JP3144695B2 - 長物把持用ハンド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一端を把持するだけで
はワークの姿勢を安定化させるのが困難な程度に長尺の
ワークを扱う工業用ロボットのためのハンドに関する。
特にこの発明は、長尺ワークを加工機に搬入・搬出させ
るロボットのためのハンドに関するものであり、変形前
のワークと加工によって変形されたワークをともに両端
支持できるハンドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ロボットのハンドでワークを搬送する場
合、ワークが短尺であって一端を把持すればワークの姿
勢が安定化する場合には比較的問題が少い。しかるにワ
ークが長尺であってワークの一端を支持するだけではワ
ークが撓んでしまったり、あるいは重心位置と把持位置
間の距離に起因するモーメントに抗するだけの把持力が
確保できないために、ワークの姿勢が安定化しない場合
には、ロボットでワークを搬送させるのが困難となる。
この場合、ロボットによらないで人手で搬送したり、ロ
ボットでワークの重心位置を把持させたり、あるいは２
台のロボットを協調動作させてワークの両端を把持する
方式がとりえる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら人手によ
る搬送が好ましくないことは言うまでもない。またワー
クの重心位置を把持する方式では、多品種のワークを扱
うことが困難であり、また把持姿勢がどうしても正確に
できない。さらに加工機の多くの場合には、ハンドが重
心位置に接近できず、ワークの端部でしか把持し得ない
場合も多い。２台の協調ロボットによる場合には、それ
自体がコスト高の原因となる他、限られたスペースのな
かへワークを搬入・搬出させることができない場合も多
い。また、これらの問題点に加え、ワークが搬入された
時と搬出される時とで形状が変化する場合では、搬入時
と搬出時でワークの把持する位置を変化させなければ、
安定した把持ができないという問題点があった。そこで
本発明では、１台のロボットでワークの両端を支持して
搬入・搬出できるような新たなハンドを開発することと
した。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そのために本発明では工
業用ロボットのアームに取付けられ、長尺ワークを両端
支持して加工位置に搬入し、加工されて変形した長尺ワ
ークを両端支持して搬出する長物把持用ハンドであり、
該工業用ロボットのアームに固定される固定フレーム、
該固定フレームにスライド可能であり、該固定フレーム
に対して脱着可能な可動フレーム、該可動フレームの一
端に固定されており、該長尺ワークの一端を変形前と変
形後の２姿勢で支持可能な受け面を有する支持部材、該
可動フレームを介して該支持部材を該固定フレームに対
してスライドさせる進退装置、該固定フレームに対して
回動可能で、該長尺ワークの他端を変形前と変形後の２
姿勢で把持可能であるとともに、サブクランプが脱着可
能なメインクランプ機構とを備えた長物把持用ハンドを
創作した。

【０００５】

【作用】本発明のハンドによると、可動フレームの一端
に固定された支持部材でワークの一端が支持される。し
かもこの支持部材は固定フレームに対してスライドされ
ることから、ワークを固定フレーム側のメインクランプ
との間で挟み付けるようにして位置精度よく支持でき
る。ここで支持部材もメインクランプ機構もともに変形
前のワークと変形後のワークが支持可能であることか
ら、１台のロボットで変形前のワークを両端支持した状
態で加工位置に搬入し、加工されて変形したワークを加
工位置から搬出することができる。また、固定フレーム
に対して可動フレームを脱着可能な構成となっている。
この結果、長尺ワークに対しては、支持部材が固定され
た可動フレームを固定フレームに装着してその長尺ワー
クを支持することができる。短尺ワークに対しては、可
動フレームを固定フレームから取外し、その取外した状
態でその短尺ワークを把持することができる。この結
果、長尺ワークに対しては、その両端を両持ち状態で安
定かつ確実に搬入搬出することができる。一方、短尺ワ
ークに対しては、アーム先端が軽量化された状態で把持
することができる。さらに、メインクランプに対してサ
ブクランプを脱着可能な構成となっている。この結果、
メインクランプを取外したうえでサブクランプに取換え
る構成のものに比して、クランプの変換を短時間で行う
ことができる。

【０００６】

【実施例】次に本発明を具現化した一実施例について説
明する。図１と図２は、本発明を具現化したハンドの全
体構成を示すものであり、図２は側面図、図１は平面図
を示している。図中２は固定フレームを示し、この固定
フレームは図示しないロボットのアームに固定するため
のフランジ２ａと、フランジ２ａに直角に固定されたサ
ポートプレート２ｂとを備えている。サポートプレート
２ｂは略長方形状をなしており、１辺に１対のガイド２
ｅ，２ｆ、他辺に１対のガイド２ｃ，２ｄがそれぞれ図
２における下方に張出されている。各ガイド２ｃ，２
ｄ，２ｅ，２ｆの下端はそれぞれ所定距離内側に張り出
しており、このガイド２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆによって
後述の可動フレーム３０が図１，２中左右方向にスライ
ド可能に案内される。

【０００７】サポートプレート２ｂには、図中右端部近
傍に円形の貫通孔２ｇが形成されており、図８に良く示
されるようにここに円板状の回転プレート４が軸受６を
介して回転可能に支承されている。回転プレート４はリ
ングプレート１０により抜け止めされている。回転プレ
ート４には図１、図２に良く示されるように継手１２が
固定されている。またサポートプレート２ｂの左端には
フランジ２ｈが固定されている。そして継手１２とフラ
ンジ２ｂ間にシリンダ１４がさしわたされている。シリ
ンダ１４は２本のシリンダが背中合わせに一体化されて
おり、図１に示す長さから収縮したり、あるいは伸長さ
れる。シリンダ１４が図１に示す長さ即ち、シリンダロ
ッド１４ａが収縮し、シリンダロッド１４ｂが伸長した
状態にあるとき後記するメインクランプ２２の一対の爪
２２ａ，２２ｂが図１、図１１中垂直線上に位置して水
平方向を指向し、シリンダロッド１４ａが伸長される
と、回転プレート４が図１中反時計方向に回転してメイ
ンクランプ２２は図１、図１１中右上方向を指向し、一
方シリンダロッド１４ａ，１４ｂが収縮すると回転プレ
ート４が図１、図１１中時計方向に回転してメインクラ
ンプ２２が右下方向を指向する。

【０００８】このメインクランプ２２とその開閉機構は
図８に良く示されているように、回転プレート４に取付
けられている。回転プレート４にまずメインクランプ２
２の開閉用シリンダ８が取付けられている。このシリン
ダ８のピストンロッド８ａは回転プレート４を貫いて進
退可能となっており、その先端にナックル７０が取付け
られ、このナックル７０は先端をナックルガイド７１に
支持されるとともに、片側２枚ずつ計４枚のレバー１８
ａ〜ｄがピン２０によって軸支されている（図１も参
照）。レバー１８ａと１８ｃは図８において左方に振り
分けられ、２枚のレバー１８ａ，１８ｃ間にメインクラ
ンプ爪２２ｂがピン２４ｂで軸支される。同様に２枚の
レバー１８ｂ，１８ｄは図８で右方に振り分けられ、そ
の間にメインクランプ爪２２ａがピン２４ａで軸支され
る。一方回転プレート４のシリンダ８と反対側には、図
２に図示されている１対のフランジ１６ａ，１６ｂが固
定されており、各メインクランプ爪２２ａ，２２ｂはフ
ランジ１６ａ，１６ｂにさしわたされたピン２６ａ，２
６ｂによって軸支されている。各クランプ爪２２ａ，２
２ｂの先端にはワーク把持用のブロック２８ａ，２８ｂ
が固定されている。

【０００９】シリンダ８がピストンロッド８ａを進出さ
せると、図８においてナックル７０を介してピン２４
ａ，２４ｂが外側に拡開し、各クランプ爪２２ａ，２２
ｂはピン２６ａ，２６ｂを中心としてその下端を内側に
回転させ、これによってブロック２８ａ，２８ｂ間にワ
ークが把持される。このメインクランプ２２とクランプ
開閉機構は回転プレート４に取付けられているため、シ
リンダ１４の伸長・収縮によってメインクランプ２２の
指向方向が変えられる。

【００１０】さてこのハンドには、固定フレーム２に対
してスライド可能に可動フレーム３０が取付けられる。
可動フレーム３０は前記したメインクランプ２２等の干
渉を避ける開孔３０ｃを中心に有する枠状のフレーム３
０ｂと枠状フレーム３０ｂから図１の右方に伸びるエク
ステンションフレーム３０ｄとを備えている。エクステ
ンションフレーム３０ｄの先端には、図１１に示される
変形前のワークＷ１の先端に当接して支持する第１受け
面３０ｅと、変形後のワークＷ２の側面に当接して支持
する第２受け面３０ｆが形成されている。

【００１１】枠状フレーム３０ｂは図１，２に示される
ように、ガイド２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆによって図１、
図２において左右方向にスライド可能となっている。ま
た枠状フレーム３０ｂの中央開孔部３０ｃは、枠状フレ
ーム３０ｂがメインクランプ機構との干渉を避けてスラ
イドできるだけの大きさを有する他、その開孔部３０ｃ
をメインクランプ機構が通り抜けて可動フレーム３０が
図２において下方に抜け出ることのできるサイズとなっ
ている。枠状フレーム３０ｂには各長辺に切れ込み３０
ｇ，３０ｈが形成されており、切れ込み３０ｇ，３０ｈ
がガイド２ｄ，２ｆに対応位置すると、枠状フレーム３
０ｂの後辺３０ａがガイド２ｃ，２ｅから前方に離脱
し、可動フレーム３０の全体が図２の下方に抜け出るこ
とが可能となっている。

【００１２】枠状フレーム３０ｂの後辺３０ａには後述
するピストンロッドとの係合機構が設けられており、枠
状フレーム３０ｂがガイド２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆにガ
イドされている間はピストンロッドが後辺３０ａと係合
し可動フレーム３０がスライドされる。一方可動フレー
ム３０が固定フレーム２から取除かれるときにはピスト
ンロッドと後辺３０ａとの係合が解除される。次にこれ
を説明する。

【００１３】図３は後辺３０ａの係合部を図２の左方か
ら見た状態を示しており、図４は図３のIV−IV線断面を
示している。図３に示されるように後辺３０ａには開口
３２が形成され、ここにかんぬき板３４が図３で上下方
向にスライド可能で抜け落ち不能に収容されている。か
んぬき板３４はばね３８，４０によって下方に付勢され
ている。かんぬき板３４の下辺からは後記するピストン
ロッドの大径部４２よりは小径で、小径部４４よりは大
径の切れ込み３４ａが形成されている。図３の仮想線に
示されるようにかんぬき板３４がばね３８，４０の力に
抗して上方に持上げられと、ピストンロッドの大径部４
２が図２においてかんぬき板３４の右方に入込み、この
状態でかんぬき板３４が下降されると、大径部４２はか
んぬき板３４によって抜け止めされる。このピストンロ
ッド４２，４４を進退させるシリンダ４８は固定フレー
ム２に固定されたフランジ４６に固定されている。

【００１４】このハンドは、長尺ワークを扱うときには
固定フレーム２に可動フレーム３０が取付けられ、シリ
ンダ４８のピストンロッド４２，４４がかんぬき板３４
によって可動フレーム３０の枠状フレーム３０ｂの後辺
３０ａに係合した状態で使用される。すなわち図１１に
良く示されているように、シリンダ１４が把持ブロック
２８ａ，２８ｂ間の対象中心線が図中左右方向となる位
置に調整し、この状態で変形前のワークＷ１を把持す
る。この状態でシリンダ４８が収縮し、可動フレーム３
０を図示左方に移動させ、ワークＷ１の先端を第１受け
面３０ｅでおさえワークＷ１を両端支持する。この状態
でワークＷ１を加工機に搬入する。搬入後シリンダ４８
が伸ばされ、メインクランプがアンクランプされ、ハン
ドはワークＷ１との干渉を避けつつ加工機外に待避す
る。ここで加工機が作動し、ワークＷ１をＷ２のように
変形させる。加工終了後、シリンダ１４のロッド１４ａ
が伸ばされ、ワーク把持ブロック２８ａ，２８ｂは図１
１の仮想線に示されるようにその中心線が右上方を向く
ように調整される。これは加工後のワークＷ２の中心線
方向と一致している。この状態でハンドは加工機中に侵
入し、加工済みワークＷ２の左端をワーク把持ブロック
２８ａ，２８ｂでクランプする。その後シリンダ４８で
可動フレーム３０を左方に後退させる。すると加工済み
ワークＷ２の右端が第２受け面３０ｆで支持され、ワー
クＷ２は再度両端支持される。この状態でワークとハン
ドは加工機外に待避する。

【００１５】さてこのハンドは上記基本目的を実現する
他、次の２つの機能が付加されている。第１の付加機能
は、短尺ワークを扱う場合に備えて可動フレーム３０が
離脱可能となっていることである。まずこれについて説
明する。図６はハンドの接近範囲内におかれている可動
フレーム３０の置台８０を示しており、５本のサポート
８２，８４，８６，８８，８９が立設されている。この
サポートは図７に示すように可動フレーム３０を載置す
る位置と高さに設定されている。サポート８６と８４の
頂部には係合ピン８６ｈと８４ｊが立設されており、こ
のピンは可動フレーム３０に形成されている係合孔３０
ｈと３０ｊ（図１参照）と係合して位置決めをする。置
台８０にはかんぬき板３４と対応する位置に押上げ板９
０が固定されている。この押上げ板９０の上端には図５
に良く示されているように凹部９０ａが設けられてい
る。そしてロボットのアームが作動して可動フレーム３
０を図７に示すように置台８０上に載置すると、押上げ
板９０がかんぬき板３４を図５に示すように上方に押上
げる。ここでかんぬき板の凹部３４ａと押上げ板の凹部
９０ａとによって開孔が形成され、これはピストンロッ
ドの大径部４２が通り抜けるのに充分な大きさとなる。
このためロボットが作動して可動フレーム３０が置台８
０上に載置されると、ピストンロッドの大径部４２はか
んぬき板３４に妨げられることなく通り抜けることがで
きる。そこでシリンダ４８がピストンロッドを縮めるこ
とにより、ピストンロッドと可動フレームの係合が解除
される。その後固定フレーム２がロボットによってガイ
ド２ｄ，２ｆが切れ込み３０ｇと３０ｈに対応するまで
図１、図６の左方に移動し、ついで固定フレーム２が図
７の上方に持上げられる。すると可動フレーム３０はガ
イド２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆから抜け出て、固定フレー
ム２から可動フレーム３０がとり省かれる。この状態で
は短縮ワークを扱うことが可能となり、短縮ワークはメ
インクランプ２２で一端が支持され、必要に応じてシリ
ンダ１４によって回転される。

【００１６】再度長尺ワークを扱う場合には上述と逆の
ロボットの動きにより、置台８０上の可動フレームに対
して固定フレーム２がガイド２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆに
よってスライド可能な状態となる。ここでシリンダ４８
を伸ばしてピストンロッドの大径部４２をかんぬき板３
４と押上げ板９０間の開孔を通してさしいれる。ついで
固定フレーム２を図７の上方に持上げると、可動フレー
ム３０が置台８０から外される一方、かんぬき板３４が
下降し、ピストンロッドの大径部４２を抜け落ち不能と
する。この状態で前記した両端支持が可能となる。

【００１７】さらにこの実施例ではもう一つの工夫がな
されている。それはメインクランプ２２で把持しきれな
い小径のワークを扱う場合に備えて、サブクランプがメ
インクランプ２２に取付け可能となっていることであ
る。次にこれを説明する。図９と図１０はこれを説明す
る図であり、図９は図８のIX−IX線断面を示しており、
図１０はサブクランプ爪９８が置台１１０に置かれてい
る状態を側方から見た図を示している。図９において図
示９８ａ，９８ｂは１対のサブクランプを示し、大径ワ
ークを扱う場合には図１０の置台１１０に載置されてお
り、ワークはメインクランプ２２の把持ブロック２８で
把持される。置台１１０にはピン１１２と１１４が立設
されており、このピンはサブクランプ９８の側の係合孔
１２０ａ，１２０ｂに係合する。サブクランプ９８には
レバー１０４がピン１０２によって回動可能となってお
り、レバー１０４はばね１０６によって下方に付勢され
ている。ピン１１４はレバー１０４を下方から押上げ、
これを上方に回動させる。また各メインクランプ２２に
は水平方向に２本のピン１００が固定されており、一方
サブクランプ９８ａ，９８ｂのそれぞれにはこのピン１
００に係合する係合孔が設けられている。またメインク
ランプ２２には側方に向けてピン２１ａと２１ｂが張出
しており、サブクランプ９８の側方にはこのピン２１
ａ，２１ｂを受けいれる開孔９９が形成されている。

【００１８】さてここで置台１１０に固定されているサ
ブクランプ９８にメインクランプが図１０の左方から接
近すると、ピン１００がサブクランプ９８ａ，９８ｂの
係合孔に挿入される。またメインクランプ２２のピン２
１ａ，２１ｂが開孔９９を介してレバー１０４の直下に
はいりこむ。ここでメインクランプ２２が上方に移動さ
れると、レバー１０４が下降し、ピン２１と係合する。
このためピン１００がメインクランプの係合孔から外れ
ることが防止され、サブクランプ９８がメインクランプ
２２に強固に固定される。サブクランプ９８のワーク把
持部９８ｃ，９８ｄはワーク把持ブロック２８よりも小
径ワークを把持可能となっており、これにより小径ワー
クがしっかりと把持される。大径ワークを扱うときは上
述と逆の作動により、サブクランプ９８がメインクラン
プ２２から離脱して置台８０に固定される。この場合、
メインクランプを取外したうえでサブクランプに取換え
るものでないため、クランプの変換が通常の場合に比し
て半分の時間で終了する。

【００１９】

【発明の効果】本発明によると、長尺のワークの一端を
把持し、もう一端を支持部材により包み込むように両端
支持した状態で加工機に搬入し、加工機によって変形さ
れた長尺ワークを搬出する作業が１台のロボッと１つの
ハンドで実施されることから、搬入搬出作業が容易化さ
れる他、そのための設備投資額を安価なものとでき、経
済的に生産効率が高められる。また、ワークが搬入時と
搬出時で変形してもクランプ機構を回動させるとともに
受け面による支持位置を変化させることができるので、
変形した長尺ワークにも対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の平面図。

【図２】実施例の側面図。

【図３】可動フレームとピストンロッドの係合部を示す
図。

【図４】図３のIV−IV線断面図。

【図５】可動フレームが置台に載置されたときの押上げ
板の作動を示す図。

【図６】可動フレーム用置台の平面図。

【図７】可動フレームを置台に載置したときの側面図。

【図８】メインクランプの中央断面図。

【図９】メインクランプとサブクランプの結合状態の断
面図。

【図１０】置台に置かれたサブクランプの側面図。

【図１１】ワークを支持した状態を示す図。

【符号の説明】

２ 固定フレーム ３０ 可動フレーム ３０ｅ 第１受け面（支持部材） ３０ｆ 第２受け面（支持部材） ４８ シリンダ（進退装置） ２２ メインクランプ ８ メインクランプ開閉用シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 郡 康展 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田 工機株式会社内 (72)発明者 石原 貞男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 丹羽 健史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 審査官 佐々木 正章 (56)参考文献 実開 昭60−190589（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−5284（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 15/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工業用ロボットのアームに取付けられ、
   長尺ワークを両端支持して加工位置に搬入し、加工され
   て変形した長尺ワークを両端支持して搬出する長物把持
   用ハンドであり、 該工業用ロボットのアームに固定される固定フレーム、 該固定フレームにスライド可能であり、該固定フレーム
   に対して脱着可能な可動フレーム、 該可動フレームの一端に固定されており、該長尺ワーク
   の一端を変形前と変形後の２姿勢で支持可能な受け面を
   有する支持部材、 該可動フレームを介して該支持部材を該固定フレームに
   対してスライドさせる進退装置、 該固定フレームに対して回動可能で、該長尺ワークの他
   端を変形前と変形後の２姿勢で把持可能であるととも
   に、サブクランプが脱着可能なメインクランプ機構、 とを備えた長物把持用ハンド。