JP7453420B2 - ロボット - Google Patents

Description

本開示は、ロボットに関するものである。

アームに対して鉛直方向に移動可能に支持されたシャフトと、シャフトの下端に取り付けられたツールに非接触で電力を供給する給電装置とを備えるスカラロボットが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。このスカラロボットにおいては、給電装置がシャフトの上端に取り付けられており、アームに対してシャフトを昇降させると、給電装置全体がシャフトとともに昇降させられる。

「スカラロボットに採用！ぐるぐる回るロボットハンドリング部の断線解消に！」、［ｏｎｌｉｎｅ］、［令和２年１１月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｂ－ｐｌｕｓ－ｋｋ．ｊｐ／ｂｌｏｇ／２０１７／１１／１３／２５４＞

給電装置全体をシャフトと共に昇降させる場合には、給電装置に電源を接続しているケーブルがシャフトの昇降動作に伴って繰り返し変形させられるため、ケーブルの耐久性が低下する。
したがって、アームに対してシャフトを昇降動作させることによるケーブルの変形を防止して、シャフトに取り付けられたツールに耐久的に電力を供給できることが望まれている。

本開示の一態様は、アームと、該アームの先端に所定の軸線方向に移動可能に支持されるシャフトと、前記アームに固定され、電源に接続される送電ユニットと、前記シャフトに対して固定された受電ユニットおよびバッテリとを備え、前記シャフトが前記軸線方向の所定位置に配置された状態において、前記受電ユニットが前記送電ユニットに近接させられて、該送電ユニットから送られる電力を無線で受け取り、前記バッテリが、前記受電ユニットによって受け取られた前記電力を蓄電し、前記シャフトに取り付けられた機器の動力源として使用するロボットである。

本開示の一実施形態に係るロボットを示す全体構成図である。 図１のロボットの内部構造を示す断面図である。 図１のロボットに取り付けられたツールの拡大図である。 図１のロボットにおいて、シャフトが図２の位置とは異なる位置に配置された場合の断面図である。 図１のロボットおよびツールのブロック図である。

本開示の一実施形態に係るロボット１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１は、例えば、図１に示されるような水平多関節型ロボットである。ロボット１は、水平な床面に設置されるベース２と、鉛直方向に延びる第１軸線（第１の鉛直軸線）Ａ回りにベース２に対して回転可能に支持された第１アーム３とを備えている。ロボット１は、第１軸線Ａに平行な第２軸線（第２の鉛直軸線）Ｂ回りに第１アーム３に対して回転可能に支持された第２アーム（アーム）４と、第２アーム４に第１軸線Ａに平行な第３軸線（軸線）Ｃに沿って昇降可能に支持されたシャフト５とを備えている。

また、ロボット１は、第２アーム４に取り付けられた送電ユニット７と、シャフト５の先端に取り付けられるツール（機器）６に固定された受電ユニット８およびバッテリ９とを備えている。受電ユニット８およびバッテリ９は、ツール６に固定されることにより、ツール６を経由してシャフト５に間接的に固定されている。

ロボット１は、図２に示されるように、ベース２に接続されるケーブル１０によって制御装置１０１に接続され、制御装置１０１は電源１００に接続されている。また、ベース２と第２アーム４との間にはダクト１１が接続され、ダクト１１内には、ベース２から第２アーム４に配線されるケーブル１２が収容されている。

図２には、ケーブル１２として、後述する送電ユニット７に接続するケーブル１２のみ図示している。ケーブル１０およびケーブル１２は、それぞれ制御装置１０１からの電力や制御信号などを伝送する。
また、ベース２には、制御信号を無線通信によって送受信する第１送受信装置２２が備えられている。第１送受信装置２２は、制御装置１０１に配置されていてもよいし、第２アーム４等の他の位置に配置されていてもよい。

シャフト５は、第２アーム４の先端部を鉛直方向に貫通するボールネジスプラインシャフトである。シャフト５は、第２アーム４内に配置されたボールネジナット４１によって、第３軸線Ｃに沿って昇降可能に支持されているとともに、第２アーム４内に配置されたボールスプラインナット４２によって、第３軸線Ｃ回りに回転可能に支持されている。ボールネジナット４１およびボールスプラインナット４２は、第３軸線Ｃ回りに回転可能に支持され、図示しないモータによってそれぞれ回転駆動される。

ツール６は、例えば、図３に示されるように、ワークＷを把持するなどの作業を行うハンドである。ツール６は、シャフト５の下端に固定されたハンドベース６１と、ハンドベース６１に支持された一対の指部６２と、指部６２を開閉駆動させるサーボモータ６３とを備えている。また、ツール６には、図２および図５に示されるように、ツール６を制御するツール制御装置６４と、第１送受信装置２２との間で無線により制御信号を送受信する第２送受信装置６５とが設けられている。
バッテリ９は、受電ユニット８およびツール制御装置６４に接続されている。

第２アーム４の下面には、送電ユニット７が固定され、ダクト１１を経由して第２アーム４内に導入されてきたケーブル１２が接続されている。
受電ユニット８は、ハンドベース６１の上面に固定されている。受電ユニット８は、シャフト５が、図２に示されるように、鉛直方向の動作範囲の最上位に配置され、かつ、第３軸線Ｃ回りに所定角度に配置された状態（充電位置）において、送電ユニット７に鉛直方向に所定の間隔をあけて対向する位置に配置されている。

そして、送電ユニット７と受電ユニット８とが対向させられた状態で、ケーブル１２によって送られてきた電力が、送電ユニット７から受電ユニット８に非接触で送電され、バッテリ９に充電される。ツール制御装置６４は、第１送受信装置２２から無線により送られてきた制御信号により、サーボモータ６３を制御してツール６を作動させる。

このように構成された本実施形態に係るロボット１の作用について説明する。
本実施形態に係るロボット１を用いてツール６により作業を行うには、シャフト５を作動させて、図２に示されるように、第２アーム４に対してツール６を充電位置に配置することにより、送電ユニット７に受電ユニット８を対向させる。この状態で、送電ユニット７から受電ユニット８に電力が非接触で送電され、受電ユニット８により受け取られた電力がバッテリ９に充電される。

バッテリ９が適正に充電された状態で、ボールネジナット４１およびボールスプラインナット４２を作動させることにより、シャフト５を昇降および第３軸線Ｃ回りに回転させ、ツール６を所望の位置に配置する。
例えば、図４に示されるように、送電ユニット７と受電ユニット８とが離れた状態においては、送電ユニット７から電力の供給は途絶えるので、ツール６は、バッテリ９に充電された電力を用いてツール６に備えられたツール制御装置６４により制御される。

具体的には、図５に示されるように、第２送受信装置６５は第１送受信装置２２から無線送信された制御信号を受信する。また、ツール制御装置６４には、バッテリ９から電力が供給されるとともに、第２送受信装置６５から制御信号が入力される。そして、ツール制御装置６４は、入力された制御信号に基づいて、サーボモータ６３に電力を供給する。
これにより、ロボット１は、充電位置以外の位置に配置されたツール６を駆動させ、所望の作業を行うことができる。

この場合において、本実施形態に係るロボット１によれば、第２アーム４とシャフト５とが可動ケーブルにより接続されていない。このため、シャフト５は、第２アーム４に対して、可動ケーブルによる制限を受けることなく、昇降動作および第３軸線Ｃ回りの回転動作を行うことができる。これにより、シャフト５の動作範囲を広く確保することができる。

また、第２アーム４に送電ユニット７が固定されているので、第２アーム４に対してシャフト５が変位しても、送電ユニット７に接続するケーブル１２は第２アーム４に静止した状態に維持することができる。したがって、シャフト５の動作に伴うケーブル１２の繰り返し変形を防止して、ロボット１の耐久性を向上することができる。

また、本実施形態に係るロボット１によれば、ツール６に設けられたバッテリ９に充電するためには、第２アーム４に対してシャフト５を動作させるだけで済む。すなわち、充電のために、第１アーム３および第２アーム４を動作させずに済むので、充電のためのツール６の移動距離を最小限に抑えることができる。これにより、充電のための動作に必要となる時間を最小限に抑えることができるとともに、充電のための動作によってツール６と周辺物体とが干渉する可能性を低く抑えることができる。

充電のための動作に必要となる時間を最小限に抑えることにより、ツール６による作業の合間の待機時間のみならず、作業中に頻繁にツール６を充電位置に移動させ充電を行うことができる。したがって、バッテリ９の容量を小さく抑え、軽量化を図ることができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、送電ユニット７は第２アーム４に固定されていたが、これに代えて、送電ユニット７が第２アーム４に着脱可能に取り付けられていてもよい。
例えば、第２アーム４の下面に、送電ユニット７を着脱可能に取り付けるためのボルトを締結する図示しないネジ孔（取付部）を設けておけばよい。これにより、送電ユニット７に故障などが発生した場合であっても、第２アーム４から送電ユニット７だけを取り外して保守することができ、メンテナンス性を向上することができる。

また、送電ユニット７を取り付けるためのネジ孔を複数箇所に設けておくことにより、ツール６に配置される受電ユニット８の位置に合わせた適当な位置に送電ユニット７を取り付けることができる。

また、本実施形態においては、送電ユニット７および受電ユニット８がそれぞれ１つずつ設けられていたが、これに代えて、送電ユニット７および受電ユニット８の少なくとも一方が複数設けられてもよい。
これにより、バッテリ９に充電を行う際、ツール６が配置される充電位置を複数箇所に設定することができる。したがって、バッテリ９に充電を行う直前のシャフト５の位置に応じて、シャフト５の移動量が最も小さくて済む充電位置を選択することができ、充電動作の効率をさらに向上することができる。

また、本実施形態においては、ツール６に受電ユニット８およびバッテリ９を設けたが、ツール６とは別個にシャフト５に固定してもよい。
また、本実施形態においては、送電ユニット７を第２アーム４の下面に固定し、受電ユニット８をツール６の上面に固定し、充電位置において送電ユニット７と受電ユニット８とが鉛直方向に対向して配置されることとした。これに代えて、送電ユニット７を第２アーム４の上面に固定し、充電位置において受電ユニット８を送電ユニット７の上方に対向させてもよい。あるいは、充電位置において送電ユニット７と受電ユニット８とが第３軸線Ｃ回りの径方向に対向する位置に配置されていてもよい。
これにより、送電ユニット７や受電ユニット８を周辺機器と干渉しにくい位置に配置することができる。

また、本実施形態においては、バッテリ９への充電を第１アーム３および第２アーム４の移動中に行ってもよい。
例えば、作業中の工程から次の工程に切り替えるために、第１アーム３および第２アーム４をそれぞれ第１軸線Ａおよび第２軸線Ｂ回りに回転させて、姿勢を大きく変化させている途中の第２アーム４に対して、ツール６を所定の充電位置に配置すればよい。
これにより、工程の切り替えに必要な時間を有効に利用して、バッテリ９に充電を行うことができ、ロボット１の作業効率を向上することができる。

また、本実施形態においては、ロボット１として、水平多関節型ロボットを例示したが、これに限定されるものではなく、ツール６を所定の軸線方向に移動可能に支持するロボットであれば、任意の形式のロボットに適用してもよい。
また、本実施形態においては、ツール６としてハンドを例示したが、これに限定されるものではなく、機械加工ツール、塗装ツール、清掃ツールなど任意のツールであってもよい。

また、本実施形態においては、ツール６の電動アクチュエータとしてサーボモータ６３を例示したが、これに限定されるものではなく、電磁弁や電磁石など任意の電気を動力とするアクチュエータであってもよい。

１ ロボット
３ 第１アーム
４ 第２アーム（アーム）
５ シャフト
６ ツール（機器）
７ 送電ユニット
８ 受電ユニット
９ バッテリ
１００ 電源
Ａ 第１軸線（第１の鉛直軸線）
Ｂ 第２軸線（第２の鉛直軸線）
Ｃ 第３軸線（軸線）

Claims (5)

1. アームと、
   該アームの先端に所定の軸線方向に移動可能に支持されるシャフトと、
   前記アームに固定され、電源に接続される送電ユニットと、
   前記シャフトに対して固定された受電ユニットおよびバッテリとを備え、
   前記シャフトが前記軸線方向の所定位置に配置された状態において、前記受電ユニットが前記送電ユニットに近接させられて、該送電ユニットから送られる電力を無線で受け取り、
   前記バッテリが、前記受電ユニットによって受け取られた前記電力を蓄電し、前記シャフトに取り付けられた機器の動力源として使用するロボット。
2. 第１の鉛直軸線回りに回転可能に支持される第１アームを備え、
   前記アームが前記第１アームの先端に、前記第１の鉛直軸線に平行な第２の鉛直軸線回りに回転可能に支持されている請求項１に記載のロボット。
3. 前記シャフトが、前記軸線回りに回転可能に前記アームに対して支持され、
   前記シャフトが、前記軸線回りの所定角度および、前記軸線方向の所定位置に配置された状態において、前記受電ユニットが前記送電ユニットに近接させられて、該送電ユニットから送られる前記電力を受け取る請求項１または請求項２に記載のロボット。
4. 前記アームの外表面に、前記送電ユニットを着脱可能に取り付けるための複数の取付部が設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボット。
5. 前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの少なくとも一方が、複数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ロボット。

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