JP4221733B2 - ダブルアーム型ロボット - Google Patents
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Description
こうした中でロボットを省スペース化するとともに搬送効率を上げスループットを向上させるべく、ワークを載置し搬送するためのアームを2つ備えたダブルアーム型ロボットが採用されている。
特に2つのアームを上下方向に異なる高さで設置したダブルアーム型ロボットを採用することにより、一方のアームでストッカにワークを搬入しながら他方のアームでストッカの別の棚からワークを搬出することで搬送効率の向上が図れ、さらに2つのアームを上下方向に重なるように配置することでロボットの設置に必要な面積を抑え、省スペース化を達成することができるというものである(例えば、特許文献1)。
すなわち、ストッカなどの棚のピッチ(上下間隔)が2つのアームの上下方向の間隔と一致しない場合、まず一方のアームでストッカのとある棚に収納されているワークの搬出を行った後、2つのアームを上下方向に移動させ、もう一方のアームで別の棚からワークを搬出するという動作を行うことになり、2つのアームを備えながらも搬送のサイクルタイムが長くなってしまう。
特許文献2に記載されたダブルアーム型ロボットを図8に示す。2つの水平多関節アーム45A、45Bの上下方向の間隔を自在に変化させることができるため、アームの上下方向の間隔をストッカなどの棚のピッチに合わせて2つのアームが並行して同時にワークの搬入・搬出を行うことが可能となる。この結果、ダブルアームの利点を生かして搬送効率を向上させることができるというものである。
また、特許文献2に記載されたダブルアーム型ロボットアームは、図9に示すようにそれぞれのアームを支える2つの支持部材44A、44Bの側部を互い違いに突出した形状とすることにより2つのアームの上下間隔が所定の最小距離以下にならないように構成されている。
上下2つの支持部材44A、44Bの側部の接触面が外部に露出しているため、接触の際にパーティクルが発生して高いクリーン度が要求されるワークに悪影響を与える可能性があった。さらに質量の大きい支持部材同士が接触するため、その際の衝撃によりハンド(48A、48B)上のワークが位置ずれを起こし、最悪の場合にはハンドから落下するという可能性があった。
さらに支持部材44A、44Bの側部が大きく突出しているため質量が増し、それに伴いアーム45A、45Bおよび支持部材44A、44Bを上下動させるためのモータや動力伝達機構といった駆動機構も大型化するという問題があった。
2つのアームが個別に上下動作する構造の場合、それらのケーブルもアームの上下動に伴いコラム内を上下動するため、コラム内部に十分な空間が必要となる。その結果アームの上下移動のストロークが大きくなるに伴ってコラムが大型化することとなり、設置面積や旋回半径の拡大に繋がる。例えば特許文献2のダブルアーム型ロボットにおいては、支持部材を保持するコラムが2つ(41A、41B)になっており、その結果広い設置面積が必要になったり、台座50の旋回機構による旋回半径が大きくなったりするという問題があった。
また、2つの支持部材の間隔が小さくなった場合でも、支持部材同士が直接接触することなく上下動作を停止するため、ワークに悪影響を与えるパーティクルや振動の発生を抑えることができる。
請求項2乃至3に記載の発明によると、2つの支持部材の間隔を一定範囲内に制御する際に、ワークに悪影響を与えるパーティクルや振動の発生を抑えることができる。
請求項4に記載の発明によると、2つの多関節アームが独立して上下移動を行えるようにしつつ、2つアーム内に配設されたケーブルを1本化してコラム内に配設でき、コラムをコンパクトにすることができる。
請求項5に記載の発明によると、2つの支持部材の上下間隔の変化に対しても2つの支持部材間に配設されたケーブルは柔軟に対応することができ、張力が掛かることがない。
請求項6に記載の発明によると、2つの支持部材の間に配設されたケーブルをハンド部から極力遠くに配置することができ、支持部材の上下移動に伴い該ケーブルからパーティクルが発生した場合でも、ハンド部に載置されたワークに対する悪影響を極力排除することができる。
請求項7に記載の発明によると、コラム内のケーブルを支持部材の上下移動に対応させつつコラム内の構成を簡略化でき、コラムをコンパクトにすることができる。
請求項8乃至9に記載の発明によると、2つのアームの上下方向の最小間隔を小さくすることができ、様々なピッチのストッカに対応できるとともに、ダブルアーム型ロボットの設置面積と旋回半径を小さく抑えることができる。
2 水平多関節アーム
3 肩関節部
4 肘関節部
5 ハンド関節部
6 上腕
7 前腕
8 ハンド部
9 ワーク
10 支持部材
11 上下移動機構
12 コラム
13 台座
14 基台
16 コラムブロック
17 外部ケーブル
18 内部ケーブル
19 ブラケット
21 上アーム
22 下アーム
31、32 ストッパ機構
33、34 ストッパ機構
101 上支持部材
102 下支持部材
41A 左側支柱
41B 右側支柱
44A 下アーム支持部材
44B 上アーム支持部材
45A 下側の水平多関節アーム
45B 上側の水平多関節アーム
48A 下ハンド
48B 上ハンド
50 台座
51 下側締結板
52 上側締結板
101および102はアームの支持部材であり、101は一方のアームを吊り下げ、102はもう一方のアームを支えるように構成されている。アーム2はそれぞれ肩関節部3によって支持部材101または102に連結されており、その結果2つのアームは上下方向に互いに対面するように配置されている。
さらに、本発明のダブルアーム型ロボット1は、支持部材101および102をコラム12に沿って個別に上下に移動させる上下移動機構11を備えており、アーム2の上下位置を調整可能としている。
前述のように2つのアーム2を対面配置することにより、支持部材101と102を最接近させた際の2つのハンド部8の上下間隔を極力小さくすることができ、その結果、様々なピッチのストッカに対応可能となる。
図2(a)は上面図で、図1の直交座標系のZ軸方向から原点方向へと見下ろした図に相当する。図2(b)は側面図で、図1の直交座標系の原点からY軸方向へと見た図に相当する。図2(c)は正面図で、図1の直交座標系の原点からX軸方向へと見た図に相当する。なお、図2ではハンド部8を省略して描いている。
図2(a)はアーム2の伸縮動作範囲を示している。図では、上腕6と前腕7とが重なるようにアーム2を折り畳んだ状態を実線で示し、伸縮動作の最大ストロークを点線で示している。
また、台座13は基台14に対して回動可能に設けられ、アーム2や支持部材ごとコラム12を旋回させ、その向きを変えられるようになっている。この旋回機能により、ダブルアーム型ロボット1の周囲に配置された複数のストッカに対してワークの搬送作業を行うことが可能となり、単位面積当たりの作業効率を向上することができる。
図2(a)に示すように、上下移動機構11はコラム12に対してハンド部8の伸方向と同方向に配置され、支持部材101、102は上下移動機構11からハンド部8の移動方向に対して直交する方向に突出し、その先端部にアーム2の肩関節部3が連結されている。このような配置により、アーム2の伸縮動作の際にコラム12が邪魔になることがない。
また、下アーム22に連結する支持部材102も支持部材101に対してハンド部8の伸方向にオフセットしているため、上下移動機構11により支持部材102が下方へ移動した際に台座13に干渉することがなく、昇降動作範囲を大きくとることができる。また、上下移動機構11は、シールド機能を有する保護カバー(図示せず)で覆われ、コラム12内部で発生したパーティクルが外部へ飛散するのを抑制している。
例えば図3のように、まず設置面から1000[mm]の高さにて、それぞれのアームによって図示しないストッカAからワークの搬出を同時に行い、続いて台座13を旋回させコラム12の向きを変えながら支持部材101および102を上昇させ、設置面から3000[mm]の高さにて図示しないストッカB(ストッカAと棚のピッチが異なる)に対してそれぞれのアームが同時にワークを搬入するといった作業を行える。
ここでストッカBの棚のピッチがストッカAの棚のピッチより大きく、ストッカBに合わせるために支持部材101と102との間隔をストッカAの場合から50[mm]大きくする必要があるとすると、支持部材101の上下方向の移動距離は2050[mm]、支持部材102の移動距離は2000[mm]となる。この場合、支持部材101と支持部材102の移動距離の比は2050:2000=1.025:1であるので、支持部材102の移動速度に対して支持部材101の移動速度を2.5[%]速く設定し、2つの支持部材を同時に移動を開始させ、同時に停止させればストッカBの棚のピッチに合わせることができる。
すなわち、支持部材101と102の上下移動量が異なる場合でも、その差に合わせて両者の移動速度を適切に調整し、同時に移動開始、同時に停止させることによって短時間で所望の位置へと移動させることができる。
また、ストッカAとストッカBの棚のピッチが同一である場合には支持部材101と102の移動速度を同一とし、2つの支持部材を同時に移動を開始させ、同時に停止させればよい。
以下では、支持部材101、102の間隔を一定範囲内に制限する機構について説明する。
前述のように2つの支持部材101、102は、コラム12に沿って個別に上下移動するが、ストッパ機構31、32によってその間隔が一定以上にならないように構成されている。ストッパ機構31はL字型をしており支持部材101と一体となってコラム12内を上下移動し、ストッパ機構32はT字型をしており支持部材102と一体となってコラム12内を上下移動する。
支持部材101と102との間隔が小さい時は、図4(a)のような状態であるが、支持部材101、102のいずれか、あるいは両方が上下移動してその間隔が大きくなると図4(b)のようにT字型のストッパ機構32がL字型のストッパ機構31に引っ掛かる形になる。この機構によって支持部材101と102との間隔が所定の大きさを越えることがない。また、支持部材101、102を上下移動させる駆動機構に一定以上の負荷がかかると、これを検知したロボットコントローラ(図示せず)が駆動機構の動作を停止するようになっており、駆動機構に過負荷がかかることはない。
さらに、上下移動機構11の故障などにより支持部材102が重力によってコラム12に沿って落下した場合でも、この機構によって支持部材102は支持部材101にぶら下がった状態で止まるので支持部材102が下アーム22ごと台座13まで落下することを防止できる。
ストッパ機構31、32はコラム12内部に収納されているため、ストッパの接触時に発生したパーティクルが直接ワークに対して飛散することがなく、ワークへの悪影響を抑えることができる。また、ストッパ機構31、32の接触部に弾性体を用いることによりストッパ機構31、32の接触の際に支持部材に加わる衝撃を緩和でき、ハンド部8に載置されたワークの位置ずれなどを抑制することができる。
支持部材101、102のいずれか、あるいは両方が上下移動してその間隔が小さくなると、図5(a)の状態から図5(b)のような状態となり、ストッパ機構33と34の先端部同士が接触する。これによって支持部材101と102との間隔がそれ以上小さくなることがない。また、図4の場合と同様、支持部材101、102を上下移動させる駆動機構に一定以上の負荷がかかるとこれを検知したロボットコントローラ(図示せず)が駆動機構の動作を停止するようになっており、駆動機構に過負荷がかかることはない。
ストッパ機構33、34もコラム12内部に収納されているため、ストッパの接触時に発生したパーティクルが直接ワークに対して飛散することがなく、ワークへの悪影響を抑えることができる。また、ストッパ機構33、34の接触部に弾性体を用いることによりストッパ機構33、34の接触の際に支持部材に加わる衝撃を緩和でき、ハンド部8に載置されたワークの位置ずれなどを抑制することができる。
また、支持部材101、102の一方または両方に、他方の支持部材に向けて距離センサを設け、同じくロボットコントローラにて支持部材101、102の間隔を検知し、必要に応じて支持部材101、102を上下動させる駆動機構を停止するようにしてもよい。 距離センサを用いた場合には支持部材101、102の接触を回避できるので、パーティクルやワークの位置ずれの発生を抑えるのに効果的である。さらにはこれらの手法を併用してもよい。
さらには、こうした構成を用いることにより特許文献2のように支持部材の側部を大きく突出させる必要がないため支持部材の質量を抑えることができ、それに伴い支持部材の駆動機構をコンパクト化することができる。
図6は、ダブルアーム型ロボット1の内部のケーブル配線の様子を示した3面図である。
図6(a)は図2(a)と同様の上面図で、アーム2内のケーブル配線の様子を示している。図6(a)では台座部13内のケーブル配線は省略して描いている。
図6(b)は図2(b)と同様の側面図で、支持部材101、102内とコラム12内のケーブル配線の様子を示している。
図6(c)は図2(c)と同様の正面図で、アーム2内とコラム12内の一部、そして台座部13内のケーブル配線の様子を示している。なお、図5ではハンド部8を省略して描いている。
支持部材101内には、上アーム21を伸縮動作させる駆動機構や、ハンド部8上に載置されたワークの位置を検出するセンサ用のケーブルが収められている。同様に支持部材部102内には、下アーム22を伸縮動作させる駆動機構や、ハンド部8上に載置されたワークの位置を検出するセンサ用の内部ケーブル18が収められている。そして、支持部材101内のケーブルはまとめて外部ケーブル17として一旦支持部材101の外部に露出するように配設された後に支持部部材102に収納され、支持部部材102内を経由して下アーム22の内部ケーブルとまとめられてコラム12に収納される。
なお、図6に示したように、外部ケーブル17は支持部材101、102とアーム2との連結部の裏側に露出するように配置されている。このように外部ケーブルをハンド部8から遠くに配置することで、支持部材101、102の間隔が変化した際に外部ケーブル17から発生するパーティクルによるワークへの悪影響を極力排除することができる。
内部ケーブル18はコラム12の下端から台座13の内部を経由したのち、ダブルアーム型ロボット1の外部へと出る。外部へ出たケーブルは、図示しないロボットコントローラへと接続される。
これに対し、支持部材101内のケーブルを支持部材102に収納し、支持部材102からコラム12内へ収納する構成とすることで、コラム12内のケーブルを1つにまとめてコラム12をコンパクトかつ軽量にでき、ダブルアーム型ロボットの設置面積を小さくするという効果をもたらす。
Claims (9)
- 搬送物を載置するハンド部と、前記ハンド部に連結され、少なくとも2つの回転関節を有し、前記ハンド部を1方向に移動するように伸縮動作する多関節アームを上下に2つ配置し、
前記2つの多関節アームのうち上方に配置される第1の多関節アームを支持する第1の支持部材と、
前記第1の支持部材の下方に位置して前記2つの多関節アームのうち下方に配置される第2の多関節アームを支持し、前記第1の支持部材と重なるように配置される第2の支持部材と、
前記2つの支持部材が取り付けられるコラムと、
前記2つの支持部材を前記コラムに沿ってそれぞれ独立して上下方向に移動可能に前記コラムに連結する移動機構とを備えたダブルアーム型ロボットにおいて、
前記2つの支持部材はその上下方向の間隔が所定の範囲内で変動可能に前記コラム内にて連結され、
前記2つの支持部材の一方あるいは両方が上下移動することによって前記2つの支持部材の上下方向の間隔が広がり、その間隔が第1の所定値に達すると、前記支持部材の上下動作を停止するとともに、
前記2つの支持部材の一方あるいは両方が上下移動することにより前記2つの支持部材の上下方向の間隔が狭くなり、その間隔が第2の所定値に達すると、前記支持部材の上下動作を停止することを特徴とするダブルアーム型ロボット。 - 前記2つの支持部材は、前記コラム内にそれぞれ他方の支持部材に向けて設置された突起部を有し、前記突起部はリミットスイッチを備え、前記リミットスイッチは、前記2つの支持部材の上下方向の間隔が前記第1の所定値または前記第2の所定値となった際に他方の前記支持部材の突起部によって作動することを特徴とする請求項1記載のダブルアーム型ロボット。
- 前記2つの支持部材の一方あるいは両方は、それぞれ他方の前記支持部材に向けて設置された距離センサを備え、前記距離センサは、前記2つの支持部材の上下方向の間隔を計測することを特徴とする請求項1記載のダブルアーム型ロボット。
- 前記2つの多関節アームのうち上方に配置される第1の多関節アームの内部に配設されたケーブルは、前記2つの支持部材のうち、前記第1の支持部材の内部を経由して前記第1の支持部材の外部に配設された後に前記第2の支持部材内へと収納され、
前記第2の多関節アームの内部に配設されたケーブルは、前記第1の支持部材から収納されたケーブルと共に前記第2の支持部材の内部を経由して前記コラムの内部へ収納され、
前記コラム内部のケーブルは前記コラム下端へと配設された後に前記ダブルアーム型ロボットの外部へと配設されることを特徴とする請求項1記載のダブルアーム型ロボット。 - 前記第1の支持部材と前記第2の支持部材との間に配設されるケーブルは、前記2つの支持部材の一方あるいは両方が上下移動することによって変化する前記2つの支持部材の上下方向の間隔について予め設定された上限値より長く、前記第1の支持部材の外部へ出た後、略U字型をなして前記第2の支持部材へ収納されることを特徴とする請求項4記載のダブルアーム型ロボット。
- 前記2つの支持部材は、共に前記ハンド部の移動方向と直交する方向に突出して前記多関節アームを支持するとともに、前記コラムの前記ハンド部の移動方向と直交する面に取り付けられ、前記第1の支持部材と前記第2の支持部材との間に配設されるケーブルは、前記2つの支持部材の突出方向の反対側に設けられることを特徴とする請求項4記載のダブルアーム型ロボット。
- 前記コラム内に配設されたケーブルは、前記コラムの高さ方向の略中央部に設けられたケーブル係留部を経由して前記コラム下端へと配設されることを特徴とする請求項4記載のダブルアーム型ロボット。
- 前記多関節アームは、前記回転関節が垂直軸回りに回転する水平多関節ア ームであることを特徴とする請求項1記載のダブルアーム型ロボット。
- 前記2つの多関節アームは、上下方向に互いに対面するようにそれぞれ前記支持部材に支持されることを特徴とする請求項1記載のダブルアーム型ロボット。
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