DE102017010773A1

DE102017010773A1 - Leitungsbahnstruktur eines Roboters

Info

Publication number: DE102017010773A1
Application number: DE102017010773.4A
Authority: DE
Inventors: Sou SAITOU; Tsutomu SHIKAGAWA; Kiichi Inaba
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2018-06-07
Anticipated expiration: 2037-11-22
Also published as: CN108145750A; DE102017010773B4; US20180154528A1; JP6407945B2; CN108145750B; CN207495549U; JP2018089750A; US10456932B2

Abstract

Eine Leitungsbahnstruktur eines Roboters wird bereitgestellt, bei der eine Leitungsbahn eine vereinfachte Struktur aufweist. Eine Leitungsbahnstruktur eines Roboters 1 umfasst: einen strukturellen Mechanismus 100 (einen ersten, einen zweiten und einen dritten Arm 11, 12 und 13), der als Stützkörper fungiert und einen Leiterabschnitt (leitende strukturelle Elemente 611, 612 und 613; leitende strukturelle Elemente 621, 622 und 623; leitende strukturelle Elemente 631, 632 und 633; und leitende strukturelle Elemente 641, 642 und 643) aufweist; ein Stellglied (ein erstes, ein zweites und ein drittes Stellglied 31, 32 und 33), das den strukturellen Mechanismus 100 betätigt; und eine Leitungsbahn (eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Gruppe von Leitungsbahnen 61, 62, 63 und 64), über die dem Stellglied Antriebsstrom und/oder ein Steuersignal zugeführt werden, wobei die Leitungsbahn auch als Leiterabschnitt des strukturellen Mechanismus 100 dient.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitungsbahnstruktur eines Roboters, die Leitungsbahnen für den Antriebsstrom und ein Steuersignal bildet.
Verwandte Technik
Hinsichtlich eines Arbeitsroboters, der eine Bearbeitungsoperation an einem Werkstück ausführt, wurde eine Technologie zum Verhindern einer Verwirrung von Drähten vorgeschlagen, die sich von einer Drehwelle auf der Seite des Fußendes zu einer Drehwelle auf der Seite des entfernten Endes erstrecken (siehe Patentschrift 1). Bei der in Patentschrift 1 offenbarten Technologie sind Drähte in einem in einem Armelement vorgesehenen Gehäuse untergebracht, um eine Verwirrung der Drähte zu verhindern. Andererseits wurde eine Technologie zum Überziehen eines Pflegeroboterarms mit einem elastischen Material zur Verbesserung der Sicherheit vorgeschlagen (siehe Patentschrift 2). Bei der in Patentschrift 2 offenbarten Technologie ist eine Oberflächenschicht einer Hand in der Nähe des entfernten Endes des Arms mit einem elastischen Material überzogen.

Patentschrift 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2009-113188
Patentschrift 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. H11-226062

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Da bei der Technologie gemäß Patentschrift 1 Drähte durch ein in einem Armelement vorgesehenes Gehäuse verlaufen, ist die Handhabung beim Zusammenbau schwierig. Obwohl bei der Technologie gemäß Patentschrift 2 ein vorgegebener Abschnitt des Roboterarms mit einem elastischen Material überzogen ist, müssen überdies mit einem Stellglied der Hand verbundene Drähte durch das elastische Material verlaufen. Aufgrund dessen wird eine sogenannte Doppelisolierung auf einen mit dem elastischen Material überzogenen Abschnitt angewendet, die redundant ist.
Im Hinblick auf Vorstehendes ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leitungsbahnstruktur eines Roboters bereitzustellen, bei der die Leitungsbahn eine einfache Struktur aufweist.
(1) Eine Leitungsbahnstruktur eines Roboters (beispielsweise eines später zu beschreibenden Roboters 1) gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Leitungsbahnstruktur eines Roboters, die umfasst: einen strukturellen Mechanismus (beispielsweise einen später zu beschreibenden strukturellen Mechanismus 100), der als Stützkörper fungiert und einen Leiterabschnitt (beispielsweise die später zu beschreibenden leitenden strukturellen Elemente 611 bis 613, 621 bis 623, 631 bis 633 und 641 bis 643) aufweist; ein Stellglied (beispielsweise das später zu beschreibende erste, zweite und dritte Stellglied 31, 32 und 33), das den strukturellen Mechanismus betätigt; und eine Leitungsbahn (beispielsweise die später zu beschreibende erste, zweite und dritte Gruppe von Leitungsbahnen 61, 62 und 63), durch die dem Stellglied der Antriebsstrom und/oder ein Steuersignal zugeführt werden, wobei die Leitungsbahn auch als Leiterabschnitt des strukturellen Mechanismus dient.
(2) Gemäß einem Aspekt der Leitungsbahnstruktur des Roboters nach (1) kann der strukturelle Mechanismus ferner eine Hülle (beispielsweise das später zu beschreibende erste, zweite und dritte Überzugselement 51, 52 und 53) umfassen, die eine äußere Oberfläche des strukturellen Mechanismus bedeckt und aus einem isolierenden elastischen Material ausgebildet ist.
(3) Gemäß einem Aspekt der Leitungsbahnstruktur des Roboters nach (1) oder (2) kann der strukturelle Mechanismus einen Arm (beispielsweise den später zu beschreibenden ersten, zweiten und dritten Arm 11, 12 und 13) des Roboters bilden, in dem mehrere als elektrisch unabhängige Leitungsbahnen dienende leitende strukturelle Elemente (beispielsweise die später zu beschreibenden leitenden strukturellen Elemente 611 bis 613, 621 bis 623, 631 bis 633 und 641 bis 643) als Leiterabschnitt mit einem dazwischen angeordneten isolierenden Element (beispielsweise einem später zu beschreibenden Strukturklebstoff 650) gekoppelt sind.
(4) Gemäß einem Aspekt der Leitungsbahnstruktur des Roboters nach (3), kann die Leitungsbahn des Arms einen Stromzufuhrleiter bilden, der einem Motor (beispielsweise dem später zu beschreibenden ersten, zweiten und dritten Motor 41, 42 und 43), der eine Antriebsquelle des Stellglieds ist, einen Ausgang einer Stromzufuhrquelle (beispielsweise einer später zu beschreibenden Stromzufuhr 4) zuführt.
(5) Gemäß einem Aspekt der Leitungsbahnstruktur des Roboters nach (3) kann die Leitungsbahn des Arms einen Steuersignalleiter (beispielsweise die später zu beschreibenden leitenden strukturellen Elemente 641 bis 643) bilden, der dem Stellglied ein Steuersignal zuführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Leitungsbahnstruktur eines Roboters zu realisieren, bei der die Leitungsbahn eine einfache Struktur aufweist.
Figurenliste

1 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Leitungsbahnstruktur eines Roboters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines Arms in der Leitungsbahnstruktur des in 1 gezeigten Roboters darstellt. 3 ist ein Diagramm eines elektrischen Systems, das ein Beispiel eines Falls darstellt, in dem einem Motor, der eine Antriebsquelle eines Stellglieds ist, von der Leitungsbahnstruktur eines in 1 dargestellten Roboters elektrischer Strom zugeführt wird. 4 ist ein Diagramm eines elektrischen Systems, das ein weiteres Beispiel eines Falls darstellt, in dem einem Motor, der eine Antriebsquelle eines Stellglieds ist, von der Leitungsbahnstruktur eines in 1 dargestellten Roboters elektrischer Strom zugeführt wird. 5 ist ein Diagramm eines elektrischen Systems, das ein weiteres Beispiel eines Falls darstellt, in dem einem Motor, der eine Antriebsquelle eines Stellglieds ist, von der Leitungsbahnstruktur eines in 1 dargestellten Roboters elektrischer Strom zugeführt wird. 6 ist ein Systemdiagramm eines Steuersignals der Leitungsbahnstruktur eines in 1 dargestellten Roboters.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Leitungsbahnstruktur eines Roboters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Leitungsbahnstruktur eines Roboters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei einem in 1 dargestellten Roboter 1 ist ein erster Arm 11, der ein Drehkörper ist, auf einem Basisabschnitt 10 vorgesehenen, ein zweiter Arm 12 und ein dritter Arm 13 sind mit einem dazwischen angeordneten Gelenk in der angegebenen Reihenfolge am entfernten Ende des ersten Arms 11 vorgesehenen, und eine Hand 14 ist mit einem dazwischen angeordneten Gelenk am entfernten Ende des dritten Arms 13 vorgesehenen.
Der erste, zweite und dritte Arm 11, 12 und 13 bilden einen strukturellen Mechanismus 100 des Roboters 1. Der strukturelle Mechanismus 100 umfasst zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Komponenten einen Basisabschnitt 10 und später zu beschreibende Gelenke (21, 22, 23). Ein erstes Gelenk 21 zwischen dem ersten Arm 11 und dem zweiten Arm 12 wird von einem ersten Stellglied 31 betätigt. Ähnlich wird ein zweites Gelenk 22 zwischen dem zweiten Arm 12 und dem dritten Arm 13 von einem zweiten Stellglied 32 betätigt. Darüber hinaus wird ein drittes Gelenk 23 zwischen dem dritten Arm 13 und der Hand 14 von einem dritten Stellglied 33 betätigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind das erste, zweite und dritte Stellglied 31, 32 und 33 unter Verwendung eines Motors als Antriebsquelle konfiguriert. Dies bedeutet, dass das erste Stellglied 31 einen ersten Motor 41 als Antriebsquelle nutzt, das zweite Stellglied 32 einen zweiten Motor 42 als Antriebsquelle nutzt und das dritte Stellglied 33 einen dritten Motor 43 als Antriebsquelle nutzt. Der Antriebsstrom jedes Motors und ein erforderliches Steuersignal werden dem vorstehend beschriebenen Basisabschnitt 10 über ein Kabel 3 von einer Steuervorrichtung 2 zugeführt.
Der Roboter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein sogenannter kooperierender Roboter, der arbeitet, während er einen Arbeitsbereich mit einer Person teilt. Zur Verbesserung der Sicherheit beim Berühren des Roboters 1 durch eine Person sind die Oberflächen des ersten, zweiten und dritten Arms 11, 12 und 13 jeweils mit einem entsprechenden ersten, zweiten und dritten Überzugselement 51, 52 und 53 bedeckt. Das erste, zweite und dritte Überzugselement 51, 52 und 53 sind aus einem isolierenden elastischen Material ausgebildete Überzüge. Diese Hülle ist vorzugsweise aus einem Material mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und wärmeisolierenden Eigenschaften ausgebildet. Darüber hinaus sind das erste, zweite und dritte Gelenk 21, 22 und 23 ebenfalls mit einer der vorstehend beschriebenen Hülle ähnlichen Hülle überzogen. Dieser Überzug kann auf seiner Oberfläche zur Verbesserung der Sicherheit bei einer Berührung des Roboters 1 durch eine Person einen Kontaktsensor aufweisen.
Der Roboter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist Leitungsbahnen zur Zufuhr von elektrischem Strom zu dem ersten, zweiten und dritten Motor 41, 42 und 43 auf, die jeweils die Antriebsquellen des ersten, zweiten und dritten Stellglieds 31, 32 und 33 sind. Genauer dienen diese Leitungsbahnen bei der vorliegenden Ausführungsform auch als Leiterabschnitte des vorstehend beschriebenen strukturellen Mechanismus.
Dies bedeutet, dass der strukturelle Mechanismus als Stützkörper fungiert und mehrere Leiterabschnitte aufweist. Der Ausdruck „fungiert als Stützkörper“ bedeutet, dass der strukturelle Mechanismus in sich eine ausreichende Festigkeit aufweist und als ein sogenannter Skelettabschnitt fungiert. Genauer weist der strukturelle Mechanismus Arme (den ersten, den zweiten und den dritten Arm: 11, 12 und 13) auf, mit denen mehrere leitende strukturelle Elemente mit einem dazwischen angeordneten isolierenden Element als Leiterabschnitte gekoppelt sind. Diese Arme (der erste, der zweite und der dritte Arm: 11, 12 und 13) bilden Leitungsbahnen, in denen die jeweiligen leitenden strukturellen Elemente elektrisch unabhängig sind.
Diese Leitungsbahnen sind in 1 durch gestrichelte Linien schematisch dargestellt. Eine erste Gruppe von Leitungsbahnen 61, eine zweite Gruppe von Leitungsbahnen 62 und eine dritte Gruppe von Leitungsbahnen 63 sind als Leitungsbahnen vorgesehenen, die jeweils dem ersten, dem zweiten und dem dritten Motor 41, 42 und 43 elektrischen Strom zuführen. Wie in der Zeichnung durch gestrichelte Linien dargestellt, bilden die erste, die zweite und die dritte Gruppe von Leitungsbahnen 61, 62 und 63 jeweils eine Leitungsbahn, in der drei leitende strukturelle Elemente elektrisch unabhängig sind.
Daher umfasst der erste Arm 11 die erste Gruppe von Leitungsbahnen 61, die dem ersten Motor 41 elektrischen Strom zuführt, die zweite Gruppe von Leitungsbahnen 62, die dem zweiten Motor 42 elektrischen Strom zuführt, und die dritte Gruppe von Leitungsbahnen 63, die dem dritten Motor elektrischen Strom zuführt und eine Leitungsbahn bildet, in der insgesamt mindestens neun leitende strukturellen Elemente elektrisch unabhängig sind.
Der zweite Arm 12 umfasst die zweite Gruppe von Leitungsbahnen 62, die dem zweiten Motor 42 elektrischen Strom zuführt, und die dritte Gruppe von Leitungsbahnen 63, die dem dritten Motor elektrischen Strom zuführt und eine Leitungsbahn bildet, in der insgesamt mindestens sechs leitende strukturelle Elemente elektrisch unabhängig sind.
Der dritte Arm 13 umfasst die dritte Gruppe von Leitungsbahnen 63, die dem dritten Motor 43 elektrischen Strom zuführt und eine Leitungsbahn bildet, in der insgesamt mindestens drei leitende strukturelle Elemente elektrisch unabhängig sind.
Wie vorstehend beschrieben, weisen die Arme (der erste, der zweite und der dritte Arm: 11, 12 und 13) die mehreren, mit einem dazwischen angeordneten isolierenden Element gekoppelten, leitenden strukturellen Elemente auf und bilden eine Leitungsbahn, in der die jeweiligen leitenden strukturellen Elemente elektrisch unabhängig sind. Eine Konfiguration eines derartigen Arms wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
2 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines Arms in der Leitungsbahnstruktur des in 1 dargestellten Roboters 1 darstellt. 2 zeigt ein Beispiel des ersten Arms 11 als repräsentatives Beispiel der Arme (des ersten, des zweiten und des dritten Arms: 11, 12 und 13). Wie in 2 dargestellt, ist ein Querschnitt des ersten Arms 11 allgemein hohl und weist eine annähernd quadratische Kontur auf. Ein äußerer Umfang des ersten Arms 11 ist mit dem unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen ersten Überzugselement 51 überzogen. Im Inneren des ersten Arms 11 sind in näherungsweise quadratischer Form Leiterabschnitte angeordnet, die als struktureller Körper einen Skelettabschnitt des Roboterarms bilden.
Gemäß 2 sind die strukturellen Eckelemente 71, 72, 73 und 74 an den vier Ecken der in etwa quadratischen Anordnung der strukturellen Elemente des Skelettabschnitts des ersten Arms 11 vorgesehenen. Die Querschnitte der vier strukturellen Eckelemente 71, 72, 73 und 74 weisen, wie in der Zeichnung dargestellt, in etwa die gleiche Form auf. Als repräsentatives Beispiel weist eine Querschnittsform des strukturellen Eckelements 71 strukturelle Platten 71a und 71b, die sich über vorgegebene übereinstimmende Breiten von einer Ecke der quadratischen Form rechtwinklig längs einer Seite und einer angrenzenden Seite erstrecken, und zwei Verbindungsplatten 71c und 71d auf, die von Verlängerungskanten der strukturellen Platten 71a und 71b rechtwinklig zur Innenseite der quadratischen Form gebogen sind. Eine Baugruppe aus drei leitenden strukturellen Elementen 611, 612 und 613, die die erste Gruppe 61 von Leitungsbahnen bilden, ist zwischen den beiden strukturellen Eckelementen 71 und 72 des Querschnitts des ersten Arms 11 angeordnet. Dies bedeutet, dass diese Baugruppe ein strukturelles Element bildet, das die beiden strukturellen Eckelemente 71 und 72 verbindet.
Die leitenden strukturellen Elemente 611, 612 und 613 weisen in etwa die gleiche Form und die gleichen Abmessungen auf. Als repräsentatives Beispiel umfasst eine Querschnittsform des leitenden strukturellen Elements 611 eine strukturelle Platte 611a mit einer vorgegebenen Breite, die sich längs einer Seite des Quadrats erstreckt, und zwei Verbindungsplatten 611b und 611c, die von beiden Enden der strukturellen Platte 611a rechtwinklig zur Innenseite des Quadrats gebogen sind. Bei den leitenden strukturellen Elementen 611, 612 und 613 sind die in einer Linie angeordneten gegenüberliegenden Verbindungsplatten der Baugruppe durch einen isolierenden Strukturklebstoff 650 verbunden. Darüber hinaus sind die an den beiden Enden dieser Baugruppe angeordneten Verbindungsplatten durch den isolierenden Strukturklebstoff 650 und die Verbindungsplatten der entsprechenden strukturellen Eckelemente 71 und 72 verbunden. Obwohl dem Teilstrukturklebstoff 650 in 2 Bezugszeichen zugeordnet sind, wird der isolierende Strukturklebstoff ähnlich zum Verbinden der Verbindungsplatten verwendet.
Die Struktur zwischen den beiden strukturellen Eckelementen 71 und 72 im Skelettabschnitt des ersten Arms 11 wird ähnlich auf die Struktur zwischen den strukturellen Eckelementen 72 und 73, die Struktur zwischen dem strukturellen Eckelementen 73 und 74 und die Struktur zwischen den strukturellen Eckelementen 74 und 71 angewendet. Dies bedeutet, dass eine Baugruppe aus drei leitenden strukturellen Elementen 621, 622 und 623, die die zweite Gruppe von Leitungsbahnen 62 bilden, zwischen den strukturellen Eckelementen 72 und 73 angeordnet ist, und dass diese Baugruppe ein strukturelles Element bildet, das die beiden strukturellen Eckelemente 72 und 73 verbindet. Drei leitende strukturelle Elemente 621, 622 und 623 sind durch den isolierenden Strukturklebstoff 650 verbunden, und die Baugruppe und die beiden strukturellen Eckelemente 72 und 73 sind ähnlich wie die strukturellen Eckelemente 71 und 72 durch den isolierenden Strukturklebstoff 650 verbunden.
Überdies ist eine Baugruppe aus drei leitenden strukturellen Elementen 631, 632 und 633, die die dritte Gruppe von Leitungsbahnen 63 bilden, zwischen den strukturellen Eckelementen 73 und 74 angeordnet, und diese Baugruppe bildet ein strukturelles Element, das die beiden strukturellen Eckelemente 73 und 74 verbindet. Drei leitende strukturelle Elemente 631, 632 und 633 sind durch den isolierenden Strukturklebstoff 650 verbunden, und die Baugruppe und die beiden strukturellen Eckelemente 73 und 74 sind ähnlich wie die strukturellen Eckelemente 71 und 72 durch den isolierenden Strukturklebstoff 650 verbunden.
Darüber hinaus ist eine Baugruppe aus drei leitenden strukturellen Elementen 641, 642 und 643, die die vierte Gruppe von Leitungsbahnen 64 bilden, zwischen den strukturellen Eckelementen 74 und 71 angeordnet, und diese Baugruppe bildet ein strukturelles Element, das die beiden strukturellen Eckelemente 74 und 71 verbindet. Drei leitende strukturelle Elemente 641, 642 und 643 sind durch den isolierenden Strukturklebstoff 650 verbunden, und die Baugruppe und beiden strukturellen Eckelemente 74 und 71 sind ähnlich wie die strukturellen Eckelemente 71 und 72 durch den isolierenden Strukturklebstoff 650 verbunden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die leitenden strukturellen Elemente 611, 612 und 613, die die erste Gruppe von Leitungsbahnen 61 bilden, die leitenden strukturellen Elemente 621, 622 und 623, die die zweite Gruppe von Leitungsbahnen 62 bilden, die leitenden strukturellen Elemente 631, 632 und 633, die die dritte Gruppe von Leitungsbahnen 63 bilden, und die leitenden strukturellen Elemente 641, 642 und 643, die die vierte Gruppe von Leitungsbahnen 64 bilden, beispielsweise vorzugsweise aus einem metallischen Material mit einer ausgezeichneten mechanischen Festigkeit und einer so hohen Leitfähigkeit ausgebildet, dass es für elektrische Drähte wie I-go-Aluminiumlegierungsdraht (JEC-3405-2010) geeignet ist. Sämtliche oder einige der strukturellen Eckelemente 71, 72, 73 und 74 können aus dem vorstehend beschriebenen metallischen Material ausgebildet sein.
Die im Zusammenhang mit dem ersten Arm 11 unter Bezugnahme auf die Schnittansicht gemäß 2 beschriebenen strukturellen Eckelemente 71, 72, 73 und 74 und die leitenden strukturellen Elemente 611 bis 613, 621 bis 623, 631 bis 633 und 641 bis 643 weisen längs Längen auf, die in etwa der Gesamtlänge des ersten Arms 11 entsprechen. Der unter Bezugnahme auf 1 beschriebene zweite und der dritte Arm 12 und 13 kann Konfigurationen aufweisen, die in etwa der des unter Bezugnahme auf die Schnittansicht gemäß 2 beschriebenen ersten Arms 11 ähneln.
Bei dem zweiten Arm 12 kann jedoch anstelle des leitenden strukturellen Elements der ersten Gruppe von Leitungsbahnen 61 des vorstehend beschriebenen ersten Arms 11 ein starres Element mit einer geringen Leitfähigkeit verwendet werden. Überdies kann für den dritten Arm 13 anstelle des leitenden strukturellen Elements der ersten und zweiten Gruppe von Leitungsbahnen 61 und 62 des vorstehend beschriebenen ersten Arms 11 ein starres Element mit einer geringen Leitfähigkeit verwendet werden.
Wenn die Anzahl an leitenden strukturellen Elementen im zweiten Arm 12 geringer als die der ersten Gruppe von Leitungsbahnen 61 des ersten Arms 11 ist, kann überdies ein ebenes strukturelles Element verwendet werden, das die strukturellen Eckelemente 71 und 72 einstückig verbindet, ohne die leitenden strukturellen Elemente 611, 612 und 613 bereitzustellen, die die erste Gruppe von Leitungsbahnen 61 des ersten Arms 11 bilden.
Wenn die Anzahl an leitenden strukturellen Elementen im dritten Arm 13 geringer als die der ersten Gruppe von Leitungsbahnen 61 des ersten Arms 11 ist, kann zusätzlich zur Verwendung des im Zusammenhang mit dem zweiten Arm 12 beschriebenen ebenen strukturellen Elements ein ebenes strukturelles Element verwendet werden, das die strukturellen Eckelemente 72 und 73 einstückig verbindet, ohne die leitenden strukturellen Elemente 621, 622 und 623 bereitzustellen, die die zweite Gruppe von Leitungsbahnen 62 des ersten Arms 11 bilden.
Andererseits können der zweite und dritte Arm 12 und 13 ähnliche Konfigurationen wie der erste Arm 11 aufweisen, und elektrische Drähte können mit leitenden strukturellen Elementen verbunden sein, die tatsächlich nur als Leitungsbahnen verwendet werden.
Überdies kann die elektrische Verbindung von jeweiligen (nicht gezeigten) Anschlüssen, bei denen die Enden der Leiter des Kabels 3 ins Innere des in 1 dargestellten Basisabschnitts 10 eingepasst sind, zu den leitenden strukturellen Elementen 611, 612 und 613 der ersten Gruppe von Leitungsbahnen 61 des ersten Arms 11 unter geeigneter Verwendung von elastischen Verbindungsdrähten realisiert werden. Ähnlich kann die elektrische Verbindung der leitenden strukturellen Elemente 621, 622 und 623 der zweiten Gruppe von Leitungsbahnen des ersten Arms 11 und der leitenden strukturellen Elemente 631, 632 und 633 der dritten Gruppe von Leitungsbahnen mit den leitenden strukturellen Elementen der entsprechenden Leitungsbahnen des zweiten Arms 12 durch die geeignete Verwendung von elastischen Verbindungsdrähten realisiert werden. Darüber hinaus kann die elektrische Verbindung zwischen den entsprechenden leitenden strukturellen Elementen der entsprechenden Leitungsbahnen des zweiten und des dritten Arms 12 und 13 durch die geeignete Verwendung von elastischen Verbindungsdrähten realisiert werden.
Die leitenden strukturellen Elemente des ersten, des zweiten und des dritten Arms 11, 12 und 13 sind durch den isolierenden Strukturklebstoff 650 isoliert, und die jeweiligen leitenden strukturellen Elemente bilden elektrisch unabhängige Leitungsbahnen. Überdies ist der äußere Umfang des ersten, des zweiten und des dritten Arms 11, 12 und 13 mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Überzugselement 51, 52 und 53 überzogen, die aus einem isolierenden elastischen Material ausgebildete Überzüge sind, wodurch die Arme nach außen hin geeignet isoliert sind. In einem Teilabschnitt jedes unter dem ersten, dem zweiten und dem dritten Überzugselement 51, 52 und 53 kann jeweils ein Hohlraum ausgebildet sein, und der Hohlraum kann als Einlegeraum für Verbindungsdrähte verwendet werden und die Funktion als stoßdämpfendes Material verbessern.
Die erste, die zweite und die dritte Gruppe von Leitungsbahnen 61, 62 und 63 unter den unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Leitungsbahnen werden jeweils zur Zufuhr elektrischen Stroms zum Antreiben des entsprechenden ersten, zweiten und dritten Motors 41, 42 und 43 verwendet. Dagegen wird die vierte Gruppe von Leitungsbahnen 64 zur Zufuhr eines Steuersignals verwendet und ist abhängig von einem Antriebssteuerungsverfahren des Motors nicht im Besonderen erforderlich. Ein Beispiel eines Falls, in dem die vierte Gruppe von Leitungsbahnen 64 verwendet wird, wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben.
Als nächstes wird eine elektrische Konfiguration der Leitungsbahnen der Leitungsbahnstruktur des unter Bezugnahme auf eine die 1 und 2 beschriebenen Roboters 1 beschrieben. Bei den Leitungsbahnstrukturen des ersten, des zweiten und des dritten Arms 11, 12 und 13 des Roboters 1 sind die Leitungsbahnen zu dem entsprechenden ersten, zweiten und dritten Motor 41, 42 und 43 ähnlich. Daher wird die Leitungsbahnstruktur zum ersten Motor 41 im ersten Arm 11 des Roboters 1 als repräsentatives Beispiel beschrieben.
3 ist ein Diagramm eines elektrischen Systems, das ein Beispiel eines Falls darstellt, in dem einem Motor, der eine Antriebsquelle eines Stellglieds ist, von der Leitungsbahnstruktur des in 1 dargestellten Roboters elektrischer Strom zugeführt wird. Gemäß 3 wandelt die Steuervorrichtung 2 von einer Dreiphasenwechselstromzufuhr 4 zugeführten elektrischen Wechselstrom mit Hilfe eines Stromrichters 202 unter der Steuerung einer Steuereinheit 201 in elektrischen Gleichstrom um und wandelt dann den elektrischen Gleichstrom mit Hilfe eines Wechselrichters 203 in der nächsten Stufe in elektrischen Wechselstrom mit einer erforderlichen Frequenz und Spannung um. Dieser elektrische Wechselstrom wird dem ersten Motor 41 über das Kabel 3 durch die leitenden strukturellen Elemente 611, 612 und 613 der vorstehend beschriebenen ersten Gruppe von Leitungsbahnen 61 des ersten Arms 11 zugeführt.
4 ist ein Diagramm eines elektrischen Systems, das ein weiteres Beispiel eines Falls darstellt, in dem einem Motor, der eine Antriebsquelle eines Stellglieds ist, von der Leitungsbahnstruktur des in 1 dargestellten Roboters elektrischer Strom zugeführt wird. 4 unterscheidet sich von 3 dadurch, dass der Wechselrichter 203 auf einer Seite des ersten Motors 41 angeordnet ist und dem Wechselrichter 203 ein Steuersignal und eine Zwischenkreisspannung zugeführt werden, die ein Ausgang des Stromrichters 202 ist. Dies bedeutet, dass eine Steuervorrichtung 2a mit Hilfe des Stromrichters 202 unter der Steuerung einer Steuereinheit 201a von der Dreiphasenwechselstromzufuhr 4 zugeführten elektrischen Wechselstrom in elektrischen Gleichstrom umwandelt, eine Zwischenkreisspannung um zu erhalten, und dann die Zwischenkreisspannung über das Kabel 3 und die leitenden strukturellen Elemente 611 und 612 der vorstehend beschriebenen erste Gruppe von Leitungsbahnen 61 des ersten Arms 11 dem Wechselrichter 203 zuführt. Überdies führt die Steuervorrichtung 2a einem Steueranschluss des Wechselrichters 203 über das Kabel 3 und ein leitendes strukturelles Element 641 der unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen vierten Gruppe von Leitungsbahnen ein Steuersignal zu, das ein Ausgang der Steuereinheit 201a ist. Auf diese Weise wird dem ersten Motor 41 der von dem Wechselrichter 203 in elektrischen Wechselstrom mit einer erforderlichen Frequenz und Spannung umgewandelte elektrische Strom zugeführt.
5 ist ein Diagramm eines elektrischen Systems, das ein weiteres Beispiel eines Falls darstellt, in dem einem Motor, der eine Antriebsquelle eines Stellglieds ist, von der Leitungsbahnstruktur des in 1 dargestellten Roboters elektrischer Strom zugeführt wird. 5 unterscheidet sich dadurch von 3, dass der Stromrichter 202 und der Wechselrichter 203 auf einer Seite des ersten Motors 41 angeordnet sind. In diesem Fall führt eine Steuervorrichtung 2b dem Stromrichter 202 über das Kabel 3 und die leitenden strukturellen Elemente 611, 612 und 613 der vorstehend beschriebenen ersten Gruppe von Leitungsbahnen 61 elektrischen Wechselstrom zu. Darüber hinaus arbeitet die Steuervorrichtung 2b wie die in 3 dargestellte Steuereinheit 201 und führt dem Stromrichter 202 und dem Wechselrichter 203 ein Steuersignal zu. Die Zufuhr des Steuersignals über ein leitendes strukturelles Element 641 der unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen vierten Gruppe von Leitungsbahnen erfolgt, wie später unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Der von dem Stromrichter 202 und dem Wechselrichter 203, die entsprechend dem Steuersignal auf die vorstehend beschriebene Weise arbeiten, in den elektrischen Wechselstrom mit der erforderlichen Frequenz und Spannung umgewandelte elektrische Strom wird dem ersten Motor 41 zugeführt.
6 ist ein Systemdiagramm eines Steuersignals in der Leitungsbahnstruktur des in 1 dargestellten Roboters und zeigt insbesondere einen Fall, in dem das Steuersignal unter Verwendung der leitenden strukturellen Elemente 641, 642 und 643 der in 2 dargestellten vierten Gruppe von Leitungsbahnen 64 durch serielle Kommunikation gesendet wird. Gemäß 6 wird ein Steuersignal von einer Signalumsetzungsschaltung 251 einer von dem Stromrichter 202 und dem Wechselrichter 203, die in 5 dargestellt sind, gebildeten (in 6 nicht dargestellten) Stromrichterschaltung zugeführt. Die Stromrichterschaltung arbeitet entsprechend einem Ausgangssignal der Signalumsetzungsschaltung 251, und dem ersten Motor 41 wird ein Antriebsstrom zugeführt. Ähnlich ist eine Signalumsetzungsschaltung 252 in einer Stromrichterschaltung vorgesehenen, die dem zweiten Motor 42 Antriebsstrom zuführt. Eine Signalumsetzungsschaltung 253 ist in einer Stromrichterschaltung vorgesehenen, die dem dritten Motor 43 Antriebsstrom zuführt. Dies bedeutet, dass 5 als repräsentatives Beispiel einen Fall zeigt, in dem dem ersten Motor 41 von der Steuervorrichtung 2b (einer von dem Stromrichter 202 und dem Wechselrichter 203 gebildeten Stromrichterschaltung) ein Steuersignal zugeführt wird. Wie in 6 dargestellt, werden dagegen den Stromrichterschaltungen des zweiten und dritten Motors 42 und 43 von den Signalumsetzungsschaltungen 252 und 253 ähnlich Steuersignale zugeführt.
Genauer wird der Signalumsetzungsschaltung 251, die der Stromrichterschaltung (der von dem Stromrichter 202 und dem Wechselrichter 203, die in 5 dargestellt sind, gebildeten Stromrichterschaltung) entspricht, die dem ersten Motor 41 über ein leitendes strukturelles Element 641 unter den drei leitenden strukturellen Elementen der in 2 dargestellten vierten Gruppe von Leitungsbahnen Antriebsstrom zuführt, ein Steuersignal zugeführt. Überdies wird der Signalumsetzungsschaltung 252, die der (nicht dargestellten) Stromrichterschaltung entspricht, die dem zweiten Motor 42 über ein weiteres leitendes strukturelles Element 642 unter den drei leitenden strukturellen Elemente der in 2 dargestellten vierten Gruppe von Leitungsbahnen Antriebsstrom zuführt, ein Steuersignal zugeführt. Darüber hinaus wird der Signalumsetzungsschaltung 253, die der (nicht dargestellten) Stromrichterschaltung entspricht, die dem dritten Motor 43 über ein weiteres leitendes strukturelles Element 643 unter den drei leitenden strukturellen Elementen der in 2 dargestellten vierten Gruppe von Leitungsbahnen Antriebsstrom zuführt, ein Steuersignal zugeführt.
In diesem Fall kann beispielsweise ein strukturelles Eckelement 71 unter den vier in 2 dargestellten leitenden strukturellen Eckelementen als gemeinsame Leitung für die drei leitenden strukturellen Elemente 641, 642 und 643 angewendet werden, die als Signalleitungen verwendet werden. Auf diese Weise werden die jeweiligen Steuersignale, die serielle Signale von der Steuervorrichtung 2b sind, den entsprechenden Signalumsetzungsschaltungen 251, 252 und 253 über die drei leitenden strukturellen Elemente 641, 642, und 643 zugeführt. An dem ersten, zweiten und dritten Motor 41, 42 und 43 wird eine geeignete Steuerung durchgeführt.
Wie aus der Beschreibung der Ausführungsform hervorgeht, umfasst die Leitungsbahnstruktur des Roboters gemäß der vorliegenden Erfindung den strukturellen Mechanismus 100, der als Stützkörper fungiert und den Leiterabschnitt (die leitenden strukturellen Elemente 611, 612 und 613; die leitenden strukturellen Elemente 621, 622 und 623; die leitenden strukturellen Elemente 631, 632 und 633 und die leitenden strukturellen Elemente 641, 642 und 643) aufweist; das Stellglied (31, 32, 33), das den strukturellen Mechanismus 100 betätigt; und die Leitungsbahn (61, 62, 63, 64), über die dem Stellglied (31, 32, 33) Antriebsstrom und/oder ein Steuersignal zugeführt werden, wobei die Leitungsbahn (61, 62, 63, 64) auch als Leiterabschnitt des strukturellen Mechanismus 100 (des ersten bis dritten Arms: 11, 12, 13) dient. Daher ist es möglich, eine Leitungsbahnstruktur eines Roboters zu realisieren, bei der eine Leitungsbahn eine vereinfachte Struktur aufweist, ohne zusätzliche Stromzufuhrkabel und dergleichen zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschränkt, sondern kann auf unterschiedliche Weise modifiziert werden. Obwohl der Arm (der erste Arm 11) des Roboters bei der unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Ausführungsform beispielsweise eine in etwa quadratische Querschnittsform aufweist, ist die Querschnittsform nicht darauf beschränkt, sondern kann kreisförmig sein. Daneben fallen auch in einem Rahmen, innerhalb dessen die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst werden kann, vorgenommene Modifikationen und Verbesserungen in den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste

1:: Roboter
2,: 2a, 2b: Steuervorrichtung
3:: Kabel
4:: Stromzufuhr
10:: Basisabschnitt
11:: Erster Arm
12:: Zweiter Arm
13:: Dritter Arm
14:: Hand
21:: Erstes Gelenk
22:: Zweites Gelenk
23:: Drittes Gelenk
31:: Erstes Stellglied
32:: Zweites Stellglied
33:: Drittes Stellglied
41:: Erster Motor
42:: Zweiter Motor
43:: Dritter Motor
51:: Erstes Überzugselement
52:: Zweites Überzugselement
53:: Drittes Überzugselement
61:: Erste Gruppe von Leitungsbahnen
62:: Zweite Gruppe von Leitungsbahnen
63:: Dritte Gruppe von Leitungsbahnen
64:: Vierte Gruppe von Leitungsbahnen
71, 72, 73, 74:: Strukturelles Eckelement
71a, 71b:: Strukturelle Platte
71c, 71d:: Verbindungsplatte
100:: Strukturellee Mechanismus
201,: 201a: Steuereinheit
202:: Stromrichter
203:: Wechselrichter
251, 252, 253:: Signalumsetzungsschaltung
611, 612, 613:: Leitendes strukturelles Element
621, 622, 623:: Leitendes strukturelles Element
631, 632, 633:: Leitendes strukturelles Element
641, 642, 643:: Leitendes strukturelles Element
611a:: Strukturelle Platte
611b, 611c:: Verbindungsplatte
650:: Strukturklebstoff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009113188 [0002]
JP H11226062 [0002]

Claims

Leitungsbahnstruktur eines Roboters (1), die umfasst: einen strukturellen Mechanismus (100), der als Stützkörper fungiert und einen Leiterabschnitt (611 bis 613, 621 bis 623, 631 bis 633, 641 bis 643) aufweist; ein Stellglied (31, 32, 33), das den strukturellen Mechanismus (100) betätigt; und eine Leitungsbahn (61, 62, 63), über die dem Stellglied (31, 32, 33) Antriebsstrom und/oder ein Steuersignal zugeführt werden, wobei die Leitungsbahn (61, 62, 63) auch als Leiterabschnitt (611 bis 613, 621 bis 623, 631 bis 633, 641 bis 643) des strukturellen Mechanismus (100) dient.
Leitungsbahnstruktur des Roboters (1) nach Anspruch 1, wobei der strukturelle Mechanismus (100) ferner eine Hülle (51, 52, 53) umfasst, die eine äußere Oberfläche des strukturellen Mechanismus (100) bedeckt und aus einem isolierenden elastischen Material ausgebildet ist.
Leitungsbahnstruktur des Roboters (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der strukturelle Mechanismus (100) einen Arm (11, 12, 13) des Roboters (1) bildet, in dem mehrere als elektrisch unabhängige Leitungsbahnen dienende leitende strukturelle Elemente (611 bis 613, 621 bis 623, 631 bis 633, 641 bis 643) als Leiterabschnitt mit einem dazwischen angeordneten isolierenden Element (650) gekoppelt sind.
Leitungsbahnstruktur des Roboters (1) nach Anspruch 3, wobei die Leitungsbahn (61, 62, 63) des Arms (11, 12, 13) einen Stromzufuhrleiter bildet, der einem Motor (41, 42, 43), der eine Antriebsquelle des Stellglieds (31, 32, 33) ist, einen Ausgang einer Stromzufuhrquelle (4) zuführt.
Leitungsbahnstruktur des Roboters (1) nach Anspruch 3, wobei die Leitungsbahn (61, 62, 63) des Arms (11, 12, 13) einen Steuersignalleiter (641 bis 643) bildet, der dem Stellglied (31, 32, 33) ein Steuersignal zuführt.