JPH08282998A

JPH08282998A - バランサ

Info

Publication number: JPH08282998A
Application number: JP8892195A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Abe; 哲男阿部
Original assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Current assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1995-04-14
Publication date: 1996-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】簡易な構造でデパレタイジング、移送及び組
み付けに要する労力を軽減させ、しかも高い組み付け精
度を維持する。【構成】静止基部（１）と可動部材（２）〜（５）と
の連結部及び可動部材同士の連結部に、先端側の可動部
材を駆動する駆動ユニット（25）〜（28）を設けると共
に、各駆動ユニット（25）〜（28）の駆動源と被駆動可
動部材との間にクラッチ（33）〜（63）を介在させる。
工具（６）が、予め設定された待機位置（Ｂ）を境とし
てこれよりも一方の側にある時にクラッチを伝動させる
と共に、待機位置よりも他方の側にある時にクラッチを
断絶させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、組立ライン等におい
て、パレット等に並べた部品の中から一の部品を保持し
てこれを組み付け位置まで搬送するバランサに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の組立ラインでは、パレット上
に並べられた複数個の部品の中から１つの部品を取り出
し、これを対象物に組み付ける作業が数多く必要とされ
る。ところで、このような部品の取り出し、組み付けを
全て作業者の手作業で行なうとすれば、生産性が悪化
し、特に部品がシート、タイヤ、バッテリ等の重量品で
ある場合には作業者に過大な負担を強いることになる。
また、これらの部品を中腰姿勢で組み付けなければなら
ない場合には、作業者が受ける負担もより一層過大なも
のとなる。

【０００３】このような問題点の解決策としては、以下
の２つの手段が考えられる。

【０００４】先ず一つは、重力補助具（バランサ）を使
用する手段である。このバランサは、図７に示すよう
に、回転自在に支持された垂直軸（80）と、この垂直軸
（80）に支持された平行リンク（81）と、平行リンク
（81）の先端部に前後方向にスライド可能に支持された
スライド部材（82）と、平行リンク（81）の中間部に縮
退方向の牽引力を付与するバランスシリンダ（83）とを
具備するもので、スライド部材（82）の先端部には、作
業目的に合わせて適当な工具、例えばシート（85）等の
重量部品をグリップするためのグリップ装置（86）が装
着されている。

【０００５】このバランサは、平行リンク（81）の一端
部に作用する重量部品（85）の荷重をバランスシリンダ
（83）の支持反力で支持して平行リンク（81）の釣り合
いを保つものである。従って、作業者は、スライド部材
（82）等に取り付けたハンドル（図示省略）を操作して
これをごく軽く押圧等すれば、グリップ装置（86）でグ
リップした重量部品（85）を車体開口部（87）等を通し
て組み付け位置まで移送することができる。移送後の部
品（85）は、ナットランナ等を用いて作業者の手作業で
車体に組み付けられる。

【０００６】第２の手段は、ロボット等の全自動装置を
用いるものである。すなわち、パレット上に並べられた
多数の部品の中から一つの部品の取り出す工程（デパレ
タイジング）、取り出した部品を所定の取り付け位置に
移送する工程、車体に部品を組み付ける工程を一の装置
で自動的に行なうのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の２つの解決手段
のうち、バランサを使用する場合には、パレットから組
み付け位置までの移送労力は軽減することができるが、
パレットから部品を取り出してこれをグリップ装置に保
持させる作業、すなわちデパレタイジングそのものは依
然として人手で行なわざるを得ない。そのため、作業労
力の軽減効果も十分ではない。

【０００８】一方、ロボット等により、全ての工程を自
動的に行なうとすれば、作業労力の軽減効果は大きいも
のの、装置が著しく大規模化、複雑化するため、投資効
果に問題が生じる。すなわち、デパレタイジングの完全
自動化は比較的容易であるものの、部品の組み付けは、
組み付け対象物の停止位置や停止姿勢を正確に制御する
必要があるため、完全自動化には数多くの技術的障害が
あり、実現化は極めて困難である。

【０００９】そこで、本発明は、簡易な構造でデパレタ
イジング、移送及び組み付けに要する労力を十分に軽減
させることができ、しかも高い組み付け精度を維持する
ことのできるバランサの提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み、本発明
では、静止基部と、静止基部に、それぞれ一の限定運動
を許容して直列的に連設された複数の可動部材と、最先
端の可動部材に取り付けられた工具とを具備し、複数の
可動部材のうち一の可動部材が垂直面上で揺動可能に支
持され、この揺動する可動部材に、その先端部に負荷さ
れる重力荷重と対抗する支持反力を付与しつつ、工具で
保持した部品を移送するものにおいて、静止基部と可動
部材との連結部及び可動部材同士の連結部に、先端側の
可動部材を駆動する駆動ユニットを設けると共に、各駆
動ユニットの駆動源と被駆動可動部材との間にクラッチ
を介在させ、工具が、予め設定された待機位置を境とし
てこれよりも一方の側にある時にクラッチを伝動させる
と共に、待機位置よりも他方の側にある時にクラッチを
断絶させることとした。

【００１１】また、各駆動ユニットのクラッチよりも従
動側に、被駆動可動部材の位置変位を検出するエンコー
ダを設けるとよい。

【００１２】垂直面上に揺動可能に支持された可動部材
は、平行リンクで構成する。

【００１３】

【作用】工具が待機位置を境としてこれよりも一方の側
（例えば部品の供給側）にある時にはクラッチが伝動す
るため、各駆動ユニットの駆動源で生じた駆動力は各可
動部材に伝達される。従って、各可動部材が固有の限定
運動を行い、工具に保持された部品を待機位置まで自動
的に搬送する。待機位置よりも他方の側（例えば部品の
組み付け側）では、クラッチが断絶して空転するので、
各駆動源の駆動力は各可動部材に伝達されず、各可動部
材はフリーになる。従って、作業者は、従来のバランサ
と同様に各可動部材を自らの手作業で操作することがで
き、部品を組み付け位置に搬送して正確に位置決めする
ことができる。その後は、作業者の手作業で部品の組み
付けを行なう。組み付け完了後に作業者が工具を待機位
置に戻すと、クラッチが伝動状態になり、各可動部材が
所定の運動を行なって初期位置に自動復帰する。

【００１４】各駆動ユニットのクラッチよりも従動側
に、被駆動可動部材の位置変位を検出するエンコーダを
設けておけば、クラッチが断絶している時でも被駆動可
動部材の位置変位を検出することができる。従って、自
動時、手動時を問わず、常時各可動部材の位置管理を行
なうことができる。

【００１５】垂直面上に揺動可能に支持された可動部材
を平行リンクで構成すると、その揺動時にも当該可動部
材よりも先端側に位置する可動部材の姿勢を当初の姿勢
に維持できるので、各可動部材の姿勢制御を容易化する
ことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図６に基づ
いて説明する。

【００１７】図１に示すように、本発明装置は、床面に
固定した静止基部（１）に、それぞれ固有の限定運動を
行なう４つの可動部材（２）〜（５）を直列的に連設す
ると共に、最先端部に位置する第４の可動部材（５）に
工具（６）を装着して構成される。

【００１８】静止基部（１）の上方には、垂直に延びる
軸状の第１の可動部材（２）が同軸配置される。この第
１の可動部材（２）は、図示しないベアリング等によ
り、垂直方向の中心軸を中心として回転自在に支持され
ている。

【００１９】第１の可動部材（２）には、これと直交す
る方向に第２の可動部材（３）が連結される。第２の可
動部材（３）は、垂直面上に平行配置した一対のアーム
（7a）（7b）と、第１の可動部材（２）に固定した基端
側リンク材（９）と、両アーム（7a）（7b）の先端部に
配置した先端側リンク材（10）とからなる平行リンクで
あり、上下のアーム（7a）（7b）の両端部は、両リンク
材（９）（10）にそれぞれ回転可能に枢着されている。
このように、第２の可動部材（３）を平行リンクとする
ことにより、その揺動時にも当該可動部材（３）よりも
先端側に位置する可動部材（４）（５）の姿勢を当初の
姿勢に維持でき、両可動部材（４）（５）の姿勢制御を
容易化することができる。

【００２０】第２の可動部材（３）のうち、上方のアー
ム（7a）と第１の可動部材（２）との間には、反力付与
手段（11）が傾斜配設される。この反力付与手段（11）
は、単動型のエアシリンダ等で構成され、ロッド（13）
の先端部が上方アーム（7a）に、また、シリンダヘッド
が第１の可動部材（２）に固定した基端側リンク材
（９）の上端部にそれぞれ回転可能に枢着されている。

【００２１】シリンダ（11）のエア供給口は、ピストン
（14）よりもロッド（13）側のエア室（15）に開口して
いる。このエア供給口には、エア圧調整装置（16）を介
在させたエア導入管（17）が接続される。エア圧調整装
置（16）は、エア室（15）内のエア圧が設定値に達した
ところで、導入管（17）を閉塞してエア室（15）を気密
に封止するもので、その設定圧は任意値に変更可能であ
る。以上の構成により、エア室（15）に所定圧のエアを
封入すると、シリンダ（11）は第２の可動部材（３）の
先端部に負荷される重力荷重に対抗して第２の可動部材
（３）に支持反力を付与する。従って、エア圧を予め部
品（19）の重量に対応する値に設定しておけば、当該部
品の重量に抗して第２の可動部材（３）の釣り合いをと
り、工具（６）で保持した部品（19）を一定の高さに支
持することが可能となる。

【００２２】先端側リンク材（10）の先端面には、第１
の連結部材（21）が装着される。この連結部材（21）の
下部には、水平配置した軸状の第３の可動部材（４）が
スライド可能に挿通される。

【００２３】この第３の可動部材（４）の先端部には、
第２の連結部材（22）が装着される。また、連結部材
（22）には、軸状をなす第４の可動部材（５）が回転自
在に吊り下げ支持される。第４の可動部材（５）の下端
部には、工具（６）が装着されるが、この工具（６）と
しては、組み付け作業の種類に適合した任意のものが使
用可能である。本実施例は、工具（６）として、部品
（19）を把持するグリップ装置を使用する場合を例示し
ているが、ナットランナ等の締め付け用工具等を使用し
てもよい。

【００２４】可動部材（２）〜（５）同士の連結部付近
には、隣接する可動部材のうち先端側に位置する可動部
材を駆動するための第１〜第４の駆動ユニット（25）〜
（28）がそれぞれ装着される。

【００２５】第１の駆動ユニット（25）は、第１の可動
部材（２）を回転駆動するもので、静止基部（１）と第
１の可動部材（２）との連結部に設けられる。この第１
の駆動ユニット（25）は、図２に示すように、減速機
（30）付きのサーボモータ（31）、サーボモータ（31）
の出力軸（32）に連結したクラッチ（33）、クラッチ
（33）の従動軸（34）に固定した駆動側ギヤ（35）及び
これに噛合する従動側ギヤ（36）を具備する。従動側ギ
ヤ（36）の上面には、静止基部（１）の上端部外周側に
ベアリング（37）を介して回転自在に支持されると共
に、上端部を第１の可動部材（２）の下端部にフランジ
結合した外筒（38）が固定されている。クラッチ（33）
としては、ツースクラッチ等の伝動と断絶とを任意に切
り替え可能なものを使用するが、この条件を満たす限
り、クラッチ（33）の構造は任意であり、噛み合いクラ
ッチの他、摩擦クラッチ、粉体クラッチ、磁気クラッチ
等の種々のクラッチが使用可能である。

【００２６】以上の構成により、クラッチ（33）を伝動
状態にしてサーボモータ（31）を回転させると、クラッ
チ（33）を介して駆動側・従動側ギヤ（35）（36）が回
転し、これにより外筒（38）、さらには第１の可動部材
（２）が回転する。一方、クラッチ（33）を断絶する
と、サーボモータ（31）の出力軸（32）が空転し、クラ
ッチ（33）の従動側が駆動側に対してフリーとなるの
で、第１の可動部材（２）はサーボモータ（31）の軸ト
ルクに影響されることなく任意の方向に回転可能とな
る。

【００２７】第２の駆動ユニット（26）は、第２の可動
部材（３）を垂直面上で揺動させるためのもので、第１
の可動部材（２）と第２の可動部材（３）の連結部に設
けられている。この第２の駆動ユニット（26）は、図３
に示すように、減速機（40）付きのサーボモータ（4
1）、クラッチ（43）、駆動側及び従動側ギヤ（45）（4
6）を具備しており、従動側ギヤ（46）には、第２の可
動部材（３）の上方アーム（7a）と直交する方向に延び
る揺動軸（48）が固定される。この揺動軸（48）は、基
端側リンク材（９）に回転自在に支持されており、その
先端部は上方アーム（7a）の基端側端部に挿入固定され
ている。クラッチ（43）を伝動状態にしてサーボモータ
（41）を回転させると、クラッチ（43）、駆動側ギヤ
（45）及び従動側ギヤ（46）を介して揺動軸（48）が回
転し、その結果、上方アーム（7a）が揺動するので、第
２の可動部材（３）全体が垂直面上で揺動する。

【００２８】第３の駆動ユニット（27）は、第３の可動
部材（４）を水平方向にスライドさせるためのもので、
第２の可動部材（３）と第３の可動部材（４）との間に
配置される。この第３の駆動ユニット（27）は、図４に
示すように、減速機（50）付きのサーボモータ（51）
と、サーボモータ（51）の出力軸（52）に連結したクラ
ッチ（53）とを具備しており、クラッチ（53）の従動軸
（54）には、第３の可動部材（４）の下面に設けたラッ
ク（55）と噛合可能のピニオンギヤ（56）が装着されて
いる。サーボモータ（51）を駆動させると、クラッチ
（53）を介してピニオンギヤ（56）が回転するが、ピニ
オンギヤ（56）は第３の可動部材（４）から見て静止位
置にあるため、ピニオンギヤ（56）の回転運動はラック
（55）によって第３の可動部材（４）の水平スライド運
動に変換される。

【００２９】第４の駆動ユニット（28）は、第４の可動
部材（５）を回転駆動するためのもので、第３の可動部
材（４）と第４の可動部材（５）との連結部に配置され
る。この第４の駆動ユニット（28）は、基本的には第１
の駆動ユニット（25）と同様の構造であり、図６の概略
図に示すように、減速機（60）付きのサーボモータ（6
1）の駆動力をクラッチ（63）及び２枚のギヤ（65）（6
6）を介して第４の可動部材（５）に伝達し、第４の可
動部材（５）を回転させる。この第４の駆動ユニット
（28）により、工具（６）を所望の向きに変えることが
できる。

【００３０】このように、本発明装置では、第１の可動
部材（２）の水平旋回運動、第２の可動部材（３）の上
下揺動運動、第３の可動部材（４）の前後スライド運
動、第４の可動部材（５）の水平回転運動により、グリ
ップ装置（６）でグリップした部品（19）を３次元方向
に移送可能としている。

【００３１】各駆動ユニット（25）〜（28）には、当該
ユニット（25）〜（28）に駆動される各可動部材（２）
〜（５）の位置情報を検出するためのエンコーダ（39）
（49）（59）（69）が設けられる。図２に示す第１の駆
動ユニット（25）及び図６に示す第４の駆動ユニット
（28）では、エンコーダ（39）（69）はクラッチ（33）
（63）の従動軸（34）（64）の先端部に配置される。こ
のエンコーダ（39）（69）で従動軸（34）（64）の回転
角を逐次検出することにより、第１の可動部材（２）及
び第４の可動部材（５）の基準位置からの旋回角を管理
することが可能となる。

【００３２】図３に示す第２の駆動ユニット（26）で
は、揺動軸（48）の先端部にエンコーダ（49）を配置
し、このエンコーダ（49）で揺動軸（48）の回転角を検
出して第２の可動部材（３）の基準姿勢からの揺動角を
管理している。図４に示す第３の駆動ユニット（27）で
は、クラッチ（53）の従動軸（54）の先端部にエンコー
ダ（59）を配置し、このエンコーダ（59）で従動軸（5
4）の回転角を検出して第３の可動部材（４）の基準位
置からのスライド距離を管理している。

【００３３】これらのエンコーダ（39）〜（69）から送
出された位置データは、図示しない制御装置に入力され
る。制御装置は、この位置情報に基づき、サーボモータ
（21）〜（61）やクラッチ（33）〜（63）を制御する。

【００３４】以下、本発明装置の機能を図５に基づいて
説明する。なお、以下の説明では、第１の可動部材
（２）よりも先端側にある第２〜第４の可動部材（３）
〜（５）を旋回部（70）と称する。

【００３５】先ず、各駆動ユニット（25）〜（28）を選
択的に起動し、旋回部（70）を供給位置（Ａ）まで旋回
移動させる。その後、グリップ装置（６）を降下させ、
このグリップ装置でパレット（71）上に整列配置された
多数の部品の中から組み付け予定部品（19）をグリップ
する。次に、グリップ装置（６）を上昇させると共に、
旋回部（70）を図面右回りに旋回させ、グリップした部
品（19）を作業者（72）の近傍に設定した待機位置
（Ｂ）まで移送する。以上の行程では、各駆動ユニット
（25）〜（28）のクラッチ（33）〜（63）は伝動状態に
あり、サーボモータ（31）〜（61）の出力はクラッチ
（33）〜（63）を介して各可動部材（２）〜（５）に伝
達される。従って、デパレタイジング及び待機位置
（Ｂ）までの搬送は、エンコーダ（39）〜（69）の位置
情報に基づいて自動的に行なわれる。

【００３６】部品（19）が待機位置（Ｂ）に達すると、
各クラッチ（33）〜（63）が断絶状態に切り替わる。こ
れにより、各可動部材（２）〜（５）がフリーとなるの
で、以後、本機は従来装置と同様のバランサとして機能
する。作業者は、第４の可動部材（５）等に取り付けた
ハンドル（図示省略）又は部品（19）をつかみ、部品
（19）を所定の組み付け位置（Ｃ）に移送した上で自己
の手作業で組み付け作業を行なう。この時、上述したエ
アシリンダ（11）がその支持反力で部品（19）の荷重を
支持しているので、作業者は軽い力で部品（19）を組み
付け位置（Ｃ）移動させることができる。

【００３７】組み付け完了後、作業者が旋回部（70）を
待機位置（Ｂ）まで戻し、サーボ入りスイッチ（図示省
略）をＯＮにすることにより、クラッチ（33）〜（63）
が伝動状態に切り替わる。これにより、旋回部（70）は
自動的に供給位置（Ａ）まで復帰し、次の組み付け予定
部品をクランプする。

【００３８】旋回部（70）が待機位置（Ｂ）に達したか
否かは、エンコーダ（39）〜（69）からの位置情報に基
づいて制御装置が判断する。その他、待機位置（Ｂ）の
近傍に新たに近接スイッチを配置し、この近接スイッチ
で旋回部（70）の接近を検知してその検知信号を制御装
置に入力してもよい。また、作業者がスイッチをＯＮ、
ＯＦＦすることにより、クラッチの切替えを行なっても
よい。

【００３９】このように、本発明装置は、待機位置
（Ｂ）でクラッチ（33）〜（63）を切替えることによ
り、供給位置（Ａ）と待機位置（Ｂ）との間の領域（自
動域）ではロボットとして機能させ、待機位置（Ｂ）と
組み付け位置（Ｃ）との間の領域（手動域）ではバラン
サとして機能させるものである。すなわち、本発明装置
は、デパレタイジングロボットとバランサとの複合機と
でもいうべきものである。

【００４０】従って、本発明によれば、デパレタイジン
グ工程を自動化しつつも、精度の要求される組み付け工
程を人手に委ねることができ、全工程を自動化する場合
に比べて装置をコンパクト化、低コスト化する一方で、
バランサのみを使用する場合に比べて、デパレタイジン
グ工程での所要労力を軽減することができる。すなわ
ち、全工程を自動化する場合とバランサのみを使用する
場合とのそれぞれの利点を併有することができる。

【００４１】通常、エンコーダ（39）〜（69）は、サー
ボモータ（31）〜（61）の出力軸（32）〜（62）の基端
部に取り付けて使用されるが、このような取り付け位置
では、クラッチ（33）〜（63）を断絶した際に、可動部
材（２）〜（５）の運動に追従して出力軸（32）〜（5
2）が回転しないため、作業者による手動運転中は、各
可動部材（２）〜（５）の位置管理を行なうことができ
ない。従って、手動運転後、再び自動運転を行なう際に
は、制御装置が各可動部材（２）〜（５）の現位置を把
握することができず、自動制御が不可能となる。この点
に鑑み、本発明では、可動部材（２）〜（５）の運動に
追従する部分、すなわち、各クラッチ（33）〜（63）よ
りも従動側にエンコーダ（39）〜（69）を配置している
ので、クラッチ断絶後の手動運転中でも、各可動部材
（２）〜（５）の位置管理を行なうことができる。従っ
て、手動運転後、自動運転に移行する場合でも各可動部
材（２）〜（５）の現位置を確実に把握することがで
き、制御装置による自動制御が確実になされる。

【００４２】なお、以上の説明では、可動部材（２）〜
（５）を４つ設けているが、可動部材（２）〜（５）の
数は任意であり、作業の態様に応じて増減することがで
きる。また、各可動部材（２）〜（５）の動作態様も任
意であり、回転、揺動、スライド等の動作態様を適宜選
択して組み合わせることができる。

【００４３】

【発明の効果】このように、本発明では、デパレタイジ
ング工程を自動化しつつも、精度の要求される組み付け
工程を人手に委ねることができ、全工程を自動化する場
合に比べて装置をコンパクト化、低コスト化する一方
で、バランサのみを使用する場合に比べて、デパレタイ
ジング工程での所要労力を軽減することができる。従っ
て、比較的簡易な構造でデパレタイジング及び移送に要
する労力を十分に軽減させることができ、しかも高い組
み付け精度を確保することができる。

【００４４】また、各駆動ユニットのクラッチよりも従
動側に、被駆動可動部材の位置変位を検出するエンコー
ダを設けておけば、自動運転中、手動運転中を問わず、
常時各可動部材の位置管理を行なうことができ、手動運
転から自動運転への移行が確実になされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の全体構成を示す側面図である。

【図２】第１の駆動ユニットの拡大縦断面図である。

【図３】第２駆動ユニットを示す図１中のＤ−Ｄ線での
断面図である。

【図４】第３駆動ユニットを示す図１中のＥ−Ｅ線での
断面図である。

【図５】組立ラインに設置した本発明装置を示す平面図
である。

【図６】第４の駆動ユニットを示す正面図である。

【図７】従来の一般的なバランサの側面図である。

【符号の説明】

１静止基部２第１の可動部材３第２の可動部材４第３の可動部材５第４の可動部材６クランプ装置（工具） 11 エアシリンダ（支持反力付与手段） 19 部品 25 第１の駆動ユニット 26 第２の駆動ユニット 27 第３の駆動ユニット 28 第４の駆動ユニット 33 クラッチ 39 エンコーダ 43 クラッチ 49 エンコーダ 53 クラッチ 59 エンコーダ 63 クラッチ 69 エンコーダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静止基部と、静止基部に、それぞれ一の
限定運動を許容して直列的に連設された複数の可動部材
と、最先端の可動部材に取り付けられた工具とを具備
し、複数の可動部材のうち一の可動部材が垂直面上で揺
動可能に支持され、この揺動する可動部材に、その先端
部に負荷される重力荷重と対抗する支持反力を付与しつ
つ、工具で保持した部品を移送するものにおいて、静止基部と可動部材との連結部及び可動部材同士の連結
部に、先端側の可動部材を駆動する駆動ユニットを設け
ると共に、各駆動ユニットの駆動源と被駆動可動部材と
の間にクラッチを介在させ、工具が、予め設定された待
機位置を境としてこれよりも一方の側にある時にクラッ
チを伝動させると共に、待機位置よりも他方の側にある
時にクラッチを断絶させることを特徴とするバランサ。
【請求項２】各駆動ユニットのクラッチよりも従動側
に、被駆動可動部材の位置変位を検出するエンコーダを
設けたことを特徴とする請求項１記載のバランサ。
【請求項３】垂直面上に揺動可能に支持された可動部
材が平行リンクであることを特徴とする請求項１記載の
バランサ。