JP2010188465A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの横ズレや傾きによる位置ズレの発生がなく、確実にワークを保持、固定でき、また多種多様な形状、大きさのワークに対応でき、さらにワークの保持位置の自由度が高く、汎用性に優れたロボットハンドを提供する
【解決手段】ロボットアームの先端に取り付けられ、ワーク６を保持するためのロボットハンド１であって、ワーク面の形状に追従可能なベローズ式吸着パッド２と、ベローズ式吸着パッドの内側に配置され、ベローズ式吸着パッドとともにワークを保持、固定するための高硬度吸着パッド３と、ベローズ式吸着パッドの外側に配置され、ワークの傾きを固定するための固定ロッド４とからなる。固定ロッドはシャフト４ａとシャフトの先端に取り付けられたワーク押さえ部４ｂとからなり、固定ロッドの先端に位置決めピン７が取り付けられていてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明はロボットハンドに関し、特に様々な形状をしたワークを確実に保持、固定することができ、構造が簡素でコストメリットの高いロボットハンドに関する。

自動車の組み立て工程においては、ロボットアームの先端に取り付けられたロボットハンドにワークを保持し、搬送することが行われている。このような工程で用いられるロボットハンドは、エアーを吸引し、ロボットハンドの先端に設けられた吸盤部によりワークを吸引、保持して搬送するようにしている。

具体例を挙げると、ロボット腕部の先端から延設される複数の指部と、各指部に配される吸盤部とを具備しており、各吸盤部の姿勢を変更自在にするようにしたロボットハンドが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような構造とすることにより、大きな平坦面を有するような特定形状のワークに限らず、多様な形状のワークであっても姿勢変更自在な複数の吸盤部を用いて確実に保持することができる。

特開２００８―２０７２６３号公報

上記従来の技術に関し、ワークを保持し搬送を行う場合やワークを加工する場合、あるいはワークに外部から力がかかってしまうような場合、吸着方向に対して横方向から力が掛かるとワークが横にずれる虞があるという問題があった。

また、ワークを吸着した際にワークが傾いたりワークにブレが発生しワークに荷重が掛かったりした場合に保持力が十分に確保され難いという問題もあった。

本発明は、上記難点を解消するためになされたもので、曲面などの多様な形状を有しているワークに対して柔軟に対応でき、ワークを保持するために吸着した上でさらにワークを強固に固定することが可能なロボットハンドを提供するものである。

上記課題を解決するために本発明によるロボットハンドの第１の態様は、ワークを保持するためにロボットアームの先端に取り付けられるロボットハンドであって、ワーク面の形状に追従可能なベローズ式吸着パッドと、ベローズ式吸着パッドの内側に配置され、ベローズ式吸着パッドとともにワークを保持、固定するための高硬度吸着パッドと、ベローズ式吸着パッドの外側に配置され、ワークの傾きを固定するための固定ロッドとからなることを特徴とする。

また、本発明によるロボットハンドの第２の態様は、第１の態様において、高硬度吸着パッドのみにエアー吸引口が設けられていることを特徴とする。

さらに、本発明によるロボットハンドの第３の態様は、第１の態様または第２の態様において、固定ロッドはシャフトと当該シャフトの先端に取り付けられたワーク押さえ部とからなることを特徴とする。

また、本発明によるロボットハンドの第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様において、固定ロッドの先端に位置決めピンが取り付けられていることを特徴とする。

さらに、本発明によるロボットハンドの第５の態様は、第１から第４のいずれかの態様において、固定ロッドのシャフトは上下動可能に取り付けられていることを特徴とする。

また、本発明によるロボットハンドの第６の態様は、第５の態様において、固定ロッドのシャフトはサーボモータにより上下動可能とされていることを特徴とする。

さらに、本発明によるロボットハンドの第７の態様は、第５の態様において、固定ロッドのシャフトはバネにより上下動可能とされていることを特徴とする。

本発明によれば、ワークの横ズレや傾きによる位置ズレの発生がなく、確実にワークを保持、固定でき、また多種多様な形状や大きさのワークに対応でき、さらにワークの保持位置の自由度が高く、汎用性に優れたロボットハンドを提供することができる。

また、エアーの吸引口を高硬度吸着パッドのみに設けることでベローズ式吸着パッドの吸引も兼ねて行うことができるのでエアーを節約でき、構造が簡素でコストメリットの高いロボットハンドを提供することができる。

本発明のロボットハンドの一実施の形態を表す図である。 ベローズ式吸着パッド及び高硬度吸着パッドのワークへの保持固定状況を説明する図である。 ベローズ式吸着パッドと高硬度吸着パッドのワーク保持動作を説明するための図である。 固定ロッドを使用した場合のワークへの保持固定状況を説明する図である。 本発明のロボットハンドの他の実施の形態を表す図である。 本発明のロボットハンドを複数用いた場合の図である。

以下、本発明によるロボットハンドの好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明のロボットハンド及びこのロボットハンドによるワークの保持状況を示した図である。図１（ａ）、（ｂ）において、本発明のロボットハンド１はベローズ式吸着パッド２と、このベローズ式吸着パッド２の内側に配置された高硬度吸着パッド３と、ベローズ式吸着パッド２の外側に配置された固定ロッド４とから構成されている。

ベローズ式吸着パッド２は例えばポリウレタンゴム等の伸縮性のある素材から作られている。また高硬度吸着パッド３もやはりポリウレタンゴム等の素材から作られており、ベローズ式吸着パッド２よりも高硬度（例えばゴム硬度６０）となっている。なお、ベローズ式吸着パッド２は上部に円筒部２ａが連接されており、高硬度吸着パッド３は内部にエアー吸引口３ａが通じている円筒部３ｂが連接されている。

また、固定ロッド４はシャフト４ａ及びシャフト４ａの先端に取り付けられたワーク押さえ部４ｂから構成されており、シャフト４ａは金属からなり、ワーク押さえ部４ｂはワーク６を固定した時にワークに傷が付かないような素材、例えばポリウレタンゴム等の素材から構成されている。この固定ロッド４は固定ロッド支持部材５に支持されている。

次に、このようなロボットハンドによりワーク６を保持、固定する状況について図１〜図４を用いて説明する。図１（ａ）において、まずベローズ式吸着パッド２をワーク６に吸着させる。この時ベローズ式吸着パッド２は蛇腹状の構成を有しているので角度を自在に変化させることができるため、ワーク６の曲面の形状に追従するように吸着される。

ところで、ベローズ式吸着パッド２はワーク６の表面形状に柔軟に追従し、容易に密着できるので、ベローズ式吸着パッド２だけでもワーク６を吸着、保持することは可能であるが、ベローズ式吸着パッド２だけでワークを保持した場合、図２（ａ）に示すように、例えば横からの外力Ｆ_Ａが加わり、ワーク６がある許容量を超えた変位量Ａだけ横方向に動くとワーク６の保持が維持できなくなり、ワーク６を安定して搬送することができなくなる。なお、図２（ａ）において、太い実線で表しているワーク６は本来正しく保持固定されるべきワークの位置を示し、太い波線で表しているワーク６は位置がずれた状態を表しており、以下の図においても同様である。

このようにベローズ式吸着パッド２だけではワーク６の保持、固定の安定性に欠けるので、ベローズ式吸着パッド２をワーク６に吸着させた後、ベローズ式吸着パッド２の内側に配置された高硬度吸着パッド３をワーク６に押し付け、高硬度吸着パッド３のエアー吸引口３ａからエアーを吸引してワーク６を吸着、保持する。

高硬度吸着パッド３は図２（ｂ）に示すように例えばワーク６の表面が曲面形状である場合に隙間が生じ、安定した吸着が不可能となる。従って、図２（ｃ）に示すように高硬度吸着パッド３及びワーク６の双方から外力Ｆ_Ｂを作用させて高硬度吸着パッド３とワーク６を密着させる必要がある。このようにすると高硬度吸着パッド３をワーク６に吸着させた状態での耐力が良好となる。従って、ワーク６の双方からの外力に相当するベローズ式吸着パッド２及び高硬度吸着パッド３によりワーク６を吸着、固定することにより、横方向の外力に対しても、また各吸着パッドからワーク６を引き剥がすように作用する外力に対しても強固な保持状態が維持される。

ここで、ベローズ式吸着パッドと高硬度吸着パッドによるワークの保持動作について説明する。図３はベローズ式吸着パッドと高硬度吸着パッドのワーク保持動作を説明するための図である。

まず図３（ａ）はまだワーク６にベローズ式吸着パッド２も高硬度吸着パッド３も吸着していない状況を示した図である。図３（ａ）に示すように、ベローズ式吸着パッド２の先端と高硬度吸着パッド３の先端との距離Ｌはベローズ式吸着パッド２がワーク６の形状に追従するためのストロークとなっている。また、エアー吸引口３ａは高硬度吸着パッド３のみに設けられており、後述するようにこのエアー吸引口３ａがベローズ式吸着パッド３のエアー吸引口も兼ねている。

図３（ｂ）はワーク６にベローズ式吸着パッド２を吸着させた状態を表した図である。この時高硬度吸着パッド３のエアー吸引口３ａからエアーを吸引すると矢印の如くエアーが吸引され、ベローズ式吸着パッド２の内部が真空状態になる。この結果ワーク６がベローズ式吸着パッド２に密着することになる。即ち、ベローズ式吸着パッド２の内部からエアーを吸引する際にも高硬度吸着パッド３のエアー吸引口３ａからエアーの吸引を行うようにしているので、エアー吸引口３ａはベローズ式吸着パッド２のエアー吸引口も兼ねていることになる。なお、図３（ｂ）においてベローズ式吸着パッド２および高硬度吸着パッド３の内部の細かい点は真空状態を模式的に表したものであり、以下の図３（ｃ）、図３（ｄ）においても同様である。

図３（ｂ）の状態からさらにエアー吸引を続けるとベローズ式吸着パッド２の蛇腹部分が収縮し、ワーク６が高硬度吸着パッド３に図中下方から矢印の如く押し付けられた状態となり、ワーク６と高硬度吸着パッド３が密着する。このような状態になると高硬度吸着パッド３の内部だけがエアー吸引されるので、図３（ｄ）に示すようにベローズ式吸着パッド２と高硬度吸着パッド３の間の空間はエアー吸引が行われていない。即ち、エアーの吸引は高硬度吸着パッド３のみで行われるのでエアーの節約になり、またベローズ式吸着パッド２と高硬度吸着パッド３の双方にエアー吸引口を設ける必要がないので構造が簡素化でき、コスト的にも安価なロボットハンドを実現できる。

ところで、ベローズ式吸着パッド２と高硬度吸着パッド３を組み合わせてワーク６を保持、固定したとしても、例えば図４（ａ）に示すようにワーク６の一方の端に外力Ｆｃが加わった場合外力のかかり方が不均等のためワーク６が太い破線で示したように傾いてしまう。このような状況が発生するとやはりワーク６の安定した保持状態の維持が困難になるので、図１（ｂ）あるいは図４（ｂ）に示すように固定ロッド４によりワーク６の一定以上の傾きを防止し、ワークが搬送可能な状態に維持されるようにワークの傾きを固定できるようにする。なお、固定ロッドは本実施の形態ではベローズ式吸着パッド２の両側に２個配置され、ワーク６の傾きを固定できるようにしているが、配置する数や位置には特に制限はなく、ワーク６の表面形状や大きさ、重量等を考慮して適宜最適に配置することができる。

固定ロッド４はシャフト４ａおよびワーク押さえ部４ｂから構成されているが、シャフト４ａは図４（ｂ）の丸で囲んだＡの部分において固定ロッド支持部材５に対して上下方向に摺動可能となっている。このようにシャフト４ａが上下方向に摺動可能となっているとワーク６の傾きに追随して固定ロッド４も上下に動くことができるので、ワークの傾きに対して柔軟に対応でき、より安定したワークの固定が可能となる。なお、シャフト４ａの可動範囲はワークの搬送に対して不都合が生じないような傾きが維持される程度となっている。シャフト４ａの上下方向の摺動には例えば小型１軸サーボモータのような方式を用いることができる。

このように、ベローズ式吸着パッド２と高硬度吸着パッド３及び固定ロッド４を組み合わせることにより、ワークへの追従性があり、各方向からの外力に対しても十分耐力のある吸着を可能とするロボットハンドを実現することができる。

次に本発明の他の実施の形態について説明する。なお、以降の図の説明において図１〜図４で説明した箇所と同一の箇所には同一の符号を付している。

図５は本発明の他の実施の形態を説明するための図である。図５（ａ）において、本実施の形態では固定ロッド４の先端に位置決めピン７が取り付けられている。この位置決めピン７は、図５（ａ）に示すように、例えばワーク６が複数の穴８、８を有しているような場合、ワーク６のある一つの穴に位置決めピンを挿入するようにロボットハンド１の位置を設定する。

その後図１〜図４にて説明したようにワーク６を保持、固定するが、その際に図５（ｂ）に示すようにワーク６のある一つの穴に位置決めピンを挿入し（図５（ｂ）の場合左側の穴に位置決めピンを挿入）、ワーク６のＸＹ方向の位置決めを行い、他の穴（図５（ｂ）の場合右側の穴）に他の位置決めピンを挿入してＹ方向の位置決めを行う。このようにして穴を有するワークに対しても位置決めと強固な保持、固定を確実に行えることが可能となる。なお、Ｚ方向（高さ方向）の位置決めは前記したようにベローズ式吸着パッド２と高硬度吸着パッド３により行う。

また、図５におけるロボットハンド１においては、固定ロッド４のシャフト４ａの周囲にバネ９を巻き付け、ワーク押さえ部４ｂ及び位置決めピン７を上下に可動できるようにしておくとよい。この場合においても図４（ｂ）において説明したように、シャフト４ａは丸で囲んだＡの部分においてバネの伸縮によって固定ロッド支持部材５に対して上下方向に摺動可能となっている。このようにするとシャフト４が上下に動くことができるのでワーク６の表面形状に対してより追従性が高くなる。

なお、本発明のロボットハンドはロボットアームの先端に取り付ける際に複数取り付けてもよい。図６は複数（この場合は２個）のロボットハンドをロボットアーム（不図示）の先端に取り付けた例を示した図である。

図６において、本発明のロボットハンド２個がロボット取り付け部１０に取り付けられている。ロボット取り付け部１０は図示していないロボットアームに取り付けられるようになっている。具体的には、ロボットハンド１は取り付け基台１１ａに取り付けられ、取り付け基台１１ａがもう一方の取り付け基台１１ｂに支柱１２により固定されている。そして、取り付け基台１１ｂがロボット取り付け部１０に取り付けられている。また、ロボットハンド１の上部にはエアー吸引用部材１３が設けられている。このように複数のロボットハンドを設置するとワークに対する保持固定力がより強固なものとなる。また、複数のロボットハンドを個別に例えばサーボモータ、バネ等の適宜な手段により上下に可動できるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明のロボットハンドはワークの横ズレや傾きによる位置ズレの発生がなく、確実にワークを保持、固定でき、また多種多様な形状や大きさのワークに対応でき、さらにワークの保持位置の自由度が高く、汎用性に優れている。また、エアーの吸引を高硬度吸着パッドのみにて行うことでエアーを節約でき、しかもエアー吸引口が一つで済むために構造を簡素化でき、コストメリットが極めて高くなる。

本発明はロボットアームに取り付けられるロボットハンドだけではなく、固定式の吸着パッドとしても用いることができ、固定式吸着パッドを配置してワークを保持することが可能である。

１・・・・・・・・・・・・・・・ロボットハンド
２・・・・・・・・・・・・・・・ベローズ式吸着パッド
２ａ・・・・・・・・・・・・・円筒部
３・・・・・・・・・・・・・・・高硬度吸着パッド
３ａ・・・・・・・・・・・・・エアー吸引口
３ｂ・・・・・・・・・・・・・円筒部
４・・・・・・・・・・・・・・・固定ロッド
４ａ・・・・・・・・・・・・・シャフト
４ｂ・・・・・・・・・・・・・ワーク押さえ部
５・・・・・・・・・・・・・・・固定ロッド支持部材
６・・・・・・・・・・・・・・・ワーク
７・・・・・・・・・・・・・・・位置決めピン
８・・・・・・・・・・・・・・・穴
９・・・・・・・・・・・・・・・バネ
１０・・・・・・・・・・・・・・ロボット取り付け部
１１ａ、１１ｂ・・・・・・・・・取り付け基台
１２・・・・・・・・・・・・・・支柱
１３・・・・・・・・・・・・・・エアー吸引用部材

Claims (7)

1. ワークを保持するためにロボットアームの先端に取り付けられるロボットハンドであって、ワーク面の形状に追従可能なベローズ式吸着パッドと、前記ベローズ式吸着パッドの内側に配置され、前記ベローズ式吸着パッドとともに前記ワークを保持、固定するための高硬度吸着パッドと、前記ベローズ式吸着パッドの外側に配置され、前記ワークの傾きを固定するための固定ロッドとからなることを特徴とするロボットハンド。
2. 前記高硬度吸着パッドのみにエアー吸引口が設けられていることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
3. 前記固定ロッドはシャフトと当該シャフトの先端に取り付けられたワーク押さえ部とからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のロボットハンド。
4. 前記固定ロッドの先端に位置決めピンが取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載のロボットハンド。
5. 前記固定ロッドのシャフトは上下動可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかの請求項に記載のロボットハンド。
6. 前記固定ロッドのシャフトはサーボモータにより上下動可能とされていることを特徴とする請求項５記載のロボットハンド。
7. 前記固定ロッドのシャフトはバネにより上下動可能とされていることを特徴とする請求項５記載のロボットハンド。

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