JP7058453B2

JP7058453B2 - ロボット装置

Info

Publication number: JP7058453B2
Application number: JP2017081285A
Authority: JP
Inventors: 広之田口; 紀誉重鈴木
Original assignee: Nittoku Co Ltd
Current assignee: Nittoku Co Ltd
Priority date: 2017-04-17
Filing date: 2017-04-17
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2037-04-17
Also published as: CN108724150A; CN108724150B; JP2018176370A

Description

本発明は、例えば、部品を移設するような作業に適したロボット装置に関する。更に詳しくは、設置された空間の有効利用が可能となるロボット装置に関するものである。

従来、部品を移設するようなロボット装置として、多関節型ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この多関節型ロボットは、図７に示すように、設置場所に固定された固定ベース１と、その固定ベース１に旋回可能に取り付けられた旋回ヘッド２と、その旋回ヘッド２に前後方向に回動可能に取り付けられた下部アーム３と、その下部アーム３の先端に上下方向に回動可能に取り付けられた上部アーム４と、その上部アーム４の先端に鉛直下方に向けて設けられた先端アーム５と、その先端アーム５の鉛直軸５ａ回りに回転可能に支持された回転部６とを備えている。

そして、このような多関節型ロボットを用いて部品を移設する場合には、その回転部６に部品を把持するような操作治具７を取付け、その操作治具７が把持した部品をその操作治具７と共に下部アーム３や上部アーム４が回動することにより持ち上げ、その状態で、旋回ヘッド２が固定ベース１に対して回転することによりその操作治具７を水平面内において旋回させ、更に下部アーム３や上部アーム４が逆方向に回動することによりその操作治具７を降下させる。これにより、操作治具７に把持された部品を移設するようにしている。

特開平１１－１７９６８２号公報

しかし、上記従来の多関節型ロボットは、設置場所に固定ベース１を固定し、その固定ベース１を中心に旋回ヘッド２が旋回し、その旋回ヘッド２に下部アーム３と上部アーム４を設けているので、その固定ベース１を固定した周囲において、下部アーム３や上部アーム４と干渉する範囲において他の設備を設けることができず、多関節型ロボットの周囲空間の利用が制限される不具合がある。

また、上記従来の多関節型ロボットを用いた移設等の作業にあっては、図７に一点鎖線で示す様に、その下部アーム３と上部アーム４を水平方向に伸ばした長さを半径ｒとする円の範囲に作業範囲が制限される。このため、例えば、ベルトコンベアにより搬送される部品等を移設する作業範囲は、そのベルトの長手方向に長い長円を成す範囲とされる場合も有り、このような場合に、円を作業範囲とする多関節型ロボットを用いると、その作業範囲に無駄を生じさせる不具合もある。

本発明の目的は、設置された空間の有効利用を図り得るロボット装置を提供することにある。

本発明は、支持脚と、支持脚の上部に水平方向に延びて設けられた水平部材と、水平部材の下面に長手方向に移動可能に取付けられた水平移動台と、水平移動台に下方に突出して設けられた台座と、台座に下方から取付けられたサーボモータと、サーボモータを回転中心として水平面内において回転する回転体と、回転体に鉛直方向に移動可能に設けられ下端に操作治具が取付けられた昇降ロッドとを備えたロボット装置である。

台座が円柱状を成して中心軸を鉛直にして上面が水平移動台の下面に接するように取付けられている場合、サーボモータは、円柱状の本体と、その本体から上方に向けて突出して台座の中心軸に一致するように台座に取付けられた回転軸とを有し、その本体の外周に回転体が取付けられ、昇降ロッドは、その中心軸を回転中心として回転可能に設けられることが好ましく、水平部材の下方に水平部材と平行に移動するパレット又はベルトを設けた場合、台座の鉛直方向の長さの範囲で昇降ロッドを昇降させることもできる。

本発明のロボット装置では、支持脚を介して空中に水平方向に延びて設けられた水平部材の下面に水平移動台を設け、その水平移動台に操作治具を設けるので、その操作治具が操作する範囲は水平部材の下方になる。そして、その水平部材の下方には何ら構成部材が存在することは無いので、その水平部材の下方の設置場所に他の設備を設けることが可能となり、その水平部材が設置された下方の空間の有効利用を図ることができる。

また、その水平移動台に鉛直軸を回転中心として回転する回転体を設け、回転体の回転中心から偏倚して回転体に鉛直方向に移動可能に昇降ロッドを設け、その昇降ロッドの下端に操作治具を設けるので、本発明のロボット装置における操作治具の作業範囲は、回転体の回転中心を中心とする昇降ロッドの回転範囲と水平移動台の移動範囲となる。このため、昇降ロッドの回転範囲を超えて水平部材を長くすることにより、その作業範囲は長円となり、作業範囲を円形以外とすることが可能となる。

このように水平部材を長くして操作治具の作業範囲を長円とすれば、その水平部材の下方に水平部材と平行に移動して、長円の作業範囲を必要とするパレット又はベルトを設けても、それらに搭載された部品を効果的に移設させる等の作業が可能となり、その作業範囲に無駄を生じさせることは無い。

そして、昇降ロッド自体も回転可能にすれば、回転体の回転と別に昇降ロッドの下端に取付けられた操作治具を回転させることができ、その操作治具による操作の汎用性を高めることができる。

本発明実施形態のロボット装置の正面図である。そのロボット装置の側面図である。そのロボット装置を示す図２のＡ－Ａ線断面図である。そのロボット装置の作業範囲を示す図２のＢ－Ｂ線断面図である。そのロボット装置によりベルト上の部品を引き上げる状態を示す図である。そのロボット装置によりその部品を容器内に移設した状態を示す図である。従来の多関節型ロボットを示す正面図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２に、本発明のロボット装置１０を示す。この実施の形態では、ベルトコンベア１１を備えるものとし、ベルトコンベア１１のベルト１１ａに搭載されて長手方向に搬送される部品９（図５及び図６）を、そのベルト１１ａの脇に設置された容器１０ａに移設するロボット装置１０を用いて説明する。

ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が水平横方向、Ｙ軸が水平前後方向、Ｚ軸が垂直方向に延びるものとして説明する。そして、ベルトコンベア１１はＸ軸方向に伸びて設けられるものとする。

即ち、ベルトコンベア１１は、基台１０ｂの水平な上面にＸ軸方向に離間して設けられた一対の枢支台１１ｅと、その一対の枢支台１１ｅにＹ軸を中心として回転するように設けられた一対のローラ１１ｂ，１１ｃと、Ｘ軸方向に伸びてその一対のローラ１１ｂ，１１ｃに掛け回されたベルト１１ａと、一方のローラ１１ｂを回転させるモータ１１ｄ（図２及び図４）とを備える。

このため、このベルトコンベア１１は、モータ１１ｄを駆動して一方のローラ１１ｂを回転させると、そこに掛け回されたベルト１１ａを循環させ、そのベルト１１ａに搭載された部品９（図５及び図６）をその長手方向であるＸ軸方向に搬送するように構成される。そして、ベルトコンベア１１の脇の基台１０ｂには、容器１０ａを上面に搭載する容器台１０ｃが設置される。

ここで、図１における符号１１ｆは、部品９（図５及び図６）が搭載される上側のベルト１１ａの下面に上面が接して、ベルト１１ａの撓みを防止する支持板１１ｆであって、符号１１ｇは、その支持板１１ｆを基台１０ｂに取付ける取付脚１１ｇを示す。

また、本発明のロボット装置１０は、支持脚１２と、その支持脚１２の上部に水平方向に延びて設けられた水平部材１３を備える。支持脚１２は設置場所である基台１０ｂにベルトコンベア１１に隣接して立設されるものであり、この実施の形態では、一対の支持脚１２，１２が、ベルトコンベア１１の両端の近傍に立設されるものとする。

このような支持脚１２の上部に設けられる水平部材１３は、空中において水平に真っ直ぐに伸びる平板状の部材であり、ベルトコンベア１１におけるベルト１１ａの上方にそのベルト１１ａと所定の間隔を開けて、そのベルト１１ａと平行にＸ軸方向に伸びるように一対の支持脚１２，１２に架設されて取付けられる。

ここで、ベルト１１ａと水平部材１３との間の鉛直距離Ｈ（図２）は、後述する操作治具２７が、ベルト１１ａに搭載された部品９（図５及び図６）を把持して搬送し得るに十分な距離とされる。

また、本発明のロボット装置１０は、水平部材１３の下面に水平方向に移動可能に取付けられた水平移動台１４を備える。即ち、本発明のロボット装置１０は、水平移動台１４と、その水平移動台１４を水平部材１３の下面において水平方向に移動させる移動手段１８（図３）とを備える。

具体的に、図３に示すように、水平部材１３の下面には、Ｙ軸方向に離間する一対のレール１５，１５が、水平部材１３の長手方向であるＸ軸方向に延びて設けられ、水平移動台１４はこのレール１５，１５に長手方向に移動可能に搭載される。

また、水平移動台１４を移動させる移動手段１８は、一対のレール１５，１５の間においてＸ軸方向に延びて水平移動台１４に螺合されたボールネジ１６と、水平部材１３の端部に取付けられてボールネジ１６を回転させるモータ１７とを備える。従って、この移動手段１８では、モータ１７が駆動してボールネジ１６を正回転又は逆回転させると、ボールネジ１６に螺合する水平移動台１４が、一対のレール１５，１５に沿ってＸ軸方向に往復移動可能に構成される。

また、図１及び図２に戻って、本発明のロボット装置１０は、水平移動台１４に下方に突出して設けられ、鉛直軸を回転中心として回転する回転体を備える。この実施の形態における水平移動台１４には下方に向かって台座２１が取付けられ、その台座２１にはサーボモータ２２が取付けられ、そのサーボモータ２２にはボックス体２３が取付けられる。

台座２１は円柱状を成しており、その台座２１は、その中心軸を鉛直にしてその上面が水平移動台１４の下面に接するように取付けられる。

サーボモータ２２は円柱状の本体２２ｂとその中心軸上の端部から突出する回転軸２２ａを有し、その回転軸２２ａを上方にして、台座２１の中心軸に回転軸２２ａの軸芯を一致させるようにサーボモータ２２の回転軸２２ａが台座２１に取付けられる。そして、ボックス体２３は、サーボモータ２２の円柱状を成す本体２２ｂの外周面に取付けられる。

従って、水平移動台１４に取付けられた台座２１とサーボモータ２２における回転軸２２ａは回転しないことになる。このため、サーボモータ２２が駆動すると、サーボモータ２２における円柱状の本体２２ｂと、その本体２２ｂの外周面に取付けられたボックス体２３が、鉛直軸である回転軸２２ａを回転中心として回転することに成り、少なくともボックス体２３は回転体を構成するものとなる。

更に、本発明のロボット装置１０は、回転体の回転中心から偏倚して回転体に鉛直方向に移動可能に設けられた昇降ロッド２６を備える。この昇降ロッド２６は回転体を構成するボックス体２３に鉛直方向に貫通して設けられる。図示しないが、このボックス体２３には、その昇降ロッド２６を昇降させる昇降機構や、その昇降ロッド２６をその中心軸を回転中心として回転させる回転機構が内蔵される。

このボックス体２３は、昇降ロッド２６を回転させかつ昇降させるそれぞれの機構が内蔵された市販のものであって、昇降ロッド２６が設けられたボックス体２３はサーボモータ２２の本体２２ｂの外周に取付けられるので、この昇降ロッド２６は回転体の回転中心から偏倚して設けられるものとなる。そして、そのボックス体２３より下方に突出する昇降ロッド２６のベルト１１ａに臨む下端に操作治具２７が取付けられる。

ここで、昇降ロッド２６の回転体の回転中心からの偏倚量Ｌ（図３）は、このロボット装置１０を用いた部品９（図５及び図６）の移設作業において、操作治具２７がＹ軸方向に移動する量との関係において決定される。即ち、回転体であるボックス体２３が１回転した場合に、昇降ロッド２６はＹ軸方向に往復移動するけれども、この範囲において、目的とする移設作業が可能となるように、その偏倚量Ｌが設定される。

例えば、ベルトコンベア１１のベルト１１ａに搭載されて長手方向に搬送される部品９（図５及び図６）を、そのベルト１１ａの脇の容器台１０ｃに設置された容器１０ａに移設するロボット装置１０である場合には、その容器台１０ｃの近傍に水平移動台１４が存在する場合であって、図３及び図４に示すように、上面視において、回転体であるボックス体２３の回転中心を中心として昇降ロッド２６が回転した場合に描く円Ａの内側に、部品９が搭載されるベルト１１ａと容器１０ａが存在するように設定される。

また、昇降ロッド２６の下端に取付けられる操作治具２７にあっても、本発明のロボット装置１０に求める作用により選択され、部品９を把持して移設させる目的で本発明のロボット装置１０を用いるのであれば、そのような部品９を把持し得る操作治具２７が用いられる。

図における操作治具２７は部品９を把持するものであって、この操作治具２７は、エア圧により離接する一対の挟持片２７ａ，２７ｂを有し、エア圧により互いに接近する一対の挟持片２７ａ，２７ｂにより、図５に示すように、その間にベルトコンベア１１のベルト１１ａ上に搭載された部品９が存在したならば、その部品９を把持するように構成される。そして、そのような一対の挟持片２７ａ，２７ｂを下方にして、その本体２７ｃが昇降ロッド２６の下端に取付けられる。

次に、このようなロボット装置の動作を説明する。

この実施の形態では、このようなロボット装置１０の、ベルトコンベア１１のベルト１１ａに搭載されて長手方向に搬送される部品９を、そのベルト１１ａの脇に設置された容器１０ａに移設する動作において説明する。

最初に、移設される部品９は、ベルトコンベア１１を駆動した状態で、ベルトコンベア１１における上側のベルト１１ａに搭載される。具体的には、ベルトコンベア１１におけるモータ１１ｄを駆動して一方のローラ１１ｂを回転させ、そこに掛け回されたベルト１１ａを循環させる。そして、ベルトコンベア１１における上側のベルト１１ａに移設させる部品９（図５）を搭載する。すると、ベルト１１ａに搭載された部品９は、循環するベルト１１ａに搭載された状態でベルト１１ａの長手方向、即ち、Ｘ軸方向に搬送されることになる。

次に、ベルト１１ａに搭載された部品９を移設するために、まず、部品９を操作治具２７により挟持させる。そのため、操作治具２７が下端に設けられた昇降ロッド２６が上昇した待機位置から、その操作治具２７を、図５（ａ）に示すように、操作治具２７を部品９が搭載されたベルト１１ａの上方にまで移動させる。その操作治具２７のＸ軸方向の移動は水平移動台１４を水平部材１３の長手方向であるＸ軸方向に移動させることにより行われ、操作治具２７のＹ軸方向の移動は、回転体を回転させて操作治具２７を昇降ロッド２６と共にベルト１１ａの幅方向、即ちＹ軸方向に移動させることにより行われる。

移設すべき部品９の上方に操作治具２７を位置させた後には、図５（ｂ）の一点鎖線で示すように、一対の挟持片２７ａ，２７ｂを離間させ、その状態で昇降ロッド２６を下降させ、一対の挟持片２７ａ，２７ｂの間に部品９を進入させた状態で、エア圧により一対の挟持片２７ａ，２７ｂを互いに接近させ、それにより部品９を挟持する。その後、実線で示すように、昇降ロッド２６を上昇させ、その昇降ロッド２６と共に部品９を挟持した操作治具２７を上昇させる。

次に、その状態で、図６（ａ）に示すように、操作治具２７を移設先である容器の上方にまで移動させる。その操作治具２７のＸ軸方向の移動は水平移動台１４を水平部材１３の長手方向であるＸ軸方向に移動させることにより行われ、操作治具２７のＹ軸方向の移動は、回転体であるボックス体２３を実線矢印で示す様に回転させて、操作治具２７を昇降ロッド２６と共にベルト１１ａの幅方向に移動させることにより行われる。

ここで、ベルトコンベア１１の脇に容器台１０ｃが設置され、この容器台１０ｃは、その容器台１０ｃ近傍に水平移動台１４が存在する場合であって、上面視において、昇降ロッド２６の回転体であるボックス体２３の回転中心を中心として昇降ロッド２６が回転した場合に描く円Ａの内側に設けられるので、その操作治具２７を容器の上方にまで確実に移動させることができる。

容器の上方に操作治具２７を位置させた後には、図６（ｂ）に示すように、その状態で昇降ロッド２６を再び下降させ、容器１０ａに部品９を搭載する。その後に、一対の挟持片２７ａ，２７ｂを離間させ、操作治具２７により部品９の把持を解消し、再びその操作治具２７を一点鎖線で示す様に上昇させて待機位置に戻す。これにより、ベルト１１ａから容器１０ａへの部品９の移設が完了することになる。

この時、図６（ｂ）の破線矢印で示す様に、昇降ロッド２６を、その中心軸を中心に回転させれば、操作治具２７が把持する部品９を水平面内において回転させることが可能となる。このため、その部品９の移設において、容器１０ａへの部品９の搭載の状態を水平面内において変化させることできる。

例えば、図６（ｂ）に示すように、昇降ロッド２６とともに操作治具２７がモータ２２の回転軸２２ａを中心に実線矢印で示す様に回転するにもかかわらず、昇降ロッド２６を破線矢印で示す様に回転させれば、ベルト１１ａに載せられた部品９を平行移動して容器１０ａに移設することもできる。このため、その操作治具２７による操作の汎用性を高めることができる。

このように、本発明のロボット装置１０では、支持脚１２を介して空中に水平方向に延びて設けられた水平部材１３の下面に水平移動台１４を設け、その水平移動台１４に回転体であるボックス体２３及び昇降ロッド２６を介して操作治具２７を設け、その操作治具２７を必要とする場合にのみ下降させることになる。

このため、下降する操作治具２７と干渉しない限り、その水平部材１３の下方の空間、この実施の形態では、ベルトコンベア１１が設けられた周囲に、ベルトコンベア１１以外の他の設備を設けることが可能となり、その水平部材１３が設置された下方の空間の有効利用を図ることができる。

また、その水平部材１３に鉛直軸を回転中心として回転する回転体を設け、回転体の回転中心から偏倚して回転体に鉛直方向に移動可能に昇降ロッド２６を設け、その昇降ロッド２６の下端に操作治具２７を設けるので、従来の図７に示す多間接ロボットと比較して関節の数を減少させることができ、装置全体がコンパクトになる。

また、本発明のロボット装置１０における操作治具２７のＹ軸方向の作業範囲は、図４に示すように、回転体の回転中心を中心として昇降ロッド２６が回転した際に描く円Ａの範囲である。そして、その操作治具２７のＸ軸方向の作業範囲は、水平部材１３のＸ軸方向の移動範囲となる。このため、昇降ロッド２６の回転範囲を超えて水平部材１３を長くすることにより、その作業範囲は図４の一点鎖線で示す様に長円となり、作業範囲を円形以外とすることが可能となる。

このように水平部材１３を長くして操作治具２７の作業範囲を長円とすれば、その水平部材１３の下方に水平部材１３と平行に移動するパレット又はベルト１１ａを設けても、それらに搭載された部品９を効果的に移設させる等の作業が可能となる。

また、操作治具２７の作業範囲を長円として、作業範囲の無駄を抑制することにより、その作業範囲を包囲する安全柵などの設置長さを少なくすることもできる。

そして、昇降ロッド２６自体も回転可能にすれば、回転体の回転と別に昇降ロッド２６の下端に取付けられた操作治具２７を水平面内において回転させることができ、ベルト１１ａ上の部品９及び容器に収容される部品９の水平面内における方向性を変化させることも可能となって、その操作治具２７による操作の汎用性を高めることができる。

また、昇降ロッド２６と共に操作治具２７は昇降することになるけれども、水平移動台１４の下部に台座２１を介してサーボモータ２２を取付け、そのサーボモータ２２の外周に取付けられたボックス体２３に昇降ロッド２６を取付けているので、少なくとも、台座２１の鉛直方向の長さの範囲で昇降ロッド２６の昇降は許容されることになる。このため、昇降ロッド２６の必要な昇降の程度により、その台座２１の鉛直方向の長さを調整することにより、比較的コンパクトなロボット装置１０を得ることが可能になる。

なお、上述した実施の形態では、水平移動台１４の下部に台座２１を介してサーボモータ２２を取付け、そのサーボモータ２２の外周に取付けられたボックス体２３に昇降ロッド２６を取付ける場合を説明した。けれども、昇降ロッド２６の昇降に支障を生じさせないようであれば、台座２１を設けることなく、水平移動台１４にサーボモータ２２を直接取付けるようにしても良い。

この場合、サーボモータ２２の回転軸２２ａを水平移動台１４に取付けても良く、サーボモータ２２の本体２２ｂを水平移動台１４に取付けても良い。サーボモータ２２の本体２２ｂを水平移動台１４に取付ける場合、その回転軸２２ａを鉛直方向下方に向け、その回転軸２２ａに回転体となるボックス体２３をその回転軸２２ａと偏倚するように取付けても良い。

また、上述した実施の形態では、部品９を把持して移設させるため、部品９を把持し得る操作治具２７が昇降ロッド２６の下端に取付けられる場合を説明した。けれども、操作治具２７は本発明のロボット装置１０に求める作用により選択され、部品９を把持するものに限られない。例えば、部品９を把持せずに、磁力により吸着するようなマグネットを操作治具として昇降ロッドの下端に取付けても良い。

１０ロボット装置
１１ａベルト
１２支持脚
１３水平部材
１４水平移動台
２３ボックス体（回転体）
２６昇降ロッド
２７操作治具

Claims

支持脚(12)と、
前記支持脚(12)の上部に水平方向に延びて設けられた水平部材(13)と、
前記水平部材(13)の下面に長手方向に移動可能に取付けられた水平移動台(14)と、
前記水平移動台(14)に下方に突出して設けられた台座(21)と、
前記台座(21)に下方から取付けられたサーボモータ(22)と、
前記サーボモータ(22)を回転中心として水平面内において回転する回転体(23)と、
前記回転体(23)に鉛直方向に移動可能に設けられ下端に操作治具(27)が取付けられた昇降ロッド(26)と
を備え、
前記水平部材(13)の下方に前記水平部材(13)と平行に移動するパレット又はベルト(11a)が設けられ、
前記台座(21)の鉛直方向の長さの範囲で前記昇降ロッド(26)を昇降させる
ことを特徴とするロボット装置。
台座(21)は円柱状を成して中心軸を鉛直にして上面が水平移動台(14)の下面に接するように取付けられ、
サーボモータ(22)は、円柱状の本体(22b)と、前記本体(22b)から上方に向けて突出して前記台座(21)の中心軸に一致するように前記台座(21)に取付けられた回転軸(22a)とを有し、
前記本体(22b)の外周に回転体(23)が取付けられ、
前記回転体(23)に昇降ロッド(26)が中心軸を回転中心として回転可能に設けられた請求項１記載のロボット装置。