルストッパ１６０により制限すべき回転軸体１３０の回転角度の範囲に応じて設定される。例えば、上記各実施例では、ソフトウェア制御における回転軸体１３０の許容回転角度の範囲を合計７２０度の範囲とし、それより広い範囲でメカニカルストッパ１６０により回転軸体１３０の回転制限を行うために、ワイヤ１８０の長さを、回転軸体１３０の円形断面の外周２周分の長さと、フック１７０の穴１７２から回転軸体１３０の円形断面への接線上における穴１７２から接点までの線分の長さの２倍と、の合計に等しくなるように設定している。これに代えて、ソフトウェア制御における許容回転角度の範囲を合計１０８０度の範囲とし、それより広い範囲でメカニカルストッパ１６０により回転軸体１３０の回転制限を行うために、ワイヤ１８０の長さを、回転軸体１３０の円形断面の外周３周分の長さと、フック１７０の穴１７２から回転軸体１３０の円形断面への接線上における穴１７２から接点までの線分の長さの２倍と、の合計に等しくなるように設定するとしてもよい。また、ワイヤ１８０の両端の固定位置１８２を、中間状態において、フック１７０の穴１７２から回転軸体１３０の円形断面への接線における２つの接点とする必要はなく、メカニカルストッパ１６０により制限すべき回転軸体１３０の回転角度の範囲に応じた適切な位置にすればよい。
【００５１】
また、上記第３実施例では、回転軸体１３０の側面に螺旋状の溝１３２が形成され、ワイヤ１８０が溝１３２の内部に収容されているとしているが、溝１３２を形成する代わりに、回転軸体１３０の側面に螺旋状の空間を形成するカバーを設け、ワイヤ１８０をカバー内に収容するとしてもよい。このようにしても、回転軸体１３０の側面に巻き付けられたワイヤ１８０が長さ方向とは異なる方向に沿って動くことが制限され、ワイヤ１８０の位置ずれによるワイヤ１８０の緩みやワイヤ１８０の部分同士の干渉の発生を効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０…ロボットシステム
１００…ロボット本体
１０１…ベース部
１０２…ショルダ部
１０３…下アーム
１０４…上アーム
１０５…手首
１０６…フランジ部
１１０…回転関節
１２２…モータ
１２４…減速機
１３０…回転軸体
１３２…溝
１４２…シャフト
１４４…機内配線
１５０…フレーム
１６０…メカニカルストッパ
１７０…フック
１７２…穴
１８０…ワイヤ
１８２…固定位置
２００…制御装置
３００…ティーチングペンダント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット用回転関節であって、
フレームと、
前記フレームの内部に配置され、中心軸回りに回転する略円柱形状の回転軸体と、
前記回転軸体の回転を機械的に制限するメカニカルストッパと、を備え、
前記メカニカルストッパは、
穴を有すると共に、前記フレームにおける前記回転軸体の側面に対向する位置に固定されたフックと、
両端が前記回転軸体の側面に固定されたワイヤであって、前記フックの前記穴を一度通ると共に、前記回転軸体の側面に沿って巻き付けられたワイヤと、を含む、ロボット用回転関節。
【請求項２】
請求項１に記載のロボット用回転関節であって、
前記ワイヤの両端の固定位置は、前記中心軸の方向に沿って互いにずれている、ロボット用回転関節。
【請求項３】
請求項２に記載のロボット用回転関節であって、
前記フックの前記穴は、前記中心軸の方向に沿って、少なくとも、前記ワイヤの一端の固定位置に正対する位置から前記ワイヤの他端の固定位置に正対する位置までの長さを有する形状である、ロボット用回転関節。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のロボット用回転関節であって、
前記ワイヤの前記回転軸体の側面に沿って巻き付けられる長さと前記ワイヤの両端の固定位置とは、前記メカニカルストッパにより制限すべき前記回転軸体の回転角度の範囲に応じて設定される、ロボット用回転関節。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のロボット用回転関節であって、
前記回転軸体は、前記回転軸体の側面に巻き付けられた前記ワイヤの長さ方向とは異なる方向に沿った動きを制限するガイド部を有する、ロボット用回転関節。
【請求項６】
請求項５に記載のロボット用回転関節であって、
前記ガイド部は、前記回転軸体の側面に形成されて前記ワイヤを内部に収容する溝部である、ロボット用回転関節。
【請求項７】
ロボットシステムであって、
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のロボット用回転関節と、
前記回転軸体を回転駆動するモータと、
前記回転軸体の回転角度を検出する角度検出部と、
前記角度検出部により検出された前記回転軸体の回転角度に基づき、前記回転軸体の回転角度が、前記メカニカルストッパにより制限される前記回転軸体の回転角度の範囲より狭い回転角度の範囲内となるように、前記モータを制御する制御部と、を備える、ロボットシステム。
【請求項１】
ロボット用回転関節であって、
フレームと、
前記フレームの内部に配置され、中心軸回りに回転する略円柱形状の回転軸体と、
前記回転軸体の回転を機械的に制限するメカニカルストッパと、を備え、
前記メカニカルストッパは、
穴を有すると共に、前記フレームにおける前記回転軸体の側面に対向する位置に固定されたフックと、
両端が前記回転軸体の側面に固定されたワイヤであって、前記フックの前記穴を一度通ると共に、前記回転軸体の側面に沿って巻き付けられたワイヤと、を含む、ロボット用回転関節。
【請求項２】
請求項１に記載のロボット用回転関節であって、
前記ワイヤの両端の固定位置は、前記中心軸の方向に沿って互いにずれている、ロボット用回転関節。
【請求項３】
請求項２に記載のロボット用回転関節であって、
前記フックの前記穴は、前記中心軸の方向に沿って、少なくとも、前記ワイヤの一端の固定位置に正対する位置から前記ワイヤの他端の固定位置に正対する位置までの長さを有する形状である、ロボット用回転関節。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のロボット用回転関節であって、
前記ワイヤの前記回転軸体の側面に沿って巻き付けられる長さと前記ワイヤの両端の固定位置とは、前記メカニカルストッパにより制限すべき前記回転軸体の回転角度の範囲に応じて設定される、ロボット用回転関節。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のロボット用回転関節であって、
前記回転軸体は、前記回転軸体の側面に巻き付けられた前記ワイヤの長さ方向とは異なる方向に沿った動きを制限するガイド部を有する、ロボット用回転関節。
【請求項６】
請求項５に記載のロボット用回転関節であって、
前記ガイド部は、前記回転軸体の側面に形成されて前記ワイヤを内部に収容する溝部である、ロボット用回転関節。
【請求項７】
ロボットシステムであって、
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のロボット用回転関節と、
前記回転軸体を回転駆動するモータと、
前記回転軸体の回転角度を検出する角度検出部と、
前記角度検出部により検出された前記回転軸体の回転角度に基づき、前記回転軸体の回転角度が、前記メカニカルストッパにより制限される前記回転軸体の回転角度の範囲より狭い回転角度の範囲内となるように、前記モータを制御する制御部と、を備える、ロボットシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１０１３２４（Ｐ２０１２−１０１３２４Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５２４９５（Ｐ２０１０−２５２４９５）
【出願日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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