(57)【要約】【課題】本発明は、空間的に自由に移動することができる旋回ユニット搭載ロボットを用い、軽量化され密集配置に適した多関節ロボットおよびそれを用いたロボットシステム提供する。【解決手段】水平面内を旋回するリンク機構５の先端に３次元空間を自在に移動可能なロボット１を備えた多関節ロボットであって、前記ロボット１が双腕ロボット１から構成されるものである。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面内を旋回するリンク機構の先端に３次元空間を自在に移動可能なロボットを備えた多関節ロボットであって、前記ロボットが双腕ロボットから構成されることを特徴とする多関節ロボット。
【請求項２】
前記リンク機構の先端に備えられた前記ロボットの胴体は、前記双腕ロボットの両腕が取り付けられる筐体と前記双腕ロボットを旋回するアクチュエータを格納する筐体を兼ね備えたことを特徴とする請求項１記載の多関節ロボット。
【請求項３】
水平面内を旋回するリンク機構の先端に３次元空間を自在に移動可能なロボットを備えた多関節ロボットであって、前記リンク機構および前記ロボットへ供給されるケーブルが、前記リンク機構および前記ロボットを駆動する減速機の中空部を通じて前記ロボットの手首軸まで供給されることを特徴とする多関節ロボット。
【請求項４】
前記リンク機構は、少なくとも第１旋回フレームと、前記第１旋回フレームに支持され回転する第２旋回フレームとから構成されたことを特徴とする請求項１記載の多関節ロボット。
【請求項５】
前記ロボットは、双腕ロボットであり、前記双腕ロボットのアーム構成が冗長軸を有する７軸構成であることを特徴とする請求項１記載の多関節ロボット。
【請求項６】
水平面内を旋回するリンク機構の先端に３次元空間を自在に移動可能なロボットから構成された多関節ロボットを備え、操作されるワークとの間に搬送機器が配置されたことを特徴とするロボットシステム。
【請求項７】
前記多関節ロボットは双腕ロボットからなり、前記搬送機器上を通過して、前記ワークを操作することを特徴とする請求項６記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記搬送機器は、前記ワークの移動方向に関して平行に少なくとも２つが備えられ、前記リンク機構の第２旋回フレームの長さは、前記搬送機器の長さに介在する前記搬送機器の本数を掛け合わせた長さよりも長くすることを特徴とする請求項６記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋回軸ユニットを備えたロボットおよびシステムに関する。  
【背景技術】
【０００２】
これまで一般産業用ロボットが用いられる工場においては、工場でのロボットの密集配置により生産性を向上する動きがある。ロボットを密集配置させることにより製品のスループットを向上させるものであり、この目的を達成するために、多種多様なロボットが開発されている。その中で、ワークをハンドリングするロボットでは、従来あった1本のリンク機構のよる産業用ロボットから、作業スペースの狭い場所で作業ができる双腕ロボットが望まれている。また、動力にモータ等を用いる場合、その電力線や手首軸に操作具を取り付けて、その操作具への供給線がロボットの周囲にあると、ロボットの可動範囲を制限したり、密集配置した際に引っ掛けたりすることで断線等の問題が生じ、極力ロボットの周囲に供給線が出ないようにすることが望まれている。このような動向は、ワークをハンドリングする分野においては必要とされている技術であり、物流分野においてもその例外ではない。しかしながら、これまで一般産業用ロボットが適用されていた工場と物流分野の倉庫では、現地の土台の構成や床面の強度が異なり、倉庫などでは、ロボットを設置して作業することを想定した強度確保がされていないために、ロボットを適用させるためには、軽量化が重要なファクタとなってきている。しかしながら、ワーク搬送システムにおいては、ワークの移動量が大きいため、パレタイジングロボットのような大型のロボットによる搬送が多く用いられている。そのため、重量が大きくなるといった問題があった。そこで、従来、ロボットの搬送ロボットによる広範囲な搬送システムとして走行台車が用いられるようになった。走行台車を用いれば、ワークに適したロボットを走行台車に搭載でき、ワーク搬送間の無駄なスペースはなくなる。
また一方で、ロボットを用いて自動車部品などを塗装するロボットでも、設置面積を小さくするニーズがあり、旋回機能を備えたリンク機構に塗装ロボットを載置したロボットシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなリンク構成を用いることにより、走行台車をなくすこと可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２８１８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の走行台車を用いたワーク搬送システムでは直線的な移動しかできず、また移動するために必要な範囲にレールを配置しなければならないため、設備の高密度配置が困難であった。また、走行台車はレールの上しか移動できないため、走行台車と平行して工程をレイアウトする必要があった。そのため、走行台車の移動量は大きくなり、サイクルタイムの向上にも限界があった。
また、リンク機構上に塗装ロボットを備えたシステムでは、リンク機構を用いることにより、レイアウトの変更や高密度配置は実現できると考えられるが、リンク機構上に単に塗装ロボットを配置した構成であるので、重量はロボット２台分となり、軽量化できないために、設置するには特別な設備が必要となるといった問題が生じていた。また、塗装ロボットに沿って塗装ガンへの供給線が備えられているので、密集配置した場合には、供給線が引っ掛けられたりして断線を起こすことがあるといった問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、空間的に自由に移動することができる旋回ユニット搭載ロボットを用い、軽量化され密集配置に適した多関節ロボットおよびそれを用いたロボットシステム提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、水平面内を旋回するリンク機構の先端に３次元空間を自在に移動可能なロボットを備えた多関節ロボットであって、前記ロボットが双腕ロボットから構成されるものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記リンク機構の先端に備えられた前記ロボットの胴体が、前記双腕ロボットの両腕が取り付けられる筐体と前記双腕ロボットを旋回するアクチュエータを格納する筐体を兼ね備えたものである。
また、請求項３に記載の発明は、水平面内を旋回するリンク機構の先端に３次元空間を自在に移動可能なロボットを備えた多関節ロボットであって、前記リンク機構および前記ロボットへ供給されるケーブルが、前記リンク機構および前記ロボットを駆動する減速機の中空部を通じて前記ロボットの手首軸まで供給されるものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記リンク機構は、少なくとも第１旋回フレームと、前記第１旋回フレームに支持され回転する第２旋回フレームとから構成されたものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記ロボットが、双腕ロボットであり、前記双腕ロボットのアーム構成が冗長軸を有する７軸構成であるものである。
また、請求項６に記載の発明は、水平面内を旋回するリンク機構の先端に３次元空間を自在に移動可能なロボットから構成された多関節ロボットを備え、操作されるワークとの間に搬送機器が配置されたものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記多関節ロボットが双腕ロボットからなり、前記搬送機器上を通過して、前記ワークを操作するものである。
また、請求項８に記載の発明は、前記搬送機器が、前記ワークの移動方向に関して平行に少なくとも２つが備えられ、前記リンク機構の第２旋回フレームの長さは、前記搬送機器の長さに介在する前記搬送機器の本数を掛け合わせた長さよりも長くするものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１から８に記載の発明によると、水平リンク機構上に双腕ロボットを配置すること、双腕ロボットの手首軸まで供給線が多関節ロボット内部を通じて供給されること、および搬送機器上を通過するように双腕ロボットがワークを操作することにより、密集配置を実現でき、ロボットシステムのレイアウトを高密度にでき、スループットの向上が可能となる。
また、請求項２に記載の発明によると、双腕ロボットの胴体が、双腕ロボットの両腕が取り付けられる筐体と双腕ロボットを旋回するアクチュエータを格納する筐体を兼ね備えたことにより、双腕ロボットの基台をなくすることで多関節ロボットを軽量化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の外観を示す斜視図
【図２】本発明の構造と各可動部の動作を示す左側面図
【図３】本発明の構造と各可動部の動作を示す上面図
【図４】本発明のシステム構成を示す上面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の斜視図である。図において、双腕ロボット（ロボット）１は第１旋回フレーム２、第２旋回フレーム３、胴体４、旋回ユニット５、アーム（右腕）６、アーム（左腕）７、基台８により構成されている。また、ロボット１はコントローラ（旋回制限手段）９とはケーブル９によって接続されている。
本発明が従来技術と異なる部分は、ロボットの移動手段が水平多関節ロボットに搭載された部分である。
基台８に第１旋回フレーム２の一端が回転自在に設置され、旋回フレーム２の他端には、第２旋回フレーム３の一端が回転自在に設置され、第２旋回フレーム３の他端には、双腕ロボット１が配置されている。第１旋回フレーム２および第２旋回フレーム３が基台８を中心として旋回し、双腕ロボット１が所定の位置へ移動される。
【００１０】
図２は、ロボット各部の名称と各可動部の動作を示す左側面図である。
基台８は、図示しないフロアに固設されている。尚、基台８は図示しないワークの移動方向に走行軸を有する可動テーブルなどに固設して、可動テーブルとともに移動可能に構成しても良い。
基台８は第１旋回フレーム２を回転可能に支持しており、第１旋回フレーム２はモータ１２および減速機によって基台に対して図中の軸Ｓ１Ｊを回転軸として回転（旋回）し、第２旋回フレーム３を回転可能に支持しており、第２旋回フレーム３はモータ１３および減速機によって第１旋回フレーム２に対して図中の軸Ｓ２Ｊを回転軸として回転（旋回）し、胴体４を回転可能に支持しており、胴体４は、胴体４に内蔵される図示しないモータおよび減速機によって第２旋回フレーム３に対して図中の軸Ｓ３Ｊを回転軸として回転（旋回）するように構成されている。第１旋回フレーム２および第２旋回フレーム３に用いられる減速機は、差動減速機などから構成された中空減速機であり、ケーブルが不図示の中空シャフトを通じて双腕ロボットに電力線および信号線等のケーブルが供給されている。
また、第１旋回フレーム２、第２旋回フレーム３、胴体４は旋回ユニット５（ロボット）として様々な姿勢をとるようになっている。
胴体４の左右には２本のアーム６、７が設けられている。各アームは多関節のロボットで構成されている。アクチュエータによって旋回駆動して様々な姿勢をとるようになっている。
このように、双腕ロボット１の胴体４に第２旋回フレーム３に対して旋回するアクチュエータを備え、２本のアームを備える基台と旋回軸を兼用することで、従来あったロボット専用基台をなくすことで軽量化することが可能となる。
【００１１】
図１に示したコントローラ１０はコンピュータ等により構成されており、旋回ユニット、各アーム６、７の動作を制御するようになっている。これにより、旋回ユニット５、各アーム６、７がコントローラ１０に予め教示された所望の姿勢で動作して作業を行うようになっている。
また、本実施形態では、旋回ユニット５、アーム６及びアーム７の３つをコントローラ１０で協調して制御するようになっており、３つのロボットを協働させて精度が高く多様な作業を行えるようになっている。
【００１２】
以下、アーム６及びアーム７の構成について説明するが、アーム６とアーム７とは、それぞれ左右対称であることを除いて同様に構成されているため、アーム６の構成についてのみ詳細に説明し、アーム７の詳細な説明は省略する。なお、アーム７の構成は添え字をＬとして読み変えればよい。
図３に示すように、アーム６は、その骨格をなすフレームＲ１Ｆ、フレームＲ２Ｆ、フレームＲ３Ｆ、フレームＲ４Ｆ、フレームＲ５Ｆ及びフレームＲ６Ｆの６個のフレーム部材を備えている。
また、図２、図３に示すように、アーム６は、アクチュエータＲ１Ａ、アクチュエータＲ２Ａ、アクチュエータＲ３Ａ、アクチュエータＲ４Ａ、アクチュエータＲ５Ａ、アクチュエータＲ６Ａ及びアクチュエータＲ７Ａの７個のアクチュエータを備えている。そして、胴体４及び各フレーム部材はそれぞれ各アクチュエータを介して直列に連結されている。
【００１３】
各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａは、それぞれ、サーボモータと減速機とが一体となって構成されており、サーボモータの出力軸に減速機が動力伝達可能に接続されている。サーボモータと減速機とを一体形成することにより、アクチュエータがコンパクトに形成されている。
なお、サーボモータは内部にエンコーダを有しており、コントローラ１０によって動作を制御されるとともにサーボモータの回転角度をコントローラ１０に送信するようになっている。
【００１４】
各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａは全て同様に構成されているが、サーボモータの出力性能（容量）が異なっている。
各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａは、アクチュエータの位置よりもアーム（右腕）６の先端側にあるフレーム、アクチュエータ、エンドエフェクタ及びエンドエフェクタで支持するワークや工具などの重量（可搬重量）を重力に抗して支持できるように出力性能が設定されている。
したがって、各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａの出力性能はアームの先端側（エンドエフェクタ側）のアクチュエータほど小さくなっているか、または胴体４側の直前のアクチュエータと同等となっている。
また、アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａは出力性能が高いもの程サイズが大きくなるため、各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａのサイズはアームの先端側（エンドエフェクタ側）のアクチュエータほど小さくなっているか、または胴体４側の直前のアクチュエータと同等となっている。
【００１５】
さらに、アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａには全て中空穴７が形成されている。中空穴７は、各アクチュエータのＲ１Ａ〜Ｒ７Ａの回転軸に沿ってアクチュエータを貫通している。
各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａの中空穴７は、それぞれ、各アクチュエータＲ１Ａ〜Ｒ７Ａ用の動力ケーブル及び信号ケーブルが挿通され、胴体４の内部へと配線されている。
また、後述するエンドエフェクタの種類によってはエンドエフェクタが用いる流体用の管や、エンドエフェクタ自身の動力ケーブル、信号ケーブルも中空穴１１を通じて配線されるようになっている。
【００１６】
アクチュエータＲ７Ａのアームの先端側の端部（以下、アーム７、４の先端側の端部を先端部という）には、エンドエフェクタを取付け可能に構成されたエンドエフェクタ取付部Ｒ７Ｅが設けられている。
エンドエフェクタは、ワークを掴み離しして持ち運びするハンドリング用のハンド、Ｔｉｇ溶接やアーク溶接用の溶接トーチ、スポット溶接用のガン、及び、流体塗料を噴射する塗装ガンなどであり、エンドエフェクタ取付部Ｒ７Ｅには用途に応じた種々のエンドエフェクタが取り付け可能となっている。
【００１７】
アクチュエータＲ１Ａは、その出力軸（即ち、減速機の出力軸）Ｒ１Ｊが重力方向（上下方向）Ｇに対して垂直な面（水平面）と平行な方向Ｈになるように胴体４の内部に固設されており、出力軸Ｒ１Ａは、最も胴体４側のフレーム部材であるフレームＲ１Ｆの胴体４側の端部（以下、胴体４側の端部を基端部という）に動力伝達可能に接続されている。即ち、アーム７の基端は胴体４に取り付けられている。
アクチュエータＲ２ＡはフレームＲ１Ｆの先端部に取り付けられており、フレームＲ１Ｆに支持されている。また、アクチュエータＲ２Ａの出力軸Ｒ２Ｊは出力軸Ｒ１Ｊに対して直交するように配向されており、フレームＲ２Ｆの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータＲ２Ａが回転駆動することによりフレームＲ２Ｆが出力軸Ｒ２Ｊを回転軸として旋回するように支持されている。
【００１８】
アクチュエータＲ３ＡはフレームＲ２Ｆの先端部に取り付けられており、フレームＲ２Ｆに支持されている。また、アクチュエータＲ３Ａの出力軸Ｒ３Ｊは出力軸Ｒ２Ｊに対して直交するように配向されており、フレームＲ３Ｆの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータＲ３Ａが回転駆動することによりフレームＲ３Ｆが出力軸Ｒ３Ｊを回転軸として旋回するように支持されている。
アクチュエータＲ４ＡはフレームＲ３Ｆの先端部に取り付けられており、フレームＲ３Ｆに支持されている。また、アクチュエータＲ４Ａの出力軸Ｒ４Ｊは出力軸Ｒ３Ｊに対して直交するように配向されており、フレームＲ４Ｆの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータＲ４Ａが回転駆動することによりフレームＲ４Ｆが出力軸Ｒ４Ｊを回転軸として旋回するように支持されている。
【００１９】
アクチュエータＲ５ＡはフレームＲ４Ｆの先端部に取り付けられており、フレームＲ４Ｆに支持されている。また、アクチュエータＲ５Ａの出力軸Ｒ５Ｊは出力軸Ｒ４Ｊに対して直交するように配向されており、フレームＲ５Ｆの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータＲ５Ａが回転駆動することによりフレームＲ５Ｆが出力軸Ｒ５Ｊを回転軸として旋回するように支持されている。
アクチュエータＲ６ＡはフレームＲ５Ｆの先端部に取り付けられており、フレームＲ５Ｆに支持されている。また、アクチュエータＲ６Ａの出力軸Ｒ６Ｊは出力軸Ｒ５Ｊに対して直交するように配向されており、フレームＲ６Ｆの基端部に動力伝達可能に接続されている。即ち、アクチュエータＲ６Ａが回転駆動することによりフレームＲ６Ｆが出力軸Ｒ４Ｊを回転軸として旋回するように支持されている。
【００２０】
アクチュエータＲ７Ａはその出力軸Ｒ７Ｊが出力軸Ｒ６Ｊに対して直交するように配向されており、フレームＲ６Ｆに支持されている。
また、上述したようにアクチュエータＲ７Ａの先端側の側部にはエンドエフェクタ取付部Ｒ７Ｅが設けられており、アクチュエータＲ６Ａが回転駆動することによりエンドエフェクタ取付部Ｒ７Ｅが出力軸Ｒ７Ｊを回転軸として回転するようになっている。
【００２１】
図４は、本発明のロボットを用いた実施例の全体レイアウトを示した上面図である。
１０１は本発明のロボットである。１０２はローラコンベアでありロボット１０１に隣接して固定設置されている。ローラコンベア１０２の前方にロールパレット１０３が配置され、ロールパレット１０３の内部には様々な種類のロールパレットケース１０４が段積みされており、縦横複数列に配置されている。ローラコンベア１０２の終端には別のローラコンベア１０５が隣接しており、ローラコンベア１０５の始端に別のロボット１０６が配置される。
【００２２】
次に本発明を用いた実施例のシステムについて説明する。
ロールパレット１０３に積載されたロールパレットケース１０４を本発明ロボット１０１は１台で、ロールパレット１０３から引き出す。ロボット１０１は、図１で示した旋回ユニット５によりローラコンベア１０２の上を通過し、積載されたロールパレットケース１０４を引き出す。引き出したロールパレットケース１０４をローラコンベア１０２に乗せ、次の工程へ搬送する。ロボット１０６は積載されたローラパレットケースを１個ずつ把持し、ローラコンベア１０５に置いて次の工程に搬送する。
この時、ローラコンベア１０２上にロールパレットケース１０４を一定の間隔で配置して搬送する場合には、ローラコンベア１０２の移送速度と同期するようにロボット１０１の水平リンク機構の角度を調整することにより、双腕ロボットによる把持する時間遅れを考慮した協調制御が可能となる。
また、本実施例では、ローラコンベアをロールパレットケース１０４が移動する方向に２本の場合について説明したが、移送するロールパレットケース１０４の移送される場所が異なる場合、３本以上になることが考えられる。その場合、双腕ロボットをローラコンベアに干渉することなく移動させるために、水平リンク機構の図１に示す第２旋回フレーム３の長さは、介在するローラコンベアの幅に本数を掛け合わせた長さより長く設定するものである。
【００２３】
このように、ロボット１０１はローラコンベアの上を移動することができるため、走行台車ではアプローチできなかった場所にあるワークの取り出しが可能になる。従来の走行台車システムでは、走行台車に沿ってワークを配置しなければならない。そのため多数のワーク搬送となると走行台車の長さが長くなってしまい、設備として大きなものになってしまう。それによりサイクルタイムも長くなる。また本発明を用いれば、障害物があっても旋回ユニットとアームによるアプローチが可能なので、設備の高密度配置が可能になり、無駄なスペースを作らなくてよい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
走行台車と比べ、装置の上を通過できることや装置の内部に侵入できることから、自動車生産ラインにおける車の内装部品取り付けなどの分野にも適用できる。
【符号の説明】
【００２５】
１    双腕ロボット（ロボット）
２    第１旋回フレーム
３    第２旋回フレーム
４    胴体
５    旋回ユニット
６    アーム（右腕）
７    アーム（左腕）
８    基台
９    ケーブル
１０  コントローラ
１１  中空穴
１２  モータ
１３  モータ
Ｓ１Ｊ、Ｓ２Ｊ、Ｓ３Ｊ  出力軸（回転軸）
Ｒ１Ｊ、Ｒ２Ｊ、Ｒ３Ｊ、Ｒ４Ｊ、Ｒ５Ｊ、Ｒ６Ｊ、Ｒ７Ｊ  出力軸（回転軸）
Ｒ１Ｆ、Ｒ２Ｆ、Ｒ３Ｆ、Ｒ４Ｆ、Ｒ５Ｆ、Ｒ６Ｆ  フレーム（フレーム部材）
Ｒ１Ａ、Ｒ２Ａ、Ｒ３Ａ、Ｒ４Ａ、Ｒ５Ａ、Ｒ６Ａ、Ｒ７Ａ  アクチュエータ
Ｌ１Ｊ、Ｌ２Ｊ、Ｌ３Ｊ、Ｌ４Ｊ、Ｌ５Ｊ、Ｌ６Ｊ、Ｌ７Ｊ  出力軸（回転軸）
Ｌ１Ｆ、Ｌ２Ｆ、Ｌ３Ｆ、Ｌ４Ｆ、Ｌ５Ｆ、Ｌ６Ｆ  フレーム（フレーム部材）
Ｌ１Ａ、Ｌ２Ａ、Ｌ３Ａ、Ｌ４Ａ、Ｌ５Ａ、Ｌ６Ａ、Ｌ７Ａ  アクチュエータ
Ｒ７Ｅ、Ｌ７Ｅ   エンドエフェクタ取付部
１０１  ロボット
１０２  ローラコンベア
１０３  ロールパレット
１０４  ロールパレットケース
１０５  ローラコンベア
１０６  ロボット
【図１】
2010162666.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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