JP2020163498A - Robot device, control method for robot device, manufacturing method for article using robot device, radio power supply module, control program and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はロボットの関節などに用いることができる無線給電関節装置に関する。 The present invention relates to a wireless power feeding joint device that can be used for a robot joint or the like.
近年、製品を製造する生産ラインにおいて、多関節のロボットアームを備えたロボット装置が用いられている。この種のロボットアームは、エンドエフェクタとして先端に、例えば把持装置としてのロボットハンドや、その他の工具などのツールを設けてワークを操作し、工業製品やその部品などの物品の製造を行う。 In recent years, robot devices equipped with articulated robot arms have been used in production lines for manufacturing products. This type of robot arm is provided with a tool such as a robot hand as a gripping device or other tools at the tip as an end effector to operate a work, and manufactures articles such as industrial products and parts thereof.
更に、無線（非接触）で、各駆動部へ電力を伝送する無線給電技術の開発が進められており、上述のロボット装置におけるロボットアームの各関節を駆動する駆動源や、エンドエフェクタを回転させるための駆動源へ、無線給電技術の導入が進められている。例えば特許文献１では、送電用モジュールと受電用モジュールとを備えた、非接触給電装置を開示している。 Furthermore, the development of wireless power supply technology that wirelessly (non-contact) transmits power to each drive unit is underway, and the drive source and end effector that drive each joint of the robot arm in the above-mentioned robot device are rotated. Wireless power supply technology is being introduced into the drive source for this purpose. For example, Patent Document 1 discloses a non-contact power supply device including a power transmission module and a power reception module.
これにより、ロボット装置の各関節やエンドエフェクタの駆動において、駆動源への電力供給に必要な電源ケーブル等の屈曲、ねじれによる制限を生じさせることなく関節及びエンドエフェクタを駆動させることができる。 As a result, when driving each joint or end effector of the robot device, the joint and the end effector can be driven without causing restrictions due to bending or twisting of the power cable or the like required for supplying electric power to the drive source.
こうすることで、ロボット装置に多種多様な姿勢、動作を実行させることができ、従来では困難だった作業がロボット装置により可能となり、タクトタイムの短縮や、より高度な作業を実現させることができる。 By doing so, the robot device can perform a wide variety of postures and movements, and the robot device can perform tasks that were difficult in the past, shortening the tact time and realizing more advanced tasks. ..
しかしながら特許文献１に記載の無線給電ユニットをロボット装置に搭載する際、以下の課題が生じる。特許文献１に記載された無線給電ユニットは、受電モジュールと送電モジュールの間で、強力かつ高周波数の交番磁場を空中に放出している。一方、ロボット装置に使われる材料は、コストや強度の面から導体である金属を構造体として用いている。 However, when the wireless power supply unit described in Patent Document 1 is mounted on a robot device, the following problems arise. The wireless power supply unit described in Patent Document 1 emits a strong and high frequency alternating magnetic field into the air between the power receiving module and the power transmitting module. On the other hand, the material used for the robot device uses metal, which is a conductor, as a structure in terms of cost and strength.
このため、特許文献１に記載の無線給電ユニットをロボット装置の関節部に配置すると、無線給電ユニットの給電部近くに導体が存在してしまうため、大きな鉄損（渦電流損、ヒステリシス損）が発生してしまい、給電効率が低下してしまうといった問題があった。 Therefore, when the wireless power feeding unit described in Patent Document 1 is arranged at the joint portion of the robot device, a conductor exists near the feeding portion of the wireless feeding unit, so that a large iron loss (eddy current loss, hysteresis loss) occurs. There is a problem that the power supply efficiency is lowered due to the occurrence.
以上の課題を鑑み、本発明では、強力かつ高周波数の交番磁場を放出する無線給電ユニットを、導体を用いたロボット装置に搭載しても、鉄損による給電効率低下を抑制することができるロボット装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, in the present invention, even if a wireless power feeding unit that emits a strong and high frequency alternating magnetic field is mounted on a robot device using a conductor, a robot capable of suppressing a decrease in power feeding efficiency due to iron loss can be suppressed. The purpose is to provide the device.
上記課題を解決するために本発明においては、第１のリンクと第２のリンクとを有するロボット装置であって、電力を送電する送電部と、前記送電部から電力を受電する受電部と、を備えており、前記送電部と、前記受電部は、前記第１のリンクにおいて前記送電部が間接的に設けられた表面から、前記送電部における該表面に最も近い部分までの距離と、前記第２のリンクにおいて前記受電部が間接的に設けられた表面から、前記受電部における該表面に最も近い部分までの距離とが、前記送電部と前記受電部との電力の送受を行う間隔よりも大きくなるように配置されていることを特徴とするロボット装置を採用した。 In order to solve the above problems, in the present invention, a robot device having a first link and a second link, a power transmission unit that transmits electric power, a power receiving unit that receives electric power from the power transmission unit, and a power receiving unit. The power transmission unit and the power reception unit are the distance from the surface indirectly provided with the power transmission unit in the first link to the portion of the power transmission unit closest to the surface, and the above. The distance from the surface indirectly provided with the power receiving unit in the second link to the portion of the power receiving unit closest to the surface is greater than the interval at which power is transmitted and received between the power transmitting unit and the power receiving unit. We adopted a robot device that is characterized by being arranged so that it is also large.
本発明のロボット装置によれば、無線給電ユニットが搭載されていても、鉄損による給電効率低下を抑制することができる。 According to the robot device of the present invention, even if the wireless power feeding unit is mounted, it is possible to suppress a decrease in power feeding efficiency due to iron loss.
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態におけるロボット装置１００を、ＸＹＺ座標系の所定の方向から見た平面図である。なお以下の図面において、図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚはロボット装置１００全体の座標系を示す。一般に、ロボット装置を用いたロボットシステムでは、ＸＹＺ３次元座標系は、設置環境全体のグローバル座標系の他に、制御の都合などによって、ロボットハンド、指部などに関して適宜ローカル座標系を用いる場合がある。本実施形態ではロボット装置１００全体の座標系をＸＹＺ、ローカル座標系をｘｙｚで表すものとする。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a plan view of the
図１に示すように、ロボット装置１００は、多関節のロボットアーム本体２００、ロボットハンド本体３００、ロボット装置全体の動作を制御する制御装置４００を備えている。
As shown in FIG. 1, the
また、制御装置４００に教示データを送信する教示装置としての外部入力装置５００を備えている。外部入力装置５００の一例としてティーチングペンダントが挙げられ、作業者がロボットアーム本体２００やロボットハンド本体３００の位置を指定するのに用いる。
Further, an
本実施形態では、エンドエフェクタとしてロボットアーム本体２００の先端部に設けられるものが、ロボットハンドである場合について説明するが、これに限定するものではなく、ツール等であってもよい。
In the present embodiment, the case where the end effector provided at the tip of the robot arm
ロボットアーム本体２００の基端となるリンク２０１は、基台２１０に設けられている。
The
ロボットハンド本体３００は、部品やツール等の対象物を把持するものである。本実施形態のロボットハンド本体３００は不図示の駆動機構およびモータ３１１により２本の指部３１２を開閉し、ワークの把持ないし開放を行う。ワークをロボットアーム本体２００に対して相対的に変位させないように把持できれば良い。
The
またロボットハンド本体３００には、モータ３１１の駆動を制御するためのハンド用モータドライバ３０１が内蔵されている。
Further, the
ロボットハンド本体３００はリンク２０５に接続され、リンク２０５が回転することで、ロボットハンド本体３００も回転させることができる。
The
ロボットアーム本体２００は、複数の関節、例えば６つの関節（６軸）を有している。ロボットアーム本体２００は、各関節Ｊ１〜Ｊ６を各回転軸まわりにそれぞれ回転駆動させる複数（６つ）のサーボモータ２１１〜２１６を有している。
The
また、モータ２１１〜２１６をそれぞれ制御するためのアームモータ制御装置２２１〜２２６をそれぞれ備えている。説明の簡略化のため、図１ではアームモータ制御装置２２１〜２２６は、ロボットアーム本体２００の外部に示されているが、基台２１０及び各リンク２０１〜２０５内部のモータ２１１〜２１６近傍に設けられているものとする。
In addition, arm
ロボットアーム本体２００は、複数のリンク２０１〜２０５と、ロボットハンド本体３００が各関節Ｊ１〜Ｊ６で回転可能に連結されている。ここで、ロボットアーム本体２００の基端側から先端側に向かって、リンク２０１〜２０５が順に直列に連結されている。
In the robot arm
同図より、ロボットアーム本体２００の基台２１０とリンク２０１は、同図のＸ軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ１で接続されている。リンク２０１は不図示の伝達機構によりモータ２１１の回転が伝達され、同図のＸ軸周りの矢印方向に回転することができる。
From the figure, the
ロボットアーム本体２００のリンク２０１とリンク２０２は、同図のＹ軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ２で接続されている。リンク２０２は不図示の伝達機構によりモータ２１２の回転が伝達され、同図のＹ軸周りの矢印方向に回転することができる。
ロボットアーム本体２００のリンク２０２とリンク２０３は、同図のＹ軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ３で接続されている。リンク２０３は不図示の伝達機構によりモータ２１３の回転が伝達され、同図のＹ軸周りの矢印方向に回転することができる。
ロボットアーム本体２００のリンク２０３とリンク２０４は、同図のＸＺ平面に位置する所定の軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ４で接続されている。リンク２０４は不図示の伝達機構によりモータ２１４の回転が伝達され、同図のＸＺ平面に位置する所定の軸周りの矢印方向に回転することができる。
ロボットアーム本体２００のリンク２０４とリンク２０５は、同図のＹ軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ５で接続されている。リンク２０５は不図示の伝達機構によりモータ２１５の回転が伝達され、同図のＹ軸周りの矢印方向に回転することができる。
ロボットアーム本体２００のリンク２０５とロボットハンド本体３００は、同図のＸＺ平面に位置する所定の軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ６で接続されている。ロボットハンド本体３００は不図示の伝達機構によりモータ２１６の回転が伝達され、同図のＸＺ平面に位置する所定の軸周りの矢印方向に回転することができる。
また、各関節に設けられたモータ２１１〜２１６及びモータ３１１には、制御装置４００から電源ケーブル２３０により給電が行われている。本実施形態の制御装置４００は、ロボット装置１００に電力を供給するための電源装置としての機能も併せ持っているものとする。
Further, the
このうち、関節Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６に、無線給電モジュールが適用されている。関節Ｊ１には、無線給電モジュール２５１が設けられている。関節Ｊ４には、無線給電モジュール２５４が設けられている。関節Ｊ６には、無線給電モジュール２５６が設けられている。
Of these, the wireless power supply module is applied to the joints J 1 , J 4 , and J 6 . The joint J 1, the wireless
制御装置４００は、モータ２１１、および無線給電モジュール２５１に電源ケーブル２３０を用いて給電する。
The
無線給電モジュール２５１は、一対のコイルを介して、関節部Ｊ１において電力を無線で給電する。
The wireless
無線給電モジュール２５１により給電された電力は、リンク２０１〜リンク２０３を通る電源ケーブル２３０により、モータ２１２、２１３、２１４、アームモータ制御装置２２２、２２３、２２４、および無線給電モジュール２５４に供給される。
The electric power supplied by the wireless
無線給電モジュール２５４は、一対のコイルを介して、関節部Ｊ４において電力を無線で給電する。
The wireless
無線給電モジュール２５４により給電された電力は、リンク２０４、２０５を通る電源ケーブル２３０により、モータ２１５、モータ２１６、アームモータ制御装置２１５、２１６、および無線給電モジュール２５６に供給される。
The electric power supplied by the wireless
無線給電モジュール２５６は、一対のコイルを介して関節部Ｊ６において電力を無線で給電する。
The wireless
無線給電モジュール２５６により給電された電力は、ロボットハンド本体３００を通る電源ケーブル２３０により、モータ３１１に供給される。
The electric power supplied by the wireless
以上の構成により、関節部Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６において、電源ケーブル２３０を排除することができ、その結果、Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６を無限回転が可能な関節とすることができる。
With the above configuration, the joint portion J 1, J 4, J 6, it is possible to eliminate the
以上によりロボットアーム本体２００は、可動範囲の中であれば、任意の３次元位置で任意の３方向の姿勢に、ロボットアーム本体２００のエンドエフェクタ（ロボットハンド本体３００）を所定の方向に向けることができる。
As described above, the robot arm
なお、無線給電モジュール２５６は、一対のコイルを介して給電する方法について述べたが、これに限られない。例えば、磁界共鳴方式、電波受信方式、電界結合方式、直流共鳴方式、超音波を用いた方式等を用いて構わない。
The wireless
ここで、ロボットアーム本体２００の手先とは、本実施形態では、ロボットハンド本体３００のことである。ロボットハンド本体３００が物体を把持している場合は、ロボットハンド本体３００と把持している物体（例えば部品やツール等）とを含めてロボットアーム本体２００の手先という。
Here, the hand of the robot arm
つまり、ロボットハンド本体３００が物体を把持している状態であるか物体を把持していない状態であるかにかかわらず、エンドエフェクタであるロボットハンド本体３００を手先という。
That is, the
以上の構成により、ロボットアーム本体２００によりロボットハンド本体３００を任意の位置に動作させ、所望の作業を行わせることができる。所望の作業とは例えば、ワークを把持し、所定のワークに組み付け、物品の製造を行う等の作業である。
With the above configuration, the robot arm
なおロボットハンド本体３００は、例えば空気圧駆動のエアハンドなどのエンドエフェクタ等であっても良い。
The
またロボットハンド本体３００は、リンク２０５に対してビス止めなどの半固定的な手段によって装着されるか、あるいは、ラッチ止めなどの着脱手段によって装着可能であるものとする。
Further, the
特に、ロボットハンド本体３００が着脱可能である場合は、ロボットアーム本体２００を制御して、ロボットアーム本体２００自身の動作によって供給位置に配置された複数種類のロボットハンド本体３００を着脱ないし交換する方式も考えられる。
In particular, when the
図２は、本実施形態におけるロボット装置１００の構成を示すブロック図である。制御装置４００は、コンピュータで構成されており、制御部（処理部）としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４０１を備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
また制御装置４００は、記憶部として、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４０３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）４０４を備えている。また、制御装置４００は、記録ディスクドライブ４０５、各種のインタフェース４０６〜４０９を備えている。
Further, the
ＣＰＵ４０１には、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、ＨＤＤ４０４、記録ディスクドライブ４０５、各種のインタフェース４０６〜４０９が、バス４１０を介して接続されている。
A
ＲＯＭ４０２には、ＣＰＵ４０１に、演算処理を実行させるためのプログラム４３０が格納されている。ＣＰＵ４０１は、ＲＯＭ４０２に記録（格納）されたプログラム４３０に基づいてロボット制御方法の各工程を実行する。
The
ＲＡＭ４０３は、ＣＰＵ４０１の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。
The
ＨＤＤ４０４は、ＣＰＵ４０１の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置である。
The
記録ディスクドライブ４０５は、記録ディスク４３１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
外部入力装置５００はインタフェース４０６に接続されている。ＣＰＵ４０１はインタフェース４０６及びバス４１０を介して外部入力装置５００からの教示データの入力を受ける。
The
アームモータ制御装置２２１〜２２６は、それぞれインタフェース４０９に接続されている。ＣＰＵ４０１は、各関節の指令値のデータを所定時間間隔でバス４１０及びインタフェース４０９を介してアームモータ制御装置２２１〜２２６に出力する。
The arm
同様にロボットハンド用のモータ３１１の駆動を制御するハンドモータ制御装置３２１も、インタフェース４１１に接続され、バス４１０を介してＣＰＵ４０１と通信可能に設けられている。ＣＰＵ４０１は、各指部３１２の指令値のデータを所定時間間隔でバス４１０及びインタフェース４１１を介してハンドモータ制御装置３２１に出力する。
Similarly, a hand
インタフェース４０７には、モニタ４２１が接続されており、モニタ４２１には、ＣＰＵ４０１の制御の下、各種画像が表示される。インタフェース４０８は、書き換え可能な不揮発性メモリや外付けＨＤＤ等の記憶部である外部記憶装置４２２が接続可能に構成されている。
A
なお本実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がＨＤＤ４０４であり、ＨＤＤ４０４にプログラム４３０が格納される場合について説明するが、これに限定するものではない。プログラム４３０は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。
In the present embodiment, the case where the computer-readable recording medium is the
例えば、プログラム４３０を供給するための記録媒体としては、ＲＯＭ４０２、記録ディスク４３１、外部記憶装置４２２等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性メモリ、ＲＯＭ等を用いることができる。
For example, as a recording medium for supplying the
また説明は省略するが、各モータ２１１〜２１６、３１１には、各モータの回転軸の回転位置を検出するモータエンコーダを備えており、上述した各インタフェースを介してＣＰＵ４０１と通信可能な構成となっている。
Although the description is omitted, each of the
ＣＰＵ４０１は、各モータに備えられたモータエンコーダからの検出値を用いて、各リンクの位置をフィードバック制御することができる。
The
図３は本実施形態におけるロボットアーム本体２００の関節Ｊ１に配置される無線給電モジュール２５１を詳細に表した図である。基台２１０にモータ２１１とアームモータ制御部２２１が設けられ、モータ２１１とアームモータ制御部２２１に電力を供給するための電源ケーブル２３０が接続されている。
Figure 3 is a diagram showing the wireless
モータ２１１は回転軸ａ周りに回転するモータ回転軸２６１を有している。モータ回転軸２６１は減速機２７１に接続されており、回転を減速しトルクを増した状態でリンク２０１へ伝達するように構成されている。
The
減速機２７１は不図示のウエーブジェネレータ、フレックススプライン、サーキュラースプラインからなる波動歯車減速機であり、モータ回転軸２６１に接続されたウエーブジェネレータにより、フレックススプラインが変形しながら回転する。部分的にフレックススプラインの外歯とサーキュラースプラインの内歯を噛み合わせることにより効率よくモータ回転軸２６１の回転を減速し、フレックススプラインにより減速した回転出力をリンク２０１に伝える。
The
以降、本実施形態では減速機として波動減速機を用いて説明するが、モータ側の歯数が出力側の歯数より少ない平歯車を使用する単純な減速機など他の形式を用いてよい。 Hereinafter, in the present embodiment, a wave speed reducer will be used as the speed reducer, but other types such as a simple speed reducer using a spur gear having fewer teeth on the motor side than the number of teeth on the output side may be used.
基台２１０の一部の外周には、中空の絶縁体３が設置され、リンク２０１の一部の外周にも中空の絶縁体１０が設置されている。絶縁体３、１０にはゴムや樹脂などの非導体部材が用いられるものとする。
A
絶縁体３の外周には、リンク２０１の回転軸ａに対して径方向に突出する中空でドーナツ状の支持部材５が設置されている。同様に絶縁体１０の外周にも、リンク２０１の回転軸ａに対して径方向に突出する中空でドーナツ状の支持部材８が設置されている。支持部材５、８は絶縁体３、１０と同様の材料で構成されているものとする。
A hollow donut-shaped
支持部材５には、中空でドーナツ状の円板で形成された送電コイル６を有した送電モジュール２３１が配置されており、同様に支持部材８にも、中空でドーナツ状の円板で形成された受電コイル７を有した受電モジュール２４１が配置されている。
A
送電コイル６と受電コイル７とは、円板の中心が回転軸ａと一致しており、互いに面が略平行となるように対向して、支持部材５および支持部材８にそれぞれ設置されている。また電力は後述する磁気共振方式のように交番磁界を介して伝送される。送電コイル６は送電モジュール２３１における送電部となり、受電コイル７は受電モジュール２４１における受電部となる。
The
さらに送電コイル６と絶縁体３との間には磁性体としてフェライトで構成されるシート４が貼付されており、受電コイル７と絶縁体１０との間にも同様に磁性体としてフェライトで構成されるシート９が貼付されている。シート４、９は絶縁体３、１０の外周に貼付されているものとする。送信コイル６、受電コイル７と、基台２１０、リンク２０１との間の距離が十分取れる場合にはシート４、９を省略してもよいが、シート４、９を用いた方が、ロボットアーム本体２００を小型化でき、好適である。
Further, a sheet 4 made of ferrite as a magnetic material is attached between the
図４は、無線給電モジュール２５１を有する関節Ｊ１の機能ブロック図である。以下、無線給電モジュール２５１を例にとり説明するものとする。なお、無線給電モジュール２５４、無線給電モジュール２５６も同様の構成を取るものとする。
Figure 4 is a functional block diagram of the joint J 1 having a wireless
図４より、送電モジュール２３１は、インバータ２３１ａと、送電制御回路２３１ｂと、送電通信回路２３１ｃと、送電コイル６とを有している。
From FIG. 4, the
受電モジュール２４１は、整流回路２４１ａと、受電制御回路２４１ｂと、受電通信回路２４１ｃと、受電コイル７とを有している。
The
図４において、太い線は電力供給ラインを示しており、矢印は信号供給ラインを示している。 In FIG. 4, the thick line indicates the power supply line and the arrow indicates the signal supply line.
制御装置４００には、電源４５０が備えられており、更に、各無線給電モジュール及びアームモータ制御装置に指令値を送るＣＰＵ４０１と、を備えている。
The
図４より、送電モジュール２３１における送電制御回路２３１ｂは、電源４５０と送電コイル６との間に設けられ、供給された直流電力を、インバータ２３１ａを用いて交流電力に変換し、送電コイル６に供給する。
From FIG. 4, the power
送電通信回路２３１ｃは、ＣＰＵ４０１から受け取った各モータを制御するための信号を受信通信回路２４１ｃに送信する。送電通信回路２３１ｃと受電通信回路２４１ｃとの通信は、公知の無線通信技術を用い、無線で行われるものとする。
The power
各モータを制御するための信号は、例えばモータの回転速度や回転位置などの指令値を示す信号である。 The signal for controlling each motor is, for example, a signal indicating a command value such as a rotation speed or a rotation position of the motor.
受電コイル７は、送電コイル６に対向して配置されており、受電コイル７は、送電コイル６から送出された交流電力を受け取る。
The
受電制御回路２４１ｂは、整流回路２４１ａを用いて、受電コイル７が受け取った交流電力を直流電力に変換してモータ２１２、アームモータ制御装置２２２に出力する。
The power
受電通信回路２４１ｃは、送電通信回路２３１ｃから送信された信号を受信し、アームモータ制御装置２２２に送信する。
The power
アームモータ制御装置２２２は、受け取った信号に基づき、三相インバータ２６２を用いるなどして、モータ２１２の駆動を制御する。
The arm
以上により、モータ２１２には、無線給電モジュール２５１により電力が供給される。なお、受電コイル７から出力された直流電力は、モータ２１２に供給されるだけでなく、他の関節に設けられた無線給電モジュール２５４、２５６、及び各関節のモータ２１２〜２１６にも供給される。
As described above, power is supplied to the
また本実施形態では、送電コイル６は基台２１０に、受電コイル７はリンク２０１に設けられるものとする。
Further, in the present embodiment, the
その際、基台２１０とリンク２０１とは、モータ２１１により相対的に移動することになるが、この動作が生じても、両者が対向した状態が維持される位置に、送電コイル６と受電コイル７は設けられているものとする。
At that time, the
また、上述したモータ２１２、アームモータ制御装置２２２には、不図示のバッテリーを備えるものとする。さらに受電モジュール２５４も不図示のバッテリーを備えるものとする。これらバッテリーに電力が蓄電される。
Further, the
一方、図３に戻り、絶縁体３、１０の厚みは送電コイル６、受電コイル７間で電力の送受を行う間隔となるギャップ長Ｓより厚くなるように設けられている。さらに基台２１０、リンク２０１に使用されている導体材料と、送電コイル６、受電コイル７との距離は、送電コイル６と受電コイル７との電力の送受を行う間隔となるギャップ長Ｓと比較して大きくなるように設置される。
On the other hand, returning to FIG. 3, the thickness of the
本実施形態で用いている無線給電モジュール２５１は、磁気共振方式を用いているため鉄芯は存在しないが、周りの基台２１０、リンク２０１、減速機１１は電気抵抗の小さい金属で構成されている。そのため、無線給電モジュール２５１から漏れた磁束が基台２１０、リンク２５１に鎖交して大きな渦電流損が発生する恐れがある。
The wireless
本実施形態では、絶縁体３、１０の厚みは送電コイル６、受電コイル７間のギャップ長Ｓより厚くなるように設けられ、基台２１０、リンク２０１と、送電コイル６、受電コイル７との距離は、ギャップ長Ｓと比較して大きくなるように設置されている。ここで距離は、基台２１０において送電コイル６が間接的に設けられた表面から、送電コイル６における基台２１０において送電コイル６が間接的に設けられた表面に最も近い部分までの距離をＰ１と呼ぶ。
In the present embodiment, the thicknesses of the
また、リンク２０１において受電コイル７が間接的に設けられた表面から、受電コイル７におけるリンク２０１において受電コイル７が間接的に設けられた表面に最も近い部分までの距離をＰ２と呼ぶ。
Further, the
距離Ｐ１、Ｐ２はそれぞれ、基台２１０、リンク２０１の表面から、送電モジュール２３１および受電モジュール２４１における基台２１０、リンク２０１の表面に最も近い部分までの略垂線とする。
The distances P 1 and P 2 are substantially perpendicular lines from the surfaces of the
これにより、基台２１０、リンク２０１に用いられる導体により生じる磁束から、無線給電モジュール２５１で発生している電力の送受を行う磁束を遠ざけることができる。さらに絶縁体３、１０と、シート４、９により、基台２１０、リンク２０１に用いられている導体により生じる磁束が、無線給電モジュール２５１により発生している磁束へ影響することを低減することができる。
As a result, the magnetic flux that transmits and receives the electric power generated by the wireless
物理計算の結果、基台２１０、リンク２０１に用いられる導体による渦電流損は、約１／１００まで抑えられることが分かった。
As a result of physical calculation, it was found that the eddy current loss due to the conductor used for the
以上本実施形態によれば、絶縁体３、１０の厚みは送電コイル６、受電コイル７間のギャップ長Ｓより厚くなるように設けられ、基台２１０、リンク２０１と、送電コイル６、受電コイル７との距離Ｐは、ギャップ長Ｓと比較して大きくなるように設置されている。
According to the present embodiment, the thicknesses of the
これにより、強力かつ高周波数の交番磁場を放出する無線給電ユニットを、導体を用いたロボット装置に搭載しても、基台２１０、リンク２０１に用いられている導体により生じる磁束由来の鉄損による給電効率低下を抑制することができる。
As a result, even if a wireless power supply unit that emits a strong and high-frequency alternating magnetic field is mounted on a robot device that uses conductors, iron loss due to magnetic flux generated by the conductors used in the
なおフェライトは磁束を妨げる効果があるので、絶縁体３、４として磁性体でもあるフェライトを選ぶことで、上述した距離Ｐを狭くすることも可能である。
Since ferrite has the effect of hindering magnetic flux, it is possible to narrow the above-mentioned distance P by selecting ferrite, which is also a magnetic material, as the
（変形例）
図５は本実施形態における関節Ｊ１の変形例を示している。図３における関節Ｊ１は、支持部材８および絶縁体１０をリンク２０１に設けていた。図５（ａ）では、減速機２７１に支持部材８および絶縁体１０を設けた構成をとっている。
(Modification example)
Figure 5 shows a modification of the joint J 1 in the present embodiment. Joints J 1 in Figure 3, has been provided a
ロボットアーム本体２００の構成により、減速機２７１に設けたほうが良い場合は図５のように無線給電モジュール２５１を設けても良い。
If it is preferable to provide the
また、無線給電モジュール２５１に搭載されている送電コイル６、受電コイル７、その他制御回路や基板等を埃等から保護するために図５（ｂ）のように構成してもよい。
Further, in order to protect the
図５（ｂ）では、プラスチックで構成されるカバー１３を支持部材５に設け、送電モジュール２３１と受電モジュール２４１の外周を囲うように設けられている。本実施形態では、基台２１０に対してリンク２０１が相対的に回転するため、カバー１３は支持部材５のみに設けられているが、カバー１３の材料により回転に強いカバーであるならば支持部材５と支持部材８にまたがるように設けても良い。
In FIG. 5B, a
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、基台２１０およびリンク２０１から遠ざける為に、絶縁体を使用した。しかしながらフェライトで構成されるシート４、９を用い、絶縁体を使用せずに第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。以下で詳述する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, an insulator was used to keep it away from the
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。 In the following, a portion of the hardware and control system configuration different from that of the first embodiment will be illustrated and described. Further, it is assumed that the same configuration and operation as described above are possible for the same parts as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
図６は本実施形態における関節Ｊ１の例を表している。第１の実施形態と異なる点は、送電モジュール２３１と受電モジュール２４１が設置される支持部材５、８が、基台２１０、リンク２０１と一体としている点である。
Figure 6 represents an example of the joint J 1 in the present embodiment. The difference from the first embodiment is that the
図６（ａ）は、基台２１０、リンク２０１の一部を回転軸ａに対して径方向に突出させ、支持部材５、８として使用している。支持部材５、８は、基台２１０、リンク２０１の外周を囲うように設けられている。エンジニアプラスチックなどの材質と比較して精密な後加工が容易で強度を得やすいといったメリットがある。
In FIG. 6A, a part of the
さらに本実施形態では、支持部材５、８にＬ字型のシート４、９を設け、その上に送電モジュール２３１、給電モジュール２４１を設置している。シート４、９はフェライトで構成されるものとする。
Further, in the present embodiment, the
フェライトで構成されるシート４、９は磁束を遮蔽する効果があるため、基台２１０およびリンク２０１を構成する導体からの磁束が、給電モジュール２５１の磁束に影響することを低減することができる。
Since the
また支持部材５、８は、回転軸ａに対して径方向に突出させて設けられているため、基台２１０およびリンク２０１を構成する導体からの磁束から、給電モジュール２５１の磁束を遠ざけることができる。
Further, since the
よって、第１の実施形態と同様に、強力かつ高周波数の交番磁場を放出する無線給電ユニットを、導体を用いたロボット装置に搭載しても、基台２１０、リンク２０１に用いられている導体により生じる磁束由来の鉄損による給電効率低下を抑制することができる。
Therefore, as in the first embodiment, even if the wireless power feeding unit that emits a strong and high frequency alternating magnetic field is mounted on the robot device using the conductor, the conductor used in the
また図６（ｂ）のように、送電モジュール２３１と受電モジュール２４１の外周を囲うように設けられるカバー１３を基台２１０およびリンク２０１に一体として設けてもよい。この際、カバー１３にシート４を貼付しておく。
Further, as shown in FIG. 6B, a
これにより、無線給電モジュール２５１に搭載されている送電コイル６、受電コイル７、その他制御回路や基板等を埃等から保護することができる。
As a result, the
（第３の実施形態）
第１の実施形態、第２の実施形態では基台２１０とリンク２０１との関節Ｊ２に、無線給電モジュール２５１を設けたがこれに限られない。本実施形態ではリンク２０５と、エンドエフェクタであるロボットハンド本体３００とを繋ぐ関節Ｊ６に無線給電モジュール２５１を搭載した例につき説明する。
(Third Embodiment)
In the first embodiment and the second embodiment, the wireless
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。 In the following, a portion of the hardware and control system configuration different from that of the first embodiment will be illustrated and described. Further, it is assumed that the same configuration and operation as described above are possible for the same parts as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
図７は本実施形態にかかる関節Ｊ６を表した図である。第１の実施形態、第２の実施形態と異なる点は、送電モジュール２３１と受電モジュール２４１が設置される支持部材５、８が、それぞれ、リンク２０５、ロボットハンド本体３００に設けられている点である。
FIG. 7 is a diagram showing the joint J6 according to the present embodiment. The difference from the first embodiment and the second embodiment is that the
絶縁体３はリンク２０５の一部の外周を囲うように設けられており、絶縁体１０は、ロボットハンド本体３００に設けられる減速機２７１の一部の外周を囲うように設けられている。支持部材５、８は第１の実施形態と同様に、回転軸ａに対して径方向に突出して設けられており、支持部材５に送電モジュール２３１が設けられ、支持部材８に受電モジュール２４１が設けられているものとする。
The
これにより第１の実施形態と同様に、強力かつ高周波数の交番磁場を放出する無線給電ユニットを、導体を用いたロボット装置に搭載しても、ロボットハンド本体３００、リンク２０５の導体により生じる磁束由来の鉄損による給電効率低下を抑制できる。
As a result, even if the wireless power supply unit that emits a strong and high-frequency alternating magnetic field is mounted on the robot device using the conductor as in the first embodiment, the magnetic flux generated by the conductors of the
また、エンドエフェクタとして機能するロボットハンド本体３００は、ドライバー等のワークを把持して扱う際、ネジを締める為にドライバーを回転させるべく、ロボットハンド本体３００を回転させる。その際、本実施形態のように無線給電モジュールをロボットハンド本体３００の関節に使用すれば、ロボットハンド本体３００を無限回転させることができる。
Further, the
通常の有線による給電を行う場合、電源ケーブルの制約があるため、ロボットハンド本体３００は有限の回転しかできない。また回転方向の自由度を保つために適当なタイミングで物理的に電源ケーブルを巻き戻すために中立点に戻す必要があった。しかし、本実施形態のロボットハンド本体３００は無限回転を行わせることができるので、上記のように電源ケーブルを巻き戻す動作を行うことが無くなるため、ロボットハンドの動作におけるサイクルタイムを向上させることができる。
When power is supplied by ordinary wire, the
以上で述べた実施形態では、無線給電モジュールを関節Ｊ１、関節Ｊ６に設置した際を例に取り説明したが、これに限られない。ロボット装置１００の用途により別の関節に、上記の実施形態で述べた取り付け方で無線給電モジュールを取り付けても構わない。
In the above-described embodiment, the case where the wireless power supply module is installed in the joint J1 and the joint J6 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. Depending on the application of the
上述した実施形態における無線給電モジュール２５１の制御は具体的にはＣＰＵ４０１により実行されるものとして説明した。しかし、上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体を無線給電モジュール２５１に搭載させて実施しても良い。
Specifically, the control of the wireless
例えば、送電モジュール２３１の送電制御回路２３１ｂをマイコン等で構成する。そして送電通信回路２３１ｃを用いてＣＰＵ４０１に、必要な電力量の指令値を送り、電源４５０に必要な電力量を要求することで、電力の制御を行うことができる。
For example, the power
また、受電モジュール２４１の受電制御回路２４１ｂをマイコン等で構成し、実施しても良い。上述した送電制御回路２３１ｂと同様に、受電通信回路２４１ｃを用いて、ＣＰＵ４０１に、必要な電力量の指令値を送り、電源４５０、送電制御回路２３１ｂに必要な電力量を要求することで、電力の制御を行うことができる。
Further, the power
従って上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体、無線給電モジュールは本発明を構成することになる。 Therefore, a software control program capable of executing the above-mentioned functions, a recording medium on which the program is recorded, and a wireless power supply module constitute the present invention.
また、上記実施形態では、コンピュータで読み取り可能な記録媒体がＲＯＭ或いはＲＡＭであり、ＲＯＭ或いはＲＡＭに制御プログラムが格納される場合について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。 Further, in the above embodiment, the case where the computer-readable recording medium is ROM or RAM and the control program is stored in the ROM or RAM has been described, but the present invention is not limited to such a mode. Absent.
本発明を実施するための制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、制御プログラムを供給するための記録媒体としては、ＨＤＤ、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。 The control program for carrying out the present invention may be recorded on any recording medium as long as it is a computer-readable recording medium. For example, as the recording medium for supplying the control program, an HDD, an external storage device, a recording disk, or the like may be used.
（その他の実施形態）
また上述した実施形態では、ロボット装置１００が複数の関節を有する多関節ロボットアームを用いた場合を説明したが、関節の数はこれに限定されるものではない。ロボット装置の形式として、垂直多軸構成を示したが、パラレルリンク型など異なる形式の関節においても上記と同等の構成を実施することができる。
(Other embodiments)
Further, in the above-described embodiment, the case where the
また上述した実施形態では、ロボット装置１００の構成例を各実施形態の例図により示したが、これに限定されるものではなく、当業者において任意に設計変更が可能である。また、ロボット装置１００に設けられる各モータは、上述の構成に限定されるものではなく、各関節を駆動する駆動源は例えば人工筋肉のようなデバイス等であってもよい。
Further, in the above-described embodiment, a configuration example of the
また上述した実施形態は、制御装置に設けられる記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作またはこれらの複合動作を自動的に行うことができる機械に適用可能である。 Further, the above-described embodiment can be applied to a machine capable of automatically performing expansion / contraction, bending / stretching, up / down movement, left / right movement or turning operation, or a combined operation thereof based on information of a storage device provided in the control device. is there.
３、１０ 絶縁体
４、９ シート
５、８ 支持部材
６ 送電コイル
７ 受電コイル
１００ ロボット装置
２００ ロボットアーム本体
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６ リンク
２１０ 基台
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、３１１ モータ
２２１ アームモータ制御装置
２３０ 電源ケーブル
２３１ 送電モジュール
２３１ａ インバータ
２３１ｂ 送電制御回路
２３１ｃ 送電通信回路
２４１ 受電モジュール
２４１ａ 整流回路
２４１ｂ 受電制御回路
２４１ｃ 受電通信回路
２５１、２５４、２５６ 無線給電モジュール
２６１ モータ回転軸
２６２ 三相インバータ
２７１ 減速機
３００ ロボットハンド本体
３２１ ハンドモータ制御装置
４００ 制御装置
４５０ 電源
５００ 外部入力装置
3, 10
Claims (15)
電力を送電する送電部と、
前記送電部から電力を受電する受電部と、を備えており、
前記送電部と、前記受電部は、
前記第１のリンクにおいて前記送電部が間接的に設けられた表面から、前記送電部における該表面に最も近い部分までの距離と、前記第２のリンクにおいて前記受電部が間接的に設けられた表面から、前記受電部における該表面に最も近い部分までの距離とが、前記送電部と前記受電部との電力の送受を行う間隔よりも大きくなるように配置されていることを特徴とするロボット装置。 A robot device having a first link and a second link.
A power transmission unit that transmits electric power
It is equipped with a power receiving unit that receives power from the power transmitting unit.
The power transmission unit and the power reception unit
The distance from the surface of the first link where the power transmission unit is indirectly provided to the portion of the power transmission unit closest to the surface and the power receiving unit of the second link are indirectly provided. A robot characterized in that the distance from the surface to the portion of the power receiving unit closest to the surface is arranged so as to be larger than the interval at which power is transmitted and received between the power transmitting unit and the power receiving unit. apparatus.
前記第１のリンクにおいて前記送電部が間接的に設けられた表面から、前記送電部における該表面に最も近い部分までの距離の間と、前記第２のリンクにおいて前記受電部が間接的に設けられた表面から、前記受電部における該表面に最も近い部分までの距離の間に磁性体が配置されていることを特徴とするロボット装置。 In the robot device according to claim 1,
The distance between the surface of the first link where the power transmission unit is indirectly provided and the portion of the power transmission unit closest to the surface, and the distance of the second link where the power reception unit is indirectly provided. A robot device characterized in that a magnetic material is arranged between the surface of the surface and the portion of the power receiving portion closest to the surface.
前記第１のリンクにおいて前記送電部が間接的に設けられた表面から、前記送電部における該表面に最も近い部分までの距離の間と、前記第２のリンクにおいて前記受電部が間接的に設けられた表面から、前記受電部における該表面に最も近い部分までの距離の間に絶縁体が配置されていることを特徴とするロボット装置。 In the robot device according to claim 1 or 2.
The distance between the surface of the first link where the power transmission unit is indirectly provided and the portion of the power transmission unit closest to the surface and the surface of the second link where the power reception unit is indirectly provided. A robot device characterized in that an insulator is arranged between the surface of the power receiving portion and a portion of the power receiving portion closest to the surface.
前記絶縁体の厚みは、前記間隔よりも長いことを特徴とするロボット装置。 In the robot device according to claim 3,
A robot device characterized in that the thickness of the insulator is longer than the interval.
前記第２のリンクは前記第１のリンクに対して、所定の回転軸で相対的に回転可能であり、
前記第１のリンクは、前記回転軸に対して径方向に突出する第１の支持部材を備えており、
前記第２のリンクが、前記回転軸に対して径方向に突出する第２の支持部材を備えており、
前記送電部は、前記第１の支持部材に設置されており、
前記受電部は、前記第２の支持部材に設置されていることを特徴とするロボット装置。 In the robot device according to any one of claims 1 to 4.
The second link is rotatable relative to the first link on a predetermined axis of rotation.
The first link includes a first support member that projects radially with respect to the rotation axis.
The second link includes a second support member that projects radially with respect to the axis of rotation.
The power transmission unit is installed on the first support member, and the power transmission unit is installed on the first support member.
The robot device is characterized in that the power receiving unit is installed on the second support member.
前記支持部材は、前記第１のリンクおよび前記第２のリンクと一体となって設けられていることを特徴とするロボット装置。 In the robot device according to claim 5.
The robot device is characterized in that the support member is provided integrally with the first link and the second link.
前記送電部または前記受電部のどちらか一方は、減速機に配置されていることを特徴とするロボット装置。 In the robot device according to any one of claims 1 to 6.
A robot device characterized in that either the power transmission unit or the power reception unit is arranged in a speed reducer.
前記送電部は、送電コイルであり、
前記受電部は、受電コイルであり、
前記送電コイルと、前記受電コイルは、
前記第１のリンクにおいて前記送電コイルが間接的に設けられた表面から、前記送電コイルにおける該表面に最も近い部分までの距離と、前記第２のリンクにおいて前記受電コイルが間接的に設けられた表面から、前記受電コイルにおける該表面に最も近い部分までの距離とが、前記送電コイルと前記受電コイルとの電力の送受を行う前記間隔よりも大きくなるように配置されていることを特徴とするロボット装置。 In the robot device according to any one of claims 1 to 7.
The power transmission unit is a power transmission coil.
The power receiving unit is a power receiving coil.
The power transmission coil and the power reception coil
The distance from the surface on which the power transmission coil is indirectly provided in the first link to the portion of the power transmission coil closest to the surface, and the power receiving coil indirectly provided in the second link. The distance from the surface to the portion of the power receiving coil closest to the surface is arranged so as to be larger than the distance between the power transmitting coil and the power receiving coil for transmitting and receiving electric power. Robot device.
基台を備えており、
前記第１のリンクは、前記基台であることを特徴とするロボット装置。 In the robot device according to any one of claims 1 to 8.
It has a base and
The first link is a robot device characterized by being the base.
エンドエフェクタを備えており、
前記第２のリンクは、前記エンドエフェクタであることを特徴とするロボット装置。 In the robot device according to any one of claims 1 to 9.
Equipped with an end effector,
The second link is a robot device characterized by being the end effector.
前記ロボット装置は、
電力を送電する送電部と、
前記送電部から電力を受電する受電部と、
モータと、
前記ロボット装置を制御する制御装置と、を備えており、
前記送電部と、前記受電部は、
前記第１のリンクにおいて前記送電部が間接的に設けられる表面から、前記送電部における該表面に最も近い部分までの距離と、前記第２のリンクにおいて前記受電部が間接的に設けられる表面から、前記受電部における該表面に最も近い部分までの距離とが、前記送電部と前記受電部との電力の送受を行うための間隔よりも大きくなるように配置されており、
前記制御装置は、
前記送電部と前記受電部により電力の送受を行い、
送受した電力により前記モータを動作させ、前記ロボット装置を制御することを特徴とする制御方法。 A method for controlling a robot device having a first link and a second link.
The robot device
A power transmission unit that transmits electric power
A power receiving unit that receives power from the power transmission unit and
With the motor
It is provided with a control device for controlling the robot device.
The power transmission unit and the power reception unit
From the distance from the surface of the first link where the power transmission unit is indirectly provided to the portion of the power transmission unit closest to the surface and from the surface of the second link where the power reception unit is indirectly provided. , The distance to the portion of the power receiving unit closest to the surface is arranged so as to be larger than the distance for transmitting and receiving power between the power transmitting unit and the power receiving unit.
The control device
Electric power is transmitted and received by the power transmission unit and the power reception unit.
A control method characterized in that the motor is operated by electric power transmitted and received to control the robot device.
電力を送電する送電部と、
前記送電部から電力を受電する受電部と、を備えており、
前記送電部と前記受電部との電力の送受を行う間隔が、
前記第１のリンクにおいて前記送電部が間接的に設けられた表面から、前記送電部における該表面に最も近い部分までの距離と、前記第２のリンクにおいて前記受電部が間接的に設けられた表面から、前記受電部における該表面に最も近い部分までの距離よりも大きいことを特徴とする無線給電モジュール。 A wireless power supply module provided in a robot device having a first link and a second link.
A power transmission unit that transmits electric power
It is equipped with a power receiving unit that receives power from the power transmitting unit.
The interval at which power is transmitted and received between the power transmission unit and the power reception unit is
The distance from the surface of the first link where the power transmission unit is indirectly provided to the portion of the power transmission unit closest to the surface and the power receiving unit of the second link are indirectly provided. A wireless power supply module characterized in that it is larger than the distance from the surface to the portion of the power receiving portion closest to the surface.
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|---|---|---|---|---|
| JP2021094629A (en) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 日本航空電子工業株式会社 | Radio connector attaching/detaching method, robot device and radio connector |
| WO2021157138A1 (en) * | 2020-02-03 | 2021-08-12 | 日本航空電子工業株式会社 | Robot device and wireless connector |
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- 2019-03-28 JP JP2019064693A patent/JP2020163498A/en active Pending
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