JP2010162666A - 多関節ロボットおよびそれを用いたロボットシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水平面内を旋回するリンク機構5の先端に3次元空間を自在に移動可能なロボット1を備えた多関節ロボットであって、前記ロボット1が双腕ロボット1から構成されるものである。
【選択図】図1
Description
また一方で、ロボットを用いて自動車部品などを塗装するロボットでも、設置面積を小さくするニーズがあり、旋回機能を備えたリンク機構に塗装ロボットを載置したロボットシステムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このようなリンク構成を用いることにより、走行台車をなくすこと可能となる。
また、リンク機構上に塗装ロボットを備えたシステムでは、リンク機構を用いることにより、レイアウトの変更や高密度配置は実現できると考えられるが、リンク機構上に単に塗装ロボットを配置した構成であるので、重量はロボット2台分となり、軽量化できないために、設置するには特別な設備が必要となるといった問題が生じていた。また、塗装ロボットに沿って塗装ガンへの供給線が備えられているので、密集配置した場合には、供給線が引っ掛けられたりして断線を起こすことがあるといった問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、空間的に自由に移動することができる旋回ユニット搭載ロボットを用い、軽量化され密集配置に適した多関節ロボットおよびそれを用いたロボットシステム提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、水平面内を旋回するリンク機構の先端に3次元空間を自在に移動可能なロボットを備えた多関節ロボットであって、前記ロボットが双腕ロボットから構成されるものである。
また、請求項2に記載の発明は、前記リンク機構の先端に備えられた前記ロボットの胴体が、前記双腕ロボットの両腕が取り付けられる筐体と前記双腕ロボットを旋回するアクチュエータを格納する筐体を兼ね備えたものである。
また、請求項3に記載の発明は、水平面内を旋回するリンク機構の先端に3次元空間を自在に移動可能なロボットを備えた多関節ロボットであって、前記リンク機構および前記ロボットへ供給されるケーブルが、前記リンク機構および前記ロボットを駆動する減速機の中空部を通じて前記ロボットの手首軸まで供給されるものである。
また、請求項4に記載の発明は、前記リンク機構は、少なくとも第1旋回フレームと、前記第1旋回フレームに支持され回転する第2旋回フレームとから構成されたものである。
また、請求項5に記載の発明は、前記ロボットが、双腕ロボットであり、前記双腕ロボットのアーム構成が冗長軸を有する7軸構成であるものである。
また、請求項6に記載の発明は、水平面内を旋回するリンク機構の先端に3次元空間を自在に移動可能なロボットから構成された多関節ロボットを備え、操作されるワークとの間に搬送機器が配置されたものである。
また、請求項7に記載の発明は、前記多関節ロボットが双腕ロボットからなり、前記搬送機器上を通過して、前記ワークを操作するものである。
また、請求項8に記載の発明は、前記搬送機器が、前記ワークの移動方向に関して平行に少なくとも2つが備えられ、前記リンク機構の第2旋回フレームの長さは、前記搬送機器の長さに介在する前記搬送機器の本数を掛け合わせた長さよりも長くするものである。
また、請求項2に記載の発明によると、双腕ロボットの胴体が、双腕ロボットの両腕が取り付けられる筐体と双腕ロボットを旋回するアクチュエータを格納する筐体を兼ね備えたことにより、双腕ロボットの基台をなくすることで多関節ロボットを軽量化することが可能となる。
本発明が従来技術と異なる部分は、ロボットの移動手段が水平多関節ロボットに搭載された部分である。
基台8に第1旋回フレーム2の一端が回転自在に設置され、旋回フレーム2の他端には、第2旋回フレーム3の一端が回転自在に設置され、第2旋回フレーム3の他端には、双腕ロボット1が配置されている。第1旋回フレーム2および第2旋回フレーム3が基台8を中心として旋回し、双腕ロボット1が所定の位置へ移動される。
基台8は、図示しないフロアに固設されている。尚、基台8は図示しないワークの移動方向に走行軸を有する可動テーブルなどに固設して、可動テーブルとともに移動可能に構成しても良い。
基台8は第1旋回フレーム2を回転可能に支持しており、第1旋回フレーム2はモータ12および減速機によって基台に対して図中の軸S1Jを回転軸として回転(旋回)し、第2旋回フレーム3を回転可能に支持しており、第2旋回フレーム3はモータ13および減速機によって第1旋回フレーム2に対して図中の軸S2Jを回転軸として回転(旋回)し、胴体4を回転可能に支持しており、胴体4は、胴体4に内蔵される図示しないモータおよび減速機によって第2旋回フレーム3に対して図中の軸S3Jを回転軸として回転(旋回)するように構成されている。第1旋回フレーム2および第2旋回フレーム3に用いられる減速機は、差動減速機などから構成された中空減速機であり、ケーブルが不図示の中空シャフトを通じて双腕ロボットに電力線および信号線等のケーブルが供給されている。
また、第1旋回フレーム2、第2旋回フレーム3、胴体4は旋回ユニット5(ロボット)として様々な姿勢をとるようになっている。
胴体4の左右には2本のアーム6、7が設けられている。各アームは多関節のロボットで構成されている。アクチュエータによって旋回駆動して様々な姿勢をとるようになっている。
このように、双腕ロボット1の胴体4に第2旋回フレーム3に対して旋回するアクチュエータを備え、2本のアームを備える基台と旋回軸を兼用することで、従来あったロボット専用基台をなくすことで軽量化することが可能となる。
また、本実施形態では、旋回ユニット5、アーム6及びアーム7の3つをコントローラ10で協調して制御するようになっており、3つのロボットを協働させて精度が高く多様な作業を行えるようになっている。
図3に示すように、アーム6は、その骨格をなすフレームR1F、フレームR2F、フレームR3F、フレームR4F、フレームR5F及びフレームR6Fの6個のフレーム部材を備えている。
また、図2、図3に示すように、アーム6は、アクチュエータR1A、アクチュエータR2A、アクチュエータR3A、アクチュエータR4A、アクチュエータR5A、アクチュエータR6A及びアクチュエータR7Aの7個のアクチュエータを備えている。そして、胴体4及び各フレーム部材はそれぞれ各アクチュエータを介して直列に連結されている。
なお、サーボモータは内部にエンコーダを有しており、コントローラ10によって動作を制御されるとともにサーボモータの回転角度をコントローラ10に送信するようになっている。
各アクチュエータR1A〜R7Aは、アクチュエータの位置よりもアーム(右腕)6の先端側にあるフレーム、アクチュエータ、エンドエフェクタ及びエンドエフェクタで支持するワークや工具などの重量(可搬重量)を重力に抗して支持できるように出力性能が設定されている。
したがって、各アクチュエータR1A〜R7Aの出力性能はアームの先端側(エンドエフェクタ側)のアクチュエータほど小さくなっているか、または胴体4側の直前のアクチュエータと同等となっている。
また、アクチュエータR1A〜R7Aは出力性能が高いもの程サイズが大きくなるため、各アクチュエータR1A〜R7Aのサイズはアームの先端側(エンドエフェクタ側)のアクチュエータほど小さくなっているか、または胴体4側の直前のアクチュエータと同等となっている。
各アクチュエータR1A〜R7Aの中空穴7は、それぞれ、各アクチュエータR1A〜R7A用の動力ケーブル及び信号ケーブルが挿通され、胴体4の内部へと配線されている。
また、後述するエンドエフェクタの種類によってはエンドエフェクタが用いる流体用の管や、エンドエフェクタ自身の動力ケーブル、信号ケーブルも中空穴11を通じて配線されるようになっている。
エンドエフェクタは、ワークを掴み離しして持ち運びするハンドリング用のハンド、Tig溶接やアーク溶接用の溶接トーチ、スポット溶接用のガン、及び、流体塗料を噴射する塗装ガンなどであり、エンドエフェクタ取付部R7Eには用途に応じた種々のエンドエフェクタが取り付け可能となっている。
アクチュエータR2AはフレームR1Fの先端部に取り付けられており、フレームR1Fに支持されている。また、アクチュエータR2Aの出力軸R2Jは出力軸R1Jに対して直交するように配向されており、フレームR2Fの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータR2Aが回転駆動することによりフレームR2Fが出力軸R2Jを回転軸として旋回するように支持されている。
アクチュエータR4AはフレームR3Fの先端部に取り付けられており、フレームR3Fに支持されている。また、アクチュエータR4Aの出力軸R4Jは出力軸R3Jに対して直交するように配向されており、フレームR4Fの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータR4Aが回転駆動することによりフレームR4Fが出力軸R4Jを回転軸として旋回するように支持されている。
アクチュエータR6AはフレームR5Fの先端部に取り付けられており、フレームR5Fに支持されている。また、アクチュエータR6Aの出力軸R6Jは出力軸R5Jに対して直交するように配向されており、フレームR6Fの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータR6Aが回転駆動することによりフレームR6Fが出力軸R4Jを回転軸として旋回するように支持されている。
また、上述したようにアクチュエータR7Aの先端側の側部にはエンドエフェクタ取付部R7Eが設けられており、アクチュエータR6Aが回転駆動することによりエンドエフェクタ取付部R7Eが出力軸R7Jを回転軸として回転するようになっている。
101は本発明のロボットである。102はローラコンベアでありロボット101に隣接して固定設置されている。ローラコンベア102の前方にロールパレット103が配置され、ロールパレット103の内部には様々な種類のロールパレットケース104が段積みされており、縦横複数列に配置されている。ローラコンベア102の終端には別のローラコンベア105が隣接しており、ローラコンベア105の始端に別のロボット106が配置される。
ロールパレット103に積載されたロールパレットケース104を本発明ロボット101は1台で、ロールパレット103から引き出す。ロボット101は、図1で示した旋回ユニット5によりローラコンベア102の上を通過し、積載されたロールパレットケース104を引き出す。引き出したロールパレットケース104をローラコンベア102に乗せ、次の工程へ搬送する。ロボット106は積載されたローラパレットケースを1個ずつ把持し、ローラコンベア105に置いて次の工程に搬送する。
この時、ローラコンベア102上にロールパレットケース104を一定の間隔で配置して搬送する場合には、ローラコンベア102の移送速度と同期するようにロボット101の水平リンク機構の角度を調整することにより、双腕ロボットによる把持する時間遅れを考慮した協調制御が可能となる。
また、本実施例では、ローラコンベアをロールパレットケース104が移動する方向に2本の場合について説明したが、移送するロールパレットケース104の移送される場所が異なる場合、3本以上になることが考えられる。その場合、双腕ロボットをローラコンベアに干渉することなく移動させるために、水平リンク機構の図1に示す第2旋回フレーム3の長さは、介在するローラコンベアの幅に本数を掛け合わせた長さより長く設定するものである。
2 第1旋回フレーム
3 第2旋回フレーム
4 胴体
5 旋回ユニット
6 アーム(右腕)
7 アーム(左腕)
8 基台
9 ケーブル
10 コントローラ
11 中空穴
12 モータ
13 モータ
S1J、S2J、S3J 出力軸(回転軸)
R1J、R2J、R3J、R4J、R5J、R6J、R7J 出力軸(回転軸)
R1F、R2F、R3F、R4F、R5F、R6F フレーム(フレーム部材)
R1A、R2A、R3A、R4A、R5A、R6A、R7A アクチュエータ
L1J、L2J、L3J、L4J、L5J、L6J、L7J 出力軸(回転軸)
L1F、L2F、L3F、L4F、L5F、L6F フレーム(フレーム部材)
L1A、L2A、L3A、L4A、L5A、L6A、L7A アクチュエータ
R7E、L7E エンドエフェクタ取付部
101 ロボット
102 ローラコンベア
103 ロールパレット
104 ロールパレットケース
105 ローラコンベア
106 ロボット
Claims (8)
- 水平面内を旋回するリンク機構の先端に3次元空間を自在に移動可能なロボットを備えた多関節ロボットであって、前記ロボットが双腕ロボットから構成されることを特徴とする多関節ロボット。
- 前記リンク機構の先端に備えられた前記ロボットの胴体は、前記双腕ロボットの両腕が取り付けられる筐体と前記双腕ロボットを旋回するアクチュエータを格納する筐体を兼ね備えたことを特徴とする請求項1記載の多関節ロボット。
- 水平面内を旋回するリンク機構の先端に3次元空間を自在に移動可能なロボットを備えた多関節ロボットであって、前記リンク機構および前記ロボットへ供給されるケーブルが、前記リンク機構および前記ロボットを駆動する減速機の中空部を通じて前記ロボットの手首軸まで供給されることを特徴とする多関節ロボット。
- 前記リンク機構は、少なくとも第1旋回フレームと、前記第1旋回フレームに支持され回転する第2旋回フレームとから構成されたことを特徴とする請求項1記載の多関節ロボット。
- 前記ロボットは、双腕ロボットであり、前記双腕ロボットのアーム構成が冗長軸を有する7軸構成であることを特徴とする請求項1記載の多関節ロボット。
- 水平面内を旋回するリンク機構の先端に3次元空間を自在に移動可能なロボットから構成された多関節ロボットを備え、操作されるワークとの間に搬送機器が配置されたことを特徴とするロボットシステム。
- 前記多関節ロボットは双腕ロボットからなり、前記搬送機器上を通過して、前記ワークを操作することを特徴とする請求項6記載のロボットシステム。
- 前記搬送機器は、前記ワークの移動方向に関して平行に少なくとも2つが備えられ、前記リンク機構の第2旋回フレームの長さは、前記搬送機器の長さに介在する前記搬送機器の本数を掛け合わせた長さよりも長くすることを特徴とする請求項6記載のロボットシステム。
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