JP2009090421A - Sensor unit - Google Patents

Sensor unit Download PDF

Info

Publication number
JP2009090421A
JP2009090421A JP2007264179A JP2007264179A JP2009090421A JP 2009090421 A JP2009090421 A JP 2009090421A JP 2007264179 A JP2007264179 A JP 2007264179A JP 2007264179 A JP2007264179 A JP 2007264179A JP 2009090421 A JP2009090421 A JP 2009090421A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
generation module
power generation
power
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007264179A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Nomura
章博 野村
Yasuyuki Inoue
康之 井上
Hideo Nagata
英夫 永田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
Priority to JP2007264179A priority Critical patent/JP2009090421A/en
Publication of JP2009090421A publication Critical patent/JP2009090421A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that there are lots of merits on radio transmission of the information since a sensor for measuring conditions of a mechanical system driven by a motor is arranged at a moving section but there is disadvantage such as the lack of capacity of a battery and frequent exchanges of batteries when the battery is used for a power source supplying to the sensors and a radio circuit. <P>SOLUTION: In a robot sensor unit 111 for measuring conditions of a mechanical system 102, power is supplied to the sensor 103 and the radio circuit 106 by using a power generation module 104 for conveying kinetic energy into electric power. The lack of power can be compensated by using a battery 105 together with the power source. Thus, it can correspond to forgotten cutting-off of the power source and the lack of power by using a means for changing sources of service, and stable supply of the power and a stable operation of the mechanical system can be realized. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ロボット、工作機械、XYテーブルなどの機械装置に取り付けられたセンサ及びセンサからの情報を無線により伝送する無線回路、これらを駆動する発電モジュールおよびバッテリから構成されるセンサ装置に関する。   The present invention relates to a sensor attached to a mechanical device such as a robot, a machine tool, or an XY table, a wireless circuit that wirelessly transmits information from the sensor, a power generation module that drives these, and a sensor device that includes a battery.

従来の機械装置に用いるセンサ装置の一例としてはウェーハ移載ロボットに用いられたフィンガ衝突検知装置がある。(特許文献1参照)。
図8の装置は、衝突検知手段10と、別に設置されている制御装置に設けられた受信器11とから成り、衝突検知手段10には検知回路12、無線発信回路13、アンテナ13a、バッテリ14から構成される。フィンガ4がキャリア、ボート、又はウェーハ等に衝突すると、弾性部材であるばね8aが押されてリミットスイッチ8bが作動し検知回路12を経て無線発信回路13のアンテナ13aから信号が送られ、別に設置される制御装置の受信器11で受信し、この信号により制御装置によってロボットが停止される。
このように、図8のセンサ装置では、電力供給はバッテリ単体により行い、センサ信号出力は無線通信により行うようにしている。
特開平6−349930号公報(第5頁、図1)
An example of a sensor device used in a conventional mechanical device is a finger collision detection device used in a wafer transfer robot. (See Patent Document 1).
The apparatus shown in FIG. 8 includes a collision detection means 10 and a receiver 11 provided in a separately installed control device. The collision detection means 10 includes a detection circuit 12, a radio transmission circuit 13, an antenna 13a, and a battery 14. Consists of When the finger 4 collides with a carrier, boat, wafer or the like, the spring 8a as an elastic member is pushed, the limit switch 8b is activated, a signal is sent from the antenna 13a of the wireless transmission circuit 13 via the detection circuit 12, and is installed separately. Is received by the receiver 11 of the control device, and the robot is stopped by the control device by this signal.
In this manner, in the sensor device of FIG. 8, power is supplied by a single battery, and sensor signal output is performed by wireless communication.
JP-A-6-349930 (5th page, FIG. 1)

前述の従来のセンサ装置ではセンサと無線を機能させるためにはバッテリが必要となる。通信に要する電力が大きなものであるため、単体のバッテリで全ての電力を供給しようとするとバッテリに要求される容量は大きなものとなる。バッテリ交換の頻度を少なくするためにはバッテリ体積を増加させれば良いが、アーム先端に取り付けることが困難になる。バッテリ体積を抑えるとバッテリ寿命(交換間隔)が短くなり、頻繁にバッテリ交換をする必要がある。バッテリ寿命(交換間隔)はバッテリ容量で決まる。また、電源スイッチの切り忘れなどがあるとバッテリ寿命(交換間隔)が極端に短くなり、異常検出などセンサ情報を用いた制御では安全上の問題が生じる。

また、前記図8における検知回路12及び無線発信器13の電源は常時投入され、コントローラ電源が落とされてロボットが動作していない時でもバッテリ14が消費される。そのため、ロボットが動作する時に電源スイッチを投入し、ロボットが動作しない時に電源スイッチを切断できるようにしてロボットの起動/停止のたびに電源スイッチを投入/切断できる構成とすることが考えられるが、制御回路が複雑になり、またスイッチの投入及び切断を行う工数が大きく、切断し忘れた場合バッテリが消耗してしまうという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、センサ装置に取り付けた発電モジュールによってセンサ及び無線回路の消費電力を供給するとともに、付加されたバッテリの消耗を低減するセンサ装置を提供することを目的とする。
In the above-described conventional sensor device, a battery is required to make the sensor and the radio function. Since the power required for communication is large, if a single battery is used to supply all the power, the capacity required for the battery becomes large. In order to reduce the frequency of battery replacement, the battery volume may be increased, but it is difficult to attach the battery to the arm tip. If the battery volume is reduced, the battery life (replacement interval) is shortened, and the battery needs to be replaced frequently. Battery life (exchange interval) is determined by battery capacity. In addition, if the power switch is forgotten to be turned off, the battery life (replacement interval) becomes extremely short, and control using sensor information such as abnormality detection causes a safety problem.

Further, the detection circuit 12 and the wireless transmitter 13 in FIG. 8 are always turned on, and the battery 14 is consumed even when the controller power is turned off and the robot is not operating. Therefore, it can be considered that the power switch is turned on when the robot operates, and the power switch can be turned off when the robot is not working so that the power switch can be turned on / off every time the robot is started / stopped. The control circuit becomes complicated, and the man-hours for turning on and off the switch are large, and there is a problem in that the battery is consumed if forgetting to cut.

The present invention has been made in view of such problems, and provides a sensor device that supplies power to the sensor and the radio circuit by a power generation module attached to the sensor device and reduces consumption of the added battery. The purpose is to do.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成する。
請求項1に記載の発明は、モータで駆動する機械装置において、機械装置の状態を測定するセンサおよびセンサ情報を機械装置コントローラに無線により伝送する無線回路から構成され、機械装置に付加された運動エネルギーを電気エネルギーへ変換する発電モジュールを有し、発電モジュールで生成された電力によりセンサと無線回路の必要電力を供給するセンサ装置とすることを特徴とする。
請求項2,3に記載の発明は、発電モジュールを圧電素子を用い構成したことを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、機械装置が多関節ロボットであることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、発電モジュールと共に電力供給手段としてバッテリを有することを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、センサ装置上のセンサ情報から機械装置の運動の状態を計測し、この運動の状態により電力供給方法を切替る手段を有することを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、機械装置の運動指令と機械装置の各軸モータの位置信号及びトルク指令値から機械装置の運動状態を推定し、この運動の状態の推定値により電力供給方法を切替る手段を有することを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、発電モジュールの出力電圧の大きさにより電力供給方法を切替る手段を有することを特徴とする。
請求項9に記載の発明では、機械装置の動作状態によりセンサ装置への電源供給源の選択とともに発電モジュールで発生した電力がセンサ装置の消費電力より大きい場合余剰電力をバッテリに充電することを可能とすることを特徴とする。
請求項10に記載の発明では、発電モジュールと充電するバッテリの間に変圧器を入れ、発電モジュールとバッテリのインピーダンス整合をとることによりバッテリの充電効率を向上することを特徴とする。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, in a mechanical device driven by a motor, a motion that is configured by a sensor that measures the state of the mechanical device and a wireless circuit that wirelessly transmits the sensor information to the mechanical device controller is added to the mechanical device. The sensor device includes a power generation module that converts energy into electric energy, and supplies the necessary power of the sensor and the wireless circuit using the power generated by the power generation module.
The invention described in claims 2 and 3 is characterized in that the power generation module is configured using a piezoelectric element.
According to a fourth aspect of the present invention, the mechanical device is an articulated robot.
The invention according to claim 5 is characterized in that a battery is provided as a power supply means together with the power generation module.
The invention according to claim 6 is characterized in that it has means for measuring the state of motion of the mechanical device from the sensor information on the sensor device and switching the power supply method according to the state of motion.
According to the seventh aspect of the present invention, the motion state of the mechanical device is estimated from the motion command of the mechanical device, the position signal of each axis motor of the mechanical device and the torque command value, and the power supply method is determined based on the estimated value of the motion state. It has the means to switch, It is characterized by the above-mentioned.
The invention described in claim 8 is characterized by comprising means for switching the power supply method according to the magnitude of the output voltage of the power generation module.
According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to charge the battery with surplus power when the power generated in the power generation module is larger than the power consumption of the sensor device along with the selection of the power supply source to the sensor device depending on the operation state of the mechanical device It is characterized by.
The invention described in claim 10 is characterized in that the charging efficiency of the battery is improved by inserting a transformer between the power generation module and the battery to be charged and matching the impedance between the power generation module and the battery.

請求項1に記載の発明によると、電源を発電モジュール104とし、信号出力を無線回路106と機械装置コントローラ101の間で無線により行うのでセンサ装置と機械装置コントローラを無配線で接続でき、機械装置が多回転の旋回動作を行う場合でも機械装置先端のセンサ情報を測定できる。
電力は発電モジュールから供給されるので、無線付きセンサ装置全体を小型軽量に構成することができる。また無配線にすることができるため、センサ装置の配置の自由度が向上し、多自由度で動き回るロボットのような機械でも必要部分に容易に取り付けることが可能となりセンサ信号を得ることができる。
請求項2,3に記載の発明によると、圧電素子を用いた発電モジュールを用いることにより、機械装置の運動エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換することが出来、発電モジュール単独でもセンサ及び無線回路に電力を供給することができる。
請求項4に記載の発明によると、機械装置として多関節ロボットにセンサ装置を搭載することによって発電モジュールでロボット動作の運動エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換することができ、センサおよび無線回路に電力を供給することができる。
請求項5に記載の発明によると、発電モジュールで不足する電力をバッテリから供給することができるので、機械の動き初めや低速・低加速時など発電をする上で条件が悪い場合でも安定して電力を供給することができる。
請求項6に記載の発明によると、機械装置に取り付けたセンサからの情報を元に電力供給源を発電モジュールまたはバッテリ、あるいは両者を共用する方法を切替ることができるので、機械装置の運動状態に応じて適切な電力供給源を選択することができ、バッテリの消耗を最低限に抑えることができる。また機械装置の運動状態に依存せず、より安定した電力供給を行うことが可能になる。
請求項7に記載の発明によると、機械装置コントローラの運動指令と機械装置の各軸モータの位置信号及びトルク指令値から推定される機械装置の運動状態を元に電力供給源を発電モジュールまたはバッテリ、あるいは両者を共用する方法を切替ることができ、運動状態に応じて適切な電力供給源を選択することができ、バッテリの消耗を最低限に抑えることができる。また機械装置の運動状態に依存せず、より安定した電力供給を行うことが可能になる。
請求項8に記載の発明によると、発電モジュールの出力電圧の大きさを元に電力供給源を発電モジュールまたはバッテリ、あるいは両者を共用する方法を切替ることができるので、簡単な回路構成により電力供給源を選択することができ、バッテリの消耗を最低限に抑えることができる。また機械装置の運動状態に依存せず、より安定した電力供給を行うことが可能になる。
請求項9に記載の発明によると、発電モジュールにおいてセンサ装置の消費電力より大きい電力が発生する場合、余剰電力をバッテリに充電できるのでバッテリの消耗を抑えることができる。
請求項10に記載の発明によると、発電モジュールと充電されるバッテリの間に変圧器を挿入することにより、発電モジュールとバッテリの間のインピーダンス整合をとることが可能となり、発電モジュールで発生する電力を効率よくバッテリに充電できるのでバッテリの消耗を抑えることができる。
According to the first aspect of the present invention, since the power source is the power generation module 104 and the signal output is performed wirelessly between the wireless circuit 106 and the mechanical device controller 101, the sensor device and the mechanical device controller can be connected without wiring. Even when a multi-turn turning operation is performed, sensor information at the tip of the mechanical device can be measured.
Since electric power is supplied from the power generation module, the entire wireless sensor device can be configured to be small and light. Further, since the wiring can be eliminated, the degree of freedom of arrangement of the sensor device is improved, and even a machine such as a robot that moves around with a high degree of freedom can be easily attached to a necessary portion, and a sensor signal can be obtained.
According to the second and third aspects of the present invention, by using the power generation module using the piezoelectric element, the kinetic energy of the mechanical device can be efficiently converted into electric energy. Can be powered.
According to the invention described in claim 4, by mounting the sensor device on the articulated robot as the mechanical device, the kinetic energy of the robot operation can be efficiently converted into electric energy by the power generation module. Electric power can be supplied.
According to the fifth aspect of the present invention, since the power shortage in the power generation module can be supplied from the battery, the power generation module can be stably supplied even when the conditions are bad for power generation such as the beginning of machine movement or low speed / low acceleration. Electric power can be supplied.
According to the sixth aspect of the present invention, the power supply source can be switched between the power generation module and the battery, or the method of sharing both based on the information from the sensor attached to the mechanical device. Accordingly, an appropriate power supply source can be selected, and battery consumption can be minimized. Further, it is possible to perform more stable power supply without depending on the motion state of the mechanical device.
According to the seventh aspect of the present invention, the power supply source is the power generation module or the battery based on the motion command of the mechanical device controller and the motion state of the mechanical device estimated from the position signal and torque command value of each axis motor of the mechanical device. Alternatively, the method of sharing both can be switched, an appropriate power supply source can be selected according to the exercise state, and battery consumption can be minimized. Further, it is possible to perform more stable power supply without depending on the motion state of the mechanical device.
According to the eighth aspect of the present invention, the power supply source can be switched between the power generation module and the battery, or the method of sharing both based on the magnitude of the output voltage of the power generation module. A supply source can be selected, and battery consumption can be minimized. Further, it is possible to perform more stable power supply without depending on the motion state of the mechanical device.
According to the ninth aspect of the present invention, when electric power larger than the power consumption of the sensor device is generated in the power generation module, surplus power can be charged into the battery, so that battery consumption can be suppressed.
According to the invention described in claim 10, by inserting a transformer between the power generation module and the battery to be charged, it is possible to achieve impedance matching between the power generation module and the battery, and the power generated in the power generation module. Can be efficiently charged to the battery, so that battery consumption can be suppressed.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1に原理図を示す。図で101は機械装置コントローラであり、運動指令をもとにモータに対する位置指令や速度指令などを発生させる。指令によりモータが駆動されるが、モータを内蔵した機械装置102は運動を発生する。機械装置にはセンサ103が付加される。例えば加速度や振動センサがその一例である。測定されたセンサ情報は情報伝達手段を用いて機械装置コントローラに伝送され、フィードバック制御や安全機能を実現することができる。図では情報伝送手段として無線による方法を示している。センサ装置111は機械装置102にとってできるだけ負荷とならないように小型軽量が望まれる。また、モータの数が増加すると機械装置自体が複雑化するため、センサ装置111と機械装置コントローラ101を結ぶ配線は極力無配線化が望ましい。信号の配線が無くなると、必然的にセンサや無線で消費される電力供給手段も配線レスとすることが望まれる。配線レスで電力供給する方法として一般的にはバッテリなどで電力供給されるが、本発明ではモータにより機械装置102に運動が生成される特徴を用いて運動エネルギーを電力に変換する発電モジュール104を付加することで、必要となる電力をシステム内部で自ら生成することを特徴としている。

実施例では機械装置の具体的な例としてロボットを用いた場合を説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the principle diagram. In the figure, reference numeral 101 denotes a machine controller that generates a position command, a speed command, and the like for the motor based on the motion command. The motor is driven by the command, but the mechanical device 102 incorporating the motor generates motion. A sensor 103 is added to the mechanical device. For example, acceleration and vibration sensors are examples. The measured sensor information is transmitted to the machine controller using the information transmission means, and feedback control and safety functions can be realized. In the figure, a wireless method is shown as information transmission means. The sensor device 111 is desired to be small and light so as not to cause a load on the mechanical device 102 as much as possible. Further, since the mechanical device itself becomes complicated when the number of motors increases, it is desirable that the wiring connecting the sensor device 111 and the mechanical device controller 101 should be eliminated as much as possible. When there is no signal wiring, it is inevitably desired that the power supply means that are inevitably consumed by the sensor or wirelessly be wiring-free. In general, power is supplied by a battery or the like as a method of supplying electric power without wiring. However, in the present invention, a power generation module 104 that converts kinetic energy into electric power using a feature that motion is generated in the mechanical device 102 by a motor is provided. In addition, it is characterized by generating the necessary power by itself within the system.

In the embodiment, a case where a robot is used as a specific example of the mechanical device will be described.

図2に本考案の第1の実施例であるロボットセンサ装置のブロック図を示す。
センサ103と無線回路106の給電が、発電モジュール104とバッテリ105を含むモジュールから供給されている。発電モジュール104の構成の一例を図7に示す。発電モジュールは鋼球302、圧電セラミック板301及び支持部材303から構成される。鋼球302は発電モジュールが速度変化を受けるとき支持部材303のパイプ内部を転がり圧電セラミック板301に衝突する。この衝撃により圧電セラミック板301は変形され歪み量に応じた電荷を圧電セラミック板301の両表面に貼られた電極間に発生する。発生される電荷を配線304により外部回路に取り出し、整流回路で整流して発電電力を外部回路に供給するように構成している。
FIG. 2 shows a block diagram of the robot sensor device according to the first embodiment of the present invention.
Power supply for the sensor 103 and the wireless circuit 106 is supplied from a module including the power generation module 104 and the battery 105. An example of the configuration of the power generation module 104 is shown in FIG. The power generation module includes a steel ball 302, a piezoelectric ceramic plate 301, and a support member 303. The steel ball 302 rolls inside the pipe of the support member 303 and collides with the piezoelectric ceramic plate 301 when the power generation module receives a speed change. Due to this impact, the piezoelectric ceramic plate 301 is deformed and a charge corresponding to the amount of strain is generated between the electrodes attached to both surfaces of the piezoelectric ceramic plate 301. The generated charge is taken out to the external circuit through the wiring 304 , rectified by the rectifier circuit, and the generated power is supplied to the external circuit.

図2のセンサ装置111はセンサ103、発電モジュール104、バッテリ105及び無線回路106から構成される。センサ装置111は多関節ロボット204に取り付けられ、内蔵されるセンサ103によりロボットのアーム先端や作業ツール205の加速度や振動などの状態量が測定され、測定データを無線回路106を介して無線によりセンサ無線信号107としてロボットコントローラ201に伝送する。
ロボットコントローラ201はロボット用多軸制御演算装置202とロボット用多軸アンプ203から構成される。本発明においては従来のロボット用多軸制御演算装置202に無線回路106との無線交信機能が付け加えられており、受け取ったセンサ情報に基づきロボットの制御性能の向上が図られる。ロボット動作プログラムはロボット用多軸制御演算装置202において実行されロボット用多軸アンプ203が多関節ロボット204の各軸に取り付けたモータに電流を流してロボットアームの位置及び速度を制御する。
2 includes a sensor 103, a power generation module 104, a battery 105, and a radio circuit 106. The sensor device 111 is attached to the articulated robot 204, and state quantities such as acceleration and vibration of the robot arm tip and the work tool 205 are measured by the built-in sensor 103, and the measurement data is wirelessly detected via the wireless circuit 106. The wireless signal 107 is transmitted to the robot controller 201.
The robot controller 201 includes a robot multi-axis control arithmetic unit 202 and a robot multi-axis amplifier 203. In the present invention, a wireless communication function with the wireless circuit 106 is added to the conventional robot multi-axis control arithmetic unit 202, and the control performance of the robot is improved based on the received sensor information. The robot operation program is executed in the robot multi-axis control arithmetic unit 202, and the robot multi-axis amplifier 203 controls the position and speed of the robot arm by supplying current to motors attached to the respective axes of the multi-joint robot 204.

センサ103と無線回路106の電源には発電モジュール104及びバッテリ105が使われる。発電モジュール104が発電しない場合はバッテリ105の電力がセンサ装置111の消費電力として用いられ、発電モジュール104が十分な発電電力を発生する場合は発電モジュール104の発電電力をセンサ装置111の消費電力として用いてセンサ103と無線回路106を動作させる。センサ装置の電源に用いられる発電モジュール104とバッテリ105の切替は発電モジュールの発電状態により自動的に行われる。
センサ103が例えばアーム先端や作業ツール205の加速度や振動の情報を取得する場合、センサ情報をロボット用多軸制御演算装置202のロボット制御演算に用いて、アーム先端の振動を抑制したり、ロボットが周辺環境に衝突して緊急停止するための検出信号に利用する。
A power generation module 104 and a battery 105 are used as a power source for the sensor 103 and the wireless circuit 106. When the power generation module 104 does not generate power, the power of the battery 105 is used as power consumption of the sensor device 111. When the power generation module 104 generates sufficient power generation, the power generation power of the power generation module 104 is used as power consumption of the sensor device 111. The sensor 103 and the wireless circuit 106 are operated by using them. Switching between the power generation module 104 and the battery 105 used for the power source of the sensor device is automatically performed according to the power generation state of the power generation module.
For example, when the sensor 103 acquires acceleration and vibration information of the arm tip and the work tool 205, the sensor information is used for the robot control calculation of the multi-axis control arithmetic device 202 for the robot to suppress the vibration of the arm tip, Is used as a detection signal for emergency stop when it collides with the surrounding environment.

多関節ロボット204はモータが配置されたアームがシリーズに結合された構成であるため、配線の取り回しが難しい。ロボットが作業するポイントは通常はシリーズに結合された最終端にあるため、配線レスの要求が高い。またセンサ103の取り付けには作業を行う先端の作業ツール205の形状や作業のための複雑な運動方向に対応するため、取り付け自由度も高いことが要求事項の一つとしてある。
これらの機能的な要求を満足させると共に信頼性を高めるためには配線レスは大きなメリットを有するポイントとなる。
一方多関節ロボット204は開放型のリンク構成を有するため、ロボット先端は大きな運動領域と頻繁な加減速の運動を行う。この特徴はその運動エネルギーを電力に変換して利用しようとする場合に有効な特性となる。このことはバッテリの小型化・軽量化に有利な条件となる。
Since the articulated robot 204 has a configuration in which an arm on which a motor is arranged is coupled in series, it is difficult to route the wiring. Since the point where the robot works is usually at the last end connected to the series, there is a high demand for no wiring. In addition, in order to attach the sensor 103, it is one of the requirements that the degree of freedom of attachment is high in order to cope with the shape of the work tool 205 at the tip of the work and the complicated movement direction for the work.
In order to satisfy these functional requirements and improve reliability, the wiring-less is a point having a great merit.
On the other hand, since the articulated robot 204 has an open link configuration, the tip of the robot performs a large motion region and frequent acceleration / deceleration motion. This feature is an effective characteristic when the kinetic energy is converted into electric power for use. This is an advantageous condition for reducing the size and weight of the battery.

図3は、本発明のセンサ装置の第2の実施例を示す回路ブロック図である。
本実施例ではセンサトリガ発生回路120と切替スイッチ401が設けられている。センサトリガ発生回路120はセンサ103の信号の大きさに応じて切替用トリガ信号402を出力する。切替用トリガ信号402ではセンサ103と無線回路106の電力供給源として、発電モジュール104、バッテリ105、発電モジュール104及びバッテリ105の両方の3つの状態のどれを選択するかが示される。切替スイッチ401は切替用トリガ信号402に基づいてセンサ103と無線回路106の電力供給源を選択する。
FIG. 3 is a circuit block diagram showing a second embodiment of the sensor device of the present invention.
In this embodiment, a sensor trigger generation circuit 120 and a changeover switch 401 are provided. The sensor trigger generation circuit 120 outputs a switching trigger signal 402 according to the magnitude of the signal from the sensor 103. The switching trigger signal 402 indicates which of the three states of the power generation module 104, the battery 105, the power generation module 104, and the battery 105 is selected as a power supply source for the sensor 103 and the wireless circuit 106. The changeover switch 401 selects the power supply source of the sensor 103 and the wireless circuit 106 based on the switching trigger signal 402.


センサ103として振動センサが使用される場合、ロボットの振動状態がモニタできる。
ロボットの動作が小さい場合や姿勢変化が小さい場合、ロボット本体に取り付けられた振動センサ103と発電モジュール104に加わる振動は小さい。センサ103の出力電圧は小さく発電モジュール104の発電電力は小さい。センサ103と無線回路106の消費電力を発電モジュール104から供給できないため電力供給源にバッテリ105が選択される。センサトリガ発生回路120は切替用トリガ信号402にバッテリ105を選択する信号を出力して、切替スイッチ401は電力供給源としてバッテリ105を接続する。
ロボットの動作や姿勢変化が大きな場合、センサ103と発電モジュール104に加わる振動が大きくなる。センサ103の出力電圧が大きくなり、発電モジュール104の発電電力も大きくなる。センサ103の出力電圧が一定値を超える場合発電モジュール104による電力供給が可能となったとして、センサトリガ発生回路120は切替トリガ信号402として発電モジュール104を選択する信号を出力して、切替スイッチ401は電力供給源として発電モジュール104を選択する。
発電モジュール104のみで電力供給できない場合、電力供給源を発電モジュール104とバッテリ105の両方としてバッテリ105の消費電力を低減させる回路構成としている。この場合切替スイッチ401では電力供給源として発電モジュール104とバッテリ105の両方が選択される。

When a vibration sensor is used as the sensor 103, the vibration state of the robot can be monitored.
When the movement of the robot is small or when the posture change is small, the vibration applied to the vibration sensor 103 and the power generation module 104 attached to the robot body is small. The output voltage of the sensor 103 is small and the generated power of the power generation module 104 is small. Since the power consumption of the sensor 103 and the wireless circuit 106 cannot be supplied from the power generation module 104, the battery 105 is selected as the power supply source. The sensor trigger generation circuit 120 outputs a signal for selecting the battery 105 to the switching trigger signal 402, and the changeover switch 401 connects the battery 105 as a power supply source.
When the movement or posture change of the robot is large, vibration applied to the sensor 103 and the power generation module 104 becomes large. The output voltage of the sensor 103 increases and the generated power of the power generation module 104 also increases. If the output voltage of the sensor 103 exceeds a certain value, the power generation by the power generation module 104 becomes possible, and the sensor trigger generation circuit 120 outputs a signal for selecting the power generation module 104 as the switching trigger signal 402, and the changeover switch 401 Selects the power generation module 104 as a power supply source.
When power cannot be supplied only by the power generation module 104, the power supply source is both the power generation module 104 and the battery 105, so that the power consumption of the battery 105 is reduced. In this case, the selector switch 401 selects both the power generation module 104 and the battery 105 as power supply sources.

図4は、本発明のセンサ装置の第3の実施例を示す回路ブロック図である。
多関節ロボットの位置指令、位置信号及びトルク指令から計算によりロボットの動作速度及びロボットの姿勢を推定して推定される動作速度が小さい場合や姿勢が変化しない場合は発電モジュール104の発電量は小さいとしてセンサ装置の電源をバッテリ105から供給する。推定される動作速度が一定値以上になる場合や姿勢の変化が大きい場合に発電モジュール104がセンサ装置の電源を供給できるとして切替スイッチ401を発電モジュール104側の電力を使用するように切替る。電力供給源を切替る信号はロボットコントローラ201において生成され、この信号を無線回路106に伝送し無線回路で切替用トリガ信号402に変換して切替スイッチ401の切替を行う。
センサ情報を、無線回路106を介してロボットコントローラ201に伝送しセンサ情報、コントローラ情報を組み合わせてロボットの動作速度及びロボットの姿勢を推定して切替用トリガ信号402を生成する構成としても良い。
FIG. 4 is a circuit block diagram showing a third embodiment of the sensor device of the present invention.
The power generation amount of the power generation module 104 is small when the motion speed and the posture of the robot are estimated by calculating from the position command, position signal and torque command of the articulated robot, or when the motion speed estimated is low or the posture does not change. The power of the sensor device is supplied from the battery 105. When the estimated operating speed exceeds a certain value or when the posture change is large, the power generation module 104 is switched to use the power on the power generation module 104 assuming that the power generation module 104 can supply power to the sensor device. A signal for switching the power supply source is generated in the robot controller 201, this signal is transmitted to the wireless circuit 106, converted into a switching trigger signal 402 by the wireless circuit, and the changeover switch 401 is switched.
The sensor information may be transmitted to the robot controller 201 via the wireless circuit 106, and the sensor information and the controller information may be combined to estimate the robot operation speed and the robot posture to generate the switching trigger signal 402.

図5は、本発明のセンサ装置の第4の実施例を示す回路ブロック図である。
発電モジュール104の出力電圧と基準電圧404の比較器403による比較結果を切替スイッチ401に入力して電力供給源を切替る。発電モジュール104の出力電圧が小さい時は、発電量は小さいとしてセンサ装置の電源をバッテリ105から供給し、出力電圧が一定値以上のときは発電モジュール104から供給する。
FIG. 5 is a circuit block diagram showing a fourth embodiment of the sensor device of the present invention.
The comparison result of the output voltage of the power generation module 104 and the reference voltage 404 by the comparator 403 is input to the changeover switch 401 to switch the power supply source. When the output voltage of the power generation module 104 is small, it is assumed that the amount of power generation is small, and the power of the sensor device is supplied from the battery 105, and when the output voltage is a certain value or higher, the power is supplied from the power generation module 104.

実施例2〜4の発電モジュール104がバッテリ105を充電する回路構成とすることもできる。切替スイッチ401はロボットの動作状態に応じてセンサ装置111の電源を発電モジュール104またはバッテリ105、あるいは両方から供給するとともに発電モジュール104がセンサ装置111の消費電力より大きい電力を発生するロボット動作状態の場合、発電モジュール104がバッテリ105を充電する回路構成をしているのでバッテリ105の寿命を延ばすことが可能となる。
発電モジュール104で発生した電力のすべてを一旦バッテリ105に充電する回路構成とすることもできる。この回路構成により発電モジュール104で発生する電力の多くをセンサ103と無線回路106の消費電力として使用することが可能となり、バッテリ105の電力消費を低減することが可能となる。
The power generation module 104 according to the second to fourth embodiments may be configured to charge the battery 105. The changeover switch 401 supplies the power of the sensor device 111 from the power generation module 104 and / or the battery 105 according to the operation state of the robot, and the power generation module 104 generates power larger than the power consumption of the sensor device 111. In this case, since the power generation module 104 has a circuit configuration for charging the battery 105, the life of the battery 105 can be extended.
A circuit configuration in which all of the electric power generated in the power generation module 104 is once charged in the battery 105 may be employed. With this circuit configuration, much of the power generated in the power generation module 104 can be used as the power consumption of the sensor 103 and the wireless circuit 106, and the power consumption of the battery 105 can be reduced.


図6は、本発明のセンサ装置の第5の実施例を示すブロック図である。発電モジュール104の発電部分は振動などの運動エネルギーにより発電する構成をしている。本実施例では発電モジュール104とバッテリ105を含めた充電回路の間に変圧器110を挿入して発電モジュールと充電回路の間のインピーダンス整合をとり発電モジュール104で発生する電力のバッテリへの充電効率を上げる。バッテリ105への充電効率の向上により発電モジュール104が発生する電力のセンサ装置への利用を増加させることができバッテリの寿命を延ばすことが可能となる。

FIG. 6 is a block diagram showing a fifth embodiment of the sensor device of the present invention. The power generation portion of the power generation module 104 is configured to generate power using kinetic energy such as vibration. In this embodiment, the transformer 110 is inserted between the power generation module 104 and the charging circuit including the battery 105 to match impedance between the power generation module and the charging circuit, and charging efficiency of the power generated by the power generation module 104 to the battery is increased. Raise. By improving the charging efficiency of the battery 105, the use of the electric power generated by the power generation module 104 for the sensor device can be increased, and the life of the battery can be extended.

発電モジュール104によりロボットセンサ装置111の電源を供給する構成としているので、バッテリ105として高容量のバッテリを必要とせず低重量かつ低容積とすることができる。
Since the power generation module 104 supplies power to the robot sensor device 111, the battery 105 does not require a high-capacity battery and can be reduced in weight and volume.

本発明のセンサ装置を、姿勢の変化が大きく配線を引き出すことができない機械装置や配線により状態が変化する機械装置に取り付けて、その測定値を機械装置コントローラに送信することにより、機械装置の運動状態がモニタでき、制御性能を改善することができる。
By attaching the sensor device of the present invention to a mechanical device whose posture changes greatly and the wiring cannot be pulled out, or a mechanical device whose state changes due to the wiring, the measured value is transmitted to the mechanical device controller. The status can be monitored and the control performance can be improved.

本発明の原理を示すブロック図Block diagram illustrating the principle of the present invention 本発明の第1の実施例を示すロボットセンサ装置のブロック図The block diagram of the robot sensor apparatus which shows the 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例を示すセンサ装置のブロック図The block diagram of the sensor apparatus which shows the 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例を示すセンサ装置のブロック図The block diagram of the sensor apparatus which shows the 3rd Example of this invention. 本発明の第4の実施例を示すセンサ装置のブロック図The block diagram of the sensor apparatus which shows the 4th Example of this invention. 本発明の第5の実施例を示すセンサ装置のブロック図The block diagram of the sensor apparatus which shows the 5th Example of this invention. 本発明の圧電素子を用いた発電モジュールの例Example of power generation module using piezoelectric element of the present invention 従来のセンサ装置Conventional sensor device

符号の説明Explanation of symbols

101 機械装置コントローラ
102 モータおよび機械装置
103 センサ
104 発電モジュール
105 バッテリ
106 無線回路
107 センサ無線信号
108 運動指令
109 整流回路
110 変圧器
111 センサ装置
120 センサトリガ発生回路

201 ロボットコントローラ
202 ロボット用多軸制御演算装置
203 ロボット用多軸アンプ
204 多関節ロボット
205 作業ツール

301 圧電セラミック板
302 鋼球
303 支持部材
304 配線
305 接着剤
306 クッション材

401 切替スイッチ
402 切替用トリガ信号
403 比較器
404 基準電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Mechanical device controller 102 Motor and mechanical device 103 Sensor 104 Power generation module 105 Battery 106 Wireless circuit 107 Sensor wireless signal 108 Movement command 109 Rectifier circuit 110 Transformer 111 Sensor device 120 Sensor trigger generation circuit

201 robot controller 202 multi-axis control arithmetic unit for robot 203 multi-axis amplifier 204 for robot multi-joint robot 205 work tool

301 Piezoelectric ceramic plate 302 Steel ball 303 Support member 304 Wiring 305 Adhesive 306 Cushion material

401 selector switch 402 switching trigger signal 403 comparator 404 reference voltage

Claims (10)

モータで駆動する機械装置に用いるセンサ装置において、
前記機械装置の状態を測定するセンサと、
センサ情報を機械装置コントローラに無線により伝送する無線回路と、
前記機械装置に付加された運動エネルギーを電気エネルギーへ変換する発電モジュールとを備え、
前記発電モジュールで生成された電力により前記センサと前記無線回路の必要電力を供給することを特徴とするセンサ装置。
In a sensor device used in a mechanical device driven by a motor,
A sensor for measuring the state of the mechanical device;
A wireless circuit for wirelessly transmitting sensor information to the machine controller;
A power generation module that converts kinetic energy added to the mechanical device into electrical energy;
A sensor device that supplies necessary electric power of the sensor and the wireless circuit by electric power generated by the power generation module.
前記発電モジュールを、圧電素子を用い構成したことを特徴とする請求項1記載のセンサ装置。 The sensor device according to claim 1, wherein the power generation module is configured using a piezoelectric element. 前記圧電素子を用いた発電モジュールは圧電セラミクス板と鋼球と、前記鋼球を転動可能に収納する支持部材とからなり、前記鋼球が転動して前記圧電セラミクス板へ衝突することにより前記圧電セラミクス板が変形し、前記圧電セラミクス板の両面に取り付けた電極間に電荷を発生させる構成であることを特徴とする請求項2記載のセンサ装置。
The power generation module using the piezoelectric element includes a piezoelectric ceramic plate, a steel ball, and a support member that accommodates the steel ball in a rollable manner, and the steel ball rolls and collides with the piezoelectric ceramic plate. The sensor device according to claim 2, wherein the piezoelectric ceramic plate is deformed to generate electric charges between electrodes attached to both surfaces of the piezoelectric ceramic plate.
前記機械装置は多関節ロボットであることを特徴とした請求項1〜3のいずれか1項記載のセンサ装置。 The sensor device according to claim 1, wherein the mechanical device is an articulated robot. 前記発電モジュールと共に電力供給手段としてバッテリを有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載のセンサ装置。 The sensor device according to claim 1, further comprising a battery as power supply means together with the power generation module. 前記センサ装置上のセンサ情報から機械装置の運動の状態を計測し、
この運動の状態により電力供給方法を切替る手段を有することを特徴とする請求項5記載のセンサ装置。
Measure the state of movement of the mechanical device from the sensor information on the sensor device,
6. The sensor device according to claim 5, further comprising means for switching a power supply method according to the state of movement.
前記機械装置コントローラにおける機械装置の運動指令と機械装置の各軸モータの位置信号及びトルク指令値から機械装置の運動状態を推定し、
この運動状態の推定値により電力供給方法を切替る手段を有することを特徴とする請求項5記載のセンサ装置。
The motion state of the mechanical device is estimated from the motion command of the mechanical device in the mechanical device controller and the position signal and torque command value of each axis motor of the mechanical device,
6. The sensor device according to claim 5, further comprising means for switching a power supply method according to the estimated value of the motion state.
前記発電モジュールの出力電圧の大きさにより電力供給方法を切替る手段を有する請求項5記載のセンサ装置。 The sensor device according to claim 5, further comprising means for switching a power supply method according to a magnitude of an output voltage of the power generation module. 機械装置の運動状態により前記発電モジュールで発生する電力を前記バッテリに充電することを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項記載のセンサ装置。 The sensor device according to claim 5, wherein the battery is charged with electric power generated by the power generation module according to a motion state of a mechanical device. バッテリの充電効率を向上するために、前記発電モジュールと前記バッテリの間に変圧器を入れたことを特徴とする請求項9記載のセンサ装置。 The sensor device according to claim 9, wherein a transformer is inserted between the power generation module and the battery in order to improve the charging efficiency of the battery.
JP2007264179A 2007-10-10 2007-10-10 Sensor unit Pending JP2009090421A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007264179A JP2009090421A (en) 2007-10-10 2007-10-10 Sensor unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007264179A JP2009090421A (en) 2007-10-10 2007-10-10 Sensor unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009090421A true JP2009090421A (en) 2009-04-30

Family

ID=40662924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007264179A Pending JP2009090421A (en) 2007-10-10 2007-10-10 Sensor unit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009090421A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010284757A (en) * 2009-06-12 2010-12-24 Seiko Epson Corp Robot, conveyance apparatus, and power supply method
JP2012211780A (en) * 2011-03-30 2012-11-01 Fuji Heavy Ind Ltd Pressed article inspection device
JP2014008569A (en) * 2012-06-29 2014-01-20 Nabtesco Corp Lubricant state sensor for industrial robot and industrial robot remote monitoring system
JP2014151378A (en) * 2013-02-06 2014-08-25 Alps Electric Co Ltd Mechanical device
JP2014184525A (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Seiko Epson Corp Robot, robot control device, and robot system
JP2017174402A (en) * 2016-03-22 2017-09-28 エーエスエム アイピー ホールディング ビー.ブイ. Preventive maintenance system and preventive maintenance method
CN110206552A (en) * 2019-06-21 2019-09-06 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 Pressure sensitive system for rock tunnel(ling) machine shield body
JP2021041486A (en) * 2019-09-10 2021-03-18 Dmg森精機株式会社 Charging system of end effector
US11826900B2 (en) 2017-05-19 2023-11-28 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Manipulation device and manipulation system
CN110206552B (en) * 2019-06-21 2024-04-19 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 Pressure sensing system for shield body of tunnel boring machine

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010284757A (en) * 2009-06-12 2010-12-24 Seiko Epson Corp Robot, conveyance apparatus, and power supply method
JP2012211780A (en) * 2011-03-30 2012-11-01 Fuji Heavy Ind Ltd Pressed article inspection device
JP2014008569A (en) * 2012-06-29 2014-01-20 Nabtesco Corp Lubricant state sensor for industrial robot and industrial robot remote monitoring system
JP2014151378A (en) * 2013-02-06 2014-08-25 Alps Electric Co Ltd Mechanical device
JP2014184525A (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Seiko Epson Corp Robot, robot control device, and robot system
JP2017174402A (en) * 2016-03-22 2017-09-28 エーエスエム アイピー ホールディング ビー.ブイ. Preventive maintenance system and preventive maintenance method
US11826900B2 (en) 2017-05-19 2023-11-28 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Manipulation device and manipulation system
CN110206552A (en) * 2019-06-21 2019-09-06 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 Pressure sensitive system for rock tunnel(ling) machine shield body
CN110206552B (en) * 2019-06-21 2024-04-19 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 Pressure sensing system for shield body of tunnel boring machine
JP2021041486A (en) * 2019-09-10 2021-03-18 Dmg森精機株式会社 Charging system of end effector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009090421A (en) Sensor unit
US9454148B2 (en) Machine control device
JP2008186336A (en) Sensor device
JP2006522418A5 (en)
WO2013146456A1 (en) Non-contact power transmission apparatus and non-contact power transmission method
CN101557159B (en) Power supply conversion circuit for reducing power supply consumption and electronic device suitable for same
JP2011242390A (en) System and apparatus for recovering energy
US20120130539A1 (en) Robot control system and control method using the same
US9308653B2 (en) Industrial robot and method for operating an industrial robot
KR102085354B1 (en) Energy Harvesting System Using Linear Kinetic Energy Based on Induction Power Generation
US7986963B2 (en) Wireless communication device
JP2009503962A (en) Polling system for machine parts to be moved
KR100889329B1 (en) Self power-generated wireless input device
EP2594369A2 (en) Electric power tool
CN212415059U (en) Brush handle and robot
US20210094172A1 (en) Mobile Robot
JP2003048177A (en) Portable electric power tool
JP2011036192A (en) Remote control transmitter for farm implement
JP6480274B2 (en) Rotating tool, processing state monitoring device and machine tool
JP5945304B2 (en) Tightening tool
CN210210408U (en) Robot body control system and robot
CN105825650A (en) Remote control device
WO2022091270A1 (en) Power reception device and power transmission device based on wireless power supply method
US6984999B2 (en) Probe system and method for operating a probe system
CN201900512U (en) Detecting device applying wireless transmission technology in numerical control machine tool