JP2009125868A - 産業用ロボットのハンド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源ダウン時、非常停止時又は制御システムで異常を検出した場合など、ハンド装置の把持装置への電源供給を遮断せざるを得ないとき、把持装置が把持力を維持することができ、ワークを把持している場合にはワークを落下させることがない産業用ロボットのハンド装置を提供。
【解決手段】サーボモータ３を作動させることによりフィンガー７を開閉動作させてワークをクランプし、サーボモータ３を停止させ、次にエアシリンダ14のロッド14’を作動させて偏心軸13をガイド溝16内で回転させ、スライド４をフレーム１に対し偏心軸13の偏心量相当分だけボールねじ２の軸方向にスライドさせてフィンガー７を開閉させてワークを把持するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は異種形状や寸法違いを含む多品種のワークを把持可能な産業用ロボットのハンド装置に関する。

従来の製造ラインで作業を行う産業用ロボットシステムのハンド装置には、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

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を含む多品種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、生産品種毎に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し、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又は特許文献２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品種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又は特許文献２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ているが、各フィンガーを開閉するために、各フィンガーに１個のモータが必要であり、コストが高くなるという欠点があった。また、ワークを把持した時に、複数のフィンガーがワークに及ぼす力にバランスが取れていないと、ワークを安定して把持することができず、これを克服するために、複雑な制御方法が必要となり、難解であるという欠点があった。さらに、小さなサイズのハンド装置を作る場合、フィンガーを開閉する関節部の駆動伝達用に小さなサイズの歯車を使用せざるを得ないため、大きなトルクを伝達することができず、大きな把持力を実現するのが困難であるという欠点があった。さらに、電源ダウン時、非常停止時又は制御システムで異常を検出した場合など、ハンド装置の把持装置への電源供給を遮断せざるを得ないときは、把持装置は把持力を維持することができず、ワークを把持している場合にはワークを落下させることが避けられないという、重大な課題があった。

本発明の課題はかかる従来の課題を解決した、同一のハンド装置で、異種形状や寸法違いを含む多品種のワークを把持することができる複数のフィンガーを駆動する方式のハンド装置を、各フィンガー毎に各１個のモータを必要とせず、複数のフィンガーがワークに及ぼす力のバランスを取ることが容易に実現でき、安価でかつ小さなサイズのハンド装置であっても大きな把持力を実現でき、かつ電源ダウン時、非常停止時又は制御システムで異常を検出した場合など、ハンド装置の把持装置であるサーボモータへの電源供給を遮断したときも、ハンド装置の把持装置が把持力を維持することができ、ワークを把持している場合にワークを落下させることがない産業用ロボットのハンド装置を提供することにある。

このため本発明は、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、前記ボールねじ又は台形ねじの軸方向に前記フレームに直動自在に案内されたスライドと、前記スライドに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しさらに他端にフインガーを回転可能に支持する一対のＬ字状リンクと、
前記スライドに１端を第２の水平軸の回りに回転可能に支持され他端に前記フインガーを回転可能に各前記Ｌ字状リンクに平行に支持する一対の平行リンクと
各前記Ｌ字状リンクの前記延長かぎ形部端部に第３の水平軸の回りに回転可能に支持されたカムフォロア、ローラ又はピンと、
前記フレームにその１端が固定され他端が前記スライド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、
前記ボールねじ又は台形ねじのナットに固定されかつ前記直動軸受又は直動ガイドによって前記フレームに前記ボールねじ又は台形ねじの軸方向に案内されさらに前記カムフォロア、ローラ又はピンが引っかかる溝又は連結リンクを有するブロックと、
前記フレームに回転可能に支持された中空軸と、前記フレームに固定され前記中空軸に回転力を与えるよう連結されたエアシリンダのロッドと、前記中空軸に固定されかつ前記スライドに設けたガイド溝と嵌合する偏心軸と、を有し、
前記サーボモータを作動させることによりフィンガーを開閉動作させてワークをクランプし、前記サーボモータを停止させ、次に前記エアシリンダのロッドを作動させて前記偏心軸を前記ガイド溝内で回転させ、前記スライドを前記フレームに対し前記偏心軸の偏心量相当分だけ前記ボールねじ又は台形ねじ軸方向にスライドさせて前記フィンガーを開閉させてワークを把持するようにしたことを特徴とする産業用ロボットのハンド装置によって上述した本発明の課題を解決した。

本発明では、１個のハンドで、異種形状や寸法違いを含む多品種のワークを把持することができ、ハンド装置の各フィンガーの開閉動作を１個のサーボモータで駆動するためフィンガー毎に各１個のモータを必要とせずコストを安くすることができ、また各フィンガーの把持力のバランスを取るために、複数のモータの出力を調整する必要がなく、クランプの動作制御が容易である。さらに、関節部に歯車などの減速機構を使用せず、ボールねじなどの大きなトルクを伝達することが可能となり、非常に大きなクランプ力のハンド装置とすることが容易になる。またエアシリンダによるクランプ機構にトグル機構を使用しないいため、ハンド装置をコンパクトに安価にすることができ、エアシリンダのストローク位置によるクランプ力の変動が少ない。かつ電源ダウン時、非常停止時又は制御システムで異常を検出した場合など、ハンド装置の把持装置であるサーボモータへの電源供給が遮断されたときに、クランプ機構は作動されてフィンガーはフレームに対して固定されており、エアシリンダに圧縮空気が供給される間、ハンド装置の把持装置の把持力を維持することが可能となり、ワークを把持し続けることができ、ワークを把持している場合にはワークを落下させることがない産業用ロボットのハンド装置を提供するものとなった。

本発明の実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置を示す概略前面図、図２は図１の右側面図、図３（ａ）は図２のＢ−Ｂ線に沿った一部を切り欠いた要部断面図でＬ字状リンク５と平行リンク８とは図示しないワークをクランプしかつエアシリンダを動作させたワークの把持がなされていない状態のエアシリンダのロッド14’の位置で示し、（ｂ）は（ａ）の状態からエアシリンダを動作させてワークを把持させた状態のエアシリンダのロッド14’の位置で示し、（ｃ）は図２のＣ−Ｃ線矢視方向要部右側面図で、Ｌ字状リンク５と平行リンク８とは図示しないワークをクランプしかつエアシリンダを動作させたワークの把持がなされていない状態のエアシリンダのロッド14’の位置で示し、（ｄ）は（ｃ）の状態からエアシリンダを動作させてワークを把持させた状態のエアシリンダのロッド14’の位置で示す。

図１に示すように、本発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置は、フレーム１と、前記フレーム１に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）、フレーム１に固定され、ボールねじ２を回転駆動するサーボモータ３（図２）と、ボールねじ２の軸方向にフレーム１に直動自在に案内されたスライド４と、スライド４に１端51を第１の水平軸52の回りに回転可能に支持されかつ前記１端51に延長かぎ形部55（図３（ｃ））を有しさらに他端にフインガー７を回転可能に支持する一対のＬ字状リンク５と、 スライド４に１端を第２の水平軸53の回りに回転可能に支持され他端にフインガー７を回転可能に各Ｌ字状リンク５に平行に支持する一対の平行リンク８と
Ｌ字状リンク５の延長かぎ形部55端部に第３の水平軸56の回りに回転可能に支持されたカムフォロア６（ローラ又はピンでもよい）、フレーム１に固定されてボールねじ２の軸方向に案内する直動ガイド10（図２、直動軸受でもよい）と、
ボールねじ２のナットに固定されかつ直動ガイド10によってフレーム１にボールねじ２の軸方向に案内されさらにカムフォロア６が引っかかる溝57（図３（ｃ）、連結リンクでもよい）を有するブクランプ11と、
フレーム１に回転可能に支持された中空軸12（図３（ａ））と、フレーム１に固定され中空軸12に回転力を与えるよう連結されたエアシリンダ14のロッド14’と、中空軸12に固定されかつスライド４に設けたガイド溝16と嵌合する偏心軸13と、を有し、サーボモータ３を作動させることによりフィンガー７を開閉動作させて図示しないワークをクランプし、サーボモータ３を停止させ、次にエアシリンダ14のロッド14’を作動させて偏心軸13をガイド溝16内で回転させ、スライド４をフレーム１に対し偏心軸13の偏心量相当分だけボールねじ２の軸方向にスライドさせてフィンガー７を開閉させてワークを把持するようにしたものである。

〔実施形態の効果〕本発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置は、１個のハンドで、異種形状や寸法違いを含む多品種のワークを把持することができ、ハンド装置の各フィンガーの開閉動作を１個のサーボモータで駆動するためフィンガー毎に各１個のモータを必要とせずコストを安くすることができ、また各フィンガーの把持力のバランスを取るために、複数のモータの出力を調整する必要がなく、クランプの動作制御が容易である。さらに、関節部に歯車などの減速機構を使用せず、ボールねじなどの大きなトルクを伝達することが可能となり、非常に大きなクランプ力のハンド装置とすることが容易になる。またエアシリンダによるクランプ機構にトグル機構を使用しないいため、ハンド装置をコンパクトに安価にすることができ、エアシリンダのストローク位置によるクランプ力の変動が少ない。かつ電源ダウン時、非常停止時又は制御システムで異常を検出した場合など、ハンド装置の把持装置であるサーボモータへの電源供給が遮断されたときに、クランプ機構は作動されてフィンガーはフレームに対して固定されており、エアシリンダに圧縮空気が供給される間、ハンド装置の把持装置の把持力を維持することが可能となり、ワークを把持し続けることができ、ワークを把持している場合にはワークを落下させることがない産業用ロボットのハンド装置を提供するものとなった。

好ましくは、サーボモータ３には図示しないブレーキが付設されており、サーボモータ３を作動させることによりフィンガー７を開閉動作させて図示しないワークをクランプし、サーボモータ３を停止させ、サーボモータ３の図示しないブレーキを作動させ、次にエアシリンダ14のロッド14’を作動させて偏心軸13を回転させ、スライド４はフレーム１に対し偏心軸13の偏心量相当分だけボールねじ３を軸方向にスライドさせ、フィンガー７を開閉させてワークを把持するようにしてもよい。

本発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置を示す概略前面図。 図１の右側面図。 （ａ）は図２のＢ−Ｂ線に沿った一部を切り欠いた要部断面図でＬ字状リンク５と平行リンク８とは図示しないワークをクランプしかつエアシリンダを動作させたワークの把持がなされていない状態のエアシリンダのロッド14’の位置で示し、（ｂ）は（ａ）の状態からエアシリンダを動作させてワークを把持させた状態のエアシリンダのロッド14’の位置で示し、（ｃ）は図２のＣ−Ｃ線矢視方向要部右側面図で、Ｌ字状リンク５と平行リンク８とは図示しないワークをクランプしかつエアシリンダを動作させたワークの把持がなされていない状態のエアシリンダのロッド14’の位置で示し、（ｄ）は（ｃ）の状態からエアシリンダを動作させてワークを把持させた状態のエアシリンダのロッド14’の位置で示す。

符号の説明

１：フレーム、２：ボールねじ、３：サーボモータ、４：スライド、５：Ｌ字状リンク
６：カムフォロア、７：フインガー、８：平行リンク、10：直動ガイド
11：ブクランプ、12：中空軸、13：偏心軸、14：エアシリンダ
14’：エアシリンダのロッド、16：ガイド溝、17：延長かぎ形部
51：Ｌ字状リンクの１端、52：第１の水平軸、53：第２の水平軸
55：延長かぎ形部、56：第３の水平軸、57：溝

Claims (2)

1. 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、前記ボールねじ又は台形ねじの軸方向に前記フレームに直動自在に案内されたスライドと、前記スライドに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しさらに他端にフインガーを回転可能に支持する一対のＬ字状リンクと、
   前記スライドに１端を第２の水平軸の回りに回転可能に支持され他端に前記フインガーを回転可能に各前記Ｌ字状リンクに平行に支持する一対の平行リンクと
   各前記Ｌ字状リンクの前記延長かぎ形部端部に第３の水平軸の回りに回転可能に支持されたカムフォロア、ローラ又はピンと、
   前記フレームにその１端が固定され他端が前記スライド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、
   前記ボールねじ又は台形ねじのナットに固定されかつ前記直動軸受又は直動ガイドによって前記フレームに前記ボールねじ又は台形ねじの軸方向に案内されさらに前記カムフォロア、ローラ又はピンが引っかかる溝又は連結リンクを有するブロックと、
   前記フレームに回転可能に支持された中空軸と、前記フレームに固定され前記中空軸に回転力を与えるよう連結されたエアシリンダのロッドと、前記中空軸に固定されかつ前記スライドに設けたガイド溝と嵌合する偏心軸と、を有し、
   前記サーボモータを作動させることによりフィンガーを開閉動作させてワークをクランプし、前記サーボモータを停止させ、次に前記エアシリンダのロッドを作動させて前記偏心軸を前記ガイド溝内で回転させ、前記スライドを前記フレームに対し前記偏心軸の偏心量相当分だけ前記ボールねじ又は台形ねじ軸方向にスライドさせて前記フィンガーを開閉させてワークを把持するようにしたことを特徴とする産業用ロボットのハンド装置。
2. 前記サーボモータにはブレーキが付設されており、前記サーボモータを作動させることにより前記フィンガーを開閉動作させてワークをクランプし、前記サーボモータを停止させ、前記サーボモータのブレーキを作動させ、次に前記エアシリンダのロッドを作動させて前記偏心軸を回転させ、前記スライドは前記フレームに対し前記偏心軸の偏心量相当分だけ前記ボールねじ又は台形ねじ軸方向にスライドさせ、前記フィンガーを開閉させてワークを把持することを特徴とする請求項１記載の産業用ロボットのハンド装置。

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