特開 2024-171693 ロボットアームの振動抑制装置、検査システムおよびロボットアームの振動抑制方法

(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】P2024171693

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】ロボットアームの振動抑制装置、検査システムおよびロボットアームの振動抑制方法

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/02 20060101AFI20241205BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20241205BHJP

   B25J 19/04 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

F16F15/02 D

G01N21/88 Z

B25J19/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023088844

(22)【出願日】2023-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】川合 崇大

(72)【発明者】

【氏名】小柳 佳介

(72)【発明者】

【氏名】安藤 富雄

【テーマコード（参考）】

2G051

3C707

3J048

【Ｆターム（参考）】

2G051AB02

2G051AC19

2G051AC21

2G051CA04

3C707AS14

3C707KT01

3C707KT05

3C707MT05

3J048AA01

3J048AA05

3J048AC01

3J048AC04

3J048AC05

3J048AD07

3J048AD08

3J048AD11

3J048BA24

3J048BC02

3J048BD01

3J048BE02

3J048BE03

3J048DA10

3J048EA20

(57)【要約】

【課題】ロボットアームの振動を抑制する技術を提供する。
【解決手段】ロボットアーム１０の振動抑制装置２０は、ロボットアーム１０に接触する接触部２１と、接触部２１を支持する支持部２２と、接触部２１を介して伝わるロボットアーム１０の振動を吸収する振動吸収部２３と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットアームに接触する接触部と、
前記接触部を支持する支持部と、
前記接触部を介して伝わる前記ロボットアームの振動を吸収する振動吸収部と、
を備えることを特徴とするロボットアームの振動抑制装置。

【請求項2】

前記支持部は、前記ロボットアームの動きに応じて伸縮する伸縮部を備えることを特徴とする請求項１に記載のロボットアームの振動抑制装置。

【請求項3】

前記接触部は、前記ロボットアームとの摩擦力により、前記ロボットアームとの接触を維持することを特徴とする請求項１または２に記載のロボットアームの振動抑制装置。

【請求項4】

被検査対象物を検査する検査装置を有するロボットアームと、
前記ロボットアームの振動を抑制する請求項１または２に記載のロボットアームの振動抑制装置と、
を備えることを特徴とする検査システム。

【請求項5】

前記検査装置は、前記被検査対象物を撮像する撮像部であることを特徴とする請求項４に記載の検査システム。

【請求項6】

支持部により支持された接触部をロボットアームに接触させるステップと、
前記接触部を介して伝わる前記ロボットアームの振動を振動吸収部で吸収するステップと、
を備えることを特徴とするロボットアームの振動抑制方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットアームの振動を抑制するための装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ロボットアームの先端に２次元あるいは１次元（例：ラインＣＣＤ）の撮像部を必要に応じてＬＥＤや放電ライト等の照明系と共に搭載し、様々な角度から撮像した対象物の画像に基づいて被検査対象物の検査を行う検査システムが知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－２０８２５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ロボットアームは、大きく加減速するとアームの先端に振動が発生する。アームが振動していると撮像部により撮像される画像はモーションブラー等により劣化するため、アームの振動が止まってから撮像する必要があるが、この場合、検査時間が長くなってしまうという課題がある。

【0005】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボットアームの振動を抑制する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のある態様のロボットアームの振動抑制装置は、ロボットアームに接触する接触部と、接触部を支持する支持部と、接触部を介して伝わるロボットアームの振動を吸収する振動吸収部と、を備える。

【0007】

本発明の別の態様は、検査システムである。この検査システムは、被検査対象物を検査する検査装置を有するロボットアームと、ロボットアームの振動を抑制する上記の振動抑制装置と、を備える。

【0008】

本発明のさらに別の態様は、ロボットアームの振動抑制方法である。この方法は、支持部により支持された接触部をロボットアームに接触させるステップと、接触部を介して伝わるロボットアームの振動を振動吸収部で吸収するステップと、を備える。

【0009】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ロボットアームの振動を抑制する技術を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】ロボットアームを用いた検査システムの一例を示す図である。

【図2】実施の形態に係る振動抑制装置を示す概略図である。

【図3】振動吸収部の構成を説明するための概略図である。

【図4】図４（ａ）～図４（ｃ）は、ロボットアームおよび振動抑制装置の動作を説明するための概略上面図である。

【図5】図５（ａ）～図５（ｃ）は、ロボットアームおよび振動抑制装置の別の動作を説明するための概略上面図である。

【図6】振動吸収部の変形例を説明するための概略図である。

【図7】振動吸収部の別の変形例を説明するための概略図である。

【図8】別の実施形態に係る振動抑制装置を説明するための概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。以下の構成は本開示を理解するための例示を目的とするものであり、本開示の範囲は、添付の請求の範囲によってのみ定まる。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

【0013】

図１は、ロボットアームを用いた検査システムの一例を示す。この検査システムは、ターンテーブル３０上に配置された被検査対象物３１の検査を行うためのものである。

【0014】

ロボットアーム１０は、床面上に設置された図示しない筐体上に固定された支持台１１と、第１リンク１２と、第２リンク１４と、第３リンク１６と、第４リンク１８と、を備える。支持台１１は、垂直方向の回転軸周りに回転可能に構成される。第１リンク１２は、第１関節９を介して支持台１１と接続されており、支持台１１に対して移動可能に構成される。第２リンク１４は、第２関節１３を介して第１リンク１２と接続されており、第１リンク１２に対して移動可能に構成される。第３リンク１６は、第３関節１５を介して第２リンク１４と接続されており、第２リンク１４に対して移動可能に構成される。第４リンク１８は、第４関節１７を介して第３リンク１６と接続されており、第３リンク１６に対して移動可能に構成される。リンクの数および関節の数は、これらに限定されない。

【0015】

ロボットアーム１０は、第４リンク１８の先端に、検査装置１９を備える。検査装置１９は、被検査対象物３１を検査するものである。検査装置１９は、被検査対象物３１を撮像する撮像部２５と、被検査対象物３１を照明する照明部２６と、を備える。検査の際には、ロボットアーム１０を駆動して検査装置１９を移動させ、照明部２６で被検査対象物３１を照明しながら、様々な角度から撮像部２５で被検査対象物３１を撮像する。撮像部２５によって撮像された画像は、画像処理装置（図示せず）に送られる。画像処理装置は、取得した画像情報から被検査対象物を認識し、良品画像と比較あるいは学習する等で、被検査対象物３１における欠陥の有無などの品質確認検査を行う。

【0016】

ここでは、検査装置１９として撮像部を備えるものを例示したが、検査装置１９は、被検査対象物３１を三次元測定可能な３Ｄスキャナや、深傷検査可能なレーザや超音波を用いた検出器などであってもよい。

【0017】

図１に示すような検査システムにおいては、ロボットアーム１０の移動の際に、ロボットアーム１０の先端に振動が発生する場合がある。ロボットアーム１０の先端が振動していると、撮像部２５により撮像される画像はモーションブラー等により劣化するため、ロボットアーム１０の振動が止まってから撮像する必要があるが、この場合、検査時間が長くなってしまう。特にロボットアーム１０が協働ロボットであり、「直列弾性アクチュエータ」と呼ばれる従来の堅硬なアクチュエータに機械バネを追加した構造のアクチュエータが関節に採用されている場合、機械バネの弾性により、ロボットアーム１０の先端の振動が大きくなりがちであり、振動が停止するまでの時間も長くなる傾向がある。そこで、本開示においては、ロボットアーム１０の振動を抑制する振動抑制装置を提案する。

【0018】

図２は、実施の形態に係る振動抑制装置２０を示す概略図である。図２は、振動抑制装置２０を図１に示すロボットアーム１０に適用した様子を示す。ロボットアーム１０の先端には、検査装置１９が搭載されている。ロボットアーム１０および振動抑制装置２０は、ターンテーブル３０上に配置された被検査対象物３１の検査を行う検査システム１００を構成している。

【0019】

図２に示すように、振動抑制装置２０は、ロボットアーム１０に接触する接触部２１と、接触部２１を支持する支持部２２と、接触部２１を介して伝わるロボットアーム１０の振動を吸収する振動吸収部２３と、を備える。

【0020】

支持部２２は、例えば、ロボットアーム１０が設置されているものと同じ筐体に設置されている。本実施形態において、支持部２２は、複数のビーム（第１ビーム２２ａ、第２ビーム２２ｂおよび第３ビーム２２ｃ）をつなぎ合わせて構成されている。第１ビーム２２ａは床面上に設けられたビームであり、第２ビーム２２ｂは第１ビーム２２ａに接続されたビームであり、第３ビーム２２ｃは第２ビーム２２ｂに接続されたビームである。支持部２２は、設置された筐体に対して回転可能に構成されている。支持部２２の構成は複数のビームをつなぎ合わせた図２に示すものに限定されず、片側で接触部２１を支持できるものであればよい。

【0021】

支持部２２の先端の第３ビーム２２ｃには、ロボットアーム１０の動きに応じて伸縮する伸縮部２４が設けられている。伸縮部２４は、第３ビーム２２ｃから伸縮する棒状体である。

【0022】

本実施形態において、伸縮部２４および第３ビーム２２ｃは、接触部２１を介して伝わるロボットアーム１０の振動を吸収する振動吸収部２３を構成している。図３は、振動吸収部２３の構成を説明するための概略図である。図３に示す振動吸収部２３は、第３ビーム２２ｃがシリンダチューブ、伸縮部２４がピストンロッドとして機能するエアシリンダとなるよう構成されている。シリンダチューブとしての第３ビーム２２ｃ内のエア圧力を制御することにより、伸縮部２４をロボットアーム１０に向けて付勢することができる。

【0023】

接触部２１は、伸縮部２４の先端に設けられている。接触部２１は、ロボットアームとの接触を維持できるものであればよい。接触部２１としては、例えば、ゴム等の柔軟性が高い材料や、摩擦係数の高い材料で形成されるものが挙げられる。摩擦係数の高い材料で接触部２１を形成することにより、ロボットアーム１０との摩擦力でロボットアーム１０との接触を維持することができる。また、柔軟性が高い材料で接触部２１を形成することにより、ロボットアーム１０に傷をつけずに接触できる。なお、図２に示す実施形態では、ロボットアーム１０の第３リンク１６に接触部２１を接触させているが、接触部２１が接触するロボットアーム１０の部位は第３リンク１６に限定されず、例えば第４リンク１８であってもよい。

【0024】

図２に示すように、ロボットアーム１０側に接触シート３２を貼り付け、この接触シート３２に接触部２１を接触させてもよい。接触シート３２は、ウレタンクッションシートやブチルゴムなどの滑り止め機能と制振性を有するものであってよい。滑り止め機能を有する接触シート３２をロボットアーム１０側に貼り付けることにより、接触部２１と接触シート３２との間で生じる摩擦力を高めることができるので、より効果的にロボットアーム１０との接触を維持することが可能となる。

【0025】

ロボットアーム１０は、それ単体では、一端が筐体や架台などに固定され、検査装置１９が設けられた他端（先端）が自由端である片持ち梁状態である（図１参照）。図２に示すように、振動抑制装置２０の接触部２１をロボットアーム１０に接触させることにより、両持ち梁状態に近くなるので、梁の剛性が向上し、ロボットアーム１０の先端の振動振幅を抑制することができる。さらに本実施形態では、エアシリンダとして構成された振動吸収部２３により振動成分の一部が熱エネルギーに変換される（振動によりエアが圧縮され、圧縮熱が発生する）ので、振動エネルギー自体を低減することができる。これにより、本実施形態によれば、短時間でロボットアーム１０の先端部の振動を抑制することが可能となる。短時間で振動の抑制が可能となることにより、検査速度を向上することができる。

【0026】

本実施形態に係る振動抑制装置２０は、ロボットアーム１０が協働ロボットである場合に特に振動抑制効果が高くなる。安全柵を用いて使用される産業ロボットは、加減速および停止時に大きなエネルギーを投入できるため、ロボットアーム先端の振動は元々小さくできる。しかしながら、安全柵無しで使用される協働ロボットは、安全性を確保するため大きなエネルギーを投入することが難しく、また、上述したように、安全性を確保するために機械バネを追加した構造のアクチュエータが関節に採用されている。従って、協働ロボットでは、ロボットアーム先端の振動が大きくなりがちであり、振動が停止するまでの時間も長くなる傾向がある。協働型のロボットアーム１０に本実施形態の振動抑制装置２０を適用することにより、短時間で振動の抑制が可能となり、ロボットアームの安全性寄与を阻害することなく検査速度を大幅に向上することができる。

【0027】

本実施形態に係る振動抑制装置２０は、ロボットアームに対して外付けの構成となっている。そのため、既存のロボットアームに対して適用が容易である。

【0028】

図４（ａ）～図４（ｃ）は、ロボットアーム１０および振動抑制装置２０の動作を説明するための概略上面図である。

【0029】

図４（ａ）では、エアシリンダとして構成された振動吸収部２３の付勢力により、振動抑制装置２０の接触部２１がロボットアーム１０の第３リンク１６に接触している。この状態から、ロボットアーム１０のアクチュエータを駆動し、図４（ｂ）に示すように第３リンク１６を振動抑制装置２０側（図４（ｂ）において左側）に移動させると、エアシリンダとして構成された振動吸収部２３の付勢力に抗して伸縮部２４が縮む。伸縮部２４は、ロボットアーム１０方向に向かう付勢力を受けているので、接触部２１と第３リンク１６との接触が維持されたままである。この接触部２１と第３リンク１６の接触により、両持ち梁状態となるので、振動吸収部２３による振動吸収作用と合わせて、ロボットアーム１０を停止させたときに生じる振動が抑制される。

【0030】

図４（ｃ）では、図４（ｂ）とは逆に、ロボットアーム１０のアクチュエータを駆動し、第３リンク１６を振動抑制装置２０と反対側（図２（ｃ）において右側）に移動させている。このとき、伸縮部２４は、エアシリンダとして構成された振動吸収部２３からロボットアーム１０方向に向かう付勢力を受けているので、接触部２１と第３リンク１６との接触が維持されたまま伸びる。この接触部２１と第３リンク１６の接触により、両持ち梁状態となるので、振動吸収部２３による振動吸収作用と合わせて、ロボットアーム１０を停止させたときに生じる振動が抑制される。

【0031】

図５（ａ）～図５（ｃ）は、ロボットアーム１０および振動抑制装置２０の別の動作を説明するための概略上面図である。

【0032】

図５（ａ）では、ロボットアーム１０の支持台１１が一方向に回転している。本実施形態に係る振動抑制装置２０において、支持部２２は設置された筐体に対して回転可能に構成されており、また伸縮部２４にはエアシリンダとして構成された振動吸収部２３による付勢力が働いており、さらに接触部２１と第３リンク１６との間に摩擦力が働いているので、接触部２１は、第３リンク１６との接触を維持したままロボットアーム１０の回転変動に追従している。この接触部２１と第３リンク１６の接触により、両持ち梁状態となるので、振動吸収部２３による振動吸収作用と合わせて、ロボットアーム１０の回転を停止させたときに生じる振動が抑制される。図５（ｃ）は、図５（ａ）と逆方向にロボットアーム１０の支持台１１が回転した場合を示しており、同様の振動抑制効果が生じる。

【0033】

図５（ｂ）は、ロボットアーム１０を比較的大きく振動抑制装置２０と反対側（図５（ｂ）において右側）に移動させた場合を示す。本実施形態では、接触部２１と第３リンク１６とを固定していないので、比較的大きくロボットアーム１０を移動させた場合には、接触部２１がロボットアーム１０の移動に追従できず、図５（ｂ）に示すように、接触部２１と第３リンク１６とが離間し、接触が解除される場合もあり得る。振動抑制装置２０の接触部２１の追従可能範囲は予め決めることができるので、追従可能範囲内でロボットアーム１０を変動するように設定することが好ましい。

【0034】

上述の実施形態では、振動抑制装置２０の接触部２１とロボットアーム１０のリンクを固定せず、摩擦力を利用して追従する構成としたが、接触部２１とロボットアーム１０のリンクを結合し、接触が解除され難い構成としてもよい。接触部２１とロボットアーム１０のリンクの結合方法としては、凹凸嵌合を利用する方法、電磁石を利用する方法、静電吸着を利用する方法などを採用してよい。

【0035】

図６は、振動吸収部の変形例を説明するための概略図である。図６に示す振動吸収部３４は、第３ビーム２２ｃおよび伸縮部２４から構成されるエアシリンダに加えて、伸縮部２４に設けられた弾性部３６を備える。弾性部３６は、粘弾性高分子化合物（例えばブチルゴムやＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体ポリマー）やエーテル系ポリウレタン（通称ソルボセンイ）等の個体エラストマ―材料の他、ジメチルシリコン等のシリコンオイルを内添した袋状物質、エアーパッキン）などの流体系弾性材料で形成された部材であってよい。弾性部３６は、接触部２１を介して伝わるロボットアーム１０の振動成分の一部を熱エネルギーに変換する。第３ビーム２２ｃおよび伸縮部２４から構成されるエアシリンダに加えて弾性部３６を設けることにより、ロボットアーム１０の振動をより好適に抑制できる。弾性部３６は、オイルダンパー等のダンパー部材であってもよい。

【0036】

図７は、振動吸収部の別の変形例を説明するための概略図である。図８に示す振動吸収部３８においては、第３ビーム２２ｃ内にコイルスプリング４０が設けられている。このコイルスプリング４０は、伸縮部２４をロボットアーム１０に向けて付勢している。また、伸縮部２４には弾性部３６が設けられている。この変形例においては、弾性部３６によって接触部２１を介して伝わるロボットアーム１０の振動成分の一部を熱エネルギーに変換することにより、ロボットアーム１０の振動をより好適に抑制できる。弾性部３６は、オイルダンパー等のダンパー部材であってもよい。

【0037】

図８は、別の実施形態に係る振動抑制装置を説明するための概略図である。この実施形態に係る振動抑制装置８０は、支持部２２の先端の第３ビーム２２ｃに弾性バッグ８２が設けられている点が、図２に示す振動抑制装置２０と異なる。弾性バッグ８２は、その一部がロボットアーム１０のリンク（図８では第３リンク１６）と接触するように支持部２２により支持されている。本実施形態において、弾性バッグ８２は、ロボットアーム１０に接触する接触部としての機能と、接触部を介して伝わるロボットアーム１０の振動を吸収する振動吸収部としての機能とを有している。

【0038】

弾性バッグ８２内には、例えば、ＰＶＡ（ポリビニールアルコール）とホウ砂などで構築したジェル状（流動状）物質やジメチルシリコンなどの弾性流体などが一定圧力で充填される。また、最も簡易な方法として空気や窒素ガス等の気体を充填材料として使用する事も出来る。流体を弾性バッグ８２に充填する場合は、リザーバタンク（図示せず）を併設してもよい。

【0039】

本実施形態に係る振動抑制装置８０においても、振動抑制装置８０の弾性バッグ８２をロボットアーム１０に接触させることにより、両持ち梁状態に近くなるので、梁の剛性が向上し、ロボットアーム１０の先端の振動振幅を抑制することができる。さらに弾性バッグ８２により振動成分の一部が熱エネルギーに変換されるので、振動エネルギー自体を低減することができる。これにより、本実施形態に係る振動抑制装置８０によっても、短時間でロボットアーム１０の先端部の振動を抑制することができる。短時間で振動の抑制が可能となることにより、検査速度を向上することができる。

【0040】

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せに様々な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【符号の説明】

【0041】

１０ ロボットアーム、 １９ 検査装置、 ２０、８０ 振動抑制装置、 ２１ 接触部、 ２２ 支持部、 ２３ 振動吸収部、 ２４ 伸縮部、 ２５ 撮像部、 ３２ 接触シート、 ３６ 弾性部、 ８２ 弾性バッグ、 １００ 検査システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】