JP4366877B2

JP4366877B2 - 自力移動ロボット装置

Info

Publication number: JP4366877B2
Application number: JP2001070659A
Authority: JP
Inventors: 知章仲野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: US20020129673A1; GB2374588B; US6923085B2; JP2002264047A; GB2374588A; GB0204330D0

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットの可動範囲に対し作業エリアが広い場合であっても、その作業エリア全体をカバーするように自力移動可能な自力移動ロボット装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自走可能なロボット装置として、例えば特開昭６２−４８０３８号公報には、ロボットに自走用の駆動モータを搭載して、この駆動モータの作動によりロボットを移動させることが記載されている。すなわち、ベースに２本の直線ガイドレールを固定し、このガイドレール上をロボットが走行可能なようにロボットはベアリングを介してガイドレール上に搭載される。そして、ロボットの駆動モータの出力軸にピニオンを設け、これをベースに固定されるラックと噛み合わせる。このような構成により、駆動モータを作動させると、ロボットがガイドレール上を走行できる。
【０００３】
また、自走可能なロボット装置の他の例として、特開平８−２９０３５０号公報には、ロボットアーム、加工工具、計測機器等を備えるロボット本体を走行台車に搭載し、複数の加工設備や検査設備間をロボット装置が移動することが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記前者の従来技術においては、ロボット装置の自走用に駆動モータを設ける必要があるため、コストアップや、重量増大に伴うベース部の強度・剛性アップが必要となるとの問題がある。
【０００５】
また、上記後者の従来技術においては、走行台車を用いることによるコストアップや、走行台車が走行する通路を確保するためのスペースが必要になるとの問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、自力移動用の専用の駆動モータや走行台車等を用いずに、ロボットの可動範囲に対して広い作業エリア全体をカバーするように自力移動可能な自力移動ロボット装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の自力移動ロボット装置は、第１のベースと、前記第１のベース上に搭載され、前記第１のベース上をＹ軸方向に移動可能な第２のベースと、前記第２のベース上に搭載され、前記第２のベース上を前記Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向に移動可能なロボット基部と、前記ロボット基部上を前記Ｘ軸方向に沿って移動可能な第１のロボット可動部と、前記第１のロボット可動部上を前記Ｙ軸方向に移動可能であって、前記第１のベースもしくは第２のベースに係合可能な係合部を備えた第２のロボット可動部とを有し、前記第２のロボット可動部は、本体と、この本体に対して前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向に直交するＺ軸方向に移動可能であって、その先端にハンド及びカメラが設けられた移動部を有し、前記係合部は、前記第１のベースに係合可能な第１の係合部と、前記第２のベースに係合可能な第２の係合部とからなり、前記第１及び第２の係合部はそれぞれ前記第２のロボット可動部の本体に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
このように構成された自力移動ロボット装置において、ロボット基部をＹ軸方向に沿って移動させる場合には、第２のロボット可動部の第１の係合部を第１のベースに係合させた状態で、第２のロボット可動部が第１のロボット可動部上をＹ軸方向に移動するように駆動することにより、ロボット基部を第２のベースとともに第１のベース上をＹ軸方向に移動させることができる。また、ロボット基部をＸ軸方向に沿って移動させる場合には、第２のロボット可動部の第２の係合部を第２のベースに係合させた状態で、第１のロボット可動部がロボット基部上をＸ軸方向に移動するように駆動することにより、ロボット基部を第２のベース上でＸ軸方向に移動させることができる。
【００１３】
このように第１のベース及び第２のベースを用いることにより、２次元的にロボット装置の移動範囲を広げることが可能になる。
【００１４】
また、第２のロボット可動部は、本体に対してＸ軸方向及びＹ軸方向の両方向に直交するＺ軸方向に移動可能であって、その先端にハンド及びカメラが設けられた移動部を有するので、この第２のロボット可動部の移動部をロボットハンドとして、各種の作業を実施することが可能になる。
【００１５】
請求項２記載のように、自力移動ロボット装置は、さらに第２のベースを第１のベースに固定する第１のロック機構と、ロボット基部を第２のベースに固定する第２のロック機構とを備えることが好ましい。これにより、ロボットが所定の作業を行う際に、第１及び第２のロック機構によってロボットを第１のベース上に安定的に固定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
本実施形態では、自力移動ロボット装置を、部品を通い箱から部品トレーへ移載する移載作業を行う自動部品移載装置に適用した例について説明する。
【００１８】
図１は、自動部品移載装置の全体構成図を示す。図１において、ロボット部１はＸ軸モジュール２、Ｙ軸モジュール３、Ｚ軸モジュール４から構成されている。Ｙ軸モジュール３の一端は、Ｘ軸モジュール２に係合されており、例えばＸ軸モジュール２に内蔵されたサーボモータによって駆動され、Ｘ軸方向に沿って任意の位置に移動することができる。このＹ軸モジュール３には、Ｚ軸モジュール４が搭載される。そして、Ｚ軸モジュール４は、Ｙ軸モジュール３に内蔵されたサーボモータによって駆動され、Ｙ軸モジュール３上をＹ軸方向に沿って任意の位置に移動することができる。さらに、Ｚ軸モジュール４の下側には、Ｚ軸モジュール本体（外筒）に対してＺ軸方向に昇降可能な移動部４ａが設けられている。この移動部４ａはＺ軸モジュール４に内蔵したサーボモータの作動により、Ｚ軸方向に沿って昇降する。なお、Ｙ軸モジュール３及びＺ軸モジュールを移動するための動力源としては、サーボモータに限らず、例えば空気圧や油圧等を用いることも可能である。
【００１９】
Ｚ軸モジュール４の移動部４ａの下側先端には、ハンド５が設けられており、このハンド５のチャック爪が空気圧によって開閉動作を行うことにより、チャック爪による部品の把持及びチャック爪からの部品の離脱が行われる。また、移動部４ａの下側先端には、カメラ６も装備されている。このカメラ６からの信号は、図示しない制御装置に送られる。制御装置は、カメラ６からの画像信号に基づいて、ハンド５が部品の所定位置を把持するように、Ｙ軸モジュール３及びＺ軸モジュール４の位置を調整し、その後、ハンド５に部品を把持するように動作させる。さらに、Ｚ軸モジュール４の上部には、仮固定用のピン７，８が設けられているが、これら仮固定用のピン７，８については、後述する。
【００２０】
上述のように構成されるロボット部１は、第２のベース１０上に搭載される。ロボット部１の第２のベース１０への搭載面、すなわちＸ軸モジュール２及びＹ軸モジュールの下面には、滑車が設けられており、第２のベース１０上をロボット部１全体としてＸ軸方向に移動可能となっている。さらに、第２のベース１０の下面には滑車が装備されて、第１のベース１２上に搭載されており、第２のベース１０は、第１のベース上をＹ軸方向に移動可能である。
【００２１】
第１のベース１２は、図２に示すように、ロボット部１の作業エリアａ〜ｄを取り囲むように、レール１５を四角形状に連結したものであり、ロボット部１の下方に通い箱等の設置スペースを確保するために、長短２種類の長さを有する４本の柱１６ａ，１６ｂで支持されている。なお、４本の柱１６ａ，１６ｂの下端近傍において、４本の柱１６ａ，１６ｂを相互に連結するようにレールが設けられているが、これはベース１２の強度を確保するためのものである。４本の柱１６ａ，１６ｂの内，長さの長い２本の柱１６ｂは、四角形状に連結されたレール１５の支持位置を超えて上方に伸び、その端部同士がレール１７によって連結されている。そのレール１７の略中央位置には、仮固定用のピン８と係合する穴部１４が設けられている。
【００２２】
第２のベース１０のＸ軸方向に沿う２本のレールは、第１のベースのＸ軸方向に沿う２本のレールとほぼ同等の長さを有している。そして、第２のベース１０のＹ軸方向に沿う２本のレールの下面にそれぞれ滑車を取り付けることにより、第２のベース１０が第１のベース上をＹ軸方向に沿って移動することが可能となっている。
【００２３】
また、第２のベース１０のＹ軸方向に沿う２本のレールの長さは、ロボット部１のＹ軸方向の長さとほぼ同等である。そして、ロボット部１のＸ軸モジュール２及びＹ軸モジュール３の下面に滑車を設け、それらの滑車が第２のベースのＸ軸方向に沿う２本のレール上を移動するように、ロボット部１を第２のベース１０に搭載している。これにより、ロボット部１が第２のベース１０上をＸ軸方向に沿って移動することが可能になる。
【００２４】
さらに、第２のベース１０に関しても、第１のベース１２と同様に、四角形状に連結されたレールの１辺の両端から上方に２本の柱が伸びており、その２本の柱の先端を連結するようにレールが設けられている。そして、そのレールの略中央位置には、仮固定用のピン７と係合する穴部１１が設けられている。
【００２５】
ロボット部１のＸ軸モジュール２及び第２のベースのＹ軸方向に沿うレールには、それぞれロック機構９，１３が設けられている。これらのロック機構９，１３によってロボット部１と第２のベース１０及び第２のベース１０と第１のベース１２とをそれぞれ固定して、ロボット部１が部品の把持や離脱を行う際にロボット部１の移動を防止する。それぞれのロック機構９，１３は、エアシリンダとプレートとからなっており、図示しない制御装置からの駆動信号を受けてエアシリンダが作動し、レールの下方向からプレートをレールに押圧してロックする。
【００２６】
次に、自動部品移載装置の部品の移載作業に伴うロボット部１の作業エリア移動方法について説明する。
【００２７】
本実施形態の自動部品移載装置は、図３に示すように、２本の通い箱投入レーンにそれぞれ供給されるＡ部品用の通い箱及びＢ部品用の通い箱から、Ａ部品２０及びＢ部品２１をそれぞれのトレーに移載するものである。このため、ロボット部１は、Ａ部品２０を取り出すための作業エリアａ、Ａ部品２０をトレーに置くための作業エリアｂ、Ｂ部品２１を取り出すための作業エリアｃ、Ｂ部品２１をトレーに置くための作業エリアｄ、の４つの作業エリアを有することになる。これに対し、ロボット部１の可動範囲は、個々の作業エリアａ〜ｄをカバーすることができる程度にしか設定されておらず、ロボット部１は、部品の移載作業を行うために４つの作業エリアａ〜ｄ間を移動する必要がある。この移載作業を簡単に説明すると、先ず作業エリアａにおいてＡ部品２０を通い箱から取り出し、ロボット部１を作業エリアｂに移動して、Ａ部品２０をトレーにセットする。そして、再び作業エリアａに戻り、Ａ部品２０を取り出した後、作業エリアｂへ移動し、Ａ部品２０のセットを行う。Ａ部品２０を必要数だけトレーにセットした後、Ｂ部品２１の移載作業に移る。すなわち、ロボット部１とともに第２のベース１０を作業エリアｃ、ｄに移動させ、作業エリアｃにてＢ部品２１を取り出し、作業エリアｄに移動してトレーにセットする。必要数だけこの作業を繰り返し、Ａ部品２０の作業に戻る。
【００２８】
まず、作業エリアａから作業エリアｂへの移動方法について説明する。作業エリアａにて作業（通い箱からＡ部品２０の取り出し作業）する場合、ロボット部１が移動しないようロボット部１の位置を固定する必要がある。このため、制御装置は、ロック機構９，１３を作動させて、Ｘ軸モジュール２を第２のベース１０に、及び第２のベース１０を第１のベース１２にそれぞれ固定する。
【００２９】
作業エリアａにおける作業が終了すると、Ｚ軸モジュール４に設けられた仮固定用のピン７が第２のベースに設けられた穴部１１に挿入されるように、制御装置は、Ｙ軸モジュール３及びＺ軸モジュール４をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。
【００３０】
このようにして仮固定用のピン７が穴部１１に挿入されると、制御装置は、ロック機構９を解除する。ロック機構９が解除されたロボット部１は、仮固定用のピン７によってのみ第２のベース１０に接続されている。このため、ロボット部１のＹ軸モジュール３がＸ軸方向において作業エリアｂから作業エリアａに向かう方向に移動するようにＸ軸モジュール２のサーボモータを作動させると、Ｙ軸モジュール３は仮固定用のピン７によってＸ軸方向において拘束されているので、Ｘ軸モジュール２がＸ軸方向において作業エリアａから作業エリアｂへ向かう方向に移動する。
【００３１】
作業エリアｂで作業可能な位置までロボット部１（Ｘ軸モジュール２）が移動すると、制御装置は、再びロック機構９によってロボット部１と第２のベース１０とを固定し、仮固定用のピン７を穴部１１から抜く。これにより、ロボット部１は、作業エリアｂにおいて作業することが可能になる。
【００３２】
なお、この作業エリアｂへの移動の際には、サーボモータの駆動信号からＸ軸モジュール２の移動量を算出して、この移動量が所定値となったときにモータの駆動を終了しても良いし、Ｚ軸モジュール４に設けられたカメラ６によって移動位置を確認し、Ｘ軸モジュール２の移動後の位置決めに利用しても良い。
【００３３】
次に、作業エリアｂから作業エリアｄへの移動方法について説明する。
【００３４】
作業エリアｂにおける作業が終了すると、Ｚ軸モジュール４に設けられた仮固定用のピン８が第１のベース１２に設けられた穴部１４に挿入されるように、制御装置は、Ｙ軸モジュール３及びＺ軸モジュール４をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。このようにして仮固定用のピン８が穴部１４に挿入されると、制御装置は、ロック機構１３を解除する。ロック機構１３が解除されたロボット部１及び第２のベース１０は、仮固定用のピン８によってのみ第１のベース１２に接続されている。なお、このとき、ロボット部１と第２のベース１０とは、ロック機構９によって相互に固定されている。
【００３５】
このため、ロボット部１のＺ軸モジュール４がＹ軸方向において作業エリアｄから作業エリアｂに向かう方向に移動するようにＹ軸モジュール３のサーボモータを作動させると、Ｚ軸モジュール４は仮固定用のピン８によってＹ軸方向において拘束されているので、Ｙ軸モジュール３、ひいては第２のベース１０がＹ軸方向において作業エリアｂから作業エリアｄへ向かう方向に移動する。
【００３６】
作業エリアｄで作業可能な位置までロボット部１及び第２のベース１０が移動すると、制御装置は、再びロック機構１３によって第２のベース１０と第１のベース１２とを固定し、仮固定用のピン８を穴部１４から抜く。これにより、ロボット部１は、作業エリアｄにおいて作業することが可能になる。ただし、実際の移載作業としては、先ず作業エリアｃにおいてＢ部品２１を取り出す必要があるため、さらに作業エリアｄから作業エリアｃまで上述のＸ方向の移動方法によりロボット部１を移動させる。
【００３７】
上述した自動部品移載装置では、ロボット部１が４つの作業エリアａ〜ｄ間を移動する例について説明したが、作業エリアの数は任意に増減可能である。
【００３８】
例えば、作業エリアの数が２つであれば、第１のベース１２は不要となり、ロボット部１は第２のベース１０上のみを移動すれば良い。
【００３９】
また、作業エリアの数を４よりも増加する場合には、その作業エリア毎にＺ軸モジュール４に設けた仮固定用のピン７，８と係合する穴部を第１のベース１２もしくは第２のベース１０に設ければよい。これにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に任意の数の作業エリアを設定することが可能になる。
【００４０】
上記した自動部品移載装置によれば、作業エリアに対してロボット部１を小型に構成することができるため、コスト低減、軽量化に効果がある。また、ロボット部１を軽量化できるため、ベースの強度・剛性に関する仕様要求を緩和することができる。これによってもコスト低減を図ることができる。さらに、ロボット部１の移動のための専用のモータ等を持つ必要がないので、構成の簡素化、ロボット部１の制御の簡易化を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における自動部品移載装置の構成を示す斜視図である。
【図２】ロボット部の作業エリアを示す図である。
【図３】自動部品移載装置の移載作業を説明するための図である。
【符号の説明】
１…ロボット部、
２…Ｘ軸モジュール、
３…Ｙ軸モジュール、
４…Ｚ軸モジュール、
７，８…仮固定用ピン、
９、１３…ロック機構、
１０…第２のベース、
１１…穴部、
１２…第１のベース、
１４…穴部

Claims

第１のベースと、
前記第１のベース上に搭載され、前記第１のベース上をＹ軸方向に移動可能な第２のベースと、
前記第２のベース上に搭載され、前記第２のベース上を前記Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向に移動可能なロボット基部と、
前記ロボット基部上を前記Ｘ軸方向に沿って移動可能な第１のロボット可動部と、
前記第１のロボット可動部上を前記Ｙ軸方向に移動可能であって、前記第１のベースもしくは第２のベースに係合可能な係合部を備えた第２のロボット可動部とを有し、
前記第２のロボット可動部は、本体と、この本体に対して前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向に直交するＺ軸方向に移動可能であって、その先端にハンド及びカメラが設けられた移動部を有し、
前記係合部は、前記第１のベースに係合可能な第１の係合部と、前記第２のベースに係合可能な第２の係合部とからなり、前記第１及び第２の係合部は前記第２のロボット可動部の本体に設けられ、
前記ロボット基部を前記Ｙ軸方向に沿って移動させる場合には、前記第２のロボット可動部の第１の係合部を前記第１のベースに係合させた状態で、前記第２のロボット可動部が前記第１のロボット可動部上をＹ軸方向に移動するように駆動することにより、前記ロボット基部を前記第２のベースとともに前記第１のベース上をＹ軸方向に移動させ、
前記ロボット基部を前記Ｘ軸方向に沿って移動させる場合には、前記第２のロボット可動部の第２の係合部を前記第２のベースに係合させた状態で、前記第１のロボット可動部が前記ロボット基部上をＸ軸方向に移動するように駆動することにより、前記ロボット基部を前記第２のベース上でＸ軸方向に移動させることを特徴とする自力移動ロボット装置。
前記第２のベースを前記第１のベースに固定する第１のロック機構と、前記ロボット基部を前記第２のベースに固定する第２のロック機構とを備えることを特徴とする請求項１に記載の自力移動ロボット装置。