JP2010228022A - 双腕ロボット及びそのハンドリング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】双腕ロボット及びそのハンドリング方法において、パレタイズ時にワークを適切な位置に整列積載する。
【解決手段】双腕ロボットは、左右一対で構成されたワークを保持する第1ハンド部2a及び第2ハンド部2bと、制御部とを備える。両ハンド部2a、2bは、それぞれ長爪21と可動する短爪22とを有する。両ハンド部2a、2bによってワークWaを保持しているとき、制御部は、先に第1ハンド部2aを退避させ、ワークWaの第1ハンド部2a側の隅部を降下させる。次に、制御部は、第2ハンド部2bを退避させ、ワークWaの第2ハンド部2b側の隅部を降下させ、ワークWaをワークWb上に積載する。これにより、先の第1ハンド部2aの退避時においても、またその後の第2ハンド部2bの退避時においても、各ハンド部の摩擦力が動摩擦となり、それぞれの動作時にワークがハンド部に引っ張られることがなくなる。
【選択図】図4

Description

本発明は、ワークをパレット上に整列積載する双腕ロボット及びそのハンドリング方法に関する。
従来から、ワークの両端を保持するためのハンド部を備え、ワークの搬送やハンドリングのためにパレットにワークを積載するための双腕ロボットが知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。このような双腕ロボットを自動運転する場合に、ワークを相互間の隙間がないようにパレットに整列積載することが望まれる。
特許2549139号(特開平1−222879号公報) 特開平8−85627号公報
図7は、従来の双腕ロボットによるワークの積載動作、すなわちパレタイズ動作の一例を示す。図7(a)〜(d)は、順にワークのパレタイズ動作であり、双腕ロボット100は、第1ハンド部120a及び第2ハンド部120bから構成されるハンド部を備える。第1ハンド部120a及び第2ハンド部120bは、それぞれ固定爪121と可動爪122とを有する。Waは、両ハンド部120a、120bによって保持されて搬送されるワークを示し、Wbは、既にパレット上に積載されているワークを示す。ここでは、ワークWaをワークWb上に積載するものとする。
双腕ロボット100は、両ハンド部120a、120bによりワークWaを保持した後に(図7(a)参照)、両ハンド部120a、120bを左右同時にワークWaから引き抜くことにより(図7(b)参照)、ワークWaをワークWb上に積載しようとする。
しかしながら、このとき、第1ハンド部120aと接するワークWa面の摩擦力が、第2ハンド部120bと接するワークWa面の摩擦力とほぼ同じである場合、例えば図7(c)に示すように、ワークWaが第2ハンド部120b側に引っ張られてしまうことがある。この場合に、さらに第2ハンド部120bが図7(c)に示す黒矢印方向に移動して、ワークWaをワークWb上に降下させると、図7(d)に示すようにワークWaの端部がワークWb上からはみ出してしまい、パレタイズ時にワークが位置ずれして積載される。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、パレタイズ時にワークを適切な位置に整列積載することができる双腕ロボット及びそのハンドリング方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために請求項1の発明は、ワークの一端を保持する第1ハンド部と、ワークの他端を保持する第2ハンド部と、前記各部の動作を制御する制御部とを備え、ワークをその供給場所から順次搬送してパレット上に整列して積載する双腕ロボットであって、前記制御部は、前記第1ハンド部と第2ハンド部とがワークの両端を保持した状態から保持しない状態に退避してワークをパレット上に積載する際に、先に前記第1ハンド部を退避させ、次いで前記第2ハンド部を退避させるように制御するものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の双腕ロボットにおいて、前記制御部は、前記第1ハンド部を退避させる際に、前記第2ハンド部がワークを保持した状態を維持するように制御するものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の双腕ロボットにおいて、前記制御部は、前記第1ハンド部と第2ハンド部とをそれぞれワーク保持状態から退避させる際に、前記第1ハンド部と第2ハンド部とを傾けた後に退避させるものである。
請求項4に記載の発明は、ワークの一端を保持する第1ハンド部と、ワークの他端を保持する第2ハンド部と、前記各部の動作を制御する制御部とを用いて、ワークをその供給場所から順次搬送してパレット上に整列して積載する双腕ロボットのハンドリング方法であって、前記制御部の制御により、前記第1ハンド部と第2ハンド部とがワークの両端を保持した状態から前記第1ハンド部を退避させる第1のステップと、その後に前記第2ハンド部を退避させ、ワークをパレット上に積載する第2のステップとを有するものである。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の双腕ロボットのハンドリング方法において、前記第1のステップの動作時に、前記第2ハンド部がワークを保持した状態を維持するものである。
請求項6に記載の発明は、請求項4又は請求項5に記載の双腕ロボットのハンドリング方法において、前記第1のステップ及び第2のステップの動作時に、それぞれ前記前記第1ハンド部及び第2ハンド部を傾けた後に退避させるものである。
請求項1の発明によれば、第1ハンド部を退避する際に、第1ハンド部と接するワーク面は第1ハンド部の退避によって動摩擦となり、第2ハンド部と接するワーク面は第2ハンド部によって保持された状態、つまり静止状態であって動摩擦よりも摩擦力の大きい静摩擦となる。そのため、第1ハンド部を退避させる際に、ワークが第1ハンド部側に引っ張られることがない。また、その後の第2ハンド部を退避させる際に、既にワークの第1ハンド部側が降下しているので、ワークの第1ハンド部側の摩擦力が静摩擦となり、第2ハンド部と接するワーク面は第2ハンド部の退避によって動摩擦となる。そのため、第2ハンド部を退避させる際に、ワークが第2ハンド部側に引っ張られることがない。従って、ワークを適切な位置に整列積載することができる。
請求項2の発明によれば、第1ハンド部と接するワーク面の摩擦力と、第2ハンド部と接するワーク面の摩擦力とが異なっていても、第2ハンド部がワークを保持した状態を維持することによって、ワークが退避する第1ハンド部側に引っ張られることがなくなるので、ワークを適切な位置に整列積載することができる。
請求項3の発明によれば、各ハンド部がワークの鉛直方向と斜交する方向に退避可能であるため、退避するハンド部にかかるワークの重力負荷が小さくなり、ワークが退避する側に引っ張られることがなくなる。従って、ワークを適切な位置に整列積載することができる。
請求項4の発明によれば、請求項1の発明と同様の効果を得ることができる。
請求項5の発明によれば、請求項2の発明と同様の効果を得ることができる。
請求項6の発明によれば、請求項3の発明と同様の効果を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る双腕ロボットの斜視図。 上記ロボットのブロック構成図。 (a)は、上記ロボットのハンド部の斜視図、(b)は(a)のAA線断面図。 (a)〜(e)は、それぞれ上記ロボットによるワークのパレタイズ動作の一例を示す正面図。 (a)〜(f)は、それぞれ上記ロボットによるワークのパレタイズ動作の別の一例を示す正面図。 (a)〜(c)は、それぞれ上記ロボットによるワークのパレタイズ動作の別の一例を示す透視図。 (a)〜(d)は、それぞれ従来の双腕ロボットによるワークのパレタイズ動作の一例を示す正面図。
以下、本発明の一実施形態に係る双腕ロボット及びそのハンドリング方法について、図面を参照して説明する。図1は双腕ロボット1の外観を示し、図2は同ロボット1のブロック構成を示し、図3(a)(b)は同ロボット1のハンド部2の構造を示す。
これらの図に示されるように、双腕ロボット1は、ワークを保持する左右一対のハンド部2を備え、ワークWを供給場所から順次搬送して、予め所定位置に設置された可搬式のパレット7上に隙間なく整列させて積載するロボットである。ワークWは、長尺の箱、例えばダンボール箱であり、コンベア9によって供給され、そのストッパ91によって位置決めされて静止している。双腕ロボット1は、コンベア9上に位置決めされているワークWの長手方向の両端をハンド部2によって保持して搬送する。そのため、双腕ロボット1はコンベア9に向かって左右に一対の構成とされている。パレット7は、左右一対で構成された双腕ロボット1の中央線上の床面に配置されている。
双腕ロボット1は、上記ハンド部2と、回転部23を介してハンド部2を保持すると共に移動させるアーム部3と、アーム部3を走行移動させる搬送部4と、パレット7におけるワークWの積載位置の情報を取得するための計測部5と、前記積載位置の情報を記憶するための記憶部6と、各部の動作を制御する制御部10と、を備えている。これらは、記憶部6と制御部10とを除いて、各部がそれぞれ左右2対構成とされている。なお、記憶部6は、制御部10に内蔵した記憶装置を用いるようにしてもよい。
ここで、説明の便のために、地上に固定されたxyz直交座標系を設定する。x方向はハンド部2から見てコンベア9に向かう水平方向、y方向はハンド部2から見てパレット7に向かう水平方向、z方向は垂直上方とする。すると、左側のハンド部2については、左手系のxyz座標系となり、右側のハンド部2については、右手系のxyz座標系となる。ハンド部2についても、同様に、左右のXYZ座標系が設定される。また、左右一対のハンド部2は、互いに左右勝手違い関係になっている。
ハンド部2は、人の手のひらに相当する平板状のハンドベース部20と、ハンドベース部20から立設するそれぞれ板状の長爪21と、短爪22と、を備えている。長爪21と短爪22とは、それぞれ2個ずつが互いに直交して、直方形の対向する隅部をそれぞれ挟む態様で配置されている。すなわち、ハンド部2は、ワークWを保持するための4本の爪を有し、長い爪と短い爪が2本ずつ隣り合う位置に取り付けられている。
上述の2つの長爪21は共にハンドベース部20に固定されており、長爪21にワークWを載せることにより、ワークWを保持可能である。2つの短爪22は、共に可動爪であり、例えばエアシリンダや油圧シリンダから成る開閉駆動部25によってハンドベース部20に平行に移動することができる。短爪22を、開閉駆動部25によって、矢印X1,Z1で示すように、移動することにより、長爪21と短爪22間の距離を変えてハンド部2を開閉でき、ワークWの隅部を長爪21と短爪22で挟む(以下、把持という)ことによりワークWを保持可能したり、把持から解放したりできる。短爪22の移動距離、すなわちストロークは、把持するワーク寸法の最小から最大までをカバーできるストロークであり、品種により寸法が異なるワークWに対応できるようになっている。
また、ハンド部2は、上述の短爪22の移動位置を検出するための距離センサ26を備えている。短爪22の肉厚a、及び距離センサ26と長爪21との距離bを既知とし、距離センサ26と短爪22の距離dを測定値として、長爪21と短爪22との間の距離Lが、L=b−a−dと求められる。
また、上述の長爪21の少なくとも一方には、長爪21に作用する外力を測定するための応力センサ24が設けられている。応力センサ24は、歪ゲージなどを用いて構成することができる。また、応力センサ24として、市販されている6軸力センサやロードセルを使用することができる。
アーム部3は、床面近くから垂直に設けられた支柱部材31と、支柱部材31から片持ち梁のように張り出した水平部材32と、水平部材32から垂下保持されている垂直部材33と、回転部23を垂直上下方向に傾ける傾斜駆動部34(図2)と、を備えている。水平部材32は、上下駆動部35(図2)によって、支柱部材31に沿って上下動される。垂直部材33は、接離駆動部36によって、水平部材32に沿って水平動される。傾斜駆動部34は、矢印Vで示すように回転部23を垂直上下方向に傾ける。従って、傾斜駆動部34が回転部23を垂直上下方向に傾けることにより、ハンド部2全体が垂直上下方向に傾く。
回転部23は、垂直部材33に対してハンド部2のハンドベース部20を、矢印R,R1で示すように、y軸(Y軸)回りに回転自在に保持している。また、回転部23は、不図示の回転駆動部によって、ハンド部2を所定の回転角度に保持することができる。
搬送部4は、床面に配設された2本のレールr上を搬送駆動部41によって移動する搬送ベース部40を備えている。搬送ベース部40は、上述の支柱部材31、従って、アーム部3、回転部23、ハンド部2の全体をその上部に保持している。従って、搬送部4がレールrに沿って移動することにより、ハンド部2がレールrに沿って移動する。
上記の構成を有することにより、ハンド部2は、5軸について移動、回転、又は傾斜することができる。これらの軸は、回転部23によるワークWを回転させるためにハンド部2を回転させる軸、アーム部3によるワークWを上下に移動させる軸、及びワークWの長さ寸法に対応できるように左右のハンド部2の間隔を変える軸がある。また、さらにこれらの軸は、搬送部4によるワークWをコンベア9とパレット7との間で移動する軸、及び傾斜駆動部34によるハンド部2を垂直上下に傾ける軸の合計5軸で構成されている。
計測部5は、ハンド部2の長爪21の位置を、xyz座標系による3次元空間における座標値として把握できるように構成されている。座標値の取得は、各駆動部、つまり、上下駆動部35、接離駆動部36、搬送駆動部41、および回転部23の回転駆動部による各部の平行移動量や回転移動量を計測し、積算することによって行われる。例えば、各駆動部がモータ駆動の場合、モータの回転数をロータリエンコーダで取得したり、パルスモータの制御パルスを計数したりして、対応する移動量を算出することができる。
パレット7は、長尺のワークWを多段積みできるように、パレット本体70に、ワーク転倒防止部材71を備えて構成されている。パレット本体70の長さは、ワークWの長さに合わせてあり、パレット本体70の幅は、複数個のワークWを効率的に整列可能な寸法に合わせてある。また、ワーク転倒防止部材71は、パレット本体70には積載されたワークWの転倒を防止するものであり、折り畳み式のポールなどで構成される。このワーク転倒防止部材71は、必要に応じて設けることができる。
制御部10は、CPUやメモリや外部記憶装置や表示装置や入力装置等の一般的な構成を備えた電子計算機や、組込用の制御コンピュータや、シーケンサ等を用いて構成することができる。制御部10は、各部のセンサや計測部5からの信号や情報を受け取り、各駆動部を制御することにより、自律的にパレタイズ動作を行う。制御部10は、自律的なパレタイズ動作のために、計測部5、応力センサ24、距離センサ26からの出力情報をリアルタイムで取得する。
次に、双腕ロボット1によるワークWの積載動作、すなわちパレタイズ動作について、図4及び図5を参照して説明する。前出の図1〜図3も適宜参照する。図4及び図5においては、説明の便宜上、左側のハンド部2を第1ハンド部2aと示し、右側のハンド部2を第2ハンド部2bと示す。また、長爪21と短爪22のうち、垂直上下方向の長爪21と短爪22とを示し、水平方向の長爪21と短爪22とは図示を省略する。
図4は、ワークWaをワークWb上に積載する際のパレタイズ動作の一例である。まず、両ハンド部2a、2bの長爪21にワークWaが載っているとき(図4(a)参照)、制御部10は、先に第1ハンド部2aを退避させる(請求項でいう第1のステップ)。すなわち、図4(b)に示すように、制御部10は、ワークWaの第1ハンド部2a側の隅部が第1ハンド部2a側の長爪21に載っている状態から、第1ハンド部2aを左手系Y軸と逆方向(図中の白矢印方向)に移動させることにより、ワークWaの隅部が第1ハンド部2a側の長爪21に載っていない状態に退避させる。ワークWaの第1ハンド部2a側の隅部が降下することによりワークWb上に積載する(図4(c)参照)。
次に、制御部10は、第2ハンド部2bを退避させる(請求項でいう第2のステップ)。すなわち、図4(d)に示すように、ワークWaの第2ハンド部2b側の隅部が第2ハンド部2b側の長爪21に載っている状態から、第2ハンド部2bを右手系Y軸と逆方向(図中の白矢印方向)に移動させることにより、ワークWaの隅部が第2ハンド部2b側の長爪21に載っていない状態に退避させる。ワークWaの第2ハンド部2b側の隅部が降下することにより、ワークWaがワークWb上に積載する(図4(e)参照)。
このように、制御部10によって、両ハンド部2a、2bとがワークWaの両端を保持した状態から保持しない状態、すなわちワークWaの両端が長爪21に載っている状態から載っていない状態に退避して、ワークWaをパレット7上のワークWbに積載する。その際に、先に第1ハンド部2aを退避させ、次いで、第2ハンド部2bを退避させる。そのため、第1ハンド部2aを退避する際に、第1ハンド部2aと接するワークWa面は第1ハンド部2aの退避によって動摩擦となり、第2ハンド部2bと接するワークWb面は第2ハンド部2bによって保持された状態、つまり静止状態であって動摩擦よりも摩擦力の大きい静摩擦となる。従って、第1ハンド部2aを退避させる際に、ワークWaが第1ハンド部2a側に引っ張られることがない。
また、その後の第2ハンド部2bを退避させる際に、既にワークWaの第1ハンド部2a側が降下しているので、ワークWaの第1ハンド部2a側の摩擦力が静摩擦となり、第2ハンド部2bと接するワークWa面は第2ハンド部2bの退避によって動摩擦となる。そのため、第2ハンド部2bを退避させる際に、ワークWaが第2ハンド部2b側に引っ張られることがない。従って、ワークWaを適切な位置に整列積載することができる。
次に、ワークWaをワークWb上に積載する際のパレタイズ動作の別の一例について図5を参照して説明する。まず、両ハンド部2a、2bの長爪21にワークWaが載っているとき(図5(a)参照)、制御部10は、図5(b)に示すように、第2ハンド部2bの短爪22を図中の白矢印方向に移動させてワークWaの隅部を把持して維持固定させる。そして、制御部10は、先に第1ハンド部2aを退避させる(請求項でいう第1のステップ)。すなわち、図5(c)に示すように、制御部10は、ワークWaの第1ハンド部2a側の隅部が第1ハンド部2a側の長爪21に載っている状態から、第1ハンド部2aを左手系Y軸と逆方向(図中の白矢印方向)に移動させることにより、ワークWaの隅部が第1ハンド部2a側の長爪21に載っていない状態に退避させる。ワークWaの第1ハンド部2a側の隅部が降下することによりワークWb上に積載する(図5(d)参照)。
そして、図5(d)に示すように、制御部10は、第2ハンド部2bの短爪22を図中の白矢印方向に移動させてワークWaの隅部を把持状態から解放して維持固定を解除する。そして、制御部10は、第2ハンド部2bを退避させる(請求項でいう第2のステップ)。すなわち、図5(e)に示すように、制御部10は、ワークWaの第2ハンド部2b側の隅部が第2ハンド部2b側の長爪21に載っている状態から、第2ハンド部2bを右手系Y軸と逆方向(図中の白矢印方向)に移動させることにより、ワークWaの隅部が第2ハンド部2b側の長爪21に載っていない状態に退避させる。ワークWaの第2ハンド部2b側の隅部が降下することにより、ワークWaがワークWb上に積載する(図5(f)参照)。
このように、図5に示したパレタイズ動作は、図4に示したものと比較して、制御部10が、第1ハンド部2aを退避させる際に、第2ハンド部2bがワークWaを把持して維持固定するように制御する。そのため、第1ハンド部2aと接するワークWa面の摩擦力と第2ハンド部2bと接するワークWa面の摩擦力とが異なっていても、第2ハンド部2bがワークWaを把持して維持固定することによって、ワークWaが第1ハンド部2a側に引っ張られることがなくなるので、ワークWaを適切な位置に整列積載することができる。
次に、ワークWのパレタイズ動作の別の一例について図6を参照して説明する。図6(a)〜(c)は、ワークWaをワークWbに隣接して積載するパレタイズ動作において、ハンド部2をワーク保持状態から退避させる際の動作を順に示す。
まず、制御部10は、ハンド部2によってワークWaを保持しているとき(図6(a)参照)、図6(b)に示すように、傾斜駆動部34を駆動させて、ハンド部2を図中の矢印R2で示す方向に傾ける。そして、制御部10は、ハンド部2を退避させる(請求項でいう第1及び第2のステップ)。すなわち、図6(c)に示すように、制御部10は、ハンド部2を、ワークWの隅部を保持する状態から、図中の白矢印方向、つまりワークWaの鉛直方向と直交する方向(図中のy軸方向)と斜交する方向に移動させて、ワークWの隅部を保持しない状態に退避させる。これにより、ワークWaが降下することによりワークWaがワークWbと隣接した位置に整列積載される。なお、ここでは、左側のハンド部2を例に示したが、右側のハンド部2も同様の動作を行うことができる。
このように、ハンド部2をワークWの保持状態から退避させる際に、ハンド部2を傾けた後に退避させるので、ハンド部2がワークWaの鉛直方向(図中のy軸方向)と斜交する方向に退避可能である。そのため、ハンド部2にかかるワークWaの重力負荷が小さくなり、ワークWaが退避する側に引っ張られることがなくなるので、ワークWaを適切な位置に整列積載することができる。
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記図6において、ハンド部2を垂直下方に傾ける例を示したが、これに限られず、垂直上方に傾けるものであってもよい。また、ハンド部2に設けられた長爪21、及び短爪22を垂直上下方向に傾けるものであってもよい。
1 双腕ロボット
2 ハンド部(第1ハンド部、第2ハンド部)
2a 第1ハンド部
2b 第2ハンド部
7 パレット
10 制御部
W、Wa、Wb ワーク

Claims (6)

  1. ワークの一端を保持する第1ハンド部と、ワークの他端を保持する第2ハンド部と、前記各部の動作を制御する制御部とを備え、ワークをその供給場所から順次搬送してパレット上に整列して積載する双腕ロボットであって、
    前記制御部は、前記第1ハンド部と第2ハンド部とがワークの両端を保持した状態から保持しない状態に退避してワークをパレット上に積載する際に、先に前記第1ハンド部を退避させ、次いで前記第2ハンド部を退避させるように制御することを特徴とする双腕ロボット。
  2. 前記制御部は、前記第1ハンド部を退避させる際に、前記第2ハンド部がワークを保持した状態を維持するように制御することを特徴とする請求項1に記載の双腕ロボット。
  3. 前記制御部は、前記第1ハンド部と第2ハンド部とをそれぞれワーク保持状態から退避させる際に、前記第1ハンド部と第2ハンド部とを傾けた後に退避させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の双腕ロボット。
  4. ワークの一端を保持する第1ハンド部と、ワークの他端を保持する第2ハンド部と、前記各部の動作を制御する制御部とを用いて、ワークをその供給場所から順次搬送してパレット上に整列して積載する双腕ロボットのハンドリング方法であって、
    前記制御部の制御により、前記第1ハンド部と第2ハンド部とがワークの両端を保持した状態から前記第1ハンド部を退避させる第1のステップと、
    その後に前記第2ハンド部を退避させ、ワークをパレット上に積載する第2のステップとを有することを特徴とする双腕ロボットのハンドリング方法。
  5. 前記第1のステップの動作時に、前記第2ハンド部がワークを保持した状態を維持することを特徴とする請求項4に記載の双腕ロボットのハンドリング方法。
  6. 前記第1のステップ及び第2のステップの動作時に、それぞれ前記前記第1ハンド部及び第2ハンド部を傾けた後に退避させることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の双腕ロボットのハンドリング方法。
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