JP7053522B2

JP7053522B2 - ロボットの固定装置、ロボットおよびロボットシステム

Info

Publication number: JP7053522B2
Application number: JP2019036878A
Authority: JP
Inventors: 渉村上; 一隆中山
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: DE102020104558A1; US20200276717A1; JP2020138289A; CN111618907A; US11305415B2

Description

本開示は、ロボットの固定装置、ロボットおよびロボットシステムに関するものである。

生産ラインに設けられたステーション間を移動可能な移動部と、移動部に搭載されステーションにおいて作業を行う作業部とを備える作業ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１８－１１８３４１号公報

作業部を構成するロボットがステーションにおいて作業を行うには、移動部がステーションに対して精度よく位置決めされることが望ましい。
また、転倒防止のため、ロボットが外部構造物に対して強固に固定されることが望ましい。

本開示の一態様は、床面を走行可能な台車にロボット本体を搭載したロボットを、外部構造物に対して位置決め状態に固定する固定装置であって、前記ロボットまたは前記外部構造物の一方に設けられ、前記台車の進行方向に延びる軸線を挟んだ両側に逆方向に同一角度で傾斜する少なくとも一対の傾斜面を有する第１ユニットと、前記ロボットまたは前記外部構造物の他方に設けられ、各前記傾斜面に密着可能な相補的な形状の密着面を有する第２ユニットと、前記第１ユニットと前記第２ユニットとを相互に前記台車の進行方向に沿う嵌合方向に嵌合させることにより前記台車および前記ロボットと前記外部構造物との相対関係を決める位置決め機構と、前記台車および前記ロボットと前記外部構造物とを前記嵌合方向および該嵌合方向に直交する方向にロックするロック機構とを備えるロボットの固定装置である。

本開示の一実施形態に係る可動型ロボットとその固定装置を示す模式図である。図１の固定装置を示す部分的な縦断面図である。図２の固定装置の第１ユニットのシャフトの先端が第２ユニットの内孔内に挿入された状態を示す部分的な縦断面図である。図３の状態からクランプ機構を作動させた状態を示す部分的な縦断面図である。図４の状態からさらに係合片を突出させて第１円錐面と円錐内面とを密着させた固定状態を示す部分的な縦断面図である。図５の係合片の変形例を示す部分的な縦断面図である。図２の固定装置の変形例を示す部分的な斜視図である。図７の状態から第１ユニットの傾斜面を第２ユニットの傾斜面に密着させた固定状態を示す部分的な斜視図である。図７の固定装置の変形例を示す部分的な斜視図である。図２の固定装置の変形例を示す部分的な縦断面図である。図１０の状態からブラケットを下降させ、さらに、クランプ機構を作動させて第１円錐面と円錐内面とを密着させた状態を示す部分的な縦断面図である。図１１の状態からさらにブラケットを下降させて車輪を床面から浮かせた固定状態を示す部分的な縦断面図である。図１０の固定装置の変形例を示す部分的な縦断面図である。図１３の状態からシャフトを下降させ第１円錐面と円錐内面とを密着させた状態を示す部分的な縦断面図である。本開示の位置実施形態に係る可動型ロボットシステムを示す模式図である。

本開示の一実施形態に係る可動型ロボット１および可動型ロボット１の固定装置４について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る可動型ロボット（ロボット）１は、図１に示されるように、床面Ｆを走行可能な車輪２１を有する台車２と、該台車２に搭載されたロボット本体３とを備えている。

台車２は、自動あるいは手動により床面Ｆを走行する。
ロボット本体３は、例えば、安全柵を設けることなく作業者と作業空間を共有可能な協働ロボットであり、例えば、６軸多関節型ロボットである。
台車２には、ロボット本体３の制御装置３１が搭載されている。制御装置３１は、予め教示されたプログラムに従ってロボット本体３を作動させる。

本実施形態に係る固定装置４は、図２に示されるように、床面（外部構造物）Ｆに設置された第１ユニット４１と、台車２に設けられた第２ユニット４２とを備えている。
第１ユニット４１は、水平方向に片持ち梁状に延びるシャフト４３を備えている。シャフト４３には、先端に向かって先細になる第１円錐面（錐面）４４が設けられている。第１円錐面４４によって、シャフト４３の軸線を挟んだ両側に同一角度で逆方向に傾斜する傾斜面が構成されている。

また、シャフト４３には、第１円錐面４４よりも先端側にシャフト４３の軸線に沿って延びる柱状部４５が設けられている。柱状部４５の外径寸法は第１円錐面４４の最小径寸法と同等である。柱状部４５の先端には、柱状部４５よりも大径の円板状部４６が設けられ、円板状部４６の基端側には、第１円錐面４４とは逆に基端側に向かって先細になる第２円錐面４７が備えられている。

第２ユニット４２は、台車２の前面に配置されブラケット４８と、ブラケット４８の先端に開口し、前後方向に向かって延びる内孔４８ａと、ブラケット４８に設けられたクランプ機構（ロック機構、押圧機構）５０とを備えている。ブラケット４８の内孔４８ａは、第１ユニット４１の円板状部４６の外径寸法よりも十分に大きく、内孔４８ａの中心軸は、第１ユニット４１のシャフト４３の軸線と同等の高さに配置されている。

ブラケット４８の内孔４８ａの先端には、第１円錐面４４と相補的な形状を有する円錐内面（密着面）４９が設けられている。
クランプ機構５０は、ブラケット４８の内孔４８ａの中心軸に対して交差する方向、例えば、直交する方向に、中心軸を挟んで対向する位置において係合片５１を進退させる一対のプランジャ５２を備えている。

プランジャ５２は、図２に示されるように、係合片５１をブラケット４８の内孔４８ａの内面よりも径方向外方に引っ込んだ位置と、図５に示されるように内孔４８ａの内面から径方向内方に突出した位置との間で往復移動させることができる。プランジャ５２は、台車２に搭載された駆動源３２から動力を供給されて作動する。プランジャ５２の駆動源３２は、電気、油圧あるいは空圧等の任意のものを用いることができる。

プランジャ５２は、駆動源３２が遮断されたときに内孔４８ａの内面から径方向内方に突出した状態が維持される構成（ノーマルクローズ回路）により駆動される。
係合片５１は、図２から図５に示されるように、第２円錐面４７に密着可能な傾斜面５１ａを有していてもよいし、図６に示されるように、第２円錐面４７上を転動可能なローラ５３を先端に有していてもよい。

このように構成された本実施形態に係る可動型ロボット１および可動型ロボット１の固定装置４の作用について説明する。
台車２を作動させて床面Ｆを走行させ、台車２に搭載されているロボット本体３を移動させることができる。そして、図２に示されるように、台車２の前面に設けられた第２ユニット４２を床面Ｆに設置されている第１ユニット４１に近接させる。このとき、第２ユニット４２に設けられているクランプ機構５０のプランジャ５２を作動させて係合片５１をブラケット４８の内孔４８ａ内面よりも径方向外側に配置しておく。

そして、第２ユニット４２に備えられたブラケット４８の内孔４８ａの先端開口に、第１ユニット４１のシャフト４３の先端の円板状部４６を一致させる。この状態から、さらに台車２を前進させることにより、図３に示されるように、第１ユニット４１のシャフト４３を第２ユニット４２のブラケット４８の内孔４８ａ内に挿入していく。

図３に示されるように、第２ユニット４２のブラケット４８の内孔４８ａ内に第１ユニット４１のシャフト４３が十分に挿入されると、内孔４８ａの先端に設けられた円錐内面４９が、シャフト４３に設けられた第１円錐面４４に近接させられる。この状態で、図４に示されるように、クランプ機構５０のプランジャ５２を作動させることにより、係合片５１を内孔４８ａ内面から径方向内方に突出させると、係合片５１の傾斜面５１ａが内向内の円板状部４６に設けられた第２円錐面４７に接触させられる。

第２円錐面４７は、円板状部４６の外周からシャフト４３の基端側に向かって先細になる傾斜面を有しているので、図４に示されるように、係合片５１の傾斜面５１ａが第２円錐面４７の傾斜面に接触しながら径方向内方に突出していくと、第２円錐面４７には、係合片５１からシャフト４３の先端側に向かう分力が作用する。これにより、シャフト４３がブラケット４８の内孔４８ａ内にさらに引き込まれる。そして、シャフト４３がブラケット４８の内孔４８ａ内に引き込まれていくと、図５に示されるように、シャフト４３の第１円錐面４４にブラケット４８の円錐内面４９が接触するようになる。

ブラケット４８の円錐内面４９は第１円錐面４４と相補的な形状を有しているので、シャフト４３の軸線方向に近接させられていくと、相互に密着するようになる。このとき、円錐内面４９から第１円錐面４４に作用する外力は、シャフト４３回りの全周にわたって、シャフト４３の軸線を挟んだ両側から径方向に対向する方向に作用するので、径方向に相殺される。

これにより、ブラケット４８はシャフト４３に対して、シャフト４３の軸線に直交する方向に固定される。また、円錐内面４９が第１円錐面４４に密着することにより、シャフト４３の軸線に沿う方向にもそれ以上の移動が係止される。すなわち、第１ユニット４１と第２ユニット４２とが、シャフト４３の軸線に沿う方向および軸線に直交するいずれの方向にも係止され、台車２が床面Ｆに対して精度よく位置決めされた状態に強固にロックされる。

この場合において、第１ユニット４１の第１円錐面４４と、第２ユニット４２の円錐内面４９とが相補的な形状となっているので、両者を面接触させることにより、第１ユニット４１と第２ユニット４２とを一義的に位置決めすることができる。

このように、本実施形態に係る可動型ロボット１および可動型ロボット１の固定装置４によれば、可動型ロボット１を外部構造物である床面Ｆに精度よく目的位置に強固に固定することができる。その結果、予め教示されたプログラムに修正を加えることなく、目的位置において、ロボット本体３による作業を精度よく行わせることができる。すなわち、台車２の移動の先々で迅速にロボット本体３を動作させて、効率よく作業させることができるという利点がある。また、ロボット本体３が外部構造物である床面Ｆに対して強固に固定されるため、ロボット本体３を動作させた際にも、ロボット本体３の転倒を防止することができるという利点がある。

また、ノーマルクローズ回路によってクランプ機構５０のプランジャ５２が作動するので、不意の駆動源３２の遮断に際しても、クランプ機構５０によるクランプ状態が解除されることを防止することができるという利点がある

なお、本実施形態においては、外部構造物として床面Ｆを例示したが、これに代えて、床面Ｆ以外の外部構造物に第１ユニット４１が設けられていることにしてもよい。また、外部構造物である床面Ｆにシャフト４３が固定され、台車２に内孔４８ａを有するブラケット４８が固定されている場合を例示したが、逆でもよい。

また、クランプ機構５０が径方向に係合片５１を駆動するプランジャ５２を有する場合を例示したが、これに代えて、第２ユニット４２に設けられた電磁石によって第１ユニット４１を磁気吸引力により吸着することによって、第１円錐面４４と円錐内面４９とを密着させることにしてもよい。
また、第２ユニット４２の内孔４８ａ内を吸引して減圧状態とすることにより、第２ユニット４２に第１ユニット４１を吸着することにしてもよい。

また、本実施形態においては、シャフト４３の軸線を挟んで両側に逆方向に同一角度で傾斜する傾斜面を第１円錐面４４によって構成した。これに代えて、図７および図８に示されるように、シャフト４３の軸線を水平方向に挟んだ両側に逆方向に同一角度で傾斜する一対の平面からなる傾斜面４３ａを採用してもよい。また、円板状部４６の第２円錐面４７も同様に、シャフト４３の軸線を水平方向に挟んだ両側に逆方向に同一角度で傾斜する一対の平面からなる傾斜面に構成されてもよい。このようにすることで、台車２の車輪２１によって鉛直方向にはほぼ位置決めされているので、水平方向のみを精度よく強固に位置決めすることができる。なお、図示しないものの、図７および図８においてもクランプ機構５０、係合片５１およびプランジャ５２を備えている。

また、本実施形態においては、単一の第１ユニット４１と単一の第２ユニット４２とを備える場合を例示したが、図９に示されるように、平行な２つ以上の軸線に沿って配置された２以上の第１ユニット４１と、２以上の第２ユニット４２とを相互に固定することにしてもよい。これにより、さらに精度よく位置決め状態に固定することができる。

また、本実施形態においては、水平方向に片持ち梁状に配置したシャフト４３の第１円錐面４４と、台車２の前面に配置したブラケット４８の内孔４８ａの円錐内面４９とを密着させる場合を例示した。
本実施形態の参考例として、図１０および図１１には、第１ユニット４１のシャフト４３として、床面Ｆから鉛直上方に向かって先細になる第１円錐面４４を備えるものを採用した場合を示している。そして、第２ユニット４２のブラケット４８としては、下向きに開口する内孔４８ａを有し台車２の底面から鉛直方向に進退させられるものを採用している。図中、符号５４は、ブラケット４８を鉛直方向に昇降させる昇降機構である。

この場合に、第１ユニット４１および第２ユニット４２は、水平方向に間隔をあけた３箇所以上に設けられ、ブラケット４８を下降させて第１円錐面４４に円錐内面４９を密着させた後、図１２に示されるように、さらにブラケット４８を押し下げることが好ましい。このようにすることで、車輪２１を床面Ｆから浮かせることができ、３箇所以上で台車２を安定して支持することができるとともに、台車２を鉛直方向にも位置決めすることができる。
また、図１３および図１４は、本実施形態の参考例として、シャフト４３とブラケット４８とを置き換えて、台車２側にシャフト４３、床面Ｆ側に内孔４８ａを配置した場合を示している。

この場合、台車２側のシャフト４３に電磁石（図示略）、床面Ｆ側のブラケット４８に磁性材料（図示略）を備え、昇降機構５４の作動に伴って制御装置３１からの信号に基づいて電磁石に磁力を発生させ、シャフト４３の第１円錐面４４と、ブラケット４８の内孔４８ａの円錐内面４９とを密着させた状態で固定してもよい。また、台車２側のシャフト４３に磁性材料、床面Ｆ側のブラケット４８に電磁石を備えていてもよい。この場合には、昇降機構５４の作動に伴って制御装置３１からの信号に基づいて床面Ｆ側の電磁石に磁力を発生させてシャフト４３とブランケット４８とを固定する。

また、上記実施形態においては、固定装置４および固定装置４を備える可動型ロボット１について説明したが、本開示は、可動型ロボット１と固定装置４とを備える可動型ロボットシステム１００としても概念することができる。

すなわち、上記各実施形態においては、可動型ロボット１がクランプ機構５０を備えていて、台車２に搭載している駆動源３２によりクランプ機構５０を作動させる場合について説明した。
これに代えて、図１５に示されるように、外部構造物Ｘ側に駆動源３２、近接センサ３３およびクランプ機構５０を備え、第１ユニット４１と第２ユニット４２との近接が近接センサ３３により検出された場合に、外部構造物Ｘ側でクランプ機構５０を作動させて、第１円錐面４４と円錐内面４９とを密着させることにしてもよい。

さらに、図１５に示されるように、第１円錐面４４と円錐内面４９とが密着したことを検出するセンサ３４と、センサ３４により密着が検出された場合にその旨を報知する報知部３５とが設けられていてもよい。
センサ３４としては、クランプ機構５０の係合片５１の作動を検出するスイッチ、第１円錐面４４または円錐内面４９により押圧されてＯＮ／ＯＦＦが切り替わる接触式のスイッチ、非接触の近接スイッチ、両者間の接触抵抗の変化あるいは圧力変化によって密着したことを検出するセンサ等、任意の方式のものを使用することができる。

報知部３５としては、音声により報知するブザーあるいはスピーカ、光により報知するランプあるいは回転式ライト、画面表示により報知するモニタ、振動により報知するバイブレータ等の任意の手段を採用することができる。
センサ３４および報知部３５は可動型ロボット１側または外部構造物Ｘ側のいずれに設けられていてもよい。

また、センサ３４を可動型ロボット１側に設け、センサ３４からの出力を制御装置３１に送信し、制御装置３１が、センサ３４により第１円錐面４４と円錐内面４９とが密着したことが検出されている場合に限り可動型ロボット１を動作可能にすることにしてもよい。
これにより、台車２が固定されていない状態でロボット本体３が作動してしまうことを防止することができる。
なお、ロック機構とは、少なくとも一軸方向に並進移動可能であったり、あるいは少なくとも一軸回転方向に回転移動可能であったりするものであってもよい。
また、床面を走行可能な台車２とは、自走可能な台車（例えば、AGV）であってもよいし、手押し台車であってもよい。

１可動型ロボット（ロボット）
２台車
３ロボット本体
４固定装置
３１制御装置
３２駆動源
３４センサ
３５報知部
４１第１ユニット
４２第２ユニット
４３シャフト
４４第１円錐面（傾斜面、錐面）
４３ａ傾斜面
４９円錐内面（密着面）
５０クランプ機構（ロック機構、押圧機構）
１００可動型ロボットシステム
Ｆ床面（外部構造物）
Ｘ外部構造物

Claims

床面を走行可能な台車にロボット本体を搭載したロボットを、外部構造物に対して位置決め状態に固定する固定装置であって、
前記ロボットまたは前記外部構造物の一方に設けられ、前記台車の進行方向に延びる軸線を挟んだ両側に逆方向に同一角度で傾斜する少なくとも一対の傾斜面を有する第１ユニットと、
前記ロボットまたは前記外部構造物の他方に設けられ、各前記傾斜面に密着可能な相補的な形状の密着面を有する第２ユニットと、
前記第１ユニットと前記第２ユニットとを相互に前記台車の進行方向に沿う嵌合方向に嵌合させることにより前記台車および前記ロボットと前記外部構造物との相対位置関係を決める位置決め機構と、
前記台車および前記ロボットと前記外部構造物とを前記嵌合方向および該嵌合方向に直交する方向にロックするロック機構とを備えるロボットの固定装置。
前記ロック機構が、前記第１ユニットまたは前記第２ユニットに、各前記密着面を各前記傾斜面に同時に押し付ける方向に力を加える押圧機構である請求項１に記載のロボットの固定装置。
前記軸線が、水平方向に間隔をあけて平行に２本以上配置され、
一対の前記傾斜面が、各前記軸線に対してそれぞれ設けられている請求項２に記載のロボットの固定装置。
前記軸線が、水平方向に沿って延び、
一対の前記傾斜面が、前記軸線を水平方向に挟んだ両側に配置されている請求項３に記載のロボットの固定装置。
前記傾斜面が、前記軸線を中心軸とする錐面である請求項２から請求項４のいずれかに記載のロボットの固定装置。
前記錐面が円錐面からなる請求項５に記載のロボットの固定装置。
前記押圧機構が、駆動源から供給される動力により駆動されるとともに、
前記駆動源からの動力の供給が停止したときには停止時の状態を維持する請求項２から請求項６のいずれかに記載のロボットの固定装置。
床面を走行可能な台車と、
該台車に搭載されたロボット本体と、
前記台車に備えられ、該台車を外部構造物に対して位置決め状態に固定する固定機構とを備え、
前記外部構造物に、前記台車の進行方向に延びる軸線を挟んだ両側に逆方向に同一角度で傾斜する少なくとも一対の傾斜面が設けられ、
前記固定機構が、各前記傾斜面に密着可能な相補的な形状を有する密着面と、各該密着面を前記傾斜面に同時に押し付ける方向に力を加え、各前記傾斜面と各前記密着面とを相互に嵌合させることにより、前記台車と前記外部構造物とを前記軸線方向および該軸線方向に直交する方向に固定する押圧機構とを備えるロボット。
前記軸線が、水平方向に間隔をあけて平行に２本以上配置され、
一対の前記傾斜面が、各前記軸線に対してそれぞれ設けられている請求項８に記載のロボット。
前記軸線が、水平方向に沿って延び、
一対の前記傾斜面が、前記軸線を水平方向に挟んだ両側に配置されている請求項９に記載のロボット。
前記傾斜面が、前記軸線を中心軸とする錐面である請求項８から請求項１０のいずれかに記載のロボット。
前記錐面が円錐面からなる請求項１１に記載のロボット。
請求項１から請求項７のいずれかに記載の固定装置と、
前記ロボットとを備えるロボットシステム。
前記ロボットが前記外部構造物に固定されているか否かを検出するセンサと、
該センサにより固定されていることが検出されたときに、その旨を報知する報知部とを備える請求項１３に記載のロボットシステム。
前記ロボットが前記外部構造物に固定されているか否かを検出するセンサと、前記ロボットを制御する制御装置とを備え、
該制御装置は、前記センサにより固定されていることが検出されたときに、前記ロボットを動作可能にする請求項１３に記載のロボットシステム。