JP4053906B2

JP4053906B2 - 作業ロボット用ハンド装置

Info

Publication number: JP4053906B2
Application number: JP2003070749A
Authority: JP
Inventors: 敏男宮本
Original assignee: Yutaka Electronics Ind Co Ltd
Current assignee: Yutaka Electronics Ind Co Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP2004276166A; US7125059B2; US20040207222A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業ロボットにおいて、ワークを把持するハンド装置に関し、特に停電等の緊急時等に動作するワーク脱落防止手段を備えたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ワークの搬送や上下反転等の最中に、停電、駆動系システムの故障、不具合等が生じた場合であっても、ワークを挟持した状態でその落下や位置ズレが生じないようワークの脱落を防止するワーク脱落防止手段を備えた作業ロボット用ハンド装置が知られている。このような作業ロボット用ハンド装置として、例えば、特許文献１には、ガイド部材に沿った直線移動によってワークを両側から挟持するチャックアームと、チャックアームの挟持動作を駆動するチャックシリンダとを有し、さらに、一端にてガイド部材に取り付けられ他端にて偏心カムに取り付けられたロック用レールと、チャックハンドによりワークが挟持されているときに、ロック用レールが外側に移動しないようにロック用偏心カムの回動によってロック用レールをロックさせるロックシリンダとからなるワーク脱落防止手段を備えたロボットハンドが開示されている。
【０００３】
このロボットハンドがワークを挟持した状態において、偏心カムの長径部は、ロックシリンダによりロック用レール側に回転し、長径部の周面とロック用レールとが接触して噛み合った状態になる。よって、このロボットハンドによれば、チャックシリンダによるチャックアームの挟持力が弱まるような緊急時であっても、チャックシリンダが外側へ開こうとする動作は、この偏心カムの回転半径を大きくさせることとなる。よってロック状態をより強め、チャックシリンダの動作を停止させることができ、挟持されたワークの脱落を防止することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１１４７７８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１のロボットハンドでは、挟持動作の度に両部材が噛み合った状態になるため、相互の接触部分でへこみや傷等が生じ易く、それに伴い偏心カムの回転半径となる長径部の長さも変化し易くなる。この長径部の長さの変化は、回転トルク、すなわち接触部分に加えられる押圧力を変化させてしまうため、ロック用レールに加えられる偏心カムの押圧力を適正値に保つためには、ロックシリンダの伸縮力を微調整する調整手段が必要となって、ワーク脱落防止手段の構造が複雑になる問題点があった。
【０００６】
さらに、このロボットハンドでは、チャックアームをガイド部に沿って直線移動させることでワークの挟持動作を行うため、少なくともワークの挟持部分の幅以上にガイド部の長さを確保する必要があり、幅以下の小型化はできなかった。また、偏心カムとロック用レールとが噛み合った状態は、お互いの摩擦によって成立するものであるため、接触部分の汚れや使用による経時摩耗等によって確実に停止できない場合があり、ワーク脱落防止機能の信頼性が低下する問題点があった。
【０００７】
こうした問題に鑑み、本発明は、小型化でき、ワーク脱落防止手段の構成を単純化すると共に脱落防止機能の信頼性を向上できる作業ロボット用ハンド装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による作業ロボット用ハンド装置は、ワークを把持または開放動作自在に設けられた把持体と、駆動手段によって伸長及び収縮動作自在に駆動基体に設けられた可動体と、前記可動体の伸長及び収縮動作を前記把持体の把持及び開放動作に連動させるリンク手段と、前記駆動手段の停止時には、前記可動体に当接して前記把持体の開放動作を停止しワークの脱落を防止するワーク脱落防止手段とを備えた作業ロボット用ハンド装置であって、前記ワーク脱落防止手段は、先端部をテーパ状に形成した突出棒体と、前記突出棒体を前記可動体に当接する突出位置と後退位置との間で摺動可能に支持する支持レールと、前記支持レールに支持した前記突出棒体を突出位置に突出させる付勢手段と、常態では、前記付勢手段の付勢に抗して後退位置で前記突出棒体を保持し、前記駆動手段の停止時には、後退位置から突出位置へ瞬時に突出棒体を移動させるようにその突出棒体の保持を解除する保持手段とからなり、保持手段による突出棒体の保持及び解除を、可動体を駆動する駆動手段と同一の駆動系によって駆動可能とするように構成される。
ここで、「駆動手段」とは、駆動基体に設けられた可動体を伸長及び収縮動作させるための動力源であり、例えば、シリンダ本体とシリンダ本体に設けられた可動芯とを備えてなるエアシリンダに、可動芯の駆動用エアを供給可能とするエアポンプをいう。また駆動手段の「停止時」とは、駆動機能が完全に停止する時だけでなく、完全に停止するまでの間に徐々に駆動機能が低下する時も含むものとする。
【００１０】
請求項２の発明による作業ロボット用ハンド装置は、把持体は、把持基体に軸着された少なくとも一対の指状体からなり、前記指状体を軸着線回りに回動動作させることによって、ワークの両側から把持及び開放動作を行うように構成される。
【００１１】
請求項３の発明による作業ロボット用ハンド装置は、リンク手段は、指状体の基端部から突設されたテコ状体と、前記テコ状体と可動体とを連結する連結片とからなり、前記可動体の伸長及び収縮動作を前記指状体の回動動作に連動させるように構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図５は本発明に係る作業ロボット用ハンド装置（以下、「ロボットハンド」とする）の一実施形態を示す。本ロボットハンド１０は、ダイカストマシン等の成型機械で成型されたワークＷをその型枠から取出して次工程の所定位置へ移送したり、ワークＷの上下を反転する等の作業に対応するよう構成された作業ロボットの一構成要素として最適に使用されるものであり、これらの作業の際にワークＷを把持する把持装置としての機能を果たすものである。
【００１３】
図１に示すように、作業ロボット５は、水平旋回自在に設置されたベース部６と、ベース部６の上部から突設された多関節の可動アーム７とを備え、本ロボットハンド１０は、この可動アーム７の先端に取り付けられている。またベース部６には、折り曲げ自在な供給管１８を介してロボットハンド１０に接続されたエアポンプ１７が収納されている。エアポンプ１７は、ロボットハンド１０に駆動用エアを供給可能に構成されている。
【００１４】
可動アーム７は、長尺の第１アーム部１１及び第２アーム部１２とから構成されている。第１アーム部１１の基端部は、第１関節部１３を介してベース部６に接続され、第１アーム部１１は、第１関節部１３を支点として上下方向へ揺動可能に形成されている。また第１アーム部１１の先端部には、第２関節部１４を介して第２アーム部１２の基端部が接続され、第２アーム部１２は、第２関節部１４を支点として上下方向へ揺動可能に形成されている。本ロボットハンド１０は、第２アーム部１２の先端部に第３関節部１５を介して設けられている。ロボットハンド１０は、第３関節部１５を支点として、ロボットハンド１０の軸線回りへ回動可能に形成されると共に、その軸線を含む任意面に沿って揺動可能に形成されている。
【００１５】
図２〜図５に示すように、ロボットハンド１０は、第３関節部１５に取り付けられたハンド基部２０と、ワークＷの両側から把持または開放動作自在にハンド基部２０から突設された把持体としての一対の指状体２１とを備えて構成されている。さらにハンド基部２０の中央には、指状体２１の把持動作及び開放動作を駆動するための把持用エアシリンダ２３が設けられている。
【００１６】
把持用エアシリンダ２３は、駆動基体としてのシリンダ本体２４と、駆動手段としてのエアポンプ１７によって伸長及び収縮動作自在にシリンダ本体２４に設けられた可動体としての可動芯２５とから構成され、シリンダ本体２４は、ハンド基部２０に固定されている。また可動芯２５は、駆動用エアの供給が絶たれた場合、自然長である最大伸長位置Ｐ１まで徐々に移動するように形成されている。
【００１７】
ハンド基部２０には、把持用エアシリンダ２３の可動芯２５を挟む両側に、一対の指状体２１を夫々軸支する２つの基部側軸２７が設けられている。指状体２１は、相対する側に湾曲するようにく字状に夫々形成されている。また指状体２１は、その基端部に設けられた指状体軸孔２９を基部側軸２７に軸着することによって、軸着線回り、すなわち把持及び開放方向に回動可能にハンド基部２０に取り付けられている。
【００１８】
一対の指状体２１の相対する各内側には、先端部及び中央部に、ワークＷを把持する際に把持力が集中するようにブロック状の爪部３１が突設されている。また把持用エアシリンダ２３と指状体２１との間には、把持用エアシリンダ２３の伸長及び収縮動作を指状体２１の把持及び開放動作に連動させるリンク手段４０が設けられている。
【００１９】
リンク手段４０は、指状体２１の基端部から突設されたテコ状体３３と、把持用エアシリンダ２３の可動芯２５とを連結する連結片４３とから構成されている。テコ状体３３は、把持用エアシリンダ２３の伸縮力を指状体２１に伝達するように第３関節部１５に向けて突設されている。テコ状体３３の突端にはテコ部軸孔４１が設けられている。連結片４３は、テコ状体３３のテコ部軸孔４１と可動芯２５の先端部に設けられた可動芯軸孔４２とを連結している。
【００２０】
リンク手段４０は、把持用エアシリンダ２３の可動芯２５の伸長及び収縮動作を指状体２１の回動動作に連動させている。すなわち指状体２１は、把持用エアシリンダ２３によりリンク手段４０を介して、可動芯２５が収縮動作する場合にその対の間隔を狭めるよう把持動作し、同伸長動作する場合にその対の間隔を拡げて開放動作するように構成されている。
【００２１】
さらに、ハンド基部２０には、エアポンプ１７の停止時に、付勢手段の付勢力によって突出棒体５０を突出させ、その突出棒体５０を可動芯２５に当接して可動芯２５の伸長動作を制限し、リンク手段４０を介して連動する指状体２１の開放動作を停止することによりワークＷの把持状態を維持し、ワークＷが脱落したり把持ズレすることを防止するためのワーク脱落防止手段６０が設けられている。
【００２２】
ワーク脱落防止手段６０は、先端を先細りのテーパ状に形成した突出棒体５０と、突出棒体５０を可動芯２５に当接する突出位置Ｑ１と後退位置Ｑ２との間で、その突出方向と後退方向との両方向に滑らかに摺動可能に支持する支持レール５１と、突出棒体５０に付勢力を供給して突出位置Ｑ１に突出させる付勢手段としての２本のコイルスプリング５２，５２と、常態ではコイルスプリング５２，５２による突出方向の付勢に抗して、後退方向に後退させ後退位置Ｑ２で突出棒体５０を保持し、エアポンプ１７の停止時にはその突出棒体５０の保持を解除する保持手段としての後退用エアシリンダ５３とから構成されている。これらはハンド基部２０の側面に固定された枠体８内に収納されている。また後退用エアシリンダ５３は、突出棒体５０の保持及び解除を、可動芯２５を駆動するエアポンプ１７と同一の駆動系によって駆動可能とするように、供給管１８から分岐された分岐管（図示略）に接続されている。
【００２３】
突出棒体５０の先端部５０ａは、突出方向に対して直交する断面が、上下に長い長方形とする平板からなり、その最先端部の上下部を先細りのテーパ状となるように形成されている。前述した把持用エアシリンダ２３の可動芯２５の先端部には、突出棒体５０の先端部５０ａのテーパ角に一致するように斜辺形成された当接部２６が設けられている。後退用エアシリンダ５３は、シリンダ本体５４と、シリンダ本体５４に伸長及び収縮動作自在に設けられた可動芯５５とから構成され、シリンダ本体５４は枠体８に固定されている。可動芯５５は、駆動用エアの供給が絶たれた場合、後退位置Ｒ２から自然長である最大収縮位置Ｒ１まで瞬時に移動するように形成されている。
【００２４】
突出棒体５０の基端部には、後退用エアシリンダ５３の可動芯５５に係合する係合片５６が突設されている。各コイルスプリング５２，５２は、突出棒体５０の両外側に位置するように一端が枠体８に固定され、他端が突出棒体５０の外側部に固定されている。支持レール５１は、把持用エアシリンダ２３の可動芯２５の伸長及び収縮方向に対して、支持した突出棒体５０の突出方向を直交させ、さらに突出棒体５０の突出時に、その先端部５０ａと可動芯２５の当接部２６とを当接させて可動芯２５の伸長動作を阻止する位置に敷設されている。
【００２５】
上記構成のロボットハンド１０を備えた作業ロボット５において、ワークＷの移送工程の動作とワーク脱落防止手段６０の動作とを合わせて説明する。ワーク脱落防止手段６０が作動していない状態では、後退用エアシリンダ５３は、エアポンプ１７から供給された駆動用エアにより伸長動作を継続し、コイルスプリング５２，５２の付勢に抗して、突出方向の付勢力を打ち消し係合片５６を後退方向に押圧し、後退位置Ｑ２で突出棒体５０を保持させる。この時、突出棒体５０の先端部５０ａは枠体８内に収容される。この作動状態で、把持用エアシリンダ２３は、制御装置（図示略）の制御によって自在に伸縮動作し、リンク手段４０を介して指状体２１を連動し、ロボットハンド１０の指状体２１によるワークＷの把持及び開放動作が可能となる。
【００２６】
そして可動アーム７の動作制御によって、ロボットハンド１０は移送対象のワークＷの近傍に移動し、把持用エアシリンダ２３の可動芯２５が収縮することで、指状体２１はワークＷを把持する。把持されたワークＷは、可動アーム７の上下動作、ロボットハンド１０の回動動作及びベース部６の水平旋回動作により、所定の段取り向きに反転しながら次工程の所定位置に移送される。そしてロボットハンド１０の可動芯２５の伸長動作により指状体２１が開放動作してワークＷの把持を、ワークＷの移送工程は終了する。
【００２７】
ワーク移送工程の最中に、例えば、停電等によってエアポンプ１７からロボットハンド１０への駆動用エアの供給が停止されたり、エアポンプ１７や供給管１８の不具合等によって駆動用エアが減圧される等、突発的な異常事態が生じた場合、コイルスプリング５２，５２による突出棒体５０の保持を解除するようにワーク脱落防止手段６０が作動する。この時、把持用エアシリンダ２３の可動芯２５は、把持位置Ｐ２から自然長である最大伸長位置Ｐ１に戻る様に徐々に伸長動作し、リンク手段４０を介して連結された指状体２１によるワークＷの把持力は低下し始める。一方、この作動状態のワーク脱落防止手段６０において、常態ではコイルスプリング５２，５２の付勢に抗して付勢力を打ち消す方向に伸長していた後退用エアシリンダ５３の可動芯５５は、エアポンプ１７の停止時には、突出棒体５０の保持を解除するため、後退位置Ｒ２から自然長である最大収縮位置Ｒ１に戻る様に瞬時に収縮動作する。
【００２８】
この収縮動作の結果、コイルスプリング５２，５２の付勢力が解放され、突出棒体５０のテーパ状の先端部５０ａは、ワークＷの把持力が低下するよりも先に、把持用エアシリンダ２３先端の当接部２６に当接するように後退位置Ｑ２から突出位置Ｑ１に突出する。この突出棒体５０の突出動作によって、突出棒体５０に当接された把持用エアシリンダ２３の可動芯２５はそれ以上の伸長動作を阻止され、連動する指状体２１は開放動作を停止し、ロボットハンド１０はワークＷの把持状態を維持して脱落を防止する。
【００２９】
このロボットハンド１０によれば、コイルスプリング５２，５２の付勢力を利用したので、ワーク脱落防止手段６０の構成を単純化できる。また、当接部２６及び突出棒体５０の先端部５０ａの経時摩耗や汚れ等に関係なく可動芯２５の伸長をより確実に阻止することが可能となり、ワーク脱落防止手段６０の脱落防止機能の信頼性を向上できる。
【００３０】
さらに後退用エアシリンダ５３による突出棒体５０の保持及び解除を、可動芯２５を駆動するエアポンプ１７と同一の駆動系によって駆動可能としたので、停電等の緊急時にエアポンプ１７が停止した場合、ワークＷの把持力が低下するよりも先に指状体２１の開放動作を停止し、ワークＷの把持状態を維持して、より確実にワークＷの脱落を防止することができる。
【００３１】
また突出棒体５０の先端部５０ａを先細りのテーパ状に形成し、可動芯２５の先端に先端部５０ａのテーパ角に一致するように斜辺形成された当接部２６を設けたので、突出棒体５０に掛かる付勢力を可動芯２５の収縮する方向に分配して加えることができ、ワーク脱落防止手段６０の作動時、指状体２１によるワークＷの把持力をより高めることができる。また、可動芯２５の収縮する方向に分配して加えられる付勢力は、テーパ角を変えることによって適当な把持力に調整可能である。
【００３２】
また把持体を、ハンド基部２０に軸着された一対の指状体２１から構成し、指状体２１を軸着線回りに回動動作させることによって、ワークＷの両側から把持及び開放動作を行うようにしたので、ワークの把持部分の幅よりも軸着部分の間隔を狭くしてハンド基部２０を小さく構成することができ、従来のロボットハンドに比較して装置全体を小型化できる。
【００３３】
またリンク手段４０を、指状体２１のテコ状体３３と可動芯２５の先端部とを連結片４３によって連結可能に構成したので、基端部から突設したテコ状体３３の長さを短くすることで、回動動作に必要なテコ状体３３の可動面積を縮小できることに加え、さらにテコの原理により、大きなワーク把持力を得ながら把持用エアシリンダ２３の可動芯２５の伸縮距離を短くでき、よってリンク手段４０の可動スペースを小さくしてロボットハンド１０を小型化できる。
【００３４】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜に変更して実施することも可能である。
（１）本発明を、ロボットハンド１０に限らず、他の加工装置や移送装置におけるワーク把持装置に使用すること。
（２）把持駆動手段及び保持手段は、エアシリンダに限らず、油圧シリンダやソレノイド等を用いても良い。
（３）突出棒体５０の先端部５０ａは、突出方向に対して直交する断面が、円形とする円柱、正方形とする四角柱や、三角或いは六角形等の他の多角柱等を用いて、先端部を先細りのテーパ状に形成しても良い。
【００３５】
（４）駆動基体に設けられた可動体は、シリンダ本体２４に設けられた可動芯２５に限らず、ピニオンによって駆動可能に設けられたラックで構成しても良い。
（５）保持手段は、シリンダ本体５４に設けられた可動芯５５に限らず、ピニオンによって駆動可能に設けられたラックで構成しても良い。
（６）指状体２１は、ワークＷを両側から挟むものであれば、一対に限らず、複数設けても良い。
（７）指状体２１の形状は、把持対象ワークＷの外形に合わせたものであれば、幅広の板形状等、他の形状で形成しても良い。
【００３６】
（８）ワーク脱落防止手段６０は、エアポンプ１７の停止等の緊急時に限らず、例えば作動スイッチをエアポンプ１７とロボットハンド１０との間に介在させ、作動スイッチの自発的な操作によって、任意時に動作するよう構成可能である。
（９）付勢手段は、コイルスプリング５２に限らず、板バネ等の他の弾性体を用いても良い。また２つ設けることに限らず、１つ或いは３つ等設けても良い。
（１０）作業ロボット５は、マシニングセンタ等の工作機械に付設し、例えばワークＷを前工程の所定位置から次工程の所定位置に移送するように構成しても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、ワーク脱落防止手段の構成を単純化できる。また、可動体の伸長をより確実に阻止することが可能となり、ワーク脱落防止手段の脱落防止機能の信頼性を向上できる。さらに、停電等の非常時に駆動手段が停止した場合に、把持体によるワークの把持力が低下するタイミングに合わせて、ワーク脱落防止手段を動作させることができ、ワークの把持力が低下するよりも先に把持体の開放動作を停止し、ワークの把持状態を維持して、より確実にワークの脱落を防止することができる。
【００３９】
請求項２の発明によれば、ワークの把持部分の幅よりも軸着部分の間隔を狭くして把持基体を小さく構成することができ、従来のロボットハンドに比較してワーク把持装置全体を小型化できる。
【００４０】
請求項３の発明によれば、基端部から突設したテコ状体の長さを短くすることで、回動動作に必要なテコ状体の可動面積を縮小できることに加え、大きなワーク把持力を得ながら可動体の伸縮距離を短くでき、リンク手段の可動スペースを小さくしてワーク把持装置全体を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るワーク把持装置を備えた作業ロボットの構成説明図である。
【図２】本ワーク把持装置を示す正面図である。
【図３】本ワーク把持装置を一部断面処理してリンク手段を示す背面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図２の特にワーク脱落防止手段を示すＢ−Ｂ線要部断面図である。
【符号の説明】
５・・作業ロボット、６・・ベース部、７・・可動アーム、８・・枠体、１０・・ワーク把持装置としてのロボットハンド、２０・・把持基体としてのハンド基部、２１・・把持体としての指状体、２４・・駆動基体としてのシリンダ本体、２５・・可動体としての可動芯、３３・・テコ状体、４０・・リンク手段、４３・・連結片、５０・・突出棒体、５１・・支持レール、５２・・付勢手段としてのコイルスプリング、５３・・保持手段としての後退用エアシリンダ、６０・・ワーク脱落防止手段、Ｑ１・・突出位置、Ｑ２・・後退位置、Ｗ・・ワーク。

Claims

ワークを把持または開放動作自在に設けられた把持体と、駆動手段によって伸長及び収縮動作自在に駆動基体に設けられた可動体と、前記可動体の伸長及び収縮動作を前記把持体の把持及び開放動作に連動させるリンク手段と、前記駆動手段の停止時には、前記可動体に当接して前記把持体の開放動作を停止しワークの脱落を防止するワーク脱落防止手段とを備えた作業ロボット用ハンド装置であって、
前記ワーク脱落防止手段は、先端部をテーパ状に形成した突出棒体と、前記突出棒体を前記可動体に当接する突出位置と後退位置との間で摺動可能に支持する支持レールと、前記支持レールに支持した前記突出棒体を突出位置に突出させる付勢手段と、常態では、前記付勢手段の付勢に抗して後退位置で前記突出棒体を保持し、前記駆動手段の停止時には、後退位置から突出位置へ瞬時に突出棒体を移動させるようにその突出棒体の保持を解除する保持手段とからなり、
保持手段による突出棒体の保持及び解除を、可動体を駆動する駆動手段と同一の駆動系によって駆動可能とする、作業ロボット用ハンド装置。
把持体は、把持基体に軸着された少なくとも一対の指状体からなり、
前記指状体を軸着線回りに回動動作させることによって、ワークの両側から把持及び開放動作を行う、
請求項１に記載の作業ロボット用ハンド装置。
リンク手段は、指状体の基端部から突設されたテコ状体と、前記テコ状体と可動体とを連結する連結片とからなり、
前記可動体の伸長及び収縮動作を前記指状体の回動動作に連動させる、
請求項２に記載の作業ロボット用ハンド装置。