JP2010221355A - Robot system equipped with articulated robot - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive robot system while increasing the degree of freedom of a robot attitude. <P>SOLUTION: The robot system (1) includes: an articulated robot (10) including a robot base (11) and an arm portion (12) pivotably mounted on the robot base; a rotation unit (20) including an installation portion (21) installed on an installation surface and a rotary table (22) rotatably mounted on the installation portion; a connection unit (30) for connecting the robot base of the articulated robot with the rotary table of the rotation unit so that a pivoting axis around which the arm portion pivots and a rotational axis around which the rotary table rotates are in a non-parallel state to each other; and a control unit (40) for controlling the articulated robot and the rotation unit. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、多関節ロボット、特に六軸多関節ロボットを備えたロボットシステムに関する。   The present invention relates to an articulated robot, and more particularly to a robot system including a six-axis articulated robot.

動作プログラムに基づいてアーム先端に備えられた作業ツールを三次元空間内にて動作させ、それにより、加工、組立などの作業を行う産業用ロボットとして、六軸多関節ロボットが広範に使用されている。   6-axis articulated robots are widely used as industrial robots that perform work such as machining and assembly by operating work tools provided at the arm tips in a three-dimensional space based on motion programs. Yes.

ところが、六軸多関節ロボットの作業ツールを三次元空間内にて特定の位置および姿勢で設定した場合には、ロボットのアームの姿勢も或る特定の姿勢に限定される。このため、近年では、特許文献１から特許文献３に開示されるように、人間の腕のような複雑な動きを再現することのできる七軸多関節ロボットが提案されている。その理由は、アームが周辺機器に干渉するのを避けるためである。七軸多関節ロボットを使用する場合には、作業ツールが特定の位置および姿勢で設定された場合であってもアームの姿勢を変更でき、それにより、アームが周辺機器に干渉するのを容易に回避することができる。   However, when the work tool of the six-axis articulated robot is set at a specific position and posture in the three-dimensional space, the posture of the robot arm is also limited to a certain specific posture. For this reason, in recent years, as disclosed in Patent Document 1 to Patent Document 3, a seven-axis articulated robot capable of reproducing a complicated movement such as a human arm has been proposed. The reason is to prevent the arm from interfering with peripheral devices. When using a 7-axis articulated robot, the posture of the arm can be changed even when the work tool is set at a specific position and posture, which makes it easy for the arm to interfere with peripheral devices. It can be avoided.

特開平４−３１５５８９号公報JP-A-4-315589 特許３４０２３７８号明細書Japanese Patent No. 3402378 特許２７４９７２４号明細書Japanese Patent No. 2749724

ところで、既に広範に利用されている六軸多関節ロボットについては、可搬質量が例えば３ｋｇ以下である小型モデルから可搬質量が１０００ｋｇ以上である大型モデルまで複数タイプの六軸多関節ロボットが市場で利用可能である。このため、ロボットの使用者は、自動化ロボットシステムに要求される可搬質量に応じたモデルの六軸多関節ロボットを選択することができる。   By the way, as for six-axis articulated robots that are already widely used, there are a plurality of types of six-axis articulated robots ranging from a small model having a load capacity of 3 kg or less to a large model having a load capacity of 1000 kg or more. It is available at. For this reason, the user of the robot can select a six-axis multi-joint robot of a model corresponding to the load capacity required for the automated robot system.

しかしながら、七軸多関節ロボットについてはモデルの数がそれほど多くない。このため、六軸多関節ロボットと同程度の数のモデルを作成することは、ロボットの製造業者に大きな負担を強いることになる。また、七軸多関節ロボットの数が増えると、ロボットシステムの使用者は、ロボットを選択するのが複雑になり、またロボットの保守費用も増大することになる。   However, the number of models for the seven-axis articulated robot is not so large. For this reason, creating as many models as the six-axis articulated robot imposes a heavy burden on the robot manufacturer. As the number of seven-axis articulated robots increases, it becomes more complicated for the user of the robot system to select a robot, and the maintenance cost of the robot also increases.

さらに、七軸多関節ロボットはロボット自体の姿勢自由度が増すものの、一般的な作業を行うにはコスト高であり、また剛性が低下するという問題も含んでいる。さらに、姿勢自由度が増すことはロボットの操作性が複雑になることにもつながり、ロボットシステムの使用者に却って負担を強いることにもなりかねない。   Further, although the seven-axis articulated robot increases the degree of freedom of posture of the robot itself, it has a problem that it is expensive to perform general work and the rigidity is lowered. Furthermore, an increase in the degree of freedom of posture leads to a complicated operability of the robot, which may impose a burden on the user of the robot system.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ロボットの姿勢自由度を増しつつ、安価なロボットシステムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an inexpensive robot system while increasing the degree of freedom of posture of the robot.

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、ロボット基部および該ロボット基部に旋回可能に取付けられたアーム部分を含む多関節ロボットと、設置面に設置される設置部および該設置部に回転可能に取付けられた回転テーブルを含む回転ユニットと、前記アーム部分が旋回する旋回軸線と前記回転テーブルが回転する回転軸線とが非平行になるように、前記多関節ロボットの前記ロボット基部と前記回転ユニットの前記回転テーブルとを連結する連結ユニットと、前記多関節ロボットおよび前記回転ユニットを制御する制御ユニットと、を具備するロボットシステムが提供される。   In order to achieve the above-described object, according to a first invention, an articulated robot including a robot base and an arm portion pivotably attached to the robot base, an installation part installed on an installation surface, and the installation part A rotary unit including a rotary table rotatably attached to the robot base, and the robot base of the articulated robot so that a turning axis around which the arm portion turns and a rotation axis around which the rotary table rotates are non-parallel. There is provided a robot system including a connecting unit that connects the rotary table to the rotary table, and a control unit that controls the articulated robot and the rotary unit.

すなわち１番目の発明においては、多関節ロボットのアーム部分の旋回軸線と回転ユニットの回転テーブルの回転軸線とが非平行になるように、多関節ロボットが回転ユニットに連結されるので、多関節ロボットの自由度が一つ増すことになる。従って、多関節ロボットの自由度を増しつつ、安価なロボットシステムを提供することができる。言い換えれば、多関節ロボットが六軸多関節ロボットである場合には、七軸多関節ロボットと同等な複雑な動作が可能となる。このため、ロボットに備えられた作業ツールが特定の位置および姿勢にある場合であっても、ロボットのアームの姿勢のみを変更して、ロボットが周辺機器に干渉するのを回避することができる。さらに、汎用型の多関節ロボットを回転ユニットに組付けているので、ロボットの製造業者およびロボットの使用者の負担を抑えることも可能である。   That is, in the first invention, the articulated robot is connected to the rotating unit so that the turning axis of the arm portion of the articulated robot and the rotating axis of the rotary table of the rotating unit are non-parallel. Will increase one degree of freedom. Therefore, it is possible to provide an inexpensive robot system while increasing the degree of freedom of the articulated robot. In other words, when the multi-joint robot is a six-axis multi-joint robot, a complicated operation equivalent to that of the seven-axis multi-joint robot is possible. For this reason, even when the work tool provided in the robot is in a specific position and posture, it is possible to prevent the robot from interfering with peripheral devices by changing only the posture of the robot arm. Furthermore, since a general-purpose articulated robot is assembled in the rotary unit, it is possible to reduce the burden on the robot manufacturer and the robot user.

２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記ロボット基部が前記連結ユニットに取付けられる取付位置および前記ロボット基部が前記連結ユニットに取付けられる取付角度のうちの少なくとも一方を調節する調節手段を具備する。
すなわち２番目の発明においては、多関節ロボットのロボット基部の取付位置および／または取付角度を最適化することができる。例えば、連結ユニットに順次形成された複数の凹部のいずれを使用するかに応じて、ロボット基部の取付位置が調節される。また、所望の先端角度を有する楔型のスペーサをロボット基部と連結ユニットとの間に配置し、それにより、ロボット基部の取付角度を調節する。 According to a second invention, in the first invention, an adjustment for adjusting at least one of an attachment position at which the robot base is attached to the connection unit and an attachment angle at which the robot base is attached to the connection unit. Means.
That is, in the second invention, the attachment position and / or attachment angle of the robot base of the articulated robot can be optimized. For example, the attachment position of the robot base is adjusted according to which of the plurality of recesses sequentially formed in the connecting unit is used. Further, a wedge-shaped spacer having a desired tip angle is arranged between the robot base and the connecting unit, thereby adjusting the mounting angle of the robot base.

３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記多関節ロボットと前記制御ユニットとを電気的に接続する接続ケーブルは、前記設置部および前記回転テーブルの両方に形成された貫通孔を通って延びている。
すなわち３番目の発明においては、接続ケーブルは設置部および回転テーブルの外側に位置しないようになる。このため、回転テーブルが設置部に対して回転した場合であっても、接続ケーブルは貫通孔の領域でのみ移動し、従って、接続ケーブルが周辺機器に干渉するのを避けられる。 According to a third invention, in the first or second invention, the connection cable for electrically connecting the articulated robot and the control unit is a penetration formed in both the installation portion and the rotary table. Extends through the hole.
That is, in the third aspect of the invention, the connection cable is not located outside the installation portion and the rotary table. For this reason, even when the rotary table is rotated with respect to the installation portion, the connection cable moves only in the region of the through hole, and therefore, the connection cable can be prevented from interfering with peripheral devices.

本発明に基づくロボットシステムを示す図である。It is a figure which shows the robot system based on this invention. 図１に示される多関節ロボットの斜視図である。It is a perspective view of the articulated robot shown by FIG. （ａ）連結ユニットの頂面図である。（ｂ）連結ユニットの側面図である。（ｃ）連結ユニットの端面図である。（ｄ）図３（ａ）の線Ｃ−Ｃに沿ってみた断面図である。(A) It is a top view of a connection unit. (B) It is a side view of a connection unit. (C) It is an end view of a connection unit. (D) It is sectional drawing seen along line CC of Fig.3 (a). （ａ）多関節ロボットの他の斜視図である。（ｂ）多関節ロボットのさらに他の斜視図である。(A) It is another perspective view of an articulated robot. (B) It is another perspective view of an articulated robot. （ａ）〜（ｃ）多関節ロボット１０の動作を示す第一から第三の頂面図である。(A)-(c) It is the 1st-3rd top view which shows operation | movement of the articulated robot 10. FIG. 多関節ロボット１０の動作を説明するための斜視図である。4 is a perspective view for explaining the operation of the articulated robot 10. FIG. （ａ）回転ユニットおよび連結ユニットの頂面図である。（ｂ）回転ユニットおよび連結ユニットの部分断面図である。(A) It is a top view of a rotation unit and a connection unit. (B) It is a fragmentary sectional view of a rotation unit and a connection unit.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくロボットシステムを示す図である。図１においては、ロボットシステム１は、多関節ロボット１０と、多関節ロボット１０が取付けられる回転ユニット２０と、多関節ロボット１０および回転ユニット２０の両方の動作を制御する制御ユニット４０とを主に含んでいる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. In order to facilitate understanding, the scales of these drawings are appropriately changed.
FIG. 1 is a diagram showing a robot system according to the present invention. In FIG. 1, the robot system 1 mainly includes an articulated robot 10, a rotation unit 20 to which the articulated robot 10 is attached, and a control unit 40 that controls operations of both the articulated robot 10 and the rotation unit 20. Contains.

図２は図１に示される多関節ロボットの斜視図である。図１および図２に示されるように、多関節ロボット１０は、例えば六軸多関節ロボットであり、ロボット基部１１と、旋回軸線Ａ回りに旋回可能にロボット基部１１に対して取付けられたアーム部分１２とを主に含んでいる。   FIG. 2 is a perspective view of the articulated robot shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the multi-joint robot 10 is, for example, a six-axis multi-joint robot, and includes a robot base 11 and an arm portion attached to the robot base 11 so as to be able to turn around a turning axis A. 12 is mainly included.

ロボット基部１１には、制御ユニット４０から延びる第一接続ケーブル４１がコネクタ１４を介して電気的に接続されている。また、アーム部分１２は、互いに回動可能に連結された複数のアームから構成されている。公知であるように、これら複数のアームは複数のサーボモータによって回動される。また、アーム部分１２の先端には作業ツール１３が取付けられている。   A first connection cable 41 extending from the control unit 40 is electrically connected to the robot base 11 via the connector 14. Moreover, the arm part 12 is comprised from the several arm connected so that rotation was mutually possible. As is well known, the plurality of arms are rotated by a plurality of servo motors. A work tool 13 is attached to the tip of the arm portion 12.

図示される実施形態においては、作業ツール１３は、例えばワークＷをハンドリングするロボットハンドである。あるいは、アーク溶接、スポット溶接、組立、検査、シーリング、レーザ加工またはウォータジェットなど、加工の種類に応じて定まる他の作業ツール１３をアーム部分１２の先端に取付けるようにしてもよい。   In the illustrated embodiment, the work tool 13 is a robot hand that handles a workpiece W, for example. Or you may make it attach to the front-end | tip of the arm part 12 other work tools 13 decided according to the kind of process, such as arc welding, spot welding, an assembly, an inspection, sealing, laser processing, or a water jet.

図１から分かるように、回転ユニット２０は、床などの設置面Ｌに設置される設置部２１と、設置部２１に回転可能に取付けられた回転テーブル２２とから主に構成されている。図示されるように、回転テーブル２２と反対側においては、サーボモータ２３が設置部２１に設けられている。従って、サーボモータ２３が駆動すると、回転テーブル２２はサーボモータ２３の回転軸線Ｂ回りに回転する。また、サーボモータ２３には、制御ユニット４０から延びる第二接続ケーブル４２が電気的に接続されている。   As can be seen from FIG. 1, the rotary unit 20 mainly includes an installation part 21 installed on an installation surface L such as a floor, and a turntable 22 rotatably attached to the installation part 21. As shown in the figure, a servo motor 23 is provided in the installation portion 21 on the side opposite to the rotary table 22. Accordingly, when the servo motor 23 is driven, the rotary table 22 rotates around the rotation axis B of the servo motor 23. Further, a second connection cable 42 extending from the control unit 40 is electrically connected to the servo motor 23.

図１および図２に示されるように、多関節ロボット１０および回転ユニット２０は連結ユニット３０によって互いに連結されている。図３（ａ）から図３（ｃ）は、連結ユニット３０のそれぞれ頂面図、側面図および端面図である。これら図面から分かるように、連結ユニット３０は、多関節ロボット１０のロボット基部１１が取付けられるロボット取付プレート３１と、回転テーブル２２の端面に取付けられる回転テーブル取付プレート３２とから主に構成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the articulated robot 10 and the rotation unit 20 are connected to each other by a connection unit 30. 3A to 3C are a top view, a side view, and an end view, respectively, of the connecting unit 30. FIG. As can be seen from these drawings, the connecting unit 30 is mainly composed of a robot mounting plate 31 to which the robot base 11 of the articulated robot 10 is mounted and a rotary table mounting plate 32 to be mounted on the end surface of the rotary table 22.

これらロボット取付プレート３１および回転テーブル取付プレート３２は互いに或る角度をなして配置されている。図示される実施形態においては、これらプレート３１、３２のなす角度は９０度であり、連結ユニット３０は断面Ｌ字形状の部材である。ただし、これらプレート３１、３２が９０度以外の他の角度をなしてもよい。また、図３（ｂ）等に示される腕木３３は、連結ユニット３０を補強すると共に、プレート３１、３２のなす角度を維持する役目を果たす。   The robot mounting plate 31 and the rotary table mounting plate 32 are arranged at an angle to each other. In the illustrated embodiment, the angle between the plates 31 and 32 is 90 degrees, and the connecting unit 30 is a member having an L-shaped cross section. However, these plates 31 and 32 may form an angle other than 90 degrees. Further, the arm 33 shown in FIG. 3B or the like serves to reinforce the connecting unit 30 and to maintain the angle formed by the plates 31 and 32.

図３（ａ）から図３（ｃ）より分かるように、ロボット取付プレート３１の内面には、角度調節部材５０がボルト３５によって固定されている。従って、厳密に言えば、ロボット基部１１は角度調節部材５０を介してロボット取付プレート３１に取付られることになる。図３（ａ）の線Ｃ−Ｃに沿ってみた断面図である図３（ｄ）から分かるように、角度調節部材５０はその断面が楔型のスペーサである。また、角度調節部材５０の上方傾斜面はロボット基部１１の底面よりも大きい。   As can be seen from FIG. 3A to FIG. 3C, the angle adjustment member 50 is fixed to the inner surface of the robot mounting plate 31 by bolts 35. Therefore, strictly speaking, the robot base 11 is attached to the robot attachment plate 31 via the angle adjustment member 50. As can be seen from FIG. 3D, which is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 3A, the angle adjusting member 50 is a wedge-shaped spacer in cross section. Further, the upward inclined surface of the angle adjusting member 50 is larger than the bottom surface of the robot base 11.

角度調節部材５０はその先端が回転テーブル取付プレート３２を向くようにロボット取付プレート３１に固定されている。所望の先端角度を有する角度調節部材５０をロボット取付プレート３１に固定することによって、ロボット基部１１のロボット取付プレート３１に対する取付角度を調節することができる。なお、先端角度の異なる複数の角度調節部材５０が予め準備されているものとする。これにより、ロボット基部１１の取付角度を最適化できることが分かるであろう。なお、複数の角度調節部材５０を積重ねてロボット基部１１の取付角度を調節するようにしてもよい。   The angle adjusting member 50 is fixed to the robot mounting plate 31 so that the tip thereof faces the rotary table mounting plate 32. By fixing the angle adjusting member 50 having a desired tip angle to the robot mounting plate 31, the mounting angle of the robot base 11 with respect to the robot mounting plate 31 can be adjusted. It is assumed that a plurality of angle adjusting members 50 having different tip angles are prepared in advance. It will be appreciated that this allows the mounting angle of the robot base 11 to be optimized. A plurality of angle adjusting members 50 may be stacked to adjust the attachment angle of the robot base 11.

図３（ａ）および図３（ｄ）より分かるように、角度調節部材５０の上方傾斜面には、複数の凹部からなる凹部群５１が角度調節部材５０の角隅部のそれぞれに形成されている。図示される実施形態においては、一つの凹部群５１は三行三列に配置された九つの凹部を含んでおり、そのような凹部群５１が角度調節部材５０の四隅に形成されている。   As can be seen from FIGS. 3 (a) and 3 (d), a recess group 51 including a plurality of recesses is formed on each of the corners of the angle adjusting member 50 on the upper inclined surface of the angle adjusting member 50. Yes. In the illustrated embodiment, one recess group 51 includes nine recesses arranged in three rows and three columns, and such recess groups 51 are formed at the four corners of the angle adjusting member 50.

そして、ロボット基部１１を角度調節部材５０上に配置するときには、はじめに位置決めピン５５を少なくとも一つの凹部群５１の一つの凹部に挿入する。図３（ａ）においては、合計四つの位置決めピン５５が三つの凹部群５１に挿入されている。次いで、ロボット基部１１に設けられた位置確定用突当て面５６に位置決めピン５５を突き当てるように、ロボット基部１１を位置決めピン５５により形成される領域（図３（ａ）の破線に相当する）内に配置する。さらに、図示しないボルトを前記領域内の凹部またはこの領域近傍の凹部に螺合して、ロボット基部１１を角度調節部材５０に固定する。図３（ａ）においては、そのようなボルト（図示しない）が螺合されている凹部を黒丸で示す。   When the robot base 11 is disposed on the angle adjustment member 50, first, the positioning pin 55 is inserted into one recess of at least one recess group 51. In FIG. 3A, a total of four positioning pins 55 are inserted into the three recess groups 51. Next, a region (corresponding to a broken line in FIG. 3A) formed by the positioning pins 55 so that the positioning pins 55 abut against the position determination abutting surfaces 56 provided on the robot base 11. Place in. Further, a bolt (not shown) is screwed into a recess in the region or a recess in the vicinity of the region to fix the robot base 11 to the angle adjustment member 50. In FIG. 3A, a concave portion into which such a bolt (not shown) is screwed is indicated by a black circle.

角度調節部材５０が存在するためにロボット基部１１は傾斜して配置されるものの、ロボット基部１１は図示しないボルトにより固定されるので、ロボット基部１１が角度調節部材５０上で位置ズレすることはない。そして、位置決めピン５５の場所を凹部群５１内の他の凹部に変更することにより、連結ユニット３０上におけるロボット基部１１の取付位置を変更することも可能である。これにより、ロボット基部１１の取付位置を最適化することができる。なお、図３（ａ）には円形の凹部が形成されているが、これらの代わりに長円形の凹部を採用してもよい。そのような場合には、長円形の凹部に沿ってボルトの位置を変更し、それにより、ロボット基部１１の取付位置を同様に調節できるのが分かるであろう。また、ロボット基部１１の取付インタフェースが前後左右に対称である場合には、ロボット１０を連結ユニット３０に対して９０度毎に回転させて取付けることも可能である。   Since the angle adjusting member 50 exists, the robot base 11 is disposed at an inclination, but the robot base 11 is fixed by a bolt (not shown), so that the robot base 11 is not displaced on the angle adjusting member 50. . Then, by changing the location of the positioning pin 55 to another recess in the recess group 51, it is possible to change the mounting position of the robot base 11 on the connection unit 30. Thereby, the attachment position of the robot base 11 can be optimized. In addition, although the circular recessed part is formed in Fig.3 (a), you may employ | adopt an oval recessed part instead. In such a case, it will be appreciated that the position of the bolt can be changed along the oval recess so that the mounting position of the robot base 11 can be similarly adjusted. Further, when the attachment interface of the robot base 11 is symmetrical in the front-rear and left-right directions, the robot 10 can be attached to the connection unit 30 by being rotated every 90 degrees.

また、図３（ａ）に示されるように、角度調節部材５０の上方傾斜面はロボット基部１１の底面よりも十分に大きいのが好ましい。これにより、ロボット基部１１の取付位置をより広範な範囲から選択することができる。さらに、そのような場合には、寸法の異なるロボット基部１１（および関連する多関節ロボット１０）を連結ユニット３０に取付けられることが分かるであろう。   Further, as shown in FIG. 3A, it is preferable that the upper inclined surface of the angle adjusting member 50 is sufficiently larger than the bottom surface of the robot base 11. Thereby, the attachment position of the robot base 11 can be selected from a wider range. Furthermore, it will be appreciated that in such cases, the robot base 11 (and the associated articulated robot 10) of different dimensions can be attached to the connection unit 30.

なお、連結ユニット３０のプレート３１、３２が既に所望の角度をなしている場合には、角度調節部材５０を省略することも可能である。そのような場合には、複数の凹部群５１はロボット取付プレート３１の内面に同様に形成されるものとする。   In addition, when the plates 31 and 32 of the connection unit 30 have already formed a desired angle, the angle adjusting member 50 can be omitted. In such a case, the plurality of recess groups 51 are formed on the inner surface of the robot mounting plate 31 in the same manner.

ところで、図３（ｃ）から分かるように、回転テーブル取付プレート３２には、複数の穴３９が形成されている。これら穴３９は、ロボット取付プレート３１に向かって延びる長円形である。ボルト３８をこれら穴３９および回転テーブル２２に形成された穴（図示しない）に通して、連結ユニット３０を回転テーブル２２に固定する。回転テーブル取付プレート３２の穴３９が長円形であるので、連結ユニット３０の取付位置を穴３９の範囲内で調節することが可能である。また、前述したように、位置決めピンを用いて回転テーブル２２と連結ユニット３０との間の位置決めを行ってもよい。   By the way, as can be seen from FIG. 3C, the rotary table mounting plate 32 has a plurality of holes 39 formed therein. These holes 39 have an oval shape extending toward the robot mounting plate 31. The bolt 38 is passed through these holes 39 and holes (not shown) formed in the turntable 22 to fix the connecting unit 30 to the turntable 22. Since the hole 39 of the rotary table mounting plate 32 is oval, the mounting position of the connecting unit 30 can be adjusted within the range of the hole 39. Further, as described above, positioning between the rotary table 22 and the connecting unit 30 may be performed using a positioning pin.

このように回転テーブル２２に連結ユニット３０を取付け、次いで多関節ロボット１０をロボット取付プレート３１に前述したように取付ける。これにより、旋回軸線Ａと回転軸線Ｂとは互いに非平行、例えば９０度の角度をなすようになる。以下、図１を参照しつつ、ロボットシステム１の制御について簡単に説明する。   In this way, the connecting unit 30 is attached to the rotary table 22, and then the articulated robot 10 is attached to the robot attachment plate 31 as described above. Thereby, the turning axis A and the rotation axis B are not parallel to each other, for example, at an angle of 90 degrees. Hereinafter, the control of the robot system 1 will be briefly described with reference to FIG.

はじめに、多関節ロボット１０を制御するプログラムおよび回転ユニット２０を制御するプログラムの両方を制御ユニット４０に登録する。これらプログラムにおいては、角度調節部材５０上における多関節ロボット１０の取付位置およびロボット取付プレート３１に対する多関節ロボット１０の取付角度が入力される。   First, both the program for controlling the articulated robot 10 and the program for controlling the rotation unit 20 are registered in the control unit 40. In these programs, the attachment position of the articulated robot 10 on the angle adjusting member 50 and the attachment angle of the articulated robot 10 with respect to the robot attachment plate 31 are input.

多関節ロボット１０の取付位置および取付角度は、操作者が目視で確認した後でキーボードなどの入力手段を用いて手動で入力することができる。あるいは多関節ロボット１０の取付位置および取付角度の設定を以下のように自動的に行うようにしてもよい。   The mounting position and mounting angle of the articulated robot 10 can be manually input using an input means such as a keyboard after the operator visually confirms the mounting position and mounting angle. Or you may make it perform the setting of the attachment position and attachment angle of the articulated robot 10 automatically as follows.

多関節ロボット１０の斜視図である図４（ａ）においては、多関節ロボット１０の作業ツール１３に視覚センサ６２が備えられている。さらに、他の斜視図である図４（ｂ）に示されるように、基準位置確認用ターゲット６１が回転テーブル２２の周面近傍に位置するように設置部２１に固定されている。図４（ｂ）においては、基準位置確認用ターゲット６１は金属製のプレートである。同様な基準位置確認用ターゲット６１をロボットシステムの周辺の外部に設定してもよい。多関節ロボット１０と回転ユニット２０との間の相対位置関係の寸法が、視覚センサ６２により測定できれば、基準位置確認用ターゲット６１の設置場所は任意の場所にできる。あるいは、回転ユニット２０の設置部２１の予め設定された面または穴などを基準位置確認用ターゲット６１として使用してもよい。   In FIG. 4A, which is a perspective view of the articulated robot 10, a visual sensor 62 is provided on the work tool 13 of the articulated robot 10. Further, as shown in FIG. 4B, which is another perspective view, the reference position confirmation target 61 is fixed to the installation portion 21 so as to be positioned in the vicinity of the peripheral surface of the turntable 22. In FIG. 4B, the reference position confirmation target 61 is a metal plate. A similar reference position confirmation target 61 may be set outside the periphery of the robot system. If the dimensions of the relative positional relationship between the multi-joint robot 10 and the rotary unit 20 can be measured by the visual sensor 62, the installation position of the reference position confirmation target 61 can be set arbitrarily. Alternatively, a preset surface or hole of the installation unit 21 of the rotation unit 20 may be used as the reference position confirmation target 61.

次いで、制御ユニット４０に予め登録された教示プログラムに基づいて、多関節ロボット１０および回転ユニット２０を動作させ、複数の位置姿勢において視覚センサ６２によって基準位置確認用ターゲット６１のそれぞれを撮像する。そして、得られた画像データに基づいて、多関節ロボット１０の取付位置および取付角度を検出し、制御プログラムに自動的に設定する。例えば、特開２００８−０１２６０４号公報に記載される手法を採用し、視覚センサ６２が多関節ロボット１０の複数の位置姿勢において回転ユニット２０の基準位置を検出して、多関節ロボット１０の取付位置および取付角度を設定できる。   Next, the articulated robot 10 and the rotation unit 20 are operated based on a teaching program registered in the control unit 40 in advance, and each of the reference position confirmation targets 61 is imaged by the visual sensor 62 at a plurality of positions and orientations. Based on the obtained image data, the attachment position and the attachment angle of the articulated robot 10 are detected and automatically set in the control program. For example, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-012604 is adopted, and the visual sensor 62 detects the reference position of the rotary unit 20 at a plurality of positions and orientations of the articulated robot 10, and the attachment position of the articulated robot 10 is detected. And the mounting angle can be set.

なお、作業ツール１３が任意の直交座標系に沿うように多関節ロボット１０を動作させてもよく、多関節ロボット１０の取付位置および取付角度に応じて多関節ロボット１０が動作するようにしてもよい。   The articulated robot 10 may be operated so that the work tool 13 follows an arbitrary orthogonal coordinate system, or the articulated robot 10 may be operated according to the attachment position and the attachment angle of the articulated robot 10. Good.

また、制御ユニット４０は、アーム部分１２のそれぞれのアームのためのサーボモータのそれぞれを制御する複数のサーボ回路（図示しない）を含んでいる。これらサーボ回路は、多関節ロボット１０が障害物、例えば周辺機器と衝突したのを推定外乱を用いて検出する衝突検出手段を含んでいてもよい。   The control unit 40 also includes a plurality of servo circuits (not shown) that control each of the servo motors for each arm of the arm portion 12. These servo circuits may include collision detection means for detecting that the articulated robot 10 has collided with an obstacle, for example, a peripheral device, using estimated disturbance.

そのような衝突検出手段は、各軸のサーボモータのトルク指令及び速度からアームにかかる推定外乱トルクを推定する。そして、少なくとも摩擦トルク、重力トルク、他軸の干渉トルクのうちの一つを含む既知外乱トルクを、推定外乱トルクから減算して差分外乱トルクを算出する。差分外乱トルクに基づいて、多関節ロボット１０の可動部、例えばアームの衝突を検出できる。ここで、推定外乱トルクは、回転ユニット２０の回転によるロボットの設置角度の変化を考慮して推定できる。従って、図２に示されるような構成であっても、高精度で衝突を検出することが可能である。   Such a collision detection means estimates the estimated disturbance torque applied to the arm from the torque command and speed of the servo motor of each axis. Then, a known disturbance torque including at least one of friction torque, gravity torque, and interference torque of the other axis is subtracted from the estimated disturbance torque to calculate a differential disturbance torque. Based on the differential disturbance torque, it is possible to detect a collision of a movable part of the articulated robot 10, for example, an arm. Here, the estimated disturbance torque can be estimated in consideration of a change in the installation angle of the robot due to the rotation of the rotary unit 20. Therefore, even with the configuration shown in FIG. 2, it is possible to detect a collision with high accuracy.

図５（ａ）から図５（ｃ）は多関節ロボット１０の動作を示す頂面図であり、図６は多関節ロボット１０の動作を説明するための斜視図である。これら図面においては、大型の工作機械Ｍが示されている。そして、連結ユニット３０によって回転ユニット２０に連結された多関節ロボット１０が工作機械Ｍの前面に沿って配置されている。   FIG. 5A to FIG. 5C are top views showing the operation of the articulated robot 10, and FIG. 6 is a perspective view for explaining the operation of the articulated robot 10. In these drawings, a large machine tool M is shown. The articulated robot 10 connected to the rotating unit 20 by the connecting unit 30 is disposed along the front surface of the machine tool M.

図示されるように、工作機械Ｍの前面の下方部分に入口Ｅが形成されており、内部通路Ｐが入口Ｅから工作機械Ｍの背面に向かって延びている。図示されるように、入口Ｅは工作機械Ｍの前面に比べてかなり小さい。また、内部通路Ｐの最奥部には作業テーブルＴが配置されている。   As illustrated, an inlet E is formed in a lower portion of the front surface of the machine tool M, and an internal passage P extends from the inlet E toward the rear surface of the machine tool M. As shown, the entrance E is considerably smaller than the front surface of the machine tool M. A work table T is disposed in the innermost portion of the internal passage P.

これら図面においては、回転ユニット２０の設置部２１は入口Ｅからいくぶん離間して配置されている。また、図から分かるように、回転ユニット２０は、回転軸線Ｂが工作機械Ｍの長手方向に対して平行になるように配置されている。また、連結ユニット３０のロボット取付プレート３１は入口Ｅから離間する方向に延びている。従って、多関節ロボット１０の作業ツール１３が入口Ｅにアクセスするためには、アーム部分１２の少なくとも一部分が回転ユニット２０に隣接することになる。   In these drawings, the installation part 21 of the rotary unit 20 is arranged somewhat spaced from the entrance E. Further, as can be seen from the figure, the rotation unit 20 is arranged so that the rotation axis B is parallel to the longitudinal direction of the machine tool M. Further, the robot mounting plate 31 of the connection unit 30 extends in a direction away from the inlet E. Therefore, in order for the work tool 13 of the articulated robot 10 to access the entrance E, at least a part of the arm portion 12 is adjacent to the rotation unit 20.

以下、これら図面を参照しつつ、本発明に基づくロボットシステム１の多関節ロボット１０の動作を簡単に説明する。はじめに、図５（ａ）に示されるように、多関節ロボット１０の作業ツール１３がワークＷを把持する。そして、多関節ロボット１０のアーム部分１２が回転テーブル２２を越えて延び、作業ツール１３が入口Ｅの前方に位置決めされる。図５（ａ）から分かるように、このような待機状態においては、ロボット基部１１が取付けられるロボット取付プレート３１の取付面は概ね水平である。   Hereinafter, the operation of the articulated robot 10 of the robot system 1 according to the present invention will be briefly described with reference to these drawings. First, as shown in FIG. 5A, the work tool 13 of the articulated robot 10 grips the workpiece W. Then, the arm portion 12 of the articulated robot 10 extends beyond the rotary table 22, and the work tool 13 is positioned in front of the entrance E. As can be seen from FIG. 5A, in such a standby state, the attachment surface of the robot attachment plate 31 to which the robot base 11 is attached is substantially horizontal.

次いで、サーボモータ２３を駆動して回転テーブル２２を回転軸線Ｂ回りに回転させる。これにより、図５（ｂ）に示されるように、回転テーブル２２に取付けられた連結ユニット３０のロボット取付プレート３１が回転軸線Ｂ回りに回動するようになる。このロボット取付プレート３１の回動動作に連動して、多関節ロボット１０のアーム部分１２を適宜延伸させ、それにより、ワークＷを入口Ｅから内部通路Ｐ内に進入させる。   Next, the servo motor 23 is driven to rotate the rotary table 22 around the rotation axis B. As a result, as shown in FIG. 5B, the robot mounting plate 31 of the connecting unit 30 mounted on the rotary table 22 rotates about the rotation axis B. The arm portion 12 of the articulated robot 10 is appropriately extended in conjunction with the rotation operation of the robot mounting plate 31, thereby causing the workpiece W to enter the internal passage P from the entrance E.

ロボット取付プレート３１が所定の角度、例えば９０度だけ回動しつつアーム部分１２を適切に延ばすと、図５（ｃ）および図６に示されるようにワークＷは内部通路Ｐ内の作業テーブルＴに到達する。次いで、多関節ロボット１０の作業ツール１３がワークＷを解放して作業テーブルＴ上に載置し、その後、多関節ロボット１０は前述したのと逆の手順で待機位置まで戻る。ワークＷが工作機械Ｍ内で加工された後で、ワークＷは前述したのと同様な手順で工作機械Ｍから取出される。   When the arm portion 12 is appropriately extended while the robot mounting plate 31 is rotated by a predetermined angle, for example, 90 degrees, the workpiece W is moved to the work table T in the internal passage P as shown in FIGS. To reach. Next, the work tool 13 of the articulated robot 10 releases the work W and places it on the work table T, and then the articulated robot 10 returns to the standby position in the reverse procedure as described above. After the workpiece W is machined in the machine tool M, the workpiece W is taken out from the machine tool M in the same procedure as described above.

このように、本発明においては、連結ユニット３０を用いて多関節ロボット１０を回転ユニット２０に組合わせることにより、多関節ロボット１０の自由度を一つ増すようにしている。つまり、回転ユニット２０は多関節ロボット１０の動作を補助する役目を果たしている。このため、例えば多関節ロボット１０が六軸多関節ロボット１０である場合には、多関節ロボット１０は七軸多関節ロボットと同等な動作を行うことが可能となり、図５（ａ）から図６で説明したような複雑な動作を行うことが可能となる。   As described above, in the present invention, the articulated robot 10 is combined with the rotating unit 20 by using the connecting unit 30 to increase the degree of freedom of the articulated robot 10 by one. That is, the rotation unit 20 plays a role of assisting the operation of the articulated robot 10. Therefore, for example, when the multi-joint robot 10 is a six-axis multi-joint robot 10, the multi-joint robot 10 can perform an operation equivalent to that of a seven-axis multi-joint robot. It is possible to perform a complicated operation as described in (1).

従って、作業ツール１３が特定の位置および姿勢にある場合であっても、多関節ロボット１０のアームの姿勢のみを変更して、多関節ロボット１０が周辺機器に干渉するのを回避できる。このことを利用すれば、前述したようにアーム部分１２および作業ツール１３等は工作機械Ｍの内部通路Ｐに干渉することなしに、ワークＷを適切に搬送することができる。   Therefore, even when the work tool 13 is in a specific position and posture, only the posture of the arm of the articulated robot 10 can be changed to prevent the articulated robot 10 from interfering with peripheral devices. If this is utilized, the arm part 12 and the work tool 13 and the like can appropriately convey the workpiece W without interfering with the internal passage P of the machine tool M as described above.

また、様々なモデルの多関節ロボット１０、例えば六軸多関節ロボットが既に市場で利用可能であるので、そのような多関節ロボット１０を採用することにより、多関節ロボットの自由度を増したロボットシステム１を安価に提供することも可能である。   In addition, since various types of articulated robots 10, such as six-axis articulated robots, are already available on the market, the use of such an articulated robot 10 increases the degree of freedom of the articulated robot. It is also possible to provide the system 1 at a low cost.

さらに、従来型の多関節ロボットを採用できることは、例えば七軸多関節ロボットの種々のモデルを開発する必要がなくなるので、ロボットの製造業者の負担を抑えることにもなる。また、本発明の構成によってロボットの自由度が増すものの、多関節ロボット１０の操作性自体は従来と変わらないので、使用者の負担を増加させることもない。さらに、従来型の多関節ロボットを採用できるので、使用者はロボットの選択が容易になり、また選択したロボットの保守費用を抑えることも可能である。   Furthermore, the fact that the conventional articulated robot can be adopted eliminates the need to develop various models of, for example, a seven-axis articulated robot, thereby reducing the burden on the robot manufacturer. Further, although the degree of freedom of the robot is increased by the configuration of the present invention, the operability of the articulated robot 10 is not different from the conventional one, so that the burden on the user is not increased. Furthermore, since a conventional articulated robot can be adopted, the user can easily select a robot and can reduce the maintenance cost of the selected robot.

ところで、図７（ａ）および図７（ｂ）は回転ユニットおよび連結ユニットのそれぞれ頂面図および部分断面図である。これら図面に示されるように、回転ユニット２０の回転テーブル２２、関連する回転駆動部および設置部２１には一体的な貫通孔２５が回転軸線Ｂと同軸に形成されている。貫通孔２５の内径は第一接続ケーブル４１の内径よりも十分に大きい。そして、制御ユニット４０から延びる第一接続ケーブル４１は貫通孔２５を通ってコネクタ１４に接続されている。   7A and 7B are a top view and a partial cross-sectional view, respectively, of the rotating unit and the connecting unit. As shown in these drawings, an integral through hole 25 is formed coaxially with the rotation axis B in the rotary table 22 of the rotary unit 20, the associated rotary drive unit and the installation unit 21. The inner diameter of the through hole 25 is sufficiently larger than the inner diameter of the first connection cable 41. The first connection cable 41 extending from the control unit 40 is connected to the connector 14 through the through hole 25.

さらに、図７（ａ）および図７（ｂ）から分かるように、回転ユニット２０の制御ユニット４０側の端部にはケーブルクランプ２７が設けられており、連結ユニット３０には他のケーブルクランプ３７が回転テーブル取付プレート３２に対面して設けられている。これらケーブルクランプ２７、３７により、第一接続ケーブル４１は貫通孔２５の両側において把持されている。   Further, as can be seen from FIGS. 7A and 7B, a cable clamp 27 is provided at the end of the rotating unit 20 on the control unit 40 side, and the connecting unit 30 has another cable clamp 37. Is provided to face the rotary table mounting plate 32. The first connection cable 41 is held on both sides of the through hole 25 by the cable clamps 27 and 37.

このように、第一接続ケーブル４１が貫通孔２５を通過するので、第一接続ケーブル４１は設置部２１および回転テーブル２２の外側に存在しないようになる。従って、回転テーブル２２が設置部２１に対して回転した場合には、第一接続ケーブル４１は捻れや曲げを受けるものの、貫通孔２５内で移動するのみで足りる。それゆえ、第一接続ケーブル４１が周辺機器、例えば内部通路Ｐに干渉するのを避けることが可能である。なお、寸法の異なるロボット基部１１（および関連する多関節ロボット１０）を使用した場合でも、第一接続ケーブル４１の寸法は同一であるので同一のケーブルクランプ２７、３７をそのまま使用することができる。このような場合でも本発明の範囲に含まれるのは明らかであろう。   Thus, since the 1st connection cable 41 passes the through-hole 25, the 1st connection cable 41 does not exist in the outer side of the installation part 21 and the turntable 22. FIG. Therefore, when the turntable 22 rotates with respect to the installation part 21, the first connection cable 41 only needs to move in the through hole 25 although it is twisted or bent. Therefore, it is possible to avoid the first connection cable 41 from interfering with a peripheral device, for example, the internal passage P. Even when the robot base 11 (and the related articulated robot 10) having different dimensions is used, since the dimensions of the first connection cable 41 are the same, the same cable clamps 27 and 37 can be used as they are. It will be apparent that such a case is within the scope of the present invention.

１ ロボットシステム
１０ 多関節ロボット
１１ ロボット基部
１２ アーム部分
１３ 作業ツール
１４ コネクタ
２０ 回転ユニット
２１ 設置部
２２ 回転テーブル
２３ サーボモータ
２５ 貫通孔
２７、３７ ケーブルクランプ
３０ 連結ユニット
３１ ロボット取付プレート
３２ 回転テーブル取付プレート
３３ 腕木
３５ ボルト
３８ ボルト
３９ 穴
４０ 制御ユニット
４１ 第一接続ケーブル（接続ケーブル）
４２ 第二接続ケーブル
５０ 角度調節部材
５１ 凹部群
５５ 位置決めピン
６１ 基準位置確認用ターゲット
６２ 視覚センサ
Ａ 旋回軸線
Ｂ 回転軸線
Ｅ 入口
Ｌ 設置面
Ｍ 工作機械
Ｐ 内部通路
Ｔ 作業テーブル
Ｗ ワーク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot system 10 Articulated robot 11 Robot base 12 Arm part 13 Work tool 14 Connector 20 Rotation unit 21 Installation part 22 Rotation table 23 Servo motor 25 Through-hole 27, 37 Cable clamp 30 Connection unit 31 Robot mounting plate 32 Rotation table mounting plate 33 Arm 35 Bolt 38 Bolt 39 Hole 40 Control unit 41 First connection cable (connection cable)
42 Second connection cable 50 Angle adjusting member 51 Recess group 55 Positioning pin 61 Reference position confirmation target 62 Visual sensor A Turning axis B Rotating axis E Inlet L Installation surface M Machine tool P Internal passage T Work table W Workpiece

Claims (3)

ロボット基部および該ロボット基部に旋回可能に取付けられたアーム部分を含む多関節ロボットと、
設置面に設置される設置部および該設置部に回転可能に取付けられた回転テーブルを含む回転ユニットと、
前記アーム部分が旋回する旋回軸線と前記回転テーブルが回転する回転軸線とが非平行になるように、前記多関節ロボットの前記ロボット基部と前記回転ユニットの前記回転テーブルとを連結する連結ユニットと、
前記多関節ロボットおよび前記回転ユニットを制御する制御ユニットと、を具備するロボットシステム。 An articulated robot including a robot base and an arm portion pivotably attached to the robot base;
A rotating unit including an installation part installed on the installation surface and a rotary table rotatably attached to the installation part;
A connecting unit that connects the robot base of the articulated robot and the rotary table of the rotary unit such that a turning axis of the arm part turns and a rotary axis of the rotary table that rotates are non-parallel;
A robot system comprising: the articulated robot; and a control unit that controls the rotation unit. さらに、前記ロボット基部が前記連結ユニットに取付けられる取付位置および前記ロボット基部が前記連結ユニットに取付けられる取付角度のうちの少なくとも一方を調節する調節手段を具備する請求項１に記載のロボットシステム。   2. The robot system according to claim 1, further comprising an adjusting unit that adjusts at least one of an attachment position at which the robot base is attached to the connection unit and an attachment angle at which the robot base is attached to the connection unit. 前記多関節ロボットと前記制御ユニットとを電気的に接続する接続ケーブルは、前記設置部および前記回転テーブルの両方に形成された貫通孔を通って延びている請求項１または２に記載のロボットシステム。   The robot system according to claim 1, wherein a connection cable for electrically connecting the articulated robot and the control unit extends through a through hole formed in both the installation unit and the rotary table. .
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