JP2013237121A - ロボットの動作範囲を拡張するロボット用旋回装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行軸等を使用せずにロボットの動作範囲を大幅に拡張でき、保守面やコスト面でも有利なロボット用旋回装置の提供。
【解決手段】旋回装置１０は、床面１２に設置される基部１４と、鉛直方向に延びる旋回中心軸線１６回りに旋回可能になるように基部１４に接続される旋回部１８と、旋回部１８に形成された、ロボット２０を搭載するためのロボット搭載部２２と、旋回部１８を旋回中心軸線１６回りに旋回駆動するモータ等の駆動部２４とを有する。ロボット２０は、ロボット搭載部２２に取付けられるロボットベース部２６と、鉛直方向の回動中心軸線２８回りに回動可能となるようにロボットベース部２６に取付けられたロボットアーム部３０とを備え、旋回中心軸線１６から水平方向に予め定めた距離ｄだけオフセットするように、ロボットベース部２６がロボット搭載部２２に取付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットの動作範囲を拡張するためのロボット用旋回装置に関する。

産業用ロボットを用いた生産システムでは、そのコスト低減及び効率向上等を図るために、該ロボットの動作範囲をできるだけ拡張することが望まれる。例えば生産システムを開示する特許文献１には、「本生産システムは、汎用の各ロボットアーム７，８を組み合わせて双腕ロボット１を構成したので、高価な多関節構造のロボットアームと比較して設備コストが安価で済む。また、双腕ロボット１が走行レール１０（走行軸）上を走行して任意の位置に位置決め可能であるので、各工作機械２〜４とのワーク６の受け渡しを１台の双腕ロボット１で済ませることができる」と記載されている。

またプレス機械とロボットによるワークのプレス処理装置を開示する特許文献２には、「プレス機械間の距離が長い場合にも機械間に配設した直線走行路に沿うロボット基台の直線走行と、同ロボット基台の縦軸線回りのロボット腕の旋回とアーム軸方向の伸縮動作との組合せ動作によりワーク把持用ハンドを一方のプレス機械と他方のプレス機械との間で短時間の移動が可能であり、依って、ワークの自動搬送サイクル時間を短縮することが可能になる」と記載されている。

さらに、多関節ロボットを備えたロボットシステムを開示する特許文献３には、「多関節ロボットのアーム部分の旋回軸線と回転ユニットの回転テーブルの回転軸線とが非平行になるように、多関節ロボットが回転ユニットに連結されるので、多関節ロボットの自由度が一つ増すことになる。従って、多関節ロボットの自由度を増しつつ、安価なロボットシステムを提供することができる」と記載されている。

特開２００５−４６９６６号公報 特開平５−７６９６５号公報 特開２０１０−２２１３５５号公報

特許文献１に記載の生産システムでは、産業用ロボットと各工作機械との間のワークの受け渡しを行うために、該ロボットが走行可能な走行軸を生産ラインに沿って設置されているが、各工作機械の前面に該走行軸を設置する必要があり、工作機械の保守面では望ましいシステムとはいえない。また特許文献２に記載のプレス処理装置では、通常、プレス機はピット内に設置され、プレス機周りやプレス機間はピットカバーで養生されていることが多いので、走行路を設置することが難しい場合がある。さらに特許文献３に記載のロボットシステムでは、回転ユニット上にロボットを設置しているが、これはロボットの自由度を増やすことを主目的としており、ロボットの動作範囲の大幅な拡張を企図したものではない。

そこで本発明は、走行軸等を使用せずにロボットの動作範囲を大幅に拡張でき、保守面やコスト面でも有利なロボット用旋回装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、床面に設置される基部と、鉛直方向に延びる旋回中心軸線回りに旋回可能になるように前記基部に接続される旋回部と、前記旋回部に形成された、ロボットを搭載するためのロボット搭載部と、前記旋回部を前記旋回中心軸線回りに旋回させる駆動部と、を備えたロボット用旋回装置であって、前記ロボット搭載部に搭載されるロボットは、ロボットベース部と、鉛直方向に延びる回動中心軸線回りに回動可能になるように該ロボットベース部に取付けられたロボットアーム部と、を備え、前記旋回中心軸線から水平方向に予め定めた距離だけオフセットするように、前記ロボットベース部が前記ロボット搭載部に取付けられることを特徴とする、ロボット用旋回装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記旋回中心軸線について、前記旋回部の、前記ロボット搭載部と反対側の部位に配置されたカウンタバランスを有する、ロボット用旋回装置を提供する。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記ロボットの作業位置の下方の床面に設置され、前記ロボットの作業中に、下方から前記旋回部を固定支持する固定支持装置を有する、ロボット旋回装置を提供する。

本発明によれば、旋回部の旋回中心からロボットをオフセットさせて配置することにより、旋回部の旋回動作に伴いロボットの動作範囲を大幅に拡張することができる。従って複数のプレス機等の機械間のワークの搬送等の作業を１つのロボットで行うシステムを、走行軸や走行レールを用いずに実現することが可能となる。また走行軸な固定物を機械前面に設置する必要がないため、フォークリフト等による金型交換や保守スペースが確保できる。

旋回部をカウンタバランスを含む構成とすることにより、旋回装置が片持ち構造から両持ち構造になるため、旋回装置に作用するモーメントが低減し、旋回装置のコストダウンが可能になる。

固定支持装置を用いることにより、ロボットの動作負荷を該固定支持装置で支えることができ、旋回装置の剛性や強度を小さくすることが可能になり、旋回装置のコストダウンが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係るロボット用旋回装置を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るロボット用旋回装置を示す図である。 図２の旋回装置にさらに固定支持装置を設けた例を示す図である。 図３の固定支持装置が解除されている状態を示す図である。 図３の旋回装置をプレス機間に配置したシステムの例を示す図である。

図１は、本願発明に係るロボット用旋回装置の第１の実施形態を示す斜視図である。旋回装置１０は、床面又は設置面１２に設置される基部１４と、鉛直方向に延びる旋回中心軸線１６回りに旋回可能になるように基部１４に接続される旋回部１８と、旋回部１８に形成された、ロボット２０を搭載するためのロボット搭載部２２と、旋回部１８を旋回中心軸線１６回りに旋回駆動するモータ等の駆動部２４とを有する。

ロボット搭載部２２に搭載されるロボット２０は、ロボット搭載部２２に取付けられるロボットベース部２６と、回動中心軸線２８回りに回動可能となるようにロボットベース部２６に取付けられたロボットアーム部３０とを備えており、回動中心軸線２８が鉛直方向に延び、かつ旋回中心軸線１６から水平方向に予め定めた距離ｄだけオフセットするように、ロボットベース部２６がロボット搭載部２２に取付けられる。つまり旋回部１８は、旋回中心軸線１６から略水平方向に延びる第１部分３２を有し、第１部分３２にロボット搭載部２２が形成される。

このような構成によれば、旋回部１８の旋回動作によって、ロボットベース部２６は概ね、オフセット距離ｄを半径とする円周に沿って移動可能となり、換言すれば最大でオフセット距離ｄの２倍に相当する距離だけ床面１２に対して移動可能となり、走行装置等を使用せずともロボット２０の動作範囲を大きく拡張することができる。また走行軸等を床面に設置する必要がないので、例えばプレス機を含むシステムに本願発明を適用した場合、フォークリフト等による金型交換や保守のためのスペースを容易に確保することができる。

図示した実施形態では、ロボットアーム部３０は、回動中心軸線２８回りに回動可能となるようにロボットベース部２６に取付けられた回転胴部３４と、回転胴部３４に対して回転可能に取付けられた上腕３６と、上腕３６に対して回転可能に取付けられた前腕３８と前腕３８に対して回転可能に取付けられたロボットハンド４０とを備えた多関節ロボットであるが、本願発明の適用対象はこのような形態のロボットに限られない。なお旋回部１８の形状や材質は、得ようとするロボットの動作範囲やロボットの重量等に基づいて定められるが、図１に示すように、その軽量化のために、適当な大きさの開口部４２を１つ以上、旋回部１８に設けてもよい。

図２は、本願発明に係るロボット用旋回装置の第２の実施形態を示す斜視図である。旋回装置１１０は、床面又は設置面１２に設置される基部１１４と、鉛直方向に延びる旋回中心軸線１１６回りに旋回可能になるように基部１１４に接続される旋回部１１８と、旋回部１１８に形成された、ロボット２０を搭載するためのロボット搭載部１２２と、旋回部１１８を旋回中心軸線１１６回りに旋回駆動するモータ等の駆動部１２４とを有する。なおロボット搭載部１２２に搭載されるロボット２０は図１のものと同様のものでよく、またロボット２０と旋回中心軸線１１６との位置関係も図１のものと同等でよいので、詳細な説明は省略する。

第２の実施形態に係る旋回装置１１０は、旋回部１１８の構成が第１の実施形態の旋回部１８と異なる。具体的には、旋回部１１８は、旋回中心軸線１１６から略水平方向に延びる第１部分１３２を有するとともに、旋回中心軸線１１６について、第１部分１３２とは反対方向に略水平方向に延びる第２部分１３４とを有し、さらに第２部分１３４にはカウンタバランス１４８が配置される。

つまり第２の実施形態では、旋回中心軸線１１６について、旋回部１１８の、ロボット搭載部１２２と反対側の部位にカウンタバランス１４８が設けられる。第２の実施形態では、旋回部１１８が、第１の実施形態の旋回部１８のように基部１４で支持された片持ち構造ではなく、基部１１４にてその略中間を支持され、両側に２つの重量物（ロボット２０とカウンタバランス１４８）を備えた構造となる。従って旋回装置１１０に作用するモーメントを低減でき、結果として旋回装置のコスト（設計強度）を低く抑えることができる。なお旋回部１１８の形状や材質は、得ようとするロボットの動作範囲やロボット及びカウンタバランスの重量等に基づいて定められるが、図２に示すように、その軽量化のために、適当な大きさの開口部１４２を１つ以上、旋回部１１８に設けてもよい。

図３は、第２の実施形態に係る旋回装置１１０において、ロボット２０の作業位置の下方の床面に設置され、旋回部１１８を下方から固定支持する固定支持装置１５０を設けた例を示す図である。固定支持装置１５０は、床面に設置された本体部１５２と、本体部１５２に対して略鉛直方向に可動に構成された可動支持部１５４とを有し、例えば油圧シリンダ、水圧シリンダ又は空気圧シリンダのような形態を採ることができる。また可動支持部１５４の上端部は、旋回部１１８が所定の旋回角度位置にあるときに、旋回部１１８の下面にがたつきなく係合できる形状を有する。

図３の例では、旋回部１１８の第１部分１３２の下面に凹状部１５６が形成され、凹状部１５６の下方に配置された固定支持装置１５０の可動支持部１５４の上端部は、凹状部１５６と相補的な形状の凸状部となっている。同様に、旋回部１１８の第２部分１３４の下面に凹状部１５８が形成され、凹状部１５８の下方に配置された、固定支持装置１５０と同様の固定支持装置１５０′の可動支持部１５４′の上端部は、凹状部１５８と相補的な形状の凸状部となっている。但し本願発明はこのような例に限られず、例えば旋回部１１８の下面に凸状部を設け、固定支持装置の可動支持部の上端を該凸状部に係合する凹状部としてもよい。

固定支持装置を用いることにより、旋回部１１８をロボット２０の作業位置に対応した旋回角度位置に正確に位置決めして保持することができ、ロボット２０の作業安定性が向上する。また固定支持装置は、ロボット２０の重量やロボット２０の作業中にロボット２０に作用する動作負荷等を旋回部１１８の下側から受けることができるので、旋回装置（旋回部）の剛性や強度を小さくすることができ、装置のコストダウンを図ることができる。なお固定支持装置は、図１の旋回装置１０に設けることももちろん可能である。

図４は、固定支持装置が旋回部１１８の固定支持を解除した状態を示す。具体的には、固定支持装置１５０及び１５０′の可動支持部１５４及び１５４′が下降して、それぞれ旋回部１１８の凹状部１５６及び１５８から離れ、旋回部１１８が旋回可能となっている。なお図示例では４つの固定支持装置が使用されているが、固定支持装置が１つの場合でも一定の固定支持効果は得られ、故に固定支持装置の個数は旋回部の形状やロボットの重量等に応じて適宜決定できる。

図５は、図３に示したロボット用旋回装置１１０を含むプレス処理システムを示す斜視図である。プレス処理システム２００は、所定距離離れて配置された第１のプレス機２０２及び第２のプレス機２０４と、図３に示したロボット用旋回装置１１０とを備えており、旋回装置１１０は両プレス機の略中間に配置されている。システム２００では、旋回装置１１０に搭載されたロボット２０を用いて第１のプレス機２０２から第２のプレス機２０４へ（或いはその逆）部品を受け渡す処理を行うものとする。各プレス機の周辺はピットになっており、参照符号２０６で示すような作業者用デッキが施工されている。

図５に示すシステム２００では、ロボット２０が離隔配置された複数の機械（ここではプレス機２０２及び２０４）にアクセスできるように図２に示すオフセット距離ｄを設定することにより、旋回装置１１０における旋回部１１８の旋回動作と、ロボット２０の（アーム）動作により、ロボット２０は双方のプレス機にアプローチすることができ、両プレス機間での部品の受け渡し等の所定作業を行うことができる。すなわち本システムでは、ロボットのための走行レールのような固定構造物を設置しなくとも、比較的離れた２つのプレス機に対して１つのロボットがアプローチ可能となる。また各プレス機の前面（右斜め下方側の面）は、金型交換やメンテナンスの際にはロボット２０を退避させる必要があるが、上述のように本システムでは走行レール等の構造物をプレス機前面に設置する必要がなく、またロボット本体をプレス機前面に設置する必要もないので、メンテナンス性等の向上も図られる。

１０、１１０ ロボット用旋回装置
１２ 設置面
１４、１１４ 基部
１８、１１８ 旋回部
２０ ロボット
２２、１２２ ロボット搭載部
２６、１２６ ロボットベース部
３０、１３０ ロボットアーム部
１４８ カウンタバランス
１５０、１５０′ 固定支持装置
２００ プレス処理システム
２０２、２０４ プレス機

Claims (3)

1. 床面に設置される基部と、
   鉛直方向に延びる旋回中心軸線回りに旋回可能になるように前記基部に接続される旋回部と、
   前記旋回部に形成された、ロボットを搭載するためのロボット搭載部と、
   前記旋回部を前記旋回中心軸線回りに旋回させる駆動部と、を備えたロボット用旋回装置であって、
   前記ロボット搭載部に搭載されるロボットは、ロボットベース部と、鉛直方向に延びる回動中心軸線回りに回動可能になるように該ロボットベース部に取付けられたロボットアーム部と、を備え、
   前記旋回中心軸線から水平方向に予め定めた距離だけオフセットするように、前記ロボットベース部が前記ロボット搭載部に取付けられることを特徴とする、ロボット用旋回装置。
2. 前記旋回中心軸線について、前記旋回部の、前記ロボット搭載部と反対側の部位に配置されたカウンタバランスを有する、請求項１に記載のロボット旋回装置。
3. 前記ロボットの作業位置の下方の床面に設置され、前記ロボットの作業中に、下方から前記旋回部を固定支持する固定支持装置を有する、請求項１又は２に記載のロボット旋回装置。

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