JP2008080471A

JP2008080471A - 産業用ロボットのハンド装置の制御方法

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Publication number: JP2008080471A
Application number: JP2006266415A
Authority: JP
Inventors: Akira Kunisaki; 晃国崎; Takeshi Mototani; 猛本谷
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】ハンド装置の把持装置への電源供給を遮断せざるを得ないとき、把持装置が把持力を維持することができ、ワークを把持している場合にはワークを落下させることがなく、さらにまた、寸法にバラツキがあるワークを把持する場合にも、容易に所期の把持力によって、確実に把持することができる産業用ロボットのハンド装置の制御方法を提供。
【解決手段】ブレーキ付きサーボモータ３を作動させて、フィンガー４、16、16の先端をワークに当接させクランプする。クランプしたことを、サーボモータの速度変化及び／又は電流変化、及び／又はフィンガーの作動角度が予定角度を越えた位置によって捉え、しかる後、ブレーキ付きサーボモータ３を作動させ、逆方向に必要移動量ブロック６を戻し、開く方向へフィンガーを作動させる。その後、エアシリンダ22を作動させそのロッドを延伸させて閉じる方向へフィンガー４、16、16を動かし、ワーク41をクランプする。
【選択図】図８

Description

本発明は異種形状や寸法違いを含む多品種のワークを把持可能で、かつ寸法にばらつきがある壊れやすいワークを所期の把持力で確実に把持することができる産業用ロボットのハンド装置の制御方法に関する。

従来の製造ラインで作業を行う産業用ロボットシステムのハンド装置には、ワークをハンドリングする用途で使用されるものが多く存在する。製造ラインへの素材の投入、加工機械へのワークの着脱、箱詰めなど、産業用ロボットを活用した自動化システムは非常に多様な分野で使われている。ハンドリングロボットの先端には、通常、ロボットハンド又はハンド装置と呼ばれるワークを把持するハンド装置が搭載される。かかるハンド装置は、多くの場合、エアシリンダで駆動される。
特許第３２４５０９５号公報ＵＳ２００４／０１０３７４０Ａ１特開昭60−263683号公特開平06−126684号公報

ところが、同一のロボットシステムが異種形状や寸法違いを含む多品種のワークをハンドリングする場合、同一のハンド装置では把持することができないことが多い。そこで、品種毎にワークの形状や寸法に適合した仕様の複数のハンド装置を準備し、これらをオートツールチェンジャを介してロボットに取り付け、生産品種変更時に、ロボットに搭載するハンド装置を取り替えることで対応する方法がある。しかしながら、オートツールチェンジャを介して取り付けられたハンド装置を取り替えるためには、交換動作のための時間が必要であり、頻繁に生産品種を変更する製造ラインの場合は、生産効率が落ちるという問題があった。さらに、多種の形状、寸法のワークに対応するためには、これに対応した多数のハンド装置を準備し、加えて、オートツールチェンジャも準備する必要があるなど、設備コストが高くなるというデメリットがあった。また、例えば特許文献１又は特許文献２に記載するように、同一のハンド装置で、異種形状や寸法違いを含む多品種のワークを把持する方法として、複数のフィンガーからなり、複数のモータにより各々のフィンガーを駆動する方式のハンド装置が知られている。寸法にばらつきがある壊れやすいワークを所期の把持力で確実に把持することができる産業用ロボットのハンド装置の制御方法として、例えば特許文献３又は特許文献４に記載するように、ハンドの把持力を調節をするものが開示されている。

しかしながら、これらの特許文献１又は特許文献２に記載する発明によれば、ハンド装置は複数のフィンガーで構成されているが、各フィンガーを開閉するために、各フィンガーに１個のモータが必要であり、コストが高くなるという欠点があった。また、ワークを把持した時に、複数のフィンガーがワークに及ぼす力にバランスが取れていないと、ワークを安定して把持することができず、これを克服するために、複雑な制御方法が必要となり、難解であるという欠点があった。さらに、電源ダウン時、非常停止時又は制御システムで異常を検出した場合など、ハンド装置の把持装置への電源供給を遮断せざるを得ないときは、把持装置は把持力を維持することができず、ワークを把持している場合にはワークを落下させることが避けられないという、重大な課題があった。さらに、特許文献３又は特許文献４のものでは、寸法にばらつきがある壊れやすいワークは、把持位置が異なるため、プログラムした把持力で把持すると、大きい寸法のワークの場合壊れるおそれがあり、小さい寸法のワークの場合把持できず、適切に把持動作を制御することが困難であるという課題があった。

本発明の課題はかかる従来の課題を解決した、同一のハンド装置で、異種形状や寸法違いを含む多品種のワークを把持することができる複数のフィンガーを駆動する方式のハンド装置を、各フィンガー毎に各１個のモータを必要とせず、複数の各フィンガーがワークに及ぼす力のバランスを取ることができ、安価でかつ小さなサイズのハンド装置であっても大きな把持力を実現でき、ハンド装置の把持装置への電源供給を遮断せざるを得ないときも把持装置が把持力を維持することができ、かつ寸法にばらつきがある壊れやすいワークを所期の把持力で確実に把持することができる産業用ロボットのハンド装置を提供することにある。

このため本発明の第１発明は、フレームと、前記フレームに縦方向に回転可能に支持されたボールねじ又は台形ねじと、前記フレームに固定され、前記ボールねじ又は台形ねじを回転駆動するブレーキ付きサーボモータと、前記フレームに１端を水平軸の回りに回転可能に支持されかつ前記１端に延長かぎ形部を有する少なくとも２個のＬ字状フィンガーと、各前記フィンガーの前記延長かぎ形部端部に前記水平軸と平行な第２の水平軸の回りに回転可能に支持されたカムフォロア、ローラ又はピンと、
前記ボールねじ又は台形ねじのナットに固定されたハウジングと、
前記カムフォロア、ローラ又はピンを回転可能に支持する溝を有するブロックと、前記フレーム１に少なくともその１端が固定され他端が前記ブロックを前記ボールねじ又は台形ねじの軸方向に案内する直動軸受又は直動ガイドとからなり、
各前記水平軸又は各前記第２の水平軸は同一平面上に又はそれぞれ自身の同一平面上に位置し、前記ブレーキ付きサーボモータを動作させることにより各前記フィンガーの他端が開閉するようにされ、
前記ハウジングはその一端に揺動可能に支持されたエアシリンダを有し、前記エアシリンダのロッド先端は一端を前記ブロックの上端に揺動可能に支持された第１リンクの他端を揺動可能に支持し、かつ一端を前記ハウジングの下端に揺動可能に支持された前記第１リンクより短い第２リンクの他端を揺動可能に支持し、前記エアシリンダのロッド、前記第１リンク及び第２リンクはトッグル機構を構成し、
前記ブレーキ付きサーボモータを動作させることにより各前記フィンガーの他端を閉じてワークを把持したとき、前記ブレーキ付きサーボモータの速度変化及び／または電流変化、及び／又は前記フィンガーが所定の角度だけ傾動したことに基づいて、前記ワークを把持したことを検出し、次に、
前記ブレーキ付きサーボモータを作動させて前記ワークを把持したことを検出した位置からエアシリンダの作動に必要な必要移動量だけ各前記フィンガーを戻し、前記ブレーキ付きサーボモータを停止し、かつ前記ブレーキ付きサーボモータのブレーキを掛け、
その後で、前記エアシリンダを作動させて各前記フィンガーを閉じてワークをクランプすることにより、ワークを所期の把持力にてクランプするようにしたことを特徴とする産業用ロボットのハンド装置の制御方法によって上述した本発明の課題を解決した。

本発明の第２発明は、フレームと、前記フレームに縦方向に回転可能に支持されたボールねじ又は台形ねじと、前記フレームに固定され、前記ボールねじ又は台形ねじを回転駆動するブレーキ付きサーボモータと、前記フレームに１端を水平軸の回りに回転可能に支持されかつ前記１端に延長かぎ形部を有する第１のＬ字状フィンガーと、
前記ボールねじ又は台形ねじのナットに固定されたハウジングと、
前記フレームに前記ボールねじ又は台形ねじと同軸の軸心のまわりに旋回可能に支持された１対のブラケットと、各前記ブラケットにそれぞれ１端を水平軸の回りに回転可能に支持されかつ前記１端に延長かぎ形部を有する一対の第２のＬ字状フィンガーと、
各前記ブラケットにそれぞれ固定された回転軸と、前記回転軸に固定され相互に噛み合った１対の歯車と、前記フレームに固定され、前記１対の歯車のいずれか一方の回転軸にその出力軸が連結されたサーボモータと、
前記第１と第２のＬ字状フィンガーの各前記延長かぎ形部端部に前記水平軸と平行な第２の水平軸の回りに回転可能に支持されたカムフォロア、ローラ又はピンと、
前記ボールねじ又は台形ねじのナットに固定され、前記カムフォロア、ローラ又はピンを回転可能に支持する１個の溝及び１対の深い周溝を有するブロックと、
前記フレーム１に少なくともその１端が固定され他端が前記ブロックを前記ボールねじ又は台形ねじの軸方向に案内する直動軸受又は直動ガイドとからなり、
各前記水平軸又は各前記第２の水平軸は同一平面上に又はそれぞれ自身の同一平面上に位置し、前記ブレーキ付きサーボモータを動作させることにより各前記フィンガーの他端が開閉するようにされ、
前記ハウジングはその一端に揺動可能に支持されたエアシリンダを有し、前記エアシリンダのロッド先端は一端を前記ブロックの上端に揺動可能に支持された第１リンクの他端を揺動可能に支持し、かつ一端を前記ハウジングの下端に揺動可能に支持された前記第１リンクより短い第２リンクの他端を揺動可能に支持し、前記エアシリンダのロッド、前記第１リンク及び第２リンクはトッグル機構を構成し、
前記サーボモータを動作させることにより前記一対の第２のＬ字状フィンガーの開き角度を調整し、前記ブレーキ付きサーボモータを動作させることにより各前記フィンガーの他端を閉じてワークを把持したとき、前記ブレーキ付きサーボモータの速度変化及び／または電流変化、及び／又は前記フィンガーが所定の角度だけ傾動したことに基づいて、前記ワークを把持したことを検出し、次に、
前記ブレーキ付きサーボモータを作動させて前記ワークを把持したことを検出した位置からエアシリンダの作動に必要な必要移動量だけ各前記フィンガーを戻し、前記ブレーキ付きサーボモータを停止し、かつ前記ブレーキ付きサーボモータのブレーキを掛け、その後で、前記エアシリンダを作動させて各前記フィンガーを閉じてワークをクランプすることにより、ワークを所期の把持力にてクランプするようにしたことを特徴とする産業用ロボットのハンド装置の制御方法によって上述した本発明の課題を解決した。

本発明の第１又は第２発明では、１個のハンドで、平行ハンドとしても、３ツ爪ハンドとしても使用できるため異種形状や寸法違いを含む多品種のワークを把持することができ、さらに同ハンド装置は複数のフィンガーの開閉動作を１個のモータで駆動するためコストを安くすることができ、クランプ動作は最終的にトグルクランプが行うため、非常に大きなクランプ力のハンド装置とすることが容易になり、ブレーキ付きサーボモータは自身への電流が切られたときにスプリングに押されブレーキ掛けられ、また、エアシリンダに圧縮空気が供給される間、把持力を維持することが可能となり、ワークを把持し続けることができ、ワークを把持している場合にはワークを落下させることがなく、かつワークを把持したことを検出した位置からエアシリンダの作動に必要な必要移動量だけ各フィンガーを戻し、その後で、エアシリンダを作動させて各フィンガーを閉じてワークをクランプすることにより、寸法にばらつきがある壊れやすいワークも所期の把持力で確実に把持することができる産業用ロボットのハンド装置を提供するものとなった。

本発明の実施形態を、図１〜図９を参照して説明する。図１は本発明の第１発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置の制御方法で使用するハンド装置を示す一部を切り欠いた概略側面ブロック図、図２は図１の概略底面図、図３は本発明の第２発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置の制御方法で使用するハンド装置を示す一部を切り欠いた概略側面ブロック図、図４は図３の概略斜視図、図５は図３の概略底面図で点線は１対のＬ字状フィンガーがサーボモータ28によりボールねじ又は台形ねじと同軸の軸心のまわりに同じ向きになるまで旋回された状態を示し、図６は図３のＬ字状フィンガーがブレーキ付きサーボモータ３が駆動しボールねじ又は台形ねじにより閉じられワークを把持したことを検出した位置で示す概略側面ブロック図、図７は図３のＬ字状フィンガーがエヤシリンダ22が駆動することによって閉じられワークをクランプした位置で示す概略側面ブロック図、図８（ａ）は図１又は図３のエヤシリンダ22作動前のＬ字状フィンガーがワークを把持したことを検出した位置の、第１リンク20及び第２リンク21の位置を示す要部側面ブロック図、（ｂ）は（ａ）の位置からさらにエヤシリンダ22作動後のロッドが伸びたワークをクランプした状態を示す要部側面ブロック図、図９は図１の産業用ロボットのハンド装置を搭載したロボットを示す概略側面図である。

図９に示すように、床に固定された多関節ロボット９のアーム44の先端にハンド装置のフレーム１が固定されている。図１、図２に示すように、本発明の第１発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置の制御方法では、ハンド装置のフレーム１には縦方向に回転可能に支持されたボールねじ２（台形ねじでもよい）が回転自在に固定されている。フレーム１にはボールねじ２を回転駆動するブレーキ付きサーボモータ３が固定されている。ブレーキ付きサーボモータ３はスプリング式で自身への電流が切られたときに図示しないスプリングに押されブレーキ掛けられ、自身への電流が流れるとブレーキが解除される。ボールねじ２の軸端とサーボモータ３の軸端にはそれぞれプーリ10、11が固定されており、プーリ10、11の間にはタイミングベルト12が掛けられている。さらにハンド装置は、フレーム１に１端26を水平軸８の回りに回転可能に支持されかつ１端に延長かぎ形部17を有する３個の（２個又は３個以上であってもよい）Ｌ字状フィンガー４と、各フィンガー４の１端26の延長かぎ形部17端部に第１の水平軸８と平行な第２の水平軸30の回りに回転可能に支持されたカムフォロア５（ローラ又はピンでもよい）と、ボールねじ２のナット40に固定されハウジング19と、カムフォロア５を回転可能に支持する溝74を有するブロック６と、フレーム１に１端を固定され他端がブロック６をボールねじ２の軸方向に案内する２本のシャフト13とボールブッシュ14からなる直動ガイド（直動軸受でもよい）とを有する。

ここで、ブレーキ付きサーボモータ３を作動させると、プーリ10、11とタイミングベルト12を介してボールねじ２が回転し、ボールねじのナット20に固定されているハウジング19が上方又は下方にスライドする。ハウジング19にその一端を揺動可能に支持されたエアシリンダ22、第１リンク20及び第２リンク21により連結されたブロック6 の溝74にカムフォロア５が引っかかっているために、各フィンガー４が揺動し開閉する。予め記録した位置にブレーキ付きサーボモータ３を動作させることで、自在な位置にフィンガー４を開閉することができ、目的のワーク41のサイズに合わせて、クランプ動作をさせることができる。各フィンガー４の他端が所定の角度だけ閉じられたとき（図６に相当する位置）、ブレーキ付きサーボモータ３への電流が切られ、ブレーキ付きサーボモータ３を停止し、図示しないスプリングに押されブレーキが掛けられ、その後で、エアシリンダ22を作動して第１リンク20及び第２リンク21を介して各フィンガー４の他端がワーク41をロックするようにした（図７に相当する位置）。通電されると、ブレーキは解除される。

図３乃至図７に示す本発明の第２発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置の制御方法では、フレーム１に１端26を水平軸８の回りに回転可能に支持された第１のＬ字状フィンガー４と、ボールねじ又は台形ねじ２のナット40に固定されたハウジング19と、フレーム１にボールねじ又は台形ねじ２と同軸の軸心のまわりに旋回可能に支持された１対のブラケット 15 、15と、各ブラケット 15 、15にそれぞれ１端26を水平軸８の回りに回転可能に支持されかつ１端26に延長かぎ形部17を有する一対の第２のＬ字状フィンガー 16 、16と、各ブラケット 15 、15にそれぞれ固定された回転軸29（図４）と、回転軸29に固定され相互に噛み合った１対の歯車 27 、27と、フレーム１に固定され、１対の歯車 27 、27のいずれか一方の回転軸29にその出力軸が連結されたサーボモータ28と、第１と第２のＬ字状フィンガー 4、16、16の各延長かぎ形部17端部に水平軸８と平行な第２の水平軸30の回りに回転可能に支持されたカムフォロア、ローラ又はピン５と、カムフォロア、ローラ又はピン５を回転可能に支持する１個の溝72及び１対の深い周溝71を有するブロック６と、フレーム１に１端を固定され他端がブロック６をボールねじ２の軸方向に案内する２本のシャフト13とボールブッシュ14からなる直動ガイド（直動軸受でもよい）とを有する他は、図１、図２に示す本発明の第１発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置と同じ構成を有し、同様な作動をする。

即ち、サーボモータ28を作動させると、第２のフィンガー16、16が１対の深い周溝72、72に案内されてボールねじ２と同軸の軸心のまわりで開くように対称に旋回し一対の第２のフィンガー16、16の開き角度を調整する。例えば、図５に点線で示すように、第２のフィンガー16、16が同じ向きになるとき、第２のフィンガー16、16は第１のフィンガー４と相対し、ハンド装置は、第１のフィンガー４と第２のフィンガー16、16による平行ハンドの形態を成し、平行ハンドとして四角のワークの把持や、円筒形状のワークを横からクランプしハンドリングするのに適する。また、図５の実線でに示すように、第２のフィンガー16、16が、互いに 120度の角度をなすとき、３個のフィンガー４、16、16は相互に 120度の相対位置となり、ハンド装置は、３ツ爪ハンドの形態をなし、いわゆる三ツ爪ハンドとして使用され、円筒形状のワークを把持する場合、軸方向からクランプすることができる。

ここで、ブレーキ付きサーボモータ３を作動させると、ボールねじ２が回転し、ボールねじのナット20に固定されているハウジング19が上方又は下方にスライドする。ハウジング19にその一端を揺動可能に支持されたエアシリンダ22、第１リンク20及び第２リンク21により連結されたブロック6 の溝72及び１対の深い周溝71、71にカムフォロア５が引っかかっているために、フィンガー４、16、16が揺動し、開閉する。予め記録した位置にブレーキ付きサーボモータ３を動作させることで、自在な位置にフィンガー４、16、16を開閉することができ、目的のワーク41のサイズに合わせて、クランプ動作をさせることができる。各フィンガー４、16、16の他端が所定の角度だけ閉じられたとき（図６）、ブレーキ付きサーボモータ３への電流が切られ、ブレーキ付きサーボモータ３を停止し、図示しないスプリングに押されブレーキが掛けられ、その後で、エアシリンダ22を作動して第１リンク20及び第２リンク21を介して各フィンガー４の他端がワーク41をロックするようにした（図７）。通電されると、ブレーキは解除される。ブレーキ付きサーボモータ３とサーボモータ28とその各出力軸との間には、必要なときは、図示しない減速機が介されている。

図８に示すように、第１リンク20の長さをＬ₂₀、第２リンク21の長さをＬ₂₁とし、エアシリンダ22作動前の第１リンク20と第１垂線43の成す角をθ_20B、エアシリンダ22作動前（図６のワークを把持したことを検出した位置）の第２リンク21と第２垂線44の成す角をθ_21B、エアシリンダ22作動後（図７のワークをクランプした位置）の第１リンク20と第１垂線43の成す角をθ_20A、エアシリンダ22作動後の第２リンク21と第２垂線44の成す角をθ_21Aとすると、エアシリンダ22が作動する前後で、ブロック６の必要移動量Ｘは、
必要移動量Ｘ＝Ｌ₂₀×（ｃｏｓθ_20B−ｃｏｓθ_20A）＋Ｌ₂₁×（ｃｏｓθ_21A−ｃｏｓθ_21B）
で表されるストロークだけ動作する。ブロック６の溝にカムフォロア５が引っかかっているためにフィンガー４、16、16が揺動し、開閉する。このとき、ブロック６を動作させる力はエアシリンダの推力にｔａｎ（直角−θ_20A）を乗じたものであり、θ_20Aを小さい角度とすることで、大きな推力を得ることができる。予め記録した位置にブレーキ付きサーボモータ３およびサーボモータ18を動作させることで、自在な角度にフィンガーを向け、自在な位置にフィンガーを開閉することができ、目的のワーク41の形状やサイズに合わせたクランプ動作をさせることができる。また、同じサイズのワーク41に対しても、ブレーキ付きサーボモータ３の位置決め位置を調整し、エアシリンダ22を作動させた後の第１リンク20と第１垂線43の成す角θ_20Aを調整することで、クランプ力を調整することができる。

本発明の第１又は第２の実施形態の産業用ロボットのハンド装置の制御方法では、図８に示すように、まず、エアシリンダ22の作動を戻し（アンクランプの状態にし）ておく。そのうえで、ブレーキ付きサーボモータ３を作動させて、閉じる方向へ複数のフィンガーを動かし、フィンガー４、16、16の先端をワークに当接させクランプする。クランプしたことを、サーボモータの速度変化及び／又は電流変化、及び／又はフィンガーの作動角度が予定角度を越えた位置によって捉える。しかる後、ブレーキ付きサーボモータ３を作動させ、開く方向へフィンガーを作動させてシリンダ22作動によるブロック６の必要移動量だけ逆方向にブロック６を戻す。その後、エアシリンダ22を作動させそのロッドを延伸させて閉じる方向へフィンガー４、16、16を動かし、ワーク41をクランプする。このときのクランプ力をＦＳとする場合、エアシリンダ22の推力をＦＳ、目的とするクランプ力（フィンガー３個の把持力の総和）をＦＣ、フィンガーの長さをＬＦ、フィンガーの支点とローラとの距離をＬＲ（図７）とすると、クランプ時に、即ち図８（ｂ）のシリンダ22作動後の位置で、リンク20と第１垂線43の成す角θ_20Aを、
θ_20A＝ｔａｎ^-1｛（ＦＳ／ＦＣ）×（ＬＲ／ＬＦ）｝
となる位置にすればよい。つまり、ブレーキ付きサーボモータ３を逆方向に作動させブロック６を戻す必要移動量Ｘは、クランプ時に図８（ｂ）のシリンダ22作動後の位置で上記角θ_20Aになるように、シリンダ22作動によるブロック６の必要移動量Ｘであり、シリンダ22作動前の第２リンク21と第２垂線44の成す角をθ_21B、第１リンク20と第１垂線43の成す角がθ_20Bを予め測定しておき、上記式の通り、
必要移動量Ｘ＝Ｌ₂₀×（ｃｏｓθ_20B−ｃｏｓθ_20A）＋Ｌ₂₁×（ｃｏｓθ_21A−ｃｏｓθ_21B）
エアシリンダの作動に必要な必要移動量Ｘだけ、ブレーキ付きサーボモータ３を逆方向に作動させブロック６を戻せばよい。

本発明の第１又は第２の実施形態の産業用ロボットのハンド装置の制御方法では、１個のハンドで、平行ハンドとしても、３ツ爪ハンドとしても使用できるため異種形状や寸法違いを含む多品種のワークを把持することができ、また、同じワークを、さまざまな方向から、いろいろなクランプ方法を選択することができる。さらに同ハンド装置は少なくとも２個又は３個のフィンガーを有し、かつ２個又は３個のフィンガーが開閉する際、求心動作を行うために、それぞれ同一のハンド装置で、２個又は３個のフィンガーの最大掴み寸法以内の多品種のワークを把持することができる複数のフィンガーを駆動する方式のハンド装置を、各フィンガー毎に各１個のモータを必要とせず、複数のフィンガーの開閉動作を１個のモータで駆動するためコストを安くすることができ、各水平軸、各第２の水平軸は同一平面上に又はそれぞれ自身の同一平面上に位置して、少なくとも２個のフィンガーが開閉する際、精度よく求心クランプ動作を行い、各フィンガーの把持力のバランスがよく、クランプの動作制御が容易で、また、関節部に歯車などの減速機構を使用せず、クランプ動作は最終的にトグルクランプが行うため、非常に大きなクランプ力のハンド装置とすることが容易になる。かつクランプ動作は最終的にエアシリンダが駆動源であるトグル機構でクランプを行うため、電源ダウン時、非常停止時又は制御システムで異常を検出した場合など、ハンド装置の把持装置への電源供給が遮断されたときも、ブレーキ付きサーボモータは自身への電流が切られたときにスプリングに押されブレーキ掛けられ、また、エアシリンダに圧縮空気が供給される間、把持力を維持することが可能となり、ワークを把持し続けることができ、ワークを把持している場合にはワークを落下させることがなく、さらにまた、ワークを把持したことを検出した位置からエアシリンダの作動に必要な必要移動量だけ各フィンガーを戻し、その後で、エアシリンダを作動させて各フィンガーを閉じてワークをクランプすることにより、対象となるワークの寸法にバラツキがある場合にも所期の把持力で確実に把持することができる産業用ロボットのハンド装置を提供するものとなった。

本発明の第１発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置の制御方法で使用するハンド装置を示す一部を切り欠いた概略側面ブロック図。図１の概略底面図。本発明の第２発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置の制御方法で使用するハンド装置を示す一部を切り欠いた概略側面ブロック図。図３の概略斜視図。図３の概略底面図で点線は１対のＬ字状フィンガーがサーボモータ28によりボールねじ又は台形ねじと同軸の軸心のまわりに同じ向きになるまで旋回された状態を示す。図３のＬ字状フィンガーがブレーキ付きサーボモータ３が駆動しボールねじ又は台形ねじにより閉じられワークを把持したことを検出した位置で示す概略側面ブロック図。図３のＬ字状フィンガーがエヤシリンダ22が駆動することによって閉じられワークをクランプした位置で示す概略側面ブロック図。（ａ）は図１又は図３のエヤシリンダ22作動前のＬ字状フィンガーがワークを把持したことを検出した位置の、第１リンク20及び第２リンク21の位置を示す要部側面ブロック図、（ｂ）は（ａ）の位置からさらにエヤシリンダ22作動後のロッドが伸びワークをクランプした状態を示す要部側面ブロック図。図１の産業用ロボットのハンド装置を搭載したロボットを示す概略側面図。

符号の説明

１：ハンド装置のフレーム、２：ボールねじ、３：ブレーキ付きサーボモータ、４：第１のフィンガー、５：カムフォロア、６：ブロック、８：水平軸、13：直動ガイド15、15：１対のブラケット、16、16：第２のフィンガー、17：延長かぎ形部、19：ハウジング、20：第１リンク、21：第２リンク、22：エヤシリンダ、26：１端、27：１対の歯車、28：第２のサーボモータ、29：回転軸、30：第２の水平軸、40：ボールねじのナット、41：ワーク、71：深い周溝、72、74：溝

Claims

フレームと、前記フレームに縦方向に回転可能に支持されたボールねじ又は台形ねじと、前記フレームに固定され、前記ボールねじ又は台形ねじを回転駆動するブレーキ付きサーボモータと、前記フレームに１端を水平軸の回りに回転可能に支持されかつ前記１端に延長かぎ形部を有する少なくとも２個のＬ字状フィンガーと、
各前記フィンガーの前記延長かぎ形部端部に前記水平軸と平行な第２の水平軸の回りに回転可能に支持されたカムフォロア、ローラ又はピンと、
前記ボールねじ又は台形ねじのナットに固定されたハウジングと、
前記カムフォロア、ローラ又はピンを回転可能に支持する溝を有するブロックと、前記フレーム１に少なくともその１端が固定され他端が前記ブロックを前記ボールねじ又は台形ねじの軸方向に案内する直動軸受又は直動ガイドとからなり、
各前記水平軸又は各前記第２の水平軸は同一平面上に又はそれぞれ自身の同一平面上に位置し、前記ブレーキ付きサーボモータを動作させることにより各前記フィンガーの他端が開閉するようにされ、
前記ハウジングはその一端に揺動可能に支持されたエアシリンダを有し、前記エアシリンダのロッド先端は一端を前記ブロックの上端に揺動可能に支持された第１リンクの他端を揺動可能に支持し、かつ一端を前記ハウジングの下端に揺動可能に支持された前記第１リンクより短い第２リンクの他端を揺動可能に支持し、前記エアシリンダのロッド、前記第１リンク及び第２リンクはトッグル機構を構成し、
前記ブレーキ付きサーボモータを動作させることにより各前記フィンガーの他端を閉じてワークを把持したとき、前記ブレーキ付きサーボモータの速度変化及び／または電流変化、及び／又は前記フィンガーが所定の角度だけ傾動したことに基づいて、前記ワークを把持したことを検出し、次に、
前記ブレーキ付きサーボモータを作動させて前記ワークを把持したことを検出した位置からエアシリンダの作動に必要な必要移動量だけ各前記フィンガーを戻し、前記ブレーキ付きサーボモータを停止し、かつ前記ブレーキ付きサーボモータのブレーキを掛け、
その後で、前記エアシリンダを作動させて各前記フィンガーを閉じてワークをクランプすることにより、ワークを所期の把持力にてクランプするようにしたことを特徴とする産業用ロボットのハンド装置の制御方法。
フレームと、前記フレームに縦方向に回転可能に支持されたボールねじ又は台形ねじと、前記フレームに固定され、前記ボールねじ又は台形ねじを回転駆動するブレーキ付きサーボモータと、前記フレームに１端を水平軸の回りに回転可能に支持されかつ前記１端に延長かぎ形部を有する第１のＬ字状フィンガーと、
前記ボールねじ又は台形ねじのナットに固定されたハウジングと、
前記フレームに前記ボールねじ又は台形ねじと同軸の軸心のまわりに旋回可能に支持された１対のブラケットと、各前記ブラケットにそれぞれ１端を水平軸の回りに回転可能に支持されかつ前記１端に延長かぎ形部を有する一対の第２のＬ字状フィンガーと、
各前記ブラケットにそれぞれ固定された回転軸と、前記回転軸に固定され相互に噛み合った１対の歯車と、前記フレームに固定され、前記１対の歯車のいずれか一方の回転軸にその出力軸が連結されたサーボモータと、
前記第１と第２のＬ字状フィンガーの各前記延長かぎ形部端部に前記水平軸と平行な第２の水平軸の回りに回転可能に支持されたカムフォロア、ローラ又はピンと、
前記ボールねじ又は台形ねじのナットに固定され、前記カムフォロア、ローラ又はピンを回転可能に支持する１個の溝及び１対の深い周溝を有するブロックと、
前記フレーム１に少なくともその１端が固定され他端が前記ブロックを前記ボールねじ又は台形ねじの軸方向に案内する直動軸受又は直動ガイドとからなり、
各前記水平軸又は各前記第２の水平軸は同一平面上に又はそれぞれ自身の同一平面上に位置し、前記ブレーキ付きサーボモータを動作させることにより各前記フィンガーの他端が開閉するようにされ、
前記ハウジングはその一端に揺動可能に支持されたエアシリンダを有し、前記エアシリンダのロッド先端は一端を前記ブロックの上端に揺動可能に支持された第１リンクの他端を揺動可能に支持し、かつ一端を前記ハウジングの下端に揺動可能に支持された前記第１リンクより短い第２リンクの他端を揺動可能に支持し、前記エアシリンダのロッド、前記第１リンク及び第２リンクはトッグル機構を構成し、
前記サーボモータを動作させることにより前記一対の第２のＬ字状フィンガーの開き角度を調整し、前記ブレーキ付きサーボモータを動作させることにより各前記フィンガーの他端を閉じてワークを把持したとき、前記ブレーキ付きサーボモータの速度変化及び／または電流変化、及び／又は前記フィンガーが所定の角度だけ傾動したことに基づいて、前記ワークを把持したことを検出し、次に、
前記ブレーキ付きサーボモータを作動させて前記ワークを把持したことを検出した位置からエアシリンダの作動に必要な必要移動量だけ各前記フィンガーを戻し、前記ブレーキ付きサーボモータを停止し、かつ前記ブレーキ付きサーボモータのブレーキを掛け、その後で、前記エアシリンダを作動させて各前記フィンガーを閉じてワークをクランプすることにより、ワークを所期の把持力にてクランプするようにしたことを特徴とする産業用ロボットのハンド装置の制御方法。