JP2023107062A - Workpiece transport device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、たとえば任意のワークを加工機に搬出入して自動加工ラインを構築することができるワークの搬送装置に関する。
BACKGROUND OF THE
多関節形のロボットアームをガイドレール上のキャリヤに搭載し、キャリヤを移動させることにより、エンドエフェクタを介してロボットアームに把持するワークを搬送するワークの搬送装置が実用されている。 2. Description of the Related Art A workpiece transfer device has been put into practical use, in which an articulated robot arm is mounted on a carrier on a guide rail, and the carrier is moved to transfer a workpiece gripped by the robot arm via an end effector.
従来のワークの搬送装置は、ガイドレール1上のキャリヤ2の上面にロボットアーム3を上向きに搭載する地上走行形(図12(A))と、ガイドレール1上のキャリヤ2の下面からロボットアーム3を下向きに吊下する天吊り形(同図(B))とに大別される(たとえば特許文献1、2)。前者のガイドレール1は、短い支柱1a、1aを介して地上に近い低い位置に設置され、後者のガイドレール1は、長い支柱1b、1bを介し、たとえば頭上レベル以上の十分高い位置に設置されるのが普通である。
Conventional work transfer devices include a ground traveling type in which a
かかる従来技術の前者によるときは、ガイドレール1が地上近くに設置されるため、ガイドレール1を横切る方向の人の動線が完全に遮断されてしまうという問題があった。後者によるときは、ロボットアーム3がガイドレール1から下方に垂下して移動するため、ガイドレール1の下方の安全性を確保できず、ガイドレール1の全長に亘って、ガイドレール1を横切る方向の人の動線が確保できないという問題があった。また、このようにして人の動線が制約されると、機械設備の保守点検に支障を来たしたり、工場レイアウトに不必要な制約を生じたりすることが少なくない。
According to the former conventional technology, since the
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、ガイドレール上のキャリヤに対するロボットアームの装着態様を工夫することによって、ガイドレールを横切る方向に人の動線を確保することができるワークの搬送装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, in view of the problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a workpiece which can secure a human flow line in a direction crossing the guide rail by devising a manner in which a robot arm is attached to a carrier on the guide rail. to provide a conveying device for
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、ガイドレールと、ガイドレールに沿って往復走行するキャリヤと、キャリヤに搭載する多関節形のロボットアームとを備えてなり、キャリヤは、片側に突出する取付面を有し、ロボットアームは、第1軸フレームを取付面に回転自在に装着し、第1軸フレームの回転中心軸をガイドレールと平行にすることをその要旨とする。 The construction of the present invention for achieving this object comprises a guide rail, a carrier that reciprocates along the guide rail, and an articulated robot arm mounted on the carrier, the carrier protruding to one side. The gist of the robot arm is that the first shaft frame is rotatably mounted on the mounting surface, and the central axis of rotation of the first shaft frame is parallel to the guide rail.
なお、キャリヤには、キャリヤをガイドレール上の所定位置に固定する可動ストッパを設けることができる。 In addition, the carrier can be provided with a movable stopper for fixing the carrier at a predetermined position on the guide rail.
また、キャリヤには、第1軸フレームを0°位置にロックする可動ブロックを設けてもよく、第1軸フレームの回転角度範囲を規制する固定ブロックを設けてもよい。 Further, the carrier may be provided with a movable block that locks the first axis frame at the 0° position, or may be provided with a fixed block that regulates the rotation angle range of the first axis frame.
さらに、ロボットアームは、ガイドレールの下方に突出しないように折畳み可能としてもよく、キャリヤは、前後一対の取付面を有し、ロボットアームは、各取付面に装着する前後一対を設けてもよい。 Further, the robot arm may be foldable so as not to protrude below the guide rail, the carrier may have a pair of front and rear mounting surfaces, and the robot arm may have a front and rear pair mounted on each mounting surface. .
かかる発明の構成によるときは、多関節形のロボットアームは、キャリヤの走行方向に垂直にキャリヤの片側に突出する取付面に対し、第1軸フレームを回転自在に装着するとともに、第1軸フレームの回転中心軸がガイドレールと平行に設定されている。そこで、ロボットアームは、その全体をガイドレールの下面より高くなるように折り畳み、キャリヤを介してガイドレールに沿って移動させることにより、ガイドレールの下方の安全性を確保でき、ガイドレールを横切る方向、すなわちガイドレールの下を通過する方向の人の動線を確保することができる。なお、ロボットアームは、ワークのピッキング動作やストック動作、加工機への搬出入動作などの際には、ガイドレールの下方に伸展させる必要があるが、これらの各動作位置は、ガイドレールの長さ方向の特定範囲に限られており、人の動線から除外することができる。また、ロボットアームは、たとえば6軸の垂直多関節形であって、ワークに適合するエンドエフェクタ(ロボットハンド)を先端に装着して作動させる。 According to the configuration of the invention, the articulated robot arm has the first axis frame rotatably mounted on the mounting surface protruding to one side of the carrier perpendicularly to the running direction of the carrier. is set parallel to the guide rail. Therefore, the entire robot arm is folded so as to be higher than the lower surface of the guide rail, and is moved along the guide rail via the carrier, thereby ensuring safety below the guide rail and allowing the robot arm to move in the direction across the guide rail. In other words, it is possible to secure the line of flow of people in the direction of passing under the guide rail. The robot arm must be extended below the guide rail when picking and stocking workpieces, or when carrying the workpiece in and out of the processing machine. It is limited to a specific range in the vertical direction and can be excluded from the human flow line. Further, the robot arm is, for example, of a 6-axis vertical articulated type, and is operated by attaching an end effector (robot hand) suitable for the work to its tip.
キャリヤに設ける可動ストッパは、キャリヤをガイドレール上の所定位置に固定し、たとえばロボットアームを伸展して加工前のワークをパレットから取り出すピッキング動作や、加工済みのワークをストッカにストックするストック動作の際などにおいて、ロボットアームを作動させるときの安全性を向上させることができる。 The movable stopper provided on the carrier fixes the carrier at a predetermined position on the guide rail, and is used for picking operations, such as extending the robot arm to take out unprocessed workpieces from a pallet, and stocking operations for stocking processed workpieces in a stocker. It is possible to improve the safety when operating the robot arm in an event or the like.
キャリヤに設ける可動ブロックは、ロボットアームの第1軸フレームを0°位置にロックしてロボットアームの自由度を制限することにより、たとえば狭小な開口部を介して加工機にワークを搬出入する際などにおいて、キャリヤを移動させながらロボットアームを作動させるときの安全性を向上させることができる。ただし、0°位置とは、ロボットアームがガイドレールと平行な鉛直平面に沿って動作するときの第1軸フレームの回転角度位置をいう。 A movable block provided on the carrier locks the first axis frame of the robot arm at the 0° position to limit the degree of freedom of the robot arm, thereby making it possible to carry the workpiece in and out of the processing machine through a narrow opening, for example. etc., it is possible to improve the safety when operating the robot arm while moving the carrier. However, the 0° position refers to the rotation angle position of the first axis frame when the robot arm moves along a vertical plane parallel to the guide rail.
キャリヤに設ける固定ブロックは、ロボットアームの第1軸フレームの回転角度範囲を規制し、ロボットアームがガイドレールなどの他の部材と不用意に干渉するおそれを排除するとともに、たとえばワークのピッキング動作やストック動作などの際に、ロボットアームの必要な可動範囲を安全に確保することができる。 The fixed block provided on the carrier regulates the rotation angle range of the first axis frame of the robot arm, eliminates the risk of the robot arm inadvertently interfering with other members such as guide rails, and prevents the robot arm from inadvertently interfering with other members such as a workpiece picking operation. It is possible to safely secure the necessary movable range of the robot arm during stock operation.
ロボットアームは、ガイドレールの下方に突出しないように、すなわちガイドレールの下面より高くなるように折り畳むことにより、ガイドレールの下方の安全性を確保して人の動線を妨げるおそれがない。 By folding the robot arm so that it does not protrude below the guide rail, that is, so that it is higher than the lower surface of the guide rail, the safety below the guide rail is ensured and there is no risk of interfering with the movement of people.
キャリヤの前後一対の取付面にそれぞれ装着する前後一対のロボットアームは、それぞれ単独で動作させる他、両者を協働動作させることにより、長物、箱物などの多様なワークを一層安定に把持して搬送することができる。 A pair of front and rear robot arms, which are attached to a pair of front and rear mounting surfaces of the carrier, respectively, can be operated independently or in cooperation with each other to more stably grip various workpieces such as long objects and box objects. can be transported.
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the invention will be described below with reference to the drawings.
ワークの搬送装置は、ガイドレール10、キャリヤ20、前後一対のロボットアーム30、30を備えてなる(図1)。ただし、図1(A)~(C)は、それぞれ全体正面図、左側面図、右側面図である。なお、以下の説明において、ガイドレール10に平行な方向を前後方向とし、ガイドレール10に直交する方向を左右方向とする。
A work transfer device comprises a
ガイドレール10は、角筒状のレール本体11と、レール本体11の上面、下面にそれぞれ上向き、下向きに突設する板状のレール片12、13と、レール本体11の両端を支持する支柱14、14とを備えて構成されている。各支柱14の下端には、ベース材14aが付設されている。
The
キャリヤ20は、角筒状の主材21と、主材21と一体の箱体22と、前後一対の上のローラ枠23、23と、下のローラ枠24とを備えて構成されている(図2、図3)。
The
主材21は、ガイドレール10の上方を横切り、ガイドレール10の片側に突出するようにして配置されており、箱体22は、主材21の先端側の下面に旗状に形成されている。上のローラ枠23、23は、補助枠23a、23aを介して主材21の基部の両側面にそれぞれ前向き、後向きに装着されている(図3、図4(A))。各ローラ枠23には、ガイドレール10の上のレール片12の上端面に沿って垂直回転する支持ローラ23bと、レール片12を挟み込んで水平回転する大小のガイドローラ23c、23dとが組み付けられている。
The
下のローラ枠24は、補助枠24aを介して箱体22の下面に連結されている(図2、図3)。下のローラ枠24の前後両端部には、それぞれガイドレール10の下のレール片13を挟み込んで水平回転する大小のガイドローラ24b、24cが組み付けられている。
The
上のローラ枠23用の一方の補助枠23aには、キャリヤ20の走行用のモータ25が下向きに搭載されている。モータ25の軸端には、ピニオン25aが固定され、ピニオン25aは、上のレール片12の基部に固定するラック25bに噛合している。そこで、モータ25を正逆に回転駆動すると、キャリヤ20をガイドレール10に沿って往復走行させることができる。なお、キャリヤ20の垂直荷重は、前後の支持ローラ23b、23bによって支持され、主材21、箱体22がキャリヤ20の片側に突出して生じる回転モーメントによる水平荷重は、前後の各上下の大径のガイドローラ23c、23c、24b、24bによって支持されている。
A
モータ25を搭載する補助枠23aには、可動ストッパ26が併せて搭載されている(図3、図4(A))。可動ストッパ26は、補助枠23aを上下に貫通するガイドスリーブ26c内を昇降する摺動ピンであり、上端が下向きのソレノイド26aに連結されている。可動ストッパ26は、ソレノイド26aを介して上昇させると、ガイドレール10のレール本体11上に設置する係合ブロック26d、26dから離れ、キャリヤ20をガイドレール10に沿って走行自在に解放することができ、ソレノイド26aを介して下降させると(図4(B))、下端が係合ブロック26d、26dに係合してキャリヤ20をガイドレール10上の所定位置に固定することができる。
A
箱体22の前面側、後面側には、それぞれロボットアーム30用の取付面22aが形成されている(図2、図3)。各取付面22aは、ガイドレール10に沿うキャリヤ20の走行方向に垂直に、キャリヤ20の片側に突出するようにして主材21の前後の側面と一体に形成されている。各ロボットアーム30の第1軸フレーム31は、取付面22aに設置する図示しないロボットベースを介し、取付面22aに回転自在に装着されている。なお、第1軸フレーム31の回転中心軸C1 は、水平面内においてガイドレール10と平行である。各ロボットアーム30は、回転中心軸C1 ~C6 を有する6軸の垂直多関節形であり、互いに背向する同一仕様の前後一対が取付面22a、22aに装着されている。
取付面22a、22aには、それぞれ固定ブロック27a、27bが設置されている(図3、図5(A))。固定ブロック27a、27bは、ロボットアーム30の第1軸フレーム31の外周に沿う円弧状に形成されており、第1軸フレーム31の下半部の両側に配置されている。また、第1軸フレーム31には、0°位置Po に合わせて、回転中心軸C1 の直下に係合ピン27cが付設されている(図2、図5(A))。そこで、固定ブロック27a、27bは、それぞれ第1軸フレーム31の下半部がガイドレール10に近付く方向、遠去かる方向に回転するとき、係合ピン27cと係合してそれぞれの方向の回転角度範囲δ1 、δ2 を規制し、第1軸フレーム31の全体としての回転角度範囲δ=δ1 +δ2 を規制することができる。
Fixing
取付面22a、22aの下部には、それぞれ凹字状の可動ブロック28が昇降自在に組み付けられている。可動ブロック28は、ソレノイド28aを介し、摺動ガイド28bに沿って昇降駆動することができ、第1軸フレーム31が0°位置Po にあるときに上昇させると、係合ピン27cに下側から係合して第1軸フレーム31を0°位置Po にロックすることができ、下降させると(図5(B))、係合ピン27cとの係合が外れて、第1軸フレーム31のロックを解放することができる。
U-shaped
ガイドレール10、キャリヤ20、ロボットアーム30、30の形態を模式的に示すと、図6のとおりである。
FIG. 6 schematically shows the configuration of the
ワークの搬送装置は、ロボットアーム30、30をガイドレール10の下方に突出しないように折り畳んだ上、キャリヤ20をガイドレール10に沿って前後に往復走行させることができる(図1)。すなわち、たとえば人の頭上レベル以上にガイドレール10を設置すれば、各ロボットアーム30を下方に伸展してワークのピッキング動作、ストック動作、加工機への搬出入動作などを実行する特定位置以外の全部について、ガイドレール10の下部空間の安全性を保ち、ガイドレール10を横切る方向の人の動線を確保することができる。なお、キャリヤ20を移動走行させるとき、ロボットアーム30、30は、それぞれ可動ブロック28を介して第1軸フレーム31を0°位置Po にロックし(図5(A))、キャリヤ20は、可動ストッパ26を上昇させて走行自在に解放するものとする(図4(A))。
The work transfer device folds the
ワークの搬送装置を利用する自動加工ラインの基本レイアウトの一例を図7(A)に示す。なお、図7(A)において、ガイドレール10は、所定長さごとにユニット化されており、複数の支柱14、14…を介して床F上に設置されている。また、ガイドレール10の両端には、キャリヤ20用の止め部材15、15が立設され、ガイドレール10、ロボットアーム30、30の下側には、ガイドレール10の全長に亘りオイルパン16が付設されている。なお、以降の説明、図面において、ロボットアーム30によりワークWを把持するためのエンドエフェクタについては、その説明、図示が省略されている。
FIG. 7A shows an example of a basic layout of an automatic processing line that uses a work conveying device. In FIG. 7A, the
ガイドレール10の上流側(後方側)には、加工前のワークW、W…をランダムに投入するかご形のパレット51が台座51a上に設置され、ワークWのピッキング領域R1 が設定されている。ピッキング領域R1 の上方には、ロボットアーム30によるワークWのバラ積みピッキング動作を実現するために、3Dカメラ51bが設置されている。
On the upstream side (rear side) of the
ガイドレール10の中流側には、ワークWを加工する加工機52が設置されており、ロボットアーム30、30による加工前のワークWの搬入動作、加工済みのワークWの搬出動作のために、ワークWの搬出入領域R2 が設定されている。ただし、加工機52は、複数台を直列配置することにより、複数の加工段階を経てワークWを加工してもよく、そのときのワークWは、ロボットアーム30、30により加工機ごとに順に搬出入動作を実行するものとする。
A processing
ガイドレール10の下流側(前方側)には、加工済みのワークW、W…をストックするワークスタンド53が設置され、ロボットアーム30によるワークWのストック動作のために、ワークWのストック領域R3 が設定されている。
On the downstream side (front side) of the
なお、オイルパン16の底面には、ピッキング領域R1 、搬出入領域R2 、ストック領域R3 に対応させて、ロボットアーム30、30を動作させるために、図示しない開口部が形成されている。また、各ロボットアーム30は、上方に折り畳むと、エンドエフェクタを介して把持するワークWをオイルパン16の底面より高く引き上げて保持することができる。
Openings (not shown) are formed in the bottom surface of the
自動加工ラインの概略動作は、たとえば次のとおりである。 A schematic operation of the automatic processing line is, for example, as follows.
まず、キャリヤ20をピッキング領域R1 の直近下流側の所定位置に移動し、可動ストッパ26を介して固定する(図7(A))。また、上流側のロボットアーム30用の可動ブロック28を操作して、第1軸フレーム31のロックを解放し(図5(B))、固定ブロック27a、27bにより第1軸フレーム31が回転角度範囲δ=δ1 +δ2 内に回転可能とする。
First, the
次に、上流側のロボットアーム30を下方に伸展して(図7(B))、パレット51内の加工前のワークWをバラ積みピッキングして取り出す。すなわち、ロボットアーム30が加工前のワークWを把持したら、そのままロボットアーム30を上方に折り畳み、可動ブロック28により第1軸フレーム31を0°位置Po にロックするとともに(図5(A))、可動ストッパ26によりキャリヤ20を解放する(図4(A))。
Next, the
つづいて、キャリヤ20を加工機52の上方の搬出入領域R2 の直近上流側にまで移動して、下流側のロボットアーム30を加工機52内に伸展し(図8(A))、加工機52内の加工済みのワークWを把持させる。その後、下流側のロボットアーム30を上方に折り畳むことにより加工済みのワークWを加工機52から搬出すると、キャリヤ20を搬出入領域R2 の直近下流側に移動して上流側のロボットアーム30を下方に伸展し(図8(B))、加工前のワークWを加工機52に搬入する。
Subsequently, the
その後、上流側のロボットアーム30を上方に折り畳み、キャリヤ20をワークスタンド53に対応するストック領域R3 の直近上流側に移動させて所定位置に固定するとともに第1軸フレーム31のロックを解放し、下流側のロボットアーム30を下方に伸展させて(図9(A))、把持中の加工済みのワークWをワークスタンド53の所定位置に収納する。つづいて、下流側のロボットアーム30を上方に折り畳み、第1軸フレーム31をロックするとともにキャリヤ20の固定を解除してキャリヤ20を元のピッキング領域R1 の直近下流側にまで戻した上(図9(B))、図7(A)以下の動作を繰り返せばよい。
After that, the
上流側のロボットアーム30による加工前のワークWのピッキング動作は、可動ストッパ26を介してキャリヤ20を所定位置に固定するとともに(図10(A))、可動ブロック28によるロックを解放して第1軸フレーム31を回転角度範囲δ=δ1 +δ2 に回転可能とすることにより、ロボットアーム30の可動範囲Mをガイドレール10の上下方向だけでなく、ガイドレール10の直交方向にも拡大し(同図(B))、パレット51内にバラ積みされるワークWのピッキング動作に容易に対応させることができる。なお、固定ブロック27a、27bによる第1軸フレーム31の回転角度範囲δは、たとえばδ1 =10°、δ2 =25°、δ=35°に設定することができる。また、以上のピッキング動作の動作内容は、下流側のロボットアーム30による加工済みのワークWのストック動作に対し、そのまま準用することができる。
In the picking operation of the workpiece W before processing by the
一方、上流側のロボットアーム30により加工前のワークWを加工機52に搬入するときは、キャリヤ20を所定位置に移動するとともに(図11(A))、可動ブロック28を介して第1軸フレーム31を0°位置Po にロックしたままロボットアーム30を加工機52のアクセス用の開口部52a内に伸展させる。このとき、ロボットアーム30の先端が開口部52a内に垂直に下降するように(図11(A)、(B)の各矢印K1 方向)、ロボットアーム30を下降させながらキャリヤ20を上流側に適切な速度で移動させることにより(図11(A)の矢印K2 方向)、加工機52に設ける開口部52aのサイズS=S1 ・S2 を必要最小に抑えることができる。ただし、S1 、S2 は、それぞれ開口部52aの幅、奥行である。なお、ロボットアーム30は、図11(A)の図示に拘らず、加工機52や開口部52aとの干渉を生じさせないものとする。
On the other hand, when the unprocessed work W is carried into the processing
加工前のワークWを加工機52に搬入したら、ロボットアーム30の先端を上方に引き上げながらキャリヤ20を下流側に移動させて(図11(A)、(B)の矢印K1 、K1 、K2 方向の各反対方向)、ロボットアーム30を上方に折り畳む。ただし、図11(A)において、搬出入領域R2 は、加工機52に設けるアクセス用の開口部52aの幅S1 と同一に設定されている。
After the unprocessed workpiece W is loaded into the processing
なお、下流側のロボットアーム30により加工済みのワークWを加工機52から搬出するときも、同様にして、ロボットアーム30、キャリヤ20を協働動作させることができる。
It should be noted that the
以上の説明において、ロボットアーム30、30は、前後一対のいずれか一方のみをキャリヤ20に搭載してもよい。
In the above description, only one of the pair of front and
この発明は、ガイドレールに沿って往復走行するキャリヤの片側において、第1軸フレームの回転中心軸がガイドレールと平行になるようにして多関節形のロボットアームをキャリヤに搭載することによって、ガイドレールを横切る方向、すなわちガイドレールの下を通過する方向に人の動線を確保することができ、任意のワークの加工処理ラインを構築するときなどに広く好適に適用することができる。 The present invention provides a guide rail by mounting an articulated robot arm on one side of the carrier that reciprocates along the guide rail so that the central axis of rotation of the first shaft frame is parallel to the guide rail. A human flow line can be secured in the direction across the rail, that is, in the direction passing under the guide rail, and it can be widely and suitably applied when constructing a processing line for arbitrary workpieces.
C1 …回転中心軸
Po …0°位置
δ、δ1 、δ2 …回転角度範囲
10…ガイドレール
20…キャリヤ
22a…取付面
26…可動ストッパ
27a、27b…固定ブロック
28…可動ブロック
30…ロボットアーム
31…第1軸フレーム
特許出願人 技研株式会社
C1... Rotation center axis Po... 0° position δ, δ1, δ2...
Patent Applicant Giken Co., Ltd.
かかる目的を達成するための請求項1の発明の構成は、ガイドレールと、ガイドレールに沿って往復走行するキャリヤと、キャリヤに搭載する多関節形のロボットアームとを備えてなり、キャリヤは、キャリヤの走行方向に直交する方向の片側に突出させた取付面を、走行方向に沿った前後方向に一対設けており、ロボットアームは、第1軸フレームを各取付面に回転自在に装着する前後一対を設け、第1軸フレームの回転中心軸をガイドレールと平行にすることをその要旨とする。
The configuration of
また、キャリヤには、第1軸フレームを0°位置にロックする可動ブロックを設けてもよく、第1軸フレームの回転角度範囲を規制する固定ブロックを設けてもよい。さらに、ロボットアームは、ガイドレールの下方に突出しないように折畳み可能としてもよい。 Further, the carrier may be provided with a movable block that locks the first axis frame at the 0° position, or may be provided with a fixed block that regulates the rotation angle range of the first axis frame. Furthermore, the robot arm may be foldable so that it does not protrude below the guide rail.
請求項6の発明の構成は、ガイドレールと、ガイドレールに沿って往復走行するキャリヤと、キャリヤに搭載する多関節形のロボットアームとを備えてなり、キャリヤは、キャリヤの走行方向に直交する方向の片側に突出させた取付面を、走行方向に沿った前後方向に一対設けており、取付面は、キャリヤの片側に突出する箱体の前面側、後面側にそれぞれ形成され、ロボットアームは、ロボットアームの第1アームを揺動自在に連結する第1軸フレームをいずれか一方の取付面に回転自在に装着し、第1軸フレームの回転中心軸をガイドレールと平行にすることをその要旨とする。 The sixth aspect of the invention comprises a guide rail, a carrier that reciprocates along the guide rail, and an articulated robot arm mounted on the carrier, and the carrier is perpendicular to the traveling direction of the carrier. A pair of mounting surfaces protruding on one side of the carrier are provided in the front-rear direction along the running direction. , the first shaft frame for swingably connecting the first arm of the robot arm is rotatably mounted on one of the mounting surfaces, and the central axis of rotation of the first shaft frame is parallel to the guide rail. This is the gist.
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