フロッグレッグアームロボットおよびその制御方法
【課題】フロッグレッグアームロボットにおける制御上の特異点を実用的に解消するとともに、フロッグレッグアームロボットのスムーズな動作を実現する。
【解決手段】このフロッグレッグアームロボットは、手首回転軸部に接続され、自らが接続された同回転軸部にトルクを供給するトルクモータと、フロッグレッグアームロボットを構成する各腕部が駆動装置によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるときに、トルクが手首回転軸部に、前記各腕部が所望の姿勢に移行することができる方向に供給されるように、トルクモータを電気的に制御する制御部とを備えている。
【解決手段】このフロッグレッグアームロボットは、手首回転軸部に接続され、自らが接続された同回転軸部にトルクを供給するトルクモータと、フロッグレッグアームロボットを構成する各腕部が駆動装置によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるときに、トルクが手首回転軸部に、前記各腕部が所望の姿勢に移行することができる方向に供給されるように、トルクモータを電気的に制御する制御部とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンド部に搬送対象物を載置した状態にて移送するフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、所定の搬送対象物をハンド部に載置した状態にて移送するアームロボットが用いられている。このようなアームロボットの中には、同期して動くふたつのアーム部によってハンド部が支持された、いわゆるフロッグレッグアームロボットがある。
このフロッグレッグアームロボットの各アーム部は、回転軸部によって連結された上腕部と前腕部とから構成されており、各アーム部の上腕部を本体部に設置された駆動モータによって回転駆動することによって、前腕部に連結されたハンド部を移動させる。
【０００３】
ところで、フロッグレッグアームロボットでは、アーム部が所定の姿勢であるときに、駆動モータの駆動によって、現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能な状態におかれることがある。このような状態は、いわゆる特異点と呼ばれている。当該ロボットが特異点にあるときに駆動モータを駆動すると、アーム部が所望の姿勢に移行するのか、所望しない姿勢に移行するのかが不定となり、制御が安定しなくなる。通常は、特異点を通過する際には、アーム部がある程度の速度を有しているため、特異点で停止することなく所望の姿勢に移行することが可能であるが、万が一、特異点にてアーム部が停止すると、当該ロボットは制御不能となる。
【０００４】
これに対し、例えば特許文献１には、上腕部と前腕部とを回転可能に連結する回転軸部に駆動モータの動力を伝達するために、スプロケットやチェーンを備えるフロッグレッグアームロボットが記載されている。このようなスプロケットやチェーンを備えるフロッグレッグアームロボットによれば、上腕部と前腕部とを連結する回転軸部にチェーン等を介してトルクを供給することによって、制御上の特異点が解消されるとのことである。
【０００５】
また、特許文献２には、特異点付近でトルクが供給されるように、上腕部と前腕部との連結部付近の前腕部に設置されたバネ部材と、前腕部が接続された部品につながる反力受けとを備えるフロッグレッグアームロボットが記載されている。このようなバネ部材や反力受けを備えるフロッグレッグアームロボットによれば、バネ部材の付勢力によって制御上の特異点が解消されるとのことである。
また、特許文献３のように、リンク部材を追加することによって特異点の解消を試みた例が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４では、平リンク機構の特異点を、フロッグレッグアームロボットの動作が固着する現象として捕らえ、その現象を解消するためにエアシリンダとラックピニオンギアとを用いた例が開示されている。
翼部等の部位に用いられる樹脂構造体においては、エロージョンやキャビテーション等によりその表面が磨耗等することが問題となっており、耐摩耗性を向上させるためその表面上に所定の強度を有する金属材からなる保護部材を設けることが成されている。このような樹脂構造体の製造方法として、従来では、数ミリ程度の薄い金属板に曲げ加工を施して翼形状に応じて変形させ、変形した金属板と翼部とを接着剤を介して併合させる方法が取られている。このような、樹脂構造体として、特許文献１には、繊維強化プラスチックで形成された翼部の表面に、複数の金属製の保護部材を設けるものが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２１６６９１号公報
【特許文献２】特開平２−３１１２３７号公報
【特許文献３】特開２０００−４２９７０号公報
【特許文献４】特許第３６８２８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、スプロケットやチェーン等の機械的な機構を用いて回転軸部にトルクを供給する場合、取付精度や形状精度等の誤差があることから、制御上の特異点を完全に解消することができない。
例えば、チェーンのテンションが緩むと、上腕部と前腕部とを連結する回転軸部にトルクを供給することができないために、制御上の特異点が生まれる。そのため、特異点においてアーム部が停止したり、特異点から所望の姿勢へ移行する際に当該ロボットの動作が不安定になったりする等の不具合が生じる。
バネ部材と反力受けとを用いる場合は、確かに特異点を解消する効果はある。しかしながら、特異点付近の前腕部すなわち荷の挙動がバネ力に強く依存してしまうので、動作速度と荷の重さに合わせたバネ力の調整が必要になる。バネ力の調整が適切に行われていないと、荷が特異点付近で衝撃を受けたり、特異点付近でのみ速度が極端に速くなったりして、当該ロボットのスムーズな動作ができなくなる。これに対処するには、バネ部材や反力受けの交換が必要となってしまう。つまり、動作環境の変化に弱いという不具合がある。
リンク部材を追加する場合は、機構学的には特異点を解消できるが、構造が複雑になってしまい、寸法、重量およびコスト等の観点から適用できる条件が厳しい。
エアシリンダを用いる場合では、特異点を解消する効果はあるが、空圧回路では、動作条件の変更等に伴うシリンダ推力等の調整が、空気配管の状態に依存する圧力損失等に影響されやすい。また、アームを駆動する電源とは別に、エアシリンダの動作に必要なエア供給源を別途用意する必要がある。さらに、動作範囲を広くとるためにはストロークの大きい長いシリンダを用いる必要がある。
このように、従来のフロッグレッグアームロボットにおける特異点対策には、実用的なものが存在しなかった。
【０００８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、フロッグレッグアームロボットにおける制御上の特異点を実用的に解消するとともに、フロッグレッグアームロボットのスムーズな動作を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のフロッグレッグアームロボットは、本体部と、前記本体部に設置される駆動装置と、前記駆動装置によって回転される第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部と、前記駆動装置によって回転駆動される前記第1の回転軸部またはもうひとつの第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、前記基準平面に沿って揺動可能な第２の上腕部と、第２の回転軸部を介して一端が前記第１の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、第３の回転軸部を介して一端が前記第２の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端に回転可能に支持されるハンド部と、前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを相反する方向に同期回転させる同期手段と、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに接続され、自らが接続された前記回転軸部にトルクを供給するトルクモータと、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部が前記駆動装置の駆動によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるときに、前記トルクが前記回転軸部に、前記各腕部が前記所望の姿勢に移行することができる方向に供給されるように、前記トルクモータを電気的に制御する制御部とを備える。
【００１０】
上記のように構成された本発明のフロッグレッグアームロボットによれば、第１の上腕部、第２の上腕部、第１の前腕部および第２の前腕部が駆動装置の駆動によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるとき、すなわち当該ロボットが従来において特異点とされていた姿勢であるときに、トルクモータが制御部によって電気的に制御される。これにより、第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに、当該ロボットを構成する各腕部が所望の姿勢に移行することができる方向にトルクが供給される。
【００１１】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに前記トルクモータによって供給される前記トルクは、前記駆動装置によって前記第１の回転軸部に供給されるトルクよりも小さくてもよい。
【００１２】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記制御部は、前記ハンド部が所定の一方向に移動する間、前記トルクが常に同一方向に供給されるように前記トルクモータを制御してもよい。
【００１３】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記トルクモータは、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部の少なくともいずれかひとつの内部に収納されていてもよい。
【００１４】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記トルクモータは、自らが接続された回転軸部にトルク制御信号に基づくトルクを供給するとともに、回転速度制御信号に基づく回転速度にて前記回転軸部を回転させてもよい。そして、前記制御部は、前記トルクモータに前記トルク制御信号を入力するとともに、前記トルクモータの回転速度が、前記駆動装置の駆動に依存して回転される前記回転軸部の回転速度と同期するように、前記トルクモータに前記回転速度制御信号を入力してもよい。
【００１５】
本発明のフロッグレッグアームロボットによれば、制御部からトルクモータにトルク制御信号が入力されるとき、すなわち回転軸部にトルクが供給されるときに、トルク制御信号とともに回転速度制御信号が入力される。この回転速度制御信号は、トルクモータの回転速度が、トルクモータを接続された回転軸部が駆動モータの駆動に依存して回転されるときの同回転軸部の回転速度と同期するように、トルクモータの回転速度を制御するための信号である。これにより、回転軸部にトルクを供給するとき、回転軸部の回転速度とトルクモータの回転速度とが同期する。
なお、本発明において、「前記トルクモータの回転速度が、前記駆動モータの駆動に依存して回転される前記回転軸部の回転速度と同期する」とは、トルクモータを接続された回転軸部がトルクモータの駆動に依存して回転されるときの回転速度が、同回転軸部が駆動モータの駆動に依存して回転されるときの回転速度とほぼ一致することを意味する。すなわち、トルクモータの回転速度および回転軸部の回転速度がその絶対量をも一致させて経時的に推移することも（厳密に一致して変化する）、両者が回転速度の絶対量は異なるものの経時的に同調して推移することをも含む。
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいては、駆動装置によって回転される第１の回転軸部の回転速度に、機構学的に定まるある比率を乗じることにより、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の回転速度が明らかになる。例えば、第１の上腕部の長さと第２の上腕部の長さとが同じであれば、第４、第５の回転軸部の回転速度は、第１の回転軸部の回転速度の２倍になる。本発明における「同期」とは、このように機構学的に定まる比率が守られるように、駆動装置によって回転される第１の回転軸部の回転速度と、トルクモータによって回転される回転軸部の回転速度とが制御されることをいう。さらに言えば、駆動モータとトルクモータとの同期は、第１の回転軸部と、トルクモータによって回転される回転軸部との同期に依存して決定される。
【００１６】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記制御部は、前記トルクモータが接続される前記回転軸部の回転速度を、前記駆動装置の制御値に基づいて算出してもよい。
【００１７】
本発明のフロッグレッグアームロボットは、前記トルクモータと前記回転軸部との間に介在し、前記トルクモータの回転速度を減速して前記回転軸部に伝達する減速機をさらに備えていてもよい。そして、前記制御部は、前記減速機の減速比、および前記減速機によって減速された前記回転軸部の回転速度に基づいて前記回転速度制御信号を生成してもよい。
【００１８】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいては、前記トルクモータがひとつだけ設けられてもよい。
【００１９】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記駆動装置は、前記第１の回転軸部を介して前記第１の上腕部を揺動させる第１の駆動モータと、前記もうひとつの第１の回転軸部を介して前記第２の上腕部を揺動させる第２の駆動モータとを備えていてもよい。
【００２０】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記駆動装置は、前記第１の回転軸部を介して前記第１の上腕部を揺動させる駆動モータと、前記第１の回転軸部と前記第２の回転軸部との間に設けられ、前記駆動モータの駆動力を前記第１の回転軸部から前記第２の回転軸部に伝達することによって前記第２の上腕部を揺動させる駆動力伝達機構とを備えていてもよい。
【００２１】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法は、本体部と、前記本体部に設置される駆動装置と、前記駆動装置によって回転される第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部と、前記駆動装置によって回転駆動される前記第1の回転軸部またはもうひとつの第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、前記基準平面に沿って揺動可能な第２の上腕部と、第２の回転軸部を介して一端が前記第１の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、第３の回転軸部を介して一端が前記第２の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端に回転可能に支持されるハンド部と、前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを相反する方向に同期回転させる同期手段と、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに接続され、自らが接続された前記回転軸部にトルクを供給するトルクモータとを備えるフロッグレッグアームロボットの制御方法であって、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部が前記駆動装置の駆動によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるときに、前記トルクが前記回転軸部に、前記各腕部が前記所望の姿勢に移行することができる方向に供給されるように、前記トルクモータを電気的に制御する。
【００２２】
上記のように構成された本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法によれば、第１の上腕部、第２の上腕部、第１の前腕部および第２の前腕部が駆動装置の駆動によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるとき、すなわち当該ロボットの姿勢が従来において特異点とされていた状態にあるときに、トルクモータが制御部によって電気的に制御される。これにより、第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに、当該ロボットを構成する各腕部が所望の姿勢に移行することができる方向にトルクが供給される。
【００２３】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法において、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに前記トルクモータによって供給される前記トルクは、前記駆動装置によって前記第１の回転軸部に供給されるトルクよりも小さくてもよい。
【００２４】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法において、前記ハンド部が所定の一方向に移動する間、前記トルクを常に同一方向に供給してもよい。
【００２５】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法において、前記トルクモータは、自らが接続された回転軸部にトルク制御信号に基づくトルクを供給するとともに、回転速度制御信号に基づく回転速度にて前記回転軸部を回転させてもよい。そして、前記トルクモータに前記トルク制御信号を入力するとともに、前記トルクモータの回転速度が、前記駆動装置の駆動に依存して回転される前記回転軸部の回転速度と同期するように、前記トルクモータに前記回転速度制御信号を入力してもよい。
【００２６】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法によれば、トルクモータにトルク制御信号が入力されるとき、すなわちトルクモータが接続された回転軸部にトルクが供給されるときに、このトルク制御信号とともに、トルクモータに回転速度制御信号が入力される。この回転速度制御信号は、トルクモータの回転速度が、トルクモータを接続された回転軸部が駆動モータの駆動に依存して回転されるときの同回転軸部の回転速度と同期するように、トルクモータの回転速度を制御するための信号である。これにより、回転軸部にトルクを供給するときに、回転軸部の回転速度とトルクモータの回転速度とが同期する。
【００２７】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法において、前記トルクモータが接続される前記回転軸部の回転速度を、前記駆動装置の制御値に基づいて算出してもよい。
【００２８】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法において、前記トルクモータと前記回転軸部との間に介在し、前記トルクモータの回転速度を減速して前記回転軸部に伝達する減速機の減速比、および前記減速機によって減速された前記回転軸部の回転速度に基づいて前記回転速度制御信号を生成してもよい。
【００２９】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法において、前記トルクは、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部のいずれかひとつに供給されてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のフロッグレッグアームロボット、および当該ロボットの制御方法によれば、当該ロボットの姿勢が従来において特異点とされていた状態にあるとき、すなわち第１の上腕部、第２の上腕部、第１の前腕部および第２の前腕部が駆動装置の駆動によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるときに、トルクモータが電気的に制御され、第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに、当該ロボットを構成する各腕部が所望の姿勢に移行することができる方向にトルクが供給される。すなわち、本発明においては、取付精度や形状精度に依存する機械的な制御を行うことなく、電気的な制御のみによって回転軸部にトルクが供給される。
【００３１】
本発明によれば、フロッグレッグアームロボットの動作環境が変化したとしても、板バネのような機械的な補助手段（バネ部材）を交換することなく、電気的な指令を変更するだけでトルクモータのトルク量等を調整することが可能である。これにより、フロッグレッグアームロボットの特異点付近におけるスムーズな動作が可能となる。
また、リンク部材を追加する必要がないので、本発明のフロッグレッグアームロボットは、簡単な構造であるにもかかわらず、特異点における問題を解消することができる。
【００３２】
さらに、エアシリンダを用いた場合と比較すると、電動モータ等の電気的なトルク供給手段を用いるので、電気配線の状態にほとんど依存せずに所望のトルクを安定して発生させることができる。また、駆動モータと同じ電源を用いることができ、エア供給源のような機器を別途用意する必要がない。また、ラックピニオンギアやエアシリンダのような長い部品を用いる必要がないので寸法に関する制限が緩やかである。
【００３３】
このように、従来特異点とされていた姿勢において、第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに、電気的に制御可能なトルクモータを用いて、フロッグレッグアームロボットが所望の姿勢に移行することができる方向にトルクを供給することにより、当該ロボットにおける制御上の特異点を実用的に解消することができる。
【００３４】
本発明のフロッグレッグアームロボット、および当該ロボットの制御方法によれば、回転軸部にトルクを供給するときに、トルクモータの回転速度が、トルクモータを接続された回転軸部が駆動モータの駆動に依存して回転されるときの同回転軸部の回転速度と同期する。すなわち、トルクモータを接続された回転軸部がトルクモータの駆動に依存して回転されるときの回転速度が、同回転軸部が駆動モータの駆動に依存して回転されるときの回転速度とほぼ一致する。これにより、トルクモータあるいは回転軸部に不必要な負荷が加わらない。その結果、フロッグレッグアームロボットの特異点付近におけるスムーズな動作が可能になることに加え、フロッグレッグアームロボットに、回転軸部の回転速度とトルクモータの回転速度とが整合しないことに起因する振動が生じることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００３６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの概略構成を示した平面図である。図２は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの概略構成を示した側面図である。図３は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの機能構成を示したブロック図である。
【００３７】
各図に示すように、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲは、本体部１と、アーム部２と、ハンド部３と、制御部４とを備えている。
【００３８】
本体部１は、例えばスタッカクレーンのケージなどの基部Ｂ上に回転可能に設置される。本体部１には、アーム部２をそれぞれ揺動させることによってハンド部３を水平面（基準平面）に沿って前後に移動させるための駆動装置５が設けられている。駆動装置５は、駆動モータ５１，５２を備えている。駆動モータ５１は肩回転軸部６ａ（第１の回転軸部）に接続され、駆動モータ５２は肩回転軸部６ｃ（第１の回転軸部）に接続されている。
【００３９】
アーム部２は、ハンド部３の移動域を挟んで左右対称に配置された一対のアーム部２１，２２とで構成されている。なお、以下の説明においては、アーム部２１を第１アーム部２１と称し、アーム部２２を第２アーム部２２と称する。
【００４０】
第１アーム部２１は、上腕部２３（第１の上腕部）と、前腕部２４（第１の前腕部）とで構成されている。上腕部２３の一端は、本体部１に設置された駆動モータ５１に、肩回転軸部６ａを介して連結されている。上腕部２３は、駆動モータ５１が回転駆動されることにより、水平面に沿って揺動可能である。前腕部２４の一端は、肘回転軸部６ｂ（第２の回転軸部）を介して上腕部２３の他端に回転可能に支持されている。前腕部２４は、上腕部２３の揺動に伴って肘回転軸部６ｂが回転することにより、水平面に沿って揺動可能である。
【００４１】
第２アーム部２２は、上腕部２５（第２の上腕部）と、前腕部２６（第２の前腕部）とで構成されている。上腕部２５の一端は、本体部１に設置された駆動モータ５２に、肩回転軸部６ｃを介して連結されている。上腕部２５は、駆動モータ５２が回転駆動されることにより、水平面に沿って揺動可能である。前腕部２６の一端は、肘回転軸部６ｄ（第３の回転軸部）を介して上腕部２５の他端に回転可能に支持されている。前腕部２６は、上腕部２５の揺動に伴って肘回転軸部６ｄが回転することにより、水平面に沿って揺動である。
【００４２】
ハンド部３は、手首回転軸部６ｅ（第４の回転軸部）を介して第１アーム部２１の前腕部２４の他端に回転可能に支持されるとともに、手首回転軸部６ｆ（第５の回転軸部）を介して第２アーム部２２の前腕部２６の他端に回転可能に支持されている。ハンド部３は、搬送対象物（例えば、ガラス基板やガラス基板を収納したカセット等）を載置可能である。
【００４３】
また、第１アーム部２１の前腕部２４の他端、および第２アーム部２２の前腕部２６の他端には、同期歯車７１，７２（同期手段）がそれぞれ設けられている。同期歯車７１，７２は対をなし、一方の同期歯車７１は前腕部２４の他端に設置され、他方の同期歯車７２は前腕部２６の他端に設置されている。両歯車は、互いに噛み合わされることによって双方が相反する方向に同期回転可能である。これにより、第１アーム部と第２アーム部２２とが同期して対称に動作するので、ハンド部３を直線的に移動させることができる。
【００４４】
そして、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、トルクモータ１０が、第１アーム部２１の前腕部２４とハンド部３とを接続する手首回転軸部６ｅに接続されている。
このトルクモータ１０は、後述する制御部４によって電気的に制御されるものである。具体的には、手首回転軸部６ｅに、制御部４から入力されるトルク制御信号に基づくトルクを、水平面に沿う方向に供給する。トルクモータ１０は、電気的にトルク制御ができるものであれば良く、サーボ式、誘導式の他、どのようなタイプのものを用いても良い。
なお、トルクモータ１０によって手首回転軸部６ｅに供給されるトルクは、駆動モータ５１，５２によって肩回転軸部６ａ，６ｃにそれぞれ供給されるトルクよりも小さく設定されている。例えば、駆動モータ５１，５２として、出力が１ｋＷのモータを用いる場合には、トルクモータ１０としては、出力が４００から６００Ｗのモータを用いれば良い。
【００４５】
制御部４は、フロッグレッグアームロボットＲの動作全体を統括するものであり、演算処理部４１と、記憶部４２と、動作指示情報記憶部４３と、入出力部４４とを備えている。演算処理部４１は、外部から入力される情報に基づいて駆動モータ５１，５２およびトルクモータ１０の動作指示情報を求める。記憶部４２は、演算処理部４１にて用いられる各種アプリケーションやデータを記憶する。動作指示情報記憶部４３は、演算処理部４１によって求められた動作指示情報を一時的に記憶する。入出力部４４は、駆動モータ５１，５２およびトルクモータ１０と、演算処理部４１との間において信号の入出力を行う。
【００４６】
このような構成を有する制御部４は、駆動モータ５１と駆動モータ５２とを同期して駆動することによって第１アーム部２１と第２アーム部２２とを揺動させ、これによってハンド部３を前後に移動させる。
また、制御部４は、駆動モータ５１，５２だけを駆動したとき、アーム部２が現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるならば、トルクモータ１０を電気的に制御し、手首回転軸部６ｅに、アーム部２が所望の姿勢に移行することができるように、これに適した方向にトルクを供給する。
【００４７】
なお、アーム部２が現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能な姿勢とは、図４に示すように、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とが重なり、第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とが重なり、さらに第１アーム部２１と第２アーム部２２とがあたかもある直線上に位置するかのような姿勢である。なお、以下の説明において、図４に示す姿勢を特殊な姿勢と称する。また、図４、図５および図６においては、図面の視認性を向上させるために、ハンド部３および制御部４を省略している。
【００４８】
アーム部２が図４に示す特殊な姿勢にあるときに、ハンド部３を押し出す方向に移動させるために駆動モータ５１，５２を矢印方向に駆動すると、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とが互いに開くとともに、第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とが互いに開き、所望のようにハンド部３を押し出す方向にアーム部２の姿勢が移行することもある（図５参照）。
一方で、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とが重なるとともに、第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とが重なって、そのような状態のまま、ハンド部３を移動させることなく第１アーム部２１と第２アーム部２２とだけが回動する方向にアーム部２の姿勢が移行することもある（図６参照）。
このため、アーム部２が特殊な姿勢において停止したときには、アーム部２が所望の姿勢か、所望しない姿勢に移行するかが不定となり、制御が不安定となる。従来のフロッグレッグアームロボットにおいては、特殊な姿勢、すなわち所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれに移行するかが不定である姿勢が、制御上の特異点とされている。
【００４９】
また、特殊な姿勢からハンド部３を引き出す方向に移動させるときであっても、駆動モータ５１，５２だけの駆動に依存していれば、ハンド部３を押し出す方向に移動させるときと同様に、特殊な姿勢が従来のフロッグレッグアームロボットにおける制御上の特異点となる。
【００５０】
次に、上述のように構成された本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲの動作（フロッグレッグアームロボットの制御方法）について説明する。
【００５１】
まず、制御部４は、演算処理部４１を用いて、駆動モータ５１，５２、トルクモータ１０、またはフロッグレッグアームロボットＲの外部から入力される情報、および記憶部４２に記憶されたアプリケーションやデータに基づいて、ハンド部３を移動させる方向（押し出す方向あるいは引き出す方向）およびその移動量を求め、動作指示情報として動作指示情報記憶部４３に記憶させる。
続いて、制御部４は、所定のタイミングで動作指示情報記憶部４３から動作指示情報を引き出し、入出力部４４を介して駆動モータ５１，５２およびトルクモータ１０に動作指示信号を入力する。
【００５２】
例えば、制御部４から、ハンド部３を押し出す方向に所定量移動させる動作指示信号が出力されると、駆動モータ５１が肩回転軸部６ａを図１における右回りに回転させ、駆動モータ５２が肩回転軸部６ｃを図１における左周りに回転させる。
このように、肩回転軸部６ａが図１における右回りに回転されることによって、第１アーム部２１の上腕部２３がその一端を中心として図１における右回転方向に揺動される。同時に、肩回転軸部６ｃが図１における左周りに回転されることによって、第２アーム部２２の上腕部２５がその一端を中心として図１における左回転方向に揺動される。このような上腕部２３の揺動が、肘回転軸部６ｂを介して前腕部２４に伝達され、第１アーム部２１の前腕部２４が肘回転軸部６ｂを中心として左回転方向に揺動される。同時に、このような上腕部２５の揺動が、肘回転軸部６ｄを介して前腕部２６に伝達され、第２アーム部２２の前腕部２６が肘回転軸部６ｄを中心として右回転方向に揺動される。
【００５３】
ここで、第１アーム部２１の動きと第２アーム部２２の動きとは、同期歯車７１，７２が互いに噛み合うことによって同期される。このため、第１アーム部２１の前腕部２４の揺動と第２アーム部２２の前腕部２６の揺動とが同期される。
そして、第１アーム部２１の前腕部２４の揺動が手首回転軸部６ｅを介してハンド部３に伝達されるとともに、第２アーム部２２の前腕部２６の揺動が手首回転軸部６ｆを介してハンド部３に伝達されることによって、ハンド部３が押し出される方向に移動する。
なお、ハンド部３の移動量は、肩回転軸部６ａ，６ｃの回転量によって決定付けられるため、駆動モータ５１，５２は、ハンド部３を所定量移動させる分だけ肩回転軸部６ａ，６ｃをそれぞれ回転させることによって、ハンド部３を所定移動量だけ移動させる。
【００５４】
一方、制御部４から、ハンド部３を引き出す方向に所定量移動させる動作指示信号が出力されると、駆動モータ５１が肩回転軸部６ａを図１における左回りに回転させ、駆動モータ５２が肩回転軸部６ｃを図１における右周りに回転させる。
このように、肩回転軸部６ａが図１における左回りに回転されることによって、第１アーム部２１の上腕部２３がその一端を中心として図１における左回転方向に揺動される。同時に、肩回転軸部６ｃが図１における右周りに回転されることによって、第２アーム部２２の上腕部２５がその一端を中心として図１における右回転方向に揺動される。このような上腕部２３の揺動が、肘回転軸部６ｂを介して前腕部２４に伝達され、第１アーム部２１の前腕部２４が肘回転軸部６ｂを中心として右回転方向に揺動される。同時に、このような上腕部２５の揺動が、肘回転軸部６ｄを介して前腕部２６に伝達され、第２アーム部２２の前腕部２６が肘回転軸部６ｄを中心として左回転方向に揺動される。
そして、第１アーム部２１の前腕部２４の揺動が手首回転軸部６ｅを介してハンド部３に伝達されるとともに、第２アーム部２２の前腕部２６の揺動が手首回転軸部６ｆを介してハンド部３に伝達されることによって、ハンド部３が引き出される方向に移動する。
【００５５】
ここで、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、制御部４は、ハンド部３を移動させている過程では、トルクモータ１０を制御することによって、手首回転軸部６ｅに、図４に示す特殊な姿勢から所望の姿勢に移行することができる方向に、常にトルクを供給する。
具体的には、制御部４は、ハンド部３を押し出す方向に移動させる場合には、トルクモータ１０を電気的に制御することによって、手首回転軸部６ｅに、図１における左回転方向にトルクを供給する。また、ハンド部３を引き出す方向に移動させる場合には、トルクモータ１０を電気的に制御することによって、手首回転軸部６ｅに、図１における右回転方向にトルクを供給する。
【００５６】
つまり、ハンド部３を押し出す方向に移動させる過程で、アーム部２が図４に示す特殊な姿勢を経る場合には、手首回転軸部６ｅに、図１における左回転方向（所望の姿勢に移行することができる方向）にトルクが供給されている。このため、特殊な姿勢から図６に示す所望しない姿勢に移行することなく、滑らかに図５に示す所望の姿勢に移行することができる。
一方、ハンド部３を引き出す方向に移動させる過程で、図４に示す特殊な姿勢を経る場合にも、手首回転軸部６ｅに、図１における右回転方向（所望の姿勢に移行することができる方向）にトルクが供給されている。このため、特殊な姿勢から所望しない姿勢に移行することなく、滑らかに所望の姿勢に移行することができる。
すなわち、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲおよびその制御方法によれば、アーム部２が特殊な姿勢にあっても、所望しない姿勢に無秩序に移行することがなく、必ず所望の姿勢に移行する。したがって、制御上の特異点が解消される。
【００５７】
また、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法によれば、取付精度や形状精度に依存する機械的な制御を行うことなく、電気的な制御のみによって手首回転軸部６ｅにトルクを供給する。
このため、動作環境が変化したとしても、板バネのような機械的な補助手段（バネ部材）を交換することなく、電気的な指令を制御するだけでトルク量等の変更が可能であるので、特異点付近でのスムーズな動作が可能となる。
また、リンク部材を追加する必要がないので構造が簡単なフロッグレッグアームロボットのまま特異点を解消することができる。
【００５８】
さらに、エアシリンダを用いた場合と比べると、電動モータ等の電気的なトルク供給手段を用いる場合には、電気配線の状態にほとんど依存せずに所望のトルクを安定して発生させることができる。また、駆動モータと同じ電源を用いることができ、エア供給源のような機器を別途用意する必要がない。また、ラックピニオンギアやエアシリンダのような長い部品を用いる必要がないので寸法制限がより柔軟である。
このように、従来特異点とされていた姿勢（図４に示す特殊な姿勢）において、手首回転軸部６ｅに、所望の姿勢に移行することができる方向に、電気的に制御可能なトルクモータ１０を用いてトルクを供給することにより、フロッグレッグアームロボットにおける制御上の特異点を実用的に解消することができる。
【００５９】
また、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法においては、手首回転軸部６ｅにトルクを供給するための機械的な機構（チェーンやスプロケット等）を備えていないため、装置構成を簡素化することができる。また、機械的な機構を備えないことによって、装置の摺動部分が減少され、装置からの粉塵の発生を抑制することができる。したがって、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法は、クリーンルーム内での使用に適したものとなる。
【００６０】
なお、制御上の特異点を解消するだけであれば、特殊な姿勢においてのみ手首回転軸部６ｅにトルクを供給すれば良い。これに対し、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法においては、手首回転軸部６ｅに常にトルクを供給している。
このため、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法においては、アーム部２が常に過剰に拘束される。したがって、アーム部２やハンド部３の取付精度や形状精度による誤差による振動を抑制することができる。その結果、ハンド部３の位置精度を向上させることが可能となる。
なお、アーム部２が常に過剰に拘束されていることによって、駆動モータ５１，５２の出力を従来よりも増加させる必要がある。ただし、駆動モータ５１，５２の出力を従来よりも増加させることが困難であれば、特殊な姿勢においてのみ手首回転軸部６ｅにトルクを供給すれば良い。
【００６１】
また、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法においては、トルクモータ１０が手首回転軸部６ｅに供給するトルクは、駆動モータ５１，５２が肩回転軸部６ａ，６ｃに供給するトルクよりも小さくされている。このため、手首回転軸部６ｅにトルクが供給されているときであっても、駆動モータ５１，５２によって肩回転軸部６ａ，６ｃにトルクを供給することによって、アーム部２およびハンド部３をスムーズに動かすことができる。
【００６２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
図７は、本実施形態におけるフロッグレッグアームロボットの概略構成を示す側面図である。この図に示すように、本実施形態のフロッグレッグアームロボットにおいては、トルクモータ１０が、前腕部２４の内部に収納されている。
【００６３】
このような本実施形態のフロッグレッグアームロボットによれば、トルクモータ１０が、前腕部２４の内部に収納されているため、フロッグレッグアームロボットの外部に突出する部材をなくすことができる。したがって、フロッグレッグアームロボットの外部にトルクモータの移動スペースを確保する必要がなく、従来のフロッグレッグアームロボットと同様の設置スペースにて本実施形態のフロッグレッグアームロボットを設置することができる。
【００６４】
なお、トルクモータ１０は、必ずしも前腕部２４の内部に収納状態で配置されるものではない。例えば、トルクモータ１０が手首回転軸部６ｆと接続される場合には、前腕部２６の内部にトルクモータ１０が収納状態に配置される。また、トルクモータ１０が肘回転軸部６ｂと接続される場合には、前腕部２４、上腕部２３のいずれかの内部もしくは両方の内部に渡って収納状態に配置される。また、トルクモータ１０が肘回転軸部６ｄと接続される場合には、前腕部２６、上腕部２５のいずれかの内部もしくは両方の内部に渡って収納状態に配置される。
【００６５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
図８は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの概略構成を示した側面図である。この図に示すように、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、トルクモータ１０が、第１アーム部２１の前腕部２４とハンド部３とを接続する手首回転軸部６ｅに、減速機１１を介して接続されている。また、駆動モータ５１が、肩回転軸部６ａに、減速機５３を介して接続され、駆動モータ５２が、肩回転軸部６ｃに、もうひとつの減速機（図示略）を介して接続されている。減速機５３の減速比と、もうひとつの減速機の減速比とは同じである。
【００６６】
このトルクモータ１０は、手首回転軸部６ｅに、制御部４から入力されるトルク制御信号に基づくトルクを、水平面に沿う方向に供給する。さらに、トルクモータ１０は、制御部４から入力される回転速度制御信号に基づく回転速度で回転する。本実施形態のトルクモータ１０には、サーボ式のトルクモータが好適に用いることができる。
【００６７】
本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、演算処理部４１において、トルクモータ１０の動作指示情報として、トルクモータ１０の回転速度を制御するための回転速度制御信号が生成される。また、記憶部４２に、駆動モータ５１，５２の制御値から手首回転軸部６ｅの回転速度を算出するための演算式、減速機１１の減速比が記憶されている。
また、制御部４は、トルクモータ１０を用いて手首回転軸部６ｅにトルクを供給するときに、トルクモータ１０の回転速度を、駆動モータ５１，５２の駆動に依存して回転される手首回転軸部６ｅの回転速度と同期させる。
【００６８】
制御部４は、ハンド部３を移動させている過程では、トルクモータ１０を制御することによって、手首回転軸部６ｅに、図４に示す特殊な姿勢から所望の姿勢に移行することができる方向に、常にトルクを供給する。
具体的には、制御部４は、ハンド部３を押し出す方向に移動させるときには、トルクモータ１０に入力するトルク制御信号を制御することによって、手首回転軸部６ｅに、図１における左回転方向にトルクを供給する。また、ハンド部３を引き出す方向に移動させるときには、トルクモータ１０に入力するトルク制御信号を制御することによって、手首回転軸部６ｅに、図１における右回転方向にトルクを供給する。
【００６９】
本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲおよびその制御方法によれば、上記第１の実施形態において説明したように、アーム部２が特殊な姿勢にあっても、所望しない姿勢に無秩序に移行することがなく、必ず所望の姿勢に移行する。したがって、制御上の特異点が解消される。
【００７０】
さらに、本実施形態のフロッグレッグアームロボットにおいて、制御部４は、トルクモータ１０を用いて手首回転軸部６ｅにトルクを供給するときに、トルクモータ１０の回転速度を、駆動モータ５１，５２の駆動に依存して回転される手首回転軸部６ｅの回転速度と同期させる。本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲおよびその制御方法においては、ハンド部３を押し出す方向に移動されるときでも、ハンド部３を引き出す方向に移動させるときでも、トルクモータ１０によって手首回転軸部６ｅに常にトルクが供給される。したがって、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲおよびその制御方法においては、トルクモータ１０の回転速度が、駆動モータ５１，５２の駆動に依存して回転される手首回転軸部６ｅの回転速度と常に同期する。
なお、本実施形態において、「トルクモータ１０の回転速度を、駆動モータ５１，５２の駆動に依存して回転される手首回転軸部６ｅの回転速度と同期させる」とは、減速機１１を介して手首回転軸部６ｅに付与されるトルクモータ１０の回転速度と、駆動モータ５１，５２の駆動力に依存してアーム部２を介して手首回転軸部６ｅに付与される回転速度とが一致することを意味する。
【００７１】
具体的には、制御部４は、記憶部４２に記憶された制御値から手首回転軸部６ｅの回転速度を算出するための演算式を用いて、駆動モータ５１，５２の制御値に基づいて手首回転軸部６ｅの回転速度を算出する。そして、制御部４は、当該算出結果と、記憶部４２に記憶された減速比とに基づいて回転速度制御信号を生成する。そして、この生成した回転速度制御信号をトルクモータ１０に入力する。
【００７２】
以下に回転速度制御信号を生成する一例について数式を用いて説明する。以下の説明においては、上述した特殊な姿勢を通過する際における回転速度制御信号の生成方法について説明する。なお、上記各実施形態においては、絶対空間における各モータおよび各回転軸部の回転速度について論じているが、以下では、相対空間における各モータおよび各回転軸部の回転速度について論じるものとする。
以下の数式において、上腕部２３，２５の長さ、および前腕部２４，２６の長さはすべて同じものとし、この長さをＬ（ｍ）とする。また、肩回転軸部６ａ，６ｃの回転速度をωａ（ｒｐｍ）、手首回転軸部６ｅの回転速度をωｔ（ｒｐｍ）、トルクモータ１０の回転速度をωｔｍ（ｒｐｍ）、減速機１１の減速比をηｔ、トルクモータ１０の最大回転速度をωｔｍｍａｘ（ｒｐｍ）、トルクモータ速度指令をｙ（％）とする。
【００７３】
まず、特殊な姿勢を通過する際に駆動モータ５１，５２に入力される速度指令をＶ（ｍ／ｍｉｎ）とすると、速度指令Ｖ（駆動モータへの制御値）は、下式（１）のように表される。
【００７４】
【数１】
【００７５】
このため、肩回転軸部６ａ，６ｃの回転速度ωａは、下式（２）のように表される。
【００７６】
【数２】
【００７７】
ここで、肩回転軸部６ａ，６ｃの回転速度ωａと、手首回転軸部６ｅの回転速度ωｔとは、原理的に同期すべきである。そこで、減速比ηｔを考慮すると、肩回転軸部６ａ，６ｃの回転速度ωａは、さらに下式（３）のように表される。
【００７８】
【数３】
【００７９】
したがって、トルクモータ１０の回転速度ωｔｍは、下式（４）のように表すことができる。また、下式（４）に上式（２）を代入することによって、下式（５）が得られる。
【００８０】
【数４】
【００８１】
【数５】
【００８２】
トルクモータ速度指令ｙ、すなわち回転速度制御信号は、トルクモータ１０の最大回転速度に対する比率で表されるため、下式（６）のように表される。
【００８３】
【数６】
【００８４】
上式（６）に上式（５）を代入することによって、求めるべき回転速度制御信号である、トルクモータ速度指令ｙは、下式（７）のように表される。
【００８５】
【数７】
【００８６】
以上は駆動モータ５１，５２が設置された座標系において考えられる理論式である。しかしながら、トルクモータ１０と駆動モータ５１，５２とが上述のアーム機構を介して接続されているので、トルクモータ１０は、駆動モータ５１，５２から見ると相対的に回転する空間に設置されている。したがって、機構学的な考慮をすると、トルクモータ１０の回転速度の指令は、実質的にはさらに２倍となる。
【００８７】
このような本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法によれば、手首回転軸部６ｅにトルクが供給されるとき、トルクモータ１０の回転速度が、駆動モータ５１，５２の駆動に依存して回転される手首回転軸部６ｅの回転速度と同期する。すなわち、減速機１１を介して手首回転軸部６ｅに付与されるトルクモータ１０の回転速度と、駆動モータ５１，５２の駆動力に依存してアーム部２を介して手首回転軸部６ｅに付与される回転速度とが一致する。このため、トルクモータ１０や手首回転軸部６ｅに不必要な負荷が加わらなくなる。その結果、フロッグレッグアームロボットＲに振動が生じることを防止することができる。
したがって、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法によれば、手首回転軸部６ｅにトルクモータ１０が設置されたフロッグレッグアームロボットにおいて、トルクモータ１０の回転速度と手首回転軸部６ｅの回転速度とが不整合なことによる振動の発生を防止することができる。
【００８８】
また、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法においては、当該ロボットが特殊な姿勢である場合を含めて、所望の姿勢に移行することができる方向にトルクが供給されるように、制御部４からトルクモータ１０にトルク制御信号が入力される。
このため、従来では特異点とされていた姿勢（図４に示す特殊な姿勢）において、手首回転軸部６ｅに、所望の姿勢に移行することができる方向にトルクが供給される。その結果、フロッグレッグアームロボットにおける制御上の特異点を解消することができる。
【００８９】
［実施例］
本発明の第３実施形態の具体的な実施例について説明する。
図９には、駆動モータ５１の回転速度の経時的な変化のグラフを示し、図１０には、駆動モータ５１が発生するトルクの経時的な変化のグラフを示し、図１１には、駆動モータ５１が接続される肩回転軸部６ａの回転速度の経時的な変化のグラフを示している。
図１２には、駆動モータ５２の回転速度の経時的な変化のグラフを示し、図１３には、駆動モータ５２が発生するトルクの経時的な変化のグラフを示し、図１４には、駆動モータ５２が接続される肩回転軸部６ｃの回転速度の経時的な変化のグラフを示す。
図１５には、トルクモータ１０を接続される手首回転軸部６ｅの回転速度の経時的な変化のグラフを示す。図１６には、トルクモータ１０の回転速度の経時的な変化のグラフを示し、図１７には、トルクモータ１０が発生するトルクの経時的な変化のグラフを示している。
なお、すべてのグラフは同一の時間軸上で始点を同じくしてそれぞれの回転速度の変化を調べた結果を示している。
【００９０】
図９のグラフと図１１のグラフとを比較すると、駆動モータ５１は、減速機５３を介して肩回転軸部６ａに接続されているので、肩回転軸部６ａの回転速度は、駆動モータ５１の回転速度よりも減速される。したがって、肩回転軸部６ａの任意の時点における回転速度の大きさは、駆動モータ５１の同時点における回転速度の大きさとは一致しないものの、肩回転軸部６ａの回転速度は、駆動モータ５１の回転速度の変化に追従して経時的に推移している。
同様に、図１２のグラフと図１４のグラフとを比較すると、駆動モータ５２は、減速機５３と同じ減速比の減速機（図示略）を介して肩回転軸部６ｃに接続されているので、肩回転軸部６ｃの回転速度は、駆動モータ５２の回転速度よりも減速される。したがって、肩回転軸部６ｃの任意の時点における回転速度の大きさは、駆動モータ５２の同時点における回転速度の大きさとは一致しないものの、肩回転軸部６ｃの回転速度は、駆動モータ５２の回転速度の変化に追従して経時的に推移している。
図１１のグラフと図１４のグラフとを比較すると、駆動モータ５１と駆動モータ５２とが同期して駆動されるので、肩回転軸部６ａの回転速度は、肩回転軸部６ｃの回転速度とほぼ一致して経時的に推移している。
【００９１】
図１１のグラフと図１５のグラフとを比較すると、本実施形態のアーム部２１は上腕部２３の長さと前腕部２４の長さとが同じなので、上腕部２３および前腕部２４を介して肩回転軸部６ａとリンクする手首回転軸部６ｅの回転速度は、駆動モータ５１が接続された肩回転軸部６ａの回転速度とほぼ一致して経時的に推移している。
図１４のグラフと図１５のグラフとを比較すると、本実施形態のアーム部２２は上腕部２５の長さと前腕部２６の長さとが同じなので、上腕部２５、前腕部２６および同期歯車７１，７２を介して肩回転軸部６ｃとリンクする手首回転軸部６ｅの回転速度は、駆動モータ５２が接続された肩回転軸部６ｃの回転速度ともほぼ一致して経時的に推移している。
したがって、肩回転軸部６ａの回転速度、または肩回転軸部６ｃの回転速度を、手首回転軸部６ｅの回転速度と見なすことができる。
【００９２】
図１５のグラフと図１６のグラフとを比較すると、トルクモータ１０は手首回転軸部６ｅに減速機１１を介して接続されているので、手首回転軸部６ｅの回転速度は、トルクモータ１０の回転速度よりも減速される。したがって、手首回転軸部６ｅの任意の時点における回転速度の大きさは、トルクモータ１０の同時点における回転速度の大きさとは一致しないものの、手首回転軸部６ｅの回転速度は、トルクモータ１０の回転速度の変化に追従して経時的に推移している。
【００９３】
図１０のグラフと図１７のグラフとを比較すると、トルクモータ１０が発生させるトルクは、駆動モータ５１が発生させるトルクよりも小さい。また、図１３のグラフと図１７のグラフとを比較しても、トルクモータ１０が発生させるトルクは、駆動モータ５２が発生させるトルクよりも小さい。
【００９４】
本実施形態の制御部４は、トルクモータ１０を電気的に制御することにより、トルクモータ１０の回転速度を、駆動モータ５１，５２の駆動に依存して回転する手首回転軸部６ｅの回転速度と同期させている。このようにトルクモータ１０の制御を行うことにより、トルクモータ１０や手首回転軸部６ｅに不必要な負荷が加わらなくなることは明らかである。実際に、上記実施例に使用したフロッグレッグアームロボットＲには振動が生じ難いことが確認された。
また、本実施形態のトルクモータ１０は、駆動モータ５１，５２よりも出力の小さい小型のモータであっても十分に機能することが確認された。
【００９５】
以上、図面を参照しながら本発明のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００９６】
例えば、上記第１、第２および第３の各実施形態においては、トルクモータ１０が手首回転軸部６ｅに接続されており、手首回転軸部６ｅだけにトルクを供給する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。肘回転軸部６ｂ，６ｄ、および手首回転軸部６ｅ，６ｆのいずれかひとつにトルクモータ１０が接続されていれば、同様の効果を奏することができる。
また、トルクモータ１０はひとつだけに限らない。肘回転軸部６ｂ，６ｄ、および手首回転軸部６ｅ，６ｆのいずれかふたつ以上に、トルクモータがそれぞれ接続されていても良い。しかしながら、複数のトルクモータを設置した場合には、アーム部２がより過剰に拘束されることとなり、アーム部２およびハンド部３のスムーズな動作を妨害するおそれがある。そのため、トルクモータはひとつだけ設けられることが好ましい。このような場合であっても、トルクモータの回転速度と駆動モータの駆動に依存する回転軸部の回転速度との同期が図られる。
【００９７】
上記の各実施形態においては、アーム部２が水平面に沿って揺動される構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、水平面とは異なる角度の平面（基準平面）に沿ってアーム部２が揺動されるフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法に適用することもできる。
【００９８】
上記の各実施形態においては、第１アーム部２１が肩回転軸部６ａを介して本体部１に連結されるとともに、第２アーム部２２が肩回転軸部６ｃを介して本体部１に連結されている。すなわち、本発明の第１回転軸部がふたつ設けられている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。第１アーム部２１および第２アーム部２２がともに共通の肩回転軸部を介して本体部１に連結され、第１アーム部２１と第２アーム部２２とが互いに反対方向に回転可能であってもよい。すなわち、本発明の第１回転軸部がひとつだけ設けられていても良い。
【００９９】
上記の各実施形態においては、駆動装置５が、肩回転軸部６ａを介して上腕部２３を揺動させる駆動モータ５１と、肩回転軸部６ｃを介して上腕部２５を揺動させる駆動モータ５２とを備えている。そして、駆動モータ５１に駆動される肩回転軸部６ａと、駆動モータ５２に駆動される肩回転軸部６ｃとが同期して回転することにより、ハンド部３を直線的に移動させることができる。ところで、図１８に示すように、駆動装置５は、肩回転軸部６ａを介して上腕部２３を揺動させる駆動モータ５１と、肩回転軸部６ａと肩回転軸部６ｃとの間に設けられ、駆動モータ５１の駆動力を肩回転軸部６ａおよび肩回転軸部６ｃを介して上腕部２５に伝達することによって上腕部２５を揺動させる駆動力伝達機構８０とを備えていてもよい。駆動力伝達機構８０は、２つの同期歯車８１，８２からなり、第１実施形態の同期歯車７１，７２と同じ構造である。そして、駆動モータ５１に駆動される肩回転軸部６ａと、駆動モータ５１に駆動力伝達機構８０を介して駆動される肩回転軸部６ｃとが同期して回転することにより、ハンド部３を移動させることができる。
【０１００】
上記第３の実施形態においては、トルクモータ１０が減速機１１を介して手首回転軸部６ｅに接続されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、トルクモータ１０が手首回転軸部６ｅに直に接続されていても良い。このような場合には、減速比について考慮する必要がなく、トルクモータ１０の回転速度と、駆動モータ５１，５２の駆動に依存する手首回転軸部６ｅの回転速度とを一致させることによって、トルクモータ１０あるいは手首回転軸部６ｅに不必要な負荷が加わることを防止できる。その結果、フロッグレッグアームロボットＲにおいて振動が生じることを防止することができる。
【０１０１】
［産業上の利用可能性］
本発明は、本体部と、前記本体部に設置される駆動装置と、前記駆動装置によって回転される第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部と、前記駆動装置によって回転駆動される前記第1の回転軸部またはもうひとつの第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、前記基準平面に沿って揺動可能な第２の上腕部と、第２の回転軸部を介して一端が前記第１の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、第３の回転軸部を介して一端が前記第２の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端に回転可能に支持されるハンド部と、前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを相反する方向に同期回転させる同期手段と、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに接続され、自らが接続された前記回転軸部にトルクを供給するトルクモータと、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部が前記駆動装置の駆動によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるときに、前記トルクが前記回転軸部に、前記各腕部が前記所望の姿勢に移行することができる方向に供給されるように、前記トルクモータを電気的に制御する制御部とを備えるフロッグレッグアームロボットに関する。
本発明によれば、フロッグレッグアームロボットにおける制御上の特異点を実用的に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１実施形態を示す側面図である。
【図３】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１実施形態の機能ブロック図である。
【図４】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１実施形態の特殊な姿勢を説明するための平面図である。
【図５】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１実施形態の所望の姿勢を説明するための平面図である。
【図６】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１実施形態の所望されない姿勢を説明するための平面図である。
【図７】本発明のフロッグレッグアームロボットの第２実施形態を示す側面図である。
【図８】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態を示す側面図である。
【図９】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、一方の駆動モータの回転速度の経時的な推移を示すグラフである。
【図１０】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、一方の駆動モータが発生するトルクの経時的な推移を示すグラフである。
【図１１】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、一方の駆動モータを接続された肩回転軸部の回転速度の経時的な推移を示すグラフである。
【図１２】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、他方の駆動モータの回転速度の経時的な推移を示すグラフである。
【図１３】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、他方の駆動モータが発生するトルクの経時的な推移を示すグラフである。
【図１４】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、他方の駆動モータを接続された肩回転軸部の回転速度の経時的な推移を示すグラフである。
【図１５】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、駆動装置の駆動に依存して回転する手首回転軸部の回転速度の経時的な推移を示すグラフである。
【図１６】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、トルクモータの回転速度の経時的な推移を示すブラフである。
【図１７】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、トルクモータが発生するトルクの経時的な推移を示すグラフである。
【図１８】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１、第２および第３の各実施形態のいずれにも適用可能な変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
Ｒ…フロッグレッグアームロボット、１…本体部、２…アーム部、１１…減速機、２１…アーム部（第１のアーム部）、２２…アーム部（第２のアーム部）、２３…上腕部（第１の上腕部）、２４…前腕部（第１の前腕部）、２５…上腕部（第２の上腕部）、２６…前腕部（第２の前腕部）、３…ハンド部、４…制御部、５…駆動装置、５１，５２…駆動モータ、５３…減速機、６ａ…肩回転軸部（第１の回転軸部）、６ｂ…肘回転軸部（第２の回転軸部）、６ｃ…肩回転軸部（第１の回転軸部）、６ｄ…肘回転軸部（第３の回転軸部）、６ｅ…手首回転軸部（第４の回転軸部）、６ｆ…手首回転軸部（第５の回転軸部）、１０…トルクモータ、７１，７２…同期歯車（同期手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンド部に搬送対象物を載置した状態にて移送するフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、所定の搬送対象物をハンド部に載置した状態にて移送するアームロボットが用いられている。このようなアームロボットの中には、同期して動くふたつのアーム部によってハンド部が支持された、いわゆるフロッグレッグアームロボットがある。
このフロッグレッグアームロボットの各アーム部は、回転軸部によって連結された上腕部と前腕部とから構成されており、各アーム部の上腕部を本体部に設置された駆動モータによって回転駆動することによって、前腕部に連結されたハンド部を移動させる。
【０００３】
ところで、フロッグレッグアームロボットでは、アーム部が所定の姿勢であるときに、駆動モータの駆動によって、現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能な状態におかれることがある。このような状態は、いわゆる特異点と呼ばれている。当該ロボットが特異点にあるときに駆動モータを駆動すると、アーム部が所望の姿勢に移行するのか、所望しない姿勢に移行するのかが不定となり、制御が安定しなくなる。通常は、特異点を通過する際には、アーム部がある程度の速度を有しているため、特異点で停止することなく所望の姿勢に移行することが可能であるが、万が一、特異点にてアーム部が停止すると、当該ロボットは制御不能となる。
【０００４】
これに対し、例えば特許文献１には、上腕部と前腕部とを回転可能に連結する回転軸部に駆動モータの動力を伝達するために、スプロケットやチェーンを備えるフロッグレッグアームロボットが記載されている。このようなスプロケットやチェーンを備えるフロッグレッグアームロボットによれば、上腕部と前腕部とを連結する回転軸部にチェーン等を介してトルクを供給することによって、制御上の特異点が解消されるとのことである。
【０００５】
また、特許文献２には、特異点付近でトルクが供給されるように、上腕部と前腕部との連結部付近の前腕部に設置されたバネ部材と、前腕部が接続された部品につながる反力受けとを備えるフロッグレッグアームロボットが記載されている。このようなバネ部材や反力受けを備えるフロッグレッグアームロボットによれば、バネ部材の付勢力によって制御上の特異点が解消されるとのことである。
また、特許文献３のように、リンク部材を追加することによって特異点の解消を試みた例が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４では、平リンク機構の特異点を、フロッグレッグアームロボットの動作が固着する現象として捕らえ、その現象を解消するためにエアシリンダとラックピニオンギアとを用いた例が開示されている。
翼部等の部位に用いられる樹脂構造体においては、エロージョンやキャビテーション等によりその表面が磨耗等することが問題となっており、耐摩耗性を向上させるためその表面上に所定の強度を有する金属材からなる保護部材を設けることが成されている。このような樹脂構造体の製造方法として、従来では、数ミリ程度の薄い金属板に曲げ加工を施して翼形状に応じて変形させ、変形した金属板と翼部とを接着剤を介して併合させる方法が取られている。このような、樹脂構造体として、特許文献１には、繊維強化プラスチックで形成された翼部の表面に、複数の金属製の保護部材を設けるものが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２１６６９１号公報
【特許文献２】特開平２−３１１２３７号公報
【特許文献３】特開２０００−４２９７０号公報
【特許文献４】特許第３６８２８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、スプロケットやチェーン等の機械的な機構を用いて回転軸部にトルクを供給する場合、取付精度や形状精度等の誤差があることから、制御上の特異点を完全に解消することができない。
例えば、チェーンのテンションが緩むと、上腕部と前腕部とを連結する回転軸部にトルクを供給することができないために、制御上の特異点が生まれる。そのため、特異点においてアーム部が停止したり、特異点から所望の姿勢へ移行する際に当該ロボットの動作が不安定になったりする等の不具合が生じる。
バネ部材と反力受けとを用いる場合は、確かに特異点を解消する効果はある。しかしながら、特異点付近の前腕部すなわち荷の挙動がバネ力に強く依存してしまうので、動作速度と荷の重さに合わせたバネ力の調整が必要になる。バネ力の調整が適切に行われていないと、荷が特異点付近で衝撃を受けたり、特異点付近でのみ速度が極端に速くなったりして、当該ロボットのスムーズな動作ができなくなる。これに対処するには、バネ部材や反力受けの交換が必要となってしまう。つまり、動作環境の変化に弱いという不具合がある。
リンク部材を追加する場合は、機構学的には特異点を解消できるが、構造が複雑になってしまい、寸法、重量およびコスト等の観点から適用できる条件が厳しい。
エアシリンダを用いる場合では、特異点を解消する効果はあるが、空圧回路では、動作条件の変更等に伴うシリンダ推力等の調整が、空気配管の状態に依存する圧力損失等に影響されやすい。また、アームを駆動する電源とは別に、エアシリンダの動作に必要なエア供給源を別途用意する必要がある。さらに、動作範囲を広くとるためにはストロークの大きい長いシリンダを用いる必要がある。
このように、従来のフロッグレッグアームロボットにおける特異点対策には、実用的なものが存在しなかった。
【０００８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、フロッグレッグアームロボットにおける制御上の特異点を実用的に解消するとともに、フロッグレッグアームロボットのスムーズな動作を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のフロッグレッグアームロボットは、本体部と、前記本体部に設置される駆動装置と、前記駆動装置によって回転される第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部と、前記駆動装置によって回転駆動される前記第1の回転軸部またはもうひとつの第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、前記基準平面に沿って揺動可能な第２の上腕部と、第２の回転軸部を介して一端が前記第１の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、第３の回転軸部を介して一端が前記第２の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端に回転可能に支持されるハンド部と、前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを相反する方向に同期回転させる同期手段と、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに接続され、自らが接続された前記回転軸部にトルクを供給するトルクモータと、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部が前記駆動装置の駆動によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるときに、前記トルクが前記回転軸部に、前記各腕部が前記所望の姿勢に移行することができる方向に供給されるように、前記トルクモータを電気的に制御する制御部とを備える。
【００１０】
上記のように構成された本発明のフロッグレッグアームロボットによれば、第１の上腕部、第２の上腕部、第１の前腕部および第２の前腕部が駆動装置の駆動によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるとき、すなわち当該ロボットが従来において特異点とされていた姿勢であるときに、トルクモータが制御部によって電気的に制御される。これにより、第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに、当該ロボットを構成する各腕部が所望の姿勢に移行することができる方向にトルクが供給される。
【００１１】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに前記トルクモータによって供給される前記トルクは、前記駆動装置によって前記第１の回転軸部に供給されるトルクよりも小さくてもよい。
【００１２】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記制御部は、前記ハンド部が所定の一方向に移動する間、前記トルクが常に同一方向に供給されるように前記トルクモータを制御してもよい。
【００１３】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記トルクモータは、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部の少なくともいずれかひとつの内部に収納されていてもよい。
【００１４】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記トルクモータは、自らが接続された回転軸部にトルク制御信号に基づくトルクを供給するとともに、回転速度制御信号に基づく回転速度にて前記回転軸部を回転させてもよい。そして、前記制御部は、前記トルクモータに前記トルク制御信号を入力するとともに、前記トルクモータの回転速度が、前記駆動装置の駆動に依存して回転される前記回転軸部の回転速度と同期するように、前記トルクモータに前記回転速度制御信号を入力してもよい。
【００１５】
本発明のフロッグレッグアームロボットによれば、制御部からトルクモータにトルク制御信号が入力されるとき、すなわち回転軸部にトルクが供給されるときに、トルク制御信号とともに回転速度制御信号が入力される。この回転速度制御信号は、トルクモータの回転速度が、トルクモータを接続された回転軸部が駆動モータの駆動に依存して回転されるときの同回転軸部の回転速度と同期するように、トルクモータの回転速度を制御するための信号である。これにより、回転軸部にトルクを供給するとき、回転軸部の回転速度とトルクモータの回転速度とが同期する。
なお、本発明において、「前記トルクモータの回転速度が、前記駆動モータの駆動に依存して回転される前記回転軸部の回転速度と同期する」とは、トルクモータを接続された回転軸部がトルクモータの駆動に依存して回転されるときの回転速度が、同回転軸部が駆動モータの駆動に依存して回転されるときの回転速度とほぼ一致することを意味する。すなわち、トルクモータの回転速度および回転軸部の回転速度がその絶対量をも一致させて経時的に推移することも（厳密に一致して変化する）、両者が回転速度の絶対量は異なるものの経時的に同調して推移することをも含む。
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいては、駆動装置によって回転される第１の回転軸部の回転速度に、機構学的に定まるある比率を乗じることにより、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の回転速度が明らかになる。例えば、第１の上腕部の長さと第２の上腕部の長さとが同じであれば、第４、第５の回転軸部の回転速度は、第１の回転軸部の回転速度の２倍になる。本発明における「同期」とは、このように機構学的に定まる比率が守られるように、駆動装置によって回転される第１の回転軸部の回転速度と、トルクモータによって回転される回転軸部の回転速度とが制御されることをいう。さらに言えば、駆動モータとトルクモータとの同期は、第１の回転軸部と、トルクモータによって回転される回転軸部との同期に依存して決定される。
【００１６】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記制御部は、前記トルクモータが接続される前記回転軸部の回転速度を、前記駆動装置の制御値に基づいて算出してもよい。
【００１７】
本発明のフロッグレッグアームロボットは、前記トルクモータと前記回転軸部との間に介在し、前記トルクモータの回転速度を減速して前記回転軸部に伝達する減速機をさらに備えていてもよい。そして、前記制御部は、前記減速機の減速比、および前記減速機によって減速された前記回転軸部の回転速度に基づいて前記回転速度制御信号を生成してもよい。
【００１８】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいては、前記トルクモータがひとつだけ設けられてもよい。
【００１９】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記駆動装置は、前記第１の回転軸部を介して前記第１の上腕部を揺動させる第１の駆動モータと、前記もうひとつの第１の回転軸部を介して前記第２の上腕部を揺動させる第２の駆動モータとを備えていてもよい。
【００２０】
本発明のフロッグレッグアームロボットにおいて、前記駆動装置は、前記第１の回転軸部を介して前記第１の上腕部を揺動させる駆動モータと、前記第１の回転軸部と前記第２の回転軸部との間に設けられ、前記駆動モータの駆動力を前記第１の回転軸部から前記第２の回転軸部に伝達することによって前記第２の上腕部を揺動させる駆動力伝達機構とを備えていてもよい。
【００２１】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法は、本体部と、前記本体部に設置される駆動装置と、前記駆動装置によって回転される第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部と、前記駆動装置によって回転駆動される前記第1の回転軸部またはもうひとつの第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、前記基準平面に沿って揺動可能な第２の上腕部と、第２の回転軸部を介して一端が前記第１の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、第３の回転軸部を介して一端が前記第２の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端に回転可能に支持されるハンド部と、前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを相反する方向に同期回転させる同期手段と、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに接続され、自らが接続された前記回転軸部にトルクを供給するトルクモータとを備えるフロッグレッグアームロボットの制御方法であって、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部が前記駆動装置の駆動によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるときに、前記トルクが前記回転軸部に、前記各腕部が前記所望の姿勢に移行することができる方向に供給されるように、前記トルクモータを電気的に制御する。
【００２２】
上記のように構成された本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法によれば、第１の上腕部、第２の上腕部、第１の前腕部および第２の前腕部が駆動装置の駆動によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるとき、すなわち当該ロボットの姿勢が従来において特異点とされていた状態にあるときに、トルクモータが制御部によって電気的に制御される。これにより、第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに、当該ロボットを構成する各腕部が所望の姿勢に移行することができる方向にトルクが供給される。
【００２３】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法において、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに前記トルクモータによって供給される前記トルクは、前記駆動装置によって前記第１の回転軸部に供給されるトルクよりも小さくてもよい。
【００２４】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法において、前記ハンド部が所定の一方向に移動する間、前記トルクを常に同一方向に供給してもよい。
【００２５】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法において、前記トルクモータは、自らが接続された回転軸部にトルク制御信号に基づくトルクを供給するとともに、回転速度制御信号に基づく回転速度にて前記回転軸部を回転させてもよい。そして、前記トルクモータに前記トルク制御信号を入力するとともに、前記トルクモータの回転速度が、前記駆動装置の駆動に依存して回転される前記回転軸部の回転速度と同期するように、前記トルクモータに前記回転速度制御信号を入力してもよい。
【００２６】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法によれば、トルクモータにトルク制御信号が入力されるとき、すなわちトルクモータが接続された回転軸部にトルクが供給されるときに、このトルク制御信号とともに、トルクモータに回転速度制御信号が入力される。この回転速度制御信号は、トルクモータの回転速度が、トルクモータを接続された回転軸部が駆動モータの駆動に依存して回転されるときの同回転軸部の回転速度と同期するように、トルクモータの回転速度を制御するための信号である。これにより、回転軸部にトルクを供給するときに、回転軸部の回転速度とトルクモータの回転速度とが同期する。
【００２７】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法において、前記トルクモータが接続される前記回転軸部の回転速度を、前記駆動装置の制御値に基づいて算出してもよい。
【００２８】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法において、前記トルクモータと前記回転軸部との間に介在し、前記トルクモータの回転速度を減速して前記回転軸部に伝達する減速機の減速比、および前記減速機によって減速された前記回転軸部の回転速度に基づいて前記回転速度制御信号を生成してもよい。
【００２９】
本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法において、前記トルクは、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部のいずれかひとつに供給されてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のフロッグレッグアームロボット、および当該ロボットの制御方法によれば、当該ロボットの姿勢が従来において特異点とされていた状態にあるとき、すなわち第１の上腕部、第２の上腕部、第１の前腕部および第２の前腕部が駆動装置の駆動によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるときに、トルクモータが電気的に制御され、第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに、当該ロボットを構成する各腕部が所望の姿勢に移行することができる方向にトルクが供給される。すなわち、本発明においては、取付精度や形状精度に依存する機械的な制御を行うことなく、電気的な制御のみによって回転軸部にトルクが供給される。
【００３１】
本発明によれば、フロッグレッグアームロボットの動作環境が変化したとしても、板バネのような機械的な補助手段（バネ部材）を交換することなく、電気的な指令を変更するだけでトルクモータのトルク量等を調整することが可能である。これにより、フロッグレッグアームロボットの特異点付近におけるスムーズな動作が可能となる。
また、リンク部材を追加する必要がないので、本発明のフロッグレッグアームロボットは、簡単な構造であるにもかかわらず、特異点における問題を解消することができる。
【００３２】
さらに、エアシリンダを用いた場合と比較すると、電動モータ等の電気的なトルク供給手段を用いるので、電気配線の状態にほとんど依存せずに所望のトルクを安定して発生させることができる。また、駆動モータと同じ電源を用いることができ、エア供給源のような機器を別途用意する必要がない。また、ラックピニオンギアやエアシリンダのような長い部品を用いる必要がないので寸法に関する制限が緩やかである。
【００３３】
このように、従来特異点とされていた姿勢において、第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに、電気的に制御可能なトルクモータを用いて、フロッグレッグアームロボットが所望の姿勢に移行することができる方向にトルクを供給することにより、当該ロボットにおける制御上の特異点を実用的に解消することができる。
【００３４】
本発明のフロッグレッグアームロボット、および当該ロボットの制御方法によれば、回転軸部にトルクを供給するときに、トルクモータの回転速度が、トルクモータを接続された回転軸部が駆動モータの駆動に依存して回転されるときの同回転軸部の回転速度と同期する。すなわち、トルクモータを接続された回転軸部がトルクモータの駆動に依存して回転されるときの回転速度が、同回転軸部が駆動モータの駆動に依存して回転されるときの回転速度とほぼ一致する。これにより、トルクモータあるいは回転軸部に不必要な負荷が加わらない。その結果、フロッグレッグアームロボットの特異点付近におけるスムーズな動作が可能になることに加え、フロッグレッグアームロボットに、回転軸部の回転速度とトルクモータの回転速度とが整合しないことに起因する振動が生じることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００３６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの概略構成を示した平面図である。図２は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの概略構成を示した側面図である。図３は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの機能構成を示したブロック図である。
【００３７】
各図に示すように、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲは、本体部１と、アーム部２と、ハンド部３と、制御部４とを備えている。
【００３８】
本体部１は、例えばスタッカクレーンのケージなどの基部Ｂ上に回転可能に設置される。本体部１には、アーム部２をそれぞれ揺動させることによってハンド部３を水平面（基準平面）に沿って前後に移動させるための駆動装置５が設けられている。駆動装置５は、駆動モータ５１，５２を備えている。駆動モータ５１は肩回転軸部６ａ（第１の回転軸部）に接続され、駆動モータ５２は肩回転軸部６ｃ（第１の回転軸部）に接続されている。
【００３９】
アーム部２は、ハンド部３の移動域を挟んで左右対称に配置された一対のアーム部２１，２２とで構成されている。なお、以下の説明においては、アーム部２１を第１アーム部２１と称し、アーム部２２を第２アーム部２２と称する。
【００４０】
第１アーム部２１は、上腕部２３（第１の上腕部）と、前腕部２４（第１の前腕部）とで構成されている。上腕部２３の一端は、本体部１に設置された駆動モータ５１に、肩回転軸部６ａを介して連結されている。上腕部２３は、駆動モータ５１が回転駆動されることにより、水平面に沿って揺動可能である。前腕部２４の一端は、肘回転軸部６ｂ（第２の回転軸部）を介して上腕部２３の他端に回転可能に支持されている。前腕部２４は、上腕部２３の揺動に伴って肘回転軸部６ｂが回転することにより、水平面に沿って揺動可能である。
【００４１】
第２アーム部２２は、上腕部２５（第２の上腕部）と、前腕部２６（第２の前腕部）とで構成されている。上腕部２５の一端は、本体部１に設置された駆動モータ５２に、肩回転軸部６ｃを介して連結されている。上腕部２５は、駆動モータ５２が回転駆動されることにより、水平面に沿って揺動可能である。前腕部２６の一端は、肘回転軸部６ｄ（第３の回転軸部）を介して上腕部２５の他端に回転可能に支持されている。前腕部２６は、上腕部２５の揺動に伴って肘回転軸部６ｄが回転することにより、水平面に沿って揺動である。
【００４２】
ハンド部３は、手首回転軸部６ｅ（第４の回転軸部）を介して第１アーム部２１の前腕部２４の他端に回転可能に支持されるとともに、手首回転軸部６ｆ（第５の回転軸部）を介して第２アーム部２２の前腕部２６の他端に回転可能に支持されている。ハンド部３は、搬送対象物（例えば、ガラス基板やガラス基板を収納したカセット等）を載置可能である。
【００４３】
また、第１アーム部２１の前腕部２４の他端、および第２アーム部２２の前腕部２６の他端には、同期歯車７１，７２（同期手段）がそれぞれ設けられている。同期歯車７１，７２は対をなし、一方の同期歯車７１は前腕部２４の他端に設置され、他方の同期歯車７２は前腕部２６の他端に設置されている。両歯車は、互いに噛み合わされることによって双方が相反する方向に同期回転可能である。これにより、第１アーム部と第２アーム部２２とが同期して対称に動作するので、ハンド部３を直線的に移動させることができる。
【００４４】
そして、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、トルクモータ１０が、第１アーム部２１の前腕部２４とハンド部３とを接続する手首回転軸部６ｅに接続されている。
このトルクモータ１０は、後述する制御部４によって電気的に制御されるものである。具体的には、手首回転軸部６ｅに、制御部４から入力されるトルク制御信号に基づくトルクを、水平面に沿う方向に供給する。トルクモータ１０は、電気的にトルク制御ができるものであれば良く、サーボ式、誘導式の他、どのようなタイプのものを用いても良い。
なお、トルクモータ１０によって手首回転軸部６ｅに供給されるトルクは、駆動モータ５１，５２によって肩回転軸部６ａ，６ｃにそれぞれ供給されるトルクよりも小さく設定されている。例えば、駆動モータ５１，５２として、出力が１ｋＷのモータを用いる場合には、トルクモータ１０としては、出力が４００から６００Ｗのモータを用いれば良い。
【００４５】
制御部４は、フロッグレッグアームロボットＲの動作全体を統括するものであり、演算処理部４１と、記憶部４２と、動作指示情報記憶部４３と、入出力部４４とを備えている。演算処理部４１は、外部から入力される情報に基づいて駆動モータ５１，５２およびトルクモータ１０の動作指示情報を求める。記憶部４２は、演算処理部４１にて用いられる各種アプリケーションやデータを記憶する。動作指示情報記憶部４３は、演算処理部４１によって求められた動作指示情報を一時的に記憶する。入出力部４４は、駆動モータ５１，５２およびトルクモータ１０と、演算処理部４１との間において信号の入出力を行う。
【００４６】
このような構成を有する制御部４は、駆動モータ５１と駆動モータ５２とを同期して駆動することによって第１アーム部２１と第２アーム部２２とを揺動させ、これによってハンド部３を前後に移動させる。
また、制御部４は、駆動モータ５１，５２だけを駆動したとき、アーム部２が現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるならば、トルクモータ１０を電気的に制御し、手首回転軸部６ｅに、アーム部２が所望の姿勢に移行することができるように、これに適した方向にトルクを供給する。
【００４７】
なお、アーム部２が現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能な姿勢とは、図４に示すように、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とが重なり、第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とが重なり、さらに第１アーム部２１と第２アーム部２２とがあたかもある直線上に位置するかのような姿勢である。なお、以下の説明において、図４に示す姿勢を特殊な姿勢と称する。また、図４、図５および図６においては、図面の視認性を向上させるために、ハンド部３および制御部４を省略している。
【００４８】
アーム部２が図４に示す特殊な姿勢にあるときに、ハンド部３を押し出す方向に移動させるために駆動モータ５１，５２を矢印方向に駆動すると、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とが互いに開くとともに、第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とが互いに開き、所望のようにハンド部３を押し出す方向にアーム部２の姿勢が移行することもある（図５参照）。
一方で、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とが重なるとともに、第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とが重なって、そのような状態のまま、ハンド部３を移動させることなく第１アーム部２１と第２アーム部２２とだけが回動する方向にアーム部２の姿勢が移行することもある（図６参照）。
このため、アーム部２が特殊な姿勢において停止したときには、アーム部２が所望の姿勢か、所望しない姿勢に移行するかが不定となり、制御が不安定となる。従来のフロッグレッグアームロボットにおいては、特殊な姿勢、すなわち所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれに移行するかが不定である姿勢が、制御上の特異点とされている。
【００４９】
また、特殊な姿勢からハンド部３を引き出す方向に移動させるときであっても、駆動モータ５１，５２だけの駆動に依存していれば、ハンド部３を押し出す方向に移動させるときと同様に、特殊な姿勢が従来のフロッグレッグアームロボットにおける制御上の特異点となる。
【００５０】
次に、上述のように構成された本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲの動作（フロッグレッグアームロボットの制御方法）について説明する。
【００５１】
まず、制御部４は、演算処理部４１を用いて、駆動モータ５１，５２、トルクモータ１０、またはフロッグレッグアームロボットＲの外部から入力される情報、および記憶部４２に記憶されたアプリケーションやデータに基づいて、ハンド部３を移動させる方向（押し出す方向あるいは引き出す方向）およびその移動量を求め、動作指示情報として動作指示情報記憶部４３に記憶させる。
続いて、制御部４は、所定のタイミングで動作指示情報記憶部４３から動作指示情報を引き出し、入出力部４４を介して駆動モータ５１，５２およびトルクモータ１０に動作指示信号を入力する。
【００５２】
例えば、制御部４から、ハンド部３を押し出す方向に所定量移動させる動作指示信号が出力されると、駆動モータ５１が肩回転軸部６ａを図１における右回りに回転させ、駆動モータ５２が肩回転軸部６ｃを図１における左周りに回転させる。
このように、肩回転軸部６ａが図１における右回りに回転されることによって、第１アーム部２１の上腕部２３がその一端を中心として図１における右回転方向に揺動される。同時に、肩回転軸部６ｃが図１における左周りに回転されることによって、第２アーム部２２の上腕部２５がその一端を中心として図１における左回転方向に揺動される。このような上腕部２３の揺動が、肘回転軸部６ｂを介して前腕部２４に伝達され、第１アーム部２１の前腕部２４が肘回転軸部６ｂを中心として左回転方向に揺動される。同時に、このような上腕部２５の揺動が、肘回転軸部６ｄを介して前腕部２６に伝達され、第２アーム部２２の前腕部２６が肘回転軸部６ｄを中心として右回転方向に揺動される。
【００５３】
ここで、第１アーム部２１の動きと第２アーム部２２の動きとは、同期歯車７１，７２が互いに噛み合うことによって同期される。このため、第１アーム部２１の前腕部２４の揺動と第２アーム部２２の前腕部２６の揺動とが同期される。
そして、第１アーム部２１の前腕部２４の揺動が手首回転軸部６ｅを介してハンド部３に伝達されるとともに、第２アーム部２２の前腕部２６の揺動が手首回転軸部６ｆを介してハンド部３に伝達されることによって、ハンド部３が押し出される方向に移動する。
なお、ハンド部３の移動量は、肩回転軸部６ａ，６ｃの回転量によって決定付けられるため、駆動モータ５１，５２は、ハンド部３を所定量移動させる分だけ肩回転軸部６ａ，６ｃをそれぞれ回転させることによって、ハンド部３を所定移動量だけ移動させる。
【００５４】
一方、制御部４から、ハンド部３を引き出す方向に所定量移動させる動作指示信号が出力されると、駆動モータ５１が肩回転軸部６ａを図１における左回りに回転させ、駆動モータ５２が肩回転軸部６ｃを図１における右周りに回転させる。
このように、肩回転軸部６ａが図１における左回りに回転されることによって、第１アーム部２１の上腕部２３がその一端を中心として図１における左回転方向に揺動される。同時に、肩回転軸部６ｃが図１における右周りに回転されることによって、第２アーム部２２の上腕部２５がその一端を中心として図１における右回転方向に揺動される。このような上腕部２３の揺動が、肘回転軸部６ｂを介して前腕部２４に伝達され、第１アーム部２１の前腕部２４が肘回転軸部６ｂを中心として右回転方向に揺動される。同時に、このような上腕部２５の揺動が、肘回転軸部６ｄを介して前腕部２６に伝達され、第２アーム部２２の前腕部２６が肘回転軸部６ｄを中心として左回転方向に揺動される。
そして、第１アーム部２１の前腕部２４の揺動が手首回転軸部６ｅを介してハンド部３に伝達されるとともに、第２アーム部２２の前腕部２６の揺動が手首回転軸部６ｆを介してハンド部３に伝達されることによって、ハンド部３が引き出される方向に移動する。
【００５５】
ここで、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、制御部４は、ハンド部３を移動させている過程では、トルクモータ１０を制御することによって、手首回転軸部６ｅに、図４に示す特殊な姿勢から所望の姿勢に移行することができる方向に、常にトルクを供給する。
具体的には、制御部４は、ハンド部３を押し出す方向に移動させる場合には、トルクモータ１０を電気的に制御することによって、手首回転軸部６ｅに、図１における左回転方向にトルクを供給する。また、ハンド部３を引き出す方向に移動させる場合には、トルクモータ１０を電気的に制御することによって、手首回転軸部６ｅに、図１における右回転方向にトルクを供給する。
【００５６】
つまり、ハンド部３を押し出す方向に移動させる過程で、アーム部２が図４に示す特殊な姿勢を経る場合には、手首回転軸部６ｅに、図１における左回転方向（所望の姿勢に移行することができる方向）にトルクが供給されている。このため、特殊な姿勢から図６に示す所望しない姿勢に移行することなく、滑らかに図５に示す所望の姿勢に移行することができる。
一方、ハンド部３を引き出す方向に移動させる過程で、図４に示す特殊な姿勢を経る場合にも、手首回転軸部６ｅに、図１における右回転方向（所望の姿勢に移行することができる方向）にトルクが供給されている。このため、特殊な姿勢から所望しない姿勢に移行することなく、滑らかに所望の姿勢に移行することができる。
すなわち、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲおよびその制御方法によれば、アーム部２が特殊な姿勢にあっても、所望しない姿勢に無秩序に移行することがなく、必ず所望の姿勢に移行する。したがって、制御上の特異点が解消される。
【００５７】
また、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法によれば、取付精度や形状精度に依存する機械的な制御を行うことなく、電気的な制御のみによって手首回転軸部６ｅにトルクを供給する。
このため、動作環境が変化したとしても、板バネのような機械的な補助手段（バネ部材）を交換することなく、電気的な指令を制御するだけでトルク量等の変更が可能であるので、特異点付近でのスムーズな動作が可能となる。
また、リンク部材を追加する必要がないので構造が簡単なフロッグレッグアームロボットのまま特異点を解消することができる。
【００５８】
さらに、エアシリンダを用いた場合と比べると、電動モータ等の電気的なトルク供給手段を用いる場合には、電気配線の状態にほとんど依存せずに所望のトルクを安定して発生させることができる。また、駆動モータと同じ電源を用いることができ、エア供給源のような機器を別途用意する必要がない。また、ラックピニオンギアやエアシリンダのような長い部品を用いる必要がないので寸法制限がより柔軟である。
このように、従来特異点とされていた姿勢（図４に示す特殊な姿勢）において、手首回転軸部６ｅに、所望の姿勢に移行することができる方向に、電気的に制御可能なトルクモータ１０を用いてトルクを供給することにより、フロッグレッグアームロボットにおける制御上の特異点を実用的に解消することができる。
【００５９】
また、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法においては、手首回転軸部６ｅにトルクを供給するための機械的な機構（チェーンやスプロケット等）を備えていないため、装置構成を簡素化することができる。また、機械的な機構を備えないことによって、装置の摺動部分が減少され、装置からの粉塵の発生を抑制することができる。したがって、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法は、クリーンルーム内での使用に適したものとなる。
【００６０】
なお、制御上の特異点を解消するだけであれば、特殊な姿勢においてのみ手首回転軸部６ｅにトルクを供給すれば良い。これに対し、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法においては、手首回転軸部６ｅに常にトルクを供給している。
このため、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法においては、アーム部２が常に過剰に拘束される。したがって、アーム部２やハンド部３の取付精度や形状精度による誤差による振動を抑制することができる。その結果、ハンド部３の位置精度を向上させることが可能となる。
なお、アーム部２が常に過剰に拘束されていることによって、駆動モータ５１，５２の出力を従来よりも増加させる必要がある。ただし、駆動モータ５１，５２の出力を従来よりも増加させることが困難であれば、特殊な姿勢においてのみ手首回転軸部６ｅにトルクを供給すれば良い。
【００６１】
また、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法においては、トルクモータ１０が手首回転軸部６ｅに供給するトルクは、駆動モータ５１，５２が肩回転軸部６ａ，６ｃに供給するトルクよりも小さくされている。このため、手首回転軸部６ｅにトルクが供給されているときであっても、駆動モータ５１，５２によって肩回転軸部６ａ，６ｃにトルクを供給することによって、アーム部２およびハンド部３をスムーズに動かすことができる。
【００６２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
図７は、本実施形態におけるフロッグレッグアームロボットの概略構成を示す側面図である。この図に示すように、本実施形態のフロッグレッグアームロボットにおいては、トルクモータ１０が、前腕部２４の内部に収納されている。
【００６３】
このような本実施形態のフロッグレッグアームロボットによれば、トルクモータ１０が、前腕部２４の内部に収納されているため、フロッグレッグアームロボットの外部に突出する部材をなくすことができる。したがって、フロッグレッグアームロボットの外部にトルクモータの移動スペースを確保する必要がなく、従来のフロッグレッグアームロボットと同様の設置スペースにて本実施形態のフロッグレッグアームロボットを設置することができる。
【００６４】
なお、トルクモータ１０は、必ずしも前腕部２４の内部に収納状態で配置されるものではない。例えば、トルクモータ１０が手首回転軸部６ｆと接続される場合には、前腕部２６の内部にトルクモータ１０が収納状態に配置される。また、トルクモータ１０が肘回転軸部６ｂと接続される場合には、前腕部２４、上腕部２３のいずれかの内部もしくは両方の内部に渡って収納状態に配置される。また、トルクモータ１０が肘回転軸部６ｄと接続される場合には、前腕部２６、上腕部２５のいずれかの内部もしくは両方の内部に渡って収納状態に配置される。
【００６５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
図８は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの概略構成を示した側面図である。この図に示すように、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、トルクモータ１０が、第１アーム部２１の前腕部２４とハンド部３とを接続する手首回転軸部６ｅに、減速機１１を介して接続されている。また、駆動モータ５１が、肩回転軸部６ａに、減速機５３を介して接続され、駆動モータ５２が、肩回転軸部６ｃに、もうひとつの減速機（図示略）を介して接続されている。減速機５３の減速比と、もうひとつの減速機の減速比とは同じである。
【００６６】
このトルクモータ１０は、手首回転軸部６ｅに、制御部４から入力されるトルク制御信号に基づくトルクを、水平面に沿う方向に供給する。さらに、トルクモータ１０は、制御部４から入力される回転速度制御信号に基づく回転速度で回転する。本実施形態のトルクモータ１０には、サーボ式のトルクモータが好適に用いることができる。
【００６７】
本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、演算処理部４１において、トルクモータ１０の動作指示情報として、トルクモータ１０の回転速度を制御するための回転速度制御信号が生成される。また、記憶部４２に、駆動モータ５１，５２の制御値から手首回転軸部６ｅの回転速度を算出するための演算式、減速機１１の減速比が記憶されている。
また、制御部４は、トルクモータ１０を用いて手首回転軸部６ｅにトルクを供給するときに、トルクモータ１０の回転速度を、駆動モータ５１，５２の駆動に依存して回転される手首回転軸部６ｅの回転速度と同期させる。
【００６８】
制御部４は、ハンド部３を移動させている過程では、トルクモータ１０を制御することによって、手首回転軸部６ｅに、図４に示す特殊な姿勢から所望の姿勢に移行することができる方向に、常にトルクを供給する。
具体的には、制御部４は、ハンド部３を押し出す方向に移動させるときには、トルクモータ１０に入力するトルク制御信号を制御することによって、手首回転軸部６ｅに、図１における左回転方向にトルクを供給する。また、ハンド部３を引き出す方向に移動させるときには、トルクモータ１０に入力するトルク制御信号を制御することによって、手首回転軸部６ｅに、図１における右回転方向にトルクを供給する。
【００６９】
本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲおよびその制御方法によれば、上記第１の実施形態において説明したように、アーム部２が特殊な姿勢にあっても、所望しない姿勢に無秩序に移行することがなく、必ず所望の姿勢に移行する。したがって、制御上の特異点が解消される。
【００７０】
さらに、本実施形態のフロッグレッグアームロボットにおいて、制御部４は、トルクモータ１０を用いて手首回転軸部６ｅにトルクを供給するときに、トルクモータ１０の回転速度を、駆動モータ５１，５２の駆動に依存して回転される手首回転軸部６ｅの回転速度と同期させる。本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲおよびその制御方法においては、ハンド部３を押し出す方向に移動されるときでも、ハンド部３を引き出す方向に移動させるときでも、トルクモータ１０によって手首回転軸部６ｅに常にトルクが供給される。したがって、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲおよびその制御方法においては、トルクモータ１０の回転速度が、駆動モータ５１，５２の駆動に依存して回転される手首回転軸部６ｅの回転速度と常に同期する。
なお、本実施形態において、「トルクモータ１０の回転速度を、駆動モータ５１，５２の駆動に依存して回転される手首回転軸部６ｅの回転速度と同期させる」とは、減速機１１を介して手首回転軸部６ｅに付与されるトルクモータ１０の回転速度と、駆動モータ５１，５２の駆動力に依存してアーム部２を介して手首回転軸部６ｅに付与される回転速度とが一致することを意味する。
【００７１】
具体的には、制御部４は、記憶部４２に記憶された制御値から手首回転軸部６ｅの回転速度を算出するための演算式を用いて、駆動モータ５１，５２の制御値に基づいて手首回転軸部６ｅの回転速度を算出する。そして、制御部４は、当該算出結果と、記憶部４２に記憶された減速比とに基づいて回転速度制御信号を生成する。そして、この生成した回転速度制御信号をトルクモータ１０に入力する。
【００７２】
以下に回転速度制御信号を生成する一例について数式を用いて説明する。以下の説明においては、上述した特殊な姿勢を通過する際における回転速度制御信号の生成方法について説明する。なお、上記各実施形態においては、絶対空間における各モータおよび各回転軸部の回転速度について論じているが、以下では、相対空間における各モータおよび各回転軸部の回転速度について論じるものとする。
以下の数式において、上腕部２３，２５の長さ、および前腕部２４，２６の長さはすべて同じものとし、この長さをＬ（ｍ）とする。また、肩回転軸部６ａ，６ｃの回転速度をωａ（ｒｐｍ）、手首回転軸部６ｅの回転速度をωｔ（ｒｐｍ）、トルクモータ１０の回転速度をωｔｍ（ｒｐｍ）、減速機１１の減速比をηｔ、トルクモータ１０の最大回転速度をωｔｍｍａｘ（ｒｐｍ）、トルクモータ速度指令をｙ（％）とする。
【００７３】
まず、特殊な姿勢を通過する際に駆動モータ５１，５２に入力される速度指令をＶ（ｍ／ｍｉｎ）とすると、速度指令Ｖ（駆動モータへの制御値）は、下式（１）のように表される。
【００７４】
【数１】
【００７５】
このため、肩回転軸部６ａ，６ｃの回転速度ωａは、下式（２）のように表される。
【００７６】
【数２】
【００７７】
ここで、肩回転軸部６ａ，６ｃの回転速度ωａと、手首回転軸部６ｅの回転速度ωｔとは、原理的に同期すべきである。そこで、減速比ηｔを考慮すると、肩回転軸部６ａ，６ｃの回転速度ωａは、さらに下式（３）のように表される。
【００７８】
【数３】
【００７９】
したがって、トルクモータ１０の回転速度ωｔｍは、下式（４）のように表すことができる。また、下式（４）に上式（２）を代入することによって、下式（５）が得られる。
【００８０】
【数４】
【００８１】
【数５】
【００８２】
トルクモータ速度指令ｙ、すなわち回転速度制御信号は、トルクモータ１０の最大回転速度に対する比率で表されるため、下式（６）のように表される。
【００８３】
【数６】
【００８４】
上式（６）に上式（５）を代入することによって、求めるべき回転速度制御信号である、トルクモータ速度指令ｙは、下式（７）のように表される。
【００８５】
【数７】
【００８６】
以上は駆動モータ５１，５２が設置された座標系において考えられる理論式である。しかしながら、トルクモータ１０と駆動モータ５１，５２とが上述のアーム機構を介して接続されているので、トルクモータ１０は、駆動モータ５１，５２から見ると相対的に回転する空間に設置されている。したがって、機構学的な考慮をすると、トルクモータ１０の回転速度の指令は、実質的にはさらに２倍となる。
【００８７】
このような本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法によれば、手首回転軸部６ｅにトルクが供給されるとき、トルクモータ１０の回転速度が、駆動モータ５１，５２の駆動に依存して回転される手首回転軸部６ｅの回転速度と同期する。すなわち、減速機１１を介して手首回転軸部６ｅに付与されるトルクモータ１０の回転速度と、駆動モータ５１，５２の駆動力に依存してアーム部２を介して手首回転軸部６ｅに付与される回転速度とが一致する。このため、トルクモータ１０や手首回転軸部６ｅに不必要な負荷が加わらなくなる。その結果、フロッグレッグアームロボットＲに振動が生じることを防止することができる。
したがって、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法によれば、手首回転軸部６ｅにトルクモータ１０が設置されたフロッグレッグアームロボットにおいて、トルクモータ１０の回転速度と手首回転軸部６ｅの回転速度とが不整合なことによる振動の発生を防止することができる。
【００８８】
また、本実施形態のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法においては、当該ロボットが特殊な姿勢である場合を含めて、所望の姿勢に移行することができる方向にトルクが供給されるように、制御部４からトルクモータ１０にトルク制御信号が入力される。
このため、従来では特異点とされていた姿勢（図４に示す特殊な姿勢）において、手首回転軸部６ｅに、所望の姿勢に移行することができる方向にトルクが供給される。その結果、フロッグレッグアームロボットにおける制御上の特異点を解消することができる。
【００８９】
［実施例］
本発明の第３実施形態の具体的な実施例について説明する。
図９には、駆動モータ５１の回転速度の経時的な変化のグラフを示し、図１０には、駆動モータ５１が発生するトルクの経時的な変化のグラフを示し、図１１には、駆動モータ５１が接続される肩回転軸部６ａの回転速度の経時的な変化のグラフを示している。
図１２には、駆動モータ５２の回転速度の経時的な変化のグラフを示し、図１３には、駆動モータ５２が発生するトルクの経時的な変化のグラフを示し、図１４には、駆動モータ５２が接続される肩回転軸部６ｃの回転速度の経時的な変化のグラフを示す。
図１５には、トルクモータ１０を接続される手首回転軸部６ｅの回転速度の経時的な変化のグラフを示す。図１６には、トルクモータ１０の回転速度の経時的な変化のグラフを示し、図１７には、トルクモータ１０が発生するトルクの経時的な変化のグラフを示している。
なお、すべてのグラフは同一の時間軸上で始点を同じくしてそれぞれの回転速度の変化を調べた結果を示している。
【００９０】
図９のグラフと図１１のグラフとを比較すると、駆動モータ５１は、減速機５３を介して肩回転軸部６ａに接続されているので、肩回転軸部６ａの回転速度は、駆動モータ５１の回転速度よりも減速される。したがって、肩回転軸部６ａの任意の時点における回転速度の大きさは、駆動モータ５１の同時点における回転速度の大きさとは一致しないものの、肩回転軸部６ａの回転速度は、駆動モータ５１の回転速度の変化に追従して経時的に推移している。
同様に、図１２のグラフと図１４のグラフとを比較すると、駆動モータ５２は、減速機５３と同じ減速比の減速機（図示略）を介して肩回転軸部６ｃに接続されているので、肩回転軸部６ｃの回転速度は、駆動モータ５２の回転速度よりも減速される。したがって、肩回転軸部６ｃの任意の時点における回転速度の大きさは、駆動モータ５２の同時点における回転速度の大きさとは一致しないものの、肩回転軸部６ｃの回転速度は、駆動モータ５２の回転速度の変化に追従して経時的に推移している。
図１１のグラフと図１４のグラフとを比較すると、駆動モータ５１と駆動モータ５２とが同期して駆動されるので、肩回転軸部６ａの回転速度は、肩回転軸部６ｃの回転速度とほぼ一致して経時的に推移している。
【００９１】
図１１のグラフと図１５のグラフとを比較すると、本実施形態のアーム部２１は上腕部２３の長さと前腕部２４の長さとが同じなので、上腕部２３および前腕部２４を介して肩回転軸部６ａとリンクする手首回転軸部６ｅの回転速度は、駆動モータ５１が接続された肩回転軸部６ａの回転速度とほぼ一致して経時的に推移している。
図１４のグラフと図１５のグラフとを比較すると、本実施形態のアーム部２２は上腕部２５の長さと前腕部２６の長さとが同じなので、上腕部２５、前腕部２６および同期歯車７１，７２を介して肩回転軸部６ｃとリンクする手首回転軸部６ｅの回転速度は、駆動モータ５２が接続された肩回転軸部６ｃの回転速度ともほぼ一致して経時的に推移している。
したがって、肩回転軸部６ａの回転速度、または肩回転軸部６ｃの回転速度を、手首回転軸部６ｅの回転速度と見なすことができる。
【００９２】
図１５のグラフと図１６のグラフとを比較すると、トルクモータ１０は手首回転軸部６ｅに減速機１１を介して接続されているので、手首回転軸部６ｅの回転速度は、トルクモータ１０の回転速度よりも減速される。したがって、手首回転軸部６ｅの任意の時点における回転速度の大きさは、トルクモータ１０の同時点における回転速度の大きさとは一致しないものの、手首回転軸部６ｅの回転速度は、トルクモータ１０の回転速度の変化に追従して経時的に推移している。
【００９３】
図１０のグラフと図１７のグラフとを比較すると、トルクモータ１０が発生させるトルクは、駆動モータ５１が発生させるトルクよりも小さい。また、図１３のグラフと図１７のグラフとを比較しても、トルクモータ１０が発生させるトルクは、駆動モータ５２が発生させるトルクよりも小さい。
【００９４】
本実施形態の制御部４は、トルクモータ１０を電気的に制御することにより、トルクモータ１０の回転速度を、駆動モータ５１，５２の駆動に依存して回転する手首回転軸部６ｅの回転速度と同期させている。このようにトルクモータ１０の制御を行うことにより、トルクモータ１０や手首回転軸部６ｅに不必要な負荷が加わらなくなることは明らかである。実際に、上記実施例に使用したフロッグレッグアームロボットＲには振動が生じ難いことが確認された。
また、本実施形態のトルクモータ１０は、駆動モータ５１，５２よりも出力の小さい小型のモータであっても十分に機能することが確認された。
【００９５】
以上、図面を参照しながら本発明のフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００９６】
例えば、上記第１、第２および第３の各実施形態においては、トルクモータ１０が手首回転軸部６ｅに接続されており、手首回転軸部６ｅだけにトルクを供給する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。肘回転軸部６ｂ，６ｄ、および手首回転軸部６ｅ，６ｆのいずれかひとつにトルクモータ１０が接続されていれば、同様の効果を奏することができる。
また、トルクモータ１０はひとつだけに限らない。肘回転軸部６ｂ，６ｄ、および手首回転軸部６ｅ，６ｆのいずれかふたつ以上に、トルクモータがそれぞれ接続されていても良い。しかしながら、複数のトルクモータを設置した場合には、アーム部２がより過剰に拘束されることとなり、アーム部２およびハンド部３のスムーズな動作を妨害するおそれがある。そのため、トルクモータはひとつだけ設けられることが好ましい。このような場合であっても、トルクモータの回転速度と駆動モータの駆動に依存する回転軸部の回転速度との同期が図られる。
【００９７】
上記の各実施形態においては、アーム部２が水平面に沿って揺動される構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、水平面とは異なる角度の平面（基準平面）に沿ってアーム部２が揺動されるフロッグレッグアームロボットおよびその制御方法に適用することもできる。
【００９８】
上記の各実施形態においては、第１アーム部２１が肩回転軸部６ａを介して本体部１に連結されるとともに、第２アーム部２２が肩回転軸部６ｃを介して本体部１に連結されている。すなわち、本発明の第１回転軸部がふたつ設けられている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。第１アーム部２１および第２アーム部２２がともに共通の肩回転軸部を介して本体部１に連結され、第１アーム部２１と第２アーム部２２とが互いに反対方向に回転可能であってもよい。すなわち、本発明の第１回転軸部がひとつだけ設けられていても良い。
【００９９】
上記の各実施形態においては、駆動装置５が、肩回転軸部６ａを介して上腕部２３を揺動させる駆動モータ５１と、肩回転軸部６ｃを介して上腕部２５を揺動させる駆動モータ５２とを備えている。そして、駆動モータ５１に駆動される肩回転軸部６ａと、駆動モータ５２に駆動される肩回転軸部６ｃとが同期して回転することにより、ハンド部３を直線的に移動させることができる。ところで、図１８に示すように、駆動装置５は、肩回転軸部６ａを介して上腕部２３を揺動させる駆動モータ５１と、肩回転軸部６ａと肩回転軸部６ｃとの間に設けられ、駆動モータ５１の駆動力を肩回転軸部６ａおよび肩回転軸部６ｃを介して上腕部２５に伝達することによって上腕部２５を揺動させる駆動力伝達機構８０とを備えていてもよい。駆動力伝達機構８０は、２つの同期歯車８１，８２からなり、第１実施形態の同期歯車７１，７２と同じ構造である。そして、駆動モータ５１に駆動される肩回転軸部６ａと、駆動モータ５１に駆動力伝達機構８０を介して駆動される肩回転軸部６ｃとが同期して回転することにより、ハンド部３を移動させることができる。
【０１００】
上記第３の実施形態においては、トルクモータ１０が減速機１１を介して手首回転軸部６ｅに接続されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、トルクモータ１０が手首回転軸部６ｅに直に接続されていても良い。このような場合には、減速比について考慮する必要がなく、トルクモータ１０の回転速度と、駆動モータ５１，５２の駆動に依存する手首回転軸部６ｅの回転速度とを一致させることによって、トルクモータ１０あるいは手首回転軸部６ｅに不必要な負荷が加わることを防止できる。その結果、フロッグレッグアームロボットＲにおいて振動が生じることを防止することができる。
【０１０１】
［産業上の利用可能性］
本発明は、本体部と、前記本体部に設置される駆動装置と、前記駆動装置によって回転される第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部と、前記駆動装置によって回転駆動される前記第1の回転軸部またはもうひとつの第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、前記基準平面に沿って揺動可能な第２の上腕部と、第２の回転軸部を介して一端が前記第１の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、第３の回転軸部を介して一端が前記第２の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端に回転可能に支持されるハンド部と、前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを相反する方向に同期回転させる同期手段と、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに接続され、自らが接続された前記回転軸部にトルクを供給するトルクモータと、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部が前記駆動装置の駆動によって現在の姿勢から所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれにも移行可能であるときに、前記トルクが前記回転軸部に、前記各腕部が前記所望の姿勢に移行することができる方向に供給されるように、前記トルクモータを電気的に制御する制御部とを備えるフロッグレッグアームロボットに関する。
本発明によれば、フロッグレッグアームロボットにおける制御上の特異点を実用的に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１実施形態を示す側面図である。
【図３】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１実施形態の機能ブロック図である。
【図４】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１実施形態の特殊な姿勢を説明するための平面図である。
【図５】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１実施形態の所望の姿勢を説明するための平面図である。
【図６】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１実施形態の所望されない姿勢を説明するための平面図である。
【図７】本発明のフロッグレッグアームロボットの第２実施形態を示す側面図である。
【図８】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態を示す側面図である。
【図９】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、一方の駆動モータの回転速度の経時的な推移を示すグラフである。
【図１０】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、一方の駆動モータが発生するトルクの経時的な推移を示すグラフである。
【図１１】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、一方の駆動モータを接続された肩回転軸部の回転速度の経時的な推移を示すグラフである。
【図１２】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、他方の駆動モータの回転速度の経時的な推移を示すグラフである。
【図１３】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、他方の駆動モータが発生するトルクの経時的な推移を示すグラフである。
【図１４】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、他方の駆動モータを接続された肩回転軸部の回転速度の経時的な推移を示すグラフである。
【図１５】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、駆動装置の駆動に依存して回転する手首回転軸部の回転速度の経時的な推移を示すグラフである。
【図１６】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、トルクモータの回転速度の経時的な推移を示すブラフである。
【図１７】本発明のフロッグレッグアームロボットの第３実施形態に関する実施例を説明するためのグラフであって、トルクモータが発生するトルクの経時的な推移を示すグラフである。
【図１８】本発明のフロッグレッグアームロボットの第１、第２および第３の各実施形態のいずれにも適用可能な変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
Ｒ…フロッグレッグアームロボット、１…本体部、２…アーム部、１１…減速機、２１…アーム部（第１のアーム部）、２２…アーム部（第２のアーム部）、２３…上腕部（第１の上腕部）、２４…前腕部（第１の前腕部）、２５…上腕部（第２の上腕部）、２６…前腕部（第２の前腕部）、３…ハンド部、４…制御部、５…駆動装置、５１，５２…駆動モータ、５３…減速機、６ａ…肩回転軸部（第１の回転軸部）、６ｂ…肘回転軸部（第２の回転軸部）、６ｃ…肩回転軸部（第１の回転軸部）、６ｄ…肘回転軸部（第３の回転軸部）、６ｅ…手首回転軸部（第４の回転軸部）、６ｆ…手首回転軸部（第５の回転軸部）、１０…トルクモータ、７１，７２…同期歯車（同期手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部と、
前記本体部に設置される駆動装置と、
前記駆動装置によって回転される第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部と、
前記駆動装置によって回転駆動される前記第１の回転軸部またはもうひとつの第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、前記基準平面に沿って揺動可能な第２の上腕部と、
第２の回転軸部を介して一端が前記第１の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、
第３の回転軸部を介して一端が前記第２の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、
第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端に回転可能に支持されるハンド部と、
前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを相反する方向に同期回転させる同期手段と、
前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに接続され、自らが接続された前記回転軸部にトルクを供給するトルクモータと、
前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部が前記駆動装置の駆動によって現在の姿勢から特異点とされる特殊な姿勢を通過して所望の姿勢に移行される際において、前記各腕部が前記特殊な姿勢であるときのみ、前記トルクが前記回転軸部に、前記各腕部が前記所望の姿勢に移行することができる方向に供給されるように、前記トルクモータを電気的に制御する制御部と
を備えるフロッグレッグアームロボット。
【請求項２】
前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに前記トルクモータによって供給される前記トルクは、前記駆動装置によって前記第１の回転軸部に供給されるトルクよりも小さい請求項１に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項３】
前記トルクモータは、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部の少なくともいずれかひとつの内部に収納されている請求項１または２に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項４】
前記トルクモータは、自らが接続された回転軸部にトルク制御信号に基づくトルクを供給するとともに、回転速度制御信号に基づく回転速度にて前記回転軸部を回転させ、
前記制御部は、前記トルクモータに前記トルク制御信号を入力するとともに、前記トルクモータの回転速度が、前記駆動装置の駆動に依存して回転される前記回転軸部の回転速度と同期するように、前記トルクモータに前記回転速度制御信号を入力する請求項１から３のいずれか一項に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項５】
前記制御部は、前記トルクモータが接続される前記回転軸部の回転速度を、前記駆動装置の制御値に基づいて算出する請求項４に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項６】
前記トルクモータと前記回転軸部との間に介在し、前記トルクモータの回転速度を減速して前記回転軸部に伝達する減速機をさらに備え、
前記制御部は、前記減速機の減速比、および前記減速機によって減速された前記回転軸部の回転速度に基づいて前記回転速度制御信号を生成する請求項４または５に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項７】
前記トルクモータがひとつだけ設けられる請求項１から６のいずれか一項に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項８】
前記駆動装置は、前記第１の回転軸部を介して前記第１の上腕部を揺動させる第１の駆動モータと、前記もうひとつの第１の回転軸部を介して前記第２の上腕部を揺動させる第２の駆動モータとを備える請求項１から７のいずれか一項に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項９】
前記駆動装置は、前記第１の回転軸部を介して前記第１の上腕部を揺動させる駆動モータと、前記第１の回転軸部と前記第２の回転軸部との間に設けられ、前記駆動モータの駆動力を前記第１および第２の回転軸部を介して前記第２の上腕部に伝達することによって前記第２の上腕部を揺動させる駆動力伝達機構とを備える請求項１から８のいずれか一項に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項１０】
本体部と、
前記本体部に設置される駆動装置と、
前記駆動装置によって回転される第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部と、
前記駆動装置によって回転駆動される前記第１の回転軸部またはもうひとつの第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、前記基準平面に沿って揺動可能な第２の上腕部と、
第２の回転軸部を介して一端が前記第１の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、
第３の回転軸部を介して一端が前記第２の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、
第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端に回転可能に支持されるハンド部と、
前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを相反する方向に同期回転させる同期手段と、
前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに接続され、自らが接続された前記回転軸部にトルクを供給するトルクモータと
を備えるフロッグレッグアームロボットの制御方法であって、
前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部が前記駆動装置の駆動によって現在の姿勢から特異点とされる特殊な姿勢を通過して所望の姿勢に移行される際において、前記各腕部が前記特殊な姿勢であるときのみ、前記トルクが前記回転軸部に、前記各腕部が前記所望の姿勢に移行することができる方向に供給されるように、前記トルクモータを電気的に制御する
フロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１１】
前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに前記トルクモータによって供給される前記トルクは、前記駆動装置によって前記第１の回転軸部に供給されるトルクよりも小さい請求項１０に記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１２】
前記ハンド部が所定の一方向に移動する間、前記トルクを常に同一方向に供給する請求項１０または１１に記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１３】
前記トルクモータは、自らが接続された回転軸部にトルク制御信号に基づくトルクを供給するとともに、回転速度制御信号に基づく回転速度にて前記回転軸部を回転させ、
前記トルクモータに前記トルク制御信号を入力するとともに、前記トルクモータの回転速度が、前記駆動装置の駆動に依存して回転される前記回転軸部の回転速度と同期するように、前記トルクモータに前記回転速度制御信号を入力する請求項１０から１２のいずれか一項に記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１４】
前記トルクモータが接続される前記回転軸部の回転速度を、前記駆動装置の制御値に基づいて算出する請求項１３に記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１５】
前記トルクモータと前記回転軸部との間に介在し、前記トルクモータの回転速度を減速して前記回転軸部に伝達する減速機の減速比、および前記減速機によって減速された前記回転軸部の回転速度に基づいて前記回転速度制御信号を生成する請求項１３または１４に記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１６】
前記トルクを、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部のいずれかひとつに供給する請求項１０から１５のいずれか一項に記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１】
本体部と、
前記本体部に設置される駆動装置と、
前記駆動装置によって回転される第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部と、
前記駆動装置によって回転駆動される前記第１の回転軸部またはもうひとつの第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、前記基準平面に沿って揺動可能な第２の上腕部と、
第２の回転軸部を介して一端が前記第１の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、
第３の回転軸部を介して一端が前記第２の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、
第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端に回転可能に支持されるハンド部と、
前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを相反する方向に同期回転させる同期手段と、
前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに接続され、自らが接続された前記回転軸部にトルクを供給するトルクモータと、
前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部が前記駆動装置の駆動によって現在の姿勢から特異点とされる特殊な姿勢を通過して所望の姿勢に移行される際において、前記各腕部が前記特殊な姿勢であるときのみ、前記トルクが前記回転軸部に、前記各腕部が前記所望の姿勢に移行することができる方向に供給されるように、前記トルクモータを電気的に制御する制御部と
を備えるフロッグレッグアームロボット。
【請求項２】
前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに前記トルクモータによって供給される前記トルクは、前記駆動装置によって前記第１の回転軸部に供給されるトルクよりも小さい請求項１に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項３】
前記トルクモータは、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部の少なくともいずれかひとつの内部に収納されている請求項１または２に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項４】
前記トルクモータは、自らが接続された回転軸部にトルク制御信号に基づくトルクを供給するとともに、回転速度制御信号に基づく回転速度にて前記回転軸部を回転させ、
前記制御部は、前記トルクモータに前記トルク制御信号を入力するとともに、前記トルクモータの回転速度が、前記駆動装置の駆動に依存して回転される前記回転軸部の回転速度と同期するように、前記トルクモータに前記回転速度制御信号を入力する請求項１から３のいずれか一項に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項５】
前記制御部は、前記トルクモータが接続される前記回転軸部の回転速度を、前記駆動装置の制御値に基づいて算出する請求項４に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項６】
前記トルクモータと前記回転軸部との間に介在し、前記トルクモータの回転速度を減速して前記回転軸部に伝達する減速機をさらに備え、
前記制御部は、前記減速機の減速比、および前記減速機によって減速された前記回転軸部の回転速度に基づいて前記回転速度制御信号を生成する請求項４または５に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項７】
前記トルクモータがひとつだけ設けられる請求項１から６のいずれか一項に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項８】
前記駆動装置は、前記第１の回転軸部を介して前記第１の上腕部を揺動させる第１の駆動モータと、前記もうひとつの第１の回転軸部を介して前記第２の上腕部を揺動させる第２の駆動モータとを備える請求項１から７のいずれか一項に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項９】
前記駆動装置は、前記第１の回転軸部を介して前記第１の上腕部を揺動させる駆動モータと、前記第１の回転軸部と前記第２の回転軸部との間に設けられ、前記駆動モータの駆動力を前記第１および第２の回転軸部を介して前記第２の上腕部に伝達することによって前記第２の上腕部を揺動させる駆動力伝達機構とを備える請求項１から８のいずれか一項に記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項１０】
本体部と、
前記本体部に設置される駆動装置と、
前記駆動装置によって回転される第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部と、
前記駆動装置によって回転駆動される前記第１の回転軸部またはもうひとつの第１の回転軸部を介して一端が前記本体部に連結され、前記基準平面に沿って揺動可能な第２の上腕部と、
第２の回転軸部を介して一端が前記第１の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、
第３の回転軸部を介して一端が前記第２の上腕部の他端に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、
第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端に回転可能に支持されるハンド部と、
前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを相反する方向に同期回転させる同期手段と、
前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに接続され、自らが接続された前記回転軸部にトルクを供給するトルクモータと
を備えるフロッグレッグアームロボットの制御方法であって、
前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部および前記第２の前腕部が前記駆動装置の駆動によって現在の姿勢から特異点とされる特殊な姿勢を通過して所望の姿勢に移行される際において、前記各腕部が前記特殊な姿勢であるときのみ、前記トルクが前記回転軸部に、前記各腕部が前記所望の姿勢に移行することができる方向に供給されるように、前記トルクモータを電気的に制御する
フロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１１】
前記第２、第３、第４および第５の回転軸部の少なくともいずれかひとつに前記トルクモータによって供給される前記トルクは、前記駆動装置によって前記第１の回転軸部に供給されるトルクよりも小さい請求項１０に記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１２】
前記ハンド部が所定の一方向に移動する間、前記トルクを常に同一方向に供給する請求項１０または１１に記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１３】
前記トルクモータは、自らが接続された回転軸部にトルク制御信号に基づくトルクを供給するとともに、回転速度制御信号に基づく回転速度にて前記回転軸部を回転させ、
前記トルクモータに前記トルク制御信号を入力するとともに、前記トルクモータの回転速度が、前記駆動装置の駆動に依存して回転される前記回転軸部の回転速度と同期するように、前記トルクモータに前記回転速度制御信号を入力する請求項１０から１２のいずれか一項に記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１４】
前記トルクモータが接続される前記回転軸部の回転速度を、前記駆動装置の制御値に基づいて算出する請求項１３に記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１５】
前記トルクモータと前記回転軸部との間に介在し、前記トルクモータの回転速度を減速して前記回転軸部に伝達する減速機の減速比、および前記減速機によって減速された前記回転軸部の回転速度に基づいて前記回転速度制御信号を生成する請求項１３または１４に記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１６】
前記トルクを、前記第２、第３、第４および第５の回転軸部のいずれかひとつに供給する請求項１０から１５のいずれか一項に記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００８−３０７６８５（Ｐ２００８−３０７６８５Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３６３８９（Ｐ２００８−２３６３８９）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【分割の表示】特願２００７−５５５４１８（Ｐ２００７−５５５４１８）の分割
【原出願日】平成１９年１１月９日（２００７．１１．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【分割の表示】特願２００７−５５５４１８（Ｐ２００７−５５５４１８）の分割
【原出願日】平成１９年１１月９日（２００７．１１．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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