JP2000190273A - エンドエフェクタのティルト機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ５軸ロボット等のエンドエフェクタの姿勢を
可変に支持するティルト機構。 【解決手段】 ロボットのアーム先端部３０のフェイス
プレート３１の取付面３２に、ティルト機構の基部４０
が取り付けられる。基部４０は、ピボット軸４１でエン
ドエフェクタ９０（吸盤９１、９２付ハンド）の取付プ
レート８０を枢軸支持する。レバー支持軸４２は取付プ
レート８０とレバー５１を連結する。凸部５２が位置
ａ、ｂに位置決めされる空圧シリンダ７０の最延伸状態
／最縮退状態で基部４０と取付プレート８０が離隔／接
近し、第１姿勢状態／第２姿勢状態に位置決めされる。
調整ボルト５５、５６を調整すれば、第１、第２姿勢状
態における傾斜補正量を微調整出来る。球面軸受と２つ
の調整機構を組み合わせて２自由度の調整を行なっても
良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は産業用ロボットにお
けるエンドエフェクタの姿勢を可変とするためのティル
ト機構に関する。本発明は特に、５軸未満の軸構成を持
つ産業用ロボットに適用して有利なものである。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボット（以下、単にロボットと
呼称）は、ハンド（及び披把持物体）等のエンドエフェ
クタをアーム先端に取り付けて使用されることが通例と
なっている。アーム先端に取り付けられたエンドエフェ
クタは、負荷重量としてロボットに作用してアームを撓
ませる。エンドエフェクタがハンドである場合、それに
よって把持される物体も負荷重量となる。

【０００３】負荷重量によるアームの撓みは、当然、ロ
ボットの位置決め精度を低下させる原因となる。特に、
エンドエフェクタが重量物を支持する大型のハンドであ
るような場合には、しばしばその影響が顕著となる。

【０００４】図１、図２はこれを説明する例を示したも
ので、４軸構成のロボットが描かれている。ロボット
は、上下（直動）軸Ｊ１を有するコラム１に回転軸Ｊ２
を介して第１アーム２を連結し、回転軸Ｊ３を介して第
２アーム３を支持し、更に回転軸Ｊ４を介して手首部４
を連結した構造を有している。３つの回転軸Ｊ１、Ｊ
２、Ｊ３は互いに平行であり、アームに撓みが無ければ
両アーム２、３及び手首部４は水平面内で旋回する。

【０００５】第２アーム３の先端には、例えば吸盤１
１、１２付のハンド１０が取り付けられている。このよ
うなロボットは、例えば床面に置かれた荷物Ｗを持ち上
げて水平移動させ、所定の場所に積み上げるというよう
な作業に使用される。即ち、この種の作業で使用される
ロボットに要求される運動は、荷物Ｗの向きを決めるた
めの回転（軸Ｊ４が担当）と３次元空間内での任意位置
への位置決め（軸Ｊ１〜Ｊ３が担当）であり、比較的単
純なため、４軸構成で十分である。

【０００６】しかしながら、取り扱う荷物Ｗの重量が大
きいケースあるいは高い位置決め精度が要求されるケー
スなどにおいては、アーム２、３の撓みによるハンドの
傾きが問題となる。例えば、アーム２、３が荷物Ｗの重
量で大きく撓んだ場合、そのままでは吸盤１１、１２等
の把持具を用いたハンド１０による把持が困難になると
いった事態が生じる。

【０００７】このような事態に対して従来は、図２に示
したように、荷物Ｗを傾斜を調整した台Ｂ上に置く等の
対策かとられていた。また、場合によっては、ロボット
の設置姿勢を傾けたり、ハンド１０をロボットのハンド
取り付け面に取り付ける際に板状のスペーサを挟み込む
などの対策がとられていた。

【０００８】しかし、重い荷物Ｗやロボットを傾斜面上
に置くことは安定性上問題がある。また、取り扱う荷物
Ｗの種類が変わって負荷の重量が変化した時、傾斜角を
簡便に調整することが困難である。傾斜角の異なる多数
の傾斜台を用意しておくことことも考えられるが、優れ
た方策とは言い難い。スペーサを用いる方法は、応急対
策的なもので、スペーサがずれるなどしてハンドの取り
付け状態が不安定になる等のおそれもある。

【０００９】なお、図３に示したような回転軸Ｊ１〜Ｊ
５を持つ５軸構成（あるいはそれ以上の軸数）のロボッ
トを用いれば、ハンド２０（エンドエフェクタ）の傾斜
調整は可能であるが、そのためだけに軸数の多いロボッ
トを使用することは経済的に得策ではない。軸数の多い
ロボットは、機構や制御回路が複雑で高価である。

【００１０】また、仮に軸数の多いロボットを使用する
こと前提にしても、ロボットの姿勢自体を調整してエン
ドエフェクタの傾斜調整を行なう手法は、ロボットのジ
ョグ操作を含む教示修正作業を伴うため、作業現場で未
熟練の作業者が簡便に行えるとは限らない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、上記説明中で述べたような事態に即応すること出来
る、エンドエフェクタの姿勢調整手段を提供することに
ある。また、本発明はそのことを通して、負荷重量によ
る撓みの補正のための作業負担を減らそうとするもので
ある。更に、本発明は、軸数の少ないロボットの適用性
を高めることをも企図している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に従えば、上記技
術課題を解決するために、ロボットの先端部のエンドエ
フェクタ取付部とエンドエフェクタとの間に介在するよ
うに設けられるエンドエフェクタのティルト機構に、基
部と、該基部とエンドエフェクタを旋回可能に連結する
連結手段と、エンドエフェクタを連結手段の回りで旋回
駆動する調整駆動手段がを設けられる。

【００１３】そして、調整駆動手段にはエンドエフェク
タが少なくとも２つの姿勢を選択的にとらせるための動
作が可能な少なくとも一つのアクチュエータが装備され
る。調整駆動手段を互いに離れた複数個所に設け、連結
手段の回りでの旋回駆動の自由度を２以上とすることも
出来る。好ましい実施形態においては、エンドエフェク
タにとらせる少なくとも２つの姿勢を微調整するための
手段が更に設けられる。

【００１４】本発明が適用されるロボットに本質的な制
限はないが、軸数が４以下のロボットに適用した場合に
特に利点が大きい。

【００１５】

【発明の実施の形態】図４は、本発明の実施形態に係る
エンドエフェクタティルト機構の構造を説明する図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は要部側面図である。符号３０
はロボットの最終軸で駆動されるアーム先端部を表わし
ており、エンドエフェクタ取付部を提供するフェイスプ
レート３１を備えている。フェイスプレート３１の下面
３２は、精密に面出しされた取付面３２を提供してい
る。

【００１６】このフェイスプレート３０の取付面３２
に、エンドエフェクタティルト機構の基部４０が取り付
けられる。基部４０は、ピボット軸４１を介してエンド
エフェクタ取付プレート８０を枢軸支持している。そし
て、このエンドエフェクタ取付プレート８０にエンドエ
フェクタ９０（ここでは吸盤９１、９２を有するハンド
を例示）が装着・固定されている。装着・固定機構は例
えばボルト、ナット等を用いた周知のもので良い（図示
は省略）。

【００１７】一方、エンドエフェクタ取付プレート８０
は、ピボット軸４１による枢軸支持位置から離れた適所
において、レバー支持軸４２を介して、基部４０に搭載
された調整駆動部に結合されている。調整駆動部は、ピ
ボット軸４１の回りでエンドエフェクタ取付プレート８
０を旋回させて姿勢を調整するもので、レバー支持軸４
２に一端を枢軸支持されたレバー５１、レバー５１を中
途部で案内するガイド６０及びレバー５１をプッシュ／
プル駆動するアクチュエータ７０（ここでは空圧シリン
ダを例示）を備えている。アクチュエータ７０は通常ロ
ボットコントローラ（図示省略）に接続され、その動作
が制御される。

【００１８】空圧シリンダ７０の出力軸はロッド５４で
構成され、このロッド５４が回転軸５３を介して連結さ
れている。符号５２はレバー５１の中途部に設けられた
凸部で、空圧シリンダ７０の動作時にはガイド６０のガ
イド孔内で摺動される。符号５５、５６は凸部５２の摺
動範囲（ａ、ｂ）を調整する調整ボルトである。

【００１９】即ち、通常の空圧シリンダ７０は、２ポジ
ションでしか安定位置を取れず、凸部５２が位置ａに位
置決めされる最延伸状態では、基部４０とエンドエフェ
クタ取付プレート８０が離隔し、エンドエフェクタ取付
プレート８０（エンドエフェクタ９０）が基部４０に対
して第１姿勢状態に位置決めされる。

【００２０】これに対して、凸部５２が位置ｂに位置決
めされる最縮退状態では、基部４０とエンドエフェクタ
取付プレート８０に接近し、エンドエフェクタ取付プレ
ート８０（エンドエフェクタ９０と一体）が基部４０に
対して第２姿勢状態に位置決めされる。本例では第２姿
勢状態は傾斜角度０の「エンドエフェクタの傾斜補正な
し」に対応し、第１姿勢状態が「エンドエフェクタの傾
斜補正あり」に対応している。調整ボルト５５、５６を
調整すれば、第１姿勢状態、第２姿勢状態における傾斜
補正量を微調整することが出来る。

【００２１】なお、ティルト機構の基部４０はロボット
のフェイスプレート３１と一体でも良く、エンドエフェ
クタ取付プレート８０はエンドエフェクタ９０と一体で
あっても良い。

【００２２】ティルト機構に傾斜自由度２をもたせるこ
とも出来る。図５は、傾斜自由度２をもたせるための機
構の要部を説明する図である。同図に示した例では、ロ
ボットのフェイスプレート（図示省略）に固定される基
部１４０とエンドエフェクタ取付プレート１８０が球面
軸受１１０によってピボット点で連結されている。エン
ドエフェクタ取付プレート１８０は、そこピボット点か
ら離れ、且つ、相互のも離れた２個所で上述実施形態と
同様の調整駆動部が設けられ、球面軸受１４１の回りで
エンドエフェクタ取付プレート１８０を旋回させて姿勢
を調整する。

【００２３】各所における調整駆動部は、アクチュエー
タユニット１５０、１６０を備える。各アクチュエータ
ユニットは通常ロボットコントローラ（図示省略）に接
続され、その動作が制御される。各アクチュエータユニ
ット１５０、１６０を利用した駆動機構は上述のものと
同じで良い。即ち、エンドエフェクタ取付プレート１８
０の２個所に設けられたレバー支持軸（図示省略）に各
一端を枢軸支持されたレバー（図示省略）の他端が、回
転軸（図示省略を介してロッドＲ１、Ｒ２が結合される
一方、各レバーの中途部には各ガイＧ１、Ｇ２の案内孔
内で摺動案内される凸部（図示省略）が設けられてい
る。

【００２４】前述の実施形態と同様、アクチュエータユ
ニット１５０あるいは１６０を動作させることで、エン
ドエフェクタ取付プレート１８０（エンドエフェクタを
固定支持）を２自由度、２段階で姿勢調整することが出
来る（計４つの姿勢状態が実現可能）。３個以上の調整
駆動部を設けられば、更に傾斜補正の自由度を増やすこ
とも出来る。

【００２５】また、各ガイドＧ１、Ｇ２に前述の実施形
態におけると同様の調整ボルト（図示省略）を設けれ
ば、各自由度毎の２つの姿勢について微調整を行えるこ
とは言うまでもない。

【００２６】なお、以上説明した２例では、アクチュエ
ータとして空圧シリンダを使用しているが、それ以外の
アクチュエータ、例えば油圧シリンダ、電磁プランジ
ャ、サーボモータ等を用いたものが採用されても良い。
サーボモータを用いたものは、無段的な傾斜補正が可能
である。また、アクチュエータとエンドエフェクタ取付
プレート（あるいはエンドエフェクタ自身）を結合する
機械的な機構についても他の形態（例えば偏心カムを用
いた機構）が採用されても良い。

【００２７】

【発明の効果】本発明にによれば、簡単な構成で、少な
い軸数構成のロボットにおいてもエンドエフェクタの姿
勢調整が簡便に行えるようになる。そのため、高い費用
をかけて軸数の多いロボットを使用する必要がなくな
る。また、ロボットシステムの据え付けも、撓みの影響
を考慮せずに行なえば良く、作業が楽になる。

【００２８】また、高い位置決め精度を要するようなア
プリケーション（例；嵌合作業、把持時に要求されるハ
ンド姿勢精度が高い把持・運搬作業）にも少ない軸数構
成のロボットが使用し易くなった。

【００２９】更に、仮に軸数の多いロボットを使用する
こと前提にしても、ロボットの姿勢自体を調整せずに撓
みの影響を補正出来る手段が追加されることは、例えば
ロボットのジョグ操作、教示修正作業等に慣れていない
作業者でもロボット作業がやり易くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】負荷重量による撓みについて説明するために、
４軸構成のロボットを例示した図である。

【図２】図１に示したロボットについて、負荷重量によ
る撓みに対する従来の対策について説明するための図で
ある。

【図３】５軸構成のロボットを例示した図である。

【図４】本発明の一つの実施形態に係るエンドエフェク
タティルト機構の構造を説明する図で、（ａ）は正面
図、（ｂ）は要部側面図である。

【図５】本発明の別の実施形態において、傾斜自由度２
をもたせるための機構の要部を説明する図である。

【符号の説明】

１ コラム ２ 第１アーム ３ 第２アーム ４ 手首部 １１、１２、９１、９２ 吸盤 １０、２０、９０ ハンド（エンドエフェクタ） ３０ アーム先端部 ３１ フェイスプレート ３２ 取付面（フェイスプレートの下面） ４０、１４０ エンドエフェクタティルト機構の基部 ４１ ピボット軸 ４２ レバー支持軸 ５１、Ｒ１、Ｒ２ レバー ５２ 凸部 ５３ 回転軸 ５４ ロッド ５５、５６ 調整ボルト ６０、Ｇ１、Ｇ２ ガイド ７０ アクチュエータ（空圧シリンダ） ８０、１８０ エンドエフェクタ取付プレート ９０ エンドエフェクタ １１０ 球面軸受 １５０、１６０ アクチュエータユニット Ｂ 傾斜を調整した台 Ｗ 荷物

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットの先端部のエンドエフェクタ取
   付部とエンドエフェクタとの間に介在するように設けら
   れるエンドエフェクタのティルト機構であって、 基部と、該基部と前記エンドエフェクタを旋回可能に連
   結する連結手段と、前記エンドエフェクタを前記連結手
   段の回りで旋回駆動する調整駆動手段を備え、 前記調整駆動手段は、前記エンドエフェクタが少なくと
   も２つの姿勢を選択的にとらせるための動作が可能な少
   なくとも一つのアクチュエータを備えている、前記ティ
   ルト機構。
2. 【請求項２】 前記調整駆動手段が互いに離れた複数個
   所に設けられ、前記連結手段の回りでの旋回駆動の自由
   度が２以上である請求項１に記載された、前記ティルト
   機構。
3. 【請求項３】 前記エンドエフェクタにとらせる少なく
   とも２つの姿勢を微調整するための手段を備えた、請求
   項１に記載されたティルト機構。
4. 【請求項４】 前記エンドエフェクタにとらせる少なく
   とも２つの姿勢を微調整するための手段を備えた、請求
   項２に記載されたティルト機構。
5. 【請求項５】 前記ロボットの軸構成の軸数が４以下で
   ある、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載された
   ティルト機構。