JPH04269195A - 工業用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工業用ロボットに係り、
特に停止モード操作時の可動部の動きを緩衝するよう構
成した工業用ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばモータ駆動式の工業用ロボットで
はＡＣ又はＤＣサーボモータの回転駆動力を減速機によ
り減速してアーム等の可動部に伝達する構成となってい
る。

【０００３】一方、これ以外のモータ駆動式の工業用ロ
ボットとして、ダイレクトドライブモータ（以下ＤＤモ
ータという）を用いて直接アーム等の可動部を駆動する
構成のロボットも開発されつつある。ＤＤモータを使用
した工業用ロボットでは、ＤＤモータにより低速回転で
高トルクが得られるため、減速機が不要となり、構成の
簡略化が図られている。又、このようなＤＤロボットの
場合、減速機が無いので可動部の回動動作の抵抗が小さ
く、そのためブレーキ力の弱い、電気抵抗によるダイナ
ミックブレーキが設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記のよう
なＤＤモータ駆動方式の工業用ロボットでは、機械的ブ
レーキが設けられていないため、例えばアームの動作中
に制御装置を停止モード状態に操作してＤＤモータへの
通電が停止すると、ダイナミックブレーキの作用だけで
は拘束力が不充分であり、アームが動作中の慣性によっ
て停止操作後もさらに移動し続けてしまうといった課題
がある。

【０００５】特に、垂直多関節形のＤＤロボットでは、
アーム等が一定位置に静止している状態で制御装置が停
止モードに操作されると比較的重量のある支柱、アーム
等が重力と釣り合う平衡状態となる位置、即ちアーム先
端が下方に向けて勢いよく回動してしまい、アームがス
トローク端のストッパに衝突したりアーム先端の治具又
は手首部が床又はロボットの基台に衝突し、これらの部
材が損傷してしまうおそれがあった。

【０００６】そこで、本発明は上記課題を解決した工業
用ロボットを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、可動部を電動
モータにより駆動する工業用ロボットにおいて、停止モ
ード操作時、前記電動モータの動力を徐々に減らす手段
を備えてなる。

【０００８】

【作用】停止モードに操作されても可動部への拘束力が
即座にゼロとならず、電動モータの動力を徐々に減少す
ることにより可動部を重力と釣り合う平衡状態に徐々に
復帰させ、可動部又は可動部先端に設けられた治具が損
傷することを防止する。

【０００９】

【実施例】図１乃至図３に本発明になる工業用ロボット
の一実施例を示す。

【００１０】各図中、工業用ロボットは垂直多関節形の
ロボット本体１と、ロボット本体１を制御するコントロ
ーラ２とよりなる塗装用ロボットである。

【００１１】図１において、固定ベース１Ａの上には、
ＤＤモータよりなる旋回駆動部３が設けられている。旋
回駆動部３の上には、固定ベース１Ａの軸線Ａを中心と
して矢印θ１　方向に回動する旋回ベース４が設けられ
ている。

【００１２】旋回ベース４上のブラケット４ａには、旋
回ベース４の軸線Ａと直交する軸線Ｂを中心として垂直
面内の矢印θ２　方向に回動する支柱５が設けられてい
る。また、支柱５の下端部５ａにはＤＤモータよりなる
支柱駆動部６が設けられている。

【００１３】そして、支柱５の上端部５ｂには軸線Ｂと
平行な軸線Ｃを中心として垂直面内の矢印θ７　方向に
回動するアーム７が回動自在に設けられている。従って
、支持駆動部６は支柱５をθ２　方向に回動させること
により、アーム７を前後方向に動かすことができる。又
、上記ブラケット４ａの反対側には、ＤＤモータよりな
るアーム駆動部８が設けられている。

【００１４】アーム駆動部８は後部水平方向に突出する
水平リンク２４をθ３　方向に回動駆動する。又、水平
リンク２４の先端は垂直方向に延在する垂直リンク２５
を介してアーム７の後部７ａと連結されている。

【００１５】従って、アーム駆動部８の駆動力は、水平
リンク２４及び垂直リンク２５を介してアーム７に伝達
され、アーム７を軸Ｃを中心にθ７　方向に回動させる
。

【００１６】また、アーム７は先端に手首機構９が設け
られ、後部７ａに手首駆動部２０，２１，２２が設けら
れている。

【００１７】手首機構９には、ケース１０，１１及び取
付軸１２が設けられている。ケース１０は、手首駆動部
２０に駆動され、アーム７の軸線Ｃに垂直な軸線Ｄを中
心として回動する。

【００１８】ケース１１は、手首駆動部２１に駆動され
、ケース１０の軸線Ｄに直交する軸線Ｅを中心として回
動する。取付軸１２は、例えば塗装ガン等の作業治具等
を取り付けるもので、手首駆動部２２に駆動され、ケー
ス１１の軸線Ｅに直交する軸線Ｆを中心として回動する
。

【００１９】各駆動部３，６，８，，２０，２１，２２
はケース内が内圧防爆構造となっており、大気圧より高
い圧力の内圧防爆用の気体を供給され、引火性の雰囲気
中においても安全性が確保される。尚、各駆動部３，６
，８，２０，２１，２２等に供給された気体は外部に設
けられたエアユニット（図示せず）に供給されており、
エアユニットでは気体圧力を検知して上記工業用ロボッ
ト１での気体の漏れを監視している。

【００２０】上記各駆動部３，６，８を有する各関節構
造は略同様な構成であるので、本実施例では以下図３を
参照して支柱駆動部６を有する関節構造について説明す
ることにする。

【００２１】図３中、旋回ベース４のブラケット４ａに
は筒状のステータ１４が固定されている。このステータ
１４は軸線Ｂと同軸となるように水平方向に延在してい
る。又、ステータ１４の外側には円筒状のロータ１５が
同心円状に対向配置されている。

【００２２】ステータ１４の外周とロータ１５の内周と
の間には軸受１６が介在しており、ロータ１５は固定側
のステータ１４に対し回動自在に組付けられている。

【００２３】又、ロータ１５はその内周面に内側に歯が
形成されたロータコア１５ａが固着されており、ステー
タ１４の外周面にはロータコア１５ａに近接対向するコ
イルとマグネットから成るステータコア１４ａが固着さ
れている。このステータコア１４ａとロータコア１５ａ
とにより磁気回路が構成され、上記ステータ１４，ステ
ータコア１４ａ，ロータ１５，ロータコア１５ａよりＤ
Ｄモータとしての支柱駆動部６が構成される。

【００２４】尚、ロータ１５の鍔部１５ｂには支柱５の
下端部５ａが固定され、上記支柱駆動部６はこの袋状に
形成された下端部５ａに収納される。

【００２５】１７はオイルシールで、ステータ１４とロ
ータ１５との間に介在し両者間を気密にシールする。ス
テータ１４にはステータ１４とロータ１５との間の空間
２３に連結する孔１４ｂが穿設されており、この孔１４
ｂには継手１８が接続されている。又、継手１８には気
体排出用のチューブ１９が接続されている。

【００２６】上記のようにＤＤモータよりなる支柱駆動
部６には減速機が設けられてなく、可動部としての支柱
５は支柱駆動部６により直接駆動される。そのため、支
柱５は回動動作の摺動抵抗が小さく、ステータ１４とロ
ータ１５との電気抵抗を利用したダイナミックブレーキ
により制動される。従って、支柱駆動部６には機械的ブ
レーキが設けられてなく、速度制御電流がゼロになると
電気抵抗によりダイナミックブレーキが働く。

【００２７】例えば、図１に示すように支柱５が垂直方
向（Ｚ方向）に起立し、且つアーム７が水平方向（Ｘ方
向）に延在する状態に静止しているとき、各駆動部への
電流がゼロになるとモータを駆動する速度制御電流がゼ
ロになり、ダイナミックブレーキが働いているにも拘ら
ずアーム７の慣性により、図４中１点鎖線で示すように
アーム７は下方に回動する。又、支柱５はアームの下動
とともに重力により前方（反時計方向）に回動する。

【００２８】図１に示す如く、コントローラ２はロボッ
ト本体１に接続された制御盤２６と、制御盤２６に接続
された入力装置２７とよりなる。制御盤２６には、入力
装置２７より入力された命令を判断し、ロボット本体１
への指令を演算する演算部２８と、演算部２８の演算結
果を電気的信号に変換する信号変換部２９と、信号変換
部２９から出力された電気的信号に基づいて各駆動部３
，６，８，２０，２１，２２に電流を供給するモータド
ライバ３０ａ〜３０ｆとが設けられている。

【００２９】ロボット本体１が制御状態にあるとき、各
駆動部３，６，８，２０，２１，２２は制御盤２６によ
り制御され各可動部を駆動する。図５に示す如く、入力
装置２７から入力された信号は、演算部２８において演
算処理され、信号変換部２９を介して各モータドライバ
３０ａ〜３０ｆに出力される。さらにモータドライバ３
０ａ〜３０ｆからの電流は各駆動部に出力され、ロボッ
ト本体１の各可動部は動作する。

【００３０】図６に各可動部の位置制御を行うときのブ
ロック線図を模式化して示す。同図中、各可動部の各軸
Ａ〜Ｆの位置指令信号θＣ１〜θＣ６が演算部２８に入
力されると、演算部２８は位置指令信号θＣ１〜θＣ６
と各駆動部の出力軸（ロータ）の位置とより各可動部を
駆動するのに必要な電流値を算出し、それに応じた信号
Ｓ１　〜Ｓ６　を各モータドライバ３０ａ〜３０ｆに出
力する。各モータドライバ３０ａ〜３０ｆは、各可動部
を駆動するのに必要なトルクを発生させる電流Ｔｑ１〜
Ｔｑ６を各駆動部へ供給する。又、各駆動部３，６，８
，２０，２１，２２からは出力軸（ロータ）の回動位置
の信号θｆ１〜θｆ６がモータドライバ３０ａ〜３０ｆ
を介して演算部２８にフィードバックされる。

【００３１】従来は、入力装置２７によりロボット本体
１の制御をオフ状態にする停止信号が制御盤２６に入力
されると、演算部２８はモータドライバ３０ａ〜３０ｆ
への出力Ｓ１　〜Ｓ６　を強制的にゼロにして各駆動部
へ供給される電流Ｔｑ１〜Ｔｑ６をゼロにする。したが
って、各駆動部の拘束力がゼロになりダイナミックブレ
ーキの抵抗のみが運動方向と逆向きに働くようになる。

【００３２】特にロボット本体１のアーム７が高速で運
動していた場合に停止信号が入力されると、アーム７は
アーム７自身の慣性によりダイナミックブレーキの摺動
抵抗に勝って動作する。従って、ロボット本体１のアー
ム７及び支柱５は前述の如く慣性により下動する。

【００３３】しかし、演算部２８がいきなり出力Ｓ１　
〜Ｓ６　をゼロにしてしまうと各駆動部のトルクがゼロ
になり重量のあるアーム７及び支柱５が勢いよく下動し
てストッパ又は床面等に衝突したりしてアーム先端に設
けられた治具あるいはアーム７，支柱５等が損傷してし
まう。本実施例ではこのような問題を解消するための手
段が演算部２８に設けられている。

【００３４】演算部２８は停止信号（制御オフ信号）が
入力されると、図７に示す処理を実行する。

【００３５】同図中、演算部２８はステップＳ１おいて
入力装置２７より停止信号が入力されると、ステップＳ
２に移り、その時刻における各モータドライバ３０ａ〜
３０ｆへ出力される信号Ｓ１　〜Ｓ６　と、任意に設定
される一定時間ＴＯＦＦ　から１回ごとに信号Ｓ１　を
減少させる量ΔＳ１　を次式に基づいて算出する（Ｓ２
１　）。 ΔＳ１　〜６　＝−Ｓ１　〜６　×ＴＳ／ＴＯＦＦ　（
但し、ＴＳ　：サンプリング時間） そして、ステップＳ２１　の処理を各信号Ｓ１　〜Ｓ６
　について繰り返す（Ｓ２２　）。次のＳ３では、モー
タドライバ３０ａ〜３０ｆへ出力される信号Ｓ１　〜Ｓ
６　を、Ｓ１　〜Ｓ６　＝Ｓ１　〜６　＋ΔＳ１　〜６
　とする（Ｓ３１　）。このＳ３１　でΔＳ１　を減算
された値Ｓ１　をモータドライバ３０ａに出力する。そ
のため、モータドライバ３０ａよりステップＳ３１　で
算出されたＳ１に相当する電流Ｔｑ１を駆動部３に供給
する（Ｓ３２　，Ｓ３３　）。

【００３６】信号Ｓ１　についての減算処理が終了する
と次の信号Ｓ２　についてのステップＳ３１　〜Ｓ３３
　の処理を繰り返し、続いて信号Ｓ３　〜Ｓ６　につい
ても同様に行う（Ｓ３４　）。上記ステップＳ３〜Ｓ５
の処理はＳ１　〜６　＝０となるまで繰り返し実行され
る（Ｓ３５　）。

【００３７】従って、各駆動部にはステップＳ３１　〜
Ｓ３３　の処理が繰り返されるたびにΔＳｉ　に相当す
る分減少された電流が供給されることになり、各可動部
を保持するための駆動力が段階的に減少する。そして、
最終的には演算部２８から出力される信号Ｓ１　〜６　
がゼロとなり、アーム７が停止する。

【００３８】そのため、ロボット本体１の各可動部は各
駆動部への電流が複数回分けて減少されるため、ロボッ
ト本体１の各可動部（主にアーム７及び支柱５）は徐々
に下動する。即ち、図４に示す如く、支柱５がＺ方向に
起立し、且つアーム７がＸ方向に延在する位置にあると
き、前述した停止信号が入力されると、各駆動部へ供給
される電流が徐々に減少するにつれて、アーム７はゆっ
くりと下方に回動するとともに、支柱５もゆっくりとし
た速度で徐々に前方へ回動する。

【００３９】そして、演算部２８からの出力がゼロにな
るとき、アーム７及び支柱５は図４中１点鎖線で示すよ
うに重力を釣り合う平衡状態となる位置で停止する。 尚、停止時のロボット本体１は図４中１点鎖線で示す姿
勢で安定的に静止する。その際、アーム７先端の手首機
構９を床面に載置するようにしても良いし、あるいはア
ーム７を床面上に設けられた受け具等に載置するように
しても良い。

【００４０】このように、停止操作が行なわれても、比
較的重量のあるアーム７及び支柱５がゆっくりと降下す
るため、アーム７先端の治具あるいはアーム７，支柱５
等の可動部が損傷することが防止され、安全性も向上す
る。

【００４１】

【発明の効果】上述の如く、本発明になる工業用ロボッ
トは、停止モードに操作されたとき電動モータの動力を
徐々に減らすことにより、可動部への抵抗が即座にゼロ
となることが防止され、可動部に対する拘束力を徐々に
減少させ、停止モード時可動部が重力により勢いよく下
動して損傷したりあるいは可動部に設けられた治具等が
損傷することを防止できる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる工業用ロボットの一実施例の構成
図である。

【図２】ロボット本体の正面図である。

【図３】支柱駆動部の縦断面図である。

【図４】ロボット本体の停止モード時の動作を説明する
ための側面図である。

【図５】各駆動部及び制御部の構成を示すブロック図で
ある。

【図６】各駆動部の制御を説明するためのブロック線図
である。

【図７】停止モード時演算部が実行する処理を説明する
ためのフローチャートである。

【符号の説明】

１　　ロボット本体 ２　　コントローラ ３　　駆動部 ４　　旋回ベース ５　　支柱 ６　　支柱駆動部 ７　　アーム ８　　アーム駆動部 ９　　手首機構 １４　　ステータ １５　　ロータ ２０〜２２　　手首駆動部 ２６　　制御盤 ２７　　入力装置 ２８　　演算部 ２９　　信号変換部 ３０ａ〜３０ｆ　　モータドライバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　可動部を電動モータにより駆動する工
   業用ロボットにおいて、停止モード操作時、前記電動モ
   ータの動力を徐々に減らす手段を備えてなることを特徴
   とする工業用ロボット。