JP5671441B2 - ワーク把持装置 - Google Patents
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Description
特許文献1では、ワークを把持するハンド部を交換するハンド部交換機構54により多種多様なワークに対応することができる。
特許文献2では、タレット式のロボットハンドにより複数のハンドを回転し切り換えて選択することで交換時間を短縮している。
そして、把持機構の位置合わせは、把持機構に駆動装置を設けてもよいが、外部に設けた位置合わせゲージを使用したり、記録された設定位置に把持機構を移動する外部に設けた把持機構駆動装置を使用したりして実現することもできる。
このため、本発明に係るワーク把持装置は、把持機構の位置合わせをする駆動装置を把持機構に設けずに別体として外部に設けた場合には、より軽量化を実現しながらバリエーションを有する種々のワークに適切に対応することが可能となる。
また、請求項1に係る発明は、前記ワークの被把持部は、第1の被把持部と第2の被把持部とを有し、少なくとも2以上の被把持部を把持するワーク把持装置に好適に適用することができる。
また、前記駆動手段により前記駆動部材または前記従動部材を前記一方向に移動させ、前記くさび形状部に前記勾配部が係合した状態で前記接合部を前記被把持部に押圧することで、前記ワークを把持する必要な把持力を確実に発生させることができる。また、ワークの被把持部を適宜複数個所選定し、各被把持部に対応する複数の把持機構で把持することで、重いワークに対しても確実に把持して搬送することができる。
このように、本発明は、単一の把持装置で種々のワークに対応でき、把持機構の位置合わせをする駆動装置を把持機構に設けずに別体として外部に設けた場合には、より軽量化することが容易であるため、ロボットアームに装着する把持装置として特に適している。
また、インナータイプの把持機構は、ワークに形成された穴や窪み等の凹部を利用して内側から接合部を押圧して把持することができるので、把持しにくい形状のワークに対しても安定して確実に把持することができる。
請求項4に係る発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のワーク把持装置であって、前記ロボットアームに固定される固定プレートを有し、前記支持プレートは、前記固定プレートに弾性機構を介して当該固定プレートから離れる方向に付勢されて弾性支持されていること、を特徴とする。
ワーク把持装置1は、図1に示すように、多関節ロボット100のロボットアーム101の先端部102に装着して種々のバリエーションを有するワークWを把持する把持装置として好適に使用することができる。
本実施形態では、ワーク把持装置1を後記する姿勢制御装置2に搭載して多関節ロボット100に装着する場合について説明する。
多関節ロボット100は、搬送装置200によって取り出し位置まで搬送されてきたパレット201に載置されたワークWをロボットアーム101の先端部102に装着されたワーク把持装置1(図2を併せて参照)によりワークWの被把持部Wa(図2)を3箇所で把持し、ロボットアーム101を旋回させ把持状態を解除して搬出装置300まで搬送(ワークW1参照)する工程を担っている。
そして、ワーク把持装置1は、図1に示すように、別途把持機構11を種々のワークに適合させるための把持機構11の位置合わせ治具400を多関節ロボット100の近傍に備えている。
従動部材112は、図4(c)に示すように、ほぼ矩形形状をなし、円周方向に並べて3箇所に配設されている。従動部材112は、外側の一方の面にくさび形状部111aに適合する勾配部112aが形成され、内側の他方の面に被把持部Waに接合する接合部112bが形成されている。
接合部112bは、被把持部Waの穴形状に適合するように断面視で円弧状に形成されているが、これに限定されるものではなく、摩擦係数の高いゴム部材やローレット等の滑り止め加工を施してもよい。
そして、ホルダ113は、本体部113aの内周面113cで駆動部材111を往復移動自在に支持し、先端部113bの支持部113d,113e(図3(b)参照)で従動部材112を図3(a)の左右方向(水平方向)に往復移動自在に支持している。
把持機構11は、駆動手段114により、駆動部材111を図3(a)の上下方向に往復移動することで、従動部材112を図3(a)の左右方向に移動して(図4(b)参照)、ワークWの被把持部Waに従動部材112の接合部112bを押し付けるようにして(図4(d)参照)、ワークWを把持する機構である(図2参照)。
3軸移動機構12は、3軸とも同様に構成され、例えば、X軸方向移動機構121では、X軸方向に配設されたガイドレール121aと、このガイドレール121aに沿って移動自在に配設されたホルダ121bと、を備えている。
かかる構成により、ワーク把持装置1は、3軸移動機構12により、ワーク把持機構11を前後(X軸)、左右(Y軸)、上下(Z軸)方向の3軸方向に自在に移動できるように支持している。
このため、ワーク把持装置1は、後記する把持機構11の位置合わせ治具200により(図5参照)、把持機構11を自在な位置に調整して被把持位置が異なる種々のワークに柔軟に対応することができる。
姿勢制御装置2は、図2に示すように、ロボットアーム101の先端部102に固定する固定プレート21と、ワーク把持装置1を支持する支持プレート22と、支持プレート22を弾性支持する弾性機構3と、支持プレート22の変位検知手段4と、ワーク把持装置1の姿勢を検知する姿勢検知装置6と、を備えている。
なお、本実施形態においては、姿勢検知装置6を備えた場合について説明するが、これに限定されるものではなく、ワークWがパレット201(図1)に正規の状態で位置決めされている場合には姿勢検知装置6を備えなくともよい。
支持プレート22は、固定プレート21に四隅に配設された弾性機構3(図1を併せて参照)を介して弾性支持されている。支持プレート22には、ワーク把持装置1および姿勢検知装置6がワークWの所定の箇所(本実施形態では3箇所)を把持できるように所定の箇所(本実施形態では3箇所)に配設されている。
変位検知手段4は、支持プレート22の原位置を検知する第1検知器41および第1被検知部41aと、ワーク把持装置1による把持位置を検知する第2検知器42および第2被検知部42aと、支持プレート22の過剰変位を検知する第3検知器43および第3被検知部43aと、を備えている。
また、エアシリンダ64は、ワーク把持装置1の位置決めの際に姿勢検知装置6がワークWに干渉しないように外筒61およびサポートシャフト5を上方に逃がすための装置であり、外筒61およびサポートシャフト5を下方に下げた状態でサポートシャフト5がワークWと当接可能になる。
姿勢検知装置6は、当接検知手段63により、ワークWを把持する従動部材112がワークWの被把持部Waに適正に挿入された状態であることを検知することができる。
<弾性機構3の動作>
まず、弾性機構3の動作について、主として図6と図7を参照しながら説明する。参照する図6はワークを載置するパレットの剛性が高い場合の弾性機構3の動作を示す模式的正面図であり、(a)は把持機構11の先端部(ワーク把持部)を被把持部に挿入する前の状態、(b)はワーク把持部を被把持部に挿入した後の状態を示す。図7はワークを載置するパレットの剛性が低い場合の弾性機構3の動作を示す模式的正面図である。
なお、図6と図7では、説明の便宜上、ワークWの傾き等を誇張して表現するが、実際には微小な変形量である。
ワークWを載置するパレット201の剛性が高い場合には、弾性機構3は、ワークWの姿勢に合わせてワーク把持装置1の姿勢を制御するように動作する傾向を示す。
すなわち、弾性機構3は、図1に示すように、例えば、パレット201に載置されたワークWを把持機構11で把持しようとする際に、パレット201に載置されたワークWが所定の位置からずれていたり傾いていたりしている場合には、このずれ等によるずれ量に応じてワークWに対するワーク把持装置1の姿勢を制御する。
ワークWを載置するパレット201(図1参照)の剛性が低い場合には、弾性機構3は、ワークWの姿勢をワーク把持装置1に合わせるように動作する傾向を示す。
すなわち、弾性機構3は、図1に示すように、例えば、パレット201に載置されたワークWを把持機構11で把持しようとする際に、パレット201に載置されたワークWが所定の位置からずれていたり傾いていたりしている場合には、このずれ等を補正して、ワークWの姿勢をワーク把持装置1に合わせるように機能する。
ワーク把持装置1の動作について、図8から図11を参照しながら説明する。参照する図において、図8は把持装置でワークを把持する前の状態、図9はサポートシャフトがワークに当接した状態、図10はサポートシャフトの外筒がワークに当接した状態、図11はクランプが完了した状態を示す部分正面断面図である。
図1におけるパレット201に載置されたワークWが振動や外的要因により過剰な位置ずれを生じている場合におけるワーク把持装置1の姿勢制御装置2の動作について図12を参照しながら説明する。
姿勢制御装置2は、弾性機構3によっても姿勢制御しきれないようなワークWが過剰な位置ずれを生じている場合には、その状態を姿勢検知装置6および変位検知手段4によって検知する。
本発明の第1の実施形態においては、被把持部WaがワークWに形成された貫通穴等の凹部であり、凹部を内側から押圧して把持するインナータイプの把持機構を採用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、被把持部Waが円柱形状のボスや衝立形状のリブ等の凸部である場合には、この凸部を外側から押圧して把持するコレットチャック方式のアウタータイプの把持機構を採用することもできる。
以下、被把持部Waがボスである場合と(図13〜図15参照)、リブである場合(図16参照)とに分けて説明する。
本発明の第2の実施形態に係る把持装置1′におけるアウタータイプの把持機構11′について図13〜図15を参照しながら説明する。参照する図13は本発明の第2の実施形態に係るアウタータイプの把持機構を説明するための斜視図であり、(a)は外観を示し、(b)は内部構造を示す断面図である。図14はアウタータイプの把持機構の構成および動作を示す断面正面図であり、(a)は把持する前の状態、(b)は把持した状態を示す。図15はアウタータイプの把持機構の構成を説明するための一部分解斜視図である。
なお、以下の説明において、第2の実施形態に係る把持装置1′においては、第1の実施形態における把持機構11との相違のみであるので他の構成の詳細な説明は省略する。
駆動部材111′は、図14(a)に示すように、内部に凹部111b′が形成された筒状の胴部111c′と、胴部111c′の先端部に螺入して結合されたリング形状の蓋部111d′と、蓋部111d′の内周部に形成された前記くさび形状部111a′と、を備えている。
従動部材112′の外周部は、図14(a)に示すように、先端側が拡径されたテーパからなる勾配部112a′が形成されている。従動部材112′の内周部は、被把持部Wa′である凸部に適合させた貫通穴からなる被把持部Wa′との接合部112b′が形成されている。
ホルダ113′は、従動部材112′とコレットバー114′を一体として連結するように保持し、駆動部材111′に対して、従動部材112′を軸方向(図14における上下方向)に摺動自在に支持するとともに、縮径および拡径方向に移動自在に支持している。
一方、図14(b)に示すように、把持機構11′は、駆動手段114(図2参照)により、コレットバー114a′を図14(a)の上方向に移動すると、従動部材112′を縮径方向に移動して、ワークW′の被把持部Wa′に従動部材112′の接合部112b′を押し付けるようにして、ワークW′を把持することができる。
図16に示すように、被把持部Wa′′がワークW′′の表面に沿って衝立状に突出して形成されたリブである場合には、2体の従動部材112′′を対向するように配設して構成する。
前記した第2の実施形態における被把持部Wa′がボスである場合は、従動部材112′を円周方向に隙間を挟んで3体を並べて配設したが(図15参照)、被把持部Wa′′がリブである場合は、2体の従動部材112′′を対向するように配設したものである。
このため、以下の説明において、前記した被把持部Wa′がボスである場合と同様の構成については、重複するため詳細な説明は省略する。
2 姿勢制御装置
3 弾性機構
4 変位検知手段
5 サポートシャフト
5a 可撓性部材
6 姿勢検知装置
11,11′,11′′ 把持機構
12 3軸移動機構(自在移動機構)
13 移動規制装置
21 固定プレート
22 支持プレート
31 コイルスプリング
61 外筒
62 付勢手段
63 当接検知手段
100 多関節ロボット
101 ロボットアーム
111,111′ 駆動部材
111a,111a′ くさび形状部
112,112′ 従動部材
112a,112a′ 勾配部
112b,112b′ 接合部
113,113′ ホルダ
113a 本体部
113b 先端部
114 駆動手段
114a′ コレットバー
400 位置合わせ治具
401 治具プレート
W,W′,W′′ ワーク
Wa,Wa′,Wa′′ 被把持部
Claims (4)
- ロボットアームに装着して種々のワークを搬送するためのワーク把持装置であって、
前記ロボットアームに連結する支持プレートと、
この支持プレートに配設され前記ワークの被把持部を把持する把持機構と、
この把持機構を自在移動可能に支持する自在移動機構と、
前記把持機構の移動を規制する移動規制装置と、を備え、
前記ワークの被把持部は、第1の被把持部と第2の被把持部とを有し、
前記把持機構は、前記支持プレートに固定された前記第1の被把持部を把持する第1の把持機構および前記第2の被把持部を把持する第2の把持機構を有し、
前記自在移動機構は、前記第1の把持機構を自在移動可能に支持する第1の自在移動機構と、この第1の自在移動機構とは別個独立して前記第2の把持機構を自在移動可能に支持する第2の自在移動機構と、を有し、
前記自在移動機構により予め前記第1の被把持部の位置に前記第1の把持機構を位置合わせし、前記第2の被把持部の位置に前記第2の把持機構を位置合わせした状態で前記ワークを把持し、
前記把持機構は、
くさび形状部が形成された駆動部材と、
一方の面に前記くさび形状部に適合する勾配部が形成され、他方の面に前記被把持部に接合する接合部が形成され3体が径方向に移動可能に円周方向に並べて配設された従動部材と、
前記くさび形状部と前記勾配部が摺動するように前記駆動部材と前記従動部材とが相対的に一方向に往復移動自在に支持し、前記勾配部が前記くさび形状部に係合し前記接合部が前記被把持部に対面して前記一方向に直交する方向に前記従動部材を往復移動自在に支持するホルダと、
前記駆動部材と前記従動部材とが相対的に一方向に移動するように前記駆動部材または前記従動部材を移動させる駆動手段と、を備え、
前記被把持部は、凹部からなり、
前記把持機構は、前記凹部を内側から前記接合部で押圧して把持するインナータイプの把持機構であること、
を特徴とするワーク把持装置。 - ロボットアームに装着して種々のワークを搬送するためのワーク把持装置であって、
前記ロボットアームに連結する支持プレートと、
この支持プレートに配設され前記ワークの被把持部を把持する把持機構と、
この把持機構を自在移動可能に支持する自在移動機構と、
前記把持機構の移動を規制する移動規制装置と、を備え、
前記ワークの被把持部は、第1の被把持部と第2の被把持部とを有し、
前記把持機構は、前記支持プレートに固定された前記第1の被把持部を把持する第1の把持機構および前記第2の被把持部を把持する第2の把持機構を有し、
前記自在移動機構は、前記第1の把持機構を自在移動可能に支持する第1の自在移動機構と、この第1の自在移動機構とは別個独立して前記第2の把持機構を自在移動可能に支持する第2の自在移動機構と、を有し、
前記自在移動機構により予め前記第1の被把持部の位置に前記第1の把持機構を位置合わせし、前記第2の被把持部の位置に前記第2の把持機構を位置合わせした状態で前記ワークを把持し、
前記把持機構は、
くさび形状部が形成された駆動部材と、
一方の面に前記くさび形状部に適合する勾配部が形成され、他方の面に前記被把持部に接合する接合部が形成された従動部材と、
前記くさび形状部と前記勾配部が摺動するように前記駆動部材と前記従動部材とが相対的に一方向に往復移動自在に支持し、前記勾配部が前記くさび形状部に係合し前記接合部が前記被把持部に対面して前記一方向に直交する方向に前記従動部材を往復移動自在に支持するホルダと、
前記駆動部材と前記従動部材とが相対的に一方向に移動するように前記駆動部材または前記従動部材を移動させる駆動手段と、を備え、
前記被把持部は、凸部からなり、
前記把持機構は、前記凸部を外側から前記接合部で押圧して把持するアウタータイプの把持機構であり、
前記従動部材は、2体が対向するように隙間を形成してコレット形状をなすように鍔状をなした根本部で連結し、
前記ワークの被把持部は、前記ワークの表面に沿って衝立状に突出して形成されたリブ形状であること、
を特徴とするワーク把持装置。 - 前記自在移動支持機構は、互いに直交する3軸方向に移動自在に支持する3軸方向移動機構を備えたこと、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載のワーク把持装置。 - 前記ロボットアームに固定される固定プレートを有し、
前記支持プレートは、前記固定プレートに弾性機構を介して当該固定プレートから離れる方向に付勢されて弾性支持されていること、
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のワーク把持装置。
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