JP2011177848A - ロボットハンド及び搬送ロボット - Google Patents

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章雄 上田
Yoshiyuki Wada
芳幸 和田
Kensuke Hirata
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Abstract

【課題】被搬送物Wの搬送中に、ロボットハンド9による被搬送物Wの保持状態を安定させて、被搬送物Wの搬送作業の煩雑化を十分に抑えること。
【解決手段】ハンド本体11に複数の吸着パッド19が設けられ、ハンド本体11に複数のロッド状の支持脚21が吸着パッド19の軸心方向に平行な方向へ移動可能に設けられ、各支持脚21は先端側に被搬送物Wの表面に接触可能な接触部21fを有し、各支持脚21は、ハンド本体11を被搬送物Wに対して接近させると、コイルバネ29の付勢力に抗して基端方向へ移動するように構成されていること。
【選択図】図1

Description

本発明は、被搬送物(ワーク)を保持するロボットハンド、及び被搬送物を搬送する搬送ロボットに関する。
一般的な搬送ロボットについて図8を参照して簡単に説明する。なお、図8は、一般的な搬送ロボットの一部を示す図である。
図8に示すように、一般的な搬送ロボット101は、被搬送物Wを搬送する装置であって、多関節構造のロボットアーム103を備えている。また、ロボットアーム103は、先端側に、フランジ105を有しており、ロボットアーム103のフランジ(先端部)105は、任意方向へ移動できるようになっている。
ロボットアーム103のフランジ105には、接続部材107が設けられており、この接続部材107には、被搬送物Wを保持するロボットハンド109が設けられている。換言すれば、ロボットアーム103のフランジ105には、ロボットハンド109が接続部材107を介して設けられている。そして、ロボットハンド109は、ロボットアーム103のフランジ105に設けられたハンド本体111と、このハンド本体111に設けられかつ真空圧を利用して被搬送物Wの表面を吸着する複数の吸着パッド113とを備えている。更に、ハンド本体111には、複数のロッド状の支持脚115が設けられることがあり、各支持脚115は、先端側に、被搬送物Wに接触可能な接触部(接触面)115fを有している。
従って、被搬送物Wを出発位置から目標位置に搬送する搬送作業を行う際には、まず、ロボットアーム103のフランジ105を出発位置に接近する方向へ移動させることにより、ハンド本体111を被搬送物Wに対して接近させて、複数の吸着パッド113及び複数の支持脚115の接触部115fを被搬送物Wの表面に接触させる。次に、複数の支持脚115の接触部115fを被搬送物Wの表面に接触させた状態を保ちつつ、複数の吸着パッド113によって被搬送物Wの表面を吸着することにより、ロボットハンド109によって被搬送物Wを保持する。
ここで、被搬送物Wの搬送中に、被搬送物Wに働く横荷重及びモーメント荷重を複数の支持脚115の接触部115fによって十分に受ける(受圧する)ことにより、ロボットハンド109による被搬送物Wの保持状態を安定させることができる。そして、ロボットアーム103のフランジ105を目標位置に接近する方向へ移動させることにより、被搬送物Wを搬送して目標位置に位置させる。最後に、複数の吸着パッド113の吸着状態を解除して、ロボットアーム103のフランジ105を上方向へ移動させることにより、ハンド本体111を被搬送物Wに対して離反させる。
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献1〜3に示すものがある。
特開平6−126584号公報 実公平7−44470号公報 特開平1−104533号公報
ところで、近年、搬送対象である被搬送物Wは多種多様化する傾向にあり、図9(a)に示すように、被搬送物Wの表面に例えば凹部Waが存在するような場合には、ハンド本体111を被搬送物Wに対して接近させても、複数の支持脚115の接触部115fが被搬送物Wの表面に接触することなく、被搬送物Wの搬送中に、被搬送物Wに働く横荷重及びモーメント荷重を複数の支持脚115によって十分に受けることができない。また、図9(b)に示すように、被搬送物Wの表面に例えば凸部Wbが存在するような場合には、ハンド本体111を被搬送物Wに対して接近させると、複数の吸着パッド113が被搬送物Wの表面に接触する前に、複数の支持脚115の接触部115fが過度な圧力で被搬送物Wの表面に接触してしまい、複数の吸着パッド113の吸着動作を妨げることになる。
つまり、被搬送物Wの表面に例えば凹部Wa又は凸部Wbが存在するような場合には、ロボットハンド109による被搬送物Wの保持状態が不安定になり、被搬送物Wの搬送中に、ロボットハンド109からの被搬送物Wの離脱現象(落下現象)等を招き易く、被搬送物Wの搬送作業が煩雑化するという問題がある。
そこで、前述の問題を解決することができる、新規な構成のロボットハンド及び搬送ロボットを提供することを目的とする。
本発明の第1の特徴は、被搬送物(ワーク)を搬送する搬送ロボットに用いられ、被搬送物を保持するロボットハンドにおいて、ハンド本体と、前記ハンド本体に設けられ、真空圧(負圧)を利用して被搬送物の表面を吸着する複数の吸着パッドと、前記ハンド本体に前記吸着パッドの軸心方向に平行な方向へ移動可能に設けられ、先端側に被搬送物の表面に接触可能な接触部(接触面)を有した複数のロッド状の支持脚と、複数の前記支持脚を先端方向(前記支持脚の先端が指向する方向)へ付勢する付勢部材と、を備え、各支持脚は、前記ハンド本体を被搬送物に対して接近させると、前記付勢部材の付勢力に抗して基端方向(前記支持脚の基端の指向する方向、換言すれば、前記先端方向の反対方向)へ移動するように構成されていることを要旨とする。
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲の記載において、「搬送」とは、水平方向へ搬送する水平搬送の他に、垂直方向(上下方向)へ搬送する垂直搬送を含む意である。また、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、介在部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。
第1の特徴による前記ロボットハンドを用いて、被搬送物を出発位置から目標位置に搬送する搬送作業を行う際には、まず、前記搬送ロボットにおけるロボットアームの先端部を出発位置に接近する方向へ移動させることにより、前記ハンド本体を被搬送物に対して接近させて、複数の前記吸着パッド及び複数の前記支持脚の前記接触部を被搬送物の表面に接触させる。次に、複数の前記支持脚の前記接触部を被搬送物の表面に接触させた状態を保ちつつ、複数の前記吸着パッドによって真空圧を利用して被搬送物の表面を吸着することにより、前記ロボットハンドによって被搬送物を保持する。そして、前記ロボットアームの先端部を前記目標位置に接近する方向へ移動させることにより、被搬送物を搬送して前記目標位置に位置させる。最後に、複数の前記吸着パッドの吸着状態を解除して、前記ロボットアームの先端部を前記目標位置に離反する方向へ移動させることにより、前記ハンド本体を被搬送物に対して離反させる。
ここで、各支持脚は、前記ハンド本体を被搬送物に対して接近させると、前記付勢部材の付勢力に抗して基端方向へ移動するように構成されているため、被搬送物の表面に例えば凹部又は凸部が存在していても、前記ハンド本体を被搬送物に対して接近させることにより、複数の前記支持脚の前記接触部を適度な圧力で被搬送物の表面に接触させて、被搬送物の搬送中に、被搬送物に働く横荷重及びモーメント荷重を複数の前記支持脚の前記接触部によって十分に受ける(受圧する)ことができる。
本発明の第2の特徴は、被搬送物を搬送する搬送ロボットにおいて、多関節構造のロボットアームと、前記ロボットアームの先端部に設けられかつ第1の特徴からなるロボットハンドと、を備えたことを要旨とする。
第2の特徴によると、第1の特徴による作用と同様の作用を奏する。
本発明によれば、被搬送物の表面に例えば凹部又は凸部が存在していても、前記ハンド本体を被搬送物に対して接近させると、複数の前記支持脚の前記接触部を適度な圧力で被搬送物の表面に接触させて、被搬送物の搬送中に、被搬送物に働く横荷重及びモーメント荷重を複数の前記支持脚の前記接触部によって十分に受けることができるため、被搬送物の搬送中に、前記搬送ロボットによる被搬送物の保持状態を安定させることができ、被搬送物の搬送作業の煩雑化を十分に抑えることができる。
本発明の第1実施形態に係る搬送ロボットの一部を示す図である。 本発明の第1実施形態に係る搬送ロボットの動作を説明する図である。 本発明の第1実施形態に係る搬送ロボットの動作を説明する図である。 本発明の第1実施形態に係る搬送ロボットの動作を説明する図である。 本発明の第2実施形態に係る搬送ロボットの一部を示す図である。 本発明の第3実施形態に係る搬送ロボットの一部を示す図である。 本発明の第4実施形態に係る搬送ロボットの一部を示す図である。 一般的な搬送ロボットの一部を示す図である。 一般的な搬送ロボットの問題点を説明する図である。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図1から図4を参照して説明する。
図1に示すように、本発明の第1実施形態に係る搬送ロボット1は、被搬送物Wを搬送する装置であって、多関節構造のロボットアーム3を備えている。また、ロボットアーム3は、先端側に、フランジ5を有しており、ロボットアーム3のフランジ5は、任意方向へ移動できるようになっている。
ロボットアーム3のフランジ(先端部)5には、接続部材7が設けられており、この接続部材7には、被搬送物Wを保持するロボットハンド9が設けられている。換言すれば、ロボットアーム3のフランジ5には、ロボットハンド9が接続部材7を介して設けられている。そして、ロボットハンド9の具体的な構成は、次のようになる。
ロボットハンド9は、ハンド本体11を備えており、このハンド本体11は、接続部材7に設けられた第1取付プレート13、及び第1取付プレート13に複数の連結バー15を介して対向して設けられた第2取付プレート17等からなっている。また、第2取付プレート17には、真空圧を利用して被搬送物Wを吸着する複数(2つのみ図示しているが、本発明の第1実施形態にあっては4つ)の円錐型(カップ型)の吸着パッド19が設けられている。なお、複数の吸着パッド19は、真空圧を発生させる真空エジェクタ等の真空発生源(図示省略)に接続してある。
ハンド本体11における各吸着パッド19の近傍には、ロッド状の支持脚21が吸着パッド19の軸心方向に平行な方向(支持脚21の軸心方向)へ移動可能に設けられており、各支持脚21は、先端側に、被搬送物Wの表面に接触可能な接触部(接触面)21fを有している。また、各支持脚21の基端部分は、第1取付プレート13にガイドブッシュ23を介して前記平行な方向へ移動可能に支持されており、各支持脚21の中間部分は、第2取付プレート17にガイドブッシュ25を介して前記平行な方向へ移動可能に支持されている。更に、各支持脚21がハンド本体11に対して離脱不能になるように、各支持脚21の中間部分には、第2取付プレート17に突き当たり可能なストッパリング27が設けられている。なお、本発明の第1実施形態にあっては、支持脚21の個数は、吸着パッド19の個数と同じであるが、3つ以上あれば吸着パッド19の個数と同じでなくても構わない。
各支持脚21における第1取付プレート13と第2取付プレート17の間には、各支持脚21を先端方向(支持脚21の先端が指向する方向)へ付勢するコイルバネが29設けられている。そして、各支持脚21は、接触部21fが被搬送物Wの表面に接触する前の非接触モード(図2(a)に示す状態)下で、各コイルバネ29の付勢力によって吸着パッド19よりも先端方向へ突出するようになってあって、ハンド本体11を被搬送物Wに対して接近させると、コイルバネ29の付勢力に抗して基端方向(支持脚21の基端の指向する方向、換言すれば、先端方向の反対方向)へ移動するように構成されている。
第1取付プレート13における各支持脚21の基端部分の周囲には、各支持脚21を前記平行な方向へ移動不能に固定するシャフトクランプ(固定具の一例)31が設けられており、各シャフトクランプ31は、エア圧とバネ圧を利用した公知の固定具であって、各支持脚21の基端部分をクランプ可能な把持部33を有している。なお、シャフトクランプ31の代わりに、各支持脚21を前記平行な方向へ移動不能に固定する別の固定具を用いたり、シャフトクランプ31等の固定具をロボットハンド9の構成要素から省略したりしても構わない。
続いて、本発明の第1実施形態の作用及び効果について説明する。
搬送ロボット1を用いて被搬送物Wを出発位置DP(図2(a)(b)及び図3(a)(b)参照)から目標位置GP(図4(a)(b)参照)に搬送する搬送作業を行う際には、まず、図2(a)に示すように、ロボットアーム3のフランジ5を出発位置DPに接近する方向へ移動させることにより、ハンド本体11を出発位置DPの上方位置に位置させる。次に、図2(b)に示すように、ロボットアーム3のフランジ5を下方向へ移動させることにより、ハンド本体11を被搬送物Wに対して接近させて、複数の吸着パッド19及び複数の支持脚21の接触部21fを被搬送物Wの表面に接触させる。そして、複数の支持脚21の接触部21fを被搬送物Wの表面に接触させた状態で、複数の吸着パッド19によって真空圧を利用して被搬送物Wの表面を吸着することにより、ロボットハンド9によって被搬送物Wを保持する。
ここで、各支持脚21は、ハンド本体11を被搬送物Wに対して接近させるとコイルバネ29の付勢力に抗して基端方向へ移動するように構成されているため、被搬送物Wの表面に例えば凹部Wa又は凸部Wbが存在していても、ハンド本体11を被搬送物Wに対して接近させることにより、複数の支持脚21の接触部21fを適度な圧力で被搬送物Wの表面に接触させることができ、被搬送物Wの搬送中に、被搬送物Wに働く横荷重及びモーメント荷重を複数の支持脚21の接触部21fによって十分に受ける(受圧する)ことができる
ロボットハンド9によって被搬送物Wを保持した後に、図3(a)に示すように、ロボットアーム3のフランジ5を上方向へ移動させることにより、被搬送物Wを上方向へ垂直搬送して出発位置DPの上方位置に位置させる。次に、各シャフトクランプ31の把持部33によって各支持脚21の基端部分をクランプして、各支持脚21を前記平行な方向へ移動不能に固定する。そして、図3(b)に示すように、ロボットアーム3のフランジ5を目標位置に接近する方向へ移動させることにより、被搬送物Wを水平搬送して目標位置GPの上方位置に位置させる。
被搬送物Wを目標位置GPの上方位置に位置させた後に、図4(a)に示すように、ロボットアーム3のフランジ5を下方向へ移動させることにより、被搬送物Wを下方向へ垂直搬送して目標位置GPに位置させる。そして、複数の吸着パッド19の吸着状態を解除すると共に、各シャフトクランプ31の把持部33をアンクランプして、各支持脚21の固定状態を解除する。最後に、図4(b)に示すように、ロボットアーム3のフランジ5を上方向へ移動させることにより、ハンド本体11を被搬送物Wに対して離反させる。
従って、本発明の第1実施形態によれば、被搬送物Wの表面に例えば凹部Wa又は凸部Wbが存在していても、ハンド本体11を被搬送物Wに対して接近させると、複数の支持脚21の接触部21fを適度な圧力で被搬送物Wの表面に接触させて、被搬送物Wの搬送中に、被搬送物Wに働く横荷重及びモーメント荷重を複数の支持脚21の接触部21fによって十分に受けることができるため、被搬送物Wの垂直搬送及び水平搬送中に、ロボットハンド9による被搬送物Wの保持状態を安定させて、被搬送物Wの搬送作業の煩雑化を十分に抑えることができる。特に、被搬送物Wの垂直搬送及び水平搬送中に、各シャフトクランプ31によって各支持脚21を前記平行な方向へ移動不能に固定しているため、ロボットハンド9による被搬送物Wの保持状態をより安定させて、前述の効果をより一層高めることができる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について図5を参照して説明する。
図5に示すように、本発明の第2実施形態に係る搬送ロボット35は、被搬送物Wを搬送する装置であって、本発明の第1実施形態に係る搬送ロボット1(図1参照)と略同様の構成を有している。即ち、本発明の第2実施形態に係るロボットハンド37は、本発明の第1実施形態に係るロボットハンド9における複数の円錐型の吸着パッド19に代えて(図1参照)、複数のベローズ型の吸着パッド39を備えており、各吸着パッド39は、軸心方向(吸着パッド39の軸心方向)へ伸縮可能である。また、本発明の第2実施形態に係る搬送ロボット35にあっては、各支持脚21は、接触部21fが被搬送物Wの表面に接触する前の非接触モード下で、各コイルバネ29の付勢力によって吸着パッド39よりも先端方向へ突出してなくても構わない。なお、本発明の第2実施形態に係る搬送ロボット35における複数の構成要素のうち、本発明の第1実施形態に係る搬送ロボット1における構成要素と対応するものについては、図中に同一番号を付する。
そして、本発明の第2実施形態においても本発明の第1実施形態の作用及び効果と同様の作用及び効果を奏するものである。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について図6を参照して説明する。
図6に示すように、本発明の第3実施形態に係る搬送ロボット41は、被搬送物Wを搬送する装置であって、本発明の第1実施形態に係るロボットハンド9(図1参照)と異なる構成を有したロボットハンド43を備えている。以下、本発明の第3実施形態にロボットハンド43の構成のうち、本発明の第1実施形態に係るロボットハンド9の構成と異なる部分について説明する。なお、本発明の第3実施形態に係る搬送ロボット41における複数の構成要素のうち、本発明の第1実施形態に係る搬送ロボット1における構成要素と対応するものについては、図中に同一番号を付する。
即ち、第2取付プレート17における各吸着パッド19の近傍には、ロッド状の支持脚45が吸着パッド19の軸心方向に平行な方向へガイドブッシュ47を介して移動可能に設けられており、各支持脚45は、先端側に、被搬送物Wの表面に接触可能な接触部(接触面)45fを有している。なお、本発明の第3実施形態にあっては、支持脚45の個数は、吸着パッド19の個数と同じであるが、3つ以上あれば吸着パッド19の個数と同じでなくても構わない。
第1取付プレート13における各支持脚45に整合する位置(対応する位置)には、各支持脚45を先端方向(支持脚45の先端が指向する方向)へ付勢するエアシリンダ49が設けられており、各エアシリンダ49は、前記平行な方向へ移動可能なピストンロッド51を有している。また、各エアシリンダ49におけるピストンロッド51は、第1取付プレート13にガイドブッシュ53を介して前記平行な方向へ移動可能に支持されてあって、各エアシリンダにおけるピストンロッド51の先端は、支持脚45の基端に同心状かつ一体的に連結されている。そして、各支持脚45は、接触部45fが被搬送物Wの表面に接触する前の非接触モード下で、各エアシリンダ49の付勢力によって吸着パッド19よりも先端方向へ突出するようになっている。
第1取付プレート13における各エアシリンダ49の周囲には、各エアシリンダ49におけるピストンロッド51、換言すれば、各支持脚45を前記平行な方向へ移動不能に固定するシャフトクランプ(固定具の一例)55が設けられており、各シャフトクランプ55は、エア圧とバネ圧を利用した公知の固定具であって、各エアシリンダ49におけるピストンロッド51をクランプ可能な把持部57を有している。なお、シャフトクランプ55の代わりに、各支持脚45を前記平行な方向へ移動不能に固定する別の固定具を用いたり、シャフトクランプ55等の固定具をロボットハンド43の構成から省略したりしても構わない。
そして、本発明の第3実施形態においても本発明の第1実施形態の作用及び効果と同様の作用及び効果を奏するものである。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について図7を参照して説明する。
図7に示すように、本発明の第4実施形態に係る搬送ロボット59は、被搬送物Wを搬送する装置であって、本発明の第1実施形態に係るロボットハンド9(図1参照)と異なる構成を有したロボットハンド61を備えている。以下、本発明の第4実施形態にロボットハンド61の構成のうち、本発明の第1実施形態に係るロボットハンド9の構成と異なる部分について説明する。なお、本発明の第4実施形態に係る搬送ロボット59における複数の構成要素のうち、本発明の第1実施形態に係る搬送ロボット1における構成要素と対応するものについては、図中に同一番号を付する。
即ち、第1取付プレート13には、吸着パッド19と同数の中空サーボモータ63が設けられており、各中空サーボモータ63は、リング状の固定子(図示省略)と、この固定子の内側に配設されたリング状の回転子(図示省略)とを備えている。また、各中空サーボモータ63の回転子には、ナット部材65が一体的に設けられており、各ナット部材65には、吸着パッド19の軸心方向へ平行な方向へ延びたボールネジ部材67(支持脚の一例)が螺合して設けられており、各ボールネジ部材67は、第1取付プレート13及び第2取付プレート17を貫通してある。更に、各ボールネジ部材67は、ナット部材65の回転によって前記平行な方向へ移動可能であって、先端側に、被搬送物Wの表面に接触可能な接触部(接触面)67fを有している。なお、本発明の第4実施形態にあっては、ボールネジ部材67の個数は、吸着パッド19の個数と同じであるが、3つ以上あれば吸着パッド19の個数と同じでなくても構わない。
第1取付プレート13における各中空サーボモータ63の周辺には、各中空サーボモータ63の回転子を回転不能、換言すれば、各ボールネジ部材67を前記平行な方向へ移動不能に固定する電磁クラッチ(固定具の一例)が設けられている。なお、電磁クラッチ69の代わりに、各ボールネジ部材67を前記平行な方向へ移動不能に固定する別の固定具を用いたり、電磁クラッチ69等の固定具をロボットハンド61の構成から省略したりしても構わない。
そして、本発明の第4実施形態においても本発明の第1実施形態の作用及び効果と同様の作用及び効果を奏するものである。
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
DP 出発位置
GP 目標位置
W 被搬送物
Wa 凹部
Wb 凸部
1 搬送ロボット
3 ロボットアーム
5 フランジ
7 接続部材
9 ロボットハンド
11 ハンド本体
13 第1取付プレート
15 連結バー
17 第2取付プレート
19 吸着パッド
21 支持脚
21f 接触部(接触面)
27 ストッパリング
29 コイルバネ
31 シャフトクランプ
35 搬送ロボット
37 ロボットハンド
39 吸着パッド
41 搬送ロボット
43 ロボットハンド
45 支持脚
45f 接触部(接触面)
49 エアシリンダ
51 ピストンロッド
55 シャフトクランプ
59 搬送ロボット
61 ロボットハンド
63 中空サーボモータ
65 ナット部材
67 ボールネジ部材(支持脚)
69 電磁クラッチ

Claims (4)

  1. 被搬送物を搬送する搬送ロボットに用いられ、被搬送物を保持するロボットハンドにおいて、
    ハンド本体と、
    前記ハンド本体に設けられ、真空圧を利用して被搬送物の表面を吸着する複数の吸着パッドと、
    前記ハンド本体に前記吸着パッドの軸心方向に平行な方向へ移動可能に設けられ、先端側に被搬送物の表面に接触可能な接触部を有した複数のロッド状の支持脚と、
    複数の前記支持脚を先端方向へ付勢する付勢部材と、を備え、
    各支持脚は、前記ハンド本体を被搬送物に対して接近させると、前記付勢部材の付勢力に抗して基端方向へ移動するように構成されていることを特徴とするロボットハンド。
  2. 前記ハンド本体に設けられ、各支持脚を前記平行な方向へ移動不能に固定する固定具と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のロボットハンド。
  3. 前記付勢部材は、コイルバネ又はエアシリンダであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のロボットハンド。
  4. 被搬送物を搬送する搬送ロボットにおいて、
    多関節構造のロボットアームと、
    前記ロボットアームの先端部に設けられた請求項1から請求項3のうちのいずれかの請求項に記載のロボットハンドと、を備えたことを特徴とする搬送ロボット。
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