JPH0151311B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は２本のアームを備えた産業用ロボツ
トに関し、更に詳細には、前記アームに水平旋回
および前進後退等の運動を付与する駆動系の構成
が簡単で組立容易であり、しかも両アームが相互
に交差してハンドリング領域が拡大された産業用
ロボツトに関するものである。

従来技術とその欠点 溶接、塗装その他物流等のハンドリングの用途
に応じて、マニユピレータ形の産業用ロボツトが
現在多数提案されているが、ロボツトの外観形態
から考察するとその殆んどが１本の腕、すなわち
シングルアーム式のものであつて、２本のアーム
を備える産業用ロボツトは余り多くは見受けられ
ない。前記２本のアームを備えるロボツトとして
は、例えば第１図に示すように、クランクプレス
ラインに組込まれる２本腕旋回形ロボツトが挙げ
られるが、これは２本のアーム１０，１２を90゜
の位相角をもつて開いた状態で構成し、前記２本
のアームに共通の回転軸１４を中心として45゜の
角度で水平に旋回するよう配設したものである。
そして90゜の位相角でワーク受台１６、第１クラ
ンクプレス１８及び第２クランクプレス２０を順
次配設し、２本のアーム１０，１２を間欠的に
45゜往復回動させることによつて、アーム１０は
ワーク受台１６上のワークを第１クランクプレス
１８にローデイングし、またアーム１２は第１ク
ランクプレス１８上のワークを第２クランクプレ
ス２０にローデイングするよう作業を行う。しか
し、この型式のロボツトでは夫々のアームは相互
に自由度を有しないから、各アームによる作業は
常に同時的に遂行され、従つて例えば、一方のア
ームが特定の作業をしている間に他方のアームが
当該作業のための準備行動に移行するという別動
作はなし得なかつた。

また特開昭48−15254号公報には、上下に２本
のアームを配設し、これらのアームを独立して駆
動するように構成した物品の供給取出装置が開示
されている。更に特開昭52−133660号公報には、
前後にアームが移動可能なロボツトに関して記載
されている。これらの産業用ロボツトは、前述し
た２本腕旋回形ロボツトに比較して当該アームの
自由度が飛躍的に増大する利点を有している。し
かしこれらロボツトのアームに各種運動を付与す
る駆動系の構成は極めて複雑で、このために組立
てが困難で多くの時間がかかる欠点がある。

またこの種の産業用ロボツトにおいて、両アー
ムが相互に交差可能であれば、ハンドリング領域
は更に拡大されるものであるが、これに関して現
在のところ有効な提案はなされていない。

発明の目的 本発明は、このような２本のアームを備えた産
業用ロボツトにおける現状に鑑み案出されたもの
であつて、アーム駆動系の構成が単純で容易に組
立て可能であり、しかも両アームを相互に交差可
能としてハンドリング領域の拡大された産業用ロ
ボツトを提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 前記の問題点を解決するため本発明に係る産業
用ロボツトは、直立配置した円柱状支持体に上下
の関係で一対のスリーブを配設し、夫々のスリー
ブにシヨルダを設けると共に、このシヨルダに第
１の駆動手段により水平旋回可能なブラケツトを
枢支し、前記ブラケツトに第２の駆動手段により
前進および後退移動可能なアームをホルダを介し
て水平に挿通支持し、前記アームの先端に第３の
駆動手段により昇降可能なハンドを配設し、前記
各アームを支持するブラケツトの旋回角度を、両
アームが相互に交差し得る角度に設定したことを
特徴とする。

実施例 次に、本発明に係る産業用ロボツトにつき好適
な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下
詳細に説明する。第２図は本発明の産業用ロボツ
トの１実施例の側面図であり、第３図は第２図に
示すロボツトを物流用の搬送ラインに設置した状
態での斜視図である。図示の産業用ロボツトは、
直立支柱の如き支持体に複数本のアームが所定の
高低段差をもつて配置され、かつこれらの複数本
のアームが夫々水平旋回及び水平伸縮自在に構成
されることを要旨とするので、先ずこの基本構成
について説明する。なお、本実施例では、アーム
数が２本の場合を例示している。

図面において参照符号２２はロボツト本体の基
部をなす支持体を示し、この支持体２２は本実施
例では固定基台２４に取付けられた円柱状の直立
支柱となつているが、該ロボツト据付環境に応じ
て直立壁部であつたり、門形脚柱であつたりして
もよい。前記支持体２２には、上下の関系で所定
の高低段差をもつて２つのスリーブ２６，２８が
配置かれ、これらのスリーブ２６、２８に対応的
に設けたシヨルダ３０及び３２にブラケツト３
３，３５が旋回自在に軸支されている。そしてシ
ヨルダ３０，３２に夫々配設した第１の駆動手段
としてのDCサーボモータ３４，３６により、前
記ブラケツト３３及び３５はシヨルダ３０及び３
２に対して水平旋回運動が付与される。このDC
サーボモータ３４，３６は、何れもタコジエネレ
ータ及びパルスエンコーダを一体的に組込んだ型
式のものであつて、タコジエネレータからの信号
は制御部中に設けたモータドライバーに、またパ
ルスエンコーダからの信号はエンコーダユニツト
に夫々フイードバツクされて、前記DCサーボモ
ータの適正な回転数をデジタルサーボ制御するよ
う構成されている。なお、DCサーボモータ３４，
３６からの回転動力は、適宜のタイミングベルト
その他歯車列等の機械構成を介して前記ブラケツ
ト３３，３５に夫々伝達されて、該ブラケツト３
３，３５を後述するアーム４２，４４と共に支持
体２２に対し所要の回転角度で水平旋回させるも
のである。

図示の実施例において、垂直上方に位置するシ
ヨルダ３０及び垂直下方に位置するシヨルダ３２
に夫々水平旋回自在に軸支した前記ブラケツト３
３，３５にホルダ３８，４０が取付けられ、これ
らのホルダ３８及び４０に夫々第１アーム４２及
び第２アーム４４が進退自在に配設されている。
すなわち、各アームは前記ホルダに、例えば直線
運動用軸受（リニアウエイ）を介して摺動自在に
水平方向に前進及び後退し得るようになつてお
り、これらアームの進退運動は、前記ホルダ３
８，４０に夫々取付けた第２の駆動手段としての
DCサーボモータ４６，４８により付与される。
DCサーボモータ４６，４８は前記のサーボモー
タ３４，３６と同様にタコジエネレータ及びパル
スエンコーダを内蔵し、制御部からのデジタルサ
ーボ制御指令により適正な回転数に設定され、ま
たアーム４２，４４の進退駆動は、ボールねじや
ラツク・ピニオンのような直線移動機構の使用に
より達成される。

このように構成した産業用ロボツトの第１アー
ム４２及び第２アーム４４の各先端部にグリツパ
乃至フインガの如きハンド部が装着されるが、本
実施例ではこのハンド部の自由度を一層向上させ
るために、リスト（手首）の回転等の各種運動機
能及びハンドの昇降機能を追加的に設けてある。
すなわち、アーム４２，４４の各先端部には夫々
リスト５０，５２が水平旋回自在に取付けられ、
このリスト頂部に対応的に配設したDCサーボモ
ータ５４，５６により各リストは水平方面の旋回
が与えられる。この旋回は、一方向への回転及び
所定中心角での往復回動の何れであつてもよい。
またリストの曲げ動作及び振り動作を付与するよ
うにしてもよい。更にリスト５０，５２には、第
３の駆動手段となるリニアアクチユエータとして
空気圧シリンダ５８，６０が夫々対応的に垂直に
取付けられ、これらのシリンダ５８，６０のピス
トンロツド６２，６４先端には、ハンド部として
バキユームカツプ６６，６８が夫々配設されてい
る。この場合、前記シリンダ５８，６０の長さ
は、スリーブ２６，２８に高低段差がついている
関係上、シリンダ６０の方がシリンダ５８よりも
短い寸法に設定されているが、各対応のバキユー
ムカツプ６６，６８は何れもその最大下降限界が
等しくなるように設計される。また、ハンド部と
しては、このバキユームカツプに限らず、把持爪
式のグリツパや多肢指式のフインガ等各種のもの
が使用用途に応じて各種使い分けられること勿論
である。

このように、本発明に係る産業用ロボツトでは
各アームは水平旋回及び進退移動の２つの自由度
を基本的に備え、また両アームが夫々独自に旋回
し得る機能に伴い、相互に交差も可能となつてい
る。また、相互交差機能を具備するために、両ア
ームはその動作中に接触乃至干渉することのない
よう上下に段差が付与され、更に後述する如く各
ハンド部は別々の軌跡を描いて移動するようにな
つている。なお、本実施例では前述のように、付
加的にリストの回転等の動作及びハンド部の昇降
の２つの自由度が更に与えられている。また図示
しないが、前記スリーブ２６，２８を支持体２２
に対し手動又は自動操作により昇降させるように
したり、更に支持体２２自体をロータリーアクチ
ユエータ等に接続して回転自在に構成すること
は、設計上極めて容易であり、これによつて自由
度及びワーキングエリアが一層拡張される。

次に、本発明に係る産業用ロボツトの制御例に
ついて説明する。先に述べたように本発明のロボ
ツトは複数本のアームを備え、これらのアームが
相互に交差自在に構成されているから、アーム先
端に設けたハンド部が作業中に衝突干渉すること
のないよう動作軌跡を制御してやる必要がある。
このアームの動作パターンをプログラムし、教示
する方法としては、各種の制御方式があるが、本
実施例では所要の作業をロボツトに記憶させ、そ
の作業の順序、位置及びその他の情報を続出すこ
とにより当該作業を繰り返し実行させるテイーチ
ング／プレイバツク方式が好適に使用される。例
えば、テイーチング作業により入力されたデータ
は、制御部（図示せず）におけるマイクロコンピ
ユータ内の主記憶装置（CPU）に記憶され、記
憶されたデータはマイクロコンピユータにより演
算処理し、デジタルサーボユニツトに与えられ
る。そして各軸に対応するデジタルサーボユニツ
ト、モータドライバー、DCサーボモータ及びタ
コジエネレータ、パルスエンコーダからなる制御
ユニツトにより前記DCサーボモータのデジタル
DCサーボ制御を行うものである。

この場合、始点（Ｐ点）、原点、終点（Ｑ点）
の３点をテイーチングするだけで、これら３点よ
り半径を計算して円弧の軌跡を求め、かつ周速が
一定となるよう各軸の速度成分を求めてアームに
円弧運動を付与する円弧補間機能を制御部に設け
ることにより、本発明に係るロボツトは円滑に制
御される。例えば、第４図に示すようにワーク７
０をワーク取付位置であるＰ点からワーク放出位
置であるＱ点に移送するべく、第１アーム４２及
び第２アーム４４を前記Ｐ点とＱ点との間を移動
させる場合、両アーム４２，４４が干渉すること
のないよう各アームに独自の原点を与えてやる。
すなわち、第４図１において図示の如く、第１ア
ーム４２には原点O₁を与え、第２アーム４４に
は原点O₂を与え各アームについてＰ点→原点→
Ｑ点の各点を順次テイーチングしてやれば、第４
図の２乃至４に示す如く第１アーム４２はＰ点か
ら原点O₁を経てＱ点に至る円弧運動を行う。ま
た、第２アーム４４は、逆にＱ点から原点O₂を
経てＰ点に至る円弧運動を行う。このように、第
１アーム４２がワーク７０をＰ点から取出してＱ
点に移送する際（これを往路とする）に、第２ア
ーム４４は同時的にＱ点から空荷のままＰ点に向
かい（これを復路とする）、しかも両アームの円
弧軌跡は原点を相違させてあるため軌跡同志が交
差することはなく、従つて両アーム４２，４４が
その往復動作中に干渉し合うことは絶対にない。

次に、本発明に係る産業用ロボツトを物流ライ
ンに組込んだ場合の動作例について、第３図及び
第５図を参照して説明する。第３図及び第５図に
示す物流ラインは、ベルトコンベア７２に担持さ
れて順次連続搬送されて来る角形の化粧かん７４
（例えばサラダ油のかん容器）を、このコンベヤ
７２の搬送方向に対し直角に配設したベルトコン
ベヤ７６上に位置決め載置した化粧箱７８中に整
列的に詰め合わせるためのものである。前記ベル
トコンベヤ７６は、第３図に明瞭に示す如く、化
粧箱供給用コンベヤ８０と、化粧箱７８の位置決
めを行うための中間コンベア８２と、内容物の詰
め合わせが終了した化粧箱７８の搬送用コンベヤ
８４との３つのブロツクに分かたれている。中間
コンベア８２は、複数条のベルトコンベヤを相互
に所定間隔を保持するよう構成され、この間隔中
からＸ方向位置決めストツパ８６が昇降自在に突
出し、またＹ方向の位置決めストツパ８８も図示
の方向に突出している。更に、前記Ｙ方向の位置
決めストツパ８８に対向してＹ方向位置決めプツ
シヤー９０が配設され、このプツシヤー９０には
空気圧シリンダ９２のピストンロツド９４が接続
されて、水平方向の進退運動が付与されるように
なつている。

従つて、コンベヤ８０により化粧箱７８は中間
コンベア８２に供給され、一時停止している中間
コンベア８２上の所定位置において、前記ストツ
パ８６，８８及びプツシヤー９０により位置決め
される。次いで、第１アーム４２はサーボモータ
３４の回転作用下に時計方向に旋回し、ベルトコ
ンベヤ７２上の所定位置（これがＰ点となる）に
おいて停止し、次いで空気圧シリンダ５８が付勢
されてバキユームカツプ６６を下降させて化粧か
ん７４の真空吸引保持を行う。前記シリンダ５８
の逆付勢によりバキユームカツプ６６は化粧かん
７４を保持したまま若干上昇し、そのまま第１ア
ーム４２は反時計方向に旋回して中間コンベア８
２上に位置決めされた化粧箱７８の上方に向か
い、ここで停止する。この反時計方向への旋回過
程において、DCサーボモータ４６が駆動されて
第１アーム４２の前進運動を適宜行い、これによ
つて第１アーム４２の先端は第４図に示したよう
に原点O₁を通過する円弧を描く。また、リスト
５０に設けたDCサーボモータ５４が回転してリ
スト５０に時計方向のひねりを与え、化粧かん７
４の供給姿勢の制御を行う。次いで前記シリンダ
５８が付勢されてバキユームカツプ６６が下降
し、化粧箱７８中の所定位置に化粧かん７４を載
置した後、真空を解除して化粧かん７４を解放す
る（この解放位置がＱ点となる）。

一方、第２アーム４４は、先の第１アーム４２
の旋回開始と同時に反時計方向への旋回を行い、
ベルトコンベヤ７２上の化粧かん７４を真空吸引
保持したまま中間コンベア８２上の化粧箱上方に
向かい、化粧かん７４を化粧箱７８中に解放した
後、時計方向への旋回に切替わる。この場合も、
第２アーム４４の先端は第４図に示したように原
点O₂を通過する円弧を描き、従つて、このよう
に第１アーム４２及び第２アーム４４が同時に反
対方向への旋回を行つて相互に交差する場合で
も、両アームが干渉衝突することはない。

以上の如く、従来の２本のアームを備えるロボ
ツトでは、各アームに対する動力の伝達系が複雑
化して組立てが困難になつていたが、本願に係る
産業用ロボツトによれば、各アームに水平旋回、
前進後退およびハンドの昇降の各動作を担当する
独立した駆動源を個別に配設するよう構成したの
で、動力系の構成が簡素化されて組立てが極めて
容易になつた。また両アームが相互に交差し得る
よう構成したことにより、ハンドリング領域が従
来に比して拡大されるものである。

しかも、本発明による産業用ロボツトによれば
複数本のアームが夫々与えられた所定のプレイバ
ツク制御指令によつて独立に制御されるので、一
方のアームで所定の作業を行つている間に他方の
アームはその作業に着手するための準備行動を消
化することができ、作業能力が倍増し稼動率の著
しい向上が図られる。更に、複数本のアームにお
ける個々のアームの旋回角度と同等にすることが
できるから設置スペースを小さくでき、また製造
コストを低減させ得る等、多くの有益な効果を奏
するものである。また本発明のロボツトは、プレ
ス作業におけるワークのローデイング及びアンロ
ーデイング、その他各種組立作業にも好適に使用
し得る等、汎用性に富むものである。

以上、本発明に係る産業用ロボツトにつき、好
適な実施例を挙げて添付図面を参照しながら詳細
に説明したが、本発明は図示の実施例に限定され
るものではなく、発明の精神の範囲内で多くの改
良変更を施すことができる。また駆動源として
は、DCサーボモータ以外の電気・油圧・空気圧
駆動源を適宜使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に係る２本腕旋回形ロボツト
の概略を示す平面図、第２図は本発明に係る産業
用ロボツトの１実施例の側面図、第３図は第２図
に示すロボツトを物流用の搬送ラインに設置した
状態での斜視図、第４図は本発明において２本の
アームが同時旋回する際の円弧軌跡を順次図示し
た説明図、第５図は第３図に示す状態での概略的
な平面図である。 ２２……支持体、４２……第１アーム、４４…
…第２アーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直立配置した円柱状支持体２２に上下の関係
   で一対のスリーブ２６，２８を配設し、夫々のス
   リーブ２６，２８にシヨルダ３０，３２を設ける
   と共に、このシヨルダ３０，３２に第１の駆動手
   段３４，３６により水平旋回可能なブラケツト３
   ３，３５を枢支し、前記ブラケツト３３，３５に
   第２の駆動手段４６，４８により前進および後退
   移動可能なアーム４２，４４をホルダ３８，４０
   を介して水平に挿通支持し、前記アーム４２，４
   ４の先端に第３の駆動手段５８，６０により昇降
   可能なハンド６６，６８を配設し、前記各アーム
   ４２，４４を支持するブラケツト３３，３５の旋
   回角度を、両アーム４２，４４が相互に交差し得
   る角度に設定したことを特徴とする産業用ロボツ
   ト。