JP5142648B2 - End effector and manipulator - Google Patents
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Description
この発明は、ロボット等のマニプレータに取り付け可能とされてワークを管理・加工するエンドエフェクタとこのエンドエフェクタを適用したマニプレータに関する。 The present invention relates to an end effector that can be attached to a manipulator such as a robot to manage and process a workpiece, and a manipulator to which the end effector is applied.
近年、種々の管理・加工工程においてロボット等のマニプレータに設けられたエンドエフェクタによる管理・加工(ワークの把持、移動等を含む)が行われており、かかる管理・加工工程においてマニプレータが作業者に危害が及ぼすことがないようにするため、マニプレータを作業者から隔離する安全柵が一般的に設けられている。
そのため、マニプレータが作業者の作業エリアに進入して、例えば、マニプレータが作業者と衝突するといったことが安全柵によって確実に防止され、マニプレータが作業者に危害を及ぼすことを想定した安全対策を採用することは特に必要とされていなかった。
In recent years, management and processing (including gripping and movement of workpieces) has been performed by end effectors provided in manipulators such as robots in various management and processing processes. In order to prevent harm, a safety fence is generally provided to isolate the manipulator from the operator.
For this reason, safety measures are taken to ensure that the manipulator enters the worker's work area and, for example, the manipulator collides with the worker by the safety fence, and the manipulator is harmful to the worker. There was no particular need to do.
しかし、経済産業省等において、今後、広範な種類のマニプレータを安全柵等による隔離を行うことなく作業者と同じ作業エリアに共生させることが計画されている。
マニプレータ自体と作業者との衝突における安全確保は、例えば、マニプレータの小出力化や動作速度を低速とすることにより可能であるが、マニプレータに設けられたエンドエフェクタの種類によってはエンドエフェクタが作業者に接触するだけで作業者の安全を阻害する場合がある。
However, in the future, the Ministry of Economy, Trade and Industry and the like are planning to make a wide variety of manipulators coexist in the same work area as the worker without isolation by a safety fence or the like.
Safety can be ensured in the collision between the manipulator itself and the operator, for example, by reducing the output of the manipulator and reducing the operation speed. However, depending on the type of end effector provided in the manipulator, the end effector may be There are cases where the operator's safety is hindered only by touching.
一方、マニプレータにワークを供給する等、作業者の作業エリアとマニプレータの移動範囲が重なることによってマニプレータの危険部位が作業者の作業エリアに進入する可能性がある場合、マニプレータに可動式の安全カバーを設けて、作業者がマニプレータの危険部位の可動範囲に接近する際にはこの安全カバーによりマニプレータの危険部位を作業者から隔離して作業者が危険部位に入れないようにする可動式の安全カバーに関する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、かかる可動式の安全カバー部は、作業者の作業エリアをマニプレータ全体から隔離するため、外形及び重量が大きく、大型の駆動源が必要とされるなどコストが増大する等の問題があった。 However, such a movable safety cover portion has a problem in that the work area of the worker is isolated from the entire manipulator, so that the outer shape and weight are large, and a large drive source is required, resulting in an increase in cost. .
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、作業者と共生しても作業者に危害が及ぶことが抑制可能なエンドエフェクタ及びマニプレータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an end effector and a manipulator that can suppress harm to the worker even if they coexist with the worker.
上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明は、作業者と同じ作業エリアに配置されるマニプレータに取付けられるエンドエフェクタであって、ワークを管理・加工する管理・加工部を含むエンドエフェクタ本体と、前記管理・加工部が収納可能とされるカバー部と、を備え、前記エンドエフェクタ本体を前記マニプレータの駆動部材により回動させるに伴って、前記管理・加工部を前記カバー部に収納可能であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the following means were adopted.
The present invention provides an end effector eclipsed mounted on manipulator disposed in the same work area as the operator, the end effector body including the management and processing unit for managing and processing the workpiece, the management and processing unit can be stored And a cover portion that can be housed in the cover portion as the end effector body is rotated by a drive member of the manipulator .
この発明に係るエンドエフェクタによれば、マニプレータの駆動部材の回動に伴って管理・加工部がカバー部に収納可能とされるので、管理・加工部の露出が抑制される。ロボット等のマニプレータと作業者が共生した場合に、エンドエフェクタの管理・加工部が作業者に接触することに起因する作業者への危害発生及び管理・加工部が構造物等に接触することに起因する破損が抑制される。 According to the end effector according to the present invention, the management and processing unit in accordance with the rotation of the manipulator of the drive member is capable housed in the cover portion, the exposure of the management and processing unit Ru is suppressed. When a manipulator such as a robot coexists with an operator, the end effector's management / processing unit comes into contact with the worker, causing damage to the worker, and the management / processing unit contacting the structure, etc. The resulting damage is suppressed.
この発明に係るエンドエフェクタによれば、収納駆動部がマニプレータの駆動部材により構成されるので、専用の収納駆動部が必要とされずエンドエフェクタの小型、軽量化が可能となる。
また、マニプレータの他の駆動動作と連携した制御が容易に可能とされる。
According to the end effector according to the present invention, since the storage drive unit is configured by the drive member of the manipulator, a dedicated storage drive unit is not required, and the end effector can be reduced in size and weight.
Further, control in cooperation with other driving operations of the manipulator can be easily performed.
また、前記管理・加工部は、管理・加工する際に、前記カバー部から露出されるように構成されていてもよい。 In addition, the management / processing unit may be configured to be exposed from the cover unit when managing / processing.
この発明に係るエンドエフェクタによれば、管理・加工に際して管理・加工部がカバー部から露出されるように構成されているのでカバー部に妨げられることなく効率的な管理・加工ができる。
そのため、管理・加工部が管理・加工していない間、例えば、管理・加工部が待機している間、管理・加工部が移動している間等、管理・加工部を必要に応じてカバー部に収納する構成とすることにより管理・加工部が作業者に接触するのを抑制して充分な安全確保をすることができる。
According to the end effector according to the present invention, since the management / processing part is exposed from the cover part at the time of management / processing, efficient management / processing can be performed without being obstructed by the cover part.
For this reason, the management / processing unit is covered as necessary while the management / processing unit is not managing / processing, for example, while the management / processing unit is waiting, or while the management / processing unit is moving. By adopting the configuration of storing in the part, the management / processing part can be prevented from coming into contact with the worker and sufficient safety can be ensured.
また、前記管理・加工部は、ワークを把持する一対の爪部材と、爪部材を開閉する爪駆動部とを備える構成とされていてもよい。 The management / processing unit may include a pair of claw members that grip a workpiece and a claw driving unit that opens and closes the claw member.
この発明に係るエンドエフェクタによれば、作業者と接触することが好ましくない、例えば、先端側が先細りとされた爪部材を有するようなエンドエフェクタに関して、爪部材をカバー部内に収納することにより爪部材の露出が抑制される。その結果、作業者とエンドエフェクタとの接触が抑制される。
また、エンドエフェクタが移動する際に、爪部材が他の構造物等に接触して変形することが抑制される。
According to the end effector according to the present invention, it is not preferable to make contact with an operator. For example, an end effector having a claw member having a tapered tip end side, the claw member is accommodated in the cover portion by storing the claw member in the cover portion. Exposure is suppressed. As a result, contact between the operator and the end effector is suppressed.
Further, when the end effector moves, the claw member is prevented from being deformed by contact with another structure or the like.
また、上記エンドエフェクタを適用することによりマニプレータを構成してもよい。 Moreover, you may comprise a manipulator by applying the said end effector.
この明細書において、ワークを管理・加工するとは、ワークに切削、研削、穿孔等を施す機械加工のほか、例えば、ハンダ付け、レーザ光や超音波等による加熱や接合、電子部品等を把持する動作等のワークの取り扱い、監視カメラによる監視、その他マニプレータを用いた種々の作動が包含される。 In this specification, the management and processing of a workpiece refers to, for example, soldering, heating or bonding with laser light or ultrasonic waves, and gripping of electronic components, in addition to mechanical processing for cutting, grinding, drilling, etc. Various operations using a manipulator, such as handling of a work such as an operation, monitoring by a monitoring camera, and the like are included.
本発明に係るエンドエフェクタ及びマニプレータによれば、管理・加工部がカバー部に収納可能とされるので、管理・加工部が露出して作業者に接触することが抑制される。その結果、作業者とマニプレータとが共生する場合における安全確保が可能となる。 According to the end effector and the manipulator according to the present invention, the management / processing unit can be stored in the cover unit, so that the management / processing unit is prevented from being exposed and contacting the operator. As a result, it is possible to ensure safety when the worker and the manipulator coexist.
以下、図1から図4を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明に係るエンドエフェクタを備えたマニプレータの一実施形態を示す図であり、符号1は多軸ロボット(マニプレータ)を、符号2はエンドエフェクタを示している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a view showing an embodiment of a manipulator provided with an end effector according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a multi-axis robot (manipulator), and
多軸ロボット1は、この実施形態において、図1に示すように、ベース3に立設されたT字型の支持部材4の水平支持部両端の水平面にそれぞれに1台ずつ配置され、先端部にエンドエフェクタ2が配置されている。
以下、図1に示した多軸ロボット1のうち1台を例に説明する。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, one multi-axis robot 1 is disposed on each of the horizontal planes at both ends of the horizontal support portion of the T-shaped support member 4 erected on the base 3, and the tip portion The
Hereinafter, one of the multi-axis robots 1 shown in FIG. 1 will be described as an example.
多軸ロボット1は、第1のアーム11と、第2のアーム12と、第1の駆動部材15と、第2の駆動部材16と、第3の駆動部材17とを備えている。
第1のアーム11は、基端部が第1の駆動部材15を介して支持部材4に接続されており、第1の駆動部材15は、水平面に直交する方向に形成される第1軸J1廻りに支持部材4に対して矢印T1方向に回動可能とされるとともに、第1のアーム11を第1軸J1に直交する第2の軸J2廻りに矢印T2方向に回動可能とし、支持部材4に対して第1のアーム11に2自由度を付与している。
The multi-axis robot 1 includes a
The
第2のアーム12は、その基端部が第2の駆動部材16を介して第1のアームの先端部に接続され、第2のアーム12の先端部には第3の駆動部材17が接続されている。
第2の駆動部材16は、先端側がコの字形状に開放され第1のアーム11先端部に接続された枠体13に支持され、枠体13の両側壁部を接続する第3軸J3廻りに矢印T3方向に第2のアーム12を回動可能とされるとともに、第3軸J3に直交し第2のアーム12の長手方向に伸びる第4軸J4廻りに第2のアーム12を矢印T4方向に回動可能とされ、第1のアーム11に対して第2のアーム12に2自由度を付与している。
The base end of the
The
第3の駆動部材17は、先端側がコの字形状に開放され第2のアーム12先端部に接続された枠体14に支持され、枠体14の両側壁部を接続する第5軸J5廻りに矢印T5方向に回動可能とされるとともに、第5軸J5に直交する第6軸J6廻りに矢印T6方向に回動可能とされている。
The
第3の駆動部材17には、第3の駆動部材17の第6軸J6を垂直方向に配置した場合に、第3の駆動部材17の下側と第2のアーム12の反対側に位置する先端側の面がエンドエフェクタ取付面とされエンドエフェクタ2が取り付け可能とされている。
その結果、第3の駆動部材17は、第2のアーム12に対してエンドエフェクタ2に2自由度を付与している。
The
As a result, the
この実施形態におけるエンドエフェクタ2は、図1から図3に示すように、エンドエフェクタ本体20と、カバー部30とから構成され、エンドエフェクタ本体20は、管理・加工部21と、支持基台27と、管理・加工部21による管理・加工を監視するカメラユニット29と、管理・加工部21をカバー部30に収納するための収納駆動部17Aとを備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
エンドエフェクタ本体20は、収納駆動部17Aにより第5軸J5廻りに回動可能とされ、エンドエフェクタ本体20が第5軸J5廻りに回動されることにより、図4(A)に示すように管理・加工部21がカバー部30に収納され、また、図4(B)に示すように管理・加工部21がカバー部30から露出可能に構成されている。
なお、この実施形態における収納駆動部17Aは、第3の駆動部材17を構成し、第3の駆動部材17において第5軸廻りの回動を付与するものである。
The
The
支持基台27は、図3に示すように、金属板を成形した複数の部材を一体に組み合わせて形成された、側面視、2つの屈曲部を有するクランク形状に形成されており、第3の駆動部材17の先端側のエンドエフェクタ取付面に対応するマニプレータ取付面28Aが形成された平板部27Aの長手方向両端側にマニプレータ取付面28Aと直交し互いに反対方向に伸びる二つの壁部27B、27Cを有している。なお、平板部27Aと壁部27Bとは、平板部27Aと壁部27Bに直交する方向に延在するリブにより補強されている。
As shown in FIG. 3, the
二つの壁部27B、27Cのマニプレータ取付面28Aと隣接する側の面28B、28Cは、マニプレータ取付面28Aと直交するとともに平坦に形成され、マニプレータ取付面28Aとなす角度が270度の面28Bには爪駆動部23及びカメラユニット29が、マニプレータ取付面28Aとなす角度が90度の面28Cは第3の駆動部材17の下側のエンドエフェクタ取付面に取り付け可能とされている。
The
管理・加工部21は、電子部品等のワークを把持(管理・加工)する一対の爪部材22と、爪部材を開閉する爪駆動部23と、コイルスプリング24と、ガイドスライド25とを備え、爪部材22は、それぞれ先端側が先細りに形成された平板からなり下側爪22Aと上側爪22Bとから構成されている。
爪部材22は、エンドエフェクタ2を第3の駆動部材17に取り付けて第6軸J6を垂直方向に向けた状態で、爪部材22の先端側が第2のアーム12の先端側斜め下方を向くように支持基台27のマニプレータ取付面28Aの反対側の面に配置されている。
The management /
The
下側爪22Aは、支持基台27のマニプレータ取付面28Aとは反対側に固定され、上側爪22Bは基端側がガイドスライド25を介して支持基台27に下側爪22Aに対して接離可能に取り付けられ、爪駆動部23のロッド23Aの先端部が当接されるとともに一端が支持基台27に接続され引っ張り方向に付勢されたコイルスプリング24の他端が接続されている。
The lower claw 22A is fixed to the side opposite to the
爪駆動部23は、爪部材22を、図3の矢印S方向に移動させて爪部材22を開閉するものであり、例えば、図示しない回転駆動部を回転してロッド23Aを進退するように構成されており、ロッド23Aの爪部材22側の先端部が爪部材22側に前進することにより上側爪22Bを下側爪22A側(図3における2点鎖線)に移動させて爪部材22を閉じるようになっている。
また、爪駆動部23が駆動されてロッド23Aが後退すると、上側爪22Bはコイルスプリング24の付勢力によって下側爪22Aから離間して爪部材22が開くようになっている。
The
When the
カバー部30は、この実施形態において、長手方向の先端部が直角に屈曲する側面視L字型に形成された主壁部30Aと主壁部30A両側部から垂下しL字型に形成された側壁部30Bとを備えており、第2のアーム12先端の枠体14の両側壁部14Aの外面に先端側が第2のアーム12の前方に延在するように取り付けられ、管理・加工部21が収納可能に形成されている。なお、図1、図2、図4におけるカバー部30は、カバー30内部を見易くするため便宜上、透明なものとして示している。
In this embodiment, the
カメラユニット29は、爪部材22がワークを把持する際に把持ミスの有無を遠隔監視するためのものであり、支持基台27の上部にレンズを爪部材先端に向けて配置されている。
なお、このカメラユニット29の信号を画像処理することによりワークの姿勢を判別して、第3の駆動部材17により爪部材22の向きを調整可能に構成としてもよい。
The
The posture of the workpiece may be determined by performing image processing on the signal from the
この実施形態において、エンドエフェクタ2は、多軸ロボット1の図示しない制御部により第3の駆動部材17の第6軸J6廻りの回動位置が管理・加工部21とカバー部30に干渉しない位置範囲にあることを検出して、収納駆動部17Aによりエンドエフェクタ本体20を回動させて管理・加工部21をカバー部30に収納するように構成されている。
In this embodiment, the
また、上記制御部は、管理・加工部21がカバー部30から管理・加工可能な位置に露出されていることを検出して爪部材22によるワークの把持を行い、管理・加工部21が待機している時には管理・加工部21をカバー部30に収納し、例えば、第1、第2のアーム11、12を駆動してエンドエフェクタ2を移動させるような場合には、エンドエフェクタ本体20が管理・加工部21がカバー部30に収納される位置範囲にあることを検出して第1、第2のアーム11、12を駆動させるように制御する構成とされている。
Further, the control unit detects that the management /
次に、この実施形態に係るエンドエフェクタ2の作用について説明する。
1)まず、多軸ロボット1を起動する。
2)第1のアーム11、第2のアーム12が駆動されてエンドエフェクタを2がワークのある位置まで移動される。
エンドエフェクタ2は、例えば、爪部材22が把持動作をしている場合、爪部材22がワークを把持している場合を除いて、管理・加工部21がカバー部30に収納される位置に保持されている。
3)エンドエフェクタ2の管理・加工部21が、電子部品等のワークを把持する所定の位置に到達したら管理・加工部21がカバー部30に収納された状態で待機する。
4)多軸ロボット1の図示しない制御部からワークを把持する信号が送信されると、第3の駆動部材17の収納駆動部17Aがエンドエフェクタ本体20を第5軸J5廻りに回動させて爪部材22をカバー部から露出させる。
5)カバー部30から露出した爪部材22は、上側爪22Bが爪駆動部23により駆動されてワークを把持し、ワークを所定の位置に移動する。
6)所定位置にて爪駆動部23のロッド23Aが後退するとコイルスプリング24の付勢力によって上側爪22Bが下側爪22Aから離間して爪部材22が開き、ワークの把持を解除する。
7)ワークの解除が終了すると、制御部からの信号に基づいて爪部材22は所定の位置に移動される。所定位置にて待機している間、管理・加工部21はカバー部30に収納される。
なお、ワークの把持を解除して所定位置に戻る間に、管理・加工部21がカバー部30に収納される構成としてもよい。
Next, the operation of the
1) First, the multi-axis robot 1 is activated.
2) The
For example, when the
3) When the management /
4) When a signal for gripping a workpiece is transmitted from a control unit (not shown) of the multi-axis robot 1, the
5) The
6) When the
7) When the release of the workpiece is completed, the
The management /
この実施の形態に係るエンドエフェクタ2によれば、収納駆動部17Aにより爪部材22がカバー部30に収納可能とされるので、爪部材22の露出が抑制されて爪部材22が作業者等に接触することに起因する作業者への危害の発生が抑制され、また、爪部材22が構造物等に接触することに起因する破損が抑制される。
According to the
また、収納駆動部17Aが、多軸ロボット1の第3の駆動部17により構成されているので、エンドエフェクタ2に専用の収納駆動部を設けることが必要とされず、エンドエフェクタ2の大型化が抑制され、小型、軽量化を容易に行うことができる。
また、収納駆動部17Aマニプレータの、例えば、第1のアーム11、第2のアーム12等の動作と連携した制御を容易に行うことができる。
Further, since the
In addition, it is possible to easily control the
また、爪部材22が、ワークを把持する際にカバー部30から露出するように構成されているので、ワークを把持する動作をカバー部30に妨げられることなく効率的に行うことができる。
また、把持動作の待機中、エンドエフェクタ2が移動される場合等、爪部材22を必要に応じてカバー部30に収納することが可能であるため、作業者が爪部材22に接触することが抑制され、充分な安全確保をすることができる。
Further, since the
In addition, when the
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、エンドエフェクタ2を構成する収納駆動部17Aが第3の駆動部材17により構成される場合について説明したが、管理・加工部21とカバー部30とが専用の駆動部により接続され、この駆動部により管理・加工部21がカバー部30に収納可能とされる構成としてもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
For example, in the above-described embodiment, the case where the
また、上記実施の形態においては、エンドエフェクタ2の管理・加工部21が一対の爪部材22からなり、管理・加工がワークを把持する場合について説明したが、その他ワークに切削、研削、穿孔等を施す機械加工、ハンダ付け、レーザ光や超音波等による加熱や接合、監視カメラによる監視等の管理・加工を対象とすることができる。
In the above embodiment, the management /
また、上記実施の形態においては、エンドエフェクタを2が、第1のアーム11、第2のアーム12を備えた6軸の自由度を有する多軸ロボット1に設けられる場合について説明したが、多軸ロボット1に代えて直交移動式のロボット、極座標式ロボットの他、種々のロボット、及び自動化ライン等におけるマニプレータに対して適用してもよい。
In the above embodiment, the case where the
また、上記実施の形態においては、管理・加工部21が待機する場合、第1のアーム11、第2のアーム12が駆動されることによりエンドエフェクタ2が移動する場合に、管理・加工部21がカバー部30に収納される場合について説明したが、例えば、管理・加工部21が作業者と接触する可能性があるエリアに進入する場合に限定して管理・加工部21をカバー部30に収納する制御とし、又は、エンドエフェクタ2の移動と連動させない制御としてもよい。
In the above embodiment, when the management /
また、上記実施の形態においては、カメラユニット29が配置された場合について説明したが、かかるカメラユニット29を備えることは任意であり、また、ワークの把持力を検出するための歪ゲージ等、その他のセンサを備えることも任意に設定することができる。
In the above-described embodiment, the case where the
また、例えば、カバー部30のいずれかの面にLED等の発光部材を配置して発光によりエンドエフェクタ2の移動を表示し、又はエンドエフェクタ2の移動方向を表示することにより、作業者が多軸ロボット1によるエンドエフェクタ2の移動や移動方向を感知し易くしてより安全性を向上する構成としてもよい。
Further, for example, by arranging a light emitting member such as an LED on any surface of the
1 多軸ロボット(マニプレータ)
2 エンドエフェクタ
17 第3の駆動部材17(駆動部材)
17A 収納駆動部
21 管理・加工部
30 カバー部
1 Multi-axis robot (manipulator)
2
17A
Claims (4)
ワークを管理・加工する管理・加工部を含むエンドエフェクタ本体と、
前記管理・加工部が収納可能とされるカバー部と、
を備え、
前記エンドエフェクタ本体を前記マニプレータの駆動部材により回動させるに伴って、前記管理・加工部を前記カバー部に収納可能であることを特徴とするエンドエフェクタ。 An end effector eclipsed mounted on manipulator disposed in the same work area as the operator,
An end effector body that includes a management and processing section for managing and processing the workpiece;
A cover part capable of storing the management and processing part;
Equipped with a,
An end effector characterized in that the management / processing part can be accommodated in the cover part as the end effector body is rotated by a drive member of the manipulator .
管理・加工する際に、前記カバー部から露出されるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のエンドエフェクタ。 The management / processing section
The end effector according to claim 1, wherein the end effector is configured to be exposed from the cover portion when managed and processed.
ワークを把持する一対の爪部材と、
前記爪部材を開閉する爪駆動部とを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のエンドエフェクタ。 The management / processing section
A pair of claw members for gripping the workpiece;
The end effector of claim 1 or 2, characterized in that it comprises a pawl driving unit for opening and closing the claw members.
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