JPH0985675A - 反発機構を具えたロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 アーム停止時の慣性力を、アーム発進時に使
用できるようにして、発進時の加速度を大きくし、搬送
の高速化を達成できるロボットの提供する。 【解決手段】 水平アーム５の一端部に、水平アーム駆
動リンク７を介して連結され、物品把持装置８を駆動す
る水平アーム駆動レバ６の先端部に設けられたストッパ
当て突起６−１、ストッパに装着され、物品把持装置８
が停止位置近傍に到達したとき、ストッパ当て突起６−
１が当接して押圧され、水平アーム駆動レバ６停止時の
回転トルクを吸収するとともに、物品把持装置８を停止
位置から移動させるとき、吸収した回転トルクを水平ア
ーム駆動レバ６に付与して、回動力を補助する弾性材１
１とからなる。これにより、水平アーム駆動レバ６の回
動停止トルクを小さくできるとともに、起動時の回動ト
ルクを大きくでき、停止状態からの物品把持装置８の発
進速度を大きくでき、搬送の高速化が達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物品搬送用ロボッ
ト、若しくは反復作動を行う搬送具等の高速化に有効な
補助加速機構を設けた反発機構を具えたロボットに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボットで物品を搬送するには、
ロボットに装着されたアームの先端に取付けられた物品
把持装置を、搬送開始位置にある物品に接近させ、停止
させて、物品を確実に把持した後、アームを搬送完了位
置まで動かし、停止させて物品を解放し、さらに搬送開
始位置に戻すサイクルで搬送を行う方法が取られてい
る。このため、物品の搬送サイクルにおいては、物品を
把持したアームの持上げ時には、アームを動かす力が必
要であるとともに、物品把持装置を物品に接近させ、物
品を把持できる位置に止めるためにアームを停止させる
力を必要とする。

【０００３】すなわち、一般に物品搬送を行うロボット
では、アームの先端に取付けた物品把持装置を物品に近
づけるに際し減速し、物品の近傍に停止させ、物品を把
持する操作を行い、物品を把持したら、物品把持装置を
物品の持上げ方向に加速して移送する必要があり、物品
把持装置を含むアームの停止と発進の切替え時に、負及
び正の方向に大きなトルクが必要となる。特に、物品を
把持したアームの持上げ時には、アーム、物品把持装置
の重量に物品が加わり、重量が大きくなることもあり、
これらの持上げに必要とする加速度（トルク）が、一般
に搬送サイクルの１サイクル中で最も大きく、比のトル
クの限界が１サイクルの時間を左右し、ロボットによる
物品搬送の高速化の限界となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のロボ
ットによる物品搬送の高速化の限界となっている、物品
把持後のアーム持上げ時のトルクを少くして、同一機能
の駆動装置で、物品搬送の高速化が計れる反発機構を具
えたロボットを提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の反発
機構を具えたロボットは、次の手段とした。 （１）物品把持装置を他端部に設けた水平アームの一端
部にそれぞれ連結され、リンク機構を構成して、物品把
持装置の移動を行う垂直アーム、および水平アーム駆動
リンクを先端部に連結した水平アーム駆動レバの、それ
ぞれの基端部が回動する回転軸を設けた架台に、水平ア
ーム駆動レバの回動力を弾性材を介して架台に伝達し
て、回動を規制するストッパを設けた。 （２）搬送する物品を把持する、若しくは把持した物品
を解放する停止位置近傍に、水平アームの他端部に設け
た物品把持装置が移送されたとき、水平アームを先端部
に連結する水平アーム駆動リンクを作動させる、水平ア
ーム駆動レバの回動を、弾性材との当接で規制するスト
ッパ当て突起を、水平アーム駆動レバの先端部に設け
た。 （３）物品把持装置が停止位置近傍に近づいたとき、水
平アーム駆動レバの先端部に設けたストッパ当て突起の
当接によって、圧縮又は伸張の変形をし、この変形で水
平アーム駆動レバの回動力を吸収し、水平アーム駆動リ
ンクを介して水平アーム駆動レバに連結されている他端
部が、物品把持装置を設けた水平アームの移動を制動す
るとともに、物品把持装置が停止位置から移動すると
き、ストッパ当て突起に変形して、内部に保持している
復元力を付勢して水平アーム駆動レバの回動を補助し、
水平アームの移動を加速する弾性材をストッパに設け
た。

【０００６】本発明の反発機構を具えたロボットは、上
述の手段により、物品把持装置が、例えば搬送する物品
に接近したときには、物品把持装置の移送を行う水平ア
ームを回動により移動させる、水平アーム駆動レバの先
端部に設けたストッパ当て突起が、弾性材に当接する。

【０００７】この当接による弾性材の変形により、水平
アーム等の慣性力を吸収して、水平アーム駆動レバを回
動させるアーム駆動モータの停止トルクが補助されるの
で、水平アーム駆動レバには大きな制動力が働き、この
回動で移動する水平アームは容易に停止する。

【０００８】また、物品把持装置が物品を把持した後、
水平アームを移動させて物品持上げるときには、変形し
た弾性材に蓄積された変形エネルギーにより、アーム駆
動モータの起動トルクが補助されるので、水平アーム駆
動レバには、大きな回動力が働き、この回動で移動する
物品把持装置は高速で移動できる。

【０００９】これにより、物品把持装置を、搬送する物
品に接近させ、物品を把持する位置に停止させ、物品を
把持させ、物品の搬送位置まで移動させ、物品の把持を
解放する、いわゆる搬送サイクルの１サイクル当りの時
間を短縮でき、ロボットによる物品搬送の高速化が、同
一機能の駆動装置の使用によっても達成できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の反発機構を具えた
ロボットの実施の一形態を図面にもとづき説明する。図
１は、本発明の反発機構を具えたロボットの実施の第１
形態としての主要部全体を示す図である。なお、この図
においては、物品としての被搬送物９は、最初置かれて
いる搬送開始位置Ａから上方へ持上げられ、搬送中間点
Ｃを通り、搬送完了位置Ｂ迄搬送されるものとする。

【００１１】本発明の形態の反発機構を具えたロボット
２０は、固定部分である架台１、架台１に横架された回
転軸１７に基端部が枢着された垂直アーム２、同じ回転
軸１７に基端部が枢着された水平アーム駆動レバ６、水
平アーム駆動レバ６の先端部に基端部が枢着された水平
アーム駆動リンク７、他端部（先端部）に物品把持装置
としての真空吸着パッド８を具え、一端部（基端部）に
垂直アーム２、および水平アーム駆動リンク７の先端部
がそれぞれ枢着され、この枢着点の間、垂直アーム２、
水平アーム駆動レバ６、および水平アーム駆動リンク７
で形成される、平行四辺形のリンク機構で作動される水
平アーム５により主要部が構成されている。

【００１２】このために、垂直アーム２を、図において
反時計方向へ回転させると、同時に水平アーム５は、時
計方向へ回転して真空吸着パッド８を搬送を行う物品と
しての被搬送物９の直上部へ動かすことができる。この
真空吸着パッド８の正確な位置へ誘導する方法は、一般
に使用されている多関節ロボットの駆動機構と同様に、
角度割出し用エンコーダ及びサーボモータと制御プログ
ラム等を用いるものとし、その説明は省略する。

【００１３】この真空吸着パッド８は、図示していない
フレキシブルな真空配管、電磁バルブ、及び真空ポンプ
につながれており、被搬送物９を殆んど瞬時に吸着する
能力を有する。垂直リンク２は、先端部が上述したよう
に、リンク機構を形成する上方関節１９にて水平アーム
５とピン接合にてつながり、基端部が水平アーム駆動レ
バ６と同一回転中心をもつ回転軸１７に枢着されてお
り、架台１に設けられた図示していない電動機、及び減
速機にて駆動される垂直アーム駆動レバ３と垂直アーム
駆動リンク４にてつながれ、これらによって回転軸１７
まわりに回動させられる。

【００１４】水平アーム５は、他端部であるその先端が
真空吸着パッド８を取付けるＬ字形金具１８と回転自在
にピンにてつながれており、また上述したように、一端
部である基端部は、垂直リンク２の上方関節１９の周り
に回転自在に保持されている。また、上方関節１９より
端部には、これを駆動する水平アーム駆動リンク７の先
端部と、前述したようにピン接合されており、これら
を、図示していない垂直アーム２を回動させる電動機、
減速機とは別の電動機及び減速機にて駆動される水平ア
ーム駆動レバ６とにより、平行リンクが形成されてい
る。

【００１５】真空吸着パッド８を水平アーム５に取付け
ているＬ字形金具１８は、水平アーム５との枢着点の上
方で、さらに姿勢保持用リンク１６にピン接合されてい
て、２組の平行リンクでＬ字形金具１８が、常に一定姿
勢を保つようにしてあることは、従来のものと同様であ
る。

【００１６】図１は、真空吸着パッド８が被搬送物９に
吸着した瞬間を示しているが、この時、水平アーム駆動
レバ６の先端に設けたストッパ当て突起６−１が緩衝用
ウレタンゴム座１２に当り、そのガイドバー付ゴム座ホ
ルダ１３（図２参照）の肩部により弾性材としての反発
用コイルばね１１を圧縮した状態となっている。

【００１７】次に、この水平アーム駆動レバ６の回動、
若しくは停止を補助する装置を図２、図３を用いて詳し
く説明する。水平アーム駆動レバ６の先端部側面には、
図３に示すように、ストッパ当て突起６−１が突出して
設けられている。このストッパ当て突起６−１は、架台
１に取付けられるストッパーブラケット１０のストッ
パ、即ち緩衝用ウレタンゴム座１２などと相対した位置
に合わせて設けられている。

【００１８】反発機構は、架台１に水平アーム駆動レバ
６と同軸で角度可変に取付けられ、スライドブッシュ１
４を保持するストッパーブラケット１０、緩衝用ウレタ
ンゴム座１２を保持し、スライドブッシュ１４中を軸方
向にスライド可能に組込まれるガイドバー付ゴム座ホル
ダ１３、ガイドバー付ゴム座ホルダ１３とスライドブッ
シュ１４との間に設置され圧縮、伸張の働きをする、弾
性体としての反発用コイルばね１１、反発用コイルばね
伸張時のストッパとなるカラー１５とが図２に示すよう
に、組込まれて構成されている。また、ストッパーブラ
ケット１０には、その同心円弧状長穴１０−１により被
搬送物の位置、ばね力の強さなどの条件に合う様、圧縮
終点を任意に調整できるよう構成してある。

【００１９】次にロボット２０の動きと各部の関係を述
べると、先づ真空吸着パッド８接近時には、ほぼ鉛直下
方へ真空吸着パッド８が動くから水平アーム５の動きが
大きく、垂直アーム２はゆっくりした動きとなる。ま
た、真空吸着パッド８が搬送する被搬送物９へ接近の終
り近くでは、間もなく停止させるため水平アーム５に
は、大きなブレキ力を働かす必要がある。

【００２０】そこで、本実施の形態のロボット２０の場
合、水平アーム駆動レバ６のストッパ当て突起６−１が
ウレタンゴム座１２に当り、反発コイルばね１１を圧縮
させ始め、真空吸着パッド８が被搬送物９に吸着する終
点に近づくにつれて、反発力が大きくなり、水平アーム
駆動レバ６のブレーキの補助をすることとなる。このブ
レーキの補助は、被搬送物９を取りに行く時には、真空
吸着パッド８が空で被搬送物９に接近するので、効果と
しては少いが被搬送物９を持って搬送完了位置Ｂに接近
する時は、その効果は大きいものとなる。

【００２１】さて、真空吸着パッド８が被搬送物９に当
ると直ちに吸着が始まり反転して持上げる時には充分な
吸着力が発揮されねばならない。このため、具体的に
は、真空吸着パッド８が被搬送物９に当ってからも若干
オーバーストロークさせて、吸着時間をもうけたり、取
付角度を調整することにより殆んど瞬時に吸着させるこ
とが出来る。持上げ開始時には、急加速が必要で多くの
場合全ストローク中で最大のトルクを要する。しかしな
がら、このときには、真空吸着パッド８の停止時に圧縮
された反発用コイルばね１１は、急速に反発して持上げ
に大きな助力を与える。また、被搬送物９の搬送完了位
置Ｂ点に接近する場合には、再びブレーキとして働き始
め、搬送物を開放して、水平アーム５が搬送開始位置Ａ
点に再び復帰に転じる時にも、助力を与えることは前述
の通りである。

【００２２】此の実施の形態では、被搬送物９を水平位
置で殆んど同じ高さの位置へ搬送する例について述べた
が、高低差のある場合は、低い方の位置にストッパとし
てのカラー１５を合わせるようにすれば良い。また、垂
直アーム２の前傾角度の大きい場合、垂直アーム２に対
して同様の反発機構を設けて有効にできる場合がある。
何れの場合も、反発用コイルバネ１１の反発力により、
被搬送物９を搬送する真空吸着パッド８を移動させる水
平アーム駆動レバ６のブレーキ、及び加速の回動トルク
を補助するのに役立つ。また、本実施の形態の応用面は
種々考えられる。

【００２３】次に、本実施の形態の一例として垂直アー
ム２、水平アーム５共、関節長０．７５ｍにした２関節
ロボットの先端にて、２ｋｇの被搬送物９を１分間７０
回搬送する場合について説明する。このようなロボット
２０で、被搬送物９を持上げる時の水平アーム２駆動に
要するトルクは、約４５０Ｎ・ｍとなる。

【００２４】前述のように、水平アーム駆動レバ６の上
死点、即ち被搬送物９を把持、持上げする点で働くよう
に、自由長２４０ｍｍ、外径３５ｍｍ、内径２０ｍｍの
反発用コイルバネ１１を設け、折返し点の３６ｍｍ手前
から水平アーム駆動レバ６にストッパを当てて反発用コ
イルバネ１１を３６ｍｍ圧縮させると、約８８０Ｎの反
発力が生じる。ストッパは半径０．２５ｍの位置にある
から２２０Ｎ・ｍ分丈補助することとなり、駆動係の瞬
間所要トルクを軽減することができた。逆に云えば、搬
送する品物の重量を増加するとか、更に高速化すること
ができるようになる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の反発機構を
具えたロボットによれば、特許請求の範囲に示す構成に
より、物品把持装置が搬送する物品に接近したとき等、
停止位置近傍に到達ときには、物品把持装置の移送を行
う水平アームを、回動により移動させる水平アーム駆動
レバの先端部に設けたストッパ当て突起が、弾性材に当
接し、弾性材の変形させ、この変形により水平アーム等
の慣性力は吸収され、減速作用を発生させる。

【００２６】これにより、水平アーム駆動レバの回動を
行うアーム駆動モータの停止トルクが補助されるので、
水平アーム駆動レバには大きな制動力が働き、水平アー
ム駆動レバの回動で作動する水平アーム、すなわち物品
搬送装置を容易に停止させることができる。また、物品
把持装置が物品を把持した後、水平アームを移動させて
物品持上げるとき等、停止位置から移動するときには、
停止時に変形した弾性材の変形エネルギーにより、アー
ム駆動モータの回動トルクが補助されるので、水平アー
ム駆動レバには、大きな回動力が働き、この回動力で移
動する物品把持装置を高速で移動させることができる。

【００２７】これにより、搬送サイクルの１サイクル当
りの時間を短縮でき、ロボットによる物品搬送の高速化
が同一機能の駆動装置の使用によっても達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反発機構を具えたロボットの実施の第
１形態を示す主要部の断面図、

【図２】図１に示す実施の形態の反発機構を示す図３の
矢視Ｂ−Ｂ図、

【図３】図２に示す反発機構と駆動関係を示す図２の矢
視Ａ−Ａ図である。

【符号の説明】

１ 架台 ２ 垂直アーム ３ 垂直アーム駆動レバ ４ 垂直アーム駆動リンク ５ 水平アーム ６ 水平アーム駆動レバ ６−１ ストッパ当て突起 ７ 水平アーム駆動リンク ８ 物品把持装置としての真空吸着パッド（搬送
開始位置） ８′ 真空吸着パッド（搬送完了位置） ９ 物品としての被搬送物（搬送開始位置） ９′ 被搬送物（搬送完了位置） １０ ストッパブラケット １０−１ 停止位置調整用長穴 １１ 弾性材としての反発用コイルバネ １２ ストッパとしての緩衝用ウレタンゴム １３ ガイドバー付ゴム座ホルダ １４ スライドブッシュ １５ カラー １６ 姿勢保持用リンク １７ 回転軸 １８ Ｌ字型金具 １９ 上方関節 ２０ ロボット Ａ 被搬送物の搬送開始位置 Ｂ 被搬送物の搬送完了位置 Ｃ 被搬送物の搬送中間点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 架台に基端部を枢着し、回動自在にした
   垂直アーム、前記垂直アームと同軸状に基端部を枢着
   し、回転自在にした水平アーム駆動レバ、前記水平アー
   ム駆動レバの先端部に基端部が枢着され、前記垂直アー
   ムと共にリンク機構を形成する水平アーム駆動リンク、
   １端部が前記垂直アームおよび水平アーム駆動リンクの
   先端部にそれぞれ枢着され、前記垂直アームおよび水平
   アーム駆動レバの回動により移動する水平アームよりな
   り、水平アームの他端部に連結した物品把持装置で物品
   を把持し、搬送するロボットにおいて、前記架台に設置
   されたストッパと、前記水平アーム駆動レバの先端部に
   設けられたストッパ当て突起と、前記ストッパに装着さ
   れ、前記物品把持装置を停止位置近傍に移動させたと
   き、前記ストッパ当て突起が当接して、押圧し、前記水
   平アーム駆動レバ停止時の回動力を吸収するとともに、
   前記物品把持装置を停止位置から移動させるとき、前記
   水平アーム駆動レバに吸収した回動力を付与する弾性材
   とを設けたことを特徴とする反発機構を具えたロボッ
   ト。