JP5522034B2 - ロボットシステム - Google Patents

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Description

本発明は、物品の搬送または組立、自動車製造におけるスポット溶接を行うマニピュレータおよびシステムに関する。
従来のマニピュレータは直列に設けられる複数のアーム体と、隣接する２つの前記アーム体を回転自在に連結する関節部と、隣り合う前記関節の回転軸の傾きが９０度である前記関節部と、前記関節部に回転軸と同軸に配設された少なくとも１つの線状体と、サーボモータ、及び減速機構で構成された前記関節部とを有する多関節マニピュレータであった（例えば、特許文献１参照）。
ＷＯ２００７／０３７１３１号公報
製品の組立や物品の搬送を行うロボットマニピュレータは、工場内に多数のロボットを配置して作業させるような大型ラインシステムや分散配置して作業を行うようなセル生産システムなどに用いられるケースが多い。これらの用途に用いられるロボットマニピュレータは、主にフットプリントを小さくする反面、作業領域を広くすることが要求されている。単にフットプリントを小さくするだけでは、ロボットマニピュレータの小型化をするだけとなり、作業領域の拡大には繋がらない。そのために、フットプリントはそのままで作業領域だけを拡大したロボットマニピュレータが求められている。
また、省スペースに設置されたロボットマニピュレータではロボット相互の干渉が問題となり自由な姿勢での作業が困難となる場合が少なくない。そのため、ロボットマニピュレータにはより自由度の高い姿勢がとれる軸構成であることが求められる。特に、密集配置されるケースが増えてきていることから、上部空間を利用して棚置きタイプのロボットと据え置きタイプのロボットを組み合わせて溶接作業するようなケースが増えてきている。
従来のロボットマニピュレータは、第１軸まわりに対称になるような可動範囲を備えているが、たとえば、ワークに対して上方から作業をする場合、下方向の可動範囲が広い方が、よりワークに近寄って作業することができるようになる。しかしながら、従来のロボットマニピュレータの可動範囲では、ロボットマニピュレータ特有の回り込み作業が狭い動作範囲であるために、十分ではない等の問題が生じ、ワークへ多少離間して配置する必要があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、マニピュレータの設置位置を変えることなく主とする作業領域を拡大し、より自由度の高い姿勢を保持することのできるロボットマニピュレータを提供することを目的とする。
本発明は、ロボットマニピュレータが、複数の関節軸で構成され、水平面内に回転する第１の関節軸の回転中心に対して、ロボットマニピュレータを垂直に伸ばした場合に、他の水平面内を回転する関節軸の回転中心が、第１の回転軸の回転中心に対してオフセットして構成されている。
また、このようなロボットマニピュレータが用いられることで、物品により近い位置の空間にロボットマニピュレータが配置されたものである。
また、ロボットマニピュレータは、棚置きされて上方からロボットマニピュレータの基部よりも下方までの動作範囲を有し、空間を利用して配置されること配置されることが望ましい。
また、複数台のロボットで協調作業する場合には、６軸ロボットと物品の間にロボットマニピュレータを床置き配置して、物品の上部を６軸ロボットが作業し、ロボットマニピュレータが下部を作業する構成が望ましい。
本発明によると、ロボットマニピュレータの可動領域が、設置面積を大きくすることなく、広くすることができる。
また、ロボットマニピュレータが配置される空間を３次元的に活用することでき、ロボットマニピュレータが物品により近い位置で作業できるので、複数台のロボットマニピュレータが狭い空間に設置でき、複数台のロボットが協調作業することができる。
ロボットマニピュレータの側面図 ロボットマニピュレータの正面図 ロボットマニピュレータの動作範囲を示す側面図 棚置きタイプのロボットマニピュレータ 複数のロボットマニピュレータの作業図
符号の説明
Ｃ１ 第１のアーム体
Ｃ２ 第２のアーム体
Ｃ３ 第３のアーム体
Ｃ４ 第４のアーム体
Ｃ５ 第５のアーム体
Ｃ６ 第６のアーム体
Ｊ１ 第１の関節軸
Ｊ２ 第２の関節軸
Ｊ３ 第３の関節軸
Ｊ４ 第４の関節軸
Ｊ５ 第５の関節軸
Ｊ６ 第６の関節軸
Ｊ７ 第７の関節軸
１ ロボットマニピュレータ
２ スポットガン
３ ワーク
４１ 第１の６軸ロボット
４２ 第２の６軸ロボット
４３ 第３の６軸ロボット
４４ 第１のロボットマニピュレータ
４５ 第２のロボットマニピュレータ
１０ 動作範囲
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例を示すロボットマニピュレータの側面図であり、図２は正面図である。自由端のアーム体Ｃ６には、関節軸Ｊ７が備えられており、関節軸Ｊ７には、例えば力センサを備えたハンド装置やスポットガン溶接装置などが取り付けられる。
第１のアーム体Ｃ１は水平面内に垂直に配置された第１の関節軸Ｊ１を中心に回転し、第２のアーム体Ｃ２は第１の関節軸Ｊ１に直交するように配置された第２の関節軸Ｊ２を中心に回転し、第３のアーム体Ｃ３は第２の関節軸Ｊ２に直交するように配置された第３の関節軸Ｊ３を中心に回転し、第４のアーム体Ｃ４は第３の関節軸Ｊ３に直交するように配置された第４の関節軸Ｊ４を中心に回転し、第５の第５のアーム体Ｃ５は第４の関節軸Ｊ４に直交するように配置された関節軸Ｊ５を中心に回転し、第６のアーム体Ｃ６は第５の関節軸Ｊ５に直交するように配置された関節軸Ｊ６を中心に回転する。第１の関節軸Ｊ１に対して、第３の関節軸Ｊ３と第５の関節軸Ｊ５と第７の関節軸Ｊ７の回転中心が図面右方向にオフセットした構造となっている。
このような構成にすることで、図３のロボットマニピュレータの動作範囲１０に示すように、動作範囲は図面右下方向に広くなる。このために、ロボット自身の内側にアーム先端が入り込むような動作が実現できるものである。
また、第３、第５および第７関節軸の回転中心が第１関節軸に対して離間して配置されたことにより、アーム同士の干渉領域が小さくなり、ロボット前方部の使用頻度の高い領域の動作範囲が拡張される。
次に、スポットガンをアーム先端に取り付けた場合について図４を用いて説明する。棚置きされたロボットマニピュレータ１の先端にはスポットガン２が取り付けられ、ワーク３の所定の位置に対して溶接作業するものである。ロボットマニピュレータ１とワーク３の配置関係は、不図示の搬送手段によって移動するワーク３に干渉しない近傍側部上方にロボットマニピュレータ１が配置され、すなわち棚置きされている。ロボットマニピュレータ１の先端に取り付けられたスポットガン２がワーク３の所定の位置を溶接するように、ロボットマニピュレータ１はワーク３に対して、上方よりアプローチされ、ロボットマニピュレータ１の基台近傍の位置をスポットガン２により溶接している。このために、関節軸Ｊ３と関節軸Ｊ５、関節軸Ｊ７の回転中心が関節軸Ｊ１に対してオフセットした構造にして、スポットガン２をロボットマニピュレータ１に対して下方に配置されたワーク３に導き、ロボットマニピュレータ１の拡大された下方への可動範囲で溶接され、また、関節軸Ｊ３を所定の角度回転させることにより、ロボットマニピュレータ１の近傍に配置さえたワーク３への溶接作業をロボットマニピュレータ１の干渉動作を回避しながら溶接作業することが可能である。
次に、複数台のロボットマニピュレータでワークを溶接する例について図５で、５台のロボットを用いてワークをスポット溶接する例について説明する。３台の６軸ロボット４１、４２、４３は、ワーク３上部の溶接作業を行い。２台のロボットマニピュレータ４４、４５はワーク３の下部の溶接作業を行う。各ロボットの配置について説明する。第１から第３の６軸ロボット４１、４２、４３は、不図示のワーク３の搬送手段の搬送方向（図面奥側）に略平行に配置されており、ワーク３と第１から第３の６軸ロボット４１、４２、４３の間に第１および第２のロボットマニピュレータ４４、４５が配置されている。第１から第３の６軸ロボット４１、４２、４３は、ワーク３上部を溶接するように作業するので、第１から第３の６軸ロボット４１、４２、４３の下部空間は、デットスペースとなっており、この空間に第１および第２のロボットマニピュレータ４４、４５を配置することで高密度なロボットの配置を実現している。
また、第１および第２のロボットマニピュレータ４４、４５は、関節軸Ｊ３を所定の角度回転させることにより、第１および第２のロボットマニピュレータ４４、４５は、の近傍に配置さえたワーク３への溶接作業を第１および第２のロボットマニピュレータ４４、４５の干渉動作を回避しながら溶接作業することが可能である。

Claims (2)

  1. 水平面と垂直な第１の関節軸の回転中心まわりに回転する第１のアーム体と、前記第１の関節軸と垂直な第２の関節軸の回転中心まわりに回転する第２のアーム体と、前記第２の関節軸と垂直な第３の関節軸の回転中心まわりに回転する第３のアーム体と、前記第３の関節軸と垂直な第４の関節軸の回転中心まわりに回転する第４のアーム体と、前記第４の関節軸と垂直な第５の関節軸の回転中心まわりに回転する第５のアーム体と、前記第５の関節軸と垂直な第６の関節軸の回転中心まわりに回転する第６のアーム体と、前記第６の関節軸と垂直な第７の関節軸の回転中心まわりに回転し、エンドエフェクタを取り付け可能な取付部とを有し、前記第２のアーム体、前記第４のアーム体および前記第６のアーム体を鉛直方向に伸ばした場合に前記第３の関節軸、前記第５の関節軸および前記第７の関節軸の回転中心が、同軸上に重なり、かつ、前記第１の関節軸の回転中心に対して離間した位置に配置され、前記第２のアーム体の先端が、前記第１のアーム体よりも下方まで動作範囲を有する第１のロボットマニピュレータと、
    ワークの上部に対する作業を行う多軸ロボットである第２のロボットマニピュレータと
    を備え、
    前記第１のロボットマニピュレータは、
    前記ワークと、前記第２のロボットマニピュレータとの間の空間に配置され、前記ワークの下部に対する作業を行うこと
    を特徴とするロボットシステム。
  2. 複数の前記第２のロボットマニピュレータが、前記ワークの搬送方向と略平行にそれぞれ配置されており、
    複数の前記第１のロボットマニピュレータが、隣り合う前記第２のロボットマニピュレータの間であって、かつ、前記第２のロボットマニピュレータよりも前記ワーク寄りに配置されること
    を特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
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