JPH11123690A - 多関節形ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 腕等がアーム間に挟まれることを未然に防止
し、対人的な安全性の向上を図る。 【解決手段】 複数のアーム６，８，１０，１２，１
３，１４を、モータを駆動源とした関節Ｊ１〜Ｊ６によ
り連結してロボット本体部３を構成する。ロボットコン
トローラは、旋回関節である第２関節Ｊ２及び第３関節
Ｊ３に関して、夫々、連結されたアーム間の角度が所定
の狭角（作業者の腕が挟まれる虞のない角度である６０
度）以上を維持するように、それらの回動範囲を規制す
る。第２関節Ｊ２及び第３関節Ｊ３部分に、回動範囲を
機械的に規制するためのメカストッパを設ける。第２ア
ーム８を「く」の字状の屈曲形状とすることにより、ロ
ボット本体部３の必要な動作範囲を確保しながら、第２
アーム８と第３アーム１０との間のなす角度を６０度以
上に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の旋回又は回
転関節により連結されたアームを有する多関節形ロボッ
トに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】各種の製造ライン等に
用いられる産業用ロボットは、例えば安全柵等によって
囲まれ、作業者等の人とは隔離された状態で使用される
ことが一般的であった。また、そのアームの形状等は、
ロボットの所定の動作範囲を得るべく設計されており、
安全性の観点からその形状を検討することはなかった。

【０００３】ところが、近年、この種の産業用ロボット
を応用するにあたって、例えば製造ライン内で自走式の
搬送用ロボットを作業者と共存させるといったことが重
要視されてきており、対人的な安全性の確保が要望され
るようになってきている。特に、多関節ロボットにおい
ては、作業者の腕等がアーム間に挟まれるといった問題
が考えられ、そのような事態を未然に防止できるような
安全対策が望まれるのである。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、人の腕等がアーム間に挟まれることを
未然に防止でき、対人的な安全性の向上を図ることがで
きる多関節形ロボットを提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の多関節形ロボッ
トは、複数の旋回又は回転関節により連結されたアーム
を有するものにあって、前記旋回関節により連結された
アーム間の角度が、所定の狭角以上を維持するようにそ
の旋回関節の回動範囲を規制する回動範囲規制手段を備
えるところに特徴を有する（請求項１の発明）。

【０００６】これによれば、例えば第（ｎ−１）軸のア
ームに対して第ｎ軸の旋回関節により連結された第ｎ軸
のアームは、第（ｎ−１）軸のアームに対して旋回され
るのであるが、その際の回動範囲が、回動範囲規制手段
により、それらアーム間のなす角度が所定の狭角以上を
維持するように規制される。従って、第ｎ軸のアームの
動作中に、その第ｎ軸のアームと第（ｎ−１）軸のアー
ムとのなす角度が、所定の狭角を下回った狭い角度とな
ることがなくなり、作業者等がアーム間に挟まれるとい
ったことを未然に防止することができ、この結果、対人
的な安全性の向上を図ることができるものである。

【０００７】この場合、前記回動範囲規制手段を、旋回
関節の回動角度を検出する角度検出手段と、その角度検
出手段により検出された回動角度が所定範囲を越えると
きにその旋回関節の動作を禁止する禁止手段とを備えて
構成することができる（請求項２の発明）。これによれ
ば、角度検出手段の検出に基づいて旋回関節の回動範囲
を確実に規制することができるようになる。

【０００８】また、前記回動範囲規制手段を、ソフトウ
エア的に構成するだけでなく、（旋回関節の回動範囲を
機械的に規制するメカストッパを含んで構成するように
しても良い（請求項３の発明）。これによれば、旋回関
節の回動角度が機械的に規制されるので、例えばソフト
ウエア的な制御がきかなくなった異常時においても、安
全性を維持することが可能となる。

【０００９】ところで、上述のように、旋回関節により
旋回されるアームの回動範囲を規制することは、ロボッ
トとしての動作範囲の減少につながることになる。そこ
で、アームを直線形状に構成することに代えて、屈曲形
状に構成することにより（請求項４の発明）、アームの
先端を直線形状の場合と変わらない所望位置に位置させ
ながらも、アーム間の角度を大きくとることが可能とな
り、以て動作範囲を確保することが可能となるのであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、例えばワークの
搬送作業を実行する自走式ロボットに適用した一実施例
について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実
施例に係る多関節形ロボットである自走式ロボット１の
外観を概略的に示している。この自走式ロボット１は、
無人搬送台車（ＡＧＶ）２に、多関節形ロボット本体部
３を搭載して構成されている。図示はしないが、この自
走式ロボット１は、例えば自動車用部品の組立ライン内
において、所定の走行路を移動し、走行路に沿う複数の
設備間にてワークの搬送（受け渡し）を行うようになっ
ている。

【００１１】前記無人搬送台車２（以下単に「搬送台車
２」と称する）は、ほぼ矩形箱状をなす本体２ａの底部
に複数の車輪４（一部のみ図示）を有して構成され、ま
た、前記本体２ａの上面部にワークが載置される作業台
２ｂを有している。図示はしないが、前記本体２ａ内に
は、前記車輪４を駆動して走行路を走行させる駆動機構
や、その駆動機構を制御する走行用コントローラ等が設
けられている。そして、この搬送台車２上（作業台２ｂ
の図で左端寄り部位）に、前記ロボット本体部３が搭載
されている。

【００１２】このロボット本体部３は、図２にも示すよ
うに、この場合６軸（６自由度）を有するアームの先端
に、前記ワークを把持するための図示しないハンドを装
着して構成される。具体的には、前記搬送台車２上に固
定されるベース５上には、回転関節からなる第１関節Ｊ
１を介して上方に延びる第１アーム６が連結されてい
る。前記第１関節Ｊ１は、第１軸モータ７（図４にのみ
図示）の駆動により、前記第１アーム６を垂直軸回りに
同軸回転させるように構成されている。

【００１３】前記第１アーム６の上端部には、旋回関節
からなる第２関節Ｊ２を介して第２アーム８が連結され
ている。前記第２関節Ｊ２は、第２軸モータ９（図４に
のみ図示）の駆動により、前記第２アーム８を水平方向
（図で前後方向）に延びる軸を中心に旋回（回動）させ
るように構成されている。前記第２アーム８は図で上方
に延びて設けられるのであるが、このとき、本実施例で
は、この第２アーム８は、ロボット本体部３の動作範囲
を確保すべく「く」の字状に屈曲した形状をなしてい
る。

【００１４】また、この第２アーム８の先端部には、旋
回関節からなる第３関節Ｊ３を介して第３アーム１０が
連結されている。前記第３関節Ｊ３は、第３軸モータ１
１（図４にのみ図示）の駆動により、前記第３アーム１
０を水平方向（図で前後方向）に延びる軸を中心に旋回
（回動）させるように構成されている。この第３アーム
１０は、図１で右方に直線状に延びる形状に構成されて
いる。

【００１５】さらに、この第３アーム１０の先端部に
は、回転関節からなる第４関節Ｊ４を介して第４アーム
１２が連結されており、この第４アームの先端には、旋
回関節からなる第５関節Ｊ５を介して第５アーム１３が
連結され、第５アーム１３の先端には、回転関節からな
る第６関節Ｊ６を介して第６アーム１４が連結されてい
る。

【００１６】前記第４関節Ｊ４は、第４軸モータ１５
（図４参照）の駆動により、前記第４アーム１２を同軸
回転させ、第５関節Ｊ５は、第５軸モータ１６（図４参
照）の駆動により、前記第５アーム１３を旋回させ、第
６関節Ｊ６は、第６軸モータ１７（図４参照）の駆動に
より、前記第６アーム１４を同軸回転させるように構成
されている。第６アーム１４の先端にハンドが装着され
るようになっている。

【００１７】そして、このように構成されたロボット本
体部３（各軸モータ７，９，１１，１５，１６，１７）
は、前記搬送台車２の本体２ａ内に配設されたマイコン
等からなるロボットコントローラ１８（図４にのみ図
示）により制御されるようになっている。このとき、図
４に示すように、各軸モータ７，９，１１，１５，１
６，１７には夫々モータの回転角度を検出するエンコー
ダ１９が添設されており、このエンコーダ１９の検出信
号が前記ロボットコントローラ１８に入力されるように
なっている。これにより、エンコーダ１９が角度検出手
段として機能し、ロボットコントローラ１８は、各関節
Ｊ１〜Ｊ６の回動角度を認知することができるようにな
っている。尚、このロボットコントローラ１８には、テ
ィーチング用の操作ボックス（ペンダント）２０が接続
されている。

【００１８】さて、後の作用説明でも述べるように、前
記ロボットコントローラ１８は、そのソフトウエア的構
成により、アームの動作時に、前記関節Ｊ１〜Ｊ６のう
ち、旋回関節である第２関節Ｊ２及び第３関節Ｊ３（第
２軸モータ９及び第３軸モータ１１）に関しては、夫
々、連結されたアーム間の角度が所定の狭角（例えば作
業者の腕が挟まれる虞のない角度、この場合６０度）以
上を維持するように、それらの回動範囲を規制するよう
になっている。従って、このロボットコントローラ１８
が、回動範囲規制手段あるいは禁止手段として機能する
ようになっている。尚、第５関節Ｊ５（第５アーム１
３）に関しては、元々回動範囲が狭いので、そのような
制御を行う必要はないものとなっている。

【００１９】ところで、このとき、第３関節Ｊ３により
旋回される第３アーム１０の回動範囲を規制すること
は、ロボット本体部３としての動作範囲の減少につなが
ることになる。ところが、本実施例では、上述のように
第２アーム８を、「く」の字状の屈曲形状としたことに
より、第３アーム１０の先端を所望位置に位置させなが
らも、アーム８，１０間の角度を大きくとることが可能
となり、以て、図２に示すように、ロボット本体部３の
必要な動作範囲（アーム先端の移動可能範囲）Ｅが確保
されるようになっているのである。

【００２０】さらに、本実施例では、前記第２関節Ｊ２
及び第３関節Ｊ３部分には、夫々それら第２関節Ｊ２及
び第３関節Ｊ３の回動範囲を機械的に規制するためのメ
カストッパが設けられている。図３は、第２関節Ｊ２部
分に設けられるメカストッパ２１の構成を概略的に示し
ており、ここで、第１アーム６の上端部は、第２アーム
８の基端部を前後両側から挟むようなブラケット状をな
しており、第２アーム８の基端部が、回転軸２２により
回転可能に取付けられている。そして、前記メカストッ
パ２１は、第２アーム８側に設けられた可動側ストッパ
部材２１ａと、第１アーム６側に設けられた固定側スト
ッパ部材２１ｂとから構成される。

【００２１】このうち可動側ストッパ部材２１ａは、第
２アーム８の回転軸２２の周囲部分に設けられ、円弧状
（扇形）のブロック状をなしている。一方、前記固定側
ストッパ部材２１ｂは、前記第１アーム６の上端部の内
面に設けられ、前記可動側ストッパ部材２１ａの回動軌
跡に位置して、やはり円弧状のブロック状をなしてい
る。

【００２２】これにて、可動側ストッパ部材２１ａの端
面部が、固定側ストッパ部材２１ｂに端面部に当接する
ことによって、第２アーム８の回動範囲が所定の角度範
囲に規制されるのである。この場合、メカストッパ２１
により規制される回動範囲は、前記ロボットコントロー
ラ１８により規制される回動範囲よりも若干（例えば双
方に２〜３度程度）だけ大きく構成されている。尚、図
示は省略するが、第３関節Ｊ３部分にも同様のメカスト
ッパが設けられているのである。

【００２３】次に、上記構成の作用について、図５も参
照して述べる。上記した自走式ロボット１によりワーク
の搬送作業を行うにあたっては、まず、オペレータによ
るティーチング作業が行われる。このティーチング作業
は、搬送台車２が走行路上の所定位置（設備の近傍）に
停止した状態で、オペレータがティーチング用の操作ボ
ックス２０を操作してロボット本体部３（アーム）を手
動操作することにより行われる。ロボットコントローラ
１８は、そのティーチングデータを取込んで動作データ
を生成するようになっている。

【００２４】このティーチング時においては、操作ボッ
クス２０の操作に基づいて、ロボットコントローラ１８
が各軸モータ７，９，１１，１５，１６，１７を制御し
てアームを動作させるのであるが、このとき、上述のよ
うに、第２関節Ｊ２及び第３関節Ｊ３（第２軸モータ９
及び第３軸モータ１１）に関しては、それらの回動範囲
を規制するようになっている。この回動範囲の規制は、
図５のフローチャートに従って行われるようになってい
る。

【００２５】即ち、ロボット本体部３に対する動作指令
が入力されると（ステップＳ１）、次のステップＳ２に
て、第２関節Ｊ２の回動角度が所定範囲内であるかどう
かが判断される。この回動角度とは、例えば図２に示す
ように、第２関節Ｊ２から上方に延びる垂線Ｌ１に対す
る、第２アーム８の延びる方向（第２関節Ｊ２と第３関
節Ｊ３とを結ぶ仮想線Ｌ２）のなす角度を言い、垂線Ｌ
１に一致したところが角度０度であり、図２で時計回り
方向を＋方向、反時計回り方向を−方向として規定され
る。この場合、所定範囲は、−６０度以上、９０度以下
に設定されている。

【００２６】第２関節Ｊ２の回動角度が所定範囲内であ
れば（ステップＳ２にてＹｅｓ）、次のステップＳ３に
て、第２関節Ｊ２の回動角度が所定範囲内であるかどう
かが判断される。この回動角度は、図２に示すように、
前記仮想線Ｌ２を先端側に延長した線を０度とし、それ
に対し第３アーム１０の延びる方向（仮想線Ｌ３）のな
す角度を言い、この場合、０度以上、１５０度以下に設
定されている。第３関節Ｊ３の回動角度が所定範囲内で
あれば（ステップＳ３にてＹｅｓ）、アームの動作が行
われる（ステップＳ４）。

【００２７】これに対し、第２関節Ｊ２の回動角度が所
定範囲を越えるとき（ステップＳ２にてＮｏ）、あるい
は、第３関節Ｊ３の回動角度が所定範囲を越えるとき
（ステップＳ３にてＮｏ）には、次のステップＳ５に
て、アームの動作が禁止されると共に、エラー報知がな
されるのである。尚、あらためて図示はしないが、上記
した回動範囲の規制の制御は、ティーチング時だけでな
く、実際の作業時にも実行されるようになっている。

【００２８】これにより、第１アーム６と第２アーム８
とのなす角度が、所定の狭角（６０度）以上に維持さ
れ、また、第２アーム８と第３アーム１０とのなす角度
も、同様に所定の狭角（６０度）以上に維持されるので
ある。図２には、第２関節Ｊ２の回動角度が−方向最大
の−６０度のときの第２アーム８の位置、及び、そのと
きに第３関節Ｊ３の回動角度が＋方向最大の１５０度の
ときの第３アーム１０の位置を想像線で示している。第
２関節Ｊ２の回動角度が−６０度のときの第１アーム６
と第２アーム８とのなす角度θ１は６０度以上が確保さ
れ、また、第３関節Ｊ３の回動角度が１２０度のときの
第２アーム８と第３アーム１０とのなす角度θ２も、６
０度以上が確保されるのである。

【００２９】このとき、第２アーム８と第３アーム１０
とのなす角度θ２については、上述のように、第２アー
ム８を「く」の字状の屈曲形状としたことにより、６０
度以上を確保することができるようになっている。これ
にて、第３関節Ｊ３（第３アーム１０）の回動範囲を大
きくとることができ、ロボット本体部３の必要な動作範
囲（アーム先端の移動可能範囲）Ｅが確保されるのであ
る。

【００３０】しかして、万一、ロボットコントローラ１
８に異常などが発生すると、上述の回動範囲の規制の制
御がきかなくなってしまうことが考えられる。ところ
が、本実施例では、第２関節Ｊ２及び第３関節Ｊ３部分
には、回動範囲を機械的に規制するためのメカストッパ
２１が設けられているので、第１アーム６と第２アーム
８との間の角度、及び、第２アーム８と第３アーム１０
との間の角度が、狭い角度となることを防止することが
できるのである。

【００３１】このように本実施例によれば、ロボット本
体部３の動作時に、第２関節Ｊ２及び第３関節Ｊ３の回
動範囲を夫々所定の範囲に規制するように構成したの
で、第１アーム６と第２アーム８との間の角度、及び、
第２アーム８と第３アーム１０との間の角度が所定の狭
角（６０度）を下回った狭い角度となることがなくな
る。従って、製造ライン内で自走式ロボット１を作業者
と共存させる事情があっても、作業者等がアーム間に挟
まれるといったことを未然に防止することができ、対人
的な安全性の向上を図ることができるという優れた実用
的効果を得ることができる。

【００３２】しかも、本実施例では、第２アーム８を屈
曲形状としたことにより、安全性を確保しながらも、ロ
ボット本体部３の必要な動作範囲Ｅを確保することがで
きる。さらに、特に本実施例では、回動範囲を機械的に
規制するためのメカストッパ２１を設けたので、いわば
二重の安全対策が施されることになり、安全性に対する
信頼性をより高いものとすることができるものである。

【００３３】尚、本発明は上記した実施例に限定される
ものではなく、例えば自走式に限らず固定位置で各種の
作業を行うロボットに本発明を適用することができ、こ
のとき６軸に限らず多関節形ロボット全般に適用するこ
とができる。さらには、アームが直線状であっても所要
の動作範囲を確保できる場合には、屈曲形状とする必要
はなく、またメカストッパについては必要に応じて設け
れば良く、その細部の構成についても種々の変形が可能
である等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施
し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、自走式ロボッ
トの概略的正面図

【図２】動作範囲を示すロボット本体の正面図

【図３】第２関節のメカストッパ部分を概略的に示す斜
視図

【図４】電気的構成を示すブロック図

【図５】回動範囲の規制のルーチンを示すフローチャー
ト

【符号の説明】

図面中、１は自走式ロボット（多関節形ロボット）、２
は無人搬送台車、３はロボット本体部、６，８，１０，
１２，１３，１４はアーム、７，９，１１，１５，１
６，１７はモータ、１８はロボットコントローラ（回動
範囲規制手段，禁止手段）、１９はエンコーダ（角度検
出手段）、２１はメカストッパ、Ｊ１〜Ｊ６は関節を示
す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の旋回又は回転関節により連結され
   たアームを有する多関節形ロボットにおいて、 前記旋回関節により連結されたアーム間の角度が、所定
   の狭角以上を維持するように該旋回関節の回動範囲を規
   制する回動範囲規制手段を備えることを特徴とする多関
   節形ロボット。
2. 【請求項２】 前記回動範囲規制手段は、前記旋回関節
   の回動角度を検出する角度検出手段と、その角度検出手
   段により検出された回動角度が所定範囲を越えるときに
   該旋回関節の動作を禁止する禁止手段とを備えて構成さ
   れることを特徴とする請求項１記載の多関節形ロボッ
   ト。
3. 【請求項３】 前記回動範囲規制手段は、前記旋回関節
   の回動範囲を機械的に規制するメカストッパを含んで構
   成されることを特徴とする請求項１又は２記載の多関節
   形ロボット。
4. 【請求項４】 前記旋回関節により回動されるアームを
   屈曲形状に構成することにより、動作範囲を確保するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   に記載の多関節形ロボット。