JP4271877B2

JP4271877B2 - Robot hand

Info

Publication number: JP4271877B2
Application number: JP2001081588A
Authority: JP
Inventors: 耕一西田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP2002283269A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットハンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークに対する切断作業、溶接作業並びに旋削、フライス及び穴あけ等の切削作業等では、ワークを固定治具及び切削機械等に位置決めし固定して行う。そしてこれら固定治具及び切削機械等へのワークの位置決めには、これら固定治具及び切削機械等に対し同期制御されたロボットハンドによって行うことが多い。従ってロボットハンドもまた、ワークを位置決めし固定して当該ワークを把持する。尚、切断作業及び溶接作業では、ワークをロボットハンドで把持したまま（つまり、固定治具を用いることなく、ワークを位置決めし固定したまま）、例えばプラズマ切断機及び溶接機によって自動切断及び自動溶接することもある。
【０００３】
ロボットとしては、例えば図５の関節式マニピュレータを例示できる。これは、ベース１上に立設した水平旋回自在の第１アーム２と、第１アーム２の先端に上下方向へ回転自在に基端を関節連結した伸縮自在、かつ軸回り旋回自在の第２アーム３と、第２アーム３の先端に上下方向へ回転自在に基端を関節連結した軸回り旋回自在の手首４と、手首４の先端にワークＷを把持すべく基端を固設して先端が開閉自在のハンド５（「エンドエフェクタ」ともいう）と、前記旋回、回転、伸縮及び開閉等の各動作の自動制御を司る制御装置６とを有する。
【０００４】
ハンド５としては、図６のものを例示できる。尚、ハンド５は手首４等の軸回り旋回によって旋回する。従って、下記「上」及び「下」の各位置を示す文言は、手首４がほぼ９０°旋回した後では「左」及び「右」となり、さらに９０°旋回した後では「下」及び「上」となるが、以下いずれも各図示状態での「上」及び「下」である。
【０００５】
図６のハンド５は、上側ジョー５Ａと下側ジョー５Ｂとを有する例である。上側ジョー５Ａはその下部に上側当接部材５ａを着脱自在に有し、下側ジョー５Ｂはその上部に下側当接部材５ｂを着脱自在に有する。そして普通、上側当接部材５ａの下面は下方中央へと漸次突出成形し、下側当接部材５ｂの上面は平面成形してある。つまり、下側当接部材５ｂの上面（以下「当接面」とする）はワーク下面と面接触で当接してワークを受け、上側当接部材５ａの下面（以下「当接面」とする）はワーク上面とほぼ点接触で当接してワークを下側当接部材５ｂの当接面上に押え付ける。これにより、ハンド５はワークを挟持し、把持し、固定する。
【０００６】
ハンドは、上記の他、例えばレール式マニピュレータ等にも装着する。レール式マニピュレータとしては、図示しないが、例えばＸＹ方向のレール上を移動自在な、例えばＺ方向伸縮自在の、かつ水平旋回自在の手首の先端にハンドを有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成から明らかな通り、ハンドはワークを把持自在とするが、把持といっても、これは静的、かつマクロ的に示したものであって、上記従来のハンドには、次に述べるような当接部材の摩耗問題がある。
【０００８】
（Ａ１）ワーク把持及びワーク解放での各開始から終了までの間にワークは上下当接面間で傾き、かつ滑るが、これらに起因し、さらにはワーク把持中のロボット動作中にワークは上下当接面間でミクロ的に傾き、かつ滑るが、これらにも起因して図７の破線（上下当接部材５ａ、５ｂの新品時）から実線（上下当接部材５ａ、５ｂのある程度使用済み時）への変化図に示す通り、上下当接面がアブレッシブ摩耗し、また凝着摩耗する。両摩耗は下側当接部材５ｂの平面端部５ｂｅにおいてより顕著に現れる。さらに、環境（酸素、ワーク面に薬剤が塗布されていればその薬剤等）に基づく腐食摩耗が重畳する。
【０００９】
（Ａ２）図７を参照し説明する。ハンドによるワークの位置決めでは、ワーク下面と面接触してワークを受ける下側ジョー５Ｂの位置及び姿勢（正しくは、下側当接部材５ｂの当接面の位置及び姿勢）を基準として、制御装置６がハンド５の開閉動作を司る。ところが、下側当接部材５ｂが図７の点線で示す新品状態から図７の実線で示すある程度使用済み状態へと移行すると、下側当接部材５ｂの当接面が寸法Ｍｂだけ摩耗しているために、ワークの実際位置が新品時の実際位置と相違する。つまり、制御装置６がワークを目標位置に固定制御できないとの問題が生ずる。さらに、下側当接部材５ｂの平面端部５ｂｅが大きく摩耗Ｍｅしており、かつこの摩耗Ｍｅが極度に進行すると、ワークの姿勢が不安定となる。つまり、制御装置６がワークを目標姿勢に固定制御できないとの問題も生ずる。
【００１０】
上側当接部材５ａの当接面も寸法Ｍａだけ摩耗しているが、上側ジョー５Ａはワークを下側ジョー５Ｂに単に押さえ付ける機能を発揮するだけであるから、上側当接部材５ａの摩耗が制御装置６でのハンド５に係わる位置制御及び姿勢制御に対して大きく影響することは殆どない。
【００１１】
（Ａ３）上記（Ａ１）及び（Ａ２）の問題を解決するため、従来は下当接部材５ｂを定期的又は適時交換する。交換を怠ると、上記問題（Ａ１）及び（Ａ２）が生じ、切断不良、溶接不良及び機械加工不良等が生ずる。
【００１２】
尚、上下当接面にはワークの滑りを極力防止するために、ローレット加工（縞状の凹凸加工）を夫々施すのが普通である。そして、上下当接面のローレットは摩耗する。従って、ワークが滑り易くなる。そこで、上側当接部材５ａも適時交換することとなる。但し、上側当接部材５ａの当接部の摩耗が制御装置６によるワークの位置制御及び姿勢制御に殆ど影響しないことから、その交換のインターバルは、下側当接部材５ｂの交換のインターバルよりも長いのが普通である。
【００１３】
即ち、上下当接部材５ａ、５ｂは、使用済み後に廃却する消耗部品である。従って、消耗部品の製造及び在庫に係わる作業コスト高は勿論のこと、交換時（特に下側当接部材５ｂの交換は頻繁である）のロボット停止による非生産性もまた、従来のハンドでの不経済性（問題点）であると指摘できる。
【００１４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、位置制御及び姿勢制御を長期に亘って安定的に、かつ高精度に行える、及び、不経済性を改善できる、の少なくとも一つを達成できるロボットハンドの提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、本発明のロボットハンドは、第１に、ワークを把持自在とするロボットハンドにおいて、ワークとの当接面を切削工具であるスローアウェイチップの表面とすべく、ワークとの当接対応部位に詞押済みのスローアウェイチップを取り付けたことを特徴としている。
【００１６】
上記第１のロボットハンドの作用効果は次の通り。スローアウェイチップの表面をワークとの当接面としたが、スローアウェイチップ９は超硬合金であり、摩耗しにくく、かつ耐熱性が高いので、ワークの把持及び把持してのロボット動作だけでは、当接面なるスローアウェイチップの表面が早期摩耗することは殆どない。しかも、スローアウェイチップの厚み公差は例えば０．１３ｍｍ又は０．０２５ｍｍに規格化（ＪＩＳ）されている。従って、制御装置によるワークの実際位置及び実際姿勢を目標位置及び目標姿勢に長期に亘って安定的に、かつ高精度に一致させる動作制御を行える。具体的には、切断不良、溶接不良及び機械加工不良等を生じにくい。
【００１７】
また、スローアウェイチップの消耗部品となるから、従来技術の上下側当接部材を定期的に又は適時交換する作業もこれを廃却する無駄も無い。消耗部品なるスローアウェイチップも使用済みを再利用できる。尚、このスローアウェイチップは、前記の通り、ワークの把持及び把持してのロボット動作だけでは、表面が早期摩耗することは殆どないから、この交換も無くなる、又は長い交換インターバルとなる。つまり、消耗部品の製造及び在庫に係わる作業コスト高は勿論のこと、交換時のロボット停止による非生産性も解消でき、経済的である。
【００１８】
尚、第２に、上記第１のロボットハンドにおいて、スローアウェイチップの平面部の表面がワークとの当接面となるように、ワークとの当接対応部位に使用済みのスローアウェイチップを取り付けてもよい。
【００１９】
上記第２のロボットハンドの作用効果は次の通り。ワークとの当接面は、スローアウェイチップの表面ならば何処でもよい（第１のロボットハンドである）。ところが、上記構成のように、ワークとの当接面をスローアウェイチップの平面部の表面にすると、ワークとの当接面を切削コーナ部としたときよりも把持時の面圧が小さいから、スローアウェイチップによるワークに対する凹み、傷付け、アブレッシブ摩耗及び凝着摩耗を少なくできる。要するに、ワークの状態を保全し易くなる。ワークが完成品、半完成品、薄板、脆い材質（例えばプラスチックス）等である場合に有効である。尚、後述する実施例でも述べないが、本発明はワークが鉄である場合ばかりでなく、前記プラスチックス、木材、その他である場合にも適用できることは説明するまでもない。
【００２０】
また、第３に、上記第１又は第２のロボットハンドにおいて、ワークとの当接対応部位に使用済みのスローアウェイチップを着脱自在に取り付けてもよい。
【００２１】
上記第３のロボットハンドの作用効果は次の通り。スローアウェイチップは、前記の通り、ワークの把持及び把持してのロボット動作だけでは、表面が早期摩耗することは殆どないから、その交換も無くなる、又は長い交換インターバルとなる。ところがスローアウェイチップは、例えば熱衝撃によって欠損することがあり、この時には交換を要する。上記構成は、この交換を容易化したものであり、スローアウェイチップの着脱方式としては、いわゆる偏心ピン式、クランプ式及びロー付け式等を例示できる。
【００２２】
【発明の実施の形態及び実施例】
以下、実施例を図１〜図４を参照し説明する。尚、ロボットは、既説の図５の関節式マニピュレータ及びレール式マニピュレータ等である。また、説明を容易にするために、実施例なる図１のハンド５も既説の図６の従来の上側ジョー５Ａと下側ジョー５Ｂとを有するハンド５とした。以下、既説の図５〜図７での同一要素には同一符号を付す。
【００２３】
図１のハンド５は、一見すると、既説の図６の従来のハンド５と大差ないものの、図１の部分拡大図である図２〜図４に詳記する通り、両者は大きく相違する。詳しくは次の通り。
【００２４】
図２（ａ）は、上側当接部材５ａを上側ジョー５Ａの下部にボルト５ａ１で締め付ける組立図である。一方、図２（ｂ）は、下側ホルダ５ｂを下側ジョー５Ｂの上部にボルト５ｂ２で締め付ける組立図である。尚、下側ホルダ５ｂは、本実施例では、図６の従来の下側当接部材５ｂを追加工しただけのものであるから、同一符号を付して実施例の理解を容易化している。そして、上側当接部材５ａの下面（ワークとの当接面）及び下側ホルダ５ｂの上面（ワークとの当接面）には、×印で示すローレット加工を夫々施してある。
【００２５】
下側ホルダ５ｂの四隅上面には、図２（ｂ）に示す通り、所定深さｄ１の座刳部７を穿ってある。各座刳部７のほぼ中央に小径の第２座刳部７ａを穿ってあり、第２座刳部７ａの底のほぼ中央にさらに小径のピン挿入孔７ｂを穿ってある。符号８は、上下方向でのほぼ中央に鍔部８ａを備えると共に、鍔部８ａの上下面から互いに偏心した上側ピン８ｂ及び下側ピン８ｃを上下方向に立設した偏心ピンである。符号９はスローアウェイチップである。
【００２６】
スローアウェイチップ９は、切削機械の工具ホルダにクランプオン式又は偏心ピン式等によってワンタッチクランプする切削工具であり、平面視して三角形、四角形及び菱形等、各種準備されている。これらスローアウェイチップ９は、図３の（ａ）から（ｂ）に示すように、各コーナ９ｂを順次切削に使用したのち、その名称（スローアウェイ）が意味する通り、使い捨てするものである。本実施例では、偏心ピンによって切削機械の工具ホルダにクランプする、図３（ｂ）に示す厚さｄ２の菱形の使用済みスローアウェイチップを用いている。尚、図４に示す通り、座刳部７は、その所定深さｄ１がスローアウェイチップ９の厚さｄ２よりも小さくなるように（ｄ１＜ｄ２）、穿ってある。
【００２７】
そこで、図２（ｂ）に示す通り、下側ピン８ｃをピン挿入孔７ｂに挿入する。偏心ピン８は、その鍔部８ａの下面が第２座刳部７ａの底に当接すると、停止する。このとき、鍔部８ａの上面が第２座刳部７ａ内に収まるように、第２座刳部７ａを設けてある。第２座刳部７ａから上方へ突出した上側ピン８ｂ内に上方からスローアウェイチップ９の中央孔９ａを貫入させる。その後、回転用手工具を用いて偏心ピン８を回転させる。この回転によって上側ピン８ｂ（即ち、スローアウェイチップ９）は下側ピン８ｃ回りに公転し、スローアウェイチップ９の座刳部７側の側壁二面が座刳部７の側壁二面間に、スローアウェイチップ９が座刳部７（以下適宜「当接対応部位７」とする）内で固定するまで、楔状に嵌まり込む。これにより、各スローアウェイチップ９の下側ホルダ５ｂの四隅への取り付けを完了する。このとき、上側ピン８ｂの上面がスローアウェイチップ９の上面から上方へ突出しないように、上側ピン８ｂを設けてある。
【００２８】
スローアウェイチップ９の下側ホルダ５ｂへの取り付けが完了すると、各スローアウェイチップ９は、上記の通り「ｄ１＜ｄ２」であるから、スローアウェイチップ９の平面部の表面９ｃ（図３参照）が下側ホルダ５ｂの上面（ローレット加工面）よりも上方へ突出する。
【００２９】
スローアウェイチップ９は下側ホルダ５ｂの四隅に夫々取り付けるから、これらスローアウェイチップ９の平面部の各表面９ｃがワークとの当接面となる。
【００３０】
各スローアウェイチップ９の下側ホルダ５ｂからの取り外しは、偏心ピン８を逆回転させて行う。
【００３１】
以下、上記実施例の作用効果を述べる。
【００３２】
（Ｂ１）スローアウェイチップ９は、例えばタングステンカーバイドとコバルトとの混合原料を圧縮成形して１４００°Ｃ程度で焼き固めたいわゆる「セラミックス」である。このスローアウェイチップ９は、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、切削工具なる超硬合金である。切削時には８００°Ｃ程度の切削熱がスローアウェイチップ９の切削部（図３の符号９ｂ）に生ずるが、それでもスローアウェイチップ９は摩耗しにくい。即ち、上記実施例におけるワークの把持及び把持してのロボット動作だけでは、スローアウェイチップ９が早期摩耗することは殆どない（非摩耗性）。また、スローアウェイチップ９の厚み公差は、例えば０．１３ｍｍ及び０．０２５ｍｍに規格化されている。
【００３３】
即ち、スローアウェイチップ９はその厚み公差が規格化され、かつ早期摩耗が殆どないことから、ワーク下面と面接触してワークを受ける下側ジョー５Ｂの位置及び姿勢（正しくは、各スローアウェイチップ９の上面間で構成される仮想面の位置及び姿勢）を基準として設定し易く、そして、一旦設定すると、制御装置６は、ワークの実際位置及び実際姿勢を目標位置及び目標姿勢に長期に亘って安定的に、かつ高精度に一致させる動作制御を行える。具体的には、切断不良、溶接不良及び機械加工不良等を生じにくい。
【００３４】
（Ｂ２）上記実施例ではスローアウェイチップ９を偏心ピン８によって着脱容易化を図った。ところが、上記実施例ではスローアウェイチップ９の早期摩耗が殆どないから（非摩耗性）、スローアウェイチップ９を例えば下側ホルダ５ｂにロー付けして半固定してもよいこととなる。
【００３５】
即ち、従来技術の下側当接部材５ｂ（上記実施例での下側ホルダ５ｂ）を定期的に又は適時交換する作業がなくなる。勿論、適時交換するものは、スローアウェイチップ９となるが、これは前述の通り、殆ど摩耗しない。つまり、従来技術のように、下側当接部材５ｂを消耗部品として多数準備する必要が全くなく、またスローアウェイチップ９が使用済みのものの再利用である。つまり、経済的効果が大きい。
【００３６】
（Ｂ３）上記実施例では、上側当接部材５ａにスローアウェイチップ９を取り付けていない。これは、既説の従来技術と同じく、上側当接部材５ａの当接面が摩耗しても、上側ジョー５Ａがワークを下側ジョー５Ｂに単に押さえ付ける機能だけを有すると見做せるからである。また、従って上側当接部材５ａの当接面の摩耗が制御装置６でのハンド５の開閉動作に係わる位置制御及び姿勢制御にさして支障を生じさせないためである。
【００３７】
また、このように上側当接部材５ａにスローアウェイチップ９を取り付けないでおくと、例えば切断作業及び溶接作業では、ワークをロボットハンドで把持したまま、つまり固定治具を用いることなく、かつハンド５自体を電流アースとして、例えばプラズマ切断及び溶接できるからでもある。より具体的には、例えばスローアウェイチップ９がタングステンカーバイドを原料とした合金であるとき、その通電抵抗は大きく、従って切断及び溶接電流は、スローアウェイチップ９から下側ホルダ５ｂを経て下側ジョー５Ｂへと流れることなく、上側当接部材５ａを経て上側ジョー５Ａへと流れ、電気ネルルギロスを少なくできる。
【００３８】
（Ｂ４）但し、スローアウェイチップ９は、急激な温度変化を受けて内部での熱膨張の差（いわゆる「熱衝撃」である）によって欠損することがある。
【００３９】
例えばワークをロボットハンドで把持したままでの、つまり固定治具を用いることなく切断し及び溶接する作業時に、切断線及び溶接線がスローアウェイチップ９の極めて近傍に位置するときは、スローアウェイチップ９が熱衝撃を受けて欠損する恐れがある。そこで、上記実施例では、偏心ピン８による欠損したスローアウェイチップ９の交換に際し、着脱容易化を図って交換を簡素化したものである。
【００４０】
尚、かかる熱衝撃を考慮しない作業に従事するならば、スローアウェイチップ９を例えばロー付けして半固定しても構わない。
【００４１】
他の実施例を例示列挙する。
【００４２】
（１）上記実施例では、下側ホルダ５ｂの上面にローレット加工を施したが、これは本実施例での下側ホルダ５ｂが従来の下側当接部材５ｂを利用してその四隅を追加工したためである。そして上記実施例のように、下側ホルダ５ｂの上面にローレット加工を施したままとしておけば、下側ホルダ５ｂの下側ジョー５Ｂへの着脱、及び、スローアウェイチップ９の下側ホルダ５ｂへの着脱の手作業時での手の滑り止めになって作業速度を速めることができる。尚、かかる作用効果が不要の場合は下側ホルダ５ｂの上面のローレット加工を無くしてもよい。
【００４３】
（２）スローアウェイチップは、上記実施例での菱形に限定されることはなく、平面視して三角形及び四角形等のものでも構わない。
【００４４】
（３）上記実施例では、スローアウェイチップ９の下側ホルダ５ｂへの取り付けを四隅上面（４個所）としたが、基本的には互いに離間した３個所で面（ワーク下面である）を受けることができるから、スローアウェイチップ９の下側ホルダ５ｂへの取り付け個所は互いに離間した３個所とすればよい。但し、ワークの形状、大きさ及び重心位置に合わせて下側ホルダ５ｂの形状及び大きさを考慮し、その上でスローアウェイチップ９の取り付け数及び取り付け位置を決定すればよい。
【００４５】
（４）上記実施例では、偏心ピン８も用いてスローアウェイチップ９を下側ホルダ５ｂへ着脱自在としたが、この着脱方式としては、いわゆるクランプ式でも、前記ロー付け式でも、ボルト締め、その他でも構わない。
【００４６】
（５）上記実施例では、スローアウェイチップ９を下側ホルダ５ｂの座刳部７（当接対応部位７）にのみに着脱自在に設けた。ところが、ワークによってはその把持途中及び解放途中において、ワークが例えば上下ジョー５Ａ、５Ｂのいずれか一方又は両方に当接する場合がある。かかる場合又は接触可能性がある場合は、当該当接部（これも「当接対応部位７」である）にもスローアウェイチップ９を取り付けることが望ましい。
【００４７】
（６）スローアウェイチップ９の切削コーナ９ｃ以外の平面部９ｃ又は９ｄ（図３参照）の表面積とほぼ同面積のワークを把持する場合は、下側ホルダ５ｂには１個のスローアウェイチップ９をその切削コーナ９ｃ以外の平面部９ｃ又は９ｄの表面積がワークとの当接面となるように取り付ければよい。
【００４８】
ところが、ワークはスローアウェイチップ９の切削コーナ９ｃ以外の平面部９ｃ又は９ｄの各表面積よりも遥かに大きいのが普通である。この場合は、前記の通り、３個以上のスローアウェイチップ９を互いに離間させて設けることとなる（但し、ワークが棒状であれば、互いに離間した２個所だけにスローアウェイチップ９を取り付ける）。
【００４９】
そして、これら３個以上のスローアウェイチップ９の各ワークとの当接面で１つの仮想当接面が生ずる。この場合、１つの仮想当接面を生じさせればよいのであるから、スローアウェイチップ９の切削コーナ９ｃ以外の平面部９ｃ又は９ｄ表面を下部ホルダ５ｂの上面に配置する必要はなく、寧ろ各スローアウェイチップ９がワークの下面３個所において夫々がワーク下面に点接触した方が仮想当接面を構成し易い。つまり、複数のスローアウェイチップ９を設けるときは、その少なくとも１つのスローアウェイチップ９の切削コーナ９ｂを当接面としても構わない（寧ろその方が好適な場合もあるということである）。
【００５０】
（７）上記実施例では、上側当接部材５ａにスローアウェイチップ９を取り付けなかったが、取り付けても構わない（この場合、上側当接部材５ａは「上側ホルダ５ａ」となる）。
【００５１】
但しこの場合、例えばワークをロボットハンドで把持したままでの、つまり固定治具を用いることなく切断し及び溶接する作業時に、ハンド自体をそのままアースとしにくい。理由は次の通り。
【００５２】
例えばスローアウェイチップ９がタングステンカーバイドを原料としたとき、その電気抵抗は大きく、従ってここに電流が流れると発熱する。このとき、スローアウェイチップ９自体は耐熱性が高いために損傷しにくいとしても、電気エネルギーロスが多過ぎることになる。
【００５３】
但しかかる構成でも、先端にワークを挟むクランプを備えたアース用ケーブル（不図示）を準備し、アース必要時にアース用ケーブルの基端をハンド側（ロボット）に接続すると共に、アース用ケーブルをスローアウェイチップ９に対して迂回させ、クランプによってワークを挟んでアースすればよい。
【００５４】
（８）上記実施例では、図４に示す通り、座刳部７を当接対応部位７とした（ｄ１＜ｄ２）。ところが、スローアウェイチップ９の上面がワークへの当接面となれば、上記各作用効果の達成に支障が生じないから、当接対応部位７をそのようにすれば、当接対応部位７は座刳部７でなくし下部ホルダ５ｂの上面と同じとしてもよく（ｄ１＝０）、又は当接対応部位７は下部ホルダ５ｂの上面から上方へ突出部してもよく（ｄ１＜０）。さらには、ワークの突出部を有してその先端を受けるのであるならば、当接対応部位７は下部ホルダ５ｂの上面よりも低くても構わない（ｄ１＞ｄ２）。
【００５５】
（９）上記実施例での図１のハンド５は、上側ジョー５Ａと下側ジョー５Ｂとを有する例であるが、例えば４本指、５本指及び５本以上指のいわゆるフィンガー形式、その他でも構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例なるロボットハンドの側面図。
【図２】図１のロボットハンドの組立図であり、（ａ）は上側ジョウ側、（ｂ）は下側ジョウ側の組立図。
【図３】スローアウェイチップの斜視図であり、（ａ）は新品時、（ｂ）はある程度使用済み時の斜視図。
【図４】図１のロボットハンドの先端拡大図。
【図５】関節式マニピュレータ例の模式構成図。
【図６】図５のロボットのハンド例の先端拡大図。
【図７】図６のロボットハンドの先端拡大図。
【符号の説明】
７：ワークとの当接対応部位、９：スローアウェイチップ、９ｃ：スローアウェイチップの平面部の表面、Ｗ：ワーク。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a robot hand.
[0002]
[Prior art]
In the cutting work, welding work, and cutting work such as turning, milling and drilling, etc., the work is positioned and fixed to a fixing jig and a cutting machine. In many cases, the workpiece is positioned with respect to the fixing jig and the cutting machine by a robot hand controlled synchronously with respect to the fixing jig and the cutting machine. Therefore, the robot hand also grips the workpiece by positioning and fixing the workpiece. In the cutting operation and the welding operation, the workpiece is held by the robot hand (that is, the workpiece is positioned and fixed without using a fixing jig), for example, automatic cutting and automatic welding by a plasma cutting machine and a welding machine, for example. Sometimes.
[0003]
As a robot, the articulated manipulator of FIG. 5 can be illustrated, for example. The first arm 2 is set up on the base 1 and can be swiveled horizontally. The second arm can be swung around an axis with a base end connected to the tip of the first arm 2 so as to be rotatable in the vertical direction. An arm 3, a wrist 4 that is pivotable about an axis that is jointed to the distal end of the second arm 3 so as to be rotatable in the vertical direction, and a proximal end that is fixed to the distal end of the wrist 4 to hold the workpiece W It has a hand 5 (also referred to as an “end effector”) whose tip can be freely opened and closed, and a control device 6 that performs automatic control of each operation such as turning, rotation, expansion and contraction, and opening and closing.
[0004]
As the hand 5, the thing of FIG. 6 can be illustrated. The hand 5 turns by turning around the axis of the wrist 4 or the like. Therefore, the words indicating the positions of “up” and “down” below are “left” and “right” after the wrist 4 is turned approximately 90 °, and “down” and “up” after further turning 90 °. However, both are “upper” and “lower” in the illustrated states.
[0005]
The hand 5 of FIG. 6 is an example having an upper jaw 5A and a lower jaw 5B. The upper jaw 5A has an upper contact member 5a detachably at its lower part, and the lower jaw 5B has a lower contact member 5b detachably at its upper part. Ordinarily, the lower surface of the upper contact member 5a is formed so as to protrude gradually toward the lower center, and the upper surface of the lower contact member 5b is formed into a flat surface. That is, the upper surface (hereinafter referred to as “contact surface”) of the lower contact member 5b contacts the work lower surface by surface contact and receives the work, and is the lower surface (hereinafter referred to as “contact surface”) of the upper contact member 5a. ) Is brought into contact with the upper surface of the workpiece in almost point contact and presses the workpiece onto the contact surface of the lower contact member 5b. As a result, the hand 5 clamps, grips, and fixes the work.
[0006]
In addition to the above, the hand is also attached to, for example, a rail manipulator. Although not shown in the drawings, the rail-type manipulator has a hand at the tip of a wrist that can move on, for example, XY-direction rails, for example, can expand and contract in the Z-direction, and can rotate horizontally.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As is clear from the above configuration, the hand can grip the workpiece freely. However, the gripping is static and macroscopic, and the conventional hand is described below. There is a problem of wear of the contact member.
[0008]
(A1) The workpiece tilts and slides between the upper and lower contact surfaces from the start to the end of workpiece gripping and workpiece release, and due to these reasons, the workpiece moves up and down during robot operation while gripping the workpiece. Microscopically incline and slide between the contact surfaces, but due to these, the solid line (the upper and lower contact members 5a and 5b have been used to some extent) from the broken line in FIG. 7 (when the upper and lower contact members 5a and 5b are new). As shown in the change diagram, the upper and lower abutment surfaces are subjected to abrasive wear and adhesive wear. Both wears appear more conspicuously at the flat end 5be of the lower contact member 5b. Furthermore, corrosive wear based on the environment (oxygen, if the drug is applied to the workpiece surface, etc.) is superimposed.
[0009]
(A2) This will be described with reference to FIG. In positioning of the workpiece by the hand, the control device is based on the position and posture of the lower jaw 5B that receives the workpiece in surface contact with the lower surface of the workpiece (correctly, the position and posture of the abutting surface of the lower abutting member 5b). 6 controls the opening / closing operation of the hand 5. However, when the lower contact member 5b shifts from the new state shown by the dotted line in FIG. 7 to the used state to some extent shown by the solid line in FIG. 7, the contact surface of the lower contact member 5b is worn by the dimension Mb. Therefore, the actual position of the workpiece is different from the actual position when it is new. That is, there arises a problem that the control device 6 cannot fix the workpiece to the target position. Further, the flat end 5be of the lower contact member 5b is greatly worn Me, and when this wear Me proceeds extremely, the posture of the workpiece becomes unstable. That is, there arises a problem that the control device 6 cannot fix the workpiece to the target posture.
[0010]
Although the contact surface of the upper contact member 5a is also worn by the dimension Ma, the upper jaw 5A only exhibits the function of pressing the workpiece against the lower jaw 5B. There is almost no influence on the position control and attitude control related to the hand 5 in the control device 6.
[0011]
(A3) In order to solve the problems (A1) and (A2), conventionally, the lower contact member 5b is replaced regularly or in a timely manner. If the replacement is neglected, the above problems (A1) and (A2) occur, resulting in poor cutting, poor welding, and poor machining.
[0012]
In addition, in order to prevent the workpiece from slipping as much as possible, it is usual to perform knurling (striped uneven processing) on the upper and lower contact surfaces. And the knurls of the upper and lower contact surfaces are worn. Therefore, the work becomes slippery. Therefore, the upper contact member 5a is also replaced as needed. However, since the wear of the contact portion of the upper contact member 5a hardly affects the position control and the posture control of the workpiece by the control device 6, the replacement interval is longer than the replacement interval of the lower contact member 5b. Usually long.
[0013]
That is, the upper and lower contact members 5a and 5b are consumable parts that are discarded after being used. Therefore, not only the high work cost related to the production and stock of consumable parts, but also the non-productivity due to the robot stop at the time of replacement (especially the replacement of the lower contact member 5b is frequent) It can be pointed out that this is uneconomical (problem).
[0014]
In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention can achieve at least one of position control and attitude control stably and highly accurately over a long period of time and can improve uneconomical efficiency. The purpose is to provide hands.
[0015]
[Means, actions and effects for solving the problems]
In order to achieve the above object, the robot hand of the present invention, first, in the robot hand that allows the workpiece to be freely gripped, to make the contact surface with the workpiece the surface of the throw-away tip that is a cutting tool, It is characterized in that a throw-away tip that has already been pressed is attached to the part corresponding to the contact with the workpiece.
[0016]
The effects of the first robot hand are as follows. The surface of the throw-away tip is a contact surface with the workpiece, but the throw-away tip 9 is a cemented carbide, is not easily worn, and has high heat resistance. The surface of the throw-away tip serving as the contact surface is hardly worn at an early stage. Moreover, the thickness tolerance of the throw-away tip is standardized (JIS) to 0.13 mm or 0.025 mm, for example. Therefore, it is possible to perform operation control that makes the actual position and the actual posture of the workpiece coincide with the target position and the target posture stably and with high accuracy over a long period of time. Specifically, cutting defects, welding defects, machining defects, and the like are unlikely to occur.
[0017]
Further, since it becomes a consumable part of the throw-away tip, there is no waste of disposing of the work of exchanging the upper and lower abutting members of the prior art regularly or timely. Consumable parts, throw-away chips, can also be reused. Note that, as described above, the throw-away tip is rarely worn at an early stage only by gripping the workpiece and operating the robot by gripping the workpiece, so that this replacement is not required, or a long replacement interval occurs. In other words, not only high work costs related to the manufacture and stock of consumable parts, but also non-productivity due to robot stoppage at the time of replacement can be eliminated, which is economical.
[0018]
Second, in the first robot hand, the used throw-away tip is attached to the contact corresponding portion with the workpiece so that the surface of the flat portion of the throw-away tip becomes the contact surface with the workpiece. May be.
[0019]
The effects of the second robot hand are as follows. The contact surface with the workpiece may be anywhere as long as it is the surface of the throw-away tip (the first robot hand). However, as in the above configuration, when the contact surface with the workpiece is the surface of the flat portion of the throw-away tip, the surface pressure during gripping is smaller than when the contact surface with the workpiece is a cutting corner, It is possible to reduce dents, scratches, abrasive wear and adhesive wear on the workpiece due to the throw-away tip. In short, it becomes easy to maintain the state of the workpiece. This is effective when the workpiece is a finished product, a semi-finished product, a thin plate, a brittle material (for example, plastics) or the like. Although not described in the embodiments described later, it is needless to say that the present invention can be applied not only when the workpiece is iron, but also when the workpiece is the plastics, wood, or the like.
[0020]
Third, in the first or second robot hand, a used throw-away tip may be detachably attached to a portion corresponding to contact with a workpiece.
[0021]
The effects of the third robot hand are as follows. As described above, the throw-away tip is rarely worn at an early stage only by gripping the workpiece and operating the robot by gripping the workpiece. However, the throw-away tip may be lost due to thermal shock, for example, and at this time, replacement is required. The above configuration facilitates this replacement, and examples of the attachment / detachment method of the throw-away tip include a so-called eccentric pin type, a clamp type, and a brazing type.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to FIGS. The robot is the articulated manipulator, rail manipulator, or the like shown in FIG. For ease of explanation, the hand 5 of FIG. 1 as an example is also the hand 5 having the conventional upper jaw 5A and lower jaw 5B of FIG. Hereinafter, the same reference numerals are given to the same elements in FIGS.
[0023]
At first glance, the hand 5 in FIG. 1 is not much different from the conventional hand 5 in FIG. 6 described above, but as shown in detail in FIGS. 2 to 4 which are partially enlarged views of FIG. Details are as follows.
[0024]
FIG. 2A is an assembly view in which the upper contact member 5a is fastened to the lower portion of the upper jaw 5A with a bolt 5a1. On the other hand, FIG. 2B is an assembly view in which the lower holder 5b is fastened to the upper portion of the lower jaw 5B with a bolt 5b2. In addition, in this embodiment, the lower holder 5b is merely a modification of the conventional lower contact member 5b of FIG. 6, and therefore, the same reference numerals are given to facilitate understanding of the embodiment. . The lower surface of the upper contact member 5a (the contact surface with the workpiece) and the upper surface of the lower holder 5b (the contact surface with the workpiece) are each subjected to knurling processing indicated by x.
[0025]
On the upper surfaces of the four corners of the lower holder 5b, as shown in FIG. 2 (b), a seat 7 having a predetermined depth d1 is bored. A small-diameter second collar portion 7a is bored at substantially the center of each buckle portion 7, and a small-diameter pin insertion hole 7b is bored at substantially the center of the bottom of the second collar portion 7a. Reference numeral 8 denotes an eccentric pin provided with a flange portion 8a substantially at the center in the vertical direction, and an upper pin 8b and a lower pin 8c that are eccentric from the upper and lower surfaces of the flange portion 8a. Reference numeral 9 denotes a throw-away chip.
[0026]
The throw-away tip 9 is a cutting tool that performs one-touch clamping on a tool holder of a cutting machine by a clamp-on type or an eccentric pin type, and various types such as a triangle, a quadrangle, and a rhombus are prepared in plan view. As shown in FIGS. 3A to 3B, these throw-away tips 9 are disposable as the name (throw-away) means after each corner 9b is sequentially used for cutting. In this embodiment, a diamond-shaped used throw-away tip having a thickness d2 shown in FIG. 3B, which is clamped to a tool holder of a cutting machine by an eccentric pin, is used. Note that, as shown in FIG. 4, the buckle portion 7 is bored so that the predetermined depth d1 is smaller than the thickness d2 of the throw-away tip 9 (d1 <d2).
[0027]
Therefore, as shown in FIG. 2B, the lower pin 8c is inserted into the pin insertion hole 7b. The eccentric pin 8 stops when the lower surface of the flange portion 8a contacts the bottom of the second seat flange portion 7a. At this time, the second seat collar portion 7a is provided so that the upper surface of the collar portion 8a fits in the second seat collar portion 7a. The center hole 9a of the throw-away tip 9 is inserted from above into the upper pin 8b protruding upward from the second seat 7a. Thereafter, the eccentric pin 8 is rotated using a rotating hand tool. By this rotation, the upper pin 8b (that is, the throw-away tip 9) revolves around the lower pin 8c, and the two side walls of the throw-away tip 9 on the side of the collar 7 are between the two sides of the side of the collar 7. The throw-away tip 9 is fitted in a wedge shape until it is fixed in the seat portion 7 (hereinafter referred to as “abutment corresponding portion 7” as appropriate). Thereby, the attachment to the four corners of the lower holder 5b of each throw-away tip 9 is completed. At this time, the upper pin 8 b is provided so that the upper surface of the upper pin 8 b does not protrude upward from the upper surface of the throw-away tip 9.
[0028]
When the attachment to the lower holder 5b of the throw-away tip 9 is completed, each throw-away tip 9 is “d1 <d2” as described above, and thus the surface 9c of the flat portion of the throw-away tip 9 (see FIG. 3) Protrudes upward from the upper surface (knurled surface) of the lower holder 5b.
[0029]
Since the throw-away tip 9 is attached to each of the four corners of the lower holder 5b, each surface 9c of the flat portion of the throw-away tip 9 serves as a contact surface with the workpiece.
[0030]
Removal of each throw-away tip 9 from the lower holder 5b is performed by rotating the eccentric pin 8 in the reverse direction.
[0031]
The operational effects of the above embodiment will be described below.
[0032]
(B1) The throw-away tip 9 is a so-called “ceramic” obtained by compression-molding a mixed raw material of tungsten carbide and cobalt and baking it at about 1400 ° C. The throw-away tip 9 is a cemented carbide that has a hardness next to diamond and is a cutting tool. At the time of cutting, cutting heat of about 800 ° C. is generated in the cutting portion (reference numeral 9b in FIG. 3) of the throw-away tip 9, but the throw-away tip 9 is still not easily worn. That is, the throw-away tip 9 is hardly worn early (non-abrasion) only by gripping the workpiece and operating the robot in the above embodiment. The thickness tolerance of the throw-away tip 9 is standardized to, for example, 0.13 mm and 0.025 mm.
[0033]
That is, the throwaway tip 9 has a standardized thickness tolerance and has almost no premature wear. Therefore, the position and orientation of the lower jaw 5B that receives the workpiece in surface contact with the lower surface of the workpiece (correctly, each throwaway tip is correct). 9 is easy to set on the basis of the position and posture of the virtual surface formed between the upper surfaces of the nine surfaces. It is possible to control operations that are consistent and highly accurate. Specifically, cutting defects, welding defects, machining defects, and the like are unlikely to occur.
[0034]
(B2) In the above embodiment, the throw-away tip 9 is easily attached and detached by the eccentric pin 8. However, in the above embodiment, there is almost no early wear of the throw-away tip 9 (non-abrasion), so the throw-away tip 9 may be brazed onto the lower holder 5b and semi-fixed, for example.
[0035]
That is, there is no need to replace the conventional lower contact member 5b (lower holder 5b in the above embodiment) regularly or in a timely manner. Of course, what is replaced in a timely manner is the throw-away tip 9, but as described above, it is hardly worn. That is, unlike the prior art, there is no need to prepare a large number of lower contact members 5b as consumable parts, and the throw-away tip 9 is reused. In other words, the economic effect is great.
[0036]
(B3) In the above embodiment, the throw-away tip 9 is not attached to the upper contact member 5a. This is because, like the prior art described above, even if the contact surface of the upper contact member 5a is worn, it can be considered that the upper jaw 5A has only a function of pressing the workpiece against the lower jaw 5B. is there. Further, this is because the wear of the contact surface of the upper contact member 5a does not interfere with the position control and the posture control related to the opening / closing operation of the hand 5 in the control device 6.
[0037]
If the throw-away tip 9 is not attached to the upper contact member 5a in this way, for example, in the cutting operation and the welding operation, the workpiece is held by the robot hand, that is, without using a fixing jig and the hand. This is also because, for example, plasma cutting and welding can be performed with 5 itself as a current ground. More specifically, for example, when the throw-away tip 9 is an alloy made of tungsten carbide as a raw material, its energization resistance is large, so that the cutting and welding current is passed from the throw-away tip 9 through the lower holder 5b to the lower jaw. Without flowing to 5B, it flows to the upper jaw 5A through the upper contact member 5a, so that the electric energy can be reduced.
[0038]
(B4) However, the throw-away tip 9 may be lost due to a difference in thermal expansion inside thereof (so-called “thermal shock”) due to a sudden temperature change.
[0039]
For example, when the workpiece is held by the robot hand, that is, when cutting and welding are performed without using a fixing jig, and the cutting line and the welding line are positioned very close to the throw-away tip 9, the throw-away tip 9 may be damaged by thermal shock. Therefore, in the above embodiment, when replacing the throw-away tip 9 that has been lost by the eccentric pin 8, the replacement is simplified to facilitate attachment / detachment.
[0040]
If engaging in work that does not consider such thermal shock, the throw-away tip 9 may be semi-fixed by brazing, for example.
[0041]
Other examples will be listed.
[0042]
(1) In the above embodiment, the upper surface of the lower holder 5b is knurled, but this is because the lower holder 5b in this embodiment adds the four corners using the conventional lower contact member 5b. It is because it worked. If the upper surface of the lower holder 5b is knurled as in the above embodiment, the lower holder 5b is attached to and detached from the lower jaw 5B, and the thrower tip 9 is moved to the lower holder 5b. It is possible to increase the work speed by preventing the hand from slipping during the manual operation of attaching and detaching. In addition, when this effect is unnecessary, the knurling process of the upper surface of the lower holder 5b may be omitted.
[0043]
(2) Slow-away tip is not limited to the diamond in the above Example, but may be of such a triangle and a square in plan view.
[0044]
(3) In the above-described embodiment, the attachment to the lower holder 5b of the throw-away tip 9 is the upper surface of the four corners (four locations), but basically the surface (the workpiece lower surface) is received at three locations separated from each other. Therefore, the attachment points of the throw-away tip 9 to the lower holder 5b may be three places separated from each other. However, in consideration of the shape and size of the lower holder 5b in accordance with the shape and size of the workpiece and the position of the center of gravity, the number and position of attachment of the throw-away tip 9 may be determined.
[0045]
(4) In the above embodiment, the eccentric pin 8 is also used to allow the throw-away tip 9 to be freely attached to and detached from the lower holder 5b. Others do not matter.
[0046]
(5) In the above-described embodiment, the throw-away tip 9 is detachably provided only on the seat 7 (the contact corresponding portion 7) of the lower holder 5b. However, depending on the workpiece, the workpiece may come into contact with, for example, one or both of the upper and lower jaws 5A and 5B during the gripping and releasing. In such a case or when there is a possibility of contact, it is desirable to attach the throw-away tip 9 also to the contact portion (this is also the “contact corresponding portion 7”).
[0047]
(6) When a workpiece having a surface area substantially the same as the surface area of the flat portion 9c or 9d (see FIG. 3) other than the cutting corner 9c of the throw-away tip 9 is gripped, one throw-away tip 9 is placed in the lower holder 5b. May be attached so that the surface area of the flat surface portion 9c or 9d other than the cutting corner 9c becomes a contact surface with the workpiece.
[0048]
However, the workpiece is usually much larger than each surface area of the flat portion 9c or 9d other than the cutting corner 9c of the throw-away tip 9. In this case, as described above, three or more throw-away tips 9 are provided apart from each other (however, if the workpiece is a rod, the throw-away tips 9 are attached only at two locations apart from each other).
[0049]
Then, one virtual contact surface is generated at the contact surface of each of the three or more throw-away tips 9 with each workpiece. In this case, since it is only necessary to generate one virtual contact surface, it is not necessary to arrange the surface of the flat portion 9c or 9d other than the cutting corner 9c of the throw-away tip 9 on the upper surface of the lower holder 5b. It is easier to form a virtual contact surface when the throw-away tip 9 is in point contact with the lower surface of the workpiece at three positions on the lower surface of the workpiece. That is, when a plurality of throwaway tips 9 are provided, the cutting corner 9b of at least one throwaway tip 9 may be used as a contact surface (in other words, this may be preferable in some cases).
[0050]
(7) Although the throw-away tip 9 is not attached to the upper contact member 5a in the above embodiment, it may be attached (in this case, the upper contact member 5a becomes the “upper holder 5a”).
[0051]
However, in this case, for example, when the work is held with the robot hand, that is, when the work is cut and welded without using a fixing jig, the hand itself is not easily grounded. The reason is as follows.
[0052]
For example, when the throw-away tip 9 is made of tungsten carbide as a raw material, its electric resistance is large, and therefore heat is generated when a current flows therethrough. At this time, even if the throw-away tip 9 itself has high heat resistance and is not easily damaged, there is too much electric energy loss.
[0053]
However, even in such a configuration, prepare a grounding cable (not shown) with a clamp that sandwiches the workpiece at the tip, and connect the base end of the grounding cable to the hand side (robot) when grounding is required, and throw the grounding cable. The workpiece may be grounded by making a detour with respect to the away tip 9 and holding the workpiece with a clamp.
[0054]
(8) In the above-described embodiment, as shown in FIG. 4, the seat 7 is the contact-corresponding portion 7 (d1 <d2). However, if the upper surface of the throw-away tip 9 is a contact surface to the workpiece, there will be no trouble in achieving the above-described effects. Therefore, if the contact corresponding portion 7 is made as such, the contact corresponding portion 7 becomes The upper surface of the lower holder 5b may be the same as the upper surface of the lower holder 5b (d1 = 0), or the contact corresponding portion 7 may protrude upward from the upper surface of the lower holder 5b (d1 <0). Further, if the workpiece has a projecting portion and receives the tip, the contact corresponding portion 7 may be lower than the upper surface of the lower holder 5b (d1> d2).
[0055]
(9) The hand 5 of FIG. 1 in the above embodiment is an example having an upper jaw 5A and a lower jaw 5B. For example, a so-called finger type of four fingers, five fingers, and five or more fingers, etc. It doesn't matter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a robot hand according to an embodiment.
2A and 2B are assembly diagrams of the robot hand of FIG. 1, wherein FIG. 2A is an assembly view of the upper jaw side, and FIG. 2B is an assembly view of the lower jaw side;
FIGS. 3A and 3B are perspective views of a throw-away tip, in which FIG. 3A is a new perspective view, and FIG.
4 is an enlarged view of the tip of the robot hand of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an example of an articulated manipulator.
6 is an enlarged view of a tip of an example of the robot hand shown in FIG. 5;
FIG. 7 is an enlarged view of the tip of the robot hand of FIG.
[Explanation of symbols]
7: site corresponding to contact with workpiece, 9: throwaway tip, 9c: surface of flat portion of throwaway tip, W: workpiece.

Claims

In a robot hand that can grip a workpiece freely,
In order to make the contact surface with the workpiece the surface of the throw-away tip (9), which is a cutting tool, the used throw-away tip (9) is attached to the contact-compatible part (7). Robot hand.

The used throw-away tip (9) is attached to the contact-compatible part (7) so that the surface (9c) of the flat part of the throw-away tip (9) becomes the contact surface with the work The robot hand according to claim 1.

The robot hand according to claim 1 or 2, wherein a used throw-away tip (9) is detachably attached to a part corresponding to contact with a workpiece (7).