DE102017107501B4 - Roboter mit verkettbarem Roboterarm - Google Patents
Roboter mit verkettbarem Roboterarm Download PDFInfo
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Abstract
Roboter, umfassend:
eine Motorantriebsstromquelle (21, 21'), um eine von einer Stromquelle (2, 3) gelieferte Spannung in eine Motorantriebs-Einheitsspannung umzuwandeln, wobei die Motorantriebsstromquelle (21, 21') die Motorantriebs-Einheitsspannung ausgibt;
eine Motorantriebseinheit (11), um die von der Motorantriebsstromquelle (21, 21') ausgegebene Motorantriebs-Einheitsspannung in eine Motorantriebsspannung umzuwandeln, wobei die Motorantriebseinheit (11) die Motorantriebsspannung ausgibt;
einen Motor (13), der durch die von der Motorantriebseinheit (11) ausgegebene Motorantriebsspannung angetrieben wird, so dass er sich dreht,
einen Roboterarm (50), der mit der Motorantriebseinheit (11) und dem Motor (13) versehen ist, wobei
der Roboterarm (50) eine Verbindungseinheit (14) aufweist, um eine Eingangsseite der Motorantriebseinheit (11), die an dem Roboterarm (50) vorgesehen ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist, mit einer Eingangsseite der Motorantriebseinheit (11) zu verketten, die an einem anderen Roboterarm (50) als dem Roboterarm (50) eingerichtet ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist, aufweist, und
die von der Motorantriebsstromquelle (21, 21') ausgegebene Motorantriebs-Einheitsspannung über die Verbindungseinheit (14) in die Motorantriebseinheiten (11) eingegeben wird, die an den jeweiligen Roboterarmen (50) vorgesehen sind; und
eine Robotersteuerung (70), die unabhängig von dem Roboterarm (50) vorgesehen ist, wobei die Robotersteuerung (70) mit der Motorantriebsstromquelle (21, 21') versehen ist, wobei
die Verbindungseinheit (14) aufweist:
zwei Verbinder (14-1, 14-2), die jeweils eine Stromklemme (114A, 114B) für den elektrischen Anschluss an ein Stromleitungskabel zur Lieferung der Motorantriebs-Einheitsspannung aufweisen, und
ein lokales Stromleitungskabel (101) in Sternschaltung, wovon jedes erste Ende elektrisch an einen der beiden Verbinder (14-1, 14-2) und die Eingangsseite der Motorantriebseinheit (11) angeschlossen ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist.
eine Motorantriebsstromquelle (21, 21'), um eine von einer Stromquelle (2, 3) gelieferte Spannung in eine Motorantriebs-Einheitsspannung umzuwandeln, wobei die Motorantriebsstromquelle (21, 21') die Motorantriebs-Einheitsspannung ausgibt;
eine Motorantriebseinheit (11), um die von der Motorantriebsstromquelle (21, 21') ausgegebene Motorantriebs-Einheitsspannung in eine Motorantriebsspannung umzuwandeln, wobei die Motorantriebseinheit (11) die Motorantriebsspannung ausgibt;
einen Motor (13), der durch die von der Motorantriebseinheit (11) ausgegebene Motorantriebsspannung angetrieben wird, so dass er sich dreht,
einen Roboterarm (50), der mit der Motorantriebseinheit (11) und dem Motor (13) versehen ist, wobei
der Roboterarm (50) eine Verbindungseinheit (14) aufweist, um eine Eingangsseite der Motorantriebseinheit (11), die an dem Roboterarm (50) vorgesehen ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist, mit einer Eingangsseite der Motorantriebseinheit (11) zu verketten, die an einem anderen Roboterarm (50) als dem Roboterarm (50) eingerichtet ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist, aufweist, und
die von der Motorantriebsstromquelle (21, 21') ausgegebene Motorantriebs-Einheitsspannung über die Verbindungseinheit (14) in die Motorantriebseinheiten (11) eingegeben wird, die an den jeweiligen Roboterarmen (50) vorgesehen sind; und
eine Robotersteuerung (70), die unabhängig von dem Roboterarm (50) vorgesehen ist, wobei die Robotersteuerung (70) mit der Motorantriebsstromquelle (21, 21') versehen ist, wobei
die Verbindungseinheit (14) aufweist:
zwei Verbinder (14-1, 14-2), die jeweils eine Stromklemme (114A, 114B) für den elektrischen Anschluss an ein Stromleitungskabel zur Lieferung der Motorantriebs-Einheitsspannung aufweisen, und
ein lokales Stromleitungskabel (101) in Sternschaltung, wovon jedes erste Ende elektrisch an einen der beiden Verbinder (14-1, 14-2) und die Eingangsseite der Motorantriebseinheit (11) angeschlossen ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboter, der einen Roboterarm aufweist, welcher zur Verkettung in der Lage ist.
- Beschreibung der verwandten Technik
- Im Allgemeinen verwendet ein Roboter eine Wechselstromspannung als Spannung zum Antrieb eines Motors, der an einem Roboterarm vorgesehen ist. Daher weist der Roboter eine Motorantriebsstromquelle und eine Motorantriebseinheit als System zum Antrieb des Motors auf. Die Motorantriebsstromquelle ist ein Wandler, der eine Dreiphasen-Wechselstromspannung, die von Seiten einer Wechselstromquelle geliefert wird, gleichrichtet und eine Wechselstromspannung an einen GS-Zwischenkreis (Gleichstromzwischenkreis) ausgibt, und die Motorantriebseinheit ist ein Inverter, der an den Gleichstromzwischenkreis, welcher die Gleichstromseite der Motorantriebsstromquelle darstellt, angeschlossen ist, eine Gleichstromspannung auf Seiten des Gleichstromzwischenkreises durch einen Schaltbetrieb eines internen Schaltelements in eine Wechselstromspannung umwandelt, und die Wechselstromspannung an einen Wechselstrommotor liefert. Im Folgenden ist die „Motorantriebsstromquelle“ ein Wandler und die „Motorantriebseinheit“ ein Inverter. Der an dem Roboterarm vorgesehene Motor wird so angetrieben, dass er durch eine von der Motorantriebseinheit ausgegebene Wechselstromspannung gedreht wird.
DE 11 2011 104 925 T5 offenbart eine Steuervorrichtung oberen Niveaus, die eine Kommunikationssteuereinheit beinhaltet, die einen Befehl, der verwendet wird nach einem Befehl, der aktuell ausgeführt wird und eine Ausführungsreihenfolge beinhaltet, an eine Elektromotorsteuervorrichtung sendet, während Elektromotorsteuevorrichtungen jeweils Antriebssteuerungen von Elektromotoren durchführen und jede der Elektromotorsteuervorrichtungen eine Befehlsspeichereinheit enthalt, die konfiguriert ist, eine Mehrzahl von Befehlen zu speichern, eine Kommunikationssteuereinheit, die den aus der Steuervorrichtung oberen Niveaus empfangenen Befehl in der Befehlsspeichereinheit in der Ausführungsreihenfolge speichert, und eine Befehlsnachfolgesteuereinheit, die eine Nachfolgesteuerung der Elektromotoren durchführt, basierend auf dem Befehl. Wenn die Befehlsspeichereinheit voll mit den Befehlen gefüllt ist, speichert die Kommunikationssteuereinheit der Elektromotorsteuervorrichtungen einen neu empfangenen Befehl in einer Befehlsspeichereinheit durch Überschreiben des neu empfangenen Befehls in einem Bereich, in dem ein ausgeführter Befehl gespeichert ist.
DE 10 2012 219 318 A1 offenbart eine elektrische Vorrichtung mit einem getakteten Netzteil oder einer andersartigen getakteten Schaltung und ein Verfahren zum Testen des Netzteils der elektrischen Vorrichtung. Die elektrische Vorrichtung umfasst einen elektrischen Verbraucher, das getaktetes Netzteil, wenigstens einen Impulsüberträger und eine Auswertevorrichtung. Das Netzteil umfasst ein Leistungsteil mit wenigstens einem Leistungshalbleiterschalter und ist eingerichtet, aus einer elektrischen Spannung aufgrund eines abwechselnden Ein- und Ausschaltens des wenigstens einen Leistungshalbleiterschalters eine getaktete elektrische Spannung für den elektrischen Verbraucher zu erzeugen. Das Leistungsteil weist wenigstens einen Strompfad auf, durch den im Betrieb des Netzteils ein elektrischer Strom fließt. Der Impulsüberträger ist eingerichtet, ein der Änderung des Betrags und/oder der Richtung des durch den Strompfad fließenden elektrischen Stroms zugeordnetes Signal zu erzeugen. Die Auswertevorrichtung ist eingerichtet, das vom Impulsüberträger stammende Signal auszuwerten und aufgrund des ausgewerteten Signals auf die Funktionstüchtigkeit des Leistungshalbleiterschalters zu schließen.
DE 10 2010 051 855 B4 offenbart eine Robotersteuervorrichtung, die gleichzeitig eine Anzahl N, N≥2, Roboter steuert, wobei die Robotersteuervorrichtung aufweist: eine Hauptsteuereinheit, wobei die Hauptsteuereinheit einen Hauptprozessor, der eingerichtet ist, um Betriebsbefehle für jeden der N Roboter zu erzeugen, und einen Servoprozessor aufweist, der eingerichtet ist, um die vom Hauptprozessor erzeugten Betriebsbefehle als Basis zur Berechnung der Betriebswerte der jeden der Roboter antreibenden Servomotoren zu verwenden, und die ausgerüstet ist mit einer Anzahl N Verstärkereinheiten, die mit der Hauptsteuereinheit verbunden sind, wobei die Verstärkereinheiten in einer Verkettung mit der Hauptsteuereinheit verbunden sind, wobei jede der Verstärkereinheiten einen Servoverstärker aufweist, der eingerichtet ist, um die vom Servoprozessor berechneten Betriebswerte der Servomotoren als Basis zum Ansteuern der Servomotoren eines Roboters der N Roboter zu verwenden.
DE 103 49 452 A1 offenbart einen Scara-Roboter, welcher eine Roboterkonsole, einen um eine erste Schwenkachse schwenkbar an dieser angelenkten ersten Roboterarm und einen an dem ersten Roboterarm um eine zur ersten Schwenkachse im Wesentlichen parallele zweite Schwenkachse schwenkbar angelenkten zweiten Roboterarm mit wenigstens einer Arbeitseinheit umfasst, wobei der Roboter weiter wenigstens einen ersten Schwenkmotor zum Verschwenken einer Arm-Einheit aus erstem und zweitem Roboterarm bezüglich der Roboterkonsole, wenigstens einen zweiten Schwenkmotor zum Verschwenken des zweiten Roboterarms bezüglich des ersten Roboterarms und wenigstens einen Arbeitsmotor zur Betätigung der Arbeitseinheit aufweist, welche Motoren über eine Leistungselektronik steuerbar sind, die als elektrische Schaltungen Umrichterschaltungen zur Stromversorgung der Motoren sowie wenigstens eine Steuerschaltung zum Betrieb der Umrichterschaltungen und damit zur Steuerung der Motoren umfasst, wobei wenigstens eine Umrichterschaltung in wenigstens einem Roboterarm aufgenommen ist.
US 2015/0100159 A1
JP 2003 136 454 A -
7 ist ein Diagramm, das eine allgemeine Robotersteuerung darstellt.8 ist ein Diagramm, das einen allgemeinen Knickarmroboter darstellt. Im Allgemeinen sind in einer Robotersteuerung200 eine Motorantriebseinheit (ein Inverter)111 , eine Motorantriebsstromquelle (ein Wandler)121 und eine Steuereinheit122 vorgesehen. Was die in der Robotersteuerung200 angebrachte Motorantriebseinheit111 betrifft, ist diese in der gleichen Anzahl wie der Anzahl von Motoren113 vorgesehen, um den Motoren, die an jedem der Roboterarme150 eines Roboters angebracht sind, eine Motorantriebsspannung zu liefern. Zur Verringerung der Kosten und des belegten Platzes ist eine Motorantriebsstromquelle121 vorgesehen. Gemäß der Ausführung, bei der wie in7 und8 dargestellt an jedem der Roboterarme150 nur die Motoren113 vorgesehen sind und die Motorantriebseinheiten111 , die Motorantriebsstromquelle121 und die Steuereinheit in der Motorsteuerung200 vorgesehen sind, kann das Gewicht der Roboterarme150 verringert werden. Daher wird eine solche Ausführung verbreitet für Roboter eingesetzt. - Doch da bei einer derartigen Ausführung eine Erhöhung der Anzahl der Roboterarme
150 zu einer Erhöhung der Anzahl der Motoren113 führt, wird die Anzahl der Verdrahtungen der Stromleitungskabel zum Verbinden der Motorantriebseinheiten111 und der Motoren113 , um den Motoren113 eine Wechselstromspannung zu liefern, erhöht. Als Ergebnis wird die gesamte Verdrahtungslänge der Stromleitungskabel so lang, dass Verdrehungen oder Behinderungen der Verdrahtungen untereinander zu einem Faktor werden, der den Betrieb des Roboters beschränkt. Da zudem die Verdrahtungstätigkeit viel Mühe benötigt, wenn die Anzahl der Drähte in Stromleitungskabeln hoch ist, wird zur Verringerung dieser Mühe die Anzahl der Wechselstrommotoren (und letztendlich die Anzahl der Stromleitungskabel) verringert, um den Betrieb des Roboters zu beschränken, oder werden in manchen Fällen Leitungsverlegungen oder Maßnahmen, die den Betrieb des Roboters nicht beschränken, eingesetzt. - Wie zum Beispiel in der Japanischen Patentschrift
JP 3 534 641 B2 - Wie oben beschrieben verringert ein herkömmlicher Roboter die Kosten und den belegten Platz wie auch das Gewicht eines Roboterarms auf eine solche Weise, dass eine Motorantriebseinheit (ein Inverter), eine Motorantriebsstromquelle (ein Wandler) und eine Steuereinheit in einer Robotersteuerung vorgesehen sind und an einem Roboterarm nur ein Motor vorgesehen ist. Doch bei einer solchen Ausführung führt eine Erhöhung der Anzahl der Roboterarme zu einer Erhöhung der Anzahl der Motoren, wodurch die Anzahl der Verdrahtungen der Stromleitungskabel, die die Motorantriebseinheiten und die Motoren verbinden, erhöht wird. Als Ergebnis wird die gesamte Verdrahtungslänge der Stromleitungskabel so lang, dass Verdrehungen oder Behinderungen der Verdrahtungen untereinander zu einem Faktor werden, der den Betrieb des Roboters beschränkt.
- Besonders im Fall eines Knickarmroboters, der durch Verbinden einer Vielzahl von Roboterarmen, die jeweils mit einem Wechselstrommotor versehen sind, gebildet ist, ist die Anzahl der Verdrahtungen der Stromleitungskabel enorm und bestehen bedeutende Beschränkungen für die Verdrahtungsmuster. Wenn die Anzahl der Drähte in Stromleitungskabeln und Signalleitungskabeln groß ist, sind Umbildungsarbeiten an dem Roboter nicht einfach.
- Zudem beschreibt die Japanische Patentschrift
JP 3 534 641 B2 JP 3 534 641 B2 Japanischen Patentschrift Nr. 3534641 - Daher ist es erwünscht, einen billigen Roboter bereitzustellen, bei dem die Anzahl der Verdrahtungen der Stromleitungskabel verringert werden kann und eine Umbildungstätigkeit an einem Roboterarm leicht vorgenommen werden kann.
- Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung weist ein Roboter eine Motorantriebsstromquelle, um eine von einer Stromquelle gelieferte Spannung in eine Motorantriebs-Einheitsspannung umzuwandeln und die Motorantriebs-Einheitsspannung auszugeben, eine Motorantriebseinheit, um die von der Motorantriebsstromquelle ausgegebene Motorantriebs-Einheitsspannung in eine Motorantriebsspannung umzuwandeln und die Motorantriebsspannung auszugeben, einen Motor, der durch die von der Motorantriebseinheit ausgegebene Motorantriebsspannung drehend angetrieben wird, einen Roboterarm, an dem die Motorantriebseinheit und der Motor eingerichtet sind, und eine Robotersteuerung, die unabhängig von dem Roboterarm vorgesehen ist, und in der die Motorantriebsstromquelle eingerichtet ist, auf.
- Hier kann der Roboterarm eine Verbindungseinheit, um eine Eingangsseite der Motorantriebseinheit, die an dem Roboterarm eingerichtet ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist, mit einer Eingangsseite der Motorantriebseinheit, die an einem anderen Roboterarm als dem Roboterarm eingerichtet ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist, zu verketten, aufweisen und wird die von der Motorantriebsstromquelle ausgegebene Motorantriebs-Einheitsspannung über die Verbindungseinheit in die Motorantriebseinheiten, die an den jeweiligen Roboterarmen eingerichtet sind, eingegeben.
- Ferner kann der Roboter überdies ein Gehäuse zur Aufnahme der Motorantriebseinheit und des Motors, der durch die Motorantriebseinheit drehend angetrieben wird, aufweisen.
- Ferner kann an dem Roboterarm, an dem die Motorantriebseinheit eingerichtet ist, eine Motorantriebseinheits-Steuereinheit zur Steuerung der Umwandlungstätigkeit der Motorantriebseinheit eingerichtet sein.
- Ferner kann die Verbindungseinheit zwei Verbinder, die jeweils einen Stromanschluss für die elektrische Verbindung mit einem Stromleitungskabel zur Lieferung der Motorantriebs-Einheitsspannung aufweisen, und ein lokales Stromleitungskabel in Sternschaltung, wovon jedes erste Ende elektrisch an einen der beiden Verbinder und die Eingangsseite der Motorantriebseinheit angeschlossen ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist, aufweisen.
- Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgenden beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden.
-
1 ist ein (erstes) Diagramm, das einen Roboter nach einer Ausführungsform darstellt; -
2 ist ein (zweites) Diagramm, das einen Roboter nach einer Ausführungsform darstellt; -
3 ist ein Diagramm, das einen anderen Roboterarm nach einer Ausführungsform darstellt; -
4 ist ein Diagramm, das noch einen anderen Roboterarm nach einer Ausführungsform darstellt; -
5 ist ein Diagramm, das einen Knickarmroboter darstellt, der den in3 und4 dargestellten Roboterarm aufweist; -
6 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für eine Motorantriebsstromquelle nach einer Ausführungsform darstellt; -
7 ist ein Diagramm, das eine allgemeine Robotersteuerung darstellt; und -
8 ist ein Diagramm, das einen allgemeinen Knickarmroboter darstellt. - Als nächstes werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Erleichterung des Verständnisses sind die Maßstäbe der Zeichnungen passend verändert. Zudem sind die Ausführungsweisen, die in den Zeichnungen darstellt sind, Beispiele für die Ausführung der vorliegenden Erfindung, und ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die dargestellten Ausführungsweisen beschränkt.
-
1 und2 sind Diagramme, die einen Roboter nach einer Ausführungsform darstellen. - Ein Roboter
1 nach der einen Ausführungsform weist eine Motorantriebsstromquelle21 , eine Motorantriebseinheits-Steuereinheit12 , einen Wechselstrommotor (nachstehend einfach als „Motor“ bezeichnet)13 , einen Roboterarm50 und eine Robotersteuerung70 auf. - Die Motorantriebseinheit
11 wandelt eine Motorantriebs-Einheitsspannung, die eine von der nachstehend beschriebenen Motorantriebsstromquelle21 ausgegebene Gleichstromspannung ist, in eine Motorantriebsspannung, die eine Dreiphasen-Wechselstromspannung ist, um und gibt die Motorantriebsspannung aus. Genauer besteht die Motorantriebseinheit11 aus einem Inverter, der aus einer Vollbrückenschaltung mit einem Halbleiterschaltelement gebildet ist, wobei das Schaltelement so angetrieben wird, dass es durch einen Schaltbefehl, der von der Motorantriebseinheits-Steuereinheit12 erhalten wird, ein- und ausgeschaltet wird, damit die eingegebene Motorantriebs-Einheitsspannung (Gleichstromspannung) in eine Motorantriebsspannung (Dreiphasen-Wechselstromspannung) umgewandelt wird und dem Motor13 Antriebsstrom geliefert wird. Obwohl die Art und der Aufbau der Motorantriebseinheit11 keine wesentliche Beschränkung für den vorliegenden Gesichtspunkt darstellen, ist als ein Beispiel ein PWM-Inverter aus einem Schaltelement und einer Brückenschaltung mit Dioden, die in Antiparallelschaltung an das Schaltelement angeschlossen sind, gebildet. Beispiele für das Schaltelement beinhalten einen IGBT, einen Thyristor, einen GTO (gate turn-off thyristor) und einen Transistor, doch beschränkt die Art des Halbleiterschaltelements selbst den vorliegenden Gesichtspunkt nicht und können andere Halbleiterschaltelemente verwendet werden. - Die Motorantriebseinheits-Steuereinheit
12 steuert die Umwandlungstätigkeit der Motorantriebseinheit11 . Genauer erzeugt die Motorantriebseinheits-Steuereinheit12 einen Schaltbefehl, um die Stromumwandlungstätigkeit der Motorantriebseinheit11 so zu steuern, dass der Motor13 den gewünschten Drehbetrieb vornimmt. Wenn die Motorantriebseinheit11 zum Beispiel ein PWM-Inverter ist, vergleicht die Motorantriebseinheits-Steuereinheit12 einen von einer übergeordneten Steuereinheit (nicht dargestellt) erhaltenen Motorantriebsbefehl mit einem Dreieckwellen-Trägersignal mit einer vorherbestimmten Trägerfrequenz, erzeugt sie ein PWM-Steuersignal zur Steuerung des Schaltbetriebs des Schaltelements in dem PWM-Inverter, der die Motorantriebseinheit11 darstellt, und gibt sie das PWM-Steuersignal an jedes Schaltelement in der Motorantriebseinheit11 aus. - Der Motor
13 wird auf Basis eines Wechselstrom-Antriebsstroms, der fließt, wenn eine Motorantriebsspannung, die eine von der Motorantriebseinheit11 ausgegebene Dreiphasen-Wechselstromspannung ist, an einen Motorantriebsanschluss (nicht dargestellt) angelegt wird, drehend angetrieben. - Durch Unterbringen der Motorantriebseinheit
11 , der Motorantriebseinheits-Steuereinheit12 und des Motors13 in einem Gehäuse15 eines einzelnen Roboterarms50 kann ein Motor mit integrierter Motorantriebseinheit aufgebaut werden. In diesem Fall werden die Motorantriebseinheit11 und der Motor13 vorzugsweise nahe aneinander angeordnet. Auf diese Weise kann ein Wechselstromquellenkabel zwischen der Motorantriebseinheit11 und dem Motor13 verkürzt werden, was eine Verringerung der Kosten und der Größe des Motors mit integrierter Motorantriebseinheit gestattet. Im Fall eines Knickarmroboter sind Roboterarme50 gekoppelt und sind die Motorantriebseinheiten11 und die Motorantriebseinheits-Steuereinheiten12 in den jeweiligen Roboterarmen50 durch eine nachstehend beschriebene Verbindungseinheit14 verkettet. - Die Motorantriebsstromquelle
21 wandelt eine Stromquellenspannung, die eine von Seiten der Wechselstromquelle2 eingegebene Dreiphasen-Wechselstromspannung ist, in eine Motorantriebs-Einheitsspannung, die eine Gleichstromspannung ist, um und gibt die Motorantriebs-Einheitsspannung aus. Die von der Motorantriebsstromquelle21 ausgegebene Motorantriebs-Einheitsspannung wird in die Motorantriebseinheit11 eingegeben (an diese angelegt). Obwohl die Art und der Aufbau der Motorantriebsstromquelle21 keine wesentliche Beschränkung des vorliegenden Gesichtspunkts darstellen, ist als ein Beispiel ein PWM-Wandler aus einem Schaltelement und einer Brückenschaltung mit Dioden, die in Antiparallelschaltung an das Schaltelement angeschlossen sind, gebildet. Beispiele für das Schaltelement beinhalten einen IGBT, einen Thyristor, einen GTO (gate turn-off thyristor) und einen Transistor, doch beschränkt die Art des Schaltelements selbst den vorliegenden Gesichtspunkt nicht und können andere Halbleiterschaltelemente verwendet werden. - Die Umwandlungstätigkeit der Motorantriebsstromquelle
21 wird durch eine Motorantriebsstromquellen-Steuereinheit22 in der Robotersteuerung70 gesteuert. Genauer erzeugt die Motorantriebsstromquellen-Steuereinheit22 einen Schaltbefehl, um die Stromumwandlungstätigkeit der Motorantriebseinheit11 so zu steuern, dass der Motor13 die gewünschte Umdrehungstätigkeit vornimmt. Wenn die Motorantriebsstromquelle21 zum Beispiel ein PWM-Wandler ist, vergleicht die Motorantriebsstromquellen-Steuereinheit22 einen von einer übergeordneten Steuereinheit erhaltenen Motorantriebsbefehl mit einem Dreieckwellen-Trägersignal mit einer vorherbestimmten Trägerfrequenz, erzeugt sie ein PWM-Steuersignal zum Steuern des Schaltbetriebs des Schaltelements in dem PWM-Wandler, der die Motorantriebsstromquelle21 darstellt, und gibt sie das PWM-Steuersignal an jedes Schaltelement in der Motorantriebsstromquelle21 aus. - Die Robotersteuerung
70 steuert den Betrieb des Roboters1 umfassend und ist unabhängig von dem Roboterarm50 vorgesehen. Die Motorantriebsstromquelle21 und die Motorantriebsstromquellen-Steuereinheit22 sind in der Robotersteuerung70 eingerichtet. - Wie oben beschrieben sind nach der vorliegenden Ausführungsform die Motorantriebseinheit
11 , die Motorantriebseinheits-Steuereinheit12 und der Motor13 an dem Roboterarm501 eingerichtet und sind die Motorantriebsstromquelle21 und die Motorantriebsstromquellen-Steuereinheit22 in der Robotersteuerung70 eingerichtet. - Bei dem Roboter
1 können die Roboterarme50 durch die Verbindungseinheit14 miteinander verbunden werden. - Jeder Roboterarm
50 weist die Verbindungseinheit14 zum Verketten einer Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung (Gleichstromspannung) der Motorantriebseinheit11 , die an dem Roboterarm50 eingerichtet ist, mit einer Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung (Gleichstromspannung der Motorantriebseinheit11 , die an einem anderen Roboterarm50 als dem oben genannten Roboterarm50 eingerichtet ist, auf. Die von der Motorantriebsstromquelle21 ausgegebene Motorantriebs-Einheitsspannung wird über die Verbindungseinheit14 in die Motorantriebseinheiten11 , die an den jeweiligen Roboterarmen50 eingerichtet sind, eingegeben. Die Verbindungseinheit14 wird nachstehend ausführlicher beschrieben. - Die Verbindungseinheit
14 weist zwei Verbinder14-1 und14-2 und ein lokales Stromquellenkabel101 auf. - Jeder der Verbinder
14-1 und14-2 weist Stromanschlüsse114A und114B zum Verbinden mit einem externen Stromleitungskabel41 auf. Die beiden Stromanschlüsse sind vorgesehen, da das Gleichstromspannungsstromleitungskabel41 aus zwei Leitungen (d.h., einem Draht für das positive Potential und einem Draht zur Erdung) gebildet ist. - Das lokale Stromleitungskabel
101 ist aus Kabeln in Sternschaltung gebildet, wobei ein Ende jedes Kabels elektrisch an einen der Verbinder14 -1 und14 -2 und die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung der Motorantriebseinheit11 angeschlossen ist. Insbesondere ist das lokale Stromleitungskabel101 aus drei Kabeln in Sternschaltung gebildet. Wie in14 dargestellt sind zwei Paare von Kabeln in Sternschaltung, d.h., Kabel für das positive Potential und die Erdung gemäß dem Stromleitungskabel41 , vorgesehen. Unter den drei Kabeln in Sternschaltung ist eines an die Gleichstromeingangsseite der Motorantriebseinheit11 angeschlossen und sind die restlichen beiden jeweils an die Stromanschlüsse114A und114B der jeweiligen Verbinder14 -1 und14 -2 angeschlossen. Wenn das lokale Stromleitungskabel101 auf eine solche Weise zwischen der Motorantriebseinheit11 und den Stromanschlüsse114A und114B eingerichtet ist, sind die Motorantriebseinheiten11 in einen parallel verbundenen Zustand gebracht, wenn die Roboterarme50 verkettet sind. - Zudem kann die Verbindungseinheit
14 zusätzlich zu den Anschlüssen und dem Kabel für das oben genannte Stromversorgungssystem ein Signalanschluss114C und ein lokales Signalleitungskabel102 für ein Signalliefersystem aufweisen. - Insbesondere können die Verbinder
14-1 und14-2 in der Verbindungseinheit14 ferner den Signalanschluss114C zum Verbinden mit einem externen Signalleitungskabel42 aufweisen. Bei dem Beispiel, das in1 dargestellt ist, ist jeder der Verbinder14-1 und14-2 mit einem Signalanschluss114C für eine serielle Kommunikation versehen. Für eine parallele Kommunikation weisen die Verbinder14-1 und14-2 jene Anzahl von Stiften auf, die der Art eines parallel kommunizierten Steuersignals entspricht. In1 gibt zur Einfachheit der Zeichnung eine Darstellung, bei der „eine schräg gestellte Ellipse auf einer Leitung angeordnet ist“, an, dass das Signalleitungskabel42 aus mehreren Drähten gebildet ist. - In dem Roboterarm
50 sind zwei Paare von lokalen Signalleitungskabeln102 vorgesehen. Was jedes Paar der beiden Paare von lokalen Signalleitungskabeln102 betrifft, ist eine Seite an die Motorantriebseinheits-Steuereinheit12 angeschlossen und die andere Seite an den Signalanschluss114C der jeweiligen Verbinder14-1 und14-2 angeschlossen. Jedes lokale Signalleitungskabel102 ist aus einem Draht für eine serielle Kommunikation gebildet oder aus der Anzahl von Drähten gebildet, die der Anzahl der Verdrahtungen der Signalleitungskabel42 für eine parallele Kommunikation entspricht. In1 und den folgenden Zeichnungen gibt zur Einfachheit der Zeichnung wie im Fall des Signalleitungskabels42 eine Darstellung, bei der „eine schräg gestellte Ellipse auf einer Leitung angeordnet ist“, an, dass jedes lokale Signalleitungskabel102 aus mehreren Drähten gebildet ist. - Wie oben beschrieben wird die Verbindungseinheit
14 nach der vorliegenden Ausführungsform verwendet, um die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung der Motorantriebseinheit11 , die an dem Roboterarm50 eingerichtet ist, über das Stromleitungskabel41 mit der Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung der Motorantriebseinheit11 , die an einem anderen Roboterarm50 als dem oben genannten Roboterarm50 eingerichtet ist, zu verketten und die Motorantriebseinheits-Steuereinheit12 , die an dem Roboterarm50 eingerichtet ist, über das Signalleitungskabel42 für eine serielle Kommunikation mit der Motorantriebseinheits-Steuereinheit12 , die an dem anderen Roboterarm50 als dem oben genannten Roboterarm50 eingerichtet ist, zu verbinden. Das Vorhandensein der Verbindungseinheit14 ermöglicht ein Verketten der Roboterarme50 . Insbesondere werden das Stromleitungskabel41 zur Lieferung einer Motorantriebs-Einheitsspannung, die eine Gleichstromspannung ist, und das Signalleitungskabel42 zum Verbinden der Motorantriebseinheits-Steuereinheiten12 , die an jedem von aneinander angrenzend verketteten Roboterarmen50 vorgesehen sind, zwischen aneinander angrenzend verketteten Roboterarmen50 durch die Anschlusseinheit14 , die an den jeweiligen Roboterarmen50 vorgesehen ist, gesammelt elektrisch verbunden. Durch das Verketten der Roboterarme50 über die Verbindungseinheit14 werden die Motorantriebseinheiten11 , die in den jeweiligen Roboterarmen50 vorgesehen sind, untereinander in einen parallel verbundenen Zustand gebracht, und werden die Motorantriebseinheits-Steuereinheiten12 , die in den jeweiligen Roboterarmen50 vorgesehen sind, in einen seriell verbundenen Zustand gebracht. - Durch Verbinden der Motorantriebsstromquelle
21 und der entsprechenden Motorantriebsstromquellen-Steuereinheit22 mit einem der Roboterarme50 , die unter den über die Verbindungseinheit14 verketteten Roboterarmen50 an beiden Enden positioniert sind, kann ein System zum Antreiben der Motoren13 in den Roboterarmen50 aufgebaut werden. Was das Stromversorgungssystem betrifft, wird eine Beziehung erhalten, bei der die Motorantriebseinheiten11 , die über die Verbindungseinheit14 parallel miteinander verbunden sind, an die Motorantriebsstromquelle21 angeschlossen sind. Insbesondere wird aus dem Stromleitungskabel41 , den Verbindern14-1 und14-2 in der Verbindungseinheit14 und dem lokalen Stromleitungskabel101 ein Gleichstromzwischenkreis aufgebaut und wird die gleiche Gleichstromspannung (Gleichstromzwischenkreisspannung), die von der Motorantriebsstromquelle21 ausgegeben wird, an die Motorantriebseinheiten11 , die parallel verbunden sind, angelegt. Zudem wird hinsichtlich des Signalliefersystems eine Beziehung erhalten, bei der die Motorantriebsstromquellen-Steuereinheit22 und die jeweiligen Motorantriebseinheits-Steuereinheiten12 über die Verbindungseinheit14 in Reihe verbunden sind und eine Kommunikation zwischen der Motorantriebsquellen-Steuereinheit22 und den Motorantriebseinheits-Steuereinheiten12 ermöglicht wird. Wenn ein zusätzlicher Roboterarm50 vorgesehen wird, genügt es, den zusätzlichen Roboterarm502 lediglich mit dem äußersten Roboterarm50 zu verketten, und ist zudem eine Erweiterung oder eine Änderung der Anlage einfach, da der Austausch oder das Entfernen eines oder einiger der bereits eingerichteten Roboterarme50 leicht ist. - Als nächstes wird eine Mechanismuseinheit des Roboterarms
50 beschrieben. - Der Roboter
1 nach der einen Ausführungsform ist ein Knickarmroboter, der Roboterarme50 aufweist, die die Drehantriebskraft der Motoren13 als Kraftquelle für den Betrieb verwenden, und das lokale Stromleitungskabel101 und das lokale Signalleitungskabel102 zum Verbinden der aneinander angrenzend verbundenen zwei Roboterarme50 sind in den Roboterarmen50 angeordnet. Jeder Roboterarm50 weist die Motorantriebsstromquelle21 , die Motorantriebsstromquellen-Steuereinheit22 und den Motor13 auf. Die Drehantriebskraft der Motoren13 wird als Kraftquelle für die relative Bewegung der aneinander angrenzend verbundenen Roboterarme50 verwendet. In2 wird zur Einfachheit der Zeichnungen auf die Darstellung der Verbindungseinheit14 und ihrer inneren Aufbauelemente verzichtet, und gibt die Darstellung, bei der „eine schräg gestellte Ellipse auf einer Leitung angeordnet ist“, Stromleitungskabel41 und Signalleitungskabel42 an. Da die Roboterarme50 im Fall eines Knickarmroboters auf eine verkettete Weise angeordnet sind, kann bei einer Verkettung der Roboterarme50 durch die oben angeführte Verbindungseinheit14 die Anzahl der Drähte verringert werden und die gesamte Verdrahtungslänge verkürzt werden. Als Ergebnis werden Verdrehungen oder Behinderungen der Kabel untereinander verringert, was das Verdrahten leicht macht. -
3 ist ein Diagramm, das einen Roboterarm nach einer anderen Ausführungsform veranschaulicht. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind im Hinblick auf den Roboterarm50 die Motorantriebseinheit11 , die Motorantriebseinheits-Steuereinheit12 und eine Drehwelle31 des Motors13 fest an dem Gehäuse15 angebracht. Insbesondere ist bei der vorliegenden Ausführungsform in dem Gehäuse15 kein Motorgehäuse32 des Motors13 vorhanden. Es wird jedoch bevorzugt, dass die Motorantriebseinheit11 und der Motor13 so dicht als möglich aneinander angeordnet sind, um die Verdrahtungslänge zwischen der Motorantriebseinheit11 und dem Motor13 zu verkürzen. Die Drehwelle31 des Motors13 ist fest an dem Gehäuse15 angebracht, und das Motorgehäuse32 des Motors13 ist fest an dem Gehäuse eines anderen, angrenzend montierten Roboterarms50 angebracht, so dass die Drehkraft des Motors13 als Kraftquelle für eine relative Bewegung zwischen den Roboterarmen50 , die aneinander angrenzend miteinander verbunden sind, verwendet werden kann, wodurch der Aufbau eines Knickarmroboters, bei dem sich die Roboterarme50 selbst bewegen, ermöglicht wird. -
4 ist ein Diagramm, das einen Roboterarm nach noch einer anderen Ausführungsform darstellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind im Hinblick auf den Roboterarm50 die Motorantriebseinheits-Steuereinheit12 und das Motorgehäuse32 des Motors13 fest an dem Gehäuse15 angebracht. Insbesondere ist bei der vorliegenden Ausführungsform das Motorgehäuse32 des Motors13 fest an dem Gehäuse15 angebracht, und liegt die Drehwelle des Roboters13 von dem Roboterarm50 frei. Es wird jedoch bevorzugt, dass die Motorantriebseinheit11 und der Motor13 so dicht als möglich aneinander angeordnet sind, um die Verdrahtungslänge zwischen der Motorantriebseinheit11 und dem Motor13 zu verkürzen. Nach der vorliegenden Ausführungsform kann zum Beispiel im Hinblick auf den äußersten Roboterarm50 der Roboterarme50 des Knickarmroboters ein Werkzeug durch Verbinden mit der Drehwelle31 des Motors13 , dessen Motorgehäuse32 fest an dem Gehäuse15 angebracht ist, verwendet werden. -
5 ist ein Diagramm, das einen Knickarmroboter darstellt, der den in3 dargestellten Roboterarm aufweist. Ein Knickarmroboter1 weist den in3 dargestellten Roboterarm50 , die Motorantriebsstromquelle21 , die Motorantriebsstromquellen-Steuereinheit22 und einen Verbindungsmechanismus23 zum Verbinden des Roboterarms50 mit einem von dem Roboterarm unterschiedlichen Roboterarm auf. - Die benachbarten Roboterarme
50 sind elektrisch so verbunden, dass die Verbindungseinheiten14 in den jeweiligen Roboterarmen50 mit dem Stromleitungskabel41 und dem Signalleitungskabel42 verbunden sind, und sind mechanisch durch den Verbindungsmechanismus23 verbunden. Wenn ein zusätzlicher Roboterarm50 vorgesehen wird, genügt es, den zusätzlichen Roboterarm50 lediglich mit dem äußersten Roboterarm50 zu verketten, und ist zudem eine Erweiterung oder eine Änderung der Anlage einfach, da der Austausch oder das Entfernen eines oder einiger der bereits eingerichteten Roboterarme50 leicht ist. Zum Beispiel ist es leicht, Tätigkeiten wie etwa eine Änderung der Länge des Roboterarms50 und einen Austausch gegen einen Roboterarm50 , der einen Motor mit einer großen Ausgangsleistung aufweist, vorzunehmen. - Bei der oben angeführten Ausführungsform ist die Stromquellenspannung eine Dreiphasen-Wechselstromspannung von Seiten der Wechselstromquelle
2 . Statt dessen kann die Stromquellenspannung eine Gleichstromspannung von einer Gleichstromquelle, z.B. einer Batterie, sein.6 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für die Motorantriebsstromquelle nach der einen Ausführungsform veranschaulicht. Eine Motorantriebsstromquelle21' ist als Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler ausgeführt, der die Stromquellenspannung, die eine Gleichstromspannung von der Gleichstromquelle3 , z.B. einer Batterie, in die Motorantriebs-Einheitsspannung, die eine Gleichstromspannung ist, umwandelt und die Motorantriebs-Einheitsspannung ausgibt. Die von der Motorantriebsstromquelle21 ausgegebene Motorantriebs-Einheitsspannung wird in die Motorantriebseinheit11 eingegeben (an sie angelegt). Der Umwandlungsbetrieb der Motorantriebsstromquelle (Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler)21' wird durch eine Motorantriebsstromquellen-Steuereinheit22' , die in der Robotersteuerung70 vorhanden ist, gesteuert. Da die weiteren Schaltungsaufbauelemente außer den oben genannten die gleichen wie die in1 bis5 dargestellten Schaltungsaufbauelemente sind, sind die gleichen Schaltungsaufbauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und wird auf eine ausführliche Beschreibung der Schaltungsaufbauelemente verzichtet. - Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann ein billiger Roboter, bei dem die Anzahl der Verdrahtungen der Stromleitungskabel gering ist und die Umbildungstätigkeit eines Roboterarms leicht ist, verwirklicht werden.
- Da insbesondere nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung die Motorantriebseinheit (der Inverter), die Motorantriebseinheits-Steuereinheit und der Motor an einem einzelnen Roboterarm vorgesehen sind und die Verbindungseinheit zur Verkettung mit einem benachbarten Roboterarm in jedem Roboterarm vorgesehen ist, kann die Anzahl der Verdrahtungen der Stromleitungskabel zur Lieferung der Gleichstromspannung von der Motorantriebsstromquelle zu der Motorantriebseinheit verringert werden. Da als Ergebnis die Wahrscheinlichkeit von Verdrehungen oder Behinderungen der Verdrahtungen untereinander verringert wird, ist die Verdrahtungsgestaltung oder der Austausch eines Roboterarms einfach, was die Verwirklichung eines Roboters mit Flexibilität hinsichtlich des Anschlusses eines Roboterarms ermöglicht. Wenn ein zusätzlicher Roboterarm vorgesehen wird, genügt es, den zusätzlichen Roboterarm lediglich mit dem äußersten Roboterarm zu verketten, und ist zudem eine Erweiterung oder eine Änderung der Anlage einfach, da der Austausch oder das Entfernen eines oder einiger der bereits eingerichteten Roboterarme leicht ist. Da im Fall eines Knickarmroboters Roboterarme im Allgemeinen oft auf einer einzelnen Linie gekoppelt werden, ist der vorliegende Gesichtspunkt besonders nützlich
- Zudem sind nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung die Motorantriebsquelle (der Wandler) und die Motorantriebsstromquellen-Steuereinheit nicht an einem Roboterarm vorgesehen, sondern an einer Robotersteuerung, die sich von dem Roboterarm unterscheidet, vorgesehen, so dass das Gewicht des Roboterarms verringert werden kann. Zudem genügt es, dass die Anzahl der Motorantriebsstromquellen zur Lieferung der Gleichstromspannung an die Motorantriebseinheiten in den jeweiligen Roboterarmen eins beträgt, wodurch eine Verringerung der Kosten des Roboters ermöglicht wird.
Claims (4)
- Roboter, umfassend: eine Motorantriebsstromquelle (21, 21'), um eine von einer Stromquelle (2, 3) gelieferte Spannung in eine Motorantriebs-Einheitsspannung umzuwandeln, wobei die Motorantriebsstromquelle (21, 21') die Motorantriebs-Einheitsspannung ausgibt; eine Motorantriebseinheit (11), um die von der Motorantriebsstromquelle (21, 21') ausgegebene Motorantriebs-Einheitsspannung in eine Motorantriebsspannung umzuwandeln, wobei die Motorantriebseinheit (11) die Motorantriebsspannung ausgibt; einen Motor (13), der durch die von der Motorantriebseinheit (11) ausgegebene Motorantriebsspannung angetrieben wird, so dass er sich dreht, einen Roboterarm (50), der mit der Motorantriebseinheit (11) und dem Motor (13) versehen ist, wobei der Roboterarm (50) eine Verbindungseinheit (14) aufweist, um eine Eingangsseite der Motorantriebseinheit (11), die an dem Roboterarm (50) vorgesehen ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist, mit einer Eingangsseite der Motorantriebseinheit (11) zu verketten, die an einem anderen Roboterarm (50) als dem Roboterarm (50) eingerichtet ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist, aufweist, und die von der Motorantriebsstromquelle (21, 21') ausgegebene Motorantriebs-Einheitsspannung über die Verbindungseinheit (14) in die Motorantriebseinheiten (11) eingegeben wird, die an den jeweiligen Roboterarmen (50) vorgesehen sind; und eine Robotersteuerung (70), die unabhängig von dem Roboterarm (50) vorgesehen ist, wobei die Robotersteuerung (70) mit der Motorantriebsstromquelle (21, 21') versehen ist, wobei die Verbindungseinheit (14) aufweist: zwei Verbinder (14-1, 14-2), die jeweils eine Stromklemme (114A, 114B) für den elektrischen Anschluss an ein Stromleitungskabel zur Lieferung der Motorantriebs-Einheitsspannung aufweisen, und ein lokales Stromleitungskabel (101) in Sternschaltung, wovon jedes erste Ende elektrisch an einen der beiden Verbinder (14-1, 14-2) und die Eingangsseite der Motorantriebseinheit (11) angeschlossen ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist.
- Roboter nach
Anspruch 1 , ferner umfassend: ein Gehäuse (15) zur Aufnahme der Motorantriebseinheit (11) und des Motors (13), der durch die Motorantriebseinheit (11) angetrieben wird, so dass er sich dreht. - Roboter nach einem der
Ansprüche 1 oder2 , wobei an dem Roboterarm (50), an dem die Motorantriebseinheit (11) vorgesehen ist, eine Motorantriebseinheits-Steuereinheit (12) zur Steuerung der Umwandlungstätigkeit der Motorantriebseinheit (11) eingerichtet ist. - Roboter nach
Anspruch 1 , wobei die Verbindungseinheit (14) aufweist: zwei Verbinder (14-1, 14-2), die jeweils eine Kombination aus einem Stromanschluss (114A, 114B) für die elektrische Verbindung mit einem Stromleitungskabel zur Lieferung der Motorantriebs-Einheitsspannung und einem Signalanschluss (114C) zum Verbinden mit einem externen Signalleitungskabel aufweisen, ein lokales Stromleitungskabel (101) in Sternschaltung, wobei jedes Ende elektrisch an einen der beiden Verbinder (14-1, 14-2) und die Eingangsseite der Motorantriebseinheit (11) angeschlossen ist, wobei die Eingangsseite für die Motorantriebs-Einheitsspannung vorgesehen ist, und zwei lokale Signalleitungskabel (102), wobei eine Seite eines jeden der lokalen Signalleitungskabel (102) an die Motorantriebseinheits-Steuereinheit (12) angeschlossen ist, und die andere Seite eines jeden der lokalen Signalleitungskabel (102) an den Signalanschluss (114C) eines der betreffenden Verbinder (14-1, 14-2) angeschlossen ist.
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