JP2020025999A - ロボットアーム及びロボット - Google Patents

Abstract

【課題】一般的な商用電源より低い出力電圧を有する直流電源を用いても適切に駆動することが可能なロボットアーム等を提供すること。【解決手段】筐体を備えたロボットアームであって、所定の駆動電圧を有する交流モータと、直流電圧を出力する電源から出力される前記直流電圧を交流電圧へと変換して前記交流モータを駆動する駆動回路が搭載される基板と、を備え、前記基板は、前記筐体の所定面に面接触して配置されている、ロボットアームが提供される。【選択図】図７

Description

この発明は、例えば、電動式のロボットアーム又はロボットに関する。

近年、様々なロボットアームが産業界において活躍している（例えば、特許文献１）。ところでその種のロボットアームの多くは工場内等に据置かれている。

従来の据置型ロボットアームの駆動には交流サーボモータが用いられることが多い。一方、工場等に設けられている商用電源は交流電源であり、その電源電圧は、一般に、２００［Ｖ］程度（又は４００［Ｖ］程度）である。従って、従来の据置型ロボットアームでは、交流の電源電圧を整流平滑回路等を含むコンバータにて直流電圧へと変換し、その後、再度インバータにて任意の周波数の交流電圧へと変換することで、交流サーボモータを駆動していた。

一方、近年、据置型ではなくバッテリ等を搭載した移動可能なモバイルロボットアーム又はモバイルマニピュレータに対する要請が高まっている。

Ａｌｂｕ−Ｓｃｈａｆｆｅｒ，ｅｔ ａｌ、「Ｔｈｅ ＤＬＲ Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ Ｒｏｂｏｔ−Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｆｏｒ Ｒｏｂｏｔｓ ｉｎ Ｈｕｍａｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」、ドイツ連邦共和国、Ｅｍｅｒａｌｄ Ｇｒｏｕｐ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ、２００７年，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏｂｏｔ： Ａｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．３４ Ｉｓｓｕｅ： ５，ｐｐ．３７６−３８５

しかしながら、この種のバッテリは一般に直流電源であり、その出力電圧は一般に１２［Ｖ］又は２４［Ｖ］程度と商用電源等に比べて低い。このバッテリを用いて交流サーボモータを従前の据え置き型ロボットアームと同程度の出力で駆動しようとすれば、例えば、インバータ回路内において大きな電流が流れ、その結果、回路素子が過度に発熱してしまうおそれがあった。

本発明は、上述の技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、一般的な商用電源より低い出力電圧を有する直流電源を用いても適切に駆動することが可能なロボットアーム等を提供することにある。

上述の技術的課題は、以下の構成を有するロボットアーム及びロボットにより解決することができる。

すなわち、本発明に係るロボットアームは、筐体を備えたロボットアームであって、所定の駆動電圧を有する交流モータと、所定の直流電圧を出力する電源から出力される前記直流電圧を交流電圧へと変換して前記交流モータを駆動する駆動回路を搭載した基板と、を備え、前記基板は、前記筐体の所定面に面接触して配置されている。

このような構成によれば、基板上においてモータ駆動のために発生する熱を筐体を利用して効率良く放出することができる。従って、例えば、一般的な商用電源電圧より低い出力電圧を有する直流電源を用いても適切に駆動することが可能なロボットアーム等を提供することできる。また、例えば、駆動回路の発熱量が大きくなりがちな低電圧電源を用いることもできるので、バッテリ搭載型ロボットアームを実現することができる。なお、ここで、筐体の語は、筐体そのもの、すなわち筐体として一体成型されるもののみならず、基板から筐体への熱経路を形成し得り、筐体へと固定されるその他の部材も含む概念である。

前記所定面は、前記筐体の内面上に配置されていてもよい。

このような構成によれば、基板が筐体の内周面上に配置されるので、安全性が向上すると共に、美観を損ねることがない。

前記所定面は、前記筐体の内周面から突出して延在する凸部上に設けられてもよい。

このような構成によれば、凸部を利用して、基板上においてモータ駆動のために発生する熱をより効率よく放出することができる。

前記筐体は、前記交流モータの回転中心軸を取り囲むように前記筐体の内周面から突出して延在する環状凸部を有し、前記所定面は、前記環状凸部上であって前記交流モータの回転中心軸と直交する面であり、前記基板は、環状であり前記所定面に面接触して配置される、ものであってもよい。

このような構成によれば、回転中心部を避けるように環状に基板を配置することができるので、放熱効果と同時に、ロボットアームの小型化を実現することができる。

前記基板の前記筐体との接触面は金属製であってもよい。

このような構成によれば、熱伝導が一般に良好な金属を通じて効率的な放熱を実現することができる。

前記基板の前記筐体との接触面はアルミニウム又はアルミニウム合金製であってもよい。

このような構成によれば、熱伝導率が一般に高いアルミニウム又はアルミニウム合金を通じて効率的な放熱を実現することができる。

前記基板の前記筐体との接触面は銅又は銅合金製であってもよい。

このような構成によれば、熱伝導率が一般に高い銅又は銅合金を通じて効率的な放熱を実現することができる。

前記基板の前記筐体との接触面と前記所定面との間にはグリスが介在する、ものであってもよい。

このような構成によれば、基板から筐体へと確実に伝熱することができ、より効率的な放熱を実現することができる。

前記電源の出力電圧は５０Ｖ以下であってもよい。

このような構成によれば、出力電圧が一般的な商用電源電圧より小さい低電圧電源を用いても基板上においてモータ駆動のために発生する熱を筐体を利用して効率良く放出することができる。

前記電源の出力電圧は２４Ｖ又は４８Ｖであってもよい。

このような構成によれば、２４Ｖ又は４８Ｖという比較的に低い電圧源を用いても基板の発熱に関する問題が生じないので、バッテリ搭載型ロボットアームを実現することができる。

前記筐体は、金属製であってもよい。

このような構成によれば、熱伝導が一般に良好な金属を通じて効率的な放熱を実現することができる。

前記基板は、その内部に金属製の層状コア部材を有する、ものであってもよい。

このような構成によれば、層状コア部材を介して熱が面状に伝播するので、効率的な放熱を実現することができる。

前記ロボットアームは、前記ロボットアームの伸展時に前記交流モータを設置面に対して垂直に配置し前記ロボットアームの軸周りの回転をもたらす垂直関節ユニットと、前記ロボットアームの伸展時に前記交流モータを前記設置面に対して水平に配置し前記ロボットアームに対して屈曲動作をもたらす水平関節ユニットと、を連結して構成された多関節ロボットアームであり、前記水平関節ユニットは、前記モータを内包して支持する筐体部分で形成された第１の筐体空間と、前記第１の筐体空間と隣接して配置された筐体部分で形成され前記水平関節ユニットの筐体に設けられた取り外し可能なカバー部を通じてアクセス可能な第２の筐体空間とを備え、前記基板は、前記第２の筐体空間の内面に面接触する、ものであってもよい。

このような構成によれば、効率的な放熱を実現しつつも、垂直関節ユニットよりもメンテナンスを行いやすい水平関節ユニットのカバーを取り外すことにより、基板のメンテナンスや交換が容易となる。

前記基板に搭載された前記駆動回路は、前記垂直関節ユニットの前記交流モータと、前記水平関節ユニットの前記交流モータとを駆動する、ものであってもよい。

このような構成によれば、垂直関節ユニットに設けられたモータと水平関節ユニットに設けられたモータの両方を、水平関節ユニット内の基板に設けられた駆動回路により駆動するので、特に小型化要請の大きい垂直関節ユニットを小さく又は短くすることができる。

また、本発明はロボットとしても観念することができる。すなわち、本発明に係るロボットは、筐体を備えたロボットであって、所定の駆動電圧を有する交流モータと、所定の直流電圧を出力する電源から出力される前記直流電圧を交流電圧へと変換して前記交流モータを駆動する駆動回路を搭載した基板と、を備え、前記基板は、前記筐体の所定面に面接触して配置されている。

本発明によれば、商用電源より低い出力電圧を有する直流電源を用いても適切に駆動することが可能なロボットアーム等を提供することができる。

図１は、ロボットアームの外観図である。 図２は、屈曲状態のロボットアームの外観図である。 図３は、電気・通信系統のブロック図である。 図４は、電源部のブロック図である。 図５は、関節ユニットの筐体の外観斜視図である。 図６は、関節ユニットの部分分解斜視図である。 図７は、駆動回路基板の面接触態様について説明する図である。 図８は、基板断面図である。 図９は、基板の変形例である。

以下、本発明の好適な実施の形態について添付の図１〜図９を参照しつつ説明する。

＜１．第１の実施形態＞
図１は、ロボットアーム１の外観図であり、図１（ａ）は、ロボットアーム１の正面図、図１（ｂ）は、ロボットアーム１の斜視図である。同図から明らかな通り、ロボットアーム１は、断面略円形の筐体を備え、ベース部材１０から先端のエンドエフェクタ取付部２６までの間に配置された７つの駆動ユニット１００により駆動される７つの関節を有している。また、後述するように、ロボットアーム１は、その内部又は外部に設けられた２４［Ｖ］の直流低電圧電源へと接続されている。なお、駆動ユニット１００には、モータ及び減速機から成るユニットであり、ブレーキ等が組み合わされてもよい。

ロボットアーム１の基端に配置され、ロボットアーム１の中心軸とその中心を一にする筒状筐体である第１筒状筐体１０の上端には、回転しかつ他の筐体との連結機能を提供する第１回転連結部材１０１を介して、第１筐体１１がロボットアーム１の中心軸周りに回動自在に結合されている。第１筒状筐体１０の内部には、第１回転連結部材１０１を中心軸周りに回動させる駆動ユニット１００が配置されている。この駆動ユニット１００は、その回転中心軸がロボットアーム１の伸展時において基準面に対して垂直となるよう配置されており、第１筒状筐体１０、第１回転連結部材１０１などと合わせて垂直関節ユニットを形成している。

第１筐体１１は、駆動ユニット１００を介して第２筐体１３へと回動可能に連結されており、第１筐体１１及び第２筐体１３の駆動ユニット１００との結合部の水平方向の外側面には、それぞれ取り外し可能な第１カバー部材１２及び第２カバー部材１４が設けられている。なお、第１筐体１１と第２筐体１３との間に設けられた駆動ユニット１００は、その回転軸が基準面に対して水平となるように配置されており、第１筐体１１、第２筐体１３、第１カバー部材１２及び第２カバー部材１４などと合わせて水平関節ユニットを形成している。

第２筐体１３へと連結され、ロボットアーム１の中心軸とその中心を一にする筒状筐体である第２筒状筐体１５の上端には、回転しかつ他の筐体との連結機能を提供する第２回転連結部材１５１を介して、第３筐体１６がロボットアーム１の中心軸周りに回動自在に結合されている。第２筒状筐体１５の内部には、第２回転連結部部材１５１をロボットアーム１の中心軸周りに回動させる駆動ユニット１００が配置されている。この駆動ユニット１００は、その回転中心軸がロボットアーム１の伸展時において基準面に対して垂直となるよう配置されており、第２筒状筐体１５、第２回転連結部材１５１などと合わせて垂直関節ユニットを形成している。

第３筐体１６は、駆動ユニット１００を介して第４筐体１８へと回動可能に連結されており、第３筐体１６及び第４筐体１８の駆動ユニット１００との結合部の水平方向の外側面には、それぞれ取り外し可能な第３カバー部材１７及び第４カバー部材１９が設けられている。なお、第３筐体１６と第４筐体１８との間に設けられた駆動ユニット１００は、その回転軸が基準面に対して水平となるように配置されており、第３筐体１６、第４筐体１８、第３カバー部材１７及び第４カバー部材１９などと合わせて水平関節ユニットを形成している。

第４筐体１８へと連結され、ロボットアーム１の中心軸とその中心を一にする筒状筐体である第３筒状筐体２０の上端には、回転しかつ他の筐体との連結機能を提供する第３回転連結部材２０１を介して、第５筐体２１がロボットアーム１の中心軸周りに回動自在に結合されている。第３筒状筐体２０の内部には、第３回転連結部材２０１を中心軸周りに回動させる駆動ユニット１００が配置されている。この駆動ユニット１００は、その回転中心軸がロボットアーム１の伸展時において基準面に対して垂直となるよう配置されており、第３筒状筐体２０、第３回転連結部材２０１などと合わせて垂直関節ユニットを形成している。

第５筐体２１は、駆動ユニット１００を介して第６筐体２３へと回動可能に連結されており、第５筐体２１及び第６筐体２３の駆動ユニット１００との結合部の水平方向の外側面には、それぞれ取り外し可能な第５カバー部材２２及び第６カバー部材２４が設けられている。なお、第５筐体２１と第６筐体２３との間に設けられた駆動ユニット１００は、その回転軸が基準面に対して水平となるように配置されており、第５筐体２１、第６筐体２３、第５カバー部材２２及び第６カバー部材２４などと合わせて水平関節ユニットを形成している。

第６筐体２３へと連結され、ロボットアーム１の中心軸とその中心を一にする筒状筐体である第４筒状筐体２５の上端には、回転しかつ他の筐体との連結機能を提供する第４回転連結部材２５１を介して、ハンドやグリッパ等のエンドエフェクタと接続するためのエンドエフェクタ接続部２６がロボットアーム１の中心軸周りに回動自在に結合されている。第４筒状筐体２５の内部には、第４回転連結部材２５１をロボットアーム１の中心軸周りに回動させる駆動ユニット１００が配置されている。この駆動ユニット１００は、その回転中心軸がロボットアーム１の伸展時において基準面に対して垂直となるよう配置されており、第４筒状筐体２５、第４回転連結部材２５１などと合わせて垂直関節ユニットを形成している。

なお、水平関節ユニットの内部には、水平関節ユニット内の駆動ユニット１００を制御・駆動するのみならず隣り合う垂直関節ユニットの制御・駆動も行う制御回路基板５５と駆動回路基板５０が、駆動ユニット１００に隣接してそれぞれ格納されている。すなわち、第１筐体１１及び第２筐体１３内に格納されている駆動ユニット１００を制御・駆動する制御回路基板５５及び駆動回路基板５０は、第１筒状筐体１０に格納されている駆動ユニット１００の制御・駆動も行う。また、第３筐体１６及び第４筐体１８内に格納されている駆動ユニット１００を制御・駆動する制御回路基板５５及び駆動回路基板５０は、第２筒状筐体１５に格納されている駆動ユニット１００の制御・駆動も行う。さらに、第５筐体２１及び第６筐体２３内に格納されている駆動ユニット１００を制御・駆動する制御回路基板５５及び駆動回路基板５０は、第４筒状筐体２５に格納されている駆動ユニット１００の制御・駆動も行う。なお、本実施形態においては、第３筒状筐体２０内の駆動ユニット１００は、第３筒状筐体２０内に配置された図示しない単軸制御用の制御回路基板及び駆動回路基板により制御・駆動されている。

このような構成によれば、制御回路基板５５及び駆動回路基板５０が水平関節ユニット内にまとめて設けられるので、ロボットアーム１の軸方向の長さの増大を抑制してロボットアーム１の小型化を図ることができる。また、大がかりな解体等を行わなくても、カバー部材（１２、１７、２２）を取り外すことにより水平関節ユニットとそれに隣接する垂直関節ユニットを制御・駆動する制御回路基板５５及び駆動回路基板５０へと容易にアクセスすることができるので、プログラムの書き込みやメンテナンス等が容易となる。

図２は、各関節において屈曲した状態のロボットアーム１について示した外観斜視図である。同図から明らかな通り、ロボットアーム１は、図示しない制御部の指令に応じてロボットアーム１の各関節部の内部に設けられた各駆動ユニット１００を動作させることにより自在に各関節を屈曲させることができる。

なお、ロボットアーム１の筐体はいずれもアルミニウム合金製である。本実施形態においては、ロボットアーム１に設けられるすべての駆動ユニット１００を同一のものとして記載したが、このような形態に限定されない。従って、例えば、構造は略同一のものとしつつも各関節のスペースや必要トルク等に応じて駆動ユニット１００のサイズを夫々変更してもよい。また、ロボットアーム１の筐体はアルミニウム合金に限定されず、他の金属、例えば、マグネシウム合金等であってもよい。

図３は、ロボットアーム１の電気・通信系統のブロック図である。同図から明らかな通り、ロボットアーム１は、ロボットコントローラ８００（マスタコントローラ）を介して電源装置９０１と制御用ＰＣ９０２へと接続されている。ロボットアーム１の内部には、駆動ユニット１００を含む複数の関節ユニットがシリアルに設けられそれぞれの駆動ユニット１００に対して信号線と電源供給線が分配されている。

制御用ＰＣ９０２からの指令信号等は、ロボットコントローラ用ＣＰＵ等を搭載したロボットコントローラ制御基板８０３、各関節の制御回路基板５５を介して、各駆動ユニット１００のモータに対して伝達される。また、各関節に設けられたエンコーダからは、関節角度等の情報が得られ、当該情報は制御回路基板５５、ロボットコントローラ制御基板８０３等を介して制御用ＰＣ９０２へと伝達される。すなわち、本実施形態においては、制御用ＰＣ９０２にて最上位のアームの全体動作に関する処理が行われ、ロボットコントローラ制御基板８０３にて複数関節に関連する処理（例えば、位置制御、軌道制御又は速度制御等）が行われ、各関節の制御回路基板５５では各関節レベルの処理が行われることとなる。

また、電源装置９０１からの電力は、ロボットコントローラ８００を経てロボットアーム１へと供給される。ロボットコントローラ８００の内部では、電源入力側から出力側へと至る経路上に、順に、過電流から装置を保護するヒューズ８０１、電源供給のオン／オフを切り替える電源スイッチ８０２、非常時に非常停止スイッチ８０６を操作することにより電源供給を遮断する電源遮断機８０４、及び、負荷（ロボットアーム１）側からの回生電流を防止するためのシャントレギュレータ８０５とが備えられている。ロボットアーム１へと供給された電力は、各関節の制御回路基板５０及び駆動回路基板５５へと供給されモータ等を駆動させる。具体的には、駆動回路基板５５は、少なくとも、インバータ回路等を介して入力された直流電圧を交流電圧へと変換する処理などを行い、２４［Ｖ］駆動のモータへと電力供給を行う。

図４は、電源部、すなわち電源装置９０１からロボットコントローラ８００へと電源入力を行う部分の電気的構成について示すブロック図である。同図から明らかな通り、ロボットコントローラ８００は、正極側電源（Ｖｃｃ）端子８０１２、グランド（ＧＮＤ）端子８０１３、及び、感電防止のための保護接地（ＰＥ）端子８０１４を備えたコネクタを有している。なお、グランド（ＧＮＤ）端子８０１３、及び保護接地（ＰＥ）端子８０１４は、筐体と結合している。このコネクタは、所定のケーブルを介して、後述の商用電源用の電源装置９０１１とも充電式電源装置９０３８とも接続可能に構成されている。

図４の左方上段には、商用電源へと接続可能な電源装置９０１１が示されている。電源装置９０１１は、ライブ（Ｌ）端子９０１２、ニュートラル（Ｎ）端子９０１３、及び保護接地（ＰＥ）端子を備えた、商用電源へと接続可能なコネクタを有している。また、その内部には、入力された交流電源を直流電源へと変換するＡＣ／ＤＣコンバータ９０１７を有している。ＡＣ／ＤＣコンバータ９０１７には、正極側電源（Ｖｃｃ）端子９０１４、グランド（ＧＮＤ）端子９０１５、及び、保護接地（ＰＥ）端子９０１６を備えたコネクタが接続されておりケーブル等を接続することで外部へと直流電圧を供給可能に構成されている。なお、電源装置９０１１の出力電圧は２４［Ｖ］である。

一方、図４の左方下段には、充電式のバッテリ９０３を用いて電源供給を行う電源装置９０３８が示されている。バッテリ９０３は、正極側電源（Ｖｃｃ）端子９０３２及びグランド（ＧＮＤ）端子９０３３を介して図示しない電源により充電可能に構成されている。充電されたバッテリ９０３には、一定電圧を出力するための電圧レギュレータ９０３１が接続されており電源供給時には一定電圧を提供することができる。電圧レギュレータ９０３１には、正極側電源（Ｖｃｃ）端子９０３４、グランド（ＧＮＤ）端子９０３５、及び保護接地（ＰＥ）端子９０３６を備えたコネクタが接続されておりケーブル等を接続することで外部へと直流電圧を供給可能に構成されている。なお、保護接地（ＰＥ）端子は電源装置９０３８の筐体と電気的に結合している。また、電源装置９０３８の出力電圧は２４［Ｖ］である。

図５は、水平関節ユニットの筐体の外観斜視図である。同図（ａ）は、すべてのカバー部材が取り付けられた状態を表し、同図（ｂ）は、第１カバー部材１２を分離した状態を表している。

図５（ｂ）から明らかな通り、第１カバー部材１２上に設けられた３つのボルト孔１２２へと挿通されたボルトを緩めて第１カバー部材１２を取り外すことで、駆動ユニット１００と隣接し基板等が格納される所定の空間５が露出する。当該所定の空間５には、制御基板５５と駆動回路５０が格納されている。なお、同図において、制御基板５５は、中央に孔部５５２を有しボルト５５１を介して第１筐体１１へと固定されている。すなわち、第１カバー部材１２を取り外すことで、筐体内に格納されている駆動ユニット１００の制御基板５５及び駆動基板５０へと容易にアクセスすることができるように構成されている。

このような構成によれば、垂直関節ユニットよりもメンテナンスを行いやすい水平関節ユニットのカバーが取り外し可能であるので、基板のメンテナンスや交換、プログラムの書き込み等が容易となる。

なお、第１筐体１１の下端部及び第２筐体１３の上端部には、円形開口部１１５、１３５が設けられ、当該円形開口部１１５、１３５へと連結される関節ユニットの端部を係合させボルト孔１１２、１３２を利用して固定する。また、ボルト孔１２２の位置は、制御基板５５を第１筐体１１に対して固定する固定ボルト５５１の頭部の孔部及び第１筐体１１の周側面の基部寄りに設けられたボルト孔１１３と整合する。

図６は、水平関節ユニットの部分分解斜視図である。同図から明らかな通り、水平関節ユニットは、第１カバー部材を取り外すことにより露出する所定の空間５内に制御回路基板５５と駆動回路基板５０とを格納している。なお、制御基板５５は図示しないケーブルにより順に接続されておりシリアル通信が行われる。

水平関節ユニットは、側面開口部の円周面内側から環状に突出した環状凸部１１８を有している。駆動回路基板５０は、この環状凸部１１８の軸方向の面へと面接触するように配置される。駆動回路基板５０は、中心に孔部５０１を有するプリント基板であり、制御回路基板５５との間のスペーサの役割も果たすボルト５０３を挿通孔５０２を介して環状凸部１１８の軸方向の面上の固定孔１１６へと挿入することにより固定される。制御回路基板５５は、駆動回路基板５０と第１カバー部材１２との間に配置され、ボルト５５１をボルト孔５５３へと挿通し、駆動回路基板５０固定用のボルト５０３の頭部へと固定することにより固定される。

制御基板５５は、少なくとも各駆動ユニット１００を制御するマイコン等の回路又は回路素子を含む基板である。また、駆動回路基板５０は、直流電源と接続されモータへと電源供給を行う基板であり、直流を交流へと変換する機能を有するインバータ回路等の回路又は回路素子を含む。図４の低電圧（２４［Ｖ］）出力の電源装置９０３８へと接続した状態で、商用電源（交流２００［Ｖ］又は４００［Ｖ］）を用いた場合のロボットアーム１の出力と同程度のロボットアーム出力を実現しようとすると、電流の増大によりモータと共にインバータ回路等を含む回路素子が発熱する。

図７は、駆動回路基板５０の面接触態様について説明する図（断面図）である。同図から明らかな通り、環状凸部１１８の一方の側（図中右手側）には、カバー部材１２を取り外すことにより露出する空間５が配置されており、他方の側（図中左手側）には、駆動ユニット１００を格納する空間６が隣接して配置されている。駆動回路基板５０は、後述するその裏面のアルミニウム合金層５１９が、環状凸部１１８の軸方向の面と面接触するように配置されている。ここで、環状凸部１１８は、筐体（第１筐体１１）へと密着して固定され駆動回路基板５０から筐体への熱経路を形成している。

このような構成によれば、インバータ回路等を含む回路素子が発熱した場合であっても、駆動回路基板５０がアルミニウム合金製の環状凸部１１８へと面接触しているので、環状凸部１１８及び筐体が謂わばヒートシンクの役割を果たして、適切に放熱を行うことができる。

図８は、駆動回路基板５０の断面の模式図である。駆動回路基板５０には立体的に回路パターンが形成されると共に、回路素子５２０（例えば、スイッチング素子）が端子５２２を介して回路パターンへと接続されている。この回路素子５２０で発生する熱を放出するため、回路素子５２０の裏面側には、底面放熱パッド５２１と、放熱用の孔部であるサーマルビア５２３が設けられている。駆動回路基板５０は、多層構造を有しており、回路素子５２０が配置される上面側から、第１の絶縁層（レジストインク）５１４、第１の銅箔層５１５、第２の絶縁層（基板材）５１６、第２の銅箔層５１７、第３の絶縁層（絶縁接着層）５１８が設けられ、最下層、すなわち裏面側にはアルミニウム合金層５１９が配置されている。なお、アルミニウム合金層５１９は、単にアルミニウム合金板を駆動回路基板５０の裏面に貼付するものであってもよい。また、アルミニウム合金に代えてアルミニウムを使用してもよい。

このような構成によれば、熱伝導率が一般に高い金属のうち、特に、アルミニウム合金を利用して効率的な放熱を実現することができる。

＜２．変形例＞
本発明に係るロボットアーム及びロボットは、その構成を上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成を適宜変更することが可能である。

上述の実施形態では、垂直関節ユニットの駆動ユニット１００のための制御回路基板５５及び駆動回路基板５０が直上の水平関節ユニット内に設けられる構成について説明した。しかしながら、本発明はこのような構成に限定されない。従って、直上の水平関節ユニット内ではなく、より離れた水平関節ユニット内にまとめて設けられてもよい。

上述の実施形態では、駆動回路基板５０は裏面に金属層を配置して放熱しやすい構造とした。しかしながら、本発明はそのような構成に限定されない。

図９（ａ）は、金属層、特にアルミ二ウム合金層５３７を中心に配置する駆動回路基板５３の断面の模式図である。図８と同様に、駆動回路基板５３には立体的に回路パターンが形成されると共に、回路素子５３０（例えば、スイッチング素子）が端子５３２を介して回路パターンへと接続されている。この回路素子５３０で発生する熱を放出するため、回路素子５３０の裏面側には、底面放熱パッド５３１と、放熱用の孔部であるサーマルビア５３３が設けられている。駆動回路基板５３は、多層構造を有しており、回路素子５３０が配置される上面側から、第１の絶縁層（レジストインク）５３４、第１の銅箔層５３５、第２の絶縁層（絶縁接着層）５３６、アルミニウム合金層５３７、第２の銅箔層５３８、第３の絶縁層（絶縁接着層）５３９が設けられている。このような構成によれば、アルミニウム合金層５３７を介して熱が面状に伝播するためより放熱が行われやすくなる。

図９（ｂ）は、金属層、特に銅又は銅合金から成る銅層５４７を中心に配置する駆動回路基板５４の断面の模式図である。図８と同様に、駆動回路基板５４には立体的に回路パターンが形成されると共に、回路素子５４０（例えば、スイッチング素子）が端子５４２を介して回路パターンへと接続されている。この回路素子５４０で発生する熱を放出するため、回路素子５４０の裏面側には、底面放熱パッド５４１と、放熱用の孔部５４３が設けられている。駆動回路基板５４は、多層構造を有しており、回路素子５４０が配置される上面側から、第１の絶縁層（レジストインク）５４４、第１の銅箔層５４５、第２の絶縁層（絶縁接着層）５４６、銅層５４７、第２の銅箔層５４８、第３の絶縁層（絶縁接着層）５４９が設けられている。このような構成によれば、銅層５４７を介して熱が面状に伝播するためより放熱が行われやすくなる。

また、上述の実施形態においては、駆動回路基板５０と環状凸部１１８との間は単に密着させる構成とした。しかしながら、本発明はこのような構成に限定されない。従って、例えば、駆動回路基板５０の裏面（アルミニウム合金層５１９）と環状凸部１１８の軸方向の面との間にグリスを介在させてもよい。このような構成によれば、駆動回路基板５０から第１筐体１１へと確実に伝熱が行われ、より効率的な放熱を実現することができる。

本発明は、ロボットアーム等を製造する産業において利用可能である。

１ ロボットアーム
５０ 駆動回路基板
５５ 制御回路基板
１００ 駆動ユニット

Claims (15)

1. 筐体を備えたロボットアームであって、
   所定の駆動電圧を有する交流モータと、
   所定の直流電圧を出力する電源から出力される前記直流電圧を交流電圧へと変換して前記交流モータを駆動する駆動回路を搭載した基板と、を備え、
   前記基板は、前記筐体の所定面に面接触して配置されている、ロボットアーム。
2. 前記所定面は、前記筐体の内面上に配置されている、請求項１に記載のロボットアーム。
3. 前記所定面は、前記筐体の内周面から突出して延在する凸部上に設けられる、請求項１に記載のロボットアーム。
4. 前記筐体は、前記交流モータの回転中心軸を取り囲むように前記筐体の内周面から突出して延在する環状凸部を有し、
   前記所定面は、前記環状凸部上であって前記交流モータの回転中心軸と直交する面であり、
   前記基板は、環状であり前記所定面に面接触して配置される、請求項１に記載のロボットアーム。
5. 前記基板の前記筐体との接触面は金属製である、請求項１に記載のロボットアーム。
6. 前記基板の前記筐体との接触面はアルミニウム又はアルミニウム合金製である、請求項５に記載のロボットアーム。
7. 前記基板の前記筐体との接触面は銅又は銅合金製である、請求項５に記載のロボットアーム。
8. 前記基板の前記筐体との接触面と前記所定面との間にはグリスが介在する、請求項１に記載のロボットアーム。
9. 前記電源の出力電圧は５０Ｖ以下である、請求項１に記載のロボットアーム。
10. 前記電源の出力電圧は２４Ｖ又は４８Ｖである、請求項９に記載のロボットアーム。
11. 前記筐体は、金属製である、請求項１に記載のロボットアーム。
12. 前記基板は、その内部に金属製の層状コア部材を有する、請求項１に記載のロボットアーム。
13. 前記ロボットアームは、前記ロボットアームの伸展時に前記交流モータを設置面に対して垂直に配置し前記ロボットアームの軸周りの回転をもたらす垂直関節ユニットと、前記ロボットアームの伸展時に前記交流モータを前記設置面に対して水平に配置し前記ロボットアームに対して屈曲動作をもたらす水平関節ユニットと、を連結して構成された多関節ロボットアームであり、
    前記水平関節ユニットは、前記モータを内包して支持する筐体部分で形成された第１の筐体空間と、前記第１の筐体空間と隣接して配置された筐体部分で形成され前記水平関節ユニットの筐体に設けられた取り外し可能なカバー部を通じてアクセス可能な第２の筐体空間とを備え、
    前記基板は、前記第２の筐体空間の内面に面接触する、請求項１に記載のロボットアーム。
14. 前記基板に搭載された前記駆動回路は、前記垂直関節ユニットの前記交流モータと、前記水平関節ユニットの前記交流モータとを駆動する、請求項１３に記載のロボットアーム。
15. 筐体を備えたロボットであって、
    所定の駆動電圧を有する交流モータと、
    直流電圧を出力する電源から出力される前記直流電圧を交流電圧へと変換して前記交流モータを駆動する駆動回路が搭載される基板と、を備え、
    前記基板は、前記筐体の所定面に面接触して配置されている、ロボット。

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