JP6855558B2 - 無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置、マルチブレーキシステム、ロボット、及び医療用ロボットシステム - Google Patents
無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置、マルチブレーキシステム、ロボット、及び医療用ロボットシステム Download PDFInfo
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Description
以下、本発明の実施形態に係る無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置、マルチブレーキシステム、ロボット及び医療用ロボットシステムについて、添付図面に基づき説明する。なお、本実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
図1において、医療用マニピュレータ20は、滅菌された滅菌野である手術室内に配置される。医療用マニピュレータ20は、ポジショナ30と、ポジショナ30の先端部に取り付けられた長尺状のアームベース60と、アームベース60にその基端部が着脱可能に取り付けられた複数(本実施形態では4本)の多自由度ロボットアーム70とを備える。医療用マニピュレータ20は、複数のロボットアーム70が折り畳まれた収納姿勢をとるように構成される。
図4は、本実施形態に係る医療用マニピュレータが備えるサーボモータ、エンコーダ及び無励磁作動型電磁ブレーキそれぞれの内部構成を示す軸方向に沿った断面図である。なお、以下において「負荷側」とはサーボモータM81に対して負荷が取り付けられる方向、すなわち、この一例ではシャフト102が突出する方向(図4の下側)であり、「反負荷側」とは負荷側の反対方向(図4の上側)である。なお、図4に示す関節軸J81内のサーボモータM81、エンコーダE81及び無励磁作動型電磁ブレーキB81と同様の構成が、サーボモータM82〜M89、M31〜M37それぞれにも設けられる。しかし、ここではサーボモータM81(すなわち、関節軸J81)の構造についてのみ説明し、その他の同様となる説明は繰り返さない。
図4に示すように、サーボモータM81には、無励磁作動型電磁ブレーキB81が設けられる。なお、ここでは見た目の煩雑さを避けるため、サーボモータM81に対して1つの無励磁作動型電磁ブレーキB81が設けられる場合を図示してあるが、本実施形態では、図3に基づき説明したように、サーボモータM81には、2つの無励磁作動型電磁ブレーキB81(第1無励磁作動型電磁ブレーキB81(1)及び第2無励磁作動型電磁ブレーキB81(2))が設けられる。
図5は、本実施形態に係る無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置の要部構成を示す回路図である。図5に示すように、本実施形態に係る無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置170A(以下、単に「制御装置170A」と称することがある)は、カソードがアノードよりも電位の高い側に位置するように、無励磁作動型電磁ブレーキB81に設けられるコイル113に対して並列に接続されるダイオード198を備える。
本実施形態に係る無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置170Aは、無励磁作動型電磁ブレーキB81に設けられるコイル113に対してダイオード198を並列に接続することで、前記コイル113にサージ電流が流れることを防止することが可能となる。また、同制御装置170Aは、端子間電圧(すなわち、電極181a、181bの間の電位差)が所定の電圧よりも低いときに導通せず、端子間電圧(同前)が前記所定の電圧以上となったときに導通するように、無励磁作動型電磁ブレーキB81に設けられるコイル113に対して直列に接続されたツェナーダイオード180A(電子部品)を備えるので、前記コイル113に還流電流が流れることを防止することができる。これにより、ブレーキが作用するまでに遅延が生じることを防止することが可能となる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
図7に基づき、上記実施形態に係る無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置の第1変形例について説明する。図7は、上記実施形態に係る無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置の第1変形例の要部構成を示す回路図である。なお、本変形例に係る制御装置170Bは、npn型トランジスタ190Aの代わりに電界効果トランジスタ190Bを備えることを除き、上記実施形態に係る制御装置170Aと同様の構成である。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。
図8に基づき、上記実施形態に係る無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置の第2変形例について説明する。図8は、上記実施形態に係る無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置の第2変形例の要部構成を示す回路図である。なお、本変形例に係る制御装置170Cは、ツェナーダイオード180Aの代わりにバリスタ180Bを備えることを除き、上記実施形態に係る制御装置170Aと同様の構成である。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。
図9に基づき、上記実施形態に係る無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置の第3変形例について説明する。図9は、上記実施形態に係る無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置の第3変形例の要部構成を示す回路図である。なお、本変形例に係る制御装置170Dは、npn型トランジスタ190Aを備えないことを除き、上記実施形態に係る制御装置170Aと同様の構成である。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。
上記実施形態及び第1〜第3変形例では、2つの電極181a、181bの端子間電圧が所定の電圧よりも低いときに導通せず、前記端子間電圧が前記所定の電圧以上となったときに導通するようにコイル113に対して直列に接続される電子部品が、ツェナーダイオード180A又はバリスタ180Bである場合を説明したが、これに限定されない。例えば、前記電子部品が、チップ型の積層セラミックコンデンサであってもよいし、又は、静電気放電サプレッサであってもよい。或いは、2つの電極181a、181bの端子間電圧が所定の電圧よりも低いときに導通せず、前記端子間電圧が前記所定の電圧以上となったときに導通するようにコイル113に対して直列に接続されることが可能であれば、その電子部品であってもよい。
最後に、図10に基づき、この発明の効果を確認するために発明者らが行った実験例について説明する。図10は、上記実施形態に係る無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置の効果を確かめるために発明者らが行った実験結果を示すグラフ図であり、(A)がツェナーダイオードを有効にしてからコイルを非励磁状態に切り替えたときのグラフ図、(B)がツェナーダイオードを無効にしてからコイルを非励磁状態に切り替えたときのグラフ図である。
20 医療用マニピュレータ
21 基台
22 医療用台車
22a ベース本体
28 アーム支持体
30 ポジショナ
31 旋回部
32 第1アーム
60 アームベース
70 ロボットアーム
80 アーム本体
82 ベース
84 リンク
90 並進ユニット
91a 基端側リンク
91b 先端側リンク
92 連結リンク
93 回動軸
96 ホルダ
101 フレーム
102 シャフト
103 負荷側ブラケット
104 反負荷側ブラケット
105 回転子
106 固定子
111 ボルト
112 制動ばね
113 コイル
114 ハブ
115 摩擦板
117 フィールドコア
118 アーマチュア
119 ブレーキディスク
140 医療器具
142 駆動ユニット
144 エンドエフェクタ
146 シャフト
150 ロボット制御装置
151 アーム制御部
152 ポジショナ制御部
160 記憶部
162 操作装置
164 操作部
170 無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置
172 記憶部
174 プロセッサ
180A ツェナーダイオード
180B バリスタ
181 電極
190A、192、194 npn型トランジスタ
190B 電界効果トランジスタ
198 ダイオード
200 指示装置
202 操作用アーム
204 操作ペダル
206 タッチパネル
208 モニタ
210 支持アーム
212 バー
300 手術台
P 患者
S 施術者
Claims (10)
- コイルが非励磁状態のときブレーキを作用させ、前記コイルが励磁状態のときブレーキを作用させないよう構成された無励磁作動型電磁ブレーキの動作を制御するための制御装置であって、
2つの電極を有し、前記2つの電極の端子間電圧が所定の電圧以上となったとき前記所定の電圧よりも低いときと比較して抵抗値が低くなる特性を有する電子部品と、
カソードがアノードよりも電位の高い側に位置するように配置されるダイオードと、を備え、
前記無励磁作動型電磁ブレーキに設けられる前記コイルと前記電子部品とが直列に接続されて第1直列回路が構成され、前記第1直列回路と前記ダイオードとが並列に接続され、
前記電子部品は、前記端子間電圧が前記所定の電圧よりも低いときに導通せず、前記端子間電圧が前記所定の電圧以上となったときに導通するように、前記無励磁作動型電磁ブレーキに設けられる前記コイルに対して直列に接続され、
前記無励磁作動型電磁ブレーキは、モータにブレーキを作用させるために前記モータに取り付けられ、
前記モータがサーボモータであり、
記憶部と、前記記憶部に格納されたプログラムを実行するためのプロセッサと、をさらに備え、
前記記憶部に格納されたプログラムが前記プロセッサによって実行されているとき、サーボリングによって前記サーボモータの回転が停止されようとする際には、前記スイッチング素子をONにして前記電子部品が有効に機能しない状態とすることを特徴とする、無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置。 - 前記電子部品がツェナーダイオード又はバリスタである、請求項1に記載の無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置。
- 前記所定の電圧は、前記無励磁作動型電磁ブレーキに設けられる前記コイルを励磁状態とするために前記コイルに対して印加される励磁電圧の120%以上200%以下に設定される、請求項1又は2に記載の無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置。
- 前記電子部品のバイパスとなるように前記電子部品に対して並列に接続され、前記電子部品が有効に機能する状態と機能しない状態とを切り替え可能なスイッチング素子をさらに備える、請求項1乃至3のいずれかに記載の無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置。
- 前記スイッチング素子がトランジスタ又は電界効果トランジスタである、請求項4に記載の無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置。
- 複数の無励磁作動型電磁ブレーキを備えるマルチブレーキシステムであって、
前記複数の無励磁作動型電磁ブレーキそれぞれの動作を制御するための制御装置が設けられ、
前記制御装置が請求項1乃至5のいずれかに記載の無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置であることを特徴とする、マルチブレーキシステム。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置と、
前記無励磁作動型電磁ブレーキと、
前記無励磁作動型電磁ブレーキが取り付けられる前記モータと、
前記モータによって駆動する関節軸を少なくとも一つ有するロボットアームと、
前記モータの動作を制御するロボット制御装置と、を備えることを特徴とする、ロボット。 - 請求項6に記載のマルチブレーキシステムを備える、請求項7に記載のロボット。
- 前記無励磁作動型電磁ブレーキ用の制御装置は、前記ロボット制御装置の一部として構成される、請求項7又は8に記載のロボット。
- 請求項7乃至9のいずれかに記載のロボットを備える、医療用ロボットシステム。
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