JP2019195888A - エンドエフェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】狭い場所へ進入して様々な姿勢や形状のワークを吸着することが可能なエンドエフェクタを提供する。【解決手段】エンドエフェクタ１は、ロボットに装着される本体部１００と、本体部１００に取り付けられ、ワークを保持する吸着ヘッド２００を備える。吸着ヘッド２００は、可撓性素材で形成された略円筒形状の吸着パッド２０２と、本体部１００に対して回転軸Ｘを中心に回転可能に支持されるヘッド本体２０１を有し、回転軸Ｘの軸方向から見たときに回転軸Ｘが吸着パッド２０２と交差する構造とする。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットアームに取り付けられて、ワークをピッキングするエンドエフェクタに関する。

工業製品の組み立てや梱包、物流工程等には、部品や完成品、梱包済み製品等のワークをピッキングする作業が存在する。ワークをピッキングする技術として、ロボットアームに取り付けられたエンドエフェクタにより、真空圧（負圧）を用いてワークを吸着する技術が知られている。また、様々な姿勢や形状のワークを吸着する技術として、ワークと接する吸着部の向きを変える技術が知られている。例えば、特許文献１，２には、先端に吸着パッドを備える吸着部を軸中心に回転可能に設け、吸着パッドの向きを変える技術が開示されている。また、特許文献３には、ピロボール構成によって、傾いた姿勢のワークに吸着口を追従させる技術が開示されている。

特開２００９‐２５５２０７号公報 特開平６‐２５５８１４号公報 特開平６‐２９７３７１号公報

上記特許文献１，２に記載された技術では、吸着部の先端と回転軸とが離れており、吸着パッドと回転軸とが交差していないため、吸着部の先端の回転半径は吸着パッドの長さ以上となる。そのため、吸着部の向きを変えた状態で狭い場所へ進入させてワークを吸着させることが困難となっている。また、上記特許文献３に記載された技術では、吸着部である球状のピロボールの外殻を支持する構成となっているため、吸着口の向きを変えることができる角度は９０°未満となる。このような構成では、吸着可能なワークの姿勢や形状は狭い範囲に限られてしまう。

本発明は、狭い場所へ進入して様々な姿勢や形状のワークを吸着することが可能なエンドエフェクタを提供することを目的とする。

本発明に係るエンドエフェクタは、ロボットに装着される本体部と、ワークを保持する吸着ヘッドと、を備えるエンドエフェクタであって、前記吸着ヘッドは、可撓性素材で形成された略円筒形状の吸着パッドと、前記本体部に対して回転軸を中心に回転可能に支持されるヘッド本体と、を有し、前記回転軸の軸方向から見たときに前記回転軸が前記吸着パッドと交差することを特徴とする。

本発明によれば、狭い場所へ進入して、様々な姿勢や形状のワークを吸着することができる。

本発明の実施形態に係るエンドエフェクタの外観斜視図である。 エンドエフェクタの断面図である。 エンドエフェクタの吸着ヘッドとワークの側面図である。 エンドエフェクタの吸着ヘッド及びその近傍を、回転軸に沿った方向から見た側面図である。 エンドエフェクタによるワークの搬出動作を説明する模式図である。 エンドエフェクタの吸着ヘッドの変形例を説明する側面図である。 エンドエフェクタでの吸着ヘッドの支持構造の変形例を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るエンドエフェクタ１の外観斜視図である。図２は、エンドエフェクタ１の概略構造を示す断面図である。

エンドエフェクタ１は、本体部１００と、本体部１００に取り付けられた吸着ヘッド２００を備える。本体部１００は、ロボット取り付け部１０１、ロッド部１０２、モータユニット１０３、スイベルジョイント１０４及びチューブ１０５を有する。

エンドエフェクタ１は、ロボット取り付け部１０１を介して、不図示のロボットアーム等のエンドエフェクタ移動手段に装着される。ロッド部１０２は中空構造となっている。ロッド部１０２の上端開口にチューブ１０５の一端が接続されており、チューブ１０５の他端は不図示の真空ポンプ又はエジェクタに接続される。

モータユニット１０３とスイベルジョイント１０４は、ロッド部１０２の下端に固定されている。モータユニット１０３は、モータマウント１０９、モータ１１０、アイドラギア１１１及びギア１１２を有する。モータマウント１０９は、図２に示すようにスイベルジョイント１０４のジョイント本体１０６に固定されているが、これに限られず、ロッド部１０２に直接固定されていてもよい。モータ１１０はモータマウント１０９に固定され、アイドラギア１１１はモータマウント１０９に回転可能に支持されている。モータ１１０の駆動軸にはギア１１２が固定されており、ギア１１２はアイドラギア１１１と噛み合っている。

スイベルジョイント１０４は、ジョイント本体１０６及びスイベル部１０７を有し、モータユニット１０３を保持する保持部としての役割と、吸着ヘッド２００を回転可能に片持ち構造で支持する支持部としての役割を担う。スイベル部１０７は、回転軸Ｘまわりに回転自在に、ジョイント本体１０６に取り付けられている。ジョイント本体１０６とスイベル部１０７は、スイベル部１０７の回転角度にかかわらずに連通するエア流路１０８を有する。つまり、ジョイント本体１０６のエア流路入口とスイベル部１０７のエア流路出口は、スイベル部１０７の回転角度にかかわらず、連通している。そして、ロッド部１０２の下端開口はジョイント本体１０６のエア流路入口と接続されており、これにより、エア流路１０８はロッド部１０２の空洞を通じてチューブ１０５の空洞と連通している。

吸着ヘッド２００は、ヘッド本体２０１及び吸着パッド２０２を有する。ヘッド本体２０１はスイベル部１０７の先端に固定されており、吸着パッド２０２は略円筒形状を有しており、ヘッド本体２０１に固定されている。ヘッド本体２０１に対する吸着パッド２０２の固定面は、図２に示されるように、スイベル部１０７の回転軸Ｘの軸方向から見たときに回転軸Ｘと吸着パッド２０２とが交差する位置に設けられている。ヘッド本体２０１はエア流路２０３を有しており、エア流路２０３によりスイベル部１０７のエア流路１０８の出口と吸着パッド２０２の開口とが連通している。ヘッド本体２０１はギア部２０４を有しており、ギア部２０４はアイドラギア１１１と噛み合っている。

図３は、吸着ヘッド２００とワークＡの側面図である。図３（ａ），（ｂ）は、図２を左側から見た視点で描画されており、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の状態を回転軸Ｘに沿って反対方向から見た図である。図３（ａ）は、吸着パッド２０２がワークＡの上面に接触した状態を示している。図３（ｂ），（ｃ）は、吸着パッド２０２をワークＡに押圧した状態を示している。

吸着パッド２０２は、例えばシリコンゴムやＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）等の可撓性素材で形成されており、軸方向に伸縮可能な蛇腹部２０２Ａと、ワークを吸着保持する際にワークに接触する接触部としてのリップ形状部２０２Ｂを有する。本実施形態では、蛇腹部２０２Ａとリップ形状部２０２Ｂは同一素材で一体に形成されている。但し、蛇腹部２０２Ａとリップ形状部２０２Ｂは接着や溶着等により接合されていてもよく、その場合に、蛇腹部２０２Ａとリップ形状部２０２Ｂは異なる素材で形成されていてもよい。

吸着パッド２０２がワークＡに当接する際、リップ形状部２０２ＢがワークＡの表面形状に倣って密着し、図３（ａ）の状態となる。図３（ａ）の状態から吸着パッド２０２をワークＡに押し付けると蛇腹部２０２Ａが変形し、吸着パッド２０２が軸方向に圧縮されて、図３（ｂ），（ｃ）の状態となる。このとき、リップ形状部２０２Ｂは、蛇腹部２０２Ａが圧縮状態から復元しようとする力によってワークＡに押し付けられる。こうして、吸着パッド２０２がワークＡに押し付けられたときに、ワークＡを必要以上に変形させることなく、吸着パッド２０２をワークＡに対して適切な力（圧力）で押し付けることが可能となっている。

なお、図３（ｃ）に示されるように、吸着パッド２０２が軸方向に最大限に圧縮された状態で、吸着パッド２０２はその先端（ワークＡに対する吸着面）が吸着パッド２０２の軸方向においてヘッド本体２０１から突出する位置にくるように設計されている。これにより、吸着パッド２０２の先端のワークＡに対する接触がヘッド本体２０１によって阻害されることがなく、確実にワークＡを吸着することが可能となっている。

エンドエフェクタ１では、不図示の真空ポンプ又はエジェクタから負圧が供給されると、チューブ１０５、ロッド部１０２、スイベルジョイント１０４及びヘッド本体２０１を介して、吸着パッド２０２に負圧が供給される。これにより、吸着パッド２０２によるワークＡの吸着保持が可能となる。また、モータ１１０の駆動軸を回転させると、ギア１１２及びアイドラギア１１１を介して、駆動力がヘッド本体２０１のギア部２０４へ伝達され、吸着ヘッド２００がスイベル部１０７の回転軸Ｘまわりに回転する。

図４（ａ）〜（ｄ）は、吸着ヘッド２００及びその近傍を、回転軸Ｘに沿った方向から見た側面図である。吸着ヘッド２００は、本体部１００に対して、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、様々な角度を取ることが可能となっている。特に図４（ｄ）に示すように、吸着ヘッド２００は、エンドエフェクタ１の長手方向と平行な方向から９０°以上の角度を取ることが可能である。これにより、エンドエフェクタ１により吸着可能なワークの姿勢や形状の範囲が広がり、様々な形状、姿勢のワークの吸着を行うことが可能となる。

また、図２に示したように、吸着ヘッド２００の回転軸Ｘが吸着パッド２０２と交差しているため、吸着パッド２０２の先端の回転半径は吸着パッド２０２の長さより小さい。よって、図４に示したように吸着ヘッド２００が本体部１００に対して様々な角度を取ることができる構成となっていても、エンドエフェクタ１からの吸着パッド２０２の先端の突出量が小さくなることで、狭いスペースでもワークの吸着が可能である。

図５は、エンドエフェクタ１によるワークＡの搬出動作を説明する模式図である。複数のワークＡは箱Ｂ内で傾斜姿勢となっているが、エンドエフェクタ１によれば、ワークＡが傾斜していても、また、ワークＡがより乱雑に箱Ｂ内に収納されていても、ワークＡを吸着保持して箱Ｂから搬出することができる。

図６は、吸着ヘッド２００の変形例に係る吸着ヘッド１２００の側面図である。吸着ヘッド１２００は、ヘッド本体２０１及び吸着パッド１２０２を有する。ヘッド本体２０１は、図１乃至５を参照して説明したヘッド本体２０１と同じである。図１乃至５を参照して説明した吸着パッド２０２は蛇腹部２０２Ａとリップ形状部２０２Ｂを有しているが、吸着パッド１２０２はリップ形状部のみを有し、蛇腹部を有していない。このような構造であっても、リップ形状部の撓みを利用してワークを確実に吸着保持することが可能である。

上述したエンドエフェクタ１では、図１及び図２に示したように吸着ヘッド２００がスイベルジョイント１０４によって片持ち支持される構成となっているが、これに限らず、吸着ヘッドを両持ち支持構造としてもよい。図７は、吸着ヘッド２２００の支持構造の変形例を説明する図である。吸着ヘッド２２００は、ヘッド本体２２０１及び吸着パッド２０２を有する。吸着パッド２０２は、図１乃至５を参照して説明した吸着パッド２０２と同じであり、吸着パッド２０２は、ヘッド本体２２０１に取り付けられている。ヘッド本体２２０１は、回転軸Ｘ２まわりに回転可能にロッド部２１０２に両持ち支持されている。吸着ヘッド２２００への負圧は、チューブ２１０５によって吸着ヘッド２２００へ直接供給される。

以上の説明の通り、本発明に係るエンドエフェクタは、狭い場所へ進入して、様々な姿勢や形状のワークを吸着して搬出することができる。逆に、吸着保持したワークを狭い場所へ搬入する動作を行うことも可能となる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

１ エンドエフェクタ
１００ 本体部
１０３ モータユニット
１０４ スイベルジョイント
１０６ ジョイント本体
１０７ スイベル部
１０８ エア流路
２００ 吸着ヘッド
２０１ ヘッド本体
２０２ 吸着パッド
２０２Ａ 蛇腹部
２０２Ｂ リップ形状部

Claims (4)

1. ロボットに装着される本体部と、
   ワークを保持する吸着ヘッドと、を備えるエンドエフェクタであって、
   前記吸着ヘッドは、
   可撓性素材で形成された略円筒形状の吸着パッドと、
   前記本体部に対して回転軸を中心に回転可能に支持されるヘッド本体と、を有し、
   前記回転軸の軸方向から見たときに前記回転軸が前記吸着パッドと交差することを特徴とするエンドエフェクタ。
2. 前記吸着パッドは、
   伸縮可能な蛇腹部と、
   前記蛇腹部と接合され、前記ワークに接触する接触部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
3. 前記吸着パッドがその軸方向に最大限に圧縮された状態で、前記接触部の先端が前記吸着パッドの軸方向において前記ヘッド本体から突出することを特徴とする請求項２に記載のエンドエフェクタ。
4. 前記吸着ヘッドを前記本体部に対して片持ち構造で回転可能に支持する支持部に、前記吸着ヘッドに負圧を供給するエア流路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエンドエフェクタ。

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