(57)【要約】【課題】大きなモータピーク電流を実現しながら、必要とされる安全性の度合いに応じて出力可能な電力を調整することで、ロボットの安全性と有用性を両立させることのできるロボット用電力供給システムを得る。【解決手段】モータ出力レベルの異なる複数の動作モードを有し、商用交流電源から各軸のモータの駆動電力としての直流電力を得るための少なくとも１つの電力変換回路と、電力変換回路から充電可能なバッテリとを具え、複数の動作モードのうち、モータ出力レベルの大きい動作モードでは、バッテリからの出力を商用交流電源からの出力と並列接続するロボット用電力供給システム。【選択図】図３
2010110038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ出力レベルの異なる複数の動作モードを有する、簡易設置型の多軸ロボット用の電力供給システムであって、
商用交流電源から前記各軸のモータの駆動電力としての直流電力を得るための、少なくとも１つの電力変換回路と、
前記電力変換回路から充電可能なバッテリと、
を具え、
前記複数の動作モードのうち、モータ出力レベルの大きい動作モードでは、前記バッテリからの出力を前記商用交流電源からの出力と並列接続するロボット用電力供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載されたロボット用電力供給システムであって、
前記電力変換回路を複数具えるとともに、複数のリレー回路を作動させる制御回路を具え、
前記制御回路は前記複数のリレー回路により前記複数の電力変換回路および前記バッテリからの出力を並列接続および切り離しすることで前記複数の動作モードを実現することを特徴としたロボット用電力供給システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載された電力供給システムにおいて、前記制御回路は、前記多軸ロボットの周囲に存在する障害物を検知するセンサから受信した信号を前記動作モードの切替えに使用するロボット用電力供給システム。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載された電力供給システムにおいて、前記制御回路は、手動切替えスイッチを有するロボット用電力供給システム。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載されたロボット用電力供給システムを具えた簡易設置型ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、作業腕、および台車を具える移動可能な簡易設置型ロボットであって、人間と協調共存可能なロボットのための出力制限機能として、モータ出力レベルの異なる複数の動作モードを有する電力供給システムに関するものである。
【０００２】
従来、多軸のモータを有する産業用ロボット（以下、ロボット）において、モータ駆動電源として直流（ＤＣ）電源を採用する場合には、例えば工場内の商用交流（ＡＣ）電源から、ＡＣ−ＤＣ変換回路を有する電力供給装置を通じてＤＣ電源を得ている。
【０００３】
停止・加速・減速を繰り返す動作が多い産業用ロボットは、通常稼動時の電流値よりもかなり大きいモータピーク電流値を有する。また、タクトタイムを短縮しようとすると、ロボットの加速・減速をより早いサイクルで行うことになるため、さらに大きなモータピーク電流を必要とする。
【０００４】
このとき、電力変換回路のみでは、ロボットの安全制限速度より大きな速度を出す上で必要なモータピーク電流を充分に供給することができない。一方、バッテリはモータピーク電流を供給するに充分な電流容量を有してはいるが、それのみでは長時間の電力供給は望めない。
【０００５】
さらに、人間と協調共存可能なロボットにおいては、人間に対して被害を与えない安全性を有することが求められる。特に、ロボットの各軸のモータの出力が８０Ｗを越える場合、法規により定められた安全基準に基づき、人がロボットに近づくことがないように、安全柵を設けるなどの措置が必要とされる。このため、ロボットが大きな出力パワーを持たないようにすること、もしくは大きな出力パワーを持っていたとしても、人間に被害を与えないように出力パワーを小さく保つための制御系を設けることが必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明は、人間と協調、共存可能なロボットの電源として利用することができる、モータ出力レベルの異なる複数の動作モードを有する電力供給システムであって、一方では大きなモータピーク電流を実現し、他方では必要とされる安全性の度合い（動作モード）に応じて、出力可能な電力を調整することで、ロボットの安全性と有用性を損なうことなく両立させることのできるロボット用電力供給システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するため、本発明ロボット用電力供給システムは、商用交流電源から各軸のモータの駆動電力としての直流電源を得るための、少なくとも１つの電力変換回路と、電力変換回路から充電可能なバッテリとを具え、複数の動作モードのうち、モータ出力レベルの大きい動作モードでは、前記バッテリからの出力を前記商用交流電源からの出力と並列接続する。
【発明の効果】
【０００８】
このように、商用交流電源を基本電源として使い、出力レベルの大きい動作モードにおいて、出力レベルの小さい動作モード中に充電されたバッテリから出力を補助的に供給することで、特別に専用の電源を設けることなく、既存の簡易設置ロボットを登用する環境において簡単な方法で大きなモータピーク電流を供給することができる。
【０００９】
動作モードには、例えば通常運用モード、出力制限モード、および保護停止モードを設ける。例えば、ロボットの周囲に人間がおらず、ロボットを最大出力で動作させることのできる状態においては通常運用モードを、ロボットの周囲に人間等の障害物が存在し、安全性考慮のために動作速度に制限が必要な状態では出力制限モードを、最も安全性を必要とする場合で、制御回路は動作させ、モータは停止させている保護停止状態を求める場合には保護停止モードを、といったように、要求される安全レベルに応じて作動させる。
【００１０】
好適には、本発明のロボット用電力供給システムは、電力変換回路を複数具えるとともに、複数のリレー回路を作動させる制御回路を備え、制御回路は複数のリレー回路により複数の電力変換回路およびバッテリからの出力を並列接続および切り離しすることで、複数の動作モードを実現する。
【００１１】
この構成により、制御回路を複雑にすることなく、簡単な方法で複数の動作モードを制御可能となる。
【００１２】
また、さらに好適には、制御回路は、多軸ロボットの周囲に存在する障害物を検知するセンサから受信した信号を動作モードの切り替えに使用する。この構成により、例えば人間やその他の障害物を感知することができ、人為的な切替えを必要とせずに状況に応じて動作モードを切り替えることができるシステムとなる。
【００１３】
好適には、制御回路は手動切替えスイッチを有する。この構成により、ロボットを運搬移動する際や、他のなんらかの理由で、例えば保護停止モードに人為的に切替える必要がある際に、簡単に外部から操作可能な構成となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例であるロボット用電力供給システムの構成を示す図である。図２は、この実施例のシステムを具える簡易設置型ロボットとしての双腕ロボットを示す斜視図である。図３は、図１に示す電力供給システムの回路図である。図４は、図１に示す電力供給システムのフローチャートである。
【００１５】
図１に示す実施例のロボット用電力供給システムは、図２に示す双腕ロボット１に設けられた制御回路７、およびこのロボットの付近に設けられた別個のセンサ８から成る。このセンサ８は、双腕ロボット１の作業領域付近の任意の場所に設けられ、例えばカーテンセンサ、マットセンサ、赤外線センサ等の、双腕ロボット１の周囲の人間やその他の障害物を検知するセンサとする。センサ８は、障害物を検知すると有線または無線で双腕ロボット１の制御回路に信号を発し、双腕ロボット１付近に接近する人間や他の障害物があることを知らせる。
【００１６】
双腕ロボット１は、胴体２と、その胴体２の上端に設けられた頭３と、その胴体２のロボット自身から見て左右側方に位置する二本の腕４と、それらの腕４の先端に設けられたエンドエフェクタの一例としての挟持型の手５と、胴体２の下部２ａを脚の代わりに支持する台車６とを具えている。また、双腕ロボット１は、頭３を支持する首ピッチ軸および首ヨー軸、胴体の下部と上部との間の腰ヨー軸、胴体２に対し腕４全体を回動させる肩ヨー軸および肩ピッチ軸、下腕４ｂに対して手５を傾動させる手首ピッチ軸および手首ロール軸の合計６つの可動軸を有する。これらの可動軸は各々、周知のように例えばサーボモータ等のモータ９と、例えば商品名ハーモニックドライブ等の減速機とを組み合わせた回動機構で構成されている。
【００１７】
さらに、双腕ロボット１は、台車6の下部に搭載されて、通常のコンピュータを持つ制御回路７を有するコントロールボックス１６を具えている。
【００１８】
図３に示すのは、本実施例のロボット用電力供給システムのブロック図である。ここから分かるように、上記制御回路７には、双腕ロボット１の上記各可動軸用駆動回路の作動を制御する中央処理ユニット（ＣＰＵ）を具えるロボット制御用演算装置１７と、これもＣＰＵを具えるリレー回路制御用演算装置１８とを設ける。さらにコントロールボックス１６には、商用交流電源から各軸のモータの駆動電力としての直流電力を得るための第1電力変換回路（ＡＣ−ＤＣコンバータ）１９および第２電力変換回路２０と、例えば鉛バッテリなどのバッテリ２１と、このバッテリ２１を充電するための充電回路２２と、２つの電力変換回路１９，２０およびバッテリ２１からの電流のＯＮ−ＯＦＦを司る第1リレー回路２５および第２リレー回路２６と、を設ける。このとき、第1リレー回路２５は、第１電力変換回路１９から得られる直流電源出力と、第２電力変換回路２０から得られる直流電源出力とを並列接続および切り離しする。他方、第２リレー回路２６は、双方の電力変換回路１９，２０から得られる直流電源出力と、バッテリ２１から得られる直流電源出力とを並列接続および切り離しする。
【００１９】
ここにおける台車６はその後部に、人手で押し引きできるようにハンドル２３を設けられるとともに、そのハンドル２３に、スイッチボックス２４を着脱可能に装着されており、このスイッチボックス２４には、双腕ロボット１の非常停止スイッチ２７および保護停止スイッチ２８が設けられている。これらの各スイッチ２７，２８は、コントロールボックス１６内の制御回路７へと接続される。
【００２０】
図４に示すのは、本発明電力供給システムが作動モードを切替える様子を示したフローチャートである。このとき、リレー回路制御用演算装置１８は、保護停止スイッチ２８とセンサ８のどちらからも信号を受け取らなかった場合、システムは通常運用モードに（Ｓ７）、また、保護停止スイッチ２８からの停止指令である信号を受け取ると（Ｓ１）、保護停止モードに（Ｓ２）、また、センサ８からの信号を受け取ると（Ｓ４）、出力制限モードに（Ｓ５）切り替える。
【００２１】
[通常運用モード]
通常運用モードにおいて、リレー回路制御用演算装置１８は双方のリレー回路２５，２６をＯＮにする（Ｓ８ａ）。このとき、バッテリ出力経路、双方の電力変換回路からの出力経路がすべてつながり、双腕ロボット１に最大限の電源を供給することができる。このため、ロボット制御用演算装置１７はロボットの最大出力を利用可能な軌道指令を与えることができる（Ｓ８ｂ）。
【００２２】
ただし、同モードにおいても、双腕ロボット１がより大きな電流を必要としない速度、（本実施例では安全制限速度以下の速度）での運用においては、電圧の高低差を理由として、バッテリを消費せずに、双方の電力変換回路１９，２０からの出力が利用される（Ｓ１０）。このときバッテリ２１はフローティング充電状態にある。
【００２３】
そして、双腕ロボット１が高速で運転する場合は、より大きな電流が要求されるため、一時的に双方の電力変換回路１９，２０からの出力電圧が降下する。この電圧がバッテリ電圧以下になると、バッテリから電流が流れ出し、ピーク時の瞬間的に大きな電流値に対応する（Ｓ１１）。ピーク状態を過ぎて大電流を必要としない状態になると、電圧降下状態から、元の出力電圧に戻り、再び双方の電力変換回路１９，２０からの出力が使用される。このようにして、双腕ロボット１には途切れることなく電力が供給されるので、その運転に支障を及ぼすことはない。
【００２４】
[出力制限モード]
リレー回路制御用演算装置１８は、センサ８等からロボット周囲に人間がいることを検知した旨の信号を受け取ると（Ｓ４）、リレー回路２５，２６を出力制限モードに切り替える（Ｓ５）。リレー回路では、バッテリ側経路をＯＦＦすることにより、ロボットに対して双方の電力変換回路１９，２０で生成された電源のみを供給する（Ｓ６ａ）。同時に、ロボット制御用演算装置１７においても、双腕ロボット１に対して、出力制限モード用の緩やかなロボット軌跡指令を与える（Ｓ６ｂ）。このとき仮に、リレー回路制御用演算装置において誤作動が起こり、ロボットの安全制限速度以上の指令を出力した場合にも、電源の出力制限があるため、ロボットが安全速度以上の速度を出すことはなく、安全性を保持することができる。
【００２５】
[保護停止モード]
リレー回路制御用演算装置１８は、保護停止スイッチ等から保護停止指令を検知すると（Ｓ１）、リレー回路２５，２６を保護停止モードに切り替え（Ｓ２）、モータ９を止める一方で制御系を動作させる。リレー回路２５，２６では、双方のリレー回路をＯＦＦにすることで、第２電力変換回路２９およびバッテリ２１側の経路をＯＦＦし、双腕ロボット１に対して第１電力変換回路１９で生成された電力のみを供給する（Ｓ３ａ）。同時に、ロボット制御用演算装置１７においても、双腕ロボットに対して、保護停止モード用のロボット停止指令を与える（Ｓ３ｂ）。仮に、リレー回路制御用演算装置において誤作動がおこり、ロボットへの動作指令を出力した場合にも、電源の出力制限からロボットは最低限の速度しか出せず、危険を最小限に抑えることができる。
【００２６】
また、バッテリ２１の消費に対しては、モードに関わらず電力変換回路側からバッテリに対して充電が行われる。
【００２７】
以上図と共に述べた実施例は、あくまでも本発明の実施形態の例示であり、当業者は本発明の請求の範囲内で様々な変更を考え得るだろう。例えば、保護停止スイッチ２８は、ロボットのスイッチボックスにではなく、例えば作業場内の、従業員から操作容易な位置に配置するか、またはこれらの双方に配置しても良い。この場合には、有線または無線通信によって信号の伝達をする。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
かくして本発明のロボット用電力供給システムによれば、商用交流電源を基本電源として使い、出力レベルの大きい動作モードにおいて、出力レベルの小さい動作モード中に充電されたバッテリから電力を補助的に供給することで、特別に専用の電源を設けることなく、既存の簡易設置ロボットを登用する環境において簡単な方法で大きなモータピーク電流を供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例であるロボット用電力供給システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す実施例のロボット用電力供給システムを具える簡易設置型ロボットとしての双腕ロボットを示す斜視図である。
【図３】図１に示す電力供給システムの回路図である。
【図４】図１に示す電力供給システムのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
１  双腕ロボット
２  胴体
２ａ  下部
３  頭
４  腕
４ｂ  下腕
５  手
６  台車
７  制御回路
８  センサ
９  モータ
１６  コントロールボックス
１７  ロボット制御用演算装置
１８  リレー回路制御用演算装置
１９  第１電力変換回路
２０  第２電力変換回路
２１  バッテリ
２２  充電回路
２３  ハンドル
２４  スイッチボックス
２５  第１リレー回路
２６  第２リレー回路
２７  非常停止スイッチ
２８  保護停止スイッチ
【図１】
2010110038.tif 000003
【図２】
2010110038.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010110038.tif 000006