JP2023009407A - ロボットハンド - Google Patents

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博司 吉田
Hiroshi Yoshida
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Abstract

【課題】従来のロボットハンドでは、各クランプ部に対応した駆動機構が設けられ、装置全体の小型化や製造コストの低減が実現し難いという課題があった。【解決手段】本発明のロボットハンド10では、ハンド本体部11と、ハンド本体部11に支持される複数のアーム部12と、を備える。各アーム部12は、搬送するワーク13のサイズに対応した2種類の第1のクランプ部14と第2のクランプ部15とを有する。そして、第1及び第2のクランプ部14,15の第2の爪部24,26は、共用の第2の駆動部27により稼働する。この構造により、ロボットハンド10の小型化が実現されると共に、製造コストの低減が実現される。【選択図】図1

Description

本発明は、サイズの異なるワークに対しても搬送可能なロボットハンドに関する。
特許文献1には、従来のロボットハンドが開示されている。ロボットハンドは、1台のハンドリングロボットのロボットアームの先端に装着され、微妙に形状が相違する仕様違いのドアインナパネルに対応することが出来る。
具体的には、ロボットハンドは、そのハンドフレームに一対のA車用の位置決めクランプ装置と、B車用の位置決めクランプ装置と、A車及びB車に共用の位置決めクランプ装置と、を備える。そして、A車用のドアインナパネルを取り扱う際には、ロボットハンドは、B車用の位置決めクランプ装置を所望の位置まで後退させ、A車用の位置決めクランプ装置と共用の位置決めクランプ装置とを用いて作業を行う。尚、B車用のドアインナパネルを取り扱う際には、同様に、B車用の位置決めクランプ装置と共用の位置決めクランプ装置とを用いて作業を行う。
特開2005-111573号公報
上述したように、従来のロボットハンドでは、作業するドアインナパネルに応じて、A車用の位置決めクランプ装置とB車用の位置決めクランプ装置とを選択する。そして、使用しない方の位置決めクランプ装置は、作業の際には所望の位置まで後退させることで、作業中のドアインナパネルと干渉しない構造となる。
しかしながら、A車用の位置決めクランプ装置及びB車用の位置決めクランプ装置は、それぞれ単独にエアシリンダによる駆動機構を備えている。その結果、ロボットハンドが大型化すると共に、ロボットハンドとして高コスト化を招く課題がある。
また、従来のロボットハンドは、1台のハンドリングロボットのロボットアームの先端に装着されて使用される。そのため、A車用のドアインナパネル及びB車用のドアインナパネルには、それぞれ独自の位置決め用のロケート穴を形成する工程が必要となり製造コストが嵩むという課題がある。
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、サイズの異なるワークに対しても搬送可能なロボットハンドを提供する。
本発明の一実施形態であるロボットハンドでは、ハンド本体部により支持された複数のアーム部によりワークを挟持して搬送するロボットハンドであって、個々の前記アーム部は、前記ワークのサイズに応じて選択される複数のクランプ部と、前記クランプ部の第1の爪部を移動させる第1の駆動部と、前記クランプ部の第2の爪部を移動させる第2の駆動部と、選択された1つの前記クランプ部の前記第2の爪部に対して、前記第2の駆動部による駆動力を伝達する駆動伝達部と、を備え、前記第2の駆動部は、前記複数のクランプ部のそれぞれの前記第2の爪部に対して共用されることを特徴とする。
本発明の一実施形態であるロボットハンドでは、個々のアーム部は、それぞれワークサイズに応じて選択される複数のクランプ部を備える。そして、複数のクランプ部の第2の爪部は、共用の第2の駆動部による駆動力により稼働する。この構造により、個々のアーム部は、共用の1つの第2の駆動部により複数の第2の爪部に対応し、ロボットハンドの小型化が実現されると共に、製造コストの低減が実現される。
本発明の一実施形態であるロボットハンドを説明する斜視図である。 本発明の一実施形態であるロボットハンドのアーム部を説明する側面図である。 本発明の一実施形態であるロボットハンドのアーム部を説明する側面図である。 本発明の一実施形態であるロボットハンドのアーム部を説明する側面図である。 本発明の一実施形態であるロボットハンドのアーム部を説明する側面図である。 本発明の一実施形態であるロボットハンドのアーム部を説明する側面図である。 本発明の一実施形態であるロボットハンドのアーム部を説明する側面図である。 本発明の一実施形態であるロボットハンドのアーム部を説明する側面図である。 本発明の一実施形態であるロボットハンドのアーム部を説明する側面図である。 本発明の一実施形態であるロボットハンドのアーム部を説明する側面図である。 本発明の一実施形態であるロボットハンドのアーム部を説明する側面図である。 本発明の一実施形態であるロボットハンドのアーム部を説明する概略図である。
最初に、本発明の一実施形態に係るロボットハンド10について図面に基づき詳細に説明する。尚、本実施形態の説明の際には、同一の部材には原則として同一の符番を用い、繰り返しの説明は省略する。また、以下の説明では、上下方向はロボットハンド10の高さ方向を示し、左右方向はロボットハンド10の縦幅方向を示し、前後方向はロボットハンド10の横幅方向を示す。
図1は、本実施形態のロボットハンド10を説明する側面図である。
図1に示す如く、ロボットハンド10は、ハンド本体部11と、ハンド本体部11に支持される複数のアーム部12と、を備える。そして、各アーム部12は、搬送するワーク13のサイズに対応した2種類の第1のクランプ部14と第2のクランプ部15とを有する。また、第1及び第2のクランプ部14,15は、例えば、圧縮空気により駆動する第1の駆動部21,22及び第2の駆動部27を介して稼働する。そして、ハンド本体部11には、圧縮空気供給機構16及び制御部17が配設され、圧縮空気供給機構16が制御部17により制御され、適宜、ロボットハンド10の各アーム部12へと圧縮空気を供給し、また、各アーム部12から圧縮空気を回収する。尚、圧縮空気供給機構16は、例えば、工場に敷設された圧縮空気供給ライン(図示せず)と連結する。
また、第1及び第2のクランプ部14,15は、搬送するワーク13に応じて適宜切り換えられるが、ハンド本体部11には、上記切換動作を制御する制御部17が配設される。そして、制御部17は、CPU(CENTRAL PROCESSING UNIT)、ROM(READ ONLY MEMORY)、RAM(RANDOM ACCESS MEMORY)等を有して構成される。そして、制御部17は、ロボットハンド10を制御するための各種の演算等を実行するための、一または複数のプロセッサを有する電子制御ユニット(ECU)である。
図示したように、ハンド本体部11には、対角線上に4つのアーム部12が配設され、各アーム部12には、それぞれ2種類の第1及び第2のクランプ部14,15が配設される。そして、第1のクランプ部14は、例えば、車種Aのインナパネルであるワーク13を搬送する際に用いられ、第2のクランプ部15は、例えば、車種Bのインナパネルであるワーク(図示せず)を搬送する際に用いられる。尚、車種Aのワーク13と車種Bのワークとは、サイズや形状が異なる。
詳細は後述するが、第1及び第2のクランプ部14,15は、それぞれ第1の爪部23,25(図2A参照)及び第2の爪部24,26(図2A参照)を有する。第1の爪部23,25は、ワーク13の表面側と当接し、第2の爪部24,26は、ワーク13の裏面側と当接する。そして、車種Aのワーク13を搬送する際には、各アーム部12において、第1のクランプ部14の第1及び第2の爪部23,24によりワーク13を挟持した状態にて、ハンド本体部11が移動する。尚、車種Bのワーク(図示せず)を搬送する際には、第2のクランプ部15の第1及び第2の爪部25,26が用いられる。
次に、図2Aから図7を用いて、車種Aのワーク13を挟持して搬送する際のロボットハンド10の動作について説明する。尚、以下の説明では、図1に示すロボットハンド10の1つのアーム部12の第1のクランプ部14を用いてワーク13を挟持し、搬送する場合について説明するが、その他のアーム部12でも同様である。そして、ロボットハンド10にて、車種Bのワーク(図示せず)を挟持して搬送する際には、第1及び第2のクランプ部14,15の動作が逆になる。そのため、車種Bのワークを挟持し、搬送する際の説明は、以下の車種Aのワーク13を用いた説明を参照し、ここではその説明を省略する。
図2Aは、本実施形態のロボットハンド10のアーム部12を説明する側面図であり、ロボットハンド10の初期動作時の状態を示す。図2Bは、図2Aに示すロボットハンド10の車種A対応の第1のクランプ部14側から見た側面図である。
図2A及び図2Bに示す如く、アーム部12は、主に、第1のクランプ部14と、第2のクランプ部15と、第1のクランプ部14を駆動させる第1の駆動部21と、第2のクランプ部15を駆動させる第1の駆動部22と、第1のクランプ部14を構成する第1の爪部23及び第2の爪部24と、第2のクランプ部15を構成する第1の爪部25及び第2の爪部26と、第2の爪部24,26を駆動させる共用の第2の駆動部27と、第2の駆動部27の駆動力を第2の爪部24,26へと伝達する駆動伝達部28と、不使用時の第1または第2のクランプ部14,15を保持する保持部29と、を備える。尚、アーム部12は、第2の駆動部27が、ハンド本体部11(図1参照)に固定され、支持される。
図2Bに示すように、ロボットハンド10の初期動作時には、ハンド本体部11は、第1のクランプ部14がワーク13と非接触の位置となる様に、ワーク13の上方にて待機する。
そして、第1の爪部23は、主に、第1の駆動部21の先端に固定される本体プレート部23Aと、本体プレート部23Aの先端に固定される挟持プレート部23Bと、を有する。また、第2の爪部24は、主に、受けブロック35に固定される本体プレート部24Aと、本体プレート部24Aの先端に固定される挟持プレート部24Bと、を有する。尚、受けブロック35は、第1の爪部23の本体プレート部23Aに対して固定され、第1の爪部23と共に移動する。
ここで、第1の駆動部21,22は、例えば、圧縮空気にて駆動するスライダ機構である。第1及び第2のクランプ部14,15では、第1の駆動部21,22と第1の爪部23,25とは、それぞれ丸棒鋼材18,19を介して連結する。この構造により、第1及び第2のクランプ部14,15は、それぞれ第1の駆動部21,22による直進運動に連動し、ロボットハンド10の左右方向に対して直進状に進退移動を行う。
そして、上記初期動作時には、第1の駆動部21,22は、下端までスライド移動することで、第1及び第2のクランプ部14,15は、第1の駆動部21,22に対して最下点に配置される。この時点では、第1及び第2のクランプ部14,15は、制御部17により選択されることなく、略同一の位置に待機した状態となる。
図3Aは、本実施形態のロボットハンド10のアーム部12を説明する側面図であり、ロボットハンド10の車種B対応の第2のクランプ部15が、ワーク13に対して後退した状態を示す。図3Bは、図3Aに示すロボットハンド10の車種A対応の第1のクランプ部14側から見た側面図である。図4Aは、本実施形態のロボットハンド10の駆動伝達部28を説明する側面図である。図4Bは、本実施形態のロボットハンド10の保持部29を説明する側面図である。尚、図4A及び図4Bでは、説明の都合上、第1及び第2のクランプ部14,15を合わせて説明する。
図3A及び図3Bに示す如く、第2のクランプ部15のワーク13に対する後退時には、引き続き、ハンド本体部11はワーク13の上方に待機した状態である。第1の駆動部22のみが上端までスライド移動し、第2のクランプ部15のみが、ワーク13から遠ざかる方向へと向けて斜め上方に移動する。そして、上記後退時には、第2のクランプ部15は、第1の駆動部22に対して最上点に配置される。
一方、第1の駆動部21は、駆動することなく、下端位置に留まることで、第1のクランプ部14は現状位置に待機する。その結果、第1のクランプ部14の第1の爪部23は、第2のクランプ部15の第1の爪部25よりもワーク13側に位置する。
ここで、第2の駆動部27は、例えば、圧縮空気にて駆動するシリンダ機構である。そして、駆動伝達部28は、主に、第2の駆動部27のピストンシャフト27Aの先端に連結する本体部31と、本体部31に支持される係止ピン32と、第2の爪部24,26にそれぞれ固定され、係止ピン32と適宜係合する係合ブロック33,34と、第1の爪部23,25にそれぞれ固定され、係合ブロック33,34を回転自在に支持する受けブロック35,36と、を備える。
図3A及び図4Aに示す如く、係合ブロック33,34は、例えば、略U字形状であり、第2の爪部24,26の内側に固定される。一点鎖線37は、第1及び第2のクランプ部14,15の移動軌跡を示すが、係合ブロック33,34の開口部33A,34Aが、それぞれ上記移動軌跡の右方側であるワーク13側に位置する。そして、係合ブロック33,34の開口領域33B,34Bは、上記移動軌跡に沿って上記開口部33A,33Aから左方側へと向けて配置される。
この構造により、第1の駆動部21,22が下端までスライド移動することで、係合ブロック33,34は係止ピン32に対して係合する。一方、第1の駆動部21,22が上端側へと向けてスライド移動することで、係合ブロック33,34は係止ピン32から離脱する。
尚、上述したように、第1及び第2のクランプ部14,15は、それぞれ第1の駆動部21,22による直進運動に連動し、ロボットハンド10の左右方向に対して直進状に進退移動を行う。そして、一点鎖線37にて示す移動軌跡は、例えば、水平面(ロボットハンド10の設置面)に対して、45度±10度の範囲内に設計される。また、上記移動軌跡の上記角度は、任意の設計変更が可能である。
図4Bに示す如く、第1の駆動部21,22が上端までスライド移動することで、係合ブロック33,34は、保持部29と受けブロック35,36との間に勘合される。図示したように、受けブロック35,36は、その第1の端部側は第1の爪部23,25に固定され、その第2の端部側は第2の爪部24,26に固定される。そして、係合ブロック33,34は、受けブロック35,36の窪み領域35A,36A内に回転自在な状態に配設される。
この構造により、図3Bに示す状態では、第2のクランプ部15は、車種Aのワーク13を搬送する際に不使用となるが、ロボットハンド10の左方側であるワーク13から後退した位置にて、係合ブロック34が保持部29と受けブロック36との間に勘合される。そして、第2のクランプ部15が、ハンド本体部11に対して、しっかりと固定された状態を維持する。その結果、第1のクランプ部14によりワーク13を挟持し、搬送する際に、第2のクランプ部15が、ワーク13と干渉することが防止される。
図5Aは、本実施形態のロボットハンド10のアーム部12を説明する側面図であり、ロボットハンド10の第1のクランプ部14がワーク13の表面へと当接した状態を示す。図5Bは、図5Aに示すロボットハンド10の車種A対応の第1のクランプ部14側から見た側面図である。
図5A及び図5Bに示す如く、ハンド本体部11は制御部17により制御され、ワーク13の上方に待機した位置から第1の爪部23の挟持プレート部23Bが所望の領域のワーク13の表面と当接する位置まで下降する。同様に、図示していないが、各アーム部12の第1の爪部23の挟持プレート部23Bが、それぞれ所望の領域のワーク13の表面と当接する。
尚、上述したように、第2のクランプ部15は、ワーク13から離間するように、ロボットハンド10の左方側の斜め上方へと移動し、第2のクランプ部15の第1の爪部25は、第1のクランプ部14の第1の爪部23よりも上方に位置する。そのため、ハンド本体部11の下降時に、第1の爪部25の挟持プレート部25Bが、ワーク13と干渉することが防止される。
図6Aは、本実施形態のロボットハンド10のアーム部12を説明する側面図であり、ロボットハンド10がワーク13を狭持した状態を示す。図6Bは、図6Aに示すロボットハンド10の車種A対応の第1のクランプ部14側から見た側面図である。図7は、本実施形態のロボットハンド10の係合ブロック33の稼働状態を説明する概略図である。
ここで、図5Bに示すように、第1の爪部23,25と第2の爪部24,26とは、連結プレート41,42を介して連結される。そして、連結プレート41,42は、第1の爪部23,25に対して回転軸43,44にて回転自在に軸支されると共に、第2の爪部24,26に対しては非回転状態に固定される。また、上述したように、第1の爪部23,25と第2の爪部24,26とは、受けブロック35,36を介して非回転状態に連結される。
この構造により、図6A及び図6Bに示す如く、第2の駆動部27のピストンシャフト27Aが下方へと伸びる動作に連動して、第2の爪部24は、回転軸43を回転中心として第1の爪部23の周囲を回転する。そして、第2の爪部24の挟持プレート部24Bが、所望の領域のワーク13の裏面と当接するまで、ピストンシャフト27Aは伸びる。同様に、図示していないが、各アーム部12の第2の爪部24の挟持プレート部24Bが、それぞれ所望の領域のワーク13の裏面と当接する。
その結果、ワーク13の所望の領域では、第1の爪部23の挟持プレート部23Bと第2の爪部24の挟持プレート部24Bとの間にワーク13が挟持される。そして、ハンド本体部11は、制御部17により制御され、ワーク13を4箇所で挟持した状態にて上昇し、ワーク13を作業ラインから運び出し、所望の場所へと搬送する。
その後、図示していないが、ロボットハンド10は、上記所望の場所へとワーク13を載置した後、再び、図2A及び図2Bを用いて説明した初期動作の位置へと戻る。そして、第2のクランプ部15が、第1の駆動部22を介して図3A及び図3Bに示す待機位置から戻り、ロボットハンド10は、図2A及び図2Bに示す初期動作時の状態となる。
尚、作業ラインに車種Aのワーク13が連続して供給される場合には、ロボットハンド10は、図3A及び図3Bに示す第2のクランプ部15の待機位置から初期動作状態に戻ることなく、図5A及び図5Bに示すように、直ぐに次のワーク13を挟持する動作に移行する場合でも良い。
次に、図4A及び図7を用いて、第1のクランプ部14の使用時における第2の爪部24の動作状態を説明する。尚、図7では、説明の都合上、係合ブロック33の軌跡を示す線を全て実線にて示す。
図4Aを用いて上述したように、係合ブロック33は、一点鎖線37にて示す第1のクランプ部14の移動軌跡に対して、その右方側であるワーク13側に開口部33Aが位置するように、第2の爪部24に固定される。そして、第1の駆動部21が下端位置までスライド移動することで、係合ブロック33は、駆動伝達部28の係止ピン32と係合した状態となる。この係合状態において、第2の駆動部27のピストンシャフト27Aが下方へと伸びることで、係合ブロック33は、係止ピン32により下方へと押される。そして、係合ブロック33が固定された第2の爪部24は、回転軸43を回転中心として第1の爪部23の周囲を回転する。
図7では、係合ブロック33が、第2の駆動部27のピストンシャフト27Aの伸びる動作に連動して回転する状態を示す。上述したように、係合ブロック33は、第2の爪部24の内側に固定して配設され、第2の爪部24は、回転軸43を中心として第1の爪部23の周囲を回転する。
図示したように、係合ブロック33は、上記ピストンシャフト27Aの伸びる動作に連動して時計回りに回転する。そして、ピストンシャフト27Aのストローク長さに対して、係合ブロック33の開口部33Aが、係止ピン32の真下に位置しない設計となる。
この構造により、係止ピン32は、係合ブロック33から抜けて離脱することなく、上記ピストンシャフト27Aの伸びる動作に連動して、係合ブロック33を押し続けることが出来る。その結果、第2の爪部24には、第2の駆動部27の駆動力が伝達され続け、第2の爪部24は、挟持プレート部24Bが所望の領域のワーク13の裏面と当接するまで、回転し続けることができる。そして、第2の爪部24は、ピストンシャフト27Aの動作に連動してワーク13を押し続ける。
上述したように、本実施形態では、作業ラインに供給されるワーク13の種類に応じて、第1のクランプ部14または第2のクランプ部15が選択される。そして、選択された第1または第2のクランプ部14,15の第2の爪部24,26は、共用の第2の駆動部27の駆動力により稼働する。この構造により、各アーム部12には、1つの第2の駆動部27を配置すれば良く、ロボットハンド10の小型化や製造コストの低減が実現される。
尚、本実施形態では、各アーム部12には、車種A対応の第1のクランプ部14と車種B対応の第2のクランプ部15とが配設され、共有の第2の駆動部27にて、制御部17により選択された第2の爪部24,26を稼働させる場合について説明したが、この場合に限定されるものではない。例えば、各アーム部12に3種類以上の複数のクランプ部が配設され、その複数のクランプ部が、ワーク13の種類に応じて適宜選択され、共有の第2の駆動部27にて稼働する場合でも良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲にて種々の変更が可能である。
10 ロボットハンド
11 ハンド本体部
12 アーム部
13 ワーク
14 第1のクランプ部
15 第2のクランプ部
21,22 第1の駆動部
23,25 第1の爪部
23A 本体プレート部
23B 挟持プレート部
24,26 第2の爪部
24A 本体プレート部
24B 挟持プレート部
27 第2の駆動部
27A ピストンシャフト
28 駆動伝達部
29 保持部
31 本体部
32 係止ピン
33,34 係合ブロック
33A,34A 開口部
33B,34B 開口領域
35,36 受けブロック
35A,36A 窪み領域
43,44 回転軸

Claims (5)

  1. ハンド本体部により支持された複数のアーム部によりワークを挟持して搬送するロボットハンドであって、
    個々の前記アーム部は、
    前記ワークのサイズに応じて選択される複数のクランプ部と、
    前記クランプ部の第1の爪部を移動させる第1の駆動部と、
    前記クランプ部の第2の爪部を移動させる第2の駆動部と、
    選択された1つの前記クランプ部の前記第2の爪部に対して、前記第2の駆動部による駆動力を伝達する駆動伝達部と、を備え、
    前記第2の駆動部は、前記複数のクランプ部のそれぞれの前記第2の爪部に対して共用されることを特徴とするロボットハンド。
  2. 前記第1の駆動部は、前記複数のクランプ部のそれぞれの前記第1の爪部に対して配設され、
    前記第2の爪部は、前記第1の爪部に対して回動自在に連結し、
    前記第1の駆動部を介して前記第1の爪部及び前記第2の爪部が移動することで、前記第2の爪部が、前記駆動伝達部に係合し、あるいは前記駆動伝達部から離脱することを特徴とする請求項1に記載のロボットハンド。
  3. 前記第2の爪部には、それぞれ前記駆動伝達部の係止ピンを係止する略U字形状の係合ブロックが固定され、
    前記第1の駆動部は、前記ワークの表面に対して斜め下方へと直線上に前進移動または後退移動を行い、
    前記係合ブロックは、前記第1の駆動部の前記後退移動により前記係止ピンから離脱すると共に、前記係合ブロックは、前記第1の駆動部の前記前進移動により前記係止ピンに係合することを特徴とする請求項2に記載のロボットハンド。
  4. 前記アーム部は、
    前記第1の爪部にそれぞれ形成される受けブロックと、
    前記係止ピンから離脱した前記係合ブロックを保持する保持部と、を更に備え、
    前記第1の駆動部が後退した位置において、前記保持部は、前記受けブロックとの間に前記係合ブロックを保持することを特徴とする請求項3に記載のロボットハンド。
  5. 前記第2の爪部は、前記第2の駆動部を介して前記係止ピンが前記係合ブロックを押圧することで、前記第1の爪部に対して回動し、前記ワークの裏面側と当接することを特徴とする請求項3または請求項4に記載のロボットハンド。
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