JP2022072445A

JP2022072445A - ロボットハンド

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Publication number: JP2022072445A
Application number: JP2020181886A
Authority: JP
Inventors: 秀樹荻野; Hideki Ogino; 瞳難波; Hitomi Namba
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2040-10-29
Also published as: JP7121787B2

Abstract

【課題】ロボットアームの動作の制約を従来よりも少なくする。【解決手段】ロボットアームのヘッドに取り付けられて使用されるロボットハンド３０は、バッテリ３４と、ロボットアームの周辺に設置された送電部から無線で送電される電力を受電し、バッテリ３４の充電を行うワイヤレス充電ユニット４０と、バッテリ３４から電力を供給され、ロボットアームの周辺に設置された制御装置との間で無線通信を行う通信ユニット３８と、バッテリ３４から電力を供給され、通信ユニット３８を介して制御装置と通信するコントローラ４２と、バッテリ３４から電力を供給され且つコントローラ４２によって作動を制御されるモータ５６を有するハンド部５０とを備えている。ハンド部５０は、ワークを保持する保持状態と当該保持を解除する保持解除状態とにモータ５６の駆動力を用いて切り替えられる。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットハンドに関する。

下記特許文献１には、ロボットアームにより移動されるワイヤレスバルブマニホールドが開示されている。このワイヤレスバルブマニホールドは、複数の流体圧シリンダと、複数の流体圧シリンダへの圧力流体の供給及び排出を切り換える複数の電磁弁と、複数の電磁弁に電力を供給可能なバッテリと、バッテリに接続され、ワイヤレスバルブマニホールドの給電ステーションから無線電力伝送によりバッテリに電力を充電する受電コントロール部と、を有している。これにより、ロボットアームの安定的な移動と、ワイヤレスバルブマニホールドの継続的な動作とを実現するようにしている。

特開２０２０－４３６４６号公報

上記の先行技術文献には、圧力流体の供給源（例えば、コンプレッサー）については記載されていないが、当該供給源と複数の電磁弁とを配管で繋ぐ必要がある。その配管がロボットアーム側からワイヤレスバルブマニホールド側へ配索されることになるため、その配管によってロボットアームの動作に制約（例えば、動作範囲や動作速度の制限）が生じる。

本発明は上記事実を考慮し、ロボットアームの動作の制約を従来よりも少なくすることができるロボットハンドを得ることを目的とする。

請求項１に記載の発明に係るロボットハンドは、ロボットアームのヘッドに取り付けられて使用されるロボットハンドであって、バッテリと、前記ロボットアームの周辺に設置された送電部から無線で送電される電力を受電し、前記バッテリの充電を行う受電部と、前記バッテリから電力を供給され、前記ロボットアームの周辺に設置された制御装置との間で無線通信を行う通信ユニットと、前記バッテリから電力を供給され、前記通信ユニットを介して前記制御装置と通信するコントローラと、前記バッテリから電力を供給され且つ前記コントローラによって作動を制御されるモータを有し、ワークを保持する保持状態と前記保持を解除する保持解除状態とに前記モータの駆動力を用いて切り替えられるハンド部と、を備えている。

請求項１に記載のロボットハンドは、バッテリと、受電部と、通信ユニットと、コントローラと、ハンド部とを備えており、ロボットアームのヘッドに取り付けられて使用される。受電部は、ロボットアームの周辺に設置された送電部から無線で送電される電力を受電し、バッテリの充電を行う。通信ユニットは、バッテリから電力を供給され、ロボットアームの周辺に設置された制御装置との間で無線通信を行う。コントローラは、バッテリから電力を供給され、通信ユニットを介して上記の制御装置と通信する。ハンド部は、バッテリから電力を供給され且つコントローラによって作動を制御されるモータを有している。このハンド部は、ワークを保持する保持状態と当該保持を解除する保持解除状態とにモータの駆動力を用いて切り替えられる。このロボットハンドでは、ロボットアーム側から配線や配管を配索する必要がない。これにより、ロボットアームの動作の制約を従来よりも少なくすることができる。

請求項２に記載の発明に係るロボットハンドは、請求項１に記載のロボットハンドにおいて、前記バッテリと前記モータとの間に接続され、前記バッテリから前記モータに供給される電力を安定させるコンバータを備えている。

請求項２に記載のロボットハンドでは、バッテリとハンド部のモータとの間に接続されたコンバータが、バッテリからモータに供給される電力を安定させる。これにより、バッテリの電圧変動の影響を受けずに、モータすなわちハンド部を動作させることができる。

請求項３に記載の発明に係るロボットハンドは、請求項１又は請求項２に記載のロボットハンドにおいて、前記ハンド部は、前記モータの駆動力により第１位置と第２位置との間で往復移動する移動部材と、前記移動部材に取り付けられ、前記移動部材が第１位置に位置する状態では、磁性体を含んだワークを吸着可能な永久磁石と、前記移動部材が前記第１位置から前記第２位置へと移動する際に、前記永久磁石に吸着されているワークと係合し、前記永久磁石から前記ワークを脱落させる係合部材と、を有している。

請求項３に記載のロボットハンドでは、ハンド部は、モータの他、移動部材と、永久磁石と、係合部材とを有している。移動部材は、モータの駆動力により第１位置と第２位置との間で往復移動する。永久磁石は、移動部材に取り付けられる。この永久磁石は、移動部材が第１位置に位置する状態では、磁性体を含んだワークを吸着可能となる。係合部材は、移動部材が第１位置から第２位置へと移動する際に、永久磁石に吸着されているワークと係合し、永久磁石からワークを脱落させる。これにより、鉄等からなるワークの保持及び保持解除を、簡素な構成で行うことができる。

請求項４に記載の発明に係るロボットハンドは、請求項１～請求項３の何れか１項に記載のロボットハンドにおいて、前記バッテリから前記通信ユニットへの電力の供給を遮断するスイッチを備えている。

請求項４に記載のロボットハンドでは、例えばハンド部の動作を必要としない待機時間が長い場合、上記のスイッチにより、バッテリから通信ユニットへの電力の供給を遮断することができる。これにより、通信のために必要な電力によって、ハンド部の動作時間が短くなることを抑制できる。

請求項５に記載の発明に係るロボットハンドは、請求項４に記載のロボットハンドにおいて、前記スイッチは、操作部が変位されることでオン／オフ状態が切り替わる機械式スイッチである。

請求項５に記載のロボットハンドでは、例えばロボットアームの動作により、機械スイッチの操作部をロボットアームの周辺物に当てて変位させることにより、機械式スイッチのオン／オフ状態を切り替えることができる。このため、ロボットアームの動作により、バッテリから通信ユニットへの電力の供給及び遮断を切り替えることができる。

以上説明したように、本発明に係るロボットハンドによれば、ロボットアームの動作の制約を従来よりも少なくすることができる。

実施形態に係るロボットハンドが取り付けられたロボットアームと、ワークの仮置台を示す斜視図である。実施形態に係るロボットハンドの第１斜視図である。実施形態に係るロボットハンドの第２斜視図である。実施形態に係るロボットハンドの第３斜視図である。実施形態に係るロボットハンドの第４斜視図である。実施形態に係るロボットハンドのハンド部周辺の構成を示す斜視図であり、移動部材が第１位置に位置する状態を示す図である。移動部材が第２位置に位置する状態を示す図６に対応した斜視図である。移動部材が第１位置に位置する状態を示す側面図である。移動部材が第２位置に位置する状態を示す側面図である。ワークの端面図である。仮置台にワークが仮置きされた状態を示す斜視図である。仮置状態のワークに対するロボットハンドのピッキング方向の第１例を示す斜視図である。仮置状態のワークに対するロボットハンドのピッキング方向の第２例を示す斜視図である。仮置状態のワークに対するロボットハンドのピッキング方向の第３例を示す斜視図である。仮置状態のワークに対するロボットハンドのピッキング方向の第４例を示す斜視図である。仮置状態のワークに対するロボットハンドのピッキング方向の第５例を示す斜視図である。仮置状態のワークに対するロボットハンドのピッキング方向の第６例を示す斜視図である。比較例を示す斜視図であり、従来のロボットハンドに対するワークの保持方向を変更するために用いられる専用装置の一例について説明するための図である。

以下、図１～図１６を参照して、本発明の一実施形態に係るロボットハンド３０について説明する。なお、各図においては、図面を見易くする関係から一部の符号を省略している場合がある。

図１に示されるように、本実施形態に係るロボットハンド３０は、ロボットアーム１０のヘッド１０Ａに取り付けられて使用される。このロボットアーム１０は、一例として、６軸の垂直多関節型ロボットとされている。このロボットアーム１０は、例えば工場での製品の組立工程において、小物部品の組付作業を行うものである。この組付作業では、例えばロボットアーム１０は、搬送コンベアによって搬送されてくる小物部品（ワーク）をロボットハンド３０によってピックアップし、製造途中の製品に組み付ける。このロボットアーム１０は、図１に示される制御装置１２によって動作を制御される構成になっている。この制御装置１２は、ロボットアーム１０とは別体に構成されており、ロボットアーム１０の周辺に設置されている。なお、図１において２０は、トライアル用のワークＷを仮置きするためのトライアル用仮置台である。上記のワークＷは、鉄などの磁性体によって長尺な直方体状に形成されている。

図２～図５に示されるように、ロボットハンド３０は、蓄電池であるバッテリ３４と、無線機器である通信ユニット３８と、受電部であるワイヤレス充電ユニット４０と、制御部であるコントローラ４２と、部品保持部であるハンド部５０と、電力安定化回路であるコンバータ４４とを備えている。さらに、このロボットハンド３０は、上記のバッテリ３４、ワイヤレス充電ユニット４０、通信ユニット３８、コントローラ４２、コンバータ４４及びハンド部５０が取り付けられたベース部３２を備えている。以下、説明の便宜上、図２～図８Ｂに記す前後左右上下の方向を、ロボットハンド３０の前後左右上下の方向とする。これらの方向は、ロボットハンド３０の使用状態での方向とは無関係である。また、以下に記載するロボットハンド３０の構成は単なる一例であり、各部材の配置等は適宜変更可能である。

ベース部３２は、例えば金属板によって矩形板状に形成されている。このベース部３２は、ロボットアーム１０の第６軸の軸線方向を板厚方向として配置されており、上面の中央部がボルト締結等の手段でロボットアーム１０のヘッド１０Ａに固定されている。ロボットアーム１０の第６軸の軸線方向は、ロボットハンド３０の上下方向と一致している。

バッテリ３４は、例えばリチウムイオン二次電池であり、ロボットアーム１０のヘッド１０Ａに対する右方側に配置されている。このバッテリ３４は、ワンタッチで着脱可能なアタッチメント（図示省略）を介してベース部３２の上面に取り付けられている。このバッテリ３４は、前後方向を長手とし且つ上下方向に扁平な直方体状をなしている。バッテリ３４に対する右方側には、バッテリ取外しレバー３６が設けられている。この取外しレバー３６が操作されることで、バッテリ３４がベース部３２から取外し可能となるように構成されている。

通信ユニット３８は、ロボットアーム１０のヘッド１０Ａに対する左方側でベース部３２の上面に取り付けられている。通信ユニット３８は、前後方向を長手とし且つ上下方向に扁平な直方体状をなしており、ボルト締結等の手段でベース部３２に固定されている。この通信ユニット３８は、ロボットアーム１０の制御装置１２と無線で通信を行うことが可能な無線機器である。この通信には、例えばデバイスネット、イーサーネット、ＣＣリンク（Ｃｏｎｔｒｏｌ＆ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＬｉｎｋ）等のネットワークが用いられる。この通信ユニット３８は、バッテリ３４に対して電気的に接続されており、バッテリ３４から電力を供給されて作動する。

なお、バッテリ３４から通信ユニット３８への電力の供給を遮断するスイッチ４６（図２参照；図２以外では図示省略）を設ける構成にしてもよい。このスイッチ４６は、一例として回動式の操作部４６Ａを有しており、当該操作部が回動（変位）されることでオン／オフ状態が切り替わる機械式スイッチとされている。このスイッチ４６は、例えばビス止め等の手段でベース部３２に固定されており、バッテリ３４と通信ユニット３８との間に電気的に接続されている。このスイッチ４６がオンの状態では、バッテリ３４から通信ユニット３８へ電力が供給され、このスイッチ４６がオフの状態では、バッテリ３４から通信ユニット３８へ電力が遮断される。このスイッチ４６のオン／オフ状態は、例えば上記の操作部４６Ａがロボットアーム１０の動作によってロボットアーム１０の周辺物に当てられて回動されることにより切り替えられる。

ワイヤレス充電ユニット４０は、全体として直方体状をなしており、通信ユニット３８に対する後方側に配置されている。このワイヤレス充電ユニット４０は、例えばブラケットを介してベース部３２に固定されており、バッテリ３４に対して電気的に接続されている。このワイヤレス充電ユニット４０は、ロボットアーム１０の周辺に設置された送電部１４（図１参照）から無線で送電される電力を受電し、バッテリ３４の充電を行うものである。この無線電力伝送の方式としては、例えば、磁界結合式、電解結合式、エバネセント波式、レーザ式、マイクロ波式又は超音波式とされている。

上記の送電部１４は、給電ステーションの給電部を構成しており、ＡＣ電源１６（図１参照）から供給される電力を、無線電力伝送によりワイヤレス充電ユニット４０に送電する。なお、図１では、制御装置１２、ＡＣ電源１６及び送電部１４を概略的に記載している。この送電部１４は、ロボットアーム１０の待機位置付近に設置されている。ロボットアーム１０が待機位置に復帰すると、ロボットハンド３０のワイヤレス充電ユニット４０が送電部１４と対向し、上記の無線電力伝送が行われる。これにより、ロボットアーム１０の待機状態では、バッテリ３４が充電されるように構成されている。

コントローラ４２は、前後方向に長尺で且つ左右方向に扁平な直方体状をなしており、ベース部３２を介して通信ユニット３８と反対側に配置されている。このコントローラ４２は、ボルト締結等の手段でベース部３２の下面に固定されている。このコントローラ４２は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ストレージ、通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）及び入出力Ｉ／Ｆを含んで構成されている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ストレージ、通信Ｉ／Ｆ及び入出力Ｉ／Ｆは、バスを介して相互に通信可能に接続されている。

ＣＰＵは、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵは、ＲＯＭからプログラムを読み出し、ＲＡＭを作業領域としてプログラムを実行する。本実施形態では、ＲＯＭにプログラム及び各種データが記憶されている。ＲＡＭは、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージは、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラムを記憶している。通信Ｉ／Ｆには、通信ユニット３８が電気的に接続されている。入出力Ｉ／Ｆには、バッテリ３４、通信ユニット３８、及びハンド部５０が有する電動シリンダ５２が電気的に接続されている。

このコントローラ４２は、バッテリ３４から電力を供給されて作動し、通信ユニット３８を介して制御装置１２と通信する。このコントローラ４２は、制御装置１２から送信される制御信号に基づき、電動シリンダ５２の作動を制御する。

コンバータ４４は、電動シリンダ５２が有するモータ５６とバッテリ３４との間に電気的に接続されている。このコンバータ４４は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、バッテリ３４からモータ５６に供給される電力を安定させる機能を有している。具体的には、このコンバータ４４は、バッテリ３４から入力される電力を一定の電圧で出力し、モータ５６に供給する。

図２～図８Ｂに示されるように、ハンド部５０は、上記の電動シリンダ５２の他、支持部材６２と、移動部材７８と、永久磁石８４とを有している。電動シリンダ５２は、一例として、ステッピングモータであるモータ５６にボールねじ５８（図４参照）が組み込まれた直動アクチュエータであり、ガイド付きロッドタイプとされている。この電動シリンダ５２は、ベース部３２の下側すなわちベース部３２を介してロボットアーム１０のヘッド１０Ａとは反対側において、ボールねじ５８の軸線方向が上下方向に沿う姿勢で配置されている。ボールねじ５８は、電動シリンダ５２のシリンダ本体５４から上方へ向けて突出しており、モータ５６の駆動力で上下方向に往復移動する。このボールねじ５８の先端には、ガイド６０が連結されており、当該ガイド６０がボールねじ５８と一緒に上下方向に往復移動する。この電動シリンダ５２は、支持部材６２を介してベース部３２に支持されている。

支持部材６２は、一例として、一対の基端側ロッド６４と、基端側プレート６６と、一対のメインロッド６８と、係合部材としての先端側プレート７０と、シリンダ取付プレート７４とによって構成されている。一対の基端側ロッド６４、基端側プレート６６、一対のメインロッド６８、先端側プレート７０、及びシリンダ取付プレート７４は、例えば金属材料によって構成されている。

一対の基端側ロッド６４は、ベース部３２の下面から下方側へ突出している。これらの基端側ロッド６４は、円柱状に形成されており、上下方向を軸線方向とし且つ前後方向に平行に並んで配置されている。これらの基端側ロッド６４は、例えば溶接等の手段でベース部３２に固定されている。

基端側プレート６６は、前後方向を長手とし且つ上下方向を板厚方向とする長尺な板状に形成されており、一対の基端側ロッド６４の下方側に配置されている。基端側プレート６６の長手方向両端部は、例えば溶接等の手段により、一対の基端側ロッド６４の下端部に固定されている。

一対のメインロッド６８は、基端側プレート６６の長手方向中間部の下面から下方側へ突出している。これらのメインロッド６８は、例えば金属材料によって長尺な円柱状に形成されており、上下方向を軸線方向とし且つ前後方向に平行に並んで配置されており、例えば溶接等の手段で基端側プレート６６に固定されている。

先端側プレート７０は、前後方向を長手とし且つ上下方向を板厚方向とする長尺な板状をなす板状部７０Ａと、板状部７０Ａの下面から下方側へ突出した一対の突出部７０Ｂとによって構成されており、一対のメインロッド６８の下方側に配置されている。板状部７０Ａの長手方向両端部は、例えば溶接等の手段により、一対のメインロッド６８の下端部に固定されている。一対の突出部７０Ｂは、上下方向を長手方向とする直方体状をなしている。これらの突出部７０Ｂは、板状部７０Ａの長手方向中間部の下面から下方側へ突出し、互いに前後方向に間隔をあけて並んでいる。この先端側プレート７０には、板状部７０Ａ及び一対の突出部７０Ｂを上下方向に貫通した一対の貫通孔７２が形成されている。一対の貫通孔７２は、上下方向から見て円形状をなしており、前後方向に平行に並んで配置されている。

シリンダ取付プレート７４は、上下方向を長手方向とし且つ左右方向を板厚方向とする長尺板状に形成されており、先端側プレート７０の板状部７０Ａに対する上方側に配置されている。このシリンダ取付プレート７４は、板状部７０Ａにおける左右方向（幅方向）の中央部に対して左方側にずれて配置されている。シリンダ取付プレート７４の下端部は、例えば溶接等の手段で板状部７０Ａに固定されている。このシリンダ取付プレート７４には、軽量化のために一対の軽減孔７６（図６及び図７以外では図示省略）が上下方向に並んで形成されている。

このシリンダ取付プレート７４の左方側には、前述した電動シリンダ５２のシリンダ本体５４が配置されている。シリンダ本体５４は、ボルト締結等の手段でシリンダ取付プレート７４に固定されている。これにより、電動シリンダ５２が支持部材６２を介してベース部３２に支持されている。この電動シリンダ５２のガイド６０には、移動部材７８が取り付けられている。

移動部材７８は、一例として、連結プレート８０と、一対の移動ロッド８２とによって構成されている。連結プレート８０及び一対の移動ロッド８２は、例えば金属材料によって構成されている。連結プレート８０は、上下方向を板厚方向とする矩形板状に形成されている。この連結プレート８０の一端側は、ガイド６０の上面に重ね合わされており、ボルト締結等の手段でガイド６０に固定されている。

一対の移動ロッド８２は、連結プレート８０の他端側の下方側に配置されている。一対の移動ロッド８２は、上下方向を軸線方向とする長尺な円柱状に形成され、前後方向に平行に並んで配置されている。一対の移動ロッド８２の上端部は、例えば溶接等の手段で連結プレート８０に固定されている。一対の移動ロッド８２の下端部は、前述した先端側プレート７０の一対の貫通孔７２内に挿入されている。これらの移動ロッド８２を有する移動部材７８は、電動シリンダ５２の駆動力（すなわちステッピングモータ５６の駆動力）によって、図６及び図８Ａに示される第１位置と、図７及び図８Ｂに示される第２位置との間で往復移動される。

図６～図８Ｂに示されるように、一対の永久磁石８４は、上下方向を軸線方向とする円柱状に形成されており、一対の移動ロッド８２の下方側にそれぞれ配置されている。一対の永久磁石８４は、一対の移動ロッド８２と同軸的に配置されており、例えば皿小ねじまたはビス等の手段で一対の移動ロッド８２の下端部に固定されている。これらの移動ロッド８２を有する移動部材７８が第１位置に位置する状態では、図６及び図８Ａに示されるように、一対の永久磁石８４の下面が先端側プレート７０の一対の突出部７０Ｂの下面と略同一面上に配置される。この状態では、図８Ａに示されるように、磁性体を含んだワークＷを一対の永久磁石８４に吸着可能となる。この状態は、ハンド部５０にワークＷが保持された保持状態である。

上記の保持状態から移動部材７８が図７及び図８Ｂに示される第２位置へ移動されると、一対の永久磁石８４が一対の突出部７０Ｂよりも上方側へ変位する。この際には、一対の突出部７０Ｂの下面にワークＷが係合し、一対の永久磁石８４からワークＷが脱落するようになっている（図８Ｂ参照）。このように移動部材７８が第２位置に位置する状態は、上記の保持を解除する保持解除状態である。つまり、上記構成のハンド部５０は、ワークＷを保持する保持状態と当該保持を解除する保持解除状態とにモータ５６の駆動力を用いて切り替えられる構成になっている。

（作用及び効果）
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

上記構成のロボットハンド３０は、バッテリ３４と、ワイヤレス充電ユニット４０と、通信ユニット３８と、コントローラ４２と、ハンド部５０とを備えており、ロボットアーム１０のヘッド１０Ａに取り付けられて使用される。ワイヤレス充電ユニット４０は、ロボットアーム１０の周辺に設置された送電部１４から無線で送電される電力を受電し、バッテリ３４の充電を行う。通信ユニット３８は、バッテリ３４から電力を供給され、ロボットアーム１０の周辺に設置された制御装置１２との間で無線通信を行う。コントローラ４２は、バッテリ３４から電力を供給され、通信ユニット３８を介して制御装置１２と通信する。ハンド部５０は、バッテリ３４から電力を供給され、コントローラ４２によって作動を制御されるモータ５６を有している。このハンド部５０は、ワークＷを保持する保持状態と当該保持を解除する保持解除状態とにモータ５６の駆動力を用いて切り替えられる。このロボットハンド３０では、ロボットアーム１０側から配線や配管を配索する必要がない。これにより、ロボットアーム１０の動作の制約を従来よりも少なくすることができる。その結果、例えばワークＷの組付作業を行う製造現場の設備を簡素化することが可能となる。

上記の効果について、図９～図１７を用いて補足説明する。本実施形態では、ロボットハンド３０によって保持されるワークＷが組付方向の方向性を持っている。このワークＷは、一例として、図９に示されるＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つの面を有している。このワークＷを製品に組み付ける際には、上記４つの面を図９に示される方向に向ける必要がある。

実際の製造現場では、上記のようなワークＷが搬送コンベアによってロボットアーム１０の近くに搬送され、ロボットアーム１０によって保持（ピッキング）される場合がある。その場合、搬送コンベア上のワークＷは不規則に置かれており、向きが揃っていないため、ロボットアーム１０によってワークＷを保持した後でワークＷの向きを変更する必要が生じる。

この点、例えば図１７に示される比較例のように、ロボットアーム１００側からロボットハンド１０２側へエア配管１０４が配索される構成では、ロボットアーム１００の動作に制約が生じるため、ワークＷの向き変更をロボットアーム１００によって行うことが困難である。このため、この比較例では、ワークＷの向き変更するための専用装置１０６をロボットアーム１０の周辺に設置し、当該専用装置１０６でワークＷの向きを変更する。

具体的には、上記の比較例では、ホッパ１０７から搬送コンベア１０８上に落下し、当該搬送コンベア１０８によって搬送されてくるワークＷを、ロボットアーム１００のロボットハンド１０２でピックアップする。この際には、２次元カメラ１１０によって平面方向のワークＷの形状と向きが認識され、その情報がロボットアーム１０の座標系に転送され、ロボットアーム１０がロボットハンド３０によりワークＷをピッキング可能となる。ただし、ここでのピックアップにおいてもケーブルの制約のため、ピックアップできない条件も発生する。その後、ピックアップしたワークＷを向き検出用カメラ１１２で撮像し、その画像を認識することにより、ワークＷの形状と向き（姿勢）を確認する。確認したワークＷの向きが適切でない場合、上記の専用装置１０６にワークＷをセットし、当該専用装置１０６でワークＷの向きを変更する。その後、ワークＷを再度ロボットハンド１０２でピックアップし、図１７の矢印Ｓの方向に配置された図示しないセット治具にワークＷをセットする。この比較例では、上記のような専用装置１０６が必要となるため、製造設備が複雑になり、製造コストが増加する原因となる。

これに対し、本実施形態では、ロボットアーム１０の動作の制約が少なくなるため、ワークＷを仮置きするための簡素な仮置台（一例として、図１及び図１０～図１６に示される仮置台２０参照）があれば、ワークＷの向きを変更可能となり、製造設備が簡素になる。なお、図１及び図１０～図１６において矢印ＦＲ、矢印ＬＨ、矢印ＵＰは、ロボットアーム１０の前方、左方、上方をそれぞれ示している。

上記の仮置台２０は、ワークＷを仮置き可能な仮置部２２を有している。図１０に示されるように、ワークＷは、長手方向がロボットアーム１０の前後方向に沿う姿勢で仮置部２２に仮置きされる。この仮置部２２は、仮置きされたワークＷに対してロボットアーム１０の前後方向両側から係合する一対の係合部２２Ａを有している。一対の係合部２２Ａは、ロボットアーム１０の前後方向において対称な形状に形成されており、ロボットアーム１０の上下方向から見て互いに対向する側が開放されたコの字状をなしている。各係合部２２Ａにおける左右方向の両端部には、仮置きされたワークＷに対して左右方向両側から係合する係合片２２Ａ１が形成されている。なお、図１０以外では、係合部２２Ａ及び係合片２２Ａ１の符号を省略している。

上記の仮置部２２には、ロボットアーム１０の上方側からワークＷが仮置きされる。上記の仮置部２２に仮置きされたワークＷに対しては、図１１～図１６に示される６つの向きでロボットハンド３０を接近させることができ且つ永久磁石８４で保持することができる。なお、図１１と図１２とに示される状態、図１３と図１４とに示される状態、及び図１５と図１６とに示される状態では、それぞれロボットアーム１０の第６軸回りのロボットハンド３０の向きが１８０度反転している。図１１～図１６に示されるロボットアーム１０の動作は、上記比較例のようなエア配管１０４が省略されることで実現される。これにより、上記比較例のような専用装置１０６を用いずにワークＷの向きを変更可能となる。

しかも、本実施形態では、上記比較例のようなエア配管１０４が不要となることにより、ロボットハンド３０の高速動作が可能となり、ロボットアーム１０の性能を十分に発揮可能となる。また、エア配管１０４の巻き付きや切断などのトラブルを回避できるので、エア配管１０４を取り回すためのトライ＆エラーの確認作業や、専門知識、ノウハウ等が不要となる。さらに、ロボットハンド３０に接続するエア配管１０４が不要となったことにより、スペアのロボットハンド３０とのツールチェンジや載せ替えが容易になる。すなわち、例えばロボットハンド３０とロボットアーム１０のヘッド１０Ａとの間に手動式のツールチェンジユニットを取り付ければ、使用中のロボットハンド３４のバッテリ容量が低下した際に、予備のロボットハンド３０とのツールチェンジが可能となる。予備のロボットハンド３０は、例えば送電部１４付近に置いておくことで、当該予備のロボットハンド３０のバッテリ３４を充電させることができる。この予備ロボットハンド３０と使用中のロボットハンド３０とを交換するだけで連続稼働が可能となる。

また、本実施形態では、バッテリ３４とハンド部５０のモータ５６との間に接続されたコンバータ４４が、バッテリ３４からモータ５６に供給される電力を安定させる。これにより、バッテリ３４の電圧変動の影響を受けずに、モータ５６すなわちハンド部５０を動作させることができる。

また、本実施形態では、ハンド部５０は、移動部材７８と、一対の永久磁石８４と、係合部材である先端側プレート７０とを有している。移動部材７８は、電動シリンダ５２のモータ５６の駆動力により第１位置と第２位置との間で往復移動する。一対の永久磁石８４は、移動部材７８に取り付けられている。これらの永久磁石８４は、移動部材７８が第１位置に位置する状態では、鉄などの磁性体からなるワークＷを吸着可能となる。先端側プレート７０は、移動部材７８が第１位置から第２位置へと移動する際に、一対の永久磁石８４に吸着されているワークＷと係合し、一対の永久磁石８４からワークＷを脱落させる。これにより、鉄等からなるワークＷの保持及び保持解除を、簡素な構成で行うことができる。

また、本実施形態では、図２に示されるスイッチ４６をロボットハンド３０に設け、当該スイッチ４６をバッテリ３４と通信ユニット３８との間に接続してもよい。これにより、例えばハンド部５０の動作を必要としない待機時間が長い場合、上記のスイッチ４６により、バッテリ３４から通信ユニット３８への電力の供給を遮断することができる。その結果、通信のために必要な電力によって、ハンド部５０の動作時間が短くなることを抑制できる。

また、上記のスイッチ４６は、操作部４６Ａが回動されることでオン／オフ状態が切り替わる機械式のスイッチである。このため、例えばロボットアーム１０の動作により、スイッチ４６の操作部４６Ａをロボットアーム１０の周辺物に当てて回動させることにより、機械式スイッチ４６のオン／オフ状態を切り替えることができる。このため、ロボットアーム１０の動作により、バッテリ３４から通信ユニット３８への電力の供給及び遮断を切り替えることができる。

なお、上記実施形態では、ハンド部５０は、電動シリンダ５２によって永久磁石８４を変位させる構成としたが、これに限るものではない。例えば、ハンド部は、電動式の平行ハンドやチャックタイプであってもよい。

また、上記実施形態では、ハンド部５０は、電動シリンダ５２が有するモータ５６の駆動力を用いて保持状態と保持解除状態とに切り替えられる構成にしたが、これに限るものではない。例えば、ハンド部は、モータを動力源とする電動ユニット（例えばコンプレッサ等）によって生み出される圧縮空気の圧力でエアシリンダを作動させることにより、ワークを保持するものでもよい。その場合、例えば上記の電動ユニットがベース部３２に取り付けられ、当該電動ユニットのモータの駆動力を間接的に用いて保持状態と保持解除状態とに切り替える構成となる。また例えば、ハンド部は、電動バキュームポンプの吸引力を用いてワークを保持するものでもよい。その場合、例えば電動バキュームポンプがベース部３２に取り付けられ、当該電動バキュームポンプのモータの駆動力を間接的に用いて保持状態と保持解除状態とに切り替える構成となる。

その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは勿論である。

１０ロボットアーム
１２制御装置
１４送電部
３０ロボットハンド
３４バッテリ
３８通信ユニット
４０ワイヤレス充電ユニット
４２コントローラ
４４コンバータ
４６スイッチ
４６Ａ操作部
５０ハンド部
５６モータ
７８移動部材
８４永久磁石
７０先端側プレート（係合部材）

第１の態様のロボットハンドは、ロボットアームのヘッドに取り付けられて使用されるロボットハンドであって、バッテリと、前記ロボットアームの周辺に設置された送電部から無線で送電される電力を受電し、前記バッテリの充電を行う受電部と、前記バッテリから電力を供給され、前記ロボットアームの周辺に設置された制御装置との間で無線通信を行う通信ユニットと、前記バッテリから電力を供給され、前記通信ユニットを介して前記制御装置と通信するコントローラと、前記バッテリから電力を供給され且つ前記コントローラによって作動を制御されるモータを有し、ワークを保持する保持状態と前記保持を解除する保持解除状態とに前記モータの駆動力を用いて切り替えられるハンド部と、を備えている。

第１の態様のロボットハンドは、バッテリと、受電部と、通信ユニットと、コントローラと、ハンド部とを備えており、ロボットアームのヘッドに取り付けられて使用される。受電部は、ロボットアームの周辺に設置された送電部から無線で送電される電力を受電し、バッテリの充電を行う。通信ユニットは、バッテリから電力を供給され、ロボットアームの周辺に設置された制御装置との間で無線通信を行う。コントローラは、バッテリから電力を供給され、通信ユニットを介して上記の制御装置と通信する。ハンド部は、バッテリから電力を供給され且つコントローラによって作動を制御されるモータを有している。このハンド部は、ワークを保持する保持状態と当該保持を解除する保持解除状態とにモータの駆動力を用いて切り替えられる。このロボットハンドでは、ロボットアーム側から配線や配管を配索する必要がない。これにより、ロボットアームの動作の制約を従来よりも少なくすることができる。

第２の態様のロボットハンドは、第１の態様のロボットハンドにおいて、前記バッテリと前記モータとの間に接続され、前記バッテリから前記モータに供給される電力を安定させるコンバータを備えている。

第２の態様のロボットハンドでは、バッテリとハンド部のモータとの間に接続されたコンバータが、バッテリからモータに供給される電力を安定させる。これにより、バッテリの電圧変動の影響を受けずに、モータすなわちハンド部を動作させることができる。

第３の態様のロボットハンドは、第１の態様又は第２の態様のロボットハンドにおいて、前記ハンド部は、前記モータの駆動力により第１位置と第２位置との間で往復移動する移動部材と、前記移動部材に取り付けられ、前記移動部材が第１位置に位置する状態では、磁性体を含んだワークを吸着可能な永久磁石と、前記移動部材が前記第１位置から前記第２位置へと移動する際に、前記永久磁石に吸着されているワークと係合し、前記永久磁石から前記ワークを脱落させる係合部材と、を有している。

第３の態様のロボットハンドでは、ハンド部は、モータの他、移動部材と、永久磁石と、係合部材とを有している。移動部材は、モータの駆動力により第１位置と第２位置との間で往復移動する。永久磁石は、移動部材に取り付けられる。この永久磁石は、移動部材が第１位置に位置する状態では、磁性体を含んだワークを吸着可能となる。係合部材は、移動部材が第１位置から第２位置へと移動する際に、永久磁石に吸着されているワークと係合し、永久磁石からワークを脱落させる。これにより、鉄等からなるワークの保持及び保持解除を、簡素な構成で行うことができる。

第４の態様のロボットハンドは、第１の態様～第３の態様の何れか１つの態様のロボットハンドにおいて、前記バッテリから前記通信ユニットへの電力の供給を遮断するスイッチを備えている。

第４の態様のロボットハンドでは、例えばハンド部の動作を必要としない待機時間が長い場合、上記のスイッチにより、バッテリから通信ユニットへの電力の供給を遮断することができる。これにより、通信のために必要な電力によって、ハンド部の動作時間が短くなることを抑制できる。

第５の態様のロボットハンドは、第４の態様のロボットハンドにおいて、前記スイッチは、操作部が変位されることでオン／オフ状態が切り替わる機械式スイッチである。

第５の態様のロボットハンドでは、例えばロボットアームの動作により、機械スイッチの操作部をロボットアームの周辺物に当てて変位させることにより、機械式スイッチのオン／オフ状態を切り替えることができる。このため、ロボットアームの動作により、バッテリから通信ユニットへの電力の供給及び遮断を切り替えることができる。

Claims

ロボットアームのヘッドに取り付けられて使用されるロボットハンドであって、
バッテリと、
前記ロボットアームの周辺に設置された送電部から無線で送電される電力を受電し、前記バッテリの充電を行う受電部と、
前記バッテリから電力を供給され、前記ロボットアームの周辺に設置された制御装置との間で無線通信を行う通信ユニットと、
前記バッテリから電力を供給され、前記通信ユニットを介して前記制御装置と通信するコントローラと、
前記バッテリから電力を供給され且つ前記コントローラによって作動を制御されるモータを有し、ワークを保持する保持状態と前記保持を解除する保持解除状態とに前記モータの駆動力を用いて切り替えられるハンド部と、
を備えたロボットハンド。
前記バッテリと前記モータとの間に接続され、前記バッテリから前記モータに供給される電力を安定させるコンバータを備えた請求項１に記載のロボットハンド。
前記ハンド部は、
前記モータの駆動力により第１位置と第２位置との間で往復移動する移動部材と、
前記移動部材に取り付けられ、前記移動部材が第１位置に位置する状態では、磁性体を含んだワークを吸着可能な永久磁石と、
前記移動部材が前記第１位置から前記第２位置へと移動する際に、前記永久磁石に吸着されているワークと係合し、前記永久磁石から前記ワークを脱落させる係合部材と、
を有している請求項１又は請求項２に記載のロボットハンド。
前記バッテリから前記通信ユニットへの電力の供給を遮断するスイッチを備えた請求項１～請求項３の何れか１項に記載のロボットハンド。
前記スイッチは、操作部が変位されることでオン／オフ状態が切り替わる機械式スイッチである請求項４に記載のロボットハンド。