(57)【要約】【課題】  配線の負担を軽減し、装置の大型化や複雑化を回避する。【解決手段】  基台（第１リンク）１１から第３手首要素（第７リンク）１７まで縦続的に連結された６軸のマニピュレータ本体１０Ａは、第１関節乃至第６関節２１乃至２６を独立して駆動する第１乃至第６電動モータ３１乃至３６が関節近傍のリンクに搭載されている。また第１乃至第６電動モータ３１乃至３６を個別に制御する第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６が制御対象の電動モータに近接するリンク上に設置されている。本体１０Ａの外部に設置された制御装置５０Ａには関節毎の位置指令を生成する位置指令生成部５１Ａとモータ動力電源部５２が装備されており、各々、本体１０Ａの基部側から先端近くまで配設されたケーブル８０、９０により各第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６にバス型接続されている。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦続的に連結された多数のリンクを有し、隣接するリンク間の関節が個別に設けられた原動機により相対移動される多関節マニピュレータ本体と、
多関節マニピュレータ本体の外部に設けられて各原動機に対する位置指令を生成する位置指令生成手段と、
多関節マニピュレータ本体の外部に設けられて各原動機に対する動力電源を供給する電源供給手段と、
原動機別に設けられて、電源供給手段からの給電を受けて、位置指令生成手段で生成された位置指令に基づき原動機の制御を行う原動機制御手段と、
を備え、
原動機制御手段の全部または一部について、制御対象の原動機近くのリンクに設けるようにしたこと、
を特徴とする多関節マニピュレータ。
【請求項２】
原動機制御手段の全部または一部について、制御対象の原動機が搭載されたリンクまたは隣接するリンクに設けるようにしたこと、
を特徴とする請求項１記載の多関節マニピュレータ。
【請求項３】
原動機はエンコーダが付設されており、原動機制御手段にはエンコーダと原動機の両方が接続されていること、
を特徴とする請求項１または２記載の多関節マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多関節マニピュレータに係り、とくに配線上の負担を軽減可能な多関節マニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業界に広く普及している多関節マニピュレータは、３個以上のリンク（機械的構造体）を縦列に配設し、隣接するリンク間を関節により回転、スライド等の相対運動自在に構成したものであり、各関節は独立に設けた電動モータ、油圧モータ、油圧シリンダ等の原動機により駆動される。各関節の原動機は制御装置により先端のリンクが所望の運動軌跡を描くように制御される。一般に、原動機の制御装置は複数のリンクで構成されたマニピュレータ本体の外側に設置されるようになっており、ケーブルにより各原動機と接続される。
【０００３】
原動機をエンコーダ付電動モータとした６軸の多関節マニピュレータの従来例を図１、図２に示す。マニピュレータ本体１０は基部側から基台（第１リンク）１１、旋回胴（第２リンク）１２、第１アーム（第３リンク）１３、第２アーム（第４リンク）１４、第１手首要素（第５リンク）１５、第２手首要素（第６リンク）１６、第３手首要素（第７リンク）１７を備え、隣接するリンク間が第１乃至第６関節２１乃至２６により旋回または回転可能に連結されて成る。基台（第１リンク）１１乃至第２手首要素（第６リンク）１６には各々第１乃至第６関節２１乃至２６を駆動する第１乃至第６電動モータ３１乃至３６が装備されており、多数のケーブル群４１乃至４６を介して外部の制御装置５０と接続されている。各第１乃至第６電動モータ３１乃至３６は各々減速機６１乃至６６を介して第１乃至第６関節２１乃至２６と結合されている。
制御装置５０は第１乃至第６関節２１乃至２６に対する位置指令Ｐｃ１乃至Ｐｃ６を生成する位置指令生成部５１と、第１乃至第６電動モータ３１乃至３６に対して個別に設けられて、位置指令生成部５１の位置指令Ｐｃ１乃至Ｐｃ６に基づき、モータ動力電源部５２から入力したモータ動力電源及び各第１乃至第６電動モータ３１乃至３６に付設されたエンコーダ３１ａ乃至３６ａから入力したエンコーダ信号から、各第１乃至第６電動モータ３１乃至３６に印加するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のモータ電源とブレーキ電源を作成する第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６を備えている。
【０００４】
第１電動モータ３１と第１モータ制御部７１の間は、各々多芯の電動モータ電源ケーブル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、アース）４１ａと、電動モータブレーキケーブル（ブレーキ電源（＋）、ブレーキ電源（０））４１ｂと、エンコーダケーブル（エンコーダ電源（＋）、エンコーダ電源（０）、バックアップバッテリ電源（＋）、バックアップバッテリ電源（−）、エンコーダ信号（＋）、エンコーダ信号（−）、フレームグラウンド）４１ｃを３本束ねたケーブル群４１により接続される。同様にして他の第２乃至第６電動モータ３２乃至３６と第２乃至第６モータ制御部７２乃至７６の間もケーブル群４２乃至４６により接続される。
【０００５】
従来、これらの多数のケーブルはマニピュレータ動作時におけるマニピュレータ本体や周囲との干渉を避けるため、マニピュレータ本体の内部に配設される場合が多く、各関節を経由して一旦、基台（第１リンク）の内部空間に導いたのち、外部の制御装置と接続するようにしている。
このため、マニピュレータ本体の各関節を多数のケーブルが通ることになるが、関節の動きを妨げたり、ケーブルの損傷を招くことなく、省スペースに配線するのが難しく、基台を初めとする各リンクが大型化したり、ガイド、保護部材を設けるときの配線処理が複雑化して組み立て時や保守点検時の作業負担が大となる欠点があった。
また、各第１乃至第６電動モータから制御装置までエンコーダケーブルを長く配設しなければならず、エンコーダ信号線が周囲環境のノイズを拾い易くなる欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１７１０５２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１００７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した従来技術の問題に鑑みなされたもので、配線の負担を軽減し、装置の大型化や複雑化を回避できるようにした多関節マニピュレータを提供することを、その目的とする。
また、原動機制御用のエンコーダが付属する場合に、エンコーダ信号線を短くすることにより、周囲環境のノイズを拾いにくくした多関節マニピュレータを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明では、
縦続的に連結された多数のリンクを有し、隣接するリンク間の関節が個別に設けられた原動機により相対移動される多関節マニピュレータ本体と、
多関節マニピュレータ本体の外部に設けられて各原動機に対する位置指令を生成する位置指令生成手段と、
多関節マニピュレータ本体の外部に設けられて各原動機に対する動力電源を供給する電源供給手段と、
原動機別に設けられて、電源供給手段からの給電を受けて、位置指令生成手段で生成された位置指令に基づき原動機の制御を行う原動機制御手段と、
を備え、
原動機制御手段の全部または一部について、制御対象の原動機近くのリンクに設けるようにしたこと、
を特徴としている。
請求項２記載の発明では、
原動機制御手段の全部または一部について、制御対象の原動機が搭載されたリンクまたは隣接するリンクに設けるようにしたこと、
を特徴としている。
請求項３記載の発明では、原動機はエンコーダが付設されており、原動機制御手段にはエンコーダと原動機の両方が接続されていること、
を特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、多関節マニピュレータ本体に搭載された関節駆動用の原動機の配線を短くしたり、多関節マニピュレータ本体の各関節を通る配線数や本体と外部との配線数を減らすことで、基台等のリンクの大型化を回避したり、配線処理を簡単化して組み立て時、保守点検時の作業負担を軽減することが可能となる。また、多関節マニピュレータ本体と外部との配線数を減らすことで、周囲環境のノイズの影響を受け難くできる。
また、他の発明によれば、原動機にエンコーダが付設されている場合に、エンコーダ信号線の配線距離を短くすることができ、これによっても、周囲環境からのノイズの影響を受け難くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】多関節マニピュレータの従来例を示す構成図である。
【図２】図１の電気的構成図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る多関節マニピュレータの構成図である（実施例１）。
【図４】第１実施例の電気的構成図である。
【図５】第１実施例の変形例に係る多関節マニピュレータの構成図である。
【図６】本発明の第２実施例に係る多関節マニピュレータの構成図である（実施例２）。
【図７】本発明の第３実施例に係る多関節マニピュレータの構成図である（実施例３）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の最良の形態を実施例に基づき説明する。
【実施例１】
【００１２】
図３は本発明の第１実施例に係る６軸の多関節マニピュレータの構成図、図４は図３の多関節マニピュレータの電気的構成図であり、従来例の図１、図２と同一の構成部分には同一の符号が付してある。
図３、図４において、１０Ａは多数のリンクが縦続的に機械結合された６軸の多関節マニピュレータ本体（以下、マニピュレータ本体という）であり、基部側から基台（第１リンク）１１、旋回胴（第２リンク）１２、第１アーム（第３リンク）１３、第２アーム（第４リンク）１４、第１手首要素（第５リンク）１５、第２手首要素（第６リンク）１６、第３手首要素（第７リンク）１７を備え、基台（第１リンク）１１と旋回胴（第２リンク）１２の間が第１関節２１により旋回可能に連結され、旋回胴（第２リンク）１２より以降のリンク間が第２乃至第６関節２２乃至２６により回転可能に連結されて成る。
基台（第１リンク）１１乃至第２手首要素（第６リンク）１６の中には各々、第１乃至第６関節２１乃至２６を駆動する原動機としての第１乃至第６電動モータ３１乃至３６が装備されている。各第１乃至第６電動モータ３１乃至３６は各々減速機６１乃至６６を介して第１乃至第６関節２１乃至２６と結合されている。なお、図３では第１乃至第６電動モータ３１乃至３６は駆動対象の関節から見て、マニピュレータ本体１０Ａの基部側のリンクに搭載する例を示したが、先端側のリンクに搭載しても良い。
【００１３】
７１乃至７６は原動機制御手段としての第１乃至第６モータ制御部であり、各々、制御対象である第１乃至第６電動モータ３１乃至３６に対して個別かつ近接して設けられている。具体的には、第１乃至第５モータ制御部７１乃至７５は、制御対象の第１乃至第５電動モータ３１乃至３５が搭載されたのと同じ基台（第１リンク）１１乃至第１手首要素（第５リンク）１５の内部に設置されており、第６モータ制御部７６は、第６電動モータ３６が搭載された第２手首要素（第６リンク）１６に機構部品の配置の関係上、スペースがないので隣接する第１手首要素（第５リンク）１５の内部に設置されている。
第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６と、第１乃至第６電動モータ３１乃至７６、エンコーダ３１ａ乃至３６ａの間は従来の図２と全く同様にケーブル群４１乃至４６により、第１電動モータ３１乃至３６との間に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、アース、ブレーキ電源（＋）、ブレーキ電源（０）と、エンコーダ３１ａ乃至３６ａとの間にエンコーダ電源（＋）、エンコーダ電源（０）、バックアップバッテリ電源（＋）、バックアップバッテリ電源（−）、エンコーダ信号（＋）、エンコーダ信号（−）、フレームグラウンドとが接続されている。
【００１４】
５０Ａはマニピュレータ本体１０Ａの外側に設置された制御装置であり、各関節に対する位置指令Ｐｃ１乃至Ｐｃ６を生成する位置指令生成部５１Ａとモータ動力電源部５２を備えている。位置指令生成部５１Ａとマニピュレータ本体１０Ａの第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６の間は、位置指令生成部３１Ａをマスタ、第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６をスレーブとして、通信線（＋）、通信線（−）、グランド線を合わせた３芯のケーブル８０によりバス型接続されており、第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６は各々、位置指令Ｐｃ１乃至Ｐｃ６を個別に受信する。ケーブル８０はマニピュレータ本体１０Ａの基台（第１リンク）１１の内部空間に入り、各関節を通って第１手首要素（第５リンク）１５まで延設されている。
また、モータ動力電源部５と第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６の間は、モータ動力電源線（＋）、モータ動力電源線（−）、アース線を合わせた３芯のケーブル９０によりバス型接続されている。ケーブル９０もマニピュレータ本体１０Ａの基台（第１リンク）１１の内部空間に入り、各関節を通って第１手首要素（第５リンク）１５まで延設されている。
第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６は、各々位置指令生成部５１Ａの位置指令Ｐｃ１乃至Ｐｃ６に基づき、モータ動力電源部５２から入力したモータ動力電源と、第１乃至第６電動モータ３１乃至３６に付設されたエンコーダ３１ａ乃至３６ａから入力したエンコーダ信号から、第１乃至第６電動モータ３１乃至３６に印加するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のモータ電源とブレーキ電源を作成して出力する。
【００１５】
この実施例によれば、第１乃至第５モータ制御部７１乃至７５と制御対象の第１乃至第５電動モータ３１乃至３５が近接して同一リンクに設けられることにより、これらの間のケーブル群４１乃至４５が第１乃至第５関節２１乃至２５を通過せずに済み、関節周りの構成を簡単化できるとともにリンクの大型化も回避できる。また、ケーブル群４１乃至４５が短くて済むので、ケーブル群４１乃至４５の配置や固定方法も簡単化できる。第６モータ制御部７６と第６電動モータ３６も第５関節２５を跨いで隣接するリンク上に近接して設けられることにより、ケーブル群４６が比較的短くて済み、ケーブル群４６の配置や固定方法が簡単で済む。また、エンコーダ３１ａ乃至３６ａと第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６を結ぶエンコーダ信号線が短くなり、かつリンクに遮蔽されるので、エンコーダ信号が周囲環境からのノイズの影響を受け難くなる。
また、制御装置５０Ａからマニピュレータ本体１０Ａの各関節を経由して配設されるケーブルも本数、芯数が大幅に減少し、バス型接続の採用で基幹のバスとなるケーブル８０、９０を配設するだけで良く、基台（第１リンク）１１などのリンクの大型化を回避したり、配線処理を簡単化して組み立て時、保守点検時の作業負担を軽減することが可能となる。また、マニピュレータ本体１０Ａと外部の制御装置５０Ａとの配線数が減るので、これによっても周囲環境のノイズの影響を受け難くなる。
【００１６】
なお、上記した実施例では、ケーブル８０、９０の途中から分岐して各第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６と接続するようにしたが、図５のマニピュレータ本体１０Ｂに示す如く、第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６の基板に設けた中継端子（図示せず）を介しながらケーブル８０乃至８５、９０乃至９５によりバス型接続するようにしても良い。
また、第５、第６モータ制御部７５、７６を別体としたが一体化してリンク上の設置スペースを削減するようにしても良い。
【００１７】
次に、図６を参照して本発明の第２実施例を説明する。図６は本発明に係る６軸の多関節マニピュレータの構成図であり、図３と同一の構成部分には同一の符号が付してある。
図６において、マニピュレータ本体１０Ｃの内、第３電動モータ３３を制御する第３モータ制御部７３は、第２電動モータ３２を制御する第２モータ制御部７２とともに、旋回胴（第２リンク）１２に設置されている。また、第５電動モータ３５を制御する第５モータ制御部７５は、第４電動モータ３４を制御する第４モータ制御部７４とともに、第１アーム（第４リンク）１４に設置されている。第３電動モータ３３と第３モータ制御部７３の間は第２関節２２を通ってケーブル群４３により配線されており、第５電動モータ３５と第５モータ制御部７５の間は第４関節２４を通ってケーブル群４５により配線されている。
その他の構成部分は図３の第１実施例と同様に構成されている。
【００１８】
この第２実施例によっても、第１、第２、第４モータ制御部７１、７２、７４と第１、第２、第４電動モータ３１、３２、３４が近接して同一リンクに設けられることにより、これらの間のケーブル群４１、４２、４４が関節を通過せずに済み、関節周りの構成を簡単化できるとともにリンクの大型化も回避できる。
また、ケーブル群４１、４２、４４が短くて済むので、ケーブル群４１、４２、４４の配置や固定方法も簡単化できる。第３、第５、第６モータ制御部７３、７５、７６と第３、第５、第６電動モータ３３、３５、３６も関節を跨いで隣接するリンク上に近接して設けられることにより、ケーブル群４３、４５、４６が比較的短くて済み、ケーブル群４３、４５、４６の配置や固定方法が簡単で済む。またエンコーダ信号線が短くなるとともにリンクに遮蔽されるので、エンコーダ信号が周囲環境からのノイズの影響を受け難くなる。
また、制御装置５０Ａからマニピュレータ本体１０Ｃの各関節を経由して配設されるケーブルの本数、芯数の減少によるリンクの大型化回避、配線処理の簡単化、耐環境ノイズの向上を図ることができるのは第１実施例と同様である。
【００１９】
なお、上記した第２実施例では、第２、第３モータ制御部７２、７３を同一リンクに設置し、第４、第５モータ制御部７４、７５を同一リンクに設置するようにしたが、第３、第４モータ制御部７３、７４を同一リンクに設置するようにしても良い。また、第２、第３モータ制御部７２、７３を別体としたが一体化してリンク上の設置スペースを削減するようにしても良く、同様に第４、第５モータ制御部７４、７５を一体化してリンク上の設置スペースを削減するようにしても良い。
【００２０】
次に、図７を参照して本発明の第３実施例を説明する。図７は本発明に係る６軸の多関節マニピュレータの構成図であり、図６と同一の構成部分には同一の符号が付してある。
図７において、マニピュレータ本体１０Ｄの内、第２電動モータ３２を制御する第２モータ制御部７３と第３電動モータ３３を制御する第３モータ制御部７３は、旋回胴（第２リンク）１２、第１アーム（第３リンク）１３とのサイズの関係でリンク上に設置することが難しいため、ともに制御装置５０Ｂに設置されている。残りの第１モータ制御部７１は基台（第１リンク）１１に設置されており、第４と第５モータ制御部７４と７５は第２アーム（第４リンク）１４、第６モータ制御部７６は第２手首要素（第５リンク）１５に設置されており、ケーブル群４１、４４と４５、４６により第１電動モータ３１、第４と第５電動モータ３４と３５、第６電動モータ３６と配線されている。これらの第１、第４、第５、第６モータ制御部７１、７４、７５、７６はマニピュレータ本体１０Ｄの外部の制御装置５０Ｂとケーブル８０、９０よりバス型接続されている。
一方、第２、第３モータ制御部７２、７３は制御装置５０Ｂの中でケーブル８０、９０とバス型接続されており、ケーブル群４２、４３により制御装置５０Ｂからマニピュレータ本体１０Ｄの基台（第１リンク）１１と第１関節２１を経由して第２モータ制御部７２が第２電動モータ３２と接続され、更に、第２関節２２を経由して第３モータ制御部７３が第３電動モータ３３と接続されている。
その他の構成部分は図６の第２実施例と同様に構成されている。
【００２１】
この第３実施例によっても、第１、第４モータ制御部７１、７４と第１、第４電動モータ３１、３４が近接して同一リンクに設けられることにより、これらの間のケーブル群４１、４４が関節を通過せずに済み、関節周りの構成を簡単化できるとともにリンクの大型化も回避できる。また、ケーブル群４１、４４が短くて済むので、ケーブル群４１、４４の配置や固定方法も簡単化できる。第５、第６モータ制御部７５、７６と第５、第６電動モータ３５、３６も関節を跨いで隣接するリンク上に近接して設けられることにより、ケーブル群４５、４６が比較的短くて済み、ケーブルの配置や固定方法が簡単で済む。また第１と第４乃至第６モータ制御部７１と７４乃至７６のエンコーダ信号線が短くなるとともにリンクに遮蔽されるので、エンコーダ信号が周囲環境からのノイズの影響を受け難くなる。
また、制御装置５０Ｂからマニピュレータ本体１０Ｄの各関節を経由して配設されるケーブルの本数、芯数の減少によるリンクの大型化回避、配線処理の簡単化、耐環境ノイズの向上を図ることもできる。
【００２２】
なお、上記した第３実施例では、第２、第３モータ制御部７２、７３の２つを制御装置５０Ｂに設置したが、第３、第４モータ制御部７３、７４の２つを制御装置５０Ｂに設置したり、第２乃至第４モータ制御部７２乃至７４の３つを設置したりしても良く、第１乃至第６モータ制御部７１乃至７６の内の任意の一つ乃至４つを設置したりしても良い。
また、上記した各実施例及びその変形例では、６軸の多関節マニピュレータを例に挙げたが、リンク数が３乃至６個の２軸乃至５軸の多関節マニピュレータとしたり、或いはリンク数が８個以上の７軸以上の多関節マニピュレータとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、電動モータ、油圧モータ、油圧シリンダ等の原動機を制御して関節を駆動する多関節マニピュレータに適用可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ  マニピュレータ本体
１１  基台（第１リンク）
１２  旋回胴（第２リンク）
１３  第１アーム（第３リンク）
１４  第２アーム（第４リンク）
１５  第１手首要素（第５リンク）
１６  第２手首要素（第６リンク）
１７  第３手首要素（第７リンク）
２１乃至２６  第１乃至第６関節
３１乃至３６  第１乃至第６電動モータ
４１乃至４６  ケーブル群
５０Ａ、５０Ｂ  制御装置
５１Ａ  位置指令生成部
５２  モータ動力電源部
７１乃至７６  第１乃至第６モータ制御部
８０乃至８５、９０乃至９５  ケーブル
【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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【図７】
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