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

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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