CN112770879B - 机器人控制装置以及机器人控制装置的制造方法 - Google Patents

机器人控制装置以及机器人控制装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机器人控制装置以及机器人控制装置的制造方法，机器人控制装置对具有分别驱动多个轴且输出根据各轴而不同的输出的多个马达的机器人的动作进行控制。机器人控制装置具备：多个功率模块，它们构成为对上述多个马达分别供给驱动电力；以及1块电路基板，其在一个主面上设置有多个可配置功率模块的空间，且在各空间设置有与功率模块的销配置对应的贯通孔。上述多个功率模块中的、至少一个功率模块的额定电流与另一个功率模块的额定电流不同，且各功率模块具有相同的销配置。

Description

机器人控制装置以及机器人控制装置的制造方法
技术领域
本发明涉及机器人控制装置以及机器人控制装置的制造方法。
背景技术
通常，在多关节机器人中，在基端侧的关节设置的轴为了支承机器人整体而需要较大的转矩，因此需要较大的驱动电力(马达输出)。另一方面，在末端侧的关节设置的轴由于支承量减小转矩也变小，所以能够以比较小的电力进行驱动。对机器人的各轴进行驱动的马达通常由具备以IGBT为代表的多个功率半导体芯片的功率模块进行驱动。最近，作为功率模块，在IGBT中一体化形成其驱动电路、保护电路的IPM(智能功率模块)被实际使用。作为本发明的现有技术，存在将用于驱动车辆用的马达的多个功率模块安在基板上的技术(例如参照专利文献1以及专利文献2)。
专利文献1：日本专利第5260347号
专利文献2：日本专利第4313272号
如上述那样，多关节机器人具有输出根据各轴而不同的多个马达，因而在现有的机器人控制器中，必须与各式各样的功率的组合对应地准备多个不同形态的基板，无法避免装置的大型化。
发明内容
本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的为，实现机器人控制器的小型化。
本发明的一方式所涉及的机器人控制装置为，对具有分别驱动多个轴且输出根据各轴而不同的多个马达的机器人的动作进行控制，其中，具备：多个功率模块，它们构成为对上述多个马达分别供给驱动电力；以及1块电路基板，其在一个主面上设置有多个可配置功率模块的空间，且在各空间设置有与功率模块的销配置对应的贯通孔，上述多个功率模块中的、至少一个功率模块的额定电流与另一个功率模块的额定电流不同，且各功率模块具有相同的销配置。
多关节机器人具有输出根据各轴不同而各异的多个马达，因此用于驱动马达的多个功率模块要求至少一个功率模块的额定电流与另一个功率模块的额定电流不同这一标准。根据上述结构，以使所有功率模块具有相同的销配置的方式统一封装的规格，并且准备1块电路基板，该1块电路基板在一个主面上预先设置有多个可配置功率模块的空间，且在各空间设置有与功率模块的销配置对应的贯通孔，由此能够选择并配置多个功率模块，能够实现控制装置的小型化。
另外，上述多个功率模块的形状以及大小也可以相同。
另外，上述功率模块也可以将桥接了多个功率半导体开关元件的电力转换电路、对上述功率半导体开关元件进行驱动的驱动电路存储在1个封装而构成为智能功率模块。
另外，也可以将一个散热器安装于上述多个功率模块。
在本发明的其他方式所涉及的机器人控制装置的制造方法中，上述控制装置对具有分别驱动机器人的多个轴，且输出根据各轴而不同的多个马达的机器人的动作进行控制，机器人控制装置的制造方法，包括：准备1块电路基板，该1块电路基板在一个主面上设置有多个可配置功率模块的空间，且在上述多个空间的每一个设置有与功率模块的销配置对应的贯通孔；准备至少1个功率模块，该至少1个功率模块与多种额定电流的每一个对应；以及从上述功率模块选择以上述多个额定电流中的任意1个作为额定电流的功率模块，并配置在上述多个空间的每一个，上述所有功率模块的销配置相同。
根据本发明，能够提供机器人控制装置以及机器人控制装置的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的机器人的结构的立体图。
图2是控制装置的框图。
图3是示意性地表示将控制装置的伺服单元构成的电路基板、以及功率模块的俯视图。
图4是示意性地表示电路基板以及一个功率模块的剖面的图。
图5是从背侧观察控制装置内部的电路基板的第1立体图。
图6是从背侧观察控制装置内部的电路基板的第2立体图。
具体实施方式
针对本发明的实施方式，参照附图进行说明。以下，在所有附图中，对相同或者相当的要素标注相同的参照附图标记，并省略其重复的说明。
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的机器人的结构的立体图。在本实施方式中，机器人只要构成为具备动作所必需的多个可移动部件，并通过多个马达对它们进行驱动即可。因此，在本实施方式中，机器人代表性地为多关节机器人，但并不限定于此。如图1所示，机器人1通过将第1连杆11、第2连杆(以下，也称为“下部臂”)12、第3连杆(以下，也称为“上部臂”)13、凸缘14通过第1关节JT1～第6关节JT6依次连结至固定于工厂的地面等安装面的基座连杆(基座)10而构成。本实施方式的机器人1从基端朝向末端具有扭曲关节(JT1)、弯曲关节(JT2)、弯曲关节(JT3)、扭曲关节(JT4)、弯曲关节(JT5)以及扭曲关节(JT6)，并构成为经由这些关节且通过多个连杆(10～14)依次连结。机器人1为6轴的垂直多关节型的机器人。
第1连杆11通过第1关节JT1可扭转地连结于基座10上。下部臂12通过第2关节JT2可在上下(垂直)方向上回转地支承于第1连杆11的上端部。上部臂13通过第3关节JT3可在上下方向上回转地支承于下部臂12的末端部，并且通过第4关节JT4可扭转地支承于下部臂12的末端部。凸缘14通过第6关节JT6可扭曲旋转地支承于上部臂13的末端部。针对第1关节JT1～第6关节JT6的每一个关节，分别对应地设置有伺服马达、对伺服马达的旋转进行制动的制动器、以及对伺服马达的旋转位置进行检测的位置传感器(均未图示)。
在本实施方式中，控制装置2为具备微型控制器等计算机的机器人控制器，经由电缆与机器人1连接。控制装置2并不限定于单一的装置，也可以由多个装置构成。
图2是控制装置2的框图。如图2所示，控制装置2具备伺服单元20、控制单元21、功率单元22、以及冷却单元23。
伺服单元20根据指令向机器人1的伺服马达M1～M6供给驱动电力。伺服马达M1～M6分别设置于机器人1的第1关节JT1～第6关节JT6(参照图1)。在位于主体基座侧的3个第1关节JT1～第3关节JT3设置的伺服马达M1～M3使用输出相对较大的伺服马达。另一方面，在位于与主体基座相反的一侧即腕侧的3个第4关节JT4～第6关节JT6设置的伺服马达M4～M6使用输出相对较小的伺服马达。换句话说，在机器人1中，转矩、即驱动电力(马达输出)根据各轴(各关节)不同而不同。
控制单元21进行各种运算，经由伺服单元20对机器人1的动作进行控制，并且对功率单元22、冷却单元23等各种单元的动作进行控制。
功率单元22对伺服单元20、控制单元21以及冷却单元23供给电力。功率单元22具备例如将从交流电源输出的三相交流电力转换为直流电力进行输出的AC/DC转换部、以及将直流输出电压平滑化的平滑用电容器等(未图示)。另外，冷却单元23由冷却用的风扇、散热器构成，对被发热元件加热的控制装置2内部进行冷却。
图3的(a)是仅示意性地表示构成伺服单元20的电路基板200的俯视图。如图3的(a)所示，在1块电路基板200的一个主面上，设置有8个可配置功率模块201的空间200a。在各空间200a设置有与功率模块201的销配置对应的贯通孔200b。各空间200a的贯通孔200b与功率模块201的端子201a的销配置对应地设置。
图3的(b)是示意性地表示配置于电路基板200上的功率模块201的俯视图。如图3的(b)所示，在8个配置空间200a中的6个配置空间200a分别配置有6个功率模块201。6个功率模块201构成为向6个关节JT1～JT6的伺服马达M1～M6分别供给驱动电力。用于驱动伺服马达M1～M6的6个功率模块201要求至少一个功率模块的额定电流与另一个功率模块的额定电流不同这一标准。在本实施方式中，为了与伺服马达M1～M6的输出对应，分别驱动伺服马达M1～M3的3个功率模块201使用额定电流(100A)相对较大的功率模块。另一方面，分别驱动伺服马达M4～M6的3个功率模块201使用额定电流(50A)相对较小的功率模块。
功率模块201将桥接了多个功率半导体开关元件的电力转换电路、对功率半导体开关元件进行驱动的驱动电路存储在1个封装而构成为智能功率模块(IPM)。在本实施方式中，以使所有功率模块201的销配置相同的方式对封装的规格进行统一。
图4是示意性地表示图3的(b)的电路基板200上的一个功率模块201(IV-IV部)的剖面的图。如图4所示，与设置于电路基板200上的空间200a对应地配置有功率模块201。功率模块201的端子201a插入至在电路基板200上的空间200a设置的贯通孔200b。
图5是从背侧观察控制装置2内部的电路基板200的第1立体图。在图5中，示出在控制装置2的壳体203安装底板面板以及正面侧的侧板面板之前的状态。如图5所示，控制装置2的壳体203具有大致长方体形状。壳体203的内部的空间被具有平板形状的中层面板210的主面分割为上部的第1空间与下部的第2空间。在第2空间中，在中层面板210的主面上配置有电路基板200。在电路基板200上配置有6个功率模块201。所有功率模块201的封装在俯视时具有大致矩形形状，封装的形状以及大小相同。
上部的第1空间为封闭空间，相对于此，下部的第2空间未被封闭。在下部的空间中，在一个侧板面板211设置有构成冷却单元23的冷却风扇，在另一个侧板面板212设置有通风口。
图6是从背侧观察控制装置2内部的电路基板200的第2立体图。图6的在电路基板200上安装有散热器204这方面与图5不同。散热器204安装为对电路基板200上的6个功率模块201的上表面进行覆盖。6个功率模块201的封装的形状以及大小相同，因此能够从上部将作为发热元件的功率模块201高效地冷却。散热器204使用一体形成的散热器。在散热器204，为使空气容易流动，而沿着从一个侧板面板211朝向另一个侧板面板212的方向形成有槽。另外，散热器204为了轻型化，在不与功率模块201接触的部分的背侧形成有槽。
根据本实施方式，以使所有功率模块201具有相同的销配置的方式统一封装的规格，并且准备1块电路基板，该1块电路基板在电路基板200的一个主面上预先设置有多个可配置功率模块201的空间200a，且在各空间200a设置有与功率模块的销配置对应的贯通孔，由此能够选择并配置功率模块，能够实现控制装置的小型化。
此外，本实施方式也公开制造控制装置2的方法，控制装置2对具有分别驱动机器人1的多个轴，且输出根据各轴而不同的多个马达的机器人1的动作进行控制。该方法的特征在于，包括：准备1块电路基板200，1块电路基板200在一个主面上设置有8个可配置功率模块201的空间200a，且在8个空间200a的每一个设置有与功率模块201的销配置对应的贯通孔200b；准备至少1个功率模块201，至少1个功率模块201与两种额定电流(100A、50A)的每一个对应；以及从功率模块201选择将两种额定电流(100A、50A)中的任意1个作为额定电流的功率模块201，并配置在6个配置空间200a的每一个，所有功率模块201的销配置相同。
此外，上述各实施方式的机器人1为垂直多关节型的机器人，但也可以为水平多关节型的机器人。
此外，上述实施方式的电路基板200为1块基板，但也可以由多个基板要素结合而构成。
根据上述说明，对于本领域技术人员而言，本发明的许多改进、其他实施方式是显而易见的。因此，上述说明应该仅作为例示来解释，以教导本领域技术人员执行本发明的最佳的方式的目的而提供。能够不脱离本发明的精神地实质变更其构造以及功能的双方或者一方的详情。
工业上的可利用性
本发明对多关节机器人的控制装置有效。
附图标记说明：
1…机器人；2…控制装置；20…伺服单元；21…控制单元；22…功率单元；23…冷却单元；200…电路基板；200a…配置空间；200b…贯通孔；201…功率模块；201a…销；203…壳体；204…散热器；210…中层面板；211、212…侧板面板；213…顶板面板；JT1～JT6…关节；M1～M6…伺服马达

Claims (3)

1.一种机器人控制装置，对具有分别驱动多个轴且输出根据各轴而不同的多个马达的机器人的动作进行控制，其中，具备：
多个功率模块，它们构成为对所述多个马达分别供给驱动电力；
1块电路基板，其在一个主面上设置有多个可配置功率模块的空间，且在各空间设置有与功率模块的销配置对应的贯通孔；以及
一个散热器，安装于所述多个功率模块，
所述多个功率模块中的、至少一个功率模块的额定电流与另一个功率模块的额定电流不同，且各功率模块具有相同的销配置，
所述散热器形成有沿着电路基板的一侧到另一侧的为使空气容易流动的第一槽，
所述散热器在不与所述功率模块接触的部分的背侧形成有用于使所述散热器轻型化的第二槽。
2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其中，
所述多个功率模块的形状以及大小相同。
3.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其中，
所述功率模块将桥接了多个功率半导体开关元件的电力转换电路、对所述功率半导体开关元件进行驱动的驱动电路存储在1个封装而构成为智能功率模块。
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