JP2008230327A

JP2008230327A - 移送ロボット

Info

Publication number: JP2008230327A
Application number: JP2007070057A
Authority: JP
Inventors: Souta Aoki; 創太青木; Koji Tomita; 幸治富田; Shinji Toyama; 伸治遠山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-03-19
Also published as: JP4737123B2; US8096380B2; EP2147756B1; CA2680001C; ATE554887T1; WO2008114630A1; US20100101357A1; CA2680001A1; EP2147756A4; CN101631650B; CN101631650A; EP2147756A1

Abstract

【課題】安全で製造コストが低い移送ロボットを提供すること。
【解決手段】移送ロボット１００は、床面に固定可能な土台７と、土台７に設けられたリンク機構と、土台７に、リンク機構により回転可動に取り付けられたアームと、アームを移動させる、当該アームの下面に取り付けられたキャスタと、台車１３を保持するためにアームの上面に設けられた保持部とを備える。リンク機構は、モータと、モータにより回転する第１減速機構、と第１減速機構に接続しアームを回動させる第２減速機構とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、台車等の搬送対象物を持ち上げずに平面上で移送するための移送ロボットに関する。

図１３及び図１４は、従来の移送ロボットを示す図である。図１３及び図１４は、それぞれ、垂直多関節型及び水平多関節型のロボットを示す。垂直多関節型ロボット２００は、床面に接地される土台２０１と、土台２０１にリンク機構（図示せず）を介して取り付けられた支持部２０２と、支持部２０２にリンク機構２０３により垂直方向に回転可動に取り付けられた第１アーム２０４と、第１アーム２０４にリンク機構２０５により垂直方向に回転可動に取り付けられた第２アームと、第２アームにリンク機構２０７により垂直方向に回転可動に取り付けられた保持部２０８と、保持部２０８に取り付けられたピン２０９とを有する。リンク機構２０３、２０５、２０７が回転することで、第１アーム２０４、第２アーム２０６及び保持部２０８が垂直方向に移動する。また、土台２０１と支持部２０２との間に設けられたリンク機構により、支持部２０２が水平方向に回転する。

また、水平多関節型ロボット３００は、床面に接地される土台３０１と、土台３０１に取り付けられたリンク機構３０２と、リンク機構３０２により水平方向に回転可動に取り付けられた第１アーム３０３と、第１アーム３０３にリンク機構３０５により水平方向に回転可動に取り付けられた第２アーム３０６と、第２アーム３０６に接続する、電気線を含むホース３０４と、第２アーム３０６に設けられ垂直方向に上下するシリンダ３０７とを有する。リンク機構３０２、３０５が回転することで、第１アーム３０３、第２アーム３０６が垂直方向に移動する。このような垂直方向に搬送対象物を搬送する搬送ロボットとしては特許文献１に記載の移送ロボットが公知である。
実用新案登録第３１１５４９７号公報

しかしながら、搬送対象物を搬送する従来のロボットにおいて、搬送対象物を持ち上げて搬送する場合、大出力のモータを備えた大掛かりなアームが必要となる。しかし、台車のように平面上を移動する搬送対象物の場合、取り回し箇所が多く、これらの搬送対象物を搬送する場合に極めて広い動作範囲及び大出力を有するロボットを構成する必要がある。

例えば組み立てラインなどの製造ラインで用いられる台車は例えば５０乃至３００ｋｇであって、ロボットを使用せず作業者によって各工程間を搬送する場合、台車の取り回し箇所が非常に多く作業工数が大きくなる。つまり、台車取り回しにかかる労務費が非常に高い。一方でこのような台車等を搬送する従来の搬送ロボットは、搬送対象物を持ち上げて搬送する場合、大出力のモータを備えた大掛かりなアームが必要となる。しかし、台車のような極めて広い動作範囲及び大出力を有するロボットは、当該ロボットに使用されるモータの出力が大きいため、柵などの安全対策を施す必要があり、大型でスペースを占有するだけでなく、工程分断やライン見通しの低下も招くという問題がある。また、設備コストも極めて大きいという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、安全であって、製造コストが低い移送ロボットを提供することを目的とする。

本発明にかかる移送ロボットは、土台と、前記土台に設けられたリンク機構と、前記土台に、前記リンク機構により水平方向に回転可動に取り付けられる第１アームと、前記第１アームを前記リンク機構を軸として移動する、当該第１アームの下面に取り付けられたキャスタと、搬送対象物を保持するために前記第１アームの上面に設けられた保持部とを備え、前記リンク機構は、モータと、当該モータによる回転を制御する第１減速機構と、当該第１減速機構に接続し前記第１アームの回動を制御する第２減速機構とを有するものである。

本発明においては、第１アームの下面にキャスタを取り付けロボットの自重を支えるとともに、リンク機構によりアームを水平方向に回動させることで搬送対象物を搬送するようにしたので、低出力のモータを使用することができる。

また、前記土台と前記第１アームとの間にリンク機構により水平方向に回転可動に取り付けられた１又は複数の第２アームを有することができる。１又は複数の第２アームを挿入することで、ロボットの搬送範囲を任意に設定することができる。

さらに、前記第２アームの下面に取り付けられるキャスタをさらに有することができ、第２アームの自重を支えるキャスタを設けることができる。

さらにまた、前記土台側のリンク機構は前記第１アーム側のリンク機構より、前記第１減速機構に対する前記第２減速機構のギア比が高いものとすることができる。土台側の負荷トルクの方が大きいため、これに応じて土台側の方のギア比を大きくすることができる。

また、前記保持部は、前記搬送対象物に設けられた被保持部と嵌合するピンを有することができ、搬送対象物をピンにより固定して搬送させることが可能である。

また、前記保持部は、前記ピンを保持するシリンダを有し、当該ピンが前記第１アームから離隔する方向、例えば垂直方向又は水平方向に可動に構成されるものとすることができ、搬送対処物の高さ等に応じて保持部の位置を可変にすることができる。

本発明に係るによれば、安全であって、製造コストが低い移送ロボットを提供することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１乃至図３は、本発明の実施の形態にかかる移送ロボットを示すそれぞれ斜視図、側面図、及び平面図である。本実施の形態にかかる移送ロボット１００は、ベース部１、リンク部２ａ、２ｂ、先端リンク部３及び保持部４を有する。ベース部１を床面に固定し、先端リンク部３に設けられた保持部４により台車１３を保持する。そして、リンク部２ａ、２ｂ及び先端リンク部３がそれぞれ水平方向に回転することで台車１３を水平方向に移送することができる。

図４乃至図７は、それぞれベース部１、リンク部２ａ、先端リンク部３、及び保持部４を示す斜視図である。ベース部１は、図４に示すように、モータ５ａと、モータ５ａにより垂直方向を軸として回転する、モータ５ａの先端に取り付けられた第１減速機構６ａと、第１減速機構６ａが取り付けられる土台７とを有する。本実施の形態における移送ロボット１００は２次元的な動きのみを行なうように構成することで、モータ５ａの負荷を軽減することができ、例えば８０Ｗ以下の低出力のものを用いることができる。

リンク部２ａは、図５に示すように、ベース部１の第１減速機構６ａと接続される第２減速機構８ｂと、第２減速機構８ｂがその上面片端に取り付けられる第２アームとしてのアーム９ｂと、モータ５ｂと、モータ５ｂによって回転される、アーム９ｂのもう一方の端部に設けられた第１減速機構６ｂと、アーム９ｂを支え移動する、アーム９ｂの下面に取り付けられたキャスタ１０ｂとを有する。第１減速機構及び第２減速機構は、減速機、ギアボックス、及び歯車等を組み合せ、モータの回転を減速させる機構である。第２減速機構８ｂも第１減速機構６ａと同じく垂直方向を軸として水平方向で回転する。モータ５ａ、第１減速機構６ａ、及び第２減速機構８ｂによりリンク機構が構成される。

上記ベース部１の第１減速機構６ａがモータ５ａにより回転され、これにより、第１減速機構６ａと接続している第２減速機構８ｂが回転する。なお、図４乃至図７では省略しているが、第１減速機構６ａと第２減速機構８ｂとは互いの歯車が嵌合するよう構成される。第２減速機構８ｂが回転することでアーム９ｂが水平方向に回動する。リンク部２ｂもリンク部２ａと同様に構成される。

先端リンク部３は、図６に示すように、第２減速機構８ｄと、第２減速機構８ｄがその上面片端に取り付けられる第１アームとしてのアーム９ｄと、モータ５ｄと、モータ５ｄにより回転する第１減速機構６ｄと、アーム９ｄの下面に取り付けられアーム９ｄを支持・移動するキャスタ１０ｄとを有する。この先端リンク部３は、第１減速機構６ｄに接続する保持部４を有している。

保持部４は、図７に示すように、第１減速機構６ｄに接続する第２減速機構８ｅと、第２減速機構８ｅにより回転するシリンダ１１と、シリンダ１１により垂直方向に上下移動する平板状の支持部１２ｃと、支持部１２ｃの２つの端部にそれぞれ設けられたピン１２ａ、１２ｂとを有する。モータ５ｄにより第１減速機構６ｄが回転し、これに応じて第２減速機構８ｅが回転する。そして、第２減速機構８ｅに取り付けられたシリンダ１１が回転することでピン１２ａ、１２ｂの位置を変更することができる。なお、本実施の形態においては、保持部４は、シリンダ１１により、ピン１２ａ、１２ｂが垂直方向に上下移動するものとして説明するが、シリンダ１１により、水平方向に移動するように構成することも可能である。または、水平方向、垂直方向に限定されず、シリンダ１１の取り付け方によっては、先端リンク部３から離隔する任意の方向に移動するよう構成することも可能である。

ここで、根元側、すなわちベース部１側ほど負荷トルクが大きいため、各軸におけるそれぞれ第１減速機構６ａ乃至６ｄと第２減速機構８ｂ乃至８ｅとのギア比は、ベース部１側ほど高くなるよう構成されている。すなわち、第１減速機構６ａに対する第２減速機構８ｂのギア比の方が第１減速機構６ｂに対する第２減速機構８ｃのギア比より大きく、第１減速機構６ｂに対する第２減速機構８ｃのギア比の方が第１減速機構６ｃに対する第２減速機構８ｄのギア比より大きい。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、移送ロボットのモータを駆動し各関節（リンク機構）が屈曲したそれぞれ第１及び第２の状態を示す平面図である。図８（ａ）は、ベース部１のモータ５ａを駆動し第１減速機構６ａと第２減速機構８ｂを回動させた状態を示す。図８（ｂ）は、図８（ａ）の状態から更に、モータ５ｂ、５ｃを駆動し、第１減速機構６ｂ、６ｃと第２減速機構８ｃ、８ｄを回動させた状態を示す。各モータ５ａ乃至５ｄはエンコーダを内蔵し、角度を与えると各関節の角度を制御する。なお、本実施の形態においては、図２に示す直線状態をエンコーダの０度としている。

図９は、保持部と搬送対象物である台車を示す図である。図９に示すように、台車１３は、保持部４のピン１２ａ、１２ｂを格納する被保持部１４ａ、１４ｂを備える。台車１３は、本体１３ａと本体１３ａを支え、移動する４つのキャスタ１３ｂにより、荷物を搭載して床面を移動可能に構成されている。保持部４のピン１２ａ、１２ｂを、台車１３の被保持部１４ａ、１４ｂに挿入することで台車１３を固定する。

図１０乃至図１２は、移送ロボットの動作例を示す図である。図１０に示すように、移送ロボット１００は、台車を位置１５から位置１７に移動する。先ず、移送ロボット１００は、ピン１２ａ、１２ｂを収納した状態で位置１５へ接近し、定位置で保持部４のピン１２ａ、１２ｂを台車１３の被保持部１４ａ、１４ｂに挿入し台車１３を固定する。

各関節（リンク機構）のモータ５ａ乃至５ｄにより角度及び速度を制御しながら位置１６へ向かい、そして位置１７へ向かう。位置１７に到着したら、ピン１２ａ、１２ｂを収納し、台車１３を切り離す。そして、次の台車を運搬するため、再度位置１５へ接近し、上記の動作を繰り返す。図１１、図１２に示す動作も同様である。

従来の移送ロボットは、自重と搬送対象物重量をモータで保持している。搬送対象物に関しては、持ち上げて運搬するよう設計されているため、ロボット自身の剛性が必要である。そのため、自重が増大することにもつながっていた。

これに対し、本実施の形態においては、搬送対象物を持ち上げずに平面搬送に限定することで、搬送に必要な荷重を軽減するとともにロボット自身の動作を２次元とする。さらに、自重によるモータ負荷を軽減するため、自重をキャスタで支える構成を有する。このことにより、モータ５ａ乃至５ｄの出力を安全対策が必要ない程度、例えば８０Ｗまで低くすることができる。さらに、ベース部１側ほど第１減速機構に対する第２減速機構のギア比を大きくすることで、ベース部１側ほど大きくなる負荷トルクに耐えられるようにしている。

また、低出力モータを使用することができるため、本質的に安全な構成となり、作業者と共存した工程に導入することができる。さらに、スペース・ライン見通し等を損なわずに台車等の運搬を自動化することができる。さらにまた、搬送軌跡を任意に設定可能であるため、作業者との共存工程で作業動線と干渉しない台車搬送が可能となる。また、動作の始点・終点と経由点を示すティーチポイントを変更するのみで台車移載位置を容易に変更可能である。さらに、ベース部１を床面に固定するのみで設置が可能であるため、据付高次や工程変更等を休日工事、長期工事なしで対応可能である。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、本実施の形態においては、２つのリンク部２ａ、２ｂを設けているが、リンク部を設けず、ベース部１と先端リンク部３により移送ロボットを構成することも可能である。また、１つ又は３つ以上のリンク部を設けることも可能である。さらに、リンク部のアームの長さによってはベース部と先端リンク部とで支えることができ、その場合はリンク部のキャスタを設けなくてもよい。

本発明の実施の形態にかかる移送ロボットを示すそれぞれ斜視図である。本発明の実施の形態にかかる移送ロボットを示すそれぞれ側面図である。本発明の実施の形態にかかる移送ロボットを示すそれぞれ平面図である。本発明の実施の形態にかかる移送ロボットにおけるベース部示す斜視図である。本発明の実施の形態にかかる移送ロボットにおけるリンク部２ａを示す斜視図である。本発明の実施の形態にかかる移送ロボットにおける先端リンク部３を示す斜視図である。本発明の実施の形態にかかる移送ロボットにおける保持部４を示す斜視図である。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態にかかる移送ロボットのモータを駆動し各関節（リンク機構）が屈曲したそれぞれ第１及び第２の状態を示す平面図である。本発明の実施の形態にかかる移送ロボットにおける保持部と搬送対象物である台車を示す図である。本発明の実施の形態にかかる移送ロボットの動作例を示す図である。同じく、本発明の実施の形態にかかる移送ロボットの動作例を示す図である。同じく、本発明の実施の形態にかかる移送ロボットの動作例を示す図である。従来の垂直多関節型の移送ロボットを示す図である。従来の水平多関節型の移送ロボットを示す図である。

符号の説明

２ａ、２ｂリンク部
３先端リンク部
４保持部
５ａ〜５ｄモータ
６ａ〜６ｄギア
７土台
８ｂ〜８ｅギア
９ｂ〜９ｄアーム
１０ｂ〜１０ｄ、１３ｂキャスタ
１１シリンダ
１２ａ、１２ｂピン
１２ｃ支持部
１３台車
１３ａ本体
１４ａ、１４ｂ被保持部
１５、１６、１７位置
１００移送ロボット

Claims

土台と、
前記土台に設けられたリンク機構と、
前記土台に、前記リンク機構により水平方向に回転可動に取り付けられる第１アームと、
前記第１アームを前記リンク機構を軸として移動する、当該第１アームの下面に取り付けられたキャスタと、
搬送対象物を保持するために前記第１アームの上面に設けられた保持部とを備え、
前記リンク機構は、モータと、当該モータによる回転を制御する第１減速機構と、当該第１減速機構に接続し前記第１アームの回動を制御する第２減速機構とを有する移送用ロボット。
前記土台と前記第１アームとの間にリンク機構により水平方向に回転可動に取り付けられた１又は複数の第２アームを有する
ことを特徴とする請求項１記載の移送ロボット。
前記第２アームの下面に取り付けられるキャスタをさらに有する
ことを特徴とする請求項２記載の移送ロボット。
前記土台側のリンク機構は前記第１アーム側のリンク機構より、前記第１減速機構に対する前記第２減速機構のギア比が高い
ことを特徴とする請求項２又は３記載の移送ロボット。
前記保持部は、前記搬送対象物に設けられた被保持部と嵌合するピンを有する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の移送ロボット。
前記保持部は、前記ピンを保持するシリンダを有し、当該ピンが前記第１アームから離隔する方向に可動に構成される
ことを特徴とする請求項５記載の移送ロボット。
前記保持部は、前記ピンを保持するシリンダを有し、当該ピンが水平又は垂直方向に可動に構成される
ことを特徴とする請求項５記載の移送ロボット。