冷却装置

技术领域

本发明涉及将多关节机器人的发热部冷却的冷却装置。

背景技术

以往，已知有一种自动进行点焊的点焊机器人。点焊机器人通常为在多关节臂的前端部安有点焊枪而成的多关节机器人。点焊枪的电极头瞬间成为高温。在电极头熔融了的情况下，电极头的焊接性能降低，进而焊接效率减少。因此，点焊机器人具备用于将包括有电极头的点焊枪冷却的冷却装置。

例如，专利文献1所记载的点焊机器人在机器人主体(即多关节臂)具备将点焊枪冷却的冷却装置。该冷却装置包括储水箱、将箱的水向点焊枪供给的供水软管、将对点焊枪进行了冷却的冷却水向箱返回的排水软管、将箱的冷却水送到供水软管的泵、以及将在排水软管流动的冷却水冷却的风扇。

专利文献2所记载的点焊机器人在焊枪主体具备将点焊枪以及搭载于其上的焊接变压器冷却的冷却装置。该冷却装置具有循环泵、以及供被循环泵压送的制冷剂流动的循环流路。循环流路是供制冷剂在循环泵、焊接变压器、焊枪主体、以及散热器循环的流路。如专利文献2所图示的那样，在散热器流动的制冷剂被散热器风扇冷却。

在专利文献1以及2的冷却装置中，制冷剂在点焊枪、或者点焊枪以及臂循环。在这些冷却装置中，不需要设置从远离点焊机器人设置的制冷剂源(例如，自来水龙头)直至点焊机器人的较长的冷却配管。

专利文献1：日本特开平10-263843号公报

专利文献2：日本特开2004-122203号公报

在点焊机器人进行作业时，以使点焊枪在多个焊接位置依次移动的方式使臂进行动作。由于臂以高速进行动作，因此优选抑制安装于臂的部件从该臂的表面突出。另外，为了减轻作用于臂的载荷，优选安装于臂的部件件数较少。

发明内容

本发明是鉴于以上的情况而完成的，其目的在于，提出一种将多关节机器人的发热部冷却的冷却装置，该冷却装置抑制部件件数，且抑制安装于臂的部件从该臂的表面突出。

本发明的一方式所涉及的冷却装置，对多关节机器人的发热部进行冷却，上述多关节机器人具备具有多个关节的臂、以及安装于该臂的前端部的末端执行器，其中，上述冷却装置具备制冷剂循环流路、以及在上述制冷剂循环流路中对制冷剂进行压送的泵，上述发热部包括上述末端执行器的发热部，上述制冷剂循环流路的一部分形成为进行上述末端执行器的发热部与上述制冷剂的热交换的第一热交换部，上述制冷剂循环流路的另一部分形成为散热器，上述散热器为无源散热器，在露出状态下安装于上述臂的表面中上述臂的上述关节受到驱动而在空间中移动的部分。

在上文中，“无源散热器”是指不对制冷剂的散热使用散热器风扇、而通过自然散热将制冷剂冷却的散热器。无源散热器也被称为无风扇散热器。

根据上述冷却装置，散热器伴随多关节机器人的臂的动作而在空间中移动，从而在散热器的周围产生空气的流动，促进在散热器流动的制冷剂与空气的热交换。即，与通过自然散热将制冷剂冷却的情况相比，能够有效地冷却制冷剂。由此，能够省略通常附设在散热器的散热器风扇。通过省略散热器风扇，能够减少冷却装置的部件件数，抑制在机器人的臂安装的部件突出，能够减少能量。进一步，由于无源散热器不需要电力，因此不需要电气系统的配线、散热器的配置的自由度提高。

根据本发明，能够提出一种将多关节机器人的发热部冷却的冷却装置，该冷却装置抑制部件件数，且抑制安装于臂的部件从该臂的表面突出。

附图说明

图1是具备本发明的一实施方式所涉及的冷却装置的多关节机器人的示意结构图。

图2是表示多关节机器人的控制系统的结构的图。

图3是表示本发明的一实施方式所涉及的冷却装置的结构的图。

图4是表示臂处于待机位置时的多关节机器人的图。

图5是表示变形例1所涉及的冷却装置的结构的图。

图6是表示变形例2所涉及的冷却装置的结构的图。

图7是具备变形例2所涉及的冷却装置的多关节机器人的示意结构图。

具体实施方式

接下来，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是具备本发明的一实施方式所涉及的冷却装置7的多关节机器人1的示意结构图，图2是表示多关节机器人的控制系统的结构的图。此外，以下，作为多关节机器人1(以下，称为“机器人1”)的一个例子，使用六轴的垂直多关节机器人进行说明，但本发明所涉及的冷却装置7不论垂直多关节型和水平多关节型，另外，不论轴数，都能够广泛地应用于多关节机器人。

图1所示的机器人1具备基座2、支承于该基座2的机械臂(以下，称为“臂3”)、安装于臂3的末端部的末端执行器4、以及对机器人1的动作进行管理的控制器5。进一步，机器人1具备将臂3以及末端执行器4的发热部冷却的冷却装置7(参照图4)。

〔臂3〕

臂3具备经由关节JT1～6串联连结的六根连杆L1～6。第一连杆L1的基端部经由第一关节JT1支承于基座2。第一关节JT1相对于基座2使第一连杆L1回旋。第一连杆L1的前端部与第二连杆L2的基端部经由第二关节JT2连结。第二关节JT2相对于第一连杆L1使第二连杆L2在垂直平面内旋转。即，第二关节JT2为摆动关节。第二连杆L2的前端部与第三连杆L3的基端部经由第三关节JT3连结。第三关节JT3相对于第二连杆L2使第三连杆L3在垂直平面内旋转。即，第三关节JT3为摆动关节。

第三连杆L3的前端部与第四连杆L4的基端部经由第四关节JT4连结。第四关节JT4相对于第三连杆L3使第四连杆L4扭转旋转。第四连杆L4的前端部与第五连杆L5的基端部经由第五关节JT5连结。第五关节JT5相对于第四连杆L4使第五连杆L5弯曲旋转。第五连杆L5的前端部与第六连杆L6的基端部经由第六关节JT6连结。第六关节JT6相对于第五连杆L5使第六连杆L6扭转旋转。

第二连杆L2有时被称为臂3的下臂31。另外，第三连杆L3以及L4有时被称为臂3的上臂32。在下臂31的前端部，经由作为摆动关节的第三关节JT3连结有上臂32。

如图2所示，各关节JT1～6具备对应的关节驱动部D1～6。关节驱动部D1～6具有实质上相同或者对应的构造。即，各关节驱动部D1～6包括将连杆彼此能够旋转地连结的旋转接头(省略图示)、作为驱动源的伺服马达M、以及连结于伺服马达M的输出轴的齿轮式的减速装置R。此外，在图2中，追记在参照附图标记M、R、E、D后面的数字与第一～六关节JT1～6的数字建立对应关系。减速装置R使伺服马达M的转矩放大，并向对应的旋转接头传递。在伺服马达M，设置有对其输出轴的旋转位移进行检测的旋转编码器E。

〔末端执行器4〕

返回至图1，在臂3的第六连杆L6的前端部安有末端执行器4。作为末端执行器4的一个例子的点焊枪40具备：焊枪主体42，其对焊件施加压力，并且包括流过电流的焊接电极；以及焊接变压器41，其将来自未图示的焊接电源的电流转换为大电流并向焊接电极供给。点焊枪40包括至少一个发热部，该发热部包括焊枪主体42的焊接电极与焊接变压器41。

〔控制器5〕

控制器5也可以具体化为PLC(可编程控制器)等的一种计算机。控制器5具备由CPU、MPU、GPU等构成的运算装置(处理器)；以及易失性和非易失性的存储装置(存储器)。运算装置读出并执行储存于存储装置的各种程序，从而进行用于对机器人1的动作进行控制的处理。

控制器5基于由旋转编码器E检测到的伺服马达M的旋转位置、以及预先存储于存储装置的示教点数据，对规定的控制时间后的目标姿态(位置以及姿势)进行运算。然后，控制器5以在规定的控制时间后使臂3成为目标姿态的方式，向伺服马达M供给驱动电力。

〔冷却装置7〕

图3是表示冷却装置7的结构的图。图3所示的冷却装置7(7A)具备制冷剂循环流路70、以及在制冷剂循环流路70中对制冷剂进行压送的泵76。在本实施方式中，泵76安装于臂3，但泵76也可以安装于基座2或末端执行器4。

制冷剂循环流路70的一部分形成为第一热交换部71，第一热交换部71进行作为末端执行器4的点焊枪40的发热部与制冷剂的热交换。第一热交换部71包括围绕点焊枪40的焊枪主体42的流路、以及围绕焊接变压器41的流路。

制冷剂循环流路70的另一部分形成为散热器75。散热器75在制冷剂循环流路70中，设置于从第一热交换部71的出口至泵76的入口之间。在制冷剂循环流路70中，在从散热器75的出口至泵76的入口之间，也可以设置有暂时储存制冷剂的箱(省略图示)。箱例如能够设置在臂3的内部。

散热器75与通常的散热器相同，具有入口箱、出口箱、以及将入口箱与出口箱连接的散热器芯子。散热器芯子由供制冷剂通过的多列管、以及在管的表面设置的翅片构成。本实施方式所涉及的散热器75为侧流式，但散热器75也可以为下流式。

散热器75为所谓的无源散热器。这里，“无源散热器”是指不对制冷剂的散热使用散热器风扇、而通过自然散热将制冷剂冷却的散热器。无源散热器也被称为无风扇散热器。

散热器75在至少散热器芯子露出的状态下，安装于臂3的表面的、由于臂3的关节JT1～6被驱动而在空间中移动的部分。在本实施方式中，散热器75整体并未被罩覆盖，而在露出的状态下安装于臂3的上臂32。优选散热器75的安装位置为臂3的上臂32，特别是在臂3进行动作时移动量较大的上臂32的前端部。

在上述结构的冷却装置7中，通过泵76的运转，制冷剂在制冷剂循环流路70循环。制冷剂也可以为例如水等的、通常被用作制冷剂的液体。制冷剂在通过第一热交换部71的过程中与末端执行器4的发热部进行热交换，将末端执行器4的发热部冷却。被第一热交换部71加热的制冷剂在通过散热器75时与空气进行热交换而散热。被散热器75冷却后的制冷剂通过泵76被再次向第一热交换部71压送。

在冷却装置7中，散热器75伴随机器人1的臂3的动作而在空间中移动。由此，在散热器75的周围产生空气的流动，促进在散热器75流动的制冷剂与空气的热交换。

图4是表示臂3处于待机位置时的机器人1的图。如图4所示，机器人1的臂3在作业前后或在作业中等待即将到来的下一个工件的期间处于规定的待机位置，并保持着规定的待机姿势。待机位置以及待机姿势预先被示教给机器人1。

冷却装置7还具备送风机81。送风机81并非安装于机器人1的臂3或末端执行器4，而在物理上独立于机器人1。送风机81可以与机器人1相邻地载置于设置有机器人1的地板，也可以从设置有机器人1的空间的天花板悬吊。此外，送风机81虽然独立于机器人1，但送风机81的驱动(开启·关闭)也可以与机器人1的动作联动。

当机器人1的臂3处于待机位置时，以使安装于臂3的散热器75成为送风机81的送风对象的方式配置送风机81。送风机81的风向可以为水平方向，也可以为向下或者向上。优选为送风机81配置为不对机器人1的动作产生影响。另外，送风机81可以始终运转，也可以仅在臂3处于待机位置时运转。

〔冷却装置7的变形例1〕

对上述实施方式所涉及的冷却装置7(7A)的变形例1进行说明。图5是表示变形例1所涉及的冷却装置7(7B)的结构的图。该冷却装置7(7B)为如下冷却装置：上述的实施方式所涉及的冷却装置7(7A)的制冷剂循环流路70(70A)还包括第二热交换部72。

机器人1的发热部中包括有作为臂3的发热部的关节驱动部D1～6。更详细而言，关节驱动部D1～6所包括的伺服马达M以及减速装置R相当于臂3的发热部。制冷剂循环流路70中的、第一热交换部71、散热器75以及泵76的另一部分形成为进行关节驱动部D1～6与制冷剂的热交换的第二热交换部72。

第二热交换部72在制冷剂循环流路70(70B)中，设置于泵76的下游侧且第一热交换部71的上游侧。此外，制冷剂循环流路70的“上游侧”的意思是制冷剂的流动中的上游侧，制冷剂循环流路70的“下游侧”的意思是制冷剂的流动中的下游侧。

第二热交换部72例如可以为在伺服马达M的内部围绕的制冷剂流路、在伺服马达M的周围设置的制冷剂套、在减速装置R的内部围绕的制冷剂流路、以及在减速装置R的周围设置的制冷剂套中的至少一个。

第二热交换部72也可以针对关节驱动部D1～6中的至少一个设置。另外，第二热交换部72也可以针对关节驱动部D1～6中的发热量特别大的第二关节JT2的关节驱动部D2与第三关节JT3的关节驱动部D3中的至少一个设置。图5所例示的制冷剂循环流路70虽然包括一个第二热交换部72，但在冷却装置7对多个关节驱动部D1～6进行冷却的情况下，在制冷剂循环流路70形成有串联或并联地排列的多个第二热交换部72。

在上述结构的冷却装置7(7B)中，被泵76压送的制冷剂首先，在通过第二热交换部72的过程中将关节驱动部D1～6冷却，接下来，在通过第一热交换部71的过程中将末端执行器4(点焊枪40)冷却，接着，在通过散热器75的过程中进行散热，并向泵76返回。

〔冷却装置7的变形例2〕

对上述实施方式所涉及的冷却装置7(7A)的变形例2进行说明。图6是表示变形例2所涉及的冷却装置7(7C)的结构的图。该冷却装置7(7C)为如下冷却装置：在上述的变形例1所涉及的冷却装置7(7B)的制冷剂循环流路70(70B)中，第二热交换部72与第一热交换部71之间的一部分形成为散热器75(75A)。换句话说，制冷剂循环流路70(70C)在第二热交换部72的下游侧且第一热交换部71的上游侧具有第一散热器75(75A)，在第一热交换部71的下游侧且泵76的上游侧具有第二散热器75(75B)。

图7是具备变形例2所涉及的冷却装置7(7C)的机器人1的示意结构图。在图7所例示的机器人1中，冷却装置7(7C)的第一散热器75A安装于机器人1的臂3的第三连杆L3，第二散热器75B安装于第二连杆L2。这样，可以将多个散热器75分开配置于多个连杆。

在上述结构的冷却装置7(7C)中，被泵76压送的制冷剂首先，在通过第二热交换部72的过程中将关节驱动部D1～6冷却，接下来，在通过第一散热器75A的过程中进行散热，接着，在通过第一热交换部71的过程中将末端执行器4(点焊枪40)冷却，最后，在通过第二散热器75B的过程中进行散热，并向泵76返回。这样，在冷却装置7(7C)中，离开第二热交换部72之后流入第一热交换部71之前的制冷剂被第一散热器75A散热，因此，能够更有效地冷却末端执行器4。

如以上说明的那样，本实施方式(及其变形例1、2)所涉及的冷却装置7对机器人1的发热部进行冷却，机器人1具备具有多个关节JT1～6的臂3、以及安装于该臂3的前端部的末端执行器4，其中，冷却装置7具备制冷剂循环流路70、以及在制冷剂循环流路70中对制冷剂进行压送的泵76。机器人1的发热部包括末端执行器4的发热部，制冷剂循环流路70的一部分形成为进行末端执行器4的发热部与制冷剂的热交换的第一热交换部71，制冷剂循环流路70的另一部分形成为散热器75。该散热器75为无源散热器，在露出状态下安装于臂3的表面的由于臂3的关节JT1～6被驱动而在空间中移动的部分。

根据上述冷却装置7，散热器75伴随机器人1的臂3的动作而在空间中移动，从而在散热器75的周围产生空气的流动，促进在散热器75流动的制冷剂与空气的热交换。即，与利用散热器75通过自然散热将制冷剂冷却的情况相比，能够有效地冷却制冷剂。由此，通常，能够省略附设于散热器75的散热器风扇。通过省略散热器风扇，能够减少冷却装置7的部件件数，抑制在机器人1的臂3安装的部件突出，能够减少能量。进一步，由于无源散热器不需要电力，因此不需要电气系统的配线、散热器75的配置的自由度提高。

如上述实施方式(及其变形例1、2)所示，冷却装置7的散热器75也可以安装于机器人1的臂3的上臂32。这里，优选散热器75安装于上臂32的前端部。此外，臂3具有下臂31、以及连结于该下臂31的前端部的上臂32。

通常，在机器人1的作业时间中，与下臂31的表面上的点相比，上臂32的表面上的点高速进行移动的比例较高。进一步，与上臂32的基端部的表面上的点相比，上臂32的前端部的表面上的点高速进行移动的比例较高。因此，与散热器75安装于下臂31的情况相比，在散热器75安装于上臂32的情况下，由于臂3的动作而在散热器75的周围形成的空气的流动总体上较快。相同地，与散热器75安装于上臂32的基端部的情况相比，在散热器75安装于上臂32的前端部的情况下，由于臂3的动作而在散热器75的周围形成的空气的流动总体上较快。这样，在臂3中的以更高速进行移动的部分配置有散热器75，从而能够更有效地促进散热器75中的制冷剂的冷却。

如上述实施方式(及其变形例1、2)所示，在上述的冷却装置7中，泵76也可以安装于机器人1的臂3。

由此，与泵76设置于机器人1的基座2的情况相比，能够缩短散热器75与泵76的距离，能够抑制制冷剂循环流路70的全长。

如上述实施方式所示，上述的冷却装置7也可以还具备独立于机器人1的送风机81。该送风机81设置为：在机器人1的作业前后或作业中，当臂3处于规定的待机位置时，散热器75成为送风机81的送风对象。

被送风机81送出的风撞上处于待机位置的臂3的散热器75，促进来自散热器75的散热。由此，即使不在散热器75附设散热器风扇，也能够在散热器75中将制冷剂有效地冷却。

如上述实施方式的变形例1、2所示，在上述的冷却装置7中，制冷剂循环流路70的第一热交换部71以及散热器75的另一部分也可以形成为进行臂3的关节驱动部D1～6与制冷剂的热交换的第二热交换部72。此外，机器人1的发热部除末端执行器4的发热部之外，还包括臂3的关节驱动部D1～6。

这样，能够利用冷却装置7将末端执行器4的发热部、以及臂3的发热部双方冷却。

如上述实施方式的变形例1、2所示，在上述的冷却装置7中，第二热交换部72也可以为通过摆动关节的关节驱动部的流路。此外，机器人1的臂3具有至少一个将两个连杆在垂直平面内能够旋转地连接的摆动关节。在上述实施方式所涉及的臂3中，第二关节JT2以及第三关节JT3相当于摆动关节。

在机器人1的臂3中，与旋转关节或回旋关节相比，摆动关节的关节驱动部所涉及的载荷较大，发热量较大。因此，臂3的摆动关节的关节驱动部被冷却装置7冷却，从而能够保持关节驱动部的动作精度，延长关节驱动部的构成要素的寿命。

如上述实施方式的变形例1、2所示，第一热交换部71也可以处于制冷剂循环流路70中比第二热交换部72靠制冷剂的流动的下游侧的位置。

由此，在制冷剂循环流路70循环的制冷剂在将关节驱动部D1～6冷却之后，将末端执行器4的发热部冷却。例如，在末端执行器4为点焊枪40的情况下，与臂3的关节驱动部D1～6的任一个的发热量相比，点焊枪40的发热量较大。因此，通过制冷剂如上述那样进行流动，能够不使臂3的关节驱动部D1～6的冷却效果降低地将末端执行器4的发热部冷却。

如上述实施方式(及其变形例1、2)所示，在上述的冷却装置7中，成为第一热交换部71的冷却对象的末端执行器4也可以为电阻式的点焊枪40。但是，末端执行器4并不限定于点焊枪40，也可以为具有需要强制冷却的发热部的部件。作为具有这种发热部的末端执行器4，例示有激光焊枪、码垛堆积用卡盘、以及把持高温部件的手等。

以上对本发明的优选的实施方式(及其变形例)进行了说明，但在不脱离本发明的精神的范围内，将上述实施方式的具体构造和/或功能的详细情况变更后的实施方式也可包括于本发明。

附图标记说明：

1…多关节机器人；2…基座；3…臂；4…末端执行器；5…控制器；7…冷却装置；31…下臂；32…上臂；40…点焊枪(末端执行器的一个例子)；41…焊接变压器；42…焊枪主体；70…制冷剂循环流路；71…第一热交换部；72…第二热交换部；75…散热器；76…泵；81…送风机；D…关节驱动部；E…旋转编码器；JT…关节；L…连杆；M…伺服马达；R…减速装置。