JP2021122866A - ロボット、ロボット搭載用移動体および移動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリー残量に関わらず、ロボットアームを高精度で駆動することができるロボット、ロボット搭載用移動体および移動ロボットを提供すること。【解決手段】ロボットアームと、バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えることを特徴とするロボット。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボット、ロボット搭載用移動体および移動ロボットに関するものである。

従来から、歩行ロボットが知られている。例えば、特許文献１に示す脚式移動ロボットは、移動機構としての歩行手段を備える。この歩行手段は、モーターを有する。また、この脚式移動ロボットには、バッテリーが内蔵されており、このバッテリーが出力する電力により、歩行手段のモーターや、その他の各部が駆動する。

特開２００５−２７１１３７号公報

しかしながら、上記歩行ロボットでは、バッテリーの出力がそのままモーターに印加されるため、バッテリー残量が少なくなると、電圧が低下し、ロボットの駆動が不安定となり、駆動の精度が低下するという問題がある。

本適用例のロボットは、ロボットアームと、
バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、
前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、
前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えることを特徴とする。

本適用例のロボット搭載用移動体は、移動機構と、
ロボットアームと、バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えるロボットが接続される接続部と、を備えることを特徴とする。

本適用例の移動ロボットは、ロボットアームと、バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えるロボットと、
移動機構と、前記ロボットが接続される接続部と、を有し、前記ロボットを移動させるロボット搭載用移動体と、を備えることを特徴とする。

図１は、第１実施形態に係る移動ロボットを示す側面図である。 図２は、図１に示す移動ロボットの詳細を示すブロック図である。 図３は、バッテリーおよび電圧変換部が出力する電圧の経時的な変化を示すグラフである。 図４は、第２実施形態に係る移動ロボットの詳細を示すブロック図である。 図５は、バッテリーおよび電圧変換部が出力する電圧の経時的な変化を示すグラフである。 図６は、図４に示す第１制御部の制御動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明のロボット、ロボット搭載用移動体および移動ロボットを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る移動ロボットを示す側面図である。図２は、図１に示す移動ロボットの詳細を示すブロック図である。図３は、バッテリーおよび電圧変換部が出力する電圧の経時的な変化を示すグラフである。

また、図１では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を図示している。また、以下では、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」とも言い、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」とも言い、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」とも言う。

また、以下では、説明の便宜上、図１中の＋ｚ軸方向、すなわち、上側を「上」または「上方」、−ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」または「下方」とも言う。また、図１中のｚ軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、ｘ軸方向およびｙ軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。

図１に示す移動ロボット１００は、例えば、電子部品および電子機器等のワークの保持、搬送、組立ておよび検査等の作業で用いられる産業用ロボットである。移動ロボット１００は、ロボット１と、ロボット搭載用移動体２と、を備える。

図１に示すロボット１は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットであり、基台１１０と、基台１１０に接続されたロボットアーム１０と、駆動部３と、ロボット制御部４と、電圧変換部５と、を有する。

基台１１０は、ロボットアーム１０を支持するものである。基台１１０は、筐体を有し、内部には、例えば、ロボットアーム１０を駆動する駆動装置や、ロボット制御部４と通信を行うための図示しない通信部等が内蔵されている。

なお、基台１１０は、図示のような形状に限定されず、ロボットアーム１０を支持する機能を有していればよく、例えば、板状の部材や、複数本の脚で構成されていてもよい。

また、基台１１０は、省略されていてもよく、ロボット搭載用移動体２に少なくとも一部が内蔵されていてもよい。

図１に示すロボットアーム１０は、その基端が基台１１０に接続されており、複数のアームであるアーム１１、アーム１２、アーム１３、アーム１４、アーム１５およびアーム１６を有する。これらアーム１１〜アーム１６は、基端から先端に向かってこの順に連結されている。各アーム１１〜アーム１６は、隣り合うアームまたは基台１１０に対して回動可能になっている。

また、図１および図２に示すように、ロボット１は、ロボットアームを駆動する駆動部としての駆動部３を有する。駆動部３は、基台１１０に対してアーム１１を回動させる駆動部３Ａと、アーム１１に対してアーム１２を回動させる駆動部３Ｂと、アーム１２に対してアーム１３を回動させる駆動部３Ｃと、アーム１３に対してアーム１４を回動させる駆動部３Ｄと、アーム１４に対してアーム１５を回動させる駆動部３Ｅと、アーム１５に対してアーム１６を回動させる駆動部３Ｆと、を有している。

図２に示すように、駆動部３Ａは、第２モーターであるモーター３１Ａと、モーター駆動回路３２Ａと、エンコーダー３３Ａと、図示しない減速機等を有する。駆動部３Ｂは、第２モーターであるモーター３１Ｂと、モーター駆動回路３２Ｂと、エンコーダー３３Ｂと、図示しない減速機等を有する。駆動部３Ｃは、第２モーターであるモーター３１Ｃと、モーター駆動回路３２Ｃと、エンコーダー３３Ｃと、図示しない減速機等を有する。駆動部３Ｄは、第２モーターであるモーター３１Ｄと、モーター駆動回路３２Ｄと、エンコーダー３３Ｄと、図示しない減速機等を有する。駆動部３Ｅは、第２モーターであるモーター３１Ｅと、モーター駆動回路３２Ｅと、エンコーダー３３Ｅと、図示しない減速機等を有する。駆動部３Ｆは、第２モーターであるモーター３１Ｆと、モーター駆動回路３２Ｆと、エンコーダー３３Ｆと、図示しない減速機等を有する。

モーター３１Ａは、モーター駆動回路３２Ａを介して後述する第２制御部４２と電気的に接続されている。また、モーター３１Ｂは、モーター駆動回路３２Ｂを介して第２制御部４２と電気的に接続されている。また、モーター３１Ｃは、モーター駆動回路３２Ｃを介して第２制御部４２と電気的に接続されている。また、モーター３１Ｄは、モーター駆動回路３２Ｄを介して第２制御部４２と電気的に接続されている。また、モーター３１Ｅは、モーター駆動回路３２Ｅを介して第２制御部４２と電気的に接続されている。また、モーター３１Ｆは、モーター駆動回路３２Ｆを介して第２制御部４２と電気的に接続されている。

第２制御部４２がモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆへの通電条件をそれぞれ独立して制御することにより、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆの駆動が制御される。

本実施形態では、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆは、三相交流で駆動するサーボモーターである。したがって、モーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行うことにより、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆを駆動する。

ただし、この構成に限定されず、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆは、直流で駆動する構成であってもよい。

また、エンコーダー３３Ａ〜エンコーダー３３Ｆは、ロボットアーム１０の作動状態を検知する作動状態検知部としての一例である。エンコーダー３３Ａ〜エンコーダー３３Ｆは、第２制御部４２とそれぞれ電気的に接続されており、検出した位置情報、すなわち、検知結果に相当する電気信号が第２制御部４２に送信される。このような構成により、第２制御部４２は、エンコーダー３３Ａ〜エンコーダー３３Ｆの検知結果に基づいて、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆの駆動を制御する。

また、図１に示すように、ロボットアーム１０の先端には、作業対象物を保持するエンドエフェクター１７が装着される。エンドエフェクター１７は、図示の構成では、複数本、例えば、２本の指を接近、離間させて作業対象物を把持する。なお、エンドエフェクター１７としては、この構成に限定されず、吸着ハンド、磁気ハンド等であってもよい。

なお、エンドエフェクター１７がモーターで駆動する場合、その回生電力を二次電池８に供給する構成であってもよい。

ロボット制御部４は、後述する電圧変換部５の作動を制御する第１制御部４１と、モーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆの駆動を制御する第２制御部４２と、記憶部４３と、を有する。

第１制御部４１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、記憶部４３に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する制御部である。第１制御部４１で生成された指令信号により、後述する電圧変換部５内のスイッチの切り替えを制御する。

第２制御部４２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、記憶部４３に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する。第２制御部４２で生成された指令信号により、ロボットアーム１０が所定の作業を実行することができる。

記憶部４３は、第１制御部４１および第２制御部４２が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部４３としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。また、記憶部４３と、第１制御部４１および第２制御部４２との接続は、有線による接続の他、無線による接続であってもよく、さらには、インターネット等のネットワークを介しての通信によるものであってもよい。

次に、ロボット搭載用移動体２について説明する。
ロボット搭載用移動体２は、自動走行システムで構成されており、ロボット１を移動させるものである。

ロボット搭載用移動体２は、複数の車輪、すなわち、一対の前輪２１、一対の後輪２２および一対の駆動輪２３と、これらの車輪が設置される移動体本体２０と、移動体制御部７と、二次電池８と、駆動部９Ａ、９Ｂと、を有する。

一対の駆動輪２３は、移動機構２０Ａの一例であり、一対の前輪２１および一対の後輪２２の間に設けられている。一方の駆動輪２３は、駆動部９Ａによって駆動し、他方の駆動輪２３は、駆動部９Ｂによって駆動する。

駆動部９Ａは、第１モーターとしてのモーター９１Ａと、モーター駆動回路９２Ａと、エンコーダー９３Ａと、回生抵抗部９４Ａと、図示しない減速機等を有する。駆動部９Ｂは、第１モーターとしてのモーター９１Ｂと、モーター駆動回路９２Ｂと、エンコーダー９３Ｂと、回生抵抗部９４Ｂと、図示しない減速機等を有する。

モーター９１Ａは、モーター駆動回路９２Ａを介して後述する第３制御部７１と電気的に接続されている。また、モーター９１Ｂは、モーター駆動回路９２Ｂを介して第３制御部７１と電気的に接続されている。

第３制御部７１がモーター駆動回路９２Ａおよびモーター駆動回路９２Ｂへの通電条件をそれぞれ独立して制御することにより、モーター９１Ａおよびモーター９１Ｂの駆動が制御される。

また、エンコーダー９３Ａおよびエンコーダー９３Ｂは、第３制御部７１とそれぞれ電気的に接続されており、検出した位置情報に相当する電気信号が第３制御部７１に送信される。このような構成により、第３制御部７１は、エンコーダー９３Ａおよびエンコーダー９３Ｂの検出結果に基づいて、モーター９１Ａおよびモーター９１Ｂの駆動を制御することができる。

また、モーター９１Ａの回生電力は、モーター駆動回路９２Ａを介して回生抵抗部９４Ａに供給され、モーター駆動回路９２Ｂを介してモーター９１Ｂの回生電力は、回生抵抗部９４Ｂに供給される。回生抵抗部９４Ａおよび回生抵抗部９４Ｂは、回生電力を吸収する回生電力吸収回路であり、それぞれ、図示しない抵抗器を有し、回生電力を熱に変換して放熱する。

このようにロボット搭載用移動体２は、第１モーターとしてのモーター９１Ａおよびモーター９１Ｂの回生電力を熱に変換する回生抵抗部９４Ａおよび回生抵抗部９４Ｂを有する。これにより、ロボット搭載用移動体２が緊急停止した際に、モーター９１Ａおよびモーター９１Ｂにおいて発生した過剰な回生電力が二次電池８に供給されるのを防止することができる。

なお、回生抵抗部９４Ａおよび回生抵抗部９４Ｂを省略し、モーター９１Ａおよびモーター９１Ｂの回生電力を、二次電池８に蓄電する構成としてもよい。

なお、一対の前輪２１および一対の後輪２２は、本実施形態では、従動輪である。ただし、これに限定されず、一対の前輪２１および一対の後輪２２が、駆動部に接続されていてもよい。

また、各駆動輪２３は、それぞれ、駆動部９Ａおよび駆動部９Ｂによって正回転および逆回転可能に構成されている。このため、各駆動輪２３の回転速度および回転方向の少なくとも一方を調整することにより、走行する向きを変更することができる。また、本実施形態では、前輪２１、後輪２２および駆動輪２３は、ｚ軸回りに回転しない構成であるが、これに限定されず、前輪２１、後輪２２および駆動輪２３の少なくとも１つは、ｚ軸回りに回転する構成であってもよい。この場合、ｚ軸回りの回転量を調整することによって走行する向きを変更することができる。

なお、本明細書中の「移動」には、直動や蛇行や往復動等はもちろん、回転も含まれる。また、ロボット搭載用移動体２の車輪の数は、特に限定されない。また、ロボット搭載用移動体２の構成としては、上記のような車輪走行型に限定されず、例えば、キャタピラーを有する構成や複数本の足を有し、歩行する構成等であってもよい。

また、ロボット搭載用移動体２は、ロボット１が搭載される、すなわち、接続される接続部２００を有する。接続部２００は、移動体本体２０の上部に設けられており、ロボット１が着脱自在に接続される図示しない着脱機構を有する。これにより、ロボット１をロボット搭載用移動体２に搭載することができる。接続部２００の機構は特に限定されず、ロボット１とロボット搭載用移動体２とが固定されればよく、ねじを用いた固定でもよい。

なお、図示の構成では、接続部２００は、移動体本体２０の上部に設けられているが本発明ではこれに限定されず、例えば、移動体本体の側部に設けられていてもよい。

移動体制御部７は、モーター駆動回路９２Ａおよびモーター駆動回路９２Ｂの駆動を制御する第３制御部７１と、記憶部７２と、を有する。

第３制御部７１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、記憶部７２に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する。第３制御部７１で生成された指令信号により、ロボット搭載用移動体２が所定の経路を走行することができる。

記憶部７２は、第３制御部７１が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部７２としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。また、記憶部７２と、第３制御部７１との接続は、有線による接続の他、無線による接続であってもよく、さらには、インターネット等のネットワークを介しての通信によるものであってもよい。

図１に示すように、二次電池８は、直流電源であり、第１電圧Ｖ１を出力する。二次電池８は、移動体本体２０に内蔵されている。また、二次電池８は、繰り返し充放電が可能な電池であり、移動ロボット１００の各部に電力を供給する。すなわち、二次電池８は、ロボット１のモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆおよびロボット制御部４と、ロボット搭載用移動体２の移動体制御部７および駆動部９Ａおよび駆動部９Ｂと電気的に接続されており、これらに電力を供給する。なお、二次電池は、一般的に、蓄電池、充電式電池とも言う。二次電池は、充電を行うことにより電気を蓄えて電池として使用できるようになり、繰り返し使用することができる電池のことである。

また、二次電池８は、蓄えた電力がなくなると、図示しない外部電源から充電されて用いられる。この二次電池８としては、繰り返し充放電が可能な電池であれば特に限定されず、例えば、ニカド電池、ニッケル水素電池、ナトリウム電池、マグネシウム電池、リチウムイオン電池、鉛蓄電池等が挙げられる。

なお、二次電池８に代えて、電気二重層キャパシタのようなキャパシタや、放電のみを行う一次電池を用いてもよい。以下、二次電池やキャパシタ、一次電池を総称して、バッテリーと表現することもある。

ここで、図２に示す移動ロボット１００の回路は、ロボット搭載用移動体２側の移動体側回路１００Ａと、ロボット１側のロボット側回路１００Ｂとを有する。

移動体側回路１００Ａは、第１モーターであるモーター９１Ａおよびモーター９１Ｂに電力を供給する回路である。すなわち、移動体側回路１００Ａは、二次電池８とモーター９１Ａとの間のモーター駆動回路９２Ａを含む電気配線と、二次電池８とモーター９１Ｂとの間のモーター駆動回路９２Ｂを含む電気配線とにより構成される。

ロボット側回路１００Ｂは、二次電池８の電力を第２モーターであるモーター３１Ａ〜モーター３１Ｆに供給するとともにモーター３１Ａ〜モーター３１Ｆの回生電力を二次電池８に供給する回路である。すなわち、ロボット側回路１００Ｂは、二次電池８とモーター３１Ａ〜モーター３１Ｆとの間の電圧変換部５およびモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆを含む電気配線と、電圧変換部５と、により構成される。モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆの回生電力は、モーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆおよび電圧変換部５をそれぞれ介して、二次電池８に供給される。

このような移動体側回路１００Ａおよびロボット側回路１００Ｂを有することにより、移動ロボット１００の各部は、二次電池８からの電力で駆動する。換言すれば、ロボット１およびロボット搭載用移動体２は、１つの電源である二次電池８を共有しており、二次電池８からの電力によってロボット１の各部およびロボット搭載用移動体２の各部が駆動する。

次に、電圧変換部５について説明する。
電圧変換部５は、二次電池８が出力する第１電圧Ｖ１を変圧してモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆに第２電圧Ｖ２を出力する。電圧変換部５は、本実施形態では、昇圧および降圧の双方を行うものである。

電圧変換部５は、例えば、スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバーターで構成される。また、ＤＣ／ＤＣコンバーターとしては、絶縁型または非絶縁型のいずれであってもよいが、絶縁型であるのが好ましい。これにより、対応する電圧の幅を広げることができる。

後述するような電圧変換部５の昇圧動作および降圧動作は、第１制御部４１が電圧変換部５内の図示しないスイッチング回路を制御することにより実現することができる。

ここで、二次電池８は、バッテリー残量が比較的少なくなってきた場合や、経時劣化等により、出力する第１電圧Ｖ１の値が変動する。具体的には、図３に破線で示すように、ロボットアーム１０の駆動中、時間が経つにつれてバッテリー残量が減り、これに伴い、二次電池８が出力する第１電圧Ｖ１の値が電圧Ｖａから徐々に低下する。つまり、図３において破線で示す電圧は、二次電池８から出力された電圧、つまり第１電圧Ｖ１であり、電圧変換部５による変圧前の電圧である。電圧Ｖａは、二次電池８が出力する電圧の最初の電圧である。

特に、時間ｔ１が経過し、第１電圧Ｖ１の電圧値が第１所定値Ｖｘを下回ると、モーター３１Ａ〜モーター３１ＦのＴ−Ｎ特性の劣化が著しくなり、ロボットアーム１０の動作の精度の低下が顕著になる。なお、第１所定値Ｖｘは、ロボットアーム１０の優れたパフォーマンスを発揮することができる電圧値の下限値であり、適宜設定することができる。また、第１所定値Ｖｘは、記憶部４３に記憶されている。

そこで、本発明では、電圧変換部５が第１電圧Ｖ１を変圧して、出力する第２電圧Ｖ２の値を定格電圧Ｖｂとする。定格電圧Ｖｂは、Ｔ−Ｎ特性に基づき、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆを安定して駆動することのできる任意の値、例えば、第１所定値Ｖｘ以上の値に設定される。本実施形態では、二次電池８から出力された電圧が電圧変換部５により変圧された電圧、つまり第２電圧Ｖ２を、図３の実線で示す。このとき、第１電圧Ｖ１を電圧変換部５が定格電圧Ｖｂに変圧している。しかし、時間ｔ２が経過し、二次電池８から出力された電圧が、電圧変換部５によっても定格電圧Ｖｂに変圧できない下限電圧Ｖｃを下回ることがある。この場合、第１電圧Ｖ１は、電圧変換部５により変圧されず、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆは駆動されない。

よって、二次電池８で駆動する構成であっても、ロボットアーム１０の安定した駆動を実現することができる。また、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆに供給される電圧値が、第１所定値Ｖｘを超える時間が時間ｔ１から時間ｔ２まで長くなるため、安定して駆動する時間を長くすることができる。

電圧変換部５の昇圧倍率が、１．０倍より大きく１．５倍以下である場合に、ロボットアーム１０の適切な駆動、安定した駆動を実現することができることをより顕著に確認できる。また、電圧変換部５の降圧倍率が、０．５倍以上１．０倍より小さい場合に、ロボットアーム１０の適切な駆動、安定した駆動を実現することができることをより顕著に確認できる。

なお、本実施形態では、１つの電圧変換部５が昇圧および降圧を行う構成であるが、本発明ではこれに限定されず、昇圧専用の電圧変換部５と、降圧専用の電圧変換部５とを有する構成であってもよい。

ただし、この構成に限定されず、電圧変換部５は、昇圧のみを行う構成であってもよく、降圧のみを行う構成であってもよい。たとえば、電圧Ｖａが第１所定値Ｖｘより小さい場合、電圧変換部は、昇圧のみを行い、第１電圧Ｖ１は、昇圧されて定格電圧Ｖｂに変圧される。

また、本実施形態では、１つの電圧変換部５が、二次電池８が出力する第１電圧Ｖ１を変換してモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆにそれぞれ出力する構成であるが、本発明ではこれに限定されず、モーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆ毎に電圧変換部５が設けられていてもよい。

また、図１に示すように、ロボット１は、ロボットアーム１０を支持する基台１１０を有し、電圧変換部５は、基台１１０内に設置されている。すなわち、本実施形態では、基台１１０には、ロボット制御部４および電圧変換部５が一括して内蔵されている。これにより、ロボット１の構成の簡素化を図ることができる。

ただし、上記構成に限定されず、電圧変換部５は、ロボット搭載用移動体２の内部に内蔵されていてもよい。

また、電圧変換部５は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバーターで構成されるのが好ましい。すなわち、電圧変換部５は、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆで生じた回生電力を昇圧または降圧して二次電池８に出力する構成であるのが好ましい。電圧変換部５が二次電池８の電圧に合わせてモーター３１Ａ〜モーター３１Ｆで生じた回生電力を変圧することにより、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆで生じた回生電力を二次電池８に蓄電することができる。この場合も、第１制御部４１が電圧変換部５のスイッチを切り替える制御を行うことにより、二次電池８に蓄電するモードと、二次電池８が電圧を出力するモードと、を切り替えることができる。
このような電圧変換部５は、移動体側回路１００Ａにも設けられていてもよい。

本実施形態においては、ロボット１が６軸の垂直多関節ロボットであるが、これに限らない。例えば、ロボット１が水平多関節ロボット、いわゆるスカラロボットでもよく、ロボットアーム１０を２つ以上有してもよい。また、ロボット搭載用移動体２が２つ以上のロボット１を有してもよい。

また、本実施形態においては、二次電池８が移動体本体２０に内蔵されているが、これに限らず、例えば、ロボット１が二次電池８を内蔵していてもよく、二次電池８がロボット１およびロボット搭載用移動体２の外部から接続されていてもよい。

以上説明したように、ロボット１は、ロボットアーム１０と、バッテリーとしての二次電池８から供給された電力でロボットアーム１０を駆動するモーター３１Ａ〜モーター３１Ｆと、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆの駆動を制御するモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆと、二次電池８が出力する電圧を変圧してモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆに出力する電圧変換部５と、を備える。このように、電圧変換部５を備えることにより、例えば、二次電池８のバッテリー残量が減ってきて、第１電圧Ｖ１の値が低下したとしても、必要かつ、十分な電圧、すなわち、定格電圧Ｖｂをモーター３１Ａ〜モーター３１Ｆに供給することができる。よって、二次電池８で駆動する構成であっても、ロボットアーム１０の適切な駆動、安定した駆動を実現することができる。

また、電圧変換部５は、バッテリーとしての二次電池８が出力する電圧を昇圧または降圧することにより、所定値の電圧、すなわち、定格電圧Ｖｂを出力する。これにより、二次電池８が出力する電圧の大小に関わらず、定格電圧Ｖｂをモーター３１Ａ〜モーター３１Ｆに供給することができる。

また、ロボット搭載用移動体２は、移動機構２０Ａと、ロボットアーム１０と、バッテリーとしての二次電池８から供給された電力でロボットアーム１０を駆動するモーター３１Ａ〜モーター３１Ｆと、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆの駆動を制御するモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆと、二次電池８が出力する電圧を変圧してモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆに出力する電圧変換部５と、を備えるロボット１が接続される接続部２００と、を備えることを特徴とする。これにより、前述した本発明の効果を発揮することができるロボット１を移動させることができるロボット搭載用移動体２を得ることができる。

また、移動ロボット１００は、ロボットアーム１０と、バッテリーとしての二次電池８から供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーター３１Ａ〜モーター３１Ｆと、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆの駆動を制御するモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆと、二次電池８が出力する電圧を変圧してモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆと、二次電池８が出力する電圧を変圧してモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆに出力する電圧変換部５と、を備えるロボット１と、移動機構２０Ａと、ロボット１が接続される接続部２００と、有し、ロボット１を移動させるロボット搭載用移動体２と、を備える。これにより、これにより、前述した本発明の効果を発揮するとともに、移動可能な移動ロボット１００を得ることができる。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係る移動ロボットの詳細を示すブロック図である。図５は、バッテリーおよび電圧変換部が出力する電圧の経時的な変化を示すグラフである。図６は、図４に示す第１制御部の制御動作を説明するためのフローチャートである。

以下、これらの図を参照して本発明のロボット、ロボット搭載用移動体および移動ロボットの第２実施形態について説明するが、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

図４に示すように、ロボット側回路１００Ｂは、スイッチ５１と、検出部５２と、をさらに備える。

スイッチ５１は、二次電池８と電圧変換部５との間に設けられている。スイッチ５１は、半導体スイッチで構成され、後述する第１制御部４１により生成された切替信号によって切替操作が行われる。また、スイッチ５１は、二次電池８が出力した第１電圧Ｖ１を電圧変換部５に供給するか、電圧変換部５を経由せずにモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆに供給するかを切り替える機能を有する。すなわち、スイッチ５１は、二次電池８が出力した第１電圧Ｖ１を、電気配線１００Ｃに供給するか電気配線１００Ｄに供給するかを切り替える。なお、スイッチ５１は、メカスイッチで構成されていてもよい。

電気配線１００Ｃは、スイッチ５１と電圧変換部５とを接続する配線である。電気配線１００Ｄは、スイッチ５１と、モーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆとを接続する配線である。以下、電気配線１００Ｃを第１回路、電気配線１００Ｄを第２回路と表現することもある。

このように、ロボット１は、バッテリーである二次電池８が出力した電力を電圧変換部５に供給する状態と、電圧変換部５を経由せずにモーター３１Ａ〜モーター３１Ｆに供給する状態とを切り替えるスイッチ５１を備える。これにより、後述するように、必要のない場合は、電圧変換部５を動作させない構成とすることができる。よって、電圧変換部５を作動させる際の消費電力を抑制することができる。

ここで、本実施形態のバッテリー８および電圧変換部５が出力する電圧の経時的な変化を図５に示す。二次電池８は、バッテリー残量が比較的少なくなってきた場合や、経時劣化等により、出力する第１電圧Ｖ１の値が変動する。具体的には、図５の破線で示すように、ロボットアーム１０の駆動中、時間が経つにつれてバッテリー残量が減り、これに伴い、二次電池８が出力する第１電圧Ｖ１の値が電圧Ｖａから徐々に低下する。

定格電圧Ｖｂは、Ｔ−Ｎ特性に基づき、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆを安定して駆動することのできる任意の値、たとえば、第１所定値Ｖｘ以上、第２所定値Ｖｙ以下の範囲内の任意の値としてもよい。電圧Ｖａが第１所定値Ｖｘおよび第２所定値Ｖｙより大きい場合、バッテリーから出力された電圧を降圧したり、昇圧したりする。電圧変換部５は、図５に実線で示すように、時間ｔ３までは降圧を行う。時間ｔ３以降、時間ｔ１までは、降圧も昇圧も行わない。時間ｔ１以降時間ｔ２までは昇圧を行う。このような構成により、例えば、二次電池８のバッテリー残量が減ってきて、第１電圧Ｖ１の値が低下したとしても定格電圧Ｖｂをモーター３１Ａ〜モーター３１Ｆに供給することができる。よって、二次電池８で駆動する構成であっても、ロボットアーム１０の安定した駆動を実現することができる。また、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆに供給される電圧値が、第１所定値Ｖｘを超える時間が時間ｔ１から時間ｔ２まで長くなるため、安定して駆動する時間を長くすることができる。第１電圧Ｖ１は、後述する検出部５２によって電圧値が検出される。

なお、第２所定値Ｖｙは、モーター３１Ａ〜モーター３１Ｆに負荷がかかりすぎない程度の電圧値の上限値であり、適宜設定することができる。また、第２所定値Ｖｙは、記憶部４３に記憶されている。

検出部５２は、二次電池８と電圧変換部５との間に設けられ、二次電池８が出力する第１電圧Ｖ１の電圧値を検出する機能を有する。検出部５２は、第１制御部４１と電気的に接続されている。検出部５２が検出した電圧値に関する情報は、電気信号として第１制御部４１に伝達される。

第１制御部４１は、検出部５２から送信された情報、すなわち、検出部５２の検出結果と、第１所定値Ｖｘおよび第２所定値Ｖｙとを比較する。そして、第１制御部４１は、この比較結果に応じてスイッチ５１に対して切替信号を生成する。

具体的には、第１制御部４１は、第１電圧Ｖ１の電圧値が、第１所定値Ｖｘを下回った場合、および、第１電圧Ｖ１の電圧値が第２所定値Ｖｙを上回った場合に、第１回路としての電気配線１００Ｃに電力を供給するようにスイッチ５１の作動を制御する。すなわち、電圧変換部５に電力が供給されるようにスイッチ５１の作動を制御する。これにより、モーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆには、定格電圧Ｖｂが供給される。

このように、制御部としての第１制御部４１は、検出部５２が検出した検出結果が第１所定値Ｖｘを下回った場合、電圧変換部５に電力が供給されるようスイッチ５１の作動を制御する。これにより、二次電池８が出力する電圧値が第１所定値Ｖｘを下回ったとしても、電圧変換部５が定格電圧Ｖｂを出力することができる。よって、ロボットアーム１０を安定して駆動することができる。

また、制御部としての第１制御部４１は、検出部５２が検出した検出結果が第２所定値Ｖｙを上回った場合、電圧変換部５に電力が供給されるようスイッチ５１の作動を制御する。これにより、二次電池８が出力する電圧値が第２所定値Ｖｙを上回ったとしても、モーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆに過剰な電圧が印加されるのを防止または抑制することができる。

一方、第１制御部４１は、第１電圧Ｖ１の電圧値が、第１所定値Ｖｘ以上第２所定値Ｖｙ以下であった場合、すなわち、正常な電圧値であった場合、第２回路としての電気配線１００Ｄに電力を供給するようにスイッチ５１の作動を制御する。すなわち、電圧変換部５で変圧することなく、モーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆに電力を供給する。

このように、制御部としての第１制御部４１は、検出部５２が検出した検出結果が第１所定値Ｖｘ以上第２所定値Ｖｙ以下であった場合、電圧変換部５を経由せずにモーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆに電力を供給するようスイッチ５１の作動を制御する。これにより、必要のない場合、すなわち、第１電圧Ｖ１の電圧値が正常であった場合、電圧変換部５を動作させない構成とすることができる。よって、電圧変換部５を作動させる際の消費電力を抑制することができる。

このように、ロボット１は、バッテリーとしての二次電池８が出力する第１電圧Ｖ１を検出する検出部５２と、検出部５２の検出結果に基づいてスイッチ５１の作動を制御する制御部としての第１制御部４１を備える。これにより、上述したように、検出部５２の検出結果に応じて、電圧変換部５で第１電圧Ｖ１を変圧するか否かを選択することができる。

次に、図６に示すフローチャートに基づいて、ロボット制御部４の制御動作について説明する。

まず、ステップＳ１０１において、二次電池８が出力した第１電圧Ｖ１の電圧値を検出する。次いで、ステップＳ１０２において、第１電圧Ｖ１の電圧値が第１所定値Ｖｘ以上であるか否かを判断する。ステップＳ１０２において、第１電圧Ｖ１の電圧値が第１所定値Ｖｘ以上であると判断した場合、ステップＳ１０３に移行する。

一方、ステップＳ１０２において、第１電圧Ｖ１の電圧値が第１所定値Ｖｘ以上ではないと判断した場合、ステップＳ１０４において、電圧変換部５に電力を供給する、すなわち、電気配線１００Ｃに電力が供給されるようスイッチ５１を切り替える。そして、ステップＳ１０５において、昇圧を行う。これにより、第１電圧Ｖ１の電圧値が第１所定値Ｖｘを下回っていても、モーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆに定格電圧Ｖｂを供給することができる。よって、ロボットアーム１０の安定した駆動を実現することができる。

ステップＳ１０３では、第１電圧Ｖ１の電圧値が第２所定値Ｖｙ以下であるか否かを判断する。ステップＳ１０３において、第１電圧Ｖ１の電圧値が第２所定値Ｖｙ以下であると判断した場合、ステップＳ１０８において、モーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆに直接電力を供給する。すなわち、電気配線１００Ｄに電力が供給されるようスイッチ５１を切り替える。これにより、第１電圧Ｖ１の電圧値が正常である場合に、電圧変換部５を動作させない構成とすることができる。よって、電圧変換部５を作動させる際の消費電力を抑制することができる。

一方、ステップＳ１０３において、第１電圧Ｖ１の電圧値が第２所定値Ｖｙを上回っていると判断した場合、ステップＳ１０６において、電圧変換部５に電力を供給する、すなわち、電気配線１００Ｃに電力が供給されるようスイッチ５１を切り替える。そして、ステップＳ１０７において、降圧を行う。これにより、第１電圧Ｖ１の電圧値が第２所定値Ｖｙを上回っていても、モーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆに定格電圧Ｖｂを供給することができる。よって、モーター駆動回路３２Ａ〜モーター駆動回路３２Ｆに過剰な電圧が印加されるのを防止または抑制することができる。

そして、ステップＳ１０９において、ロボット１の動作プログラムが完了したか否かを判断する。この判断は、オペレーターから終了指示があったか、または、指定された動作プログラムの全てが終了したかに基づいて行われる。ステップＳ１０９において、完了していないと判断した場合、ステップＳ１０１に戻り、以下のステップを順次繰り返す。

以上、本発明のロボット、ロボット搭載用移動体および移動ロボットを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。さらに、前記実施形態に係るロボットは、６軸の垂直多関節ロボットを備えたシステムであるが、垂直多関節ロボットの軸数は、５軸以下であっても７軸以上であってもよい。また、垂直多関節ロボットに代えて、水平多関節ロボットであってもよい。

１…ロボット、２…ロボット搭載用移動体、３…駆動部、３Ａ…駆動部、３Ｂ…駆動部、３Ｃ…駆動部、３Ｄ…駆動部、３Ｅ…駆動部、３Ｆ…駆動部、４…ロボット制御部、５…電圧変換部、７…移動体制御部、８…二次電池、９Ａ…駆動部、９Ｂ…駆動部、１０…ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…エンドエフェクター、２０…移動体本体、２０Ａ…移動機構、２１…前輪、２２…後輪、２３…駆動輪、３１Ａ…モーター、３１Ｂ…モーター、３１Ｃ…モーター、３１Ｄ…モーター、３１Ｅ…モーター、３１Ｆ…モーター、３２Ａ…モーター駆動回路、３２Ｂ…モーター駆動回路、３２Ｃ…モーター駆動回路、３２Ｄ…モーター駆動回路、３２Ｅ…モーター駆動回路、３２Ｆ…モーター駆動回路、３３Ａ…エンコーダー、３３Ｂ…エンコーダー、３３Ｃ…エンコーダー、３３Ｄ…エンコーダー、３３Ｅ…エンコーダー、３３Ｆ…エンコーダー、４１…第１制御部、４２…第２制御部、４３…記憶部、５１…スイッチ、５２…検出部、７１…第３制御部、７２…記憶部、９１Ａ…モーター、９１Ｂ…モーター、９２Ａ…モーター駆動回路、９２Ｂ…モーター駆動回路、９３Ａ…エンコーダー、９３Ｂ…エンコーダー、９４Ａ…回生抵抗部、９４Ｂ…回生抵抗部、１００…移動ロボット、１００Ａ…移動体側回路、１００Ｂ…ロボット側回路、１００Ｃ…電気配線、１００Ｄ…電気配線、１１０…基台、２００…接続部、Ｖ１…第１電圧、Ｖ２…第２電圧、Ｖａ…電圧、Ｖｂ…定格電圧、Ｖｘ…第１所定値、Ｖｙ…第２所定値、ｔ１…時間、ｔ２…時間、ｔ３…時間

Claims (9)

1. ロボットアームと、
   バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、
   前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、
   前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えることを特徴とするロボット。
2. 前記電圧変換部は、前記バッテリーが出力する電圧を昇圧または降圧することにより、所定値の電圧を出力する請求項１に記載のロボット。
3. 前記バッテリーが出力した電力を前記電圧変換部に供給する状態と、前記電圧変換部を経由せずに前記モーター駆動回路に供給する状態とを切り替えるスイッチを備える請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記バッテリーが出力する電圧を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて前記スイッチの作動を制御する制御部と、を備える請求項３に記載のロボット。
5. 前記制御部は、前記検出部が検出した検出結果が第１所定値を下回った場合、前記電圧変換部に電力が供給されるよう前記スイッチの作動を制御する請求項４に記載のロボット。
6. 前記制御部は、前記検出部が検出した検出結果が第２所定値を上回った場合、前記第２回路に電力が供給されるよう前記スイッチの作動を制御する請求項４または５に記載のロボット。
7. 前記制御部は、前記検出部が検出した検出結果が前記第１所定値以上前記第２所定値以下であった場合、前記電圧変換部を経由せずに前記モーター駆動回路に電力を供給するよう前記スイッチの作動を制御する請求項５または６に記載のロボット。
8. 移動機構と、
   ロボットアームと、バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えるロボットが接続される接続部と、を備えることを特徴とするロボット搭載用移動体。
9. ロボットアームと、バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えるロボットと、
   移動機構と、前記ロボットが接続される接続部と、を有し、前記ロボットを移動させるロボット搭載用移動体と、を備えることを特徴とする移動ロボット。

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