JP5589624B2 - ロボットハンドのツール着脱機構 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットハンドによりツールを着脱するツール着脱機構に関する。

産業ロボットの手首部にツールを取り付ける場合、従来から手首部の設けられたオートツールチャンジャが用いられている。
かかるオートツールチャンジャは、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００９−１８４０９９号公報、「産業用ロボット」

特許文献１のように、ロボットの手首部にオートツールチャンジャ（以下、ＡＴＣと略称する）を取り付け、ＡＴＣを介してロボットハンドを手首部に取り付けた場合、ロボットハンド以外のツール（例えば視覚センサ）を手首部に取り付けるにはロボットハンドを取り外す必要があり、ツールの交換時間が長くなる。
また、この弊害を回避するために、手首部にロボットハンドとＡＴＣの両方を取り付け、ＡＴＣに視覚センサなどのツールを取り付ける場合、ツールを使用しないときでもロボットの手首部が大型化する問題点があった。

すなわち、従来は、ロボットの手首部に視覚センサなどのツールを任意に着脱する際に、ＡＴＣを使用することが多いが、ロボットのハンド部を軽量化・コンパクト化する際に、結果的にハンド部全体の寸法に対するＡＴＣ部品の寸法が相対的に大きくなり、ワークへの把持アプローチ時などにＡＴＣ部品の凹凸が干渉要素になるという問題が発生する。
ティーチングプレイバックによる同一動作の繰り返しの場合は、初期の教示でこの干渉の問題を回避できるが、視覚センサなどのツールを用いて動作する場合には、干渉回避が困難となることがある。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ツールの交換時間が短く、かつ視覚センサなどのツールを取り付けた場合でもロボットのハンド部全体を軽量化・コンパクト化することができるロボットハンドのツール着脱機構を提供することにある。

本発明によれば、１対の爪部材が平行に開閉するロボットハンドでツールを着脱するロボットハンドのツール着脱機構であって、
前記ツールはツールベースを有し、該ツールベースは、爪部材の開動作又は閉動作により爪部材の一部と係合してその位置を位置決めする３以上の位置決め装置を備え、
前記爪部材は、開方向又は閉方向に開口し、爪部材の幅方向に延びるＶ溝を有しており、
前記位置決め装置は、爪部材の開動作又は閉動作により前記Ｖ溝に嵌合してＶ溝を位置決めするツール着脱ローラと、爪部材の幅方向端面と係合して爪部材の幅方向を位置決めする幅位置決めローラとを有する、ことを特徴とするロボットハンドのツール着脱機構が提供される。

上記本発明の構成によれば、ツールがツールベースを有し、該ツールベースは、１対の爪部材の開動作又は閉動作により爪部材の一部と係合してその位置を位置決めする３以上の爪位置決め装置を備えるので、ツールに対してロボットハンドを所定の位置まで移動させた後に、爪の開動作又は閉動作により３以上の位置で爪部材とツールベースを固定することができる。
従って、ロボットハンドは交換しないのでツールの交換時間が短くできる。

また、ＡＴＣを用いず、ロボットハンド自体でツールベースを着脱するので、余分な機器が少なく、視覚センサなどのツールを取り付けた場合でもロボットのハンド部全体を軽量化・コンパクト化することができる。

本発明のツール着脱機構を備えたロボットの全体構成図である。 図１のロボットハンドの構成図である。 本発明によるツールの構成図である。 本発明のツール着脱機構の作動説明図である。

本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明のツール着脱機構を備えたロボットの全体構成図である。
この図において、１はロボット、２はロボットアーム、３はロボットの手先部である。

ロボット１は、この例では、テーブル４の上面に固定された垂直多関節ロボットである。しかし、本発明はこれに限定されず、その他のロボット（スカラロボットや直交ロボット）であってもよい。

この図において、１０はロボットハンド、２０は視覚センサなどのツールである。
ロボットハンド１０は、ロボットの手先部３に取り付けられ、ロボット１により、所定の作動範囲で３次元的に移動され、かつ自由な姿勢をとることができるようになっている。
またこのロボットハンド１０は、爪部材１１，１２が互いに平行に開閉する平行開閉式のロボットハンドである。

図２は、図１のロボットハンドの構成図である。この図において、（Ａ）は図１のＡ部詳細図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。

この図において、ロボットハンド１０は、チャック装置１４を備える。チャック装置１４は、爪部材１１と爪部材１２の間隔を開位置Ｏと閉位置Ｃの間で開閉する。
開位置Ｏは、爪部材１１と爪部材１２の間隔が最大なる位置であり、閉位置Ｃは、その間隔が最小となる位置である。

爪部材１１，１２は、この例では２本の爪１１ａと１本の爪１２ａを有する。なお、爪１１ａ，１２ａは、図示しないワークを把持できる限りで、１本でも３本以上であってもよい。また、この例で爪１１ａ，１２ａは、円筒形であるがその他の形状であってもよい。

また爪部材１１，１２は、爪１１ａ，１２ａの図２（Ａ）で上部に連結された爪基部１１ｂ、１２ｂをそれぞれ有する。
爪基部１１ｂ、１２ｂはこの例では矩形部材であり、開方向に開口し爪部材１１，１２の幅方向（図２（Ｂ）で上下方向）に延びるＶ溝１３をそれぞれ有する。Ｖ溝１３の２つのテーパ面は、同一の角度であるのがよい。
また、爪基部１１ｂ、１２ｂの幅方向の両端面１１ｃ，１２ｃは開閉方向に平行な平面に形成されている。

図２において、チャック装置１４は、爪部材１１，１２の長手方向末端部（図で上端）を平行に保持して片持支持する１対の片持支持部材１４ａと、片持支持部材１４ａの相対位置を連続的に変化させるアクチュエータ１４ｂとを備える。
片持支持部材１４ａは、図示しないリニアガイドにより図で左右方向に案内されている。また、アクチュエータ１４ｂは、例えばラック＆ピニオン機構とモータ、直動の電動シリンダ、ネジ棒とモータ等である。
なお、この例では、爪部材１１，１２の両方が互いに平行に開閉するが、その一方を固定し、他方のみを移動してもよい。

ロボットハンド１０は、図示しないワークの把持時において、爪部材１１，１２に作用する反力を検出する力センサ１５を備える。
力センサ１５は、例えばロードセル、歪みゲージ、又は圧力センサであるが、本発明は反力又は圧力を検出できる限りで、これらに限定されない。
かかる力センサ１５を備えることにより、ワークの把持時において、爪部材１１，１２に作用する反力を検出し、爪部材１１，１２をその位置で停止することができる。

図１において、ツール２０はツールベース２２を有する。視覚センサ（例えばカメラ２１は、ツールベース２２のこの図で下部に固定されている。また、ツール２０は、ロボットの作動範囲内でツール保持台５の上に下向きに載せられている。

図３は、本発明によるツールの構成図である。この図において、（Ａ）は図１のＢ部詳細図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。

ツールベース２２は、この例では、中央に開口部２２ａを有する矩形の枠板である。開口部２２ａの形状は、ツール着脱の際に、ツール２０に対してロボットハンド１０を所定の位置（ツール着脱位置）まで移動させた際に、ロボットハンド１０の爪部材１１，１２と干渉しないように形状が設定されている。

この例で、ツールベース２２の４隅にそれぞれ１組づつ、合計４組の位置決め装置２４を備える。なお、位置決め装置２４は３組であってもよい。
各位置決め装置２４は、爪部材１１，１２の開動作により爪部材１１，１２の一部と係合してその位置を位置決めするようになっている。

図３（Ｂ）に示すように、位置決め装置２４は、ツール着脱ローラ２５と幅位置決めローラ２６からなる。

ツール着脱ローラ２５は、例えばカムフォロアであり、爪部材１１，１２の開動作により爪基部１１ｂ、１２ｂに設けられたＶ溝１３に嵌合して、Ｖ溝１３の中心高さ（図２における）とツール着脱ローラ２５の中心高さ（図３（Ａ））を一致させて、ロボットハンド１０に対するツール２０の高さを位置決めするようになっている。

幅位置決めローラ２６は、爪部材１１，１２（この例では爪基部１１ｂ、１２ｂ）の幅方向端面１１ｃ，１２ｃと係合して爪部材１１，１２の幅方向を位置決めするようになっている。

図４は、本発明のツール着脱機構の作動説明図である。この図において、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
この図は、図１において、ツール取付けの際に、ツール２０に対してロボットハンド１０を所定の位置（ツール取付け位置、二点鎖線で示す）まで移動させた後、爪部材１１，１２を開動作させた状態を示している。

この開動作によりツール着脱ローラ２５が爪基部１１ｂ、１２ｂに設けられたＶ溝１３に嵌合して、Ｖ溝１３の中心高さ（図２における）とツール着脱ローラ２５の中心高さ（図３（Ａ））が一致し、ロボットハンド１０に対するツール２０の高さが位置決めされる。
また、同様にこのこの開動作により幅位置決めローラ２６が爪部材１１，１２（この例では爪基部１１ｂ、１２ｂ）の幅方向端面１１ｃ，１２ｃと係合して爪部材１１，１２の幅方向が位置決めされる。

従って、爪部材１１，１２の開動作により３以上の位置で爪部材１１，１２とツールベース２２を固定して、ロボットハンド１０自体でツールベース２２を位置決めできる。

また逆にツール取外しの際には、ロボットハンド１０とツールベース２２が連結された状態（図４の状態）で、ロボットハンド１０をツール保持台５の所定の位置まで移動し、爪部材１１，１２を閉動作させることで、ツール取付け動作と逆の動作でロボットハンド１０からツールベース２２を取外すことができる。
ツールベース２２を取外したロボットハンド１０は、単独でワークの把持動作を行うことができる。

従って、上述した本発明の構成によれば、ツール２０がツールベース２２を有し、ツールベース２２は、１対の爪部材１１，１２の開動作により爪部材１１，１２の一部（この例では爪基部１１ｂ、１２ｂ）と係合してその位置を位置決めする３以上の位置決め装置２４を備えるので、ツール２０に対してロボットハンド１０を所定の位置まで移動させた後に、爪部材１１，１２の開動作により３以上の位置で爪部材１１，１２とツールベース２２を固定することができる。
従って、ロボットハンドは交換しないのでツールの交換時間が短くできる。

また、ＡＴＣを用いず、ロボットハンド１０自体でツールベース２２を着脱するので、余分な機器が少なく、視覚センサなどのツールを取り付けた場合でもロボットのハンド部全体を軽量化・コンパクト化することができる。

従って、本発明の構成により、複数の爪部材１１，１２を持つロボットハンド１０の場合、ワークを把持するために可動する爪部材１１，１２にテーパ状のＶ溝１３を設け、ツール２０側にツール着脱ローラ２５と幅位置決めローラ２６を設けることにより、ツール着脱ローラ２５がＶ溝１３のテーパに誘い込まれて、一定の位置にセンタリングすることができ、再現性よく着脱を繰り返すことが可能となる。
従って本発明は、ＡＴＣ部品が不要になることで、ロボットのハンド部全体の軽量化、コンパクト化、ロボットハンド１０のワークに対する把持アプローチ性（干渉回避性）などの効果がある。

なお、上述した例では、爪基部１１ｂ、１２ｂの開方向（外側）にＶ溝１３を設け、爪部材１１，１２の開動作によりツール２０を位置決めし固定しているが、本発明はこれに限定されず、閉方向にＶ溝１３を設け、閉動作で位置決めし固定してもよい。

さらに、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ ロボット、２ ロボットアーム、３ ロボットの手先部、
４ テーブル、５ ツール保持台、
１０ ロボットハンド、１１，１２ 爪部材、
１１ａ，１２ａ 爪、１１ｂ，１２ｂ 爪基部、
１１ｃ，１２ｃ 両端面、１３ Ｖ溝、
１４ チャック装置、１４ａ 片持支持部材、
１４ｂ アクチュエータ、１５ 力センサ、
２０ ツール、２１ カメラ、
２２ ツールベース、２２ａ 開口部、
２４ 位置決め装置、２５ ツール着脱ローラ、
２６ 幅位置決めローラ

Claims (1)

1. １対の爪部材が平行に開閉するロボットハンドでツールを着脱するロボットハンドのツール着脱機構であって、
   前記ツールはツールベースを有し、該ツールベースは、爪部材の開動作又は閉動作により爪部材の一部と係合してその位置を位置決めする３以上の位置決め装置を備え、
   前記爪部材は、開方向又は閉方向に開口し、爪部材の幅方向に延びるＶ溝を有しており、
   前記位置決め装置は、爪部材の開動作又は閉動作により前記Ｖ溝に嵌合してＶ溝を位置決めするツール着脱ローラと、爪部材の幅方向端面と係合して爪部材の幅方向を位置決めする幅位置決めローラとを有する、ことを特徴とするロボットハンドのツール着脱機構。