JP2015112656A - ロボットハンド、ロボット、およびロボットセル - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク保持手段に対してワークを所定の位置に位置決めする機能を備えたロボットハンドを提供すること。
【解決手段】本ロボットハンド8は、アーム7の先端に装着されるハンド基部31と、ハンド基部31に設けられたワーク保持手段32と、ワーク保持手段32に保持されたワーク13をワーク保持手段32に対して所定の位置に位置決めするワーク位置決め手段34と、を備える。ワーク保持手段32は、ワーク13の表面に吸着してワーク13を解放可能に保持する吸着部33を有し、吸着部33は、ワーク13を吸着した状態において、ワーク13の表面に平行な方向に弾性変形可能である。
【選択図】図７

Description

本発明は、ワークを保持するためのロボットハンド、同ロボットハンドを備えたロボット、および同ロボットが内部に設けられたロボットセルに関する。

従来、ロボットハンドでワークを保持して搬送などを行う産業用ロボットが知られており、典型的には多関節型ロボットがあげられる。

多関節型ロボットにおいては、複数のアーム部材が順次関節を介して相互に連結されてロボットアームが構成され、このロボットアームの先端にロボットハンドが装着されている。

多関節型ロボット、典型的には６軸多関節型ロボットは、ロボットアームの先端に装着されたロボットハンドの移動に高い自由度を有している。

近年、自立型の生産設備としてロボットセルの採用が進みつつあるが、ロボットセルのように限られた空間内で作業を行う上で、多関節型ロボットは有利である。

ところが、特にロボットセルのように作業空間が限られている場合、ロボットとその周囲の各種機器・構造物の配置設計が難しくなるという問題があり、スペース効率の改善が求められている。

例えば、ロボットハンドでワークを保持する際には、ロボットハンドのワーク保持手段に対してワークを所定の位置に保持する必要があり、このようなワークの位置決めを実現するための機器を、ロボットセルの内部に設置する必要がある。

しかしながら、ロボットセル内部の作業空間には限りがあるため、ワークの位置決めだけのために専用の機器を配置することは避けたいという事情がある。

例えば特許文献１には、まず初めにロボットハンドの吸着手段で対象物を吸着し、続いて保持手段で対象物をその外側から挟持することにより、対象物を保持手段によって所定の姿勢で挟持する技術が開示されている。

特開２０００−６１８７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、最初に対象物を吸着した吸着手段によってそのまま対象物を保持するのではなく、吸着手段とは別に設けた保持手段によって対象物を挟持して対象物を保持するものである。

上記の通り特許文献１に記載の技術は、最終的には吸着ではなく挟持により対象物を保持するものであるから、保持手段で保持した状態にある対象物を加工装置によって加工しようとした場合には、保持手段による対象物の挟持部分に対して加工を施すことができない。

例えば、略平板状の対象物に対して研磨加工を施す場合、対象物の側周部を挟持している保持手段が、研磨装置の研磨面に干渉してしまうため、適切な研磨加工を施すことができない。

そこで、本発明の目的は、ワークの表面を吸着してワークを保持する吸着部を有するワーク保持手段を備えたロボットハンドにおいて、ワーク保持手段に対してワークを所定の位置に位置決めするための機能を備えたロボットハンド、同ロボットハンドを備えたロボット、および同ロボットを備えたロボットセルを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、ロボットのアームの先端に装着され、ワークを保持するためのロボットハンドにおいて、前記アームの先端に装着されるハンド基部と、前記ハンド基部に設けられたワーク保持手段と、前記ワーク保持手段に保持された前記ワークを前記ワーク保持手段に対して所定の位置に位置決めするためのワーク位置決め手段と、を備え、前記ワーク保持手段は、前記ワークの表面に吸着して前記ワークを解放可能に保持するための吸着部を有し、前記吸着部は、前記ワークを吸着した状態において、前記ワークの表面に平行な方向に弾性変形可能である、ことを特徴とする。

また、好ましくは、前記吸着部は、真空吸着パッドである。

また、好ましくは、前記ワーク位置決め手段は、前記ワークに当接されて前記ワークを前記所定の位置に位置決めするための位置決め当接部材を有する。

また、好ましくは、前記ワーク位置決め手段は、前記位置決め当接部材を、前記ワークを前記所定の位置に位置決めするときの位置決め位置と、前記位置決め位置よりも外方の外方拡開位置との間で切り換えるための内外位置切換え手段を有する。

また、好ましくは、前記内外位置切換え手段は、前記位置決め当接部材を、前記外方拡開位置と、前記位置決め位置と、前記位置決め位置よりも内方の内方退避位置との間で切り換える。

また、好ましくは、前記内方退避位置は、前記アームの軸線方向に見た場合、前記ワーク保持手段で保持された前記ワークと重なる位置である。

また、好ましくは、前記ワーク位置決め手段は、前記位置決め当接部材を、前記ワーク保持手段のワーク保持面よりも前方に突出した前方突出位置と、前記ワーク保持面から後方に退避した後方退避位置とで切り換えるための前後位置切換え手段を有する。

また、好ましくは、前記位置決め当接部材は、前記位置決め位置において前記ワークを両側から挟み込む一対の位置決め当接片を有する。

また、好ましくは、前記位置決め当接部材は、二組の前記一対の位置決め当接片を有し、一方の前記一対の位置決め当接片による前記ワークの挟み込み方向は、他方の前記一対の位置決め当接片による前記ワークの挟み込み方向に対して垂直である。

また、好ましくは、一方の前記一対の位置決め当接片のそれぞれの幅は、他方の前記一対の位置決め当接片のそれぞれの幅よりも大きい。

また、好ましくは、前記位置決め当接部材の先端が内方に突出している。

また、好ましくは、前記ロボットは、前記ロボットハンドで保持した前記ワークを研磨機の研磨面に当接して研磨処理を行うための研磨用ロボットである。

上記課題を解決するために、本発明によるロボットは、前記いずれかのロボットハンドと、前記ロボットハンドが装着された前記アームと、を備えたことを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ワークを加工するためのロボットセルにおいて、前記ロボットと、前記ロボットが内部に設置されたセル躯体と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ワークの表面を吸着してワークを保持する吸着部を有するワーク保持手段を備えたロボットハンドにおいて、ワーク保持手段に対してワークを所定の位置に位置決めするための機能を付与することができる。

本発明の一実施形態によるロボットセルの内部を側方から見た図。 図１に示したロボットセルの正面図。 図１に示したロボットセルの内部を上方から見た図。 図１に示したロボットセルの内部を斜め上方から見た図。 図１に示したロボットセルの内部に配置された加工装置（リュータ）の側面図。 本発明の他の実施形態によるロボットセルの内部を斜め上方から見た図。 本発明の一実施形態によるロボットハンドを示した正面図であり、ワーク加工時の状態を示した図。 図７に示したロボットハンドの側面図。 図７に示したロボットハンドの一部を示した斜視図。 図７乃至図９に示したロボットハンドの一部を第１の駆動源、第２の駆動源、および真空源と共に示した模式図。 トレイ内でのワークの収納状態を説明するための模式図。 図７に示したロボットハンドにおいて、外方拡開状態を示した正面図。 図１２に示したロボットハンドの側面図。 図１２および図１３に示したロボットハンドの一部を第１の駆動源および第２の駆動源と共に示した模式図。 図７に示したロボットハンドにおいて、前方突出状態を示した正面図。 図１５に示したロボットハンドの側面図。 図７に示したロボットハンドにおいて、位置決め状態を示した正面図。 図１７に示したロボットハンドの側面図。 図１７および図１８に示したロボットハンドの一部を第１の駆動源および第２の駆動源と共に示した模式図。 図７に示したロボットハンドにおけるワーク位置決め動作を説明するための模式的な側面図であり、前方突出状態を示した図。 図２０に対応する模式的な平面図。 図２１に示した状態から、短辺側位置決め当接片を位置決め位置に移動させた状態を示した模式的な平面図。 図２２に示した状態から、長辺側位置決め当接片を位置決め位置に移動させた状態を示した模式的な平面図。 図２３に示した状態において、吸着パッドが変形している様子を示した模式的な正面図。 図２４に示した状態から、真空破壊エアーの供給により吸着パッドが通常状態に復帰した様子を示した模式的な正面図。 図２５に対応する模式的な平面図。 図７に示したロボットハンドで保持したワークを研磨加工する様子を示した模式的な側面図。 本発明の一実施形態によるワーク反転支援装置を示した側面図。 図２８に示したワーク反転支援装置の下面図。 図２８に示したワーク反転支援装置を模式的に示した系統図。 図２８に示したワーク反転支援装置の動作を説明するための側面図であり、流体圧シリンダが第１位置にある状態を示した図。 図２８に示したワーク反転支援装置の動作を説明するための側面図であり、流体圧シリンダが第２位置にある状態を示した図。 図２８に示したワーク反転支援装置の動作を説明するための側面図であり、ワークの挟持状態を示した図。 図２８に示したワーク反転支援装置で保持されたワークをロボットハンドで表裏反転して持ち替える様子を示した模式図。

以下、本発明の一実施形態によるロボットセルについて、図面を参照して説明する。

本実施形態によるロボットセルは、ワークに対して研磨加工を施すためのものである。加工対象のワークは、典型的には、略平板状のワーク、或いは平板の側縁（の一部）から短い側壁が立ち上がった形状のワーク等である。ワークの材質は、非磁性体でも磁性体でも良く、典型的には、アルミ合金やマグネシウム合金などの非磁性体の金属である。

図１乃至図４に示したように、ロボットセル１は、全体として直方体を成すセル躯体２を備えており、このセル躯体２は、４つの側壁２Ａと、側壁２Ａの上端に配置された天井２Ｂと、側壁２Ａの下端に配置された底壁２Ｃとを有している。

セル躯体１内部の上下方向の中央部には、水平方向に延在する水平作業台３が設けられており、この水平作業台３の上方に作業空間４が形成されている。

ロボットセル１の内部には、６軸多関節ロボット５が天吊り式に配置されている。ロボット５は、セル躯体２の天井２Ｂに固定された基部６と、基部６に基端部が接続されたロボットアーム７と、ロボットアーム７の先端に装着されたロボットハンド８と、を備えている。

ロボットハンド８は、その用途に応じて使い分けるために複数種類が予め用意されており、ロボットアーム７の先端に着脱自在に装着される。非使用中のロボットハンド８は、ハンド置台９（図４）の上に載置される。

図１に示したように、水平作業台３の下方には、供給側および払出側のトレイ昇降装置１０Ａ、１０Ｂおよび制御装置１１が配置されている。制御装置１１によって、ロボット５、加工装置１２（図３、図４）、トレイ昇降装置１０Ａ、１０Ｂなどが制御される。

供給側トレイ昇降装置１０Ａは、加工前のワーク１３を収容した複数のトレイ１４を順次上昇させる供給側昇降部１５Ａを有し、払出側トレイ昇降装置１０Ｂは、加工後のワーク１３を収容した複数のトレイ１４を順次降下させる払出側昇降部１５Ｂを有する。

一つのトレイ１４には複数のワーク１３（図３では８個）が収容されており、供給側昇降部１５Ａおよび払出側昇降部１５Ｂのそれぞれに、複数のトレイ１４がそれらを上下に重ねた状態でセットされる。

図２に示したようにセル躯体２の正面には、加工前のワーク１３を収容したトレイ１４をロボットセル１内に搬入するための搬入扉１６と、加工後のワーク１３を収容したトレイ１４をロボットセル１内から搬出するための搬出扉１７が設けられている。

セル躯体２の正面における搬入扉１６および搬出扉１７の上方には、メインテナンス時に開放してロボットセル１内部へのアクセスを可能とする一対の作業用扉１８Ａ、１８Ｂが設けられている。一対の作業用扉１８Ａ、１８Ｂのうちの一方１８Ａには、ロボットセル１の操作パネル１９が設けられている。

図３および図４に示したように、セル躯体２内部の作業空間４には、ロボットハンド８に保持された状態にあるワーク１３を加工するための複数の加工装置１２（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）が設置されている。

即ち、水平作業台３の上には、３種類のベルト式研磨機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが設置されている。これら３種類の研磨機（加工装置）１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、いずれも、走行する研磨用ベルト（加工面）２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃにワーク１３を押し付けて研磨加工を行うものである。

ここで、ベルト式研磨機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの研磨用ベルト（加工面）２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、ワーク１３が押し付けられる方向に弾発的に移動可能である。

また、セル躯体２の側壁２Ａには、他の加工装置として、電動リュータ１２Ｄおよび研磨ブラシ１２Ｅが設置されている。研磨ブラシ１２Ｅは、ワーク１３をその研磨面（加工面）２１に擦り付けることにより、ワーク１３に研磨加工を施すものである。

図５に示したように電動リュータ１２Ｄは、駆動モータ２２により回転駆動される回転研磨部材２３の研磨面（加工面）２４にワーク１３を押し付けることにより、ワーク１３に研磨加工を施すものである。電動リュータ１２Ｄの近傍には、研磨加工時に飛散する研磨粉を回収するための吸引ダクト２５（図４）が設けられている。

図５に示したように、電動リュータ１２Ｄは、セル躯体２に固定されたＬＭガイド２６を介して移動可能に設けられると共に、エアシリンダ等の弾発手段２７によって、ワーク１３が押し付けられる方向に弾発的に移動可能となっている。

図４に示したように、ロボットセル２の側壁２Ａには、研磨加工時にワーク１３に付着した研磨粉をエアーで吹き飛ばすためのエアブローノズル２８が、電動リュータ１２Ｄおよび研磨ブラシ１２Ｅの下方に設けられている。

セル躯体２の天井２Ｂには、ロボットハンド８におけるワーク１３の表裏反転を支援するためのワーク反転支援装置２９が設置されている。このワーク反転支援装置２９については、図２８乃至図３４を参照して後ほど詳述する。

３種類のベルト式研磨機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、電動リュータ１２Ｄ、研磨ブラシ１２Ｅ、エアブローノズル２８、およびワーク反転支援装置２９は、いずれも、セル躯体２内の作業空間４の後方側の領域に配置されている。

水平作業台３の前方側には、供給側のトレイ１４が配置される供給側開口３０Ａと、払出側のトレイ１４が配置される払出側開口３０Ｂとが形成されている。供給側トレイ昇降装置１０Ａの供給側昇降部１５Ａにセットされた複数のトレイ１４のうち、その最上段にあるトレイ１４が、供給側開口３０Ａを介して作業空間４内に設置される。

一方、払出側トレイ昇降装置１０Ａの払出側昇降部１５Ａには、加工済みのワーク１３を収納するための払出側トレイ１４が、払出側開口３０Ｂを介して作業空間４内に配置される。

図２に示した操作パネル１９を操作することにより、図１に示した制御装置１１を介して、ロボットハンド８による加工装置１２の加工面２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２１に対するワーク１３の押込み量をマニュアルで調整することができる。この場合、操作パネル１９および制御装置１１は、本発明におけるマニュアル調整手段として機能する。

上述したように本実施形態によるロボットセル１は、ロボットハンド８で保持された状態にあるワーク１３を、ロボットセル１内に設置された各種の加工装置１２で加工するものである。このため、ロボットで単にワークを搬送する場合などに比べて、本実施形態におけるロボットセル１のロボット５は、より一層複雑な動きを要求される。

そこで、本実施形態によるロボットセル１においては、ロボットハンド８で保持された状態にあるワーク１３を加工するための各種の加工装置１２をセル躯体２内に設置すると共に、ロボット５をセル躯体２の天井２Ｂから吊下させることにより、スペース効率を大幅に改善して、複雑な動きをするロボット５が周囲の機器・構造物と干渉することを回避するようにした。

また、ロボットセル１内で使用する加工装置１２は、いずれも、その加工面（研磨面）２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２１が、ワーク１３の押し付け方向に弾発的に移動可能である。このため、ロボット５によるワーク１３の押し付け動作を設定する際に、加工面（研磨面）２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２１の移動幅を、ロボット動作における許容誤差として利用することができる。

このように、加工面（研磨面）２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２１の移動幅を、ロボット動作時の許容誤差として利用できることも、ロボットセル１内の限られた作業空間４内でロボット５に複雑な動きをさせながら、周囲の機器・構造物との干渉を回避しつつ、所望の加工動作を実現する上で有効である。

また、上述したようにロボット５の動作設定に対する許容誤差が確保されるため、ロボット動作のティーチング作業が容易になる。このため、工場内に同一のロボットセル１を複数台設置するような場合でも、オフラインで作成したティーチングデータを、すべてのロボットセル１で共有することができる。

これにより、ロボットセル１の試運転調整は、現場に搬入する前に、例えば出荷元で行うと共に、現場ではロボット５の実際の動作を確認しながら、微調整を行う程度で足りる。この微調整は、操作パネル１９を用いて、現場の作業員が行うことができる。

図６は、上述したロボットセル１の一変形例を示しており、３種類のベルト式研磨機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが、いずれも、セル躯体２の側壁２Ａに設置されている。これにより、ベルト式研磨機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの研磨面２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが、略垂直方向（重力方向）に延在することになる。

このようにベルト式研磨機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの研磨面２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを略垂直方向に配向することにより、研磨加工時に発生した研磨粉が重力により落下するので、例えば、ベルト式研磨機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの下方に集塵ダクトを配置することで、研磨粉を容易且つ確実に回収することができる。

また、図６に示した変形例においては、水平作業台３上に加工装置１２が存在しないので、メインテナンス作業を行う際の作業空間を十分に確保することができる。

次に、本発明の一実施形態によるロボットハンドについて、図７乃至図２７を参照して説明する。

本実施形態によるロボットハンド８は、図７乃至図１０に示したように、ロボットアーム７の先端に装着されるハンド基部３１を有し、ハンド基部３１には、搬送および加工中のワーク１３を保持するためのワーク保持手段３２が設けられている。

ワーク保持手段３２は、ワーク１３の表面に吸着してワーク１３を解放可能に保持するための４つの吸着部３３を有する。各吸着部３３は、ワーク１３を吸着した状態において、ワーク１３の表面に平行な方向に弾性変形可能に構成されている。好ましくは、各吸着部３３は、ベローズ式の真空吸着パッドで構成される。

ロボットハンド８は、さらに、ワーク保持手段３２に保持されたワーク１３をワーク保持手段３２に対して所定の位置に位置決めするためのワーク位置決め手段３４を有する。ワーク位置決め手段３４は、ワーク１３に当接されてワーク１３を所定の位置に位置決めするための６つの位置決め当接部材３５を有する。

位置決め当接部材３５は、位置決め位置においてワーク１３を両側から挟み込む三組の一対の位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂからなる。三組の一対の位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂのうち、二組の一対の位置決め当接片３６Ａはワーク１３の長辺側を挟持し、残りの一組の一対の位置決め当接片３６Ｂはワーク１３の短辺側を挟持する。

ワーク長辺側の位置決め当接片３６Ａによるワーク１３の挟み込み方向と、ワーク短辺側の位置決め当接片３６Ｂによるワーク１３の挟み込み方向とは直交している。

ワーク短辺側の位置決め当接片３６Ｂの幅は、ワーク長辺側の位置決め当接片３６Ａの幅よりも大きい。

図８および図９に示したように、ワーク長辺側の位置決め当接片３６Ａは、その先端が内方に突出している。

ワーク位置決め手段３４は、さらに、位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂを、ワーク保持手段３２のワーク保持面３７よりも前方に突出した前方突出位置と、ワーク保持面３７から後方に退避した後方退避位置とで切り換えるための前後位置切換え手段３８を有する。

図７に示したように、前後位置切換え手段３８は、一対の前後動作用エアシリンダ３９を有し、各前後動作用エアシリンダ３９のピストン３９Ａの先端に各当接片支持部材４０が設けられている。各当接片支持部材４０には、短辺側の位置決め当接片３６Ｂが固定して設けられている。

各前後動作用エアシリンダ３９は、各シリンダ支持部材４１に固定して設けられており、各シリンダ支持部材４１は、ハンド基３１部に固定して設けられた第１のＬＭガイド４２によって直動可能に支持されている。

各シリンダ支持部材４１は、図１０に示した第１の駆動源４３によって、ワーク１３の長辺延在方向（第１の内外方向）Ｄ１に直動駆動される。これにより、短辺側の一対の位置決め当接片３６Ｂの位置を、ワーク１３を所定の位置に位置決めするときの位置決め位置と、位置決め位置よりも外方の外方拡開位置と、位置決め位置よりも内方の内方退避位置との間で切り換える。

各当接片支持部材４０の内面には、各第２のＬＭガイド４４が設けられており、各第２のＬＭガイド４４によってワーク長辺側の各位置決め当接片３６Ａが直動可能に支持されている。第２のＬＭガイド４４による直動方向は、第１のＬＭガイド４２による直動方向に対して直交している。

ワーク長辺側の各位置決め当接片３６Ａは、図１０に示した第２の駆動源４５によって、ワークの短辺延在方向（第２の内外方向）Ｄ２に直動駆動される。これにより、長辺側の一対の位置決め当接片３６Ａの位置を、ワーク１３を所定の位置に位置決めするときの位置決め位置と、位置決め位置よりも外方の外方拡開位置と、位置決め位置よりも内方の内方退避位置との間で切り換える。

上述した第１のＬＭガイド４２、第１の駆動源４３、第２のＬＭガイド４４、および第２の駆動源４５により、位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂを、ワーク１３を所定の位置に位置決めするときの位置決め位置と、位置決め位置よりも外方の外方拡開位置と、位置決め位置よりも内方の内方退避位置との間で切り換えるワーク位置決め手段３４が構成されている。

ここで、位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂの内方退避位置は、図１０に示したように、ロボットアーム７の軸線方向（ワーク表面に垂直な方向）に見た場合、ワーク保持手段３２で保持されたワーク１３と重なる位置である。

図７に示した前後動作用エアシリンダ３９のピストン３９Ａの前進および後退動作によって、当接片支持部材４０が前後方向（アーム軸線方向）Ｄ３に移動する。これにより、長辺側の位置決め当接片３６Ａおよび短辺側の位置決め当接片３６Ｂの、前方突出位置と後方退避位置とを切り換える。前方突出位置と後方対置位置との切り換えについては、図１２乃至図１６を参照して後述する。

ワーク保持手段３２の各吸着部３３は、図１０に示した真空源４６によって真空引きされ、これによりワーク１３の表面を吸着保持する。ワーク１３を各吸着部３３から解放する際には、真空破壊エアーを各吸着部３３に供給し、各吸着部３３内の真空状態を解除してワーク１３を解放する。

図１１は、ロボットセル１において加工される複数のワーク１３（図１１の例では８個）をトレイ１４で収容した状態を示している。トレイ１４には、各ワーク１３を収納するための各収納凹部１４Ａが形成されており、収納凹部１４Ａの内周は、ワーク１３の外周よりもやや大きな寸法とされている。これにより、収納凹部１４Ａの内周とワーク１３の外周との間に、ある程度の間隙が形成されている。

上記の通り、収納凹部１４Ａの内周とワーク１３の外周との間に間隙が存在するため、収納凹部１４Ａの中に収納されているワーク１３の向きが、図１１に示したようにワーク１３毎にバラついてしまう。このため、ロボットハンド８のワーク保持手段３２の各吸着部３３によるワーク表面の吸着位置を、複数のワーク１３において一定させることができない。

上述したように本実施形態によるロボットセル１は、その内部に設置された加工装置１２によって、ロボットハンド８に保持された状態にあるワーク１３を加工するものである。このため、ロボットハンド８のワーク保持手段３２に対して、ワーク１３が所定の位置に正確に位置決めされていないと、加工装置１２による加工品質にバラツキが生じてしまうか、或いはワーク１３の加工自体が不可能となってしまう。

特に研磨加工においては、ワーク１３の表面と、研磨機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃおよび電動リュータ１２Ｄの加工面２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２１との距離が加工品質に影響を与えるため、ロボットハンド８のワーク保持手段３２に対して、ワーク１３を所定の位置に正確に位置決めすることが極めて重要である。

そこで、本実施形態によるロボットハンド８においては、トレイ１４の収納凹部１４Ａ内にあるワーク１３をワーク保持手段３２によって一旦保持して取り出した後、ワーク位置決め手段３４を用いて、ワーク１３の保持位置を所定の位置に移動させて修正する。

即ち、図７および図８に示したようにワーク保持手段３２の吸着部３３をワーク表面に当接し、図１０に示した真空源４６を利用してワーク１３の表面を吸着部３３で吸着保持した後、トレイ１４の収納凹部１４Ａからワーク１３を引き上げて取り出す。

なお、トレイ１４の収容凹部１４Ａからワーク１３を取り出す際には、図７に示したようにワーク位置決め手段３４の位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂが後方退避位置にある必要があるが、必ずしも内方退避位置にある必要はなく、外方拡開位置にあっても良い。要するに、ワーク保持手段３２によるワーク１３の吸着動作時に、ワーク位置決め手段３４がワーク１３やトレイ１４に干渉しなければ良い。

次に、第１の駆動源および第２の駆動源を作動させて、図１２乃至図１４に示したように、長辺側の位置決め当接片３６Ａおよび短辺側の位置決め当接片３６Ｂを外方拡開位置に移動させる。なお、ワーク１３の吸着動作時に既に位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂが外方拡開位置にある場合には、この拡開動作は不要である。

ここで、位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂの外方拡開位置は、ロボットアーム７の軸線方向（ワーク表面に垂直な方向）に見た場合、図１４に示したように、ワーク保持手段３２で保持されたワーク１３の外周よりも外側にある位置である。外方拡開位置は、トレイ１４の収納凹部１４Ａの内周とワーク１３の外周との間の間隙の寸法、即ち、収納凹部１４Ａ内のワーク１３の位置ズレ量を考慮して設定される。

次に、図１５および図１６に示したように、後方退避位置にある長辺側の位置決め当接片３６Ａおよび短辺側の位置決め当接片３６Ｂを、前後動作用エアシリンダ３９を駆動して前方突出位置に前進させる。これにより、各位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂが、ワーク保持手段３２のワーク保持面３７よりも前方に突出する。

次に、図１７乃至図１９に示したように、外方拡開位置にある長辺側の位置決め当接片３６Ａおよび短辺側の位置決め当接片３６Ｂを、第１の駆動源４３および第２の駆動源４５を駆動して位置決め位置に移動させる。

より具体的には、図２０および図２１に示した外方拡開位置にある位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂのうち、まず初めに短辺側の位置決め当接片３６Ｂを、第１の駆動源４３によって、図２２に示したように位置決め位置に移動させる。これにより、ワーク１３は、ワーク保持手段３２で保持された状態において、ワーク長辺延在方向Ｄ１において位置決めされる。

次に、長辺側の位置決め当接片３６Ａを、第２の駆動手段４５によって、図２３に示したように位置決め位置に移動させる。これにより、ワーク１３は、ワーク保持手段３２で保持された状態において、ワーク短辺延在方向Ｄ２において位置決めされる。

これらの動作により、ワーク１３は、図２３に示したように所定の位置に位置決めされる。このとき、ワーク保持手段３２の吸着部３３は、図２４に示したように、正常な形状からずれて変形した形状となっている。即ち、吸着部３３は、ワーク１３の表面に平行な方向に弾性変形可能であるので、位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂによってワーク１３を移動させると、その移動に応じて図２４に示したように変形する。

図２４に示した状態において、各吸着部３３に真空破壊エアーを瞬間的に供給し、各吸着部３３とワーク１３の表面との吸着状態を瞬間的に解除する。すると、図２５に示したように各吸着部３３が正常な形状に復帰すると共に、各吸着部３３が、図２６に示したようにワーク１３の表面上の所定の位置に移動し、所定の位置にてワーク１３を吸着保持する。

なお、吸着部３３に真空破壊エアーを瞬間的に供給しても、ワーク１３は位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂによって挟持されているので、ロボットハンド８から落下することはない。

また、もし仮に、吸着部３３に真空破壊エアーを供給した際にワーク１３が押し動かされた場合でも、ワーク長辺側の位置決め当接片３６Ａはその先端が内方に突出しているので、この突出部でワーク１３を受け止めることができ、ワーク１３の落下を確実に防止することができる。

上記の動作により、ワーク保持手段３２でワーク１３を所定の位置で保持したら、前後動作用エアシリンダ３９を駆動して、位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂを後方退避位置に退避させる。続いて、第１の駆動源４３および第２の駆動源４５によって、位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂを内方退避位置に退避させる。

図２７は、上記の動作により所定の位置に位置決めされたワーク１３を、ロボットハンド８のワーク保持手段３２によって保持した状態で、加工装置１２の加工面（研磨面）２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃによって加工する様子を示している。ここで、位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂを内方退避位置に退避させているので、図２７に示したように、ワーク１３の側周面を研磨加工する際に、位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂが加工装置１２の加工面（研磨面）２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと干渉することを回避できる。

以上述べたように、本実施形態によるロボットハンド８によれば、ロボットハンド８自身がワーク１３の位置決め機能を備えているので、ワーク１３の位置決めだけのために専用の機器を配置する必要が無く、ロボットセル１内の限られた作業空間４を有効に利用することができる。

また、本実施形態によるロボットハンド８においては、ワーク１３の表面を吸着して保持するワーク保持手段３２を使用すると共に、ワーク１３を加工する際には、位置決め当接片３６Ａ、３６Ｂを後方退避位置および内方退避位置に退避させることができるので、例えばワーク１３の側周部への研磨加工などを支障なく行うことができる。

次に、本発明の一実施形態によるワーク反転支援装置２９について、図２８乃至図３４を参照して説明する。

上述したようにロボットハンド８は、ワーク保持手段３２の各吸着部３３によってワーク１３の表面を吸着してワーク１３を保持するものであるが、ワーク１３の種類や加工内容によっては、トレイ１４に収納された状態において上方を向いているワーク１３の表面を加工装置１２によって加工する場合がある。この場合には、ロボットハンド８によってトレイ１４から取り出したワーク１３を、表裏反転させてロボットハンド８で持ち替える必要がある。

本実施形態によるワーク反転支援装置２９は、このような場合にロボットハンド８におけるワーク１３の表裏反転を支援するためのものであり、好ましくは、図４に示したようにロボットセル１の天井１２Ｂに設置される。

図２８（側面図）および図２９（下面図）に示したように、本実施形態によるワーク反転支援装置２９は、ロボットハンド８によって保持されたワーク１３の対向する側部に当接されてワーク１３を挟持するための一対のワーク挟持部材４７Ａ、４７Ｂを有する。一対のワーク挟持部材４７Ａ、４７Ｂは、固定側ワーク挟持部材４７Ａと可動側ワーク挟持部材４７Ｂとからなり、ロボットセル１の天井面に対してワーク１３が略垂直となるようにワーク１３を挟持する。

固定側ワーク挟持部材４７Ａと可動側ワーク挟持部材４７Ｂとにより挟持されたワーク１３の上方には、天井側当接台４８が設けられている。

ワーク反転支援装置２９は、さらに、図３０に示したようにワーク挟持部材駆動手段４９を備えており、ワーク挟持部材駆動手段４９は、可動側ワーク挟持部材４７Ｂが装着されたピストン５０Ａを含む流体圧シリンダ５０と、流体圧シリンダ５０をピストン５０Ａの進退方向に移動させるためシリンダ移動手段５１と、を有する。流体圧シリンダ５０は、好ましくはエアシリンダである。

シリンダ移動手段５１は、流体圧シリンダ５０が固定して設けられた走行部材５２と、走行部材５２を直動可能に支持する走行部材ＬＭガイド５３と、走行部材５２を走行駆動する走行用駆動源５４と、を備えている。シリンダ移動手段５１によって、流体圧シリンダ５０の位置を、図３１に示した第１位置と、図３２に示した第２位置とで切り換えることができる。

流体圧シリンダ５０とシリンダ移動手段５１とによって、可動側ワーク挟持部材４７Ｂの位置を、ワーク１３の挟持状態における位置と解放状態における位置とで切換えるための挟持状態切換え手段５５が構成されている。

ワーク反転支援装置２９を用いてロボットハンド８におけるワーク１３を表裏反転させる際には、シリンダ移動手段５１によって流体圧シリンダ５０を図３１に示した第１位置にさせた状態で、図３１および図３４に示したように、ロボットハンド８のワーク保持手段３２で保持したワーク１３を、ロボット５の動作により固定側ワーク挟持部材４７Ａおよび天井側当接台４８に当接させる。

ここで、ロボットハンド８のワーク保持手段３２により保持されたワーク１３は、上述したワーク位置決め手段３４によって、ワーク保持手段３２に対して所定の位置に位置決めされている。このため、ロボット５の動作により、ワーク１３を、固定側ワーク挟持部材４７Ａおよび天井側当接台４８に正確に位置合わせすることができる。

ロボット５によってワーク１３を固定側ワーク挟持部材４７Ａおよび天井側当接台４８に当接させた状態で、シリンダ移動手段５１によって流体圧シリンダ５０を、図３２に示したように第２位置に移動させる。続いて、流体圧シリンダ５０を駆動して可動側ワーク挟持部材４７Ｂを前進させ、図３３に示したように固定側ワーク挟持部材４７Ａと可動側ワーク挟持部材４７Ｂとでワーク１３を挟持して保持する。

次に、ロボット５のワーク保持手段３２によるワーク１３の保持状態を解除して、ワーク反転支援装置２９によってワーク１３を暫定的に保持させた状態で、ロボット５を動作させて図３４に仮想線で示したように、ワーク１３の裏面にワーク保持手段３２の吸着部３３を当接し、ワーク１３を吸着保持する。

このとき、ワーク反転支援装置２９によって保持されているワーク１３の位置および向きは、予め正確に把握されているので、予め把握されているワーク位置情報に基づいてロボット５を動作させることにより、ロボット６のワーク保持手段３２によってワーク１３を所定の位置にて保持することができる。

続いて、流体圧シリンダ５０およびシリンダ移動手段５１を駆動して、固定側ワーク挟持部材４７Ａおよび可動側ワーク挟持部材４７Ｂからワーク１３を解放し、ロボット５を動作させてワーク反転支援装置２９からワーク１３を取り出す。

その後、ロボット５は、ワーク１３を３次元的にハンドリングしながら、加工装置１２によってワークを加工する。

上述したように本実施形態によるワーク反転支援装置２９は、一対のワーク挟持部材４７Ａ、４７Ｂによってワーク１３を挟持して保持するようにしたので、ワーク反転支援装置２９の設置態様（設置場所や設置姿勢など）の自由度を高めることができる。

例えば、本実施形態によるワーク反転支援装置２９のように、その設置場所をロボットセル１の天井面とすることが可能であり、これにより、ロボットセル１内の限られた作業空間４を有効に使用することができる。

特に、研磨加工を実施するためのロボットセル１においては、ベルト式研磨機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのように比較的広い設置面積を必要とする装置を使用するので、ワーク反転支援装置２９の設置場所の自由度が高いことは、機器配置設計上において極めて有利である。

なお、好ましくは、ワーク反転支援装置２９の一対のワーク挟持部材４７Ａ、４７Ｂは、ワーク１３の挟持方向軸線Ａ１上にロボット５が位置するようにワーク１３を挟持する（図３参照）。

ロボット５をワーク１３の挟持方向軸線Ａ１上に位置させることにより、ロボット５がワーク反転支援装置２９にアクセスする際のロボット５の動作を、左右対称のものとすることができる。これにより、ロボットセル１内の限られた作業空間４内においても、ロボット５の動作空間を確保し易くなる。

以下、上述したロボットセル１においてワーク１３を研磨加工する際のプロセスの一例について説明する。

作業者は、セル躯体２の正面の搬入扉１６を開けて、供給側トレイ昇降装置１０Ａの供給側昇降部１５Ａに複数段のトレイ１４をセットする。各トレイ１４には、加工前のワーク１３が複数載置されている。このとき、供給側昇降部１５Ａは最下位置に配置されている。

次に、作業者は、搬入扉１６を閉めたら、操作パネル１９からワーク種別と数量を入力し、スタートボタンを押す。すると、ロボット５は、選択されたワーク用のロボットハンド８を、ハンド置台９上の複数のロボットハンド８の中から選択してチャックする。

一方、供給側トレイ昇降装置１０Ａは、供給側昇降部１５Ａを上昇させて、最上段のトレイ１４を所定のワーク取得位置、即ち供給側開口３０Ａの位置に移動させる。

ロボット５は、供給側のトレイ１４に収納された複数のワーク１３のうちの１つを、ワーク保持手段３２の吸着部３３で吸着して取り出し、上述したワーク位置決め手段３４の位置決め動作によりワーク１３の位置決めを行う。

ロボット５は、ロボットハンド８のワーク保持手段３２に保持されたワーク１３を、セル躯体２の天井２Ｂに設置されているワーク反転支援装置２９まで搬送し、このワーク反転支援装置２９にワーク１３を暫定的に保持させる。

ロボット５は、ワーク保持手段３２の吸着部３３を、ワーク反転支援装置２９で保持されたワーク１３の裏面に当接し、吸着させる。これにより、ワーク１３を、ロボットハンド８において表裏反転させて持ち替える。

次に、ロボット５は、加工装置１２を用いてワーク１３に対して所定の研磨加工を施し、研磨時にワーク１３に付着した研磨粉をエアブローノズル２８からのエアーで適宜吹き飛ばして、研磨加工を完了する。

研磨加工が完了したワーク１３は、ロボット５によってワーク反転支援装置２９まで搬送され、再び反転操作を行う。ロボット５は、ワーク反転支援装置２９を用いてワーク１３を持ち替えた後、払出側トレイ昇降装置１０Ｂの払出側昇降部１５Ｂに載置された払出側トレイ１４にワーク１３を収納する。

上述した一連の動作を繰り返して、最上段の供給側トレイ１４に収納された複数のワーク１３のすべてに対して研磨加工を実施する。加工済みのワーク１３が収納された排出側トレイ１４は、払出側トレイ昇降装置１０Ｂによって一段分だけ降下される。

ロボット５は、ワーク保持手段３２によって、空になった供給側トレイ１４を吸着保持して、加工済みのワーク１３が収納された排出側トレイ１４の上に載置する。供給側トレイ昇降装置１０Ａは、供給側昇降部１５Ａを一段分だけ上昇させ、加工前の複数のワーク１３が収納された次のトレイ１４を所定のワーク取得位置、即ち水平作業台３に形成された供給側開口３０Ａに配置する。

上述の動作を繰り返し、供給側昇降部１５Ａにセットされたすべてのトレイ１４のワーク１３の研磨加工が完了したら、作業者は、搬出扉１７を開放して、ロボットセル１の内部から払出側トレイ１４を搬出する。

以上の操作により、複数段のトレイ１４に収納された複数のワーク１３の加工処理、具体的には研磨処理が完了する。

１ ロボットセル
２ セル躯体
２Ａ セル躯体の側壁
２Ｂ セル躯体の天井
２Ｃ セル躯体の底壁
３ 水平作業台
４ 作業空間
５ ロボット
６ ロボットの基部
７ ロボットアーム
８ ロボットハンド
９ ハンド置台
１０Ａ、１０Ｂ トレイ昇降装置
１１ 制御装置
１２ 加工装置
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ ベルト式研磨機
１２Ｄ 電動リュータ
１２Ｅ 研磨ブラシ
１３ ワーク
１４ トレイ
１５Ａ、１５Ｂ トレイ昇降装置の昇降部
１６ 搬入扉
１７ 搬出扉
１８Ａ、１８Ｂ 作業用扉
１９ 操作パネル
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 研磨用ベルト（加工面）
２１ 研磨ブラシの研磨面（加工面）
２２ 駆動モータ
２３ 回転研磨部材
２４ 回転研磨部材の研磨面（加工面）
２５ 電動リュータ用吸引ダクト
２６ 電動リュータ用ＬＭガイド
２７ 電動リュータ用弾発手段（エアシリンダ）
２８ エアーブローノズル
２９ ワーク反転支援装置
３０Ａ 供給側開口
３０Ｂ 払出側開口
３１ ハンド基部
３２ ワーク保持手段
３３ 吸着部
３４ ワーク位置決め手段
３５ 位置決め当接部材
３６Ａ 長辺側の位置決め当接片
３６Ｂ 短辺側の位置決め当接片
３７ ワーク保持面
３８ 前後位置切換え手段
３９ 前後動作用エアシリンダ
３９Ａ 前後動作用エアシリンダのピストン
４０ 当接片支持部材
４１ シリンダ支持部材
４２ 第１のＬＭガイド
４３ 第１の駆動源
４４ 第２のＬＭガイド
４５ 第２の駆動源
４６ 真空源
４７Ａ、４７Ｂ ワーク挟持部材
４８ 天井側当接台
４９ ワーク挟持部材駆動手段
５０ 流体圧シリンダ
５０Ａ 流体圧シリンダのピストン
５１ シリンダ移動手段
５２ シリンダ移動手段の走行部材
５３ シリンダ移動手段のＬＭガイド
５４ シリンダ移動手段の走行用駆動源
５５ 挟持状態切換え手段
Ａ１ ワーク反転支援装置のワーク挟持方向軸線
Ｄ１ ワーク長辺延在方向（第１の内外方向）
Ｄ２ ワーク短辺延在方向（第２の内外方向）
Ｄ３ 前後方向

Claims (14)

1. ロボットのアームの先端に装着され、ワークを保持するためのロボットハンドにおいて、
   前記アームの先端に装着されるハンド基部と、
   前記ハンド基部に設けられたワーク保持手段と、
   前記ワーク保持手段に保持された前記ワークを前記ワーク保持手段に対して所定の位置に位置決めするためのワーク位置決め手段と、を備え、
   前記ワーク保持手段は、前記ワークの表面に吸着して前記ワークを解放可能に保持するための吸着部を有し、前記吸着部は、前記ワークを吸着した状態において、前記ワークの表面に平行な方向に弾性変形可能である、ロボットハンド。
2. 前記吸着部は、真空吸着パッドである、請求項１記載のロボットハンド。
3. 前記ワーク位置決め手段は、前記ワークに当接されて前記ワークを前記所定の位置に位置決めするための位置決め当接部材を有する、請求項１または２に記載のロボットハンド。
4. 前記ワーク位置決め手段は、前記位置決め当接部材を、前記ワークを前記所定の位置に位置決めするときの位置決め位置と、前記位置決め位置よりも外方の外方拡開位置との間で切り換えるための内外位置切換え手段を有する、請求項３記載のロボットハンド。
5. 前記内外位置切換え手段は、前記位置決め当接部材を、前記外方拡開位置と、前記位置決め位置と、前記位置決め位置よりも内方の内方退避位置との間で切り換える、請求項４記載のロボットハンド。
6. 前記内方退避位置は、前記アームの軸線方向に見た場合、前記ワーク保持手段で保持された前記ワークと重なる位置である、請求項５記載のロボットハンド。
7. 前記ワーク位置決め手段は、前記位置決め当接部材を、前記ワーク保持手段のワーク保持面よりも前方に突出した前方突出位置と、前記ワーク保持面から後方に退避した後方退避位置とで切り換えるための前後位置切換え手段を有する請求項３乃至６のいずれか一項に記載のロボットハンド。
8. 前記位置決め当接部材は、前記位置決め位置において前記ワークを両側から挟み込む一対の位置決め当接片を有する、請求項３乃至７のいずれか一項に記載のロボットハンド。
9. 前記位置決め当接部材は、二組の前記一対の位置決め当接片を有し、一方の前記一対の位置決め当接片による前記ワークの挟み込み方向は、他方の前記一対の位置決め当接片による前記ワークの挟み込み方向に対して垂直である、請求項８記載のロボットハンド。
10. 一方の前記一対の位置決め当接片のそれぞれの幅は、他方の前記一対の位置決め当接片のそれぞれの幅よりも大きい、請求項９記載のロボットハンド。
11. 前記位置決め当接部材の先端が内方に突出している、請求項３乃至１０のいずれか一項に記載のロボットハンド。
12. 前記ロボットは、前記ロボットハンドで保持した前記ワークを研磨機の研磨面に当接して研磨処理を行うための研磨用ロボットである、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のロボットハンド。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のロボットハンドと、
    前記ロボットハンドが装着された前記アームと、
    を備えたロボット。
14. ワークを加工するためのロボットセルにおいて、
    請求項１３記載のロボットと、
    前記ロボットが内部に設置されたセル躯体と、
    を備えたロボットセル。
    

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