回転角度検出装置及びロボットのアーム回動機構及びロボット
【課題】ロボットに備えられたアームの絶対角度をより容易かつ高精度に検出することの
できる回転角度検出装置、及び該回転角度検出装置を備えるロボットのアーム回動機構、
及び該アーム回動機構を採用したロボットを提供する。
【解決手段】基台１１の上面１１Ａには基台１１内のモータにより回動される回転軸ＡＸ
１に固定される回転体としての連結軸１２が設けられている。基台１１の上面１１Ａには
反射型光センサ２１を配設し、連結軸１２の下面１２Ａには中心が軸心Ｃ１に一致する有
底円筒形状の反射体２０を固定する。反射体２０の円筒側壁２０Ｂの下面には、その底部
２０Ａに対して傾斜を有する反射面２０ｓが形成されている。反射型光センサ２１から発
せられる光Ｌ１の反射面２０ｓによる反射光Ｌ２の光量が、反射面２０ｓと反射型光セン
サ２１との対向距離Ｄにより変化することを利用して、基台１１に対する連結軸１２の回
転角度を絶対角度として得る。
できる回転角度検出装置、及び該回転角度検出装置を備えるロボットのアーム回動機構、
及び該アーム回動機構を採用したロボットを提供する。
【解決手段】基台１１の上面１１Ａには基台１１内のモータにより回動される回転軸ＡＸ
１に固定される回転体としての連結軸１２が設けられている。基台１１の上面１１Ａには
反射型光センサ２１を配設し、連結軸１２の下面１２Ａには中心が軸心Ｃ１に一致する有
底円筒形状の反射体２０を固定する。反射体２０の円筒側壁２０Ｂの下面には、その底部
２０Ａに対して傾斜を有する反射面２０ｓが形成されている。反射型光センサ２１から発
せられる光Ｌ１の反射面２０ｓによる反射光Ｌ２の光量が、反射面２０ｓと反射型光セン
サ２１との対向距離Ｄにより変化することを利用して、基台１１に対する連結軸１２の回
転角度を絶対角度として得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度検出装置、及び該回転角度検出装置を備えるロボットのアーム回動
機構、及び該アーム回動機構を採用したロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、産業用ロボットとしては、６軸ロボット、スカラロボット、直交型ロボットな
ど、複数のアームが順に回動可能に連結されたロボットが主流となっており、それらロボ
ットが各々の特徴に適合する用途に合わせて選択的に用いられている。これらのロボット
はいずれも、その先端部を目標位置に移動させ、その先端部にて被加工物に種々の作業を
行なったり被搬送物を把持して搬送したりする。すなわち、ロボットは、各アームを、連
結部を介して支持する他のアーム等の支持部に対して適切な角度に変化させることで、ロ
ボットの先端部を基台に対して相対移動させている。
【０００３】
一方、各アームとそれらアームを支持する支持部との角度は、その連結部に備えられた
回転軸の回転角度をインクリメンタルエンコーダやアブソリュートエンコーダ等により検
出して算出される。
【０００４】
ここで、上記インクリメンタルエンコーダが用いられる場合、同エンコーダから所定の
角度毎に出力されるパルスには絶対角度の情報が含まれないため、電源投入直後等には、
初期化として原点復帰動作を行なう必要があった。ただし、この原点復帰動作は、ロボッ
トの各アームの移動を伴うために非常に複雑な動作となる。
【０００５】
また、上記アブソリュートエンコーダが用いられる場合、同エンコーダからは絶対角度
の情報を含むパルスが出力されるため、原点復帰動作は不要となる。しかし、同エンコー
ダは、構造が複雑化して高価になるとともに、多回転対応の場合には、その都度の回転数
並びに回転角度を保持する為にその検出系やメモリ等に対する給電も常に維持しておく必
要があるなどの不都合がある。
【０００６】
そこで従来は、アームとそのアームを支持する支持部との回転角度を絶対角度として検
出する安価な回転角度検出装置も提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載の装
置では、発光素子、受光素子、及び発光素子と受光素子との間に備えられたスリット板に
より回転角度検出装置を構成している。詳述すると、受光素子は、光の入射量（ここでは
入射位置）に応じて出力電圧が直線的に変化する素子であり、またスリット板は、スパイ
ラル状の溝が貫通形成されて、その溝から発光素子が発光した光を通過させるとともに、
受光素子に投光される光の位置をその回転に伴い変化させるものである。すなわち、スリ
ット板を回転軸に連結させて回転軸とともに回動させたときに受光素子に投光される光の
位置の変化を受光素子の出力電圧の変化として検出し、その検出される出力電圧の変化に
基づいて回転軸（アーム）の回転角度を絶対角度として得るようにしている。
【特許文献１】特開平８−２６７３８６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、特許文献１に記載の絶対角度検出装置では、発光素子からの光がスリッ
ト板の溝を通過して受光素子に投光される構造であるがために、その溝を通過した光が受
光素子の比較的広い範囲に投光されることとなり、その受光位置、すなわち光の投光され
た位置を高い分解能で検出する事ができない。そのためこの装置では、おおよその回転角
度を求めることができるものの、絶対角度として正確な角度を求めることはできず、結局
は別のエンコーダを併用せざるを得ないなどの問題を残すものとなっている。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、ロボット
に備えられたアームの回転角度をより容易かつ高精度に検出することのできる回転角度検
出装置、及び該回転角度検出装置を備えるロボットのアーム回動機構、及び該アーム回動
機構を採用したロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回転角度検出装置は、支持体に回転軸を介して接続された回転体の前記支持体
に対する回転角度を絶対角度として検出する回転角度検出装置であって、前記支持体及び
前記回転体の各々対向する面に対し、一方には反射型光センサを、他方には前記反射型光
センサでの反射光の受光量を前記回転体の回転方向に沿って可変とする反射体をそれぞれ
設け、これら反射型光センサ及び反射体の協働による反射型光センサの受光出力の変化に
基づいて前記回転軸を中心とする前記回転体の回転角度を検出することを要旨とする。
【００１０】
このような構成によれば、反射型光センサの受光出力の変化に基づいて、回転軸を中心
とする回転体の回転角度が絶対角度として検出される。従って、簡易な構成ながら、回転
軸を中心とする回転体の回転角度が光学的に高い精度にて検出可能となる。すなわち、回
転角度検出装置として、回転体の回転にかかる絶対角度をより容易かつ高精度に検出する
ことができるようになる。
【００１１】
なお、原理上、反射型光センサ及び反射体をそれぞれ支持体側及び回転体側のいずれに
設けるかは任意であるが、特に反射型光センサを支持体側に設け、反射体についてはこれ
を回転体に一体化される回転軸に直接設ける構造とする（例えばアセンブリ化する）こと
が、その検出精度を高く維持しつつ、当該回転角度検出装置としての汎用性を高めるうえ
で有利である。
【００１２】
また本発明の回転角度検出装置は、上記回転角度検出装置において、前記反射型光セン
サ及び前記反射体はそれらの対向面以外の周囲が遮光部材によって覆われてなることを要
旨とする。
【００１３】
このような構成によれば、反射型光センサでの反射光の受光量に対してノイズ成分とな
る外乱光が遮光されるため、回転角度の検出精度のさらなる向上が期待できる。
また本発明の回転角度検出装置は、上記回転角度検出装置において、前記反射体には前
記回転体の回転方向に沿って前記反射型光センサとの対向距離が順次変化する反射面が設
けられてなることを要旨とする。
【００１４】
このような構成によれば、反射型光センサに対する反射面の遠近に応じて反射型光セン
サの受光出力が変化することとなり、反射体の加工精度にもよるものの、当該回転角度検
出装置の実現も容易である。
【００１５】
また本発明の回転角度検出装置は、上記回転角度検出装置において、前記反射体の反射
面は前記回転体の回転方向に沿って前記反射型光センサとの対向距離がリニアに変化する
傾斜面からなることを要旨とする。
【００１６】
このような構成によれば、検出する回転角度の分解能は反射型光センサ自身の性能（感
度）に依存することになるが、この反射型光センサさえ高性能（高感度）のものを採用す
ることができれば、回転角度の検出にかかる分解能も自ずと高められるようになる。
【００１７】
また本発明の回転角度検出装置は、上記回転角度検出装置において、前記反射体の反射
面は前記回転体の回転方向に沿って前記反射型光センサとの対向距離が段階的に変化する
段状面からなることを要旨とする。
【００１８】
このような構成によれば、検出する回転角度の分解能は自ずと制限されるものの、回転
角度の検出に高い分解能が要求されない用途、例えば１周を１０分割する等の低い分解能
で済む用途には信頼性の面でも有効な構成となる。
【００１９】
また本発明の回転角度検出装置は、上記回転角度検出装置において、前記反射体には前
記回転体の回転方向に沿って階調が順次変化する反射面が設けられてなることを要旨とす
る。
【００２０】
このような構成によれば、反射型光センサの受光出力を回転体の回転角度に応じて変化
させる反射体を板状に形成することができ、回転角度検出装置としてのさらなる小型化（
薄型化）が可能となる。
【００２１】
一方、本発明のロボットのアーム回動機構は、支持体に回転軸を介して接続されたアー
ムの前記支持体に対する回転角度を絶対角度として検出する回転角度検出装置を備えるロ
ボットのアーム回動機構であって、前記回転角度検出装置として上記に記載の回転角度検
出装置を備えることを要旨とする。
【００２２】
このような構成によれば、簡易な構成ながら、回転軸を中心とするアームの回転角度を
絶対角度として光学的に高い精度にて検出可能となる。すなわち、ロボットのアーム回動
機構として、アブソリュートタイプながら、より簡易で精度の高いアーム回転角度の検出
が可能になる。
【００２３】
また一方、本発明のロボットは、支持体に回転軸を介して接続されたアームを有し、該
アームの前記支持体に対する回転角度を絶対角度として検出しつつ、同アームを目標とす
る角度に移動させるアーム回動機構を備えるロボットであって、前記アーム回動機構とし
て上記に記載のアーム回動機構を備えることを要旨とする。
【００２４】
このような構成によれば、たとえ多関節ロボットであれ、それら各関節にこうしたアー
ム回動機構を備えることで、高性能なロボットが容易に実現可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明にかかる回転角度検出装置、ロボットのアーム回動機構、及びロボットを
具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、スカラ型ロボット１０についてその側面構造を示したものである。
【００２６】
図１に示すように、ロボット１０は、床面等に設置された支持体としての基台１１を有
して、その上端部に第１のアーム１３の基端部である回転体としての連結軸１２が設けら
れている。連結軸１２は、円柱形状に形成されていて、基台１１に回動可能に設けられて
いる。なお、基台１１内には第１モータＭ１が設けられており、連結軸１２が正逆回転す
る。すなわちこれにより、第１のアーム１３は、連結軸１２が第１モータＭ１により回動
されることによって、連結軸１２の軸心Ｃ１を回動中心として基台１１に対して水平方向
に回動する。
【００２７】
一方、第１のアーム１３の先端部には、第２のアーム１５の基端部を回転体としてこれ
を回動可能に支持する支持体としての支持部１４が設けられている。また、第２のアーム
１５の基端部には第２モータＭ２が配設されている。そして、この第２モータＭ２はその
出力軸がギアを介して前記支持部１４に駆動連結されている。これにより、第２モータＭ
２が正逆回転すると、軸心Ｃ２を回動中心として第２のアーム１５が第１のアーム１３に
対して水平方向に回動する。
【００２８】
また一方、第２のアーム１５の先端部には、主軸１６を回転体としてこれを回転可能に
、かつ、上下方向に移動可能に支持する支持体としての主軸筒１５Ａが設けられている。
主軸１６は、第２のアーム１５内の先端部に備えられた第３モータＭ３の正逆回転によっ
て自らの軸心Ｃ３を回動中心として正逆回転するとともに、第２のアーム１５内の先端部
に備えられた昇降モータＭ４の正逆回転によって上下方向に昇降移動する。すなわち、主
軸１６の下端部１７は、図１に実線で示す「最上位置」から図１中に二点鎖線にて示す可
動距離Ｌだけ下降した「最下位置」の間で上下動するようになっている。また、下端部１
７には、ツール、例えば被搬送物を把持するハンド等の取付が可能になっており、下端部
１７に取り付けられたツールは、主軸１６の「最上位置」と「最下位置」の間での移動と
ともに一体となって上下動する。なお、第２のアーム１５内に設けられているこれらモー
タＭ２〜Ｍ４の制御信号あるいはモニタ信号の各信号線はフレキシブルな配線チューブ１
３ｔを介して基台１１内にまとめられ、上記第１モータＭ１の信号線と共に、制御装置（
図示略）の各対応する端子に接続されている。
【００２９】
次に、基台１１に対する連結軸１２（第１のアーム１３）の回転角度を絶対角度として
検出する回転角度検出装置について説明する。
図２は、回転角度検出装置の断面構造を示したものであり、図１のＡ−Ａ線に沿った断
面図に相当する。
【００３０】
基台１１には、投光部（発光部）及び受光部（いずれも図示略）を有する反射型光セン
サ２１がその上面１１Ａに中心部から偏倚する態様にて配設（埋設）されている。この反
射型光センサ２１は、投光部から反射体２０に光を投光するとともに、その反射された光
を受光部にて受光し、該受光部での受光量に応じたレベルの電圧を出力する公知の光セン
サである。
【００３１】
また、基台１１の上面１１Ａの中央には、回転軸ＡＸ１がその軸心を軸心Ｃ１に一致さ
せるかたちで設けられている。この回転軸ＡＸ１の基端部（図示略）は、基台１１内に回
動可能に挿設されるとともに、先の第１モータＭ１にギアを介して駆動連結されていて、
第１モータＭ１の回動に伴い、軸心Ｃ１を回動中心として回動されるようになっている。
回転軸ＡＸ１の先端部は、回転体である連結軸１２に接続固定されており、これによって
連結軸１２も、回転軸ＡＸ１を介して第１モータＭ１により回動される構造となっている
。なお、連結軸１２は、この回転軸ＡＸ１によって基台１１から一定の距離Ｈだけ離間さ
れた位置に保持される。
【００３２】
一方、連結軸１２の下面１２Ａには、基台１１の上面１１Ａとの間に略有底円筒形状を
有して上記反射体２０が設けられている。この反射体２０は、その底部２０Ａの中心が軸
心Ｃ１に一致するようにして連結軸１２の下面１２Ａに固定されている。また、底部２０
Ａの中央には、回転軸ＡＸ１が挿通可能な大きさの軸穴２０ｈが形成されていて、この軸
穴２０ｈを通して回転軸ＡＸ１が連結軸１２に固定されている。なお、反射体２０の円筒
側壁２０Ｂは下方（基台１１の上面１１Ａの方向）に傾斜をもって延出されているととも
に、その最長部と基台１１の上面１１Ａとの間に隙間Ｇを有し、基台１１と接触しないよ
うになっている。
【００３３】
ここで、図３を参照して、上記反射体２０の形状について更に詳述する。
図３（ａ）に示すように、反射体２０の円筒側壁２０Ｂの下面には、上記底部２０Ａの
裏面２０Ｄに対して予め定めた一定の傾斜を有する反射面２０ｓが形成されている。すな
わち、この反射面２０ｓと底部２０Ａの裏面２０Ｄとの距離は、一箇所の非連続面２０ｃ
を境に、回転体である上記連結軸１２の回転方向に沿ってリニアに変化している。より具
体的には、図３（ｂ）に示すように、この反射体２０には、軸心Ｃ１を中心として、例え
ば時計回りに順に、０度の位置に始点位置Ｐｓが定義され、９０度の位置に第１位置Ｐ１
が定義され、１８０度の位置に第２位置Ｐ２が定義され、２７０度の位置に第３位置Ｐ３
が定義され、３６０度の位置に終点位置Ｐｅが定義されている。そして、底部２０Ａの裏
面２０Ｄと反射面２０ｓとの距離は、始点位置Ｐｓにおいて最も長い「Ｌｄ」、第１位置
Ｐ１において「３Ｌｄ／４」、第２位置Ｐ２において「Ｌｄ／２」、第３位置Ｐ３におい
て「Ｌｄ／４」と順に徐々に短くなり、終点位置Ｐｅにおいて最も短い「０」となってい
る。また、反射面２０ｓの終点位置Ｐｅと始点位置Ｐｓとの間には、距離Ｌｄの段差を有
する上記非連続面２０ｃが形成されており、連結軸１２の下面１２Ａに設けられた反射体
２０の反射面２０ｓは、始点位置Ｐｓにおいて基台１１の上面１１Ａとの距離が最も短く
なる。すなわち、このときの距離が上述した隙間Ｇとなる。なお、反射面２０ｓの表面は
鏡面として仕上げられており、図２に示されるように、上記反射型光センサ２１の投光部
から投光される光Ｌ１を反射光Ｌ２として確実にその受光部に受光させ得るように形成さ
れている。
【００３４】
このように、本実施形態では、基台１１には反射型光センサ２１を、連結軸１２には反
射型光センサ２１での反射光Ｌ２の受光量を連結軸１２の回転方向に沿って可変とするよ
うに反射型光センサ２１との対向距離Ｄをリニアに変化させる傾斜面として形成された反
射面２０ｓを有する反射体２０を設けている。そして、反射型光センサ２１は、受光部が
受光した反射光Ｌ２の光量に応じたレベルの電圧である出力電圧Ｖｏを出力する。詳述す
ると、反射型光センサ２１と反射面２０ｓとの間の距離である対向距離Ｄが短いときは、
反射光Ｌ２の拡散が少ないため、反射型光センサ２１に多くの光量を受光され、その出力
電圧Ｖｏも高くなる。反対に、対向距離Ｄが長いときは、反射光Ｌ２の拡散が増えるため
、反射型光センサ２１への受光量も減少し、その出力電圧Ｖｏは低くなる。このように、
対向距離Ｄと出力電圧Ｖｏとは反比例する関係になっている。
【００３５】
また、本実施形態では、図２に併せて示すように、基台１１の上面１１Ａには、反射体
２０よりも外側に、遮光部材としての遮光リング１１Ｅを設けるようにしている。この遮
光リング１１Ｅは、その中心が軸心Ｃ１に一致するとともに、その一部が連結軸１２の回
動を阻害しない程度にまで連結軸１２の下面１２Ａの近傍に位置するように配設されてい
る。こうした構造により、上記反射型光センサ２１での反射光Ｌ２の受光量に対してノイ
ズ成分となる外乱光が的確に遮光されるようになる。
【００３６】
ところで、本実施形態では、図１に示すように、アーム１３が基台１１に対して正面方
向（図１におてい左側）に配置されているときの連結軸１２の回転角度θを絶対角度で１
８０度と定義している。また、連結軸１２の回転角度θは、連結軸１２を上方から見て反
時計回りに回転させると小さくなり、連結軸１２を反時計回りに回動させてアーム１３を
基台１１に対して背面方向（図１において右側）に配置させたときに絶対角度で０度と定
義している。反対に、連結軸１２の回転角度θは、連結軸１２を上方から見て時計回りに
回転させると大きくなり、連結軸１２を時計回りに回動させてアーム１３を基台１１に対
して背面方向に配置させたときに絶対角度で３６０度と定義している。
【００３７】
そして、反射型光センサ２１は、基台１１の上面１１Ａにおいて、連結軸１２の回転角
度θが絶対角度で０度のときに反射面２０ｓの始点位置Ｐｓと相対向する位置に配設され
ている。すなわち、反射型光センサ２１は、連結軸１２の回転角度θが絶対角度で０度の
ときは、始点位置Ｐｓに対応する反射面２０ｓと相対向して、上記反射光Ｌ２としても対
向距離Ｄとしての最小距離Ｄｍｉｎ（＝Ｇ）に対応する光量を検出する。また、反射型光
センサ２１は、連結軸１２の回転角度θが絶対角度で９０度のときは、第１位置Ｐ１に対
応する反射面２０ｓと相対向して、反射光Ｌ２としても対向距離Ｄとしての第１距離Ｄ１
（＝Ｌｄ／４＋Ｇ）に対応する光量を検出する。さらに、反射型光センサ２１は、連結軸
１２の回転角度θが絶対角度で１８０度のときは、第２位置Ｐ２に対応する反射面２０ｓ
と相対向して、反射光Ｌ２としても対向距離Ｄとしての第２距離Ｄ２（＝Ｌｄ／２＋Ｇ）
に対応する光量を検出する。また、反射型光センサ２１は、連結軸１２の回転角度θが絶
対角度で２７０度のときには、第３位置Ｐ３に対応する反射面２０ｓと相対向して、反射
光Ｌ２としても対向距離Ｄとしての第３距離Ｄ３（＝３Ｌｄ／４＋Ｇ）に対応する光量を
検出する。さらにまた、反射型光センサ２１は、連結軸１２の回転角度θが絶対角度で３
６０度のときには、終点位置Ｐｅに対応する反射面２０ｓと相対向して、反射光Ｌ２とし
ても対向距離Ｄとしての最大距離Ｄｍａｘ（＝Ｌｄ＋Ｇ）に対応する光量を検出する。
【００３８】
図４は、連結軸１２の回転角度θと上記対向距離Ｄとの関係を示したグラフであり、図
５は、回転角度θと反射型光センサ２１から出力される出力電圧Ｖｏとの関係を示したグ
ラフである。
【００３９】
図４に示すように、対向距離Ｄは、回転角度θが絶対角度で０度（始点位置Ｐｓ）では
最小距離Ｄｍｉｎとなる。同様に、回転角度θが絶対角度で９０度（第１位置Ｐ１）では
第１距離Ｄ１となり、回転角度θが絶対角度で１８０度（第２位置Ｐ２）では第２距離Ｄ
２となり、回転角度θが絶対角度で２７０度（第３位置Ｐ３）では第３距離Ｄ３となり、
回転角度θが絶対角度で３６０度（終点位置Ｐｅ）では最大距離Ｄｍａｘとなる。そして
実際には、これら回転角度θと対向距離Ｄとの関係が同図４に示されるようにリニアに変
化する。
【００４０】
一方、図５に示すように、反射型光センサ２１はその出力電圧Ｖｏとして、始点位置Ｐ
ｓとなる対向距離Ｄが最小距離Ｄｍｉｎのときに最大電圧Ｖｍａｘを出力する。同様に、
第１位置Ｐ１となる第１距離Ｄ１のときに第３電圧Ｖ３を出力し、第２位置Ｐ２となる第
２距離Ｄ２のときに第２電圧Ｖ２を出力し、第３位置Ｐ３となる第３距離Ｄ３のときに第
１電圧Ｖ１を出力し、終点位置Ｐｅとなる対向距離Ｄが最大距離Ｄｍａｘのときに最小電
圧Ｖｍｉｎを出力する。そしてここでも実際には、これら回転角度θと出力電圧Ｖｏとの
関係が同図５に示されるようにリニアに変化する。
【００４１】
本実施形態ではこのように、反射型光センサ２１からの出力電圧Ｖｏが最大電圧Ｖｍａ
ｘから最小電圧Ｖｍｉｎまでに変化することに基づいて、連結軸１２の回転角度θの絶対
角度で０度から３６０度までの変化が検出される。なお、本実施形態では、連結軸１２が
回動する回転角度θの範囲は３６０度未満、例えば、絶対角度にして１０度〜３５０度ま
でとしており、非連続面２０ｃについての配慮は必要とされない。また、本実施形態のロ
ボットでは、先の支持部１４に対する第２のアーム１５の回転角度の検出、及び第２のア
ーム１５に対する主軸１６の回転角度の検出にも上述と同様の回転角度検出装置を用いて
いるが、それらの構造も基本的には上述と同様でありその説明については省略する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態の回転角度検出装置、アーム回動機構、及びロボット
によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、反射型光センサ２１の出力電圧Ｖｏの変化に基づいて、回転軸
ＡＸ１を中心とする連結軸１２の回転角度θを絶対角度として検出するようにした。従っ
て、簡易な構成ながら、回転軸ＡＸ１を中心とする連結軸１２の回転角度θが光学的に高
い精度にて検出可能となる。すなわち、回転角度検出装置、ロボットのアーム回動機構、
ロボットとして、連結軸１２の回転にかかる絶対角度をより容易かつ高精度に検出するこ
とができるようになる。
【００４３】
（２）本実施形態では、反射型光センサ２１での反射光Ｌ２の受光量に対してノイズ成
分となる外乱光を遮光リング１１Ｅによって遮光するようにした。従って、連結軸１２の
基台１１に対する回転角度θの検出精度のさらなる向上が期待できるようになる。
【００４４】
（３）本実施形態では、反射型光センサ２１と反射面２０ｓとの対向距離Ｄがリニアに
変化するようにした。従って、検出する回転角度θの分解能は反射型光センサ２１自身の
性能（感度）に依存することになるが、この反射型光センサ２１さえ高性能（高感度）の
ものを採用することができれば、回転角度θの検出にかかる分解能も自ずと高められるよ
うになる。
【００４５】
なお、上記実施形態は、例えば以下のような態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、連結軸１２の回動する絶対角度の範囲は３６０度未満とした。し
かし、これに限らず、連結軸１２は３６０度以上回動しても良い。この場合、反射型光セ
ンサ２１が非連続面２０ｃを検出する都度、その数を計数する等の公知のデータ処理方法
にて適切に処理することで、所望の絶対角度を得ることができる。
【００４６】
・上記実施形態では、反射面２０ｓを傾斜面として反射型光センサ２１との対向距離Ｄ
がリニアに変化するようにしたが、反射面２０ｓを段状面にして反射型光センサ２１との
対向距離Ｄが段階的に変化するようにしても良い。回転角度θの検出に高い分解能が要求
されない用途には、このような構成が信頼性の面でも有利な構成となる。
【００４７】
・上記実施形態では、反射型光センサ２１の受光部が受光する反射光Ｌ２の光量を反射
体２０の反射面２０ｓに設けた傾斜により変化させるようにした。しかしこれに限らず、
回転体の回転方向に沿って階調（明暗）が順次変化する反射面が設けられた反射体を採用
するようにしても良い。このような構成によれば、反射体を板状に形成することができ、
回転角度検出装置としてのさらなる小型化（薄型化）が可能となる。
【００４８】
・上記実施形態では、反射体２０を連結軸１２に固定して、回転軸ＡＸ１を反射体２０
の軸穴２０ｈを通して連結軸１２に固定させた。しかしこれに限らず、軸穴２０ｈを介し
て反射体２０が回転軸ＡＸ１に直接固定されていても、もしくは、反射体２０が回転軸Ａ
Ｘ１に一体成形されていても良い。特に反射型光センサ２１を支持体側に設け、反射体２
０についてはこれを連結軸１２に一体化される回転軸ＡＸ１に直接設ける構造とすれば（
例えばアセンブリ化すれば）、その検出精度を高く維持しつつ、当該回転角度検出装置と
しての汎用性を高める上で有利となる。
【００４９】
・上記実施形態では、反射型光センサ２１を支持体である基台１１に配設し、反射体２
０を回転体である連結軸１２に固定したが、反対に、反射型光センサ２１を回転体である
連結軸１２に配設し、反射体２０を支持体である基台１１に固定しても良い。
【００５０】
・上記実施形態では、基台１１の上面１１Ａに遮光部材としての遮光リング１１Ｅを設
けて反射型光センサ２１での反射光Ｌ２の受光量にノイズ成分となる外乱光を遮光するよ
うにした。ただし、反射型光センサ２１及び反射面２０ｓが関節部に内蔵されるなど、そ
れらが予め遮光されている環境で用いられるときにはこうした遮光部材の配設を割愛する
こともできる。
【００５１】
・上記実施形態では、ロボットは、スカラ型ロボット１０であったが、ロボットは、回
転軸を有するロボット、例えば、多関節ロボットでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態のロボットの側面構造を示す側面図。
【図２】同実施形態の回転角度検出装置の構造を図１のＡ−Ａ線に沿った断面構造として示す断面図。
【図３】同実施形態の回転角度検出装置の反射体の構造を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面（底面）図。
【図４】同実施形態の回転角度検出装置による回転体の回転角度と反射型光センサ及び反射面間の対向距離との関係を示すグラフ。
【図５】同実施形態の回転角度検出装置による回転体の回転角度と反射型光センサが出力する電圧との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５３】
１０…スカラ型ロボット、１１…基台、１１Ａ…上面、１１Ｅ…遮光リング、１２…連
結軸、１２Ａ…下面、１３…第１のアーム、１３ｔ…配線チューブ、１４…支持部、１５
…第２のアーム、１５Ａ…主軸筒、１６…主軸、１７…下端部、２０…反射体、２０Ａ…
底部、２０Ｂ…円筒側壁、２０ｃ…非連続面、２０Ｄ…底部の裏面、２０ｈ…軸穴、２０
ｓ…反射面、２１…反射型光センサ、ＡＸ１…回転軸、Ｍ１…第１モータ、Ｍ２…第２モ
ータ、Ｍ３…第３モータ、Ｍ４…昇降モータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度検出装置、及び該回転角度検出装置を備えるロボットのアーム回動
機構、及び該アーム回動機構を採用したロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、産業用ロボットとしては、６軸ロボット、スカラロボット、直交型ロボットな
ど、複数のアームが順に回動可能に連結されたロボットが主流となっており、それらロボ
ットが各々の特徴に適合する用途に合わせて選択的に用いられている。これらのロボット
はいずれも、その先端部を目標位置に移動させ、その先端部にて被加工物に種々の作業を
行なったり被搬送物を把持して搬送したりする。すなわち、ロボットは、各アームを、連
結部を介して支持する他のアーム等の支持部に対して適切な角度に変化させることで、ロ
ボットの先端部を基台に対して相対移動させている。
【０００３】
一方、各アームとそれらアームを支持する支持部との角度は、その連結部に備えられた
回転軸の回転角度をインクリメンタルエンコーダやアブソリュートエンコーダ等により検
出して算出される。
【０００４】
ここで、上記インクリメンタルエンコーダが用いられる場合、同エンコーダから所定の
角度毎に出力されるパルスには絶対角度の情報が含まれないため、電源投入直後等には、
初期化として原点復帰動作を行なう必要があった。ただし、この原点復帰動作は、ロボッ
トの各アームの移動を伴うために非常に複雑な動作となる。
【０００５】
また、上記アブソリュートエンコーダが用いられる場合、同エンコーダからは絶対角度
の情報を含むパルスが出力されるため、原点復帰動作は不要となる。しかし、同エンコー
ダは、構造が複雑化して高価になるとともに、多回転対応の場合には、その都度の回転数
並びに回転角度を保持する為にその検出系やメモリ等に対する給電も常に維持しておく必
要があるなどの不都合がある。
【０００６】
そこで従来は、アームとそのアームを支持する支持部との回転角度を絶対角度として検
出する安価な回転角度検出装置も提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載の装
置では、発光素子、受光素子、及び発光素子と受光素子との間に備えられたスリット板に
より回転角度検出装置を構成している。詳述すると、受光素子は、光の入射量（ここでは
入射位置）に応じて出力電圧が直線的に変化する素子であり、またスリット板は、スパイ
ラル状の溝が貫通形成されて、その溝から発光素子が発光した光を通過させるとともに、
受光素子に投光される光の位置をその回転に伴い変化させるものである。すなわち、スリ
ット板を回転軸に連結させて回転軸とともに回動させたときに受光素子に投光される光の
位置の変化を受光素子の出力電圧の変化として検出し、その検出される出力電圧の変化に
基づいて回転軸（アーム）の回転角度を絶対角度として得るようにしている。
【特許文献１】特開平８−２６７３８６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、特許文献１に記載の絶対角度検出装置では、発光素子からの光がスリッ
ト板の溝を通過して受光素子に投光される構造であるがために、その溝を通過した光が受
光素子の比較的広い範囲に投光されることとなり、その受光位置、すなわち光の投光され
た位置を高い分解能で検出する事ができない。そのためこの装置では、おおよその回転角
度を求めることができるものの、絶対角度として正確な角度を求めることはできず、結局
は別のエンコーダを併用せざるを得ないなどの問題を残すものとなっている。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、ロボット
に備えられたアームの回転角度をより容易かつ高精度に検出することのできる回転角度検
出装置、及び該回転角度検出装置を備えるロボットのアーム回動機構、及び該アーム回動
機構を採用したロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回転角度検出装置は、支持体に回転軸を介して接続された回転体の前記支持体
に対する回転角度を絶対角度として検出する回転角度検出装置であって、前記支持体及び
前記回転体の各々対向する面に対し、一方には反射型光センサを、他方には前記反射型光
センサでの反射光の受光量を前記回転体の回転方向に沿って可変とする反射体をそれぞれ
設け、これら反射型光センサ及び反射体の協働による反射型光センサの受光出力の変化に
基づいて前記回転軸を中心とする前記回転体の回転角度を検出することを要旨とする。
【００１０】
このような構成によれば、反射型光センサの受光出力の変化に基づいて、回転軸を中心
とする回転体の回転角度が絶対角度として検出される。従って、簡易な構成ながら、回転
軸を中心とする回転体の回転角度が光学的に高い精度にて検出可能となる。すなわち、回
転角度検出装置として、回転体の回転にかかる絶対角度をより容易かつ高精度に検出する
ことができるようになる。
【００１１】
なお、原理上、反射型光センサ及び反射体をそれぞれ支持体側及び回転体側のいずれに
設けるかは任意であるが、特に反射型光センサを支持体側に設け、反射体についてはこれ
を回転体に一体化される回転軸に直接設ける構造とする（例えばアセンブリ化する）こと
が、その検出精度を高く維持しつつ、当該回転角度検出装置としての汎用性を高めるうえ
で有利である。
【００１２】
また本発明の回転角度検出装置は、上記回転角度検出装置において、前記反射型光セン
サ及び前記反射体はそれらの対向面以外の周囲が遮光部材によって覆われてなることを要
旨とする。
【００１３】
このような構成によれば、反射型光センサでの反射光の受光量に対してノイズ成分とな
る外乱光が遮光されるため、回転角度の検出精度のさらなる向上が期待できる。
また本発明の回転角度検出装置は、上記回転角度検出装置において、前記反射体には前
記回転体の回転方向に沿って前記反射型光センサとの対向距離が順次変化する反射面が設
けられてなることを要旨とする。
【００１４】
このような構成によれば、反射型光センサに対する反射面の遠近に応じて反射型光セン
サの受光出力が変化することとなり、反射体の加工精度にもよるものの、当該回転角度検
出装置の実現も容易である。
【００１５】
また本発明の回転角度検出装置は、上記回転角度検出装置において、前記反射体の反射
面は前記回転体の回転方向に沿って前記反射型光センサとの対向距離がリニアに変化する
傾斜面からなることを要旨とする。
【００１６】
このような構成によれば、検出する回転角度の分解能は反射型光センサ自身の性能（感
度）に依存することになるが、この反射型光センサさえ高性能（高感度）のものを採用す
ることができれば、回転角度の検出にかかる分解能も自ずと高められるようになる。
【００１７】
また本発明の回転角度検出装置は、上記回転角度検出装置において、前記反射体の反射
面は前記回転体の回転方向に沿って前記反射型光センサとの対向距離が段階的に変化する
段状面からなることを要旨とする。
【００１８】
このような構成によれば、検出する回転角度の分解能は自ずと制限されるものの、回転
角度の検出に高い分解能が要求されない用途、例えば１周を１０分割する等の低い分解能
で済む用途には信頼性の面でも有効な構成となる。
【００１９】
また本発明の回転角度検出装置は、上記回転角度検出装置において、前記反射体には前
記回転体の回転方向に沿って階調が順次変化する反射面が設けられてなることを要旨とす
る。
【００２０】
このような構成によれば、反射型光センサの受光出力を回転体の回転角度に応じて変化
させる反射体を板状に形成することができ、回転角度検出装置としてのさらなる小型化（
薄型化）が可能となる。
【００２１】
一方、本発明のロボットのアーム回動機構は、支持体に回転軸を介して接続されたアー
ムの前記支持体に対する回転角度を絶対角度として検出する回転角度検出装置を備えるロ
ボットのアーム回動機構であって、前記回転角度検出装置として上記に記載の回転角度検
出装置を備えることを要旨とする。
【００２２】
このような構成によれば、簡易な構成ながら、回転軸を中心とするアームの回転角度を
絶対角度として光学的に高い精度にて検出可能となる。すなわち、ロボットのアーム回動
機構として、アブソリュートタイプながら、より簡易で精度の高いアーム回転角度の検出
が可能になる。
【００２３】
また一方、本発明のロボットは、支持体に回転軸を介して接続されたアームを有し、該
アームの前記支持体に対する回転角度を絶対角度として検出しつつ、同アームを目標とす
る角度に移動させるアーム回動機構を備えるロボットであって、前記アーム回動機構とし
て上記に記載のアーム回動機構を備えることを要旨とする。
【００２４】
このような構成によれば、たとえ多関節ロボットであれ、それら各関節にこうしたアー
ム回動機構を備えることで、高性能なロボットが容易に実現可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明にかかる回転角度検出装置、ロボットのアーム回動機構、及びロボットを
具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、スカラ型ロボット１０についてその側面構造を示したものである。
【００２６】
図１に示すように、ロボット１０は、床面等に設置された支持体としての基台１１を有
して、その上端部に第１のアーム１３の基端部である回転体としての連結軸１２が設けら
れている。連結軸１２は、円柱形状に形成されていて、基台１１に回動可能に設けられて
いる。なお、基台１１内には第１モータＭ１が設けられており、連結軸１２が正逆回転す
る。すなわちこれにより、第１のアーム１３は、連結軸１２が第１モータＭ１により回動
されることによって、連結軸１２の軸心Ｃ１を回動中心として基台１１に対して水平方向
に回動する。
【００２７】
一方、第１のアーム１３の先端部には、第２のアーム１５の基端部を回転体としてこれ
を回動可能に支持する支持体としての支持部１４が設けられている。また、第２のアーム
１５の基端部には第２モータＭ２が配設されている。そして、この第２モータＭ２はその
出力軸がギアを介して前記支持部１４に駆動連結されている。これにより、第２モータＭ
２が正逆回転すると、軸心Ｃ２を回動中心として第２のアーム１５が第１のアーム１３に
対して水平方向に回動する。
【００２８】
また一方、第２のアーム１５の先端部には、主軸１６を回転体としてこれを回転可能に
、かつ、上下方向に移動可能に支持する支持体としての主軸筒１５Ａが設けられている。
主軸１６は、第２のアーム１５内の先端部に備えられた第３モータＭ３の正逆回転によっ
て自らの軸心Ｃ３を回動中心として正逆回転するとともに、第２のアーム１５内の先端部
に備えられた昇降モータＭ４の正逆回転によって上下方向に昇降移動する。すなわち、主
軸１６の下端部１７は、図１に実線で示す「最上位置」から図１中に二点鎖線にて示す可
動距離Ｌだけ下降した「最下位置」の間で上下動するようになっている。また、下端部１
７には、ツール、例えば被搬送物を把持するハンド等の取付が可能になっており、下端部
１７に取り付けられたツールは、主軸１６の「最上位置」と「最下位置」の間での移動と
ともに一体となって上下動する。なお、第２のアーム１５内に設けられているこれらモー
タＭ２〜Ｍ４の制御信号あるいはモニタ信号の各信号線はフレキシブルな配線チューブ１
３ｔを介して基台１１内にまとめられ、上記第１モータＭ１の信号線と共に、制御装置（
図示略）の各対応する端子に接続されている。
【００２９】
次に、基台１１に対する連結軸１２（第１のアーム１３）の回転角度を絶対角度として
検出する回転角度検出装置について説明する。
図２は、回転角度検出装置の断面構造を示したものであり、図１のＡ−Ａ線に沿った断
面図に相当する。
【００３０】
基台１１には、投光部（発光部）及び受光部（いずれも図示略）を有する反射型光セン
サ２１がその上面１１Ａに中心部から偏倚する態様にて配設（埋設）されている。この反
射型光センサ２１は、投光部から反射体２０に光を投光するとともに、その反射された光
を受光部にて受光し、該受光部での受光量に応じたレベルの電圧を出力する公知の光セン
サである。
【００３１】
また、基台１１の上面１１Ａの中央には、回転軸ＡＸ１がその軸心を軸心Ｃ１に一致さ
せるかたちで設けられている。この回転軸ＡＸ１の基端部（図示略）は、基台１１内に回
動可能に挿設されるとともに、先の第１モータＭ１にギアを介して駆動連結されていて、
第１モータＭ１の回動に伴い、軸心Ｃ１を回動中心として回動されるようになっている。
回転軸ＡＸ１の先端部は、回転体である連結軸１２に接続固定されており、これによって
連結軸１２も、回転軸ＡＸ１を介して第１モータＭ１により回動される構造となっている
。なお、連結軸１２は、この回転軸ＡＸ１によって基台１１から一定の距離Ｈだけ離間さ
れた位置に保持される。
【００３２】
一方、連結軸１２の下面１２Ａには、基台１１の上面１１Ａとの間に略有底円筒形状を
有して上記反射体２０が設けられている。この反射体２０は、その底部２０Ａの中心が軸
心Ｃ１に一致するようにして連結軸１２の下面１２Ａに固定されている。また、底部２０
Ａの中央には、回転軸ＡＸ１が挿通可能な大きさの軸穴２０ｈが形成されていて、この軸
穴２０ｈを通して回転軸ＡＸ１が連結軸１２に固定されている。なお、反射体２０の円筒
側壁２０Ｂは下方（基台１１の上面１１Ａの方向）に傾斜をもって延出されているととも
に、その最長部と基台１１の上面１１Ａとの間に隙間Ｇを有し、基台１１と接触しないよ
うになっている。
【００３３】
ここで、図３を参照して、上記反射体２０の形状について更に詳述する。
図３（ａ）に示すように、反射体２０の円筒側壁２０Ｂの下面には、上記底部２０Ａの
裏面２０Ｄに対して予め定めた一定の傾斜を有する反射面２０ｓが形成されている。すな
わち、この反射面２０ｓと底部２０Ａの裏面２０Ｄとの距離は、一箇所の非連続面２０ｃ
を境に、回転体である上記連結軸１２の回転方向に沿ってリニアに変化している。より具
体的には、図３（ｂ）に示すように、この反射体２０には、軸心Ｃ１を中心として、例え
ば時計回りに順に、０度の位置に始点位置Ｐｓが定義され、９０度の位置に第１位置Ｐ１
が定義され、１８０度の位置に第２位置Ｐ２が定義され、２７０度の位置に第３位置Ｐ３
が定義され、３６０度の位置に終点位置Ｐｅが定義されている。そして、底部２０Ａの裏
面２０Ｄと反射面２０ｓとの距離は、始点位置Ｐｓにおいて最も長い「Ｌｄ」、第１位置
Ｐ１において「３Ｌｄ／４」、第２位置Ｐ２において「Ｌｄ／２」、第３位置Ｐ３におい
て「Ｌｄ／４」と順に徐々に短くなり、終点位置Ｐｅにおいて最も短い「０」となってい
る。また、反射面２０ｓの終点位置Ｐｅと始点位置Ｐｓとの間には、距離Ｌｄの段差を有
する上記非連続面２０ｃが形成されており、連結軸１２の下面１２Ａに設けられた反射体
２０の反射面２０ｓは、始点位置Ｐｓにおいて基台１１の上面１１Ａとの距離が最も短く
なる。すなわち、このときの距離が上述した隙間Ｇとなる。なお、反射面２０ｓの表面は
鏡面として仕上げられており、図２に示されるように、上記反射型光センサ２１の投光部
から投光される光Ｌ１を反射光Ｌ２として確実にその受光部に受光させ得るように形成さ
れている。
【００３４】
このように、本実施形態では、基台１１には反射型光センサ２１を、連結軸１２には反
射型光センサ２１での反射光Ｌ２の受光量を連結軸１２の回転方向に沿って可変とするよ
うに反射型光センサ２１との対向距離Ｄをリニアに変化させる傾斜面として形成された反
射面２０ｓを有する反射体２０を設けている。そして、反射型光センサ２１は、受光部が
受光した反射光Ｌ２の光量に応じたレベルの電圧である出力電圧Ｖｏを出力する。詳述す
ると、反射型光センサ２１と反射面２０ｓとの間の距離である対向距離Ｄが短いときは、
反射光Ｌ２の拡散が少ないため、反射型光センサ２１に多くの光量を受光され、その出力
電圧Ｖｏも高くなる。反対に、対向距離Ｄが長いときは、反射光Ｌ２の拡散が増えるため
、反射型光センサ２１への受光量も減少し、その出力電圧Ｖｏは低くなる。このように、
対向距離Ｄと出力電圧Ｖｏとは反比例する関係になっている。
【００３５】
また、本実施形態では、図２に併せて示すように、基台１１の上面１１Ａには、反射体
２０よりも外側に、遮光部材としての遮光リング１１Ｅを設けるようにしている。この遮
光リング１１Ｅは、その中心が軸心Ｃ１に一致するとともに、その一部が連結軸１２の回
動を阻害しない程度にまで連結軸１２の下面１２Ａの近傍に位置するように配設されてい
る。こうした構造により、上記反射型光センサ２１での反射光Ｌ２の受光量に対してノイ
ズ成分となる外乱光が的確に遮光されるようになる。
【００３６】
ところで、本実施形態では、図１に示すように、アーム１３が基台１１に対して正面方
向（図１におてい左側）に配置されているときの連結軸１２の回転角度θを絶対角度で１
８０度と定義している。また、連結軸１２の回転角度θは、連結軸１２を上方から見て反
時計回りに回転させると小さくなり、連結軸１２を反時計回りに回動させてアーム１３を
基台１１に対して背面方向（図１において右側）に配置させたときに絶対角度で０度と定
義している。反対に、連結軸１２の回転角度θは、連結軸１２を上方から見て時計回りに
回転させると大きくなり、連結軸１２を時計回りに回動させてアーム１３を基台１１に対
して背面方向に配置させたときに絶対角度で３６０度と定義している。
【００３７】
そして、反射型光センサ２１は、基台１１の上面１１Ａにおいて、連結軸１２の回転角
度θが絶対角度で０度のときに反射面２０ｓの始点位置Ｐｓと相対向する位置に配設され
ている。すなわち、反射型光センサ２１は、連結軸１２の回転角度θが絶対角度で０度の
ときは、始点位置Ｐｓに対応する反射面２０ｓと相対向して、上記反射光Ｌ２としても対
向距離Ｄとしての最小距離Ｄｍｉｎ（＝Ｇ）に対応する光量を検出する。また、反射型光
センサ２１は、連結軸１２の回転角度θが絶対角度で９０度のときは、第１位置Ｐ１に対
応する反射面２０ｓと相対向して、反射光Ｌ２としても対向距離Ｄとしての第１距離Ｄ１
（＝Ｌｄ／４＋Ｇ）に対応する光量を検出する。さらに、反射型光センサ２１は、連結軸
１２の回転角度θが絶対角度で１８０度のときは、第２位置Ｐ２に対応する反射面２０ｓ
と相対向して、反射光Ｌ２としても対向距離Ｄとしての第２距離Ｄ２（＝Ｌｄ／２＋Ｇ）
に対応する光量を検出する。また、反射型光センサ２１は、連結軸１２の回転角度θが絶
対角度で２７０度のときには、第３位置Ｐ３に対応する反射面２０ｓと相対向して、反射
光Ｌ２としても対向距離Ｄとしての第３距離Ｄ３（＝３Ｌｄ／４＋Ｇ）に対応する光量を
検出する。さらにまた、反射型光センサ２１は、連結軸１２の回転角度θが絶対角度で３
６０度のときには、終点位置Ｐｅに対応する反射面２０ｓと相対向して、反射光Ｌ２とし
ても対向距離Ｄとしての最大距離Ｄｍａｘ（＝Ｌｄ＋Ｇ）に対応する光量を検出する。
【００３８】
図４は、連結軸１２の回転角度θと上記対向距離Ｄとの関係を示したグラフであり、図
５は、回転角度θと反射型光センサ２１から出力される出力電圧Ｖｏとの関係を示したグ
ラフである。
【００３９】
図４に示すように、対向距離Ｄは、回転角度θが絶対角度で０度（始点位置Ｐｓ）では
最小距離Ｄｍｉｎとなる。同様に、回転角度θが絶対角度で９０度（第１位置Ｐ１）では
第１距離Ｄ１となり、回転角度θが絶対角度で１８０度（第２位置Ｐ２）では第２距離Ｄ
２となり、回転角度θが絶対角度で２７０度（第３位置Ｐ３）では第３距離Ｄ３となり、
回転角度θが絶対角度で３６０度（終点位置Ｐｅ）では最大距離Ｄｍａｘとなる。そして
実際には、これら回転角度θと対向距離Ｄとの関係が同図４に示されるようにリニアに変
化する。
【００４０】
一方、図５に示すように、反射型光センサ２１はその出力電圧Ｖｏとして、始点位置Ｐ
ｓとなる対向距離Ｄが最小距離Ｄｍｉｎのときに最大電圧Ｖｍａｘを出力する。同様に、
第１位置Ｐ１となる第１距離Ｄ１のときに第３電圧Ｖ３を出力し、第２位置Ｐ２となる第
２距離Ｄ２のときに第２電圧Ｖ２を出力し、第３位置Ｐ３となる第３距離Ｄ３のときに第
１電圧Ｖ１を出力し、終点位置Ｐｅとなる対向距離Ｄが最大距離Ｄｍａｘのときに最小電
圧Ｖｍｉｎを出力する。そしてここでも実際には、これら回転角度θと出力電圧Ｖｏとの
関係が同図５に示されるようにリニアに変化する。
【００４１】
本実施形態ではこのように、反射型光センサ２１からの出力電圧Ｖｏが最大電圧Ｖｍａ
ｘから最小電圧Ｖｍｉｎまでに変化することに基づいて、連結軸１２の回転角度θの絶対
角度で０度から３６０度までの変化が検出される。なお、本実施形態では、連結軸１２が
回動する回転角度θの範囲は３６０度未満、例えば、絶対角度にして１０度〜３５０度ま
でとしており、非連続面２０ｃについての配慮は必要とされない。また、本実施形態のロ
ボットでは、先の支持部１４に対する第２のアーム１５の回転角度の検出、及び第２のア
ーム１５に対する主軸１６の回転角度の検出にも上述と同様の回転角度検出装置を用いて
いるが、それらの構造も基本的には上述と同様でありその説明については省略する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態の回転角度検出装置、アーム回動機構、及びロボット
によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、反射型光センサ２１の出力電圧Ｖｏの変化に基づいて、回転軸
ＡＸ１を中心とする連結軸１２の回転角度θを絶対角度として検出するようにした。従っ
て、簡易な構成ながら、回転軸ＡＸ１を中心とする連結軸１２の回転角度θが光学的に高
い精度にて検出可能となる。すなわち、回転角度検出装置、ロボットのアーム回動機構、
ロボットとして、連結軸１２の回転にかかる絶対角度をより容易かつ高精度に検出するこ
とができるようになる。
【００４３】
（２）本実施形態では、反射型光センサ２１での反射光Ｌ２の受光量に対してノイズ成
分となる外乱光を遮光リング１１Ｅによって遮光するようにした。従って、連結軸１２の
基台１１に対する回転角度θの検出精度のさらなる向上が期待できるようになる。
【００４４】
（３）本実施形態では、反射型光センサ２１と反射面２０ｓとの対向距離Ｄがリニアに
変化するようにした。従って、検出する回転角度θの分解能は反射型光センサ２１自身の
性能（感度）に依存することになるが、この反射型光センサ２１さえ高性能（高感度）の
ものを採用することができれば、回転角度θの検出にかかる分解能も自ずと高められるよ
うになる。
【００４５】
なお、上記実施形態は、例えば以下のような態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、連結軸１２の回動する絶対角度の範囲は３６０度未満とした。し
かし、これに限らず、連結軸１２は３６０度以上回動しても良い。この場合、反射型光セ
ンサ２１が非連続面２０ｃを検出する都度、その数を計数する等の公知のデータ処理方法
にて適切に処理することで、所望の絶対角度を得ることができる。
【００４６】
・上記実施形態では、反射面２０ｓを傾斜面として反射型光センサ２１との対向距離Ｄ
がリニアに変化するようにしたが、反射面２０ｓを段状面にして反射型光センサ２１との
対向距離Ｄが段階的に変化するようにしても良い。回転角度θの検出に高い分解能が要求
されない用途には、このような構成が信頼性の面でも有利な構成となる。
【００４７】
・上記実施形態では、反射型光センサ２１の受光部が受光する反射光Ｌ２の光量を反射
体２０の反射面２０ｓに設けた傾斜により変化させるようにした。しかしこれに限らず、
回転体の回転方向に沿って階調（明暗）が順次変化する反射面が設けられた反射体を採用
するようにしても良い。このような構成によれば、反射体を板状に形成することができ、
回転角度検出装置としてのさらなる小型化（薄型化）が可能となる。
【００４８】
・上記実施形態では、反射体２０を連結軸１２に固定して、回転軸ＡＸ１を反射体２０
の軸穴２０ｈを通して連結軸１２に固定させた。しかしこれに限らず、軸穴２０ｈを介し
て反射体２０が回転軸ＡＸ１に直接固定されていても、もしくは、反射体２０が回転軸Ａ
Ｘ１に一体成形されていても良い。特に反射型光センサ２１を支持体側に設け、反射体２
０についてはこれを連結軸１２に一体化される回転軸ＡＸ１に直接設ける構造とすれば（
例えばアセンブリ化すれば）、その検出精度を高く維持しつつ、当該回転角度検出装置と
しての汎用性を高める上で有利となる。
【００４９】
・上記実施形態では、反射型光センサ２１を支持体である基台１１に配設し、反射体２
０を回転体である連結軸１２に固定したが、反対に、反射型光センサ２１を回転体である
連結軸１２に配設し、反射体２０を支持体である基台１１に固定しても良い。
【００５０】
・上記実施形態では、基台１１の上面１１Ａに遮光部材としての遮光リング１１Ｅを設
けて反射型光センサ２１での反射光Ｌ２の受光量にノイズ成分となる外乱光を遮光するよ
うにした。ただし、反射型光センサ２１及び反射面２０ｓが関節部に内蔵されるなど、そ
れらが予め遮光されている環境で用いられるときにはこうした遮光部材の配設を割愛する
こともできる。
【００５１】
・上記実施形態では、ロボットは、スカラ型ロボット１０であったが、ロボットは、回
転軸を有するロボット、例えば、多関節ロボットでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態のロボットの側面構造を示す側面図。
【図２】同実施形態の回転角度検出装置の構造を図１のＡ−Ａ線に沿った断面構造として示す断面図。
【図３】同実施形態の回転角度検出装置の反射体の構造を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面（底面）図。
【図４】同実施形態の回転角度検出装置による回転体の回転角度と反射型光センサ及び反射面間の対向距離との関係を示すグラフ。
【図５】同実施形態の回転角度検出装置による回転体の回転角度と反射型光センサが出力する電圧との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５３】
１０…スカラ型ロボット、１１…基台、１１Ａ…上面、１１Ｅ…遮光リング、１２…連
結軸、１２Ａ…下面、１３…第１のアーム、１３ｔ…配線チューブ、１４…支持部、１５
…第２のアーム、１５Ａ…主軸筒、１６…主軸、１７…下端部、２０…反射体、２０Ａ…
底部、２０Ｂ…円筒側壁、２０ｃ…非連続面、２０Ｄ…底部の裏面、２０ｈ…軸穴、２０
ｓ…反射面、２１…反射型光センサ、ＡＸ１…回転軸、Ｍ１…第１モータ、Ｍ２…第２モ
ータ、Ｍ３…第３モータ、Ｍ４…昇降モータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体に回転軸を介して接続された回転体の前記支持体に対する回転角度を絶対角度と
して検出する回転角度検出装置であって、
前記支持体及び前記回転体の各々対向する面に対し、一方には反射型光センサを、他方
には前記反射型光センサでの反射光の受光量を前記回転体の回転方向に沿って可変とする
反射体をそれぞれ設け、これら反射型光センサ及び反射体の協働による反射型光センサの
受光出力の変化に基づいて前記回転軸を中心とする前記回転体の回転角度を検出する
ことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記反射型光センサ及び前記反射体はそれらの対向面以外の周囲が遮光部材によって覆
われてなる
請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記反射体には前記回転体の回転方向に沿って前記反射型光センサとの対向距離が順次
変化する反射面が設けられてなる
請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記反射体の反射面は前記回転体の回転方向に沿って前記反射型光センサとの対向距離
がリニアに変化する傾斜面からなる
請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記反射体の反射面は前記回転体の回転方向に沿って前記反射型光センサとの対向距離
が段階的に変化する段状面からなる
請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記反射体には前記回転体の回転方向に沿って階調が順次変化する反射面が設けられて
なる
請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
支持体に回転軸を介して接続されたアームの前記支持体に対する回転角度を絶対角度と
して検出する回転角度検出装置を備えるロボットのアーム回動機構であって、
前記回転角度検出装置として請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転角度検出装置を
備える
ことを特徴とするロボットのアーム回動機構。
【請求項８】
支持体に回転軸を介して接続されたアームを有し、該アームの前記支持体に対する回転
角度を絶対角度として検出しつつ、同アームを目標とする角度に移動させるアーム回動機
構を備えるロボットであって、
前記アーム回動機構として請求項７に記載のアーム回動機構を備える
ことを特徴とするロボット。
【請求項１】
支持体に回転軸を介して接続された回転体の前記支持体に対する回転角度を絶対角度と
して検出する回転角度検出装置であって、
前記支持体及び前記回転体の各々対向する面に対し、一方には反射型光センサを、他方
には前記反射型光センサでの反射光の受光量を前記回転体の回転方向に沿って可変とする
反射体をそれぞれ設け、これら反射型光センサ及び反射体の協働による反射型光センサの
受光出力の変化に基づいて前記回転軸を中心とする前記回転体の回転角度を検出する
ことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記反射型光センサ及び前記反射体はそれらの対向面以外の周囲が遮光部材によって覆
われてなる
請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記反射体には前記回転体の回転方向に沿って前記反射型光センサとの対向距離が順次
変化する反射面が設けられてなる
請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記反射体の反射面は前記回転体の回転方向に沿って前記反射型光センサとの対向距離
がリニアに変化する傾斜面からなる
請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記反射体の反射面は前記回転体の回転方向に沿って前記反射型光センサとの対向距離
が段階的に変化する段状面からなる
請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記反射体には前記回転体の回転方向に沿って階調が順次変化する反射面が設けられて
なる
請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
支持体に回転軸を介して接続されたアームの前記支持体に対する回転角度を絶対角度と
して検出する回転角度検出装置を備えるロボットのアーム回動機構であって、
前記回転角度検出装置として請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転角度検出装置を
備える
ことを特徴とするロボットのアーム回動機構。
【請求項８】
支持体に回転軸を介して接続されたアームを有し、該アームの前記支持体に対する回転
角度を絶対角度として検出しつつ、同アームを目標とする角度に移動させるアーム回動機
構を備えるロボットであって、
前記アーム回動機構として請求項７に記載のアーム回動機構を備える
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２００９−１５６８３３（Ｐ２００９−１５６８３３Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３８５９４（Ｐ２００７−３３８５９４）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【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２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【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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