JP2006263895A

JP2006263895A - ロボットハンドリング装置

Info

Publication number: JP2006263895A
Application number: JP2005089623A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hariki; 和夫針木; Masaru Oda; 小田　　勝; Yoshinori Rakuishi; 好紀落石; Tetsushi Ueda; 哲士上田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-10-05
Also published as: EP1704969A1; US20060245897A1; CN1836851A

Abstract

【課題】許容慣性モーメントの制限を越えてロボット用ハンドを回動させる。
【解決手段】ロボット用ハンドによってワークを搬送するロボットハンドリング装置において、ロボットのアームの先端の第一手首要素２４と、これに垂直な第二手首要素２５と、これに垂直な第三手首要素２６と、第三手首要素とロボット用ハンドのハンド本体３１とを連結する連結手段６０とを具備し、ハンド本体は、鉛直軸線Ｚ０回りにおけるハンド本体の慣性モーメントが互いに垂直な二つの水平軸線回りにおけるハンド本体の慣性モーメントのそれぞれよりも大きくなるように、配置されており、連結手段は、第三手首要素２６の第三軸線Ｊ６とハンド本体とが水平面に配置されるように、第三手首要素２６とハンド本体３１とを連結しており、第三手首要素の第三軸線が水平面に配置された状態で、ハンド本体の姿勢を鉛直軸線回りに変更するようにしたロボットハンドリング装置を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットの手首に取付けられたロボット用ハンドによってワークを搬送するロボットハンドリング装置に関する。

従来より、ロボットの手首に備えられたロボット用ハンドによって、ワークを搬送および位置決めしている。種々の形式のロボット用ハンドが存在しており、ロボットの手首を挿入できない程度の狭い場所にワークを搬出・搬入する場合、またはロボットからワークまでの距離が長く、それにより、ロボットのアームのストロークが不足する場合などには、先端に把持手段を備えた細長状のハンド本体を有するロボット用ハンドが使用されている。

図５は特許文献１および特許文献２に開示されるような従来技術のアーム式ロボットを示す斜視図である。図５に示されるように、ロボットのアーム１２０の先端には手首２００が取付られている。この手首は連結部３２０を介してロボット用ハンド３００に連結されている。図示されるように、ロボット用ハンド３００のハンド本体３１０は水平面に配置された細長状の平坦部材である。そして、ロボット用ハンド３００の先端には把持手段３５０が設けられおり、この把持手段３５０は複数の吸着パッド３６０を備えている。

また、図６はハンド本体３１０を簡略化して示す略側面図である。図６に示されるように、手首２００の軸部２４０は矢印Ａのようにアーム１２０の軸線回りに回転できる。さらに、手首２００は、軸部２４０に対して垂直な軸線回りに矢印Ｂのように回転できる軸部２５０と、軸部２５０に対して垂直な軸線回りに矢印Ｃのように回転できる軸部２６０とを含んでいる。従って、手首２００の軸部２６０はハンド本体３１０の長手方向に対して垂直に連結することになる。これら軸部２４０、２５０、２６０の矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示される個々の回転動作、およびこれら回転動作を適宜組み合わせることによって、ロボット用ハンド３００を動作させられる。ロボット用ハンド３００のハンド本体３１０は細長状の平坦部材であるので、ロボット用ハンド３００は手首２００が進入できない狭い場所、例えばプレス機械内部などに容易に進入でき、またハンド本体３１０の長さ分だけアーム１２０のストローク不足を補償できる。特許文献１および特許文献２に開示されるように、ハンド本体３１０が複数のリンクから構成されている場合も同様である。
特開２００１−３０１９０号公報特開２００２−３０７３４２号公報

ロボットが搬送できるワークは、ロボットの手首可搬重量、手首２００の許容慣性モーメントまたは許容イナーシャなどによって制限される。このため、搬送すべきワーク４００（図６を参照されたい）の重量がロボットの手首可搬重量以内であると共に、ロボット用ハンド３００の慣性モーメントがロボットの手首許容慣性モーメント以内であることが必要とされる。そして、ロボット用ハンド３００の慣性モーメントが許容慣性モーメントを越える場合には、ロボット用ハンド３００は回動不能となってワーク４００を搬送できなくなる。

図５および図６を参照して説明した従来技術のロボットの場合において、連結部３２０付近において互いに直行する軸線Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１を設定する。図５から分かるように、軸線Ｘ１は水平面に含まれていてハンド本体３１０の長手方向に対して平行であり、軸線Ｙ１は同一の水平面に在る軸線Ｘ１に対して垂直な軸線であり、さらに軸線Ｚ１はこれら軸線Ｘ１、Ｙ１に対して垂直である。そして、これら軸線Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１回りの慣性モーメントをそれぞれＩＸ１、ＩＹ１、ＩＺ１とすると、ロボット用ハンド３００のハンド本体３１０が水平面に配置された細長状の平坦部材であるので、これら慣性モーメントＩＸ１、ＩＹ１、ＩＺ１においては、ＩＺ１＞ＩＹ１＞ＩＸ１の関係が成立する。

つまり、軸線Ｚ１回りの慣性モーメントＩＺ１が最も大きい。図５および図６から分かるように、軸部２６０はハンド本体３１０に対して垂直に連結されているので、この慣性モーメントＩＺ１は軸部２６０のみによってロボット用ハンド３００（およびワーク４００）を回動させる際に発生する。言い換えれば、最も大きい慣性モーメントＩＺ１を伴う回動動作は軸部２６０のみによって行われる。なお、他の慣性モーメントＩＸ１、ＩＹ１は軸部２４０、２５０の両方かまたは軸部２５０単独でロボット用ハンド３００（およびワーク４００）を回動させるときに発生する。

このように慣性モーメントＩＺ１は他の慣性モーメントＩＸ１、ＩＹ１よりも大きいので、軸部２６０回りでロボット用ハンド３００を回動させる際には、慣性モーメントＩＺ１が許容慣性モーメントを越えることが多く、従って、ロボット用ハンド３００が回動不能となってワーク４００の搬送不能となりやすい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、許容慣性モーメントによる制限を越えてロボット用ハンドを回動させられるロボットハンドリング装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目に記載の発明によれば、ロボット用ハンドによってワークを搬送するロボットハンドリング装置において、ロボットのアームの先端に、該アーム長手方向における第一軸線回りに回転可能に設けられた第一手首要素と、該第一手首要素に、前記第一軸線に対して略垂直な第二軸線回りに回転可能に設けられた第二手首要素と、該第二手首要素に、前記第二軸線に対して略垂直な第三軸線回りに回転可能に設けられた第三手首要素と、該第三手首要素と前記ロボット用ハンドのハンド本体とを連結する連結手段とを具備し、前記ハンド本体は、鉛直軸線回りにおける前記ハンド本体の慣性モーメントが互いに垂直な二つの水平軸線回りにおける前記ハンド本体の慣性モーメントのそれぞれよりも大きくなるように、配置されており、前記連結手段は、前記第三手首要素の前記第三軸線と前記ハンド本体とが水平面に配置されるように、前記第三手首要素と前記ハンド本体とを連結しており、前記第三手首要素の前記第三軸線が水平面に配置された状態で、前記ハンド本体の姿勢を前記鉛直軸線回りに変更するようにしたロボットハンドリング装置が提供される。

すなわち１番目の発明において第三手首要素の第三軸線が水平方向にある状態でハンド本体の姿勢を鉛直軸線回りに変更するときには、ロボット用ハンド（およびワーク）の負荷は第一手首要素および第二手首要素の両方によって複合的に支持される。従って、鉛直軸線回りの慣性モーメントは、第三手首要素（軸部２６０）のみで支持する従来技術の場合とは異なり、第一手首要素および第二手首要素の両方によって分散される。従って、比較的重いワークであっても、従来技術の場合の許容慣性モーメントによる制限を越えてロボット用ハンドを回動させることが可能となる。

２番目の発明によれば、ロボット用ハンドによってワークを搬送するロボットハンドリング装置において、アームの先端に、該アーム長手方向における第一軸線回りに回転可能に設けられた第一手首要素と、該第一手首要素に、前記第一軸線に対して略垂直な第二軸線回りに回転可能に設けられた第二手首要素と、該第二手首要素に、前記第二軸線に対して略垂直な第三軸線回りに回転可能に設けられた第三手首要素と、該第三手首要素と前記ロボット用ハンドのハンド本体とを連結する連結手段とを具備し、前記ハンド本体は、該ハンド本体が配置される第一の面に対して垂直な軸線回りにおける前記ハンド本体の慣性モーメントが前記第一の面に含まれる互いに垂直な二つの軸線回りにおける慣性モーメントのそれぞれよりも大きくなるように、配置されており、前記連結手段は、前記第三手首要素の前記第三軸線が含まれる第二の面と前記第一の面とが互いに平行になるように、前記第三手首要素と前記ハンド本体とを連結しており、前記第三手首要素の前記第三軸線が前記第二の面に含まれた状態で、前記ハンド本体の姿勢を前記第一の面に対して垂直な前記軸線回りに変更するようにしたロボットハンドリング装置が提供される。

すなわち２番目の発明において第三手首要素の第三軸線が第二の面にある状態でハンド本体の姿勢を第一の面に対して垂直な軸線回りに変更するときには、ロボット用ハンド（およびワーク）の負荷は第一手首要素および第二手首要素の両方によって複合的に支持される。従って、当該軸線回りの慣性モーメントは、第三手首要素（軸部２６０）のみで支持する従来技術の場合とは異なり、第一手首要素および第二手首要素の両方によって分散される。従って、比較的重いワークであっても、従来技術の場合の許容慣性モーメントによる制限を越えてロボット用ハンドを回動させることが可能となる。

３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記連結手段がＬ字形状ブラケットである。
すなわち３番目の発明においては、Ｌ字形状ブラケットの一面において第三手首要素を支持すると共に、前記一面に対して垂直な他面においてハンド本体を支持するようにする。従って、第三手首要素の第三軸線と前記ハンド本体とを水平面に配置すること、または第二の面と第一の面とを互いに平行にすることを、比較的簡易な構成の連結手段により行うことができる。

４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記ロボット用ハンドの前記ハンド本体は細長状の平坦部材であり、第一のプレス機械において処理された板状ワークを概ね水平に維持した状態で取出して、第二のプレス機械まで搬送するようにした。
すなわち４番目の発明においては、開放状態にあるプレス機械の比較的狭い空間にロボット用ハンドのハンド本体を容易に進退させられ、第一のプレス機械から第二のプレス機械までワークを迅速に搬送することができる。

各発明によれば、許容慣性モーメントによる制限を越えてロボット用ハンドを回動させられるという共通の効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、連結手段を比較的簡易にすることができるという効果を奏しうる。
さらに、４番目の発明によれば、第一のプレス機械から第二のプレス機械までワークを迅速に搬送できるという効果を奏しうる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明に基づくロボットハンドリング装置を備えたロボットの斜視図である。図１に示される垂直多間接型ロボット１０においては、軸線Ｊ１回りに回転可能な回転胴Ｂ１がベースＢ０上に設置されている。回転胴Ｂ１は軸線Ｊ２回りで回動可能なアーム１１に連結されており、このアーム１１は軸線Ｊ３回りで回動可能なアーム１２に連結されている。図示されるようにアーム１２の先端１２ａには、ロボット１０の手首２０が備えられている。

図２はロボットの手首周りを拡大して示す拡大側面図である。この手首２０は三自由度で動作するよう形成されている。図２に示されるように、手首２０の軸部２４は、アーム１２と同心であって軸線Ｊ４回りに回転するようにアーム１２の先端１２ａに設けられている。さらに、手首２０は軸部２４に対して垂直な軸線Ｊ５回りに回転する軸部２５と、この軸部２５に対して垂直な軸線Ｊ６回りに回転する軸部２６とを有している。従って、本発明のロボット１０は軸線Ｊ１〜Ｊ６回りに動作する六軸構成の垂直多間接型ロボットである。ロボット１０は図示しないロボット制御装置によって軸線Ｊ１〜Ｊ６回りに動作されるものとする。

さらに、図１および図２に示されるように、軸部２６の先端は、連結部材６０によってロボット用ハンド３０のハンド本体３１に連結されている。特に図２から分かるように、連結部材６０は略Ｌ字形状ブラケットであり、互いに垂直な二つの面６１、６２を備えている。図示される実施形態においては、連結部材６０の一方の面６１が軸部２６の先端に連結されており、連結部材６０の他方の面６２がハンド本体３１にネジ等により連結されている。後述するようにロボット用ハンド３０のハンド本体３１は細長状の平坦部材であるので、連結部材６０によって軸部２６とハンド本体３１とが連結されると、軸部２６はハンド本体３１の長手方向に対して概ね平行になる。従って、ハンド本体３１が水平面に配置されているときには、手首２０の軸部２６はこの水平面に対して平行な他の水平面に配置されることになる。なお、連結部材６０は必ずしもＬ字形状ブラケットである必要はなく、軸部２６をハンド本体３１の長手方向に対して平行に支持することのできる他の部材であってもよい。

図示される実施形態においては、ロボット用ハンド３０のハンド本体３１は水平面に配置された細長状の平坦部材である。ハンド本体３１の先端３１ａには把持部材３５が連結部３３を介して設けられている。把持部材３５は連結部３３に接続されたフレーム３４を含んでおり、フレーム３４の縁部における複数の所定位置には吸着パッド３６がそれぞれ設けられている。これら吸着パッド３６は図２において仮想線で示されるワーク４０を吸着することができる。なお、このワーク４０はロボット１０の手首２０の可搬重量以内にあるものとする。また、ハンド本体３１の基端にはカウンタウェイト３９が設けられており、それにより、ロボット用ハンド３０の回動時にはカウンタウェイト３９が把持部材３５（およびワーク４０）とバランスするようになる。

図３はハンド本体３１を簡略化して示す模式図であり、理解を容易にするために図３においては把持部材３５、ワーク４０およびカウンタウェイト３９等を省略している。前述したようにロボット用ハンド３０のハンド本体３１は水平面に配置された細長状の平坦部材であり、図３においてはハンド本体３１は直方体として描かれている。そして、連結部材６０（図３には示さない）付近において互いに直行する軸線Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０を図示されるように設定する。軸線Ｘ０は水平面に含まれていてハンド本体３１の長手方向に対して平行であり、軸線Ｙ０は同一の水平面に在る軸線Ｘ０に対して垂直な軸線であり、さらに軸線Ｚ０はこれら軸線Ｘ０、Ｙ０に対して垂直である。
また、ハンド本体３１のＺ０方向の辺を辺ａ、Ｙ０方向の辺を辺ｂおよびＸ０方向の辺を辺ｃとする（ａ＜ｂ≪ｃ）。ここで、これら軸線Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０回りのそれぞれの慣性モーメントＩＸ０、ＩＹ０、ＩＺ０はそれぞれ以下の式（１）〜式（３）により示される。
ＩＸ０＝（ａ²＋ｂ²）Ｍ／１２（１）
ＩＹ０＝（ａ²＋４ｃ²）Ｍ／１２（２）
ＩＺ０＝（ｂ²＋４ｃ²）Ｍ／１２（３）
なお、Ｍはハンド本体３１および把持部材３５（ならびにワーク４０）の重量に応じて定まる定数である。そして、ハンド本体３１の各辺ａ、ｂ、ｃにはａ＜ｂ≪ｃの関係がある。従って、上記式（１）から（３）で表される慣性モーメントＩＸ０、ＩＹ０、ＩＺ０には、ＩＸ０≪ＩＹ０＜ＩＺ０の関係があり、軸線Ｚ１回りの慣性モーメントＩＺ１が最も大きい。

ところで、図５および図６を参照して説明した従来技術のロボットのハンド本体３１０が水平面内に在るときには軸部２６０が鉛直向きになるので、最も大きい慣性モーメントＩＺ１（ＩＺ０に対応する）を伴う回動動作は軸部２６０のみによって行われていた。その結果、この慣性モーメントＩＺ１が許容慣性モーメントを越える場合には、ロボット用ハンド３００をＺ１軸回りに回動させられなくなる事態が生じていた。

これに対し、本発明に基づくロボット１０においては、略Ｌ字形状の連結部材６０によって軸部２６とハンド本体３１とが連結されているので、ロボット用ハンド３０のハンド本体３１が水平面内に在るときには、軸部２６も概ね水平方向を向くようになる。このため、図１および図２から分かるように、慣性モーメントＩＺ０を伴うＺ０回りにおけるロボット用ハンド３０の回動動作は軸部２４および軸部２５の両方によって複合的に行われる。従って、本発明においては、ロボット用ハンド３０（およびワーク４０）の負荷および慣性モーメントがこれら軸部２４、２５によって分散される状態になる。すなわち、ロボット用ハンド３０の回動時には軸部２４および軸部２５がロボット用ハンド３０（およびワーク４０）を複合的に支持する構成であるために、従来技術の場合の許容慣性モーメントの制限を越えて、比較的重いワーク４０を伴う場合であっても、ロボット用ハンド３０を回動させることができ、その結果比較的重いワーク４０を搬送することが可能となる。

なお、本発明に基づくロボット１０において、軸線Ｘ０回りにおけるロボット用ハンド３０の回動動作は軸部２６のみによって行われ、軸線Ｙ０回りにおけるロボット用ハンド３０の回動動作は軸部２５のみによって行われるかまたは軸部２４と軸部２５とによって複合的に行われる。これら軸線Ｘ０、Ｙ０回りの慣性モーメントＩＸ０、ＩＹ０は軸線Ｚ０回りの慣性モーメントＩＺ０よりも小さいので、軸線Ｚ０回りに回動不能となる前に、これら軸線Ｘ０、Ｙ０回りに回動不能となることはない。

さらに、図面を参照して説明した実施形態においては、ロボット用ハンド３０のハンド本体３１が水平面に配置された細長状の平坦部材であるが、慣性モーメントＩＺ０が慣性モーメントＩＸ０、ＩＹ０よりも大きくなる他の形状のハンド本体３１を使用する場合であっても本発明を適用することができる。

図４は本発明に基づくロボットの適用例を示す斜視図である。図４においては、上方型４１と下方型４２とを備えたプレス機械４９が示されている。プレス機械４９の上方型４１は四つの支柱４５に沿って摺動し、それにより、プレス機械４９が開放するようになる。また、プレス機械４９と同様に、支柱５５に沿って摺動する上方型５１と下方型５２とを備えたプレス機械５９がプレス機械４９の隣に配置されている。図４に示されるように、本発明に基づくロボット１０はプレス機械４９とプレス機械５９との間に配置されている。

ロボット１０のロボット用ハンド３０のハンド本体３１は細長状の平坦部材であるので、ロボット用ハンド３０は上方型４１と下方型４２との間の比較的狭い空間にまたはこの空間から容易に進退でき、またハンド本体３１の長さ分だけアーム１２のストローク不足を補うことが可能となる。次いで、上方型４１と下方型４２との間の板状ワーク４０を吸着パッド３６（図１等を参照されたい）によって吸着してプレス機械４９から取り出す。その後、この板状ワーク４０を次工程のプレス機械５９に向かって迅速に搬送し、プレス機械５９における上方型５１と下方型５２の間に配置する。

ロボット１０がこのように使用される場合には、上方型４１と下方型４２との間から取り出された板状ワーク４０が比較的重い場合であっても、従来技術の場合の許容慣性モーメントを越えて板状ワークを搬送できるので、特に有利である。

本発明に基づくロボットハンドリング装置を備えたロボットの斜視図である。ロボットの手首周りを拡大して示す拡大側面図である。ハンド本体を簡略化して示す模式図である。本発明に基づくロボットの適用例を示す斜視図である。従来技術のアーム式ロボットを示す斜視図である。従来技術のハンド本体を簡略化して示す略側面図である。

符号の説明

１０ロボット
１１アーム
１２アーム
１２ａ先端
２０手首
２４軸部
２５軸部
２６軸部
３０ロボット用ハンド
３１ハンド本体
３１ａ先端
３３連結部
３４フレーム
３５把持部材
３６吸着パッド
３９カウンタウェイト
４０ワーク
４９、５９プレス機械
６０連結部材
６１一方の面
６２他方の面
ＩＸ０、ＩＹ０、ＩＺ０慣性モーメント
Ｊ１〜Ｊ６軸線

Claims

ロボット用ハンドによってワークを搬送するロボットハンドリング装置において、
ロボットのアームの先端に、該アーム長手方向における第一軸線回りに回転可能に設けられた第一手首要素と、
該第一手首要素に、前記第一軸線に対して略垂直な第二軸線回りに回転可能に設けられた第二手首要素と、
該第二手首要素に、前記第二軸線に対して略垂直な第三軸線回りに回転可能に設けられた第三手首要素と、
該第三手首要素と前記ロボット用ハンドのハンド本体とを連結する連結手段とを具備し、
前記ハンド本体は、鉛直軸線回りにおける前記ハンド本体の慣性モーメントが互いに垂直な二つの水平軸線回りにおける前記ハンド本体の慣性モーメントのそれぞれよりも大きくなるように、配置されており、
前記連結手段は、前記第三手首要素の前記第三軸線と前記ハンド本体とが水平面に配置されるように、前記第三手首要素と前記ハンド本体とを連結しており、
前記第三手首要素の前記第三軸線が水平面に配置された状態で、前記ハンド本体の姿勢を前記鉛直軸線回りに変更するようにしたロボットハンドリング装置。
ロボット用ハンドによってワークを搬送するロボットハンドリング装置において、
アームの先端に、該アーム長手方向における第一軸線回りに回転可能に設けられた第一手首要素と、
該第一手首要素に、前記第一軸線に対して略垂直な第二軸線回りに回転可能に設けられた第二手首要素と、
該第二手首要素に、前記第二軸線に対して略垂直な第三軸線回りに回転可能に設けられた第三手首要素と、
該第三手首要素と前記ロボット用ハンドのハンド本体とを連結する連結手段とを具備し、
前記ハンド本体は、該ハンド本体が配置される第一の面に対して垂直な軸線回りにおける前記ハンド本体の慣性モーメントが前記第一の面に含まれる互いに垂直な二つの軸線回りにおける慣性モーメントのそれぞれよりも大きくなるように、配置されており、
前記連結手段は、前記第三手首要素の前記第三軸線が含まれる第二の面と前記第一の面とが互いに平行になるように、前記第三手首要素と前記ハンド本体とを連結しており、
前記第三手首要素の前記第三軸線が前記第二の面に含まれた状態で、前記ハンド本体の姿勢を前記第一の面に対して垂直な前記軸線回りに変更するようにしたロボットハンドリング装置。
前記連結手段がＬ字形状ブラケットである請求項１または２に記載のロボットハンドリング装置。
前記ロボット用ハンドの前記ハンド本体は細長状の平坦部材であり、
第一のプレス機械において処理された板状ワークを概ね水平に維持した状態で取出して、第二のプレス機械まで搬送するようにした請求項１から３のいずれか一項に記載のロボットハンドリング装置。