JP7197859B2 - 作業ロボットとそれを備えた不要部分掻き出し装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウレタンやスポンジなどの柔軟な物の切除した部分を掻き出して除去するための作業ロボット、それを備えた不要部分掻き出し装置に関する。

従来、マットなどに用いられるウレタンやスポンジなどの柔軟な物（この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、「被対象物」という）は、表面を凹凸状に形成する場合がある。この方法として、例えば、被対象物の表面の一部を除去して表面を凹凸状にすることが行われている。例えば、平面状に形成されたマットの場合、表面に凹状部分を形成する溝部を形成し、その溝部の部分を除去している。マットの場合、溝部を形成することで接触面積を減らして硬さ調整する場合がある。このような作業は、例えば、マットの表面に溝部を形成する切れ目を二次元カットや熱線カッタなどで形成し、溝部の部分を切れ目に沿って人手で除去している。

なお、ロボットハンドを用いてシートカバーをモールドパッド上にセットする先行技術がある（例えば、特許文献１参照）。しかし、この文献には、柔軟な物の一部を切除し、その部分を除去することについて何ら記載されていない。

特開平４－２８６６２７号公報

上記したようにマットなどの被対象物の表面に形成する溝部の部分を人手で除去する場合、作業者が溝部に指を挿入して掻き出すため、多くの時間と労力を要する。しかも、作業者が掻き出しに失敗する場合もある。その上、掻き出した部分が散乱しないように集めながら作業しなければならない場合がある。

そこで、本発明は、柔軟な被対象物の切除した部分を適切に掻き出して除去できる作業ロボットと、それを備えた不要部分掻き出し装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る作業ロボットは、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端部分に備えられた手首部と、前記手首部に備えられたハンドと、前記ハンドの位置を制御する制御部と、を備え、前記ハンドは、柔軟な被対象物の不要部分を掻き出す掻き出し部を有し、前記掻き出し部は、駆動機で回転させる駆動軸に支持された回転体を有し、前記回転体は、半径方向に突出した突起部を有している。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「掻き出し」は、被対象物に対して内側に切り込まれた部分を外に掻き出すことをいう。

この構成により、ロボットアームの手首部に備えられたハンドの掻き出し部を被対象物の所定位置に配置し、回転体を回転させながら突起部を被対象物の不要部分に沿って移動させることで、不要部分を適切に掻き出して除去することができる。

また、前記突起部は、前記駆動軸を中心に放射状に複数設けられ、前記突起部の隣り合う部分の間に形成される凹状部分と該突起部とによって前記回転体の外周部分が凹凸曲面で連なるように形成されていてもよい。

このように構成すれば、凹凸曲面で形成された回転体の外周部分における突起部の曲面が不要部分に接して掻き出すので、柔軟な材質の被対象物であっても不要部分を適切に掻き出すことができる。

また、前記回転体は、少なくとも前記突起部の表面が鏡面研磨されていてもよい。

このように構成すれば、突起部と被対象物の不要部分との接触による摩擦抵抗を低減させ、柔軟な不要部分を適切に掻き出すことができる。

また、前記制御部は、前記被対象物に応じて、前記回転体の回転速度、該回転体の移動速度、該回転体の駆動軸の傾き及び前記突起部の前記不要部分への挿入深さの設定が可能なように構成されていてもよい。

このように構成すれば、被対象物の材質や不要部分の大きさなどに応じて、回転体の突起部によって不要部分を掻き出す速度、回転体による掻き出し角度、不要部分への挿入深さを適切に設定することができる。

また、前記駆動機は、前記制御部の外部軸制御によってサーボ制御されていてもよい。

このように構成すれば、作業ロボットの制御部による外部軸制御によって駆動機をサーボ制御し、回転体の回転速度と掻き出し部の移動速度などをロボットアームと協調動作で制御することができる。

また、多関節型ロボットであってもよい。

このように構成すれば、被対象物の不要部分に沿って掻き出し部を移動させることが多関節のロボットアームの制御によって適切にできる。

一方、本発明に係る不要部分掻き出し装置は、前記いずれかの作業ロボットと、前記回転体で掻き出した前記不要部分を吸引する吸引口を有する吸引機と、を備え、前記吸引口は、前記回転体の前記突起部で前記不要部分を掻き出す方向に備えられている。

この構成により、突起部で掻き出した不要部分を、吸引機によって吸引口から吸引することができる。よって、被対象物から掻き出した不要部分を掻き出し方向から吸引し、塵埃を周囲に散らすことなく除去できる。

また、前記吸引口は、一部に前記突起部が通過する開口部を有していてもよい。

このように構成すれば、突起部を吸引口の内部まで入り込ませることができるので、不要部分を突起部で掻き出した直後に吸引口から吸い込むことができる。よって、より塵埃を生じやすい被対象物であっても塵埃を周囲に散らすことなく除去できる。

本発明によれば、柔軟な被対象物の不要部分を適切に除去できるので、不要部分を除去する作業の自動化を図ることが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る作業ロボットを備えた不要部分掻き出し装置の全体構成を示す側面図である。 図２は、図１に示す作業ロボットの掻き出し部を示す拡大斜視図である。 図３は、図２に示す掻き出し部の背面図である。 図４は、図１に示す作業ロボットで不要部分を除去する被対象物の一例を示す斜視図である。 図５は、図４に示す被対象物から不要部分を除去している状態を示す側面図である。 図６は、図４に示す被対象物から一部の不要部分を除去した状態の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、被対象物６０として矩形状のマットを例に説明する。この明細書及び特許請求の範囲の書類中におけるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、図４に示すＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とする。

（不要部分掻き出し装置の全体構成）
図１は、一実施形態に係る作業ロボット１を備えた不要部分掻き出し装置５０の全体構成を示す側面図である。不要部分掻き出し装置５０は、作業ロボット１と吸引機３０とを備えている。この実施形態の作業ロボット１は、６軸の垂直多関節型ロボットの例である。但し、作業ロボット１の態様はこの実施形態に限定されない。作業ロボット１は、用途に対応した、産業用ロボットであればよい。

作業ロボット１は、基台２にロボットアーム１０が備えられている。ロボットアーム１０は、基台２に旋回軸Ｓを介して旋回可能に連結された第１リンク１１と、第１リンク１１に下腕揺動軸Ｌを介して揺動可能に連結された第２リンク１２と、第２リンク１２に上腕揺動軸Ｕを介して揺動可能に連結された第３リンク１３と、第３リンク１３に手首旋回軸Ｒを介して旋回可能に連結された第４リンク１４と、第４リンク１４に手首揺動軸Ｂを介して揺動可能に連結された第５リンク１５とを有している。第５リンク１５に、手首回転軸Ｔを介して回転可能に手首部１６が連結されている。なお、作業ロボット１は、各軸につきアクチュエータとしてのサーボモータや回転角検出器などが設けられている（いずれも図示略）。作業ロボット１として、公知の構成の垂直多関節型ロボットを用いることができるため、作業ロボット１についてのこれ以上の詳細な説明は省略する。

そして、手首部１６にハンド１７が備えられている。ハンド１７は、被対象物６０の不要部分６１（図４）を掻き出す掻き出し部２０を有している。掻き出し部２０には、駆動機２７（図２）の駆動軸２１に支持された回転体２２が設けられている。回転体２２には、周囲に複数の突起部２３が設けられている。

また、吸引機３０は、吸引ファン及び被対象物６０の不要部分６１（図４）を収容する容器などが内部に備えられている（いずれも図示略）。吸引機３０は、吸引口３１が作業ロボット１のロボットアーム１０の先端部分に備えられた掻き出し部２０にブラケット３２で固定されている。吸引口３１は、掻き出し部２０の突起部２３による不要部分６１の掻き出し方向に備えられている。吸引口３１は、突起部２３が回転する方向の前方において開口している。吸引口３１には吸引ホース３３が接続されており、吸引ホース３３の後端部は吸引機３０に接続されている。吸引ホース３３は、第４リンク１４の部分にブラケット３４で支持されている。ブラケット３４は、第４リンク１４に対して第５リンク１５が変位したときの吸引ホース３３の変位を許容するようになっている。吸引ホース３３は、柔軟な蛇腹状のホースを用いることができ、蛇腹状のホースとすることでロボットアーム１０の動作に応じて柔軟に変形することができる。

作業ロボット１及び吸引機３０は、制御部３と電気的に接続されている。制御部３は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ及びＩ／Ｏインターフェース等を有する。制御部３は、作業ロボット１の各リンク１１～１５の角度、方向、移動速度などを、不揮発性メモリに保存されたプログラムに基づいてプロセッサが揮発性メモリを用いて演算処理することで各部を制御する。制御部３は、吸引機３０の作動・停止も制御する。例えば、後述するように、掻き出し部２０を被対象物６０に近接した位置に配置した段階で吸引機３０による吸引を開始するようにできる。

なお、図１では、被対象物６０が台４の上部に配置された例を示している。図示するＹ方向とＺ方向は図４と同じである。

（掻き出し部の構成）
図２は、図１に示す作業ロボット１の掻き出し部２０を示す拡大斜視図である。図３は、図２に示す掻き出し部２０の背面図である。図３は、掻き出し部２０を進行方向の後方から見た図である。これらの図では、吸引ホース３３は先端部分のみを示している。ハンド１７の上部には、手首部１６に取り付ける取付フランジ２５が設けられている。取付フランジ２５には、下方に延びるベース板２６が設けられており、このベース板２６の一方の面（図の右奥）に駆動機２７が設けられている。駆動機２７の駆動軸２１は、ベース板２６の他方の面（図の左手前）に突出している。この駆動軸２１に、回転体２２が支持されている。回転体２２にはボス部２４が設けられており、このボス部２４が駆動軸２１に固定されている。駆動機２７には、例えば、ギヤードモータを使用することができる。ギヤードモータを使用することで、適切な回転数に減速することができる。

また、駆動機２７を、作業ロボット１の制御部３による外部軸制御によって制御するようにしてもよい。これにより、作業ロボット１の制御部３による外部軸制御によって駆動機２７をサーボ制御し、回転体２２を回転させる速度と掻き出し部２０の移動速度などをロボットアーム１０の協調動作で制御することができる。

回転体２２は、板状部材の周囲に、被対象物６０の不要部分６１を掻き出す突起部２３が放射状に設けられている。回転体２２は、例えば、数ｍｍの板材を用いることができる。この実施形態の回転体２２は、駆動軸２１を中心に放射状に設けられた３個（複数）の突起部２３を有している。また、回転体２２の外周部分は、突起部２３と、その隣り合う部分の間に形成される凹状部分とによって凹凸曲面で連なるように形成されている。突起部２３は、板面に向かった状態で先端部分が円形状に形成され、その円形状の間が中心側に向けて凹状に形成されている。これにより、回転体２２の外周は滑らかな形状となっている。さらに、回転体２２は、少なくとも突起部２３の表面が鏡面研磨されている。突起部２３の表面は、周端面と側面を含む。突起部２３は、その形状と表面の鏡面研磨とによって、被対象物６０の不要部分６１と接触したときの摩擦抵抗を低減させている。回転体２２は、全体が鏡面研磨されていてもよい。回転体２２の突起部２３の旋回直径は、不要部分６１の深さなどに応じて設定できるが、例えば、１００ｍｍ～２００ｍｍ程度にできる。なお、突起部２３の形状は限定されるものではなく、爪状などの他の形状であってもよい。

また、吸引口３１には、一部に突起部２３の先端部分が通過する開口部３５が設けられている。この実施形態では、吸引口３１の幅方向中央位置にスリット状の開口部３５が設けられている。これにより、突起部２３の先端部分が吸引口３１の内部まで入り込んで回転するので、突起部２３で掻き出した不要部分６１を直後に吸引口３１から吸い込むことができる。よって、塵埃を生じやすい被対象物６０であっても、塵埃を周囲に散らすことなく除去できる。

（被対象物の一例）
図４は、図２に示す掻き出し部２０で不要部分６１を除去する被対象物６０の一例を示す斜視図である。この実施形態の被対象物６０は、矩形状のマットである。また、この例では、矩形状の被対象物６０の上面に、Ｘ方向とＹ方向に溝状に切り込まれた不要部分６１が形成されている。この例では、所定間隔で切れ目６２を入れることで溝状の不要部分６１を形成しているが、これは一例であり、両端部分のみや中央部分のみなどであってもよく、形状も一例であり、不要部分６１はこの例に限定されない。

不要部分６１は、被対象物６０の上面から所定の深さで形成されている。不要部分６１を形成する切れ目６２を入れる方法は限定されず、例えば、二次元カットや熱線カッタなどの公知の手段を用いることができる。二点鎖線で示す掻き出し部２０は、第１溝Ｘ１の部分の不要部分６１を掻き出す前の配置状態を示している。掻き出し部２０の回転体２２による不要部分６１の掻き出しは、吸引口３１が前方に位置する状態で掻き出し部２０を図示する矢印Ｖの方向に移動させることによって行われる。

（掻き出し部による不要部分の掻き出しと吸引）
図５は、図４に示す被対象物６０から不要部分６１を除去している状態を示す側面図である。図６は、図４に示す被対象物６０から一部の不要部分６１を除去した状態の斜視図である。

図５に示すように、掻き出し部２０の回転体２２による不要部分６１の掻き出しは、吸引口３１が前方に位置する状態で掻き出し部２０が所定の移動速度で矢印Ｖの方向に移動させられる。掻き出し部２０の移動速度は、被対象物６０の材質などに応じて設定することができ、例えば、５～１５ｍ／ｍｉｎ程度にできる。掻き出し部２０は、突起部２３が不要部分６１に所定の挿入深さＨで回転するようにＺ方向の位置が保たれる。突起部２３を不要部分６１に挿入する深さＨは、被対象物６０の材質や不要部分６１の大きさなど応じて設定される。例えば、不要部分６１の深さに対して３０～８０％程度の深さにできる。

回転体２２は、不要部分６１を吸引口３１に向けて掻き出す回転方向Ｗに回転させられる。回転体２２の回転速度は 例えば、１００～５００ｒｐｍ程度に設定できる。この実施形態の被対象物６０は、不要部分６１がＸ方向とＹ方向とに切れ目６２を入れることで形成されており（図４）、その切れ目６２の間の不要部分６１が突起部２３によって掻き出されて吸引口３１から吸引される。

図６に示すように、例えば、この実施形態の被対象物６０の場合、Ｘ方向に延びる第１溝Ｘ１～第５溝Ｘ５に沿って掻き出し部２０を移動させることで第１溝Ｘ１～第５溝Ｘ５の不要部分６１を順に除去する。その後、Ｙ方向に延びる第６溝Ｙ６～第１３溝Ｙ１３に沿って掻き出し部２０を移動させることで第６溝Ｙ６～第１３溝Ｙ１３の不要部分６１を順に除去することができる。すなわち、掻き出し部２０で第１溝Ｘ１の不要部分６１を除去した後、掻き出し部２０を第２溝Ｘ２の掻き出し初めの位置（この例では、図の右手前）に配置し、掻き出し部２０で第２溝Ｘ２の不要部分６１を掻き出して除去した後、第３溝Ｘ３へと順に掻き出し部２０を移動させてＸ方向の不要部分６１を順に除去する。そしてＸ方向の不要部分６１を除去する作業が終わると、掻き出し部２０を第６溝Ｙ６の掻き出し初めの位置（この例では、図の右奥）に配置し、掻き出し部２０で第６溝Ｙ６の不要部分６１を掻き出して除去し、その後、第７溝Ｙ７の不要部分６１と順にＹ方向の不要部分６１を除去することができる。

このような不要部分６１の掻き出しは、この例の作業ロボット１が６軸の垂直多関節型ロボットであるため、第１リンク１１～第５リンク１５の各軸Ｓ、Ｌ、Ｕ、Ｒ、Ｂ、Ｔにおける角度などを制御することで、突起部２３を不要部分６１に挿入する深さＨを保ちながら適切に行うことができる。また、不要部分６１に応じて、手首回転軸Ｔの角度設定により掻き出し部２０を傾けて回転体３０の駆動軸２１を傾けることができる。回転体３０の傾きは、不要部分６１に応じてロボットアーム１０の各軸を角度制御することで設定できる。図示する被対象物６０は、第１溝Ｘ１～第５溝Ｘ５の不要部分６１を除去した後、第６溝Ｙ６～第１１溝Ｙ１１の不要部分６１を除去した状態を示している。不要部分６１を除去することで、被対象物６０の上面は凹凸状となる。この後、掻き出し部２０によって第１２溝Ｙ１２と第１３溝Ｙ１３の不要部分６１が掻き出されて除去される。このようにして突起部２３によって掻き出される不要部分６１は、掻き出しとほぼ同時に吸引口３１から吸引されて除去される。

しかも、この実施形態の被対象物６０の場合、Ｘ方向とＹ方向とに入れられた切れ目６２が交差するように形成されているため、不要部分６１は細かく分断されており、回転体２２の突起部２３で各不要部分６１を適切に掻き出して吸引口３１から吸引することができる。また、上記した回転体２２は、突起部２３とその隣り合う部分の間の凹状部分とによって外周部分が凹凸曲面に形成されているため、例えば、溝状の不要部分６１の奥が広がっているような形状の場合でも、適切に掻き出すことができる。よって、ウレタンやスポンジなどの柔軟な被対象物６０に形成された溝などの不要部分６１を適切に掻き出して除去することが可能となる。

（その他の変形例）
被対象物６０の配置は水平状の配置に限られるものではなく、被対象物６０を斜めに配置した場合でも掻き出し部２０をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に位置制御して移動させることで突起部２３によって不要部分６１を適切に掻き出すことができる。よって、被対象物６０の配置、掻き出し部２０の移動形態などは、上記した実施形態に限定されるものではない。

また、上記した実施形態は一例を示しており、被対象物６０の大きさ、形状、及び不要部分６１の大きさ、形状などは他の構成であてもよい。丸い被対象物６０、深さが変化する不要部分６１などであっても本発明は実施可能であり、被対象物６０及び不要部分６１は上記した実施形態に限定されるものではない。

さらに、作業ロボット１は６軸の垂直多関節型ロボットに限定されるものではなく、本発明の要旨を損なわない範囲で構成を変更してもよく、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

１ 作業ロボット
３ 制御部
１０ ロボットアーム
１６ 手首部
１７ ハンド
２０ 掻き出し部
２１ 駆動軸
２２ 回転体
２３ 突起部
２６ ベース板
２７ 駆動機
３０ 吸引機
３１ 吸引口
３３ 吸引ホース
３５ 開口部
５０ 不要部分掻き出し装置
６０ 被対象物
６１ 不要部分
６２ 切れ目

Claims (7)

1. ロボットアームと、
   前記ロボットアームの先端部分に備えられた手首部と、
   前記手首部に備えられたハンドと、
   前記ハンドの位置を制御する制御部と、を備え、
   前記ハンドは、柔軟な被対象物の不要部分を掻き出す掻き出し部を有し、
   前記掻き出し部は、駆動機で回転させる駆動軸に支持された回転体を有し、
   前記回転体は、半径方向に突出した突起部を有し、前記突起部は、前記駆動軸を中心に放射状に複数設けられ、前記突起部の隣り合う部分の間に形成される凹状部分と該突起部とによって前記回転体の外周部分が凹凸曲面で連なるように形成されている、
   ことを特徴とする作業ロボット。
2. 前記回転体は、少なくとも前記突起部の表面が鏡面研磨されている、
   請求項１に記載の作業ロボット。
3. 前記制御部は、前記被対象物に応じて、前記回転体の回転速度、該回転体の移動速度、該回転体の駆動軸の傾き及び前記突起部の前記不要部分への挿入深さの設定が可能なように構成されている、
   請求項１又は２に記載の作業ロボット。
4. 前記駆動機は、前記制御部の外部軸制御によってサーボ制御されている、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の作業ロボット。
5. 多関節型ロボットである、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の作業ロボット。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の作業ロボットと、
   前記回転体で掻き出した前記不要部分を吸引する吸引口を有する吸引機と、を備え、
   前記吸引口は、前記回転体の前記突起部で前記不要部分を掻き出す方向に備えられている、
   ことを特徴とする不要部分掻き出し装置。
7. 前記吸引口は、一部に前記突起部が通過する開口部を有している、
   請求項６に記載の不要部分掻き出し装置。

Images