JP2011093060A - ワーク搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設備投資を低廉化し、しかも、搬送距離を大きくし得、搬送方向の自由度を向上させることも可能なワーク搬送装置を構成する。
【解決手段】自走ユニット２０は、タイヤ４４及び従動ローラ６０、６２、６４、６６がガイドレール１８を挟持することでガイドレール１８に係合した支持体３０と、該支持体３０と先端側アーム部材１４を連結する軸部材４６とを有し、該軸部材４６は、支持体３０（軸受部８２）に形成された貫通孔８４に変位自在に挿入される。バランスアーム１２を構成する先端側アーム部材１４にはチャック機構１６が設けられ、このチャック機構１６がワークを把持した際に先端側アーム部材１４が鉛直下方に向かって撓むと、軸部材４６が貫通孔８４に沿って鉛直下方に変位する。その後、モータ４２の作用下にタイヤ４４が回転動作を開始すると、支持体３０がガイドレール１８に沿って走行を開始することに伴ってワークが搬送される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ワーク搬送装置に関し、一層詳細には、例えば、生産設備に付設され、砥石等の各種の加工用工具や、加工用素材等の搬送物（ワーク）を案内部材に沿って搬送するためのワーク搬送装置に関する。

例えば、加工用素材から鍛造成形品を得る生産設備では、鍛造加工が段階的に行われた後、バリを除去するための研削加工が実施されることが一般的である。このような場合、加工用素材は、鍛造加工装置を含む鍛造加工ステーションから別の鍛造加工ステーション、さらには研削加工ステーションに搬送される。また、鍛造加工装置を構成する金型が熱疲労によって損傷したり、研削加工を行うための砥石が許容値を超えて摩耗したりしたときには、新たな金型や砥石、ないしは交換された使用済金型や使用済砥石が搬送される。

このような金型や砥石（すなわち、加工用工具）、又は加工用素材等の重量が大なるワークを容易に搬送するべく、生産設備にはワーク搬送装置が付設される。この種のワーク搬送装置の具体例としては、ロボットが挙げられる。

しかしながら、ロボットを用いる場合には、ワークを搬送可能な距離は、アーム部が伸張可能な範囲内に限られる。従って、ワークの搬送距離を大きくする場合には、アーム部が長尺な大型のロボットを用いる必要が生じるが、この場合、設備投資が高騰するという不具合がある。

そこで、特許文献１〜３に記載されるように、保持機構と、該保持機構を案内するガイドレールとを具備するガントリローダをワーク搬送装置として採用することが想起される。この場合、保持機構がガイドレールに沿って変位されることに伴い、保持機構に保持されたワークが搬送される。

このような構成のガントリローダにおいては、ガイドレールの長さを大きく設定することによって、ワークや加工用工具の搬送距離を容易に大きくすることが可能である。

特開２０００−２０２７３２号公報 特開平２−２９２１５０号公報 特開平２−２９２１５１号公報

特許文献１〜３の各図から容易に諒解されるように、ガントリローダにおいては、ガイドレールが直線状に延在するように構成される。従って、ガントリローダは、ワークを直線的に搬送することにのみ用いられるのが一般的である。従って、例えば、複数個の鍛造加工ステーション間に加工用素材を搬送する場合、鍛造加工ステーション同士を同一直線上に配置せざるを得ない。このため、鍛造加工ステーション、ひいては生産設備のレイアウトの自由度が低減するという不具合が惹起される。

さらに、ガントリローダにおいては、ガイドレールや、該ガイドレールを支持する支柱がワークの重量を支承する。このため、重量が大なるワークを搬送するガントリローダでは、ガイドレール及び支柱の剛性を高くする必要がある。しかしながら、高剛性のガイドレールや支柱は概して形状及び重量が大であり、このため、設備投資も高騰する。

しかも、ワークの重量が大なる場合であっても該ワークを確実に搬送し得るように、保持機構を変位させるための動力も大きくする必要がある。このことも、設備投資を高騰させる一因となる。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、設備投資を低廉化しながらワークを長距離にわたって搬送し得、しかも、搬送方向の自由度を向上させることも可能なワーク搬送装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、案内部材に沿ってワークを搬送するワーク搬送装置であって、
前記案内部材を自走可能な自走ユニットと、
前記自走ユニットを介して前記案内部材に沿って移動するとともに前記ワークを把持するワーク把持機構と、
前記ワーク把持機構を設けたアーム部材を有するバランスアームと、
前記自走ユニットと前記アーム部材を連結するとともに鉛直方向に延在する連結部材と、
を備え、
前記自走ユニットに形成された孔に対して前記連結部材が上下動可能に挿入されていることを特徴とする。

又は、アーム部材に孔を形成し、この孔に対して連結部材を上下動可能に挿入するようにしてもよい。すなわち、本発明は、案内部材に沿ってワークを搬送するワーク搬送装置であって、
前記案内部材を自走可能な自走ユニットと、
前記自走ユニットを介して前記案内部材に沿って移動するとともに前記ワークを把持するワーク把持機構と、
前記ワーク把持機構を設けたアーム部材を有するバランスアームと、
前記自走ユニットと前記アーム部材を連結するとともに鉛直方向に延在する連結部材と、
を備え、
前記アーム部材に形成された孔に対して前記連結部材が上下動可能に挿入されていることを特徴とする。

このような構成のワーク搬送装置では、ワーク把持機構がワークを保持することに伴ってアーム部材に荷重が作用し、このために該アーム部材が鉛直下方に向かって撓む際、該アーム部材が連結部材ごと鉛直下方に変位する。上記したように、連結部材が自走ユニット又はアーム部材に形成された孔に対して変位自在に挿入されているからである。

すなわち、ワークの重量に応じた荷重は、アーム部材及び連結部材を変位させることで消費ないし吸収される。このため、自走ユニットや案内部材に荷重が作用することを回避することができる。

従って、案内部材を、高剛性のもの、換言すれば、形状や重量が大なるもので構成する必要がない。換言すれば、案内部材を、小型且つ軽量なものとして構成することが可能となる。このため、設備投資を低廉化することができる。

しかも、案内部材及びアーム部材の長さを適宜設定することで、ワークを長距離にわたって搬送することが可能となる。

ここで、自走ユニットは、例えば、変位用駆動機構と、前記変位用駆動機構を支持し且つ前記案内部材に沿って変位可能であるとともに前記アーム部材の鉛直上方に配置される支持体とで構成することができる。

本発明においては、ワークによる荷重が自走ユニットに作用することが回避されるので、変位用駆動機構は、連結部材を介してアーム部材が連結された支持体を案内部材に沿って変位させることが可能な駆動力を有するものであれば十分である。すなわち、変位用駆動機構として、駆動力が大きなものを採用する必要は特にない。

要するに、本発明においては、変位用駆動機構として、駆動力が小さなもの、換言すれば、小型且つ軽量なものを採用することができる。このことも、設備投資の低廉化に寄与する。

上記の構成に加え、連結部材の側周壁、及び孔の内壁に、互いに噛合する歯部を設けることが好ましい。この噛合により、ワーク把持機構が自走ユニットに対して回転することを防止することができる。

又は、連結部材を多角形状体とするとともに、孔を前記連結部材に対応する多角形孔として形成することで連結部材と孔とを噛合させるようにしてもよいことは勿論である。

また、連結部材を前記支持体と別個の部材としてもよい。この場合には、荷重がアーム部材に作用した際、連結部材が支持体に対して鉛直下方に変位するとともに、アーム部材が連結部材に対して鉛直下方に撓む。これにより、自走ユニットや案内部材に対して荷重が作用することが回避される。

さらに、アーム部材を複数個設けるようにしてもよい。この場合、前記アーム部材に対して別のアーム部材を連結すればよい。勿論、この場合、アーム部材同士の連結箇所を関節部とし、互いが独立して揺動動作を行えるようにする。すなわち、前記別のアーム部材は、バランスアームを構成する基部を中心に揺動可能とされ、前記アーム部材は、前記関節部を中心として前記別のアーム部材に対して揺動可能とされる。

このようにアーム部材を複数個設けた場合、ワークの搬送距離を一層大きくすることができる。

ここで、上記したように複数個のアーム部材を設ける場合には、前記基部を中心として揺動動作する前記別のアーム部材の揺動角度を第１角度センサで検出するとともに、前記関節部を中心として揺動動作する前記アームの揺動角度を第２角度センサで検出することが好ましい。

これら第１角度センサ及び第２角度センサによって検出された前記２つの揺動角度に関する情報は、制御部に常時送信される。該制御部は、前記揺動角度の値、基部の座標、前記アーム部材及び前記別のアーム部材のアーム長の値に基づいて、支持体、ひいてはワーク把持機構の位置を座標として求める。

従って、ワーク把持機構を停止させたい位置を座標として予め求め、この座標を制御部に入力しておくことにより、支持体（ワーク把持機構）の実際の座標が制御部に入力された座標に一致したときに、該制御部の制御作用下に変位用駆動機構を停止させることが可能となる。勿論、これに追従して、支持体の走行、ひいてはワークの搬送を容易に停止させることができる。

すなわち、この場合、ワークを所望の位置で停止させ、その後、必要に応じて該位置から再搬送を行うことが可能となる。

複数個のアーム部材を用いる場合、アーム部材同士が互いに独立して揺動可能であるので、案内部材に湾曲部を形成することが可能となる。湾曲部を通過する際にアーム部材同士が適切な揺動動作を行うからである。

従って、案内部材の延在方向、ひいてはワークの搬送方向を自在に設定することが可能となる。このため、ワーク搬送装置が設けられる設備、例えば、生産設備において、各作業ステーションの配置レイアウトの自由度が著しく向上する。このことから諒解されるように、この場合、作業ステーションを所望の位置に設けることが容易となる。

本発明によれば、バランスアームを構成するアーム部材に、ワークの重量に応じた荷重が作用した際、該アーム部材を鉛直下方に向かって撓ませる（変位させる）ようにしている。この変位によって荷重が消費ないし吸収されるので、該アーム部材を案内部材に対して連結するための自走ユニットや、該自走ユニットを変位可能に係合した前記案内部材に対して荷重が作用することが回避される。

従って、案内部材を小型且つ軽量なものとして構成することが可能となる。このため、設備投資を低廉化することができる。

しかも、案内部材及びアーム部材の長さを適宜設定することで、ワークを長距離にわたって搬送することが可能となる。

また、アーム部材を複数個組み合わせることにより、ワークの搬送方向を自在に設定することが可能となる。このため、該ワーク搬送装置が設けられる生産設備等において、各作業ステーションの配置レイアウトの自由度が著しく向上する。その上、ワークの搬送距離を大きくすることもできる。

本発明の実施の形態に係るワーク搬送装置の全体概略側面図である。 図１のワーク搬送装置の概略平面図である。 図１のワーク搬送装置を構成する自走ユニットの一部破断概略斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 前記自走ユニットが図２に示す位置から進行し、バランスアームを構成するアーム部材が揺動した状態を示す概略平面図である。 前記自走ユニットが図５に示す位置から進行し、前記アーム部材がさらに揺動した状態を示す概略平面図である。 前記自走ユニットが図６に示す位置から進行し、前記アーム部材がさらに一層揺動した状態を示す概略平面図である。

以下、本発明に係るワーク搬送装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係るワーク搬送装置１０の全体概略側面図であり、図２は、その概略平面図である。このワーク搬送装置１０は、バランスアーム１２と、該バランスアーム１２を構成する先端側アーム部材１４に配設されたチャック機構１６（ワーク把持機構）と、前記先端側アーム部材１４をガイドレール１８（案内部材）に連結するための自走ユニット２０とを有する。

バランスアーム１２につき概略説明すると、このバランスアーム１２は、図１に示すように、工場床２２上に設置された基台部２４と、該基台部２４から鉛直上方に指向して延在する円柱形状の柱状部材２６と、図示しないベアリングを介して支承されることで柱状部材２６に対して揺動可能に連結された基部側アーム部材２８と、該基部側アーム部材２８の端部に揺動可能に連結された前記先端側アーム部材１４とを有する。図２に示すように、これら基部側アーム部材２８、先端側アーム部材１４のアーム長は、それぞれ、Ｌ１、Ｌ２に設定される。

基部側アーム部材２８の一端部は、基台部２４に立設されて該基台部２４とともに基部２９を構成する柱状部材２６の先端部に、揺動可能に連結されている（図１参照）。すなわち、基部側アーム部材２８は、自走ユニット２０を構成する支持体３０（後述）がガイドレール１８に沿って走行することに追従して、該柱状部材２６を中心に揺動動作する。

ここで、本実施の形態においては、図２に示すように、柱状部材２６の中心を通って水平方向に延在する仮想線をＣＬ１、該仮想線ＣＬ１の３時方向の線分と基台部２４の１辺を含む鉛直平面との交点を点Ｓ１、該仮想線ＣＬ１の９時方向の線分と基台部２４の１辺を含む鉛直平面との交点を点Ｓ２とする。そして、点Ｓ１側の仮想線ＣＬ１を始点とし、反時計回りに、基部側アーム部材２８の幅方向中腹部を通る仮想線Ｍ１とのなす角度αを、基部側アーム部材２８の揺動角度と定義する。なお、バランスアーム１２には、基部側アーム部材２８を揺動動作させるための揺動駆動機構は設けられていない。

前記基台部２４（図１参照）の上方に固定された柱状部材２６には、基部側アーム部材２８を支承するために、図示しない軸部が形成される。勿論、この軸部の先端部は基部側アーム部材２８に内挿され、且つ前記先端部と基部側アーム部材２８との間にはベアリングが介装される。さらに、前記軸部の上部には、第１角度センサ３１が配置されている。前記揺動角度α（図２参照）は、この第１角度センサ３１によって常時検出される。なお、第１角度センサ３１を、柱状部材２６の内部に設けるようにしてもよい。

基部側アーム部材２８の他端部には、前記先端側アーム部材１４の一端部が揺動可能に連結されている（図１及び図２参照）。すなわち、基部側アーム部材２８と先端側アーム部材１４との連結部は、関節部３２を構成する。

この関節部３２の内部には、第２角度センサ３３が収容されている。該第２角度センサ３３は、前記仮想線Ｍ１（図２参照）と、先端側アーム部材１４の幅方向中腹部を通る仮想線Ｍ２とがなす相対的揺動角度βを常時検出するためのものである。

第２角度センサ３３は、第１角度センサ３１と同様に配置するようにしてもよい。すなわち、基部側アーム部材２８に、先端側アーム部材１４を支承して該先端側アーム部材１４に内挿される図示しない軸部を設け、この軸部の上部に第２角度センサ３３を配置するようにしてもよい。

ここで、図２に示す参照符号γは、前記仮想線Ｍ２と、関節部３２を通り且つ前記仮想線ＣＬ１に対して平行に延在する仮想線ＣＬ２とがなす角度である。この角度は、先端側アーム部材１４の絶対的揺動角度として定義される。

第１角度センサ３１及び第２角度センサ３３の出力側はともに、信号線３４ａ、３４ｂを介して制御部３６に電気的に接続されている。すなわち、基部側アーム部材２８の揺動角度α、及び先端側アーム部材１４の相対的揺動角度βは、制御部３６に情報として送信される。

後述するように、制御部３６は、基部側アーム部材２８及び先端側アーム部材１４の各アーム長Ｌ１、Ｌ２と、情報として得られた前記角度α、βの値とに基づいて、絶対的揺動角度γを算出した上で、支持体３０の位置を座標として求める。制御部３６は、さらに、この座標が制御部３６に予め設定された停止座標と一致した際に、自走ユニット２０を停止させることで先端側アーム部材１４の揺動動作を停止させる。

チャック機構１６は、図１に示すように、屈曲した第１爪部材３８及び第２爪部材４０を有する、いわゆる平行開閉チャックから構成される。すなわち、第１爪部材３８及び第２爪部材４０は、矢印Ａ１、Ａ４方向又は矢印Ａ２、Ａ３方向に沿って互いに接近又は離間する方向に同期して変位する。この種の平行開閉チャックは公知であり、従って、その詳細な説明を省略する。

第１爪部材３８及び第２爪部材４０には、例えば、各種の加工用工具や、鍛造加工用素材等の図示しない搬送物（ワーク）が把持される。すなわち、このチャック機構１６は、ワーク把持機構として機能する。

このように構成されたチャック機構１６には、図示しない巻上機構が付設される。チャック機構１６は、この巻上機構の作用下に、図１における鉛直方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿って下降又は上昇することが可能である。すなわち、チャック機構１６は、先端側アーム部材１４に対して着座・離間自在に設けられている。

また、チャック機構１６は、図示しない回動機構の作用下に、図１における矢印Ｃ１、Ｃ２方向に向かって回動することも可能である。この回動機構やチャック機構１６も、前記巻上機構とともに制御部３６に対して電気的に接続される。

前記自走ユニット２０は、以上のように構成されたチャック機構１６が設けられた先端側アーム部材１４をガイドレール１８に連結する機能を営む。

この自走ユニット２０の全体概略斜視図を図３に示すとともに、図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図を図４に示す。これら図３及び図４から諒解されるように、自走ユニット２０は、モータ４２と、ガイドレール１８に対して転動動作可能に接触したタイヤ４４と、モータ４２を支持する支持体３０と、この支持体３０と先端側アーム部材１４を連結する軸部材４６（連結部材）とを有する。

先ず、支持体３０につき説明する。この支持体３０は、床壁部４８、縦壁部５０及び天井壁部５２を有し、このために断面略コ字状をなす。前記ガイドレール１８は、この中の床壁部４８と天井壁部５２との間に挿入される。

床壁部４８から天井壁部５２にかけては、縦壁部５０に対して略直交する方向に延在するようにして仕切板５４が設けられる。支持体３０は、この仕切板５４を境として、レール係合部５６と軸部材係合部５８に区分される。なお、仕切板５４とガイドレール１８は所定間隔で離間しており、このため、仕切板５４がガイドレール１８に対して摺接することはない。

レール係合部５６には、従動転動部材である第１下側従動ローラ６０、第２下側従動ローラ６２、第１上側従動ローラ６４及び第２上側従動ローラ６６が設けられる。第１下側従動ローラ６０及び第２下側従動ローラ６２は、床壁部４８から鉛直上方に延在する下側止軸６８、７０に回転自在に支持され、一方、第１上側従動ローラ６４及び第２上側従動ローラ６６は、天井壁部５２から垂下した上側止軸７２、７４に回転自在に支持される。これら第１下側従動ローラ６０、第２下側従動ローラ６２、第１上側従動ローラ６４及び第２上側従動ローラ６６は、ガイドレール１８の側面部１８ａに対して転動動作可能に接触している。

この中、第１下側従動ローラ６０と第２下側従動ローラ６２は、ガイドレール１８の側面部１８ａを挟んで対向している。同様に、第１上側従動ローラ６４と第２上側従動ローラ６６も、ガイドレール１８の側面部１８ａを挟んで対向する。すなわち、支持体３０は、第１下側従動ローラ６０と第２下側従動ローラ６２、第１上側従動ローラ６４と第２上側従動ローラ６６とがガイドレール１８を挟持することにより、ガイドレール１８に対して変位可能に係合されている。

天井壁部５２に設置されたモータ４２は、駆動軸７８（図３及び図４参照）を介して、図示しないサスペンション装置に支持されたタイヤ４４に接続されている。該モータ４２は、制御部３６（図１及び図２参照）の制御作用下に付勢されて前記タイヤ４４を回転駆動する。後述するように、タイヤ４４が回転駆動されて転動動作を開始することに伴って、自走ユニット２０全体がガイドレール１８の上面１８ｂを走行することが可能となる。すなわち、ガイドレール１８に対して変位自在に走行できる。要するに、モータ４２は、タイヤ４４を転回転駆動させることで自走ユニット２０をガイドレール１８に沿って移動させるための変位用駆動機構である。

このことから諒解されるように、自走ユニット２０は、それ単独でガイドレール１８に沿って走行（変位）可能な自走式のものであり、タイヤ４４は、この変位を進行させる変位用転動機構を構成する一部材である。なお、モータ４２の停止も、制御部３６（図１及び図２参照）の制御作用下に行われる。

後述するように、自走ユニット２０が走行することによって、該自走ユニット２０に連結された先端側アーム部材１４がガイドレール１８に沿って変位する。これに伴い、該先端側アーム部材１４及び基部側アーム部材２８が揺動する。

天井壁部５２には、切欠８０が形成される。タイヤ４４における駆動軸７８よりも下方の部位は、この切欠８０に位置し、ガイドレール１８の上面１８ｂに対して転動動作可能に接触する（図４参照）。

なお、変位用駆動機構としてモータ４２とタイヤ４４の組み合わせを例示したが、磁石をガイドレール１８に取り付けるとともに、支持体３０における前記磁石に対向する部位、すなわち、壁部４８、５０、５２に電磁石を設けてリニアモータを構成し、これを変位用駆動機構としてもよい。この場合においても、タイヤ４４は自走ユニット２０の自重を支承する。

軸部材係合部５８の内部には、床壁部４８及び天井壁部５２に対して一体的に連なる軸受部８２が設けられる。この軸受部８２には、床壁部４８及び天井壁部５２の各々で開口する貫通孔８４が形成される。さらに、該貫通孔８４の内壁には、図示しない直線状歯部が形成されている。

軸部材４６は、上記のように形成された支持体３０と先端側アーム部材１４を連結する連結部材であり、その側壁には、直線状歯部８６が形成される。この直線状歯部８６は、軸部材係合部５８に形成された前記貫通孔８４の内壁に設けられた前記直線状歯部に噛合する。この噛合により、いわゆるスプライン結合が形成され、その結果、チャック機構１６が自走ユニット２０に対して回転することが防止される。

軸部材４６の先端には直線状歯部８６が形成されておらず、このため、該先端は円柱体形状をなす。この円柱体形状の先端が、先端側アーム部材１４に挿入される。なお、先端側アーム部材１４にはベアリング８８が収容されており、このベアリング８８により、先端側アーム部材１４が揺動動作することに追従して、該先端側アーム部材１４に対して軸部材４６（連結部材）が回転動作することが可能となる。

図３及び図４から諒解されるように、ガイドレール１８は、その断面が横臥したＴ字状をなす形状である。本実施の形態では、図２に示すように、ガイドレール１８は４本の支柱９０ａ〜９０ｄによって支持されており、支柱９０ａ側から支柱９０ｄ側に向かって第１直線部９２、第１湾曲部９４、第２直線部９６、第２湾曲部９８及び第３直線部１００をこの順序で有する。なお、図１及び図２は、自走ユニット２０が支柱９０ａに最近接した場合を示している。

この中、第１直線部９２及び第３直線部１００は仮想線ＣＬ１に対して平行方向に延在し、第２直線部９６は仮想線ＣＬ１の延在方向に対して直交する方向に延在する。すなわち、ガイドレール１８は、第１湾曲部９４及び第２湾曲部９８の存在によって、延在方向が変換されている。

本実施の形態に係るワーク搬送装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果につき、該ワーク搬送装置１０の動作との関係で説明する。なお、自走ユニット２０及び先端側アーム部材１４は、支柱９０ａ側から支柱９０ｄ側に向かって変位するものとする。

支柱９０ａの近傍において、必要に応じて図示しない回動機構の作用下にチャック機構１６が矢印Ｃ１、Ｃ２方向に沿って回動され、第１爪部材３８、第２爪部材４０の向きが変更される。さらに、図示しない巻上機構の作用下に、図示しないワーク（例えば、各種の加工用工具や、鍛造加工を施すための加工用素材等）に向かって矢印Ｂ１方向に下降する。チャック機構１６が所定の位置まで下降した後、第１爪部材３８、第２爪部材４０の先端が矢印Ａ１、Ａ４方向に沿って互いに離間する方向に同期して変位し、これにより、第１爪部材３８、第２爪部材４０が開いた状態となる。

開いた第１爪部材３８と第２爪部材４０の間にワークが挿入されると、第１爪部材３８、第２爪部材４０の先端が矢印Ａ２、Ａ３方向に沿って互いに接近する方向に同期して変位する。その結果、第１爪部材３８、第２爪部材４０が閉じた状態となり、これによりワークが堅牢に把持される。

その後、必要に応じ、回転機構の作用下にチャック機構１６が元の姿勢に戻される。さらに、前記巻上機構の作用下にチャック機構１６が矢印Ｂ２方向に沿って上昇する。勿論、この順序は逆であってもよい。

チャック機構１６がワークを把持することに伴い、ワークの重量に応じた荷重が先端側アーム部材１４に作用する。従って、ワークの重量が極めて大である場合には、先端側アーム部材１４にも大荷重が作用し、このために該先端側アーム部材１４が関節部３２を支点として鉛直下方に向かって撓む。これに伴い、軸部材４６が鉛直下方に向かって引っ張られる。

ここで、軸部材４６と支持体３０の軸受部８２とは、上記したようにスプライン結合を介して係合しているのみである。このため、軸部材４６は、貫通孔８４の延在方向、すなわち、鉛直方向下方に変位する。この変位により、ワークの重量に応じた荷重が消費ないし吸収される。すなわち、支持体３０やガイドレール１８に荷重が作用することが回避される。

このように、本実施の形態においては、ワークの重量が極めて大であるために先端側アーム部材１４が鉛直下方に向かって撓むときには、この撓みに追従し、支持体３０と先端側アーム部材１４を連結した軸部材４６が鉛直下方に変位する。これにより、支持体３０やガイドレール１８に、ワークの重量に応じた荷重が作用することを回避することができる。

従って、ガイドレール１８や支柱９０ａ〜９０ｄを高剛性のもの、換言すれば、形状や重量が大なるものとして構成する必要がない。すなわち、ガイドレール１８や支柱９０ａ〜９０ｄを小型且つ軽量なものとして構成することが可能となる。このため、設備投資を低廉化することができる。

また、自走ユニット２０をガイドレール１８に沿って変位させるためのモータ４２は、重量が大なるワークを搬送する場合であっても、支持体３０を変位させることが可能な駆動力が得られるものであればよい。上記したように、ワークの重量に応じた荷重が支持体３０に作用することが回避されるので、支持体３０を走行させるためのモータ４２として、駆動力が大きなものを採用する必要が特にないからである。

すなわち、本実施の形態によれば、自走ユニット２０を変位（走行）させるためのモータ４２として駆動力が小さなもの、換言すれば、小型且つ軽量なものを採用することができる。このことも、設備投資の低廉化に寄与する。

なお、リニアモータで変位用駆動機構を構成した場合、電磁石として磁力がさほど大きくないもの、換言すれば、誘起電力が小さなものを選定することができる。すなわち、この場合、電磁石として小型軽量のものを採用することが可能であり、このため、設備投資を低廉化することができる。

いずれの場合においても、ワークが軽量であり、このために先端側アーム部材１４が撓まない場合には、軸部材４６が変位しないことは勿論である。

チャック機構１６がワークを把持した後、前記制御部３６は、モータ４２を駆動させる。すなわち、駆動軸７８の回転駆動によってタイヤ４４が回転駆動され、これにより該タイヤ４４がガイドレール１８の上面１８ｂを走行し始める。これに追従してガイドレール１８の側面部１８ａに接触した４個の従動ローラ６０、６２、６４、６６が転動動作するので、支持体３０がガイドレール１８に沿って円滑に変位する。

また、４個の従動ローラ６０、６２、６４、６６がガイドレール１８を挟持しているので、該ガイドレール１８に沿って走行する支持体３０がガイドレール１８から脱落することもない。

支持体３０がガイドレール１８に沿って走行することに伴い、軸部材４６を介して該支持体３０に連結された基部側アーム部材２８、ひいてはチャック機構１６に把持されたワークが、支柱９０ａ側から第１直線部９２、第１湾曲部９４を通過し、図５に示すように、第２直線部９６に到達するように変位する。図２と図５を対比して諒解されるように、支持体３０が走行（変位）することに対応して、基部側アーム部材２８と先端側アーム部材１４が所定の揺動動作を行う。

支持体３０は、さらに、図６に示すように第２直線部９６から第２湾曲部９８を通過し、最終的に、図７に示すように支柱９０ｄに到達する。この過程においても、先端側アーム部材１４及び基部側アーム部材２８は、図６及び図７に示されるように所定の揺動動作を行う。

以上のようにして先端側アーム部材１４及び基部側アーム部材２８が一連の適切な揺動動作を行うことにより、チャック機構１６に把持されたワークが支柱９０ａから支柱９０ｄまで搬送される。上記したように、ワークによる荷重をバランスアーム１２のみで受けるようにしているので、この搬送の間、支持体３０に荷重が作用してその走行が妨げられることが回避される。

このことから諒解されるように、本実施の形態によれば、ガイドレール１８に湾曲した部位が存在する場合であっても、ワークをガイドレール１８に沿って円滑に搬送することが可能となる。従って、例えば、生産設備のレイアウトの都合上、ガイドレール１８を湾曲せざるを得ない場合にも対応し得るので、レイアウトの自由度が著しく向上する。

しかも、ガイドレール１８の長さ、及びアーム長Ｌ１、Ｌ２を大きくすることにより、ロボットを用いる場合に比して搬送距離を大きくすることができる。

なお、搬送距離を一層大きくするときには、先端側アーム部材１４及び基部側アーム部材２８を、アーム長Ｌ１、Ｌ２が大きいものに交換することで容易に対応することができる。すなわち、ロボットでワークを搬送する場合に比して対応が容易である。

ここで、図５、図６及び図７に示される支持体３０の位置に対応する位置に作業ステーションをそれぞれ設け、各作業ステーションで支持体３０の走行を停止させる場合につき説明する。

この場合、先ず、上記した揺動角度α、絶対的揺動角度γに基づいて、図５〜図７に示される状態における関節部３２及び支持体３０の座標が求められる。なお、絶対的揺動角度γは、前記第２角度センサ３３によって検出される相対的揺動角度βから算出される（後述）。

具体的には、基台部２４、関節部３２及び支持体３０の座標をそれぞれ（Ｘ０、Ｙ０）、（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）とすると、Ｘ座標、Ｙ座標の間には、下記の式（１）〜（４）に示される関係が成立する。
Ｘ１＝Ｘ０＋Ｌ１ｃｏｓα …（１）
Ｙ１＝Ｙ０＋Ｌ１ｓｉｎα …（２）
Ｘ２＝Ｘ１＋Ｌ２ｃｏｓγ …（３）
Ｙ２＝Ｙ１＋Ｌ２ｓｉｎγ …（４）

式（１）〜（４）中のＬ１、Ｌ２は、上記した通り、基部側アーム部材２８、先端側アーム部材１４のアーム長である。

式（１）を式（３）に代入すれば、下記の式（５）が得られる。
Ｘ２＝Ｘ０＋Ｌ１ｃｏｓα＋Ｌ２ｃｏｓγ …（５）

同様に、式（２）を式（４）に代入することにより、下記の式（６）が得られる。
Ｙ２＝Ｙ０＋Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎγ …（６）

式（１）、（２）、（５）、（６）中のαの値は、上記したように第１角度センサ３１によってそれぞれ求められる。一方、式（５）、（６）中のγの値は、第２角度センサ３３によって検出されたβの値を用いて算出される。

すなわち、α、β、γの間には下記の式（７）が成立する。従って、式（７）にα、βの値を代入することにより、γの値を求めることができる。
γ＝α＋β−１８０° …（７）

図５に示される状態において、α、β及びγを求めると、２５５°、５０°、１２５°となる。また、図６に示される状態では、α＝１６６°、β＝５２°、γ＝３８°であり、図７に示される状態では、α＝４５°、β＝１４４°、γ＝９°である。

従って、Ｌ１＝Ｌ２＝１０００ｍｍであるときには、（Ｘ０、Ｙ０）＝（０、０）と定義すると、式（１）、（２）、（５）、（６）から、図６〜図８におけるＸ１、Ｙ１、Ｘ２及びＹ２は、下表の通りとなる。

このようにして求められた座標を、制御部３６に入力する。

支持体３０が走行する間、α及びβの値は、前記第１角度センサ３１及び前記第２角度センサ３３によって常時検出され、信号線３４ａ、３４ｂを介して制御部３６に情報として送信される。この信号を受けた制御部３６は、上記の式（７）を用いてγを算出した後、式（１）、（２）、（５）、（６）に基づいて、関節部３２及び支持体３０の座標を算出する。

このようにして算出される座標と、制御部３６に予め入力された座標とが一致すると、制御部３６は、モータ４２に対して停止信号を発する。これによりモータ４２が停止して駆動軸７８の回転駆動が停止され、さらに、タイヤ４４の回転が停止する。バランスアーム１２は、基部側アーム部材２８及び先端側アーム部材１４を揺動させる駆動力を発生していないので、タイヤ４４の回転が停止することに伴って基部側アーム部材２８及び先端側アーム部材１４の揺動動作が停止する。勿論、チャック機構１６に把持されたワークの変位も停止する。

必要であれば、この停止位置で前記巻上機構、前記回動機構及びチャック機構１６を動作させ、さらに、第１爪部材３８及び第２爪部材４０を互いに離間する方向に同期変位させてワークを解放するようにしてもよい。

上記に準拠して、支持体３０、ひいてはワークを停止させようとする座標を求め、この座標を制御部３６に予め入力しておくことで、ワークを所望の位置の位置で停止させ、且つチャック機構１６から解放することが可能である。これにより、作業ステーションを所望の位置に設けることが容易となるので、レイアウトの自由度が一層向上する。

なお、軸部材４６を支持体３０に対して上下変位可能に係合するようにしてもよい。この場合、チャック機構１６がワークを把持して先端側アーム部材１４が撓んだ際、上記した実施の形態と同様に軸部材４６が支持体３０に対して鉛直下方に変位するとともに、先端側アーム部材１４が軸部材４６に対して鉛直下方に変位する。これにより、荷重が消費ないし吸収される。

また、先端側アーム部材１４に孔を設け、この孔に、軸部材４６を上下動可能に挿入するようにしてもよい。

さらに、ガイドレール１８に湾曲部９４、９８等を形成する必要は特にない。すなわち、本発明には、ガイドレール１８を直線状にのみ敷設する場合も含まれる。この場合、支持体３０（ワーク）を任意の位置で停止させるには、上記のようにしてもよいが、例えば、該位置に近接センサを設け、この近接センサが、支持体３０が接近したことを検出した際にモータ４２を停止させるような制御を行うようにしてもよい。

さらに、ガイドレール１８やタイヤ４４に代替し、ラックアンドピニオン機構やガントリローダを直線状に設けて支持体３０を変位させるようにしてもよい。この場合においても、先端側アーム部材１４が撓むことに伴って軸部材４６が先端側アーム部材１４ごと鉛直下方に変位したり、又は、軸部に沿って先端側アーム部材１４が鉛直下方に変位したりすることにより、ラックアンドピニオン機構やガントリローダに荷重が作用することを有効に回避することができる。

このため、ラックアンドピニオン機構やガントリローダとして高剛性のものを採用する必要がない。従って、この場合においても設備投資を低廉化することが可能となる。さらに加えて、支持体３０をワイヤで引っ張る引っ張り駆動式としてもよい。

いずれの場合も、バランスアーム１２のアーム部材の個数は２本に特に限定されるものではなく、１本であってもよいし、３本以上であってもよい。

１０…ワーク搬送装置 １２…バランスアーム
１４、２８…アーム部材 １６…チャック機構
１８…ガイドレール ２０…自走ユニット
２４…基台部 ２６…柱状部材
２９…基部 ３０…支持体
３１、３３…角度センサ ３２…関節部
３６…制御部 ３８、４０…爪部材
４２…モータ ４４…タイヤ
４６…軸部材 ５４…仕切板
５６…レール係合部 ５８…軸部材係合部
６０、６２、６４、６６…従動ローラ ８２…軸受部
８４…貫通孔 ８６…直線状歯部
９０ａ〜９０ｄ…支柱 ９２、９６、１００…直線部
９４、９８…湾曲部 α、β、γ…揺動角度

Claims (9)

1. 案内部材に沿ってワークを搬送するワーク搬送装置であって、
   前記案内部材を自走可能な自走ユニットと、
   前記自走ユニットを介して前記案内部材に沿って移動するとともに前記ワークを把持するワーク把持機構と、
   前記ワーク把持機構を設けたアーム部材を有するバランスアームと、
   前記自走ユニットと前記アーム部材を連結するとともに鉛直方向に延在する連結部材と、
   を備え、
   前記自走ユニットに形成された孔に対して前記連結部材が上下動可能に挿入されていることを特徴とするワーク搬送装置。
2. 案内部材に沿ってワークを搬送するワーク搬送装置であって、
   前記案内部材を自走可能な自走ユニットと、
   前記自走ユニットを介して前記案内部材に沿って移動するとともに前記ワークを把持するワーク把持機構と、
   前記ワーク把持機構を設けたアーム部材を有するバランスアームと、
   前記自走ユニットと前記アーム部材を連結するとともに鉛直方向に延在する連結部材と、
   を備え、
   前記アーム部材に形成された孔に対して前記連結部材が上下動可能に挿入されていることを特徴とするワーク搬送装置。
3. 請求項１又は２記載の装置において、前記自走ユニットは、変位用駆動機構と、前記変位用駆動機構を支持し且つ前記案内部材に沿って変位可能であるとともに前記アーム部材の鉛直上方に配置される支持体とを有することを特徴とするワーク搬送装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、前記連結部材の側周壁、及び前記孔の内壁に、互いに噛合する歯部が設けられていることを特徴とするワーク搬送装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、前記連結部材が多角形状体として形成されるとともに、前記孔が前記連結部材に噛合する多角形孔として形成されていることを特徴とするワーク搬送装置。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載の装置において、前記連結部材が前記支持体とは別個の部材であり、前記アーム部材が鉛直下方に撓んだ際、前記連結部材が追従して前記支持体に対して鉛直下方に変位することを特徴とするワーク搬送装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置において、前記アーム部材に対して関節部を介して連結され、且つ前記バランスアームを構成する基部を中心に揺動する別のアーム部材をさらに備え、前記アーム部材は、前記関節部を中心として前記別のアーム部材に対して揺動可能であることを特徴とするワーク搬送装置。
8. 請求項７記載の装置において、前記基部に設けられて前記別のアーム部材の揺動角度を検出する第１角度センサと、前記関節部に設けられて前記アーム部材の揺動角度を検出する第２角度センサと、前記２つの揺動角度から前記ワーク把持機構の位置を求める制御部とをさらに備えることを特徴とするワーク搬送装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置において、前記案内部材が湾曲部を有するものであることを特徴とするワーク搬送装置。

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