JPH09239683A - 工業用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はワークのドアを検出するセンサ部が
汚れることを防止することを課題とする。 【解決手段】 工業用ロボット１は、基台２上の旋回ベ
ース３に第１アーム４が起立し、第１アーム４の上端に
は水平方向に延在する第２アーム５を有する。第２アー
ム５先端の手首部６には、ドアに係合するドア係合ユニ
ット７と、ドア係合位置を検出するためのセンサ部８と
が装着されている。このドア係合ユニット７は、係合ロ
ッド９を有し、内部には係合ロッド９を回動させるモー
タが組み込まれている。平行リンク機構１０は、センサ
部８をセンサ面が下方を向いた状態に支持している。そ
のため、センサ部８は、ドア位置検出時は第２アーム５
の先端の検出位置にあり、位置検出後は平行リンク機構
１０の回動動作によりセンサ面を下方に向けたまま後方
の退避位置に移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工業用ロボットに係
り、特にワークの係合位置を検出するセンサ部を保護す
るよう構成した工業用ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車用ボデー（ワーク）を塗装
する塗装ラインにおいては、自動車用ボデーにドアが開
閉自在に取付けられたまま搬送され、自動車用ボデー及
びドアの塗装作業が行われる。このような自動車の組立
ラインでは、塗装工程の終了後ドアを閉位置に係止する
ロック機構及びドアの窓ガラスがドアの内部に組付けら
れるようになっているので、塗装前はこれらの部品がま
だ組付けられていない。

【０００３】そして、塗装ラインでは自動車用ボデー内
部及びドア内側を塗装する前にロックされていないドア
を開くための工業ロボットが設けられている。この種の
工業用ロボットとしては、ドアのガラス収納溝（係合
部）をセンサで検知してハンドに設けられたロッド（係
合部材）をガラス収納溝に嵌入させ、ドアを開方向に回
動させる型式のロボットがある。

【０００４】また、上記工業用ロボットでは、例えば特
開平６−１９０７７３号公報にみられるようにアームの
先端部に光センサが取り付けられている。この光センサ
は、ドアのガラス収納溝周辺に向けて検出光を発光する
発光部と、ドアのガラス収納溝周辺で反射した検出光を
受光する受光部とを有する。従って、光センサがドアの
ガラス収納溝上方を通過した際に得られる反射光の受光
パターン、すなわち受光部から出力された信号（出力波
形の変化）に基づいてガラス収納溝の位置を検出する
と、ロッドがガラス収納溝内に挿入されるようになって
いる。そして、工業用ロボットのアームが水平方向に移
動して上記のようにロッドが係合したドアを開く。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように工業用ロボットを使用してドアを開ける場合、光
センサがガラス収納溝上方に位置しドアの窓に挿入され
た状態に保持されているため、自動車用ボデー内部及び
ドア内側を塗装する際に光センサに塗料が付着すること
があった。ところが、光センサの透明なセンサ面に塗料
が付着してしまうと、光が通過できなくなってガラス収
納溝の位置検出が行えなくなる。

【０００６】そのため、光センサを回動可能なブラケッ
トにより支持し、ガラス収納溝が検出された後、ブラケ
ットが後方に回動されてセンサをドアから離間させるこ
とが考えられている。上記のように光センサのセンサ面
は、ガラス収納溝の位置検出を行う際はガラス収納溝に
対向するように下方に位置するが、光センサを支持する
ブラケットを後方に回動させてセンサをドアから離間さ
せたときは上方を向いてしまう。ところが、塗装作業を
行うブースでは、空気中に塗料ミストが浮遊しているの
で、これを回収するため空気が天井から床に向けて送風
されている。そして、空気中の塗料ミストは、天井から
の空気流により床下に回収される。

【０００７】従って、光センサのセンサ面が上に向けた
状態に回動されると、光センサのセンサ面に天井からの
空気流により下方に流れる塗料ミストの一部が付着する
ことになる。そのため、光センサをドアから離間させる
ように後方に回動させても光センサのセンサ面が徐々に
汚れてしまい、光がセンサ面を通過できなくなってガラ
ス収納溝の位置検出が行えなくなるといった問題が生ず
る。

【０００８】そこで、本発明は上記問題を解決した工業
用ロボットを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。上記請求項１
の発明は、ワークに装着されたドアの係合位置を検出す
るセンサ部と、一端が該センサ部を支持し他端がアーム
先端に支持されたリンクと、位置検出後該センサ部がア
ーム先端から離間する方向に移動するように該リンクを
変位させる駆動部とを有する工業用ロボットにおいて、
前記リンクが変位したときでも前記センサ部のセンサ面
を下方に向けた状態に保つ手段を設けたことを特徴とす
るものである。

【００１０】従って、請求項１の発明によれば、リンク
が変位したときでもセンサ部のセンサ面を下方に向けた
状態に保つことができるので、センサ面が汚れることを
防止できる。また、請求項２の発明は、前記センサ面を
下方に向けた状態に保つ手段は、前記リンクと平行に補
助リンクを沿わせて平行リンクとしたことを特徴とする
ものである。

【００１１】従って、請求項２の発明によれば、センサ
部を平行リンクにより支持してセンサ面を下方に向けた
状態に保ちながらセンサ部を移動させることができ、セ
ンサ面が汚れることを防止できると共に、機械的強度を
高めてセンサ部を安定的に保持することが可能になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の一実施
例を説明する。図１は本発明の工業用ロボットの斜視図
である。工業用ロボット１は、例えば自動車用ボデー
（ワーク）を塗装する塗装ブースの入口で自動車用ボデ
ーに取り付けたドアを開く作業を行うように動作制御さ
れる。この工業用ロボット１は、基台２上の旋回ベース
３に第１アーム４が起立し、第１アーム４の上端には水
平方向に延在する第２アーム５を有する多関節型のロボ
ットである。

【００１３】また、第２アーム５先端の手首部６には、
ドアに係合するドア係合ユニット７と、ドア係合位置を
検出するためのセンサ部８とが装着されている。このド
ア係合ユニット７は、軸７ａと直交する方向に延在する
係合ロッド（係合部材）９を有する。係合ロッド９は、
後述するように通常は水平方向に向いており、ドア係合
動作時に垂下方向に回動するように駆動される。

【００１４】また、センサ部８は、後述するように平行
リンク機構１０により回動可能に支持されており、位置
検出時は第２アーム５の先端の検出位置にあり、位置検
出後は平行リンク機構１０の回動動作により後方に移動
する。図２に示すように、自動車用ボデー１１が塗装ブ
ースの入口に搬送されたとき、自動車用ボデー１１のド
ア１２は閉じられている。このときドア１２の窓には、
まだガラスが装着されてなく、且つドアロック機構も装
着されていない。

【００１５】図３はセンサ部８により係合位置が検出さ
れた後係合ロッド９がドア１２に係合された状態を示す
図である。工業用ロボット１は、自動車用ボデー１１が
塗装ブースの入口に搬送されると、第１アーム４及び第
２アーム５を前方に移動させて手首部６に装着されたド
ア係合ユニット７及びセンサ部８を自動車用ボデー１１
のドア１２の窓に挿入させる。そして、センサ部８によ
りドア１２のガラス収納溝１３が検出されると、水平方
向に延在する向きの係合ロッド９が垂下方向に延在する
ように回動されてガラス収納溝１３内に挿入される。

【００１６】このように、係合ロッド９がドア１２のガ
ラス収納溝１３に係合されると、センサ部８を後方に回
動させた後、第１アーム４及び第２アーム５が水平方向
に旋回されてドア１２をＡ方向に開く。その後、自動車
用ボデー１１は、塗装用ロボット（図示せず）により自
動車用ボデー１１内部及びドア１２の内側が塗装され
る。

【００１７】ここで、センサ部８及びドア係合ユニット
７、平行リンク機構１０の構成について説明する。図４
はドア係合ユニット７、センサ部８、平行リンク機構１
０の平面図、図５はセンサ部８、平行リンク機構１０の
側面図である。

【００１８】ドア係合ユニット７のハウジング１４の上
面には、工業用ロボット１の手首部６が連結される連結
部１５が設けられている。そして、ハウジング１４の内
部には、係合ロッド９を支持する軸７ａを駆動するロッ
ド駆動用モータ１６（破線で示す）と、平行リンク機構
１０に連結された軸１７を駆動する駆動部としての平行
リンク駆動用モータ１８（破線で示す）とが収納されて
いる。尚、工業用ロボット１がシンナ等の可燃性雰囲気
とされた塗装ブースで使用されるため、ハウジング１４
は防爆構造になっている。

【００１９】また、平行リンク駆動用モータ１８の代わ
りにエア駆動式のロータリアクチュエータを用いて軸１
７を駆動する構成とすることもある。その場合、エア駆
動式のロータリアクチュエータが使用されることにより
電気的なスパークの心配がないので、ハウジング１４を
防爆構造とする必要はない。

【００２０】平行リンク機構１０は、ハウジング１４の
左側面に取り付けられており、一端が軸１７に連結され
た第１のリンク１９と、一端がハウジング１４に固定さ
れた固定板２０に植設された軸２１に連結された第２の
リンク２２と、両リンク１９，２２の両端を平行状態に
支持する支持部材とからなり、これらが平行四辺形を形
成するように構成されている。

【００２１】また、平行リンク機構１０は、第１のリン
ク１９の他端はセンサ部８の背面に取り付けられた第１
のブラケット２３に保持された軸２４に連結され、第２
のリンク２２の他端はセンサ部８の背面に取り付けられ
た第２のブラケット２５に保持された軸２６に連結され
ている。そして、一対のリンク１９，２２の支点となる
各軸１７，２１，２４，２６は、リンク１９と２２とが
互いに平行状態のままセンサ部８を前後方向に回動させ
るように固定板２０，ブラケット２３，２５等の支持部
材によって位置決めされている。

【００２２】このように構成された平行リンク機構１０
に支持されたセンサ部８は、後述するようにリンク１
９，２２の回動位置に拘わらず、センサ面３５を下方に
向けた状態まま移動される。さらに、各軸２１，２４，
２６は、軸受２７〜２９を介して軸承されているため、
リンク１９，２２の揺動動作がスムーズに行える。

【００２３】また、本実施例においては、モータ１８に
駆動される駆動軸としての軸１７に連結された第１のリ
ンク１９はセンサ部８を回動させる主リンクとして機能
し、第１のリンク１９と平行に沿うように取り付けられ
た第２のリンク２２は第１のリンク１９が回動してもセ
ンサ部８の姿勢を垂直状態に保つ補助リンクとして機能
する。すなわち、平行リンク機構１０は、リンク１９が
回動してもセンサ部８をセンサ面３５が下方を向く状態
に保つ手段として機能するものである。

【００２４】センサ部８は、平行リンク機構１０を構成
する２本のリンク１９，２２により保持されるため、従
来のように１本のリンクで支持されるよりも支持機構の
機械的強度が向上しており、安定的にセンシングするこ
とが可能である。また、第１のリンク１９の一端には、
センサ部８の重量とバランスさせるためのバランス機構
３０が設けられている。このバランス機構３０は、セン
サ部８と１８０°逆方向に延在するアーム３１と、アー
ム３０の先端に固定された重り３２とよりなる。重り３
２の重量は、第１のリンク１９とアーム３１との全長の
比とセンサ部８の重量とから決められており、軸１７を
中心としてセンサ部８と重り３２とが釣り合う。

【００２５】そのため、平行リンク駆動用モータ１８
は、比較的小さな駆動力でリンク１９，２２及びセンサ
部８を駆動することができ、係合ロッド９がドア１２の
ガラス収納溝１３に係合された後、センサ部８を速やか
に後方へ移動させることができる。

【００２６】センサ部８は、ハウジング３３の内部に発
光部と受光部とを有する光センサ３４が取り付けられて
いる。光センサ３４は垂直状態に保持されており、下面
側がセンサ面３５となっている。そのため、光センサ３
４から出射された光は、センサ面３５から垂下方向に照
射される。

【００２７】また、ハウジング３３の下面には、光セン
サ３４からの検出光が通過するための開口３３ａが設け
られている。ハウジング３３の開口３３ａはセンサ面３
５の下方に位置するように形成され、光センサ３４はハ
ウジング３３に覆われた状態で取り付けられている。そ
のため、光センサ３４は塗装ブース内に浮遊する塗料ミ
ストがセンサ面３５に付着しにくいように装着されてい
る。

【００２８】センサ部８は、上記のように構成された平
行リンク機構１０により支持されているため、リンク１
９，２２がＣ方向又はＤ方向に回動されても垂直状態の
まま、すなわちセンサ面３５が下方に向けられた状態に
保たれながら揺動することができる。よって、センサ部
８は、図５中実線で示すドア検出位置にあるときも図５
中２点鎖線で示す退避位置にあるときも、検出光が通過
するセンサ面３５が下方に向けられたままの状態で移動
する。

【００２９】工業用ロボット１が設置された塗装ブース
では、塗装作業で発生した塗料ミストを回収するための
空気流（ダウンフロー）が天井から床に向けて送風され
ている。しかしながら、工業用ロボット１のセンサ部８
は、常にセンサ面３５が下方を向くように支持されてい
るため、塗装ブースに浮遊する塗料ミストはハウジング
３３の上部に付着するだけで検出光が通過するハウジン
グ３３内のセンサ面３５には付着しない。

【００３０】従って、センサ部８を平行リンク機構１０
により支持することにより、センサ部８内のセンサ面３
５に塗装ブースに浮遊する塗料ミストが付着することが
防止され、光センサ３４からの検出光が塗料ミストによ
り遮断されることが防止される。よって、光センサ３４
は、塗料ミストの影響を受けることなく、ドア１２のガ
ラス収納溝１３を正確に検出できる。

【００３１】次に、上記構成になる工業用ロボット４の
動作について説明する。例えば塗装ラインにおいて、コ
ンベヤ（図示せず）により自動車用ボデー１１が工業用
ロボット１の前に到着したことがスタートスイッチ（図
示せず）により検出されると、工業用ロボット１は制御
装置（図示せず）からの指令によりドア開動作を実行す
る。

【００３２】図３に示すように、工業用ロボット１はド
ア係合ユニット７をドア１２の窓の高さに合わせて水平
移動させるようにアーム４，５，手首部６を動かす。
尚、ドア１２の窓の高さ位置は予め入力されているの
で、ドア係合ユニット７はドア１２に当接しない高さ位
置に保持されながらドア１２に近づく。

【００３３】図６に示す如く、ドア係合ユニット７がＹ
方向に移動しながらガラス収納溝１３の上部を通過する
と、光センサ３４の発光部より出射された検出光がガラ
ス収納溝１３の両側の縁部１３ａ，１３ｂで反射して受
光部に至り、光センサ３４の出力が縁部１３ａ，１３ｂ
の形状にあったアナログ信号として得られる。そして、
飽和値以上の出力値の幅のオン，オフ信号に変換され
る。従って、１個目のオン信号と２個目のオン信号の間
がガラス収納溝１３の検出位置となる。

【００３４】従って、ドア係合ユニット７がドア１２の
上方を通過する間にガラス収納溝１３の正確な位置が光
センサ３４により検出される。上記係合ロッド９と光セ
ンサ３４との相対位置が予め設定されているため、係合
ロッド９がガラス収納溝１３の上方に位置するように工
業用ロボット１のアーム４，５，手首部６を動かす。こ
のとき、係合ロッド９はガラス収納溝１３の延在方向と
同一方向に延在する水平方向に保持されている。

【００３５】そのため、ロッド駆動用モータ１６が駆動
されて軸７ａが９０°回動されると共に、係合ロッド９
の先端はガラス収納溝１３内に挿入される。これで、係
合ロッド９はドア２と係合状態となる。この後、図７に
示すように、平行リンク駆動用モータ１８が駆動されて
軸１７及びリンク１９をＤ方向に回動させる。これによ
り、平行リンク機構１０により支持されたセンサ部８内
のセンサ面３５を下方に向けた垂直状態のままドア検出
位置から退避位置に移動する。

【００３６】このように、センサ部８はドア２が離間し
た位置に移動するため、自動車用ボデー１１内部及びド
ア１２の内側を塗装する際に塗料ミストが付着しにくい
位置に保持されている。工業用ロボット１は、この状態
のままアーム４，５，手首部６を動作させてドア係合ユ
ニット７をＡ方向に回動させる。ドア係合ユニット７の
係合ロッド９はガラス収納溝１３内に挿入された状態に
あるため、ドア１２は上記工業用ロボット１のドア開動
作によりドア開方向（Ａ方向）に回動する。

【００３７】ドア１２は工業用ロボット１によりこの状
態のまま開位置に保持される。そして、塗装用ロボット
（図示せず）がドア１２の開いた部分から自動車用ボデ
ー１内に塗装ガンを進入させて自動車用ボデー内部を塗
装する。塗装終了後、塗装用ロボットは塗装ガンを後退
させて自動車用ボデー１１から離間する。

【００３８】そして、工業用ロボット１はドア１２を閉
位置に戻すよう動作する。ドア１２が閉まると、ロッド
駆動用モータ１６が上記係合動作のときと逆方向に回転
駆動されて係合ロッド９をガラス収納溝１３から離脱さ
せ、ドア１２との係合を解除する。その後、工業用ロボ
ット１はドア開動作前の待機状態に戻る。

【００３９】尚、上記実施例では、塗装ラインにおいて
ロボットにより自動車用ボデーのドアを開く場合を一例
として説明したが、これに限らず自動車用ボデー以外の
筺体のドアを開くのにも適用できるのは勿論、塗装ライ
ン以外の工程にも適用できる。

【００４０】また、上記実施例では、光センサ３４を使
用してガラス収納溝１３の位置を検出したが、これに限
らず、例えば高周波式のセンサあるいは超音波式のセン
サ等を使用してもよいのは勿論である。また、ドア係合
部７が水平方向にのみ移動してドアを開けるため、上記
多関節ロボット以外の型式のロボット、例えば水平多関
節構造を有するスカラ型のロボットにも適用できる。

【００４１】次に本発明の変形例を説明する。 変形例１ 変形例１では、上記のようにセンサ部８をセンサ面３５
が下方を向いた状態に保つ手段が、センサ部８を１本の
リンク１９で支持すると共に、リンク１９の先端にセン
サ部８を回動させるモータ（あるいはエア駆動式のロー
タリアクチュエータ）を設ける構成とされている。

【００４２】すなわち、リンク１９が回動してセンサ部
８を後方に移動させる際にリンク１９先端に取り付けら
れたモータを駆動制御してセンサ部８をセンサ面３５が
下方を向いた状態を保つようにセンサ部８の姿勢に保持
できる。そのため、センサ部８内のセンサ面３５は、塗
装ブースに浮遊する塗料ミストの付着が防止され、光セ
ンサ３４からの検出光が塗料ミストにより遮断されるこ
とが防止される。

【００４３】また、リンク１９先端に取り付けられたモ
ータを駆動制御することにより、平行リンク機構のよう
に回動角度が制限されず、センサ部８の向きを自由に変
更することも可能になる。従って、この変形例１の構成
では、リンク１９の回動によりセンサ部８を後方に移動
させた後の塗装作業場所に応じてセンサ部８内のセンサ
面の向きが塗装箇所に対して逆方向を向くようにセンサ
部８の向きを変更することもできる。

【００４４】変形例２ また、変形例２としては、上記のようにセンサ部８をセ
ンサ面３５が下方を向いた状態に保つ手段が、センサ部
８を１本のリンク１９で支持すると共に、リンク１９の
駆動軸となる固定板２０に固定された第１ギヤとリンク
１９の先端でセンサ部８の側面に固定された第２ギヤと
を設け、両ギヤ間に歯付きベルトを巻き掛けする構成と
されている。

【００４５】そして、リンク１９が回動されてセンサ部
８が後方に移動すると共に、リンク１９の回動角度に応
じて両ギヤが相対的に回動して歯付きベルトがギヤに巻
き取られる。そのため、センサ部８はリンク１９が回動
してもセンサ面３５が下方を向いた状態に保たれる。そ
のため、センサ部８内のセンサ面３５は、塗装ブースに
浮遊する塗料ミストの付着が防止され、光センサ３４か
らの検出光が塗料ミストにより遮断されることが防止さ
れる。

【００４６】この変形例２の構成では、両ギヤのギヤ比
を変更することにより、リンク１９の回動角に対するセ
ンサ部８の回動角を変更することができ、例えばリンク
１９が後方に回動されて停止したとき、センサ部８のセ
ンサ面３５が下方向いた状態で後方に傾斜するように動
作させることもできる。

【００４７】また、第１ギヤをモータで駆動する構成と
した場合、歯付きベルトを介してセンサ部８を自由に回
動させることが可能になる。この場合、上記変形例１の
ようにリンク１９先端のモータを無くせるため、リンク
１９の負担を軽減できる。 変形例３ また、変形例３としては、上記のようにセンサ部８をセ
ンサ面３５が下方を向いた状態に保つ手段が、リンク１
９とセンサ部８の側面又は上面に回転自在に連結された
軸とよりなり、重力を利用してセンサ部８のセンサ面３
５が下方を向くように支持する構成とされている。すな
わち、センサ部８の重心よりも上方でリンク１９の端部
の軸が軸承されるように連結させる。これにより、セン
サ部８は重力によりセンサ面３５が下方を向くように吊
下された状態に支持される。

【００４８】この場合、センサ面３５を下方に向いた状
態に保つ手段の部品点数が削減されて構成が簡略化され
ており、製造コストも安価に抑えられる。また、リンク
１９が回動されてもセンサ部８が安定してセンサ面３５
を下方に向いた状態となるようにするため、センサ部８
の底面に重りを装着する構成としても良い。

【００４９】

【発明の効果】上述の如く、請求項１の発明によれば、
リンクが変位したときでもセンサ部のセンサ面を下方に
向けた状態に保つことができるので、センサ面が汚れる
ことを防止できる。特に塗装ブースで位置検出を行うセ
ンサ部の場合、塗装ブースに浮遊する塗料ミストがセン
サ面に付着することを防止でき、センサ部による位置検
出精度を確保することができる。

【００５０】従って、請求項２の発明によれば、センサ
部を平行リンクにより支持してセンサ面を下方に向けた
状態に保ちながらセンサ部を移動させることができ、セ
ンサ面が汚れることを防止できると共に、機械的強度を
高めてセンサ部を安定的に保持することが可能になり、
位置検出精度をより高めて位置検出の信頼性を向上させ
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる工業用ロボットの一実施例を説明
するための斜視図である。

【図２】自動車用ボデーのドアをロボットが開く動作を
示す平面図である。

【図３】自動車用ボデーのドアにロボットのアーム先端
が係合された状態を示す斜視図である。

【図４】ドア係合ユニット、センサ部、平行リンク機構
を示す平面図である。

【図５】センサ部、平行リンク機構を示す側面図であ
る。

【図６】光センサによりガラス収納溝を検出する際の出
力信号を説明するための図である。

【図７】センサ部がドアから離間するように退避位置に
移動した状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 工業用ロボット ４ 第１アーム ５ 第２アーム ６ 手首部 ７ ドア係合ユニット ８ センサ部 ９ 係合ロッド １０ 平行リンク機構 １１ 自動車用ボデー １２ ドア １３ ガラス収納溝 １６ ロッド駆動用モータ １８ 平行リンク駆動用モータ １９ 第１のリンク ２２ 第２のリンク ３４ 光センサ ３５ センサ面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークに装着されたドアの係合位置を検
   出するセンサ部と、一端が該センサ部を支持し他端がア
   ーム先端に支持されたリンクと、位置検出後該センサ部
   がアーム先端から離間する方向に移動するように該リン
   クを変位させる駆動部とを有する工業用ロボットにおい
   て、 前記リンクが変位したときでも前記センサ部のセンサ面
   を下方に向けた状態に保つ手段を設けたことを特徴とす
   る工業用ロボット。
2. 【請求項２】 前記センサ面を下方に向けた状態に保つ
   手段は、前記リンクと平行に補助リンクを沿わせて平行
   リンクとしたことを特徴とする請求項１の工業用ロボッ
   ト。