JP3510853B2

JP3510853B2 - ロボットを備える搬送装置

Info

Publication number: JP3510853B2
Application number: JP2000397534A
Authority: JP
Inventors: 繁次田中
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2004-03-29
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP2002200587A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばプレス機
間で、ワークを搬送するロボットを備える搬送装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】プレス機間でのワークの搬送に従来から
ロボットを用いており、ロボットのアームをプレス機間
で往復動させて搬送していた。近年、搬送距離の増大に
伴い、ロボットのアームの往復動だけでは搬送できない
場合があり、このような場合、ロボットの手首に搬送装
置を取り付けて、搬送距離を伸ばしている。

【０００３】たとえば、ロボットのアームを一方のプレ
ス機側に伸ばしたとき、このロボットの動作に同期し
て、搬送装置も一方側に揺動させる。アームを他方のプ
レス機側に伸ばしたとき、これに同期して搬送装置を他
方側に揺動させる。このようにして、ロボットのアーム
の動作範囲に加えてさらに、搬送装置の動作距離を加え
ただけ搬送距離を伸ばすことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな搬送装置を設けること、およびワーク重量の増大に
より、ロボットの手首部の負荷能力が不足する場合があ
る。ワークは、搬送装置の先端に保持されるので、一方
または他方側に伸ばした場合、とくにロボットの手首に
かかる負荷が大きくなる。

【０００５】手首部の負荷が不足する場合には、可搬重
量のより大きなロボットを選択し、適用する。この結
果、以下の不都合を生じる。

【０００６】（１）原価が増大する。（２）ロボット基本軸部がオーバースペックとなる。（３）ロボットを設置する架台などが巨大なものとな
り、贅肉の多い設備となる。（４）設備を稼動する電力量などが増大し、ランニング
コストが増大する。

【０００７】また、ロボットを大型化するのでなく、外
部に設置されたバランサなどにより、アームまたは搬送
装置を吊り下げることで、手首の負荷を軽減する方法も
あるが、この場合には、ロボットの動作範囲が大きく制
限されてしまう。

【０００８】本発明は、ロボットの手首にかかる負荷を
軽減させることができるロボットを備える搬送装置を提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）ロボッ
ト２であって、アーム５の先端部に手首６を有し、この
アーム５は、鉛直軸Ｊ１まわりに角変位可能であり、ア
ーム５の基端部は、水平軸Ｊ３まわりに角変位可能であ
り、手首６は、アーム５の軸線Ｊ４に垂直な垂直軸Ｊ５
まわりに角変位可能であり、さらにこの垂直軸Ｊ５に垂
直な手首駆動軸Ｊ６まわりに角変位駆動するロボット２
と、（ｂ）搬送装置１であって、搬送装置本体１２と、ワー
クを保持する保持手段１３とを有し、搬送装置本体１２
は、第１リンク１０であって、この第１リンク１０の基
端部が手首６に固定されて手首駆動軸Ｊ６まわりに揺動
される第１リンク１０と、第１リンク１０の先端部に手
首駆動軸Ｊ６に平行なリンク用軸Ｊ７まわりに回転可能
に連結される第２リンク１１であって、この第２リンク
１１の先端部に、リンク用軸Ｊ７に平行な保持用軸Ｊ８
まわりに回転可能に、前記保持手段１３が取り付けられ
る第２リンク１１とを有する搬送装置１と、（ｃ）負荷軽減手段１５であって、シリンダ本体２１
と、シリンダ本体２１に挿通されるロッド２２と、シリ
ンダ本体２１の内部に設けられ、シリンダ本体２１とロ
ッド２２とに接続され、負荷軽減手段１５の伸長時、ば
ね圧縮されて負荷軽減手段１５を収縮させる方向にばね
力を発揮する圧縮ばね２０とを有する負荷軽減手段１５
と、（ｄ）シリンダ本体２１の基端部と、アーム５の先端部
とを、連結する第１ユニバーサルジョイント２５と、（ｅ）ロッド２２の先端部と、第１リンク１０の先端部
とを、連結する第２ユニバーサルジョイント２６とを有
することを特徴とするロボットを備える搬送装置であ
る。

【００１０】本発明に従えば、搬送装置本体１２は、ア
ーム５の往復動作に同期して揺動し、搬送装置１とロボ
ット２のアーム５との間には、負荷軽減手段１５が介在
される。負荷軽減手段は、一端部がロボットのアームに
連結され、他端部が搬送装置本体に連結され、伸縮可能
に構成される。したがって、アームを後述の図３〜図５
に示される一方側Ａに伸ばすとともに、搬送装置本体を
一方側Ａに揺動させたとき、負荷軽減手段は伸長する。
負荷軽減手段は、伸長したとき、収縮する方向に力が作
用するため、アームを一方側Ａに伸ばしたとき、搬送装
置を持ち上げる方向に力が作用する。同様に、反対側Ｃ
に伸ばしたときにも、搬送装置を持ち上げて、手首にか
かる負荷を軽減させる。このようにして、アームを伸ば
し、最も手首に負荷がかかるときに、搬送装置を持ち上
げることで、手首にかかる負荷を軽減させることができ
る。

【００１１】

【００１２】本発明に従えば、前記負荷軽減手段には、
伸長したときに収縮する方向に力を作用させるばねを用
いることで、簡単な構成で、安価に負荷軽減手段を製造
することができる。負荷軽減手段１５の両端部は第１お
よび第２ユニバーサルジョイント２５，２６を介してア
ーム５の先端部と第１リンク１０の先端部とに連結され
る。

【００１３】また本発明は、ロボット２は、手首６を、
水平面上で一直線状の移動経路で移動し、搬送装置本体
１２は、第１リンク１０に設けられるモータ１４と、第
１および第２リンク１０，１１に内蔵され、モータ１４
の回転力を伝達して、第２リンク１１をリンク用軸Ｊ７
まわりに回転させるとともに、この第２リンク１１のリ
ンク用軸Ｊ７まわりの回転にともなって、第２リンク１
１に対して保持手段１３を保持用軸Ｊ８まわりに回転さ
せる動力伝達機構とを有し、モータ１４および動力伝達
機構は、保持手段１３の向きを同一に保つことを特徴と
する。

【００１４】本発明に従えば、保持手段１３によって保
持されるワークの向きは、ロボット２および搬送装置１
とによる搬送時、同一の向きに保たれる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある搬送装置１をロボット２に備えた搬送システムを示
す斜視図である。この搬送システムは、たとえば２台の
プレス機間に設置され、一方のプレス機から他方のプレ
ス機にワークを搬送する２地点間の搬送に用いられる。

【００１６】ロボット２は、本実施形態では６軸垂直多
関節型ロボットであり、基台３、下部アーム４、上部ア
ーム５および手首６を有する。下部アーム４は基台３に
取り付けられ、下部アーム４の先端に上部アーム５が取
り付けられ、上部アーム５の先端に手首６が取り付けら
れ、この手首６に搬送装置１が取り付けられる。

【００１７】基台３は、鉛直な第１軸Ｊ１まわりに回転
可能で、下部アーム４は、基台３に連結される基端部を
中心として、水平な第２軸Ｊ２まわりに角変位可能であ
る。上部アーム５は、下部アーム４の先端に取り付けら
れる基端部を中心に、水平な第３軸Ｊ３まわりに角変位
可能で、さらに上部アーム５の軸線である第４軸Ｊ４ま
わりに角変位可能である。上部アーム５の先端に取り付
けられる手首６は、上部アーム５の軸線に垂直な第５軸
Ｊ５まわりに角変位可能であり、この手首６に搬送装置
１が取り付けられる。手首６は、前記第５軸Ｊ５に垂直
な第６軸Ｊ６まわりに搬送装置１を揺動させる。

【００１８】搬送装置１は、第１リンク１０と第２リン
ク１１とを有するリンク機構である搬送装置本体１２
と、搬送装置本体１２の先端部に取り付けられ、ワーク
を保持する保持手段１３とを有する。搬送装置本体１２
の第１リンク１０は、基端部が手首６に固定される。し
たがって、この手首６によって、第１リンク１０は、第
６軸Ｊ６まわりに揺動する。第１リンク１０の先端に第
２リンク１１が、第６軸に平行な第７軸Ｊ７回りに回転
可能に連結される。この第２リンク１１は、第１リンク
１０に設けられるサーボモータ１４によって駆動され
る。つまり、第１リンク１０には、歯車やベルト機構な
どの動力伝達機構が内蔵されており、サーボモータ１４
の回転力が伝達されて第２リンク１１を、第７軸Ｊ７回
りに回転させる。このサーボモータ１４によって、第１
リンク１０と第２リンク１１とが１８０°の関係となる
伸長状態から、第１リンク１０と第２リンク１１とが重
なった折り畳み状態に変位駆動することができる。

【００１９】第２リンク１１の先端部に取り付けられる
保持手段１３は、第７軸Ｊ７に平行な第８軸Ｊ８回りに
回転可能である。第２リンク１１内にも動力伝達機構が
内蔵されており、前記サーボモータ１４は、第１リンク
１０に対して第２リンク１１を回転させるとともに、こ
れに同期して第２リンク１１に対して保持手段１３を回
転させる。保持手段１３は、吸着してワークを保持す
る。

【００２０】ロボット２は、プレス機間に配置され、往
復動することで、一方のプレス機から他方のプレス機に
ワークを搬送する。一方のプレス機でワークを保持する
とき、図１に示すように、ロボット２は、アーム４，５
を一方のプレス機に向けて伸ばすとともに、搬送装置１
も伸ばす。そして、搬送装置１の先端に設けられる保持
手段１３によってワークを吸着保持する。

【００２１】アーム４，５を、後述の図３〜図５の一方
側Ａに伸ばした状態から中央Ｂで折り畳むとき、搬送装
置１は一方側に伸ばした状態から中央に揺動させつつ折
り畳まれる。中央Ｂで折り畳んだアーム４，５を引き続
いて他方側Ｃに伸ばすとき、搬送装置１を他方側Ｃに揺
動させつつ他方側Ｃに伸ばす。このようにして、ワーク
を一方のプレス機から他方のプレス機に搬送することが
できる。また、この搬送時には、保持手段１３も搬送装
置本体１２に同期して回転することにより、一方のプレ
ス機にあるときと他方のプレス機にあるときとで、保持
手段１３、したがってワークの向きを同一の向きとする
ことができる。このようにして、一方のプレス機と他方
のプレス機とで往復動させてワークを連続搬送する。

【００２２】ロボット２のアーム４，５および搬送装置
１を伸ばし、搬送装置１の先端にワークを保持したと
き、ロボット２の手首６には大きな負荷がかかる。本発
明では、このロボット２の手首６にかかる負荷を軽減す
るために、負荷軽減手段としてバランサ１５が設けられ
る。

【００２３】図２は、バランサ１５の構造を示す断面図
である。バランサ１５は、内部に圧縮コイルばね２０を
有するシリンダである。シリンダ本体２１には、ピスト
ンロッド２２が挿通され、内部で圧縮コイルばね２０を
介して接続される。したがって、バランサ１５が伸長す
ると、圧縮コイルばね２０がばね圧縮され、バランサ１
５を収縮させる方向にばね力が作用する。

【００２４】このバランサ１５が、図１に示すように、
シリンダ本体２１の基端部が、上部アーム５の先端部に
ユニバーサルジョイント２５を介して回動自在に連結さ
れ、ピストンロッド２２の先端部が、搬送装置１の第１
リンク１０の先端部にユニバーサルジョイント２６を介
して回動自在に連結される。

【００２５】つぎに図３〜図７を参照して、搬送時のロ
ボットの動作について、さらに詳細に説明する。図３
は、搬送時のロボット２の正面図であり、図３は平面図
であり、図５は側面図である。各図において、Ａは、一
方のプレス機である一方位置Ａにロボットのアーム４，
５を伸ばしたときの状態を示し、Ｂは、中央位置Ｂでア
ーム４，５を折り畳んだ状態を示し、Ｃは、他方のプレ
ス機である他方位置Ｃにアーム４，５を伸ばした状態を
示す。また図６は、アーム４，５を他方位置Ｃに伸ばし
たときの、搬送装置１の伸長状態を示す正面図および平
面図であり、図７は、アーム４，５を中央位置Ｂで折り
畳んだときの搬送装置１の折り畳み状態を示す側面図お
よび平面図である。

【００２６】本実施形態では、ワークは一方のプレス機
から他方のプレス機に水平面上でほぼ一直線状に搬送さ
れる。つまり、図３〜図５に示すように、ロボットの手
首６の移動経路が、ほぼ直線となる。なお、本実施形態
では、ロボットの手首６の移動距離Ｗ１（図３参照）
は、５．４ｍとし、伸長状態の搬送装置１のストローク
Ｗ２（図６参照）は、１．８ｍとし、折り畳み状態の搬
送装置１のストロークＷ３は（図７参照）は、０．９ｍ
とする。また、ワーク重量は３０〜５０ｋｇとし、保持
手段１３の重量は３０ｋｇとする。また、バランサ１５
は０．９〜１．１ｍの範囲で伸縮するものとする。

【００２７】搬送時のロボットのアーム４，５の動作に
ついてさらに詳しく説明すると、一方位置Ａおよび他方
位置Ｂに伸ばしたとき、図３〜図５に示すように、下部
アーム４および上部アーム５は、水平に近い状態まで寝
て一方側に伸びている。中央位置Ｂでは、下部アーム４
および上部アーム５をほぼ鉛直に立ち上げて折り畳まれ
る。

【００２８】また、搬送装置１は、搬送時において常に
水平であり、一方および他方位置Ａ，Ｃにアーム４，５
を延ばすときは、図６に示すように、搬送装置１も第１
リンク１０と第２リンク１１とが一直線上に伸び、中央
位置Ｂでアーム４，５が折り畳まれるときには、図７に
示すように、第１リンク１０と第２リンク１１とが重な
って折り畳まれる。

【００２９】バランサ１５は、上部アーム５先端の手首
６近傍から、搬送装置１の第１リンク１０の先端部にわ
たって取り付けられる。中央位置Ｂにあるとき、図７に
示すように、上部アーム５と第１リンク１０とは、直角
に近い位置関係にあり、このとき、バランサ１５と搬送
装置１との成す角θは約４０°となり、バランサ１５は
伸長状態となる。

【００３０】一方および他方位置Ａ，Ｃにあるときは、
図６に示すように、上部アーム５が水平に近い状態まで
寝るので、バランサ１５と搬送装置１との成す角θは、
約３０°となり、バランサ１５は伸長した状態となる。
本実施形態では、図７に示すバランサの収縮状態のスト
ローク長Ｌ１は、約１．１ｍであり、図６に示す伸長状
態のバランサ１５のストローク長は、約０．９ｍであ
る。

【００３１】図７に示すように、中央位置Ｂでは、搬送
装置1は折り畳まれ、ワークおよび保持手段１３は、手
首６の直下に配置されるので、手首にかかる負荷が最も
小さくなる。これに対し、一方および他方位置Ａ，Ｃで
は、搬送装置１が伸び、搬送装置１の最も先端に保持手
段１３およびワークが配置されるので、手首６にかかる
負荷が最も大きくなる。

【００３２】前述したように、バランサ１５はばね２０
を有し、伸長したときばね２０が圧縮され、バランサ１
５を収縮させる方向にばね力を作用させる。つまり、一
方および他方位置側へ移動したとき、バランサ１５は、
第１リンク１０の先端部を上方に持ち上げる方向に作用
し、これによって、手首６の負荷が上部アーム５に逃が
され、手首６にかかる負荷を軽減することができる。バ
ランサ１５によって上部アーム５に逃がされた負荷は、
上部アーム５にとっては問題にならない程度である。

【００３３】このようにして、ロボット２の手首６にか
かる負荷が大きくなるとき、バランサ１５によって、こ
の負荷を軽減させることができる。手首６にかかる負荷
が最も小さい中央位置にあるときには、バランサ１５は
収縮して、ばね力がほとんど発生しない。このようにし
て、手首にかかる負荷が大きくなるにつれて、バランサ
１５による負荷の軽減が大きくなり、一連の搬送作業に
おいて、手首にかかる負荷のばらつきを抑制することが
できる。

【００３４】図８は、一連の搬送作業における手首にか
かる負荷モーメント、バランサによるモーメントおよび
バランサがない場合の手首モーメントを示すグラフであ
る。グラフＧ１が、バランサ１５を設けない場合の手首
の負荷モーメントを示し、グラフＧ２が、バランサ１５
による負荷モーメントを示し、グラフＧ３が、バランサ
１５を設けた場合の手首６の負荷モーメントを示す。つ
まり、グラフＧ１とグラフＧ２とを加算したグラフであ
る。また、ラインＴ１は、手首６の許容トルクの上限で
あり、ラインＴ２は、手首６の許容トルクの下限であ
る。

【００３５】グラフＧ２に示すように、バランサ１５に
よるモーメントは負である。つまり、手首６を持ち上げ
る方向に作用する。前述したように、中央位置Ｂではバ
ランサ１５は最も収縮し、引き上げる力の数値が最も小
さくなる。つまりバランサ１５によるモーメントの数値
は最も小さくなる。なお、ここで言う数値とは、力の絶
対値を示す。

【００３６】一方位置Ａから他方位置Ｂへ搬送すると
き、手首６を中心に第１リンク１０は１８０°揺動す
る。このとき、バランサ１５によるモーメントの数値
は、中央位置Ｂで最も小さくなり、一方および他方位置
Ａ，Ｃに近づくにつれてバランサ１５が引き伸ばされて
モーメントの数値が大きくなる。

【００３７】グラフＧ１からわかるように、バランサ１
５を設けない場合には、一方および他方位置Ａ，Ｃにお
いて、手首の許容トルクＴ１を超えてしまうが、バラン
サ１５によるモーメントＧ２を加えることによって、手
首６の負荷モーメントグラフＧ３に示すように、上限お
よび下限手首許容トルクＴ１,Ｔ２間に収まる。

【００３８】このようにして、バランサ１５を設けるこ
とで、手首にかかる負荷を許容範囲内に収めることがで
きる。

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ロボット
のアームと搬送装置とに負荷軽減手段を連結することに
よって、不足している負荷能力のみを助勢できるため、
作業内容に対して釣り合いのとれた設備となる。

【００４２】また、ばねなどの機械的な装置により負荷
を軽減しているため、ランニングコストの増大がない。

【００４３】また、過大な６軸ロボットを使用する必要
がないため、設備全体をスリム化できる。

【００４４】また、広範囲の作業エリアに対して、手首
負荷の軽減効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の搬送装置１を用いる搬
送システムを示す図である。

【図２】バランサ１５の構造を示す断面図である。

【図３】搬送時のロボット２の動作を示す正面図であ
る。

【図４】搬送時のロボット２の動作を示す平面図であ
る。

【図５】搬送時のロボット２の動作を示す側面図であ
る。

【図６】搬送装置１を伸ばしたときの状態を示す正面図
および平面図である。

【図７】搬送装置１を折り畳んだときの状態を示す正面
図および平面図である。

【図８】搬送作業時における各部の負荷モーメントを示
すグラフである。

【符号の説明】

１搬送装置２ロボット５上部アーム６手首１０第１リンク１１第２リンク１２搬送装置本体１３保持手段１５バランサ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 19/00 B25J 17/00 B25J 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）ロボット２であって、アーム５の先端部に手首６を有し、このアーム５は、鉛直軸Ｊ１まわりに角変位可能であ
り、アーム５の基端部は、水平軸Ｊ３まわりに角変位可能で
あり、手首６は、アーム５の軸線Ｊ４に垂直な垂直軸Ｊ５まわ
りに角変位可能であり、さらにこの垂直軸Ｊ５に垂直な
手首駆動軸Ｊ６まわりに角変位駆動するロボット２と、（ｂ）搬送装置１であって、搬送装置本体１２と、ワークを保持する保持手段１３とを有し、搬送装置本体１２は、第１リンク１０であって、この第１リンク１０の基端部
が手首６に固定されて手首駆動軸Ｊ６まわりに揺動され
る第１リンク１０と、第１リンク１０の先端部に手首駆動軸Ｊ６に平行なリン
ク用軸Ｊ７まわりに回転可能に連結される第２リンク１
１であって、この第２リンク１１の先端部に、リンク用
軸Ｊ７に平行な保持用軸Ｊ８まわりに回転可能に、前記
保持手段１３が取り付けられる第２リンク１１とを有す
る搬送装置１と、（ｃ）負荷軽減手段１５であって、シリンダ本体２１と、シリンダ本体２１に挿通されるロッド２２と、シリンダ本体２１の内部に設けられ、シリンダ本体２１
とロッド２２とに接続され、負荷軽減手段１５の伸長
時、ばね圧縮されて負荷軽減手段１５を収縮させる方向
にばね力を発揮する圧縮ばね２０とを有する負荷軽減手
段１５と、（ｄ）シリンダ本体２１の基端部と、アーム５の先端部
とを、連結する第１ユニバーサルジョイント２５と、（ｅ）ロッド２２の先端部と、第１リンク１０の先端部
とを、連結する第２ユニバーサルジョイント２６とを有
することを特徴とするロボットを備える搬送装置。
【請求項２】ロボット２は、手首６を、水平面上で一
直線状の移動経路で移動し、搬送装置本体１２は、第１リンク１０に設けられるモータ１４と、第１および第２リンク１０，１１に内蔵され、モータ１
４の回転力を伝達して、第２リンク１１をリンク用軸Ｊ
７まわりに回転させるとともに、この第２リンク１１の
リンク用軸Ｊ７まわりの回転にともなって、第２リンク
１１に対して保持手段１３を保持用軸Ｊ８まわりに回転
させる動力伝達機構とを有し、モータ１４および動力伝達機構は、保持手段１３の向き
を同一に保つことを特徴とする請求項１記載のロボット
を備える搬送装置。