JP3171481B2 - 配線配管交換機能を有するロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボットの手首部先端に
取り付けられたエンドエフェクタに連結される配線、配
管を交換保持する配線配管交換機能を有するロボットに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボットの手首部先端に取り付け
られたエンドエフェクタに連結される配線、配管を保持
するものとして、実開昭６０−８４２９４号に記載され
ている技術がある。これはエンドエフェクタに連結され
るケーブルを保持するケーブルクランプ部材をロボット
の第２アームに取り付け、ケーブルを手首部と第２アー
ムの２箇所で支持することにより、ケーブルの弾性や重
量によって生じるロボット手首部への負荷を減少させる
ことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したような配線、
配管を保持する機構では、ロボットのエンドエフェクタ
を交換する際には、第２アームに取り付けられている配
線、配管を作業者が取り外し、新しいエンドエフェクタ
の配線、配管に取り替える必要がある。従って、エンド
エフェクタが頻繁に交換される現場においては、この作
業によるタイムロスが非常に大きくなってしまうという
問題点があった。

【０００４】本発明は以上のような問題点を解決するた
めになされたものであり、エンドエフェクタを交換する
時において、その配線、配管も同時にクランプすること
によってサイクルタイムを減少させるとともに、配線、
配管の弾性や重量によってロボット手首部へ生じる負荷
を減少させる配線、配管の保持機構を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した目的を
達成する手段として、移動体の作動領域内に設置され複
数のエンドエフェクタを載置する交換台と、前記複数の
エンドエフェクタのそれぞれに取付く配線配管の途中位
置に取付けられた中継部材と、前記交換台に設けられた
前記中継部材を支持する配線配管支持装置と、エンドエ
フェクタ交換の際に前記配線配管支持装置に支持された
前記中継部材を移動体にクランプ、アンクランプするた
めに前記移動体に設けられた配線配管クランプ機構とを
備えたものである。

【０００６】

【作用】ロボットは、移動体を移動させることにより配
管配線支持装置に接近し、エンドエフェクタを交換する
と同時に移動体に設置された配線配管クランプ機構によ
り、新しく取り付けるエンドエフェクタの中継部材を移
動体にクランプする。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図１、図２は、本実施例の全体図である離型剤塗
布ロボット（以下、単にロボットと呼ぶ）を示した図で
あり、パレット２４上の工作物（金型）に離型剤を塗布
するための装置である。図１において、地面に立設され
た支柱１０は長方形状に四隅に配置されている。これら
の支柱１０には、レール１１が対向して掛け渡されると
ともに、このレール１１は連結用部材１３によって連結
されている。レール１１上には、移動台１５がレール１
１の長手方向（Ｘ方向）に移動可能に案内支持されてお
り、モータ５０とこれに接続された駆動機構５１によっ
て水平走行されるようになっている。移動台１５上に
は、可動台１６が移動台１５の移動方向と直交する水平
方向（Ｙ方向）に移動可能に案内支持されており、この
可動台１６に昇降台１７（移動体）が図１における上下
方向（Ｚ方向）に移動可能に支持されている。この可動
台１６と昇降台１７は、それぞれ可動台１６に取り付け
られたモータ５２，５３によって駆動されるようになっ
ている。

【０００８】昇降台１７にはアーム１８が固定されてお
り、このアーム１８は、先端面にエンドエフェクタ５６
を交換する装置を備えており、Ｘ，Ｙ，Ｚの合計３軸回
りに回動可能になってるため、本実施例のロボットは、
上述した昇降台１７までの３軸とアーム１８の３軸との
合計６軸を有している。また、昇降台１７には後述する
配線配管クランプ機構５４が取り付けられている。

【０００９】昇降台１７と対向する側（図１，２におい
て左側）の連結用部材１３上には、後述する配線配管支
持装置５５が４つ取り付けられている。また、この配線
配管支持装置５５が取り付けられた連結用部材１３の下
部には、配線配管支持装置５５と同数の離型剤塗布用の
エンドエフェクタ５６が交換台５７上に載置されてい
る。この交換台５７は図略の駆動装置によって図１にお
いてレール５７ａ上を左右方向に移動可能となってお
り、エンドエフェクタ５６の交換時には、右方向に移動
して支柱１０で囲まれたロボットの作業領域に進入可能
となっている。

【００１０】次に上記した配線配管支持装置５５と配線
配管クランプ機構５４について説明する。この本実施例
は、この配線配管支持装置５５と配線配管クランプ機構
５４の間で中継部材６０の受け渡しを行うことによっ
て、昇降台１７に支持する配線、配管７０の交換を行う
ものである。尚、この配線、配管７０は図略の離型剤供
給装置からエンドエフェクタ５６に接続されているもの
である。

【００１１】図３、図４は配線配管支持装置５５に中継
部材６０を保持した状態を示した図である。中継部材６
０は、配線、配管７０を連結する中間部６３と、この両
側に立方体形状の第１接続部６１および第２接続部６２
を有している。第１接続部６１は配線配管支持装置５５
側に接続されるものであり、後述するクランプ用のノッ
クピン６７ａと係合する係合穴６１ａを有している。ま
た、第２接続部６２は配線配管クランプ機構５４側に接
続されるものであり、後述するクランプ用のノックピン
７７ａと係合する係合穴６２ａを有するとともに、配
線、配管７０が伸びた時の弛みを防止する配線、配管７
０の案内用ワイヤ７０ａを取り付けるワイヤ留具６２ｂ
を有している。

【００１２】配線配管支持装置５５は、図１に示すよう
に、支柱６８の中間部にシリンダ５８が取り付けられ、
支柱６８の先端部に案内用ワイヤ７０ａを伸縮させ収納
する吊り具６９が取り付けられている。この吊り具６９
から伸縮する案内用ワイヤ７０ａは、螺旋状の配線、配
管７０の螺旋内を通って中継部材６０のワイヤ留具６２
ｂに接続されている。図３、図４に示すようにシリンダ
５８から進退するピストンロッド５８ａには、ブラケッ
ト５９が固定され、このブラケット５９には、中継部材
６０を保持する第１保持体６４が固着されている。第１
保持体６４は、中継部材６０の第１接続部６１と嵌合す
る接続口６４ａが形成され、第１接続部６１が当接する
背面６４ｂには取り付け具６６を介してリミットスイッ
チ６５が設置されている。このリミットスイッチ６５
は、中継部材６０が第１保持体６４に保持される時、第
１接続部６１が接触子６５ａと当接することによって第
１接続部６１が第１保持体６４へ嵌合されたことを検出
するようになっている。また、第１保持体６４の下面に
は、ノックピン進退用のシリンダ６７が取り付けられ、
ナックル６７ｂを介してノックピン６７ａを第１保持体
６４の側方で進退させ、ノックピン６７ａを第１接続部
６１の係合穴６１ａに係合させることによって、中継部
材６０を配線配管支持装置５５側にクランプするように
なっている。

【００１３】次に配線配管クランプ機構５４について図
５を基に説明する。配線配管クランプ機構５４は、配線
配管支持装置５５と同様な構成となっており、昇降台１
７にブラケット７８が固定され、このブラケット７８に
は、中継部材６０を保持する第２保持体７４が固着され
ている。第２保持体７４は中継部材６０の第２接続部６
２と嵌合する接続口７４ａが形成され、第２接続部６２
が当接する背面７４ｂには取り付け具７６を介してリミ
ットスイッチ７５が設置されている。このリミットスイ
ッチ６５は、第２接続部６２が第２保持体７４へ嵌合さ
れたことを検出する接触子７５ａを有している。また、
第２保持体７４の下面には、ナックル７７ｂを介してノ
ックピン７７ａを第２保持体７４の側方で進退させるノ
ックピン進退用のシリンダ７７が取り付けられており、
ノックピン７７ａを第２接続部６２の係合穴６２ａに係
合させることによって、中継部材６０を配線配管クラン
プ機構５４側にクランプするようになっている。

【００１４】次に本実施例の制御装置の主な構成につい
て説明する。図６において８０は中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）である。この中央処理装置８０には、メモリ８１、
サーボＣＰＵ８３ａ〜ｆおよび空気圧制御装置８４が接
続されている。メモリ８１にはロボットの動作プログラ
ムや、エンドエフェクタ５６を交換する時において配
線、配管７０をクランプするプログラム等が記憶されて
いる。サーボＣＰＵ８３ａ〜ｆは、上述した離型剤塗布
ロボットが有する１軸から６軸を駆動するモータＭ１〜
Ｍ６を駆動するためのものであり、中央処理装置８０か
ら出力される回転角指令データθ１〜θ６とモータＭ１
〜Ｍ６に連結されたエンコーダＥ１〜Ｅ６の出力α１〜
α６との間の偏差を演算し、この演算された偏差の大き
さに応じた速度で各モータＭ１〜Ｍ６を回転させるよう
に作動する。なお、以上の説明における１軸から３軸を
駆動するモータＭ１〜Ｍ３は、上記したモータ５０，５
２，５３を示しており、４軸から６軸を駆動するモータ
Ｍ４〜Ｍ６は、アーム１８が有する３つの軸を駆動する
ものである。

【００１５】空気圧制御装置８４は、上述した配線配管
クランプ機構５４および配線配管支持装置５５に使用さ
れるシリンダ７７，５８，６７や、交換台５７の駆動装
置を作動させる圧縮空気の制御を中央処理装置８０から
の指令に基づいて行うものである。以上の構成に基づい
て本実施例におけるエンドエフェクタ５６を交換する際
に行われる配線、配管７０の交換動作を図７に示すフロ
ーチャートにより説明する。

【００１６】ステップ１０においてエンドエフェクタ５
６を交換する指令が中央処理装置８０から与えられる
と、まず、現在アーム１８に取り付けられているエンド
エフェクタ５６の返却を行う。即ち、交換台５７を図
１，２において右方向に移動させ、支柱１０で囲まれた
作業領域に位置決めする（ステップ１２）。ステップ１
２の後、エンドエフェクタ５６を返却するためにアーム
１８は交換台５７の方へ移動し、交換台５７上に現在取
り付けられているエンドエフェクタ５６を外す（ステッ
プ１４）。

【００１７】エンドエフェクタ５６の返却が完了する
と、続いて中継部材６０を返却し、配線、配管７０を昇
降台１７から外す作業を行う。即ち、返却したエンドエ
フェクタ５６に対応する配線配管支持装置５５のシリン
ダ５８を作動させ、第１保持体６４を図において右方に
前進させる（ステップ１６）。この時作動させた配線配
管支持装置５５の位置は、ステップ１４においてエンド
エフェクタ５６を返却した位置のほぼ真上の位置とな
る。

【００１８】次にステップ１８における中継部材６０の
返却について説明する。まず、配線配管クランプ機構５
４の第２保持体７４と、ステップ１６において前進させ
た配線配管支持装置５５の第１保持体６４のＸ軸線方向
が一致するように昇降台１７を位置決めする。この状態
で昇降台１７を図１，２において左方向に移動させる
と、現在昇降台１７側の配線配管クランプ機構５４にク
ランプされている中継部材６０は、配線配管支持装置５
５の第１保持体６４に嵌合される。この時、中継部材６
０の第１接続部６１は、リミットスイッチ６５に当接す
るため、このリミットスイッチ６５の信号によって昇降
台１７は停止する。昇降台１７が停止するとシリンダ６
７が作動し、ノックピン６７ａと第１接続部６１の係合
穴６１ａとが係合することによって、第１接続部６１を
介して中継部材６０は配線配管支持装置５５にクランプ
される。

【００１９】続いて、配線配管クランプ機構５４側のシ
リンダ７７が作動して、ノックピン７７ａと、第２接続
部６２の係合穴６２ａとの係合を解除して、中継部材６
０をアンクランプする。この状態で昇降台１７を図１，
２において右方向に移動させることで中継部材６０の返
却は完了する。ステップ１８によって中継部材６０の返
却が完了した配線配管支持装置５５の第１保持体６４
は、シリンダ５８によって後退し、（ステップ２０）。
昇降台１７は、新しいエンドエフェクタ５６を取り付け
るために移動を開始する。

【００２０】返却した配線配管支持装置５５が後退する
と、ステップ２２において、交換するエンドエフェクタ
５６に対応する配線配管支持装置５５のシリンダ５８を
作動させ、第１保持体６４を図において右方に前進さ
せ、新しい中継部材６０の装着を行う（ステップ２
４）。ステップ２４の中継部材６０の装着動作は、ステ
ップ１８において説明した中継部材６０の返却動作の逆
を行う。即ち、配線配管クランプ機構５４と配線配管支
持装置５５のＸ軸線方向が一致するように昇降台１７を
位置決めした後、昇降台１７を図１，２において左方向
に移動させ、配線配管支持装置５５にクランプされてい
る中継部材６０を昇降台１７側の配線配管クランプ機構
５４の第２保持体７４に嵌合させる。そして、配線配管
クランプ機構５４側のシリンダ７７が作動して、中継部
材６０の第２接続部６２をクランプした後、配線配管支
持装置５５側のシリンダ６７が作動して中継部材６０の
第１接続部６１をアククランプする。

【００２１】このようにして新しい中継部材６０の装着
が完了した配線配管支持装置５５は、シリンダ５８が作
動して後退し（ステップ２６）、続いて新しいエンドエ
フェクタ５６の装着が行われる（ステップ２８）。即
ち、昇降台１７を移動させることによりアーム１８は交
換台５７の方へ移動し、交換台５７上で新しいエンドエ
フェクタ５６を装着する。

【００２２】以上のようにエンドエフェクタ５６および
中継部材６０の交換が完了すると、交換台５７は図１，
２において左方向に移動して支柱１０で囲まれた作業領
域にから外れた位置に後退し（ステップ３０）、エンド
エフェクタ５６および中継部材６０の交換の全てのプロ
セスを終了する（ステップ３２）。以上述べたように本
実施例の配線配管クランプ機構を備えたロボットは、エ
ンドエフェクタ５６を交換する際に中継部材６０の交換
も同時に行うことによって、エンドエフェクタ５６毎に
その配線、配管７０を支持することができる。従って、
エンドエフェクタ５６に連結される配線、配管７０によ
ってロボット手首部に負荷が作用することを防止でき
る。

【００２３】上述した実施例においては、配線配管支持
装置５５および交換台５７をそれぞれシリンダ５８およ
び図略の駆動装置によって移動可能としているが、これ
は、ロボットの作業範囲に配線配管支持装置５５および
交換台５７を設置すると、ロボットの作業範囲を減少さ
せてしまうため、エンドエフェクタ５６を交換する時の
みロボットの作業範囲に配線配管支持装置５５および交
換台５７が位置するようにしたためである。従って、あ
らかじめ配線配管支持装置５５および交換台５７をロボ
ットの作業範囲内に設置してもロボットの作業に影響が
無い場合は、配線配管支持装置５５および交換台５７を
移動可能とする必要は無い。

【００２４】また、本実施例においては、中継部材６０
を介して配線、配管７０の交換を行っているが、図８に
示すようにエンドエフェクタ９３に連結される配線、配
管９１を把持する専用のハンド９２をロボット９０上に
設ける構成としても良い。このロボット９０は、第１ア
ーム９０ａ、第２アーム９０ｂを有し、第２アーム９０
ｂに把持爪９２ａ，９２ｂによって配線、配管９１を把
持する専用のハンド９２が取り付けられている。尚、上
記した実施例および図８に示す実施例における配線、配
管７０，９１を支持する位置は、昇降台１７および第２
アーム９０ｂに限られるものではなく、ロボットの作業
上邪魔にならない位置ならば特に限定されない。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明の配線配管交換
機能を有するロボットは、エンドエフェクタを交換する
際に、このエンドエフェクタに接続された配線、配管も
同時に交換するようにしたため、作業者による配線、配
管の交換作業をなくすことができ、サイクルタイムを減
少できる。また、エンドエフェクタに取付く配線配管の
途中位置に中間部材を取付け、この中継部材を移動体に
クランプすることにより、配線配管の弾性及び重量が移
動体と手首部の２箇所で支持されるため、配線、配管の
弾性や重量によってロボット手首部へ生じる負荷を減少
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の正面図である。

【図２】本実施例の平面図である。

【図３】本実施例の配線配管支持装置を示す図である。

【図４】図３のＡ視図である。

【図５】本実施例の配線配管クランプ機構を示す図であ
る。

【図６】本実施例の制御装置の構成を示す図である。

【図７】本実施例の作用を説明するフローチャートであ
る。

【図８】本発明の第２の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１８ アーム ５４ 配線配管クランプ機構 ５５ 配線配管支持装置 ５６ エンドエフェクタ ５７ 交換台 ６０ 中継部材 ７０ 配線、配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲葉 一顕 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 審査官 佐々木 正章 (56)参考文献 特開 平３−117585（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−52054（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 15/04 B25J 5/02 B25J 19/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１自由度を有して移動可能な
   移動体に取り付けられるエンドエフェクタを交換するこ
   とによって種々の作業を行うロボットにおいて、前記移
   動体の作動領域内に設置され複数のエンドエフェクタを
   載置する交換台と、前記複数のエンドエフェクタのそれ
   ぞれに取付く配線配管の途中位置に取付けられた中継部
   材と、前記交換台に設けられ前記中継部材を支持する配
   線配管支持装置と、エンドエフェクタ交換の際に前記配
   線配管支持装置に支持された前記中継部材を移動体にク
   ランプ、アンクランプするために前記移動体に設けられ
   た配線配管クランプ機構とを備えたことを特徴とする配
   線配管交換機能を有するロボット。