JP2021122866A - ロボット、ロボット搭載用移動体および移動ロボット - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリー残量に関わらず、ロボットアームを高精度で駆動することができるロボット、ロボット搭載用移動体および移動ロボットを提供すること。【解決手段】ロボットアームと、バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えることを特徴とするロボット。【選択図】図2
Description
本発明は、ロボット、ロボット搭載用移動体および移動ロボットに関するものである。
従来から、歩行ロボットが知られている。例えば、特許文献1に示す脚式移動ロボットは、移動機構としての歩行手段を備える。この歩行手段は、モーターを有する。また、この脚式移動ロボットには、バッテリーが内蔵されており、このバッテリーが出力する電力により、歩行手段のモーターや、その他の各部が駆動する。
しかしながら、上記歩行ロボットでは、バッテリーの出力がそのままモーターに印加されるため、バッテリー残量が少なくなると、電圧が低下し、ロボットの駆動が不安定となり、駆動の精度が低下するという問題がある。
本適用例のロボットは、ロボットアームと、
バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、
前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、
前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えることを特徴とする。
バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、
前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、
前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えることを特徴とする。
本適用例のロボット搭載用移動体は、移動機構と、
ロボットアームと、バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えるロボットが接続される接続部と、を備えることを特徴とする。
ロボットアームと、バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えるロボットが接続される接続部と、を備えることを特徴とする。
本適用例の移動ロボットは、ロボットアームと、バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えるロボットと、
移動機構と、前記ロボットが接続される接続部と、を有し、前記ロボットを移動させるロボット搭載用移動体と、を備えることを特徴とする。
移動機構と、前記ロボットが接続される接続部と、を有し、前記ロボットを移動させるロボット搭載用移動体と、を備えることを特徴とする。
以下、本発明のロボット、ロボット搭載用移動体および移動ロボットを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る移動ロボットを示す側面図である。図2は、図1に示す移動ロボットの詳細を示すブロック図である。図3は、バッテリーおよび電圧変換部が出力する電圧の経時的な変化を示すグラフである。
図1は、第1実施形態に係る移動ロボットを示す側面図である。図2は、図1に示す移動ロボットの詳細を示すブロック図である。図3は、バッテリーおよび電圧変換部が出力する電圧の経時的な変化を示すグラフである。
また、図1では、説明の便宜上、互いに直交する3軸として、x軸、y軸およびz軸を図示している。また、以下では、x軸に平行な方向を「x軸方向」とも言い、y軸に平行な方向を「y軸方向」とも言い、z軸に平行な方向を「z軸方向」とも言う。
また、以下では、説明の便宜上、図1中の+z軸方向、すなわち、上側を「上」または「上方」、−z軸方向、すなわち、下側を「下」または「下方」とも言う。また、図1中のz軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、x軸方向およびy軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。
図1に示す移動ロボット100は、例えば、電子部品および電子機器等のワークの保持、搬送、組立ておよび検査等の作業で用いられる産業用ロボットである。移動ロボット100は、ロボット1と、ロボット搭載用移動体2と、を備える。
図1に示すロボット1は、いわゆる6軸の垂直多関節ロボットであり、基台110と、基台110に接続されたロボットアーム10と、駆動部3と、ロボット制御部4と、電圧変換部5と、を有する。
基台110は、ロボットアーム10を支持するものである。基台110は、筐体を有し、内部には、例えば、ロボットアーム10を駆動する駆動装置や、ロボット制御部4と通信を行うための図示しない通信部等が内蔵されている。
なお、基台110は、図示のような形状に限定されず、ロボットアーム10を支持する機能を有していればよく、例えば、板状の部材や、複数本の脚で構成されていてもよい。
また、基台110は、省略されていてもよく、ロボット搭載用移動体2に少なくとも一部が内蔵されていてもよい。
図1に示すロボットアーム10は、その基端が基台110に接続されており、複数のアームであるアーム11、アーム12、アーム13、アーム14、アーム15およびアーム16を有する。これらアーム11〜アーム16は、基端から先端に向かってこの順に連結されている。各アーム11〜アーム16は、隣り合うアームまたは基台110に対して回動可能になっている。
また、図1および図2に示すように、ロボット1は、ロボットアームを駆動する駆動部としての駆動部3を有する。駆動部3は、基台110に対してアーム11を回動させる駆動部3Aと、アーム11に対してアーム12を回動させる駆動部3Bと、アーム12に対してアーム13を回動させる駆動部3Cと、アーム13に対してアーム14を回動させる駆動部3Dと、アーム14に対してアーム15を回動させる駆動部3Eと、アーム15に対してアーム16を回動させる駆動部3Fと、を有している。
図2に示すように、駆動部3Aは、第2モーターであるモーター31Aと、モーター駆動回路32Aと、エンコーダー33Aと、図示しない減速機等を有する。駆動部3Bは、第2モーターであるモーター31Bと、モーター駆動回路32Bと、エンコーダー33Bと、図示しない減速機等を有する。駆動部3Cは、第2モーターであるモーター31Cと、モーター駆動回路32Cと、エンコーダー33Cと、図示しない減速機等を有する。駆動部3Dは、第2モーターであるモーター31Dと、モーター駆動回路32Dと、エンコーダー33Dと、図示しない減速機等を有する。駆動部3Eは、第2モーターであるモーター31Eと、モーター駆動回路32Eと、エンコーダー33Eと、図示しない減速機等を有する。駆動部3Fは、第2モーターであるモーター31Fと、モーター駆動回路32Fと、エンコーダー33Fと、図示しない減速機等を有する。
モーター31Aは、モーター駆動回路32Aを介して後述する第2制御部42と電気的に接続されている。また、モーター31Bは、モーター駆動回路32Bを介して第2制御部42と電気的に接続されている。また、モーター31Cは、モーター駆動回路32Cを介して第2制御部42と電気的に接続されている。また、モーター31Dは、モーター駆動回路32Dを介して第2制御部42と電気的に接続されている。また、モーター31Eは、モーター駆動回路32Eを介して第2制御部42と電気的に接続されている。また、モーター31Fは、モーター駆動回路32Fを介して第2制御部42と電気的に接続されている。
第2制御部42がモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fへの通電条件をそれぞれ独立して制御することにより、モーター31A〜モーター31Fの駆動が制御される。
本実施形態では、モーター31A〜モーター31Fは、三相交流で駆動するサーボモーターである。したがって、モーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fは、PWM(Pulse Width Modulation)制御を行うことにより、モーター31A〜モーター31Fを駆動する。
ただし、この構成に限定されず、モーター31A〜モーター31Fは、直流で駆動する構成であってもよい。
また、エンコーダー33A〜エンコーダー33Fは、ロボットアーム10の作動状態を検知する作動状態検知部としての一例である。エンコーダー33A〜エンコーダー33Fは、第2制御部42とそれぞれ電気的に接続されており、検出した位置情報、すなわち、検知結果に相当する電気信号が第2制御部42に送信される。このような構成により、第2制御部42は、エンコーダー33A〜エンコーダー33Fの検知結果に基づいて、モーター31A〜モーター31Fの駆動を制御する。
また、図1に示すように、ロボットアーム10の先端には、作業対象物を保持するエンドエフェクター17が装着される。エンドエフェクター17は、図示の構成では、複数本、例えば、2本の指を接近、離間させて作業対象物を把持する。なお、エンドエフェクター17としては、この構成に限定されず、吸着ハンド、磁気ハンド等であってもよい。
なお、エンドエフェクター17がモーターで駆動する場合、その回生電力を二次電池8に供給する構成であってもよい。
ロボット制御部4は、後述する電圧変換部5の作動を制御する第1制御部41と、モーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fの駆動を制御する第2制御部42と、記憶部43と、を有する。
第1制御部41は、例えば、CPU(Central Processing Unit)を有し、記憶部43に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する制御部である。第1制御部41で生成された指令信号により、後述する電圧変換部5内のスイッチの切り替えを制御する。
第2制御部42は、例えば、CPU(Central Processing Unit)を有し、記憶部43に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する。第2制御部42で生成された指令信号により、ロボットアーム10が所定の作業を実行することができる。
記憶部43は、第1制御部41および第2制御部42が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部43としては、例えば、RAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリー、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。また、記憶部43と、第1制御部41および第2制御部42との接続は、有線による接続の他、無線による接続であってもよく、さらには、インターネット等のネットワークを介しての通信によるものであってもよい。
次に、ロボット搭載用移動体2について説明する。
ロボット搭載用移動体2は、自動走行システムで構成されており、ロボット1を移動させるものである。
ロボット搭載用移動体2は、自動走行システムで構成されており、ロボット1を移動させるものである。
ロボット搭載用移動体2は、複数の車輪、すなわち、一対の前輪21、一対の後輪22および一対の駆動輪23と、これらの車輪が設置される移動体本体20と、移動体制御部7と、二次電池8と、駆動部9A、9Bと、を有する。
一対の駆動輪23は、移動機構20Aの一例であり、一対の前輪21および一対の後輪22の間に設けられている。一方の駆動輪23は、駆動部9Aによって駆動し、他方の駆動輪23は、駆動部9Bによって駆動する。
駆動部9Aは、第1モーターとしてのモーター91Aと、モーター駆動回路92Aと、エンコーダー93Aと、回生抵抗部94Aと、図示しない減速機等を有する。駆動部9Bは、第1モーターとしてのモーター91Bと、モーター駆動回路92Bと、エンコーダー93Bと、回生抵抗部94Bと、図示しない減速機等を有する。
モーター91Aは、モーター駆動回路92Aを介して後述する第3制御部71と電気的に接続されている。また、モーター91Bは、モーター駆動回路92Bを介して第3制御部71と電気的に接続されている。
第3制御部71がモーター駆動回路92Aおよびモーター駆動回路92Bへの通電条件をそれぞれ独立して制御することにより、モーター91Aおよびモーター91Bの駆動が制御される。
また、エンコーダー93Aおよびエンコーダー93Bは、第3制御部71とそれぞれ電気的に接続されており、検出した位置情報に相当する電気信号が第3制御部71に送信される。このような構成により、第3制御部71は、エンコーダー93Aおよびエンコーダー93Bの検出結果に基づいて、モーター91Aおよびモーター91Bの駆動を制御することができる。
また、モーター91Aの回生電力は、モーター駆動回路92Aを介して回生抵抗部94Aに供給され、モーター駆動回路92Bを介してモーター91Bの回生電力は、回生抵抗部94Bに供給される。回生抵抗部94Aおよび回生抵抗部94Bは、回生電力を吸収する回生電力吸収回路であり、それぞれ、図示しない抵抗器を有し、回生電力を熱に変換して放熱する。
このようにロボット搭載用移動体2は、第1モーターとしてのモーター91Aおよびモーター91Bの回生電力を熱に変換する回生抵抗部94Aおよび回生抵抗部94Bを有する。これにより、ロボット搭載用移動体2が緊急停止した際に、モーター91Aおよびモーター91Bにおいて発生した過剰な回生電力が二次電池8に供給されるのを防止することができる。
なお、回生抵抗部94Aおよび回生抵抗部94Bを省略し、モーター91Aおよびモーター91Bの回生電力を、二次電池8に蓄電する構成としてもよい。
なお、一対の前輪21および一対の後輪22は、本実施形態では、従動輪である。ただし、これに限定されず、一対の前輪21および一対の後輪22が、駆動部に接続されていてもよい。
また、各駆動輪23は、それぞれ、駆動部9Aおよび駆動部9Bによって正回転および逆回転可能に構成されている。このため、各駆動輪23の回転速度および回転方向の少なくとも一方を調整することにより、走行する向きを変更することができる。また、本実施形態では、前輪21、後輪22および駆動輪23は、z軸回りに回転しない構成であるが、これに限定されず、前輪21、後輪22および駆動輪23の少なくとも1つは、z軸回りに回転する構成であってもよい。この場合、z軸回りの回転量を調整することによって走行する向きを変更することができる。
なお、本明細書中の「移動」には、直動や蛇行や往復動等はもちろん、回転も含まれる。また、ロボット搭載用移動体2の車輪の数は、特に限定されない。また、ロボット搭載用移動体2の構成としては、上記のような車輪走行型に限定されず、例えば、キャタピラーを有する構成や複数本の足を有し、歩行する構成等であってもよい。
また、ロボット搭載用移動体2は、ロボット1が搭載される、すなわち、接続される接続部200を有する。接続部200は、移動体本体20の上部に設けられており、ロボット1が着脱自在に接続される図示しない着脱機構を有する。これにより、ロボット1をロボット搭載用移動体2に搭載することができる。接続部200の機構は特に限定されず、ロボット1とロボット搭載用移動体2とが固定されればよく、ねじを用いた固定でもよい。
なお、図示の構成では、接続部200は、移動体本体20の上部に設けられているが本発明ではこれに限定されず、例えば、移動体本体の側部に設けられていてもよい。
移動体制御部7は、モーター駆動回路92Aおよびモーター駆動回路92Bの駆動を制御する第3制御部71と、記憶部72と、を有する。
第3制御部71は、例えば、CPU(Central Processing Unit)を有し、記憶部72に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する。第3制御部71で生成された指令信号により、ロボット搭載用移動体2が所定の経路を走行することができる。
記憶部72は、第3制御部71が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部72としては、例えば、RAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリー、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。また、記憶部72と、第3制御部71との接続は、有線による接続の他、無線による接続であってもよく、さらには、インターネット等のネットワークを介しての通信によるものであってもよい。
図1に示すように、二次電池8は、直流電源であり、第1電圧V1を出力する。二次電池8は、移動体本体20に内蔵されている。また、二次電池8は、繰り返し充放電が可能な電池であり、移動ロボット100の各部に電力を供給する。すなわち、二次電池8は、ロボット1のモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fおよびロボット制御部4と、ロボット搭載用移動体2の移動体制御部7および駆動部9Aおよび駆動部9Bと電気的に接続されており、これらに電力を供給する。なお、二次電池は、一般的に、蓄電池、充電式電池とも言う。二次電池は、充電を行うことにより電気を蓄えて電池として使用できるようになり、繰り返し使用することができる電池のことである。
また、二次電池8は、蓄えた電力がなくなると、図示しない外部電源から充電されて用いられる。この二次電池8としては、繰り返し充放電が可能な電池であれば特に限定されず、例えば、ニカド電池、ニッケル水素電池、ナトリウム電池、マグネシウム電池、リチウムイオン電池、鉛蓄電池等が挙げられる。
なお、二次電池8に代えて、電気二重層キャパシタのようなキャパシタや、放電のみを行う一次電池を用いてもよい。以下、二次電池やキャパシタ、一次電池を総称して、バッテリーと表現することもある。
ここで、図2に示す移動ロボット100の回路は、ロボット搭載用移動体2側の移動体側回路100Aと、ロボット1側のロボット側回路100Bとを有する。
移動体側回路100Aは、第1モーターであるモーター91Aおよびモーター91Bに電力を供給する回路である。すなわち、移動体側回路100Aは、二次電池8とモーター91Aとの間のモーター駆動回路92Aを含む電気配線と、二次電池8とモーター91Bとの間のモーター駆動回路92Bを含む電気配線とにより構成される。
ロボット側回路100Bは、二次電池8の電力を第2モーターであるモーター31A〜モーター31Fに供給するとともにモーター31A〜モーター31Fの回生電力を二次電池8に供給する回路である。すなわち、ロボット側回路100Bは、二次電池8とモーター31A〜モーター31Fとの間の電圧変換部5およびモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fを含む電気配線と、電圧変換部5と、により構成される。モーター31A〜モーター31Fの回生電力は、モーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fおよび電圧変換部5をそれぞれ介して、二次電池8に供給される。
このような移動体側回路100Aおよびロボット側回路100Bを有することにより、移動ロボット100の各部は、二次電池8からの電力で駆動する。換言すれば、ロボット1およびロボット搭載用移動体2は、1つの電源である二次電池8を共有しており、二次電池8からの電力によってロボット1の各部およびロボット搭載用移動体2の各部が駆動する。
次に、電圧変換部5について説明する。
電圧変換部5は、二次電池8が出力する第1電圧V1を変圧してモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに第2電圧V2を出力する。電圧変換部5は、本実施形態では、昇圧および降圧の双方を行うものである。
電圧変換部5は、二次電池8が出力する第1電圧V1を変圧してモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに第2電圧V2を出力する。電圧変換部5は、本実施形態では、昇圧および降圧の双方を行うものである。
電圧変換部5は、例えば、スイッチング方式のDC/DCコンバーターで構成される。また、DC/DCコンバーターとしては、絶縁型または非絶縁型のいずれであってもよいが、絶縁型であるのが好ましい。これにより、対応する電圧の幅を広げることができる。
後述するような電圧変換部5の昇圧動作および降圧動作は、第1制御部41が電圧変換部5内の図示しないスイッチング回路を制御することにより実現することができる。
ここで、二次電池8は、バッテリー残量が比較的少なくなってきた場合や、経時劣化等により、出力する第1電圧V1の値が変動する。具体的には、図3に破線で示すように、ロボットアーム10の駆動中、時間が経つにつれてバッテリー残量が減り、これに伴い、二次電池8が出力する第1電圧V1の値が電圧Vaから徐々に低下する。つまり、図3において破線で示す電圧は、二次電池8から出力された電圧、つまり第1電圧V1であり、電圧変換部5による変圧前の電圧である。電圧Vaは、二次電池8が出力する電圧の最初の電圧である。
特に、時間t1が経過し、第1電圧V1の電圧値が第1所定値Vxを下回ると、モーター31A〜モーター31FのT−N特性の劣化が著しくなり、ロボットアーム10の動作の精度の低下が顕著になる。なお、第1所定値Vxは、ロボットアーム10の優れたパフォーマンスを発揮することができる電圧値の下限値であり、適宜設定することができる。また、第1所定値Vxは、記憶部43に記憶されている。
そこで、本発明では、電圧変換部5が第1電圧V1を変圧して、出力する第2電圧V2の値を定格電圧Vbとする。定格電圧Vbは、T−N特性に基づき、モーター31A〜モーター31Fを安定して駆動することのできる任意の値、例えば、第1所定値Vx以上の値に設定される。本実施形態では、二次電池8から出力された電圧が電圧変換部5により変圧された電圧、つまり第2電圧V2を、図3の実線で示す。このとき、第1電圧V1を電圧変換部5が定格電圧Vbに変圧している。しかし、時間t2が経過し、二次電池8から出力された電圧が、電圧変換部5によっても定格電圧Vbに変圧できない下限電圧Vcを下回ることがある。この場合、第1電圧V1は、電圧変換部5により変圧されず、モーター31A〜モーター31Fは駆動されない。
よって、二次電池8で駆動する構成であっても、ロボットアーム10の安定した駆動を実現することができる。また、モーター31A〜モーター31Fに供給される電圧値が、第1所定値Vxを超える時間が時間t1から時間t2まで長くなるため、安定して駆動する時間を長くすることができる。
電圧変換部5の昇圧倍率が、1.0倍より大きく1.5倍以下である場合に、ロボットアーム10の適切な駆動、安定した駆動を実現することができることをより顕著に確認できる。また、電圧変換部5の降圧倍率が、0.5倍以上1.0倍より小さい場合に、ロボットアーム10の適切な駆動、安定した駆動を実現することができることをより顕著に確認できる。
なお、本実施形態では、1つの電圧変換部5が昇圧および降圧を行う構成であるが、本発明ではこれに限定されず、昇圧専用の電圧変換部5と、降圧専用の電圧変換部5とを有する構成であってもよい。
ただし、この構成に限定されず、電圧変換部5は、昇圧のみを行う構成であってもよく、降圧のみを行う構成であってもよい。たとえば、電圧Vaが第1所定値Vxより小さい場合、電圧変換部は、昇圧のみを行い、第1電圧V1は、昇圧されて定格電圧Vbに変圧される。
また、本実施形態では、1つの電圧変換部5が、二次電池8が出力する第1電圧V1を変換してモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fにそれぞれ出力する構成であるが、本発明ではこれに限定されず、モーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32F毎に電圧変換部5が設けられていてもよい。
また、図1に示すように、ロボット1は、ロボットアーム10を支持する基台110を有し、電圧変換部5は、基台110内に設置されている。すなわち、本実施形態では、基台110には、ロボット制御部4および電圧変換部5が一括して内蔵されている。これにより、ロボット1の構成の簡素化を図ることができる。
ただし、上記構成に限定されず、電圧変換部5は、ロボット搭載用移動体2の内部に内蔵されていてもよい。
また、電圧変換部5は、双方向DC/DCコンバーターで構成されるのが好ましい。すなわち、電圧変換部5は、モーター31A〜モーター31Fで生じた回生電力を昇圧または降圧して二次電池8に出力する構成であるのが好ましい。電圧変換部5が二次電池8の電圧に合わせてモーター31A〜モーター31Fで生じた回生電力を変圧することにより、モーター31A〜モーター31Fで生じた回生電力を二次電池8に蓄電することができる。この場合も、第1制御部41が電圧変換部5のスイッチを切り替える制御を行うことにより、二次電池8に蓄電するモードと、二次電池8が電圧を出力するモードと、を切り替えることができる。
このような電圧変換部5は、移動体側回路100Aにも設けられていてもよい。
このような電圧変換部5は、移動体側回路100Aにも設けられていてもよい。
本実施形態においては、ロボット1が6軸の垂直多関節ロボットであるが、これに限らない。例えば、ロボット1が水平多関節ロボット、いわゆるスカラロボットでもよく、ロボットアーム10を2つ以上有してもよい。また、ロボット搭載用移動体2が2つ以上のロボット1を有してもよい。
また、本実施形態においては、二次電池8が移動体本体20に内蔵されているが、これに限らず、例えば、ロボット1が二次電池8を内蔵していてもよく、二次電池8がロボット1およびロボット搭載用移動体2の外部から接続されていてもよい。
以上説明したように、ロボット1は、ロボットアーム10と、バッテリーとしての二次電池8から供給された電力でロボットアーム10を駆動するモーター31A〜モーター31Fと、モーター31A〜モーター31Fの駆動を制御するモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fと、二次電池8が出力する電圧を変圧してモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに出力する電圧変換部5と、を備える。このように、電圧変換部5を備えることにより、例えば、二次電池8のバッテリー残量が減ってきて、第1電圧V1の値が低下したとしても、必要かつ、十分な電圧、すなわち、定格電圧Vbをモーター31A〜モーター31Fに供給することができる。よって、二次電池8で駆動する構成であっても、ロボットアーム10の適切な駆動、安定した駆動を実現することができる。
また、電圧変換部5は、バッテリーとしての二次電池8が出力する電圧を昇圧または降圧することにより、所定値の電圧、すなわち、定格電圧Vbを出力する。これにより、二次電池8が出力する電圧の大小に関わらず、定格電圧Vbをモーター31A〜モーター31Fに供給することができる。
また、ロボット搭載用移動体2は、移動機構20Aと、ロボットアーム10と、バッテリーとしての二次電池8から供給された電力でロボットアーム10を駆動するモーター31A〜モーター31Fと、モーター31A〜モーター31Fの駆動を制御するモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fと、二次電池8が出力する電圧を変圧してモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに出力する電圧変換部5と、を備えるロボット1が接続される接続部200と、を備えることを特徴とする。これにより、前述した本発明の効果を発揮することができるロボット1を移動させることができるロボット搭載用移動体2を得ることができる。
また、移動ロボット100は、ロボットアーム10と、バッテリーとしての二次電池8から供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーター31A〜モーター31Fと、モーター31A〜モーター31Fの駆動を制御するモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fと、二次電池8が出力する電圧を変圧してモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fと、二次電池8が出力する電圧を変圧してモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに出力する電圧変換部5と、を備えるロボット1と、移動機構20Aと、ロボット1が接続される接続部200と、有し、ロボット1を移動させるロボット搭載用移動体2と、を備える。これにより、これにより、前述した本発明の効果を発揮するとともに、移動可能な移動ロボット100を得ることができる。
<第2実施形態>
図4は、第2実施形態に係る移動ロボットの詳細を示すブロック図である。図5は、バッテリーおよび電圧変換部が出力する電圧の経時的な変化を示すグラフである。図6は、図4に示す第1制御部の制御動作を説明するためのフローチャートである。
図4は、第2実施形態に係る移動ロボットの詳細を示すブロック図である。図5は、バッテリーおよび電圧変換部が出力する電圧の経時的な変化を示すグラフである。図6は、図4に示す第1制御部の制御動作を説明するためのフローチャートである。
以下、これらの図を参照して本発明のロボット、ロボット搭載用移動体および移動ロボットの第2実施形態について説明するが、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
図4に示すように、ロボット側回路100Bは、スイッチ51と、検出部52と、をさらに備える。
スイッチ51は、二次電池8と電圧変換部5との間に設けられている。スイッチ51は、半導体スイッチで構成され、後述する第1制御部41により生成された切替信号によって切替操作が行われる。また、スイッチ51は、二次電池8が出力した第1電圧V1を電圧変換部5に供給するか、電圧変換部5を経由せずにモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに供給するかを切り替える機能を有する。すなわち、スイッチ51は、二次電池8が出力した第1電圧V1を、電気配線100Cに供給するか電気配線100Dに供給するかを切り替える。なお、スイッチ51は、メカスイッチで構成されていてもよい。
電気配線100Cは、スイッチ51と電圧変換部5とを接続する配線である。電気配線100Dは、スイッチ51と、モーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fとを接続する配線である。以下、電気配線100Cを第1回路、電気配線100Dを第2回路と表現することもある。
このように、ロボット1は、バッテリーである二次電池8が出力した電力を電圧変換部5に供給する状態と、電圧変換部5を経由せずにモーター31A〜モーター31Fに供給する状態とを切り替えるスイッチ51を備える。これにより、後述するように、必要のない場合は、電圧変換部5を動作させない構成とすることができる。よって、電圧変換部5を作動させる際の消費電力を抑制することができる。
ここで、本実施形態のバッテリー8および電圧変換部5が出力する電圧の経時的な変化を図5に示す。二次電池8は、バッテリー残量が比較的少なくなってきた場合や、経時劣化等により、出力する第1電圧V1の値が変動する。具体的には、図5の破線で示すように、ロボットアーム10の駆動中、時間が経つにつれてバッテリー残量が減り、これに伴い、二次電池8が出力する第1電圧V1の値が電圧Vaから徐々に低下する。
定格電圧Vbは、T−N特性に基づき、モーター31A〜モーター31Fを安定して駆動することのできる任意の値、たとえば、第1所定値Vx以上、第2所定値Vy以下の範囲内の任意の値としてもよい。電圧Vaが第1所定値Vxおよび第2所定値Vyより大きい場合、バッテリーから出力された電圧を降圧したり、昇圧したりする。電圧変換部5は、図5に実線で示すように、時間t3までは降圧を行う。時間t3以降、時間t1までは、降圧も昇圧も行わない。時間t1以降時間t2までは昇圧を行う。このような構成により、例えば、二次電池8のバッテリー残量が減ってきて、第1電圧V1の値が低下したとしても定格電圧Vbをモーター31A〜モーター31Fに供給することができる。よって、二次電池8で駆動する構成であっても、ロボットアーム10の安定した駆動を実現することができる。また、モーター31A〜モーター31Fに供給される電圧値が、第1所定値Vxを超える時間が時間t1から時間t2まで長くなるため、安定して駆動する時間を長くすることができる。第1電圧V1は、後述する検出部52によって電圧値が検出される。
なお、第2所定値Vyは、モーター31A〜モーター31Fに負荷がかかりすぎない程度の電圧値の上限値であり、適宜設定することができる。また、第2所定値Vyは、記憶部43に記憶されている。
検出部52は、二次電池8と電圧変換部5との間に設けられ、二次電池8が出力する第1電圧V1の電圧値を検出する機能を有する。検出部52は、第1制御部41と電気的に接続されている。検出部52が検出した電圧値に関する情報は、電気信号として第1制御部41に伝達される。
第1制御部41は、検出部52から送信された情報、すなわち、検出部52の検出結果と、第1所定値Vxおよび第2所定値Vyとを比較する。そして、第1制御部41は、この比較結果に応じてスイッチ51に対して切替信号を生成する。
具体的には、第1制御部41は、第1電圧V1の電圧値が、第1所定値Vxを下回った場合、および、第1電圧V1の電圧値が第2所定値Vyを上回った場合に、第1回路としての電気配線100Cに電力を供給するようにスイッチ51の作動を制御する。すなわち、電圧変換部5に電力が供給されるようにスイッチ51の作動を制御する。これにより、モーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fには、定格電圧Vbが供給される。
このように、制御部としての第1制御部41は、検出部52が検出した検出結果が第1所定値Vxを下回った場合、電圧変換部5に電力が供給されるようスイッチ51の作動を制御する。これにより、二次電池8が出力する電圧値が第1所定値Vxを下回ったとしても、電圧変換部5が定格電圧Vbを出力することができる。よって、ロボットアーム10を安定して駆動することができる。
また、制御部としての第1制御部41は、検出部52が検出した検出結果が第2所定値Vyを上回った場合、電圧変換部5に電力が供給されるようスイッチ51の作動を制御する。これにより、二次電池8が出力する電圧値が第2所定値Vyを上回ったとしても、モーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに過剰な電圧が印加されるのを防止または抑制することができる。
一方、第1制御部41は、第1電圧V1の電圧値が、第1所定値Vx以上第2所定値Vy以下であった場合、すなわち、正常な電圧値であった場合、第2回路としての電気配線100Dに電力を供給するようにスイッチ51の作動を制御する。すなわち、電圧変換部5で変圧することなく、モーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに電力を供給する。
このように、制御部としての第1制御部41は、検出部52が検出した検出結果が第1所定値Vx以上第2所定値Vy以下であった場合、電圧変換部5を経由せずにモーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに電力を供給するようスイッチ51の作動を制御する。これにより、必要のない場合、すなわち、第1電圧V1の電圧値が正常であった場合、電圧変換部5を動作させない構成とすることができる。よって、電圧変換部5を作動させる際の消費電力を抑制することができる。
このように、ロボット1は、バッテリーとしての二次電池8が出力する第1電圧V1を検出する検出部52と、検出部52の検出結果に基づいてスイッチ51の作動を制御する制御部としての第1制御部41を備える。これにより、上述したように、検出部52の検出結果に応じて、電圧変換部5で第1電圧V1を変圧するか否かを選択することができる。
次に、図6に示すフローチャートに基づいて、ロボット制御部4の制御動作について説明する。
まず、ステップS101において、二次電池8が出力した第1電圧V1の電圧値を検出する。次いで、ステップS102において、第1電圧V1の電圧値が第1所定値Vx以上であるか否かを判断する。ステップS102において、第1電圧V1の電圧値が第1所定値Vx以上であると判断した場合、ステップS103に移行する。
一方、ステップS102において、第1電圧V1の電圧値が第1所定値Vx以上ではないと判断した場合、ステップS104において、電圧変換部5に電力を供給する、すなわち、電気配線100Cに電力が供給されるようスイッチ51を切り替える。そして、ステップS105において、昇圧を行う。これにより、第1電圧V1の電圧値が第1所定値Vxを下回っていても、モーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに定格電圧Vbを供給することができる。よって、ロボットアーム10の安定した駆動を実現することができる。
ステップS103では、第1電圧V1の電圧値が第2所定値Vy以下であるか否かを判断する。ステップS103において、第1電圧V1の電圧値が第2所定値Vy以下であると判断した場合、ステップS108において、モーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに直接電力を供給する。すなわち、電気配線100Dに電力が供給されるようスイッチ51を切り替える。これにより、第1電圧V1の電圧値が正常である場合に、電圧変換部5を動作させない構成とすることができる。よって、電圧変換部5を作動させる際の消費電力を抑制することができる。
一方、ステップS103において、第1電圧V1の電圧値が第2所定値Vyを上回っていると判断した場合、ステップS106において、電圧変換部5に電力を供給する、すなわち、電気配線100Cに電力が供給されるようスイッチ51を切り替える。そして、ステップS107において、降圧を行う。これにより、第1電圧V1の電圧値が第2所定値Vyを上回っていても、モーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに定格電圧Vbを供給することができる。よって、モーター駆動回路32A〜モーター駆動回路32Fに過剰な電圧が印加されるのを防止または抑制することができる。
そして、ステップS109において、ロボット1の動作プログラムが完了したか否かを判断する。この判断は、オペレーターから終了指示があったか、または、指定された動作プログラムの全てが終了したかに基づいて行われる。ステップS109において、完了していないと判断した場合、ステップS101に戻り、以下のステップを順次繰り返す。
以上、本発明のロボット、ロボット搭載用移動体および移動ロボットを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。さらに、前記実施形態に係るロボットは、6軸の垂直多関節ロボットを備えたシステムであるが、垂直多関節ロボットの軸数は、5軸以下であっても7軸以上であってもよい。また、垂直多関節ロボットに代えて、水平多関節ロボットであってもよい。
1…ロボット、2…ロボット搭載用移動体、3…駆動部、3A…駆動部、3B…駆動部、3C…駆動部、3D…駆動部、3E…駆動部、3F…駆動部、4…ロボット制御部、5…電圧変換部、7…移動体制御部、8…二次電池、9A…駆動部、9B…駆動部、10…ロボットアーム、11…アーム、12…アーム、13…アーム、14…アーム、15…アーム、16…アーム、17…エンドエフェクター、20…移動体本体、20A…移動機構、21…前輪、22…後輪、23…駆動輪、31A…モーター、31B…モーター、31C…モーター、31D…モーター、31E…モーター、31F…モーター、32A…モーター駆動回路、32B…モーター駆動回路、32C…モーター駆動回路、32D…モーター駆動回路、32E…モーター駆動回路、32F…モーター駆動回路、33A…エンコーダー、33B…エンコーダー、33C…エンコーダー、33D…エンコーダー、33E…エンコーダー、33F…エンコーダー、41…第1制御部、42…第2制御部、43…記憶部、51…スイッチ、52…検出部、71…第3制御部、72…記憶部、91A…モーター、91B…モーター、92A…モーター駆動回路、92B…モーター駆動回路、93A…エンコーダー、93B…エンコーダー、94A…回生抵抗部、94B…回生抵抗部、100…移動ロボット、100A…移動体側回路、100B…ロボット側回路、100C…電気配線、100D…電気配線、110…基台、200…接続部、V1…第1電圧、V2…第2電圧、Va…電圧、Vb…定格電圧、Vx…第1所定値、Vy…第2所定値、t1…時間、t2…時間、t3…時間
Claims (9)
- ロボットアームと、
バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、
前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、
前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えることを特徴とするロボット。 - 前記電圧変換部は、前記バッテリーが出力する電圧を昇圧または降圧することにより、所定値の電圧を出力する請求項1に記載のロボット。
- 前記バッテリーが出力した電力を前記電圧変換部に供給する状態と、前記電圧変換部を経由せずに前記モーター駆動回路に供給する状態とを切り替えるスイッチを備える請求項1または2に記載のロボット。
- 前記バッテリーが出力する電圧を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記スイッチの作動を制御する制御部と、を備える請求項3に記載のロボット。 - 前記制御部は、前記検出部が検出した検出結果が第1所定値を下回った場合、前記電圧変換部に電力が供給されるよう前記スイッチの作動を制御する請求項4に記載のロボット。
- 前記制御部は、前記検出部が検出した検出結果が第2所定値を上回った場合、前記第2回路に電力が供給されるよう前記スイッチの作動を制御する請求項4または5に記載のロボット。
- 前記制御部は、前記検出部が検出した検出結果が前記第1所定値以上前記第2所定値以下であった場合、前記電圧変換部を経由せずに前記モーター駆動回路に電力を供給するよう前記スイッチの作動を制御する請求項5または6に記載のロボット。
- 移動機構と、
ロボットアームと、バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えるロボットが接続される接続部と、を備えることを特徴とするロボット搭載用移動体。 - ロボットアームと、バッテリーから供給された電力で前記ロボットアームを駆動するモーターと、前記モーターの駆動を制御するモーター駆動回路と、前記バッテリーが出力する電圧を変圧して前記モーター駆動回路に出力する電圧変換部と、を備えるロボットと、
移動機構と、前記ロボットが接続される接続部と、を有し、前記ロボットを移動させるロボット搭載用移動体と、を備えることを特徴とする移動ロボット。
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