JP2009012119A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】障害物があっても組付部に被組付体を組み付け可能なロボットハンドを提供する。
【解決手段】組付部と障害物との間の空間内で被組付体２７を組付部に組み付けるロボットハンドであって、少なくとも２つの把持部材を相対的にスライド移動して開閉することにより、被組付体２７を２つの把持部材で把持するハンド３と、ハンド３を動かして被組付体２７を組付部に組み付けるアームと、を備え、アームは、ハンド３に把持された被組付体２７を組付部に組み付ける際、ハンド３の２つの把持部材の開閉方向が、被組付体２７を空間内に挿入する際の挿入方向と略平行になるようにハンド３の姿勢を制御し、被組付体２７を組付部に組み付ける。
【選択図】図１０

Description

本発明は、ロボットハンドに関し、特に狭小空間内で被組付体を組付部に組み付けるロボットハンドに関する。

工業製品の組立工程では、産業用ロボットを活用した製造工程の自動化が図られている。

例えば、特許文献１には、同一形状のワークを複数保持してハンドリング時間を短縮するロボットハンドに関する技術が記載されている。また、特許文献２には、一対の爪を互いに独立して開閉駆動可能にすることで、２つの爪の中心にゴムホースが位置していなくてもこれを良好に掴むロボットハンドに関する技術が記載されている。また、特許文献３及び４には、部品を保持するロボットハンドであって、異形状な複数種類の部品を保持可能なロボットハンドに関する技術が記載されている。
特開平５−３１８３７５号公報 特開２００３−９４３７２号公報 特開２００１−２４６５９１号公報 特開２００６−３３４６７４号公報

従来技術によれば、被組付体を組み付ける組付部の周囲に障害物がある場合に、この障害物が被組付体を把持する爪の開閉動作を阻害する場合がある。爪を開くことができないと、把持した被組付体を離して組付部に組み付けることができない。

本発明の課題は、障害物があっても組付部に被組付体を組み付け可能なロボットハンドを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、２つの把持部材の開閉方向が、被組付体を空間内に挿入する際の挿入方向と略平行になるように、ハンドの姿勢を制御する。

詳細には、ロボットハンドであって、組付部と障害物との間の空間内で被組付体を該組付部に組み付けるロボットハンドであって、少なくとも２つの把持部材を相対的にスライド移動して開閉することにより、前記被組付体を該２つの把持部材で把持するハンドと、前記ハンドを動かして前記被組付体を前記組付部に組み付けるアームと、を備え、前記アームは、前記ハンドに把持された前記被組付体を前記組付部に組み付ける際、該ハンドの前記２つの把持部材の開閉方向が、該被組付体を前記空間内に挿入する際の挿入方向と略平行になるように該ハンドの姿勢を制御し、該被組付体を該組付部に組み付ける。

２つの把持部材で被組付体を把持する場合、把持した被組付体を掴んだり離したりする為、２つの把持部材を開閉するための空間が必要である。把持部材の開く方向に組付部や障害物がある場合、２つの把持部材を開くことができない。

本発明は、被組付体を挿入する方向の空間を利用して把持部材を開閉することにより、例えば、２つの把持部材が開くことができないような空間内における被組付体の組付を可能としている。すなわち、２つの把持部材の開閉方向が、被組付体を空間内に挿入する際
の挿入方向と略平行になるように、ハンドの姿勢をアームが制御する。これにより、２つの把持部材の開閉動作が組付部と障害物とによって制限されることがなくなる。

以上、本発明によれば、障害物があっても組付部に被組付体を組み付けることが可能となる。

ここで、前記２つの把持部材は、外形の異なる複数種類の被組付体のそれぞれの外形に対応する形状を有するようにしてもよい。

把持部材が外形の異なる複数種類の被組付体のそれぞれの外形に対応する形状を有していることにより、被組付体の品種変更に容易に対応可能となる。ここで、把持部材が外形の異なる複数種類の被組付体のそれぞれの外形に対応する形状とは、例えば、被組付体を把持する把持部材が様々な形状の被組付体に対応可能な爪を有するものや、あるいは様々な形状の被組付体のそれぞれに対応する爪を複数有するものが挙げられる。

ここで、前記空間は、ブレーキキャリパの面であってブレーキパッドのクリップを組み付ける組付面と、該ブレーキキャリパの面であって該組付面と対向し、他のクリップを組み付ける面と、によって挟まれる空間であり、前記被組付体は、ブレーキパッドのクリップであり、前記ハンドは、前記クリップを把持し、前記アームは、前記クリップを前記組付面に組み付けるものであってもよい。

また、前記空間は、ブレーキキャリパの一部であってブレーキパッドのプレッシャプレートを押圧して車両を制動する押圧部材と、該ブレーキキャリパの一部であって該押圧部材と対向し、他のブレーキパッドのプレッシャプレートを押圧する部材と、によって挟まれる空間であり、前記被組付体は、ブレーキパッドであり、前記ハンドは、前記ブレーキパッドを把持し、前記アームは、前記ブレーキパッドを前記押圧部材の位置に組み付けるものであってもよい。

ブレーキキャリパは、キャリパ本体やサポートで構成される。ここで、クリップやブレーキパッドは、これらを保持するキャリパ本体やサポートに組み付けられる。クリップは、ロータが何れの方向に回転してもその機能を発揮するよう、２つのクリップが互いに対向するようにキャリパ本体やサポートに組み付けられる。また、ブレーキパッドは、ロータを把持することで制動力を発揮するよう、２つの摩擦面が互いに対向するようにキャリパ本体に組み付けられる。このクリップやブレーキパッドをキャリパ本体やサポートに組み付ける場合、対向する側にあるクリップ、ブレーキパッド、あるいは組付部は、組み付け作業の際の障害物となる。

本発明は、キャリパ本体やサポートの形状に着目している。すなわち、クリップやブレーキパッドを組み付ける場合に、２つの把持部材の開閉方向が、被組付体を空間内に挿入する際の挿入方向と略平行になるように、アームがハンドの姿勢を制御する。これにより、２つの把持部材を開閉動作する際、この動きがキャリパ本体やサポートの形状によって制限されることがなくなる。なお、ここで、押圧部材とは車両を制動する際にブレーキパッドのプレッシャプレートを押圧する部材であり、例えば、プレッシャプレートを直接押圧するブレーキピストンや、或いはプレッシャプレートの押圧面を支持するキャリパ本体の一部である。

以上、本発明によれば、キャリパ本体やサポートのような、クリップやブレーキパッドを組み付けることが困難な空間であっても、組付部にこれら部品を組み付けることが可能となる。

ここで、上記ロボットハンドは、前記ハンドは、１つの被組付体を把持する一組の把持部材を、各組の把持部材の開閉方向が互いに平行な状態で複数組有するようにしてもよい。

ハンドが、１つの被組付体を把持する一組の把持部材を複数有していることにより、１つのハンドで複数の被組付体を同時に掴むことができる。また、ハンドは、複数組の把持部材を、各組の把持部材の開閉方向が互いに平行となる状態で有していることにより、被組付体を空間内に挿入する際の挿入方向と各組の把持部材の開閉方向とを平行にすることができる。換言すると、複数組の把持部材を有していても、組付部と障害物との間の空間内であっても各組の把持部材を開閉することができるので、係る空間内で被組付体を組付部に組み付けることが可能となる。

障害物があっても組付部に被組付体を組み付け可能なロボットハンドを提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を例示的に説明する。本実施形態に係るロボットハンドは、フローティングキャリパ型ディスクブレーキのサポートにクリップとブレーキパッドとを組み付けるものである。なお、本発明は、これに限定されるものでなく、如何なる被組付体の組み付けに用いても良い。また、本発明は、障害物のある狭小空間内でその効果を最も発揮するが、障害物の無い空間において被組付体の組み付けを行うことが可能であることは言うまでもない。
＜全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るロボットハンド１の斜視図である。図１において示すように、ロボットハンド１は、アーム２と、アーム２の先端の手首部に組み付けられたハンド３と、を備える。

まず、アーム２について説明する。アーム２は、６軸式の多関節ロボットである。アーム２は、床面に設置される架台部４、架台部４に連結された第一腕部５、第一腕部５に連結された第二腕部６、第二腕部６に連結された第三腕部７、及び第三腕部７に連結された手首部８と、を備えている。

架台部４は、床面に固定されており、アーム２全体を支える。架台部４は、図示しない回転駆動装置を内蔵しており、鉛直方向の軸９Ａ及び水平方向の軸９Ｂを中心に第一腕部５を回転する。

第一腕部５、第二腕部６、及び第三腕部７は、図示しない回転駆動装置をそれぞれ内蔵している。第一腕部５は、水平方向の軸９Ｃを中心に第二腕部６を回転する。また、第二腕部６は、水平方向の軸９Ｄを中心に第三腕部７を回転する。また、第三腕部７は、水平方向の軸９Ｅを中心に手首部８を回転する。

手首部８は、図示しない回転駆動装置を内蔵しており、ハンド３の組付方向の軸９Ｆを中心に、ハンド３を捻るように回転することが可能である。

なお、アーム２に内蔵されている各回転駆動装置は、図示しない制御装置によって制御される。各回転駆動装置は、サーボモータやポテンショメータを備えており、予め設定されたプログラムに基づいて動作を指令する制御装置からの制御信号に基づいて関節の角度を制御する。また、各回転駆動装置は、サーボモータの負荷を検知する圧電ゲージを備えており、サーボモータの過負荷を検知したらモータを停止するように構成されている。

アーム２は、以上のように６軸の関節軸を有していることにより、ハンド３を所望の位置に所望の姿勢で動かすことが可能となる。

次に、ハンド３について説明する。図２は、ハンド３の斜視図である。また、図３はハンド３の正面図であり、図４はハンド３の側面図である。図２、３、および４において示すように、ハンド３は、ハンド３全体をアーム２の手首部８に固定するためのベース１０、ベース１０に固定される固定部材１１、ベース１０に本体が固定されたエアシリンダ１２、及びエアシリンダ１２によってスライド移動が可能な可動部材１３を備えている。エアシリンダ１２は、図示しない圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気によって可動部材１３をスライドする。なお、圧縮空気供給装置とエアシリンダ１２との間には図示しない電磁弁が備えられており、制御装置からの指令に応じて電磁弁が開閉することにより圧縮空気の流れが制御され、可動部材１３がスライドする。

固定部材１１は、ブレーキパッドを支持するパッド用爪１４Ａ、及びクリップを支持するクリップ用爪１５Ａを備えている。また、可動部材１３は、ブレーキパッドを支持するパッド用爪１４Ｂ、及びクリップを支持するクリップ用爪１５Ｂを備えている。可動部材１３がエアシリンダ１２によって固定部材１１側にスライドされることにより、可動部材１３と固定部材１１とが対象物を把持する。例えば、ブレーキパッドを把持する場合であれば、可動部材１３がスライドされることにより、パッド用爪１４Ａとパッド用爪１４Ｂとの間にブレーキパッドが把持される。また、クリップを把持する場合であれば、可動部材１３がスライドされることにより、クリップ用爪１５Ａとクリップ用爪１５Ｂとの間にクリップが把持される。

なお、ハンド３は、エアシリンダ１２、可動部材１３、及び固定部材１１で構成される把持機構を２組、ベース１０を挟んで対称に備えている。これにより、ブレーキパッドやクリップを同時に２つ把持することが可能である。

ロボットハンド１の構成は、以上である。次に、ロボットハンド１が組立を行うフローティングキャリパ型ディスクブレーキのサポート、クリップ、およびブレーキパッドについて説明する。

まず、サポートについて説明する。図５は、サポート１６の斜視図である。サポート１６は、車輪と共に回転するロータに隣接して車体に固定され、ロータの周方向のトルクをブレーキパッドを介して受け止める。図５において示すように、サポート１６は、ブレーキパッドを介してロータの周方向のトルクを受け止めるトルク受け部１７、およびロータを跨ぐブリッジ部１８を有している。トルク受け部１７は、クリップを嵌める溝１９をそれぞれ有している。トルク受け部１７は、溝１９の開口方向が反対側のトルク受け部１７を向くように配置されている。よって、どちらかのトルク受け部１７の溝１９にクリップを嵌め込む場合、他方のトルク受け部１７が嵌め込み作業の際の障害物となる。

次に、クリップについて説明する。図６は、クリップ２７の斜視図である。図６において示すように、クリップ２７は、ブレーキの非制動時にブレーキパッドがロータから離れるように弾性力を与える弾性片２０を有している。また、クリップ２７は、サポート１６の溝１９に嵌め合い可能な嵌合部２８を有している。なお、ハンド３のクリップ用爪１５Ａは、嵌合部２８の弾性片２０側に挿入され、クリップ２７を支持する。クリップ用爪１５Ａがこの嵌合部２８を押すことにより、嵌合部２８が溝１９に嵌る。また、クリップ２７は、クリップ用爪１５Ｂが当たる肩部２１を有している。この肩部２１がクリップ用爪１５Ｂに支持されることにより、クリップ２７がハンド３に把持される。

次に、ブレーキパッドについて説明する。図７は、ブレーキパッド２２の斜視図である。図７において示すように、ブレーキパッド２２は、摩擦材２３、及びプレッシャプレート２４で構成される。ブレーキパッド２２は、サポート１６のトルク受け部１７にロータの周方向のトルクを与える側部２５に弾性片２０からの弾性力を受け止める突起２６を有している。
＜組立フロー＞
次に、ロボットアーム２を用いてブレーキを組み立てる組立フローについて説明する。図８は、組立フローの図である。以下、図８のフローチャートを参照しつつ、ブレーキの組立方法について説明する。

（ステップＳ１０１：クリップの把持）ロボットハンド１は、エアシリンダ１２を収縮方向に駆動して可動部材１３を動かし、クリップ用爪１５Ａ，Ｂを開く。そして、ロボットハンド１は、クリップ用爪１５Ａ，Ｂでクリップ２７を引っ掛け、エアシリンダ１２を伸張方向に駆動して可動部材を動かし、クリップ２７を把持する。図９において、このときのハンド３の状態図を示す。図９において示すように、ハンド３は、クリップ２７を把持している。

（ステップＳ１０２：クリップの組み付け）ロボットハンド１は、アーム２を動かし、クリップ２７を２つのトルク受け部１７で囲まれる空間に挿入する。そして、トルク受け部１７の溝１９にクリップ２７の嵌合部２８を押し当てる。ロボットハンド１は、溝１９に嵌合部２８を押し込んだら、エアシリンダ１２を収縮方向に動かし、クリップ２７を離す。これにより、クリップ２７の組付が完了する。ロボットハンド１は、アーム２を動かしてハンド３をブレーキパッド２２の置いてある位置に移動する。図１０において、クリップ２７を組み付ける際の状態図を示す。図１０において示すように、ハンド３は、２つのトルク受け部１７で囲まれた狭小空間内でクリップ２７を組み付けている。

（ステップＳ１０３：ブレーキパッドの把持）次に、ロボットハンド１は、エアシリンダ１２を収縮方向に駆動して可動部材１３を動かし、パッド用爪１４Ａ，Ｂを開く。そして、ロボットハンド１は、パッド用爪１４Ａ，Ｂでブレーキパッド２２を引っ掛け、エアシリンダ１２を伸張方向に駆動して可動部材を動かし、ブレーキパッド２２を把持する。図１１において、このときのハンド３の状態図を示す。図１１において示すように、ハンド３は、２つのブレーキパッド２２を把持している。

（ステップＳ１０４：ブレーキパッドの組み付け）ロボットハンド１は、アーム２を動かし、２つのブレーキパッド２２をサポート１６のアウター側、及びインナー側にそれぞれ組み付ける。ロボットハンド１は、ブレーキパッド２２を、ブレーキパッド２２の突起２６が弾性片２０の部分に押し込まれるように動かし、サポート１６に組み付ける。ロボットハンド１は、突起２６を弾性片２０の部分に押し込んだら、エアシリンダ１２を収縮方向に動かし、ブレーキパッド２２を離す。これにより、サポート１６にブレーキパッド２２が組み付けられる。図１２において、ブレーキパッド２２を組み付ける際の状態図を示す。図１２において示すように、ハンド３は、ブレーキパッド２２の突起２６を弾性片２０の部分に押し込んでいる。

以上により、サポート１６にクリップ２７、及びブレーキパッド２２を組み付ける作業が完了する。なお、クリップ２７、及びブレーキパッド２２を組み付けたサポート１６の案内孔にキャリパ本体の案内ピンを嵌めることで、ブレーキが完成する。
＜効果＞
以上、本実施形態に係るロボットハンドによれば、クリップを組み付ける２つのトルク受け部が互いに向き合うような狭小空間内でクリップを組み付ける場合であっても、クリップ用爪が開閉する際の開閉方向と略平行な方向にクリップを挿入するため、クリップ用
爪を開いてクリップを離す際にもトルク受け部が障害物になることがない。これにより、従来技術に係るロボットハンドではクリップを組み付けることが困難であった狭小空間内であっても、ロボットハンドによる部品の組み付けが可能となる。これにより、製造工程の自動化を図ることが可能となる。

また、本実施形態に係るロボットハンドによれば、クリップ用爪の開閉方向が、クリップを挿入する際の挿入方向と略平行になるように、ハンドの姿勢をアームが制御しているため、複数の把持機構を有していても狭小空間内で爪を容易に開閉することが可能である。よって、多数の被組付体を把持しながら狭小空間における組み付け作業を行うことが可能となり、作業効率を向上させることが可能となる。これにより、クリップとブレーキパッドをサポートに組み付ける作業が、従来の３０秒から半分の１５秒以下に低減することが可能となる。

なお、本実施形態において、ブレーキパッドはサポートに組み付けているため、ブレーキパッドを狭小空間内で組みつけていない。しかし、ブレーキパッドをキャリパ本体に組み付ける場合に本発明に係るロボットハンドを適用すれば、キャリパ本体のシリンダとプレッシャプレートの押圧面との間の狭小空間内でクリップやブレーキパッドの組み付けを行うことが可能である。その際は、クリップ用爪やパッド用爪を支える固定部材や可動部材を小さくしておくことが望ましい。

ロボットハンドの斜視図。 ハンドの斜視図。 ハンドの正面図。 ハンドの側面図。 サポートの斜視図。 クリップの斜視図。 ブレーキパッドの斜視図。 組立フロー図。 ハンドの状態図。 クリップを組み付ける際の状態図。 ハンドの状態図。 ブレーキパッドを組み付ける際の状態図。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・・・・・・・・ロボットハンド
２・・・・・・・・・・・・・・・・・・アーム
３・・・・・・・・・・・・・・・・・・ハンド
４・・・・・・・・・・・・・・・・・・架台部
５・・・・・・・・・・・・・・・・・・第一腕部
６・・・・・・・・・・・・・・・・・・第二腕部
７・・・・・・・・・・・・・・・・・・第三腕部
８・・・・・・・・・・・・・・・・・・手首部
９Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ・・・・・・・軸
１０・・・・・・・・・・・・・・・・・ベース
１１・・・・・・・・・・・・・・・・・固定部材
１２・・・・・・・・・・・・・・・・・エアシリンダ
１３・・・・・・・・・・・・・・・・・可動部材
１４Ａ，Ｂ・・・・・・・・・・・・・・パッド用爪
１５Ａ，Ｂ・・・・・・・・・・・・・・クリップ用爪
１６・・・・・・・・・・・・・・・・・サポート
１７・・・・・・・・・・・・・・・・・トルク受け部
１８・・・・・・・・・・・・・・・・・ブリッジ部
１９・・・・・・・・・・・・・・・・・溝
２０・・・・・・・・・・・・・・・・・弾性片
２１・・・・・・・・・・・・・・・・・肩部
２２・・・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキパッド
２３・・・・・・・・・・・・・・・・・摩擦材
２４・・・・・・・・・・・・・・・・・プレッシャプレート
２５・・・・・・・・・・・・・・・・・側部
２６・・・・・・・・・・・・・・・・・突起
２７・・・・・・・・・・・・・・・・・クリップ
２８・・・・・・・・・・・・・・・・・嵌合部

Claims (5)

1. 組付部と障害物との間の空間内で被組付体を該組付部に組み付けるロボットハンドであって、
   少なくとも２つの把持部材を相対的にスライド移動して開閉することにより、前記被組付体を該２つの把持部材で把持するハンドと、
   前記ハンドを動かして前記被組付体を前記組付部に組み付けるアームと、を備え、
   前記アームは、前記ハンドに把持された前記被組付体を前記組付部に組み付ける際、該ハンドの前記２つの把持部材の開閉方向が、該被組付体を前記空間内に挿入する際の挿入方向と略平行になるように該ハンドの姿勢を制御し、該被組付体を該組付部に組み付ける、
   ロボットハンド。
2. 前記２つの把持部材は、外形の異なる複数種類の被組付体のそれぞれの外形に対応する形状を有する、
   請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記空間は、ブレーキキャリパの面であってブレーキパッドのクリップを組み付ける組付面と、該ブレーキキャリパの面であって該組付面と対向し、他のクリップを組み付ける面と、によって挟まれる空間であり、
   前記被組付体は、ブレーキパッドのクリップであり、
   前記ハンドは、前記クリップを把持し、
   前記アームは、前記クリップを前記組付面に組み付ける、
   請求項１または２に記載のロボットハンド。
4. 前記空間は、ブレーキキャリパの一部であってブレーキパッドのプレッシャプレートを押圧して車両を制動する押圧部材と、該ブレーキキャリパの一部であって該押圧部材と対向し、他のブレーキパッドのプレッシャプレートを押圧する部材と、によって挟まれる空間であり、
   前記被組付体は、ブレーキパッドであり、
   前記ハンドは、前記ブレーキパッドを把持し、
   前記アームは、前記ブレーキパッドを前記押圧部材の位置に組み付ける、
   請求項１または２に記載のロボットハンド。
5. 前記ハンドは、１つの被組付体を把持する一組の把持部材を、各組の把持部材の開閉方向が互いに平行な状態で複数組有する、
   請求項１から４の何れかに記載のロボットハンド。

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