JP2006082157A - Manipulator and container aligning device - Google Patents

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JP2006082157A
JP2006082157A JP2004267633A JP2004267633A JP2006082157A JP 2006082157 A JP2006082157 A JP 2006082157A JP 2004267633 A JP2004267633 A JP 2004267633A JP 2004267633 A JP2004267633 A JP 2004267633A JP 2006082157 A JP2006082157 A JP 2006082157A
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Yoichiro Nakamura
陽一郎 中村
Kenji Okamoto
健児 岡本
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Hitachi Zosen Corp
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Hitachi Zosen Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manipulator which exerts high rigidity, carries out work at a high speed, and facilitates operation control thereof. <P>SOLUTION: According to the structure of the manipulator, two out of three links each having both ends thereof rotatably connected to an interval between a proximal end support portion 4 and a terminal portion 5, function as a first power transmission axis L1 and a second power transmission axis L2 which are in parallel with each other, have the same length, and cooperatively form a first parallel link mechanism PL1. The other one of the links functions as a drive arm A which is in parallel with the first and second power transmission axes L1, L2, has the same length as those of the first and second power transmission axes L1, L2, and forms a second parallel link mechanism PL2 in a plane orthogonal to a plane F0 of the first parallel link mechanism PL1. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、搬送や加工などの作業を行う作業用マニピュレータおよびそのマニピュレータを使用した容器整列装置に関する。   The present invention relates to a work manipulator that performs operations such as conveyance and processing, and a container alignment device that uses the manipulator.

従来の作業用マニピュレータには、アームが直列に連結された特許文献1に示すシリアルリンク式と、アームを並列に接続した特許文献2のパラレルリンク式とがある。
特公平6−41117号公報(図3) 特開2000−130535(図1)
Conventional work manipulators include a serial link type shown in Patent Document 1 in which arms are connected in series, and a parallel link type in Patent Document 2 in which arms are connected in parallel.
Japanese Examined Patent Publication No. 6-411117 (FIG. 3) JP 2000-130535 A (FIG. 1)

特許文献1に示すシリアルリンク式マニピュレータは、作業領域が広いが、複数のアームが直列に接続されているため、アームの基端部側に大きい荷重がかかり、基端部側ほど高い剛性と大きい駆動力が必要とされ、パラレルリンク式マニピュレータに比較して剛性が低く、動作速度が遅いという問題がある。   The serial link manipulator shown in Patent Document 1 has a wide work area, but since a plurality of arms are connected in series, a large load is applied to the base end side of the arm, and the base end side has a higher rigidity and a larger rigidity. A driving force is required, and there is a problem that the rigidity is lower than that of the parallel link manipulator and the operation speed is low.

特許文献2に示すパラレルリンク式マニピュレータは、手先部が少なくとも3本以上のリンクで支持されることから、高い剛性を確保でき、高速動作が可能であるが、作業領域が狭く、またリンクの長さや配置を決定するのが難しい。またリンクの基端部近傍に撮像装置を配置して手先部で作業する作業対象物の画像を得る場合、手先部が作業対象物から離れた状態でも、何れかのリンクが撮像装置の視野に写り込むため、画像処理が困難になりやすいという問題があった。   The parallel link manipulator shown in Patent Document 2 is supported by at least three or more links, so that high rigidity can be secured and high-speed operation is possible, but the work area is narrow and the length of the link is long. It is difficult to determine the sheath arrangement. In addition, when an image pickup device is arranged near the base end of the link to obtain an image of a work target that works on the hand tip, any link remains in the field of view of the image pickup device even when the hand tip is away from the work target. There is a problem that image processing tends to be difficult because of the reflection.

本発明は上記問題点を解決して、高剛性で作業速度も高く、動作制御も容易な作業用マニピュレータおよび容器整列装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a work manipulator and a container alignment device that have high rigidity, high work speed, and easy operation control.

請求項1記載のマニピュレータは、基端支持部と手先部との間に両端部がそれぞれ回動自在に連結された3本のリンク部材のうち、2本のリンク部材を互いに平行で同一長さに形成して第1平行リンク機構を形成するとともに、残りの1本のリンク部材を前記第1平行リンク機構の構成部と互いに平行で同一長さに形成して前記第1平行リンク機構が動作される面に直交する面内で動作される第2平行リンク機構を形成し、前記3本のリンク部材のうち、1本を手先部を移動させる駆動アームに構成するとともに、残りの2本を前記基端支持部から手先部の駆動機構を駆動する第1動力伝達軸および第2動力伝達軸としたものである。   The manipulator according to claim 1 is configured such that two link members are parallel to each other and have the same length among three link members in which both end portions are rotatably connected between the proximal end support portion and the hand end portion. The first parallel link mechanism is formed, and the remaining one link member is formed in parallel with the components of the first parallel link mechanism to have the same length so that the first parallel link mechanism operates. A second parallel link mechanism that is operated in a plane orthogonal to the plane to be formed, and one of the three link members is configured as a drive arm that moves the hand portion, and the remaining two are A first power transmission shaft and a second power transmission shaft that drive the driving mechanism of the hand portion from the base end support portion are used.

請求項2記載のマニピュレータは、手先部に、手先部に設けられた作業装置を第1軸周りに旋回させる旋回駆動機構と、前記作業装置を第1軸に沿って出退させる出退駆動機構と、前記作業装置を第1軸に直交する第2軸周りに揺動させる揺動駆動機構とを設け、基端支持部に、各動力伝達軸を介して前記各駆動機構のいずれかをそれぞれ駆動する2個の駆動装置を設けたものである。   The manipulator according to claim 2 has a turning drive mechanism for turning a work device provided at the hand portion around the first axis at a hand portion, and an exit / retreat drive mechanism for moving the work device along the first axis. And a swing drive mechanism for swinging the working device around a second axis orthogonal to the first axis, and each of the drive mechanisms is respectively connected to the base end support portion via each power transmission shaft. Two driving devices for driving are provided.

請求項3記載の発明は、請求項1または2記載のマニピュレータを使用した容器整列装置であって、前記マニピュレータの基端支持部に、容器を撮像する画像計測手段を設けるとともに、作業装置として手先部に容器の保持具を設け、容器搬入手段により搬入された容器を前記画像計測手段により検出したデータに基いて前記保持具で容器を保持し姿勢変更して容器搬出手段に整列させるように構成したものである。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a container aligning device using the manipulator according to the first or second aspect, wherein an image measuring means for picking up an image of the container is provided at a proximal end support portion of the manipulator, and a hand as a work device. A container holding tool is provided in the section, and the container carried in by the container carrying-in means is configured to hold the container with the holding tool based on the data detected by the image measuring means, change the posture, and align the container with the container carrying-out means. It is a thing.

請求項1記載の発明によれば、3本のリンク部材のうち、1本を手先部を移動させる駆動アームとし、残りの2本を動力伝達軸とし、これら3本のリンク部材により互いに直交する2つの面でそれぞれ動作される平行リンク機構を構成したので、手先部を平行移動させることにより、手先部における動作制御を容易化でき、また3本のリンク部材により手先部を高強度で支持する高剛性構造とすることができる。さらに駆動装置を基端支持部に設け、2本の動力伝達軸を介して手先部の駆動機構を駆動することができるので、手先部の軽量化を図ることができる。また1本の駆動アームで動作させることで、軽量化に加えて高速動作が可能となる。   According to the first aspect of the present invention, of the three link members, one is a drive arm that moves the hand portion, the remaining two are power transmission shafts, and these three link members are orthogonal to each other. Since the parallel link mechanism that operates on each of the two surfaces is configured, the movement of the hand can be easily controlled by translating the hand, and the hand is supported with high strength by three link members. A highly rigid structure can be obtained. Furthermore, since a drive device is provided in the base end support part and the drive mechanism of a hand part can be driven via two power transmission shafts, the weight of the hand part can be reduced. Further, by operating with one drive arm, high-speed operation is possible in addition to weight reduction.

請求項2記載の発明によれば、手先部に設けられた3つの駆動機構により、手先部の自由度を高めて作業範囲を広く確保できるとともに、基端支持部の2つの駆動装置により2本の動力伝達軸を介して2つの駆動機構をそれぞれ駆動することができ、手先部による自由度を確保できて高度で高速な作業が可能となる。   According to the second aspect of the present invention, the three driving mechanisms provided in the hand portion can increase the degree of freedom of the hand portion and ensure a wide working range, and the two drive devices of the base end support portion can provide two. The two drive mechanisms can be respectively driven via the power transmission shafts, and the degree of freedom by the hand portion can be ensured, enabling high-speed and high-speed work.

請求項3記載の容器整列装置によれば、互いに平行な駆動アームおよび2本の動力伝達軸により手先部を側方に移動させることで、基端支持部近傍に配置された画像計測手段により、駆動アームおよび2本の動力伝達軸が写り込むことなく容器搬入手段上の容器を広範囲で検出することができ、高速で正確な容器の整列作業が可能となる。   According to the container alignment device of claim 3, by moving the hand portion sideward by the drive arms and the two power transmission shafts parallel to each other, the image measuring means disposed in the vicinity of the proximal end support portion, The container on the container carrying-in means can be detected over a wide range without the drive arm and the two power transmission shafts being reflected, and the container can be aligned at high speed and accurately.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[実施の形態1]
この容器整列装置は、図1に示すように、搬入コンベヤ装置(容器搬入手段)51によりたとえばブロー成形されて不規則な倒伏姿勢で搬入された容器Bを、マニピュレータ1により順次保持し、容器Bを倒伏姿勢から正立姿勢に変更し、一側方で幾分上位に配置された搬出コンベア装置52上に順次整列して搬出するものである。マニピュレータ1は、複数の支柱53を介して支持された天井部である基端支持部4に設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
As shown in FIG. 1, this container aligning apparatus sequentially holds containers B, which are blow-molded, for example, by a carry-in conveyor device (container carrying means) 51 and carried in an irregular lying posture by means of a manipulator 1. Are changed from a lying posture to an upright posture, and are sequentially aligned and carried out on a carry-out conveyor device 52 arranged somewhat higher on one side. The manipulator 1 is provided on the base end support portion 4 which is a ceiling portion supported via a plurality of support columns 53.

前記天井部54でマニピュレータ1の近傍には、搬入コンベヤ装置51上の容器Bを撮像する撮像装置(画像計測手段)55が設けられており、この撮像信号がコントローラ50のボトル検出部50aに入力されて目的とする容器Bの位置や角度が演算される。   In the vicinity of the manipulator 1 in the ceiling portion 54, an imaging device (image measuring means) 55 for imaging the container B on the carry-in conveyor device 51 is provided, and this imaging signal is input to the bottle detection unit 50a of the controller 50. Thus, the position and angle of the target container B are calculated.

前記マニピュレータ1は、図2〜図3に示すように3本のリンク部材を具備し、これら3本のリンク部材は、上方の基端支持部4に、基端側が天井側の第1平面F1上に配置された基端連結部2a〜2cを介してそれぞれ回動自在に支持されるとともに、遊端側が第1平面F1と平行な第2平面F2上に配置された手先連結部3a〜3cを介して手先部5にそれぞれ回動自在に連結され、同一長さでかつ互いに平行に配置されている。これら3本のリンク部材のうち、1本は手先部5を駆動する駆動アームAであり、残りの2本は基端支持部4に設けられた第1駆動装置6Aおよび第2駆動装置6Bの動力を手先部5の旋回駆動機構31および昇降駆動機構32にそれぞれ伝達する第1動力伝達軸L1および第2動力伝達軸L2である。   The manipulator 1 includes three link members as shown in FIGS. 2 to 3, and these three link members are provided on the upper base end support portion 4 and on the first plane F <b> 1 whose base end side is the ceiling side. Hand end connecting portions 3a to 3c that are rotatably supported via base end connecting portions 2a to 2c arranged on the top and that have free end sides arranged on a second plane F2 parallel to the first plane F1. Are respectively connected to the hand portion 5 so as to be rotatable, and are arranged in parallel with each other in the same length. Of these three link members, one is a drive arm A that drives the hand portion 5, and the remaining two are the first drive device 6A and the second drive device 6B provided on the base end support portion 4. These are a first power transmission shaft L1 and a second power transmission shaft L2 that transmit power to the turning drive mechanism 31 and the lift drive mechanism 32 of the hand portion 5, respectively.

さらに第1動力伝達軸L1と第2動力伝達軸L2とにより、Y軸,Z軸を含む面F0内で動作する第1平行リンク機構PL1が構成されている。また面F0(第1平行リンク機構の構成部)と駆動アームAとにより、面F0に直交するY軸,X軸を含む面で動作される第2平行リンク機構PL2が構成されている。(ここで、第2平行リンク機構PL2は、駆動軸Aと第1動力伝達軸L1、または駆動軸Aと第2動力伝達軸L2とで構成することもできる。)
以下詳細を説明する。
Further, the first power transmission shaft L1 and the second power transmission shaft L2 constitute a first parallel link mechanism PL1 that operates in a plane F0 including the Y axis and the Z axis. Further, the surface F0 (constituting part of the first parallel link mechanism) and the drive arm A constitute a second parallel link mechanism PL2 that is operated on a plane including the Y axis and the X axis orthogonal to the plane F0. (Here, the second parallel link mechanism PL2 can also be composed of the drive shaft A and the first power transmission shaft L1, or the drive shaft A and the second power transmission shaft L2.)
Details will be described below.

基端支持部4には、駆動アームAを基端連結部2aを中心に回動させる主駆動装置8が設けられている。前記主駆動装置8は、図4に示すように、X軸回動装置(減速機付きモータ)8xとZ軸回動装置(減速機付きモータ)8zからなり、また基端連結部2aはX軸支持部11XとZ軸支持部11Zとで構成されている。前記Z軸支持部11Zでは、駆動アームAの基端部がZ軸方向の第1水平軸11aを介してコの字形の第1支持体11bにZ軸心周りに回動自在に支持され、X軸回動装置8xのX軸方向で第1水平軸11aに直交交差する出力軸11cが第1支持体11bに連結固定されている。したがって、駆動アームAはZ軸周りに回動自在に支持されるとともに、X軸回動装置8xにより第1支持体11bを介してX軸周りに回動することができる。   The base end support portion 4 is provided with a main drive device 8 that rotates the drive arm A around the base end connection portion 2a. As shown in FIG. 4, the main drive device 8 comprises an X-axis rotation device (motor with a speed reducer) 8x and a Z-axis rotation device (motor with a speed reducer) 8z, and the base end connecting portion 2a is X The shaft support portion 11X and the Z-axis support portion 11Z are configured. In the Z-axis support portion 11Z, the base end portion of the drive arm A is supported by the U-shaped first support body 11b via the first horizontal shaft 11a in the Z-axis direction so as to be rotatable around the Z-axis center, An output shaft 11c orthogonal to the first horizontal shaft 11a in the X-axis direction of the X-axis rotation device 8x is connected and fixed to the first support 11b. Accordingly, the drive arm A is supported so as to be rotatable around the Z axis, and can be rotated around the X axis via the first support 11b by the X axis rotating device 8x.

また駆動アームAの基端部からスプラインナット11kを介して軸心方向に沿ってスライド自在に突出されたスプライン軸11dの上端部にコの字形の第2支持体11eが取付けられ、第2支持体11eにX軸方向の第2水平軸11fを介してスライダー11gがX軸周りに回動自在に支持されている。一方、Z軸回動装置8zにZ軸方向の出力軸11hが、X軸回動装置8xの出力軸11cと同一平面上に配置されており、その出力軸11hから上方の伸びる揺動アーム11iを介してZ軸方向に摺動軸11jが突設されている。そしてこの摺動軸11jに前記スライダー11gがスライド自在に外嵌され、これによりZ軸支持部11Zにおける出力軸11を中心とする回動時の位置ずれを吸収している。   Also, a U-shaped second support 11e is attached to the upper end of a spline shaft 11d that is slidably projected along the axial direction from the base end of the drive arm A via a spline nut 11k, and the second support A slider 11g is supported by the body 11e so as to be rotatable around the X axis via a second horizontal axis 11f in the X axis direction. On the other hand, an output shaft 11h in the Z-axis direction is disposed on the Z-axis rotation device 8z on the same plane as the output shaft 11c of the X-axis rotation device 8x, and the swing arm 11i extends upward from the output shaft 11h. A sliding shaft 11j is projected in the Z-axis direction via The slider 11g is slidably fitted on the sliding shaft 11j, thereby absorbing a positional deviation when the Z-axis support portion 11Z rotates around the output shaft 11.

したがって、X軸回動装置8Xにより第1支持体11bを介して駆動アームAをX軸周りに回動させる。この時スプライン軸11d上端の第2支持体11eおよびスライダー11gの第1水平軸11aを中心とする揺動は、スプライン軸11dの伸縮とスライダー11gの摺動軸11jでの摺動により吸収される。またZ軸回動装置8zにより、揺動アーム11i、スライド軸11j、スライダー11gおよびスプライン軸11dを介して駆動アームAを第1水平軸11a周りに回動させる。さらに、駆動アームAに設けられたスプラインナット11kおよびスプライン軸11dにより、駆動アームAはその長手方向の軸心周りに捩れないようにX軸支持部11Xに拘束支持されている。以上のように、駆動アームAの3つの回転自由軸のうち、X軸,Z軸の各軸周りには回転が許され、それぞれ回転駆動される一方、長手方向の軸心周りの回転は拘束されている。これに応じて手先部5は、駆動アームAのX軸周りの回転駆動によってZ軸方向に、Z軸周りの回転駆動によってX軸方向に、それぞれ独立に並進移動される。一方、X−Z平面内では回転しない。この構造によって、手先部5の局所座標系(X’,Y’,Z’)と全体座標(X,Y,Z)で見ると、X−X’軸,Z−Z’軸の平行が何ら制御することなく保持されることになる。   Therefore, the drive arm A is rotated around the X axis via the first support 11b by the X axis rotation device 8X. At this time, the swing of the second support 11e at the upper end of the spline shaft 11d and the slider 11g around the first horizontal shaft 11a is absorbed by expansion and contraction of the spline shaft 11d and sliding of the slider 11g on the slide shaft 11j. . Further, the drive arm A is rotated around the first horizontal axis 11a via the swing arm 11i, the slide axis 11j, the slider 11g and the spline axis 11d by the Z-axis rotation device 8z. Further, the drive arm A is restrained and supported by the X-axis support portion 11X by a spline nut 11k and a spline shaft 11d provided on the drive arm A so as not to twist around the longitudinal axis. As described above, of the three free rotation axes of the drive arm A, the rotation is permitted around the X axis and the Z axis, and the rotation is driven while the rotation around the longitudinal axis is constrained. Has been. In response to this, the hand portion 5 is independently translated in the Z-axis direction by the rotational drive around the X-axis of the drive arm A and in the X-axis direction by the rotational drive around the Z-axis. On the other hand, it does not rotate in the XZ plane. With this structure, when viewed in the local coordinate system (X ′, Y ′, Z ′) of the hand portion 5 and the overall coordinates (X, Y, Z), there is no parallelism between the XX ′ axis and the ZZ ′ axis. It will be held without control.

また基端支持部4に設けられた第1駆動装置6Aおよび第2駆動装置6Bは、出力軸6a,6bにそれぞれユニバーサルジョイントからなる基端連結部2b,2cを介して第1動力伝達軸L1および第2動力伝達軸L2が折り曲げ自在に連結されている。また前記手先部5側では、互いに平行な駆動アームAおよび第1動力伝達軸L1ならびに第2動力伝達軸L2は、第2平面F2上でそれぞれユニバーサルジョイントからなる手先連結部3a〜3cを介して操作アーム21および第1入力軸22ならびに第2入力軸23にそれぞれ折り曲げ自在に連結されている。   Further, the first drive device 6A and the second drive device 6B provided on the base end support portion 4 are connected to the first power transmission shaft L1 via base end connection portions 2b and 2c formed of universal joints on the output shafts 6a and 6b, respectively. And the 2nd power transmission shaft L2 is connected so that bending is possible. Further, on the hand portion 5 side, the drive arm A, the first power transmission shaft L1 and the second power transmission shaft L2 which are parallel to each other are respectively connected to the second plane F2 via hand joint portions 3a to 3c formed of universal joints. The operating arm 21, the first input shaft 22, and the second input shaft 23 are connected to each other so as to be bent.

図5〜図7に示すように、手先部5は、第1入力軸22を有する旋回用ギヤボックス20Aと、第2入力軸23を有する出退用ギヤボックス20Bと、旋回用ギヤボックス20Aおよび出退用ギヤボックス20Bを連結する連結フレーム20Cと、旋回用ギヤボックス20Aに旋回軸24を介してZ軸周りに回動自在に支持され出退用スプライン軸26を出退自在に支持する揺動用ギヤボックス20Dとを具備し、連結フレーム20Cに操作アーム21の先端部が固定され支持されている。また出退用スプライン軸26の先端部には作業具である吸着パット30が設けられている。この手先部5には、旋回用ギヤボックス20A内で出退用スプライン軸26を介して吸着パット30を垂直軸心周りに回動させる旋回駆動機構31と、出退用ギヤボックス20B内で出退用スプライン軸26をその軸心方向に出退させて吸着パット30を昇降させる昇降駆動機構(出退駆動機構)32と、揺動用ギヤボックス20DをZ軸方向の旋回軸24周りに回動して吸着パット30を揺動させる揺動駆動機構33が設けられている。   As shown in FIGS. 5 to 7, the hand portion 5 includes a turning gear box 20A having a first input shaft 22, an exit / retreat gear box 20B having a second input shaft 23, a turning gear box 20A, and A connecting frame 20C for connecting the withdrawing / retracting gear box 20B, and a swing for supporting the turning spline shaft 26 to be freely withdrawn / retracted by the turning gear box 20A via the turning shaft 24 so as to be rotatable about the Z axis. The moving gear box 20D is provided, and the distal end portion of the operation arm 21 is fixed and supported by the connecting frame 20C. Further, a suction pad 30 as a work tool is provided at the tip of the exit / retreat spline shaft 26. The hand portion 5 includes a turning drive mechanism 31 that rotates the suction pad 30 around the vertical axis through the retracting spline shaft 26 in the turning gear box 20A, and an exiting / retracting gear box 20B. An elevating drive mechanism (retracting drive mechanism) 32 that moves the retracting spline shaft 26 back and forth in the axial direction thereof to raise and lower the suction pad 30 and a swinging gear box 20D rotate around the turning shaft 24 in the Z-axis direction. Thus, a swing drive mechanism 33 that swings the suction pad 30 is provided.

すなわち前記旋回駆動装置31は、旋回用ギヤボックス20Aで第1入力軸22とZ軸方向の旋回軸24との間に介在された旋回入力用マイターギヤ25A,25Bと、揺動用ギヤボックス20D内で旋回軸24と、出退用スプライン軸26を軸心方向にのみスライド自在に外嵌されたスプライン筒27との間に介在された旋回出力用マイターギヤ28A,28Bとが具備されている。   In other words, the turning drive unit 31 includes a turning input miter gear 25A, 25B interposed between the first input shaft 22 and the turning shaft 24 in the Z-axis direction in the turning gear box 20A, and the swinging gear box 20D. There are provided turning output miter gears 28A and 28B interposed between the turning shaft 24 and a spline cylinder 27 which is externally fitted to the retractable spline shaft 26 so as to be slidable only in the axial direction.

したがって、第1駆動装置6Aの出力軸6aにより基端連結部2bを介して第1動力伝達軸L1が回転され、さらに手先連結部3bを介して第1入力軸22が回転駆動される。そして旋回駆動機構31では、第1入力軸22から旋回入力用マイターギヤ25A,25B、旋回軸24および旋回出力用マイターギヤ28A,28Bを介して出退用スプライン軸26に回転力が順次伝達され、出退用スプライン軸26を介して吸着パット30が旋回される。   Accordingly, the first power transmission shaft L1 is rotated by the output shaft 6a of the first drive device 6A via the proximal end connecting portion 2b, and the first input shaft 22 is further rotationally driven via the hand connecting portion 3b. In the turning drive mechanism 31, the rotational force is sequentially transmitted from the first input shaft 22 to the exit / retreat spline shaft 26 via the turning input miter gears 25A and 25B, the turning shaft 24 and the turning output miter gears 28A and 28B. The suction pad 30 is turned through the retreating spline shaft 26.

前記昇降駆動機構32は、出退用ギヤボックス20B内で、第2入力軸23と、旋回軸24と同一軸心上に回転自在に支持された出退軸35との間に出退用マイターギヤ36A,36Bが介在されて連動連結されている。さらに出退軸35と出退用スプライン軸26の先端部との間に出退リンク機構37A,37Bが介在されている。この出退リンク機構37A,37Bは、出退軸35に半径方向にリンクアーム37Aが固定され、出退用スプライン軸26の下部に軸心周りの回転のみ自在に外嵌された受動スリーブ38に、Z軸方向のピンを介してリンクアーム37Bが回動自在に連結され、これら2本のリンクアーム37A,37BがZ軸方向の連結ピン39を介して折畳み自在に連結されて構成されている。   The elevating drive mechanism 32 is a miter gear for egress / retreat between the second input shaft 23 and an egress / retreat shaft 35 rotatably supported on the same axis as the turning shaft 24 in the egress / retreat gear box 20B. 36A and 36B are interposed and linked. Further, exit / retreat link mechanisms 37A and 37B are interposed between the exit / retreat shaft 35 and the tip of the exit / retreat spline shaft 26. The exit / retreat link mechanisms 37A and 37B are provided on a passive sleeve 38 having a link arm 37A fixed to the exit / retraction shaft 35 in the radial direction and externally fitted to the lower part of the exit / retraction spline shaft 26 so as to be rotatable only around the axis. The link arm 37B is rotatably connected via a pin in the Z-axis direction, and the two link arms 37A and 37B are connected in a foldable manner via a connection pin 39 in the Z-axis direction. .

したがって、第2駆動装置6Bにより出力軸6bから基端手先連結部2cを介して第2動力伝達軸L2が回転駆動され、さらに手先連結部3cを介して第2入力軸23が回転される。そして昇降駆動機構32では、第2入力軸23から出退用マイターギヤ36A,36Bを介して出退軸35が回転され、さらに出退リンクアーム37A,37Bを介して出退用スプライン軸26が軸心方向に出退されて吸着パット30が昇降される。   Accordingly, the second drive device 6B rotates the second power transmission shaft L2 from the output shaft 6b through the proximal end hand connecting portion 2c, and further rotates the second input shaft 23 through the hand connecting portion 3c. In the lifting drive mechanism 32, the retracting shaft 35 is rotated from the second input shaft 23 via the retracting miter gears 36A and 36B, and the retracting and retracting spline shaft 26 is pivoted via the retracting and retracting link arms 37A and 37B. The suction pad 30 is moved up and down in the direction of the heart.

前記揺動駆動機構33は、旋回用ギヤボックス20Aにブラケットを介して第3駆動装置である揺動用アクチュエータ(流体圧シリンダ)41が立設され、下方に出退される出力ロッド41aに、カム溝を形成したカム部材42が取り付けられている。また揺動用ギヤボックス20Dに突設された受けアーム43の先端部に、前記カム部材42のカム溝に移動自在に嵌合されるカムローラ44が回転自在に支持されている。   The swing drive mechanism 33 is provided with a swing actuator (fluid pressure cylinder) 41, which is a third drive device, standing on a turning gear box 20A via a bracket, and a cam is connected to an output rod 41a that is retracted downward. A cam member 42 in which a groove is formed is attached. Further, a cam roller 44 that is movably fitted in a cam groove of the cam member 42 is rotatably supported at a tip end portion of a receiving arm 43 protruding from the swinging gear box 20D.

したがって、揺動用アクチュエータ41を伸縮することにより、カム部材42およびカムローラ44を介して、揺動用ギヤボックス20Dを旋回軸24周りに回動して吸着パット30を少なくとも90°を越えて揺動させることができる。   Therefore, by extending / contracting the swinging actuator 41, the swinging gear box 20D is rotated around the turning shaft 24 via the cam member 42 and the cam roller 44, and the suction pad 30 is swung over at least 90 °. be able to.

上記構成における容器の整列動作を説明する。
マニピュレータ1の手先部5が側方に移動して下方が開放された状態で、搬入コンベア装置51上の容器Bが撮像装置55により撮像され、撮像装置55の画像信号がコントローラ50のボトル検出部50aに入力されて目的の容器Bの位置と姿勢が演算される。この操作指令値が動作制御部50bに入力され、動作制御部50bから第1,第2駆動装置6A,6B、X軸,Z軸回動装置8x,8z、揺動アクチュエータ41を操作する揺動アクチュエータ操作弁、および吸着パッド30をオンオフ操作する吸着パット操作弁に操作信号が出力され、マニピュレータ1が操作される。
The container alignment operation in the above configuration will be described.
The container B on the carry-in conveyor device 51 is imaged by the imaging device 55 in a state where the hand portion 5 of the manipulator 1 moves to the side and the lower side is opened, and the image signal of the imaging device 55 is the bottle detection unit of the controller 50. The position and orientation of the target container B are calculated by inputting to 50a. The operation command value is input to the operation control unit 50b, and the operation controller 50b operates the first and second drive devices 6A and 6B, the X-axis and Z-axis rotation devices 8x and 8z, and the swing actuator 41 to operate the swing actuator 41. An operation signal is output to the actuator operation valve and the suction pad operation valve that turns the suction pad 30 on and off, and the manipulator 1 is operated.

まず主駆動装置8のX軸回動装置8xとZ軸回動装置8zがそれぞれ駆動されて駆動アームAが回動されるとともに、第1,第2動力伝達軸L1,L2が第1,第2平行リンク機構PL1,PL2を介して駆動アームAに追従され、これにより手先部5が平行移動される。   First, the X-axis rotation device 8x and the Z-axis rotation device 8z of the main drive device 8 are driven to rotate the drive arm A, and the first and second power transmission shafts L1 and L2 are the first and first. Following the drive arm A via the two parallel link mechanisms PL1 and PL2, the hand portion 5 is thereby translated.

搬入コンベア装置51上に倒伏姿勢で載置された目的の容器Bの上方に手先部5が停止されると、第2駆動装置6Bにより第2動力伝達軸L2を介して昇降駆動機構32が駆動され出退用スプライン軸26を介して吸着パット30が下降され、吸着パット30が容器Bに当て付けられるとともに、吸着パット操作弁が操作されて吸着パット30により容器Bが保持される。   When the hand portion 5 is stopped above the target container B placed in a lying posture on the carry-in conveyor device 51, the lift drive mechanism 32 is driven by the second drive device 6B via the second power transmission shaft L2. Then, the suction pad 30 is lowered via the exit / retreat spline shaft 26, the suction pad 30 is applied to the container B, and the suction pad operation valve is operated to hold the container B by the suction pad 30.

次いで第2駆動装置6Bにより昇降駆動機構32が駆動されて吸着パット30が上昇され容器Bが持ち上げられるともに、第1駆動装置6Aにより第1動力伝達軸L1を介して旋回駆動機構31が駆動され出退用スプライン軸26を介して吸着パット30が回転され容器BがX軸方向に向けられる。   Next, the lift drive mechanism 32 is driven by the second drive device 6B, the suction pad 30 is raised and the container B is lifted, and the turning drive mechanism 31 is driven by the first drive device 6A via the first power transmission shaft L1. The suction pad 30 is rotated via the exit / retreat spline shaft 26 so that the container B is directed in the X-axis direction.

さらに主駆動装置8により駆動アームAが揺動されて容器Bが搬出コンベア装置52側に搬送されるとともに、揺動駆動機構33では揺動アクチュエータ41が進展されて第1入力軸22を中心に出退用スプライン軸26が回動され、容器Bが正立姿勢にされる。そして、手先部5が搬出コンベア装置52上の所定位置に達すると、第2駆動装置6Bにより昇降駆動機構32が駆動され吸着パット30が下降されて容器Bが正立姿勢で搬出コンベア装置52上に整列される。   Further, the drive arm A is swung by the main drive device 8 and the container B is conveyed to the carry-out conveyor device 52 side, and the swing drive mechanism 33 is advanced by the swing drive mechanism 33 so that the first input shaft 22 is centered. The exit / retreat spline shaft 26 is rotated to bring the container B into an upright posture. When the hand part 5 reaches a predetermined position on the carry-out conveyor device 52, the lifting drive mechanism 32 is driven by the second drive device 6B, the suction pad 30 is lowered, and the container B is in the upright posture on the carry-out conveyor device 52. Aligned.

上記実施の形態によれば、2本のリンク部材のうち、1本を駆動アームAとし、他の2本を第1,第2動力伝達軸L1,L2とし、第1,第2動力伝達軸L1,L2およびその基端連結部2b,2cとでZ軸を含む垂直面F0上で平行移動される第1平行リンク機構PL1を形成し、垂直面F0(第1動力伝達軸L1または第2動力伝達軸L2でも可)と駆動アームAとによりX軸を含む垂直面で平行移動される第2平行リンク機構PL2を形成して手先部5を平行移動させるので、シリアルリンク式マニピュレータに比較して高剛性に形成することができる。また1本の駆動アームAにより手先部5を駆動するので、手先部5の高速動作が可能となる。   According to the above embodiment, one of the two link members is the drive arm A, the other two are the first and second power transmission shafts L1 and L2, and the first and second power transmission shafts. The first parallel link mechanism PL1 translated on the vertical plane F0 including the Z axis is formed by L1, L2 and the base end connecting portions 2b, 2c, and the vertical plane F0 (the first power transmission shaft L1 or the second Since the power transmission shaft L2) and the drive arm A form a second parallel link mechanism PL2 that is translated in a vertical plane including the X axis, the hand portion 5 is translated, so that it is compared with a serial link manipulator. And can be formed with high rigidity. Further, since the hand portion 5 is driven by one drive arm A, the hand portion 5 can be operated at high speed.

また第1駆動装置6Aにより第1動力伝達軸L1を介して手先部5の旋回駆動機構31を駆動するとともに、第2駆動装置6Bにより第2動力伝達軸L2を介して手先部5の昇降駆動機構32を駆動するように構成したので、手先部に全ての駆動装置を搭載したマニピュレータに比較して、手先部5を大幅に軽量化することができ、高速動作が可能となる。   The first drive device 6A drives the turning drive mechanism 31 of the hand portion 5 via the first power transmission shaft L1, and the second drive device 6B drives the hand portion 5 to move up and down via the second power transmission shaft L2. Since the mechanism 32 is configured to be driven, the hand portion 5 can be significantly reduced in weight compared to a manipulator having all the driving devices mounted on the hand portion, and high-speed operation is possible.

さらに、天井部54に撮像装置55を設けることにより、駆動アームAが側方に移動した時に、下方の撮像範囲に駆動アームAおよび第1,第2動力伝達軸L1,L2が干渉することなく、対象物である容器Bを広範囲で正確に検出することができ、手先部下方が確認しにくいパラレルリンク式マニピュレータに比較して目的物を容易かつ正確に画像検出することができ、正確に容器Bを保持できて効率のよい整列動作が期待できる。   Furthermore, by providing the imaging device 55 on the ceiling portion 54, when the drive arm A moves to the side, the drive arm A and the first and second power transmission shafts L1, L2 do not interfere with the lower imaging range. The container B, which is the object, can be detected accurately in a wide range, and the object can be detected easily and accurately in comparison with a parallel link manipulator in which the lower part of the hand is difficult to confirm. B can be held and an efficient alignment operation can be expected.

本発明に係る容器整列装置の実施の形態を示す全体斜視図である。It is a whole perspective view showing an embodiment of a container alignment device concerning the present invention. 同容器整列装置に使用したマニピュレータの全体斜視図である。It is a whole perspective view of the manipulator used for the container alignment device. 同マニピュレータの全体構成図である。It is a whole block diagram of the manipulator. 図3に示すI部拡大図である。It is the I section enlarged view shown in FIG. 図3に示すII部拡大図である。It is the II section enlarged view shown in FIG. 同マニピュレータの手先部の構造を示す一部切欠き斜視図である。It is a partially notched perspective view which shows the structure of the hand part of the manipulator. 同マニピュレータの手先部の構造を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the structure of the hand part of the manipulator. 同マニピュレータの旋回駆動機構を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the turning drive mechanism of the manipulator. 同マニピュレータの昇降駆動機構を示す側面図である。It is a side view which shows the raising / lowering drive mechanism of the manipulator. 同マニピュレータの揺動駆動機構を示す側面図である。It is a side view which shows the rocking | fluctuation drive mechanism of the manipulator. 同マニピュレータの動作を示す構造図である。It is a structural diagram showing operation of the manipulator.

符号の説明Explanation of symbols

F1 第1平面
F2 第2平面
A 駆動アーム
L1 第1動力伝達軸
L2 第2動力伝達軸
PL1 第1平行リンク機構
PL2 第2平行リンク機構
1 マニピュレータ
2a〜2c 基端連結部
3a〜3c 手先連結部
4 基端支持部
5 手先部
6A 第1駆動装置
6a 出力軸
6B 第2駆動装置
6b 出力軸
8 主駆動装置
8x X軸回動装置
8z Z軸回動装置
20A 旋回用ギヤボックス
20B 出退用ギヤボックス
20C 連結フレーム
20D 揺動用ギヤボックス
21 入力アーム
22 第1入力軸
23 第2入力軸
25A,25B 旋回入力用マイターギヤ
26 出退用スプライン軸
27 ボールスプライン筒
28A,28B 旋回出力用マイターギヤ
30 吸着パット
31 旋回駆動機構
32 昇降駆動機構
33 揺動駆動機構
41 揺動用アクチュエータ
50 制御装置
50a ボトル検出部
51 搬入コンベア装置
52 搬出コンベア装置
53 支柱
54 天井部
55 撮像装置
F1 1st plane F2 2nd plane A Drive arm L1 1st power transmission shaft L2 2nd power transmission shaft PL1 1st parallel link mechanism PL2 2nd parallel link mechanism 1 Manipulator 2a-2c Base end connection part 3a-3c Hand connection part 4 Proximal End Supporting Section 5 Hand Part 6A First Driving Device 6a Output Shaft 6B Second Driving Device 6b Output Shaft 8 Main Driving Device 8x X-Axis Rotating Device 8z Z-Axis Rotating Device 20A Turning Gear Box 20B Retracting Gear Box 20C Connecting frame 20D Oscillating gear box 21 Input arm 22 First input shaft 23 Second input shaft 25A, 25B Turning input miter gear 26 Retracting spline shaft 27 Ball spline cylinder 28A, 28B Turning output miter gear 30 Suction pad 31 Rotation drive mechanism 32 Elevation drive mechanism 33 Oscillation drive mechanism 41 Oscillation actuator Over motor 50 controller 50a bottle detector 51 input conveyor device 52 discharge conveyor device 53 pillar 54 ceiling 55 imaging device

Claims (3)

基端支持部と手先部との間に両端部がそれぞれ回動自在に連結された3本のリンク部材のうち、2本のリンク部材を互いに平行で同一長さに形成して第1平行リンク機構を形成するとともに、残りの1本のリンク部材を前記第1平行リンク機構の構成部と互いに平行で同一長さに形成して前記第1平行リンク機構が動作される面に直交する面内で動作される第2平行リンク機構を形成し、
前記3本のリンク部材のうち、1本を手先部を移動させる駆動アームに構成するとともに、残りの2本を前記基端支持部から手先部の駆動機構を駆動する第1動力伝達軸および第2動力伝達軸とした
マニピュレータ。
Of the three link members whose both end portions are rotatably connected between the proximal end support portion and the hand end portion, two link members are formed in parallel with each other to have the same length. In-plane perpendicular to the surface on which the first parallel link mechanism is operated by forming a mechanism and forming the remaining one link member in parallel with the components of the first parallel link mechanism in the same length Forming a second parallel link mechanism operated at
Of the three link members, one is configured as a drive arm that moves the hand portion, and the remaining two are driven by the first power transmission shaft that drives the drive mechanism of the hand portion from the base end support portion and the first power transmission shaft. Manipulator with two power transmission shafts.
手先部に、手先部に設けられた作業装置を第1軸周りに旋回させる旋回駆動機構と、前記作業装置を第1軸に沿って出退させる出退駆動機構と、前記作業装置を第1軸に直交する第2軸周りに揺動させる揺動駆動機構とを設け、
基端支持部に、各動力伝達軸を介して前記各駆動機構のいずれかをそれぞれ駆動する2個の駆動装置を設けた
請求項1記載のマニピュレータ。
At the hand portion, a turning drive mechanism for turning the work device provided at the hand portion around the first axis, a retracting drive mechanism for moving the work device along the first axis, and the work device at the first position. A swing drive mechanism that swings around a second axis orthogonal to the axis;
2. The manipulator according to claim 1, wherein the base end support portion is provided with two drive devices that respectively drive one of the drive mechanisms via the power transmission shafts.
請求項1または2記載のマニピュレータを使用した容器整列装置であって、
前記マニピュレータの基端支持部に、容器を撮像する画像計測手段を設けるとともに、作業装置として手先部に容器の保持具を設け、
容器搬入手段により搬入された容器を前記画像計測手段により検出したデータに基いて前記保持具で容器を保持し姿勢変更して容器搬出手段に整列させるように構成した
容器整列装置。




A container alignment device using the manipulator according to claim 1 or 2,
In the base end support portion of the manipulator, an image measuring means for imaging the container is provided, and a container holder is provided in the hand portion as a working device,
A container alignment apparatus configured to hold a container with the holder and change the posture of the container carried in by the container carry-in means based on data detected by the image measurement means, and align the container with the container carry-out means.




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