JP4873171B2 - ロボットハンドを備えたロボット - Google Patents

Description

本発明は、部品の組み立てを行うためのロボットハンドの構造及びそれを備えたロボットに関し、特に部品が仮組みを必要とする形態の場合のロボットハンドの構造に関する。

従来、部品を組み立てていく作業は人手により行われることが多く、その自動化は未だ十分進んでいない。また、その部品を組み立てていくための専用の部品組立機が構成されて使用される場合があるが、専用の部品自動組立機の場合は、専用であるがゆえに高価でコストがかかる、機構が複雑となり信頼性が落ちる、専用のため組立変更等に対応できず汎用性がない。
一方、ロボットは、部品の搬送を主な目的としてその開発が行われてきた。しかし、近年、ロボットの位置決め精度向上や、複数台のロボットの協調動作の性能向上などの理由から、従来、人手で行っていた比較的小さな部品で構成された複雑なものの組み立てを、ロボットで行うようになってきている。
複雑な部品を組み立てていく工程では、部品を一旦仮組みする必要が発生する場合がある。例えば第１の部品に対して固定されるべき第２の部品が、第３の部品や第４の部品によって固定されるとき、すなわち、第２の部品を一旦第１の部品に対して位置決めしながら仮組みし、第３の部品や第４の部品によって、第２の部品を第１の部品に対して固定する場合などである。このような部品の組み立てにおいてロボットを使用すると、第１のロボットが第２の部品を仮組みのために保持した状態で、第２や第３のロボットが第３或いは第４の部品を搬送してきて、これにより第２の部品を第１の部品に固定する。このとき、第２の部品を保持する第１のロボットは、それを保持した状態で他のロボットが作業を完了するまで待機することになる。
昨今の産業用ロボットは、６軸或いは７軸の自由度を備えたものが一般的で、こういった組立工程においても様々な作業を教示させることができ、汎用性があるものの、仮組みを保持するだけにロボットを使用するとかえって高コストで過剰な設備になってしまう。

以上のように、仮組みを伴う組み立て作業にロボットを使用すると、第１の部品に対して仮組みする第２の部品を一旦保持しておくロボットは、それを保持する間作業が停止する。一方、第３や第４の部品を組み付けることが必要な場合、その部品数に応じたロボットの台数が必要となる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、仮組みが必要な部品の組立作業に使用されるロボットにおいて、第２の部品を第１の部品に対して仮組みできるハンドの構造を開示し、そして、第２の部品を仮組みした後、第２の部品を保持していた第１のロボットのハンドが他の作業に使用できるようにし、さらに仮組みを行うハンドのロボットも他の作業に使用できるようにすることを目的とする。そして、これらにより組立工程で必要なロボット台数を削減することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、第１の部品に対する第２の部品の仮組みを要する組立工程に使用されるロボットにおいて、前記ロボットのロボットハンドが、前記ロボットのアームに固定され、把持動作が可能な把持部材と、前記把持部材の間に設けられた押下部材と、 を備えた第１のハンドと、前記第１の部品の穴と前記第２の部品の穴に挿入可能なケースと、前記第１の部品の穴の周囲に係止可能な前記ケースの鍔部と、前記ケースに挿入され、その上端から突出し、付勢手段によって前記ケースに対して常に上方に付勢されるシャフトと、前記シャフトの下端に設けられたプッシャと、前記ケースの下端に設けられ、前記プッシャの下降動作によって閉じることが可能で、開いているときに前記第２の部品の穴の周囲に係止が可能な保持ツメと、を備えた第２のハンドと、を備え、前記第２のハンドの前記鍔部と前記保持ツメとによって、前記第１の部品と前記第２の部品が仮組みされている状態から前記第２のハンドを取り除く際、前記ロボット自身が、前記第１のハンドの前記押下部材を前記シャフトに押し付けることで、前記第２のハンドの前記保持ツメを閉じ、前記押下部材が前記シャフトを押下したときの位置で、前記把持部材が前記ケースを把持して、前記第２のハンドを取り除くこと、を特徴とするロボットとするものである。

本発明によると、第１のハンドが第２のハンドを把持したときに保持ツメが閉じ、その幅が第１及び第２の部品の穴の径よりも小さくなるので第２のハンドを第１及び第２の部品の穴に挿入することが可能となり、さらに、第１のハンドが第２のハンドを開放したとき、保持ツメが広がって第１及び第２の部品にケースの鍔部とともに係止することができるので、第２のハンドによって第１の部品に対して第２の部品を仮組みすることができる。また、第１のハンドは第２のハンドを開放するので、第１のハンドは、さらに別の部品の組み立て作業を開始することができる。これにより、部品の組み立てにおいて必要なロボットの台数が削減できる。
本発明によると、組み立ての部品の形状、形態が複数あるとき、それに応じた第２のハンドを用意し、それらをロボットのアームの動作範囲内に設置しておけば、第１のロボットは第１のハンドで第２のハンドを適宜交換していくことで、部品の仮組み作業が実行でき、一方、第２の部品を保持していた第２のロボットも別の作業が開始できるので、組立作業の効率を高めることができ、ロボットの台数も削減できるロボットシステムを構築できる。
本発明によると、前記第１及び第２の部品の形状に適するよう構成された少なくとも１以上の前記第２のハンドが動作範囲内に備えられた第１のアームと、前記第２の部品を把持して前記第１の部品の近傍に搬送可能な第２のアームと、を備えるよう双腕ロボットを構成すれば、第２のアームのハンドが第２の部品を把持して第１の部品まで搬送し、一方の第１のアームのハンドは第２の部品を第２のハンドによって仮組みした後、すぐに次の組立作業に移ることができるとともに第２のアームもすぐに次の組立作業に移ることができ、これらを１台のコントローラで協調して行えるので、組み立ての作業効率が向上し、作業スペースも削減できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図２は本発明のハンドが適用された部品組み立て用のロボットの外観図を示している。
ロボット２０は、６軸の自由度を備えた産業用のロボットである。或いは７軸のロボットを用いることもできる。また、これらを１つの共通した基台に搭載して協調動作をさせる双腕ロボットを使用することも可能である。いずれにしてもこれらのロボットの構成は公知なので、ここでは詳細な説明は省略する。ロボット２０のアーム２０ａの先端には、本発明の第１のハンド２１と第２のハンド１０とが設けられている。第１のハンド２１が第２のハンド１０を把持しており、第１のハンド２１が把持を開放することにより第２のハンド１０は第１のハンド２１から分離できる。図２はそのことを示している。台座３０はロボット２０の近傍に設置されている。台座３０には、円筒状の載置治具３１が搭載されていて、載置治具３１には第２のハンド１０が挿入されるようにそれを載置している。また、台座３０には組み立てが必要な部品として、第１の部品３２と第２の部品３３を図示している。ロボット２０は、第１の部品３２に対して第２の部品３３を仮組みし、さらに後述する第３、第４の部品によって第２の部品３３を第１の部品３２に対して固定する作業を行う。ロボット２０は、図２内の矢印で示すように、載置治具３１に載置されている第２のハンド１０を第１のハンド２１で把持し、第２の部品３３を第１の部品に対して仮組みの作業を行うとき、第２のハンド１０を第１のハンド２１から分離し、第３、第４の部品によって第２の部品３３を第１の部品３２に対して固定した後、再び第２のハンド１０を第１のハンド２１によって回収する。以下、第１及び第２のハンドの詳細な構成について説明する。

図１（ａ）は、第１のハンド２１と第２のハンド１０について図示する側面図である。説明のため、一部断面図としている。
第１のハンド２１は、ロボットのアーム２０ａの先端に設けられているフランジ２２に固定されている。ロボット２０は６軸などの自由度を備えたものであるから、フランジ２２に固定されている第１のハンド２１を、所定の範囲内で自由に姿勢を変えることができる。第１のハンド２１の母体はエアシリンダ２３である。エアシリンダ２３は、圧縮エアによって出力軸を動作する公知のものである。エアシリンダ２３の出力軸には一対の把持部材２４が固定されている。エアシリンダ２３は、圧縮エアによって一対の把持部材２４を図中矢印のように同時に反対方向に動作させることができ、これにより一対の把持部材２４は互いに近接あるいは離反する。この把持部材２４によって第２のハンド１０のケース１１を把持する。一方、一対の把持部材２４の間には、エアシリンダ２３の側面から押下部材２５が下垂している。
なお、把持部材２４を動作させる手段として特にエアシリンダ２３に限定しない。モータなどの回転動作から把持部材２４の把持動作を実現してもよい。

第２のハンド１０は、概ね円筒状のケース１１が母体である。ケース１１の上部外周は上述した把持部材２４によって狭持されうる形状となっている。ケース１１外周であって把持部材２４が把持する箇所の下部には、ケース鍔部１１ａが設けられている。円筒の内部にはシャフト１２が挿通されている。シャフト１２の上端はケース１１から突出しており、第１のハンド２１の押下部材２５と当接するボタン部１２ａとなっている。ロボット２０が動作して、第２のハンド２１を第１のハンド１０に近接させ、把持部材２４がケース１１の所定の箇所を把持できる位置に到達したとき、押下部材２５がシャフト１２のボタン部１２ａを押下しているように、押下部材２５と把持部材２４とボタン部１２ａとケース１１との寸法が決定されている。ケース１１の内部において、シャフト１２の周囲には圧縮バネ１３が設けられている。圧縮バネ１３の上端はシャフト１２に設けられた段差部分で係止され、下端はケース１１内周部の段差で係止されている。これにより、シャフト１２は常にケース１１に対して上方に向かうように付勢されている。圧縮バネ１３について、シャフト１２を上方に付勢する手段であればこれに限定されない。シャフト１２の下端には、シャフト１２の延在方向に一対のプッシャ１４が設けられている。プッシャ１４のそれぞれの先端部には、ピン１４ａが設けられている。一方、ケース１１の下端には軸１５がシャフト１２の延在方向とは直角に設けられている。軸１５には、これに回転可能に保持され対象に設けられた一対の保持ツメ１６が設けられている。保持ツメ１６のそれぞれには、長穴１６ａが設けられていて、プッシャ１４のピン１４ａのそれぞれと係止されている。
これにより、シャフト１２のボタン部１２ａが押下されたとき、シャフト１２は圧縮バネ１３を圧縮しながら、シャフト１２内周を下降し、シャフト１２下端のプッシャ１４のピン１４ａが保持ツメ１６の長穴１６ａを押下するので、一対の保持ツメ１６は軸１５を中心として互いに近接するよう動作する。保持ツメ１６の左右端には、ツメから略水平方向に突出した係止部１６ｂが設けられている。保持ツメ１６が互いに近接していないとき、つまり開いているとき、それぞれの係止部１６ｂがなす幅１６ｃは、ケース鍔部１１ａの下方のケース外周の直径Ｗよりもやや大きくなるよう構成されている。一方保持ツメ１６が閉じた状態では、係止部１６ｂがなす幅１６ｃが直径Ｗよりも小さくなるよう構成されている。

図１（ｂ）は、第１のハンド２１が第２のハンド１０を把持するときの動作を示す図である。第２のハンド１０は、第２のハンド１０が円筒状の載置治具３１に挿入されているとき、ケース鍔部１１ａによって支持されている。ロボット２０は第１のハンド２１の把持部材２４を広げた状態で、第２のハンド１０に対して第１のハンド２１を近接させる。把持部材２４がケース１１上部の所定の箇所を把持できる位置まで到達したとき、押下部材２５がボタン部１２ａを押下する。ボタン部１２ａが押下されると、一対の保持ツメ１６は閉じる。このとき、ケース鍔部１１ａの下方のケース外周の直径Ｗよりも、一対の保持ツメ１６の係止部１６ｂのなす幅は小さくなっている。そして、第１のハンド２１がケース１１を把持して、図１で示す状態を形成することができる。

以上で説明した本発明のロボットハンドについて、仮組みを要する部品の組み立てに使用する場合を図３及び図４にて説明する。ここでは第１の部品３２に対して第２の部品３３を仮組みした後、第３の部品３５や第４の部品３６を第２の部品３３に組み付ける必要があるとする。
まず、ロボット２０は第１のハンド２１を図３（ａ）のように第２のハンド１０に対して近接させる。このとき、第１のハンド２１の把持部材２４は広げた状態である。図３（ｂ）のように把持部材２４がケース１１を把持する所定の位置まで到達したとき、押下部材２５がシャフト１２のボタン部１２ａに当接してこれを押下する。同時に把持ツメ１６が閉じる。図３（ｃ）のように把持部材２４を閉じ、ケース１１を把持して第２のハンド１０を把持して載置治具３１から取り出す。
図４（ａ）のように、ロボット２０は、第２のハンド１０が第１の部品３２のＡ穴３２ａに挿入されるよう近接させる。このとき、第１の部品３２に対して仮組みが必要な第２の部品３３は、ロボット２０とは別の他のロボット３４によって搬送されてきている。ロボット２０とロボット３４とによって第１及び第２の部品組み立て用のロボットシステムが構成されている。
図４（ｂ）のように、第２のハンド１０をＡ穴３２ａに挿入し、さらに第２の部品３３のＢ穴３３ｂまで挿入する。このとき、ケース鍔部１１ａの下面がＡ穴３２ａの上面にほぼ当接する位置になっている。
図４（ｃ）のように、第１のハンド２１は把持部材２４を広げ、第２のハンド１０から遠ざかる。このとき、押下部材２５もボタン部１２ａから離れるので、把持ツメ１６が広がる。
この状態を拡大した図が図５である。第２のハンド１０のケース１１において、ケース鍔部１１ａの下面から係止部１６ｂの上面までの寸法Ｚは、第１の部品３２の厚みＸと第２の部品３３の厚みＹとを足した値とほぼ同一となるよう構成されている。よって、係止部１６ｂとケース鍔部１１ａとによって第１の部品３２と第２の部品３３とは保持されるようになっている。一方、当然ながら、ケース１１の外周の直径Ｗは、Ａ穴３２ａの直径よりも小さく、またケース鍔部１１ａの外周の直径はそれよりも大きく形成されている。また、係止部１６ｂは閉じたとき第２の部品３３のＢ穴３３ａの直径よりも小さくなるように形成されていて、広がったときＢ穴３３ａの直径よりも大きくなるよう形成されている。第１の部品３２や第２の部品３３は、工程によって寸法や形状が変更される可能性があるので、ロボットが作業する各部品に応じた第２のハンド１０をそれぞれ製作しておけばよい。
このように図４（ｃ）において、第１のハンド２１は第２のハンド１０の把持を開放するとともに、第２のハンド１０が第１の部品３２に対して第２の部品３３を仮組みした状態で保持するので、第２のハンド１０及び他のロボット３４は第２の部品３４の仮組み作業から離れ、次の作業へと移ることができる。
図４（ｄ）のように、他のロボット３４は第３の部品３５を搬送してくることができる。一方、第１のハンド２１も第４の部品３６を搬送してくることができ、これらが協調して第２の部品３３を第１の部品３２に対して固定する。
図４（ｅ）のように、他のロボット３４が作業を終えるとともに、第１のハンド２１が再び第２のハンド１０を把持し、第２の部品３３の仮組みを開放する。なお、図では第１のハンド２１が、上記で説明した押下部材２５の作用によって把持ツメ１６を閉じ、第１のハンド１０を組み付け部品から取り外しているが、第２のハンド１０のケース１１を把持し、圧縮バネ１３の反力に打ち勝つ力で第２のハンド１０を仮組み部品から引き抜くことさえできれば、係止部１６ｂの係止が第２の部品３３から外れるので、第２のハンド１０を他のロボット３４が取り外すようにしてもよい。

以上のように、本発明のロボットハンドによれば、上述した第２のハンド１０の構成による作用により仮組みが必要な部品を仮組みでき、さらに第１のハンド２１が第２のハンド１０を開放するので、仮組みを保持したまま、第１のハンドが仮組みとは別の作業を行うことができる。同時に、他のロボット３４も次の作業を行うことができる。これにより、必要なロボットの台数を削減できると共に、部品組み立て工程の作業性を高めることができる。
なお、ロボット２０と他のロボット３４は、これらをアームとした双腕ロボットとして構成し、少なくともその一方のアームを本発明のハンドを搭載可能なロボット２０のように構成し、他方のアームを、そのハンドによって少なくとも把持動作が可能なロボット３４のように構成してもよい。これにより、１台のコントローラで双方のアームが協調制御され、共通の筐体に２つのアームが接続される形態となるので、上記の組み立て動作の効率が上がり、組み立てに必要なロボットの作業スペースも削減できる。
また、本発明は図６のように、第１の部品３２のＡ穴３２ａが水平方向に向いており、この第１の部品３２に対して第２の部品３３を仮組みする必要があるにも使用できる。

本発明のロボットハンドを示す側面図 本発明のロボットハンドを適用したロボットの外観側面図 本発明の第１のハンドが第２のハンドを把持するときの側面図 本発明のロボットハンドによって部品を仮組みするときの作業工程を示す側面図 本発明のロボットハンドによって部品を仮組みしたときの各部の詳細を示す側面図 本発明のロボットハンドによって部品を仮組みするときの他の実施例を示す側面図

符号の説明

１０ 第２のハンド
１１ ケース
１１ａ ケース鍔部
１２ シャフト
１３ 圧縮バネ
１４ プッシャ
１５ 軸
１６ 保持ツメ
１６ａ 長穴
１６ｂ 係止部

２０ ロボット
２０ａ アーム
２１ 第１のハンド
２２ フランジ
２３ エアシリンダ
２４ 把持部材
２５ 押下部材

３０ 台座
３１ 載置治具
３２ 第１の部品
３３ 第２の部品
３４ 他のロボット
３５ 第３の部品

Claims (1)

1. 第１の部品に対する第２の部品の仮組みを要する組立工程に使用されるロボットにおいて、
   前記ロボットのロボットハンドが、
   前記ロボットのアームに固定され、把持動作が可能な把持部材と、
   前記把持部材の間に設けられた押下部材と、
   を備えた第１のハンドと、
   前記第１の部品の穴と前記第２の部品の穴に挿入可能なケースと、
   前記第１の部品の穴の周囲に係止可能な前記ケースの鍔部と、
   前記ケースに挿入され、その上端から突出し、付勢手段によって前記ケースに対して常に上方に付勢されるシャフトと、
   前記シャフトの下端に設けられたプッシャと、
   前記ケースの下端に設けられ、前記プッシャの下降動作によって閉じることが可能で、開いているときに前記第２の部品の穴の周囲に係止が可能な保持ツメと、
   を備えた第２のハンドと、
   を備え、
   前記第２のハンドの前記鍔部と前記保持ツメとによって、前記第１の部品と前記第２の部品が仮組みされている状態から前記第２のハンドを取り除く際、
   前記ロボット自身が、前記第１のハンドの前記押下部材を前記シャフトに押し付けることで、前記第２のハンドの前記保持ツメを閉じ、前記押下部材が前記シャフトを押下したときの位置で、前記把持部材が前記ケースを把持して、前記第２のハンドを取り除くこと、
   を特徴とするロボット。

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