JP2020006488A - ハンド接続位置可変装置及びロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットと周辺物等との干渉を容易に回避できるハンド接続位置可変装置、及び該装置を備えたロボットを提供する。【解決手段】ハンド接続位置可変装置１０は、手首部２２に取り付けられたアダプタ部２６と、ロボット１２が所定の作業を行うためのツール２８を保持するハンド部３０と、ハンド部３０をアダプタ部２６に対して、第１の位置と、アダプタ部２６に対するツールの位置及び姿勢の少なくとも一方が第１の位置とは異なる第２の位置とを含む複数の位置のいずれにも位置決め可能に構成された位置決め機構と、ハンド部３０をアダプタ部２６に対して着脱可能に保持する着脱機構とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットに対するハンドの接続位置を変更可能なハンド接続位置可変装置、及び該装置を備えたロボットに関する。

ロボットアームの先端にツールアダプタを位置決めして取り付ける機構として、ピンやロッドを使用したものが知られている（例えば特許文献１−３参照）。またツールを自動で交換するＡＴＣ（オートツールチェンジャー）も知られている（例えば特許文献４参照）。

特開昭６３−１５０１８０号公報 特開昭６３−３００８８５号公報 特開平０８−０１１０７５号公報 特開平０９−１６８９８９号公報

ＡＴＣ等の使用により、多種のハンドを１台のロボットに択一的に着脱して、該ロボットを複数の用途に使用することができるが、一般に高価なハンド（ツール）を用途毎に用意する必要があるため、該ロボットを含む設備のコストが高価となっていた。例えば、溶接ハンド、はんだハンド、ディスペンサーハンド等のハンドの先端を、比較的狭い空間に導入する必要がある用途では、ハンドの基部、ロボットアーム、又はその艤装が周辺物等に干渉する場合があり、その場合は干渉が生じない別のハンドを用意するか、周辺物等の干渉対象の設計変更を行う必要があった。よって、なるべく少種類のハンドでも多くの用途にロボットを使用できるように、ロボットと周辺物等との干渉を容易に回避できる構造が望まれる。

本開示の一態様は、ロボットの可動部に取り付けられたアダプタ部と、前記ロボットが所定の作業を行うためのツールを保持するハンド部と、前記ハンド部を前記アダプタ部に対して、第１の位置と、前記アダプタ部に対する前記ツールの位置及び姿勢の少なくとも一方が前記第１の位置とは異なる第２の位置とを含む複数の位置のいずれにも位置決め可能に構成された位置決め機構と、前記位置決め機構により位置決めされた前記ハンド部を、前記アダプタ部に対して着脱可能に保持する着脱機構と、を備える、ハンド接続位置可変装置である。

本開示の他の態様は、上記ハンド接続位置可変装置を備えたロボットである。

本開示によれば、アダプタ部に対するツールの位置及び姿勢の一方又は双方を容易に変更できるので、ロボットと周辺物等との干渉を回避でき、多種のツールを用意する必要性を低減することができる。

好適な実施形態に係るハンド接続位置可変装置を備えたロボットの一構成例を示す図である。 ハンド接続位置可変装置の一構成例を示す図である。 ハンド接続位置可変装置を、図２とは別角度から見た図である。 ハンド接続位置可変装置のハンド部を上方から見た図である。 図１のハンド接続位置可変装置の拡大図である。 図５の状態から、アダプタ部を回転させた状態を示す図である。 ハンド接続位置可変装置を図３とは同じ角度から見た図であるが、アダプタ部に対するツールの位置及び姿勢が図３とは異なる例を示す図である。 ハンド接続位置可変装置を図３とは同じ角度から見た図であるが、アダプタ部に対するツールの位置及び姿勢が図３及び図７とは異なる例を示す図である。 ハンド部の他の具体例を示す図である。 図９のハンド部がアダプタ部に取り付けられた状態を示す図である。 図９のハンド部を用いたときのロボットの用途の一例を示す図である。 図１１の用途において、ロボットの干渉と棚との干渉回避を説明する図である。

図１は、好適な実施形態に係るハンド接続位置可変装置１０を備えたロボット１２の一構成例を示す。ロボット１２は、後述する動作を行える可動部（ロボットアーム）を有するものであればどのような構造のものでもよいが、図示例では、ベース１４と、ベース１４に対して略鉛直方向の軸線回りに旋回可能な旋回胴１６と、旋回胴１６に対して回転可能に取り付けられた上腕１８と、上腕１８に対して回転可能に取り付けられた前腕２０と、前腕２０に対して回転可能に取り付けられた手首部２２とを有する６軸の多関節ロボットである。

ロボット１２には、ロボット１２を制御するための、演算処理装置やメモリ等を有するロボット制御装置２４が接続され、後述するロボット１２の動作もロボット制御装置２４によって制御することができる。

図２は、ハンド接続位置可変装置１０の一構成例を示す図であり、図３は、ハンド接続位置可変装置１０を図２とは別角度から見た図である。ハンド接続位置可変装置１０は、ロボットアームの先端（ここでは手首部２２）に取り付けられたアダプタ部２６と、ロボット１２が所定の作業を行うためのツール２８を保持するハンド部３０と、ハンド部３０をアダプタ部２６に対して、少なくとも後述する第１の位置と第２の位置のいずれかに択一的に位置決め可能に構成された位置決め機構と、ハンド部３０をアダプタ部２６に対して着脱可能に保持する着脱機構とを備える。

なお図２は、オートツールチェンジャーを使用した場合を例示しており、具体的にはＡＴＣツール（マスターシリンダ）３２を介して、アダプタ部（ツールアダプタ）２６が手首部２２に取り付けられる。しかしオートツールチェンジャーは必須ではなく、故にＡＴＣツール３２を介さず、アダプタ部２６を直接、手首部２２に取り付けることも可能である。

ツール２８としては、ロボット１２の用途に応じて種々のものが利用可能であり、問えば、把持式又は吸着式等のハンド、研磨工具、溶接トーチ、ニードル、はんだ付けユニット、シール剤や塗料のディスペンサ等が挙げられる。またツール２８には、ツール２８に電力や圧気等を供給するための、アダプタ部２６又はＡＴＣツール３２から延びるケーブルやホース等の線条体３４が接続される。

ハンド部３０は、ツール２８を保持する（ここではツール２８が挿通可能な穴を有する）保持部材３６と、保持部材３６に一体的に構成され、後述するクランプピン及び位置決めピンが設けられた板状部材３８とを有する。

図示例における着脱機構は、ハンド部３０（の板状部材３８）に設けられた、先端が楔形状のクランプピン４０と、アダプタ部２６に設けられ、クランプピン４０をエア吸引等によって引き込んで着脱可能に把持するシリンダ４２（図３参照）とから構成される。但し着脱機構はこのようなものに限られず、例えばアダプタ部２６及びハンド部３０の一方にクランパ等の把持（挟持）部材を設け、他方に被把持部材を設けてもよい。なお着脱機構の着脱動作は、ロボット制御装置２４等によって自動で行うことができる。

図示例における位置決め機構は、ハンド部３０（の板状部材３８）に設けられた、先端がテーパ形状の少なくとも１つ（図示例では４つ）の位置決めピン４４と、アダプタ部２６に形成され、クランプピン４０がシリンダ４２内にあるときに各位置決めピン４４を挿入可能なピン穴４６（図３参照）とから構成される。位置決めピン４４をピン穴４６に挿入することにより、アダプタ部２６に対するハンド部３０（ツール２８）の位置及び姿勢を所望の状態にすることができる。

図４は、ハンド部３０（板状部材３８）を上方から見た図であり、クランプピン４０と位置決めピン４４との位置関係を示す。位置決めピン４４は、クランプピン４０を中心とした円４８の円周上に配置され、ここでは４つの位置決めピンが９０°の等間隔で配置されている。また図３に示すように、アダプタ部２６のピン穴４６も、位置決めピン４４の位置に対応して同数設けられる。このように複数の位置決めピンを同一円周上に等間隔で配置することにより、後述するように、アダプタ部２６に対するツール２８の位置及び姿勢の少なくとも一方を変化させることができる。

なおこの例では、アダプタ部２６に対するツール２８の位置及び姿勢を（９０°刻みで）４通りに変化させることができるが、位置決めピン４４の個数を１つのみとし、ピン穴４６は図３のように４つ形成していても、同様のことが可能である。但し位置決めピン４４の個数は多い方が、アダプタ部２６に対するツール２８の位置決め精度をより高くすることができる。

図示例では位置決め機構を、アダプタ部２６及びハンド部３０の一方に設けたピンと、他方に設けたピン穴とを含むものとして説明したが、位置決め機構は上述のものに限られず、例えばアダプタ部２６とハンド部３０をインロー構造として構成してもよいし、カービックカップリングのような相補的歯形状をアダプタ部２６とハンド部３０の双方に設けてもよい。但し位置決め機構は、ロボット制御装置２４等によって制御されるロボット１２の動作によって、アダプタ部２６に対するツール２８の位置決めを自動で行えるような構造であることが好ましい。

次に、アダプタ部２６に対するツール２８の位置及び姿勢の少なくとも一方を変更する動作について説明する。ここでは、図１に示すアダプタ部２６に対するツール２８の位置及び姿勢を第１の位置と称し、仮置き台５０を使用して、ツール２８を後述する第２の位置に変更する場合を説明する。

先ず図５に示すように、ロボット１２の動作制御によって、ハンド部３０を仮置き台５０の所定位置に載置する。より具体的には、仮置き台５０に設けた少なくとも１つの（図示例では２つの）位置決めロッド５２の先端を、ハンド部３０の板状部材３８に形成したロッド穴５４（図４参照）に挿入する。これによりハンド部３０（の重量）は、仮置き台５０に支持された状態となる。

次にクランプピン４０をシリンダ４２から解放し、アダプタ部２６を上方に移動させる。この動作により、アダプタ部２６とハンド部３０は分離される。

次に図６に示すように、図５の状態からロボット１２の手首部２２を所定角度（ここでは反時計回りに９０°）回転させ、アダプタ部２６を下降させる。この動作により、クランプピン４０が再びシリンダ４２内に引き込まれると同時に位置決めピン４４がピン穴４６内に挿入され、アダプタ部２６に対するツール２８の位置及び姿勢の少なくとも一方が第１の位置（図５）とは異なる第２の位置に、ツール部２８が移動したことになる。なおこれらの動作を行うために、ロボット１２が移動すべき位置及び姿勢は、周知の技術を用いて予めロボット制御装置２４に教示されているものとする。

このようにして、アダプタ部２６に対するツール２８の位置及び姿勢の少なくとも一方を変化させることにより、ツール２８だけでなくツール２８に接続された線条体３４の位置や姿勢（取り回し形態）も変化する。従って第１の位置ではツール２８又は線条体３４が周辺物等に干渉して所定の作業を行うことが困難な場合に、ツール２８を第２の位置に変更することにより、干渉せずに所定の作業を行うことができる。従って本実施形態によれば、同じツールを備え、アダプタ部に対するツールの位置又は姿勢が異なる複数のハンド部を用意する必要がなく、設備コストの低減が図れる。また図５−図６に示す一連の動作は全て自動で行うことができるので、作業者の負担はほぼなく、ＡＴＣ等を利用してツール交換を行う場合と比較してサイクルタイムは大きくは変わらない。

図７は、図３と同角度からハンド接続位置可変装置１０を見た図であるが、図５−図６に示す一連の動作と同様のロボット動作により、アダプタ部２６をハンド部３０に対して時計回りに９０°回転させた状態を示す。また図８は、図３と同角度からハンド接続位置可変装置１０を見た図であるが、図５−図６に示す一連の動作と同様のロボット動作により、アダプタ部２６をハンド部３０に対して反計回りに９０°回転させた状態を示す。図３、図７及び図８を比較してわかるように、同一のハンド部３０を使用した場合でもツール２８や線条体３４の位置及び姿勢は大きく変えることができるので、用途に応じてこれらを適宜選択することにより、同一のハンドで対応できる用途の範囲を大幅に拡大することができる。

図９−図１０はハンド接続位置可変装置１０の他の構成例を説明する図であり、具体的には、図２の実施例ではアダプタ部２６に対してハンド部３０が回転変位可能であるのに対し、本実施例におけるハンド部３０′は、アダプタ部２６に対して一方向に変位（オフセット）可能である。

具体的には、ハンド部３０′は、ワーク（図示せず）を把持可能なツール（把持式ハンド）５６と、ハンド５６と一体的に形成された板状部材５８とを備え、板状部材５８には、先端が楔形状の複数（図示例では２つ）のクランプピン６０ａ及び６０ｂと、クランプピン６０ａ及び６０ｂの各々から所定距離だけ離隔して配置された、先端がテーパ形状の位置決めピン６２ａ及び６２ｂとが配置される。

一方アダプタ部２６は、クランプピン６０ａ又は６０ｂをエア吸引等によって引き込んで着脱可能に把持する、図２−図３の実施例と同様のシリンダ４２と、クランプピン６０ａがシリンダ４２内にあるときに位置決めピン６２ａを挿入可能であるとともに、クランプピン６０ｂがシリンダ４２内にあるときに位置決めピン６２ｂを挿入可能である、図２−図３の実施例と同様のピン穴４６とを有する。従って本実施例でも、クランプピン６０ａ又は６０ｂとシリンダ４２とが着脱機構を構成し、位置決めピン６２ａ又は６２ｂとピン穴４６とが位置決め機構を構成する。よって図９の実施例では、図５−図６の処理と同様に仮置き台等を使用することにより、アダプタ部２６に対するハンド部３０′の位置を自動的に、第１の位置（図１０のようにシリンダ４２がクランプピン６０ａを保持する場合）と、第２の位置（クランプピン６０ｂを保持する場合）のいずれかに設定・変更することができる。

図１１は、図９のハンド接続位置可変装置を用いたロボット１２の好適な用途の一例を示す。ここでは、ロボット１２が、複数の収納スペース６４を有し、平面視で略コの字形を有する棚６６に対して、ワーク６８を出し入れする動作を行うものとする。

図１１のように、ワーク６８を把持し、把持したワーク６８を棚６６に納めるように構成されたハンド部３０′を使用する場合、棚６６（収納スペース６４）の位置や形状に応じてロボット（アーム）の位置や姿勢が変わるため、アームやその艤装（線条体３４等）が棚６６に干渉する場合がある。従来は、干渉を回避するため、ロボットの種々の姿勢に対して干渉が生じないように棚を設計する必要があり、棚が大型化する傾向があった。またその設計を行うためには、ロボットが取り得る姿勢を予めシミュレーション等で求めておく必要があり、時間と労力もかかっていた。

そこで図９に示したようなハンド接続位置可変装置１０を使用すれば、上述の不具合を解消することができる。例えば、図１２に示すように、ハンド部３０′がアダプタ部２６に対して右側にシフトした状態（図１０参照）にすれば、ワーク６８に対してアダプタ部２６が左側にシフトした状態になるので、棚６６の右側部分７０に対して線条体３４等が干渉することを回避できる。このように、ロボットが比較的狭い領域に進入して作業を行う場合、アダプタ部とハンド部との位置関係を予め適切なものに（自動で）変更しておくことにより、ロボットが周辺物等と干渉して該作業が行えなくなる（故に他のハンド等を用意する必要が生じる）という不都合を極力排除することができる。

上述の実施形態によれば、ロボットが作業対象にアクセスできない場合でも、アダプタ部に対するツールの位置又は姿勢（角度）を選択・変更することにより、アクセス可能となる場合がある。また、ロボットが保持しているワークが周辺物等と干渉し得る場合でも、アダプタ部に対するツールの位置又は姿勢を適当に選択することにより、干渉を回避し得る。さらに、ロボットの動作姿勢によっては、ロボットの艤装等が周辺物に干渉する場合があるが、アダプタ部に対するツールの位置又は姿勢を変えることで、干渉が生じないロボット動作を教示することができるようになる。このように、アダプタ部からハンド部のみを脱着し、アダプタ部に対するツールの角度や位置を変更した後に、再度ハンド部をアダプタに取り付けることで、アダプタ部とツールとの複数の相対位置関係を実現することができ、ロボットハンドの動作範囲を拡げたり、ロボットの動作だけでは回避できない干渉を避けたりすることができる。従って本開示では、アダプタ部との位置関係のみが異なる複数のハンド部を用意・作製する必要性は極力小さくすることができ、設備コストの抑制につながる。

１０ ハンド接続位置可変装置
１２ ロボット
１４ ベース
１６ 旋回胴
１８ 上腕
２０ 前腕
２２ 手首部
２４ ロボット制御装置
２６ アダプタ部
２８ ツール
３０、３０′ ハンド部
３２ ＡＴＣツール
３４ 線条体
３６ 保持部材
３８、５８ 板状部材
４０、６０ａ、６０ｂ クランプピン
４２ シリンダ
４４、６２ａ、６２ｂ 位置決めピン
４６ ピン穴
５０ 仮置き台
５２ 位置決めロッド
５４ ロッド穴
５６ 把持式ハンド
６４ 収納スペース
６６ 棚
６８ ワーク

Claims (6)

1. ロボットの可動部に取り付けられたアダプタ部と、
   前記ロボットが所定の作業を行うためのツールを保持するハンド部と、
   前記ハンド部を前記アダプタ部に対して、第１の位置と、前記アダプタ部に対する前記ツールの位置及び姿勢の少なくとも一方が前記第１の位置とは異なる第２の位置とを含む複数の位置のいずれにも位置決め可能に構成された位置決め機構と、
   前記位置決め機構により位置決めされた前記ハンド部を、前記アダプタ部に対して着脱可能に保持する着脱機構と、
   を備える、ハンド接続位置可変装置。
2. 前記着脱機構は、前記ハンド部に設けられたクランプピンと、前記アダプタ部に設けられ、前記クランプピンを着脱可能に保持するシリンダとを備え、
   前記位置決め機構は、前記ハンド部に設けられ、前記クランプピンを中心とした円周上に配置された少なくとも１つの位置決めピンと、前記アダプタ部に設けられ、前記位置決めピンを挿入可能なピン穴とを有する、請求項１に記載のハンド接続位置可変装置。
3. 前記着脱機構は、前記ハンド部に互いに離隔して設けられた複数のクランプピンと、前記アダプタ部に設けられ、前記複数のクランプピンのいずれかを着脱可能に保持するシリンダとを備え、
   前記位置決め機構は、前記ハンド部に設けられ、前記複数のクランプピンの各々から所定距離だけ離隔して配置された位置決めピンと、前記アダプタ部に設けられ、前記位置決めピンを挿入可能なピン穴とを有する、請求項１に記載のハンド接続位置可変装置。
4. 前記着脱機構は自動で動作する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のハンド接続位置可変装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のハンド接続位置可変装置と、前記可動部とを備えたロボット。
6. 前記着脱機構によって前記アダプタ部から前記ハンド部を脱着する動作と、
   前記アダプタ部から脱着された前記ハンド部が、前記第１の位置又は前記第２の位置に位置決めされるように、前記ハンド部に対して前記アダプタ部を移動させる動作と、
   位置決めされた前記ハンド部を前記着脱機構によって保持する動作と、
   を自動で行うように構成された、請求項５に記載のロボット。

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