JP4030298B2 - 産業用ロボット - Google Patents
産業用ロボット Download PDFInfo
- Publication number
- JP4030298B2 JP4030298B2 JP2001361091A JP2001361091A JP4030298B2 JP 4030298 B2 JP4030298 B2 JP 4030298B2 JP 2001361091 A JP2001361091 A JP 2001361091A JP 2001361091 A JP2001361091 A JP 2001361091A JP 4030298 B2 JP4030298 B2 JP 4030298B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- generator
- end effector
- arm
- types
- industrial robot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Gripping On Spindles (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、産業用ロボットは、アーム先端部に溶接ガンやハンド等のエンドエフェクタを装着し、このエンドエフェクタを目標位置に移動位置決めしながら、対象物に対して溶接を行ったり、対象物をハンドリングする。
一方、エンドエフェクタにおいては、溶接時のクランプ装置の駆動やハンドの開閉等の動作をさせるための駆動源としての電動モータをエンドエフェクタ自体に備えたものと、たとえば、特開２００１−２３６７０号公報等に開示されているようなロボットアームに電動モータを内蔵し、この電動モータをエンドエフェクタに供給して当該エンドエフェクタを動作させるものとが知られいている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動モータをエンドエフェクタ自体に備えたエンドエフェクタは、外部に設けられた電源と電動モータとを給電ケーブルで電気的に接続する必要がある。このため、産業用ロボットの動作範囲が給電ケーブル等によって制約を受ける可能性がある。
一方、ロボットアームに電動モータを内蔵しこの電動モータの回転が供給されるエンドエフェクタにおいては、種々のエンドエフェクタに対応するために、電動モータの最大回転数は、たとえば、数千回転／分程度のものを用いる。しかしながら、電動モータの最大回転数が低いと、たとえば、ドリルやエンドミル等の刃具を数万〜十数万回転／分させて切削加工を行うようなエンドエフェクタに対応できない。すなわち、ロボットアームに内蔵された電動モータの仕様や能力にエンドエフェクタが支配され、エンドエフェクタの機能や性能を独立に高めることが難しい。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、外部から給電することなく作動し、独立に機能や性能を高めることができるエンドエフェクタを備えた産業用ロボットを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の産業用ロボットは、複数種のエンドエフェクタと、前記複数種のエンドエフェクタのいずれかをクランプ又はアンクランプするクランプ手段と、前記クランプ手段を保持し、前記クランプ手段にクランプされたエンドエフェクタを移動位置決め及び駆動する産業用ロボット本体と、前記複数種のエンドエフェクタを収容するストッカとを有し、前記複数種のエンドエフェクタのそれぞれは、発電機と、前記発電機によって発電された電力によって作動する作動手段とを有し、前記複数種のエンドエフェクタには、前記発電機により動作に必要な電力が発電される、溶接用のエンドエフェクタ及びハンドリング用のエンドエフェクタの少なくとも一方が含まれ、前記クランプ手段は、クランプ手段ケースと、前記クランプ手段ケースに回転自在に保持され、前記発電機に回転を伝達する伝達軸とを有し、前記産業用ロボット本体は、ベース部と、前記ベース部に対して移動可能で、前記クランプ手段ケースがボルトにより固定されたアーム部と、前記アーム部を前記ベース部に対して駆動するアーム用駆動源と、前記アーム部に設けられ、前記伝達軸を介して前記発電機に回転動力を供給するエンドエフェクタ用駆動源と、前記アーム用駆動源、前記クランプ手段及び前記エンドエフェクタ用駆動源の動作を制御するコントローラとを有し、前記ストッカは、前記ベース部に対する前記アーム部の移動による前記クランプ手段の可動範囲内に配置され、前記複数種のエンドエフェクタをそれぞれ収容する複数の収容部を有し、前記コントローラは、前記複数種のエンドエフェクタのうちの所望のエンドエフェクタの、前記複数の収容部のいずれかに収容されているときの位置に、前記クランプ手段を移動させて、前記所望のエンドエフェクタをクランプ又はアンクランプするように、前記アーム用駆動源及び前記クランプ手段の動作を制御する。
【０００６】
好適には、前記複数種のエンドエフェクタには、前記作動手段が、前記発電機によって発電された電力により駆動される電動機と、前記電動機によって回転されるワークを加工する刃具とを有する工具が含まれる。
【０００７】
好適には、前記複数種のエンドエフェクタには、複数の前記工具が含まれ、前記複数の工具それぞれの前記発電機は三相同期発電機であり、前記複数の工具それぞれの前記電動機は三相誘導電動機であり、前記複数の工具は、極数比が互いに異なる。
好適には、前記アーム部として、前記ベース部に対して第１の鉛直軸回りに旋回可能に保持された第１旋回部と、前記第１旋回部に前記第１の鉛直軸から離れた第２の鉛直軸回りに旋回可能に保持された第２旋回部と、前記第２旋回部の前記第２の鉛直軸から離れた位置に昇降可能に保持され、前記クランプ手段を保持する昇降部材とを有する。
好適には、前記アーム部として、前記ベース部に対して鉛直軸回りに旋回可能に保持された旋回部と、一端部が前記旋回部に第１の水平軸回りに旋回可能に保持された第１アーム部と、前記第１アーム部の他端部に第２の水平軸回りに旋回可能に保持された第１連結部と、一端部が前記第１連結部に前記第２の水平軸に直交する軸回りに旋回可能に保持された第２アーム部と、前記第２アーム部の他端部に第３の水平軸回りに旋回可能に保持され、前記クランプ手段を保持する第２連結部とを有する。
好適には、ティーチングペンダントを更に有し、前記コントローラは、前記ティーチングペンダントの操作によって、前記所望のエンドエフェクタの前記複数の収容部のいずれかに収容されているときの位置に前記クランプ手段を移動させて前記所望のエンドエフェクタをクランプ又はアンクランプする動作を教示される。
【００１０】
本発明では、産業用ロボット本体に装着されたエンドエフェクタは、産業用ロボット本体に備わる駆動源からエンドエフェクタの発電機に動力が伝達され、発電機は発電する。エンドエフェクタの作動手段は、発電機から電力が供給されて作動し、このエンドエフェクタを産業用ロボット本体によって所望の位置に移動位置決めすることにより、所定の作業が行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の一実施形態に係る産業用ロボットの構成図である。
図１に示す産業用ロボット１は、いわゆる水平多関節形ロボットであって、種々の作業に適用可能な汎用のロボットである。
この産業用ロボット１は、ロボット本体２と、クランプ装置１５０と、工具６０とを有する。なお、クランプ装置１５０は本発明のクランプ手段の一実施態様であり、工具６０は本発明のエンドエフェクタの一実施態様である。
【００１２】
ロボット本体２は、基準面Ｇ上に設置されたベース部３と、このベース部３に旋回自在に保持された第１旋回部４と、この第１旋回部４に旋回可能に保持された第２旋回部６と、この第２旋回部６によって矢印Ａ１およびＡ２で示す昇降方向に昇降可能に保持された昇降部材４１と、この昇降部材４１の中心部に挿入された駆動軸５１とを有する。
【００１３】
ベース部３は、その内腔にコントローラ２１およびサーボモータ３１を収納している。
コントローラ２１は、サーボモータ３１および後述するサーボモータ３２，３３および３４を所要のソフトウエアに基づいて駆動制御することにより、ロボット本体２の動作を制御する。コントローラ２１には、ティーチングイペンダント２２が接続されており、このティーチングイペンダント２２を操作することにより、ロボット本体２の所定の動作を教示する。
【００１４】
サーボモータ３１は、ベース部３内に固定されており、サーボモータ３１の回転軸３１ａが第１旋回部４に連結されている。この回転軸３１ａが回転することにより第１旋回部４が当該回転軸３１ａを中心に水平方向に沿って旋回する。
また、ベース部３には、可撓性を有するパイプ８の一端が接続され、パイプ８の他端は第２旋回部６に接続されている。このパイプ８は、ベース部３と第２旋回部６との間で必要な電気配線、信号線等の経路を構成している。
【００１５】
第２旋回部６は、その内腔にサーボモータ３２および３３を収納している。
サーボモータ３２は、第２旋回部６内に固定されており、その回転軸３２ａは、第１旋回部４に連結されている。この、回転軸３２ａが回転することにより第２旋回部６が第１旋回部４に対して当該回転軸３２ａを中心に水平方向に沿って旋回する。
サーボモータ３３は第２旋回部６内に固定されており、サーボモータ３３の回転軸３３ａに伝達車４５が固定されている。
【００１６】
昇降部材４１は、円筒状の部材からなり、外周に図示しないねじが形成されている。この昇降部材４１は、第２旋回部６内に固定された支持部材３９に回転自在に支持された伝達部材４０の内周に形成された図示しないねじに螺合している。したがって、昇降部材４１は伝達部材４０の回転に応じて昇降方向Ａ１またはＡ２の向きに昇降する。
【００１７】
伝達部材４０と上記した伝達車４５との間には、ベルト４２が巻き付けられている。このベルト４２は、サーボモータ３３による伝達車４５の回転を伝達部材４０に伝達する。
【００１８】
昇降部材４１の上端部には、サーボモータ３４が固定されている。このサーボモータ３４の回転軸３４ａは、カップリング５０を介して円筒状部材である昇降部材４１の内部に挿入された駆動軸５１と連結されている。
また、昇降部材４１の下端部には、クランプ装置１５０を固定するための取付部材４１ｅが設けられている。
【００１９】
駆動軸５１の下端部は、後述するクランプ装置１５０まで延びている。この駆動軸５１は、昇降部材４１の内周に軸受を介して回転自在に保持されている。
【００２０】
工具の構成
図２は、本発明のエンドエフェクタの一実施形態としての工具の構成を示す部分断面図である。
図２において、工具６０は、刃具１００と、この刃具１００を保持する工具ホルダ６１とから構成される。
【００２１】
工具ホルダ６１は、装着部６２と、ケース部材６６，６７および６８からなるケース６５と、発電機７０と、電動機８０と、工具保持部９０と、回り止め部材８５とを備えている。
【００２２】
装着部６２は、テーパシャンク部６２ｂと、このテーパシャンク部６２ｂの先端部に形成されたプルスタッド６２ｃと、ケース部材６６に回転自在に保持される軸部６２ｄとを備えている。
【００２３】
装着部６２のテーパシャンク部６２ｂは、後述するクランプ装置のテーパスリーブに装着される。
装着部６２のプルスタッド６２ｃは、装着部６２がクランプ装置のテーパスリーブに装着されると、クランプ装置のコレットによってクランプされる。
装着部６２の軸部６２ｄは、ケース部材６６の内周に複数の軸受７２を介して回転自在に保持されている。
【００２４】
ケース部材６７の内周には、保持部材７３を介して発電機７０および電動機８０が保持されている。
発電機７０は、入力軸７１が装着部６２の軸部６２ｄと同心に連結されており、この発電機７０には主軸４６の回転力が装着部６２を介して伝達される。
発電機７０には、たとえば、三相同期発電機が用いられる。
【００２５】
電動機８０は、図示しない導電ケーブルによって、発電機７０で発電された電力が供給される。この電動機８０は、発電機７０から供給される電力によって駆動される。
電動機８０には、たとえば、三相誘導電動機を用いることができる。
【００２６】
工具保持部９０は、回転軸９１と、この回転軸９１と電動機８０の回転軸８１とを連結するカップリング９３と、回転軸９１の先端部に固定された工具装着部材９５とを有する。
【００２７】
回転軸９１は、ケース部材６８の内周に複数の軸受９２を介して回転自在に保持されている。
回転軸９１の先端側は、ケース部材６８に抜け止め部材９４によって抜け止めされている。
【００２８】
刃具１００は、工具装着部９５に保持されており、この刃具１００はワークを加工する。刃具１００は、具体的には、ドリル、エンドミル等の各種の刃具である。
【００２９】
ケース部材６６、６７および６８は、たとえば、ボルト等の締結手段によって連結されており、これらケース部材６６、６７および６８がケース６５を構成している。
ケース部材６６の外周には、回り止め部材８５が設けられている。
回り止め部材８５は、装着部６２が後述するクランプ装置に装着されることにより、当該クランプ装置に設けられた嵌合穴に先端部が挿入される。これにより、ケース部材６６、すなわち、ケース６５は、装着部６２が回転しても回転が規制される。
【００３０】
クランプ装置
図３は、クランプ装置１５０の構造を示す断面図である。なお、図３はクランプ装置１５０がロボット本体２に取り付けられ、かつ、クランプ装置１５０によって上記した工具６０がクランプされた状態を示している。
図３に示すように、クランプ装置１５０は、ケース１５１と、ケース１５１に回転自在に保持された伝達軸１５２とを有する。
【００３１】
ケース１５１は、円筒状の部材からなり、上端側に設けられたフランジ部１５１ｆが上記した取付部材４１ｅに複数のボルトＢＴによって固定されている。
ケース１５１の下端部には、上記した工具６０の回り止め部材８５の先端部が挿入される嵌合穴１５１ａが形成されている。
【００３２】
伝達軸１５２は、ケース１５１の内周の上端側および下端側にそれぞれ設けられた軸受ＢＲを介して当該ケース１５１に回転自在に保持されている。この伝達軸１５２は、伝達部材１５３の下端部と伝達部材１５４の上端部が嵌合固定されることによって構成されている。
伝達軸１５２は、上記したロボット本体２の駆動軸５１の回転を工具６０の装着部６２ｂに伝達する役割を果たす。
【００３３】
伝達部材１５３の上端側の中心部には、ロボット本体２の駆動軸５１の先端に設けられた嵌合部５１ｅが嵌合する嵌合凹部１５３ｒが形成されている。駆動軸５１の嵌合部５１ｅは、断面形状がたとえば、四角等の多角形となっており、嵌合凹部１５３ｒは嵌合部５１ｅの外形に合致した形状となっている。嵌合凹部１５３ｒと嵌合部５１ｅとが嵌合することによって、駆動軸５１の回転が伝達軸１５２に伝達される。
【００３４】
伝達部材１５３の下端側の中心部には、シリンダ室１５３ｃが形成されている。このシリンダ室１５３ｃは、伝達部材１５３の半径方向に形成された管路１５３ｐと連通している。管路１５３ｐの外周には、環状の溝部１５３ｔが形成されている。また、ケース１５１には、溝部１５３ｔに対向する位置に当該溝部１５３ｔに連通する管路１５１ｐが形成されており、この管路１５１ｐはケース１５１の外周まで延びている。
【００３５】
ケース１５１に形成された管路１５１ｐには、コネクタ１８０を介して作動油を供給する供給管１８１が接続されている。この供給管１８１の他端は、図１に示した油圧源４００に接続されている。
【００３６】
伝達部材１５３の溝部１５３ｔの上下両側には、ＯリングＯＲがそれぞれ設けられている。これらのＯリングＯＲは、油圧源４００から供給管１８１、管路１５１ｐ、溝部１５３ｔおよび管路１５３ｐを通じてシリンダ室１５３ｃに供給される作動油がケース１５１の内周と伝達部材１５３の外周の隙間から漏れるのを防ぐために設けられている。
【００３７】
伝達部材１５３のシリンダ室１５３ｃ内には、ピストン１６１が当該シリンダ室１５３ｃ内を移動可能に設けられている。
このピストン１６１には、ロッド部材１６０が連結されている。
【００３８】
一方、伝達部材１５４は、中心部に貫通孔を備えており、この伝達部材１５４の上側内周には、ピストン１６１に対向して規制部１５４ｔが形成されている。
この規制部１５４ｔとピストン１６１の下端面との間には、皿ばね１９０が設けられている。この皿ばね１９０は、ピストン１６１と規制部１５４ｔとを引き離す向きに当該ピストン１６１を付勢している。
また、伝達部材１５４の下側には、上記した工具６０のテーパシャンク部６２ｂが嵌合するテーパスリーブ１５４ａが形成されている。
【００３９】
ロッド部材１６０は、上端側にピストン１６１が連結され、中途部に拡径された環状の押圧部１６０ａが形成され、下端部に拡径された引上部１６０ｂが形成されている。
【００４０】
ロッド部材１６０の引上部１６０ｂの周囲には、複数のコレット１７０が設けられている。
コレット１７０は、ロッド部材１６０の矢印Ｂ１またはＢ２の向きへの移動に応じて開閉し、工具６０のプルスタッド６２ｃの引き上げ、あるいは、解放を行う。
【００４１】
次に、上記構成のクランプ装置１５０による工具６０のクランプ、アンクランプ動作について説明する。
まず、クランプ装置１５０に工具６０が装着されていない状態において、上記した油圧源４００から高圧の作動油をシリンダ室１５３ｃに供給する。
油圧源４００から高圧の作動油がシリンダ室１５３ｃに供給されると、ピストン１６１は、皿ばね１９０の付勢力に抗して下方（矢印Ｂ２に向き）に移動する。
【００４２】
ピストン１６１が矢印Ｂ２に向きに下降すると、ロッド部材１６０が矢印Ｂ２で示す下方に押し下げられ、ロッド部材１６０の押圧部１６０ａがコレット１７０の上端部を下方に向けて押圧し、コレット１７０が開く。
コレット１７０が開いた状態で、工具６０のテーパシャンク部６２ｂを伝達部材１５４のテーパスリーブ１５４ａに装着する。
【００４３】
次いで、油圧源４００からシリンダ室１５３ｃへの高圧の作動油の供給を停止する。シリンダ室１５３ｃへの高圧の作動油の供給を停止すると、ピストン１６１は、皿ばね１９０の付勢力矢印Ｂ１の向きに上昇する。
ピストン１６１の上昇によってロッド部材１６０も上昇し、コレット１７０は引上部１６０ｂと係合し、コレット１７０は閉じる。これにより、工具６０のプルスタッド６２ｃはコレット１７０によって締め付けられながら引き上げられる。これにより、装着部６２のテーパシャンク６２ｂは伝達部材１５４のテーパスリーブ１５４ａにクランプされる。
【００４４】
装着部６２のテーパシャンク６２ｂを伝達部材１５４のテーパスリーブ１５４ａからアンクランプするときは、油圧源４００からシリンダ室１５３ｃへ高圧の作動油を供給してコレット１７０を開けばよい。
【００４５】
次に、本実施形態に係る産業用ロボット１の動作の一例について説明する。
まず、クランプ装置１５０をロボット本体２の取付部材４１ｅに固定したのち、クランプ装置１５０によって工具６０をクランプする。
【００４６】
この状態から、ロボット本体２のサーボモータ３４を回転数Ｎ0 で回転させると、ロボット本体２の駆動軸５１とクランプ装置１５０の伝達軸１５２を介して接続された工具６０の装着部６２が回転し、サーボモータ３４の回転力が発電機７０に伝達される。
これにより、発電機７０は、たとえば、三相同期発電機を用いた場合には、三相交流電力を発電する。
【００４７】
三相同期発電機の発生する三相交流電力の周波数ｆは、三相同期発電機の極数をＰ1 とし、主軸４６の回転数をＮ0 〔ｍｉｎ-1〕とすると、次式（１）によって表される。
【００４８】
【数１】
ｆ＝Ｐ1 ×Ｎ0 ／１２０〔Ｈｚ〕 …（１）
【００４９】
したがって、サーボモータ３４を回転数Ｎ0 で回転させると、上記（１）式で表される周波数ｆの三相交流電力が電動機８０に供給される。
【００５０】
ここで、電動機８０に三相誘導電動機を用いたとすると、この三相誘導電動機の極数がＰ2 とすると、三相誘導電動機は３相交流の１サイクルで２／Ｐ2 回転することから、すべりがないときの三相誘導電動機の同期速度Ｎ1 は、次式（２）で表される。
【００５１】
【数２】
Ｎ1 ＝１２０×ｆ／Ｐ2 〔ｍｉｎ-1〕 …（２）
【００５２】
したがって、サーボモータ３４の回転数Ｎ0 に対する電動機８０の回転数Ｎ1は次式（３）によって表される。
【００５３】
【数３】
Ｎ1 ＝Ｎ0 ×Ｐ1 ／Ｐ2 〔ｍｉｎ-1〕 …（３）
【００５４】
（３）式からわかるように、サーボモータ３４の回転数Ｎ0 は、上記（３）式で表される回転数Ｎ1 に変速される。
（３）式で示すように、三相同期発電機の極数Ｐ1 と三相誘導電動機の極数Ｐ2 との比を適宜設定することにより、サーボモータ３４の回転数Ｎ0 に対する電動機８０の回転数Ｎ1 の変速比を任意に設定できることが分かる。
すなわち、サーボモータ３４の回転数Ｎ0 に対して電動機８０の回転数Ｎ1 を増速したい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より大きくし、減速したい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より小さくなるように、三相同期発電機の極数Ｐ1 および三相誘導電動機の極数Ｐ2 を予め選択すればよい。
【００５５】
たとえば、サーボモータ３４の最大回転数Ｎmax が３０００ｍｉｎ-1であるとすると、刃具１００の回転数をこの最大回転数Ｎmax よりも高い３００００ｒｐｍに増速させたいような場合には、上記の極数比Ｐ1 ／Ｐ2 が１０である三相同期発電機および三相誘導電動機を内蔵した工具６０を予め用意しておく。
【００５６】
サーボモータ３４を３０００ｒｐｍで回転させると、発電機７０はサーボモータ３４の回転数および極数Ｐ1 に応じた周波数の三相交流を発生する。
電動機８０は、発電機７０から供給される三相交流によって駆動され、工具６０の刃具１００は、略３００００ｒｐｍの回転数で回転する。
【００５７】
上記のように刃具１００が増速された状態で、ロボット本体２を予め教示した作業プログラムにしたがって動作させる。
ロボット本体２は、作業プログラムにしたがって、工具６０をワークに対して移動位置決めする。これにより、刃具１００によるワークの切削加工が行われる。
【００５８】
工具の自動交換
図４は、上記した工具６０の自動交換方法を説明するための図である。
たとえば、刃具１００の種類や変速比等が異なる複数の工具６０を予め用意しておき、これらの工具６０を交換することにより、ワークに対する種々の切削加工を行うことが可能となる。
しかしながら、工具６０の交換を手作業で行っていたのでは、作業効率が悪い。
【００５９】
このため、図４に示すように、収容部２００Ａ〜２００Ｆを備えたストッカ２００をロボット本体２の可動範囲内に設置する。
収容部２００Ａ〜２００Ｆは、複数種の工具６０Ａ〜６０Ｆをそれぞれ収容する。また、上記したプルスタッド６２ｃ側が上方を向くように工具６０Ａ〜６０Ｆは各収容部２００Ａ〜２００Ｆにそれぞれ収容される。
【００６０】
たとえば、ティーチングペンダント２２を用いて、収容部２００Ａ〜２００Ｆに収容された各工具６０Ａ〜６０Ｆの位置をロボット本体２に内蔵されたコントローラ２１にティーチングする。このティーチングに付随して、上記したクランプ装置１５０への油圧源４００からの作動油の供給、停止動作もコントローラ２１にティーチングする。
【００６１】
工具６０の交換の際には、予めコントローラ２１に教示したティーチングプログラムを呼び出しこれを実行することにより、クランプ装置１５０は教示した位置に移動位置決めされ、コントローラ２１から油圧源４００へ制御信号２１ｓが出力される。
クランプ装置１５０の移動位置決め動作とクランプ装置１５０のクランプ／アンクランプ動作との協動により、複数種の工具６０Ａ〜６０Ｆのうち所望の工具をクランプ装置１５０に対して着脱することが可能となる。
【００６２】
以上のように、本実施形態によれば、発電機７０および電動機８０を内蔵し、発電機７０で発生した電力で電動機８０を駆動することで、ロボット本体２に内蔵された本発明の駆動源としてのサーボモータ３４に対して独立に刃具１００を回転させることが可能となり、刃具１００をサーボモータ３４の最大回転数よりも増速させる等の変速が可能となる。
【００６３】
さらに、本実施形態によれば、刃具１００を電動機８０で直接回転させ、本発明の駆動源としてのサーボモータ３４と刃具１００との間に機械的な伝達機構が存在しないため、刃具１００の応答性を向上でき、また、歯車機構等の機械的な伝達機構による熱の発生がない。
【００６４】
また、本実施形態によれば、ロボット本体２自身が工具６０を所望の位置に移動位置決めすることができるため、専用の自動交換装置を設けなくても工具６０の自動交換が可能となる。
また、本実施形態によれば、発電機７０の発電した電力によって刃具１００を駆動するため、外部から駆動電流を供給する必要がなく、この結果、電源供給のための配線が必要ない。
【００６５】
本発明は上述した実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、本発明が適用される産業用ロボットとして、水平多関節形ロボットを例に挙げて説明したが、これ以外の産業用ロボットにも本発明は適用可能である。
たとえば、図５に示すいわゆる５軸多関節形ロボットにも適用可能である、この５軸多関節形ロボット５００は、ベース部５０１と、このベース部５０１に旋回可能に設けられた旋回部５０２と、旋回部５０２に一端部が旋回可能に設けられた第１アーム部５０３と、この第１アーム部５０３の他端部に旋回可能に設けられた第２アーム部５０４と、第２アーム部５０４の先端部に回転可能に設けられたハンド５０５とを有する。
たとえば、第２アーム部５０４に駆動源を内蔵し、ハンド５０５の代わりに上記したクランプ装置１５０および工具６０を取り付けることにより、ワークの切削加工が可能である。
【００６６】
また、図６に示すように、ハンド部６０１をｘ、ｙおよびｚの直交座標系に沿って移動位置決め可能ないわゆる水平形ロボット６００にも本発明を適用することができる。さらに、円筒形、極座標形のロボットにも本発明を適用することが可能である。
なお、図５および図６に記載した産業用ロボットは、「特許マップシリーズ
機械８ 産業ロボット」（編集−特許庁、発行−社団法人 発明協会）に掲載されたものと同様の周知の産業ロボットである。
【００６７】
上述した実施形態では、本発明のエンドエフェクタとして工具６０の場合について説明したが、たとえば、溶接用やハンドリング用のエンドエフェクタにも本発明を適用可能である。すなわち、溶接用やハンドリング用のエンドエフェクタの動作に必要な電力を発電機７０で発電すればよい。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、エンドエフェクタに発電機を備え、この発電機によって発電した電力を用いて、たとえば、電動機等の作動手段を作動させる。このため、外部からエンドエフェクタに給電する必要がなくなる。また、エンドエフェクタの機能や性能をロボット本体とは独立に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る産業用ロボットの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタとしての工具の構成を示す断面図である。
【図３】クランプ装置の構造を示す断面図である。
【図４】工具の自動交換方法を説明するための図である。
【図５】本発明が適用可能な産業用ロボットの他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明が適用可能な産業用ロボットのさらに他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…産業用ロボット
２…ベース部
４…第１旋回部
６…第２旋回部
６０…工具
６５…ケース
６６，６７，６８…ケース部材
７０…発電機
８０…電動機
９０…工具保持部
９５…工具装着部
１００…刃具
１５０…クランプ装置
１５１…ケース
１５２…伝達軸
１７０…コレット
１９０…皿ばね
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、産業用ロボットは、アーム先端部に溶接ガンやハンド等のエンドエフェクタを装着し、このエンドエフェクタを目標位置に移動位置決めしながら、対象物に対して溶接を行ったり、対象物をハンドリングする。
一方、エンドエフェクタにおいては、溶接時のクランプ装置の駆動やハンドの開閉等の動作をさせるための駆動源としての電動モータをエンドエフェクタ自体に備えたものと、たとえば、特開２００１−２３６７０号公報等に開示されているようなロボットアームに電動モータを内蔵し、この電動モータをエンドエフェクタに供給して当該エンドエフェクタを動作させるものとが知られいている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動モータをエンドエフェクタ自体に備えたエンドエフェクタは、外部に設けられた電源と電動モータとを給電ケーブルで電気的に接続する必要がある。このため、産業用ロボットの動作範囲が給電ケーブル等によって制約を受ける可能性がある。
一方、ロボットアームに電動モータを内蔵しこの電動モータの回転が供給されるエンドエフェクタにおいては、種々のエンドエフェクタに対応するために、電動モータの最大回転数は、たとえば、数千回転／分程度のものを用いる。しかしながら、電動モータの最大回転数が低いと、たとえば、ドリルやエンドミル等の刃具を数万〜十数万回転／分させて切削加工を行うようなエンドエフェクタに対応できない。すなわち、ロボットアームに内蔵された電動モータの仕様や能力にエンドエフェクタが支配され、エンドエフェクタの機能や性能を独立に高めることが難しい。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、外部から給電することなく作動し、独立に機能や性能を高めることができるエンドエフェクタを備えた産業用ロボットを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の産業用ロボットは、複数種のエンドエフェクタと、前記複数種のエンドエフェクタのいずれかをクランプ又はアンクランプするクランプ手段と、前記クランプ手段を保持し、前記クランプ手段にクランプされたエンドエフェクタを移動位置決め及び駆動する産業用ロボット本体と、前記複数種のエンドエフェクタを収容するストッカとを有し、前記複数種のエンドエフェクタのそれぞれは、発電機と、前記発電機によって発電された電力によって作動する作動手段とを有し、前記複数種のエンドエフェクタには、前記発電機により動作に必要な電力が発電される、溶接用のエンドエフェクタ及びハンドリング用のエンドエフェクタの少なくとも一方が含まれ、前記クランプ手段は、クランプ手段ケースと、前記クランプ手段ケースに回転自在に保持され、前記発電機に回転を伝達する伝達軸とを有し、前記産業用ロボット本体は、ベース部と、前記ベース部に対して移動可能で、前記クランプ手段ケースがボルトにより固定されたアーム部と、前記アーム部を前記ベース部に対して駆動するアーム用駆動源と、前記アーム部に設けられ、前記伝達軸を介して前記発電機に回転動力を供給するエンドエフェクタ用駆動源と、前記アーム用駆動源、前記クランプ手段及び前記エンドエフェクタ用駆動源の動作を制御するコントローラとを有し、前記ストッカは、前記ベース部に対する前記アーム部の移動による前記クランプ手段の可動範囲内に配置され、前記複数種のエンドエフェクタをそれぞれ収容する複数の収容部を有し、前記コントローラは、前記複数種のエンドエフェクタのうちの所望のエンドエフェクタの、前記複数の収容部のいずれかに収容されているときの位置に、前記クランプ手段を移動させて、前記所望のエンドエフェクタをクランプ又はアンクランプするように、前記アーム用駆動源及び前記クランプ手段の動作を制御する。
【０００６】
好適には、前記複数種のエンドエフェクタには、前記作動手段が、前記発電機によって発電された電力により駆動される電動機と、前記電動機によって回転されるワークを加工する刃具とを有する工具が含まれる。
【０００７】
好適には、前記複数種のエンドエフェクタには、複数の前記工具が含まれ、前記複数の工具それぞれの前記発電機は三相同期発電機であり、前記複数の工具それぞれの前記電動機は三相誘導電動機であり、前記複数の工具は、極数比が互いに異なる。
好適には、前記アーム部として、前記ベース部に対して第１の鉛直軸回りに旋回可能に保持された第１旋回部と、前記第１旋回部に前記第１の鉛直軸から離れた第２の鉛直軸回りに旋回可能に保持された第２旋回部と、前記第２旋回部の前記第２の鉛直軸から離れた位置に昇降可能に保持され、前記クランプ手段を保持する昇降部材とを有する。
好適には、前記アーム部として、前記ベース部に対して鉛直軸回りに旋回可能に保持された旋回部と、一端部が前記旋回部に第１の水平軸回りに旋回可能に保持された第１アーム部と、前記第１アーム部の他端部に第２の水平軸回りに旋回可能に保持された第１連結部と、一端部が前記第１連結部に前記第２の水平軸に直交する軸回りに旋回可能に保持された第２アーム部と、前記第２アーム部の他端部に第３の水平軸回りに旋回可能に保持され、前記クランプ手段を保持する第２連結部とを有する。
好適には、ティーチングペンダントを更に有し、前記コントローラは、前記ティーチングペンダントの操作によって、前記所望のエンドエフェクタの前記複数の収容部のいずれかに収容されているときの位置に前記クランプ手段を移動させて前記所望のエンドエフェクタをクランプ又はアンクランプする動作を教示される。
【００１０】
本発明では、産業用ロボット本体に装着されたエンドエフェクタは、産業用ロボット本体に備わる駆動源からエンドエフェクタの発電機に動力が伝達され、発電機は発電する。エンドエフェクタの作動手段は、発電機から電力が供給されて作動し、このエンドエフェクタを産業用ロボット本体によって所望の位置に移動位置決めすることにより、所定の作業が行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の一実施形態に係る産業用ロボットの構成図である。
図１に示す産業用ロボット１は、いわゆる水平多関節形ロボットであって、種々の作業に適用可能な汎用のロボットである。
この産業用ロボット１は、ロボット本体２と、クランプ装置１５０と、工具６０とを有する。なお、クランプ装置１５０は本発明のクランプ手段の一実施態様であり、工具６０は本発明のエンドエフェクタの一実施態様である。
【００１２】
ロボット本体２は、基準面Ｇ上に設置されたベース部３と、このベース部３に旋回自在に保持された第１旋回部４と、この第１旋回部４に旋回可能に保持された第２旋回部６と、この第２旋回部６によって矢印Ａ１およびＡ２で示す昇降方向に昇降可能に保持された昇降部材４１と、この昇降部材４１の中心部に挿入された駆動軸５１とを有する。
【００１３】
ベース部３は、その内腔にコントローラ２１およびサーボモータ３１を収納している。
コントローラ２１は、サーボモータ３１および後述するサーボモータ３２，３３および３４を所要のソフトウエアに基づいて駆動制御することにより、ロボット本体２の動作を制御する。コントローラ２１には、ティーチングイペンダント２２が接続されており、このティーチングイペンダント２２を操作することにより、ロボット本体２の所定の動作を教示する。
【００１４】
サーボモータ３１は、ベース部３内に固定されており、サーボモータ３１の回転軸３１ａが第１旋回部４に連結されている。この回転軸３１ａが回転することにより第１旋回部４が当該回転軸３１ａを中心に水平方向に沿って旋回する。
また、ベース部３には、可撓性を有するパイプ８の一端が接続され、パイプ８の他端は第２旋回部６に接続されている。このパイプ８は、ベース部３と第２旋回部６との間で必要な電気配線、信号線等の経路を構成している。
【００１５】
第２旋回部６は、その内腔にサーボモータ３２および３３を収納している。
サーボモータ３２は、第２旋回部６内に固定されており、その回転軸３２ａは、第１旋回部４に連結されている。この、回転軸３２ａが回転することにより第２旋回部６が第１旋回部４に対して当該回転軸３２ａを中心に水平方向に沿って旋回する。
サーボモータ３３は第２旋回部６内に固定されており、サーボモータ３３の回転軸３３ａに伝達車４５が固定されている。
【００１６】
昇降部材４１は、円筒状の部材からなり、外周に図示しないねじが形成されている。この昇降部材４１は、第２旋回部６内に固定された支持部材３９に回転自在に支持された伝達部材４０の内周に形成された図示しないねじに螺合している。したがって、昇降部材４１は伝達部材４０の回転に応じて昇降方向Ａ１またはＡ２の向きに昇降する。
【００１７】
伝達部材４０と上記した伝達車４５との間には、ベルト４２が巻き付けられている。このベルト４２は、サーボモータ３３による伝達車４５の回転を伝達部材４０に伝達する。
【００１８】
昇降部材４１の上端部には、サーボモータ３４が固定されている。このサーボモータ３４の回転軸３４ａは、カップリング５０を介して円筒状部材である昇降部材４１の内部に挿入された駆動軸５１と連結されている。
また、昇降部材４１の下端部には、クランプ装置１５０を固定するための取付部材４１ｅが設けられている。
【００１９】
駆動軸５１の下端部は、後述するクランプ装置１５０まで延びている。この駆動軸５１は、昇降部材４１の内周に軸受を介して回転自在に保持されている。
【００２０】
工具の構成
図２は、本発明のエンドエフェクタの一実施形態としての工具の構成を示す部分断面図である。
図２において、工具６０は、刃具１００と、この刃具１００を保持する工具ホルダ６１とから構成される。
【００２１】
工具ホルダ６１は、装着部６２と、ケース部材６６，６７および６８からなるケース６５と、発電機７０と、電動機８０と、工具保持部９０と、回り止め部材８５とを備えている。
【００２２】
装着部６２は、テーパシャンク部６２ｂと、このテーパシャンク部６２ｂの先端部に形成されたプルスタッド６２ｃと、ケース部材６６に回転自在に保持される軸部６２ｄとを備えている。
【００２３】
装着部６２のテーパシャンク部６２ｂは、後述するクランプ装置のテーパスリーブに装着される。
装着部６２のプルスタッド６２ｃは、装着部６２がクランプ装置のテーパスリーブに装着されると、クランプ装置のコレットによってクランプされる。
装着部６２の軸部６２ｄは、ケース部材６６の内周に複数の軸受７２を介して回転自在に保持されている。
【００２４】
ケース部材６７の内周には、保持部材７３を介して発電機７０および電動機８０が保持されている。
発電機７０は、入力軸７１が装着部６２の軸部６２ｄと同心に連結されており、この発電機７０には主軸４６の回転力が装着部６２を介して伝達される。
発電機７０には、たとえば、三相同期発電機が用いられる。
【００２５】
電動機８０は、図示しない導電ケーブルによって、発電機７０で発電された電力が供給される。この電動機８０は、発電機７０から供給される電力によって駆動される。
電動機８０には、たとえば、三相誘導電動機を用いることができる。
【００２６】
工具保持部９０は、回転軸９１と、この回転軸９１と電動機８０の回転軸８１とを連結するカップリング９３と、回転軸９１の先端部に固定された工具装着部材９５とを有する。
【００２７】
回転軸９１は、ケース部材６８の内周に複数の軸受９２を介して回転自在に保持されている。
回転軸９１の先端側は、ケース部材６８に抜け止め部材９４によって抜け止めされている。
【００２８】
刃具１００は、工具装着部９５に保持されており、この刃具１００はワークを加工する。刃具１００は、具体的には、ドリル、エンドミル等の各種の刃具である。
【００２９】
ケース部材６６、６７および６８は、たとえば、ボルト等の締結手段によって連結されており、これらケース部材６６、６７および６８がケース６５を構成している。
ケース部材６６の外周には、回り止め部材８５が設けられている。
回り止め部材８５は、装着部６２が後述するクランプ装置に装着されることにより、当該クランプ装置に設けられた嵌合穴に先端部が挿入される。これにより、ケース部材６６、すなわち、ケース６５は、装着部６２が回転しても回転が規制される。
【００３０】
クランプ装置
図３は、クランプ装置１５０の構造を示す断面図である。なお、図３はクランプ装置１５０がロボット本体２に取り付けられ、かつ、クランプ装置１５０によって上記した工具６０がクランプされた状態を示している。
図３に示すように、クランプ装置１５０は、ケース１５１と、ケース１５１に回転自在に保持された伝達軸１５２とを有する。
【００３１】
ケース１５１は、円筒状の部材からなり、上端側に設けられたフランジ部１５１ｆが上記した取付部材４１ｅに複数のボルトＢＴによって固定されている。
ケース１５１の下端部には、上記した工具６０の回り止め部材８５の先端部が挿入される嵌合穴１５１ａが形成されている。
【００３２】
伝達軸１５２は、ケース１５１の内周の上端側および下端側にそれぞれ設けられた軸受ＢＲを介して当該ケース１５１に回転自在に保持されている。この伝達軸１５２は、伝達部材１５３の下端部と伝達部材１５４の上端部が嵌合固定されることによって構成されている。
伝達軸１５２は、上記したロボット本体２の駆動軸５１の回転を工具６０の装着部６２ｂに伝達する役割を果たす。
【００３３】
伝達部材１５３の上端側の中心部には、ロボット本体２の駆動軸５１の先端に設けられた嵌合部５１ｅが嵌合する嵌合凹部１５３ｒが形成されている。駆動軸５１の嵌合部５１ｅは、断面形状がたとえば、四角等の多角形となっており、嵌合凹部１５３ｒは嵌合部５１ｅの外形に合致した形状となっている。嵌合凹部１５３ｒと嵌合部５１ｅとが嵌合することによって、駆動軸５１の回転が伝達軸１５２に伝達される。
【００３４】
伝達部材１５３の下端側の中心部には、シリンダ室１５３ｃが形成されている。このシリンダ室１５３ｃは、伝達部材１５３の半径方向に形成された管路１５３ｐと連通している。管路１５３ｐの外周には、環状の溝部１５３ｔが形成されている。また、ケース１５１には、溝部１５３ｔに対向する位置に当該溝部１５３ｔに連通する管路１５１ｐが形成されており、この管路１５１ｐはケース１５１の外周まで延びている。
【００３５】
ケース１５１に形成された管路１５１ｐには、コネクタ１８０を介して作動油を供給する供給管１８１が接続されている。この供給管１８１の他端は、図１に示した油圧源４００に接続されている。
【００３６】
伝達部材１５３の溝部１５３ｔの上下両側には、ＯリングＯＲがそれぞれ設けられている。これらのＯリングＯＲは、油圧源４００から供給管１８１、管路１５１ｐ、溝部１５３ｔおよび管路１５３ｐを通じてシリンダ室１５３ｃに供給される作動油がケース１５１の内周と伝達部材１５３の外周の隙間から漏れるのを防ぐために設けられている。
【００３７】
伝達部材１５３のシリンダ室１５３ｃ内には、ピストン１６１が当該シリンダ室１５３ｃ内を移動可能に設けられている。
このピストン１６１には、ロッド部材１６０が連結されている。
【００３８】
一方、伝達部材１５４は、中心部に貫通孔を備えており、この伝達部材１５４の上側内周には、ピストン１６１に対向して規制部１５４ｔが形成されている。
この規制部１５４ｔとピストン１６１の下端面との間には、皿ばね１９０が設けられている。この皿ばね１９０は、ピストン１６１と規制部１５４ｔとを引き離す向きに当該ピストン１６１を付勢している。
また、伝達部材１５４の下側には、上記した工具６０のテーパシャンク部６２ｂが嵌合するテーパスリーブ１５４ａが形成されている。
【００３９】
ロッド部材１６０は、上端側にピストン１６１が連結され、中途部に拡径された環状の押圧部１６０ａが形成され、下端部に拡径された引上部１６０ｂが形成されている。
【００４０】
ロッド部材１６０の引上部１６０ｂの周囲には、複数のコレット１７０が設けられている。
コレット１７０は、ロッド部材１６０の矢印Ｂ１またはＢ２の向きへの移動に応じて開閉し、工具６０のプルスタッド６２ｃの引き上げ、あるいは、解放を行う。
【００４１】
次に、上記構成のクランプ装置１５０による工具６０のクランプ、アンクランプ動作について説明する。
まず、クランプ装置１５０に工具６０が装着されていない状態において、上記した油圧源４００から高圧の作動油をシリンダ室１５３ｃに供給する。
油圧源４００から高圧の作動油がシリンダ室１５３ｃに供給されると、ピストン１６１は、皿ばね１９０の付勢力に抗して下方（矢印Ｂ２に向き）に移動する。
【００４２】
ピストン１６１が矢印Ｂ２に向きに下降すると、ロッド部材１６０が矢印Ｂ２で示す下方に押し下げられ、ロッド部材１６０の押圧部１６０ａがコレット１７０の上端部を下方に向けて押圧し、コレット１７０が開く。
コレット１７０が開いた状態で、工具６０のテーパシャンク部６２ｂを伝達部材１５４のテーパスリーブ１５４ａに装着する。
【００４３】
次いで、油圧源４００からシリンダ室１５３ｃへの高圧の作動油の供給を停止する。シリンダ室１５３ｃへの高圧の作動油の供給を停止すると、ピストン１６１は、皿ばね１９０の付勢力矢印Ｂ１の向きに上昇する。
ピストン１６１の上昇によってロッド部材１６０も上昇し、コレット１７０は引上部１６０ｂと係合し、コレット１７０は閉じる。これにより、工具６０のプルスタッド６２ｃはコレット１７０によって締め付けられながら引き上げられる。これにより、装着部６２のテーパシャンク６２ｂは伝達部材１５４のテーパスリーブ１５４ａにクランプされる。
【００４４】
装着部６２のテーパシャンク６２ｂを伝達部材１５４のテーパスリーブ１５４ａからアンクランプするときは、油圧源４００からシリンダ室１５３ｃへ高圧の作動油を供給してコレット１７０を開けばよい。
【００４５】
次に、本実施形態に係る産業用ロボット１の動作の一例について説明する。
まず、クランプ装置１５０をロボット本体２の取付部材４１ｅに固定したのち、クランプ装置１５０によって工具６０をクランプする。
【００４６】
この状態から、ロボット本体２のサーボモータ３４を回転数Ｎ0 で回転させると、ロボット本体２の駆動軸５１とクランプ装置１５０の伝達軸１５２を介して接続された工具６０の装着部６２が回転し、サーボモータ３４の回転力が発電機７０に伝達される。
これにより、発電機７０は、たとえば、三相同期発電機を用いた場合には、三相交流電力を発電する。
【００４７】
三相同期発電機の発生する三相交流電力の周波数ｆは、三相同期発電機の極数をＰ1 とし、主軸４６の回転数をＮ0 〔ｍｉｎ-1〕とすると、次式（１）によって表される。
【００４８】
【数１】
ｆ＝Ｐ1 ×Ｎ0 ／１２０〔Ｈｚ〕 …（１）
【００４９】
したがって、サーボモータ３４を回転数Ｎ0 で回転させると、上記（１）式で表される周波数ｆの三相交流電力が電動機８０に供給される。
【００５０】
ここで、電動機８０に三相誘導電動機を用いたとすると、この三相誘導電動機の極数がＰ2 とすると、三相誘導電動機は３相交流の１サイクルで２／Ｐ2 回転することから、すべりがないときの三相誘導電動機の同期速度Ｎ1 は、次式（２）で表される。
【００５１】
【数２】
Ｎ1 ＝１２０×ｆ／Ｐ2 〔ｍｉｎ-1〕 …（２）
【００５２】
したがって、サーボモータ３４の回転数Ｎ0 に対する電動機８０の回転数Ｎ1は次式（３）によって表される。
【００５３】
【数３】
Ｎ1 ＝Ｎ0 ×Ｐ1 ／Ｐ2 〔ｍｉｎ-1〕 …（３）
【００５４】
（３）式からわかるように、サーボモータ３４の回転数Ｎ0 は、上記（３）式で表される回転数Ｎ1 に変速される。
（３）式で示すように、三相同期発電機の極数Ｐ1 と三相誘導電動機の極数Ｐ2 との比を適宜設定することにより、サーボモータ３４の回転数Ｎ0 に対する電動機８０の回転数Ｎ1 の変速比を任意に設定できることが分かる。
すなわち、サーボモータ３４の回転数Ｎ0 に対して電動機８０の回転数Ｎ1 を増速したい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より大きくし、減速したい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より小さくなるように、三相同期発電機の極数Ｐ1 および三相誘導電動機の極数Ｐ2 を予め選択すればよい。
【００５５】
たとえば、サーボモータ３４の最大回転数Ｎmax が３０００ｍｉｎ-1であるとすると、刃具１００の回転数をこの最大回転数Ｎmax よりも高い３００００ｒｐｍに増速させたいような場合には、上記の極数比Ｐ1 ／Ｐ2 が１０である三相同期発電機および三相誘導電動機を内蔵した工具６０を予め用意しておく。
【００５６】
サーボモータ３４を３０００ｒｐｍで回転させると、発電機７０はサーボモータ３４の回転数および極数Ｐ1 に応じた周波数の三相交流を発生する。
電動機８０は、発電機７０から供給される三相交流によって駆動され、工具６０の刃具１００は、略３００００ｒｐｍの回転数で回転する。
【００５７】
上記のように刃具１００が増速された状態で、ロボット本体２を予め教示した作業プログラムにしたがって動作させる。
ロボット本体２は、作業プログラムにしたがって、工具６０をワークに対して移動位置決めする。これにより、刃具１００によるワークの切削加工が行われる。
【００５８】
工具の自動交換
図４は、上記した工具６０の自動交換方法を説明するための図である。
たとえば、刃具１００の種類や変速比等が異なる複数の工具６０を予め用意しておき、これらの工具６０を交換することにより、ワークに対する種々の切削加工を行うことが可能となる。
しかしながら、工具６０の交換を手作業で行っていたのでは、作業効率が悪い。
【００５９】
このため、図４に示すように、収容部２００Ａ〜２００Ｆを備えたストッカ２００をロボット本体２の可動範囲内に設置する。
収容部２００Ａ〜２００Ｆは、複数種の工具６０Ａ〜６０Ｆをそれぞれ収容する。また、上記したプルスタッド６２ｃ側が上方を向くように工具６０Ａ〜６０Ｆは各収容部２００Ａ〜２００Ｆにそれぞれ収容される。
【００６０】
たとえば、ティーチングペンダント２２を用いて、収容部２００Ａ〜２００Ｆに収容された各工具６０Ａ〜６０Ｆの位置をロボット本体２に内蔵されたコントローラ２１にティーチングする。このティーチングに付随して、上記したクランプ装置１５０への油圧源４００からの作動油の供給、停止動作もコントローラ２１にティーチングする。
【００６１】
工具６０の交換の際には、予めコントローラ２１に教示したティーチングプログラムを呼び出しこれを実行することにより、クランプ装置１５０は教示した位置に移動位置決めされ、コントローラ２１から油圧源４００へ制御信号２１ｓが出力される。
クランプ装置１５０の移動位置決め動作とクランプ装置１５０のクランプ／アンクランプ動作との協動により、複数種の工具６０Ａ〜６０Ｆのうち所望の工具をクランプ装置１５０に対して着脱することが可能となる。
【００６２】
以上のように、本実施形態によれば、発電機７０および電動機８０を内蔵し、発電機７０で発生した電力で電動機８０を駆動することで、ロボット本体２に内蔵された本発明の駆動源としてのサーボモータ３４に対して独立に刃具１００を回転させることが可能となり、刃具１００をサーボモータ３４の最大回転数よりも増速させる等の変速が可能となる。
【００６３】
さらに、本実施形態によれば、刃具１００を電動機８０で直接回転させ、本発明の駆動源としてのサーボモータ３４と刃具１００との間に機械的な伝達機構が存在しないため、刃具１００の応答性を向上でき、また、歯車機構等の機械的な伝達機構による熱の発生がない。
【００６４】
また、本実施形態によれば、ロボット本体２自身が工具６０を所望の位置に移動位置決めすることができるため、専用の自動交換装置を設けなくても工具６０の自動交換が可能となる。
また、本実施形態によれば、発電機７０の発電した電力によって刃具１００を駆動するため、外部から駆動電流を供給する必要がなく、この結果、電源供給のための配線が必要ない。
【００６５】
本発明は上述した実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、本発明が適用される産業用ロボットとして、水平多関節形ロボットを例に挙げて説明したが、これ以外の産業用ロボットにも本発明は適用可能である。
たとえば、図５に示すいわゆる５軸多関節形ロボットにも適用可能である、この５軸多関節形ロボット５００は、ベース部５０１と、このベース部５０１に旋回可能に設けられた旋回部５０２と、旋回部５０２に一端部が旋回可能に設けられた第１アーム部５０３と、この第１アーム部５０３の他端部に旋回可能に設けられた第２アーム部５０４と、第２アーム部５０４の先端部に回転可能に設けられたハンド５０５とを有する。
たとえば、第２アーム部５０４に駆動源を内蔵し、ハンド５０５の代わりに上記したクランプ装置１５０および工具６０を取り付けることにより、ワークの切削加工が可能である。
【００６６】
また、図６に示すように、ハンド部６０１をｘ、ｙおよびｚの直交座標系に沿って移動位置決め可能ないわゆる水平形ロボット６００にも本発明を適用することができる。さらに、円筒形、極座標形のロボットにも本発明を適用することが可能である。
なお、図５および図６に記載した産業用ロボットは、「特許マップシリーズ
機械８ 産業ロボット」（編集−特許庁、発行−社団法人 発明協会）に掲載されたものと同様の周知の産業ロボットである。
【００６７】
上述した実施形態では、本発明のエンドエフェクタとして工具６０の場合について説明したが、たとえば、溶接用やハンドリング用のエンドエフェクタにも本発明を適用可能である。すなわち、溶接用やハンドリング用のエンドエフェクタの動作に必要な電力を発電機７０で発電すればよい。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、エンドエフェクタに発電機を備え、この発電機によって発電した電力を用いて、たとえば、電動機等の作動手段を作動させる。このため、外部からエンドエフェクタに給電する必要がなくなる。また、エンドエフェクタの機能や性能をロボット本体とは独立に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る産業用ロボットの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタとしての工具の構成を示す断面図である。
【図３】クランプ装置の構造を示す断面図である。
【図４】工具の自動交換方法を説明するための図である。
【図５】本発明が適用可能な産業用ロボットの他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明が適用可能な産業用ロボットのさらに他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…産業用ロボット
２…ベース部
４…第１旋回部
６…第２旋回部
６０…工具
６５…ケース
６６，６７，６８…ケース部材
７０…発電機
８０…電動機
９０…工具保持部
９５…工具装着部
１００…刃具
１５０…クランプ装置
１５１…ケース
１５２…伝達軸
１７０…コレット
１９０…皿ばね
Claims (6)
- 複数種のエンドエフェクタと、
前記複数種のエンドエフェクタのいずれかをクランプ又はアンクランプするクランプ手段と、
前記クランプ手段を保持し、前記クランプ手段にクランプされたエンドエフェクタを移動位置決め及び駆動する産業用ロボット本体と、
前記複数種のエンドエフェクタを収容するストッカと
を有し、
前記複数種のエンドエフェクタのそれぞれは、
発電機と、
前記発電機によって発電された電力によって作動する作動手段と
を有し、
前記複数種のエンドエフェクタには、前記発電機により動作に必要な電力が発電される、溶接用のエンドエフェクタ及びハンドリング用のエンドエフェクタの少なくとも一方が含まれ、
前記クランプ手段は、
クランプ手段ケースと、
前記クランプ手段ケースに回転自在に保持され、前記発電機に回転を伝達する伝達軸と
を有し、
前記産業用ロボット本体は、
ベース部と、
前記ベース部に対して移動可能で、前記クランプ手段ケースがボルトにより固定されたアーム部と、
前記アーム部を前記ベース部に対して駆動するアーム用駆動源と、
前記アーム部に設けられ、前記伝達軸を介して前記発電機に回転動力を供給するエンドエフェクタ用駆動源と、
前記アーム用駆動源、前記クランプ手段及び前記エンドエフェクタ用駆動源の動作を制御するコントローラと
を有し、
前記ストッカは、
前記ベース部に対する前記アーム部の移動による前記クランプ手段の可動範囲内に配置され、
前記複数種のエンドエフェクタをそれぞれ収容する複数の収容部を有し、
前記コントローラは、
前記複数種のエンドエフェクタのうちの所望のエンドエフェクタの、前記複数の収容部のいずれかに収容されているときの位置に、前記クランプ手段を移動させて、前記所望のエンドエフェクタをクランプ又はアンクランプするように、前記アーム用駆動源及び前記クランプ手段の動作を制御する
産業用ロボット。 - 前記複数種のエンドエフェクタには、前記作動手段が、
前記発電機によって発電された電力により駆動される電動機と、
前記電動機によって回転されるワークを加工する刃具と
を有する工具が含まれる
請求項１に記載の産業用ロボット。 - 前記複数種のエンドエフェクタには、複数の前記工具が含まれ、
前記複数の工具それぞれの前記発電機は三相同期発電機であり、
前記複数の工具それぞれの前記電動機は三相誘導電動機であり、
前記複数の工具は、極数比が互いに異なる
請求項２に記載の産業用ロボット。 - 前記アーム部として、
前記ベース部に対して第１の鉛直軸回りに旋回可能に保持された第１旋回部と、
前記第１旋回部に前記第１の鉛直軸から離れた第２の鉛直軸回りに旋回可能に保持された第２旋回部と、
前記第２旋回部の前記第２の鉛直軸から離れた位置に昇降可能に保持され、前記クランプ手段を保持する昇降部材と
を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の産業用ロボット。 - 前記アーム部として、
前記ベース部に対して鉛直軸回りに旋回可能に保持された旋回部と、
一端部が前記旋回部に第１の水平軸回りに旋回可能に保持された第１アーム部と、
前記第１アーム部の他端部に第２の水平軸回りに旋回可能に保持された第１連結部と、
一端部が前記第１連結部に前記第２の水平軸に直交する軸回りに旋回可能に保持された第２アーム部と、
前記第２アーム部の他端部に第３の水平軸回りに旋回可能に保持され、前記クランプ手段を保持する第２連結部と
を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の産業用ロボット。 - ティーチングペンダントを更に有し、
前記コントローラは、前記ティーチングペンダントの操作によって、前記所望のエンドエフェクタの前記複数の収容部のいずれかに収容されているときの位置に前記クランプ手段を移動させて前記所望のエンドエフェクタをクランプ又はアンクランプする動作を教示される
請求項１〜５のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001361091A JP4030298B2 (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 産業用ロボット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001361091A JP4030298B2 (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 産業用ロボット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003165086A JP2003165086A (ja) | 2003-06-10 |
| JP4030298B2 true JP4030298B2 (ja) | 2008-01-09 |
Family
ID=19171803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001361091A Expired - Lifetime JP4030298B2 (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 産業用ロボット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4030298B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5894766B2 (ja) * | 2011-11-02 | 2016-03-30 | ビー・エル・オートテック株式会社 | 工具交換装置 |
| US11020852B2 (en) * | 2017-10-05 | 2021-06-01 | Brooks Automation, Inc. | Substrate transport apparatus with independent accessory feedthrough |
-
2001
- 2001-11-27 JP JP2001361091A patent/JP4030298B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003165086A (ja) | 2003-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100759181B1 (ko) | 공작기계 | |
| US5636949A (en) | Multi-function machine tool | |
| KR101182040B1 (ko) | 공구와 방전전극 홀더 및 공작기계 | |
| US6825630B2 (en) | Machine tool, tool, and tool holder | |
| JP6556560B2 (ja) | ワークピースの制限部位を加工するための装置及び方法 | |
| CN108526970B (zh) | 机床 | |
| JP2017056554A (ja) | 工作機械のスピンドル装置と共に使用する結合システム | |
| US9604329B2 (en) | Tightening system | |
| US20210046599A1 (en) | Machine tool system | |
| US20030102287A1 (en) | Tool, tool holder, and machine tool | |
| JP4030298B2 (ja) | 産業用ロボット | |
| JP2020049549A (ja) | ロボットユニット | |
| JP2003231083A (ja) | パラレルリンク機構を用いた加工機および加工システム | |
| JP7342632B2 (ja) | インサート自動組付システム | |
| CN108237553B (zh) | 工具带动模块及其适用的机器手臂 | |
| JP2606786B2 (ja) | 自動回転位置決め治具 | |
| KR100938728B1 (ko) | 공작기계와 공구 및 공구홀더 | |
| JP2006305729A (ja) | 工作機械、工具および工具ホルダ | |
| JP4153189B2 (ja) | 工具、工具ホルダおよび工作機械 | |
| JPH03256686A (ja) | 作業工具自動交換装置、及び、その使用方法 | |
| CN220593204U (zh) | 液压壳体上料机械手 | |
| JP2009095965A (ja) | 工具自動交換装置 | |
| JP2588624Y2 (ja) | 主軸装置の工具アタッチメント給電構造 | |
| JP5317647B2 (ja) | 回転テーブル装置 | |
| JP2003170327A (ja) | 工具、工具ホルダおよび工作機械 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041116 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060608 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061003 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061130 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20061130 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070227 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070425 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070918 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071016 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4030298 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101026 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111026 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111026 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121026 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131026 Year of fee payment: 6 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |