(57)【要約】【課題】ロボット内部の配線を削減し、信頼性を向上させた産業用ロボットを提供。【解決手段】複数の関節軸アーム 53、54の関節軸及び手首部55の関節軸をそれぞれ駆動する各サーボモータ3a〜3fに隣接してそれぞれ電力変換器Ｃであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a〜2fを配置し、各サーボモータへの動力線である１個の３相ＡＣ電源14と、３相ＡＣ電源14からそれぞれ各電力変換器Ｃであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニットに並列に直接入力し、電力変換器Ｃであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニットが変換した変換後の３相ＡＣ電力をそれぞれ３本の電源ケーブルで、各サーボモータに供給するようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の関節軸アームを有し、前記複数の関節軸アームの先端に複数の関節軸を具備する手首部を連結した産業用ロボットにおいて、
前記複数の関節軸アームの関節軸及び前記手首部の関節軸をそれぞれ駆動する各サーボモータに隣接してそれぞれ電力変換器を配置し、各前記サーボモータへの動力線である１個の３相ＡＣ電源と、前記３相ＡＣ電源からそれぞれ各前記電力変換器に並列に直接入力し、前記電力変換器が変換した変換後の３相ＡＣ電力を前記サーボモータに供給するようにしたことを特徴とする産業用ロボット。
【請求項２】
前記電力変換器はマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用しており、各前記サーボモータの駆動を行うサーボアンプユニットは、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニットであることを特徴とする産業用ロボット。
【請求項３】
前記３相ＡＣ電源からそれぞれ各前記電力変換器に並列に直接入力され、前記電力変換器は変換後の３相ＡＣ電力を各前記マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニットに供給するようにしたことを特徴とする産業用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の関節軸アームを有し、複数の関節軸アームの先端に複数の関節軸を具備する手首部を連結した多関節型の産業用ロボットの内部配線に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な垂直多間接ロボットは、例えば特許文献２に開示する、図５に示すような６軸からなり、複数の関節軸アームを有し、複数の関節軸アームの先端に複数の関節軸を具備する手首部を連結した構造になっている。即ち、固定ベース51上に第１垂直軸ａの回りに回転自在に支持された旋回フレーム52と、旋回フレーム52の先端に第１水平垂直軸ｂの回りに回転自在に支持された直立アーム53と、直立アーム53の先端に第１水平垂直軸ｄの回りに回転自在に支持された水平アーム54と、水平アーム54の先端に３軸の関節軸を具備する手首部55が連結されている。
【０００３】
一般的に産業用ロボットは、ロボット本体にサーボモータが取り付けられ、ロボットを駆動するためにサーボアンプを内蔵した制御装置がロボット本体とは別に設置されていた。このような構成では、サーボモータからの配線はそのまま制御装置に接続され、接続ケーブルを細くすることが困難であった。特許文献１では、図４に示すように、ロボット本体15のアーム部28に各サーボモータ11及び位置検出器12が取り付けられ、各サーボモータ11に隣接して各サーボモータ用のサーボアンプユニット10をそれぞれ設け、３相ＡＣ電源14を配線16でロボット本体15に配置したサーボ電源ユニット13に接続し、サーボ電源ユニット13から各サーボアンプユニット10を接続することにより、ロボット本体15とロボット制御装置 1間の配線 9を削減することが提案された。サーボ電源ユニット13で、32はサイリスター、33はインバーター、34は回生回路、35は平滑回路コンデンサ、37はインバーター33からの動力線、38は動力線37がそれぞれ分岐して各サーボアンプユニット10に接続する配線を示す。また、特許文献２では、アーム部28の各アームに各サーボモータ11及び位置検出器12を取り付け、各サーボモータの駆動を行うサーボアンプユニット10、サーボ電源ユニット13及びロボット制御装置 1からの制御信号と位置検出器12からの位置信号等を制御する制御回路部を１体化してまとめた制御ボックス58をロボットの本体15の旋回フレーム52に固定する方法が提案された。特許文献３では、電力変換器として、３相ＡＣ電源の電圧、電圧の位相、周波数を、異なる３相ＡＣ電圧、電圧の位相、周波数に変換するマトリツクスコンバータが開示され、さらに、非特許文献１として、中小路元、小林広介、佐藤彦  他著「マトリツクスコンバータの入出力電流を正弦波化するＰＷＭ制御方式の提案」、電気学会半導体電力変換研究論文No.SPC-03-36、 61〜66頁、を紹介する。しかしながら、かかるマトリツクスコンバータを産業用ロボットに適用する記載はない。
【特許文献１】特許第２８２３６７４号公報
【特許文献２】特開平９−３００２７３号公報
【特許文献３】特開２００５−１０２３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した特許文献１では、サーボ電源ユニット13からサーボアンプ 6までのＤＣ配線が延びることで信頼性が落ちることになる。また、図５に示す特許文献２のような構造をとっても、サーボアンプユニット10、サーボ電源ユニット13及びロボット制御装置 1からの制御信号と位置検出器12からの位置信号等を制御する制御回路部を１体化してまとめた制御ボックス58から各サーボモータ11までの配線は、各関節軸に取り付けられたサーボモータ11への配線分だけ存在し、一般的には、サーボモータ１個あたり３本の動力線が存在し、動力線だけで図５、図６に示すように、サーボモータ１個あたりり３本の動力線、４軸（６軸では６個）では12本の動力線が制御ボックス58から直立アーム53を通って全ての関節軸の各サーボモータ11に動力線が出ることになる。さらに大型のモータを駆動するシステムの場合、動力線は太くなる傾向にある。
本発明の課題は、上記従来技術の課題を解決するためになされ、産業用ロボットにおいて、ロボット内部の配線を削減し、信頼性を向上させた産業用ロボット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】
【０００５】
このため本発明は、複数の関節軸アームを有し、前記複数の関節軸アームの先端に複数の関節軸を具備する手首部を連結した産業用ロボットにおいて、
前記複数の関節軸アームの関節軸及び前記手首部の関節軸をそれぞれ駆動する各サーボモータに隣接してそれぞれ電力変換器を配置し、各前記サーボモータへの動力線である１個の３相ＡＣ電源と、前記３相ＡＣ電源からそれぞれ各前記電力変換器に並列に直接入力し、前記電力変換器が変換した変換後の３相ＡＣ電力を前記サーボモータに供給するようにしたことを特徴とする産業用ロボットを提供することにより上記課題を解決した。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、複数の関節軸アームの関節軸及び前記手首部の関節軸をそれぞれ駆動する各サーボモータに隣接してそれぞれ電力変換器を配置し、各前記サーボモータへの動力線である１個の３相ＡＣ電源と、前記３相ＡＣ電源からそれぞれ各前記電力変換器に並列に直接入力し、前記電力変換器が変換した変換後の３相ＡＣ電力を前記サーボモータに供給するようにしたので、産業用ロボットにおいて、ロボット内部の配線を削減し、信頼性を向上させた産業用ロボットを提供するものとなった。
【０００７】
好ましくは、前記電力変換器はマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用しており、各前記サーボモータの駆動を行うサーボアンプユニットは、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニットであることにより、平滑回路コンデンサや回生回路を不要とし、サーボアンプユニットの構成を簡単にすることで、サーボアンプユニットと小型化することが可能となった。
好ましくは、前記３相ＡＣ電源からそれぞれ各前記電力変換器に並列に直接入力され、前記電力変換器は変換後の３相ＡＣ電力を各前記マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニットに供給するようにしたロボットの関節に取り付けられたサーボアンプに３相ＡＣ電源を配線することで、ロボット内部の配線を削減した。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の産業ロボットの概略側面図、図２は図１の１個のサーボモータ、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット、３相ＡＣ電源、位置検出器、配線及びロボット制御装置の関係を示すッブロック図、図３は３相ＡＣ電源と、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット及び各サーボモータとの配線図、をそれぞれ示す。
【０００９】
本発明の実施形態の産業ロボットは、複数の関節軸アーム 53、54を有し、複数の関節軸アーム54の先端に複数の関節軸を具備する手首部55を連結した産業用ロボットにおいて、複数の関節軸アーム 53、54の関節軸及び手首部55の関節軸をそれぞれ駆動する各サーボモータ3a、3b、3c、3d、3e、3fに隣接してそれぞれ電力変換器Ｃであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a、2b、2c、2d、2e、2fを配置し、各サーボモータ3a、3b、3c、3d、3e、3fへの動力線である１個の３相ＡＣ電源14と、３相ＡＣ電源14からそれぞれ各電力変換器Ｃであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a、2b、2c、2d、2e、2fに並列に直接入力し、電力変換器Ｃであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a、2b、2c、2d、2e、2fが変換した変換後の３相ＡＣ電力をそれぞれ３本の電源ケーブルで、各サーボモータ3a、3b、3c、3d、3e、3fに供給するようにしたものである。マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a、2b、2c、2d、2e、2fは各関節軸の位置や角度を検出するためのセンサ信号や各種制御信号を処理しサーボモータ3a、3b、3c、3d、3e、3fを制御するサーボアンプである。サーボアンプユニットの電力変換方式として、マトリクスコンバータ方式を利用することで、電源回生回路、平滑用コンデンサが不要となり、小型のマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a、2b、2c、2d、2e、2fが構成できる。さらには、特許文献２に開示されている方式にくらべ、１個の電力変換器Ｃであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニットは１個のサーボモータのみを制御するので、電力変換器の容量が小さくすることができる。このような構成とすることで、従来技術と本発明を比較すると、第１アーム内を通る動力線のみのの本数を比較しても、1/4 まで削減することができる。以上、本発明の実施形態を説明した。本実施例のような実施形態のロボット以外にも適用でき、複数の関節軸を有するものであればよい。
【００１０】
本発明の実施形態の電力変換器は、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用しており、各サーボモータの駆動を行うサーボアンプユニットは、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニットであることにより、平滑回路コンデンサや回生回路を不要とし、サーボアンプユニットの構成を簡単にすることで、サーボアンプユニットと小型化することが可能となった。
さらに、図３に示すように、３相ＡＣ電源14からそれぞれ並列に直接に電力変換器Ｃであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット2a、2b、2c、2d、2e、2f入力され、変換後の３相ＡＣ電力を各サーボモータ3a、3b、3c、3d、3e、3fに供給するようにしたことで、ロボット内部の配線を削減した。
【００１１】
本発明によれば、ロボット内部の配線を削減するだけでなく、配線が減ることにより配線の保守が容易になる。また実施例のように、電力変換器としてマトリクスコンバータ電力変換方式を使用使用することで、電源回生を行うのでロボットシステム全体の省エネルギー効果も得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の産業ロボットの概略側面図を示す。
【図２】図１の１個のサーボモータ、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット、３相ＡＣ電源、位置検出器、配線及びロボット制御装置の関係を示すッブロック図を示す。
【図３】３相ＡＣ電源と、マトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット及び各サーボモータとの配線図を示す。
【図４】従来の第１の産業ロボットの構成を示すブロック図。
【図５】従来の第２の産業ロボットの概略側面図を示す。
【図６】図５の従来の第２の産業ロボットの３相ＡＣ電源、制御ボックス58、及び各サーボモータとの配線図を示す。
【符号の説明】
【００１３】
2a〜2f：電力変換器Ｃであるマトリツクスコンバータ電力変換方式を使用したサーボアンプユニット              3a〜3f：サーボモータ
14：３相ＡＣ電源     53、54；複数の関節軸アーム    55：手首部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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