JP6900862B2 - 移動ロボット - Google Patents

Description

本発明は、移動ロボットに関する。

従来、工場設備において、例えば自動車部品の生産（組立）を行うため、ロボットを用いた生産システムが考えられている。特許文献１、２には、このような生産システムにおいて、無人搬送車（Automated Guided Vehicle）上に垂直多関節型のロボットを搭載して構成される移動ロボット（モービルロボット）を用いた構成が開示されている。上記構成では、工場の床上に移動ロボットの走行路が設けられ、移動ロボットをその走行路に沿って自在に移動させながら、複数の工程エリア（作業設備）において作業工程を行うようになっている。

特開２００３−３４１４５０号公報 特開２００３−３４１８３４号公報

上述した生産システムとしては、例えば工場内の限られた空間に構築されることから、極力コンパクトなものが望ましい。そのため、移動ロボットとしても、その高さ方向の寸法を小さく抑える必要がある。また、生産システムの主要用途の一つとなる加工ライン向けでは、移動ロボットは、切削油などが付着する可能性のある環境で用いられることになる。そのため、移動ロボットを構成するロボット（モータ、電気部品など）は、切削油などにより故障が生じない仕様、つまり防滴仕様を満足することが必要となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、防滴仕様を実現しつつ、高さ方向の寸法を小さく抑えることができる移動ロボットを提供することにある。

請求項１に記載の移動ロボットは、複数の工程エリアの並び方向に沿って延びるように設置される直動軸と、その直動軸に沿って水平方向に直線移動される移動体と、その移動体に対して垂直方向に移動可能に取り付けられたベース、基端部がベースに第１垂直軸を中心に回転可能に連結される第１アームおよび第１垂直軸を駆動する駆動力を発生する第１モータを備えたロボットと、そのロボットを収容するものであって工程エリア側に開口を有するカバーと、複数の電気部品を有する電気装置部と、移動体を直線移動させるための搬送機構部と、ベースを垂直方向に移動させる昇降動作を行うための昇降機構部と、を備える。

そして、ロボットは、工程エリア間を移動する際にはカバーに収容され、工程エリアの前では開口を通じて、そのアーム先端を工程エリアに向けて移動させる動作を伴う所定の作業を実施する。つまり、上記移動ロボットは、工程エリア間を移動中は無人搬送車と同様の形態となり、工程エリアの前では作業を行うロボットの形態となるように、その形態を変化させる構成となっている。

上記構成において、搬送機構部は、ロボットの垂直方向の下側に配置されている。このようにすれば、搬送機構部がロボットの垂直方向の上側に配置される構成に比べて直動軸の設置性が向上する。なぜなら、直動軸は、複数の工程エリアの並び方向に沿って延びるように設置されることから、その長さは比較的長く、また、その重量は比較的重い。搬送機構部がロボットの上側に配置される構成では、このような長く且つ重い直動軸をロボットの上側の高さまで持ち上げる必要があるため、設置作業が困難なものとなる。これに対し、本手段のように、搬送機構部がロボットの下側に配置される構成によれば、長く且つ重い直動軸をロボットの上側の高さまで持ち上げる必要がないため、設置作業が容易になる、つまり、直動軸の設置性が向上する。

さらに、上記構成では、直動軸以外の構成、つまり移動体、ロボット、カバーなどの総重量も比較的重い。上述したような搬送機構部（直動軸）が上側に配置される構成では、上記直動軸以外の構成を持ち上げて架設する必要があるため、設置作業が困難なものとなる。また、搬送機構部が上側に配置される構成の場合、直動軸は、設備などのメンテナンス性を良好にするためには一層高い位置に配置することが望ましい。そのため、上記構成では、設置作業がさらに困難なものとなってしまう。これに対し、本手段のように搬送機構部（直動軸）が下側に配置される構成の場合、直動軸は、設備などのメンテナンス性を良好にするためには一層低い位置に配置することが望ましい。そのため、本手段の構成によれば、設置作業がさらに容易なものとなる。

上記構成において、第１モータは、その回転軸の先端部が垂直方向で下向きとなるように配置されている。ロボットが作業する環境では、切削油などが飛散する可能性があるが、第１モータを上記したように配置すれば、切削油などが回転軸を伝って第１モータの内部に侵入するリスクを低減することができる。また、電気装置部は、カバー内のロボットの垂直方向の上側に配置され、カバーは、電気装置部が収容される第１収容空間とロボットが収容される第２収容空間とを隔てる仕切り板を備えている。このようにすれば、切削油などが電気装置部に侵入し、電気部品の動作に悪影響を及ぼすことを防止できる。

さらに、仕切り板は、第２収容空間側から第１収容空間側へと突出する凸部を備え、第２収容空間には、その凸部により、第１モータの少なくとも一部を収容可能なモータ収容領域が確保されている。そして、ベースが昇降動作により垂直方向の最上部まで移動した際、第１モータの少なくとも一部がモータ収容領域に収容されるように構成されている。このようにすれば、モータ収容領域が確保されない構成に対し、同様の昇降動作の移動量、つまり昇降ストロークを確保しつつ、移動ロボットの高さ寸法を小さく抑えることができる。なお、上記構成では、第１収容空間に設けられる電気部品は、配置に関する制約があるような機構部品に比べると、その配置の自由度は極めて高い。そのため、上記構成によれば、上述したモータ収容領域を容易に確保することができる。

このように、上記構成の移動ロボットによれば、防滴仕様を実現しつつ、高さ方向の寸法を小さく抑えることができる。したがって、このような移動ロボットを用いて生産システムを構成すれば、その小型化を図ることができる。また、上記構成の移動ロボットは、防滴仕様が要求される環境、例えば加工ライン向けなど、切削油が付着する可能性のある環境においても用いることができる。

請求項２に記載の移動ロボットでは、ロボットが２つのアームを備えた構成となっている。すなわち、この場合、ロボットは、基端部が第１アームの第１垂直軸とは反対側の端部である先端部に第２垂直軸を中心に回転可能に連結され、第２垂直軸とは反対側の端部である先端部がアーム先端となる第２アームと、第２垂直軸を駆動する駆動力を発生する第２モータと、アーム先端に取り付けられるツールを、第３垂直軸を中心に回転させるための駆動力を発生する第３モータと、を備えている。

上記構成において、第２モータおよび第３モータは、いずれも、その回転軸が垂直方向で下向きとなるように配置されている。第２モータおよび第３モータを上記したように配置すれば、第１モータと同様、切削油などが回転軸を伝って第２モータおよび第３モータの内部に侵入するリスクを低減することができる。したがって、ロボットが２つのアームを備えた構成においても、その防滴仕様を実現することができる。

請求項３に記載の移動ロボットでは、ロボットは、第１アームおよび第２アームを垂直方向に重ねるように折り畳んだ配置状態でカバーに収容するように構成されている。そして、第１アームには、上記した配置状態において、第３モータの少なくとも一部が入り込むことが可能な切欠き部が設けられている。このような構成によれば、移動ロボットの奥行寸法を増やすことなく、その高さ寸法を一層小さく抑えることができる。

一実施形態を示すもので、生産システムの構成を模式的に示す図 移動ロボットおよび壁の位置関係を説明するための図 直動軸の工程エリア側から見た移動ロボットの平面図であり、ベースが垂直方向の中間部に位置した状態を示す図 直動軸の工程エリアとは反対側から見た移動ロボットの平面図であり、ベースが垂直方向の中間部に位置した状態を示す図 直動軸の工程エリア側から見た移動ロボットの平面図であり、ベースが垂直方向の最上部に位置した状態を示す図 直動軸の工程エリアとは反対側から見た移動ロボットの平面図であり、ベースが垂直方向の最上部に位置した状態を示す図 直動軸の工程エリア側から見た移動ロボットの斜視図であり、アームを伸ばした状態を示す図 直動軸の工程エリアとは反対側から見た移動ロボットの斜視図であり、アームが折り畳まれた状態を示す図 搬送機構部の構成を模式的に示す平面図 搬送機構部の構成を模式的に示す側面図 移動ロボットの斜視図であり、垂直方向の上側の部位における移動体のプレートおよびカバーのフレームを拡大して示す図 移動ロボットを垂直方向の上側から見た上面図 移動ロボットを水平方向から見た側面図 一実施形態および第１比較例における各部の配置を模式的に示す図 第２比較例における移動ロボットの斜視図であり、垂直方向の上側の部位における移動体のプレートおよびカバーのフレームを拡大して示す図 第２比較例の構成において、アーム部を折り畳んだ状態から工程エリア側に伸ばした状態へと動作させた際におけるアーム先端の水平方向の変位量を示す図 一実施形態の構成において、アーム部を折り畳んだ状態から工程エリア側に伸ばした状態へと動作させた際におけるアーム先端の水平方向の変位量を示す図 第３比較例における搬送機構部の構成を模式的に示す平面図 第３比較例における搬送機構部の構成を模式的に示す側面図 第４比較例における搬送機構部の構成を模式的に示す平面図 第４比較例における搬送機構部の構成を模式的に示す側面図

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示す生産システム１は、工場設備に設けられている。生産システム１では、移動ロボット２を用いて例えば自動車部品の生産が行われる。

生産システム１では、直動軸３に沿って、その片側（図１における上側）に並ぶように、移動ロボット２が作業を行う複数の工程エリア４が配置されている。工程エリア４には、例えば移動ロボット２が作業を行う作業領域が設けられるとともに、作業を行うために必要な各種の設備が設けられる。

直動軸３の片側（図１における上側）において、工程エリア４が配置されない場所には、壁５が立設されている。壁５は、例えばプラスチックなどの透明な部材により構成されている。図２にも示すように、壁５は、レール３ひいては移動ロボット２に接近した位置に配置されている。なお、接近した位置とは、壁５と移動ロボット２との間に人の手が入らない程度の隙間が形成される位置のことである。

直動軸３は、複数の工程エリア４の並び方向（図１における左右方向）に沿うように長く延び、例えば工場の床上に設けられている。なお、直動軸３の工程エリア４が配置される側とは反対の片側（図１における下側）には、例えば作業者が通るための通路が設けられている。

移動ロボット２は、直動軸３に沿って図１における左右方向に直線移動されることにより、各工程エリア４の間を移動する。また、移動ロボット２は、工程エリア４の前では、所定の作業を実施する。所定の作業としては、例えばワークに対する部品の組み付け、ワークの加工、ワークの検査といった作業が挙げられる。

続いて、移動ロボット２の構成について、その構成を模式的に示した図３〜図１３を参照して説明する。
移動ロボット２が備えるロボット６は、移動中には、カバー７に収容された状態となる。カバー７は、矩形箱状をなしており、その枠組みとなるフレーム７ａに対し、図示しない板状の蓋部材を組み付けることにより構成されている。ただし、カバー７の前面（工程エリア４側の面）には、蓋部材は組み付けられておらず、そのために開口７ｂが存在する。ロボット６は、工程エリア４の前では、その開口７ｂを通じてアーム先端を工程エリア４側に向けて移動させる動作を伴う作業を実施する。

カバー７内のロボット６の垂直方向（図３などにおける上下方向）の上側の部位には、電気装置部８が配置されている。電気装置部８には、複数の電気部品として、例えば、移動時に音を発生するスピーカー９、移動時に点灯する表示灯１０、図示しない各種のスイッチおよび端子台などが設けられている。カバー７は、電気装置部８が収容される第１収容空間１１と、ロボット６が収容される第２収容空間１２とを隔てる仕切り板７ｃを備えている。

移動ロボット２は、衝突時の衝撃を和らげるためのバンパー１３を備えている。バンパー１３は、カバー７の両側面に取り付けられている。なお、ロボット６の動作を制御するコントローラ（制御装置）やロボット６などへの電源供給を行う電源などは、移動ロボット２の外部に設けられており、ケーブルなどを介して接続されている。

移動ロボット２は、直動軸３に沿って直線移動する移動体１４を備えている。この場合、移動体１４は、例えばプレートなどから構成されている。移動体１４は、その下端部に取り付けられたスライダ１５を介して直動軸３に直線移動可能に支持されている。移動体１４は、直動軸３に沿って図３などにおける左右方向、つまり水平方向に自在に移動する。図４、図７、図８などに示すように、直動軸３は、垂直方向に並列に配置された２つのレール３ａ、３ｂにより構成されている。

移動ロボット２は、移動体１４を直線移動させるための駆動機構である搬送機構部１６を備えている。搬送機構部１６は、ロボット６の垂直方向の下側に配置されている。搬送機構部１６は、レール３ａ、３ｂ側に設けられたラック１７と、移動体１４側に設けられたピニオン１８と、ピニオン１８を回転させるためのモータ１９とを備えたラックアンドピニオンの駆動機構として構成されている。

図９および図１０には、搬送機構部１６およびそれに関連する構成の配置が模式的に示されている。なお、図１０には、レール３ａ、３ｂを例えば工場の床上に設置するためのレール固定部材２０も図示されている。図９および図１０に示すように、レール３ａは、ラック１７およびピニオン１８の垂直方向の上側に設けられ、レール３ｂは、ラック１７およびピニオン１８の垂直方向の下側に設けられている。

上記構成において、ラック１７およびピニオン１８は、垂直方向において互いの歯が噛み合うように配置されている。また、ラック１７は、その歯が垂直方向の下向きになるように配置されている。この場合、搬送機構部１６は、ラック１７の垂直方向の上側の部位から側面部を覆うカバー３１を備えている。

ロボット６は、ベース２１およびアーム部２２を備えている。アーム部２２は、２アームの構成であり、第１アーム２３、第２アーム２４などを備えている。ベース２１は、移動体１４を構成するプレートに対して垂直方向に移動可能に取り付けられている。つまり、ロボット６は、ベース２１を介して移動体１４に垂直方向に沿って移動（上下動）可能に取り付けられている。昇降機構部２５は、ベース２１を垂直方向に移動させる昇降動作を行うための駆動機構である。昇降機構部２５は、移動体１４を構成するプレートに支持されている。

ベース２１には、第１アーム２３の基端部が垂直軸Ｊ１を中心に回転可能に連結されている。第１アーム２３は、モータ２６などからなる駆動機構により、垂直軸Ｊ１を中心に水平方向に旋回（回転）される。モータ２６は、その回転軸の先端部が垂直方向で下向きとなるようにベース２１の上方に配置されている。なお、モータの回転軸の先端部とは、モータ本体から突出している側の端部のことを言う。

第１アーム２３の垂直軸Ｊ１とは反対側の端部である先端部には、第２アーム２４の基端部が垂直軸Ｊ２を中心に回転可能に連結されている。第２アーム２４は、モータ２７、図示しないプーリおよびベルトなどからなる駆動機構により、垂直軸Ｊ２を中心に水平方向に旋回（回転）される。モータ２７は、その回転軸が垂直方向で下向きとなるように第１アーム２３の上方に配置されている。

第２アーム２４の垂直軸Ｊ２とは反対側の端部である先端部は、ロボット６のアーム先端となり、例えばワークを把持するためのチャック（ハンド）などの作業用のツール（図示略）が着脱可能に取り付けられるようになっている。第２アーム２４の先端部に取り付けられたツールは、モータ２８などから構成される駆動機構により、垂直軸Ｊ３を中心に回転される。モータ２８は、その回転軸が垂直方向で下向きとなるように第２アーム２４の上方に配置されている。

この場合、第２アーム２４のアーム長は、第１アーム２３のアーム長よりも短くなっている。図３、図８などに示すように、ロボット６は、第１アーム２３および第２アーム２４を垂直方向に重ねるように折り畳んだ状態でカバー７に収容されるように構成されている。第１アーム２３の工程エリア４側の側面には、上述したような配置状態において、モータ２８の一部が入り込むことが可能な切欠き部２３ａが設けられている。

なお、上記構成において、垂直軸Ｊ１は第１垂直軸に相当し、モータ２６は第１垂直軸を駆動する駆動力を発生する第１モータに相当する。また、垂直軸Ｊ２は第２垂直軸に相当し、モータ２７は第２垂直軸を駆動する駆動力を発生する第２モータに相当する。また、垂直軸Ｊ３は第３垂直軸に相当し、モータ２８はアーム先端に取り付けられるツールを、第３垂直軸を中心に回転させるための駆動力を発生する第３モータに相当する。

図３〜図６に示すように、仕切り板７ｃは、カバー７に形成された第２収容空間１２側から第１収容空間１１側へと突出するカップ状の凸部７ｄを備えている。このような凸部７ｄによって、第２収容空間１２には、モータ２６の一部を収容可能なモータ収容領域が確保されている。これにより、図５および図６に示すように、ベース２１が昇降動作により垂直方向の最上部まで移動した際、モータ２６の一部が上記モータ収容領域に収容されるようになっている。

また、詳細な図示は省略されているが、カバー７の外殻を構成するフレーム７ａは、垂直方向の下側の部位において搬送機構部１６に支持されている。昇降機構部２５およびベース２１を支持する移動体１４のプレートは、垂直方向の下側の部位では搬送機構部１６を介してフレーム７ａに固定されている。ただし、図１１に示すように、移動体１４のプレートは、垂直方向の上側の部位では、フレーム７ａから切り離されている。つまり、移動体１４のプレートとカバー７のフレーム７ａとは、両者が固定されておらず、お互いにフリーな状態となっている。

図１２および図１３に示すように、移動ロボット２は、カバー７の工程エリア４側の垂直方向の上側の一部を覆う板部材２９を備えている。図１３に示すように、板部材２９は、ロボット６のアーム部２２の動作を妨げることがないように、カバー７の開口７ｂよりも垂直方向の上側だけを覆うような大きさとなっている。

また、図１２に示すように、板部材２９の水平方向（移動体１４の直線移動の方向）における両側面、つまり図１２における左右両側の側面にはテーパが付けられている。具体的には、板部材２９の両側面には、その外側に向けて板部材２９の厚みが薄くなるような傾斜部２９ａが形成されている。

次に、上記構成の作用について説明する。
移動ロボット２が工程エリア４間を移動する際、ロボット６はカバー７に収容された状態となる。このとき、ロボット６は、図８に示すような配置状態、つまり第１アーム２３および第２アーム２４を垂直方向に重ねるように折り畳んだ配置状態となっている。

また、工程エリア４の前では、ロボット６は、アーム先端である第２アーム２４の先端部を工程エリア４側に向けて移動させる動作を伴う作業を行う。具体的には、ロボット６は、第１アーム２３を第１回転方向（例えば反時計回り）に回転させるとともに、第２アーム２４を第１回転方向とは逆回りの第２回転方向（例えば時計回り）に回転させる。これにより、第２アーム２４の先端部は、工程エリア４に向けて移動する。そして、本実施形態では、第２アーム２４の先端部が辿る軌跡が直線状となるように、第１アーム２３および第２アーム２４の回転の角速度が制御されるようになっている。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られる。
生産システム１では、移動ロボット２が工程エリア４間を移動する際、ロボット６はカバー７に収容されているため、周囲にいる人がロボット６に接触することがなくなる。そして、工程エリア４の前では、ロボット６はカバー７の開口７ｂを通じて所定の作業を実施することができる。また、この際、カバー７の前面（工程エリア４側）を除く周囲は蓋部材により覆われているため、工程エリア４側以外の方向（例えば、作業者が通るための通路側）からの人の接触を確実に防止することができる。

ただし、カバー７には開口７ｂが存在するため、工程エリア４側にいる人が敢えて開口７ｂから手をカバー７無いに入れるといった行動をとった場合、ロボット６に接触する可能性はある。しかし、作業者などが、敢えて自らを危険にさらすような上記行動をとることは極めて稀なケースであり、通常はこのような行動をとることはほとんど考えられないため、ほとんどの場合には問題は生じない。ただし、このような起こる可能性が極めて低いケースに対しても対策を施すことで、より一層安全性を高めることが可能となる。

そこで、生産システム１では、工程エリア４側の方向からの人の接触についても防止するため、次のような対策が施されている。すなわち、この場合、直動軸３の工程エリア４側において工程エリア４が配置されない場所には壁５が設置されている。このようにすれば、移動ロボット２の移動中、直動軸３の工程エリア４側から作業者などが、移動ロボット２の存在に気付かずに、または敢えて直動軸３側に向けて手を伸ばそうとしたとしても、壁５に阻まれて手を伸ばすことはできず、誤ってロボット６に接触することがない。

なお、生産システム１では、壁５は、直動軸３の工程エリア４とは反対側（通路側）には設けられていない。なぜなら、通路側には工程エリア４が存在しないため、見通しが良くなっており、移動ロボット２が視認し易いことから、作業者などが誤ってロボット６に接触する可能性が低い。逆に、通路側に壁５を設けると、視認性が悪化して移動ロボット２への接触が生じる可能性が高まるおそれがある。そのため、本実施形態では、通路側には壁５を設けないようにしている。

これに対し、工程エリア４側、特に連続する工程エリア４同士の間では、工程エリア４が死角となって、作業者などが移動ロボット２の存在に気付けない、といったことが起こり得る（見通しが悪い）。作業者などが、移動ロボット２の存在に気付かずに、移動ロボット２の進路に突然飛び出してしまうと、移動ロボット２に衝突するおそれがあり、さらには開口７ｂを通してロボット６に接触するおそれもある。このような事態の発生を未然に防止するために、本実施形態では、前述したとおり、直動軸３の工程エリア４側において工程エリア４が配置されない場所に壁５を設け、その壁５が上記飛び出しを抑制するための安全柵として機能するようにしている。

さらに、この場合、壁５は、直動軸３に接近した位置に配置されており、壁５と移動ロボット２との間には、人の手が入らないような隙間しか形成されていない。したがって、作業者などが壁５と移動ロボット２（カバー７）の間に誤って手を入れてしまうことも防止できる。

上述したように壁５を設置した場合、壁５が設置されていない場合に比べると、作業者などの視界が遮られて見通しが悪くなるおそれがある。そこで、本実施形態では、壁５をプラスチックなどの透明な部材により構成している。このようにすれば、作業者などの視界を良好に維持しつつ、安全性を向上させることができる。

なお、壁５を設けることなく、カバー７の開口７ｂを開閉可能なシャッターを設けることで、安全性を高めるといった対策も考えられる。この場合、移動中にシャッターを閉じることで、作業者などがロボット６に接触することを防止できる。しかし、この場合、壁５が存在しないため、作業者などが、工程エリア４同士の間から移動ロボット２の進路へと手足を出すことは防げない。そのため、工程エリア４同士の間から出した手が移動ロボット２に衝突するおそれがある。一方、本実施形態のように壁５を設ければ、このような衝突についても確実に防止することができる。

このように、本実施形態の移動ロボット２によれば、移動ロボット２の走行路の周囲に侵入禁止領域を大きく確保せずとも、作業者などの安全性を確保することができる。したがって、このような移動ロボット２を用いた生産システム１によれば、その小型化を図りつつ、人に対する安全性を高めることができるという優れた効果が得られる。

上記構成において、搬送機構部１６は、ロボット６の垂直方向の下側に配置されている。このようにすれば、搬送機構部１６がロボット６の垂直方向の上側に配置される構成に比べて直動軸３の設置性が向上する。なぜなら、直動軸３は、複数の工程エリア４の並び方向に沿って延びるように設置されることから、その長さは比較的長く、また、その重量は比較的重い。搬送機構部１６がロボット６の上側に配置される構成では、このような長く且つ重い直動軸をロボット６の上側の高さまで持ち上げる必要があるため、設置作業が困難なものとなる。これに対し、本実施形態のように、搬送機構部１６がロボット６の下側に配置される構成によれば、長く且つ重い直動軸３をロボット６の上側の高さまで持ち上げる必要がないため、設置作業が容易になる、つまり、直動軸３の設置性が向上する。

さらに、上記構成では、直動軸３以外の構成、つまり移動体１４、ロボット６、カバー７などの総重量も比較的重い。上述したような搬送機構部１６（直動軸３）が上側に配置される構成では、直動軸３以外の構成を持ち上げて架設する必要があるため、設置作業が困難なものとなる。また、搬送機構部１６が上側に配置される構成の場合、直動軸３は、設備などのメンテナンス性を良好にするためには一層高い位置に配置することが望ましい。そのため、上記構成では、設置作業がさらに困難なものとなってしまう。これに対し、本実施形態のように搬送機構部１６（直動軸３）が下側に配置される構成の場合、直動軸３は、設備などのメンテナンス性を良好にするためには一層低い位置に配置することが望ましい。そのため、本実施形態の構成によれば、設置作業がさらに容易なものとなる。

上記構成において、モータ２６〜２８は、いずれも、その回転軸の先端部が垂直方向で下向きとなるように配置されている。ロボット６が作業する環境では、切削油などが飛散する可能性があるが、モータ２６〜２８を上記したように配置すれば、切削油などが回転軸を伝ってモータ２６〜２８の内部に侵入するリスクを低減することができる。また、電気装置部８は、カバー７内のロボット６の垂直方向の上側に配置され、カバー７は、電気装置部８が収容される第１収容空間１１とロボット６が収容される第２収容空間１２とを隔てる仕切り板７ｃを備えている。このようにすれば、切削油などが電気装置部８に侵入し、電気部品の動作に悪影響を及ぼすことを防止できる。

上記構成では、移動ロボット２の垂直方向の長さ、つまり高さ寸法を小さく抑えるため、次のような工夫が加えられている。すなわち、仕切り板７ｃは、第２収容空間１２側から第１収容空間１１側へと突出する凸部７ｄを備え、第２収容空間１１には、凸部７ｄにより、モータ２６の一部を収容可能なモータ収容領域が確保されている。そして、ベース２１が昇降動作により垂直方向の最上部まで移動した際、モータ２６の一部が上記モータ収容領域に収容されるように構成されている。また、ロボット６は、第１アーム２３および第２アーム２４を垂直方向に重ねるように折り畳んだ配置状態でカバー７に収容するように構成されており、第１アーム２３には、上記した配置状態において、モータ２８の一部が入り込むことが可能な切欠き部２３ａが設けられている。

このような工夫が加えられた本実施形態の構成によれば、このような工夫が加えられていない構成（以下、第１比較例と呼ぶ）に比べ、移動ロボット２の奥行寸法を増やすことなく、その高さ寸法を小さく抑えることができる。以下、このような本実施形態による効果について、本実施形態および第１比較例における各部の配置を模式的に示す図１４を参照して説明する。

なお、図１４に示すワークエリア部３０は、ロボット６が作業を行うために確保される領域であり、その高さ寸法は、ユーザにより使用されるツールやワークの高さ寸法に応じて予め定められている。また、図１４に示す昇降ストロークは、ベース２１の昇降動作の移動量であり、ロボット６の作業内容に応じて予め定められている。

図１４からも明らかなように、本実施形態によれば、第１比較例に対し、同様の昇降動作の移動量、つまり昇降ストロークおよび同様のワークエリア部３０を確保しつつ、移動ロボット２の高さ寸法を小さく抑えることができる。このように、本実施形態の移動ロボット２によれば、防滴仕様を実現しつつ、高さ方向の寸法を小さく抑えることができる。

したがって、このような移動ロボット２を用いて生産システム１を構成すれば、その小型化を図ることができる。また、上記構成の移動ロボット２は、防滴仕様が要求される環境、例えば加工ライン向けなど、切削油が付着する可能性のある環境において好適なものとなる。

さらに、本実施形態では、移動ロボット２は、その高さ寸法が小さく抑えられた結果、例えば第１比較例の構成に対し、重心が低くなっている。このように移動ロボット２の重心が低くなることにより、例えば移動ロボット２の移動時などにおける揺れが小さく抑えられるという効果も得られる。

本実施形態の構成によれば、上述したように、移動ロボット２の高さ寸法を小さく抑えることが可能であるが、高さ寸法を小さく抑える代わりに、ワークエリア部３０を広く確保することや昇降ストロークを大きく確保することなども可能である。このようにすれば、比較的大きいワークへの対応が可能になるなど、実施可能な作業の幅が広がるといった効果が得られる。

なお、本実施形態の構成では、第１収容空間１１には複数の電気部品が設けられており、それら電気部品は、配置に関する制約があるような機構部品に比べると、その配置の自由度は極めて高い。そのため、本実施形態によれば、第１収容空間１１に上述したモータ収容領域を容易に確保することができる。

上記構成において、搬送機構部１６は、ロボット６の垂直方向の下側に配置されている。そして、カバー７の外殻を構成するフレーム７ａは、垂直方向の下側の部位において搬送機構部１６に支持されている。また、昇降機構部２５およびロボット６のベース２１を支持する移動体１４のプレートは、垂直方向の下側の部位ではフレーム７ａに固定され、垂直方向の上側の部位ではフレーム７ａから切り離されている。このような構成によれば、ロボット６が動作した際、その動作により生じる振動が減衰し易くなる。

以下、このような本実施形態による効果について、本実施形態と第２比較例とを比較して説明する。第２比較例は、図１５に示すように、昇降機構部２５およびロボット６のベース２１を支持する移動体１４のプレートが垂直方向の上側の部位でも、フレーム７ａに例えばネジなどにより固定された構成となっている。ロボット６の動作により生じた振動は、昇降機構部２５を介してフレーム７ａの下側の部位へと伝わり、これによりフレーム７ａひいてはカバー７が振動する。ここで、第２比較例のように、昇降機構部２５などが垂直方向の上側の部位でもフレーム７ａに接続されていたとすると、フレーム７ａの振動が昇降機構部２５を介して再びロボット６へと伝達されてしまい、その結果、ロボット６の振動が減衰し難くなり、逆に増幅されるおそれもある。

これに対し、上記構成では、昇降機構部２５などが垂直方向の上側の部位ではフレーム７ａから切り離されているため、フレーム７ａの振動が再びロボット６へと伝達されることがない。また、昇降機構部２５などが垂直方向の上側の部位は、フリーな状態となっていることから、ロボット６の動作により生じた振動に伴って自由に揺れ動くことになり、その振動が増幅されることはない。そのため、上記構成では、ロボット６の動作により生じた振動は、増幅されることなく減衰し易くなる。このように、上記構成の移動ロボットによれば、振動を抑制することができる。

図１６および図１７は、それぞれ第２比較例および本実施形態の構成において、アーム部２２を折り畳んだ状態から工程エリア４側に伸ばした状態へと動作させた際における第２アーム２４の先端部の水平方向の変位量を示している。これら図１６および図１７から明らかなように、本実施形態の構成によれば、第２比較例の構成に比べ、ロボット６の動作により生じた振動がアーム先端に及ぼす影響が小さくなることが分かる。したがって、このような移動ロボット２を用いて生産システム１を構成すれば、例えばワークの投入動作時または排出動作時におけるロボット６の揺れに起因した作業ミスの発生を抑制することができ、その結果、作業時間の短縮を図ることができる。

また、本実施形態の構成では、昇降機構部２５は、垂直方向の下側の部位では、搬送機構部１６を介してフレーム７ａに固定されている。すなわち、この場合、フレーム７ａおよび昇降機構部２５は、いずれも垂直方向の下側の部位において搬送機構部１６に支持されている。そして、この場合、フレーム７ａおよび昇降機構部２５は、垂直方向の上側の部位では、互いに切り離されている。第２比較例のように、フレーム７ａおよび昇降機構部２５が、垂直方向の上側の部位で互いに接続されていたとすると、フレーム７ａおよび昇降機構部２５が一体の構成物であると捉えることができる。そのため、この場合、ロボット６の動作により振動が生じると、フレーム７ａおよび昇降機構部２５は、その構成物の固有振動数でもって振動する。

これに対し、本実施形態の構成では、フレーム７ａおよび昇降機構部２５は、垂直方向の上側の部位では互いに切り離されているため、ロボット６の動作により振動が生じた際、フレーム７ａはフレーム７ａの固有振動数でもって振動し、昇降機構部２５は昇降機構部２５の固有振動数でもって振動する。そのため、上記構成では、ロボット６の動作により振動が生じた際、フレーム７ａの振動と、昇降機構部２５の振動とが、搬送機構部１６を介して互いに打ち消し合うような作用が得られ、その結果、ロボット６の動作により生じた振動が一層減衰し易くなる。

上記構成では、昇降機構部２５が、垂直方向の上側の部位でフレーム７ａから完全に切り離された状態であるため、例えば工程エリア４間を移動する移動時などのロボット６が動作していないときに、昇降機構部２５ひいてはロボット６が振動する可能性がある。そこで、昇降機構部２５の垂直方向の上側の部位とフレーム７ａとの間に、例えばダンパなどからなる緩衝部材を介在させてもよい。

このように緩衝部材を設ければ、ロボット６の非動作時における振動を軽減することができる。そして、このように緩衝部材を設けた場合でも、昇降機構部２５の上側の部位とフレーム７ａとの間での振動の伝達は緩衝部材によって妨げられるため、ロボット６の非動作時における振動を抑えつつ、ロボット６が動作した際に揺れが増幅することを抑え、ロボット６の動作に起因して生じた揺れを素早く減衰させることができる。さらに、上記構成によれば、ロボット６の動作により振動が生じた際、フレーム７ａの振動と、昇降機構部２５の振動とが、緩衝部材を介して互いに打ち消し合うような作用が得られ、その結果、ロボット６の動作により生じた振動が一層減衰し易くなる。

本実施形態の移動ロボット２は、カバー７の工程エリア４側の垂直方向で上側の一部を覆う板部材２９を備えている。そして、その板部材２９の両側面には、その外側に向けて板部材２９の厚みが薄くなるような傾斜部２９ａが形成されている。このような構成によれば、移動ロボット２が工程エリア４間を移動する際に揺れたとしても、工程エリア４に設けられる設備や壁５などには、移動ロボット２の構成のうち最も工程エリア４側に存在する板部材２９が接触する。そして、このような板部材２９の接触によって移動ロボット２は、工程エリア４とは反対側へと押し戻されて揺れが増すことが抑えられる。

また、板部材２９が工程エリア４に設けられる設備や壁５などに接触した際、板部材２９は、その両側面に形成された傾斜部２９ａの存在により、設備や壁５などの隙間によって形成される段差に引っ掛からずに乗り越えていけることになる。このように、本実施形態によれば、移動ロボット２が工程エリア４間を移動している際に揺れが生じたとしても、その揺れの影響を大きく受けることなく、スムーズに移動ロボット２を移動させることができる。

上記構成において、直動軸３は、垂直方向に並列に配置された２つのレール３ａ、３ｂを備え、移動体１４は、垂直方向の下側に設けられたスライダ１５を介してレール３ａ、３ｂに支持されている。また、搬送機構部１６は、レール３ａ、３ｂ側に設けられたラック１７と移動体１４側に設けられたピニオン１８とを備えたラックアンドピニオンの駆動機構として構成されている。

このような構成によれば、レール３ａ、３ｂの１つあたりの重量を軽くすることが可能となるため、例えば図１８および図１９に示すように、レール３ａ、３ｂの幅を足し合わせた幅を持つ幅広の１つのレール４０によりロボット６を支持するようにした第３比較例に比べ、直動軸３の設置作業を容易にすることができる。

すなわち、本実施形態の構成では、直動軸３を地面から離れた位置に設置するために作業者などが持ち上げることが必須となるため、持ち上げる部品である直動軸３の重量が重くなるほど設置の際に必要な作業者の人数が多くなったり、可搬重量の大きな機器を使用して設置作業を行ったりしなければならず、作業工数および設置時間の増加を招いてしまう。

本実施形態のように直動軸３を２つのレール３ａ、３ｂから構成する、つまり直動軸３を２つのレール３ａ、３ｂに分割すると、設置作業の際に持ち上げる部品、つまり１つのレール３ａまたは３ｂの重量が軽くなり、作業性が向上し、その作業に必要な作業者の人数を少なく抑えることが可能となる。なお、このような効果は、移動ロボット２の移動距離（直動軸３の長さ）が長くなるほど、つまり、より多くの工程エリア４間を移動させるような構成にするほど、一層有益なものとなる。

また、本実施形態では、レール３ａは、ラック１７およびピニオン１８の垂直方向の上側に設けられ、レール３ｂは、ラック１７およびピニオン１８の垂直方向の下側に設けられている。本実施形態では、このような配置を採用することにより、第３比較例と同程度、あるいはそれ以上の安定した支持が実現され、その結果、移動ロボット２の移動時における振動の発生を抑制することができる。

すなわち、このような構成において、ロボット６の支持の安定性は、直動軸を構成するレールの幅ではなく、レールに対してスライダが支持される２点間、つまりレールの垂直方向の上端部と下端部との間の距離に応じたものとなる。したがって、２つの比較的幅の狭いレール３ａ、３ｂであっても、垂直方向の上側に配置されるレール３ａの上端部から垂直方向の下側に配置されるレール３ｂの下端部までの距離が、１つの比較的幅の広いレール４０の幅と同様の長さとなるように配置すれば、同程度の安定した支持が実現される。さらに、２つのレール３ａ、３ｂのそれぞれに対してスライダ１５が支持される構成となることで、上側のレール３ａの上端部および下端部と、下側のレール３ｂの上端部および下端部と、の４点での支持となり、支持の安定性が一層向上する効果が得られる。

さらに、上述した配置によれば、次のような効果も得られる。すなわち、図２０および図２１に示す第４比較例のように、２つのレール３ａ、３ｂの双方をラック１７およびピニオン１８の上側にまとめて配置した場合、本実施形態の構成に比べ、スライダ１５からピニオン１８までの距離が長くなる。ロボット６はスライダ１５を介して直動軸３に支持されているため、ロボット６が振動した場合には、スライダ１５を支点として揺れるため、その支点から離れた部位ほど、揺れ幅が大きくなる。そのため、スライダ１５からピニオン１８までの距離が長い場合、ロボット６が振動した場合におけるピニオン１８の揺れが大きなものとなる。ピニオン１８の揺れが大きくなると、ピニオン１８とラック１７との摩擦が大きくなり、最悪の場合には衝突が生じ、ピニオン１８およびラック１７の消耗（摩耗）、破損などを招くおそれがある。

これに対し、本実施形態のように、２つのレール３ａ、３ｂをラック１７およびピニオン１８の垂直方向の上下に分けて配置すれば、２つのレール３ａ、３ｂからピニオン１８までの距離が２つのレール３ａ、３ｂをまとめて配置した第４比較例の構成に比べて短くなるため、ロボット６が振動した場合のピニオン１８の揺れ幅が小さく抑えられ、その結果、ピニオン１８およびラック１７の消耗、破損などが生じる可能性を低く抑えることができる。

この場合、２つのレール３ａ、３ｂが２つの支点となることから、それらの間に存在するラック１７およびピニオン１８は水平に近い形で振動する。斜めに振動するとラック１７およびピニオン１８の歯にも斜めの力が加わり摩耗（偏摩耗）し易くなるが、水平に近い振動であれば、斜めの力が加わり難くなる。したがって、上記構成によれば、ピニオン１８およびラック１７が摩耗（偏摩耗）し難くなるという効果が得られる。

本実施形態では、搬送機構部１６のラック１７およびピニオン１８は、垂直方向において互いの歯が噛み合うように配置されている。このような配置によれば、ロボット６が振動した際には、その振動に伴い、ラック１７およびピニオン１８は、互いの歯が擦れ合うように動くものの、互いの歯同士が衝突するような動作とはならない。したがって、上記構成によれば、ロボット６の振動に伴ってラック１７およびピニオン１８が破損する、といった搬送機構部１６の故障を確実に防止することができる。

本実施形態では、搬送機構部１６のラック１７は、その歯が垂直方向の下向きになるように配置されている。このような配置によれば、ラック１７の歯に塵や埃などの異物が堆積することが防止される。したがって、本実施形態によれば、ラック１７およびピニオン１８の間における異物の噛み込みなどに起因する搬送機構部１６の故障を防止することができる。

本実施形態では、搬送機構部１６は、ラック１７の垂直方向の上側の部位から側面部を覆うカバー３１を備えている。このようなカバー３１が設けられていない場合、ラック１７の全面が露出した状態となっているため、作業者などの手がラック１７に触れている状態において、その手に移動ロボット２が衝突することも考えられる。この場合、移動ロボット２とラック１７の間に手が挟まれる形となり、ラック１７表面の凹凸で擦れることにより手に痛みが生じるおそれがある。これに対し、本実施形態の構成のようにカバー３１が設けられていれば、同様のケースが生じた場合でも、作業者などの手がラック１７表面の凹凸で擦れることがないため、安全性を一層高めることができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。

視認性の低下などが安全性に影響を及ぼさない範囲であれば、壁５は、例えば木材など不透明な部材で構成してもよい。
移動ロボット２が備えるロボットとしては、２つのアームを備えたロボット６に限らずともよく、一般的な水平多関節型ロボットや垂直多関節型ロボットなど様々なロボットを用いることができる。
移動ロボット２が備える各構成の配置などは、上記実施形態において示したものに限らずともよく、適宜変更可能である。
搬送機構部１６の具体的な構成は、上記実施形態において示した構成に限らずともよく、適宜変更可能である。
搬送機構部１６のラック１７の垂直方向の上側の部位から側面部を覆うカバー３１は、必要に応じて設ければよい。

１…生産システム、２…移動ロボット、３…直動軸、３ａ、３ｂ…レール、４…工程エリア、５…壁、６…ロボット、７…カバー、７ａ…フレーム、７ｂ…開口、７ｃ…仕切り板、７ｄ…凸部、８…電気装置部、１１…第１収容空間、１２…第２収容空間、１４…移動体、１５…スライダ、１６…搬送機構部、１７…ラック、１８…ピニオン、２１…ベース、２２…アーム部、２３…第１アーム、２３ａ…切欠き部、２４…第２アーム、２５…昇降機構部、２６〜２８…モータ、２９…板部材、２９ａ…傾斜部。

Claims (3)

1. 複数の工程エリアの並び方向に沿って延びるように設置される直動軸と、
   前記直動軸に沿って水平方向に直線移動される移動体と、
   前記移動体に対して垂直方向に移動可能に取り付けられたベース、基端部が前記ベースに第１垂直軸を中心に回転可能に連結される第１アームおよび前記第１垂直軸を駆動する駆動力を発生する第１モータを備えたロボットと、
   前記ロボットを収容するものであり、前記工程エリア側に開口を有するカバーと、
   複数の電気部品を有する電気装置部と、
   前記移動体を前記直線移動させるための搬送機構部と、
   前記ベースを垂直方向に移動させる昇降動作を行うための昇降機構部と、
   を備え、
   前記ロボットは、前記工程エリア間を移動する際には前記カバーに収容され、前記工程エリアの前では前記開口を通じて、そのアーム先端を前記工程エリアに向けて移動させる動作を伴う所定の作業を実施し、
   前記電気装置部は、前記カバー内の前記ロボットの垂直方向の上側に配置され、
   前記搬送機構部は、前記ロボットの垂直方向の下側に配置され、
   前記第１モータは、その回転軸の先端部が垂直方向で下向きとなるように配置され、
   前記カバーは、前記電気装置部が収容される第１収容空間と前記ロボットが収容される第２収容空間とを隔てる仕切り板を備え、
   前記仕切り板は、前記第２収容空間側から前記第１収容空間側へと突出する凸部を備え、
   前記第２収容空間には、前記凸部により、前記第１モータの少なくとも一部を収容可能なモータ収容領域が確保されており、
   前記ベースが前記昇降動作により垂直方向の最上部まで移動した際、前記第１モータの少なくとも一部が前記モータ収容領域に収容されるように構成された移動ロボット。
2. 前記ロボットは、
   基端部が前記第１アームの前記第１垂直軸とは反対側の端部である先端部に第２垂直軸を中心に回転可能に連結され、前記第２垂直軸とは反対側の端部である先端部が前記アーム先端となる第２アームと、
   前記第２垂直軸を駆動する駆動力を発生する第２モータと、
   前記アーム先端に取り付けられるツールを、第３垂直軸を中心に回転させるための駆動力を発生する第３モータと、
   を備え、
   前記第２モータは、その回転軸が垂直方向で下向きとなるように配置され、
   前記第３モータは、その回転軸が垂直方向で下向きとなるように配置される請求項１に記載の移動ロボット。
3. 前記ロボットは、前記第１アームおよび前記第２アームを垂直方向に重ねるように折り畳んだ配置状態で前記カバーに収容するように構成され、
   前記第１アームには、前記配置状態において、前記第３モータの少なくとも一部が入り込むことが可能な切欠き部が設けられている請求項２に記載の移動ロボット。

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