JP2015003349A - ロボット - Google Patents
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Abstract
Description
このようなロボットでは、ロボットアームの減速の際は、そのロボットアームを駆動するモーターが回生動作となり、そのモーターから電力が生成され、その電力は、コンデンサーに蓄積される。また、コンデンサーの電圧がその耐圧を超えてしまうことを防止するため、コンデンサーに蓄積しきれない余剰分の電力は、回生抵抗と呼ばれる抵抗で消費されている。このため、消費電力が高いという問題があった。また、回生抵抗で消費できる電力は限界があるので、回生電力によりロボットアームの減速時間、最高速度が制限されてしまい、作業時間を短縮できないという問題もあった。
また、特許文献1には、複数の腕部が回動可能に連結され、各腕部を対応するモーターで回動させる1つのロボットアームを備えたロボットが開示されている。このロボットでは、1つ以上のモーターの回生時に、他のモーターが力行を行う。
また、力行とは、モーターに電力を供給してそのモーターを作動させることである。腕部の動作としては、具体的には、例えば、加速動作、定速動作、力制御動作等が挙げられる。
本発明の目的は、消費電力を低減し、位置制御および力制御に対応することができるロボットを提供することにある。
本発明のロボットは、少なくとも1つの第1の駆動源を有し、前記第1の駆動源により駆動する第1のロボットアームと、
少なくとも1つの第2の駆動源を有し、前記第2の駆動源により駆動する第2のロボットアームと、
前記第1の駆動源および前記第2の駆動源の作動を制御する制御部と、を備え、
前記第1の駆動源の回生を行う際に、前記第1の駆動源で生成された電力を用いて前記第2の駆動源の力行を行うように構成されており、
前記制御部は、前記第2の駆動源の力行の際に消費する消費電力を求め、前記消費電力に基づいて、前記第1の駆動源の回生を行う際の前記第1のロボットアームの動作を設定することを特徴とする。
これにより、回生により生じた電力を力行において用いるので、回生抵抗を設けることなく、回生により生じた電力が蓄積されるコンデンサーの電圧が耐圧を超えてしまうことを防止することができる。
また、ロボットアーム単位で回生と力行とを行うので、位置制御および力制御のそれぞれに対応することができる。
これにより、第1の駆動源の回生の際にその第1の駆動源で生成される電力を所定値以下に設定し、これによって、第1の駆動源の回生により生じた電力が蓄積されるコンデンサーの電圧が耐圧を超えてしまうことを防止することができる。
これにより、第1の駆動源の回生を行う際の第1のロボットアームの速度を大きく設定したり、第1のロボットアームの減速時の加速度の絶対値を大きく設定することにより、作業時間を短縮することができる。
これにより、前記消費電力が第2の値の場合の方が第1の値の場合よりも、第1の駆動源の回生を行う際の第1のロボットアームの速度を大きく設定したり、第1のロボットアームの減速時の加速度の絶対値を大きく設定することにより、作業時間を短縮することができる。
これにより、第1の駆動源で生成された電力が不足することによりロボットが作動できなくなることを防止することができる。
前記第1の駆動源で生成された電力を用いて前記第2の駆動源の力行を行う際、前記第1の駆動源で生成された電力が前記第2の駆動源の力行において使用する電力に対して余る場合は、前記余る電力を前記コンデンサーに蓄積することが好ましい。
これにより、コンデンサーに蓄積された電力を利用することができるので、消費電力を低減することができる。
前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記第1の駆動源の回生を行う際の前記第1のロボットアームの速度と、加速度との少なくとも一方を調整することが好ましい。
これにより、第1の駆動源の回生を行う際の第1のロボットアームの速度を大きく再設定したり、第1のロボットアームの減速時の加速度の絶対値を大きく再設定することにより、作業時間を短縮することができる。また、回生により生じた電力が蓄積されるコンデンサーの電圧が耐圧を超えてしまうことを防止することができる。
前記制御部は、前記第1の駆動源の力行の際に消費する消費電力を求め、前記消費電力に基づいて、前記第2の駆動源の回生を行う際の前記第2のロボットアームの動作を設定することが好ましい。
これにより、回生により生じた電力を力行において用いるので、回生抵抗を設けることなく、回生により生じた電力が蓄積されるコンデンサーの電圧が耐圧を超えてしまうことを防止することができる。
また、ロボットアーム単位で回生と力行とを行うので、位置制御および力制御のそれぞれに対応することができる。
これにより、第2の駆動源の回生の際にその第2の駆動源で生成される電力を所定値以下に設定し、これによって、第2の駆動源の回生により生じた電力が蓄積されるコンデンサーの電圧が耐圧を超えてしまうことを防止することができる。
これにより、第2の駆動源の回生を行う際の第2のロボットアームの速度を大きく設定したり、第2のロボットアームの減速時の加速度の絶対値を大きく設定することにより、作業時間を短縮することができる。
これにより、前記消費電力が第2の値の場合の方が第1の場合よりも、第2の駆動源の回生を行う際の第2のロボットアームの速度を大きく設定したり、第2のロボットアームの減速時の加速度の絶対値を大きく設定することにより、作業時間を短縮することができる。
これにより、第2の駆動源で生成された電力が不足することによりロボットが作動できなくなることを防止することができる。
前記第2の駆動源で生成された電力を用いて前記第1の駆動源の力行を行う際、前記第2の駆動源で生成された電力が前記第1の駆動源の力行において使用する電力に対して余る場合は、前記余る電力を前記コンデンサーに蓄積することが好ましい。
これにより、コンデンサーに蓄積された電力を利用することができるので、消費電力を低減することができる。
前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記第2の駆動源の回生を行う際の前記第2のロボットアームの速度と、加速度との少なくとも一方を調整することが好ましい。
これにより、第2の駆動源の回生を行う際の第2のロボットアームの速度を大きく再設定したり、第2のロボットアームの減速時の加速度の絶対値を大きく再設定することにより、作業時間を短縮することができる。また、回生により生じた電力が蓄積されるコンデンサーの電圧が耐圧を超えてしまうことを防止することができる。
<第1実施形態>
図1は、本発明のロボットの第1実施形態におけるロボット本体を正面側から見た斜視図である。図2は、図1に示すロボットのロボット本体を背面側から見た斜視図である。図3は、図1に示すロボットのロボット本体の概略図である。図4は、図1に示すロボットの主要部のブロック図である。図5は、図1に示すロボットのロボット制御装置の主要部のブロック図である。図6は、図1に示すロボットの主要部のブロック図である。図7は、図1に示すロボットのロボット制御装置の制御動作を示すフローチャートである。図8は、図1に示すロボットにおける第1のロボットアームおよび第2のロボットアームの動作タイミング等を示す図である。図9は、図1に示すロボットにおける記憶部に記憶されたテーブルを説明するための図である。図10は、図1に示すロボットにおける記憶部に記憶されたテーブルを説明するための図である。
図1〜図4に示すロボット(産業用ロボット)100は、例えば腕時計のような精密機器等を製造する製造工程で用いることができ、ロボット本体(本体部)10と、ロボット本体10の作動を制御するロボット制御装置(制御部)20(図4、図5参照)と、撮像装置(撮像部)として電子カメラ71とを有している。ロボット本体10と、ロボット制御装置20と、電子カメラ71とは、それぞれ、電気的に接続されている。また、ロボット制御装置20は、例えば、CPU(Central Processing Unit)が内蔵されたパーソナルコンピューター(PC)等で構成することができる。なお、ロボット本体10とロボット制御装置20とは、一体であってもよく、また、別体であってもよい。また、ロボット本体10と電子カメラ71とは、一体であってもよく、また、別体であってもよい。なお、ロボット制御装置20については、後で詳述する。
この腕部12〜15、リスト16の長さは、それぞれ、特に限定されないが、図示の構成では、腕部12〜14の長さが、他の腕部15およびリスト16よりも長く設定されている。なお、例えば、第3腕部14の長さを第1腕部12および第2腕部13の長さよりも短くしてもよい。
ロボット本体10は、ロボット制御装置20と電気的に接続されている。すなわち、駆動源401〜406、角度センサー411〜416は、それぞれ、ロボット制御装置20と電気的に接続されている。
腕部12〜15は、それぞれ、中空の腕部本体2と、駆動機構3と、封止手段4とを有している。なお、以下では、説明の都合上、第1腕部12が有する腕部本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「腕部本体2a」、「駆動機構3a」、「封止手段4a」と言い、第2腕部13が有する腕部本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「腕部本体2b」、「駆動機構3b」、「封止手段4b」と言い、第3腕部14が有する腕部本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「腕部本体2c」、「駆動機構3c」、「封止手段4c」と言い、第4腕部15が有する腕部本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「腕部本体2d」、「駆動機構3d」、「封止手段4d」と言うことがある。
第2腕部13は、第1腕部12の先端部に連結されている。この第2腕部13では、駆動機構3bがモーター403Mを有しており、腕部本体2b内に収納している。また、腕部本体2a内は、封止手段4bにより気密封止されている。
第4腕部15は、第3腕部14の先端部に、その中心軸方向と平行に連結されている。この腕部15では、駆動機構3dがモーター405M、406Mを有しており、腕部本体2d内に収納している。また、腕部本体2d内は、封止手段4dにより気密封止されている。
リスト本体161の先端面163は、平坦な面となっており、その先端面163は、ハンド91(92)等が装着される装着部となる。また、リスト本体161は、関節176を介して、第4腕部15の駆動機構3dに連結されており、当該駆動機構3dのモーター406Mの駆動により、回転軸O6回りに回動する。
また、図3〜図5に示すように、ロボット本体10は、第1のロボットアーム31のリスト16の先端部(リスト16とハンド91との間)に設けられた力覚センサー81と、第2のロボットアーム32のリスト16の先端部(リスト16とハンド92との間)に設けられた力覚センサー82とを有している。なお、力覚センサー81、82は、それぞれ、前記の位置に限らず、例えば、ハンド91、92の基端部等に設けられていてもよい。
この力覚センサー81、82の検出結果、すなわち、力覚センサー81、82から出力される信号は、それぞれ、ロボット制御装置20に入力され、ロボット制御装置20は、力覚センサー81、82の検出結果に基づいて、例えば、力制御等の各種の制御を行う。
ロボット制御装置20は、ロボット本体10全体、すなわち、駆動源401、402、403、404、405、406、リスト16に装着されたハンド91、92の駆動源、電子カメラ71等の作動をそれぞれ制御する装置である。
第2減算器には、角速度指令ωcが入力され、また、角速度フィードバック値ωfbが入力される。第2減算器は、これら角速度指令ωcと角速度フィードバック値ωfbとの偏差(駆動源401の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωfbを減算した値)を出力する。
このようにして、駆動源401のトルクがその目標値と可及的に等しくなり、かつ、位置フィードバック値Pfbが位置指令Pcと可及的に等しくなるとともに、角速度フィードバック値ωfbが角速度指令ωcと可及的に等しくなるように、フィードバック制御がなされ、駆動源401の駆動電流が制御される。
また、第2のロボットアーム32については、前記第1のロボットアーム31と同様であるので、その説明は省略する。
また、図5に示すように、ロボット制御装置20は、記憶部21と、動作制御部22とを有している。記憶部21には、例えば、ロボット本体10を作動させるプログラム、各種の情報やテーブル等が記憶される。
また、図6に示すように、ロボット制御装置20は、電源41に電気的に接続される整流回路42と、整流回路42の後段に電気的に接続されたコンデンサー43と、コンデンサー43の後段に電気的に接続された電力変換回路44とを有している。
また、力行とは、駆動源に電力を供給してその駆動源を作動させることである。第1のロボットアーム31の動作としては、具体的には、例えば、加速動作、定速動作、力制御動作等が挙げられる。
なお、力行における消費電力と、最大速度、減速度(減速時の加速度)との関係は、テーブルとして、予め、記憶部21に記憶されている。
なお、力行における消費電力と、最大速度、減速度(減速時の加速度)との関係は、テーブルとして、予め、記憶部21に記憶されている。
まず、作業者は、ロボット100に対して、作業内容等の教示を行う。
図7に示すように、ロボット制御装置20は、前記教示により、作業、すなわち、作業の動作順序を確定する(ステップS101)。
次いで、第1のロボットアーム31、第2のロボットアーム32の動作タイミングを設定する(ステップS102)。このステップS102では、図8に示すように、第1のロボットアーム31が減速動作をする場合、すなわち、第1のロボットアーム31の駆動源401〜406が回生動作をする場合は、その開始のタイミングと一致するように、第2のロボットアーム32の駆動源401〜406の力行動作の開始のタイミングを設定する。この力行動作により、第2のロボットアーム32は、例えば、加速動作、定速動作、力制御動作等を行う。同様に、第2のロボットアーム32が減速動作をする場合、すなわち、第2のロボットアーム32の駆動源401〜406が回生動作をする場合は、その開始のタイミングと一致するように、第1のロボットアーム31の駆動源401〜406の力行動作の開始のタイミングを設定する。この力行動作により、第1のロボットアーム31は、例えば、加速動作、定速動作、力制御動作等を行う。
次いで、力行動作により消費する消費電力に基づいて、回生動作の最高速度、減速度を設定する(ステップS104)。なお、力行動作により消費する消費電力が大きい場合は、回生動作の最高速度、減速度を大きく設定し、力行動作により消費する消費電力小さい場合は、回生動作の最高速度、減速度を小さく設定する。本実施形態では、回生動作の最高速度、減速度は、例えば、0〜10の11段階に設定する。なお、図8には、その数字が図示されている。
次に、力行における消費電力と、回生における最大速度、減速度との関係を示すテーブルの一例について説明する。
図9に示すように、まず、位置制御動作を行うロボットアームが消費する消費電力を決定するための要素1として、加速度は、「高」、「中」、「低」の3段階に設定されている。また、要素2として、慣性は、「負荷大」、「負荷中」、「負荷小」の3段階に設定されている。なお、慣性には、重力項が含まれている。また、要素3として、加速時間は、「長」、「短」の2段階に設定されている。また、前記加速度、慣性および加速時間に対応して、位置制御動作において消費する消費電力、すなわち、引き受け可能な回生電力が、0〜10の11段階に設定されている。
図10に示すように、まず、力制御として、インピーダンス制御と、対象物を押し付ける押し付け動作と、対象物を嵌合する嵌合動作とが挙げられている。
力制御動作を行うロボットアームが消費する消費電力を決定するための要素1として、力の出力値は、「大」、「中」、「小」の3段階に設定されている。なお、インピーダンス制御のみは、「小」のみである。また、要素2として、重力項による負荷は、「負荷大」、「負荷中」、「負荷小」の3段階に設定されている。なお、ロボットアームの姿勢により前記負荷が異なる。また、前記力の出力値および重力項による負荷に対応して、力制御動作において消費する消費電力、すなわち、引き受け可能な回生電力が、0〜10の11段階に設定されている。
以上説明したように、このロボット100によれば、回生により生じた電力を力行において用いるので、回生抵抗を設けることなく、コンデンサー43の電圧が耐圧を超えてしまうことを防止することができる。
また、ロボットアーム単位で回生と力行とを行うので、位置制御および力制御のそれぞれに対応することができる。
図11は、本発明のロボットの第2実施形態における主要部のブロック図である。図12は、図11に示すロボットのロボット制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
以下、第2実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
同様に、ロボット制御装置20は、検出部45の検出結果に基づいて、第2のロボットアーム32の駆動源401〜406の回生を行う際の第2のロボットアーム32の速度と、加速度との少なくとも一方を調整する。
まず、前記調整においては、第1のロボットアーム31の速度のみを調整してもよく、また、加速度のみを設定してもよいが、両方を設定することが好ましい。なお、本実施形態では、速度として、最高速度を調整し、加速度として、負の加速度、すなわち減速度を調整する。
そして、差分が設定範囲内の場合は、適正であり、第1のロボットアーム31の最高速度、減速度は、変更しない。
また、差分が設定範囲の下限値よりも小さい場合は、コンデンサー43に電力を蓄積する余裕がないので、回生電力の消費量を減少させる。すなわち、第1のロボットアーム31最高速度、減速度を減少させる。
なお、図12に示すステップS201〜S205までは、図6に示す第1実施形態におけるステップS101〜S105と同様であるので、その説明は省略する。
図12に示すように、ステップS205の後、コンデンサー43の耐圧V1と検出値V2との差分(V1−V2)を求め、その差分が予め設定された設定範囲の上限値よりも大きいか否かを判断し(ステップS206)、大きい場合は、回生電力の消費量を増大する(ステップS209)。次いで、ステップS204に戻り、ステップS209で変更した回生電力の消費量に基づいて、回生動作の最高速度、減速度を再設定し(ステップS204)、ステップS205以降を実行する。
このロボット100によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
更には、コンデンサー43やインバーター等の回路的なバラツキや駆動源401〜406等のメカ部品のバラツキ、それらの経年変化にも対応することができる。
以上、本発明のロボットを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明では、第1のロボットアームの第1の駆動源の回生を行う際に、その第1の駆動源で生成された電力を用いて第2のロボットアームの第2の駆動源の力行を行うようになっており、第2のロボットアームの第2の駆動源の回生を行う際は、第1のロボットアームの第1の駆動源の力行を行うようになっていなくてもよい。
また、各角度センサーの方式は、それぞれ、特に限定されず、例えば、光学式、磁気式、電磁式、電気式等が挙げられる。
また、前記実施形態では、ロボット本体は、複数の腕部の隣り合う前記腕部同士を回動可能に連結してなるロボットアームを2つ有するロボット本体であるが、本発明では、これに限定されず、例えば、ロボットアームを3つ以上有するロボット本体であってもよい。
また、本発明では、ロボット本体は、腕部型ロボットに限定されず、他の形式のロボット、例えば、脚部を有する脚式歩行(走行)ロボット、スカラーロボット等であってもよい。
Claims (14)
- 少なくとも1つの第1の駆動源を有し、前記第1の駆動源により駆動する第1のロボットアームと、
少なくとも1つの第2の駆動源を有し、前記第2の駆動源により駆動する第2のロボットアームと、
前記第1の駆動源および前記第2の駆動源の作動を制御する制御部と、を備え、
前記第1の駆動源の回生を行う際に、前記第1の駆動源で生成された電力を用いて前記第2の駆動源の力行を行うように構成されており、
前記制御部は、前記第2の駆動源の力行の際に消費する消費電力を求め、前記消費電力に基づいて、前記第1の駆動源の回生を行う際の前記第1のロボットアームの動作を設定することを特徴とするロボット。 - 前記第1のロボットアームの動作の設定は、前記第1のロボットアームの速度と、加速度との少なくとも一方の設定である請求項1に記載のロボット。
- 前記制御部は、前記消費電力が多いほど、前記第1の駆動源の回生を行う際の前記第1のロボットアームの速度を大きく設定するか、または、前記第1のロボットアームの減速時の加速度の絶対値を大きく設定する請求項2に記載のロボット。
- 前記制御部は、前記消費電力が第1の値の場合と、前記第1の値よりも大きい第2の値の場合において、前記第1の駆動源の回生を行う際、前記第1のロボットアームの速度を、前記第1の値の場合よりも前記第2の値の場合において大きく設定するか、または、前記第1のロボットアームの減速時の加速度の絶対値を、前記第1の値の場合よりも前記第2の値の場合において大きく設定する請求項2に記載のロボット。
- 前記第1の駆動源で生成された電力を用いて前記第2の駆動源の力行を行う際、前記第1の駆動源で生成された電力が前記第2の駆動源の力行において使用する電力に対して不足する場合は、電源から前記第2の駆動源に電力を供給する請求項1ないし4のいずれか1項に記載のロボット。
- コンデンサーを有し、
前記第1の駆動源で生成された電力を用いて前記第2の駆動源の力行を行う際、前記第1の駆動源で生成された電力が前記第2の駆動源の力行において使用する電力に対して余る場合は、前記余る電力を前記コンデンサーに蓄積する請求項1ないし5のいずれか1項に記載のロボット。 - 前記コンデンサーの電圧を検出する検出部を有し、
前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記第1の駆動源の回生を行う際の前記第1のロボットアームの速度と、加速度との少なくとも一方を調整する請求項6に記載のロボット。 - 前記第2の駆動源の回生を行う際に、前記第2の駆動源で生成された電力を用いて前記第1の駆動源の力行を行うように構成されており、
前記制御部は、前記第1の駆動源の力行の際に消費する消費電力を求め、前記消費電力に基づいて、前記第2の駆動源の回生を行う際の前記第2のロボットアームの動作を設定する請求項1ないし7のいずれか1項に記載のロボット。 - 前記第2のロボットアームの動作の設定は、前記第2のロボットアームの速度と、加速度との少なくとも一方の設定である請求項8に記載のロボット。
- 前記制御部は、前記消費電力が多いほど、前記第2の駆動源の回生を行う際の前記第2のロボットアームの速度を大きく設定するか、または、前記第1のロボットアームの減速時の加速度の絶対値を大きく設定する請求項9に記載のロボット。
- 前記制御部は、前記消費電力が第1の値の場合と、前記第1の値よりも大きい第2の値の場合において、前記第2の駆動源の回生を行う際、前記第2のロボットアームの速度を、前記第1の値の場合よりも前記第2の値の場合において大きく設定するか、または、前記第2のロボットアームの減速時の加速度の絶対値を、前記第1の値の場合よりも前記第2の値の場合において大きく設定する請求項9に記載のロボット。
- 前記第2の駆動源で生成された電力を用いて前記第1の駆動源の力行を行う際、前記第2の駆動源で生成された電力が前記第1の駆動源の力行において使用する電力に対して不足する場合は、電源から前記第1の駆動源に電力を供給する請求項8ないし11のいずれか1項に記載のロボット。
- コンデンサーを有し、
前記第2の駆動源で生成された電力を用いて前記第1の駆動源の力行を行う際、前記第2の駆動源で生成された電力が前記第1の駆動源の力行において使用する電力に対して余る場合は、前記余る電力を前記コンデンサーに蓄積する請求項8ないし12のいずれか1項に記載のロボット。 - 前記コンデンサーの電圧を検出する検出部を有し、
前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記第2の駆動源の回生を行う際の前記第2のロボットアームの速度と、加速度との少なくとも一方を調整する請求項13に記載のロボット。
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CN112571397A (zh) * | 2019-09-30 | 2021-03-30 | 精工爱普生株式会社 | 移动机器人 |
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