JP2018034256A - Mobile robot and production system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動ロボットおよびその移動ロボットを用いた生産システムに関する。 The present invention relates to a mobile robot and a production system using the mobile robot.
従来、工場設備において、例えば自動車部品の生産(組立)を行うためのロボットを用いた生産システムが考えられている。特許文献1、2には、このような生産システムにおいて、無人搬送車(Automated Guided Vehicle)上に垂直多関節型のロボットを搭載して構成される移動ロボット(モービルロボット)を用いた構成が開示されている。上記構成では、工場の床上に移動ロボットの走行路が設けられ、移動ロボットをその走行路に沿って自在に移動させながら、複数の工程エリア(作業設備)において作業工程を行うようになっている。
Conventionally, in a factory facility, for example, a production system using a robot for producing (assembling) automobile parts has been considered.
上記従来技術では、ロボットは露出した状態で無人搬送車上に搭載されている。そのため、移動ロボットを停止させて作業しているときや移動ロボットの移動中などにおいて、その周囲にいる人(作業者など)がロボットに接触する可能性がある。また、この場合、ロボットは常時通電されているため、ロボットとの衝突により生じる問題だけでなく、感電の問題も生じるおそれがある。 In the above prior art, the robot is mounted on the automatic guided vehicle in an exposed state. Therefore, when working with the mobile robot stopped or while the mobile robot is moving, a person (such as an operator) around the mobile robot may come into contact with the robot. In this case, since the robot is always energized, there is a possibility that not only a problem caused by a collision with the robot but also an electric shock problem may occur.
そのため、上記従来技術では、作業者などの人の安全を確保するために、移動ロボットの走行路の周囲に安全柵を設けることなどにより人の侵入禁止領域を大きく確保する必要があり、その結果、生産システム全体が大きくなり、それらの占有面積が大きくなってしまう。 Therefore, in the above prior art, in order to ensure the safety of people such as workers, it is necessary to secure a large area for prohibiting human intrusion by providing a safety fence around the traveling path of the mobile robot. The whole production system becomes large and the area occupied by them becomes large.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を図りつつ、人に対する安全性を高めることができる移動ロボットおよび生産システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a mobile robot and a production system capable of improving safety for humans while reducing the size.
請求項1に記載の移動ロボットは、複数の工程エリアの並び方向に沿って延びるように設置される直動軸と、その直動軸に沿って直線移動される移動体と、その移動体に取り付けられたロボットと、ロボットを収容するものであり工程エリア側に開口を有するカバーと、を備えている。そして、ロボットは、工程エリア間を移動する際にはカバーに収容され、工程エリアの前では開口を通じて、そのアーム先端を工程エリアに向けて移動させる動作を伴う所定の作業を実施する。つまり、請求項1に記載の移動ロボットは、工程エリア間を移動中は無人搬送車と同様の形態となり、工程エリアの前では作業を行うロボットの形態となるように、その形態を変化させる。
The mobile robot according to
このような構成によれば、移動ロボットが工程エリア間を移動する際、ロボットはカバーに収容されている。そのため、周囲にいる人は、敢えて開口から手をカバー内に入れる、といった通常では考えられないような行動をしない限り、ロボットに触れることはできない。したがって、周囲にいる作業者などの人は、一般的な行動をしている限り、ロボットと接触することはない。そして、工程エリアの前では、ロボットはカバーの開口を通じて所定の作業を実施することができる。また、この際、ロボットの工程エリア側を除く周囲はカバーにより覆われているため、工程エリア側以外の方向からの人の接触を防止することができる。このように、上記構成によれば、移動ロボットの走行路の周囲に侵入禁止領域を大きく確保せずとも、作業者などの安全性を確保することができる。したがって、このような移動ロボットを用いて生産システムを構成すれば、その小型化を図りつつ、人に対する安全性を高めることができる。 According to such a configuration, when the mobile robot moves between process areas, the robot is accommodated in the cover. Therefore, a person around cannot touch the robot unless he / she takes an action that cannot be considered normally, such as putting a hand into the cover through the opening. Therefore, a person such as a worker in the vicinity does not come into contact with the robot as long as the general action is taken. In front of the process area, the robot can perform a predetermined operation through the opening of the cover. At this time, since the periphery of the robot excluding the process area side is covered with a cover, it is possible to prevent human contact from directions other than the process area side. Thus, according to the above configuration, it is possible to ensure the safety of an operator or the like without securing a large invasion prohibition area around the traveling path of the mobile robot. Therefore, if a production system is configured using such a mobile robot, it is possible to improve the safety to humans while reducing the size.
請求項2に記載の移動ロボットでは、ロボットは、2つのアーム、つまり第1アームおよび第2アームを備えた構成となっている。ここで、第1アームは、その基端部が移動体に第1垂直軸を中心に回転可能に連結されている。また、第2アームは、その基端部が第1アームの先端部(第1垂直軸とは反対側の端部)に第2垂直軸を中心に回転可能に連結されている。この場合、第2アームの先端部(第2垂直軸とは反対側の端部)がロボットのアーム先端となる。 In the mobile robot according to the second aspect, the robot includes two arms, that is, a first arm and a second arm. Here, the base end of the first arm is connected to the movable body so as to be rotatable about the first vertical axis. The base end of the second arm is connected to the tip of the first arm (the end opposite to the first vertical axis) so as to be rotatable about the second vertical axis. In this case, the tip of the second arm (the end opposite to the second vertical axis) is the tip of the robot arm.
このような構成によれば、第1アームを第1回転方向に回転させるとともに、第2アームを第1回転方向とは逆回りの第2回転方向に回転させることによりアーム先端となる第2アームの先端部を工程エリアに向けて移動させる動作を実現することが可能となる。また、上記構成によれば、第2アームの先端部を第1アームの基端部に重ねるように折り畳んだ配置とすることが可能となる。このような配置状態でロボットをカバーに収容すれば、カバーの奥行方向(直動軸が延びる方向と直交する方向)の寸法を小さくすることができ、更なる小型化を実現することが可能となる。 According to such a configuration, the first arm is rotated in the first rotation direction, and the second arm is the second arm that is the tip of the arm by rotating the second arm in the second rotation direction opposite to the first rotation direction. It is possible to realize an operation of moving the tip of the head toward the process area. Moreover, according to the said structure, it can be set as the arrangement | positioning folded so that the front-end | tip part of a 2nd arm might overlap with the base end part of a 1st arm. If the robot is housed in the cover in such an arrangement state, it is possible to reduce the size of the cover in the depth direction (direction orthogonal to the direction in which the linear motion shaft extends), and to realize further miniaturization. Become.
一般に、ロボットのアーム先端(ハンド部分)は、そのアームの途中部分に比べると、人が接触した際の危険度が高い。上記構成では、ロボットをカバーに収容する際、このようなアーム先端(第2アームの先端部)を、カバーの開口の方向とは交差する方向に収納することができる。そのため、移動ロボットの移動中、人が誤って最も危険なアーム先端に触れてしまう可能性を極めて低く抑えることができる。 In general, the robot arm tip (hand portion) has a higher risk of contact with a person than the middle part of the arm. In the above configuration, when the robot is accommodated in the cover, such an arm tip (tip portion of the second arm) can be accommodated in a direction intersecting the direction of the opening of the cover. Therefore, the possibility that a person accidentally touches the most dangerous arm tip during the movement of the mobile robot can be suppressed extremely low.
請求項3に記載の移動ロボットでは、ロボットは、第1垂直軸を駆動する駆動機構と、第1垂直軸の第1回転方向への回転に連動して第2垂直軸を第2回転方向に回転させる一対のプーリと、を備えている。つまり、この場合、第2アームを駆動する駆動機構は設けられておらず、第2アームは、第1アームの回転に連動して回転するような構成となっている。したがって、上記構成によれば、第2アームを駆動するためのモータや減速機などからなる駆動機構を削減することができ、一層の軽量化や小型化を実現することができる。
In the mobile robot according to
請求項3に記載の移動ロボットにおいて、アーム先端を工程エリアに向けて移動させる際におけるアーム先端が辿る軌跡は、第1アームのアーム長、第2アームのアーム長および一対のプーリの直径比により定まる。そして、請求項4に記載の移動ロボットでは、アーム先端を工程エリアに向けて移動させる動作が、直動軸が延びる方向に直交する方向に直線移動する動作となるように、第1アームのアーム長、第2アームのアーム長および一対のプーリの直径比が設定されている。このようにすれば、ロボットが作業を行う際、そのアーム先端は、直動軸と直交する方向に沿って直線移動するため、最短距離で所望する位置に到達することになる。そのため、ロボットが実施する作業について、作業時間の短縮や効率化を図ることができる。
4. The mobile robot according to
請求項5に記載の移動ロボットでは、第1アームのアーム長と、第2アームのアーム長とは等しくなるように設定されている。このように各アームのアーム長が等しい場合、第2アームを第1アームの回転の角速度の2倍の角速度で回転させれば、アーム先端を工程エリアに向けて移動させる動作が直線動作となる。そこで、この場合、第1垂直軸側に設けられるプーリの直径は、第2垂直軸側に設けられるプーリの直径の2倍に設定されている。このようにすれば、第1アームを所定の角速度で第1回転方向に回転させると、第2アームは、第1アームの角速度の2倍の角速度で第1回転方向とは逆回りの第2回転方向に回転する。これにより、第2アームの先端部、つまりロボットのアーム先端を直線移動させる直線動作を成立させることができる。また、このようなアーム構成によれば、移動体の移動と併せれば、工程エリア内でアーム先端(手先)の届く位置のうち、ほとんどの位置にまで手先を配置することが可能となる。 In the mobile robot according to the fifth aspect, the arm length of the first arm and the arm length of the second arm are set to be equal. In this way, when the arm lengths of the arms are equal, if the second arm is rotated at an angular velocity that is twice the angular velocity of the first arm, the operation of moving the arm tip toward the process area becomes a linear operation. . Therefore, in this case, the diameter of the pulley provided on the first vertical axis side is set to be twice the diameter of the pulley provided on the second vertical axis side. In this way, when the first arm is rotated in the first rotation direction at a predetermined angular velocity, the second arm is at a second angular velocity that is twice the angular velocity of the first arm and reverse to the first rotation direction. Rotate in the direction of rotation. As a result, it is possible to establish a linear motion that linearly moves the tip of the second arm, that is, the tip of the arm of the robot. Further, according to such an arm configuration, it is possible to arrange the hand up to almost the position of the position where the arm tip (hand) reaches within the process area, together with the movement of the moving body.
請求項5に記載の移動ロボットでは、第1および第2アームのアーム長が等しく設定されていたが、工程エリアに設けられる作業設備の大きさやアーム先端に取り付けられるハンドの大きさなどによる制限から、第1アームおよび第2アームのアーム長を等しくすることができずに、第2アームのアーム長が第1アームのアーム長よりも短くなる場合がある。このような場合、請求項6に記載の手段を採用するとよい。
In the mobile robot according to
すなわち、請求項6に記載の移動ロボットでは、第2アームのアーム長は、第1アームのアーム長よりも短い値に設定されている。このように第2アームが第1アームよりも短い場合、一対のプーリの直径比をいかなる値に設定したとしても、第2アームの先端部を直動軸が延びる方向に直交する方向に完全に沿うように直線移動させることはできず、直線動作からのずれ(振れ幅)が生じる。特に、第2アームの先端部の移動距離が長くなるほど、その振れ幅は大きくなる傾向がある。 That is, in the mobile robot according to the sixth aspect, the arm length of the second arm is set to a value shorter than the arm length of the first arm. In this way, when the second arm is shorter than the first arm, the tip of the second arm is completely in the direction perpendicular to the direction in which the linear motion shaft extends, regardless of the value of the diameter ratio of the pair of pulleys. It cannot be linearly moved along the line, and a deviation (runout width) from the linear motion occurs. In particular, as the moving distance of the tip of the second arm increases, the deflection width tends to increase.
そこで、この場合、アーム先端を工程エリアに向けて移動させる動作を行う際、第2アームの先端部の移動距離について、その移動可能な最大の距離よりも短い値に制限している。このようにすれば、ロボットは、第2アームの先端部が概ね直線移動する範囲で、アーム先端を工程エリアに向けて移動させる動作を伴う作業を実施することができる。したがって、ロボットが行う作業について、作業時間の短縮化や効率化を図ることができる。 Therefore, in this case, when performing the operation of moving the arm tip toward the process area, the moving distance of the tip of the second arm is limited to a value shorter than the maximum movable distance. In this way, the robot can perform an operation involving an operation of moving the arm tip toward the process area within a range in which the tip of the second arm moves substantially linearly. Therefore, it is possible to shorten the work time and improve the efficiency of the work performed by the robot.
上記構成において、ロボットを収容するカバーの工程エリア側には開口が存在する。そのため、移動ロボットが工程エリア間を移動する際、直動軸の片側(工程エリアが設けられる側)から作業者などが直動軸側に手を伸ばし、開口から手をカバー内に入れるといった通常では考えられない行動をした場合、ロボットに接触してしまう可能性がある。しかし、作業者などがこのような行動をすることは極めて稀であるため、上記構成においても、ほとんどの場合には問題は生じない。ただし、このような起こる可能性が極めて低いケースに対しても対策を施すことで、より一層安全性を高めることが可能となる。 In the above configuration, an opening exists on the process area side of the cover that accommodates the robot. For this reason, when a mobile robot moves between process areas, an operator, etc., extends from one side of the linear motion axis (the side where the process area is provided) to the linear motion axis, and puts a hand into the cover from the opening. If you do something you can't think of, you might touch the robot. However, since it is extremely rare for an operator or the like to perform such an action, even in the above configuration, there is no problem in most cases. However, it is possible to further improve safety by taking measures against such a case that is very unlikely to occur.
そこで、請求項7に記載の生産システムは、請求項1から6のいずれか一項に記載の移動ロボットと、移動ロボットの直動軸に沿って直動軸の片側に並んで配置された工程エリアと、直動軸の片側において工程エリアが配置されない場所に設置された壁と、を備える。このようにすれば、移動ロボットの移動中、直動軸の片側(工程エリアが設けられる側)から作業者などが直動軸側に手を伸ばそうとしても、壁が阻まれて、手を伸ばすことはできず、ロボットに接触することがない。したがって、上記構成の生産システムによれば、人に対する安全性を一層高めることができる。
Therefore, a production system according to
また、直動軸の片側のうち工程エリアが存在する側からは、移動ロボットの存在が見え難くなる(見通しが悪くなる)可能性がある。そのため、工程エリア側から、作業者などが移動ロボットの存在に気付かずに直動軸上に突然飛び出してくる可能性がある。しかし、上記構成によれば、工程エリア間に存在する壁が飛び出しを抑制する柵として機能し、このような人の飛び出しを防止することが可能となる。なお、この場合、直動軸の片側のうち工程エリアが存在しない側には壁が設けられていないが、工程エリアが存在しない側は元々見通しが良く、人は移動ロボットの存在に気付きやすいため、上述した突然の飛び出し、といったこと自体が発生し難いたため問題は生じない。 In addition, it is difficult to see the presence of the mobile robot from the side where the process area is present on one side of the linear motion shaft (the visibility is poor). Therefore, there is a possibility that an operator or the like suddenly jumps out on the linear motion axis from the process area side without noticing the presence of the mobile robot. However, according to the said structure, the wall which exists between process areas functions as a fence which suppresses jumping out, and it becomes possible to prevent such a person jumping out. In this case, no wall is provided on the side where the process area does not exist on one side of the linear motion shaft, but the side where the process area does not exist is originally well-sighted, and people are likely to notice the presence of the mobile robot. Since the above-mentioned sudden pop-out hardly occurred, no problem occurs.
請求項7に記載の生産システムのように、工程エリアが配置されない場所に壁を設置した場合、壁が設置されていない場合に比べると、作業者などの視界が遮られて見通しが悪くなるおそれがある。そこで、請求項8に記載の生産システムのように、壁を透明な部材により構成するとよい。このようにすれば、作業者などの視界を良好に維持しつつ、安全性を向上させることができる。
When a wall is installed in a place where the process area is not arranged as in the production system according to
以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について、図1〜図9を参照して説明する。
Hereinafter, a plurality of embodiments will be described with reference to the drawings. In each embodiment, substantially the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(First embodiment)
The first embodiment will be described below with reference to FIGS.
図1に示す生産システム1は、工場設備に設けられている。生産システム1では、移動ロボット2を用いて例えば自動車部品の生産が行われる。
生産システム1では、移動ロボット2の直動軸を構成するレール3に沿って、その片側(図1における上側)に並ぶように、移動ロボット2が作業を行う複数の工程エリア4が配置されている。工程エリア4には、例えば移動ロボット2が作業を行う作業領域が設けられるとともに、作業を行うために必要な各種の設備が設けられる。
A
In the
レール3の片側(図1における上側)において、工程エリア4が配置されない場所には、壁5が立設されている。壁5は、例えばプラスチックなどの透明な部材により構成されている。図2にも示すように、壁5は、レール3ひいては移動ロボット2に接近した位置に配置されている。なお、接近した位置とは、壁5と移動ロボット2との間に人の手が入らない程度の隙間が形成される位置のことである。
On one side of the rail 3 (upper side in FIG. 1), a
レール3は、複数の工程エリア4の並び方向(図1における左右方向)に沿うように長く延び、例えば工場の床上に設けられている。なお、レール3の工程エリア4が配置される側とは反対の片側(図1における下側)には、例えば作業者が通るための通路が設けられている。
The
移動ロボット2は、レール3に沿って図1における左右方向に直線移動されることにより、各工程エリア4の間を移動する。また、移動ロボット2は、工程エリア4の前では、所定の作業を実施する。所定の作業としては、例えばワークに対する部品の組み付け、ワークの加工、ワークの検査といった作業が挙げられる。
The
移動ロボット2が備えるロボット6は、移動中には、カバー7に収容された状態となる。図3に示すように、カバー7は、矩形箱状をなしており、例えば枠組みとなるフレームに対して板状の蓋部材を組み付けることにより構成されている。ただし、カバー7の前面(工程エリア4側の面)には、蓋部材は組み付けられておらず、そのために開口7aが存在する。ロボット6は、工程エリア4の前では、その開口7aを通じてアーム先端を工程エリア4側に向けて移動させる動作を伴う作業を実施する。
The robot 6 provided in the
続いて、移動ロボット2の構成について図4および図5を参照して説明する。なお、図4および図5では、カバー7の図示を省略している。移動ロボット2は、レール3に沿って直線移動する移動体10を備えている。移動体10は、その下端部に取り付けられたスライダ11、12を介してレール3に直線移動可能に支持されている。移動体10は、その下部に設けられたL軸モータ(図示略)などから構成される駆動機構により、レール3に沿って図1における左右方向に自在に移動する。
Next, the configuration of the
ロボット6は、土台13、第1アーム14、第2アーム15などを備えている。ロボット6は、土台13を介して移動体10に上下方向(垂直方向)に沿って移動(上下動)可能に取り付けられている。土台13の下方には、Z軸モータ16が設けられている。ロボット6は、Z軸モータ16などから構成される駆動機構により上下動される。
The robot 6 includes a
土台13の図4および図5における左側の端部には、第1アーム14の基端部が垂直軸J1(第1垂直軸に相当)を中心に回転可能に連結されている。第1アーム14の垂直軸J1とは反対側の端部である先端部には、第2アーム15の基端部が垂直軸J2(第2垂直軸に相当)を中心に回転可能に連結されている。第1アーム14のアーム長L1および第2アーム15のアーム長L2は、いずれも例えば350mmとなっており、互いに等しい値に設定されている。つまり、第1アーム14および第2アーム15のアーム長の比(L1:L2)は、「1:1」となっている。
The base end portion of the
第2アーム15の垂直軸J2とは反対側の端部である先端部は、ロボット6のアーム先端となり、例えばワークを把持するためのチャック(ハンド)などの作業用のツール(図示略)が着脱可能に取り付けられるようになっている。第2アーム15の先端部に取り付けられたツールは、第2アーム15に設けられるT軸モータ17などから構成される駆動機構により、垂直軸J3を中心に回転される。
The tip of the
第1アーム14は、土台13の下方に設けられたR軸モータ18、プーリ19、20、主動ベルト21などからなる回転伝達機構22(駆動機構に相当)により、垂直軸J1を中心に水平方向に旋回(回転)される。また、第2アーム15は、プーリ23、24、従動ベルト25、従動ベルト25のたるみを取るためのテンショナ26などからなる回転伝達機構27により、垂直軸J2を中心に水平方向に旋回(回転)される。
The
詳細な説明および図示は省略するが、移動ロボット2は、衝突を検出するためのバンパー、移動時に音を発生するスピーカー、移動時に移動方向を示すウインカー、移動時に点灯するランプ、各種のスイッチや端子台などの電気部品も備えている。なお、ロボット6の動作を制御するコントローラ(制御装置)やロボット6などへの電源供給を行う電源などは、移動ロボット2の外部に設けられており、ケーブルなどを介して接続されている。
Although detailed description and illustration are omitted, the
続いて、回転伝達機構22、27の構成について図6を参照して説明する。プーリ19は、R軸モータ18の回転軸18aに、その回転軸18aとともに回転可能に取り付けられている。R軸モータ18の回転軸18aは、図示しないベアリングを介して土台13に回転可能な状態(非拘束状態)で支持されている。プーリ軸部材30は、垂直軸J1と軸心が一致するように設けられている。プーリ20は、プーリ軸部材30を介して第1アーム14の基端部に取り付けられている。
Next, the configuration of the
主動ベルト21は、プーリ19とプーリ20との間に懸架されている。プーリ19の直径と、プーリ20の直径とは、同一に設定されている。プーリ軸部材30は、図示しないベアリングを介して土台13に回転可能な状態(非拘束状態)で支持されている。以上が回転伝達機構22の構成である。
The
また、プーリ23は、垂直軸J1と軸心が一致するように、且つ土台13に回転不能な状態(拘束状態)で固定されている。プーリ軸部材31は、垂直軸J2と軸心が一致するように設けられている。プーリ24は、プーリ軸部材31を介して第2アーム15の基端部に取り付けられている。
The
従動ベルト25は、プーリ23とプーリ24との間に懸架されている。プーリ23の直径D1は、プーリ24の直径D2の2倍に設定されている。つまり、プーリ23、24の直径比(D1:D2)は、「2:1」となっている。プーリ軸部材31は、図示しないベアリングを介して土台13に回転可能な状態(非拘束状態)で支持されている。以上が回転伝達機構27の構成である。
The driven
このような構成の回転伝達機構22、27によれば、R軸モータ18が回転すると、その回転力がプーリ19、20、主動ベルト21およびプーリ軸部材30を介して第1アーム14に伝達され、第1アーム14はR軸モータ18の回転軸18aと同じ方向に回転する。また、R軸モータ18の駆動により第1アーム14が垂直軸J1を中心として回転すると、その回転に連動して第2アーム15が第1アーム14とは逆方向に回転する。
According to the
続いて、このような第1アーム14および第2アーム15の回転動作の詳細について図7および図8を参照して説明する。なお、図8では、回転前のプーリ24および従動ベルト25の一部を一点鎖線で示している。R軸モータ18の回転に伴い、例えば、図7に示すようにプーリ19が時計回り(矢印CWで示す回転方向)に回転すると、このプーリ19の回転に伴って主動ベルト21が矢印Aの方向へと動くことで、プーリ20も時計回りに回転する。これにより、第1アーム14は、垂直軸J1を中心として時計回りに回転する。
Next, details of the rotation operation of the
このように第1アーム14が時計回りに回転した際、プーリ23は土台13に拘束されているために回転することはなく、従動ベルト25も動くことはない。しかし、このとき、図8に示すように、プーリ24は、第1アーム14の回転に伴って、垂直軸J1、つまりプーリ23を中心として時計回りに移動する。そのため、従動ベルト25がプーリ23に対して時計回りに巻き付けられ、それに伴い、プーリ24は反時計周り(矢印CCWで示す回転方向)に回転する。これにより、第2アーム15は、垂直軸J2を中心として第1アーム14の回転方向とは逆回りの反時計回りに回転する。
Thus, when the
次に、上記構成の作用について説明する。
移動ロボット2が工程エリア4間を移動する際、ロボット6はカバー7に収容された状態となる。このとき、ロボット6は、図4に示すような配置状態、つまり第2アーム15の先端部を第1アーム14の基端部に一致させるように折り畳んだ配置状態となっている。
Next, the operation of the above configuration will be described.
When the
また、工程エリア4の前では、ロボット6は、アーム先端である第2アーム15の先端部を工程エリア4側に向けて移動させる動作を伴う作業を行う。具体的には、ロボット6は、第1アーム14を第1回転方向(図4および図5では反時計回り)に回転させるとともに、第2アーム15を第1回転方向とは逆回りの第2回転方向(図4および図5では時計回り)に回転させる。これにより、第2アーム15の先端部は、工程エリア4に向けて移動する。
Further, in front of the
ここで、本実施形態では、第1アーム14および第2アーム15のアーム長が等しくなっている。このように第1アーム14および第2アーム15のアーム長が等しい場合、第2アーム15を第1アーム14の回転の2倍の角速度で回転させれば、第2アーム15の先端部が辿る軌跡が直線状となる。
Here, in this embodiment, the arm lengths of the
そこで、本実施形態では、プーリ23、24の直径比が「2:1」に設定されている。そのため、図9に示すように、第1アーム14が所定の角速度で回転すると、第2アーム15は、第1アーム14の角速度の2倍の角速度で回転する。その結果、第1アーム14および第2アーム15は、図9(a)、(b)、(c)、(d)で示すような状態に変化する。
Therefore, in the present embodiment, the diameter ratio of the
なお、図9では、レール3が延びる方向をX軸とし、そのX軸に直交する方向をY軸としている。また、ロボット6のアーム先端を黒丸で示している。このように、本実施形態では、ロボット6のアーム先端を工程エリア4に向けて移動させる動作は、レール3が延びる方向(X軸)に直交する方向(Y軸)に沿って直線移動する直線動作となる。
In FIG. 9, the direction in which the
以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られる。
生産システム1では、移動ロボット2が工程エリア4間を移動する際、ロボット6はカバー7に収容されているため、周囲にいる人がロボット6に接触することがなくなる。そして、工程エリア4の前では、ロボット6はカバー7の開口7aを通じて所定の作業を実施することができる。また、この際、カバー7の前面(工程エリア4側)を除く周囲は蓋部材により覆われているため、工程エリア4側以外の方向(例えば、作業者が通るための通路側)からの人の接触を確実に防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
In the
ただし、カバー7には開口7aが存在するため、工程エリア4側にいる人が敢えて開口7aから手をカバー7無いに入れるといった行動をとった場合、ロボット6に接触する可能性はある。しかし、作業者などが、敢えて自らを危険にさらすような上記行動をとることは極めて稀なケースであり、通常はこのような行動をとることはほとんど考えられないため、ほとんどの場合には問題は生じない。ただし、このような起こる可能性が極めて低いケースに対しても対策を施すことで、より一層安全性を高めることが可能となる。
However, since the
そこで、生産システム1では、工程エリア4側の方向からの人の接触についても防止するため、次のような対策が施されている。すなわち、この場合、レール3の工程エリア4側において工程エリア4が配置されない場所には壁5が設置されている。このようにすれば、移動ロボット2の移動中、レール3の工程エリア4側から作業者などが、移動ロボット2の存在に気付かずに、または敢えてレール3側に向けて手を伸ばそうとしたとしても、壁5に阻まれて手を伸ばすことはできず、誤ってロボット6に接触することがない。
Therefore, in the
なお、生産システム1では、壁5は、レール3の工程エリア4とは反対側(通路側)には設けられていない。なぜなら、通路側には工程エリア4が存在しないため、見通しが良くなっており、移動ロボット2が視認し易いことから、作業者などが誤ってロボット6に接触する可能性が低い。逆に、通路側に壁5を設けると、視認性が悪化して移動ロボット2への接触が生じる可能性が高まるおそれがある。そのため、本実施形態では、通路側には壁5を設けないようにしている。
In the
これに対し、工程エリア4側、特に連続する工程エリア4同士の間では、工程エリア4が死角となって、作業者などが移動ロボット2の存在に気付けない、といったことが起こり得る(見通しが悪い)。作業者などが、移動ロボット2の存在に気付かずに、移動ロボット2の進路(レール3)に突然飛び出してしまうと、移動ロボット2に衝突するおそれがあり、さらには開口7aを通してロボット6に接触するおそれもある。このような事態の発生を未然に防止するために、本実施形態では、前述したとおり、レール3の工程エリア4側において工程エリア4が配置されない場所に壁5を設け、その壁5が上記飛び出しを抑制するための安全柵として機能するようにしている。
On the other hand, in the
さらに、この場合、壁5は、レール3に接近した位置に配置されており、壁5と移動ロボット2との間には、人の手が入らないような隙間しか形成されていない。したがって、作業者などが壁5と移動ロボット2(カバー7)の間に誤って手を入れてしまうことも防止できる。
Further, in this case, the
上述したように壁5を設置した場合、壁5が設置されていない場合に比べると、作業者などの視界が遮られて見通しが悪くなるおそれがある。そこで、本実施形態では、壁5をプラスチックなどの透明な部材により構成している。このようにすれば、作業者などの視界を良好に維持しつつ、安全性を向上させることができる。
When the
なお、壁5を設けることなく、カバー7の開口7aを開閉可能なシャッターを設けることで、安全性を高めるといった対策も考えられる。この場合、移動中にシャッターを閉じることで、作業者などがロボット6に接触することを防止できる。しかし、この場合、壁5が存在しないため、作業者などが、工程エリア4同士の間から移動ロボット2の進路へと手足を出すことは防げない。そのため、工程エリア4同士の間から出した手が移動ロボット2に衝突するおそれがある。一方、本実施形態のように壁5を設ければ、このような衝突についても確実に防止することができる。
In addition, the countermeasure of improving safety | security by providing the shutter which can open and close the
このように、本実施形態の移動ロボット2によれば、移動ロボット2の走行路の周囲に侵入禁止領域を大きく確保せずとも、作業者などの安全性を確保することができる。したがって、このような移動ロボット2を用いた生産システム1によれば、その小型化を図りつつ、人に対する安全性を高めることができるという優れた効果が得られる。
Thus, according to the
また、移動ロボット2が備えるロボット6は、2つのアーム、つまり第1アーム14および第2アーム15を備えた構成となっている。ここで、第1アーム14は、その基端部が土台13に垂直軸J1を中心に回転可能に連結され、第2アーム15は、その基端部が第1アーム14の先端部に垂直軸J2を中心に回転可能に連結されている。
Further, the robot 6 included in the
この場合、第1アーム14を反時計回り(第1回転方向)に回転させるとともに、第2アーム15を第1アーム14とは逆回りの時計回り(第2回転方向)に回転させることによりアーム先端となる第2アーム15の先端部を工程エリア4に向けて移動させる動作を実現することが可能となる。
In this case, the
また、上記構成によれば、第2アーム15の先端部を第1アーム14の基端部に重ねるように折り畳んだ配置とすることが可能となる(図4参照)。そして、本実施形態では、このような配置状態でロボット6をカバー7に収容するようになっている。そのため、本実施形態によれば、アーム先端の移動距離(ストローク)としては従来と同様の距離(例えば700mm程度)を確保しつつ、カバー7の奥行方向(レール3が延びる方向と直交する方向)の寸法を例えば200mm程度といた小さい寸法に抑えることができ、更なる小型化を実現することが可能となる。
Moreover, according to the said structure, it can be set as the arrangement | positioning folded so that the front-end | tip part of the
一般に、ロボット6のアーム先端(ハンド部分)は、そのアームの途中部分に比べると、人が接触した際の危険度が高い。上記構成では、ロボット6をカバー7に収容する際、このようなアーム先端(第2アーム15の先端部)を、カバー7の開口7aの方向とは交差する方向に収納することができる。そのため、移動ロボット2の移動中、人が誤って最も危険なアーム先端に触れてしまう可能性を極めて低く抑えることができる。
In general, the arm tip (hand portion) of the robot 6 has a higher risk of contact with a person than the middle part of the arm. In the above configuration, when the robot 6 is accommodated in the
ロボット6において、第1アーム14は、R軸モータ18の駆動力によって垂直軸J1を中心として回転するようになっており、第2アーム15は、その第1アーム14の回転に連動して垂直軸J2を中心に回転するようになっている。つまり、本実施形態では、第2アーム15を駆動するための駆動機構は設けられていない。したがって、本実施形態によれば、第2アーム15を駆動するためのモータや減速機などからなる駆動機構を削減することができ、一層の軽量化や小型化を実現することができる。
In the robot 6, the
移動ロボット2では、第1アーム14のアーム長と、第2アーム15のアーム長とは等しくなるように設定されている。このように各アーム長が等しい場合、第2アーム15を第1アーム14の回転の角速度の2倍の角速度で回転させれば、アーム先端を工程エリア4に向けて移動させる動作が直線動作となる。そこで、この場合、垂直軸J1側に設けられるプーリ23の直径は、垂直軸J2側に設けられるプーリ24の直径の2倍に設定されている。
In the
このようにすれば、第1アーム14を所定の角速度で例えば反時計回りに回転させると、第2アーム15は、第1アーム14の角速度の2倍の角速度で第1アーム14とは逆回りの時計回りに回転する。これにより、第2アーム15の先端部、つまりロボット6のアーム先端を直線移動させる直線動作を成立させることができる。したがって、本実施形態によれば、ロボット6が作業を行う際、そのアーム先端は、レール3と直交する方向に沿って直線移動するため、最短距離で所望する位置に到達することになる。そのため、ロボット6が実施する作業について、作業時間の短縮や効率化を図ることができる。また、このようなアーム構成によれば、移動体10の移動と併せれば、工程エリア4無いでアーム先端(手先)の届く位置のうち、ほとんどの位置にまで手先を配置することが可能となる。
In this way, when the
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について図10〜図12を参照して説明する。
第1実施形態では、第1アーム14および第2アーム15のアーム長が等しく設定されていたが、工程エリア4に設けられる作業設備の大きさや第2アーム15の先端部に取り付けられるハンドの大きさなどによる制限から、第1アーム14および第2アーム15のアーム長を等しくすることができずに、第2アーム15のアーム長が第1アーム14のアーム長よりも短くなる場合がある。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
In the first embodiment, the arm lengths of the
このような場合も、アーム先端を工程エリア4に向けて移動させる際におけるアーム先端が辿る軌跡は、第1アーム14および第2アーム15の各アーム長と、プーリ23、24の直径比とにより定まる。ただし、この場合、プーリ23、24の直径比をいかなる値に設定したとしても、アーム先端の軌跡を完全に直線状とすることはできない。したがって、アーム先端を工程エリア4に向けて移動させる動作が、直線動作に近似する動作となるように、プーリ23、24の直径比(以下、プーリ比とも呼ぶ)を設定すればよい。
Also in such a case, the trajectory followed by the arm tip when moving the arm tip toward the
以下、本実施形態のプーリ比の具体的な設定手法について図10を参照して説明する。なお、図10では、レール3が延びる方向をX軸とし、そのX軸に直交する方向をY軸としている。また、Y軸に対する第1アーム14の角度をθとし、X軸に対する第2アーム15の角度をαとし、第1アーム14と第2アーム15とがなす角度をβとしている。また、ここでは、プーリ比は、プーリ23の直径D1をプーリ24の直径D2で除算した値(=D1/D2)を指すこととする。
Hereinafter, a specific method for setting the pulley ratio according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 10, the direction in which the
この場合、第1アーム14および第2アーム15の各アーム長として所望する値を固定パラメータとする。ここでは、第1アーム14のアーム長を450mmとし、第2アーム15のアーム長を350mmとしている。そして、角度θが90度の状態(図10の初期状態であり、各アームが折り畳まれた状態に相当)をスタートして、角度θが0度の状態(第1アーム14がY軸に沿った方向に延びた状態)まで動作する際に、ロボット6のアーム先端(第2アーム15の先端部)の座標(X,Y)のY方向が一定を保つ角度βを計算する。そして、角度βを角度αで除算した値がプーリ比となる。
In this case, a desired value for each arm length of the
このようにして得られる数字(プーリ比)は、例えば角度に応じて様々な値となるが、実際に用いられるプーリ23、24の大きさ(直径)を考慮すれば、それらのうち選択可能な値は限られる。最終的には、上記計算で得られた数字に近いプーリ比となるようにプーリ23、24の直径を選定することになるが、例えば、各プーリ比を適用した際におけるアーム先端の軌跡を表すグラフ(図11および図12)を作成し、その軌跡が最も直線状になるものを実際のプーリ比として選択すればよい。
The numbers (pulley ratio) obtained in this way are various values depending on, for example, the angle, but can be selected from among the values (diameters) of the
アーム先端の軌跡を表すグラフは、図11および図12に示すような内容となる。なお、図11および図12において、横軸は第1アーム14の基端部を基準としたアーム先端のX軸方向の距離であり、縦軸は第1アーム14の基端部を基準としたアーム先端のY軸方向の距離(ストローク)である。
The graph showing the trajectory of the arm tip has contents as shown in FIGS. 11 and 12, the horizontal axis is the distance in the X-axis direction of the tip of the arm relative to the base end of the
図11に示すように、プーリ比を「2」とした場合、アーム先端の軌跡は、Y軸方向の距離が長くなるにつれてX軸方向の距離が短くなるように曲線を描いた軌跡となり、直線状の軌跡とはならない。一方、図12に示すように、プーリ比を「2.148」とした場合、アーム先端の軌跡は、Y軸方向の距離が約680mmまでの範囲において、概ね直線状の軌跡となっている。そのため、この場合、プーリ比として「2.148」を選択することになる。 As shown in FIG. 11, when the pulley ratio is “2”, the trajectory of the arm tip is a curved trajectory so that the distance in the X-axis direction becomes shorter as the distance in the Y-axis direction becomes longer. It does not become a trajectory. On the other hand, as shown in FIG. 12, when the pulley ratio is “2.148”, the trajectory of the arm tip is a substantially linear trajectory in the range of the distance in the Y-axis direction up to about 680 mm. Therefore, in this case, “2.148” is selected as the pulley ratio.
ただし、この場合も、Y軸方向の距離が680mmを超える範囲では、アーム先端の軌跡は曲線を描いた軌跡となっている。そこで、本実施形態では、ロボット6が作業を行う際におけるアーム先端の移動距離(ストローク)を680mmに制限し、アーム先端の軌跡が概ね直線状となる範囲で使用するようにしている。 However, also in this case, in the range where the distance in the Y-axis direction exceeds 680 mm, the trajectory of the arm tip is a curved trajectory. Therefore, in this embodiment, the movement distance (stroke) of the arm tip when the robot 6 performs work is limited to 680 mm, and the arm 6 is used in a range in which the locus of the arm tip is substantially linear.
以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られる。
本実施形態では、第2アーム15のアーム長は、第1アーム14のアーム長よりも短い値に設定されている。このように第2アーム15が第1アーム14よりも短い場合、プーリ23、24のプーリ比をいかなる値に設定したとしても、第2アーム15の先端部をレール3が延びる方向に直交する方向に完全に沿うように直線移動させることはできず、直線動作からのずれ(振れ幅)が生じる。特に、第2アーム15の先端部の移動距離が長くなるほど、その振れ幅は大きくなる傾向がある。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
In the present embodiment, the arm length of the
そこで、本実施形態では、アーム先端を工程エリア4に向けて移動させる動作が、直線動作に近似する動作となるように、プーリ23、24のプーリ比を設定するとともに、アーム先端の移動距離について、その移動可能な最大の距離(例えば800mm)よりも短い値(例えば680mm)に制限している。このようにすれば、ロボット6は、第2アーム15の先端部が概ね直線移動する範囲で、アーム先端を工程エリア4に向けて移動させる動作を伴う作業を実施することができる。したがって、第2アーム15が第1アーム14よりも短い場合でも、ロボット6が行う作業について、作業時間の短縮化や効率化を図ることができる。
Therefore, in the present embodiment, the pulley ratio of the
(その他の実施形態)
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
視認性の低下などが安全性に影響を及ぼさない範囲であれば、壁5は、例えば木材など不透明な部材で構成してもよい。
(Other embodiments)
In addition, this invention is not limited to each embodiment described above and described in drawing, In the range which does not deviate from the summary, it can change, combine or expand arbitrarily.
The
プーリ23、24などからなる回転伝達機構27に代えて、第2アーム15(垂直軸J2)を駆動するための駆動機構(モータ、減速機など)を設けた構成としてもよい。このような構成において、第1アーム14および第2アーム15のアーム長が等しい場合、第2アーム15を第1アーム14の角速度の2倍の角速度で第1アーム14の回転方向とは逆回りの回転方向に回転させるように駆動機構の動作を制御すれば、アーム先端の直線動作を実現することができる。また、第2アーム15が第1アーム14よりも短い場合、アーム先端の移動軌跡が概ね直線状となるように、第2アーム15の回転の角速度を設定すればよい。
Instead of the
移動ロボット2は、図4および図5に示した構成に限らずともよく、例えば移動体10やロボット6の具体的な構成などについて適宜変更してもよい。
移動ロボット2が備えるロボットとしては、2つのアームを備えたロボット6に限らずともよく、一般的な水平多関節型ロボットや垂直多関節型ロボットなど様々なロボットを用いることができる。
The
The robot provided in the
1…生産システム、2…移動ロボット、3…レール(直動軸)、4…工程エリア、5…壁、6…ロボット、7…カバー、7a…開口、10…移動体、14…第1アーム、15…第2アーム、22…回転伝達機構(駆動機構)、23、24…プーリ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記直動軸に沿って直線移動される移動体と、
前記移動体に取り付けられたロボットと、
前記ロボットを収容するものであり、前記工程エリア側に開口を有するカバーと、
を備え、
前記ロボットは、
前記工程エリア間を移動する際には、前記カバーに収容され、
前記工程エリアの前では、前記開口を通じて、そのアーム先端を前記工程エリアに向けて移動させる動作を伴う所定の作業を実施する移動ロボット。 A linear motion shaft installed so as to extend along the direction in which the plurality of process areas are arranged;
A moving body that is linearly moved along the linear motion axis;
A robot attached to the moving body;
A cover for housing the robot, and a cover having an opening on the process area side;
With
The robot is
When moving between the process areas, accommodated in the cover,
In front of the process area, a mobile robot that performs a predetermined operation involving an operation of moving the tip of the arm toward the process area through the opening.
基端部が前記移動体に第1垂直軸を中心に回転可能に連結される第1アームと、
基端部が前記第1アームの前記第1垂直軸とは反対側の端部である先端部に第2垂直軸を中心に回転可能に連結され、前記第2垂直軸とは反対側の端部である先端部が前記アーム先端となる第2アームと、
を備え、
前記第1アームを第1回転方向に回転させるとともに、前記第2アームを前記第1回転方向とは逆回りの第2回転方向に回転させることにより前記アーム先端を前記工程エリアに向けて移動させる動作を行う請求項1に記載の移動ロボット。 The robot is
A first arm having a base end rotatably connected to the movable body about a first vertical axis;
A base end portion is connected to a tip end portion of the first arm opposite to the first vertical axis so as to be rotatable about the second vertical axis, and is an end opposite to the second vertical axis. A second arm whose tip is a tip of the arm;
With
The first arm is rotated in a first rotation direction, and the second arm is rotated in a second rotation direction opposite to the first rotation direction to move the tip of the arm toward the process area. The mobile robot according to claim 1 which performs operation.
前記第1垂直軸を駆動する駆動機構と、
前記第1垂直軸の前記第1回転方向への回転に連動して前記第2垂直軸を前記第2回転方向に回転させる一対のプーリと、
を備える請求項2に記載の移動ロボット。 The robot is
A drive mechanism for driving the first vertical axis;
A pair of pulleys for rotating the second vertical axis in the second rotational direction in conjunction with the rotation of the first vertical axis in the first rotational direction;
A mobile robot according to claim 2.
前記第1垂直軸側に設けられる前記プーリの直径は、前記第2垂直軸側に設けられる前記プーリの直径の2倍に設定されている請求項4に記載の移動ロボット。 The arm length of the first arm and the arm length of the second arm are set to be equal,
The mobile robot according to claim 4, wherein a diameter of the pulley provided on the first vertical axis side is set to be twice a diameter of the pulley provided on the second vertical axis side.
前記アーム先端を前記工程エリアに向けて移動させる動作を行う際、前記第2アームの先端部の移動距離について、その移動可能な最大の距離よりも短い値に制限する請求項4に記載の移動ロボット。 The arm length of the second arm is set to a value shorter than the arm length of the first arm,
5. The movement according to claim 4, wherein when performing an operation of moving the tip of the arm toward the process area, the movement distance of the tip of the second arm is limited to a value shorter than the maximum movable distance. robot.
前記移動ロボットの直動軸に沿って前記直動軸の片側に並んで配置された工程エリアと、
前記直動軸の片側において前記工程エリアが配置されない場所に設置された壁と、
を備える生産システム。 The mobile robot according to any one of claims 1 to 6,
A process area arranged side by side on one side of the linear motion axis along the linear motion axis of the mobile robot;
A wall installed in a place where the process area is not arranged on one side of the linear motion shaft;
Production system with.
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