ロボットアームおよびその利用方法

本発明はロボットアームおよびその利用方法に関する。 さらに詳しくは、移動体に装着され積載されている荷物を他の場所に移動させて載置させるロボットアームおよびその利用方法に関する。

従来より、荷物の輸送にコンテナが利用されている。 このコンテナにより輸送された荷物は、一般的には、中間集積地においてコンテナから取り出され、フォークリフトなどによりトラックなどに移載されて最終目的地への配送がなされている。

しかるに、中間集積地におけるコンテナからの荷物の取り出しは、作業員による人手作業によりなされている。 この荷物の取り出しは、狭いコンテナ内で行うところから、作業員は無理な姿勢を強いられている。 そのため、作業員に腰痛などの職業病を発症させている。

このような状況から、コンテナ輸送業界からコンテナ内に積載された荷物を搬出できるロボットなどの出現が熱望されている。

なお、コンテナ内荷物取り出し付属リフターについては、特許文献１に提案がなされている。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、フォークリフトなどの移動体に装着され、コンテナ内に積層された荷物を他の場所に移動させて載置させるロボットアームおよびその利用方法を提供することを目的としている。

本発明のロボットアームは、アーム本体と、前記アーム本体を駆動させる操作盤とを備えてなるロボットアームであって、前記アーム本体は、移動体に装着される装着部と、前記装着部に基部が装着される平行リンク機構と、前記平行リンク機構に基部が装着される水平旋回リンク機構と、前記水平リンク機構に装着されるエンドエフェクタとを含み、前記エンドエフェクタは、搬送対象物の側面に吸着する吸着パッドと、前記吸着パッドを進退させる進退機構と、引き出した搬送対象物を載置する載置部材とを含み、前記操作盤は、前記吸着パッドによる吸着の実行および解除を制御する着脱スイッチと、操作レバー部と、前記操作レバー部の操作レバーの操作量に応じたアクチュエータの制御量を生成する制御信号生成部とを含むことを特徴とする。

本発明のロボットアームにおいては、アーム本体をスレーブとし、操作レバー部をマスターとするマスタースレーブ制御方式とされてなるのが好ましい。 その場合、操作レバー部の操作レバーに力センサを備え、操作盤に力順送型バイラテラル演算処理部を付加的に有し、制御方式が力順送型バイラテラル制御方式とされてなるのがさらに好ましい。

また、本発明のロボットアームにおいては、操作レバー部のレバー操作により生成されたアーム本体に対する指令値を逐次記憶する記憶手段を有し、前記記憶手段に逐次記憶されたアーム本体に対する指令値に基づいてアーム本体を動作させるようにされてなるのが好ましい。

また、本発明のロボットアームにおいては、エンドエフェクタが浮動支持されてなるのが好ましい。

また、本発明のロボットアームにおいては、エンドエフェクタを昇降させるエンドエフェクタ昇降軸を有してなるのが好ましい。

一方、本発明のロボットアームの利用方法の第１形態は、エンドエフェクタに進退自在とされた吸着パッドを有するアーム本体と、前記アーム本体を駆動させる操作盤とを備えてなるロボットアームの利用方法であって、前記吸着パッドにより搬送対象物の側面を吸着して引き出す動作を含むことを特徴とする。

本発明のロボットアームの利用方法の第２形態は、エンドエフェクタに進退自在とされた吸着パッドを有するアーム本体と、前記アーム本体を駆動させる操作盤とを備えてなるロボットアームの利用方法であって、前記エンドエフェクタは浮動支持され、前記吸着パッドにより搬送対象物の側面を吸着して引き出す動作を含むことを特徴とする。 その場合、搬送対象物を傾斜させながら引き出す動作を含むのが好ましい。

本発明は前記の如く構成されているので、コンテナ内などに積層されている荷物を引き出して他の場所に移動させることができるという優れた効果を奏する。

本発明の実施形態１に係るロボットアームの概略図である。

同ブロック図である。

水平リンク機構のブロック図である。

操作レバー部のブロック図である。

制御信号生成部のブロック図である。

本発明の実施形態２に係るロボットアームの図２相当図である。

本発明の実施形態３に係るロボットアームの図１相当図である。

本発明の実施形態３に係るロボットアームの図４相当図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

実施形態１
図１および図２に、本発明の実施形態１に係るロボットアームＡを示す。

ロボットアームＡは、図１および図２に示すように、アーム本体１０とアーム本体１０を駆動させる操作盤２０とを主要構成要素として備えてなるものとされ、コンテナ内に収納されている箱状の荷物(搬送対象物)の側面を吸着保持して荷物を引き出す、つまり横引きするようにされてなるものとされる。

アーム本体１０は、移動体Ｍに装着される装着部１１と、装着部１１に基部が装着される平行リンク機構１２と、平行リンク機構１２の先端部に基部が装着される水平旋回リンク機構１３と、水平旋回リンク機構１３の先端部に基部が装着されるエンドエフェクタ１４とを含むものとされる。

平行リンク機構１２は、アクチュエータとしてリンク駆動用サーボモータを備え、エンドエフェクタ１４を上下方向に移動させる機能を有するよう構成されてなるものとされる。

水平旋回リンク機構１３は、アクチュエータとしてリンク駆動用サーボモータを備え、エンドエフェクタ１４を水平面内で旋回させる機能を有するよう構成されてなるものとされる。 水平旋回リンク機構１３は、一本のリンクからなるものとされてもよいが、作業性の観点から複数本のリンクを直列に接続してなるものとされるのが好ましい。 なお、図１および図３に示す例においては、三本のリンクを直列に接続してなるものとされる。 つまり、第１水平旋回リンク機構１３ａと、第２水平旋回リンク機構１３ｂと、第３水平旋回リンク機構１３ｃとを直列接続してなるものとされる。

エンドエフェクタ１４は、水平旋回リンク機構１３の先端(図示例においては、第３水平旋回リンク１３ｃの先端)に浮動支持され、箱状の荷物の側面を吸着保持する吸着パッド１５と、吸着パッド１５を進退させる進退機構１６と、吸着して横引きした荷物を載置する載置部材１７とを含むものとされる。 進退機構１６は、例えば電動シリンダーとされ、吸着パッド１５は、パッド内の空気を排出してパッド内を負圧として吸着する公知構造のものとされて電動シリンダーの先端に装着される。 載置部材１７の載置面は、進退機構１６が後退した状態で載置された荷物の先端部が突出するようそのサイズが調整されている。 図中、符号１８は、エンドエフェクタ１４を浮動支持するためのばね部材を示す。

操作盤２０は、図２に示すように、電源スイッチ２１と、着脱スイッチ２２と、操作レバー部２３と、操作レバーの操作量に応答してアーム本体１０のサーボモータの制御量を演算処理して生成する演算処理装置を中心に構成された制御信号生成部２４とを含むものとされる。

操作レバー部２３は、図４に示すように、リンク機構操作レバー２３ａと、進退機構操作レバー２３ｂとを含むものとされる。

制御信号生成部２４は、図５に示すように、リンク機構操作レバー２３ａの操作量に応答してリンク機構の各リンクのサーボモータの指令値を演算処理して生成するリンク指令値生成部２５と、進退機構操作レバー２３ｂの操作量に応答して進退機構１６の電動シリンダーの指令値を生成する進退機構指令値生成部２６とを含むものとされる。 リンク指令値生成部２５は、平行リンク指令値生成部２７と水平旋回リンク指令値生成部２８とを含むものとされる。

また、水平旋回リンク指令値生成部２８は、第１水平旋回リンク機構１３ａのサーボモータの指令値を生成する第１水平旋回リンク指令値生成部２８ａと、第２水平旋回リンク機構１３ｂのサーボモータの指令値を生成する第２水平旋回リンク指令値生成部２８ｂと、第３水平旋回リンク機構１３ｃのサーボモータの指令値を生成する第３水平旋回リンク指令値生成部２８ｃとを含むものとされる。

次に、かかる構成とされたロボットアームＡの動作の一例について説明する。

手順１：移動体Ｍを適宜移動させてコンテナ内に積載されている荷物をロボットアームＡの動作範囲に位置させる。

手順２：電源スイッチ２１をオンしてロボットアームＡを起動させる。

手順３：リンク機構操作レバー２３ａを適宜操作してエンドエフェクタ１４を搬出する荷物の高さ位置とする。

手順４：リンク機構操作レバー２３ａを適宜操作してエンドエフェクタ１４を搬出する荷物に正対させる。

手順５：進退機構操作レバー２３ｂを前進操作して吸着パッド１５を荷物側面(正対面)に当接させる。

手順６：着脱スイッチ２２を着にして吸着パッド１５を荷物側面に吸着させる。 つまり、吸着パッド１５内の空気を吸引して吸着パッド１５内を負圧として、吸着パッド１５を荷物側面に吸着させる。

手順７：進退機構操作レバー２３ｂを後進操作して荷物を引き出して荷物を載置部材１７に載置する。

手順８：リンク機構操作レバー２３ａを適宜操作して載置部材１７に載置されている荷物をコンテナ内から搬出する。 この場合、水平旋回リンク機構１３を若干上昇させて、引き出された荷物が傾斜するようにさせ荷物底部の先端が他の荷物の上面やコンテナ床面に当接するようにして荷物をコンテナ内から搬出するようにされるのが好ましい。

手順９：リンク機構操作レバー２３ａを適宜操作して載置部材１７に載置されている荷物を別置されているパレット上方に移動させる。 この場合、必要に応じて移動体Ｍを適宜移動させる。

手順１０：リンク機構操作レバー２３ａを適宜操作して荷物を載置している載置部材１７をパレットに載置させる。

手順１１: 進退機構操作レバー２３ｂを前進操作して荷物を押し出し、荷物をパレットに載置する。

手順１２：着脱スイッチ２２を脱にして吸着パッド１５による吸着を解除する。

手順１３：リンク機構操作レバー２３ａを適宜操作して載置部材１７を後退させる。

手順１４：ロボットアームＡを適宜位置および適宜姿勢とする。 例えば、初期位置にて待機姿勢に復帰させる。

以下、手順３〜手順１４を繰り返して所定数の荷物をコンテナから搬出する。

このように、本実施形態によれば、人手によらずにコンテナ内に積層されている荷物をコンテナ内から搬出できるとともに、その荷物を別置されているパレットに載置できる。 そのため、作業員に腰痛を生じさせるおそれはない。 また、エンドエフェクタ１４は浮動支持されているので、搬出経路に多少の凸凹があっても、アーム本体１０に無用の力が作用するのが回避される。

実施形態２
図６に、本発明の実施形態２に係るロボットアームＡを示す。

実施形態２は実施形態１を改変してなるものであって、アーム本体１０をスレーブとし、操作レバー部２３をマスターとするマスタースレーブによる制御方式とするとともに、操作レバー部２３に力センサＳを配設して力順送型バイラテラル制御方式としてなるものとされる。

すなわち、図６に示すように、操作盤２０には操作レバー部２３および力順送型バイラテラル演算処理部３０が設けられ、力順送型バイラテラル演算処理により演算された動作量が制御信号生成部２４に送給され、制御信号生成部２４は入力された動作量に基づいて各軸の指令値を生成するものとされる。

操作レバー部２３は、図４に示すものと同様に、リンク機構操作レバー２３ａと進退機構操作レバー２３ｂとを含むものとされる。 ここで、リンク機構操作レバー２３ａは、図示はされていないが、平行リンク機構１２および水平旋回リンク機構１３を相似形に縮小してなるものとされ、水平旋回リンク機構の先端部上面に操作桿が植設されてなるものとされる。

より具体的には、リンク機構操作レバー２３ａの平行リンク機構操作レバーは平行リンク力センサを有し、水平旋回リンク機構操作レバーは水平旋回リンク力センサを有し、進退機構操作レバー２３ｂは進退機構力センサを有するものとされる。 また、第１水平旋回リンク機構操作レバーは第１水平旋回リンク力センサを有し、第２水平旋回リンク機構操作レバーは第２水平旋回リンク力センサを有し第３水平旋回リンク機構操作レバーは第３水平旋回リンク力センサを有するものとされる。

ここで、力センサＳは、歪ゲージや感圧センサなどのようにリンク機構に作用している力(荷重)を直接計測するようなセンサに限定されるものではなく、例えばリンク機構のサーボモータのモータトルクより電流成分を検出することにより力(荷重)を計測できるようにされたものとされてもよい。

力順送型バイラテラル演算処理部３０は、具体的には、平行リンク機構動作量演算処理部と、水平旋回リンク機構構動作量演算処理部と、進退機構動作量演算処理部とを含むものとされる。

また、水平旋回リンク機構構動作量演算処理部は、第１水平旋回リンク機構構動作量演算処理部と、第２水平旋回リンク機構構動作量演算処理部と、第３水平旋回リンク機構構動作量演算処理部とを含むものとされる。

制御信号生成部２４には、メモリ２４ａが設けられていて制御信号生成部２４から生成されるアーム本体１０に対する指令値が逐次記憶できるようにされ、必要に応じてアーム本体１０をプレイバック動作可能とされている。

このように、本実施形態では、マスタースレーブ制御方式とし、かつ、操作レバー部２３のリンク機構操作レバー２３ａを平行リンク機構および水平旋回リンク機構を相似形に縮小してなるものとされ、しかも力順送型バイラテラル制御方式としているので、ロボットアームＡに作用する力を感じながらリンク機構操作レバーの操作力を増幅させてロボットアームＡを正確に動作させることができる。

実施形態３
図７および図８に、本発明の実施形態３の要部を示す。

実施形態３は実施形態１を改変してなるものであって、水平旋回リンク機構１３の先端部にエンドエフェクタ１４を昇降させる昇降軸１９を設けるとともに、操作レバー部２３に昇降軸操作レバー２３ｃを設けてなるものとされる。

このように、本実施形態ではエンドエフェクタ１４を昇降軸１９により昇降させるようにされているので、エンドエフェクタ１４のレベルのきめ細かな調整が可能となる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。

例えば、本実施形態ではマスターとスレーブは相似形とされているが、マスターとスレーブは必ずしも相似形とされる必要はない。

本発明はロボット産業に利用できる

Ａ ロボットアーム Ｍ 移動体 Ｓ 力センサ１０ アーム本体１１ 装着部１２ 平行リンク機構１３ 水平旋回リンク機構１３ａ 第１水平旋回リンク機構１３ｂ 第２水平旋回リンク機構１３ｃ 第３水平旋回リンク機構１４ エンドエフェクタ１５ 吸着パッド１６ 進退機構１７ 載置部材１８ ばね部材１９ 昇降軸２０ 操作盤２１ 電源スイッチ２２ 着脱スイッチ２３ 操作レバー部２３ａ リンク機構操作レバー２３ｂ 進退機構操作レバー２３ｃ 昇降軸操作レバー２４ 制御信号生成部２４ａ メモリ２５ リンク指令値生成部２６ 進退機構指令値生成部２７ 平行リンク指令値生成部２８ 水平旋回リンク指令値生成部２８ａ 第１水平旋回リンク指令値生成部２８ｂ 第２水平旋回リンク指令値生成部２８ｃ 第３水平旋回リンク指令値生成部３０ 力順送型バイラテラル演算処理部