JP2013193151A

JP2013193151A - 産業ロボット

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Publication number: JP2013193151A
Application number: JP2012061340A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ajiki; 安食　　浩; Hiroaki Yokoyama; 裕昭横山
Original assignee: Star Seiki Co Ltd
Current assignee: Star Seiki Co Ltd
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-09-30
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: JP5907770B2

Abstract

【課題】少ない本数の電極が印刷配線された幅狭のＦＰＣを使用し、接続箇所における取付けスペースを狭小化して可動アーム及びエンドエフェクタを回動可能な状態で電気的に接続する。
【解決手段】可動アーム（１３）とエンドエフェクタ（１５）の連結箇所には、少なくとも駆動電源線としての電極が印刷配線され、エンドエフェクタ（１５）の回動を許容する弛み量で円筒状に卷回され、電極の一方が可動アーム（１３）側の駆動電源線（３７）に接続されると共に電極の他方がエンドエフェクタ側の駆動電源線（３９）に接続される可撓性プリント基板（３１）及びエンドエフェクタ（１５）に設けられ、可撓性プリント基板（３１）の電極及び可動アーム（１３）側の駆動電源線（３７）に重畳して送受される制御手段及び各種センサーからの信号を対応するデータに変換して入出力可能にする電源通信入出力部材（４１）からなる回動配線手段（２７）を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、可動アーム及び該可動アームに対して回動可能に支持されたエンドエフェクタを少ない電線数で電気的に接続した産業ロボット、詳しくは両者を少ない電線数で電気的に接続する回動配線手段を備えた産業ロボットに関する。

産業ロボットの可動アームに回動可能に支持されるエンドエフェクタには、例えば爪部を開閉してワークを保持又は開放するための電動モータや電磁ソレノイド等の電動駆動部材や、該電動モータの回転角を検出するロータリーエンコーダ等の位置センサー、爪部によるワークの保持圧力を検知する圧力センサー等の各種センサーが設けられている。

そして可動アームとエンドエフェクタは、駆動部材に電力を供給する駆動電源線、各種センサーと産業ロボットの制御装置の間で信号を送受する多数の信号線が電気的に接続されている。これらの駆動電源線及び信号線は、可動アームに対するエンドエフェクタの回動を許容するため、接続箇所において回動量に応じた長さ分、弛ませた状態で配線されている。

しかし、エンドエフェクタによるワークの加工態様によっては、該エンドエフェクタを狭小空間内へ進入させる必要があるが、エンドエフェクタを狭小空間へ進入させる際に弛ませた状態で配線された駆動電源線及び信号線が障害になり、進入可能な空間部が制限される問題を有している。

また、エンドエフェクタの回動に伴って電線が屈曲して断線したり、狭小空間内へ進入する際に駆動電源線及び信号線が狭小空間を構成する部材に接触して電線被覆が摩耗してショートしたりしてエンドエフェクタへ電力を供給できないと共に各種センサーと制御装置の間で信号を送受できない問題を有している。

これらの問題を解決するため、例えば特許文献1に示すように配線パターンとしての電極が印刷配線された可撓性プリント基板（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ、以下においてはＦＰＣと称する。）を使用し、このＦＰＣを、相対回転する可動アームとエンドエフェクタ間にて円弧状に弛ませた状態で固定して電気的に接続すると共に可動アームに対するエンドエフェクタの回転をＦＰＣの円弧状の弛み部分で吸収するように設けている。

しかし、上記のように可動アーム及びエンドエフェクタをＦＰＣにより回動可能な状態で電気的に接続する場合であっても、駆動電源線数及び多数の信号線数に応じた数の電極を印刷形成したＦＰＣを使用する必要があり、電線の長手直交方向に対するＦＰＣ幅が広くなって大型化し、可動アーム及びエンドエフェクタにおける接続箇所のＦＰＣ取付けスペースが増大している。この結果、狭小空間にエンドエフェクタを進入させて所要の動作を実行する際には、ＦＰＣが邪魔になって所要の動作を実行できない問題を有している。

特開平１−１５３２９０号公報

解決しようとする問題点は、可動アーム及びエンドエフェクタを回動可能な状態で電気的に接続するには、多数の電極が印刷配線された幅広のＦＰＣを使用する必要があり、これらの接続箇所に大型のＦＰＣを設けることが困難になる点にある。

本発明は、少なくとも２次元方向へ移動制御される可動アームの先端部にエンドエフェクタを回動可能に設けた産業ロボットにおいて、上記エンドエフェクタには、電動駆動部材及び各種の電気的センサーを設けると共に上記産業ロボットには、上記電動駆動部材に対して駆動電源及び各種の電気的センサーとの間で信号を送受する制御手段を設け、上記可動アームとエンドエフェクタの連結箇所には、少なくとも駆動電源線としての電極が印刷配線され、エンドエフェクタの回動を許容する弛み量で円筒状に卷回され、電極の一方が可動アーム側の駆動電源線に接続されると共に電極の他方がエンドエフェクタ側の駆動電源線に接続される可撓性プリント基板及びエンドエフェクタに設けられ、可撓性プリント基板の電極及び可動アーム側の駆動電源線に重畳して送受される制御手段及び各種センサーからの信号を対応するデータに変換して入出力可能にする電源通信入出力部材からなる回動配線手段を設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明は、少ない本数の電極が印刷配線された幅狭のＦＰＣを使用し、接続箇所における取付けスペースを狭小化して可動アーム及びエンドエフェクタを回動可能な状態で電気的に接続することができる。

産業ロボットとしての樹脂成形品取出し機の概略を示す斜視図である。可動アームとしての上下アームとエンドエフェクタとしてのチャック箇所を拡大して示す斜視図である。ＦＰＣの卷回状態を示す説明図である。チャックの水平回動及び反転回動状態を示す説明図である。チャックを水平回動した際のＦＰＣの縮径状態を示す説明図である。重ね合わされた可撓性流路シート及びＦＰＣの卷回状態を示す説明図である。

可動アームとエンドエフェクタの連結箇所には、少なくとも駆動電源線としての電極が印刷配線され、エンドエフェクタの回動を許容する弛み量で円筒状に卷回され、電極の一方が可動アーム側の駆動電源線に接続されると共に電極の他方がエンドエフェクタ側の駆動電源線に接続される可撓性プリント基板及びエンドエフェクタに設けられ、可撓性プリント基板の電極及び可動アーム側の駆動電源線に重畳して送受される制御手段及び各種センサーからの信号を対応するデータに変換して入出力可能にする電源通信入出力部材からなる回動配線手段を設けたことを最適の実施形態とする。

以下、実施例を示す図に従って本発明を説明する。
先ず、産業ロボットとしての樹脂成形品取出し機1の概略を説明すると、図１に示すように、樹脂成形品取出し機１は、樹脂成形機（図示せず）における固定プラテン３の上面に固定される。該樹脂成形品取出し機１は、樹脂成形機の中心軸線と直交する方向（左右方向）へ延出する本体フレーム５と、該本体フレーム５上を左右方向へ往復移動可能に支持される第1走行体７と、第1走行体７に対して上記中心軸線と一致する方向（前後方向）へ延出して設けられる前後フレーム９上を前後方向へ往復移動可能に支持される第２走行体１１と、該第２走行体１１に対して上下方向へ昇降可能に支持される可動アームとしての上下アーム１３と、該上下アーム１３の下端部に水平回動可能に設けられるエンドエフェクタとしてのチャック１５とから構成される。

チャック１５は、樹脂成形品を保持する複数個の吸着部材、把持部材等の保持部材１７が設けられ、該保持部材１７により樹脂成形された金型内の樹脂成形品を保持した後に、所定の開放位置へ移動して樹脂成形品の取出し動作を行う。また、チャック１５には、各保持部材１７に樹脂成形品を保持したことを検出する光学的センサー、圧力センサー等の各種センサー（図示せず）が設けられている。

上記第１及び第２走行体７，１１と上下アーム１３は、サーボモータ等の数値制御可能な電動モータ（図示せず）にそれぞれ駆動連結され、各電動モータの駆動制御により左右方向、前後方向及び上下方向へそれぞれ往復移動される。なお、各電動モータに連結されて対応する第１及び第２走行体７，１１と上下アーム１３を往復移動する往復移動機構としては、公知の送りねじ機構、ベルト機構又は電動モータの代わりにリニアモータを使用して第１及び第２走行体７，１１と上下アーム１３を直接移動させる構造であってもよい。

図２及び図３に示すように、上記したように上下アーム１３の下端部には、チャック１５が水平回動可能及び反転回動可能に設けられる。即ち、上記上下アーム１３の下部には、上下方向に軸線を有したサーボモータ等の数値制御可能な電動モータ１９が設けられ、該電動モータ１９の出力軸には、エンドエフェクタの一部を構成する水平回動体２１のボス２１ａに固定される。該水平可動体２１は、上記電動モータ１９の駆動に伴って所要の角度で水平回動される。

また、上記水平回動体２１には、水平方向に軸線を有したサーボモータ等の数値制御可能な電動モータ２３が設けられ、該電動モータ２３は、水平回動体２１の下部に回転可能に軸支されたエンドエフェクタの一部を構成する反転軸２５に駆動連結される。該反転軸２５には、チャック取付け板２６が設けられ、該チャック取付け板２６に上記チャック１５が固定される。該チャック１５は、上記電動モータ２３の駆動に伴って反転回動して姿勢制御される。

なお、図４は電動モータ２３の出力軸及び反転軸２５に歯付きプーリ２３ａ・２５ａをそれぞれ取り付け、これらプーリ２３ａ・２５ａに歯付きベルトを掛渡して反転軸２５を回転させる構成としたが、歯車で駆動連結した構成であってもよい。また、上記電動モータ２３には、反転軸２５の回動角を検出するロータリーエンコーダ等の位置検出器（図示せず）が設けられる。

上記水平回動体２１には、上記した電動モータ２３及びその位置検出器が、またチャック１５には、各保持部材１７に各種センサーが設けられているため、電動モータ２３に対しては駆動電力を供給するための駆動電源線を接続すると共に各センサーと樹脂成形品取出し機１の制御装置（図示せず）との間で信号を送受する多数の信号線で接続する必要がある。このため、上下アーム１３と水平回動体２１及びチャック１５は、回動配線手段２７を介して電気的に接続される。

即ち、水平回動体２１におけるボス２１ａの周りには、ＦＰＣ３１が水平回動体２１の回動角度に応じて弛ませた状態で卷回された円筒状に配置される。該ＦＰＣ３１には、モータ駆動用電力用電線に対応する２本の電極３１ａ（図３に記載）が卷回方向へ延出するように印刷配線される。そして上記ＦＰＣ３１の長手方向各端部には、上記各電極３１ａが電気的に接続されたコネクタ３３・３５がそれぞれ取り付けられる。なお、図中の符号２９は、円筒状に卷回されたＦＰＣ３１の外側周面を覆う円筒カバーである。

上記ＦＰＣ３１は、上記水平回動体２１の回動原点位置においては、拡径された円筒状態で、また水平回動体２１が所要の角度で回動した際には、円筒状態が縮径するように変形させられる。なお、ＦＰＣ３１の卷回状態としては、上記と逆であってもよい。また、電動モータ２３が３相モータの場合には、ＦＰＣ３１に印刷配線される電極線数としては３本になる。

一方のコネクタ３３は、上記上下アーム１３の下端部に固定され、上記上下アーム１３内に収容された駆動電源線（図示せず）が電気的に接続される。また、他方のコネクタ３５は、上記水平回動体２１に固定され、上記電動モータ２３の駆動電源線（図示せず）及び電源通信入出力部材４１からの信号線（図示せず）がそれぞれ接続される。

上記電源通信入出力部材４１は、入力信号を内部通信バスの送信データに変換して内部通信バスに出力すると共に内部通信バスからの受信データを出力信号に変換する入出力カード、供給電源から入出力カードの内部電源を生成すると共に通信ラインと内部通信バスのゲートウェイとして機能し、かつ通信ラインからのデータを内部通信バスのデータに変換、または内部通信バスからのデータを通信ラインのデータに変換して出力する電源通信カードから構成され、該電源通信入出力部材４１の一方端子には、上記信号線が、また他方端子には、各種センサーの信号線（図示せず）がそれぞれ接続される。

次に、上記のように構成された樹脂成形品取出し機１及び回動配線手段２７の作用を説明する。
先ず、樹脂成形品取出し機１の作用を説明すると、樹脂成形品取出し機１に対して樹脂成形機から成形完了信号が出力されると、上下アーム１３を下降してチャック１５を型開した金型間へ進入させた後、第２走行体を前方へ移動してチャック１５を金型内に保持された樹脂成形品に近づいた状態で相対させる。

該状態にて樹脂成形機の突出し機構を作動して金型内から樹脂成形品をチャック１５へ突き出して保持させた後、第２走行体１１を後方へ移動すると共に上下アーム１３を上昇して樹脂成形品を保持したチャック１５を金型間から抜き出させた後、第１走行体７を移動してチャック１５を樹脂成形機の操作側又は反操作側に設定された開放位置へ移動させる。チャック１５が開放位置へ移動されると、例えば搬出コンベヤや箱詰装置のコンテナ内に対して樹脂成形品の保持を解除して樹脂成形品の取出しを完了させる。

上記した搬出コンベヤや箱詰装置のコンテナ内に樹脂成形品を開放する際に、チャック１５を水平回動させたり、反転回動させたりして樹脂成形品の開放姿勢を姿勢制御する必要がある。このため、図４に示すように電動モータ１９を駆動制御して水平回動体２１を水平方向に対して所要の角度で回動させると共に電動モータ２３を駆動制御してチャック１５を反転回動させる。

上下アーム１３に対して水平回動体２１が水平方向へ回動する際に、図５に示すように弛んだ状態で卷回されたＦＰＣ３１が縮径するように弾性変形して水平回動体２１の回動を可能にさせる。また、上記電動モータ２３に印加される電力は、ＦＰＣ３１に印刷配線された電極３１ａを介して供給される。更に、樹脂成形品取出し機１の制御装置と各種センサーの間においては、信号が駆動電源線に重畳されて送受される。

即ち、樹脂成形品取出し機１の制御装置から出力される信号は、上下アーム１３内の駆動電源線、電極３１ａに重畳して電源通信入出力部材４１に入力された後、電源通信入出力部材４１の入出力カードにより出力データへ変換されて位置検出器や各センサーへ出力される。また、位置検出器や各センサーから出力される信号は、電源通信入出力部材４１の入出力カードにより出力データへ変換された後に、電極３１ａ、上下アーム１３内の駆動電源線に重畳して制御装置へ出力される。

本実施例は、上下アーム１３とチャック１５の間で電線が弛んだ状態で配線されるのを回避し、上下アーム１３に対してチャック１５を回動可能な状態で電気的に接続することができる。また、樹脂成形品取出し機１の制御装置とチャック１５側の位置検出器や各センサーの間で送受される信号を電極３１ａ及び上下アーム１３内の駆動電源線に重畳させることにより両者間の配線数を低減させることができる。

上記説明は、産業ロボットとしてエンドエフェクタとしてのチャック１５を直交３軸方向へ移動させる樹脂成形品取出し機１を例に説明したが、本発明は、エンドエフェクタを多軸方向へ移動させる多関節型の産業ロボットにおいても実施できることは、勿論である。

上記説明は、可動アームとエンドエフェクタの接続箇所にて可動アーム側の駆動電源線とエンドエフェクタ側の駆動電源線をＦＰＣにより接続すると共に制御手段と各種のセンサーの間で駆動電源線及びＦＰＣに重畳して送受される信号を電源通信入出力部材により対応するデータへ変換する構成としたが、エンドエフェクタとしてのチャック１５には、圧縮空気等の圧力流体で作動するエアーシリンダー等の複数の圧力流体作動部材を設ける場合がある。この場合にあっては、可動アーム側に設けられる複数の圧力流体管と各圧力流体作動部材の圧力流体管を、チャック１５の回動を許容するように接続する必要がある。

可動アーム１５とエンドエフェクタ１５（２１）の接続箇所にて圧力流体管を接続するには、図６に示すように長手方向に延出する複数の流路５１ａが長手直交方向に配列されたシリコンゴム等からなる可撓性流路シート５１を、上記ＦＰＣ３１と同様にエンドエフェクタ１５（２１）の回動を許容するように弛ませた状態で卷回して円筒状とし、一方に可動アーム１５（２１）側の圧力流体管５３を、また他方にエンドエフェクタ１５（２１）側の圧力流体管５５を接続すればよい。

この場合にあっては、上記可撓性流路シート５１とＦＰＣ３１を重ね合わせた状態でエンドエフェクタ１５（２１）の回動を許容するように弛ませた状態で卷回して円筒状に形成すればよい。その際、ＦＰＣ３１及び可撓性流路シート５１の間に、例えばフッ化樹脂シート等の低摩擦係数の樹脂シートを介在させて両者間の摩擦係数を低減させることによりエンドエフェクタ１５（２１）の回動に伴うＦＰＣ３１及び可撓性流路シート５１の拡径及び縮径を円滑に行わせることができる。

上記説明は、上下アーム１３と水平回動体２１の接続箇所にＦＰＣ３１及び電源通信入出力部材４１を設ける構成としたが、水平可動体２１と反転軸２５の接続箇所にＦＰＣ及び電源通信入出力部材を設ける構成としてもよい。

１産業ロボットとしての樹脂成形品取出し機
３固定プラテン
５本体フレーム
７第1走行体
９前後フレーム
１１第２走行体
１３可動アームとしての上下アーム
１５エンドエフェクタとしてのチャック
１７保持部材
１９電動モータ
２１エンドエフェクタの一部を構成する水平可動体
２１ａボス
２３電動モータ
２５エンドエフェクタの一部を構成する反転軸
２６チャック取付け板
２７回動配線手段
２９円筒カバー
３１ＦＰＣ
３１ａ電極
３３・３５コネクタ
４１電源通信入出力部材
５１可撓性流路シート
５１ａ流路
５３圧力流体管
５５圧力流体管

Claims

少なくとも２次元方向へ移動制御される可動アームの先端部にエンドエフェクタを回動可能に設けた産業ロボットにおいて、
上記エンドエフェクタには、電動駆動部材及び各種の電気的センサーを設けると共に上記産業ロボットには、上記電動駆動部材に対して駆動電源及び各種の電気的センサーとの間で信号を送受する制御手段を設け、
上記可動アームとエンドエフェクタの連結箇所には、
少なくとも駆動電源線としての電極が印刷配線され、エンドエフェクタの回動を許容する弛み量で円筒状に卷回され、電極の一方が可動アーム側の駆動電源線に接続されると共に電極の他方がエンドエフェクタ側の駆動電源線に接続される可撓性プリント基板及びエンドエフェクタに設けられ、可撓性プリント基板の電極及び可動アーム側の駆動電源線に重畳して送受される制御手段及び各種センサーからの信号を対応するデータに変換して入出力可能にする電源通信入出力部材からなる回動配線手段を設けた、
ことを特徴とする産業ロボット。
請求項１において、可動アームの先端部には、出力軸がエンドエフェクタに駆動連結される数値制御可能な電動モータを設け、該電動モータの駆動によりエンドエフェクタを所要の角度で回動する産業ロボット。
請求項１において、上記可動アームとエンドエフェクタの連結箇所には、複数の流路が設けられ、各流路の一方が可動アーム側の流体圧管に接続されると共に各流路の他方がエンドエフェクタ側の流体圧管に接続され、エンドエフェクタの回動を許容する弛み量で円筒状に卷回された、可撓性流路シートを設けた産業ロボット。
請求項３において、可撓性流路シートは、上記可撓性プリント基板に重ね合わせた状態でエンドエフェクタの回動を許容する弛み量で円筒状に卷回された産業ロボット。
請求項１において、産業ロボットは、少なくとも直交３軸の可動アームを各軸方向へ移動してエンドエフェクタを所要の位置へ三次元移動する産業ロボット。
請求項５において、樹脂成形機の中心軸線と直交方向へ延出する本体フレーム上にて移動可能に支持される第１走行体と、該第１走行体にて上記中心軸線と一致する方向に延出する前後フレーム上を移動可能に支持される第２走行体と、該第２走行体に対して昇降可能に支持される上下アームとを備えた樹脂成形品取出し機とし、エンドエフェクタは、上記上下アームの下端部にて回動可能に支持されるチャックとした産業ロボット。
請求項６において、チャックは、上記上下アームの下端部に内蔵された数値制御可能な電動モータの出力軸に連結された水平回動体を介して設けられた産業ロボット。
請求項５において、チャックは、上記上下アームの下端部に内蔵された数値制御可能な電動モータの出力軸に連結された水平回動体及び該水平回動体に設けられた数値制御可能に電動モータに連結された反転軸を介して設けられた産業ロボット。