JP2020089959A - ハンド、ロボットシステム及びワーク取り出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層状態のワーク群からワークを一つずつ確実に取り出すことのできるハンドを提供する。【解決手段】相対移動する複数の第１把持部材１１と、複数の第１把持部材１１を互いに接近又は離反する第１開閉方向へ移動させる第１駆動部１０と、複数の第１把持部材１１から独立して相対移動する複数の第２把持部材２１と、複数の第２把持部材２１を互いに接近又は離反する第２開閉方向へ移動させる第２駆動部２０と、複数の第１把持部材１１を、複数の第２把持部材２１に対し、第１開閉方向及び第２開閉方向に交差する第３方向へ移動させる第３駆動部３０と、を備えるハンドである。【選択図】図１

Description

本発明は、ハンド、ハンドを搭載したロボットを含むロボットシステム、及びハンドを用いたワーク取り出し方法に関する。

薄板状のワークを積層したワーク群から自動的にワークを一枚ずつ取り出し可能な装置が望まれている。これに関し特許文献１は、左右にフランジ面を有するハット型ワークが多段に積層されたワーク群から最上位のワークを把持して取り出す把持手段を備えたワーク取り出し装置を記載している。この把持手段は、最上位のワークのフランジの上面側と次段のワークのフランジの上面側にそれぞれ当接する２つの当接面を有する固定爪と、最上位のワークのフランジの下面側に当接する可動爪とを有し、固定爪と可動爪とで最上位のワークのフランジを把持する。特許文献２は、保持爪及び分離爪を有する一対のワーク分離部材を相互に接近するように変位させワークスタックの最下段にあるワークを押圧し、その後分離爪を下降させることにより最下段のワークを下方に引き下げて他のワークから分離するようにした分離装置を記載している。

特開２０１７−１８５５９２号公報 特開平４−１８２２３１号公報

ロボットハンドの把持部材を用いて積層状態のワーク群からワークを一つずつ取り出す場合、特にワークが薄いシート状のシート成型品であると、ワーク同士がはまり合ったり、また、ワーク間の摩擦によりワークが分離せず複数個のワークが一度に持ち上げられたりする。積層状態のワーク群からワークを一つずつ確実に取り出すことのできるハンド、ロボットシステム、及びワーク取り出し方法が望まれている。

本開示の一態様は、相対移動する複数の第１把持部材と、前記複数の第１把持部材を互いに接近又は離反する第１開閉方向へ移動させる第１駆動部と、前記複数の第１把持部材から独立して相対移動する複数の第２把持部材と、前記複数の第２把持部材を互いに接近又は離反する第２開閉方向へ移動させる第２駆動部と、前記複数の第１把持部材を、前記複数の第２把持部材に対し、前記第１開閉方向及び前記第２開閉方向に交差する第３方向へ移動させる第３駆動部と、を備えるハンドである。

本開示の別の態様は、上記ハンドと、前記ハンドを搭載したロボットと、前記ロボットを制御するとともに、前記ハンドの前記第１駆動部、前記第２駆動部及び前記第３駆動部を制御する制御装置と、を具備するロボットシステムである。

本開示の更に別の態様は、上記ハンドを用いて、積層された複数のワークから対象ワークを取り出す方法であって、前記第２駆動部を制御して前記複数の第２把持部材を互いに接近させることにより、前記対象ワークの直下に積層された対象外ワークを前記複数の第２把持部材で把持し、前記複数の第２把持部材により前記対象外ワークを把持した状態で、前記第１駆動部を制御して前記複数の第１把持部材を互いに接近させることにより、前記対象ワークを前記複数の第１把持部材で支持し、前記第３駆動部を制御して、前記対象ワークを支持している前記複数の第１把持部材を、前記対象外ワークを把持している前記複数の第２把持部材から離反させることにより、前記対象ワークを前記対象外ワークから分離し、前記対象ワークを前記対象外ワークから分離した状態で、前記第２駆動部を制御して前記複数の第２把持部材を互いに離反させることにより、前記対象外ワークを前記複数の第２把持部材から解放する、ワーク取り出し方法である。

上記構成によれば、積層状態のワーク群からワークを一つずつ確実に取り出すことが可能になる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。

一実施形態に係るハンドの正面図である。 ハンドの斜視図である。 ハンドがワークの取り出し動作を行っている状態を示す斜視図である。 ハンドと、ハンドを搭載したロボットと、制御装置とを有するロボットシステムの構成を示す図である。 ロボットシステムの機能ブロック図である。 ロボットシステムにより実行されるワーク取り出し動作を表すフローチャートである。 初期状態にある第１把持部材と第２把持部材の模式図である。 図７の状態から第２把持部材を第２把持位置に位置付けた状態を示す模式図である。 図８の状態から第１把持部材を第１把持位置に位置付けた状態を示す模式図である。 図９の状態から第１把持部材を持ち上げ第３位置に位置付けた状態を示す模式図である。 図１０の状態から第２把持部材を互いに離反させた状態を示す模式図である。 図８の状態に対応するハンドの正面図である。 図９の状態に対応するハンドの正面図である。 図１０の状態に対応するハンドの正面図である。 図１１の状態に対応するハンドの正面図である。

次に、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。参照する図面において、同様の構成部分または機能部分には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。

図１は一実施形態に係るハンド５０の正面図、図２はハンド５０の斜視図、図３はハンド５０がワークの取り出し動作を行っている状態を示す斜視図である。ハンド５０は、ワーク設置面Ｆ上に積み重ねて置かれたワーク群Ｗから取り出し対象のワークＷ１を分離して取り出す。ワーク群Ｗは例えば図３に示されるようなシート成型品であるダネッジを積み重ねたものであるが、ハンド５０により取り扱われるワーク群としては、他のタイプのシート成型品、紙コップ、ウェハ、金属製の薄板状の部材等の様々なタイプのものがあり得る。

図１から図３に示されるように、ハンド５０は、相対移動する複数の第１把持部材１１と、複数の第１把持部材１１を互いに接近又は離反する第１開閉方向Ａへ移動させる第１駆動部１０と、複数の第１把持部材１１から独立して相対移動する複数の第２把持部材２１と、複数の第２把持部材２１を互いに接近又は離反する第２開閉方向Ｂへ移動させる第２駆動部２０と、複数の第１把持部材１１を、複数の第２把持部材２１に対し、第１開閉方向Ａ及び第２開閉方向Ｂに交差する第３方向Ｃへ移動させる第３駆動部３０とを備える。第１把持部材１１は本実施形態では一対であるが、３つ以上の第１把持部材１１を設けてそれらを互いに接近又は離反させる構成としても良い。また、第２把持部材２１は本実施形態では一対であるが、３つ以上の第２把持部材２１を設けてそれらを互いに接近又は離反させる構成としても良い。以下では、説明の便宜のため、ハンド５０の中心線ＣＡ（図１参照）に沿った方向を上下方向とし、左右方向及び前後方向を図１〜２に示す通り定義する。

第１駆動部１０は例えばサーボモータを用いたリニアアクチュエータであり、サーボモータ及びボールねじを内蔵した筐体１０ａと、可動軸１３ａ、１３ｂとを有し、筐体１０ａに対して可動軸１３ａ、１３ｂをそれぞれ第１開閉方向Ａにおいて往復移動させる。第１把持部材１１は、第１支持部材１４と、第１支持部材１４に対して第３駆動部３０を介して上下方向に移動可能に連結された第２支持部材１６と、第２支持部材１６に固定された把持爪１７とを有する。第１支持部材１４は、一端が第１駆動部１０の可動軸１３ａ（１３ｂ）に固定され下方に伸びるように形成された矩形板状の部材である。第３駆動部３０は例えばサーボモータを用いたリニアアクチェータであり、サーボモータ及びボールねじを内蔵した筐体３１と、可動軸３２とを有し、筐体３１に対して可動軸３２を第３方向Ｃにおいて往復移動させる。第１支持部材１４の下端側には、第３駆動部３０の筐体３１が取り付けられている。第２支持部材１６は、正面視Ｌ字状に湾曲した矩形板状の部材であり、下方側の端部において第３駆動部３０の可動軸３２の先端に取り付けられている。把持爪１７は、正面視Ｌ字状に湾曲した矩形板状の部材であり、上側の部分が第２支持部材１６に固定されている。一対の把持爪１７の先端部１７ａが互いに対向し合っている。

上記構成において、第１駆動部１０が可動軸１３ａ、１３ｂをそれぞれ第１開閉方向Ａにおいて往復移動させることで一対の第１把持部材１１を互いに接近又は離反する。また、第３駆動部３０が可動部３２を第３方向Ｃにおいて往復移動させることで、第１把持部材１１（具体的には把持爪１７）を第２把持部材２１に対して第３方向Ｃにおいて近接又は離間するように移動させる。

第２駆動部２０は例えばサーボモータを用いたリニアアクチュエータであり、サーボモータ及びボールねじを内蔵した筐体２０ａと、可動軸２３ａ、２３ｂとを有し、筐体２０ａに対して可動軸２３ａ、２３ｂをそれぞれ第２開閉方向Ｂにおいて往復移動させる。第２把持部材２１は、正面視Ｌ字状に湾曲した矩形板状の部材であり、その上端部が第２駆動部２０の可動軸２３ａ（２３ｂ）に接続され、下側の先端部２１ａが互いに対向し合う。この構成において、第２駆動部２０が可動軸２３ａ、２３ｂを第２開閉方向Ｂにおいて往復移動させることで、一対の第２把持部材２１を互いに接近又は離反するように移動させる。

第２駆動部２０の筐体２０ａにはロボット等の可動機体と連結される連結部４０が配置されており、筐体２０ａはハンド５０の基部を構成している。第１駆動部１０の筐体１０ａは第２駆動部２０の筐体２０ａに固定されている。

このように構成されたハンド５０により、一例として図３に示されているように、上下方向に積層されたワーク群Ｗのうち取出し対象のワークＷ１の直下にあるワークＷ２を第２把持部材２１で把持し、ワークＷ１の下端の周縁部を第１把持部材１１で下側から持ち上げワークＷ１を分離して取り出すことができる。

図２に示されるように、第２把持部材２１は、先端２１ａに複数の気体放出孔２４ａからなる気体放出部２４を有していても良い。気体放出部２４には、外部の圧縮気体供給部（不図示）からチューブ２５を介して圧縮気体が供給され、気体放出孔２４ａから第２開閉方向Ｂにおいて圧縮気体が放出される。このような構成によれば、一例として図３に示した状態において気体放出部２４から圧縮気体を放出することで、ワークＷ２とワークＷ１の間にエアを送り、ワークＷ２のワークＷ１からの分離を促進することができる。なお、気体放出部２４は、ワークＷ１側に向けて上向きに圧縮気体を放出するように構成されていても良い。気体放出部が第１把持部材１１に設けられていても良い。

図４は、ハンド５０と、ハンド５０をアーム先端部に搭載したロボット９０と、制御装置１５０とを有するロボットシステム１００の構成を示す図である。図５は、ロボットシステム１００の機能ブロック図である。図５に示されるように、制御装置１５０は、ハンド５０の第１駆動部１０、第２駆動部２０及び第３駆動部３０を制御するハンド制御部１１０と、ロボット９０の動作を制御するロボット制御部１２０とを有する。制御装置１５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置、操作部等を有する一般的なコンピュータとしての構成を有していても良い。

図６は、ロボットシステム１００により実行されるワーク取り出し動作を表すフローチャートである。このワーク取り出し動作は制御装置１５０による制御の下で実行される。図７から図１１は、ハンド５０が図６のフローにしたがって動作する場合の第１把持部材１１及び第２把持部材２１の動作を模式的に表した図である。最上段のワークＷ１は取出し対象ワークであり、その直下のワークＷ２は取出しの対象外のワークである。ワーク取り出し動作を実行するための準備として、制御装置１５０はロボット９０を移動させて、第１把持部材１１及び第２把持部材２１を、図７に示す通り第１把持部材１１の先端部１７ａがワークＷ１の側面の下端付近に面し、第２把持部材２１の先端部２１ａがワークＷ２の側部に面する初期状態に位置付ける。はじめにステップＳ１において、制御装置１５０は、第２駆動部２０を制御することで第２把持部材２１を互いに接近させて図８に示された第２把持位置に位置付ける。この第２把持位置において第２把持部材２１は、ワークＷ２の側面を左右両側から内側に向かって押し付けて把持した状態にある。図１２は、ステップＳ１の処理により第２把持部２１が第２把持位置にある状態のハンド５０の正面図である。なお、図１２（及び図１３〜１５）では、ワーク群Ｗを省略している。

次に、制御装置１５０は、第２把持部材が第２把持位置にある状態で、第１駆動部１０を制御することにより第１把持部材１１を互いに接近させ図９に示された第１把持位置に位置付ける（ステップＳ２）。この状態では、第１把持部材１１の把持爪１７の先端部１７ａがワークＷ１の下側に進入した状態となる。図１３は、ステップＳ２の処理により第１把持部１１が第１把持位置に位置付けられた状態のハンド５０の正面図である。次に、制御装置１５０は、第３駆動部３０を制御することにより第１把持部材１１を第２把持部材から離反させ図１０に示す第３位置に位置付ける（ステップＳ３）。図１４は、ステップＳ３の処理により第１把持部１１が第３位置にある状態のハンド５０の正面図である。これにより、ワークＷ１が持ち上げられワークＷ２から分離する。

次に、制御装置１５０は、第１把持部材１１を第３位置に位置付けた状態で、第２駆動部２０を制御することにより図１１に示すように第２把持部材２１を第２把持位置から互いに離反させる（ステップＳ４）。これにより、ワークＷ２は第２把持部材２１から解放される。図１５は、ステップＳ４の処理により第２把持部材２１が互いに離反した状態のハンド５０の正面図である。この状態でロボット９０を移動させることにより、制御装置１５０は、ワークＷ２を目的場所に搬送する。

上記取り出し動作によれば、最上段のワークＷ１の直下のワークＷ２を第２把持部材２１で把持してワークＷ１を支持し持ち上げるので、最上段のワークＷ１をワークＷ２から確実に分離して取り出すことができる。なお、第１把持部材１１で支持して持ち上げるワークの段数を２以上とし、２以上のワークを取り出すようにすることもできる。

なお、上記ステップＳ１においてワークＷ２を第２把持部材２１で把持する際にワークＷ２を変形させてワークＷ１との間に隙間Ｇが形成されるようにすると（図８参照）、ワークＷ１がワークＷ２からよりいっそう分離し易くなる。また、第２把持部材２１が気体放出部２４を有する場合には、第２把持部材２１がワークＷ２を把持し、ワークＷ１とワークＷ２との間に隙間Ｇが形成されたときに、気体放出部２４から隙間Ｇに圧縮気体を送り込むようにしても良い。この場合、ワークＷ２とワークＷ１の分離を更に促進することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、積層状態のワーク群からワークを一つずつ確実に取り出すことが可能になる。

以上、典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の各実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

上述の実施形態では一対の第１把持部材１１の両方が移動するように構成されているが、一対の第１把持部材１１のうち一方が固定され他方が移動するように構成されていても良い。一対の第２把持部材２１についても、一対の第２把持部材２１のうち一方が固定され他方が移動するように構成されていても良い。このような構成の場合にも、ワークを把持する機能に関して上述の実施形態と同様の機能を持つことができる。なお、３以上の複数の把持部材により把持部（複数の第１把持部材又は複数の第２把持部材）を構成する場合にも、少なくとも一つの把持部材が移動可能に設けられていればよい。

上述の実施形態では第１開閉方向Ａと第２開閉方向Ｂは平行になっているが、例えば、第１把持部材１１を中心線ＣＡ回りで回転させた位置に配置し、第１開閉方向Ａと第２開閉方向Ｂとが同一平面内で交差するような構成（例えば、第１開閉方向Ａが前後方向で第２開閉方向Ｂが左右方向）とすることも可能である。上述の実施形態では第３駆動部３０が第１把持部材１１を移動させる第３方向Ｃは鉛直方向であり第１開閉方向Ａ及び第２開閉方向Ｂに直交するが、これは一例であり、本発明はこのような構成に限られるものではない。

上述の実施形態では第１把持部材１１及び第２把持部材２１は直線的な往復動作により開閉を行うようになっているが、円弧状の動作軌跡に沿って開閉動作するものであっても良い。

第１把持部材１１はワークを吸着する吸盤を有していても良い。

１０ 第１駆動部
１０ａ 筐体
１１ 第１把持部材
１３ａ、１３ｂ 可動軸
１４ 第１支持部材
１６ 第２支持部材
１７ 把持爪
２０ 第２駆動部
２１ 第２把持部材
２０ａ 筐体
２３ａ、２３ｂ 可動軸
２５ チューブ
３０ 第３駆動部
３１ 筐体
３２ 可動軸
４０ 連結部
５０ ハンド
９０ ロボット
１００ ロボットシステム
１１０ ハンド制御部
１２０ ロボット制御部
１５０ 制御装置

Claims (10)

1. 相対移動する複数の第１把持部材と、
   前記複数の第１把持部材を互いに接近又は離反する第１開閉方向へ移動させる第１駆動部と、
   前記複数の第１把持部材から独立して相対移動する複数の第２把持部材と、
   前記複数の第２把持部材を互いに接近又は離反する第２開閉方向へ移動させる第２駆動部と、
   前記複数の第１把持部材を、前記複数の第２把持部材に対し、前記第１開閉方向及び前記第２開閉方向に交差する第３方向へ移動させる第３駆動部と、
   を備えるハンド。
2. 前記第１開閉方向と前記第２開閉方向とが互いに平行である、請求項１に記載のハンド。
3. 前記第３方向が前記第１開閉方向と前記第２開閉方向との双方に直交する、請求項１又は２に記載のハンド。
4. 前記複数の第２把持部材の少なくともいずれかに設けられる気体放出部をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のハンド。
5. 前記気体放出部は前記第２開閉方向に沿った方向へ圧縮空気を放出する、請求項４に記載のハンド。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のハンドと、
   前記ハンドを搭載したロボットと、
   前記ロボットを制御するとともに、前記ハンドの前記第１駆動部、前記第２駆動部及び前記第３駆動部を制御する制御装置と、
   を具備するロボットシステム。
7. 前記制御装置は、
   前記第２駆動部を制御して前記複数の第２把持部材を互いに接近する第２把持位置に配置し、
   前記複数の第２把持部材を前記第２把持位置に配置した状態で、前記第１駆動部を制御して前記複数の第１把持部材を互いに接近する第１把持位置に配置し、
   前記第３駆動部を制御して、前記第１把持位置に配置されている前記複数の第１把持部材を、前記第２把持位置に配置されている前記複数の第２把持部材から離反する第３位置に配置し、
   前記複数の第１把持部材を前記第３位置に配置した状態で、前記第２駆動部を制御して前記複数の第２把持部材を前記第２把持位置から互いに離反させる、
   請求項６に記載のロボットシステム。
8. 請求項１から５のいずれか一項に記載のハンドを用いて、積層された複数のワークから対象ワークを取り出す方法であって、
   前記第２駆動部を制御して前記複数の第２把持部材を互いに接近させることにより、前記対象ワークの直下に積層された対象外ワークを前記複数の第２把持部材で把持し、
   前記複数の第２把持部材により前記対象外ワークを把持した状態で、前記第１駆動部を制御して前記複数の第１把持部材を互いに接近させることにより、前記対象ワークを前記複数の第１把持部材で支持し、
   前記第３駆動部を制御して、前記対象ワークを支持している前記複数の第１把持部材を、前記対象外ワークを把持している前記複数の第２把持部材から離反させることにより、前記対象ワークを前記対象外ワークから分離し、
   前記対象ワークを前記対象外ワークから分離した状態で、前記第２駆動部を制御して前記複数の第２把持部材を互いに離反させることにより、前記対象外ワークを前記複数の第２把持部材から解放する、
   ワーク取り出し方法。
9. 前記対象外ワークを前記複数の第２把持部材で把持することにより、前記対象外ワークを変形させて、前記対象外ワークと前記対象ワークとの間に隙間を形成する、請求項８に記載のワーク取り出し方法。
10. 前記対象ワークを前記対象外ワークから分離するときに、前記隙間に圧縮空気を吹き込む、請求項９に記載のワーク取り出し方法。

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