CN105459082A - 机器人、控制装置以及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人、控制装置以及机器人系统。提供一种在多个臂部和基板被设置于一个筐体的机器人中能够在筐体内高效地配置基板的技术。机器人具备：筐体；第一臂部以及第二臂部，被设置于筐体；第一基板，输出电流指令信号；第二基板，其基于电流指令信号来控制驱动第一臂部的致动器；以及第三基板，其基于电流指令信号来控制驱动第二臂部的致动器。而且，第二基板以及第三基板被设置在上述筐体的内部。

Description

机器人、控制装置以及机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人。

背景技术

近年，像双臂机器人这样的协调地控制多个臂部的机器人得到关注(参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2014－664号公报

在这样的机器人中，在一个筐体具备多个臂部和电路基板的情况下，与臂部和控制装置分离的以往的机器人(例如工业用机器人)相比，存在噪声、发热成为问题的情况。是因为在一个筐体具备多个臂部和基板的情况下，处于伴随驱动臂部的致动器(马达)的增加，与致动器连接的电缆的数量增加并且基板也被大型化，在筐体内高密度地安装这些零件的趋势。因此，在多个臂部和基板被设置于一个筐体的机器人中，寻求一种能够在筐体内高效地配置基板的技术。

另外，在以往的机器人中，期望小型化、低成本化、使用便利性的提高等。

发明内容

本发明是为了解决上述的课题的至少一部分而成的，能够作为以下的方式来实现。

(1)根据本发明的一个方式，提供一种机器人。该机器人具备：筐体；第一臂部以及第二臂部，被设置于上述筐体；第一基板，输出电流指令信号；第二基板，基于上述电流指令信号来控制驱动上述第一臂部的致动器；以及第三基板，基于上述电流指令信号来控制驱动上述第二臂部的致动器，上述第二基板以及上述第三基板被设置在上述筐体的内部。根据这样的方式的机器人，按照每个臂部，将用于对驱动该臂部的致动器进行控制的基板设置在筐体内。因此，能够在筐体内高效地配置基板。

(2)在上述方式的机器人中，上述第一基板也可以设置在上述筐体的内部。若是这样的方式的机器人，则由于用于输出电流指令信号的基板与其他的基板分离地也被配置在筐体内，所以能够在筐体内更加高效地配置基板。

(3)在上述方式的机器人中，上述筐体也可以具有设置有上述第一臂部以及上述第二臂部的躯体部、以及在内部具有上述第二基板以及上述第三基板的基部。若是这样的方式的机器人，则由于能够使臂部和基板分离，所以能够抑制从臂部发出的噪声的影响波及到基板。

(4)在上述方式的机器人中，也可以为上述躯体部能够相对于上述基部转动，上述第二基板或者上述第三基板基于上述电流指令信号来控制使上述躯体部转动的致动器。若是这样的方式的机器人，则不仅能够通过第二基板或者第三基板来控制臂部，还能够控制使躯体部转动的致动器。

(5)在上述方式的机器人中，也可以为上述躯体部能够接近以及远离上述基部，上述第二基板或者上述第三基板基于上述电流指令信号来控制使上述躯体部接近以及远离的致动器。若是这样的方式的机器人，则不仅能够通过第二基板或者第三基板来控制臂部，还能够控制使躯体部接近以及远离的致动器。

(6)在上述方式的机器人中，也可以为上述躯体部能够相对于上述基部转动，上述躯体部能够接近以及远离上述基部，上述第二基板基于上述电流指令信号来控制使上述躯体部转动的致动器，上述第三基板基于上述电流指令信号来控制使上述躯体部接近以及远离的致动器。根据这样的方式的机器人，不仅能够通过第二基板来控制第一臂部，还能够控制使躯体部转动的致动器，并且，不仅能够通过第三基板来控制第二臂部，还能够控制使躯体部接近以及远离的致动器。

除了作为机器人的方式以外，本发明还能够以各种方式来实现。例如，能够以控制机器人的控制装置、具备机器人和控制装置的机器人系统等方式来实现。

附图说明

图1是表示机器人系统的简要结构的说明图。

图2是表示控制装置的详细结构的说明图。

图3是表示第二基板的详细结构的图。

图4是表示通过控制装置实现的功能模块的说明图。

具体实施方式

A.实施方式：

图1是表示作为本发明的第一实施方式的机器人系统的简要结构的说明图。机器人系统1具备机器人3以及控制装置40。机器人3具备筐体10、第一臂部20以及第二臂部30。第一臂部20和第二臂部30设置于筐体10。控制装置40具备第一基板100、第二基板200以及第三基板300。该控制装置40具备在筐体10内。换句话说，在本实施方式的机器人3的筐体10具备第一臂部20、第二臂部30、第一基板100、第二基板200以及第三基板300。

筐体10包括躯体部11和基部12。在躯体部11具备第一臂部20以及第二臂部30。在基部12具备控制装置40。躯体部11和基部12通过连接部件13连接。躯体部11能够以连接部件13为中心相对于基部12转动。另外，躯体部11通过连接部件13沿铅垂方向升降而能够接近以及远离基部12。

第一臂部20以及第二臂部30分别具有六个轴(关节轴)。在第一臂部20所具备的各轴上分别独立地具备用于驱动该轴的致动器21。另外，在第二臂部30所具备的各轴上分别独立地具备用于驱动该轴的致动器31。在本实施方式中，作为这些致动器21、31使用马达。在第一臂部20所具备的各致动器21分别独立地具备用于检测致动器21的旋转角度的编码器23。另外，在第二臂部30所具备的各致动器31分别独立地具备用于检测致动器31的旋转角度的编码器33。

在控制装置40(筐体10)内，第一基板100和第二基板200通过传输电缆61连接。另外，第一基板100和第三基板300通过传输电缆62连接。从第一基板100向第二基板200以及第三基板300通过这些传输电缆61、62发送电流指令信号。在本实施方式中，作为传输电缆61、62使用光电缆。作为传输电缆61、62，并不局限于光电缆，也可以使用其他的电缆(例如铜线)。所谓的电流指令信号是用于指定向各致动器供给的电流的电流值的信号。

第二基板200经由驱动用电缆41与第一臂部20所具备的各致动器21连接。第三基板300经由驱动用电缆41与第二臂部30所具备的各致动器31连接。第一基板100经由编码器电缆42与第一臂部20以及第二臂部30所具备的各编码器23、33连接。从第二基板200或者第三基板300经由驱动用电缆41向各致动器21、31供给驱动用的电力。从各编码器23、33经由编码器电缆42向第一基板100传输表示对应的轴的旋转角度的信号。驱动用电缆41以及编码器电缆42从各臂部通过躯体部11内以及连接部件13内与基部12内的各基板连接。应予说明，在图1中，为了图示方便，对于驱动用电缆41以及编码器电缆42分别各示出两根，但驱动用电缆41具备与机器人3所具备的全部的致动器的个数对应的个数，编码器电缆42也具备与机器人3所具备的全部的编码器的个数对应的个数。

第一基板100通过传输电缆61向第二基板200输出用于控制第一臂部20所具备的各致动器21的电流指令信号。另外，第一基板200通过传输电缆62向第三基板300输出用于控制第二臂部30所具备的各致动器31的电流指令信号。电流指令信号由第一基板100所具备的电流司令部110生成。电流司令部110例如由FPGA(现场可编程门阵列)构成。第二基板200根据从第一基板100接收到的电流指令信号来驱动第一臂部20所具备的各致动器21。第三基板300根据从第一基板100接收到的电流指令信号来驱动第二臂部30所具备的各致动器31。换句话说，在本实施方式的机器人3中，针对一个臂部具备一个用于驱动该臂部的基板(第二基板200、第三基板300)。

本实施方式的机器人3在基部12还分别具备用于使躯体部11相对于基部12转动的转动用致动器71、以及用于使躯体部11相对于基部12升降的升降用致动器81。在本实施方式中，作为这些致动器71、81使用马达。在转动用致动器71具备用于检测转动用致动器71的旋转角度的编码器73。在升降用致动器81具备用于检测升降用致动器81的旋转角度的编码器83。这些致动器71、81以及编码器73、83经由驱动用电缆41以及编码器电缆42与控制装置40连接。应予说明，转动用致动器71以及升降用致动器81中的至少一方也可以设置于连接部件13或者躯体部11。

图2是表示控制装置的详细结构的说明图。如上所述，控制装置40具备第一基板100、第二基板200以及第三基板300。在本实施方式中，除了这些基板以外，控制装置40还具备控制器400、逆变器用电源基板500以及栅极驱动器用电源基板600。

控制器400作为具备CPU、存储器的计算机而构成。CPU通过执行存储于存储器的规定的程序来作为轨道生成部410动作。轨道生成部410基于存储于存储器的轨道数据将位置指令信号发送给第一基板100的电流司令部110。在电流司令部110中，基于从控制器400发送出的位置指令信号生成电流指令信号。应予说明，轨道生成部410也可以由电路构成。另外，控制器400以及第一基板100的至少一方也可以设置于筐体10的外部。

逆变器用电源基板500以及栅极驱动器用电源基板600分别与第二基板200和第三基板300连接。逆变器用电源基板500是用于向第二基板200以及第三基板300所具备的逆变器(下述详细内容)供给电力的基板。栅极驱动器用电源基板600是用于向第二基板200以及第三基板300所具备的栅极驱动器(下述详细内容)供给电力的基板。逆变器用电源基板500以及栅极驱动器用电源基板600的至少一方也可以设置于筐体10的外部。

在第二基板200以及第三基板300分别连接有多个驱动用电缆41。各驱动用电缆41分别与第一臂部20以及第二臂部30的对应的致动器21、31连接。在本实施方式中，在第二基板200经由驱动用电缆41连接有转动用致动器71。另外，在本实施方式中，在第三基板300经由驱动用电缆41连接有升降用致动器81。换句话说，在本实施方式中，第二基板200不仅进行第一臂部20所具备的致动器21的控制，也进行用于使躯体部11转动的转动用致动器71的控制。另外，在本实施方式中，第三基板300不仅进行第二臂部30所具备的致动器31的控制，也进行用于使躯体部11升降的升降用致动器81的控制。各致动器21、31、71、81所具备的各编码器23、33、73、83分别独立地通过编码器电缆42与第一基板100连接。

图3是表示第二基板200的详细结构的图。由于第二基板200以及第三基板300的结构相同，所以省略对于第三基板300的详细结构的说明。第二基板200具备一个收发器210、一个电流控制部220以及多个逆变器模块230。第二基板200具备的逆变器模块230的个数与第二基板200控制的致动器的个数相同。换句话说，在本实施方式中，第二基板200具备七个逆变器模块230。

收发器210是通过传输电缆61接收从第一基板100发送出的电流指令信号并解调该信号的电路。电流指令信号例如作为串行数据、差动数据、调制数据被从第一基板100传输。收发器210对其进行解调并转发至电流控制部220。

电流控制部220具备与逆变器模块230相同的个数的电流反馈控制部222。电流控制部220若从收发器210接收到电流指令信号，则将该电流指令信号分离为每个致动器的信号并传输至按照每个致动器准备的电流反馈控制部222。各电流反馈控制部222根据从收发器210接收到的电流指令信号来对对应的逆变器模块230进行电流反馈控制。在本实施方式中，电流控制部220由一个FPGA(现场可编程门阵列)构成。应予说明，电流控制部220并不局限于FPGA，也可以由其他的IC、电路构成。

逆变器模块230具备栅极驱动器232、逆变器电路234以及电流检测部236。逆变器模块230基于电流反馈控制部222的控制通过栅极驱动器232来驱动逆变器电路234，由此生成三相交流电流，并输出至对应的致动器21。电流检测部236检测输出的三相交流电流的电流值，并将该值反馈给电流控制部220的电流反馈控制部222。

图4是表示通过控制装置40实现的功能模块的说明图。如图4所示，根据本实施方式的控制装置40的结构，从控制器400的轨道生成部410输出的位置指令信号被第一基板100具备的电流司令部110所包括的位置控制部112转换为速度指令信号，并且被电流司令部110所包括的速度控制部114转换为电流指令信号。电流指令信号被发送至第二基板200所具备的电流控制部220以及第三基板300所具备的电流控制部220。各电流控制部220基于从第一基板100接收到的电流指令信号向各致动器21、31、71、81输出驱动电流。电流司令部110(位置控制部112以及速度控制部114)从各致动器21、31、71、81所具备的编码器23、33、73、83作为反馈信号接收表示旋转角度的信号，并基于该信号对速度指令信号以及电流指令信号进行反馈控制。此时，电流司令部110(位置控制部112以及速度控制部114)根据来自各编码器的反馈信号来生成电流指令信号，以便第一臂部20和第二臂部30协调地动作。

在以上说明的本实施方式中，对于第一臂部20和第二臂部30，用于驱动各臂部的基板(第二基板200、第三基板300)分别独立地具备于机器人3。因此，与将用于驱动臂部的基板设定为在多个臂部共用的基板相比，筐体10内的基板的配置的自由度升高，另外，与按照每个致动器准备一个基板相比，能够减少基板整体占据的体积、布线数。其结果，根据本实施方式，能够在尺寸、成本、基板拆装时的维护、散热等所有方面均衡且高效地将各基板配置在筐体10内。另外，在本实施方式中，由于对于每一个臂部设置一个基板即可，所以能够容易地进行臂部的增设。

另外，根据本实施方式，由于输出电流指令信号的第一基板100与用于控制臂部的基板(第二基板200、第三基板300)分离，所以能够在筐体10内进一步高效地配置基板。另外，在本实施方式中，由于第一基板100与第二基板200以及第三基板300分离，所以能够抑制从具备逆变器电路的第二基板200、第三基板300向第一基板100传递噪声。并且，在本实施方式中，由于作为连结第二基板200以及第三基板300与第一基板100的传输电缆采用光电缆，所以能够更加有效地抑制噪声的影响从第二基板200以及第三基板300波及到第一基板100。

另外，在本实施方式中，由于筐体10分离成躯体部11和基部12，所以能够抑制从躯体部11所具备的臂部发出的噪声的影响波及到基部12内的各基板。

另外，本实施方式中的第二基板200以及第三基板300分别是能够控制七个致动器的结构，相对于此，第一臂部20以及第二臂部30分别具备六个致动器。因此，可以说第二基板200以及第三基板300分别各多余一个控制致动器的功能。但是，在上述实施方式中，为了驱动转动用致动器71和升降用致动器81而分别利用该多余的功能。因此，根据本实施方式，能够毫无多余地利用第二基板200和第三基板300本来具备的功能。

B.变形例：

<变形例1>

在上述实施方式中，转动用致动器71被第二基板200控制，升降用致动器81被第三基板300控制。相对于此，转动用致动器71和升降用致动器81也可以被第二基板200和第三基板300中的相同的基板控制。除此而外，转动用致动器71和升降用致动器81也可以被与第二基板200以及第三基板300不同的其他的基板控制。

<变形例2>

在上述实施方式的机器人3中能够进行躯体部11相对于基部12转动以及升降的动作。相对于此，机器人3也可以不能够进行转动或升降的一方或两方。换句话说，也可以省略转动用致动器71和升降用致动器81的至少一方。在转动用致动器71和升降用致动器81双方均被省略的情况下，机器人3的筐体10也可以不分离成躯体部11和基部12。另外，机器人3也可以具备用于驱动用于向水平方向移动的车轮的致动器。

<变形例3>

上述实施方式的机器人3在第一臂部20以及第二臂部30分别具有六个轴。与此相对，第一臂部20以及第二臂部30也可以具有七个以上的轴，还可以具有五个以下的轴。另外，也可以在第一臂部20和第二臂部30中具有不同的个数的轴。

<变形例4>

上述实施方式的机器人3具备两个臂部(第一臂部20以及第二臂部30)。与此相对，机器人3也可以具备三个以上的臂部。

<变形例5>

在上述实施方式中，作为驱动各轴的致动器使用马达，但也可以使用其他的致动器。例如，也可以使用通过流体的压力来驱动各关节的致动器。

本发明并不局限于上述的实施方式、变形例，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构来实现。例如，对于与在发明内容中记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、变形例中的技术特征，为了解决上述的课题的一部分或者全部，或者为了实现上述的效果的一部分或者全部，能够适当地进行替换、组合。另外，如果其技术特征在本说明书中不是作为必需的结构来说明的，则能够适当地删除。

符号说明：1…机器人系统；3…机器人；10…筐体；11…躯体部；12…基部；13…连接部件；20…第一臂部；21…致动器；23…编码器；30…第二臂部；31…致动器；33…编码器；40…控制装置；41…驱动用电缆；42…编码器电缆；61…传输电缆；62…传输电缆；71…转动用致动器；73…编码器；81…升降用致动器；83…编码器；100…第一基板；110…电流司令部；112…位置控制部；114…速度控制部；200…第二基板；210…收发器；220…电流控制部；222…电流反馈控制部；230…逆变器模块；232…栅极驱动器；234…逆变器电路；236…电流检测部；300…第三基板；400…控制器；410…轨道生成部；500…逆变器用电源基板；600…栅极驱动器用电源基板。

Claims (8)

1.一种机器人，其特征在于，具备：

筐体；

第一臂部以及第二臂部，被设置于所述筐体；

第一基板，输出电流指令信号；

第二基板，基于所述电流指令信号来控制驱动所述第一臂部的致动器；以及

第三基板，基于所述电流指令信号来控制驱动所述第二臂部的致动器，

所述第二基板以及所述第三基板被设置在所述筐体的内部。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述第一基板被设置在所述筐体的内部。

3.根据权利要求1或者2所述的机器人，其特征在于，

所述筐体具有设置有所述第一臂部以及所述第二臂部的躯体部、以及在内部具有所述第二基板以及所述第三基板的基部。

4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，

所述躯体部能够相对于所述基部转动，

所述第二基板或者所述第三基板基于所述电流指令信号来控制使所述躯体部转动的致动器。

5.根据权利要求3或者4所述的机器人，其特征在于，

所述躯体部能够接近以及远离所述基部，

所述第二基板或者所述第三基板基于所述电流指令信号来控制使所述躯体部接近以及远离的致动器。

6.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，

所述躯体部能够相对于所述基部转动，

所述躯体部能够接近以及远离所述基部，

所述第二基板基于所述电流指令信号来控制使所述躯体部转动的致动器，

所述第三基板基于所述电流指令信号来控制使所述躯体部接近以及远离的致动器。

7.一种控制装置，其特征在于，

是对具有设置有第一臂部和第二臂部的筐体的机器人进行控制的控制装置，具备：

第一基板，输出电流指令信号；

第二基板，基于所述电流指令信号来控制驱动所述第一臂部的致动器；以及

第三基板，基于所述电流指令信号来控制驱动所述第二臂部的致动器，

所述第二基板以及所述第三基板被设置在所述筐体的内部。

8.一种机器人系统，其特征在于，

是具备机器人和控制装置的机器人系统，

所述机器人具备：

筐体；以及

第一臂部以及第二臂部，被设置于所述筐体，

所述控制装置具备：

第一基板，输出电流指令信号；

第二基板，基于所述电流指令信号来控制驱动所述第一臂部的致动器；以及

第三基板，基于所述电流指令信号来控制驱动所述第二臂部的致动器，

所述第二基板以及所述第三基板被设置在所述筐体的内部。