JP2008272883A

JP2008272883A - 双腕型ロボットマニピュレータ

Info

Publication number: JP2008272883A
Application number: JP2007119833A
Authority: JP
Inventors: Masahito Ito; 雅人伊藤; Manabu Okahisa; 学岡久; Masahiro Yoshikawa; 晶洋吉川; Satoshi Kanbayashi; 聡神林
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-11-13

Abstract

【課題】本発明は、マニピュレータの設置位置を変えることなく上部及び前方からのアプローチを可能にした双腕型ロボットマニピュレータを提供する。
【解決手段】旋回軸Ｊ８上に配置された胴体１と、前記胴体１に備えられた右腕２Ｒおよび左腕２Ｌと、前記右腕２Ｒおよび前記左腕２Ｌが複数の関節軸Ｊ１〜Ｊ７で構成された双腕型ロボットマニピュレータにおいて、前記右腕２Ｒおよび前記左腕２Ｒの第１の関節軸Ｊ１が前記胴体１の前方に配置されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、物品の搬送または組立を行う双腕型ロボットマニピュレータに関する。

従来の双腕マニピュレータ装置には、２つの構成が提案されている。第１には、胴体から水平多関節アームの２本が上下に昇降可能に取り付けられた双腕ロボットである（例えば、特許文献１参照）。第２には、肩部に多関節アームを２本備えた双腕ロボット（例えば、特許文献２参照）。
第１の従来の双腕マニピュレータ装置について、図５を用いて説明する。図５に示す軸状部品嵌め込み装置は、２つのロボットアーム１０３，１０４がボディ部１０２の側面を上下に昇降可能に取付けられた双腕ロボット１０１と、該双腕ロボット１０１と配線１６１で繋がれたコントローラ内臓の制御装置１０６、部品が組み付けられる本体部品であるバルブボディ１０７を固定するための組付け用治具１０９と、これらを載置するプレート１６２とから主に構成されている。各ロボットアーム１０３，１０４は、それぞれボディ部１０２の側面と接続する第一アーム１３１，１４１と、該第一アーム１３１，１４１に接続する第二アーム１３２，１４２と、該第二アーム１３２，１４２の先端にコンプライアンス機構１０５，１０５を介して接続する右ハンド１３３、左ハンド１４３とから構成されている。ここで、ボディ部２と第一アーム１３１，１４１との接続部、第一アーム１３１，１４１と第二アーム１３２，１４２との接続部はそれぞれ水平方向に回動可能であり、右ハンド１３３や左ハンド１４３（コンプライアンス機構１０５，１０５）は第二アーム１３２，１４２とそれぞれ回転可能に接続されている。
第２の従来の双腕マニピュレータ装置について、図６を用いて説明する。この加工搬送装置２０１は、多間接式の可動アーム２０２を一対備え、これら可動アーム２０２は旋回装置２０３を介して基台２０４に据え付けてある。各可動アーム２０２は、同一の方向（図２のＸ軸方向）を向いた回転軸２０５，２０６，２０７を中心にして回動する関節を３個備えている。これら間接で連結されたアーム片（２０８〜２１１）のうち、先端側のアーム片２０８には、例えば、加工手段としてのボルト締結装置又は保持手段としてのワーク把持装置（図示せず）が各関節の回転軸２０５，２０６，２０７と垂直な回転軸２１２回りに回動自在に取り付けられる。先端側のアーム片２０８と隣接するアーム片２０９は長手方向に２分割され、その先端部分２０９ａが長手方向の回転軸２１３を中心として回動可能に基端部分２０９ｂに連結されている。なお、以上の各回転軸２０５，２０６，２０７，２１２，２１３の駆動はモータ（図示せず）によって行なわれる。
特開２００６−０３５３４６号公報（第６頁図１）特開２００６−１０２８４７号公報（第４−５頁図１）

製品の組立や物品の搬送を行うロボットマニピュレータは、工場内に多数のロボットを配置して作業させるような大型ラインシステムや分散配置して作業を行うようなセル生産システムなどに用いられるケースが多い。これらの用途に用いられるロボットマニピュレータは、主にフットプリントを小さくする反面、作業領域を広くすることが要求されている。単にフットプリントを小さくするだけでは、ロボットマニピュレータの小型化をするだけとなり、それでは比較的大きな物品をハンドリングする作業には適さない。そのために、双腕型のロボットマニピュレータが活用されるようになってきて、作業範囲を広くするとともに同時並行で作業を進めることで作業効率を上げて製品のスループットを向上させることが行われている。
また、自動車などの組立現場では、エンジンルームの組立作業では上方からのアプローチが必要となり、バンパーの組立作業では下方へのアプローチが必要となり、上方からや下方への作業が必要なっており、広い可動領域での作業が必要とされている。
このような観点から従来の双腕型ロボットマニピュレータが提案されているが、それでも解決されていない課題がある。すなわち、従来の双腕型ロボットマニピュレータは、アームが上部または側面から物品に対してアプローチして作業するような形態となっており、アーム長を長くすると、遠くの物品にも作業できるものの、胴体部の前方に配置された物品については、胴体部が邪魔になりある程度、胴体部から離した位置の物品しか作業できないために、作業範囲を広くすることができないという問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、マニピュレータの設置位置を変えることなく上部及び前方からのアプローチを可能にした双腕型ロボットマニピュレータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、旋回軸上に配置された胴体と、前記胴体に備えられた右腕および左腕と、前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成された双腕型ロボットマニピュレータにおいて、前記右腕および前記左腕の第１の関節軸が前記胴体の前方に配置されたものである。
また、請求項２記載の発明は、旋回軸上に配置された胴体と、前記胴体に備えられた右腕および左腕と、前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成された双腕型ロボットマニピュレータにおいて、前記右腕および前記左腕の少なくとも１つのアーム体が曲面形状に形成されたものである。
また、請求項３記載の発明は、前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、第１の関節軸と第３の関節軸の回転中心に対して、第５の関節軸と第７の関節軸の回転中心がオフセットして形成されたものである。
また、請求項４記載の発明は、前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、第２の関節軸と第４の関節軸の間に前記第２の関節軸および前記第４の関節軸に直交する第３の関節軸を備えたものである。
また、請求項５記載の発明は、前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、第４の関節軸と第６の関節軸の間に前記第４の関節軸および前記第６の関節軸に直交する第５の関節軸を備えたものである。
また、請求項６記載の発明は、前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、第１のアームは水平面内に配置された第１の関節軸を中心に回転し、第２のアームは前記第１の関節軸に直交するように配置された第２の関節軸を中心に回転し、第３のアーム体は前記第２の関節軸に直交するように配置された第３の関節軸を中心に回転し、第４のアーム体は前記第３の関節軸に直交するように配置された第４の関節軸を中心に回転し、第５の第５のアーム体は前記第４の関節軸と直交するように配置された関節軸を中心に回転し、第６のアーム体は前記第５の関節軸と直交するように配置された関節軸を中心に回転するものである。
また、請求項７記載の発明は、前記第４のアーム体は、最縮姿勢を形成する際に前記第３のアーム体に干渉することなく、移動するように曲面構造に形成されたものである。
また、請求項８記載の発明は、前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、前記関節軸が７軸で構成されているものである。
また、請求項９記載の発明は、前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、前記右腕および前記左腕に配置された前記関節軸が、前記胴体を中心に対称に配置されたものである。
また、請求項１０記載の発明は、前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、前記右腕および前記左腕は、定常時に設置面に対して平行に形成されているものである。

請求項１〜１０記載の発明によると、双腕型ロボットマニピュレータを用いたことで潜在的に要求されていた双腕で同時並行に作業を進め、作業効率を上げて製品のスループットを上げることができる点は、従来の双腕型ロボットマニピュレータ同様の効果を有している。これに加えて、双腕を胴体の前方に配置したことにより、最伸姿勢になった場合の位置を遠いところまで届くことができるようになる。つまり、胴体の横や上部に向かって腕２が伸びないので、前方へアプローチする際に無駄にアーム体を回転させる必要がなくなり、アーム体を伸張するだけで遠くの物品にアプローチすることができる。さらには、第１の関節軸が水平面内にあるので、所望の角度に回転させると、腕を上方からでも下方へも自在に設定することができ、可動範囲を広くすることが可能である。
また、アーム体の少なくとも１つを曲面形状に形成されたことで、連結されたアーム体と最縮姿勢になった際に干渉することなく、姿勢形成することができ、可動範囲を広げることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の実施例を示す双腕ロボットの平面図であり、図２は側面図である。図の上側がロボット正面である。図１において、１は双腕ロボットの胴体で、胴体１の前方から右腕２Ｒと左腕２Ｌが定常状態では設置面（本図では胴体下面に相当）に対して平行に備えられている。ここで添え字Ｒ及びＬは右及び左を示す。右腕２Ｒと左腕２Ｌは、定常状態では第４のアーム体Ｃ４が胴体１から曲面構造を有して外側にはみ出すように配置されており、自由端のアーム体Ｃ５、Ｃ６に連結されている。自由端のアーム体Ｃ６には、関節軸Ｊ７が備えられており、関節軸Ｊ７には、例えば、力センサを備えたハンド装置やねじ締め装置などが取り付けられる。
左腕２Ｌと右腕２Ｒは胴体の中心に対象構造となっている。左腕２Ｌと右腕２Ｒは同じ軸構成となっているので、図２を用いて右腕２Ｒについて説明する。Ｃ１は第１のアーム体であり、Ｃ２は第２のアーム体であり、Ｃ３は第３のアーム体であり、Ｃ４は第４のアーム体であり、Ｃ５は第５のアーム体であり、Ｃ６は第６のアーム体である。
第１のアーム体Ｃ１は水平面内に配置された第１の関節軸Ｊ１を中心に回転し、第２のアーム体Ｃ２は第１の関節軸Ｊ１に直交するように配置された第２の関節軸Ｊ２を中心に回転し、第３のアーム体Ｃ３は第２の関節軸Ｊ２に直交するように配置された第３の関節軸Ｊ３を中心に回転し、第４のアーム体Ｃ４は第３の関節軸Ｊ３に直交するように配置された第４の関節軸Ｊ４を中心に回転し、第５のアーム体Ｃ５は第４の関節軸Ｊ４と直交するように配置された関節軸Ｊ５を中心に回転し、第６のアーム体Ｃ６は第５の関節軸Ｊ５と直交するように配置された関節軸Ｊ６を中心に回転し、胴体部１は設置面に対して垂直面内に配置された旋回軸Ｊ８を中心に回転する。第１の関節軸Ｊ１と第３の関節軸Ｊ３の回転中心に対して、第５の関節軸Ｊ５と第７の関節軸Ｊ７の回転中心がオフセットした構造となっている。
本発明が従来技術と異なる部分は、関節軸Ｊ１、関節軸Ｊ３と関節軸Ｊ５、関節軸Ｊ７の回転中心がオフセットした構造となっている部分と、腕２Ｌ、２Ｒを胴体１の前方に設置し、関節軸Ｊ１を棚置き設置した点である。

次に、図３を用いて動作について説明する。図３ａには最縮姿勢の腕の動作を示し、図３ｂに最伸姿勢の腕の動作を示す。左腕２Ｌは上方から図示しない物品へアプローチする姿勢であり、右腕２Ｒは下方へ図示しない物品へアプローチする姿勢を示している。この姿勢の場合、左腕２Ｌの第１の関節軸Ｊ１は紙面右方向から見て反時計回りに９０度回転し、各関節軸Ｊ２〜Ｊ６を所望の角度回転させることで最伸姿勢と最縮姿勢を形成している。同様に、右腕２Ｒの第１の関節軸Ｊ１は紙面右方向から見て時計回りに９０度回転し、各関節軸Ｊ２〜Ｊ６を所望の角度回転させることで最伸姿勢と最縮姿勢を形成している。
このように、第１の関節軸Ｊ１が胴体１の前方に配置されることで、所望の回転角度にすることで腕２の姿勢を自由に配置することができ、さらには最伸姿勢になった場合の位置を遠いところまで届くことができるようになる。つまり、胴体の横や上部に向かって腕２が伸びないので、前方へアプローチする際に無駄にアーム体を回転させる必要がなくなり、アーム体を伸張するだけで遠くの物品にアプローチすることができる。
また、図４に示すように第４のアーム体Ｃ４‘が直線状に形成されている場合には、最縮姿勢を形成する場合に第３のアーム体Ｃ３’との干渉が生じ、形成することができない。このように第４のアーム体Ｃ４が胴体１から曲面構造を有して外側にはみ出すように配置されることで、第３のアーム体Ｃ３との干渉がなくなり、可動領域を広くすることができる。
第４のアーム体Ｃ４が胴体１から曲面構造を有して外側にはみ出すように配置された場合と、曲面構造を有しない場合を比較すると、最縮姿勢においては、長さＬだけよりアームを折りたたむことができる。つまり第４のアーム体Ｃ４が曲面構造を有して外側にはみ出すように配置されているので、第３のアーム体Ｃ３との干渉が生じることなく、最縮姿勢を形成することができるのである。一方、最伸姿勢について、第４のアーム体Ｃ４が第３のアーム体Ｃ３との干渉が生じることがないために、何れの場合にも同様な姿勢を形成することができる、
以上の通り、第４のアーム体Ｃ４が直線状に形成されている場合に対して、第４のアーム体Ｃ４が胴体１から曲面構造を有して外側にはみ出すように配置された場合は、最縮姿勢の可動領域を広くすることができるので、アーム自体の可動領域を広げることができる。

本発明の実施例を示す双腕型ロボットマニピュレータの上面図である。本発明の実施例を示す双腕型ロボットマニピュレータの側面図である。本発明の双腕型ロボットマニピュレータの可動範囲を示す図である。本発明の双腕型ロボットマニピュレータの可動範囲との比較を示す図である。従来の第１の双腕型ロボットマニピュレータを示す図である。従来の第２の双腕型ロボットマニピュレータを示す図である。

符号の説明

１胴体
２腕
Ｃ１第１のアーム体
Ｃ２第２のアーム体
Ｃ３第３のアーム体
Ｃ３’ オフセット構造のない第３のアーム体
Ｃ４第４のアーム体
Ｃ４’ オフセット構造のない第４のアーム体
Ｃ５第５のアーム体
Ｃ６第６のアーム体
Ｊ１第１の関節軸
Ｊ２第２の関節軸
Ｊ３第３の関節軸
Ｊ４第４の関節軸
Ｊ５第５の関節軸
Ｊ６第６の関節軸
Ｊ７第７の関節軸
Ｊ８旋回軸

Claims

旋回軸上に配置された胴体と、前記胴体に備えられた右腕および左腕と、前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成された双腕型ロボットマニピュレータにおいて、
前記右腕および前記左腕の第１の関節軸が前記胴体の前方に配置されたことを特徴とする双腕型ロボットマニピュレータ。
旋回軸上に配置された胴体と、前記胴体に備えられた右腕および左腕と、前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成された双腕型ロボットマニピュレータにおいて、
前記右腕および前記左腕の少なくとも１つのアーム体が曲面形状に形成されたことを特徴とする双腕型ロボットマニピュレータ。
前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、第１の関節軸と第３の関節軸の回転中心に対して、第５の関節軸と第７の関節軸の回転中心がオフセットして形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の双腕型ロボットマニピュレータ。
前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、第２の関節軸と第４の関節軸の間に前記第２の関節軸および前記第４の関節軸に直交する第３の関節軸を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の双腕型ロボットマニピュレータ。
前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、第４の関節軸と第６の関節軸の間に前記第４の関節軸および前記第６の関節軸に直交する第５の関節軸を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の双腕型ロボットマニピュレータ。
前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、第１のアームは水平面内に配置された第１の関節軸を中心に回転し、第２のアームは前記第１の関節軸に直交するように配置された第２の関節軸を中心に回転し、第３のアーム体は前記第２の関節軸に直交するように配置された第３の関節軸を中心に回転し、第４のアーム体は前記第３の関節軸に直交するように配置された第４の関節軸を中心に回転し、第５のアーム体は前記第４の関節軸と直交するように配置された関節軸を中心に回転し、第６のアーム体は前記第５の関節軸と直交するように配置された関節軸を中心に回転することを特徴とする請求項１又は２記載の双腕型ロボットマニピュレータ。
前記第４のアーム体は、最縮姿勢を形成する際に前記第３のアーム体に干渉することなく、移動するように曲面構造に形成されたことを特徴とする請求項６記載の双腕型ロボットマニピュレータ。
前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、前記関節軸が７軸で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の双腕型ロボットマニピュレータ。
前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、前記右腕および前記左腕に配置された前記関節軸が、前記胴体を中心に対称に配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の双腕型ロボットマニピュレータ。
前記右腕および前記左腕が複数の関節軸で構成され、前記右腕および前記左腕は、定常時に設置面に対して平行に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の双腕型ロボットマニピュレータ。