JPH0780143B2 - 走行ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、工作機械に適用して好適な、ワークハンド
リング用の走行ロボットに関する。

従来の技術 従来、複数の工作機械に沿って移動し、工作機との間で
ワークを扱うために、工作機に沿ったレール上を走行
し、ワークを取り扱う走行ロボットが開発されている
（特開昭63−144993号、特開昭63−169275号、特開昭63
−120091号等）。

発明が解決しようとする課題 前記した走行ロボットは、水平多関節のものが多い。こ
のようなロボットでは、ワークを工作機から取出す時、
長い腕を水平に旋回させるため、加工テーブルの前面、
左右の側面が広く開放していることが必要であった。そ
のため、クーラントカバーで加工テーブル前面を覆い、
必要に応じてクーラントカバーのドアを開閉するように
した最近のマシンニングセンタには、使いずらいという
欠点があった。このような問題を解決するために、垂直
多関節のロボットを走行させることが考えられるが、こ
れら従来の多関節ロッボトでは、駆動軸の駆動源に全て
サーボモータを用いているものがほとんどで、制御装置
も含めて極めて複雑、高価であり、しかも、所定の動作
をロボットに教え込むためのティーチングに、極めて多
くの時間を要する問題があった。

この発明の課題は、前記問題を解決することにある。

課題を解決するための手段 この発明は、加工機等に沿って走行する本体に、上腕、
前腕、開閉可能なグリッパを備えた掌部材とを装備した
走行ロボットにおいて、本体と上腕とを、本体に備えた
油圧シリンダのピストンロッドの進退により、上腕が鉛
直位置と、水平位置との間で起倒すると同時に前後動す
るようにカムフォロアと円弧カム溝で係合させ、上腕と
前腕とを、上腕に備えた油圧シリンダのピストンロッド
の進退により、前腕が上腕に対してまっすぐな延伸位置
と、上腕に対して直角な屈折位置間で起倒するように連
結し、前腕と掌部材とを、前腕に備えた油圧シリンダの
ピストンロッドの進退により、掌部材が前腕の回動軸線
に対して直角な軸線を中心にして180度旋回するように
連結し、掌部材には一対のグリッパを、回動軸線に対し
て対称で、かつ掌部材の旋回端において前腕の起倒する
側の位置に、掌部材または、前腕に備えた油圧シリンダ
のピストンロッドの進退により所定量互いに近接離反移
動するように連結し、更に上腕の鉛直、水平位置、前腕
の延伸、屈折位置、掌部材の２つの旋回端及びグリッパ
の前進端を位置決めする位置決め手段をそれぞれ備えた
ことを特徴とする。

実施例 第１図において概要を説明する。走行ロボット１は、複
数の加工機Ｍに沿う走行レール２上を走行自在な台車1
0、台車10上に旋回割出し可能に搭載された本体20、本
体20に対し前後方向に起倒する上腕40、上腕40に対し前
後方向に起倒する前腕60、この前腕60に対し180度旋回
する掌部材80及び掌部材80に装着された一対のグリッパ
110を備えている。台車10は走行用のサーボモータ３を
備え、レール２下部に装着されたラック４とサーボモー
タ３に取付けたピニオン５により所定の加工機Ｍあるい
はワーク置台の前へ移動するようになっている。台車10
には更に油圧ユニット６が搭載され、この油圧ユニット
６からの油圧により、走行以外の全ての動作を行うよう
になっている。尚、加工機Ｍにおいて、加工機全体はク
ーラントカバー７で覆われ、その前面にワーク着脱用の
窓８が形成してあり、この窓８をドア９により開閉する
ようになっている。

次に各部の詳細について説明する。台車10は第２図に示
すようにベース11の下面４隅にＬ字ブラケット12を介し
てガイドユニット13が固着され、レール２にガイドされ
る。Ｌ字ブラケット12とベース11の下面との隙間には、
レール２上方に位置する踏台14がレール２に沿って延設
してある。台車10の中央には、第３図に示すようにボス
15が突設してある。このボス15と本体20の台座21が軸受
16により回動自在に支持してある。この台座21は下部に
割出軸22が連結され、この割出軸22の中心を圧油給排用
の中心軸23が挿通されて台座21の背面に連結してある。
中心軸23は台車10の下面に固着した配管ブラケット17に
回動自在に遊嵌してある。そして、台車上面の２つの圧
油ポートa1、a2は配管ブラケット17及び中心軸23を介し
て台座21上面の２つの油圧ポートb1、b2に連通してい
る。割出軸22の下端にはゼネバホイール24が一体形成さ
れ、台車10下面に固着した油圧モータ18の回転軸にキー
止めしたゼネバアーム19のカムフォロア19aと係合して
割出軸22に90度毎の割出し旋回を与えるようにしてあ
る。

次に本体20は第４図に示すように前記台座21と、その上
に立設された一対の側板22を備えている。左右の側板22
間には上腕起倒用の油圧シリンダ23が前記台座21の旋回
軸線L1に対して斜めに固着してある。油圧シリンダ23の
ピストンロッド24は上腕40の支持アーム41下端にピン25
で連結され、更にこのピストンロッド24には、ピストン
ロッド24の前進端位置を保持するための保持ピン26が連
結してある。この保持ピン26は、後述のカム板28下側で
側板22間に固着してあるブラケット27に固着された保持
ブッシュ27aと係合するようにしてある。上腕40の支持
アーム41には、左右にカムフォロア42が突設されてい
る。これらのカムフォロア42は、側板22内側に固着した
カム板28の内弧カム溝29と係合している。そして油圧シ
リンダ23のストローク、円弧カム溝29の形状、カムフォ
ロア42の位置などは、ピストンロッド24の後退端におい
てピン25、カムフォロア42が鉛直線上に位置して上腕40
が第４図に２点鎖線で示す鉛直位置A1に位置し、ピスト
ンロッド24の前進端においては、ピン25、カムフォロア
42が水平線上にあって上腕40が水平位置A2となり、しか
も、カムフォロア42が鉛直状態A1のときよりも第４図に
おいて左方へ所定量移動した位置となるように関連づけ
てある。ここで油圧シリンダ23の前進、後退端では、油
圧シリンダ23内の図示しないピストンがシリンダ本体内
のシリンダカバー内面と当接するので、油圧シリンダ23
は上腕40の鉛直、水平位置A1、A2の位置決め装置30も兼
ねている。

次に上腕40は、第５図に示すように前記支持アーム41
と、この支持アーム41に一体に接続した二叉部43を備え
ている。二叉部43左右の側板44a、44bには夫々第６図に
示すようにボス部45、46が固着され、このボス部45、46
に前腕60のケース61に固着した回動軸47、48が回動自在
に支持してある。夫々のボス部45、46には夫々４つの圧
油ポートD1〜D4、E1〜E4が設けられ、これらの圧油ポー
トは例えば第７図に示すように回動軸47（48）外周に形
成した1/4円弧溝49と軸方向の連通孔50により左右の回
動軸の対応する４つの圧油ポート（一部図示せず）f1〜
f4（g1〜g4）に夫々連通している。

第５図において下側の側板44aには、ブラケット51を介
して前腕起倒用の油圧シリンダ52がトラニオン連結して
ある。この油圧シリンダ52のピストンロッド53に揺動レ
バー54の一端がピン55により連結してある。第４図に示
すように揺動レバー54はその屈曲部が、側板44aに支持
ピン56により揺動自在に支持してある。揺動レバー54の
他端にはカムフォロア57が連結され、前腕60のケース61
側部に形成された直線カム溝61aに係合される。前記側
板44aには、油圧シリンダ52のピストンロッド53の進退
により、揺動レバー54の２つの揺動端を位置決めするス
トッパ58が揺動レバー54と当接する位置に固着してあ
り、夫々の揺動端において前腕60が上腕40に対して真直
な延伸位置（第４図実線状態）B1と直角な屈折位置（第
４図２点鎖線）B2間で起倒するようになっている。

次に第８図において、掌部材80の旋回機構について説明
する。前腕60はそのケース61に掌部材80の軸部81が軸受
75により回動自在に支持してある。この軸部81下端には
ギヤ82が形成してある。このギヤ82はケース61とケース
61下部に固着したカバー62との間で回動自在に支持され
た歯車軸63の駆動歯車64と噛合っている。この駆動歯車
64の歯数は前記ギヤ82の２倍にしてある。歯車軸63の下
端部にはスプライン係合により揺動レバー65の一端が連
結してある。この揺動レバー65には直線カム溝66が形成
されている。一方、ケース61側方に固着したブラケット
67の二叉状の支持部68にはレバー部材69の中央ボス69a
が揺動可能にピン70により支持してある。このレバー部
材69は第8,9図に示すようにボス69aの上側がＬ字レバー
69bに、下側が短レバー69cになっている。Ｌ字レバー69
b先端にはカムフォロア71が取付けられ、記直線カム溝6
6と係合している。レバー部材69には掌部材旋回用の油
圧シリンダ72のピストンロッド73先端がピン連結してあ
る。油圧シリンダ72は前記カバー62の裏面にブラケット
74を介してクレビス支持されている。そして、この油圧
シリンダ72のストロークは、その前進端と後退端に位置
したときのＬ字レバー69bの位置の角度差がちょうど90
度となるように設定してあり、Ｌ字レバー69bが90度揺
動すると前記歯車64とギヤ82の係合により掌部材80が18
0度旋回するようになっている。従ってこの油圧シリン
ダ72も180度の旋回端の位置決め手段を兼ねている。

次にグリッパ110の相互近接・離反機構について説明す
る。第８図において、前記掌部材80の軸部81中心に、ラ
ック軸91が軸方向摺動自在に挿通してある。ラック軸91
の下軸はシフタ92に回動自在に支持してある。シフタ92
は第10図に示すようにケース61内に上下に伸びるガイド
バー93により回り止めされ、このガイドバー93の、ラッ
ク軸91をはさんで反対側に直線ガイド溝94が設けてあ
る。ケース61には、基部外周にピニオンギヤ95を形成し
たピニオンレバー96が回動自在に支持され、このピニオ
ンレバー96先端のカムフォロア96aが前記直線ガイド溝9
4に係合している。このピニオンギヤ95は、ケース62の
背面に固設した油圧シリンダ97のピストンロッド98に形
成したラック99と噛合っている。一方、ラック軸91の上
部には掌部材80が前記旋回端にある状態で前腕40の起倒
する側に夫々ラック91aが形成してある。このラック91a
は、掌部材80の掌部分83内に、第11図に示すように、ラ
ック91aの歯すじ方向に位相をずらして回動自在に支持
した一対の送りピニオンギヤ100と噛合っている。掌部
分83にはこれらの送りピニオンギヤ100と噛合う送りバ
ー101が夫々軸方向に移動可能に嵌装してある。また、
掌部分83には左右夫々の側において一側の送りバー101
と干渉しない位置に対角線上に他側のガイドバー102が
位置され、軸方向に移動自在に嵌装してある。左右夫々
の側において送りバー101とガイドバー102の先端には連
結板103が接続される。そして、前記油圧シリンダ97
は、ピストンロッド98の前進端においてラック軸91が下
降して送りバー101を引き込んで連結板103を互いに近接
させた後退位置に位置決めし、かつ、第８図に示すよう
に後退端においてラック軸91が上昇して送りバー101を
前進させて連結板103を互いに離反させた前進端に位置
決めする位置決め装置を兼ねている。尚、ケース61に形
成された４つの圧油ポートF1〜F4は夫々掌部分83の左右
に２つずつの圧油ポートi1〜i4に連通している。

次にこの掌部材80の連結板103に固着されるグリッパ110
について説明する。第４、５図において、基板111は前
記連結板103に締結され、この基板111の４隅に夫々ボス
が溶着され、このボス112の間にレバー付の旋回スリー
ブ113が位置している。旋回スリーブ113は、前記４つの
ボス112に夫々対応して回動及び軸方向摺動自在な４つ
の爪軸114とスプライン嵌合してある。各爪軸114にはリ
ード溝115が形成され、各ボス112に固着したねじピン11
6がリード溝115に係合している。各爪軸114の先端には
夫々爪レバー117がキー連結されている。爪レバー117の
対向する内側には、落下防止のための爪118とワーク把
持部119が突設してある。前記ボス112の１つ（例えば第
５図左上のもの）は、支持アーム112aを一体に備えてお
り、この支持アーム112aに第12図のようにクレビス結合
した油圧シリンダ120のピストンロッド121が第５図の下
側の旋回スリーブ113のレバー113aにピン122連結してあ
る。このピン122には更に連結バー123の一端に接続さ
れ、この連結バー123の他端は、支持アーム112aを備え
た側の旋回スリーブ113のレバー113bにピン連結してあ
る。そして、前記リード溝115は油圧シリンダ120のピス
トンロッド121の進退により、４つの爪レバー117がワー
クＷと対峙しない待機位置（第５図２点鎖線で示す）か
ら90度旋回しつつ軸方向に移動し、ワークＷの両側面を
把持するように設定されている。尚、基板111には位置
決めピン124とワークＷの受座125が配設してある。

次に油圧配管について説明する。第３図で本体20の台座
21の２つのポートb1、b2は、第４図に示すように本体20
に固着した配管ベース130で夫々６つに分岐され、６個
の方向切換弁VAL1〜６に連通される。上２つの方向切換
弁VAL1、VAL2において、夫々供給、排出で一対のポート
（c1、c2）（c3、c4）は油圧シリンダ23と油圧シリンダ
52の各ポート（C1、C2）（C3、C4）に対応して接続され
る。残り４つの方向切換弁VAL3〜６の夫々一対のポート
（d1、d2）（d3、d4）（e1、e2）（e3、e4）は前述の上
腕40左右のボス45、46の対になっている各ポート（D1、
D2）（D3、D4）（E1、E2）（E3、E4）に接続される。前
腕60のポートのうち左側の４つ（f1、f2）（f3、f4）は
更に第７図に示す前腕60の４つのポート（F1、F2）（F
3、F4）に対応して一対ずつ接続され、掌部材83の左右
各一対のポート（i1、i2）（i3、i4）は夫々グリッパ11
0の対応する油圧シリンダ120の各ポートに接続される。
また右側の４つ（g1、g2）（g3、g4）は供給、排出の一
対ずつ油圧シリンダ72、97の各ポートに接続される。油
圧ユニット６からの供給、排出の一対の主配管は台車上
の前記２つのポートa1、a2に接続されると共に、途中分
岐して図示しない方向切換弁を介して油圧モータ18に接
続される。

次に作用を説明する。所定の加工機Ｍから平置きワーク
Ｗの加工完了指令を受けると、走行ロボット１は加工機
側のグリッパ110の爪レバー117を待機位置に、反対側の
グリッパ110には未加工ワークW1を把持し、両方のグリ
ッパ110を互いに近接させた状態（ラック軸91が下降端
にある）で走行し、加工機Ｍの前で停止する。この停止
により加工機Ｍのカバー９が開く。すると、油圧シリン
ダ23のピストンロッド24が後退端から前進端へ移動し、
上腕40を鉛直位置A1から水平位置A2に倒すと共に、上腕
40全体を加工機Ｍ側へ移動させる。このとき、前腕60は
上腕40に対し延伸位置B1を保つように揺動レバー54は前
側のストッパ58に当接されている。ピストンロッド24の
移動で保持ピン26が保持ブッシュ27aに嵌合し、ピスト
ンロッド24の前進端位置を本体20との間で位置決め保持
する。こうして一方のグリッパ110は待機状態で平置き
ワークＷ上方に位置する。次いで掌部材80のラック軸91
を油圧シリンダ97の作用で上昇させ、送りピニオンギヤ
100を介して送りバー101を夫々前進させてグリッパ110
を互いに離反させ、一方のグリッパ110をワークＷに近
づける。次いでワークＷに近付いたグリッパ110の油圧
シリンダ120のピストンロッド121を突出させる。これに
より旋回スリーブ113が旋回し、爪軸114が90度旋回する
と共に軸方向内側へ移動してワークＷを両側から挟む。
このとき、爪118はワークＷの下側に入り込む。次にラ
ック軸91を下降させて両側のグリッパ110を互いに近接
させ、ワークＷをテーブルTa上の位置決めピンから抜上
げる。その状態で油圧シリンダ72のピストンロッド73を
前進端から後退端へ移動させる。これによりレバー部材
69、カムレバー65を介してギヤ軸64が90度回転し、掌部
材80を180度旋回させ、加工溝ワークＷと未加工ワークW
1との位置を入換える。次いでラック軸91を油圧シリン
ダ97のピストンロッド98を後退端に位置決めし、ラック
軸91を前進端に保持する。これにより送りバー101が互
いに前進端に位置され、未加工ワークW1が加工テーブル
Ta上へ載置される。次いで未加工ワークW1を把持してい
たグリッパ110の爪レバー117が90度旋回と軸方向外側へ
動かされて待機位置に位置される。そしてラック軸91を
再び下降させて送りバー101を互いに引込み、その後、
油圧シリンダ23のピストンロッド24を後退端へ移動させ
上腕40を鉛直位置に戻す。こうして取出されたワークＷ
は次工程に対しては未加工ワークとなり、次工程機から
の要求により上述と全く同様の作動でワークを交換する
ことになる。

次に、イケール（垂直保持用治具）150にあるワークを
交換する場合について説明する。第13図において、未加
工ワークW1を加工機Ｍの逆側のグリッパ110に把持し、
加工機Ｍ側のグリッパ110の爪レバー117は待機位置にあ
る。イケール150に装着してあるワークＷに対し、前腕6
0を延伸位置にしたまま上腕40を鉛直位置A1から水平位
置A2の中間をやや過ぎた中間位置まで傾かせる。この位
置で掌部材80を180度旋回させる。そして、更に前腕60
を90度傾けて屈折位置とする（第13図（ａ）２点鎖
線）。そして中間位置にあった上腕40を水平位置A2まで
倒し、イケール150のワークＷの側方に待機位置のグリ
ッパ110を位置させる。そしてこのグリッパ110でワーク
Ｗを把持し、掌部材80を180度逆旋回して未加工ワークW
1をイケール150に装着する。

このようなワークの交換では、油圧シリンダのストロー
クエンド又は、ストッパにより作業位置がメカニカルに
位置決め固定されるので繰返しの位置決め精度が極めて
高い。尚、本実施例ではグリッパ110の近接・離反のた
めの油圧シリンダ97を、旋回する掌部材80に設けること
をせず、前腕60に装着したので、掌部材80に設ける圧油
ポートを、グリッパ110の油圧シリンダ120用の２組のみ
にでき、前腕60と掌部材80間の油路構造が簡略化され
る。以上のワークハンドリングでは、走行方向に沿った
ワークテーブルTa上とロボット間で説明したが、走行方
向上のワーク置台やワークテーブル上のワークをハンド
リングする場合には、本体全体を油圧シリンダ18とゼネ
バアーム19等により90度割出しすればよい。

発明の効果 前記によれば、走行ロボットの上腕と本体とを、上腕が
鉛直位置と、水平位置との間で起倒すると同時に前後動
するようにカムフォロアと円弧カム溝で係合させ、カム
フォロア（上腕の回転中心）を鉛直位置と水平位置間で
前後に移動させるので、ワークを取出した時には、取出
したワークは加工機から充分離れた鉛直位置に位置で
き、加工機との間の干渉を防止できる。しかも、このよ
うに取出しワークが加工機から充分離れるように鉛直位
置のカムフォロアを中心に上腕を回転のみさせる構造に
比べて、上腕の前方への移動分だけ上腕を短くしても、
回転のみさせるものと同じ突出位置に位置させることが
できる。従って、上腕を短くした分だけ重量物を扱うこ
とができる。また、水平位置の上腕に対し、前腕を屈折
させることで、ワークの状態を90度反転でき、イケール
治具に取り付けることもできる。さらに、前腕と掌部材
とを、掌部材が前腕の回動軸線に対して直角な軸線を中
心にして180度旋回するように連結し、掌部材には一対
のグリッパを、回動軸線に対して対称で、かつ、前腕の
旋回端において前腕の起倒する側の位置に、所定量互い
に近接離反移動するように連結したので、一方のグリッ
パに未加工ワークを保持し、加工テーブル上の加工済み
ワークを他方のグリッパで掴んだ状態で、グリッパを互
いに接近させて、その状態で掌部材を180度旋回させ、
未加工ワークを加工テーブルに供給でき、ワーク交換時
間が短い利点もある。そして、ロボットの走行を除いた
これらの腕等の動作を全て油圧シリンダで行ない、移動
端でのみ機械的な位置決め手段により位置決め停止させ
るようにしたので、制御が極めて簡単となり、また、位
置決め精度も良いという利点もあり、ティーチングも走
行のみについて行なえばよく、極めて簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の走行ロボットの全体を示す斜視図、
第２図は第１図のII視図、第３図は本体の旋回構造を示
す図、第４図は走行ロボットの上部側面図、第５図は第
４図の平面図、第６図は第４図のVI−VI断面図、第７図
は第６図のVII−VII断面図、第８図は前腕の楯断面図、
第９図は第８図のIX−IX断面図、第10図は第８図のＸ−
Ｘ断面図、第11図は第８図のXI−XI断面図、第12図は第
４図のXII視図、第13図は作動説明図である。 20…本体、23,52,72,97…油圧シリンダ、24.53.73.98…
ピストンロッド、29…円弧カム溝、40…上腕、43…カム
フォロア、58…ストッパ、60…前腕、80…掌部材、110
…グリッパ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工機等に沿って走行する本体に、上腕、
   前腕、開閉可能なグリッパを備えた掌部材とを装備した
   走行ロボットにおいて、本体と上腕とを、本体に備えた
   油圧シリンダのピストンロッドの進退により、上腕が鉛
   直位置と、水平位置との間で起倒すると同時に前後動す
   るようにカムフォロアと円弧カム溝で係合させ、上腕と
   前腕とを、上腕に備えた油圧シリンダのピストンロッド
   の進退により、前腕が上腕に対してまっすぐな延伸位置
   と、上腕に対して直角な屈折位置間で起倒するように連
   結し、前腕と掌部材とを、前腕に備えた油圧シリンダの
   ピストンロッドの進退により、掌部材が前腕の回動軸線
   に対して直角な軸線を中心にして180度旋回するように
   連結し、掌部材には一対のグリッパを、回動軸線に対し
   て対称で、かつ掌部材の旋回端において前腕の起倒する
   側の位置に、掌部材または、前腕に備えた油圧シリンダ
   のピストンロッドの進退により所定量互いに近接離反移
   動するように連結し、更に上腕の鉛直、水平位置、前腕
   の延伸、屈折位置、掌部材の２つの旋回端及びグリッパ
   の前進端を位置決めする位置決め手段をそれぞれ備えた
   ことを特徴とする走行ロボット。