JP2006321026A - Industrial robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の関節軸アームを有し、複数の関節軸アームの先端に複数の関節軸を具備する手首部を連結した多関節型の産業用ロボットの内部配線に関する。 The present invention relates to an internal wiring of an articulated industrial robot having a plurality of joint axis arms and connecting a wrist portion having a plurality of joint axes to the tips of the plurality of joint axis arms.
一般的な垂直多間接ロボットは、例えば特許文献2に開示する、図5に示すような6軸からなり、複数の関節軸アームを有し、複数の関節軸アームの先端に複数の関節軸を具備する手首部を連結した構造になっている。即ち、固定ベース51上に第1垂直軸aの回りに回転自在に支持された旋回フレーム52と、旋回フレーム52の先端に第1水平垂直軸bの回りに回転自在に支持された直立アーム53と、直立アーム53の先端に第1水平垂直軸dの回りに回転自在に支持された水平アーム54と、水平アーム54の先端に3軸の関節軸を具備する手首部55が連結されている。
A general vertical multi-indirect robot has, for example, six axes disclosed in
一般的に産業用ロボットは、ロボット本体にサーボモータが取り付けられ、ロボットを駆動するためにサーボアンプを内蔵した制御装置がロボット本体とは別に設置されていた。このような構成では、サーボモータからの配線はそのまま制御装置に接続され、接続ケーブルを細くすることが困難であった。特許文献1では、図4に示すように、ロボット本体15のアーム部28に各サーボモータ11及び位置検出器12が取り付けられ、各サーボモータ11に隣接して各サーボモータ用のサーボアンプユニット10をそれぞれ設け、3相AC電源14を配線16でロボット本体15に配置したサーボ電源ユニット13に接続し、サーボ電源ユニット13から各サーボアンプユニット10を接続することにより、ロボット本体15とロボット制御装置 1間の配線 9を削減することが提案された。サーボ電源ユニット13で、32はサイリスター、33はインバーター、34は回生回路、35は平滑回路コンデンサ、37はインバーター33からの動力線、38は動力線37がそれぞれ分岐して各サーボアンプユニット10に接続する配線を示す。また、特許文献2では、アーム部28の各アームに各サーボモータ11及び位置検出器12を取り付け、各サーボモータの駆動を行うサーボアンプユニット10、サーボ電源ユニット13及びロボット制御装置 1からの制御信号と位置検出器12からの位置信号等を制御する制御回路部を1体化してまとめた制御ボックス58をロボットの本体15の旋回フレーム52に固定する方法が提案された。特許文献3では、電力変換器として、3相AC電源の電圧、電圧の位相、周波数を、異なる3相AC電圧、電圧の位相、周波数に変換するマトリツクスコンバータが開示され、さらに、非特許文献1として、中小路元、小林広介、佐藤彦 他著「マトリツクスコンバータの入出力電流を正弦波化するPWM制御方式の提案」、電気学会半導体電力変換研究論文No.SPC-03-36、 61〜66頁、を紹介する。しかしながら、かかるマトリツクスコンバータを産業用ロボットに適用する記載はない。
前述した特許文献1では、サーボ電源ユニット13からサーボアンプ 6までのDC配線が延びることで信頼性が落ちることになる。また、図5に示す特許文献2のような構造をとっても、サーボアンプユニット10、サーボ電源ユニット13及びロボット制御装置 1からの制御信号と位置検出器12からの位置信号等を制御する制御回路部を1体化してまとめた制御ボックス58から各サーボモータ11までの配線は、各関節軸に取り付けられたサーボモータ11への配線分だけ存在し、一般的には、サーボモータ1個あたり3本の動力線が存在し、動力線だけで図5、図6に示すように、サーボモータ1個あたりり3本の動力線、4軸(6軸では6個)では12本の動力線が制御ボックス58から直立アーム53を通って全ての関節軸の各サーボモータ11に動力線が出ることになる。さらに大型のモータを駆動するシステムの場合、動力線は太くなる傾向にある。
本発明の課題は、上記従来技術の課題を解決するためになされ、産業用ロボットにおいて、ロボット内部の配線を削減し、信頼性を向上させた産業用ロボットを提供することを目的とする。
In
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an industrial robot in which the wiring inside the robot is reduced and the reliability is improved.
このため本発明は、複数の関節軸アームを有し、前記複数の関節軸アームの先端に複数の関節軸を具備する手首部を連結した産業用ロボットにおいて、
前記複数の関節軸アームの関節軸及び前記手首部の関節軸をそれぞれ駆動する各サーボモータに隣接してそれぞれ電力変換器を配置し、各前記サーボモータへの動力線である1個の3相AC電源と、前記3相AC電源からそれぞれ各前記電力変換器に並列に直接入力し、前記電力変換器が変換した変換後の3相AC電力を前記サーボモータに供給するようにしたことを特徴とする産業用ロボットを提供することにより上記課題を解決した。
For this reason, the present invention provides an industrial robot having a plurality of joint axis arms and connecting a wrist portion having a plurality of joint axes to the tips of the plurality of joint axis arms.
A power converter is arranged adjacent to each of the servo motors that respectively drive the joint axes of the plurality of joint axis arms and the joint axis of the wrist, and one three-phase that is a power line to each of the servo motors An AC power source and a three-phase AC power source are directly input in parallel to the power converters, respectively, and the converted three-phase AC power converted by the power converter is supplied to the servo motor. The above problems have been solved by providing an industrial robot.
本発明では、複数の関節軸アームの関節軸及び前記手首部の関節軸をそれぞれ駆動する各サーボモータに隣接してそれぞれ電力変換器を配置し、各前記サーボモータへの動力線である1個の3相AC電源と、前記3相AC電源からそれぞれ各前記電力変換器に並列に直接入力し、前記電力変換器が変換した変換後の3相AC電力を前記サーボモータに供給するようにしたので、産業用ロボットにおいて、ロボット内部の配線を削減し、信頼性を向上させた産業用ロボットを提供するものとなった。 In the present invention, a power converter is arranged adjacent to each of the servo motors that respectively drive the joint axes of a plurality of joint axis arms and the joint axis of the wrist, and one power line to each of the servo motors. The three-phase AC power source and the three-phase AC power source are directly input to the power converters in parallel, and the converted three-phase AC power converted by the power converter is supplied to the servo motor. Therefore, in industrial robots, it has become possible to provide industrial robots with reduced wiring inside the robot and improved reliability.
好ましくは、前記電力変換器はマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用しており、各前記サーボモータの駆動を行うサーボアンプユニットは、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニットであることにより、平滑回路コンデンサや回生回路を不要とし、サーボアンプユニットの構成を簡単にすることで、サーボアンプユニットと小型化することが可能となった。
好ましくは、前記3相AC電源からそれぞれ各前記電力変換器に並列に直接入力され、前記電力変換器は変換後の3相AC電力を各前記マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニットに供給するようにしたロボットの関節に取り付けられたサーボアンプに3相AC電源を配線することで、ロボット内部の配線を削減した。
Preferably, the power converter uses a matrix converter power conversion method, and the servo amplifier unit that drives each servo motor is a servo amplifier unit that uses the matrix converter power conversion method. By eliminating the need for a smoothing circuit capacitor and regenerative circuit and simplifying the configuration of the servo amplifier unit, it has become possible to reduce the size of the servo amplifier unit.
Preferably, each of the three-phase AC power supplies is directly input in parallel to each of the power converters, and the power converter converts the converted three-phase AC power to a servo amplifier unit using each of the matrix converter power conversion methods. The wiring inside the robot was reduced by wiring the 3-phase AC power supply to the servo amplifier attached to the joint of the robot to be supplied.
本発明を実施するための最良の形態を図1乃至図3を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態の産業ロボットの概略側面図、図2は図1の1個のサーボモータ、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット、3相AC電源、位置検出器、配線及びロボット制御装置の関係を示すッブロック図、図3は3相AC電源と、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット及び各サーボモータとの配線図、をそれぞれ示す。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic side view of an industrial robot according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a servo amplifier unit, a servo amplifier unit using a matrix converter power conversion system, a three-phase AC power source, and a position detector. FIG. 3 is a block diagram showing the relationship between the wiring and the robot controller, and FIG. 3 shows a wiring diagram of the three-phase AC power supply, the servo amplifier unit using the matrix converter power conversion method, and each servo motor.
本発明の実施形態の産業ロボットは、複数の関節軸アーム 53、54を有し、複数の関節軸アーム54の先端に複数の関節軸を具備する手首部55を連結した産業用ロボットにおいて、複数の関節軸アーム 53、54の関節軸及び手首部55の関節軸をそれぞれ駆動する各サーボモータ3a、3b、3c、3d、3e、3fに隣接してそれぞれ電力変換器Cであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a、2b、2c、2d、2e、2fを配置し、各サーボモータ3a、3b、3c、3d、3e、3fへの動力線である1個の3相AC電源14と、3相AC電源14からそれぞれ各電力変換器Cであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a、2b、2c、2d、2e、2fに並列に直接入力し、電力変換器Cであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a、2b、2c、2d、2e、2fが変換した変換後の3相AC電力をそれぞれ3本の電源ケーブルで、各サーボモータ3a、3b、3c、3d、3e、3fに供給するようにしたものである。マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a、2b、2c、2d、2e、2fは各関節軸の位置や角度を検出するためのセンサ信号や各種制御信号を処理しサーボモータ3a、3b、3c、3d、3e、3fを制御するサーボアンプである。サーボアンプユニットの電力変換方式として、マトリクスコンバータ方式を利用することで、電源回生回路、平滑用コンデンサが不要となり、小型のマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a、2b、2c、2d、2e、2fが構成できる。さらには、特許文献2に開示されている方式にくらべ、1個の電力変換器Cであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニットは1個のサーボモータのみを制御するので、電力変換器の容量が小さくすることができる。このような構成とすることで、従来技術と本発明を比較すると、第1アーム内を通る動力線のみのの本数を比較しても、1/4 まで削減することができる。以上、本発明の実施形態を説明した。本実施例のような実施形態のロボット以外にも適用でき、複数の関節軸を有するものであればよい。
An industrial robot according to an embodiment of the present invention is an industrial robot having a plurality of
本発明の実施形態の電力変換器は、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用しており、各サーボモータの駆動を行うサーボアンプユニットは、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニットであることにより、平滑回路コンデンサや回生回路を不要とし、サーボアンプユニットの構成を簡単にすることで、サーボアンプユニットと小型化することが可能となった。
さらに、図3に示すように、3相AC電源14からそれぞれ並列に直接に電力変換器Cであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a、2b、2c、2d、2e、2f入力され、変換後の3相AC電力を各サーボモータ3a、3b、3c、3d、3e、3fに供給するようにしたことで、ロボット内部の配線を削減した。
The power converter according to the embodiment of the present invention uses a matrix converter power conversion method, and the servo amplifier unit that drives each servo motor is a servo amplifier unit that uses the matrix converter power conversion method. This eliminates the need for a smoothing circuit capacitor and regenerative circuit, and simplifies the configuration of the servo amplifier unit, thereby reducing the size of the servo amplifier unit.
Further, as shown in FIG. 3,
本発明によれば、ロボット内部の配線を削減するだけでなく、配線が減ることにより配線の保守が容易になる。また実施例のように、電力変換器としてマトリクスコンバータ電力変換方式を使用使用することで、電源回生を行うのでロボットシステム全体の省エネルギー効果も得られることになる。 According to the present invention, not only the wiring inside the robot is reduced, but also the maintenance of the wiring is facilitated by reducing the wiring. Further, as in the embodiment, by using the matrix converter power conversion method as the power converter, the power regeneration is performed, so that the energy saving effect of the entire robot system can be obtained.
2a〜2f:電力変換器Cであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット 3a〜3f:サーボモータ
14:3相AC電源 53、54;複数の関節軸アーム 55:手首部
2a to 2f: Servo amplifier units that use the matrix converter power conversion system that is the
14: Three-phase
Claims (3)
前記複数の関節軸アームの関節軸及び前記手首部の関節軸をそれぞれ駆動する各サーボモータに隣接してそれぞれ電力変換器を配置し、各前記サーボモータへの動力線である1個の3相AC電源と、前記3相AC電源からそれぞれ各前記電力変換器に並列に直接入力し、前記電力変換器が変換した変換後の3相AC電力を前記サーボモータに供給するようにしたことを特徴とする産業用ロボット。 In an industrial robot having a plurality of joint axis arms and connecting a wrist portion having a plurality of joint axes at the tips of the plurality of joint axis arms,
A power converter is arranged adjacent to each of the servo motors that respectively drive the joint axes of the plurality of joint axis arms and the joint axis of the wrist, and one three-phase that is a power line to each of the servo motors An AC power source and a three-phase AC power source are directly input in parallel to the power converters, respectively, and the converted three-phase AC power converted by the power converter is supplied to the servo motor. Industrial robot.
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