JP2023004126A - 電気液圧式ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】複数の関節を動かす際に、各関節において所望の動作ができる電気液圧式ロボットを提供する。【解決手段】電気液圧式ロボットは、複数の関節を有するマニピュレータと、複数の関節の各々に対応付けて設けられ、対応する関節を動かす複数の駆動装置と、複数の駆動装置の各々の動きを制御する制御装置とを備え、駆動装置は、対応する関節を動かす液圧アクチュエータと、液圧アクチュエータに作動液を供給する液圧ポンプと、液圧ポンプを駆動する電動機とを有し、制御装置は、電動機を駆動し、且つ液圧ポンプの吐出容量を変える可変容量形のポンプである。【選択図】 図１

Description

本発明は、マニピュレータの複数の関節を有する電気液圧式ロボットに関する。

種々の作業現場において多関節ロボットが実用に供されている。多関節ロボットとして産業用ロボットや建設機械等がある。そして、産業用ロボットとして、例えば特許文献１のロボットが知られている。特許文献１のロボットは、複数の関節を有するマニピュレータと、関節の各々を駆動する電動機とを備えている。そして、ロボットは、電動機によって間接を動かすことによって、マニピュレータの先端にあるエンドエフェクタを動かす。これにより、ロボットは、エンドエフェクタによってワークをハンドリングする。

特開２０２１－０２４０２５号公報

特許文献１のロボットでは、より大きなワークをハンドリングしたり、より速くワークをハンドリングしたり様々な要望がある。ロボットでは、その要望に応じた仕様にすべく電動機のサイズ（即ち、出力）が選択される。また、電動機には、減速機が設けられる。そして、減速機の減速比が高く設定されると、トルク重視で関節が動かされる。また、減速機の減速比が低く設定されると、速度重視で関節が動かされる。従って、トルク重視及び速度重視の何れかの要望に応じて減速比が設定される。しかし、減速比が高く設定されると、関節を動かす際に速度が低下し、また減速比が低く設定されると、関節を動かす際にトルクが不足する場合がある。特にロボットの場合、マニピュレータの姿勢に応じて各々の関節において要望されるトルク及び速度が異なるので、各関節においてトルク不足及び速度低下すると所望の動作ができなくなる。

そこで本発明は、複数の関節を動かす際に、各関節において所望の動作ができる電気液圧式ロボットを提供することを目的としている。

本発明の電気液圧式ロボットは、複数の関節を有するマニピュレータと、前記複数の関節の各々に対応付けて設けられ、対応する前記関節を動かす複数の駆動装置と、前記複数の駆動装置の各々の動きを制御する制御装置とを備え、前記駆動装置は、対応する前記関節を動かす液圧アクチュエータと、前記液圧アクチュエータに作動液を供給する可変容量形の液圧ポンプと、前記液圧ポンプを駆動する電動機とを有し、前記制御装置は、前記複数の駆動装置の各々における前記電動機の動作及び前記液圧ポンプの吐出容量を制御するものである。

本発明に従えば、制御装置は、電動機を駆動して液圧ポンプから作動液を吐出させる。また、制御装置は、液圧ポンプの吐出容量を調整することによって吐出圧及び吐出流量を制御する。これにより、制御装置は、液圧アクチュエータの駆動力（推力又はトルク）及び速度を調整することができる。即ち、制御装置は、液圧ポンプの吐出容量を調整することによって各関節を駆動力重視及び速度重視の何れかで動かすことができる。それ故、複数の関節を動かす際に、各関節において所望の動作をさせることができる。

本発明によれば、複数の関節を動かす際に、各関節において所望の動作をさせることができる。

本発明の実施形態に係る電気液圧式ロボットを概略示す図である。 図１の電気液圧式ロボットに備わる液圧回路を示す回路図である。 図１の電気液圧式ロボットにおける液圧シリンダの速度とトルクの関係を示す図である。 図１の電気液圧式ロボットが動作計画に基づいて作動する状態を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態の電気液圧式ロボット１（以下、単に「ロボット」という）について前述する図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明するロボット１は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

［ロボット］
図１に示すロボット１は、電気と作動液（油、水、又はその他の液体）を用いて駆動することができるロボットである。ロボット１は、例えば工場の製造ライン等の作業現場に配置されている。そして、ロボット１は、搬送、組付け、及び塗装等の様々な作業を行うことができる。ロボット１は、多関節ロボットである。また、ロボット１は、例えば産業用ロボット、ショベル及びクレーン等の建設機械、トンネル掘削機、荷役搬送車、サービス用ロボット、及びヒューマノイド等である。本実施形態において、ロボット１は、垂直多関節型の産業用ロボットである。そして、ロボット１は、マニピュレータ１１と、複数の駆動装置１２～１５と、複数の角変位センサ１６Ａ～１６Ｄと、操作装置１７と、制御装置１８と、を備えている。

［マニピュレータ］
マニピュレータ１１は、複数の関節ＪＴ０～ＪＴ４を有している。本実施形態において、マニピュレータ１１は、５つの関節ＪＴ０～ＪＴ４を有している。但し、マニピュレータ１１の関節ＪＴ０～ＪＴ４の数は４つに限定されず、３つ又は４つであってもよく、また６つ以上であってもよい。また、マニピュレータ１１の形状も以下で説明するものに限定されない。より詳細に説明すると、マニピュレータ１１は、旋回体２１と、第１アーム２２と、第２アーム２３と、第３アーム２４と、エンドエフェクタ２５と、有している。各構成２１～２５は、互いに角変位可能に連結されている。そして、マニピュレータ１１において、各構成２１～２５が互いに連結される部分が関節ＪＴ０～ＪＴ４を構成している。マニピュレータ１１は、複数の関節ＪＴ０～ＪＴ４を動かすことによって様々な姿勢をとることができる。そして、マニピュレータ１１は、エンドエフェクタ２５を動作させることによって様々な作業を行うことができる。以下では、各構成２１～２５について詳しく説明する。

旋回体２１は、基台２０を介して床等に固定されている。そして、旋回体２１は、所定の軸線Ｌ０まわりに旋回可能に基台２０に設けられている。そして、旋回体２１は、基台３０との連結部分において関節ＪＴ０を構成している。なお、基台２０は、前述するよう形状に限定されない。また、旋回体２１は、床や地面等を走行する走行装置に設けられてもよい。そして、旋回体２１は、図示しない駆動機器、例えば電動機又は液圧モータによって旋回される。これにより、旋回体２１の向き(より詳しくは、マニピュレータ１１の向き)を変えることができる。

第１アーム２２は、旋回体２１に回動可能に連結されている。より詳細に説明すると、第１アーム２２の一端部は、旋回体２１の前側部分に回動可能に連結されている。第１アーム２２は、旋回体２１との連結部分において第１関節ＪＴ１を構成している。更に詳細に説明すると、第１アーム２２は、例えば旋回体２１から斜め上前方に延在している。そして、第１アーム２２は、第１関節ＪＴ１において旋回体２１に対して上下方向に揺動することができる。

第２アーム２３は、第１アーム２２に回動可能に連結されている。より詳細に説明すると、第２アーム２３の一端部は、第１アーム２２の他端部に回動可能に連結されている。第２アーム２３は、第１アーム２２との連結部分において第２関節ＪＴ２を構成している。更に詳細に説明すると、第２アーム２３は、例えば第１アーム２２の他端から斜め下前方に延在している。そして、第２アーム２３は、第２関節ＪＴ２において第１アーム２２に対して前後方向に揺動することができる。

第３アーム２４は、第２アーム２３に回動可能に連結されている。より詳細に説明すると、第３アーム２４の一端部は、第２アーム２３の他端部に回動可能に連結されている。第３アーム２４は、第２アーム２３との連結部分において第３関節ＪＴ３を構成している。更に詳細に説明すると、第３アーム２４は、例えば第２アーム２３の他端から下方に延在している。そして、第３アーム２４は、第３関節ＪＴ３において第２アーム２３に対して前後方向に揺動することができる。

エンドエフェクタ２５は、第３アーム２４に回動可能に連結されている。より詳細に説明すると、エンドエフェクタ２５は、第３アーム２４の他端面に直交する軸線まわりに回動可能に、第３アーム２４の他端に連結されている。エンドエフェクタ２５は、第３アーム２４との連結部分において第４関節ＪＴ４を構成している。そして、エンドエフェクタ２５は、第４関節ＪＴ４において第３アーム２４に対して前述する軸線まわりに回転することができる。このように配置されているエンドエフェクタ２５は、ワーク２に対して種々の作業を行う機器である（後述する図４のワーク２を参照）。より詳細に説明すると、エンドエフェクタ２５は、ワーク２を掴むハンド、ワーク２を吸着して持ち上げる吸着機器、ワーク２のねじを締めるねじ回し、及びワーク２を溶接する溶接機器等である。本実施形態において、エンドエフェクタ２５は、ハンドであって、一対の把持部２５ａを閉じることによってワーク２を掴む。

複数の駆動装置１２～１５は、４つの関節ＪＴ１～ＪＴ４の各々に対応付けて個別に設けられている。そして、第１乃至第４駆動装置１２～１５は、対応する関節ＪＴ１～ＪＴ４を動かす。以下では、第１乃至第４駆動装置１２～１５の構成について詳細に説明する。他方、第１乃至第３駆動装置１２～１４は、類似する構成を有している。そこで、第１乃至第３駆動装置１２～１４については、主に第１駆動装置１２の構成が説明される。そして、第２及び第３駆動装置１３，１４の構成については、第１駆動装置１２と同一の構成について同一の符号を付して説明が省略され、第１駆動装置１２と異なる構成が主に説明される。

第１駆動装置１２は、第１関節ＪＴ１を動かす。即ち、第１駆動装置１２は、旋回体２１に対して第１アーム２２を揺動駆動する。より詳細に説明すると、第１駆動装置１２は、図２に示すように第１液圧シリンダ３１Ａと、液圧ポンプ３２と、電動機３３と、液圧回路３４と、を有している。第１駆動装置１２は、電液式アクチュエータである。即ち、第１駆動装置１２は、電動機３３によって液圧ポンプ３２を駆動する。そして、第１駆動装置１２は、液圧ポンプ３２から吐出される圧液によって第１液圧シリンダ３１Ａを作動させる。以下では、第１駆動装置１２の構成について更に詳細に説明する。

液圧アクチュエータの一例である第１液圧シリンダ３１Ａは、対応する関節ＪＴ１、即ち第１関節ＪＴ１を動かす。より詳細に説明すると、第１液圧シリンダ３１Ａは、図１に示すように旋回体２１と第１アーム２２とにかけ渡すように設けられている。また、第１液圧シリンダ３１Ａは、圧液の供給を受けて伸縮することができる。そして、第１液圧シリンダ３１Ａは、伸縮することによって旋回体２１に対して第１アーム２２を揺動させる、即ち第１関節ＪＴ１を動かす。

図２に示す液圧ポンプ３２は、第１液圧アクチュエータ３１Ａに作動液を供給すべく圧液を吐出する。より詳細に説明すると、液圧ポンプ３２は、回転方向に応じて一方向及び他方向に圧液を吐出する。また、液圧ポンプ３２は、後述する制御装置１８からの指令に応じて吐出容量を変える可変容量形のポンプである。本実施形態において、液圧ポンプ３２は、可変容量形の斜板ポンプである。即ち、液圧ポンプ３２は、レギュレータ３２ａ及び斜板３２ｂを有している。レギュレータ３２ａは、図示しない制御弁から出力されるパイロット圧又は直動モータによって駆動する。そして、レギュレータ３２ａは、駆動されることによって斜板３２ｂの傾転角を変える。これにより、液圧ポンプ３２の吐出容量が変わる。なお、液圧ポンプ３２は、可変容量形の斜板ポンプに限定されず、可変容量形の斜軸ポンプであってもよく、その他、吐出容量を変更可能なポンプであればよい。また、液圧ポンプ３２は、対応するアーム、即ち第１アーム２２以外の部位に取り付けられる。液圧ポンプ３２は、例えば旋回体２１及び基台２０が固定される床（図示せず）に取り付けられる。但し、取付場所は、前述する場所に限定されない。

電動機３３は、液圧ポンプ３２を駆動する。より詳細に説明すると、電動機３３は、液圧ポンプ３２を回転駆動することによって液圧ポンプ３２から圧液を吐出させる。また、電動機３３は、正方向及び逆方向に液圧ポンプ３２を回転駆動することができる。これにより、電動機３３は、液圧ポンプ３２から一方向及び他方向に圧液を吐出させることができる。本実施形態において、電動機３３は、サーボモータである。なお、電動機３３は、サーボモータに限定されず、その他のモータであってもよい。また、電動機３３は、例えば旋回体２１及び基台２０が固定される床（図示せず）に取り付けられる。但し、取付場所は、前述する場所に限定されない。

液圧回路３４は、第１液圧シリンダ３１Ａと液圧ポンプ３２とを繋ぐ。より詳細に説明すると、液圧回路３４は、液圧ポンプ３２から吐出される圧液を第１液圧シリンダ３１Ａに供給し、且つ第１液圧シリンダ３１Ａから圧液を排出させる。本実施形態において、液圧回路３４は、第１液圧シリンダ３１Ａと液圧ポンプ３２と共に閉回路を構成している。即ち、液圧回路３４は、液圧ポンプ３２から吐出される圧液を第１液圧シリンダ３１Ａに供給し、且つ第１液圧シリンダ３１Ａから圧液を液圧ポンプ３２に戻す。例えば、液圧回路３４は、液圧ポンプ３２から一方向に吐出される圧液を第１液圧シリンダ３１Ａのロッド側ポート３１ａに導き、また液圧ポンプ３２から他方向に吐出される圧液を第１液圧シリンダ３１Ａのヘッド側ポート３１ｂに導く。これにより、第１液圧シリンダ３１Ａが伸縮する。また、液圧回路３４は、給排機構３４ａを有している。給排機構３４ａは、第１液圧シリンダ３１Ａのヘッド側ポート３１ｂから排出される圧液の一部をタンクに戻す。また、給排機構３４ａは、第１液圧シリンダ３１Ａのロッド側ポート３１ａに圧液を供給する際に不足する液圧を補う。なお、給排機構３４ａは、図２に記載されるような構成に限定されない。

このように構成されている第１駆動装置１２では、電動機３３が液圧ポンプ３２を駆動させる。これにより、液圧ポンプ３２から回転方向に応じて一方向及び他方向の何れかに圧液が吐出される。例えば、液圧ポンプ３２から一方向に圧液が吐出されると、第１液圧シリンダ３１Ａが収縮する。そうすると、第１関節ＪＴ１において第１アーム２２が下方に揺動する。他方、液圧ポンプ３２から他方向に圧液が吐出されると、第１液圧シリンダ３１Ａが伸長する。そうすると、第１関節ＪＴ１において第１アーム２２が上方に揺動する。

第２駆動装置１３は、第２関節ＪＴ２を動かす。即ち、第２駆動装置１３は、第１アーム２２に対して第２アーム２３を揺動させる。より詳細に説明すると、第２駆動装置１３は、第２液圧シリンダ３１Ｂと、液圧ポンプ３２と、電動機３３と、液圧回路３４と、を有している。

液圧アクチュエータの一例である第２液圧シリンダ３１Ｂは、対応する関節ＪＴ２、即ち第２関節ＪＴ２を動かす。より詳細に説明すると、第２液圧シリンダ３１Ｂは、図１に示すように第１アーム２２と第２アーム２３とにかけ渡すように設けられている。また、第２液圧シリンダ３１Ｂは、圧液の供給を受けて伸縮することができる。そして、第２液圧シリンダ３１Ｂは、伸縮することによって第１アーム２２に対して第２アーム２３を揺動させる、即ち第２関節ＪＴ２を動かす。

このように構成されている第２駆動装置１３では、電動機３３が液圧ポンプ３２を駆動させることによって液圧ポンプ３２から一方向に圧液が吐出されると、第２液圧シリンダ３１Ｂが収縮する。そうすると、第２関節ＪＴ２において第２アーム２３が前方に揺動する。他方、液圧ポンプ３２から他方向に圧液が吐出されると、第２液圧シリンダ３１Ｂが伸長する。そうすると、第２関節ＪＴ２において第２アーム２３が後方に揺動する。

第３駆動装置１４は、第３関節ＪＴ３を動かす。即ち、第３駆動装置１４は、第２アーム２３に対して第３アーム２４を揺動させる。より詳細に説明すると、第３駆動装置１４は、第３液圧シリンダ３１Ｃと、液圧ポンプ３２と、電動機３３と、液圧回路３４と、を有している。

液圧アクチュエータの一例である第３液圧シリンダ３１Ｃは、対応する関節ＪＴ３、即ち第３関節ＪＴ３を動かす。より詳細に説明すると、第３液圧シリンダ３１Ｃは、図１に示すように第２アーム２３と第３アーム２４とにかけ渡すように設けられている。また、第３液圧シリンダ３１Ｃは、圧液の供給を受けて伸縮することができる。そして、第３液圧シリンダ３１Ｃは、伸縮することによって第２アーム２３に対して第３アーム２４を揺動させる、即ち第３関節ＪＴ３を動かす。

このように構成されている第３駆動装置１４では、電動機３３が液圧ポンプ３２を駆動させることによって液圧ポンプ３２から一方向に圧液が吐出されると、第３液圧シリンダ３１Ｃが収縮する。そうすると、第３関節ＪＴ３において第３アーム２４が後方に揺動する。他方、液圧ポンプ３２から他方向に圧液が吐出されると、第３液圧シリンダ３１Ｃが伸長する。そうすると、第３関節ＪＴ３において第３アーム２４が前方に揺動する。

第４駆動装置１５は、第４関節ＪＴ４を動かす。第４駆動装置１５は、第３アーム２４に対してエンドエフェクタ２５を回転させる。より詳細に説明すると、第４駆動装置１５は、図示しない電動機と減速機とを有している。そして、電動機を駆動すると減速機を介してエンドエフェクタ２５が回転駆動される。

［角変位センサ］
変位量検出器及び位置検出器の一例である角変位センサ１６Ａ～１６Ｄは、マニピュレータ１１の各関節ＪＴ１～ＪＴ４の変位量を検出する。より詳細に説明すると、角変位センサ１６Ａ～１６Ｄは、関節ＪＴ１～ＪＴ４の各々に対応付けて設けられている。そして、角変位センサ１６Ａ～１６Ｄは、マニピュレータ１１の各関節ＪＴ１～ＪＴ４の角変位量（即ち、傾転角）を検出する。

［操作装置］
図１に示す操作装置１７は、エンドエフェクタ２５の位置に関する位置指令を与える。操作装置１７は、例えばジョイスティックであって、例えば、図示しない操作レバーを有している。操作装置１７は、操作レバーの傾倒方向及び傾倒角度（即ち、操作量）に応じた位置指令を出力する。なお、操作装置１７は、ジョイスティックである必要はなく、画面上で操作可能なタッチパネルであってもよい。また、操作装置１７は、必ずしも位置指令を出力するものではなく、後述する動作計画を入力するものであってもよい。

［制御装置］
制御装置１８は、旋回体２１を駆動する駆動機器、及び第１乃至第４駆動装置１２～１５の各々の動きを制御する。そして、制御装置１８は、マニピュレータ１１の各関節ＪＴ０～ＪＴ４を動かす。より詳細に説明すると、制御装置１８は、駆動機器によって旋回体２１を旋回させる、即ち関節ＪＴ０を動かす。これにより、制御装置１８は、マニピュレータ１１の向きを変える。また、制御装置１８は、第１乃至第３駆動装置１２～１４の電動機３３を駆動して液圧ポンプ３２から作動液を吐出させる。これにより、液圧シリンダ３１Ａ～３１Ｃが作動する。そうすると、第１乃至第３アーム２２～２４が揺動する、即ち第１乃至第３関節ＪＴ１～ＪＴ３が動く。そして、制御装置１８は、各関節ＪＴ１～ＪＴ３を動かすことによってエンドエフェクタ２５の位置を制御する。また、制御装置１８は、関節ＪＴ４の動き及びエンドエフェクタ２５の動作を制御することによってワーク２を把持させる。更に、制御装置１８は、液圧ポンプの吐出容量を調整する。即ち、制御装置１８は、レギュレータ３２ａの制御弁又は直動モータ（図示せず）の動作を制御することによって液圧ポンプ３２の吐出容量を調整する。そして、制御装置１８は、液圧ポンプ３２の吐出圧及び吐出流量を制御する。これにより、制御装置は、液圧シリンダ３１Ａ～３１Ｃの駆動力（本実施形態において、推力）及び速度を調整することができる（図３参照）。

更に詳細に説明すると、制御装置１８は、マニピュレータ１１に関する動作計画を記憶している。そして、制御装置１８は、操作装置１７からの操作指令又は動作計画に応じて駆動機器の動作を制御する。これにより、制御装置１８は、エンドエフェクタ２５の向きを変える。また、制御装置１８は、操作装置１７からの操作指令又は動作計画に応じて並びに第１乃至第３駆動装置１２～１４の電動機３３の動作及び液圧ポンプ３２の吐出容量を制御する。これにより、制御装置１８は、エンドエフェクタ２５の位置を制御する。ここで動作計画は、エンドエフェクタ２５の移動する経路及びエンドエフェクタ２５の作業（本実施形態において、ワーク２の把持作業及び開放作業等）に関する計画である。そして、動作計画は、事前にプログラムとして制御装置１８に記憶され、又は操作装置１７から選択入力される。

更に詳細に説明すると、制御装置１８は、角変位センサ１６Ａ～１６Ｃから検出結果を取得する。そして、制御装置１８は、動作計画と角変位センサ１６Ａ～１６Ｃの検出結果と基づいて各駆動装置１２～１４の液圧ポンプ３２の吐出容量を制御する。より詳細に説明すると、制御装置１８は、例えば動作計画（例えば、エンドエフェクタ２５の軌跡）に基づいて各関節ＪＴ１～ＪＴ３の目標変位量（本実施形態において、目標角変位量であって、以下、「目標値」という）を演算する。なお、目標値は、動作計画に含まれていてもよい。そして、制御装置１８は、角変位センサ１６Ａ～１６Ｃで検出される各関節ＪＴ１～ＪＴ３の変位量（本実施形態において、検出される各角変位量であって、以下、「実績値」という）と目標値とを比較する。そして、制御装置１８は、目標値と実績値とが一致するように各駆動装置１２～１４の電動機３３を駆動する。これにより、制御装置１８は、エンドエフェクタ２５の位置を制御する。

更に、制御装置１８は、比較結果において目標値と実績値との差分に応じて各駆動装置１２～１４の液圧ポンプ３２の吐出容量も制御する。例えば、実績値が目標値に満たない場合、液圧ポンプ３２の吐出容量を大きくする。他方、実績値が目標値を超える場合、液圧ポンプ３２の吐出容量を小さくする。これにより、液圧シリンダ３１Ａ～３１Ｃに発生させる駆動力が調整される、なお、本実施形態において、制御装置１８は、電動機３３の出力トルクを制御することによって、液圧シリンダ３１Ａ～３１Ｃの駆動力を調整する。そして、制御装置１８は、電動機３３の出力トルクが所定トルク（例えば、最大トルク）となった場合、液圧ポンプ３２の吐出容量を調整することによって液圧シリンダ３１Ａ～３１Ｃの駆動力を調整する。但し、制御装置１８は、必ずしも電動機３３の出力トルクが所定トルク（例えば、最大トルク）となった場合、液圧ポンプ３２の吐出容量を調整する必要はない。例えば、制御装置１８は、エネルギー効率等に応じて電動機３３の出力トルク及び液圧ポンプ３２の吐出容量を複合的に制御してもよい。

＜ロボットの動作について＞
［動作計画に基づく動作（角変位センサ）］
ロボット１において、動作計画と角変位センサ１６Ａ～１６Ｃに基づいて制御装置１８がマニピュレータ１１を自動運転する場合について説明する。例えば、エンドエフェクタ２５がワーク２を保持していない状態において、制御装置１８は、以下のようにマニピュレータ１１を動かす。即ち、制御装置１８は、動作計画に基づいてエンドエフェクタ２５の位置を変える。より詳細に説明すると、制御装置１８は、各駆動装置１２～１４の電動機３３を駆動することによってエンドエフェクタ２５の位置を変える。制御装置１８は、例えば動作計画を開始する前の待機状態において液圧ポンプ３２の吐出容量を最大にしている。制御装置１８は、液圧ポンプ３２の吐出容量を最大にした状態（以下、「最大状態」という）まま各駆動装置１２～１４の電動機３３を駆動する。そして、制御装置１８は、目標値と実測値とを比較した結果（比較結果）に基づいて各駆動装置１２～１４の電動機３３を駆動することによってエンドエフェクタ２５の位置を制御する。

次に、エンドエフェクタ２５が下降してワーク２を把持し、その後図４に示すようにエンドエフェクタ２５が鉛直方向に持ち上げるという動作計画に基づいて制御装置１８がマニピュレータ１１を自動運転する場合が説明される。即ち、制御装置１８は、エンドエフェクタ２５がワーク２を把持していない状態において、エンドエフェクタ２５の位置を前述する方法で制御する。そして、制御装置１８は、エンドエフェクタ２５をワーク２まで下降させた後、第４関節ＪＴ４及びエンドエフェクタ２５を作動させることによって、エンドエフェクタ２５にワーク２を把持させる。

把持した後、制御装置１８は、動作計画に基づいてワーク２を把持したエンドエフェクタ２５を上昇させる。より詳細に説明すると、制御装置１８は、各駆動装置１２～１４の電動機３３を駆動することによってエンドエフェクタ２５を上昇させる。この際、制御装置１８は、第１乃至第３関節ＪＴ１～ＪＴ３の負荷に応じて各駆動装置１２～１４の液圧ポンプ３２の吐出容量も制御する。即ち、制御装置１８は、第１乃至第３関節ＪＴ１～ＪＴ３における目標値と実測値とを比較する。そして、制御装置１８は、まず目標値と実測値との差分に応じて各駆動装置１２～１４の電動機３３の出力トルクを調整する。例えば、ワーク２の重量が小さい場合、制御装置１８は、最大状態のままで電動機３３の出力トルクが調整することができる。これにより、制御装置１８は、液圧ポンプ３２の吐出圧を抑えつつ吐出流量を確保することができる。それ故、制御装置１８は、速度重視でマニピュレータ１１を動かすことができる。

他方、ワーク２の重量が大きい場合、制御装置１８は、各駆動装置１２～１５を以下のようにして制御する。即ち、制御装置１８は、電動機３３の出力トルクが最大になり且つ目標値に実測値が満たない場合、各駆動装置１２～１４の液圧ポンプ３２の吐出容量を小さくする。これにより、制御装置１８は、各駆動装置１２～１５において、液圧ポンプ３２の吐出圧を増大させることができる。即ち、制御装置１８は、より大きな駆動力を液圧アクチュエータにおいて発生させることができる。それ故、制御装置１８は、マニピュレータ１１に大きな荷重のワーク２を持ち上げさせることができる。即ち、制御装置１８は、駆動力重視でマニピュレータ１１を動かすことができる。なお、制御装置１８は、目標値を実測値が超える場合、各駆動装置１２～１４の液圧ポンプ３２の吐出容量を大きくする、又は駆動装置１２～１４の電動機３３の出力トルクを制御する。これにより、液圧シリンダ３１Ａ～３１Ｃの駆動力が小さくなるので、目標値に実測値を近づけることができる。

本実施形態のロボット１において、動作計画に基づいてマニピュレータ１１を自動運転する場合、制御装置１８は、各駆動装置１２～１４の液圧ポンプ３２の吐出容量を調整することによって吐出圧及び吐出流量を制御する。これにより、制御装置１８は、液圧シリンダ３１Ａ～３１Ｃの駆動力及び速度を調整することができる。即ち、制御装置１８は、液圧ポンプ３２の吐出容量を調整することによって各関節ＪＴ１～ＪＴ３を駆動力重視及び速度重視の何れかで動かすことができる。それ故、複数の関節ＪＴ１～ＪＴ３を動かす際に、各関節ＪＴ１～ＪＴ３において所望の動作をさせることができる。即ち、各関節ＪＴ１～ＪＴ３の駆動状態が高速低トルク及び低速高トルクの何れかに選択される。それ故、電動機３３に必要な最大トルクを抑えることができる。これにより、電動機３３のサイズを抑えることができる。

また、ロボット１において、エンドエフェクタ２５の位置を制御する際に液圧ポンプ３２の吐出容量を調整することによって、各関節ＪＴ１～ＪＴ３における駆動力が不足することを抑制できる。これにより、動作計画に沿って各関節ＪＴ１～ＪＴ３を連動させることができるので、エンドエフェクタ２５を所望の経路（即ち、動作計画に示される経路）に沿って動かすことができる。これによりマニピュレータ１１の作業効率を向上させることができる。

更に、ロボット１において、制御装置１８は、事前に記憶する動作計画に応じて各駆動装置１２～１４の電動機３３及び液圧ポンプ３２の吐出容量を制御する。それ故、制御装置１８は、より適切に関節ＪＴ１～ＪＴ３を動かすことができる。これにより、マニピュレータ１１の作業効率を向上させることができる。

また、ロボット１において、制御装置１８は、各関節ＪＴ１～ＪＴ３の位置に関して目標値と実績値とに基づいて液圧ポンプ３２の吐出容量を制御する。例えば、各関節ＪＴ１～ＪＴ３における駆動力が不足することによって目標値に実績値が満たない場合、液圧ポンプ３２の吐出容量を小さくして駆動力を大きくすることができる。それ故、電動機３３のトルク不足によるマニピュレータ１１の作業効率が低下することを抑制できる。

更に、ロボット１において、液圧回路３４が閉回路で構成されているので、圧損を低減すると共に部品点数を低減することができる。

［動作計画に基づく動作（設定負荷）］
ロボット１において、動作計画にて設定される負荷（以下、「設定負荷」という）に基づいて制御装置１８がマニピュレータ１１を自動運転する場合について説明する。即ち、制御装置１８は、設定負荷に基づいてエンドエフェクタ２５の位置を変える。即ち、制御装置１８は、各駆動装置１２～１４において設定負荷に応じて液圧ポンプ３２の吐出容量を制御しながら電動機３３を駆動する。より詳細に説明すると、設定負荷が所定の駆動力以下である場合、最大状態のまま電動機３３の出力トルクを制御する。ここで、所定の駆動力とは、例えば最大状態のまま電動機３３の出力トルクが最大トルクとなった際に、液圧シリンダ３１Ａ～３１Ｃに発生する駆動力である。他方、制御装置１８は、設定負荷が所定の駆動力を超える場合、電動機３３の出力トルクを最大トルクとし且つ設定負荷に応じて液圧ポンプ３２の吐出容量を制御する。これにより、制御装置１８は、各液圧シリンダ３１Ａ～３１Ｃに所望の駆動力を発生させることができる。即ち、制御装置１８は、各関節ＪＴ１～ＪＴ３において設定負荷に応じたトルクを発生させることができる。そうすると、制御装置１８は、マニピュレータ１１を動作計画に沿って動かすことができる。

本実施形態のロボット１において、設定負荷に基づいて制御装置１８がマニピュレータ１１を動かす場合において、電動機３３のトルク不足及び速度低下によってマニピュレータ１１の作業効率が低下することを抑制できる。

また、ロボット１は、設定負荷に基づいてマニピュレータ１１を自動運転する場合、動作計画の動作中において各関節ＪＴ１～ＪＴ３が各位置において必要とする駆動力が実際に動作する前に制御装置１８が判断できる。それ故、動作計画において、駆動力を制御する際の液圧ポンプ３２の吐出容量の変化のさせ方も動作計画に織り込むことができる。

その他、ロボット１は、設定負荷に基づいてマニピュレータ１１を自動運転する場合、動作計画に基づいてマニピュレータ１１を自動運転する場合と同様の作用効果を奏する。

［操作装置の操作に基づく動作］
ロボット１において、操作装置１７の操作レバーに対する操作に基づいて制御装置１８がマニピュレータ１１を動かす場合について説明する。例えば、エンドエフェクタ２５がワーク２を把持していない状態において、制御装置１８は、以下のようにマニピュレータ１１を動かす。即ち、制御装置１８は、操作レバーが操作されると、操作装置１７からの位置指令に基づいてエンドエフェクタ２５の位置を変える。より詳細に説明すると、制御装置１８は、最大状態のまま各駆動装置１２～１４の電動機３３を駆動する。また、制御装置１８は、位置指令に基づいて各関節ＪＴ１～ＪＴ３の目標値を演算する。そして、制御装置１８は、自動運転する場合と同様に、位置指令（より詳しくは目標値）と実測値との比較結果に基づいて各駆動装置１２～１４の電動機３３を駆動することによってエンドエフェクタ２５の位置を制御する。なお、制御装置１８からの指令は、位置指令に限定されず、速度指令（回転数指令）であってもよい。この場合、制御装置１８は、速度指令と実測値（即ち、実測速度）とのの比較結果に基づいて各駆動装置１２～１４の電動機３３を駆動する。これによって、エンドエフェクタ２５の速度が制御される。

次に、図４に示すようにワーク２を把持した状態でエンドエフェクタ２５を上昇させる場合が説明される。エンドエフェクタ２５がワーク２を把持した状態で操作レバーが操作されると、制御装置１８は、以下のように各駆動装置１２～１４の動きを制御する、即ち、制御装置１８は、自動運転の場合と同様に、目標値と実測値とを比較する。そして、制御装置１８は、まず目標値と実測値との差分に応じて各駆動装置１２～１４の電動機３３の出力トルクを調整する。動作計画と同じく、ワーク２の重量が小さい場合、制御装置１８は、最大状態のままで電動機３３の出力トルクを調整する。他方、制御装置１８は、電動機３３の出力トルクが最大になり且つ目標値に実測値が満たない場合、各駆動装置１２～１４の液圧ポンプ３２の吐出容量を小さくする。これにより、制御装置１８は、駆動力重視でマニピュレータ１１を動かすことができる。そして、制御装置１８は、目標値に実測値が超える場合、各駆動装置１２～１４の液圧ポンプ３２の吐出容量を小さくする、又は駆動装置１２～１４の電動機３３の出力トルクを制御する。これにより、液圧シリンダ３１Ａ～３１Ｃの駆動力が小さくなるので、目標値に実測値を近づけることができる。

本実施形態のロボット１において、操作装置１７の位置指令に基づいてマニピュレータ１１を動かす場合、制御装置１８は、指令位置に基づく目標値と実績値とに基づいて液圧ポンプ３２の吐出容量を制御する。例えば、各関節における駆動力が不足することによって目標値に実績値が満たない場合、液圧ポンプ３２の吐出容量を小さくして駆動力を大きくすることができる。それ故、電動機３３のトルク不足によるマニピュレータ１１の作業効率が低下することを抑制できる。

その他、ロボット１は、操作装置１７の位置指令に基づいてマニピュレータ１１を動かす場合、動作計画に基づいてマニピュレータ１１を自動運転する場合と同様の作用効果を奏する。

［その他の実施形態について］
本実施形態のロボット１におけるマニピュレータ１１の形態は、あくまで一例である。即ち、ロボット１は、本実施形態の垂直多関節ロボットであるが、水平多関節ロボット等の他の多関節ロボットであってもよい。また、ロボット１は、他の座標軸型ロボット等のようなシリアルリンク型のロボットやパラレルリンク型のロボットであってもよい。また、エンドエフェクタもマニピュレータ１１の先端部に形成されている必要はなく、マニピュレータ１１の途中に形成されていてもよい。更に、エンドエフェクタ２５は、ハンドに限定されず、建設機械におけるバケットやブレーカ等であってもよく、その他のエンドエフェクタ及びアッタッチメントとであってもよい。また、操作装置１７も操作レバーを有しているものに限定されず、タッチパネルやスイッチ等であってもよい。即ち、操作装置１７は、指令を入力な操作可能なものであればよい。

更に、ロボット１では、液圧アクチュエータが液圧シリンダ３１Ａ～３１Ｃであるが、液圧モータであってもよい。例えば、第４関節ＪＴ４を動かす駆動装置１５及び旋回体２１を旋回させる旋回装置が液圧アクチュエータの一例である液圧モータを含んで構成される。そして、制御装置１８は、動作計画及び操作装置１７に基づいて電動機の動きを制御することによって、液圧ポンプ３２から液圧モータに圧液を供給させる。更に、制御装置１８は、液圧ポンプ３２の吐出容量を調整することによって、液圧モータのトルクを制御する。これによって、電動機の最大トルク以上のトルクを第４関節ＪＴ４及び旋回体２１に発生させることができる。

また、ロボット１において、第１乃至第３関節ＪＴ１～ＪＴ３を駆動する液圧アクチュエータもまた液圧シリンダ３１Ａ～３１Ｃに限定されない。液圧アクチュエータは、液圧モータであってもよい。また、第１乃至第３関節ＪＴ１～ＪＴ３もまた回転関節に限定されず、直動関節であってもよい。なお、直動関節の場合、位置検出器は、アームの伸縮量を検出し、また、制御装置１８は、伸縮量が目標値となるように駆動装置を制御する。

更にロボット１では、液圧ポンプ３２が片傾転式の斜板ポンプであるが、液圧ポンプ３２が両傾点式の斜板ポンプであってもよい。また、ロボット１において、液圧回路３４が閉回路で構成されているが、開回路で構成されてもよい。また、ロボット１において、制御装置１８が各駆動装置１２～１４を制御する方法もまた、前述する方法に限定されない。また、ロボット１では、操作装置１７を備えているが、必ずしも備えている必要はない。

また、ロボット１では、液圧ポンプ３２の吐出容量を最大にして電動機３３のトルクを調整することによって駆動力が調整されている（速度重視）。そして、電動機３３のトルクが最大を超える場合において液圧ポンプ３２の吐出容量が変化させられている（駆動力重視）。しかし、液圧ポンプ３２の吐出容量及び電動機３３のトルクの制御方法は、このような方法に限定されない。例えば、制御装置１８は、液圧ポンプ３２の吐出容量を最小にして電動機３３のトルクを調整することによって駆動力を調整する（駆動力重視）。そして、制御装置１８は、電動機３３のトルクが最大を超える場合において液圧ポンプ３２の吐出容量を変化させる（速度重視）。

また、制御装置１８は、電動機３３のトルクが最大となる前に液圧ポンプ３２に吐出容量を変化させてもよい。即ち、制御装置１８は、例えば電動機３３と液圧ポンプ３２の総合効率が最大となるように電動機３３のトルク（又は回転数）及び液圧ポンプ３２の吐出容量を制御するようにしてもよい（効率重視）。その他、別の制御方法にて電動機３３の動作並びに液圧ポンプ３２の吐出容量が制御されてもよい。

１ 電気液圧式ロボット
１１ マニピュレータ
１２ 第１駆動装置
１３ 第２駆動装置
１４ 第３駆動装置
１５ 第４駆動装置
１６Ａ 角変位センサ
１６Ｂ 角変位センサ
１６Ｃ 角変位センサ
１７ 操作装置
１８ 制御装置
２５ エンドエフェクタ
３１Ａ 液圧シリンダ（液圧アクチュエータ）
３１Ｂ 第２液圧シリンダ（液圧アクチュエータ）
３１Ｃ 第３液圧シリンダ（液圧アクチュエータ）
３２ 液圧ポンプ
３３ 電動機
３４ 液圧回路
ＪＴ１ 第１関節
ＪＴ２ 第２関節
ＪＴ３ 第３関節

Claims (8)

1. 複数の関節を有するマニピュレータと、
   前記複数の関節の各々に対応付けて設けられ、対応する前記関節を動かす複数の駆動装置と、
   前記複数の駆動装置の各々の動きを制御する制御装置とを備え、
   前記駆動装置は、対応する前記関節を動かす液圧アクチュエータと、前記液圧アクチュエータに作動液を供給する可変容量形の液圧ポンプと、前記液圧ポンプを駆動する電動機とを有し、
   前記制御装置は、前記複数の駆動装置の各々における前記電動機の動作及び前記液圧ポンプの吐出容量を制御する、電気液圧式ロボット。
2. 前記マニピュレータは、エンドエフェクタを有し、
   前記制御装置は、前記複数の駆動装置の各々における前記電動機の動作及び前記液圧ポンプの吐出容量を制御することによって、前記マニピュレータを動かして前記エンドエフェクタの位置を制御する、請求項１に記載の電気液圧式ロボット。
3. 前記駆動装置は、前記液圧アクチュエータと前記液圧ポンプとを繋ぐ液圧回路を更に有し、
   前記液圧回路は、前記液圧アクチュエータ及び前記液圧ポンプと共に閉回路を構成している、請求項１又は２に記載の電気液圧式ロボット。
4. 前記制御装置は、前記マニピュレータに関する動作計画を記憶し、前記動作計画に応じて前記複数の駆動装置の各々における前記電動機の動作及び前記液圧ポンプの吐出容量を制御する、請求項１乃至３の何れか１つに記載の電気液圧式ロボット。
5. 前記マニピュレータの各関節の変位量を検出する変位量検出器を更に備え、
   前記動作計画は、前記各関節の位置の目標値を含み、
   前記制御装置は、前記動作計画の目標値と前記変位量検出器の検出結果と基づいて前記複数の駆動装置の各々における前記液圧ポンプの吐出容量を制御する、請求項４に記載の電気液圧式ロボット。
6. 前記制御装置は、前記動作計画において設定される前記関節の各々の負荷が所定の駆動力以上である場合、前記複数の駆動装置の各々における前記液圧ポンプの吐出容量を制御する、請求項４に記載の電気液圧式ロボット。
7. 前記エンドエフェクタの位置に関する位置指令を出力する操作装置と、
   前記マニピュレータの各関節の位置を検出する位置検出器を更に備え、
   前記制御装置は、前記操作装置の前記位置指令と前記位置検出器の検出結果とに基づいて前記複数の駆動装置の各々における前記液圧ポンプの吐出容量を制御する、請求項２に記載の電気液圧式ロボット。
8. 前記液圧アクチュエータは、前記液圧ポンプからの作動液の供給に応じて伸縮する液圧シリンダであって、
   前記液圧シリンダは、伸縮することによって前記マニピュレータの前記複数の関節を動かす、請求項１乃至６の何れか１つに記載の電気液圧式ロボット。

Images