JP2009039809A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】把持対象ワークの異種形状や寸法違いや高さがばらつく場合を含む多数のワークをすくいあげるように把持することができ、かつフィンガーの先端が水平方向に同じ軸方向高さの位置でワークを掴むことができるハンド装置を有する産業用ロボットを提供すること。
【解決手段】少なくとも２個のフィンガーを有しかつ少なくとも２個のフィンガーが開閉する際、すくいあげるように求心動作を行い、かつエンコーダーの検出角度θに対応して、ロボットを作動させてアーム２１先端に支持されたハンド装置３０を補正量だけ垂直方向Ｙ軸方向に移動させて各フィンガーの先端が同じＹ軸方向高さでワークを掴むようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は異種形状や寸法違い又は高さがばらつく場合を含む多品種のワークを把持可能な産業用ロボットに関する。

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 実公平６−１６６９４号公報 特開平４−３６０７８４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又は高さがばらつく場合を含む多数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、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、寸法又は高さ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する必要があり、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乃至特許文献３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数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。

しかしながら、これらの特許文献１乃至特許文献３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、各フィンガーを関節で揺動させることで動作させるため、フィンガーの先端把持部が円弧を描いて動作することより、把持対象ワークとハンド装置との相対位置関係が同じであっても、異種形状や寸法違い又は高さがばらつく場合には、フィンガーの先端が同じＹ軸方向高さで所期位置でワークを掴むことができなかった。特許文献４に記載する発明では、フィンガーの先端は水平方向に同じＹ軸方向高さの位置でワークを掴むことができるが、把持対象ワークの高さがばらつく場合はすくいあげるようにして掴むことはできない。

本発明の課題はかかる従来の課題を解決した、把持対象ワークの異種形状や寸法違いや高さがばらつく場合を含む多数のワークをすくいあげるように把持することができ、かつフィンガーの先端が水平方向に同じＹ軸方向高さの位置でワークを掴むことができるハンド装置を有する産業用ロボットを提供することにある。

このため本発明は、産業用ロボットのアーム先端に支持されたハンド装置は、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サーボモータと、前記フレームに１端を第１の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第１の水平軸と平行な第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、ローラピン又はリンクと、
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、ピン又はリンクを支持するブロックと、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、各前記第１の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、各前記フィンガーの回転角度を検出するエンコーダーが設けられ、前記エンコーダーの検出角度に対応して、前記ロボットを作動させて前記アーム先端に支持されたハンド装置を補正量だけ垂直方向Ｙ軸方向に移動させ、
各前記フィンガーの先端が同じＹ軸方向高さでワークを掴むようにしたことを特徴とするハンド装置を有する産業用ロボットによって上述した本発明の課題を解決した。

本発明のハンド装置を有する産業用ロボットでは、少なくとも２個のフィンガーを有しかつ少なくとも２個のフィンガーが開閉する際、すくいあげるように求心動作を行い、かつフィンガーの回転角度を検出するエンコーダーの検出角度に対応した補正量だけ垂直方向Ｙ軸方向にロボットを作動させて前記アーム先端に支持されたハンド装置を移動させて各フィンガーの先端が同じＹ軸方向高さでワークを掴むようにしたので、それぞれ同一のハンド装置で、少なくとも２個のフィンガーの最大掴み寸法以内の異種形状や寸法違いや高さがばらつく場合を含む多数のワークをすくいあげるように把持することができ、かつフィンガーの先端が水平方向に同じＹ軸方向高さの位置でワークを掴むことができるハンド装置を有する産業用ロボットを提供するものとなった。

好ましくは、各前記フィンガーは、協働する平行リンクと前記フィンガー他端と平行リンク他端とで回動可能に支持する副フィンガーを有することにより、少なくとも２個のフィンガーの最大掴み寸法以内の異種形状や寸法違いが大きくや高さが大きくばらつく場合を含む多数のワークを把持することができ、かつフィンガーの先端が水平方向に同じＹ軸方向高さの位置でワークをすくいあげるように掴むことができるハンド装置を有する産業用ロボットを提供するものとなった。

本発明の実施形態を、図１〜図６を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態の産業用ロボットの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は本発明の第２実施形態の産業用ロボットの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は図１の各フィンガーに協働する平行リンクと副フィンガーが追加された概略側面ブロック図、図４は図２の各フィンガーに協働する平行リンクと副フィンガーが追加された概略側面ブロック図、図５は図３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ブロック図、図５は図３の産業用ロボットのハンド装置の作動説明図、をそれぞれ示す。

図５、６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21の先端に図３のハ６ド装置30が支持されている。図１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を回転駆動するサーボモータ３が固定されている。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。さらにンド装置は、フレーム１に１端16を第１の水平軸15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16の延長かぎ形部17端部に第１の水平軸15と平行な第２の水平軸19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ナット20に固定されカムフォロア５を回転可能に支持する溝７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図示しない２本のシャフト及びボールブッシュからなる直動ガイド（直動軸受でもよい）とを有する。３個のフィンガー４の回転軸である各第１の水平軸15、又はカムフォロア５の回転軸である各第２の水平軸19は、同一平面上に又はそれぞれ自身の同一平面上にあり、且つ、それぞれボールねじ２の軸方向に対して直交し、かつ、互いに 120度を成している。３個のフィンガー４は内側にＣ字状に曲げられているが、直線状又は他の形状に曲げられていてもよい。
ここで、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、ボールねじナット20に固定されているブロック６がスライドする。ブロック6 の溝７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が揺動し、開閉する。予め記録した位置にサーボモータ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。また、フィンガー４でワークをクランプした上で、サーボモータ３をフィンガー４がクランプする方向に動作する方向に動作するように電流（ストール電流）を流すことで、ワークをクランプする。電流を加減することでクランプ力を調整する。
図６に示すように、各フィンガー４の回転角度θを検出するエンコーダー22が設けられ、エンコーダー22の検出角度θに対応して、ロボットを作動させてアーム21先端に支持されたハンド装置30を補正量だけ垂直方向Ｙ軸方向に移動させ、各フィンガー４の先端が同じＹ軸方向高さで図示しないワークを掴むようにされている。

図６に示すように、説明の便宜上フィンガー４を２本とし、フィンガー４の回転軸である各第１の水平軸15とフィンガー４の先端との距離をＬ、各フィンガー４の先端を回転角度θ１からθ２に動作させたときの回転角度をθ（θ＝θ２−θ１）とすると、 フィンガーの先端間距離 Ｘ＝２×Ｌ×（sin θ２−sin θ１） だけＸ軸方向に閉じるが、その間に、各フィンガー４の先端はＹ軸方向に
Ｙ＝Ｌ×（cos θ２−cos θ１） だけ上方に移動する。
このため、各フィンガー４を関節で揺動させることで動作させるため、フィンガー４の先端把持部が円弧を描いて動作することより、図示しない把持対象ワークとハンド装置30との相対位置関係が同じであっても、異種形状や寸法違い又は高さがばらつく場合には、フィンガーの先端が同じＹ軸方向高さで所期位置でワークを掴むことができなかった。
本発明では、各フィンガー４の先端を回転角度θ１からθ２に動作させたとき、フィンガーの先端の回転角度θ検出するエンコーダー22と、エンコーダー22の検出角度θに対応した補正量Ｙ Ｙ＝Ｌ×（cos θ２−cos θ１） だけ、ロボットを作動させてアーム21先端に支持されたハンド装置30を補正量だけ垂直方向Ｙ軸方向下方向にに移動させ、各フィンガー４の先端把持部が同じＹ軸方向高さで図示しないワークを掴むようにした。

図２に示すように、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では、図１に示す第１発明の実施形態で各フィンガー４の１端16の延長かぎ形部17端部に第２の水平軸19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、ブロック６に設けられたカムフォロア５を回転可能に支持する溝７と、を有する代わりに、第２発明の実施形態では、その１端は各フィンガー４の１端16の延長かぎ形部17端部に第１の水平軸15と平行な第２の水平軸19の回りに回転可能に支持され他端はブロック６に第１の水平軸15と平行な第３の水平軸18の回りに回転可能に支持されたリンクを有し、各第１の水平軸15、各第２の水平軸19又は各第３の水平軸18は同一平面上に又はそれぞれ自身の同一平面上に位置する点以外は、図１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で、ほぼ同様な効果を奏する。

図３は本発明の第３発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置30の概略側面ブロック図を示し図１の各フィンガー41に協働する平行リンク42と、各フィンガー41及び各平行リンク42の各他端が支持する副フィンガー43が追加されたこと、また、図４は本発明の第３発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置の概略側面ブロック図を示し図２の各フィンガー41に協働する平行リンク42と、各フィンガー41及び各平行リンク42の各他端が支持する副フィンガー43が追加されたことにより、それぞれ、各前記フィンガーは、協働する平行リンクと前記フィンガー他端と平行リンク他端とで回動可能に支持する副フィンガーを有することにより、少なくとも２個のフィンガーの最大掴み寸法以内の異種形状や寸法違いが大きくや高さが大きくばらつく場合を含む多数のワークを把持することができ、かつフィンガーの先端が水平方向に同じＹ軸方向高さの位置でワークを掴むことができるハンド装置を有する産業用ロボットを提供するものとなった。

本発明の第１乃至第４の実施形態のハンド装置を有する産業用ロボットは、少なくとも２個のフィンガーを有しかつ少なくとも２個のフィンガーが開閉する際、すくいあげるように求心動作を行い、かつフィンガーの回転角度を検出するエンコーダーの検出角度に対応した補正量だけ垂直方向Ｙ軸方向にロボットを作動させて前記アーム先端に支持されたハンド装置を移動させて各フィンガーの先端が同じＹ軸方向高さでワークを掴むようにしたので、それぞれ同一のハンド装置で、少なくとも２個のフィンガーの最大掴み寸法以内の異種形状や寸法違いや高さがばらつく場合を含む多数のワークをすくいあげるように把持することができ、かつフィンガーの先端が水平方向に同じＹ軸方向高さの位置でワークを掴むことができるハンド装置を有する産業用ロボットを提供するものとなった。

本発明の第１実施形態の産業用ロボットの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。 本発明の第２実施形態の産業用ロボットの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を示す一部を切り欠いた概略側面ブロック図。 図１の各フィンガーに協働する平行リンクと副フィンガーが追加された概略側面ブロック図。 図２の各フィンガーに協働する平行リンクと副フィンガーが追加された概略側面ブロック図、図５は図３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ブロック図。 図３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ブロック図。 図３の産業用ロボットのハンド装置の作動説明図。

符号の説明

１：ハンド装置のフレーム、２：ボールねじ、３：サーボモータ、4、41：フィンガー、５：カムフォロア６：ブロック、７：溝、８：リンク、15：第１の水平軸、16：１端、17：延長かぎ形部、18：第３の水平軸、19：第２の水平軸、20：ボールねじナット、22：エンコーダー、30、40：ハンド装置、θ：検出角度

Claims (2)

1. 産業用ロボットのアーム先端に支持されたハンド装置は、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サーボモータと、前記フレームに１端を第１の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第１の水平軸と平行な第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、ローラピン又はリンクと、
   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、ピン又はリンクを支持するブロックと、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、各前記第１の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、各前記フィンガーの回転角度を検出するエンコーダーが設けられ、前記エンコーダーの検出角度に対応して、前記ロボットを作動させて前記アーム先端に支持されたハンド装置を補正量だけ垂直方向Ｙ軸方向に移動させ、
   各前記フィンガーの先端が同じＹ軸方向高さでワークを掴むようにしたことを特徴とする産業用ロボット。
2. 各前記フィンガーは、協働する平行リンクと前記フィンガー他端と平行リンク他端とで回動可能に支持する副フィンガーを有することを特徴とする産業用ロボット。

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