JPH0126826B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軽量部品から重量部品までを１台の
ロボツトでハンドリングして組立または加工を行
う組立または加工装置に関するものである。

多品種少量生産工程の自動化のニーズは年々増
加している。特に組立工程では各種部品が集まる
ため、その形状、重量とも各種にわたることが多
い。このため、従来の専用組立機による自動化で
は、一品種又は一部品ごとに専用組立機を設置し
なければならず、設置スペースが大きくなる、各
組立機の稼動率が低くなる、部品変更等に伴なう
作業変更に対するフレキシビリテイに乏しいなど
の欠点を有していた。そのため、多種作業、作業
変更等に対応できるフレキシビリテイを持つロボ
ツトによる自動化が進んできている。しかし対象
部品が例えば、数十グラムから百数十キログラム
にまでわたるものを組立る工程では、従来のロボ
ツトでは、その仕様上の制約から一台で対処する
ことは困難であり、たとえば軽量小物部品用ロボ
ツト、重荷重用ロボツトなど、複数台のロボツト
を設置し、それぞれの可搬重量の仕様に合つた部
品を組立させる方式をとる必要がある。しかしな
がら従来の組立または加工装置では、設置スペー
スを広くとると共に、一台あたりの専用組立機ま
たはロボツト稼動率が低下するなどの欠点を有し
ていた。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、一台の小形関節形ロボツトで、重量物のハ
ンドリングをも行なえるようにして多品種少量生
産工程の自動化が出来るようにした組立または加
工装置を提供するにある。

即ち本発明は、組立または加工作業に応じた各
種のハンドを備えて所定の軌道上を移動する移動
台上に載置され、単独で３次元的に手首の位置及
び速度制御を行ない得るロボツトと、前記軌道に
対向する位置に設けられ、内部に有する回転式可
変抵抗器の入力軸を水平方向に突出させかつ垂直
方向に前記ハンドを着脱自在に取付け得るハンド
ホルダをアームの下端に備え前記ハンドホルダを
水平方向は移動自在に垂直方向は動力源により移
動させるバランサと、一端を前記手首に取付けら
れ他端に前記入力軸と着脱自在に結合し得る手先
を有し中間に前記手首と前記ハンドホルダとの垂
直方向の相対的位置ずれを検知するセンサを備え
た結合手段と、前記センサからの位置ずれ信号に
基づき前記手首を回転させ前記結合手段を通して
前記回転式可変抵抗器を回転させることにより前
記駆動源を駆動させて前記ハンドホルダの垂直方
向の位置を前記位置ずれ信号がなくなるように移
動させる制御手段とから成ることを特徴とするも
のである。

以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具体
的に説明する。本発明の組立または加工装置は第
１図、及び第２図に示すように構成されている。
即ち本装置は、部品のハンドリング、組立作業を
遂行する小形関節形ロボツト１と、この小形関節
形ロボツト１の手先につけ、部品を把持するハン
ド２と、重荷重を無重力保持するバランサ３と、
このバランサ３の先端に取付け、かつロボツト１
とバランサ３との連結、及びハンド２の把持を行
うハンドホルダ４とよりなる。そして上記小形関
節形ロボツト１は、多自由度（少くとも５自由
度）を有して、且複雑な動作が可能で、しかもプ
レイバツク機能を有するものであつて、多品種の
部品をハンドリングするため、軽量部品供給ステ
ーシヨン７ａ、重量部品供給ステーシヨン７ｂ、
作業ステーシヨン１０、組立ステーシヨン９との
間を移動台５と共に軌道であるガイドレール６に
沿つて移動できるようになつている。この小形関
節形ロボツト１の移動台５上には、各種部品に対
応し、かつ小形関節形ロボツトによる把持が着脱
容易なハンド２を必要数設置しておき、小形関節
形ロボツト１が軽量部品を取扱うときは直接手先
にハンド２を交換把持し、又はバランサ３のハン
ドホルダ４によりハンド２を交換把持しながら、
多種部品のハンドリングを行えるようにしてお
く。

なお、重量部品をハンドリングする場合は、小
形関節形ロボツト１は、ハンドホルダ４をつか
み、このハンドホルダ４を介してバランサ３を動
かし、このハンドホルダを所定のハンド２の所ま
で移動させ、ハンドホルダ４にハンド２をつかま
せる。次に小形関節形ロボツト１は、重量部品の
供給ステーシヨン７ｂまでハンド２をつかんだバ
ランサ３を移動させ、所定の重量部品をバランサ
３の先端に設けられたハンドホルダ４に取付けら
れたハンド２で把持する。そして所定の組付場所
（組付ステーシヨン）９まで移動してその場所９
にある組付部品が被組付重量部分の組付を行な
う。なお被組付部品が重量部品であろうと軽量部
品であろうとも被組付部品に給油（注油）、ねじ
締め、カシメ、ろう付け等の作業を施す必要があ
る場合には、作業ステーシヨン１０に設置されて
ある治具等の装置を用いて小形関節形ロボツト１
は上記作業を施し、組付ステーシヨン９で組付部
品へ組付を行う。以上述べたように小形関節形ロ
ボツト１の可搬重量を越える部品については、バ
ランサ３に重荷重を保持させて組付作業を行い、
小形関節形ロボツト１の可搬重量を越えない軽量
部品については、小形関節形ロボツト１が単独で
組付作業を行う。

ところで第２図に示すR_Aはバランサ３の作業
領域を示し、Ｐは小形関節形ロボツト１の手先
に、支柱６７のセツテイング部材６８にセツテイ
ングされたバランサ３のハンドホルダ４を連結す
る位置を示す。

次に軌道であるガイドレール６に沿つて各ステ
ーシヨン７ａ，７ｂ，９，１０、及びバランサ３
に対向する位置へと逐次移動して位置付けされる
自走式移動台５上に設けられる小形関節形ロボツ
ト１について第３図乃至第６図にもとずいて説明
する。即ち３５は上記移動台５に取付けられた基
台である。２４はこの基台３５に垂直軸を中心に
旋回自在に支持された旋回台で、基台３５に設け
られた駆動モータ（図示せず）により減速機を介
して旋回駆動され、関節形ロボツトの１自由度を
構成している。１９は旋回台２４の上部２４ａに
軸心Ｏを中心に回転自在に支持された第１の上腕
で、駆動モータ２１の出力軸に減速機を介して連
結されている。２０は上記第１の上腕１９と平行
に配置された第２の上腕である。２５は上記旋回
台２４の上部２４ａに軸心Ｏを中心に回動自在に
支持されたクランクレバーで、駆動モータ２３の
出力軸に減速機を介して連結されている。２２は
第１の上腕２１、及び第２の上腕２０の揺動端と
上記クランクレバー２５に平行に連結された前腕
である。従つて駆動モータ２１によつて回転駆動
される第１の上腕１９の軸心Ｏを中心とした回動
は、関節形ロボツトの１自由度である。また駆動
モータ２３によつて回転駆動される前腕２２の傾
動も、関節形ロボツトの１自由度である。

次に手首３３を駆動させる機構について説明す
る。即ち２６ａ，２６ｂは各々手首駆動モータ
で、クランクレバー２５と第２の上腕２０との回
転自在に連結した連結点において、クランクレバ
ー２５の揺動端に回転自在に支持された部材２７
ａ，２７ｂに固定されている。２８は一端を旋回
台２４のＡ点と回軸自在に連結し、他端を部材２
７ａ，２７ｂの揺動端Ｂと回転自在に連結したリ
ンクである。これらレバー２５とリンク２８とを
平行に配置し、旋回台２４のと部材２７ａ，
２７ｂとを平行に配置し、平行リンク機構を構成
している。２９ａ，２９ｂは、各々手首駆動モー
タ２６ａ，２６ｂに減速機を介して連結されたス
プロケツトホイールで、レバー２５の揺動端に回
転自在に支持されている。３０ａ，３０ｂは、
各々第２の上腕２０と前腕２２との回転自在に連
結した部分に回転自在されたスプロケツトホイー
ルである。４１ａ，４１ｂは、各々前腕２２と手
首３３との回転自在に連結された部分に回転自在
に支持されたスプロケツトホイールである。３１
ａ，３１ｂは、各々スプロケツトホイール２９
ａ，２９ｂとスプロケツトホイール４１ａ，４１
ｂとを平行リンク機構で連結したチエーン等の柔
軟リンク、３２ａ，３２ｂは、各々スプロケツト
ホイール３０ａ，３０ｂとスプロケツトホイール
４１ａ，４１ｂとを平行リンク機構で連結したチ
エーン等の柔軟リンクである。ところで手首３３
を、第５図に示す矢印方向に揺動させ、並びに手
首３３を軸心を中心に回転させるために上記の如
くａ，ｂなるサフイツクスで示すように２系列設
けられている。

然るに手首駆動モータ２６ａ，２６ｂの出力軸
の各々の回転は、減速機３６ａ，３６ｂを介して
スプロケツトホイール２９ａ，２９ｂの回転とな
り、リンク３１ａ，３１ｂを駆動する。リンク３
１ａ，３１ｂの運動は、スプロケツトホイール３
０ａ，３０ｂの回転となり、リンク３２ａ，３２
ｂを駆動させ、手首３３を上下方向（矢印方向）
に揺動させたり、手首３３を軸心を中心に回転さ
せる。一方手首駆動モータ２６ａ，２６ｂの固定
子側部材２７ａ，２７ｂは、レバー２５の揺動端
Ｃの回りに軸受を介して回転自在に取付けられ、
この部材２７ａ，２７ｂの揺動端Ｂはリンク２８
を介して旋回台２４の上部Ａに揺動自在に取付け
られている。ここで旋回台２４上の点Ｏと点Ａ、
点Ｂ、点Ｃは平行四辺形の関係にあり、，
AB，，はを静止節とする４節平行リ
ンク機構を構成する。またスプロケツトホイール
２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂ、リンク３１
ａ，３１ｂは各々４節平行リンク機構を構成し、
スプロケツトホイール３０ａ，３０ｂ，４１ａ，
４１ｂ、リンク３２ａ，３２ｂは、各々４節平行
リンク機構を構成する。このように構成したこと
により、前腕２２の傾きを変化させるために第２
の上腕２０を移動させて手首駆動モータ２６ａ，
２６ｂの位置も移動しても、この手首駆動モータ
２６ａ，２６ｂを駆動して円板２９ａ，２９ｂを
回転させない限り、静止節に対するスプロケ
ツトホイール２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂ，
４１ａ，４１ｂの回転方向位置は一定に保たれ、
手首３３の姿勢は一定に保たれる。即ち特別な制
御をせずに第１の上腕１９、前腕２２の姿勢に関
らず、手首３３の姿勢は一定に保たれる。

手首３３は、スプロケツトホイール４１ａと一
体となつていて、軸受４９によつて回転自在に支
持されたシリンダ４９と、このシリンダ４９に軸
心方向に軸受５２によつて回転自在に支持され、
且スプロケツトホイール４１ｂの後端に固定され
た傘歯車と噛合う傘歯車を固定した部材５０とに
よつて構成されている。

然るに手首駆動モータ２６ａだけを回転駆動さ
せれば、それだけシリンダ４９が回転して手首３
３が曲げられ、手首駆動モータ２６ｂだけを駆動
すればそれだけ手首３３が軸心回りにひねられ
る。

一方バランサ３は、具体的には第７図に示すよ
うに構成されている。即ち５１は下端にハンドホ
ルダ４を取付けたアームである。５２は上アーム
であり、一端を上記アーム５１の上端に回転自在
に連結し、他端をフレーム５３上に形成されたガ
イド溝５４に沿つて上下に摺動自在に支持された
移動駒５５に回転自在に連結している。５６は下
アームであり、一端を上記アーム５１の上端付近
に回転自在に連結し、他端をフレーム５３上に形
成されたガイド溝５７に沿つて左右に摺動自在に
支持されたローラ５８に回転自在に連結してい
る。そしてこの上アーム５２と下アーム５６は平
行なるように形成されている。５９は、アームで
あり、上端を上アーム５２に回転自在に連結し、
下端を上記ローラ５８に回転自在に連結してい
る。そしてアーム５１とアーム５９とは平行にな
るように形成されている。上記移動駒５５の右端
にはラツク６０が形成され、このラツク６０に噛
合うピニオン６１が設けられ、このピニオン６１
は駆動モータ６４に歯車６２，６３を介して連結
されている。そしてハンドホルダ４の姿勢を一定
に保持するように、ハンドホルダ４を固定し、且
アーム５１の下端に回転自在に支持されたリンク
６５と、上記移動駒５５との間を平行リンク機構
６６で連結している。またまた、スプリング６９
は通常ローラ５８が中立点に位置するように上ア
ーム５２を引張る力を調整してある。このように
調整しておけば、ローラ５８がガイド溝５７内を
左右方向どちらにでもスムーズに移動できアーム
５１を左右方向移動可能にしておくことができ
る。また、例えば第７図においてアームが１点鎖
線の状態になつたとき、スプリング６９により実
線位置の状態に戻す復元力を発生させることにな
り、大きな力を作用させなくてもスムーズに戻す
ことができる。またフレーム５３は支柱６７の上
端に旋回自在に支持されている。また支柱６７に
は、ハンドホルダ４を一定の位置付けるためのセ
ツテング部材６８が設けられている。しかし、こ
のセツテイング部材６８は作業領域から外れた位
置に設けている。またハンドホルダ４には、回転
式可変抵抗器７０が取付けられ、この回転式可変
抵抗器７０は原点に回転復帰されるようになつて
いて、入力軸７１を設けている。そしてハンドホ
ルダ４の下側には、ハンド把持用シリンダ７３、
ハンド固定用ボール７４、ボール固定用ピストン
７５、ピストン戻しバネ７６、ピストン駆動用エ
ア供給口７７、ハンド位置決めガイド（図示せ
ず）、Ｏリング７８、重量部品用ハンド２′を駆動
するシリンダ８０へのエア供給口７９が設けら
れ、各種重量部品用ハンド２′が着脱自在に把持
できるようになつていると共に上記ハンド２′の
駆動シリンダ８０を駆動して重量部品を把持でき
るようにしている。

従つてこのバランサ３は、ハンドホルダ４を水
平方向に移動させれば、ハンド２に重量部品を把
持した状態で自由に動き得ることができると共
に、回転式可変抵抗器７０の入力軸を例えば時計
方向に回転させれば、その回転方向及び回転量に
応じた出力が駆動制御装置７２に入力され、駆動
モータ６４が回転駆動して移動駒５５を降下させ
てハンドホルダ４を上昇させ、逆に入力軸７１を
反時計方向に回転させれば、その回転方向及び回
転量に応じた出力が駆動制御装置７２に入力さ
れ、駆動モータ６４が回転駆動してハンドホルダ
４を降下させることができる。このようにバラン
サ３は、水平方向に自由に動き得、上下方向につ
いては回転式可変抵抗器７０の入力軸７１で指令
させることによつて重量部品を上下に移動させる
ことができる最低限の機能を有する工業用ロボツ
トで非常に安価に製造することができる。

また小形関節形ロボツト１の手首３３には、手
首３３の軸心まわりの回転に伴なつて回転させら
れても手首３３とハンドホルダ４との垂直方向の
相対的位置ずれを検出することができる力センサ
８３が取付けられ、その力センサ８３の手先８２
に各種ハンド２が取付けられる構造を有してい
る。しかも各駆動用モータ２１，２３，２６ａ，
２６ｂ等には回転量を検出するロータリエンコー
ダが取付けられ、マイクロコンピータ（図示せ
ず）によつて所定のプログラムに従つて演算し、
その演算結果にもとづいて駆動回路（図示せず）
を介して上記各駆動用モータ２１，２３，２６
ａ，２６ｂ等が駆動され、手先８２を教示された
任意の軌跡に沿つて運動できるようになつてい
る。

以上のように構成されているので、重量部品を
組立しようとする場合には、小形関節形ロボツト
１は、バランサ３のハンドホルダ４の入力軸７１
をつかめるハンド２を手先８２に取付ける。そし
て移動台５を移動して小形関節形ロボツト１をバ
ランサ３に対向する位置に位置付けして手先８２
を移動させ、セツテング部材６８で位置決めされ
たハンドホルダ４の入力軸７１をつかむ。次に小
形関節形ロボツト１は水平方向についてはハンド
ホルダ４に力を加えてバランサ３を任意の位置に
位置付けし、上下方向については手首３３を軸心
まわり回転させて入力軸７１を時計方向または反
時計方向に回転させてバランサ３を上方向または
下方向に移動させる。このとき、ロボツトの手首
３３の動きにバランサ３が追従できないと手首３
３とバランサ３のハンドホルダ４の間に垂直方向
の相対的位置ずれが生じ、この値に比例した力を
力センサ８２が検出する。この検出された位置ず
れ信号に基づき手首３３の回転量をバランサ３が
手首３３の動きに追従するように制御すると、こ
の回転量は第８図に示すように手先８２及び入力
軸７１を通して回転式可変抵抗器７０に伝えら
れ、バランサ３の駆動指令を与える制御駆動装置
７２に入力されて、バランサ３の垂直方向の動き
を手首３３の動きに追従するように制御すること
ができる。このようにマイクロコンピユータ（図
示せず）に記憶されているプログラムに従つて小
形関節ロボツト１は制御され、バランサ３のハン
ドホルダ４には、重量部品用のハンド２′が取付
けられ、重量部品供給ステーシヨン７ｂに供給さ
れた重量部品８を保持して、作業ステーシヨン１
０で所定の作業を施し、組立ステーシヨンに位置
付けされた組立部品に組付を行う。

なおハンド２′を変換する場合は、上述の逆動
作を行ない、まず手持ちのハンドを戻し、次のハ
ンド設置場所で新しいハンドをつかめばよい。

また軽量部品を取扱う場合は、バランサ３のハ
ンドホルダ４をセツテング部材６８にセツテング
してＰの場所に戻したあと、ハンドによる入力軸
７１の保持を解除して小形関節形ロボツト１はバ
ランサ３との連結を切る。そして小形関節形ロボ
ツト１は移動台５をガイドレール６に沿つて移動
させると共に、所定のハンド２を手先８２に把持
してマイクロコンピユータ（図示せず）に記憶さ
れた指令に従つて軽量部品のハンドリングを行つ
て組立または加工等の作業を行う。

このようにして小形関節ロボツト１は、バラン
サ３のハンドホルダ４と着脱自在に結合して重量
部品の荷重保持を機構及び機能が簡単で非常な安
価なバランサ３に分担させ、ハンドの位置決めは
自ら行い、軽量から重量にわたる多種部品の複雑
な組立作業や、加工作業を１台の安価な小形関節
形ロボツトで行うことができる。特に関節形ロボ
ツトで重量部品まで取扱えるようにすると非常に
高価になつてしまうのが上記小形関節形ロボツト
とバランサとを併合することによつて重量部品ま
で取扱える大形関節形ロボツトに比較して約半分
の価格で製造できる効果を有する。

以上説明したように本発明によれば、１台の小
形関節形ロボツトとバランサの組合せにより、軽
量部品から重量部品まで１台の小形関節形ロボツ
トで組立可能となり、多品種、少量生産の自動化
がはかれ、しかも作業の変更に対するフレキシビ
リテイも向上し、投資金額も大巾に低減させるこ
とができる作用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の組立または加工装置の一実施
例を示す概略正面図、第２図は第１図の概略平面
図、第３図は第１図及び第２図に示す小形関節形
ロボツトを示す斜視図、第４図は第３図の正面
図、第５図は第３図に示すロボツトにおいて手首
の制御を行う制御系を示した図、第６図は第３図
に示すロボツトにおいて前腕の先端に取付けられ
た手首を具体的に示した断面図、第７図は第１図
及び第２図に示すバランサを具体的に示した構成
図、第８図は小形関節形ロボツトとバランサとを
連結した状態を示す図、第９図は第８図の主要部
分を拡大して示した図である。 符号の説明、１……小形関節形ロボツト、２，
２′……ハンド、３……バランサ、４……ハンド
ホルダ、５……移動台、６……ガイドレール、７
ａ……軽量部品供給ステーシヨン、７ｂ……重量
部品供給ステーシヨン、８……重量部品、９……
組立ステーシヨン、１０……作業ステーシヨン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 組立または加工作業に応じた各種のハンドを
   備えて所定の軌道上を移動する移動台上に載置さ
   れ、単独で３次元的に手首の位置及び速度制御を
   行ない得るロボツトと、前記軌道に対向する位置
   に設けられ、内部に有する回転式可変抵抗器の入
   力軸を水平方向に突出させかつ垂直方向に前記ハ
   ンドを着脱自在に取付け得るハンドホルダをアー
   ムの下端に備え前記ハンドホルダを水平方向は移
   動自在に垂直方向は動力源により移動させるバラ
   ンサと、一端を前記手首に取付けられ他端に前記
   入力軸と着脱自在に結合し得る手先を有し中間に
   前記手首と前記ハンドホルダとの垂直方向の相対
   的位置ずれを検知するセンサを備えた結合手段
   と、前記センサからの位置ずれ信号に基づき前記
   手首を回転させ前記結合手段を通して前記回転式
   可変抵抗器を回転させることにより前記駆動源を
   駆動させて前記ハンドホルダの垂直方向の位置を
   前記位置ずれ信号がなくなるように移動させる制
   御手段とから成ることを特徴とする組立又は加工
   装置。