JP2009012138A - ワーク把持ロボット及びワークの把持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク把持ロボットによりワークを把持する際におけるワークの位置決め精度を向上させる。
【解決手段】ロボットハンド１は、ロボットハンド１とワーク５０の間の位置決めを行う位置決め部材としての可動ノックピン１５と、互いに対向して配置され、ワーク５０の把持を行う２つの可動クランプ部材１２Ｒ及びＬを有する。さらに、可動ノックピン１５によりワーク５０の位置決めがなされた状態で可動クランプ部材１２Ｒ及びＬをワーク５０に接近させる際に、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬが互いに独立に移動可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークを把持して搬送するワーク把持ロボットに関し、特に、ワーク把持ロボットとこれに把持されるワークとの位置決めに関する。

本明細書におけるワーク把持ロボットとは、ワークを把持するロボットハンドを有し、ワークを把持して移動させることが可能なロボットである。このようなワーク把持ロボットは、主に産業用ロボットとして使用されている。

例えば、自動車用エンジンの製造ラインにおいてシリンダブロック等のワークを切削加工する際には、ワーク搬送用のコンベヤ等により搬入されて仮置き台等に置かれたワークをワーク把持ロボットが把持し、加工設備の治具にワークを装着する。また、切削加工の終了後には、ワーク把持ロボットが加工設備の治具からワークを取り外し、予め定められた搬出経路上にワークを移動する。

ワークを加工設備の治具に取り付ける際には、高い位置決め精度が要求される。通常、加工設備の治具は、ワークを位置決めするための位置決め機構を有している。例えば、加工設備の治具にノックピンが設けられており、当該ノックピンをワーク側に設けられたノック穴に挿入することでワークの位置決めが行われる。なお、加工設備の治具に対してワークを高精度に位置決めするためには、ワーク把持ロボットによりワークを把持する際にも、ワーク把持ロボットとワークとの間の高精度な位置決めが要求される。

特許文献１には、シリンダブロックのシリンダ孔に棒状部材を嵌挿し、ワークを吊り下げて搬送するワーク吊り下げ装置が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載のワーク吊り下げ装置は、ワークを把持するロボットハンドを有するものではなく、ロボットハンドによりワークを把持する際におけるロボットハンドとワークの位置合わせに関する技術は何ら開示していない。また、吊り下げ装置とワークとの位置決め方法についても具体的な開示はなされていない。

また、特許文献２には、誘電体素子等の容積及び質量の小さい小型ワークを把持するロボットハンドが開示されている。特許文献２に記載のロボットハンドは、ワークの突起に対応する位置決め孔が形成されている位置決め部と、ワークの周囲を把持する複数の把持爪を有しており、ワークを把持する際は、位置決め部をワークに押し付けることでワークの位置決めを行い、ワークの周囲を把持爪により把持する。
特開２００４−１８２３２号公報 特開平８−３２３６７２号公報

上述したように、加工設備の治具に対してワークを高精度に位置決めするためには、ワーク把持ロボットによってワークを把持する際にも、ワーク把持ロボットとワークの間の位置決めを高精度に行うことが要求される。

本願の発明者は、ワーク把持ロボットのロボットハンドにノックピンを設け、ワークにノック穴を設けることでワークとロボットハンドとの位置合わせを行い、ワークの位置決めの高精度化を図ることを検討した。しかしながら、本願の発明者は、単にノックピンを用いてロボットハンドとワークの位置決めを行っただけでは、ワークを把持する際の位置決め精度を充分に向上できないことを見出した。

上述の事情を考慮し、本発明は、ワーク把持ロボットによりワークを把持する際におけるワークの位置決め精度を向上させることを目的とする。

本発明の第１の態様は、ワークの把持を行うロボットハンドを有するワーク把持ロボットである。当該ワーク把持ロボットが有する前記ロボットハンドは、前記ワークの位置決めを行う位置決め部材と、互いに対向して配置されており、前記ワークの把持を行う少なくとも２つの可動クランプ部材とを有する。さらに、前記位置決め部材により前記ワークの位置決めがなされた状態で前記少なくとも２つの可動クランプ部材を前記ワークに接近させる際に、前記少なくとも２つの可動クランプ部材が互いに独立に移動可能である。

このように構成されたワーク把持ロボットは、例えばノックピン等の位置決め部材によってワークの位置決めを行った後、可動クランプ部材によってワークの外縁部分を把持する際に、複数の可動クランプ部材の各々を独立に移動させ、これらをワークに当接させることができる。これにより、位置決め部材によって決定されたワーク位置に対するワークの外縁部分の相対位置にばらつき（位置誤差）が存在する場合であっても、当該ばらつきを補償、吸収してワークを把持することができる。つまり、位置決め部材により決定されたロボットハンドとワークの位置関係を維持したままワークの把持を行うことができる。したがって、本発明の第１の態様のワーク把持ロボットは、ワークを把持する際のワークの位置決め精度を向上させることができる。

前記第１の態様にかかるワーク把持ロボットにおいて、前記位置決め部材は、前記ワークに形成された位置決め穴に嵌合される位置決めピンを有してもよい。また、前記位置決めピンは、前記ワークの加工設備に前記ワークを位置決めするための加工ノック穴を前記ワークに形成する際の基準として予め鋳造時に前記ワークに形成されている粗材ノック穴に嵌合するようにしてもよい。これにより、ワークに新たなノック穴を加工する必要がなく、ワークの製造・加工工程を簡略化できる。また、シリンダブロックのシリンダ孔など、位置決め以外の他の用途や機能のためにワークに設けられた穴（以下、機能穴と呼ぶ）をワークの位置決めに使用する必要がなく、機能穴の傷つきを防止することができる。

前記第１の態様にかかるワーク把持ロボットにおいて、前記可動クランプ部材の先端に、前記ワークの外縁に設けられたリブの形状に応じて形成され、前記ワークを把持する際に前記リブと係合する爪部を設けてもよい。このような構成により、より小さい力でワークを把持することができ、ロボットハンドの小型化に寄与することができる。

本発明の第２の態様は、ロボットハンドによるワークの把持方法である。具体的には、前記ロボットハンドが有する位置決め部材を前記ワークに当接させて前記ワークに対する前記ロボットハンドの位置決めを行い、前記位置決め部材による前記ワークの位置決めを維持したまま、前記ロボットハンドが有する少なくとも２つの可動クランプ部材の各々を独立に移動させることで、前記少なくとも２つの可動クランプ部材を前記ワークに当接させ、前記少なくとも２つの可動クランプ部材により前記ワークを把持する。

このような方法により、位置決め部材によって決定されるワーク位置に対するワークの外縁部分の相対位置にばらつき（位置誤差）が存在する場合であっても、当該ばらつきを補償、吸収してワークを把持することができる。つまり、位置決め部材により決定されたワーク位置を維持したままでワークを把持することができ、ワーク把持ロボットがワークを把持する際のワークの位置決め精度を向上させることができる。

本発明により、ワーク把持ロボットによりワークを把持する際におけるワークの位置決め精度を向上させることができる。

以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

実施の形態１．
本実施の形態は、Ｖ型エンジンのシリンダブロックを把持して移動させるワーク把持ロボットである。本実施の形態にかかるワーク把持ロボットのロボットアーム（不図示）の先端に取り付けられて、ワークの把持を行うロボットハンド１の構成を図１（ａ）及び（ｂ）に示す。ロボットハンド１は、互いに対向して配置された２つの可動クランプ部材１２Ｒ及びＬを有している。

図１（ａ）は、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬが開放位置にある非クランプ状態を示すロボットハンド１の正面図である。一方、図１（ｂ）は、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬが閉じられた位置にあるクランプ状態を示すロボットハンド１の正面図である。図１（ａ）に示す非クランプ状態において、可動クランプ部材１２Ｒが矢印ＡＲにより示される方向に移動し、可動クランプ部材１２Ｌが矢印ＡＬにより示される方向に移動することにより、言い換えると、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬが共にロボットハンド１の掌内側方向に移動することにより、図１（ｂ）のクランプ状態となる。

なお、本実施の形態では、説明簡略化のために、ロボットハンド１が、１対の可動クランプ部材１２Ｒ及びＬのみを有する構成について説明する。しかしながら、ロボットハンド１は、複数対の可動クランプ部材１２Ｒ及びＬが、図１（ａ）及び（ｂ）の紙面奥行方向に沿って配置された構成であってもよい。

可動クランプ部材１２Ｒは、ガイドレール１０、スライダ１１Ｒ、ピストンロッド１４Ｒ及びエアシリンダ１３Ｒによって駆動され、ガイドレール１０に沿って直線運動を行う。具体的に述べると、可動クランプ部材１２Ｒはスライダ１１Ｒに固定されており、スライダ１１Ｒはエアシリンダ１３Ｒのピストンロッド１４Ｒに連結されている。ピストンロッド１４Ｒの伸縮によってスライダ１１Ｒがガイドレール１０に沿って案内され、これに応じて可動クランプ部材１２Ｒが図１（ａ）の左右方向に直線運動を行う。

可動クランプ部材１２Ｌは、上述した可動クランプ部材１２Ｒと同様に、スライダ１１Ｌがガイドレール１０に沿って案内されることで、図１（ａ）の左右方向に直線運動を行う。なお、スライダ１１Ｌを駆動するエアシリンダ１３Ｌのピストンロッド１４Ｌは、ロボットハンド１の背面側に配置されているため、図１（ａ）には示されていない。

上述したように、本実施の形態では、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬは、別個に設けられエアシリンダ１３Ｒ及びＬによってそれぞれ駆動される。このため、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬは、互いに独立に直線運動を行うことができる。

ワーク５０と接する可動クランプ部材１２Ｒの先端部分には、爪１２０Ｒ及び１２１Ｒが設けられている。同様に、ワーク５０と接する可動クランプ部材１２Ｌの先端部分には、爪１２０Ｌ及び１２１Ｌが設けられている。

可動ノックピン１５は、後述するワーク５０を把持する際にワーク５０とロボットハンド１の位置合わせに使用される。具体的には、ワーク５０に形成された粗材ノック穴５２に可動ノックピン１５を嵌合させることで、ワーク５０とロボットハンド１の位置決めが行われる。

次に、図２及び３を用いて、ロボットハンド１によるワーク５０の把持動作について詳しく説明する。図２は、ワーク５０との位置決めを行った状態を示すロボットハンド１の正面図である。図２に点線で示すワーク５０は、ダイキャスティング等の金型鋳造方法によって製造されたＶ型エンジンのシリンダブロックである。ワーク５０には、シリンダ孔５４がＶ字型に形成されている。

仮置き台６０上に配置されたワーク５０は、本実施の形態にかかるワーク把持ロボットによって把持されて加工設備の治具に装着され、切削加工を施される。仮置き台６０とワーク５０との位置決めは、仮置き台６０に設けられた可動ノックピン６１をワーク５０の下面に形成された加工ノック穴５１に挿入することにより行われている。なお、加工ノック穴５１は、切削加工のために加工設備内の治具にワーク５０を位置決めする際の基準である。このため、切削加工の対象となるシリンダ孔５４と加工ノック穴５１との相対位置誤差は、所定の基準値以下に抑えられている。

粗材ノック穴５２は、ワーク５０に加工ノック穴５１を形成する際の基準とするために予め鋳造時にワーク５０に形成される基準穴である。具体的に述べると、加工ノック穴５１は、粗材ノック穴５２を基準として、又は、粗材ノック穴５２を基準として形成された基準座を基準として形成される。つまり、加工ノック穴５１は粗材ノック穴５２を基準として作られるため、粗材ノック穴５２と加工ノック穴５１の相対位置誤差、及び、粗材ノック穴５２とシリンダ孔５４の相対位置誤差は、ともに小さく抑えられている。本実施の形態では、粗材ノック穴５２は、Ｖ字型に対向して配置されたシリンダ列の間のワーク５０の上面に形成されている。

リブ５３Ｒ及びＬは、ワーク５０の左右の表面に形成された凸部である。

図２に示すように、ロボットハンド１とワーク５０との位置決めは、ロボットハンド１に取り付けられた可動ノックピン１５を粗材ノック穴５２に挿入することにより行われる。粗材ノック穴５２は加工ノック穴５１を形成する際の基準であるから、粗材ノック穴５２と加工ノック穴５１の間の相対位置誤差は所定の基準値以下となるよう管理されている。したがって、粗材ノック穴５２をロボットハンド１とワーク５０の位置決めの基準として使用することにより、ロボットハンド１がワーク５０を加工設備内の治具に位置合わせする際の位置誤差の発生を抑制できる。

さらに、粗材ノック穴５２を用いてロボットハンド１とワーク５０の位置決めを行うことにより、ワーク５０に新たなノック穴を加工する必要がなく、ワーク５０の製造・加工工程を簡略化できる。また、シリンダ孔５４などの位置決め以外の他の用途や機能のためにワーク５０に設けられた機能穴をロボットハンド１とワーク５０の位置決めに使用する必要がないため、機能穴の傷つきを防止することができる。

続いて、粗材ノック穴５２を用いた位置決めの終了後に、ロボットハンド１によりワーク５０を把持する際の可動クランプ部材１２Ｒ及びＬの動作について説明する。ロボットハンド１とワーク５０との位置決めを行った後、エアシリンダ１３Ｒ及び１３Ｌ（不図示）より供給される駆動力よって、左右の可動クランプ部材１２Ｒ及びＬをワーク５０に接近させるように移動させる。これにより、図３に示すように、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬがリブ５３Ｒ及びＬを含むワーク５０の外縁部分に当接し、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬによりワーク５０が把持される。

なお、ワーク５０の鋳造時に使用される金型の寸法公差などに起因して、リブ５３Ｒ及びＬを含むワーク５０の外縁部分と粗材ノック穴５２との相対位置誤差が存在する。ワーク５０の外縁部分と粗材ノック穴５２との相対位置誤差が大きいと、可動クランプ１２Ｒ及びＬの各々がワークに及ぼす把持力が一様でなくなくなるため、可動ノックピン１５及び粗材ノック穴５２による位置決め精度の低下や、可動ノックピン１５及び粗材ノック穴５２の破損及び耐久性の低下を招くおそれがある。

そこで、本実施の形態にかかるロボットハンド１は、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬをワーク５０の外延部分に近づける際に、互いに独立に移動させることとした。つまり、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬを常に左右対称的に移動させるのではなく、言い換えると、同じ変位量だけワーク５０に近づけるような互いに依存した動作を行わせるのではなく、可動クランプ部材１２Ｒをリブ５３Ｒの周囲に当接させる動作と、可動クランプ部材１２Ｌをリブ５３Ｌの周囲に当接させる動作を独立に実行させる。

より具体的に述べると、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬをそれぞれ別個のアクチュエータ（エアシリンダ１３Ｒ及びＬ）により駆動し、各々の可動クランプ部材１２Ｒ及びＬの把持力が予め定められた範囲内となるように力制御を行って、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬをワーク５０に当接させる。なお、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬの把持力の検出は、例えば、力センサ（不図示）により行えばよい。

上述したように、ロボットハンド１においては、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬをワーク５０に近づける際に、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬを互いに独立に移動させることとした。これにより、ワーク５０の外縁形状にばらつきがあっても、可動ノックピン１５により決定されたワーク位置を維持することができる。言い換えると、リブ５３Ｒ及びＬを含むワーク５０の外縁部分と粗材ノック穴５２との相対位置誤差が存在する場合であっても、当該相対位置誤差を補償することができる。

したがって、ロボットハンド１は、可動ノックピン１５及び粗材ノック穴５２による位置決め精度の低下を防止することができる。また、ロボットハンド１は、可動ノックピン１５及び粗材ノック穴５２により決定されたロボットハンド１とワーク５０の位置関係を維持したまま、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬによりワーク５０を把持できる。また、可動ノックピン１５及び粗材ノック穴５２の破損及び耐久性の低下を抑制できる。

さらに、本実施の形態にかかるロボットハンドは、可動クランプ部材１２Ｒ及びＬの先端に爪１２０Ｒ、１２１Ｒ、１２０Ｌ及び１２１Ｌを設けており、ワーク５０を把持する際に、爪１２０Ｒ及び１２１Ｒをリブ５３Ｒに係合させ、爪１２０Ｌ及び１２１Ｌをリブ５３Ｌに係合させることとした。これにより、ワーク５０を持ち上げて移動させる際のワーク５０のズレや落下を抑制できる。また、ワーク５０を把持するのに必要な把持力を小さくできるため、ロボットハンド１を含むワーク把持ロボットの小型化に寄与することができる。

なお、上述した実施の形態では、ワーク５０がＶ型エンジンのシリンダブロックであるとして説明したが、これは一例に過ぎない。さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明の実施の形態にかかるロボットハンドの正面図である。 本発明の実施の形態にかかるロボットハンドがワークに位置決めされた状態を示す正面図である。 本発明の実施の形態にかかるロボットハンドがワークを把持した状態を示す正面図である。

符号の説明

１ ロボットハンド
１０ ガイドレール
１１Ｒ、１１Ｌ スライダ
１２Ｒ、１２Ｌ 可動クランプ部材
１３Ｒ エアシリンダ
１４Ｒ ピストンロッド
１５ 可動ノックピン
１２０Ｒ、１２１Ｒ、１２０Ｌ、１２１Ｌ 爪
５０ ワーク
５１ 加工ノック穴
５２ 粗材ノック穴
５３Ｒ、５３Ｌ リブ
５４ シリンダ孔
６０ 仮置き台
６１ 可動ノックピン

Claims (6)

1. ワークの把持を行うロボットハンドを有するワーク把持ロボットであって、
   前記ロボットハンドは、
   前記ロボットハンドと前記ワークの間の位置決めを行う位置決め部材と、
   互いに対向して配置され、前記ワークの把持を行う少なくとも２つの可動クランプ部材とを備え、
   前記位置決め部材により前記ワークの位置決めがなされた状態で前記少なくとも２つの可動クランプ部材を前記ワークに接近させる際に、前記少なくとも２つの可動クランプ部材が互いに独立に移動可能である、ワーク把持ロボット。
2. 前記位置決め部材は、前記ワークに形成された位置決め穴に嵌合される位置決めピンを有する、請求項１に記載のワーク把持ロボット。
3. 前記位置決めピンは、前記ワークの加工設備に前記ワークを位置決めするための加工ノック穴を前記ワークに形成する際の基準として予め鋳造時に前記ワークに形成されている粗材ノック穴に嵌合される、請求項２に記載のワーク把持ロボット。
4. 前記可動クランプ部材の先端に、前記ワークの外縁に設けられたリブの形状に応じて形成され、前記ワークを把持する際に前記リブと係合する爪が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワーク把持ロボット。
5. ロボットハンドによるワークの把持方法であって、
   前記ロボットハンドが有する位置決め部材を前記ワークに当接させて前記ワークに対する前記ロボットハンドの位置決めを行い、
   前記位置決め部材による前記ワークの位置決めを維持したまま、前記ロボットハンドが有する少なくとも２つの可動クランプ部材の各々を独立に移動させることで、前記少なくとも２つの可動クランプ部材を前記ワークに当接させ、
   前記少なくとも２つの可動クランプ部材により前記ワークを把持する、ワーク把持方法。
6. 前記位置決め部材は、前記ワークに形成された位置決め穴に嵌合される位置決めピンを有し、
   前記ロボットハンドの位置決めは、前記ワークの加工設備に前記ワークを位置決めするための加工ノック穴を前記ワークに形成する際の基準として予め鋳造時に前記ワークに形成されている粗材ノック穴に前記位置決めピンを嵌合させることにより行う、請求項５に記載のワーク把持方法。

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