JP2017013169A

JP2017013169A - 搬送ロボット

Info

Publication number: JP2017013169A
Application number: JP2015131428A
Authority: JP
Inventors: 部雅幸掃; Masayuki Kamon
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-01-19

Abstract

【課題】人とロボットとの協調作業において、ロボットの複雑な制御を必要とせずに、その安全性を確保できる搬送ロボットを提供すること。
【解決手段】搬送ロボット1は、ワーク保持部材8をロボットアーム3に接続する接続装置6であって、その本体部に関してワーク保持部材8を傾動可能に支持する支持手段を有する、接続装置6と、接続装置6の本体部に関してワーク保持部材8を所定姿勢に維持する姿勢維持装置12と、接続装置6の本体部に関してワーク保持部材8が傾動したことを検出する検出手段17と、接続装置6の本体部に関してワーク保持部材8が傾動したことを検出手段17によって検出した場合にロボットアーム3に安全動作を行わせるロボット制御装置4と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットアームを動作させてワークを搬送するための搬送ロボットに関する。

近年、人とロボットとの協調作業を想定したロボットの開発が積極的に進められており、ロボットとの協調作業に際して人の安全を確保するために様々な方策が検討されている。

そのような方策の一つとして、ロボットに人が接近したことをセンサで検知して、その検知結果に基づいてロボットの動作を制御する技術が提案されている（特許文献１）。

また、ロボットアームの表面にセンサを取り付けて、人や障害物がロボットアーム表面に接近したことをセンサで検知したら、ロボットの動作を停止させる技術が提案されている（特許文献２）。

特開２００８−３０２４９６号公報特表２０１３−５４５６２５号公報

しかしながら、人の接近をセンサで検知する方式の従来の技術は、誤検出を防ぐためにセンサを適切な位置に配置する必要があり、また、検出信号に基づいてロボットアームの各軸の剛性を弱める複雑な制御（コンプライアンス制御）が必要となるという問題がある。

また、ワークの搬送作業を行う搬送ロボットにおいては、人との接触が懸念される部位はロボットアームのみではなく、ロボットで搬送中のワークとの接触にも対応する必要がある。

しかしながら、ロボットアームの表面にセンサを設ける従来の技術では、ロボットで搬送中のワークと人との接触を検知することができないという問題があった。

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、人とロボットとの協調作業において、ロボットの複雑な制御を必要とせずに、その安全性を確保することができる搬送ロボット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、ワークを搬送するための搬送ロボットであって、ロボットアームと、前記ワークを保持するためのワーク保持部材と、前記ワーク保持部材を前記ロボットアームに接続するための接続装置であって、前記接続装置の本体部に関して前記ワーク保持部材を傾動可能に支持するための支持手段を有する、接続装置と、前記接続装置の前記本体部に関して前記ワーク保持部材を所定の姿勢に維持するための姿勢維持装置と、前記接続装置の前記本体部に関して前記ワーク保持部材が傾動したことを検出するための検出手段と、前記ロボットアームを制御するためのロボット制御装置であって、前記接続装置の前記本体部に関して前記ワーク保持部材が傾動したことを前記検出手段によって検出した場合に前記ロボットアームに安全動作を行わせる、ロボット制御装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記接続装置の前記支持手段は、前記本体部から突出し、前記ワーク保持部材に先端が固定された軸部と、前記本体部に対して前記軸部を傾動可能に支持するための軸部支持部と、を有する、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、前記接続装置は、前記軸部を解放可能に固定して傾動不能とするためのロック機構を有する、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、人の接近を検出するための人感センサをさらに有し、前記ロボット制御装置は、前記人感センサからの人の接近に関する検出信号に基づいて、前記接続装置の前記ロック機構をロック状態から非ロック状態に切り替える、ことを特徴とする。

本発明の第５の態様は、第１乃至第４のいずれかの態様において、前記姿勢維持手段は、前記ワーク保持部材または前記ワーク保持部材に取り付けられた他の部材を押圧して前記ワーク保持部材を前記所定の姿勢に維持するための押圧手段を有する、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記押圧手段は、重力の作用によって傾動しようとする前記ワーク保持部材を支持して前記所定の姿勢に維持するように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第７の態様は、第５または第６の態様において、前記押圧手段は、押圧用シリンダ部材を有し、前記押圧用シリンダ部材は、前記ワーク保持部材または前記ワーク保持部材に取り付けられた他の部材に先端が当接されるピストン部と、前記ピストン部を駆動するためのシリンダ本体部と、を有する、ことを特徴とする。

本発明の第８の態様は、第１乃至第７のいずれかの態様において、前記検出手段は、前記接続装置の近傍に設けられた検出用シリンダ部材を有し、前記検出用シリンダ部材は、前記ワーク保持部材または前記ワーク保持部材に取り付けられた他の部材に先端が当接されるピストン部と、前記ピストン部を駆動するためのシリンダ本体部と、前記シリンダ本体部に関する前記ピストン部の位置を検出するための位置検出センサと、を有する、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、前記検出用シリンダ部材は、前記ワーク保持部材の傾動動作の方向に関わらず前記傾動動作を検出するために、前記接続装置の周囲に複数設けられている、ことを特徴とする。

本発明の第１０の態様は、第１乃至第９のいずれかの態様において、前記ロボットアームの先端に設けられたフローティングユニットをさらに有し、前記接続装置は、前記フローティングユニットを介して前記ロボットアームに装着されており、前記フローティングユニットは、少なくとも、前記ロボットアームに関する前記接続装置の水平方向への移動を可能とする、ことを特徴とする。

本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記フローティングユニットは、前記ロボットアームに関する前記接続装置の水平方向への移動を可能にすると共に、前記接続装置を上方に向けて弾発的に支持して前記接続装置の上下方向への移動を可能とする、ことを特徴とする。

上記特徴を備えた本発明によれば、人とロボットとの協調作業において、ロボットの複雑な制御を必要とせずに、その安全性を確保することができる搬送ロボットを提供することができる。

本発明の一実施形態による搬送ロボットの概略構成を示した図。図１に示した搬送ロボットの主要部の概略構成を拡大して示した側面図。図２に示した搬送ロボットの主要部の正面図。図１に示した搬送ロボットの接続装置の動作を説明するための図。図１に示した搬送ロボットの接続装置の動作を説明するための他の図。図１に示した搬送ロボットの接続装置の動作を説明するための他の図。図１に示した搬送ロボットに作業員や障害物が接触した状態を説明するための図。図１に示した搬送ロボットに作業員や障害物が接触した状態を説明するための他の図。図１に示した搬送ロボットに作業員や障害物が接触したときの検出手段の動作を説明するための図。図１に示した搬送ロボットに作業員や障害物が接触したときの検出手段の動作を説明するための他の図。図１に示した搬送ロボットに作業員や障害物が接触したときの検出手段の動作を説明するための拡大図。図１に示した搬送ロボットに作業員や障害物が接触したときの検出手段の動作を説明するための他の拡大図。図１に示した搬送ロボットに作業員や障害物が接触してロボット制御装置により安全動作が実施されたときの状態を説明するための図。本発明の他の実施形態による搬送ロボットの概略構成を示した図。図１４に示した搬送ロボットにおけるワーク搬送動作を説明するための図。図１４に示した搬送ロボットにおけるワーク搬送動作を説明するための他の図。図１４に示した搬送ロボットにおけるワーク搬送動作を説明するための他の図。

以下、本発明の一実施形態による搬送ロボットについて、図面を参照して説明する。本実施形態による搬送ロボット１は、人とロボットとの協調作業に際して、人の安全を確保する機能を備えたものである。

図１に示したように、本実施形態による搬送ロボット１は、ロボット基台２と、ロボット基台２に基端部が接続されたロボットアーム３と、ロボットアーム３の動作を制御するロボット制御装置４と、を備えており、これにより六軸多関節型ロボットが構成されている。

なお、本発明の適用対象となるロボットは、六軸多関節型ロボットに限られず、ロボットアームを備えた各種のロボットに本発明を適用することができる。

ロボットアーム３の先端（第６軸）にはベース部材５が取り付けられており、このベース部材５には、図２および図３に示したように、接続装置６の本体部７が取り付けられている。図１に示したように、接続装置６およびベース部材５を介して、ワークＷを保持するためのワーク保持部材８がロボットアーム３に接続されている。

図４乃至図６に示したように、接続装置６は、本体部７と、本体部７から突出し、ワーク保持部材８に先端が固定された軸部９と、本体部７に対して軸部９を傾動可能に支持するための球状軸受（軸部支持部）１０と、球状軸受１０の回転動作を解放可能に固定することにより、軸部９を解放可能に固定して傾動不能とするためのロック機構１１と、を有する。

球状軸受１０は、接続装置６の本体部７に関してワーク保持部材８を傾動可能に支持するための支持手段を構成している。

ベース部材５には、さらに、接続装置６の本体部７に関してワーク保持部材８を所定の姿勢に解放可能に維持するための姿勢維持装置１２が設けられている。姿勢維持装置１２は、ワーク保持部材８を、図１に示したワーク取付け姿勢（所定の姿勢）に維持するためのものである。具体的には、ワーク取付け姿勢におけるベース部材５の前面下部に、左右一対の押圧用エアシリンダ１３が取り付けられており、これら左右一対の押圧用エアエアシリンダ１３から成る押圧手段が、姿勢維持手段１２を構成している。

押圧用エアシリンダ１３は、ワーク保持部材８の背面に取り付けられた被押圧板１４に先端が当接されるピストン部１５と、ピストン部１５を駆動するためのシリンダ本体部１６と、を有する。押圧用エアシリンダ１３から成る押圧手段は、被押圧板１４を押圧して、ワーク保持部材８をワーク取付け姿勢（所定の姿勢）に維持する。具体的には、押圧用エアシリンダ１３から成る押圧手段は、重力の作用によって傾動しようとするワーク保持部材８を支持してワーク取付け姿勢に維持するように構成されている。

なお、本発明の姿勢維持手段を構成する押圧手段は、上述したエアシリンダに限定されるものではなく、電動シリンダや油圧シリンダでも良いし、必ずしもシリンダ部材に限定されるものでもない。

図２および図３に示したように、本実施形態による搬送ロボット１は、接続装置６の本体部７に関してワーク保持部材８が傾動したことを検出するための検出手段を有し、この検出手段は、接続装置６の周囲に設けられた４つの検出用エアシリンダ１７から成る。

検出用エアシリンダ１７は、ワーク保持部材８の背面に取り付けられた被押圧板１４に先端が当接されるピストン部１８と、ピストン部１８を駆動するためのシリンダ本体部１９と、シリンダ本体部１９に関するピストン部１８の位置を検出するための位置検出センサ２０と、を有する。位置検出センサ２０の検出信号は、ロボット制御装置４に伝送される。

また、図１に示したように本実施形態による搬送ロボット１は、人の接近を検出するための人感センサ２１を有する。この人感センサ２１は、ロボット本体に人が接近したことを検出し、その検出信号はロボット制御装置４に伝送される。

次に、本実施形態による搬送ロボットの作用について図面を参照して説明する。

図１に示したように、ワーク保持部材８がワークＷを保持した状態で、ロボット制御装置４によってロボットアーム３を駆動して、ワークＷを所定の位置へ搬送する。

このとき、押圧用エアシリンダ１３には圧縮空気が供給されており、そのピストン部１５の先端が、ワーク保持部材８の背面の被押圧板１４に当接されている。これにより、重力の作用によって傾動しようとするワーク保持部材８が支持されて、図１に示したワーク取付け姿勢に維持される。ここで、押圧用エアシリンダ１３による押圧力は、重力の作用により傾動方向に作用する力と、ほぼ釣り合うように設定されいる。

また、接続装置６のロック機構１１はロック状態とされており、これにより、ワーク保持部材８をワーク取付け姿勢に維持するための剛性が高められている。その結果、ワーク搬送時のロボットアーム３の動作速度を増大させることができる。

また、検出用エアシリンダ１７には圧縮空気が供給されており、そのピストン部１８の先端が、ワーク保持部材８の背面の被押圧板１４に当接されている。ここで、ワーク保持部材８の姿勢維持は押圧用エアシリンダ１３によって確保されているので、４つの検出用エアシリンダ１７においては、重力によるワーク保持部材の傾動方向の力が作用せず、均等の押圧力が付与されている。

そして、搬送ロボット１によるワーク搬送作業中にロボット本体に人が接近すると、人感センサ２１がこれを検出して、その検出信号がロボット制御装置４に伝送される。

人感センサ２１からの検出信号を受信したロボット制御装置４は、接続装置６のロック機構１１を操作して、そのロック状態（図４）を非ロック状態（図５、図６）に切り替えると共に、ロボットアーム３によるワーク搬送動作の速度を低下させる（安全動作の予備動作）。

この状態においてワーク搬送動作を行っている最中に、図７に示したように人Ｐや障害物がワークＷ（またはワーク保持部材）に接触すると、図８に示したようにワーク保持部材８が傾動する。これにより、ワーク保持部材８の背面の被押圧板１４は、図９に示した直立状態から、図１０に示した傾斜状態へと変位する。

被押圧板１４が直立状態から傾斜状態へと変位することにより、４つの検出用エアシリンダ１７のうちの少なくとも１つ（本例では下段の左右２つの検出用エアシリンダ）において、そのピストン部１８が押し込まれる。これにより、ピストン部１８が、図１１に示した突出位置から図１２に示した引込み位置へと移動し、このピストン部１８の変位が、シリンダ本体部１９に設けた位置検出センサ２０によって検出される。

なお、４つの検出用エアシリンダ１７が接続装置６の周囲に等角度（９０度）間隔で配置されているので、ワーク保持部材８の傾動動作の方向に関わらず、その傾動動作を確実に検出することができる。

ロボット制御装置４は、位置検出センサ２０からの検出信号を受信すると、ロボットアーム３に安全動作を行わせる。この安全動作の内容は、例えば、ロボットアーム３の動作を停止させること、ロボットアーム３の動作速度を低下させること、検出信号受信時よりも前の時点における位置へロボットアーム３を移動させること、或いはこれらの動作の組み合わせである。

また、その他の安全動作として、ロボット制御装置４は、位置検出センサ２０からの検出信号に応じて、押圧用エアシリンダ１３を操作して、その押圧力を解除する。これにより、姿勢維持装置１２によるワーク保持部材８の姿勢維持機能が無効とされ、ワーク保持部材８を接続装置６の本体部７に関して傾動可能な状態となる。また、検出用エアシリンダ１７を操作して、その押圧力を解除するようにしても良い。

押圧用エアシリンダ１３や検出用エアシリンダ１７の押圧力を解除することにより、ワーク保持部材８をその取付け姿勢に維持するための剛性が低下するので、ワークＷやワーク保持部材８に接触した人や障害物に対してロボットアーム３から作用する力を緩和することができる。

上記の通り安全動作が行われた後、当該作業現場における安全状態の確保が確認されたら、ロボット制御装置４によって押圧用エアシリンダ１３および検出用エアシリンダ１７を操作して、それらの押圧力を復帰させる。これにより、図１３に示したように重力の作用によって傾斜していたワーク保持部材８が、押圧用エアシリンダ１３のピストン部１５によって押圧されて、図１に示したワーク取付け姿勢（直立状態）へと復帰される。

以上述べたように本実施形態による搬送ロボット１によれば、ワーク搬送時のワーク保持部材８の姿勢を、押圧用エアシリンダ１３から成る姿勢維持装置１２によって維持すると共に、検出用エアシリンダ１７からなる簡単な構成を有する検出手段によってワーク保持部材８の傾動動作を検出するようにしたので、従来のようなロボットの複雑な制御を必要とせずに、人とロボットとの協調作業の安全性を確保することができる。

次に、本発明の他の実施形態による搬送ロボットについて、図１４乃至図１７を参照して説明する。なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。

図１４に示したように、本実施形態による搬送ロボット３０は、ロボットアーム３の先端に設けられたフローティングユニット３１を有する。図１に示した実施形態においては、ロボットアーム３の先端に接続装置６を直接的に取り付けるようにしたが、図１４に示した本実施形態においては、接続装置６は、フローティングユニット３１を介してロボットアーム３に装着されている。

フローティングユニット３１は、ロボットアーム３に関する接続装置６の水平方向への移動を可能にする水平移動機構３２と、接続装置６を上方に向けて弾発的に支持して接続装置６の上下方向への移動を可能とする垂直移動機構３３とを有する。

垂直移動機構３３は、ロボットアーム３の先端（第６軸）に取り付けられた固定部３４と、この固定部３４に基端部が回転自在に接続された平行リンク３５と、平行リンク３５の先端部に回転自在に接続された昇降可動部３６と、を有する。平行リンク３５は、弾発手段（図示を省略）によって、昇降可動部３６を上方に移動させる方向に付勢されている。

水平移動機構３２は、垂直移動機構３３の昇降稼働部３６に水平方向にスライド自在に設けられた水平移動部材３７を有する。水平移動部材３７の先端に、接続装置６が設けられたベース部材５が取り付けられている。

ワーク保持装置８、ワークＷ等に作用する重力により平行リンク３５に加えられる下向きの力は、弾発手段による弾発力によって相殺される。

図１４に示した搬送ロボット３０によってワークＷを所定の位置に搬送して、そこに取り付ける際には、ロボット制御装置４によってロボットアーム３を駆動して、図１５に示したようにワークＷをその取付け対象物Ｏの近傍に搬送する。

この状態から、図１６に示したように、作業員が手作業にて、ワークＷを取付け対象物Ｏに対して上下方向の位置合わせを行い、また、図１７に示したように、水平方向の位置合わせを行う。このとき、ワークＷ等の重量は、フローティングユニット３１の弾発手段によって支持されているので、作業員への負荷を大幅に軽減することができる。

このように本実施形態による搬送ロボット３０は、ワーク搬送作業の最終段階において作業員による手作業が行われることを想定したものであり、作業員の安全確保が重要であるところ、上述したように、ワーク搬送時のワーク保持部材８の姿勢を姿勢維持装置１２によって維持すると共に、検出用エアシリンダ１７からなる簡単な構成を有する検出手段によってワーク保持部材８の傾動動作を検出するようにしたので、従来の技術のようなロボットの複雑な制御を必要とせずに、人とロボットとの協調作業の安全性を確保することができる。

１、３０搬送ロボット
２ロボット基台
３ロボットアーム
４ロボット制御装置
５ベース部材
６接続装置
７接続装置の本体部
８ワーク保持部材
９接続装置の軸部
１０接続装置の球状軸受
１１接続装置のロック機構
１２姿勢維持装置
１３押圧用エアシリンダ（押圧手段）
１４被押圧板
１５押圧用エアシリンダのピストン部
１６押圧用エアシリンダのシリンダ本体部
１７検出用エアシリンダ（検出手段）
１８検出用エアシリンダのピストン部
１９検出用エアシリンダのシリンダ本体部
２０検出用エアシリンダの位置検出センサ
２１人感センサ
３１フローティングユニット
３２フローティングユニットの水平移動機構
３３フローティングユニットの垂直移動機構
３４垂直移動機構の固定部
３５垂直移動機構の平行リンク
３６垂直移動機構の昇降稼働部
Ｏワークの取付け対象物
Ｗワーク

Claims

ワークを搬送するための搬送ロボットであって、
ロボットアームと、
前記ワークを保持するためのワーク保持部材と、
前記ワーク保持部材を前記ロボットアームに接続するための接続装置であって、前記接続装置の本体部に関して前記ワーク保持部材を傾動可能に支持するための支持手段を有する、接続装置と、
前記接続装置の前記本体部に関して前記ワーク保持部材を所定の姿勢に維持するための姿勢維持装置と、
前記接続装置の前記本体部に関して前記ワーク保持部材が傾動したことを検出するための検出手段と、
前記ロボットアームを制御するためのロボット制御装置であって、前記接続装置の前記本体部に関して前記ワーク保持部材が傾動したことを前記検出手段によって検出した場合に前記ロボットアームに安全動作を行わせる、ロボット制御装置と、を備えた搬送ロボット。
前記接続装置の前記支持手段は、前記本体部から突出し、前記ワーク保持部材に先端が固定された軸部と、前記本体部に対して前記軸部を傾動可能に支持するための軸部支持部と、を有する、請求項１記載の搬送ロボット。
前記接続装置は、前記軸部を解放可能に固定して傾動不能とするためのロック機構を有する、請求項２記載の搬送ロボット。
人の接近を検出するための人感センサをさらに有し、
前記ロボット制御装置は、前記人感センサからの人の接近に関する検出信号に基づいて、前記接続装置の前記ロック機構をロック状態から非ロック状態に切り替える、請求項３記載の搬送ロボット。
前記姿勢維持手段は、前記ワーク保持部材または前記ワーク保持部材に取り付けられた他の部材を押圧して前記ワーク保持部材を前記所定の姿勢に維持するための押圧手段を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の搬送ロボット。
前記押圧手段は、重力の作用によって傾動しようとする前記ワーク保持部材を支持して前記所定の姿勢に維持するように構成されている、請求項５記載の搬送ロボット。
前記押圧手段は、押圧用シリンダ部材を有し、
前記押圧用シリンダ部材は、前記ワーク保持部材または前記ワーク保持部材に取り付けられた他の部材に先端が当接されるピストン部と、前記ピストン部を駆動するためのシリンダ本体部と、を有する、請求項５または６に記載の搬送ロボット。
前記検出手段は、前記接続装置の近傍に設けられた検出用シリンダ部材を有し、
前記検出用シリンダ部材は、前記ワーク保持部材または前記ワーク保持部材に取り付けられた他の部材に先端が当接されるピストン部と、前記ピストン部を駆動するためのシリンダ本体部と、前記シリンダ本体部に関する前記ピストン部の位置を検出するための位置検出センサと、を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の搬送ロボット。
前記検出用シリンダ部材は、前記ワーク保持部材の傾動動作の方向に関わらず前記傾動動作を検出するために、前記接続装置の周囲に複数設けられている、請求項８記載の搬送ロボット。
前記ロボットアームの先端に設けられたフローティングユニットをさらに有し、
前記接続装置は、前記フローティングユニットを介して前記ロボットアームに装着されており、
前記フローティングユニットは、少なくとも、前記ロボットアームに関する前記接続装置の水平方向への移動を可能とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の搬送ロボット。
前記フローティングユニットは、前記ロボットアームに関する前記接続装置の水平方向への移動を可能にすると共に、前記接続装置を上方に向けて弾発的に支持して前記接続装置の上下方向への移動を可能とする、請求項１０記載の搬送ロボット。