JPH08323661A - 自動組付機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 効率が良く、安価に作成でき、さらに設備の
小型化、高速組付化が可能な自動組付機を提供するこ
と。 【構成】 Ｘ軸方向に直動可能なＸ軸方向直動関節５
と、Ｙ軸方向に直動可能なＹ軸方向直動関節６と、Ｚ軸
方向に直動可能なＺ軸方向直動関節７と、Ｘ−Ｙ平面内
において自転可能なＺ軸方向回転関節８とを備える直交
ロボット２と、治具パレット１６に第１回転関節１１と
第２回転関節１３とを直交して組み合わせてなる治具ロ
ボット３と、直交ロボット２と治具ロボット３との動作
を連動させるコントローラ１７と、からなる自動組付機
としたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動組付機に関するも
のであり、特に被組付体を多方向から組付可能な自動組
付機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、部品の組立の自動化、または多品
種少量生産に対応すべく、ロボットによる自動組付機が
導入されている。自動組付機を設計すると、ワークの組
付を多方向から行わなければならないとか、組付時に干
渉領域があるため組付機が３次元的動作をしないと組付
ができないという製品が多い。このような場合、垂直多
関節ロボットを使用し、自動化を実現してきた。垂直多
関節ロボットの従来例を図３に示す。図３において、Ｊ
１〜Ｊ６は回転関節であり、また各関節の付近にその関
節が動作する回転方向を示す。

【０００３】ロボットの独立に動き得る関節の数をその
ロボットの自由度というが、ロボットアームの先端を任
意の位置に持っていくためには少なくとも３自由度が必
要である。またロボットアームの先端に把持された物体
を任意の姿勢におくためには、更に３自由度が必要であ
る。このように、ロボットアームの先端に把持された物
体を任意の位置に、更に任意の姿勢にするためには６自
由度が必要である。尚、７自由度以上のロボットでは物
体を任意位置、任意姿勢に固定したままロボットアーム
の状態を余分な自由度だけ任意にとることができる。

【０００４】図３における垂直多関節ロボットは６自由
度であるため、ロボットアームの先端を任意の位置に、
かつ任意の姿勢に保持することが可能であり、このため
多方向からの部品の組付が可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】垂直多関節ロボットの
ように自由度が多いロボットは、各関節にかかる重量が
増加するためその関節を駆動させるモータ容量の増加を
伴い、またその関節により搬送可能な物体の重量（可搬
重量）は小さくなる。このため容量の大きいモータを使
用しているにもかかわらず、小さな重量のものしか運搬
できないために、非効率的である。また関節におけるア
ームの連結構造も増加するために、価格も高価なものと
なる。さらに、ロボットの多関節化はロボット本体のス
ペースが大きくなり、設備の小型化を妨げる。また製品
を固定して多方向組付を行うためロボットアームの移動
量が大きく、高速組付に不利である。故に、本発明は、
効率的であり、安価に作成でき、小型化が可能であり、
高速組付に適した自動組付機を提供することを、課題と
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、水平平面内
のＸ軸方向に直動可能なＸ軸方向直動関節と、前記Ｘ軸
と直交方向でありかつ前記Ｘ軸と同一平面内にあるＹ軸
方向に直動可能なＹ軸方向直動関節と、前記Ｘ軸及び前
記Ｙ軸との両方と直交方向であるＺ軸方向に直動可能な
Ｚ軸方向直動関節と、前記水平平面（Ｘ−Ｙ平面）内に
おいて自転可能であるＺ軸方向回転関節とを有する直交
ロボットと、治具パレットに２つの回転関節を直交して
組み合わせて前記治具パレットの姿勢を制御する治具ロ
ボットと、前記直交ロボットと前記治具ロボットとの動
作を連動させるコントローラと、からなる自動組付機と
したことである。

【０００７】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、水平平面内のＸ軸方向に直動
可能なＸ軸方向直動関節と、前記Ｘ軸と直交方向であり
かつ前記Ｘ軸と同一平面内にあるＹ軸方向に直動可能な
Ｙ軸方向直動関節と、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸との両方と
直交方向であるＺ軸方向に直動可能なＺ軸方向直動関節
と、前記水平平面（Ｘ−Ｙ平面）内において自転可能で
あるＺ軸方向回転関節とを有する直交ロボットと、前記
Ｙ軸と直交する平面（Ｘ−Ｚ平面）内において自転可能
である第１回転関節と、前記Ｚ軸と直交する平面（Ｘ−
Ｙ平面）内において自転可能である第２回転関節と、前
記第１回転関節と前記第２回転関節のいずれか一方に連
結固定される治具パレットとからなり、前記第１回転関
節と前記第２回転関節とを組み合わせることにより治具
パレットの姿勢を制御する治具ロボットと、前記直交ロ
ボットと前記治具ロボットとを連動させ、前記直交ロボ
ットの前記Ｚ軸方向回転関節に連結したアーム先端部と
前記治具ロボットの前記治具パレットとの相対的位置関
係を規定するロボットコントローラと、からなり、前記
治具パレット上に載置されたワークを多方向から組付可
能に構成した自動組付装置としたことである。

【０００８】

【作用】上記第１の技術的手段によれば、Ｘ軸方向直動
関節と、Ｙ軸方向直動関節と、Ｚ軸方向直動関節と、Ｘ
−Ｙ平面内において自転可能なＺ軸方向回転関節の４自
由度をもつ直交ロボットと、治具パレットに２つの回転
関節を直交して組み合わせた２自由度をもつ治具ロボッ
トと、この直交ロボットと治具ロボットとを連動させる
コントローラからなる自動組付機とした。直交ロボット
側の３つの直動関節により３次元的な位置を、また直交
ロボット側の１つの回転関節で方向を規定することがで
き、治具ロボット側の２つの回転関節により治具パレッ
トを任意の姿勢に制御することが可能になる。従って、
この直交ロボットと治具ロボットとをコントローラによ
り連動させることにより、多方向からの組付が可能な自
動組付機を構成することができる。

【０００９】上記第２の技術的手段によれば、Ｘ軸方向
直動関節と、Ｙ軸方向直動関節と、Ｚ軸方向直動関節
と、Ｘ−Ｙ平面内において自転可能なＺ軸方向回転関節
の４自由度をもつ直交ロボットと、Ｘ−Ｚ平面内におい
て自転可能である第１回転関節と、Ｘ−Ｙ平面内におい
て自転可能である第２回転関節とを直交して組み合わせ
ることにより２自由度を有し、上記どちらかの回転関節
に連結される治具パレットからなる治具ロボットと、こ
の直交ロボットと治具ロボットとを連動させるコントロ
ーラからなる自動組付機とした。直交ロボット側の３つ
の直動関節により３次元的な位置を、また直交ロボット
側の１つの回転関節により方向を規定することができ、
また治具ロボット側の２つの回転関節により治具パレッ
トを任意の姿勢に制御することが可能になる。従って、
この直交ロボットと治具ロボットとをコントローラによ
り連動させることにより、直交ロボットのハンドを任意
の位置に移動可能かつ方向転換可能であり、かつ治具パ
レット上のワークを任意の姿勢に制御することが可能な
ため、多方向からの組付が可能な自動組付機を構成する
ことができる。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１１】図１は、本発明の実施例における自動組付
機の全体概略図である。図１において、ベット１には連
結部４が一端で連結固定されている。連結部４の他端に
は、水平平面内の図示Ｘ軸方向に沿って設けられたＸ軸
方向ガイドレール５ａを有するＸ軸方向直動関節５が連
結されている。Ｘ軸方向直動関節５のＸ軸方向ガイドレ
ール５ａには、水平平面内の図示Ｙ軸方向に沿って設け
られたＹ軸方向ガイドレール６ａを有するＹ軸方向直動
関節６がＸ軸方向に移動可能に嵌合されている。Ｙ軸方
向直動関節６のＹ軸方向ガイドレール６ａには、Ｚ軸方
向直動回転関節７がＹ軸方向に移動可能に嵌合されてい
る。Ｚ軸方向直動回転関節は、その内部に、Ｚ軸方向に
移動可能とするＺ軸方向直動関節８、Ｚ軸に直交する平
面（Ｘ−Ｙ平面）内において自転可能とするＺ軸方向回
転関節９を備えており、Ｚ軸方向直動回転関節７の出力
軸であるボールスプラインシャフト３１の先端に連結し
たハンド１０をＺ軸方向に移動可能かつＸ−Ｙ平面内に
おいて自転可能とする。

【００１２】Ｚ軸方向直動回転関節７の具体的な実施例
の構造を図２に示す。図２において、フレーム２２はブ
ラケット２３及び２４と連結されている。ブラケット２
３はＺ軸直動モータ２５にも連結され、Ｚ軸直動モータ
２５の出力軸はプーリ２６に同軸的に連結されている。
プーリ２６はさらにベルト２７を介してプーリ２８に回
転力を伝える構成となっており、プーリ２８はボールネ
ジ２９の一端と同軸的に連結されている。ボールネジ２
９の他端はフレーム２２に軸支されている。ボールナッ
ト３０はその内周面においてボールネジ２９と螺合して
おり、ボールスプラインシャフト３１とベアリングを介
してフレーム３２により連結されている。Ｚ軸直動モー
タ２５、プーリ２６、ベルト２７、プーリ２８、ボール
ネジ２９及びボールナット３０により、Ｚ軸方向直動関
節７が構成される。またブラケット２４にはＺ軸回転モ
ータ３３が連結され、Ｚ軸回転モータ３３の出力軸には
プーリ３４が同軸的に連結されている。プーリ３４はさ
らにベルト３５を介してプーリ３６に回転力を伝える構
成となっている。プーリ３６の内周断面はスプライン状
に形成されており、その内周面にボールスプラインシャ
フト３１が嵌挿されている。ボールスプラインシャフト
３１の先端にはハンド１０が連結されている。Ｚ軸回転
モータ３３、プーリ３４、ベルト３５、プーリ３６及び
ボールスプラインシャフト３１により、Ｚ軸方向回転関
節８が構成される。このような構成において、まずＺ軸
直動モータ２５が駆動することにより、プーリ２６、ベ
ルト２７、プーリ２８を介してボールネジ２９が回転す
る。すると、ボールナット３０はボールネジ２９の回転
方向に応じて上下に移動する。ボールナット３０が移動
すると、それに連結しているボールスプラインシャフト
３１も移動するため、ボールスプラインシャフト３１の
一端に連結されているハンド１０も上下に、即ちＺ軸方
向に移動する。またＺ軸回転モータ３３が駆動すると、
プーリ３４、ベルト３５を介してプーリ３６も回転す
る。プーリ３６とボールスプラインシャフト３１はスプ
ラインで嵌合しているため、プーリ３６の回転トルクは
ボールスプラインシャフト３１に伝達され、同期回転す
る。すると、ボールスプラインシャフト３１の一端に連
結されているハンド１０も回転する。このようにして、
Ｚ軸方向に移動可能であり、かつ自転可能である構成を
実現できる。

【００１３】従って、ハンド１０は、Ｘ軸方向直動関節
５によりＸ軸方向へ移動可能であり、Ｙ軸方向直動関節
６によりＹ軸方向に移動可能であり、Ｚ軸方向直動関節
７によりＺ軸方向に移動可能であり、さらにＺ軸方向回
転関節８によりＸ−Ｙ平面内において自転可能である。
連結部４、Ｘ軸方向直動関節５、Ｙ軸方向直動関節６、
Ｚ軸方向直動関節７、Ｚ軸方向回転関節８、ハンド１０
により直交ロボット２が構成される。

【００１４】第１回転関節１１は第１ブラケット１２に
よりベット１に連結されている。また第１回転関節１１
は、Ｙ軸と直交する平面（Ｘ−Ｚ平面）内において自転
可能となるように第１ブラケット１２に連結される。第
２回転関節１３は第２ブラケット１４により第１回転関
節１１と連結されている。また第２回転関節１３は、第
１回転関節１１が自転する平面（Ｘ−Ｚ平面）と直交関
係を保つ平面内において自転可能に構成される。さらに
第２回転関節１３は、第３ブラケット１５により治具パ
レット１６に連結される。従って、第１回転関節１１の
自転及び第２回転関節１３の自転との組合せにより、治
具パレット１６を任意の姿勢に制御することが可能であ
る。この第１回転関節１１、第１ブラケット１２、第２
回転関節１３、第２ブラケット１４、第３ブラケット１
５及び治具パレット１６により治具ロボット３が構成さ
れる。

【００１５】直交ロボット２及び治具ロボット３はロボ
ットコントローラ１７に接続されており、直交ロボット
２と治具ロボット３の連動、各関節の移動量、回転量の
制御を行っている。さらにロボットコントローラ１７に
は操作用のＣＲＴ１８とティーチングボックス１９が接
続される。このＣＲＴ１８とティーチングボックス１９
は、各ロボットに動作手順及び動作量を教育するもので
ある。またシーケンサ２０はハンド１０に付属している
チャックの開閉、ロボット動作端でのリミットスイッチ
のオンオフ確認、各種バルブの開閉等、ロボットの制御
に付属する部分の制御を行うもので、ロボットコントロ
ーラ１７、ハンド１０及び操作盤２１に接続されてい
る。

【００１６】上記構成の自動組付機において、以下にそ
の動作を説明する。

【００１７】まずロボットに動作を教育するために、Ｃ
ＲＴ１８とティーチングボックス１９によりティーチン
グを行う。その後、治具パレット１６にワークを置い
て、操作盤２１により自動運転とする。すると、直交ロ
ボット２は、まずワークに組付ける部品を得るために移
動し、ハンド１０でその部品を把持する。その後ワーク
の真上に把持した部品が位置するように移動する。一
方、治具ロボット３は、ハンド１０が把持している部品
が組付られる位置が真上に来るように治具パレット１６
及びワークの姿勢を制御する。これは、第１回転関節１
１と第２回転関節１３の自転角度を同時に制御すること
により行われる。さらに直交ロボット２のＺ軸方向回転
関節８により、ワークと部品との組付方向が一致するよ
うに自転する。その後、Ｚ軸方向にハンド１０が移動し
て組付動作を行う。このように、順次部品をワークに組
付けていき、完成品とする。

【００１８】

【発明の効果】請求項１の発明は、以下の如く効果を有
する。

【００１９】４自由度を有する直交ロボットと２自由度
を有する治具ロボットとの協調作業により多方向からの
組付を実現した自動組付機であるため、従来の少なくと
も６自由度が必要な垂直多関節ロボットに比べてモータ
容量を小さくでき、また関節が少ないために可搬重量も
大きくとることができるため、効率的な自動組付機とす
ることができる。また位置制御に必要な３つの関節を直
動関節で構成したことにより、従来のものよりも安価に
作成できる。さらに直交ロボットは関節が４個、治具ロ
ボットは関節が２個であるために、設備の小型化を図る
ことが可能である。また直交ロボットと治具ロボットの
協調作業によりロボットの移動量を小さくすることがで
き、高速組付化を図ることも可能である。

【００２０】請求項２の発明は、以下の如く効果を有す
る。

【００２１】４自由度を有する直交ロボットと２自由度
を有する治具ロボットとの協調作業により多方向からの
組付を実現した自動組付機であるため、従来の少なくと
も６自由度が必要な垂直多関節ロボットに比べてモータ
容量を小さくでき、また関節が少ないために可搬重量も
大きくとることができるため、効率的な自動組付機とす
ることができる。また位置制御に必要な３つの関節を直
動関節で構成したことにより、従来のものよりも安価に
作成できる。さらに直交ロボットは関節が４個、治具ロ
ボットは関節が２個であり、設備の小型化を図ることが
可能である。また直交ロボットと治具ロボットの協調作
業によりロボットの移動量を小さくすることができ、高
速組付化を図ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における自動組付機の全体を示
す概略図である。

【図２】本発明の実施例におけるＺ軸方向直動回転関節
の詳細を示す部分断面図である。

【図３】従来例における、垂直多関節ロボットを示す図
である。

【符号の説明】

１ ベット ２ 直交ロボット ３ 治具ロボット ４ 連結部 ５ Ｘ軸方向直動関節 ５ａ Ｘ軸方向ガイドレール ６ Ｙ軸方向直動関節 ６ａ Ｙ軸方向ガイドレール ７ Ｚ軸方向直動回転関節 ８ Ｚ軸方向直動関節 ９ Ｚ軸方向回転関節 １０ ハンド １１ 第１回転関節 １２ 第１ブラケット １３ 第２回転関節 １４ 第２ブラケット １５ 第３ブラケット １６ 治具パレット １７ ロボットコントローラ １８ ＣＲＴ １９ ティーチングボックス ２０ シーケンサ ２１ 操作盤 ２２，３２ フレーム ２３，２４ ブラケット ２５ Ｚ軸直動モータ ２６，２８，３４，３６ プーリ ２７，３５ ベルト ２９ ボールネジ ３０ ボールナット ３１ ボールスプラインシャフト ３３ Ｚ軸回転モータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平平面内のＸ軸方向に直動可能なＸ軸
   方向直動関節と、前記Ｘ軸と直交方向でありかつ前記Ｘ
   軸と同一平面内にあるＹ軸方向に直動可能なＹ軸方向直
   動関節と、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸との両方と直交方向で
   あるＺ軸方向に直動可能なＺ軸方向直動関節と、前記水
   平平面（Ｘ−Ｙ平面）内において自転可能であるＺ軸方
   向回転関節とを有する直交ロボットと、 治具パレットに２つの回転関節を直交して組み合わせて
   前記治具パレットの姿勢を制御する治具ロボットと、 前記直交ロボットと前記治具ロボットとの動作を連動さ
   せるロボットコントローラと、からなる自動組付機。
2. 【請求項２】 水平平面内のＸ軸方向に直動可能なＸ軸
   方向直動関節と、前記Ｘ軸と直交方向でありかつ前記Ｘ
   軸と同一平面内にあるＹ軸方向に直動可能なＹ軸方向直
   動関節と、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸との両方と直交方向で
   あるＺ軸方向に直動可能なＺ軸方向直動関節と、前記水
   平平面（Ｘ−Ｙ平面）内において自転可能であるＺ軸方
   向回転関節とを有する直交ロボットと、 前記Ｙ軸と直交する平面（Ｘ−Ｚ平面）内において自転
   可能である第１回転関節と、前記Ｚ軸と直交する平面
   （Ｘ−Ｙ平面）内において自転可能である第２回転関節
   と、前記第１回転関節と前記第２回転関節のいずれか一
   方に連結固定される治具パレットとからなり、前記第１
   回転関節と前記第２回転関節とを組み合わせることによ
   り治具パレットの姿勢を制御する治具ロボットと、 前記直交ロボットと前記治具ロボットとを連動させ、前
   記直交ロボットの前記Ｚ軸方向回転関節に連結したハン
   ドと前記治具ロボットの前記治具パレットとの相対的位
   置関係を規定するロボットコントローラと、からなり、
   前記治具パレット上に載置されたワークを多方向から組
   付可能に構成した自動組付装置。