JPH07100725A - マニピュレータ - Google Patents

マニピュレータ

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JPH07100725A
JPH07100725A JP3041142A JP4114291A JPH07100725A JP H07100725 A JPH07100725 A JP H07100725A JP 3041142 A JP3041142 A JP 3041142A JP 4114291 A JP4114291 A JP 4114291A JP H07100725 A JPH07100725 A JP H07100725A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 工具により被加工品を処理する産業用ロボッ
ト(4)と協働するマニピュレータ(2)を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 マニピュレータ(2)は被加工品支持体(2
6、27)と、支持体の1つを被加工品を交換する装荷
位置からロボット作業範囲内の作業位置に向け、別の1
つを作業位置から装荷位置に向けて移動させるようにさ
れた支持体保持器(16)を有する。全支持体の共通の
サーボモータ(32)が作業位置の支持体に係合してこ
の支持体を、モータの動作をロボットの作業と調和させ
て被加工品の種々の部分が工具により処理され得るよう
にする制御システムなどによる制御の下に回転させる。
このモータ(32)がすべての支持体との係合から外れ
ている時、このモータを支持体(16)にこれを駆動す
るように結合する結合手段(30、38、40)が設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、加工すべき物品(以
下、被加工品)を次々に加工する産業用ロボットに対し
て被加工品の位置決めをするためのマニピュレータに関
するものである。このマニピュレータは、各々が被加工
品を保持するための固定手段を有する少なくとも2つの
固定手段支持体と、この固定器支持体の1つを上記固定
手段に保持された被加工品の交換が行われる装荷位置か
ら、ロボットの作業範囲内の作業位置に向けて移動させ
ると同時に、上記固定手段支持体の別のものを作業位置
から装荷位置に向けて移動させる移動手段と、この移動
手段用の駆動手段と、上記の固定手段支持体の全てに共
通の回転サーボモータとを有する。このサーボモータは
作業位置に保持されている固定手段支持体を駆動するよ
うにこれと係合して、この固定手段支持体を、例えば、
モータの動作をロボットの作業運動と調和させて被加工
品のいろいろな表面部分及び部品がロボットによって操
作される装置(工具)に接近できるようにする制御シス
テムによる制御の下に回動させる。ロボットによって操
作される上記装置としては、例えば、被加工品の部品を
溶接する溶接銃とか、被加工品を表面処理するためのス
プレーガンなどがある。
【0002】
【発明の背景】上述したようなマニピュレータは、スェ
ーデン特許第437,627号により公知である。この
マニピュレータは、ロボットをその動作中移動させる必
要がなく、最適な形で利用でき、また、固定手段支持体
に対して1つの共通の回転モータしか必要としないなど
の利点がある。特に、後者の利点により、このマニピュ
レータは安価で製作が容易であり、しかも、全ての相応
の機能要求を満足する。
【0003】この発明の1つの目的は、上述した形式の
マニピュレータであって、製作がさらに簡単で安価にで
き、特に、その全ての動作運動をより正確かつ精密に制
御できるようにしたマニピュレータを提供することであ
る。
【0004】この目的は、上記のモータが固定手段支持
体との係合を解いた時に、このモータを上記の移動手段
を駆動するようにこれに結合することにより、上記モー
タを上記移動手段用の駆動手段として用いることが出来
るようにする結合手段を設けることにより達成される。
【0005】サーボモータを、装荷位置と作業位置の間
で固定手段支持体を移動させるために用いることによ
り、この移動専用のモータを使用する必要がなくなるだ
けでなく、ロボットの制御システムを、固定手段支持体
の装荷位置と作業位置との間の移動を含むマニピュレー
タの全機能のプログラム及び制御に用いることが可能と
なり、従って、マニピュレータの制御がより正確、精密
になる。
【0006】米国特許第4,741,078号には産業
用ロボットが示されている。即ち、この特許はロボット
が取扱う装置(工具)の交換に関する問題を取扱ってい
る。この米国特許明細書の記載によれば、ロボットを工
具収容器へ移動させてその中から適切な工具をその作業
端部によって取出させることによって作業プログラムを
開始させること、あるいは、必要な工具を取付けるため
の特別のタレットをロボットに設けて、ロボット全体を
固定された工具収容部に移動させることなく、適切な工
具をタレットからロボットの作業端部が取出すことが出
来るようにすることは、それまでに知られていた。簡単
に説明すると、上記米国特許明細書に記載されている改
良は、ロボットの工具取付けタレットと回転可能な作業
端部が同一のスピンドルによって回転させられるように
構成されていることにある。これにより、可動部品の全
重量、従って、慣性モーメントが減少し、ロボットの高
速動作が可能となると記載されている。即ち、これによ
って達成できるのは、ロボットアームの作業自由端の軽
量化である。しかし、その軽量化は、本願発明に関係す
る型のマニピュレータにおける質量による力(mass for
ce)に比較すると非常に小さな質量による力の問題であ
る。
【0007】しかし、本願発明は、マクロ的に見た場合
は、上記米国特許のロボット・アームの端部構造に比し
て構造的に大きな改良を与えるが、保持器用の駆動モー
タを除いてもマニピュレータの可動部品の質量の力は全
く減少しないし、また、それは本願発明の目的でもな
い。この発明の目的は、マニピュレータの全ての作業運
動をより正確かつ精密に制御することである。この発明
によれば、上述したように、ロボット用の制御システム
を、装荷位置と作業位置の間の固定手段支持体の移動を
含むマニピュレータの全機能をプログラムし制御するた
めに用いることができる。
【0008】米国特許第4,741,078号は、その
開示内容を、ロボットと共動するマニピュレータに何ら
かの形で用いることが出来るか否かについて何ら示唆し
ておらず、これから知れることは、産業用ロボットのア
ームの作業端部を改善する方法のみである。
【0009】ドイツ特許公報(DE−A)第3,70
1,504号及び第3,802,491号には2軸旋盤
が示されており、この旋盤は、旋盤の駆動モータを一方
の軸(スピンドル)から他方の軸へ切換えて用いてい
る。しかし、サーボモータを用いることは考慮されてお
らず、また、これらの公報の開示内容を、本願発明が関
係する形式の、産業用ロボットと一体化されるマニピュ
レータに関して利用することについては何らの示唆もな
い。
【0010】
【推奨実施例の説明】図1において、2はこの発明によ
るマニピュレータを示し、このマニピュレータ2はこれ
に対して静止位置に置かれた産業用ロボット4と協働す
る。即ち、ロボット4の基台がその基台ビーム6によっ
てマニピュレータ2の基台ビーム8に結合されている。
ロボット4は公知のもので、加工用工具を被加工品に対
して操作できるようにするために、長手軸方向に動くこ
とができると共に、水平及び垂直方向に回動できる工具
支持アーム10を備えている。このようなロボットの細
部はこの発明とは直接関係がないが、ロボットは被加工
品に対応して所定のプログラムに従って動作するもので
ある。
【0011】マニピュレータ2は、基台ビーム8の両端
に固定された主スタンド12と副スタンド14を有し、
これらのスタンド間に全体としてH形状の保持器16が
支持されている。この保持器16は、それぞれスタンド
12と14によって支持された軸受(図示せず)にジャ
ーナルが支持されたピボット18と19により示される
水平主軸を軸として回転できる。保持器16は上記主軸
と平行な中空の中央ビーム20と、このビーム20の両
端に配置された一対の中空の横ビーム22と24とを有
する。
【0012】保持器16の主軸から等距離のビーム22
の端部近傍に、軸が上記主軸と平行な2つの第1の固定
装置支持プレート26が回転可能に取付けられている。
固定装置支持プレート26はビーム22の主スタンド1
2と反対の側に位置している。
【0013】2つの第2の固定装置支持プレート27
が、保持器の主軸から等距離の位置でビーム24の端部
近傍に、その軸を上記主軸と平行にして、回転可能に取
付けられている。この2つの第2の固定装置支持プレー
ト27はビーム24の主スタンド12側に設けられてお
り、前述の第1の固定装置支持プレート26とその軸線
が一致している。従って、第1の固定装置支持プレート
26の1つとこれに対向する第2の固定装置支持プレー
ト27の1つとからなる対が2つ形成される。各対のプ
レート26と27は同期して作動するように、例えば、
中空ビ−ム20、22、24中を延びるチェーン伝動手
段などによって相互接続されている。
【0014】各固定装置支持プレート26は対応するシ
ャフトによって、ビーム22の反対側に設けられた対応
するクラッチ板28に非回転的に固着されている。回転
サーボモータ32のシャフトに固定された駆動(クラッ
チ)プレート30が、後述するような態様で2枚のクラ
ッチ板28に交互に係合するようにされている。詳しく
述べると、駆動プレート30と各クラッチ板28はその
対向面に互いに係合する相補的な面係合手段33′と3
3″を有する。これらの面係合手段は、例えば、互いに
相補的な形状をした穴と突起のような形態とすることが
できるが、その構成は当業者には容易に理解できよう。
【0015】モータ32の回転運動はロボット制御シス
テム(図示せず)によってロボット4の動作と整合する
ようにされている。ロボット制御システム自体は公知で
ある。ロボットの制御システムに常時接続することので
きるモータ32は、複動空気シリンダ等の移動機構(図
示せず)によりモータ32の軸方向にガイド36上を移
動し得るスライド34上に支持されている。図示の如
く、ガイド36は主スタンド12の壁部37の一方の側
に取付けられている。
【0016】固定装置支持プレート26と27は、この
技術分野で公知の態様で被加工品を保持するための適当
な固定部材が取付けられるようになっている。
【0017】以上述べたマニピュレータの素子は、前述
したスェーデン特許第437,627号明細書に記載の
マニピュレータの対応素子と基本的に同じとすることが
できる。従って、これらの素子の構造及び機能の詳細に
ついては、上記スェーデン特許を参照されたい。
【0018】保持器16のピボット18は第1の歯車3
8を支持しており、この歯車38は、ピボット18と平
行でスタンド12により支持されているピボット42に
よって回転可能に支持された第2の歯車40と噛合って
いる。駆動プレート30はその外周縁に歯44を有し、
この歯44は、プレート30が図示の第2の位置をとっ
た時に歯車40の歯と噛合うようにされている。駆動プ
レート30の第1の位置は、前述したクラッチ板28の
一方と係合する位置に相当する。モータ32の回転シャ
フトに支持されたプレート30は、ロボット4の制御シ
ステムによって制御されるガイド36上で移動するモー
タ32を支持するスライド34によって、上記第1と第
2の位置間を移動する。
【0019】相互に噛合う歯車38、40及び歯つき駆
動プレート30からなる伝動機構の伝達比は、駆動プレ
ート30がその第2の位置をとり、モータシャフトが伝
達機構を介して保持器16の回転シャフトを駆動するよ
うに結合された時に、モータ32によって保持器16に
適当な回転速度が与えられるようなものとされている。
【0020】図2に詳細に示すように、保持器16のピ
ボット18の歯車38から突出した部分には円形のディ
スク46が固定されている。このディスク46はその周
縁部近傍のディスク46の直径線上でピボット18から
等距離の位置に孔48が設けられている。主スタンド1
2のガイド36を支持している側と反対の側でディスク
46の面の外側に、空気シリンダ−ピストン装置50が
支持されており、装置50は一端が開放された内孔を有
し、この中を装置50のピストンによって付勢されるピ
ン52が可動的に案内されている。
【0021】更に詳しく説明すると、装置50の内孔は
ピボット18と平行で、ピボット18からの孔48の距
離と同じ距離だけピボット18から離れている。さら
に、ディスク46の周辺に沿う装置50の位置は、クラ
ッチ板28のいずれか一方が駆動プレート30と同軸位
置にくるような所定位置に保持器16を固定するようピ
ン52を孔48のいずれか一方に挿入することができる
位置である。保持器16の上記所定位置では、クラッチ
板28と駆動プレート30の軸の共通平面内にあるビー
ム22の長手軸は図3と図4に一転鎖線54で示す方向
に延びる。従って、上記所定位置では、上記共通平面は
図1の図面の平面とは一致しない。上述したマニピュレ
ータの動作の態様を次に説明する。
【0022】まず、新しい被加工品が図1の左側(この
位置が装荷(ローディング)位置である)にある固定装
置支持プレート26と27の間に固定され、駆動プレー
ト30がその第1の位置にある場合を考える。駆動プレ
ート30は歯車40と係合する図示の第2の位置に移動
される。保持器16がモータ32により半回転させられ
て、新しく取付けられた被加工品を図1の右側でロボッ
ト4の作業範囲内にありかつクラッチ板28の軸と駆動
プレート30の軸が一致する作業位置へ移動させる。保
持器16は、ピン52を付勢して孔48と係合するよう
に動かすことにより、作業位置に保持される。その後、
駆動プレート30は再びその第1の位置に移動させられ
て、クラッチ板28と係合する。次に、ロボット4はそ
の作業を実行し、これと協働してモータ32が被加工品
の所要の部分に対してロボットの作業工具が作業を行え
るようにする。これと同じ時に、新しい被加工品がその
時装荷位置にある一対の固定装置支持プレート26、2
7の間に取付けられる。ロボット4がその作業を終える
とすぐに、上述したと同じ工程が繰返される。
【0023】図5には図1〜図4に示した実施例の変形
が示されているが、同様の部分には同じ符号が用いられ
ている。この実施例が上述の実施例と異なる点はモータ
32と駆動プレート(クラッチ板)30が固定されてお
り、代わりに、クラッチ板28を有する保持器16が歯
車38と共に、油圧(水圧)システムによって軸方向に
移動できるようにされている点である。この油圧システ
ムは、素子16、28、38、46が結合されて一緒に
動くようにされたヨーク102上で互いに平行に動作す
る2つの油圧シリンダ100を備えている。
【0024】各素子が図示の位置にある時、モータ32
は保持器16を動作させてクラッチ板28の位置を変え
るように接続される。
【0025】ヨーク102をシリンダ100によって矢
印の方向に動かすと、歯車38が歯車40との係合から
外れ、同時に、保持器16と共にクラッチ板28が矢印
の方向に動くために、駆動プレート30とクラッチ板2
8とが互いに係合する。
【0026】前に述べたように、保持器16とモータ3
2の種々の動きは全てロボットの制御システムによって
制御される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明によるマニピュレータとこれ
に関連するロボットとの平面図である。
【図2】図2は、図1のマニピュレータの一部分を拡大
して示す一部断面図である。
【図3】図3は、図1の線III −III に沿う断面図であ
る。
【図4】図4は、図1の線IV−IVに沿う断面図である。
【図5】図5は、図2と同様の図で、図1〜図4に示す
実施例の変形を示す図である。
【符号の説明】
2 マニピュレータ 4 ロボット 16 移動手段 26、27 固定装置支持体 30、38、40 結合手段 32 回転サーボモータ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被加工品を次々に処理する産業用ロボッ
    トに対して被加工品を配置するためのものであって、 各々が被加工品を保持するための固定手段を有する少な
    くとも2つの固定手段支持体と、この固定手段支持体の
    1つを、上記固定手段に保持された被加工品の取替えを
    行うことのできる装荷位置から、ロボットの作業範囲内
    にある作業位置に向けて移動させ、同時に、上記固定手
    段支持体の他の1つを、作業位置から装荷位置に向けて
    移動させる移動手段と、この移動手段のための駆動手段
    と、上記固定手段支持体の全てに共通する回転サーボモ
    ータであって、作業位置にある固定手段支持体を駆動す
    るようにこれと係合して、例えば、モータの動作をロボ
    ットの作業運動と調和させて被加工品の種々の表面部分
    及び部品がロボットによって操作される加工工具によっ
    て処理され得るようにする制御システムなどによって制
    御されて、上記固定手段支持体を回転させることができ
    る回転サーボモータとを含み、特徴として、さらに、上
    記回転サーボモータがどの固定手段支持体とも係合して
    いない時にこのモータを上記移動手段を駆動するように
    これと結合して、このモータを上記移動手段のための上
    記駆動手段として使用することを可能にした結合手段を
    有する、マニピュレータ。
  2. 【請求項2】 上記結合手段が、上記モータが固定手段
    支持体との係合関係から解除されたことに応答して、上
    記モータを上記移動手段に係合させ、また、上記モータ
    が固定手段支持体に係合したことに応答して、上記モー
    タを上記移動手段との係合から解除する手段を含むもの
    である、請求項1に記載のマニピュレータ。
  3. 【請求項3】 固定手段支持体が上記作業位置に移動し
    た後上記移動手段を固定する手段を含むことを特徴とす
    る、請求項1または2に記載のマニピュレータ。
  4. 【請求項4】 上記結合手段が、上記モータによって駆
    動されるようにされかつ、固定手段支持体にこれを駆動
    できるように結合されている第2のクラッチ部材と係合
    する第1の位置と、上記移動手段にこれを駆動できるよ
    うに結合されている第3のクラッチ部材と係合する第2
    の位置との間で移動し得る第1のクラッチ部材を有する
    ことを特徴とする、請求項1、2及び3の1つに記載の
    マニピュレータ。
  5. 【請求項5】 上記移動手段が固定手段支持体用の回転
    可能な共通の保持器を含み、上記第1のクラッチ部材が
    上記モータによって回転するディスクを有しかつ上記モ
    ータと反対の側に上記第2のクラッチ部材に設けられた
    相補的な面係合手段と係合するようにされた面係合手段
    を有し、上記面係合手段と相補的面係合手段は上記第1
    のクラッチ部材が第1の位置にある時に互いに係合し、
    上記ディスクはその周縁に、上記第3のクラッチ部材を
    構成し上記移動手段にこれを駆動できるように結合され
    ている歯車に設けられている相補的な歯と係合するよう
    にされた歯を備えており、上記ディスクの歯と上記歯車
    上の相補的な歯は上記第1のクラッチ部材が上記第2の
    位置にある時に互いに係合するようにされている、請求
    項4に記載のマニピュレータ。
  6. 【請求項6】 上記結合手段が、モータによって駆動さ
    れる第1のクラッチ部材と、固定手段支持体にこれを駆
    動できるように結合されている第2のクラッチ部材と、
    上記移動手段にこれを駆動するように結合されている第
    4のクラッチ部材と、上記第1のクラッチ部材を上記第
    2と第4のクラッチ部材の一方に係合させる手段とを含
    むものである、請求項1に記載のマニピュレータ。
  7. 【請求項7】 上記第1と第2のクラッチ部材が互いに
    係合する第1の位置と、係合関係から解除される第2の
    位置との間に相互に移動し得るようにされており、上記
    第1のクラッチ部材が上記第4のクラッチ部材にこれを
    駆動できるように結合されている、請求項6に記載のマ
    ニピュレータ。
  8. 【請求項8】 上記第1のクラッチ部材の位置が固定さ
    れており、上記第2のクラッチ部材、第4のクラッチ部
    材及び移動手段が共に移動して上記第2の位置を設定し
    得るようにされている、請求項7に記載のマニピュレー
    タ。
JP3041142A 1990-02-12 1991-02-12 マニピュレータ Expired - Lifetime JP2620991B2 (ja)

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