JP5559287B2 - 高温エリアにおいてワークをハンドリングするロボットハンド - Google Patents

高温エリアにおいてワークをハンドリングするロボットハンド Download PDF

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Description

本発明は、ロボットハンドに関する。特に、本発明は、高温エリアにおいて高温に加熱されたワークをハンドリングするロボットハンドに関する。
従来技術において、加工機械により加工されるワークはロボットのハンドにより把持され、加工機械から取出されている。特許文献1には、把持部を開閉させてワークをハンドリングするロボットハンドが開示されている。また、特許文献2には、エアによる吸着部でワークをハンドリングするロボットハンドが開示されている。
さらに、特許文献3には、第一爪部を備えた第一シャフト内に第二爪部を備えた第二シャフトを同軸に配置した二重シャフト構造のサーボハンドが開示されている。そして、このサーボハンドは、第一爪部および第二爪部の回転位置を第一シャフトおよび第二シャフトの軸線周りに変化させてワークを把持および解放している。
特開2010-005732号公報 特開2010-149224号公報 特願2011-083685号
しかしながら、特定の加工機械、例えばプレス機械または鍛造機械により加工されたワークは高温になっている。特許文献1に開示されるロボットハンドでは、サーボモータが把持部の近傍に配置されている。従って、前述した特定の加工機械からワークを取出す場合またはワーク自体が高温である場合には、サーボモータが熱による影響を受け、その寿命が低下する可能性がある。また、特許文献2に開示されるエアによる吸着部は耐熱性が低いので、高温環境下では使用するのは難しい。
また、特許文献3においては、第一シャフトおよび第二シャフトの長さ分だけサーボモータを第一爪部および第二爪部から離間させられる。このため、ワークが高温である場合であっても、サーボモータが熱の影響を受けるのを避けられる。
しかしながら、特許文献3のサーボハンドのような二重シャフト構造においては、第一シャフトと第二シャフトとの間に設けられる軸受をサーボハンドの先端部に配置する必要がある。従って、特許文献3のサーボハンド自体を高温エリアに進入させた場合には、軸受が熱の影響で劣化する可能性がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高温エリアであっても故障することなしにワークをハンドリングすることのできるロボットハンドを提供することを目的とする。
前述した目的を達成するために1番目の発明によれば、ロボットハンドにおいて、高温エリアに進入可能な高温エリア進入部と、前記高温エリアの外部に常時位置する高温エリア非進入部とを具備し、該高温エリア非進入部は、ロボットアームの先端に装着されたベース部と、該ベース部に取付けられた駆動部と、該駆動部に連結された複数のシャフトの基端近傍を支持する基端側支持部と、を含んでおり、前記高温エリア進入部は、前記複数のシャフトの中間部分を被覆していて前記ベース部から延びるフレーム部と、該フレーム部に設けられていて前記複数のシャフトの先端近傍を支持する先端側支持部と、前記複数のシャフトのそれぞれに取付けられていてワークを把持する把持部と、を含んでおり、前記基端側支持部は軸受を介して前記複数のシャフトを支持しており、前記先端側支持部には、前記シャフトの外径よりも大きくて前記複数のシャフトのそれぞれが挿入される複数の支持穴が形成されており、前記駆動部により前記シャフトを駆動して前記把持部を開閉することにより、前記ワークの把持および解放を行うようにした、ロボットハンドが提供される。
2番目の発明によれば、ロボットハンドにおいて、高温エリアに進入可能な高温エリア進入部と、前記高温エリアの外部に常時位置する高温エリア非進入部とを具備し、該高温エリア非進入部は、ロボットアームの先端に装着されたベース部と、該ベース部に取付けられた直動ガイド部と、該直動ガイド部に取付けられたスライド部と、該スライド部を前記直動ガイド部に沿って線形移動させる第一駆動部と、前記スライド部に取付けられた第二駆動部と、該第二駆動部に連結された複数のシャフトの基端近傍を支持する基端側支持部と、を含んでおり、前記高温エリア進入部は、前記複数のシャフトの中間部分を被覆していて前記ベース部から延びるフレーム部と、該フレーム部に設けられていて前記複数のシャフトの先端近傍を支持する先端側支持部と、前記複数のシャフトのそれぞれに取付けられていてワークを把持する把持部と、を含んでおり、前記基端側支持部は軸受を介して前記複数のシャフトを支持しており、前記先端側支持部には、前記シャフトの外径よりも大きくて前記複数のシャフトのそれぞれが挿入される複数の支持穴が形成されており、前記第一駆動部によって前記スライド部を前記直動ガイド部に沿って移動させることにより前記把持部を前進および後退させ、前記第二駆動部により前記シャフトを駆動して前記把持部を開閉することにより、前記ワークの把持および解放を行うようにした、ロボットハンドが提供される。
3番目の発明によれば、1番目の発明において、前記駆動部がサーボモータである。
4番目の発明によれば、2番目の発明において、前記第一駆動部および前記第二駆動部がサーボモータである。
5番目の発明によれば、3番目または4番目の発明において、前記サーボモータが、前記ロボットの制御装置により制御される。
1番目の発明においては、駆動部と把持部とが複数のシャフトにより連結されているので、シャフトの長さ分だけ、駆動部を把持部から離間させられる。さらに、シャフトの先端近傍は先端側支持部の支持穴に挿入されているのみであるので、シャフトの先端近傍においては軸受を排除することができる。従って、駆動部が故障することなしに、ロボットハンドの高温エリア進入部を高温エリアに進入させてワークをハンドリングすることが可能である。
2番目の発明においては、第二駆動部と把持部とが複数のシャフトにより連結されているので、シャフトの長さ分だけ、第二駆動部を把持部から離間させられる。さらに、シャフトの先端近傍は先端側支持部の支持穴に挿入されているのみであるので、シャフトの先端近傍においては軸受を排除することができる。その結果、第二駆動部が故障することなしに、ロボットハンドの高温エリア進入部を高温エリアに進入させてワークをハンドリングすることが可能である。さらに、2番目の発明においては、直動ガイド部を備えたベース部がロボットアームの先端に取付けられ、さらに把持部がスライド部と一緒に直動ガイド部に沿って案内される。その結果、ロボットハンドの高温エリア進入部を高温エリアにより迅速に進入させられると共に、高温エリアからより迅速に後退させられる。
3番目の発明においては、駆動部によって把持部を所望の姿勢に容易に位置決めできる。従って、ワークの寸法に応じてワークを迅速に把持し、高温エリアにおける作業時間を短くすることができる。
4番目の発明においては、第二駆動部によって把持部を所望の姿勢に容易に位置決めできる。従って、ワークの寸法に応じてワークを迅速に把持し、高温エリアにおける作業時間を短くすることができる。さらに第一駆動部によって、ロボットハンドを高温エリアにより迅速に進入させられると共に、高温エリアからより迅速に後退させられる。
5番目の発明においては、サーボモータをロボットの制御装置により駆動している。従って、ロボットハンドの動作をロボットの軸に連携させ、より短い時間での動作が可能になる。さらに、ロボットハンド用のサーボモータの制御装置を別途用意する必要性を排除し、ロボットハンドを安価で提供することができる。
本発明に基づくロボットハンドを備えたロボットを含むシステムの概略図である。 本発明の第一の実施形態に基づくロボットハンドの斜視図である。 図2に示されるベース部の拡大斜視図である。 図3に示される基端側支持部の断面図である。 図2に示される把持部の拡大斜視図である。 図5に示される先端側支持部の断面図である。 本発明の第二の実施形態に基づくロボットハンドの斜視図である。 本発明の第二の実施形態に基づくロボットハンドを備えたロボットを含むシステムの動作を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図1は本発明に基づくロボットハンドを備えたロボットを含むシステムの概略図である。図1に示されるシステム1は、ロボット4と、加熱炉3と、ロボット4および加熱炉3を制御する制御装置2とを含んでいる。ロボット4は、例えば六軸構成の垂直多関節型ロボットである。ただし、ロボット4が他の構成のロボットであってもよい。また、加熱炉3によって加熱されたワークWを収容する収容部8が加熱炉3の近傍に配置されている。
図2は本発明の第一の実施形態に基づくロボットハンドの斜視図である。図2に示されるロボットハンド10は、図1に示されるロボット4のロボットアーム9の先端に取付けられている。
具体的には、ロボットアーム9はロボットハンド10のベース部18の上面に連結されている。図示されるように、ベース部18の一端にはサーボモータ19が配置されている。このサーボモータ19には、互いに平行な複数のシャフト、例えば二つのシャフト11、12の基端がギア等(図示しない)を介して連結されている。これら二つのシャフト11、12は、ベース部18の他端に設けられた基端側支持部20を通ってフレーム部15内に延びている。
図2から分かるように、フレーム部15はシャフト11、12に対して平行に延びており、これらシャフト11、12を周方向に被覆している。従って、フレーム部15はシャフト11、12を周囲環境、例えば高温エリアから保護する役目を果たす。あるいは、後述する基端側支持部20が設けられる限り、他の形状のフレーム部15を採用してもよい。
図示されるように、フレーム部15はシャフト11、12よりも短い。従って、シャフト11、12の先端はフレーム部15の先端に設けられた先端側支持部30を通ってフレーム部15から突出している。先端側支持部30については後述する。
図2に示されるように、シャフト11、12の先端には、シャフトに対して概ね垂直に延びる把持部13、14がそれぞれ備えられている。これら把持部13、14はシャフト11、12と一体化されている。従って、サーボモータ19によってシャフト11、12が互いに反対方向に回転されると、把持部13、14はシャフト11、12回りに回動して開閉し、それにより、ワークWを把持および解放する。なお、他の構成または他の形状の把持部13、14がシャフト11、12の先端に取付けられていてもよい。また、直径が互いに異なる二つのシャフト11、12が互いに同軸に配置されていてもよい。
図2から分かるように、把持部13、14、フレーム部15および先端側支持部30が高温エリア進入部10aを構成している。高温エリア進入部10aはロボット4の動作時に、高温エリア、例えば加熱炉3内部に進入する可能性のある部位である。また、ベース部18、サーボモータ19および基端側支持部20は、高温エリア非進入部10bを構成している。高温エリア非進入部10bは、ロボット4の動作時であっても、高温エリアに進入することはなく、高温エリアから所定距離以上だけ離間した加熱炉3の外部に常時位置している。
図3は図2に示されるベース部の拡大斜視図であり、図4は図3に示される基端側支持部の断面図である。これら図面に示されるように、基端側支持部20はベース部18の先端においてベース部18に対して垂直に延びる端板25を含んでいる。この端板25には、シャフト11、12のそれぞれに対応する位置に貫通孔が形成されており、軸受21、22がこれら貫通孔のそれぞれに設けられている。
従って、図2および図3から分かるように、シャフト11、12のそれぞれは、端板25の軸受21、22に支持されている。それゆえ、シャフト11、12はその基端近傍において軸受21、22内で回転可能に支持されている。
図5は図2に示される把持部の拡大斜視図であり、図6は図5に示される先端側支持部の断面図である。図5に示されるように、先端側支持部30はフレーム部15の先端を閉鎖するように配置された端板35を含んでいる。図6に示されるように、この端板35には、シャフト11、12のそれぞれに対応する位置に貫通孔が形成されており、筒体31、32がこれら貫通孔のそれぞれに配置されている。
図6から分かるように、筒体31、32の内径はシャフト11、12の外径よりも十分に大きく、これら筒体31、32内にそれぞれシャフト11、12が挿入されている。また、筒体31、32の軸方向長さはシャフト11、12を支持するのに十分に長く、通常は端板35の厚さ部分よりも長い。さらに、図6に示されるように、筒体31、32の大部分はフレーム部15内に位置している。従って、筒体31、32はその一端のみを外部から認識可能である。このような構成であるので、シャフト11、12は筒体31、32内で支持されつつ、回転する。なお、筒体31、32を配置する代わりに、端板35の貫通孔にシャフト11、12を直接的に挿入してもよい。
本発明の第一の実施形態においては、ロボットハンド10のサーボモータ19と把持部13、14とが複数のシャフト11、12により連結されている。従って、サーボモータ19は、シャフト11、12の長さ分だけ把持部13、14から離間させられる。それゆえ、ロボットハンド10の高温エリア進入部10aを、例えば加熱炉3の高温エリアに進入させた場合であっても、サーボモータ19は熱の影響を受けない。このため、高温エリアにおいても、サーボモータ19が故障することなしに、ワークWを安定してハンドリングすることが可能である。
さらに、第一の実施形態においては、シャフト11、12の基端近傍は基端側支持部20の軸受21、22に支持されている。これに対し、シャフト11、12の先端近傍は先端側支持部30の筒体31、32または支持穴に挿入されているのみである。つまり、シャフト11、12の先端近傍においては軸受を排除することができる。本発明では、シャフト11、12の先端近傍に軸受が存在していない。従って、シャフト11、12の先端近傍が高温エリアに進入した場合であっても、シャフト11、12の先端近傍における軸受が熱で破損するという従来技術の問題を解決することができる。
また、サーボモータ19を利用しているので、把持部13、14を所望の姿勢に容易に位置決めできる。従って、本発明においては、ワークWの寸法に応じてワークWを迅速に把持し、高温エリアにおける作業時間を短くすることも可能である。
図7は本発明の第二の実施形態に基づくロボットハンドの斜視図である。図7に示されるロボットハンド10’も、ベース部18の上面を介してロボットアーム9の先端に連結されているものとする。また、ベース部18の一端には第一サーボモータ19aが配置されている。
図示されるように、ベース部18の下面には、互いに平行な二つの直動ガイド部17が設けられている。これら直動ガイド部17は、ロボットハンド10’の長さ方向に沿って延びている。そして、直動ガイド部17には、スライド部16が摺動可能に係合している。第一サーボモータ19aを駆動することにより、スライド部16は直動ガイド部17に沿って前進および後退する。
図7に示されるように、スライド部16の一端には第二サーボモータ19bが配置されている。この第二サーボモータ19bには、互いに平行な複数のシャフト、例えば二つのシャフト11、12の基端がギア等(図示しない)を介して連結されている。これら二つのシャフト11、12は、スライド部16の他端に設けられた基端側支持部20を通ってフレーム部15内に延びている。フレーム部15は、図2を参照して説明したのと同様な構成であるので、再度の説明を省略する。
前述したのと同様に、シャフト11、12の先端はフレーム部15の先端に設けられた先端側支持部30を通ってフレーム部15から突出している。さらに、シャフト11、12の先端には、前述したのと同様な把持部13、14がそれぞれ備えられている。第二サーボモータ19bによってシャフト11、12が互いに反対方向に回転されると、把持部13、14はシャフト11、12回りに回動して開閉し、それにより、ワークWを把持および解放する。なお、基端側支持部20、先端側支持部30の構成は前述したのと同様である。
図7から分かるように、第二の実施形態においては、把持部13、14、フレーム部15および先端側支持部30が高温エリア進入部10aを構成している。また、ベース部18、直動ガイド部17、スライド部16、第一サーボモータ19a、第二サーボモータ19bおよび基端側支持部20は、高温エリア非進入部10bを構成している。
本発明の第二の実施形態においても、前述したのと同様な効果が得られる。さらに、第二の実施形態においては、スライド部16を直動ガイド部17に沿ってベース部18に対して摺動させられる。このため、ベース部18の長さ分だけ、把持部13、14をより遠方まで前進させられる。
このような構成は、加熱炉3等の高温エリアの温度が極めて高い場合には、特に有利である。従って、第一サーボモータ19aおよび第二サーボモータ19bが高温エリアの熱の影響を受けるのをさらに避けることができる。また、第一サーボモータ19aによって、ロボットハンド10’の高温エリア進入部10aを高温エリアにより迅速に進入させられると共に、高温エリアからより迅速に後退させることも可能である。
図8は本発明の第二の実施形態に基づくロボットハンドを備えたロボットを含むシステムの動作を示すフローチャートである。以下、図1、図7および図8を参照しつつ、ロボットハンド10’を備えたロボットを含むシステムの動作を説明する。なお、図8に示される動作のプログラムは制御装置2内に記憶されており、制御装置2によって実行されるものとする。
図8のステップS11においては、ロボット4を動作させて、ロボットアーム9に取付けられたロボットハンド10’を加熱炉3の正面に移動させる。そして、ステップS12においては、ロボットハンド10’が所定の待機位置に位置決めされる。その後、ステップS13においては、加熱炉3の扉が開放しているか否かが判定され、開放している場合には、ステップS14に進む。扉が開放していない場合には、ステップS12に戻って所定時間だけ再度待機する。
ステップS14においては、第一サーボモータ19aを駆動して、スライド部16を直動ガイド部17に沿って遠位側に移動させる。スライド部16の最大移動距離は、ベース部18および直動ガイド部17の長さに応じて定まる。スライド部16が所望の距離だけ前進すると、ステップS15においてロボット4がロボットハンド10’をワークWに向かってアプローチさせる。ロボットハンド10’の把持部13、14が加熱炉3内のワークWに十分に接近すると、ステップS16に進む。
ステップS16においては、第二サーボモータ19bを駆動して、シャフト11、12を互いに反対方向に回転させ、それにより、把持部13、14が加熱炉3内のワークWを把持するようになる。次いで、ワークWを把持したまま、第一サーボモータ19aを駆動して、スライド部16を直動ガイド部17に沿って近位側に移動させる(ステップS17)。その後、ステップS18においては、ロボットハンド10’が所定の待機位置に再び位置決めされる。
次いで、ステップS19においては、把持部13、14がワークWを把持しているか否かが判定される。この判定は、ロボットハンド10’またはロボットアーム9に予め設置されたセンサ、例えば重量センサまたは力センサによって行われる。ワークWを把持していると判定された場合には、ステップS20に進んで、ワークWの払い出しをする。具体的には、図1に示される収容部8にワークWを収容する。
これに対し、ワークWを把持していないと判定された場合には、ステップS21に進む。この場合には、ワークWを把持していないか、またはワークW以外の部材を把持している可能性がある。従って、ステップS21においては、そのような異常の種類に応じた適切な処理を行う。これにより、ワークW以外の部材が収容部8に収容されるのを回避し、また、ロボット4が不必要な動作を継続するのを避けられる。
サーボモータ19a、19bはロボットの制御装置4により制御される。従って、ロボットハンド10’の動作をロボット4の軸に連携させ、より短い時間での動作を可能にできる。さらに、ロボットハンド10’用のサーボモータ19a、19bの制御装置を別途用意する必要性が無いので、ロボットハンド10’を安価で提供することができる。
図8を参照して、第二の実施形態に基づくロボットハンド10’の動作について説明した。ただし、スライド部16の前進および後退動作(ステップS14およびステップS17)が無いことを除けば、第一の実施形態に基づくロボットハンド10の場合であっても図8に示されるのと概ね同様の動作が行われるのが分かるであろう。なお、高温エリア以外の他の環境、例えば薬品が飛散する環境でロボットハンド10、10’を使用する場合であっても、サーボモータ19、19a、19bを同様に保護できるのが分かるであろう。
1 システム
2 制御装置
3 加熱炉
4 ロボット
8 収容部
9 ロボットアーム
10、10’ ロボットハンド
10a 高温エリア進入部
10b 高温エリア非進入部
11、12 シャフト
13、14 把持部
15 フレーム部
16 スライド部
17 直動ガイド部
18 ベース部
19 サーボモータ(駆動部)
19a サーボモータ(第一駆動部)
19b サーボモータ(第二駆動部)
20 基端側支持部
21、22 軸受
25 端板
30 先端側支持部
31、32 筒体
35 端板

Claims (5)

  1. ロボットハンドにおいて、
    高温エリアに進入可能な高温エリア進入部と、
    前記高温エリアの外部に常時位置する高温エリア非進入部とを具備し、
    該高温エリア非進入部は、
    ロボットアームの先端に装着されたベース部と、
    該ベース部に取付けられた駆動部と、
    該駆動部に連結された複数のシャフトの基端近傍を支持する基端側支持部と、を含んでおり、
    前記高温エリア進入部は、
    前記複数のシャフトの中間部分を被覆していて前記ベース部から延びるフレーム部と、
    該フレーム部に設けられていて前記複数のシャフトの先端近傍を支持する先端側支持部と、
    前記複数のシャフトのそれぞれに取付けられていてワークを把持する把持部と、を含んでおり、
    前記基端側支持部は軸受を介して前記複数のシャフトを支持しており、
    前記先端側支持部には、前記シャフトの外径よりも大きくて前記複数のシャフトのそれぞれが挿入される複数の支持穴が形成されており、
    前記駆動部により前記シャフトを駆動して前記把持部を開閉することにより、前記ワークの把持および解放を行うようにした、ロボットハンド。
  2. ロボットハンドにおいて、
    高温エリアに進入可能な高温エリア進入部と、
    前記高温エリアの外部に常時位置する高温エリア非進入部とを具備し、
    該高温エリア非進入部は、
    ロボットアームの先端に装着されたベース部と、
    該ベース部に取付けられた直動ガイド部と、
    該直動ガイド部に取付けられたスライド部と、
    該スライド部を前記直動ガイド部に沿って線形移動させる第一駆動部と、
    前記スライド部に取付けられた第二駆動部と、
    該第二駆動部に連結された複数のシャフトの基端近傍を支持する基端側支持部と、を含んでおり、
    前記高温エリア進入部は、
    前記複数のシャフトの中間部分を被覆していて前記ベース部から延びるフレーム部と、
    該フレーム部に設けられていて前記複数のシャフトの先端近傍を支持する先端側支持部と、
    前記複数のシャフトのそれぞれに取付けられていてワークを把持する把持部と、を含んでおり、
    前記基端側支持部は軸受を介して前記複数のシャフトを支持しており、
    前記先端側支持部には、前記シャフトの外径よりも大きくて前記複数のシャフトのそれぞれが挿入される複数の支持穴が形成されており、
    前記第一駆動部によって前記スライド部を前記直動ガイド部に沿って移動させることにより前記把持部を前進および後退させ、
    前記第二駆動部により前記シャフトを駆動して前記把持部を開閉することにより、前記ワークの把持および解放を行うようにした、ロボットハンド。
  3. 前記駆動部がサーボモータである請求項1に記載のロボットハンド。
  4. 前記第一駆動部および前記第二駆動部がサーボモータである請求項2に記載のロボットハンド。
  5. 前記サーボモータが、前記ロボットの制御装置により制御される請求項3または4に記載のロボットハンド。
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