JP2010076056A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットアームに支柱を介してカメラを取付けるようにしたものにあって、カメラが障害物に衝突した場合における、カメラの破損等の不具合を極力防止する。
【解決手段】ロボットアームの第６アーム１０の先端のフランジ面に、円柱状の支柱１１を介してカメラ４を取付ける。支柱１１の伸長方向の途中部分（上下方向中間部よりもやや上部寄り部位）に、支柱１１の軸方向と交差（直交）する方向に延びる切欠き溝１１ｂを設ける。支柱１１に、切欠き溝１１ｂを上下に跨ぐようにして、落下防止用のチェーン１６を、緩みを有した状態で取付ける。チェーン１６の長さ寸法は、カメラ４が宙吊り状態となっても、カメラ４のケーブル（コネクタまでの部分の長さ）が依然として緩みを有しているような寸法とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットアームに支柱を介してカメラを取付けるようにしたロボットに関する。

例えば自動車用部品等のワークに対して、組付けが正しく行われているかどうか等を検査するために、ロボットアームの先端にカメラを取付けてなる視覚検査用のロボットが用いられている（例えば特許文献１参照）。この視覚検査用のロボットは、ロボットアームの先端（フランジ）に例えば円柱状の支柱を介してカメラを取付け、所定の検査位置に搬送され停止されたワークに対し、前記ロボットアームを制御することによって複数の検査点に前記カメラを順に移動させながら撮影を行い、その撮影画像を画像処理装置によって処理することに基づいて、ワークの各部の外観検査を行うようになっている。

ところで、上記ロボットは、通常時においては、カメラ（ロボットアーム）が設備やワーク等の障害物に衝突しないように、予めティーチングされた動作を行うので、衝突などが発生することはない。ところが、異常事態が生じて、何らかの障害物がロボットアームの動作領域に侵入した場合など、カメラが障害物に衝突してしまうことが起こり得る。また、作業者が例えば手動操作により検査点のティーチングを行っている際に、操作ミスによってカメラを他の物体に衝突させてしまうことも考えられる。しかも、その際に、カメラが障害物に衝突する方向は、衝突前には判らない。

この場合、上記ロボットにおいては、ロボットアームの手先部に、支柱の一端側を複数個所でボルト締めし、支柱の他端側をカメラに対し複数個所でボルト締めするという剛支持構造が採用されているので、カメラが障害物に衝突した際は、カメラ（あるいは相手側）が破損してしまう虞がある。

尚、特許文献２には、道路と歩道との境界部に設けられる防護柵用の支柱において、車両の衝突による衝撃力の吸収が可能な構造が開示されている。このものでは、中空状の支柱の車道と反対側の下方部位に、切欠き形状の開口部を形成し、その開口部に補強プレートを取付ける構成が採用されている。これにより、支柱の下方部位が先行して座屈することによって、車両の衝突による衝撃力を吸収するようになっている。
特開平８−３１３２２５号公報 特開２００５−１８８０３１号公報

そこで、前記特許文献２の考え方を、上記した視覚検査用のロボットに適用することを考えると、カメラをロボットアームに対して取付けている支柱に、切欠きを形成しておき、その切欠き部分にて支柱を座屈変形させることによって、カメラが障害物に衝突した際の衝撃を吸収させる構成が想像される。

しかし、カメラが障害物に衝突する方向によっては、支柱の座屈変形に止まらず、支柱の折れが発生する虞がある。このような支柱の切断が発生したときには、支柱の切断部分からカメラが落下してしまうことになる。そのため、カメラが障害物にぶつかった衝撃ではなく、落ちた衝撃によってカメラ自体が破損することが起こり、また、落ちたカメラが設備やワーク等の他の物体にぶつかって破壊させたりすることも考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ロボットアームに支柱を介してカメラを取付けるようにしたものにあって、カメラが障害物に衝突した場合における、カメラの破損等の不具合を極力防止することができるロボットを提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明のロボットは、ロボットアームに支柱を介してカメラを取付けるようにしたものであって、前記支柱には、その一部に破損しやすい部位を設けるために、該支柱の伸長方向の途中部分に、該伸長方向と交差する方向に延びる切欠き溝が形成されていると共に、両端部が前記ロボットアーム側及びカメラ側に夫々固定された落下防止用のチェーンが、前記支柱の切欠き溝を跨ぐように、緩みを有した状態で設けられている構成に特徴を有する（請求項１の発明）。

上記構成によれば、カメラをロボットアームに取付けている支柱に切欠き溝が形成されているので、異常事態等でカメラと障害物との衝突が発生した場合であっても、支柱のうち切込み溝の形成部分が、折れたり或いは変形したりすることにより、衝撃を吸収することができる。これにより、衝突時のカメラやロボットアームに作用する衝撃を小さくすることができる。

そして、落下防止用のチェーンが設けられていることにより、支柱が切断した場合でも、カメラ側とロボットアーム側とがチェーンによってつながっているので、カメラ側の落下を防止することができる。このとき、仮に、チェーンがピンと張った状態に設けられている場合には、支柱の切断と共に切れてしまう虞があるが、チェーンは緩みを有した状態で設けられているので、支柱の切断時において過大な引張り力を受けることなく、チェーンが切れてしまうことが未然に防止される。

この結果、本発明によれば、カメラが障害物に衝突した場合における、カメラの破損等の不具合を極力防止することができるものである。尚、特許請求の範囲では、便宜上、チェーンという文言を使用しているが、厳密に鎖に限定されるものではなく、カメラの落下を防止するという所期の機能を果たすものであれば、例えば、ワイヤロープ、針金、繊維製や革製のひもや縄など、各種の線状の部材を採用することができる。チェーンとは、それら全体を含んだ意味で使用されており、それらも本発明の技術的範囲に含まれることは勿論である。

本発明においては、カメラから導出されるケーブルを、ロボットアームの一部に固定し、カメラからその固定部までの部分が該ロボットアームの外側においてフレキシブルな状態となるように配置することができるのであるが、このとき、前記チェーンの長さを、前記支柱の破損によりカメラが該チェーンによって宙吊り状態となっても、前記ケーブルのうちカメラから固定部までの部分が依然として緩みを有しているような寸法となるように構成することができる（請求項２の発明）。これによれば、支柱の切断に伴いカメラがチェーンによって宙吊り状態となった際に、ケーブルが引張られて切断してしまうといった不具合を未然に防止することができる。

また、本発明においては、前記切欠き溝を、支柱のうちカメラよりもロボットアームにより近い側に位置して形成することが好ましい（請求項３の発明）。これによれば、切欠き溝を支柱のうちカメラの方に近い側に形成した場合と比較して、カメラが障害物と衝突した際の応力が、支柱のうち切欠き溝の形成部分により集中しやすくなるので、衝撃を吸収する効果により優れたものとなる。

以下、本発明を、例えば視覚検査用の垂直多関節型（６軸型）ロボットに適用した一実施例について、図面を参照しながら説明する。まず、図４は、本実施例に係るロボット１（本体部）の外観構成を概略的に示している。このロボット１は、ベース２上に多関節（６軸）型のロボットアーム３を備え、そのロボットアーム３の先端に視覚検査用のカメラ４を取付けて構成される。

ここで、前記ロボットアーム３の構成について簡単に述べる。即ち、例えば検査設備に固定的に設置されるベース２上には、第１アーム５が、垂直方向に延びる軸Ｊ１を中心に回転（旋回）されるように連結されている。前記第１アーム５の先端には、第２アーム６が、水平方向に延びる軸Ｊ２を中心として回転（旋回）されるように連結されている。前記第２アーム６の先端には、第３アーム７が、水平方向に延びる軸Ｊ３を中心として回転（旋回）されるように連結されている。

前記第３アーム７の先端には、第４アーム８が、軸Ｊ４を中心に同軸回転されるように連結されている。前記第４アーム８の先端の二又状部分には、第５アーム９が、軸Ｊ５を中心に回転（旋回）されるように連結されている。前記第５アーム９の先端には、第６アーム１０が、軸Ｊ６を中心に同軸回転されるように連結されている。図示はしないが、ロボットアーム３内には、前記各アーム５〜１０を夫々駆動するための、サーボモータなどが組込まれている。

詳しくは後述するように、前記第６アーム１０の先端のフランジ面（図で下向きとなっている面）には、支柱１１を介してカメラ４が取付けられるようになっている。このとき、本実施例では、前記第４アーム８の外壁部には、コネクタ１２が設けられており、前記カメラ４から導出されたフレキシブルなケーブル１３が、ロボットアーム３の外側において前記コネクタ１２に接続されるようになっている。従って、このコネクタ１２部分が、ケーブル１３の固定部となっている。

尚、図示はしないが、ロボットアーム３内においては、ベース部２内から第１〜第４のアーム５〜８をケーブル束が順に通され、前記コネクタ１２や各サーボモータ等に接続されるようになっている。そして、上記したロボット１（ベース２）には、マイコン等から構成される図示しないロボットコントローラが接続され、このロボットコントローラにより、前記各サーボモータやカメラ４等が通電制御されるようになっている。また、このロボットコントローラには、カメラ４の撮影画像データを処理する画像処理装置や、撮影画像を表示するモニタ装置なども接続される。

次に、前記カメラ４の取付構造について、図１〜図３も参照して述べる。まず、本実施例では、前記カメラ４は、図１に示すように、一側面（これを正面とする）が開放されたほぼ矩形箱状をなす金属製のフレーム４ａ内に、例えば２個（２種類）の撮像装置１４，１４を組込んで構成されている。それら撮像装置１４，１４は、レンズ側をフレーム４ａの正面（開放面）側を向けて設けられている。また、前記フレーム４ａの正面開口部の周囲（四辺部）に位置して、照明装置１５が設けられている。

そして、図１〜図３に示すように、前記カメラ４をロボットアーム３に取付けるための支柱１１は、例えばアルミ、鉄などの金属から、図１〜図４で上下方向に延びる円柱状をなしていると共に、図２に示すように、その両端部に、円板状の取付フランジ部１１ａ，１１ａを一体に有して構成されている。支柱１１は、その一端（上端）の取付フランジ部１１ａが、前記第６アーム１０のフランジ面に対し、複数個所（例えば４箇所）のボルト締めにより取付けられる。また、他端（下端）の取付フランジ部１１ａが、前記カメラ４のフレーム４ａの上面に、やはり複数個所（例えば４箇所）のボルト締めにより取付けられる。

これにより、カメラ４を、ロボットアーム３の手先部に支柱１１を介して取付けることができ、該カメラ４をロボットアーム３により自在に移動させることができる。この場合、詳しく図示はしないが、視覚検査用のロボット１は、所定の検査位置に搬送され停止されたワークに対し、ロボットアーム３を制御することによって複数の検査点にカメラ４を順に移動させながら撮影を行い、それら撮影画像を画像処理装置によって処理することに基づいて、ワークの各部の外観検査を行うようになっている。

さて、前記支柱１１には、その一部に破損しやすい部位を設けるために、該支柱１１の伸長方向（軸方向）の途中部分に、切欠き溝１１ｂが支柱１１の軸方向と交差（直交）する方向に延びて形成されている。このとき、図２、図３に示すように、切欠き溝１１ｂは、支柱１１のうちカメラ４よりもロボットアーム３（第６アーム１０）により近い側、つまり、図１〜図３で上下方向中間部よりもやや上部寄り部位に、正面側（カメラ４の正面側を向く側）に位置して、側方から見て断面コ字状をなすように形成されている。

さらに、支柱１１には、前記切欠き溝１１ｂを上下に跨ぐようにして、落下防止用のチェーン１６が、緩みを有した状態で取付けられている。このチェーン１６は、例えば金属製の鎖からなり、その一端部が、支柱１１の正面を向く側のロボットアーム３側つまり切欠き溝１１ｂよりも上方に固定され、他端部が、支柱１１の正面を向く側のカメラ４側つまり切欠き溝１１ｂよりも下方に固定されて設けられている。このとき、後の作用説明にて述べるが、このチェーン１６は、支柱１１が折れた（切断した）ときに、前記カメラ４を宙吊り状態に支えるものであり（図３（ｃ）参照）、カメラ４の落下の際の衝撃によって切れたりすることのないような強度（取付強度）とされていることは勿論である。

尚、詳しく図示はしないが、チェーン１６を取付けるにあたっては、支柱１１の外面部にねじ穴を予め形成しておき、チェーン１６の端部に通されたボルトを、そのねじ穴にねじ込むといった方法を採用することができる。支柱１１に、アイボルトやフックボルトを取付けておき、それにチェーン１６を引掛けて固定するようにしても良い。また、詳しく図示はしないが、チェーン１６の長さは、前記支柱１１の破損によりカメラ４が該チェーン１６によって宙吊り状態（図３（ｃ）参照）となっても、カメラ４のケーブル１３（カメラ４からコネクタ１２（固定部）までの部分の長さ）が依然として緩みを有しているような寸法とされている。

次に、上記構成の作用、効果について述べる。上記構成のロボット１においては、視覚検査の作業を行うにあたり、カメラ４やロボットアーム３が設備やワーク等の障害物に衝突しないような軌道で動作するよう、予めティーチングされる。従って、通常の動作時においては、衝突などが発生することはない。ところが、異常事態が生じて、何らかの障害物がロボットアーム３の動作領域に侵入した場合など、カメラ４が障害物に衝突してしまうことが起こり得る。また、作業者が例えば手動操作により検査点のティーチングを行っている際に、操作ミスによってカメラ４を他の物体に衝突させてしまうことも考えられる。しかも、その際に、カメラ４が障害物に衝突する方向は、衝突前には判らない。

このように、もしカメラ４が障害物に衝突した場合には、カメラ４（あるいは相手側）が破損してしまったり、支柱１１の折れが発生し支柱１１の切断部分からカメラ４が落下してしまい、ひいては、カメラ４が落ちた衝撃によって破損したり、落ちたカメラ４が設備やワーク等の他の物体にぶつかって破壊させたりする虞がある。

しかしながら、本実施例では、カメラ４をロボットアーム３に取付けている支柱１１に切欠き溝１１ｂが形成されているので、柱１１のうち切込み溝１１ｂの形成部分が他の部分に比べて脆弱となり、異常事態等でカメラ４と障害物との衝突が発生した場合であっても、支柱１１の切欠き溝１１ｂ形成部分が変形したり、あるいは折れたりすることにより、その衝撃を吸収することができる。具体的には、図３（ｂ）に示すように、切込み溝１１ｂの底部から破断方向に延びるようにひびＣが発生し、更には、図３（ｃ）に示すように、支柱１１が折れることが発生する。

これにより、衝突時のカメラ４やロボットアーム３に作用する衝撃を小さくすることができる。このとき、特に本実施例では、切欠き溝１１ｂが、支柱１１のうちカメラ４よりもロボットアーム３により近い側に位置して形成されているので、切欠き溝を支柱１１のうちカメラ４の方に近い側に形成した場合と比較して、カメラ４が障害物と衝突した際の応力が、支柱１１のうち切欠き溝１１ｂの形成部分により集中しやすくなる（モーメントが大きくなる）。その応力集中によって、支柱１１の切欠き溝１１ｂ形成部分が曲ることにより応力を吸収して、カメラ４側に作用する力を小さくすることができるので、衝撃を吸収する効果により優れたものとなる。

そして、図３（ｃ）に示すように、支柱１１が切断した場合でも、落下防止用のチェーン１６が設けられ、支柱１１のカメラ４側とロボットアーム３側とがチェーン１６によってつながっているので、カメラ４の落下を防止することができる。この結果、本実施例では、カメラ４が障害物に衝突した場合における、カメラ４の破損等の不具合を極力防止することができるものである。

またこのとき、仮に、チェーン１６が支柱１１にピンと張った状態に固定されている場合には、支柱１１の切断と共にチェーン１６も切れてしまう虞があるが、チェーン１６は予め緩みを有した状態で設けられているので、チェーン１６が切れてしまうといったことが未然に防止されるのである。しかもその際のチェーン１６の長さが、支柱１１の切断によりカメラ４が該チェーン１６によって宙吊り状態となっても、カメラ４から導出されるケーブル１３が依然として緩みを有しているような寸法とされているので、カメラ４がチェーン１６によって宙吊り状態となっても、ケーブル１３が引張られて切断してしまうといった不具合を未然に防止することができる。

尚、上記実施例では、チェーン１６として鎖を採用するようにしたが、本発明にいう「チェーン」とは、厳密に鎖に限定されるものではなく、カメラの落下を防止するという所期の機能を果たすものであれば、例えば、ワイヤロープ、針金、繊維製や革製のひもや縄など、各種の線状の部材を採用することができる。特許請求の範囲における、「チェーン」とは、それら全体を含んだ意味で使用されており、それらも本発明の技術的範囲に含まれることは勿論である。

また、チェーン１６の一端部を支柱１１ではなくロボットアーム３（第６アーム１０）に固定（連結）する構成としても良く、チェーン１６の他端部を支柱１１ではなくカメラ４（フレーム４ａ）に固定（連結）しても良い。上記実施例では、支柱１１として、円柱状のものを採用したが、角柱状のものや、さらには筒状（中空状）のものであっても良い。そして、支柱に形成される切込み溝についても、断面Ｖ字状など様々な形状が考えられ、また、切込み溝を、支柱の軸方向に対して直交する方向から少し傾斜した方向に延びるように形成しても良い。

上記実施例では、本発明を垂直多関節型のロボット１に適用するようにしたが、水平多関節型のロボット、吊下げ型のロボットなど、本発明は各種のロボットに適用することができる。カメラ４の構成についても様々な変形が可能である。その他、カメラ４から導出されるケーブル１３の固定構造についても、コネクタ１２に接続されるものに限らず、ケーブル１３の途中部の数ヶ所を、ロボットアーム３の外壁部に保持部材によって保持させながら外部（コントローラ）まで導くといった構成としても良いなど、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

本発明の一実施例を示すもので、ロボットアームの先端部分の斜視図 支柱の拡大斜視図 平常状態（ａ）、ひびが入った状態（ｂ）、切断した状態（ｃ）を夫々示す支柱の側面図 ロボットの本体部の構成を概略的に示す側面図

符号の説明

図面中、１はロボット、３はロボットアーム、４はカメラ、１０は第６アーム、１１は支柱、１１ｂは切込み溝、１２はコネクタ、１３はケーブル、１６はチェーンを示す。

Claims (3)

1. ロボットアームに支柱を介してカメラを取付けるようにしたロボットであって、
   前記支柱には、その一部に破損しやすい部位を設けるために、該支柱の伸長方向の途中部分に、該伸長方向と交差する方向に延びる切欠き溝が形成されていると共に、
   両端部が前記ロボットアーム側及びカメラ側に夫々固定された落下防止用のチェーンが、前記支柱の切欠き溝を跨ぐように、緩みを有した状態で設けられていることを特徴とするロボット。
2. 前記カメラから導出されるケーブルは、前記ロボットアームの一部に固定されると共に、前記カメラからその固定部までの部分が該ロボットアームの外側においてフレキシブルな状態に配置され、
   前記チェーンの長さは、前記支柱の破損により前記カメラが該チェーンによって宙吊り状態となっても、前記ケーブルのうち前記カメラから前記固定部までの部分が依然として緩みを有しているような寸法とされていることを特徴とする請求項１記載のロボット。
3. 前記切欠き溝は、前記支柱のうち前記カメラよりも前記ロボットアームにより近い側に位置して形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のロボット。

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