JP2010023120A - ロボットハンドとこれを用いた対象物の把持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】把持部の交換をすることなく、複数種類の対象物を把持でき、対象物の上方に障害物が存在しても、対象物へのアクセスを容易に行えを提供する。
【解決手段】取出位置にある対象物を挟持して別の位置まで搬送する搬送ロボットのロボットハンドであって、種類が異なる第１および第２の対象物２，３をそれぞれ挟持する第１および第２の挟持部５，７を備える。第１および第２の挟持部５、７は、開閉駆動される共通のフレーム９に設けられる。第１の挟持部５は、フレーム９の閉動作により第１の対象物２を挟むように動作し、第２の挟持部７も、フレーム９の閉動作により第２の対象物３を挟むように動作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、搬送ロボットのロボットハンドとこれを用いた対象物の把持方法に関する。

搬送ロボットは、取出位置にある対象物を別の位置まで搬送する産業用ロボットであり、対象物を把持するためのロボットハンドを有する。

搬送ロボットは、例えば下記特許文献１に多関節ロボットとして記載されている。特許文献１は、複数種類の対象物を搬送ロボットで把持して搬送するための構成を持つ。下記特許文献１に記載された多関節ロボットを図６に示す。
図６の構成を説明する。多関節ロボット１１のアーム先端部にはハンド交換用着脱装置１２が設けられており、用意されたハンド（把持部）１３〜１５のいずれか１つがハンド交換用着脱装置１２を介してロボット１１に取り付けられる。図６には、ハンド１３を取り付けて、ワーク１６を把持した状態が示されている。各ハンド１３〜１５には、それぞれワーク１６〜１８の把持に適した配置、形状及びサイズを有する把持爪と、それら把持爪に把持動作を行なわせるためのアクチュエータが組み込まれている。ロボット１１の各軸は周知の態様でロボット制御装置（図示省略）により制御される一方、ハンド交換用着脱装置１２及び各ハンドの把持動作のためのアクチュエータの制御もロボット制御装置によって行なわれる。

このように、複数種類の対象物（ワーク）を把持する場合、複数種類の対象物をそれぞれ把持する複数種類の把持部（把持爪）を交換可能にロボットハンドに着脱できるようになっている。
特許第３７９０７５９号

複数の把持部を交換すると、把持部を保管する場所が必要で、かつロボットハンドの構造が複雑となっていた。
また、通常、把持部（把持爪）を鉛直姿勢にして、対象物に対して上方からアクセスしている。そのため、対象物の上方に障害物がある場合には、対象物へのアクセスが困難であった。

そこで、本発明の目的は、把持部の交換をすることなく、複数種類の対象物を把持でき、対象物の上方に障害物が存在しても、対象物へのアクセスを容易に行え、さらなる効果も奏するロボットハンドを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によると、取出位置にある対象物を挟持して別の位置まで搬送する搬送ロボットのロボットハンドであって、
種類が異なる第１および第２の対象物をそれぞれ挟持する第１および第２の挟持部を備え、
第１および第２の挟持部は、開閉駆動される共通のフレームに設けられ、
第１の挟持部は、前記フレームの閉動作により第１の対象物を挟むように動作し、第２の挟持部も、前記フレームの閉動作により第２の対象物を挟むように動作する、ことを特徴とするロボットハンドが提供される。

上述した本発明のロボットハンドでは、種類が異なる第１および第２の対象物をそれぞれ把持する第１および第２の挟持部を備えるので、挟持部（把持部）を交換することなく、複数種類の対象物を把持できる。
しかも、第１および第２の挟持部は、開閉駆動される共通のフレームに設けられ、第１の挟持部は、前記フレームの閉動作により第１の対象物を挟むように動作し、第２の挟持部も、前記フレームの閉動作により第２の対象物を挟むように動作するので、共通のフレームを閉動作させることで、複数種類の対象物を把持・挟持できる。即ち、１つのアクチュエータで共通のフレームを開閉することで複数種類の対象物を挟持することができる。従って、単純な構造で、しかも重量の増加を招くことなく、複数種類の対象物を挟持することができる。

本発明の好ましい実施形態によると、第１の挟持部は、水平姿勢で第１の対象物を把持するように構成され、第２の挟持部は、鉛直姿勢で第２の対象物を把持するように構成されている。

上記構成では、障害物が第１の対象物の上方に存在する場合、障害物に干渉しないように第１の挟持部を水平姿勢にして、第１の対象物を第１の挟持部で挟持できる。
一方、障害物が第２の対象物の上方に存在しない場合、第２の挟持部を鉛直姿勢にして、第２の対象物を第２の挟持部で挟持できる。

本発明の好ましい実施形態によると、第１の挟持部は、前記フレームに対し第１方向を向くように前記フレームに取り付けられ、第２の挟持部は、前記フレームに対し第１方向と直交する第２方向を向くように前記フレームに取り付けられている。

この構成により、次の方法で第１および第２の対象物を把持することが可能になる。

即ち、上記目的を達成するため、本発明によると、上述のロボットハンドを用いて対象物を把持する対象物の把持方法であって、
前記ロボットハンドは、搬送ロボットに取り付けられており、
前記搬送ロボットの動作により、前記フレームから見て同じ方向にロボットハンドを移動させることで、第１の対象物を挟持できる位置へ第１の挟持部を水平移動させ、第２の対象物を挟持できる位置へ第２の挟持部を鉛直移動させ、
（Ａ）第１の挟持部を水平姿勢にした状態で、前記水平移動を行い、次いで前記フレームの閉動作により第１の挟持部で第１の対象物を挟持し、
（Ｂ）第２の挟持部を鉛直姿勢にした状態で、前記鉛直移動を行い、次いで前記フレームの閉動作により第２の挟持部で第２の対象物を挟持する、ことを特徴とする対象物の把持方法が提供される。

上述の本発明による対象物の把持方法では、（Ａ）第１の挟持部を水平姿勢にした状態で、前記水平移動を行い、次いで前記フレームの閉動作により第１の挟持部で第１の対象物を挟持することと、（Ｂ）第２の挟持部を鉛直姿勢にした状態で、前記鉛直移動を行い、次いで前記フレームの閉動作により第２の挟持部で第２の対象物を挟持することとを行う場合に、第１の対象物へのアクセスと、第２の対象物へのアクセスとは、前記フレームから見て同じ方向にロボットハンドを移動させることでなされる。即ち、ロボットハンドを同じ方向に移動させることで、第１の対象物へのアクセスも第２の対象物へのアクセスもなされる。よって、搬送ロボットの動作制御が簡単になる。
例えば、ロボットハンドが、搬送装置の伸縮アームとして機能するシリンダ装置のピストン先端に取り付けられている場合に、このシリンダ装置の直線的な伸長動作により前記水平移動と前記鉛直移動とを行うことができる。従って、対象物２、３へのアクセス制御がシリンダ装置の伸長動作の制御だけとなるので、制御が簡単になる。

第１の挟持部、第２の挟持部およびフレームは、次の具体的構成を有してよい。

第１の挟持部は、第１の対象物を挟んで把持する１対の開閉部からなり、
第２の挟持部は、第２の対象物を挟んで把持する１対の開閉部からなり、
前記共通のフレームは開閉駆動される１対の開閉フレーム部からなり、
第１の挟持部の前記１対の開閉部の一方と、第２の挟持部の前記１対の開閉部の一方とは、前記１対の開閉フレーム部の一方に設けられ、第１の挟持部の前記１対の開閉部の他方と、第２の挟持部の前記１対の開閉部の他方とは、前記１対の開閉フレーム部の他方に設けられる。

上述した本発明によると、挟持部の交換をすることなく、複数種類の対象物を把持でき、対象物の上方に障害物が存在しても、対象物へのアクセスを容易に行える。

本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態によるロボットハンド１０の構成図である。ロボットハンド１０は、複数種類の対象物２、３を把持できるものであり、取出位置にある対象物２、３を別の位置へ搬送する搬送ロボットに取り付けられる。例えば、図１において、搬送ロボットの取付部４にロボットハンド１０が取り付けられてよい。取付部４は、搬送ロボットのアーム先端にあってよい。
ロボットハンド１０は、第１の挟持部５、第２の挟持部７、フレーム９、および、単一のアクチュエータ（図示せず）を備える。

複数種類の対象物２、３は、図１の例では、互いに形状と寸法が異なる第１および第２の対象物２、３である。本実施形態では、第１および第２の対象物２、３は、それぞれ同じ回転機械（例えば、電動モータ）の構成部品である。図１では、第１の対象物２は、取出位置にあり、支持具６により支持されている。

第１および第２の挟持部５，７は、フレーム９を介して搬送ロボットの取付部４に支持されており、搬送ロボットの動作により、第１および第２の挟持部５，７（即ち、フレーム９）の向きが、図１の状態と図２の状態にされる。即ち、図１において、例えば図１の左右方向を向く水平軸を中心にロボットハンド１０を９０度回転させることで、ロボットハンド１０の向きを９０度変えて図２の状態にする。図２に示す構成は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視による構成に相当する。なお、図２では、第１の対象物２の代わりに第２の対象物３を記載している。
第１の挟持部５は、第１の対象物２を挟持する。第１の挟持部５は、第１の対象物２を挟んで把持する１対の開閉部５ａ，５ｂからなる。同様に、第２の挟持部７は、第２の対象物３を挟持する。第２の挟持部７は、第２の対象物３を挟んで把持する１対の開閉部７ａ，７ｂからなる。
本実施形態では、第１の挟持部５は、水平姿勢（図１の姿勢）で第１の対象物２を把持するように構成され、第２の挟持部７は、鉛直姿勢（図２の姿勢）で第１の対象物２を把持するように構成されている。なお、第１の挟持部５が水平姿勢であるとは、第１の挟持部５が水平方向を向いていることをいい、第２の挟持部７が鉛直姿勢であるとは、第２の挟持部７が鉛直下方を向いていることをいう。
また、第１の挟持部５は、フレーム９に対し第１方向（図１において図の左右方向）を向くようにフレーム９に取り付けられ、第２の挟持部７は、フレーム９に対し第１方向と直交する第２方向（図１において紙面と直交する方向）を向くようにフレーム９に取り付けられている。なお、第１の挟持部５が第１方向を向くとは、第１の挟持部５がフレーム９から第１方向に延びていることをいい、第２の挟持部７が第２方向を向くとは、第２の挟持部７がフレーム９から第２方向に延びていることをいう。

フレーム９は、開閉駆動される。第１および第２の挟持部５、７は、この共通のフレーム９に設けられる。即ち、第１の挟持部５は、フレーム９の閉動作により第１の対象物２を挟んで把持するように動作し、第２の挟持部７も、フレーム９の閉動作により第２の対象物３を挟んで把持するように動作する。図３は、フレーム９が開いている図１の状態から、フレーム９の閉動作により第１の対象物２を第１の挟持部５で挟持した状態を示す。図４（Ｂ）は、フレーム９が開いている図４（Ａ）の状態から、フレーム９の閉動作により第２の対象物３を第２の挟持部７で挟持した状態を示す。なお、図４（Ａ）は、図２の状態から、搬送ロボットの動作によりロボットハンド１０を下降させた状態を示す。
共通のフレーム９は開閉駆動される１対の開閉フレーム部９ａ、９ｂからなる。１対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの一方には、第１の挟持部５の１対の開閉部５ａ，５ｂの一方と、第２の挟持部７の１対の開閉部７ａ，７ｂの一方とが固定される。１対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの他方には、第１の挟持部５の１対の開閉部５ａ，５ｂの他方と、第２の挟持部７の１対の開閉部７ａ，７ｂの他方とが固定される。
１対の開閉フレーム部９ａ、９ｂは、開閉動作をするために、例えば、搬送ロボットの取付部４に設けられたガイドレール（図示せず）に沿って往復移動自在となっている。また、開閉フレーム部９ａ、９ｂは、往復移動自在に搬送ロボットの取付部４に設けられた支持部に支持されている。この支持部は、前記ガイドレールであってよい。

単一のアクチュエータにより、フレーム９が開閉駆動される。アクチュエータは、例えば、空圧または油圧によるシリンダ装置であってよい。この場合、シリンダ装置において、シリンダが1対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの一方に固定され、シリンダ内部を往復運動するピストンの先端部が、1対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの他方に固定されてよい。アクチュエータは、搬送ロボットの取付部４に設けられてよい。
また、アクチュエータが、電動サーボモータである場合には、例えば、サーボモータにより回転駆動されるピニオンと、このピニオンを間に挟んで該ピニオンに噛み合う１対のラックと、が設けられ、1対のラックの一方が1対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの一方に固定され、1対のラックの他方が1対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの他方に固定され、これにより、サーボモータの回転により1対の開閉フレーム９が開閉される。
なお、1対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの一方のみが往復運動させられるようにしてもよい。

なお、ロボットハンド１０は、第１または第２の挟持部５、７が、第１または第２の対象物２、３を挟持する力を検知する力センサ（図示せず）を有するのがよい。例えば、力センサは、第１または第２の挟持部５、７に組み込まれた圧電センサやひずみ式ゲージセンサであってよい。また、アクチュエータが、電動サーボモータである場合には、力センサは、サーボモータのトルクを検知するものであってよい。
このような力センサを設けることで、各対象物２、３が各挟持部５、７から落下してしまったことを検知できる。また、フレーム９を閉じる時に、力センサにより検知された力に基づいて、制御装置（図示せず）が前記アクチュエータを制御することでフレーム９の移動を停止させてよい。これにより、各対象物２、３に適切な値の挟持力が作用している状態とすることができる。

上述したロボットハンド１０は、多関節ロボットなどの搬送ロボットに取り付けられて、搬送ロボットにより３次元的に移動させられてよい。例えば、ロボットハンド１０は、搬送ロボットにより鉛直方向、第１水平方向、および、第１水平方向とは異なる第２水平方向に移動させられてよい。また、ロボットハンド１０は、搬送ロボットにより所定の軸を中心に旋回させられてもよい。なお、多関節ロボットは、例えば特許文献１に記載されている。

上述の構成を有するロボットハンド１０を用いた対象物２，３を把持方法を説明する。図５は、この把持方法を示すフローチャートである。

（第１の対象物を把持する場合）
まず、ステップＳ１において、前記搬送ロボットの動作により、第１の挟持部５を水平姿勢にするとともに、第１の挟持部５の高さを、取出位置にある第１の対象物２を第１の挟持部５が挟持する時の高さと同じにする。
ステップＳ２において、前記搬送ロボットの動作により、ロボットハンド１０を第１の挟持部５と共に水平移動させる。即ち、図１において、図１の紙面の裏から紙面の表へ向かう水平方向に、ロボットハンド１０を、水平姿勢の第１の挟持部５と共に水平移動させる。この水平移動により、第１の挟持部５を第１の対象物２を挟持できる位置へ到達させる（図１の状態）。従って、第１の対象物２の上方に障害物があっても、障害物に干渉しないように、第１の対象物２の位置まで第１の挟持部５を到達させることができる。この障害物は、例えば、前記取出位置にある第１の対象物２のネジを締めるネジ締め装置である。
次いで、ステップＳ３において、フレーム９を閉じることで、図１の状態から図３の状態にして、第１の対象物２を第１の挟持部５で挟持する。
その後は、ステップＳ４において、前記搬送ロボットの動作により、第１の対象物２を所定の位置まで搬送する。例えば、ステップＳ２の前記水平方向と逆方向にロボットハンド１０を移動させて、第１の対象物２を所定の位置まで搬送してよい。なお、第１の対象物２の一部（図１の破線部）が支持具６に上方から差し込まれている場合には、ロボットハンド１０を少しだけ上昇させることで、第１の対象物２を支持具６から引き抜き、次いで、ステップＳ２の前記水平方向と逆方向にロボットハンド１０を移動させて、第１の対象物２を所定の位置まで搬送してよい。

（第２の対象物を把持する場合）
まず、ステップＳ１１において、前記搬送ロボットの動作により、第２の挟持部７を鉛直姿勢にするとともに、第２の挟持部７を、取出位置にある第２の対象物３の上方に位置させる（図２の状態）。なお、第２の対象物３の上方には、障害物が上方に存在しない。また、第２の対象物３の前記取出位置は、第１の対象物２の前記取出位置と異なる。
ステップＳ１２において、前記搬送ロボットの動作により、ロボットハンド１０を第２の挟持部７と共に鉛直移動（下降）させる。即ち、図２において、図２の上側から下側へ向かう鉛直方向に、ロボットハンド１０を、鉛直姿勢の第２の挟持部７と共に鉛直移動させる。この鉛直移動により、第２の挟持部７を第２の対象物３を挟持できる位置へ到達させる（図４（Ａ）の状態）。
次いで、ステップＳ１３において、フレーム９を閉じることで、図４（Ａ）の状態から図４（Ｂ）の状態にして、第２の対象物３を第２の挟持部７で挟持する。
その後は、ステップＳ１４において、前記搬送ロボットの動作により、第２の対象物３を所定の位置まで搬送する。例えば、ステップＳ１２の前記鉛直方向と逆方向にロボットハンド１０を移動（上昇）させて、第２の対象物３を所定の位置まで搬送してよい。

本実施形態では、ステップＳ２における前記水平移動の方向と、ステップＳ１２における前記鉛直移動の方向とは、フレーム９から見て同じ方向である。即ち、前記搬送ロボットの動作により、フレーム９（と取付部４）から見て同じ方向にロボットハンド１０を移動させることで、第１の対象物２を挟持できる位置へ第１の挟持部５を水平移動させ、第２の対象物３を挟持できる位置へ第２の挟持部２を鉛直移動させる。

上述した実施形態のロボットハンド１０によると、種類が異なる第１および第２の対象物２，３をそれぞれ把持する第１および第２の挟持部５，７を備えるので、挟持部（把持部）を交換することなく、複数種類の対象物２，３を把持できる。
しかも、第１および第２の挟持部５，７は、開閉駆動される共通のフレーム９に設けられ、第１の挟持部５は、フレーム９の閉動作により第１の対象物２を挟むように動作し、第２の挟持部７も、フレーム９の閉動作により第２の対象物３を挟むように動作するので、共通のフレーム９を閉動作させることで、複数種類の対象物２，３を把持・挟持できる。即ち、１つのアクチュエータで共通のフレーム９を開閉することで複数種類の対象物２，３を挟持することができる。従って、単純な構造で、しかも重量の増加を招くことなく、複数種類の対象物２，３を挟持することができる。

また、（Ａ）第１の挟持部５を水平姿勢にした状態で、ステップＳ２の前記水平移動を行い、次いで、フレーム９の閉動作により第１の挟持部５で第１の対象物２を挟持することと、（Ｂ）第２の挟持部７を鉛直姿勢にした状態で、ステップＳ１２の前記鉛直移動を行い、次いで、フレーム９の閉動作により第２の挟持部７で第２の対象物３を挟持することとを行う場合に、第１の対象物２へのアクセス（前記水平移動）と、第２の対象物３へのアクセス（前記鉛直移動）とは、フレーム９から見て同じ方向にロボットハンド１０を移動させることでなされる。即ち、ロボットハンド１０を同じ方向に移動させることで、第１の対象物２へのアクセスも第２の対象物３へのアクセスもなされる。よって、搬送ロボットの動作制御が簡単になる。
例えば、搬送ロボットのアームとして設けられたシリンダ装置の直線的な伸長動作により対象物２、３へのアクセスを行う場合には、同じ前記伸長動作により、前記水平移動と前記鉛直移動とを行うことができる。即ち、第１の対象物２への前記水平移動（アクセス）は、搬送ロボットの動作により水平姿勢にされた前記シリンダ装置を伸長させることで行われ、第２の対象物３への前記鉛直移動（アクセス）は、搬送ロボットの動作により鉛直姿勢にされた前記シリンダ装置を伸長させることで行われる。従って、対象物２、３へのアクセス制御がシリンダ装置の同じ伸長動作の制御だけとなるので、制御が簡単になる。この場合、当該シリンダ装置のピストンの先端に取付部４が固定されていてよい。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上述の実施形態では、共通のフレーム９に第１の挟持部５と第２の挟持部７を１つずつ設けたが、共通のフレーム９に２つ以上の第１の挟持部５を設けてもよいし、共通のフレーム９に２つ以上の第２の挟持部７を設けてもよい。

また、上述の実施形態では、第１および第２の対象物は回転機械の構成部品であったが、第１および第２の対象物は他の搬送物であってよい。

本発明の実施形態によるロボットハンドの構成図である。 図１の状態からロボットハンドの向きを９０度だけ変化させた場合を示す。 図１の状態からフレームを閉じた状態を示す。 （Ａ）は、図２の状態からロボットハンドを下降させた状態を示し、（Ｂ）は、（Ａ）の状態からフレームを閉じた状態を示す。 図１のロボットハンドを用いた対象物の把持方法を示すフローチャートである。 特許文献１の多関節ロボットの構成図である。

符号の説明

２ 第１の対象物、３ 第２の対象物、４ 取付部、５ 第１の挟持部、６ 支持具、７ 第２の挟持部、９ フレーム、１０ ロボットハンド

Claims (5)

1. 取出位置にある対象物を挟持して別の位置まで搬送する搬送ロボットのロボットハンドであって、
   種類が異なる第１および第２の対象物をそれぞれ挟持する第１および第２の挟持部を備え、
   第１および第２の挟持部は、開閉駆動される共通のフレームに設けられ、
   第１の挟持部は、前記フレームの閉動作により第１の対象物を挟むように動作し、第２の挟持部も、前記フレームの閉動作により第２の対象物を挟むように動作する、ことを特徴とするロボットハンド。
2. 第１の挟持部は、水平姿勢で第１の対象物を把持するように構成され、第２の挟持部は、鉛直姿勢で第２の対象物を把持するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 第１の挟持部は、前記フレームに対し第１方向を向くように前記フレームに取り付けられ、第２の挟持部は、前記フレームに対し第１方向と直交する第２方向を向くように前記フレームに取り付けられている、ことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
4. 第１の挟持部は、第１の対象物を挟んで把持する１対の開閉部からなり、
   第２の挟持部は、第２の対象物を挟んで把持する１対の開閉部からなり、
   前記共通のフレームは開閉駆動される１対の開閉フレーム部からなり、
   第１の挟持部の前記１対の開閉部の一方と、第２の挟持部の前記１対の開閉部の一方とは、前記１対の開閉フレーム部の一方に設けられ、第１の挟持部の前記１対の開閉部の他方と、第２の挟持部の前記１対の開閉部の他方とは、前記１対の開閉フレーム部の他方に設けられる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットハンド。
5. 請求項３に記載のロボットハンドを用いて対象物を把持する対象物の把持方法であって、
   前記ロボットハンドは、搬送ロボットに取り付けられており、
   前記搬送ロボットの動作により、前記フレームから見て同じ方向にロボットハンドを移動させることで、第１の対象物を挟持できる位置へ第１の挟持部を水平移動させ、第２の対象物を挟持できる位置へ第２の挟持部を鉛直移動させ、
   （Ａ）第１の挟持部を水平姿勢にした状態で、前記水平移動を行い、次いで前記フレームの閉動作により第１の挟持部で第１の対象物を挟持し、
   （Ｂ）第２の挟持部を鉛直姿勢にした状態で、前記鉛直移動を行い、次いで前記フレームの閉動作により第２の挟持部で第２の対象物を挟持する、ことを特徴とする対象物の把持方法。

Images