JP6108167B2 - ロボット構造上に分散された電子駆動デバイスを有する産業ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボット構造と、前記ロボット構造を制御する電子手段とを備え、前記ロボット構造は、互いに対して可動である複数のロボットエレメントと、それぞれが各ロボットエレメントの動きを駆動する複数のアクチュエータ手段とを有し、それぞれロボットエレメントに関連付けられている前記複数のアクチュエータ手段それぞれは、少なくとも１つの駆動電気モータを含み、前記電子手段は、前記ロボット構造から離れた位置に配置されている中央電子制御ユニットと、各ロボットエレメントに関連付けられている前記電気モータの給電および制御をそれぞれが司る複数の電子駆動デバイスとを有し、前記複数の電子駆動デバイスは前記中央電子制御ユニットに接続されており、前記複数の電子駆動デバイスは、それぞれが前記少なくとも１つの駆動電気モータそれぞれの近隣に設けられるよう、前記ロボット構造上に分散されているようなタイプの産業ロボットに関している。

上述した特徴を有する産業ロボットは、たとえば欧州特許文献０７２８５５９号明細書または米国特許６７３１０９１号明細書に記載されている。

従来型のロボット制御システムでは、制御キャビネットがロボット構造から離れた位置に設けられ、制御キャビネットが、中央制御ユニットと、様々なロボットモータのための複数の電子駆動デバイスとを有しており、この中央制御ユニットとは、ユーザプログラムから命令を受信して、様々なロボットモータが実行すべき運動の軌跡を生成するものであり、様々なロボットモータのための複数の電子駆動デバイスとは、中央ユニットから運動命令を受信して、これら命令を電流信号に変換して様々なロボットモータに送り、確実にユーザプログラムを実行させるためのものである。

上述した文献で、既に、上述した様々な電子駆動デバイスをロボット構造に分散させ、それぞれを各駆動電気モータの直近に設けることが提唱されている。しかし、この問題に関するいままでの取り組みでは、電子駆動デバイスがロボット構造上に分散されている制御アーキテクチャが提供可能なすべての可能性を理解したり、大まかにでも把握したりすることすらなかった。

さらに、産業ロボットの分野では、ロボット配線用ハーネスが比較的複雑であるという問題が痛切に感じられており、このせいで、ロボットの初期の搭載時、および、ロボットのハーネスの置き換えが必要になるたびに、多大な時間の損失が生じることが示唆される。ロボットエレメントが動くときにケーブルが湾曲したりねじれ変形したりすることで、ハーネス自身の寿命も比較的短くなり、結局は取り換える必要が出てくる。

ロボットのハーネスを簡略化することによって、耐久性を延ばすことができるようになる（簡略化されたハーネスは、ロボット内により簡単に配置することができ、歪みを最小限に抑えることができるので）のとともに、複雑性の問題も解決され、かつ、ハーネス取り換えにかかる時間も短くなる。

したがって、上述した先行技術から、本発明の発端となっている課題は、ロボット構造に電子駆動デバイスが分散された制御アーキテクチャの利点を活用して、ロボットのハーネスを大幅に簡略化することで、ハーネスの耐久性を増させ、置き換え処理を簡略化することである。

この目的を達成するべく、本発明は、本記載の冒頭部分で示した特性全てを持つ産業ロボットに係り、さらに以下を特徴とする。 前記中央電子制御ユニットは、前記ロボットの前記構造に分散されている前記複数の電子駆動デバイスのうち、第１の電子駆動デバイスのみに接続されており、前記複数の電子駆動デバイスのうちの他の電子駆動デバイスが、前記第１の電子駆動デバイスに直列接続されており、各電子駆動デバイスが、アダプタプレートを間に介して、それぞれの電気モータの本体にしっかり接続され、各電子駆動デバイスの上部にコネクタユニットが搭載され、前記コネクタユニットは前記中央電子制御ユニットと前記他の電子駆動デバイスとの間に前記複数の電子駆動デバイスのそれぞれの一連の接続を提供するための第１の電気コネクタと第２の電気コネクタとを含み、前記複数の電気コネクタは、前記複数の電子駆動デバイスを、前記中央制御ユニットと接続するＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）線のための複数の接続エレメントを含む。

上述した特徴のおかげで、ロボット配線用ハーネス、制御キャビネット、および、ロボット構造の間の接続ハーネス、および、制御キャビネットへの接続のためのロボット構造の基部に設けられた複数の電気コネクタが、すべて各段に簡略化された。特に、ロボット構造のいずれの箇所においても、配線は、２つの連続した電子駆動デバイスの間で必要な接続のみを含む（具体的にこの場合には、給電線、制御信号線、およびＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信線である）。これは、全ての電子デバイスが中央制御ユニットに対して並列に接続されており、ロボット構造の入力配線が、本発明の場合の数倍の数のケーブルを含む公知の方法に比して大幅な簡略化である。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）線は、好適には、リアルタイムＥｔｈｅｒＣａｔまたはＰｏｗｅｒｌｉｎｋ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）線等である。

さらに、各電子駆動デバイスと、取り付けられている電気モータの本体との間のアダプタプレートの配置によって、標準的な電気モータの利用が可能となる。アダプタプレートは、駆動デバイスの本体に対して別個のエレメントであってよい、または、この中に組み込まれた部分であってもよい。アダプタプレートは、電気駆動デバイスとモータとの間の接続用の１以上の経路とともに配置されている。さらに、モータが生成する熱の一部を放散させる助けを行うので、これにより過熱によるモータ自身のトルク軽減(derating)が低下する。

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）線を提供することで、上述した一連の接続にも関わらず、各電子駆動デバイスと中央制御ユニットとの間の通信効率が保証される。

さらなる好適な特徴によると、過熱によるモータのトルク「軽減」をさらに低下させるために、アダプタプレートと電気モータの本体との間に、断熱材料層を介在させてもよい。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面を参照して後述する記載から明らかとなるが、これらはあくまで制限を意図しない例である点に留意されたい。

本発明によるロボットの一実施形態の一例の概略斜視図である。 複数の電気ロボットモータに関連付けられている複数の電子駆動デバイスの間の接続を示す。 上部にアダプタプレート、電子駆動デバイス、および、コネクタユニットを含む、ユニットを有する１つの電気ロボットモータの拡大斜視図である。 コネクタユニットのみを拡大した斜視図である。 アダプタプレートの斜視図である。 アダプタプレートの斜視図である。

図１を参照すると、参照番号１は、既知の種類のロボット構造２を含む産業ロボットを示しており、ロボット構造２から離れた位置に、制御キャビネット３が、１以上の接続ケーブル４によって接続されている。ロボット構造２は、６つの軸、ベース２０１、ベース２０１の垂直軸Ｉ周りに回転可能なタレット２０２、水平軸ＩＩの周りのタレット２０２に枢動可能に搭載されたアーム２０３、軸ＩＩに平行な軸ＩＩＩの周りのアーム２０３に枢動可能に搭載された別のアーム２０４、および、アーム２０４の軸ＩＶの周り、且つ、２つのさらなる互いに直交する軸ＶおよびＶＩの周りに回転可能に搭載されたロボット手首構造２０５を持つ操作ロボットのものであってよい。上述したロボットエレメントの６つの軸Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ，Ｖ，およびＶＩの周りの動きは、それぞれ、ロボット構造に関連付けられている電気駆動モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、およびＭ６によって制御される。

本発明のロボットは、様々な電気モータＭ１−Ｍ６に関連付けられている複数の電子駆動デバイスが、ロボット構造上に分散されて、それぞれが、各電気モータの本体上に直接搭載されているような種類のものである。このようにすることで、すべての電子駆動デバイスが、キャビネット３上に配置された電子中央処理装置（ＣＰＵ）５に接続される。

図２をみると、モータＭ１、Ｍ２、...、Ｍ６に関連付けられている複数の電子駆動デバイスは、それぞれＤ１、Ｄ２、...、Ｄ６で特定されている。様々な電子駆動デバイスＤ１−Ｄ６は、互いの間に、かつ、中央処理装置５に直列に接続されている。したがって電子駆動デバイスＤ１−Ｄ６にはそれぞれ、第１のコネクタＸ１と第２のコネクタＸ２とを含むコネクタユニットが設けられる。中央処理装置５は、１つのケーブル６を介して、第１の駆動デバイスＤ１に接続されて、この第１の駆動デバイスＤ１が、他の電子駆動デバイスに直列接続される。示している例において、中央装置５と第１の駆動デバイスＤ１との間の接続ケーブル６、および、２つの連続した駆動デバイスを接続する各ケーブルは、電線Ｐ、信号線Ｓ、および、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信線Ｅを含む。上述したように、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）線は、好適には、リアルタイムＥｔｈｅｒＣａｔまたはＰｏｗｅｒｌｉｎｋ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）線等である。

図３は、電子デバイスＤ１が直接固定されている本体を持つ電気モータＭ１の拡大図を詳細に示す。図３では、平坦なボックス形状の、デバイスＤ１の外箱のみが観察できる。この外箱の内部は図示したり詳述しないが、それは、各電子駆動デバイスが、先行技術に従って提供可能だからであり、このデバイスの内部構成は、本発明の部分を構成しないからである。

図示されているように、電子駆動デバイスＤ１は、スクリューＶ１によってモータに取り付けられる金属材料からなるアダプタプレートＡを介在させて電気モータＭ１の本体の上に搭載される。アダプタプレートＡの構造は図５、図６に示されており、モータの本体に固定するためのスクリューの通路となる穴Ａ１と、電子駆動デバイスと電気モータとの間の接続通路を形成する開口Ａ２とを有している。既に上述したように、アダプタプレートも、駆動デバイスの本体の一部から、一体的に形成されてよい。

図４は、コネクタユニットの詳細の斜視図であり、コネクタユニットは、参照番号Ｃ１で示されており、駆動デバイスの外箱に固定するためのスクリューＶ３を持つベースＢに搭載されている２つのコネクタＸ１およびＸ２を含む。

図３の参照を続けると、上述したように、好適には、断熱材料層Ｓ１（たとえばＰＴＦＥ）が、アダプタプレートＡと電気モータの本体との間に介在されるとよい。

上述したように、ロボット構造上に電子駆動デバイスの一連の接続を分散させ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信線を提供することで、一方では、ロボットモータを効率的に制御できるようになり、他方では、ロボットハーネス、ロボット構造と制御キャビネットとの間の接続ハーネス、および、ロボットのベースに配置された関連するコネクタを全て、劇的に簡略化することができるようにもなる。簡略され、嵩張らなくなった、ロボット内のハーネスは、ハーネスの配置を非常に簡略化することができるようになり、ロボット利用中にハーネス自身が受けがちな、湾曲およびねじれ変形を低減することができるので、ハーネスの利用寿命を延ばすことができるようになる。ハーネスの簡略化によってさらに、ハーネスを簡単で迅速に取り換えることができるようにもなる。制御キャビネットに接続するためにロボットのベースに配置されるコネクタも大幅に簡略化することができるようになる。

言うまでもなく、本発明の基礎となる原理に相反することなく、特許請求の範囲で定義する本発明の範囲から逸脱することなく、詳細な内容および実施形態は、本明細書で一例として説明および図示したものとは、場合によっては大きく異なるとしてよい。

Claims (5)

1. 産業ロボットであって、
   ロボット構造と、
   前記ロボット構造に給電および制御を行う電子手段と
   を備え、
   前記ロボット構造は、
   互いに対して可動である複数のロボットエレメントと、
   前記複数のロボットエレメントのそれぞれの動きを駆動する複数のアクチュエータ手段と
   を有し、
   前記複数のロボットエレメントのそれぞれに関連付けられている前記複数のアクチュエータ手段のそれぞれは、少なくとも１つの電気駆動モータを含み、
   前記電子手段は、
   前記ロボット構造から離れた位置に配置されている中央電子処理装置と、
   前記複数のロボットエレメントのそれぞれに関連付けられている前記電気駆動モータの前記給電および制御をそれぞれが行う複数の電子駆動デバイスと
   を有し、
   前記複数の電子駆動デバイスは、前記中央電子処理装置に接続されており、
   前記複数の電子駆動デバイスは、それぞれが前記電気駆動モータそれぞれの近隣に設けられるよう、前記ロボット構造上に分散されて、
   前記中央電子処理装置は、前記ロボット構造に分散されている前記複数の電子駆動デバイスのうち、第１の電子駆動デバイスのみに接続されており、前記複数の電子駆動デバイスのうちの他の電子駆動デバイスが、前記第１の電子駆動デバイスに直列接続されており、
   前記複数の電子駆動デバイスが、アダプタプレートを間に介して、前記電気駆動モータのそれぞれの本体にしっかり接続され、
   前記複数の電子駆動デバイスの上部にコネクタユニットが搭載され、前記コネクタユニットは前記中央電子処理装置と前記他の電子駆動デバイスとの間に前記複数の電子駆動デバイスのそれぞれの一連の接続を提供するための第１の電気コネクタと第２の電気コネクタとを含み、
   前記第１の電気コネクタおよび前記第２の電気コネクタは、前記複数の電子駆動デバイスを、前記中央電子処理装置と接続するＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）線のための複数の接続エレメントを含む、産業ロボット。
2. 前記中央電子処理装置との前記複数の電子駆動デバイスそれぞれの前記一連の接続は、電線、信号線、および前記Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）線を含む、請求項１に記載の産業ロボット。
3. 前記第１の電気コネクタおよび前記第２の電気コネクタは、前記複数の電子駆動デバイスそれぞれの外箱に固定させるためのスクリューを提供されたベースを含むコネクタユニットの一部であり、前記第１の電気コネクタおよび前記第２の電気コネクタのそれぞれの本体は、前記ベースの上に搭載されている、請求項１または２に記載の産業ロボット。
4. 前記アダプタプレートは、金属材料からなり、前記電気駆動モータのそれぞれの前記本体に固定するためのスクリューと係合するための穴を設けられ、前記複数の電子駆動デバイスのそれぞれと前記電気駆動モータのそれぞれとの間を接続するための通路を有する、請求項３に記載の産業ロボット。
5. 断熱材料層が、前記アダプタプレートと前記電気駆動モータそれぞれの前記本体の間に設けられている、請求項４に記載の産業ロボット。

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