ロボット、ロボットシステムおよび回転電機
【課題】モータの駆動力をリンクに伝達する減速機の出力軸の回転角度をより精度よく検出すること。
【解決手段】モータ１１と、モータ１１の駆動力をリンクである下部アーム２６ｂに伝達する減速機１２と、減速機１２の出力軸１２５の回転角度を検出するエンコーダ１４ｂとを備える。そして、第２のエンコーダ１４ｂは、減速機１２の出力軸１２５に軸継手１４０を介して連結される。かかる第２のエンコーダ１４ｂの検出結果に基づいてモータ１１の位置指令が補正される。
【解決手段】モータ１１と、モータ１１の駆動力をリンクである下部アーム２６ｂに伝達する減速機１２と、減速機１２の出力軸１２５の回転角度を検出するエンコーダ１４ｂとを備える。そして、第２のエンコーダ１４ｂは、減速機１２の出力軸１２５に軸継手１４０を介して連結される。かかる第２のエンコーダ１４ｂの検出結果に基づいてモータ１１の位置指令が補正される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット、ロボットシステムおよび回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のリンクが関節によって接続されたロボットを制御するロボット制御装置が知られている。かかるロボット制御装置は、ロボットの関節部分に設けられたモータを制御し、減速機を介してモータの動力をリンクに伝達する。
【０００３】
減速機には、ねじれが存在する。そこで、減速機のねじれを補償することによって、位置決めの精度を高めるロボット制御装置が提案されている。例えば、減速機の出力軸側に設けられたエンコーダの出力と予め定められた位置指令との差分に基づいて位置指令を補正することにより、減速機のねじれを補償するロボット制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１９１３７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
減速機のねじれをより精度良く補償するためには、減速機の出力軸の回転角度をより精度よく検出することが望ましい。
【０００６】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、減速機の出力軸の回転角度をより精度よく検出することができるロボット、ロボットシステムおよび回転電機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】
本願の開示するロボットは、一つの態様において、モータと、前記モータの駆動力をリンクに伝達する減速機と、前記減速機の出力軸の回転角度を検出する検出部とを備え、前記検出部は、前記減速機の出力軸に軸継手を介して連結されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本願の開示するロボットの一つの態様によれば、モータの駆動力をリンクに伝達する減速機の出力軸の回転角度をより精度よく検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例に係るロボットの側面模式図である。
【図２】図２は、実施例に係るロボットの正面模式図である。
【図３】図３は、実施例に係るロボットの関節部分の構成を示す図である。
【図４】図４は、図３に示す軸継手の構成を示す図である。
【図５】図５は、実施例に係るロボットシステムの構成を示す図である。
【図６】図６は、実施例に係る指令生成部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本願の開示するロボットシステムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１１】
本実施例に係るロボットシステムは、ロボットとロボット制御装置を備える。ロボットは、隣接するリンクが関節を介して連結されており、ロボット制御装置は、関節を駆動することでロボットを制御する。なお、ロボットの一例として多関節ロボットを説明するが、ロボットは、少なくとも一つの関節を有するロボットであればよい。また、関節を介して接続されるリンクとして、基台、旋回ヘッドおよびアームを例に挙げて説明するが、これらに限定されるものではない。
【００１２】
まず、本実施例に係るロボットの構成を説明する。図１は、本実施例に係るロボットの側面模式図であり、図２は、本実施例に係るロボットの正面模式図である。
【００１３】
図１および図２に示すように、ロボット２は、基台２５と、旋回ヘッド２６ａと、下部アーム２６ｂと、上部アーム２６ｃと、関節２９ａ〜２９ｃとを備える多関節ロボットである。関節２９ａは、基台２５に旋回ヘッド２６ａを回転自在に連結し、関節２９ｂは、旋回ヘッド２６ａに下部アーム２６ｂを回転自在に連結し、関節２９ｃは、下部アーム２６ｂに上部アーム２６ｃを回転自在に連結する。なお、以下においては、説明の便宜上、各関節２９ａ〜２９ｃを関節２９と総称し、旋回ヘッド２６ａ、下部アーム２６ｂおよび上部アーム２６ｃをリンク２６と総称する場合がある。
【００１４】
基台２５は、フロアや天井などの固定面に図示しないアンカーボルトで固定される。基台２５、旋回ヘッド２６ａ、下部アーム２６ｂおよび上部アーム２６ｃは、例えば、金属鋳物等で形成された構造支持部材であり、関節２９を介して基台２５から順に配置される。
【００１５】
関節２９ａ〜２９ｃは、それぞれ回転電機２７ａ〜２７ｃを備える。回転電機２７ａは、アクチュエータ１０ａと、第１のエンコーダ１３ａと、第２のエンコーダ１４ａとを備える。同様に、回転電機２７ｂは、アクチュエータ１０ｂと、第１のエンコーダ１３ｂと、第２のエンコーダ１４ｂとを備え、回転電機２７ｃは、アクチュエータ１０ｃと、第１のエンコーダ１３ｃと、第２のエンコーダ１４ｃとを備える。
【００１６】
第１のエンコーダ１３ａ〜１３ｃは、それぞれアクチュエータ１０ａ〜１０ｃの入力軸の回転角度を検出するエンコーダであり、第２のエンコーダ１４ａ〜１４ｃは、それぞれアクチュエータ１０ａ〜１０ｃの出力軸の回転角度を検出するエンコーダである。なお、以下においては、説明の便宜上、アクチュエータ１０ａ〜１０ｃをアクチュエータ１０と総称し、第１のエンコーダ１３ａ〜１３ｃを第１のエンコーダ１３と総称し、第２のエンコーダ１４ａ〜１４ｃを第２のエンコーダ１４と総称する場合がある。
【００１７】
ここで、回転電機２７ａ〜２７ｃの構成について説明する。なお、回転電機２７ａ〜２７ｃはそれぞれ同様の構成であるため、ここでは、回転電機２７ｂについてのみ説明する。図３は、本実施例に係る回転電機２７ｂの構成を示す図であり、図１のＡ−Ａ線断面図に相当する。
【００１８】
図３に示すように、回転電機２７ｂは、アクチュエータ１０ｂと、第１のエンコーダ１３ｂと、第２のエンコーダ１４ｂとを備える。アクチュエータ１０ｂは、モータ１１と、モータ１１の駆動力をリンクである下部アーム２６ｂに伝達する減速機１２とを備える。
【００１９】
かかる回転電機２７ｂでは、第２のエンコーダ１４ｂが減速機１２の出力軸１２５に軸継手１４０を介して連結されている。そのため、第２のエンコーダ１４ｂにおいて、減速機１２の出力軸１２５の回転角度を精度良く検出することが可能である。以下、回転電機２７ｂの構成についてさらに詳細に説明する。なお、以下においては、減速機１２を遊星ローラ型の減速機としているが、これに限られない。例えば、遊星歯車型の減速機を減速機１２としてもよい。また、モータ１１についても図３に示す構成に限られない。
【００２０】
モータ１１は、フレーム１１０と、第１ブラケット１１１と、第２ブラケット１１２と、シャフト１１３と、固定子１１４と、回転子１１５とを備える。フレーム１１０は、筒状に形成され、内周に固定子１１４が固着される。第１ブラケット１１１は、外周部においてフレーム１１０の一端と連結され、内周部においてシャフト１１３を通す開口を備える。第２ブラケット１１２は、外周部においてフレーム１１０の他端と連結され、内周部において軸受け１１６を支持する。かかる軸受け１１６によって、シャフト１１３が回転可能に支持される。
【００２１】
固定子１１４は、固定子コア１５１と、固定子巻線１５２とを備える。この固定子１１４の内周側には空隙を介して回転子１１５が対向配置される。回転子１１５は、円筒状の回転子コア１５３と、回転子コア１５３の外周側に配置された複数の永久磁石１５４とを備え、シャフト１１３の中心を回転軸として回転する。
【００２２】
このように構成されたモータ１１では、固定子１１４の固定子巻線１５２に電流を流すことにより固定子１１４の内側に回転磁界が発生する。そして、この回転磁界と回転子１１５の永久磁石１５４が発生する磁界との相互作用により回転子１１５が回転し、この回転子１１５の回転に伴ってシャフト１１３が回転する。
【００２３】
減速機１２は、筒状に形成されたハウジング１２０を備えており、かかるハウジング１２０の一端がモータ１１の第２ブラケット１１２に固定される。ハウジング１２０内には、太陽ローラ１２１と、リング１２２と、遊星ローラ１２３と、遊星ローラ軸１２４と、出力軸１２５と、軸受け１２６を備える。
【００２４】
太陽ローラ１２１は、減速機１２の入力軸である。かかる太陽ローラ１２１は、シャフト１１３と一体化され、かつその中心軸をシャフト１１３の中心軸と同一としている。リング１２２は、ハウジング１２０内の溝に嵌め込まれた円筒状の弾性リングであり、かかるリング１２２の内周面と太陽ローラ１２１の外周面との間に遊星ローラ１２３が回転自在に配置される。遊星ローラ１２３は、その回転中心位置に遊星ローラ軸１２４が固定されており、かかる遊星ローラ軸１２４は、出力軸１２５に固定される。
【００２５】
ハウジング１２０の他端の内周面には、軸受け１２６が固定されており、かかる軸受け１２６によって出力軸１２５が回転自在に支持される。また、ハウジング１２０の他端は、旋回ヘッド２６ａのフレーム１２７に固定される。一方、ハウジング１２０に対して回転自在に支持された出力軸１２５は、下部アーム２６ｂに固定される。
【００２６】
このように構成された減速機１２では、モータ１１のシャフト１１３の回転に伴って太陽ローラ１２１が回転する。太陽ローラ１２１の回転に伴い、遊星ローラ軸１２４が自転しつつ、太陽ローラ１２１を中心として公転する。かかる遊星ローラ軸１２４の公転に伴って出力軸１２５が回転する。出力軸１２５の先端周縁部は、下部アーム２６ｂに固定されており、これにより、出力軸１２５の回転に伴って、下部アーム２６ｂが出力軸１２５を中心に回転する。
【００２７】
第１のエンコーダ１３ｂは、モータ１１と隣接して減速機１２とは逆側に配置され、カバー１３０によって覆われる。かかる第１のエンコーダ１３ｂは、シャフト１１３の回転角度を検出する。
【００２８】
一方、第２のエンコーダ１４ｂは、減速機１２の出力軸１２５に軸継手１４０を介して連結される。具体的には、減速機１２の出力軸１２５の先端中央には連結軸１４１が固定されており、軸継手１４０および連結軸１４１を介して、減速機１２の出力軸１２５に第２のエンコーダ１４ｂの検出軸１９５が連結される。なお、第２のエンコーダ１４ｂは、検出軸１９５の回転を検出する検出器を備えており、検出軸１９５の回転に応じた検出結果を出力する。
【００２９】
このように、第２のエンコーダ１４ｂは、軸継手１４０を介して減速機１２の出力軸１２５に連結されるため、減速機１２の出力軸１２５の位置を精度良く検出することができ、従って、高精度の位置決めを行うことができる。
【００３０】
また、第２のエンコーダ１４ｂは、下部アーム２６ｂのフレーム１２７に固定された支持部材１２８によって支持される。そして、下部アーム２６ｂにおいて、減速機１２の出力軸１２５と第２のエンコーダ１４ｂとの間の領域に開口１４２を設けることで、第２のエンコーダ１４ｂと減速機１２とを、下部アーム２６ｂを挟んで配置するようにしている。これにより、第２のエンコーダ１４ｂと減速機１２の出力軸１２５とを軸継手１４０を介して容易に連結することができる。
【００３１】
また、下部アーム２６ｂに設けられた開口１４２内に、軸継手１４０を配置することによって第２のエンコーダ１４ｂを下部アーム２６ｂに近接させることができるため、回転電機２７ｂの小型化を図ることができ、それに伴い、ロボット２の小型化を図ることができる。なお、開口１４２を大きくして、第２のエンコーダ１４ｂを開口１４２内に配置すれば、さらにロボット２の小型化を図ることができる。
【００３２】
さらに、軸継手１４０において、少なくとも軸間に位置する中間部材を樹脂で形成することで、連結する軸間での熱伝達が抑制される。これにより、減速機１２の発熱が第２のエンコーダ１４ｂへ影響を及ぼすことを抑制でき、第２のエンコーダ１４ｂにおける検出精度を保つことができる。また、軸継手１４０を偏心や偏角を吸収するオルダム継手とすることによって、第２のエンコーダ１４ｂの配置の自由度を増加させることができる。
【００３３】
ここで、軸継手１４０の構成の一例について、図４を参照して具体的に説明する。図４は、軸継手１４０の構成の一例を示す図である。なお、図４においては、便宜上、連結軸１４１の延伸方向をＺ方向とし、図面視において上方をＹ方向と、Ｚ軸およびＹ軸のいずれにも直交する方向をＸ軸方向とする。
【００３４】
軸継手１４０は、オルダム継手であり、図４に示すように、第１のハブ１６０と、スライド１７０と、第２のハブ１８０とを備える。かかる軸継手１４０は、軸端が相対する回転軸である連結軸１４１と第２のエンコーダ１４の検出軸１９５とを連結する継手である。なお、第１および第２のハブ１６０，１８０は、例えば、アルミ合金などの金属で形成され、中間継手であるスライド１７０は、アセタール樹脂やナイロン樹脂などの樹脂によって形成される。そのため、軸間の熱伝達を抑制することができる。なお第１および第２のハブ１６０，１８０は金属ではなく樹脂部材で形成してもよい。
【００３５】
第１のハブ１６０は、中央部に軸孔である中央孔１６１が形成され、中央孔１６１の径方向両側に２つの側孔１６２が中央孔１６１を挟んで対称に形成される。同様に、第２のハブ１８０も中央部に軸孔である中央孔１８１が形成され、中央孔１８１の径方向両側に２つの側孔１８２が中央孔１８１を挟んで対称に形成される。
【００３６】
このように、第１および第２のハブ１６０，１８０は、側孔１６２，１８２を備えており、かかる側孔１６２，１８２をスライド１７０と係合する領域とすることによって、軸方向（Ｚ方向）の厚みが厚くなることを抑制するようにしている。
【００３７】
また、第１のハブ１６０には、各側孔１６２のＹ方向の両側に断面視台形状の凸部１６３が形成され、また、第１のハブ１６０の外周面には組立用溝１６５が形成される。同様に、第２のハブ１８０には、各側孔１８２のＸ方向の両側に断面視台形状の凸部１８３が形成され、また、第２のハブ１８０の外周面には組立用溝１８５が形成される。
【００３８】
スライド１７０には、平坦部１７４ａ，１７４ｂから隆起する凸部１７１ａ，１７１ｂが形成される。２つの凸部１７１ａはＸ軸方向に並んで配置される一方、２つの凸部１７１ｂはＹ軸方向に並んで配置される。すなわち、凸部１７１ａと凸部１７１ｂとは配列方向が互いに９０度ずれた関係にある。また、凸部１７１ａには、スリット１７２ａが形成され、凸部１７１ｂには、スリット１７２ｂが形成される。
【００３９】
さらに、スライド１７０には、凸部１７１ａ，１７１ｂの両側に、平坦部１７４ａ，１７４ｂから隆起する側壁１７３ａ，１７３ｂが形成される。そして、凸部１７１ａの裏面に側壁１７３ｂが位置し、凸部１７１ｂの裏面に側壁１７３ａが位置する。そのため、スライド１７０の軸方向（Ｚ方向）の強度を向上させることができ、スライド１７０の軸方向の厚みを薄くすることができる。
【００４０】
また、スライド１７０には、各凸部１７１ａの両側に平坦部１７４ａよりも凹んだ凹部１７５ａが形成され、同様に、各凸部１７１ｂの両側に平坦部１７４ｂよりも凹んだ凹部１７５ｂが形成される。また、スライド１７０の外周面には組立用溝１７７，１７８が形成される。
【００４１】
このように構成される第１のハブ１６０、スライド１７０および第２のハブ１８０によって軸継手１４０が構成される。以下、軸継手１４０の組立方法を説明する。
【００４２】
第１のハブ１６０の中央孔１６１に連結軸１４１を嵌合して、第１のハブ１６０と連結軸１４１を連結する。また、第２のハブ１８０の中央孔１８１に第２のエンコーダ１４の検出軸１９５を嵌合して、第２のハブ１８０に第２のエンコーダ１４の検出軸１９５を連結する。
【００４３】
また、第１のハブ１６０の側孔１６２にスライド１７０の凸部１７１ａを嵌合させると共に、第１のハブ１６０の凸部１６３にスライド１７０の凹部１７５ａを嵌合させる。これにより、第１のハブ１６０がスライド１７０に嵌合される。同様に、第２のハブ１８０の側孔１８２にスライド１７０の凸部１７１ｂを嵌合させると共に、第２のハブ１８０の凸部１８３にスライド１７０の凹部１７５ｂを嵌合させる。
【００４４】
凸部１７１ａ，１７１ｂには、スリット１７２ａ，１７２ｂが形成されることから、凸部１７１ａ，１７１ｂはスリット１７２ａ，１７２ｂの延伸方向と直交する方向で柔軟性を有する。また、側壁１７３ｂの厚みが厚くならないように側壁１７３ｂには２つの凹部１７６ｂが形成されるため、側壁１７３ｂは柔軟性を有している。このことは、側壁１７３ａについても同様である。そのため、第１および第２のハブ１６０，１８０がスライド１７０に高い摺動性を持って嵌合される。
【００４５】
なお、第１のハブ１６０と第２のハブ１８０とは類似する構成である。そこで、第１のハブ１６０の組立用溝１６５とスライド１７０の組立用溝１７７とが連続するように、第１のハブ１６０をスライド１７０に取り付けさせ、第２のハブ１８０の組立用溝１８５とスライド１７０の組立用溝１７８とが連続するように、第２のハブ１８０をスライド１７０に取り付けさせることで、組立を容易にしている。
【００４６】
以上のように組み立てられる軸継手１４０の動作について説明する。連結軸１４１は減速機１２の出力軸１２５の回転に応じて回転し、それに伴って、第１のハブ１６０が回転する。そして、第１のハブ１６０の回転に伴って、スライド１７０および第２のハブ１８０が回転し、第２のエンコーダ１４の検出軸１９５が回転する。
【００４７】
連結軸１４１と検出軸１９５の軸心が一致せずに偏心している場合、軸継手１４０は、スライド１７０の両凸部１７１ａ，１７１ｂが各ハブ１６０，１８０の側孔１６２，１８２内をスライドして偏心を吸収し、連結軸１４１の回転を検出軸１９５へ伝達する。連結軸１４１と検出軸１９５の軸心が一致しておらず偏角している場合も同様に、軸継手１４０は、スライド１７０の各凸部１７１ａ，１７１ｂが各ハブ１６０，１８０の側孔１６２，１８２内をスライドして偏心を吸収し、連結軸１４１の回転を検出軸１９５へ伝達する。
【００４８】
以上のように、軸継手１４０は、第１および第２のハブ１６０，１８０がスライド１７０に高い摺動性を持って嵌合されるため、精度良い回転伝達が可能となる。また、スライド１７０に側壁１７３ａ，１７３ｂを設けているためスライド１７０の強度を高めることができるため、スライド１７０の軸方向の厚みを薄くすることができる。
【００４９】
次に、ロボット２を制御するロボット制御装置の構成および動作について説明する。図５は、実施例１に係るロボットシステム１の構成を示す図である。ここでは、一つのアクチュエータ１０を駆動する例を説明する。なお、例えば、アクチュエータ１０ｂを制御する場合、ロボット制御装置３は、第１および第２のエンコーダ１３ｂ，１４ｂから取得した情報に基づいてアクチュエータ１０ｂを制御する。
【００５０】
ロボット制御装置３は、ロボット２の関節に設けられたモータ１１を駆動する。これにより、モータ１１の駆動力が減速機１２によってリンク２６に伝達され、リンク２６が駆動される。かかるロボット制御装置３は、図５に示すように、モータ１１の位置指令Ｐｒｅｆを出力する指令生成部２０と、モータ１１の回転角度が位置指令Ｐｒｅｆに一致するようにモータ１１を制御するサーボ制御部２１とを備える。位置指令Ｐｒｅｆは、モータ１１の回転角度を規定する位置指令である。
【００５１】
指令生成部２０は、第１および第２のエンコーダ１３，１４から取得した回転角度Ｐｆｂ１，Ｐｆｂ２に基づいて補正した位置指令Ｐｒｅｆをサーボ制御部２１へ出力する。第１のエンコーダ１３は、モータ１１のシャフト１１３の回転角度を回転角度Ｐｆｂ１として検出し、また、第２のエンコーダ１４は、減速機１２の出力軸１２５の回転角度を回転角度Ｐｆｂ２として検出する。
【００５２】
サーボ制御部２１は、指令生成部２０から位置指令Ｐｒｅｆを取得すると共に、第１のエンコーダ１３からモータ１１の回転角度Ｐｆｂ１を取得し、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１を位置指令Ｐｒｅｆに一致させるための電流指令Ｅｒｅｆを演算し、かかる電流指令Ｅｒｅｆをモータ１１へ出力する。
【００５３】
指令生成部２０から出力される位置指令Ｐｒｅｆは、上述のように、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１と減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２に基づいて補正されている。モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１と減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２には、サーボ制御の遅れ時間の要素が含まれていないため、サーボ制御の遅れ時間を補償する設定作業を行うことなく、減速機１２のねじれを補償することができる。
【００５４】
図６は、実施例１に係る指令生成部２０の構成を示す図である。図６に示すように、指令生成部２０は、位置指令生成部３０と、位置指令補正部３１とを備える。
【００５５】
位置指令生成部３０は、予め定められた指令プロファイルを元にモータ１１の位置指令Ｐｒｅｆ０を生成する。そして、位置指令生成部３０は、生成した位置指令Ｐｒｅｆ０を位置指令補正部３１へ出力する。
【００５６】
なお、指令プロファイルは、例えば、次のように生成される。まず、ロボット２のリンク先端に取り付けられた図示しないエンドエフェクタの軌道が、予め決められた加速度、速度にて通るようにエンドエフェクタ位置指令（ＸＹＺ座標）を演算する。ＸＹＺ座標は制御点であるエンドエフェクタが動作する空間の座標である。そして、エンドエフェクタ位置指令に対して座標変換を行うことによって、モータ１１の位置指令Ｐｒｅｆ０（モータ座標）を生成する。モータ座標はロボット２のリンク２６を駆動するモータ１１の回転角の座標である。エンドエフェクタの軌道に応じて生成される位置指令Ｐｒｅｆ０群により指令プロファイルが形成される。
【００５７】
位置指令補正部３１は、位置指令補正信号である位置補償値Ｐａｄｄを生成し、かかる位置補償値Ｐａｄｄによって位置指令生成部３０から出力される位置指令Ｐｒｅｆ０を補正する。具体的には、位置指令補正部３１は、ねじれ位置演算部３２と、ねじれ位置初期値記憶部３３と、ねじれ位置差分演算部３４と、位置補償値演算部３５と、位置補償積算部３６と、補償位置指令演算部３７とを備える。
【００５８】
ねじれ位置演算部３２は、モータ１１の回転軸であるシャフト１１３の回転角度Ｐｆｂ１と減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２に基づいてねじれ位置Ｐｄｉｆを生成し、生成したねじれ位置Ｐｄｉｆをねじれ位置差分演算部３４へ出力する。かかるねじれ位置Ｐｄｉｆは、減速機１２のねじれを表す情報である。
【００５９】
具体的には、ねじれ位置演算部３２は、減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２を減速比に基づいて演算した回転角度Ｐｆｂ２からモータ１１の回転角度Ｐｆｂ１を減算し、かかる差分値をねじれ位置Ｐｄｉｆとする。例えば、減速機１２の減速比をｎとした場合、ねじれ位置演算部３２は、ｎ倍した回転角度Ｐｆｂ２からモータ１１の回転角度Ｐｆｂ１を減算し、かかる差分値をねじれ位置Ｐｄｉｆとする。
【００６０】
ねじれ位置初期値記憶部３３は、初期化信号Ｉｎｉｔが入力されたときにねじれ位置演算部３２から出力されるねじれ位置Ｐｄｉｆをねじれ位置初期値Ｐｄｉｆ０として記憶する。例えば、ロボット２の姿勢が基本姿勢であるときに初期化信号Ｉｎｉｔがねじれ位置初期値記憶部３３へ入力され、このときにねじれ位置演算部３２から出力されるねじれ位置Ｐｄｉｆがねじれ位置初期値Ｐｄｉｆ０としてねじれ位置初期値記憶部３３に記憶される。
【００６１】
ねじれ位置差分演算部３４は、ねじれ位置演算部３２から取得したねじれ位置Ｐｄｉｆから、ねじれ位置初期値記憶部３３から取得したねじれ位置初期値Ｐｄｉｆ０を減算し、ねじれ位置差分Ｐｅｒｒ（＝Ｐｄｉｆ−Ｐｄｉｆ０）を生成する。かかるねじれ位置差分Ｐｅｒｒは、ねじれ位置Ｐｄｉｆのねじれ位置初期値Ｐｄｉｆ０からのずれを表す情報である。
【００６２】
位置補償値演算部３５は、ねじれ位置差分Ｐｅｒｒから位置補償積算値Ｐａｄｄｅｄを減算し、位置補償値Ｐａｄｄを生成する。かかる位置補償値Ｐａｄｄは、位置指令補正信号であり、位置補償値演算部３５から補償位置指令演算部３７へ出力される。位置補償積算値Ｐａｄｄｅｄは、位置補償積算部３６から出力される情報であり、位置補償積算部３６は、位置補償値演算部３５から出力される位置補償値Ｐａｄｄを積算して、位置補償積算値Ｐａｄｄｅｄを生成する。
【００６３】
補償位置指令演算部３７は、位置指令生成部３０から取得した位置指令Ｐｒｅｆ０に、位置補償値演算部３５から取得した位置補償値Ｐａｄｄを加算して新たな位置指令Ｐｒｅｆを生成する。そして、補償位置指令演算部３７は、生成した位置指令Ｐｒｅｆをサーボ制御部２１へ出力する。
【００６４】
このように、実施例１に係るロボットシステム１は、指令生成部２０において、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１と減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２の差分から求めた位置補償値Ｐａｄｄを位置指令補正信号として位置指令Ｐｒｅｆ０に加算して位置指令Ｐｒｅｆ０を補正する。位置指令Ｐｒｅｆ０とモータ１１の回転角度Ｐｆｂ１との間には、サーボ制御の遅れ時間の要素が含まれるが、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１と減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２には、サーボ制御の遅れ時間の要素が含まれない。そのため、実施例１に係るロボットシステム１では、サーボ制御の遅れ時間を補償する設定作業を行うことなく、減速機１２のねじれに起因する位置誤差を低減することができる。
【００６５】
また、位置補償値演算部３５において、ねじれ位置差分Ｐｅｒｒから位置補償積算値Ｐａｄｄｅｄが減算されるため、位置補償値Ｐａｄｄとして一度加算したねじれ位置差分Ｐｅｒｒは次回から加算されない。従って、ねじれ位置差分Ｐｅｒｒに応じて精度良く位置指令Ｐｒｅｆを補償することができる。
【００６６】
なお、上記実施例では、３軸に第２のエンコーダ１４を備えるが、各軸は独立して制御されるため、必要に応じて１軸のみや２軸のみに第２のエンコーダ１４を設けるようにしてもよい。
【００６７】
また、補正により位置指令Ｐｒｅｆが急激に変動することを避けるため、リミッタやフィルタなどの制限手段を設けるようにしてもよい。この場合、制限手段は、ねじれ位置差分演算部３４と補償位置指令演算部３７の間の経路に設けることができる。
【００６８】
例えば、位置補償値演算部３５と補償位置指令演算部３７との間にリミッタを設けることによって、補償位置指令演算部３７で取得される位置補償値Ｐａｄｄに制限の値をかけるようにすることができる。また、例えば、位置補償値演算部３５と補償位置指令演算部３７との間にフィルタを設けることによって、補償位置指令演算部３７で取得される位置補償値Ｐａｄｄの変化率に制限をかけるようにすることができる。
【００６９】
また、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１を検出する第１の検出部として、エンコーダを一例に挙げて説明したが、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１を検出することができればよく、例えば、オブザーバであってもよい。同様に、減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２を検出する第２の検出部として、エンコーダを一例に挙げて説明したが、減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２を検出することができればよく、例えば、オブザーバであってもよい。
【００７０】
以上のように、本実施例に係るロボットシステム１では、第２のエンコーダ１４は、軸継手１４０を介して減速機１２の出力軸１２５に連結されるため、減速機１２の出力軸１２５の位置を精度良く検出することができ、従って、高精度の位置決めを行うことができる。また、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１と減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２とから求めた位置補償値Ｐａｄｄを位置指令Ｐｒｅｆ０に加算する。そのため、サーボ制御の遅れ時間を補償する設定作業を行うことなく、減速機１２のねじれに起因する位置誤差を低減することができ、これによっても、高精度の位置決めを容易に行うことができる。
【００７１】
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。よって、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及び代表的な実施例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及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】
【００７２】
１ ロボットシステム
２ ロボット
３ ロボット制御装置
１１ モータ
１２ 減速機
１３，１３ａ〜１３ｃ 第１のエンコーダ（モータ角検出部）
１４，１４ａ〜１４ｃ 第２のエンコーダ（検出部）
２７，２７ａ〜２７ｃ 回転電機
１２５ 減速機の出力軸
１４０ 軸継手
１６０ 第１のハブ
１７０ スライド（中間部材）
１８０ 第２のハブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット、ロボットシステムおよび回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のリンクが関節によって接続されたロボットを制御するロボット制御装置が知られている。かかるロボット制御装置は、ロボットの関節部分に設けられたモータを制御し、減速機を介してモータの動力をリンクに伝達する。
【０００３】
減速機には、ねじれが存在する。そこで、減速機のねじれを補償することによって、位置決めの精度を高めるロボット制御装置が提案されている。例えば、減速機の出力軸側に設けられたエンコーダの出力と予め定められた位置指令との差分に基づいて位置指令を補正することにより、減速機のねじれを補償するロボット制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１９１３７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
減速機のねじれをより精度良く補償するためには、減速機の出力軸の回転角度をより精度よく検出することが望ましい。
【０００６】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、減速機の出力軸の回転角度をより精度よく検出することができるロボット、ロボットシステムおよび回転電機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】
本願の開示するロボットは、一つの態様において、モータと、前記モータの駆動力をリンクに伝達する減速機と、前記減速機の出力軸の回転角度を検出する検出部とを備え、前記検出部は、前記減速機の出力軸に軸継手を介して連結されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本願の開示するロボットの一つの態様によれば、モータの駆動力をリンクに伝達する減速機の出力軸の回転角度をより精度よく検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例に係るロボットの側面模式図である。
【図２】図２は、実施例に係るロボットの正面模式図である。
【図３】図３は、実施例に係るロボットの関節部分の構成を示す図である。
【図４】図４は、図３に示す軸継手の構成を示す図である。
【図５】図５は、実施例に係るロボットシステムの構成を示す図である。
【図６】図６は、実施例に係る指令生成部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本願の開示するロボットシステムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１１】
本実施例に係るロボットシステムは、ロボットとロボット制御装置を備える。ロボットは、隣接するリンクが関節を介して連結されており、ロボット制御装置は、関節を駆動することでロボットを制御する。なお、ロボットの一例として多関節ロボットを説明するが、ロボットは、少なくとも一つの関節を有するロボットであればよい。また、関節を介して接続されるリンクとして、基台、旋回ヘッドおよびアームを例に挙げて説明するが、これらに限定されるものではない。
【００１２】
まず、本実施例に係るロボットの構成を説明する。図１は、本実施例に係るロボットの側面模式図であり、図２は、本実施例に係るロボットの正面模式図である。
【００１３】
図１および図２に示すように、ロボット２は、基台２５と、旋回ヘッド２６ａと、下部アーム２６ｂと、上部アーム２６ｃと、関節２９ａ〜２９ｃとを備える多関節ロボットである。関節２９ａは、基台２５に旋回ヘッド２６ａを回転自在に連結し、関節２９ｂは、旋回ヘッド２６ａに下部アーム２６ｂを回転自在に連結し、関節２９ｃは、下部アーム２６ｂに上部アーム２６ｃを回転自在に連結する。なお、以下においては、説明の便宜上、各関節２９ａ〜２９ｃを関節２９と総称し、旋回ヘッド２６ａ、下部アーム２６ｂおよび上部アーム２６ｃをリンク２６と総称する場合がある。
【００１４】
基台２５は、フロアや天井などの固定面に図示しないアンカーボルトで固定される。基台２５、旋回ヘッド２６ａ、下部アーム２６ｂおよび上部アーム２６ｃは、例えば、金属鋳物等で形成された構造支持部材であり、関節２９を介して基台２５から順に配置される。
【００１５】
関節２９ａ〜２９ｃは、それぞれ回転電機２７ａ〜２７ｃを備える。回転電機２７ａは、アクチュエータ１０ａと、第１のエンコーダ１３ａと、第２のエンコーダ１４ａとを備える。同様に、回転電機２７ｂは、アクチュエータ１０ｂと、第１のエンコーダ１３ｂと、第２のエンコーダ１４ｂとを備え、回転電機２７ｃは、アクチュエータ１０ｃと、第１のエンコーダ１３ｃと、第２のエンコーダ１４ｃとを備える。
【００１６】
第１のエンコーダ１３ａ〜１３ｃは、それぞれアクチュエータ１０ａ〜１０ｃの入力軸の回転角度を検出するエンコーダであり、第２のエンコーダ１４ａ〜１４ｃは、それぞれアクチュエータ１０ａ〜１０ｃの出力軸の回転角度を検出するエンコーダである。なお、以下においては、説明の便宜上、アクチュエータ１０ａ〜１０ｃをアクチュエータ１０と総称し、第１のエンコーダ１３ａ〜１３ｃを第１のエンコーダ１３と総称し、第２のエンコーダ１４ａ〜１４ｃを第２のエンコーダ１４と総称する場合がある。
【００１７】
ここで、回転電機２７ａ〜２７ｃの構成について説明する。なお、回転電機２７ａ〜２７ｃはそれぞれ同様の構成であるため、ここでは、回転電機２７ｂについてのみ説明する。図３は、本実施例に係る回転電機２７ｂの構成を示す図であり、図１のＡ−Ａ線断面図に相当する。
【００１８】
図３に示すように、回転電機２７ｂは、アクチュエータ１０ｂと、第１のエンコーダ１３ｂと、第２のエンコーダ１４ｂとを備える。アクチュエータ１０ｂは、モータ１１と、モータ１１の駆動力をリンクである下部アーム２６ｂに伝達する減速機１２とを備える。
【００１９】
かかる回転電機２７ｂでは、第２のエンコーダ１４ｂが減速機１２の出力軸１２５に軸継手１４０を介して連結されている。そのため、第２のエンコーダ１４ｂにおいて、減速機１２の出力軸１２５の回転角度を精度良く検出することが可能である。以下、回転電機２７ｂの構成についてさらに詳細に説明する。なお、以下においては、減速機１２を遊星ローラ型の減速機としているが、これに限られない。例えば、遊星歯車型の減速機を減速機１２としてもよい。また、モータ１１についても図３に示す構成に限られない。
【００２０】
モータ１１は、フレーム１１０と、第１ブラケット１１１と、第２ブラケット１１２と、シャフト１１３と、固定子１１４と、回転子１１５とを備える。フレーム１１０は、筒状に形成され、内周に固定子１１４が固着される。第１ブラケット１１１は、外周部においてフレーム１１０の一端と連結され、内周部においてシャフト１１３を通す開口を備える。第２ブラケット１１２は、外周部においてフレーム１１０の他端と連結され、内周部において軸受け１１６を支持する。かかる軸受け１１６によって、シャフト１１３が回転可能に支持される。
【００２１】
固定子１１４は、固定子コア１５１と、固定子巻線１５２とを備える。この固定子１１４の内周側には空隙を介して回転子１１５が対向配置される。回転子１１５は、円筒状の回転子コア１５３と、回転子コア１５３の外周側に配置された複数の永久磁石１５４とを備え、シャフト１１３の中心を回転軸として回転する。
【００２２】
このように構成されたモータ１１では、固定子１１４の固定子巻線１５２に電流を流すことにより固定子１１４の内側に回転磁界が発生する。そして、この回転磁界と回転子１１５の永久磁石１５４が発生する磁界との相互作用により回転子１１５が回転し、この回転子１１５の回転に伴ってシャフト１１３が回転する。
【００２３】
減速機１２は、筒状に形成されたハウジング１２０を備えており、かかるハウジング１２０の一端がモータ１１の第２ブラケット１１２に固定される。ハウジング１２０内には、太陽ローラ１２１と、リング１２２と、遊星ローラ１２３と、遊星ローラ軸１２４と、出力軸１２５と、軸受け１２６を備える。
【００２４】
太陽ローラ１２１は、減速機１２の入力軸である。かかる太陽ローラ１２１は、シャフト１１３と一体化され、かつその中心軸をシャフト１１３の中心軸と同一としている。リング１２２は、ハウジング１２０内の溝に嵌め込まれた円筒状の弾性リングであり、かかるリング１２２の内周面と太陽ローラ１２１の外周面との間に遊星ローラ１２３が回転自在に配置される。遊星ローラ１２３は、その回転中心位置に遊星ローラ軸１２４が固定されており、かかる遊星ローラ軸１２４は、出力軸１２５に固定される。
【００２５】
ハウジング１２０の他端の内周面には、軸受け１２６が固定されており、かかる軸受け１２６によって出力軸１２５が回転自在に支持される。また、ハウジング１２０の他端は、旋回ヘッド２６ａのフレーム１２７に固定される。一方、ハウジング１２０に対して回転自在に支持された出力軸１２５は、下部アーム２６ｂに固定される。
【００２６】
このように構成された減速機１２では、モータ１１のシャフト１１３の回転に伴って太陽ローラ１２１が回転する。太陽ローラ１２１の回転に伴い、遊星ローラ軸１２４が自転しつつ、太陽ローラ１２１を中心として公転する。かかる遊星ローラ軸１２４の公転に伴って出力軸１２５が回転する。出力軸１２５の先端周縁部は、下部アーム２６ｂに固定されており、これにより、出力軸１２５の回転に伴って、下部アーム２６ｂが出力軸１２５を中心に回転する。
【００２７】
第１のエンコーダ１３ｂは、モータ１１と隣接して減速機１２とは逆側に配置され、カバー１３０によって覆われる。かかる第１のエンコーダ１３ｂは、シャフト１１３の回転角度を検出する。
【００２８】
一方、第２のエンコーダ１４ｂは、減速機１２の出力軸１２５に軸継手１４０を介して連結される。具体的には、減速機１２の出力軸１２５の先端中央には連結軸１４１が固定されており、軸継手１４０および連結軸１４１を介して、減速機１２の出力軸１２５に第２のエンコーダ１４ｂの検出軸１９５が連結される。なお、第２のエンコーダ１４ｂは、検出軸１９５の回転を検出する検出器を備えており、検出軸１９５の回転に応じた検出結果を出力する。
【００２９】
このように、第２のエンコーダ１４ｂは、軸継手１４０を介して減速機１２の出力軸１２５に連結されるため、減速機１２の出力軸１２５の位置を精度良く検出することができ、従って、高精度の位置決めを行うことができる。
【００３０】
また、第２のエンコーダ１４ｂは、下部アーム２６ｂのフレーム１２７に固定された支持部材１２８によって支持される。そして、下部アーム２６ｂにおいて、減速機１２の出力軸１２５と第２のエンコーダ１４ｂとの間の領域に開口１４２を設けることで、第２のエンコーダ１４ｂと減速機１２とを、下部アーム２６ｂを挟んで配置するようにしている。これにより、第２のエンコーダ１４ｂと減速機１２の出力軸１２５とを軸継手１４０を介して容易に連結することができる。
【００３１】
また、下部アーム２６ｂに設けられた開口１４２内に、軸継手１４０を配置することによって第２のエンコーダ１４ｂを下部アーム２６ｂに近接させることができるため、回転電機２７ｂの小型化を図ることができ、それに伴い、ロボット２の小型化を図ることができる。なお、開口１４２を大きくして、第２のエンコーダ１４ｂを開口１４２内に配置すれば、さらにロボット２の小型化を図ることができる。
【００３２】
さらに、軸継手１４０において、少なくとも軸間に位置する中間部材を樹脂で形成することで、連結する軸間での熱伝達が抑制される。これにより、減速機１２の発熱が第２のエンコーダ１４ｂへ影響を及ぼすことを抑制でき、第２のエンコーダ１４ｂにおける検出精度を保つことができる。また、軸継手１４０を偏心や偏角を吸収するオルダム継手とすることによって、第２のエンコーダ１４ｂの配置の自由度を増加させることができる。
【００３３】
ここで、軸継手１４０の構成の一例について、図４を参照して具体的に説明する。図４は、軸継手１４０の構成の一例を示す図である。なお、図４においては、便宜上、連結軸１４１の延伸方向をＺ方向とし、図面視において上方をＹ方向と、Ｚ軸およびＹ軸のいずれにも直交する方向をＸ軸方向とする。
【００３４】
軸継手１４０は、オルダム継手であり、図４に示すように、第１のハブ１６０と、スライド１７０と、第２のハブ１８０とを備える。かかる軸継手１４０は、軸端が相対する回転軸である連結軸１４１と第２のエンコーダ１４の検出軸１９５とを連結する継手である。なお、第１および第２のハブ１６０，１８０は、例えば、アルミ合金などの金属で形成され、中間継手であるスライド１７０は、アセタール樹脂やナイロン樹脂などの樹脂によって形成される。そのため、軸間の熱伝達を抑制することができる。なお第１および第２のハブ１６０，１８０は金属ではなく樹脂部材で形成してもよい。
【００３５】
第１のハブ１６０は、中央部に軸孔である中央孔１６１が形成され、中央孔１６１の径方向両側に２つの側孔１６２が中央孔１６１を挟んで対称に形成される。同様に、第２のハブ１８０も中央部に軸孔である中央孔１８１が形成され、中央孔１８１の径方向両側に２つの側孔１８２が中央孔１８１を挟んで対称に形成される。
【００３６】
このように、第１および第２のハブ１６０，１８０は、側孔１６２，１８２を備えており、かかる側孔１６２，１８２をスライド１７０と係合する領域とすることによって、軸方向（Ｚ方向）の厚みが厚くなることを抑制するようにしている。
【００３７】
また、第１のハブ１６０には、各側孔１６２のＹ方向の両側に断面視台形状の凸部１６３が形成され、また、第１のハブ１６０の外周面には組立用溝１６５が形成される。同様に、第２のハブ１８０には、各側孔１８２のＸ方向の両側に断面視台形状の凸部１８３が形成され、また、第２のハブ１８０の外周面には組立用溝１８５が形成される。
【００３８】
スライド１７０には、平坦部１７４ａ，１７４ｂから隆起する凸部１７１ａ，１７１ｂが形成される。２つの凸部１７１ａはＸ軸方向に並んで配置される一方、２つの凸部１７１ｂはＹ軸方向に並んで配置される。すなわち、凸部１７１ａと凸部１７１ｂとは配列方向が互いに９０度ずれた関係にある。また、凸部１７１ａには、スリット１７２ａが形成され、凸部１７１ｂには、スリット１７２ｂが形成される。
【００３９】
さらに、スライド１７０には、凸部１７１ａ，１７１ｂの両側に、平坦部１７４ａ，１７４ｂから隆起する側壁１７３ａ，１７３ｂが形成される。そして、凸部１７１ａの裏面に側壁１７３ｂが位置し、凸部１７１ｂの裏面に側壁１７３ａが位置する。そのため、スライド１７０の軸方向（Ｚ方向）の強度を向上させることができ、スライド１７０の軸方向の厚みを薄くすることができる。
【００４０】
また、スライド１７０には、各凸部１７１ａの両側に平坦部１７４ａよりも凹んだ凹部１７５ａが形成され、同様に、各凸部１７１ｂの両側に平坦部１７４ｂよりも凹んだ凹部１７５ｂが形成される。また、スライド１７０の外周面には組立用溝１７７，１７８が形成される。
【００４１】
このように構成される第１のハブ１６０、スライド１７０および第２のハブ１８０によって軸継手１４０が構成される。以下、軸継手１４０の組立方法を説明する。
【００４２】
第１のハブ１６０の中央孔１６１に連結軸１４１を嵌合して、第１のハブ１６０と連結軸１４１を連結する。また、第２のハブ１８０の中央孔１８１に第２のエンコーダ１４の検出軸１９５を嵌合して、第２のハブ１８０に第２のエンコーダ１４の検出軸１９５を連結する。
【００４３】
また、第１のハブ１６０の側孔１６２にスライド１７０の凸部１７１ａを嵌合させると共に、第１のハブ１６０の凸部１６３にスライド１７０の凹部１７５ａを嵌合させる。これにより、第１のハブ１６０がスライド１７０に嵌合される。同様に、第２のハブ１８０の側孔１８２にスライド１７０の凸部１７１ｂを嵌合させると共に、第２のハブ１８０の凸部１８３にスライド１７０の凹部１７５ｂを嵌合させる。
【００４４】
凸部１７１ａ，１７１ｂには、スリット１７２ａ，１７２ｂが形成されることから、凸部１７１ａ，１７１ｂはスリット１７２ａ，１７２ｂの延伸方向と直交する方向で柔軟性を有する。また、側壁１７３ｂの厚みが厚くならないように側壁１７３ｂには２つの凹部１７６ｂが形成されるため、側壁１７３ｂは柔軟性を有している。このことは、側壁１７３ａについても同様である。そのため、第１および第２のハブ１６０，１８０がスライド１７０に高い摺動性を持って嵌合される。
【００４５】
なお、第１のハブ１６０と第２のハブ１８０とは類似する構成である。そこで、第１のハブ１６０の組立用溝１６５とスライド１７０の組立用溝１７７とが連続するように、第１のハブ１６０をスライド１７０に取り付けさせ、第２のハブ１８０の組立用溝１８５とスライド１７０の組立用溝１７８とが連続するように、第２のハブ１８０をスライド１７０に取り付けさせることで、組立を容易にしている。
【００４６】
以上のように組み立てられる軸継手１４０の動作について説明する。連結軸１４１は減速機１２の出力軸１２５の回転に応じて回転し、それに伴って、第１のハブ１６０が回転する。そして、第１のハブ１６０の回転に伴って、スライド１７０および第２のハブ１８０が回転し、第２のエンコーダ１４の検出軸１９５が回転する。
【００４７】
連結軸１４１と検出軸１９５の軸心が一致せずに偏心している場合、軸継手１４０は、スライド１７０の両凸部１７１ａ，１７１ｂが各ハブ１６０，１８０の側孔１６２，１８２内をスライドして偏心を吸収し、連結軸１４１の回転を検出軸１９５へ伝達する。連結軸１４１と検出軸１９５の軸心が一致しておらず偏角している場合も同様に、軸継手１４０は、スライド１７０の各凸部１７１ａ，１７１ｂが各ハブ１６０，１８０の側孔１６２，１８２内をスライドして偏心を吸収し、連結軸１４１の回転を検出軸１９５へ伝達する。
【００４８】
以上のように、軸継手１４０は、第１および第２のハブ１６０，１８０がスライド１７０に高い摺動性を持って嵌合されるため、精度良い回転伝達が可能となる。また、スライド１７０に側壁１７３ａ，１７３ｂを設けているためスライド１７０の強度を高めることができるため、スライド１７０の軸方向の厚みを薄くすることができる。
【００４９】
次に、ロボット２を制御するロボット制御装置の構成および動作について説明する。図５は、実施例１に係るロボットシステム１の構成を示す図である。ここでは、一つのアクチュエータ１０を駆動する例を説明する。なお、例えば、アクチュエータ１０ｂを制御する場合、ロボット制御装置３は、第１および第２のエンコーダ１３ｂ，１４ｂから取得した情報に基づいてアクチュエータ１０ｂを制御する。
【００５０】
ロボット制御装置３は、ロボット２の関節に設けられたモータ１１を駆動する。これにより、モータ１１の駆動力が減速機１２によってリンク２６に伝達され、リンク２６が駆動される。かかるロボット制御装置３は、図５に示すように、モータ１１の位置指令Ｐｒｅｆを出力する指令生成部２０と、モータ１１の回転角度が位置指令Ｐｒｅｆに一致するようにモータ１１を制御するサーボ制御部２１とを備える。位置指令Ｐｒｅｆは、モータ１１の回転角度を規定する位置指令である。
【００５１】
指令生成部２０は、第１および第２のエンコーダ１３，１４から取得した回転角度Ｐｆｂ１，Ｐｆｂ２に基づいて補正した位置指令Ｐｒｅｆをサーボ制御部２１へ出力する。第１のエンコーダ１３は、モータ１１のシャフト１１３の回転角度を回転角度Ｐｆｂ１として検出し、また、第２のエンコーダ１４は、減速機１２の出力軸１２５の回転角度を回転角度Ｐｆｂ２として検出する。
【００５２】
サーボ制御部２１は、指令生成部２０から位置指令Ｐｒｅｆを取得すると共に、第１のエンコーダ１３からモータ１１の回転角度Ｐｆｂ１を取得し、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１を位置指令Ｐｒｅｆに一致させるための電流指令Ｅｒｅｆを演算し、かかる電流指令Ｅｒｅｆをモータ１１へ出力する。
【００５３】
指令生成部２０から出力される位置指令Ｐｒｅｆは、上述のように、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１と減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２に基づいて補正されている。モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１と減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２には、サーボ制御の遅れ時間の要素が含まれていないため、サーボ制御の遅れ時間を補償する設定作業を行うことなく、減速機１２のねじれを補償することができる。
【００５４】
図６は、実施例１に係る指令生成部２０の構成を示す図である。図６に示すように、指令生成部２０は、位置指令生成部３０と、位置指令補正部３１とを備える。
【００５５】
位置指令生成部３０は、予め定められた指令プロファイルを元にモータ１１の位置指令Ｐｒｅｆ０を生成する。そして、位置指令生成部３０は、生成した位置指令Ｐｒｅｆ０を位置指令補正部３１へ出力する。
【００５６】
なお、指令プロファイルは、例えば、次のように生成される。まず、ロボット２のリンク先端に取り付けられた図示しないエンドエフェクタの軌道が、予め決められた加速度、速度にて通るようにエンドエフェクタ位置指令（ＸＹＺ座標）を演算する。ＸＹＺ座標は制御点であるエンドエフェクタが動作する空間の座標である。そして、エンドエフェクタ位置指令に対して座標変換を行うことによって、モータ１１の位置指令Ｐｒｅｆ０（モータ座標）を生成する。モータ座標はロボット２のリンク２６を駆動するモータ１１の回転角の座標である。エンドエフェクタの軌道に応じて生成される位置指令Ｐｒｅｆ０群により指令プロファイルが形成される。
【００５７】
位置指令補正部３１は、位置指令補正信号である位置補償値Ｐａｄｄを生成し、かかる位置補償値Ｐａｄｄによって位置指令生成部３０から出力される位置指令Ｐｒｅｆ０を補正する。具体的には、位置指令補正部３１は、ねじれ位置演算部３２と、ねじれ位置初期値記憶部３３と、ねじれ位置差分演算部３４と、位置補償値演算部３５と、位置補償積算部３６と、補償位置指令演算部３７とを備える。
【００５８】
ねじれ位置演算部３２は、モータ１１の回転軸であるシャフト１１３の回転角度Ｐｆｂ１と減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２に基づいてねじれ位置Ｐｄｉｆを生成し、生成したねじれ位置Ｐｄｉｆをねじれ位置差分演算部３４へ出力する。かかるねじれ位置Ｐｄｉｆは、減速機１２のねじれを表す情報である。
【００５９】
具体的には、ねじれ位置演算部３２は、減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２を減速比に基づいて演算した回転角度Ｐｆｂ２からモータ１１の回転角度Ｐｆｂ１を減算し、かかる差分値をねじれ位置Ｐｄｉｆとする。例えば、減速機１２の減速比をｎとした場合、ねじれ位置演算部３２は、ｎ倍した回転角度Ｐｆｂ２からモータ１１の回転角度Ｐｆｂ１を減算し、かかる差分値をねじれ位置Ｐｄｉｆとする。
【００６０】
ねじれ位置初期値記憶部３３は、初期化信号Ｉｎｉｔが入力されたときにねじれ位置演算部３２から出力されるねじれ位置Ｐｄｉｆをねじれ位置初期値Ｐｄｉｆ０として記憶する。例えば、ロボット２の姿勢が基本姿勢であるときに初期化信号Ｉｎｉｔがねじれ位置初期値記憶部３３へ入力され、このときにねじれ位置演算部３２から出力されるねじれ位置Ｐｄｉｆがねじれ位置初期値Ｐｄｉｆ０としてねじれ位置初期値記憶部３３に記憶される。
【００６１】
ねじれ位置差分演算部３４は、ねじれ位置演算部３２から取得したねじれ位置Ｐｄｉｆから、ねじれ位置初期値記憶部３３から取得したねじれ位置初期値Ｐｄｉｆ０を減算し、ねじれ位置差分Ｐｅｒｒ（＝Ｐｄｉｆ−Ｐｄｉｆ０）を生成する。かかるねじれ位置差分Ｐｅｒｒは、ねじれ位置Ｐｄｉｆのねじれ位置初期値Ｐｄｉｆ０からのずれを表す情報である。
【００６２】
位置補償値演算部３５は、ねじれ位置差分Ｐｅｒｒから位置補償積算値Ｐａｄｄｅｄを減算し、位置補償値Ｐａｄｄを生成する。かかる位置補償値Ｐａｄｄは、位置指令補正信号であり、位置補償値演算部３５から補償位置指令演算部３７へ出力される。位置補償積算値Ｐａｄｄｅｄは、位置補償積算部３６から出力される情報であり、位置補償積算部３６は、位置補償値演算部３５から出力される位置補償値Ｐａｄｄを積算して、位置補償積算値Ｐａｄｄｅｄを生成する。
【００６３】
補償位置指令演算部３７は、位置指令生成部３０から取得した位置指令Ｐｒｅｆ０に、位置補償値演算部３５から取得した位置補償値Ｐａｄｄを加算して新たな位置指令Ｐｒｅｆを生成する。そして、補償位置指令演算部３７は、生成した位置指令Ｐｒｅｆをサーボ制御部２１へ出力する。
【００６４】
このように、実施例１に係るロボットシステム１は、指令生成部２０において、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１と減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２の差分から求めた位置補償値Ｐａｄｄを位置指令補正信号として位置指令Ｐｒｅｆ０に加算して位置指令Ｐｒｅｆ０を補正する。位置指令Ｐｒｅｆ０とモータ１１の回転角度Ｐｆｂ１との間には、サーボ制御の遅れ時間の要素が含まれるが、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１と減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２には、サーボ制御の遅れ時間の要素が含まれない。そのため、実施例１に係るロボットシステム１では、サーボ制御の遅れ時間を補償する設定作業を行うことなく、減速機１２のねじれに起因する位置誤差を低減することができる。
【００６５】
また、位置補償値演算部３５において、ねじれ位置差分Ｐｅｒｒから位置補償積算値Ｐａｄｄｅｄが減算されるため、位置補償値Ｐａｄｄとして一度加算したねじれ位置差分Ｐｅｒｒは次回から加算されない。従って、ねじれ位置差分Ｐｅｒｒに応じて精度良く位置指令Ｐｒｅｆを補償することができる。
【００６６】
なお、上記実施例では、３軸に第２のエンコーダ１４を備えるが、各軸は独立して制御されるため、必要に応じて１軸のみや２軸のみに第２のエンコーダ１４を設けるようにしてもよい。
【００６７】
また、補正により位置指令Ｐｒｅｆが急激に変動することを避けるため、リミッタやフィルタなどの制限手段を設けるようにしてもよい。この場合、制限手段は、ねじれ位置差分演算部３４と補償位置指令演算部３７の間の経路に設けることができる。
【００６８】
例えば、位置補償値演算部３５と補償位置指令演算部３７との間にリミッタを設けることによって、補償位置指令演算部３７で取得される位置補償値Ｐａｄｄに制限の値をかけるようにすることができる。また、例えば、位置補償値演算部３５と補償位置指令演算部３７との間にフィルタを設けることによって、補償位置指令演算部３７で取得される位置補償値Ｐａｄｄの変化率に制限をかけるようにすることができる。
【００６９】
また、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１を検出する第１の検出部として、エンコーダを一例に挙げて説明したが、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１を検出することができればよく、例えば、オブザーバであってもよい。同様に、減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２を検出する第２の検出部として、エンコーダを一例に挙げて説明したが、減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２を検出することができればよく、例えば、オブザーバであってもよい。
【００７０】
以上のように、本実施例に係るロボットシステム１では、第２のエンコーダ１４は、軸継手１４０を介して減速機１２の出力軸１２５に連結されるため、減速機１２の出力軸１２５の位置を精度良く検出することができ、従って、高精度の位置決めを行うことができる。また、モータ１１の回転角度Ｐｆｂ１と減速機１２の出力軸１２５の回転角度Ｐｆｂ２とから求めた位置補償値Ｐａｄｄを位置指令Ｐｒｅｆ０に加算する。そのため、サーボ制御の遅れ時間を補償する設定作業を行うことなく、減速機１２のねじれに起因する位置誤差を低減することができ、これによっても、高精度の位置決めを容易に行うことができる。
【００７１】
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。よって、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及び代表的な実施例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及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】
【００７２】
１ ロボットシステム
２ ロボット
３ ロボット制御装置
１１ モータ
１２ 減速機
１３，１３ａ〜１３ｃ 第１のエンコーダ（モータ角検出部）
１４，１４ａ〜１４ｃ 第２のエンコーダ（検出部）
２７，２７ａ〜２７ｃ 回転電機
１２５ 減速機の出力軸
１４０ 軸継手
１６０ 第１のハブ
１７０ スライド（中間部材）
１８０ 第２のハブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータの駆動力をリンクに伝達する減速機と、
前記減速機の出力軸の回転角度を検出する検出部と、を備え、
前記検出部は、
前記減速機の出力軸に軸継手を介して連結されたことを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記検出部は、
前記リンクに設けられた開口を通じて、前記減速機の出力軸と前記軸継手を介して連結され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】
前記軸継手は、
前記開口内に配置され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】
前記軸継手は、
連結する軸間に位置する中間部材が樹脂で形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボットと、
前記ロボットのモータを駆動するロボット制御装置と、
前記モータの回転角度を検出するモータ角検出部と、
を備え、
前記ロボット制御装置は、
前記検出部による検出結果および前記モータ角検出部による検出結果に基づいて、前記モータの位置指令を補正することを特徴とするロボットシステム。
【請求項６】
モータと、
前記モータの駆動力をリンクに伝達する減速機と、
前記減速機の出力軸の回転角度を検出する検出部と、を備え、
前記検出部は、
前記減速機の出力軸に軸継手を介して連結されたことを特徴とする回転電機。
【請求項１】
モータと、
前記モータの駆動力をリンクに伝達する減速機と、
前記減速機の出力軸の回転角度を検出する検出部と、を備え、
前記検出部は、
前記減速機の出力軸に軸継手を介して連結されたことを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記検出部は、
前記リンクに設けられた開口を通じて、前記減速機の出力軸と前記軸継手を介して連結され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】
前記軸継手は、
前記開口内に配置され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】
前記軸継手は、
連結する軸間に位置する中間部材が樹脂で形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボットと、
前記ロボットのモータを駆動するロボット制御装置と、
前記モータの回転角度を検出するモータ角検出部と、
を備え、
前記ロボット制御装置は、
前記検出部による検出結果および前記モータ角検出部による検出結果に基づいて、前記モータの位置指令を補正することを特徴とするロボットシステム。
【請求項６】
モータと、
前記モータの駆動力をリンクに伝達する減速機と、
前記減速機の出力軸の回転角度を検出する検出部と、を備え、
前記検出部は、
前記減速機の出力軸に軸継手を介して連結されたことを特徴とする回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７１０７２（Ｐ２０１２−１７１０７２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７６９２（Ｐ２０１１−３７６９２）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【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２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]