JP4612087B2 - ロボットにより工作機械へワークの着脱を行うロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットにより工作機械へワークの着脱を行うロボットシステムに関する。

工作機械へワークの着脱を行うロボットシステムとしては、走行軸部材、およびそれに沿って走行するスライダ部材を備える走行軸機構と、このスライダ部材に搭載された可動アーム機構を有するシステムが知られている。すなわち、ワークは、通常、工作機械内のワークの着脱部、工作機械への装着前のワークが載せられた取出しテーブル、工作機械で処理された後、工作機械から外したワークを載せる払出しテーブルなどの複数の位置に搬送する必要がある。そこで、走行軸機構をこれらの搬送位置間に延びる構成とすることによって、可動アーム機構の大型化を抑制しながら、ロボットシステムの動作範囲を走行軸部材の長手方向に拡大して、これらの搬送位置間でのワークの搬送が可能となる。また、走行軸機構を用いた構成によれば、大型の可動アーム機構を用いたような場合に比べて、工作機械や周辺装置とのロボットシステムの干渉を回避するのも比較的容易になる。

特許文献１〜３に、このような走行軸機構と可動アーム機構との組み合わせによってワークを搬送する装置が開示されている。

これらのうち特許文献１，２では、図１２に模式的に示すように、工作機械１１０へのワーク１０５の着脱時に可動アーム機構１２０が、工作機械１１０の鉛直壁１１１に設けられた扉１１２を介して工作機械１１０内に挿入される構成になっている。走行軸部材１３０は、扉１１２が設けられた鉛直壁１１１に平行に延び、工作機械１１０に加えて、取出しテーブル１０２や払出しテーブル１０４などに、可動アーム機構１２０をアクセス可能としている。

一方、特許文献３では、図１３に模式的に示すように、工作機械１１７へのワーク１００の着脱時に可動アーム機構１２５が、工作機械１１７の天井壁１１８に設けられた扉１１９を介して工作機械１１７内に挿入される構成になっている。走行軸部材１３５は、工作機械１１７の上方を延びるように構成されている。

特開平５−３１８２４９号公報 特許第３８６５７０３号 実開平６−３３６９０号公報

工作機械は、ワークの種類の変更時や、ワークの処理のために工作機械に装着された工具の保守時などに、作業員が工作機械の正面の扉を介して工作機械内にアクセスして作業を行うことができるようになっているのが普通である。作業の内容は、ワークの装着部や保持機構などの交換・調整・検査、工具の交換、または機内洗浄などであり、工作機械の正面には、通常、そのために必要な操作パネルが設けられている。

そこで、可動アームが鉛直壁の扉から挿入される構成の場合、作業員が作業用に用いる扉を、可動アーム機構を挿入する扉としても共用するのが合理的である。しかしながら、この場合、ロボットシステムの稼動中には、工作機械の正面にロボットが進入するため、作業員が工作機械の正面の作業スペースに近づくことができない。このため、処理状況の目視点検などの、本来、ロボットシステムを停止させる必要のない作業や、工作機械内でのロボットシステムの動作確認作業など、ロボットシステムを動作させながら作業を行う必要がある場合に不便を生じる場合がある。また、工作機械の保守作業などのために、システムを停止させた時に、可動アーム機構が、工作機械の正面の扉の前に位置していると、作業員が作業を行うためのスペースが狭くなるなどの不便を生じる場合がある。

一方、図１２に示す例では、作業員のアクセス用の扉１１４と操作パネル１１５が設けられた正面壁１１３に対して側面の鉛直壁１１１に設けられた扉１１２から、可動アーム機構１２０が挿入されるようになっている。この構成によれば、上記のような不便を生じることはないが、システムのレイアウト上の不便を生じる場合がある。

すなわち、一般的に、上記のロボットシステムなどの複数の装置が設置される工場などの施設では、作業員が、各装置に近づいて作業を行うために通路が設けられ、この通路の両側に各装置が配置される。この時、通路には、各装置の可動部が進入しないように、安全策が取られる。

図１２に示すロボットシステムは、走行軸部材１３０の長手方向に長い構造を有しているので、走行軸部材１３０を通路に平行に配置するのが合理的である。すなわち、それによって、ロボットシステムの各部を通路から比較的近くに位置させることができ、保守作業などのためにロボットシステムにアクセスしやすくなる。また、通路に鉛直な方向に広い設置スペースを必要とせず、設置スペースを効率的に使用して、複数の通路を平行に配置するなどの合理的なレイアウトを実現することができる。

しかしながら、この配置では、工作機械１１０の正面の作業スペースに入るためには、通路から離れて奥に入る必要があり、作業効率の低下を招いてしまう。また、場合によっては、工作機械１１０に隣接する装置が、作業スペースに進入しないように、この装置を作業時に停止させる必要が生じたり、作業スペースを確保するために、装置の配置密度の低下を招いたりすることが考えられる。

図１３に示す構成では、上記のような不便は生じないが、走行軸部材１３５を高い位置に配置する必要がある。そのため、コストが嵩む場合があり、また、施設によっては、走行軸部材１３５を設置する高さを確保するのが困難な場合もある。

また、工作機械が、例えば、工具の主軸が鉛直に延び、その工具によって、主軸の直下のワークに処理を施す構成の場合、主軸の直下のワークの保持部に直接可動アーム機構を進入させるのが困難となる場合がある。この場合、主軸の直下に保持されるワークの着脱を可能とするには、工作機械の、ワークが保持される加工テーブルを横に移動させるなどする必要があり、そのための機構を追加する必要が生じたり、作業効率の低下を招いたりするという不便が生じる場合がある。

また、図１２，１３に示す構成では、可動アーム機構を工作機械内に挿入した状態では、走行軸部材に沿って移動させると、工作機械の鉛直壁などとの干渉が生じる。このため、可動アーム機構を走行軸部材に沿って工作機械に出し入れする位置に移動させるためには、可動アーム機構を一旦退避姿勢にする必要がある。このため、可動アーム機構を一旦退避姿勢にする分、ワークの交換に必要な時間を長くとられ、処理効率の低下を招くという不便を生じる場合がある。

本発明の目的は、上記のような従来技術に鑑みて、ロボットにより工作機械へワークの着脱を行うロボットシステムの利便性や処理効率を高めることにある。

上述の目的を達成するため、本発明のロボットシステムは、ロボットにより工作機械へワークの着脱を行うロボットシステムにおいて、ロボットは、工作機械の、ワークを出し入れするための扉が形成された面に対して垂直に延びる走行軸部材、および走行軸部材に沿ってスライド移動するスライダ部材を有する走行軸機構と、一端がスライダ部材に第１の軸回りに回転可能に取り付けられた第１のアーム、第１の軸に平行な第２の軸回りに回転可能に第１のアームの他端に一端が取り付けられた第２のアーム、および第２のアームの他端に取り付けられたワークの保持機構を有する可動アーム機構と、を有し、第１の軸は、水平面内でスライダ部材の走行方向に対して垂直な方向から傾斜して配置され、第１のアームは、走行軸部材に対して斜めに延びることを特徴とする。

この構成によれば、可動アーム機構の各アームは、走行軸部材に沿う方向に延ばした状態で、走行軸機構によって工作機械に向かって移動させることによって、工作機械内に挿入することができ、また逆に、工作機械から引き出すことができる。したがって、可動アーム機構を工作機械に出し入れする際に、可動アーム機構を退避姿勢にすることなく、走行軸機構のみを動作させれば済み、処理効率を高めることができる。

また、可動アーム機構は、工作機械の、ワークを出し入れする扉に対して垂直な方向の領域のみで動作して、ワークの着脱操作を行うことができる。したがって、工作機械の、ワークを出し入れする扉が形成された面とは垂直な他の面を、作業員が工作機械にアクセスするための扉や操作パネルを配置した正面とすることができ、それによって、正面側には、ロボットが進入しないようにして、常に作業スペースを確保しておくことができる。また、工作機械の正面に沿って通路を設置すれば、走行軸部材が、通路に平行に延びることになり、この通路からロボットの保守・点検も行うことができ、優れた利便性が得られる。

また、第１、第２の軸回りの第１、第２のアームの回転動作によって、ワークの保持機構の位置を、走行軸部材に垂直な方向に調整することが可能となり、ロボットによって工作機械内の広範囲の位置へのアクセスが可能となる。

上記のように第１の軸を傾斜させるには、スライダ部材が傾斜面を有し、この傾斜面に可動アーム機構を取り付けた構成とするのが好適である。この場合、スライダ部材上の、傾斜面より可動アーム機構が取り付けられたのと反対側の部分に走行軸機構の駆動モータを配置するのが好ましい。それによって、傾斜面を形成することによって生じたスペースを、走行軸機構の駆動モータを配置するのに利用し、スライダ部材のコンパクト化を図ることができる。

スライダ部材は、走行軸部材の側面に沿ってスライド移動可能に取り付けても、下面に沿ってスライド移動可能に取り付けてもよい。スライダ部材を走行軸部材の側面と下面のどちらに取り付けるかは、工作機械の外形やロボットシステムが設置される設備の構造などに応じて、適宜選択することができる。

第２のアームは、第２の軸回りに回転可能に第１のアームに結合された基部と、第２の軸に垂直な第３の軸方向に延び第３の軸回りに回転可能に基部に一端が結合されたシャフト部と、シャフト部の他端に結合されたワーク保持部と、を有する構成とし、ワーク保持部は、第３の軸に垂直な第４の軸回りに回転可能にシャフト部に結合された基部と、基部に、第４の軸に垂直な第５の軸回りに回転可能に結合された末端部と、を有し、末端部にワークの保持機構が結合されている構成とするのが好ましい。この構成によれば、走行軸機構と第１、第２の軸回りの回転機構によって、保持機構に保持されたワークの位置を調整するのに加えて、第３〜５軸回りの回転機構によって、保持機構に保持されたワークの姿勢を、工作機械への着脱などに適した姿勢に調節することが可能となる。

第１の軸は、水平面に対して下向きまたは上向きに傾斜させてもよい。第１の軸の、水平面に対する傾斜を調整することによって、第１のアームの動作範囲の最適化などの調整を行うことができる。

本発明によれば、ロボットにより工作機械へワークの着脱を行うロボットシステムの利便性および処理効率を高めることができる。すなわち、工作機械の正面にロボットが進入しないようにして、作業員による作業スペースを確保することができ、また、正面に沿った通路からロボットの保守・点検も可能となり、利便性が高まる。また、ロボットの工作機械内への挿入および工作機械からの引き出しを、可動アーム機構を退避姿勢にしなくても、走行軸機構を動作させるだけで実行でき、処理効率が向上する。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１，２は、本発明の一実施形態のロボットシステムの全体構成を模式的に示している。図１（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は左側面図であり、図２は斜視図である。

図１，２に示すように、本実施形態のロボットシステムは、１つの工作機械１０に対し、ワーク１を着脱する働きをする１つのロボット２０を用いた構成である。ロボット２０は、走行軸部材４０、およびそれに沿ってスライド移動可能なスライダ部材５０を備える走行軸機構３０と、旋回運動可能な２つのアーム７０，８０を備える可動アーム機構６０を有している。

図３，４は、図１，２におけるロボット２０のみをより詳細に示している。図３（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図、（ｄ）は右側面図である。図４（ａ）は、ロボット２０の全体の斜視図、（ｂ）は、スライダ部材５０および可動アーム機構６０の部分を拡大して示す斜視図、（ｃ）は、スライダ部材５０の機構部を示す、図４（ａ）の矢印Ａ方向に見た図である。

本実施形態において、工作機械１０は、成形機やマシニングセンタなどの、成形部品であるワークの作製、または、供給されるワークに対する成形部品の結合や機械加工などの所定の処理を行う公知のどのような種類であってもよい。工作機械１０の詳細は、本発明に直接関係しないので、説明を省略する。

いずれにしても、工作機械１０は、内部に設けられたワーク１の保持部にアクセスするための扉１１，１２を有している。詳細には示さないが、ワーク１の保持部は、例えば処理テーブルであり、その上方には、加工工具を保持する冶具が備えられた主軸が配置されていてよい。

本実施形態では、工作機械１０には、操作パネル１５が設けられた正面１３に位置する扉１１と、左側面１４に位置する扉１２が設けられている。正面１３の扉１１は、作業員９が、保守作業などのために工作機械１０内にアクセスするのに用いられる。

工作機械１０の左側面１４の扉１２は、ロボット２０によって、ワーク１を工作機械１０に着脱するために用いられる。すなわち、ロボット２０は、台車３上にあるワーク１を捕捉し、走行軸部材４０に沿って移動させて、左側面１４の扉１２を介して工作機械１０内に挿入し工作機械１０の保持部に装着し、および／または、工作機械１０で処理されたワーク１を捕捉して工作機械１０の保持部から外し、左側面１４の扉１２を介して工作機械１０の外に出して台車３上に載せるように動作する。

このような動作を効率的に行うことができるように、工作機械１０の扉１２が設けられた左側面１４側に隣接して、ワークを保持する台車３が配置されており、走行軸部材４０は、左側面１４に垂直に、左右に延びるように配置されている。すなわち、ワークを載せる台車３を、工作機械１０にワークを出し入れする扉１２の近傍に配置し、走行軸部材４０を、扉１２と台車３をつなぐ方向に配置することによって、効率的な動作が可能となる。

台車３の替わりに、コンベアなどを用いてもよい。また、工作機械１０での処理前のワーク１を保持するものと、処理後のワーク１を保持するものと、別々に台車３やコンベアなどを設けてもよい。また、上記のように、台車３は、扉１２の近傍に配置するのが処理の効率化のためには好ましいが、当然ではあるが、ロボット２０の動作範囲内であれば、台車３の配置には特別な制約はない。

走行軸部材４０は、工作機械１０が設置された床面上に設置された２本の柱３１によって両端を支持されている。柱３１は、必要であれば、３本以上設けてもよく、また、その配置も走行軸部材４０の両端に限られず、走行軸部材４０の途中に配置してもよく、走行軸部材４０を片持ち梁状に支持する構成としてもよい。いずれにしても、走行軸部材４０は、スライダ部材５０とアーム機構６０に加えてワーク１を支持するのに十分な剛性を有するように構成すればよい。

走行軸部材４０は、可動アーム機構６０が動作時に走行軸部材４０に干渉しにくくなるので、比較的高い位置に配置するのが好ましい。しかし、走行軸機構４０と可動アーム機構６０の、着脱動作に必要な動作範囲内で干渉が生じない範囲であれば、比較的低い位置に配置してもよい。

本実施形態では、走行軸部材４０は、工作機械１０の中央部よりも少し背が低くなった背面側の部分の上方を通って工作機械１０をまたぐように配置されている。通常、工作機械１０の背面側は、切削液回収や切削屑の回収などを行う保守空間が床面付近に必要であるが、上部の空間は有効に利用できる。このため、本実施形態の工作機械１０でも、背面側の部分の背が低くなっており、そこに走行軸部材４０を通すことによって、高さを抑えている。このようにして、ロボットシステムの全体として必要な容積の最小化を図っている。

図４（ｃ）に示すように、走行軸部材４０の、工作機械１０の正面１３と同じ側の側面には、上下に並んで平行に延びる２つのレール４１が形成されている。スライダ部材５０には、走行軸部材４０のレール４１のそれぞれに、スライド移動可能に係合する２つずつ、合計４つのブロック５１が固定されている。レール４１とブロック５１とは、このように協働して、スライダ部材５０が走行軸部材４０に沿って移動するように案内するＬＭ（Ｌｉｎｅａｒ Ｍｏｔｉｏｎ）ガイドを構成している。

また、スライダ部材５０には、走行軸駆動モータ５２が取り付けられ、これに接続された減速機５３の出力軸にピニオン５４が固定されている。走行軸部材４０には、スライダ部材５０のピニオン５４が噛み合うラック４２がレール４１に平行に形成されている。この構成により、走行軸駆動モータ５２の回転運動が減速機で減速されてピニオン５４に伝達され、ピニオン５４とラック４２の噛み合いによって、レール４１に沿ったスライダ部材５０の直線運動に変換される。

図３（ａ）に示すように、可動アーム機構６０の第１のアーム７０は、一端を第１の軸７１回りに回転可能に可動アーム機構６０のベース部材６１に連結されている。第１のアーム７０の他端には、第１の軸７１に平行な第２の軸７２回りに回転可能に第２のアーム８０の一端が連結されている。

本実施形態では、スライダ部材５０には、その走行方向に対し垂直な方向に対して傾斜し、右斜め手前に面する傾斜面５５が形成され、この傾斜面５５に、可動アーム機構６０のベース部材６１が、取り付けられている。その結果、第１、第２の軸７１，７２も、傾斜面５５に平行に延び、スライダ部材５０の走行方向に対し垂直な方向に対して傾斜している。

この際、前述の走行軸駆動モータ５２や減速機５３は、スライダ部材５０上の、傾斜面５５より奥側の部分に配置されている。この構成によれば、傾斜面５５を設けるために生じたスペースを利用して、走行軸駆動モータ５２や減速機５３を配置することができ、これらのために、スライダ部材５０が大型化するのを抑制することができる。

図３（ｂ）に示すように、第２のアーム８０は、第２の軸７２回りに回転可能に第１のアーム７０に連結された基部８１と、第２の軸７２に垂直な第３の軸７３に沿って延び第３の軸７３回りに回転可能に基部８１に結合されたシャフト部８２とを有している。第２のアーム８０は、さらに、シャフト部８２の先端に取り付けられたワーク保持部８５を有している。ワーク保持部８５は、シャフト部８２に、第３の軸７３に垂直な第４の軸７４回りに回転可能に連結された基部８６と、基部８６に、第４の軸７４に垂直な第５の軸７５回りに回転可能に連結された末端部８７を有し、末端部８７に、ワーク１を保持するためのワーク保持機構が備えられている。ロボットハンドがワーク保持機構として好適であるが、ワーク保持機構は、特定のワークの穴に嵌合するようになった弾性爪やフック部材などであってもよい。

以上の構成によって、ロボット２０は、走行軸機構３０による直線運動と、第１〜５の軸７１〜７５回りの回転との６自由度を有している。その結果、ロボット２０によって、保持したワーク１の位置だけでなく、姿勢も制御可能となる。つまり、スライダ部材５０の位置、第１、２の軸７１，７２回りの第１、第２のアーム７０，８０の各角度位置を調節することによって、第２のアーム７０の先端のワーク保持機構を任意の位置に配置することができる。そして、第３〜５の軸７３〜７５回りのシャフト部８２、ワーク保持部８５の基部８６、および末端部８７の角度位置を調節することによって、第２のアーム７０の先端のワーク保持機構の姿勢を任意の姿勢に調節することができる。

詳細には示さないが、可動アーム機構６０には、第１〜５の軸７１〜７５回りの回転制御のために１つずつ、全部で５つのサーボモータが搭載されている。これら５つのサーボモータ、および走行軸駆動モータ５２は、動力線と信号線を含む機内ケーブルにより、スライダ部材５０に取り付けられたロボット分線盤９０（図３（ｂ））に接続され、これを介して、最終的には、ロボット接続ケーブル９１（図３（ａ））により、制御装置９５（図１）に接続され、制御装置９５により制御される。走行軸機構３０による直線移動に伴うロボット接続ケーブル９１の走行軸部材４０に沿って延びる部分の長さの変化を吸収するため、スライダ部材５０にはケーブル受け９２が備えられている。本実施形態では、ケーブル受け９２は走行軸部材４０の背面側に配置され、スライダ部材５０が高さ方向に大きくなるのが抑えられている。

以上のような構成のロボット２０では、前述のように、可動アーム機構６０の第１、第２のアーム７０，８０の旋回運動の中心となる第１、第２の軸７１，７２が、スライダ部材５０の走行方向、すなわち走行軸部材４０の長手方向に垂直な方向に対して傾斜している。その結果、第２のアーム８０は、工作機械１０に向かって走行軸部材４０に対して斜めに突出した姿勢にすることができる。したがって、走行軸部材４０を、工作機械１０の中央に干渉しないように背面寄りに配置しても、第２のアーム８０の先端を、工作機械１０の中央付近にある場合が多い、ワーク１の保持部に無理なく到達させることができる。

また、第１、第２の軸７１，７２がスライダ部材５０の走行方向に対して傾斜していることにより、第１、第２のアーム７０，８０の角度位置によって、第２のアーム８０の先端の、スライダ部材５０の走行方向に対して垂直な方向の位置を調節可能となっている。したがって、工作機械１０内の広範囲の位置に、第２のアーム８０の先端を届かせることができるようになっている。

次に、図５〜７を参照して、本実施形態におけるロボット２０の動作について説明する。

図５は、ロボット２０が、ワーク１を保持した状態で、工作機械１０の左側面１４の扉１２の前に待機した状態を示している。この時、第１、第２のアーム７０，８０は、走行軸部材４０に対して斜めに、工作機械１０側に突出した姿勢となっている。その結果、第２のアーム８０の先端は、工作機械１０内のワーク１の保持部に対応して工作機械１０の中央付近に位置する扉１２の正面に位置している。

次に、図５に示す状態から、走行軸機構３０のスライダ部材５０を工作機械１０に近づける方向に動作させることで、図６に示すように、第２のアーム８０を扉１２から工作機械１０内に挿入することができる。そして、この状態で、工作機械１０に対して、ロボット２０によってワーク１の着脱を行うことができる。

この時、図１２，１３に示すような従来技術では、可動アーム機構１２０，１２５を、走行軸部材１３０，１３５に沿って移動させた後に動作させることによって、初めて、可動アーム機構１２０，１２５の先端が工作機械１１０，１１７内に挿入されている。これに対して、本実施形態の構成では、可動アーム機構６０の先端を工作機械１０内に挿入するのに、可動アーム機構６０を動作させる必要がないため、効率的な動作が可能である。これは、可動アーム機構６０を工作機械１０から引き出す際にも同様であり、可動アーム機構６０をあまり動作させることなく、走行軸機構４０の動作のみで、可動アーム機構６０を引き出すことができ、効率的な動作が可能である。

また、可動アーム機構６０を、図５の、挿入前の待機状態で、着脱操作時の姿勢に近い姿勢としておくことができ、それによって、着脱操作の効率をさらに向上させることができる。また、可動アーム機構６０は、水平方向に工作機械１０内に挿入されるので、工作機械１０の工具の主軸が鉛直に延び、その直下にワーク１用の治具が配置されている場合でも、その治具にワーク１を装着する操作を行うことが可能である。

次に、図７は、ロボット２０によってワーク１を台車３上に払い出している状態を示している。この状態では、可動アーム機構６０は、図６に示す状態に比べて、走行軸機構４０の動作によって工作機械１０から離れる方向に移動させられており、第１、第２のアーム７０，８０がワークを払い出すのに適した姿勢に動かされている。

なお、上記のようなロボット２０の動作では、可動アーム機構６０の、ワーク１を保持する先端部が工作機械１０内の部材などに干渉するのを回避できるように、先端部の動作経路を制御できるようにするのが好ましい。動作経路の制御は、作業員が、経路設定をするのに分かりやすいなどの理由から、直交座標系に基づいて設定可能とするのが都合がよい。この際、本実施形態のロボット２０では、第１、第２の軸７１，７２が傾斜しているため、動作経路設定用の直交座標系としては、この傾斜に沿ったものを適宜用いるのが好ましい。それによって、第１、第２の軸７１，７２に平行な方向の動作を避けて不必要に走行軸機構３０を動作させるのを抑制するなどの、合理的な制御が可能となる場合がある。

以上のように、本実施形態のロボットシステムによれば、可動アーム機構６０を挿入する工作機械１０の扉１２が設けられた左側面１４に対して垂直に延びる走行軸部材４０に沿って可動アーム機構６０を移動させることによって、効率的な動作が可能である。また、この際、可動アーム機構６０の第１、第２の軸７１，７２を走行軸部材４０に垂直な方向に対して傾斜させておくことにより、回転機構を連結したシンプルな構成の可動アーム機構６０を用いながら、ロボット２０によって、工作機械１０内の広範囲の位置に無理なくアクセスし、ワーク１の着脱操作を実行可能とすることができる。なお、本実施形態における走行軸機構３０も、比較的シンプルなものであり、本実施形態のロボットシステムは、全体として、特殊な機構を用いたり、大型化したりすることのない、シンプルな構成を有している。

また、本実施形態のロボットシステムでは、ロボット２０による工作機械１０へのワーク１の着脱動作時に、ロボット２０の可動部を、工作機械１０の正面１３に面する部分に進入させる必要がない。このため、ロボット２０の稼動中であっても、工作機械１０の正面１３の前方に作業員９（図１（ａ））が作業を行うための作業スペースを確保しておくことができる。また、保守作業などのために、ロボットシステムを停止させた場合、ロボット２０がどの位置で停止しても、工作機械１０の正面１３の前方の作業スペースを確保しておくことができ、ロボット２０が邪魔になることもない。図では、操作パネル１５が工作機械１０の正面１３の右側領域に位置している例を示しているが、左側領域にある場合でも、操作に問題が生じることもない。

このような作業員９による作業の利便性のために、図１（ａ）に示すように、工作機械１０の正面１３に沿って、作業員９が移動するための通路５を配置するのが好ましい。図１（ａ）に示す例では、通路５には、それに沿って、ロボット２０などの機械の可動部が干渉する可能性のある領域に作業員９が進入するのを防止するための安全柵７が設けられている。ロボット２０には、その可動部が安全柵７を越えて通路５に進入しないように、メカ的なストッパやソフトウェアによる進入領域の規制を施すことができる。

この際、ロボット２０の可動部は、工作機械１０へのワーク１の着脱動作時に、工作機械１０の正面１３側には、進入する必要がない。そこで、工作機械１０の正面１３では、安全柵７は不要となっている。その結果、工作機械１０の正面１３は、通路５に直接面するようにすることができ、それによって、作業員９は、通路５から直接、工作機械１０の保守作業を行うことができ、効率的な作業が可能となる。

また、この配置では、走行軸部材４０と通路５は平行になっている。したがって、ロボット２０の状態も通路５から明瞭に確認することができる。また、一般的に工場では、通路５の両側に、通路５に沿ってロボットシステムなどの装置が配置される場合が多く、通路５に対し、垂直な方向の長さには制約がある場合が多い。このような面でも、走行軸部材４０を通路５に平行に配置した本実施形態の構成は都合がよい。

なお、上記の実施形態は、本発明を例示するものであり、特許請求項の範囲に規定する本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、第３〜第５の軸７３〜７５回りの回転機構を有するロボットを示した。この構成によれば、工作機械１０に対するワーク１の着脱時や台車３に対するワークの取出し、払い出し時に、ワーク１を適切な姿勢に調節することができ、好ましい。しかし、ワーク１の姿勢があまり問題にならない場合には、第３〜第５の軸７３〜７５回りの回転機構を省略してもよい。また、工作機械１０に対するワーク１の着脱位置や、台車３に対する取出し・払い出し位置に位置させた時に、ワーク１が適切な姿勢になるように、ワーク１が保持機構に対して、所定の位置および姿勢で保持されるように保持機構を構成しておいてもよい。

また、可動アーム機構６０は、回転機構に加えて、伸縮機構を組合せた構成としてもよい。それによって、ロボット２０の動作可能範囲をより広くすることができる。
また、上記の実施形態では、可動アーム機構６０を、スライダ部材５０に設けられた傾斜面５５に設置する構成を示した。この構成によれば、スライダ部材５０の傾斜面５５の傾斜角度などを変更することによって、共通の可動アーム機構６０を用いながら、第１の軸７１の傾斜角度を、種々のシステムに適するように調節することができるという利点が得られる。しかし、可動アーム機構６０の取付け面を傾斜した構成としてもよい。あるいは、可動アーム機構６０の取付け面に対して第１の軸７１が斜めになった構成としてもよい。

また、この際、ロボット２０の制御装置９５は、第１の軸７１の傾斜角度を任意に設定できる構成とし、設定された傾斜角度に応じて、ロボット２０を適切に制御できるようにするのが好ましい。それによって、制御装置９５も、第１の軸７１の傾斜角度の異なる種々のロボットシステムに対して汎用可能なものとすることができる。

また、上述の実施形態では、可動アーム機構６０が取り付けられるスライダ部材５０の傾斜面５５が、走行軸部材４０に沿って工作機械１０に向かう方向から工作機械の正面１３側に斜めに傾斜した方向に面している構成を示したが、傾斜を逆方向にしてもよい。図８は、このような変形例を示しており、図８（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は、工作機械付近を左側から見た斜視図、（ｄ）は右側面図である。同図において、上記の実施形態と同様の部分には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図８に示す変形例では、可動アーム機構６０が取り付けられたスライダ部材５０の傾斜面５７は、図１〜７の場合とは逆に、走行軸部材４０に沿って工作機械１０から離れる方向から工作機械１０の正面側に斜めに傾斜した方向に面している。この場合、走行軸部材４０は、図１〜７の場合よりも工作機械１０の正面１３寄りの位置に配置されており、可動アーム機構６０は、工作機械１０への挿入時に、工作機械１０の正面１３側から背面側に向かうように傾斜して延びている。

図８に示す構成でも、可動アーム機構６０の第１、第２のアーム７０，８０が、走行軸部材４０に対して斜めに延びるので、第１、第２のアーム７０，８０の角度位置によって、走行軸部材４０に垂直な方向に可動アーム機構６０の先端の位置を調節することができる。それによって、ロボット２０によって、工作機械１０内の広範囲の位置へアクセスすることが可能となる作用が得られる。この作用は、一般に、第１、第２の軸７１が、水平面内でスライダ部材５０の走行方向に垂直な方向から傾斜した構成とすることによって得られる。

また、可動アーム機構６０が取り付けられるスライダ部材５０の傾斜面は、下向きまたは上向きに傾斜させてもよい。それによって、第１のアーム７０の動作範囲の最適化などの調整を行うことができる。すなわち、第１のアーム７０は、その先端側を、スライダ部材５０の傾斜面側に向ける方向への動作範囲に制約が生じるので、必要に応じて、傾斜面の向きを調整することによって、必要な動作範囲を確保することができる。

また、本発明は、複数の工作機械に対して１つのロボットでワークの着脱を行うロボットシステムにも応用可能である。図９は、このようなロボットシステムとして、２つの工作機械１０ａ，１０ｂに対して１つのロボット２０でワークの着脱を行う構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。同図において、図１〜７と同様の部分には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

ロボット２０がワーク１を搬送する時間に対し、工作機械１０ａ，１０ｂがワーク１を加工する時間の方が長いのが一般的である。したがって、複数の工作機械１０ａ，１０ｂに対して、１つのロボット２０を用いた構成で、効率的な処理が可能である。

２つの工作機械１０ａ，１０ｂは、作業員９がアクセスするための扉１１と操作パネル１５が設けられた正面１３がそれぞれ通路５に面するように配置され、左右に並べられている。各工作機械１０ａ，１０ｂには、図示していないが、図１，２などに示すのと同様に、ロボット２の可動アーム機構６０を進入させるための扉が左側面１４にそれぞれ設けられている。工作機械１０ａ，１０ｂに共通のワーク１を載せる台車３が、左側の工作機械１０ａの左側に配置されている。台車３としては、工作機械１０ａ用のものと、１０ｂ用のものをそれぞれ用いてもよい。

走行軸部材４０は、２つの工作機械１０ａ，１０ｂの上方をまたぐように左右に延びている。ロボット２０は、可動アーム機構６０を、左側の工作機械１０ａの上方を通過させて右側の工作機械１０ｂにアクセスできるようになっている。図９に示す例では、可動アーム機構６０が工作機械１０ａの上方を通過できるように、工作機械１０ａは、図１，２に示すものから、天井カバーを外すことによって、高さを抑えた構成となっている。天井カバーを外さない場合には、走行軸部材４０をより高い位置に配置すればよい。

図９に示す構成でも、ロボット２０は、着脱動作時に工作機械１０ａ，１０ｂの正面１３の前方に進入する必要はなく、必要に応じて機械的なストッパやソフトウェアを用いて、進入しないように設定できる。その結果、工作機械１０ａ，１０ｂの正面１３の前方には、安全柵７を設けず、作業員９が正面１３から工作機械１０ａ，１０ｂに直接アクセス可能とすることができ、効率的な作業が可能となる。また、両方の工作機械１０ａ，１０ｂに共通の通路５からアクセスできるので、両方の工作機械１０ａ，１０ｂの保守作業を行う場合などにも、作業の効率性を高めることができる。

また、上述の実施形態では、スライダ部材５０が走行軸部材４０の側面に沿ってスライド移動する構成を示したが、下面に沿ってスライド移動する構成、すなわち天吊りの構成としてもよい。図１０，１１は、このような変形例を示しており、図１０（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は左側面図、図１１は斜視図である。これらの図において、図１〜７と同様の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

この変形例では、スライダ部材５０が走行軸部材４０の下方に位置している結果、スライダ部材５０やそれに結合された可動アーム機構６０のベース部材６１が走行軸部材４０の横方向へ突き出る量が、上述の実施形態に比べて小さく抑えられている。したがって、工作機械１０の外形などに応じて、走行軸部材４０の横方向にロボット２０の進入を許容できる範囲が小さい場合には、この変形例のような構成をとるのが有利な場合がある。また、この変形例は、ロボットシステム全体の設置面積を低減するのにも有利である。

一方、この変形例では、走行軸部材４０の下方には、ロボット２０が干渉する範囲が広がる。また、複数の工作機械に対して共通のロボットによってワークの着脱を行う場合には、可動アーム機構が工作機械の上方を通過できるようにするために、走行軸部材をより高い位置に配置する必要がある。したがって、工作機械の外形や、ロボットシステムが設置される施設の構造などに応じて、上下方向に制約がある場合には、スライダ部材５０が走行軸部材４０の側面に沿ってスライドする上述の実施形態の構成の方が有利である場合がある。例えば、上述の実施形態の構成によれば、天井の低い工場にもロボットシステムを導入することが可能となる。

このように、スライダ部材５０が、走行軸部材４０の側面に沿ってスライド移動する上述の実施形態の構成と、下面に沿ってスライド移動する本変形例の構成とは、用途に応じて有利な方を適宜選択することができる。

本発明の一実施形態のロボットシステムを示す図である。 図１のロボットシステムの斜視図である。 図１のロボットシステムにおけるロボットを示す図である。 図１のロボットシステムにおけるロボットを示す斜視図である。 図１のロボットシステムにおいてロボットが工作機械への進入前に待機している状態を示す図である。 図１のロボットシステムにおいてロボットがワーク着脱位置にある状態を示す図である。 図１のロボットシステムにおいてロボットがワークを払い出している状態を示す図である。 図１の変形例のロボットシステムを示す図である。 図１の他の変形例として、共通のロボットによって複数の工作機械にワークの着脱を行う構成のロボットシステムを示す図である。 図１のさらに他の変形例として、可動アーム機構が走行軸部材の下面に装着されている構成のロボットシステムを示す図である。 図１０のロボットシステムの斜視図である。 工作機械の正面に対し走行軸部材が垂直方向に延びている従来例のロボットシステムを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は側面図である。 工作機械の天井から可動アーム機構を進入させる従来例のロボットシステムを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。

符号の説明

１０ 工作機械
２０ ロボット
３０ 走行軸機構
４０ 走行軸部材
５０ スライダ部材
６０ 可動アーム機構
７０ 第１のアーム
８０ 第２のアーム

Claims (6)

1. ロボットにより工作機械へワークの着脱を行うロボットシステムにおいて、
   前記ロボットは、
   前記工作機械の、ワークを出し入れするための扉が形成された面に対して垂直に延びる走行軸部材、および該走行軸部材に沿ってスライド移動するスライダ部材を有する走行軸機構と、
   一端が前記スライダ部材に第１の軸回りに回転可能に取り付けられた第１のアーム、前記第１の軸に平行な第２の軸回りに回転可能に前記第１のアームの他端に一端が取り付けられた第２のアーム、および該第２のアームの他端に取り付けられたワークの保持機構を有する可動アーム機構と、
   を有し、
   前記第１の軸は、水平面内で前記スライダ部材の走行方向に対して垂直な方向から傾斜して配置され、前記第１のアームは、前記走行軸部材に対して斜めに延びること、
   を特徴とするロボットシステム。
2. 前記スライダ部材は、水平面内で前記スライダ部材の走行方向に対して垂直な方向から傾斜した傾斜面を有し、該傾斜面に前記可動アーム機構が取り付けられており、前記走行軸機構の駆動モータが、前記スライダ部材上の、前記傾斜面より前記可動アーム機構が取り付けられたのと反対側の部分に配置されている、請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記スライダ部材は、前記走行軸部材の側面に沿ってスライド移動可能に取り付けられている、請求項１または２に記載のロボットシステム。
4. 前記スライダ部材は、前記走行軸部材の下面に沿ってスライド移動可能に取り付けられている、請求項１または２に記載のロボットシステム。
5. 前記第２のアームは、前記第２の軸回りに回転可能に前記第１のアームに結合された基部と、前記第２の軸に垂直な第３の軸方向に延び該第３の軸回りに回転可能に前記基部に一端が結合されたシャフト部と、前記シャフト部の他端に結合されたワーク保持部と、を有しており、
   前記ワーク保持部は、前記第３の軸に垂直な第４の軸回りに回転可能に前記シャフト部に結合された基部と、該基部に、前記第４の軸に垂直な第５の軸回りに回転可能に結合された末端部と、を有し、該末端部に前記ワークの保持機構が結合されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
6. 前記第１の軸は、水平面に対して下向きまたは上向きに傾斜している、請求項１から５のいずれか１項に記載のロボットシステム。

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