JP2007296607A - 部品ピックアップ装置および部品ピックアップ方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】大きなコストアップを招くことなく、簡易な構成で部品のピックアップ作業を行えるようにする。
【解決手段】ロボット1のアーム11の先端部にホーキマニピュレータ13と、チリトリトレイ33を取り付ける。ホーキマニピュレータ13は、先端にホーキ部31を備え、部品箱5内の部品7を、水平方向にずらすようにして移動させることで、チリトリトレイ33に移載する。
【選択図】図1
【解決手段】ロボット1のアーム11の先端部にホーキマニピュレータ13と、チリトリトレイ33を取り付ける。ホーキマニピュレータ13は、先端にホーキ部31を備え、部品箱5内の部品7を、水平方向にずらすようにして移動させることで、チリトリトレイ33に移載する。
【選択図】図1
Description
本発明は、部品収納手段に収納している部品をピックアップする部品ピックアップ装置および部品ピックアップ方法に関する。
例えば自動車などの製品の生産工場において、ロボットが部品を把持して(ピックアップして)次の生産工程に搬送する作業は通常よく行われている。このような部品をピックアップする作業には、例えば下記特許文献1,2に記載されているように、視覚センサによって部品の位置や姿勢を検出し、この検出した位置姿勢に基づいてロボットの位置姿勢を制御して行っている。
視覚センサの典型的な例としては、視覚センサとしてCCDカメラで撮影した画像から、教示されたテンプレート画像と同じ形状の対象物を視覚センサ制御装置での画像処理により部品の位置や姿勢を検出するものや、3次元の視覚センサを用いて部品の位置や姿勢を検出するものがある。
特開平11−300670号公報
特開平2004−196548号公報
しかしながら、上記したような従来の部品ピックアップ装置にあっては、ピックアップ作業の汎用性を高めるために、高機能な視覚センサが必要であるとともに、それに対応して動作する高機能な汎用ハンドも必要であり、ピックアップ作業を行う上で、大きなコストアップを招いている。
そこで、本発明は、大きなコストアップを招くことなく、簡易な構成で部品のピックアップ作業を行えるようにすることを目的としている。
本発明は、ロボットのアームの先端部に、少なくとも部品載置面を備える部品移載手段と、部品収納手段に収納した状態の部品を、該部品収納手段からその側部開口を経て前記部品移載手段に案内する部品案内手段と、この部品案内手段を駆動する駆動手段とをそれぞれ設けたことを最も主要な特徴とする。
本発明によれば、部品案内手段が、部品収納手段に収納した状態の部品を、部品収納手段からその側部開口を経て部品移載手段に案内するようにしたので、特に高機能な視覚センサや高機能な汎用ハンドを必要とすることなく、簡易な構成で部品のピックアップ作業を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態を示す部品ピックアップ装置の簡略化した側面図で、図2は、図1の部品ピックアップ装置を用いたシステム全体の斜視図である。ここでの部品ピックアップ装置は、基本的に自動車用部品などの小物部品を、ロボット1により自動ピックアップする工程に適用する。
図2に示すように、上記したロボット1の一側部には、部品供給棚3を設置し、部品供給棚3には、多数の部品箱5を配置する。この部品箱5内の各種の部品7を、ロボット1が把持してピックアップし、ロボット1の他側部に設けてある移動台車としての搬送台車9に投入する。搬送台車9は、図2中の矢印Aで示す方向に移動可能であり、部品7の投入を適宜受けた状態で、矢印Aの方向に移動して次の加工工程へ部品7を搬入する。
ロボット1は、図3にも示すように、アーム11の先端部に設けた取付具15の上部前端面に、ブラケット17を介して駆動手段としてのホーキマニピュレータ13を連結している。ホーキマニピュレータ13は、ブラケット17側の基端部に、回転機構部19を備えている。回転機構部19は、ホーキマニピュレータ13を、鉛直方向に延びる第1回転支持軸19aを中心として矢印Bで示す方向に回転させるとともに、図3中で紙面に直交する方向に延びる第2回転支持軸19bを中心として矢印Cで示す方向に回転させる機能を有する。
上記した回転機構部19には第1アーム23の基端部が連結され、第1アーム3の先端部は、図3中で紙面に直交する方向に延びる第3回転支持軸25を介して第2アーム27の基端部を、矢印Dで示す方向に回転可能に連結する。
そして、上記した第2アーム27の先端部に、第4回転支持軸29を介して部品案内手段としてのホーキ部31の基端部を回転可能に連結し、これによりホーキマニピュレータ13は、4軸関節型のマニピュレータとして構成している。
一方、前記した取付具15の下部前端面には、部品移載手段としてのチリトリトレイ33を装着する。チリトリトレイ33は、一般に使用されているごみを集めるためのチリトリと同様に、上部および前部が開放し、少なくとも前記した部品7を載置する部品載置面33aを備えている。また、部品載置面33aの後方に、取付具15に取り付ける部位となる取付面33bを備えるとともに、部品載置面33aの左右両側に側板33cを備えている。
前記図1に示した部品箱5は、上部が開放するとともに、一側部に設けた開閉板5aを下端を回転支点部5bとして回転可能として、この一側部を側部開口5cとして開放可能としている。上記した開閉板5aを図1のように開放した状態で、内部に収納している部品7を、ホーキ部31により、ごみをチリトリに集めるがごとく、チリトリトレイ33に案内する。
部品箱5に収納する部品7としては、例えば前述したように自動車用部品であるが、具体的には、スピーカ、ショックアブソーバ、ステアリング7、ドアミラー、針金、ハーネス類、ビニールシートなどである。これらの部品7を、それぞれ個別に前記した部品箱5に収納した状態とする。
図4,図5は、部品箱5に、各種の部品7を収納した荷姿の基本的な状態を模式的に示したもので、この荷姿状態の部品7に対し、前記したロボット1がピックアップ作業を行う。
図4(a)は、前記したスピーカやドアミラーに相当する部品7(7a)を、互いに直交する方向にm個×n個整列して配置したものであり、図4(b)は、前記したショックアブソーバに相当する長尺な部品7(7b)を、一方向にp個配列したものであり、また、図4(c)は、前記した針金やハーネス類に相当する部品7(7c)を、ランダムに配置したものである。
部品7の大きさ(主に高さ)と部品箱5との関係から、部品7を多段重ね可能な場合には、図5(a)〜(c)のように部品7を配置する。これら図5(a)〜(c)は、前記した図4(a)〜(c)のそれぞれの部品7の配置状態を上方に2段重ねた状態に相当する。もちろん2段に限ることはなく、3段、4段と重ねてもよい。例えば、前記した針金やハーネス類は、部品箱5に収納する際に多段重ねの荷姿となる。
次に、上記したロボット1を用いた部品7のピックアップ作業について説明する。図6は、前記図4(a)に示した荷姿のスピーカなどに相当する部品7(7a)を、部品箱5からチリトリトレイ33に移載する基本的な動作を示している。
まず、図6に示すように、部品箱5の開閉板5aを作業者が手作業で開放した状態で(別のロボットが開放してもよい)、ロボット1の教示動作により、アーム11の先端を図2に示す部品供給棚3上の最前部に位置する部品箱5の近傍に移動させるが、この際部品箱5の開閉板5aの下部の回転支点部5b付近に、チリトリトレイ33の先端縁部33dを整合させる。これにより部品箱5の底5dとチリトリトレイ33の部品載置面33aとがほぼ同一水平面となるよう一致させるか、あるいは、チリトリトレイ33の部品載置面33aが部品箱5の底5dより僅かに鉛直方向下方となるようにする。
この状態でホーキマニピュレータ13を駆動して、ホーキ部31を、図6の実線で示すように側部開口5c側の一つの部品7とその後方の部品7との間に先端を入り込ませる。図6の実線で示す状態からホーキ部31を、ホーキマニピュレータ13の駆動により、矢印Fで示すように、側部開口5c側に水平移動させることで、一つの部品7を水平方向にずらしながら移動させつつ部品箱5の外部に押し出し、チリトリトレイ33内に案内し移載する。この際、部品7は、図6の二点差線の位置からさらに奥まで移動させて、取付面33bの近傍位置に移載する。
以後、ホーキマニピュレータ13の回転機構部19における第1,第2回転支持軸19a,19bを中心として第1アーム23を、第3回転支持軸25を中心として第2アーム27を、さらに第4回転支持軸29を中心としてホーキ部31を、それぞれ適宜回転動作させた上で、ホーキ部31の先端を、移載しようとする部品7のチリトリトレイ33と反対側に位置させ、この状態で上記と同様にして他の部品7を部品箱5からチリトリトレイ33にずらすようにして移動させて移載し、最終的には、各部品7を、部品箱5内の荷姿とほぼ同様の荷姿でチリトリトレイ33に移載することになる。
部品箱5内の部品7をすべてチリトリトレイ33に移載したら、ロボット1の教示動作により、アーム11の先端を搬送台車9付近まで移動させ、チリトリトレイ33の先端が後端部よりも鉛直方向下方とすることで、チリトリトレイ33内の部品7を搬送台車9内に投入する。
なお、アーム11の先端を搬送台車9付近まで移動させる際には、チリトリトレイ33の先端を後端部よりも鉛直方向上方とした状態で移動させることで、チリトリトレイ33内の部品7の落下を防止することができる。部品7の投入を受けた搬送台車9は、図2中で矢印Aの方向に移動して次の加工工程へ部品7を搬入する。
部品7をすべて取り出して空になった部品箱5は、作業者あるいは別途設けたロボットによって部品供給棚3から取り除く。空の部品箱5を部品供給棚3から取り除いたら、その後部に位置する部品7が収納されている部品箱5が最前部に移動する。部品箱5の最前部への移動は、部品供給棚3に傾斜を設けて滑り落ちるように構成したり、あるいはコンベアなどの搬送手段によって実現する。
上記した第1の実施形態によれば、ホーキ部31が、部品箱5に収納した状態の部品7を、部品箱5からその側部開口5cを経てチリトリトレイ33に、水平方向にずらして案内するようにしたので、高機能な視覚センサや汎用ハンドを必要とすることなく、簡易な構成で部品7のピックアップ作業を行うことができ、コスト低下を達成することができる。
従来では、ロボットが、3次元視覚認識装置などの、部品を汎用的に認識するセンサ部を持ち、さらにそのハンドは、部品を汎用的に把持可能な形態となっており、部品の位置、種類を認識後、ロボットハンドが部品にアプローチし、部品を把持してピックアップし、さらに作業空間を経て、搬送台車上に移載する、という方法を採用している。
すなわち、従来の把持ハンドでは、部品を把持することが基本動作であるため、部品の大きさや形状に応じて、高度な、例えば軸数として8〜12軸程度必要となるのが一般的である。このため、従来の把持ハンドでは。汎用性の実現が困難であるばかりでなく、把持成功率の低さや、サイクルタイムの増大、把持ハンドの複雑・大型・高コスト化などが大きな問題となっている。
これに対して本実施形態の場合は、ロボット1による部品7の保持は、部品箱5からチリトリトレイ33への水平移動で済み、その結果、高度な認識装置および汎用的な把持ハンドが不要であり、大幅な簡易化、コスト低下が可能となる。
なお、前記図3に示したホーキマニピュレータ13は、4軸関節型として採用しているが、例えば直交座標型や円筒型、あるいはスカラ型で構成してもよい。また軸数に関しても必ずしもサーボ駆動可能な4軸が必要なわけではなく、部品箱5に正対した状態で、水平面上で左右方向および前後方向に移動可能(サーボ軸)とするとともに、先端のホーキ部が上下方向に移動する(ON/OFF動作軸)構造としてもよい。
図7,図8は、本発明の第2の実施形態として、より具体化したホーキ部31Aを例示している。このホーキ部31Aは、複数本(ここでは5本)の棒状の指部35を、図7のように閉じた状態と、図8のように扇状に開いた状態となるように、基端部37を支点として回転可能としている。
複数本の指部35を、図7のように閉じた状態とすることで、スピーカなどに相当する部品7(7a)の一つを、チリトリトレイ33に移載することができる。この際、閉じた状態のホーキ部31Aの幅を部品7(7a)の同方向の幅より狭くすることで、その両側に隣接する部品7(7a)に干渉することなく、一つの部品7(7a)のみを確実に移載することができる。
一方、複数本の指部35を、図8(a)のように開いた状態とすることで、ショックアブソーバに相当する長尺な部品7(7b)の一つを、チリトリトレイ33に移載することができる。また、複数本の指部35を、図8(b)のように開いた状態とすることで、スピーカに相当する部品7(7a)の一列分にあたる3個を、同時に移載することができる。この際、各指部35の開き角度によって整列配置している部品7(7b)の任意個数を移載することができる。
上記した複数本の指部35を、図7の閉じた状態と、図8の開いた状態とに切り換える機構としては、例えば、各指部35の基端部をホーキマニピュレータ13の先端部に対して各別に回転可能とする。この際、中央1本の指部35は固定とし、その両側の4本を移動可能とするが、固定の指部35に隣接する2本の指部35の開き角度を例えば約20度とし、そのさらに外側2本の指部35の開き角度を約40度とする。
これら指部35の開閉動作の駆動源としては、閉側と開側の2位置の位置決めでよいため、安価なエア駆動で充分である。すわなわ、直動型エアシリンダまたは回動型エアアクチュエータなどが採用可能である。また、2位置をそれぞれ独立したエア駆動回路とせずに、戻り(閉)位置はスプリングなどを用いた方式としても構わない。
また、駆動機構のコンパクト化を図るために、ワイヤなどを用いた遠隔操作によって指部35を開閉させてもよい。指部35の本数がさらに増えた場合でも、上記と同様の機構が採用可能である。
なお、指部35の開き角度や速度を適宜調整可能としてもよい。
図9は、本発明の第3の実施形態として、他の例のホーキ部31Bを示している。このホーキ部31Bは、複数本(ここでは5本)の棒状の指部39を、図9(a)のように閉じた状態と、図9(b)のようにのれん状に開いた状態となるように、長尺の基端部41に沿ってスライド移動可能としている。
これにより、前記した図7,図8でのホーキ部31Aと同様の使用形態を実施することができる。そして、上記図9の実施形態では、各指部39を直線駆動機構としているので、各指部39の先端の上下位置が同等となり、図8(a)のように長尺の部品7(7b)を移載する場合や、図8(b)のように複数の部品7(7a)を同時に移載する場合には、図7,図8に示したホーキ部31Aに比較して部品7の移載作業が容易となる。
逆に、図7,図8に示したホーキ部31Aは、図9のホーキ部31Bに比較してコンパクト化が図れる。
なお、各指部39を直線駆動する機構としては、前記した指部35を回転させる機構と同様に、中央1本の指部39を固定とし、その両側の4本を移動可能とするが、最も外側に位置する2本の指部39を、基端部41に対して最も外側に移動させ、その内側2本の指部39を、外側2本の指部39と中央1本の指部39との間に位置するように移動させる。
すなわち、この直線駆動機構においても、指部39の停止位置は、閉側と開側の2位置であり、したがって駆動源は、前記した回転駆動源と同様に、安価なエアシリンダを使用でき、また、駆動機構のコンパクト化を図るために、ワイヤなどを用いた遠隔操作によって指部39を移動させてもよい。
図10は、本発明の第4の実施形態として、さらに他の例のホーキ部31Cを示している。このホーキ部31Cは、そのコンパクト化、特に高さ方向の寸法を抑え、熊手のような形状としている。
すなわち、このホーキ部31Cは、複数本(ここでは5本)の棒状の指部43を水平配置し、これら各指部43を、図10(a)のように閉じた状態と、図10(b)のように扇状に開いた状態となるように、基端部45を支点として回転可能としている。この際上記した指部43は、先端に部品7を引っ掛ける爪部43aを備えている。ホーキ部31Cの回転機構は、前記図7,図8のものを適用できる。
上記した図7〜図10に示す例は、部品案内手段としてのホーキ部31A,31B,31Cが、部品7の形状に応じて形状が変化するものに相当する。
図11(a)は、本発明の第5の実施形態として、複数の異なる部品7(7a,7b,7c)を、チリトリトレイ33に移載する例を示す。この実施形態は、前記図2における各部品箱5から、異なる部品7(7a,7b,7c)を、図11(a)のようにチリトリトレイ33に移載する。そして、これら異なる部品7(7a,7b,7c)を搬送台車9に投入する。
従来では、上記した異なる部品7(7a,7b,7c)は把持ハンドが1個ずつ把持して搬送台車に投入しているので、このような従来のものに対して本実施形態では、複数の異なる部品7(7a,7b,7c)を同時に搬送台車9に投入できるので、ピックアップ作業のサイクルタイムを大幅に短縮することができる。
図11(b)は、本発明の第6の実施形態として、上記図11(a)による第5の実施形態に対し、チリトリトレイ33に移載した互いに異なる部品7(7a,7b,7c)相互間を、仕切部材としての仕切板47,49,51で仕切るようにしている。
各仕切板47,49,51相互の開口部から、具体的には仕切板47と49との間から部品7aを、仕切板51と49との間から部品7cを、それぞれチリトリトレイ33の奥部に移載するように、ホーキマニピュレータ13が動作する。
仕切板47と51との間隔は、部品7a,7cの幅寸法より大きくし、かつ長尺の部品7bの長さ寸法より小さくすることで、部品7a,7cを奥部に入り込ませ、かつ部品7bが奥部に入り込まないようにする。
図12は、本発明の第7の実施形態に係わる、ピックアップ作業例を示す動作説明図である。この実施形態は、前記図2に示した部品供給棚3に代わる縦型の部品供給棚53に対し、ホーキマニピュレータ13の駆動により、その先端に設けてあるホーキ部31Cが、部品箱5内の部品7を取り出している状態を示している。
縦型の部品供給棚53は、上下方向等間隔に部品箱設置プレート55を備え、この各部品箱設置プレート55上に、前記図1に示したものと同様な部品箱5をそれぞれ設置している。
そして、ここではホーキ部として、例えば前記図10に示したホーキ部31Cを使用している。ホーキ部31Cは、水平配置した指部43を備えているので、開閉板5aを開いた状態の部品箱5に対し、ホーキ部31Cを、部品7と部品箱5の上部壁との間の空間から内部に挿入し、先端の爪部43aを取り出す部品7とその後方の部品7との間に挿入した状態で、引っ張ることで、図12では省略しているチリトリトレイ33に移載する。
上記図12に示した第7の実施形態の場合、ホーキ部31Cを、水平方向に移動させて部品7を部品箱5からチリトリトレイ33に移載できるので、部品箱5を図12のように上下方向にほぼ隙間なく重ねて配置でき、部品箱7の密集化を図って部品箱7の設置スペースを小さくすることができる。
これに対して図13は、上記第7の実施形態による部品ピックアップ作業例に対する比較例を示している。この比較例では、ロボット101がアーム先端のマニピュレータ部103で、部品箱7内の部品5を把持して持ち上げる必要があるので、上下方向に配置する複数の部品箱105は、相互間に所定の間隔Sを設ける必要がある。このため、前記図12に示した第7の実施形態に比較して、同一スペース内での部品箱5の密集化が困難となる。
図14は、本発明の第8の実施形態に係わる動作説明図である。この実施形態は、前記図1におけるチリトリトレイ33を、ロボット1におけるアーム11の先端部に対して着脱可能に構成し、アーム11から外したチリトリトレイ33を、搬送台車9上に設置して部品箱として使用する。
搬送台車9上のロボット1と反対側の縁部には、チリトリトレイ33の先端が当接するストッパ板57を設け、チリトリトレイ33の先端を、このストッパ板57に当接させつつ搬送台車9上に載置した状態で、ロボット1のアーム11との連結を解除する。
チリトリトレイ33のアーム11に対する脱着は、一般的なチャック機構で実現可能である。この方式によれば、ピックアップした部品7を単独で搬送台車9上に載せ替える動作が不要となり、大幅なサイクルタイム短縮を図ることができる。
なお、上記図14では、ホーキマニピュレータ13は省略している。
図15は、本発明の第9の実施形態に係わるピックアップ装置の全体構成を示す側面図である。この実施形態は、ロボット1のアーム11に対し、上記図14に示した第8の実施形態におけるようにチリトリトレイ33を着脱可能とするとともに、ホーキマニピュレータ13についても、着脱可能としている。
すなわち、第9の実施形態の場合は、生産ライン形態、必要な作業形態などに応じて、ホーキマニピュレータ13を、図7〜図10に示したものに変更したり、あるいはチリトリトレイ33を図11(a),(b)に示したものに変更することができる。また、これらホーキマニピュレータ13やチリトリトレイ33は、必ずしも同一のロボットの同一部位に取り付ける必要はなく、別の部位、別のロボットに取り付けてもよい。
このようにホーキマニピュレータ13やチリトリトレイ33の使用形態を適宜変更することで、より汎用的な自動化生産設備を実現することができる。
1 ロボット
5 部品箱(部品収納手段)
5c 部品箱の側部開口
7(7a,7b,7c) 部品
9 搬送台車(移動台車)
11 ロボットのアーム
13 ホーキマニピュレータ(駆動手段)
31,31A,31B,31C ホーキ部(部品案内手段)
33 チリトリトレイ(部品移載手段)
33a チリトリトレイの部品載置面
47,49,51 仕切板(仕切部材)
5 部品箱(部品収納手段)
5c 部品箱の側部開口
7(7a,7b,7c) 部品
9 搬送台車(移動台車)
11 ロボットのアーム
13 ホーキマニピュレータ(駆動手段)
31,31A,31B,31C ホーキ部(部品案内手段)
33 チリトリトレイ(部品移載手段)
33a チリトリトレイの部品載置面
47,49,51 仕切板(仕切部材)
Claims (10)
- ロボットのアームの先端部に、少なくとも部品載置面を備える部品移載手段と、部品収納手段に収納した状態の部品を、該部品収納手段からその側部開口を経て前記部品移載手段に案内する部品案内手段と、この部品案内手段を駆動する駆動手段とをそれぞれ設けたことを特徴とする部品ピックアップ装置。
- 前記部品案内手段は、前記部品収納手段に収納した状態の部品を、水平方向にずらしながら移動させつつ外部に押し出して前記部品移載手段に案内することを特徴とする請求項1に記載の部品ピックアップ装置。
- 前記部品案内手段は、前記部品の形状に応じて形状が変化することを特徴とする請求項1または2に記載の部品ピックアップ装置。
- 前記部品移載手段は、移載する複数の部品相互間を仕切る仕切部材を備えていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の部品ピックアップ装置。
- 前記部品案内手段は、前記部品収納手段の側部開口から、水平方向に移動して前記部品収納手段内に入り込み、該部品収納手段内の部品を前記部品移載手段に案内することを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1項に記載の部品ピックアップ装置。
- 前記部品移載手段を、前記ロボットのアームの先端部に対して着脱可能とするとともに、移動台車上に設置した状態で、前記ロボットのアームの先端部から離脱可能としたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の部品ピックアップ装置。
- 前記部品移載手段および前記部品案内手段を、前記ロボットのアームの先端部に対して着脱可能としたことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の部品ピックアップ装置。
- 前記部品案内手段を前記駆動手段の先端部に設け、前記駆動手段を前記ロボットのアームの先端部に対して着脱可能としたことを特徴とする請求項7に記載の部品ピックアップ装置。
- ロボットのアームの先端部に設けた部品案内手段を駆動手段により駆動させることで、部品収納手段に収納した状態の部品を、該部品収納手段からその側部開口を経て、前記ロボットのアームの先端部に設けた少なくとも部品載置面を備える部品移載手段に案内することを特徴とする部品ピックアップ方法。
- 前記部品案内手段は、前記部品収納手段に収納した状態の部品を、水平方向にずらしながら移動させつつ外部に押し出して前記部品移載手段に案内することを特徴とする請求項9に記載の部品ピックアップ方法。
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