JP3951963B2 - ロボットハンド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの把持、搬送、組立等を行うロボットハンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットハンドは、ローダやロボットアームのような移動装置に取り付けられるものであり、移動装置によって水平方向及び垂直方向に移動され、ワーク等の把持、搬送、組立等を行う。このロボットハンドは、一般に、ハンドベースと、このハンドベースに支持され且つシャフトを有したモータと、ハンドベースに取り付けられたハンド本体とを備え、ハンドベースに支持されたモータによってハンド本体をシャフト周りに旋回させるようになっている。また、ハンド本体は、ワークを把持するための作動要素、例えば、チャックをさらに有している。
【０００３】
こうしたロボットハンドには、さらに、作動要素で把持したワークを反転させるなど作動要素をシャフトとは異なる軸線周りに旋回させることや、ハンド本体は静止したままで作動要素に並進運動を行わせることが要求されることがある。このような場合、ハンド本体内に、作動要素を回転運動又は並進運動させるためのアクチュエータをさらに設ける必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１９２８８７号公報 （第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように作動要素を回転運動又は並進運動させるためのアクチュエータをハンド本体にさらに設けた場合には、配線が複雑になると共に、移動装置に支持されるロボットハンド全体が重くなり、移動装置に対する負荷が大きくなるという問題が発生する。
【０００６】
よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解消して、１つのアクチュエータで、ハンド本体の旋回運動とハンド本体の作動要素の駆動とを提供し、ロボットハンドの軽量化を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的に鑑み、ハンドベースに支持された回転アクチュエータのシャフトにハンド本体の作動要素を常時連結させると共に、回転アクチュエータのシャフトとハンド本体とを連結させるための連結装置を設け、この連結装置を用いてシャフトとハンド本体とを連結又は連結解除することにより、シャフトによるハンド本体の回転運動とシャフトによる作動要素の駆動とを選択的に切り換えるようにしたロボットハンドを提供する。
【０００８】
回転アクチュエータのシャフトは作動要素に常時連結されていることから、シャフトとハンド本体とが連結装置により連結されていないときには、シャフトがハンド本体に対して回転して、シャフトはハンド本体の作動要素に駆動力を伝達する。一方、連結装置により回転アクチュエータのシャフトとハンド本体とが連結されているときには、ハンド本体がシャフトと一体的に回転して、ハンド本体の作動要素がシャフトに対して相対的に静止した状態となるので、シャフトは作動要素に駆動力を伝達することができず、作動要素は駆動されない。したがって、連結装置により、ハンド本体の回転運動と作動要素の駆動とを選択的に切り換えることができるようになる。これにより、１つの回転アクチュエータで異なる部分に異なる運動をさせることができるようになり、アクチュエータの数の削減及びそれによるロボットハンド全体の軽量化を実現することが可能となる。
【０００９】
上記ロボットハンドにおいて、シャフトがハンド本体との連結を解除されているときに、ハンド本体がハンドベースに対してロックされれば、シャフトの回転に伴ってハンド本体が回転することが防止され、ハンド本体上の作用要素の位置を正確に制御することができるようになる。
【００１０】
また、シャフト上にハンド本体と概略同じ外周形状を有した拡径部分を設け、この拡径部分の外周面及びハンド本体の外周面の両方に係合可能な内周面を有したスリーブの形態に連結装置を形成すれば、連結装置がハンド本体とシャフトの拡径部分とにまたがってそれらの外周面と係合することにより、ハンド本体とシャフトの拡径部分とを連結し、両者が一体的に回転するようにさせることが可能となる。また、連結装置がスリーブ形態となっていれば、連結装置がシャフトと同軸の配置となるので、ロボットハンドの構造がコンパクトになり、小型化に有効となる。
【００１１】
上記のようなスリーブ形態の連結装置の内周面と、シャフトの拡径部分及びハンド本体の外周面とを係合させ、シャフトとハンド本体とを連結させるためには、シャフトの拡径部分及びハンド本体の外周面にシャフトの長手方向に延びる凹部又は凸部を形成し、スリーブ形態の連結装置の内周面にシャフトの長手方向に延びる凸部又は凹部を形成し、互いを係合させるようにすることが好ましい。
【００１２】
また、ハンドベースがシャフトの長手方向に移動可能な移動台上に配置されている場合には、移動台が移動する軌道上にストッパを設け、ハンドベースが移動台によりシャフトの長手方向に移動し、連結装置がストッパに当接したときに、連結装置がシャフトとハンド本体とを連結又は連結解除させるようにすれば、シャフト長手方向のハンドベースの位置により、ハンド本体の回転運動と作動要素の駆動とを選択的に切り換えることができるようになる。これは、作動要素に把持されたワークを反転させる動作が行われるのはワークを移動させるとき、すなわちロボットハンドを一度上昇させて水平移動するときであることから、制御の簡易化の点で有効である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のロボットハンドの実施形態について説明する。
【００１４】
図１〜図３は、本発明の第１の実施形態のロボットハンドを水平方向及び上下方向に移動可能な移動装置に支持することにより構成されたロボットを示しており、図４は、ロボットハンドのハンド本体の一部及び作動要素が交換可能になっている本発明のロボットハンドの第２の実施形態を示している。
【００１５】
最初に、図１を参照して、本発明のロボットハンド１２を含むロボット１０の全体構造について説明する。
【００１６】
ロボット１０は、ロボットハンド１２と、ロボットハンド１２を水平方向及び垂直方向（すなわち、上下方向）に移動させるための移動装置１４とを含んでいる。図１に示されている移動装置１４は、直交２軸タイプのものであり、図１の紙面に対して垂直方向に延びる水平方向軌道１６に沿って移動可能なスライダ１８と、上下方向に延びる垂直方向軌道２０に沿ってスライダ１８上で移動可能な移動台２２とを具備し、移動台２２上にロボットハンド１２が支持されている。このような直交２軸タイプの移動装置１４はローダーとして公知であるので、ここではこれ以上詳細には説明しない。
【００１７】
ロボットハンド１２は、ハンドベース２４と、回転アクチュエータ２６と、ハンドベース２４の下に回転可能に取り付けられるハンド本体２８とを含んでいる。ハンドベース２４は、移動装置１４の移動台２２上に固定され、このハンドベース２４に回転アクチュエータ２６が支持される。回転アクチュエータ２６は、ハンドベース２４内に収容されていてもよく、ハンドベース２４の上部に取り付けられていてもよい。
【００１８】
回転アクチュエータ２６は、ハンドベース２４の下端から下方へ突出して延びているシャフト３０を備え、このシャフト３０は、ハンドベース２４の下端の近傍に、シャフト３０の残余の部分よりも大きい直径を有した拡径部分３２を具備している。拡径部分３２は、シャフト３０と一体的に形成されていてもよく、シャフト３０に固定された環状部材であってもよい。なお、回転アクチュエータ２６としては、通常、モータが使用され、その場合には、モータとシャフト３０との間に加速及び減速を行うためのギアや制動装置を設けることが好ましい。
【００１９】
ハンド本体２８は、シャフト３０の拡径部分３２の下方に配置される第１のハウジング３４と、第１のハウジング３４の下に第１のハウジング３４と一体的に固定接続されている第２のハウジング３６とを含んでいる。
【００２０】
第１のハウジング３４は、少なくともシャフト３０の拡径部分３２に隣接する側に、拡径部分３２と同じ外周形状を有した略円筒形状部分３８を有しており、ハンドベース２４の下端から突出して延びている回転アクチュエータ２６のシャフト３０周りに軸受４０を介して回転可能に取り付けられる。これにより、第１のハウジング３４は、シャフト３０を介してハンドベース２４に回転可能に取り付けられたことになる。なお、シャフト３０は、第１のハウジング３４の内部を貫通して延び、その先端が第１のハウジング３４の下方まで突出するような長さに形成されている。
【００２１】
図１に示されている実施形態では、第１のハウジング３４は、さらに、シャフト３０に曲げモーメントが作用したりシャフト３０にハンド本体２８の重量全てが負荷されたりすることを回避するために、移動台２２に固定された補助ハウジング６４に軸受４２を介して回転可能に支持されている。また、補助ハウジング６４には、後述する連結装置をロックするためのロック棒６２が設けられている。
【００２２】
第１のハウジング３４の下端から突出しているシャフト３０の先端部は、第１のハウジング３４の下に接続されている第２のハウジング３６の内部に収容されている。また、第２のハウジング３６の内部には、上記シャフト３０と概略垂直に水平方向に延びている伝動軸４４が軸受４６を介して回転可能に支持されており、シャフト３０と伝動軸４４とは、シャフト３０の回転がシャフト３０の先端部及び伝動軸４４にそれぞれ固定されている２つの傘歯車４８、５０を介して伝動軸４４に伝達されるように、接続されている。さらに、伝動軸４４の先端部には作動要素５２が接続されている。したがって、作動要素５２は、シャフト３０の回転が伝動軸４４に伝達されるときに、伝動軸４４周りに回転運動を行うようになっている。なお、作動要素５２がチャックタイプ（図４参照）である場合には、爪の開閉は作動要素に別個に設けられたアクチュエータ（不図示）により行われるものとする。
【００２３】
本発明のロボットハンド１２は、さらに、シャフト３０の拡径部分３２とハンド本体２８とを連結するための連結装置５４を具備しており、連結装置５４は、円筒表面から半径方向に突出しているフランジ部５６を有したフランジ付きスリーブの形態に形成されている。スリーブ形態の連結装置５４の内周面には、シャフト３０の長手方向に延び且つ周方向に互いに離間している複数の凹部が形成されている一方、ハンド本体２８の第１のハウジング３４の円筒形状部分３８の外周面には、シャフト３０の長手方向に延び且つ連結装置５４の凹部と相補的な一本又は複数本の凸部が形成されており、連結装置５４は、その凹部と第１のハウジング３４の凸部とを係合させた状態で、第１のハウジング３４の円筒形状部分３８周りに配置されている。このような構成により、連結装置５４は、シャフト３０の長手方向に移動可能でありながら、第１のハウジング３４に対してシャフト３０周りに回転せず、第１のハウジング３４と共にシャフト３０周りに回転するようになる。
【００２４】
また、シャフト３０の拡径部分３２の外周面にも、ハンド本体２８の第１のハウジング３４の円筒形状部分３８と同様に、シャフト３０の長手方向に延びる凸部が形成されており、シャフト３０の拡径部分３２の凸部が第１のハウジング３４の円筒形状部分３８の凸部と整列しているときに、連結装置５４が、第１のハウジング３４の円筒形状部分３８の周りからシャフト３０の長手方向上方に移動して、第１のハウジング３４の円筒形状部分３８とシャフト３０の拡径部分３２とにまたがって位置することができるようになっている。
【００２５】
さらに、連結装置５４は付勢バネ５８によって拡径部分３２に向かって上方に付勢されている。これにより、連結装置５４は、通常の状態では、第１のハウジング３４の円筒形状部分３８とシャフト３０の拡径部分３２とにまたがって位置し、ロボットハンド１２が移動台２２と共に移動装置１４の垂直方向軌道２０に沿って上方に移動し、連結装置５４のフランジ部５６が移動装置１４の垂直方向軌道２０上に設けられたストッパ６０に当接したときにのみ、連結装置５４は、シャフト３０の拡径部分３２の周りから下方へ移動して、シャフト３０との係合を解除するようになる。
【００２６】
次に、図２及び図３を参照して、図１に示されているロボットの動作について説明する。
【００２７】
ロボットハンド１２の水平方向の位置決めは、ロボットハンド１２を支持する移動台２２を水平方向軌道１６に沿って移動させることによって行われる。そして、ロボットハンド１２が所望の水平方向位置に到達した後、移動台２２を垂直方向軌道２０に沿って移動させることによって、ロボットハンド１２を所望の作業位置まで下降させる。
【００２８】
ロボットハンド１２が、図２に示されているように、移動装置１４の垂直方向可動範囲の上端位置へ移動するとき、移動装置１４の垂直方向軌道２０上に設けられたストッパ６０がロボットハンド１２の連結装置５４のフランジ部５６に当接し、連結装置５４は、付勢バネ５８の付勢力に抗して、ロボットハンド１２の残余の部分に対して下方に押し下げられる。すると、連結装置５４は、互いに整列したシャフト３０の拡径部分３２の凸部及び第１のハウジング３４の円筒形状部分３８の凸部に沿って移動して、シャフト３０の拡径部分３２の周りから除去され、シャフト３０の拡径部分３２との係合を解除させられる。このとき、補助ハウジング６４から延びるロック棒６２で連結装置５４を移動台２２に対してロックする。連結装置５４のロックにより、連結装置５４と係合を維持しているハンド本体２８が補助ハウジング６４と同様に移動台２２に固定されたハンドベース２４に対して回転することを防止されるので、作動要素５２の向きの正確な制御が可能となる。
【００２９】
この状態では、連結装置５４とシャフト３０の拡径部分３２との係合は解除されていることから、回転アクチュエータ２６のシャフト３０の回転は、連結装置５４及びハンド本体２８の第１のハウジング３４には伝達されず、２つの傘歯車４８、５０を介して第２のハウジング３６内に収容されている伝動軸４４のみに伝達される。この結果、伝動軸４４が第２のハウジング３６に対して回転して、作動要素５２を回転させる。
【００３０】
一方、ロボットハンド１２が、図２に示されている位置から図３に示されている位置に垂直方向軌道２０に沿って移動すると、ストッパ６０と連結装置５４のフランジ部５６とが当接した状態から脱し、それに伴ってロック棒６２による第１のハウジング３４のロックが解除される。このとき、第１のハウジング３４の円筒形状部分３８の凸部とシャフト３０の拡径部分３２の凸部とは整列した状態を維持しているので、連結装置５４は、付勢バネ５８によって上方へ付勢され、シャフト３０の長手方向に沿ってシャフト３０の拡径部分３２の周りへ移動し、連結装置５４の凹部に円筒形状部分３８及び拡径部分３２の凸部を係合させた状態で、シャフト３０の拡径部分３２と第１のハウジング３４の円筒形状部分３８とにまたがって位置するようになる。
【００３１】
この状態で、回転アクチュエータ２６のシャフト３０を回転させると、シャフト３０の回転は、拡径部分３２及び連結装置５４を介して第１のハウジング３４に伝達され、その結果、第１のハウジング３４に接続された第２のハウジング３６がシャフト３０周りに回転する。すなわち、シャフト３０の回転により、ハンド本体２８が回転運動を行う。一方、シャフト３０には傘歯車４８、５０を介して伝動軸４４が接続されているが、伝動軸４４は、第２のハウジング３６に支持されており、第２のハウジング３６と共に回転するので、シャフト３０に対して相対的に静止した状態となり、シャフト３０の回転は伝動軸４４に伝達されない。したがって、作動要素５２が伝動軸４４周りに回転することはない。
【００３２】
このようにして、本発明のロボットハンド１２は、連結装置５４を用いてシャフト３０とハンド本体２８とを連結又は連結解除することにより、シャフト３０によるハンド本体２８の回転運動とシャフト３０による作動要素５２の駆動とを選択的に切り換える。したがって、シャフト３０を中心とした作動要素５２の向きを変更する必要があるときには、ハンド本体２８を垂直方向軌道２０に沿って下降させた状態で回転アクチュエータ２６を作動させればよく、作動要素５２によって把持されたワーク（不図示）を反転させる（すなわち、ワークの姿勢を変更する）必要があるときには、ハンド本体２８を上昇させ、回転アクチュエータ２６を作動させればよい。この結果、従来、別個のアクチュエータにより行われていたハンド本体２８の回転運動と作動要素５２の駆動が、本発明のロボットハンド１２では、単一の回転アクチュエータ２６により行うことができるようになる。
【００３３】
また、ワークの反転は、ワークを作動要素５２で把持する位置においてではなく、作動要素５２で把持したワークを他の作業位置に水平方向移動で移送する間に行うことが要求されることが多く、水平方向移動は通常図２に示されている上昇位置で行われるので、図１〜図３に示されているロボットハンド１２のように上昇位置でワークの反転を行える構造が有効である。しかしながら、ロボットハンド１２の下降位置でワークの反転を必要とする場合や、下降位置でネジ締めのように作動要素５２を回転させる作業を必要とする場合には、ロボットハンド１２が上昇位置にあるときに、ハンド本体２８がシャフト３０周りに回転し、ロボットハンド１２が下降位置にあるときに、作動要素５２が伝動軸４４周りに回転するようにすることも可能である。この場合には、連結装置５４の付勢バネ５８を圧縮バネとして、通常は、付勢バネ５８によって連結装置５４を第１のハウジング３４周りに位置させ、移動装置１４の垂直方向軌道２０上に設けられたストッパ６０が連結装置５４のフランジ部５６の下面に当接したときにのみ連結装置５４が付勢バネ５８に抗して上方へ移動し、シャフト３０の拡径部分３２と第１のハウジング３４の円筒形状部分３８とにまたがるように位置するようにすればよい。
【００３４】
図１〜図３に示されている実施形態は一例であり、本発明のロボットハンド１２はこれに限定されるものではない。例えば、図１〜図３に示されているロボットハンド１２では、連結装置５４の内周面に凹部が形成され、シャフト３０の拡径部分３２の外周面及び第１のハウジング３４の円筒形状部分３８の外周面に凸部が形成されているが、連結装置５４の内周面に凸部を形成し、シャフト３０の拡径部分３２の外周面及び第１のハウジング３４の円筒形状部分３６の外周面に凹部を形成することも可能である。また、連結装置５４として、フランジ付きスリーブを用いているが、必ずしもフランジ付きスリーブである必要はなく、ストッパ６０が当接できるのであれば他の形態であってもよい。例えば、ストッパ６０がスリーブの上端に当接できるようになっていれば、円筒形のスリーブであってもよい。また、移動装置１４は、直交２軸タイプのものではなく、直交３軸タイプやロボットアームなどであってもよい。
【００３５】
さらに、ハンド本体２８の一部（例えば、第２のハウジング３６）を交換可能とし、ロボットハンド１２で様々な作動要素を利用できるようにすることも可能である。このようなロボットハンド１２′が図４に示されている。図４においては、図１から図３に示されている第１の実施形態のロボットハンド１２と対応する部分には、同じ参照番号が付されている。
【００３６】
図４に示されている実施形態では、第１のハウジング３４と第２のハウジング３６とが着脱可能になっており、様々な種類の作動要素６４〜７０を有した第２のハウジング３６を第１のハウジング３４に取り付けることができるようになっている。
【００３７】
作動要素６４及び作動要素６６は、伝動軸４４により伝達される回転によりワーク（不図示）の姿勢を変更させるためのものであり、作動要素６８及び作動要素７０は、伝動軸４４により伝達される回転をラックピニオン機構により直線運動に変換して、対になった作動要素６８、７０を上下に移動させたり、互いのピッチを変更させたりできるものである。
【００３８】
他の部分の構造及び動作は、図１から図３に示されているものと類似であるので、ここでは詳しく説明しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のロボットハンドを移動装置に支持することにより構成されたロボットの全体構成を示している部分断面図である。
【図２】ロボットハンドが上昇位置にあるときの図１のロボットを示している。
【図３】ロボットハンドが下降位置にあるときの図１のロボットを示している。
【図４】本発明の第２の実施形態のロボットハンド及びそれに使用される様々な作動要素を示している斜視図である。
【符号の説明】
１０…ロボット
１２…ロボットハンド
１４…移動装置
２０…垂直方向軌道
２２…移動台
２４…ハンドベース
２６…回転アクチュエータ
２８…ハンド本体
３０…シャフト
５２…作動要素
５４…連結装置
６０…ストッパ
６２…ロック棒
６４…補助ハウジング

Claims (4)

1. 移動可能な移動台（２２）上に支持され、拡径部分（３２）を有するシャフト（３０）を備える回転アクチュエータ（２６）と、
   前記シャフト（３０）周りに回転可能に取り付けられたハウジング（３４，３６）と、
   前記ハウジング（３６）に回転可能に支持され、前記シャフト（３０）の回転が伝達される伝動軸（４４）とを有するロボットハンドであって、
   前記ハウジング（３４）は、前記拡径部分（３２）と隣接し、前記拡径部分（３２）と同じ外径形状を有した円筒形状部分（３８）を有し、
   前記円筒形状部分（３８）の周りに配置され、前記シャフト（３０）の長手方向に移動可能でありながら、前記ハウジング（３４）に対して前記シャフト（３０）周りに回転せず、前記ハウジング（３４）と共に前記シャフト（３０）周りに回転するスリーブと、前記スリーブの円筒表面から半径方向に突出するフランジ部（５６）とを有する連結装置（５４）と、
   前記連結装置（５４）を、前記拡径部分（３２）に向かって付勢し、前記スリーブを前記円筒形状部分（３８）と前記拡径部分（３２）とにまたがって位置させ、前記スリーブの内周面を、前記円筒形状部分（３８）と前記拡径部分（３２）の外周面に係合させる付勢バネ（５８）と、
   前記移動台（２２）の軌道（２０）上に設けられたストッパ（６０）とを備え、
   前記移動台（２２）が移動し、前記フランジ部（５６）が前記ストッパ（６０）に当接したとき、前期スリーブ（５４）の内周面と前記拡径部分（３２）との外周面との係合が解除されるとともに、前記連結装置（５４）を前記移動台（２２）に対してロックすることを特徴とするロボットハンド。
2. 前記ハウジングは、前記移動台（２２）に固定された補助ハウジング（６４）に軸受（４２）を介して回転可能に支持されてい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. 前記補助ハウジング（６４）から延びるロック棒（６２）によって、前記連結装置（５４）を前記移動台（２２）に対してロック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. 前記円筒形状部分（３８）と前記拡径部分（３２）の外周面と、前記スリーブの内周面のうちの一方には、前記シャフトの長手方向に沿って延びる凸部が形成されており、他方には、該凸部と相補的な凹部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のロボットハンド。

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