ロボット用信号伝達装置およびそれを備えたロボット
【課題】省スペースのロボット用信号伝達装置を提供する。
【解決手段】ロボットのエンドエフェクター５０へ信号伝達を行うロボット用信号伝達装置６０であって、アーム１８と、光導波路を備える光伝送路６２と、前記アーム１８と前記エンドエフェクター５０とのそれぞれに設けられ前記光伝送路６２を介して互いに光通信する光通信手段と、前記エンドエフェクター５０を動作させる駆動機構４０と、を備え、前記駆動機構４０は、前記エンドエフェクター５０を回転および昇降させる中空部３０ａを有する作業軸３０と、前記エンドエフェクター５０を動作させる気体を送風もしくは吸引するフレキシブルチューブと、を有し、前記光導波路は、前記フレキシブルチューブに沿って設けられ、前記フレキシブルチューブは、前記作業軸３０の前記中空部３０ａに収容されている。
【解決手段】ロボットのエンドエフェクター５０へ信号伝達を行うロボット用信号伝達装置６０であって、アーム１８と、光導波路を備える光伝送路６２と、前記アーム１８と前記エンドエフェクター５０とのそれぞれに設けられ前記光伝送路６２を介して互いに光通信する光通信手段と、前記エンドエフェクター５０を動作させる駆動機構４０と、を備え、前記駆動機構４０は、前記エンドエフェクター５０を回転および昇降させる中空部３０ａを有する作業軸３０と、前記エンドエフェクター５０を動作させる気体を送風もしくは吸引するフレキシブルチューブと、を有し、前記光導波路は、前記フレキシブルチューブに沿って設けられ、前記フレキシブルチューブは、前記作業軸３０の前記中空部３０ａに収容されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットを制御する信号を伝達するロボット用信号伝達装置およびそれを備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種生産現場において、作業の自動化や省力化のため産業用ロボットが多用されている。産業用ロボットとしては、複数の回動式アームを有し、その終端の回動式アームの回動端部に作業軸を設けたスカラー型ロボットが知られている。この種のスカラー型ロボットは、例えば、基台に、水平方向へ延びる第１のアームを回動自在に設けるとともに、この第１のアームの回動端部の上部に水平方向へ延びる第２のアームを回動自在に設け、この第２のアームの回動端部に作業軸を設けている。この作業軸は、軸線が上下方向を指向し、第２のアームに上下方向へ移動自在に支持されるとともに、回転自在に支持されている。第１のアームを駆動するモーターは基台内に設けられ、第２のアームを駆動するモーターは、第２のアームの基端部に設けられている。また、第２のアームには、作業軸を回転駆動するための回転駆動装置と、作業軸を昇降させる昇降装置とが設けられている。この作業軸の下端部には、作業対象物に作業を実施するロボットハンド等のエンドエフェクターが取り付けられている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１７０１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、産業用ロボットによる作業の高度化や精密化に伴い、ロボットハンド等のエンドエフェクターに求められる機能がより高度化、高精度化している。そのため、エンドエフェクターには、電磁バルブ等の駆動部材やカメラを含む各種センサー、および、それらを制御するコントローラー等が搭載される。その結果、エンドエフェクターの動作を制御するための制御信号の送信や各種センサーからのデータの授受を行うために、多くの信号線が必要になってくる。作業軸の回転および昇降に伴って動作するエンドエフェクターとロボット本体との信号の授受を電気配線で行うと、配線の引き回しが極めて煩雑になり、大きなスペースが必要になってしまう。また、クリーン環境で作業を行う場合は、作業軸の動作に伴い配線が屈曲して配線同士の擦れ等が発生し、被覆の一部から粉塵が拡散してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、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。
【０００６】
（適用例１）ロボットのエンドエフェクターへ信号伝達を行うロボット用信号伝達装置であって、アームと、光導波路を備える光通路と、前記アームと前記エンドエフェクターとのそれぞれに設けられ前記光通路を介して互いに光通信する光通信手段と、前記エンドエフェクターを動作させる駆動機構と、を備え、前記駆動機構は、前記エンドエフェクターを回転および昇降させる中空部を有する作業軸と、前記エンドエフェクターを動作させる気体を送風もしくは吸引するフレキシブルチューブと、を有し、前記光導波路は、前記フレキシブルチューブに沿って設けられ、前記フレキシブルチューブは、前記作業軸の前記中空部に収容されていることを特徴とするロボット用信号伝達装置。
【０００７】
この構成によれば、エンドエフェクターの動作を制御するための制御信号やエンドエフェクターに設けた各種センサーからのデータの送受信を、光導波路を用いた光通信で行うことができる。また、光導波路は、エンドエフェクターを動作させる気体を送風もしくは吸引するフレキシブルチューブに埋め込まれ、エンドエフェクターを移動させる作業軸の中空部に収容される。そのため、信号配線の引き回しスペースが低減されロボットの省スペース化に寄与できる。また、光通信によって多くの信号を高速に送受信することができる。また、作業軸の動作に伴い配線が屈曲して配線同士の擦れ等が発生し、被覆の一部から粉塵が発生することを低減させることができるため、クリーン環境に適したロボットを提供することができる。
【０００８】
（適用例２）前記フレキシブルチューブは、前記光導波路を外周面内に軸線に沿って収容するとともに、両端部に前記光導波路の光入出部が形成され、前記光通信手段は、前記光入出部に対して光信号を送受信する光送受信部と、前記フレキシブルチューブを位置決めして接続するチューブ接続部と、を備えていることを特徴とする上記のロボット用信号伝達装置。
【０００９】
この構成によれば、フレキシブルチューブに収容された光導波路に光信号を伝送することができる。
【００１０】
（適用例３）作業対象物に対して作業を実施するエンドエフェクターと、前記エンドエフェクターを保持し移動させる作業軸と、前記作業軸が最終端に配設される複数のアームと、上記のロボット用信号伝達装置と、を備えることを特徴とするロボット。
【００１１】
この構成によれば、信号配線の引き回しスペースが低減された省スペースのロボットを提供することができるとともに、光通信によって多くの信号を高速に送受信することができるノイズに強く、クリーン環境に適したロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】スカラー型ロボットの構成を示す概略図。
【図２】作業軸駆動部の構造を示す概略図。
【図３】ロボット用信号伝達装置の全体構造を示す概略図。
【図４】光送受信部の構成を示す断面図。
【図５】光伝送路を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施例のロボット用信号伝達装置について、スカラー型ロボットを例にとり図面を参照して説明する。なお、説明を簡便にするため、図面における各部材は簡略化し、一部、縮尺を異ならせて図示している。
【００１４】
（スカラー型ロボットの構造について）
まず、スカラー型ロボットの構造について、図１を参照して説明する。図１は、スカラー型ロボットの構成を示す概略図であり、（ａ）はスカラー型ロボットの概略斜視図、（ｂ）は、スカラー型ロボットの模式断面図である。なお、スカラー型ロボットは、水平面に設置される。図面において、その水平面上の１方向をＸ方向とし、水平面上でＸ方向と直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向（重力方向）をＺ方向としている。
【００１５】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、スカラー型ロボット（以下、ロボット１００という）は、基台１０と、支持台１１と、支持台１１に対して水平方向に延びる第１アーム部１６と、第１アーム部１６に接合され同じく水平方向に延びる第２アーム部１８と、この第２アーム部１８の他方の端部を貫通して上下方向に延びる作業軸３０と、作業軸３０を昇降および回転させる作業軸駆動部４０と、作業軸３０の下端に取り付けられたエンドエフェクターとしてのロボットハンド５０と、制御部２０とを備えている。
【００１６】
基台１０は、矩形の板状に形成されロボット１００の設置面に配置されており、基台１０上には支持台１１が配置されている。図１（ｂ）に示すように、支持台１１の内部には空間が形成され、この空間は支持板１２により上下に分割されている。支持板１２の下側には駆動部としての第１モーター１３が配置されている。支持板１２の上側には第１減速機１４が配置されている。また、支持台１１の底面側にはロボット１００の動作を制御する制御部２０が設けられている。
【００１７】
第１減速機１４の入力軸には第１モーター１３の回転軸１３ａが接続されている。第１減速機１４の上側には出力軸１４ａが配置されている。そのため、第１減速機１４は、第１モーター１３の回転軸１３ａの回転を減速し出力軸１４ａに伝えることができる。なお、第１減速機１４には各種の減速機構を採用することができる。本実施形態では、例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）を採用している。支持台１１の上面には孔部１１ａが形成され、孔部１１ａから出力軸１４ａが突出して配置されている。
第１アーム部１６は、略直方体部を有する形状に形成され、一端が出力軸１４ａに接続され、出力軸１４ａを支点として水平方向に回転可能に設けられている。すなわち、第１モーター１３が回転駆動することにより、第１アーム部１６は水平方向に回動することができる。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、第１アーム部１６の第１モーター１３と反対側の他端には第２減速機１５、駆動部としての第２モーター１７がこの順にＺ方向に重ねて配置されている。そして、第２減速機１５の出力軸１５ａが図中Ｚ方向下側に配置されている。第１アーム部１６には第２減速機１５と対向する場所に孔部１６ａが形成され、孔部１６ａから出力軸１５ａが突出して配置されている。第２モーター１７の回転軸（図示しない）は第２減速機１５の入力軸と接続されている。そのため、第２減速機１５は、第２モーター１７の回転軸１７ａの回転を減速し第２減速機１５の出力軸１５ａに伝えることができる。
【００１９】
第２アーム部１８は、略直方体部を有する形状に形成され、一端が出力軸１５ａに接続され、出力軸１５ａを支点として水平方向に回転可能に設けられている。すなわち、第２モーター１７が回転駆動することにより、第２アーム部１８は水平方向に回動することができる。なお、第１モーター１３及び第２モーター１７は、電気信号によって回転方向を制御可能であればよく、直流モーター、パルスモーター、交流モーター等の各種類のモーターを用いることができる。本実施形態では、例えば、直流モーターを採用している。
【００２０】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、第２アーム部１８上において出力軸１５ａに接続された側と反対側の端部には、第２アーム部１８の端部を貫通して上下方向に延びる作業軸３０と、作業軸３０を昇降および回転させる作業軸駆動部４０とが設けられている。作業軸駆動部４０は、作業軸３０を上下方向に移動させる昇降装置３５と、作業軸３０を回転させる回転駆動装置４５と、これらの装置を覆うカバー４９とが設けられている。このカバー４９は、第２アーム部１８の側縁に沿う形状であって、第２アーム部１８の第２モーター１７と反対側の端部の全域を覆う形状に形成されている。作業軸３０は、作業軸駆動部４０によって昇降および回転駆動させられる。この作業軸駆動部４０の詳細については後述する。
【００２１】
ロボットハンド５０は、上述の作業軸３０の下端に取り付けられている。ロボットハンド５０は、作業軸３０の昇降および回転動作に伴って、昇降および回転することができる。また、ロボットハンド５０は、作業対象物としてのワークに対して各種作業を実施する。そのため、例えば、ワークを挟んで保持し移動させる作業を例にとると、ロボットハンド５０は、ワークの位置を確認するためのカメラを含む各種センサー（図示せず）、ワークを挟んで保持するための指部５１、その指部５１を動作させる機構部（図示せず）、電磁バルブ、エアーシリンダーおよび各種モーター等の機構部の駆動源（図示せず）、およびこれらを制御するコントローラー（図示せず）を備えている。
【００２２】
制御部２０は、図示しない中央演算部、記憶部、ドライバー回路、インターフェース等を備えている。ドライバー回路は、第１モーター１３、第２モーター１７、作業軸駆動部４０およびロボットハンド５０の駆動源を駆動する回路である。そして、ドライバー回路およびロボットハンド５０に設けられた各種センサー、コントローラー等が中央演算部と接続されている。また、中央演算部は、インターフェースを介して外部コンピューターに接続されている。記憶部は、ロボット１００を制御する動作手順を示したプログラムソフトや制御に用いるデータ等を記憶している。中央演算部はプログラムソフトに従ってロボット１００を総合的に制御する。
【００２３】
上述の構成を備えるロボット１００は、制御部２０からの制御信号に従って、第１アーム部１６、第２アーム部１８および作業軸３０の動作を制御して、ロボットハンド５０をワークの位置（所定の位置）に移動させ、さらにロボットハンド５０の動作を制御してワークに対して所定の作業を実施することができる。
【００２４】
（作業軸駆動部の構造について）
ここで、作業軸駆動部の構造について、図２を参照して説明する。図２は、作業軸駆動部の構造を示す概略図である。図２に示すＸ方向およびＺ方向は、図１に示すＸ方向およびＺ方向と同一な方向を示す。
【００２５】
図２に示すように、作業軸駆動部４０は、作業軸３０を上下方向に移動させる昇降装置３５と、作業軸３０を所望の角度だけ回転させる回転駆動装置４５とを備えている。昇降装置３５は、図示しない第３モーターから駆動力を受けて回転することができるボールねじ軸３２と、このボールねじ軸３２に螺合されたボールねじナット３３と、このボールねじナット３３に一端部を固定されるとともに他端部に作業軸３０が連結された上部連結部材３４とによって構成されている。この昇降装置３５の各回転部材は、軸線が上下方向を指向するように形成されている。
【００２６】
ボールねじ軸３２は、下端部を第２アーム部１８に図示しない軸受によって回転自在に支持されるとともに、第２アーム部１８に立設したフレーム２５に上端部を図示しない軸受によって回転自在に支持されている。上部連結部材３４と作業軸３０との接続部分には、作業軸３０が回転することができるように図示しない軸受が介装されている。なお、この軸受は、上面側にストッパー部を有し、作業軸３０の上下方向への移動を規制している。
【００２７】
回転駆動装置４５は、作業軸３０の外周部に回転自在に支持され、図示しない第４モーターから回転力を受けるハーモニックドライブ（登録商標）からなる第３減速機４２と、この第３減速機４２の出力部材であるフレクスプライン４２ａに固着されたボールスプラインナット４４とによって構成されている。ボールスプラインナット４４は、従来からよく知られているものと同等の構造のもので、作業軸３０に下端部から上端部まで延びるように形成した縦溝（図示せず）に係入する多数のボール（図示せず）を循環移動できるように内蔵し、作業軸３０の上下方向への移動を許容しながら、作業軸３０の回転を規制する構造のものである。
【００２８】
すなわち、ボールスプラインナット４４が第３減速機４２のフレクスプライン４２ａと一体的に回転することによって、作業軸３０がボールスプラインナット４４と一体的に同一回転で回転する。また、上述した昇降装置３５のボールねじ軸３２が回転してボールねじナット３３が上昇または下降することにより、作業軸３０がボールスプラインナット４４に支えられながら上下方向に移動する。なお、作業軸３０は、ボールスプラインナット４４に嵌合されることによって第２アーム部１８を貫通するとともに支持されている。
【００２９】
上述の構成を備える作業軸駆動部４０は、第２アーム部１８を貫通する作業軸３０を所望の距離だけ上下方向に移動させることができるとともに、所望の角度だけ回転させることができる。なお、ロボットハンド５０は、この作業軸３０の下端部に固着されているため、所望の距離だけ上下方向に移動することができるとともに、所望の角度だけ回転することができる。
【００３０】
なお、作業軸３０は、円筒状に形成され、外周部には、ボールスプラインナット４４に内蔵された多数のボールが係入する下端部から上端部まで延びるように形成した縦溝（図示しない）が形成されており、内周部は中空となり中空部３０ａを構成している。本実施形態では、スペース効率向上のために、この作業軸３０の内周部の中空部分には、ロボットハンド５０の指部５１を動作させる機構部の駆動源となるエアーシリンダーに空気を送ったり、ワークを吸着するため空気を吸引するフレキシブルチューブからなるエアーチューブが内蔵される。
【００３１】
（ロボット用信号伝達装置について）
ここで、ロボット用信号伝達装置について、図３〜図５を参照して説明する。図３は、ロボット用信号伝達装置の全体構造を示す概略図である。図４は、光送受信部の構成を示す断面図であり、（ａ）は、第１光送受信部の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、第２光送受信部の構成を示す断面図である。図５は、光伝送路を説明する図であり、（ａ）は、光伝送路の全体図、（ｂ）は、フレキシブルチューブの両端の詳細図、（ｃ）は、光導波路の構造を示す図である。図３に示すＸ方向およびＺ方向は、図１に示すＸ方向およびＺ方向と同一な方向を示す。
【００３２】
近年、ロボット１００に求められる作業や機能が、非常に高度化、高機能化している。そのため、作業を実施するロボットハンド５０等のエンドエフェクターに求められる機能も非常に高精度および高度化している。その結果、ロボットハンド５０には、ワークの種類や位置を確認するためのカメラやワークを把持する際の指部５１の把持圧力を検出するための圧力センサー等の各種センサーが搭載される。また、ロボットハンド５０の動作をより精密に、より高速化するために、エアーシリンダーやモーター等の駆動源を用意した複雑な機構部やそれらを制御するためのコントローラーが搭載される。その結果、ロボットハンド５０の動作を制御するための制御信号や各種センサーからのデータの受信するために非常に多くの信号線が必要になってくる。
【００３３】
図３に示すように、ロボット用信号伝達装置６０は、ロボット１００の制御部２０から第１アーム部１６および第２アーム部１８の内部を、例えば電気配線等で伝送されるロボットハンド５０の制御信号や、ロボットハンド５０から送信される各種センサーからのデータを、作業軸駆動部４０を介して、第２アーム部１８とロボットハンド５０との間で伝達する役割を担うものである。
【００３４】
図３に示すように、ロボット用信号伝達装置６０は、光通信手段として、第１接続部６１と、光伝送路６２と、第２接続部６３とを有している。図３および図４（ａ）に示すように、第１接続部６１は、作業軸駆動部４０の昇降装置３５を構成する上部連結部材３４に配置されており、光送受信部としての第１光送受信部６５と、チューブ接続部としての第１チューブ接続部６６とから構成されている。第１光送受信部６５は、光コネクター６７と第１光入出射部７２とを有する。光コネクター６７は、光プラグ６８と光プラグ６８が結合する光レセプタクル６９とから構成され、光プラグ６８には、光ファイバーケーブル７０が接続されている。光ファイバーケーブル７０には、例えば、ロボット１００の制御部２０からの電気信号である制御信号が、図示しない光信号―電気信号変換器もしくは電気信号―光信号変換器（ＯＥ／ＥＯ変換器）により光信号に変換され、伝送されている。第１光入出射部７２は、レンズ群７１を内蔵し、光を集光し出射もしくは入射する機能を有し、光レセプタクル６９の光軸に沿って設けられている。
【００３５】
すなわち、光ファイバーケーブル７０で伝送される光信号は、光コネクター６７を介して第１光入出射部７２に入力され、レンズ群７１によって集光され、任意の点に対して出射される。また、この逆、第１光入出射部７２に入力された光信号は、レンズ群７１によって集光され光コネクター６７に接続された光ファイバーケーブル７０に伝送され、制御部２０方向に伝送されることも可能である。
【００３６】
第１チューブ接続部６６は、第１アーム部１６および第２アーム部１８の内部の収納された第１エアーチューブ７３と後述する第２エアーチューブ７５とを接続する継ぎ手７６とを有している。継ぎ手７６は、第１エアーチューブ７３と第２エアーチューブ７５とをそれぞれ挿入するチューブレセプタクル７６ａおよびチューブレセプタクル７６ｂと、第２エアーチューブ７５の軸方向および回転方向を位置決めできる位置決め部７４とを有している。また、位置決め部７４は、第１光入出射部７２の近傍に設けられ、第１光入出射部７２から光が出射される点の位置に穴部７４ａが形成されている。なお、第２エアーチューブ７５の位置決め方法については、特に限定しない。第２エアーチューブ７５の端面を軸線方向の度当たりとし、第２エアーチューブ７５の端面に切り欠きを設け、継ぎ手７６の位置決め部７４に切り欠きに対応する係合部を設けて位置決めとしてもよい。
【００３７】
図５（ａ）に示すように、光伝送路６２は、上述のロボットハンド５０の機構部の駆動源となる空気を送るための第２エアーチューブ７５と光導波路７７とから構成されている。図５（ｂ）に示すように、光導波路７７は、光学的な特性をもつ物質を用いてテープ状または薄板状に形成され、光路となるコア７８と、コアを取り囲むクラッド７９から構成されている。コア７８とクラッド７９は屈折率が異なり境界面で全反射を起こして光を進行させる。コア７８およびクラッド７９の材料としては、例えば、高純度ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂等が好適に用いられる。本実施例では、光導波路は、クラッド７９の上下を保護部材７７ｄで覆った薄いテープ状に形成されている。そのため、本実施例の光導波路７７は、可撓性を有する。
【００３８】
第２エアーチューブ７５は、合成ゴム等からなる可撓性を有するとともに捻回耐性を有するフレキシブルチューブであって、側面に長手方向に沿って一本の溝部７５ａが形成されている。この第２エアーチューブ７５の溝部７５ａには上述の光導波路７７が第２エアーチューブ７５の外周面から突出しないように接着剤等で貼り付けられている。図５（ｂ）に示すように、光伝送路６２の両端部６２ａ，ｂには、光入出部８０ａ，ｂが形成されている。光入出部８０ａ，ｂは、光導波路７７の保護部材７７ｄが一部除去されているとともに、その位置に対応する光導波路７７が光入出部８０ａ，ｂ側を頂点とする直角二等辺三角形状にダイシング加工されている。
【００３９】
すなわち、４５度にダイシング加工でカットされているため、カット面８１がミラーとして機能する。そのため、一方の光入出部８０ａから入射した光は、カット面８１で反射して進行方向が変えられ、コア７８とクラッド７９の境界面で全反射しつつコア７８内を進み、同じく、もう一つのカット面８１で反射され光の進行方向が変えられ、他方の光入出部８０ｂから出射される。なお、この第２エアーチューブ７５は、ロボット１００の作業軸３０の中空部分に第１接続部６１から第２接続部６３に向かうように収容されている。また、第２エアーチューブ７５は、前述の第１接続部６１の継ぎ手７６の一方に挿入される。このとき、第２エアーチューブ７５は、一方の光入出部８０ａが継ぎ手７６の位置決め部７４の穴部７４ａに重なるように軸方向および回転方向が位置決めされる。
【００４０】
図４（ｂ）に示すように、第２接続部６３は、ロボットハンド５０に配置されており、第２光送受信部８５と、第２チューブ接続部８６とから構成されている。第２光送受信部８５は、第２光入出射部８８と光信号―電気信号変換器もしくは電気信号―光信号変換器（以降、ＯＥ／ＥＯ変換器８７という）とを有する。第２光入出射部８８は、第１光入出射部７２と同様に、レンズ群７１を内蔵し、光を集光し出射もしくは入射する機能を有する。ＯＥ／ＥＯ変換器８７は、光信号を電気信号に、電気信号を光信号に変換する機能を有し、光信号送受信部側を第２光入出射部８８側に向け、第２光入出射部８８と光軸を共通にして配置されている。また、電気信号送受信側は、電気コネクター８９を介してロボットハンド５０に設けられた回路基板９０に接続されている。
【００４１】
第２チューブ接続部８６は、上述の第２エアーチューブ７５とロボットハンド５０内に設けられ、ロボットハンド５０の指部５１を動作させる機構部を駆動させる図示しないエアーシリンダーに空気を送る第３エアーチューブ９２とを接続する継ぎ手９３とを有している。継ぎ手９３は、第２エアーチューブ７５と第３エアーチューブ９２とをそれぞれ挿入するチューブレセプタクル９３ａ，ｂと、第２エアーチューブ７５の軸方向および回転方向を位置決めできる位置決め部９４とを有している。また、位置決め部９４は、第２光入出射部８８の近傍に設けられ、第２光入出射部８８の光軸が対応する位置に穴部９４ａが形成されている。
【００４２】
第２エアーチューブ７５は、継ぎ手９３の一方に挿入される。このとき、第２エアーチューブ７５は、他方の光入出部８０ｂが継ぎ手９３の位置決め部９４の穴部９４ａに重なるように軸方向および回転方向が位置決めされる。なお、第２エアーチューブ７５の位置決め方法については、特に限定しない。第２エアーチューブ７５の端面を軸線方向の度当たりとしたり、第２エアーチューブ７５の端面に切り欠きを設け、継ぎ手９３の位置決め部９４に切り欠きに対応する係合部を設けて位置決めとしてもよい。
【００４３】
上述の構成を有するロボット用信号伝達装置６０は、ロボット１００の制御部２０から光ファイバーケーブル７０を介して伝送されるロボットハンド５０の制御信号（光信号）を、第１接続部６１の光コネクター６７を介して第１光入出射部７２に入力し、レンズ群７１によって集光させ、第１チューブ接続部６６の継ぎ手７６の位置決め部７４に設けられた穴部７４ａに照射することができる。
【００４４】
照射された光信号は、継ぎ手７６に挿入され位置決め部７４で位置決めされた光伝送路６２を構成する第２エアーチューブ７５の光入出部８０ａから光導波路７７内に入射して光導波路７７内をコア７８とクラッド７９の境界面で全反射しながら進み、第２エアーチューブ７５の他方の光入出部８０ｂから出射される。第２エアーチューブ７５の他方の端部は、第２接続部６３の継ぎ手９３に挿入され位置決め部９４で位置決めされている。
【００４５】
そのため、出射された光信号は、継ぎ手９３の位置決め部９４に設けられた穴部９４ａを介して、第２接続部６３の第２光送受信部８５に入射される。入射された光信号は、第２光入出射部８８のレンズ群７１によって集光され、ＯＥ／ＥＯ変換器８７の光信号送受信部に入力される。入力された光信号は、ＯＥ／ＥＯ変換器８７で電気信号に変換され、電気信号送受信側に接続された電気コネクター８９を介してロボットハンド５０に設けられた回路基板９０に伝送される。
【００４６】
このようにして、ロボット用信号伝達装置６０は、ロボット１００の制御部２０から伝送されるロボットハンド５０の制御信号をロボットハンド５０の回路基板やコントローラーに伝達することができる。また、ロボットハンド５０から送信される各種センサーからのデータは、上述とは逆の経路を経てロボット１００の制御部２０に伝達されることができる。
【００４７】
以下、実施形態の効果を記載する。
（１）上述のロボット用信号伝達装置６０は、ロボットハンド５０の動作を制御するための制御信号やロボットハンド５０に設けられた各種センサーからのデータの送受信を、第２エアーチューブ７５の軸線方向に沿って設けられた光導波路７７を用いた光通信で行うことができる。そのため、多くの信号や大容量のデータをノイズの影響を低減させつつ、高速に伝送することができる。また、第２エアーチューブ７５は、ロボットハンド５０を保持し回転および昇降させる作業軸３０の中空部に収容される。そのため、信号配線の引き回しスペースを低減することができる。
【００４８】
（２）上述のロボット用信号伝達装置６０の光導波路７７は、可撓性および捻回耐性を有する第２エアーチューブ７５の側面に溝部７５ａに取り付けられている。そのため、作業軸３０の回転や昇降に伴なう第２エアーチューブ７５の屈曲に対して光導波路７７の損傷を防ぐことができる。
【００４９】
（３）上述のロボット用信号伝達装置６０は、電気配線のかわりに光導波路７７を用いている。そのため、作業軸３０の回転や昇降に伴なう電気配線の屈曲による配線同士の擦れを低減させ、配線から粉塵の拡散を防止することができる。また、信号に対するノイズの影響を低減させることができ、ロボットの信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５０】
２０…制御部、３０…作業軸、３０ａ…中空部、３４…上部連結部材、４０…作業軸駆動部、５０…ロボットハンド、６０…ロボット用信号伝達装置、６１…第１接続部、６２…光伝送路、６３…第２接続部、６５…第１光送受信部、６６…第１チューブ接続部、６７…光コネクター、７１…レンズ群、７２…第１光入出射部、７５…第２エアーチューブ、７６，９３…継ぎ手、７７…光導波路、７８…コア、７９…クラッド、８０ａ，８０ｂ…光入出部、８５…第２光送受信部、８６…第２チューブ接続部、８７…ＯＥ／ＥＯ変換器、８８…第２光入出射部、１００…ロボット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットを制御する信号を伝達するロボット用信号伝達装置およびそれを備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種生産現場において、作業の自動化や省力化のため産業用ロボットが多用されている。産業用ロボットとしては、複数の回動式アームを有し、その終端の回動式アームの回動端部に作業軸を設けたスカラー型ロボットが知られている。この種のスカラー型ロボットは、例えば、基台に、水平方向へ延びる第１のアームを回動自在に設けるとともに、この第１のアームの回動端部の上部に水平方向へ延びる第２のアームを回動自在に設け、この第２のアームの回動端部に作業軸を設けている。この作業軸は、軸線が上下方向を指向し、第２のアームに上下方向へ移動自在に支持されるとともに、回転自在に支持されている。第１のアームを駆動するモーターは基台内に設けられ、第２のアームを駆動するモーターは、第２のアームの基端部に設けられている。また、第２のアームには、作業軸を回転駆動するための回転駆動装置と、作業軸を昇降させる昇降装置とが設けられている。この作業軸の下端部には、作業対象物に作業を実施するロボットハンド等のエンドエフェクターが取り付けられている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１７０１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、産業用ロボットによる作業の高度化や精密化に伴い、ロボットハンド等のエンドエフェクターに求められる機能がより高度化、高精度化している。そのため、エンドエフェクターには、電磁バルブ等の駆動部材やカメラを含む各種センサー、および、それらを制御するコントローラー等が搭載される。その結果、エンドエフェクターの動作を制御するための制御信号の送信や各種センサーからのデータの授受を行うために、多くの信号線が必要になってくる。作業軸の回転および昇降に伴って動作するエンドエフェクターとロボット本体との信号の授受を電気配線で行うと、配線の引き回しが極めて煩雑になり、大きなスペースが必要になってしまう。また、クリーン環境で作業を行う場合は、作業軸の動作に伴い配線が屈曲して配線同士の擦れ等が発生し、被覆の一部から粉塵が拡散してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、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。
【０００６】
（適用例１）ロボットのエンドエフェクターへ信号伝達を行うロボット用信号伝達装置であって、アームと、光導波路を備える光通路と、前記アームと前記エンドエフェクターとのそれぞれに設けられ前記光通路を介して互いに光通信する光通信手段と、前記エンドエフェクターを動作させる駆動機構と、を備え、前記駆動機構は、前記エンドエフェクターを回転および昇降させる中空部を有する作業軸と、前記エンドエフェクターを動作させる気体を送風もしくは吸引するフレキシブルチューブと、を有し、前記光導波路は、前記フレキシブルチューブに沿って設けられ、前記フレキシブルチューブは、前記作業軸の前記中空部に収容されていることを特徴とするロボット用信号伝達装置。
【０００７】
この構成によれば、エンドエフェクターの動作を制御するための制御信号やエンドエフェクターに設けた各種センサーからのデータの送受信を、光導波路を用いた光通信で行うことができる。また、光導波路は、エンドエフェクターを動作させる気体を送風もしくは吸引するフレキシブルチューブに埋め込まれ、エンドエフェクターを移動させる作業軸の中空部に収容される。そのため、信号配線の引き回しスペースが低減されロボットの省スペース化に寄与できる。また、光通信によって多くの信号を高速に送受信することができる。また、作業軸の動作に伴い配線が屈曲して配線同士の擦れ等が発生し、被覆の一部から粉塵が発生することを低減させることができるため、クリーン環境に適したロボットを提供することができる。
【０００８】
（適用例２）前記フレキシブルチューブは、前記光導波路を外周面内に軸線に沿って収容するとともに、両端部に前記光導波路の光入出部が形成され、前記光通信手段は、前記光入出部に対して光信号を送受信する光送受信部と、前記フレキシブルチューブを位置決めして接続するチューブ接続部と、を備えていることを特徴とする上記のロボット用信号伝達装置。
【０００９】
この構成によれば、フレキシブルチューブに収容された光導波路に光信号を伝送することができる。
【００１０】
（適用例３）作業対象物に対して作業を実施するエンドエフェクターと、前記エンドエフェクターを保持し移動させる作業軸と、前記作業軸が最終端に配設される複数のアームと、上記のロボット用信号伝達装置と、を備えることを特徴とするロボット。
【００１１】
この構成によれば、信号配線の引き回しスペースが低減された省スペースのロボットを提供することができるとともに、光通信によって多くの信号を高速に送受信することができるノイズに強く、クリーン環境に適したロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】スカラー型ロボットの構成を示す概略図。
【図２】作業軸駆動部の構造を示す概略図。
【図３】ロボット用信号伝達装置の全体構造を示す概略図。
【図４】光送受信部の構成を示す断面図。
【図５】光伝送路を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施例のロボット用信号伝達装置について、スカラー型ロボットを例にとり図面を参照して説明する。なお、説明を簡便にするため、図面における各部材は簡略化し、一部、縮尺を異ならせて図示している。
【００１４】
（スカラー型ロボットの構造について）
まず、スカラー型ロボットの構造について、図１を参照して説明する。図１は、スカラー型ロボットの構成を示す概略図であり、（ａ）はスカラー型ロボットの概略斜視図、（ｂ）は、スカラー型ロボットの模式断面図である。なお、スカラー型ロボットは、水平面に設置される。図面において、その水平面上の１方向をＸ方向とし、水平面上でＸ方向と直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向（重力方向）をＺ方向としている。
【００１５】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、スカラー型ロボット（以下、ロボット１００という）は、基台１０と、支持台１１と、支持台１１に対して水平方向に延びる第１アーム部１６と、第１アーム部１６に接合され同じく水平方向に延びる第２アーム部１８と、この第２アーム部１８の他方の端部を貫通して上下方向に延びる作業軸３０と、作業軸３０を昇降および回転させる作業軸駆動部４０と、作業軸３０の下端に取り付けられたエンドエフェクターとしてのロボットハンド５０と、制御部２０とを備えている。
【００１６】
基台１０は、矩形の板状に形成されロボット１００の設置面に配置されており、基台１０上には支持台１１が配置されている。図１（ｂ）に示すように、支持台１１の内部には空間が形成され、この空間は支持板１２により上下に分割されている。支持板１２の下側には駆動部としての第１モーター１３が配置されている。支持板１２の上側には第１減速機１４が配置されている。また、支持台１１の底面側にはロボット１００の動作を制御する制御部２０が設けられている。
【００１７】
第１減速機１４の入力軸には第１モーター１３の回転軸１３ａが接続されている。第１減速機１４の上側には出力軸１４ａが配置されている。そのため、第１減速機１４は、第１モーター１３の回転軸１３ａの回転を減速し出力軸１４ａに伝えることができる。なお、第１減速機１４には各種の減速機構を採用することができる。本実施形態では、例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）を採用している。支持台１１の上面には孔部１１ａが形成され、孔部１１ａから出力軸１４ａが突出して配置されている。
第１アーム部１６は、略直方体部を有する形状に形成され、一端が出力軸１４ａに接続され、出力軸１４ａを支点として水平方向に回転可能に設けられている。すなわち、第１モーター１３が回転駆動することにより、第１アーム部１６は水平方向に回動することができる。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、第１アーム部１６の第１モーター１３と反対側の他端には第２減速機１５、駆動部としての第２モーター１７がこの順にＺ方向に重ねて配置されている。そして、第２減速機１５の出力軸１５ａが図中Ｚ方向下側に配置されている。第１アーム部１６には第２減速機１５と対向する場所に孔部１６ａが形成され、孔部１６ａから出力軸１５ａが突出して配置されている。第２モーター１７の回転軸（図示しない）は第２減速機１５の入力軸と接続されている。そのため、第２減速機１５は、第２モーター１７の回転軸１７ａの回転を減速し第２減速機１５の出力軸１５ａに伝えることができる。
【００１９】
第２アーム部１８は、略直方体部を有する形状に形成され、一端が出力軸１５ａに接続され、出力軸１５ａを支点として水平方向に回転可能に設けられている。すなわち、第２モーター１７が回転駆動することにより、第２アーム部１８は水平方向に回動することができる。なお、第１モーター１３及び第２モーター１７は、電気信号によって回転方向を制御可能であればよく、直流モーター、パルスモーター、交流モーター等の各種類のモーターを用いることができる。本実施形態では、例えば、直流モーターを採用している。
【００２０】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、第２アーム部１８上において出力軸１５ａに接続された側と反対側の端部には、第２アーム部１８の端部を貫通して上下方向に延びる作業軸３０と、作業軸３０を昇降および回転させる作業軸駆動部４０とが設けられている。作業軸駆動部４０は、作業軸３０を上下方向に移動させる昇降装置３５と、作業軸３０を回転させる回転駆動装置４５と、これらの装置を覆うカバー４９とが設けられている。このカバー４９は、第２アーム部１８の側縁に沿う形状であって、第２アーム部１８の第２モーター１７と反対側の端部の全域を覆う形状に形成されている。作業軸３０は、作業軸駆動部４０によって昇降および回転駆動させられる。この作業軸駆動部４０の詳細については後述する。
【００２１】
ロボットハンド５０は、上述の作業軸３０の下端に取り付けられている。ロボットハンド５０は、作業軸３０の昇降および回転動作に伴って、昇降および回転することができる。また、ロボットハンド５０は、作業対象物としてのワークに対して各種作業を実施する。そのため、例えば、ワークを挟んで保持し移動させる作業を例にとると、ロボットハンド５０は、ワークの位置を確認するためのカメラを含む各種センサー（図示せず）、ワークを挟んで保持するための指部５１、その指部５１を動作させる機構部（図示せず）、電磁バルブ、エアーシリンダーおよび各種モーター等の機構部の駆動源（図示せず）、およびこれらを制御するコントローラー（図示せず）を備えている。
【００２２】
制御部２０は、図示しない中央演算部、記憶部、ドライバー回路、インターフェース等を備えている。ドライバー回路は、第１モーター１３、第２モーター１７、作業軸駆動部４０およびロボットハンド５０の駆動源を駆動する回路である。そして、ドライバー回路およびロボットハンド５０に設けられた各種センサー、コントローラー等が中央演算部と接続されている。また、中央演算部は、インターフェースを介して外部コンピューターに接続されている。記憶部は、ロボット１００を制御する動作手順を示したプログラムソフトや制御に用いるデータ等を記憶している。中央演算部はプログラムソフトに従ってロボット１００を総合的に制御する。
【００２３】
上述の構成を備えるロボット１００は、制御部２０からの制御信号に従って、第１アーム部１６、第２アーム部１８および作業軸３０の動作を制御して、ロボットハンド５０をワークの位置（所定の位置）に移動させ、さらにロボットハンド５０の動作を制御してワークに対して所定の作業を実施することができる。
【００２４】
（作業軸駆動部の構造について）
ここで、作業軸駆動部の構造について、図２を参照して説明する。図２は、作業軸駆動部の構造を示す概略図である。図２に示すＸ方向およびＺ方向は、図１に示すＸ方向およびＺ方向と同一な方向を示す。
【００２５】
図２に示すように、作業軸駆動部４０は、作業軸３０を上下方向に移動させる昇降装置３５と、作業軸３０を所望の角度だけ回転させる回転駆動装置４５とを備えている。昇降装置３５は、図示しない第３モーターから駆動力を受けて回転することができるボールねじ軸３２と、このボールねじ軸３２に螺合されたボールねじナット３３と、このボールねじナット３３に一端部を固定されるとともに他端部に作業軸３０が連結された上部連結部材３４とによって構成されている。この昇降装置３５の各回転部材は、軸線が上下方向を指向するように形成されている。
【００２６】
ボールねじ軸３２は、下端部を第２アーム部１８に図示しない軸受によって回転自在に支持されるとともに、第２アーム部１８に立設したフレーム２５に上端部を図示しない軸受によって回転自在に支持されている。上部連結部材３４と作業軸３０との接続部分には、作業軸３０が回転することができるように図示しない軸受が介装されている。なお、この軸受は、上面側にストッパー部を有し、作業軸３０の上下方向への移動を規制している。
【００２７】
回転駆動装置４５は、作業軸３０の外周部に回転自在に支持され、図示しない第４モーターから回転力を受けるハーモニックドライブ（登録商標）からなる第３減速機４２と、この第３減速機４２の出力部材であるフレクスプライン４２ａに固着されたボールスプラインナット４４とによって構成されている。ボールスプラインナット４４は、従来からよく知られているものと同等の構造のもので、作業軸３０に下端部から上端部まで延びるように形成した縦溝（図示せず）に係入する多数のボール（図示せず）を循環移動できるように内蔵し、作業軸３０の上下方向への移動を許容しながら、作業軸３０の回転を規制する構造のものである。
【００２８】
すなわち、ボールスプラインナット４４が第３減速機４２のフレクスプライン４２ａと一体的に回転することによって、作業軸３０がボールスプラインナット４４と一体的に同一回転で回転する。また、上述した昇降装置３５のボールねじ軸３２が回転してボールねじナット３３が上昇または下降することにより、作業軸３０がボールスプラインナット４４に支えられながら上下方向に移動する。なお、作業軸３０は、ボールスプラインナット４４に嵌合されることによって第２アーム部１８を貫通するとともに支持されている。
【００２９】
上述の構成を備える作業軸駆動部４０は、第２アーム部１８を貫通する作業軸３０を所望の距離だけ上下方向に移動させることができるとともに、所望の角度だけ回転させることができる。なお、ロボットハンド５０は、この作業軸３０の下端部に固着されているため、所望の距離だけ上下方向に移動することができるとともに、所望の角度だけ回転することができる。
【００３０】
なお、作業軸３０は、円筒状に形成され、外周部には、ボールスプラインナット４４に内蔵された多数のボールが係入する下端部から上端部まで延びるように形成した縦溝（図示しない）が形成されており、内周部は中空となり中空部３０ａを構成している。本実施形態では、スペース効率向上のために、この作業軸３０の内周部の中空部分には、ロボットハンド５０の指部５１を動作させる機構部の駆動源となるエアーシリンダーに空気を送ったり、ワークを吸着するため空気を吸引するフレキシブルチューブからなるエアーチューブが内蔵される。
【００３１】
（ロボット用信号伝達装置について）
ここで、ロボット用信号伝達装置について、図３〜図５を参照して説明する。図３は、ロボット用信号伝達装置の全体構造を示す概略図である。図４は、光送受信部の構成を示す断面図であり、（ａ）は、第１光送受信部の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、第２光送受信部の構成を示す断面図である。図５は、光伝送路を説明する図であり、（ａ）は、光伝送路の全体図、（ｂ）は、フレキシブルチューブの両端の詳細図、（ｃ）は、光導波路の構造を示す図である。図３に示すＸ方向およびＺ方向は、図１に示すＸ方向およびＺ方向と同一な方向を示す。
【００３２】
近年、ロボット１００に求められる作業や機能が、非常に高度化、高機能化している。そのため、作業を実施するロボットハンド５０等のエンドエフェクターに求められる機能も非常に高精度および高度化している。その結果、ロボットハンド５０には、ワークの種類や位置を確認するためのカメラやワークを把持する際の指部５１の把持圧力を検出するための圧力センサー等の各種センサーが搭載される。また、ロボットハンド５０の動作をより精密に、より高速化するために、エアーシリンダーやモーター等の駆動源を用意した複雑な機構部やそれらを制御するためのコントローラーが搭載される。その結果、ロボットハンド５０の動作を制御するための制御信号や各種センサーからのデータの受信するために非常に多くの信号線が必要になってくる。
【００３３】
図３に示すように、ロボット用信号伝達装置６０は、ロボット１００の制御部２０から第１アーム部１６および第２アーム部１８の内部を、例えば電気配線等で伝送されるロボットハンド５０の制御信号や、ロボットハンド５０から送信される各種センサーからのデータを、作業軸駆動部４０を介して、第２アーム部１８とロボットハンド５０との間で伝達する役割を担うものである。
【００３４】
図３に示すように、ロボット用信号伝達装置６０は、光通信手段として、第１接続部６１と、光伝送路６２と、第２接続部６３とを有している。図３および図４（ａ）に示すように、第１接続部６１は、作業軸駆動部４０の昇降装置３５を構成する上部連結部材３４に配置されており、光送受信部としての第１光送受信部６５と、チューブ接続部としての第１チューブ接続部６６とから構成されている。第１光送受信部６５は、光コネクター６７と第１光入出射部７２とを有する。光コネクター６７は、光プラグ６８と光プラグ６８が結合する光レセプタクル６９とから構成され、光プラグ６８には、光ファイバーケーブル７０が接続されている。光ファイバーケーブル７０には、例えば、ロボット１００の制御部２０からの電気信号である制御信号が、図示しない光信号―電気信号変換器もしくは電気信号―光信号変換器（ＯＥ／ＥＯ変換器）により光信号に変換され、伝送されている。第１光入出射部７２は、レンズ群７１を内蔵し、光を集光し出射もしくは入射する機能を有し、光レセプタクル６９の光軸に沿って設けられている。
【００３５】
すなわち、光ファイバーケーブル７０で伝送される光信号は、光コネクター６７を介して第１光入出射部７２に入力され、レンズ群７１によって集光され、任意の点に対して出射される。また、この逆、第１光入出射部７２に入力された光信号は、レンズ群７１によって集光され光コネクター６７に接続された光ファイバーケーブル７０に伝送され、制御部２０方向に伝送されることも可能である。
【００３６】
第１チューブ接続部６６は、第１アーム部１６および第２アーム部１８の内部の収納された第１エアーチューブ７３と後述する第２エアーチューブ７５とを接続する継ぎ手７６とを有している。継ぎ手７６は、第１エアーチューブ７３と第２エアーチューブ７５とをそれぞれ挿入するチューブレセプタクル７６ａおよびチューブレセプタクル７６ｂと、第２エアーチューブ７５の軸方向および回転方向を位置決めできる位置決め部７４とを有している。また、位置決め部７４は、第１光入出射部７２の近傍に設けられ、第１光入出射部７２から光が出射される点の位置に穴部７４ａが形成されている。なお、第２エアーチューブ７５の位置決め方法については、特に限定しない。第２エアーチューブ７５の端面を軸線方向の度当たりとし、第２エアーチューブ７５の端面に切り欠きを設け、継ぎ手７６の位置決め部７４に切り欠きに対応する係合部を設けて位置決めとしてもよい。
【００３７】
図５（ａ）に示すように、光伝送路６２は、上述のロボットハンド５０の機構部の駆動源となる空気を送るための第２エアーチューブ７５と光導波路７７とから構成されている。図５（ｂ）に示すように、光導波路７７は、光学的な特性をもつ物質を用いてテープ状または薄板状に形成され、光路となるコア７８と、コアを取り囲むクラッド７９から構成されている。コア７８とクラッド７９は屈折率が異なり境界面で全反射を起こして光を進行させる。コア７８およびクラッド７９の材料としては、例えば、高純度ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂等が好適に用いられる。本実施例では、光導波路は、クラッド７９の上下を保護部材７７ｄで覆った薄いテープ状に形成されている。そのため、本実施例の光導波路７７は、可撓性を有する。
【００３８】
第２エアーチューブ７５は、合成ゴム等からなる可撓性を有するとともに捻回耐性を有するフレキシブルチューブであって、側面に長手方向に沿って一本の溝部７５ａが形成されている。この第２エアーチューブ７５の溝部７５ａには上述の光導波路７７が第２エアーチューブ７５の外周面から突出しないように接着剤等で貼り付けられている。図５（ｂ）に示すように、光伝送路６２の両端部６２ａ，ｂには、光入出部８０ａ，ｂが形成されている。光入出部８０ａ，ｂは、光導波路７７の保護部材７７ｄが一部除去されているとともに、その位置に対応する光導波路７７が光入出部８０ａ，ｂ側を頂点とする直角二等辺三角形状にダイシング加工されている。
【００３９】
すなわち、４５度にダイシング加工でカットされているため、カット面８１がミラーとして機能する。そのため、一方の光入出部８０ａから入射した光は、カット面８１で反射して進行方向が変えられ、コア７８とクラッド７９の境界面で全反射しつつコア７８内を進み、同じく、もう一つのカット面８１で反射され光の進行方向が変えられ、他方の光入出部８０ｂから出射される。なお、この第２エアーチューブ７５は、ロボット１００の作業軸３０の中空部分に第１接続部６１から第２接続部６３に向かうように収容されている。また、第２エアーチューブ７５は、前述の第１接続部６１の継ぎ手７６の一方に挿入される。このとき、第２エアーチューブ７５は、一方の光入出部８０ａが継ぎ手７６の位置決め部７４の穴部７４ａに重なるように軸方向および回転方向が位置決めされる。
【００４０】
図４（ｂ）に示すように、第２接続部６３は、ロボットハンド５０に配置されており、第２光送受信部８５と、第２チューブ接続部８６とから構成されている。第２光送受信部８５は、第２光入出射部８８と光信号―電気信号変換器もしくは電気信号―光信号変換器（以降、ＯＥ／ＥＯ変換器８７という）とを有する。第２光入出射部８８は、第１光入出射部７２と同様に、レンズ群７１を内蔵し、光を集光し出射もしくは入射する機能を有する。ＯＥ／ＥＯ変換器８７は、光信号を電気信号に、電気信号を光信号に変換する機能を有し、光信号送受信部側を第２光入出射部８８側に向け、第２光入出射部８８と光軸を共通にして配置されている。また、電気信号送受信側は、電気コネクター８９を介してロボットハンド５０に設けられた回路基板９０に接続されている。
【００４１】
第２チューブ接続部８６は、上述の第２エアーチューブ７５とロボットハンド５０内に設けられ、ロボットハンド５０の指部５１を動作させる機構部を駆動させる図示しないエアーシリンダーに空気を送る第３エアーチューブ９２とを接続する継ぎ手９３とを有している。継ぎ手９３は、第２エアーチューブ７５と第３エアーチューブ９２とをそれぞれ挿入するチューブレセプタクル９３ａ，ｂと、第２エアーチューブ７５の軸方向および回転方向を位置決めできる位置決め部９４とを有している。また、位置決め部９４は、第２光入出射部８８の近傍に設けられ、第２光入出射部８８の光軸が対応する位置に穴部９４ａが形成されている。
【００４２】
第２エアーチューブ７５は、継ぎ手９３の一方に挿入される。このとき、第２エアーチューブ７５は、他方の光入出部８０ｂが継ぎ手９３の位置決め部９４の穴部９４ａに重なるように軸方向および回転方向が位置決めされる。なお、第２エアーチューブ７５の位置決め方法については、特に限定しない。第２エアーチューブ７５の端面を軸線方向の度当たりとしたり、第２エアーチューブ７５の端面に切り欠きを設け、継ぎ手９３の位置決め部９４に切り欠きに対応する係合部を設けて位置決めとしてもよい。
【００４３】
上述の構成を有するロボット用信号伝達装置６０は、ロボット１００の制御部２０から光ファイバーケーブル７０を介して伝送されるロボットハンド５０の制御信号（光信号）を、第１接続部６１の光コネクター６７を介して第１光入出射部７２に入力し、レンズ群７１によって集光させ、第１チューブ接続部６６の継ぎ手７６の位置決め部７４に設けられた穴部７４ａに照射することができる。
【００４４】
照射された光信号は、継ぎ手７６に挿入され位置決め部７４で位置決めされた光伝送路６２を構成する第２エアーチューブ７５の光入出部８０ａから光導波路７７内に入射して光導波路７７内をコア７８とクラッド７９の境界面で全反射しながら進み、第２エアーチューブ７５の他方の光入出部８０ｂから出射される。第２エアーチューブ７５の他方の端部は、第２接続部６３の継ぎ手９３に挿入され位置決め部９４で位置決めされている。
【００４５】
そのため、出射された光信号は、継ぎ手９３の位置決め部９４に設けられた穴部９４ａを介して、第２接続部６３の第２光送受信部８５に入射される。入射された光信号は、第２光入出射部８８のレンズ群７１によって集光され、ＯＥ／ＥＯ変換器８７の光信号送受信部に入力される。入力された光信号は、ＯＥ／ＥＯ変換器８７で電気信号に変換され、電気信号送受信側に接続された電気コネクター８９を介してロボットハンド５０に設けられた回路基板９０に伝送される。
【００４６】
このようにして、ロボット用信号伝達装置６０は、ロボット１００の制御部２０から伝送されるロボットハンド５０の制御信号をロボットハンド５０の回路基板やコントローラーに伝達することができる。また、ロボットハンド５０から送信される各種センサーからのデータは、上述とは逆の経路を経てロボット１００の制御部２０に伝達されることができる。
【００４７】
以下、実施形態の効果を記載する。
（１）上述のロボット用信号伝達装置６０は、ロボットハンド５０の動作を制御するための制御信号やロボットハンド５０に設けられた各種センサーからのデータの送受信を、第２エアーチューブ７５の軸線方向に沿って設けられた光導波路７７を用いた光通信で行うことができる。そのため、多くの信号や大容量のデータをノイズの影響を低減させつつ、高速に伝送することができる。また、第２エアーチューブ７５は、ロボットハンド５０を保持し回転および昇降させる作業軸３０の中空部に収容される。そのため、信号配線の引き回しスペースを低減することができる。
【００４８】
（２）上述のロボット用信号伝達装置６０の光導波路７７は、可撓性および捻回耐性を有する第２エアーチューブ７５の側面に溝部７５ａに取り付けられている。そのため、作業軸３０の回転や昇降に伴なう第２エアーチューブ７５の屈曲に対して光導波路７７の損傷を防ぐことができる。
【００４９】
（３）上述のロボット用信号伝達装置６０は、電気配線のかわりに光導波路７７を用いている。そのため、作業軸３０の回転や昇降に伴なう電気配線の屈曲による配線同士の擦れを低減させ、配線から粉塵の拡散を防止することができる。また、信号に対するノイズの影響を低減させることができ、ロボットの信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５０】
２０…制御部、３０…作業軸、３０ａ…中空部、３４…上部連結部材、４０…作業軸駆動部、５０…ロボットハンド、６０…ロボット用信号伝達装置、６１…第１接続部、６２…光伝送路、６３…第２接続部、６５…第１光送受信部、６６…第１チューブ接続部、６７…光コネクター、７１…レンズ群、７２…第１光入出射部、７５…第２エアーチューブ、７６，９３…継ぎ手、７７…光導波路、７８…コア、７９…クラッド、８０ａ，８０ｂ…光入出部、８５…第２光送受信部、８６…第２チューブ接続部、８７…ＯＥ／ＥＯ変換器、８８…第２光入出射部、１００…ロボット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットのエンドエフェクターへ信号伝達を行うロボット用信号伝達装置であって、
アームと、
光導波路を備える光通路と、
前記アームと前記エンドエフェクターとのそれぞれに設けられ前記光通路を介して互いに光通信する光通信手段と、
前記エンドエフェクターを動作させる駆動機構と、を備え、
前記駆動機構は、前記エンドエフェクターを回転および昇降させる中空部を有する作業軸と、前記エンドエフェクターを動作させる気体を送風もしくは吸引するフレキシブルチューブと、を有し、
前記光導波路は、前記フレキシブルチューブに沿って設けられ、
前記フレキシブルチューブは、前記作業軸の前記中空部に収容されていることを特徴とするロボット用信号伝達装置。
【請求項２】
前記フレキシブルチューブは、前記光導波路を外周面内に軸線に沿って収容するとともに、両端部に前記光導波路の光入出部が形成され、
前記光通信手段は、前記光入出部に対して光信号を送受信する光送受信部と、前記フレキシブルチューブを位置決めして接続するチューブ接続部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のロボット用信号伝達装置。
【請求項３】
作業対象物に対して作業を実施するエンドエフェクターと、
前記エンドエフェクターを保持し移動させる作業軸と、
前記作業軸が最終端に配設される複数のアームと、
請求項１および２に記載のロボット用信号伝達装置と、を備えることを特徴とするロボット。
【請求項１】
ロボットのエンドエフェクターへ信号伝達を行うロボット用信号伝達装置であって、
アームと、
光導波路を備える光通路と、
前記アームと前記エンドエフェクターとのそれぞれに設けられ前記光通路を介して互いに光通信する光通信手段と、
前記エンドエフェクターを動作させる駆動機構と、を備え、
前記駆動機構は、前記エンドエフェクターを回転および昇降させる中空部を有する作業軸と、前記エンドエフェクターを動作させる気体を送風もしくは吸引するフレキシブルチューブと、を有し、
前記光導波路は、前記フレキシブルチューブに沿って設けられ、
前記フレキシブルチューブは、前記作業軸の前記中空部に収容されていることを特徴とするロボット用信号伝達装置。
【請求項２】
前記フレキシブルチューブは、前記光導波路を外周面内に軸線に沿って収容するとともに、両端部に前記光導波路の光入出部が形成され、
前記光通信手段は、前記光入出部に対して光信号を送受信する光送受信部と、前記フレキシブルチューブを位置決めして接続するチューブ接続部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のロボット用信号伝達装置。
【請求項３】
作業対象物に対して作業を実施するエンドエフェクターと、
前記エンドエフェクターを保持し移動させる作業軸と、
前記作業軸が最終端に配設される複数のアームと、
請求項１および２に記載のロボット用信号伝達装置と、を備えることを特徴とするロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−５１０３５（Ｐ２０１１−５１０３５Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９９４６８（Ｐ２００９−１９９４６８）
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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