JP2019111597A - Robot arm and robot device - Google Patents

Robot arm and robot device Download PDF

Info

Publication number
JP2019111597A
JP2019111597A JP2017245452A JP2017245452A JP2019111597A JP 2019111597 A JP2019111597 A JP 2019111597A JP 2017245452 A JP2017245452 A JP 2017245452A JP 2017245452 A JP2017245452 A JP 2017245452A JP 2019111597 A JP2019111597 A JP 2019111597A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
link
robot arm
motor
robot
joint
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
JP2017245452A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
木村 明弘
Akihiro Kimura
明弘 木村
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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 Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2017245452A priority Critical patent/JP2019111597A/en
Publication of JP2019111597A publication Critical patent/JP2019111597A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

To provide a robot arm having a detection mechanism provided in a frame member thereof, which can reduce influences of heat generated by a driving source of a motor and the like on the detection mechanism such as a torque sensor.SOLUTION: The robot arm has a plurality of links constituted of frame members covered with cover members. The plurality of links have a first link mounted with a driving source and a detection mechanism and a second link that is driven by output from the driving source. An output shaft of the driving source and a driving shaft connecting the first link to the second link are arranged in parallel. The output shaft is connected to the driving shaft with a belt member. In a part of the frame member in the first link is provided a contact part that contacts the cover members, and the contact part is surrounded by the belt members.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、検出機構を関節に備えたロボットアーム及びロボットアームを用いたロボット装置に関する。   The present invention relates to a robot arm having a detection mechanism at a joint and a robot apparatus using the robot arm.

従来、工場等において様々なロボット装置が使用されており、昨今においては、より複雑な動作を行わせるために多軸多関節のロボットアームを備えたロボット装置が広く普及している。このようなロボット装置は多様な工場や生産現場で使用することができるよう小型化が望まれている。   Conventionally, various robot apparatuses are used in a factory etc., and in recent years, robot apparatuses provided with multi-axis articulated robot arms for performing more complicated operations are widely spread. Such robot devices are desired to be downsized so that they can be used in various factories and production sites.

そこで近年はロボットアームの関節部分において、駆動源となるモータのモータ軸と、リンクの回転中心となる関節軸を並列に配置し、モータ軸と回転軸とをプーリを介してワイヤで繋ぐ方法が考えられている。こうすることでモータ軸にリンクの関節軸を直列に繋ぐことなくリンクを駆動し、ワイヤの長さを調節すればモータと関節軸を集中配置できるため、関節部分をコンパクトにでき、ロボット装置を小型化することができる。   In recent years, therefore, there has been proposed a method in which the motor shaft of the motor serving as the drive source and the joint shaft serving as the rotation center of the link are arranged in parallel in the joint portion of the robot arm and the motor shaft and the rotation shaft are connected by a wire via a pulley. It is considered. By doing this, the link can be driven without connecting the joint shaft of the link in series to the motor shaft, and the motor and the joint shaft can be centrally arranged by adjusting the wire length, so the joint part can be compact and the robot device It can be miniaturized.

しかしながら、上記の方法ではモータの駆動を、ワイヤとプーリを介してリンクの関節軸に伝達しているため、ワイヤとプーリによる機械誤差がリンクの位置精度に影響を与えてしまう。   However, in the above method, since the drive of the motor is transmitted to the joint shaft of the link through the wire and the pulley, mechanical errors due to the wire and the pulley affect the positional accuracy of the link.

そこで特許文献1に高精度にリンクの位置制御を行うため、リンクの関節軸の回転角度を検出するポテンショメータをリンクの関節軸に直接設けている。このポテンショメータによりリンクの位置を直接検出し、ロボット装置の高精度な制御を行っている。   Therefore, in order to control the position of the link with high accuracy in Patent Document 1, a potentiometer for detecting the rotation angle of the joint axis of the link is provided directly on the joint axis of the link. The position of the link is directly detected by this potentiometer to control the robot device with high accuracy.

特開2006−55927号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-55927

しかしながら特許文献1に記載の関節駆動装置は、ポテンショメータにモータからの熱がフレーム部材を介して伝達されてしまうため、ポテンショメータの温度変化によりポテンショメータの検出精度が劣化してしまう。   However, in the joint drive device described in Patent Document 1, heat from the motor is transmitted to the potentiometer through the frame member, so that the detection accuracy of the potentiometer is deteriorated due to the temperature change of the potentiometer.

またポテンショメータ以外にも、リンクの関節軸にトルクセンサ等の力を検出する検出機構を設けて、リンクに作用する力を検出し高精度に制御する方法もある。このようなトルクセンサも温度変化による影響を受けるため検出精度が劣化してしまう。   In addition to the potentiometer, there is also a method of providing a detection mechanism for detecting a force such as a torque sensor on the joint axis of the link to detect the force acting on the link and control it with high accuracy. Since such a torque sensor is also affected by temperature change, detection accuracy is degraded.

そこで本発明は上記の課題に鑑み、フレーム部材に検出機構が設けられたロボットアームにおいて、モータ等の駆動源からの熱による、トルクセンサ等の検出機構への影響を低減することができるロボットアームを提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, in the robot arm having a detection mechanism provided on the frame member, the present invention can reduce the influence of heat from a drive source such as a motor on the detection mechanism such as a torque sensor. Intended to provide.

上記課題を鑑み、本発明は、カバー部材に覆われたフレーム部材により構成された複数のリンクを有するロボットアームであって、前記複数のリンクの内、駆動源と検出機構が取り付けられた第1のリンクと、前記駆動源からの出力により駆動される第2のリンクと、を有し、前記駆動源の出力軸と、前記第1のリンクと前記第2リンクとを繋ぐ駆動軸と、が並列に配置され、前記出力軸と前記駆動軸はベルト部材により連結され、前記第1のリンクには、前記フレーム部材の一部に、前記カバー部材と接触する接触部が設けられ、前記接触部は、前記ベルト部材により囲まれていることを特徴とするロボットアームを採用した。   In view of the above problems, the present invention is a robot arm having a plurality of links constituted by a frame member covered by a cover member, wherein a first driving source and a detection mechanism are attached among the plurality of links. And a second link driven by an output from the drive source, wherein an output shaft of the drive source and a drive shaft connecting the first link and the second link Arranged in parallel, the output shaft and the drive shaft are connected by a belt member, and the first link is provided with a contact portion in contact with the cover member at a part of the frame member, the contact portion Used a robot arm characterized by being surrounded by the belt member.

本発明によれば、駆動源と検出機構の間のフレーム部材の一部にカバー部材と接触する部分を設けており、駆動源からの熱を検出機構に伝わる前に大気中に放熱できるので、駆動源からの熱による検出機構への影響を低減できる。   According to the present invention, a portion of the frame member between the drive source and the detection mechanism is provided with a portion in contact with the cover member, and heat from the drive source can be dissipated into the atmosphere before being transmitted to the detection mechanism. The influence of heat from the driving source on the detection mechanism can be reduced.

本発明の第1の実施形態におけるロボットシステム500を模式的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing a robot system 500 according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態におけるロボットシステム500の制御系を示すブロック図である。It is a block diagram showing a control system of robot system 500 in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態におけるロボットアーム本体100の関節の断面図である。It is sectional drawing of the joint of the robot arm main body 100 in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態におけるロボットアーム本体100の関節の放熱経路を示した図である。It is a figure showing a heat dissipation course of a joint of robot arm main part 100 in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態におけるロボットアーム本体100の関節の斜視図である。It is a perspective view of the joint of robot arm main part 100 in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態におけるロボットアーム本体100の関節の変形例1を示した図である。It is a figure showing modification 1 of a joint of robot arm main part 100 in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態におけるロボットアーム本体100の関節の変形例2を示した図である。It is a figure showing modification 2 of a joint of robot arm main part 100 in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態におけるロボットシステム500の制御系を示すブロック図である。It is a block diagram showing a control system of robot system 500 in a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態におけるロボットアーム本体100の関節の断面図である。It is sectional drawing of the joint of the robot arm main body 100 in the 2nd Embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも一例であり、細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更できる。また、本実施形態で取り上げる数値は参考数値であって本発明を限定するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are merely examples, and the configuration of the details can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Further, the numerical values taken up in the present embodiment are reference numerical values and do not limit the present invention.

(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態におけるロボットシステム500を模式的に示す斜視図である。図1に示すように、ロボットシステム500は、ワークWの組立てを行うロボットアーム本体100と、ロボットアーム本体100を制御する制御装置200と、制御装置200に接続された外部入力装置300を備えている。
First Embodiment
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a robot system 500 according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the robot system 500 includes a robot arm body 100 for assembling the workpiece W, a control device 200 for controlling the robot arm body 100, and an external input device 300 connected to the control device 200. There is.

ロボットアーム本体100は、作業台に固定されるベース部103と、変位や力を伝達する複数のリンク121〜126と、各リンク121〜126を旋回又は回転可能に連結する複数の関節111〜116と、を備えている。図では点線で囲まれた部分が関節111〜116である。更に、各関節111〜116には、関節に作用するトルク値を検出するトルクセンサ5を備える(図3)。   The robot arm body 100 includes a base portion 103 fixed to a work bench, a plurality of links 121 to 126 for transmitting displacement and force, and a plurality of joints 111 to 116 for pivotally or rotatably connecting the links 121 to 126. And have. In the figure, portions surrounded by dotted lines are joints 111 to 116. Further, each joint 111 to 116 is provided with a torque sensor 5 for detecting a torque value acting on the joint (FIG. 3).

同図より、ロボットアーム本体100のベース部103とリンク121は関節111で接続されている。この関節111は、例えば初期姿勢から約±180度の可動範囲を有するものとする。   From the figure, the base portion 103 of the robot arm body 100 and the link 121 are connected by the joint 111. The joint 111 has, for example, a movable range of about ± 180 degrees from the initial posture.

ロボットアーム本体100のリンク121とリンク122は関節112で接続されている。この関節112は、例えば初期姿勢から約±80度の可動範囲を有するものとする。   The link 121 and the link 122 of the robot arm body 100 are connected by a joint 112. The joint 112 has, for example, a movable range of about ± 80 degrees from the initial posture.

ロボットアーム本体100のリンク122とリンク123は関節113で接続されている。この関節113は、例えば初期姿勢から約±70度の可動範囲を有するものとする。   The link 122 and the link 123 of the robot arm body 100 are connected by a joint 113. The joint 113 has, for example, a movable range of about ± 70 degrees from the initial posture.

ロボットアーム本体100のリンク123とリンク124とは、関節114で接続されている。この関節114は、例えば初期姿勢から約±180度の可動範囲を有するものとする。   The link 123 and the link 124 of the robot arm body 100 are connected by a joint 114. The joint 114 has, for example, a movable range of about ± 180 degrees from the initial posture.

ロボットアーム本体100のリンク124とリンク125は関節115で接続されている。この関節115は、初期姿勢から約±120度の可動範囲を有するものとする。   The link 124 and the link 125 of the robot arm body 100 are connected by a joint 115. The joint 115 has a movable range of about ± 120 degrees from the initial posture.

ロボットアーム本体100のリンク125とリンク126は関節116で接続されている。この関節116は、初期姿勢から約±240度の可動範囲を有するものとする。   The link 125 and the link 126 of the robot arm body 100 are connected by a joint 116. The joint 116 has a movable range of about ± 240 degrees from the initial posture.

なお、本実施形態及び後述する実施形態においては、複数の関節111〜116は実質的な構成が同じであるため、リンク124とリンク125との間に設けられた関節115を例に説明することで他の関節111〜114、116の説明は省略する。また、関節115と同じ構成の関節は、ロボットアーム本体100の複数の関節111〜116のうちの少なくとも1カ所に備えていれば本実施形態を実施可能であり、全ての関節が関節115と同様の構成である必要はない。   In the present embodiment and embodiments to be described later, since the plurality of joints 111 to 116 have substantially the same configuration, the joint 115 provided between the link 124 and the link 125 will be described as an example. The description of the other joints 111 to 114 and 116 is omitted. The present embodiment can be implemented as long as joints having the same configuration as the joints 115 are provided at at least one of the plurality of joints 111 to 116 of the robot arm main body 100, and all joints are the same as the joints 115. It does not have to be a configuration of

ロボットアーム本体100の先端リンク126には力等を検出可能な不図示の力センサを設けてロボットハンド本体102が備えられている。   A distal end link 126 of the robot arm body 100 is provided with a force sensor (not shown) capable of detecting a force or the like, and the robot hand body 102 is provided.

ロボットハンド本体102は、ワークWを把持可能な複数のフィンガと、複数のフィンガを駆動する不図示のアクチュエータを備えており、複数のフィンガを駆動することでワークを把持可能に構成されている。力センサは、ロボットハンド本体102が複数のフィンガでワークWを把持する際にロボットハンド本体102に作用する力やモーメントを検出する。   The robot hand body 102 includes a plurality of fingers capable of gripping the workpiece W, and an actuator (not shown) for driving the plurality of fingers, and is configured to be capable of gripping the workpiece by driving the plurality of fingers. The force sensor detects a force or a moment acting on the robot hand body 102 when the robot hand body 102 grips the workpiece W with a plurality of fingers.

図2は本発明の第1の実施形態におけるロボットシステム500の制御系を示したブロック図である。図2より制御装置200は、CPU201と、ROM202と、RAM203と、HDD204と、記録ディスクドライブ205と、各種のインタフェース211〜216と、を備えている。   FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the robot system 500 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the control device 200 includes a CPU 201, a ROM 202, a RAM 203, an HDD 204, a recording disk drive 205, and various interfaces 211 to 216.

CPU201には、ROM202、RAM203、HDD204、記録ディスクドライブ205及び各種のインタフェース211〜216が、バス217を介して接続されている。ROM202には、BIOS等の基本プログラムが格納されている。RAM203は、CPU201の演算処理結果を一時的に記憶する記憶装置である。   A ROM 202, a RAM 203, an HDD 204, a recording disk drive 205, and various interfaces 211 to 216 are connected to the CPU 201 via a bus 217. The ROM 202 stores a basic program such as a BIOS. The RAM 203 is a storage device that temporarily stores the calculation processing result of the CPU 201.

HDD204は、CPU201の演算処理結果である各種のデータ等を記憶する記憶部であると共に、CPU201に、各種演算処理を実行させるためのプログラム330を記録するものである。CPU201は、HDD204に記録されたプログラム330に基づいて各種演算処理を実行する。記録ディスクドライブ205は、記録ディスク331に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。   The HDD 204 is a storage unit that stores various data and the like that is the calculation processing result of the CPU 201, and records a program 330 for causing the CPU 201 to execute various calculation processing. The CPU 201 executes various arithmetic processing based on the program 330 recorded in the HDD 204. The recording disk drive 205 can read various data and programs recorded on the recording disk 331.

また、各関節111〜116の回転駆動系にはそれぞれインタフェースが備えられ、バス217を介して外部入力装置300に接続されている。外部入力装置300は、入力された各関節111〜116の目標関節角度をインタフェース211及びバス217を介してCPU201に出力する。   Further, the rotational drive system of each of the joints 111 to 116 is provided with an interface, and is connected to the external input device 300 via the bus 217. The external input device 300 outputs the input target joint angles of the joints 111 to 116 to the CPU 201 via the interface 211 and the bus 217.

また、インタフェース212には、トルクセンサ5が接続されており、前述したトルク検出値をインタフェース212及びバス217を介してCPU201に出力する。更に、インタフェース213には、モータエンコーダ11が接続されている。そして、ベース部103と各リンク121〜126間の相対位置を検出すためにパルス信号をインタフェース213及びバス217を介してCPU201に出力する。   Further, the torque sensor 5 is connected to the interface 212, and the torque detection value described above is output to the CPU 201 via the interface 212 and the bus 217. Furthermore, the motor encoder 11 is connected to the interface 213. Then, a pulse signal is output to the CPU 201 via the interface 213 and the bus 217 in order to detect the relative position between the base unit 103 and each of the links 121 to 126.

更に、インタフェース214、215には、各種画像が表示されるモニタ311や書き換え可能な不揮発性メモリや外付けHDD等の外部記憶装置312が接続されている。また、インタフェース216にはサーボ制御装置313が接続されている。CPU201は、モータ1の回転角度の制御量を示す駆動指令のデータを所定間隔でバス217及びインタフェース216を介してサーボ制御装置313に出力する。   Further, to the interfaces 214 and 215, a monitor 311 on which various images are displayed, and an external storage device 312 such as a rewritable non-volatile memory or an external HDD are connected. Further, a servo control device 313 is connected to the interface 216. The CPU 201 outputs data of a drive command indicating the control amount of the rotation angle of the motor 1 to the servo control device 313 via the bus 217 and the interface 216 at predetermined intervals.

サーボ制御装置313は、CPU201から入力を受けた駆動指令に基づき、モータ1への電流の出力量を演算し、モータ1へ電流を供給して、ロボットアーム本体100の関節111〜116の関節角度の制御を行う。即ち、CPU201は、サーボ制御装置313を介して、関節111〜116のトルク検出値が目標トルクとなるように、モータ1による関節111〜116の駆動を制御する。   The servo control device 313 calculates the output amount of the current to the motor 1 based on the drive command received from the CPU 201, supplies the current to the motor 1, and the joint angles of the joints 111 to 116 of the robot arm body 100. Control the That is, the CPU 201 controls the drive of the joints 111 to 116 by the motor 1 via the servo control device 313 so that the torque detection values of the joints 111 to 116 become the target torque.

図3は、図1に示すロボットアーム本体100の各関節111〜116の近傍の断面図である。図3では関節115の断面図を表しており、図1の鎖線AAを矢印S方向に切断した際の断面図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view in the vicinity of each of the joints 111 to 116 of the robot arm body 100 shown in FIG. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the joint 115, and is a cross-sectional view when the chain line AA of FIG. 1 is cut in the arrow S direction.

図3に示すように、関節115は、モータ1と、減速機6と、リンク124とリンク125との間に生じるトルクを検出するトルクセンサ5と、駆動部や配線等を覆うカバー部材7を備えている。   As shown in FIG. 3, the joint 115 includes a motor 1, a reduction gear 6, a torque sensor 5 for detecting a torque generated between the link 124 and the link 125, and a cover member 7 covering a drive unit, wiring, etc. Have.

リンク124、125はフレーム124a、125aから構成され、フレーム124a、125aにモータ1や減速機6、トルクセンサ5といった様々な機構が設けられる。   The links 124 and 125 are composed of frames 124a and 125a, and the frames 124a and 125a are provided with various mechanisms such as the motor 1, the reduction gear 6, and the torque sensor 5.

モータ1は、電磁モータであり、ブラシレスDCモータやACサーボモータが例示できる。モータ1の動力はモータ1のモータ出力軸1cから、タイミングプーリ2、タイミングベルト3、タイミングプーリ4を介して減速機入力軸6aに伝達される。   The motor 1 is an electromagnetic motor and can be exemplified by a brushless DC motor or an AC servo motor. The power of the motor 1 is transmitted from the motor output shaft 1 c of the motor 1 to the reduction gear input shaft 6 a via the timing pulley 2, the timing belt 3 and the timing pulley 4.

モータエンコーダ11は、モータ1に設けられており、モータ1の回転に伴って入力側パルス信号を生成し、制御装置200に生成した入力側パルス信号を出力する。なお、モータ1とモータエンコーダ11との間には、必要に応じて、電源OFF時にロボットアーム本体100の姿勢を保持するためのブレーキユニットを設けてもよい。なお、モータエンコーダ11は、一般的なロータリエンコーダと同様に、光学式或いは磁気式の何れでもよい。   The motor encoder 11 is provided in the motor 1, generates an input pulse signal as the motor 1 rotates, and outputs the generated input pulse signal to the control device 200. If necessary, a brake unit may be provided between the motor 1 and the motor encoder 11 to maintain the posture of the robot arm body 100 when the power is off. The motor encoder 11 may be either an optical type or a magnetic type, as in a general rotary encoder.

減速機6は、モータ1からの動力を入力する減速機入力軸6a、減速機の部材を保持する減速機ハウジング6b、及び、減速後のトルクを出力する減速機出力軸6cから構成される。減速機ハウジング6bは、平歯車列や波動歯車減速機等の任意の減速手段を備え、トルクセンサ5にボルト締結等で取り付けられる。減速機出力軸6cは、フレーム125aにボルト締結等で取り付けられ減速機6からの出力トルクをリンク125に伝達し、リンク125を駆動させる。   The reduction gear 6 includes a reduction gear input shaft 6a for inputting power from the motor 1, a reduction gear housing 6b for holding members of the reduction gear, and a reduction gear output shaft 6c for outputting a torque after deceleration. The reduction gear housing 6 b includes an arbitrary reduction means such as a spur gear train or a wave gear reduction gear, and is attached to the torque sensor 5 by bolt fastening or the like. The reduction gear output shaft 6c is attached to the frame 125a by bolt fastening or the like, transmits the output torque from the reduction gear 6 to the link 125, and drives the link 125.

なお、減速機ハウジング6bの内部にはクロスローラベアリングを設けており、これによってリンク125はリンク124に対して回転自在に支持される。モータ1の動力はタイミングプーリ2、タイミングベルト3、タイミングプーリ4を介して減速機入力軸6aに伝達され、減速手段により1/Nに減速して減速機出力軸6cを介してリンク125に伝達される。上記の減速機入力軸6aと減速機出力軸6cは、請求項1に記載の前記第1のリンクと前記第2リンクとを繋ぐ駆動軸の一例である。   A cross roller bearing is provided inside the speed reducer housing 6 b, whereby the link 125 is rotatably supported on the link 124. The power of the motor 1 is transmitted to the reduction gear input shaft 6a through the timing pulley 2, the timing belt 3 and the timing pulley 4, and decelerated to 1 / N by the reduction means and transmitted to the link 125 through the reduction gear output shaft 6c. Be done. The reduction gear input shaft 6 a and the reduction gear output shaft 6 c described above are an example of a drive shaft connecting the first link and the second link according to claim 1.

トルクセンサ5は、光学式エンコーダによりトルクセンサ5を構成している弾性部材の変形量を検出してトルクに換算する方式、あるいは磁気によりトルクセンサ5を構成している弾性部材の変形量を検出する方式の何れでも良い。リンク124と減速機ハウジング6bの間に設置し、リンク124とリンク125間に作用するトルクを検出する。   The torque sensor 5 detects the amount of deformation of the elastic member constituting the torque sensor 5 by an optical encoder and converts it into torque, or detects the amount of deformation of the elastic member constituting the torque sensor 5 by magnetism Any of the following methods may be used. It is installed between the link 124 and the reduction gear housing 6 b and detects the torque acting between the link 124 and the link 125.

以上、モータ1によりリンク125が駆動され、ロボットアーム本体100が動作する。トルクセンサ5によりリンク124とリンク125の間で発生するトルクを検出する。モータ出力軸1cは軸O1を中心に回転し、減速機出力軸6cは軸O2を中心に回転するものとする。なおモータ出力軸1cと減速機出力軸6cは平行方向に配置されている。   As described above, the link 125 is driven by the motor 1 and the robot arm body 100 operates. The torque sensor 5 detects a torque generated between the link 124 and the link 125. The motor output shaft 1c rotates around the axis O1, and the reduction gear output shaft 6c rotates around the axis O2. The motor output shaft 1c and the reduction gear output shaft 6c are arranged in parallel.

カバー部材7は、モータ1からの動力を伝達する機構であるタイミングプーリ2、タイミングベルト3、タイミングプーリ4を覆うカバーであり、カバー部材7の片側は大気中へ曝露されている。なお、カバー部材7は電力線や通信線等の配線を覆うカバーとして用いても良い。   The cover member 7 is a cover that covers the timing pulley 2, the timing belt 3, and the timing pulley 4, which is a mechanism for transmitting power from the motor 1, and one side of the cover member 7 is exposed to the atmosphere. In addition, you may use the cover member 7 as a cover which covers wiring, such as a power line and a communication line.

ここで注目すべきは、リンク124は、フレーム124aのモータ1とトルクセンサ5との間の位置に、カバー部材7と接触して熱を放熱する接触部9と接触部10を有している点である。   Here, it should be noted that the link 124 has a contact portion 9 and a contact portion 10 at the position of the frame 124 a between the motor 1 and the torque sensor 5 for radiating heat by coming into contact with the cover member 7. It is a point.

これにより図4のように、モータから発生する熱を、熱により大きく影響を受けるトルクセンサ5に伝わる前に接触部9及び接触部10から、カバー部材7へと伝導し、これらのカバー部材7を介して大気中へ放熱することができる。カバー部材7とフレーム124aを接触させることで熱が大気中へ流れやすくなるので、モータ1からの熱の放熱経路をトルクセンサ5から遠ざけるようにすることができ、トルクセンサ5へ伝わる熱の量を低減している。   Thus, as shown in FIG. 4, the heat generated from the motor is conducted from the contact portion 9 and the contact portion 10 to the cover member 7 before being transmitted to the torque sensor 5 largely affected by the heat, and these cover members 7 The heat can be dissipated to the atmosphere through the By making the cover member 7 and the frame 124 a in contact with each other, heat can easily flow to the atmosphere, so the heat radiation path of the heat from the motor 1 can be kept away from the torque sensor 5, and the amount of heat transmitted to the torque sensor 5 Is reduced.

またカバー部材7はトルクセンサ5に接触しないように設けており、さらにトルクセンサ5へ伝わる熱の量を低減している。   Further, the cover member 7 is provided so as not to be in contact with the torque sensor 5, and the amount of heat transmitted to the torque sensor 5 is further reduced.

さらに、本実施形態では熱の伝導をよくするため、フレーム124aとカバー部材7の材質にアルミニウムを用いている。本実施形態ではアルミニウムを用いたが、ロボットアーム本体100の強度により鉄鋼等の部材を用いてもよい。   Furthermore, in the present embodiment, aluminum is used as the material of the frame 124 a and the cover member 7 in order to improve the heat conduction. Although aluminum is used in the present embodiment, a member such as steel may be used depending on the strength of the robot arm body 100.

図5は、図1における関節115の斜視図である。説明のため、リンク124は透過図で表している。カバー部材7は点線で示された部分であり、リンク125にもカバー部材7は設けられている。   FIG. 5 is a perspective view of the joint 115 in FIG. For the sake of explanation, the link 124 is shown in a transparent view. The cover member 7 is a portion shown by a dotted line, and the cover member 7 is provided also on the link 125.

図5から明らかなように、接触部9はベルト部材であるタイミングベルト3で囲まれた内側に位置するフレーム124aの一部に形成されている。これによりモータ1からの熱をトルクセンサ5になるべく伝えないようにモータ1とトルクセンサ5を離して配置した際に、タイミングベルト3で囲まれた部分を放熱のために有効に活用することができる。   As apparent from FIG. 5, the contact portion 9 is formed on a part of the frame 124a located inside surrounded by the timing belt 3 which is a belt member. Thus, when the motor 1 and the torque sensor 5 are disposed apart from each other so as not to transmit the heat from the motor 1 to the torque sensor 5 as much as possible, the portion surrounded by the timing belt 3 is effectively utilized for heat dissipation. it can.

以上説明したように、第1の実施形態によれば、リンク124を構成するフレーム124aは、モータ1とトルクセンサ5の間で、カバー部材7と接触している。更にカバー部材7の片側は大気中に曝露されているため、モータ1に生じる熱がフレーム124aとカバー部材7との接触部9及び接触部10を介して大気へ放熱することができ、トルクセンサ5への伝熱を抑制することができる。   As described above, according to the first embodiment, the frame 124 a constituting the link 124 is in contact with the cover member 7 between the motor 1 and the torque sensor 5. Furthermore, since one side of the cover member 7 is exposed to the atmosphere, the heat generated in the motor 1 can be dissipated to the atmosphere through the contact portion 9 and the contact portion 10 between the frame 124a and the cover member 7 The heat transfer to 5 can be suppressed.

更に、カバー部材7は大気中へ曝露される表面積が大きいため放熱効果が高く、トルクセンサ5への伝熱を抑制することができる。   Furthermore, since the cover member 7 has a large surface area exposed to the atmosphere, the heat radiation effect is high, and the heat transfer to the torque sensor 5 can be suppressed.

従って、トルクセンサ5への伝熱を抑制することでトルクセンサ5の温度変化を抑えることが可能となり、ベース103と各リンク121〜126間でのトルク検出精度の劣化を小さくすることができる。これにより、高精度なトルク制御が可能なロボット装置を実現できる。   Therefore, by suppressing the heat transfer to the torque sensor 5, the temperature change of the torque sensor 5 can be suppressed, and the deterioration of the torque detection accuracy between the base 103 and the links 121 to 126 can be reduced. As a result, a robot apparatus capable of highly accurate torque control can be realized.

上記で説明した関節の構造により、モータ1から発生する熱によるトルクセンサ5の温度変化がどれほど抑制されるのかシミュレーションを行った。モータ1(単独)から発生する熱量は20Wとし、フレーム部材124aとカバー部材7の物性値はアルミニウムを設定した(熱伝導率は236W/(m・K))。また、ロボットアーム本体100の外界温度は25℃に設定し、モータ1が駆動されモータ1からの熱がフレーム部材124a全体に伝わり、定常状態となるまでのトルクセンサ5の温度変化を計算した。   It simulated by how much the temperature change of the torque sensor 5 by the heat which generate | occur | produces from the motor 1 was suppressed by the structure of the joint demonstrated above. The amount of heat generated from the motor 1 (single) was 20 W, and the physical property values of the frame member 124 a and the cover member 7 were set to aluminum (thermal conductivity is 236 W / (m · K)). Further, the external temperature of the robot arm body 100 was set to 25 ° C., the motor 1 was driven, the heat from the motor 1 was transmitted to the entire frame member 124 a, and the temperature change of the torque sensor 5 until the steady state was calculated.

計算の結果、フレーム124aをカバー部材7に接触させない場合の温度変化はΔ56℃であったのに対し、本実施形態を用いるとΔ38℃まで抑制することがシミュレーションにより示された。以上によりトルクセンサ5の温度変化を大幅に改善できていることがわかる。   As a result of the calculation, the temperature change when the frame 124a was not brought into contact with the cover member 7 was Δ56 ° C. However, it was shown by simulation that the temperature is suppressed to Δ38 ° C. by using this embodiment. From the above, it can be seen that the temperature change of the torque sensor 5 can be significantly improved.

なお図6より、本実施形態の変形例1として接触部9及び接触部10に高熱伝導部材として柔軟性のある熱伝導シート20を備えてもよい。これにより接触部9及び接触部10に伝わる熱の量を大きくすることができ、放熱効果を高めることができる。ゆえにトルクセンサ5に伝わる熱の量をさらに低減することができ、トルク検出精度の劣化をさらに小さくすることができる。熱伝導シート20の例としては、熱伝導性フィラーや樹脂コンパウンドが挙げられる。   As shown in FIG. 6, the contact portion 9 and the contact portion 10 may be provided with a flexible heat conduction sheet 20 as a high heat conduction member as a first modification of the present embodiment. Thereby, the amount of heat transmitted to the contact portion 9 and the contact portion 10 can be increased, and the heat radiation effect can be enhanced. Therefore, the amount of heat transmitted to the torque sensor 5 can be further reduced, and the deterioration of the torque detection accuracy can be further reduced. Examples of the heat conductive sheet 20 include a heat conductive filler and a resin compound.

また図7より、本実施形態の変形例2としてタイミングベルト3に囲まれた領域で、カバー部材7と接するために設けられたフレーム124aの延長部にロボットアーム本体100に配される配線30を巻き付けてもよい。本実施形態では、配線30を制御装置200からトルクセンサ5までを繋ぐ配線として使用している。   Further, as shown in FIG. 7, in the area surrounded by the timing belt 3 as a modification 2 of this embodiment, the wiring 30 disposed on the robot arm body 100 is provided in the extension of the frame 124 a provided to contact the cover member 7. It may be wound. In the present embodiment, the wire 30 is used as a wire connecting the control device 200 to the torque sensor 5.

こうすることで、回転部分において配線30にストレスのない引き回しが可能となる。またカバー部材7からの放熱だけでなく、配線30に伝熱することでモータ1から生じる熱を放熱することができる。   By doing this, the wiring 30 can be routed without stress in the rotating portion. In addition to the heat radiation from the cover member 7, the heat generated from the motor 1 can be dissipated by transferring heat to the wiring 30.

また、本実施形態においては、ロボットアーム本体100が、垂直多関節ロボットアームである場合について説明したが、水平多関節ロボットアーム(スカラロボット)や単軸ロボットなどであっても良い。また接触部9、接触部10はどちらか一方でも良い。   Further, in the present embodiment, although the case where the robot arm body 100 is the vertical articulated robot arm has been described, it may be a horizontal articulated robot arm (SCARA robot), a single axis robot, or the like. The contact portion 9 and the contact portion 10 may be either one.

(第2の実施形態)
上記第1の実施形態では温度変化を抑える検出部としてトルクセンサを用いていたが、温度により精度が劣化する検出部はトルクセンサだけではない。ロボットアームの位置に関して高精度に制御するためには、リンクに直接エンコーダを設けリンクの位置情報を取得する方法がある。本実施形態では検出機構としてエンコーダを使用した際について詳述する。
Second Embodiment
In the first embodiment, the torque sensor is used as the detection unit for suppressing the temperature change, but the detection unit whose accuracy is deteriorated due to the temperature is not limited to the torque sensor. In order to control with high accuracy regarding the position of the robot arm, there is a method of providing an encoder directly to the link and acquiring position information of the link. In the present embodiment, the case of using an encoder as a detection mechanism will be described in detail.

以下では、第1の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。また、第1の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。また、第1の実施形態と同一ないし同等の部材や制御機能については、同一の参照符号を用いる。   In the following, hardware and control system configuration parts different from the first embodiment are illustrated and described. Moreover, about the part similar to 1st Embodiment, the structure and effect similar to the above shall be possible, and the detailed description shall be abbreviate | omitted. The same reference numerals are used for members and control functions that are the same as or equivalent to those of the first embodiment.

図8は本発明の第2の実施形態におけるロボットシステム500の制御系を示したブロック図である。図8より第1の実施形態と異なる点は出力軸エンコーダ15を設け、出力軸エンコーダ15とバス217とを接続するためのインタフェース218を設けた点である。   FIG. 8 is a block diagram showing a control system of a robot system 500 according to the second embodiment of the present invention. The difference from FIG. 8 from the first embodiment is that an output shaft encoder 15 is provided, and an interface 218 for connecting the output shaft encoder 15 and the bus 217 is provided.

図9は、第2の実施形態におけるロボットアーム本体100の関節115の断面図である。断面方向は図1の鎖線AAを矢印S方向に切断した際の断面図である。第1の実施形態では減速機入力軸6a側にトルクセンサ5を実装したが、本実施形態では、フレーム124aと減速機出力軸6cの間に出力軸エンコーダ15を実装した。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the joint 115 of the robot arm body 100 according to the second embodiment. The cross-sectional direction is a cross-sectional view when the chain line AA of FIG. 1 is cut in the arrow S direction. In the first embodiment, the torque sensor 5 is mounted on the side of the reduction gear input shaft 6a. However, in the present embodiment, the output shaft encoder 15 is mounted between the frame 124a and the reduction gear output shaft 6c.

出力軸エンコーダ15は、リンク124とリンク125との相対角度を検出する。出力軸エンコーダ15は、回転角度情報を記憶したスケール15a、スケール情報を読み出す検出器15bと15cから構成される。   The output axis encoder 15 detects the relative angle between the link 124 and the link 125. The output shaft encoder 15 includes a scale 15a storing rotation angle information, and detectors 15b and 15c that read the scale information.

スケール15aは、リンク125と共に回転する減速機出力軸6cに配置されており、検出器15bと15cはフレーム124aに配置されている。またスケール15aの偏心による検出誤差をキャンセルするため、スケール15aに対して検出器15bと15cは略180度に対向配置させている。   The scale 15a is disposed on the reducer output shaft 6c that rotates with the link 125, and the detectors 15b and 15c are disposed on the frame 124a. Further, in order to cancel the detection error due to the eccentricity of the scale 15a, the detectors 15b and 15c are disposed opposite to each other at approximately 180 degrees with respect to the scale 15a.

対向配置した検出器15bと15cからの検出値を平均化することでスケール15aの偏心による精度劣化を小さくできる。同時にスケール15aの回転方向Pの振れによる精度劣化も小さくできる。なお、スケール15aの偏芯が小さく、出力軸エンコーダ15の検出値に問題がない場合は、検出器15bと15cのどちらか一方のみでもよい。   By averaging the detection values from the detectors 15b and 15c disposed opposite to each other, accuracy deterioration due to the eccentricity of the scale 15a can be reduced. At the same time, the accuracy deterioration due to the swing in the rotational direction P of the scale 15a can be reduced. If the eccentricity of the scale 15a is small and there is no problem in the detection value of the output shaft encoder 15, only one of the detectors 15b and 15c may be used.

以上より、第2実施形態における関節115によれば、フレーム124aは、モータ1と出力軸エンコーダ15との間で、カバー部材7と接触している。更にカバー部材7の片側は大気中に曝露されているため、モータ1に生じる熱がフレーム124aとカバー部材7との接触部9及び接触部10を介して大気へ放熱することができる。よって出力軸エンコーダ15への伝熱を抑制することができる。   As described above, according to the joint 115 in the second embodiment, the frame 124 a is in contact with the cover member 7 between the motor 1 and the output shaft encoder 15. Furthermore, since one side of the cover member 7 is exposed to the atmosphere, the heat generated in the motor 1 can be dissipated to the atmosphere through the contact portion 9 and the contact portion 10 between the frame 124 a and the cover member 7. Therefore, the heat transfer to the output shaft encoder 15 can be suppressed.

従って、出力軸エンコーダ15の検出器15bと15cの温度変化も抑えることが可能となる。よってベース103と各リンク121〜126間の力軸エンコーダ15の検出精度の劣化を小さくすることができる。これにより、高精度な位置制御が可能なロボット装置を実現できる。   Therefore, the temperature change of the detectors 15b and 15c of the output shaft encoder 15 can also be suppressed. Therefore, deterioration in detection accuracy of the force axis encoder 15 between the base 103 and the links 121 to 126 can be reduced. As a result, a robot device capable of highly accurate position control can be realized.

また第1の実施形態で述べた変形例1および変形例2を、本実施形態に適用することも可能である。   Further, it is also possible to apply the first modification and the second modification described in the first embodiment to the present embodiment.

なお、上記第1の実施形態、第2の実施形態においては、ロボットアーム本体100がトルクセンサと出力軸エンコーダを搭載した場合について説明したが、温度変化によって精度劣化する検出部を搭載するロボットアームに適用することができる。ゆえに本発明は検出部の種類や個数に限定されるものではない。   In the first and second embodiments described above, the robot arm body 100 is mounted with a torque sensor and an output shaft encoder. However, a robot arm is mounted with a detection unit that degrades in accuracy due to a temperature change. It can be applied to Therefore, the present invention is not limited to the type and number of detection units.

本発明は産業用ロボットに利用可能である。   The present invention is applicable to industrial robots.

1 モータ
1c モータ出力軸
2、4 タイミングプーリ
3 タイミングベルト
5 トルクセンサ
6 減速機
6a 減速機入力軸
6b 減速機ハウジング
6c 減速機出力軸
7 カバー部材
11 モータエンコーダ
15 出力軸エンコーダ
15a スケール
15b、15c 検出器
100 ロボットアーム本体
102 ロボットハンド本体
111〜116 関節
121〜126 リンク
200 制御装置
300 外部入力装置
500 ロボットシステム
Reference Signs List 1 motor 1c motor output shaft 2, 4 timing pulley 3 timing belt 5 torque sensor 6 reduction gear 6a reduction gear input shaft 6b reduction gear housing 6c reduction gear output shaft 7 cover member 11 motor encoder 15 output shaft encoder 15a scale 15b, 15c detection 100 Robot arm body 102 Robot hand body 111 to 116 Joint 121 to 126 Link 200 Control device 300 External input device 500 Robot system

Claims (7)

カバー部材に覆われたフレーム部材により構成された複数のリンクを有するロボットアームであって、
前記複数のリンクの内、
駆動源と検出機構が取り付けられた第1のリンクと、
前記駆動源からの出力により駆動される第2のリンクと、を有し、
前記駆動源の出力軸と、前記第1のリンクと前記第2リンクとを繋ぐ駆動軸と、が並列に配置され、
前記出力軸と前記駆動軸はベルト部材により連結され、
前記第1のリンクには、
前記フレーム部材の一部に、前記カバー部材と接触する接触部が設けられ、
前記接触部は、前記ベルト部材により囲まれていることを特徴とするロボットアーム。
A robot arm having a plurality of links constituted by a frame member covered by a cover member, the robot arm comprising:
Of the plurality of links,
A first link attached with a drive source and a detection mechanism;
And a second link driven by an output from the drive source,
The output shaft of the drive source and the drive shaft connecting the first link and the second link are arranged in parallel,
The output shaft and the drive shaft are connected by a belt member,
The first link is
A contact portion which contacts the cover member is provided on a part of the frame member,
The robot arm characterized in that the contact portion is surrounded by the belt member.
請求項1に記載のロボットアームにおいて、
前記フレーム部材と前記カバー部材の材質が、アルミニウムであることを特徴とするロボットアーム。
In the robot arm according to claim 1,
A material of the frame member and the cover member is aluminum.
請求項1または請求項2に記載のロボットアームにおいて、
前記接触部には、前記フレーム部材の一部と前記カバー部材の間に熱伝導部材が設けられていることを特徴とするロボットアーム。
The robot arm according to claim 1 or 2,
A heat transfer member is provided in the contact portion between a part of the frame member and the cover member.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のロボットアームにおいて、
前記接触部が設けられた、前記フレーム部材の延長部にロボットアームの内部の配線が巻きつけられていることを特徴とするロボットアーム。
The robot arm according to any one of claims 1 to 3.
A robot arm characterized in that a wire inside the robot arm is wound around an extension of the frame member provided with the contact portion.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のロボットアームにおいて、
前記検出機構はトルクセンサであることを特徴とするロボットアーム。
The robot arm according to any one of claims 1 to 4.
The robot arm characterized in that the detection mechanism is a torque sensor.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のロボットアームにおいて、
前記検出機構はエンコーダであることを特徴とするロボットアーム。
The robot arm according to any one of claims 1 to 5.
A robot arm characterized in that the detection mechanism is an encoder.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のロボットアームにロボットハンドを備えたロボット装置。   A robot apparatus comprising a robot hand according to any one of claims 1 to 6 in a robot arm.
JP2017245452A 2017-12-21 2017-12-21 Robot arm and robot device Pending JP2019111597A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017245452A JP2019111597A (en) 2017-12-21 2017-12-21 Robot arm and robot device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017245452A JP2019111597A (en) 2017-12-21 2017-12-21 Robot arm and robot device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019111597A true JP2019111597A (en) 2019-07-11

Family

ID=67223445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017245452A Pending JP2019111597A (en) 2017-12-21 2017-12-21 Robot arm and robot device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2019111597A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112022000680T5 (en) 2021-01-18 2023-11-16 Fanuc Corporation Robot system with robots with torque sensors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112022000680T5 (en) 2021-01-18 2023-11-16 Fanuc Corporation Robot system with robots with torque sensors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3067164B1 (en) Joint driving apparatus and robot apparatus
KR102469258B1 (en) Robot adaptive placement system with end-effector position estimation
US9329092B2 (en) Method for determining a torque and an industrial robot
US20110190934A1 (en) Architecture for robust force and impedance control of series elastic actuators
JP2010228028A (en) Robot arm, contact detection method for robot arm, and device equipped with robot arm
US20170266811A1 (en) Robot apparatus, control method of robot apparatus, and recording medium
US20150266185A1 (en) Robot and robot system
JP2014046402A (en) Robot
JP2013193131A (en) Robot control method, robot control device, and robot control system
CN109955279B (en) Robot hand, method for controlling the same, method for assembling article, and storage medium
JP6831530B2 (en) Disturbance observer and robot control device
JP7109161B2 (en) Mechanism Model Parameter Estimation Method for Articulated Robots
JP2017124455A (en) Robot device, robot control method, program and record medium
CN110871456B (en) Robot
JP2019111597A (en) Robot arm and robot device
JP6841802B2 (en) Robots and robot systems
JP2012139771A (en) Robot
JP2009220184A (en) Output torque limiting circuit of industrial robot
JP6943906B2 (en) robot
JP2019030923A (en) Robot arm, robot device, and robot system
JP7267688B2 (en) Robot system, robot arm control method, article manufacturing method, driving device, and driving device control method
JP2025043977A (en) Driving device, controlling method, robot, program, recording medium, and method of manufacturing article
JPH04322988A (en) robot joint mechanism
JP2010120109A (en) Method of controlling tip end position of articulated manipulator, and articulated manipulator
JP2014159080A (en) Robot