JP2006263894A - 多関節ロボットのモータブレーキ解除装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁ブレーキ解除後のロボットアームの急激な下降動作を防止することが可能な多関節ロボットのモータブレーキ解除装置を提供する。
【解決手段】 多関節ロボット５０の各関節にそれぞれ設けられたモータの各端子間に接続される制動抵抗２２と、各関節のモータ毎に設けられ、そのモータの電磁ブレーキを解除する電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１〜ＳＷ６とを備え、電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１〜ＳＷ６によって電磁ブレーキが解除された際、その解除された電磁ブレーキに対応するモータの発電制動により、当該モータに連結されたロボットアームの自重による下降動作に制動をかけるようにしたものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、多関節ロボットの各モータのブレーキ解除装置に関するものである。

ロボットが工場等へ納入される際には、ロボットの各軸のモータには機械的なブレーキ（以下、電磁ブレーキという）がかけられており、ロボットアームが動かない状態とされている。この際のロボットの姿勢は、通常、実際に工場等で使用する際の姿勢とは異なる姿勢であるため、納入後、ロボットにロボットコントローラを接続して各関節のモータの電磁ブレーキを解除し、その後、ロボットアームを動かして所望の姿勢に変更する作業が行われている。しかしながら、ロボットとロボットコントローラとが同時に納入されるとは限られず、この場合、ロボットの納入が完了していても、姿勢変更作業に直ちに移行できずタイムラグが発生することがあった。

そこで、ロボットコントローラを介さずに多関節ロボットの姿勢変更を可能にする技術が要望され、従来、ロボットにロボットコントローラを接続する前に、ロボット本体に設けられた各軸モータの電磁ブレーキに直接通電して電磁ブレーキを解放するブレーキ解除装置（例えば、特許文献１参照）が開発された。このブレーキ解除装置を用いることにより、ロボットコントローラを用いなくとも電磁ブレーキを解放でき、解放後、ロボット本体の姿勢を手動で変えて所望の姿勢に変更することが可能となった。

特開平６−３０４８８６号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、単に電磁ブレーキを解除するのみであるため、電磁ブレーキを解除後、ロボットアームは自重によって下降動作を開始してしまう。この場合、特許文献１の技術ではその下降動作を規制する手段が何ら講じられていないために、ロボットアームは徐々に加速して危険な速度で下降し、作業者や他の機器に衝突するなど周囲に危険を及ぼしてしまう可能性があった。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、電磁ブレーキ解除後のロボットアームの急激な下降動作を防止することが可能な多関節ロボットのモータブレーキ解除装置を得ることを目的とする。

本発明に係る多関節ロボットのモータブレーキ解除装置は、多関節ロボットの各関節にそれぞれ設けられたモータの各端子間に接続される制動抵抗と、各関節のモータ毎に設けられ、そのモータの電磁ブレーキを解除する電磁ブレーキ解除スイッチとを備え、電磁ブレーキ解除スイッチによって電磁ブレーキが解除された際、その解除された電磁ブレーキに対応するモータの発電制動によりモータに連結されたロボットアームの自重による下降動作に制動をかけるようにしたものである。
これにより、電磁ブレーキが解除された場合にロボットアームが危険な速度で下降するのを防止できる。

また、本発明に係る多関節ロボットのモータブレーキ解除装置は、制動抵抗を可変抵抗とし、可変抵抗の抵抗値を調節可能な作業者操作可能な調節手段を有するものである。
これにより、制動ブレーキの効き具合を調節することができるため、姿勢変更作業を効率良く行うことができる。

また、本発明に係る多関節ロボットのモータブレーキ解除装置は、互いに抵抗値が異なる複数の制動抵抗が各モータそれぞれに対応するように設けられ、また、複数の制動抵抗のうちの何れか一つを作業者操作により選択可能な選択手段を備えており、選択手段によって選択された制動抵抗がモータの各端子間に接続されるものである。
これにより、制動ブレーキの効き具合を段階的に調節することが可能となる。

また、本発明に係る多関節ロボットのモータブレーキ解除装置は、モータが３相モータであり、３相モータの各端子間に接続される制動抵抗を３つ備えているものである。
これにより、各関節のモータに３相モータが用いられた多関節ロボットに対応したモータブレーキ解除装置を得ることができる。

また、本発明に係る多関節ロボットのモータブレーキ解除装置は、３つの制動抵抗のそれぞれを可変抵抗とし、各可変抵抗の抵抗値を調節可能な作業者操作可能な調節手段を有するものである。
これにより、制動ブレーキの効き具合を調節することができるため、姿勢変更作業を効率良く行うことができる。

また、本発明に係る多関節ロボットのモータブレーキ解除装置は、３相モータの各端子間に接続される３つの制動抵抗を１組とする複数組を、各３相モータそれぞれに対応するように設け、各組の制動抵抗は、互いに異なる抵抗値であり、各３相モータ毎に設けられた複数組のうちの何れか一つの組を作業者操作により選択可能な選択手段を備えており、選択手段によって選択された組の制動抵抗が３相モータの各端子間に接続されるものである。
これにより、制動ブレーキの効き具合を段階的に調節することが可能となる。

また、本発明に係る多関節ロボットのモータブレーキ解除装置は、３相モータの各端子間に接続される３つの制動抵抗が、スター型に接続されているものである。
このように、３つの制動抵抗の接続形態としスター型を用いることができる。

また、本発明に係る多関節ロボットのモータブレーキ解除装置は、３相モータの各端子間に接続される３つの制動抵抗が、デルタ型に接続されているものである。
このように、３つの制動抵抗の接続形態としデルタ型を用いることができる。

また、本発明に係る多関節ロボットのモータブレーキ解除装置は、３相モータの各端子間に接続される３つの制動抵抗は同じ抵抗値であるものである。
これにより、電磁ブレーキ解除時に、ロボットアームは安定した下降動作を行う。

また、本発明に係る多関節ロボットのモータブレーキ解除装置は、電磁ブレーキ解除スイッチが、押下している間のみ電磁ブレーキを解除するスイッチであるものである。
このようなスイッチを用いたことにより、押下する度に電磁ブレーキの解除と作動とが切り換わる構成のスイッチを用いる場合に比べて操作性及び応答性が良い。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の多関節関節ロボットのモータブレーキ解除装置を用いたシステム全体の構成を示す図である。図２は、図１のシステム全体の配線系統図である。

多関節ロボットのモータブレーキ解除装置（以下、モータブレーキ解除装置という）１は、各種操作スイッチが設けられた操作盤１０を有する装置本体２０と、モータブレーキ解除装置１を多関節ロボット５０のコネクタ５０ａに電気的に接続するためのコネクタ３０ａを備えたケーブル３０と、汎用電源（ＡＣ１００Ｖ）に接続される電源コード４０とを備えている。操作盤１０には、電源スイッチ１１と、電源ランプ１２と、多関節ロボット５０の関節数と同数（ここでは６個）設けられた電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１〜ＳＷ６と、誤動作防止スイッチ１３とが設けられている。

電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１〜ＳＷ６は通常ＯＦＦ状態となっており、押下されている間のみＯＮして電磁ブレーキを解除するスイッチとなっている。また、誤動作防止スイッチ１３は、電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１〜ＳＷ６が意図せず押下された場合（例えば電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１〜ＳＷ６上に物が置かれて押下された場合など）の電磁ブレーキ解除を防止するもので、誤動作防止スイッチ１３を押下した上で電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１〜ＳＷ６を押下することで電磁ブレーキを解除する構成となっている。この誤動作防止スイッチ１３は、一旦押下するとその押下状態が維持されるスイッチで構成され、押下の度に押下状態と非押下状態とが切り替わるスイッチとなっている。

以上のような外形構成を有する装置本体２０内部と、多関節ロボット５０の電気的な配線系統について図２を用いて説明する。

装置本体２０内部には、図２に示すように、ＡＣ１００Ｖ電源を電磁ブレーキ解除用のＤＣ２４Ｖ電圧に変換する電圧変換器２１が設けられている。電圧変換器２１の一方の側には、電源スイッチ１１を介して電源コード４０が接続されており、電圧変換器２１の他方の側のＤＣ２４Ｖ端子には、各電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１〜ＳＷ６の一方の端子が誤動作防止スイッチ１３を介して並列に接続されている。そして、各電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１〜ＳＷ６の他方の端子はコネクタ３０ａに設けられている。

多関節ロボット５０は、本例では６軸の多関節ロボットであり、各軸に対応して６個のモータが設けられている。各モータの配線系統は同様であることから、図２には、１軸目のモータＭ１に関する配線系統のみを図示し、他軸のモータについては図示省略している。ここで、１軸目のモータＭ１を代表して説明すると、モータＭ１は、本例では３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）モータであり、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の３本の給電線を有し、各給電線の端子が多関節ロボット５０のコネクタ５０ａに設けられている。また、モータＭ１は電磁ブレーキを内蔵しており、電磁ブレーキのブレーキ端子（＋）が多関節ロボット５０のコネクタ５０ａに設けられている。他のモータも同様の配線系統を有しており、コネクタ５０ａには、各モータの６つのブレーキ端子（＋）と１つのブレーキ端子（−）とが設けられている。

また、装置本体２０内には、３つの制動抵抗２２を１組として多関節ロボット５０のモータ数と同数組（ここでは６組）設けられている（図２には、モータＭ１に対応する組のみを図示している）。３つの制動抵抗２２はスター型に接続されており、それぞれの端子がコネクタ３０ａに設けられている。また、各制動抵抗２２には、同じ抵抗値Ｒのものが用いられている。

そして、装置本体２０のコネクタ３０ａを多関節ロボット５０のコネクタ５０ａに接続することにより、各モータそれぞれの各端子間、すなわち各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の端子間に各制動抵抗２２がそれぞれ接続される。また、各電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１〜ＳＷ６が各軸のモータのブレーキ端子（＋）と電気的に接続され、電圧変換器２１の０Ｖ端子が各軸のモータのブレーキ端子（−）と電気的に接続される。

以下、本実施の形態１のブレーキ解除動作を説明する。
まず、電源コード４０をコンセント（図示せず）に差し込み、モータブレーキ解除装置１のコネクタ３０ａを多関節ロボット５０のコネクタ５０ａに接続する。そして、電源スイッチ１１を押下して電源を投入し、続いて誤動作防止スイッチ１３を押下して電磁ブレーキ解除可能状態とする。そして、解除対象の電磁ブレーキに対応する電磁ブレーキ解除スイッチを押下する。ここでは電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１を押下したとすると、１軸目のモータＭ１の電磁ブレーキにＤＣ２４Ｖが印加されてその電磁ブレーキが解除される。すると、その電磁ブレーキに連結されたロボットアームが自重によって下降動作を開始し、このとき、その電磁ブレーキに対応するモータＭ１に発電電流が発生する。

ここで、モータＭ１の各端子間には制動抵抗２２が接続されているため、発電電流は、制動抵抗２２で消費される。この発電電流は、モータＭ１を回す電流とは反対側に流れて回転を止める方向のトルクを発生し、発電制動により当該モータＭ１に連結されたロボットアームが自重により移動する動作に制動がかけられる。すなわち制動抵抗２２の抵抗値に応じた速度で下降動作が行なわれる。よって、制動抵抗２２を設けず各端子間を絶縁状態、つまり抵抗が無限大とした場合に比べ、ロボットアームの下降速度を遅くすることができる。ロボットアームの下降動作は、電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１を押下し続けている間継続され、電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１の押下を止めると、このスイッチ操作に連動して該当電磁ブレーキの解除が停止され、ロボットアームの下降動作が停止する。

ここで、本例のモータブレーキ解除装置１は、多関節ロボット５０を工場等に納入後、多関節ロボット５０の姿勢を工場等で実際に使用する姿勢に変更する場合に用いられるものであり、上記の動作を各関節毎に繰り返し行うことにより多関節ロボット５０を所望の姿勢に変更することが可能である。

このように本実施の形態１によれば、モータの各端子間に制動抵抗２２を接続するようにしたので、電磁ブレーキが解除された場合にロボットアームが危険な速度で下降するのを防止することができる。これにより作業者の安全性を確保することができる。

また、３つの制動抵抗２２は、それぞれ同じ抵抗値のものを用いているので、仮に異なる抵抗を用いた場合に生じる以下の問題を排除できる。すなわち、異なる抵抗を用いた場合、ロボットアームの下降が断続的に行われ、これによりロボットアームが振動し多関節ロボット５０の各機構に悪影響を与え、破損が発生する可能性がある。これに対し、本例では、３つの制動抵抗２２に同じ抵抗値のものを用いているので、このような不都合が発生することがなく、ロボットアームの安定した下降動作が得られる。

また、電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１〜ＳＷ６に、押下している間のみ電磁ブレーキを解除状態するスイッチを用いたので、押下する度に電磁ブレーキの解除と作動とが切り換わる構成のスイッチを用いる場合に比べて操作性及び応答性が良い。

また、３つの制動抵抗２２の接続形態は、図２に示したスター型に限られず、図３に示すようにデルタ型としてもよい。デルタ型とスター型とでは、同じ抵抗値の制動抵抗２２を用いて構成した場合、デルタ型の方が端子間の抵抗値が小さくなるため、制動の効き具合が大きく、スター型に比べて下降動作が低速となる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２のモータブレーキ解除装置の外観図である。図５は、モータの各端子間に接続される３つの制動抵抗の接続状態を示した図で、（ａ）はスター型、（ｂ）はデルタ型の例を示している。

実施の形態２のモータブレーキ解除装置１００は、図２に示した実施の形態１の制動抵抗２２を可変抵抗２３としたものである。また、装置本体２０の操作盤１０上に、可変抵抗２３の抵抗値を調節可能な作業者操作可能な調節手段としての回転つまみ１４が新たに追加されており、その他の構成は図４に示した実施の形態１と同じである。

回転つまみ１４は、３つの可変抵抗２３のそれぞれの抵抗値を連動して変更することが可能なもので、この回転つまみ１４を回転させることにより、可変抵抗２３の抵抗値が変化し、モータの制動ブレーキの効き具合を調節することができるようになっている。回転つまみ１４による制動ブレーキの効き具合の調節は、静的（電磁ブレーキの解除前）にも動的（電磁ブレーキの解除中）にも可能である。

このように構成されたモータブレーキ解除装置１００において、解除対象の電磁ブレーキに対応する電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１を押下した状態で、回転つまみ１４を回動させると、その回転位置に応じた抵抗値に対応する速度でロボットアームが下降する。ここで、例えば現在の姿勢と所望の姿勢とが大きく異なり、ロボットアームを大きく移動させる必要がある場合、可変抵抗２２の抵抗値を大きくする方向に回転つまみ１４を回転させて早い速度で下降させ、所望の姿勢に近づいてきたら抵抗値を小さくする方向に回転つまみ１４を回転させて下降速度を遅くする。そして、所望の姿勢となると、可変抵抗２２の抵抗値が０となるように回転つまみ１４を調節するか、又は電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１の押下を止めて電磁ブレーキを作動させ、ロボットアームを停止させる。

このように本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、制動抵抗を可変抵抗２３としたので、制動ブレーキの効き具合を連続的に調節することが可能となる。また、電磁ブレーキ解除中に動的に制動ブレーキの効き具合を変更することができるため、姿勢変更作業を効率良く行うことができる。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３のモータブレーキ解除装置の外観図、図７は、モータの各端子間に接続される３つの制動抵抗の接続状態を示した図で、（ａ）はスター型、（ｂ）はデルタ型の例を示している。図６及び図７において図１及び図２に示した実施の形態１と同一部分には同一符号を付し説明を省略する。

実施の形態３のモータブレーキ解除装置２００では、図７（ａ）（ｂ）に示すように３つの制動抵抗を１組とする複数組（図７では２組）が、各モータそれぞれに対応するように設けられている。各組相互の制動抵抗２４、２５は、互いに異なる抵抗値であり、図７の上側の組の制動抵抗２４の抵抗値はＲａ、下側の組の制動抵抗２３の抵抗値はＲｂ（＜Ｒａ）である。したがって、下降速度を早めたい場合は上側の組を選択して接続し、遅くしたい場合は下側の組を選択して接続すればよい。この各組のうちのどちらかを選択するための選択手段としての選択スイッチ１５ａ、１５ｂが、図６に示すように装置本体２０の操作盤１０に設けられている。すなわち、選択スイッチ１５ａを選択することにより上側の組の制動抵抗２４がリレー２６によってモータの各端子間に接続され、選択スイッチ１５ｂを選択することにより下側の組の制動抵抗２５が同様にして接続される。

このように構成されたモータブレーキ解除装置２００においては、選択スイッチ１５ａ、１５ｂを選択することによりモータの制動ブレーキの効き具合を段階的に調節することができる。具体的には、例えば選択スイッチ１５ａを選択した状態で、解除対象の電磁ブレーキに対応する電磁ブレーキ解除スイッチＳＷ１を押下すると、選択スイッチ１５ａの制動抵抗２４の抵抗値Ｒａに応じた速度でロボットアームが移動する。ここで、下降速度を遅くしたい場合には選択スイッチ１５ｂを押下する。これにより下降速度を遅くすることができる。

このように本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、制動ブレーキの効き具合を段階的に調節することが可能となる。

なお、上記各実施の形態では、装置本体２０の操作盤１０上でブレーキ解除を行う例を説明したが、リモートコントローラから行うようにしてもよい。この場合、モータブレーキ解除装置１内に、リモートコントローラからの信号を受信する受信回路と、受信した信号に基づく制御内容等が記憶されたメモリと、メモリ内の制御内容に従って制御を行う制御回路とを設けることにより実現できる。

このようにリモートコントローラからブレーキ解除動作を行えると、操作盤１０の設置位置以外の任意の位置からブレーキ解除指示を出すことが可能となり、便利である。具体的には例えば、ロボット本体が１０ｍ近い大型ロボットである場合に、ロボットアームの下降動作を確認可能な位置までケーブル３０を引き回して装置本体２０を運ばなくても、リモートコントローラから指示を出すことができる。また、例えば工場内に複数の多関節ロボット５０が納入され、個々の多関節ロボット５０の姿勢変更作業を行う場合に、各多関節ロボット５０のそれぞれに対応した操作盤１０まで一々行かなくても良く、効率良く作業を行うことができる。なお、このように複数の多関節ロボット５０対応のリモートコントローラを構成するための技術は公知の技術を用いることができる。

なお、上記各実施の形態では、モータが３相モータの場合を例に説明したが、３相モータに限られたものではなく単相モータであってもよい。

実施の形態１のモータブレーキ解除装置を用いたシステム全体図。 図１のシステム全体の配線系統図。 ３つの制動抵抗の他の接続形態を示す図。 実施の形態２のモータブレーキ解除装置の外観図。 モータの各端子間に接続される３つの制動抵抗の接続状態を示した図。 実施の形態３のモータブレーキ解除装置の外観図。 モータの各端子間に接続される３つの制動抵抗の接続状態を示した図。

符号の説明

１，１００，２００ モータブレーキ解除装置、１４ 回転つまみ（調節手段）、２２〜２５ 制動抵抗、１５ａ、１５ｂ 選択スイッチ（選択手段）、２３ 可変抵抗、５０ 多関節ロボット、ＳＷ１〜ＳＷ６ 電磁ブレーキ解除スイッチ、Ｍ１ モータ。

Claims (10)

1. 多関節ロボットの各関節にそれぞれ設けられたモータの各端子間に接続される制動抵抗と、前記各関節の前記モータ毎に設けられ、そのモータの電磁ブレーキを解除する電磁ブレーキ解除スイッチとを備え、前記電磁ブレーキ解除スイッチによって電磁ブレーキが解除された際、その解除された電磁ブレーキに対応するモータの発電制動により、当該モータに連結されたロボットアームの自重による下降動作に制動をかけるようにしたことを特徴とする多関節ロボットのモータブレーキ解除装置。
2. 前記制動抵抗を可変抵抗とし、当該可変抵抗の抵抗値を調節可能な作業者操作可能な調節手段を有することを特徴とする請求項１記載の多関節ロボットのモータブレーキ解除装置。
3. 互いに抵抗値が異なる複数の制動抵抗が前記各モータそれぞれに対応するように設けられ、また、複数の制動抵抗のうちの何れか一つを作業者操作により選択可能な選択手段を備えており、該選択手段によって選択された制動抵抗が前記モータの各端子間に接続されることを特徴とする請求項１記載の多関節ロボットのモータブレーキ解除装置。
4. 前記モータは３相モータであり、当該３相モータの各端子間に接続される前記制動抵抗が各モータ毎にそれぞれ３つ備えられていることを特徴とする請求項１記載の多関節ロボットのモータブレーキ解除装置。
5. 前記３つの制動抵抗のそれぞれを可変抵抗とし、各可変抵抗の抵抗値を調節可能な作業者操作可能な調節手段を有することを特徴とする請求項４記載の多関節ロボットのモータブレーキ解除装置。
6. 前記３相モータの各端子間に接続される前記３つの制動抵抗を１組とする複数組を、各３相モータそれぞれに対応するように設け、各組の制動抵抗は、互いに異なる抵抗値であり、各３相モータ毎に設けられた複数組のうちの何れか一つの組を作業者操作により選択可能な選択手段を備えており、該選択手段によって選択された組の制動抵抗が前記３相モータの各端子間に接続されることを特徴とする請求項４記載の多関節ロボットのモータブレーキ解除装置。
7. 前記３相モータの各端子間に接続される前記３つの制動抵抗は、スター型に接続されていることを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れかに記載の多関節ロボットのモータブレーキ解除装置。
8. 前記３相モータの各端子間に接続される前記３つの制動抵抗は、デルタ型に接続されていることを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れかに記載の多関節ロボットのモータブレーキ解除装置。
9. 前記３相モータの各端子間に接続される前記３つの制動抵抗は同じ抵抗値であることを特徴とする請求項４乃至請求項８の何れかに記載の多関節ロボットのモータブレーキ解除装置。
10. 前記電磁ブレーキ解除スイッチは、押下している間のみ電磁ブレーキを解除するスイッチであることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の多関節ロボットのモータブレーキ解除装置。
    

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