CN111819041A - 短路装置及具备该短路装置的机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明的短路装置具备短路电路，与具备具有至少一个关节轴的机器人手臂以及设置于各个所述关节轴的马达的机器人进行电气连接，与用于控制所述机器人的机器人控制装置独立设置，且使动态制动器作用于各个所述马达。

Description

短路装置及具备该短路装置的机器人系统

技术领域

本发明涉及一种短路装置及具备该短路装置的机器人系统。

背景技术

以往，已知如专利文献1所记载的机器人控制装置。专利文献1中记载有：于机器人控制装置中，在第三连接部未连接主电源，且第四连接部连接有维护用电源的情况下，从维护用电源对制动器驱动电路供给电压，因此解除机器人手臂所具备的制动器的锁定。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2017-1120号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

此外，专利文献1的维护用电源对不由主电源供给电力的制动器（所谓无励磁作动型电磁制动器）供给电力，以此使该制动器从发挥作用的状态切换为解除的状态。藉此，即使在不由主电源供给电力的情况下也能变更机器人的姿势，因此可进行维护作业等。

但是，专利文献1中存在如下问题：于所述制动器解除时，机器人的姿势急剧变化（例如，机器人手臂因自重而急剧落下），由此产生危险。为解决此种问题，例如，如图7所示，利用起重机110等预先悬吊机器人手臂100而防止该急剧落下等。但是，如上所述的以往的方法中，存在耗费工夫、时间等问题。

因此，本发明的目的在于提供一种能容易地使机器人的姿势稳定的短路装置及具备该短路装置的机器人系统。

解决问题的技术手段：

为解决上述课题，本发明的短路装置具备如下短路电路：与具备具有至少一个关节轴的机器人手臂及设置于各个所述关节轴的马达的机器人进行电气连接，与用于控制所述机器人的机器人控制装置独立设置，且使动态制动器作用于各个所述马达。

依据上述构成，通过短路电路使马达的电极短路，藉此可抑制机器人的姿势变化。其结果为，本发明的短路装置可容易使机器人的姿势稳定。

也可以是，所述机器人还具备设置于各个所述马达的无励磁作动型电磁制动器，且进一步具备用于对未由所述机器人的主电源供给电力的所述无励磁作动型电磁制动器供给电力的辅助电源。

依据上述构成，能够通过辅助电源解除无励磁作动型电磁制动器，同时通过短路电路使动态制动器作用于各个马达。其结果为，可防止机器人的姿势急剧变化，同时使机器人成为可变更为所需姿势的状态。

也可以是，还具备用于切换是否通过所述辅助电源对所述无励磁作动型电磁制动器供给电力的辅助电源开关。

依据上述构成，可在所期待时点解除无励磁作动型电磁制动器。

也可以是，所述马达为三相马达，所述短路电路构成为使所述三相马达的三个电极中的两个或三个电极短路。

依据上述构成，例如与马达为单相马达的情况相比较，可无需要特殊工夫便获得旋转磁场，且可获得大的输出。

也可以是，构成为安装于所述机器人的同时，通过所述短路电路使所述马达的电极短路。

依据上述构成，可在无励磁作动型电磁制动器解除前使动态制动器确实地发挥作用。

也可以是，还具备用于切换是否通过所述短路电路使所述马达的电极短路的短路开关。

依据上述构成，可在所期待时点解除动态制动器。

为解决上述课题，本发明的机器人系统包括：机器人，具备具有至少一个关节轴的机器人手臂及设置于各个所述关节轴的马达；以及上述任一项所记载的短路装置。

依据所述构成，利用短路电路使马达的电极短路，由此可抑制机器人的姿势变化。其结果为，本发明的机器人系统能容易使机器人的姿势稳定。

发明效果：

依据本发明，可提供一种能容易使机器人的姿势稳定的短路装置及具备其的机器人系统。

附图说明

图1是表示本发明的实施形态的机器人系统中在机器人安装有机器人控制装置时的整体结构的概略图；

图2是表示本发明的实施形态的机器人系统中在机器人安装有机器人控制装置时的电气连接关系的简化电路图；

图3是表示本发明的实施形态的马达、无励磁作动型电磁制动器以及位置检测器的结构的一例的图；

图4是表示本发明的实施形态的机器人系统中在机器人安装有短路装置时的整体结构的概略图；

图5是表示本发明的实施形态的机器人系统中在机器人安装有短路装置时的电气连接关系的简化电路图；

图6是表示本发明的变形例的机器人系统中于机器人安装有短路装置时的电气连接关系的简化电路图；

图7是表示现有的机器人系统中，为了防止机器人手臂因自重急剧落下而通过起重机等悬吊该机器人手臂的状态的概略图。

具体实施方式

（整体结构）

以下，参照图式，对本发明的实施形态的短路装置及具备其的机器人系统进行说明。此外，本发明不受本实施形态所限定。又，以下所有图中，对同一或相当的要素标注同一参照符号，且省略其重复的说明。

（机器人系统10）

图1是表示本发明的实施形态的机器人系统中在机器人安装有机器人控制装置时的整体结构的概略图。图2是表示该机器人安装有机器人控制装置时的电气连接关系的简化电路图。

如图1及图2所示，本实施形态的机器人系统10具备：具有机器人手臂30的机器人20、控制该机器人20且内装有主电源81的机器人控制装置80、以及后述的本发明的短路装置90（参照图4～6）。

（机器人20）

机器人20具备：机器人手臂30、分别设置于机器人手臂30的六个关节轴JT1～JT6的马达50、以及设置于各个马达50的无励磁作动型电磁制动器60。又，本实施形态的机器人20进一步具备：与机器人手臂30的基端部连结的基台21、安装于机器人手臂30的梢端部的未图示的末端执行器、以及安装有机器人控制装置80或短路装置90的被安装部22。

（机器人手臂30）

如图1所示，机器人手臂30为具有六个关节轴JT1～JT6以及藉由该些关节轴依序连结的六个连杆40a～40f的多关节臂。

通过连杆及关节轴的连结体而构成第一臂部31，该连杆由第一关节轴JT1、第一连杆40a、第二关节轴JT2、第二连杆40b、第三关节轴JT3及第三连杆40c构成。具体而言，第一关节轴JT1将基台21与第一连杆40a的基端部以可绕在铅垂方向上延伸的轴旋转的形式连结。第二关节轴JT2将第一连杆40a的梢端部与第二连杆40b的基端部以可绕在水平方向上延伸的轴旋转的形式连结。第三关节轴JT3将第二连杆40b的梢端部与第三连杆40c的基端部以可绕在水平方向上延伸的轴旋转的形式连结。

通过连杆与关节轴的连结体而构成第二臂部32，该连杆由第四关节轴JT4、第四连杆40d、第五关节轴JT5、第五连杆40e、第六关节轴JT6及第六连杆构成。具体而言，第四关节轴JT4将第三连杆40c的梢端部与第四连杆40d的基端部以可绕在第三连杆40c的长边方向上延伸的轴旋转的形式连结。第五关节轴JT5将第四连杆40d的梢端部与第五连杆40e的基端部以可绕在与第四连杆40d的长边方向正交的方向上延伸的轴旋转的形式连结。第六关节轴JT6将第五连杆40e的梢端部与第六连杆的基端部以可扭转旋转的形式连结。而且，第六连杆的梢端部安装有未图示的末端执行器。

（马达50）

马达50分别设置于机器人手臂30的六个关节轴JT1～JT6。图2中仅图示出一个马达50，但其他五个马达50亦为同样的结构，因此，此处不重复其图示及说明。如图2所示，本实施形态的马达50分别为包含U相、V相及W相的三相马达。

马达50例如是藉由机器人控制装置80进行伺服控制的伺服马达。马达50中，分别设置有用于检测旋转位置的位置检测器70。位置检测器70例如为编码器。

图3是表示马达、无励磁作动型电磁制动器以及位置检测器的结构的一例的图。此外，以下所谓“负荷侧”是对马达50安装负荷的方向，即，此例中为轴52突出的方向（图3的下侧），所谓“反负荷侧”是负荷侧的相反方向（图3的上侧）。

如图3所示，马达50具备：轴52、框架51、设置于框架51的负荷侧端部的负荷侧托架53、设置于框架51的反负荷侧端部的反负荷侧托架（以下亦称为板）54。负荷侧托架53及反负荷侧托架（板）54上分别设置有未图标的负荷侧轴承以及反负荷侧轴承，轴52通过该等轴承而被旋转自如地支持。

马达50具有：设置于轴52的转子55、以及设置于框架51的内周面的定子56。于转子55上，例如设置有未图示的多个永久磁铁。定子56具备：配置为环状的未图示的定子铁心、以及卷绕于该定子铁心的多个齿部的未图示的多个电枢卷线。

（无励磁作动型电磁制动器60）

马达50上分别设置有无励磁作动型电磁制动器60。无励磁作动型电磁制动器60分别以不供给电力从而机器人20维持相同姿势的形式发挥作用，且以供给电力从而解除的形式构成。

如图3所示，无励磁作动型电磁制动器60配置于马达50的反负荷侧，进行轴52的停止保持或者制动。此外，亦可将无励磁作动型电磁制动器60配置于马达50的负荷侧。无励磁作动型电磁制动器60由未图示的制动器罩所覆盖。无励磁作动型电磁制动器60具有：圆筒状的励磁铁心67、与励磁铁心67的负荷侧对向配置的圆环状的电枢68、以及配置于电枢68与板（反负荷侧托架）54的间的制动器圆盘69。

励磁铁心67藉由螺栓61而固定于板（反负荷侧托架）54。励磁铁心67上设置有多个制动弹簧62。制动弹簧62推压电枢68而向负荷侧施力。又，励磁铁心67上设置有线圈63。线圈63通电时产生磁吸力，对抗制动弹簧62的施加力而将电枢68向反负荷侧吸引。电枢68是由磁性体（钢板等）构成。

制动器圆盘69是通过毂64而固定于轴52。在制动器圆盘69的负荷侧及反负荷侧的两面安装环状的摩擦板65。制动器圆盘69构成为可在轴52的轴方向上滑动。

无励磁作动型电磁制动器60在线圈63未通电的状态（非励磁状态）下，电枢68藉由制动弹簧62的施加力而被推向板54方向（负荷侧）。藉由电枢68与板54夹入制动器圆盘69及摩擦板65。此时，励磁铁心67与电枢68的间产生间隔G。其结果为，电源阻断时，轴52的停止保持或者旋转被制动。该状态是无励磁作动型电磁制动器60发挥作用的状态。

另一方面，线圈63通电的状态（励磁状态）下，藉由线圈63所引起的磁吸力，电枢68向线圈63侧（反负荷侧）移动。电枢68与板54的间产生与间隔G相应的间隙，制动器圆盘69及摩擦板65被解放。其结果为，马达50的可动时，制动器圆盘69从上述制动中被解放，轴52成为可旋转。该状态为无励磁作动型电磁制动器60的解除状态。

位置检测器70配置于无励磁作动型电磁制动器60的反负荷侧，与轴52连结。此外，亦可将位置检测器70配置于除此之外的位置，例如马达50与无励磁作动型电磁制动器60的间。而且，位置检测器70是藉由检测轴52的旋转位置（旋转角度等）检测马达50的旋转位置，输出检测位置的数据。此外，位置检测器70亦可除了或者代替检测马达50的旋转位置，而检测马达50的速度（旋转速度、角速度等）以及马达50的加速度（旋转加速度、角加速度等）中的至少一方。

（机器人控制装置80）

如图1及图2所示，机器人控制装置80藉由其安装部88安装于机器人20的被安装部22，而与机器人20电气连接。机器人控制装置80中内装有：机器人20的主电源81；用于切换是否藉由该主电源81对机器人20供给电力的主电源开关82；与马达50的U相、V相及W相电气连接的伺服放大器84；以及配置于马达50与伺服放大器84的间，且用于切换是否使马达50的U相与V相短路的开关86。

关于机器人控制装置80，用于控制机器人20的动作的具体构成并无特别限定，例如可以是通过公知的处理器（CPU等）根据存储部（内存等）中所储存的程序进行动作从而实现的结构。

机器人控制装置80也可具有一面控制对各马达50的电力供给，一面控制该马达50的旋转动作的未图示的电力转换器。该电力转换器是将由主电源81供给的直流电力转换为交流电力的机器，例如可为具有六个半导体开关组件的三相桥式逆变电路。例如，该六个半导体开关组件可由反向并联回流二极管的六个IGBT构成。

（短路装置90）

图4是表示本发明的实施形态的机器人系统中在机器人安装有短路装置时的整体结构的概略图。图5是表示在该机器人安装有短路装置时的电气连接关系的简化电路图。如图4所示，本实施形态的短路装置90是在机器人控制装置80未安装于机器人20的情况下安装于该机器人20。具体而言，短路装置90与所述机器人控制装置80的安装部88同样，其安装部98安装于设置在机器人20上的被安装部22，藉此与机器人20电气连接。

如图5所示，短路装置90具备：用于对未由主电源81供给电力的无励磁作动型电磁制动器60供给电力的辅助电源91；以及使动态制动器作用于各个马达50短路电路95。又，本实施形态的短路装置90还具备用于切换是否藉由辅助电源91对马达50供给电力的辅助电源开关92。

（辅助电源91）

辅助电源91对未由主电源81供给电力的无励磁作动型电磁制动器60供给电力，以此成为该无励磁作动型电磁制动器60解除的状态。此外，辅助电源91的目的在于对无励磁作动型电磁制动器60供给电力，亦可如所述机器人控制装置80般不具有马达用电源装置（主电源81等）。

（短路电路95）

短路电路95构成为使马达50的三个电极（U相、V相及W相）全部相互短路。此外，短路电路95也可以构成为使马达50的三个电极中的两个电极（U相与V相、U相与W相、或者V相与W相）短路。如图5所示，若短路装置90与机器人20电气连接（若安装部98安装于被安装部22），则短路电路95构成为使马达50的三个电极全部相互短路。即，本实施形态的短路装置90构成为在安装于机器人20的同时，通过短路电路95使马达50的电极短路。

（效果）

本实施形态的短路装置90利用短路电路95使马达50的电极相互短路，由此可抑制机器人20的姿势变化。其结果为，本发明的短路装置90可容易使机器人20的姿势稳定。

本实施形态的短路装置90具备用于对未由主电源81供给电力的无励磁作动型电磁制动器60供给电力的辅助电源91，以此可由该辅助电源91解除无励磁作动型电磁制动器60，而且可由短路电路95使动态制动器作用于各个马达50。其结果为，可防止机器人20的姿势急剧变化，而且可使机器人20成为可变更为所需姿势的状态。由此，例如可恰当进行维护作业等。

进而，本实施形态的短路装置90进一步具备用于切换是否藉由辅助电源91对无励磁作动型电磁制动器60供给电力的辅助电源开关92。藉此，可在所期待时点解除无励磁作动型电磁制动器60。因此，短路装置90安装于机器人20后，例如确保安全后，藉由从辅助电源91对无励磁作动型电磁制动器60供给电力，可防止从辅助电源91供给电力时可能产生的危险。

又，本实施形态中，马达50为三相马达，短路电路95构成为使三相马达的三个电极相互短路。藉此，例如与马达50为单相马达的情况相比较，无需特殊工夫即能获得旋转磁场，且可获得大的输出。

进而，本实施形态的短路装置90构成为安装于机器人20的同时，通过短路电路95使马达50的电极短路。藉此，可在无励磁作动型电磁制动器60被解除前使动态制动器切实地发挥作用，因此，例如可防止在具备用于切换是否通过短路电路95使马达50的电极短路的短路开关的情况下可能产生的误操作（例如成为无励磁作动型电磁制动器60与动态制动器的两者不发挥作用的状态）。

另外，本实施形态的机器人系统10通过具备机器人20以及上述短路装置90，可容易使机器人20的姿势稳定，该机器人20具有六个关节轴JT1～JT6的机器人手臂30及设置于各关节轴JT1～JT6的马达50。

（变形例）

根据上述说明，对本领域技术人员而言，本发明的多种改良、其他实施形态等是显而易见的。因此，上述说明仅应作为例示来解释，以向本领域技术人员教示实行本发明的最佳形态为目的而提供。可在不脱离本发明的精神的情况下，实质性变更其构造及/或功能的详情。

虽然对所述实施形态的短路装置90具备用于对无励磁作动型电磁制动器60供给电力的辅助电源91的情况进行了说明，但并不限定于此。即，本发明的短路装置90亦可如图6所示般不具备辅助电源91。图6是表示本发明的变形例的机器人系统中在机器人安装有短路装置时的电气连接关系的简化电路图。

例如，在使用所谓固定治具将机器人维持为所需姿势的同时进行捆包的情况下，亦可安装图6所示的本变形例的短路装置90以此使动态制动器作用于马达50，从而使该机器人的姿势难以改变。藉此，例如，在将上述捆包开封后装配机器人时去除固定治具时，可防止机器人的姿势急剧改变。

此处，以往所谓的水平多关节型机器人中，通常马达50上未设置无励磁作动型电磁制动器。因此，上述变形例的短路装置90例如可特别有效地用于此种水平多关节型机器人。此外，此种水平多关节型机器人中，通常通过机器人控制装置所具备的短路电路，视需要使动态制动器作用于马达50。

所述实施形态中，说明了机器人控制装置80相对于机器人20可拆装的情况，但并不限定于此。机器人控制装置80例如可内装于机器人20内等，以无法拆除的状态安装于机器人20。此种情况下，例如可在机器人控制装置80关闭后，安装本发明的短路装置90。

所述实施形态中，已对马达50构成为三相马达的情况进行说明，但并不限定于此。例如，马达50亦可构成为单相马达。

虽然对所述实施形态的短路装置90构成为在安装于机器人20的同时通过短路电路95使马达50的三个电极全部短路的情况进行了说明，但并不限定于此。即，短路装置90可进一步具备用于切换是否藉由短路电路使马达50的电极短路的短路开关。藉此。可在所期待时点解除动态制动器。其结果为，例如在通过从辅助电源91供给电力而无励磁作动型电磁制动器60解除的状态时，确保安全后也解除动态制动器，从而容易变更机器人20的姿势，因此可更容易进行维护作业等。

所述实施形态中，说明了机器人手臂30为具有六个关节轴的多关节臂的情况，但并不限定于此。即，机器人手臂30为具有至少一个关节轴的臂即可。又，机器人手臂30可为具有直动轴的臂。

符号说明：

10机器人系统

20机器人

21基台

22被安装部

30机器人手臂

31第一臂部

32第二臂部

40连杆

50马达

51框架

52轴

53负荷侧托架

54反负荷侧托架

55转子

56定子

60无励磁作动型电磁制动器

61螺栓

62制动弹簧

63线圈

64毂

65摩擦板

67励磁铁心

68电枢

69制动器圆盘

70位置检测器

80机器人控制装置

81主电源

82主电源开关

84伺服放大器

86开关

88安装部

90短路装置

91辅助电源

92辅助电源开关

95短路电路

98安装部

100以往的机器人手臂

110起重机

JT关节轴。

Claims (7)

1.一种短路装置，具备如下短路电路：与具备机器人手臂及马达的机器人进行电气连接，与用于控制所述机器人的机器人控制装置独立设置，且使动态制动器作用于各个所述马达；

所述机器人手臂具有至少一个关节轴，所述马达设置于各个所述关节轴。

2.根据权利要求1所述的短路装置，其特征在于，

所述机器人还具备设置于各个所述马达的无励磁作动型电磁制动器；

进一步具备用于对未由所述机器人的主电源供给电力的所述无励磁作动型电磁制动器供给电力的辅助电源。

3.根据权利要求2所述的短路装置，其特征在于，

还具备用于切换是否通过所述辅助电源对所述无励磁作动型电磁制动器供给电力的辅助电源开关。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的短路装置，其特征在于，

所述马达为三相马达，所述短路电路构成为使所述三相马达的三个电极中的两个或三个电极短路。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的短路装置，其特征在于，

构成为安装于所述机器人的同时，通过所述短路电路使所述马达的电极短路。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的短路装置，其特征在于，

还具备用于切换是否通过所述短路电路使所述马达的电极短路的短路开关。

7.一种机器人系统，具备：

机器人，具备具有至少一个关节轴的机器人手臂及设置于各个所述关节轴的马达；以及

请求项1至6中任一项所述的短路装置。

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