JP7608193B2

JP7608193B2 - 卓上ロボット

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Publication number: JP7608193B2
Application number: JP2021014207A
Authority: JP
Inventors: 善弘釜井
Original assignee: Janome Corp
Current assignee: Janome Corp
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2025-01-06
Anticipated expiration: 2041-02-01
Also published as: JP2022117613A; CN114833839B; CN114833839A

Description

本発明は、机等に設置することが可能な卓上ロボットに関する。

例えば３方向の直動機構によってツールとワークを３次元的に駆動させ、ワーク同士の組み立てやワークに対するねじ締め、ワークへの溶剤等の塗布、ワークの切断、ワークへのはんだ付け等の各種作業を行うことが可能な卓上ロボット、又は卓上型ロボットと称される小型のロボットが知られている。多くの卓上ロボットは、その名称の通り机等に設置できる程小型化されていて、作業者と協働して作業を行う、いわゆる半自動機として利用することも可能である。

特許文献１に示された卓上ロボットは、コントロール基板を含む各種の電装部品を収納する電装筐体（下部ボックス）を、その一部が引き出されるように構成していて、これにより設置の容易化、及び一層の小型化を実現させている。

また卓上ロボットは、半自動機として利用されることが多いという性質上、大量生産よりも少量多品種の生産に多用されている。従って卓上ロボットを使用する際は、ツールやワーク、治具等の入れ替え作業や、卓上ロボット内における配置換え作業といった、いわゆる段取り替えと称される作業が比較的多く発生する。このような点に鑑み、例えば特許文献２に記載されているように、各直動機構の取り付け位置を調整可能とし、これによりワークやツールの種類に応じてレイアウトを変更することができる卓上ロボットも提案されている。

特開平７－１３６９５２号公報特開２００２－６６９６５号公報

ところでこのような卓上ロボットは、作業者と協働させるために、高い安全性、例えば高い耐ノイズ性が求められている。特許文献１の卓上ロボットは、モータ、基板、ケーブル等の電装部品の全てが金属製の電装筐体（下部ボックス）の中に収納されるため、耐ノイズ性に優れた構造であるといえる。しかし、特許文献１の卓上ロボットは、特許文献２の卓上ロボットのようにレイアウトを自由に変更することができない。

一方、特許文献２の卓上ロボットは、ユニット化された直動機構を組み合わせた構造であって、駆動モータを含めた各直動機構は、電装筐体に収容された制御部とケーブルで接続される。従って、ケーブルが電装筐体から露出している分、特許文献１の卓上ロボットに比して耐ノイズ性は劣ることになる。なお、各直動機構の取り付け位置が変わったとしてもそれらを全て覆うサイズの電装筐体を使用すれば耐ノイズ性は向上するが、この場合は小型化という要求と相反することになる。このように、小型化を前提とした場合において、卓上ロボットにおける各直動機構のレイアウトの自由度と耐ノイズ性はトレードオフの関係となっている。

このような問題点に鑑み、本発明は、小型化を図りつつ、レイアウトの自由度と耐ノイズ性とのトレードオフの関係を解消可能な卓上ロボットを提供することを目的とする。

本発明の卓上ロボットは、モータと、前記モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構と、直動レールに支持され前記変換機構によって移動するテーブルを有する直動テーブル機構と、前記モータが内部に収納され前記変換機構と前記直動テーブル機構とが外面に取り付けられる電装筐体と、を備え、前記電装筐体は、前記直動レールが前記電装筐体に取り付けられる取付部を、前記変換機構を中心として線対称となる位置に一対備えることを特徴とする。

このような卓上ロボットにおいて、前記電装筐体は、前記直動テーブル機構が取り付けられていない側の前記取付部に取り付けられる遮蔽部材を有することが好ましい。

またこのような卓上ロボットにおいて、前記テーブルは、前記直動レールが延在する向きに前記テーブルを貫く貫通孔を備え、前記直動テーブル機構は、前記貫通孔に挿通され前記直動レールを覆うカバーを有し、前記カバーは、前記電装筐体に取り付けられることが好ましい。

そして前記変換機構は、前記モータによって回転する駆動プーリと、前記駆動プーリに対して前記直動レールが延在する向きに間隔をあけて設けられる従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリに巻き掛けられ、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に位置する一対の直線部分を有するベルトと、一方の前記直線部分又は他方の前記直線部分の何れかに取り付けられるとともに前記テーブルに取りつけられる結合体とを備え、一方の前記直線部分に前記結合体が取り付けられる場合の前記モータの回転方向に対し、他方の前記直線部分に前記結合体が取り付けられる場合の前記モータの回転方向を逆転させることが好ましい。

本発明の卓上ロボットは、電装筐体に対して直動レールを、変換機構を中心として線対称となる位置の何れにも取り付けることができるため、テーブルのレイアウトを変更することができる。また、テーブルのレイアウト変更に伴ってテーブルを移動させるモータの位置が変わると、上述したように耐ノイズ性を確保するためには大型の電装筐体を用いる必要があるが、本発明の卓上ロボットは、レイアウトが変わってもモータの位置は変わらずに電装筐体に収納された状態にあるため、電装筐体の小型化を図りつつ耐ノイズ性を確保することができる。

本発明に係る卓上ロボットの第一実施形態に関し、テーブルを電装筐体の中央に取り付けた状態での斜視図である。図１に示した卓上ロボットの分解斜視図である。図１に示した卓上ロボットのテーブル中央での断面図である。図１に示した卓上ロボットのブロック図である。図１に示した卓上ロボットに関し、直動テーブル機構を電装筐体の右側に取り付けた状態での斜視図である。図５に示した卓上ロボットの分解斜視図である。図５に示した卓上ロボットのテーブル中央での断面図である。本発明に係る卓上ロボットの第二実施形態に関するテーブル中央での断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る卓上ロボットの一実施形態について説明する。以下の説明においては、便宜上、図面に示した右、左、前、後、上、下、及びＸ、Ｙ、Ｚの向きで説明することとする。

図１～図４は、本発明に係る卓上ロボットの第一実施形態である卓上ロボット１Ａを示している。卓上ロボット１Ａは、各種の電装部品を収納する電装筐体２と、電装筐体２の右側面及び左側面に設けられた一対のコラム３と、一対のコラム３に掛け渡されたアーム４を備えている。図２に示すように電装筐体２の上面には、Ｘモータ５（図３参照）の回転運動を直線運動に変換する変換機構６と、前後方向（Ｘ方向）に移動可能なテーブル７を備える直動テーブル機構８が設けられている。図１に示す状態において、テーブル７は、電装筐体２の左右方向（Ｙ方向）中央に位置する。そしてアーム４には、左右方向に移動可能なＹユニット９が設けられ、Ｙユニット９の下部には、上下方向（Ｚ方向）に移動可能なＺ基台１０が設けられている。なお図３において一点鎖線の円で囲んだ部分を拡大した部分拡大図を図面内右上に示している。

テーブル７には、各種のワークを載置することが可能であり、Ｚ基台１０には、ねじ締めドライバやはんだごて等のツールを取り付けることが可能である。従って卓上ロボット１Ａによれば、ワークとツールを３次元的に相対移動させることができるため、ワークに対してねじ締めやはんだ付け等の作業を行うことができる。

本実施形態の電装筐体２は、上述した変換機構６と直動テーブル機構８が取り付けられる筐体本体部１１Ａを備えている。筐体本体部１１Ａの前方には、前面カバー部１２が設けられていて、前面カバー部１２には、卓上ロボット１Ａの操作等に使用されるとともに動作状態等を表示する操作・表示部１３が設けられる。なお筐体本体部１１Ａの後方には、不図示の後面カバー部が設けられる。そして、図３に示すように筐体本体部１１Ａの下方には、ベース部１４が設けられる。これら筐体本体部１１Ａ、前面カバー部１２、後面カバー部、ベース部１４の内側には、後述する各種の電装部品が収容される。なお、卓上ロボット１Ａで使用される電装部品の一部は、アーム４やＹユニット９の内部にも収容される。ここで筐体本体部１１Ａ、前面カバー部１２、後面カバー部、及びベース部１４は何れも金属製であって、電装筐体２の内部は、外部からの電気的ノイズにして高い耐性を持っていて、電装筐体２に収納された電装部品に対するノイズの影響を抑えている。なお、アーム４やＹユニット９の外殻をなすカバーも金属製であり、アーム４やＹユニット９の内部も外部からの電気的ノイズにして高い耐性を持っている。

本実施形態の筐体本体部１１Ａは、図３に示すように、その上面を下方に向けて凹ませた凹部１１ａを備えている。凹部１１ａの左右方向中央部分における後方には、Ｘモータ５が取り付けられる。図示したようにＸモータ５は、電装部品（例えばコイル等）を内側に収納した大径になる部分が筐体本体部１１Ａの内側に取り付けられ、回転する小径のシャフトは筐体本体部１１Ａの外側に位置している。

また凹部１１ａの左右方向中央部分には、図２に示すように変換機構６が取り付けられる。本実施形態の変換機構６は、Ｘモータ５のシャフトに取り付けられる駆動プーリ１５と、駆動プーリ１５に対して間隔をあけてその前方に設けられる従動プーリ１６と、駆動プーリ１５と従動プーリ１６に巻き掛けられる歯付きのベルト１７と、ベルト１７とテーブル７とを連結させる結合体１８を備えている。ここでベルト１７は、駆動プーリ１５と従動プーリ１６に巻き掛けた状態において、駆動プーリ１５と従動プーリ１６との間に対向して位置する一対の直線部分１７ａを備えていて、結合体１８は、一対の直線部分１７ａの何れか一方（図１～図３に示す状態においては左側の直線部分１７ａ）に取り付けられる。

本実施形態の結合体１８は、２枚の板状部材１８ａ、１８ｂから構成される。一方の板状部材１８ａは、略Ｌ字状をなしていて、テーブル７に取り付けられると共に直線部分１７ａの一面側と対向する。他方の板状部材１８ｂは、直線部分１７ａの他面側に位置して一方の板状部材１８ａに向けて不図示のねじ等によって可動するように構成されている。すなわち、一方の板状部材１８ａに向けて他方の板状部材１８ｂを動かすことで直線部分１７ａが挟持され、結合体１８をベルト１７に固定し、テーブル７とベルト１７を連結することができる。

このような変換機構６によれば、駆動プーリ１５を回転させると、直線部分１７ａに取り付けた結合体１８が前後方向に移動する。すなわち、駆動プーリ１５はＸモータ５によって回転するため、Ｘモータ５の回転運動を結合体１８の直線運動に変換することができる。

そして凹部１１ａの左部分には、図２に示すように直動テーブル機構８が取り付けられる。本実施形態の直動テーブル機構８は、テーブル７と、前後方向に延在する直動レール８ａと、直動レール８ａに支持されて前後方向に移動するブロック８ｂを備えている。直動レール８ａとブロック８ｂとの間にはボール８ｃが介在し、ブロック８ｂは直動レール８ａに対しレールの長手方向にスライド可能である。凹部１１ａの左部分には、直動レール８ａを固定するためのねじ穴１１ｂが設けられていて、直動レール８ａは不図示のねじによって凹部１１ａに固定される。

凹部１１ａの右部分にも、ねじ穴１１ｃが設けられる。ねじ穴１１ｃは、ねじ穴１１ｂに対して変換機構６を中心として線対称となる位置に設けられている。すなわち、駆動プーリ１５と従動プーリ１６の中心を通る直線に対して、ねじ穴１１ｂまでの距離とねじ穴１１ｃまでの距離は等しくなっている。また、ねじ穴１１ｂとねじ穴１１ｃの前後方向の位置も等しくなっている。

このようなねじ穴１１ｃに対し、本実施形態では不図示のねじによって遮蔽部材１９が取り付けられる。遮蔽部材１９は、図３に示すように凹部１１ａの右側部分に嵌まり込んでテーブル７の端部下方に潜り込むように形作られているため、直動レール８ａやベルト１７の周辺に埃や塵等が侵入し難くなっている。

ブロック８ｂには、テーブル７が取り付けられる。本実施形態のテーブル７は、右側中央部において、結合体１８を取り付けるためのねじ穴７ａを備えている。またテーブル７の左側中央部には、ねじ穴７ａと同形状になるねじ穴７ｂが設けられている。更にテーブル７は、前後方向にテーブル７を貫く貫通孔７ｃを備えている。なお、テーブル７に図示されているねじ穴７ａ、７ｂ以外の穴は、ワークや冶具の固定用のねじ穴や作業穴である。

本実施形態の直動テーブル機構８は、図示したように前後方向に長く延在するカバー２０を備えている。カバー２０は、テーブル７の貫通孔７ｃに挿通され、筐体本体部１１Ａに設けられたねじ穴１１ｄに対して不図示のねじで固定される。カバー２０によって直動レール８ａやベルト１７が全体に亘って覆われるため、直動レール８ａやベルト１７の周辺に埃や塵等が侵入することを防止している。なおカバー２０は、貫通孔７ｃに挿通されているため、テーブル７の前後への移動が妨げられることはない。

また筐体本体部１１Ａは、変換機構６を中心として線対称となる位置にも、ねじ穴１１ｄと同形状になるねじ穴１１ｅを備えている。

なお、筐体本体部１１Ａに設けられる上述したねじ穴１１ｂ、１１ｃは、本明細書の「取付部」に相当する部位である。

次に、卓上ロボット１Ａの電気的な制御に関する構成について、図４のブロック図を参照しながら説明する。卓上ロボット１Ａは、上述したＸモータ５の他、Ｙユニット９を駆動させるＹモータ２１とＺ基台１０を駆動させるＺモータ２２を備えていて、これらのモータは制御部２３と電気的に接続されている。また制御部２３は、上述した操作・表示部１３の他、制御部２３に各種の制御を行わせるためのプログラムやワークに応じた教示データ（ティーチングデータ）を記憶するプログラム・教示データ記憶部２４や、ロボットレイアウト検出手段２５と電気的に接続されている。なお、ロボットレイアウト検出手段２５に関する詳細な説明は後述する。

本実施形態の卓上ロボット１Ａは、上述した電気的な制御を実現するものとして、図３に示すように電装筐体２の内側に、電源ユニット２６、制御基板２７、モータドライバ基板２８等を備えている。またＸモータ５における電装部品を収納した大径となる部分も、電装筐体２の内側に配されている。ここで電源ユニット２６は、各種の電装部品に電力を供給する機能を有する。また制御基板２７とモータドライバ基板２８は、ブロック図における制御部２３として機能する。なお、図示は省略するが、ブロック図に示したＹモータ２１はアーム４の内側に取り付けられていて、Ｚモータ２２はＹユニット９の内側に取り付けられている。またロボットレイアウト検出手段２５は、本実施形態では直動レール８ａの有無を検出する不図示のセンサ（例えば光電センサや近接センサ）であって、凹部１１ａの左部分近傍と右部分近傍に設けられている。

このような卓上ロボット１Ａによれば、操作・表示部１３からの操作により、プログラム・教示データ記憶部２４に記憶されたプログラムや教示データが制御部２３に読み込まれ、更に制御部２３からの指令に基づいて、Ｘモータ５、Ｙモータ２１、及びＺモータ２２を駆動させることができる。従って、テーブル７にワークを載置し、Ｚ基台１０にねじ締めドライバやはんだごて等のツールを取り付けることによって、ワークとツールを３次元的に相対移動させてねじ締めやはんだ付け等を行うことができる。

ところで、ワークの大きさや形状或いはツールの種類によっては、図１に示すようにテーブル７が電装筐体２の左右方向中央に位置する状態では、意図した作業が行えないことがある。このような場合には、図５、図６に示すようにテーブル７を電装筐体２の右側に位置させることができる。

上述したように本実施形態の筐体本体部１１Ａは、変換機構６を中心としてねじ穴１１ｂとねじ穴１１ｃが線対称となる位置に設けられ、またねじ穴１１ｄとねじ穴１１ｅが線対称となる位置に設けられている。すなわち、ねじ穴１１ｂに固定されていた直動レール８ａを取り外してねじ穴１１ｃに固定することができ、ねじ穴１１ｃに固定されていた遮蔽部材１９を取り外してねじ穴１１ｂに固定することができる。また、ねじ穴１１ｄに固定されていたカバー２０取り外してねじ穴１１ｅに固定することができる。そして、テーブル７とベルト１７とをつなぐ結合体１８は、テーブル７に対して、図２に示したねじ穴７ａから取り外して図５に示すようにねじ穴７ｂに取り付けることができ、またベルト１７に対して、図３に示すように左側の直線部分１７ａを挟持する状態から図７に示すように右側の直線部分１７ａを挟持する状態に変更することができる。このように本実施形態の卓上ロボット１Ａによれば、テーブル７のレイアウトを、電装筐体２の左右方向中央に位置する状態から電装筐体２の右側に位置する状態に変更することができる。またテーブル７のレイアウトを変更しても、変換機構６の位置は変わらないため、卓上ロボット１Ａの小型化を図ることができる。なお、テーブル７のレイアウトを変更しても、変換機構６と直動テーブル機構８との距離は変わらないため、テーブル７の可搬重量や振動特性も変化することがない。なお図７において一点鎖線の円で囲んだ部分を拡大した部分拡大図を図面内上に示している。

なお、上記のようにテーブル７のレイアウトを変更した場合、Ｘモータ５の回転方向がレイアウト変更前と後で同一であれば、テーブル７が移動する方向は逆になる。このため本実施形態においては、上述したロボットレイアウト検出手段２５によって、直動レール８ａが変換機構６に対し、右側にレイアウトされているか左側にレイアウトされているかを検出し、その検出結果に基づいて制御部２３は、Ｘモータ５の回転方向を切り替えている。従ってテーブル７のレイアウトを変更しても、ワークに対して意図した通りに作業を実行することができる。

また卓上ロボット１Ａによれば、テーブル７のレイアウトを変更しても、Ｘモータ５を含めた各種の電装部品は、電装筐体２、アーム４、及びＹユニット９に収納された状態にあるため、電装部品に対する耐ノイズ性を確保することができる。

次に、本発明に係る卓上ロボットの第二実施形態である卓上ロボット１Ｂについて、図８を参照しながら説明する。卓上ロボット１Ｂは、上述した凹部１１ａが左右方向に間隔をあけて一対設けられた筐体本体部１１Ｂを備えている。また各凹部１１ａには、上述したＸモータ５、変換機構６、及び直動テーブル機構８が設けられている。

このような卓上ロボット１Ｂによれば、図８（ａ）に示すように２つのテーブル７が左右方向に近づいたレイアウトにすることが可能である。また図８（ｂ）に示すように、２つのテーブル７が左右方向に離れたレイアウトにすることも可能である。更に図示は省略するが、右側のテーブル７は図８（ａ）に示す位置に配置して左側のテーブル７は図８（ｂ）に示す位置に配置することも可能であり、また右側のテーブル７は図８（ｂ）に示す位置に配置して左側のテーブル７は図８（ａ）に示す位置に配置することも可能である。このように卓上ロボット１Ｂによれば、合計４通りのレイアウト変更を行うことができる。そして図示を省略しているものの、電装筐体２の内部には、電源ユニット、制御基板、モータドライバ基板等が収納されている。したがって、卓上ロボット１Ｂにおいても、変換機構６と直動テーブル機構８との距離は変わらず、また各種の電装部品は、電装筐体２等に収納された状態にあるため、電装部品に対する耐ノイズ性を確保することができる。

以上、本発明を具現化した実施形態について例示したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、上記の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。また、上記の実施形態における効果は、本発明から生じる効果を例示したに過ぎず、本発明による効果が上記の効果に限定されることを意味するものではない。

例えば上述した変換機構６は、駆動プーリ１５、従動プーリ１６、及びベルト１７によって構成されるものであったが、モータの回転運動を直線運動に変換する種々の機構（一例として、ボールねじを利用した機構やスライダクランク機構）に置き換えてもよい。

またテーブル７のレイアウトを変更するにあたり、上述した実施形態では、結合体１８をテーブル７に取り付ける構成としてテーブル７の右側中央部と左側中央部に２つのねじ穴（ねじ穴７ａ、７ｂ）を設けたが、ねじ穴は何れか一つとし、テーブル７を水平面に対して１８０度回転させてブロック８ｂに取り付けてもよい。

また上述した実施形態では、直動レール８ａがねじ穴１１ｂ、１１ｃの何れに固定されているかを検出するロボットレイアウト検出手段２５として、直動レール８ａの有無を検出するセンサを、凹部１１ａの左部分近傍と右部分近傍の両方に設けていたが、直動レール８ａはねじ穴１１ｂ、１１ｃの何れかに取り付けられることを前提として、凹部１１ａの左部分近傍と右部分近傍の何れか一方のみに設ける構成としてもよい。すなわち、例えば凹部１１ａの左部分近傍のみにこのセンサを設ける場合は、センサで直動レール８ａを検出すると、直動レール８ａはねじ穴１１ｂに固定されていると制御部２３に判断させ、センサで直動レール８ａを検出しなければ、直動レール８ａはねじ穴１１ｃに固定されていると判断させてもよい。またロボットレイアウト検出手段２５は、操作・表示部１３を利用して作業者がテーブル７のレイアウトを入力するものでもよい。

なお、テーブル７のレイアウトを変更するにあたって２種類の結合体１８を用意しておき、例えば図３に示すようにテーブル７が電装筐体２の左右方向中央に位置する状態では、図示した形状になる結合体１８によって左側の直線部分１７ａを挟持し、図７に示すようにテーブル７が電装筐体２の右側に位置する状態では、左側の直線部分１７ａを挟持する形状にした別の結合体１８を使うようにしてもよい。この場合は、テーブル７のレイアウトを変更しても、Ｘモータ５の回転方向は同一のままとなる。なお、このように構成する場合は、ロボットレイアウト検出手段２５は不要になる。

また電装筐体２は、直動レール８ａやカバー２０を取り付けるための取付部としてねじ穴１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅを備えているが、ねじを用いるものに限られず、例えば部材を挟持するクランプ等を利用した取付部を使用してもよい。

１Ａ、１Ｂ：卓上ロボット
２：電装筐体
５：Ｘモータ（モータ）
６：変換機構
７：テーブル
７ｃ：貫通孔
８：直動テーブル機構
８ａ：直動レール
１１ｂ、１１ｃ：ねじ穴（取付部）
１５：駆動プーリ
１６：従動プーリ
１７：ベルト
１７ａ：直線部分
１８：結合体
１９：遮蔽部材
２０：カバー
２３：制御部

Claims

モータと、
前記モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構と、
直動レールに支持され前記変換機構によって移動するテーブルを有する直動テーブル機構と、
前記モータが内部に収納され前記変換機構と前記直動テーブル機構とが外面に取り付けられる電装筐体と、を備え、
前記電装筐体は、前記直動レールが前記電装筐体に取り付けられる取付部を、前記変換機構を中心として線対称となる位置に一対備える卓上ロボット。
前記電装筐体は、前記直動テーブル機構が取り付けられていない側の前記取付部に取り付けられる遮蔽部材を有する請求項１に記載の卓上ロボット。
前記テーブルは、前記直動レールが延在する向きに前記テーブルを貫く貫通孔を備え、
前記直動テーブル機構は、前記貫通孔に挿通され前記直動レールを覆うカバーを有し、
前記カバーは、前記電装筐体に取り付けられる請求項１又は２に記載の卓上ロボット。
前記変換機構は、前記モータによって回転する駆動プーリと、前記駆動プーリに対して前記直動レールが延在する向きに間隔をあけて設けられる従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリに巻き掛けられ、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に対向して位置する一対の直線部分を有するベルトと、一方の前記直線部分又は他方の前記直線部分の何れかに取り付けられるとともに前記テーブルに取りつけられる結合体とを備え、
一方の前記直線部分に前記結合体が取り付けられる場合の前記モータの回転方向に対し、他方の前記直線部分に前記結合体が取り付けられる場合の前記モータの回転方向を逆転させる制御部を有する請求項１～３の何れか一項に記載の卓上ロボット。