JP2009078324A - エンドエフェクタ及びマニプレータ - Google Patents

Abstract

【課題】作業者と共生してもエンドエフェクタが作業者に接触して作業者に危害が及ぶことが抑制可能なエンドエフェクタ及びマニプレータを提供すること。
【解決手段】マニプレータ１に取付け可能とされ、ワークを管理・加工する管理・加工部２１と、前記管理・加工部２１が収納可能とされるカバー部３０と、前記管理・加工部２１を前記カバー部３０に収納する収納駆動部１７Ａとを備え、前記収納駆動部１７Ａは、前記マニプレータ１の第３の駆動部材１７により構成されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、ロボット等のマニプレータに取り付け可能とされてワークを管理・加工するエンドエフェクタとこのエンドエフェクタを適用したマニプレータに関する。

近年、種々の管理・加工工程においてロボット等のマニプレータに設けられたエンドエフェクタによる管理・加工（ワークの把持、移動等を含む）が行われており、かかる管理・加工工程においてマニプレータが作業者に危害が及ぼすことがないようにするため、マニプレータを作業者から隔離する安全柵が一般的に設けられている。
そのため、マニプレータが作業者の作業エリアに進入して、例えば、マニプレータが作業者と衝突するといったことが安全柵によって確実に防止され、マニプレータが作業者に危害を及ぼすことを想定した安全対策を採用することは特に必要とされていなかった。

しかし、経済産業省等において、今後、広範な種類のマニプレータを安全柵等による隔離を行うことなく作業者と同じ作業エリアに共生させることが計画されている。
マニプレータ自体と作業者との衝突における安全確保は、例えば、マニプレータの小出力化や動作速度を低速とすることにより可能であるが、マニプレータに設けられたエンドエフェクタの種類によってはエンドエフェクタが作業者に接触するだけで作業者の安全を阻害する場合がある。

一方、マニプレータにワークを供給する等、作業者の作業エリアとマニプレータの移動範囲が重なることによってマニプレータの危険部位が作業者の作業エリアに進入する可能性がある場合、マニプレータに可動式の安全カバーを設けて、作業者がマニプレータの危険部位の可動範囲に接近する際にはこの安全カバーによりマニプレータの危険部位を作業者から隔離して作業者が危険部位に入れないようにする可動式の安全カバーに関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２８３２７７号公報

しかしながら、かかる可動式の安全カバー部は、作業者の作業エリアをマニプレータ全体から隔離するため、外形及び重量が大きく、大型の駆動源が必要とされるなどコストが増大する等の問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、作業者と共生しても作業者に危害が及ぶことが抑制可能なエンドエフェクタ及びマニプレータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るエンドエフェクタは、マニプレータに取付け可能とされ、ワークを管理・加工する管理・加工部と、前記管理・加工部が収納可能とされるカバー部と、前記管理・加工部を前記カバー部に収納する収納駆動部とを備えることを特徴としている。

この発明に係るエンドエフェクタによれば、管理・加工部が収納駆動部によってカバー部に収納可能とされるので、管理・加工部の露出が抑制され、ロボット等のマニプレータと作業者が強制した場合にエンドエフェクタの管理・加工部が作業者に接触することに起因する作業者への危害発生及び管理・加工部が構造物等に接触することに起因する破損が抑制される。

また、前記収納駆動部は、前記マニプレータの駆動部材により構成されてもよい。

この発明に係るエンドエフェクタによれば、収納駆動部がマニプレータの駆動部材により構成されるので、専用の収納駆動部が必要とされずエンドエフェクタの小型、軽量化が可能となる。
また、マニプレータの他の駆動動作と連携した制御が容易に可能とされる。

また、前記管理・加工部は、管理・加工する際に、前記カバー部から露出されるように構成されていてもよい。

この発明に係るエンドエフェクタによれば、管理・加工に際して管理・加工部がカバー部から露出されるように構成されているのでカバー部に妨げられることなく効率的な管理・加工ができる。
そのため、管理・加工部が管理・加工していない間、例えば、管理・加工部が待機している間、管理・加工部が移動している間等、管理・加工部を必要に応じてカバー部に収納する構成とすることにより管理・加工部が作業者に接触するのを抑制して充分な安全確保をすることができる。

また、前記管理・加工部は、ワークを把持する一対の爪部材と、爪部材を開閉する爪駆動部とを備える構成とされていてもよい。

この発明に係るエンドエフェクタによれば、作業者と接触することが好ましくない、例えば、先端側が先細りとされた爪部材を有するようなエンドエフェクタに関して、爪部材をカバー部内に収納することにより爪部材の露出が抑制される。その結果、作業者とエンドエフェクタとの接触が抑制される。
また、エンドエフェクタが移動する際に、爪部材が他の構造物等に接触して変形することが抑制される。

また、上記エンドエフェクタを適用することによりマニプレータを構成してもよい。

この明細書において、ワークを管理・加工するとは、ワークに切削、研削、穿孔等を施す機械加工のほか、例えば、ハンダ付け、レーザ光や超音波等による加熱や接合、電子部品等を把持する動作等のワークの取り扱い、監視カメラによる監視、その他マニプレータを用いた種々の作動が包含される。

本発明に係るエンドエフェクタ及びマニプレータによれば、管理・加工部がカバー部に収納可能とされるので、管理・加工部が露出して作業者に接触することが抑制される。その結果、作業者とマニプレータとが共生する場合における安全確保が可能となる。

以下、図１から図４を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明に係るエンドエフェクタを備えたマニプレータの一実施形態を示す図であり、符号１は多軸ロボット（マニプレータ）を、符号２はエンドエフェクタを示している。

多軸ロボット１は、この実施形態において、図１に示すように、ベース３に立設されたＴ字型の支持部材４の水平支持部両端の水平面にそれぞれに１台ずつ配置され、先端部にエンドエフェクタ２が配置されている。
以下、図１に示した多軸ロボット１のうち１台を例に説明する。

多軸ロボット１は、第１のアーム１１と、第２のアーム１２と、第１の駆動部材１５と、第２の駆動部材１６と、第３の駆動部材１７とを備えている。
第１のアーム１１は、基端部が第１の駆動部材１５を介して支持部材４に接続されており、第１の駆動部材１５は、水平面に直交する方向に形成される第１軸Ｊ１廻りに支持部材４に対して矢印Ｔ１方向に回動可能とされるとともに、第１のアーム１１を第１軸Ｊ１に直交する第２の軸Ｊ２廻りに矢印Ｔ２方向に回動可能とし、支持部材４に対して第１のアーム１１に２自由度を付与している。

第２のアーム１２は、その基端部が第２の駆動部材１６を介して第１のアームの先端部に接続され、第２のアーム１２の先端部には第３の駆動部材１７が接続されている。
第２の駆動部材１６は、先端側がコの字形状に開放され第１のアーム１１先端部に接続された枠体１３に支持され、枠体１３の両側壁部を接続する第３軸Ｊ３廻りに矢印Ｔ３方向に第２のアーム１２を回動可能とされるとともに、第３軸Ｊ３に直交し第２のアーム１２の長手方向に伸びる第４軸Ｊ４廻りに第２のアーム１２を矢印Ｔ４方向に回動可能とされ、第１のアーム１１に対して第２のアーム１２に２自由度を付与している。

第３の駆動部材１７は、先端側がコの字形状に開放され第２のアーム１２先端部に接続された枠体１４に支持され、枠体１４の両側壁部を接続する第５軸Ｊ５廻りに矢印Ｔ５方向に回動可能とされるとともに、第５軸Ｊ５に直交する第６軸Ｊ６廻りに矢印Ｔ６方向に回動可能とされている。

第３の駆動部材１７には、第３の駆動部材１７の第６軸Ｊ６を垂直方向に配置した場合に、第３の駆動部材１７の下側と第２のアーム１２の反対側に位置する先端側の面がエンドエフェクタ取付面とされエンドエフェクタ２が取り付け可能とされている。
その結果、第３の駆動部材１７は、第２のアーム１２に対してエンドエフェクタ２に２自由度を付与している。

この実施形態におけるエンドエフェクタ２は、図１から図３に示すように、エンドエフェクタ本体２０と、カバー部３０とから構成され、エンドエフェクタ本体２０は、管理・加工部２１と、支持基台２７と、管理・加工部２１による管理・加工を監視するカメラユニット２９と、管理・加工部２１をカバー部３０に収納するための収納駆動部１７Ａとを備えている。

エンドエフェクタ本体２０は、収納駆動部１７Ａにより第５軸Ｊ５廻りに回動可能とされ、エンドエフェクタ本体２０が第５軸Ｊ５廻りに回動されることにより、図４（Ａ）に示すように管理・加工部２１がカバー部３０に収納され、また、図４（Ｂ）に示すように管理・加工部２１がカバー部３０から露出可能に構成されている。
なお、この実施形態における収納駆動部１７Ａは、第３の駆動部材１７を構成し、第３の駆動部材１７において第５軸廻りの回動を付与するものである。

支持基台２７は、図３に示すように、金属板を成形した複数の部材を一体に組み合わせて形成された、側面視、２つの屈曲部を有するクランク形状に形成されており、第３の駆動部材１７の先端側のエンドエフェクタ取付面に対応するマニプレータ取付面２８Ａが形成された平板部２７Ａの長手方向両端側にマニプレータ取付面２８Ａと直交し互いに反対方向に伸びる二つの壁部２７Ｂ、２７Ｃを有している。なお、平板部２７Ａと壁部２７Ｂとは、平板部２７Ａと壁部２７Ｂに直交する方向に延在するリブにより補強されている。

二つの壁部２７Ｂ、２７Ｃのマニプレータ取付面２８Ａと隣接する側の面２８Ｂ、２８Ｃは、マニプレータ取付面２８Ａと直交するとともに平坦に形成され、マニプレータ取付面２８Ａとなす角度が２７０度の面２８Ｂには爪駆動部２３及びカメラユニット２９が、マニプレータ取付面２８Ａとなす角度が９０度の面２８Ｃは第３の駆動部材１７の下側のエンドエフェクタ取付面に取り付け可能とされている。

管理・加工部２１は、電子部品等のワークを把持（管理・加工）する一対の爪部材２２と、爪部材を開閉する爪駆動部２３と、コイルスプリング２４と、ガイドスライド２５とを備え、爪部材２２は、それぞれ先端側が先細りに形成された平板からなり下側爪２２Ａと上側爪２２Ｂとから構成されている。
爪部材２２は、エンドエフェクタ２を第３の駆動部材１７に取り付けて第６軸Ｊ６を垂直方向に向けた状態で、爪部材２２の先端側が第２のアーム１２の先端側斜め下方を向くように支持基台２７のマニプレータ取付面２８Ａの反対側の面に配置されている。

下側爪２２Ａは、支持基台２７のマニプレータ取付面２８Ａとは反対側に固定され、上側爪２２Ｂは基端側がガイドスライド２５を介して支持基台２７に下側爪２２Ａに対して接離可能に取り付けられ、爪駆動部２３のロッド２３Ａの先端部が当接されるとともに一端が支持基台２７に接続され引っ張り方向に付勢されたコイルスプリング２４の他端が接続されている。

爪駆動部２３は、爪部材２２を、図３の矢印Ｓ方向に移動させて爪部材２２を開閉するものであり、例えば、図示しない回転駆動部を回転してロッド２３Ａを進退するように構成されており、ロッド２３Ａの爪部材２２側の先端部が爪部材２２側に前進することにより上側爪２２Ｂを下側爪２２Ａ側（図３における２点鎖線）に移動させて爪部材２２を閉じるようになっている。
また、爪駆動部２３が駆動されてロッド２３Ａが後退すると、上側爪２２Ｂはコイルスプリング２４の付勢力によって下側爪２２Ａから離間して爪部材２２が開くようになっている。

カバー部３０は、この実施形態において、長手方向の先端部が直角に屈曲する側面視Ｌ字型に形成された主壁部３０Ａと主壁部３０Ａ両側部から垂下しＬ字型に形成された側壁部３０Ｂとを備えており、第２のアーム１２先端の枠体１４の両側壁部１４Ａの外面に先端側が第２のアーム１２の前方に延在するように取り付けられ、管理・加工部２１が収納可能に形成されている。なお、図１、図２、図４におけるカバー部３０は、カバー３０内部を見易くするため便宜上、透明なものとして示している。

カメラユニット２９は、爪部材２２がワークを把持する際に把持ミスの有無を遠隔監視するためのものであり、支持基台２７の上部にレンズを爪部材先端に向けて配置されている。
なお、このカメラユニット２９の信号を画像処理することによりワークの姿勢を判別して、第３の駆動部材１７により爪部材２２の向きを調整可能に構成としてもよい。

この実施形態において、エンドエフェクタ２は、多軸ロボット１の図示しない制御部により第３の駆動部材１７の第６軸Ｊ６廻りの回動位置が管理・加工部２１とカバー部３０に干渉しない位置範囲にあることを検出して、収納駆動部１７Ａによりエンドエフェクタ本体２０を回動させて管理・加工部２１をカバー部３０に収納するように構成されている。

また、上記制御部は、管理・加工部２１がカバー部３０から管理・加工可能な位置に露出されていることを検出して爪部材２２によるワークの把持を行い、管理・加工部２１が待機している時には管理・加工部２１をカバー部３０に収納し、例えば、第１、第２のアーム１１、１２を駆動してエンドエフェクタ２を移動させるような場合には、エンドエフェクタ本体２０が管理・加工部２１がカバー部３０に収納される位置範囲にあることを検出して第１、第２のアーム１１、１２を駆動させるように制御する構成とされている。

次に、この実施形態に係るエンドエフェクタ２の作用について説明する。
１）まず、多軸ロボット１を起動する。
２）第１のアーム１１、第２のアーム１２が駆動されてエンドエフェクタを２がワークのある位置まで移動される。
エンドエフェクタ２は、例えば、爪部材２２が把持動作をしている場合、爪部材２２がワークを把持している場合を除いて、管理・加工部２１がカバー部３０に収納される位置に保持されている。
３）エンドエフェクタ２の管理・加工部２１が、電子部品等のワークを把持する所定の位置に到達したら管理・加工部２１がカバー部３０に収納された状態で待機する。
４）多軸ロボット１の図示しない制御部からワークを把持する信号が送信されると、第３の駆動部材１７の収納駆動部１７Ａがエンドエフェクタ本体２０を第５軸Ｊ５廻りに回動させて爪部材２２をカバー部から露出させる。
５）カバー部３０から露出した爪部材２２は、上側爪２２Ｂが爪駆動部２３により駆動されてワークを把持し、ワークを所定の位置に移動する。
６）所定位置にて爪駆動部２３のロッド２３Ａが後退するとコイルスプリング２４の付勢力によって上側爪２２Ｂが下側爪２２Ａから離間して爪部材２２が開き、ワークの把持を解除する。
７）ワークの解除が終了すると、制御部からの信号に基づいて爪部材２２は所定の位置に移動される。所定位置にて待機している間、管理・加工部２１はカバー部３０に収納される。
なお、ワークの把持を解除して所定位置に戻る間に、管理・加工部２１がカバー部３０に収納される構成としてもよい。

この実施の形態に係るエンドエフェクタ２によれば、収納駆動部１７Ａにより爪部材２２がカバー部３０に収納可能とされるので、爪部材２２の露出が抑制されて爪部材２２が作業者等に接触することに起因する作業者への危害の発生が抑制され、また、爪部材２２が構造物等に接触することに起因する破損が抑制される。

また、収納駆動部１７Ａが、多軸ロボット１の第３の駆動部１７により構成されているので、エンドエフェクタ２に専用の収納駆動部を設けることが必要とされず、エンドエフェクタ２の大型化が抑制され、小型、軽量化を容易に行うことができる。
また、収納駆動部１７Ａマニプレータの、例えば、第１のアーム１１、第２のアーム１２等の動作と連携した制御を容易に行うことができる。

また、爪部材２２が、ワークを把持する際にカバー部３０から露出するように構成されているので、ワークを把持する動作をカバー部３０に妨げられることなく効率的に行うことができる。
また、把持動作の待機中、エンドエフェクタ２が移動される場合等、爪部材２２を必要に応じてカバー部３０に収納することが可能であるため、作業者が爪部材２２に接触することが抑制され、充分な安全確保をすることができる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、エンドエフェクタ２を構成する収納駆動部１７Ａが第３の駆動部材１７により構成される場合について説明したが、管理・加工部２１とカバー部３０とが専用の駆動部により接続され、この駆動部により管理・加工部２１がカバー部３０に収納可能とされる構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、エンドエフェクタ２の管理・加工部２１が一対の爪部材２２からなり、管理・加工がワークを把持する場合について説明したが、その他ワークに切削、研削、穿孔等を施す機械加工、ハンダ付け、レーザ光や超音波等による加熱や接合、監視カメラによる監視等の管理・加工を対象とすることができる。

また、上記実施の形態においては、エンドエフェクタを２が、第１のアーム１１、第２のアーム１２を備えた６軸の自由度を有する多軸ロボット１に設けられる場合について説明したが、多軸ロボット１に代えて直交移動式のロボット、極座標式ロボットの他、種々のロボット、及び自動化ライン等におけるマニプレータに対して適用してもよい。

また、上記実施の形態においては、管理・加工部２１が待機する場合、第１のアーム１１、第２のアーム１２が駆動されることによりエンドエフェクタ２が移動する場合に、管理・加工部２１がカバー部３０に収納される場合について説明したが、例えば、管理・加工部２１が作業者と接触する可能性があるエリアに進入する場合に限定して管理・加工部２１をカバー部３０に収納する制御とし、又は、エンドエフェクタ２の移動と連動させない制御としてもよい。

また、上記実施の形態においては、カメラユニット２９が配置された場合について説明したが、かかるカメラユニット２９を備えることは任意であり、また、ワークの把持力を検出するための歪ゲージ等、その他のセンサを備えることも任意に設定することができる。

また、例えば、カバー部３０のいずれかの面にＬＥＤ等の発光部材を配置して発光によりエンドエフェクタ２の移動を表示し、又はエンドエフェクタ２の移動方向を表示することにより、作業者が多軸ロボット１によるエンドエフェクタ２の移動や移動方向を感知し易くしてより安全性を向上する構成としてもよい。

本発明の一実施形態に係る多軸ロボットの概略を示す図である。 本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタの概略構成を説明する斜視図である。 本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタ本体を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタの作用を説明する図であり、（Ａ）は管理・加工部がカバー部に収納された状態を、（Ｂ）は管理・加工部がカバー部から露出た状態を示す図である。

符号の説明

１ 多軸ロボット（マニプレータ）
２ エンドエフェクタ
１７ 第３の駆動部材１７（駆動部材）
１７Ａ 収納駆動部
２１ 管理・加工部
３０ カバー部

Claims (5)

1. マニプレータに取付け可能とされ、
   ワークを管理・加工する管理・加工部と、
   前記管理・加工部が収納可能とされるカバー部と、
   前記管理・加工部を前記カバー部に収納する収納駆動部とを備えることを特徴とするエンドエフェクタ。
2. 前記収納駆動部は、
   前記マニプレータの駆動部材により構成されることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
3. 前記管理・加工部は、
   管理・加工する際に、前記カバー部から露出されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンドエフェクタ。
4. 前記管理・加工部は、
   ワークを把持する一対の爪部材と、
   前記爪部材を開閉する爪駆動部とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエンドエフェクタ。
5. 請求項1から請求項３のいずれか１項に記載のエンドエフェクタを備えることを特徴とするマニプレータ。
   
   
   

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