(57)【要約】【課題】  無線給電システムを用いたロボット装置において、不要な電力を削減しつつ、電力不足を防ぐことができるロボット装置を提供することを目的とする。【解決手段】  駆動源を有するロボット装置であって、駆動源に電力を送電する送電モジュールと、送電モジュールから電力を受電する受電モジュールと、駆動源が駆動するタイミングで、受電モジュールに、目標とする電力が受電されているように、送電モジュールが送電する電力を制御する制御装置と、を有することを特徴とするロボット装置を採用した。【選択図】  図５
2020104176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源を有するロボット装置であって、
前記駆動源に電力を送電する送電モジュールと、
前記送電モジュールから電力を受電する受電モジュールと、
前記駆動源が駆動するタイミングで、前記受電モジュールに、目標とする電力が受電されているように、前記送電モジュールが送電する電力を制御する制御装置と、を有することを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
請求項１に記載のロボット装置において、
前記制御装置は、
前記駆動源が駆動するタイミングを基に、前記送電モジュールが送電を開始するタイミングを算出することを特徴とするロボット装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のロボット装置において、
前記制御装置は、
前記駆動源が駆動するタイミングと、前記受電モジュールに関するパラメータとを基に、前記送電モジュールが送電を開始するタイミングを算出することを特徴とするロボット装置。
【請求項４】
請求項３に記載のロボット装置において、
前記制御装置は、
前記送電モジュールが送電を開始するタイミングを算出する際、前記駆動源が駆動するタイミングと、前記受電モジュールに関するパラメータと、前記駆動源に関するパラメータと基に、前記送電モジュールが送電を開始するタイミングを算出することを特徴とするロボット装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のロボット装置において、
前記制御装置は、
前記送電モジュールにより電力を送電している間に、目標とする電力が変動した場合、前記送電モジュールが送電する電力の量を変化させることを特徴とするロボット装置。
【請求項６】
請求項５に記載のロボット装置において、
前記制御装置は、
目標とする電力が変動したタイミングと、前記駆動源が駆動するタイミングと、を基に、前記電力の量を変化させることを特徴とするロボット装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の制御装置において、
前記制御装置は、
前記目標とする電力が変動したタイミングと、前記駆動源が駆動するタイミングと、前記受電モジュールに関するパラメータとを基に、前記電力の量を変化させることを特徴とするロボット装置。
【請求項８】
請求項７に記載のロボット装置において、
前記制御装置は、
前記送電量を変化させる際、前記目標とする電力が変動したタイミングと、前記駆動源が駆動するタイミングと、前記受電モジュールに関するパラメータと、前記駆動源に関するパラメータと基に、前記電力の量を変化させることを特徴とするロボット装置。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載のロボット装置において、
前記制御装置は、
前記ロボット装置の軌道データを基に、前記駆動源が駆動するタイミングを記憶していることを特徴とするロボット装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のロボット装置において、
前記送電モジュールは、送電コイルを備え、
前記受電モジュールは、受電コイルを備え、
前記送電コイルと、前記受電コイルは、前記送電コイルと前記受電コイルとが対向した状態が維持される位置に設けられていることを特徴とするロボット装置。
【請求項１１】
駆動源を有するロボット装置の制御方法であって、
前記ロボット装置は、
前記駆動源に電力を送電する送電モジュールと、
前記送電モジュールから電力を受電する受電モジュールと、
を備え、
前記駆動源が駆動するタイミングで、前記受電モジュールに、目標とする電力が受電されているように、前記送電モジュールが送電する電力を制御することを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
所定の装置に電力を送電する送電モジュールであって、
前記装置が駆動するタイミングで、前記所定の装置に、目標とする電力が受電されているように、送電する電力を制御する制御装置を有することを特徴とする送電モジュール。
【請求項１３】
所定の装置から電力を受電する受電モジュールであって、
所定のタイミングで、目標とする電力が受電されているように、前記所定の装置に指令値を出力する制御装置を有することを特徴とする受電モジュール。
【請求項１４】
所定の装置に電力を送電する送電モジュールと、
前記送電モジュールから電力を受電する受電モジュールと、
を備えた無線給電モジュールの給電方法であって、
前記装置が駆動するタイミングで、前記受電モジュールに、目標とする電力が受電されているように、前記送電モジュールに送電する電力を制御することを特徴とする給電方法。
【請求項１５】
請求項１から１０のいずれか１項に記載のロボット装置を用いた、物品の製造方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の制御方法、または請求項１４に記載の給電方法、または請求項１５に記載の物品の製造方法を実行可能な制御プログラム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の制御プログラムを格納した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製品を製造する生産ラインにおいて、多関節のロボットアームを備えたロボット装置が用いられている。この種のロボットアームは、エンドエフェクタとして先端に、例えば把持装置としてのロボットハンドや、その他の工具などのツールを設けてワークを操作し、工業製品やその部品などの物品の製造を行う。
【０００３】
更に、無線（非接触）で、各駆動部へ電力を伝送する無線給電技術の開発が進められており、上述のロボット装置におけるロボットアームの各関節を駆動する駆動源や、エンドエフェクタを回転させるための駆動源へ、無線給電技術の導入が進められている。例えば特許文献１では、送電用モジュールと受電用モジュールとを備えた、非接触給電装置を開示している。
【０００４】
これにより、ロボット装置の各関節やエンドエフェクタの駆動において、駆動源への電力供給に必要な電源ケーブル等の配線による制限を生じさせることなく回転させる、無限回転を行わせることが可能となる。
【０００５】
こうすることで、ロボット装置に多種多様な姿勢、動作を実行させることができ、従来では困難だった作業がロボット装置により可能となり、タクトタイムの短縮や、より高度な作業を実現させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−９３７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されているような従来の無線給電システムには、以下の課題がある。
【０００８】
特許文献１における無線給電モジュールの電力伝達は、直流電源からインバータ回路を経て、高周波の交流電源に変換し、送電コイルを経て磁界になり、受電コイルで磁界を交流電源へ変換することで、無線で電力を伝達している。
【０００９】
ここで特許文献１では、送電、受電の際に、インバータ回路等で使用する電力に無駄が生じないよう、駆動源の必要電力に応じて、無線給電モジュールの供給電力を制御する、いわゆるパワーマネジメントの手法が用いられている。
【００１０】
特許文献１ではパワーマネジメントとして、受電コイル側に接続された駆動源の負荷変動を、送電コイルの制御回路に送り、変動を補償する、いわゆるフィードバック制御を行っている。
【００１１】
しかしながら上述したように駆動源の負荷変動が生じてからフィードバックによる電力制御を行う場合、負荷変動発生直後には電力制御が終了しておらず、一時的に電力不足になるという課題がある。
【００１２】
図９は、上述の課題を詳しく説明するための、電力のタイミングチャートを表したグラフである。図９において横軸に時間ｔ、縦軸に消費可能な電力Ｗを示している。実線で表したグラフが電力の増減を表している。
【００１３】
図９において、Ｗａは所定の駆動源を駆動させるために必要な電力である。ｔａは駆動源に負荷変動が生じ、パワーマネジメントとしてフィードバック制御による電力制御が開始される時間である。
【００１４】
しかしながら、図９に示す通り、駆動源に負荷変動が生じ、ｔａを起点に電力を増加させるために給電を開始するが、ｔａで瞬時に目標のＷａに到達するわけではなく、徐々に電力が増加し、ｔｂで目標の電力Ｗａに到達する。
【００１５】
その際、ｔａ‐ｔｂ間では、目標の電力Ｗａに到達していないため、一時的に電力不足になってしまう。
【００１６】
以上の課題を鑑み、本発明では、無線給電システムを用いたロボット装置において、不要な電力を削減しつつ、電力不足を防ぐことができるロボット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために本発明においては、駆動源を有するロボット装置であって、前記駆動源に電力を送電する送電モジュールと、前記送電モジュールから電力を受電する受電モジュールと、前記駆動源が駆動するタイミングで、前記受電モジュールに、目標とする電力が受電されているように、前記送電モジュールが送電する電力を制御する制御装置と、を有することを特徴とするロボット装置を採用した。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、無線給電システムを用いたロボット装置において、不要な電力を削減しつつ、電力不足を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態のロボット装置１００の概略図である。
【図２】実施形態のロボット装置１００のブロック図である。
【図３】実施形態のロボット装置１００の各モータに関するブロック図である。
【図４】実施形態の無線給電モジュール２５１を有する関節Ｊ１の構成を示したブロック図である。
【図５】実施形態の電力制御を行うための制御パラメータを算出するために用いる、電力のタイミングチャートを表したグラフである。
【図６】実施形態の電力制御を行うためのフローチャートである。
【図７】実施形態の電力制御を行うための制御パラメータを算出するために用いる、電力のタイミングチャートを表したグラフである。
【図８】実施形態の電力制御を行うためのフローチャートである。
【図９】従来の課題を説明するための電力のタイミングチャートを表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態におけるロボット装置１００を、ＸＹＺ座標系の任意の方向から見た平面図である。なお以下の図面において、図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚはロボット装置１００全体の座標系を示す。一般に、ロボット装置を用いたロボットシステムでは、ＸＹＺ３次元座標系は、設置環境全体のグローバル座標系の他に、制御の都合などによって、ロボットハンド、指部などに関して適宜ローカル座標系を用いる場合がある。本実施形態ではロボット装置１００全体の座標系をＸＹＺ、ローカル座標系をｘｙｚで表すものとする。
【００２２】
図１に示すように、ロボット装置１００は、多関節のロボットアーム本体２００、ロボットハンド本体３００、ロボット装置全体の動作を制御する制御装置４００を備えている。
【００２３】
また、制御装置４００に教示データを送信する教示装置としての外部入力装置５００を備えている。外部入力装置５００の一例としてティーチングペンダントが挙げられ、作業者がロボットアーム本体２００やロボットハンド本体３００の位置を指定するのに用いる。
【００２４】
本実施形態では、エンドエフェクタとしてロボットアーム本体２００の先端部に設けられるものが、ロボットハンドである場合について説明するが、これに限定するものではなく、ツール等であってもよい。
【００２５】
ロボットアーム本体２００の基端となるリンク２０１は、基台２１０に設けられている。
【００２６】
ロボットハンド本体３００は、部品やツール等の対象物を把持するものである。本実施形態のロボットハンド本体３００は不図示の駆動機構およびモータ３１１により２本の指部３１２を開閉し、ワークの把持ないし開放を行う。ワークをロボットアーム本体２００に対して相対的に変位させないように把持できれば良い。
【００２７】
またロボットハンド本体３００には、モータ３１１の駆動を制御するためのハンド用モータドライバ３０１が内蔵されている。
【００２８】
ロボットハンド本体３００はリンク２０５に接続され、リンク２０５が回転することで、ロボットハンド本体３００も回転させることができる。
【００２９】
ロボットアーム本体２００は、複数の関節、例えば６つの関節（６軸）を有している。ロボットアーム本体２００は、各関節Ｊ１〜Ｊ５を各回転軸まわりにそれぞれ回転駆動させる複数（６つ）のサーボモータ２１１〜２１６を有している。
【００３０】
また、モータ２１１〜２１６をそれぞれ制御するためのアームモータ制御装置２２１〜２２６をそれぞれ備えている。説明の簡略化のため、図１ではアームモータ制御装置２２１〜２２６は、ロボットアーム本体２００の外部に示されているが、基台２１０及び各リンク２０１〜２０５内部のモータ２１１〜２１６近傍に設けられているものとする。
【００３１】
ロボットアーム本体２００は、複数のリンク２０１〜２０５、ロボットハンド本体３００が各関節Ｊ１〜Ｊ５で回転可能に連結されている。ここで、ロボットアーム本体２００の基端側から先端側に向かって、リンク２０１〜２０５が順に直列に連結されている。
【００３２】
同図より、ロボットアーム本体２００の基台２１０とリンク２０１は、同図のＸ軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ１で接続されている。リンク２０１は不図示の伝達機構によりモータ２１１の回転が伝達され、同図のＸ軸周りの矢印方向に回転することができる。
【００３３】
ロボットアーム本体２００のリンク２０１とリンク２０２は、同図のＹ軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ２で接続されている。リンク２０２は不図示の伝達機構によりモータ２１２の回転が伝達され、同図のＹ軸周りの矢印方向に回転することができる。
【００３４】
ロボットアーム本体２００のリンク２０２とリンク２０３は、同図のＹ軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ３で接続されている。リンク２０３は不図示の伝達機構によりモータ２１３の回転が伝達され、同図のＹ軸周りの矢印方向に回転することができる。
【００３５】
ロボットアーム本体２００のリンク２０３とリンク２０４は、同図のＸＺ平面に位置する所定の軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ４で接続されている。リンク２０４は不図示の伝達機構によりモータ２１４の回転が伝達され、同図のＸＺ平面に位置する所定の軸周りの矢印方向に回転することができる。
【００３６】
ロボットアーム本体２００のリンク２０４とリンク２０５は、同図のＹ軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ５で接続されている。リンク２０５は不図示の伝達機構によりモータ２１５の回転が伝達され、同図のＹ軸周りの矢印方向に回転することができる。
【００３７】
ロボットアーム本体２００のリンク２０５とロボットハンド本体３００は、同図のＸＺ平面に位置する所定の軸周りの矢印方向で回転する関節Ｊ６で接続されている。ロボットハンド本体３００は不図示の伝達機構によりモータ２１６の回転が伝達され、同図のＸＺ平面に位置する所定の軸周りの矢印方向に回転することができる。
【００３８】
また、各関節に設けられたモータ２１１〜２１６及びモータ３１１には、制御装置４００から電源ケーブル２３０により給電が行われている。本実施形態の制御装置４００は、ロボット装置１００に電力を供給するための電源装置としての機能も併せ持っているものとする。
【００３９】
このうち、関節Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６に、無線給電モジュールが適用されている。関節Ｊ１には、無線給電モジュール２５１が設けられている。関節Ｊ４には、無線給電モジュール２５４が設けられている。関節Ｊ６には、無線給電モジュール２５６が設けられている。
【００４０】
制御装置４００は、モータ２１１、および無線給電モジュール２５１に電源ケーブル２３０を用いて給電する。
【００４１】
無線給電モジュール２５１は、一対のコイルを介して、関節部Ｊ１において電力を無線で給電する。
【００４２】
無線給電モジュール２５１により給電された電力は、リンク２０１〜リンク２０３を通る電源ケーブル２３０により、モータ２１２、２１３、２１４、アームモータ制御装置２２２、２２３、２２４、および無線給電モジュール２５４に供給される。
【００４３】
無線給電モジュール２５４は、一対のコイルを介して、関節部Ｊ４において電力を無線で給電する。
【００４４】
無線給電モジュール２５４により給電された電力は、リンク２０４、２０５を通る電源ケーブル２３０により、モータ２１５、モータ２１６、アームモータ制御装置２１５、２１６、および無線給電モジュール２５６に供給される。
【００４５】
無線給電モジュール２５６は、一対のコイルを介して関節部Ｊ６において電力を無線で給電する。
【００４６】
無線給電モジュール２５６により給電された電力は、ロボットハンド本体３００を通る電源ケーブル２３０により、モータ３１１に供給される。
【００４７】
以上の構成により、関節部Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６において、電源ケーブル２３０を排除することができ、その結果、Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６を無限回転が可能な関節とすることができる。
【００４８】
以上によりロボットアーム本体２００は、可動範囲の中であれば、任意の３次元位置で任意の３方向の姿勢に、ロボットアーム本体２００のエンドエフェクタ（ロボットハンド本体３００）を所定の方向に向けることができる。
【００４９】
なお、無線給電モジュール２５６は、一対のコイルを介して給電する方法について述べたが、これに限られない。例えば、磁界共鳴方式、電波受信方式、電界結合方式、直流共鳴方式、超音波を用いた方式等を用いて構わない。
【００５０】
ここで、ロボットアーム本体２００の手先とは、本実施形態では、ロボットハンド本体３００のことである。ロボットハンド本体３００が物体を把持している場合は、ロボットハンド本体３００と把持している物体（例えば部品やツール等）とを含めてロボットアーム本体２００の手先という。
【００５１】
つまり、ロボットハンド本体３００が物体を把持している状態であるか物体を把持していない状態であるかにかかわらず、エンドエフェクタであるロボットハンド本体３００を手先という。
【００５２】
以上の構成により、ロボットアーム本体２００によりロボットハンド本体３００を任意の位置に動作させ、所望の作業を行わせることができる。所望の作業とは例えば、ワークを把持し、所定のワークに組み付け、物品の製造を行う等の作業である。
【００５３】
なおロボットハンド本体３００は、例えば空気圧駆動のエアハンドなどのエンドエフェクタ等であっても良い。
【００５４】
またロボットハンド本体３００は、リンク２０５に対してビス止めなどの半固定的な手段によって装着されるか、あるいは、ラッチ止めなどの着脱手段によって装着可能であるものとする。
【００５５】
特に、ロボットハンド本体３００が着脱可能である場合は、ロボットアーム本体２００を制御して、ロボットアーム本体２００自身の動作によって供給位置に配置された複数種類のロボットハンド本体３００を着脱ないし交換する方式も考えられる。
【００５６】
図２は、本実施形態におけるロボット装置１００の構成を示すブロック図である。制御装置４００は、コンピュータで構成されており、制御部（処理部）としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）４０１を備えている。
【００５７】
また制御装置４００は、記憶部として、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）４０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）４０３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）４０４を備えている。また、制御装置４００は、記録ディスクドライブ４０５、各種のインタフェース４０６〜４０９を備えている。
【００５８】
ＣＰＵ４０１には、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、ＨＤＤ４０４、記録ディスクドライブ４０５、各種のインタフェース４０６〜４０９が、バス４１０を介して接続されている。
【００５９】
ＲＯＭ４０２には、ＣＰＵ４０１に、演算処理を実行させるためのプログラム４３０が格納されている。ＣＰＵ４０１は、ＲＯＭ４０２に記録（格納）されたプログラム４３０に基づいてロボット制御方法の各工程を実行する。
【００６０】
ＲＡＭ４０３は、ＣＰＵ４０１の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。
【００６１】
ＨＤＤ４０４は、ＣＰＵ４０１の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置である。
【００６２】
記録ディスクドライブ４０５は、記録ディスク４３１に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。
【００６３】
外部入力装置５００はインタフェース４０６に接続されている。ＣＰＵ４０１はインタフェース４０６及びバス４１０を介して外部入力装置５００からの教示データの入力を受ける。
【００６４】
アームモータ制御装置２２１〜２２６は、それぞれインタフェース４０９に接続されている。ＣＰＵ４０１は、各関節の指令値のデータを所定時間間隔でバス４１０及びインタフェース４０９を介してアームモータ制御装置２２１〜２２６に出力する。
【００６５】
同様にロボットハンド用のモータ３１１の駆動を制御するハンドモータ制御装置３２１も、インタフェース４１１に接続され、バス４１０を介してＣＰＵ４０１と通信可能に設けられている。ＣＰＵ４０１は、各指部３１２の指令値のデータを所定時間間隔でバス４１０及びインタフェース４１１を介してハンドモータ制御装置３２１に出力する。
【００６６】
インタフェース４０７には、モニタ４２１が接続されており、モニタ４２１には、ＣＰＵ４０１の制御の下、各種画像が表示される。インタフェース４０８は、書き換え可能な不揮発性メモリや外付けＨＤＤ等の記憶部である外部記憶装置４２２が接続可能に構成されている。
【００６７】
なお本実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がＨＤＤ４０４であり、ＨＤＤ４０４にプログラム４３０が格納される場合について説明するが、これに限定するものではない。プログラム４３０は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。
【００６８】
例えば、プログラム４３０を供給するための記録媒体としては、ＲＯＭ４０２、記録ディスク４３１、外部記憶装置４２２等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性メモリ、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００６９】
また説明は省略するが、各モータ２１１〜２１６、３１１には、各モータの回転軸の回転位置を検出するモータエンコーダを備えており、上述した各インタフェースを介してＣＰＵ４０１と通信可能な構成となっている。
【００７０】
ＣＰＵ４０１は、各モータに備えられたモータエンコーダからの検出値を用いて、各リンクの位置をフィードバック制御することができる。
【００７１】
図３は、ロボットアーム本体２００内部の各モータ２１１〜２１６の電力の流れを示すブロック図である。
【００７２】
本実施形態では、各モータ２１１〜２１６を駆動する３相インバータ２６１〜２６６およびアームモータ制御装置２２１〜２２６が、ロボットアーム本体２００の内部に設けられている。
【００７３】
同様に、ロボットハンド本体３００の内部に、モータ３１１を駆動する３相インバータ３６１とハンドモータ制御装置３２１が設けられている。
【００７４】
関節Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６には、２つのコイルとの間の磁界結合を利用した無線給電モジュール２５１、２５４、２５６が設けられている。
【００７５】
各無線給電モジュール２５１、２５４、２５６は、送電モジュール２３１、２３４、２３６と、受電モジュール２４１、２４４、２４６とを有する。以下、無線給電モジュールについて詳述する。
【００７６】
図４は、無線給電モジュール２５１を有する関節Ｊ１の構成を示したブロック図である。以下、無線給電モジュール２５１を例にとり説明するものとする。なお、無線給電モジュール２５４、無線給電モジュール２５６も同様の構成を取るものとする。
【００７７】
図４より、送電モジュール２３１は、インバータ２３１ａと、送電制御回路２３１ｂと、送電通信回路２３１ｃと、送電コイル２３１ｄとを有している。
【００７８】
受電モジュール２４１は、整流回路２４１ａと、受電制御回路２４１ｂと、受電通信回路２４１ｃと、受電コイル２４１ｄとを有している。
【００７９】
図４において、太い線は電力供給ラインを示しており、矢印は信号供給ラインを示している。
【００８０】
制御装置４００には、電源４５０が備えられており、更に、各無線給電モジュール及びアームモータ制御装置に指令値を送るＣＰＵ４０１と、を備えている。
【００８１】
図４より、送電モジュール２３１における送電制御回路２３１ｂは、電源４５０と送電コイル２３１ｄとの間に設けられ、供給された直流電力を、インバータ２３１ａを用いて交流電力に変換し、送電コイル２３１ｄに供給する。
【００８２】
送電通信回路２３１ｃは、ＣＰＵ４０１から受け取った各モータを制御するための信号を受信通信回路２４１ｃに送信する。送電通信回路２３１ｃと受電通信回路２４１ｃとの通信は、公知の無線通信技術を用い、無線で行われるものとする。
【００８３】
各モータを制御するための信号は、例えばモータの回転速度や回転位置などの指令値を示す信号である。
【００８４】
受電コイル２４１ｄは、送電コイル２３１ｄに対向して配置されており、受電コイル２４１ｄは、送電コイル２３１ｄから送出された交流電力を受け取る。
【００８５】
受電制御回路２４１ｂは、整流回路２４１ａを用いて、受電コイル２４１ｄが受け取った交流電力を直流電力に変換してモータ２１２、アームモータ制御装置に出力する。
【００８６】
受電通信回路２４１ｃは、送電通信回路２３１ｃから送信された信号を受信し、アームモータ制御装置２２２に送信する。
【００８７】
アームモータ制御装置２２２は、受け取った信号に基づき、三相インバータ２６２を用いるなどして、モータ２１２の駆動を制御する。
【００８８】
以上により、モータ２１２には、無線給電モジュール２５１により電力が供給される。なお、受電コイル２４１ｄから出力された直流電力は、モータ２１２に供給されるだけでなく、他の関節に設けられた無線給電モジュール２５４、２５６、及び各関節のモータ２１２〜２１６にも供給される。
【００８９】
また本実施形態では、送電コイル２３１ｄは基台２１０に、受電コイル２４１ｄはリンク２０１に設けられるものとする。
【００９０】
その際、基台２１０とリンク２０１とは、モータ２１１により相対的に移動することになるが、この動作が生じても、両者が対向した状態が維持される位置に、送電コイル２３１ｄと受電コイル２４１ｄは設けられているものとする。
【００９１】
また、上述したモータ２１２、アームモータ制御装置２２２には、不図示のバッテリーを備えるものとする。さらに受電モジュール２５４も不図示のバッテリーを備えるものとする。これらバッテリーに電力が蓄電される。
【００９２】
次に本実施形態における電力制御について説明する。図５は本実施形態における電力制御を行うための制御パラメータを算出するために用いる、電力のタイミングチャートを表したグラフである。図５において横軸に時間ｔ、縦軸に消費可能な電力Ｗを示している。実線で表したグラフが送電モジュール２３１から受電モジュール２４１に供給される電力の増減を表している。
【００９３】
図６は、本実施形態における電力制御を行うための制御フローチャートである。
【００９４】
図５より、Ｗ１は各モータを駆動させるために必要な電力を表している。時刻ｔ１は、各モータが駆動されるタイミングである。
【００９５】
ここで、時刻ｔ１は、予め設定されている、ロボットアーム本体２００の軌道データにより、既知であるとする。これにより、各モータが電力を必要とするタイミングより前の時刻ｔ０で、送電モジュール２３１により給電を開始することができる。
【００９６】
図５に示すように、時刻ｔ０に電力の送電を開始することで、モータが駆動するタイミングである時刻ｔ１で、必要な電力Ｗ１を受電モジュール２４１に給電させることができる。
【００９７】
これにより、駆動源が駆動するタイミングにおいて、受電モジュールに受電される電力の一時的な電力不足を低減させることができる。
【００９８】
次に電力の送電を行うタイミングである時刻ｔ０の求め方について詳述する。本実形態において、時刻ｔ０は、各モータもしくは各受電モジュールが有するバッテリーの容量Ｃと、残存電圧Ｖｃ、給電電流Ａ、給電電圧Ｖｓから求める。
【００９９】
ここで、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間を、各モータや各受電モジュールが有するバッテリーにおける容量成分へ電荷を充電する期間である充電期間ｔｍとする。
【０１００】
各モータや各受電モジュールに向けて送電した電力は、送電する過程でこれらが有するバッテリーの容量成分へも充電するために、充電期間ｔｍが発生する要因となっている。
【０１０１】
そこで、予め上述したパラメータを検出することで、下記数式１により必要な充電期間ｔｍを算出することができる。
ｔｍ＝Ｃ×（Ｖｓ−Ｖｃ）÷Ａ                                      （数式１）
【０１０２】
なお、実際に電力制御を行う際には、算出された充電期間ｔｍに、検出誤差を加味した補正値により補正してもよい。
【０１０３】
また充電期間ｔｍは、各モータや各受電モジュールにおける固有の特性があれば、他の方法で求めてもよく、各モータや各受電モジュールにおける固有の特性から、固定値として設定しておいても良い。
【０１０４】
そして、ロボットアーム本体２００の軌道データにより既知である時刻ｔ１から、充電期間ｔｍを差し引くことで、送電の開始タイミングである時刻ｔ０を算出することができる。
【０１０５】
次に図６を用いて、本実施形態における電力制御のフローチャートにつき説明する。図６で説明される制御は、ＣＰＵ４０１により行われるものとする。
【０１０６】
図６より、まずＳ６０１で、ロボットアーム本体２００の軌道データに基づき、各モータの駆動タイミングである時刻ｔ１を取得する。
【０１０７】
次にＳ６０２で、図５を用いて説明した方法により、充電期間ｔｍと送電を開始するタイミングである時刻ｔ０を算出する。
【０１０８】
次にＳ６０３で、現在時刻ｔｎが、送電を開始するタイミングである時刻ｔ０であるか判定する。
【０１０９】
ｔｎ＝ｔ０よりＳ６０３：ＹＥＳであれば、Ｓ６０４へ進む。ｔｎ≠ｔ０よりＳ６０３：ＮＯであれば、Ｓ６０２の直前まで戻る。
【０１１０】
現在時刻ｔｎが、送電を開始するタイミングである時刻ｔ０でなければ、Ｓ６０２の直前まで戻り、再度、充電期間ｔｍを算出する。
【０１１１】
これは、時刻の経過によって各モータもしくは各受電モジュールのパラメータが変化し、充電期間ｔｍが変化するためである。
【０１１２】
Ｓ６０４では、送電コイル２３１ｄにより、受電コイル２４１ｄに電力を送電する。
【０１１３】
次にＳ６０５で、送電された電力が目標値であるＷ１に到達したかどうか判定する。送電された電力が目標値であるＷ１に到達していない場合、Ｓ６０５：ＮＯとなり、Ｓ６０４の直前まで戻り、再度送電を行う。
【０１１４】
送電された電力が目標値であるＷ１に到達した場合、Ｓ６０５：ＹＥＳとなりＳ６０６へ進む。
【０１１５】
Ｓ６０６では、供給された電力を用いてモータ２１１を駆動させる。以上により電力制御のフローを終了する。
【０１１６】
以上本実施形態によれば、モータが駆動するタイミングで、受電モジュールに目標とする電力が受電されているように、送電モジュールにより送電される電力を制御している。
【０１１７】
これにより、必要な電力を必要なタイミングで供給することができるので、消費電力を削減しつつ、モータを駆動させる際に一時的に電力不足となることを低減することができる。
【０１１８】
なお本実施形態では、Ｓ６０３によって、現在時刻ｔｎが送電を開始するタイミングである時刻ｔ０と一致しているか否かで判定していたがこれに限られない。
【０１１９】
例えば、時刻ｔ０から−ａ（ｓ）の間に、現在時刻ｔｎが存在しているか否かで判定しても良い。これにより、確実に送電を開始させることができる。
【０１２０】
−ａ（ｓ）については、固定値を用いてもよいし、計算により算出しても良い。
【０１２１】
また、本実施形態では、１つのモータに対しての電力制御について説明したがこれに限られない。例えば、複数のモータを同時に駆動する際には、ＣＰＵ４０１が複数のモータそれぞれが必要な電力量を計算、加算し、複数のモータが同時に駆動するタイミングで加算した電力量が所定の受電モジュールのバッテリーに充電されるように送電量を制御しても良い。
【０１２２】
また、複数の無線給電モジュールを介して電力が送電される場所にあるモータ、例えば、ロボットハンド本体３００を制御するモータ３１１に送電を行う場合、各無線給電モジュールにおける電力の損失分を考慮して送電量を制御しても良い。
【０１２３】
モータ３１１に電力を送電する場合、３つの無線給電モジュール２５１、２５４、２５６を介して送電される。その際、ＣＰＵ４０１は、各無線給電モジュールで損失される電力を計算し、最初に充電される無線給電モジュール２５１に多めに電力を送電しても良い。
【０１２４】
また、本実施形態では受電モジュールに目標とする電力を充電するように構成したが、これに限られない。例えば、モータやアームモータ制御装置が有するバッテリーに直接充電されるように構成しても良い。
【０１２５】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、目標とする電力Ｗ１が、変化しない場合を例に取り説明した。しかしながら、ロボット装置１００の周りの温度が変化する場合や、モータの損耗による駆動効率の低下、扱う製品の重量のばらつき等により、目標とする電力Ｗ１が変化する場合がある。
【０１２６】
本実施形態では、目標とする電力が変化する場合でも、消費電力を削減しつつ、モータを駆動させる際に一時的に電力不足となることを低減することができる。
【０１２７】
以下では、第１の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。また、第１の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。
【０１２８】
図７は本実施形態における電力制御を行うための制御パラメータを算出するために用いる、電力のタイミングチャートを表したグラフである。図７において横軸に時間ｔ、縦軸に消費可能な電力Ｗを示している。実線で表したグラフが送電モジュール２３１から受電モジュール２４１に供給される電力の増減を表している。
【０１２９】
本実施形態では、受電モジュール２４１に供給された電力の値を、送電制御回路２３１ｂに返している。これにより、現在、受電モジュール２４１にどれほど電力が送電されているのか検知できるようにしている。
【０１３０】
図７より、時刻ｔ２において、目標とする電力がＷ１からＷ２に変化したとする。
【０１３１】
その際、送電制御回路２３１ｂは、目標とする電力が変化した時刻ｔ２を基に、第１の実施形態で説明した数式１を用いて、送電変更期間ｔｓを求める。
【０１３２】
そして送電変更期間ｔｓの間に、送電する電力を変更し、モータが駆動されるタイミングである時刻ｔ１で、電力がＷ２となるように制御する。
【０１３３】
図８は、本実施形態における電力制御を行うための制御フローチャートである。図６のフローチャートとの変更点は、Ｓ８０１、Ｓ８０２、Ｓ８０３、Ｓ８０４のステップが追加されている点である。以下、変更点について詳述する。
【０１３４】
図８より、Ｓ６０２で充電期間ｔｍが見積もられ、時刻ｔ０で送電開始された後、Ｓ８０１で、目標とする電力が変動したかどうか検出する。
【０１３５】
目標とする電力に変動が無かった場合、Ｓ８０１：ＮＯとなり、Ｓ６０５に進み、図６で述べたフローを行う。
【０１３６】
目標とする電力に変動があった場合、Ｓ８０１：ＹＥＳとなり、Ｓ８０２に進む。
【０１３７】
Ｓ８０２では、図７を用いて説明した送電変更期間ｔｓを見積もる。
【０１３８】
そして、送電変更期間ｔｓを基に、Ｓ８０３で、時刻ｔ１において、送電される電力がＷ２となるように送電量を変更する。
【０１３９】
そしてＳ８０４に進み、送電された電力がＷ２であるかどうか判定する。
【０１４０】
Ｓ８０４：ＮＯであれば、再度Ｓ８０３の直前まで戻り、送電動作を継続して行う。
【０１４１】
Ｓ８０４：ＹＥＳであれば、Ｓ６０６に進み、モータ２１１の駆動を行い、電力制御のフローを終了する。
【０１４２】
以上本実施形態によれば、目標とする電力が変化する場合でも、送電する電力を変化させて、目標電力に追従させることができ、消費電力を削減しつつ、モータを駆動させる際に一時的に電力不足となることを低減することができる。
【０１４３】
なお、上記では目標とする電力がＷ１からＷ２に減少する例を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、目標とする電力が増加する場合でも適用することができる。
【０１４４】
上述した第１の実施形態、第２の実施形態の処理手順は具体的にはＣＰＵ４０１により実行されるものとして説明した。しかし、上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体を無線給電モジュールに搭載させて実施しても良い。
【０１４５】
例えば、送電モジュール２３１の送電制御回路２３１ｂをマイコン等で構成する。そして送電制御回路２３１ｂに、モータの駆動タイミングとその際に必要な電力量を記憶させておく。
【０１４６】
モータの駆動タイミングが近づけば、送電通信回路２３１ｃを用いてＣＰＵ４０１に、必要な電力量の指令値を送り、電源４５０に必要な電力量を要求することで、上述した実施形態を実施することができる。
【０１４７】
また、受電モジュール２４１の受電制御回路２４１ｂをマイコン等で構成し、実施しても良い。上述した送電制御回路２３１ｂと同様に、モータの駆動タイミングとその際に必要な電力量を受電制御回路２４１ｂに記憶させておく。
【０１４８】
そして、モータの駆動タイミングが近づけば、受電通信回路２４１ｃを用いて、ＣＰＵ４０１に、必要な電力量の指令値を送り、電源４５０、送電制御回路２３１ｂに必要な電力量を要求することで、上述した実施形態を実施することができる。
【０１４９】
従って上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体、無線給電モジュールは本発明を構成することになる。
【０１５０】
また、上記実施形態では、コンピュータで読み取り可能な記録媒体がＲＯＭ或いはＲＡＭであり、ＲＯＭ或いはＲＡＭに制御プログラムが格納される場合について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。
【０１５１】
本発明を実施するための制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、制御プログラムを供給するための記録媒体としては、ＨＤＤ、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。
【０１５２】
（その他の実施形態）
また上述した第１の実施形態、第２の実施形態では、ロボット装置１００が複数の関節を有する多関節ロボットアームを用いた場合を説明したが、関節の数はこれに限定されるものではない。ロボット装置の形式として、垂直多軸構成を示したが、パラレルリンク型など異なる形式の関節においても上記と同等の構成を実施することができる。
【０１５３】
また上述した第１の実施形態、第２の実施形態では、ロボット装置１００の構成例を各実施形態の例図により示したが、これに限定されるものではなく、当業者において任意に設計変更が可能である。また、ロボット装置１００に設けられる各モータは、上述の構成に限定されるものではなく、各関節を駆動する駆動源は例えば人工筋肉のようなデバイス等であってもよい。
【０１５４】
また上述した第１の実施形態、第２の実施形態は、制御装置に設けられる記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作またはこれらの複合動作を自動的に行うことができる機械に適用可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
１００  ロボット装置
２００  ロボットアーム本体
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６  リンク
２１０  基台
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、３１１  モータ
２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６  アームモータ制御装置
２３０  電源ケーブル
２３１、２３４、２３６  送電モジュール
２３１ａ  インバータ
２３１ｂ  送電制御回路
２３１ｃ  送電通信回路
２３１ｄ  送電コイル
２４１、２４３、２４６  受電モジュール
２４１ａ  整流回路
２４１ｂ  受電制御回路
２４１ｃ  受電通信回路
２４１ｄ  受電コイル
２５１、２５４、２５６  無線給電モジュール
２６１、２６２、２６３、２６４、２６５、２６６  三相インバータ
３００  ロボットハンド本体
３２１  ハンドモータ制御装置
４００  制御装置
４５０  電源
５００  外部入力装置
【図１】
2020104176.tif 000003
【図２】
2020104176.tif 000004
【図３】
2020104176.tif 000005
【図４】
2020104176.tif 000006
【図５】
2020104176.tif 000007
【図６】
2020104176.tif 000008
【図７】
2020104176.tif 000009
【図８】
2020104176.tif 000010
【図９】
2020104176.tif 000011