(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアクチュエータで構成され、物体を把持するためのロボット用の多指部と、前記多指部の動作を制御するためのサーボ制御装置と、が一体化された多指ハンドシステムにおいて、
前記サーボ制御装置は、発熱する半導体素子が実装された複数のサーボアンプ基板と前記複数のサーボアンプ基板の間に配置された該基板よりも幅の広い板状のヒートパイプとから構成されたサーボアンプ基板ユニットと、前記サーボアンプ基板ユニットを内部に収納し、前記サーボアンプ基板に対して前記ヒートパイプが突出した部分を接するように装着するためのスリット部を有した金属製の一体型に生成されたフレームと、を備え、前記ヒートパイプにはスペーサを挿入できる大きさの位置決め用穴を設けてあり、前記位置決め用穴に前記スペーサを通して位置決めすることにより、前記サーボアンプ基板部を一体化し、
前記サーボアンプ基板の発熱が前記ヒートパイプを介して前記フレームに伝達され、前記フレームが外気にふれることにより自然冷却されることを特徴とする多指ハンドシステム。
【請求項２】
前記半導体素子と前記ヒートパイプとの間に、弾力性のある熱伝導性シートを配置したことを特徴とする請求項１記載の多指ハンドシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の多指ハンドシステムを、多関節ロボットアームの先端に取付けてハンドリングを行なうことを特徴とするロボット。
【請求項４】
前記多指ハンドシステムのサーボ制御装置のフレームと前記アーム先端との間の連結部分に、熱伝導性部材を設けたことを特徴とする請求項３記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットや人型ロボット等の多関節ロボットアームの先端に取付けられ、多指によって物体を把持するための多指ハンドシステムおよびそれを用いたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用ロボットや人型ロボット等の多関節ロボットアームの先端に取付けられ、多指によって物体を把持するための多指ハンドシステムが、例えば、本出願人により特許文献１として提案されている。特許文献１は多指ハンドの把持制御方法および物体把持方法について示したものであるが、多指ハンドシステムは一般的に図４のようになっている。
図５は、従来の多指ハンドシステムの構成を示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ方向から見た平面図であり、それぞれサーボ制御装置の内部を透視したものである。
図５において、１は多指部、１ａはアクチュエータ、２はサーボ制御装置、３はサーボアンプ基板、４は電源用ケーブル、５はシリアル転送方式通信ケーブル、９はフレーム、１５はファン、１６はコネクタである。
多指ハンドシステムは、９個のアクチュエータ１ａで構成され、物体を把持するためのロボット用の多指部１と、多指部１の動作を制御するためのサーボ制御装置２と、が別体に配置されている。
サーボ制御装置２は、主に、発熱する半導体素子が実装された４枚のサーボアンプ基板３と、これを冷却するためのファン１１が金属製のフレーム９の内部に収納された構造となっており、ファン５を用いてサーボアンプ基板３を強制冷却することにより、該基板３に実装された半導体素子の発熱による温度上昇を低下させている。
また、各アクチュエータ１ａからサーボアンプ基板３に対して、合計９本のアクチュエータケーブル１ｂが出ており、多芯のアクチュエータケーブル１ｂはサーボ制御装置２の側面に設けたコネクタ１６に直接接続されており、サーボアンプ基板３から外部へは、電源用ケーブル４とシリアル転送方式通信ケーブル５の２本のみが出ている。
このような多指ハンドシステムは、多指多間接部１を図示しないロボットアーム手首軸の先に取り付けると共に、アクチュエータケーブル１ｂをロボットアーム（不図示）の外側に這わせ、サーボ制御装置２を図示しないロボットの近傍に設置するようにしている。よって、このアクチュエータケーブル１ｂは、ロボットアームの動作に対応できるよう、余裕を持った長さとなっている。
【特許文献１】特開平１０−１０００８９号公報（明細書第４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、従来技術では以下の問題があった。
（１）多指ハンドシステムの多数の長いケーブルをロボットのアームの外側に配置すると、作業や取り付けスペースの制限を受けるために使用用途が限られると共に、ロボットの構成が複雑化し、ロボットアームのスマートな外観を損なうことになる。この問題を解決するために、ロボットアーム内にケーブルを内蔵することも考えられるが、多数のケーブルを該アーム内部に内蔵することによってロボットアームの構造が大きくなり、また、多指部の保守交換などの作業において、ケーブルをロボットアームから出し入れする際に、ロボットアームを分解する必要があり、作業性が悪くなる。さらに、ロボットの用途や機種によっては、必要なケーブル長さが異なるため、その都度多数の中継ケーブルを製作する必要があり、組立時の作業時間、部品費用がかかっていた。
そこで、多指部のケーブルによってロボットアームのスマートな外観を損なうことのないよう、また、多指部の着脱時における作業効率を改善する必要から、多指ハンドシステムの多指部とサーボ制御装置を一体化する要求があった。
（２）また、多指ハンドシステムは、産業用ロボットの他、人型ロボット等への適用も目的としており、小形・軽量化およびシンプルなデザインを施した構成が求められるが、従来技術の構造で、より小形・軽量化を図る際、ファン自体の大きさがサーボアンプ基板部分の小形化を難しくしていた。それから、ファンは、ベアリングの寿命により定期的な交換が必要であり、さらにファンの騒音や風による作業環境への影響も問題であった。これらデザイン面および機能面での問題により、使用用途が限られていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、冷却性能を維持しつつ、ファンレス構造を実現し、従来のようなファンの騒音、風などによる作業環境への影響をなくすと共に、産業用ロボットの分野はもとより、人型ロボットなどの用途にも適用でき、しかも組立や交換を容易に実施できる、小形で軽量、かつ構造が簡単なサーボ制御装置を一体化した多指部を有する多指ハンドシステムおよびそれを用いた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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、複数のアクチュエータで構成され、物体を把持するためのロボット用の多指部と、前記多指部の動作を制御するためのサーボ制御装置と、が一体化された多指ハンドシステムにおいて、前記サーボ制御装置は、発熱する半導体素子が実装された複数のサーボアンプ基板と前記複数のサーボアンプ基板の間に配置された該基板よりも幅の広い板状のヒートパイプとよりなるサーボアンプ基板ユニットと、前記サーボアンプ基板ユニットを内部に収納し、前記サーボアンプ基板に対して前記ヒートパイプが突出した部分を接するように装着するためのスリット部を有した金属製の一体型に生成されたフレームと、を備え、前記ヒートパイプには前記スペーサを挿入できる大きさの位置決め用穴を設けてあり、前記位置決め用穴にスペーサを通して位置決めすることにより、前記サーボアンプ基板部を一体化し、前記サーボアンプ基板の発熱が前記ヒートパイプを介して前記フレームに伝達され、前記フレームが外気にふれることにより自然冷却されるものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記半導体素子と前記ヒートパイプとの間に、弾力性のある熱伝導性シートを配置したものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の多指ハンドシステムを、多関節ロボットアームの先端に取付けてハンドリングを行なうものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記多指ハンドシステムのサーボ制御装置のフレームと前記アーム先端との間の連結部分に、熱伝導性部材を設けたものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、多指部とサーボ制御装置を一体化することで、小形で軽量、かつ構造が簡単な多指ハンドシステムを得ることができる。
また、サーボアンプ基板に実装された半導体素子の熱がヒートパイプ等を介してフレーム全体に伝導され、外気による自然冷却が可能となり、ファンレス構造を実現できる。
また、サーボアンプ基板部をスペーサにより一体化することで、サーボ制御装置の調整、メンテナンス等のため、サーボアンプ基板を頻繁に出し入れする必要がある時に、サーボアンプ基板がばらばらになるのを防ぎ、また、各基板ごとに部品形状に誤差がある場合の位置合わせのミスをなくすことができ、フレームへの取り付け、取り外しを容易に行うことができる。
また、基板の配列方向にヒートパイプを熱伝導性シートの弾性分だけ自由に位置を調整することができ、ヒートパイプに力を加えることなく、スリット幅を広げずにサーボアンプ基板３ を容易にスリット部に挿入することができる。その結果、高い熱伝導性能を維持することができ、冷却性能が向上する。
また、多指ハンドシステムと多関節ロボットアームの組み合わせによって、より人間の動作に近い柔軟な動きが得られるため、ロボットの適用用途が増え、さらに産業用ロボットにおいては生産性を向上できる。
また、多指ハンドシステムの放熱部からの熱がロボットアーム先端に熱伝導し、効率よく放熱されるため、冷却性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の実施例を示す多指ハンドシステムであって、（ａ）はその構成を示した側面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ方向から見た平面図であり、それぞれサーボ制御装置の内部を透視したものである。図２は、本実施例におけるサーボアンプ基板部の取付状態を示す図であって、（ａ）はフレームの側断面図、（ｂ）はサーボアンプ基板とヒートパイプをスペーサにより一体化した側面図、（ｃ）は（ｂ）を矢視Ｂ方向から見た正面図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じ点についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１および図２において、６は半導体素子、７はヒートパイプ、８は熱伝導性シート、１０はスリット、１１はフィン、１２はスペーサ、１３は位置決め用穴、１４は取付面、１５はファン、１６はコネクタである。
【０００８】
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、図１（ａ）および（ｂ）において、多指ハンドシステムは、９個のアクチュエータ１ａで構成され、物体を把持するためのロボット用の多指部１と、多指部１の動作を制御するためのサーボ制御装置２とが、一体化された点である。
また、各アクチュエータ１ａから出た合計９本のアクチュエータケーブル１ｂは、サーボアンプ基板３の上部に設けたコネクタ１６に直接接続されている。
また、図２（ａ）および（ｂ）において、サーボ制御装置２は、発熱する半導体素子が実装された複数のサーボアンプ基板３と複数のサーボアンプ基板３の間に配置された該基板よりも幅の広い板状のヒートパイプ７とよりなるサーボアンプ基板ユニットと、該サーボアンプ基板ユニットを内部に収納し、サーボアンプ基板３に対してヒートパイプ７が突出した部分を接するように装着するためのスリット部１０を有したアルミニウム合金製の一体型に生成されたフレーム９と、を備えたものとなっている。ここで、スリット１０内には、熱伝導性オイルコンパウンドを塗布しており、ヒートパイプ７とフレーム９との熱伝導性能を高めている。
また、図２（ｃ）において、複数のサーボアンプ基板３は、金属製のスペーサ１２により接続すると共に、該基板間に配置したヒートパイプ７には、スペーサ１２を挿入できるほどの、スペーサ形状の外接円と同じ大きさの位置決め用穴１３を設けてあり、位置決め用穴１３にスペーサ１２を通して位置決めすることにより、サーボアンプ基板３を一体化したものとなっている。
【０００９】
次に動作について、図１〜図２を用いて説明する。
外部電源を投入し、サーボ制御装置２を介して多指部１を駆動すると、複数のサーボアンプ基板３に実装された半導体素子６が発熱する。その熱は半導体素子６と接触しているヒートパイプ７の吸熱部分へと伝熱し、ヒートパイプの吸熱部分に伝熱した熱は、該ヒートパイプ内部に封入された作動液体の蒸発・凝縮の相変化によって、ヒートパイプ７のスペーサ１２の長さより突出した放熱部分に輸送される。このヒートパイプ７の突出した部分に伝熱した熱がヒートパイプ７とフレーム９との熱伝導性能を高めるようにコンパウンドを塗布してなるフレーム９のスリット１０に伝わり、さらにスリット１０に伝熱した熱がフレーム９に設けた放熱部となるフィン１１に伝熱した後、外部に放熱され、フレーム９の一体化により熱伝導が効率的に行なわれる。
【００１０】
本発明の第１実施例は、物体を把持するためのロボット用の多指部と、多指部の動作を制御するためのサーボ制御装置２とを一体化する構成にしたので、小形で軽量、かつ構造が簡単な多指ハンドシステムを得ることができる。
また、複数のサーボアンプ基板の間にヒートパイプを設け、ヒートパイプの突出部分をフレームのスリット部に挿入する構成にしたので、サーボアンプ基板上の半導体素子の熱がヒートパイプ等を介してフレーム全体に伝熱し、外気による自然冷却が可能となり、ファンレス構造を実現できる。その結果、小形で軽量、かつ構造が簡単な多指ハンドシステムを得ることができる。
また、サーボアンプ基板部は、スペーサを介してヒートパイプと一体化する構成にしたので、サーボ制御装置の調整、メンテナンス等のため、サーボアンプ基板を頻繁に取り出したり、挿入したりする必要があるときに、サーボアンプ基板がばらばらになるのを防ぎ、また、各基板ごとに部品形状に誤差がある場合の位置合わせのミスをなくすことができると共に、フレームへの組立、取り付けあるいは交換、取り外しが容易に行なえる。
【実施例２】
【００１１】
次に、本発明の第２実施例について説明する。
図３は本発明の第２実施例を示すサーボアンプ基板部の拡大図である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、サーボアンプ基板３上の半導体素子６とヒートパイプ７との間に、弾力性のある熱伝導性シート８を配置した点である。
この熱伝導性シート８については、各半導体素子６とヒートパイプ７は長さが異なるため、各半導体素子６の長さよりも大きい熱伝導性シート８を介して、各半導体素子６から発生する熱を一旦、熱伝導性シート８に吸収させてヒートパイプ７側への熱伝導性能を高めている。なお、動作については、第１実施例と基本的に同じなので、その説明を省略する
【００１２】
本発明の第２実施例は、ヒートパイプはＹ方向（基板の配列方向と垂直方向）にスペーサにより位置決めされているが、これに対して、Ｘ方向（基板の配列方向）にはヒートパイプを熱伝導性シートの弾性分だけ自由に位置を調整することができ、ヒートパイプに力を加えることなく、またスリット幅を広げることなくサーボアンプ基板３を容易にスリット部に挿入することができる。
それから、このサーボアンプ基板部は、金属製のスペーサにてしっかりと固定されているため、使用の際にも熱伝導性シートの設置によりヒートパイプにＸ方向の力が加わることがなく、高い熱伝導性能を維持しつつ、安定した冷却性能が得られる。
【実施例３】
【００１３】
次に、本発明の第３実施例について説明する。
図４は、本発明の第３実施例を示す多指ハンドシステムとロボットアームを組み合わせた概略構成図である。
図４において、２０はロボット、２１はアーム、２２はアダプタである。
図では、多指部１とサーボ制御装置２とよりなる多指ハンドシステムを、図に示すごとく、多関節形のロボット２０、例えば本出願人より提供される「ＭＯＴＯＭＡＮ」（当社登録商標）のアーム２１先端に取り付けた構成にしたものである。
これにより、多指ハンドシステムと多関節ロボットアームの組み合わせによって、より人間の動作に近い柔軟な動きが得られ、ロボットの適用用途が増え、さらに産業用ロボットにおいては生産性を向上することができる。
また、サーボ制御装置２のフレーム１１とアーム２１先端との間の連結部分には高熱伝導性部材からなるアダプタ２２をネジ結合等により取り付けてあり、さらにアダプタ取付け面には熱伝導性シート（不図示）を挿設したり、あるいは熱伝導性コンパウンド（不図示）を塗布するようにしている。
これにより、多指ハンドシステムの放熱部からの熱がロボットアーム先端に熱伝導し、効率よく放熱されるため、冷却性能が向上する。
【００１４】
なお、本実施例において、熱源の発熱が少ない場合には、板状のヒートパイプの代わりに銅板を用いて、同様の構成を行なっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明によると、シンプルなファンレス構造（自然空冷）により、小形・軽量化が図れ、従来のようなファンの騒音、風などによる作業環境への影響がなくなり、またメンテナンスも不要となるため、これらの改善により、産業用ロボットの分野はもとより、デザイン、小形・軽量化が重視される、人型ロボットなどの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例を示す多指ハンドシステムであって、（ａ）はその構成を示した側面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ方向から見た平面図であり、それぞれサーボ制御装置の内部を透視したもの
【図２】本実施例におけるサーボアンプ基板部の取付状態を示す図であって、（ａ）はフレームの側断面図、（ｂ）はサーボアンプ基板とヒートパイプをスペーサにより一体化した側面図、（ｃ）は（ｂ）を矢視Ｂ方向から見た正面図
【図３】本発明の第２実施例を示すサーボアンプ基板部の拡大図
【図４】本発明の第３実施例を示す多指ハンドシステムとロボットアームを組み合わせた概略構成図
【図５】従来の多指ハンドシステムの構成を示す図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ方向から見た平面図であり、それぞれサーボ制御装置の内部を透視したもの
【符号の説明】
【００１７】
１  多指部
１ａ  アクチュエータ
１ｂ  アクチュエータケーブル
２  サーボ制御装置
３  サーボアンプ基板
４  電源用ケーブル
５  通信ケーブル
６  半導体素子
７  ヒートパイプ
８  熱伝導性シート
９  フレーム
１０  スリット
１１  フィン
１２  スペーサ
１３  位置決め用穴
１４  取付面
１５  ファン
１６  コネクタ
２０  ロボット
２１  アーム
２２  アダプタ（熱伝導性部材）
【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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