WO2024095605A1

WO2024095605A1 - 機器支持ユニット、測定機器支持ユニットおよびロボットアーム制御装置

Info

Publication number: WO2024095605A1
Application number: PCT/JP2023/032482
Authority: WO
Inventors: 利裕久保; 利明鈴木
Original assignee: 興和株式会社
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2023-09-06
Publication date: 2024-05-10

Abstract

本発明の機器支持ユニットは、測定機器２が衝撃を受けたときは、Ｘ方向の衝撃に対しては、Ｘスライダ３２が移動するとともに、一対のショックアブソーバ３４により衝撃を緩やかに吸収する。また、Ｙ方向の衝撃に対しては、Ｙスライダ２１が移動するとともに、エアシリンダ２２により衝撃を緩やかに吸収する。

Description

機器支持ユニット、測定機器支持ユニットおよびロボットアーム制御装置

　この発明は、対象物に接触させた状態で当該対象物に作業をする機器を、ロボットアームの先端に支持するための機器支持ユニットと、同ユニットを測定機器に適用した測定機器支持ユニットと、同ユニットを搭載するロボットアームの制御装置に関する。

　例えば、自動車の生産ラインにおいて、ボディ表面に施された塗装の適否を検査するために、分光測色計（測定機器）を自動車（測定対象物）のボディ表面に押し当てて、塗装の状態（すなわち、仕様通りの色に仕上げられているか否か）を測定している。

　自動車の生産ラインは、ロボットアームを使用した自動化が高度な技術レベルで実現されていることは周知のとおりである（例えば、特許文献１を参照）。
　しかしながら、上述した分光測色計を用いたボディ表面の塗装検査に関しては、ロボットアームを使用した自動化が困難であった。すなわち、生産ラインを移動する自動車に対して、測定を実施している間、分光測色計をボディ表面に押し当てた状態を保持しなければならないが、その状態下で測定対象物である自動車が不規則に振動した場合、ボディ表面を分光測色計により傷つけてしまうおそれがあった。
　そのため、従来は、かかる塗装検査の工程は、作業員による手作業で実施されていた。

特開２０１４－１４０９４３号公報

　本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、移動する対象物に接触させた状態で当該対象物に作業をする機器を、ロボットアームの先端に支持して、当該機器による作業の自動化を実現することを目的とする。

　本発明に係る機器支持ユニットは、移動する対象物に接触させた状態で当該対象物に作業する機器を、ロボットアームの先端に支持するための機器支持ユニットであって、前記ロボットアームに装着される基部と、機器が取り付けられる機器取付部と、前記機器取付部に取り付けられた機器が外部から受ける衝撃を吸収するための緩衝機構と、を備え、前記緩衝機構は、前記機器が前記対象物に接触した状態において、前記対象物の移動方向に対して正逆方向に衝撃を吸収する第１の緩衝機構と、水平面上で前記対象物の移動方向と直交する方向に衝撃を吸収する第２の緩衝機構と、を含むことを特徴とする。

　また、本発明に係る測定機器支持ユニットは、移動する測定対象物に接触させた状態で当該測定対象物を測定する測定機器を、ロボットアームの先端に支持するための測定機器支持ユニットであって、前記ロボットアームに装着される基部と、測定機器が取り付けられる測定機器取付部と、前記測定機器取付部に取り付けられた測定機器が外部から受ける衝撃を吸収するための緩衝機構と、を備え、前記緩衝機構は、前記測定機器が前記測定対象物に接触した状態において、前記測定対象物の移動方向に対して正逆方向に衝撃を吸収する第１の緩衝機構と、水平面上で前記測定対象物の移動方向と直交する方向に衝撃を吸収する第２の緩衝機構と、を含むことを特徴とする。

　上述した本発明に係る測定機器支持ユニットは、前記基部に設けられ、前記第２の緩衝機構が衝撃を吸収する方向に移動自在な第２の移動部材と、前記第２の移動部材に支持され、かつ前記第１の緩衝機構が衝撃を吸収する方向に移動自在な第１の移動部材と、を備え、前記測定機器取付部は、前記第１の移動部材に支持され、前記第１の緩衝機構は、前記第１の移動部材と、当該第１の移動部材から受ける衝撃を吸収する第１の衝撃吸収部材と、を含み、前記第２の緩衝機構は、前記第２の移動部材と、当該第２の移動部材から受ける衝撃を吸収する第２の衝撃吸収部材と、を含み、且つ、前記第２の衝撃吸収部材は、前記第２の移動部材を移動させて前記測定機器取付部に取り付けられた測定機器を前記測定対象物に押し当てる機能も有する構成とすることができる。

　また、本発明に係るロボットアーム制御装置は、上述した構成の測定機器支持ユニットを搭載するロボットアームの制御装置であって、前記第１の緩衝機構にあらかじめ設定した範囲を超える衝撃が作用したことを検知する第１のセンサを備え、前記第１のセンサの検知に基づき前記ロボットアームを駆動して、前記測定機器を前記測定対象物から離間させる機能を有することを特徴とする。

　さらに、上述した本発明に係るロボットアーム制御装置は、前記測定対象物を挟んだ２箇所に、前記測定機器支持ユニットを搭載するロボットアームが設置され、それら各ロボットアームを制御する機能を有するロボットアーム制御装置であって、前記測定対象物を挟んだ２箇所にある前記第１のセンサの少なくとも一方が、前記第１の緩衝機構にあらかじめ設定した範囲を超える衝撃が作用したことを検知したとき、前記測定対象物を挟んだ２箇所にある各ロボットアームを駆動して、各ロボットアームの先端に装着された各測定機器を前記測定対象物から離間させる機能を有することを特徴とする。

　また、本発明に係るロボットアーム制御装置は、上述した構成の測定機器支持ユニットを搭載するロボットアームの制御装置であって、前記第２の緩衝機構にあらかじめ設定した範囲を超える衝撃が作用したことを検知する第２のセンサを備え、前記第２のセンサの検知に基づき前記ロボットアームを駆動して、前記測定機器を前記測定対象物から離間させる機能を有することを特徴とする。

　さらに、上述した本発明に係るロボットアーム制御装置は、前記測定対象物を挟んだ２箇所に、前記測定機器支持ユニットを搭載するロボットアームが設置され、それら各ロボットアームを制御する機能を有するロボットアーム制御装置であって、前記測定対象物を挟んだ２箇所にある前記第２のセンサの少なくとも一方が、前記第２の緩衝機構にあらかじめ設定した範囲を超える衝撃が作用したことを検知したとき、前記測定対象物を挟んだ２箇所にある各ロボットアームを駆動して、各ロボットアームの先端に装着された各測定機器を前記測定対象物から離間させる機能を有することを特徴とする。

　以上説明した本発明によれば、移動する測定対象物に接触させた状態で当該測定対象物を測定する測定機器を、ロボットアームの先端に支持して、且つ測定機器取付部が外部から受ける衝撃を緩衝機構が吸収する構成としたので、当該測定機器による検査の自動化を実現することができる。

本発明の実施形態に係る測定機器支持ユニットを使用して測定機器をロボットアームの先端に装着した状態を示す全体斜視図である。図１に示すロボットアーム、測定機器支持ユニット及び測定機器のセットを、測定対象物の搬送ラインを挟んだ２箇所に設置した状態を示す外観斜視図である。搬送ラインを移動する測定対象物に対する測定機器の動作を模式的に示す平面図である。本発明の実施形態に係る測定機器支持ユニットの構成を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る測定機器支持ユニットの構成を別の視点から見た斜視図である。図５に示す測定機器支持ユニットから測定機器取付部の一部を取り除いて示す斜視図である。本発明の実施形態に係るロボットアーム制御装置の概略構成を示すブロック図である。

１：測定機器支持ユニット、２：測定機器、２ａ：測定面、３：ロボットアーム、４：搬送ライン、５：測定対象物、
１０：基部、１１：締結部、
２０：Ｙ案内レール、２１：Ｙスライダ、２２：エアシリンダ、２２ａ：駆動ロッド、
３０：支持部材、３１：Ｘ案内レール、３２：Ｘスライダ、３３：起立部材、３４：ショックアブソーバ、３４ａ：伝達ロッド、
４０：測定機器取付部、４１：上部支持板、４２：下部支持板、４３：柱部材、４４：連結ブロック、
５０：コンプライアンスユニット、６０：制御部、６１：第１のセンサ、６２：第２のセンサ

　以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
　本実施形態では、例えば、生産ライン（搬送ライン）を移動してくる自動車（測定対象物）のボディ表面に施された塗装を、分光測色計（測定機器）により測定するのに好適な構成例を開示するが、本発明の用途はこれに限定されるものではない。

　図１に示すように、本実施形態に係る測定機器支持ユニット１は、測定機器２を取り付けた状態で、ロボットアーム３の先端に装着される。ロボットアーム３は、測定機器支持ユニット１を介して先端に装着された測定機器２を任意の方向に移動させる機能を有している。

　本実施形態では、図２に示すように、搬送ライン４を挟んだ２箇所にロボットアーム３を設置してある。各々のロボットアーム３の先端には、上述したとおり測定機器支持ユニット１を介して測定機器２が装着してある。

　そして、ロボットアーム３と測定機器支持ユニット１が協働して、図３に示すように、搬送ライン４を移動してくる測定対象物５に対して、搬送ライン４と直交する両方向から測定機器２の測定面２ａを接触させるとともに、搬送ライン４を移動する測定対象物５に測定機器２を追随させて接触状態を保持する構成となっている。測定機器２は、測定対象物５に接触した状態で測定を実施する。

　なお、本実施形態においては、図３に示すように、搬送ライン４に沿った測定対象物５の移動方向を「Ｘ方向」、水平面上で前記測定対象物５の移動方向と直交する方向を「Ｙ方向」とそれぞれ定義する。

　図４～図６は、本実施形態に係る測定機器支持ユニット１の構成を説明するための斜視図である。なお、図６は、図５に示す測定機器支持ユニット１から後述する測定機器取付部４０の一部を取り除いた状態を示している。

　測定機器支持ユニット１は、基部１０を備えている。基部１０は、長尺な金属製の板材で形成され、後端部にロボットアーム３への締結部１１が設けてある。この締結部１１をボルト等の締結具をもってロボットアーム３の先端に締結することで、測定機器支持ユニット１がロボットアーム３の先端に装着される。

　図６に示すように、基部１０には、長手方向にＹ方向への案内レール（Ｙ案内レール）２０が設けてあり、このＹ案内レール２０に沿ってＹスライダ２１が移動自在となっている。また、基部１０にはエアシリンダ２２（第２の衝撃吸収部材）が搭載してあり、このエアシリンダ２２から延出する駆動ロッド２２ａの先端が、Ｙスライダ２１と連結してある。これにより、駆動ロッド２２ａの作動に伴い、Ｙスライダ２１がＹ案内レール２０に沿ってＹ方向に移動する。

　さらに、Ｙスライダ２１には、同スライダを中心にＸ方向に延びる支持部材３０が搭載してあり、さらにこの支持部材３０にはＸ方向への案内レール（Ｘ案内レール）３１が設けてある（図６参照）。そして、このＸ案内レール３１に沿ってＸスライダ３２が移動自在となっている。また、支持部材３０の両端部には、起立部材３３を介して一対のショックアブソーバ３４（第１の衝撃吸収部材）がそれぞれ装着してある。

　図４及び図５に示すように、測定機器支持ユニット１は、測定機器取付部４０を備えている。この測定機器取付部４０は、基部１０を上下に挟んで上部支持板４１と下部支持板４２が配置され、これら上部支持板４１と下部支持板４２の四隅を４本の柱部材４３で連結した構成となっている。上部支持板４１の中央部は、Ｘスライダ３２に固定されている。したがって、測定機器取付部４０は、Ｘスライダ３２と一体にＸ案内レール３１に沿ってＸ方向へ移動自在となっている。
　さらに、一対のショックアブソーバ３４から延出する伝達ロッド３４ａが、上部支持板４１の中央部に設けた連結ブロック４４を挟むようにして両方向から連結してある。

　測定機器取付部４０における下部支持板４２の底面には、コンプライアンスユニット５０を介して、測定機器２が取り付けてある。コンプライアンスユニット５０は、芯ずれ補正ユニットとも称されるが、本実施形態では、測定機器２の測定面２ａをＹ方向に移動させて測定対象物５の表面に押し当てる際、測定機器２の測定面２ａに対して測定対象物５の表面が傾いていたとき、当該測定対象物５の表面に合わせて測定機器２の測定面２ａの向きを補正して面接触させる機能を有している。

　上述した構成の本実施形態に係る測定機器支持ユニット１において、Ｙ案内レール２０及びＹスライダ２１と、エアシリンダ２２は、水平面上で測定対象物５の移動方向と直交する方向に衝撃を吸収する「第２の緩衝機構」を構成している。さらに、Ｙ案内レール２０及びＹスライダ２１は、第２の緩衝機構が衝撃を吸収する方向に移動自在な「第２の移動部材」を構成している。

　また、Ｘ案内レール３１及びＸスライダ３２と、一対のショックアブソーバ３４は、測定機器２が測定対象物５に接触した状態において、測定対象物５の移動方向に対して正逆方向に衝撃を吸収する「第１の緩衝機構」を構成している。さらに、Ｘ案内レール３１及びＸスライダ３２は、第１の緩衝機構が衝撃を吸収する方向に移動自在な「第１の移動部材」を構成している。

　そして、これら第１、第２の緩衝機構は、測定機器取付部４０に取り付けられた測定機器２が外部から受ける衝撃を吸収するための「緩衝機構」を構成している。

　次に、上述した構成の本実施形態に係る測定機器支持ユニット１の作用を説明する。
　図３に示すように、搬送ライン４を移動してくる測定対象物５に対して、ロボットアーム３が駆動して測定機器２を測定対象物５の表面に接近させる。さらに、近接位置からエアシリンダ２２が駆動して、測定機器２をＹ方向に移動させて測定対象物５の表面に押し当てる。
　そして、接触状態を保持したまま、ロボットアーム３が測定対象物５に追随してＸ方向に移動する。この間に測定機器２による測定対象物５の表面に対する測定が実行される。

　ここで、測定機器２が測定対象物５の表面に接触したまま、測定対象物５に追随してＸ方向に移動している間に、測定対象物５が不規則に振動して測定機器２が衝撃を受けたときは、Ｘ方向の衝撃に対しては、Ｘスライダ３２が移動するとともに、一対のショックアブソーバ３４により衝撃を緩やかに吸収することで、測定対象物５と測定機器２は接触状態を保持することができるので、測定対象物５の損傷を回避することが可能となる。

　また、Ｙ方向の衝撃に対しては、Ｙスライダ２１が移動するとともに、エアシリンダ２２により衝撃を緩やかに吸収することで、測定対象物５に測定機器２から過大な反力が作用することを抑制できるので、測定対象物５の損傷を回避することが可能となる。

　このように、測定対象物５が不規則に振動して測定機器２が衝撃を受けたときに、その衝撃をショックアブソーバ３４やエアシリンダ２２によって吸収することで、測定対象物５の損傷を回避することが可能となり、その結果、測定機器２による検査の自動化を実現することができる。

　次に、図７を参照して、本実施形態に係るロボットアーム３制御装置を説明する。
　本実施形態では、一対のショックアブソーバ３４にそれぞれ第１のセンサ６１を組み込んである。第１のセンサ６１は、ショックアブソーバ３４にあらかじめ設定した範囲を超える衝撃が作用したことを検知する機能を有している。例えば、第１のセンサ６１は近接センサにより構成され、ショックアブソーバ３４の伝達ロッド３４ａが、あらかじめ設定した位置を越えて移動したとき、それを検知する。

　また、エアシリンダ２２にも、第２のセンサ６２を組み込んである。第２のセンサ６２は、エアシリンダ２２にあらかじめ設定した範囲を超える衝撃が作用したことを検知する機能を有している。例えば、第２のセンサ６２も近接センサにより構成され、エアシリンダ２２の駆動ロッド２２ａが、あらかじめ設定した位置を越えて移動したとき、それを検知する。

　ロボットアーム３に制御指令を出力する制御部６０は、第１のセンサ６１から検知信号を入力したとき、ロボットアーム３を駆動して、同ロボットアーム３の先端に装着された測定機器２を測定対象物５から離間させる。これにより、ショックアブソーバ３４では吸収しきれない衝撃を測定機器２が受けたときには、速やかに測定機器２を測定対象物５から離間させることで、測定対象物５の損傷を回避することが可能となる。

　また、制御部６０は、第２のセンサ６２から検知信号を入力したとき、ロボットアーム３を駆動して、同ロボットアーム３に装着された測定機器２を測定対象物５から離間させる。これにより、エアシリンダ２２では吸収しきれない衝撃を測定機器２が受けたときには、速やかに測定機器２を測定対象物５から離間させることで、測定対象物５の損傷を回避することが可能となる。

　さらに、本実施形態に係るロボットアーム制御装置は、図２に示すように搬送ライン４を挟んだ２箇所に設置したロボットアーム３に対して、測定対象物５を挟んだ２箇所にある第１のセンサ６１の少なくとも一方から検知信号を入力したとき、各ロボットアーム３を駆動して、各ロボットアーム３の先端に装着された各測定機器２を、測定対象物５から離間させる構成となっている。

　同様に、搬送ライン４を挟んだ２箇所に設置したロボットアーム３に対して、測定対象物５を挟んだ２箇所にある第２のセンサ６２の少なくとも一方から検知信号を入力したとき、各ロボットアーム３を駆動して、各ロボットアーム３の先端に装着された各測定機器２を、測定対象物５から離間させる構成となっている。

　このように、いずれかのセンサから検知信号を入力したとき、各ロボットアーム３を駆動して、各測定機器２を測定対象物５から離間させることで、測定対象物５の損傷回避の安全性をいっそう高めることが可能となる。

　なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施や応用実施が可能なことは勿論である。
　本発明が、自動車のボディ表面に施された塗装を分光測色計により測定する用途に限定されるものでないことは既述したとおりである。
　さらに、支持する対象機器は、測定機器に限定されず、対象物に接触させた状態で当該対象物に作業をする種々の機器を支持対象とすることができる。例えば、搬送ラインを移動してくる対象物に接触して追従しながら各種作業（接着剤や塗料を局所的に塗布したり、パーツの組付けや作動検査など）を行う機器に適用してもよい。

Claims

移動する対象物に接触させた状態で当該対象物に作業をする機器を、ロボットアームの先端に支持するための機器支持ユニットであって、
　前記ロボットアームに装着される基部と、機器が取り付けられる機器取付部と、前記機器取付部に取り付けられた機器が外部から受ける衝撃を吸収するための緩衝機構と、を備え、
　前記緩衝機構は、前記機器が前記対象物に接触した状態において、前記対象物の移動方向に対して正逆方向に衝撃を吸収する第１の緩衝機構と、水平面上で前記対象物の移動方向と直交する方向に衝撃を吸収する第２の緩衝機構と、を含むことを特徴とする機器支持ユニット。
移動する測定対象物に接触させた状態で当該測定対象物を測定する測定機器を、ロボットアームの先端に支持するための測定機器支持ユニットであって、
　前記ロボットアームに装着される基部と、測定機器が取り付けられる測定機器取付部と、前記測定機器取付部に取り付けられた測定機器が外部から受ける衝撃を吸収するための緩衝機構と、を備え、
　前記緩衝機構は、前記測定機器が前記測定対象物に接触した状態において、前記測定対象物の移動方向に対して正逆方向に衝撃を吸収する第１の緩衝機構と、水平面上で前記測定対象物の移動方向と直交する方向に衝撃を吸収する第２の緩衝機構と、を含むことを特徴とする測定機器支持ユニット。
前記基部に設けられ、前記第２の緩衝機構が衝撃を吸収する方向に移動自在な第２の移動部材と、
　前記第２の移動部材に支持され、かつ前記第１の緩衝機構が衝撃を吸収する方向に移動自在な第１の移動部材と、を備え、
　前記測定機器取付部は、前記第１の移動部材に支持され、
　前記第１の緩衝機構は、前記第１の移動部材と、当該第１の移動部材から受ける衝撃を吸収する第１の衝撃吸収部材と、を含み、
　前記第２の緩衝機構は、前記第２の移動部材と、当該第２の移動部材から受ける衝撃を吸収する第２の衝撃吸収部材と、を含み、
　且つ、前記第２の衝撃吸収部材は、前記第２の移動部材を移動させて前記測定機器取付部に取り付けられた測定機器を前記測定対象物に押し当てる機能も有していることを特徴とする請求項２に記載の測定機器支持ユニット。
請求項３に記載の測定機器支持ユニットを搭載するロボットアームの制御装置であって、
　前記第１の緩衝機構にあらかじめ設定した範囲を超える衝撃が作用したことを検知する第１のセンサを備え、
　前記第１のセンサの検知に基づき前記ロボットアームを駆動して、前記測定機器を前記測定対象物から離間させる機能を有することを特徴とするロボットアーム制御装置。
請求項３に記載の測定機器支持ユニットを搭載するロボットアームの制御装置であって、
　前記第２の緩衝機構にあらかじめ設定した範囲を超える衝撃が作用したことを検知する第２のセンサを備え、
　前記第２のセンサの検知に基づき前記ロボットアームを駆動して、前記測定機器を前記測定対象物から離間させる機能を有することを特徴とするロボットアーム制御装置。
前記測定対象物を挟んだ２箇所に、前記測定機器支持ユニットを搭載するロボットアームが設置され、それら各ロボットアームを制御する機能を有することを特徴とする請求項４に記載のロボットアーム制御装置であって、
　前記測定対象物を挟んだ２箇所にある前記第１のセンサの少なくとも一方が、前記第１の緩衝機構にあらかじめ設定した範囲を超える衝撃が作用したことを検知したとき、前記測定対象物を挟んだ２箇所にある各ロボットアームを駆動して、各ロボットアームの先端に装着された各測定機器を前記測定対象物から離間させる機能を有することを特徴とするロボットアーム制御装置。
前記測定対象物を挟んだ２箇所に、前記測定機器支持ユニットを搭載するロボットアームが設置され、それら各ロボットアームを制御する機能を有する請求項４に記載のロボットアーム制御装置であって、
　前記測定対象物を挟んだ２箇所にある前記第２のセンサの少なくとも一方が、前記第２の緩衝機構にあらかじめ設定した範囲を超える衝撃が作用したことを検知したとき、前記測定対象物を挟んだ２箇所にある各ロボットアームを駆動して、各ロボットアームの先端に装着された各測定機器を前記測定対象物から離間させる機能を有することを特徴とするロボットアーム制御装置。