JP7255696B2 - ロボットシステム用のマルチパス冷却構造 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１９年３月４日に出願された米国仮出願第６２／８１３，５０５号の利益を主張するものであり、その内容は参照により全体が組み込まれる。

本出願は、ロボットシステム、より具体的には、ロボットアームのマルチパス冷却構造、並びに、関連するシステム及び方法に関する。

ロボットアームを備えるロボットシステムは、様々なタスクを実行するために使用され、特に自動化において一般的である。ロボットアームは、典型的には、１以上のジョイントによって接続された複数のリンクを備えている。１以上のジョイントは、タスクを実行するように構成されたエンドエフェクタを位置決めするようにロボットアームの関節を制御するため、様々なタイプのアクチュエータ（例えば、電気モータ、油圧など）によって駆動される。

ロボットシステムは、発熱部品を備えることが多い。例えば、ロボットアームのアクチュエータの駆動に関連する電気部品や、ロボットシステムの様々なコントローラ（例えば、ロボットアームのプロセッサボード）などは、熱を発生させ得る。ロボットシステムの冷却を適切に行うために、これらの部品から発生する熱を管理することは、場合によって課題となり得る。

本願は、ロボットアーム用のマルチパス冷却構造及び方法を記載する。本明細書に記載のマルチパス冷却構造は、ロボットアームの基体内に配置された発熱部品から熱を放散するように構成されている。発熱部品は、熱伝導性を有するブラケットに取り付けられている。ブラケットの第１部分は、基体の第１部分に取り付けられて、発熱部品からの熱を放散させるための第１熱伝導経路を形成する。第１熱伝導経路は、発熱部品からの熱を、ブラケットを介して、基体の第１部分に伝導する。基体の第１部分は、第１ヒートシンクを有する。ブラケットの第２部分は、例えば、サーマルパッドを介して基体の第２部分と接触して、第２熱伝導経路を形成する。第２熱伝導経路は、発熱部品から、ブラケット及びサーマルパッドを介して、基体の第２部分に熱を伝導する。基体の第２の部分は、第２ヒートシンクを有する。

本明細書で説明する一例では、ロボットシステムが開示される。ロボットシステムは、１以上の関節リンクを支持する基体を備える。基体は、前壁を含む前部と、前部に着脱可能に取り付けられ、後壁を含む後部とを有する。また、ロボットシステムは、発熱部品を支持するブラケットを備える。ブラケットの第１側部は、基体の後部の後壁に取り付けられ、使用時に発熱部品から熱を放散する第１熱伝導経路を形成する。また、基体は、ブラケットの第２側部に取り付けられたサーマルパッドを有する。サーマルパッドは、基体の前壁に接触して、使用時に発熱部品からの熱を放散する第２熱伝導経路を形成する。

いくつかの実施形態において、ロボットシステムは、任意の組み合わせで以下の特徴の１以上を有してもよい。(ａ）後部が前部に取り外し可能に接続されていること、（ｂ）発熱部品がアンプを備えていること、（ｃ）アンプの長手方向の軸が略水平方向に延在するように、アンプがブラケットに取り付けられていること、（ｄ）前部の前壁が、熱を放散するように構成された１以上のフィンを備えていること、（ｅ）後部の後壁が、熱を放散するように構成された１以上のフィンを備えていること、(ｆ）ブラケットが、後部の後壁に接続された第１フランジ部と、第２フランジ部であって、サーマルパッドが前部の前壁に接触するように第２フランジ部の外面に配置された、第２フランジ部と、第１フランジ部と第２フランジ部との間に延在し、発熱部品が取り付けられるプレート部とを有すること、(ｇ）第１フランジ部及び第２フランジ部が略垂直方向に延在し、プレート部が略水平方向に延在していること、（ｈ）基体が略水密であること、及び／又は、（ｉ）基体内に統合コントローラが配置され、統合コントローラが発熱部品を備えていること。

本明細書で説明する一例では、ロボットシステムが開示されている。ロボットシステムは、１以上の関節リンクを支持する基体内に配置された発熱部品を備える。ロボットシステムは、発熱部品を支持するブラケットを備える。ブラケットには、発熱部品が取り付けられ且つ直接接触する。ブラケットは、熱伝導性を有する。ロボットシステムは、発熱部品から熱を放散するように構成された第１熱伝導経路を有する。第１熱伝導経路は、ブラケットと、ブラケットに接続された第１ヒートシンクとで構成される。第１ヒートシンクは、基体の第１側部に配置されている。ロボットシステムは、発熱部品から熱を放散するように構成された第２熱伝導経路を有する。第２熱伝導経路は、ブラケットと、ブラケット上に配置されたサーマルパッドと、基体の第２側部に配置された第２ヒートシンクと、で構成される。サーマルパッドは、第２ヒートシンクに物理的に接触する。

いくつかの実施形態において、ロボットシステムは、以下の特徴のうち１以上を任意の組み合わせで有してもよい。(ａ）発熱部品がアンプを備えること、（ｂ）アンプの長手方向の軸が水平方向に延在するように、アンプがブラケットに取り付けられること、（ｃ）第１ヒートシンクが基体の第１壁に配置され、第２ヒートシンクが基体の第２壁に配置され、第１壁及び第２壁が基体の略反対側に配置されていること、(ｄ）ブラケットが、第１ヒートシンクに接続された第１フランジ部と、第２フランジ部であって、サーマルパッドが第２ヒートシンクに接触するように第２フランジ部の外面に配置された、第２フランジ部と、第１フランジ部と第２フランジ部との間に延在し、発熱部品が取り付けられたプレート部と、を有すること、及び／又は（ｅ）第１フランジ部及び第２フランジ部が略垂直方向に延在し、プレート部が略水平方向に延在していること。

本明細書に記載されている別の例では、ロボットシステムの熱を放散させる方法が開示されている。本方法は、ロボットアームの基体内のブラケットに発熱部品を取り付けることを含み、ブラケットは熱伝導性を有し、ブラケットを基体の第１側部に配置された第１ヒートシンクに取り付けて、発熱部品から熱を放散するように構成される第１熱伝導経路を形成することと、ブラケットに配置されたサーマルパッドを基体の第２側部に配置された第２ヒートシンクに接触させて、発熱部品から熱を放散するように構成される第２熱伝導経路を形成することとを含む。

いくつかの実施形態において、本方法は、任意の組み合わせで以下の特徴の１以上を含んでもよい。(ａ）サーマルパッドを接触させることが、ハウジングの後部をハウジングの前部に取り付けることを含み、第１ヒートシンクがハウジングの後部に配置され、ブラケットがハウジングの後部に接続され、第２ヒートシンクがハウジングの前部に配置されること、(ｂ）発熱部品がアンプを備え、発熱部品をブラケットに取り付けることが、アンプの長手方向の軸が略水平方向に延在するように、アンプをブラケットに取り付けることを含むこと、（ｃ）第１ヒートシンクが、基体の第１側部に形成された１以上のフィンを含むこと、及び／又は（ｄ）第２ヒートシンクが、基体の第２側部に形成された１以上のフィンを含むこと。

本節で説明した実施例及び特徴は、本発明の概要としてのみ意図されており、限定的に解釈されるべきではない。付加的な実施例及び特徴は、以下でより詳細に説明される。

本明細書に記載されたロボットシステム用のマルチパス冷却構造、並びに、関連するシステム及び方法の特徴及び利点は、添付の図面と併せて以下の説明及び添付の請求項からより十分に明らかになるであろう。これらの図面は、本開示に係るいくつかの実施形態のみを描いたものであり、その範囲を限定するものとはみなされない。図面において、同様の参照番号又は記号は、文脈上そうでない場合を除き、通常、同様の構成要素を識別する。また、図面は、縮尺通りに描かれていない場合がある。

ロボットアームとして構成されたロボットシステムの一実施形態のアイソメトリック図である。 図１のロボットアームの側面図である。 図２のロボットアームの一部を示す断面図である。 図２のロボットアームの一部を断面で示す斜視図である。 図１のロボットアームの基体の側面図であって、基体の前部から取り外された基体の後部を示す図である。 一実施形態に係るマルチパス冷却構造を有するシステムを示すブロック図である。 一実施形態に係るマルチパス冷却構造及びマルチコンポーネントハウジングを有するシステムを示すブロック図である。 一実施形態に係るロボットシステムの熱を放散させる方法を示すフローチャートである。

次に、ロボットシステム用のマルチパス冷却構造の特徴、並びに、関連するシステム及び方法について、図に示された特定の実施形態を参照して詳細に説明する。本明細書で説明する図示された実施形態は、説明のために提供されるものであり、限定することを意図するものではない。提示された主題の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。以下に記載され、図に示された本開示の態様及び特徴は、当業者によって多種多様な異なる構成で配置、置換、結合、及び設計することができることが容易に理解されるが、これらの全ては本開示の一部とされる。

図１及び図２は、それぞれ、本明細書に記載のマルチパス冷却構造を有するロボットシステム１０の実施形態のアイソメ側面図である。例示的なマルチパス冷却構造は、例えば、以下で更に説明される図３～７に示されている。図１の例示された実施形態において、ロボットシステム１０は、その基体内に統合コントローラを有するロボットアームとして構成されている。図示の実施形態において、ロボットシステム１０は、基体１２と、第１リンク１４と、第２リンク１６と、エンドエフェクタ１８とを備えている。本明細書で説明するマルチパス冷却構造は、他のタイプのロボットアーム及びシステムにも使用することができる。図示されたロボットシステム１０は、例示のみで提供されている。

基体１２は、第１リンク１４、第２リンク１６、エンドエフェクタ１８など、ロボットシステム１０の他の部分を支持するように構成されている。図示されているように、ロボットアームは、基体１２によって支持され、基体１２から延在している。いくつかの実施形態において、基体１２は、ロボットアームを操作するための統合コントローラを有する。図示された実施形態において、第１リンク１４は、第１回転ジョイント２０によって基体１２に接続されている。第１回転ジョイント２０は、第１リンク１４が基体１２に対して回転又は関節動作することを可能にする。図示された実施形態において、第１リンク１４は、第１回転軸２４を中心として、基体１２に対して相対的に回転する。一般的に、基体１２に対する第１リンク１４の回転は、１以上の指示のシーケンス（すなわち、ソフトウェア）の実行を通じて、及び／又は、カスタマイズされたハードウェア（例えば、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイなど）によって、制御されてもよい。

第１回転ジョイント２０の回転又は関節を駆動するために、１以上のモータ（図示せず）が使用されてもよい。１以上のモータは、例えば、電気モータであってもよい。モータは、基体１２及び／又は第１リンク１４に配置されてもよい。１以上のモータは、１以上のモータを駆動するように構成された１以上のアンプ４４（図３及び図４参照）に接続されてもよい。アンプ４４は、例えば、モータコントローラによって制御されてもよい。以下でより詳細に説明するように、アンプ４４は、基体１２内に配置されてもよい。アンプ４４は、ロボットシステム１０の持続的な使用のために放散する必要がある熱を生成し得る。以下に説明するマルチパス冷却構造は、例えば、アンプ４４によって生成された熱を放散するために使用することができる。また、マルチパス冷却構造は、例えば、基体１２内に配置されたプロセッサなど、ロボットシステム１０の他の部品によって発生する熱を放散するように構成されてもよい。

図１及び図２に示すように、第２リンク１６は、第２回転ジョイント２２によって第１リンク１４に接続され得る。第２回転ジョイント２２は、第２リンク１６が第１リンク１４に対して回転又は関節動作することを可能にする。図示の実施形態において、第２リンク１６は、第２回転軸２６を中心として第１リンク１４に対して相対的に回転する。一般的に、第１リンク１４に対する第２リンク１６の回転は、ソフトウェア又はカスタマイズされたハードウェアによって制御又は制限されてもよい。第１回転ジョイント２０を参照して上述したように、第２回転ジョイント２２の回転又は関節を駆動するために、１以上のモータ（図示せず）が使用されてもよい。この場合も、１以上のモータは、基体１２内に配置され得る１以上のアンプ４４に接続されてもよい。以下に説明するマルチパス冷却構造は、第２回転ジョイント２２のモータ又は基体１２内の他の発熱部品に関連するアンプ４４によって発生する熱を放散するように使用されてもよい。

図示の実施形態において、基体１２と第１リンク１４と第２リンク１６とは、選択的コンプライアンス組立ロボットアーム（ＳＣＡＲＡ）を形成するように配置されている。本明細書で説明するマルチパス冷却構造は、ＳＣＡＲＡと一緒に使用するように構成されてもよく、また、他のタイプのロボットアーム（例えば、非ＳＣＡＲＡ）及び他のロボットシステムと一緒に使用するように構成されてもよい。

図１の例示された実施形態において、ロボットシステム１０は、エンドエフェクタ１８を備えている。この実施形態において、エンドエフェクタ１８は、第１回転軸２４及び／又は第２回転軸２６を中心として第１リンク１４及び／又は第２リンク６を回転又は関節動作させることによって位置調整可能である。エンドエフェクタ１８は、１以上のモータによって駆動されてもよい。１以上のモータは、基体１２内に配置され得るアンプ４４によって駆動されてもよい。エンドエフェクタ１８は、当業者には明らかなように、様々なタスクを実行するように構成されてもよい。

基体１２は、ロボットシステム１０の電子部品の複数を収容する（例えば、部分的又は完全に囲む）ことができる。いくつかの実施形態において、基体１２は、統合コントローラを収容する。統合コントローラは、ロボットアームを制御する又は制御を可能にするように構成された１以上の部品を有してもよい。いくつかの例では、統合コントローラを基体１２内に収容することが有利な場合がある。例えば、統合コントローラを基体１２内に収容することで、別個のコントローラの必要性がなくなり、ロボットシステム１０を簡素化することができる。同時に、コントローラを基体１２に統合することで、基体１２に付加的な部品が追加される。これにより、基体１２がより満杯になり（空きスペースが少なくなり）、より多くの熱が発生する。本明細書に記載されているマルチパス冷却構造は、これらの課題に対処することができ、基体１２に統合コントローラの使用を可能にする一方で、熱を十分に管理することができる。

いくつかの実施形態においては、１以上のプロセッサ基板を備えるコントローラが、後部ヒートシンク（例えば、第１ヒートシンク２８又は第２ヒートシンク３０）に直接取り付けられ、アンプ４４を図３及び４に示す位置（例えば、ブラケット４６上）に移す。この位置において、熱を発生するアンプ４４は、ヒートシンクに密着していない。そのため、アンプ４４からの放熱が困難になる場合がある。本明細書に記載されているマルチパス冷却構造は、後述するように、この困難に対処することができる。別の配置において、アンプ４４は、ヒートシンク（例えば、第１ヒートシンク２８又は第２ヒートシンク３０）に直接取り付けられ、コントローラを、ヒートシンクに直接接触しない基体内の位置に陳列することができる。この配置では、本明細書に記載のマルチパス冷却構造を使用して、コントローラから熱を放散させることができる。

上述したように、基体１２は、統合コントローラと、アンプ４４と、第１リンク１４、第２リンク１６、及びエンドエフェクタ１８の動作に関連するモータコントローラとを収容してもよい。基体内には、他の部品が配置されてもよい。これらの電子部品は、ロボットシステム１０が過熱するのを防ぐために放散しなければならない熱を生成することが多い。多くの場合、ロボットシステム１０のこれらの発熱部品を基体内に配置することは、有益である。例えば、空間効率の良い設計を生み出し、ロボットシステム１０の安定性を最大化し、及び／又はロボットシステム１０の配線を単純化する。しかしながら、基体１２内で発熱部品をグループ化することは、いくつかの課題をもたらし得る。例えば、基体１２内で発熱部品をグループ化すると、放熱する必要のある熱の総量が増加すると同時に、放熱するためのスペースが最小限に抑えられる。更に、いくつかの実施形態において、基体１２は、基体１２内又は基体１２からの熱の自然対流が制限されるように、耐水、水密、又は緊密に密閉され得る。本明細書に記載されているマルチパス冷却構造は、これらの課題を解決するか、又は解決を助けることができる。

本明細書に記載されている冷却構造は、いくつかの実施形態では、発熱部品によって生成された熱が、それを放散させることができる複数の経路（例えば、複数の熱伝導経路）を有するため、「マルチパス」と呼ばれる。図１及び図２に示すように、例えば、基体１２は、第１ヒートシンク２８及び第２ヒートシンク３０を備えてもよい。マルチパス冷却構造は、第１ヒートシンク２８に熱を放散させるための第１熱伝導経路と、第２ヒートシンク３０に熱を放散させるための第２熱伝導経路とを提供することができる。

図示の実施形態において、第１ヒートシンク２８は、基体１２の後側又は後部３２に配置され、第２ヒートシンク３０は、基体１２の前側又は前部３４に配置されている。この例において、後側又は後部３２は、前側又は前部３４と対向している。第１ヒートシンク２８及び第２ヒートシンク３０の他の位置も可能である。例えば、いくつかの実施形態においては、第１ヒートシンク２８が前側又は前部３４に配置され、第２ヒートシンク３０が後側又は後部３２に配置されるように、第１ヒートシンク２８と第２ヒートシンク３０とを逆にしてもよい。いくつかの実施形態において、第１ヒートシンク２８と第２ヒートシンク３０とは、それぞれ右側又は右部３６、及び、左側又は左部３８（又はその逆）に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、第１ヒートシンク２８及び第２ヒートシンク３０の一方は、後側又は後部３２、或いは、前側又は前部３４に配置されてもよく、第１ヒートシンク２８及び第２ヒートシンク３０の他方は、右側又は右部３６、或いは、左側又は左部３８に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、第１ヒートシンク２８及び第２ヒートシンク３０の両方は、同じ側又は同じ部分に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、第１ヒートシンク２８及び第２ヒートシンク３０の一方又は両方は、基体１２の上側又は上部４０に配置されてもよい。当業者は、本開示を考慮して、第１ヒートシンク２８及び第２ヒートシンク３０を配置することができる多くの可能性が存在することを理解するであろう。

「ヒートシンク」という用語は、熱を放散するように構成された任意の構造を示すために広く使用される。例えば、いくつかの実施形態において、ヒートシンクは、熱を放散するための表面領域を提供するように構成された１以上のフィン４２を備える。ヒートシンクのための他の構造も可能である。いくつかの実施形態において、ヒートシンクは、基体１２の壁などの壁を備えてもよい。いくつかの実施形態において、ヒートシンクは、基体１２と一体的に形成されるか、又は基体１２に取り付けられる。

図３及び図４は、ロボットシステム１０の一部の断面図である。これらの図は、第１ヒートシンク２８及び第２ヒートシンク３０への経路を有するマルチパス冷却構造の例を示している。図示の例において、マルチパス冷却構造は、基体１２内に配置された１以上のアンプ４４から熱を放散するように構成されている。上述したように、アンプ４４は、第１回転ジョイント２０、第２回転ジョイント２２、及び／又はエンドエフェクタ１８の回転に関連する１以上のモータを駆動するように構成されてもよい。また、マルチパス冷却システムが、例えば、プロセッサやコントローラなどの他の発熱部品から熱を放散させるために使用されてもよいことは、理解されるであろう。

図３及び図４に示すように、アンプ４４は、ブラケット４６に取り付けられてもよい。アンプ４４は、ブラケット４６とアンプ４４との間の熱伝導を可能にするように、ブラケット４６に取り付けられてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、アンプ４４は、アンプ４４によって生成された熱がブラケット４６に直接伝導され得るように、ブラケット４６と直接物理的に接触している。ブラケット４６は、アルミニウムなどの熱伝導性材料で構成されてもよいが、他の熱伝導性材料を使用することもできる。いくつかの実施形態において、ブラケット４６は、効果的な導電経路を提供するように、サイズ及び形状が構成されてもよい。例えば、ブラケットは、導電によってアンプ４４からの熱を十分に放散できるように、少なくとも２ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、少なくとも４ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、少なくとも６ｍｍ、少なくとも７ｍｍ、少なくとも８ｍｍ、少なくとも９ｍｍ、少なくとも１０ｍｍ、又はそれ以上の厚さで構成されてもよい。一例において、ブラケットは、約６．３ｍｍの厚さである。

図３及び図４に示されているように、ブラケット４６は、基体プレート部４８と、第１フランジ部５０と、第２フランジ部５２とを有してもよい。図示された実施形態において、基体プレート部４８は、基体１２の底部に沿って水平方向（例えば、基体１２が載置される支持面（地面など）に略平行）に延在している。アンプ４４は、第１フランジ部５０と第２フランジ部５２との間で基体プレート部４８に取り付けられてもよい。第１フランジ部５０は、基体プレート部４８の第１側部に配置されてもよい。第１フランジ部５０は、基体プレート部４８から角度を持って延在してもよい。図示された実施形態において、基体プレート部４８に対する第１フランジ部５０の角度は約９０度であるが、全ての実施形態においてそうである必要はない（例えば、第１フランジ部の角度は、用途に応じて９０度未満又は９０度より大きくてもよい）。第２フランジ部５２は、基体プレート部４８の第２側部に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、基体プレート部４８の第２側部は、第１フランジ部５０及び第２フランジ部５２が基体プレート部４８の反対側又は端部にあるように、基体プレート部４８の第１側部の反対側にある。第２フランジ部５２は、基体プレート部４８から角度を持って延在してもよい。図示された実施形態では、基体プレート部４８に対する第２フランジ部５２の角度は約９０度であるが、全ての実施形態でそうである必要はない。いくつかの実施形態において、第１フランジ部５０及び第２フランジ部５２の一方又は両方は、基体プレート部４８と同じ厚さであってもよい。いくつかの実施形態において、第１フランジ部５０及び第２フランジ部５２の一方又は両方は、基体プレート部４８よりも僅かに薄くてもよい。例えば、基体プレート部４８が約６.３ｍｍの厚さである実施形態において、第１フランジ部５０及び第２フランジ部５２の一方又は両方は、約５.３ｍｍの厚さであってもよい。これは、ブラケット４６をこれらの領域で機械加工することができるからである。第１フランジ部５０及び第２フランジ部５２の一方又は両方を機械加工することで、フランジ部と基体１２との間の接触を確保することができ、これにより、以下に説明するように、その間に熱伝導を提供することができる。

第１フランジ部５０は、図３及び図４に示すように、基体１２の後側又は後部３２に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態において、第１フランジ部５０は、図示されているように、１以上の機械的ファスナー５４を用いて、基体１２の後側又は後部３２に取り付けられる。更に又は代替的に、第１フランジ部５０は、基体の後側又は後部３２と接着、溶接、又は一体的に形成されてもよい。それにより、第１フランジ部５０は、両者の間の熱伝導を可能にするように、基体１２の後側又は後部３２と接触してもよい。図１及び図２を参照して上述したように、第１ヒートシンク２８は、基体１２の後側又は後部３２に含まれてもよい。それにより、第１フランジ部５０は、第１ヒートシンク２８と熱伝導してもよい。

ブラケット４６の第２フランジ部５２は、図３及び４に示すように、基体１２の前側又は前部３４に接触するように配置されてもよい。いくつかの実施形態において、第２フランジ部５２は、基体１２の前側又は前部３４に接触するその面に配置されたサーマルパッド５６を備えてもよい。サーマルパッド５６は、第２フランジ部５２から基体１２の前側又は前部３４への伝導を向上又は最大化するように構成されてもよい。例えば、サーマルパッド５６は、第２フランジ部５２と基体１２との間の隙間を埋めて、それらの間の直接接触を促進又は確保してもよい。サーマルパッド５６は、第２フランジ部５２の面に接着剤で取り付けられてもよいし、或いは、他の方法で取り付けられてもよい。いくつかの実施形態において、サーマルパッド５６は、第２フランジ部５２と基体１２の前側又は前部３４との間で押され、両者の間の接触を確実又は容易にすることができるように、適合されている。サーマルパッド５６は、熱伝導性材料で構成されてもよい。いくつかの実施形態において、サーマルパッドは、約１ｍｍ、約２ｍｍ、約３ｍｍ、約４ｍｍ、約５ｍｍ、約６ｍｍ、約７ｍｍ、約８ｍｍ、又はそれ以上の厚さである。一例において、サーマルパッド５６は、約３．２ｍｍの厚さである。図１及び図２を参照して上述したように、第２ヒートシンク３０は、基体１２の前側又は前部３４に備えられてもよい。それにより、第２フランジ部５２は、サーマルパッド５６を介して、第２ヒートシンク３０と熱伝導することができる。いくつかの実施形態において、サーマルパッド５６は、省略されてもよく、第２フランジ部５２は、基体１２の前側又は前部３４に直接接触してもよい。いくつかの実施形態において、サーマルパッド５６は、第２フランジ部５２ではなく、前側又は前部３４の内面に取り付けられる。

図示の実施形態において、ブラケット４６の第２フランジ部５２は、基体１２の前側又は前部３４に取り付けられていない。これにより、後述する図５に示すように、後側又は後部３２が基体１２の前側又は前部３４から取り外し可能であるように、基体１２を構成することができる。他の実施形態において、ブラケット４６の第２フランジ部５２は、ブラケット４６の第１フランジ部５０が基体１２の後側又は後部３２に取り付けられる方法と同様に、基体１２の前側又は前部３４に取り付けられてもよい。

図３及び図４を参照すると、マルチパス冷却構造は、アンプ４４から熱を放散させるための少なくとも２つの熱伝導経路を有する。これらの経路は、図中に点線で示されている。第１熱伝導経路５８は、熱がアンプ４４からブラケット４６の基体プレート部４８に伝導されることを可能にする。この熱は、ブラケット４６を介して第１フランジ部５０に伝導され、第１ヒートシンク２８によって放散され得る後側又は後部３２に伝導される。第２熱伝導経路６０は、アンプ４４からブラケット４６の基体プレート部に熱が伝導されることを可能にする。その後、熱は、ブラケット４６を介して第２フランジ部５２に伝導され、第２ヒートシンク３０によって放散され得る前側又は前部３４に伝導される。このようなマルチパス冷却構造は、アンプ４４のための熱放散を有利に向上させることができる。

いくつかの実施形態において、マルチパス冷却構造は、他の又は追加の利点も提供することができる。例えば、図４に示すように、アンプ４４は、略長手方向の軸６２に沿って延在している。アンプ４４は、その幅（長手方向の軸６２を横断するように測定）よりも長い長さ（長手方向の軸６２に沿って測定）を有してもよい。いくつかの実施形態において、基体１２の全体的なサイズを最小化するために、図４に示すように、長手方向の軸６２が略水平方向に延在するように、アンプを配置することが有益である。この配置は、基体１２の全体的なサイズを最小化することができるが、熱的な観点からは有利ではないこともある。しかしながら、本明細書に記載されているマルチパス冷却構造は、長手方向の軸６２が略水平方向に延在するようにアンプを配置しつつ、十分な熱放散を行うことができる。

図５は、図１のロボットシステム１０の基体の側面図であり、いくつかの実施形態において、基体１２の後側又は後部３２を基体１２の前側又は前部３４から取り外すことができることを示している。これは、例えば、組み立て、メンテナンス、修理などのために、基体１２の内部へのアクセスを可能にするために行うことができる。図５に示されているように、基体１２の後側又は後部３２が基体１２の前側又は前部３４から取り外されると、それに取り付けられたブラケット４６及びアンプ４４も取り外すことができる。これは、上述したように、ブラケット４６が後側又は後部３２に取り付けられているためである。例えば、図３及び図４に示すように、ブラケット４６の第１フランジ部５０は、後側又は後部３２に取り付けられてもよい。それにより、後側又は後部３２を取り外すと、ブラケット４６及びアンプ４４も取り外すことができる。

更に、ブラケット４６は、いくつかの実施形態では、前側又は前部３４に取り付けられていなくてもよいので、ブラケット４６は、後側又は後部３２とともに取り外されてもよい。むしろ、図３及び図４を参照して上述したように、ブラケット４６は、前側又は前部３４に取り付けられることなく、前側又は前部３４に接触するだけである。例えば、上述したように、ブラケット４６の第２フランジ部５２は、組み立てられた状態でサーマルパッド５６を介して前側又は前部３４と接触している。それにより、図５に示すように、ブラケット４６及びアンプ４４は、前側又は前部３４から容易に取り外すことができる。

更に、後側又は後部３２は、前側又は前部３４と一緒に戻されて、（例えば、図１及び図２に示すように）筐体として基体１２を形成してもよい。上述したように、この組み立てられた位置において、ブラケット４６の第２フランジ部５２は、サーマルパッド５６を介して前側又は前部３４に接触し、前側又は前部３４上の第２ヒートシンク３０への第２熱伝導経路を確立する。サーマルパッド５６は、第２フランジ部５２と前側又は前部３４との間の強い熱的接触を確保又は促進してもよい。ブラケット４６の第１フランジ部５０及び／又は第２フランジ部５２は、効果的な熱伝導経路を提供するため、第１フランジ部５０，第２フランジ部５２と基体１２の対応する後部３２，前部３４との間に十分な接触を提供するように、サイズ及び形状を構成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、第１フランジ部５０及び第２フランジ部５２の一方又は両方は、熱伝導のために、第１フランジ部５０及び第２フランジ部５２と基体１２との間に十分な接触を提供するように、少なくとも２平方インチ、少なくとも３平方インチ、少なくとも４平方インチ、少なくとも５平方インチ、又はそれ以上の表面積を有するように構成される。一例において、第１フランジ部及び／又は第２フランジ部は、基体１２に対して約４インチの接触面を有する。

図６は、一実施形態に係るマルチパス冷却構造を備えるシステム１００を示すブロック図である。この例において、システム１００は、発熱部品１０２と、ブラケット１０４と、第１ヒートシンク１０６と、サーマルパッド１０８と、第１熱伝導経路１１２及び第２熱伝導経路１１４を提供するように配置された第２ヒートシンク１１０とを備えている。いくつかの実施形態において、システム１００は、ロボットアームのようなロボットシステムである。

発熱部品１０２は、発熱する任意の部品であってもよい。システム１００は、第１熱伝導経路１１２及び第２熱伝導経路１１４に沿って、発熱部品１０２によって生成された熱を放散するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、発熱部品は、アンプ（例えば、上述のアンプ４４）であるが、これは全ての実施形態においてそうである必要はない。発熱部品１０２は、多くの他の物の中でも、プロセッサ、集積回路、モータ制御、モータ、データ記憶装置、及び／又はメモリであってもよい。

図６に示すように、発熱部品１０２は、ブラケット１０４、又は、発熱部品１０２を支持するように構成された他の熱伝導構造体に取り付けられてもよい。ブラケット１０４は、発熱部品１０２によって生成された熱がブラケット１０４に伝達されるように配置されてもよい。熱は、例えば、伝導によってブラケット１０４に伝達されてもよい。発熱部品１０２は、直接的に、又は別の構造体（例えば、サーマルパッド、熱ペースト、付加的な熱伝導性を有するブラケットなど）を介して間接的に、ブラケット１０４と物理的に接触してもよい。ブラケット１０４は、アルミニウム、炭化ケイ素、タングステン、及び／又はその他の熱伝導性材料で構成されてもよい。

ブラケット１０４は、図６に示すように、第１ヒートシンク１０６に直接的又は間接的に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態において、ブラケット１０４は、機械的な締結具で第１ヒートシンク１０６に取り付けられるが、他の接合方法でも可能である。第１ヒートシンク１０６は、基体、筐体、又は他の構造体上に配置されてもよい（又は、その一部であってもよい）。図示されているように、第１熱伝導経路１１２は、発熱部品１０２から、ブラケット１０４を介して、第１ヒートシンク１０６まで形成される。

図６に示すように、サーマルパッド１０８は、ブラケット１０４に取り付けられてもよい。サーマルパッド１０８は、熱伝導性材料で構成されてもよい。サーマルパッド１０８及びブラケット１０４は、第２ヒートシンク１１０に接触するように配置されてもよい。いくつかの実施形態において、ブラケット１０４は、第２ヒートシンク１１０に取り付けられていない。従って、図６においては、サーマルパッド１０８と第２ヒートシンク１１０との間に破線が使用されており、いくつかの実施形態において、これらの特徴は、互いに機械的に接続されていないが、互いに接触していることを示している。第２ヒートシンク１１０は、基体、筐体、又は他の構造体上に配置されてもよい（又はその一部であってもよい）。図示されているように、第２熱伝導経路１１４は、発熱部品１０２から、ブラケット１０４及びサーマルパッド１０８を介して、第２ヒートシンク１１０に形成される。いくつかの実施形態において、サーマルパッド１０８は省略され、ブラケット１０４は、第２ヒートシンク１１０に直接接触してもよい。

従って、システム１００は、発熱部品１０２から第１ヒートシンク１０６及び第２ヒートシンク１１０にそれぞれ熱を放散させるための第１熱伝導経路１１２及び第２熱伝導経路１１４を有するマルチパス冷却構造を備えている。

図７は、システム１００の別の実施形態を示すブロック図である。この実施形態において、第１ヒートシンク１０６は、第１ハウジング部品１１６上に配置され、第２ヒートシンク１１０は、第２ハウジング部品１１８上に配置される。第１ハウジング部品１１６及び第２ハウジング部品１１８は、発熱部品を部分的又は完全に囲む筐体を形成するように構成されてもよい。第１ハウジング部品１１６及び第２ハウジング部品１１８は、筐体の内部へのアクセスを可能にするために、互いに取り外されてもよい。図７に示すように、ブラケット１０４は、第１ハウジング部品１１６上に形成された第１ヒートシンク１０６に取り付けられてもよい。それにより、第１ハウジング部品１１６が第２ハウジング部品１１８から取り外されると、ブラケット１０４及び発熱部品１０２も一緒に取り外すことができる。第１ハウジング部品１１６が第２ハウジング部品１１８に再び取り付けられると、ブラケット１０４は、サーマルパッド１０８を介して第２ヒートシンク１１０に接触することができる。図示されるように、第１熱伝導経路１１２は、発熱部品１０２からブラケット１０４を介して、第１ハウジング部品１１６上の第１ヒートシンク１０６まで形成されている。また、第２熱伝導経路１１４は、発熱部品１０２からブラケット１０４及びサーマルパッド１０８を介して、第２ハウジング部品１１８上の第２ヒートシンク１１０まで形成される。

図８は、一実施形態に係るロボットシステムにおいて熱を放散させるための方法２００を示すフローチャートである。図示されているように、本方法は、ブロック２０２で始まる。このブロック２０２においては、発熱部品が熱伝導性を有するブラケットに取り付けられる。いくつかの実施形態において、ブラケットは、ロボットアームなどのロボットシステムの基体と一緒に配置される。発熱部品は、発熱部品によって生成された熱がブラケットに伝導するように、ブラケットに取り付けられてもよい。いくつかの実施形態において、発熱部品は、上述したようなアンプであるが、本方法２００は、他のタイプの発熱部品でも有用である。いくつかの実施形態において、発熱部品は、発熱部品の長手方向の軸が略水平方向に延在するように、ブラケットに取り付けられる。

次に、本方法２００は、ブロック２０４に移行する。ブロック２０４においては、ブラケットが、第１ヒートシンクに取り付けられ、発熱部品から熱を放散するように構成された第１熱伝導経路が形成される。いくつかの実施形態において、ヒートシンクは、基体の第１側部に配置される。いくつかの実施形態において、ヒートシンクは、熱を放散するように構成された１以上のフィンを備える。いくつかの実施形態において、ブラケットは、第１ヒートシンクに機械的に固定される。また、他の接合方法が用いられてもよい。

次に、ブロック２０６においては、ブラケット上に配置されたサーマルパッドが、第２ヒートシンクに接触し、発熱部品から熱を放散するように構成された第２熱伝導経路が形成される。いくつかの実施形態において、ヒートシンクは、基体の第２側部に配置される。いくつかの実施形態において、ヒートシンクは、熱を放散するように構成された１以上のフィンを備える。いくつかの実施形態において、サーマルパッドを第２ヒートシンクに接触させることは、ハウジングの後部をハウジングの前部に取り付けることを含む。第１ヒートシンクは、ハウジングの後部に配置されてもよく、ブラケットは、ハウジングの後部に接続されてもよい。第２ヒートシンクは、ハウジングの前部に配置されてもよい。

上述の説明は、本明細書に開示されたシステム、デバイス、及び方法の特定の実施形態を詳述している。しかしながら、前述の内容がテキストでどれほど詳細に表示されていても、システム、デバイス、及び方法は、多くの手段で実施できることが理解されるであろう。また、上述のように、本開示の特定の特徴又は態様を説明する際に特定の用語を使用することは、その用語が関連付けられている技術の特徴又は態様の任意の特定の特性を含むように本明細書で再定義されていることを意味するように取られるべきではないことに留意されたい。

記載された技術の範囲から逸脱することなく、様々な修正や変更が可能であることは、当業者には理解されるであろう。そのような修正及び変更は、実施形態の範囲内に入ることが意図されている。また、ある実施形態に含まれる部品は、他の実施形態と交換可能であり、示された実施形態からの１以上の部品は、任意の組み合わせで他の示された実施形態に含まれることができることも、当業者には理解されるであろう。例えば、本明細書に記載された、及び／又は、図に示された様々な部品のいずれかを、他の実施形態と組み合わせたり、交換したり、除外したりしてもよい。

本明細書における実質的に任意の複数形及び／又は単数形の用語の使用に関して、当業者は、文脈及び／又は用途に応じて、複数形から単数形へ、及び／又は、単数形から複数形へと翻訳してもよい。様々な単数／複数の置換は、明確にするために本明細書に明示的に記載されてもよい。

本明細書で使用される方向性の用語（例えば、上（top）、下（bottom）、側（side）、上（up）、下（down）、内側（inward）、外側（outward）など）は、一般的に、図に示された方向性を参照して使用され、限定することを意図していない。例えば、上述の上面は、下面又は側面と言ってもよい。そのため、上面で説明した特徴は、底面、側面、又はその他の表面に含まれてもよい。

一般的に、本明細書で使用される用語は、一般的に「オープン」な用語として意図されていることが、当業者には理解されるであろう（例えば、用語「備える（including）は、「備えるがそれに限定されない（including but not limited to）」として解釈されるべきであり、用語「有する（having）」は、「少なくとも有する（having at least）」として解釈されるべきであり、用語「含む（includes）」は、「含むがそれに限定されない（includes but is not limited to）」として解釈されるべきである）。導入された請求項の記載の特定の数が意図される場合、そのような意図は請求項に明示的に記載され、そのような記載がない場合には、そのような意図は存在しないことが、当業者によって更に理解されるであろう。例えば、理解を助けるために、以下の添付の請求項は、請求項の記載を導入するために「少なくとも１つ」及び「１以上」という導入フレーズの使用を含み得る。しかしながら、このようなフレーズの使用は、不定冠詞「a」又は「an」による請求項の記載の導入が、そのような導入された請求項を含む特定の請求項を、そのような記載を１つだけ含む実施形態に限定することを意味すると解釈されるべきではなく、同じ請求項が導入フレーズ「１以上」又は「少なくとも１つ」及び「a」又は「an」などの不定冠詞を含む場合でも同様である（例えば、「a」や「an」は、通常、「少なくとも１つ」や「１以上」を意味すると解釈されるべきである）。請求項の記載に定冠詞を使用する場合も同様である。更に、導入された請求項の記載の特定の数が明示的に記載されている場合であっても、当業者であれば、そのような記載は、通常、少なくとも記載された数を意味する（例えば、他の修飾語を伴わない「２（two recitations）」という記載は、通常、少なくとも２、又は２以上を意味する）ように解釈されるべきであることを認識するであろう。当業者であれば、明細書、特許請求の範囲、図面のいずれにおいても、２以上の代替用語を示すあらゆる分離語及びフレーズは、いずれかの１つの用語、いずれかの用語、又は両方の用語を含む可能性を想定していると理解されるだろう。例えば、フレーズ「Ａ又はＢ」は、「Ａ」又は「Ｂ」、或いは、「Ａ及びＢ」の可能性を含むと理解されるであろう。

本明細書で使用される用語「備える（comprising）」は、「有する（including）」、「含む（containing）」、又は「により特徴付けられる（characterized）」と同義であり、包括的又はオープンエンドであり、付加的で言及されていない構成要素又は方法ステップを除外するものではない。

以上の説明は、本発明のいくつかの方法及び材料を開示している。本発明は、方法及び材料の変更、並びに、製造方法及び装置の変更を受けやすい。このような変更は、本開示の検討又は本明細書に開示された発明の実施により、当業者には明らかになるであろう。従って、本発明は、本明細書に開示された特定の実施形態に限定されることを意図したものではなく、添付の特許請求の範囲に具現化された本発明の真の範囲及び精神の範囲内に入る全ての変更及び代替案をカバーすることを意図したものである。

Claims (20)

1. １以上の関節リンクを支持する基体であって、前壁を含む前部と、前記前部に取り外し可能に取り付けられ、後壁を含む後部と、を有する基体と、
   発熱部品を支持するブラケットであって、当該ブラケットの第１側部が前記基体の後部の後壁に取り付けられて、使用時に前記発熱部品からの熱を放散する第１熱伝導経路を形成するブラケットと、
   前記ブラケットの第２側部に取り付けられたサーマルパッドであって、前記基体の前壁に接触して、使用時に前記発熱部品からの熱を放散する第２熱伝導経路を形成するサーマルパッドと、
   を備え、
   前記基体は、前記基体内又は前記基体からの熱の自然対流が制限されるように密閉されている、ロボットシステム。
2. 前記後部は、前記前部に取り外し可能に接続されている、請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記発熱部品は、アンプを備える、請求項１に記載のロボットシステム。
4. 前記アンプは、前記アンプの長手方向の軸が略水平方向に延在するように、前記ブラケットに取り付けられている、請求項３に記載のロボットシステム。
5. 前記前部の前壁及び前記後部の後壁が、熱を放散するように構成された１以上のフィンを有する、請求項１に記載のロボットシステム。
6. 前記基体内には、統合コントローラが配置され、前記統合コントローラは、前記基体の前部及び後部の一方に配置されたヒートシンクと熱的に接触している、請求項１に記載のロボットシステム。
7. 前記ブラケットは、
   前記後部の後壁に接続された第１フランジ部と、
   第２フランジ部であって、前記サーマルパッドが前記前部の前壁に接触するように前記第２フランジ部の外面に配置された、第２フランジ部と、
   前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との間に延在し、前記発熱部品が取り付けられるプレート部と、
   を備える、請求項１に記載のロボットシステム。
8. 前記第１フランジ部及び前記第２フランジ部は、略垂直方向に延在し、前記プレート部は、略水平方向に延在する、請求項７に記載のロボットシステム。
9. 前記基体は、略水密である、請求項１に記載のロボットシステム。
10. １以上の関節リンクを支持する基体内に配置された発熱部品と、
    熱伝導性を有し、前記発熱部品を支持するブラケットであって、前記発熱部品が取り付けられ且つ直接接触するブラケットと、
    前記発熱部品から熱を放散するように構成された第１熱伝導経路であって、前記ブラケットと、当該ブラケットに接続され且つ前記基体の第１側部に配置された第１ヒートシンクとで構成された、第１熱伝導経路と、
    前記発熱部品から熱を放散するように構成された第２熱伝導経路であって、前記ブラケットと、前記ブラケットに配置されたサーマルパッドと、前記基体の第２側部に配置され且つ前記サーマルパッドが物理的に接触する第２ヒートシンクとで構成された、第２の熱伝導経路と、
    を備え、
    前記基体は、前記基体内又は前記基体からの熱の自然対流が制限されるように密閉されている、ロボットシステム。
11. 前記発熱部品は、アンプを備える、請求項１０に記載のロボットシステム。
12. 前記アンプは、前記アンプの長手方向の軸が水平方向に延在するように、前記ブラケットに取り付けられている、請求項１１に記載のロボットシステム。
13. 前記第１ヒートシンクは、前記基体の第１壁に配置され、
    前記第２ヒートシンクは、前記基体の第２壁に配置され、
    前記第１壁と前記第２壁とは、前記基体の略反対側に配置されている、
    請求項１０に記載のロボットシステム。
14. 前記ブラケットは、
    前記第１ヒートシンクに接続された第１フランジ部と、
    第２フランジ部であって、前記サーマルパッドが前記第２ヒートシンクに接触するように前記第２フランジ部の外面に配置された、第２フランジ部と、
    前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との間に延在し、前記発熱部品が取り付けられるプレート部と、
    を備える、請求項１０に記載のロボットシステム。
15. 前記第１フランジ部及び前記第２フランジ部は、略垂直方向に延在し、前記プレート部は、略水平方向に延在する、請求項１４に記載のロボットシステム。
16. ロボットアームの基体内において、熱伝導性を有するブラケットに発熱部品を取り付け、
    前記基体の第１側部に配置された第１ヒートシンクに前記ブラケットを取り付けて、前記発熱部品から熱を放散するように構成される第１熱伝導経路を形成し、
    前記基体の第２側部に配置された第２ヒートシンクに前記ブラケットに配置されたサーマルパッドを接触させて、前記発熱部品からの熱を放散するように構成される第２熱伝導経路を形成する、
    ことを含み、
    前記基体は、前記基体内又は前記基体からの熱の自然対流が制限されるように密閉されている、ロボットシステムの放熱方法。
17. 前記サーマルパッドを接触させることは、ハウジングの後部を前記ハウジングの前部に取り付けることを含み、
    前記第１ヒートシンクは、前記ハウジングの後部に配置され、
    前記ブラケットは、前記ハウジングの後部に接続され、
    前記第２ヒートシンクは、前記ハウジングの前部に配置される、
    請求項１６に記載の放熱方法。
18. 前記発熱部品は、アンプを備え、
    前記ブラケットに前記発熱部品を取り付けることは、前記アンプの長手方向の軸が略水平方向に延在するように前記アンプを前記ブラケットに取り付けることを含む、
    請求項１６に記載の放熱方法。
19. 前記第１ヒートシンクは、前記基体の第１側部に形成された１以上のフィンを有する、請求項１６に記載の放熱方法。
20. 前記第２ヒートシンクは、前記基体の第２側部に形成された１以上のフィンを有する、請求項１６に記載の放熱方法。

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