JP2015093329A - マニピュレータ - Google Patents
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Abstract
【課題】ケーブルを油浸する場合において、圧力の不均一化を抑制できる電動式のマニピュレータを提供する。【解決手段】マニピュレータは、複数の関節部及びリンク部を有するアームと、アームの内部の第1空間に配置され、複数の関節部のそれぞれを駆動可能な複数のサーボモータと、第1空間に配置され、複数のサーボモータのそれぞれを制御する複数のサーボアンプと、第1空間と結ばれる第2空間を有するベローズ容器と、を備え、第1空間及び第2空間のそれぞれが油で満たされ、複数のサーボアンプがシリアル通信又は電力線搬送通信のケーブルで接続されている。【選択図】図2
Description
本発明は、マニピュレータに関する。
海洋資源開発の分野においては、遠隔操作無人探査機(ROV:Remotely Operated Vehicle)及び自律型無人潜水機(AUV:Autonomous Underwater Vehicle)のような潜水装置が使用される。深海で稼働する潜水装置においては、深海の海水圧に対応するため、例えば特許文献1に開示されているような、油圧シリンダで駆動する油圧式マニピュレータが使用される。また、海中において、電気モータで駆動する電動式マニピュレータを使用する場合、その電気モータを容器に収容して油浸する均圧構造が採用される。
例えば、多関節構造の電動式マニピュレータにおいて、電気モータの数が多くなると、その電気モータの数に伴ってケーブルの数も多くなる。ケーブルの少なくとも一部は、マニピュレータの関節部に配設される場合が多い。そのため、ケーブルの数が多くなると、それらケーブルを油浸する場合、油浸作業に労力を要したり、圧力を均一化することが困難となったりする可能性がある。
本発明は、ケーブルを油浸する場合において、圧力の不均一化を抑制できる電動式のマニピュレータ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に係るマニピュレータは、複数の関節部及びリンク部を有するアームと、前記アームの内部の第1空間に配置され、複数の前記関節部のそれぞれを駆動可能な複数のサーボモータと、前記第1空間に配置され、複数の前記サーボモータのそれぞれを制御する複数のサーボアンプと、前記第1空間と結ばれる第2空間を有するベローズ容器と、を備え、前記第1空間及び前記第2空間のそれぞれが油で満たされ、複数の前記サーボアンプがシリアル通信又は電力線搬送通信のケーブルで接続されている。
本発明によれば、複数のサーボアンプがシリアル通信又は電力線搬送通信のケーブルで接続されるため、例えば、従来のアナログ配線と比較して、省ケーブル化(省配線化)を図ることができる。したがって、油浸作業を円滑に行うことができる。また、サーボモータとサーボアンプとがアームに内蔵されてアームと一体となるため、例えば、マニピュレータの製造工場等において事前にサーボモータとサーボアンプとの間の配線の接続を済ませておくことができる。また、アームに接続されるベローズ容器は、海水圧に基づいて弾性変形する。サーボモータ及びサーボアンプが配置される第1空間と、そのベローズ容器の内部の第2空間とが結ばれてそれぞれが油で満たされるため、アームが配置される海中の深度が変化し、海水圧が変化しても、ベローズ容器の変形により、第1空間及び第2空間の圧力の均一性が維持される。
本発明に係るマニピュレータにおいて、前記第1空間は、第1関節部を駆動可能な第1サーボモータ及び第1サーボアンプが配置される第1リンク部の第1内部空間と、第2関節部を駆動可能な第2サーボモータ及び第2サーボアンプが配置される第2リンク部の第2内部空間と、前記第1内部空間と前記第2内部空間とを結び、前記ケーブルが配置される通路と、を含み、前記ベローズ容器は、前記第1リンク部に接続されてもよい。第1リンク部の第1内部空間と第2リンク部の第2内部空間とが通路を介して結ばれるため、第1リンク部にベローズ容器を接続して、第1リンク部の第1内部空間とベローズ容器の内部空間である第2空間とを接続することによって、油で満たされた第1内部空間と、通路と、第2内部空間と、第2空間との圧力の均一性が維持される。
本発明に係るマニピュレータにおいて、前記第1空間は、第1関節部を駆動可能な第1サーボモータ及び第1サーボアンプが配置される第1リンク部の第1内部空間と、第2関節部を駆動可能な第2サーボモータ及び第2サーボアンプが配置される第2リンク部の第2内部空間と、を含み、前記ベローズ容器は、前記第1リンク部及び前記第2リンク部のそれぞれに接続されてもよい。第1リンク部にベローズ容器を接続して第1リンク部の第1内部空間とベローズ容器の内部空間である第2空間とを接続するとともに、第2リンク部にベローズ容器を接続して第2リンク部の第2内部空間とベローズ容器の内部空間である第2空間とを接続することによって、油で満たされた第1内部空間と、第2内部空間と、第2空間との圧力の均一性が維持される。
本発明に係るマニピュレータにおいて、前記サーボアンプに制御信号を送信するコントローラを備え、前記サーボアンプと前記コントローラとが、シリアル通信又は電力線搬送通信のケーブルで接続されていてもよい。サーボアンプとコントローラとがシリアル通信又は電力線搬送通信のケーブルで接続されるため、例えば、従来のアナログ配線と比較して、省ケーブル化(省配線化)を図ることができる。したがって、油浸作業を円滑に行うことができる。
本発明に係るマニピュレータにおいて、前記サーボアンプは、電源ユニットを含んでもよい。これにより、サーボアンプと電源ユニットとの距離が短くなるため、サーボアンプと電源ユニットとを接続する配線の長さを短くすることができる。
本発明に係るマニピュレータにおいて、前記第1空間に配置され、前記関節部の回転量を検出する検出装置を備え、前記検出装置は、レゾルバ及びポテンショメータの少なくとも一方を含んでもよい。検出装置がレゾルバ及びポテンショメータの少なくとも一方を含むことにより、第1空間が油浸されても、関節部の回転量を円滑に検出することができる。
本発明に係るマニピュレータによれば、圧力の不均一化を抑制できる。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
<第1実施形態>
第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るマニピュレータ1の一例の外観を示す斜視図である。図2は、本実施形態に係るマニピュレータ1の一例を示す断面図である。図3は、本実施形態に係るマニピュレータシステムの構成の一例を示す図である。
第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るマニピュレータ1の一例の外観を示す斜視図である。図2は、本実施形態に係るマニピュレータ1の一例を示す断面図である。図3は、本実施形態に係るマニピュレータシステムの構成の一例を示す図である。
本実施形態において、マニピュレータ1は、多関節構造のアーム4を備えている。アーム4は、深海環境(高圧環境)で使用される。アーム4は、複数のリンク部2と、それら複数のリンク部2を接続する複数の関節部3とを有する。また、マニピュレータ1は、アーム4に内蔵され、複数の関節部3のそれぞれを駆動可能な複数のサーボモータ32と、アーム4に内蔵され、複数のサーボモータ32のそれぞれを制御する複数のサーボアンプ33と、ケーブルシステム40と、を備えている。
複数のリンク部2のそれぞれは、回転軸5を中心に回転する。本実施形態において、アーム4は、7自由度のアームであり、8つのリンク部2A〜2Hと、それら8つのリンク部2A〜2Hのそれぞれを接続する7つの関節部3A〜3Gと、7つの回転軸5A〜5Gと、を有する。リンク部2Bは、関節部3Aを介してリンク部2Aと接続され、リンク部2Aに対して回転軸5Aを中心に回転する。リンク部2Cは、関節部3Bを介してリンク部2Bと接続され、リンク部2Bに対して回転軸5Bを中心に回転する。リンク部2Dは、関節部3Cを介してリンク部2Cと接続され、リンク部2Cに対して回転軸5Cを中心に回転する。リンク部2Eは、関節部3Dを介してリンク部2Dと接続され、リンク部2Dに対して回転軸5Dを中心に回転する。リンク部2Fは、関節部3Eを介してリンク部2Eと接続され、リンク部2Eに対して回転軸5Eを中心に回転する。リンク部2Gは、関節部3Fを介してリンク部2Fと接続され、リンク部2Fに対して回転軸5Fを中心に回転する。リンク部2Hは、関節部3Gを介してリンク部2Gと接続され、リンク部2Gに対して回転軸5Gを中心に回転する。
アーム4の先端部のリンク部2Hには、例えば把持対象物を把持するハンドのような工具が取り付けられる。工具は、電力供給用コネクタ及び制御信号供給用コネクタを介して、リンク部2Hに取り付けられる。
マニピュレータ1は、複数の関節部3A〜3Gのそれぞれを駆動可能な複数のサーボモータ32A〜32Gを有する。それらサーボモータ32A〜32Gは、アーム4に内蔵されている。また、マニピュレータ1は、複数のサーボモータ32A〜32Gのそれぞれを制御する複数のサーボアンプ33A〜33Gを有する。それらサーボアンプ33A〜33Gは、アーム4に内蔵されている。アーム4は、内部空間6を有する。サーボモータ32A〜32G及びサーボアンプ33A〜33Gは、アーム4の内部空間6に配置される。
内部空間6は、7つの内部空間6A〜6Gを含む。本実施形態において、リンク部2Aが内部空間6Aを有する。リンク部2Cが内部空間6B及び内部空間6Cを有する。リンク部2Eが内部空間6D及び内部空間6Eを有する。リンク部2Gが内部空間6F及び内部空間6Gを有する。本実施形態においては、関節部3Aを駆動可能なサーボモータ32A及びそのサーボモータ32Aを制御するサーボアンプ33Aが、リンク部2Aの内部空間6Aに配置される。関節部3Bを駆動可能なサーボモータ32B及びそのサーボモータ32Bを制御するサーボアンプ33Bが、リンク部2Cの内部空間6Bに配置される。関節部3Cを駆動可能なサーボモータ32C及びそのサーボモータ32Cを制御するサーボアンプ33Cが、リンク部2Cの内部空間6Cに配置される。関節部3Dを駆動可能なサーボモータ32D及びそのサーボモータ32Dを制御するサーボアンプ33Dが、リンク部2Eの内部空間6Dに配置される。関節部3Eを駆動可能なサーボモータ32E及びそのサーボモータ32Eを制御するサーボアンプ33Eが、リンク部2Eの内部空間6Eに配置される。関節部3Fを駆動可能なサーボモータ32F及びそのサーボモータ32Fを制御するサーボアンプ33Fが、リンク部2Gの内部空間6Fに配置される。関節部3Gを駆動可能なサーボモータ32G及びそのサーボモータ32Gを制御するサーボアンプ33Gが、リンク部2Gの内部空間6Gに配置される。
内部空間6A〜6Gのそれぞれは、通路7(7A〜7F)を介して結ばれている。内部空間6は、通路7を含む。内部空間6Aと内部空間6Bとは通路7Aで結ばれ、内部空間6Bと内部空間6Cとは通路7Bで結ばれ、内部空間6Cと内部空間6Dとは通路7Cで結ばれ、内部空間6Dと内部空間6Eとは通路7Dで結ばれ、内部空間6Eと内部空間6Fとは通路7Eで結ばれ、内部空間6Fと内部空間6Gとは通路7Fで結ばれる。
ケーブルシステム40は、複数のサーボアンプ33を接続するケーブル8を有する。本実施形態において、ケーブル8は、高速シリアル通信のケーブルである。ケーブル8の少なくとも一部は、内部空間6(6A〜6G)に配置される。また、ケーブル8の少なくとも一部は、通路7(7A〜7F)に配置される。
また、ケーブルシステム40は、複数のサーボモータ32及びサーボアンプ33を接続するケーブル9を有する。本実施形態において、ケーブル9は、電力を供給する電力ケーブルである。ケーブル9の少なくとも一部は、内部空間6(6A〜6G)に配置される。また、ケーブル9の少なくとも一部は、通路7(7A〜7F)に配置される。
また、ケーブルシステム40は、アーム4の内部空間6に配置されるサーボモータ32及びサーボアンプ33と内部空間6の外側に配置される外部機器とを接続するケーブル11及びケーブル12を有する。図3に示すように、ケーブル11は、サーボモータ32及びサーボアンプ33と、外部機器である電源装置21とを接続する。ケーブル12は、サーボアンプ33と、外部機器であるコントローラ22とを接続する。電源装置21は、ケーブル11を介して、サーボモータ32及びサーボアンプ33に電力を供給する。コントローラ22は、ケーブル12を介して、サーボアンプ33に制御信号を送信する。本実施形態において、サーボアンプ33とコントローラ22とを接続するケーブル12は、高速シリアル通信のケーブルである。
本実施形態において、マニピュレータ1は、アーム4の内部空間6と結ばれる内部空間13を有するベローズ容器14を備えている。本実施形態において、ベローズ容器14は、リンク部2Aに接続される。ベローズ容器14の内部空間13とリンク部2Aの内部空間6Aとが結ばれる。
通路7を含むアーム4の内部空間6は、油LSで満たされる。ベローズ容器14の内部空間13も油LSで満たされる。内部空間6及び内部空間13のそれぞれが油LSで満たされることによって、サーボモータ32、サーボアンプ33、ケーブル8、ケーブル9、ケーブル11の少なくとも一部、及びケーブル12の少なくとも一部は、油浸状態となる。
油LSは、絶縁性である。そのため、油LSとサーボモータ32及びサーボアンプ33のような電気機器とが接触しても、それら電気機器の性能の低下が抑制される。
図4は、本実施形態に係るサーボモータ32及びサーボアンプ33の一例を示す。本実施形態において、サーボモータ32とサーボアンプ33とは一体である。以下の説明において、一体となったサーボモータ32とサーボアンプ33とを含むアンプ一体型サーボモータ20を適宜、モータユニット20、と称する。
図4に示すように、モータユニット20は、サーボモータ32及びサーボアンプ33の両方を含む。サーボモータ32は、ハウジング321と、少なくとも一部がハウジング321の外側に配置される出力軸322と、を有する。出力軸322の回転により、関節部3が駆動される。
サーボアンプ33は、制御基板331と、パワー基板332と、ケース333と、電源ユニット334と、を含む。ケース333は、アルミニウムなどの高熱伝導率材料製であり、放熱板として機能する。制御基板331とパワー基板332とは分離されている。制御基板331にはサーボモータ32を制御するためのIC(Integrated Circuit)331Aが実装されている。
パワー基板332は、スイッチングIC(Integrated Circuit)332Aが実装される実装基板332Bと、アルミニウム板332Cと、を含む。スイッチングIC332Aは、制御基板331のIC331Aからの制御信号に基づいて、サーボモータ32に供給する電流を生成する。スイッチングIC332Aは、制御基板331と対向するように実装基板332Bに配置される。制御基板331及びパワー基板332は、重なった状態でケース333に収容され、アルミニウム板332Cが、ケース333の開口に配置される。すなわち、アルミニウム板332Cは、ケース333の開口を塞ぐ蓋として機能する。
サーボアンプ33は、ゴムのような防振機構を介して、サーボモータ32のハウジング321に固定される。
電源ユニット334は、ケーシング334Aに固定される。電源ユニット334が固定されたケーシング334Aは、ゴムのような防振機構を介して、サーボモータ32のハウジング321に固定される。
上述したように、モータユニット20には、電源装置21からのケーブル11と、コントローラ22からの高速シリアル通信のケーブル12とが接続される。また、本実施形態においては、複数のサーボアンプ33が高速シリアル通信のケーブル8で接続される。また、複数のモータユニット20が電力供給用のケーブル9で接続される。
すなわち、本実施形態においては、隣接するサーボアンプ33が高速シリアル通信のケーブル8で接続されるとともに、複数のサーボアンプ33のうち少なくとも1つのサーボアンプ33とコントローラ22とが高速シリアル通信のケーブル12で接続される。
図5は、ケーブルシステム40の構成の一例を示す模式図である。図5に示すように、マニピュレータ1は、サーボモータ32及びサーボアンプ33をそれぞれ含む複数のモータユニット20を備えている。図5に示す例では、コントローラ22と、複数のモータユニット20のうち1つのモータユニット20のサーボアンプ33とが、ケーブル12で接続される。隣接するモータユニット20のサーボモータ33は、ケーブル8で接続される。コントローラ22は、ケーブル12を介して1つのサーボアンプ33に制御信号を送信する。そのサーボアンプ33に送信された制御信号は、ケーブル8を介して、他のサーボアンプ33に順次送信される。
電源装置21と接続されているケーブル11は、複数のケーブル9と接続される。ケーブル11と複数のモータユニット20のそれぞれとが、ケーブル9を介して接続される。ケーブル9は、モータユニット20の電源ユニット334と接続される。
また、ケーブル12から最も離れているモータユニット20(本実施形態においては内部空間6Gに配置されているモータユニット20)と、リンク部2Hに設けられている制御用信号供給用コネクタ62とが、ケーブル8で接続される。これにより、リンク部2Hに取り付けられる工具にも制御信号が送信される。
また、ケーブル11と、リンク部2Hに設けられている電力供給用コネクタ61とが、ケーブル9で接続される。これにより、リンク部2Hに取り付けられる工具にも電力が供給される。
図5に示すケーブルシステム40においては、コントローラ22からの制御信号が、1台目のモータユニット20のサーボアンプ33(33A)に送信され、そのモータユニット20による関節部3(3A)の駆動が制御される。同様に、その隣のモータユニット20は、ケーブル8を介してコントローラ22からの制御信号を受信し、関節部3(3B)を駆動する。このようにして、複数のモータユニット20に対するコントローラ22からの制御信号がケーブル8を介して順次伝搬される。
図6は、ケーブルシステム40の構成の一例を示す模式図である。図6に示す例では、コントローラ22からのケーブル12と、複数のモータユニット20のサーボアンプ33のそれぞれとが、ケーブル8を介して接続される。コントローラ22は、ケーブル12及び複数のケーブル8を介して、複数のサーボアンプ33のそれぞれに制御信号を送信する。電源装置21からの電力の供給を行うケーブルシステム40の構成は、図5を参照して説明した構成と同様である。
図7は、ケーブルシステム40の構成の一例を示す模式図である。図7に示す例では、コントローラ22からのケーブル12がハブ23と接続され、そのハブ23と、複数のモータユニット20のサーボアンプ33のそれぞれとが、ケーブル8を介して接続される。コントローラ22は、ケーブル12及び複数のケーブル8を介して、複数のサーボアンプ33のそれぞれに制御信号を送信する。電源装置21からの電力の供給を行うケーブルシステム40の構成は、図5を参照して説明した構成と同様である。
図8は、図2の一部を拡大した図である。マニピュレータ1は、リンク部2Aの内部空間6Aに配置され、サーボモータ32A及びサーボアンプ33Aを含むモータユニット20と、リンク部2Cの内部空間6Bに配置され、サーボモータ32B及びサーボアンプ33Bを含むモータユニット20と、を有する。図5、図6、及び図7を参照して説明したように、隣接するモータユニット20は、高速シリアル通信のケーブル8で接続される。また、隣接するモータユニット20は、電力供給用のケーブル9で接続される。
リンク部2Aの内部空間6Aは、通路7Aを介して、リンク部2Cの内部空間6Bと接続される。リンク部2Cの内部空間6Bは、通路7Bを介して、リンク部2Cの内部空間6C(図8では不図示)と接続される。また、内部空間6Aは、ベローズ容器14の内部空間13と結ばれる。ケーブル8及びケーブル9は、内部空間6A、通路7A、内部空間6B、通路7B、及び内部空間6Cのそれぞれに配置される。
また、図8において、内部空間13、内部空間6A、通路7A、内部空間6B、通路7B、及び内部空間6Cのそれぞれは、油LSで満たされる。
リンク部2Aとリンク部2Bとは、連結部材15を介して連結される。連結部材15は、動力伝達機構として機能する。関節部3Aは、連結部材15を含む。関節部3Aは、連結部材15と、リンク部2Aに設けられ、連結部材15を回転可能に支持する軸受部材16と、を有する。連結部材15の一端部(基端部)は、内部空間6Aに配置され、連結部材15の他端部(先端部)は、リンク部2Bと固定される。連結部材15は、一端部に設けられたギアを有する。サーボモータ32Aの出力軸322と連結部材15との間に、ギア及び減速機30が配置される。出力軸322が回転すると、減速機30が作動する。連結部材15のギアと、減速機30が有するギアとが噛み合う。サーボモータ32Aの作動により出力軸322が回転すると、減速機30のギアと噛み合う連結部材15が、回転軸5Aを中心に回転する。連結部材15の他端部はリンク部2Bと固定されているため、連結部材15が回転することにより、リンク部2Bがリンク部2Aに対して回転軸5Aを中心に回転する。
本実施形態において、通路7Aの少なくとも一部は、連結部材15に設けられる。通路7Aは、回転軸5Aを含む。したがって、通路7Aに配置されるケーブル8は、回転軸5A又は回転軸5Aの近傍を通る。これにより、リンク部2Aに対してリンク部2Bが回転しても、ケーブル8が捩じれたり、ケーブル8に負荷が掛かったりすることが抑制される。
本実施形態において、ケーブル8は、高速シリアル通信のケーブルであり、省ケーブル化が図られている。したがって、通路7Aに配置されるケーブル8の数を抑制することができる。そのため、通路7Aは油LSで円滑に満たされる。また、関節部3Aが回転しても、ケーブル8に負荷が掛かることが抑制される。
本実施形態において、内部空間6Aには、関節部3Aの回転量(連結部材15の回転量)を検出する検出装置18が配置される。本実施形態において、検出装置18は、レゾルバである。なお、検出装置18がポテンショメータでもよい。検出装置18の検出値は、サーボアンプ33A又はコントローラ22に出力される。サーボアンプ33Aは、検出装置18の検出値に基づいて、関節部3Aの回転量が目標値になるように、サーボモータ32Aを制御する。なお、検出装置18が、サーボモータ32Aのモータ軸(例えば出力軸322)の回転量を検出してもよい。出力軸322の回転量と関節部3Aの回転量とは相関するため、サーボアンプ33Aは、出力軸322の回転量を検出した検出装置18の検出値に基づいて、関節部3Aの回転量が目標値になるように、サーボモータ32Aを制御してもよい。
また、詳細な説明は省略するが、リンク部2Bとリンク部2Cとは、連結部材15を介して連結される。サーボモータ32Bの作動により、連結部材15が回転軸5Bを中心に回転する。これにより、リンク部2Cがリンク部2Bに対して回転軸5Bを中心に回転する。また、関節部3Bの回転量を検出可能な検出装置18が内部空間6Cに配置されており、サーボアンプ33Bは、その検出装置18の検出値に基づいて、サーボモータ32Bを制御する。
なお、本実施形態においては、動力伝達機構の一例として、連結部材15について説明したが、動力伝達機構の構造は任意である。また、通路7も動力伝達機構の少なくとも一部に設けられていればよい。
本実施形態において、内部空間6Aと内部空間6Bとを結ぶ通路7Aの周囲にシール部材17が配置される。図8に示す例では、通路7Aの周囲に2つのシール部材17が配置される。1つのシール部材17は、リンク部2Aにおいて連結部材15の少なくとも一部を囲むように配置される。もう1つのシール部材17は、リンク2Bとリンク部2Cとの間の通路7Aを囲むように配置される。これにより、内部空間6の油LSの漏出が抑制される。
本実施形態において、アーム4は、ベローズ部材を含むベローズ容器14と接続される。アーム4の内部空間6とベローズ容器14の内部空間13とは接続されている。アーム14の内部空間6のみならず、ベローズ容器14の内部空間13も、油LSで満たされる。海においては、深度が大きくなると圧力(海水圧)は上昇する。深度が大きくなって圧力が上昇すると、ベローズ容器14が縮む。これにより、アーム4の内部空間6の圧力、及びベローズ容器14の内部空間13の圧力は、深度に応じた海の圧力と等しくなる。また、深度が小さくなると圧力(海水圧)は減少する。深度が小さくなって圧力が減少すると、ベローズ容器14が伸びる。これにより、アーム4の内部空間6の圧力、及びベローズ容器14の内部空間13の圧力は、深度に応じた海の圧力と等しくなる。このように、伸縮可能なベローズ容器14が設けられることにより、アーム4の内部空間6の圧力、及びベローズ容器14の内部空間13の圧力を、海の深度に応じた海水圧と等しくすることができる。
本実施形態において、ベローズ容器14の内部空間13は、リンク部2Aの内部空間6Aと接続される。内部空間6Aは、通路7Aを介して、内部空間6Bと接続される。したがって、内部空間13は、内部空間6A及び通路7Aを介して、内部空間6Bと接続される。本実施形態において、アーム4の基端部側の内部空間6Aと、先端部側の内部空間6Gとは、複数の内部空間6B〜6F及び複数の通路7A〜7Fを介して接続される。したがって、ベローズ容器14が伸縮すると、アーム4の内部空間6の全部の圧力が、ベローズ容器14の内部空間13の圧力と等しくなる。
以上説明したように、本実施形態によれば、複数のサーボアンプ33が高速シリアル通信のケーブル8で接続されるため、例えば、従来のアナログ配線と比較して、省ケーブル化(省配線化)を図ることができる。したがって、内部空間6の油浸作業を円滑に行うことができる。また、省ケーブル化が実現されることにより、例えば関節部3も円滑に駆動可能である。また、サーボモータ32とサーボアンプ33とがアーム4に内蔵されてアーム4と一体となるため、例えば、マニピュレータ1の製造工場等において事前にサーボモータ32とサーボアンプ33との間の配線の接続を済ませておくことができる。また、アーム4に接続されるベローズ容器14は、海水圧に基づいて弾性変形する。サーボモータ32及びサーボアンプ33が配置される内部空間6と、そのベローズ容器14の内部空間13とが結ばれてそれぞれが油LSで満たされるため、アーム4が配置される海中の深度が変化し、海水圧が変化しても、ベローズ容器14の変形により、内部空間6及び内部空間13の圧力の均一性が維持される。
本実施形態においては、リンク部2の内部空間6(例えば内部空間6A)と、そのリンク部2に隣接するリンク部2の内部空間6(例えば内部空間6B)とは、通路7を介して結ばれるため、複数のリンク部2のうち、1つのリンク部2にベローズ容器14を接続して、そのリンク部2の内部空間6とベローズ容器14の内部空間13とを接続することによって、油LSで満たされた通路7を含む内部空間6と、内部空間13との圧力の均一性が維持される。また、ベローズ容器14は1つ設けられればよいため、アーム4(関節部3)は円滑に駆動可能である。
また、本実施形態においては、サーボアンプ33とコントローラ22とが、高速シリアル通信のケーブル12で接続される。これにより、従来のアナログ配線と比較して、省ケーブル化(省配線化)を図ることができる。したがって、油浸作業を円滑に行うことができる。また、アーム4は円滑に駆動可能である。
また、本実施形態においては、サーボアンプ33が電源ユニット334を含む。これにより、サーボアンプ33と電源ユニット334との距離が短くなるため、サーボアンプ33と電源ユニット334とを接続する配線の長さを短くすることができる。
また、本実施形態においては、関節部3の回転量を検出する検出装置18が、レゾルバ及びポテンショメータの少なくとも一方を含むことにより、内部空間6が油浸されても、関節部3の回転量を円滑に検出することができる。
<第2実施形態>
第2実施形態について説明する。以下の実施形態において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
第2実施形態について説明する。以下の実施形態において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図9は、本実施形態に係るマニピュレータ1Bのアーム4Bの一例の外観を示す模式図である。上述の実施形態と同様、アーム4Bは、複数のリンク部2A〜2Hと、複数の関節部3A〜3Gとを有する。アーム4Bは、モータユニット20が配置される内部空間6A〜6Gを有する。内部空間6A〜6Gのそれぞれは、油LSで満たされる。
本実施形態において、複数の内部空間6A〜6Gを結ぶ通路が設けられていない。すなわち、複数の内部空間6A〜6Gは、結ばれていない。
本実施形態において、リンク部2B、リンク部2D、及びリンク部2Fには、内部空間(通路)が設けられていない。リンク部2Aに、モータユニット20が配置される内部空間6Aが設けられる。リンク部2Cに、モータユニット20がそれぞれ配置される内部空間6B及び内部空間6Cが設けられる。リンク部2Eに、モータユニット20がそれぞれ配置される内部空間6D及び内部空間6Eが設けられる。リンク部2Gに、モータユニット20がそれぞれ配置される内部空間6F及び内部空間6Gが設けられる。
本実施形態においては、ベローズ容器14は、複数のリンク部2のそれぞれに接続される。ベローズ容器14は、ベローズ容器14の内部空間13と内部空間6Aとが結ばれるように、リンク部2Aに接続される。また、ベローズ容器14は、ベローズ容器14の内部空間13と内部空間6Bとが結ばれ、内部空間13と内部空間6Cとが結ばれるように、リンク部2Cに2つ接続される。また、ベローズ容器14は、ベローズ容器14の内部空間13と内部空間6Dとが結ばれ、内部空間13と内部空間6Eとが結ばれるように、リンク部2Eに2つ接続される。また、ベローズ容器14は、ベローズ容器14の内部空間13と内部空間6Fとが結ばれ、内部空間13と内部空間6Gとが結ばれるように、リンク部2Gに2つ接続される。内部空間13、及び内部空間6A〜6Gのそれぞれが油LSで満たされる。
以上説明したように、本実施形態においても、アーム4Bに作用する海水圧が変化しても、油LSで満たされた内部空間6A〜6Gのそれぞれと、内部空間13との圧力の均一性が維持される。
図10は、本実施形態に係るマニピュレータ1Bの一例を示す。図10において、マニピュレータ1Bは、関節部3A及び関節部3Bを介して隣接する内部空間6Aと内部空間6Bとを結ぶチューブ601と、関節部3C及び関節部3Dを介して隣接する内部空間6Cと内部空間6Dとを結ぶチューブ602と、関節部3E及び関節部3Fを介して隣接する内部空間6Eと内部空間6Fとを結ぶチューブ603とを有する。チューブ601、チューブ602、及びチューブ603のそれぞれは、アーム4Bの外側に配置される。図10に示す例において、通信用のケーブル8の少なくとも一部、及び電力供給用のケーブル9の少なくとも一部は、チューブ601、チューブ602、及びチューブ603それぞれの内部に配置される。図10に示す例において、ケーブル8及びケーブル9は、関節部3A〜3Fに配置されない。したがって、関節部3A〜3Fは円滑に動くことができる。
<第3実施形態>
第3実施形態について説明する。以下の実施形態において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
第3実施形態について説明する。以下の実施形態において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図11は、本実施形態に係るマニピュレータ1Cの一例を模式的に示す図である。上述の各実施形態においては、ベローズ容器14がアーム4(リンク部2)に直に接続される例について説明した。図11に示すように、ベローズ容器14とアーム4Cとがチューブ部材50を介して接続されてもよい。すなわち、アーム4Cの内部空間6とベローズ容器14の内部空間13とがチューブ部材50の流路51を介して接続されてもよい。アーム4の内部空間6とベローズ容器14の内部空間13とチューブ部材50の流路51とのそれぞれが油LSで満たされることにより、圧力の均一性が維持される。
なお、上述の各実施形態においては、サーボモータ32とサーボアンプ33とは一体であることとした。サーボモータ32とサーボアンプ33とは離れて配置されてもよい。すなわち、サーボモータ32とサーボアンプ33とが別の位置に配置されてもよい。例えば、内部空間6Aに配置されるサーボモータ32A及びサーボアンプ33Aは、その内部空間6Aにおいて離れて配置されてもよい。同様に、内部空間6Bに配置されるサーボモータ32B及びサーボアンプ33Bは、その内部空間6Bにおいて離れて配置されてもよい。内部空間6C〜6Gのそれぞれに配置されるサーボモータ32C〜32G及びサーボアンプ33C〜33Gについても同様である。
なお、上述の各実施形態において、ケーブル8が、電力線搬送通信のケーブルでもよい。電力線搬送通信は、電力線通信、PLC(Power Line Communication)、PLT(Power Line Telecommunication)とも呼ばれる。ケーブル8が電力線搬送通信のケーブルである場合、ケーブル8は、電力線及び通信回線の両方の機能を有する。同様に、ケーブル12が電力線搬送通信のケーブルでもよい。
1 マニピュレータ
2 リンク部
3 関節部
4 アーム
6 内部空間(第1空間)
7 通路
8 ケーブル
9 ケーブル
11 ケーブル
12 ケーブル
13 内部空間(第2空間)
14 ベローズ容器
18 検出装置
21 電源装置
22 コントローラ
32 サーボモータ
33 サーボアンプ
40 ケーブルシステム
2 リンク部
3 関節部
4 アーム
6 内部空間(第1空間)
7 通路
8 ケーブル
9 ケーブル
11 ケーブル
12 ケーブル
13 内部空間(第2空間)
14 ベローズ容器
18 検出装置
21 電源装置
22 コントローラ
32 サーボモータ
33 サーボアンプ
40 ケーブルシステム
Claims (6)
- 複数の関節部及びリンク部を有するアームと、
前記アームの内部の第1空間に配置され、複数の前記関節部のそれぞれを駆動可能な複数のサーボモータと、
前記第1空間に配置され、複数の前記サーボモータのそれぞれを制御する複数のサーボアンプと、
前記第1空間と結ばれる第2空間を有するベローズ容器と、を備え、
前記第1空間及び前記第2空間のそれぞれが油で満たされ、
複数の前記サーボアンプがシリアル通信又は電力線搬送通信のケーブルで接続されているマニピュレータ。 - 前記第1空間は、
第1関節部を駆動可能な第1サーボモータ及び第1サーボアンプが配置される第1リンク部の第1内部空間と、
第2関節部を駆動可能な第2サーボモータ及び第2サーボアンプが配置される第2リンク部の第2内部空間と、
前記第1内部空間と前記第2内部空間とを結び、前記ケーブルが配置される通路と、を含み、
前記ベローズ容器は、前記第1リンク部に接続される請求項1に記載のマニピュレータ。 - 前記第1空間は、
第1関節部を駆動可能な第1サーボモータ及び第1サーボアンプが配置される第1リンク部の第1内部空間と、
第2関節部を駆動可能な第2サーボモータ及び第2サーボアンプが配置される第2リンク部の第2内部空間と、を含み、
前記ベローズ容器は、前記第1リンク部及び前記第2リンク部のそれぞれに接続される請求項1に記載のマニピュレータ。 - 前記サーボアンプに制御信号を送信するコントローラを備え、
前記サーボアンプと前記コントローラとが、シリアル通信又は電力線搬送通信のケーブルで接続されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のマニピュレータ。 - 前記サーボアンプは、電源ユニットを含む請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のマニピュレータ。
- 前記第1空間に配置され、前記関節部の回転量を検出する検出装置を備え、
前記検出装置は、レゾルバ及びポテンショメータの少なくとも一方を含む請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のマニピュレータ。
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