JP2019188544A - 力覚センサを備えたロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】力覚センサ付きロボットハンドにおいて、ワークの組付部位を探るときは、探り動作に伴うワークの動きを力覚センサに伝達し、探り動作後にワークを移動するときは、力覚センサにワークを移動する力を伝達しないことにより、ワークを移動する力により力覚センサが破損するのを抑制する。【解決手段】ワークＷが組付対象部材Ｔに接近する状態でワークを支持する移動部材８と、移動部材８に支持されたワークＷの動きを受ける位置に設けられ、移動部材８上でワークＷが組付対象部材Ｔに向かう方向とは交差する方向に振動されたとき、ワークＷが組付部位Ｔａに組付可能位置にあることに伴うワークＷの揺動を電気信号として検出する力覚センサ１６とを備える。移動部材８は、力覚センサ１６の信号を受けてワークＷを組付対象部材Ｔに向けて移動する。移動部材８によるワークＷの移動方向は、その移動によりワークＷを揺動させる力を発生しない方向とされる。【選択図】図５

Description

本発明は、力覚センサを備えたロボットハンドに関する。

産業用ロボットにおいて、ロボットハンドの先端に力覚センサを備えたものがある（特許文献１参照）。係るロボットハンドを使用して、ワークを所定の組付部位に組み付ける作業を行わせる場合、組付部位の位置精度が低い状況では、組付部位付近でワークの所定部位を探るようにロボットハンドで動かし、そのときの力覚センサの検知信号によりワークの組付部位に対する位置関係の適否を判定して組み付ける方法が考えられる。

特開２０１０−５７３２号公報

係る組付方法の場合、ワークを組付部位に組み付けるためにロボットハンドによりワークを移動するとき、力覚センサにワークを移動する力がそのまま加えられ、その力が大きいと、力覚センサが破損する恐れがある。

本発明の課題は、力覚センサを備えたロボットハンドにおいて、ワークの組付部位を探るときは、探り動作に伴うワークの動きを力覚センサに伝達し、探り動作後にワークを移動するときは、力覚センサにワークを移動する力を可及的に伝達しないことにより、ワークを移動する力により力覚センサが破損するのを抑制することにある。

本発明の第１発明の力覚センサを備えたロボットハンドは、ワークを把持して予め決められた組付部位にワークを移動して組み付けるロボットハンドであって、前記組付部位に組み付けられるワークの所定部位が、前記組付部位に接近する状態でワークを支持する支持部材と、該支持部材に支持されたワークの動きを受ける所定位置に設けられ、前記支持部材上でワークの前記所定部位が前記組付部位に向かう方向とは交差する方向に振動されたとき、ワークの前記所定部位が前記組付部位に組み付け可能な位置にあることに伴うワークの揺動を電気信号として検出する力覚センサと、該力覚センサの信号を受けて動作され、ワークの前記所定部位を前記組付部位に向けて移動する移動部材とを備え、該移動部材によるワークの移動方向は、その移動によりワークを揺動させる力を発生しない方向とされている。

第１発明によれば、ワークが支持部材により揺動されたとき、ワークの所定部位が組付部位に対して組み付け可能な位置に到達したことに伴うワークの動きは力覚センサに伝達される。そのため、力覚センサの検出信号によりワークの所定部位が組付部位に対して組み付け可能な位置に到達したことを検知することができる。一方、ワークが移動部材により組付部位に向けて移動されるとき、そのワークの動きは力覚センサに伝えられない。そのため、移動部材によりワークを移動させる力が大きくても、その力により力覚センサが破損することが抑制される。

本発明の第２発明は、上記第１発明において、前記所定位置に設けられた前記力覚センサは、必要時に前記支持部材から離間する方向に移動可能に構成されている。

第２発明によれば、ワークを支持部材に支持させる操作時に、力覚センサを所定位置から移動させることにより、力覚センサがワークの支持操作の邪魔にならないようにすることができる。

本発明の第３発明は、上記第１又は第２発明において、前記支持部材及び前記移動部材は、互いに一体化されている。

第３発明によれば、２つの部材が一体化されているため、構成を簡素化することができる。

本発明の第４発明は、上記第３発明において、前記支持部材又は前記移動部材は、ワークの前記所定部位から離れた位置に形成された屈曲部の突端を受け入れて支持する凹部を備え、前記力覚センサは、ワークがその前記屈曲部の突端を前記凹部に受け入れられて支持された状態で、ワークの前記屈曲部の突端の裏面側に形成された窪部に対向して位置し、ワークが揺動されたとき、ワークの前記窪部を形成する壁面により押圧されて、前記支持部材の揺動を検出する。

第４発明によれば、組付部位に組付け可能な状態で揺動されるワークの屈曲部の突端を凹部で受け入れて揺動可能に支持し、一つの力覚センサによりワークの揺動を検知できる。そのため、簡単な構成で、特殊形状のワークの所定部位が組付部位に対して組み付け可能な位置に到達したことを精度良く検知できる。

本発明の第１実施形態であるロボットハンドの斜視図である。 第１実施形態の平面図である。 第１実施形態の側面図である。 第１実施形態の動作説明図であり、探り動作時の動きを示す。 第１実施形態の動作説明図であり、ワーク移動時の動きを示す。 本発明の第２実施形態であるロボットハンドの動作説明図であり、探り動作時の動きを示す。 第２実施形態の動作説明図であり、ワーク移動時の動きを示す。

<第１実施形態の全体構成>
図１〜３は、本発明の第１実施形態であるロボットハンドを示す。このロボットハンドは、多関節のロボットマニピュレータ（図示略）の先端に取り付けられ、産業用ロボットとして工場での部品の組付作業に使用される。各図中、矢印により前後、左右、上下の各方向を示す。以下の説明において、方向に関する記述は、この方向を基準として行う。他の図面に関しても同様である。

第１実施形態のロボットハンドは、移動部材８の前端部の凹部８ｂにワークＷの屈曲部Ｗｂを受け入れて、ワークＷを支持可能としている。第１実施形態では、移動部材８が本発明における支持部材を兼ねている。凹部８ｂを形成する移動部材８の前端部の一部には、ワークＷの屈曲部Ｗｂに移動部材８による移動力が伝達されやすいように屈曲部Ｗｂに向けて突出する突起８ａが形成されている。

移動部材８の後部の上面には、モータ支持部材６を介してサーボモータ１０が支持されている。モータ支持部材６の前端部には、センサ支持部材１４がその前端部をヒンジ中心として上下方向に回転自在に結合されている。また、サーボモータ１０の駆動軸１０ａの前端部にはリンク１２が結合され、センサ支持部材１４は、リンク１２を介して駆動軸１０ａにより回転駆動されるようにされている。そして、センサ支持部材１４の下側には、三次元センサである力覚センサ１６が固定されており、力覚センサ１６は、図４に示すように、センサ支持部材１４が下方に回転した状態では、移動部材８に支持されたワークＷの屈曲部Ｗｂの上方（裏面側）の窪部に対向する所定位置に位置している。

サーボモータ１０の前方及びリンク１２の後方は、上側及び左右両側からサイドプレート４により覆われている。そして、サイドプレート４の上方には、ジョイント部材２が一体に固定され、このジョイント部材２は、ロボットマニピュレータ（図示略）の先端に結合されている。従って、ロボットハンドは、ロボットマニピュレータによって三次元空間を自在に移動可能に構成されている。

この場合のワークＷは、車両用エンジンのエアクリーナケースの蓋を密閉させるために用いられるクランプである。そして、第１実施形態のロボットハンドにより行われる作業は、エアクリーナのケース側壁に固定された組付対象部材ＴとしてのワイヤにワークＷとしてのクランプの先端である所定部位Ｗａを結合させることである。

<第１実施形態の作用（ロボットハンドにワークＷを支持する作業）>
適宜方法により、ロボットハンドの移動部材８上にワークＷを支持する。具体的には、移動部材８の凹部８ｂにワークＷの屈曲部Ｗｂの突端を嵌合して支持する。このとき、センサ支持部材１４は上方に跳ね上げられている。そのため、サーボモータ１０は、駆動軸１０ａを後方へ移動してリンク１２によりセンサ支持部材１４を上方に引き上げている。従って、力覚センサ１６は、移動部材８から離間しており、移動部材８上にワークＷを支持する作業を容易にしている。

移動部材８上へのワークＷの支持が行われた後、サーボモータ１０は、駆動軸１０ａを前方に移動してリンク１２によりセンサ支持部材１４を下方に移動させる。その結果、図４のように、力覚センサ１６は、ワークＷの屈曲部Ｗｂの裏面側の窪部に嵌合される。

<第１実施形態の作用（ワークＷの組付部位を探る作業）>
ワークＷを組付対象部材Ｔに組み付けるため、図４で示すように、ロボットマニピュレータを動作させて、ロボットハンドに支持されたワークＷの所定部位Ｗａを組付対象部材Ｔに嵌合する直前の接近した位置に移動させる。

この状態で、ロボットマニピュレータによりロボットハンドを動作させて、図４の矢印Ａで示すように、移動部材８を上下方向に振動させる。上下方向は、ワークＷの所定部位Ｗａを組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに嵌合する方向に交差する方向とされている。このとき、ワークＷも、図４の矢印Ｂで示すように、移動部材８上に支持された状態で上下方向に振動されるが、この移動に伴って、ワークＷの所定部位Ｗａは組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに上下両方向で係合することになる。その結果、ワークＷの振動は、組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａを中心とした揺動運動に変換される。

そのようなワークＷの揺動運動によって、力覚センサ１６は、図４の矢印Ｃ、Ｄで示すように、ワークＷの窪部の前後の対向壁面により押圧され、力覚センサ１６は、押圧に対応する電気信号を検出信号として発生する。この検出信号により、ロボットマニピュレータ制御用のコンピュータは、ワークＷが揺動運動していることを検知することができ、ワークＷの所定部位Ｗａが組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに嵌合する直前の位置にあることを認識することができる。

<第１実施形態の作用（ワークＷを組付部位に組み付ける作業）>
ロボットマニピュレータ制御用のコンピュータは、ワークＷの所定部位Ｗａが組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに嵌合する直前の位置にあることを認識すると、図５の矢印Ｅで示すように、移動部材８を移動させる。その移動する力は、矢印Ｆのように、移動部材８の突起８ａによりワークＷに伝達され、矢印Ｇのように、ワークＷの所定部位Ｗａが移動されて組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａが所定部位Ｗａに嵌合される。

矢印Ｅの方向は、水平方向より僅かに斜め上方向とされている。その結果、ワークＷの所定部位Ｗａに組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａが嵌合するとき、その力によりワークＷが揺動運動する力を受けないようにして、力覚センサ１６にワークＷから余分な力が作用しないようにしている。従って、移動部材８によるワークＷの移動方向（矢印Ｅの方向）は、ワークＷの所定部位Ｗａの組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに対する形状によって決定される。

<第１実施形態の効果>
第１実施形態によれば、ワークＷが移動部材８により振動されたとき、ワークＷの所定部位Ｗａが組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに対して嵌合可能な位置に到達したことに伴うワークＷの揺動は力覚センサ１６に伝達される。そのため、力覚センサ１６の検出信号によりワークＷの所定部位Ｗａが組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに到達したことを検知することができる。一方、ワークＷが移動部材８により組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに向けて移動されるとき、そのワークＷの動きは力覚センサ１６に伝えられない。そのため、移動部材８によりワークＷを移動させる力が大きくても、その力により力覚センサ１６が破損することが抑制される。

<第１実施形態のその他の効果>
ワークＷの所定部位Ｗａが組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに組み付け可能な状態で、ワークＷを組付部位Ｔａを中心として揺動させ、そのときの屈曲部Ｗｂの裏面側の窪部の動きを力覚センサ１６により検知してワークＷの所定部位Ｗａが組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに組み付け可能な位置にあることを認識することができる。従って、特殊な形状のワークＷの組み付け可能な位置への移動を汎用の力覚センサ１６により効果的に検知することができる。

<第２実施形態の構成>
図６、７は、本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、ワークＷの変更に伴いロボットハンド全体の構成が変更されている。

第２実施形態において、ワークＷは、平板状のものであり、ワークＷが組み付けられる組付対象部材Ｔは、ワークＷの前端の所定部位Ｗａを受け入れる凹部である組付部位Ｔａを備える。

第２実施形態のロボットハンドは、ワークＷの平板の上下面を挟むように把持する形状とされており、アッパプレート２２とロアプレート２４とを上下に備え、それらのプレート２２、２４を後端側でエンドプレート２６により一体に結合して構成されている。アッパプレート２２とロアプレート２４との間で、ワークＷを把持する位置には、上下一対の蒲鉾形状の支持部材２８を備える。各支持部材２８は、弾性体から成り、ワークＷを把持した状態で、ワークＷの前端の所定部位Ｗａを上下方向に揺動可能としている。また、ロアプレート２４の支持部材２８より後端側には、力覚センサ３０が設けられている。力覚センサ３０は、各支持部材２８がワークＷを把持したとき、ワークＷの後端側に当接するように配置されている。

<第２実施形態の作用（ロボットハンドにワークＷを支持する作業）>
適宜方法により、一対の支持部材２８の間にワークＷを挿入して、ワークＷが一対の支持部材２８間に把持された状態とする。このとき、ワークＷの後端側が力覚センサ３０に当接する位置に達するようにする。

<第２実施形態の作用（ワークＷの組付部位を探る作業）>
ワークＷを組付対象部材Ｔに組み付けるため、ロボットマニピュレータを動作させて、図６で示すように、ロボットハンドに支持されたワークＷの所定部位Ｗａを組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに嵌合する直前の位置に移動させる。

この状態で、図６の矢印Ｈで示すように、ロボットマニピュレータによりロボットハンド全体を上下方向に振動させる。このとき、ワークＷの所定部位Ｗａも、図６の矢印Ｉで示すように、支持部材２８に把持された状態で上下方向に振動される。この振動に伴って、ワークＷの所定部位Ｗａは、部分的に組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａの凹部内に挿入されているため、所定部位Ｗａは組付部位Ｔａの上下の壁面に係合することになる。そのため、ワークＷは支持部材２８を中心として揺動運動をすることになり、図６の矢印Ｊで示すように、力覚センサ３０は、ワークＷの後端側に押圧されて検出信号を発生する。この検出信号により、ロボットマニピュレータ制御用のコンピュータは、ワークＷの所定部位Ｗａが組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに嵌合する直前の位置にあることを認識することができる。

<第２実施形態の作用（ワークＷを組付部位に組み付ける作業）>
ロボットマニピュレータ制御用のコンピュータは、ワークＷの所定部位Ｗａが組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに嵌合する直前の位置にあることを認識すると、図７の矢印Ｋで示すように、ロボットハンド全体を移動させる。その移動する力は、支持部材２８を介してワークＷに伝達され、矢印Ｌのように、ワークＷの所定部位Ｗａが組付対象部材Ｔの組付部位Ｔａに嵌合される。ロボットハンド全体の移動する力は、支持部材２８を介してワークＷに伝達されず、エンドプレート２６がワークＷに当接することにより伝達されてもよい。このようにワークＷがエンドプレート２６に当接して移動される場合は、エンドプレート２６が本発明における移動部材に相当する。一方、ワークＷがエンドプレート２６に当接せず、一対の支持部材２８に挟持されて移動される場合は、支持部材２８が本発明における支持部材と移動部材の両方を兼ねている。即ち、支持部材２８により本発明における支持部材と移動部材とが一体化して構成されている。

このときの矢印Ｋの方向は、水平方向とされている。そのため、ワークＷを移動する力は、力覚センサ３０には殆ど伝達されない。従って、ワークＷを移動する力が大きくても力覚センサ３０を破損させることはない。

<その他の実施形態>
以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、上記実施形態では、ワークＷを板状のものとしたが、同じ形状の輪郭をワイヤにより形成したものでもよい。

２ ジョイント部材
４ サイドプレート
６ モータ支持部材
８ 移動部材
８ａ 突起
８ｂ 凹部
１０ サーボモータ
１２ リンク
１４ センサ支持部材
１６ 力覚センサ
２２ アッパプレート
２４ ロアプレート
２６ エンドプレート
２８ 支持部材
３０ 力覚センサ
Ｔ 組付対象部材
Ｔａ 組付部位
Ｗ ワーク
Ｗａ 所定部位
Ｗｂ 屈曲部

Claims (4)

1. ワークを把持して予め決められた組付部位にワークを移動して組み付けるロボットハンドであって、
   前記組付部位に組み付けられるワークの所定部位が、前記組付部位に接近する状態でワークを支持する支持部材と、
   該支持部材に支持されたワークの動きを受ける所定位置に設けられ、前記支持部材上でワークの前記所定部位が前記組付部位に向かう方向とは交差する方向に振動されたとき、ワークの前記所定部位が前記組付部位に組み付け可能な位置にあることに伴うワークの揺動を電気信号として検出する力覚センサと、
   該力覚センサの信号を受けて動作され、ワークの前記所定部位を前記組付部位に向けて移動する移動部材とを備え、
   該移動部材によるワークの移動方向は、その移動によりワークを揺動させる力を発生しない方向とされている
   力覚センサを備えたロボットハンド。
2. 請求項１において、
   前記所定位置に設けられた前記力覚センサは、必要時に前記支持部材から離間する方向に移動可能に構成されている
   力覚センサを備えたロボットハンド。
3. 請求項１又は２において、
   前記支持部材及び前記移動部材は、互いに一体化されている
   力覚センサを備えたロボットハンド。
4. 請求項３において、
   前記支持部材又は前記移動部材は、ワークの前記所定部位から離れた位置に形成された屈曲部の突端を受け入れて支持する凹部を備え、
   前記力覚センサは、ワークがその前記屈曲部の突端を前記凹部に受け入れられて支持された状態で、ワークの前記屈曲部の突端の裏面側に形成された窪部に対向して位置し、ワークが揺動されたとき、ワークの前記窪部を形成する壁面により押圧されて、前記支持部材の揺動を検出する
   力覚センサを備えたロボットハンド。

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