JP2016107382A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ること。【解決手段】実施形態に係るロボットは、第１アームと、第２アームと、制動機構とを備える。第１アームは、第１軸まわりに回転可能に設けられる。第２アームは、第１アームに対し、第２軸まわりに揺動可能に連結される。制動機構は、第１アームにおいて基端部と先端部との間に設けられ、第２アームを制動する。また、第２アームを回転駆動する第２アクチュエータをさらに備え、第１アームの延伸向きと直交する幅方向に、第２アクチュエータ、第２アームおよび制動機構の並びで配置される。【選択図】図４

Description

開示の実施形態は、ロボットに関する。

従来、ロボットは、電源が遮断されるなどの非通電の場合にアームが自重によって位置ずれを起こすことを防止するようアームの揺動を制動するブレーキ（以下、「制動機構」という）を備えることが知られている。このような制動機構には、アームを駆動するアクチュエータに内蔵されるものの他、アクチュエータの外側に並設されるものがある（たとえば、特許文献１参照）。

特開平６−３１６８０号公報

しかしながら、上述した従来技術では、アクチュエータを小型化しようとして制動機構のない小型アクチュエータを用いたとしても小型アクチュエータに並設された制動機構がアクチュエータ周辺にかさばり結果的にロボットが大型化してしまうという問題がある。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化を図ることができるロボットを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るロボットは、第１アームと、第２アームと、制動機構とを備える。前記第１アームは、第１軸まわりに回転可能に設けられる。前記第２アームは、前記第１アームに対し、第２軸まわりに揺動可能に連結される。前記制動機構は、前記第１アームにおいて基端部と先端部との間に設けられ、前記第２アームを制動する。

実施形態の一態様によれば、小型化を図ることができる。

図１は、実施形態に係るロボットの概要説明図である。 図２は、ロボットの全体斜視図である。 図３Ａは、ロボットの内部構造を示す斜視透視図（その１）である。 図３Ｂは、ロボットの内部構造を示す斜視透視図（その２）である。 図４は、制動機構の斜視図である。 図５Ａは、制動機構の動作説明図（その１）である。 図５Ｂは、制動機構の動作説明図（その２）である。 図６Ａは、制動機構による制動条件の説明図（その１）である。 図６Ｂは、制動機構による制動条件の説明図（その２）である。 図７は、制動機構の他の例の説明図である。 図８は、制動機構の他の例の説明図である。 図９は、制御装置の機能ブロック図である。 図１０Ａは、制動シーケンスのフローチャート（その１）である。 図１０Ｂは、制動シーケンスのフローチャート（その２）である。 図１０Ｃは、制動シーケンスのフローチャート（その３）である。 図１１Ａは、制動解除シーケンスのフローチャート（その１）である。 図１１Ｂは、制動解除シーケンスのフローチャート（その２）である。 図１１Ｃは、制動解除シーケンスのフローチャート（その３）である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、図１を参照して実施形態に係るロボットの概要について説明する。図１は、実施形態に係るロボットの概要説明図である。なお、図１では、ロボット（たとえば、垂直多関節型ロボット）における任意の２つの軸を図示しており、図中下方に位置する軸を第１軸、図中上方に位置する軸を第２軸と規定している。

また、図１には、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。さらに、図１には、図中左方にロボットをＹ軸の負方向から正方向へと見た場合、図中右方にロボットをＸ軸の正方向から負方向へと見た場合を図示している。

図１に示すように、ロボット１０は、第１アーム１３と、第２アーム１４と、制動機構３０とを備える。なお、図１では、第１アームを、ロボット１０の下部アーム１３とし、第２アームを、下部アーム１３に連結される上部アーム１４としている。

第１アーム１３は、第１軸ＡＸ１まわりに回転可能に設けられる。ここで、「回転」には、「旋回」および「揺動」がある。以下では、ある部材が、その部材自体を延在方向へ貫く回転軸まわりに自転するように回転する場合を「旋回」と呼び、端部を幅方向へ貫く回転軸まわりに公転するように回転する場合を「揺動」と呼ぶこととする。なお、「旋回」および「揺動」をまとめて「回転」と呼ぶこともある。ここで、第１アームを下部アーム１３とする場合、第１アーム１３は、後述する旋回アーム１２（図２参照）に対して第１軸ＡＸ１、すなわち、後述する軸Ｌ（図２参照）まわりに「揺動」可能に連結されることとなる。

また、第２アーム１４は、第１アーム１３に対し、第２軸ＡＸ２まわりに「揺動」可能に連結される。制動機構３０は、第２アーム１４の揺動を制動する。制動機構３０は、第１アーム１３において第１アーム１３の基端部１３ａと先端部１３ｂとの間に、第２アーム１４の基端部１４ａ側を臨むように設けられる。

このように、制動機構３０が、第１アーム１３の基端部１３ａと先端部１３ｂとの間のいわゆるデッドスペースに設けられることで、各アーム１３，１４の嵩張りを抑えることができる。これにより、制動機構３０による安全性を確保しつつ、ロボット１０の小型化を図ることができる。

なお、実施形態に係るロボット１０では、第２アーム１４、制動機構３０および第２アーム１４を回転駆動、すなわち、揺動駆動する第２アクチュエータＭ２（図４参照）を、図１に示す第２軸ＡＸ２に沿う向きについて第２アクチュエータＭ２、第２アーム１４および制動機構３０の並びで配置した。また、制動機構３０を、第１アーム１３の先端部１３ｂ側に形成された空間部１３１（図４参照）において第１アーム１３の基端部１３ａ側に設けた。さらに、第２アクチュエータＭ２を、第１アーム１３の先端部１３ｂにおいて空間部１３１とは反対側の面に設けた。かかる構成については図４などを用いて後述する。

また、実施形態に係るロボット１０では、制動機構３０に、第２軸ＡＸ２に対して進退する直動向きが第１アーム１３の延伸向きに沿った可動部３２（図４参照）を設けた。また、第２アーム１４の基端部１４ａに複数の突起１４１ａ（図４参照）を設け、制動機構３０に可動部３２をガイドするガイド部３１２（図４参照）を設けた。かかる構成についても図４などを用いて後述する。さらに、制動機構３０自体を揺動可能としたが、かかる構成については図５Ａおよび図５Ｂを用いて後述する。

次に、図２、図３Ａおよび図３Ｂを参照して実施形態に係るロボット１０の全体構成について説明する。

まず、図２を参照してロボット１０の概略構成について述べる。図２は、ロボット１０の全体斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、ロボット１０の旋回位置および姿勢が基本的に図２に示す状態にあるものとして、ロボット１０における各部位の位置関係を説明する。また、かかる図２に示す状態の姿勢を、ロボット１０の「基本姿勢」と呼ぶ場合がある。

また、図２には、図１と同様、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。なお、本実施形態では、Ｘ軸の正方向がロボット１０の正面方向を指すものとする。

また、ロボット１０における各部材の連結関係において、図２に示す基台部１１が据え付けられる取付面側を「基端側」と呼び、フランジ部１７側を「先端側」と呼ぶ。そのうえで、各部材における基端側周辺を「基端部」と呼び、各部材における先端側周辺を「先端部」と呼ぶ。

図２に示すように、ロボット１０は、いわゆるシリアルリンクの垂直多関節型であり、軸Ｓ、軸Ｌ、軸Ｕ、軸Ｒ、軸Ｂおよび軸Ｔの６個の回転関節軸を有する。

また、ロボット１０は、基台部１１と、旋回アーム１２（以下、旋回アーム１５と区別するために旋回ベースと呼ぶ）と、下部アーム１３と、上部アーム１４と、旋回アーム１５と、揺動部１６と、フランジ部１７とを備える。なお、下部アーム１３は第１アームの一例であり、上部アーム１４は第２アームの一例であり、旋回アーム１５は第３アームの一例である。

また、ロボット１０は、ケーブルガイド１８，１９を備える。なお、ケーブルガイド１９は、第２ケーブルガイドの一例である。

基台部１１は、床面などの取付面に固定されるベース（固定ベース）の一例であり、旋回ベース１２を軸Ｓまわりに旋回可能に支持する（図中の矢印１０１参照）。旋回ベース１２は、下部アーム１３の基端部１３ａを軸Ｓに垂直な軸Ｌまわりに揺動可能に支持する（図中の矢印１０２参照）。

下部アーム１３は、その先端部１３ｂにおいて、上部アーム１４の基端部１４ａを軸Ｌに平行な軸Ｕまわりに揺動可能に支持する（図中の矢印１０３参照）。上部アーム１４は、その先端部１４ｂにおいて、旋回アーム１５の基端部を軸Ｕに垂直な軸Ｒまわりに旋回可能に支持する（図中の矢印１０４参照）。

旋回アーム１５は、その先端部において、揺動部１６の基端部を軸Ｒに垂直な軸Ｂまわりに揺動可能に支持する（図中の矢印１０５参照）。揺動部１６は、その先端部において、フランジ部１７を軸Ｂに垂直な軸Ｔまわりに旋回可能に支持する（図中の矢印１０６参照）。なお、フランジ部１７には、図示略のロボットハンドなどが取り付けられる。

ここで、上述した「垂直」あるいは「平行」などは、必ずしも数学的に厳密な精度を必要とするものではなく、実質的な公差や誤差などを許容するものである。また、「垂直」は、２つの直線（回転軸）が同一平面上で直交することのみを意味するのではなく、２つの直線（回転軸）の関係がねじれの位置である場合をも含むものとする。

ケーブルガイド１８は、旋回アーム１５に対する上部アーム１４の背面側から旋回アーム１５へ架け渡されて、旋回アーム１５とともに軸Ｒまわりに上部アーム１４の周囲を回転可能に設けられる（図中の矢印１０７参照）。

かかるケーブルガイド１８は、中空構造であり、その内部にはロボット１０の機内配線であるケーブル２０（図３Ａおよび図３Ｂ参照）が収容されて配線される。なお、ここに言う中空構造は、完全な中空を意味するものではなく、たとえば、延在方向に沿って設けられた切り込みによって外部と通じた構造であってもよい。

このように、本実施形態では、ケーブル２０を、小型化を図ればよりスペースが限られてしまうロボット１０の内部へ配線せずに、あえてロボット１０の外部へ配線することとした。たとえば、本実施形態では、軸Ｒの周囲を通るケーブル２０については、上述したように、旋回アーム１５とともに軸Ｒまわりに上部アーム１４の周囲を回転するケーブルガイド１８へ収容しつつ配線することとした。

これにより、ロボット１０の内部スペースが限られる場合であっても、旋回アーム１５の軸Ｒまわりの旋回運動を妨げることなく、また、この旋回運動によって無用な負荷を受けることなく、ケーブル２０をロボット１０の外部へ配線することができる。

また、ケーブル２０をケーブルガイド１８へ収容することでケーブル２０が露出しないので、ケーブル２０が周囲に干渉することを防ぐとともに、ケーブル２０が露出することでロボット１０の占有スペースが肥大化するのを防ぐことができる。すなわち、本実施形態によれば、ロボット１０をより小型化させることができる。

一方で、ケーブルガイド１９は、ケーブルガイド１８と立体交差するように上部アーム１４の基端側から先端側へ湾曲しつつ架け渡される。かかるケーブルガイド１９は、ケーブルガイド１８と同様に中空構造であり、旋回アーム１５へ配線されるケーブル２０が収容される。

このように、本実施形態では、ケーブル２０を複数のケーブルガイド１８，１９に収容し、うち一つのケーブルガイド１８を回転可能にした場合に、かかるケーブルガイド１８に対してケーブルガイド１９を湾曲させつつ立体交差させることとした。

これにより、ケーブルガイド１８を回転可能としつつも、かかるケーブルガイド１８およびケーブルガイド１９を狭小な配置スペースに密集させて配置することができる。すなわち、本実施形態によれば、ロボット１０をより小型化させることができる。

以下、図３Ａおよび図３Ｂを用いて、実施形態に係るロボット１０のより具体的な構成について順次説明する。まず、ロボット１０におけるケーブル２０の基本的な配線構成について説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、ロボット１０の内部構造を示す斜視透視図である。詳細には、図３Ａおよび図３Ｂは、ロボット１０におけるケーブル２０の基本的な配線構成を示す斜視透視図である。

ここでの説明に先立って、ケーブル２０の概略について述べておく。ロボット１０の機内配線であるケーブル２０は、たとえば、ロボット１０の各軸を回転させる駆動源へ接続される電源ケーブルや制御ケーブルなどである。なお、本実施形態では、軸Ｓおよび軸Ｌそれぞれの駆動源が、中空部を有する中空モータであるものとして説明を進める。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ケーブル２０は、基台部１１から旋回ベース１２にかけては、軸Ｓが通る中空部を介して配線される。また、ケーブル２０は、旋回ベース１２から下部アーム１３にかけては、軸Ｌが通る中空部を介して配線される。

また、ケーブル２０は、下部アーム１３から上部アーム１４にかけては、下部アーム１３内部を配線されてケーブルガイド１９へ収容され、かかるケーブルガイド１９を介して軸Ｒまわりへ導かれるように配線される。なお、ケーブル２０は、ケーブルガイド１９手前の軸Ｕまわりの関節部においては、かかる軸Ｕの軸方向を向いた螺旋状に配線される。

上部アーム１４から旋回アーム１５にかけては、ケーブル２０は、旋回アーム１５に対する上部アーム１４の背面側から上述の回転可能なケーブルガイド１８に収容されて配線される。なお、ケーブル２０は、上述した旋回アーム１５に対する上部アーム１４の背面側においては、軸Ｒの軸方向を向いた螺旋状に配線される。

また、ケーブル２０は、旋回アーム１５から揺動部１６にかけては、旋回アーム１５の内部を配線される。また、ケーブル２０は、軸Ｂまわりの関節部においては、かかる軸Ｂの軸方向を向いた螺旋状に配線される。そして、揺動部１６からフランジ部１７にかけては、ケーブル２０は、揺動部１６の内部を配線される。

なお、上述したように、軸Ｕ、軸Ｒおよび軸Ｂまわりの各関節部においてケーブル２０を螺旋状に配線することで、これら関節部の薄型化を図ることができる。すなわち、ロボット１０をより小型化させることができる。

また、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ロボット１０は、たとえば、下部アーム１３の基端部１３ａと先端部１３ｂとの間に、上部アーム１４を制動する制動機構３０を備える。次に、図４以降を参照して制動機構３０について詳細に説明する。

図４は、制動機構３０の斜視図である。制動機構３０は、第１アームである下部アーム１３側から第２アームである上部アーム１４に対して作用することで、第２アーム１４の揺動を制動するものである。

ロボット１０には、動作停止した場合に非通電で各アームを制動するブレーキが用いられる。たとえば、下部アーム１３および上部アーム１４のように、軸Ｌ（図２参照）および軸Ｕまわりに揺動可能に設けられるアーム１３，１４は、自重によって傾倒することがある。このため、安全面の観点からも非通電でアームを制動するブレーキを設けることが好ましい。

第２アーム（たとえば、上部アーム１４）を制動対象とする場合、第２アーム１４を揺動駆動する駆動源としては、従来は、たとえば、ブレーキが内蔵されたサーボモータを採用していた。しかしながら、ブレーキ内蔵のサーボモータは大型であるため、ロボットが大型化しやすい。このため、ブレーキ非内蔵型の小型アクチュエータを用いることでロボットの小型化を図りたい。ところが、アクチュエータとは別体のブレーキをアームに対して設けると、アームの外形が嵩張ってしまい、結果的にロボットが大型化してしまう。

そこで、本実施形態では、第２アーム１４の揺動を制動する制動機構３０を、第１アーム１３の内部に設けることとした。具体的には、図４に示すように、制動機構３０は、第１アームである下部アーム１３の基端部１３ａと先端部１３ｂとの間に設けられる。ここで、第１アームである下部アーム１３は、その先端部１３ｂの一部が切り欠かれて形成される空間部１３１を有する。

空間部１３１は、側壁１３２と、底壁１３３とで略区画されて形成される切欠き状の空間である。側壁１３２は、下部アーム１３の先端部１３ｂにおいて、下部アーム１３の延伸向きに突出して設けられる。また、底壁１３３は、下部アーム１３の延伸向きと略直交する幅方向に広がる面であり、かつ、空間部１３１から見た場合に下部アーム１３の基端部１３ａ側に位置する。かかる空間部１３１には、第２アームである上部アーム１４の基端部１４ａが配置される。また、下部アーム１３の基端部１３ａと先端部１３ｂとの間に設けられる制動機構３０は、かかる空間部１３１における基端部１３ａ側に設けられる。

また、下部アーム１３は、基端部１３ａにおいて、上述した空間部１３１とは別の空間部１３４を有する。かかる空間部１３４には、旋回ベース１２の先端部が配置される。さらに、旋回ベース１２と下部アーム１３との連結部分には、軸Ｌ（図２参照）の同軸上に下部アーム１３を揺動駆動する駆動源となる第１アクチュエータＭ１（たとえば、サーボモータ）が設けられる。

また、下部アーム１３の先端部１３ｂにおいて、側壁１３２において空間部１３１とは反対側の面には、上部アーム１４を揺動駆動する駆動源となる第２アクチュエータＭ２（たとえば、サーボモータ）が設けられる。

また、空間部１３１に配置される上部アーム１４の基端部１４ａには、第２軸ＡＸ２（図１参照）である軸Ｕの同心円上において少なくとも上部アーム１４の揺動範囲にわたって複数の突起１４１ａが並設される。図４の例では、軸Ｕと同軸で複数の突起（歯）１４１ａを有するギヤ部１４１が設けられる。かかるギヤ部１４１は、上部アーム１４の基端部１４ａと一体的に設けられる。制動機構３０は、下部アーム１３の内部において、底壁１３３側から上部アーム１４の基端部１４ａを臨むように設けられる。

第２アクチュエータＭ２および制動機構３０は、上部アーム１４の基端部１４ａを間に位置させるように設けられる。すなわち、上部アーム１４、第２アクチュエータＭ２および制動機構３０は、下部アーム１３の延伸向きと略直交する幅方向、詳しくは、第２軸である軸Ｕに沿う向きについて第２アクチュエータＭ２、上部アーム１４および制動機構３０の並びで配置される。

制動機構３０は、固定部３１と、可動部３２とを備える。固定部３１は、図４の例では、矩形状の本体３１１の内部にソレノイド３１６（図９（制動駆動部）参照）を有する。本体３１１の先端側には、軸Ｕと平行な方向視において、後述する可動部３２を両側から挟み込むことで、可動部３２の直動をガイドするガイド部３１２が設けられる。可動部３２は、たとえば、ソレノイド３１６のプランジャ３１３を介して直動可能に設けられるとともに、第２軸ＡＸ２（図１参照）である軸Ｕに対して略直交するように進退する直動向きが、下部アーム１３の延伸向きに沿うように設けられる。

可動部３２の先端部には、上述した突起、すなわち、ギヤ部１４１の歯１４１ａに対して係合可能な爪３２１が設けられる。なお、図４の例では、爪３２１は、ギヤ部１４１の歯１４１ａの並び方向と同じ方向に等ピッチで複数設けられる。また、可動部３２と本体３１１との間には、バネなどの付勢部材３１４が配設される。可動部３２は、付勢部材３１４によって下部アーム１３の基端部１３ａ側へ向けて付勢される。

制動機構３０では、ソレノイド３１６（図９参照）が通電状態にある場合には可動部３２を付勢部材３１４の付勢力に抗して下部アーム１３の基端部１３ａ側へ引き付けている。そして、制動機構３０では、ソレノイド３１６が非通電状態になると、付勢部材３１４によって可動部３２をギヤ部１４１へ向けて押し出す。これにより、ギヤ部１４１の歯１４１ａと可動部３２の爪３２１とが係合する。このように、ギヤ部１４１の歯１４１ａと可動部３２の爪３２１とが係合することで、上部アーム１４を制動することができる。また、かかる制動に必要な駆動力は可動部３２を下部アーム１３の基端部１３ａ側へ引き付けておくだけの力でよいため、制動のために大きな駆動力が不要となる。これにより、省力化を図ることができる。

また、制動機構３０では、本体３１１が、第２軸である軸Ｕと平行な回転軸を有する揺動シャフト３１５まわりにフリー状態で揺動可能に設けられる。また、制動機構３０は、下部アーム１３の空間部１３１において本体３１１の両側に配置された規制部１３５によって、揺動範囲が規制される。なお。本実施形態では、制動機構３０自体を揺動させる構成を例示したが、かかる構成を省略してもよい。

ここで、図５Ａおよび図５Ｂを参照して制動機構３０の動作について説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、制動機構３０の動作説明図である。図５Ａに示すように、ロボット１０を停止させるなど非通電状態となると、制動機構３０では、付勢部材３１４による可動部３２の引き付けが解除される。これにより、可動部３２は、図中の矢印２０１で示すように、上部アーム１４の基端部１４ａのギヤ部１４１側へと押し出され、ギヤ部１４１の歯１４１ａと可動部３２の爪３２１とが係合する。

図５Ｂに示すように、たとえば、上部アーム１４が図中の矢印２０２の方向へ揺動する場合、本体３１１は、ギヤ部１４１の歯１４１ａから受けるトルクによって、揺動シャフト３１５を介して上部アーム１４の揺動に連れ回り、図中の矢印２０３の方向へ揺動する。この場合、本体３１１の揺動は、規制部１３５によって規制される。

このように、制動機構３０の本体３１１が所定の揺動範囲を揺動することで、可動部３２の爪３２１が本体３１１の揺動方向に沿って傾いた状態でギヤ部１４１の歯１４１ａと係合する。そして、可動部３２の爪３２１が傾くことで、ギヤ部１４１の歯１４１ａとの接触角θ（図６Ａ参照）が小さくなる。ここで、図６Ａおよび図６Ｂを参照して制動条件、詳細には、ギヤ部１４１の歯１４１ａと可動部３２の爪３２１との接触角θについて説明する。

図６Ａおよび図６Ｂは、制動機構３０における制動条件の説明図である。図６Ａに示すように、ギヤ部１４１（図４参照）の歯１４１ａと可動部３２の爪３２１とが係合状態にある場合、爪３２１が受ける応力Ｆ_１および応力Ｆ_２は、それぞれ式１および式２から得られる。
Ｆ_１＝Ｔ_ｕ／Ｒ_ｇｃｏｓθ・・・（式１）
Ｆ_２＝μ_ｇ（Ｔ_ｕ／Ｒ_ｇ）ｃｏｓθ・・・（式２）

また、制動機構３０は、可動部３２の押圧力Ｆが式３の条件を満たすことで制動力を発揮することができる。
Ｆ＞Ｔ_ｕ／Ｒ_ｇｃｏｓθ＊Ｘ・・・（式３）

なお、上記式１〜式３において、Ｔ_ｕは爪３２１が受けるトルク、Ｒ_ｇはギヤ部１４１の半径である。また、Ｘは、式４から得られる。
Ｘ＝ｓｉｎθ−μ_ｓｔ（ｃｏｓθ＋μ_ｇｓｉｎθ）−μ_ｇｃｏｓθ・・・（式４）

なお、上記式４において、μ_ｓｔは爪３２１とガイド部３１２との間の摩擦係数、μ_ｇは歯１４１ａと爪３２１との間の摩擦係数である。そして、押圧力Ｆが小さくても上記式４から得られるＸの値が負である場合に上記式３のような関係式が成り立つ。

また、図６Ｂには、上記Ｘと接触角θ（図６Ａ参照）との関係を摩擦係数ごとに示している。なお、図６Ｂでは、μ_ｓｔとμ_ｇとは等しいとする。たとえば、図６Ｂに示すように、摩擦係数が０．１で接触角θが１０°以下の場合にＸは負の値となる。この場合、制動機構３０は、制動条件を満たし、上部アーム１４（図４参照）の揺動を制動することができる。すなわち、接触角θを小さくする（たとえば、１０°以下とする）ことで、制動機構３０はその機能を発揮することができる。

上述した実施形態に係るロボット１０によれば、制動機構３０が、第１アームである下部アーム１３の基端部１３ａと先端部１３ｂとの間のいわゆるデッドスペースに設けられ、下部アーム１３および第２アームである上部アーム１４の嵩張りを抑えることができる。また、たとえば、第２軸である軸Ｕの駆動源にブレーキ非内蔵型のアクチュエータ（第２アクチュエータＭ２）を用いても、制動機能を得ることができる。これにより、制動機構３０を備えて安全性を確保しつつ、ロボット１０の小型化を図ることができる。

また、第１アームである下部アーム１３の幅方向に、第２アクチュエータＭ２、第２アームである上部アーム１４および制動機構３０の並びで配置することで、ロボット１０の正面側から見た（たとえば、図２においてＸ軸の負方向を見た）場合のロボット１０の幅を小さくすることができる。

また、制動機構３０を、第１アームである下部アーム１３の先端部１３ｂ側に形成された空間部１３１において下部アーム１３の基端部１３ａ側に設けることで、制動機構３０が下部アーム１３のいわゆるデッドスペースに設けられることとなる。これにより、下部アーム１３は、正面側から見た場合のスリム化を図ることができ、この結果、ロボット１０の小型化を図ることができる。

また、第２アクチュエータＭ２を、第１アームである下部アーム１３の先端部１３ｂにおいて空間部１３１とは反対側の面に設けることで、第２アクチュエータＭ２と制動機構３０とが同位置に配置されることを避けることができる。これにより、下部アーム１３の小型化を図ることができ、この結果、ロボット１０の小型化を図ることができる。

また、制動機構３０に、第２軸である軸Ｕに対して進退する可動部３２を設けることで、直動のための小さな駆動力で制動に必要な大きなトルクを得ることができる。これにより、制動駆動部３１６となるソレノイドなどを小型化することができ、この結果、ロボット１０の小型化を図ることができる。

また、第２アームである上部アーム１４の基端部１４ａに突起（ギヤ部１４１の歯１４１ａ）を設け、制動機構３０に可動部３２をガイドするガイド部３１２を設けることで、歯１４１ａに対して可動部３２を直動させるという簡単な機構による制動が可能となる。これにより、ロボット１０の小型化を図ることができる。

また、制動機構３０を揺動可能に設けることで、第２アームである上部アーム１４の基端部１４ａの突起（ギヤ部１４１の歯１４１ａ）によるトルクが可動部３２の爪３２１へ加わると制動機構３０が傾き、歯１４１ａと爪３２１との接触角θが小さくなる。これにより、制動機構３０の制動性能を向上させることができる。

なお、上述した実施形態に係るロボット１０では、第１アームを下部アーム１３、第２アームを上部アーム１４としたが、これに限定されず、第１アームを旋回する旋回アーム（旋回ベース）１２、第２アームを下部アーム１３としてもよい。この場合、第１アームである旋回ベース１２は軸Ｓまわりに旋回し、第２アームである下部アーム１３は軸Ｌまわりに揺動し、制動機構３０は下部アーム１３の揺動を制動することとなる。

ここで、図７および図８を参照して、第１アームを旋回ベース１２、第２アームを下部アームとして、制動機構３０を下部アームの揺動の制動に適用する場合の構成例について説明する。図７および図８は、制動機構３０の他の例（制動機構４０，５０）の説明図である。なお、以下の説明において、上述した実施形態に係るロボット１０における制動機構３０と同一または同等の箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図７に示すように、制動機構４０は、第１軸である軸Ｓまわりに旋回可能な第１アームである旋回ベース１２の内部に形成された空間部４１に配設される。また、第２アームである下部アームの基端部には、第２軸である軸Ｌの同軸上にギヤ部４２が設けられる。

また、旋回ベース１２の空間部４１には、ギヤ部４２と噛み合う他のギヤ部４３が配設される。制動機構４０は、可動部４４が直動駆動によって、他のギヤ部４３へ向けて進退する。この場合、可動部４４は、第１軸である軸Ｓに対して略直交するように進退する。可動部４４は、上述した実施形態に係るロボット１０と同様に、先端側に爪を有しており、かかる爪が他のギヤ部４３の歯と係合することで、他のギヤ部４３およびギヤ部４２を介して下部アームの揺動を制動する。

制動機構４０は、本体４５が揺動シャフト４６によって図中の矢印４０１の方向に揺動可能に設けられる。また、本体４５は、図中において本体４５の上下に配設された規制部４７によって揺動範囲が規制される。

このような構成によれば、制動機構４０を、下部アームの揺動の制動に対して適用することができる。

また、図８に示すように、制動機構５０は、第１軸である軸Ｓまわりに旋回可能な第１アームである旋回ベース１２の内部に形成された空間部５１に配設される。また、第２アームである下部アームの基端部には、第２軸である軸Ｌの同軸上にギヤ部５２が設けられる。

また、制動機構５０は、２つの可動部（第１可動部５３ａおよび第２可動部５３ｂ）を備える。第１可動部５３ａは、本体５４から図中の矢印５０１の方向へ直動可能に設けられる。また、第１可動部５３ａは、リンク部５５を介して第２可動部５３ｂと連結される。第２可動部５３ｂは、リンク部５５の先端部に連結され、ギヤ部５２へ向けて進退するように、図中の矢印５０２の方向へ直動可能に設けられる。さらに、空間部５１において、第２可動部５３ｂの両側には、第２可動部５３ｂの直動をガイドするガイド部５６が設けられる。

このような構成によれば、図７の例と同様、制動機構５０を、下部アームの揺動の制動に対して適用することができる。なお、直動向きの異なる２つの可動部５３ａ，５３ｂを有し、リンク部５５を介して連結させることで、第２可動部５３ｂをギヤ部５２へ向けて進退させることができる。

次に、図９を参照して制御装置によるロボット１０の制動制御の一例について説明する。図９は、制御装置の機能ブロック図である。図９に示すように、制御装置６０は、ロボット１０の各部の駆動制御を行う。なお、図９には、第２アーム（上部アーム１４）の駆動源である第２アクチュエータＭ２および制動機構３０を、制御装置６０による駆動制御の対象として例示しており、他の制御対象については図示を省略している。

図９に示すように、制御装置６０は、制御部６１と、記憶部６２とを備える。また、制御部６１は、動作制御部６１１と、検出部６１２と、制動制御部６１３とを備える。また、記憶部６２は、制動制御部６１３から出力されたモータの位置情報６２１を記憶する。ロボット１０は、第２アーム（上部アーム１４）と、制動機構３０とを備える。上述してきたように、第２アームである上部アーム１４は、制動機構３０による制動対象であり、上部アーム１４を揺動駆動する第２アクチュエータＭ２（たとえば、サーボモータ）を備える。また、制動機構３０は、可動部３２（図４参照）を駆動するための制動駆動部３１６を備える。なお、図４などに示す例では、制動駆動部３１６には、上述したソレノイドが相当する。

制御装置６０において、上部アーム１４を制動する場合、動作制御部６１１から動作を停止する指令信号が出力される。また、検出部６１２には、第２アクチュエータＭ２からモータ位置信号が入力される。制動制御部６１３は、制動駆動部３１６へ駆動信号を出力する。これにより、制動機構３０は、上部アーム１４を制動する。なお、制動駆動部３１６がソレノイドである場合は、駆動信号は電流ＯＦＦ信号である。

次に、図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃを参照して上述した実施形態に係るロボット１０における制動シーケンスについて説明する。図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃは、制動シーケンスのフローチャートである。詳細には、図１０Ａは、通常の動作停止における制動シーケンスを示し、図１０Ｂは、緊急の動作停止における制動シーケンスを示している。また、図１０Ｃは、図１０Ａおよび図１０Ｂにおける「サーボ停止動作」のサブルーチンを示している。なお、以下で説明する制動シーケンスは、上述した制御装置６０の動作制御部６１１および制動制御部６１３から第２アクチュエータＭ２および制動駆動部（ソレノイド）３１６へ出力される指令信号によって実行される。

図１０Ａに示すように、ロボット１０を通常どおり停止させる場合は、動作停止が開始されると、停止対象である第２アクチュエータＭ２を非通電にするサーボ停止動作を行う（ステップＳ７０１）ことで、動作停止が完了する。なお、「サーボ停止動作」とは、サーボＯＦＦ、すなわち、第２アクチュエータＭ２（サーボモータ）が非通電となることであり、「ロボット減速停止」とは、サーボモータが減速して停止することである。

また、図１０Ｂに示すように、ロボット１０を緊急に停止させる場合には、動作停止（緊急停止）が開始されると、まず、アラームを外部へ出力する（ステップＳ７１１）。次に、アラームが出力されると、第２アクチュエータＭ２を停止させる（ステップＳ７１２）。そして、第２アクチュエータＭ２を非通電にするサーボ停止動作を行う（ステップＳ７１３）ことで、動作停止が完了する。

また、図１０Ｃに示すように、図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて共通する「サーボ停止動作」のサブルーチンは、サーボ停止動作が開始されると、まず、ブレーキ閉鎖指令として、制動制御部６１３は駆動指令を出力する（ステップＳ７２１）。これにより、制動駆動部（ソレノイド）３１６が電源ＯＦＦとなり、可動部３２が動作する。ここで、可動部３２の爪３２１とギヤ部１４１の歯１４１ａとが係合状態か否かにより、その後の各部動作が異なるようになる。なお、「係合状態」とは、ギヤ部１４１の歯１４１ａと歯１４１ａとの間に可動部３２の爪３２１が入り込んで、歯１４１ａと爪３２１とが噛み合った状態をいう。したがって、「係合状態」にない場合は、歯１４１ａと爪３２１とが噛み合っていないため、モータ位置が変位可能な状態にある。

上述した係合状態の場合は、ブレーキが閉鎖された状態であり、サーボ停止、すなわち、サーボ非通電とする（ステップＳ７２２）。これでサーボ停止動作が完了する。また、係合状態にない場合は、サーボ非通電としてから第２アーム（たとえば、上部アーム１４）の状態によりさらに場合分けされ、第２アーム１４の状態に応じて次のように推移する。

まず、第２アーム１４が動く状態であれば、第２アーム１４が自重によって係合状態となる位置まで回動することで係合状態となり（ブレーキが閉鎖され）、サーボ停止動作が完了する。また、たとえば、減速機などの摩擦によって上部アーム１４が動かない状態であれば、係合状態ではないが上部アーム１４は静止しているため、サーボ停止動作が完了する。

このような制動シーケンスによれば、第２アーム（たとえば、上部アーム１４）が動く状態では確実にブレーキが閉鎖され、第２アーム１４が動かない状態ではブレーキは閉鎖しないが第２アーム１４はその姿勢で静止している。このため、第２アーム１４を確実に制動することができる。

次に、図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃを参照して上述した実施形態に係るロボット１０における制動解除シーケンスについて説明する。図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃは、制動解除シーケンスのフローチャートである。詳細には、図１１Ａは、通常の制動解除シーケンスを例示している。また、図１１Ｂおよび図１１Ｃは、図１１Ａにおける「ブレーキ開放動作」のサブルーチンをそれぞれ示している。また、図１１Ｂは、たとえば、ロボット１０にエンドエフェクタが取り付けられるなどしてアーム（第２アーム１４）の重心位置が不明な場合に適した例を示している。さらに、図１１Ｃは、第２アーム１４の重心位置が明らかな場合に適した例を示している。

図１１Ａに示すように、制動を解除する際にロボット１０の動作準備が開始されると、まず、動作制御部６１１はサーボ動作指令信号を出力する（ステップＳ７３１）。次に、制動制御部６１３からの指令信号を受けて、ブレーキを開放動作する（ステップＳ７３２）。ブレーキ開放が完了すると（ステップＳ７３３）、アラームＯＦＦ状態（アラームが外部出力されていない状態）を確認し（ステップＳ７３４）、動作準備が完了する。これにより、第２アーム１４の制動が解除される。

ここで、上述したように、たとえば、ロボット１０にエンドエフェクタが取り付けられるなどして第２アーム１４の重心位置が不明な場合、すなわち、制動を解除する際に第２アーム１４が揺動方向のどちらに傾倒するかが不明な場合がある。このような場合、ブレーキ開放動作を次の手順で行う。図１１Ｂに示すように、ブレーキ開放動作が開始されると、まず、サーボモータ位置を確認する（ステップＳ７４１）。なお、かかるモータ位置情報は、検出部６１２に入力される。次に、第２アーム１４を所定の振幅で往復回転する（ステップＳ７４２）。

次に、ステップＳ７４２が所定時間経過したか否かを判定する（ステップＳ７４３）。ステップＳ７４３において、所定時間経過したと判定されると（ステップＳ７４３，Ｙｅｓ）、ブレーキ開放動作が完了する。また、ステップＳ７４３において、所定時間経過していないと判定されると（ステップＳ７４３，Ｎｏ）、再度ステップＳ７４２を行い、ステップＳ７４３において所定時間経過したと判定されるまでステップＳ７４２およびステップＳ７４３を繰り返す。

また、上述したように、第２アーム１４の重心位置が明らかな場合、ブレーキ開放動作が開始されると、まず、サーボモータ位置を確認する（ステップＳ７５１）。なお、かかるモータ位置情報は、検出部６１２に入力される。次に、第２アーム１４を、重力で回転する方向（以下、これを重力負荷方向と呼ぶ）とは反対の方向へ回転する（ステップＳ７５２）。なお、重力負荷方向の検出は、たとえば、制動制御部６１３において、検出部６１２に入力されたモータ位置情報に基づいて行う。そして、ステップＳ７５２が完了すると、ブレーキ開放動作が完了する。

このような制動解除シーケンスによれば、制動を解除する際に第２アーム１４の重心位置が不明な場合は、第２アーム１４を所定振幅で往復回転することで、係合状態における応力の偏りを解消することができる。これにより、上述した係合状態が解除され、制動解除をスムーズに行うことができる。また、制動を解除する際に第２アーム１４の重心位置が明らかな場合は、第２アーム１４を重力負荷方向とは反対側へ回転することで、上述した係合状態が解除され、制動解除をスムーズに行うことができる。

なお、上述した実施形態に係るロボット１０では、制動機構３０の可動部３２に複数の爪３２１を設ける構成としているが、たとえば、爪３２１を１つだけ設ける構成としてもよい。このように、少なくとも１つの爪３２１があれば、突起（ギヤ部１４１の歯１４１ａ）との係合が可能となるため、複数の爪３２１の場合と同等の制動性能が得られるうえ、安価となる。

また、上述した実施形態に係るロボット１０では、制動機構３０は、第２アームである上部アーム１４へ可動部３２を直動させて上部アーム１４を制動しているが、たとえば、上部アーム１４にディスクを設け、制動機構３０をキャリパとしてもよい。このように、ディスクキャリパを用いても、ロボット１０を小型化することができる。

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。このため、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および代表的な実施形態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およ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。

１０ ロボット
１１ 基台部
１２ 旋回ベース（旋回アーム）
１３ 下部アーム（第１アーム）
１３ａ 基端部
１３ｂ 先端部
１３１ 空間部
１３２ 側壁
１３３ 底壁
１４ 上部アーム（第２アーム）
１４ａ 基端部
１４ｂ 先端部
１４１ ギヤ部
１４１ａ 歯（突起）
３０ 制動機構
３１ 固定部
３１１ 本体
３１２ ガイド部
３１４ 付勢部材
３１５ 揺動シャフト
３１６ ソレノイド（制動駆動部）
３２ 可動部
３２１ 爪
６０ 制御装置
６１ 制御部
６１１ 動作制御部
６１２ 検出部
６１３ 制動制御部
６２ 記憶部
Ｍ１ 第１アクチュエータ
Ｍ２ 第２アクチュエータ
ＡＸ１ 第１軸
ＡＸ２ 第２軸

Claims (11)

1. 第１軸まわりに回転可能な第１アームと、
   前記第１アームに対し、第２軸まわりに揺動可能に連結される第２アームと、
   前記第１アームにおいて基端部と先端部との間に設けられ、前記第２アームを制動する制動機構と
   を備えることを特徴とするロボット。
2. 前記第２アームを回転駆動する第２アクチュエータをさらに備え、
   前記第２アクチュエータ、前記第２アームおよび前記制動機構は、
   前記第１アームの延伸向きと直交する幅方向に、前記第２アクチュエータ、前記第２アームおよび前記制動機構の並びで配置されること
   を特徴とする請求項１に記載のロボット。
3. 前記第１アームは、
   前記第１アームの先端部の一部が切り欠かれて形成される空間部を有し、
   前記制動機構は、
   前記空間部における前記第１アームの基端部側に設けられること
   を特徴とする請求項２に記載のロボット。
4. 前記第２アクチュエータは、
   前記第１アームの先端部において、前記空間部とは反対側の面に設けられること
   を特徴とする請求項３に記載のロボット。
5. 前記制動機構は、
   前記第２軸に対して進退する直動向きが前記第１アームの延伸向きに沿った可動部を備えること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のロボット。
6. 前記第２アームは、
   前記第２軸の同心円上において少なくとも前記第２アームの揺動範囲にわたって並設される複数の突起を基端部に備え、
   前記制動機構は、
   前記第２軸と平行な方向視において、直動する前記可動部を両側からガイドするガイド部を備え、
   前記可動部は、
   前記突起に対して係合可能な爪を先端部に備えること
   を特徴とする請求項５に記載のロボット。
7. 前記制動機構は、
   前記第２軸と平行な回転軸まわりに揺動可能に設けられること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のロボット。
8. 前記第１アームは、
   前記第１軸まわりに回転可能な旋回アームに連結される下部アームであり、
   前記第２アームは、
   前記下部アームに連結される上部アームであること
   を特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のロボット。
9. 前記第１アームは、
   取付面に固定されるベースに対して前記第１軸まわりに回転可能に連結される旋回アームであり、
   前記第２アームは、
   前記旋回アームに連結される下部アームであること
   を特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のロボット。
10. 前記第２アームの動作を制御する動作制御部と、
    前記制動機構の動作を制御する制動制御部と
    を備え、
    前記制動制御部は、
    制動を解除する際に、前記動作制御部によって前記第２アームを前記第２軸まわりに所定の振幅で往復回転させること
    を特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のロボット。
11. 前記第２アームの動作を制御する動作制御部と、
    前記制動機構の動作を制御する制動制御部と
    を備え、
    前記制動制御部は、
    制動を解除する際に、前記動作制御部によって前記第２アームを前記第２軸まわりにおける前記第２アームが重力で回転する方向とは反対の方向へ回転させること
    を特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のロボット。

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