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    公开号:WO1992001537A1
    申请号:PCT/JP1991/000974
    申请日:1991-07-18
    公开日:1992-02-06
    发明作者:Nobutoshi Torii；Kazuhisa Otsuka；Kunio Ueda
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:B25J9-00
    专利说明:
    [0001] • 明 細 書 高密度設置形ロボッ ト 技 術 分 野
    [0002] 本発明は、 産業用ロボッ トにおける機体構造に関し、 特に. 作業対象に対して複数合のロボッ トが相互に干渉なく同時作 業を遂行して、 所望のロボッ ト作業を高能率の下に達成可能 にする高密度設置形ロボッ トの可動機体の構造に関する。 背 景 技 術
    [0003] 近年、 産業用ロボッ トは例えば、 自動車の組立製造ラィ ン 等において作業自動化の推進のために益々利用増大の傾向に ある。 このような作業の自動化ラ イ ン等では、 作業対象であ る例えば、 1台の自動車に対して複数合の産業用ロボッ トを 互いに並べて設置し、 夫々のロボッ トに所望の作業領分を分 担負荷させることによって能率良く、 作業を進涉させるよう にする高密度設置方式をとる場合がある。 すなわち、 自動車 々体の多数点にスポッ ト溶接を施す場合に、 多数の溶接点を 複数の領域に分割して、 複数台の πボッ トの各々が各領域の スポッ ト溶接を分担して単位時間当たりのスポ ッ ト溶接点数 を可及的に多くするものである。 次に、 このような高密度設 置方式のロボッ ト作業に従来から用いられている高密度設置 形 πボッ 卜の動作領域について説明する。
    [0004] 第 5図は従来の高密度設置形ロボッ トの機構と動作領域と を示した略示機構図であり、 第 5図 Aは側面図、 第 5図 Bは 平面図である。 第 5図 Aに図示のように、 第 1のロボッ ト腕 1を 1つの関節 2の軸心回りに旋回可能に設け、 また、 この 第 1のロボッ ト腕 1の関節 2を他の関節 3の水平軸心回りに 回転可能にする第 2のロボッ ト腕 4を設け、 かつ、 該第 2の ロボッ ト腕 4を関節 5において水平軸心回りに回転可能にす るロボッ ト胴 6を設け、 該ロボッ ト胴 6の下端を設置面に固 定する方式が取られ、 2つの関節 3、 5の水平軸心回りの回 転によって第 1のロボッ ト腕 1の先端に装着される作業用ェ ンドエフ エクタ 7を三次元空間内の所望の点位置へ位置決め し得るようにした構成が取られている。 ―
    [0005] しかし、 従来の高密度設置形ロボッ トでは、 関節 3、 5に よる水平軸心回りの回転動作を利用して最先端のェンドエフ ェクタを点位置から他の点位置へ移動させる構成のため、 空 間内における移動領域は球形包絡面で覆われた球状領域にな る。 つまり、 第 5図 Aの側面図及び第 5図 Bの平面図で円弧 実線 A、 Bで囲まれた πボッ ト腕前方に膨らみを有して広が る立体空間領域の内部がェンドエフエクタ 7の移動領域にな る。 然るに、 高密度設置の産業用ロボッ トの作業対象となる ワーク、 例えば自動車々体等は、 一般に直方体と球体との間 の凸形体を有した形状が多く、 外部空間側から見て凹面部分 を有したワークは少ない。 従って、 このような一般的形状に 対してロボッ トのエンドエフヱクタ側が上述のように凸球面 領域であると、 両者の間に相補性が無いために、 ロボッ トの エ ン ドェフ ユクタの動作領域部分に無駄部分が多量に発生す る。 つまり、 第 5図 A及び第 5図 Bの斜線を施した空間動作 領域だけが、 一般的な凸形体の対象'ワークに対してロボッ ト により作業遂行が可能な範囲であるにも係わらず、 上述のよ うにロボッ ト腕前方への膨らみ空間をもその動作領域に含め るロボッ ト可動機体の構造では無駄領域が多いばかりでなく、 必要な動作領域規模 （上記斜線領域） も比較的小容積領域に 止まり、 大きな実用動作領域を確保できないと言う問題があ ο 発 明 の 開 示
    [0006] 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 上述 の問題点を解消することが可能な高密度設置形ロボッ トを提 供することを目的とする。
    [0007] また、 本発明の他の目的は、 高密度設置形ロボッ トとして 用いたときに、 無駄な動作領域が少なく、 かつ、 複数台の口 ボッ トを髙密度に併設して各ロボッ 卜に均一な立体空間的動 作領域を分担させたときにも、 互いの干渉領域を極力、 低減 させることが可能な可動機体構造を有した高密度設置形ロボ ッ トを提供することである。
    [0008] さらに、 本発明の他の目的は、 地面設置と天吊り設置とに より、 上下に対称に 2合を配置したとき、 両者が上下方向に 均一な立体空間的動作領域を確保可能にする高密度設置形口 ボッ トを提供することである。
    [0009] 本発明では上記課題を解決するために、
    [0010] 作業対象に対して相互に並設されて同時作業可能にして設 置される高密度設置形口ボッ トであって、 設置用基合と、 該 基台上で水平直線動作可能な σボッ'ト可動機体とを具備し、 該ロボッ ト可動機体は、 第 1〜第 3の 3つの独立な軸心回り に回転可能なロボッ ト手首と、 前記第 1〜第 3の軸心と異な る第 4の縦軸心回りに旋回可能なロボッ ト腕と、 前記ロボッ ト腕と前記ロボッ ト手首とを接続して該ロボッ ト腕側から該 ロボッ ト手首へ前記第 1〜第 3の軸心回りの回転動力を独立 に伝動可能な手首伝動機構と、 前記ロボッ ト手首、 前記ロボ ッ ト腕及び前記手首伝動機構とを一体に上下直線動作可能に 保持するブラケッ ト手段と、 を具備して構成される高密度設 置形ロボッ トが、 提供される。
    [0011] ロボッ ト手首に 3つの回転動作軸を具備させ、 そのロボッ ト手首を先端に有したロボッ ト腕に 1つの回転動作軸を付与 し、 かつ、 該ロボッ ト腕を保持するブラケッ ト形保持手段を 直交する 2軸線方向に直線移動可能に設けた構造をとること により、 大きな直方体形の立体空間的動作領域を確保し、 無 駄動作領域を排する。 図 面 の 簡 単 な 説 明 第 1図は本発明の高密度設置形 σボッ トの構成を示す側面 図、
    [0012] 第 2図は本発明の高密度設置形口ボッ トの平面図、 第 3図 Αは本発明の高密度設置形 Dボッ トの立体空間的動 作領域を示す機構図の側面図、
    [0013] 第 3図 Bは本発明の高密度設置形ロボッ トの立体空間的動 作領域を示す機構図の平面図、
    [0014] 第 4図は他の実施例の高密度設置形ロボッ 卜の設置構成と 動作領域を示した機構図、
    [0015] 第 5図 Aは従来の高密度設置形ロボッ トの機構と動作領域 とを示した略示機構図の側面図、
    [0016] 第 5図 Bは従来の高密度設置形ロボッ トの機構と動作領域 とを示した略示機構図の平面図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明を添付図面に示す実施例に基づいて更に詳細 に説明する。
    [0017] 第 1図及び第 2図は、 本発明の高密度設置形ロボッ トの構 成を示す側面図及び平面図である。 本発明の高密度設置形口 ボッ トは、 設置基合 2 0を有し、 この設置基台 2 0上にコ ラ ム 2 2が、 矢印 F Rで示した水平直線方向の直線移動 （前後 移動） が可能に搭載されている。 このコ ラム 2 2は前面側を 案内面 2· 2 aとして具備する柱状体で、 このコ ラム 2 2の案 内面 2 2 aに沿ってブラケッ ト状の保持部 2 4が矢印 Vで示 す上下方向に移動可能に設けられている。 保持部 2 4は前方 に突出した水平保持面 2 4 aを有し、 この水平保持面 2 4 a 上にロボッ ト腕 2 6の下端 2 6 aが縦軸心 （ 軸） 回りに回 転可能に載置されている。 ロボッ ト腕 2 6の上記回転動作は、 保持部 2 4に取付けられた駆動モータ M により駆動される。 また、 ロボッ ト腕 2 6の先端 2 6 bは手首伝動機構 2 7の保 持端として設けられ、 同先端 2 6 bの背部には手首駆動源を 成す複数の手首駆動モータ Μ "、 Μ 、 Μ τ等が取付けられ ている。
    [0018] 上記手首駆動モータ Μ 、 M 9、 M rによる手首の回転駆 動力は手首伝動機構 2 7内に設けられた同軸 3軸構造の回耘 駆動軸 （図示なし） を経由して手首伝動機構 2 7の先端に設 けられた σボッ ト手首組立体 3 0に伝達される。 手首組立体 3 0は第 1関節部 3 2 と、 第 2関節部 3 4、 第 3関節部 3 6 を具備して構成され、 この後者の第 3関節部 3 6の前端が口 ボッ トハ ン ド等のエ ン ドエフ ヱクタを装着する装着面を成し ている。 なお、 第 1関節部 3 2は手首伝動機構 2 7から伝達 される回転駆動力により第 1の軸心 （ r軸） の回りに回転可 能に設けられ、 同第 1関節部 3 2に対して前記第 1の回転軸 心と直交する第 2の軸心 （ 軸） 回りに第 2関節部 3 4が回 転可能に設けられ、 又、 該第 2関節部 3 4に对して前記第 1 の回転軸心と同軸の第 3の軸心 （《軸） 回りに回転可能な手 首先端 3 6 とを有している。 つまり、 ロボッ ト可動機体を形 成するロボッ ト手首組立体 3 0、 ボッ ト腕 2 6、 伝動機構 2 7、 ブラケッ ト状保持部 2 4等は基台 2 0に対して 4つの 回転軸心と 2つの直線動作軸とを有した 6動作自由度を有し ている。
    [0019] 第 2図に示した破線表示は、 ロボッ ト腕 2 6の 軸回りの 回転により、 手首伝動機構 2 7、 ロボッ ト手首組立体 3 0が 一体に水平面内で回転する状態を示したものである。
    [0020] 第 3図 A及び第 3図 Bは、 上述の構成から成るロボッ ト可 動機体を有した高密度設置形ロボッ トの動作領域を示す機構 一 Ί — 図の側面図及び平面図である。 本発明によるロボッ トは、 コ ラム 2 2の案内面 2 2 aに沿っての上下方向 Vの直線移動と 基台 2 0上における前後方向 F Rの直線移動とが可能であり、 また、 ロボッ ト腕 2 6が関節 2 6 aにより、 ^軸心回りの水 平面内における回転動作が可能であることから、 ロボッ ト手 首組立体 3 0の先端は、 第 3図 Aと第 3図 Bから明らかなよ うに、 高さ V 1、 横幅 W 1、 奥行き L 1の斜線表示された直 方体形状の立体空間的な動作領域の境界面上及びその内部の 任意の点に移動可能であり、 かつ、 これらの直方体形動作領 域を確保することにより、 直方体形状と球形形状を有する多 くの作業対象ヮークに対してワーク表面或いは内部のあらゆ る点にアプローチして所望の作業を施すことができるのであ る。 しかも、 この斜線表示の領域を移動する間には隣接配置 のロボッ ト腕 2 6、 手首伝動機構 2 7、 ロボッ ト手首組立体 3 0 と相互に干渉を起こすことが無いように接近配置できる ので、 密度の高い設置が可能となる。
    [0021] つまり、 既述した第 5図 Aの従来の動作領域における縱方 向に含まれていた無駄領域 （斜線表示の無い部分） が大幅に 低減され、 僅かに、 前方部と側面側とに P 1 〜P 3で示した 斜線表示の無い領域で示された空間領域が無駄動作領域にな るに過ぎないから、 作業対象のヮ一クに対して所望の作業の 実施に利用する動作領域が口ボッ トの全動作領域に対して極 めて高い割合を有することになる。 しかも、 上記の前方領域 P 1 は隣接して設置されたロボッ ト同志が同作業を実施して いるときにも相互に干渉を起こすことが無い領域であり、 か つ、 対象ワークの形状が凹所形状を有するときには、 効果的 に利用することも可能になる利点を有している。
    [0022] 第 4図は本発明の他の実施例による高密度設置形ロボッ ト の構成と動作領域とを示す図である。 本実施例が前述の実施 例と異なる点は、 ロボッ ト腕 2 6からロボッ ト手首組立体 3 0に向けて延長した伝動機構部 2 7がロボッ ト腕 2 6の縦軸 心 （ 軸） に対して直交する水平軸心から上向きに傾いた構 造で設けられている点である。 即ち、 ロボッ ト手首組立体 3 0は、 ロボッ ト腕 2 6の回転関節 2 6 aより高位置に配置さ れている。 このような構造によれば、 第 4図に図示の如く、 —台のロボッ トを地表面に設置し、 同形の他の一台を天吊面 に設置した上下に対称の配置で設置すれば、 縦方向に大きな 動作領域を有し、 かつ、 両者のロボッ ト腕 2 6、 2 6 Rや手 首伝動機構部 2 7、 2 7 Rが相互に干渉を起こすことなく、 ロボッ ト作業を遂行することが可能となるのである。 第 4図 における斜線が交叉した動作領域は上下のロボッ トの手首組 立体 3 0、 3 0 Rが共に到達できる領域を示しており、 この ような重複動作領域を有すれば、 上下何れのロボッ トでも作 業が遂行できない、 所謂、 デッ ドゾーンが解消でき、 しかも、 これらの重複動作領域内の点位置で両手首組立体 3 0が干渉 を起こさないように制御することは、 同一点位置に両手首組 立体 3 0、 3 0 Rが同時に到達しないように制御すれば良い に過ぎないから、 比較的簡単に制御を達成できるのである。 以上の説明から、 本発明によれば、 一合のロボッ トにおけ る可動機体の全可動動作領域に対し、 作業対象ワークに所望 の作業を実施するために必要とする立体空間的動作領域の占 有率が極めて高く、 しかも、 単一作業領域で複数台の πボッ トを相互に隣接させて高密度に設置することにより、 同一時 期に作業を遂行する場合にも、 干渉の発生が低減された πボ ッ ト可動機体の構造を得ることが可能となったことが理解で きょう。
    [0023] 即ち、 本発明による高密度設置形ロボッ トによれば、 作業 対象のワークに対して複数台のロボッ トを近接して高密度に 設置し、 各々のロボッ トが同時期に所望の作業を分担して干 渉を起こすことなく、 遂行することができるから、 ワークに 対して必要な全作業を遂行するために要する時間を大幅に短 縮させることができるのである。 しかも、 各ロボッ トはヮー クに対して所要の作業を遂行する動作領域として無駄な動作 領域が少ないので、 ロボッ ト動作におけるエネルギーロスを 極力、 抑制することができるのである。 また、 隣接して左右 に配置するに止まらず、 上下に対称な配置で設置することに より、 更に設置密度を高め、 ワークに対する作業能率を一層、 向上させることも可能になるのである。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲 '
    1 . 作業対象に対して相互に並設されて同時作業可能にし て設置される高密度設置形ロボッ 卜であって、 設置用基台と、 該基台上で水平直線動作可能なロボッ ト可動機体とを具備し、 該ロボッ ト可動機体は、
    第 1〜第 3の 3つの独立な軸心回りに回転可能なロボッ ト 手首と、
    前記第 1〜第 3の軸心と異なる第 4の縦軸心回りに旋回可 能なロボッ ト腕と、
    前記ロボッ ト腕と前記ロボッ ト手首とを接続して該ロボッ ト腕側から該ロボッ ト手首へ前記第 1〜第 3の軸心回りの回 転動力を独立に伝動可能な手首伝動機構と、
    前記ロボッ ト手首、 前記ロボッ ト腕及び前記手首伝動機構 とを一体に上下直線動作可能に保持するブラケッ ト手段と、 - を具備して構成されることを特徵とする高密度設置形ロボ ッ 卜 α
    2 . 前記ロボッ ト可動機体の前記ブラケッ ト手段は、 縦コ ラムの前方空間領域に前記ロボッ ト手首、 前記ロボッ ト腕及 び前記手首伝動機構を保持すると共に該縦コ ラムと共に前後 方向に水平直線動作可能に設けられている請求項 1 に記載の 高密度設置形口ボッ ト。
    3 . 前記ロボッ ト手首は、 前記第 1の回転軸心回りに回転 する第 1関節部と、 該第 1関節部に対して前記第 1の回転軸 心と直交する第 2の軸心回りに回転可能な第 2関節部と、 該 第 2関節部に対して前記第 1の回転軸心と同軸の第 3の軸心 回りに回転可能な手首先端とを備えて構成されている請求項
    1又は 2に記載の高密度設置形ロボッ ト。
    4 . 前記ロボッ ト可動機体における前記ロボッ ト手首の第
    1の回転軸心は前記ロボッ ト腕の前記第 4の縦軸心に直交す る水平軸心に対して傾斜配置で設けられることを特徴とする 請求項 3に記載の高密度設置形ロボッ ト。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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