JP2018187710A

JP2018187710A - 多関節型ロボット

Info

Publication number: JP2018187710A
Application number: JP2017091802A
Authority: JP
Inventors: 瞬中澤; Shun Nakazawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2018-11-29

Abstract

【課題】関節部を回動させる駆動モータを効率よく冷却することができる、多関節型ロボットを提供する【解決手段】多関節型ロボットは、複数のロボットフレーム１１，１２，１３，１４の間に設けられる複数の関節部４１，４２，４３，４４と、当該複数の関節部を駆動する複数の駆動モータ３１，３２，３３，３４とを備える。ロボットフレーム１１，１２，１３，１４の内部には空洞部２１，２２，２３，２４が形成されると共に、当該空洞部には冷媒が流通する冷媒配管５１が設けられる。駆動モータ３１，３２，３３，３４の近傍の冷媒配管５１には、駆動モータ３１，３２，３３，３４に向けて開口する開口部５４，５５，５６，５３が設けられる。冷媒配管５１の開口部５４，５５，５６，５３に接続される流入口７５を有すると共に駆動モータ３１，３２，３３，３４を覆うモータカバー７１，７２，７３，７４が設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、多関節型ロボットに係り、特に多関節型ロボットの駆動モータの冷却構造に関する。

従来の産業用の多関節型ロボットでは、ロボットフレーム間の接続部分を互いに回動可能な関節部によって接続し、当該関節部に取り付けた駆動モータによってロボットフレームを回動させる。駆動モータによってロボットフレームを回動させる際には、駆動モータが発熱する。特許文献１には、中空形状のロボットフレーム内に可撓性のエアホースを設け、当該エアホースから冷却空気を駆動モータに向けて噴出させることによって、駆動モータを冷却する発明が記載されている。

特開平７−２４６５８７号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、エアホースから噴出された冷却空気は、ロボットフレーム端部の駆動モータ周辺の狭い空間よりも、ロボットフレーム中央部の広い空間により拡散しやすいため、駆動モータを効率よく冷却することができないという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、関節部を回動させる駆動モータを効率よく冷却することができる、多関節型ロボットを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る多関節型ロボットは、複数の構成要素の間に設けられる複数の関節部と、当該複数の関節部を駆動する複数の駆動モータとを備える、多関節型ロボットであって、構成要素の内部には空洞部が形成されると共に、当該空洞部には冷媒が流通する配管が設けられ、駆動モータの近傍の配管には、駆動モータに向けて開口する開口部が設けられ、配管の開口部に接続される流入口を有すると共に駆動モータを覆うカバー部材を備える。

また、本発明は、複数の構成要素の間に設けられる複数の関節部と、当該複数の関節部を駆動する複数の駆動モータとを備える、多関節型ロボットであって、構成要素の内部には空洞部が形成されると共に、当該空洞部には冷媒が流通する配管が設けられ、流入口および排出口を有すると共に駆動モータを覆うカバー部材が設けられ、ある配管の出口開口部がカバー部材の流入口に接続されると共に、カバー部材の排出口が別の配管の入口開口部に接続されることが繰り返される。

本発明に係る多関節型ロボットによれば、関節部を回動させる駆動モータを効率よく冷却することができる。

本発明の実施の形態１に係る多関節型ロボットの平断面図である。本発明の実施の形態１に係るモータカバーの詳細を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係るモータカバーの構成を示す図である。本発明の実施の形態２に係るモータカバーの構成を示す図である。本発明の実施の形態３に係るモータカバーの構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る多関節型ロボットの平断面図である。

多関節型ロボットは、ロボットベース１１と、ロボットフレーム１２，１３，１４と、ハンド１５と、駆動モータ３１，３２，３３，３４とを備えている。

ロボットベース１１は箱型形状であり、その内部には空洞部２１が形成されている。ロボットベース１１の上面には、当該上面に垂直な回転軸の回りに回動可能な第１ロボットフレーム１２の一端が支持されており、ロボットベース１１と第１ロボットフレーム１２との間には関節部４１が形成されている。

第１ロボットフレーム１２の内部には、空洞部２２が形成されている。空洞部２２の下部には、駆動モータ３１が収容されている。駆動モータ３１は、ロボットベース１１に対して、第１ロボットフレーム１２を回動させる。

また、空洞部２２の上部には、駆動モータ３２の一部が配置されている。第１ロボットフレーム１２の上部には、当該第１ロボットフレーム１２の紙面と垂直の方向に伸びる回転軸の回りに回動可能な第２ロボットフレーム１３の一端が支持されており、第１ロボットフレーム１２と第２ロボットフレーム１３との間には関節部４２が形成されている。駆動モータ３２は、第１ロボットフレーム１２に対して、第２ロボットフレーム１３を回動させる。

第２ロボットフレーム１３の内部には、空洞部２３が形成されている。空洞部２３の一端には、駆動モータ３２の一部が収容されており、空洞部２３の他端には、駆動モータ３３の一部が収容されている。また、第２ロボットフレーム１３の他端には、当該第２ロボットフレーム１３の紙面と垂直の方向に伸びる回転軸の回りに回動可能な第３ロボットフレーム１４の一端が支持されており、第２ロボットフレーム１３と第３ロボットフレーム１４との間には関節部４３が形成されている。駆動モータ３３は、第２ロボットフレーム１３に対して、第３ロボットフレーム１４を回動させる。

第３ロボットフレーム１４の内部には空洞部２４が形成されている。空洞部２４の一端には、駆動モータ３３の一部が収容されており、空洞部２４の他端には、駆動モータ３４が収容されている。また、第３ロボットフレーム１４の他端には、当該第３ロボットフレームの紙面と平行な回転軸の回りに回動可能なハンド１５が支持されている。駆動モータ３４は、第３ロボットフレーム１４に対して、ハンド１５を回動させる。

ロボットベース１１の空洞部２１、第１ロボットフレーム１２の空洞部２２、第２ロボットフレーム１３の空洞部２３、および第３ロボットフレーム１４の空洞部２４には、冷却空気等の冷媒が内部を流通する可撓性の冷媒配管５１が配置されている。冷媒配管５１の入口開口部５２は、ロボットベース１１に設けられた吸気口６１に接続されており、冷媒配管５１の出口開口部５３は、駆動モータ３４を覆う筒状のモータカバー７４の流入口に接続されている。

ロボットベース１１内に位置する駆動モータ３１の近傍の冷媒配管５１には、駆動モータ３１に向けて開口する開口部５４が設けられており、開口部５４は分岐管８１を介して駆動モータ３１を覆う筒状のモータカバー７１の流入口に接続されている。モータカバー７１は、熱伝導率および強度が高い金属、例えばアルミ等で構成することが好ましい。

図２に詳細に示されるように、冷媒配管５１の開口部５４とモータカバー７１の流入口７５とは分岐管８１によって接続されており、モータカバー７１の端部はロボットベース１１の内壁に固定されている。モータカバー７１の固定方法としては、溶接や接着、あるいはネジ止め等が考えられる。また、カバー内を流通する冷媒が駆動モータ３１のエンコーダカバーに直接当たるように、モータカバー７１の位置および向きを調整することが好ましい。

また、モータカバー７１の端部には、冷媒配管５１の開口部５４から分岐管８１を通ってカバー内に流入した冷媒をカバー外に排出するための排出口７６が設けられている。また、分岐管８１の途中には、冷媒配管５１からモータカバー７１内に流入する冷媒量を調整するための電磁弁８２が設けられている。また、冷媒配管５１および分岐管８１の外側は、断熱部材８３によって覆われている。さらに、モータカバー７１の排出口７６の近傍には、カバー外に排出される冷媒の温度を測定するための温度センサ８４が設けられている。

また、図３に詳細に示されるように、モータカバー７１の内側には、当該モータカバー７１から駆動モータ３１に向けて、乱流促進構造７７が設けられている。乱流促進構造７７を設ける方法としては、円錐形状の突起を溶接や接着、あるいはネジ止め等によってカバーに固定する方法や、モータカバー７１の内側表面に切り起し曲げ加工を施す等の方法が考えられる。

上記と同様の構成によって、駆動モータ３２のモータカバー７２、駆動モータ３３のモータカバー７３、および駆動モータ３４のモータカバー７４が形成されている。また、多関節型ロボットの動作時に冷媒配管５１が動くことを防止するために、冷媒配管５１は、各空洞部２１，２２，２３，２４の壁面に、図示しない固定具によって固定されている。

冷媒配管５１への冷媒の供給は、ロボットベース１１に設けられた吸気口６１から行われる。冷媒の供給方法としては、吸気口６１にファンを取り付ける方法や、ロボットの外部にエアーコンプレッサを取り付ける方法等が考えられる。前者の場合には、ファンから粉塵等が流入するのを防ぐため、吸気口６１にフィルターを取り付けることが好ましい。また、後者の場合には、一台のエアーコンプレッサによって複数台のロボットに冷媒を供給するようにすれば、エアーコンプレッサを共有化することができる。

入口開口部５２から冷媒配管５１内に冷媒が供給されると、冷媒配管５１内を流通する冷媒の一部が各開口部５４，５５，５６，５３から、各駆動モータ３１，３２，３３，３４に向かって噴出し、各駆動モータ３１，３２，３３，３４の表面に接触しながら流れて、各駆動モータ３１，３２，３３，３４が冷却される。

各駆動モータ３１，３２，３３，３４から熱を奪った冷媒は、モータカバー７１，７２，７３，７４の各排出口から排出され、空洞部２４、空洞部２３、空洞部２２、空洞部２１を通り、ロボットベース１１の排気口６２からロボットの外部に排出される。この際、粉塵等が流入するのを防ぐため、排気口６２にフィルターを取り付けることが好ましい。

以上説明したように、本発明に係る多関節型ロボットでは、各駆動モータ３１，３２，３３，３４の近傍の冷媒配管５１には、駆動モータに向けて開口する開口部５４，５５，５６，５３が設けられ、当該開口部に分岐管を介して接続されると共に駆動モータを覆うモータカバー７１，７２，７３，７４を備えている。これにより、駆動モータに向かって噴出する冷媒が駆動モータを離れて拡散することがなくなるため、駆動モータを効率よく冷却することができる。

また、各モータカバー７１，７２，７３，７４には、冷媒配管５１の開口部から分岐管を介してカバー内に流入した冷媒をカバー外に排出する排出口７６が設けられている。これにより、駆動モータの熱を奪って温度上昇した冷媒が再び冷媒配管に入ることがなく、冷媒配管の入口から出口までほぼ均一な温度の冷媒が流れるため、駆動モータをさらに効率よく冷却することができる。

また、各モータカバーの排出口７６の付近には温度センサ８４が設けられると共に、カバー内に流入する冷媒量を調整する電磁弁８２が設けられている。これにより、駆動モータの発熱状況を温度センサで検知し、電磁弁によって冷媒の供給量を調整することで、駆動モータをさらに効率よく冷却することができる。

また、各モータカバーの内側に乱流促進構造７７が設けられていることにより、カバー内を流れる冷媒に渦が発生するため、駆動モータをさらに効率よく冷却することができる。

また、各モータカバーがロボットベース１１またはロボットフレーム１２，１３，１４に固定されていることにより、駆動モータから冷媒を介してモータカバーに移った熱を、ロボットベースまたはロボットフレームに効率的に放熱させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、モータカバー７１の内側には乱流促進構造７７が設けられていたが、乱流促進構造７７に代えて、図４に示されるように、モータカバー２７１の内側に冷却フィン２０４とリブ２０５を設けてもよい。これにより、駆動モータ３１からリブ２０５、モータカバー２７１へと伝わった熱が冷却フィン２０４に伝熱し、モータカバー２７１内を流れる冷媒に放熱されるため、駆動モータ３１の放熱面積が実質的に拡大して冷却性能が向上する。なお、冷却フィン２０４の形状は、櫛型、波型、角柱、円柱等でもよい。また、櫛形ストレートフィンを軸方向で分割して千鳥状に配置してもよい。

実施の形態３．
実施の形態２では、モータカバー２７１の各リブ２０５の先端は独立しているが、図５に示されるように、モータカバー３７１の内側に冷媒流路孔３０６とリブ３０５を設けてもよい。このような構造にしても、駆動モータ３１からモータカバー３７１へと伝わった熱が、モータカバー３７１の冷媒流路孔３０６内を流れる冷媒に放熱されるため、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

その他の実施の形態．
実施の形態１〜３では、ロボットベースまたはロボットフレームとモータカバーとを個別に成形して接合していたが、ロボットベースまたはロボットフレームとモータカバーとを一体成形するようにしてもよい。これにより、ロボットベースまたはロボットフレームに対してモータカバーを接合する工程が不要になり、組立が容易になる。なお、一体成形の方法としては、鋳造やダイキャスト等が考えられる。

実施の形態２では、冷却フィン２０４はモータカバー２７１の内側にのみ設けられていたが、モータカバー２７１の外側にも冷却フィンを設けるようにしてもよい。これにより、ロボットフレームの空洞部を流れる冷媒がモータカバーの外側にも流れるため、駆動モータをさらに効率よく冷却することができる。

実施の形態１〜３において、ロボットフレームの内側にも冷却フィンを設けてもよい。その場合、駆動モータの熱はモータカバーを介してロボットフレームに伝熱し、ロボットフレームの内側の冷却フィンに伝熱する。これにより、ロボットフレームの空洞部を流れる冷媒がロボットフレームの内壁の冷却フィンに流れて放熱されるため、駆動モータをさらに効率よく冷却することができる。

実施の形態１〜３では、冷媒配管を分岐管によって分岐させ、各駆動モータに冷媒を供給していたが、冷媒配管を分岐させずに、ある冷媒配管の出口開口部をモータカバーの流入口に直接接続し、当該モータカバーの排出口を別の冷媒配管の入口開口部に接続することを繰り返すことによって、各駆動モータを冷却するようにしてもよい。これにより、冷媒配管を分岐管によって分岐させる必要がなくなり、装置の構成を単純化することができる。

１１ロボットベース（構成要素）、１２，１３，１４ロボットフレーム（構成要素）、２１，２２，２３，２４空洞部、３１，３２，３３，３４駆動モータ、４１，４２，４３，４４関節部、５１冷媒配管（配管）、５２入口開口部、５３出口開口部（開口部）、５４，５５，５６開口部、７１，７２，７３，７４，２７１，３７１モータカバー（カバー部材）、７７乱流促進構造、８１分岐管、８２電磁弁（調節弁）、８３断熱部材、８４温度センサ、２０４フィン、２０５リブ、３０５リブ、３０６冷媒流路孔。

Claims

複数の構成要素の間に設けられる複数の関節部と、該複数の関節部を駆動する複数の駆動モータとを備える、多関節型ロボットであって、
前記構成要素の内部には空洞部が形成されると共に、該空洞部には冷媒が流通する配管が設けられ、
前記駆動モータの近傍の前記配管には、前記駆動モータに向けて開口する開口部が設けられ、
前記配管の前記開口部に接続される流入口を有すると共に前記駆動モータを覆うカバー部材を備える、多関節型ロボット。
前記カバー部材には、前記配管の前記開口部から該カバー部材の内部に流入した冷媒を該カバー部材の外部に排出する排出口が設けられる、請求項１に記載の多関節型ロボット。
前記配管の前記開口部と前記カバー部材の前記流入口とを接続する分岐管をさらに備える、請求項１または２に記載の多関節型ロボット。
前記配管および前記分岐管の外側を覆う断熱部材をさらに備える、請求項３に記載の多関節型ロボット。
前記カバー部材の前記排出口の付近には温度センサが設けられると共に、前記カバー部材の内部に流入する冷媒量を調整する調整弁をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の多関節型ロボット。
前記カバー部材は、前記構成要素に固定される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の多関節型ロボット。
前記カバー部材の内側には、乱流促進構造が設けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の多関節型ロボット。
前記カバー部材の内側には、フィンおよびリブが設けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の多関節型ロボット
前記カバー部材の内側には、冷媒流路孔およびリブが設けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の多関節型ロボット。
複数の構成要素の間に設けられる複数の関節部と、該複数の関節部を駆動する複数の駆動モータとを備える、多関節型ロボットであって、
前記構成要素の内部には空洞部が形成されると共に、該空洞部には冷媒が流通する配管が設けられ、
流入口および排出口を有すると共に前記駆動モータを覆うカバー部材が設けられ、
ある配管の出口開口部が前記カバー部材の前記流入口に接続されると共に、前記カバー部材の前記排出口が別の配管の入口開口部に接続されることが繰り返される、多関節型ロボット。