JP2016215321A - 電気機器取付装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットを用いてモータなどの電気機器を搬送して所定の位置に取り付ける作業を支障なく行うことができる電気機器取付装置および方法を提供すること。【解決手段】この電気機器取付装置1は、ロボット2のアーム3に装着されるエンドエフェクタ4に設けられ、ロボット側接点11を有するロボット側接点治具5と、電気機器6に取外し可能に設けられ、電気機器6と電気的に接続される電気機器側接点12を有する電気機器側接点治具7と、を備える。ロボット側接点治具5および電気機器側接点治具7は、エンドエフェクタ4によって電気機器6を保持した状態においてロボット側接点11と電気機器側接点12とが接続状態となるように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットを用いてモータなどの電気機器を搬送して所定の位置に取り付けるための電気機器取付装置および方法に関する。

近年、従来は作業員が行っていた各種の作業をロボットに代替させて、生産プロセスを自動化するシステムが幅広く実用化されている（特許文献１）。

例えば、比較的重量の大きい機器を、製造中の製品における所定の位置に取り付ける作業について、従来はホイストなどで機器を吊り上げ、作業員が所定の位置まで移動させて、製造中の製品に対してボルトなどで機器を固定していたが、この機器の搬送作業をロボットに代替させるシステムがある。

ところで、製造中の製品にモータを取り付ける際に、取付け作業を支障なく行うために、モータの状態を変化させたい場合がある。例えば、製造中の製品がロボット（以下、製造対象のロボットを「製品ロボット」と呼ぶ。）であり、製品ロボットのアームを駆動するためのサーボモータを、作業用のロボット（以下、製品ロボットの製造に用いる作業用のロボットを「作業ロボット」と呼ぶ。）を用いて製品ロボットの所定の位置に取り付ける場合、サーボモータの電磁ブレーキを一時的に解除する必要が生じることがある。

すなわち、サーボモータを固定ボルトにより固定する構造の製品ロボットにおいて、作業ロボットによってサーボモータを搬送し、製品ロボットの駆動軸に取り付けを行う場合、製品ロボット側に設けられた挿入孔にサーボモータの出力軸を挿入して駆動軸側の歯車と出力軸先端の歯車とを噛み合わせるとともに、モータ本体を出力軸の軸線回りに回転させて、製品ロボット本体側に設けられたネジ孔とモータ本体側に設けられた固定ボルト用孔の位置合わせをして、ネジ孔に固定ボルトを挿入する必要がある。

しかるに、製品ロボットの駆動軸に取り付けられるサーボモータには、一般に、電源喪失時におけるロボットの暴走や搬送対象物の落下等を防止するために、無励磁作動形電磁ブレーキが備えられている。

このような無励磁作動形電磁ブレーキ付きサーボモータを製品ロボットの駆動軸に取り付ける場合には、サーボモータには電源が供給されていないため、モータ出力軸はモータ本体に対して固定又は拘束されていて回転させることができない。

したがって、無励磁作動形電磁ブレーキ付きサーボモータの出力軸を、製品ロボットの駆動軸側に設けられた孔に挿入して、駆動軸側の歯車とモータ出力軸側の歯車とを噛み合わせると、モータ出力軸とモータ本体とが拘束されているので、モータ本体を回転させてその固定ボルト用孔の位置をロボット側のネジ孔に位置合わせすることができない。

そのため、無励磁作動形電磁ブレーキ付きサーボモータを、製品ロボットの駆動軸に取り付ける作業を行う際は、サーボモータの出力軸をロボット駆動軸側に設けられた孔に挿入して駆動軸側の歯車とモータ出力軸側の歯車とを噛み合わせるまでは電磁ブレーキを作動させておき、駆動軸側の歯車とモータ出力軸側の歯車を噛み合わせた後に、モータ本体をモータ出力軸回りに回転できるように電磁ブレーキを解除する必要がある。

ちなみに、従来のように作業員がサーボモータを取り付ける場合には、製品ロボットの姿勢（ロボットアームの角度など）を製造中に多少変えることができたので、製品ロボットの駆動軸側の歯車とモータ出力軸側の歯車とを噛み合わせた状態で、製品ロボットの姿勢を多少変えることによって、モータ本体の固定ボルト用孔の位置を、ロボット側のネジ孔の位置に合わせることができた。

これに対して、作業ロボットを用いて製品ロボットを製造する場合には、予め教示された位置にモータなどの部品を取り付ける必要があるため、製造中の製品ロボットの姿勢はしっかりと固定されている。このため、製品ロボットの駆動軸側の歯車とモータ出力軸側の歯車とを噛み合わせた状態において、製品ロボットの姿勢を変えることによってモータ本体側の固定ボルト用孔の位置とロボット側のネジ孔の位置とを合せることができない。

また、作業ロボットによってモータを取り付ける対象が、製品ロボットではなく他の製品である場合でも、製品側の歯車が固定状態にある場合には、モータのブレーキを解除しなければ、製品側の歯車とモータ出力軸側の歯車とを噛み合わせた状態でモータ本体を回転させることができない。

また、作業ロボットによる搬送対象物がモータ以外の電気機器の場合も、作業ロボットによる搬送・取付作業の途中で電気機器を動作させてその状態を変更したい場合があるが、従来の技術ではそのような要求に対応することができなかった。

特開２０１３−１９３１５５号公報

本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ロボットを用いてモータなどの電気機器を搬送して所定の位置に取り付ける作業を支障なく行うことができる電気機器取付装置および方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、ロボットを用いて電気機器を搬送して所定の位置に取り付けるための電気機器取付装置であって、前記ロボットのアームに装着されるエンドエフェクタに設けられ、ロボット側接点を有するロボット側接点治具と、前記電気機器に取外し可能に設けられ、前記電気機器と電気的に接続される電気機器側接点を有する電気機器側接点治具と、を備え、前記ロボット側接点治具および前記電気機器側接点治具は、前記エンドエフェクタによって前記電気機器を保持した状態において前記ロボット側接点と前記電気機器側接点とが接続状態となるように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記電気機器は、モータを含む、ことを特徴とする。

本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記電気機器側接点は、前記モータの電磁ブレーキと電気的に接続される、ことを特徴とする。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記電磁ブレーキは、無励磁作動形電磁ブレーキであり、前記ロボット側接点は、前記無励磁作動形電磁ブレーキを解除するための電力を供給するための電源と電気的に接続される、ことを特徴とする。

本発明の第５の態様は、第２乃至第４のいずれかの態様において、前記電気機器側接点は、前記モータの回転駆動機構に電気的に接続される、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様は、第１乃至第５のいずれかの態様において、前記ロボット側接点は、前記ロボットのコントローラと電気的に接続される、ことを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の第７の態様は、は、ロボットを用いて電気機器を搬送して所定の位置に取り付ける電気機器取付方法であって、前記ロボットを駆動して、前記ロボットのアームに装着されたエンドエフェクタに設けられたロボット側接点治具のロボット側接点を、前記電気機器に取外し可能に設けられた電気機器側接点治具の電気機器側接点に接続する接点接続工程と、前記ロボットを駆動して、前記エンドエフェクタで保持した前記電気機器を搬送するモータ搬送工程と、前記ロボット側接点に電気的に接続された電源から前記電気機器に電力を供給する電力供給工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記電気機器は、モータを含み、前記電力供給工程によって前記モータの電磁ブレーキを解除する、ことを特徴とする。

本発明の第９の態様は、第８の態様において、前記電力供給工程によって前記モータの前記電磁ブレーキを解除した後、前記ロボットを駆動して、前記モータの出力軸の軸線周りに前記モータの本体を回転させて前記モータの本体を位置決めするモータ本体位置決め工程をさらに有する、ことを特徴とする。

本発明の第１０の態様は、第７乃至第９のいずれかの態様において、前記電力供給工程における前記電源は、前記ロボットのコントローラによって提供される、ことを特徴とする。

本発明によれば、ロボットを用いてモータなどの電気機器を搬送して所定の位置に取り付ける作業を支障なく行うことができる電気機器取付装置および方法を提供することができる。

本発明の一実施形態によるモータ取付装置をサーボモータと共に模式的に示した正面図。 本発明の一実施形態によるモータ取付装置をサーボモータと共に模式的に示した側面図。 図１に示したモータ取付装置のモータ側接点治具を示した平面図。 図３Ａに示したモータ側接点治具の側面図。 図３Ａに示したモータ側接点治具の正面図。 図３Ａに示したモータ側接点治具をサーボモータに装着した状態を示した平面図。 図３Ａに示したモータ側接点治具をサーボモータに装着した状態を示した側面図。 図３Ａに示したモータ側接点治具をサーボモータに装着した状態を示した正面図。 図１に示したモータ取付装置のロボット側接点治具を示した平面図。 図５Ａに示したロボット側接点治具の正面図。 図５Ａに示したロボット側接点治具の側面図。 図５Ａに示したロボット側接点治具をエンドエフェクタに装着した状態を示した正面図。 図５Ａに示したロボット側接点治具をエンドエフェクタに装着した状態を示した側面図。 図５Ａに示したロボット側接点治具をエンドエフェクタに装着した状態を示した平面図。 図５Ａに示したロボット側接点治具をエンドエフェクタに装着した状態を示した底面図。 図１に示したモータ取付装置のロボット側接点治具をモータ側接点治具に接続する様子を示した正面図。 図１に示したモータ取付装置のロボット側接点治具をモータ側接点治具に接続した状態を模式的に示した正面図。 図８Ａに示した状態からエンドエフェクタを駆動して、エンドエフェクタによってサーボモータを把持した状態を模式的に示した正面図。 図８Ｂに示した状態からロボットを駆動して、ロボットによってサーボモータを所定の取付け位置に搬送した状態を模式的に示した正面図。

以下、本発明の一実施形態によるモータ取付装置（電気機器取付装置）およびモータ取付方法（電気機器取付方法）について、図面を参照して説明する。

図１および図２に示したように、本実施形態によるモータ取付装置１は、作業ロボット２のアーム３に装着されたエンドエフェクタ４に設けられたロボット側接点治具５と、搬送対象物であるサーボモータ６に取外し可能に設けられたモータ側接点治具（電気機器側接点治具）７と、を備えている。

エンドエフェクタ４は、サーボモータ６を解放可能に把持するためのモータ把持機構８を有する。モータ把持機構８は、ロボットコントローラ９によって駆動制御されて開閉する一対の把持爪１０を有する。作業ロボット２としては、例えば６軸多関節型ロボットを使用することができる。

ロボット側接点治具５は、ロボットコントローラ９に電気的に接続されたロボット側接点１１を有する。モータ側接点治具７は、サーボモータ６の内部機構と電気的に接続されたモータ側接点（電気機器側接点）１２を有する。

ロボット側接点治具５およびモータ側接点治具７は、エンドエフェクタ４によってサーボモータ６を保持した状態において、ロボット側接点１１とモータ側接点１２とが接続状態となるように構成されている。

サーボモータ６は、無励磁作動形電磁ブレーキ付きのサーボモータである。モータ側接点治具７のモータ側接点１２は、少なくともサーボモータ６の電磁ブレーキの解除機構と電気的に接続されている。

サーボモータ６は、モータ本体１３と、モータ本体１３から延出するモータ出力軸１４とを有する。モータ本体１３には、モータ本体１３を対象物に固定するための固定ボルト１５を挿通するボルト孔１６が形成されている。モータ出力軸１４の先端部には、歯車１７が形成されている。

図３Ａ乃至図３Ｃおよび図４Ａ乃至図４Ｃに示したように、モータ側接点治具７は、サーボモータ６の後端部にネジ１８によって取外し可能に固定される有孔プレート部材１９と、この有孔プレート部材１９の一側に一対のＬ字状部材２０で固定されたモータ側コネクタ２１とを有する。

モータ側コネクタ２１には、上述のモータ側接点１２が形成されている。モータ側コネクタ２１には、モータ側接点１２の両側に一対の受入孔２２が形成されている。一対の受入孔２２は、ロボット側接点治具５をモータ側接点治具７に接続する際のガイド機構として機能する。

図５Ａ乃至図５Ｃおよび図６Ａ乃至図６Ｄに示したように、ロボット側接点治具５は、エンドエフェクタ４に固定された基端部材２３と、この基端部材２３から延在する一対の細長部材２４と、これら細長部材２４の間に設けられたロボット側コネクタ２５とを有する。一対の細長部材２４の各々の先端部２４Ａは、先細形状を成している。

ロボット側コネクタ２５には、上述のロボット側接点１１が形成されている。また、ロボット側コネクタ２５には、ロボットコントローラ９に電気的に接続された電気ケーブル（図示省略）が接続される接続ポート２６が形成されている。

図７に示したように、ロボット側接点治具５の一対の細長部材２４は、モータ側接点治具７の一対の受入孔２２に挿入可能に形成されている。ロボット側接点治具５の細長部材２４は、その先端部２４Ａが先細形状を成しているので、モータ側接点治具７の受入孔２２に挿入される際に、ロボット側接点治具５をモータ側接点治具７に対して位置決めする機能を有する。

次に、上述した本実施形態によるモータ取付装置１を用いて、サーボモータ６を所定の取付位置に取り付ける方法について、図面を参照して説明する。

図１に示したようにエンドエフェクタ４のモータ把持機構８の一対の把持爪１０を開放状態として、ロボットコントローラ９によって作業ロボット２のアーム３を駆動し、作業台等に載置されているサーボモータ６に向けてエンドエフェクタ４を移動させる。なお、サーボモータ６には、作業員によって予めモータ側接点治具７が１８ネジによって取外し可能に装着されている。

サーボモータ６に向けてエンドエフェクタ４を移動させると、図７を参照して説明したように、ロボット側接点治具５の一対の細長部材２４が、その位置決め機能を発揮しながら、モータ側接点治具７の一対の受入孔２２に挿入される。ロボット側接点治具５の一対の細長部材２４がモータ側接点治具７の一対の受入孔２２に挿入されると、図８Ａに示したように、ロボット側接点治具５のロボット側接点１１と、モータ側接点治具７のモータ側接点１２とが接続される（接点接続工程）。

図８Ａに示した状態から、ロボットコントローラ９によってエンドエフェクタ４を駆動して、その一対の把持爪１０を開放状態から閉止状態へと切り換える。これにより、図８Ｂに示したように、エンドエフェクタ４の一対の把持爪１０によってサーボモータ６が把持される。

上述したように、本実施形態によるモータ取付装置１を用いたモータ取付方法においては、搬送対象物であるサーボモータ６が載置されている位置にエンドエフェクタ４を移動させて把持する一連の動作の中で、ロボット側接点治具５のロボット側接点１１とモータ側接点治具７のモータ側接点１２との接続が完了する。

図８Ｂに示したようにエンドエフェクタ４によってサーボモータ６を把持したら、ロボットコントローラ９によって作業ロボット２を駆動してサーボモータ６を搬送し、図８Ｃに示したように製造中の製品の所定の位置にサーボモータ６を位置決めする（モータ搬送工程）。

ここで、本実施形態においては、モータ取付装置１を用いて、製造中のロボット（製品ロボット）２６にサーボモータ６を取り付ける。すなわち、製品ロボット２６側に設けられた挿入孔２７にサーボモータ６のモータ出力軸１４を挿入し、モータ出力軸１４に形成された歯車１７と、製品ロボット２６の駆動軸側の歯車２８とを噛み合わせる。

次に、ロボットコントローラ９からの電力をロボット側接点治具５のロボット側接点１１に供給し、モータ側接点治具７のモータ側接点１２を介してサーボモータ６に電力を供給する（電力供給工程）。これにより、サーボモータ６の電磁ブレーキが解除される。

サーボモータ６の電磁ブレーキが解除された状態で、ロボットコントローラ９によって作業ロボット２を駆動して、サーボモータ６のモータ本体１３をモータ出力軸１４周りに回転させる。これにより、モータ本体１３に形成された固定ボルト用孔１６を、製品ロボット側に形成されたネジ孔２９に位置合わせする（モータ本体位置決め工程）。

このとき、サーボモータ６の電磁ブレーキは予め解除されているので、モータ出力軸１４はモータ本体１３に対して自由に回転できる状態にある。このため、作業ロボット２によってモータ本体１３を回転させても、その回転力がモータ出力軸１４に伝達されることはなく、製造中の製品ロボット２６がその姿勢をしっかりと固定されていても、製品ロボット２６側に無理な力が加えられることがない。

以上述べたように、本実施形態によるモータ取付装置１および方法によれば、エンドエフェクタ４で把持したサーボモータ６に対して、ロボット側接点治具５のロボット側接点１１およびモータ側接点治具７のモータ側接点１２を介して電力を供給することができるので、必要に応じてサーボモータ６の電磁ブレーキを解除することができる。これにより、モータ出力軸１４の歯車１７を製品ロボット２６の駆動軸側の歯車２８に噛み合わせた状態においても、モータ出力軸１４の軸線周りでのモータ本体１３の位置決めを支障なく行うことができる。

また、本実施形態においては、ロボットコントローラ９を電源としてサーボモータ６の電磁ブレーキを解除することができるので、電磁ブレーキを解除するための専用の電源を準備する必要が無い。これにより、モータ取付装置１の構造を簡素化することができる。

また、本実施形態においては、ロボット側接点１１およびモータ側接点１２を介してサーボモータ６に供給される電力は、サーボモータ６の電磁ブレーキの解除のためのものであり、サーボモータ駆動のための電力に比べて極めて小さい。このため、ロボット側接点部材５に接続する電気ケーブルは細いもので十分であり、電気ケーブルの引き回しが容易である。

なお、上述した実施形態の一変形例としては、ロボット側接点治具５のロボット側接点１１およびモータ側接点治具７のモータ側接点１２を介して、サーボモータ６の電磁ブレーキの解除のための電力のみならず、サーボモータ６を回転駆動するための電力を供給し、制御信号を送受信するようにしても良い。

このようにすれば、製造中の製品ロボット２６にサーボモータ６を取り付けた後、ロボット側接点１１およびモータ側接点１２を介して、サーボモータ６に電力および制御信号を供給してサーボモータ６を回転制御し、これにより、製造中の製品ロボット２６の姿勢を、そのときの作業に適した姿勢に変えることができる。

なお、上述した実施形態においては、作業ロボットを用いて製品ロボットを製造する場合を例として説明したが、本発明による電気機器取付装置および方法は、製品ロボット以外の製品の製造にも適用可能である。

また、上述した実施形態においては、作業ロボットを用いてモータを所定の位置に取り付ける場合を例として説明したが、本発明による電気機器取付装置および方法は、モータ以外の電気機器の取り付けにも適用可能である。

１ モータ取付装置（電気機器取付装置）
２ 作業ロボット
３ 作業ロボットのアーム
４ エンドエフェクタ
５ ロボット側接点治具
６ サーボモータ（電気機器）
７ モータ側接点治具（電気機器側接点治具）
８ エンドエフェクタのモータ把持機構
９ 作業ロボットのロボットコントローラ
１０ モータ把持機構の把持爪
１１ ロボット側接点
１２ モータ側接点（電気機器側接点）
１３ モータ本体
１４ モータ出力軸
１５ サーボモータの固定ボルト
１６ サーボモータのボルト孔
１７ モータ出力軸の歯車
１８ モータ側接点治具のネジ
１９ モータ側接点治具の有孔プレート部材
２０ Ｌ字状部材
２１ モータ側コネクタ
２２ モータ側接点治具の受入孔
２３ ロボット側接点治具の基端部材
２４ ロボット側接点治具の細長部材
２４Ａ 細長部材の先端部
２５ ロボット側コネクタ
２６ 製品ロボット
２７ 製品ロボットの挿入孔
２８ 製品ロボットの駆動軸の歯車
２９ 製品ロボット側のネジ穴

Claims (10)

1. ロボットを用いて電気機器を搬送して所定の位置に取り付けるための電気機器取付装置であって、
   前記ロボットのアームに装着されるエンドエフェクタに設けられ、ロボット側接点を有するロボット側接点治具と、
   前記電気機器に取外し可能に設けられ、前記電気機器と電気的に接続される電気機器側接点を有する電気機器側接点治具と、を備え、
   前記ロボット側接点治具および前記電気機器側接点治具は、前記エンドエフェクタによって前記電気機器を保持した状態において前記ロボット側接点と前記電気機器側接点とが接続状態となるように構成されている、電気機器取付装置。
2. 前記電気機器は、モータを含む、請求項１記載の電気機器取付装置。
3. 前記電気機器側接点は、前記モータの電磁ブレーキと電気的に接続される、請求項２記載の電気機器取付装置。
4. 前記電磁ブレーキは、無励磁作動形電磁ブレーキであり、
   前記ロボット側接点は、前記無励磁作動形電磁ブレーキを解除するための電力を供給するための電源と電気的に接続される、請求項３記載の電気機器取付装置。
5. 前記電気機器側接点は、前記モータの回転駆動機構に電気的に接続される、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電気機器取付装置。
6. 前記ロボット側接点は、前記ロボットのコントローラと電気的に接続される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気機器取付装置。
7. ロボットを用いて電気機器を搬送して所定の位置に取り付ける電気機器取付方法であって、
   前記ロボットを駆動して、前記ロボットのアームに装着されたエンドエフェクタに設けられたロボット側接点治具のロボット側接点を、前記電気機器に取外し可能に設けられた電気機器側接点治具の電気機器側接点に接続する接点接続工程と、
   前記ロボットを駆動して、前記エンドエフェクタで保持した前記電気機器を搬送するモータ搬送工程と、
   前記ロボット側接点に電気的に接続された電源から前記電気機器に電力を供給する電力供給工程と、を備えたモータ取付方法。
8. 前記電気機器は、モータを含み、
   前記電力供給工程によって前記モータの電磁ブレーキを解除する、請求項７記載の電気機器取付方法。
9. 前記電力供給工程によって前記モータの前記電磁ブレーキを解除した後、前記ロボットを駆動して、前記モータの出力軸の軸線周りに前記モータの本体を回転させて前記モータの本体を位置決めするモータ本体位置決め工程をさらに有する、請求項８記載の電気機器取付方法。
10. 前記電力供給工程における前記電源は、前記ロボットのコントローラによって提供される、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の電気機器取付方法。
    

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