可動ユニットおよびそれを備えたロボット

【課題】ベース部と可動ユニットとの間、あるいは可動ユニット間での配線が不要で、可動ユニットの動きが制限されず、可動ユニットの交換が容易で、大電力を伝送できる可動ユニットおよびそれを用いたロボットを提供すること。
【解決手段】可動アーム２０を駆動する駆動力を利用して、可動アーム２０で必要な電力の発電を行うので、可動アーム２０への配線を不要にできる。また、配線がないので、可動アーム２０の交換を容易にできる。さらに、駆動力を利用して機械的に発電を行うので大電力を伝送できる。したがって、可動アーム２０の動きが制限されず、可動アーム２０の交換が容易で、ベース部１０と可動アーム２０間で大電力を伝送できる可動アーム２０を得ることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの駆動力を受けて動作する可動ユニットおよびそれを備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットは、人の代わりになんらかの作業を行う装置であり、可動ユニットを備えている。可動ユニットは、例えば、駆動ユニットとしてのベース部に設けられた動力源からの駆動力を受けて動作し作業を行う。
また、可動ユニットに、別の可動ユニットを接続して、多関節ロボットが構成される。
この場合、可動ユニットに別の可動ユニットを動作させるための動力源が設けられる。
可動ユニットには、作業用ユニット、例えばレーザユニット、溶接ユニット、作業用ハンド等が取り付けられる。
ここで、可動ユニットに設けられた動力源、作業用ユニット等への電力の供給が必要となる。電力を供給するための配線は、ベース部と可動ユニットとの間、あるいは可動ユニット間に設けられ、外部に露出されて設けられたり、ベース部としての固定ベースと可動ユニットとしてのアームとの間、あるいはアーム間をつなぐ連結軸の中を通されたりする（例えば、特許文献１参照）。
また、高周波電磁誘導により無接触で電力供給を行う構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３６６５８号公報（９頁、段落番号［００４１］、図２）
【特許文献２】特開平６−６９９３号公報（４頁〜５頁、段落番号［００２６］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ベース部と可動ユニットとの間、あるいは可動ユニット間に配線を設けた場合、可動ユニットの回転運動の回転範囲が制限されたり、可動ユニットの動作により配線に繰り返し力がかかり、経年変化によって配線が劣化したりする。
また、配線をベース部と可動ユニットとの間、あるいは可動ユニット間をつなぐ連結軸の中に配線を通した場合、可動ユニットの交換が容易でなくなる。
さらに、無接触で電力供給を行う場合、伝送損失が大きいため、大電力を伝送することが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］
外部からの駆動力を受けて動作する可動ユニットであって、発電手段と、前記可動ユニットを動作する可動手段と、前記駆動力の伝達先を、前記発電手段または前記可動手段のうち少なくとも一方に切り替える切替手段と、前記切替手段の制御を行う制御手段と、前記発電手段によって発電された電力を蓄える蓄電手段とを備えたことを特徴とする可動ユニット。
【０００７】
この適用例によれば、可動ユニットを駆動する駆動力を利用して、可動ユニットで必要な電力の発電を行うので、可動ユニットへの配線が不要となる。また、配線がないので、可動ユニットの交換が容易になる。さらに、駆動力を利用して機械的に発電を行うので大電力が伝送される。したがって、可動ユニットの動きが制限されず、可動ユニットの交換が容易で、ベース部と可動ユニットとの間、あるいは可動ユニット間で大電力を伝送できる可動ユニットが得られる。
【０００８】
［適用例２］
上記可動ユニットであって、接続された別の可動ユニットを動作させるための動力源を備えたことを特徴とする可動ユニット。
この適用例では、可動ユニットが動力源を備えているので、接続された別の可動ユニットを動作でき、複数の可動ユニットを組み合わせた可動ユニットが得られる。したがって、可動ユニットの複雑な動きが可能になる。
【０００９】
［適用例３］
上記可動ユニットであって、前記動力源は、前記発電手段若しくは前記蓄電手段から電力を供給されて駆動されるまたは前記駆動力によって機械的に駆動されることを特徴とする可動ユニット。
この適用例では、動力源が発電手段若しくは蓄電手段から電力を供給されて駆動されるか、駆動力によって機械的に駆動されるので、可動ユニット外部から動力源への配線等が不要になる。
【００１０】
［適用例４］
上記可動ユニットであって、通信手段を備えていることを特徴とする可動ユニット。
この適用例では、通信手段によって可動ユニットの制御が行える可動ユニットが得られる。
【００１１】
［適用例５］
上記可動ユニットであって、前記通信手段は、無線通信であることを特徴とする可動ユニット。
この適用例では、無線通信手段によって可動ユニットの制御が行えるので、可動ユニットの動きがより制限されない可動ユニットが得られる。
【００１２】
［適用例６］
駆動力を発生する動力源を備えた駆動ユニットと、上記可動ユニットを１つまたは複数備えたことを特徴とするロボット。
【００１３】
この適用例によれば、前述の効果を達成できるロボットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態におけるロボット１００を示す概略図である。
図１において、ロボット１００は、ベース部１０と可動ユニットとしての可動アーム２０と作業ユニット３０とを備えている。
ベース部１０は、基台１に固定されている。可動アーム２０の一端は、ベース部１０に取り付けられ、実線矢印で示した回転方向に可動可能となっている。一方、可動アーム２０の他端には、作業ユニット３０が取り付けられている。
【００１５】
図２に、本実施形態におけるロボット１００のブロック図を示した。
図２において、ベース部１０は、動力源１１を備えている。動力源１１は、ベース部１０に固定部１１１によって固定されている。
動力源１１には、モータ等を用いることができる。モータは、回転運動をするものであってもよいし、直線運動をするものであってもよい。本実施形態では、駆動回転軸１２によって回転運動をしている。
【００１６】
可動アーム２０は、発電手段２１と可動手段２２と切替手段２３と変速機２４と制御手段２５と蓄電手段２６と電源２７とを備えている。
動力源１１による駆動力は、駆動回転軸１２によって可動アーム２０の切替手段２３に伝えられ、切替手段２３によって発電手段２１または可動手段２２のうち少なくとも一方に伝達されている。以下、本実施形態も含め他の実施形態のおいても、駆動力の伝達経路を斜線で示した。駆動力は、回転軸等によって機械的に伝達されている。
本実施形態では、発電手段２１に伝達された駆動力は、発電手段２１に直接伝達されず変速機２４を介して発電手段２１に伝達されている。変速機２４は、発電手段２１の回転数を調節するためのもので、回転数を上げるとより大きな電力が取り出せる。
【００１７】
変速機２４は、動力源１１と発電手段２１との間であれば、どの位置に設けられていてもよい。例えば、切替手段２３と変速機２４の繋がり方については、切替手段２３の前に変速機２４があってもよい。また、動力源１１自体が変速機機能を内蔵していてもよい。
【００１８】
可動手段２２に伝達された駆動力は、可動アーム２０を動作させる。可動手段２２は、可動アーム２０に固定部２２１によって固定されている。
【００１９】
以下に、可動手段２２および切替手段２３について図２および図３を用いて詳しく説明する。
図３に、可動手段２２および切替手段２３の一例を概略図で示した。
図３（ａ）は、駆動力が図２に示した変速機２４を介して発電手段２１に伝達されている場合を、図３（ｂ）は、駆動力が可動手段２２および図２に示した発電手段２１に伝達されている場合を示している。
【００２０】
図３において、切替手段２３は、回転板２１１と可動クラッチ２１２とを備えている。可動クラッチ２１２は、図中に示した実線矢印方向に可動可能となっている。
回転板２１１は、駆動回転軸１２に固定され、駆動回転軸１２とともに回転する。
可動クラッチ２１２は、可動手段２２と連結しており、可動手段２２は、可動アーム２０に固定部２２１によって固定されている。
【００２１】
図３（ａ）において、回転板２１１と可動クラッチ２１２とは接触していない状態である。したがって、可動クラッチ２１２は動作せず、駆動回転軸１２による駆動力は、変速機２４を介して発電手段２１に伝達されている。
図３（ｂ）において、回転板２１１と可動クラッチ２１２とは接触した状態である。したがって、駆動回転軸１２による駆動力は、発電手段２１の他、可動手段２２にも伝達されている。可動手段２２と可動アーム２０とは固定されているので、可動手段２２が駆動力を受けることにより、可動アーム２０が動作する。
駆動回転軸１２による駆動力の伝達先は、可動クラッチ２１２を実線矢印方向に可動することによって切り替えることができる。
【００２２】
図２において、切替手段２３および変速機２４の制御は、制御手段２５によって行う。制御を行う関係は、破線矢印で示した。
可動クラッチ２１２の動きは、制御手段２５によって制御されている。
図３において、可動アーム２０を動作させたい時には、可動クラッチ２１２を回転板２１１に向かって移動させ、回転板２１１と可動クラッチ２１２とを接触させる。それ以外の時には、回転板２１１と可動クラッチ２１２とを接触させないでおく。
例えば、可動アーム２０を所定の角度回転させたいときは、所定の角度回転させる時だけ回転板２１１と可動クラッチ２１２とを接触させればよい。
また、可動アーム２０を制止させておく場合は、例えば、切替手段２３と連動して、ベース部１０（図１および図２参照）と可動アーム２０とを固定する図示しないストッパーを、可動アーム２０の外表面に設定することも可能である。即ち、切替手段２３が図３（ａ）の時は、ストッパーは、ベース部１０に可動アーム２０を固定し、切替手段２３が図３（ｂ）の時は、ストッパーは、ベース部１０から可動アーム２０を開放させる。
基本的には、回転板２１１と可動クラッチ２１２との接触にかかわらず、動力源１１は連続して動作していて、常に駆動回転軸１２は回転しており、発電手段２１は常時発電している。
【００２３】
図２において、発電手段２１で得られた電力は、蓄電手段２６に蓄えられ、蓄電手段２６から電源２７に供給されている。蓄電手段２６としては、コンデンサ、バッテリ等を用いることができる。
可動アーム２０内の発電手段２１で生じた電力は、一旦蓄電手段２６で蓄電されると共に、電源回路により必要とする電圧レベルに変換して可動アーム２０内の電源２７として使用する。電源２７から、制御手段２５および作業ユニット３０に必要な電力が供給される。
作業ユニット３０としては、レーザユニット、溶接ユニット等を用いることができる。
【００２４】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）可動アーム２０を駆動する駆動力を利用して、可動アーム２０で必要な電力の発電を行うので、可動アーム２０への配線を不要にできる。また、配線がないので、可動アーム２０の交換を容易にできる。さらに、駆動力を利用して機械的に発電を行うので大電力を伝送できる。したがって、可動アーム２０の動きが制限されず、可動アーム２０の交換が容易で、ベース部１０と可動アーム２０間で大電力を伝送できる可動アーム２０を得ることができる。
【００２５】
（２）前述の効果を達成できるロボット１００が得られる。
【００２６】
（第２実施形態）
図４に、本実施形態におけるロボット１００のブロック図を示した。外形は、図１に示した第１実施形態と同様である。第１実施形態と同じ構成要素には、第１実施形態と同じ符号を付した。
本実施形態は、第１実施形態と同様にベース部１０と可動ユニットとしての可動アーム２０と作業ユニット３０とを備えている。
第１実施形態と比較して、ベース部１０と可動アーム２０とに、それぞれ無線Ｉ／Ｏ１３，２８を有している点が主に異なる。
【００２７】
図４において、ベース部１０内には第１の電源１４があり、これは蓄電型の電源であっても、外部から供給される電源であってもよい。この第１の電源１４により、ベース部１０内の動力源１１となるモータを回転させる。
また、第１の電源１４はベース部１０内の第１の制御手段１５と無線Ｉ／Ｏ１３を動作させる。第１の制御手段１５は、動力源１１の動作に関する制御を行うととともに、第１の制御手段１５のコマンド及びデータを外部とやり取りするための無線Ｉ／Ｏ１３に必要とするデータを送受する。
【００２８】
ベース部１０から伝達された駆動力は、第１実施形態と同様に、可動アーム２０内の切替手段２３によって可動手段２２に伝達されて可動アーム２０を回転させる。また、変速機２４を介して、可動アーム２０の発電手段２１に伝達されている。
発電手段２１で生じた電力は、一旦蓄電手段２６で蓄電されると共に、電源回路により必要とする電圧レベルに変換して可動アーム２０内の第２の制御手段２５、および、無線Ｉ／Ｏ２８の第２の電源２７として使用される。第２の制御手段２５により、切替手段２３および変速機２４の制御を行う。
【００２９】
可動アーム２０に設けられた無線Ｉ／Ｏ２８は、外部とのデータ及びコマンドの授受を行い、ベース部１０の無線Ｉ／Ｏ１３と通信を行う。したがって、第１の制御手段１５により、第２の制御手段２５を操作することができ、結果として、第１の制御手段１５により可動アーム２０内の切替手段２３、変速機２４および作業ユニット３０を制御することができる。
【００３０】
図５に、無線Ｉ／Ｏ１３，２８付近のブロック図を示した。
無線Ｉ／Ｏ１３，２８は、基本的にはBluetooth（登録商標）、ZigBee（登録商標）等で知られている近距離無線システム用のＩＣ部品であるｒｆ回路１３１，２８１とセラミック等で構成されるチップアンテナ１３２，２８２などで構成すればよい。
第１の制御手段１５および第２の制御手段２５は、それぞれコントローラ１５１，２５１およびデータＩ／Ｏ１５２，２５２を備えている。データＩ／Ｏ１５２，２５２から、それぞれ無線Ｉ／Ｏ１３，２８にデータが送られる。
【００３１】
本実施形態によれば、前述の効果に加え以下の効果がある。
（３）無線Ｉ／Ｏ１３，２８によって可動アーム２０の制御が行える可動アーム２０を得ることができる。
【００３２】
（４）無線Ｉ／Ｏ１３，２８によって可動アーム２０の制御が行えるので、配線をより少なくでき、可動アーム２０の動きがより制限されない可動アーム２０を得ることができる。
【００３３】
（第３実施形態）
図６は、本実施形態におけるロボット２００を示す概略図である。
第３実施形態は、第２実施形態にさらに第２の可動アーム４０を加えた形態である。
図６において、ロボット２００は、ベース部１０と可動ユニットとしての可動アーム２０と第２の可動アーム４０と作業用ハンド５０とを備えている。第１実施形態と同じ構成要素には第１実施形態と同じ符号を付した。
第２の可動アーム４０の一端は、可動アーム２０に対して図中矢印で示す方向に回転可能に設けられている。
第２の可動アーム４０の他端には、作業用ハンド５０が設けられている。
【００３４】
図７に、本実施形態におけるロボット２００のブロック図を示した。
可動アーム２０内には第２の動力源２９が装着され、可動アーム２０内の第２の電源２７から供給された電力により駆動する。その駆動については、第２の制御手段２５により制御される。
【００３５】
第２の可動アーム４０は、第２実施形態に示した可動アーム２０と同様に、第２の可動手段４２と第２の切替手段４３と第２の変速機４４と第２の発電手段４１と第３の制御手段４５と第２の蓄電手段４６と第３の電源４７と無線Ｉ／Ｏ４８とを備えている。
可動アーム２０内の第２の動力源２９により第２の可動アーム４０へ動力が伝達され、第２の可動アーム４０の動作、さらには第２の可動アーム４０で使用する電力が第２の発電手段４１で発電される。第２の発電手段４１で生じた電力は、一旦第２の蓄電手段４６で蓄電されると共に、電源回路により必要とする電圧レベルに変換して第２の可動アーム４０内の第３の制御手段４５、無線Ｉ／Ｏ４８の第３の電源４７として使用される。
無線Ｉ／Ｏ４８は、可動アーム２０の無線Ｉ／Ｏ２８またはベース部１０の無線Ｉ／Ｏ１３と通信することにより、第１の制御手段１５または第２の制御手段２５により、第２の可動アーム４０の動作を制御することが可能となる。
【００３６】
本実施形態によれば、前述の効果に加え以下の効果がある。
（５）可動アーム２０が第２の動力源２９を備えているので、第２の可動アーム４０を駆動でき、可動アーム２０と第２の可動アーム４０とを組み合わせた可動ユニットを得ることができる。したがって、可動ユニットの複雑な動きを可能にできる。
【００３７】
（６）第２の動力源２９が発電手段２１若しくは蓄電手段２６から電力を供給されて駆動するので、可動アーム２０外部から第２の動力源２９への配線等を不要にできる。
【００３８】
（第４実施形態）
図８に、本実施形態におけるロボット２００のブロック図を示した。
第４実施形態は、第３実施形態における可動アーム２０内で、動力源１１から伝達された駆動力を変速機２４を介して第２の動力源２９に機械的に伝達する形態である。
例えば、回転軸２４１によって変速機２４から第２の動力源２９に機械的に駆動力を伝達することができる。
【００３９】
本実施形態によれば、前述の効果に加え以下の効果がある。
（７）第２の動力源２９が駆動力によって機械的に駆動されるので、可動アーム２０外部から第２の動力源２９への配線等を不要にできる。
【００４０】
（第５実施形態）
図９は、本実施形態におけるロボット３００を示す概略図である。
第５実施形態は、第２実施形態にさらに第３の可動アーム６０を付加した形態である。
図９において、ロボット３００は、ベース部１０と可動ユニットとしての可動アーム２０と第２の可動アーム４０と第３の可動アーム６０と作業ユニット３０とを備えている。第２実施形態と同じ構成要素には第２実施形態と同じ符号を付した。
第３の可動アーム６０の一端は、第２の可動アーム４０に対して図中矢印で示す方向に回転可能に設けられている。第３の可動アーム６０の他端には、作業ユニット３０が設けられている。
本実施形態の第２の可動アーム４０は、第３実施形態および第４実施形態に示した可動アーム２０と同様に動力源を備えており、第３の可動アーム６０に駆動力を伝達している。
本実施形態の第３の可動アーム６０は、第３実施形態および第４実施形態に示した第２の可動アーム４０と同様の構成要素を備えている。
【００４１】
本実施形態によれば、前述の効果に加え以下の効果がある。
（８）作業ユニット３０の動きをより複雑にできる。
【００４２】
以上述べた実施形態以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、上述の実施形態において、組み合わせる可動アームの数は４以上であってもよい。
また、上述した実施形態では、切替手段２３として、回転板２１１と可動クラッチ２１２とを備えているものを説明したが、ギアが切り替わるギアボックスであってもよい。
さらに、実施形態では、駆動力として回転運動を用いたものを説明したが、直線運動を用いたものであってもよい。この場合、直線運動を利用して発電すればよい。
【００４３】
上述した実施形態においては、ロボットの一例として多関節ロボットとして垂直多関節ロボットを説明したが、ロボットの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１実施形態におけるロボットを示す概略図。
【図２】ロボットのブロック図。
【図３】可動手段および切替手段の一例を示す概略図。
【図４】第２実施形態におけるロボットのブロック図。
【図５】無線Ｉ／Ｏ付近のブロック図。
【図６】第３実施形態におけるロボットを示す概略図。
【図７】ロボットのブロック図。
【図８】第４実施形態におけるロボットのブロック図。
【図９】第５実施形態におけるロボットを示す概略図。
【符号の説明】
【００４５】
１１…動力源、１３，２８，４８…通信手段としての無線Ｉ／Ｏ、１５…第１の制御手段、２０…可動ユニットとしての可動アーム、２１…発電手段、２２…可動手段、２３…切替手段、２５…制御手段および第２の制御手段、２６…蓄電手段、２９…第２の動力源、４０…可動ユニットとしての第２の可動アーム、４１…第２の発電手段、４２…第２の可動手段、４３…第２の切替手段、４５…第３の制御手段、４６…第２の蓄電手段、６０…可動ユニットとしての第３の可動アーム。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの駆動力を受けて動作する可動ユニットであって、
発電手段と、
前記可動ユニットを動作する可動手段と、
前記駆動力の伝達先を、前記発電手段または前記可動手段のうち少なくとも一方に切り替える切替手段と、
前記切替手段の制御を行う制御手段と、
前記発電手段によって発電された電力を蓄える蓄電手段とを備えた
ことを特徴とする可動ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の可動ユニットにおいて、
接続された別の可動ユニットを動作させるための動力源を備えた
ことを特徴とする可動ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載の可動ユニットにおいて、
前記動力源は、前記発電手段若しくは前記蓄電手段から電力を供給されて駆動されるまたは前記駆動力によって機械的に駆動される
ことを特徴とする可動ユニット。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の可動ユニットにおいて、
通信手段を備えている
ことを特徴とする可動ユニット。
【請求項５】
請求項４に記載の可動ユニットにおいて、
前記通信手段は、無線通信である
ことを特徴とする可動ユニット。
【請求項６】
駆動力を発生する動力源を備えた駆動ユニットと、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の可動ユニットを１つまたは複数備えた
ことを特徴とするロボット。

【図１】