JP2020189387A - 部品取り出し装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視覚センサを用いることなく部品を１つずつ取り出せる部品取り出し装置を得ること。【解決手段】部品取り出し装置１００は、複数のねじ１３が収容された箱１２の中からねじ１３を取り出すロボットハンド６を備える。ロボットハンド６は、箱１２の中のねじ１３を磁気で吸着する吸着部７２を有する吸着機構７と、吸着機構７に吸着されたねじ１３のうち吸着機構７に最も近い１つのねじ１３を把持する把持機構８と、把持機構８にねじ１３が把持された状態で、把持機構８に把持されたねじ１３に加わる磁力を減少させる電力切替部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、箱の中に収容された部品をロボットハンドで取り出す部品取り出し装置に関する。

従来、箱の中に収容された複数の部品をロボットで１つずつ取り出す方法として、視覚センサを用いた方法が知られている。

例えば、特許文献１には、視覚センサで、箱の中にバラ積みされた複数の部品を撮像し、撮像された画像を画像処理して部品の位置および姿勢を計測することが記載されている。また、特許文献１には、視覚センサの計測結果に基づき、ロボットハンドを移動させてロボットハンドで箱の中から部品を取り出すことが記載されている。

特開２０００−６１８７５号公報

しかしながら、特許文献１のように視覚センサを用いた場合には、部品を１つずつ取り出すために高度な画像処理および計測精度が必要になる。また、画像処理を行って部品の位置および姿勢を計測するため、１つの部品を取り出すのに要する時間が長くなる。さらに、部品の姿勢によっては部品の位置の計測を正確に行うことができず、部品を取り出せなかったり、２つ以上の部品を同時に取り出したりすることが生じる場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、視覚センサを用いることなく部品を１つずつ取り出せる部品取り出し装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる部品取り出し装置は、複数の部品が収容された箱の中から部品を取り出すロボットハンドを備える。ロボットハンドは、箱の中の部品を磁気で吸着する吸着部を有する吸着機構と、吸着機構に吸着された部品のうち吸着機構に最も近い１つの部品を把持する把持機構と、把持機構に部品が把持された状態で、把持機構に把持された部品に加わる磁力を減少させる磁力調節部と、を備える。

本発明によれば、視覚センサを用いることなく部品を１つずつ取り出すことができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる部品取り出し装置の全体構成を示す側面図 実施の形態１にかかるロボットハンドを示す側面図 実施の形態１にかかるロボットハンドを示す底面図 実施の形態１にかかる部品取り出し装置の機能ブロック図 実施の形態１にかかるロボットコントローラーのハードウェア構成を示すブロック図 実施の形態１にかかる部品取り出し装置の動作を示すフローチャート 実施の形態１にかかる部品取り出し装置の動作を説明するための図であって、吸着機構でねじを吸着した状態を示す側面図 実施の形態１にかかる部品取り出し装置の動作を説明するための図であって、把持機構が下降した状態を示す側面図 実施の形態１にかかる部品取り出し装置の動作を説明するための図であって、把持機構でねじを把持した状態を示す側面図 本発明の実施の形態２にかかる部品取り出し装置のロボットハンドを示す側面図 実施の形態２にかかる部品取り出し装置の機能ブロック図 実施の形態２にかかる部品取り出し装置の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態３にかかる部品取り出し装置のロボットハンドを示す側面図 実施の形態３にかかる吸着機構で複数本のねじを吸着した状態を示す側面図 図１４に対応する底面図 図１４に示す状態から把持機構を下降させてねじと爪チャックとが接触した状態を示す側面図 図１５に示す状態から把持機構を旋回させてねじと爪チャックの位置をずらした状態を示す底面図 実施の形態３にかかる吸着機構で吸着したねじが横向きの状態を示す側面図 図１８に対応する底面図 図１８に示す状態から把持機構を下降させてねじと爪チャックとが接触した状態を示す側面図 図１９に示す状態から把持機構を旋回させてねじと爪チャックの位置をずらした状態を示す底面図

以下に、本発明の実施の形態にかかる部品取り出し装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる部品取り出し装置１００の全体構成を示す側面図である。部品取り出し装置１００は、ロボット１と、ロボット１に取り付けられた高さ検知センサ２と、ロボット１を制御するロボットコントローラー３とを備える。部品取り出し装置１００は、箱１２の中から部品であるねじ１３を取り出すための装置である。箱１２の中には、複数本のねじ１３がバラ積みされた状態で収容されている。箱１２は、上方に開口している。箱１２は、底壁１２ａと、底壁１２ａの周縁から立ち上がる４つの側壁１２ｂとを有する。なお、図１では、紙面手前側および紙面奥側の側壁１２ｂの図示を省略している。

ロボット１は、本実施の形態では６軸垂直多関節型の単腕ロボットである。ロボット１は、ベース４と、ロボットアーム５と、ロボットハンド６とを有する。

ベース４は、床、壁などの設置面に移動不能に固定されている。ベース４は、図示しないボルトなどで設置面に固定されている。

ロボットアーム５は、ベース４に旋回可能に連結されている。ロボットアーム５は、旋回胴部５１と、第１ロボットアーム５２と、第２ロボットアーム５３と、手首部５４とを有する。以下、ロボットアーム５を構成する各部のうちベース４に近い方の端部を「基端」と称し、基端と反対側の端部を「先端」と称する。

旋回胴部５１は、ベース４に相対旋回可能に連結されている。旋回胴部５１は、第１軸５ａ周りに旋回可能である。第１軸５ａは、鉛直方向に延びる旋回軸である。

第１ロボットアーム５２は、旋回胴部５１に相対回転可能に連結されている。第１ロボットアーム５２は、第２軸５ｂ周りに回転可能である。第２軸５ｂは、第１軸５ａと直交して水平方向に延びる回転軸である。

第２ロボットアーム５３は、第１ロボットアーム５２の先端に相対回転可能に連結されている。第２ロボットアーム５３は、第３軸５ｃ周りに回転可能である。第３軸５ｃは、第２軸５ｂと平行な回転軸である。なお、本願明細書中の「平行」とは、完全に平行である状態の他、厳密には平行でなく僅かに傾斜した状態も含まれる。

手首部５４は、第２ロボットアーム５３の先端に連結されている。手首部５４は、第１手首部５４ａと、第２手首部５４ｂと、第３手首部５４ｃとを有する。第１手首部５４ａは、第２ロボットアーム５３の先端に相対回転可能に連結されている。第１手首部５４ａは、第４軸５ｄ周りに回転可能である。第４軸５ｄは、第２軸５ｂおよび第３軸５ｃと直交する回転軸である。

第２手首部５４ｂは、第１手首部５４ａの先端に相対回転可能に連結されている。第２手首部５４ｂは、第５軸５ｅ周りに回転可能である。第５軸５ｅは、第２軸５ｂおよび第３軸５ｃと平行な回転軸である。第３手首部５４ｃは、第２手首部５４ｂの先端に相対回転可能に連結されている。第３手首部５４ｃは、第６軸５ｆ周りに回転可能である。第６軸５ｆは、第５軸５ｅと直交する回転軸である。

ロボットハンド６は、ロボットアーム５の先端に取り付けられたエンドエフェクタである。ロボットハンド６は、箱１２の中からねじ１３を取り出す部分である。図２は、実施の形態１にかかるロボットハンド６を示す側面図である。ロボットハンド６は、吸着機構７と、把持機構８と、昇降機構９とを備える。

吸着機構７は、ねじ１３を吸着する機構である。吸着機構７は、支持フレーム７１と、吸着部７２とを有する。

支持フレーム７１は、連結部材１１を介して第３手首部５４ｃの先端に取り付けられている。支持フレーム７１は、円筒形状に形成されている。支持フレーム７１は、後述する把持機構８の中空孔８１ａを通過して複数の爪チャック８３に囲まれた空間まで達している。

吸着部７２は、支持フレーム７１の先端に設けられてねじ１３を磁気で吸着する部分である。吸着部７２は、ねじ１３を磁気で吸着可能であれば特に制限されないが、本実施の形態では電磁石である。吸着部７２は、支持フレーム７１の先端のみに設けられており、支持フレーム７１の側面および基端に設けられていない。このように吸着部７２を支持フレーム７１の先端のみに設け、支持フレーム７１の側面および基端を非磁性体とすることで、複数本のねじ１３が吸着部７２に直接吸着されることを防ぐことができる。

把持機構８は、吸着部７２に吸着されたねじ１３のうち吸着機構７に最も近い１つのねじ１３のみを把持する機構である。以下、吸着部７２に吸着されたねじ１３のうち吸着機構７に最も近い１つのねじ１３を「最端部ねじ１３Ａ」と称する場合がある。把持機構８は、チャック本体８１と、複数のチャック連結部８２と、複数の爪チャック８３とを有する。

チャック本体８１は、取付部材１０を介して昇降機構９の先端に取り付けられている。チャック本体８１は、円筒形状に形成されている。チャック本体８１の中心には、中空孔８１ａが形成されている。中空孔８１ａは、チャック本体８１の基端から先端にかけて貫通している。取付部材１０の中心には、貫通孔１０ａが形成されている。貫通孔１０ａは、取付部材１０の基端から先端にかけて貫通している。中空孔８１ａと貫通孔１０ａとは、互いに連通している。

チャック連結部８２は、チャック本体８１と爪チャック８３とを連結する部分である。チャック連結部８２の数は、爪チャック８３と同数設けられている。チャック連結部８２は、爪チャック８３を移動可能に支持する。

図３は、実施の形態１にかかるロボットハンド６を示す底面図である。なお、図３では、説明の容易化のため、吸着機構７および爪チャック８３のみを模式的に図示している。爪チャック８３の数および配置は、特に制限されないが、本実施の形態では吸着機構７を中心とした同一円周上に１２０度間隔で３つ配置されている。３つの爪チャック８３は、吸着機構７を中心に放射状に延びている。３つの爪チャック８３は、吸着機構７の径方向に沿って同時に移動可能である。３つの爪チャック８３は、互いに接近することでねじ１３を挟み込んで把持する。図２に示すように、挟持部である爪チャック８３は、爪基部８３ａと、把持部８３ｂとを有する。爪基部８３ａは、チャック連結部８２に取り付けられている。爪基部８３ａは、チャック連結部８２から離れる方向に延びている。把持部８３ｂは、爪基部８３ａの先端から内向きに延びた後、さらにチャック連結部８２から離れる方向に延びている。

昇降機構９は、把持機構８を昇降可能に支持する機構である。昇降機構９は、吸着機構７に対して相対的に把持機構８を上昇および下降させる。昇降機構９は、例えば、エアシリンダー、油圧シリンダーである。昇降機構９は、連結部材１１と取付部材１０との間に設けられている。昇降機構９の基端は、連結部材１１を介して第３手首部５４ｃの先端に取り付けられている。昇降機構９の先端は、取付部材１０の基端に取り付けられている。

図２に示す把持機構８が最も上昇した位置で、吸着機構７の先端７ａから爪チャック８３の先端８３ｃまでの第１距離ａは、図１に示す箱１２の高さ寸法ｂよりも長く設定することが好ましい。このように設定すると、箱１２の側壁１２ｂ付近のねじ１３を吸着機構７の吸着部７２で吸着する際に、箱１２の側壁１２ｂの上端と爪チャック８３との接触を回避することができる。これにより、箱１２の側壁１２ｂ付近にも吸着機構７を容易に下方移動させることができ、箱１２に対するロボット１の作業動作領域を広く確保することができる。

把持機構８の昇降ストロークは、図２に示す把持機構８が最も上昇した位置での把持部８３ｂの基端８３ｄから吸着機構７の先端７ａまでの第２距離ｃ以上に設定されている。後述する把持機構８が最も下降した位置で、把持部８３ｂが最端部ねじ１３Ａの側方に位置するように設定されている。このように設定すると、吸着機構７の先端７ａに直接吸着した最端部ねじ１３Ａを爪チャック８３で把持することができる。把持機構８は、図２に示す吸着部７２が爪チャック８３の間よりも第１の方向に突出した位置と、吸着部７２が爪チャック８３の間よりも第１の方向に突出していない位置とに移動可能である。第１の方向とは、ロボットハンド６の基端から先端に向かう方向である。

なお、ロボット１の構成は、本実施の形態１で示した例に限定されるものではなく、適宜変更してよい。例えば、ロボット１は、複数のロボットアーム５を有する複腕ロボットでもよい。また、ロボット１は、水平多関節型のロボット、３軸直交ロボットなどでもよい。ロボット１の回転軸の数は、適宜増減してよい。ロボット１の回転軸方向は、適宜変更してよい。

図１に示すように、高さ検知センサ２は、高さ検知センサ２から箱１２の中で最も高い位置にあるねじ１３までの距離を検知する非接触式の距離センサである。高さ検知センサ２は、例えば、レーザ距離計、超音波距離計である。高さ検知センサ２の検知結果は、無線でロボットコントローラー３に送信される。高さ検知センサ２の設置位置は、箱１２の中に収容されたねじ１３を検知可能であれば特に制限されないが、本実施の形態では取付部材１０である。

図４は、実施の形態１にかかる部品取り出し装置１００の機能ブロック図である。ロボットコントローラー３は、制御部３１と、記憶部３２とを備える。制御部３１は、座標算出部３３と、駆動制御部３４と、電力切替部３５と、昇降制御部３６と、チャック制御部３７とを有する。記憶部３２には、箱１２の上方位置となる第１位置座標の情報、ロボットアーム５の各部の寸法、高さ検知センサ２と吸着部７２との平面座標上の距離などが記憶されている。第１位置座標におけるロボットハンド６の高さ位置は、高さ検知センサ２の検知範囲内とする。なお、図示しない箱１２の位置を検知するセンサを用いて箱１２の上方位置までの上下距離および水平距離を算出して第１位置座標を求めてもよい。

図５は、実施の形態１にかかるロボットコントローラー３のハードウェア構成を示すブロック図である。ロボットコントローラー３は、プロセッサ３８およびメモリ３９を備える。プロセッサ３８およびメモリ３９は、例えば、バスによって互いにデータの送受信が可能である。記憶部３２は、メモリ３９によって実現される。プロセッサ３８は、メモリ３９に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、座標算出部３３、駆動制御部３４、電力切替部３５、昇降制御部３６およびチャック制御部３７の機能を実行する。プロセッサ３８は、処理回路の一例であり、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ）、およびシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）のうち１つ以上を含む。

メモリ３９は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のうち１つ以上を含む。また、メモリ３９は、コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体を含む。かかる記録媒体は、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルメモリ、光ディスク、コンパクトディスク、およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）のうち１つ以上を含む。

座標算出部３３は、記憶部３２に予め記憶された第１位置座標と、記憶部３２に予め記憶されたロボットアーム５の各部の寸法と、ロボットアーム５の各部の位置とに基づきロボットハンド６から第１位置座標までの距離を算出する。なお、第１位置座標に吸着部７２があるときのロボットアーム５の姿勢を示す情報を記憶部３２に予め記憶させてもよい。姿勢を示す情報とは、例えば、ロボットアーム５の旋回角度およびロボットアーム５の各部の回転角度である。また、座標算出部３３は、高さ検知センサ２の検知結果と、記憶部３２に予め記憶された高さ検知センサ２と吸着部７２との平面座標上の距離とに基づき箱１２の中で最も高い位置にあるねじ１３付近となる第２位置座標を算出する。なお、本実施の形態のように高さ検知センサ２と吸着部７２との平面座標上の取付位置が異なる場合には、箱１２の上空位置において高さ検知センサ２で高さを検知した位置の平面座標と吸着部７２でねじ１３を取り出す位置の平面座標とが異なることになる。このため、高さ検知センサ２で高さを検知した位置の平面座標から高さ検知センサ２と吸着部７２との平面座標上の距離分だけ吸着部７２を移動させた位置座標が、第２位置座標の平面座標となる。

駆動制御部３４は、ロボットアーム５の旋回および回転を制御して、ロボットハンド６を上下移動および水平移動させる。駆動制御部３４は、座標算出部３３が算出した第１位置座標までの距離に基づきロボットアーム５の旋回および回転を制御して、第１位置座標までロボットハンド６を上下移動および水平移動させる。駆動制御部３４は、座標算出部３３が算出した第２位置座標に基づきロボットアーム５の旋回および回転を制御して、第２位置座標までロボットハンド６を下方移動させる。駆動制御部３４は、ロボットハンド６を下方移動させた後に、第２位置座標から任意に設定した距離までロボットハンド６を水平移動させる。詳しくは、駆動制御部３４は、ロボットアーム５の旋回および回転を制御して、第２位置座標まで吸着部７２を移動させた後に、第２位置座標から任意に設定した距離まで吸着部７２を水平移動させる。吸着部７２の水平移動は、例えば、平面座標上の一方向および一方向と直交する他方向に沿って行う。任意に設定した距離は、例えば、第２位置座標から一方向に沿った一方および他方にそれぞれ１０ｍｍ、他方向に沿った一方および他方にそれぞれ１０ｍｍである。

電力切替部３５は、吸着部７２への電力の供給と遮断とを切り替える。すなわち、電力切替部３５は、吸着部７２を励磁状態と無励磁状態とに切り替える。電力切替部３５は、把持機構８にねじ１３が把持された状態で、把持機構８に把持されたねじ１３に加わる磁力を減少させる磁力調節部となる。

昇降制御部３６は、昇降機構９の動作を制御する。昇降制御部３６は、昇降機構９を作動させて把持機構８を上昇および下降させる。

チャック制御部３７は、３つの爪チャック８３の移動を制御する。チャック制御部３７は、３つの爪チャック８３を互いに接近および離間させる。

次に、図６から図９を参照して、実施の形態１にかかる部品取り出し装置１００の動作について説明する。図６は、実施の形態１にかかる部品取り出し装置１００の動作を示すフローチャートである。図７は、実施の形態１にかかる部品取り出し装置１００の動作を説明するための図であって、吸着機構７でねじ１３を吸着した状態を示す側面図である。図８は、実施の形態１にかかる部品取り出し装置１００の動作を説明するための図であって、把持機構８が下降した状態を示す側面図である。図９は、実施の形態１にかかる部品取り出し装置１００の動作を説明するための図であって、把持機構８でねじ１３を把持した状態を示す側面図である。

まず、図６に示すように、ステップＳ１で、座標算出部３３は、記憶部３２に予め記憶された第１位置座標と、記憶部３２に予め記憶されたロボットアーム５の各部の寸法と、ロボットアーム５の各部の位置とに基づきロボットハンド６から第１位置座標までの距離を算出する。

続いて、ステップＳ２に進み、駆動制御部３４は、座標算出部３３が算出した第１位置座標までの距離に基づきロボットアーム５の旋回および回転を制御して、箱１２の上方位置となる第１位置座標までロボットハンド６を上下移動および水平移動させる。

続いて、ステップＳ３に進み、座標算出部３３は、高さ検知センサ２の検知結果と、記憶部３２に予め記憶された高さ検知センサ２と吸着部７２との平面座標上の距離とに基づき、箱１２の中で最も高い位置にあるねじ１３付近となる第２位置座標を算出する。

続いて、ステップＳ４に進み、電力切替部３５は、吸着部７２を励磁状態に切り替え、昇降制御部３６は、昇降機構９を作動させて把持機構８を上昇させる。すなわち、駆動制御部３４がロボットハンド６を第２位置座標まで移動させる前に、吸着部７２の励磁状態への切り替えと把持機構８の上昇を行う。このとき、図７に示すように、把持機構８が最も上昇した位置で、吸着部７２は３つの把持部８３ｂに囲まれた隙間を通じて把持機構８よりも下方に突出し、把持部８３ｂは最端部ねじ１３Ａよりも上方に位置する。

続いて、ステップＳ５に進み、駆動制御部３４は、座標算出部３３が算出した第２位置座標に基づきロボットアーム５の旋回および回転を制御して、第２位置座標までロボットハンド６を下方移動させる。

続いて、ステップＳ６に進み、駆動制御部３４は、ロボットアーム５の旋回および回転を制御して、第２位置座標から任意に設定した距離までロボットハンド６を水平移動させてロボットアーム５を停止させる。このとき、図７に示すように、励磁状態の吸着部７２が把持機構８よりも下方に突出しているため、ロボットハンド６を第２位置座標まで移動させた際に、ねじ１３が把持機構８に邪魔されずに吸着部７２に吸着される。また、ステップＳ５で吸着部７２にねじ１３が吸着されなかった場合でも、第２位置座標から任意に設定した距離までロボットハンド６を水平移動させることで、吸着部７２にねじ１３を吸着させることができる。

続いて、ステップＳ７に進み、駆動制御部３４は、一定の時間経過後にロボットハンド６を上方移動させる。このとき、図７に示すように、吸着機構７の吸着部７２に直接吸着したねじ１３が着磁されているため、複数本のねじ１３が繋がった状態で箱１２の中から取り出される。なお、一定の時間は、任意に定めてよい。

続いて、ステップＳ８に進み、駆動制御部３４は、箱１２の上方位置でロボットハンド６を停止させる。

続いて、ステップＳ９に進み、昇降制御部３６は、昇降機構９を作動させて把持機構８を下降させる。図８に示すように、把持機構８が最も下降した位置で、吸着部７２は把持部８３ｂよりも上方に位置し、把持部８３ｂは最端部ねじ１３Ａの側方に位置する。

続いて、ステップＳ１０に進み、チャック制御部３７は、３つの爪チャック８３を互いに接近させる。これにより、図９に示すように、３つの爪チャック８３が最端部ねじ１３Ａを挟み込んで把持する。

続いて、ステップＳ１１に進み、電力切替部３５は、吸着部７２を無励磁状態に切り替える。これにより、図９に示すように、最端部ねじ１３Ａの磁気が消失して、最端部ねじ１３Ａ以外のねじ１３が箱１２の中に落下する。このため、３つの爪チャック８３で把持された１つのねじ１３のみを取り出すことができる。２回目以降は、ステップＳ１，Ｓ２の動作を行わずに、箱１２を平面座標上で複数の領域に分割し、ロボットハンド６の平面座標を変えながら各領域で上記ステップＳ３からステップＳ１１の動作を行う。これにより、箱１２の中からねじ１３が１本ずつ取り出される。

次に、実施の形態１にかかる部品取り出し装置１００の作用効果について説明する。

本実施の形態によれば、ロボットハンド６は、箱１２の中のねじ１３を吸着する吸着部７２を有する吸着機構７と、吸着機構７に吸着されたねじ１３のうち吸着機構７に最も近い１つのねじ１３を把持する把持機構８とを備える。また、ロボットハンド６は、把持機構８にねじ１３が把持された状態で、把持機構８に把持されたねじ１３に加わる磁力を減少させる電力切替部３５を備える。このため、箱１２の中の複数本のねじ１３を吸着機構７に吸着させて、吸着機構７に吸着されたねじ１３のうち吸着機構７に最も近い１つのねじ１３を把持機構８で把持した後に、把持機構８に把持されたねじ１３に加わる磁力を減少させることで、把持機構８に把持されたねじ１３以外のねじ１３を重力で落下させることができる。これにより、視覚センサによる画像処理を使用せずにねじ１３を１本ずつ取り出すことができる。また、ねじ１３の姿勢に関係なく、ねじ１３を１本ずつ取り出すことができる。また、視覚センサを用いないため、設備費を抑えることができる。

本実施の形態では、把持機構８は吸着機構７を中心とした同一円周上に互いに間隔を空けて配置された３つの爪チャック８３を有し、３つの爪チャック８３で１つのねじ１３を把持する。これにより、ねじ１３の姿勢に関係なく、ねじ１３を安定させた状態で把持することができる。また、３つの爪チャック８３でねじ１３を把持することで、大きさが異なる複数種類のねじ１３を取り出す際にも対応することができる。すなわち、本実施の形態では互いに接近および離間する３つの爪チャック８３を用いることで、ねじ１３の大きさに合わせて３つの爪チャック８３が移動してねじ１３を把持するため、ねじ１３の種類ごとに部品取り出し装置１００を用意する必要がない。これにより、ねじ１３の種類ごとに１台ずつ用意する必要があるパーツフィーダーなどの専用機を用いた場合に比べ、本実施の形態では部品取り出し装置１００の設置スペースの縮小化を図ることができるとともに設備費を抑えることができる。

本実施の形態では、部品取り出し装置１００は、箱１２の中で最も高い位置にあるねじ１３を検知する高さ検知センサ２を備えることで、吸着機構７の吸着部７２が箱１２の中のねじ１３を吸着できる位置までロボットハンド６を確実に移動させることができる。

なお、本実施の形態では、吸着部７２が電磁石であるが、永久磁石でもよい。この場合には、例えば、吸着機構７を昇降する吸着機構用昇降機構を別途設けることで、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、図９に示すように、３つの爪チャック８３で最端部ねじ１３Ａを把持した後に、図示しない吸着機構用昇降機構で把持機構８に対して相対的に吸着機構７を上昇させることで、吸着部７２と最端部ねじ１３Ａとが互いに離れる。このため、最端部ねじ１３Ａの磁気が消失して、最端部ねじ１３Ａ以外のねじ１３が箱１２の中に落下する。これにより、３つの爪チャック８３で把持された１つのねじ１３のみを取り出すことができる。本例の吸着機構用昇降機構は、吸着機構７を移動させて、把持機構８に把持されたねじ１３と吸着機構７とを離間させる移動機構となる。

また、把持機構８を図９に示す位置よりも下降できるように設定してもよい。このように設定すると、３つの爪チャック８３で最端部ねじ１３Ａを把持した後に、昇降機構９で吸着機構７に対して相対的に把持機構８を下降させることで、吸着部７２と最端部ねじ１３Ａとが互いに離れる。本例の昇降機構９は、把持機構８を移動させて、把持機構８に把持されたねじ１３と吸着機構７とを離間させる移動機構となる。

本実施の形態では、吸着機構７に対して把持機構８を相対移動させて最端部ねじ１３Ａの側方に爪チャック８３を位置させたが、把持機構８に対して吸着機構７を相対移動させて爪チャック８３の内側に最端部ねじ１３Ａを位置させてもよい。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２にかかる部品取り出し装置１００のロボットハンド６を示す側面図である。図１１は、実施の形態２にかかる部品取り出し装置１００の機能ブロック図である。実施の形態２に係る部品取り出し装置１００は、接触式センサ１４を備える点が前記した実施の形態１と相違する。実施の形態２では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

図１０に示すように、ロボットハンド６は、接触検知部である接触式センサ１４を有する。接触式センサ１４は、連結部材１１と第３手首部５４ｃとの間に設けられている。接触式センサ１４は、吸着機構７、把持機構８および昇降機構９よりも上方に配置されている。接触式センサ１４は、ロボットハンド６で箱１２の中のねじ１３を取り出す際に、吸着機構７とねじ１３とが接触することで生じる反力を検知する。図１１に示すように、接触式センサ１４の検知結果は、無線でロボットコントローラー３に送信される。駆動制御部３４は、接触式センサ１４が吸着機構７とねじ１３との接触を検知した直後にロボットハンド６を停止させる。上記実施の形態１では、座標算出部３３が高さ検知センサ２の検知結果に基づきロボットハンド６の高さ方向の位置座標を求めたが、本実施の形態では記憶部３２が箱１２の底面を高さ方向の位置座標として予め記憶している。

次に、図１０および図１２を参照して、実施の形態２にかかる部品取り出し装置１００の動作について説明する。図１２は、実施の形態２にかかる部品取り出し装置１００の動作を示すフローチャートである。

まず、図１２に示すように、ステップＳ２０からステップＳ２１は前記した図６に示すステップＳ１からステップＳ２と同じである。ステップＳ２２は前記した図６に示すステップＳ４と同じである。

続いて、ステップＳ２３に進み、駆動制御部３４は、記憶部３２に予め記憶されている高さ方向の位置座標である箱１２の底面の高さに基づきロボットアーム５の回転を制御して、ロボットハンド６を下方移動させる。ロボットハンド６を下方移動させていくと、ロボットハンド６が箱１２の底面に到達する前に、箱１２の中に収容されているねじ１３と吸着機構７とが接触する。

続いて、ステップＳ２４に進み、接触式センサ１４は、吸着機構７とねじ１３とが接触することで生じる反力を検知する。接触式センサ１４の検知結果は、ロボットコントローラー３に送信される。

続いて、ステップＳ２５に進み、駆動制御部３４は、接触式センサ１４が吸着機構７とねじ１３との接触を検知した直後にロボットハンド６の下方移動を停止させる。このとき、図１０に示すように、励磁状態の吸着部７２が把持機構８よりも下方に突出しているため、吸着機構７とねじ１３との接触を検知するまでロボットハンド６を移動させた際に、ねじ１３が把持機構８に邪魔されずに吸着部７２に吸着される。

続いて、ステップＳ２６に進み、駆動制御部３４は、一定の時間経過後にロボットハンド６を上方移動させる。

続いて、ステップＳ２７に進み、駆動制御部３４は、箱１２の上方位置でロボットハンド６を停止させる。

ステップＳ２８からステップＳ３０は、前記した図６に示すステップＳ９からステップＳ１１と同じである。

次に、実施の形態２にかかる部品取り出し装置１００の作用効果について説明する。

本実施の形態では、部品取り出し装置１００は、吸着機構７とねじ１３との接触を検知する接触式センサ１４を備えることで、吸着機構７の吸着部７２が箱１２の中のねじ１３を吸着する位置までロボットハンド６を確実に下方移動させることができる。

なお、吸着機構７とねじ１３との接触を検知する接触検知部は、接触式センサ１４に限定されるものではない。図示は省略するが、例えば、連結部材１１と第３手首部５４ｃとの間に設けられたバネとバネの圧縮を検知するセンサとで接触検知部を構成してもよい。

実施の形態３．
図１３は、本発明の実施の形態３にかかる部品取り出し装置１００のロボットハンド６を示す側面図である。実施の形態３に係る部品取り出し装置１００は、接触式センサ１４および旋回機構１５を備える点が前記した実施の形態１と相違する。実施の形態３では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。

ロボットハンド６は、接触式センサ１４と、旋回機構１５とを有する。接触式センサ１４は、実施の形態２の接触式センサ１４と同じであるため、その説明を省略する。旋回機構１５は、旋回位置、旋回速度などが制御できる位置検出器付の電動機であり、把持機構８を鉛直軸周りに旋回させる機構である。旋回機構１５は、取付部材１０とチャック本体８１との間に設けられている。旋回機構１５は、取付部材１０とチャック本体８１とにそれぞれ取り付けられている。旋回機構１５および把持機構８は、昇降機構９によって一緒に昇降する。ロボットコントローラー３は、旋回機構１５を作動させて把持機構８を旋回させる。爪チャック８３の把持部８３ｂは、本実施の形態では爪基部８３ａの先端から内向きに直線状に延びている。

図１４は、実施の形態３にかかる吸着機構７で複数本のねじ１３を吸着した状態を示す側面図である。図１５は、図１４に対応する底面図である。図１６は、図１４に示す状態から把持機構８を下降させてねじ１３と爪チャック８３とが接触した状態を示す側面図である。図１７は、図１５に示す状態から把持機構８を旋回させてねじ１３と爪チャック８３の位置をずらした状態を示す底面図である。なお、図１５および図１７では、説明の容易化のため、ねじ１３、爪チャック８３および旋回機構１５のみを模式的に図示している。

図１４および図１５に示すように、吸着機構７の吸着部７２に直接吸着した最端部ねじ１３Ａが着磁されて、複数本のねじ１３が繋がった状態で箱１２の中から取り出されることがある。このとき、吸着部７２の磁力の強さによっては最端部ねじ１３Ａに垂直な姿勢で別のねじ１３が付く場合がある。以下、最端部ねじ１３Ａに垂直な姿勢で付くねじ１３を「垂直ねじ１３Ｂ」と称する。この場合、図１６に示すように把持機構８を下降させると爪チャック８３と垂直ねじ１３Ｂとが接触し、最端部ねじ１３Ａのみを把持することが困難となる。すなわち、爪チャック８３が垂直ねじ１３Ｂの上方に位置する場合は、把持機構８を下降させると爪チャック８３が垂直ねじ１３Ｂを下向きに押し込むが、吸着部７２の磁力が下向きの押込力よりも勝っていると垂直ねじ１３Ｂが落下しない。その結果、垂直ねじ１３Ｂの一部が爪チャック８３と最端部ねじ１３Ａとの間に位置することがある。このとき、３つの爪チャック８３を互いに接近させても、吸着部７２に直接吸着した最端部ねじ１３Ａのみを把持することは困難である。なお、本願明細書中の「垂直」とは、完全に垂直である状態の他、厳密には垂直でなく僅かに傾斜した状態も含まれる。

この点、本実施の形態では、図１７に示すようにロボットハンド６が把持機構８を鉛直軸周りに旋回させる旋回機構１５を有する。このため、把持機構８を下降させて垂直ねじ１３Ｂを下向きに押し込んだ状態で、３つの爪チャック８３を互いに接近させる前に、旋回機構１５で把持機構８を鉛直軸周りに旋回させることができる。これにより、３つの爪チャック８３の位相を鉛直軸周りに変えることができ、３つの爪チャック８３と垂直ねじ１３Ｂとの位置を鉛直軸周りにずらして両者の接触状態を解消することができる。そして、図１７に示す状態で３つの爪チャック８３を互いに接近させることで、吸着部７２に直接吸着した１つの最端部ねじ１３Ａのみを把持することができる。なお、把持機構８の旋回角度は、ねじ１３の直径に合わせて適宜変更すればよい。また、垂直ねじ１３Ｂの位置をセンサなどで検知してもよい。この場合、ロボットコントローラー３は、センサなどの検知結果に基づき旋回機構１５を作動させて、垂直ねじ１３Ｂと３つの爪チャック８３とが鉛直軸周りにずれる位置まで把持機構８を旋回させる。

なお、３つの爪チャック８３が垂直ねじ１３Ｂの上方に位置しない場合は、把持機構８を下降させた後に旋回機構１５で把持機構８を旋回させると、爪チャック８３が垂直ねじ１３Ｂの側面に接触する。そして、旋回機構１５による把持機構８の旋回が終了するまで、垂直ねじ１３Ｂは最端部ねじ１３Ａに付いたまま把持機構８と一緒に旋回する。

図１８は、実施の形態３にかかる吸着機構７で吸着したねじ１３が横向きの状態を示す側面図である。図１９は、図１８に対応する底面図である。図２０は、図１８に示す状態から把持機構８を下降させてねじ１３と爪チャック８３とが接触した状態を示す側面図である。図２１は、図１９に示す状態から把持機構８を旋回させてねじ１３と爪チャック８３の位置をずらした状態を示す底面図である。なお、図１９および図２１では、説明の容易化のため、ねじ１３、爪チャック８３および旋回機構１５のみを模式的に図示している。

図１９に示す爪チャック８３の全開位置で３つの爪チャック８３の内側面を結んだ仮想円１６の直径をＲ、最端部ねじ１３Ａの全長をＬとする。図１８に示すように吸着部７２に直接吸着した最端部ねじ１３Ａが横向きとなる場合がある。この場合、最端部ねじ１３Ａの長さ方向の中心が吸着部７２に吸着され、図１９に示す仮想円１６の直径Ｒが最端部ねじ１３Ａの全長Ｌよりも大きければ、把持機構８を下降させた際に爪チャック８３が最端部ねじ１３Ａを下向きに押し込まない。しかし、図１８から図２０に示すように最端部ねじ１３Ａの長さ方向の中心と吸着部７２とがずれた状態で最端部ねじ１３Ａが吸着部７２に吸着されると、把持機構８を下降させた際に爪チャック８３が最端部ねじ１３Ａを下向きに押し込むことがある。このとき、爪チャック８３の全開位置で各爪チャック８３から吸着部７２までの距離を、爪チャック８３が最端部ねじ１３Ａを押し込まない位置まで長く確保しておけば上記押し込みを回避できるものの、把持機構８の大型化を招くという別の問題が生じる。また、大きさの異なる複数種類のねじ１３を取り出すことを考えた場合に現実的な構成とはいえない。

この点、本実施の形態では、図２１に示すようにロボットハンド６が把持機構８を旋回させる旋回機構１５を有する。このため、把持機構８を下降させて横向きの最端部ねじ１３Ａを下向きに押し込んだ状態で、３つの爪チャック８３を互いに接近させる前に、旋回機構１５で把持機構８を鉛直軸周りに旋回させることができる。これにより、３つの爪チャック８３の位相を鉛直軸周りに変えることができ、３つの爪チャック８３と横向きの最端部ねじ１３Ａとの位置を鉛直軸周りにずらして両者の接触状態を解消することができる。そして、図２１に示す状態で３つの爪チャック８３を互いに接近させることで、横向きの最端部ねじ１３Ａのみを把持することができる。

なお、３つの爪チャック８３が横向きの最端部ねじ１３Ａの上方に位置しない場合は、把持機構８を下降させた後に旋回機構１５で把持機構８を旋回させると、爪チャック８３が横向きの最端部ねじ１３Ａの側面に接触する。そして、旋回機構１５による把持機構８の旋回が終了するまで、横向きの最端部ねじ１３Ａは吸着機構７の吸着部７２に吸着されたまま把持機構８と一緒に旋回する。

以上のように本実施の形態では、ロボットハンド６が把持機構８を鉛直軸周りに旋回させる旋回機構１５を有することで、旋回機構１５で把持機構８を旋回させて３つの爪チャック８３の位相を鉛直軸周りに変えることができる。このため、吸着部７２に直接吸着したねじ１３に垂直な姿勢で別のねじ１３が付いている場合、または、吸着部７２に直接吸着したねじ１３が横向きの場合でも、吸着部７２に直接吸着したねじ１３のみを３つの爪チャック８３で確実に把持することができる。これにより、箱１２の中からねじ１３を１つずつ取り出すことができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

例えば、上記した実施の形態１から３では、部品取り出し装置１００で取り出す部品としてねじ１３を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。部品取り出し装置１００で取り出す部品は、吸着機構７で吸着可能であれば特に制限されず、ボルト、ナットなどでもよい。

１ ロボット、２ 高さ検知センサ、３ ロボットコントローラー、４ ベース、５ ロボットアーム、５ａ 第１軸、５ｂ 第２軸、５ｃ 第３軸、５ｄ 第４軸、５ｅ 第５軸、５ｆ 第６軸、６ ロボットハンド、７ 吸着機構、７ａ，８３ｃ 先端、８ 把持機構、９ 昇降機構、１０ 取付部材、１０ａ 貫通孔、１１ 連結部材、１２ 箱、１２ａ 底壁、１２ｂ 側壁、１３ ねじ、１３Ａ 最端部ねじ、１３Ｂ 垂直ねじ、１４ 接触式センサ、１５ 旋回機構、１６ 仮想円、３１ 制御部、３２ 記憶部、３３ 座標算出部、３４ 駆動制御部、３５ 電力切替部、３６ 昇降制御部、３７ チャック制御部、５１ 旋回胴部、５２ 第１ロボットアーム、５３ 第２ロボットアーム、５４ 手首部、５４ａ 第１手首部、５４ｂ 第２手首部、５４ｃ 第３手首部、７１ 支持フレーム、７２ 吸着部、８１ チャック本体、８１ａ 中空孔、８２ チャック連結部、８３ 爪チャック、８３ａ 爪基部、８３ｂ 把持部、８３ｄ 基端、１００ 部品取り出し装置。

Claims (8)

1. 複数の部品が収容された箱の中から前記部品を取り出すロボットハンドを備え、
   前記ロボットハンドは、
   前記箱の中の前記部品を磁気で吸着する吸着部を有する吸着機構と、
   前記吸着機構に吸着された前記部品のうち前記吸着機構に最も近い１つの前記部品を把持する把持機構と、
   前記把持機構に前記部品が把持された状態で、前記把持機構に把持された前記部品に加わる磁力を減少させる磁力調節部と、を備えることを特徴とする部品取り出し装置。
2. 前記吸着部は、電磁石であり、
   前記磁力調節部は、前記電磁石への電力の供給と遮断とを切り替える電力切替部であることを特徴とする請求項１に記載の部品取り出し装置。
3. 前記磁力調節部は、前記吸着機構および前記把持機構の少なくとも一方を移動させて、前記把持機構に把持された前記部品と前記吸着機構とを離間させる移動機構であることを特徴とする請求項１に記載の部品取り出し装置。
4. 前記吸着部は、永久磁石であることを特徴とする請求項３に記載の部品取り出し装置。
5. 前記把持機構は、前記部品を挟み込む挟持部を有しており、
   前記把持機構は、前記吸着部が前記挟持部の間よりも第１の方向に突出した位置と、前記吸着部が前記挟持部の間よりも第１の方向に突出していない位置とに移動可能とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の部品取り出し装置。
6. 前記箱の中で最も高い位置にある前記部品を検知する高さ検知センサをさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の部品取り出し装置。
7. 前記ロボットハンドは、前記吸着部と前記部品との接触を検知する接触検知部をさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の部品取り出し装置。
8. 前記ロボットハンドは、前記把持機構を旋回させる旋回機構をさらに有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の部品取り出し装置。

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