JP2008183673A - ロボットハンド、ロボット及びワークの組み付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストダウン及び設備の小型化を図ることができるロボットハンド、ロボット及びワークの組み付け方法を提供する。
【解決手段】ワーク（２３）を把持する第１の把持機構１１及び第２の把持機構１２と、第１の把持機構１１と第２の把持機構１２とでワーク（２３）を持ち替えることができる位置に、第１の把持機構１１及び前記第２の把持機構１２の少なくとも一方を位置決めする位置決め機構１３とを備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物であるワークを把持するロボットハンド、並びに、ワークの組み付けを行うロボット、及びワークの組み付け方法に関し、さらに詳しくは、既設ケーブル、組み付け対象の筐体の支柱等の障害物を回避しながらワークの組み付け作業を行うのに好適なロボットハンド、ロボット、及び、ワークの組み付け方法に関する。

従来、ワークの１つであるケーブル等の柔軟物を制御盤等に組付ける作業は、柔軟物の形状が安定しないことから、組立作業の中で自動組立がほとんど行われていない。
柔軟物の自動組立が難しい理由として、以下の３項目が挙げられる。
（１）柔軟物が安定した形状を形成しにくいことから、対象物の位置及び姿勢が同一形状のものでも一様でなく、対象物の位置及び姿勢を認識することが困難である。
（２）柔軟物の形状は細長いものが多く、寸法も多様であり、１台のハンドで柔軟物を把持することが困難である。
（３）柔軟物は剛性が低く、把持して持ち上げた場合、把持点ではない部位の形状が容易に変形し、またその形状が一様ではないため、認識することが困難である。

なお、形状認識の面では、視覚センサ及び画像処理により、短時間で柔軟物の不定形な形状を測定し、変形量を求めることが可能になりつつある。
ところで、ワークの組み付け作業の一例として、ケーブルを制御盤内に組付け配線するものがある。制御盤には多種の制御機器が配置され、各制御機器は多数のケーブルで結線され、ケーブル相互は交差して配線されることも多い。

配線作業では、時間的に後で配線するケーブルが、ハンドリングしやすいように必ず外側に配置できるとは限らず、既に配線したケーブルの下を潜って配線する状況がしばしば発生する。また、制御盤の筐体の支柱や制御機器の裏側にケーブルを配線する必要が生じる場合もある。

図４は、従来のケーブルの配線（ワークの組み付け）形態を示す模式図である。
同図に示すように、２つの制御機器３１，３２の間において、既設ケーブル３３を避けて複数のケーブル３４，３５を用いて配線する場合、１つのケーブル３４（実線で図示）は既設ケーブル３３を潜って配線され、他のケーブル３５（破線で図示）は既設ケーブル３３の上を跨いで配線されることがある。

この場合、既設ケーブル３３の上を跨ぐケーブル３５については配線が比較的容易であるが、既設ケーブル３３を潜るケーブル３４については、図示しないロボットのハンドも制御機器３１，３２と既設ケーブル３３との間を通らなければならなくなり、配線が困難になる。

図４の例のように、ワークの組み付け作業では、既設ケーブル、筐体の支柱、制御機器等の障害物を回避する必要が生じ、その場合、ワークの持ち替えを行う必要がある。
柔軟物のハンドリング面では、２台のロボットを使い、それぞれのロボットが協調し、視覚センサからの対象物の位置及び姿勢の情報を用いて柔軟物をハンドリングする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−２６２３４９号公報

ここで、ワークが柔軟物であるか否かによらず、ワークを把持する把持機構の可動領域に既設ケーブル、組み付け対象の筐体の支柱等の障害物が存在する場合、障害物を避けながらワークを移動させるのが困難である。

また、上記特許文献１記載のように２台のロボットを用いた場合には、制御が複雑化するばかりか、コスト増を招くという問題、設備が大型化するという問題等がある。
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、コストダウン及び設備の小型化を図ることができるロボットハンド、ロボット及びワークの組み付け方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のロボットハンドは、対象物であるワークを把持するロボットハンドにおいて、上記ワークを把持する第１の把持機構及び第２の把持機構と、上記第１の把持機構と上記第２の把持機構とで上記ワークを持ち替えることができる位置に、上記第１の把持機構及び上記第２の把持機構の少なくとも一方を位置決めする位置決め機構とを備える構成とする。

また、上記第１の把持機構は、上記ワークを把持する第１の把持部と、この第１の把持部に接続された第１のアームとを有し、上記第２の把持機構は、上記ワークを把持する第２の把持部と、この第２の把持部に接続された第２のアームとを有し、上記位置決め機構は、上記第１の把持部と上記第２の把持部とが互いに正対する位置に、上記第１のアーム及び上記第２のアームの少なくとも一方を位置決めする構成とするとよい。

また、上記第１の把持機構は、上記ワークを把持する第１の把持部と、この第１の把持部に接続された第１のアームとを有し、上記第２の把持機構は、上記ワークを把持する第２の把持部と、この第２の把持部に接続された第２のアームとを有し、上記第１のアームと上記第２のアームとは、互いに直交して配置され、上記位置決め機構は、上記第１のアームに平行で且つ上記第２のアームに直交してこの第２のアームに接続され、この第２のアームを位置決めする構成としてもよい。

上記課題を解決するために、本発明のロボットは、対象物であるワークの組み付けを行うロボットにおいて、上記いずれかの構成のロボットハンドを備える構成とする。
上記課題を解決するために、本発明のワーク組み付け方法は、障害物を避けながら、対象物であるワークの組み付けを行うワーク組み付け方法において、第１の把持機構が把持する上記ワークを第２の把持機構に持ち替え、上記第１の把持機構を上記障害物の反対側に移動させ、上記第２の把持機構が把持するワークを上記第１の把持機構に持ち替えるようにする。

本発明では、１台のロボットハンドにより第１の把持機構と第２の把持機構とでワークを持ち替えている。そのため、２以上のロボットハンドを用いることなく、障害物を避けながらワークを組み付けることができる。よって、本発明によれば、コストダウン及び設備の小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るロボットハンド及びロボットを示す概略構成図である。

同図において、ロボット１は、ロボット本体部２と、このロボット本体部２に接続され
た多関節アーム３と、この多関節アーム３の先端に設けられ、ワークとしてのケーブル２３のコネクタ２３ａを把持するロボットハンド１０と、多間接アーム３及びロボットハンド１０の位置を制御する図示しない制御手段とを備え、制御盤２０内に配置された制御機器２１，２２間の配線を行っている。

ロボットハンド１０の構成については、詳しくは後述するが、第１の把持機構１１と第２の把持機構１２とでケーブル２３を持ち替え可能となっており、同図に示す状態では、制御機器２１にケーブル２３のコネクタ２３ａを接続している。

アーム３は、先端にロボットハンド１０が設けられた第１関節３ａと、この第１関節３ａの残る他端及びロボット本体部２に接続された第２関節３ｂとから構成されている。この構成により、多関節アーム３は、動作領域内の空間の任意の位置にロボットハンド１０を移動させることが可能となっている。

ロボット本体部２は、視覚装置等の図示しない認識手段、及び図示しない制御装置に接続されている。この制御装置は、認識手段が捉えたロボットハンド１０、ケーブル２３（ワーク）、障害物等の位置及び姿勢に基づいて、ロボット本体部２を駆動させて、多関節アーム３及びロボットハンド１０の位置及び姿勢を制御している。

図２は、上記実施の形態に係るロボットハンドを示す側面図である。
同図に示すように、ロボットハンド１０は、第１の把持機構１１と、第２の把持機構１２と、ここでは図示しないケーブル２３を第１の把持機構１１と第２の把持機構１２とで持ち替えることができる位置に、第２の把持機構１２を位置決めする位置決め機構１３とを備えている。なお、この位置決め機構１３は、第１の把持機構１１のみを位置決めするようにしても、或いは、第１の把持機構１１及び第２の把持機構１２の両方を位置決めするようにしてもよい。

第１の把持機構１１は、ケーブル２３を把持する第１の把持部としての爪１１ａ及びチャック１１ｂと、第１の把持部のチャック１１ｂに接続された第１のアーム１１ｃとを有し、第２の把持機構１２は、ケーブル２３を把持する第２の把持部としての爪１２ａ及びチャック１２ｂと、第２の把持部のチャック１２ｂに接続された第２のアーム１２ｃとを有している。ここで、第１及び第２の把持部のチャック１１ｂ，１２ｂには、爪１１ａ，１２ａが開閉できるように、即ちケーブル２３を把持する位置とその把持を開放する位置とをとりうるように、取り付けられている。

位置決め機構１３は、第１の把持部（爪１１ａ及びチャック１１ｂ）と第２の把持部（爪１２ａ及びチャック１２ｂ）とが互いに正対する位置に、ここでは第２のアーム１２ｃを位置決めしている。なお、位置決め機構１３は、ケーブル２３を持ち替えることができる位置であって、第１の把持部と第２の把持部とが例えば互いに直交する位置に、第２のアーム１２ｃを位置決めする構成も有効であり、第１の把持部と第２の把持部とがケーブル２３（ワーク）を持ち替えることができる位置に位置決めすれば、上記の正対する位置に限定されない。

また、第１のアーム１１ｃと第２のアーム１２ｃとは互いに直交して配置されており、位置決め機構１３は、第１のアーム１１ｃに平行で且つ第２のアーム１２ｃに直交して、この第２のアーム１２ｃに接続されて、第２のアーム１２ｃを位置決めしている。また、第１のアーム１１ｃ及び位置決め機構１３は、図１に示す多関節アーム３の第１関節３ａに接続されるハンドベース１４に固定されている。ここで、位置決め機構１３は、本実施の形態では、位置決め機構１３と第２のアーム１２ｃとの接続位置が第２のアーム１２ｃの長さ方向に亘って変動可能であること、及び、位置決め機構１３が伸縮可能であること
により、第２のアーム１２ｃを同一平面内にて位置決め可能となっている。もちろん、第２のアーム１２ｃの位置決めに際しては、同一平面内における位置決め、即ち２次元における位置決めでなく、３次元空間にて位置決めするようにしてもよい。

図３Ａ〜図３Ｈは、上記実施の形態に係るロボットハンドにより既設ケーブル（障害物）を避けながらケーブルの配線（ワークの組み付け）を行う流れを示す説明図である。
図３Ａにおいては、第１の把持機構１１の爪１１ａがケーブル２３のコネクタ２３ａを把持している状態を示している。この際、障害物としての既設ケーブル２４は第１のアーム１１ｃの右側にあり、ケーブル２３は第１のアーム１１ｃの左側に延びているため、ケーブル２３は既設ケーブル２４の下側に入り込んではいない。また、位置決め機構１３は縮んだ状態であり、第２の把持機構１２が既設ケーブル２４等に接触しないようになっている。

図３Ｂにおいては、第１の把持機構１１の爪１１ａが把持するケーブル２３のコネクタ２３ａを第２の把持機構１２の爪１２ａに持ち替える動作の一部で、位置決め機構１３を伸ばした状態を示している。

図３Ｃにおいては、第１の把持機構１１の爪１１ａが把持するケーブル２３のコネクタ２３ａを第２の把持機構１２の爪１２ａに持ち替える動作の一部で、第２のアーム１２ｃと位置決め機構１３との接続位置をずらすことにより、第２の把持機構１２のアーム１２ｃを第１の把持機構１１に近づけて、第１の把持部（爪１１ａ及びチャック１１ｂ）と第２の把持部（爪１２ａ及びチャック１２ｂ）とを正対させた状態を示している。

図３Ｄにおいては、第１の把持機構１１の爪１１ａが把持するケーブル２３のコネクタ２３ａを第２の把持機構１２の爪１２ａに持ち替える動作の一部で、位置決め機構１３を少し縮ませることにより、第１の把持機構１１の爪１１ａが把持しているケーブル２３を、第２の把持機構１２の爪１２ａが同時に把持した状態を示している。

図３Ｅにおいては、位置決め機構１３を少し伸ばすことにより、第１の把持機構１１の爪１１ａが把持しているケーブル２３を、第２の把持機構１２の爪１２ａに持ち替えた状態を示している。

図３Ｆにおいては、第２のアーム１２ｃと位置決め機構１３との接続位置をずらすことにより、第２の把持機構１２のアーム１２ｃを第１の把持機構１１から遠ざけて、既設ケーブル２４の下にケーブル２３を潜らせた状態を示している。

図３Ｇにおいては、図１に示す多関節アーム３を移動させることによりハンドベース１４自体を移動させて、第１の把持機構１１を既設ケーブル２４の反対側に移動させた状態を示している。

図３Ｈにおいては、第２の把持機構１２の爪１２ａが把持するケーブル２３を第１の把持機構１１の爪１１ａに再び持ち替えると共に、位置決め機構１３を縮ませて第２の把持機構１２を退避させた状態を示している。

以上のようにして、既設ケーブル２４（障害物）を避けながらケーブル２３（ワーク）を持ち替えることにより、障害物が存在する場所においても、単一のロボットハンド１０によってケーブル２３の配線（ワーク１０の組み付け）を行うことができる。

なお、本実施の形態では、第１及び第２の把持機構１１，１２の爪１１ａ，１２ａがケーブル２３のコネクタ２３ａを上方から把持する場合を図示したが、コネクタ２３ａを側
方から把持するようにしてもよい。また、本発明のワーク及び障害物はケーブル２３及び既設ケーブル２４に限定されず、例えば障害物は、既設ケーブル、組み付け対象の筐体の支柱、制御機器等であることもあり得る。

以上説明した本実施の形態では、１台のロボットハンド１０により第１の把持機構１１と第２の把持機構１２とでワークとしてのケーブル２３を持ち替えている。そのため、２以上のロボットハンドを用いることなく、障害物としての既設ケーブル２４を避けながらケーブル２３を組み付けることができる。よって、本実施の形態によれば、コストダウン及び設備の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態では、位置決め機構１３は、第１の把持部（爪１１ａ及びチャック１１ｂ）と第２の把持部（爪１２ａ及びチャック１２ｂ）とが互いに正対する位置に、第１のアーム１１ｃ及び第２のアーム１２ｃの少なくとも一方として第２のアーム１２ｃを位置決めしている。そのため、ケーブル２３の持ち替えが容易になると共に、有効に既設ケーブル２４を避けながらケーブル２３を組み付けることができる。よって、より一層、コストダウン及び設備の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態では、第１のアーム１１ｃと第２のアーム１２ｃとは互いに直交して配置され、位置決め機構１３は、第１のアーム１１ｃに平行で且つ第２のアーム１２ｃに直交して、この第２のアーム１２ｃに接続され、第２のアーム１２ｃを位置決めしている。そのため、ロボットハンド１０の構成を簡略化することができる。よって、より一層、コストダウン及び設備の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態では、第１の把持機構１１が把持するケーブル２３を第２の把持機構１２に持ち替え、第１の把持機構１１を既設ケーブル２４の反対側に移動させ、第２の把持機構１２が把持するケーブル２３を再び第１の把持機構１１に持ち替えている。そのため、有効に既設ケーブル２４を避けながらケーブル２３を組み付けることができる。よって、コストダウン及び設備の小型化を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係るロボットハンド及びロボットを示す概略構成図である。 上記実施の形態に係るロボットハンドを示す側面図である。 上記実施の形態に係るロボットハンドにより既設ケーブル（障害物）を避けながらケーブルの配線（ワークの組み付け）を行う流れを示す説明図（その１）である。 上記実施の形態に係るロボットハンドにより既設ケーブル（障害物）を避けながらケーブルの配線（ワークの組み付け）を行う流れを示す説明図（その２）である。 上記実施の形態に係るロボットハンドにより既設ケーブル（障害物）を避けながらケーブルの配線（ワークの組み付け）を行う流れを示す説明図（その３）である。 上記実施の形態に係るロボットハンドにより既設ケーブル（障害物）を避けながらケーブルの配線（ワークの組み付け）を行う流れを示す説明図（その４）である。 上記実施の形態に係るロボットハンドにより既設ケーブル（障害物）を避けながらケーブルの配線（ワークの組み付け）を行う流れを示す説明図（その５）である。 上記実施の形態に係るロボットハンドにより既設ケーブル（障害物）を避けながらケーブルの配線（ワークの組み付け）を行う流れを示す説明図（その６）である。 上記実施の形態に係るロボットハンドにより既設ケーブル（障害物）を避けながらケーブルの配線（ワークの組み付け）を行う流れを示す説明図（その７）である。 上記実施の形態に係るロボットハンドにより既設ケーブル（障害物）を避けながらケーブルの配線（ワークの組み付け）を行う流れを示す説明図（その８）である。 従来のケーブルの配線（ワークの組み付け）形態を示す模式図である。

符号の説明

１ ロボット
２ ロボット本体部
３ 多関節アーム
３ａ 第１関節
３ｂ 第２関節
１０ ロボットハンド
１１ 第１の把持機構
１１ａ 爪
１１ｂ チャック
１１ｃ 第１のアーム
１２ 第２の把持機構
１２ａ 爪
１２ｂ チャック
１２ｃ 第２のアーム
１３ 位置決め機構
１４ ハンドベース
２０ 制御盤
２１ 制御機器
２２ 制御機器
２３ ケーブル
２３ａ コネクタ
２４ 既設ケーブル

Claims (5)

1. 対象物であるワークを把持するロボットハンドにおいて、
   前記ワークを把持する第１の把持機構及び第２の把持機構と、
   前記第１の把持機構と前記第２の把持機構とで前記ワークを持ち替えることができる位置に、前記第１の把持機構及び前記第２の把持機構の少なくとも一方を位置決めする位置決め機構とを備えることを特徴とするロボットハンド。
2. 前記第１の把持機構は、前記ワークを把持する第１の把持部と、該第１の把持部に接続された第１のアームとを有し、
   前記第２の把持機構は、前記ワークを把持する第２の把持部と、該第２の把持部に接続された第２のアームとを有し、
   前記位置決め機構は、前記第１の把持部と前記第２の把持部とが互いに正対する位置に、前記第１のアーム及び前記第２のアームの少なくとも一方を位置決めすることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
3. 前記第１の把持機構は、前記ワークを把持する第１の把持部と、該第１の把持部に接続された第１のアームとを有し、
   前記第２の把持機構は、前記ワークを把持する第２の把持部と、該第２の把持部に接続された第２のアームとを有し、
   前記第１のアームと前記第２のアームとは、互いに直交して配置され、
   前記位置決め機構は、前記第１のアームに平行で且つ前記第２のアームに直交して該第２のアームに接続され、該第２のアームを位置決めすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロボットハンド。
4. 対象物であるワークの組み付けを行うロボットにおいて、
   請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のロボットハンドを備えることを特徴とするロボット。
5. 障害物を避けながら、対象物であるワークの組み付けを行うワーク組み付け方法において、
   第１の把持機構が把持する前記ワークを第２の把持機構に持ち替え、
   前記第１の把持機構を前記障害物の反対側に移動させ、
   前記第２の把持機構が把持するワークを前記第１の把持機構に持ち替えることを特徴とするワークの組み付け方法。

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