JP2020049549A - ロボットユニット - Google Patents

Abstract

【課題】周辺環境やロボットの使用状況に応じてアーム型ロボットの耐久構造を変更でき得るロボットユニットを提供する。【解決手段】ロボットユニット１０は、関節を介して接続された複数のアーム１８を有するアーム型ロボットであるロボット本体１２と、１以上の前記アーム１８の周面の少なくとも一部を覆って保護する１以上の保護用ハウジング１６と、を備え、前記１以上のアーム１８の周面には、前記保護用ハウジング１６を着脱可能な１以上の接続部２２が設けられている。【選択図】図３

Description

本明細書では、関節を介して接続された複数のアームを有するアーム型ロボットであるロボット本体を含むロボットユニットを開示する。

従来から、関節を介して接続された複数のアームを有するアーム型ロボットが広く知られている。こうしたアーム型ロボットは、例えば、工場に設置され、製品の製造に利用されている。また、近年では、工場の中でも特に、工作機械の加工室内にアーム型ロボットを設置することが一部で提案されている。例えば、特許文献１には、工作機械の主軸にアーム型ロボットを設置することが開示されている。また、特許文献２では、工作機械の刃物台に、特許文献３では、工作機械の工具主軸に、アーム型ロボットを設置することが開示されている。

特開２０１７−２０２５４８号公報 特開２０１７−２１３６５８号公報 特開２０１８−０２０４０２号公報

こうしたアーム型ロボットの周辺環境は、適宜、変化することがある。例えば、特許文献１〜３において、アーム型ロボットは、工作機械の加工室内に設置されている。この加工室内は、ワークの加工実行中には、切粉や切削水が飛散する。また、加工内容によっては、大きな振動や熱が生じることもある。こうした切粉や切削水、振動、熱などは、いずれも、アーム型ロボットを劣化させる劣化要因となる。

アーム型ロボットは、こうした切粉や切削水、振動、熱などに耐えられるような耐久構造を有することが求められる。しかし、こうした劣化要因の種類は、工作機械で実行される加工の種類によって変化する。また、こうした劣化要因からアーム型ロボットが受ける影響の大きさは、加工実行時におけるアーム型ロボットの位置（特に加工点に対する相対的位置）等によって大きく変化する。そのため、周辺環境やアーム型ロボットの使用状況に応じて、アーム型ロボットに求められる耐久構造も変化する。しかし、従来、周辺環境やアーム型ロボットの使用状況に応じて耐久構造を変化でき得るロボットは無かった。

そこで、本明細書では、周辺環境やロボットの使用状況に応じてアーム型ロボットの耐久構造を変更でき得るロボットユニットを開示する。

本明細書で開示するロボットユニットは、関節を介して接続された複数のアームを有するアーム型ロボットであるロボット本体と、１以上の前記アームの周面の少なくとも一部を覆って保護する１以上の保護用ハウジングと、を備え、前記１以上のアームの周面には、前記保護用ハウジングを着脱可能な１以上の接続部が設けられている、ことを特徴とする。

かかる構成とした場合、周辺環境やロボットの使用状況に応じて、保護用ハウジングを着脱することができ、ひいては、アーム型ロボットの耐久構造を変更できる。

この場合、前記１以上の保護用ハウジングは、２以上の前記アームに跨る形状の一体型の保護用ハウジングを１以上含み、各一体型ハウジングは、２以上の保護部であって、それぞれが対応する１つのアームの周面の少なくとも一部を覆うように構成された２以上の保護部と、２つの前記保護部の相対的な姿勢関係を変更可能な状態で当該２つの保護部を分離不能に連結する１以上の連結部と、を有してもよい。

かかる構成とすることで、アーム型ロボットの関節部分も保護用ハウジングで覆うことができ、関節部分も適切に保護できる。

また、前記１以上の保護用ハウジングは、一つのアームのみを覆う形状の分割型の保護用ハウジングを１以上含んでもよい。

かかる構成とすることで、保護用ハウジングが、２以上のアームに跨らないため、保護用ハウジングによりアームの動きが規制されにくい。

また、前記保護用ハウジングは、前記アームの周方向に２以上に分割されていてもよい。

かかる構成とすることで、保護用ハウジングをアームに装着しやすくなる。

また、前記保護用ハウジングは、耐熱温度、硬度、耐薬品性、耐化学性の少なくとも一つが、前記アームの筐体よりも高い材料で構成されていてもよい。

かかる構成とすることで、ロボット本体単体の場合に比べて、ロボットユニットの耐熱性、耐衝撃性、耐薬品性、耐化学性を向上できる。

また、前記保護用ハウジングは、外部環境と前記アームの筐体との間の伝熱を阻害する断熱材または断熱構造を含んでもよい。

かかる構成とすることで、ロボット内部への熱の伝わりを減らすことができ、モータやエンコーダ等の温度上昇による故障を避けることができる。

また、一つの前記接続部に装着可能な保護用ハウジングが複数種類用意されており、前記複数種類の保護用ハウジングは、素材および形状の少なくとも一方が異なっており、前記一つの接続部に装着する保護用ハウジングが交換可能であってもよい。

かかる構成とすることで、周辺環境やロボットの使用状況に応じて、保護用ハウジングを交換することができ、ひいては、アーム型ロボットの耐久構造をより自由に変更できる。

また、さらに、前記ロボット本体には、エンドエフェクタが着脱可能な１以上のエフェクタ装着部が設けられており、一つの前記エフェクタ装着部にエンドエフェクタが交換できるように、当該一つのエンドエフェクタに装着可能なエンドエフェクタが複数種類用意されていてもよい。

かかる構成とすることで、ロボットユニットを、種々の用途に用いることができ、ロボットユニットの汎用性を向上できる。

また、前記ロボット本体は、工作機械の加工室内に設置されていてもよい。

かかる構成とすることで、工作機械で、より多用な作業が可能となり、工作機械の生産性を向上できる。

本明細書で開示するロボットユニットによれば、周辺環境やロボットの使用状況に応じて、保護用ハウジングを着脱することができ、ひいては、アーム型ロボットの耐久構造を変更できる。

ロボットユニットが組み込まれた工作機械の概略的な断面図である。 ロボットユニットの概略分解斜視図である。 分割型の保護用ハウジングの一例を示す図である。 一体型の保護用ハウジングの一例を示す図である。 ワンタッチロック機構の一例を説明する図である。 ワンタッチロック機構の一例を説明する図である。 ワンタッチロック機構の一例を説明する図である。 他のロボットユニットの一例を示す図である。

以下、図面を参照してロボットユニット１０の構成について説明する。図１は、ロボットユニット１０が組み込まれた工作機械１００の概略的な断面図である。また、図２は、ロボットユニット１０の概略分解斜視図である。なお、図１では、説明を容易にするために、ロボットユニット１０の保護用ハウジング１６の図示を省略している。また、以下の説明では、主軸１０８の回転軸と平行な方向をＺ軸、刃物台１１０のＺ軸と直交する移動方向と平行な方向をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向をＹ軸と呼ぶ。

はじめにロボットユニット１０が組み込まれる工作機械１００について簡単に説明する。この工作機械１００は、自転するワーク（図１、図２では図示せず）に刃物台１１０で保持した工具１１４を当てることで、ワークを加工する旋盤である。より具体的には、この工作機械１００は、ＮＣ制御されるとともに、複数の工具１１４を保持するタレット１１２を備えたターニングセンタである。

工作機械１００の加工室１０２の周囲は、カバー１０４で覆われている。加工室１０２の前面には、大きな開口が形成されており、この開口は、ドア１０６により開閉される。工作機械１００は、ワークの一端を自転可能に保持する主軸装置と、工具１１４を保持する刃物台１１０と、ワークの他端を支える心押台（図示せず）と、を備えている。主軸装置は、回転モータ等を内蔵した主軸台（図示せず）と、当該主軸台に取り付けられた主軸１０８と、を備えている。主軸１０８は、ワークを着脱自在に保持するチャック１１６やコレットを備えており、保持するワークを適宜、交換できる。また、主軸１０８およびチャック１１６は、水平方向（Ｚ軸方向）に延びる回転軸を中心として自転する。

心押台は、Ｚ軸方向に、主軸１０８と対向して配置されており、主軸１０８で保持されたワークの他端を支える。心押台は、ワークに対して接離できるように、Ｚ軸方向に移動可能となっている。

刃物台１１０は、工具１１４、例えば、バイトと呼ばれる旋削用工具を保持する。この刃物台１１０は、Ｚ軸およびＸ軸と平行な方向に移動可能となっており、刃物台１１０が移動することで工具１１４の刃先位置が変更できる。

タレット１１２は、Ｚ軸方向視で多角形をしており、Ｚ軸に平行な軸を中心として回転可能となっている。このタレット１１２の周面には、１以上の工具１１４が着脱自在に取り付けられており、タレット１１２を回転させることで、加工に使用する工具１１４を変更できるようになっている。

制御装置１１８は、オペレータからの指示に応じて、工作機械１００の各部の駆動を制御する。この制御装置１１８は、例えば、各種演算を行うＣＰＵと、各種制御プログラムや制御パラメータを記憶するメモリと、を有する。また、制御装置１１８は、通信機能を有しており、他の装置との間で各種データ、例えば、ＮＣプログラムデータ等を授受できる。この制御装置１１８は、例えば、工具１１４やワークの位置を随時演算する数値制御装置を含んでもよい。また、制御装置１１８は、単一の装置でもよいし、複数の演算装置を組み合わせて構成されてもよい。また、後述するロボットユニット１０は、この制御装置１１８により駆動制御されてもよいし、工作機械の制御装置１１８とは別の制御装置により駆動制御されてもよい。

加工室１０２内には、さらに、ロボットユニット１０が設けられている。ロボットユニット１０は、ロボット本体１２と、当該ロボット本体１２に装着されたエンドエフェクタ１４と、ロボット本体１２の外表面を覆う保護用ハウジング１６ａ〜１６ｃ（図１では図示せず）と、を備えている。なお、保護用ハウジング１６ａ〜１６ｃを特に区別しない場合は、添字アルファベットを省略して、単に「保護用ハウジング１６」と記載する。他部材も同じである。ロボット本体１２は、関節を介して接続された複数（図示例では３つ）のアーム１８ａ〜１８ｃを有したアーム型ロボットである。本例において、ロボット本体１２は、加工室１０２の床面に設置されている。ただし、当然ながら、ロボット本体１２は、他の箇所に設置されてもよい。例えば、ロボット本体１２は、加工室１０２の側面や、主軸１０８等に設置されてもよい。また、ロボット本体１２は、加工室１０２内で移動する移動体、例えば、刃物台１１０やタレット１１２、心押台等に設置されてもよい。ロボット本体１２を移動体に設置することでロボット本体１２の可動範囲を広げることができる。また、ロボット本体１２を、フライス盤やマシニングセンタ、複合加工機に設置する場合、当該ロボット本体１２は、主軸頭や、ワークが載置されるテーブル等に設置されてもよい。

本例のロボット本体１２は、図２に示すように、水平軸周りに揺動可能（垂直面内で揺動可能）なアーム１８を３つ有した垂直多関節ロボットである。ロボット本体１２の根元には、垂直軸周りに回転可能な回転関節１９が設けられている。アーム１８は、中空の筐体を有している。筐体は、例えば金属（例えばアルミニウム等）からなる。このアーム１８の筐体の内部には、アクチュエータ（例えばモータ等）や伝達機構（例えばギヤ等）、センサ（例えばロータリーエンコーダ等）が内蔵されており、アクチュエータが駆動することでアーム１８が揺動する。また、アーム１８の筐体の内部には、各種信号や電力を送受するための配線も収容されている。

各アーム１８の外表面には、後述する保護用ハウジング１６を着脱可能な接続部２２が設けられている。この接続部２２は、保護用ハウジング１６を着脱できるのであれば、その個数および形態は、特に限定されない。したがって、接続部２２は、保護用ハウジング１６を螺合により着脱する螺子穴でもよいし、保護用ハウジング１６を嵌合により着脱する係合爪や係合溝などでもよい。また、別の形態として、接続部２２は、バネ５０や磁石の力を用いて保護用ハウジング１６を着脱する構成でもよい。さらに、接続部２２は、工具１１４を用いることなく、ワンタッチで、保護用ハウジング１６を着脱できるワンタッチクランパでもよい。なお、「ワンタッチ」とは、押す、引く、回す、のいずれか一つの動作のみを行なうことを意味する。こうしたワンタッチクランパの一例については、後に詳説する。

ロボット本体１２には、エンドエフェクタ１４が設けられている。エンドエフェクタ１４は、対象物にアクセスして何らかの作用を発揮するものである。ここで、「アクセス」するとは、当該エンドエフェクタ１４の目的を達成できる位置まで、エンドエフェクタ１４を対象物に接近させることを意味する。したがって、エンドエフェクタ１４が、接触して温度を検知する温度センサである場合、「アクセスする」とは、当該エンドエフェクタ１４が対象物に接触することを意味する。また、エンドエフェクタ１４が、非接触で温度を検知する温度センサである場合、「アクセスする」とは、当該エンドエフェクタ１４が対象物の温度が検知できる位置まで対象物に接近することを意味する。

一つのロボット本体１２に装着されるエンドエフェクタ１４は、１つでもよいし、複数でもよい。また、エンドエフェクタ１４は、ロボット本体１２の先端に装着されてもよいし、ロボット本体１２の途中に装着されてもよい。本例では、ロボット本体１２の先端に１つのエンドエフェクタ１４を装着している。

また、エンドエフェクタ１４は、上述したとおり、何らかの作用を発揮するものであれば、特に限定されない。したがって、エンドエフェクタ１４は、例えば、対象物を保持する保持装置（例えばハンド機構、吸引保持機構等）であってもよい。また、別の形態として、エンドエフェクタ１４は、例えば、対象物や対象物の周辺環境に関する情報をセンシングするセンサ（例えば温度センサ、振動センサ、接触センサ、圧力センサ等）。また、別の形態として、例えば、エンドエフェクタ１４は、対象物を押圧する押圧機構でもよい。例えば、エンドエフェクタ１４は、ワークの回転を許容した状態で当該ワークを押圧して振動を抑制するローラ等でもよい。また、別の形態として、エンドエフェクタ１４は、加工を補助するための流体（例えばエアや切削油、切削水等）を出力する装置でもよい。また、エンドエフェクタ１４は、ワーク造形のためエネルギ（例えばレーザ、アーク等）または材料（例えば積層造形用材料）を放出する装置でもよい。さらに別の形態として、エンドエフェクタ１４は、対象物を撮影するカメラでもよい。

こうしたエンドエフェクタ１４は、ロボット本体１２から着脱自在であり、状況に応じてエンドエフェクタ１４の種類を交換できてもよい。例えば、加工開始前は、ロボット本体１２に、ハンド機構のエンドエフェクタ１４を装着し、当該ハンド機構を利用してワークの搬送を行う。そして、ワーク搬送後は、温度センサのエンドエフェクタ１４に交換し、加工中のワークや工具１１４の温度をセンシングするようにしてもよい。かかる構成とすることで、ロボットユニット１０の汎用性が広がる。なお、当然ながら、エンドエフェクタ１４は、ロボット本体１２に分離不能に装着されていてもよい。なお、図示例では、一つのエンドエフェクタ１４を、ロボット本体１２の先端に設けている。しかし、一つのロボット本体１２に装着されるエンドエフェクタ１４の数は、限定されず、１つでもよいし、複数でもよい。また、エンドエフェクタ１４の装着位置は、ロボット本体１２の先端でもよいし、ロボット本体１２の中間位置でもよい。

ロボットユニット１０は、さらに、１以上のアーム１８の周面の少なくとも一部を覆って保護する保護用ハウジング１６を有している。保護用ハウジング１６は、上述した接続部２２を介して、ロボット本体１２に着脱自在となっている。かかる保護用ハウジング１６を設ける理由について簡単に説明する。

上述したとおり、本例のロボット本体１２は、工作機械１００の加工室１０２内に設置される。かかるロボット本体１２に求められる特性は、加工の状況やロボット本体１２の位置（特に加工点に対する相対的な位置）によって大きく異なる。例えば、ワークの加工中、加工室１０２内には、切粉や切削水等が飛散する。ロボット本体１２のアーム１８を、こうした切粉等が当たる位置に移動させた場合、当該アーム１８を、切粉等から保護する必要がある。ただし、切粉の特性は、加工条件等によって変化する。例えば、硬い切粉が飛散する場合、アーム１８は、多少重かったりサイズが大きくても硬い筐体を有することが望まれる。一方、柔らかく連続した切粉が飛散する場合、アーム１８は、硬度が多少低くても軽量な筐体を有することが望まれる。さらに、切粉が高温の場合には、アーム１８は、耐熱性に優れた筐体を有することが望まれる。さらに、切削水や切削油が飛散する状況下では、これらが関節の隙間などに入り込まないことが望まれる。

さらに、エンドエフェクタ１４が交換可能なロボットユニット１０の場合、ロボット本体１２の使用形態は、エンドエフェクタ１４の種類によっても変化する。使用形態が異なれば、ロボット本体１２の望ましい構成、特に耐久性も大きく変化する。

つまり、従来、ロボット本体１２の望ましい特性、特に、耐久性は、適宜、変化するため、ロボット本体１２が常に十分な耐久性を確保することは難しかった。そこで、本例では、アーム１８に着脱自在の保護用ハウジング１６を複数種類設け、状況に応じて、アーム１８に装着する保護用ハウジング１６を交換できるようにしている。これにより、ロボットユニット１０の特性、特に耐久性能を、状況に応じて変更することができる。そして、結果として、ロボットユニット１０の寿命を向上できたり、加工の質をより向上できたりする。以下、この保護用ハウジング１６について詳説する。

保護用ハウジング１６としては、一つのアーム１８のみを覆う形状の分割型と、２以上のアーム１８に跨る形状の一体型と、がある。図２、図３は、分割型の保護用ハウジング１６の一例を示す図であり、図４は、一体型の保護用ハウジング１６の一例を示す図である。

分割型の保護用ハウジング１６は、一つのアーム１８のみを覆う形状である。換言すれば、一つのアーム１８を覆う保護用ハウジング１６と、他のアーム１８を覆う保護用ハウジング１６は、完全に分離している。本例では、一つのアーム１８を保護する保護用ハウジング１６は、周方向に２分割されている。以下では、分割された保護用ハウジング１６をハウジング片２６と呼ぶ。各保護用ハウジング１６は、少なくとも、その形状を保持できる程度の硬さを有している。また、各保護用ハウジング１６は、隣接するアーム１８の動き（揺動）を阻害しないように、隣接する保護用ハウジング１６との間に若干の隙間を形成している。分割型の保護用ハウジング１６によれば、保護用ハウジング１６がアーム１８ごとに分割されているため、当該保護用ハウジング１６によりアーム１８の動きが規制されにくい。また、アーム１８ごとに保護用ハウジング１６の特性を変えられるため、ロボット本体１２をより適切に保護できる。

保護用ハウジング１６は、２以上のアーム１８に跨る形状である。この保護用ハウジング１６も、周方向に２分割されており、ハウジング片２６を構成する。各ハウジング片２６は、複数の保護部２８と、この複数の保護部２８を連結する連結部３０と、を有している。保護部２８は、アーム１８の周面の少なくとも一部を覆うもので、少なくとも、その形状を保持できる程度の硬さを有している。連結部３０は、複数の保護部２８を連結するもので、主に、関節部分を覆う。この連結部３０は、自由に変形できる程度の柔軟性を有しており、例えば、ゴムシートやプラスチックシート、蛇腹素材等で構成される。かかる連結部３０を設けることで、関節の動きに応じて、２つの保護部２８の相対的な姿勢関係が変更可能となる。一体型の保護用ハウジング１６によれば、関節部も含めて覆われて保護されるため、ロボットユニット１０の防水性や防塵性を高めることができる。

こうした保護用ハウジング１６の材料や形状等は、保護用ハウジング１６の目的に応じて、適宜、変更されてもよい。ただし、保護用ハウジング１６のうちアーム１８の周面を覆う部分（分割型の場合、ハウジング全体、一体型の場合、保護部２８、以下、まとめて「アーム被覆部」という）は、その形状を保持できる程度の硬さを有していることが望ましい。したがって、アーム被覆部は、金属や、硬質プラスチック、カーボン等で構成されることが望ましい。

ここで、硬い切粉が飛散する状況で使用される場合、アーム被覆部は、アーム１８の筐体よりも硬い材料、より望ましくは、当該切粉よりも硬い材料で構成されることが望ましい。また、柔らかく連続した切粉が飛散する状況で使用される場合、アーム被覆部は、硬度が低め（例えば当該切粉と同程度の硬度）でも、軽い材料で構成されることが望ましい。また、切粉がロボットに付着したり絡み付いたりしないような形状（例えば流線型）にしてもよい。また、高温の切粉が飛散する状況で使用される場合、アーム被覆部は、アーム１８の筐体よりも耐熱性が高い材料で構成されることが望ましい。また、この場合、アーム被覆部は、その全体、または、その一部に、外部環境とアーム１８の筐体との間の伝熱を阻害する断熱材料（例えばグラスウール等）または断熱構造を含んでもよい。

また、切削水や切削油といった液体が飛散する状況で使用される場合、保護用ハウジング１６は、液密性を有することが望ましい。例えば、この場合、保護用ハウジング１６は、一体型とし、連結部３０を防水材料で構成する。また、保護部２８の周縁に、シール部材３２（例えばゴム等、図４参照）を設け、当該シール部材３２がアーム１８の外表面または他のハウジング片２６に密着するようにしてもよい。また、切削水の中に金属を侵食させるような強力なものもあるため、保護用ハウジング１６は、アーム１８の筐体よりも耐薬品性、耐化学性に優れるものが望ましい。

さらに、保護用ハウジング１６は、ロボット本体１２の動剛性や固有振動数を変化させるために用いられてもよい。例えば、ワークの振動を低減するために、エンドエフェクタ１４（例えばローラ等）をワークに押し当てる場合がある。この場合、ロボット本体１２の動剛性は、高いことが望ましい。また、ロボット本体１２とワークとの共振を避けるために、ロボット本体１２の固有振動数を変化させたい場合もある。そこで、こうした場合には、ロボット本体１２に、錘として機能する保護用ハウジング１６を装着し、ロボット本体１２の動剛性や固有振動数を変化させてもよい。また、ロボット本体１２の撓みは、ワーク等の対象物の重さにより異なってしまうが、保護用ハウジング１６の重さを調節することで、この撓み量を調整してもよい。かかる構成とすることで、位置決め精度を向上することができる。いずれにしても、保護用ハウジング１６を錘として利用するために、質量の異なる保護用ハウジング１６を複数種類、用意しておいてもよい。

また、アーム被覆部は、その表面が保護塗膜（例えばメッキ等）で被覆されていてもよい。かかる構成とすれば、必要に応じて保護塗膜を補修することで、アーム被覆部の性能を維持することができ、ひいては、保護用ハウジング１６の寿命を向上できる。なお、こうした補修は、加工室１０２の外部で行ってもよいし、加工室１０２の内部で行ってもよい。例えば、加工室１０２の内部に補修装置１２０（例えば塗膜装置等、図１参照）を設置しておき、定期的に、あるいは、保護塗膜の劣化度合いに応じて、保護塗膜を補修してもよい。保護塗膜を補修する際には、ロボット本体１２を駆動して、ロボット本体１２に装着された保護用ハウジング１６を当該補修装置１２０の近傍まで移動させる。そして、その状態で補修装置１２０を稼動させることで、保護用ハウジング１６の保護塗膜を補修する。

いずれにしても、こうした保護用ハウジング１６は、予め、複数種類、用意しておくことが望ましい。この場合、複数種類の保護用ハウジング１６は、材料および形状の少なくとも一方が互いに異なる。そして、ロボット本体１２の使用形態や使用環境、加工の進行状況等に応じて選択された保護用ハウジング１６を、ロボット本体１２に装着するようにしてもよい。また、場合によっては、保護用ハウジング１６を取り付けることなく、すなわち、アーム筐体を外部に露出した状態で、ロボット本体１２を使用してもよい。

なお、保護用ハウジング１６の交換は、ユーザが手動で行ってもよいし、機械を用いて自動的に行ってもよいし、ロボット自らが行ってもよい。例えば、加工室１０２内に、２以上のロボットユニット１０を設置しておき、一つのロボットユニット１０で、他のロボットユニット１０の保護用ハウジング１６を交換するようにしてもよい。また、別の形態として、工作機械１００に、保護用ハウジング１６の搬送装置を設けておき、ロボット本体１２が当該搬送装置と協働することで保護用ハウジング１６を交換してもよい。

ここで、保護用ハウジング１６は、ロボット本体１２に装着された場合、その離脱を防止するべくロックされる必要がある。そして、保護用ハウジング１６をロボット本体１２から取り外す際には、当該ロックが解除される必要がある。保護用ハウジング１６を自動交換する場合、この保護用ハウジング１６を着脱するためのロックを、簡易な操作、例えば、ワンタッチで、ロック／ロック解除できることが望ましい。ワンタッチロック機構としては、公知の機構を利用することができる。ここでは、図５Ａ〜図５Ｃを参照して、ワンタッチロック機構の一例を説明する。図５Ａ〜図５Ｃの例では、ロックピン４４が保護用ハウジング１６に、ロックケース４２がロボット本体１２のアーム筐体２０に固着されている。なお、この場合、ロックケース４２が、保護用ハウジング１６を着脱する接続部２２として機能する。

ロックケース４２は、ロックピン４４が挿し込まれる略筒状である。このロックケース４２の内周面には、下方に進むにつれ径方向外側に進むテーパ面５６が設けられている。そして、このテーパ面５６があることで、ロックケース４２の下側の内径φ２は、上側の内径φ１よりも大きくなっている。

ロックピン４４は、軸方向に貫通孔が形成された外筒４６と、当該外筒４６内で昇降する昇降ピン４８と、を有している。外筒４６の下端近傍には、径方向に貫通する小孔が形成されている。後述するロックボール５２は、この小孔内に配置されている。昇降ピン４８は、その途中でくびれており、局所的に縮径している。そのため、昇降ピン４８には、下方に進むにつれて径方向外側に進むテーパ面５８が存在する。昇降ピン４８の昇降に伴い、このテーパ面５８とロックボール５２との当接関係が変化することで、ロックボール５２が径方向に進退する。この昇降ピン４８は、バネ５０により上方に付勢されている。

ロックボール５２は、外筒４６に形成された小孔に配されている。図５Ａに示すように、バネ５０の付勢力により昇降ピン４８が上方に位置している場合、ロックボール５２は、テーパ面５８により径方向外側に押圧される。その結果、ロックボール５２の一部は、外筒４６の外周面よりも外側に飛び出す。このとき、ロックボール５２高さでのロックピン４４の外径φ３は、ロックケース４２の上側内径φ１よりも大きく、ロックケース４２の下側内径φ２よりも小さい。また、図５Ｂに示すように、昇降ピン４８を、バネ５０の付勢力に抗して下方に押した場合、ロックボール５２と同じ高さ位置に、昇降ピン４８のクビレ部分が位置することになる。この場合、ロックボール５２は、外筒４６の外面より径方向内側に入り込むことができる。そして、外筒４６の外径φ４は、ロックケース４２の上側内径φ１よりも小さいため、この状態になれば、ロックピン４４を、ロックケース４２に挿し込むことができる。

かかる構成において、保護用ハウジング１６をアーム筐体２０に装着する場合には、まず、昇降ピン４８を、バネ５０の付勢力に抗して下方に押圧する。そして、その状態になれば、ロックピン４４を、ロックケース４２に挿し込む。このとき、昇降ピン４８のクビレ部分が、ロックボール５２と同じ高さ位置にあるため、ロックボール５２は、外筒４６の外面よりも内側に入り込むことができる。その結果、この状態であれば、ロックピン４４を、ロックケース４２に挿し込むことができる。

ロックピン４４をロックケース４２に完全に挿し込むと、図５Ｃに示すように、ロックボール５２は、ロックケース４２のテーパ面５６とほぼ同じ高さに位置する。この状態で、昇降ピン４８の押圧を解除すると、昇降ピン４８は、バネ５０の力により上昇する。その結果、昇降ピン４８のテーパ面５８がロックボール５２の下側に当接し、ロックボール５２が径方向側に進出する。この状態になれば、ロックボール５２が、ロックケース４２のテーパ面５６に係合することになるため、ロックピン４４のロックケース４２からの抜けが阻害される。そして、これにより、保護用ハウジング１６がアーム筐体２０に装着される。アーム筐体２０から保護用ハウジング１６を離脱させるときには、昇降ピン４８を下方に押圧した状態で、ロックピン４４ごと保護用ハウジング１６をアーム筐体２０から引き離せばよい。

以上の説明から明らかなとおり、図５に示す構成によれば、昇降ピン４８を押圧／押圧解除するという単純な操作で、保護用ハウジング１６のアーム１８への装着状態を、ロック解除／ロックできる。その結果、保護用ハウジング１６の交換をロボット等を用いて容易に自動化できる。

また、これまでの説明では、ロボット本体１２が、垂直多関節ロボットである場合を例に挙げて説明したが、ロボット本体１２は、関節を介して接続された複数のアーム１８を有するのであれば、他の形態のロボットでもよい。例えば、ロボット本体１２は、図６に示すように、垂直軸周りに揺動可能（すなわち水平面内で揺動可能）な複数のアーム１８ａ，１８ｂと、鉛直方向に直進退可能な先端アーム１８ｔと、を有したスカラ型ロボットであってもよい。この場合にも、アーム１８の周面には、保護用ハウジング１６が着脱可能な接続部２２を設けておく。また、必要に応じて、この接続部２２を介して、保護用ハウジング１６を装着すればよい。

なお、保護用ハウジング１６は、全てのアーム１８に装着される必要はなく、特定のアーム１８だけ、例えば、最も先端側に位置するアーム１８だけに保護用ハウジング１６を装着してもよい。また、保護用ハウジング１６は、アーム１８および関節だけでなく、エンドエフェクタ１４の一部も覆う構成としてもよい。

また、これまで説明したロボットユニット１０は、工作機械１００の加工室１０２内に限らず、他の場所に設置されてもよい。例えば、ロボットユニット１０は、他の機器に組み込まれてもよいし、他の機器に組み込まれず独立して設置されてもよい。例えば、ロボットユニット１０は、生産ラインの途中に独立して設置されてもよい。また、ロボットユニット１０は、屋外環境に設置されてもよい。

１０ ロボットユニット、１２ ロボット本体、１４ エンドエフェクタ、１６ 保護用ハウジング、１８ アーム、１９ 回転関節、２０ アーム筐体、２２ 接続部、２６ ハウジング片、２８ 保護部、３０ 連結部、３２ シール部材、４２ ロックケース、４４ ロックピン、４６ 外筒、４８ 昇降ピン、５０ バネ、５２ ロックボール、５６，５８ テーパ面、１００ 工作機械、１０２ 加工室、１０４ カバー、１０６ ドア、１０８ 主軸、１１０ 刃物台、１１２ タレット、１１４ 工具、１１６ チャック、１１８ 制御装置、１２０ 補修装置。

Claims (9)

1. 関節を介して接続された複数のアームを有するアーム型ロボットであるロボット本体と、
   １以上の前記アームの周面の少なくとも一部を覆って保護する１以上の保護用ハウジングと、
   を備え、前記１以上のアームの周面には、前記保護用ハウジングを着脱可能な１以上の接続部が設けられている、
   ことを特徴とするロボットユニット。
2. 請求項１に記載のロボットユニットであって、
   前記１以上の保護用ハウジングは、２以上の前記アームに跨る形状の一体型の保護用ハウジングを１以上含み、
   各一体型ハウジングは、
   ２以上の保護部であって、それぞれが対応する１つのアームの周面の少なくとも一部を覆うように構成された２以上の保護部と、
   ２つの前記保護部の相対的な姿勢関係を変更可能な状態で当該２つの保護部を分離不能に連結する１以上の連結部と、
   を有することを特徴とするロボットユニット。
3. 請求項１または２に記載のロボットユニットであって、
   前記１以上の保護用ハウジングは、一つのアームのみを覆う形状の分割型の保護用ハウジングを１以上含む、ことを特徴とするロボットユニット。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のロボットユニットであって、
   前記保護用ハウジングは、前記アームの周方向に２以上に分割されている、ことを特徴とするロボットユニット。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のロボットユニットであって、
   前記保護用ハウジングは、耐熱温度、硬度、耐薬品性、耐化学性の少なくとも一つが、前記アームの筐体よりも高い材料で構成されている、ことを特徴とするロボットユニット。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のロボットユニットであって、
   前記保護用ハウジングは、外部環境と前記アームの筐体との間の伝熱を阻害する断熱材または断熱構造を含む、ことを特徴とするロボットユニット。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のロボットユニットであって、
   一つの前記接続部に装着可能な保護用ハウジングが複数種類用意されており、
   前記複数種類の保護用ハウジングは、素材および形状の少なくとも一方が異なっており、
   前記一つの接続部に装着する保護用ハウジングが交換可能である、
   ことを特徴とするロボットユニット。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のロボットユニットであって、さらに、
   前記ロボット本体には、エンドエフェクタが着脱可能な１以上のエフェクタ装着部が設けられており、
   一つの前記エフェクタ装着部にエンドエフェクタが交換できるように、当該一つのエンドエフェクタに装着可能なエンドエフェクタが複数種類用意されている、
   ことを特徴とするロボットユニット。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のロボットユニットであって、
   前記ロボット本体は、工作機械の加工室内に設置されている、ことを特徴とするロボットユニット。
   

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