JP2013094869A - ワーク作業装置の姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークＷに対するワーク作業装置１の姿勢を好適に制御して補正する。
【解決手段】ロボットアームに装着してワークＷに作業をするワーク作業装置１の姿勢制御装置２であって、ロボットアームに固定する固定プレート２１と、ワーク作業装置１を支持する支持プレート２２と、支持プレート２２と固定プレート２１との間に装着され、支持プレート２２を固定プレート２１に対して弾性支持する弾性機構３と、ワークＷに対するワーク作業装置１の姿勢を検知する姿勢検知装置６と、を有し、姿勢検知装置６は、ワークＷに当接させるサポートシャフト５と、サポートシャフト５がワークＷに当接していることを検知する当接検知手段６３と、を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワーク作業装置の姿勢制御装置に係り、特に、ロボットアームに装着するワーク作業装置の姿勢制御装置に関する。

複数の部品を加工し組み付けて、多様なバリエーションを有する製品を完成させる生産ラインでは、種々の形状をなしたワークを効率よく確実に把持して搬送するための技術が採用されている（例えば、特許文献１，２）。
特許文献１では、収納容器内にバラ積みされたワークを把持するために、ワークの３次元形状を識別して、ロボットアームの先端に装着したワーク保持手段をワークの重心座標位置に制御することで、ワークを１個ずつ取り出して搬送するようにしている。
特許文献２では、ロボットハンドにツール座標系を設定し、３次元視覚センサによりロボットハンドの初期設定からのずれを補正して、ロボットハンドの相対的な位置・姿勢を修正するようにしている。

特開平１０−３１５１６７号公報（請求項１） 特開平１０−９７３１１号公報（請求項１）

しかしながら、特許文献１では、バラ積みができないワークには対応しにくいという問題があった。また、特許文献２では、制御や動作が複雑であり、ロボットアームに装着したワーク把持装置のワーク把持部とワークの被把持部との位置や角度のずれを修正することができないという問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、ロボットアームに装着されたワーク作業装置のワークに対する姿勢を好適に制御するワーク作業装置の姿勢制御装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、ロボットアームに装着してワークに作業をするワーク作業装置の姿勢制御装置であって、前記ロボットアームに固定する固定プレートと、前記ワーク作業装置を支持する支持プレートと、この支持プレートと前記固定プレートとの間に装着され、前記支持プレートを前記固定プレートに対して弾性支持する弾性機構と、前記ワークに対する前記ワーク作業装置の姿勢を検知する姿勢検知装置と、を有し、前記姿勢検知装置は、前記ワークに当接させるサポートシャフトと、このサポートシャフトが前記ワークに当接していることを検知する当接検知手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項１に係る発明は、弾性機構を備えたことで、例えば、パレットに載置されたワークが所定の位置からずれていたり傾いていたりしていても、このずれ等によるずれ量に応じてワークに対する前記ワーク作業装置の姿勢を制御することができる。
つまり、ワークのずれや傾きがある場合には、ロボットアームにより前記ワーク作業装置をワークに対して所定の位置に配置し、前記ワーク作業装置がワークに作業をする際に、作業部位においてワークのずれ量に応じてワークから反作用的にワーク作業装置に負荷が加えられる。

このワーク作業装置に加えられた負荷が支持プレートを介して弾性機構に作用することで、弾性支持された支持プレートにより、弾性機構が前記ワークに対するワーク作業装置の位置や角度のずれを適宜柔軟に吸収して、前記ずれ量に応じて前記支持プレートの位置や傾斜角度を補正することができる。
このようにして、本発明に係る姿勢制御装置は、前記ワークに対する前記ワーク作業装置の姿勢を好適に制御して補正することができる。

ここで、本発明における「ロボット」は、例えば、搬送、塗装、および溶接ロボット等の自動機や多関節ロボットであり、「ワーク作業装置」は、把持装置、塗装装置、溶接装置等である。

また、請求項１に係る発明は、前記姿勢検知装置により、前記サポートシャフトが前記ワークに当接したことを検知することで、前記ワーク作業装置が前記ワークに対して所定の姿勢で、つまり所定の作業位置に所定の作業角度で位置決めされたことを検知することができる。
すなわち、ロボットアームにより前記ワーク作業装置をワークに対して所定の位置に配置した状態で、前記サポートシャフトが前記ワークに当接していることを前記当接検知手段により検知することで、前記ワーク作業装置がワークに対して所定の姿勢で位置決めされたことを検知することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置であって、前記弾性機構は、前記支持プレートの前記固定プレートに対する変位を検知する変位検知手段を備えたことを特徴とする。

かかる構成によれば、前記支持プレートの前記固定プレートに対する変位を検知する変位検知手段を備えたことで、ワークの位置ずれや傾きがありワーク作業装置に過剰な負荷が作用するような場合には、支持プレートを介して弾性機構に過剰な負荷が作用するため、この過剰な負荷による前記支持プレートの前記固定プレートに対する過剰な変位を検知することができる。

このようにして、本発明に係る姿勢制御装置は、変位検知手段により前記支持プレートの前記固定プレートに対する変位を検知することで、ワークに対するワーク作業装置の姿勢が異常であることを検知し、前記ワーク作業装置がワークに作業をする際に生じる過度な負荷を未然に検知して回避することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置であって、前記弾性機構は、ばね部材またはガススプリングで構成したことを特徴とする。

かかる構成によれば、前記弾性機構をばね部材またはガススプリングで構成したことで、ワーク作業装置の姿勢制御に必要な十分なストロークを確保することができる。ここで、ばね部材は、たわみ量に応じて荷重が比例するので、姿勢制御力を徐々に増大させる用途に適し、ガススプリングは、たわみ量が変化しても一定の荷重を発生することができるので、当初から安定した一定の姿勢制御力を確保する用途に適する。
このようにして、本発明に係る姿勢制御装置は、適宜ワーク作業装置の姿勢制御に適した弾性機構を採用することで、ワーク作業装置の好適な姿勢制御を実現することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置であって、前記当接検知手段は、前記サポートシャフトの先端に設けられた感圧手段であることを特徴とする。

かかる構成によれば、前記サポートシャフトの先端に例えばピアゾ素子等の感圧手段を設けることで、サポートシャフトがワークに当接したことを確実に検知することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置であって、前記サポートシャフトを出没自在に内装する外筒と、記サポートシャフトを前記ワークに押し付ける方向に付勢する付勢手段と、をさらに備え、前記当接検知手段は、前記サポートシャフトが前記ワークに当接してから所定の移動量だけ移動したことを検知することを特徴とする。

かかる構成によれば、前記サポートシャフトを前記ワークに押し付ける方向に付勢する付勢手段を備えたことで、前記サポートシャフトを前記ワークに対して適切な負荷をかけて押圧させることができるため、ワークに損傷を与えることなくサポートシャフトをワークに当接させることができる。
また、前記サポートシャフトが前記ワークに当接してから所定の移動量だけ移動したことを検知する当接検知手段を備えたことで、サポートシャフトがワークに当接しており、かつワークに対してワーク作業装置が所定の姿勢に位置決めされたことをより確実に検知することができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置であって、前記弾性機構の弾性係数は、前記付勢手段の弾性係数よりも大きいことを特徴とする。

かかる構成によれば、前記弾性機構の弾性係数を前記付勢手段の弾性係数よりも大きくすることで、例えば、初期荷重をかけないか、または等しい場合には、前記サポートシャフトが前記付勢手段の付勢力に抗して移動するストロークを前記支持プレートが前記弾性機構の弾性力に抗して移動するストロークよりも大きくすることができる。
このため、前記当接検知手段により前記所定の移動量だけ移動したことを検知してから、前記弾性機構による必要な弾性支持力を発揮させることができる。

請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置であって、前記サポートシャフトの先端には、前記ワークと当接する可撓性部材を備えたことを特徴とする。

かかる構成によれば、例えば、ゴム、発泡スチロール、スポンジ等の可撓性部材を備えたことで、前記サポートシャフトを前記ワークに当接させたときの衝撃力を緩和してワークの損傷を防止することができる。

請求項８に係る発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置であって、前記ワーク作業装置は、前記ワークの所定の部位を把持する把持装置であることを特徴とする。

かかる構成によれば、ワーク把持装置はワークの位置ずれ等の影響を受けやすいため、確実な把持が困難になる場合があるが、本発明の姿勢制御装置をワーク把持装置に適用することで、ずれ等が生じたワークに対して把持装置の姿勢を適切に制御することができるため特に好適である。

本発明に係るワーク作業装置の姿勢制御装置は、ロボットアームに装着されたワーク作業装置のワークに対する姿勢を好適に制御することができる。

本発明の実施形態に係る姿勢制御装置をワーク把持装置に適用した場合の使用例を説明するためのワーク搬出工程を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るワーク把持装置の姿勢制御装置の主要部の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るワーク把持装置における把持機構の動作を示す図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は先端部の側面図である。 本発明の実施形態に係るワーク把持装置における把持機構を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は把持する前の状態、（ｃ）は従動部材の分解図、（ｄ）は把持した状態を示す。 本発明の実施形態に係る姿勢制御装置における把持機構の位置合わせ治具の構成を示す部分断面正面図である。 本発明の実施形態に係る姿勢制御装置における弾性機構の動作（ワークを載置するパレットの剛性が高い場合）を示す模式的正面図であり、（ａ）はワーク把持部を被把持部に挿入する前の状態、（ｂ）はワーク把持部を被把持部に挿入した後の状態を示す。 本発明の実施形態に係る姿勢制御装置における弾性機構の動作（ワークを載置するパレットの剛性が低い場合）を示す模式的正面図であり、（ａ）はワーク把持部を被把持部に挿入する前の状態、（ｂ）はワーク把持部を被把持部に挿入した後の状態を示す。 本発明の実施形態に係るワーク把持装置の動作を説明するための部分正面断面図であり、把持装置で把持する前の状態を示す。 本発明の実施形態に係るワーク把持装置の動作を説明するための部分正面断面図であり、サポートシャフトがワークに当接した状態を示す。 本発明の実施形態に係るワーク把持装置の動作を説明するための部分正面断面図であり、サポートシャフトの外筒がワークに当接した状態を示す。 本発明の実施形態に係るワーク把持装置の動作を説明するための部分正面断面図であり、クランプが完了した状態を示す。 本発明の実施形態に係るワークが過剰に位置ずれを生じている場合のワーク把持装置の動作を説明するための部分正面断面図である。

本発明の実施形態に係る姿勢制御装置２をワーク作業装置であるワーク把持装置１に適用する場合について、主として図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。
ワーク把持装置１は、図１に示すように、姿勢制御装置２に装着した状態で多関節ロボット１００のロボットアーム１０１の先端部１０２に取り付けて使用される。多関節ロボット１００は、搬送装置２００によって取り出し位置まで搬送されてきたパレット２０１に載置されたワークＷをロボットアーム１０１の先端部１０２に装着されたワーク把持装置１（図２を併せて参照）によりワークＷの被把持部Ｗａ（図２）を３箇所で把持し、ロボットアーム１０１を旋回させ把持状態を解除して搬出装置３００まで搬送（ワークＷ１参照）する工程を担っている。

なお、本実施形態においては、ワーク作業装置がワーク把持装置１である場合について説明するが、これに限定されるものではなく、例えばスポンジローラをワークに押圧して塗装する塗装装置や、ワークを電極で挟んで溶接する溶接装置等にも適宜適用することができる。

＜ワーク把持装置＞
ワーク把持装置１は、図２に示すように、ワークＷの被把持部Ｗａを把持する把持機構１１と、この把持機構１１を自在移動可能に支持する３軸移動機構１２と、把持機構１１の移動を規制する移動規制装置１３と、を備えている。
そして、ワーク把持装置１は、図１に示すように、別途把持機構１１を種々のワークに適合させるための把持機構１１の位置合わせ治具４００を多関節ロボット１００の近傍に備えている。

なお、本実施形態において、ワーク把持装置１は、同様のワーク把持装置１を３箇所に配設してワークＷの被把持部Ｗａを３箇所で把持しているが（図１参照）、３箇所に限定されるものではなく、ワークＷの形状に応じて適宜１箇所でもよく、２箇所以上でもよい。３箇所に配設された把持機構１１は同様の構成である。

把持機構１１は、図３に示すように、くさび形状部１１１ａが形成された駆動部材１１１と、駆動部材１１１により拡径方向に移動する従動部材１１２と、駆動部材１１１および従動部材１１２を収容するホルダ１１３と、駆動部材１１１を往復移動して従動部材１１２を駆動させる駆動手段１１４（図２）と、を備えている。

駆動部材１１１は、図４（ｂ）に示すように、円柱形状をなし、先端部には円周方向に３箇所形成された平坦面からなるくさび形状部１１１ａを備えている。
従動部材１１２は、図４（ｃ）に示すように、ほぼ矩形形状をなし、円周方向に並べて３箇所に配設されている。従動部材１１２は、外側の一方の面にくさび形状部１１１ａに適合する平坦面からなる勾配部１１２ａが形成され、内側の他方の面に被把持部Ｗａに接合する接合部１１２ｂが形成されている。

なお、勾配部１１２ａは、平坦面からなるくさび形状部１１１ａに適合するように平坦面で形成され、接合部１１２ｂはワークＷの被把持部Ｗａに適合するように断面視で円弧状に形成されているが、これに限定されるものではなく、ワークＷの重量や摺動部の耐摩耗性、加工性の難易度等を考慮して適宜定めればよく、例えば勾配部１１２ａとくさび形状部１１１ａを断面視で円弧状に形成してもよい。

ホルダ１１３は、図３に示すように、駆動部材１１１を図３（ａ）の上下方向に往復移動自在に支持する本体部１１３ａと、この本体部１１３ａの先端に螺合して接合された先端部１１３ｂと（図４（ｂ）参照）、を備えている。
そして、ホルダ１１３は、本体部１１３ａの内周面１１３ｃで駆動部材１１１を往復移動自在に支持し、先端部１１３ｂの支持部１１３ｄ，１１３ｅ（図３（ｂ）参照）で従動部材１１２を図３（ａ）の左右方向（水平方向）に往復移動自在に支持している。

駆動手段１１４は、図２に示すように、エアシリンダ等の往復駆動手段を駆動部材１１１に連結し、駆動部材１１１を往復移動できるように構成している。
把持機構１１は、駆動手段１１４により、駆動部材１１１を図３（ａ）の上下方向に往復移動することで、従動部材１１２を図３（ａ）の左右方向に移動して（図４（ｂ）参照）、ワークＷの被把持部Ｗａに従動部材１１２の接合部１１２ｂを押し付けるようにして（図４（ｄ）参照）、ワークＷを把持する機構である（図２参照）。

３軸移動機構１２は、図２に示すように、支持プレート２２に配設されたＸ軸方向移動機構１２１と、このＸ軸方向移動機構１２１に支持されたＹ軸方向移動機構１２２と、このＹ軸方向移動機構１２２にブラケット１２４を介して支持されたＺ軸方向移動機構１２３と、を備えている。
３軸移動機構１２は、３軸とも同様に構成され、例えば、Ｘ軸方向移動機構１２１では、Ｘ軸方向に配設されたガイドレール１２１ａと、このガイドレール１２１ａに沿って移動自在に配設されたホルダ１２１ｂと、を備えている。
かかる構成により、ワーク把持装置１は、３軸移動機構１２により、ワーク把持機構１１を前後（Ｘ軸）、左右（Ｙ軸）、上下（Ｚ軸）方向の３軸方向に自在に移動できるように支持している。

なお、本実施形態においては３軸移動機構１２を採用したが、これに限定されるものではなく、ワークＷの被把持部Ｗａの位置関係を考慮して適宜自由度を設定するものであり、１軸や２軸でもよいし、さらに回転軸を備えた移動機構を採用することもできる。

移動規制装置１３は、３軸とも同様に構成され、それぞれＸ軸方向移動機構１２１、Ｙ軸方向移動機構１２２、およびＺ軸方向移動機構１２３に設けられている。例えば、Ｘ軸方向移動機構１２１では、ガイドレール１２１ａをクランプしてホルダ１２１ｂの移動を規制するロック機構を採用している。ただし、移動規制装置１３におけるロック方式は、特に限定されるものではなく、エア式、電磁式等の種々の形態を採用することができる。

かかる構成により、ワーク把持装置１は、移動規制装置１３より、把持機構１１をワークＷの被把持部Ｗａに位置合わせした状態でロックして移動しないように保持することができる。
このため、ワーク把持装置１は、後記する把持機構１１の位置合わせ治具４００により（図５参照）、把持機構１１を自在な位置に調整して被把持位置が異なる種々のワークに柔軟に対応することができる。

＜姿勢制御装置＞
姿勢制御装置２は、図２に示すように、ロボットアーム１０１の先端部１０２に固定する固定プレート２１と、ワーク把持装置１を支持する支持プレート２２と、支持プレート２２を弾性支持する弾性機構３と、支持プレート２２の変位検知手段４と、ワーク把持装置１の姿勢を検知する姿勢検知装置６と、を備えている。

固定プレート２１は、支持プレート２２を支持するベースとなる部材であり、平面視で矩形形状をなしている（図１参照）。
支持プレート２２は、固定プレート２１に四隅に配設された弾性機構３（図１を併せて参照）を介して弾性支持されている。支持プレート２２には、ワーク把持装置１および姿勢検知装置６がワークＷの所定の箇所（本実施形態では３箇所）を把持できるように所定の箇所（本実施形態では３箇所）に配設されている。

弾性機構３は、図２に示すように、固定プレート２１と支持プレート２２の間に配設されたコイルスプリング３１により、支持プレート２２を固定プレート２１から離れる方向（図２の下方向）に付勢して、支持プレート２２を固定プレート２１に対して弾性支持している。

なお、本実施形態においては、弾性機構３のばね部材としてコイルスプリング３１を採用したが、これに限定されるものではなく、姿勢制御に必要な荷重および撓み量が確保できるものであれば、ねじりコイルばね、板ばね、皿ばね等の種々のばね部材を採用することができる。また、ばね部材に限定されるものではなく、ガススプリングを採用することもできる。

すなわち、ワーク作業装置の作業内容に応じて、その姿勢制御に必要な荷重や撓み量（ストローク）を考慮して、適宜適切なばね部材またはガスプリングを選択して好適な姿勢制御を実現するが、ばね部材は、たわみ量に応じて荷重が比例するので、姿勢制御力を徐々に増大させる用途に適し、ガススプリングは、たわみ量が変化しても一定の荷重を発生することができるので、当初から安定した一定の姿勢制御力を確保する用途に適する。

変位検知手段４は、支持プレート２２の固定プレート２１に対する変位を検知する検知装置であり、近接センサ等の検知装置が使用される。
変位検知手段４は、支持プレート２２の原位置を検知する第１検知器４１および第１被検知部４１ａと、ワーク把持装置１による把持位置を検知する第２検知器４２および第２被検知部４２ａと、支持プレート２２の過剰変位を検知する第３検知器４３および第３被検知部４３ａと、を備えている。

かかる構成により、支持プレート２２が図８に示す原位置から固定プレート２１に近づく方向に移動し、第２被検知部４２ａが第２検知器４２の位置までくるとワーク把持装置１による把持位置にあることを検知し（図９参照）、支持プレート２２が把持位置を行き過ぎて第３被検知部４３ａが第３検知器４３の位置までくると支持プレート２２の過剰変位を検知することができる（図１２（ｃ）参照）。

姿勢検知装置６は、図２に示すように、ワークＷに当接させるサポートシャフト５と、サポートシャフト５の先端に設けられた可撓性部材５ａと、サポートシャフト５を出没自在に内装する外筒６１と、サポートシャフト５をワークＷに押し付ける方向に付勢する付勢手段６２と、サポートシャフト５がワークＷに当接していることを検知する当接検知手段６３と、外筒６１を図３の上下方向に移動するエアシリンダ６４と、を備えている。

ここで、可撓性部材５ａは、例えば、ゴム、発泡スチロール、スポンジ等を使用して、サポートシャフト５をワークＷに当接させたときの衝撃力を緩和しワークＷの損傷を防止することができる。
また、エアシリンダ６４は、ワーク把持装置１の位置決めの際に姿勢検知装置６がワークＷに干渉しないように外筒６１およびサポートシャフト５を上方に逃がすための装置であり、外筒６１およびサポートシャフト５を下方に下げた状態でサポートシャフト５がワークＷと当接可能になる。

当接検知手段６３は、光センサ等からなり、サポートシャフト５がワークＷに当接してから所定の移動量ｓだけ移動し（図９（ａ）参照）、外筒６１の先端面とサポートシャフト５の先端面が面一となった状態で（図１０（ａ）参照）、対面する位置に移動してきた被検知部６３ａにより、サポートシャフト５がワークＷに当接してから所定の移動量だけ移動したことを検知する。

付勢手段６２は、特に限定されず、コイルスプリング等を採用することができるが、付勢手段６２の弾性係数は、弾性機構３のコイルスプリング３１の弾性係数よりも小さく（弾性機構３の弾性係数が付勢手段６２の弾性係数よりも大きく）なるように設定されている。

かかる構成により、図９に示すように、サポートシャフト５がワークＷに当接してから移動する移動量ｓ（図９（ａ）参照）よりも、その間にコイルスプリング３１（図５参照）が撓む移動量ｓ′（図９（ｂ）参照）の方が小さくなる。

姿勢検知装置６は、ブラケット１２４に支持されて、ワーク把持装置１の把持機構１１の近傍に配設されている。
姿勢検知装置６は、当接検知手段６３により、ワークＷを把持する従動部材１１２がワークＷの被把持部Ｗａに適正に挿入された状態であることを検知することができる。

つまり、ロボットアーム１０１（図１参照）の先端部１０２を近づけてサポートシャフト５がワークＷに当接した状態で、さらに先端部１０２をワークＷに近づける方向に移動させると、ワーク把持装置１とともに外筒６１が図３の下方に移動してサポートシャフト５が付勢手段６２の付勢力に抗して外筒６１内に収容され、外筒６１の先端面とサポートシャフト５の先端面が面一となってワークＷに当接する。

このとき、同時に把持機構１１の先端部（ワーク把持部）では、ワークＷを把持する従動部材１１２がワークＷの被把持部Ｗａに適正に挿入された状態となるように把持機構１１に対して姿勢検知装置６が適正な位置および高さに配設されている。

このため、姿勢検知装置６は、サポートシャフト５がワークＷに当接してから所定の移動量だけ移動し外筒６１の先端面とサポートシャフト５の先端面が面一となった状態を当接検知手段６３によって検知することで、ワークＷを把持する従動部材１１２がワークＷの被把持部Ｗａに適正に挿入された状態となっていることを確認することができる。

把持機構１１の位置合わせ治具４００は、図５に示すように、多種類のワークに対応する被把持部Ｗａ（図２参照）である穴部４０１ａが形成された治具プレート４０１と、この治具プレート４０１に立設されたガイドポスト４０２と、を備えている。

かかる構成により、位置合わせ治具４００のガイドポスト４０２に支持プレート２２に配設されたガイド部材２２１を嵌合させることで、ロボットアーム１０１の先端部１０２に装着されたワーク把持装置１を位置合わせ治具４００に位置決めできるようになっている。

そして、ワーク把持装置１を位置合わせ治具４００に位置決めした状態で、把持機構１１の先端部（ワーク把持部）を所定のワークに対応する穴部２０１ａに挿入し、移動規制装置１３により３軸移動機構１２の移動を規制することで、把持機構１１を位置決めした状態でロックすることができる。

続いて、本発明の実施形態に係るワーク把持装置１の姿勢制御装置２の動作について図６から図１２を参照しながら説明する。
＜弾性機構３の動作＞
まず、弾性機構３の動作について、主として図６と図７を参照しながら説明する。参照する図６はワークを載置するパレットの剛性が高い場合の弾性機構３の動作を示す模式的正面図であり、（ａ）は把持機構１１の先端部（ワーク把持部）を被把持部に挿入する前の状態、（ｂ）はワーク把持部を被把持部に挿入した後の状態を示す。図７はワークを載置するパレットの剛性が低い場合の弾性機構３の動作を示す模式的正面図である。
なお、図６と図７では、説明の便宜上、ワークＷの傾き等を誇張して表現するが、実際には微小な変形量である。

ここで、パレット２０１（図１参照）は、目的や用途に応じて種々の形態が採用されるが、例えば、金属製のアングル材等で構成する場合には一般的に剛性が高く、合成樹脂等で構成する場合には剛性が低くなるため、弾性機構３の付勢力（弾性支持力）とパレット２０１の剛性との関係により以下のように弾性機構３は異なる機能を奏する。

＜パレットの剛性が高い場合＞
ワークを載置するパレットの剛性が高い場合には、弾性機構３は、ワークＷの姿勢に合わせてワーク把持装置１の姿勢を制御するように動作する傾向を示す。
すなわち、弾性機構３は、図１に示すように、例えば、パレット２０１に載置されたワークＷを把持機構１１で把持しようとする際に、パレット２０１に載置されたワークＷが所定の位置からずれていたり傾いていたりしている場合には、このずれ等によるずれ量に応じてワークＷに対するワーク把持装置１の姿勢を制御する。

具体的には、図６（ａ）に示すように、ワークＷに角度αの傾きがある場合には、ロボットアーム１０１（図１参照）によりワーク把持装置１をワークＷに対して所定の位置に配置し、把持機構１１の先端部（ワーク把持部）をワークＷの被把持部Ｗａに挿入する際に、ワークＷの傾き角度αに応じてワークＷの被把持部Ｗａから支持プレート２２を時計回りに回転させようとするモーメントＭが反作用的に加えられる。

そして、図６（ｂ）に示すように、このようにして加えられたモーメントＭがワークＷに対するワーク把持装置１の角度αの傾きを適宜柔軟に吸収し、傾き角度αに応じて支持プレート２２の位置や傾斜角度を補正することで、姿勢制御装置２は、ワークＷに対するワーク把持装置１の姿勢を好適に制御することができる。

＜パレットの剛性が低い場合＞
ワークを載置するパレットの剛性が低い場合には、弾性機構３は、ワークＷの姿勢をワーク把持装置１に合わせるように動作する傾向を示す。
すなわち、弾性機構３は、図１に示すように、例えば、パレット２０１に載置されたワークＷを把持機構１１で把持しようとする際に、パレット２０１に載置されたワークＷが所定の位置からずれていたり傾いていたりしている場合には、このずれ等を補正して、ワークＷの姿勢をワーク把持装置１に合わせるように機能する。

具体的には、図７（ａ）に示すように、把持機構１１の先端部（ワーク把持部）をワークＷの被把持部Ｗａに挿入する際に、弾性機構３はその付勢力（弾性支持力）により、傾き角度αでパレット２０１（図１参照）に載置されているワークＷに付勢力（押圧力）を付与するため、パレット２０１のしなりや変形等によりワークＷを反時計回りに回転させようとするモーメントＭ′が加えられる。

そして、図７（ｂ）に示すように、このようにして加えられたモーメントＭ′は、ワークＷの姿勢が傾き角度αよりも小さいα′になるように作用するため、ワーク把持装置１とワークＷとのずれを好適に補正してワークＷの姿勢をワーク把持装置１に合わせることができる。

なお、この例ではパレットのしなりや変形を小さくする方向でワークＷにワーク把持装置１が正対するように機能する場合を説明したが、姿勢制御装置２が、パレットのしなりや変形を大きくする方向でワークＷにワーク把持装置１が正対するように機能する場合もあり得る。

また、本実施形態においては、便宜上、パレット２０１の剛性が高い場合と低い場合に分けて説明したが、実際には厳格に区別されるものではなく、弾性機構３による付勢力（弾性支持力）とパレット２０１の剛性との関係等により複合的に動作するが、弾性機構３による付勢力を適宜調整することで好適にワークＷにワーク把持装置１が正対するように制御することができる。

＜ワーク把持装置の動作＞
ワーク把持装置１の動作について、図８から図１１を参照しながら説明する。参照する図において、図８は把持装置でワークを把持する前の状態、図９はサポートシャフトがワークに当接した状態、図１０はサポートシャフトの外筒がワークに当接した状態、図１１はクランプが完了した状態を示す部分正面断面図である。

ワーク把持装置１がワークＷに当接しない状態から（図８（ａ））、ロボットアーム１０１の先端部１０２をサポートシャフト５がワークＷに当接するまで近づけた状態で（図９（ａ））、さらに先端部１０２をワークＷに近づける方向にｓだけ移動させると、図１０（ａ）に示すように、ワーク把持装置１とともに外筒６１が図３の下方に移動してサポートシャフト５が付勢手段６２の付勢力に抗して外筒６１内に収容され、外筒６１の先端面とサポートシャフト５の先端面が面一となってワークＷに当接する。

そして、このようにして外筒６１の先端面とサポートシャフト５の先端面が面一となった状態を当接検知手段６３によって検知する。つまり、当接検知手段６３は、サポートシャフト５がワークＷに当接してから所定の移動量だけ移動したことを対面する位置に移動してきた被検知部６３ａにより検知する。

一方、変位検知手段４は、図１０（ｂ）に示すように、ワーク把持装置１による把持位置を検知する第２検知器４２が対面する位置に移動してきた第２被検知部４２ａの存在を検知する。このようにして、姿勢制御装置２は、ワーク把持装置１が正規の把持位置に位置決めされたことを確認する。

このとき、ワーク把持装置１が正規の把持位置に位置決めされた状態であれば、同時に把持機構１１の先端部（ワーク把持部）では、ワークＷを把持する従動部材１１２が所定の隙間δ（図１０（ａ）参照）を形成してワークＷの被把持部Ｗａに適正に挿入された状態となっている。

このようにして、姿勢検知装置６は、サポートシャフト５がワークＷに当接してから所定の移動量だけ移動し外筒６１の先端面とサポートシャフト５の先端面が面一となった状態を当接検知手段６３によって検知することで、ワークＷを把持する従動部材１１２がワークＷの被把持部Ｗａに適正に挿入された状態となっていることを確認することができる。

そして、図１１に示すように、ワークＷに対してワーク把持装置１が所定の姿勢で位置決めされた状態で、把持機構１１は、駆動手段１１４により、駆動部材１１１を従動部材１１２に押し込むように移動して（図１１（ａ）参照）、ワークＷの被把持部Ｗａに従動部材１１２を押し付けるようにしてワークＷを把持する。

＜ワークが過剰にずれている場合の動作＞
図１におけるパレット２０１に載置されたワークＷが振動や外的要因により過剰な位置ずれを生じている場合におけるワーク把持装置１の姿勢制御装置２の動作について図１２を参照しながら説明する。
姿勢制御装置２は、弾性機構３によっても姿勢制御しきれないようなワークＷが過剰な位置ずれを生じている場合には、その状態を姿勢検知装置６および変位検知手段４によって検知する。

ワークＷが所定の載置状態から過剰にずれている場合には、図１２（ａ）に示すように、把持機構１１の先端部がワークＷの被把持部Ｗａに接近しようとすると、ワークＷが過剰にずれているため把持機構１１の先端部をワークＷの被把持部Ｗａに挿入することができずに把持機構１１の先端部がワークＷに当接する。

把持機構１１の先端部がワークＷに当接した状態では、ロボットアーム１０１の先端部１０２を移動させて、サポートシャフト５がワークＷに当接するまで近づけようとしても、図１２（ｂ）に示すように、サポートシャフト５をワークＷに当接させることができない。

このため、当接検知手段６３は、サポートシャフト５が所定の移動量ｓだけ移動して、外筒６１の先端面とサポートシャフト５の先端面が面一となった状態を検知することができない。

そして、サポートシャフト５がワークＷに当接していることを検知しない状態のままで、変位検知手段４により第２検知器４２が対面する位置に移動してきた第２被検知部４２ａにより支持プレート２２がワーク把持位置まで変位したことを検知する。

しかしながら、変位検知手段４は、第２検知器４２により支持プレート２２がワーク把持位置まで変位したことを検知しても、当接検知手段６３によりサポートシャフト５がワークＷに当接していることを検知しないので、ワーク把持装置１がワークＷに対して正規の位置に位置決めされたと判定することができない。

このため、ロボットアーム１０１の先端部１０２をさらに移動させると、図１２（ｃ）に示すように、姿勢制御装置２は、変位検知手段４により第３検知器４３が対面する位置に移動してきた第３被検知部４３ａにより支持プレート２２の過剰変位を検知する。

このようにして、姿勢制御装置２は、当接検知手段６３によりサポートシャフト５がワークＷに当接していることを検知しない状態で、変位検知手段４により支持プレート２２の過剰変位を検知することで、ワークＷが過剰にずれていると判断し、ワーク把持装置１によりワークＷを把持しようとする際に生じる過度な負荷を未然に検知して回避することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、前記した実施形態においては、当接検知手段６３によりサポートシャフト５がワークＷに当接してから移動量ｓだけ移動したことを検知したが、これに限定されるものではなく、サポートシャフト５の先端に、例えばピアゾ素子等の感圧手段を設けることで、サポートシャフト５がワークＷに当接したことを検知することもできる。また、サポートシャフト５の先端に感圧手段を設けて、さらに当接検知手段６３を設けてもよい。

本実施形態においては、ワーク把持装置１の姿勢を検知する姿勢検知装置６を３箇所に配設されたワーク把持装置１にそれぞれ対応して、ワーク把持装置１の近傍に３箇所配設したが、これに限定されるものではなく、姿勢検知装置６はワーク把持装置１に対応する近傍に配設しなくてもよいし、ワーク把持装置１と姿勢検知装置６の数量が同数でなくてもよく、別個の箇所に異なる数量で配設してもよい。

１ ワーク把持装置（ワーク作業装置）
２ 姿勢制御装置
３ 弾性機構
４ 変位検知手段
５ サポートシャフト
５ａ 可撓性部材
６ 姿勢検知装置
１１ 把持機構
１２ ３軸移動機構
１３ 移動規制装置
２１ 固定プレート
２２ 支持プレート
３１ コイルスプリング（ばね部材）
６１ 外筒
６２ 付勢手段
６３ 当接検知手段
１００ 多関節ロボット
１０１ ロボットアーム
１１１ 駆動部材
１１１ａ くさび形状部
１１２ 従動部材
１１２ａ 勾配部
１１２ｂ 接合部
１１３ ホルダ
１１３ａ 本体部
１１３ｂ 先端部
１１４ 駆動手段
４００ 位置合わせ治具
４０１ 治具プレート
Ｗ ワーク
Ｗａ 被把持部

Claims (8)

1. ロボットアームに装着してワークに作業をするワーク作業装置の姿勢制御装置であって、
   前記ロボットアームに固定する固定プレートと、
   前記ワーク作業装置を支持する支持プレートと、
   この支持プレートと前記固定プレートとの間に装着され、前記支持プレートを前記連結プレートに対して弾性支持する弾性機構と、
   前記ワークに対する前記ワーク作業装置の姿勢を検知する姿勢検知装置と、を有し、
   前記姿勢検知装置は、
   前記ワークに当接させるサポートシャフトと、
   このサポートシャフトが前記ワークに当接していることを検知する当接検知手段と、
   を備えたことを特徴とするワーク作業装置の姿勢制御装置。
2. 前記弾性機構は、前記支持プレートの前記固定プレートに対する変位を検知する変位検知手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置。
3. 前記弾性機構は、ばね部材またはガススプリングで構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置。
4. 前記当接検知手段は、前記サポートシャフトの先端に設けられた感圧手段であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置。
5. 前記サポートシャフトを出没自在に内装する外筒と、
   前記サポートシャフトを前記ワークに押し付ける方向に付勢する付勢手段と、
   をさらに備え、
   前記当接検知手段は、前記サポートシャフトが前記ワークに当接してから所定の移動量だけ移動したことを検知することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置。
6. 前記弾性機構の弾性係数は、前記付勢手段の弾性係数よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置。
7. 前記サポートシャフトの先端には、前記ワークと当接する可撓性部材を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のワーク作業装置の姿勢制御装置。
8. 前記ワーク作業装置は、前記ワークの所定の部位を把持する把持装置であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のワーク把持装置の姿勢制御装置。
   

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