JP2013129003A

JP2013129003A - 産業用ロボット

Info

Publication number: JP2013129003A
Application number: JP2011278778A
Authority: JP
Inventors: Yukifumi Mitsuhata; 幸史光畑; Ken Onishi; 献大西; Atsushi Fujita; 藤田　　淳; Koji Shukuya; 光司宿谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-07-04

Abstract

【課題】産業用ロボットにおいて、操作側とロボット側との間に配索されるケーブルを減少してロボットの作動を円滑に行うことで作業性の向上を可能とする。
【解決手段】操作部３１と、操作部３１に接続される第１制御部３２と、第１制御部３２に接続される第１電源部３３と、車体１２に装着されるマニピュレータ２１と、マニピュレータ２１の先端部に装着可能なエンドエフェクタ２６と、エンドエフェクタ２６を制御可能な第２制御部４１と、第１電源部３３と第２制御部４１とを接続する電源ケーブル６１と、第１制御部３２と第２制御部４１との間で制御信号の送受信を行う送受信器６２，６３とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、防災支援作業や建築物保全作業などに使用される産業用ロボットに関するものである。

例えば、防災支援作業や建築物保全作業などにおいて、管理室の管理者は、各種の作業場所に設置または移動したロボットを遠隔操作して各種の作業を行っている。この場合、ロボットは、マニピュレータの先端部にハンド、工具、センサ、カメラなどのエンドエフェクタが装着された状態で各種の作業を行っている。

このような産業用ロボットとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特許第４２７３３３５号公報特開２０１１−０１７６７０号公報

ところが、従来の産業用ロボットは、管理室側に操作装置、制御装置、電源などが設けられる一方、ロボットのマニピュレータ側にエンドエフェクタとして、工具を作動するモータ、センサ、カメラなどが装着されている。そのため、管理室からマニピュレータまで電源ケーブル、制御ケーブル、信号伝達ケーブルなどの多数のケーブルを敷設する必要があり、マニピュレータの周辺に多数のケーブルが配置されることとなる。すると、多数のケーブルがマニピュレータやエンドエフェクタによる作動の邪魔となり、エンドエフェクタの機能が制限され、適正な作業を行うことができないという問題がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、操作側とロボット側との間に配索されるケーブルを減少してロボットの作動を円滑に行うことで作業性の向上を可能とする産業用ロボットを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の産業用ロボットは、操作部と、前記操作部に接続される操作側制御部と、前記操作側制御部に接続される電源部と、所定の位置に配置されるロボットアームと、前記ロボットアームの先端部に装着可能なエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを制御可能なロボット側制御部と、前記電源部と前記ロボット側制御部とを接続する電源ケーブルと、前記操作側制御部と前記ロボット側制御部との間で制御信号の送受信を行う制御信号送受信ラインと、を備えることを特徴とするものである。

従って、エンドエフェクタにロボット側制御部が設けられ、操作部側の操作側制御部及び電源部と電源ケーブルを介して接続されると共に、制御信号送受信ラインを介して接続されることで、操作側制御部とエンドエフェクタとの間に多数のケーブルを配索することが不要となり、操作側とロボット側との間に配索されるケーブルを減少し、ロボットの作動を円滑に行うことが可能となり、各種作業の作業性を向上することができる。

本発明の産業用ロボットでは、前記制御信号送受信ラインは、前記操作側制御部と前記ロボット側制御部との間で制御信号の送受信を行う無線ネットワークを有することを特徴としている。

従って、制御信号送受信ラインを無線ネットワークとすることで、操作側制御部とエンドエフェクタとの間の制御ケーブルがなくなり、ロボットの作動を円滑に行うことができる。

本発明の産業用ロボットでは、前記制御信号送受信ラインは、前記操作側制御部と前記ロボット側制御部との間で制御信号の送受信を行う電力線搬送通信ネットワークを有することを特徴としている。

従って、制御信号送受信ラインを電力線搬送通信ネットワークとすることで、操作側制御部とエンドエフェクタとの間の制御ケーブルがなくなり、ロボットの作動を円滑に行うことができる。

本発明の産業用ロボットでは、前記エンドエフェクタは、少なくとも工具及び該工具を駆動するモータを有し、前記ロボット側制御部は、モータドライバを有することを特徴としている。

従って、エンドエフェクタとして工具とモータを設け、ロボット側制御部としてモータドライバを設けることで、操作側制御部とモータドライバとの間の制御ケーブルが減少してロボットの作動を円滑に行うことができる。

本発明の産業用ロボットでは、前記エンドエフェクタは、少なくともセンサを有することを特徴としている。

従って、エンドエフェクタとしてセンサを設けることで、操作側制御部とセンサとの間の制御ケーブルが減少してロボットの作動を円滑に行うことができる。

本発明の産業用ロボットによれば、ロボットアームの先端部に装着可能なエンドエフェクタにロボット側制御部を設け、操作部側の電源部とロボット側制御部とを電源ケーブルにより接続すると共に、操作側制御部とロボット側制御部との間で制御信号の送受信を行う制御信号送受信ラインを設けるので、操作側制御部とエンドエフェクタとの間に多数のケーブルを配索することが不要となり、ロボットの作動を円滑に行うことが可能となり、各種作業の作業性を向上することができる。

図１は、本発明の実施例１に係る産業用ロボットの概略構成図である。図２は、エンドエフェクタに追加する別の機能構成を表す概略構成図である。図３は、実施例１の産業用ロボットの概略図である。図４は、本発明の実施例２に係る産業用ロボットの概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る産業用ロボットの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の実施例１に係る産業用ロボットの概略構成図、図２は、エンドエフェクタに追加する別の機能構成を表す概略構成図、図３は、実施例１の産業用ロボットの概略図である。

実施例１において、図３に示すように、産業用ロボット１１は、建物の内部や地下に移動して防災支援活動を行うロボットである。この産業用ロボット１１は、車体１２の両側に前部クローラ１３及び後部クローラ１４が設けられており、図示しない駆動源により駆動することで、不整地であっても走行可能となっている。このとき、運転者がアクセル操作することで各クローラ１３，１４を駆動し、産業用ロボット１１を前進または後退することができる。このとき、運転者が操作ハンドルを操作することで、左右のクローラ１３，１４の駆動速度や回転方向を変更し、産業用ロボット１１を旋回することができる。

また、車体１２は、外部に対してキャビンが密閉構造となっており、ドアから出入りが可能であると共に、空調装置に有害物質を除去するフィルタが設けられている。

また、この産業用ロボット１１は、車体１２の両側にマニピュレータ（ロボットアーム）２１が装着されている。このマニピュレータ２１は、例えば、４個の旋回軸２２，２３，２４，２５を有し、先端部に装着されたエンドエフェクタ２６を駆動可能となっている。

なお、図示しないが、この産業用ロボット１１は、上記した機能の他に、例えば、ウインチ装置、牽引用フック、照明装置、撮影装置（カメラ）、遮蔽装置、温度センサ、圧力センサ、線量計などのセンサ、ＧＰＳ機能などが装備されている。

ここで、実施例１の産業用ロボット１１におけるエンドエフェクタ２６の制御装置について説明する。産業用ロボット１１において、図１に示すように、車体１２側には、操作装置（操作部）３１、第１制御部（操作側制御部）３２、第１電源部３３が設けられている。操作装置３１は、キャビンに設けられ、このキャビンに乗車した運転者が操作レバーを操作することで、マニピュレータ２１やエンドエフェクタ２６を操作するものであり、第１制御部３２が接続されている。第１制御部３２は、操作装置３１から入力された操作信号をマニピュレータ２１やエンドエフェクタ２６に制御信号として出力するものであり、第１電源部３３が接続されている。電源部３３は、図示しない交流電源からの交流電流を電圧の異なる直流電流へと変換した後、第１制御部３２や操作装置３１に供給するＡＣ／ＤＣ電源装置である。

また、産業用ロボット１１において、エンドエフェクタ２６側には、このエンドエフェクタ本体、つまり、機能・機構部４０と、機能・機構部４０を制御可能な第２制御部（ロボット側制御部）４１が設けられている。エンドエフェクタ２６は、機能・機構部４０に第２制御部４１を構成する基板が固定されて構成されている。機能・機構部４０は、この実施例１では、モータ５１、回転速度検出器５２、回転角度検出器５３、ハンド５４、距離センサ５５、画像センサ５６、リミットスイッチ５７から構成されている。モータ５１は、出力軸にハンド５４が固定または着脱自在となっており、このハンド５４を駆動することができる。回転速度検出器５２は、モータ５１の回転速度（回転数）を検出するものであり、回転角度検出器５３は、モータ５１の回転角度（回転位置）を検出するものである。距離センサ５５は、ハンド５４に装着され、周囲の部材との距離を計測するものである。画像センサ５６は、ＣＣＤカメラであり、周囲を撮影するものである。リミットスイッチ５７は、ＯＮ／ＯＦＦ信号を出力するものである。

第２制御部４１は、モータドライバ４２、第２電源部４３、入出力部４４から構成されている。モータドライバ４２は、モータ５１の回転速度（回転数）を制御するものであり、例えば、制御回路とアンプを内蔵しており、回転速度検出器５２が接続され、検出したモータ５１の回転速度が入力される。第２電源部４３は、直流電流を電圧の異なる直流電流へと変換した後、モータドライバ４２やモータ５１、距離センサ５５、画像センサ５６、リミットスイッチ５７に供給するＤＣ／ＤＣ電源装置である。入出力部４４は、第２電源部４３に接続されて電力が供給されると共に、モータドライバ４２、回転角度検出器５３、ハンド５４、距離センサ５５、画像センサ５６、リミットスイッチ５７が接続されて各種の信号のやり取りを行う。

そして、車体１２側の第１電源部３３とエンドエフェクタ２６側の第２制御部４１（モータドライバ４２、第２電源部４３）とが電源ケーブル６１を有する有線ネットワークにより接続されている。この場合、電源ケーブル６１は、マニピュレータ２１内または外側に配索され、接続端子８０が設けられており、エンドエフェクタ２６をマニピュレータ２１に取付けるとき、第２制御部４１が接続端子８０を介して電源ケーブル６１に接続されることとなる。また、車体１２側の第１制御部３２に送受信器６２が接続される一方、エンドエフェクタ２６側の第２制御部４１（入出力部４４）に送受信器６３が接続されており、送受信器６２と送受信器６３とがアンテナを有する無線ネットワーク（制御信号送受信ライン）により接続されている。

従って、車体１２に搭載された第１電源部３３は、電力を第１制御部３２に供給すると共に、電源ケーブル６１を通してマニピュレータ２１の先端部に装着されたエンドエフェクタ２６の第２制御部４１に供給することができる。

そして、車体１２のキャビンに乗車した運転者が操作装置３１を操作すると、その操作信号が第１制御部３２に送信され、第１制御部３２は操作信号に応じた制御信号を送受信器６２から第２制御部４１の送受信器６３に送られる。第２制御部４１にて、受信した制御信号が入出力部４４からモータドライバ４２に送られ、モータドライバ４２がモータ５１を駆動制御することでハンド５４を作動し、運転者の操作に応じた作業を行うことができる。また、距離センサ５５、画像センサ５６、リミットスイッチ５７からの検出信号は、第２制御部４１の入出力部４４に送られ、送受信器６３から第１制御部３２の送受信器６２に送られる。受信した制御信号は、第１制御部３２に送られ、例えば、キャビンに設けられた表示部に表示される。

また、実施例１では、マニピュレータ２１の先端部に装着されたエンドエフェクタ２６を取外し、別のエンドエフェクタを装着することができる。また、マニピュレータ２１の先端部に装着されたエンドエフェクタ２６に加えて、別のエンドエフェクタを追加することができる。

例えば、図２に示すように、エンドエフェクタ７０は、モータドライバ７１、モータ７２、回転速度検出器７３、グラインダ７４、距離センサ７５、接触センサ７６、回転数センサ７７から構成されている。モータ７２は、出力軸にグラインダ７４が着脱自在となっており、このグラインダ７３を駆動することができる。回転速度検出器７３は、モータ７２の回転速度（回転数）を検出するものである。

そして、このエンドエフェクタ７０は、マニピュレータ２１の先端部に対して追加するように装着される。このとき、エンドエフェクタ７０は、電源端子８１，８２が接続端子８０（図１参照）、第２電源部４３（図１参照）にそれぞれ接続され、接続端子８３が入出力部４４（図１参照）に接続される。即ち、第２制御部４１における第２電源部４３と入出力部４４が兼用される。

このように実施例１の産業用ロボットにあっては、操作部３１と、操作部３１に接続される第１制御部３２と、第１制御部３２に接続される第１電源部３３と、車体１２に装着されるマニピュレータ２１と、マニピュレータ２１の先端部に装着可能なエンドエフェクタ２６と、エンドエフェクタ２６を制御可能な第２制御部４１と、第１電源部３３と第２制御部４１とを接続する電源ケーブル６１と、第１制御部３２と第２制御部４１との間で制御信号の送受信を行う制御信号送受信ラインとしての送受信器６２，６３とを設けている。

従って、エンドエフェクタ２６に第２制御部４１が設けられ、操作装置３１側の第１制御部３２と電源ケーブル６１を介して接続されると共に、制御信号送受信ラインを介して接続されることで、第１制御部３２とエンドエフェクタ２６との間に多数のケーブルを配索することが不要となり、操作装置３１側とエンドエフェクタ２６側との間に配索されるケーブルを減少し、マニピュレータ２１やエンドエフェクタ２６の作動を円滑に行うことが可能となり、各種作業の作業性を向上することができる。

また、実施例１の産業用ロボットでは、制御信号送受信ラインとして、第１制御部３２と第２制御部４１との間で制御信号の送受信を行う無線ネットワークを構成する送受信器６２，６３を設けている。第１制御部３２とエンドエフェクタ２６との間の制御ケーブルがなくなり、マニピュレータ２１やエンドエフェクタ２６の作動を円滑に行うことができる。

図４は、本発明の実施例２に係る産業用ロボットの概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

産業用ロボット１１において、図４に示すように、車体１２側に、操作装置３１、第１制御部３２、第１電源部３３が設けられている。操作装置３１は、第１制御部３２が接続され、第１制御部３２は、電源部３３が接続されている。また、産業用ロボット１１において、エンドエフェクタ２６側には、この機能・機構部４０と、機能・機構部４０を制御可能な第２制御部（ロボット側制御部）４１が設けられている。エンドエフェクタ２６は、機能・機構部４０に第２制御部４１を構成する基板が固定されて構成されている。機能・機構部４０は、モータ５１、回転速度検出器５２、回転角度検出器５３、ハンド５４、距離センサ５５、画像センサ５６、リミットスイッチ５７から構成されている。第２制御部４１は、モータドライバ４２、第２電源部４３、入出力部４４から構成されている。

そして、車体１２側の第１電源部３３とエンドエフェクタ２６側の第２制御部４１（モータドライバ４２、第２電源部４３）とが電力線搬送通信（ＰＬＣ：ＰｏｗｅｒＬｉｎｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）ネットワークにより接続されている。この場合、電源ケーブル６１は、マニピュレータ２１内または外側に配索され、接続端子８０が設けられており、エンドエフェクタ２６をマニピュレータ２１に取付けるとき、第２制御部４１が接続端子８０を介して電源ケーブル６１に接続されることとなる。また、車体１２側の第１制御部３２に送受信器６２が接続され、エンドエフェクタ２６側の第２制御部４１（入出力部４４）に送受信器６３が接続されている。また、電源ケーブル６１における第１制御部３２側にアダプタ９１が設けられ、第２制御部４１側にアダプタ９２が設けられ、送受信器６２とアダプタ９１間、送受信器６２とアダプタ９１間を制御信号が送信可能であると共に、アダプタ９１，９２間の電源ケーブル６１内を制御信号が送信可能となっている。

そして、車体１２のキャビンに乗車した運転者が操作装置３１を操作すると、その操作信号が第１制御部３２に送信され、第１制御部３２は操作信号に応じた制御信号を送受信器６２から電源ケーブル６１を通して第２制御部４１の送受信器６３に送られる。第２制御部４１にて、受信した制御信号が入出力部４４からモータドライバ４２に送られ、モータドライバ４２がモータ５１を駆動制御することでハンド５４を作動し、運転者の操作に応じた作業を行うことができる。また、距離センサ５５、画像センサ５６、リミットスイッチ５７からの検出信号は、第２制御部４１の入出力部４４に送られ、送受信器６３から第１制御部３２の送受信器６２に送られる。受信した制御信号は、第１制御部３２に送られ、例えば、キャビンに設けられた表示部に表示される。

このように実施例２の産業用ロボットにあっては、操作部３１と、操作部３１に接続される第１制御部３２と、第１制御部３２に接続される第１電源部３３と、車体１２に装着されるマニピュレータ２１と、マニピュレータ２１の先端部に装着可能なエンドエフェクタ２６と、エンドエフェクタ２６を制御可能な第２制御部４１と、第１電源部３３と第２制御部４１とを接続する電源ケーブル６１と、第１制御部３２と第２制御部４１との間で制御信号の送受信を行う制御信号送受信ラインとして電力線搬送通信ネットワークとを設けている。

従って、エンドエフェクタ２６に第２制御部４１が設けられ、操作装置３１側の第１制御部３１と電源ケーブル６１を介して接続されると共に、制御信号送受信ラインを介して接続されることで、第１制御部３２とエンドエフェクタ２６との間に多数のケーブルを配索することが不要となり、操作装置３１側とエンドエフェクタ２６側との間に配索されるケーブルを減少し、マニピュレータ２１やエンドエフェクタ２６の作動を円滑に行うことが可能となり、各種作業の作業性を向上することができる。

また、実施例２の産業用ロボットでは、制御信号送受信ラインとして、第１制御部３２と第２制御部４１との間で制御信号の送受信を行う電力線搬送通信を行う有線ネットワークを設けている。第１制御部３２とエンドエフェクタ２６との間の制御ケーブルがなくなり、マニピュレータ２１やエンドエフェクタ２６の作動を円滑に行うことができる。

なお、上述した実施例では、２種類のエンドエフェクタ２６，７０を設けたが、本発明のエンドエフェクタは、この構成のエンドエフェクタ２６，７０に限定されるものではない。また、第２制御部４１として第２電源部４３を設け、第１電源部３３からの直流電流を電圧の異なる直流電流へと変換するようにしたが、センサ等の電圧が同じ直流電流であれば、省略することができる。更に、第１電源部３３からの直流電流をモータドライバ４２へ直接流れるようにしたが、モータドライバ４２の電圧が異なる場合には、この間に別途電源部（ＤＣ／ＤＣ電源装置）を設ければよいものである。

１１産業用ロボット
２１マニピュレータ（ロボットアーム）
２６，７０エンドエフェクタ
３１操作装置（操作部）
３２第１制御部（操作側制御部）
３３第１電源部
４０機能・機構部
４１第２制御部（ロボット側制御部）
４２モータドライバ
４３第２電源部
４４入出力部
５１，７２モータ
５４ハンド（工具）
５５，７５距離センサ
５６画像センサ
５７リミットスイッチ
６１電源ケーブル
６２，６３送受信器（制御信号送受信ライン、無線ネットワーク）
７４グラインダ（工具）
７６接触センサ
７７回転数センサ
９１，９２アダプタ

Claims

操作部と、
前記操作部に接続される操作側制御部と、
前記操作側制御部に接続される電源部と、
所定の位置に配置されるロボットアームと、
前記ロボットアームの先端部に装着可能なエンドエフェクタと、
前記エンドエフェクタを制御可能なロボット側制御部と、
前記電源部と前記ロボット側制御部とを接続する電源ケーブルと、
前記操作側制御部と前記ロボット側制御部との間で制御信号の送受信を行う制御信号送受信ラインと、
を備えることを特徴とする産業用ロボット。
前記制御信号送受信ラインは、前記操作側制御部と前記ロボット側制御部との間で制御信号の送受信を行う無線ネットワークを有することを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボット。
前記制御信号送受信ラインは、前記操作側制御部と前記ロボット側制御部との間で制御信号の送受信を行う電力線搬送通信ネットワークを有することを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボット。
前記エンドエフェクタは、少なくとも工具及び該工具を駆動するモータを有し、前記ロボット側制御部は、モータドライバを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の産業用ロボット。
前記エンドエフェクタは、少なくともセンサを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の産業用ロボット。