特開 2024-168497 ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168497

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/02 20060101AFI20241128BHJP

【ＦＩ】

B25J19/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085220

(22)【出願日】2023-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】村上 尚人

(72)【発明者】

【氏名】元▲吉▼ 正樹

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS15

3C707KS24

3C707KX05

3C707MT04

(57)【要約】

【課題】慣性センサーユニットによる検出精度を向上させる。
【解決手段】ロボットは、可動アームと、前記可動アームに固定され、前記可動アームの動作を検出する慣性センサーユニットと、前記慣性センサーユニットが電気的に接続された基板と、を備え、前記慣性センサーユニットは、前記可動アームの動作を検出するセンサー素子と、前記センサー素子を収容するケースと、を含み、前記ケースは、前記可動アームに当接する領域を有し、前記領域に垂直な軸に沿って、前記領域を平面視したときに、前記センサー素子が前記領域内に位置する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可動アームと、
前記可動アームに固定され、前記可動アームの動作を検出する慣性センサーユニットと、
前記慣性センサーユニットが電気的に接続された基板と、を備え、
前記慣性センサーユニットは、前記可動アームの動作を検出するセンサー素子と、前記センサー素子を収容するケースと、を含み、
前記ケースは、前記可動アームに当接する領域を有し、
前記領域に垂直な軸に沿って、前記領域を平面視したときに、前記センサー素子が前記領域内に位置する、
ロボット。

【請求項2】

前記慣性センサーユニットが前記基板に実装されており、
前記基板は、前記ケースの前記可動アーム側とは反対側に位置する、
請求項１に記載のロボット。

【請求項3】

前記基板と前記ケースとを貫通するねじによって、前記基板と前記慣性センサーユニットとが前記可動アームに固定されている、
請求項２に記載のロボット。

【請求項4】

可動アームと、
前記可動アームの動作を検出する慣性センサーユニットと、
前記慣性センサーユニットが実装された基板と、
前記可動アームに配置された台座と、を備え、
前記基板は、前記台座の前記可動アーム側とは反対側に位置し、且つ前記台座を挟んで前記可動アームに固定され、
前記基板と前記台座とが互いに当接し、
前記慣性センサーユニットは、前記可動アームの動作を検出するセンサー素子と、前記センサー素子を収容するケースと、を含み、
前記ケースは、前記基板に実装される面を有し、
前記基板に実装される面に垂直な軸に沿って、前記ケースを平面視したときに、前記センサー素子と前記台座とが互いに重なる領域を有する、
ロボット。

【請求項5】

前記ケースと前記基板と前記台座とを貫通するねじによって、前記慣性センサーユニットと前記基板と前記台座とが前記可動アームに固定されている、
請求項４に記載のロボット。

【請求項6】

前記台座の共振周波数が、前記基板の共振周波数よりも高い、
請求項４又は５に記載のロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

物体の動作を検出する慣性センサーの一種に角速度センサーがある。特許文献１は、角速度センサーを備えるロボットを開示する。角速度センサーは、検出対象の物体であるアームの角速度を検出する。特許文献１によれば、角速度センサーは、アームに立設された複数の支持脚によって支持される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１７１０５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

慣性センサーには、センサー素子をケースに収容することによってユニット化された形態がある。ユニット化された慣性センサーを慣性センサーユニットと呼ぶ。特許文献１に記載された慣性センサーの設置形態を慣性センサーユニットに適用すると、複数の支持脚間に慣性センサーユニットを架け渡した形態となる。このような設置形態では、検出対象である物体の動作に起因して慣性センサーユニットが振動することが考えられる。慣性センサーユニットが振動すると、物体の動作に加えて慣性センサーユニットの振動も検出される。このため、従来の慣性センサーユニットでは、検出精度を向上させることが難しい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

ロボットは、可動アームと、前記可動アームに固定され、前記可動アームの動作を検出する慣性センサーユニットと、前記慣性センサーユニットが電気的に接続された基板と、を備え、前記慣性センサーユニットは、前記可動アームの動作を検出するセンサー素子と、前記センサー素子を収容するケースと、を含み、前記ケースは、前記可動アームに当接する領域を有し、前記領域に垂直な軸に沿って、前記領域を平面視したときに、前記センサー素子が前記領域内に位置する。

【0006】

ロボットは、可動アームと、前記可動アームの動作を検出する慣性センサーユニットと、前記慣性センサーユニットが実装された基板と、前記可動アームに配置された台座と、を備え、前記基板は、前記台座の前記可動アーム側とは反対側に位置し、且つ前記台座を挟んで前記可動アームに固定され、前記基板と前記台座とが互いに当接し、前記慣性センサーユニットは、前記可動アームの動作を検出するセンサー素子と、前記センサー素子を収容するケースと、を含み、前記ケースは、前記基板に実装される面を有し、前記基板に実装される面に垂直な軸に沿って、前記ケースを平面視したときに、前記センサー素子と前記台座とが互いに重なる領域を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】ロボットシステムの構成を説明する図。

【図2】角速度検出回路の第１の配置例を示す図。

【図3】角速度センサーユニットを示す模式断面図。

【図4】角速度検出回路の第２の配置例を示す図。

【図5】角速度検出回路の第３の配置例を示す図。

【図6】角速度検出回路の第４の配置例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１に示すように、ロボットシステム１は、ロボット２と、コントローラー３と、を備える。ロボット２は、スカラロボットである。コントローラー３は、ロボット２を制御する。コントローラー３は、例えば、汎用コンピューターである。コントローラー３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサーと、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部装置との接続を行う外部インターフェイスとを有する。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存されている。プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行する。コントローラー３の構成要素の一部または全部は、ロボット２の筐体の内側に配置されていてもよい。また、コントローラー３は、複数のプロセッサーにより構成されていてもよい。

【0009】

ロボット２は、ベース１１と、第１アーム１２と、第２アーム１３と、作業ヘッド１４とを有する。第１アーム１２は、基端部がベース１１に接続されている。第１アーム１２は、ベース１１に対して第１軸Ｊ１まわりに回動する。第２アーム１３は、基端部が第１アーム１２の先端部に接続されている。第２アーム１３は、第１アーム１２に対して第２軸Ｊ２まわりに回動する。作業ヘッド１４は、第２アーム１３の先端部に設けられている。第１アーム１２及び第２アーム１３は、それぞれ、鋳鉄などの金属材料で形成されており、高い剛性を有している。

【0010】

作業ヘッド１４は、スプラインシャフト１７を有する。スプラインシャフト１７は、第２アーム１３に対して第３軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、第３軸Ｊ３に沿って昇降可能である。スプラインシャフト１７の下端部には、エンドエフェクター１８が装着されている。エンドエフェクター１８は、着脱可能であり目的の作業に適したものが適宜選択される。本実施形態では、エンドエフェクター１８は、部品をピックアップするためのハンドである。なお、ロボット２は、スカラロボットに限定されない。ロボット２として、垂直多関節ロボットや、双腕ロボットなど、種々のロボットを適用することができる。

【0011】

ロボット２は、第１駆動装置２１と、第２駆動装置２２と、第３駆動装置２３と、第４駆動装置２４とを有する。第１駆動装置２１は、ベース１１に対して第１アーム１２を第１軸Ｊ１まわりに回動させる。第２駆動装置２２は、第１アーム１２に対して第２アーム１３を第２軸Ｊ２まわりに回動させる。第３駆動装置２３は、スプラインシャフト１７を第３軸Ｊ３まわりに回転させる。第４駆動装置２４は、スプラインシャフト１７を第３軸Ｊ３に沿って昇降させる。ロボット２は、第２アーム１３に角速度検出回路３１を備える。角速度検出回路３１は、第２アーム１３の角速度を検出する。角速度検出回路３１による検出信号は、コントローラー３に入力される。

【0012】

図２に示すように、角速度検出回路３１は、角速度センサーユニット３２と、中継基板３３と、を含む。角速度センサーユニット３２は、第２アーム１３の角速度を検出する。角速度センサーユニット３２は、慣性センサーユニットの一例である。角速度センサーユニット３２は、中継基板３３に電気的に接続されている。本実施形態における角速度検出回路３１では、角速度センサーユニット３２が中継基板３３に実装されている。中継基板３３は、基板の一例である。

【0013】

中継基板３３は、角速度センサーユニット３２と図１に示すコントローラー３との間の接続を中継する。中継基板３３には、角速度センサーユニット３２への入出力インターフェイス回路や、角速度センサーユニット３２とコントローラー３との通信を行う通信回路などが形成されている。図２に示す中継基板３３は、図示しない複数のスルーホールやプリント配線などが形成された多層基板である。中継基板３３として、ガラスエポキシ基板を適用することができる。中継基板３３は、ガラスエポキシ基板に限定されない。電子部品や、コネクターなどを実装可能なリジット基板であれば、種々の基板を中継基板３３として適用することができる。

【0014】

図３に示すように、角速度センサーユニット３２は、センサー素子３５と、ハウジング３６と、モジュール基板３７と、封止部材３８と、を備える。センサー素子３５は、角速度を検出する素子である。角速度センサーユニット３２のセンサー素子３５として、水晶振動片を用いたジャイロセンサーを適用することができる。センサー素子３５は、水晶振動片をセラミックパッケージや樹脂モールドで封止したパッケージの態様であっても、水晶振動片の態様であってもよい。なお、慣性センサーユニットの一種である加速度センサーユニットの場合、センサー素子３５は、加速度を検出する素子である。

【0015】

ハウジング３６は、センサー素子３５を収容するケースである。ハウジング３６は、金属で構成される。ハウジング３６を構成する金属として、アルミニウムが適用される。ハウジング３６を構成する金属は、アルミニウムに限定されない。ハウジング３６を構成する金属としては、鉄、ステンレス、銅など、種々の金属を適用することができる。ハウジング３６は、凹状に形成された容器である。ハウジング３６には、凹部３９が形成されている。センサー素子３５は、凹部３９内に収容される。本実施形態では、センサー素子３５は、モジュール基板３７に実装されている。モジュール基板３７は、ハウジング３６の凹部３９に収容される。

【0016】

モジュール基板３７には、図示しない制御回路が実装されている。制御回路は、例えばＩＣ（Integrated Circuit）で構成され、不揮発性メモリーや、Ａ／Ｄコンバーターなどを含む。不揮発性メモリーには、角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをディジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。モジュール基板３７には、制御回路の他に種々の電子部品が実装されている。

【0017】

センサー素子３５は、モジュール基板３７に実装された状態でハウジング３６に収容される。ハウジング３６は、センサー素子３５とモジュール基板３７とを収容する。つまり、ハウジング３６は、センサー素子３５をモジュール基板３７ごと収容する。ハウジング３６は、封止部材３８によって封止される。センサー素子３５及びモジュール基板３７は、ハウジング３６と封止部材３８とによって封止される。これにより、角速度センサーユニット３２は、１つの電子部品としてパッケージされる。

【0018】

ハウジング３６は、第１面４１と、第２面４２と、を有する。第１面４１は、ハウジング３６の凹部３９側とは反対側に位置する。第２面４２は、凹部３９の開口側に位置する。第１面４１と第２面４２とは、互いに表裏の関係を有する。凹部３９は、第２面４２側に形成されている。凹部３９は、第２面４２から第１面４１に向かって凹となる向きに形成されている。第２面４２を平面視したとき、第２面４２は、凹部３９の周囲を囲む。第２面４２を平面視するとは、第２面４２に垂直な軸に沿ってハウジング３６を第２面４２から第１面４１に向かう方向に見ることである。ハウジング３６には、第１面４１と第２面４２との間を貫通する貫通孔４３が形成されている。本実施形態では、ハウジング３６に複数の貫通孔４３が形成されている。貫通孔４３は、角速度センサーユニット３２を物体にビスで固定するときにビスの通し孔となる。

【0019】

図２に示すように、第１の配置例では、角速度センサーユニット３２は、ハウジング３６の第２面４２を中継基板３３に向けた状態で中継基板３３に実装されている。ハウジング３６の第２面４２と中継基板３３とが互いに当接する。第２面４２は、ケースにおける、基板に実装される面の一例である。また、第１の配置例では、角速度センサーユニット３２は、ハウジング３６の第１面４１を第２アーム１３に向けた状態で第２アーム１３にビス４５で固定されている。ハウジング３６の第１面４１と第２アーム１３とが互いに当接する。ハウジング３６は、第２アーム１３に当接する領域である当接領域を有する。第１の配置例では、ハウジング３６の第１面４１が第２アーム１３に当接する当接領域に相当する。ビス４５は、ねじの一例である。角速度センサーユニット３２を第２アーム１３に、ボルトで固定する構成としてもよい。ボルトは、ねじの一例である。

【0020】

第２アーム１３は、可動アームの一例である。中継基板３３には、ハウジング３６の貫通孔４３に重なる箇所に貫通孔４６が形成されている。本実施形態では、中継基板３３に複数の貫通孔４６が形成されている。第２アーム１３には、ハウジング３６の貫通孔４３に重なる箇所にねじ穴が形成されている。中継基板３３側からビス４５を貫通孔４６及び貫通孔４３に挿入してから、ビス４５を第２アーム１３のねじ穴に締結することによって、角速度検出回路３１が第２アーム１３に固定される。当接領域である第１面４１を平面視したとき、センサー素子３５は、第１面４１の領域内に位置する。第１面４１を平面視するとは、第１面４１に垂直な軸に沿ってハウジング３６を第１面４１から第２面４２に向かう方向に見ることである。

【0021】

第１の配置例が適用されるロボット２によれば、第２アーム１３に固定される角速度センサーユニット３２がセンサー素子３５とハウジング３６とを含む。ハウジング３６は、第２アーム１３に当接する当接領域である第１面４１を有する。このため、ハウジング３６のうち第１面４１の振動を低く抑えることができる。第１面４１を平面視したときに、センサー素子３５が第１面４１の領域内に位置する。よって、角速度センサーユニット３２においてセンサー素子３５が振動することを効果的に低く抑えることができる。このロボット２によれば、角速度センサーユニット３２による検出精度を向上させやすい。

【0022】

角速度検出回路３１の第１の配置例では、中継基板３３が角速度センサーユニット３２の第２アーム１３側とは反対側に位置している。しかしながら、中継基板３３の位置は、これに限定されない。中継基板３３と第２アーム１３との間の電気的な絶縁が図られれば、中継基板３３が第２アーム１３と角速度センサーユニット３２との間に位置していてもよい。図４に示すように、中継基板３３が第２アーム１３と角速度センサーユニット３２との間に位置する配置例を第２の配置例とする。角速度検出回路３１の第２の配置例では、中継基板３３は、第２アーム１３及び角速度センサーユニット３２によって挟持される。第２の配置例においても第１の配置例と同様の効果が得られる。

【0023】

角速度検出回路３１の第１の配置例及び第２の配置例では、角速度検出回路３１が第２アーム１３に載置される。しかしながら、角速度検出回路３１の配置例は、これらに限定されない。角速度検出回路３１の配置例としては、図５に示すように、第２アーム１３と角速度検出回路３１との間に台座５１が介在する配置例も適用することができる。図５に示す配置例を第３の配置例とする。台座５１を構成する材料は、中継基板３３や封止部材３８の材料よりも共振周波数が高い材料であることが好ましい。本実施形態では、台座５１は、金属で構成される。台座５１を構成する金属としては、アルミニウム、鉄、ステンレス、銅など、種々の金属を適用することができる。

【0024】

台座５１には、ハウジング３６の貫通孔４３に重なる箇所に貫通孔５２が形成されている。ビス４５は、中継基板３３側から貫通孔４６と貫通孔４３と貫通孔５２とを通ってから、第２アーム１３のねじ穴に締結される。これにより、角速度検出回路３１と台座５１とが第２アーム１３に固定される。第３の配置例では、ハウジング３６の第１面４１が台座５１に向けられる。つまり、第３の配置例では、台座５１は、第２アーム１３とハウジング３６の第１面４１とによって挟持される。

【0025】

ハウジング３６を平面視したとき、センサー素子３５と台座５１とが互いに重なる領域を有する。本実施形態では、ハウジング３６を平面視したとき、センサー素子３５は、台座５１の領域内に位置する。ハウジング３６を平面視するとは、第２面４２に垂直な軸に沿ってハウジング３６を第２面４２から第１面４１に向かう方向に見ることである。本実施形態では、ハウジング３６を平面視したとき、台座５１は、ハウジング３６と同等の形状及び大きさを有する。しかしながら、ハウジング３６を平面視したときにセンサー素子３５が台座５１の領域内に位置していれば、台座５１の形状及び大きさは、任意の形状及び大きさでよい。第３の配置例においても第１の配置例と同様の効果が得られる。

【0026】

角速度検出回路３１の第３の配置例では、中継基板３３が角速度センサーユニット３２の台座５１側とは反対側に位置している。しかしながら、中継基板３３の位置は、これに限定されない。中継基板３３と台座５１との間の電気的な絶縁が図られれば、中継基板３３が台座５１と角速度センサーユニット３２との間に位置していてもよい。図６に示すように、中継基板３３が台座５１と角速度センサーユニット３２との間に位置する配置例を第４の配置例とする。角速度検出回路３１の第４の配置例では、中継基板３３は、台座５１及び角速度センサーユニット３２によって挟持される。第４の配置例においても、ハウジング３６を平面視したとき、センサー素子３５と台座５１とが互いに重なる領域を有する。本実施形態では、ハウジング３６を平面視したとき、センサー素子３５は、台座５１の領域内に位置する。第４の配置例においても第３の配置例と同様の効果が得られる。

【0027】

なお、角速度検出回路３１の第１の配置例から第４の配置例では、それぞれ、角速度センサーユニット３２が中継基板３３に実装されている。第１の配置例から第４の配置例では、それぞれ、角速度センサーユニット３２と中継基板３３とを互いに当接させた構成が適用されている。しかしながら、角速度検出回路３１の構成は、これに限定されない。角速度検出回路３１の構成としては、角速度センサーユニット３２が中継基板３３に電気的に接続されていれば、角速度センサーユニット３２と中継基板３３とを互いに離間させた構成も適用することができる。しかしながら、第１の配置例から第４の配置例が適用されるロボット２によれば、角速度センサーユニット３２と中継基板３３との電気的な接続距離を短縮することができる。

【0028】

また、角速度検出回路３１の第１の配置例から第４の配置例では、それぞれ、角速度センサーユニット３２は、ハウジング３６の第２面４２を中継基板３３に向けた状態で中継基板３３に実装されている。しかしながら、中継基板３３に対する角速度センサーユニット３２の実装の向きは、これに限定されない。中継基板３３に対する角速度センサーユニット３２の実装の向きは、ハウジング３６の第１面４１を中継基板３３に向けた状態で中継基板３３に実装する向きも適用することができる。

【0029】

本実施形態では、慣性センサーユニットとして、角速度センサーユニット３２が採用されている。しかしながら、慣性センサーユニットは、角速度センサーユニット３２に限定されない。物体の動作を検出する慣性センサーユニットとしては、物体の加速度を検出する加速度センサーユニットも適用することができる。慣性センサーユニットの一種である加速度センサーユニットを中継基板３３に電気的に接続した構成は、加速度検出回路と呼ばれる。角速度センサーユニット３２や加速度センサーユニットなどの慣性センサーユニットを中継基板３３に電気的に接続した構成は、慣性検出回路と呼ばれる。

【0030】

また、本実施形態では、慣性センサーユニットの一例である角速度センサーユニット３２が１つのセンサー素子３５を備える。しかしながら、慣性センサーユニットの構成は、１つのセンサー素子３５を有する構成に限定されない。慣性センサーユニットの構成としては、複数のセンサー素子３５を備える構成も適用することができる。例えば、３つのセンサー素子３５を備える角速度センサーユニット３２を適用することができる。この場合、３つのセンサー素子３５は、相互に直交する３軸を検出軸とする３つの角速度センサー素子である。これにより、１つの角速度センサーユニット３２によって、相互に直交する３軸に沿った角速度を検出することができる。

【0031】

また、例えば、慣性センサーユニットとして、３つのセンサー素子３５を備える加速度センサーユニットを適用することができる。この場合、３つのセンサー素子３５は、相互に直交する３軸を検出軸とする３つの加速度センサー素子である。これにより、１つの加速度センサーユニットによって、相互に直交する３軸に沿った加速度を検出することができる。さらに、相互に直交する３軸を検出軸とする３つの角速度センサー素子と３つの加速度センサー素子とを搭載する慣性センサーユニットを採用することもできる。

【符号の説明】

【0032】

１…ロボットシステム、２…ロボット、３…コントローラー、１１…ベース、１２…第１アーム、１３…第２アーム、１４…作業ヘッド、１７…スプラインシャフト、１８…エンドエフェクター、２１…第１駆動装置、２２…第２駆動装置、２３…第３駆動装置、２４…第４駆動装置、３１…角速度検出回路、３２…角速度センサーユニット、３３…中継基板、３５…センサー素子、３６…ハウジング、３７…モジュール基板、３８…封止部材、３９…凹部、４１…第１面、４２…第２面、４３…貫通孔、４５…ビス、４６…貫通孔、５１…台座。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】