特許 7242049 ロボット装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-10

(45)【発行日】2023-03-20

(54)【発明の名称】ロボット装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20230313BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019181773

(22)【出願日】2019-10-02

(65)【公開番号】P2021053787

(43)【公開日】2021-04-08

【審査請求日】2021-06-23

(73)【特許権者】

【識別番号】390020477

【氏名又は名称】トライエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003373

【氏名又は名称】弁理士法人石黒国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡 丈晴

(72)【発明者】

【氏名】東 和也

【審査官】國武 史帆

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－００８１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８７７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４１９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１０５１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１７３１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１４３５１１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボット（８）に装着されて前記ロボットの動作に応じて移動するとともに、所定の処理をワークに施すように制御されて前記ワークに対し力を及ぼす処理部（２）と、
前記ロボットに装着されて前記ロボットの動作に応じて移動し、前記処理部を、前記ロボットに対して相対移動するように駆動する駆動部（３）と、
前記処理部が前記ワークに前記所定の処理を施しているときに、前記処理部が前記ワークに及ぼす力に感応し、この力に応じた信号を出力する検出部（４）と、
前記検出部が出力する信号に応じて前記駆動部を制御する制御部（６）とを備え、
前記駆動部は、
前記処理部を前記ロボットに対して相対的に直線駆動するための駆動力を発生する電動モータ（１３）と、
この電動モータが発生する駆動力を前記処理部に伝達する動力伝達部（１４）とを有し、
この動力伝達部は、
前記電動モータが発生する駆動力としてのトルクを直線的な直動力に変換するボールねじ（１６）と、
このボールねじのナット（１６ｂ）により、特定の方向に、直線的に駆動される直動体（１１）とを有し、
この直動体は、前記処理部が装着される本体（１１ａ）、および、前記ナットにより押圧される押圧部（１１ｂ）を具備し、
前記本体と前記押圧部との間に前記検出部が組み入れられ、
前記処理部、前記検出部および前記直動体は、前記ボールねじから伝わる直動力により、前記特定の方向に駆動されることを特徴とするロボット装置。

【請求項2】

ロボットに装着されて前記ロボットの動作に応じて移動するとともに、所定の処理をワークに施すように制御されて前記ワークに対し力を及ぼす処理部と、
前記ロボットに装着されて前記ロボットの動作に応じて移動し、前記処理部を、前記ロボットに対して相対移動するように駆動する駆動部と、
前記処理部が前記ワークに前記所定の処理を施しているときに、前記処理部が前記ワークに及ぼす力に感応し、この力に応じた信号を出力する検出部と、
前記検出部が出力する信号に応じて前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部は、前記処理部を特定の方向に、前記ロボットに対して相対的に直線駆動するための駆動力を発生する動力発生部（１３）と、この動力発生部が発生する駆動力を前記処理部に伝達する動力伝達部（１４）とを有し、
前記処理部は前記動力伝達部に固定され、
前記検出部は、前記動力伝達部に組み入れられて前記動力発生部から前記処理部に至る前記駆動力の伝達経路の一部をなし、
前記ロボット装置は、
前記動力伝達部の内、前記駆動力の伝達に関して前記検出部よりも前記処理部の側に存在する部分を、前記特定の方向に移動するようにガイドするガイド部（５）を備えることを特徴とするロボット装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ロボット装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、様々な工業分野では、次のような処理部および制御部を備えるロボット装置が汎用されている。
すなわち、処理部は、例えば、ロボットアームの先端に装着されてロボットの動作に応じて移動するとともに、所定の処理をワークに施すように制御される。また、制御部は、ロボットの動作を制御することで処理部を３次元的に移動させ、さらに、所定の処理をワークに施すように処理部の動作を制御する。

【0003】

例えば、特許文献１、２では、それぞれ、切削ツール、研磨ツールが処理部としてロボットに取り付けられ、これら切削ツールや研磨ツールにより、ワークに対して切削または研磨が施される。
近年、処理部による処理後の品質に関し、品質向上の要求が高まっており、ロボット装置においても、処理後の品質を向上するべく改善策が要求されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１１８９９０号公報

【文献】特開２０１９－１１５９５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ロボット装置において、処理部による処理後のワークの品質を向上することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のロボット装置は、次の処理部、駆動部、検出部および制御部を備える。まず、処理部は、ロボットに装着されてロボットの動作に応じて移動するとともに、所定の処理をワークに施すように制御されてワークに対し力を及ぼす。また、駆動部は、ロボットに装着されてロボットの動作に応じて移動し、処理部を、ロボットに対して相対移動するように駆動する。

【0007】

また、検出部は、処理部がワークに所定の処理を施しているときに、処理部がワークに及ぼす力に感応し、この力に応じた信号を出力する。さらに、制御部は、検出部が出力する信号に応じて駆動部を制御する。
そして、本開示の第１の態様によれば、駆動部は、次の電動モータおよび動力伝達部を有し、電動モータは、処理部をロボットに対して相対的に直線駆動するための駆動力を発生し、動力伝達部は、電動モータが発生する駆動力を処理部に伝達する。また、動力伝達部は、次のボールねじと直動体とを有し、ボールねじは、電動モータが発生する駆動力としてのトルクを直線的な直動力に変換し、直動体は、ボールねじのナットにより、特定の方向に、直線的に駆動される。さらに、直動体は、処理部が装着される本体、および、ナットにより押圧される押圧部を具備し、本体と押圧部との間に検出部が組み入れられている。そして、処理部、検出部および直動体は、ボールねじから伝わる直動力により、特定の方向に駆動される。
また、第２の態様によれば、駆動部は、次の動力発生部および動力伝達部を有し、動力発生部は、処理部を特定の方向に、ロボットに対して相対的に直線駆動するための駆動力を発生し、動力伝達部は、動力発生部が発生する駆動力を処理部に伝達する。また、処理部は動力伝達部に固定されている。さらに、検出部は、動力伝達部に組み入れられて動力発生部から処理部に至る駆動力の伝達経路の一部をなす。そして、第２の態様のロボット装置は、次のガイド部を備える。すなわち、ガイド部は、動力伝達部の内、駆動力の伝達に関して検出部よりも処理部の側に存在する部分を、特定の方向に移動するようにガイドする。
これにより、ロボット装置において、処理部による処理後のワークの品質を向上する、という課題を潜在的に解決することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】ロボット装置の全体構成図である。

【図2】ロボット装置の要部構成図である。

【図3】ロボット装置の制御ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施形態のロボット装置を、以下の実施例に基づき説明する。

【実施例】

【0010】

〔実施例の構成〕
実施例のロボット装置１の構成を、図１～図３を用いて説明する。
ロボット装置１は、以下に説明する処理部２、駆動部３、検出部４、ガイド部５および制御部６を備える。
まず、処理部２は、ロボット８に装着されてロボット８の動作に応じて移動するとともに、所定の処理を、図示しないワークに施すように制御されてワークに対し力を及ぼす。以下の説明では、処理部２が所定の処理をワークに施しているときに、ワークに対して及ぼす力を「加圧力」と呼ぶことがある。
なお、処理部２は、例えば、ワークを研磨する研磨ツールである。

【0011】

ここで、ロボット８は、例えば、６つの関節を有する周知の多関節ロボットであり、６つの関節の軸は周知の第１軸８ａ、第２軸８ｂ、第３軸８ｃ、第４軸８ｄ、第５軸８ｅ、第６軸８ｆである。また、ロボット８は、例えば、水平面に対し第１軸８ａが垂直となるように設置され、第１軸８ａの周囲に回転駆動され、所定の作業スペースの床面に設置されている。

【0012】

また、ロボット８の先端には、所定のブラケット９が取り付けられ、ブラケット９に駆動部３が設けられている。そして、処理部２は、駆動部３の一部をなす直動体１１の本体１１ａの先端に装着されている。つまり、処理部２は、ブラケット９および駆動部３を介してロボット８の先端に装着されている。

【0013】

次に、駆動部３は、ロボット８に装着されてロボット８の動作に応じて移動し、処理部２を、ロボット８に対して直線的に相対移動するように駆動する。以下、駆動部３を、具体的に説明する。
駆動部３は、上記のようにブラケット９に設けられており、ブラケット９を介してロボット８に装着されている。また、駆動部３は、次の動力発生部１３および動力伝達部１４を有する。

【0014】

動力発生部１３は、処理部２をロボット８に対して相対的に直線駆動するための駆動力を発生するものであり、例えば、３相の電機子コイルと永久磁石とを具備する周知のブラシレスモータである（以下、動力発生部１３をモータ１３と呼ぶことがある。）。そして、モータ１３は、ブラケット９に固定されている。

【0015】

ここで、ブラケット９は、ロボット８の第６軸８ｆに垂直なプレート部９ａと、プレート部９ａに垂直、かつ、第５軸８ｅに平行なプレート部９ｂとを有する。そして、モータ１３は、自身の回転軸がプレート部９ｂに垂直となるように、プレート部９ｂに固定され、モータ１３の回転軸は、プレート部９ａと平行である。

【0016】

なお、第５軸８ｅは、処理部２、駆動部３およびブラケット９を旋回駆動するときの回転軸であり、第６軸８ｆは、処理部２、駆動部３およびブラケット９を回転駆動するときの回転軸である。また、処理部２がロボット８に対して直線的に相対移動する方向は、第５軸８ｅ、第６軸８ｆの両方に垂直な方向である（以下、処理部２がロボット８に対して直線的に相対移動する方向を特定方向と呼ぶことがある。）。

【0017】

動力伝達部１４は、モータ１３が発生する駆動力を処理部２に伝達するものであり、ボールねじ１６および上記した直動体１１を有する。ここで、ボールねじ１６は、モータ１３が発生する駆動力としてのトルクを直線的な直動力に変換するものであり、モータ１３の回転軸と同軸に設けられたネジ軸１６ａ、および、ネジ軸１６ａと螺合して回転が規制されるナット１６ｂとを具備する周知構造である。なお、モータ１３の回転軸およびネジ軸１６ａは、特定方向を指向している。

【0018】

また、直動体１１は、処理部２が装着される本体１１ａ、および、ナット１６ｂにより押圧される押圧部１１ｂを具備し、本体１１ａと押圧部１１ｂとの間に検出部４が組み入れられている。さらに、処理部２は、上記したように本体１１ａの先端に固定されており、本体１１ａは、駆動力の出力端をなす。
以上により、処理部２、検出部４および直動体１１は、ボールネジ１６から伝わる駆動力としての直動力により、特定方向に駆動される。なお、本体１１ａとブラケット９との間には、後記するガイド部５が介在する。

【0019】

次に、検出部４は、処理部２がワークに所定の処理を施しているときに、処理部２がワークに及ぼす力（加圧力）に感応し、加圧力に応じた信号を出力するものである。
ここで、検出部４は、例えば、周知構造のロードセルである。また、検出部４は、上記のように本体１１ａと押圧部１１ｂとの間に組み入れられて動力発生部１３から処理部２に至る力の伝達経路の一部をなす。これにより、検出部４には、加圧力の反力がワークから処理部２および本体１１ａを経由して伝わるので、結果的に、検出部４は、加圧力に感応して加圧力に応じた信号を出力する。

【0020】

次に、ガイド部５は、動力伝達部１４の内、駆動力の伝達に関して検出部４よりも処理部２の側に存在する部分を、特定方向に移動するようにガイドするものであり、具体的には、本体１１ａをガイドする。ここで、ガイド部５は、例えば、次のようなレール５ａおよびスライダ５ｂからなる。まず、レール５ａは、プレート部９ａ上に特定方向と平行に設けられ、スライダ５ｂは、本体１１ａに設けられてレール５ａを挟みつつレール５ａ上をスライドする。

【0021】

次に、制御部６は、各種信号の入力装置や出力装置、マイクロコンピュータ、および、記憶装置等を有する周知構造を具備する。また、制御部６は、入力された各種の信号に基づき、ワークに所定の処理を施すための各種の制御フローを実行する。

【0022】

そして、制御部６は、これら制御フローを実行するときに、入力された各種の信号に基づき、処理部２、駆動部３およびロボット８等の動作を制御する。より具体的には、制御部６は、ロボット８の動作を制御することにより、処理部２を移動させるとともに、処理部２の動作を制御することにより、処理部２に、所定の処理をワークに対して施させる。また、制御部６は、検出部４が出力する信号に応じて駆動部３を制御して、処理部２をロボット８に対して相対移動させる。

【0023】

ここで、駆動部３、検出部４、制御部６等は、図３に示すように、フィードバック制御系を構成する。また、制御部６には、例えば、加圧力の好ましい数値を手入力するための教示ペンダント１８が接続されている。

【0024】

そして、制御部６は、手入力された数値を加圧力の目標値とし、この目標値と、検出部４から制御部６に入力された数値、つまり、加圧力の検出値との偏差を求める。そして、制御部６は、求めた偏差に応じて駆動部３に与える指令値を算出する。なお、制御部６において、加圧力の偏差に応じて駆動部３に与える指令値を算出する機能を指令値演算部１９として、図３に図示した。

【0025】

駆動部３に与える指令値とは、例えば、モータ１３の電機子コイルに通電される電流の目標値である。これにより、モータ１３の通電に応じた駆動力としての直動力が処理部２に与えられ、処理部２は、ロボット８に対して相対移動する。

【0026】

以上のような構成により、ロボット装置１は、次のように作用する。
すなわち、何らかの要因により、処理部２がワークから離れて加圧力が小さくなると、検出部４が出力する検出値が低下する。これにより、加圧力に関して目標値と検出値との偏差が、例えば、プラス側に大きくなると、指令値演算部１９は、例えば、モータ１３が正方向に回転するように指令値を算出する。この結果、処理部２は、ロボット８に対して特定方向に相対移動してワークに近付くので、加圧力に関して偏差の絶対値が小さくなり、検出値が目標値に近くなる。

【0027】

逆に、処理部２がワークに接近して加圧力が大きくなると、検出部４が出力する検出値が増加する。これにより、加圧力に関して目標値と検出値との偏差がマイナス側に大きくなると、指令値演算部１９は、モータ１３が負方向に回転するように指令値を算出する。この結果、処理部２は、ロボット８に対して特定方向に相対移動してワークから遠ざかるので、加圧力に関して偏差の絶対値が小さくなり、検出値が目標値に近くなる。

【0028】

〔実施例の効果〕
実施例のロボット装置１は、次の処理部２、駆動部３、検出部４および制御部６を備える。まず、処理部２は、ロボット８に装着されてロボット８の動作に応じて移動するとともに、所定の処理をワークに施すように制御されてワークに対し加圧力を及ぼす。また、駆動部３は、ロボット８に装着されてロボット８の動作に応じて移動し、処理部２を、ロボット８に対して相対移動するように駆動する。

【0029】

また、検出部４は、処理部２がワークに所定の処理を施しているときに、処理部２がワークに及ぼす加圧力に感応し、加圧力に応じた信号を出力する。さらに、制御部６は、検出部４が出力する信号に応じて駆動部３を制御する。
これにより、ロボット装置１において、処理部２による処理後のワークの品質を向上することができる。

【0030】

すなわち、処理部２により処理すべきワークの表面に凹凸がある場合、検出部４を備えないロボット装置では、表面に対して加圧力を均一に与えようとすると、ロボット８の動作制御により、表面の各部位ごとに処理部２と表面との距離を均一に保つ必要がある。しかし、ロボット８自体の機械的な撓みにより、加圧力の加わり方が不安定になりやすく、しかも、処理部２を、より高速で移動させようとするほど、不安定さが大きくなる。

【0031】

そこで、ロボット装置１に上記のような検出部４を具備させ、ワークに作用する加圧力を直接的に検出して制御部６にフィードバックすることで、加圧力が表面の凹凸により変動しても、駆動部３を好適に操作して加圧力を制御することができる。このため、ロボット装置１において、処理部２による処理後のワークの品質を向上することができる。

【0032】

また、駆動部３は、処理部２を特定方向に直線駆動するための駆動力を発生する動力発生部１３と、動力発生部１３が発生する駆動力を処理部２に伝達する動力伝達部１４とを有し、処理部２は動力伝達部１４に固定されている。また、検出部４は、動力伝達部１４に組み入れられて動力発生部１３から処理部２に至る駆動力の伝達経路の一部をなす。さらに、ロボット装置１によれば、ガイド部５は、動力伝達部１４の内、駆動力の伝達に関して検出部４よりも処理部２の側に存在する直動体１１の本体１１ａを、特定方向に移動するようにガイドする。
これにより、特定方向以外の方向を指向する力が検出部４に作用するのを抑制することができる。このため、検出部４は、より高精度に加圧力を検出することができる。

【0033】

〔変形例〕
実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明は、実施例に限定されない。
例えば、実施例のロボット装置１によれば、処理部２がロボット８に対して直線的に相対移動する方向（特定方向）は、第５軸８ｅ、第６軸８ｆの両方に垂直な方向であったが、特定方向は、このような態様に限定されず、例えば、特定方向を、第６軸８ｆに垂直、第５軸８ｅには非垂直としてもよい。
また、実施例のロボット装置１によれば、処理部２は、ワークを研磨する研磨ツールであったが、処理部２の態様は研磨ツールに限定されない。例えば、ワークを切削する切削ツール、ワークをヘミング加工するローラ、ワークを摩擦攪拌接合する接合ツール、ワークの表面を塗装するための塗料を吐出する吐出ノズル等を処理部２として採用してもよい。

【符号の説明】

【0034】

１ ロボット装置 ２ 処理部 ３ 駆動部 ４ 検出部 ６ 制御部 ８ ロボット

【図1】

【図2】

【図3】