特開 2023-167377 ロボットアーム及びロボットアーム制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023167377

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】ロボットアーム及びロボットアーム制御システム

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20231116BHJP

   B25J 13/00 20060101ALI20231116BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 Z

B25J13/00 Z

H02J7/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022078523

(22)【出願日】2022-05-12

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003166

【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上野 弘人

【テーマコード（参考）】

3C707

5G503

【Ｆターム（参考）】

3C707AS01

3C707BS12

3C707BT05

3C707CT05

3C707CV08

3C707CW08

3C707CY06

3C707CY12

3C707DS01

3C707ES01

3C707HS27

3C707JS06

3C707KS37

3C707LV21

3C707MT11

5G503AA07

5G503BA01

5G503BB01

5G503CA10

5G503DA08

5G503GD03

5G503GD06

(57)【要約】

【課題】駆動源で発生する回生電力によるロボットアームの電圧上昇を抑制する。
【解決手段】ロボットアーム（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）は、第１リンク（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６）と、第１リンクに対して移動可能な第２リンク（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６）と、電力の供給を受けて、第１リンクに対して第２リンクを駆動する駆動源（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ）と、第１リンクに保持されて、駆動源からの回生電力を消費するために回生電力が入力される回生電力消費回路（２１）と、を備えた。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１リンクと、
前記第１リンクに対して移動可能な第２リンクと、
電力の供給を受けて、前記第１リンクに対して前記第２リンクを駆動する駆動源と、
前記第１リンクに保持されて、前記駆動源からの回生電力を消費するために回生電力が入力される回生電力消費回路と、を備えた
ことを特徴とするロボットアーム。

【請求項2】

前記駆動源は、第１駆動源であり、
前記回生電力消費回路は、第１回生電力消費回路であり、
前記第２リンクに対して移動可能な第３リンクと、
電力の供給を受けて、前記第２リンクに対して前記第３リンクを駆動する第２駆動源と、
前記第１リンク、前記第２リンク及び前記第３リンクのいずれかに保持されて、前記第２駆動源からの回生電力を消費するために回生電力が入力される第２回生電力消費回路と、を備えた
ことを特徴とする請求項１記載のロボットアーム。

【請求項3】

前記第１回生電力消費回路と前記第２回生電力消費回路とは、互いに電気的に接続されており、
前記第１駆動源からの回生電力を、前記第１回生電力消費回路及び前記第２回生電力消費回路のいずれの回生電力消費回路で消費するかを切替え可能である
ことを特徴とする請求項２記載のロボットアーム。

【請求項4】

前記第１駆動源の制御内容に基づいて、前記第１駆動源からの回生電力を、前記第１回生電力消費回路及び前記第２回生電力消費回路のいずれの回生電力消費回路で消費するかを切替え可能である
ことを特徴とする請求項３記載のロボットアーム。

【請求項5】

前記第１駆動源及び前記第２駆動源の少なくとも一方からの回生電力に基づく温度上昇を検知可能な温度センサを備え、
前記温度センサの検知結果に基づいて、前記第１駆動源からの回生電力を、前記第１回生電力消費回路及び前記第２回生電力消費回路のいずれの回生電力消費回路で消費するかを切替え可能である
ことを特徴とする請求項３記載のロボットアーム。

【請求項6】

電力が供給されていない状態で前記第１リンクの前記第２リンクに対する移動を制限し、電力が供給されている状態で前記第１リンクの前記第２リンクに対する移動を許容する移動制限部を備え、
前記回生電力消費回路は、入力された前記駆動源からの回生電力を前記移動制限部に供給する
ことを特徴とする請求項１記載のロボットアーム。

【請求項7】

前記回生電力消費回路は、前記移動制限部に供給する回生電力の電圧を調整する電圧調整部を有する
ことを特徴とする請求項６記載のロボットアーム。

【請求項8】

請求項２乃至７のいずれか１項記載のロボットアームと、
ケーブルと、
前記ケーブルによって前記ロボットアームと電気的に接続され、前記駆動源を制御する制御部と、前記駆動源に電力を供給する電力供給部と、を有する制御装置と、を備えた
ことを特徴とするロボットアーム制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ロボットアーム及びロボットアーム制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電力供給装置から供給される電力により、各回転軸を駆動するロボットアームが開示されている（特許文献１参照）。このロボットアームは、各回転軸の減速動作する際に、回転軸に設けられたサーボモータが発電機として動作して、回生電力を発生させる。また、このロボットアームは、発生した回生電力を回収して電力供給装置で蓄積することで、サーボモータを駆動するための電力として再利用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－２２６８７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ロボットアームを駆動する駆動源からの回生電力を消費するために回生電力が入力される回生電力消費回路がロボットアームの外部に設けられ、ロボットアームと当該回生電力入力部とがケーブルで接続されている場合、当該ケーブル自体の抵抗によってロボットアーム側の電圧が上昇する。このような場合、回生電力の発生によるロボットアーム側の電圧上昇を考慮した部品選定が必要となり、ロボットアームのコストアップ要因になる。

【0005】

本開示は、上記課題を解決するものであって、回生電力によるロボットアームの電圧上昇を抑制することができるロボットアーム及びロボットアーム制御システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係るロボットアームは、第１リンクと、第１リンクに対して移動可能な第２リンクと、電力の供給を受けて、第１リンクに対して第２リンクを駆動する駆動源と、第１リンクに保持されて、駆動源からの回生電力を消費するために回生電力が入力される回生電力消費回路と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、上記のように構成したので、例えば、ロボットアームと、ロボットアームの外部に設けられた回生電力消費回路と、がケーブルで接続されている場合と比較して、回生電力によるロボットアームの電圧上昇を抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係るロボットアーム制御システムの構成を示す外観図。

【図2】実施の形態１に係るロボットアーム制御システムの構成を示す配線図。

【図3】実施の形態１に係る回生回路を示す回路図。

【図4】実施の形態２に係るロボットアーム制御システムの構成を示す配線図。

【図5】実施の形態３に係るロボットアーム制御システムの構成を示す配線図。

【図6】実施の形態４に係るロボットアーム制御システムの構成を示す配線図。

【図7】実施の形態４に係るドライバ回路及びブレーキを示す回路図。

【図8】実施の形態４に係るドライバ回路からブレーキへの出力電圧を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示に係る実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
まず、図１を参照して、実施の形態１に係るロボットアーム制御システム１００Ａの概略構成について説明する。図１は、実施の形態１に係るロボットアーム制御システム１００Ａの構成を示す外観図である。ロボットアーム制御システム１００Ａは、コントローラ１Ａと、コントローラ１Ａによって制御されるロボットアーム２Ａと、コントローラ１Ａとロボットアーム２Ａとを電気的に接続するケーブル３と、を備えている。

【0010】

ロボットアーム２Ａは、互いに相対移動可能な複数のリンクを備えている。例えば、ロボットアーム２Ａは、互いに相対移動可能な複数のリンクを備えている多関節のロボットアームである。具体的には、ロボットアーム２Ａは、リンクＬ１と、リンクＬ１に対して移動可能に支持されているリンクＬ２と、リンクＬ２に対して移動可能に支持されているリンクＬ３と、リンクＬ３に対して移動可能に支持されているリンクＬ４と、リンクＬ４に対して移動可能に支持されているリンクＬ５と、リンクＬ５に対して移動可能に支持されているリンクＬ６と、リンクＬ６に対して移動可能に支持されているエンドエフェクタＥ１と、を備えている。また、ロボットアーム２Ａは、リンクＬ１とリンクＬ２との間に関節Ｊ１が、リンクＬ２とリンクＬ３との間に関節Ｊ２が、リンクＬ３とリンクＬ４との間に関節Ｊ３が、リンクＬ４とリンクＬ５との間に関節Ｊ４が、リンクＬ５とリンクＬ６との間に関節Ｊ５が、リンクＬ６とエンドエフェクタＥ１との間に関節Ｊ６が、それぞれ形成されて、６軸のロボットアームとして構成されている。また、例えば、リンクＬ１は、ロボットアーム２Ａを支持する支持台に固定されている。なお、リンクＬ１は、実施の形態１において、第１リンクを構成し、リンクＬ２は、実施の形態１において、第２リンクを構成する。

【0011】

次に、図２を参照して、ロボットアーム制御システム１００Ａの詳細について説明する。図２は、実施の形態１に係るロボットアーム制御システム１００Ａの構成を示す配線図である。図２に示すように、コントローラ１Ａは、ロボットアーム２Ａを制御する制御部１１と、ロボットアーム２Ａに電力を供給する電源１２と、を有している。例えば、制御部１１は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等により実現される。制御部１１は、ロボットアーム２Ａのドライバ回路へ制御信号を出力することで、ドライバ回路を介してロボットアーム２Ａのモータを制御する。ドライバ回路及びモータの詳細は、後述する。なお、コントローラ１Ａは、実施の形態１において、制御装置を構成し、電源１２は、実施の形態１において、電力供給部を構成する。

【0012】

ロボットアーム２Ａは、電源１２から電力の供給を受けて各関節を駆動するための複数のモータと、制御部１１からの制御信号に基づいて複数のモータのそれぞれを駆動させる複数のドライバ回路と、複数のモータからの回生電力を消費するために回生電力が入力される回生回路２１と、を有している。例えば、ロボットアーム２Ａは、リンクＬ１に対してリンクＬ２を駆動するモータ２３ｆ、モータ２３ｆを駆動させるドライバ回路２２ｆ、リンクＬ２に対してリンクＬ３を駆動するモータ２３ｅ、モータ２３ｅを駆動させるドライバ回路２２ｅ、リンクＬ３に対してリンクＬ４を駆動するモータ２３ｄ、モータ２３ｄを駆動させるドライバ回路２２ｄ、リンクＬ４に対してリンクＬ５を駆動するモータ２３ｃ、モータ２３ｃを駆動させるドライバ回路２２ｃ、リンクＬ５に対してリンクＬ６を駆動するモータ２３ｂ、モータ２３ｂを駆動させるドライバ回路２２ｂ、リンクＬ６に対してエンドエフェクタＥ１を駆動するモータ２３ａ、及びモータ２３ａを駆動させるドライバ回路２２ａを有している（図１参照）。なお、モータ２３ｆは、実施の形態１において、駆動源及び第１駆動源を構成し、モータ２３ｅは、実施の形態１において、第２駆動源を構成する。

【0013】

回生回路２１は、直接又は間接的にモータ２３ａ～２３ｆとケーブルによって電気的に接続されている。このため、モータ２３ａ～２３ｆのいずれかのモータで回生電力が発生し、回生電力の電圧が電源１２の電圧（以下「電源１２の電圧」を「電源電圧」ともいう。）を超えると、当該モータからの回生電力が回生回路２１に入力される。言い換えると、モータ２３ａ～２３ｆのいずれかのモータで回生電力が発生し、回生電力の電圧が電源電圧を超えると、回生電力による電流（以下「回生電力による電流」を「回生電流」ともいう。）が回生回路２１に流れる。また、言い換えると、モータ２３ａ～２３ｆの全てのモータは、回生電力の電圧が電源電圧を超えると、回生電力を回生回路２１に入力する。

【0014】

例えば、回生回路２１は、コントローラ１Ａとケーブル３によって電気的に接続され、ドライバ回路２２ｆは、回生回路２１とケーブルによって電気的に接続され、ドライバ回路２２ｅは、ドライバ回路２２ｆとケーブルによって電気的に接続され、ドライバ回路２２ｄは、ドライバ回路２２ｅとケーブルによって電気的に接続され、ドライバ回路２２ｃは、ドライバ回路２２ｄとケーブルによって電気的に接続され、ドライバ回路２２ｂは、ドライバ回路２２ｃとケーブルによって電気的に接続され、ドライバ回路２２ａは、ドライバ回路２２ｂとケーブルによって電気的に接続されている。言い換えると、ドライバ回路２２ａ～２２ｆ及び回生回路２１は、互いにケーブルによって直列的に接続されている。なお、回生回路２１は、実施の形態１において、回生電力消費回路を構成する。

【0015】

また、例えば、モータ２３ａ～２３ｆは、ドライバ回路２２ａ～２２ｆのうち対応するドライバ回路を介して回生回路２１に接続されている。このように構成されている場合、モータ２３ａ～２３ｆのいずれかのモータが駆動中に当該モータへの電力供給が停止して、当該モータが減速する際、当該モータで回生電力が発生すると、ドライバ回路２２ａ～２２ｆのいずれか１つ又は複数のドライバ回路を介して、回生電力が回生回路２１に入力される。回生回路２１は、入力された回生電力を消費する。例えば、回生回路２１は、入力された回生電力を熱エネルギーに変換することで消費する。

【0016】

回生回路２１、ドライバ回路２２ａ～２２ｆ及びモータ２３ａ～２３ｆは、ロボットアーム２Ａの内部に配置されており、それぞれリンクＬ１～Ｌ６のいずれかに保持されている。例えば、回生回路２１、ドライバ回路２２ｆ及びモータ２３ｆは、リンクＬ１に保持されており、ドライバ回路２２ｅ及びモータ２３ｅは、リンクＬ２に保持されており、ドライバ回路２２ｄ及びモータ２３ｄは、リンクＬ３に保持されており、ドライバ回路２２ｃ及びモータ２３ｃは、リンクＬ４に保持されており、ドライバ回路２２ｂ及びモータ２３ｂは、リンクＬ５に保持されており、ドライバ回路２２ａ及びモータ２３ａは、リンクＬ６に保持されている。

【0017】

次に、図３を参照して、回生回路２１について説明する。図３は、実施の形態１に係る回生回路２１を示す回路図である。図３に示すように、回生回路２１は、電源電圧の変化を検出する電圧検出回路Ｃ１と、回生抵抗Ｒ１と、を有している。電圧検出回路Ｃ１は、モータ２３ａ～２３ｆのいずれかのモータからの回生電力が入力されて、供給される電圧が電源電圧よりも上昇したことを検知すると、回生電流が回生抵抗Ｒ１に流れるように回生回路２１の回路を切替える。回生回路２１は、回生電力を回生抵抗Ｒ１で熱エネルギーに変換することによって、ケーブル３（図２参照）を介さずに回生電力を消費する。なお、回生回路２１と、モータ２３ａ～２３ｆのうち回生回路２１との間の経路長が最も短いモータであるモータ２３ｆと、の間の経路は、ケーブル３の長さよりも短いことが望ましい。また、回生回路２１は、回生電力を消費することによって発生する熱を発散しやすくするため、ヒートシンク又はロボットアーム２Ａの外装カバーと機械的に接続されていることが望ましい。

【0018】

以上、実施の形態１に係るロボットアーム２Ａは、リンクＬ１と、リンクＬ１に対して移動可能なリンクＬ２と、電力の供給を受けてリンクＬ１に対してリンクＬ２を駆動するモータ２３ｆと、リンクＬ１に保持されて、モータ２３ｆからの回生電力を消費するために回生電力が入力される回生回路２１と、を備えている。このように構成されていることにより、実施の形態１に係るロボットアーム２Ａは、例えば、ロボットアームと、ロボットアームの外部に設けられた回生回路と、がケーブルで接続されている場合と比較して、回生電力を発生させるモータと回生回路との間のケーブルを短くすることが可能になるので、ケーブル自体の抵抗によるロボットアーム２Ａの電圧上昇を抑制することが可能になる。

【0019】

また、これにより、実施の形態１に係るロボットアーム２Ａは、ケーブルを太くする、一般的なケーブルと比較して抵抗値の低い材料を使用したケーブルを使用する等、ケーブルの抵抗を抑制する対応が不要となり、部品選択の自由度の向上、及びコストアップの抑制が可能になる。また、実施の形態１に係るロボットアーム２Ａにおいて、回生回路２１がドライバ回路を介してモータと接続されている場合、ドライバ回路の電圧上昇を抑制することが可能になるので、ドライバ回路に使用する部品における部品選択の自由度の向上、及びコストアップの抑制が可能になる。

【0020】

なお、実施の形態１において、回生回路２１は、入力された回生電力を回生抵抗Ｒ１で熱エネルギーに変換することによって消費するように構成されているが、これに限定されない。回生回路は、入力された回生電力を何らかの手段によって消費するように構成されていればよく、例えば、回生回路は、回生電力を回生回路が有する蓄電池に入力して回生電力を化学エネルギーに変換することによって消費するように構成されていてもよいし、回生電力をロボットアーム２Ａの駆動や制御を行うために消費するように構成されていてもよい。

【0021】

また、実施の形態１において、回生回路２１は、ケーブルによってコントローラ１Ａ及びドライバ回路２２ｆと接続されているが、これに限定されない。回生回路は、モータ２３ａ～２３ｆからの回生電力が入力されるように構成されていればよく、例えば、図示しない１枚のプリント配線板が回生回路とドライバ回路とを共に有していてもよいし、回生回路がドライバ回路を介してコントローラと間接的に接続されていてもよいし、ドライバ回路がコントローラに設けられていてもよい。

【0022】

また、実施の形態１において、回生回路２１は、モータ２３ａ～２３ｆの全てのモータからの回生電力が入力されるように構成されているが、これに限定されない。回生回路は、複数のモータのうち少なくとも１つのモータからの回生電力が入力されるように構成されていればよく、例えば、回生回路は、１つのモータのみから回生電力が入力されるように構成されていてもよいし、ロボットアームが複数のモータのそれぞれに対応する複数の回生回路を有していてもよい。

【0023】

実施の形態２．
次に、図４を参照して、実施の形態２に係るロボットアーム制御システム１００Ｂについて説明する。実施の形態２に係るロボットアーム制御システム１００Ｂは、実施の形態１に係るロボットアーム制御システム１００Ａと比較して、複数の回生回路を備えている点が異なるが、他の構成については同様であり、実施の形態１と同様の構成については、同一の名称又は同一の符号を付して説明を省略する。

【0024】

図４は、実施の形態２に係るロボットアーム制御システム１００Ｂの構成を示す配線図である。図４に示すように、実施の形態２に係るロボットアーム制御システム１００Ｂは、コントローラ１Ａと、コントローラ１Ａによって制御されるロボットアーム２Ｂと、コントローラ１Ａとロボットアーム２Ｂとを電気的に接続するケーブル３と、を備えている。

【0025】

ロボットアーム２Ｂは、電源１２から電力の供給を受けて各関節を駆動するための複数のモータと、制御部１１からの制御信号に基づいて複数のモータのそれぞれを駆動させる複数のドライバ回路と、複数のモータからの回生電力を消費するために回生電力が入力される複数の回生回路と、を有している。例えば、複数の回生回路は、複数のモータのそれぞれに対応して設けられており、各モータからの回生電力が互いに異なる回生回路に入力されるように構成されている。

【0026】

例えば、ロボットアーム２Ｂは、モータ２３ｆ、ドライバ回路２２ｆ、モータ２３ｆからの回生電力が入力される回生回路２１ｆ、モータ２３ｅ、ドライバ回路２２ｅ、モータ２３ｅからの回生電力が入力される回生回路２１ｅ、モータ２３ｄ、ドライバ回路２２ｄ、モータ２３ｄからの回生電力が入力される回生回路２１ｄ、モータ２３ｃ、ドライバ回路２２ｃ、モータ２３ｃからの回生電力が入力される回生回路２１ｃ、モータ２３ｂ、ドライバ回路２２ｂ、モータ２３ｂからの回生電力が入力される回生回路２１ｂ、モータ２３ａ、ドライバ回路２２ａ、及びモータ２３ａからの回生電力が入力される回生回路２１ａを有している（図１参照）。なお、回生回路２１ａ～２１ｆのそれぞれの構成は、実施の形態１に係る回生回路２１と同様であるため、説明を省略する。

【0027】

回生回路２１ａ～２１ｆは、それぞれ直接又は間接的に対応するモータ２３ａ～２３ｆとケーブルによって電気的に接続されている。このため、モータ２３ａ～２３ｆのいずれかのモータで回生電力が発生し、回生電力の電圧が電源電圧を超えると、当該モータからの回生電力が回生回路２１ａ～２１ｆのうち対応する回生回路に入力される。

【0028】

例えば、回生回路２１ｆは、コントローラ１Ａとケーブル３によって電気的に接続され、回生回路２１ｆは、回生回路２１ｅとケーブルによって電気的に接続され、回生回路２１ｅは、回生回路２１ｄとケーブルによって電気的に接続され、回生回路２１ｄは、回生回路２１ｃとケーブルによって電気的に接続され、回生回路２１ｃは、回生回路２１ｂとケーブルによって電気的に接続され、回生回路２１ｂは、回生回路２１ａとケーブルによって電気的に接続されている。また、例えば、回生回路２１ａ～２１ｆは、それぞれドライバ回路２２ａ～２２ｆのうち対応するドライバ回路を介して、モータ２３ａ～２３ｆのうち対応するモータと接続されている。なお、回生回路２１ｆは、実施の形態２において、第１回生電力消費回路を構成し、回生回路２１ｅは、実施の形態２において、第２回生電力消費回路を構成する。

【0029】

回生回路２１ａ～２１ｆ、ドライバ回路２２ａ～２２ｆ及びモータ２３ａ～２３ｆは、ロボットアーム２Ｂの内部に配置されており、それぞれリンクＬ１～Ｌ６のいずれかに保持されている。例えば、回生回路２１ｆ、ドライバ回路２２ｆ及びモータ２３ｆは、リンクＬ１に保持されており、回生回路２１ｅ、ドライバ回路２２ｅ及びモータ２３ｅは、リンクＬ２に保持されており、回生回路２１ｄ、ドライバ回路２２ｄ及びモータ２３ｄは、リンクＬ３に保持されており、回生回路２１ｃ、ドライバ回路２２ｃ及びモータ２３ｃは、リンクＬ４に保持されており、回生回路２１ｂ、ドライバ回路２２ｂ及びモータ２３ｂは、リンクＬ５に保持されており、回生回路２１ａ、ドライバ回路２２ａ及びモータ２３ａは、リンクＬ６に保持されている。

【0030】

以上、実施の形態２に係るロボットアーム２Ｂは、リンクＬ１と、リンクＬ１に対して移動可能なリンクＬ２と、電力の供給を受けてリンクＬ１に対してリンクＬ２を駆動するモータ２３ｆと、リンクＬ１に保持されて、モータ２３ｆからの回生電力を消費するために回生電力が入力される回生回路２１ｆと、リンクＬ２に対して移動可能なリンクＬ３と、電力の供給を受けてリンクＬ２に対してリンクＬ３を駆動するモータ２３ｅと、リンクＬ２に保持されて、モータ２３ｅからの回生電力を消費するために回生電力が入力される回生回路２１ｅと、を備えている。このように構成されていることにより、実施の形態２に係るロボットアーム２Ｂは、例えば、モータからの回生電力を互いに異なるリンクに保持された複数の回生回路に分散させて消費することが可能になるので、ロボットアーム２Ｂの電圧上昇を抑制することが可能になる。

【0031】

また、実施の形態２に係るロボットアーム２Ｂにおいて、回生回路２１ａ～２１ｆが、それぞれドライバ回路２２ａ～２２ｆのうち対応するドライバ回路を介して、モータ２３ａ～２３ｆのうち対応するモータと接続されている場合、それぞれ対応する回生回路、ドライバ回路及びモータを互いに近傍に配置することで、各回生回路２１ａ～２１ｆと対応するモータ２３ａ～２３ｆとの間のケーブルを短くすることが可能になり、ロボットアーム２Ｂの電圧上昇を抑制することが可能になる。

【0032】

実施の形態３．
次に、図５を参照して、実施の形態３に係るロボットアーム制御システム１００Ｃについて説明する。実施の形態３に係るロボットアーム制御システム１００Ｃは、実施の形態２に係るロボットアーム制御システム１００Ｂと比較して、コントローラによって複数の回生回路の有効状態と無効状態とを切替える点が異なるが、他の構成については同様であり、実施の形態２と同様の構成については、同一の名称又は同一の符号を付して説明を省略する。

【0033】

図５は、実施の形態３に係るロボットアーム制御システム１００Ｃの構成を示す配線図である。図５に示すように、実施の形態３に係るロボットアーム制御システム１００Ｃは、コントローラ１Ｃと、コントローラ１Ｃによって制御されるロボットアーム２Ｃと、コントローラ１Ｃとロボットアーム２Ｃとを電気的に接続するケーブル３と、を備えている。

【0034】

コントローラ１Ｃは、ロボットアーム２Ｃを制御する制御部１１と、ロボットアーム２Ｃに電力を供給する電源１２と、回生回路選択部１３と、を有している。例えば、制御部１１及び回生回路選択部１３は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等により実現される。制御部１１は、ロボットアーム２Ｃのドライバ回路へ制御信号を出力することで、ドライバ回路を介してロボットアーム２Ｃのモータを制御する。回生回路選択部１３の詳細は、後述する。

【0035】

ロボットアーム２Ｃは、電源１２から電力の供給を受けて各関節を駆動するための複数のモータと、複数のモータのそれぞれを駆動させる複数のドライバ回路と、複数のモータからの回生電力を消費するために回生電力が入力される複数の回生回路と、を有している。複数の回生回路は、それぞれ直接又は間接的に複数のモータとケーブルによって電気的に接続されている。例えば、複数の回生回路は、複数のモータのそれぞれに対応して設けられており、各モータからの回生電力が互いに異なる回生回路に入力可能に構成されている。

【0036】

具体的には、ロボットアーム２Ｃは、モータ２３ｆ、ドライバ回路２２ｆ、ドライバ回路２２ｆを介してモータ２３ｆと接続されている回生回路２４ｆ、モータ２３ｅ、ドライバ回路２２ｅ、ドライバ回路２２ｅを介してモータ２３ｅと接続されている回生回路２４ｅ、モータ２３ｄ、ドライバ回路２２ｄ、ドライバ回路２２ｄを介してモータ２３ｄと接続されている回生回路２４ｄ、モータ２３ｃ、ドライバ回路２２ｃ、ドライバ回路２２ｃを介してモータ２３ｃと接続されている回生回路２４ｃ、モータ２３ｂ、ドライバ回路２２ｂ、ドライバ回路２２ｂを介してモータ２３ｂと接続されている回生回路２４ｂ、モータ２３ａ、ドライバ回路２２ａ、及びドライバ回路２２ａを介してモータ２３ａと接続されている回生回路２４ａを有している。

【0037】

例えば、回生回路２１ｆは、コントローラ１Ｃとケーブル３によって電気的に接続され、回生回路２１ｆは、回生回路２１ｅとケーブルによって電気的に接続され、回生回路２１ｅは、回生回路２１ｄとケーブルによって電気的に接続され、回生回路２１ｄは、回生回路２１ｃとケーブルによって電気的に接続され、回生回路２１ｃは、回生回路２１ｂとケーブルによって電気的に接続され、回生回路２１ｂは、回生回路２１ａとケーブルによって電気的に接続されている。また、例えば、回生回路２１ａ～２１ｆは、それぞれドライバ回路２２ａ～２２ｆのうちいずれかのドライバ回路を介して、モータ２３ａ～２３ｆのうちいずれかのモータと接続されている。

【0038】

このように接続されて、モータ２３ａ～２３ｆのいずれかのモータで回生電力が発生し、回生電力の電圧が電源電圧を超えると、当該モータからの回生電力が回生回路２１ａ～２１ｆのうちいずれか１つ又は複数の回生回路に入力されるように構成されている。なお、回生回路２４ｆは、実施の形態３において、第１回生電力消費回路を構成し、回生回路２４ｅは、実施の形態３において、第２回生電力消費回路を構成する。

【0039】

回生回路２４ａ～２４ｆは、それぞれモータ２３ａ～２３ｆからの回生電力を消費可能な有効状態と、回生電力を消費しない無効状態と、の間で切替え可能となっている。回生回路２４ａ～２４ｆは、回生回路選択部１３からの切替え信号によって有効状態と無効状態とが切替えられる。

【0040】

回生回路選択部１３は、所定の契機に基づいて、回生回路２４ａ～２４ｆの有効状態と無効状態とを切替える切替え信号を出力する。例えば、回生回路選択部１３は、モータ２３ａ～２３ｆの制御内容に応じて、回生回路２４ａ～２４ｆの有効状態と無効状態とを切替える切替え信号を出力する。言い換えると、回生回路選択部１３は、制御部１１からドライバ回路２２ａ～２２ｆに出力される制御信号に基づいて、回生回路２４ａ～２４ｆの有効状態と無効状態とを切替える切替え信号を出力する。

【0041】

例えば、回生回路選択部１３は、制御部１１からドライバ回路２２ａ～２２ｆに出力される制御信号に基づいて、モータ２３ａ～２３ｆのそれぞれにおいて回生電力の発生量を監視し、所定期間における回生電力の発生量が予め設定された所定のしきい値を超えたか否かを判定する。所定期間における回生電力の発生量が全てのモータで所定のしきい値を超えていない場合、回生回路選択部１３は、全ての回生回路を有効状態とし、モータ２３ａ～２３ｆのそれぞれにおいて発生した回生電力を、回生回路２４ａ～２４ｆのうちモータとの回生電力の伝達経路が最も短い回生回路に入力して回生電力を消費させる。

【0042】

また、所定期間における回生電力の発生量がいずれかのモータで所定のしきい値を超えた場合、回生回路選択部１３は、所定期間における回生電力の発生量が所定のしきい値を超えたモータとの回生電力の伝達経路が最も短い回生回路を無効状態とし、当該モータで発生した回生電力を、他の有効状態である回生回路に入力して消費させるように、回生回路２４ａ～２４ｆに対して切替え信号を出力する。このように構成されることで、実施の形態３に係るロボットアーム制御システム１００Ｃは、いずれかの回生回路に回生電力が集中することを抑制して、複数の回生回路における発熱を分散させることが可能になる。

【0043】

以上、実施の形態３に係るロボットアーム制御システム１００Ｃは、回生回路２４ｆと回生回路２４ｅとは、互いに電気的に接続されており、モータ２３ｆの制御内容に応じて、モータ２３ｆからの回生電力を、回生回路２４ｆ及び回生回路２４ｅのうちいずれの回生回路で消費するかを切替え可能に構成されている。これにより、回生電力による発熱を複数の回生回路に効果的に分散させることが可能になり、各回生回路の部品選択の自由度の向上、コストアップの抑制及びドライバ回路の動作安定性の向上を図ることが可能になる。

【0044】

なお、実施の形態３において、回生回路２４ａ～２４ｆは、所定期間における回生電力の発生量がモータ２３ａ～２３ｆのいずれかのモータで所定のしきい値を超えたか否かに基づいて、回生回路選択部１３から出力された切替え信号によって、有効状態と無効状態とが切替えられるように構成されているが、これに限定されない。回生回路２４ａ～２４ｆは、回生電力による発熱を複数の回生回路に分散可能になるように、有効状態と無効状態とが切替えられるように構成されていればよい。一般に、多関節のロボットアームは、根元のリンク、即ちリンクＬ１に近いリンクを駆動するモータほど出力が大きくなっている。このため、例えば、複数の回生回路は、複数のモータの制御内容に基づいて、所定期間におけるロボットアーム全体の回生電力が所定のしきい値を超えた場合に、根元に近い１つ又は複数のモータに対応する回生回路を有効状態から無効状態に切替え可能であってもよいし、所定期間において根元のモータであるモータ２３ｆの回生電力が所定のしきい値を超えた場合に、当該モータ２３ｆに対応する回生回路を有効状態から無効状態に切替え可能であってもよく、回生回路の切替え態様については、多様な構成が考えられる。

【0045】

また、例えば、ロボットアームが複数のモータからの回生電力に基づく温度上昇を検知可能な温度センサを備えている場合、複数の回生回路は、当該温度センサの検知結果に基づいていずれの回生回路で回生電力を消費するかを切替え可能であってもよい。具体的には、ロボットアームが、モータ２３ｆ及びモータ２３ｅの少なくとも一方からの回生電力に基づく温度上昇を検知可能な温度センサを備えている場合、当該温度センサの検知結果に基づいて、モータ２３ｆからの回生電力を、回生回路２４ｆ及び回生回路２４ｅのいずれの回生電力消費回路で消費するかを切替え可能となっていてもよい。なお、このような温度センサは、複数のモータのうち少なくとも１つのモータからの回生電力に基づく温度上昇を検知可能であればよく、複数の回生回路のそれぞれに対応して配置されていてもよいし、ロボットアームの主要部、例えば、入力される回生電力の電力量が最も大きい回生回路の近傍に配置されていてもよい。

【0046】

実施の形態４．
次に、図６乃至図８を参照して、実施の形態４に係るロボットアーム制御システム１００Ｄについて説明する。実施の形態４に係るロボットアーム制御システム１００Ｄは、実施の形態２に係るロボットアーム制御システム１００Ｂと比較して、回生回路がドライバ回路と一体的に構成されている点、及び回生電力を消費する構成が異なるが、他の構成については同様であり、実施の形態２と同様の構成については、同一の名称又は同一の符号を付して説明を省略する。

【0047】

図６は、実施の形態４に係るロボットアーム制御システム１００Ｄの構成を示す配線図である。図６に示すように、実施の形態４に係るロボットアーム制御システム１００Ｄは、コントローラ１Ａと、コントローラ１Ａによって制御されるロボットアーム２Ｄと、コントローラ１Ａとロボットアーム２Ｄとを電気的に接続するケーブル３と、を備えている。

【0048】

ロボットアーム２Ｄは、電源１２から電力の供給を受けて各関節を駆動するための複数のモータと、複数のモータのそれぞれを駆動させてかつ複数のモータからの回生電力を消費するために回生電力が入力される複数のドライバ回路と、複数のリンク間の相対移動を制限可能なブレーキ２６（図７参照）と、を有している。複数のドライバ回路は、それぞれ直接又は間接的に複数のモータとケーブルによって電気的に接続されている。例えば、複数のドライバ回路は、複数のモータのそれぞれに対応して設けられており、各モータからの回生電力が互いに異なる回生回路に入力可能に構成されている。

【0049】

具体的には、ロボットアーム２Ｄは、モータ２３ｆ、モータ２３ｆを駆動させかつモータ２３ｆからの回生電力が入力されるドライバ回路２５ｆ、モータ２３ｅ、モータ２３ｅを駆動させかつモータ２３ｅからの回生電力が入力されるドライバ回路２５ｅ、モータ２３ｄ、モータ２３ｄを駆動させかつモータ２３ｄからの回生電力が入力されるドライバ回路２５ｄ、モータ２３ｃ、モータ２３ｃを駆動させかつモータ２３ｃからの回生電力が入力されるドライバ回路２５ｃ、モータ２３ｂ、モータ２３ｂを駆動させかつモータ２３ｂからの回生電力が入力されるドライバ回路２５ｂ、モータ２３ａ、モータ２３ａを駆動させかつモータ２３ａからの回生電力が入力されるドライバ回路２５ａを有している。なお、ドライバ回路２５ｆは、実施の形態４において、第１回生電力消費回路を構成し、ドライバ回路２５ｅは、実施の形態４において、第２回生電力消費回路を構成する。

【0050】

図７は、実施の形態４に係るドライバ回路及びブレーキを示す回路図である。ブレーキ２６は、電源１２からの電力によって作動し、電源１２から電力が供給されていない状態で複数のリンク間の相対移動を制限し、電源１２から電力が供給されている状態で複数のリンク間の相対移動の制限を解除するブレーキ２６を備えている。例えば、ブレーキ２６は、電源１２からの電力で作動するソレノイドアクチュエータ（不図示）によって、複数のリンク間の相対移動を制限する制限状態と、複数のリンク間の相対移動を許容する許容状態と、が切替えられる。なお、ブレーキは各関節にそれぞれ配置されて、全ての関節においてリンク間の相対移動を制限可能であることが望ましいが、一部の関節においてリンク間の相対移動を制限するものであってもよい。また、ブレーキ２６は、実施の形態４において、移動制限部を構成する。

【0051】

また、実施の形態４に係るブレーキ２６は、電源電圧よりも低い電圧で作動するように構成されている。このため、図７に示すように、実施の形態４に係るドライバ回路２５ａ～２５ｆは、電源電圧を所定の電圧に降圧してブレーキ２６に印加するためのブレーキ駆動回路Ｃ２を有している。例えば、ブレーキ駆動回路Ｃ２は、入力された電流をパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）することで、ブレーキ２６に印加する電圧（以下「ブレーキに印加する電圧」を「ブレーキ印加電圧」ともいう。）を調整する。なお、ブレーキ駆動回路Ｃ２は、実施の形態４において、電圧調整部を構成する。

【0052】

図８は、実施の形態４に係るドライバ回路２５ａ～２５ｆからブレーキ２６への印加電圧を示すグラフである。図８において、電源電圧をＶｄｄ、ブレーキ印加電圧をＶｂ、電流のオン期間をＴｏｎ、電流のオフ期間をＴｏｆｆとする。ブレーキ印加電圧Ｖｂは、電源電圧Ｖｄｄ、ブレーキ印加電圧Ｖｂ、電流のオン期間Ｔｏｎ、電流のオフ期間Ｔｏｆｆを用いて、以下の式で表される。
Ｖｂ＝Ｔｏｎ＊Ｖｄｄ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）

【0053】

また、ブレーキ２６は、モータ２３ａ～２３ｆからの回生電力によっても作動する。例えば、ドライバ回路２５ａ～２５ｆは、モータ２３ａ～２３ｆからの回生電力が入力されると、回生電流がブレーキ２６に流れるように、ブレーキ駆動回路Ｃ２によってドライバ回路２５ａ～２５ｆの回路を切替える。この際、ブレーキ駆動回路Ｃ２は、回生電力の電圧に応じて電流のオン期間Ｔｏｎと電流のオフ期間Ｔｏｆｆとの比であるデューティ比を調整して、ブレーキ２６への印加電圧が適正な値となるようにする。

【0054】

ブレーキ２６は、モータ２３ａ～２３ｆからの回生電力がドライバ回路２５ａ～２５ｆに入力されると、回生電力によって許容状態になる。言い換えると、ドライバ回路２５ａ～２５ｆは、モータ２３ａ～２３ｆからの回生電力をブレーキ２６に供給することで消費している。

【0055】

以上、実施の形態４に係るロボットアーム２Ｄは、電力が供給されていない状態でリンクＬ１のリンクＬ２に対する移動を制限し、電力が供給されている状態でリンクＬ１のリンクＬ２に対する移動を許容するブレーキ２６を備え、ドライバ回路２５ａ～２５ｆは、ブレーキ２６に供給する回生電力の電圧を調整するブレーキ駆動回路Ｃ２を有し、ドライバ回路２５ａ～２５ｆは、入力されたモータ２３ａ～２３ｆからの回生電力をブレーキ２６に供給する。

【0056】

このように構成されて、実施の形態４に係るロボットアーム２Ｄは、モータ２３ａ～２３ｆからの回生電力を有効利用することができる。また、実施の形態４に係るロボットアーム２Ｄは、仮に、モータ２３ａ～２３ｆからの回生電力が電源電圧よりも高い場合であっても、ブレーキ２６へ印加される電圧を調整することで、ブレーキ２６で無駄に回生電力が消費されることを抑制し、モータ２３ａ～２３ｆからの回生電力を有効利用することができる。

【0057】

なお、実施の形態４において、ドライバ回路２５ａ～２５ｆは、それぞれがブレーキ駆動回路Ｃ２を有しているように構成されているが、これに限らず、複数のドライバ回路のうちいずれか１つ又は複数のドライバ回路がブレーキ駆動回路を有していてもよいし、ドライバ回路と、回生電力消費回路としてのブレーキ回路と、は互いに独立した回路又は互いに独立したプリント配線板で構成されていてもよい。

【0058】

また、上述したいずれの実施の形態においても、ロボットアーム制御システムは、可撓性を有するケーブルの代わりに、プリント配線板に形成された配線パターン等、可撓性の低い配線が用いられていてもよいし、電力伝達経路以外の信号伝達経路においては、無線通信によって信号が伝達されるように構成されていてもよい。

【0059】

また、上述したいずれの実施の形態においても、ロボットアーム制御システムは、リンクＬ１～エンドエフェクタＥ１のうちいずれのリンクが第１リンクを構成していてもよいし、リンクＬ１～エンドエフェクタＥ１のうちいずれのリンクが第２リンクを構成していてもよいし、リンクＬ１～エンドエフェクタＥ１のうちいずれのリンクが第３リンクを構成していてもよい。また、上述したいずれの実施の形態においても、ロボットアーム制御システムは、いずれのモータが第１駆動源を構成していてもよいし、いずれのモータが第２駆動源を構成していてもよい。

【0060】

また、上述したいずれの実施の形態においても、ロボットアーム制御システムは、いずれの回生回路が第１回生電力消費回路を構成していてもよいし、いずれの回生回路が第２回生電力消費回路を構成していてもよい。

【0061】

また、上述したいずれの実施の形態においても、所定の回生回路と所定のドライバ回路とが１枚のプリント配線板に形成されていてもよいし、複数の回生回路及び複数のドライバ回路が１つのリンクに保持されていてもよいし、１つの回生回路に複数のドライバ回路及び複数のモータが並列的に接続されていてもよい。

【0062】

なお、本開示は、各実施の形態の自由な組合せ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

【符号の説明】

【0063】

１Ａ，１Ｃ コントローラ（制御装置）
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ ロボットアーム
３ ケーブル
１１ 制御部
１２ 電源（電力供給部）
１３ 回生回路選択部
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ 回生回路（回生電力消費回路）
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ ドライバ回路
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ モータ（駆動源）
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ， 回生回路（回生電力消費回路）
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ ドライバ回路（回生電力消費回路）
２６ ブレーキ（移動制限部）
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ ロボットアーム制御システム
Ｃ１ 電圧検出回路
Ｃ２ ブレーキ駆動回路（電圧調整部）
Ｅ１ エンドエフェクタ（リンク）
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６ 関節
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６ リンク
Ｒ１ 回生抵抗
Ｔｏｆｆ オフ期間
Ｔｏｎ オン期間
Ｖｂ ブレーキ印加電圧
Ｖｄｄ 電源電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】