JP2021079505A

JP2021079505A - ワーク取出装置

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Publication number: JP2021079505A
Application number: JP2019210283A
Authority: JP
Inventors: 淑雄本脇; Yoshio Motowaki
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2021-05-27
Anticipated expiration: 2039-11-21
Also published as: US11267659B2; JP7348041B2; US20210155417A1; CN112824063A; DE102020129985A1

Abstract

【課題】複数の吸着ノズルの昇降駆動部を小型化できるワーク取り出し装置を提供すること。【解決手段】ワーク取出装置１は、ワークを吸着する吸着部２ｂをそれぞれ有する複数の吸着ノズル２と、搬送装置に取り付けられるフレーム５と、複数の吸着ノズル２を支持すると共にフレーム５に移動可能に支持される支持部８とを有し、支持部８をフレーム５に対して移動させることによって複数の吸着ノズル２を所定の使用位置に択一的に配置するノズルヘッド３と、所定の使用位置に配置された一の吸着ノズル２をフレーム５に対して移動させ、一の吸着ノズル２を吸着部２ｂによってワークを吸着する所定の吸着位置へ移動させる駆動部４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ワーク取出装置に関するものである。

従来、磁力または負圧によって部品を吸着し保持する装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。特許文献１の装置は、複数種類の吸着ノズルを有し、部品の保持に使用する吸着ノズルを部品の形状および寸法等に応じて選択することができる。

特開２００６−２６１３２５号公報特開平１１−１１４８６４号公報

特許文献１では、複数の吸着ノズルを下降および上昇させるために、各吸着ノズルに対して駆動部が設けられている。すなわち、吸着ノズルと同数の駆動部が設けられているため、装置が大型かつ重くなる。

本開示の一態様は、ワークを吸着する吸着部をそれぞれ有する複数の吸着ノズルと、搬送装置に取り付けられるフレームと、前記複数の吸着ノズルを支持すると共に前記フレームに移動可能に支持された支持部とを有し、該支持部を前記フレームに対して移動させることによって前記複数の吸着ノズルを所定の使用位置に択一的に配置するノズルヘッドと、前記所定の使用位置に配置された一の前記吸着ノズルを前記フレームに対して移動させ、前記一の吸着ノズルを前記吸着部によって前記ワークを吸着する所定の吸着位置へ移動させる駆動部と、を備えるワーク取出装置である。

一実施形態に係るワーク取出装置の全体構成を示す側面図であり、全ての吸着ノズルが待機位置に配置されている状態を示す図である。一実施形態に係るワーク取出装置の全体構成を示す側面図であり、使用位置の吸着ノズルが吸着位置に配置されている状態を示す図である。吸着ノズルの側面図である。リボルバの斜視図である。他の実施形態に係るワーク取出装置の全体構成を示す側面図である。図５のワーク取出装置の吊り下げ部材の斜視図である。

以下に、一実施形態に係るワーク取出装置１について図面を参照して説明する。
ワーク取出装置１は、所定の取出位置に配置された複数のワークの中から１つのワークを取り出し、取り出したワークを所定の搬送位置へ搬送するものである。ワーク取出装置１は、搬送装置に取り付けられ、搬送装置によって取出位置と搬送位置との間で移動させられる。

本実施形態において、搬送装置は、ロボットアームを有する産業用ロボットであり、ワーク取出装置１は、ロボットアームの先端に接続される吸着式のハンド装置である。産業用ロボットは、例えば、垂直多関節ロボット、水平多関節ロボットまたはパラレルリンクロボットである。搬送装置は、産業用ロボット以外の任意の産業用機械であってもよい。

ワーク取出装置１は、図１および図２に示されるように、複数の吸着ノズル２を有するノズルヘッド３と、所定の使用位置の一の吸着ノズル２を移動させる駆動部４と、ノズルヘッド３および駆動部４を支持するフレーム５と、フレーム５をロボットアームの先端に取り付けるためのオートツールチェンジャ（ＡＴＣ）６と、使用位置の吸着ノズル２に負圧を供給するためのエア接続部７とを備える。
ワーク取出装置１は、ロボットアームの動作を制御するロボット制御装置と接続され、ノズルヘッド３および駆動部４の後述の動作は、ロボットアームの動作と同期してロボット制御装置によって制御される。

図１および図２に示されるように、使用位置の一の吸着ノズル２が鉛直方向に移動する。図１は、全ての吸着ノズル２が所定の待機位置に配置されている状態を示し、図２は、使用位置の一の吸着ノズルが所定の待機位置よりも下方の所定の吸着位置に配置されている状態を示している。待機位置は、吸着ノズル２がフレーム５の上板５ａと下板５ｂとの間に位置する、鉛直方向における所定の位置である。吸着位置は、吸着ノズル２がフレーム５よりも下方に突出する位置である。

フレーム５は、水平方向に見た側面視においてＣ字型またはＵ字型であり、鉛直方向に相互に間隔を空けて配置される上板５ａおよび下板５ｂと、上板５ａと下板５ｂとを接続する側板５ｃとを有する。ノズルヘッド３および駆動部４は、上板５ａと下板５ｂとの間に配置され、ＡＴＣ６は上板５ａの上面に固定されている。

ノズルヘッド３は、複数の吸着ノズル２を鉛直方向にそれぞれ支持するリボルバ（支持部）８と、リボルバ８を鉛直方向の回転軸線Ａ回りに回転させる回転駆動部９と、リボルバ８に支持された複数の吸着ノズル２を磁力によって吊り下げるための磁性部材１０とを備える。

図３に示されるように、吸着ノズル２は、円管状のパイプ２ａと、パイプ２ａの下端に接続された吸着部２ｂと、パイプ２ａの上端部に設けられた係合部（第１係合部）２ｃおよびエア接続部２ｄとを備える。
パイプ２ａは、ワークの磁化を防ぐために、アルミまたは樹脂等の非磁性体から形成されていてもよい。

吸着部２ｂの下端面には吸引口２ｅが開口しており、吸引口２ｅに供給される負圧によってワークが吸着部２ｂに吸着される。複数の吸着ノズル２の吸着部２ｂの寸法および形状は、相互に異なっている。例えば、図１および図２において、複数の吸着部２ｂは、吸着部２ｂの外径および吸引口２ｅの口径において、相互に異なっている。後述するように、吸着対象のワークの種類に応じて、使用される吸着部２ｂが選択される。例えば、ワークが細径のねじである場合、吸引口２ｅが小さい吸着部２ｂが選択され、ワークが太径のねじである場合、吸引口２ｅが大きい吸着部２ｂが選択される。

係合部２ｃおよびエア接続部２ｄは、パイプ２ａの径方向外側に設けられ、かつ、パイプ２ａに対して相互に同一側に設けられている。
係合部２ｃは、パイプ２ａの長手軸線に向かって該長手軸線に直交する方向に凹む凹部であり、エア接続部２ｄよりも上側に配置されている。例えば、係合部２ｃは、エア接続部２ｄと、エア接続部２ｄの上側に設けられた板状の部材２ｆとの間に形成されている。
エア接続部２ｄの下面には接続口２ｇが開口し、接続口２ｇは、エア接続部２ｄ、パイプ２ａおよび吸着部２ｂの内部を経由して吸引口２ｅと連通している。
吸着ノズル２の基端には、磁性部材１０に吸着する磁石２ｈが設けられている。

図４に示されるように、リボルバ８は、鉛直方向に配置される柱状の部材であり、シャフト１１を介して回転軸線Ａ回りに回転可能にフレーム５に支持されている。回転軸線Ａは、リボルバ８の中心軸線と一致する。具体的には、シャフト１１は、リボルバ８を回転軸線Ａに沿って貫通し、シャフト１１の下端部はフレーム５の下板５ｂに回転軸線Ａ回りに回転可能に支持され、シャフト１１の上端部は、フレーム５に固定された回転駆動部９と接続されている。符号８ｂは、シャフト１１が貫通する中央穴である。

また、リボルバ８は、リボルバ８を回転軸線Ａに平行な方向にそれぞれ貫通し複数の吸着ノズル２のパイプ２ａをそれぞれ収容する複数の溝８ａを有する。参照する図面において、リボルバ８は、８個の溝８ａを有し、８本の吸着ノズル２を支持している。複数の吸着ノズル２は、回転軸線Ａ回りの周方向に配列する複数の溝８ａによって相互に並列に支持される。

複数の溝８ａは、リボルバ８の外周部に設けられ、リボルバ８の外周面において開口し、係合部２ｃおよびエア接続部２ｄは、溝８ａの外側に配置される。これにより、吸着ノズル２は鉛直方向に移動可能に溝８ａに支持されている。また、係合部２ｃおよびエア接続部２ｄは、パイプ２ａおよびリボルバ８よりも水平方向外方に突出して配置される。

回転駆動部９は、例えばロータリアクチュエータである。回転駆動部９は、シャフト１１を回転軸線Ａ回りに回転させることによってリボルバ８をフレーム５に対して回転軸線Ａ回りに回転させる。リボルバ８の回転によって、複数の溝８ａおよび該複数の溝８ａに支持される複数の吸着ノズル２が回転軸線Ａ回りに回転移動し、複数の吸着ノズル２が所定の使用位置に択一的に配置される。すなわち、所定の使用位置は、回転軸線Ａ回りの円周上の１か所である。図１および図２において、左端の吸着ノズル２の位置が、所定の使用位置である。

磁性部材１０は、リボルバ８の上方に水平に配置されフレーム５に固定された板状の部材であり、鉄等の磁性金属から形成されている。磁性部材１０は、所定の待機位置の複数の吸着ノズル２の磁石２ｈが磁性部材１０に吸着する位置に、配置されている。磁石２ｈと磁性部材１０との間の磁気吸引力によって、溝８ａ内の吸着ノズル２は吊り下げられ自重に抗して待機位置に保持される。リボルバ８の回転中に各磁石２ｈの磁性部材１０との吸着が維持されるように、磁性部材１０は、回転軸線Ａ回りの全周にわたって配置されている。

駆動部４は、所定の使用位置に配置された一の吸着ノズル２をフレーム５に対して鉛直方向に移動させ、一の吸着ノズル２を待機位置と吸着位置との間で昇降させる。
具体的には、駆動部４は、鉛直方向に延びるロッド４ａと、ロッド４ａに沿って移動するシリンダ本体４ｂとを有するエアシリンダ（直動機構）を有する。ロッド４ａの両端は、上板５ａおよび下板５ｂに固定されている。シリンダ本体４ｂは、エア源（図示略）と接続され、エア源からのエアの供給によって所定の上位置（図１参照。）から所定の下位置（図２参照。）へ下降する。また、シリンダ本体４ｂは、エアの排出によって下位置から上位置へ上昇する。

また、駆動部４は、シリンダ本体４ｂに固定され、係合部２ｃに係合可能な係合部（第２係合部）４ｃを有する。係合部４ｃは、シリンダ本体４ｂからノズルヘッド３に向かって水平方向に突出する片持ち板状である。凹部からなる係合部２ｃ内に係合部４ｃが嵌ることによって係合部４ｃと係合部２ｃとが上下両方向に係合し、これにより、シリンダ本体４ｂは、使用位置の一の吸着ノズル２と上方向および下方向に一体的に移動可能に連結される。
ここで、係合部２ｃは回転軸線Ａ回りの周方向の両側において開口しており、これにより、リボルバ８の回転による係合部２ｃの周方向の回転移動によって係合部２ｃが係合部４ｃと係合するようになっている。

上位置から下位置へのシリンダ本体４ｂの下降によって、使用位置の吸着ノズル２の磁石２ｈは磁性部材１０から引き離され、使用位置の吸着ノズル２は待機位置から吸着位置へ下降する。使用位置の吸着ノズル２の待機位置と吸着位置との間の移動を許容するために、下板５ｂには、使用位置の吸着ノズル２が貫通する穴５ｄが形成されている。吸着位置の吸着ノズル２の姿勢が安定するように、吸着位置の吸着ノズル２は、溝８ａの下端部の内面と穴５ｄの内面とによって２箇所で支持されることが好ましい。
また、下位置から上位置へのシリンダ本体４ｂの上昇によって、使用位置の吸着ノズル２は吸着位置から待機位置へ上昇する。

エア接続部７は、下板５ｂの上面に固定され、使用位置の吸着ノズル２と駆動部４との間に配置されている。エア接続部７の上面には接続口７ａが開口し、接続口７ａは、吸着位置に配置された吸着ノズル２の接続口２ｇと接続される。エア接続部７は配管１２を経由して真空ポンプのような負圧源（図示略）と接続され、負圧源が発生する負圧が、配管１２、エア接続部７および接続口７ａを経由して接続口２ｇに印加され、さらに、接続口２ｇから吸引口２ｅに印加される。

次に、ワーク取出装置１の作用について説明する。
ワーク取出装置１は、ＡＴＣ６においてロボットアームの先端に接続され、ロボットアームの動作によって取出位置と搬送位置との間で移動する。取出位置には、例えば、箱内にバラ積みされた多数のワークが配置されている。

まず、ワークの種類に応じた吸着部２ｂを有する吸着ノズル２が選択され、選択された吸着ノズル２がリボルバ８の回転によって使用位置に配置される。このときに、選択された吸着ノズル２の使用位置への回転移動によって、選択された吸着ノズル２の係合部２ｃが係合部４ｃと係合し、選択された吸着ノズル２がシリンダ本体４ｂと連結される。

次に、ワーク取出装置１は、ロボットアームの動作によって取出位置に位置決めされる。
次に、シリンダ本体４ｂの下降によって、使用位置の吸着ノズル２が待機位置から吸着位置へ下降し、吸着部２ｂがワークの近傍に配置されると共にエア接続部２ｄがエア接続部７と接続される。

次に、負圧源から配管１２を経由してエア接続部７に負圧が印加され、さらに、エア接続部７からエア接続部２ｄを経由して吸引口２ｅに負圧が印加される。これにより、吸引口２ｅの近傍の一のワークが吸着部２ｂに吸着され、一のワークが吸着位置の吸着ノズル２によって保持される。

次に、ワーク取出装置１は、ロボットアームの動作によって取出位置から搬送位置へ移動させられる。搬送位置において、エア接続部７への負圧の印加が停止され、一のワークの吸着が解除され、開放された一のワークが搬送位置に載置される。
次に、ワーク取出装置１は、ロボットアームの動作によって搬送位置から取出位置へ移動させられ、取出位置に位置決めされる。以下、同じ動作を繰り返す。

搬送するワークの種類が変更されたとき、ワークの吸着に使用する吸着ノズル２が変更される。具体的には、シリンダ本体４ｂの上昇によって使用位置の吸着ノズル２が吸着位置から待機位置へ上昇する。使用位置の吸着ノズル２は、磁石２ｈが磁性部材１０に吸着することによって吊り下げられ待機位置に保持される。次に、リボルバ８の回転によって、新たに選択された吸着ノズル２が使用位置に配置される。

このように、本実施形態によれば、相互に異なる吸着部２ｂを有する複数の吸着ノズル２がリボルバ８に支持され、ワークの吸着に使用する吸着部２ｂをリボルバ８の回転によって変更することができる。したがって、１つのワーク取出装置１によって多種のワークを保持して搬送することができ、ワークの種類毎にハンド装置としてのワーク取出装置を用意する必要が無い。
また、リボルバ８を回転させるだけの簡単な機構によって、ワークの吸着に使用する吸着ノズル２を変更することができる。

また、複数の吸着ノズル２が択一的に使用位置に配置され、駆動部４が使用位置の吸着ノズル２を昇降させるように構成されている。したがって、駆動部４は、吸着ノズル２の数に関わらず１つのみで足りる。すなわち、より多くの種類のワークに対応するために吸着ノズル２の数を増やしたとしても駆動部４は１つのみであるので、ワーク取出装置１のサイズおよび重量の増加を抑制することができる。その結果、小型かつ軽量の産業用ロボットによって搬送可能な小型かつ軽量のワーク取出装置１を実現することができ、また、ワーク取出装置１の周囲の物体との干渉の増加を防止することができる。

上記実施形態において、磁石２ｈが、吸着ノズル２の上端に設けられていることとしたが、これに代えて、吸着ノズル２の他の位置に設けられていてもよい。例えば、磁石２ｈがパイプ２ａの外周面に固定され、磁性部材１０が溝８ａの内面に固定されていてもよい。

上記実施形態において、ノズルヘッド３が、複数の吸着ノズル２を自重に抗して待機位置に保持するために磁性部材１０を有することとしたが、これに代えて、図５および図６に示されるように、フレーム５に固定された略Ｃ字状の吊り下げ部材１３を有していてもよい。吊り下げ部材１３は、例えば、平坦な板状の部材である。

吊り下げ部材１３は、リボルバ８の周囲に回転軸線Ａと同軸に配置され、使用位置に対応する部分を除く全周にわたって延びる部分環状である。各吸着ノズル２には、パイプ２ａおよびリボルバ８よりも水平方向外方に突出し吊り下げ部材１３の上面に引っ掛かるフック部が設けられている。例えば、フック部は、係合部２ｃの上に配置された片持ち板状の部材２ｆである。吊り下げ部材１３は、リボルバ８の上端の近傍に配置され、使用位置の一の吸着ノズル２を除く、待機位置の他の吸着ノズル２のフック部２ｆが吊り下げ部材１３の上面に引っ掛かる。これにより、他の吸着ノズル２が吊り下げられ待機位置に保持される。

シリンダ本体４ｂが上位置に配置されているとき、吊り下げ部材１３の使用位置に対応する部分の開口部１３ａには係合部４ｃが配置される。使用位置の吸着ノズル２は、フック部２ｆが係合部４ｃの上面に引っ掛かることによって、吊り下げられる。
リボルバ８の回転中、使用位置以外の位置において、フック部２ｆの吊り下げ部材１３との引っ掛かりが維持される。使用位置において、フック部２ｆの吊り下げ部材１３との引っ掛かりが解除され、その代わりにフック部２ｆが係合部４ｃに引っ掛かる。

上記実施形態において、支持部８の回転によって複数の吸着ノズル２が使用位置に択一的に配置されることとしたが、これに代えて、回転以外の支持部の移動によって複数の吸着ノズル２が使用位置に択一的に配置されるように構成されていてもよい。
例えば、支持部が、水平方向に一列に複数の吸着ノズル２を支持し、支持部の水平方向の直線移動によって、複数の吸着ノズル２が使用位置に択一的に配置されてもよい。

上記実施形態において、駆動部４が、直動機構としてエアシリンダを有することとしたが、これに代えて、電動シリンダ等の他の種類の直動機構を有していてもよい。
上記実施形態において、吸着ノズル２が、負圧によってワークを吸着することとしたが、これに代えて、磁力によってワークを吸着してもよい。この場合、吸着部２ｂの下面に磁石が設けられていてもよい。

１ワーク取出装置
２吸着ノズル
２ａパイプ
２ｂ吸着部
２ｃ第１係合部
２ｅ吸引口
２ｆフック部
２ｇ接続口
２ｈ磁石
３ノズルヘッド
４駆動部
４ａロッド、エアシリンダ、直動機構
４ｂシリンダ本体、エアシリンダ、直動機構
４ｃ第２係合部
５フレーム
７エア接続部
８リボルバ（支持部）
８ａ溝
１０磁性部材
１３吊り下げ部材
Ａ回転軸線

Claims

ワークを吸着する吸着部をそれぞれ有する複数の吸着ノズルと、搬送装置に取り付けられるフレームと、前記複数の吸着ノズルを支持すると共に前記フレームに移動可能に支持された支持部とを有し、該支持部を前記フレームに対して移動させることによって前記複数の吸着ノズルを所定の使用位置に択一的に配置するノズルヘッドと、
前記所定の使用位置に配置された一の前記吸着ノズルを前記フレームに対して移動させ、前記一の吸着ノズルを前記吸着部によって前記ワークを吸着する所定の吸着位置へ移動させる駆動部と、を備えるワーク取出装置。
前記支持部が、鉛直方向の回転軸線回りに前記フレームに対して回転可能であるリボルバである、請求項１に記載のワーク取出装置。
前記リボルバが、前記鉛直方向に移動可能に前記複数の吸着ノズルを支持し、各前記吸着ノズルの下端に前記吸着部が設けられ、
前記駆動部が、前記鉛直方向における所定の待機位置と該所定の待機位置よりも下方の前記所定の吸着位置との間で、前記一の吸着ノズルを前記鉛直方向に移動させる、請求項２に記載のワーク取出装置。
前記複数の吸着ノズルの各々に磁石が設けられ、
前記ノズルヘッドは、前記磁石が吸着する磁性部材を有し、
該磁性部材は、前記所定の待機位置の前記複数の吸着ノズルの磁石が前記磁性部材に吸着する位置に、配置されている、請求項３に記載のワーク取出装置。
前記複数の吸着ノズルの各々に、前記回転軸線に直交する径方向に突出するフック部が設けられ、
前記ノズルヘッドが、前記回転軸線と同軸に配置され、前記所定の使用位置に対応する部分を除く全周にわたって延びる部分環状の吊り下げ部材を有し、
該吊り下げ部材は、前記一の吸着ノズルを除く、前記所定の待機位置の他の前記吸着ノズルの前記フック部が前記吊り下げ部材の上面に引っ掛かる位置に、配置されている、請求項３に記載のワーク取出装置。
各前記吸着ノズルに、前記回転軸線に直交する径方向の外方に突出する第１係合部が設けられ、
前記駆動部が、前記所定の使用位置の前記一の吸着ノズルの前記第１係合部と上下両方向に係合する第２係合部と、該第２係合部を前記鉛直方向に移動させる直動機構とを有し、
前記リボルバの回転による前記第１係合部の前記回転軸線回りの周方向の移動によって前記第１係合部が前記第２係合部と係合する、請求項３から請求項５のいずれかに記載のワーク取出装置。
前記吸着ノズルが、前記吸着部に設けられた吸引口と、該吸引口と連通する接続口とを有し、
前記所定の吸着位置に配置された前記一の吸着ノズルの前記接続口と接続されるエア接続部を備え、該エア接続部を経由して前記接続口に負圧が印加される、請求項１から請求項６のいずれかに記載のワーク取出装置。