JP2003136454A

JP2003136454A - マニピュレータ

Info

Publication number: JP2003136454A
Application number: JP2001333386A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kawauchi; 直人川内; Hiroyuki Kanazawa; 宏幸金澤; Ken Onishi; 献大西
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】脱着に要する手間及びコストを削減すること
ができるマニピュレータの提供を課題とする。【解決手段】サーボモータ３２及びサーボアンプ３３
が、マニピュレータ本体１１内に内蔵されている構成を
採用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば溶接や塗装
を行う工業用ロボットなどに用いられるマニピュレータ
に関し、特に、小型化及び省配線化が可能なマニピュレ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来のマニピュレータの適用例
の一例として、ＡＧＶ（Automatic Guided Vehicleの略
称）に搭載した場合を図７に示す。同図において、符号
１は自走可能なＡＧＶ車体を示し、符号２はＡＧＶ車体
１上に搭載されたマニピュレータを示している。マニピ
ュレータ２には、その各関節２ａ，２ｂを折曲動作させ
るためのサーボモータが内蔵されており（図示略）、こ
れらサーボモータの駆動は、ＡＧＶ車体１側に搭載され
たアンプ３及びコントローラ４及び電源（図示せず）に
よって行われるようになっている。なお、各サーボモー
タ及びアンプ３間と、アンプ３及びコントローラ４間と
は、それぞれ、多数本のアナログ配線５によって接続さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記説明の
従来のマニピュレータは、以下に説明する問題を有して
いた。すなわち、各サーボモータ及びアンプ３間を接続
するアナログ配線５は、１関節あたり例えば約12本を必
要とするため、たった２個所の関節しか持たぬ場合であ
っても、合計約24本もの多数本を使用する必要がある。
同様に、アンプ３及びコントローラ４間を接続するアナ
ログ配線５も、１関節あたり例えば約20本を必要とする
ため、２個所の関節で合計約40本もの多数本を使用する
必要があった。

【０００４】このような多数本のアナログ配線５の配線
接続は煩わしく、しかもそれらの長さが長くなると、そ
こからノイズが入り込んで適切な制御ができなくなる恐
れが生じることとなる。また、マニピュレータが複数台
になれば、その台数に対応して倍数化されていくので、
さらに膨大な本数が必要となることになる。さらには、
従来のアンプ３は、前記各サーボモータに対して大きく
スペースを必要とするため、ＡＧＶ車体１側に搭載され
る構成となっているが、例えば、マニピュレータを搭載
していない他のＡＧＶ車体に対して、後付けでマニピュ
レータを取り付ける場合には、大きなアンプ３をＡＧＶ
車体内に収めることができずに搭載できない場合があ
る。また、例え搭載できたとしても、上述のような多数
本のアナログ配線５の配線作業を行うことは大変であ
り、改造コストが嵩むことになる。この種のマニピュレ
ータは、設置に要する手間／コストの削減も望まれるこ
とが多い。しかしながら、上述のような膨大な本数を有
する長い配線の接続作業を要する従来のマニピュレータ
では、このようなニーズに対応することが困難であっ
た。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、脱着に要する手間及びコストを削減することが
できるマニピュレータの提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の手段を採用した。すなわち、請求項
１に記載のマニピュレータは、マニピュレータ本体にお
ける関節部の折曲動作等を行うサーボモータと、該サー
ボモータを制御するサーボアンプとが、前記マニピュレ
ータ本体内に内蔵されていることを特徴とする。上記請
求項１に記載のマニピュレータによれば、サーボモータ
及びサーボアンプがマニピュレータ本体と一体になって
いるので、予め工場内でサーボモータとサーボアンプと
の間の配線接続を済ませておき、取り付けの際における
配線作業を省略することができるようになる。

【０００７】請求項２に記載のマニピュレータは、請求
項１に記載のマニピュレータにおいて、前記サーボアン
プに、電源ユニットが含まれていることを特徴とする。
上記請求項２に記載のマニピュレータによれば、サーボ
アンプと電源ユニットとの間の距離が最短となるので、
両者間の配線長さを最短にすることができるようにな
る。

【０００８】請求項３に記載のマニピュレータは、請求
項１または請求項２に記載のマニピュレータにおいて、
前記サーボアンプに制御指示を与えるコントローラと、
前記サーボアンプとの間が、高速シリアル通信網で接続
されていることを特徴とする。上記請求項３に記載のマ
ニピュレータによれば、従来のアナログ配線に比較し
て、その接続本数を大幅に減らすことができ、省線化す
ることができるようになる。

【０００９】請求項４に記載のマニピュレータは、請求
項１または請求項２に記載のマニピュレータにおいて、
前記マニピュレータ本体に、前記関節部が複数備えら
れ、これら各関節部毎に、前記サーボモータ及び前記サ
ーボアンプが備えられ、これらサーボアンプ間と、これ
らサーボアンプのうちの少なくとも１台及び、これらサ
ーボアンプのそれぞれに制御指示を与えるコントローラ
の間とが、それぞれ、高速シリアル通信網で接続されて
いることを特徴とする。上記請求項４に記載のマニピュ
レータによれば、従来のアナログ配線に比較して、その
接続本数を大幅に減らすことができ、省線化することが
できるようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のマニピュレータの一実施
形態についての説明を、図１〜図６を参照しながら以下
に行うが、本発明がこれのみに限定解釈されるものでな
いことはもちろんである。なお、図１は、本実施形態の
マニピュレータを示す図であって、内部構造を説明する
ための説明図である。また、図２は、同マニピュレータ
で用いされるアンプ一体型サーボモータを示す斜視図で
ある。また、図３は、同アンプ一体型サーボモータを複
数備えて高速シリアル通信ＬＡＮで配線接続した場合の
一例を示す説明図である。また、図４は、同アンプ一体
型サーボモータを複数備えて高速シリアル通信ＬＡＮで
配線接続した場合の他の例を示す説明図である。また、
図５は、同アンプ一体型サーボモータを複数備えて高速
シリアル通信ＬＡＮで配線接続した場合の他の例を示す
説明図である。また、図６は、本実施形態のマニピュレ
ータをＡＧＶに搭載した場合を示す側面図である。

【００１１】図１に示すように、本実施形態のマニピュ
レータ１０は、腕部をなすマニピュレータ本体１１と、
該マニピュレータ本体１１における各リンク１１ａ間の
各関節部１１ｂの折曲動作等を行う複数（本実施形態で
は３台）のサーボモータ３２と、これらサーボモータ３
２を制御する複数（本実施形態では３台）サーボアンプ
３３と、マニピュレータ本体１１の先端に取り付けられ
て把持対象物を把持するハンド１４と、該ハンド１４内
に内蔵されたセンサ１５及びアンプ１６と、後述の高速
シリアル通信ＬＡＮ１００とを備えて構成されている。

【００１２】マニピュレータ本体１１は、各リンク１１
ａ間を各関節１１ｂで折曲可能に連結したものであり、
ハンド１４が接続された側の端部と反対側の端部には、
このマニピュレータ１０を接続する対象に対して取り付
けるための取付フランジ１１ｃが設けられている。ハン
ド１４は、把持対象物を把持するものであり、その内部
に、前記センサ１５及び前記アンプ１６が装備されてい
る。このセンサ１５としては、例えば、リミットスイッ
チや歪ゲージや感圧センサなどが用いられ、把持対象物
を適切な把持力で把持するためのフィードバック制御に
用いられるものとなっている。また、このハンド１４が
接続されているリンク１１ａには、マニピュレータ１０
に装着可能な工具５０を接続するために、電力供給用コ
ネクタ６１及び制御用コネクタ６２が取り付けられてい
る。工具５０は、作業用途に応じて複数種類あり、その
内部に同様のサーボモータ３２及びサーボアンプ３３
と、工具用センサ５１とを備えている。

【００１３】サーボモータ３２及びサーボアンプ３３
は、図２に示すように、一体となってアンプ一体型サー
ボモータ２０を構成している。このアンプ一体型サーボ
モータ２０は、そのサーボモータ３２が、筐体３２ａ
と、該筐体３２ａを貫通して外側に延びる出力軸３２ｂ
とを備えている。この出力軸３２ｂには、図示されない
減速機構が接続されており、その回転駆動力により、前
記各リンク１１ａ間を各関節１１ｂにおいて折曲させる
ことが可能となっている。

【００１４】サーボアンプ３３は、制御基板３３ａと、
パワー基板３３ｂと、ケース３３ｃと、電源ユニット３
３ｘとを備えている。制御基板３３ａ及びパワー基板３
３ｂは、このサーボアンプ３３のアンプ機能をなすもの
である。また、ケース３３ｃは、アルミニウムなどの高
熱伝導率材料からなり、放熱板を兼ねたものとなってい
る。制御基板３３ａとパワー基板３３ｂは、互いに分離
された状態に構成されている。そして、制御基板３３ａ
の両面には、サーボモータ３２の制御処理を行うＣＰＵ
などのＩＣ（Integrated Circuit）３３ａ１が複数実装
されている。

【００１５】また、パワー基板３３ｂは、スイッチング
ＩＣ（Integrated Circuit）３３ｂ１が実装される実装
基板３３ｂ２と、アルミニウム板３３ｂ３とから構成さ
れている。スイッチングＩＣ３３ｂ１は、制御基板３３
ａの各ＩＣ３３ａ１からの指令に基づいて、サーボモー
タ３２へ送る供給電流を生成するようになっている。ま
た、実装基板３３ｂ２において、スイッチングＩＣ３３
ｂ１は、制御基板３３ａに対向する面側に配置され、こ
れらスイッチングＩＣ３３ｂ１が実装されない片面側に
は、アルミニウム板３３ｂが実装されている。制御基板
３３ａとパワー基板３３ｂとは、互いに重ね合わされた
状態で、ケース３３ｃに対してアルミニウム板３３ｂが
上蓋となるように取り付けられている。そして、アルミ
ニウム板３３ｂの熱が、ケース３３ｃに対して伝達さ
れ、このケース３３ｃより放熱されるようになってい
る。

【００１６】サーボアンプ３３は、図示されない防振機
構を介して、サーボモータ３２の筐体３２ａの側面に固
定されている。この防振機構は、サーボモータ３２とケ
ース３３ｃとの間のスペーサとして機能するものであ
り、熱伝導率が小さく、かつゴムのような振動緩衝性を
有する材質を採用するのが好ましい。

【００１７】前記電源ユニット３３ｘは、放熱ケーシン
グ３３ｘ１内に固定された状態で、図示されない防振機
構を介して、サーボモータ３２の筐体３２ａの後面側に
固定されている。この防振機構は、サーボモータ３２と
放熱ケーシング３３ｘ１との間のスペーサとして機能す
るものであり、熱伝導率が小さく、かつゴムのような振
動緩衝性を有する材質を採用するのが好ましい。放熱ケ
ーシング３３ｘ１の一端には、延長支持部３３ｘ２が形
成され、この延長支持部３３ｘ２に、図示されない断熱
体を介して前記ケース３３ｃが接続支持されている。し
たがって、サーボアンプ３３は、概略Ｌ字形をなし、サ
ーボモータ３２に対して一体に取り付けられている。

【００１８】以上説明の構成を有する各アンプ一体型サ
ーボモータ２０には、電源装置（図示せず）からの電線
と、コントローラ（図示せず）からの高速シリアル通信
ＬＡＮ（高速シリアル通信網）１００が配線接続されて
いる。

【００１９】例えば図３に示すように、この高速シリア
ル通信ＬＡＮ１００は、互いに隣接する各サーボアンプ
３３間と、これらサーボアンプ３３のうちの、前記取付
フランジ１１ｃ側に最も近い位置に配置された１台及
び、これらサーボアンプ３３のそれぞれに制御指示を与
えるコントローラ（図示せず）の間とを接続するもので
ある。この高速シリアル通信ＬＡＮ１００の配線構成と
しては、いくつかの例が考えられるので、これらの例に
ついて、図３〜図５を参照してそれぞれ説明する。

【００２０】まず、図３の構成例は、その高速シリアル
通信ＬＡＮ１００が、前記コントローラから１台のアン
プ一体型サーボモータ２０に向かって接続された１本の
メインバス１０１と、互いに隣り合うアンプ一体型サー
ボモータ２０間を接続し、メインバス１０１からの制御
信号を次々に伝搬することが可能なローカルバス１０
２，１０２とを備えて構成されている。

【００２１】メインバス１０１は、このメインバス１０
１が接続されるアンプ一体型サーボモータ２０のサーボ
アンプ３３に配線されている。そして、このアンプ一体
型サーボモータ２０のサーボアンプ３３と、その隣のア
ンプ一体型サーボモータ２０のサーボアンプ３３とが、
ローカルバス１０２によって接続されている。同様に、
他のアンプ一体型サーボモータ２０も、自らのサーボア
ンプ３３と、隣のサーボアンプ３３との間が、ローカル
バス１０２で接続されている。また、電源と各アンプ一
体型サーボモータ２０との間は、電源からの主電線１５
１から複数分岐された各電線１５１ａ，・・・で接続され
ている。すなわち、各電線１５１ａ，・・・は、各アンプ
一体型サーボモータ２０の前記電源ユニット３３ｘに接
続されている。さらに、メインバス１０１から最も離れ
た位置のアンプ一体型サーボモータ２０からは、前記工
具５０用のローカルバス１０２がのびており、その末端
には、前記制御用コネクタ６２が接続されている。同様
に、主電線１５１からは、前記工具５０用の電線１５１
ａがのびており、その末端には、前記電力供給用コネク
タ６１が接続されている。そして、これら制御用コネク
タ６２及び電力供給用コネクタ６１を介して、工具５０
のサーボモータ３２及びサーボアンプ３３をメインバス
１０１及び主電線１５１に接続することで、工具５０を
駆動することが可能となっている。

【００２２】以上説明の配線構成により、コントローラ
からの制御指示がまず、１台目のアンプ一体型サーボモ
ータ２０に対してメインバス１０１より送信され、この
アンプ一体型サーボモータ２０による関節１１ｂの折曲
動作が制御される。同様に、その隣のアンプ一体型サー
ボモータ２０は、ローカルバス１０２を介してメインバ
ス１０１からの制御指示を受信し、自らの折曲動作を行
う。このようにして、各アンプ一体型サーボモータ２
０，・・・に対するコントローラからの制御指示が順次、
伝搬されていく。

【００２３】次に図４に示す構成例は、その高速シリア
ル通信ＬＡＮ１００が、前記コントローラからの１本の
メインバス１０３と、該メインバス１０３より分岐され
た複数のローカルバス１０４，・・・とを備えて構成され
ている。また、電源と各アンプ一体型サーボモータ２０
との間は、図３の場合と同様に、電源からの主電線１５
１より複数分岐された各電線１５１ａ，・・・で接続され
ている。以上説明の配線構成により、コントローラから
の制御指示が、メインバス１０３を介して各ローカルバ
ス１０４，・・・に分岐送信され、各アンプ一体型サーボ
モータ２０の回転動作（各関節１１ｂの折曲動作）が一
括制御される。さらに、メインバス１０３の末端には、
前記制御用コネクタ６２が接続されている。同様に、主
電線１５１からは、前記工具５０用の電線１５１ａがの
びており、その末端には、前記電力供給用コネクタ６１
が接続されている。そして、これら制御用コネクタ６２
及び電力供給用コネクタ６１を介して、工具５０のサー
ボモータ３２及びサーボアンプ３３をメインバス１０１
及び主電線１５１に接続することで、工具５０を駆動す
ることが可能となっている。

【００２４】次に図５に示す構成例は、その高速シリア
ル通信ＬＡＮ１００が、前記コントローラからの１本の
メインバス１０５がハブ１０６に接続され、このハブ１
０６と各アンプ一体型サーボモータ２０との間が、複数
のローカルバス１０７によって配線接続される構成とな
っている。また、電源と各アンプ一体型サーボモータ２
０との間は、図４の場合と同様に、電源からの主電線１
５１より複数分岐された各電線１５１ａ，・・・で接続さ
れている。以上説明の配線構成により、コントローラか
らの制御指示が、メインバス１０５及びハブ１０６を介
して各ローカルバス１０７，・・・に分岐送信され、各ア
ンプ一体型サーボモータ２０の回転動作（各関節１１ｂ
の折曲動作）が一括制御される。さらに、ハブ１０６か
らは、前記工具５０用のローカルバス１０７がのびてお
り、その末端には、前記制御用コネクタ６２が接続され
ている。同様に、主電線１５１からは、前記工具５０用
の電線１５１ａがのびており、その末端には、前記電力
供給用コネクタ６１が接続されている。そして、これら
制御用コネクタ６２及び電力供給用コネクタ６１を介し
て、工具５０のサーボモータ３２及びサーボアンプ３３
をメインバス１０１及び主電線１５１に接続すること
で、工具５０を駆動することが可能となっている。

【００２５】以上説明の本実施形態のマニピュレータ１
０の効果を、以下にまとめる。本実施形態のマニピュレ
ータ１０は、サーボモータ３２及びサーボアンプ３３か
らなるアンプ一体型サーボモータ２０が、マニピュレー
タ本体１１内に内蔵されている構成を採用した。この構
成によれば、サーボモータ３２及びサーボアンプ３３
が、マニピュレータ本体１１と一体になっているので、
予め工場内でサーボモータ３２とサーボアンプ３３との
間の配線接続を済ませておくことができる。これによ
り、例えば図６に示すＡＧＶ車体５０に対して容易に搭
載することができるようになる。

【００２６】すなわち、この場合のマニピュレータ１０
の取り付けは、ＡＧＶ車体５０側に搭載されたコントロ
ーラ５１からの配線５１ａと、電源装置からの配線と
を、２つのコネクタ５１ｂを介して接続した後、取付フ
ランジ１１ｃをＡＧＶ車体５０側にボルト固定するだけ
で完了する。このように、ＡＧＶ車体５０側にアンプを
搭載したり、多数本の長い配線接続を行わずに済むの
で、マニピュレータ１０の搭載は容易となっている。な
おかつ、サーボモータ３２及びサーボアンプ３３間の距
離を最短距離とすることができるので、両者間の配線長
さを最短とすることもでき、ここからノイズが入り込ん
で適切な制御ができなくなる恐れを防止することも可能
となっている。

【００２７】また、本実施形態のマニピュレータ１０
は、各サーボアンプ３３に、電源ユニット３３ｘが含ま
れている構成を採用した。この構成によれば、サーボア
ンプ３３と電源ユニット３３ｘとの間の距離を最短とす
ることができるので、両者間の配線長さを最短とするこ
とが可能となる。また、本実施形態のマニピュレータ
は、そのマニピュレータ本体１１が、複数の関節部１１
ｂを備え、これら各関節部１１ｂ毎に、サーボモータ３
２及びサーボアンプ３３を備え、これらサーボアンプ３
３間と、これらサーボアンプ３３のうちの１台及び前記
コントローラ間とを、それぞれ、高速シリアル通信ＬＡ
Ｎ１００で接続する構成を採用した。この構成によれ
ば、従来のアナログ配線に比較して、その接続本数を大
幅に減らすことができ、省線化することが可能となる。

【００２８】なお、上記実施形態では、関節数が３個所
の場合を例に説明したが、これに限らず、２個所以下、
もしくは４個所以上としても良いことは勿論である。ま
た、図６の例では、本実施形態のマニピュレータ１０を
ＡＧＶ車体５０に対して搭載する場合を例に説明した
が、これに限らず、その他の装置に搭載してもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載のマニピュレー
タは、サーボモータ及びサーボアンプが、マニピュレー
タ本体内に内蔵されている構成を採用した。この構成に
よれば、サーボモータ及びサーボアンプは、マニピュレ
ータ本体と一体になっているので、予め工場内でサーボ
モータとサーボアンプとの間の配線接続を済ませてお
き、取り付けの際における配線作業を省略することがで
きるようになる。したがって、脱着に要する手間及びコ
ストを削減することが可能となる。なおかつ、サーボモ
ータ及びサーボアンプ間の距離を最短距離とすることが
できるので、両者間の配線長さを最短とすることもでき
るようになる。

【００３０】また、請求項２に記載のマニピュレータ
は、請求項１に記載のマニピュレータにおいて、サーボ
アンプに、電源ユニットが含まれている構成を採用し
た。この構成によれば、サーボアンプと電源ユニットと
の間の距離を最短とすることができるので、両者間の配
線長さを最短とすることが可能となる。

【００３１】また、請求項３に記載のマニピュレータ
は、請求項１または請求項２に記載のマニピュレータに
おいて、コントローラとサーボアンプとの間を、高速シ
リアル通信網で接続する構成を採用した。この構成によ
れば、従来のアナログ配線に比較して、その接続本数を
大幅に減らすことができ、省線化することが可能とな
る。

【００３２】また、請求項４に記載のマニピュレータ
は、請求項１または請求項２に記載のマニピュレータに
おいて、マニピュレータ本体に、関節部が複数備えら
れ、これら各関節部毎に、サーボモータ及びサーボアン
プを備え、これらサーボアンプ間と、これらサーボアン
プのうちの少なくとも１台及びコントローラ間とを、そ
れぞれ、高速シリアル通信網で接続する構成を採用し
た。この構成によれば、従来のアナログ配線に比較し
て、その接続本数を大幅に減らすことができ、省線化す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマニピュレータの一実施形態を示す
図であって、内部構造を説明するための説明図である。

【図２】同マニピュレータで用いされるアンプ一体型
サーボモータを示す斜視図である。

【図３】同アンプ一体型サーボモータを複数備えて高
速シリアル通信ＬＡＮで配線接続した場合の一例を示す
説明図である。

【図４】同アンプ一体型サーボモータを複数備えて高
速シリアル通信ＬＡＮで配線接続した場合の他の例を示
す説明図である。

【図５】同アンプ一体型サーボモータを複数備えて高
速シリアル通信ＬＡＮで配線接続した場合の他の例を示
す説明図である。

【図６】本発明のマニピュレータをＡＧＶに搭載した
場合を示す側面図である。

【図７】従来のマニピュレータをＡＧＶに搭載した場
合を示す側面図である。

【符号の説明】

１０・・・マニピュレータ１１・・・マニピュレータ本体１１ｂ・・・関節部３２・・・サーボモータ３３・・・サーボアンプ３３ｘ・・・電源ユニット５１・・・コントローラ１００・・・高速シリアル通信ＬＡＮ（高速シリアル通信
網）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大西献兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内Ｆターム(参考） 3C007 AS11 AS13 CY02 JS06 JS07 MT00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マニピュレータ本体における関節部の折
曲動作等を行うサーボモータと、該サーボモータを制御
するサーボアンプとが、前記マニピュレータ本体内に内
蔵されていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２】請求項１に記載のマニピュレータにおい
て、前記サーボアンプには、電源ユニットが含まれているこ
とを特徴とするマニピュレータ。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のマニピ
ュレータにおいて、前記サーボアンプに制御指示を与えるコントローラと、
前記サーボアンプとの間が、高速シリアル通信網で接続
されていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載のマニピ
ュレータにおいて、前記マニピュレータ本体には、前記関節部が複数備えら
れ、これら各関節部毎に、前記サーボモータ及び前記サ
ーボアンプが備えられ、これらサーボアンプ間と、これらサーボアンプのうちの少なくとも１台及び、これ
らサーボアンプのそれぞれに制御指示を与えるコントロ
ーラの間とが、それぞれ、高速シリアル通信網で接続さ
れていることを特徴とするマニピュレータ。