JP2010069608A - ロボットハンドとこれを用いたワーク位置決め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク位置決め装置及び高精度の画像認識装置を用いることなく、サイドガイド、ロケートピン等と干渉することなくワークを把持することができ、ワーク搬送中にワークがずれても、ワーク開放時にワークを正確に位置決めすることができ、隣接するワークに干渉することなくワークを正確に並べることができるロボットハンドとこれを用いたワーク位置決め方法を提供する。
【解決手段】ワーク１を把持して搬送し所定位置に移載するためのロボットハンド１０。ロボットのハンド取付部９に取り付けられたハンド本体１２と、ハンド本体に取り付けられワークを着脱可能に把持する把持装置１４と、ワークの位置決め方向にワークより広い間隔で対向して位置する１対の距離センサ１６とを備える。把持装置１４でワーク１を把持し、搬送しながら距離センサ１６でワーク側面までの相対位置を測定してアライメント誤差Δを求め、アライメント誤差に基づきハンド取付部９の位置を補正してワーク１を開放する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダブロック等のワークを把持して搬送し所定位置に移載するロボットハンドとこれを用いたワーク位置決め方法に関する。

ワーク（例えばエンジンのシリンダブロック）がパレットやコンベア上に載せられており、これをロボットハンドにより把持して別の位置に移載する場合において、把持するワーク位置が正しい位置からずれていたり（位置ずれ）、複数のワークの間隔が狭い場合がある。
そこでロボットを用いてワークを把持して搬送し所定位置に移載するために、例えば特許文献１、２が既に提案されている。

特許文献１のロボットハンド装置は、図６に示すように、ワークを複数個所で把持する複数のクランパ５７〜５９と、これら複数のクランパをそれぞれ駆動する複数のエアシリンダ５１〜５３とを設ける。複数のクランパ５７〜５９とエアシリンダ５１〜５３によりワーク５５を把持する時は、所定の把持圧力で把持して搬送するとともに、ワーク５５を治具５４に挿入する時は、エアシリンダ５１〜５３の圧力を、ワークの把持圧力状態より低い圧力値に切り換えるものである。なおこの図で、５６はワークの側面穴に挿入して引っ掛けるピンである。

特許文献２のワーク位置決め装置は、図７に示すように、ワークＷをそのロケート穴Ｗ１にロケートピン６４を係合させて位置決めしてクランプするワーク位置決め保持ユニット６３と、前記ワーク位置決め保持ユニット６３を固定物に対してワークＷの面方向、例えば、水平方向に予め設定した距離だけ移動可能に支持するガイドユニット６５と、前記ワーク位置決め保持ユニット６３をガイドユニット６５に対して予め設定した所定位置に移動させつつ所定位置に固定してワーク位置決め保持ユニット６３の移動を拘束し、ワーク搬送手段６７からのワーク受取り時および／またはワーク渡し時に、ワーク位置決め保持ユニット６３の拘束を解除してその移動を許可する拘束手段６６とを備えるものである。

特開２０００−６０７８号公報、「ロボットハンド装置」 特開２００６−３４１３２７号公報、「ワーク位置決め装置およびワーク受渡し方法」

ロボットを用いたワークの移載は、（１）ワーク把持、（２）ワーク搬送、（３）ワーク開放の順で一般に行われる。
ワーク把持前には、エアシリンダ、位置決めユニットなどでワークを定位置に位置決めした後、ロボットハンドがティーチングされたワーク位置まで移動する。或いは、ワークを位置決めせずに、画像認識装置でワーク位置を認識し、ロボットハンドを認識された位置まで移動する。
ワーク把持時及びワーク搬送中には、ワークとロボットハンドの相対位置を位置決めする（アライメントする）ため、サイドガイド、ロケートピン等を通常用いる。
ワーク開放時には、ロボットハンドがティーチングされた位置まで搬送し、ワークを開放する。

しかし、上述した従来のワーク位置決め方法には、以下の問題点があった。
（１） ワーク把持前に、ワークを位置決めするため、精度の高い位置決め装置（エアシリンダ、位置決めユニット等）が必要となる。
また、ワークを位置決めしない場合、組立又は位置決めの要求精度が高いパレタイズ等では、画像認識精度が不足する。また、画像認識精度を高くすると画像処理時間がかかる。
（２） ワーク把持時、ワーク位置を定位置に位置決めしないと、例えば図８に示すように、サイドガイド、ロケートピン６４等がワークＷと干渉する。
（３） ワーク把持時にワークとハンドのアライメントができても、ワーク搬送中にワークがずれる可能性がある。
（４） ワーク開放時には、ワーク把持時及びワーク搬送中に発生したずれ量は、ワーク開放時まで維持されるため、位置決め精度が低下する。
またワーク開放時、ワーク位置が正確に位置決めされていなければ、ワークを正確に並べられず、或いは、隣接するワークに干渉するおそれがある。

本発明は上述した従来の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ワーク位置決め装置及び高精度の画像認識装置を用いることなく、サイドガイド、ロケートピン等と干渉することなくワークを把持することができ、ワーク搬送中にワークがずれても、ワーク開放時にワークを正確に位置決めすることができ、隣接するワークに干渉することなくワークを正確に並べることができるロボットハンドとこれを用いたワーク位置決め方法を提供することにある。

本発明によれば、ワークを把持して搬送し所定位置に移載するためのロボットハンドであって、
ロボットのハンド取付部に取り付けられたハンド本体と、
ハンド本体に取り付けられワークを着脱可能に把持する把持装置と、
ワークの位置決め方向にワークより広い間隔で対向して位置する１対の距離センサと、を備え、
把持装置でワークを把持し、搬送しながら距離センサでワーク側面までの相対位置を測定してアライメント誤差を求め、該アライメント誤差に基づきハンド取付部の位置を補正してワークを開放する、ことを特徴とするロボットハンドが提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記ハンド本体に取り付けられ、１対の距離センサをそれぞれ鉛直に昇降する距離センサ移動具を備える。

また、前記ハンド本体に下向きに取り付けられ、ワークを撮像しワーク位置を認識する画像認識デバイスを備える、ことが好ましい。
また、前記把持装置は、ワークの側面を間に挟持する１対の挟持板と、該挟持板の間隔を水平方向に開閉する開閉駆動装置とからなる、ことが好ましい。
また、前記把持装置は、ワークの上面を吸着してこれを吊り下げ可能な電磁石又はバキュームグリッパである、ことが好ましい。

また、本発明によれば、ワークを把持して搬送し所定位置に移載するためのロボットハンドを用いたワーク位置決め方法であって、
ロボットのハンド取付部にハンド本体を取り付け、
ハンド本体に取り付けた把持装置で、ワークを把持して搬送し、
ワーク搬送中に、ワークの位置決め方向にワークより広い間隔で対向して位置する１対の距離センサで、ワーク側面までの相対位置を測定してアライメント誤差を求め、
該アライメント誤差に基づき、ハンド取付部の位置を補正して前記所定位置でワークを開放する、ことを特徴とするロボットハンドを用いたワーク位置決め方法が提供される。

上記本発明の装置及び方法によれば、ハンド本体に取り付けられた把持装置（例えば、挟持板と開閉駆動装置、電磁石又はバキュームグリッパ）でワークを把持し、アライメント誤差は開放時に補正するので、ワーク位置決め装置及び高精度の画像認識装置を用いることなく、かつサイドガイド、ロケートピン等と干渉することなくワークを把持することができる。
また、ワークの位置決め方向にワークより広い間隔で対向して位置する１対の距離センサを備え、ワークを搬送しながら距離センサでワーク側面までの相対位置を測定してアライメント誤差を求めるので、ワーク搬送中にワークがずれても、ワーク開放直前のアライメント誤差を求めることができる。
さらに、アライメント誤差に基づきハンド取付部の位置を補正してワークを開放するので、ワーク開放時にワークを正確に位置決めすることができる。

また、把持装置として電磁石又はバキュームグリッパを用いることのより、隣接するワークに干渉することなくワークを正確に並べることができる。

従って、ワーク開放時の位置決め精度は、距離センサとロボットハンドの位置決め精度で決まるため、従来の方法より精度を高めることができる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。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、本発明によるロボットハンドの第１実施形態図である。
この図において、本発明のロボットハンド１０は、ハンド本体１２、把持装置１４、１対の距離センサ１６、距離センサ移動具１８、及び画像認識デバイス２０を備え、ワーク１をある所定位置で把持し（ワーク把持）、ワークを搬送し（ワーク搬送）、ワーク１を別の所定位置で開放（ワーク開放）する。

ワーク１は、例えば、エンジンのシリンダブロックであるが、本発明はこれに限定されず、パレット２やコンベア上にワークが水平に載せられ、別の位置に移載するかぎりで、どのようなワークであってもよい。
以下、ワーク１の基準位置をａとする。

ハンド本体１２は、ロボットのハンド取付部９のこの例では下面に取り付けられている。ハンド取付部９は、ロボットにより好ましくは水平を保持しながら所定の距離内で３次元的に移動し、かつ水平に回転可能に構成されている。
この図において、ハンド取付部９の基準位置をｂとする。

把持装置１４は、ハンド本体１２の下部に取り付けられワーク１を着脱可能に把持する。
この例において、把持装置１４は、ワーク１の側面を間に挟持する１対の挟持板１４ａと、１対の挟持板１４ａの間隔を水平方向に開閉（拡大又は縮小）する開閉駆動装置１４ｂとからなる。開閉駆動装置１４ｂはこの例では、１対のエアシリンダである。
この構成により、１対の挟持板１４ａの間にワーク１を位置決めし、１対のエアシリンダ１４ｂにより１対の挟持板１４ａの間隔を閉じて（縮小して）、１対の挟持板１４ａの間にワーク１を挟持し、ワーク１を着脱可能に把持することができる。
なお、１対の挟持板１４ａによるワーク１の挟持は、その間の摩擦力によってもよく、或いは、互いに嵌り合う凹凸面を設けてもよい。

１対の距離センサ１６は、ワーク１の位置決め方向に、ワーク１より広い間隔で位置する。距離センサ１６は、例えば反射式のレーザ距離計であり、ワーク１の側面までの距離を計測する。
なお、１対の距離センサ１６はこの例に限定されず、例えば把持装置１４に直接取り付けられ、挟持板１４ａの位置を検出する変位センサであってもよい。この場合、距離センサ移動具１８は省略することができる。

距離センサ移動具１８は、この例では１対のエアシリンダであり、ハンド本体１２に取り付けられ、１対の距離センサ１６をそれぞれ鉛直に昇降する。

画像認識デバイス２０は、この例ではハンド本体１２に下向きに取り付けられたＣＣＤカメラであり、ワーク１を撮像し、図示しない画像認識装置でワーク位置を認識する。

図２は、図１のロボットハンドの作動説明図である。
この図において、（Ａ）はワーク把持前、（Ｂ）はワーク把持時、（Ｃ）はワーク搬送中、（Ｄ）はワーク開放時を示している。以下この図に基づいて、本発明のワーク位置決め方法を説明する。

ワーク把持前（Ａ）において、画像認識デバイス２０によるラフな画像認識によりワーク１のおよその位置を計測し、その位置までハンド本体１２を移動する。

ワーク把持時（Ｂ）において、１対の挟持板１４ａを開いた状態で、その間にワーク１を位置決めし、ハンド取付部９の基準位置ｂとワーク１の基準位置ａとの間の水平誤差Δ（アライメント誤差）がある場合でも、１対の挟持板１４ａを閉じて、そのまま把持装置１４で把持する。

ワーク搬送中（Ｃ）において、距離センサ１６を距離センサ移動具１８で下降させ、距離センサ１６で、ワーク側面までの相対位置を測定し、アライメント誤差Δを測定する。ワーク搬送中にワークのずれがある場合でも、この測定によりワーク開放時のアライメント誤差Δを計測することができる。

次いで、ワーク開放時（Ｄ）において、アライメント誤差Δに基づき、目標位置ｃに対して、ハンド取付部９の基準位置ｂを補正した位置で１対の挟持板１４ａを開き、把持装置１４を開放する。

上述した本発明のワーク位置決め方法によれば、距離センサ１６の精度及びロボットの位置決め精度でワーク１の開放位置精度が決まるため、従来の方法より位置決め精度が良い。

図３は、本発明によるロボットハンドの第２実施形態図である。
この例において、把持装置１４は、ワーク１の上面を吸着してこれを吊り下げ可能な電磁石１４ｃ又はバキュームグリッパである。
その他の構成は、第１実施形態図と同様である。

図３において、（Ａ）はワーク把持時、（Ｂ）はワーク搬送中、（Ｃ）はワーク開放時を示している。

ワーク把持前（図示せず）において、画像認識デバイス２０によるラフな画像認識によりワーク１のおよその位置を計測し、その位置までハンド本体１２を移動する。

ワーク把持時（Ａ）において、ハンド本体１２を下降させ、ハンド取付部９の基準位置ｂとワーク１の基準位置ａとの間の水平誤差Δ（アライメント誤差）がある場合でも、電磁石１４ｃ又はバキュームグリッパでそのままワーク１を把持する。
この場合、ワーク１と干渉するところがないため、ワークに傷が付かない。また、電磁石１４ｃ又はバキュームグリッパでワークの上面を吸着するので、隣接するワーク１’との隙間が小さくても、ワークを確実に把持できる。

ワーク搬送中（Ｂ）において、距離センサ１６を距離センサ移動具１８で下降させ、距離センサ１６で、ワーク側面までの相対位置を測定するので、ワーク搬送中にワークのずれがある場合でも、この測定によりワーク開放時のアライメント誤差Δを計測することができる。

次いで、ワーク開放時（Ｃ）において、アライメント誤差Δに基づき、目標位置ｃに対して、ハンド取付部９の基準位置ｂを補正した位置で電磁石又はバキュームグリッパを切断し、電磁石１４ｃ又はバキュームグリッパを開放する。

この構成により、把持装置１４として電磁石１４ｃ又はバキュームグリッパを使用し、開放時、適当な高さで水平位置を距離センサ１６で決め、距離センサ１６を引き込み、最後に垂直移動だけすることにより、ワークの振れを防止できる。また、サイドガイド、ロケートピン等がないためワークの干渉を防止できる。

図４は、本発明によるロボットハンドの第３実施形態図である。
この例において、把持装置１４は、ワーク１の上面を吸着してこれを吊り下げ可能な電磁石１４ｃ又はバキュームグリッパである。また、距離センサ移動具１８はなく、１対の距離センサ１６はハンド本体１２から下方に延びるセンサブラケット１５に直接固定されている。
その他の構成は、第２実施形態図と同様である。

図４において、（Ａ）はワーク把持時、（Ｂ）はワーク搬送中を示している。
ワーク把持時（Ａ）において、ハンド本体１２を下降させ、ハンド取付部９の基準位置ｂとワーク１の基準位置ａとの間の水平誤差Δ（アライメント誤差）がある場合でも、電磁石１４ｃ又はバキュームグリッパでそのままワーク１を把持する。
この場合、ワーク１と干渉するところがないため、ワークに傷が付かない。

ワーク搬送中（Ｂ）において、ワーク１の外側に位置する距離センサ１６で、ワーク側面までの相対位置を測定するので、ワーク搬送中にワークのずれがある場合でも、この測定によりワーク開放時のアライメント誤差Δを計測することができる。
この構成により、距離センサ移動具１８を省略できるので、ハンドに可動部品がなく、シンプルな構造で、ほぼ同一の効果が得られる。

図５は、本発明によるロボットハンドの第４実施形態図である。
この例において、把持装置１４は、ワーク１の上面を吸着してこれを吊り下げ可能な電磁石１４ｃ又はバキュームグリッパである。また、画像認識デバイス２０はなく、その代わりに（Ａ）では、コンベア装置２２と当て止め２３、（Ｂ）ではエアシリンダ２４と当て止め２３を備えている。
その他の構成は、第１実施形態図と同様である。

この構成により、画像認識を用いずに、コンベア装置２２と当て止め２３又はエアシリンダ２４と当て止め２３で、ワーク１を位置決めし、ロボットに把持位置を教え、ワークの位置のずれは把持後に距離センサで補正することで、迅速にワークを把持することができる。

上述した本発明の装置及び方法によれば、ハンド本体１２に取り付けられた把持装置１４（例えば、挟持板１４ａと開閉駆動装置１４ｂ、電磁石又はバキュームグリッパ）でワーク１を把持し、アライメント誤差Δは開放時に補正するので、ワーク位置決め装置及び高精度の画像認識装置を用いることなく、かつサイドガイド、ロケートピン等と干渉することなくワーク１を把持することができる。

また、ワーク１の位置決め方向にワークより広い間隔で対向して位置する１対の距離センサ１６を備え、ワーク１を搬送しながら距離センサ１６でワーク側面までの相対位置を測定してアライメント誤差Δを求めるので、ワーク搬送中にワークがずれても、ワーク開放直前のアライメント誤差Δを求めることができる。
さらに、アライメント誤差Δに基づきハンド取付部９の位置を補正してワーク１を開放するので、ワーク開放時にワーク１を正確に位置決めすることができる。

また、把持装置として電磁石又はバキュームグリッパを用いることのより、隣接するワークに干渉することなくワークを正確に並べることができる。

従って、ワーク開放時の位置決め精度は、距離センサとロボットハンドの位置決め精度で決まるため、従来の方法より精度を高めることができる。

なお、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の変更を加え得ることは勿論である。

本発明によるロボットハンドの第１実施形態図である。 図１のロボットハンドの作動説明図である。 本発明によるロボットハンドの第２実施形態図である。 本発明によるロボットハンドの第３実施形態図である。 本発明によるロボットハンドの第４実施形態図である。 特許文献１のロボットハンド装置の模式図である。 特許文献２のワーク位置決め装置の模式図である。 ロケートピン６４とワークＷの干渉を示す模式図である。

符号の説明

１ ワーク、９ ハンド取付部、
１０ ロボットハンド、１２ ハンド本体、
１４ 把持装置、１４ａ 挟持板、
１４ｂ 開閉駆動装置（エアシリンダ）、
１４ｃ 電磁石又はバキュームグリッパ、
１６ 距離センサ、
１８ 距離センサ移動具（エアシリンダ）、
２０ 画像認識デバイス（ＣＣＤカメラ）、
２２ コンベア装置、２３ 当て止め、
２４ エアシリンダ

Claims (6)

1. ワークを把持して搬送し所定位置に移載するためのロボットハンドであって、
   ロボットのハンド取付部に取り付けられたハンド本体と、
   ハンド本体に取り付けられワークを着脱可能に把持する把持装置と、
   ワークの位置決め方向にワークより広い間隔で対向して位置する１対の距離センサと、を備え、
   把持装置でワークを把持し、搬送しながら距離センサでワーク側面までの相対位置を測定してアライメント誤差を求め、該アライメント誤差に基づきハンド取付部の位置を補正してワークを開放する、ことを特徴とするロボットハンド。
2. 前記ハンド本体に取り付けられ、１対の距離センサをそれぞれ鉛直に昇降する距離センサ移動具を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記ハンド本体に下向きに取り付けられ、ワークを撮像しワーク位置を認識する画像認識デバイスを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
4. 前記把持装置は、ワークの側面を間に挟持する１対の挟持板と、該挟持板の間隔を水平方向に開閉する開閉駆動装置とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
5. 前記把持装置は、ワークの上面を吸着してこれを吊り下げ可能な電磁石又はバキュームグリッパである、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
6. ワークを把持して搬送し所定位置に移載するためのロボットハンドを用いたワーク位置決め方法であって、
   ロボットのハンド取付部にハンド本体を取り付け、
   ハンド本体に取り付けた把持装置で、ワークを把持して搬送し、
   ワーク搬送中に、ワークの位置決め方向にワークより広い間隔で対向して位置する１対の距離センサで、ワーク側面までの相対位置を測定してアライメント誤差を求め、
   該アライメント誤差に基づき、ハンド取付部の位置を補正して前記所定位置でワークを開放する、ことを特徴とするロボットハンドを用いたワーク位置決め方法。

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