JP3896093B2 - 産業用ロボット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多関節型の産業用ロボットに関し、特に、手首部の関節軸を動作させるサーボモータを制御するサーボアンプの配置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に産業用ロボットは、関節軸アームを主体とするロボット機構部と、関節軸アーム等を駆動制御するためのサーボアンプ等を含むロボット制御装置から構成されている。そして、ロボット機構部とロボット制御装置とは分離して配置され、両者はサーボモータ駆動用の動力線を含む接続ケーブルにより接続されている。係る構成では、ロボット機構部とロボット制御装置との配置間隔が長くなると、サーボモータ駆動用の動力線に流れる電流の変化により発生するノイズの影響により、位置データなどの制御信号の検出に誤りが発生する度合いが高くなる。そのため、係る構成のものにおいては、ロボット機構部の誤動作が発生したり、接続ケーブルを引きまわすための空間を確保しなくてはならないという問題があった。
【０００３】
係る問題を解決するものとして、例えば特許文献１では、関節軸アーム等の関節軸の位置や角度を検出するセンサ信号や各種制御信号を処理しサーボモータを制御するサーボアンプについて、これをロボット制御装置から分離し、ロボット機構部の関節軸アーム上に載置する構成が提案されている。
【０００４】
係る方法をロボット機構部のアーム先端の手首部において適用した場合について、図１を参照して説明する。図１において、６はロボット機構部０のアーム先端に連結された手首部であり、２軸あるいは３軸の自由度をもつ関節軸を有している。２は手首部６の各関節軸を駆動するサーボモータであり、関節軸の軸数分設けられている。１はサーボモータ２を制御するサーボアンプであり、このサーボアンプ１は、ロボット機構部０の関節軸アーム上すなわち第２アーム７と第１アーム８との連結部上に防塵用のカバー１１により覆われた状態で載置されている。このサーボアンプ１とサーボモータ２とは接続ケーブル５により接続されている。
【０００５】
係る構成において手首部６の各関節軸を駆動する際は、サーボアンプ１よりサーボモータ２を制御する電気信号が送られ、これによりサーボモータ２が駆動し、このときのモータシャフトの駆動力が第１アーム８の筐体内部に設けられたギヤ及びベアリング３及びドライブシャフト４を介し、さらに手首部６内に設けられた図示しない減速機などを介して、手首部６の各関節軸に伝達されることになる。係る構成のようにサーボアンプ１をロボット機構部０に載置したことにより、図示しないロボット制御装置からロボット機構部０までの配線が全体として細くでき、さらにサーボアンプ１からサーボモータ２への接続ケーブル５のうちサーボモータ駆動用の動力線を短くできるので、この動力線に流れる電流の変化により発生するノイズを低減することができる。
【０００６】
また、特許文献２では、サーボモータを制御するサーボアンプをロボット機構部の内部に配置する構成が提案されている。係る構成によれば、サーボアンプは外部からのノイズの影響を受け難くなるとされている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−１４１３９５号公報
【特許文献２】
特開平１−３２１１９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、手首部６に重い部材を持たせることが可能にされた可搬重量の大きいハンドリングロボット等では、関節軸駆動用のサーボモータ２が大出力のものとなり、これに伴ってサーボモータ２を駆動するサーボアンプ１も大型のものとなる。そのため、ロボット機構部０の大きさに制限を受けている場合は、前述した特許文献１のようにロボット機構部０の関節軸アーム７、８上に大型のサーボアンプ１を載置することはできないという問題が生ずる。また、アーク溶接ロボット等では、前述した特許文献１のようにロボット機構部０の関節軸アーム７、８上に大型のサーボアンプ１を載置した場合、溶接等の大きなノイズ発生源の側にサーボアンプ１が置かれることになる。そのため、サーボアンプ１本体やサーボアンプ１への接続配線が外からのノイズの影響を受けることになるので、ロボット機構部０の誤動作が発生するという問題が生ずる。なお、前述したようにサーボアンプ１は防塵用のカバー１１により覆われた状態で関節軸アーム７、８上に載置されることになるが、防塵用のカバー１１は軽量化のため一般に薄い鋼板でできているので、ノイズに対するシールド作用はほとんどない。
【０００９】
一方、前述した特許文献２の構成においては、サーボモータを制御するサーボアンプをロボット機構部の内部に配置したため、サーボアンプは外部からのノイズの影響を受け難くなるが、単にサーボアンプをロボット機構部の内部に配置しただけでは、前述した可搬重量の大きいハンドリングロボットの例のようにサーボアンプが大型のものとなった場合、サーボアンプが格納されたロボット機構部の筐体も大型化しなければならないという問題が生ずる。
【００１０】
本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、ロボット機構部を大型化することなくロボット機構部の筐体内部にサーボアンプを格納可能にするようにされた産業用ロボットを提供することを目的とする。また、本発明は、溶接等の大きなノイズ発生源の影響を受けることない産業用ロボットを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、請求項１に係る発明では、複数の関節軸アーム７、８を有し、これら複数の関節軸アーム７、８の先端に複数の関節軸を具備する手首部６を連結した産業用ロボットにおいて、複数の関節軸アーム７、８のうち手首部６が連結された関節軸アーム８の筐体はノイズに対するシールド作用を有し、手首部６が具備する複数の関節軸のそれぞれを駆動する各サーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃを減速機と一体構造としたうえですべて手首部６に配置し、手首部６が連結された関節軸アーム８の筐体内部にサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃを制御するサーボアンプ１を配置し、このサーボアンプ１とサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃとは手首部６が連結された関節軸アーム８の筐体内部に配設された接続ケーブル５により接続するようにしたことを特徴とする産業用ロボットを提供した。
【００１２】
係る構成によれば、手首部６が具備する複数の関節軸のそれぞれを駆動する各サーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃを減速機と一体構造としたうえですべて手首部６に配置したので、図１における従来技術においてサーボモータ２と減速機との間で駆動力を伝達していたギヤ、ベアリング３及びドライブシャフト４が、手首部６が連結された関節軸アーム（第１アーム）８の筐体内部には存在しなくなる。そのため、手首部６が連結された関節軸アーム（第１アーム）８の筐体内部にはサーボアンプ１を格納可能なスペースが確保されることとなる。そして、このスペースにサーボアンプ１およびサーボアンプ１とサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃとを接続する接続ケーブル５を配置するようにすれば、筐体が有するノイズに対するシールド作用により、これらサーボアンプ１および接続ケーブル５は筐体外部からのノイズの影響を受け難いものとなる。なお、関節軸アームの筐体はロボットアームとしての剛性を確保するために十分な厚みを有しており、これによりノイズに対するシールド作用も前述したカバー１１よりも格段に有することになる。
【００１３】
なお、設置面に固定設置された固定ベース１０と、この固定ベース１０に対して設置面の垂直軸回りに回転可能にされた旋回フレーム９と、この旋回フレーム９に対して揺動可能にされた第２アーム７と、この第２アーム７に対して揺動可能にされた第１アーム８と、この第１アーム８の先端に連結された複数の関節軸を具備する手首部６と、を有する産業用ロボットについて、前述した請求項１に記載の発明を適用した場合は、手首部６が具備する複数の関節軸のそれぞれを駆動する各サーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃを減速機と一体構造としたうえですべて手首部６に配置し、第１アーム８の筐体内部にサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃを制御するサーボアンプ１およびサーボアンプ１とサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃとを接続する接続ケーブル５を配置するようにすればよい（請求項２）。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図２は本発明の一実施形態に係る産業用ロボットの構成について示した図面である。図２において、０はロボット機構部であり、このロボット機構部０は、設置面に固定設置された固定ベース１０と、この固定ベース１０に対して設置面の垂直軸回りに回転可能にされた旋回フレーム９と、この旋回フレーム９に対して前後に揺動可能にされた関節軸アームとしての第２アーム７と、この第２アーム７に対して上下に揺動可能にされた関節軸アームとしての第１アーム８と、この第１アーム８の先端に連結された手首部６などから構成されている。
【００１７】
手首部６は３軸の自由度をもつ関節軸を有しており、その先端部はワークハンドや溶接ガン等の図示しないエンドエフェクタを取り付け可能にされている。２ａ、２ｂ、２ｃは手首部６の３つの関節軸をそれぞれ駆動するサーボモータである。この手首部６の各関節軸を駆動するサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃはいずれも減速機と一体構造とされ、手首部６に配置されている。
【００１８】
１は駆動軸の位置や角度を検出するためのセンサ信号や各種制御信号を処理しサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃを制御するサーボアンプである。このサーボアンプ１は第１アーム８の筐体内部に格納されている。前述したように手首部６が具備する複数の関節軸のそれぞれを駆動する各サーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃを減速機と一体構造としたうえですべて手首部６に配置したので、図１における従来技術においてサーボモータ２と減速機との間で駆動力を伝達していたギヤ、ベアリング３及びドライブシャフト４が、第１アーム８の筐体内部には存在しなくなる。そのため、第１アーム８の筐体内部にはサーボアンプ１を格納可能なスペースが確保されることとなる。
【００１９】
サーボアンプ１とサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃとは第１アーム８の筐体内部に配設された接続ケーブル５により接続されている。この接続ケーブル５は、サーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃに駆動電流を供給する動力線や各種制御信号を伝送する制御線などから構成されている。
【００２０】
手首部６の各関節軸を駆動する際は、サーボアンプ１よりサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃを制御する電気信号が接続ケーブル５の制御線を経由してサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれへ送られ、これによりサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃが駆動する。そして、このときのサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃの駆動力は、サーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれと一体構造とされた各減速機を介して、手首部６の各関節軸に伝達されることになる。
【００２１】
係る構成では、サーボアンプ１は第１アーム８の筐体内部に格納されているので、サーボアンプ１をその筐体内部に格納した第１アーム８の大きさは、前述した従来技術のように筐体外部にサーボアンプ１を載置した形態における第１アーム８とサーボアンプ１とを合わせた大きさよりも小さいものとなる。したがって、ロボット機構部０の大きさに制限を受けている使用環境においても、本実施形態の産業用ロボットは前述した従来技術の形態のものに比して、より大出力のサーボモータ２が搭載可能になる。言い換えれば、同じ出力のサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃを搭載する場合には、本実施形態の産業用ロボットは前述した従来技術の形態のものに比してコンパクトな大きさになる。
【００２２】
さらに、本実施形態に係る構成では、サーボアンプ１及びサーボアンプ１とサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃとを接続する接続ケーブル５は第１アーム８の筐体内部に格納されているので、第１アーム８の筐体が有するシールド作用によりサーボアンプ１及び接続ケーブル５は筐体外部からのノイズの影響を受け難いものとなっている。したがって、手首部８のエンドエフェクタとして溶接トーチが取り付けられたアーク溶接ロボットのように、サーボアンプ１や接続ケーブル５の側に大きなノイズの発生源が存在する産業用ロボットにおいても、第１アーム８の筐体内部にサーボアンプ１や接続ケーブル５が格納された本実施形態に係る構成とすれば、サーボアンプ１や接続ケーブル５はノイズの影響を受け難くなるので、これに起因するロボット機構部０の誤動作の発生頻度は著しく低くなる。
【００２３】
以上、本発明の一実施形態について説明した。なお、前述した実施形態においては、ロボット機構部０は、設置面に固定設置された固定ベース１０と、固定ベース１０に対して設置面の垂直軸回りに回転可能にされた旋回フレーム９と、旋回フレーム９に対して前後に揺動可能にされた第２アーム７と、第２アーム７に対して上下に揺動可能にされた第１アーム８と、第１アーム８の先端に連結された手首部６などから構成されているとしていたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ロボット機構部０の形態としては、複数の関節軸アームを有し、これら複数の関節軸アームの先端に複数の関節軸を具備する手首部を連結したものであればよい。また、当然のことながら、手首部６の自由度としては前述した実施形態のような３軸のものに限定されず、２軸や４軸以上のものであってもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、手首部が具備する複数の関節軸のそれぞれを駆動する各サーボモータを減速機と一体構造としたうえですべて手首部に配置したので、従来技術においてサーボモータと減速機との間で駆動力を伝達していたギヤ、ベアリング及びドライブシャフトが、手首部が連結された関節軸アームの筐体内部には存在しなくなった。そのため、ロボット機構部を大型化することなく、ロボット機構部の筐体内部にサーボアンプを格納可能なスペースを確保できるものとなった。そして、このスペースにサーボアンプおよびサーボアンプとサーボモータとを接続する接続ケーブルを配置することにより、筐体が有するシールド作用によりサーボアンプおよび接続ケーブルは筐体外部からのノイズの影響を受け難いものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の産業用ロボットの構成を示す図である。
【図２】本発明による産業用ロボットの構成を示す図である。
【符号の説明】
０ ロボット機構部
１ サーボアンプ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ サーボモータ
３ ギヤ及びベアリング
４ ドライブシャフト
５ 接続ケーブル
６ 手首部
７ 第２アーム（関節軸アーム）
８ 第１アーム（手首部６が連結された関節軸アーム）
９ 旋回フレーム
１０ 固定ベース
１１ カバー

Claims (2)

1. 複数の関節軸アームを有し、該複数の関節軸アームの先端に複数の関節軸を具備する手首部（６）を連結した産業用ロボットにおいて、
   前記複数の関節軸アームのうち前記手首部（６）が連結された関節軸アーム（８）の筐体はノイズに対するシールド作用を有し、
   前記手首部（６）が具備する複数の関節軸のそれぞれを駆動する各サーボモータ（２ａ、２ｂ、２ｃ）を減速機と一体構造としたうえですべて前記手首部（６）に配置し、
   前記手首部（６）が連結された関節軸アーム（８）の筐体内部に前記サーボモータ（２ａ、２ｂ、２ｃ）を制御するサーボアンプ（１）を配置し、
   該サーボアンプ（１）と前記サーボモータ（２ａ、２ｂ、２ｃ）とは前記手首部（６）が連結された関節軸アーム（８）の筐体内部に配設された接続ケーブル（５）により接続するようにしたことを特徴とする産業用ロボット。
2. 設置面に固定設置された固定ベース（１０）と、該固定ベース（１０）に対して設置面の垂直軸回りに回転可能にされた旋回フレーム（９）と、該旋回フレーム（９）に対して揺動可能にされた第２アーム（７）と、該第２アーム（７）に対して揺動可能にされた第１アーム（８）と、該第１アーム（８）の先端に連結された複数の関節軸を具備する手首部（６）と、を有する産業用ロボットにおいて、
   前記第１アーム（８）の筐体はノイズに対するシールド作用を有し、
   前記手首部（６）が具備する複数の関節軸のそれぞれを駆動する各サーボモータ（２ａ、２ｂ、２ｃ）を減速機と一体構造としたうえですべて前記手首部（６）に配置し、
   前記第１アーム（８）の筐体内部に前記サーボモータ（２ａ、２ｂ、２ｃ）を制御するサーボアンプ（１）を配置し、
   該サーボアンプ（１）と前記サーボモータ（２ａ、２ｂ、２ｃ）とは前記第１アーム（８）の筐体内部に配設された接続ケーブル（５）により接続するようにしたことを特徴とする産業用ロボット。

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