JP6661031B2 - 多関節ロボットアーム - Google Patents

Description

本発明は、ワークに比して狭い間口を通すようにした多関節ロボットアームに関する。

複数の加工機械からなる加工機械ラインでは、１列に配置された複数の加工機械の間をワークが順番に送られ、各々の加工機械において加工処理や検測処理など所定の処理が実行される。下記特許文献１には、加工機械の間でワークの受渡しをするためのワーク自動搬送機が開示されている。具体的には、加工機械の前を移動可能に組み付けられた搬送ロボットである。複数の加工機械を搭載した架台の前部に搬送用レールが固定され、そこに走行台が移動可能に設けられ、その走行台の上にワークの受渡しを行うための多関節ロボットアームが搭載されている。

特開２０１０−１５５３００号公報

特許文献１に記載の多関節ロボットアームは、関節を介して複数のアームが折りたたまれた状態と伸びた状態とに変化するものであるが、先端のロボットハンドで把持することができるワークは比較的小さいものであると考えられる。しかし、搬送機としての多関節ロボットアームは、扱うワークに様々なものがあり、大型ワークの取り扱いも求められている。一方で、近年は加工機械がコンパクトになってきており、多関節ロボットアームにおける間口の狭い空間での作業要求も高まっている。また、ワークを搬送させる搬送スペースも狭小化しており、多関節ロボットアーム自体もコンパクトであることなどが求められている。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、ワークに比して狭い間口を通すようにした多関節ロボットアームを提供することを目的とする。

本発明の一態様における多関節ロボットアームは、幅方向に所定の間隔でベース部材に立設された一対の支持部と、前記一対の支持部に対して第１関節によって回転支持され、前記第1関節とは反対の端部側の間隔が幅方向内側に狭くなる段差を備えた一対の第１側板部材によって形成された第１アームと、前記一対の第１側板部材の内側に配置され、前記第１側板部材に対し第２関節によって回転支持され、前記第２関節とは反対の端部側の間隔が幅方向外側に広くなる段差を備えた一対の第２側板部材によって形成された第２アームと、前記第２アームに対して前記第２関節とは反対側の先端部分に組み付けられたロボットハンドとを有する。

前記開示の構成によれば、段差を備えた一対の第１側板部材によって形成された第１アームは、幅方向内側に狭くなった部分が加工機械内に入り込み、その第１アームの内側に配置された第２側板部材により形成された第２アームは、幅方向外側に広くなった部分にロボットハンドが搭載されているので、ワークに比して狭い間口を通すことができる。

加工機械ラインを示した斜視図である。 多関節ロボットアームの伸びた状態を示した斜視図である。 多関節ロボットアームの伸びた状態を示した斜視図である。 折り畳まれた状態の多関節ロボットアームを示した側面図である。 折り畳まれた状態の多関節ロボットアームの正面図である。 折り畳まれた状態の多関節ロボットアームの背面図である。

次に、本発明に係る多関節ロボットアームの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態の多関節ロボットアームは、複数の工作機械からなる加工機械ラインのワーク自動搬送機を構成するものであり、各々の工作機械との間でワークの受渡しを行うものである。図１は、加工機械ラインを示した斜視図である。

この加工機械ライン１は、図示するように６台の工作機械５が幅方向並べられ、互いに近接して配置されている。加工機械ライン１は、基礎となるベース２の上にモジュール化された旋盤などの加工機械（以下、「加工モジュール」という）５が搭載されている。各々の加工モジュール５は、いずれも同じ幅寸法で製造されたものであり、ベース２の上に敷設されたレールを介して前後方向に移動可能な状態で搭載されている。加工モジュール５は幅の狭い工作機械であり、それらが近接して配置された加工機械ライン１は、全体的にコンパクトなものになっている。

加工機械ライン１では、各々の加工モジュール５における工程を経てワークに対して所定の加工が行われる。そのため、加工機械ライン１には、各加工モジュール５との間でワークの受渡しを行うためのワーク自動搬送機が設けられている。加工モジュール５は、各種装置が外装カバー６によって覆われ、その内部にワークを加工するための加工室が設けられている。そして、外装カバー６には開閉可能な前カバー７が一体になって構成されている。この前カバー７は、加工モジュール５毎に設けられているが、加工機械ライン１全体では一つの搬送空間を構成しており、その中にワークを搬送するためのワーク自動搬送機が設けられている。

次に、図２及び図３は、ワーク自動搬送機を構成する多関節ロボットアームの伸びた状態を示した斜視図である。図４は、折り畳まれた状態の多関節ロボットアームを示した側面図である。そして、図５は、折り畳まれた状態の多関節ロボットアーム１０の正面図（図４の右側）であり、図６は、折り畳まれた状態の多関節ロボットアーム１０の背面図である。この多関節ロボットアーム１０は、図４に示すように折り畳まれた状態で前カバー７の搬送空間内を移動することができ、図２及び図３に示すように伸びることで各加工モジュール５との間でワークの受渡しが行われるようになっている

図２及び図３では、加工モジュール５の前部フレーム８内に入った状態が示されている。この前部フレーム８は、加工モジュール５の内部カバーを構成するものである。つまり、加工モジュール５は、ワークを回転保持する主軸チャックや工具を備えたタレット装置などが内部カバー内に設けられ、その内部カバーが加工室となっている。従って、多関節ロボットアーム１０が前部フレーム８に進入した状態は、主軸チャックとのワークの受渡し時の状態が示されている。

前述したように、加工モジュール５は幅寸法を小さくしてコンパクトに構成されたものであり、そのため前部フレーム８の搬送口８０１も狭くなっている。しかし、加工モジュール５では、その機体サイズに比して大型のワークを加工することができるため、多関節ロボットアーム１０は、狭い間口を通して大型のワークを加工室奥まで挿入できるようなものでなければならない。例えば本実施形態では、加工モジュール５の機体幅が４５０ｍｍであり、搬送口８０１の幅が３７０ｍｍ程度あるのに対して、多関節ロボットアーム１０が搬送するワークの径が３００ｍｍである。

加工機械ライン１のワーク自動搬送機は、多関節ロボットアーム１０が走行装置に搭載されている。その走行装置は、前カバー７内に位置するベース２の前部に組み付けられている。すなわち、ベース２の前部には水平方向にラックやレールが固定され、走行台８０にはレールを掴んで摺動する走行スライダやラックに噛合したピニオンに回転を与える走行用モータが搭載されている。よって、走行用モータの駆動により回転するピニオンラックを転動し、走行台８０がレールに沿ってベース２の前面部を移動する。すなわち、多関節ロボットアーム１０が、前カバー７により構成されている搬送空間内を移動することになる。

多関節ロボットアーム１０は、旋回テーブル８２を介して走行台８０上に搭載されている。その多関節ロボットアーム１０は、旋回テーブル８２に固定された支持台２５に対し、第１アーム２１が第１関節機構２３を介して連結され、更に第１アーム２１には第２アーム２２が第２関節機構２４を介して連結されている。支持台２５は、一対の平行な支持部２５１が所定の間隔で起立し、第１アーム２１は、その支持部２５１に対応する間隔で配置された一対の平行な第１側板部材２１０により構成されている。従って、第１側板部材２１０が支持部２５１に対して関節軸を介して連結され、第１関節機構２３の駆動により第１アーム２１の角度調整が行われるようになっている。

第１アーム２１は、一対の第１側板部材２１０の間に空間が形成され、第２アーム２２がその中に入り込むよう組み付けられている。第２アーム２２は、左右に一対の平行な第２側板部材２２０により構成され、その第２側板部材２２０と第１側板部材２１０が関節軸によって連結されている。従って、第２アーム２２は、第２関節機構２４の駆動により、第１アーム２１に対する角度調整が行われるようになっている。そして、多関節ロボットアーム１０は、その先端部となる第２アーム２２の自由端側にロボットハンド２６が取り付けられている。

ロボットハンド２６は、背を合わせるように組み付けられた一対のチャック装置によって構成され、図示するように２つのワークＷ１，Ｗ２を把持することができるように構成されている。そのロボットハンド２６は、第２側板部材２２０との間に軸受部材を介して回転可能に取り付けられ、一対のチャック装置の位置や角度の姿勢調整が可能になっている。ロボットハンド２６は、前述したように加工モジュール５の幅の狭い搬送口８０１に対して径の大きなワークＷ１，Ｗ２を把持することが可能なチャック装置によって構成されている。そこで、多関節ロボットアーム１０は、そのロボットハンド２６を支持する第１アーム２１や第２アーム２２に、狭い間口での進入を可能にした構成がとられている。

多関節ロボットアーム１０は、支持台２５に連結された第１アーム２１の幅が加工モジュール５の幅寸法と同程度の大きさで形成されている。すなわち、第１アーム２１を構成する左右一対の第１側板部材２１０が、図６に示すように前部フレーム８の幅とほぼ同じ間隔で配置されている。しかし、第１アーム２１は、幅寸法が変化するように段差が形成され、長手方向（図６の上下方向）に見た場合に支持台２５側の間隔が広く、第２アーム２２側の間隔が狭くなっている。すなわち、一対の第１側板部材２１０は、第１幅広部２１１と第１幅狭部２１２とが段差を介して形成され、第１アーム２１は、その第１側板部材２１０同士が対称的に配置され、背面板２１５によって連結されて一体になっている。

従って、多関節ロボットアーム１０を図６に示す背面側から見た場合、その第１アーム２１は、第１幅広部２１１の部分は前部フレーム８に重なってしまっているが、第１幅狭部２１２の部分は搬送口８０１より幅が狭くなっている。そのため、多関節ロボットアーム１０は、図２及び図３に示すように伸びた状態では、第１アーム２１の第１幅狭部２１２部分が加工モジュール５（前部フレーム８）内に進入可能になっている。

次に、第１アーム２１の内側に組み込まれている第２アーム２２は、第１アーム２１と同じように、幅寸法が変化するように段差が形成されている。第２アーム２２は、左右一対の第２側板部材２２０が梁部材によって対称的に連結されて一体になっている。その第２側板部材２２０は、第１アーム２１側の第２幅狭部２２１と自由端側の第２幅広部２２２とが段差を介して形成されている。そのため、第２アーム２２は、長手方向（図５の上下方向）に見た場合に第１アーム２１側の幅が狭く、自由端側（多関節ロボットアーム１０の先端側）の幅が広くなっている。

多関節ロボットアーム１０を図５に示すように前側から見た場合、第２アーム２２は、第２幅広部２２２の部分が第１アーム２１の第１幅狭部２１２の部分に重なる位置にまで幅が広がっている。そして、多関節ロボットアーム１０は、その幅を広くした一対の第２幅広部２２２に対し、大きな径のワークＷ１，Ｗ２を把持することができるロボットハンド２６が組み付けられている。このように、第２アーム２２は、幅が狭い第２幅狭部２２１部分から第２幅広部２２２部分へと幅が広がっているため、目標とする大きさのワークを把持することができるロボットハンド２６の組付けが可能になっている。

ところで、多関節ロボットアーム１０は、図４に示すように折り畳まれた場合、第１アーム２１は起立姿勢になり、第２アーム２２が垂れ下がった姿勢で第１アーム２１内に一部が収まっている。多関節ロボットアーム１０は、このようにコンパクトな状態に変形することで、狭い前カバー７内の搬送空間を移動することが可能になる。しかし、コンパクトに折り畳むことで構成部材同士が重なってしまうため、その部材同士が互いに干渉しないようにする必要がある。例えば、本実施形態では、第２アーム２２の第２幅広部２２２が第１アーム２１の第１幅狭部２１２に重なる位置関係にあるので、ロボットハンド２６を回転駆動させるための駆動伝達部が干渉してしまう問題があった。

ロボットハンド２６は、図５に示すカバープレート２７に隠れた位置にハンド用モータがあり、第２アーム２２に固定されている。そのハンド用モータの回転出力は、プーリやベルトを介してロボットハンド２６の回転軸に伝達され、第２アーム２２に対するロボットハンド２６の姿勢調整が行われるようになっている。図面ではそのプーリやベルトはカバーケース２８内に収められている。そして、このカバーケース２８が第２アーム２２の第２幅狭部２２１に取り付けられているため、当初、多関節ロボットアーム１０が折り畳まれると、第１アーム２１の第１幅狭部２１２と干渉してしまう問題があった。

そこで本実施形態では、このような解題を解決すべく、第１アーム２１の第１側板部材２１０に対し、カバーケース２８との干渉を避けるように切り欠かれた逃げ部２１７が形成されている。通常、第１アーム２１に相当する部材は、第１関節機構２３と第２関節機構２４とを直線的に結ぶように形成される。しかし、多関節ロボットアーム１０は、段差を持った第１及び第２側板部材２１０，２２０や、その段差形状のため干渉してしまうカバーケース２８などにより、第１アーム２１は、図４に示すように背面側に湾曲するように折れ曲がった形状で形成されている。

こうして、本実施形態では、第１アーム２１の側面形状が第１関節機構２３と第２関節機構２４とを直線的に結ぶ線より図４の左側に湾曲し、多関節ロボットアーム１０が背面側に膨らんだ形状となっている。しかし、こうした多関節ロボットアーム１０の形状としたことで別の課題が生じることにもなった。加工機械ライン１では、前カバー７による搬送空間が狭く、多関節ロボットアーム１０と前カバー７との距離が極めて近い。そのため、多関節ロボットアーム１０は、図４に示す起立姿勢から更に前カバー７に面している背面側（図面左側）には傾けられない。つまり、図４に示す状態が、多関節ロボットアーム１０の背面側への傾きのほぼ限界角度である。

ところで、多関節ロボットアーム１０には、その背面側にワークを反転させる反転装置３１が設けられている。そのため、第１アーム２１が反転装置３１側つまり背面側に傾けられないと、ロボットハンド２６を反転装置３１に近づけることができず、ワークＷ２を受け渡しすることができなくなってしまう。そこで、第２アーム２２の側面形状は、一般的には直線形状になるところ、第１アーム２１とは逆に前方側つまり加工モジュール５側に湾曲するように折れ曲がった形状で形成されている。よって、第２アーム２２は、第２関節機構２４から下方に吊下げられた折り畳み状態では自由端側が背面側に位置し、ロボットハンド２６が反転装置３１とのワーク受渡しが可能な位置まで近づくようになっている。

従って、本実施形態の多関節ロボットアーム１０は、第１アーム２１と第２アーム２２とを段差の付いた形状にしたことにより、径の大きなワークを把持するためのロボットハンド２６の搭載を可能にしつつも、狭い幅の搬送口８０１への進入が可能になった。具体的には、第１アーム２１の第１幅狭部２１２部分によって前部フレーム８内への進入を可能にしつつ、第２アーム２２の第２幅広部２２２によって幅を広げることで、径の大きなワークを把持するロボットハンド２６の搭載が可能になった。そして、多関節ロボットアーム１０は、コンパクトに設計された加工モジュール５に対して比較的大きなワークの搬送を行うことが可能になった。

また、多関節ロボットアーム１０は、第１側板部材２１０に逃げ部２１７を形成して部材同士の干渉を防止する一方で、その第１側板部材２１０を背面側に湾曲するように折れ曲がった形状にしたことで、第１側板部材２１０の幅を広くとることにより剛性を確保することができた。そして、第２アーム２２は、同じように第２側板部材２２０を湾曲するように折れ曲がった形状にすることでロボットハンド２６が反転装置３１とのワーク受渡しが可能になった。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、加工モジュール５の機体幅や搬送口８０１大きさ、そしてワークの径について具体的な数値を示したが、これは一例である。

１…加工機械ライン ５…加工モジュール ７…前カバー ８…前部フレーム １０…多関節ロボットアーム ２１…第１アーム ２２…第２アーム ２３…第１関節機構 ２４…第２関節機構 ２５…支持台 ２６…ロボットハンド ２１０…第１側板部材 ２１１…第１幅広部 ２１２…第１幅狭部 ２１７…逃げ部 ２２０…第２側板部材 ２２１…第２幅狭部 ２２２…第２幅広部 ８０１…搬送口

Claims (4)

1. 幅方向に所定の間隔でベース部材に立設された一対の支持部と、
   前記一対の支持部に対して第１関節によって回転支持され、前記第１関節とは反対の端部側の間隔が幅方向内側に狭くなる段差を備えた一対の第１側板部材によって形成された第１アームと、
   前記一対の第１側板部材の内側に配置され、前記第１側板部材に対し第２関節によって回転支持され、前記第２関節とは反対の端部側の間隔が幅方向外側に広くなる段差を備えた一対の第２側板部材によって形成された第２アームと、
   前記第２アームに対して前記第２関節とは反対側の先端部分に組み付けられたロボットハンドと
   を有する多関節ロボットアーム。
2. 前記一対の第１側板部材における幅方向の間隔が狭い部分と、前記一対の第２側板部材における幅方向の間隔が広い部分とが、前記第２関節によって前記第２側板部材が揺動する方向に見て重なる位置に組み付けられた請求項１に記載の多関節ロボットアーム。
3. 前記一対の第２側板部材における幅方向の間隔が狭い部分が、前記一対の第１側板部材における幅方向の間隔が狭い部分に入り込み、前記第２関節が形成された請求項１又は請求項２に記載の多関節ロボットアーム。
4. 前記第１アームと前記第２アームは、前記第１関節および第２関節の平行な関節軸の軸方向に沿って横方向から見た場合に、前記第１側板部材と前記第２側板部材とは逆方向に湾曲した形状であって、前記一対の第２側板部材における幅方向の間隔が広い部分が、前記一対の第１側板部材における幅方向の間隔が広い部分に入り込むように形成されたものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多関節ロボットアーム。
   

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