(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
支持体として機能し且つ導体部を有する構造機構と、前記構造機構を作動させるアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動電力及び/又は制御信号を供給する導電経路とを備える、ロボットの導電路構造であって、
前記導電経路は、前記構造機構の骨部と同一の部材である前記導体部により構成されている、ロボットの導電路構造。
前記構造機構は、相互間に絶縁材が介挿されて電気的に独立した導電経路となる複数の前記導体部としての導電性構造材が結合されて前記ロボットのアーム体を構成している、請求項1又は2に記載のロボットの導電路構造。
前記アーム体の前記導電経路は、電力供給源の出力を前記アクチュエータの駆動源である電動機に供給する電力供給用導体を構成している、請求項3に記載のロボットの導電路構造。
【発明を実施するための形態】
【0013】
図1を参照して、本発明の一実施形態としてのロボットの導電路構造について説明する。
図1は、本発明の一実施形態としてのロボットの導電路構造を示す概念図である。
図1のロボット1においては、基部10上に旋回胴である第1アーム体11が設置され、第1アーム体11の先に、第2アーム体12及び第3アーム体13がこの順に関節部を介して設けられ、第3アーム体13の先に、関節部を介してハンド14が設けられている。
【0014】
第1アーム体11、第2アーム体12及び第3アーム体13は、ロボット1における構造機構100を構成している。構造機構100には、上述のほか、基部10や後述する各関節部(21、22、23)が含まれる。
第1アーム体11と第2アーム体12との間の第1関節部21は、第1アクチュエータ31により作動する。同様に、第2アーム体12と第3アーム体13との間の第2関節部22は、第2アクチュエータ32により作動する。更に、第3アーム体13とハンド14との間の第3関節部23は、第3アクチュエータ33により作動する。
【0015】
本実施形態では、第1アクチュエータ31、第2アクチュエータ32及び第3アクチュエータ33は、何れも電動機を駆動源として構成される。即ち、第1アクチュエータ31は第1電動機41を駆動源とし、第2アクチュエータ32は第2電動機42を駆動源とし、第3アクチュエータ33は第3電動機43を駆動源としている。
既述の基部10には、制御装置2からケーブル3を通して各電動機の駆動電力及び所要の制御信号が供給される。
【0016】
本実施形態におけるロボット1は、人と作業エリアを共有して稼動する所謂協働ロボットであり、人との接触時の安全性を高めるため、第1アーム体11、第2アーム体12及び第3アーム体13の表面は、対応する第1被覆部材51、第2被覆部材52及び第3被覆部材53によってそれぞれ覆われている。
第1被覆部材51、第2被覆部材52及び第3被覆部材53は、何れも、絶縁性の柔軟な素材によるカバーである。このカバーは、耐熱性及び断熱性に優れた素材が適用されることが好ましい。
更に、第1関節部21、第2関節部22及び第3関節部23も、上述と同様のカバーで覆われている。
これらのカバーは、人との接触時の安全性を高めるため、表面に接触センサを有するものを適用し得る。
【0017】
本実施形態におけるロボット1は、第1アクチュエータ31、第2アクチュエータ32及び第3アクチュエータ33のそれぞれの駆動源である第1電動機41、第2電動機42及び第3電動機43へ電力を供給する導電経路を備えている。本実施形態では特に、これらの導電経路が上述した構造機構の導体部を兼用して構成されている。
【0018】
即ち、上述した構造機構は、支持体として機能し、複数の導体部を有する。「支持体として機能する」とは、仮に構造機構のみとした状態であっても十分な剛性を有し、いわゆる骨部として機能することである。詳述すると、構造機構は、複数の導体部としての導電性構造材が相互間に絶縁材を介して結合されたアーム体(第1、第2及び第3アーム体:11,12,13)を有している。これらのアーム体(第1、第2及び第3アーム体:11,12,13)は、各個の導電性構造材が電気的に独立した導電経路を構成している。
【0019】
これらの導電経路は、
図1において、模式的に破線で図示されている。
第1電動機41、第2電動機42及び第3電動機43へ電力を供給する導電経路として、第1群の導電経路61、第2群の導電経路62及び第3群の導電経路63がそれぞれ設けられる。図中の破線のとおり、第1群の導電経路61、第2群の導電経路62及び第3群の導電経路63は、各3本の導電性構造材が電気的に独立した導電経路を構成している。
【0020】
このため、第1アーム体11は、第1電動機41に給電する第1群の導電経路61、第2電動機42に給電する第2群の導電経路62、及び、第3電動機に給電する第3群の導電経路63を含み、少なくとも合計9本の導電性構造材が電気的に独立した導電経路を構成している。
【0021】
第2アーム体12は、第2電動機42に給電する第2群の導電経路62、及び、第3電動機に給電する第3群の導電経路63を含み、少なくとも合計6本の導電性構造材が電気的に独立した導電経路を構成している。
【0022】
第3アーム体13は、第3電動機43に給電する第3群の導電経路63を含み、少なくとも合計3本の導電性構造材が電気的に独立した導電経路を構成している。
【0023】
上述のように、アーム体(第1、第2及び第3アーム体:11,12,13)は、複数の導電性構造材が相互間に絶縁材を介して結合され、各個の導電性構造材が電気的に独立した導電経路を構成している。
このようなアーム体の構成を、次に、
図2を参照して説明する。
【0024】
図2は、
図1のロボット1の導電路構造におけるアーム体の一例を示す断面図である。
図2では、アーム体(第1、第2及び第3アーム体:11,12,13)のうち、代表的に第1アーム体11の例を表している。
図2に示されたとおり、第1アーム体11の断面は、全体として内部が中空で外部の輪郭が概略正方形を呈する。
第1アーム体11の外周側は、
図1を参照して既述の第1被覆部材51によって覆われている。第1アーム体11の内部には、構造体としてのロボットアームの骨部を構成する導体部が、概略正方形に配列されている。
【0025】
図2を参照すると、角部構造部材71、72、73、74が、第1アーム体11の骨部における概略正方形の構造部材の配列における四隅に位置してそれぞれ設けられている。角部構造部材71、72、73、74の断面は、図示の通り、4つとも概略同様の形状を呈している。代表的に、角部構造部材71の断面形状は、上記正方形の角部から相互に直角に一辺及び隣接辺に沿って各等しく所定幅延びた構造板部71a及び71bと、構造板部71a及び71bの各延長端縁から上記正方形の内側に向けてそれぞれ直角に折り曲がった2つの接合板部71c及び71dとを有する。
第1アーム体11の断面における2つの角部構造部材71及び72間には、第1群の導電経路61を構成する3つの導電性構造部材611、612、613の集合体が配置されている。即ち、この集合体が2つの角部構造部材71、72間を繋ぐ構造部材をなしている。
【0026】
導電性構造部材611、612、613は、略同様の形状及び寸法を有する。代表的に、導電性構造部材611の断面形状は、上記正方形の一辺に沿う所定幅の構造板部611aと、構造板部611aの両端縁から上記正方形の内側に向けてそれぞれ直角に折り曲がった2つの接合板部611b及び611cとを有する。
導電性構造部材611、612、613においては、一列に並んだ集合体における、相互に対向する接合板部が、絶縁性の構造用接着剤650により接合されている。更に、この集合体の両端に位置する接合板部が、対応する角部構造部材71、72それぞれの接合板部と絶縁性の構造用接着剤650により、接合されている。
尚、
図2においては、一部の構造用接着剤650について、代表的に符号を付しているが、上述の接合板部どうしの接合には、何れも同様に、絶縁性の構造用接着剤が用いられている。
【0027】
第1アーム体11の骨部における上述の2つの角部構造部材71及び72間の構造は、角部構造部材72及び73間、角部構造部材73及び74間、及び、角部構造部材74及び71間についても同様である。
即ち、角部構造部材72及び73間には、第2群の導電経路62を構成する3つの導電性構造部材621、622、623の集合体が配置され、この集合体が2つの角部構造部材72、73間を繋ぐ構造部材をなしている。3つの導電性構造部材621、622、623の相互間、及び、この集合体と両角部構造部材72、73間が絶縁性の構造用接着剤650により接合されている点も、上述の両角部構造部材71、72間と同様である。
【0028】
また、角部構造部材73及び74間には、第3群の導電経路63を構成する3つの導電性構造部材631、632、633の集合体が配置され、この集合体が2つの角部構造部材73、74間を繋ぐ構造部材をなしている。3つの導電性構造部材631、632、633の相互間、及び、この集合体と両角部構造部材73、74間が絶縁性の構造用接着剤650により接合されている点も、上述の両角部構造部材71、72間と同様である。
【0029】
更に、角部構造部材74及び71間には、第4群の導電経路64を構成する3つの導電性構造部材641、642、643の集合体が配置され、この集合体が2つの角部構造部材74、71間を繋ぐ構造部材をなしている。3つの導電性構造部材641、642、643の相互間、及び、この集合体と両角部構造部材74、71間が絶縁性の構造用接着剤650により接合されている点も、上述の両角部構造部材71、72間と同様である。
【0030】
本実施形態においては、第1群の導電経路61を構成する導電性構造部材611、612、613、第2群の導電経路62を構成する導電性構造部材621、622、623、第3群の導電経路63を構成する導電性構造部材631、632、633、及び、第4群の導電経路64を構成する導電性構造部材641、642、643には、何れも、例えば、イ号アルミ合金線(JEC−3405−2010)に相当するような、電線として適合する程に導電性が高く、且つ、機械強度にも優れた金属材料が適用されることが好ましい。
また、角部構造部材71、72、73、74の全て、或いは、一部についても、上述と同様の金属材料が適用され得る。
【0031】
第1アーム体11について、
図2の断面図を参照して説明した各角部構造部材71、72、73、74、及び、各導電性構造部材611〜613、621〜623、631〜633、641〜643は、長手方向には、第1アーム体11の略全長に対応する長さを有する。
図1を参照して説明した第2アーム体12及び第3アーム体13も、
図2の断面図を参照して説明した第1アーム体11と略同様の構成を採り得る。
【0032】
しかしながら、第2アーム体12においては、既述の第1アーム体11における第1群の導電経路61の導電性構造部材に代えて、導電性の低い強度部材を用いた構成を採り得る。また、第3アーム体13においては、既述の第1アーム体11における第1群の導電経路61及び第2群の導電経路62の導電性構造部材に代えて、導電性の低い強度部材を用いた構成を採り得る。
【0033】
また、第2アーム体12において、第1アーム体11における第1群の導電経路61よりも導電性構造部材の数が少ない構成を採る場合には、第1アーム体11の第1群の導電経路61を構成している導電性構造部材611、612、613を設けずに、両角部構造部材71、72間に連なって両者を一体的に結ぶ板状の構造部材を用いるようにしてもよい。
【0034】
第3アーム体13において、第1アーム体11における第1群の導電経路61よりも導電性構造部材の数が少ない構成を採る場合には、第2アーム体12について上述したところと同様に板状の構造部材を用いるのに加え、更に、第1アーム体11の第2群の導電経路62を構成している導電性構造部材621、622、623を設けずに、両角部構造部材72、73間に連なって両者を一体的に結ぶ板状の構造部材を用いるようにしてもよい。
【0035】
一方、第2アーム体12及び第3アーム体13も、第1アーム体11と同様の構成を採り、実際に導電経路として有効に用いる導電性構造部材のみに電気配線を接続するような構成を採ることもできる。
【0036】
また、
図1の基部10内でケーブル3の導体端部がつなぎ込まれた各端子(不図示)から、第1アーム体11の第1群の導電経路61における導電性構造部材611、612、613への電気的接続は、フレキシブルなボンディングワイヤを用いて適切に行うことができる。
同様に、第1アーム体11の第2群の導電経路における導電性構造部材621、622、623、及び、第3群の導電経路における導電性構造部材631、632、633から、第2アーム体12の対応する導電経路における導電性構造部材への電気的接続も、フレキシブルなボンディングワイヤを用いて適切に行うことができる。
更に、第2アーム体12及び第3アーム体13における対応する双方の導電経路におけるそれぞれ対応する導電性構造部材間の電気的接続も、フレキシブルなボンディングワイヤを用いて適切に行うことができる。
【0037】
上述の第1アーム体11、第2アーム体12、及び、第3アーム体13において、それらの導電性構造部材相互間は、絶縁性の構造用接着剤650によって絶縁されて、それぞれの導電性構造部材が電気的に独立した導電路を構成している。また、第1アーム体11、第2アーム体12、及び、第3アーム体13の外周側は絶縁性の柔軟な素材によるカバーである第1被覆部材51、第2被覆部材52及び第3被覆部材53で覆われているため外部と適切に絶縁される。尚、第1被覆部材51、第2被覆部材52及び第3被覆部材53内は、内部に部分的な空洞を設け、ボンディングワイヤの挿通スペースに利用したり、緩衝材としての機能を高めたりするように構成してもよい。
【0038】
図2を参照して説明した導電経路のうち、第1群の導電経路61、第2群の導電経路62、及び、第3群の導電経路63は、対応する第1電動機41、第2電動機42、及び、第3電動機43それぞれに駆動用電力を供給するために用いられる。これに対し、第4群の導電経路64は、制御信号を供給するために用いられるものであり、電動機の駆動制御方式によっては特に必要とされない。第4群の導電経路64を用いる場合の一例については、後に、
図4及び
図5を参照して説明する。
【0039】
次に、
図1及び
図2を参照して説明したロボット1の導電路構造について、導電路の電気的構成を説明する。ロボット1の第1アーム体11、第2アーム体12、及び、第3アーム体13における導電路構造において、対応する第1電動機41、第2電動機、及び、第3電動機43それぞれへの導電経路は、相似的である。このため、代表的に、ロボット1の第1アーム体11における第1電動機41への導電路構造について説明する。
【0040】
図3は、
図1のロボットの導電路構造によりアクチュエータの駆動源である電動機に電力を供給する場合の一例を示す電気系統図である。
図3において、制御装置2は、三相交流電源4から供給される交流電力を、制御部201の管理下でコンバータ202により一旦直流電力に変換した後、次段のインバータ203によって所要の周波数及び電圧の交流電力に変換する。この交流電力は、ケーブル3を通して第1アーム体11の既述の第1群の導電経路61における導電性構造部材611、612、613を通して第1電動機41に供給される。
【0041】
図4は、
図1のロボットの導電路構造によりアクチュエータの駆動源である電動機に電力を供給する場合の他の例を示す電気系統図である。
図4において、
図3との相違点は、インバータ203が第1電動機41側に設けられており、コンバータ202の出力であるDCリンク電圧と制御信号とがインバータ203に供給される点である。
即ち、制御装置2aは、三相交流電源4から供給される交流電力を制御部201aの管理下でコンバータ202により直流に変換して得たDCリンク電圧を、ケーブル3を通し、更に第1アーム体11の既述の第1群の導電経路61における導電性構造部材611及び612を通して、インバータ203に供給する。
また、これと共に、制御部201aの出力である制御信号を、ケーブル3を通し、更に
図2を参照して既述の第4群の導電経路のうちの1つの導電性構造部材641を通して、インバータ203の制御端子に供給する。
これにより、インバータ203で所要の周波数及び電圧の交流に変換された電力は、第1電動機41に供給される。
【0042】
図5は、
図1のロボットの導電路構造によりアクチュエータの駆動源である電動機に電力を供給する場合の更に他の例を示す電気系統図である。
図5において、
図3との相違点は、コンバータ202及びインバータ203とも第1電動機41側に設けられている点である。
この場合、制御装置2bは、ケーブル3及び既述の第1群の導電経路61における導電性構造部材611、612、613を通して、コンバータ202に交流電力を供給する。また、これと共に、制御装置2bは、
図3の制御部201のように機能してコンバータ202及びインバータ203への制御信号を供給する。
制御信号の供給は、
図2を参照して既述の第4群の導電経路のうちの1つの導電性構造部材641を通して、
図6を参照して後述するように行われる。
上述のようにして制御信号に応じて作動するコンバータ202及びインバータ203により所要の周波数及び電圧の交流に変換された電力は、第1電動機41に供給される。
【0043】
図6は、
図1のロボットの導電路構造における制御信号の系統図であり、特に、
図2にける第4群の導電経路64の導電性構造部材641、642、643を用いて制御信号をシリアル通信で伝送する場合について例示している。
図6では、
図5におけるコンバータ202及びインバータ203で構成される電力変換回路(
図6では不図示)に対して、信号変換回路251から制御信号が供給される。この信号変換回路251の出力信号に応じた態様で上述の電力変換回路が作動し、第1電動機41に駆動電力が供給される。
同様に、第2電動機42に駆動電力を供給する電力変換回路に対して、信号変換回路252が設けられている。第3電動機43に駆動電力を供給する電力変換回路に対して、信号変換回路253が設けられている。
即ち、既述の
図5では、代表的に、制御装置2bから第1電動機41(コンバータ202及びインバータ203でなる電力変換回路)に制御信号が供給される場合を示した。これに対して、
図6のとおり、第2電動機42及び第3電動機43の各電力変換回路に対しても、それぞれ同様に信号変換回路252及び253から、制御信号が供給される。
【0044】
詳細には、第1電動機41に駆動電力を供給する電力変換回路(
図5のコンバータ202及びインバータ203でなる電力変換回路)に対応する信号変換回路251には、
図2の第4群の導電経路の3つの導電性構造部材のうちの1つの導電性構造部材641を通して、制御信号が供給される。
また、第2電動機42に駆動電力を供給する電力変換回路(不図示)に対応する信号変換回路252には、
図2の第4群の導電経路の3つの導電性構造部材のうちの他の1つの導電性構造部材642を通して、制御信号が供給される。
更に、第3電動機43に駆動電力を供給する電力変換回路(不図示)に対応する信号変換回路253には、
図2の第4群の導電経路の3つの導電性構造部材のうちの更に他の1つの導電性構造部材643を通して、制御信号が供給される。
【0045】
この場合、信号線として用いる3つの導電性構造部材641、642、643に対するコモン線には、例えば、
図2における4つの導電性の角部構造部材のうちの1つの角部構造部材71を適用することが出来る。
これにより、制御装置2bからのシリアル信号である各制御信号は、3つの導電性構造部材641、642、643を通して、それぞれ対応する信号変換回路251、252、253に供給される。そして、第1電動機41、第2電動機42、及び、第3電動機43に対する適切な制御が行われる。
【0046】
以上、各実施形態についての詳述から明らかな通り、本発明によれば、支持体として機能し且つ導体部(導電性構造部材611、612、613、導電性構造部材621、622、623、導電性構造部材631、632、633、導電性構造部材641、642、643)を有する構造機構100と、構造機構100を作動させるアクチュエータ(31、32、33)と、アクチュエータ(31、32、33)に駆動電力及び/又は制御信号を供給する導電経路(61、62、63、64)とを有するロボットの導電路構造であって、導電経路(61、62、63、64)は、構造機構100(第1〜第3アーム体:11、12、13)の導体部を兼用して構成している。このため、別途の電力供給ケーブル等を用いずに、導電経路の構成が簡素化されたロボットの導電路構造を実現することができる。
【0047】
尚、本発明は既述の実施形態には限定されるものではなく、種々、変更して実施可能である。例えば、
図2を参照して説明した実施形態では、ロボットのアーム体(第1アーム体11)は、断面形状が概略正方形のものとしたが、断面形状はこれに限られず、円形としてもよい。その他、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良も本発明に含まれる。