KR20210040973A

KR20210040973A - 로봇암 및 로봇

Info

Publication number: KR20210040973A
Application number: KR1020217003614A
Authority: KR
Inventors: 다카미쓰 다카기; 유키 마쓰오; 요시히로 사카모토
Original assignee: 도쿄 로보틱스 가부시키가이샤
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2021-04-14
Also published as: WO2020031482A1; US20210268644A1; JP2020025999A; JP6892080B2

Abstract

본 발명은, 일반적인 상용 전원보다 낮은 출력 전압을 가지는 직류 전원을 사용해도 적절히 구동할 수 있는 로봇암 등을 제공하는 것이다. 하우징을 구비한 로봇암으로서, 소정의 구동 전압을 가지는 교류 모터와, 직류 전압을 출력하는 전원으로부터 출력되는 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 모터를 구동시키는 구동 회로가 탑재되는 기판을 구비하고, 상기 기판은, 상기 하우징의 소정면에 면접촉하여 배치되어 있는, 로봇암이 제공된다.

Description

로봇암 및 로봇

본 발명은, 예를 들면, 전동식(電動式)의 로봇암 또는 로봇에 관한 것이다.

최근, 다양한 로봇암이 산업계에 있어서 활약하고 있다(예를 들면, 비특허문헌 1). 그런데, 그 종류의 로봇암의 상당수는 공장 내 등에 거치(据置)되어 있다.

종래의 거치형 로봇암의 구동에는 교류 서보 모터가 사용되는 경우가 많다. 한편, 공장 등에 설치되어 있는 상용(商用) 전원은 교류 전원이며, 그 전원 전압은, 일반적으로, 200[V] 정도(또는 400[V] 정도)이다. 따라서, 종래의 거치형 로봇암에서는, 교류의 전원 전압을 정류(整流) 평활 회로 등을 포함하는 컨버터에 의해 직류 전압으로 변환하고, 그 후, 재차 인버터에 의해 임의의 주파수의 교류 전압으로 변환함으로써, 교류 서보 모터를 구동하고 있었다.

한편, 최근, 거치형이 아니고 배터리 등을 탑재한 이동 가능한 모바일 로봇암 또는 모바일 매니퓰레이터(manipulator)에 대한 요청이 높아지고 있다.

Albu-Schaffer, et al, 「The DLR Lightweight Robot-Design and Control Concepts for Robots in Human Enviro㎚ents」, 독일 연방 공화국, Emerald Group Publishing Limited, 2007년, Industrial Robot: An International Journal, Vol.34 Issue: 5, pp. 376-385

그러나, 이 종류의 배터리는 일반적으로 직류 전원이며, 그 출력 전압은 일반적으로 12[V] 또는 24[V] 정도로 상용 전원 등에 비해 낮다. 이 배터리를 사용하여 교류 서보 모터를 종전의 거치형 로봇암과 같은 정도의 출력으로 구동하도록 하면, 예를 들면, 인버터 회로 내에 있어서 큰 전류가 흐르고, 그 결과, 회로 소자가 과도하게 발열하여 버릴 우려가 있었다.

본 발명은, 전술한 기술적 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 일반적인 상용 전원보다 낮은 출력 전압을 가지는 직류 전원을 사용해도 적절히 구동할 수 있는 로봇암 등을 제공하는 것에 있다.

전술한 기술적 문제점은, 이하의 구성을 구비하는 로봇암 및 로봇에 의해 해결할 수 있다.

즉, 본 발명에 관한 로봇암은, 하우징(housing)을 구비한 로봇암으로서, 소정의 구동 전압을 가지는 교류 모터와, 소정의 직류 전압을 출력하는 전원으로부터 출력되는 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 모터를 구동시키는 구동 회로를 탑재한 기판을 구비하고, 상기 기판은, 상기 하우징의 소정면에 면접촉하여 배치되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 기판 상에 있어서 모터 구동을 위해 발생하는 열을 하우징을 이용하여 효율적으로 방출할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 일반적인 상용 전원 전압보다 낮은 출력 전압을 가지는 직류 전원을 사용해도 적절히 구동할 수 있는 로봇암 등을 제공할 수 있다. 또한, 예를 들면, 구동 회로의 발열량이 커지기 쉬운 저전압 전원을 사용할 수도 있으므로, 배터리 탑재형 로봇암을 실현할 수 있다. 그리고, 여기서, 하우징이란, 하우징 그 자체, 즉 하우징으로서 일체로 성형되는 것뿐아니라, 기판으로부터 하우징으로의 열 경로를 형성할 수 있고, 하우징에 고정되는 그 외의 부재도 포함하는 개념이다.

상기 소정면은, 상기 하우징의 내면 상에 배치되어 있어도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 기판이 하우징의 내주면(內周面) 상에 배치되므로, 안전성이 향상되고 또한 미관을 해치지 않는다.

상기 소정면은, 상기 하우징의 내주면으로부터 돌출되어 연장되는 볼록부 상에 형성되어도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 볼록부를 이용하여, 기판 상에 있어서 모터 구동을 위해 발생하는 열을 더욱 효율적으로 방출할 수 있다.

상기 하우징은, 상기 교류 모터의 회전 중심축을 에워싸도록 상기 하우징의 내주면으로부터 돌출되어 연장되는 환형(環形) 볼록부를 구비하고, 상기 소정면은, 상기 환형 볼록부 상으로서 상기 교류 모터의 회전 중심축과 직교하는 면이며, 상기 기판은, 환형이며 상기 소정면에 면접촉하여 배치되는 것이라도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 회전 중심부를 피하도록 환형으로 기판을 배치할 수 있으므로, 방열 효과와 동시에, 로봇암의 소형화를 실현할 수 있다.

상기 기판의 상기 하우징과의 접촉면은 금속제라도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 열전도가 일반적으로 양호한 금속을 통해 효율적인 방열을 실현할 수 있다.

상기 기판의 상기 하우징과의 접촉면은 알루미늄 또는 알루미늄 합금제라도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 열전도율이 일반적으로 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 통해 효율적인 방열을 실현할 수 있다.

상기 기판의 상기 하우징과의 접촉면은 구리 또는 구리 합금제라도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 열전도율이 일반적으로 높은 구리 또는 구리 합금을 통해 효율적인 방열을 실현할 수 있다.

상기 기판의 상기 하우징과의 접촉면과 상기 소정면과의 사이에는 그리스(grease)가 개재(介在)되는 것이라도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 기판으로부터 하우징으로 확실하게 전열(傳熱)할 수 있어, 보다 효율적인 방열을 실현할 수 있다.

상기 전원의 출력 전압은 50V 이하라도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 출력 전압이 일반적인 상용 전원 전압보다 작은 저전압 전원을 사용해도 기판 상에 있어서 모터 구동을 위해 발생하는 열을 하우징을 이용하여 효율적으로 방출할 수 있다.

상기 전원의 출력 전압은 24V 또는 48V라도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 24V 또는 48V라고 하는 비교적 낮은 전압원을 사용해도 기판의 발열에 관한 문제가 생기지 않으므로, 배터리 탑재형 로봇암을 실현할 수 있다.

상기 하우징은, 금속제라도 된다.

상기 기판은, 그 내부에 금속제의 층형(層形) 코어 부재를 구비하는 것이라도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 층형 코어 부재를 통해 열이 면형(面狀)으로 전파되므로, 효율적인 방열을 실현할 수 있다.

상기 로봇암은, 상기 로봇암의 신전(伸展) 시에 상기 교류 모터를 설치면에 대하여 수직으로 배치하고 상기 로봇암의 축 주위의 회전을 가능하게 하는 수직 관절 유닛과, 상기 로봇암의 신전 시에 상기 교류 모터를 상기 설치면에 대하여 수평으로 배치하고 상기 로봇암에 대하여 굴곡 동작을 가능하게 하는 수평 관절 유닛을 연결하여 구성된 다관절 로봇암이며, 상기 수평 관절 유닛은, 상기 모터를 내포하여 지지하는 하우징 부분으로 형성된 제1 하우징 공간과, 상기 제1 하우징 공간과 인접하여 배치된 하우징 부분으로 형성되고 상기 수평 관절 유닛의 하우징에 설치된 분리 가능한 커버부를 통해 액세스 가능한 제2 하우징 공간을 가지고, 상기 기판은, 상기 제2 하우징 공간의 내면에 면접촉하는 것이라도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 효율적인 방열을 실현하면서도, 수직 관절 유닛보다 유지보수를 행하기 용이한 수평 관절 유닛의 커버를 분리함으로써, 기판의 유지보수나 교환이 용이해진다.

상기 기판에 탑재된 상기 구동 회로는, 상기 수직 관절 유닛의 상기 교류 모터와, 상기 수평 관절 유닛의 상기 교류 모터를 구동시키는 것이라도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 수직 관절 유닛에 설치된 모터와 수평 관절 유닛에 설치된 모터의 양쪽을, 수평 관절 유닛 내의 기판에 설치된 구동 회로에 의해 구동하므로, 특히 소형화 요청이 큰 수직 관절 유닛을 작거나 또는 짧게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 로봇으로서도 관념할 수 있다. 즉, 본 발명에 관한 로봇은, 하우징을 구비한 로봇으로서, 소정의 구동 전압을 가지는 교류 모터와, 소정의 직류 전압을 출력하는 전원으로부터 출력되는 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 모터를 구동시키는 구동 회로를 탑재한 기판을 구비하고, 상기 기판은, 상기 하우징의 소정면에 면접촉하여 배치되어 있다.

본 발명에 의하면, 상용 전원보다 낮은 출력 전압을 가지는 직류 전원을 사용해도 적절히 구동할 수 있는 로봇암 등을 제공할 수 있다.

도 1은, 로봇암의 외관도이다.
도 2는, 굴곡 상태의 로봇암의 외관도이다.
도 3은, 전기·통신 계통의 블록도이다.
도 4는, 전원부의 블록도이다.
도 5는, 관절 유닛의 하우징의 외관 사시도이다.
도 6은, 관절 유닛의 부분 분해사시도이다.
도 7은, 구동 회로 기판의 면접촉 태양(態樣)에 대하여 설명하는 도면이다.
도 8은, 기판 단면도(斷面圖)이다.
도 9는, 기판의 변형예이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 첨부한 도 1 내지 도 9를 참조하면서 설명한다.

<1. 제1 실시형태>

도 1은, 로봇암(1)의 외관도이며, 도 1의 (a)는, 로봇암(1)의 정면도, 도 1의 (b)는, 로봇암(1)의 사시도이다. 동 도면으로부터 명백한 바와 같이, 로봇암(1)은, 단면(斷面) 대략 원형의 하우징을 구비하고, 베이스 부재(10)로부터 선단의 엔드-이펙터(End-effector) 장착부(26)까지의 사이에 배치된 7개의 구동 유닛(100)에 의해 구동되는 7개의 관절을 가지고 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 로봇암(1)은, 그 내부 또는 외부에 설치된 24[V]의 직류 저전압 전원으로 접속되어 있다. 그리고, 구동 유닛(100)에는, 모터 및 감속기로 이루어지는 유닛이며, 브레이크 등이 조합되어도 된다.

로봇암(1)의 기단(基端; base end)에 배치되고, 로봇암(1)의 중심축과 그 중심을 하나로 하는 통형(筒形) 하우징인 제1 통형 하우징(10)의 상단(上端)에는, 회전하고 또 다른 하우징과의 연결 기능을 제공하는 제1 회전 연결 부재(101)를 통해, 제1 하우징(11)이 로봇암(1)의 중심축 주위로 회동(回動) 가능하게 결합되어 있다. 제1 통형 하우징(10)의 내부에는, 제1 회전 연결 부재(101)를 중심축 주위로 회동시키는 구동 유닛(100)이 배치되어 있다. 이 구동 유닛(100)은, 그 회전 중심축이 로봇암(1)의 신전에 있어서 기준면에 대하여 수직으로 되도록 배치되어 있고, 제1 통형 하우징(10), 제1 회전 연결 부재(101) 등과 합하여 수직 관절 유닛을 형성하고 있다.

제1 하우징(11)은, 구동 유닛(100)을 통해 제2 하우징(13)과 회동 가능하게 연결되어 있고, 제1 하우징(11) 및 제2 하우징(13)의 구동 유닛(100)과의 결합부의 수평 방향의 외측면에는, 각각 분리 가능한 제1 커버 부재(12) 및 제2 커버 부재(14)가 설치되어 있다. 그리고, 제1 하우징(11)과 제2 하우징(13)과의 사이에 설치된 구동 유닛(100)은, 그 회전축이 기준면에 대하여 수평으로 되도록 배치되어 있고, 제1 하우징(11), 제2 하우징(13), 제1 커버 부재(12) 및 제2 커버 부재(14) 등과 합하여 수평 관절 유닛을 형성하고 있다.

제2 하우징(13)과 연결되고, 로봇암(1)의 중심축과 그 중심을 하나로 하는 통형 하우징인 제2 통형 하우징(15)의 상단에는, 회전하고 또 다른 하우징과의 연결 기능을 제공하는 제2 회전 연결 부재(151)를 통해, 제3 하우징(16)이 로봇암(1)의 중심축 주위로 회동 가능하게 결합되어 있다. 제2 통형 하우징(15)의 내부에는, 제2 회전 연결부 부재(151)를 로봇암(1)의 중심축 주위로 회동시키는 구동 유닛(100)이 배치되어 있다. 이 구동 유닛(100)은, 그 회전 중심축이 로봇암(1)의 신전에 있어서 기준면에 대하여 수직으로 되도록 배치되어 있고, 제2 통형 하우징(15), 제2 회전 연결 부재(151) 등과 합하여 수직 관절 유닛을 형성하고 있다.

제3 하우징(16)은, 구동 유닛(100)을 통해 제4 하우징(18)과 회동 가능하게 연결되어 있고, 제3 하우징(16) 및 제4 하우징(18)의 구동 유닛(100)과의 결합부의 수평 방향의 외측면에는, 각각 분리 가능한 제3 커버 부재(17) 및 제4 커버 부재(19)가 설치되어 있다. 그리고, 제3 하우징(16)과 제4 하우징(18)과의 사이에 설치된 구동 유닛(100)은, 그 회전축이 기준면에 대하여 수평으로 되도록 배치되어 있고, 제3 하우징(16), 제4 하우징(18), 제3 커버 부재(17) 및 제4 커버 부재(19) 등과 합하여 수평 관절 유닛을 형성하고 있다.

제4 하우징(18)과 연결되고, 로봇암(1)의 중심축과 그 중심을 하나로 하는 통형 하우징인 제3 통형 하우징(20)의 상단에는, 회전하고 또 다른 하우징과의 연결 기능을 제공하는 제3 회전 연결 부재(201)를 통해, 제5 하우징(21)이 로봇암(1)의 중심축 주위로 회동 가능하게 결합되어 있다. 제3 통형 하우징(20)의 내부에는, 제3 회전 연결 부재(201)를 중심축 주위로 회동시키는 구동 유닛(100)이 배치되어 있다. 이 구동 유닛(100)은, 그 회전 중심축이 로봇암(1)의 신전에 있어서 기준면에 대하여 수직으로 되도록 배치되어 있고, 제3 통형 하우징(20), 제3 회전 연결 부재(201) 등과 합하여 수직 관절 유닛을 형성하고 있다.

제5 하우징(21)은, 구동 유닛(100)을 통해 제6 하우징(23)과 회동 가능하게 연결되어 있고, 제5 하우징(21) 및 제6 하우징(23)의 구동 유닛(100)과의 결합부의 수평 방향의 외측면에는, 각각 분리 가능한 제5 커버 부재(22) 및 제6 커버 부재(24)가 설치되어 있다. 그리고, 제5 하우징(21)과 제6 하우징(23)과의 사이에 설치된 구동 유닛(100)은, 그 회전축이 기준면에 대하여 수평으로 되도록 배치되어 있고, 제5 하우징(21), 제6 하우징(23), 제5 커버 부재(22) 및 제6 커버 부재(24) 등과 합하여 수평 관절 유닛을 형성하고 있다.

제6 하우징(23)과 연결되고, 로봇암(1)의 중심축과 그 중심을 하나로 하는 통형 하우징인 제4 통형 하우징(25)의 상단에는, 회전하고 또 다른 하우징과의 연결 기능을 제공하는 제4 회전 연결 부재(251)를 통해, 핸드나 그립퍼 등의 엔드-이펙터와 접속하기 위한 엔드-이펙터 접속부(26)가 로봇암(1)의 중심축 주위로 회동 가능하게 결합되어 있다. 제4 통형 하우징(25)의 내부에는, 제4 회전 연결 부재(251)를 로봇암(1)의 중심축 주위로 회동시키는 구동 유닛(100)이 배치되어 있다. 이 구동 유닛(100)은, 그 회전 중심축이 로봇암(1)의 신전에 있어서 기준면에 대하여 수직으로 되도록 배치되어 있고, 제4 통형 하우징(25), 제4 회전 연결 부재(251) 등과 합하여 수직 관절 유닛을 형성하고 있다.

그리고, 수평 관절 유닛의 내부에는, 수평 관절 유닛 내의 구동 유닛(100)을 제어·구동할뿐아니라 인접하는 수직 관절 유닛의 제어·구동도 행하는 제어 회로 기판(55)과 구동 회로 기판(50)이, 구동 유닛(100)에 인접하여 각각 저장되어 있다. 즉, 제1 하우징(11) 및 제2 하우징(13) 내에 저장되어 있는 구동 유닛(100)을 제어·구동하는 제어 회로 기판(55) 및 구동 회로 기판(50)은, 제1 통형 하우징(10)에 저장되어 있는 구동 유닛(100)의 제어·구동도 행한다. 또한, 제3 하우징(16) 및 제4 하우징(18) 내에 저장되어 있는 구동 유닛(100)을 제어·구동하는 제어 회로 기판(55) 및 구동 회로 기판(50)은, 제2 통형 하우징(15)에 저장되어 있는 구동 유닛(100)의 제어·구동도 행한다. 또한, 제5 하우징(21) 및 제6 하우징(23) 내에 저장되어 있는 구동 유닛(100)을 제어·구동하는 제어 회로 기판(55) 및 구동 회로 기판(50)은, 제4 통형 하우징(25)에 저장되어 있는 구동 유닛(100)의 제어·구동도 행한다. 그리고, 본 실시형태에 있어서는, 제3 통형 하우징(20) 내의 구동 유닛(100)은, 제3 통형 하우징(20) 내에 배치된 도시하지 않은 단축 제어용의 제어 회로 기판 및 구동 회로 기판에 의해 제어·구동되고 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 제어 회로 기판(55) 및 구동 회로 기판(50)이 수평 관절 유닛 내에 모아서 설치되므로, 로봇암(1)의 축 방향의 길이의 증대를 억제하여 로봇암(1)의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 대규모인 해체 등을 행하지 않아도, 커버 부재(12, 17, 22)를 분리함으로써 수평 관절 유닛과 그에 인접하는 수직 관절 유닛을 제어·구동하는 제어 회로 기판(55) 및 구동 회로 기판(50)과 용이하게 액세스할 수 있으므로, 프로그램의 기입(write)이나 유지보수 등이 용이해진다.

도 2는, 각 관절에 있어서 굴곡된 상태의 로봇암(1)에 대하여 나타낸 외관 사시도이다. 동 도면으로부터 명백한 바와 같이, 로봇암(1)은, 도시하지 않은 제어부의 지령에 따라 로봇암(1)의 각 관절부의 내부에 설치된 각각의 구동 유닛(100)을 동작시킴으로써 자유롭게 각 관절을 굴곡시킬 수 있다.

그리고, 로봇암(1)의 하우징은 모두 알루미늄 합금제이다. 본 실시형태에 있어서는, 로봇암(1)에 설치되는 모든 구동 유닛(100)을 동일한 것으로 하여 기재하였으나, 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 따라서, 예를 들면, 구조는 대략 동일한 것으로 하면서도 각 관절의 스페이스나 필요 토크 등에 따라 구동 유닛(100)의 사이즈를 각각 변경해도 된다. 또한, 로봇암(1)의 하우징은 알루미늄 합금에 한정되지 않고, 다른 금속, 예를 들면, 마그네슘 합금 등이라도 된다.

도 3은, 로봇암(1)의 전기·통신 계통의 블록도이다. 동 도면으로부터 명백한 바와 같이, 로봇암(1)은, 로봇 컨트롤러(800)(마스터 컨트롤러)를 통해 전원 장치(901)와 제어용 PC(902)와 접속되어 있다. 로봇암(1)의 내부에는, 구동 유닛(100)을 포함하는 복수의 관절 유닛이 시리얼로 설치되고 각각의 구동 유닛(100)에 대하여 신호선과 전원 공급선이 분배되어 있다.

제어용 PC(902)로부터의 지령 신호 등은, 로봇 컨트롤러용(CPU) 등을 탑재한 로봇 컨트롤러 제어 기판(803), 각 관절의 제어 회로 기판(55)을 통해, 각각의 구동 유닛(100)의 모터에 대하여 전달된다. 또한, 각 관절에 설치된 인코더(encoder)로부터는, 관절 각도 등의 정보가 얻어지고, 상기 정보는 제어 회로 기판(55), 로봇 컨트롤러 제어 기판(803) 등을 통해 제어용 PC(902)로 전달된다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 제어용 PC(902)에 의해 최상위의 암(arm)의 전체 동작에 관한 처리가 행해지고, 로봇 컨트롤러 제어 기판(803)에 의해 복수 관절와 관련된 처리(예를 들면, 위치 제어, 궤도 제어 또는 속도 제어 등)가 행해지고, 각 관절의 제어 회로 기판(55)에서는 각 관절 레벨의 처리가 행해지게 된다.

또한, 전원 장치(901)로부터의 전력은, 로봇 컨트롤러(800)를 거쳐 로봇암(1)과 공급된다. 로봇 컨트롤러(800)의 내부에서는, 전원 입력측으로부터 출력측으로 도달하는 경로 상에, 순차로, 과전류로부터 장치를 보호하는 휴즈(801), 전원 공급의 온/오프를 전환하는 전원 스위치(802), 비상 시에 비상 정지(停止) 스위치(806)를 조작함으로써 전원 공급을 차단하는 전원 차단기(804), 및 부하[로봇암(1)] 측으로부터의 회생(回生) 전류를 방지하기 위한 션트(shunt) 레귤레이터(805)가 구비되어 있다. 로봇암(1)과 공급된 전력은, 각 관절의 제어 회로 기판(50) 및 구동 회로 기판(55)과 공급되고 모터 등을 구동시킨다. 구체적으로는, 구동 회로 기판(55)는, 적어도, 인버터 회로 등을 통해 입력된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 처리 등을 행하여, 24[V] 구동의 모터로 전력 공급을 행한다.

도 4는, 전원부, 즉 전원 장치(901)로부터 로봇 컨트롤러(800)와 전원 입력을 행하는 부분의 전기적 구성에 대하여 나타낸 블록도이다. 동 도면으로부터 명백한 바와 같이, 로봇 컨트롤러(800)는, 플러스극 측 전원(Vcc) 단자(8012), 그라운드(GND) 단자(8013), 및 감전 방지를 위한 보호 접지(接地)(PE) 단자(8014)를 구비한 커넥터를 구비하고 있다. 그리고, 그라운드(GND) 단자(8013), 및 보호 접지(PE) 단자(8014)는, 하우징과 결합되어 있다. 이 커넥터는, 소정의 케이블을 통해, 후술하는 상용 전원용의 전원 장치(9011)와도 충전식 전원 장치(9038)와도 접속 가능하게 구성되어 있다.

도 4의 좌측 상단(上段)에는, 상용 전원으로 접속 가능한 전원 장치(9011)가 나타나 있다. 전원 장치(9011)는, 라이브(L) 단자(9012), 뉴트럴(N) 단자(9013), 및 보호 접지(PE) 단자를 구비한, 상용 전원으로 접속 가능한 커넥터를 구비하고 있다. 또한, 그 내부에는, 입력된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 AC/DC 컨버터(9017)를 구비하고 있다. AC/DC 컨버터(9017)에는, 플러스극 측 전원(Vcc) 단자(9014), 그라운드(GND) 단자(9015), 및 보호 접지(PE) 단자(9016)를 구비한 커넥터가 접속되어 있고 케이블 등을 접속함으로써 외부로 직류 전압을 공급 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 전원 장치(9011)의 출력 전압은 24[V]이다.

한편, 도 4의 좌측 하단(下段)에는, 충전식의 배터리(903)를 사용하여 전원 공급을 행하는 전원 장치(9038)가 나타나 있다. 배터리(903)는, 플러스극 측 전원(Vcc) 단자(9032) 및 그라운드(GND) 단자(9033)를 통해 도시하지 않은 전원에 의해 충전 가능하게 구성되어 있다. 충전된 배터리(903)에는, 일정 전압을 출력하기 위한 전압 레귤레이터(9031)가 접속되어 있어 전원 공급 시에는 일정 전압을 제공할 수 있다. 전압 레귤레이터(9031)에는, 플러스극 측 전원(Vcc) 단자(9034), 그라운드(GND) 단자(9035), 및 보호 접지(PE) 단자(9036)를 구비한 커넥터가 접속되어 있고 케이블 등을 접속함으로써 외부로 직류 전압을 공급 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 보호 접지(PE) 단자는 전원 장치(9038)의 하우징과 전기적으로 결합되어 있다. 또한, 전원 장치(9038)의 출력 전압은 24[V]이다.

도 5는, 수평 관절 유닛의 하우징의 외관 사시도이다. 동 도면(a)는, 모든 커버 부재가 장착된 상태를 나타내고, 동 도면(b)는, 제1 커버 부재(12)를 분리한 상태를 나타내고 있다.

도 5의 (b)로부터 명백한 바와 같이, 제1 커버 부재(12) 상에 설치된 3개의 볼트공(122)에 삽통(揷通)된 볼트를 느슨하게 하여 제1 커버 부재(12)를 분리해 냄으로써, 구동 유닛(100)과 인접하고 기판 등이 저장되는 소정의 공간(5)이 노출된다. 상기 소정의 공간(5)에는, 제어 기판(55)과 구동 회로(50)가 저장되어 있다. 그리고, 동 도면에 있어서, 제어 기판(55)는, 중앙에 구멍부(552)를 구비하고 볼트(551)를 통해 제1 하우징(11)과 고정되어 있다. 즉, 제1 커버 부재(12)를 분리해 냄으로써, 하우징 내에 저장되어 있는 구동 유닛(100)의 제어 기판(55) 및 구동 기판(50)과 용이하게 액세스할 수 있도록 구성되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 수직 관절 유닛보다 유지보수를 행하기 용이한 수평 관절 유닛의 커버가 분리 가능하므로, 기판의 유지보수나 교환, 프로그램의 기입 등이 용이해진다.

그리고, 제1 하우징(11)의 하단부 및 제2 하우징(13)의 상단부에는, 원형 개구부(115), (135)가 형성되고, 상기 원형 개구부(115), (135)와 연결되는 관절 유닛의 단부(端部)를 걸어맞추고 볼트공(112), (132)를 이용하여 고정시킨다. 또한, 볼트공(122)의 위치는, 제어 기판(55)을 제1 하우징(11)에 대하여 고정시키는 고정 볼트(551)의 두부(頭部)의 구멍부 및 제1 하우징(11)의 주위측면의 베이스부 가까이에 형성된 볼트공(113)과 정합(整合)한다.

도 6은, 수평 관절 유닛의 부분 분해사시도이다. 동 도면으로부터 명백한 바와 같이, 수평 관절 유닛은, 제1 커버 부재를 분리함으로써 노출되는 소정의 공간(5) 내에 제어 회로 기판(55)과 구동 회로 기판(50)을 저장하고 있다. 그리고, 제어 기판(55)은 도시하지 않은 케이블에 의해 순차로 접속되어 있고 시리얼 통신이 행해진다.

수평 관절 유닛은, 측면 개구부의 주위면 내측으로부터 환형으로 돌출된 환형 볼록부(118)를 가지고 있다. 구동 회로 기판(50)은, 이 환형 볼록부(118)의 축 방향의 면으로 면접촉하도록 배치된다. 구동 회로 기판(50)은, 중심에 구멍부(501)를 구비하는 프린트 기판이며, 제어 회로 기판(55)과의 사이의 스페이서의 역할도 가지는 볼트(503)를 삽통공(揷通孔)(502)을 통해 환형 볼록부(118)의 축 방향의 면 상의 고정공(116)과 삽입함으로써 고정된다. 제어 회로 기판(55)는, 구동 회로 기판(50)과 제1 커버 부재(12)와의 사이에 배치되고, 볼트(551)를 볼트공(553)과 삽통하고, 구동 회로 기판(50) 고정용의 볼트(503)의 두부로 고정함으로써 고정된다.

제어 기판(55)는, 적어도 각각의 구동 유닛(100)을 제어하는 마이크로 컴퓨터 등의 회로 또는 회로 소자를 포함하는 기판이다. 또한, 구동 회로 기판(50)은, 직류 전원과 접속되고 모터로 전원 공급을 행하는 기판이며, 직류를 교류로 변환하는 기능을 가지는 인버터 회로 등의 회로 또는 회로 소자를 포함한다. 도 4의 저전압(24[V]) 출력의 전원 장치(9038)와 접속한 상태에서, 상용 전원(교류 200[V] 또는 400[V])을 사용한 경우의 로봇암(1)의 출력과 같은 정도의 로봇암 출력을 실현하려고 하면, 전류의 증대에 의해 모터와 함께 인버터 회로 등을 포함하는 회로 소자가 발열한다.

도 7은, 구동 회로 기판(50)의 면접촉 태양에 대하여 설명하는 도면(단면도)이다. 동 도면으로부터 명백한 바와 같이, 환형 볼록부(118)의 한쪽(도면 중 오른손 측)에는, 커버 부재(12)를 분리함으로써 노출되는 공간(5)이 배치되어 있고, 다른 쪽의 측(도면 중 왼손 측)에는, 구동 유닛(100)을 저장하는 공간(6)이 인접하여 배치되어 있다. 구동 회로 기판(50)은, 후술하는 그 이면(裏面; back surface)의 알루미늄 합금층(519)이, 환형 볼록부(118)의 축 방향의 면과 면접촉하도록 배치되어 있다. 여기서, 환형 볼록부(118)는, 하우징[제1 하우징(11)]과 밀착되어 고정되고 구동 회로 기판(50)으로부터 하우징으로의 열 경로를 형성하고 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 인버터 회로 등을 포함하는 회로 소자가 발열한 경우라도, 구동 회로 기판(50)이 알루미늄 합금제의 환형 볼록부(118)와 면접촉하고 있으므로, 환형 볼록부(118) 및 하우징이 이른바 히트싱크(heatsink)의 역할을 과연, 적절히 방열을 행할 수 있다.

도 8은, 구동 회로 기판(50)의 단면의 모식도이다. 구동 회로 기판(50)에는 입체적으로 회로 패턴이 형성되고 또한 회로 소자(520)(예를 들면, 스위칭 소자)가 단자(522)를 통해 회로 패턴으로 접속되어 있다. 이 회로 소자(520)에서 발생하는 열을 방출하기 위해, 회로 소자(520)의 이면측(裏面側)에는, 바닥면 방열 패드(521)와, 방열용의 구멍부인 서멀 비어(thermal via)(523)가 형성되어 있다. 구동 회로 기판(50)은, 다층 구조를 구비하고 있고, 회로 소자(520)가 배치되는 상면 측으로부터, 제1 절연층(레지스트 잉크)(514), 제1 동박층(515), 제2 절연층(기판재)(516), 제2 동박층(517), 제3 절연층(절연 접착층)(518)이 설치되고, 최하층, 즉이면측에는 알루미늄 합금층(519)이 배치되어 있다. 그리고, 알루미늄 합금층(519)은, 단지 알루미늄 합금판을 구동 회로 기판(50)의 이면에 접착하는 것이라도 된다. 또한, 알루미늄 합금 대신에 알루미늄을 사용해도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 열전도율이 일반적으로 높은 금속 중, 특히, 알루미늄 합금을 이용하여 효율적인 방열을 실현할 수 있다.

<2. 변형예>

본 발명에 관한 로봇암 및 로봇은, 그 구성을 각각의 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 구성을 적절히 변경할 수 있다.

전술한 실시형태에서는, 수직 관절 유닛의 구동 유닛(100)을 위한 제어 회로 기판(55) 및 구동 회로 기판(50)이 바로 위쪽의 수평 관절 유닛 내에 설치되는 구성에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이와 같은 구성에 한정되지 않는다. 따라서, 바로 위쪽의 수평 관절 유닛 내가 아니고, 보다 이격된 수평 관절 유닛 내에 모아서 설치되어도 된다.

전술한 실시형태에서는, 구동 회로 기판(50)은 이면에 금속층을 배치하여 방열하기 쉬운 구조로 하였다. 그러나, 본 발명은 그와 같은 구성에 한정되지 않는다.

도 9의 (a)는, 금속층, 특히 알루미늄 합금층(537)을 중심으로 배치하는 구동 회로 기판(53)의 단면의 모식도이다. 도 8과 마찬가지로, 구동 회로 기판(53)에는 입체적으로 회로 패턴이 형성되고 또한 회로 소자(530)(예를 들면, 스위칭 소자)가 단자(532)를 통해 회로 패턴으로 접속되어 있다. 이 회로 소자(530)에서 발생하는 열을 방출하기 위해, 회로 소자(530)의 이면측에는, 바닥면 방열 패드(531)와, 방열용의 구멍부인 서멀 비어(533)가 형성되어 있다. 구동 회로 기판(53)은, 다층 구조를 구비하고 있고, 회로 소자(530)가 배치되는 상면 측으로부터, 제1 절연층(레지스트 잉크)(534), 제1 동박층(535), 제2 절연층(절연 접착층)(536), 알루미늄 합금층(537), 제2 동박층(538), 제3 절연층(절연 접착층)(539)이 형성되어 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 알루미늄 합금층(537)을 통해 열이 면형으로 전파하므로 방열이 행해지기 쉬워진다.

도 9의 (b)는, 금속층, 특히 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 구리층(547)을 중심으로 배치하는 구동 회로 기판(54)의 단면의 모식도이다. 도 8과 마찬가지로, 구동 회로 기판(54)에는 입체적으로 회로 패턴이 형성되고 또한 회로 소자(540)(예를 들면, 스위칭 소자)가 단자(542)를 통해 회로 패턴으로 접속되어 있다. 이 회로 소자(540)에서 발생하는 열을 방출하기 위해, 회로 소자(540)의 이면측에는, 바닥면 방열 패드(541)와, 방열용의 구멍부(543)가 형성되어 있다. 구동 회로 기판(54)은, 다층 구조를 구비하고 있고, 회로 소자(540)가 배치되는 상면 측으로부터, 제1 절연층(레지스트 잉크)(544), 제1 동박층(545), 제2 절연층(절연 접착층)(546), 구리층(547), 제2 동박층(548), 제3 절연층(절연 접착층)(549)이 형성되어 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 구리층(547)을 통해 열이 면형으로 전파되므로 방열이 행해지기 쉬워진다.

또한, 전술한 실시형태에 있어서는, 구동 회로 기판(50)과 환형 볼록부(118)와의 사이는 단지 밀착시키는 구성으로 하였다. 그러나, 본 발명은 이와 같은 구성에 한정되지 않는다. 따라서, 예를 들면, 구동 회로 기판(50)의 이면[알루미늄 합금층(519)]과 환형 볼록부(118)의 축 방향의 면과의 사이에 그리스를 개재시켜도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 구동 회로 기판(50)으로부터 제1 하우징(11)로 확실하게 전열이 행해져, 보다 효율적인 방열을 실현할 수 있다.

[산업 상의 이용 가능성]

본 발명은, 로봇암 등을 제조하는 산업에 있어서 이용 가능하다.

1: 로봇암
50: 구동 회로 기판
55: 제어 회로 기판
100: 구동 유닛

Claims

하우징(housing)을 구비한 로봇암으로서,
소정의 구동 전압을 가지는 교류 모터; 및
소정의 직류 전압을 출력하는 전원으로부터 출력되는 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 모터를 구동시키는 구동 회로를 탑재한 기판;
을 포함하고,
상기 기판은, 상기 하우징의 소정면에 면접촉하여 배치되어 있는,
로봇암.
제1항에 있어서,
상기 소정면은, 상기 하우징의 내면 상에 배치되어 있는, 로봇암.
제1항에 있어서,
상기 소정면은, 상기 하우징의 내주면으로부터 돌출되어 연장되는 볼록부 상에 형성되는, 로봇암.
제1항에 있어서,
상기 하우징은, 상기 교류 모터의 회전 중심축을 에워싸도록 상기 하우징의 내주면으로부터 돌출되어 연장되는 환형(環形) 볼록부를 구비하고,
상기 소정면은, 상기 환형 볼록부 상으로서 상기 교류 모터의 회전 중심축과 직교하는 면이며,
상기 기판은, 환형이며 상기 소정면에 면접촉하여 배치되는, 로봇암.
제1항에 있어서,
상기 기판의 상기 하우징과의 접촉면은 금속제인, 로봇암.
제5항에 있어서,
상기 기판의 상기 하우징과의 접촉면은 알루미늄 또는 알루미늄 합금제인, 로봇암.
제5항에 있어서,
상기 기판의 상기 하우징과의 접촉면은 구리 또는 구리 합금제인, 로봇암.
제1항에 있어서,
상기 기판의 상기 하우징과의 접촉면과 상기 소정면 사이에는 그리스(grease)가 개재(介在)되는, 로봇암.
제1항에 있어서,
상기 전원의 출력 전압은 50V 이하인, 로봇암.
제9항에 있어서,
상기 전원의 출력 전압은 24V 또는 48V인, 로봇암.
제1항에 있어서,
상기 하우징은, 금속제인, 로봇암.
제1항에 있어서,
상기 기판은, 그 내부에 금속제의 층형(層形) 코어 부재를 구비하는, 로봇암.
제1항에 있어서,
상기 로봇암은, 상기 로봇암의 신전(伸展) 시에 상기 교류 모터를 설치면에 대하여 수직으로 배치하고 상기 로봇암의 축 주위의 회전을 가능하게 하는 수직 관절 유닛과, 상기 로봇암의 신전 시에 상기 교류 모터를 상기 설치면에 대하여 수평으로 배치하고 상기 로봇암에 대하여 굴곡 동작을 가능하게 하는 수평 관절 유닛을 연결하여 구성된 다관절 로봇암이며,
상기 수평 관절 유닛은, 상기 모터를 내포하여 지지하는 하우징 부분으로 형성된 제1 하우징 공간과, 상기 제1 하우징 공간과 인접하여 배치된 하우징 부분으로 형성되고 상기 수평 관절 유닛의 하우징에 설치된 분리 가능한 커버부를 통해 액세스 가능한 제2 하우징 공간을 가지고,
상기 기판은, 상기 제2 하우징 공간의 내면에 면접촉하는, 로봇암.
제13항에 있어서,
상기 기판에 탑재된 상기 구동 회로는, 상기 수직 관절 유닛의 상기 교류 모터와, 상기 수평 관절 유닛의 상기 교류 모터를 구동시키는, 로봇암.
하우징을 구비한 로봇으로서,
소정의 구동 전압을 가지는 교류 모터; 및
직류 전압을 출력하는 전원으로부터 출력되는 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 모터를 구동시키는 구동 회로가 탑재되는 기판;
을 포함하고,
상기 기판은, 상기 하우징의 소정면에 면접촉하여 배치되어 있는,
로봇.