JP6582492B2 - ロボットシステム - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットシステムに関するものである。
従来、ロボットアームを備えたロボットが知られている。ロボットアームは複数のアーム(アーム部材)が関節部を介して連結され、最も先端側(最も下流側)のアームには、エンドエフェクターとして、例えば、ハンドが装着される。関節部はモーターにより駆動され、その関節部の駆動により、アームが回動する。そして、ロボットは、例えば、ハンドで対象物を把持し、その対象物を所定の場所へ移動させ、組立等の所定の作業を行う。
このようなロボットとして、特許文献1には、垂直多関節ロボットが開示されている。特許文献1に記載のロボットでは、基台に対してハンドを、最も基端側(最も上流側)の回動軸(鉛直方向に延びる回動軸)である第1回動軸周りに180°異なる位置に移動させる動作は、基台に対して最も基端側のアームである第1アームを、前記第1回動軸周りに回動させることにより行う構成になっている。
特開2014−46401号公報
特許文献1に記載のロボットでは、ハンドを基台に対して第1回動軸周りに180°異なる位置に移動させる場合に、ロボットが干渉しないようにするための大きな空間を必要とする。
本発明の目的は、第1ロボットの先端部の位置を第1回動軸周りに180°異なる位置に移動させる動作を、第1ロボットが干渉しないための空間を小さくしても実現できるロボットシステムを提供することにある。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
(適用例1)
本発明のロボットシステムは、セルと、
前記セルに設けられた第1ロボットおよび第2ロボットと、を備え、
前記第1ロボットは、
第n(nは1以上の整数)回動軸周りに回動可能な第nアームと、
第nアームに、前記第n回動軸の軸方向とは異なる軸方向である第(n+1)回動軸周りに回動可能に設けられた第(n+1)アームと、を有し、
前記第nアームの長さは、前記第(n+1)アームの長さよりも長く、
前記第(n+1)回動軸から見て、前記第nアームと前記第(n+1)アームとが重なることが可能であることを特徴とする。
これにより、第(n+1)アームの先端を第n回動軸周りに180°異なる位置に移動させる場合に第1ロボットが干渉しないようにするための空間を小さくすることができる。これによって、セルの小型化を図ることができ、ロボットシステムを設置するための設置スペースを小さくすることができる。また、1つのセル内に、第1ロボットおよび第2ロボットが設けられているため、1つのセル内においてより多くの作業を行うことができる。
(適用例2)
本発明のロボットシステムでは、前記第1ロボットは、前記セルに設けられた第1基台を備え、
前記第nアームは前記第1基台に設けられていることが好ましい。
これにより、第1基台に対して第nアームおよび第(n+1)アームを回動させることができる。
(適用例3)
本発明のロボットシステムでは、前記第2ロボットは、
第2基台と、
前記第2基台に設けられ、第m(mは1以上の整数)回動軸周りに回動可能な第mアームと、
前記第mアームに、前記第m回動軸の軸方向と平行な軸方向である第(m+1)回動軸周りに回動可能に設けられた第(m+1)アームと、を有することが好ましい。
これにより、第m回動軸周りに回動する第mアームおよび第(m+1)アームを備える小型な第2ロボットを備えることができ、第2ロボットを配置する領域をより小さくすることができる。
(適用例4)
本発明のロボットシステムでは、前記第2ロボットは、
第m(mは1以上の整数)回動軸周りに回動可能な第mアームと、
前記第mアームに、前記第m回動軸の軸方向とは異なる軸方向である第(m+1)回動軸周りに回動可能に設けられた第(m+1)アームと、を有することが好ましい。
このように回動軸の方向が異なる第mアームおよび第(m+1)アームを備えることで、第2ロボットによる作業の自由度をより高めることができる。
(適用例5)
本発明のロボットシステムでは、前記第mアームの長さは、前記第(m+1)アームの長さよりも長く、
前記第(m+1)回動軸の軸方向から見て、前記第mアームと前記第(m+1)アームとが重なることが可能であることが好ましい。
これにより、第(m+1)アームの先端を第m回動軸周りに180°異なる位置に移動させる場合に第2ロボットが干渉しないようにするための空間をより小さくすることができる。
(適用例6)
本発明のロボットシステムでは、前記第2ロボットは、前記セルに設けられた第2基台を備え、
前記第mアームは前記第2基台に設けられていることが好ましい。
これにより、第2基台に対して第mアームおよび第(m+1)アームを回動させることができる。
(適用例7)
本発明のロボットシステムでは、前記セルは、第1面と、前記第1面に対向する第2面とを有し、
前記第1面に、前記第1ロボットが設けられ、
前記第2面に、前記第2ロボットが設けられていることが好ましい。
これにより、第1ロボットと第2ロボットとを対向して配置することができる。このため、セルの小型化をさらに図ることができ、よって、ロボットシステムを設置する設置スペースをより小さくすることができる。
(適用例8)
本発明のロボットシステムでは、前記第1面の少なくとも一部は、鉛直方向から見て、前記第2面の少なくとも一部と重なっていることが好ましい。
これにより、第1ロボットと第2ロボットとを対向して配置することができる。このため、セルの幅をより小さくすることができ、ロボットシステムを設置する設置スペースをより小さくすることができる。
(適用例9)
本発明のロボットシステムでは、前記第1ロボットは、前記セルに設けられた第1基台を備え、
前記第nアームは前記第1基台に設けられており、
前記第2ロボットは、前記セルに設けられた第2基台と、前記第2基台に設けられた第mアームと、を備え、
前記第1基台の少なくとも一部は、鉛直方向から見て、前記第2基台の少なくとも一部と重なっていることが好ましい。
これにより、第1ロボットと第2ロボットとを対向して配置することができる。このため、セルの幅をより小さくすることができ、ロボットシステムを設置する設置スペースをより小さくすることができる。
(適用例10)
本発明のロボットシステムでは、前記セルの設置面積は、637,500mm未満であることが好ましい。
第(n+1)アームの先端を第n回動軸周りに180°異なる位置に移動させる場合に第1ロボットが干渉しないようにするための空間を小さくすることができるので、このような設置面積のセルであっても、前記移動の際に、第1ロボットが干渉することを防ぐことができる。
(適用例11)
本発明のロボットシステムでは、前記セルの設置面積は、500,000mm未満であることが好ましい。
第(n+1)アームの先端を第n回動軸周りに180°異なる位置に移動させる場合に第1ロボットが干渉しないようにするための空間を小さくすることができるので、このような設置面積のセルであっても、前記移動の際に、第1ロボットが干渉することを防ぐことができる。
本発明のロボットシステムの第1実施形態を示す斜視図である。 図1に示す第1ロボット(第2ロボット)の正面図である。 図1に示す第1ロボット(第2ロボット)の概略図である。 図1に示す第1ロボット(第2ロボット)の側面図である。 図1に示す第1ロボット(第2ロボット)の側面図である。 図1に示す第1ロボット(第2ロボット)の動作を説明するための図である。 図1に示す第1ロボットおよび第2ロボットの作業時の動作を説明するための図である。 図1に示す第1ロボットが有するロボットアームの先端部の移動経路を説明するための図である。 図1に示すロボットシステムの正面図である。 本発明のロボットシステムの第2実施形態を示す正面図である。
以下、本発明のロボットシステムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明のロボットシステムの第1実施形態を示す斜視図である。図2は、図1に示す第1ロボット(第2ロボット)の正面図である。図3は、図1に示す第1ロボット(第2ロボット)の概略図である。図4および図5は、それぞれ、図1に示す第1ロボット(第2ロボット)の側面図である。図6は、図1に示す第1ロボット(第2ロボット)の動作を説明するための図である。図7は、図1に示す第1ロボットおよび第2ロボットの作業時の動作を説明するための図である。図8は、図1に示す第1ロボットが有するロボットアームの先端部の移動経路を説明するための図である。図9は、図1に示すロボットシステムの正面図である。
なお、以下では、説明の都合上、図1〜図7、図9中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う(第2実施形態の図10も同様)。また、図1〜図7、図9中の基台(第1基台および第2基台)側を「基端」または「上流」、その反対側(ハンド側)を「先端」または「下流」と言う(第2実施形態の図10も同様)。また、図1、図9中の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする(第2実施形態の図10も同様)。
図1に示すロボットシステム100は、セル5と、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bと、を有するロボットセル50を有している。
このロボットシステム100は、例えば、腕時計のような精密機器等を製造する製造工程等で用いることができる。また、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bは、それぞれ、当該精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。
また、ロボットシステム100は、図示しないロボット制御装置(制御部)を有している。ロボット制御装置は、セル5内に設けられていてもよく、また、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bのそれぞれに内蔵されていてもよく、また、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bとは、別体であってもよい。また、ロボット制御装置は、例えば、CPU(Central Processing Unit)が内蔵されたパーソナルコンピューター(PC)等で構成することができる。
〈セル〉
図1に示すように、セル5は、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bを囲む枠体であり、移設を容易に行えるようになっている。このセル5内において、主に、第1ロボット1aと第2ロボット1bとがそれぞれ組立等の作業を行う。
セル5は、セル5全体を例えば地面(床)等の設置スペースに設置させる4つの足部54と、これら足部54に支持されている枠体部51と、枠体部51内の下方に設けられた床部52と、枠体部51内の上方に設けられた天井部53と、を有している。
枠体部51は、鉛直方向に延びている4つの柱(支柱)511と、4つの柱511の下端に設けられた枠状の下部512と、4つの柱511の上端に設けられた枠状の上部513と、を有している。なお、隣り合う柱511同士の間(枠体部51の側面部)および上部513には、例えば作業者や粉じん等の異物が枠体部51内に侵入しないようにするために安全板(図示せず)が設置されていてもよい。
下部512の上方には、床部52が設けられている。床部52は、第1ロボット1aを支持する部材であり、本実施形態では四角形の板状(枠状)をなしている。床部52は、その4隅が枠体部51の4つの柱511に支持されている。このような床部52の上面が床面(第1面)521であり、この床面521に、後述する第1ロボット1aの基台11が支持されている。
また、上部513の下方には、天井部53が設けられている。天井部53は、第2ロボット1bを支持する部材であり、本実施形態では四角形の板状(枠状)をなしている。天井部53は、その4隅が枠体部51の4つの柱511に支持されている。このような天井部53の下面が天井面(第2面)531であり、この天井面531に後述する第2ロボット1bの基台11が支持されている。
また、枠体部51内の中央部には、セル5内において第1ロボット1aや第2ロボット1bが部品の給材を行う部品供給部71、72と、第1ロボット1aや第2ロボット1bが部品の除材を行う部品除去部73が設けられている。これら部品供給部71、72と、部品除去部73とは、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bが部品の給材および除材等の作業を行うことができる位置に設けられている。
なお、上記の説明では、第1ロボット1aが床部52に取り付けられていたが、第1ロボット1aは、例えば下部512に取り付けられていてもよい。その場合には、下部512の下面または上面を、床面(第1面)と捉えてもよい。また、第2ロボット1bが天井部53に取り付けられていたが、第2ロボット1bは、例えば上部513に取り付けられていてもよい。その場合には、上部513の下面または上面を、天井面(第2面)と捉えてもよい。また、セル5は、足部54を有していなくてもよい。その場合には、下部512が、直接、設置スペースに設置されていてもよい。
〈第1ロボットおよび第2ロボット〉
図2に示すように、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bは、それぞれ、基台(第1基台、第2基台)11と、ロボットアーム10とを有している。ロボットアーム10は、第1アーム(第nアーム、第mアーム)12、第2アーム(第(n+1)アーム、第(m+1)アーム)13、第3アーム14、第4アーム15、第5アーム16および第6アーム17(6つのアーム)と、第1駆動源401、第2駆動源402、第3駆動源403、第4駆動源404、第5駆動源405および第6駆動源406(6つの駆動源)と、を備えている。なお、第6アーム17の先端には、例えば、腕時計等のような精密機器、部品等を把持するハンド91等のエンドエフェクターを着脱可能に取り付けることができるようになっている。
第1ロボット1aおよび第2ロボット1bは、それぞれ、基台11と、第1アーム12と、第2アーム13と、第3アーム14と、第4アーム15と、第5アーム16と、第6アーム17とが基端側から先端側に向ってこの順に連結された垂直多関節(6軸)ロボットである。なお、以下では、第1アーム12、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、第5アーム16および第6アーム17をそれぞれ「アーム」とも言う。また、第1駆動源401、第2駆動源402、第3駆動源403、第4駆動源404、第5駆動源405および第6駆動源406をそれぞれ「駆動源(駆動部)」とも言う。
図2に示すように、基台11は、床面521または天井面531に固定される部分(取り付けられる部材)である。この固定方法としては、特に限定されず、例えば、複数本のボルトによる固定方法等を採用することができる。
なお、本実施形態では、基台11の下部に設けられた板状のフランジ111が床面521または天井面531に取り付けられているが、基台11の床面521または天井面531への取り付け箇所は、これに限定されず、例えば、基台11の上面であってもよい。
また、基台11には、後述する関節171が含まれていてもよく、また、含まれていなくてもよい(図3参照)。
図2に示すように、ロボットアーム10は、基台11に対して回動可能に支持されており、アーム12〜17は、それぞれ、基台11に対し独立して変位可能に支持されている。
第1アーム12は、屈曲した形状をなしている。第1アーム12は、基台11に接続され、基台11から鉛直方向下方に延出した第1部分121と、第1部分121の下端から水平方向に延出した第2部分122と、第2部分122の第1部分121とは反対の端部に設けられ、鉛直方向に延出した第3部分123と、第3部分123の先端から水平方向に延出した第4部分124とを有している。なお、これら第1部分121、第2部分122、第3部分123および第4部分124は、一体で形成されている。また、第2部分122と第3部分123とは、図2の紙面手前から見て(後述する第1回動軸O1および第2回動軸O2の双方と直交する正面視で)、ほぼ直交(交差)している。
第2アーム13は、長手形状をなし、第1アーム12の先端部(第4部分124の第3部分123とは反対の端部)に接続されている。
第3アーム14は、長手形状をなし、第2アーム13の第1アーム12が接続されている端部とは反対の端部に接続されている。
第4アーム15は、第3アーム14の第2アーム13が接続されている端部とは反対の端部に接続されている。第4アーム15は、互いに対向する1対の支持部151、152を有している。支持部151、152は、第5アーム16との接続に用いられる。
第5アーム16は、支持部151、152の間に位置し、支持部151、152に接続されることで第4アーム15と連結している。
第6アーム17は、平板状をなし、第5アーム16の先端部に接続されている。また、第6アーム17の先端部(第5アーム16と反対側の端部)には、ハンド91が着脱可能に装着される。ハンド91としては、特に限定されず、例えば、複数本の指部(フィンガー)を有する構成のものが挙げられる。
なお、前述した各アーム12〜17の外装は、それぞれ、1つの部材で構成されていてもよいし、複数の部材で構成されていてもよい。
次に、図2および図3を参照しつつ、これらアーム12〜17の駆動とともに駆動源401〜406について説明する。なお、図3は、第1ロボット1a(第2ロボット1b)の概略図を示しており、図2の右側から見た状態を示す。また、図3では、図2に示す状態からアーム13〜17を回動させた状態を示している。
図3に示すように、基台11と第1アーム12とは、関節(ジョイント)171を介して連結されている。関節171は、基台11に連結された第1アーム12を基台11に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第1アーム12は、基台11に対し、鉛直方向と平行な第1回動軸(第n回動軸、第m回動軸)O1を中心に(第1回動軸O1周りに)回動可能となっている。第1回動軸O1は、基台11が取り付けられた床面521の法線または天井面531の法線と一致している。また、第1ロボット1aの第1回動軸O1は、第1ロボット1aの最も上流側にある回動軸である。なお、第2ロボット1bにおいても同様である。この第1回動軸O1周りの回動は、モーター401Mを有する第1駆動源401の駆動によりなされる。また、第1駆動源401はモーター401Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター401Mは電気的に接続されたモータードライバー301(図2参照)を介してロボット制御装置により制御される。なお、第1駆動源401はモーター401Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター401Mからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。
また、第1アーム12と第2アーム13とは、関節(ジョイント)172を介して連結されている。関節172は、互いに連結された第1アーム12と第2アーム13のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第2アーム13は、第1アーム12に対し、水平方向と平行な第2回動軸(第(n+1)回動軸、第(m+1)回動軸)O2を中心に(第2回動軸O2周りに)回動可能となっている。第2回動軸O2は、第1回動軸O1と直交している。この第2回動軸O2周りの回動は、モーター402Mを有する第2駆動源402の駆動によりなされる。また、第2駆動源402はモーター402Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター402Mは電気的に接続されたモータードライバー302を介してロボット制御装置により制御される。なお、第2駆動源402はモーター402Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター402Mからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。また、第2回動軸O2は、第1回動軸O1に直交する軸と平行であってもよく、また、第2回動軸O2は、第1回動軸O1と直交していなくても、軸方向が互いに異なっていればよい。
また、第2アーム13と第3アーム14とは、関節(ジョイント)173を介して連結されている。関節173は、互いに連結された第2アーム13と第3アーム14のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第3アーム14は、第2アーム13に対して、水平方向と平行な第3回動軸O3を中心に(第3回動軸O3周りに)回動可能となっている。第3回動軸O3は、第2回動軸O2と平行である。この第3回動軸O3周りの回動は、第3駆動源403の駆動によりなされる。また、第3駆動源403は、モーター403Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター403Mは電気的に接続されたモータードライバー303を介してロボット制御装置により制御される。なお、第3駆動源403はモーター403Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター403Mからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。
また、第3アーム14と第4アーム15とは、関節(ジョイント)174を介して連結されている。関節174は、互いに連結された第3アーム14と第4アーム15のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第4アーム15は、第3アーム14に対し、第3アーム14の中心軸方向と平行な第4回動軸O4を中心に(第4回動軸O4周りに)回動可能となっている。第4回動軸O4は、第3回動軸O3と直交している。この第4回動軸O4周りの回動は、第4駆動源404の駆動によりなされる。また、第4駆動源404は、モーター404Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター404Mは電気的に接続されたモータードライバー304を介してロボット制御装置により制御される。なお、第4駆動源404はモーター404Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター404Mからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。また、第4回動軸O4は、第3回動軸O3に直交する軸と平行であってもよく、また、第4回動軸O4は、第3回動軸O3と直交していなくても、軸方向が互いに異なっていればよい。
また、第4アーム15と第5アーム16とは、関節(ジョイント)175を介して連結されている。関節175は、互いに連結された第4アーム15と第5アーム16の一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第5アーム16は、第4アーム15に対し、第4アーム15の中心軸方向と直交する第5回動軸O5を中心に(第5回動軸O5周りに)回動可能となっている。第5回動軸O5は、第4回動軸O4と直交している。この第5回動軸O5周りの回動は、第5駆動源405の駆動によりなされる。また、第5駆動源405は、モーター405Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター405Mは電気的に接続されたモータードライバー305を介してロボット制御装置により制御される。なお、第5駆動源405はモーター405Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター405Mからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。また、第5回動軸O5は、第4回動軸O4に直交する軸と平行であってもよく、また、第5回動軸O5は、第4回動軸O4と直交していなくても、軸方向が互いに異なっていればよい。
また、第5アーム16と第6アーム17とは、関節(ジョイント)176を介して連結されている。関節176は、互いに連結された第5アーム16と第6アーム17の一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第6アーム17は、第5アーム16に対し、第6回動軸O6を中心に(第6回動軸O6周りに)回動可能となっている。第6回動軸O6は、第5回動軸O5と直交している。この第6回動軸O6周りの回動は、第6駆動源406の駆動によりなされる。また、第6駆動源406の駆動は、モーター406Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター406Mは電気的に接続されたモータードライバー306を介してロボット制御装置により制御される。なお、第6駆動源406はモーター406Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター406Mからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。また、第5回動軸O5は、第4回動軸O4に直交する軸と平行であってもよく、また、第6回動軸O6は、第5回動軸O5に直交する軸と平行であってもよく、また、第6回動軸O6は、第5回動軸O5と直交していなくても、軸方向が互いに異なっていればよい。
そして、このような駆動をする第1ロボット1aおよび第2ロボット1bは、それぞれ、第6アーム17の先端部に接続されたハンド91で精密機器、部品等を把持したまま、アーム12〜17等の動作を制御することにより、当該精密機器、部品を搬送すること等の各作業を行うことができる。なお、ハンド91の駆動は、ロボット制御装置により制御される。
以上、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bの構成について簡単に説明した。
次に、図4、図5および図6を参照しつつ、アーム12〜17との関係について説明するが、表現等を変え、種々の視点から説明する。また、第3アーム14、第4アーム15、第5アーム16および第6アーム17については、これらを真っ直ぐに伸ばした状態、換言すれば、図4および図5に示すように、第4回動軸O4と第6回動軸O6とが一致しているか、または平行である状態で考えることとする。
まず、図4に示すように、第1アーム12の長さL1は、第2アーム13の長さL2よりも長く設定されている。
ここで、第1アーム12の長さL1とは、第2回動軸O2の軸方向から見て、第2回動軸O2と、第1アーム12を回動可能に支持する軸受部61(関節171が有する部材)の図4中の左右方向に延びる中心線611との間の距離である。また、第2アーム13の長さL2とは、第2回動軸O2の軸方向から見て、第2回動軸O2と、第3回動軸O3との間の距離である。
また、図5に示すように、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bは、それぞれ、第2回動軸O2の軸方向から見て、第1アーム12と第2アーム13とのなす角度θを0°にすることが可能なように構成されている。すなわち、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bは、それぞれ、第2回動軸O2の軸方向から見て、第1アーム12と第2アーム13とが重なることが可能なように構成されている。そして、第2アーム13は、角度θが0°の場合、すなわち、第2回動軸O2の軸方向から見て、第1アーム12と第2アーム13とが重なった場合、第2アーム13が第1アーム12の第2部分122に干渉しないように構成されている。
ここで、前記第1アーム12と第2アーム13とのなす角度θとは、第2回動軸O2の軸方向から見て、第2回動軸O2と第3回動軸O3とを通る直線(第2回動軸O2の軸方向から見た場合の第2アーム13の中心軸)621と、第1回動軸O1とのなす角度である(図4参照)。
また、図5に示すように、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bは、それぞれ、第2回動軸O2の軸方向から見て、第2アーム13と、第3アーム14とが重なることが可能なように構成されている。すなわち、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bは、それぞれ、第2回動軸O2の軸方向から見て、第1アーム12と、第2アーム13と、第3アーム14とが同時に重なることが可能なように構成されている。
また、第3アーム14、第4アーム15、第5アーム16および第6アーム17の合計の長さL3は、第2アーム13の長さL2よりも長く設定されている。これにより、第2回動軸O2の軸方向から見て、第2アーム13と第3アーム14とを重ねたとき、第2アーム13からロボットアーム10の先端、すなわち、第6アーム17の先端を突出させることができる。これによって、ハンド91が、第1アーム12および第2アーム13と干渉することを防止することができる。
ここで、第3アーム14、第4アーム15、第5アーム16および第6アーム17の合計の長さL3とは、第2回動軸O2の軸方向から見て、第3回動軸O3と、第6アーム17の先端との間の距離である(図5参照)。この場合、第3アーム14、第4アーム15、第5アーム16および第6アーム17は、図5に示すような第4回動軸O4と第6回動軸O6とが一致しているか、または平行である状態である。
このような第1ロボット1aおよび第2ロボット1bは、それぞれ、図6(a)、(b)、(c)、(d)、(e)に示すように、第1アーム12を回動させず、第2アーム13を回動させることにより、第2回動軸O2の軸方向から見て角度θが0°となる状態を経て、第2アーム13の先端を第1回動軸O1周りに180°異なる位置に移動させることが可能である。このため、ロボットアーム10の先端(第6アーム17の先端)を図6(a)に示す位置(第1位置)から、図6(c)に示すように第1アーム12と第2アーム13とが重なった状態を経て、ロボットアーム10の先端を図6(a)に示す位置とは第1回動軸O1周りに180°異なる図6(e)に示す位置(第2位置)に移動させることが可能である。これにより、第1回動軸O1の軸方向から見て、ハンド91(ロボットアーム10の先端)を直線上に移動させることができる。なお、この移動の際、第3アーム14、第4アーム15、第5アーム16および第6アーム17は、それぞれ、必要に応じて回動させる。
次に、図7および図8を参照しつつ、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bが行う作業およびその作業の際における第1ロボット1aおよび第2ロボット1bの動作の1例について説明する。ここでは、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bによって、部品供給部71から取り出したパネル41に部品供給部72から取り出した部品42を組み込む作業の際の第1ロボット1aおよび第2ロボット1bの動作について説明する。なお、図7に示すように、この作業では、第1ロボット1aは、図1に示す状態から第1回動軸O1を中心として第1アーム12を90°回動させた状態となっている。
まず、図7(a)に示すように、第1ロボット1aは、ハンド91により部品供給部71に配置されているパネル41を把持し、パネル41を取り出す。この取り出しでは、第1ロボット1aは、第1アーム12を回動させず、第2アーム13および第3アーム14を回動させる。これにより、第1ロボット1aは、パネル41(ロボットアーム10の先端)の高さ(鉛直方向の位置)をほぼ一定に保ちつつ、パネル41を水平方向に移動させることができる。なお、この際、必要に応じて、第1アーム12、第5アーム16および第6アーム17のうちの任意のものを回動させて微調整を行ってもよい。
また、図7(a)に示すように、第2ロボット1bは、ハンド91により部品供給部72に配置されている部品42を把持して、部品42を取り出す。この際、第2ロボット1bも、前述した第1ロボット1aの動作と同様の動作を行うことで、部品42を水平方向に移動させることができる。
次に、図7(b)に示すように、第1ロボット1aは、ハンド91を移動させ、把持しているパネル41を部品供給部71と部品除去部73との間に搬送する。この際、第1ロボット1aは、第1アーム12を回動させず、第2アーム13および第3アーム14を回動させることにより、第1アーム12と第2アーム13とが重なった状態とする。この搬送においても、第1ロボット1aは、第1アーム12を回動させず、第2アーム13および第3アーム14を回動させることで、パネル41の高さをほぼ一定に保ちつつ、パネル41を水平方向に移動させることができる。なお、この際にも、第1アーム12、第5アーム16および第6アーム17を回動させて微調整を行ってもよい。
また、図7(b)に示すように、第2ロボット1bも、ハンド91を移動させ、把持している部品42をセル5の部品供給部71と部品除去部73との間に搬送する。この際、第2ロボット1bも、前述した第1ロボット1aの動作と同様の動作を行うことで、部品42を水平方向に移動させることができる。その後、第2ロボット1bは、部品42を、第1ロボット1aが把持しているパネル41に組み込む。
次に、図7(c)に示すように、第1ロボット1aは、ハンド91を部品供給部71とは第1回動軸O1周りに180°異なる位置にある部品除去部73に移動させ、部品42が組み込まれたパネル41を部品除去部73に配置する。この際にも第1ロボット1aは、第1アーム12を回動させず、第2アーム13および第3アーム14を回動させることにより、パネル41を水平方向に移動させることができる。なお、この際にも、必要に応じて、第1アーム12、第5アーム16および第6アーム17のうちの任意のものを回動させて微調整を行ってもよい。
このようにして、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bによりパネル41に部品42を組み込む作業を行うことができる。
上記のようなロボットアーム10の駆動により、第1ロボット1aは、図8に示すように、ハンド91を矢印57、58で示すように移動させる動作を行わずに、ハンド91を矢印56で示すように移動させる動作を行うことができる。すなわち、第1ロボット1aは、第1回動軸O1の軸方向から見て、ハンド91(ロボットアーム10の先端)を直線上に移動させる動作を行うことができる。なお、第2ロボット1bも同様の動作を行うことができる。これにより、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bが干渉しないようにするための空間を小さくすることができるため、セル5の小型化を図ることができる。このため、ロボットセル50を設置するための設置スペースの面積(設置面積)、すなわちセル5の鉛直方向から見た面積Sを、従来よりも小さくすることができる。それゆえ、セル5の幅Wを、従来の幅WXより小さく、具体的には、例えば、従来の幅WXの80%以下にすることができる。
なお、本実施形態では、鉛直方向から見たときセル5が正方形をなしている。このため、本実施形態では、図8中の上下方向におけるセル5の幅(奥行き)Wと、図8中の左右方向におけるセル5の幅(横幅)Wとが同じであるが、これらは異なっていてもよい。その場合には、いずれかの幅Wを、例えば、従来の幅WXの80%以下にすることができる。
具体的には、面積Sは、637,500mm未満であるのが好ましく、500,000mm以下であるのがより好ましく、400,000mm以下であるのがさらに好ましく、360,000mm以下であるのが特に好ましい。このような面積Sであっても、第2アーム13の先端を第2回動軸周りに180°異なる位置に移動させる場合に第1ロボット1aおよび第2ロボット1bが干渉しないようにするための空間を小さくすることができる。そのため、セル5の小型化を図ることができ、よって、ロボットセル50を設置する設置スペースをより小さくすることができる。これにより、例えば、ロボットセル50を複数配列して製造ラインを構成した場合、その生産ラインの長さが長くなることを抑制することができる。
また、400,000mm以下の面積Sは、人間が作業する作業領域の大きさとほぼ同等あるいは同等以下である。このため、面積Sが400,000mm以下であると、例えば、人間とロボットセル50との交換を容易に行うことができる。そのため、人間とロボットセル50とを交換して、製造ラインを変更する場合に、その変更を容易に行うことができる。なお、面積Sは10,000mm以上であるのが好ましい。これにより、ロボットセル50内部のメンテナンスを容易にすることができる。
また、幅Wは、具体的には、850mm未満であるのが好ましく、750mm未満であるのがより好ましく、650mm以下であるのがさらに好ましい(図9参照)。これにより、上述した効果と同様の効果を十分に発揮することができる。なお、幅Wは、セル5の平均幅(枠体部51の平均幅)である。なお、幅Wは100mm以上であるのが好ましい。これにより、ロボットセル50内部のメンテナンスを容易にすることができる。
また、前述したように、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bは、それぞれ、ロボットアーム10の先端の高さをほぼ変化させずに(ほぼ一定のままで)ハンド91を移動させることができる。このため、セル5の高さ(鉛直方向の長さ)Lを、従来の高さより低くすることができる(図9参照)。具体的には、セル5の高さLを、例えば従来の高さの80%以下にすることができる。これにより、天井面531を低くすることができ、よって、上方に位置する第2ロボット1bの重心の位置を低くすることができる。このため、第2ロボット1bの動作により発生する振動を低減することができる。
具体的には、高さLは、1,700mm以下であるのが好ましく、1,000mm以上1,650mm以下であるのがより好ましい。前記上限値以下であると、セル5内で第2ロボット1bが動作した際の振動の影響をより一層抑制することができる。また、前記下限値以上であると、第1ロボット1aおよび第2ロボット1b同士が干渉するのを回避することができる。なお、上記の高さLとは、セル5(足部54を含む)の平均高さである。
また、本実施形態のロボットシステム100では、1つのセル5内に2つのロボット(第1ロボット1aおよび第2ロボット1b)を配置している。そのため、1つのセル5内においてより多くの作業を行うことができる。
例えば、前述した説明では、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bによって、パネル41の板面に部品42を組み込む作業をしたが、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bによれば、例えば、パネル41の側面に部品42を組み込む作業を行うことも可能である。その場合には、例えば、第1ロボット1aが把持しているパネル41を部品供給部71と部品除去部73との間に搬送する際、第1ロボット1aが第5アーム16および第6アーム17を回動させることで、パネル41の板面を鉛直方向に沿った状態とする。これにより、パネル41の側面を第2ロボット1b側に向けることができるため、第2ロボット1bにより、パネル41の側面に部品42を組み込むことができる。
また、1つのセル5内に、第1ロボット1aおよび第2ロボット1bが設けられていることで、1つのセル内に1つのロボットが配置されているロボットセルを2つ有するロボットシステムに比べ、ロボットセル50をより小さな設置スペースに設置することができる。
また、本実施形態では、床面521に第1ロボット1aを取り付け、床面521に対向する天井面531に第2ロボット1bを取り付けている。これにより、第1ロボット1aと第2ロボット1bとを対向して配置することができ、鉛直方向から見て、第1ロボット1aと第2ロボット1bとを重ねることができる。そのため、1つのセル内に第1ロボット1aおよび第2ロボット1bを水平方向に並べて配置したロボットセルを有するロボットシステムに比べ、ロボットセル50をより小さな設置スペースに設置することができる。
特に、本実施形態では、第1ロボット1aの基台11と第2ロボット1bの基台11とが、鉛直方向から見て重なるように第1ロボット1aおよび第2ロボット1bを配置している。このため、鉛直方向から見て、第1ロボット1aと第2ロボット1bとを重ねることができ、ロボットセル50をより小さな設置スペースに設置することができる。
なお、本実施形態では、第1ロボット1aの基台11と第2ロボット1bの基台11とが、鉛直方向から見て重なっているが、第1ロボット1aの基台11の少なくとも一部が第2ロボット1bの基台11の少なくとも一部に重なっていれば、上記とほぼ同等の効果を発揮することができる。なお、本実施形態では、床面521および天井面531についても鉛直方向から見て重なっているが、第1ロボット1aの基台11が取り付けられる面の少なくとも一部が、第2ロボット1bの基台11が取り付けられる面の少なくとも一部に重なっていれば、第1ロボット1aと第2ロボット1bとを鉛直方向から見て重なるように配置させ易くなる。そのため、上記と同等の効果を発揮できる。
このように、従来よりもロボットセル50をより小さな設置スペースに設置することができるため、例えば、ロボットセル50を複数配列して製造ラインを構成した場合、ロボットセル50を単位長さ当たりに、より多く配置することができる。そのため、製造ラインを短縮することができる。
<第2実施形態>
図10は、本発明のロボットシステムの第2実施形態を示す正面図である。
以下、この図を参照して第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態のロボットシステムでは、第2ロボットの構成が異なる以外は、前述した実施形態と同様である。
図10に示すロボットシステム100が有する第2ロボット2は、基台(第2基台)21と、基台21に接続されたロボットアーム20と、ロボットアーム20に接続された作業ヘッド24とを有している。
ロボットアーム20は、水平方向に延びている第1アーム(第mアーム)22と、正面視でL字状をなす第2アーム(第(m+1)アーム)23とを有している。第1アーム22は、第1関節部221により基台21に接続されており、鉛直方向とほぼ平行である回動軸J1を中心に、基台21に対して回動可能になっている。第2アーム23は、第2関節部231により第1アーム22に接続されており、回動軸J1とほぼ平行である回動軸J2を中心に、第1アーム22に対して回動可能になっている。なお、前記「平行」とは、完全に平行となっているもの以外に、例えば、回動軸J2が回動軸J1に対して0°〜±5°程度傾斜しているものも含む。
また、第1アーム22および第2アーム23は、図示しないモーターユニットによって駆動される。このような構成のロボットアーム20では、第1アーム22の回動軸J1と、第2アーム23の回動軸J2とが、水平方向にずれている。このため、ロボットアーム20の可動範囲を広くすることができる。
作業ヘッド24は、第2アーム23の先端に設けられた円柱状の作動軸241と、駆動源(駆動部)242と、これらを上方から覆うように第2アーム23に設けられたヘッドカバー(カバー部材)243とを有している。作動軸241は、鉛直方向に沿って設けられており、その先端部(下端部)が第2アーム23から突出している。この突出した先端部には、図10に示すように、ハンド92等のエンドエフェクターが着脱自在に取り付けられている。また、作動軸241は、駆動源242によって、鉛直方向に沿って昇降可能に、かつ、作動軸241の軸を中心に回転可能になっている。
このような第2ロボット2によれば、水平方向に第1アーム22および第2アーム23を回動させ、作動軸241を昇降させたり回転させることで、部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。また、このような構成の第2ロボット2は、小型であるため、第2ロボット2が干渉しないための空間を小さくすることができ、よって、ロボットセル50(ロボットシステム100)を設置する設置スペースをより小さくすることができる。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
以上、本発明のロボットシステムを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
また、前記実施形態では、第1ロボットが有するロボットアームの回動軸の数は、6つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの回動軸の数は、例えば、2つ、3つ、4つ、5つまたは7つ以上でもよい。また、第2ロボットが有するロボットアームの回動軸の数も、いくつであってもよい。また、前記実施形態では、第1ロボットが有するアームの数は、6つであるが、本発明では、これに限定されず、第1ロボットが有するアームの数は、例えば、2つ、3つ、4つ、5つ、または、7つ以上でもよい。また、第2ロボットが有するアームの数も、いくつであってもよい。
また、前記実施形態では、第1ロボットが有するロボットアームの数は、1つであるが、本発明では、これに限定されず、第1ロボットが有するロボットアームの数は、例えば、2つ以上でもよい。すなわち、第1ロボットは、例えば、双腕ロボット等の複数腕ロボットであってもよい。なお、第2ロボットについても同様である。
また、前記実施形態では、1つのセル内に2つのロボットを有する形態について説明したが、1つのセル内に配置するロボットの数は、これに限定せれず、3つ以上であってもよい。また、前述した実施形態では、1つのセル内に1つの第1ロボットおよび1つの第2ロボットとを有する形態について説明したが、1つのセル内に配置する第1ロボットの数および第2ロボットの数は、これに限定されない。例えば、第1ロボットは1つのセル内に2つ以上配置されていてもよいし、また、第2ロボットは1つのセル内に2つ以上配置されていてもよい。
また、前記実施形態では、第1ロボットが把持している部品(パネル)に第2ロボットが把持している部品を組み込む作業を例に説明したが、第1ロボットおよび第2ロボットが行う作業はこれに限定されない。例えば、セル内のいずれかの箇所で支持された1つの部品に対して、第1ロボットおよび第2ロボットが、それぞれ把持している部品を前記支持された部品に組み込む作業を行ってもよい。
また、前記実施形態では、第1ロボットの基台を固定する箇所である第1面として、床面を挙げ、第2ロボットの基台を固定する箇所である第2面として、天井面を挙げたが、第1面および第2面は、これらに限定されない。第1面および第2面は、それぞれ、例えば、床部の下面、天井部の上面、枠体の上部の下面や上面、枠体の下部の下面や上面、柱部等であってもよい。また、第1面が天井面であってもよいし、第2面が床面であってもよい。
また、前述した実施形態では、床面に支持されているロボットを第1ロボットとし、天井面に支持されているロボットを第2ロボットとして説明したが、床面に支持されているロボットが第2ロボットであり、天井面に支持されているロボットが第1ロボットであると捉えてもよい。
また、前記実施形態では、特許請求の範囲に規定した第n回動軸、第nアーム、第(n+1)回動軸、第(n+1)アームの条件(関係)について、nが1の場合、すなわち、第1回動軸、第1アーム、第2回動軸、第2アームにおいて、その条件を満たす場合について説明したが、本発明では、これに限らず、nは、1以上の整数であり、nが1以上の任意の整数において、前記nが1の場合と同様の条件を満たしていればよい。したがって、例えば、nが2の場合、すなわち、第2回動軸、第2アーム、第3回動軸、第3アームにおいて、前記nが1の場合と同様の条件を満たしていてもよく、また、nが3の場合、すなわち、第3回動軸、第3アーム、第4回動軸、第4アームにおいて前記nが1の場合と同様の条件を満たしていてもよく、また、nが4の場合、すなわち、第4回動軸、第4アーム、第5回動軸、第5アームにおいて前記nが1の場合と同様の条件を満たしていてもよく、また、nが5の場合、すなわち、第5回動軸、第5アーム、第6回動軸、第6アームにおいて前記nが1の場合と同様の条件を満たしていてもよい。
なお、特許請求の範囲に規定した第m回動軸、第mアーム、第(m+1)回動軸、第(m+1)アームの条件(関係)についても、前述した特許請求の範囲に規定した第n回動軸、第nアーム、第(n+1)回動軸、第(n+1)アームの条件(関係)と同様である。したがって、mが1の場合、すなわち、第1回動軸、第1アーム、第2回動軸、第2アームにおいて、その条件を満たす場合について説明したが、本発明では、これに限らず、mは、1以上の整数であり、mが1以上の任意の整数において、前記mが1の場合と同様の条件を満たしていればよい。
100‥‥ロボットシステム
111‥‥フランジ
1a‥‥第1ロボット
1b‥‥第2ロボット
10‥‥ロボットアーム
11‥‥基台
12‥‥第1アーム
121‥‥第1部分
122‥‥第2部分
123‥‥第3部分
124‥‥第4部分
13‥‥第2アーム
14‥‥第3アーム
15‥‥第4アーム
151、152‥‥支持部
16‥‥第5アーム
17‥‥第6アーム
171、172、173、174、175、176‥‥関節
2‥‥第2ロボット
20‥‥ロボットアーム
21‥‥基台
22‥‥第1アーム
23‥‥第2アーム
24‥‥作業ヘッド
221‥‥第1関節部
231‥‥第2関節部
241‥‥作動軸
242‥‥駆動源
50‥‥ロボットセル
5‥‥セル
51‥‥枠体部
52‥‥床部
53‥‥天井部
54‥‥足部
41‥‥パネル
42‥‥部品
56、57、58‥‥矢印
61‥‥軸受部
611‥‥中心線
621‥‥直線
71‥‥部品供給部
72‥‥部品供給部
73‥‥部品除去部
91‥‥ハンド
92‥‥ハンド
301、302、303、304、305、306‥‥モータードライバー
401‥‥第1駆動源
401M‥‥モーター
402‥‥第2駆動源
402M‥‥モーター
403‥‥第3駆動源
403M‥‥モーター
404‥‥第4駆動源
404M‥‥モーター
405‥‥第5駆動源
405M‥‥モーター
406‥‥第6駆動源
406M‥‥モーター
J1、J2‥‥回動軸
L‥‥高さ
O1‥‥第1回動軸
O2‥‥第2回動軸
O3‥‥第3回動軸
O4‥‥第4回動軸
O5‥‥第5回動軸
O6‥‥第6回動軸
S‥‥面積
θ‥‥角度
W‥‥幅

Claims (10)

  1. セルと、
    前記セルに設けられた第1ロボットおよび第2ロボットと、を備え、
    前記第1ロボットは、
    第1回動軸周りに回動可能な第1アームと、
    前記第1アームに、第2回動軸周りに回動可能に設けられた第2アームと、
    前記第2アームに、前記第2回動軸と平行な軸方向である第3回動軸周りに回動可能に設けられた第3アームと、
    前記第3アームに、第4回動軸周りに回動可能に設けられた第4アームと、
    前記第4アームに、第5回動軸周りに回動可能に設けられた第5アームと、
    前記第5アームに、第6回動軸周りに回動可能に設けられた第6アームと、を有し、
    前記第3アーム、前記第4アーム、前記第5アームおよび前記第6アームの合計の長さは、前記第2アームの長さより長く、
    前記第3回動軸の軸方向から見て、前記第2アームと前記第3アームとが重なることが可能であることを特徴とするロボットシステム。
  2. 前記第4回動軸または前記第6回動軸の軸方向は、前記第3回動軸と異なる軸方向である、請求項1に記載のロボットシステム。
  3. 前記第1ロボットは、前記セルに設けられた第1基台を備え、
    前記第アームは前記第1基台に設けられている請求項1または2に記載のロボットシステム。
  4. 前記第2ロボットは、
    前記第2ロボットの第m(mは1以上の整数)回動軸周りに回動可能な前記第2ロボットの第mアームと、
    前記第2ロボットの第mアームに、前記第2ロボットの第(m+1)回動軸周りに回動可能に設けられた前記第2ロボットの第(m+1)アームと、を有する請求項1ないし3のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  5. 前記第2ロボットの第mアームの長さは、前記第2ロボットの第(m+1)アームの長さよりも長く、
    前記第2ロボットの第(m+1)回動軸の軸方向から見て、前記第2ロボットの第mアームと前記第2ロボットの第(m+1)アームとが重なることが可能である請求項4に記載のロボットシステム。
  6. 前記第2ロボットは、前記セルに設けられた第2基台を備え、
    前記第2のロボットのアームは前記第2基台に設けられている請求項4または5に記載のロボットシステム。
  7. 前記セルは、第1面と、前記第1面に対向する第2面とを有し、
    前記第1面に、前記第1ロボットが設けられ、
    前記第2面に、前記第2ロボットが設けられている請求項1ないし6のいずれか1項に記載のロボットシステム。
  8. 前記第1面の少なくとも一部は、鉛直方向から見て、前記第2面の少なくとも一部と重なっている請求項7に記載のロボットシステム。
  9. 前記セルの設置面積は、637,500mm未満である請求項1ないしのいずれか1項に記載のロボットシステム。
  10. 前記セルの設置面積は、500,000mm未満である請求項1ないしのいずれか1項に記載のロボットシステム。
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