JP6799950B2 - 作業装置および双腕型作業装置 - Google Patents
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Description
・先端に搭載するエンドエフェクタの姿勢を少し変更する場合や直線移動する場合、複数のモータを協調させて駆動する必要があり、木目細かい作業を高速に行うことができない。
・エンドエフェクタの姿勢を少し変更するだけの場合でも、手首関節(エンドエフェクタに近い関節)だけでなく腕(エンドエフェクタから離れた部位)の移動量が大きくなってしまうため、作業装置の一部が周囲の人や物と接触し易い。接触を完全に避けるためには、大きな囲いを設ける必要があり、専有面積が広くなる。
・エンドエフェクタの1つの姿勢に対して複数の解が存在する場合があり、教示を行う際に各軸を動かしても先端がどのような方向に移動するかイメージし難い。このため、操作を行うには知識や経験が必要である。
・可動範囲が広いため、人や物との接触を想定して安全機能を充実させる必要があり、装置全体が高価になる。
・人や物との接触を避けるために、動作速度を落として作業を行ったり、動作範囲であっても能力以下に抑えて作業を行ったりする必要があり、能力を十分に発揮できない。
・安全機能が充実していても、作業者は作業装置と接触することに対して抵抗があり、人と作業装置が共存するのが難しい。
・各アームの可動範囲が広いため、アーム同士が干渉する領域も広い。アーム同士が接触しないように動作を行うには知識や経験が必要である。
・可動範囲が広いアームを2つ有するため、囲いを設ける場合にはさらに専有面積が広くなる。
この発明の他の目的は、細かい作業を行うときの作業装置本体の動作量が小さくて済み、かつ作業装置本体に作業者の身体が接触すること防止することで人と共存することができ、人が両手を使って行うような作業が可能な双腕型作業装置を提供することである。
前記作業装置本体は、3つの直動アクチュエータを組み合わせた3自由度の直動ユニットと、1自由度以上の回転自由度を持つ複数の回転機構を組み合わせた3自由度の回転ユニットとを備え、前記直動ユニットは基部を架台に固定して設置され、前記回転ユニットの基部が前記直動ユニットの出力部に固定して設置され、かつ前記回転ユニットの出力部に前記エンドエフェクタが搭載され、
前記安全措置手段は、前記作業装置本体が設置された空間である作業領域と、この作業領域の外側の空間である非作業領域とを分離するものであり、前記非作業領域から前記作業領域に作業者の身体の少なくとも一部が侵入可能な侵入可能部と、この侵入可能部から前記作業領域に作業者の身体の少なくとも一部が侵入したことを検知する侵入検知センサとを有する。
・組立て作業のような木目細かい作業を行う場合、主に回転ユニットだけを動かして作業を行うことができる。そのため、直動ユニットの動作量が小さくて済み、作業装置本体全体の稼働量を小さくでき、安全である。また、囲い等の安全措置手段を設置する必要のある面積を狭くできる。
・可動範囲に大きく影響する部分に直動アクチュエータを使用しているため、作業内容や周囲の環境に応じて、メカストッパやリミットセンサを用いて容易に動作範囲を制限できる。
・直動ユニットと回転ユニットを別々に設けているため、作業装置本体を仕様変更する場合にどちらかのユニットのみを変更することが可能である。これにより、仕様が異なる作業装置本体間での部品の共通化を図れる。
・直動アクチュエータによってエンドエフェクタの位置を決めるので、エンドエフェクタの直線動作を高速かつ正確に行うことができる。
・安全措置手段に侵入可能部が設けられ、この侵入可能部以外からは作業者の身体の一部が作業領域に侵入することができないため、人と作業装置本体とが接触できる範囲が限定され、安全性が高い。
・侵入検知センサが設けられているため、作業者の身体の一部が作業領域に侵入したことを確実に検知できる。侵入検知センサが侵入を検知した場合、作業装置本体の動作を停止させるか、または減速させる等の適切な措置をとることができる。これにより、侵入検知センサによる侵入の検知がなく、作業者の身体の一部が作業装置本体に近づいていない状態では、作業装置本体を高速で動作でき、生産性が向上する。
リンク作動装置は、その可動範囲内において、特異点が無く全方向にスムーズに動ける構成であるため、先端側のリンクハブに対して異物が様々な方向から接触しても、姿勢制御用アクチュエータに確実にトルクが伝達される。このため、トルク検出手段は様々な方向のトルクを検出可能であり、作業者の身体が接触したことを接触検知手段が正確に検知することができる。このように姿勢制御用アクチュエータに設けられているトルク検出手段を接触の検知に利用することで、別の接触検知用のセンサを設ける必要がなくなり、作業装置本体のコンパクト化やコスト低減に繋がる。
安全措置手段を上記形状の安全カバーとすると、安全カバーの内部空間の体積と作業装置本体の可動部が移動する領域の体積とをほぼ等しくできる。このため、安全措置手段を含めても、作業装置のコンパクトな構成を実現できる。
侵入可能部から侵入する以外に作業者の身体と作業装置本体とが接触することがないため、作業者が作業装置の近くにいても安心して作業できる。
この発明の作業装置において、前記侵入可能部は、この侵入可能部が存在する平面に平行な2つの前記直動アクチュエータの可動方向の各長さが、それぞれ前記2つの直動アクチュエータの可動範囲よりも小さいのが望ましい。
この構成であると、安全カバーと作業装置本体との間に作業者の身体の一部を入れることができないため、安全である。
前記回転ユニットにリンク作動装置が含まれている場合、前記基端側のリンクハブと前記先端側のリンクハブとの間の内部空間に作業者の身体の少なくとも一部が侵入することを防止する侵入防止カバーが設けられていると良い。
侵入防止カバーを設けることで、誤って作業者の身体の一部が前記内部空間に入り込むのを防ぐごとができ、安全である。
安全措置手段の侵入可能部からのみ作業領域に侵入可能であるため、作業者の身体と接触する可能性のある作業装置本体の部分は、ほぼ回転ユニットだけに限定される。このため、回転ユニットのみに緩衝材が設けられていれば、作業者の安全を確保することができる。これにより、安全用設備の設置が最小限で済み、装置全体が安価になる。
各直動アクチュエータのステージを作業空間に対して外側を向くように配置することで、作業空間を広くするだけでなく、作業空間内に手を入れた場合等の安全性が高まる。
侵入検知センサの検知結果に従って制御装置によって作業装置本体の動作を制御することで、作業領域へのワークの搬出・搬入作業や、作業装置本体の補助作業を作業者が安心して行える。
安全措置手段にワーク搬出入部が設けられていると、作業領域にワークを搬出・搬入する装置、例えばコンベア装置のライン上に作業装置本体を設置することができる。作業装置本体の補助作業は侵入可能部から手を入れて行うので、通常ではワーク搬出入部から作業領域に作業者の身体の少なくとも一部が侵入することはない。よって、ワーク搬出入部用の侵入検知センサを設けることで、ワーク搬出入部から作業領域に作業者の身体の少なくとも一部が侵入したという異常事態を検知して、迅速な対応をとることが可能である。
前記作業装置本体は、3つの直動アクチュエータを組み合わせた3自由度の直動ユニットと、1自由度以上の回転自由度を持つ複数の回転機構を組み合わせた3自由度の回転ユニットとを備え、前記直動ユニットは基部を架台に固定して設置され、前記回転ユニットの基部が前記直動ユニットの出力部に固定して設置され、かつ前記回転ユニットの出力部に前記エンドエフェクタが搭載され、
前記安全措置手段は、前記2つの作業装置本体が設置された空間である作業領域と、この作業領域の外側の空間である非作業領域とを分離するものであり、前記非作業領域から前記作業領域に作業者の身体の少なくとも一部が侵入可能な侵入可能部と、この侵入可能部から前記作業領域に作業者の身体の少なくとも一部が侵入したことを検知する侵入検知センサとを有する。
前記回転ユニットは前記複数の回転機構のうちの少なくとも1つが2自由度のリンク作動装置である。このリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、前記3組以上のリンク機構のうちの2組以上のリンク機構に前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられている。
前記姿勢制御用アクチュエータはそれぞれがトルク検出手段を有し、このトルク検出手段の検出信号から前記回転ユニットに作業者の身体が接触したことを検知する接触検知手段が設けられている。
〔提案例1〕
図1〜図5は、提案例に係る作業装置を示す。図1に概略構成を示すように、この作業装置1は、作業装置本体1Aと、この作業装置本体1Aを囲む安全カバー130とを備える。安全カバー130は、作業装置本体1Aに作業者Pの身体が不要に接触することを防止する安全措置手段である。
なお、架台2に固定される前記直動ユニット3の基部は第1の直動アクチュエータ11のうち進退しない部分のことであり、回転ユニット4の基部が固定される前記直動ユニット3の出力部は第3の直動アクチュエータ13のステージ13aのことである。
なお、直動ユニット3の出力部に固定される前記回転ユニット4の基部は回転ユニット取付部材20のことであり、エンドエフェクタ5が取り付けられる前記回転ユニット4の出力部は第3の回転機構23の回転部分23aのことである。
回転ユニット取付部材20には、前記ねじ孔14,15に対応する一直線に並ぶ3つのボルト挿通孔(図示せず)と、前記位置決め孔16に対応する2つの位置決め用突起(図示せず)とが設けられている。
この構成によると、主に3自由度の直動ユニット3によってエンドエフェクタ5の位置が決められ、かつ3自由度の回転ユニット4によってエンドエフェクタ5の姿勢が決められる。直動ユニット3の各直動アクチュエータ11,12,13および回転ユニット4の各回転機構21,22,23が、直交座標系で表現されるエンドエフェクタ5の位置、および極座標系で表現されるエンドエフェクタ5の姿勢にそれぞれ対応するため、エンドエフェクタ5の位置、姿勢に対する各直動アクチュエータ11,12,13および各回転機構21,22,23の動作をイメージし易く、姿勢教示作業等の動作パターンの設定が容易である。また、エンドエフェクタ5の位置、姿勢に対して、各直動アクチュエータ11,12,13の動作位置および各回転機構21,22,23の動作角度が一意に決まる。つまり、特異点を持たない。これらのことから、熟練した知識や経験が無くても、作業装置本体1Aの操作を行うことができる。
すなわち、3つの直動アクチュエータ11,12,13の可動方向は、互いに直交していなくてもよい。そのような場合には、4つの立面材131,132,133,134および1つの天面材135は、それぞれが3つの直動アクチュエータ11,12,13の3つの可動方向のうち2つの可動方向と平行であり、作業装置本体部1Aを囲うように配置されていれば良い。このような構成であっても安全カバー130の内部空間体積と作業装置本体1Aの可動部が移動する領域の体積とをほぼ等しくでき、作業装置1のコンパクトな構成を実現できる。
図10〜図16はこの発明の一実施形態を示す。図10に示すように、この作業装置1の作業装置本体1Aは、回転ユニット4が、1自由度の回転機構である第1の回転機構21と、2自由度のリンク作動装置29からなる第2の回転機構とで構成されている。つまり、図1の提案例における第2の回転機構22および第3の回転機構23がリンク作動装置29に置き換わっている。これ以外は図1の提案例と同じである。
条件1:各リンク機構34におけるリンクハブ32,33と端部リンク部材35,36との回転対偶の中心軸O1の角度および長さが互いに等しい。
条件2:リンクハブ32,33と端部リンク部材35,36との回転対偶の中心軸O1および端部リンク部材35,36と中央リンク部材37との回転対偶の中心軸O2が、基端側および先端側において球面リンク中心PA,PBで交差する。
条件3:基端側の端部リンク部材35と先端側の端部リンク部材36の幾何学的形状が等しい。
条件4:中央リンク部材37における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
条件5:中央リンク部材37の対称面に対して、中央リンク部材37と端部リンク部材35,36との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。
図18〜図20はこの発明のさらに異なる実施形態を示す。図18に示すように、この作業装置1も、図10の実施形態と同様に、作業装置本体1Aの回転ユニット4が、1自由度の回転機構である第1の回転機構21と、2自由度の回転機構であるリンク作動装置29とで構成されている。この作業装置1が図10の実施形態と異なる点は、リンク作動装置29の各姿勢制御用アクチュエータ31の中心部に第1の回転機構21が配置されていることである。
図21は、この発明のさらに他の実施形態にかかる作業装置の回転ユニットの要部の正面図である。この回転ユニット4は、リンク作動装置29の各姿勢制御用アクチュエータ31の中心部に第1の回転機構21が配置されている。この点は図19に示す構成と同じであるが、第1の回転機構21の駆動源が中空軸モータ110である点が図19に示す構成と異なっている。
2つの作業装置本体1A,1Aが門型の架台2Aに設置されていると、作業装置本体1A,1Aの下を作業対象のワーク7を通過させることができる。例えば、ワーク載置台6を図22における紙面と直交する方向にワーク7を搬送可能なコンベア装置とし、そのコンベアライン上に作業装置本体1A,1Aを設置することができる。また、作業装置本体1A,1Aの幅方向の可動範囲を架台2Aの幅方向内に制限することができるため、作業装置本体1A,1Aの占有面積が小さくて済む。さらに、作業装置本体1A,1Aの可動範囲が制限されるため、作業者が作業装置本体1A,1Aの横に居ても安心して作業することができる。
1A…作業装置本体
2…架台
3…直動ユニット
4…回転ユニット
5…エンドエフェクタ
11…第1の直動アクチュエータ
11a…ステージ
12…第2の直動アクチュエータ
12a…ステージ
13…第3の直動アクチュエータ
13a…ステージ
21…第1の回転機構
22…第2の回転機構
23…第3の回転機構
23a…回転部分(回転ユニットの出力部)
29…リンク作動装置
31…姿勢制御用アクチュエータ
32…基端側のリンクハブ
33…先端側のリンクハブ(回転ユニットの出力部)
34…リンク機構
35…基端側の端部リンク部材
36…先端側の端部リンク部材
37…中央リンク部材
82…保護カバー(侵入防止カバー)
83…内部空間
85…保護カバー(緩衝材)
120…双腕型作業装置
130…安全カバー(安全措置手段)
131,132,133,134…立面材(面材)
135…天面材(面材)
136…侵入可能部
137…侵入可能部用の侵入検知センサ
138…制御装置
141,142…ワーク搬出入部
143,144…ワーク搬出入部用の侵入検知センサ
150…安全カバー(安全措置手段)
151,152,153,154…立面材(面材)
155…天面材(面材)
156…侵入可能部
157…侵入可能部用の侵入検知センサ
161,162…ワーク搬出入部
163,164…ワーク搬出入部用の侵入検知センサ
170…安全措置手段
202…接触制御手段
203…トルク検出手段
P…作業者
R1…作業領域
R2…非作業領域
S…作業空間
Claims (9)
- エンドエフェクタを用いて作業を行う6自由度の作業装置であって、作業装置本体と、この作業装置本体に作業者の身体が不要に接触することを防止する安全措置手段とを備え、
前記作業装置本体は、3つの直動アクチュエータを組み合わせた3自由度の直動ユニットと、1自由度以上の回転自由度を持つ複数の回転機構を組み合わせた3自由度の回転ユニットとを備え、前記直動ユニットは基部を架台に固定して設置され、前記回転ユニットの基部が前記直動ユニットの出力部に固定して設置され、かつ前記回転ユニットの出力部に前記エンドエフェクタが搭載され、
前記安全措置手段は、前記作業装置本体が設置された空間である作業領域と、この作業領域の外側の空間である非作業領域とを分離するものであり、前記非作業領域から前記作業領域に作業者の身体の少なくとも一部が侵入可能な侵入可能部と、この侵入可能部から前記作業領域に作業者の身体の少なくとも一部が侵入したことを検知する侵入検知センサとを有し、
前記回転ユニットは前記複数の回転機構のうちの少なくとも1つが2自由度のリンク作動装置であり、このリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、前記3組以上のリンク機構のうちの2組以上のリンク機構に前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられていて、
前記姿勢制御用アクチュエータはそれぞれがトルク検出手段を有し、このトルク検出手段の検出信号から前記回転ユニットに作業者の身体が接触したことを検知する接触検知手段が設けられた
ことを特徴とする作業装置。 - 請求項1に記載の作業装置において、前記安全措置手段は、複数の面材を備え、前記複数の面材が前記作業装置本体を囲む安全カバーであり、前記複数の面材のそれぞれは、前記3つの直動アクチュエータの3つの可動方向のうち2つの可動方向と平行である作業装置。
- 請求項1または請求項2に記載の作業装置において、前記侵入可能部は、この侵入可能部が存在する平面に平行な2つの前記直動アクチュエータの可動方向の各長さが、それぞれ前記2つの直動アクチュエータの可動範囲よりも小さい作業装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の作業装置において、前記基端側のリンクハブと前記先端側のリンクハブとの間の内部空間に作業者の身体の少なくとも一部が侵入することを防止する侵入防止カバーが設けられた作業装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の作業装置において、前記回転ユニットに、作業者の身体と接触したときの衝撃を軽減する緩衝材が設けられた作業装置。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の作業装置において、前記直動ユニットの前記各直動アクチュエータは、それぞれの進退部分からなるステージが、前記エンドエフェクタによって作業が行われる作業空間に対して外側を向くように配置されている作業装置。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の作業装置において、前記侵入検知センサが前記作業領域に作業者の身体の少なくとも一部が侵入したことを検知すると、前記作業装置本体の動作速度を低下させるか、または動作を停止させるように制御する制御装置が設けられた作業装置。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の作業装置において、前記安全措置手段に、前記作業領域と前記非作業領域間でワークを搬出・搬入するためのワーク搬出入部が1つ以上設けられ、かつ前記ワーク搬出入部から前記作業領域に作業者の身体の少なくとも一部が侵入したことを検知するワーク搬出入部用の侵入検知センサが設けられた作業装置。
- 互いに幾何学的に対称となるように2つ並べて配置され、それぞれがエンドエフェクタを用いて作業を行う6自由度の作業装置本体と、これら2つの作業装置本体に作業者の身体が不要に接触することを防止する安全措置手段とを備え、
前記作業装置本体は、3つの直動アクチュエータを組み合わせた3自由度の直動ユニットと、1自由度以上の回転自由度を持つ複数の回転機構を組み合わせた3自由度の回転ユニットとを備え、前記直動ユニットは基部を架台に固定して設置され、前記回転ユニットの基部が前記直動ユニットの出力部に固定して設置され、かつ前記回転ユニットの出力部に前記エンドエフェクタが搭載され、
前記安全措置手段は、前記2つの作業装置本体が設置された空間である作業領域と、この作業領域の外側の空間である非作業領域とを分離するものであり、前記非作業領域から前記作業領域に作業者の身体の少なくとも一部が侵入可能な侵入可能部と、この侵入可能部から前記作業領域に作業者の身体の少なくとも一部が侵入したことを検知する侵入検知センサとを有し、
前記回転ユニットは前記複数の回転機構のうちの少なくとも1つが2自由度のリンク作動装置であり、このリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、前記3組以上のリンク機構のうちの2組以上のリンク機構に前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられていて、
前記姿勢制御用アクチュエータはそれぞれがトルク検出手段を有し、このトルク検出手段の検出信号から前記回転ユニットに作業者の身体が接触したことを検知する接触検知手段が設けられた
ことを特徴とする双腕型作業装置。
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