JP2014128841A - 多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステム - Google Patents

Abstract

【課題】多関節型双腕ロボットによって柔軟物である環状ベルトの組付け作業を自動的に行うベルト組付けシステムを提供する。
【解決手段】多関節型双腕ロボット１の双腕のハンド２によりベルト供給装置１１から一本の環状ベルトＶを取上げてワークＷに組付けるベルト組付けシステムにおいて、ベルト供給装置１１は、基台１２上に搭載され、環状ベルトＶをその厚み方向に複数枚重ねて二本の保持ピンに巻き掛けて保持するベルト補充台１３と、基台１２の上部へ向けて移動可能に常時附勢されたスライダ１５と、スライダ１５に進退移動可能に支持されて進出位置へ向けて常時附勢された第１のピン１６と、スライダ１５に進退移動可能に支持されてスライダ１５が進出位置に位置すると、ベルト補充台１３に保持された環状ベルトＶの一本目と二本目の間に挿入される第２のピンと、第１のピン１６と前記第２のピンとを交互に前記進出位置に移動させる伝動部材とを有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、多関節型双腕ロボットのハンドによって環状ベルトを取り上げて所定部位へ組付けるベルト組付けシステムに関するものである。

近年、ロボットを用いた組立工程の自動化が進んでいるが、その作業内容は高い剛性をもち変形が少ないワークを扱う工程がほとんどであり、柔軟物である環状ベルトを対象としたものは少ない。これは、環状ベルトが容易に変形し、かつその変形の予測が困難であることが原因である。この対策として従来、複数の単腕アームロボットによる協調作業に視覚や力覚などの外部センサによるフィードバック制御を組み合わせたシステムが提案されている（特許文献１参照）。

特開平０８−１７４４５８号公報

しかしながらこの従来のシステムは、ロボットの複数台の導入、特殊なセンサの使用等による設備費の増加や、ロボット毎に制御プログラムの調整が必要でプログラム作成時間の増加で生産ラインの立ち上げ時間がかかってしまう等の問題から、生産ラインへの導入までは至らなかった。

この一方で、組立て対象には動力伝達部にベルト機構を採用したものが多いことから、生産現場ではベルト組付け作業の自動化への要望が多い。それゆえ本発明は、多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムを提供することを目的としている。

この発明は、上記課題を有利に解決するものであり、この発明の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムは、
双腕のハンドを所定の作業範囲内で移動させる多関節型双腕ロボットと、
複数本の環状ベルトを順次に供給するベルト供給装置と、
を具え、
前記多関節型双腕ロボットがその双腕のハンドの両方により、前記ベルト供給装置から一本の環状ベルトを取り上げて組付け対象部品に組み付けるベルト組付けシステムにおいて、
前記ベルト供給装置は、
基台と、
前記基台上に搭載され、環状ベルトをその厚み方向に複数枚重ねて二本の保持ピンに巻き掛けて保持するベルト補充台と、
前記基台にそれに沿って移動可能に支持されるとともにその基台の上部へ向けて常時附勢されたスライダと、
前記スライダに前記基台からの進出位置と前記基台への後退位置との間で進退移動可能に支持されて前記ベルト補充台よりも前記基台の上部寄りに位置し、進出位置へ向けて常時附勢された第１のピンと、
前記スライダに前記基台からの進出位置と前記基台への後退位置との間で進退移動可能に支持されて前記ベルト補充台の開口部内に位置し、前記スライダが上限位置に位置する状態で進出位置に位置すると、前記ベルト保持台に保持された複数枚の環状ベルトのうち一本目と二本目の環状ベルトの上側部分の間に挿入される第２のピンと、
前記第１のピンと前記第２のピンとを交互に前記進出位置に移動させるクランク等の伝動部材と、
を有することを特徴とするものである。

この発明の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムにあっては、多関節型双腕ロボットが、その双腕のハンドの一方で第１のピンを後退位置に押し込みながら押し下げて、第２のピンを一本目と二本目の環状ベルトの上側部分の間に挿入するとともにスライダを基台に沿って下降移動させ、二本目以降の環状ベルトの上側部分を第２のピンで押し下げて一本目の環状ベルトの上側部分から離間させることで、一本目の環状ベルトを緩ませてそのハンドで保持し、次いでハンドをベルト補充台から離間させて一本目の環状ベルトを二本の保持ピンから引き外しながらハンドを第１のピンから外し、これにより第１のピンを前進位置に、また第２のピンを後退位置にそれぞれ復帰させるとともに、スライダを上昇限位置に復帰させ、次いでその一本目の環状ベルトの上記ハンドで保持している部分と反対側の部分を他方のハンドでも保持して、その一本目の環状ベルトを双腕のハンドで所定形状に調整しながら組付け対象部品に組み付ける。

従って、この発明の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムによれば、多関節型双腕ロボットによって柔軟物である環状ベルトの組付け作業を自動的に行うことができる。

なお、この発明の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムにおいては、前記多関節型双腕ロボットは、その双腕のハンドにそれぞれ吸着パッドを有するとともに、それらのハンドを協調動作させると、柔軟物である環状ベルトを容易に保持して任意の形状に変形できるので好ましい。

また、この発明の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムにおいては、前記ベルト補充台は、前記基台上に持ち上げ可能に搭載されていると、基台上のベルト補充台が保持する環状ベルトがなくなった場合に、多関節型双腕ロボットがその腕のハンドで、空になったベルト補充台を基台上から持ち上げて搬出位置に移動させ、代りに部品搬入位置から複数本の環状ベルトを保持したベルト補充台を取り上げて基台上に搭載し、ベルト組付け作業を継続することができるので好ましい。

さらに、この発明の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムにおいては、前記環状ベルトは、歯付きベルトであると、その歯が内周面から突出している分、ベルトの厚みが大きいため、二本目以降の環状ベルトの上側部分を第２のピンで押し下げることで一本目の環状ベルトの上側部分から大きく離間させて外し易くすることができるので好ましい。

この発明の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムの一実施例を示す斜視図である。 （ａ）は、上記実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムが具えるベルト供給装置を示す一部切り欠き側面図、（ｂ）は、そのベルト供給装置を示す正面図、（ｃ）は、そのベルト供給装置のスライダを示す、（ａ）中の矢印Ａ方向から見た矢視図、（ｄ）は、そのベルト供給装置のベルト補充台を示す、（ａ）中の矢印Ａ方向から見た矢視図、そして（ｅ）は、自由状態で径方向に重ねあわされた二本の環状ベルトを示す説明図である。 上記実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムが実施するベルト組付け作業の一部を示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムが実施するベルト組付け作業の一部を示す斜視図および、そこでのハンドの動きを示す側面図である。 （ａ）は、上記実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムが実施するベルト組付け作業の一部を示す斜視図、（ｂ）は、そこでのベルト供給装置の状態を示す正面図、そして（ｃ）は、そこでのハンドの動きを示す側面図である。 （ａ）は、上記実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムが実施するベルト組付け作業の一部を示す斜視図、（ｂ）は、そこでのベルト供給装置の状態を示す正面図、（ｃ）は、そこでのハンドの動きを示す側面図、そして（ｄ）は、そこでの環状ベルトの状態を示す正面図である。 （ａ）は、上記実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムが実施するベルト組付け作業の一部を示す斜視図、（ｂ）は、そこでのベルト供給装置の状態を示す正面図、そして（ｃ）は、そこでのハンドの動きを示す側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、は、上記実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムが実施するベルト組付け作業の一部を示す斜視図および、そこでのハンドの動きを示す正面図である。 （ａ）および（ｂ）は、は、上記実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムが実施するベルト組付け作業の一部を示す斜視図および、そこでのハンドの動きを示す正面図である。 （ａ）および（ｂ）は、は、上記実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムが実施するベルト組付け作業の一部を示す斜視図および、そこでのハンドの動きを示す正面図である。 （ａ）および（ｂ）は、は、上記実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムが実施するベルト組付け作業の一部を示す斜視図および、そこでのハンドの動きを示す正面図である。 上記実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムが実施するベルト組付け作業の一部を示す斜視図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。ここに、図１は、この発明の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムの一実施例を示す斜視図、図２（ａ）は、この実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムが具えるベルト供給装置を示す一部切り欠き側面図、図２（ｂ）は、そのベルト供給装置を示す正面図、図２（ｃ）は、そのベルト供給装置のスライダを示す、図２（ａ）中の矢印Ａ方向から見た矢視図、図２（ｄ）は、そのベルト供給装置のベルト補充台を示す、図２（ａ）中の矢印Ａ方向から見た矢視図、そして図２（ｅ）は、自由状態で径方向に重ねあわされた二本の環状ベルトを示す説明図である。

この実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムは、図1に示すように、各々作業テーブルＴ上に固定された、双腕のハンドを所定の作業範囲内で移動させる上半身型の多関節型双腕ロボット１と、複数本の環状ベルトを順次に供給するベルト供給装置１１と、作業台３１とを具えており、ここにおける多関節型双腕ロボット１としては、例えば本願出願人が先に特開２０１０−０６４１９８号公報にて開示した多関節型双腕ロボットあるいは本願出願人が市販している多関節型双腕ロボット（商品名「ＮＥＸＴＡＧＥ」）の如き、多関節型の双腕を有するとともに複数のカメラを持つ頭部を有し、そのカメラの画像に基づき環境および対象物の形状や位置を認識し、双腕を協調させて作業を行うことができるものを用いる。

多関節型双腕ロボット１は、その双腕に各々ブラケット状のハンド(エンドエフェクタ)２を有し、図示しない制御装置にあらかじめ教示された作業手順に従い、それらのハンド２にこの例では二個ずつ突設された吸着パッド３で、後述の如くして、ベルト供給装置１１上の作業対象の環状ベルトＶの外周面を吸着保持して環状ベルトＶを持ち上げ、作業台３１上に載置した組付け対象部品としての例えばベルト伝動機構本体であるワークＷにその環状ベルトＶを組み付けるベルト組付け作業を行う。なお、この環状ベルトＶは、内周面に多数の歯を持つタイミングベルトであり、ハンド２は、環状ベルトＶの組付時の形状を考慮して吸着パッド３の配置等を左右毎に最適化したものとなっている。

ここにおけるベルト供給装置１１は、図２に示すように、基台１２と、ベルト補充器１３と、伝動部材としてのシーソー（クランク）１４と、スライダ１５とを有しており、ベルト補充器１３は、二本のピン１３ａの周囲に環状ベルトＶを複数本（図示例では４本）重ねて巻き掛けられており、これにより環状ベルトＶを省スペースで複数本配置することが可能となる。また、重ねて巻いた時の内側の環状ベルトＶは、重力および内周面に歯を持つ自身の厚みによる内周長の減少から、図２（ｅ）に示すように、一部が撓んだ形状となる。ベルト補充器１３は、持ち上げて基台１２からの分離および交換が行えるように、基台１２に嵌合して載置される構造となっており、巻き掛けられている環状ベルトＶがなくなった場合には、ベルト補充器１３ごと交換することが可能である。

シーソー１４は、回転軸がスライダ１５に揺動自在に支持されており、スライダ１５と共に基台１２に沿って図中矢印Ｂ方向に昇降移動する。このシーソー１４の両端部には、第１のピン１６と第２のピン１７とがそれぞれ揺動自在に連結されており、第１のピン１６を押して後退させると第２のピン１７が、ベルト補充器１３の中央部の長穴１３ｂを通って前進するようになっている。さらに第１のピン１６の中間部には円盤１８が固設され、この円盤１８とスライダ１５のプレート１５ａとの間には圧縮バネ１９が介挿されており、第１のピン１６に力がかからない時には第１のピン１６が、図２（ａ）に示す前進状態となる。

スライダ１５は、基台１２に設けられたレール１２ａに沿って上記矢印Ｂ方向へ昇降移動可能であり、第１のピン１６が矢印Ｂ方向の下方に押されるとスライダ１５が下降移動する。また、スライダ１５に滑車２０を介してロープ２１で連結されているおもり２２によって引かれ、第１のピン１６に外力が加わらない時にはスライダ１５は図２（ａ）に示す上昇限位置まで上昇している。また、スライダ１５の前面のプレート１５ａには第１のピン１６と第２のピン１７がそれぞれ進退移動するためのガイドがついており、これにより第１のピン１６と第２のピン１７はそれぞれ、プレート１５ａの面に常に垂直な状態を保つ。

この実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムにおける作業の流れを図３〜図１２に順次に示す。まず、多関節型双腕ロボット１はその頭部４の複数のカメラ５で図中矢印で示すようにベルト供給装置１１を撮像し、ベルト補充器１３に環状ベルトＶがあることを確認する（図３）。ベルト補充器１３に環状ベルトＶが無い場合には、基台１２上のベルト補充器１３と、図示は省略するがロボット１付近に設置してある予備のベルト補充部１３との交換を行い、環状ベルトＶを供給する。

多関節型双腕ロボット１はベルト確認後、右腕のハンド２で環状ベルトＶの取り出しを行う（図４〜図７）。まず、図４（ａ），（ｂ）中に矢印で示すように、右腕のハンド２で第１のピン１６の円盤１８を押して後退移動させ、図５に示すように、第２のピン１７をベルト補充器１３内に進出移動させる。次いで、図５（ａ），（ｃ）中に矢印で示すように、第１のピン１６の円盤１８を押したまま右腕のハンド２を下方に移動させると、図６に示すように、スライダ１５が下降して右腕のハンド２の二個の吸着パッド３がベルト補充器１３の外側の環状ベルトＶに垂直に当たり、環状ベルトＶを吸着する。

この時、図６（ｄ）に示すように、第２のピン１７は外側の環状ベルトＶに対し一本内側の環状ベルトＶの上側部分の外周面に接触してそこを押し下げ、これによりその内側の環状ベルトＶは形状が変化し、上側部分が外側の環状ベルトＶの上側部分から大きく離間し、張った状態となる。同時に外側の環状ベルトＶも形状が変化して周長に余分が生じるため、外側の環状ベルトＶは全体に緩んだ状態となる。

多関節型双腕ロボット１はこの状態から、図６（ａ），（ｃ）中に矢印で示すように、右腕のハンド２を手前に引くことで、図７に示すように、緩んでいる外側の環状ベルトＶだけを取り出す。そしてこのときハンド２を第１のピン１６から外れるまで引くことで、ベルト供給装置１１では前述したように、バネ１９とおもり２２とによりスライダ１５と第１および第２のピン１６，１７とが元の状態に戻り、ベルト補充器１３に巻き掛けられている残りの環状ベルトＶは、図２に示す状態に戻る。

次に、多関節型双腕ロボット１は、図８（ａ），（ｂ）中に矢印で示すように、左腕のハンド２を右腕のハンド２に向き合わせて接近させて、図９に示すように、右腕のハンド２の二個の吸着パッド３が吸着している環状ベルトＶを左腕のハンド２の二個の吸着パッド３で反対側から押して吸着し、次いで、図９（ａ），（ｂ）中に矢印で示すように、双腕協調制御で両腕のハンド２の位置を調整して、図１０に示すように、環状ベルトＶの形状を例えば両端部の曲率半径が異なるように調整し、次いで、図１１（ａ）に示すようにその形状を変化させずに、図１１（ａ）中に矢印で示すように、両腕のハンド２をワークＷに向けて移動させて、図１２に示すように、ワークＷに環状ベルトＶを組み付ける。

その後、多関節型双腕ロボット１は、図１２中に矢印で示すように、頭部４の複数のカメラ５で環状ベルトＶの組付け状態を撮像して、その画像における組み付け状態を、あらかじめ記憶している正規の組付け状態と比較し、画像における組み付け状態が正規の組付け状態に対し所定の範囲内に収まっていてエラー判定が無ければ、ワークＷから吸着パッド３を離間させて組付け作業完了となる。

従って、この実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムによれば、多関節型双腕ロボット１によって柔軟物である環状ベルトＶの組付け作業を自動的に行うことができる。

しかも、この実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムによれば、多関節型双腕ロボット１はその双腕のハンド２にそれぞれ吸着パッド３を有しているので、柔軟物である環状ベルトＶを容易に保持することができ、それらのハンド２の吸着パッド３で環状ベルトの複数箇所を保持して双腕のハンド２を協調動作させることで、環状ベルトＶを容易に任意の形状に変形させることができる。

また、この実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムによれば、ベルト補充台１３は、基台１２上に持ち上げ可能に搭載されていることから、基台１２上のベルト補充台１３が保持する環状ベルトＶがなくなった場合に、多関節型双腕ロボット１がその腕のハンド２で、空になったベルト補充台１３を基台１２上から持ち上げて搬出位置に移動させ、代りに部品搬入位置から複数本の環状ベルトＶを保持したベルト補充台１３を取り上げて基台１２上に搭載し、ベルト組付け作業を継続することができる。

さらに、この実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムによれば、環状ベルトＶは、歯付きのタイミングベルトであることから、その歯が内周面から突出している分、ベルトの厚みが大きいため、二本目以降の環状ベルトＶの上側部分を第２のピン１７で押し下げることで一本目の環状ベルトＶの上側部分から大きく離間させて外し易くすることができる。

さらに、この実施例の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムによれば、ベルト供給装置１１は、第１および第２のピン１６，１７が圧縮バネ１９によって復帰移動し、スライダ１５がおもり２２によって復帰スライドすることから、その作動に多関節型双腕ロボット１以外の動力を必要としないので、安価に構成し得るとともに、どこでも使用することができる。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、ハンド２は、吸着パッド３で環状ベルトＶを吸着保持する代わりに、フィンガで把持するもの等でも良い。また、スライダ１５は、おもり２２によって復帰スライドする代わりにバネ等で復帰スライドするものでも良い。

かくしてこの発明の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステムによれば、多関節型双腕ロボットによって柔軟物である環状ベルトの組付け作業を自動的に行うことができる。

１ 多関節型双腕ロボット
２ ハンド（エンドエフェクタ）
３ 吸着パッド
４ 頭部
５ カメラ
１１ ベルト供給装置
１２ 基台
１２ａ レール
１３ ベルト補充器
１４ シーソー
１５ スライダ
１５ａ プレート
１６ 第１のピン
１７ 第２のピン
１８ 円盤
１９ 圧縮バネ
２０ 滑車
２１ ロープ
２２ おもり
３１ 作業台
Ｔ 作業テーブル
Ｖ 環状ベルト
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 双腕のハンドを所定の作業範囲内で移動させる多関節型双腕ロボットと、
   複数本の環状ベルトを順次に供給するベルト供給装置と、
   を具え、
   前記多関節型双腕ロボットがその双腕のハンドの両方により、前記ベルト供給装置から一本の環状ベルトを取り上げて組付け対象部品に組み付けるベルト組付けシステムにおいて、
   前記ベルト供給装置は、
   基台と、
   前記基台上に搭載され、環状ベルトをその厚み方向に複数枚重ねて二本の保持ピンに巻き掛けて保持するベルト補充台と、
   前記基台にそれに沿って移動可能に支持されるとともにその基台の上部へ向けて常時附勢されたスライダと、
   前記スライダに前記基台からの進出位置と前記基台への後退位置との間で進退移動可能に支持されて前記ベルト補充台よりも前記基台の上部寄りに位置し、進出位置へ向けて常時附勢された第１のピンと、
   前記スライダに前記基台からの進出位置と前記基台への後退位置との間で進退移動可能に支持されて前記ベルト補充台の開口部内に位置し、前記スライダが上限位置に位置する状態で進出位置に位置すると、前記ベルト保持台に保持された複数枚の環状ベルトのうち一本目と二本目の環状ベルトの上側部分の間に挿入される第２のピンと、
   前記第１のピンと前記第２のピンとを交互に前記進出位置に移動させる伝動部材と、
   を有することを特徴とする多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステム。
2. 前記多関節型双腕ロボットは、その双腕のハンドにそれぞれ吸着パッドを有するとともに、それらのハンドを協調動作させることを特徴とする、請求項１記載の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステム。
3. 前記ベルト補充台は、前記基台上に持ち上げ可能に搭載されていることを特徴とする、請求項１または２記載の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステム。
4. 前記環状ベルトは、歯付きベルトであることを特徴とする、請求項１から３までの何れか１項記載の多関節型双腕ロボットによるベルト組付けシステム。

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