JP2021066000A - 回転軸モジュールおよびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータのブレーキを個別に解除できるロボットを提供する。【解決手段】第１部材と第２部材とを備え、第１部材に対して第２部材を所定の軸線回りに相対的に回転駆動するアクチュエータと、直流電源１１と、スイッチ１２とを備え、アクチュエータが、直流電圧の供給により解除可能なブレーキ５を備え、ブレーキ５に、アクチュエータを制御する制御装置１０に接続される第１のブレーキ回路８と、第１のブレーキ回路８と並列に設けられ、スイッチ１２を経由して直流電源１１に接続される第２のブレーキ回路９とが接続されている回転軸モジュールである。【選択図】図３

Description

本開示は、回転軸モジュールおよびロボットに関するものである。

第１リンクが取り付けられるべき固定部材と、固定部材に対して相対的に回転可能な第２リンクが取り付けられるべき可動部材とを有するアクチュエータを備える回転モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第６５０６１９５号公報

ロボットにおいて、不意の停電などによる電源の遮断時には、アクチュエータが励磁状態ではなくなるため、ロボットの姿勢を維持するために回転モジュールのアクチュエータに備えられたブレーキが作動する。しかしながら、電源の遮断のタイミングによっては、ロボットが不都合な姿勢で停止してしまう場合があり、現場で迅速に解除したい軸のブレーキを個別に解除できることが望ましい。

本開示の一態様は、第１部材と第２部材とを備え、前記第１部材に対して前記第２部材を所定の軸線回りに相対的に回転駆動するアクチュエータと、直流電源と、スイッチとを備え、前記アクチュエータが、直流電圧の供給により解除可能なブレーキを備え、該ブレーキに、前記アクチュエータを制御する制御装置に接続される第１のブレーキ回路と、該第１のブレーキ回路と並列に設けられ、前記スイッチを経由して前記直流電源に接続される第２のブレーキ回路とが接続されている回転軸モジュールである。

本開示の一実施形態に係る回転軸モジュールを示す側面図である。 図１の回転軸モジュールを示す平面図である。 図１の回転軸モジュールに備えられるブレーキ回路を説明する模式図である。 図３のブレーキ回路に備えられるスイッチの自由状態を示す縦断面図である。 図２のブレーキ回路に備えられるスイッチの押下された状態を示す縦断面図である。 図１の回転軸モジュールを第１軸から第３軸に備えた本発明の一実施形態に係るロボットを示す平面図である。 図３のブレーキ回路の変形例を示す模式図である。 図１の回転モジュールの変形例を示す側面図である。

本開示の一実施形態に係る回転軸モジュール１およびロボットについて、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る回転軸モジュール１は、図１および図２に示されるように、アクチュエータ２を備えている。アクチュエータ２は、モータ３と、モータ３の回転数を減速する減速機４とを備えている。
モータ３は、直流電圧が供給されていない状態では制動状態に維持され、直流電圧の供給により制動状態を解除可能なブレーキ５と、図示しないエンコーダとを備えている。

減速機４は、モータ３を固定する固定部材（第１部材）６と、固定部材６に対して所定の軸線Ｘ回りに相対的に回転可能に支持された可動部材（第２部材）７と、固定部材６および可動部材７を所定の軸線Ｘに沿う方向に貫通する中空穴４ａを備えている。減速機４は、モータ３の回転数を減速比に応じて減速した回転数で、固定部材６に対して可動部材７を回転駆動する。固定部材６は、大径部６ｂと、小径部６ｃとにより一体的に構成されている。

回転軸モジュール１は、さらに、図３に示されるように、モータ３のブレーキ５の２つの端子に並列に接続される第１のブレーキ回路８および第２のブレーキ回路９を備えている。第１のブレーキ回路８は、モータ３を制御する制御装置１０に接続されている。第２のブレーキ回路９は、直列に配置された直流電源１１およびスイッチ１２を経由してブレーキ５の２つの端子間を接続している。

スイッチ１２は、図５に示されるように、押下している状態において第２のブレーキ回路９を閉じ、図４に示されるように、押下していない自由状態においてはバネ１３によって、第２のブレーキ回路９を開く方向に戻るモーメンタリ方式の押しボタンスイッチである。
モータ３が固定された固定部材６の大径部（最外面）６ｂに、直流電源１１およびスイッチ１２が固定されている。スイッチ１２は、ケース外面（最外面）６ａに対して、押下面１２ａを固定部材６の径方向内方に押下可能に設けられているとともに、スイッチ１２の押下面１２ａは、図４に示されるように、自由状態において、固定部材６のケース外面６ａよりも径方向内方に一段凹んだ位置に配置されている。ケース外面６ａは、アクチュエータ２の最外周表面の一部である。また、固定部材６の大径部６ｂおよびケース外面６ａは固定部材６の最外面を構成し、所定の軸線Ｘ方向に沿う方向において、モータ３および可動部材７よりも径方向外側に配置されている。

次に、本発明の一実施形態に係るロボット１００について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット１００は、上述した回転軸モジュール１を複数備えている。

図６に示されるように、本実施形態に係るロボット１００は、例えば、６軸多関節型である。ロボット１００は、被設置面に設置されるベース１１０と、鉛直な第１軸線（軸線）Ａ回りにベース１１０に対して回転可能に支持される旋回胴１２０とを備えている。また、ロボット１００は、水平な第２軸線（軸線）Ｂ回りに旋回胴１２０に対して回転可能に支持される第１アーム１３０と、水平な第３軸線（軸線）Ｃ回りに第１アーム１３０に対して回転可能に支持される第２アーム１４０とを備えている。さらに、ロボット１００は、第２アーム１４０の先端に、３軸の手首ユニット１５０を備えている。

第１の回転軸モジュール（回転軸モジュール）１ａの固定部材６は旋回胴１２０に固定され、可動部材７はベース１１０に固定されている。第２の回転軸モジュール（回転軸モジュール）１ｂの固定部材は旋回胴１２０に固定され、可動部材７は第１アーム１３０に固定されている。第３の回転軸モジュール（回転軸モジュール）１ｃの固定部材６は第１アーム１３０に固定され、可動部材７は第２アーム１４０に固定されている。第１から第３の回転軸モジュール１ａ，１ｂ，１ｃとしては、共通の上述した回転軸モジュール１が使用されている。

手首ユニット１５０は、第２アーム１４０に対して第１手首ケーシング１６０を第４軸線（軸線）Ｄ回りに回転駆動する第４の回転軸モジュール１ｄと、第１手首ケーシング１６０に対して第２手首ケーシング１７０を第５軸線（軸線）Ｅ回りに回転駆動する第５の回転軸モジュール１ｅとを備えている。また、手首ユニット１５０は、固定部材６が第２手首ケーシング１７０に固定され、第６軸線（軸線）Ｆ回りに回転可能な可動部材７が手首フランジ１８０を構成する第６の回転軸モジュール１ｆを備えている。

第４から第６の回転軸モジュール１ｄ，１ｅ，１ｆとしては、第１から第３の回転軸モジュール１ａ，１ｂ，１ｃよりも小さい共通の回転軸モジュール１が使用されている。本実施形態においては、第４から第６の回転軸モジュール１ｄ，１ｅ，１ｆは、モータ３がブレーキ５を有さず、第１のブレーキ回路８および第２のブレーキ回路９も備えていないものを例示している。これに限定されるものではなく、第４から第６の回転軸モジュール１ｄ，１ｅ，１ｆについても第１から第３の回転軸モジュール１ａ，１ｂ，１ｃと同様の構成を有するものを採用してもよい。

図示しないが、各モータ３の駆動用のケーブル、ブレーキ制御用のケーブルおよびエンコーダからのケーブルは制御装置１０に接続される。ブレーキ用のケーブルは、第１のブレーキ回路８に接続されている。各ケーブルは、各回転軸モジュール１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの減速機４を中空構造として、減速機４の軸線Ｘ周辺を軸線Ｘに沿う方向に貫通していることが好ましい。

このように構成された本実施形態に係る回転軸モジュール１およびロボット１００の作用について説明する。
本実施形態に係る回転軸モジュール１によれば、ロボット１００を作動させる際に、制御装置１０からの第１のブレーキ回路８への直流電圧の供給により、各軸のモータ３のブレーキ５の制動状態が解除される。これにより、制御装置１０からの駆動指令信号に基づいて、各回転軸モジュール１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆのモータ３が制御され、手首フランジ１８０の先端を所望の位置および姿勢に配置することができる。

この場合において、各回転軸モジュール１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの第２のブレーキ回路９に備えられたスイッチ１２は、押下面１２ａが押下されていない自由状態であり、第２のブレーキ回路９が開かれて、直流電源１１からの直流電圧はブレーキ５に印加されていない。

そして、ロボット１００の作動中に、不意の停電などによる電源の遮断時には、アクチュエータ２が励磁状態ではなくなるため、制御装置１０からの直流電圧の供給が停止して、各回転軸モジュール１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆのアクチュエータ２に備えられたブレーキ５が作動する。これにより、ロボット１００の姿勢が電源の遮断時の状態に維持される。

この場合において、電源の遮断のタイミングによっては、ロボット１００が不都合な姿勢で停止してしまう場合がある。例えば、ロボット１００が、可動範囲内に作業者や物体が存在している状態で動作可能な協働ロボットである場合等には、ロボット１００の第１アーム１３０と第２アーム１４０との間等に物体が挟まれた状態で電源が遮断した場合に、この状態を迅速に解消したい場合がある。

このような場合に、本実施形態に係る回転軸モジュール１およびロボット１００によれば、各回転軸モジュール１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆに備えられたスイッチ１２を押すことにより、第２のブレーキ回路９を閉じて、直流電源１１からの直流電圧をブレーキ５に印加することができる。直流電圧が印加されたブレーキ５の制動状態は迅速に解除される。

すなわち、不都合な姿勢で停止してしまったロボット１００の各モータ３のブレーキ５の制動状態を、各回転軸モジュール１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆに備えられたスイッチ１２の押下によって個別にかつ迅速に解除することができ、不都合な姿勢を迅速に解消することができるという利点がある。

特に、スイッチ１２が第１から第３の回転軸モジュール１ａ，１ｂ，１ｃに備えられているので、操作者は、現場において、制動状態を解除したい軸に対応するスイッチ１２を容易に認識することができ、解除したい軸のみを個別に確実に解除することができる。そして、制動状態を解除して、不都合な姿勢が解消された後には、スイッチ１２から手を離して、スイッチ１２を自由状態にすることにより、迅速に制動状態に戻して、ロボット１００の姿勢を維持することができる。

また、本実施形態によれば、スイッチ１２の押下面１２ａが固定部材６のケース外面６ａよりも一段凹んだ位置に配置されているので、スイッチ１２を押下するには、その意思を持って押下することが必要となる。すなわち、スイッチ１２を押下する意思がない状態で、誤ってスイッチ１２の近傍に物体が接触しても、押下面１２ａが押下されることを周囲の固定部材６によって遮ることができる。

また、スイッチ１２の押下面１２ａが、固定部材６のケース外面６ａよりも径方向内方に凹んだ位置に、径方向内方に押下可能に配置されていることにより、減速機４の径方向外方からスイッチ１２に容易にアクセスし、その方向からスイッチ１２を押下することができる。これにより、スイッチ１２の操作を容易にすることができるとともに、外部からのスイッチ１２の視認を容易にすることができる。

また、回転軸モジュール１よりも手首ユニット１５０の先端側に配置されるアクチュエータ駆動用線条体またはツール駆動用線条体を中空穴４ａに通すことにより、線条体をロボット１００のアーム外表面に露出させず、第１アーム１３０および第２アーム１４０内に収容することができる。

なお、本実施形態においては、スイッチ１２にスイッチ１２の操作を禁止する誤操作防止機構（図示略）が設けられていてもよい。これにより、スイッチ１２が誤って押下されてブレーキ５の制動状態が解除されてしまうことをより確実に防止することができる。

誤操作防止機構としては、スイッチ１２の押下面１２ａを覆う開閉可能な蓋、あるいは、破壊可能なカバー等を採用すればよい。蓋あるいはカバーは、固定部材６のケース外面６ａと面一あるいはケース外面６ａよりも若干凹んで配置されていることが好ましい。

また、本実施形態においては、直流電源１１が充電可能なバッテリにより構成され、制御装置１０の電源が遮断されていない状態において、直流電源１１であるバッテリを充電する充電回路（図示略）が設けられていてもよい。これにより、回転軸モジュール１の稼働中に直流電源１１であるバッテリが充電されるので、直流電源１１であるバッテリの交換頻度を低減し、不意のバッテリ切れのリスクを低減することができる。

また、本実施形態に係る回転軸モジュール１においては、図７に示されるように、第１のブレーキ回路８に、第２のブレーキ回路９を着脱可能に接続する端子１４が設けられていてもよい。そして、直流電源１１、スイッチ１２を含む第２のブレーキ回路９が、固定部材６に着脱可能なブレーキ解除ユニットを構成していてもよい。

すなわち、手動でのブレーキ５の制動状態の解除の可能性が少ない回転軸モジュール１については、ブレーキ解除ユニットを取り外した状態としておくことができる。これにより、そのような回転軸モジュール１については、必要に応じてブレーキ解除ユニットを固定部材６に固定して、第２のブレーキ回路９を第１のブレーキ回路８の端子１４間に接続することができる。

また、本実施形態においては、６軸多関節型のロボット１００を例示したが、これに限定されるものではなく、上述した回転軸モジュール１を少なくとも１つ有する任意の形式のロボットに適用することができる。

また、本実施形態においては、各回転軸モジュール１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆがその最外面を露出させた状態に組み立てられたロボット１００を例示した。これに代えて、回転軸モジュール１の径方向外方を覆うケーシング（図示略）が備えられている場合には、スイッチ１２の押下面１２ａは、固定部材６のケース外面６ａに対して凹んでいなくても、ケーシングの最外面よりも１段凹んだ位置に配置されていればよい。

また、スイッチ１２として押しボタンスイッチを例示したが、これに代えて、他の任意の方式のスイッチを採用してもよい。また、図１および図２に示されるように、固定部材６の大径部６ｂに固定されたモータ３に近接する位置にスイッチ１２を配置したが、スイッチ１２の位置は任意でよい。

また、アクチュエータ２として、モータ３と減速機４とを備えるものを例示したが、これに代えて、中空穴を有するダイレクトドライブモータを採用してもよい。

また、本実施形態においては、第２部材である可動部材７にねじれ量測定器、トルク測定器および力センサのうちの少なくとも１つが設けられていてもよい。ねじれ量測定器、トルク測定器または力センサは、回転軸モジュール１の出力軸となる可動部材７の端面に取り付けられていてもよいし、可動部材７の内部に内蔵されていてもよい。

これにより、ねじれ量測定器、トルク測定器および力センサによって検出されたセンサ情報のフィードバックによる、第１アーム１３０または第２アーム１４０を直接操作してロボット１００を誘導するリードスルー操作、またはセンサ情報を用いた接触判定を実行することができる。

また、本実施形態においては、図８に示されるように、ケース外面６ａを最大内面直径とし、コーナ部に丸みを有する円筒状のカバー１５を備えていてもよい。これにより、アクチュエータ２の最外周表面がケース外面６ａを含む固定部材６の外周面であるため、アクチュエータ２をカバー１５によって覆うことにより、協働ロボットに求められるアーム表面のように、滑らかでエッジのないアーム表面を比較的容易に提供することができる。

１ 回転軸モジュール
１ａ 第１の回転軸モジュール（回転軸モジュール）
１ｂ 第２の回転軸モジュール（回転軸モジュール）
１ｃ 第３の回転軸モジュール（回転軸モジュール）
１ｄ 第４の回転軸モジュール（回転軸モジュール）
１ｅ 第５の回転軸モジュール（回転軸モジュール）
１ｆ 第６の回転軸モジュール（回転軸モジュール）
２ アクチュエータ
４ａ 中空穴
５ ブレーキ
６ 固定部材（第１部材）
６ａ ケース外面（最外面）
６ｂ 大径部（最外面）
７ 可動部材（第２部材）
８ 第１のブレーキ回路
９ 第２のブレーキ回路
１０ 制御装置
１１ バッテリ（直流電源）
１２ スイッチ
１２ａ 押下面
１４ 端子
１００ ロボット
Ａ 第１軸線（軸線）
Ｂ 第２軸線（軸線）
Ｃ 第３軸線（軸線）
Ｄ 第４軸線（軸線）
Ｅ 第５軸線（軸線）
Ｆ 第６軸線（軸線）
Ｘ 軸線

Claims (12)

1. 第１部材と第２部材とを備え、前記第１部材に対して前記第２部材を所定の軸線回りに相対的に回転駆動するアクチュエータと、
   直流電源と、
   スイッチとを備え、
   前記アクチュエータが、直流電圧の供給により解除可能なブレーキを備え、
   該ブレーキに、前記アクチュエータを制御する制御装置に接続される第１のブレーキ回路と、該第１のブレーキ回路と並列に設けられ、前記スイッチを経由して前記直流電源に接続される第２のブレーキ回路とが接続されている回転軸モジュール。
2. 前記スイッチが、押下している状態において閉じ、押下していない自由状態において開く押しボタンスイッチである請求項１に記載の回転軸モジュール。
3. 前記第１部材に、前記ブレーキ、前記直流電源および前記スイッチが配置され、
   前記スイッチの押下面が、前記自由状態において、前記第１部材の最外面よりも一段凹んだ位置に配置されている請求項２に記載の回転軸モジュール。
4. 前記押下面が、前記第１部材の最外面よりも径方向内方に凹んだ位置に、径方向内方に押下可能に配置されている請求項３に記載の回転軸モジュール。
5. 前記スイッチに、該スイッチの操作を禁止する誤操作防止機構が設けられている請求項１から請求項４のいずれかに記載の回転軸モジュール。
6. 前記第１のブレーキ回路に、前記第２のブレーキ回路を着脱可能に接続する端子が設けられ、
   前記直流電源、前記スイッチを含む前記第２のブレーキ回路が、前記アクチュエータに着脱可能なブレーキ解除ユニットを構成している請求項１から請求項５のいずれかに記載の回転軸モジュール。
7. 前記直流電源が、充電可能なバッテリであり、
   前記アクチュエータへの通電中に前記直流電源を充電する充電回路を備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の回転軸モジュール。
8. 前記所定の軸線近傍に、線条体を通すための中空穴を備える請求項１から請求項７のいずれかに記載の回転軸モジュール。
9. 前記第２部材に、ねじれ量測定器、トルク測定器および力センサのうちの少なくとも１つが設けられている請求項１から請求項８のいずれかに記載の回転軸モジュール。
10. 前記アクチュエータがモータを備え、
    前記所定の軸線に沿う方向において、前記第１部材の前記最外面が、前記モータおよび前記第２部材よりも径方向外側に配置されている請求項４に記載の回転軸モジュール。
11. 第１部材と第２部材とを備え、前記第１部材に対して前記第２部材を所定の軸線回りに相対的に回転駆動するアクチュエータを備え、
    該アクチュエータが、直流電圧の供給により解除可能なブレーキを備え、
    該ブレーキに、前記アクチュエータを制御する制御装置に接続される第１のブレーキ回路が接続され、
    該第１のブレーキ回路に、スイッチを経由して直流電源に接続される第２のブレーキ回路を並列に接続可能な端子が設けられている回転軸モジュール。
12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載の回転軸モジュールを少なくとも１つ備えるロボット。

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