JP5370549B2

JP5370549B2 - 双腕ロボット

Info

Publication number: JP5370549B2
Application number: JP2012161363A
Authority: JP
Inventors: 正志近藤
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: JP2012196764A

Description

本発明は、ロボットアームの先端に取り付けて使用する作業ハンド、作業工具等のロボットハンドを交換可能な産業用ロボットに関する。

従来、産業用ロボットや双腕ロボットにおいて、ロボットハンドの交換は製造ラインの作業効率にかかわるため自動化が進んでおり、ロボットハンドを自動で交換するロボットハンド自動交換装置として、様々な装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ロボットハンドの交換が頻繁になっても交換の時間が少なくて済むロボットハンド自動交換装置を提案しているものもある（例えば、特許文献２参照）。更に、一つの工程内でワークを組立てできるようにすると共に、治具交換に要する時間の短縮を図ることを目的としたワーク位置決め装置が提案されている。（特許文献３参照）
図５は従来のロボットハンド自動交換装置の断面図である。図５において、５００は保持部、この保持部に連結される交換部６００からなっており、交換部６００の先端にはロボットハンド７００が取り付けられている。把持部５００を構成するハウジング５０１は図示を省略したロボットアームに連結され、３次元的に移動自在となっている。ハウジング５０１内には、下部に複数個の剛球組込み用穴を設けた玉受けハウジング５０２が上記穴に剛球５０３を組み込んだ状態ではめ込み締結されており、玉受けハウジング５０２の内部は交換部６００との嵌合部５０２ａとなっている。剛球５０３は嵌合部５０２ａに対して出没自在となっており、剛球５０３の上方には下端開口部にテーパ部５０４ａを設けたテーパピストン５０４が上下方向へ摺動自在に配置されている。テーパピストン５０４はバネ５０５により常時下方に押されており、ハウジング５０１の側面に連結したエアー配管５０７を介してハウジング５０１とテーパピストン５０４とにより形成されるシリンダ部５０６に加圧エアーを供給、停止することで、テーパピストン５０４を上下に動かせるようになっている。交換部６００を構成する交換台６０１には、玉受けハウジング５０２の嵌合部５０２ａと嵌合する嵌合部６０１ａが上部に設けられ、玉受けハウジング５０２の嵌合部５０２ａより内側に突出した剛球５０３を受けるテーパ部６０１ｂが嵌合部６０１ａの下方に設けられている。次に図５〜図７を用いて保持部５００と交換部６００との連結動作を説明する。図５の状態は保持部５００が交換部６００の軸上に位置したところである。この状態では、図示しないエアー供給源からエアー配管５０７を通じてシリンダ部５０６に供給されるエアーの圧力によりバネ５０５の力に反してテーパピストン５０４は上がっている。この状態で図６に示すように、交換部６００の交換台６０１の嵌合部６０１ａが玉受けハウジング５０２の嵌合部５０２ａと嵌合するように保持部５００が降下する。嵌合部５０２ａと嵌合部６０１ａが嵌合した状態で、図７に示すようにシリンダ部５０６に供給されているエアーの圧力を解除すると、バネ５０５の力によってテーパピストン５０４が降下する。この時、テーパピストン５０４のテーパ部５０４ａが剛球５０３を玉受けハウジング５０２の内側に押し出して嵌合部６０１ａの下に設けたテーパ部６０１ｂと噛み合わせることにより、交換台６０１とハウジング５０１を連結固定する。以上のように、テーパピストン５０４を上下することにより保持部５００と交換部６００の連結および連結の解除を行なう。
次に、従来のロボットハンド自動交換装置によるロボットハンド交換動作を図８に基づいて説明する。図８において、交換部６００は保持部５００に連結固定され、交換部６００と交換する交換部６００ａが図示しないハンドストッカのＣの位置に置かれている。ロボットハンド７０１を連結した保持部５００は、Ａの位置から矢印８００のように移動しＢの位置で止まる。ここで連結を解除し保持部５００は矢印８０１のように上昇し、ロボットハンド７０１を取り付けた交換部６００はハンドストッカ（図示省略）に置かれる。次に、矢印８０２のように保持部５００は水平にＣの位置まで移動する。その後、矢印８０３のように保持部５００は降下し、Ｃの位置で他のロボットハンド７０２を取り付けた交換部６００ａを連結固定する。次に矢印８０４のように交換部６００ａを連結固定した保持部５００は、Ｄの位置まで移動し何らかの作業を行なう。
また、別の従来例として、ロボットハンドの交換が頻繁になっても交換の時間が少なくて済むロボットハンド自動交換装置について説明する。このロボットハンド自動交換装置は、図９に示す通り、ロボットアダプタ本体９０１の下面には図示省略したボルトによりシリンダ９０２が取り付けられている。シリンダ９０２はその軸９０６が、エアーにより図９中上下方向に動作するように配置されている。そして軸９０６の下面軸中心位置には引き込み軸９０５が取り付けられている。引き込み軸９０５は図１０に示す交換部１０００を保持するためのもので、図９に示す通り径の異なる円筒を２つ上下に重ねた上円筒部９０５ａと下円筒部９０５ｂからなる段付き形状をしており、側面から見ると逆Ｔ字形状をしている。またシリンダ９０２の駆動源となるエアーは図示していないエアーチューブより供給される。以上によりシリンダ９０２の作用によって、引き込み軸９０５はその軸方向に移動自在となる。次に図１０を用いてロボットハンドを搭載した交換部１０００を説明する。交換部１０００はツールアダプタ１００３、ロボットハンド１００４からなっている。ツールアダプタ１００３は保持部９００に着脱自在に連結される部品であり、その上面には幅溝が異なる上溝１００１ａと下溝１００１ｂからなる逆Ｔ字形状をした段差のある溝１００１がツールアダプタ１００３を直線的に横断して設けられている。この溝１００１は、上溝１００１ａ及び下溝１００１ｂの幅が図９に示した引き込み軸９０５の上円筒部９０５ａ及び下円筒部９０５ｂの径より各々大きく形成されると共に、上溝１００１ａの幅より下円筒部９０５ｂの径が大きく形成されている。これにより、上溝１００１ａに上円筒部９０５ａを、及び下溝に下円筒部９０５ｂをツールアダプタ１００３の側面方向から挿入可能で、引き込み軸９０５が溝１００１の中を溝１００１に沿って自由に移動可能になるとともに、シリンダ９０２により引き込み軸９０５を上動したときに下円筒部９０５ｂの上面９０５ｃと上溝１００１ａの下面１００１ｃとが係止し、保持部９００と交換部１０００とが連結保持されるようになっている。このような構成にしたことにより、ロボットハンドの交換動作時に図８において、矢印８００、矢印８０５、矢印８０４の経路で、ロボットハンドの交換が可能で交換時間の短縮が行なえるような構成になっている。

特開平３−２５６６８６号公報特開平９−２７２０９１号公報特開平７−３０３９９６号公報

従来の双腕ロボットは、ハンドストッカまたは自動工具交換装置（ＡＴＣ）が決められた位置にあり、しかもロボットの作業エリア外にあることが多いため、ロボットハンドを交換するためには、ロボットアームをその位置まで移動させる必要があり移動に時間がかかる。このため、頻繁にロボットハンドを交換しなければならない場合には、製造ラインの単位時間当たりの処理能力（スループット）に影響を与えるという問題があった。
また、従来の双腕ロボットは、ロボットハンドを交換するために必要な専用の電気やエアーなどの動力源を引く必要があるという問題もあった。
更に、ハンドストッカに目的のハンド以外のハンドが挿入されているような場合は、誤作動となるというような問題もあった。
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、ロボットハンドの交換時間を短縮するとともに、専用の動力源を引くことなしに、また、ハンドの誤着を検出することができる双腕ロボットを提供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。
本発明は、着脱可能なハンドを備えたロボットであり、先端に多指ハンドが取り付けられた多自由度の第１のアームと、前記着脱可能なハンドを先端に取り付け可能な多自由度の第２のアームとを備えた双腕ロボットにおいて、前記着脱可能なハンドは、当該ハンドおよび前記第２のアームの連結を解除するボタンを備え、前記多指ハンドは、３つの指を有しており、２つの指で前記着脱可能なハンドを把持するとともに、残りの１つの指で前記ボタンを操作することによって前記着脱可能なハンドを交換することを特徴とする双腕ロボットとするものである。
また、本発明は、前記双腕ロボットにおいて、前記着脱可能なハンドを収納および取り出し可能なハンドストッカを備えたことを特徴とする双腕ロボットとするものである。
また、本発明は、前記着脱可能なハンドは、前記ハンドストッカから取り出し時にハンドの種類を特定するリング状の突起を備えたことを特徴とする双腕ロボットとするものである。
また、本発明は、前記多指ハンドに力制御をかけて一定負荷で止まるようにしておき、前記多指ハンドで前記リング状突起をつかんだ時、前記多指ハンドの指先端の間隔で前記リング状の突起の大きさを検出し、ハンドの種類を特定することを特徴とする双腕ロボットとするものである。
また、本発明は、前記ハンドストッカは、前記双腕ロボットの胴体に備え付けられることを特徴とする双腕ロボットとするものである。

本発明によると、アームに自動で着脱することができ、専用の動力源を引かずにロボットハンドの交換をすることができる。また、ハンドの種類を特定することができ、ハンドの誤着を検出することができる。また、ハンドストッカをロボット付近に備え付けることができ、ロボットハンドの交換時間を短縮することができる。

本発明の第１実施例を示す双腕ロボットの斜視図本発明の双腕ロボットのハンド種類を特定する方法を示した図本発明の双腕ロボットのハンド交換部における機構を示した図本発明の双腕ロボットのハンド交換方法を示した図従来のロボットハンド自動交換装置の側断面図従来のロボットハンド自動交換装置の側断面図従来のロボットハンド自動交換装置の側断面図従来のロボットハンド自動交換装置のロボットハンドの交換動作を説明する図従来のロボットハンド自動交換装置の側断面図従来のロボットハンド自動交換装置の側断面図本発明の双腕ロボットのハンド交換部における機構を示した図

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１は、本発明の双腕ロボットの斜視図である。図において、１００は双腕ロボット、１０１は右アーム、１０２は左アーム、１０３はロボットの胴体、１０４は多指ハンド、１０５は脱着可能なハンド、１０６はハンドストッカ、１０７は交換用ハンドとなっている。この双腕ロボットは、右アーム１０１に多指ハンド１０４が備え付けられており、左アーム１０２は、ハンド１０５が脱着可能な構成になっている。ロボットの胴体１０３には、ハンドストッカ１０６が備え付けられてあり、このハンドストッカ１０６内には、交換用ハンド１０７が装備されていて、多指ハンド１０４が取り付けられた右アーム１０１の可動範囲内にあるロボットの胴体１０３の腰部にねじ締結などにより取り付けられている。交換用ハンド１０７は、脱着可能なハンド１０５と、多指ハンド１０４を用いることにより交換可能となっている。
本発明が従来技術と異なる部分は、脱着可能なハンド１０５を多指ハンド１０４で交換することと、ロボットの胴体１０３にハンドストッカ１０６を備えた部分である。

図２は、ハンドストッカから取り出し時にハンドの種類を特定する方法を示した図である。ハンド２００およびハンド２０１にはリング状の突起２０２および２０３が備え付けられている。このリング状の突起はハンドの種類ごとに、径２０４および径２０５の様にリングの径が変えられている。図Ｃは多指ハンド２０６でリング状の突起２０８の大きさを計測している図を示している。多指ハンドの指２０７に力制御をかけて一定の負荷で止まるようにしておく。先端が正三角形となるようにリング状の突起２０８に押し当てれば、ハンド２００に押し当てた場合（図Ｄ）とハンド２０１に押し当てた場合（図Ｅ）の図からわかる様に、多指ハンドの先端２０９、２１０の指先端の間隔でリングの大きさを検出し、ハンドの種類を特定することができる。

図３を用いて、本発明のロボットハンドおよび保持部について説明する。３０１はロボットハンド、３０２は保持部、３０３は連結レバー、３０３ａは連結部、３０３ｂはボタン、３０３ｃはテーパ部、３０４はバネ、３０５は嵌合部、３０６はリング状の突起、３０７はツール、３０８、３１１はエアー穴、３０９はキー溝である。３０１のロボットハンドは、図示していない第１のロボットアームに備えられた多指ハンドに把持され、３次元的に移動自在となっている。保持部３０２は図示していない第２のロボットアームの先端に連結されており、３次元的に移動自在となっている。図３のＡ１は連結前のロボットハンド３０１、保持部３０２を示した図である。図３のＡ２は保持部３０２の断面図、図３のＡ３はロボットハンドをロボットアーム側から見た上面図である。図３のＡ１ではまだ連結前のため、ボタン３０３ｂは押されておらず、バネ３０４によって連結レバー３０３は開いた状態で、連結部３０３ａは嵌合部３０５から飛び出た状態になっている。図３のＢ１は連結中のロボットハンド３０１、保持部３０２を示した図である。図３のＢ１では図示していない多指ハンドでボタン３０３ｂを押して、連結レバー３０３を閉じると、連結部３０３ａは嵌合部３０５に収納された状態になる。この状態で嵌合部３０５を保持部３０２に嵌合するようにロボットハンド３０１、保持部３０２を移動させる。図３のＢ２は保持部３０２の断面図、図３のＢ３はロボットハンドをロボットアーム側から見た上面図である。ロボットハンド３０１と保持部３０２の嵌合が完了したら、ボタン３０３ｂの押さえを緩め、保持部３０２を図示していないロボットアームで矢印３１０の方向に回転させると、連結部３０３ａがキー溝３０９にはまる。このとき、連結レバー３０３の連結部３０３ａの下方に設けられたテーパ部と図示していないキー溝３０９のテーパ部の作用により、保持部３０２に対してロボットハンド３０１が多少下がっていても、ロボットハンド３０３が上に上がり保持部３０２と隙間なく連結される。こうして、ロボットハンド３０１と保持部３０２の連結固定が完了する。図３のＣ１はロボットハンド３０１と保持部３０２の連結固定が完了した後の状態である。連結部３０３ａがキー溝に３０９にはまり、連結レバー３０３がバネ３０４で開いていることがわかる。図３のＣ２は保持部３０２の断面図、図３のＣ３はロボットハンドをロボットアーム側から見た上面図である。なお、連結部３０３ａがキー溝に３０９にはまったかどうかは、図示していない多指ハンドの駆動部の電流値を観測することにより、多指ハンドがボタン３０３ｂをどの程度の力で押しているかで判断することができる。また、３０８、３１１はエアー穴であり、連結結合が完了すると個々のエアー穴が繋がり、ロボットハンド３０１を動かすためのエアーを送ることができる仕組みとなっている。もし、エアー穴の繋がりにエアー漏れなどの問題がある場合は、図１１のように、ロボットハンド３０１側にテーパを付けた突起１１０１を設け、保持部３０２側に図示していないＯリングを設ければよい。この時、エアー穴３０８、３１１は、図Ａ２’、図Ａ３’の様に同心円上にこないようにずらして配置する必要がある。なお、エアーの入り切りは多指ハンドの動きに同期させて、ロボットハンド３０１を連結完了後にコンプレッサの電源またはエアー配管途中に設けた切り替え機でエアーをオンし、ロボットハンド３０１を多指ハンドで取り外す前にオフすればよい。

図４は、本発明のロボットハンドの交換手順を示した図である。交換手順としては、４０１は取り外し、４０２は収納、４０３は確認、４０４は取り出し、４０５は取り付け、４０６はパラメータ変更であり、この順でロボットハンドの交換が行なわれる。詳細について図を用いながら説明する。まず、４０１の取り外しについて図ａを用いて説明する。保持部３０２からロボットハンド３０１ａを取り外すには、多指ハンド４０７の３つの指４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃを図の様に配置し、指４０７ｂと指４０７ｃでロボットハンド３０１ａを把持する。この状態において指４０７ａでボタン３０３ｂを押しながら、保持部３０２からハンド３０１ａを下方に引き抜けば良い。４０２の収納は、図ｂの様に図ａで引き抜いたツール３０７ａのついたロボットハンド３０１ａをあらかじめ位置等が決められたハンドストッカ４０８ａに差し込み収納すれば良い。次に別のハンド３０１ｂをアームに取り付ける場合は、４０３の確認を行なう。４０３の確認は詳細を図２で説明した様に、多指ハンド４０７でリング状の突起３０６をつかんで行なう。この作業は交換するハンドが本当に目的のハンドかどうか確認するために行なうものであるから、ハンドストッカ４０８ｂの位置やツール３０７ｂの情報は、あらかじめロボットの制御盤内部に情報としてインプットされているものとする。この制御盤内部の情報と多指ハンドから得られたリング状の突起の情報とを比較して、交換しようとしているロボットハンドが目的のハンドかどうかの確認を行なえば良い。確認して違う場合は、エラーとしても良いが、別のハンドストッカを探して回る事も可能である。４０４の取り出しは、図ｄの様に多指ハンド４０７の指４０７ａ、指４０７ｂ、指４０７ｃを配置してハンドストッカ４０８ｂから上方に引き抜けば良い。４０５の取り付けは図３で詳細は説明したが、図ｅの様に指４０７ａでボタン３０３ｂを押さえながら保持部３０２にロボットハンド３０１ｂを嵌合する。図ｆの様に嵌合が完了したら、図示していないロボットアームで保持部３０２をロボットアーム３０１ｂに対して回転させる。図ｇの様にキー溝が合ったところで連結レバー３０３が開き連結結合が完了する。４０６のパラメータ変更は連結が完了したら、ロボット制御盤内部の現在のロボットハンドパラメータ情報をロボットハンド３０１ａから３０１ｂに変更してやれば良い。これによりロボットハンドの種類に応じた動きをロボットアームにさせることが可能となる。

本実施例では、ロボットハンドの付替えに多指ハンドを用いた実施例を示したが、ロボットハンドを把持できて、着脱用のボタンが押せる構造であればグリッパでも実施可能である。

１００双腕ロボット
１０１右アーム
１０２左アーム
１０３ロボットの胴体
１０４多指ハンド
１０５着脱可能なハンド
１０６ハンドストッカ
１０７交換用ハンド
２００、２０１ハンド
２０２、２０３、２０８リング状の突起
２０４、２０５リングの径
２０６多指ハンド
２０７多指ハンドの指
２０９、２１０多指ハンドの先端
３０１、３０１ａ、３０１ｂロボットハンド
３０２保持部
３０３連結レバー
３０３ａ連結部
３０３ｂボタン
３０３ｃテーパ部
３０４バネ
３０５嵌合部
３０６リング状の突起
３０７、３０７ａ、３０７ｂツール
３０８、３１１エアー穴
３０９キー溝
３１０矢印
４０１取り外し
４０２収納
４０３確認
４０４取り出し
４０５取り付け
４０６パラメータ変更
４０７多指ハンド
４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃ多指ハンドの指
４０８ａ、４０８ｂハンドストッカ
５００保持部
５０１ハウジング
５０２玉受けハウジング
５０２ａ嵌合部
５０３剛球
５０４テーパピストン
５０４ａテーパ部
５０５バネ
５０６シリンダ部
５０７エアー配管
６００交換部
６０１交換台
６０１ａ嵌合部
６０１ｂテーパ部
７００、７０１、７０２ロボットハンド
８００、８０１、８０２、８０３、８０４、８０５矢印
９００保持部
９０１ロボットアダプタ本体
９０２シリンダ
９０５引き込み軸
９０５ａ上円筒部
９０５ｂ下円筒部
９０５ｃ下円筒部９０５ｂの上面
１０００交換部
１００１溝
１００１ａ上溝
１００１ｂ下溝
１００１ｃ上溝１００１ａの下面
１００３ツールアダプタ
１００４ロボットハンド
１１０１突起

Claims

着脱可能なハンドを備えたロボットであり、先端に多指ハンドが取り付けられた多自由度の第１のアームと、前記着脱可能なハンドを先端に取り付け可能な多自由度の第２のアームとを備えた双腕ロボットにおいて、
前記着脱可能なハンドは、
当該ハンドおよび前記第２のアームの連結を解除するボタンを備え、
前記多指ハンドは、
３つの指を有しており、２つの指で前記着脱可能なハンドを把持するとともに、残りの１つの指で前記ボタンを操作することによって前記着脱可能なハンドを交換すること
を特徴とする双腕ロボット。
前記双腕ロボットにおいて、前記着脱可能なハンドを収納および取り出し可能なハンドストッカを備えたことを特徴とする請求項１記載の双腕ロボット。
前記着脱可能なハンドは、前記ハンドストッカから取り出し時にハンドの種類を特定するリング状の突起を備えたことを特徴とする請求項２記載の双腕ロボット。
前記多指ハンドに力制御をかけて一定負荷で止まるようにしておき、前記多指ハンドで前記リング状突起をつかんだ時、前記多指ハンドの指先端の間隔で前記リング状の突起の大きさを検出し、ハンドの種類を特定することを特徴とする請求項３記載の双腕ロボット。
前記ハンドストッカは、前記双腕ロボットの胴体に備え付けられることを特徴とする請求項２、３または４記載の双腕ロボット。