(57)【要約】【課題】  制御とフィードバック信号の移送の品質と速度を改良すること。【解決手段】  ロボットは，ロボット（Ｒ）のアーム（Ａ）のモータ（１０）に供給する電力モジュール（２２）と、演算処理するＣＰＵユニット（２６）と、アーム（Ａ）、電力モジュール（２２）とＣＰＵユニット（２６）の間の接続手段（５２，Ｂ）とを包含する制御器（Ｃ）から成る。接続手段（５２，Ｂ）は、ＣＰＵユニット（２６）と連動された、制御ユニット（３０）を、最初に電力モジュール（２２）に、さらにアーム（Ａ）にセンサー（１２）をもつディジタルインターフェイス（１４）に接続する単一機能バス（Ｂ）から成る。前記インターフェイス（１４）はアーム（Ａ）と一体化されるか、或いはその直接付近に位置される。
2006519116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間で工具（Ｏ）を動かし伝動モータ（１０）により作動されるアーム（Ａ）と；
−前記モータ（１０）に供給する少なくとも一つの電力モジュール（２２）と、特にアーム（Ａ）の通路を算出し且つ前記モジュール用の制御信号を発生するように使用された少なくとも一つの演算処理ユニット（２６）とを包含する制御器（Ｃ）と、
−少なくとも前記モジュールから前記モータに供給し、前記ユニットによって前記モジュールを制御して前記アームから前記ユニット及び／又は前記電力モジュールまでフィードバック信号を移送するように使用された前記アーム、前記電力モジュールと前記ユニットの間のリンク手段（５２，Ｂ）とから成る制御システムと
から成る多軸ロボットにおいて：
−前記リンク手段（５２，Ｂ）は、前記演算処理ユニット（２６）と連動された制御ユニット（３０）を一方では前記モジュール（２２）に連結し且つ他方では前記アーム（Ａ）における少なくとも一つの位置センサー（１２）をもつ少なくとも一つのディジタルインターフェイス（１４）に連結する単一機能バス（Ｂ）から成り、前記インターフェイス（１４）は前記アームに組み込まれる、或いはその直接付近に位置されていることを特徴とする多軸ロボット。
【請求項２】
前記単一機能バス（Ｂ）は、第一バスが前記制御ユニット（３０）を前記モジュール（２２）に連結し、第二即ち次のバス（Ｂ2 ）が前記制御ユニット（３０）を前記インターフェイス（１４）に連結する少なくとも二つの構造的バス（Ｂ1 ，Ｂ2 ）に分割されていることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記第一構造的バスが特に銅から形成された金属バス（Ｂ1 ）であることを特徴とする請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記第二構造的バス、即ち前記他のバスが光学繊維バス（Ｂ2 ）であることを特徴とする請求項２或いは３に記載のロボット。
【請求項５】
前記制御ユニット（３０）はＰＣＩ型バス（２８）により前記演算処理ユニット（２６）に連結されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項６】
前記制御ユニット（３０）は前記演算処理ユニット（２６）に組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項７】
ロボットは前記アーム（Ａ）に包含された或いはその直接付近に位置された識別較正カード（１６）から成り、前記カードは前記バス（Ｂ）に組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項８】
各構造的バス（Ｂ1 ，Ｂ2 ）は追加的接続手段（Ｂ’1 ，Ｂ’2 ）によって情報を処理する少なくとも一つの外部ユニット( １２’，１２”，１４’，１４”，２２’）と相互作用するために延長されるよう設計されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項９】
前記リンク手段は、前記機能バス（Ｂ）から独立して、前記アーム（Ａ）に一つ或いは複数の前記モジュール（２２）と連結する電力導体（５２）から成ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項１０】
前記第一構造的バス（Ｂ1 ）は電力モジュール（２２）に直接に或いは間接的に接続され、各モジュールが前記ロボット（Ｒ）のモータに接続されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項１１】
前記ディジタルインターフェイスは、各連動されたセンサー（１２）により計測された運動の速度及び／又は加速度を算出し、その出力信号を連続配列し、出力信号がアナログであるときに前記センサーのその出力信号をディジタル化するインターフェイスカード（１４）であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項１２】
前記インターフェイスは連動されたセンサーに組み込まれ、前記センサー（１２）により計測された運動の速度及び／又は加速度を算出し、その出力信号を連続配列し、出力信号がアナログであるときに前記センサーのその出力信号をディジタル化することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、制御システムを備えた多軸ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
多軸ロボットは、ロボットの通路が決定されている演算処理ユニットから発生された制御信号を伝動モータに供給することによって制御されることができることが周知である。通路計算が有効であるために、ロボットのアームにより保持された位置センサーから起るフィードバック信号を使用することにより、閉鎖ループモードに前記ユニットワークを有することは、例えば特許文献１（米国特許第４７８６８４７号明細書）から公知である。公知のロボットにおいて、多数のケーブルはアームとその制御ユニットの間に据え付けなければならなく、その制御ユニットは長い接続と配線時間をまねくが、複雑且つ高価な修正作用により生じるミスの僅かな危険もまねかない。
【０００３】
従来のラインによってエンコーダに接続された増幅器にディジタル制御器を接続する光学繊維バスの使用は、特許文献２（欧州特許出願公開第７７７１６７号明細書）から知られている。増幅器とエンコーダの間のこれらのリンクは、これら装置を据え付ける仕事を長く且つ複雑にする。
【０００４】
さらに、特許文献３（特開平１０−１７８４３７号公報）は、独立して据付けの電力部分の外部コンピュータにバスによって連結されるエンコーダを提供する。
【特許文献１】米国特許第４７８６８４７号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第７７７１６７号明細書
【特許文献３】特開平１０−１７８４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの欠点は、この発明が特に一方では制御器と他方ではアームの生産を簡略化する制御システムを設けたロボット用の新規な構造と使用場所におけるこのロボットの据付けを提案することにより矯正することである。この発明はさらに制御とフィードバック信号の移送の品質と速度を改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この精神において、この発明は、空間で工具を動かし伝動モータにより作動されるアームと、前記モータに供給する少なくとも一つの電力モジュールと、特にアームの通路を算出し且つ前記モジュール用の制御信号を発生するように使用された少なくとも一つの演算処理ユニットとを包含する制御器と、少なくとも前記モジュールから前記モータに供給し、前記ユニットによって前記モジュールを制御して前記アームから前記ユニット及び／又は前記電力モジュールまでフィードバック信号を移送するように使用された前記アーム、前記電力モジュールと前記ユニットの間のリンク手段とから成る制御システムとから成る多軸ロボットに関する。
【０００７】
このシステムは、前記リンク手段が、前記演算処理ユニットと連動された制御ユニットを一方では前記モジュールに連結し且つ他方では前記アームにおける少なくとも一つの位置センサーをもつ少なくとも一つのディジタルインターフェイスに連結する単一機能バスから成り、前記インターフェイスが前記アームに組み込まれる、或いはその直接付近に位置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明により、ロボットの可動要素の位置と速度並びに種々のモータにより消費された電流に関するフィードバック信号は、バス周波数において演算処理ユニットに利用できる。さらに、ディジタル形態でバスに移行するディジタル信号は、アナログ信号と違って周囲騒音によって比較的に邪魔されない。通路制御の最大利用は閉鎖ループの集中処理によって得られる。インターフェイスの使用は、ディジタルセンサーから発生する情報を直列化するか、又はアナログセンサーから発生する情報をディジタル化して直列化し、次にその情報を直列バスに搬送することができる。この発明は、通路発生と閉鎖ループ制御を機能的に集中化するシステムの利点を持続する。さらに、インターフェイスは、より良い閉鎖ループ制御を備えるために位置、速度及び／又は加速度情報間の遅延を減らし、バスの複数の周波数で、センサー或いはエンコーダに出来るだけ近くに可動部品の速度及び／又は加速度を算出するように使用される。機能バスを使用する事実は、据付けにおいて特にアームの内側に導体ケーブルの数を最小化し、それ故に、バスの最小曲げ半径が比較的に低いから、接続ケーブルのより良いレイアウト、アームの要素用の緩和された寸法的拘束、このアームに包含された要素に対するより良い接近性とこのアームの可動性を得易さを最小化する。この発明によるロボットは設計製造することがさらに経済的であり、先行技術より速く且つより正確にするアルゴリズムから利益を得る。
【０００９】
この発明の特に有益な態様によると、単一機能バスは、第一バスが制御ユニットを電力モジュールに連結し、第二で次のモジュールが制御ユニットをインターフェイスに連結する少なくとも２つの構造的バスに分割されている。少なくとも２つの別の構造的バスを有する事実は、各これらバスが据付けられている場所に適用されることができることを意味し、第一バスは特に銅から造られた金属であり、他のバスは例えば光学繊維から形成され、このタイプのバスは特に周囲電磁騒音を免除され、高速度を維持しながらより長くできる。幾つかの構造的バスを使用する事実は、必要に応じて各要素のために処理された要素或いは情報を加える帯幅の制限により生じた問題を包囲する。
【００１０】
有益には、制御ユニットはＰＣＩ（周辺成分相互連結）タイプバスによって演算処理ユニットに連結されている。態様として、制御ユニットは演算処理ユニットに組み込まれている。
【００１１】
識別較正カードがアームに包含される、或いはその直接付近に位置されることができ、このカードはバスに組み込まれている。これは演算処理ユニットにロボットに特定するパラメータをダウンロードすることを容易にする。そのとき、接続はプラグアンドプレイであると言え得る。
【００１２】
各構造的バスは、第七軸線、特にコンベア軸線のような少なくとも一つの外部ユニット、或いは安全装置のような情報を処理する任意のユニットまで追加的接続手段によって延長されるように設計されることができる。
【００１３】
さらに、リンク手段は、独立して機能バスのロボットに前記モジュールを連結する電力導体から成る。
【００１４】
第一バスは、有益にロボットのモータに受けられる電力モジュールに直接に或いは間接に接続されている。さらに、前記インターフェイスが各連動センサーによって測定された運動の速度及び／又は加速度を算出し、その出力信号を直列化し、適切なところで、出力信号がアナログであるときにセンサーの出力信号をディジタル化するインターフェイスカードであることを可能とする。態様として、関連したインターフェイスは連動センサーに組み込まれ、前記ものと同じ機能をもつ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明はより良く理解され、そしてこの発明の他の利点は、純粋に例として、単一図が連動制御システムと多軸ロボットの理論的線図表現である添付図面を参照して与えられる、この発明による多軸ロボットとその制御システの実施例に追従する記述を照してさらに明白に明らかになる。
【実施例】
【００１６】
図に表現されたロボットＲのアームＡは方向Ｘ−Ｘ’によって示される搬送通路に沿って配置されている。このアームは六個のモータを備えており、各モータがその六個の軸線のひとつを中心にアームの可動部品を動かして工具Ｏを空間で移動させる。これらモータは図におけるモータ化セット１０により表現される。実際には、それらモータはアームＡの内側に分布されている。六個のアナログ位置センサー或いはエンコーダ１２はロボットＲに分布されており、その六個の軸線の各軸線を中心にアームの運動を測定するように使用される。
【００１７】
三枚のインターフェイスカード１４はアームＡに据え付けられ、それぞれ二つのセンサー１２と連動されている。各カード１４はセンサー或いはエンコーダ１２からアナログ信号出力をディジタル化して直列化するために使用される。各カード１４はさらに第一ドリフト及び／又は第二ドリフトの適当に発生した信号を算出するために使用され、その信号はロボットＲに関連した可動部品の速度及び／又は対応加速度を求めるために使用される。カード１４がセンサー或いはエンコーダ１２の近くに位置されるので、ドリフト演算はほぼ２０ｋＨｚの高周波数により実施され得る一方、情報フレームは１０ｋＨｚで伝達される。
【００１８】
実際には、カード１４は構造選択によって二つのセンサーに共通にセンサー１２に組み込まれ、図示されるごとく、アームＡに分布される、或いはアームＡの足に配置されている。単一カードは種々の前記カード１４の場所を取ることができる。
【００１９】
ロボットＲはアームＡを制御する制御器Ｃを包含し、この制御器はケーブル２４を介して電力供給を受ける六個の電力モジュール２２を包囲する囲い２０から成る。各モジュール２２はアームＡのモータのひとつに受けられ、これらの六個のモジュール２２は１８本の導体をもつ第一リンクケーブル５２によってアームＡに連結されている。実際には、補助組立体１０のモータは三相モータであり、各モジュール２２は３本の導体によって対応モータに連結されている。
【００２０】
普通には「ＣＰＵ」と呼ばれる演算処理ユニット２６は、囲い２０の内側に配置され、インターフェイス３２を備えた制御カード３０にＰＣＩバス２８によって連結されている。
【００２１】
態様として、カード３０はユニット２６内に組み込まれ得る。
【００２２】
外部携帯式コンピュータ６０は、そのプログラムする及び／又はその作動パラメータを表示するユニット２６にエーテルネット・リンク６２によって連結され得る。
【００２３】
ユニット２６はロボットＲの通路を算出して、順に補助組立体１０のモータを制御する各モジュール２２用制御信号を発生するように使用される。アームＡの現実の挙動を考慮することによってこれらモジュール２２を制御するために、要素２６〜３０によって形成された組立体は、一方ではそれぞれ二つのモジュール２２を制御する三枚のカード３４に、他方では三枚のインターフェイスカード１４に単一機能バスによって連結されている。
【００２４】
バスＢは二つの構造的バスＢ1 とＢ2 に分割されている。
【００２５】
銅から形成され且つ囲い２０に含有したバスＢ1 は、モジュール２２からの制御信号をカード３４へ搬送し、この方法で補助組立体１０のモータを制御するために使用される。情報はさらにカード３４からカード３０までバスＢ1 を介して循環する。
【００２６】
第二構造的バスＢ2 は光学繊維により形成され、インターフェイス３２とアームＡの足の近くに据付けられた識別較正カード１６の間のリンクケーブル５４から成り、このカード１６は第二バスＢ2 によって各カード１４に直列に連結されている。
【００２７】
バスＢ2 が光学繊維から形成される事実は、補助組立体１０のモータ或いはエンコーダ１２の作用から生じ得る電磁妨害から免疫性を備える。
【００２８】
ユニット２６のために、二つの構造的バスＢ1 とＢ2 は、制御信号を送るか、或いは受けるために、カード３０を介して相互連結する単一機能バスＢを形成する。
【００２９】
構造的バスＢ1 とＢ2 の使用が与えられると、カード３０への情報の伝達は特に速く、実際には１００ミリ秒以下の繰り返し間隔を完成される。この情報は、さらにＰＣＩ型バス２８を介して要素２６と３０の間に迅速に移行する。
【００３０】
図に破線により表現される如く、構造的バスＢ2 は、追加的接続手段Ｂ’1 を組み込むように開放され、電力モジュール２２’、二つのセンサー１２’とインターフェイスカード１４’によりコンベア軸線のような外部軸線を制御する。
【００３１】
同様に、接続手段Ｂ’1 は、例えば安全装置内でセンサー１２”と連動されたインターフェイスカード１４”にバスＢ1 を連結するように使用され得る。
【００３２】
それで、この発明は、制御システムを著しく柔軟であり、作業環境に適合されることができる。特に、外部軸線の制御が付加される必要があるときに制御器ＣとアームＡの間のリンクにケーブルを加える必要がない。
【００３３】
ロボットＲとその制御システムの据付けは特に容易である、と言うのはカード１６に記憶された情報は、インターフェイス３２とこのカード１６の間にバスＢ2 を接続する際に制御器Ｃによって認識されたロボットＲを考慮することができるからである。
【００３４】
この発明は、重要には、ロボットの制御システムの設計、生産と配線費を減少させ、特にロボットの可動部品の位置、速度及び／又は加速度に関して収集された情報が同じ速さで平行バスをもつ構造的に集中されたシステムを備える最高強力装置におけるより大きな精度により利用できる。
【００３５】
この発明は、二つの構造的バスＢ1 とＢ2 により形成された機能バスにより表現される。しかしながら単一バス、又は逆に二つ以上の構造的バスが設けられ得る。
【００３６】
この発明は、アナログ位置センサーを設けたロボットに制限されていない。さらに、ディジタルセンサーを備えており、その場合に前記例のカード１４によって設けられたインターフェイスは各センサーに組み込まれることができる。
【００３７】
識別較正カード１６は制御器Ｃに設けられ、アームＡに設けられていなく、その場合に要素ＡとＣは対とされている、と言うのはそれはユニット２６がアームＡを認識できるカード１６であるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ロボットＲのアームＡを動かす連動制御システムと多軸ロボットの理論的線図を示す。
【符号の説明】
【００３９】
Ｒ．．．．．ロボット
Ａ．．．．．ロボットのアーム
Ｃ．．．．．制御器
Ｂ1 ，Ｂ2 ．．．バス
１０．．．．．モータ化セット
１２．．．．．センサー或いはエンコーダ  
１４．．．．．インターフェイスカード
１６．．．．．識別較正カード
２０．．．．．囲い
２２．．．．．モジュール      
２６．．．．．ユニット
２８．．．．．ＰＣＩ型バス
３０．．．．．カード
３２．．．．．インターフェイス
【図１】
2006519116.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月24日(2004.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間で工具（Ｏ）を動かし伝動モータ（１０）により作動されるアーム（Ａ）と；
−前記モータ（１０）に供給する少なくとも一つの電力モジュール（２２）と、特にアーム（Ａ）の通路を算出し且つ前記モジュール用の制御信号を発生するように使用された少なくとも一つの演算処理ユニット（２６）とを包含する制御器（Ｃ）と、
−少なくとも前記モジュールから前記モータ（１０）に供給するように使用された前記アーム、前記電力モジュールと前記ユニットの間のリンク手段（５２，Ｂ）とから成る制御システムとから成る多軸ロボットにおいて：
−前記リンク手段（５２，Ｂ）は、前記演算処理ユニット（２６）と連動された制御ユニット（３０）を一方では前記モジュール（２２）に連結し且つ他方では前記アーム（Ａ）における少なくとも一つの位置センサー（１２）をもつ少なくとも一つのディジタルインターフェイス（１４）に連結する一組の一つ或いはそれ以上の構造バス（Ｂ1 ，Ｂ2 ）から成り、そして
−この組立体は前記モジュールが前記演算ユニットによって制御されることができる単一機能バスと、単一機能バスの周波数において、前記アームから前記ユニット及び／又は前記電力モジュールまで伝達されるフィードバック信号とを形成することを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記単一機能バス（Ｂ）は、第一バスが前記制御ユニット（３０）を前記モジュール（２２）に連結し、第二即ち次のバス（Ｂ2 ）が前記制御ユニット（３０）を前記インターフェイス（１４）に連結する少なくとも二つの構造的バス（Ｂ1 ，Ｂ2 ）に分割されていることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記第一構造的バスが特に銅から形成された金属バス（Ｂ1 ）であることを特徴とする請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記第二構造的バス、即ち前記他のバスが光学繊維バス（Ｂ2 ）であることを特徴とする請求項２或いは３に記載のロボット。
【請求項５】
前記制御ユニット（３０）はＰＣＩ型バス（２８）により前記演算処理ユニット（２６）に連結されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項６】
前記制御ユニット（３０）は前記演算処理ユニット（２６）に組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項７】
ロボットは前記機能バス（Ｂ）に組み込まれている識別較正カード（１６）から成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項８】
各構造的バス（Ｂ1 ，Ｂ2 ）は追加的接続手段（Ｂ’1 ，Ｂ’2 ）によって情報を処理する少なくとも一つの外部ユニット( １２’，１２”，１４’，１４”，２２’）と相互作用するために延長されるよう設計されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項９】
前記リンク手段は、前記機能バスから独立して、前記アーム（Ａ）に一つ或いは複数の前記モジュール（２２）と連結する電力導体（５２）から成ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項１０】
前記第一構造的バス（Ｂ1 ）は電力モジュール（２２）に直接に或いは間接的に接続され、各モジュールが前記ロボット（Ｒ）のモータに接続されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項１１】
前記ディジタルインターフェイスは、各連動されたセンサー（１２）により計測された運動の速度及び／又は加速度を算出し、その出力信号を連続配列し、出力信号がアナログであるときに一つ或いは複数の前記センサーのその出力信号をディジタル化するインターフェイスカード（１４）であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項１２】
前記インターフェイスは連動されたセンサーに組み込まれ、前記センサー（１２）により計測された運動の速度及び／又は加速度を算出し、その出力信号を連続配列し、出力信号がアナログであるときに前記センサーのその出力信号をディジタル化することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項１３】
前記インターフェイスは前記アームに組み込まれるか或いはアームの足に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のロボット。
【国際調査報告】
2006519116.tif 000004
2006519116.tif 000005
2006519116.tif 000006
2006519116.tif 000007
2006519116.tif 000008
2006519116.tif 000009