DE102019111431A1

DE102019111431A1 - Antriebsvorrichtung, wobei mehrere Motoren eine Beriebswelle antreiben, und Roboter, der mit dieser Antriebsvorrichtung versehen ist

Info

Publication number: DE102019111431A1
Application number: DE102019111431.4A
Authority: DE
Inventors: Masahide Shinagawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2019-11-14
Also published as: JP6770019B2; CN110465931B; US11014227B2; CN110465931A; US20190344437A1; JP2019195879A

Abstract

Es handelt sich um eine Antriebsvorrichtung, die eine mechanische Belastung, die aufgrund eines Bremsbetriebs durch einen Bremsmechanismus der Antriebsvorrichtung auf einen Mechanismusabschnitt (zum Beispiel einen Robotermechanismusabschnitt), an dem die Antriebsvorrichtung ausgebildet ist, wirkt, unterdrücken kann. Die Antriebsvorrichtung umfasst einen ersten Bremsmechanismus, der an einem ersten Motor ausgebildet ist und in Bezug auf eine Betriebswelle einen ersten Bremsbetrieb vornimmt; einen zweiten Bremsmechanismus, der an einem zweiten Motor ausgebildet ist und in Bezug auf die Betriebswelle einen zweiten Bremsbetrieb vornimmt; und eine Bremssteuereinheit, die den ersten Bremsmechanismus und den zweiten Bremsmechanismus so steuert, dass der erste Bremsbetrieb und der zweite Bremsbetrieb fortgesetzt werden, nachdem der erste Bremsbetrieb vor dem zweiten Bremsbetrieb begonnen wurde.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, wobei mehrere Motoren eine Betriebswelle antreiben, und einen Roboter, der mit der Antriebsvorrichtung versehen ist.
Beschreibung des Stands der Technik
Der Bremsmechanismus einer Antriebsvorrichtung, wobei mehrere Motoren in Kooperation eine Betriebswelle antreiben, (einer sogenannten Tandem-Antriebsvorrichtung) ist bekannt (siehe zum Beispiel die Patentoffenlegungsschrift 2008-055550).
Bis heute wird eine Unterdrückung der mechanischen Belastung, die durch den Bremsbetrieb durch einen Bremsmechanismus der Antriebseinheit auf einen Mechanismusabschnitt (zum Beispiel einen Robotermechanismusabschnitt), in dem diese Antriebsvorrichtung ausgebildet ist, wirkt, verlangt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Bei einer Form der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Antriebsvorrichtung, wobei mehrere Motoren in Kooperation eine Betriebswelle antreiben, einen ersten Bremsmechanismus, der an einem ersten Motor ausgebildet ist und in Bezug auf die Betriebswelle einen ersten Bremsbetrieb vornimmt; einen zweiten Bremsmechanismus, der an einem zweiten Motor ausgebildet ist und in Bezug auf die Betriebswelle einen zweiten Bremsbetrieb vornimmt; und eine Bremssteuereinheit, die den ersten Bremsmechanismus und den zweiten Bremsmechanismus so steuert, dass der erste Bremsbetrieb und der zweite Bremsbetrieb fortgesetzt werden, nachdem der erste Bremsbetrieb vor dem zweiten Bremsbetrieb begonnen wurde.
Da durch die vorliegende Offenbarung die Spitzen der durch den ersten Bremsbetrieb und den zweiten Bremsbetrieb auf den Mechanismusabschnitt wirkenden Belastungen zerstreut werden und die Größe der jeweiligen Spitzen verringert werden kann, kann die Belastung, die beim Betrieb des ersten Bremsmechanismus und des zweiten Bremsmechanismus auf den Mechanismusabschnitt wirkt, verringert werden.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht eines Roboters nach einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm des in 1 gezeigten Roboters.
3 ist eine Ansicht des Antriebsmechanismus, der den in 1 gezeigten Robotermechanismusabschnitt antreibt.
4 ist eine Ansicht des in 3 gezeigten ersten und zweiten Bremsmechanismus und zeigt den Zustand, in dem der Betrieb des ersten und des zweiten Bremsmechanismus aufgehoben ist.
5 zeigt den Zustand, in dem der in 4 gezeigte erste und zweite Bremsmechanismus in Betrieb stehen.
6 ist ein Diagramm zur Erklärung des Timings des ersten Bremsbetriebs des ersten Bremsmechanismus und des zweiten Bremsbetriebs des zweiten Bremsmechanismus.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Belastung, die durch den ersten Bremsbetrieb und den zweiten Bremsbetrieb auf den Robotermechanismusabschnitt wirkt, und der Zeit darstellt.
8 ist ein Blockdiagramm eines Roboters nach einer anderen Ausführungsform.

Ausführliche Erklärung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf Basis der Zeichnungen ausführlich erklärt. Bei den verschiedenen nachstehend erklärten Ausführungsformen sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und wird auf eine wiederholte Erklärung verzichtet. Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird ein Roboter 10 nach einer Ausführungsform erklärt.
Der Roboter 10 umfasst eine Steuereinheit 12, einen Robotermechanismusabschnitt 14 und eine Antriebsvorrichtung 50 (2). Die Steuereinheit weist einen Prozessor, eine Speichereinheit, und dergleichen auf und steuert den Robotermechanismusabschnitt 14 und die Antriebsvorrichtung 50.
Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Robotermechanismusabschnitt 14 einen Basisabschnitt 16, einen Drehrumpf 18, einen Roboterarm 20 und einen Handgelenkabschnitt 22. Der Basisabschnitt 16 ist auf dem Boden einer Arbeitszelle fixiert. Der Drehrumpf 18 ist so an dem Basisabschnitt 16 ausgebildet, dass er um eine vertikale Achse drehbar ist. Der Roboterarm 20 weist einen Unterarmabschnitt 24, der drehbar mit dem Drehrumpf 18 gekoppelt ist, und einen Oberarmabschnitt 26, der drehbar mit einem Spitzenende des Unterarmabschnitts 24 gekoppelt ist, auf.
Der Handgelenkabschnitt 22 ist drehbar an einem Spitzenende des Oberarmabschnitts 26 ausgebildet. An dem Handgelenkabschnitt 22 ist ein Endeffektor 28 abnehmbar angebracht. Der Endeffektor 28 ist eine Roboterhand, eine Schweißpistole, oder ein Lackauftragegerät, oder dergleichen.
Die Antriebsvorrichtung 50 treibt eine Gelenkwelle 74 ( 3) eines beweglichen Elements (das heißt, des Drehrumpfs 18, des Unterarmabschnitts 24, des Oberarmabschnitts 26, oder des Handgelenkabschnitts 22) des Robotermechanismusabschnitts 14 drehend an. Nachstehend wird die Antriebsvorrichtung 50 unter Bezugnahme auf 2 und 3 erklärt.
Die Antriebsvorrichtung 50 weist einen Antriebsmechanismus 52 und eine Bremssteuereinheit 53 auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Bremssteuereinheit 53 in die Steuereinheit 12 aufgenommen und übernimmt die Steuereinheit 12 die Funktion der Bremssteuereinheit 53. Die Funktion der Bremssteuereinheit 53 wird später beschrieben werden.
Der Antriebsmechanismus 52 weist einen ersten Motor 54, einen zweiten Motor 56, ein Eingangsgetriebestufe 58, ein Untersetzungsgetriebe 60, einen ersten Bremsmechanismus 62 und einen zweiten Bremsmechanismus 64 auf. Der erste Motor 54 ist zum Beispiel ein Servomotor, und weist eine Ausgangswelle 54a auf. Der erste Motor 54 dreht die Ausgangswelle 54a gemäß einem Befehl von der Steuereinheit 12. An dem Spitzenende der Ausgangswelle 54a ist ein Zahnrad 66 fixiert.
Der zweite Motor 56 ist so wie der erste Motor 54 zum Beispiel ein Servomotor, und weist eine Ausgangswelle 56a auf. Der zweite Motor 56 dreht die Ausgangswelle 56a gemäß einem Befehl von der Steuereinheit 12. An dem Spitzenende der Ausgangswelle 56a ist ein Zahnrad 68 fixiert.
Die Eingangsgetriebestufe 58 weist ein Eingangszahnrad 70, das mit den Zahnrädern 66 und 68 in Eingriff steht, und eine Eingangswelle 72, die sich von dem Eingangszahnrad 70 erstreckt, auf. Die Eingangsgetriebestufe 58 wird in Verbindung mit der Drehung der Zahnräder 66 und 68 gedreht.
In das Untersetzungsgetriebe 60 ist ein mehrstufiger Getriebemechanismus (nicht dargestellt) eingebaut, wobei die Eingangswelle 72 des Eingangszahnrads 58 mit seiner Eingangsseite gekoppelt ist und die Gelenkwelle 74 als Betriebswelle mit seiner Ausgangsseite gekoppelt ist. Das Untersetzungsgetriebe 60 überträgt die Umdrehungen der Eingangswelle unter ihrer Verlangsamung zu der Gelenkwelle 74. Die Gelenkwelle 74 ist an einem beweglichen Element (das heißt, dem Drehrumpf 18, dem Unterarmabschnitt 24, dem Oberarmabschnitt 26, oder dem Handgelenkabschnitt 22) des Robotermechanismusabschnitts 14 fixiert.
Wenn der erste Motor 54 und der zweite Motor 56 jeweils die Ausgangswellen 54a und 56a drehen, wird die Drehkraft der Ausgangswellen 54a und 56a über die Eingangsgetriebestufe 58 und das Untersetzungsgetriebe 60 zu der Gelenkwelle 74 übertragen und die Gelenkwelle 74 (das heißt, das bewegliche Element) in eine Richtung gedreht. Auf diese Weise treiben die mehreren Motoren 52 und 54 des Antriebsmechanismus 52 die Gelenkwelle 74 unter Kooperation in die gleiche Richtung an (es erfolgt ein sogenannter Tandemantrieb).
Wenn der Antriebsmechanismus 52 zum Beispiel so ausgebildet ist, dass er den Unterarmabschnitt 24 in Bezug auf den Drehrumpf 18 drehend antreibt, sind der erste Motor 54 und der zweite Motor 56 in Bezug auf den Drehrumpf 18 fixiert und wird die an dem Unterarmabschnitt 24 fixierte Gelenkwelle 74 durch beide in Kooperation drehend in die gleiche Richtung angetrieben.
Der erste Bremsmechanismus 62 ist an dem ersten Motor 54 ausgebildet, und der zweite Bremsmechanismus 64 ist an dem zweiten Motor 56 ausgebildet, und der erste Bremsmechanismus 62 und der zweite Bremsmechanismus 64 nehmen jeweils eine Bremstätigkeit an der Gelenkwelle 74 vor. Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen der erste Bremsmechanismus 62 und der zweite Bremsmechanismus 64 den gleichen Aufbau auf.
Unter Bezugnahme auf 4 wird nachstehend der Aufbau des ersten Bremsmechanismus 62 und des zweiten Bremsmechanismus 64 erklärt. In der folgenden Erklärung entspricht die Achsenrichtung einer Richtung, die entlang der Achsenlinie O der Ausgangswelle 54a (oder der Ausgangswelle 56a) verläuft, entspricht die diametrale Richtung der radialen Richtung eines Kreises mit der Achsenlinie O als Zentrum, und entspricht die Umfangsrichtung der Umfangsrichtung dieses Kreises.
Der erste Bremsmechanismus 62 bremst die Ausgangswelle 54a des ersten Motors 54 direkt. Konkret weist der erste Bremsmechanismus 62 einen Bremskern 76, eine Erregerspule 78, ein Vorspannelement 80, einen Anker 82, eine Endplatte 84 und eine Bremsscheibe 86 auf.
Der Bremskern 76 ist ein ringförmiges Element, das aus einem magnetischen Material wie zum Beispiel Eisen hergestellt ist, und so angeordnet, dass die Achsenlinie O das Zentrum bildet. An dem Bremskern 76 sind eine ringförmige erste Vertiefung 76a und eine in der radialen Richtung an der Innenseite dieser ersten Vertiefung 76a gebildete ringförmige zweite Vertiefung 76b gebildet. Jede aus der ersten Vertiefung 76 und der zweiten Vertiefung 76b ist so gebildet, dass sie von einer axialen Endfläche 76c des Bremskerns 76 vertieft ist.
Die Erregerspule 78 ist in der ersten Vertiefung 76a des Bremskerns 76 aufgenommen und in der Umfangsrichtung gewickelt. Die Erregerspule 78 ist elektrisch an eine extern eingerichtete Bremsstromquelle (nicht dargestellt) angeschlossen. Die Steuereinheit 12 sendet Befehle an die Bremsstromquelle, wodurch eine Spannung an die Erregerspule 78 angelegt wird und der Bremskern erregt wird oder die Erregung aufgehoben wird.
Das Vorspannelement 80 ist in der zweiten Vertiefung 76b des Bremskerns 76 aufgenommen. Das Vorspannelement 80 weist ein elastisches Element wie etwa eine Schraubenfeder auf und spannt den Anker 82 in die Richtung zu der Bremsscheibe 86 hin vor.
Der Anker 82 ist ein aus einem magnetischen Material hergestelltes ringförmiges Element, und ist so angeordnet, dass die Achsenlinie O das Zentrum darstellt. Der Anker 82 ist so in der Achsenrichtung beweglich ausgebildet, dass er selektiv mit der Bremsscheibe 86 in Kontakt tritt oder sich davon entfernt. Der Anker 82 ist zu der Endfläche 76c des Bremskerns 76 benachbart angeordnet.
Die Endplatte 84 ist ein ringförmiges Element, das so angeordnet ist, dass die Achsenlinie O das Zentrum darstellt, und ist an einer Position, die in der Achsenrichtung von dem Anker 82 beabstandet ist, angeordnet. Die Endplatte 84 ist über Befestigungsmittel wie etwa Schraubenbolzen oder dergleichen an dem Bremskern 76 fixiert.
Die Bremsscheibe 86 ist ein ringförmiges Element, das so angeordnet ist, dass die Achsenlinie O das Zentrum darstellt, ist so an der äußeren Umfangsfläche der Ausgangswelle 54a ausgebildet, dass sie in Bezug auf die Ausgangswelle 54a in der Umfangsrichtung unbeweglich ist, und dreht sich einstückig mit der Ausgangswelle 54a. Die Bremsscheibe 86 ist zwischen dem Anker 82 und der Endplatte 84 angeordnet.
Der zweite Bremsmechanismus 64 bremst die Ausgangswelle 56a des zweiten Motors 56 direkt. Der zweite Bremsmechanismus 64 weist so wie der erste Bremsmechanismus 62 einen Bremskern 76, eine Erregerspule 78, ein Vorspannelement 80, einen Anker 82, eine Endplatte 84, und eine Bremsscheibe 86, die in der Umfangsrichtung unbeweglich an der Ausgangswelle 56a ausgebildet ist, auf.
Wenn der Betrieb des Bremsmechanismus 62, 64 aufgehoben wird, sendet die Steuereinheit 12 einen Befehl an die extern eingerichtete Bremsstromquelle und wird von der Bremsstromquelle eine Spannung an die Erregerspule 78 angelegt. Dadurch werden die Erregerspule 78 und der Bremskern 76 erregt und wird der Anker 82 durch eine Magnetkraft zu dem Bremskern 76 hin gezogen. Als Ergebnis wird der Anker 82 gegen die Vorspannkraft des Vorspannelements 80 in die Richtung zu dem Bremskern 76 bewegt und zu der Endfläche 76c des Bremskerns 76 gezogen.
Dieser Zustand ist in 4 gezeigt. Wie in 4 gezeigt liegt der Anker 82 in dem Zustand, in dem der Betrieb des Bremsmechanismus 62, 64 aufgehoben ist, an der Endfläche 76c des Bremskerns 76 an und ist er von der Bremsscheibe 86 beabstandet. Dadurch wird die Bremsscheibe 86 in der Umfangsrichtung drehbar und wird das Bremsen der Ausgangswelle 54a, 56a durch den Bremsmechanismus 62, 64 aufgehoben.
Wenn der Bremsmechanismus 62, 64 betrieben wird, sendet die Steuereinheit 12 einen Befehl an die Bremsstromquelle und wird die Anlegung der Spannung von der Bremsstromquelle an die Erregerspule 78 angehalten. Dadurch wird die Erregung der Erregerspule 78 und des Bremskerns 76 aufgehoben und verschwindet die Magnetkraft, die den Anker 82 zu dem Bremskern 76 zieht.
Als Folge wird der Anker 82 durch die Wirkung des Vorspannelements 80 in die Richtung zu der Bremsscheibe 86 hin bewegt und gegen diese Bremsscheibe 86 gepresst und die Bremsscheibe 86 zwischen dem Anker 82 und der Endplatte 84 eingeklemmt. Dieser Zustand ist in 5 gezeigt.
Wie in 5 gezeigt wird die Bremsscheibe 86 in dem Zustand, in dem der Bremsmechanismus 62, 64 betrieben wird, durch die Vorspannkraft des Vorspannelements 80 zwischen dem Anker 82 und der Endplatte 84 eingeklemmt und ihre Drehung in der Umfangsrichtung gebremst und dadurch die Drehung der Ausgangswelle 54a und 56a gebremst. Als Folge wird auch die Gelenkwelle 74, die mechanisch mit der Ausgangswelle 54a und 56a gekoppelt ist, durch den Bremsmechanismus 62, 64 gebremst.
Bei der vorliegenden Ausführungsform steuert die Steuereinheit 12 den ersten Bremsmechanismus 62 und den zweiten Bremsmechanismus 64 so, dass beim Anhalten der Gelenkwelle 74 der erste Bremsbetrieb durch den ersten Bremsmechanismus 62 vor dem zweiten Bremsbetrieb durch den zweiten Bremsmechanismus 64 begonnen wird und danach der erste Bremsbetrieb und der zweite Bremsbetrieb fortgesetzt werden. Auf diese Weise übernimmt bei der vorliegenden Ausführungsform die Steuereinheit 12 die Funktion als Bremssteuereinheit 53, die den ersten Bremsmechanismus 62 und den zweiten Bremsmechanismus 64 steuert.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 6 das Timing des ersten Bremsbetriebs des ersten Bremsmechanismus und des zweiten Bremsbetriebs des zweiten Bremsmechanismus 64 erklärt. 6(a) zeigt eine Kurve, die die Beziehung zwischen der an die Erregerspule 78 des ersten Bremsmechanismus 62 angelegten Spannung V und der Zeit t darstellt, und 6(b) zeigt eine Kurve, die die Beziehung zwischen der an die Erregerspule 78 des zweiten Bremsmechanismus 64 angelegten Spannung V und der Zeit t darstellt. 6(c) zeigt eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Bremskraft F des ersten Bremsmechanismus 62 und der Zeit t darstellt, und 6(d) zeigt eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Bremskraft F des zweiten Bremsmechanismus 64 und der Zeit t darstellt.
Zu dem Zeitpunkt t₀ ist der Betrieb des ersten Bremsmechanismus 62 und des zweiten Bremsmechanismus 64 aufgehoben. Das heißt, von der Bremsstromquelle wird jeweils eine Spannung V₁ bzw. V₂ an die Erregerspule 78 des ersten Bremsmechanismus 62 bzw. des zweiten Bremsmechanismus 64 angelegt und der Anker 82 des ersten Bremsmechanismus 64 bzw. des zweiten Bremsmechanismus 64 zu der Endfläche 76c des Bremskerns 76 gezogen (4).
Wenn die Gelenkwelle 74 angehalten wird, beginnt die Steuereinheit 12 zunächst zu dem Zeitpunkt t₁ den ersten Bremsbetrieb des ersten Bremsmechanismus 62. Konkret sendet die Steuereinheit 12 zu dem Zeitpunkt t₁ einen Befehl an die externe Bremsstromquelle und wird wie in 6(a) gezeigt die an die Erregerspule 78 des ersten Bremsmechanismus 62 angelegte Spannung V von V₁ auf null gebracht.
Als Folge wird die Erregung der Erregerspule 78 des ersten Bremsmechanismus 62 aufgehoben und die Bremsscheibe 86 zwischen dem Anker 82 und der Endplatte 84 eingeklemmt ( 5). Auf diese Weise übt der erste Bremsmechanismus 62 wie in 6(c) gezeigt zu dem Zeitpunkt t₁ (genauer, nach dem Ablauf einer sehr kurzen Zeit ab dem Zeitpunkt t₁ ) eine maximale Bremskraft F_M1 auf die Ausgangswelle 54a des ersten Motors 54 aus. Diese maximale Bremskraft F_M1 hängt von der Vorspannkraft des Vorspannelements 80 und dem Reibungskoeffizienten zwischen der Bremsscheibe 86 und dem Anker 82 sowie der Endplatte 84 ab.
Dann beginnt die Steuereinheit 12 zu dem Zeitpunkt t₂ , zu dem seit dem Zeitpunkt t₁ eine Zeit τ vergangen ist, den zweiten Bremsbetrieb des zweiten Bremsmechanismus 64. Konkret sendet die Steuereinheit 12 zu dem Zeitpunkt t₂ einen Befehl an die externe Bremsstromquelle und wird wie in 6(b) gezeigt die an die Erregerspule 78 des zweiten Bremsmechanismus 64 angelegte Spannung V von V₂ auf null gebracht. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist V₁ = V₂.
Als Folge wird die Erregung der Erregerspule 78 des zweiten Bremsmechanismus 64 aufgehoben und die Bremsscheibe 86 zwischen dem Anker 82 und der Endplatte 84 eingeklemmt. Auf diese Weise übt der zweite Bremsmechanismus 64 wie in 6(d) gezeigt zu dem Zeitpunkt t₂ (genauer, nach dem Ablauf einer sehr kurzen Zeit ab dem Zeitpunkt t₂ ) eine maximale Bremskraft F_M2 auf die Ausgangswelle 56a des zweiten Motors 56 aus.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die maximale Bremskraft F₂ des zweiten Bremsmechanismus 64 der maximalen Bremskraft F₁ des ersten Bremsmechanismus 62 im Wesentlichen gleich. Das heißt, der erste Bremsbetrieb des ersten Bremsmechanismus 62 und der zweite Bremsbetrieb des zweiten Bremsmechanismus 64 sind faktisch gleiche Bremsbetriebe.
Auf diese Weise beginnt die Steuereinheit 12 den ersten Bremsbetrieb und den zweiten Bremsbetrieb durch Steuern des Erregungstimings der Erregerspule 78 des ersten Bremsmechanismus 62 und der Erregerspule 78 des zweiten Bremsmechanismus 64 zu Zeitpunkten, die um die Zeit τ verschoben sind. Danach setzt die Steuereinheit 12 den ersten Bremsbetrieb und den zweiten Bremsbetrieb fort, bremst die Ausgangswelle 54a durch den ersten Bremsmechanismus 62 und die Ausgangswelle 56a durch den zweiten Bremsmechanismus 64, und setzt dadurch das Bremsen der Gelenkwelle 74 fort.
Die Zeit τ des Unterschieds zwischen dem Anfangszeitpunkt t₁ des ersten Bremsbetriebs und dem Anfangszeitpunkt t₂ des zweiten Bremsbetriebs wird durch den Benutzer unter Verwendung eines Versuchsverfahrens, wobei die zulässige Trägheitslaufdistanz und die Spitzen L₁ , L₂ (7) der Belastungen L, die zur Zeit des Bremsens das bewegliche Element wirken, berücksichtigt werden, vorab als idealer Wert festgelegt (zum Beispiel ist τ = 100 (ms)).
7 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Belastung L, die durch den ersten Bremsbetrieb und den zweiten Bremsbetrieb auf ein Aufbauelement (zum Beispiel den Handgelenkabschnitt 22) des Robotermechanismusabschnitts 14 wirkt, und der Zeit t darstellt. Die durchgehende Linie 122 in 7 zeigt die Beziehung zwischen der Belastung L und der Zeit t bei Vornahme des ersten Bremsbetriebs und des zweiten Bremsbetriebs mit dem in 6 gezeigten Timing.
Die gepunktete Linie 124 in 7 zeigt als Vergleichsobjekt die Beziehung zwischen der Belastung L und der Zeit t, wenn der erste Bremsbetrieb und der zweite Bremsbetrieb gleichzeitig begonnen wurden.
Wie durch die durchgehende Linie 122 gezeigt wirkt bei Vornahme des ersten Bremsbetriebs und den zweiten Bremsbetriebs mit dem in 6 gezeigten Timing zum Anfangszeitpunkt des ersten Bremsbetriebs (das heißt, zu dem Zeitpunkt t₁ ) eine Belastung L1 und zu dem Anfangszeitpunkt des zweiten Bremsbetriebs (das heißt, zu dem Zeitpunkt t₂ ) eine Belastung L2 auf das Aufbauelement des Robotermechanismusabschnitts 14-.
Andererseits wirkt wie durch die gepunktete Linie 124 gezeigt bei einem gleichzeitigen Betrieb des ersten Bremsmechanismus 62 und des zweiten Bremsmechanismus 64 zu dem Zeitpunkt t₁ zu diesem Zeitpunkt t₁ eine Belastung L_M , die weit größer als die Belastungen L₁ und L₂ ist, auf das bewegliche Element des Robotermechanismusabschnitts 14.
Auf diese Weise können durch die in 6 gezeigte Bremssteuerung die Spitzen der Belastung L, die durch den ersten Bremsbetrieb und den zweiten Bremsbetrieb auf den Robotermechanismusabschnitt 14 ausgeübt wird, zerstreut werden (L₁ , L₂ ), und kann die Größe der jeweiligen Spitzen verringert werden. Folglich kann die Belastung, die durch den Betrieb des ersten Bremsmechanismus und des zweiten Bremsmechanismus auf den Robotermechanismusabschnitt wirkt, verringert werden.
Zusammen damit kann durch das Festlegen der obigen Zeit τ unter Berücksichtigung der Trägheitslaufdistanz auch die Trägheitslaufdistanz der Gelenkwelle 74 durch den ersten Bremsmechanismus 62 und den zweiten Bremsmechanismus 64 trotz des Verschiebens der Zeitpunkte des Beginns des ersten Bremsbetriebs und des zweiten Bremsbetriebs um die Zeit τ in einen zulässigen Bereich gebracht werden.
Da die beiden Bremsmechanismen 62 und 64 eine Bremskraft auf die Gelenkwelle 74 ausüben, kann diese Gelenkwelle 74 auch bei Wirken eines großen Drehmoments durch eine externe Kraft oder dergleichen auf die Gelenkwelle 74 stark gebremst werden. Folglich kann das Aufbauelement des Robotermechanismusabschnitts 14 stabil zum Stillstand gebracht werden.
Da nach der vorliegenden Ausführungsform die Belastung, die beim Betrieb der Bremsmechanismen 62 und 64 auf den Robotermechanismusabschnitt 14 wirkt, verringert werden kann, kann das für den Robotermechanismusabschnitt 14 verwendete Material (zum Beispiel das Gussmaterial) leichtgewichtig gestaltet werden. Folglich kann an dem Robotermechanismusabschnitt 14 ein Endeffektor 28 mit einem größeren Gewicht angebracht werden. Außerdem können die Herstellungskosten verringert werden.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 8 ein Roboter 100 nach einer anderen Ausführungsform erklärt werden. Der Roboter 100 unterscheidet sich im Antriebsmechanismus 102 von dem oben beschriebenen Roboter 10. Konkret umfasst der Antriebsmechanismus 102 zusätzlich zu dem Antriebsmechanismus 52 und der Bremssteuereinheit 53, die oben beschrieben wurden, ferner eine Anomaliedetektionseinheit 104.
Die Anomaliedetektionseinheit 104 detektiert, ob eine Anomalie, aufgrund der ein Notstopp der Gelenkwelle 74 erfolgen soll, aufgetreten ist oder nicht. Als ein Beispiel ist eine Anomalie, die durch die Anomaliedetektionseinheit 104 detektiert wird, ein Stromausfall der Motorstromquelle, die den ersten Motor 54 oder den zweiten Motor 56 mit Strom versorgt.
In diesem Fall überwacht die Anomaliedetektionseinheit 104 die Ausgangsspannung der Motorstromquelle (oder die Versorgungsspannung an die Motorstromquelle), und detektiert sie, dass es zu einem Stromausfall gekommen ist, wenn diese Ausgangsspannung höchstens einen vorab festgelegten Schwellenwert beträgt.
Als anderes Beispiel ist die Anomalie, die durch die Anomaliedetektionseinheit 104 detektiert wird, der Umstand, dass der Unterschied zwischen einem Befehlswert (zum Beispiel einem Positionsbefehl) an den ersten Motor 54 oder den zweiten Motor 56 und einem Rückmeldewert (zum Beispiel einem Positionsrückmeldewert) von einem Sensor einen vorab festgelegten Schwellenwert überstiegen hat. Dieser Sensor umfasst beispielsweise einen Codierer, der die Drehzahl des ersten Motors 54 oder des zweiten Motors 56 detektiert, oder einen Positionssensor, der die Position der Gelenkwelle 74 (des beweglichen Elements) detektiert.
In diesem Fall erlangt die Anomaliedetektionseinheit 104 den Rückmeldewert von dem Sensor und vergleicht ihn mit dem Befehlswert an den ersten Motor 54 oder den zweiten Motor 56. Wenn der Unterschied zwischen dem Rückmeldewert und dem Befehlswert wenigstens einen vorab festgelegten Schwellenwert beträgt, meldet sie, dass es beim Betrieb des Robotermechanismusabschnitts 14 zu einer Anomalie gekommen ist.
Als noch ein weiteres Beispiel ist die Anomalie, die durch die Anomaliedetektionseinheit 104 detektiert wird, das Eindringen einer Person in einen vorab festgelegten Zugangssperrbereich. Beispielsweise wird der Zugangssperrbereich durch einen Zaun, in dem eine Tür ausgebildet ist, definiert. In diesem Fall weist die Anomaliedetektionseinheit 104 einen Sensor, der das Öffnen/Schließen der Tür dieses Zauns detektieren kann, auf und meldet sie bei Erhalt eines Türöffnungssignals von dem Sensor das Eindringen einer Person in den Zugangssperrbereich.
Oder der Zugangssperrbereich wird durch elektromagnetische Wellen, die von einem kontaktlosen Sensor ausgestrahlt werden, definiert. In diesem Fall weist die Anomaliedetektionseinheit 104 diesen kontaktlosen Sensor auf und detektiert der kontaktlose Sensor den Umstand, dass ein Objekt die ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen gequert hat. Die Anomaliedetektionseinheit 104 erfasst das Eindringen einer Person in den Zugangssperrbereich, indem sie erfasst, dass die elektromagnetischen Wellen des kontaktlosen Sensors von einem Objekt gequert wurden.
Die Steuereinheit 12 wirkt als Bremssteuereinheit 53 und beginnt dann, wenn die Anomaliedetektionseinheit 104 eine Anomalie detektiert hat, wie in 6 gezeigt den ersten Bremsbetrieb des ersten Bremsmechanismus 62, und beginnt danach (nach Ablauf der Zeit τ) den zweiten Bremsbetrieb durch den zweiten Bremsmechanismus 64.
Durch die vorliegende Ausführungsform kann dann, wenn eine Anomalie wie etwa ein Stromausfall oder dergleichen aufgetreten ist, durch den ersten Bremsmechanismus 62 und den zweiten Bremsmechanismus 64 ein Notstopp der Gelenkwelle 74 erfolgen, während die Spitzen L₁ , L₂ der auf das bewegliche Element des Robotermechanismusabschnitts 14 wirkenden Belastung L verringert werden.
Die Bremsstromquelle kann auch eine unterbrechungsfreie Stromquelle, die selbst bei einem Stromausfall eine Spannung an die Erregerspule 78 anlegen kann, aufweisen. In diesem Fall können der erste Bremsmechanismus 62 und der zweite Bremsmechanismus 64 auch bei Auftreten eines unerwarteten Stromausfalls sicher betrieben werden.
Die Zeit τ des Unterschieds zwischen dem Anfangszeitpunkt t₁ des ersten Bremsbetriebs und dem Anfangszeitpunkt t₂ des zweiten Bremsbetriebs kann auch auf Basis des Betriebszustands des beweglichen Elements (zum Beispiel der Gelenkwelle 74) des Robotermechanismusabschnitts 14 verändert werden.
Als ein Beispiel verändert die Steuereinheit 12 die Zeit τ je nach einem Rückmeldewert (zum Beispiel einem Geschwindigkeitsrückmeldewert) von einem Sensor. Dieser Sensor umfasst einen Codierer, der die Drehzahl des ersten Motors 54 oder des zweiten Motors 56 detektiert, oder einen Positionssensor (oder einen Geschwindigkeitssensor), der die Position (oder die Geschwindigkeit) der Gelenkwelle 14 (des beweglichen Elements) detektiert.
Konkret kann die Zeit τ wie folgt festgelegt werden. Das heißt, wenn für einen Rückmeldewert α_f α_f ≦ α₁ gilt, wird τ = τ₀ (zum Beispiel ist τ₀ = 0) festgelegt, wenn für den Rückmeldewert α_f α₁ < α_f ≦ α₂ gilt, wird τ = τ₁ (> τ₀) festgelegt, und wenn für den Rückmeldewert α_f α₂ < α_f ≦ α₃ gilt, wird τ = τ₂ (> τ₁) festgelegt. Die Schwellenwerte α₁, α₂ und α₃ werden durch den Benutzer vorab festgelegt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Zeit τ dann, wenn der Rückmeldewert α_f zum Beispiel ein Geschwindigkeitsrückmeldewert ist, umso größer, je größer die Umdrehungsgeschwindigkeit des ersten Motors 54 oder des zweiten Motors 56 (das heißt, die Geschwindigkeit der Gelenkwelle 74 und des beweglichen Elements) wird.
Da die Spitzen L₁ , L₂ der auf das bewegliche Element des Robotermechanismusabschnitts 14 wirkenden Belastung L auch bei einem gleichzeitigen Betrieb des ersten Bremsmechanismus 62 und des zweiten Bremsmechanismus 64 vergleichsweise klein sind, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des ersten Motors 54 oder des zweiten Motors 56 (das heißt, die Geschwindigkeit der Gelenkwelle 74 und des beweglichen Elements) ausreichend klein ist, kommt es nicht zum Auftreten einer übermäßigen Belastung L. Daher kann in diesem Fall die Trägheitslaufdistanz der Gelenkwelle 74 durch einen gleichzeitigen Betrieb des ersten Bremsmechanismus 62 und des zweiten Bremsmechanismus 64 verringert werden.
Da die durch den Bremsbetrieb des ersten Bremsmechanismus 62 und des zweiten Bremsmechanismus 64 auf das bewegliche Element des Robotermechanismusabschnitts 14 wirkende Belastung L andererseits groß wird, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des ersten Motors 54 oder des zweiten Motors 56 (das heißt, die Geschwindigkeit der Gelenkwelle 74 und des beweglichen Elements) groß ist, ist es wie in 6 gezeigt günstig, die Zeitpunkte des Beginns des ersten Bremsbetriebs und des zweiten Bremsbetriebs zu verschieben.
Durch Ändern der Zeit τ je nach der Umdrehungsgeschwindigkeit des ersten Motors 54 oder des zweiten Motors 56 (das heißt, der Geschwindigkeit der Gelenkwelle 74 und des beweglichen Elements) können die Trägheitslaufdistanz und die auf den Robotermechanismusabschnitt 14 wirkende Belastung L von einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich bis zu einem hohen Geschwindigkeitsbereich optimiert werden.
Der erste Bremsmechanismus 62 und der zweite Bremsmechanismus 64 können auch so ausgeführt sein, dass sich die Bremskraft F_M1 des ersten Bremsmechanismus 62 und die Bremskraft F_M2 des zweiten Bremsmechanismus 64 voneinander unterscheiden. Mit anderen Worten können der erste Bremsbetrieb des ersten Bremsmechanismus 62 und der zweite Bremsbetrieb des zweiten Bremsmechanismus 64 auch als voneinander verschiedene Bremsbetriebe gestaltet werden.
Beispielsweise können die Bremskraft F_M1 des ersten Bremsmechanismus 62 und die Bremskraft F_M2 des zweiten Bremsmechanismus 64 durch unterschiedliches Gestalten der Vorspannkraft des Vorspannelements 80 des ersten Bremsmechanismus 62 und der Vorspannkraft des Vorspannelements 80 des zweiten Bremsmechanismus 64 unterschiedlich werden.
Als ein Beispiel wird die Bremskraft F_M1 des ersten Bremsmechanismus 62 so festgelegt, dass sie größer als die Bremskraft F_M2 des zweiten Bremsmechanismus 64 wird (das heißt, F_M1 > F_M2 ). In diesem Fall nimmt die Steuereinheit 12 beim Anhalten der Gelenkwelle 74 den ersten Bremsbetrieb und den zweiten Bremsbetrieb mit dem in 6 gezeigten Timing vor.
Das heißt, in diesem Fall wird der erste Bremsbetrieb des ersten Bremsmechanismus 62, der eine große Bremskraft F_M1 hervorbringt, vor dem zweiten Bremsbetrieb des zweiten Bremsmechanismus 64, der eine kleine Bremskraft F_M2 hervorbringt, begonnen. Da die Gelenkwelle 74 durch diese Ausführung zuerst mit der großen Bremskraft F_M1 gebremst wird, kann die Trägheitslaufdistanz der Gelenkwelle 74 verringert werden.
Als anderes Beispiel wird die Bremskraft F_M1 des ersten Bremsmechanismus 62 so festgelegt, dass sie kleiner als die Bremskraft F_M2 des zweiten Bremsmechanismus 64 wird (das heißt, F_M1 < F_M2 ). In diesem Fall nimmt die Steuereinheit 12 beim Anhalten der Gelenkwelle 74 den ersten Bremsbetrieb und den zweiten Bremsbetrieb mit dem in 6 gezeigten Timing vor.
Das heißt, in diesem Fall wird der erste Bremsbetrieb des ersten Bremsmechanismus 62, der eine kleine Bremskraft F_M1 hervorbringt, vor dem zweiten Bremsbetrieb des zweiten Bremsmechanismus 64, der eine große Bremskraft F_M2 hervorbringt, begonnen. Da die Gelenkwelle 74 durch diese Ausführung zuerst mit der kleinen Bremskraft F_M1 gebremst wird, kann die auf die Aufbauelemente des Robotermechanismusabschnitts 14 wirkende Belastung L verringert werden.
Es ist auch möglich, den ersten Motor 54 als Master-Motor, der eine größere Leistung (das heißt, Drehkraft) ausgibt, auszuführen und den zweiten Motor 56 als Slave-Motor, der eine geringere Leistung als der erste Motor 54 ausgibt, auszuführen. In diesem Fall kann die Steuereinheit 12 beim Anhalten der Gelenkwelle 74 den ersten Bremsbetrieb und den zweiten Bremsbetrieb mit dem in 6 gezeigten Timing vornehmen.
Das heißt, in diesem Fall wird der erste Bremsbetrieb in Bezug auf den ersten Motor 54 als Master-Motor mit einer großen Ausgangsleistung vor dem zweiten Bremsbetrieb in Bezug auf den zweiten Motor 56 als Slave-Motor mit einer geringen Ausgangsleistung begonnen.
Oder es ist auch möglich, den zweiten Motor 56 als Master-Motor auszuführen und den ersten Motor 54 als Slave-Motor, der eine geringere Leistung als der zweite Motor 56 ausgibt, auszuführen. In diesem Fall kann die Steuereinheit 12 beim Anhalten der Gelenkwelle 74 den ersten Bremsbetrieb und den zweiten Bremsbetrieb mit dem in 6 gezeigten Timing vornehmen.
Das heißt, in diesem Fall wird der erste Bremsbetrieb in Bezug auf den ersten Motor 54 als Slave-Motor mit einer geringen Ausgangsleistung vor dem zweiten Bremsbetrieb in Bezug auf den zweiten Motor 56 als Master-Motor mit einer großen Ausgangsleistung begonnen.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurden Fälle besprochen, in denen die Bremsmechanismen 62, 64 den in 4 gezeigten Aufbau aufweisen. Es besteht jedoch keine Beschränkung darauf, und solange die Bremsmechanismen 62, 64 die Ausgangswellen 54a, 56a bremsen können, können sie jede beliebige Art von Bremsaufbau aufweisen. Zum Beispiel können die Bremsmechanismen 62, 64 einen pneumatischen oder hydraulischen Zylinder aufweisen und die Bremskraft durch diesen Zylinder erzeugen.
Außerdem wurden bei den oben beschriebenen Ausführungsformen Fälle besprochen, in denen die Bremsmechanismen 62, 64 an den Ausgangswellen 54a, 56a ausgebildet sind, um diese Ausgangswellen 54a, 56a zu bremsen. Es besteht jedoch keine Beschränkung darauf, und die Bremsmechanismen 62, 64 können auch jeweils an der Eingangswelle 72 der Eingangsgetriebestufe 58 ausgebildet werden, um diese Eingangswelle 72 zu bremsen. Oder die Bremsmechanismen 62, 64 können auch jeweils an der Gelenkwelle 74 ausgebildet werden, um diese Gelenkwelle 74 direkt zu bremsen.
Ferner wurden bei den oben beschriebenen Ausführungsformen Fälle besprochen, in denen die Antriebsvorrichtung 50, 102 insgesamt zwei Motoren 54 und 56 aufweist. Es besteht jedoch keine Beschränkung darauf, und die Antriebsvorrichtung 50, 102 kann insgesamt n Motoren (n ist eine ganze Zahl von 3 oder höher) aufweisen. In diesem Fall weist die Antriebsvorrichtung 50, 102 insgesamt n Bremsmechanismen auf, die einzeln an den Ausgangswellen der n Motoren ausgebildet sind und diese Ausgangswellen jeweils bremsen, und kann die Steuereinheit 12 die Bremstätigkeit der n Bremsmechanismen so vornehmen, dass die Zeitpunkte des Beginns der Bremstätigkeiten der insgesamt n Bremsmechanismen voneinander verschoben werden.
Außerdem wurden bei den oben beschriebenen Ausführungsformen Fälle besprochen, in denen zwei Motoren 54 und 56 die Gelenkwelle 74 in Kooperation drehend antreiben. Es besteht jedoch keine Beschränkung darauf, und die beiden Motoren 54 und 56 können auch eine Betriebswelle in Kooperation direkt bewegen. Außerdem kann die Bremssteuereinheit 53 auch als von der Steuereinheit 12 gesondertes Element ausgebildet werden. In diesem Fall kann die Bremssteuereinheit 53 durch einen Computer, der einen Prozessor und eine Speichereinheit und dergleichen aufweist, gebildet werden.
Im Vorhergehenden wurde die vorliegende Offenbarung durch Ausführungsformen erklärt, doch beschränken die oben beschriebenen Ausführungsformen die Erfindung nach den Patentansprüchen nicht.

Claims

Antriebsvorrichtung (50), wobei mehrere Motoren (54, 56) in Kooperation eine Betriebswelle antreiben, umfassend: einen ersten Motor (54) und einen zweiten Motor (56); einen ersten Bremsmechanismus (62), der an dem ersten Motor (54) ausgebildet ist und in Bezug auf die Betriebswelle (74) einen ersten Bremsbetrieb vornimmt; einen zweiten Bremsmechanismus (64), der an dem zweiten Motor (56) ausgebildet ist und in Bezug auf die Betriebswelle (74) einen zweiten Bremsbetrieb vornimmt; und eine Bremssteuereinheit (53), die den ersten Bremsmechanismus (62) und den zweiten Bremsmechanismus (64) so steuert, dass der erste Bremsbetrieb und der zweite Bremsbetrieb fortgesetzt werden, nachdem der erste Bremsbetrieb vor dem zweiten Bremsbetrieb begonnen wurde.
Antriebsvorrichtung (102) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Anomaliedetektionseinheit (104), die detektiert, ob eine Anomalie, aufgrund der ein Notstopp der Gelenkwelle (74) erfolgen soll, aufgetreten ist oder nicht, wobei die Bremssteuereinheit (53) dem ersten Bremsbetrieb beginnt, wenn die Anomaliedetektionseinheit (104) eine Anomalie detektiert hat.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder aus dem ersten Bremsmechanismus (62) und dem zweiten Bremsmechanismus (64) eine Bremsscheibe (86), einen Anker (82) aus einem magnetischen Körper, der selektiv mit der Bremsscheibe (86) in Kontakt tritt oder sich davon entfernt; und eine Erregerspule (78), die den Anker (86) mit der Bremsscheibe (86) in Kontakt bringt oder in einen Abstand dazu bringt, aufweist, wobei die Bremssteuereinheit (53) das Erregungstiming der Erregerspule (78) steuert.
Roboter (10), umfassend: einen Robotermechanismusabschnitt (14), der eine Gelenkwelle (74) als die Betriebswelle aufweist; und eine Antriebsvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 3.