JP5850964B2 - ケーブルトラックを備えるロボット走行装置、ロボットシステム、および加工システム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに接続されるケーブルを収容するケーブルトラックを備えるロボット走行装置、ロボット走行装置を備えるロボットシステム、および加工システムに関する。

ロボットを支持する台車部を備え、レール部に沿ってロボットを移動させるロボット走行装置において、ロボットに接続されるケーブルを収容するケーブルトラックを、台車部の下側に敷設する構成が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００５−０９６０１８号公報

従来のロボット走行装置においては、レール部に沿って設置される機械（例えば、加工機）との間に十分なスペースを確保することができなかったことから、使用者は、該機械に対して、メンテナンス等の作業を施すために物理的にアクセスすることが困難となっていた。

本発明の一態様において、ロボット走行装置は、レール部と、レール部に沿って移動可能であり、ロボットを支持する台車部と、台車部を駆動する駆動機構と、ロボットに接続される接続端を有するケーブルを収容し、台車部に連結されるケーブルトラックであって、レール部の下側で該レール部に沿って敷設される、ケーブルトラックとを備える。

駆動機構は、レール部に対して静止して配置される動力発生部と、動力発生部によって発生される動力を台車部へ伝達する動力伝達部とを有してもよい。動力発生部は、サーボモータを有してもよい。動力伝達部は、サーボモータの出力シャフトに接続されるタイミングベルトを含んでもよい。

台車部は、レール部の上に配置される台座部と、台座部から下方へ延び、レール部の下側でケーブルトラックに連結される脚部とを有してもよい。駆動機構は、台座部の下側部に機械的に接続され、台座部に動力を与えてもよい。ケーブルの接続端は、台座部の上に露出して配置されてもよい。

台車部に固定されるロボットのベース、台座部、およびレール部の、該レール部の延在方向と直交する方向の最大幅寸法は、略同じであってもよい。ケーブルトラックの、レール部の延在方向と直交する方向の最大幅寸法は、ロボットのベース、台座部、およびレール部の最大幅寸法以下であってもよい。

本発明の他の態様において、ロボットシステムは、上述のロボット走行装置と、台車部の上に設置されるロボットと、ロボットを制御するロボット制御部とを備える。ロボット制御部と駆動機構とは、ケーブルを介して互いに電気的に接続されてもよい。ロボット制御部は、駆動機構を制御してもよい。駆動機構を制御する駆動機構制御部をさらに備えてもよい。

本発明のさらに他の態様において、加工システムは、上述のロボット走行装置と、台車部の上に設置されたロボットと、レール部に沿って設置された加工機と、ロボットを制御するロボット制御部と、加工機を制御する加工機制御部とを備える。加工機制御部は、駆動機構を制御してもよい。

本発明の一実施形態に係るロボット走行装置の斜視図である。 図１中の領域ＩＩの拡大図である。 図１に示すロボット走行装置を前方側から見た図である。 図１に示すロボット走行装置のうち、サーボモータ、第１および第２プーリー、タイミングベルト、およびベルト案内部を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るロボットシステムのブロック図を示す。 本発明の一実施形態に係る加工システムのブロック図を示す。 図６に示す加工システムの斜視図を示す。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態に係るロボット走行装置１０について説明する。なお、以下の説明における前後方向、左右方向、および上下方向は、それぞれ、図１〜図４に示す直交座標系のｙ軸方向、ｘ軸方向、およびｚ軸方向に相当する。また、前方向、左方向、および上方向は、それぞれ、ｙ軸プラス方向、ｘ軸プラス方向、ｚ軸プラス方向に相当する。

ロボット走行装置１０は、ロボット６４を前後方向へ移動させるための装置であって、レール組立体１２、台車部１４、駆動機構１６、およびケーブルトラック１８を備える。レール組立体１２は、前後方向に真直ぐ延びる土台部２０と、土台部２０の上方に離隔して配置され、土台部２０と平行に前後方向へ延びるレール部２２と、土台部２０とレール部２２との間で上下方向に延在し、レール部２２を土台部２０の上方に支持する複数の支柱２４、２６、２８、３０、３２、および３４とを有する。

レール部２２は、互いに対向して前後方向に延びる左側壁３６および右側壁３８と、右側壁３８に隣接して配置され、該右側壁３８と平行に延びる右ガイドレール４０（図２）と、左側壁３６に隣接して配置され、該左側壁３６と平行に延びる左ガイドレール４２（図２）とを含む。

台車部１４は、前方側から見て略Ｕ字状の外形を有し、レール部２２に沿って移動可能となるように該レール部２２に取り付けられている。具体的には、台車部１４は、レール部２２の上に配置される台座部４４と、台座部４４から下方へ延びる脚部４６とを有する。台座部４４は、四角形の平板部材であって、レール部２２の上に摺動可能に設置される。

脚部４６は、後方側から見て略Ｌ字状の外形を有する。本実施形態においては、脚部４６は、台座部４４とは別のブラケット状部材から構成され、台座部４４にボルト４５によって固定されている。脚部４６は、台座部４４の左端縁から下方へ延びる第１部分４６ａと、第１部分４６ａの下端から右方向へ延びる第２部分４６ｂとを含む。第１部分４６ａは、台座部４４の左端縁から、レール部２２の下側に至るまで下方へ延びている。第２部分４６ｂは、第１部分４６ａと直交しており、レール部２２の下端から、予め定められた距離だけ下方へ離隔して配置されている。

台座部４４の下面４４ａには、係合部４８が設けられている。係合部４８は、後述するタイミングベルト６０と係合するとともに、右ガイドレール４０および左ガイドレール４２に対して摺動可能に嵌合する。この係合部４８を介して、台座部４４は、タイミングベルト６０から前後方向へ移動するための動力を受け取り、且つ、右ガイドレール４０および左ガイドレール４２によって前後方向へ案内される。

駆動機構１６は、サーボモータ５０および動力伝達部５２を有する。サーボモータ５０は、台車部１４を移動させるための動力を発生させる動力発生部として機能する。サーボモータ５０は、レール部２２の後端部２２ａに固定されており、レール部２２に対して静止して配置されている。具体的には、サーボモータ５０は、レール部２２の後端部２２ａの左側面に、取り付け板５４を介してボルト止めされている。

動力伝達部５２は、図２および図４に示すように、レール部２２の後端部２２ａに回転可能に取り付けられ、且つサーボモータ５０の出力シャフト（図示せず）に固定された第１プーリー５６と、レール部２２の前端部２２ｂ（図１）に回転可能に取り付けられた第２プーリー５８と、第１プーリー５６および第２プーリー５８の外周に架設されたタイミングベルト６０とを含む。

第１プーリー５６は、第２プーリー５８よりも大きな直径を有し、サーボモータ５０の出力シャフトによって回転駆動される。タイミングベルト６０の外側の表面上には、例えば凹凸部からなる係合部（図示せず）が形成されており、該タイミングベルト６０の係合部は、台座部４４の係合部４８と係合する。タイミングベルト６０は、右ガイドレール４０と左ガイドレール４２との間に配置され、且つ、台座部４４の直下を通過するように架設されている。

第１プーリー５６の前方側に隣接して、タイミングベルト６０を案内するためのベルト案内部６２が設けられている。ベルト案内部６２は、レール部２２の下端に固定されており、タイミングベルト６０を内部に保持する。タイミングベルト６０は、このベルト案内部６２によって案内されて、ベルト案内部６２の前方側において、レール部２２と平行となるように架設される。

台車部１４の上には、ロボット６４が設置されている。ロボット６４は、台車部１４の台座部４４の上に固定されるロボットベース６６と、ロボットベース６６に回動可能に連結された多関節のロボットアーム６８と、ロボットアーム６８の先端に回動可能に連結されたロボットハンド７０とを有する。ロボット６４は、サーボモータ５０によって駆動される台車部１４によって、レール部２２に沿って前後方向へ移動される。

ケーブルトラック１８は、互いに枢動可能に前後方向に連結された複数の中空フレームを含み、該中空フレームの内部に、ロボット６４と外部機器（図示せず）とを互いに接続するケーブル７２が収容されている。このケーブル７２は、例えば、油圧、空気圧、電力等の動力を供給するための動力用ケーブル、および／または電気信号を伝送可能な通信ケーブルを少なくとも１本含む。ケーブル７２は、ロボット６４に接続される接続端７２ａを有する。

ケーブルトラック１８は、レール部２２の下側で該レール部２２に沿って敷設されている。より具体的には、ケーブルトラック１８は、レール部２２の下方投影領域に含まれるように、レール部２２の下側に配置されている。ケーブルトラック１８は、その一方の端部１８ａが脚部４６の第２部分４６ｂの下面４６ｃに固定され、他方の端部１８ｂ（図１）が土台部２０の上面中央部に固定されている。ケーブルトラック１８は、端部１８ａからレール部２２と平行に前方へ延び、屈曲部１８ｃにて下方側へＵ字状に屈曲する。そして、ケーブルトラック１８は、屈曲部１８ｃから端部１８ｂまで、レール部２２と平行に後方へ延びている。

台車部１４が前方へ移動されるにつれて、ケーブルトラック１８の屈曲部１８ｃも前方へ移動する。外部機器（図示せず）から延出するケーブル７２は、ケーブルトラック１８の端部１８ｂからケーブルトラック１８内に挿入され、ケーブルトラック１８内を通過して、ケーブルトラック１８の端部１８ａから外部へ引き出される。端部１８ａから引き出されたケーブル７２は、脚部４６の第２部分４６ｂの下面４６ｃと、第１部分４６ａの左側面および上面とを通過するように配線され、その接続端７２ａが、ロボットベース６６の後面に設けられたコネクタ７４（図１）に接続される。こうして、接続端７２ａは、台座部４４の上に露出することになる。

このように、ケーブルトラック１８によって配線されたケーブル７２は、該ケーブルトラック１８によって保護されつつ案内されるので、台車部１４が移動した場合においても、他部材と干渉して損傷することや、互いに絡まってしまうことなく、ロボット６４と外部機器とを安定して接続することができる。

本実施形態においては、ロボット６４のロボットベース６６、台車部１４の台座部４４、およびレール部２２の左右方向の最大幅寸法は、略同じとなっている。具体的には、図３に示すように、レール部２２の左右方向の幅をＷ_１とすると、ロボットベース６６および台座部４４は、幅Ｗ_１と略同じ左右方向の幅を有している。ここで、ケーブルトラック１８の左右方向の最大幅寸法は、レール部２２、ロボットベース６６、および台座部４４の最大幅寸法以下となっている。具体的には、図２に示すように、ケーブルトラック１８の左右方向の幅をＷ_２とすると、Ｗ_２≦Ｗ_１となっている。

本実施形態によれば、ケーブルトラック１８が、台車部１４の脚部４６によって、レール部２２の下側で支持されている。これにより、レール組立体１２およびケーブルトラック１８によって占有されるスペースの左右方向の幅をコンパクトにすることができる。したがって、例えば、レール部２２の左側および／または右側に加工機等の機械が設置されている場合において、使用者が該機械に物理的にアクセスし易くなる。その結果、該機械にメンテナンス等を行う場合の作業効率を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、ケーブルトラック１８がレール部２２の下方投影領域に含まれるようにレール部２２の下側に配置され、且つ、ケーブルトラック１８の幅Ｗ_２が、レール部２２、ロボットベース６６、および台座部４４の幅Ｗ_１以下に設定されている。この構成によれば、ケーブルトラック１８を、レール部２２から左右側へ突出することなく、レール部２２の左側壁３６および右側壁３８の内側に確実に収めることができるので、レール組立体１２およびケーブルトラック１８によって占有されるスペースの左右方向の幅を、より効果的に低減することができる。

また、本実施形態によれば、サーボモータ５０は、台車部１４とは別の場所、すなわちレール部２２の後端部２２ａに固定されている。この構成によれば、台車部１４を小型化することができる。また、この場合、サーボモータ５０に電力を伝送するためのケーブルを、台車部１４まで配線すべくケーブルトラック１８に収容させる必要がなくなるので、ケーブルトラック１８を小型化することも可能となる。

次に、図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態に係るロボットシステム８０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。図５に示すように、ロボットシステム８０は、ロボット６４、ロボット６４を制御するロボット制御部８２、および、ロボット６４を移動させるロボット走行装置１０を備える。

ロボット制御部８２は、例えばＣＰＵを含み、ロボット走行装置１０の外部に設置された外部機器に搭載されている。ロボット制御部８２は、ケーブル７２を介して、ロボット６４に電気的に接続され、ロボットアーム６８およびロボットハンド７０の動作を制御する。また、ロボット制御部８２は、サーボモータ５０にも電気的に接続されている。本実施形態においては、ロボット制御部８２は、サーボモータ５０の動作を制御する駆動機構制御部８４としての機能を有し、サーボモータ５０を駆動する。

次に、ロボットシステム８０の動作について説明する。ロボット６４を、図１に示す状態から前方へ移動させる場合、ロボット制御部８２は、サーボモータ５０に指令を送り、サーボモータ５０の出力シャフトを、左側から見て反時計回りに回転させる。

そうすると、サーボモータ５０の出力シャフトに固定された第１プーリー５６が回転し、タイミングベルト６０は、第１プーリー５６から動力を受けて、その上側部分（すなわち、タイミングベルト６０のうち、右ガイドレール４０と左ガイドレール４２との間、且つ台座部４４の下側を通過する部分）が前方へ移動するように回動する。

タイミングベルト６０が回動するのに伴って、第２プーリー５８も回転される。このようにタイミングベルト６０が回動すると、該タイミングベルト６０と係合する台座部４４は、タイミングベルト６０から動力を受ける。これにより、台車部１４と、該台車部１４によって支持されたロボット６４は、レール部２２に沿って前方へと移動する。このように、第１プーリー５６、第２プーリー５８、およびタイミングベルト６０から構成された動力伝達部５２によって、サーボモータ５０にて生成された動力が、台車部１４へ伝達される。

ロボット６４が所望の位置に達したとき、ロボット制御部８２は、サーボモータ５０の回転を停止させ、次いで、ロボットアーム６８およびロボットハンド７０へ指令を送り、所望の作業を実行させる。ロボット６４による作業が完了した後、ロボット６４をさらに前方へ移動させる場合は、ロボット制御部８２は、サーボモータ５０を左側から見て反時計回りにさらに回転させ、台車部１４およびロボット６４を前方へ移動させる。一方、ロボット６４をさらに後方へ移動させる場合は、ロボット制御部８２は、サーボモータ５０を左側から見て時計回りに回転させ、台車部１４およびロボット６４を後方へ移動させる。

本実施形態によれば、ロボット制御部８２が、ロボット６４のロボットアーム６８およびロボットハンド７０を制御するとともに、ロボット走行装置１０のサーボモータ５０を制御する。この構成によれば、ロボット６４と台車部１４の動作を同期させることができるので、ロボット６４を動作させつつ台車部１４を移動させるといった協調動作が可能となる。

また、本実施形態によれば、台車部１４を移動させるための動力を発生させる動力発生部として、サーボモータ５０を採用している。これにより、ロボット制御部８２は、ロボット６４をレール部２２の所望の場所へ移動および停止させる動作を、高度に制御することができる。

なお、本実施形態においては、ロボット制御部８２が、駆動機構制御部８４として機能を有する場合について述べたが、これに限らず、駆動機構制御部８４は、ロボット制御部８２とは別個に設けられてもよい。

次に、図１〜図４、図６および図７を参照して、本発明の一実施形態に係る加工システム９０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。図６に示すように、加工システム９０は、ロボット６４、ロボット６４を制御するロボット制御部９２、ロボット６４を移動させるロボット走行装置１０、加工機９４、および加工機９４を制御する加工機制御部９６を備える。

図７に示すように、加工機９４は、レール部２２に沿って複数配置されており、レール部２２の左側に配置された加工機９４ａ、９４ｂ、および９４ｃと、レール部２２の右側に配置された加工機９４ｄ、９４ｅ、および９４ｆとを含む。

ロボット制御部９２は、例えばＣＰＵを含み、ロボット走行装置１０の外部に設置された外部機器に搭載されている。ロボット制御部９２は、ケーブル７２を介して、ロボット６４に電気的に接続され、ロボットアーム６８およびロボットハンド７０の動作を制御する。

一方、加工機制御部９６は、例えばＣＰＵを含み、外部機器に搭載される。加工機制御部９６は、加工機９４の各々の動作を制御する。また、加工機制御部９６は、サーボモータ５０に電気的に接続されている。本実施形態においては、加工機制御部９６は、サーボモータ５０の動作を制御する駆動機構制御部８４としての機能を有し、サーボモータ５０を駆動する。

次に、加工システム９０の動作について説明する。加工システム９０は、ロボット６４によってワークを把持し、ロボット走行装置１０によってロボット６４を移動させることによって、ワークを加工機９４の各々の位置まで運搬し、加工機９４によってワークに加工を施すためのシステムである。

加工機９４によってワークを加工する場合、まず、ロボット制御部９２は、ロボットアーム６８およびロボットハンド７０に指令を送り、ワークを把持させる。次いで、加工機制御部９６は、サーボモータ５０を回転駆動し、動力伝達部５２を介して、台車部１４およびロボット６４を、図１に示す位置から前方へと移動させる。

ロボット６４が加工機９４ａおよび９４ｄの位置に達したとき、加工機制御部９６は、サーボモータ５０の回転を停止させ、次いで、加工機９４ａおよび９４ｄへ指令を送り、ワークを加工する。加工機９４ａおよび９４ｄによる作業が完了した後、加工機制御部９６は、サーボモータ５０を再度回転駆動し、台車部１４およびロボット６４を、加工機９４ｂおよび９４ｅの位置へ移動させる。

そして、加工機制御部９６は、加工機９４ｂおよび９４ｅによってワークを加工する。同様にして、加工機制御部９６は、台車部１４およびロボット６４を、加工機９４ｃおよび９４ｆの位置へ移動させ、加工機９４ｃおよび９４ｆによってワークを加工する。このようにして、加工機制御部９６は、台車部１４およびロボット６４をレール部２２に沿って移動させつつ、加工機９４によってワークを順次加工する。

本実施形態によれば、加工機制御部９６が、加工機９４を制御するとともに、ロボット走行装置１０のサーボモータ５０を制御する。この構成によれば、加工機９４と台車部１４の動作を同期させることができるので、加工状況に応じて台車部１４の位置を高度に制御することができる。

なお、上述の実施形態においては、台車部１４を移動させるための動力を発生させる動力発生部として、サーボモータ５０を採用した場合について述べた。しかしながら、これに限らず、例えば油圧シリンダのように、動力を発生可能であれば如何なる装置を適用してもよい。

また、上述の実施形態においては、動力伝達部５２を、第１プーリー５６、第２プーリー５８、およびタイミングベルト６０から構成した場合について述べた。しかしながら、これに限らず、例えばボール螺子機構のように、動力発生部によって発生される動力を台車部１４へ伝達可能であれば如何なる装置を適用してもよい。

また、上述の実施形態においては、台車部１４を、台座部４４と、該台座部４４とは別部材である脚部４６とによって構成した場合について述べた。しかしながら、これに限らず、台座部４４および脚部４６を一体に形成することによって、１つ部材からなる台車部１４を構成してもよい。

また、上述の実施形態においては、ケーブルトラック１８の左右方向の最大幅寸法Ｗ_２が、レール部２２、ロボットベース６６、および台座部４４の最大幅寸法Ｗ_１以下となっており、且つ、ケーブルトラック１８全体が、レール部２２の下方投影領域内に収まるように配置されている場合について述べた。しかしながら、これに限らず、ケーブルトラック１８は、レール部２２の下側に配置されていればよい。より具体的には、ケーブルトラック１８の少なくとも一部が、レール部２２の下方投影領域に含まれていればよい。

また、上述の実施形態においては、モータ５０が、レール部２２の後端部２２ａに固定されている場合について述べた。しかしながら、これに限らず、モータ５０は、例えばロボット走行装置１０の外部に設置されてもよい。この場合において、モータ５０は、レール部２２に対して静止して（すなわち、レール部２２に対して移動不能となるように）配置される。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得る。しかしながら、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、工程、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ ロボット走行装置
１４ 台車部
１６ 駆動機構
１８ ケーブルトラック
２２ レール部
４４ 台座部
４６ 脚部
５０ サーボモータ
５２ 動力伝達部
８０ ロボットシステム
８２，９２ ロボット制御部
９０ 加工システム
９４，９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄ，９４ｅ，９４ｆ 加工機
９６ 加工機制御部

Claims (12)

1. レール部と、
   前記レール部に沿って移動可能であり、ロボットを支持する台車部と、
   前記台車部を駆動する駆動機構と、
   前記ロボットに接続される接続端を有するケーブルを収容し、前記台車部に連結されるケーブルトラックであって、前記レール部の下側で該レール部に沿って敷設される、ケーブルトラックと、を備え、
   前記台車部は、
   前記レール部の上に配置される台座部と、
   前記台座部から下方へ延び、前記レール部の下側で前記ケーブルトラックに連結される脚部と、を有する、ロボット走行装置。
2. 前記駆動機構は、
   前記レール部に対して静止して配置される動力発生部と、
   前記動力発生部によって発生される動力を前記台車部へ伝達する動力伝達部と、を有する、請求項１に記載のロボット走行装置。
3. 前記動力発生部は、サーボモータを有する、請求項２に記載のロボット走行装置。
4. 前記動力伝達部は、前記サーボモータの出力シャフトに接続されるタイミングベルトを含む、請求項３に記載のロボット走行装置。
5. 前記駆動機構は、前記台座部の下側部に機械的に接続され、前記台座部に動力を与える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボット走行装置。
6. 前記ケーブルの前記接続端は、前記台座部の上に露出して配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボット走行装置。
7. 前記台車部に固定される前記ロボットのベース、前記台座部、および前記レール部の、該レール部の延在方向と直交する方向の最大幅寸法は、略同じであり、
   前記ケーブルトラックの、前記レール部の延在方向と直交する方向の最大幅寸法は、前記ロボットのベース、前記台座部、および前記レール部の前記最大幅寸法以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロボット走行装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のロボット走行装置と、
   前記台車部の上に設置されるロボットと、
   前記ロボットを制御するロボット制御部と、を備える、ロボットシステム。
9. 前記ロボット制御部と前記駆動機構とは、前記ケーブルを介して互いに電気的に接続され、
   前記ロボット制御部は、前記駆動機構を制御する、請求項８に記載のロボットシステム。
10. 前記駆動機構を制御する駆動機構制御部をさらに備える、請求項８に記載のロボットシステム。
11. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のロボット走行装置と、
    前記台車部の上に設置されたロボットと、
    前記レール部に沿って設置された加工機と、
    前記ロボットを制御するロボット制御部と、
    前記加工機を制御する加工機制御部と、を備える、加工システム。
12. 前記加工機制御部は、前記駆動機構を制御する、請求項１１に記載の加工システム。

Images