JP2018058170A

JP2018058170A - ロボット

Info

Publication number: JP2018058170A
Application number: JP2016198053A
Authority: JP
Inventors: 敏幸鈴木; Toshiyuki Suzuki; 山根　秀士; Hideo Yamane; 秀士山根; 敦高見; Atsushi Takami
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2036-10-06
Also published as: JP6741544B2; CN109803797B; WO2018066603A1; CN109803797A

Abstract

【課題】小型化および作業効率の向上が図られるロボットを提供する。【解決手段】ロボット２０は、第１ハンド２３と、第２ハンド２４と、先端に前記第１ハンド２３および前記第２ハンド２４を交換可能に装着するアーム２２と、を備え、前記第１ハンド２３は、床１３の所定位置との位置関係を規定する位置決め部２３３を有し、前記アーム２２は、前記第１ハンド２３を装着し、前記位置決め部２３３を前記所定位置に固定し、前記第１ハンド２３に代えて前記第２ハンド２４を装着し、前記第２ハンド２４に代えて前記第１ハンド２３を装着する。【選択図】図１

Description

本発明は、第１ハンド、第２ハンド、ならびに、先端に第１ハンドおよび第２ハンドを交換可能に装着するアームを備えるロボットに関する。

従来、ロボットを用いて特定の作業を行う装置として、たとえば、特許文献１の搬送装置および組立装置が挙げられる。この搬送装置には複数の搬送ユニットが設けられている。各搬送ユニットは、ロータリーインデックス、ロータリーインデックスの前に配置されるスカラロボット、および、隣接するスカラロボットの間に配置されるワーク台を備えている。

このロータリーインデックス上に供給されたワークは、ロータリーインデックスによりスカラロボットの前に移送される。そして、ワークは、スカラロボットによりワーク台に移送され、隣接するスカラロボットにより隣接するロータリーインデックスに移送される。続いて、ワークは、ロータリーインデックスにより作業者または自動組立ロボットへ移送され、ここで部品が供給されて組み立てられる。

特開２０１２−１９７１７５号公報

上記特許文献１の搬送装置および組立装置では、ワークの搬送にロータリーインデックスおよびスカラロボットが設けられている上、これ以外に部品の供給に作業者または自動組立ロボットが用いられている。このため、装置が大型化する。

これに対し、ワークの搬送および部品の供給を１つのロボットで行うことが考えられる。このワークおよび部品をその形状および大きさに関わらず速やか搬送するためには、ワークおよび部品のそれぞれに保持するハンドを予め取り付けておく方法が採られうる。

この場合、アームにワークのハンドを取り付けて、ワークを作業者の前に搬送する。そして、アームはワークのハンドから部品のハンドに取り替えて、部品をワークに供給する。この部品をワークの組み付けた後、アームは部品のハンドからワークのハンドに取り替えて、部品が組み付けられたワークを搬送する。

このように、ワークのハンドから部品のハンドに取り替えた際、ハンドをワークから取り外さない場合、部品の供給後にワークのハンドを取り外した位置にアームを戻す必要がある。ただし、部品をワークの組み付けた際、ワークが動いて、それに伴いハンドの位置が変わってしまうことがある。この場合、取り外した位置からハンドの位置がずれているため、取り外した位置にアームを戻しても、ハンドをアームに装着することができなくなる。

一方、ワークのハンドから部品のハンドに取り替えた際、ハンドをワークから取り外して所定の場所に載置すると、所定の場所にハンドを戻せば、ハンドをアームに装着することができる。しかし、ハンドの載置場所が必要になり、装置が大型化する。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ロボットにおいて、小型化および作業効率の向上が図られる。

本発明の一態様に係るロボットは、第１ハンドと、第２ハンドと、先端に前記第１ハンドおよび前記第２ハンドを交換可能に装着するアームと、を備え、前記第１ハンドは、床の所定位置との位置関係を規定する位置決め部を有し、前記アームは、前記第１ハンドを装着し、前記位置決め部を前記床の所定位置に固定し、前記第１ハンドに代えて前記第２ハンドを装着し、前記第２ハンドに代えて前記第１ハンドを装着する。

上記構成によれば、特定の作業にアームを制御すればよいため、小型化が図られる。また、第１ハンドから第２ハンドに取り替えた際、たとえば、第１ハンドをワークに取り付けたままにすると、第１ハンドの載置場所が不要であり、小型化が図られる。さらに、位置決め部を床の所定位置に固定することにより、所定位置との位置関係が規定されるため、取り外した位置にアームを戻して第１ハンドをアームに装着することができるため、作業効率の向上がはかられる。

ロボットでは、前記床の所定位置に設けられた被位置決め部は前記床に設けられた突部であり、前記位置決め部は前記第１ハンドの下面に設けられかつ前記突部に嵌められる窪み部であってもよい。上記構成によれば、第１ハンドを被位置決め部上に配置することにより、第１ハンドの窪み部が被位置決め部の突部に嵌り、位置決め部を所定位置に簡単に固定することができる。

ロボットでは、前記第１ハンドは、ワークの取付部内に挿入されかつ互いの間隔を変更可能な一対の支持部材を有し、前記取付部内において一対の前記支持部材の互いの間隔を広げて前記第１ハンドが前記ワークを保持してもよい。上記構成によれば、一対の支持部材を取付部内に挿入して間隔を広げることにより、ワークと第１ハンドを固定することができると共に、その位置関係を規定することができる。よって、床の所定位置に固定された第１ハンドを介して、ワークと床との位置関係が固定される。

本発明によれば、ロボットにおいて、小型化および作業効率の向上が図られる。

本発明の第１実施形態に係るロボットの概略構成を示す模式図である。図２Ａは第１ハンドによりワークを保持した状態を下方から視た図である。図２Ｂは、図２Ａを側方から視た図である。制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。アームに第２ハンドを装着した状態を示す図である。アームにより部品を供給している状態を示す図である。アームを第１ハンドに装着した状態を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

本実施形態１に係るロボット２０は、特定の作業を行うことが可能な装置である。特に、ロボット２０は、ワーク１１の搬送および別の作業を行うことが可能な装置である。別の作業として、以下では、部品１２を保持してワーク１１に供給する作業について説明するが、これ以外の作業でもよい。たとえば、ノズルを保持してワーク１１にノズルから液体をワーク１１に噴霧する作業でもよい。

本実施形態に係るロボット２０は、６軸の垂直多関節型ロボットである。ただし、本発明は上記に限定されず、水平多関節型・垂直多関節型を問わず、また、軸数を問わず、多関節アームを備えるロボットに広く適用することができる。

ロボット２０は、ベース２１と、ベース２１に支持された多関節アーム（以下、単に「アーム」という）２２と、アーム２２の先端部に装着された第１ハンド２３または第２ハンド２４と、アーム２２および第１ハンド２３、第２ハンド２４の動作を制御する制御装置２５とを備えている。

アーム２２は、複数のリンクが直列的に連接されて成る。具体的には、アーム２２は、第１リンク２２１、第２リンク２２２、第３リンク２２３、第４リンク２２４、第５リンク２２５、第６リンク２２６の各リンクが、基端部から先端部へ向けてこの順に連接されて成る。

第１リンク２２１は、ベース２１に対し、旋回関節ＪＴ１を介して垂直軸回りを旋回可能に連結されている。第２リンク２２２の基端部は、第１リンク２２１に回転関節ＪＴ２を介して連結されている。第２リンク２２２の先端部と第３リンク２２３の基端部とは回転関節ＪＴ３を介して連結されている。回転関節ＪＴ２、ＪＴ３は、リンク同士を水平軸回りに垂直に回転するように連結する関節である。第３リンク２２３の先端部と第４リンク２２４の基端部とは捻れ関節ＪＴ４を介して連結されている。

第４リンク２２４の先端部と第５リンク２２５の基端部とは回転関節ＪＴ５を介して連結されている。第５リンク２２５の先端部と第６リンク２２６の基端部とは捻れ関節ＪＴ６を介して連結されている。回転関節ＪＴ５および捻れ関節ＪＴ６を含む第４リンク２２４、第５リンク２２５および第６リンク２２６の連接体は、アーム２２の手首部を構成している。

第６リンク２２６の先端部にはメカニカルインターフェース２２７が設けられている。このメカニカルインターフェース２２７に第１ハンド２３および第２ハンド２４が互いに交換可能に装着される。

第１ハンド２３は、第１装着面２３１、第１保持部２３２および位置決め部２３３を有している。第１装着面２３１は、メカニカルインターフェース２２７が取り付けられる面であって、たとえば、第１ハンド２３の上面において水平に設けられている。第１保持部２３２は、ワーク１１を保持する保持部であって、ワーク１１に予め取り付けられていてもよいし、ワーク１１を最初に搬送する前に取り付けられてもよい。

位置決め部２３３は、床１３と第１ハンド２３との位置関係を規定し、床１３の所定位置（第１所定位置）に第１ハンド２３を脱着可能に取り付けるための部分である。位置決め部２３３は、たとえば、第１ハンド２３において被位置決め部１３ａに取り付けられ、第１ハンド２３の下面に設けられた窪みにより形成される。被位置決め部１３ａは、第１ハンド２３の目標位置を定めるものであって、たとえば、床１３から突き出すピンなどの突起で形成される。

第２ハンド２４は、第２装着面２４１および第２保持部２４２を有している。第２装着面２４１は、メカニカルインターフェース２２７が取り付けられる面であって、たとえば、第２ハンド２４の上面において水平に設けられている。第２保持部２４２は、ワーク１１に取り付けられる部品１２を保持する保持部であって、部品１２に予め取り付けられている。

アーム２２は、各関節ＪＴ１〜ＪＴ６（軸）に対応した関節駆動部を備えている。各関節駆動部は、サーボドライバ、サーボモータ、回転角検出器および減速機などを含んでいる。サーボモータの回転は制御装置２５によってサーボ制御される。

制御装置２５は、図３に示すように、ＣＰＵ等の演算部２５ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部２５ｂと、サーボ制御部２５ｃと、を備える。制御装置２５は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。なお、制御装置２５は、集中制御する単独の制御装置２５によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置２５によって構成されていてもよい。

記憶部２５ｂには、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部２５ａは、記憶部２５ｂに記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、ロボット２０の各種動作を制御する。たとえば、制御装置２５は、記憶部２５ｂに予め記憶されたプログラム、または、作業者により入力された操作に基づいてアーム２２の動作およびメカニカルインターフェース２２７の脱着を制御する。

すなわち、演算部２５ａは、ロボット２０の制御指令を生成し、これをサーボ制御部２５ｃに出力する。サーボ制御部２５ｃは、演算部２５ａにより生成された制御指令に基づいて、アーム２２の各関節ＪＴ１〜ＪＴ６に対応するサーボモータの駆動を制御するように構成されている。

次に、第１ハンド２３の第１保持部２３２について図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明する。第１保持部２３２は、たとえば、一対の支持部材２３ａ、２３ｂにより構成されており、これによりワーク１１を保持する。たとえば、支持部材２３ａ、２３ｂは、板状部材であり、第１装着面２３１の中心の下方から側方へ突き出し長く延びている。一対の支持部材２３ａ、２３ｂは、互いに平行に並べられている。一対の支持部材２３ａ、２３ｂの側面のうち、互いに対向する側面を内側面と称し、この内側面に対向する側面を外側面と称する。

一対の支持部材２３ａ、２３ｂには、直動式アクチュエータなどの直動装置が取り付けられている。これにより、一対の支持部材２３ａ、２３ｂは、その並び方向に移動し、互いの間隔を変化させる。

次に、上記構成のロボット２０の動作について、図１〜図６を参照して説明する。この動作は制御装置２５により制御される。たとえば、ワーク１１は、コントローラなどの構成部材がカート内に予め組み込まれたカートアッシである。部品１２は、たとえば、リンクとジョイントとを予め組み合わせたアームアッシである。ただし、ワーク１１はカートアッシに限定されず、また、部品１２はアームアッシに限定されない。

まず、図１に示すように、アーム２２の先端部のメカニカルインターフェース２２７を第１ハンド２３の第１装着面２３１に取り付け、第１ハンド２３をアーム２２の先端に装着する。これにより、アーム２２の動きに応じて第１ハンド２３が移動および動作する。

第１ハンド２３は第１保持部２３２によりワーク１１を保持する。この際、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第１保持部２３２の一対の支持部材２３ａ、２３ｂを、その並び方向がワーク１１の下面に対して平行になるように、ワーク１１の下部に設けられた取付部１１ａ内に挿入する。この取付部１１ａは、ワーク１１の下面に取り付けられた筒状形状である。たとえば、取付部１１ａは、長方形の断面を有する角筒形状であり、直方体形状の内部空間を有し、この内部空間は取付口を介して外部に通じている。取付部１１ａは、ワーク１１の一方側辺から、これに対向する他方側辺の近傍まで直線状に長く延びる。取付口は、ワーク１１の一方側辺に設けられている。

一対の支持部材２３ａ、２３ｂは、取付口から取付部１１ａ内に挿入される。支持部材２３ａ、２３ｂは、その長手方向における位置がセンサ（図示せず）により検出されて、取付部１１ａの所定位置に配置される。そして、一対の支持部材２３ａ、２３ｂは、その並び方向に間隔が拡がるように移動される。これにより、支持部材２３ａの外側面はこれに対向する取付部１１ａの内面に接し、支持部材２３ｂの外側面はこれに対向する取付部１１ａの内面に接する。このように、一対の支持部材２３ａ、２３ｂが取付部１１ａの内面に対して突っ張り、一対の支持部材２３ａ、２３ｂはその並び方向において取付部１１ａに固定される。また、支持部材２３ａ、２３ｂの外側面と取付部１１ａの内面との摩擦力により、一対の支持部材２３ａ、２３ｂはその長手方向において取付部１１ａに固定される。

さらに、上下方向における支持部材２３ａ、２３ｂの高さは取付部１１ａの内面における高さと等しい。このため、上下方向においても、支持部材２３ａ、２３ｂは取付部１１ａに固定される。このようにして、一対の支持部材２３ａ、２３ｂは、その並び方向、長手方向および上下方向のいずれにおいても取付部１１ａに固定され、第１ハンド２３とワーク１１との位置関係が固定される。

図１に示すように、アーム２２の各駆動部を駆動し、第１ハンド２３に保持されているワーク１１を作業員の前に搬送する。作業員の前には被位置決め部１３ａが床１３に設けられている。このため、被位置決め部１３ａ上に位置決め部２３３が位置するように第１ハンド２３を床１３に配置する。これにより、被位置決め部１３ａが位置決め部２３３に嵌り、第１ハンド２３を床１３の第１所定位置に固定される。

図４に示すように、アーム２２の先端部から第１ハンド２３を取り外す。ただし、第１ハンド２３をワーク１１から取り外さずに、ワーク１１に取り付けられたまま維持する。そして、所定位置（第２所定位置）に配置されている第２ハンド２４へアーム２２を移動する。そして、アーム２２のメカニカルインターフェース２２７を第２ハンド２４の第２装着面２４１に取り付け、第２ハンド２４をアーム２２に装着する。これにより、アーム２２の動きに応じて第２ハンド２４、および、これに予め保持されている部品１２が移動する。

図５に示すように、アーム２２の駆動により第２ハンド２４に保持されている部品１２をワーク１１上に搬送する。ここで、ワーク１１は床１３に対して直接的に位置決めされていない。ただし、位置決め部２３３および被位置決め部１３ａにより第１ハンド２３と床１３の第１所定位置との位置関係は固定され、かつ、第１保持部２３２および取付部１１ａによりワーク１１と第１ハンド２３との位置関係は固定されている。このため、これらにより、ワーク１１は床１３に位置決めされ、所定位置（第３所定位置）に配される。よって、この第３所定位置に第２ハンド２４を移動することにより、第２ハンド２４に保持された部品１２はワーク１１上に配される。

そして、作業員が部品１２をワーク１１に組み付ける作業を行う。このような作業員の組み付け作業によりワーク１１が第３所定位置から動くことがある。ただし、位置決め部２３３および被位置決め部１３ａにより第１ハンド２３は第１所定位置に固定されているため、第１ハンド２３は第１所定位置から動かない。

図６に示すように、アーム２２の先端部から第２ハンド２４を取り外す。そして、第１ハンド２３へアーム２２を移動させる。この際、部品１２の組み付け作業などによりワーク１１が搬送した位置からずれていることがあるが、第１ハンド２３はその位置決め部２３３により第１所定位置に配置される被位置決め部１３ａに固定されている。よって、第１所定位置に基づいてアーム２２の先端部を移動すると、アーム２２のメカニカルインターフェース２２７が第１ハンド２３の第１装着面２３１の対向位置に配される。よって、メカニカルインターフェース２２７を第１装着面２３１に取り付け、第１ハンド２３をアーム２２に装着する。これにより、アーム２２を駆動して、ワーク１１を搬送する。

上記構成によれば、アーム２２は、第１ハンド２３を装着してワーク１１を搬送し、位置決め部２３３を所定位置に固定し、第１ハンド２３に代えて第２ハンド２４を装着して部品１２をワーク１１に供給し、第２ハンド２４に代えて第１ハンド２３を装着してワーク１１を搬送する。

このように、床１３の第１所定位置との位置関係を規定する位置決め部２３３により、第１ハンド２３は第１所定位置に固定されている。このため、たとえ、ワーク１１に部品１２を組み付ける作業によりワーク１１が移動しても、アーム２２から第１ハンド２３を取り外した後、再び、第１ハンド２３に取り付ける際、第１所定位置に基づいて第１ハンド２３を取り外した位置にアーム２２の先端を配置することにより、第１ハンド２３をアーム２２に確実に装着することができ、作業効率の向上が図られる。

また、ロボット１０によりワーク１１の搬送および部品１２の供給が行えるため、装置の小型化が図られる。さらに、第２ハンド２４にアーム２２を装着している間、第１ハンド２３をワーク１１に取り付けたままであるため、第１ハンド２３を載置する場所が必要なく、装置の小型化が図られる。

また、被位置決め部１３ａは床１３に設けられた突部であり、位置決め部２３３は第１ハンド２３の下面に設けられかつ突部に嵌められる窪み部である。このため、被位置決め部１３ａ上に位置決め部２３３が位置するように第１ハンド２３を床１３に降ろすだけで、位置決め部２３３に被位置決め部１３ａが嵌り、第１ハンド２３が第１所定位置に固定される。

さらに、第１ハンド２３は、ワーク１１の取付部１１ａ内に挿入されかつ互いの間隔を変更可能な一対の支持部材２３ａ、２３ｂを有し、取付部１１ａ内において一対の支持部材２３ａ、２３ｂの互いの間隔を広げて第１ハンド２３がワーク１１を保持する。このように、第１ハンド２３とワーク１１との位置関係を固定することにより、位置決め部２３３および被位置決め部１３ａにより固定された第１ハンド２３と床１３の第１所定位置とを介して、ワーク１１は床１３の第３所定値に固定される。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、小型化および作業効率の向上が図られるロボットとして有用である。

１１：ワーク
１１ａ：取付部
１３：床
１３ａ：被位置決め部
２０：ロボット
２２：アーム
２３：第１ハンド
２３ａ：支持部材
２３ｂ：支持部材
２４：第２ハンド
２２７：メカニカルインターフェース
２３３：位置決め部

Claims

第１ハンドと、
第２ハンドと、
先端に前記第１ハンドおよび前記第２ハンドを交換可能に装着するアームと、を備え、
前記第１ハンドは、床の所定位置との位置関係を規定する位置決め部を有し、
前記アームは、前記第１ハンドを装着し、前記位置決め部を前記床の所定位置に固定し、前記第１ハンドに代えて前記第２ハンドを装着し、前記第２ハンドに代えて前記第１ハンドを装着する、ロボット。
前記床の所定位置に設けられた被位置決め部は前記床に設けられた突部であり、
前記位置決め部は前記第１ハンドの下面に設けられかつ前記突部に嵌められる窪み部である、請求項１に記載のロボット。
前記第１ハンドは、ワークの取付部内に挿入されかつ互いの間隔を変更可能な一対の支持部材を有し、
前記取付部内において一対の前記支持部材の互いの間隔を広げて前記第１ハンドが前記ワークを保持する、請求項１または２に記載のロボット。