特開 2023-177809 ロボットシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023177809

(43)【公開日】2023-12-14

(54)【発明の名称】ロボットシステム

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/06 20060101AFI20231207BHJP

【ＦＩ】

B25J19/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022090683

(22)【出願日】2022-06-03

(71)【出願人】

【識別番号】521278346

【氏名又は名称】樋口 翔太

(74)【代理人】

【識別番号】100103090

【弁理士】

【氏名又は名称】岩壁 冬樹

(74)【代理人】

【識別番号】100160842

【弁理士】

【氏名又は名称】加曽利 正典

(72)【発明者】

【氏名】樋口 翔太

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS01

3C707BS12

3C707CY36

3C707MS11

3C707MS27

3C707NS02

(57)【要約】

【課題】作業空間の省スペース化を実現できるロボットシステムを提供する。
【解決手段】ロボットシステム１は、筐体１０と、筐体１０の上方空間に配置され、上方空間から水平方向に一部が突出する状態を有する駆動装置２０と、駆動装置２０が位置する範囲の外側に、その駆動装置２０を囲うように設けられた囲いとを備えている。囲い２５には、少なくとも駆動装置２０が上方空間から突出する部分の鉛直下向きに開口部２７が設けられ、駆動装置２０は、上方空間から突出する部分の下方向に存在する物体に対して開口部２７を介して作用可能に駆動する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、
前記筐体の上方空間に配置され、当該上方空間から水平方向に一部が突出する状態を有する駆動装置と、
前記駆動装置が位置する範囲の外側に、当該駆動装置を囲うように設けられた囲いとを備え、
前記囲いには、少なくとも前記駆動装置が前記上方空間から突出する部分の鉛直下向きに開口部が設けられ、
前記駆動装置は、前記上方空間から突出する部分の下方向に存在する物体に対して前記開口部を介して作用可能に駆動する
ことを特徴とするロボットシステム。

【請求項2】

駆動装置を囲うように設けられた囲いは、透明板で構成される
請求項１記載のロボットシステム。

【請求項3】

駆動装置を囲うように設けられた囲いは、複数のフレームからなるフレーム構造体を含み、
前記フレーム構造体は、
筐体の上面に対して垂直方向に、当該筐体の上面以上の高さから所定の間隔で前記駆動装置の高さを超える位置まで形成された複数の縦方向フレームと、
隣接する前記縦方向フレームの間を連結するように形成される複数の横方向フレームとを含み、
前記突出する状態を有する駆動装置の外側に設けられる縦方向フレームは、前記横方向フレームと連結して支持されるように形成される
請求項１または請求項２記載のロボットシステム。

【請求項4】

フレーム構造体は、筐体に対して、逆Ｌ字に形成されたフレームで連結される
請求項３記載のロボットシステム。

【請求項5】

駆動装置が突出する方向にアジャスタパットの位置を延長するスライドレールが、筐体の下部に設けられる
請求項１または請求項２記載のロボットシステム。

【請求項6】

筐体の上方空間に配置され、当該上方空間から水平方向に一部が突出する状態を有する駆動装置が位置する範囲の外側に、当該駆動装置を囲うように設けられた複数のフレームからなるフレーム構造体であって、
前記筐体の上面に対して垂直方向に、当該筐体の上面以上の高さから所定の間隔で前記駆動装置の高さを超える位置まで形成された複数の縦方向フレームと、
隣接する前記縦方向フレームの間を連結するように形成される複数の横方向フレームとを備え、
前記突出する状態を有する駆動装置の外側に設けられる縦方向フレームは、前記横方向フレームと連結して支持されるように形成される
ことを特徴とするフレーム構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業の自動化に用いられるロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

大量生産を行う工場では、作業を自動化するために、包装や箱詰めを行うロボットシステムを導入することが一般的であり、ロボットシステムも大型になることが多い。一方、近年では、工場ラインの作業スペースを効率化するため、ロボットシステムについても小型化することが求められている。

【0003】

例えば、特許文献１には、設置スペースの有効利用を図るための積層型ロボットラインが記載されている。特許文献１に記載された積層型ロボットラインでは、ライン構成要素を、各組ライン別にフレーム構造体で一体に支持してユニット化するとともに、各フレーム構造体に、鉛直方向上下の対応位置で相互に着脱自在に連結する連結部を設ける。これにより、互いの連結部を介してフレーム構造体を上下多段に連結して製造ラインを積層可能に構成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－３６０７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

産業用ロボットアームは、法令（労働安全衛生規則）により、安全のため、柵または囲いを設ける等の措置が義務づけられている。特許文献１に記載されたライン構成要素には、小型ロボットの周囲にフレーム構造体が設けられている。しかし、特許文献１に記載されたフレーム構造体のような柵を設けた場合、装置全体が大きくなってしまう結果、工場内の多くのスペースを占有してしまうという問題があり、狭小な工場へのロボット導入の障壁となってしまうおそれがある。

【0006】

また、特許文献１に記載されたロボットラインは、積載型に構成される特性上、コンベヤ等を用いた横方向の流れ作業を行うような工場ラインに適用することは難しい。

【0007】

そこで、本発明では、作業空間の省スペース化を実現できるロボットシステムおよびフレーム構造体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明によるロボットシステムは、筐体と、筐体の上方空間に配置され、その上方空間から水平方向に一部が突出する状態を有する駆動装置と、駆動装置が位置する範囲の外側に、その駆動装置を囲うように設けられた囲いとを備え、その囲いには、少なくとも駆動装置が上方空間から突出する部分の鉛直下向きに開口部が設けられ、駆動装置が、上方空間から突出する部分の下方向に存在する物体に対して開口部を介して作用可能に駆動することを特徴とする。

【0009】

本発明によるフレーム構造体は、筐体の上方空間に配置され、その上方空間から水平方向に一部が突出する状態を有する駆動装置が位置する範囲の外側に、その駆動装置を囲うように設けられた複数のフレームからなるフレーム構造体であって、筐体の上方空間に対して垂直方向に、その筐体の上面以上の高さから所定の間隔で駆動装置の高さを超える位置まで形成された複数の縦方向フレームと、隣接する縦方向フレームの間を連結するように形成される複数の横方向フレームとを備え、突出する状態を有する駆動装置の外側に設けられる縦方向フレームは、横方向フレームと連結して支持されるように形成されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、作業空間の省スペース化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明によるロボットシステムの一実施形態の構成例を示す説明図である。

【図2】本発明によるロボットシステムの他の構成例を示す説明図である。

【図3】フレーム構造体の連結例を示す説明図である。

【図4】ロボットシステムの構造の例を示す正投影図である。

【図5】周辺設備を配置した例を示す説明図である。

【図6】アジャスタパットを備えたロボットシステムの構成例を示す説明図である。

【図7】インタフェースの例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

【0013】

図１は、本発明によるロボットシステムの一実施形態の構成例を示す説明図である。本実施形態のロボットシステム１は、筐体１０と、その筐体１０の上方空間に配置される駆動装置２０と、駆動装置２０を囲うように設けられる囲い２５とを備えている。

【0014】

筐体１０の上方空間とは、筺体１０の上面に対して鉛直上向きに存在する空間を意味する。そのため、駆動装置２０は、筺体１０の上面に接するように配置されていてもよく、筺体１０に連結されるフレーム等を介して、筺体１０の上面から離れた位置に配置されていてもよい。

【0015】

駆動装置２０は、コンピュータの制御に応じて位置を変更可能な装置である。図１に示す例では、駆動装置２０が筐体１０の上面に接するように配置された例を示す。この場合、駆動装置２０は、例えば、軸２１を介してその位置が変更される。図１に例示する駆動装置２０は、例えば、ピッキング装置である。

【0016】

図２は、本発明によるロボットシステムの他の構成例を示す説明図である。図２に示す例では、駆動装置２０が、筺体１０の上方空間のうち、筺体１０の上面から離れた位置に配置されている例を示す。具体的には、図２に示す例では、駆動装置２０がフレーム構造体３０に連結された天井板２６に吊り下げられるように配置された例を示す。図２に例示する駆動装置２０は、例えば、六軸ロボットである。なお、図２に例示するような構成の駆動装置２０は、六軸ロボットに限定されず、例えば、パラレルリンクロボットなどでもよい。

【0017】

ここで、本実施形態のロボットシステム１で用いられる駆動装置２０には、少なくとも筺体１０の上記上方空間から水平方向に一部が突出する状態が存在する。駆動装置２０は、その一部が常時突出していてもよく、制御に応じて一時的に突出してもよい。また、突出する部分は、一方向であってもよく、複数の方向であってもよい。

【0018】

他にも、駆動装置２０の例として、箱詰め装置、梱包装置、弁当などを盛り付ける装置などが挙げられる。なお、これらの装置を制御する方法は広く知られているため、ここでは詳細な説明は省略する。

【0019】

囲い２５は、上述するように、駆動装置２０を囲うように設けられる部材である。ここで、囲い２５には、少なくとも駆動装置２０が上述する上方空間から突出する部分の鉛直下向きに開口部２７が設けられる。このような開口部２７を設けることで、駆動装置２０は、上方空間から突出する部分の下方向に存在する物体に対して、開口部２７を介して作用可能に駆動することが可能になる。

【0020】

囲い２５は、例えば、アクリル板やポリカーボネート板などの透明板で構成される。ただし、開口部２７には透明板は設けられない。なお、囲い２５の強度を上げるため、囲い２５は、複数のフレームからなるフレーム構造体３０を含むことが好ましい。

【0021】

フレーム構造体３０は、駆動装置２０が位置する範囲の外側に、駆動装置２０が衝突しない程度の距離（数センチ～数十センチ程度）を置いて、柵のように設けられた複数のフレームからなる。具体的には、フレーム構造体３０は、筐体１０の上面に対して垂直方向に、その筐体１０の上面以上の高さから、所定の間隔で駆動装置２０の高さを超える位置まで形成された複数の縦方向フレーム３１を含む。さらに、フレーム構造体３０は、隣接する縦方向フレーム３１の間を連結するように形成される複数の横方向フレーム３２を含む。これにより、突出する駆動装置２０の外側に設けられる縦方向フレーム３１は、横方向フレーム３２と連結して支持されるように形成される。

【0022】

なお、図１では、横方向フレーム３２が多角形をなして連結されている場合を例示しているが、横方向フレーム３２の態様は直線に限られない。例えば、横方向フレーム３２が曲線であってもよく、横方向フレーム３２を結ぶ形状が楕円形などであってもよい。

【0023】

また、フレーム構造体３０は、筐体１０に対して、逆Ｌ字に形成されたフレームで連結される。図３は、フレーム構造体３０の連結例を示す説明図である。図３に例示する装置２ａおよび装置３ａは、フレーム構造体３０を連結する前の状態を示し、装置２ｂおよび装置３ｂは、フレーム構造体３０を連結した後の状態を示す。また、装置２ａと装置２ｂ、および、装置３ａと装置３ｂは、それぞれ同方向から見た装置の状態を示す。図３に例示するように、筐体１０に対してフレーム構造体３０は、点線で囲む連結部４において逆Ｌ字の形で連結される。

【0024】

なお、フレーム構造体３０は、駆動装置２０を囲うように設けられるものであることから、以下の説明では、フレーム構造体３０のことを、柵と記すこともある。また、縦方向フレーム３１および横方向フレーム３２の本数や間隔は、安全性等に応じて定められれば良い。また、駆動装置２０がその位置を変更可能な場合、駆動装置２０が位置する範囲とは、駆動装置２０が移動し得る範囲を意味する。

【0025】

図４は、本発明によるロボットシステムの構造の例を示す正投影図である。具体的には、図４（ａ）は、ロボットシステムの正面図、図４（ｂ）は、ロボットシステムの背面図、図４（ｃ）は、ロボットシステムの側面図の例を示す。図４（ｃ）に例示する突出部３３が、上方空間から水平方向に突出した駆動装置２０の一部である。

【0026】

このように、駆動装置２０が、筐体１０の上方空間から突出した位置に存在し得るため、突出する部分の下方向に、コンベヤやコンテナなどの周辺設備を配置することが可能になる。これにより、駆動装置２０は、突出する部分の下方向に存在する物体に対して、開口部２７を介して駆動装置２０の機能を作用させることが可能になる。

【0027】

図５は、突出する部分の下方向に周辺設備を配置した例を示す説明図である。図５に示す例では、ロボットシステムの正面および側面に、コンテナ４０およびコンベヤ５０をそれぞれ配置したことを示す。なお、これらの周辺設備は、囲い２５の内部に収まっていてもよく、囲い２５からはみ出していてもよい。

【0028】

このような構造により、駆動装置２０が位置する範囲内に柵（囲い２５、フレーム構造体３０）を設けつつ、コンテナ４０やコンベヤ５０を、駆動装置２０が筐体１０から突出する部分の下方向に配置することができるため、作業空間の省スペース化を実現できる。

【0029】

例えば、駆動装置２０がピッキング装置で実現され、下方向に存在する物体をピックアップする機能を有しているとする。また、囲い２５（より具体的には、フレーム構造体３０）の下に設置されたコンテナ４０に、ばら積みの物体が格納されているとする。この場合、駆動装置２０が、コンテナ４０から物体をピッキングし、コンベヤ５０に流すような作業を省スペースで実現できる。

【0030】

同様に、例えば、コンベヤ５０から流れてくる物体を駆動装置２０がピッキングし、コンテナ４０（または、段ボールなどの箱）に、ピッキングした物体を詰めるような作業も省スペースで実現できる。

【0031】

なお、図５では、コンテナ４０を一方向にのみ配置した例を示しているが、コンテナ４０や段ボールなどの箱を配置する方向は一方向に限定されず、二方向以上であってもよい。例えば、一方のコンテナ４０では、ロボットが箱詰めやピッキングを行い、もう一方のコンテナ４０では、人間が空の段ボールの設置や補充を行う、などである。このようにすることで、ロボットと人間とが協働して省スペースで作業を行うことが可能になる。

【0032】

ここで、囲い２５（より具体的には、フレーム構造体３０）を連結したことによるロボットシステム１の不安定さを解消するため、図１に例示するように、筐体１０の下部にはアジャスタパット１１が設けられる。また、不安定さをより解消するため、筐体１０の下部に重い部品や錘を配置することが好ましい。これにより、ロボットシステム１の転倒等を抑制することが可能になる。

【0033】

さらに、駆動装置２０が突出する方向の安定性をより高めるため、ロボットシステム１が、アジャスタパット１１の位置を駆動装置２０が突出する方向に延長して設置可能な構成を有していてもよい。

【0034】

図６は、駆動装置が突出する方向にアジャスタパットの位置を延長して設置する構成を備えたロボットシステムの構成例を示す説明図である。図６に示す例では、駆動装置２０が突出する方向にアジャスタパット１１の位置を延長するスライドレール１３が、筐体１０の下部に設けられていることを示す。これにより、駆動装置２０が突出する方向の安定性を高めることが可能になる。

【0035】

また、筐体１０の下部にキャスター１２が設けられていてもよい。これにより、ロボットシステム１を容易に移動させることが可能になる。

【0036】

また、筐体１０の内部には、駆動装置２０を制御するコンピュータが格納されていてもよい。そのような構成により、駆動装置２０とコンピュータとを一体化できるため、ロボットシステム１を簡単に移動させることが可能になる。これにより、工場内のレイアウト変更を容易に行うことができる。

【0037】

さらに、筐体１０の内部に格納されたコンピュータを操作するため、筐体１０の外部にコンピュータを操作するためのインタフェースが設けられていてもよい。図７は、インタフェースの例を示す説明図である。

【0038】

図７に示す例では、筺体１０の上面に駆動装置２０を制御するためのインタフェースとして、操作画面１４が設けられていることを示す。この操作画面１４を介して、駆動装置２０の操作や、タスクの切替等の指示を与えることが可能になる。操作画面１４は、例えば、タッチパネル等により実現される。

【0039】

以上のように、本実施形態のロボットシステム１は、装置の一部が筐体１０の上方空間から水平方向に突出する状態を有する駆動装置２０の外側を、囲い２５（より具体的には、フレーム構造体３０）が囲う構成を有する。そして、囲い２５には、少なくとも駆動装置２０が上方空間から突出する部分の鉛直下向きに開口部２７が設けられ、駆動装置２０は、上方空間から突出する部分の下方向に存在する物体に対して開口部２７を介して作用可能に駆動する。よって、作業空間の省スペース化を実現できる。

【0040】

また、本実施形態の囲い２５は、複数のフレームからなるフレーム構造体３０を含み、突出した部分の側面側も縦方向フレーム３１および横方向フレーム３２により囲まれ、かつ、突出した部分の下側には、コンテナ４０やコンベヤ５０を配置可能な空間が設けられる。

【0041】

例えば、特許文献１に記載されたような積層型ロボットラインを使用する現場では、そもそもラインの組み換えを行うことは想定されていない。また、特許文献１に記載されているような一般的なフレーム構造体には、直方体のものが多い。一方、本発明では、柵（フレーム構造体３０）が宙に浮いているような設計になっているため、柵の下部に一般的なコンベヤやコンテナ、段ボールなど、用途に合わせた装置や物品を柔軟に挿入したり設置したりすることが可能になる。

【0042】

また、例えば、一般的な工場に設置される包装機や箱詰め機、ロボットシステムは、大量生産向けの専用の大型機械であるため、移動が困難であり、複数のタスクや複数種の切替を行うことは困難であった。一方、本発明では、上述する囲い２５（より具体的には、フレーム構造体３０）の設計と共に、駆動装置２０と制御用のコンピュータとを一体化しているため、ロボットシステムの移動や、ラインの組み換えも容易に行うことが可能になる。さらに、そのコンピュータを介して、駆動装置２０のタスク切替を行うことができるため、複数タスク・複数種の切替がソフトウェアで実現可能である。そのため、多品種少量生産も容易に実現でき、柔軟なライン組み換えが可能になる。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は、作業の自動化に用いられるロボットシステムに好適に適用される。具体的には、本発明は、食品工場、化粧品工場、医薬品工場などの包装作業（専用機への投入）や箱詰め、良品検査、盛り付けなどを自動化するロボットシステムに好適に適用される。

【符号の説明】

【0044】

１ ロボットシステム
１０ 筐体
１１ アジャスタパット
１２ キャスター
１３ スライドレール
１４ 操作画面
２０ 駆動装置
２１ 軸
２５ 囲い
２６ 天井板
２７ 開口部
３０ フレーム構造体
３１ 縦方向フレーム
３２ 横方向フレーム
４０ コンテナ
５０ コンベヤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】