JP2020026000A - Robot arm and robot - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、電動式のロボットアーム及びロボットに関する。 The present invention relates to, for example, an electric robot arm and a robot.
従来より、複数の関節ユニットを連結することにより構成された多関節のロボットアームが知られている。非特許文献１には、多関節ロボットアームが開示されている。
BACKGROUND ART Conventionally, a multi-joint robot arm configured by connecting a plurality of joint units has been known. Non-Patent
ところで、工場内又は家庭内において使用されるこの種のロボットアームにあっては、特に、近年、人との協働性が求められている。この協働性を高める上では、人との接触や衝突の可能性等も考慮して、ロボットアームの小型化が重要となる。 By the way, in the case of this type of robot arm used in factories or homes, in particular, in recent years, cooperation with humans has been required. In order to enhance the cooperability, it is important to reduce the size of the robot arm in consideration of the possibility of contact and collision with a person.
しかしながら、各関節ユニットの筐体内には、少なくとも、ロボットアームの動作のために必要なモータや減速機等を含む駆動ユニット、駆動ユニットの制御を行う制御回路基板、それらの間を結ぶ配線等を収容せねばならず、その小型化は容易ではなかった。 However, in the housing of each joint unit, at least a drive unit including a motor and a speed reducer necessary for the operation of the robot arm, a control circuit board for controlling the drive unit, a wiring connecting them, and the like are provided. It had to be accommodated, and miniaturization was not easy.
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、小型化が容易なロボットアームを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned technical problems, and an object of the present invention is to provide a robot arm that can be easily reduced in size.
上述の技術的課題は、以下の構成を有する関節ユニット、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。 The above technical problem can be solved by a joint unit, a robot arm, and a robot having the following configurations.
すなわち、本発明に係るロボットアームは、複数の関節ユニットを連結することにより構成されたロボットアームであって、各前記関節ユニットは、前記ロボットアームの関節駆動用の駆動ユニットをそれぞれ含み、一の前記関節ユニットの筐体内に、当該関節ユニットに含まれる駆動ユニットを制御する制御回路基板と他の前記関節ユニットの駆動ユニットを制御するための制御回路基板が含まれている。 That is, the robot arm according to the present invention is a robot arm configured by connecting a plurality of joint units, and each of the joint units includes a drive unit for driving the joint of the robot arm, A control circuit board for controlling a drive unit included in the joint unit and a control circuit board for controlling a drive unit for another joint unit are included in the housing of the joint unit.
このような構成によれば、制御回路基板を一の関節ユニットへと集約することができるので、ロボットアームの小型化を図ることができる。 According to such a configuration, since the control circuit board can be integrated into one joint unit, the size of the robot arm can be reduced.
前記関節ユニットは、前記ロボットアームに対して軸周りの回転をもたらす第１の駆動ユニットを、その回転中心軸が前記ロボットアームの伸展時に設置面に対して垂直となるよう格納する筐体を備える垂直関節ユニットと、前記垂直関節ユニットへと連結され、前記ロボットアームに対して屈曲動作をもたらす第２の駆動ユニットを、その回転中心軸が前記ロボットアームの伸展時に前記設置面に対して水平となるよう格納する筐体を備える水平関節ユニットと、を含み、前記垂直関節ユニットと前記水平関節ユニットの制御を行う制御回路基板は、前記水平関節ユニットの筐体内に格納されている、ものであってもよい。 The joint unit includes a housing that stores a first drive unit that causes rotation about an axis with respect to the robot arm such that a rotation center axis thereof is perpendicular to an installation surface when the robot arm is extended. A vertical joint unit, a second drive unit connected to the vertical joint unit and causing the robot arm to perform a bending operation, wherein a rotation center axis of the second drive unit is horizontal with respect to the installation surface when the robot arm is extended. And a control circuit board for controlling the vertical joint unit and the horizontal joint unit, which is stored in a housing of the horizontal joint unit. You may.
このような構成によれば、ロボットアームの軸方向の長さの増大をもたらす垂直関節ユニットを小型化できるので、ロボットアームの小型化を図ることができる。 According to such a configuration, the size of the vertical joint unit that increases the axial length of the robot arm can be reduced, so that the robot arm can be reduced in size.
前記制御回路基板は、前記第２の駆動ユニットの軸方向に隣接して配置された筐体空間内に配置される、ものであってもよい。 The control circuit board may be arranged in a housing space arranged adjacent to the second drive unit in the axial direction.
このような構成によれば、制御回路基板が第２のモータの軸方向に隣接して配置されるので、前記第２の駆動ユニットの半径方向やロボットアームの軸方向の長さを増大させず、ロボットアームの小型化を図ることができる。 According to such a configuration, since the control circuit board is disposed adjacent to the second motor in the axial direction, the length of the second drive unit in the radial direction and the length of the robot arm in the axial direction are not increased. Therefore, the size of the robot arm can be reduced.
前記水平関節ユニットは、さらに、前記第１の駆動ユニット及び前記第２の駆動ユニットの駆動を行う駆動回路基板をその筐体内に含む、ものであってもよい。 The horizontal joint unit may further include a drive circuit board for driving the first drive unit and the second drive unit in a housing thereof.
このような構成によれば、ロボットアームの軸方向の長さの増大をもたらす垂直関節ユニットを小型化できるので、ロボットアームの小型化を図ることができる。 According to such a configuration, the size of the vertical joint unit that increases the axial length of the robot arm can be reduced, so that the robot arm can be reduced in size.
前記第２の駆動ユニットの軸方向の延長上の前記水平関節ユニットの筐体の一部には、取り外し可能なカバーが設けられており、前記カバーを取り外すことにより前記制御回路基板へとアクセス可能に構成されている、ものであってもよい。 A removable cover is provided on a part of the casing of the horizontal joint unit on the axial extension of the second drive unit, and the control circuit board can be accessed by removing the cover. May be configured.
このような構成によれば、水平関節ユニットの制御回路基板のみならず垂直関節ユニットの制御回路基板も含めて水平関節ユニットのカバーを通じて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。 According to such a configuration, it is possible to access not only the control circuit board of the horizontal joint unit but also the control circuit board of the vertical joint unit through the cover of the horizontal joint unit. Become.
前記垂直関節ユニットと前記水平関節ユニットとの対である関節ユニット対を２以上含み、各関節ユニット対の前記制御回路基板同士は、シリアル通信により連結されている、ものであってもよい。 The control circuit board of each joint unit pair may include two or more joint unit pairs that are pairs of the vertical joint unit and the horizontal joint unit, and may be connected by serial communication.
このような構成によれば、中継点を減らすことができ接触不良等のおそれを小さくすることができる。また、ケーブル本数を少なくすることができ小型化を実現することもできる。 According to such a configuration, the number of relay points can be reduced, and the possibility of poor contact or the like can be reduced. Further, the number of cables can be reduced, and downsizing can be realized.
前記関節ユニットは、前記ロボットアームに対して軸周りの回転をもたらす第１の駆動ユニットを、その回転中心軸が前記ロボットアームの長手方向の仮想中心軸に平行となるよう格納する筐体を備える第１の関節ユニットと、前記垂直関節ユニットへと連結され、前記ロボットアームに対して屈曲動作をもたらす第２の駆動ユニットを、その回転中心軸が前記第１の駆動ユニットの回転中心軸に対して垂直となるよう格納する筐体を備える第２の関節ユニットと、を含み、前記第１の駆動ユニットと前記第２の駆動ユニットの制御を行う制御回路基板は、前記第２の関節ユニットの筐体内に格納されている、ものであってもよい。 The joint unit includes a housing that stores a first drive unit that causes rotation about an axis with respect to the robot arm such that a rotation center axis thereof is parallel to a virtual center axis in a longitudinal direction of the robot arm. A first joint unit and a second drive unit connected to the vertical joint unit and providing a bending motion to the robot arm, wherein a rotation center axis of the second drive unit is relative to a rotation center axis of the first drive unit; And a second joint unit having a housing for storing the first joint unit vertically. The control circuit board for controlling the first drive unit and the second drive unit includes It may be stored in a housing.
このような構成によれば、ロボットアームの軸方向の長さの増大をもたらす関節ユニットを小型化できるので、ロボットアームの小型化を図ることができる。 According to such a configuration, the size of the joint unit that increases the axial length of the robot arm can be reduced, so that the robot arm can be reduced in size.
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、複数の関節ユニットを連結することにより構成されたロボットであって、各前記関節ユニットは、前記ロボットの関節駆動用の駆動ユニットをそれぞれ含み、一の前記関節ユニットの筐体内に、当該関節ユニットに含まれる駆動ユニットを制御する制御回路基板と他の前記関節ユニットの駆動ユニットを制御するための制御回路基板が含まれている。 The present invention can also be thought of as a robot. That is, the robot according to the present invention is a robot configured by connecting a plurality of joint units, and each of the joint units includes a drive unit for driving the joint of the robot, and one of the joint units. A control circuit board for controlling a drive unit included in the joint unit and a control circuit board for controlling a drive unit for another joint unit are included in the housing of the joint unit.
本発明によれば、小型化が容易なロボットアームを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a robot arm that can be easily reduced in size.
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。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the attached FIGS.
＜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。
<1. First Embodiment>
FIG. 1 is an external view of the
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。
At the upper end of a first
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。
The
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。
The upper end of a second
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。
The
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。
The upper end of a third
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。
The
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。
The upper end of a fourth
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。
Note that, inside the horizontal joint unit, a
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。
According to such a configuration, since the
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。
FIG. 2 is an external perspective view showing the
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。
The housing of the
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。
FIG. 3 is a block diagram of an electric / communication system of the
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。
Command signals and the like from the
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。
Further, power from the
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。
FIG. 4 is a block diagram showing an electric configuration of a power supply unit, that is, a part for inputting power from the
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。
In the upper left part of FIG. 4, a
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。
On the other hand, the lower left part of FIG. 4 shows a
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。
FIG. 5 is an external perspective view of the housing of the horizontal joint unit. FIG. 2A shows a state where all the cover members are attached, and FIG. 2B shows a state where the
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。
As is clear from FIG. 5B, the bolts inserted into the three
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。 According to such a configuration, since the cover of the horizontal joint unit, which is easier to maintain than the vertical joint unit, can be removed, maintenance and replacement of the board, writing of a program, and the like are facilitated.
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。
In addition,
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。
FIG. 6 is a partially exploded perspective view of the horizontal joint unit. As is clear from the figure, the horizontal joint unit stores the
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。
The horizontal joint unit has an
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。
The
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。
FIG. 7 is a diagram (cross-sectional view) illustrating a surface contact mode of the
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。
According to such a configuration, even when the circuit elements including the inverter circuit and the like generate heat, the
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。
FIG. 8 is a schematic diagram of a cross section of the
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。 According to such a configuration, it is possible to realize efficient heat radiation by using an aluminum alloy among metals having generally high thermal conductivity.
＜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。
<2. Modification>
The configurations of the robot arm and the robot according to the present invention are not limited to the above embodiments, and the configurations can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
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。
In the above embodiment, the configuration in which the
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。
In the above-described embodiment, the
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。
FIG. 9A is a schematic diagram of a cross section of a
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。
FIG. 9B is a schematic diagram of a cross section of the
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。
In the above-described embodiment, the
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。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized in the industry which manufactures a robot arm etc.
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
1
Claims (8)
各前記関節ユニットは、前記ロボットアームの関節駆動用の駆動ユニットをそれぞれ含み、
一の前記関節ユニットの筐体内に、当該関節ユニットに含まれる駆動ユニットを制御する制御回路基板と他の前記関節ユニットの駆動ユニットを制御するための制御回路基板が含まれている、ロボットアーム。 A robot arm configured by connecting a plurality of joint units,
Each of the joint units includes a drive unit for driving a joint of the robot arm,
A robot arm, wherein a control circuit board for controlling a drive unit included in the joint unit and a control circuit board for controlling a drive unit of another joint unit are included in a housing of one of the joint units.
前記ロボットアームに対して軸周りの回転をもたらす第１の駆動ユニットを、その回転中心軸が前記ロボットアームの伸展時に設置面に対して垂直となるよう格納する筐体を備える垂直関節ユニットと、
前記垂直関節ユニットへと連結され、前記ロボットアームに対して屈曲動作をもたらす第２の駆動ユニットを、その回転中心軸が前記ロボットアームの伸展時に前記設置面に対して水平となるよう格納する筐体を備える水平関節ユニットと、を含み、
前記垂直関節ユニットと前記水平関節ユニットの制御を行う制御回路基板は、前記水平関節ユニットの筐体内に格納されている、請求項１に記載のロボットアーム。 The joint unit includes:
A vertical joint unit including a housing that stores a first drive unit that provides rotation about an axis with respect to the robot arm such that a rotation center axis thereof is perpendicular to an installation surface when the robot arm is extended;
A housing that houses a second drive unit that is connected to the vertical joint unit and that causes the robot arm to perform a bending operation such that a rotation center axis thereof is horizontal to the installation surface when the robot arm is extended. A horizontal joint unit comprising a body;
The robot arm according to claim 1, wherein a control circuit board that controls the vertical joint unit and the horizontal joint unit is stored in a housing of the horizontal joint unit.
各関節ユニット対の前記制御回路基板同士は、シリアル通信により連結されている、請求項２に記載のロボットアーム。 Including two or more joint unit pairs that are pairs of the vertical joint unit and the horizontal joint unit,
The robot arm according to claim 2, wherein the control circuit boards of each joint unit pair are connected by serial communication.
前記ロボットアームに対して軸周りの回転をもたらす第１の駆動ユニットを、その回転中心軸が前記ロボットアームの長手方向の仮想中心軸に平行となるよう格納する筐体を備える第１の関節ユニットと、
前記垂直関節ユニットへと連結され、前記ロボットアームに対して屈曲動作をもたらす第２の駆動ユニットを、その回転中心軸が前記第１の駆動ユニットの回転中心軸に対して垂直となるよう格納する筐体を備える第２の関節ユニットと、を含み、
前記第１の駆動ユニットと前記第２の駆動ユニットの制御を行う制御回路基板は、前記第２の関節ユニットの筐体内に格納されている、請求項１に記載のロボットアーム。 The joint unit includes:
A first joint unit including a housing for storing a first drive unit for rotating the robot arm around an axis such that a rotation center axis thereof is parallel to a virtual center axis in a longitudinal direction of the robot arm. When,
A second drive unit connected to the vertical joint unit and causing the robot arm to perform a bending operation is stored such that a rotation center axis thereof is perpendicular to a rotation center axis of the first drive unit. A second joint unit comprising a housing;
The robot arm according to claim 1, wherein a control circuit board that controls the first drive unit and the second drive unit is stored in a housing of the second joint unit.
各前記関節ユニットは、前記ロボットの関節駆動用の駆動ユニットをそれぞれ含み、
一の前記関節ユニットの筐体内に、当該関節ユニットに含まれる駆動ユニットを制御する制御回路基板と他の前記関節ユニットの駆動ユニットを制御するための制御回路基板が含まれている、ロボット。 A robot configured by connecting a plurality of joint units,
Each of the joint units includes a drive unit for driving a joint of the robot,
A robot, wherein a control circuit board for controlling a drive unit included in the joint unit and a control circuit board for controlling a drive unit of another joint unit are included in a housing of the one joint unit.
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