JP2010269380A - ロボット及び物品搬送システム - Google Patents

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Abstract

【課題】機能を維持しながらもより小型化することができるようにした、ロボット及び物品搬送システムを提供する。
【解決手段】アーム部材23と、アーム部材23を揺動させるアクチュエータ22と、アーム部材23の先端に設けられるハンド部材24と、アーム部材23とハンド部材24とを回転可能に連結する関節部材と、アクチュエータ22を支持し直線駆動するリニアアクチュエータ3と、アクチュエータ22及びリニアアクチュエータ3を協働させての各ハンド部材を進退方向に直線移動させるコントローラとを有して構成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、ラック等から物品を自動で取り出して搬送する搬送ロボット及び物品搬送システムに関する。
従来、複数のラックが並列された保管庫から物品を自動で取り出し移送する物品搬送システムが提案され実用化されている。
かかるシステムとして、並列された複数のラックに沿ったスライド機構に水平多関節ロボットを搭載し、水平多関節ロボットのアームの先端に取り付けたダブルフォークをラック内の物品の下部に挿入してラックからの物品の取り出しや移送を行なうものが提案されている(特許文献1参照)。
特開平11−208818号公報
ところで、上述のような物品搬送システムでは、同機能でありながら、コストをより低減するとともにさらなる省スペース化が望まれている。
ところが、特許文献1のものでは、フォークを直線的に進退させるために、ロボットのアーム部材を2箇所の関節部で回動させる必要があるため、各関節部にそれぞれ減速機を設ける必要があり、減速機の分だけコストが増加してしまう。また、減速機(あるいは関節ジョイント)を2箇所設ける分だけ減速機を含むロボット全体の自重が大きくなるため、ロボットを駆動させるためには相対的に高い出力のアクチュエータが必要となる。当然ながら高出力のアクチュエータは大型であり、ロボットの小型化を阻害する一因となっていた。
さらに、特許文献1のものでは関節部が2箇所必要となり、各関節部でアームが積層されるため、関節部が多い分、ロボットの上下方向の寸法も増大するという課題もある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、機能を維持しながらもより小型化することができるようにした、ロボット及び物品搬送システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本願発明(請求項1)にかかるロボットは、アーム部材と、前記アーム部材を揺動させるアクチュエータと、前記アーム部材の先端に回転可能に連結されたハンド部材(フォーク)と、前記一対のアームをそれぞれ支持するとともに前記一対のアームをそれぞれ直線駆動するリニアアクチュエータと、前記の各アクチュエータ及び前記リニアアクチュエータを協働させて前記の各ハンド部材を直線状に進退移動させるコントローラとを有していることを特徴としている。
また、前記アーム部材と、前記アクチュエータと、前記ハンド部材とをそれぞれ有する一対のアームを有していることが好ましい(請求項2)。
また、前記リニアアクチュエータは、直線状の駆動軸が前記各ハンド部材の前記進退方向に対して直交する方向となるように配設されていることが好ましい(請求項3)。
また、前記アーム部材の基端部に前記アーム部材に回転軸受を介して設けられ、前記アクチュエータの回転軸方向の回転が規制された第1プーリと、前記アーム部材の先端部に設けられ、前記アーム部材に対して回転可能であるとともに前記ハンド部材を一体に連結された第2プーリと、前記第1プーリと前記第2プーリとに掛け渡されたベルト部材と、を有していることが好ましい(請求項4)。
また、搬送する物品の形状情報を取得する物品情報取得手段を有し、前記コントローラは、前記物品情報取得手段により取得された形状情報に基づいて、前記一対のアームの間隔を調整することが好ましい(請求項5)。
また、前記一対のアームは、互いに面対称となるように動作することが好ましい(請求項6)。
また、前記コントローラは、前記物品情報取得手段により取得された前記形状情報に基づいて、前記一対のアームは、互いに面対称となるように動作することが好ましい(請求項7)
前記リニアアクチュエータは、モータと、前記サーボモータにより駆動され中間部を境に互いに逆方向の螺旋溝を有するボールねじとを有して構成されていることが好ましい(請求項8)。
本願発明(請求項9)にかかる物品搬送システムは、物品を収納する複数の物品収納箱と、前記物品を搬出する搬出口と、前記物品収納箱の中の前記物品を前記搬出口に搬送する請求項1〜8のいずれか1項に記載のロボットと、を有していることを特徴としている。
また、前記ロボットを支持する支持部材と、前記支持部材を重力方向に昇降移動させる昇降装置とを有していることが好ましい(請求項10)。
本願発明(請求項1,9)によれば、アクチュエータとリニアアクチュエータとが協働することで、アーム部材とハンド部材と間に一つの関節部材を設けるのみで、ハンド部材を直線移動させることができる。即ち、従来、アクチュエータからハンド部材までに最低2箇所必要であった関節部材を1箇所にすることができ、関節部材としての減速機及び回転ジョイントを減らすことができる。
これにより、アクチュエータにより駆動される部材(アーム部材、関節部材、ハンド部材等)の重量が低減され、相対的に小型で低出力のアクチュエータを採用することができる。さらに、アクチュエータにより小型のものを用いることができるため、リニアアクチュエータにかかる負荷までも低減され、リニアアクチュエータもより低出力のものを使用することができ、ロボット全体を小型化することができる。
また、関節部を1箇所に削除することができるため、アーム部材あるいはハンド部材の上下方向への重なりによる上下方向の寸法増加をなくすことができるという利点もある。
本願発明(請求項2)によれば、一対のアームのハンド部材間の長さ(間隔)をリニアアクチュエータにより調整することで、搬送する物品の形状(サイズ等)に応じた最適な位置で物品を支持することができ、多様な形状の物品を搬送することができる。また、リニアアクチュエータと各アクチュエータを協働させてハンド部材を直線状に進退移動させるので、ハンド部材の動作範囲を最小限にすることができる。さらに、リニアアクチュエータと各アクチュエータを協働させることで、アーム部材に設ける回転関節を減らすことができるため、特に進退方向の動作範囲を抑制するので、ロボットをより少ないスペースで設置することができる。
本願発明(請求項3)によれば、ハンド部材を直線状に進退させる際に、アーム部材の基端を進退方向に直交する方向に退避させるため、アーム部材が進退方向に移動しないため、進退方向についてのロボットの動作範囲をコンパクトにすることができる。
本願発明(請求項4)によれば、アクチュエータの駆動により回転されるアーム部材の基端部の回転量を打ち消す分だけ第2プーリが反対方向に回転するので、アクチュエータが駆動してもハンド部材とリニアアクチュエータとのなす角度を一定に保つことができる。
本願発明(請求項5)によれば、搬送する物品の形状に応じて一対のハンド部材間の間隔を適切に設定して、物品搬送にかかる性能を向上することができる。
本願発明(請求項6,7)によれば、リニアアクチュエータの可動長さ(ストローク)を変更することなく、一対のアーム(あるいは一対のハンド部材)間の長さの調整幅を最大限確保することができる。
本願発明(請求項8)によれば、一対のアームを一つのモータでそれぞれ反対向きに駆動することができ、モータの数量を低減することができる。
本願発明(請求項10)によれば、ロボットを上下移動させて複数の物品収納箱の近傍に移動させることができる。また、複数の物品収納箱を上下方向に重ねて配置することができるので、収納可能な物品量に対して必要とするスペースを低減することができる。
本発明の第1実施形態にかかるロボットを示す模式的な上面図である 本発明の第1実施形態にかかる搬送システムの全体構成を示す模式的な図である 本発明の第1実施形態にかかるロボットの構成を一部透視して模式的に示す側面図である 本発明の第1実施形態にかかるロボットの構成を一部透視して模式的に示す上面図である (A)〜(D)のいずれも本発明の第1実施形態にかかる搬送システムの動作を説明する図である。 (A)〜(D)のいずれも本発明の第1実施形態にかかる搬送システムの動作を説明する図である。 本発明の第1実施形態にかかるロボットの構成を説明する模式的な上面図である。 本発明の第2実施形態にかかるロボットを示す模式的な上面図である
(全体構成)
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2に示すように本発明の第1実施形態にかかる物品搬送システム100は、ワーク取り出しロボット(ロボット)50,昇降装置51,水平移動装置52,物品収納棚53,搬出口54及びコントローラ55から構成されている。
昇降装置51は、支持部材56を上下方向(重力方向)に昇降させる昇降機構を有しており、基端は水平移動装置52の支持部に固定されている。
水平移動装置52は、フロアに設置されたレール57に沿って支持部を直線移動可能に構成されたアクチュエータを備えている。なお、レール57は、上面視で物品収納棚53の左右方向(即ち、複数の収納箱の並列方向に沿う方向であり物品収納棚53の長手方向)に延設されている。
物品収納棚53は、ワーク(物品)Wを収納する収納箱(物品収納箱)53aが上下方向及び左右方向(換言するとレール57に沿う方向)に複数並列されている。
これらの収納箱53aは、収納されるワークWの形状に応じて左右方向長さが複数種類設定されている。
搬出口54は、図示しない搬送ベルト等により構成されており、搬出口54に載置されたワークWを物品搬送システム100外に搬出するようになっている。
コントローラ55は、演算装置及び記憶装置並びに入力装置及び表示装置(いずれも図示省略)を有するコンピュータにより構成されており、その機能として物品情報取得部(物品情報取得手段)55aとモーション制御部55bとを有している。
コントローラ55は、ロボット50、昇降装置51及び水平移動装置52と情報通信可能に接続されており、モーション制御部55bでは、入力装置から予め教示された情報に基づいてロボット50、昇降装置51、水平移動装置52の各アクチュエータの動作を制御するようになっている。
また、物品情報取得部55aには、物品収納棚53の各収納箱53a(あるいは、ワークW)の寸法情報及び位置情報(併せて、形状情報)が予め記憶されている。モーション制御部55bは、物品情報取得部55aに記憶されている形状情報に基づいて、後述する一対のアーム1,2間の間隔(長さ)を設定するようになっている。
(ロボットの構成)
次にロボット50の構成について説明する。
図1に示すように、ロボット50はアーム1及びアーム2(一対のアーム)、リニアアクチュエータ3から構成されている。
リニアアクチュエータ3は、ベース部材11、ボールねじ12、減速機付きサーボモータ(以下、モータ)13及び一対のスライダ14a,14bを有して構成されている。
ベース部材11は、昇降装置51の支持部材56に連結されており、左右方向に長く延びている。
ボールねじ12は、棒状の部材に螺旋溝が設けられて形成されており、モータ13の出力軸13aと一体回転可能に連結されている。また、ボールねじ12の螺旋溝はボールねじ12の左右方向中央部を境に螺旋溝が反対方向となるように設けられている。
各スライダ(ナット)14a,14b(図2参照)は、それぞれボールねじ12の左右方向中央部を境に対称な位置に取り付けられている。各スライダ(ナット)14a,14bは、それぞれ螺旋溝が設けられた中空穴を有しておりボールねじ12の回転によりボールねじ12の長手方向(直線状の駆動軸A1)に沿って互いに反対向きに直線駆動するようになっている。
アーム1及びアーム2はそれぞれ基台21、アクチュエータ22、アーム本体23及びフォーク(ハンド部材)24を有して構成されている。アーム1及びアーム2はそれぞれ同様に構成されているので、ここではアーム1についてのみ詳細に説明する。
図3,図4に示すように、基台21は、スライダ14aに固定されており、(アーム2の基台21はスライダ14bに固定されている)スライダ14aの駆動により左右方向に移動するようになっている。
アクチュエータ22は、中空シャフト22aを有する減速機付きのサーボモータによって構成されており、基台21の内部空間に取り付けられている。
アクチュエータ22は、回転軸A2周りに回転駆動する回転駆動体(出力軸)22bを有しており、回転駆動体22bはスラストベアリング38を介してアクチュエータ22本体に支持されている。なお、中空シャフト22aは回転駆動体22bの回転駆動と関係なく基台21に固定される。
アーム1の外郭をなすとともに構造材であるアーム本体(アーム部材)23は、基端側(即ち、基台側)を回転駆動体22bにボルト接合されており、アクチュエータ22の駆動により回転軸A2周りに揺動するようになっている。
また、アーム本体23の基端側には、孔部23bが設けられており、中空シャフト22aが孔部23bに挿通されている。また、中空シャフト22aにはプーリ(第1プーリ)31がボルト接合されている。
中空シャフト22aには、ケーブル36が挿通されており、ケーブル36はフォーク24の載置センサ24bに接続されている。
アーム本体23の先端側(即ち、フォーク24側)の上部には、孔部23cが設けられており、孔部23cにはスラストベアリング39を介してプーリ(第2プーリ)32が嵌装されている。即ち、プーリ32はスラストベアリング39の回転部39aと一体回転するように接合されている。即ち、本実施例ではプーリ32及びスラストベアリング39が関節部材に相当する。
また、プーリ31とプーリ32とにはベルト34が架け渡されており、プーリ31とプーリ32との回転力を伝達するようになっている。
さらに、プーリ31とプーリ32との中間部分には、張力付与機構33がアーム本体23に設置されており、ベルト34を片側から押圧することで、ベルト34の張力を適正に調整するようになっている。
プーリ31の上方、及び、プーリ32の下方にはそれぞれメンテナンス用のカバー3537が設けられ、接合ボルトを取り外して外部からのメンテナンス作業が可能となっている。
フォーク24は、基端側(アーム本体23側)がスラストベアリング39の回転部39aにボルト接合されており、アーム23に対して回転軸A3周りに回転するように連結されている。フォーク24の先端側と基端側にはそれぞれワークWの滑りを規制するストッパ24aが設けられている。
載置センサ24bはフォーク24にワークWが載置されたか否かを検出するセンサであり、物品センサ24bの検出結果はコントローラ55に入力されるようになっている。
本発明の第1実施形態にかかる物品搬送システムは上述のように構成されているので、予めコントローラ55に記憶された教示情報に基づいて、コントローラ55は、昇降装置51及び水平移動装置52を動作させて取り出したいワークWが収納された収納箱53aの近傍にロボット50を移送する。
そして、図5(a)に示すように、ロボット50のリニアアクチュエータ3を動作させて目的とする収納箱53aの形状情報に応じてアーム1,2の間隔Lを調整する。このとき、アーム23の先端側が最も退避側に位置するように位置決めされる。
このとき、コントローラ55は、予め記憶された閾値L0と実際に設定した間隔Lとの大小関係を比較する。
(外回りの場合)
図5(a)に示すように、間隔Lが閾値L0よりも大きい場合(L>L0)には、コントローラ55は、各アーム1,2を外回りに動作させてフォーク24を進退移動させる。
即ち、図5(b)に示すように、各アーム1,2のアクチュエータ22(回転駆動体22b)を駆動させて、各アーム本体23あの先端側が互いに遠ざかる方向(図5中の矢印の方向であり外回り方向)にそれぞれ揺動させる。これと同時にコントローラ55は、リニアアクチュエータ3を駆動して各基台21が互いに接近するように移動させる。
コントローラ55は、一対のアクチュエータ22とリニアアクチュエータ3との動作速度を調整して協働させることで各フォーク24をそれぞれ進退方向の直線経路に沿って移動させる。なお、一対のアーム1,2はリニアアクチュエータ3の中央面に対して面対称に動作することとなる。
即ち、アクチュエータ22が回転することで、アーム本体23と第1プーリ31とが相対的に回転し、ベルト34を介して第2プーリ32を回転させてアーム本体23に対してフォーク24が回転軸A3周りに回転する。これにより、アクチュエータ22が回転してもフォーク24の長手方向は常に進退方向と一致する。
また同時に、アーム本体23の揺動によるフォーク24の左右方向の変位をリニアアクチュエータで吸収することで図5(b),(c)に示すように、各フォーク24は、間隔Lを一定に保ったまま、進退方向に直線状に移動することとなる。
そして、図5(d)に示すように、フォーク24を収納箱53a内のワークWの下部に挿入して各ストッパ24aの間にワークWが載置されたことが載置センサ24bにより検出されると、コントローラ55は、アクチュエータ22及びリニアアクチュエータ3を進行時とは反対向きに駆動して図5(a)に示す位置までフォーク24を後進(退避方向へ移動)させる。
その後、昇降装置51及び水平移動装置52を動作させて搬出口54近傍にロボット50を移動させて、ロボット50の各フォーク24を同様に進退移動させて収納箱53aから取り出したワークWを搬出口53に移載する。
(内回りの場合)
一方、図6(a)に示すように、間隔Lが閾値L0よりも以下の場合(L≦L0)には、コントローラ55は、各アーム1,2を内回りに動作させてフォーク24を進退移動させる。
即ち、図6(b)に示すように、各アーム1,2のアクチュエータ22(回転駆動体22b)を駆動させて、各アーム本体23の先端側が互いに近づく方向(図6(b)中の矢印の方向であり内回り方向)にそれぞれ揺動させる。
同時にコントローラ55は、リニアアクチュエータ3を駆動して各基台21が互いに離隔するように移動させる。コントローラ55は、一対のアクチュエータ22とリニアアクチュエータ3との動作速度を調整して協働させることで各フォーク24をそれぞれ進退方向の直線経路に沿って移動させる。なお、一対のアーム1,2はリニアアクチュエータ3の中央面に対して面対称に動作することとなる。
内回りの場合も外回りと同様に、アクチュエータ22とリニアアクチュエータ3とを協働させて各フォーク24をそれぞれ進退方向に直線状に移動される。
このように本実施形態にかかる物品搬送システムによれば、各アーム1,2のアクチュエータ22とリニアアクチュエータ3とが協働することで、アクチュエータ22かたフォーク24にかけて関節部(ここでは、第2プーリ32及びスラストベアリング39が対応する)の数が1箇所のみでもフォーク24を進退方向に直線移動させることができる。
つまり、アクチュエータのみでフォークを進退させる場合にアクチュエータとフォークの間に2箇所必要であった関節部を減らすことができる。
これにより、アクチュエータにより駆動される各アーム1,2を相対的に軽量に構成することができるため、アクチュエータ22としてより低出力の小型なものを採用することができる。
また、アクチュエータ22をより小型のものとするため、リニアアクチュエータ3にかかる負荷も低減することができ、リニアアクチュエータ3もより低出力のものを使用することができ、ロボット全体を小型化することができる。
また、各アーム1,2によりワークWを搬送する際にはワークWの形状情報に応じて各アーム1,2の間隔Lを調整することで、左右方向の寸法が異なる収納箱53aであっても最適な位置でワークWを支持することができる。
また、リニアアクチュエータ3と各アクチュエータ23とを協働させて各フォーク24を直線状に進退移動させるので、図7に示すように、フォーク24の進退移動動作にかかるアームの動作範囲Mは、左右方向が間隔Lの設定可能な最大値(リニアアクチュエータのストロークによって設定される)Lmax程度に抑制される。また、各アーム1,2の可動範囲も基台21に対してアーム本体23の長さLa以内の矩形範囲内に抑制され、ロボット50をより小型化することができる。
また、搬送するワークWの形状に応じてフォーク24間の間隔を適切に設定することで、形状の異なるワークWであっても最適な位置(幅)で支持することができ、ワークWの脱落等を防止してより精度よく搬送することができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本実施形態において特に説明をしない箇所については上述の第1実施形態と同様に構成されており、同符号を用いて説明する。
図8に示すように、本実施形態では、リニアアクチュエータ3にアーム1のみが取り付けられており、アーム2が省略されている点が第1実施形態と異なっている。
また、リニアアクチュエータ3には、スライダ14aのみが取り付けられており、ボールねじ12は全長に亘って同じ方向に螺旋溝が切設され、モータ13の駆動によりアーム1(スライダ14a)をボールねじ12の全長に亘って直線駆動するようになっている。
なお、本実施形態では、リニアアクチュエータ3の可動長さは物品収納箱53aの左右方向長さLrよりも長く形成されており、昇降装置51及び水平移動装置52を駆動することなく、リニアアクチュエータ3を駆動させることで隣接する左右の物品収納箱53aにフォーク24を挿入可能となっている。
本発明の第2実施形態にかかる物品搬送システムは上述のように構成されているので、第1実施形態と同様に関節部の数が1箇所のみでもフォーク24を進退方向に直線移動させることができ、機能を低下させることなくロボット50を小型化することができる。
また、リニアアクチュータ3の可動長さが物品収納箱53aの左右方向長さLrよりも長く形成されているので、水平移動装置52を動作させることなく隣接する物品搬送箱53a内のワークWを搬送することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明にかかるロボット及び物品搬送システムは上述の実施形態のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して適用可能である。
例えば、リニアアクチュエータは、ボールねじを用いるものに限定されることなく、アームを物品収納箱の開口面に沿って直線移動させることができるものであれば、適宜適用可能である。
1,2 アーム
3 リニアアクチュエータ
11 ベース部材
12 ボールねじ
13 モータ
14a,14b スライダ
21 基台
22 アクチュエータ
22a 中空シャフト
22b 回転駆動体
23 アーム本体(アーム部材)
23b,23c 孔部
24 フォーク(ハンド部材)
24a ストッパ
31 プーリ(第1プーリ)
32 プーリ(第2プーリ)
33 張力付与機構
34 ベルト
35,37 メンテナンス用のカバー
36 ケーブル
38,39 スラストベアリング
50 ロボット
51 昇降装置
52 水平移動装置
53 物品収納棚
53a 収納箱(物品収納箱)
54 搬出口
55 コントローラ
56 支持部材
57 レール
100 物品搬送システム

Claims (10)

  1. アーム部材と、
    前記アーム部材を揺動させるアクチュエータと、
    前記アーム部材の先端に設けられるハンド部材と、
    前記アーム部材と前記ハンド部材とを回転可能に連結する関節部材と、
    前記アクチュエータを支持し直線駆動するリニアアクチュエータと、
    前記アクチュエータ及び前記リニアアクチュエータを協働させて前記の各ハンド部材を進退方向に直線移動させるコントローラとを有している
    ことを特徴とする、ロボット。
  2. 前記アーム部材と、前記アクチュエータと、前記ハンド部材とをそれぞれ有する一対のアームを有している
    ことを特徴とする、請求項1記載のロボット。
  3. 前記リニアアクチュエータは、直線状の駆動軸が前記各ハンド部材の前記進退方向に対して直交する方向となるように配設されている
    ことを特徴とする、請求項1又は2記載のロボット。
  4. 前記アーム部材の基端部に前記アーム部材に回転軸受を介して設けられ、前記アクチュエータの回転軸方向の回転が規制された第1プーリと、
    前記アーム部材の先端部に前記関節部材として設けられ、前記アーム部材に対して回転可能であるとともに、前記ハンド部材と一体に回転する第2プーリと、
    前記第1プーリと前記第2プーリとに掛け渡されたベルト部材と、を有している
    ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のロボット。
  5. 搬送する物品の形状情報を取得する物品情報取得手段を有し、
    前記コントローラは、前記物品情報取得手段により取得された形状情報に基づいて、前記一対のアームの間隔を調整する
    ことを特徴とする、請求項2〜4のいずれか1項に記載のロボット。
  6. 前記一対のアームは、互いに面対称となるように動作する
    ことを特徴とする、請求項2〜5のいずれか1項に記載のロボット。
  7. 前記コントローラは、前記物品情報取得手段により取得された前記形状情報に基づいて、
    前記一対のアームは、互いに面対称となるように動作する
    ことを特徴とする、請求項5記載のロボット。
  8. 前記リニアアクチュエータは、
    モータと、前記サーボモータにより駆動され中間部を境に互いに逆方向の螺旋溝を有するボールねじとを有して構成されている
    ことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のロボット。
  9. 物品を収納する複数の物品収納箱と、
    前記物品を搬出する搬出口と、
    前記物品収納箱の中の前記物品を前記搬出口に搬送する請求項1〜8のいずれか1項に記載のロボットと、を有している
    ことを特徴とする、物品搬送システム。
  10. 前記ロボットを支持する支持部材と、
    前記支持部材を上下方向に昇降移動させる昇降装置とを有している
    ことを特徴とする、請求項9記載の物品搬送システム。
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