JP5927604B2 - Attitude control device for work equipment - Google Patents
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本発明は、ワーク作業装置の姿勢制御装置に係り、特に、ロボットアームに装着するワーク作業装置の姿勢制御装置に関する。 The present invention relates to a posture control device for a work work device, and more particularly to a posture control device for a work work device to be mounted on a robot arm.
複数の部品を加工し組み付けて、多様なバリエーションを有する製品を完成させる生産ラインでは、種々の形状をなしたワークを効率よく確実に把持して搬送するための技術が採用されている(例えば、特許文献1,2)。
特許文献1では、収納容器内にバラ積みされたワークを把持するために、ワークの3次元形状を識別して、ロボットアームの先端に装着したワーク保持手段をワークの重心座標位置に制御することで、ワークを1個ずつ取り出して搬送するようにしている。
特許文献2では、ロボットハンドにツール座標系を設定し、3次元視覚センサによりロボットハンドの初期設定からのずれを補正して、ロボットハンドの相対的な位置・姿勢を修正するようにしている。
In a production line that processes and assembles a plurality of parts to complete a product having various variations, a technique for efficiently gripping and transporting workpieces having various shapes is adopted (for example, Patent Documents 1 and 2).
In Patent Document 1, in order to grip a workpiece stacked in a storage container, the three-dimensional shape of the workpiece is identified, and the workpiece holding means attached to the tip of the robot arm is controlled to the center of gravity coordinate position of the workpiece. Thus, the workpieces are taken out one by one and conveyed.
In
しかしながら、特許文献1では、バラ積みができないワークには対応しにくいという問題があった。また、特許文献2では、制御や動作が複雑であり、ロボットアームに装着したワーク把持装置のワーク把持部とワークの被把持部との位置や角度のずれを修正することができないという問題があった。
However, Patent Document 1 has a problem that it is difficult to deal with a work that cannot be stacked. Further, in
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、ロボットアームに装着されたワーク作業装置のワークに対する姿勢を好適に制御するワーク作業装置の姿勢制御装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a posture control device for a work work device that suitably controls the posture of the work work device mounted on a robot arm with respect to the work. .
前記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、ロボットアームに装着して、ワーク支持手段に支持されたワークに係合させ当該ワークを押圧して当該ワークの所定の部位を把持するワーク把持装置の姿勢制御装置であって、前記ロボットアームに固定する固定プレートと、前記ワーク把持装置が配設された支持プレートと、この支持プレートと前記固定プレートとの間に装着され、前記支持プレートを前記固定プレートに対して離れる方向に付勢して弾性支持する弾性機構と、前記ワークに対する前記ワーク把持装置の姿勢を検知する姿勢検知装置と、を有し、前記姿勢検知装置は、前記ワークに当接させるサポートシャフトと、このサポートシャフトが前記ワークに当接してから所定の移動量だけ移動した状態のときに前記ワーク把持装置が適正な位置にあることを検知する当接検知手段と、を備え、前記弾性機構は、前記支持プレートの前記固定プレートに対する変位を検知する変位検知手段を備え、前記変位検知手段は、前記支持プレートの原位置を検知する第1検知器と、この第1検知器で検知した原位置から前記支持プレートが所定の移動量だけ移動して前記ワーク把持装置が適正な把持位置にあることを検知する第2検知器と、前記支持プレートの過剰変位を検知する第3検知器と、を備え、前記ワーク把持装置によって前記ワークを押圧しながら、前記弾性機構によって当該ワークに対する当該ワーク把持装置の傾斜姿勢を当該ワークと当該ワーク把持装置とを正対させるように制御し、前記当接検知手段と前記変位検知手段の検知結果に基づいて当該ワークと当該ワーク把持装置とが正対したことを検知することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a work that is attached to a robot arm, engages with a work supported by a work support means, presses the work, and grips a predetermined part of the work. a posture control device of the gripping device, and a fixing plate for fixing to the robot arm, and a support plate in which the workpiece gripping device is provided, mounted between the supporting plate and said fixed plate, said support plate the has an elastic mechanism for elastically supporting and urged away with respect to the fixed plate, a posture detecting device for detecting an attitude of the workpiece gripping device relative to the workpiece, wherein the posture detecting device, said workpiece and support shaft to abut on the workpiece holding in a state where the support shaft is moved by a predetermined moving amount from the contact with the workpiece Includes a contact detection mechanism location detects the proper position near Rukoto, wherein the resilient mechanism comprises a displacement detecting means for detecting a displacement with respect to the fixed plate of the support plate, the displacement detecting means, A first detector that detects the original position of the support plate, and the support plate is moved by a predetermined amount of movement from the original position detected by the first detector, so that the workpiece gripping device is in an appropriate gripping position. And a third detector for detecting excessive displacement of the support plate, and the workpiece gripping device for the workpiece by the elastic mechanism while pressing the workpiece by the workpiece gripping device. the inclined posture by controlling the person the workpiece and the workpiece holding device so as to directly face, and the workpiece based on a detection result of the abutment detection means and the displacement detecting means It characterized that you detect that and said work gripping device is directly opposite.
請求項1に係る発明は、弾性機構を備えたことで、例えば、パレットに載置されたワークが所定の位置からずれていたり傾いていたりしていても、このずれ等によるずれ量に応じてワークに対する前記ワーク作業装置の姿勢を制御することができる。
つまり、ワークのずれや傾きがある場合には、ロボットアームにより前記ワーク作業装置をワークに対して所定の位置に配置し、前記ワーク作業装置がワークに作業をする際に、作業部位においてワークのずれ量に応じてワークから反作用的にワーク作業装置に負荷が加えられる。
The invention according to claim 1 is provided with an elastic mechanism, so that, for example, even if the workpiece placed on the pallet is deviated or inclined from a predetermined position, according to the deviation amount due to this deviation or the like. The posture of the work work device with respect to the work can be controlled.
In other words, when there is a deviation or inclination of the workpiece, the workpiece working device is placed at a predetermined position with respect to the workpiece by the robot arm, and when the workpiece working device works on the workpiece, Depending on the amount of deviation, a load is applied from the workpiece to the workpiece working device in a reactive manner.
このワーク作業装置に加えられた負荷が支持プレートを介して弾性機構に作用することで、弾性支持された支持プレートにより、弾性機構が前記ワークに対するワーク作業装置の位置や角度のずれを適宜柔軟に吸収して、前記ずれ量に応じて前記支持プレートの位置や傾斜角度を補正することができる。
このようにして、本発明に係る姿勢制御装置は、前記ワークに対する前記ワーク作業装置の姿勢を好適に制御して補正することができる。
The load applied to the workpiece working device acts on the elastic mechanism via the support plate, so that the elastic mechanism flexibly shifts the position and angle of the workpiece working device relative to the workpiece by the elastically supported support plate. By absorbing, the position and inclination angle of the support plate can be corrected according to the amount of deviation.
Thus, the posture control device according to the present invention can suitably control and correct the posture of the work work device with respect to the work.
ここで、本発明における「ロボット」は、例えば、搬送、塗装、および溶接ロボット等の自動機や多関節ロボットであり、「ワーク作業装置」は、把持装置、塗装装置、溶接装置等である。 Here, the “robot” in the present invention is, for example, an automatic machine or an articulated robot such as a conveyance, painting, and welding robot, and the “work work device” is a gripping device, a painting device, a welding device, or the like.
また、請求項1に係る発明は、前記姿勢検知装置により、前記サポートシャフトが前記ワークに当接したことを検知することで、前記ワーク把持装置が前記ワークに対して所定の姿勢で、つまり所定の把持位置に所定の把持角度で位置決めされたことを検知することができる。
すなわち、ロボットアームにより前記ワーク把持装置をワークに対して所定の位置に配置した状態で、前記サポートシャフトが前記ワークに当接していることを前記当接検知手段により検知することで、前記ワーク把持装置がワークに対して所定の姿勢で位置決めされたことを検知することができる。
また、本発明は、前記支持プレートの前記固定プレートに対する変位を検知する変位検知手段を備えたことで、ワークの位置ずれや傾きがありワーク把持装置に過剰な負荷が作用するような場合には、支持プレートを介して弾性機構に過剰な負荷が作用するため、この過剰な負荷による前記支持プレートの前記固定プレートに対する過剰な変位を検知することができる。
また、ワーク把持装置はワークの位置ずれ等の影響を受けやすいため、確実な把持が困難になる場合があるが、本発明の姿勢制御装置をワーク把持装置に適用することで、ずれ等が生じたワークに対して把持装置の姿勢を適切に制御することができるため特に好適である。
このようにして、本発明に係る姿勢制御装置は、変位検知手段により前記支持プレートの前記固定プレートに対する変位を検知することで、ワークに対するワーク把持装置の姿勢が異常であることを検知し、前記ワーク把持装置がワークを把持する際に生じる過度な負荷を未然に検知して回避することができる。
In the invention according to claim 1, the posture detecting device detects that the support shaft is in contact with the workpiece, so that the workpiece gripping device is in a predetermined posture with respect to the workpiece, that is, a predetermined amount. It is possible to detect that the robot has been positioned at a predetermined grip angle at the grip position.
That is, in a state of being disposed at a predetermined position of the workpiece gripping device relative to the workpiece by the robot arm, said support shaft is in contact with the workpiece by detecting by said contact detection mechanism, wherein the workpiece holding It can be detected that the apparatus is positioned in a predetermined posture with respect to the workpiece.
Further, the present invention is provided with a displacement detection means for detecting the displacement of the support plate with respect to the fixed plate, so that when the workpiece is displaced or inclined and an excessive load acts on the workpiece gripping device. Since an excessive load acts on the elastic mechanism via the support plate, it is possible to detect an excessive displacement of the support plate with respect to the fixed plate due to the excessive load.
In addition, since the workpiece gripping device is easily affected by the positional deviation of the workpiece, it may be difficult to reliably grip the workpiece. However, when the posture control device of the present invention is applied to the workpiece gripping device, deviation or the like occurs. This is particularly preferable because the posture of the gripping device can be appropriately controlled with respect to the workpiece.
Thus, the posture control device according to the present invention detects that the posture of the workpiece gripping device with respect to the workpiece is abnormal by detecting the displacement of the support plate with respect to the fixed plate by the displacement detection means, An excessive load generated when the workpiece gripping device grips the workpiece can be detected and avoided in advance.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のワーク把持装置の姿勢制御装置であって、前記弾性機構は、ばね部材またはガススプリングで構成したことを特徴とする。
The invention according to
かかる構成によれば、前記弾性機構をばね部材またはガススプリングで構成したことで、ワーク把持装置の姿勢制御に必要な十分なストロークを確保することができる。ここで、ばね部材は、たわみ量に応じて荷重が比例するので、姿勢制御力を徐々に増大させる用途に適し、ガススプリングは、たわみ量が変化しても一定の荷重を発生することができるので、当初から安定した一定の姿勢制御力を確保する用途に適する。
このようにして、本発明に係る姿勢制御装置は、適宜ワーク把持装置の姿勢制御に適した弾性機構を採用することで、ワーク把持装置の好適な姿勢制御を実現することができる。
According to this configuration, since the elastic mechanism is configured by a spring member or a gas spring, a sufficient stroke necessary for posture control of the workpiece gripping device can be ensured. Here, since the load of the spring member is proportional to the amount of deflection, it is suitable for applications in which the posture control force is gradually increased, and the gas spring can generate a constant load even if the amount of deflection changes. Therefore, it is suitable for applications that ensure a stable and constant attitude control force from the beginning.
Thus, the posture control device according to the present invention can realize suitable posture control of the workpiece gripping device by adopting an elastic mechanism suitable for posture control of the workpiece gripping device as appropriate.
請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載のワーク把持装置の姿勢制御装置であって、前記当接検知手段は、前記サポートシャフトの先端に設けられた感圧手段を含むことを特徴とする。
The invention according to
かかる構成によれば、前記サポートシャフトの先端に例えばピアゾ素子等の感圧手段を設けることで、サポートシャフトがワークに当接したことを確実に検知することができる。 According to such a configuration, it is possible to reliably detect that the support shaft is in contact with the workpiece by providing a pressure-sensitive means such as a piazo element at the tip of the support shaft.
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の姿勢制御装置であって、前記サポートシャフトを出没自在に内装する外筒と、記サポートシャフトを前記ワークに押し付ける方向に付勢する付勢手段と、をさらに備えたことを特徴とする。
The invention according to
かかる構成によれば、前記サポートシャフトを前記ワークに押し付ける方向に付勢する付勢手段を備えたことで、前記サポートシャフトを前記ワークに対して適切な負荷をかけて押圧させることができるため、ワークに損傷を与えることなくサポートシャフトをワークに当接させることができる。
また、前記サポートシャフトが前記ワークに当接してから所定の移動量だけ移動したことを検知する当接検知手段を備えたことで、サポートシャフトがワークに当接しており、かつワークに対してワーク把持装置が所定の姿勢に位置決めされたことをより確実に検知することができる。
According to such a configuration, by providing the biasing means for biasing the support shaft in the direction of pressing the work, the support shaft can be pressed against the work by applying an appropriate load. The support shaft can be brought into contact with the workpiece without damaging the workpiece.
In addition, by providing contact detection means for detecting that the support shaft has moved a predetermined amount of movement after contacting the workpiece, the support shaft is in contact with the workpiece and the workpiece is in contact with the workpiece. It is possible to more reliably detect that the gripping device is positioned in a predetermined posture.
請求項5に係る発明は、請求項4に記載のワーク把持装置の姿勢制御装置であって、前記弾性機構の弾性係数は、前記付勢手段の弾性係数よりも大きいことを特徴とする。
The invention according to
かかる構成によれば、前記弾性機構の弾性係数を前記付勢手段の弾性係数よりも大きくすることで、例えば、初期荷重をかけないか、または等しい場合には、前記サポートシャフトが前記付勢手段の付勢力に抗して移動するストロークを前記支持プレートが前記弾性機構の弾性力に抗して移動するストロークよりも大きくすることができる。
このため、前記当接検知手段により前記所定の移動量だけ移動したことを検知してから、前記弾性機構による必要な弾性支持力を発揮させることができる。
According to this configuration, by making the elastic coefficient of the elastic mechanism larger than the elastic coefficient of the urging means, for example, when the initial load is not applied or equal, the support shaft is urged by the urging means. The stroke that moves against the urging force can be made larger than the stroke that the support plate moves against the elastic force of the elastic mechanism.
For this reason, after detecting that it has moved by the predetermined amount of movement by the contact detection means, it is possible to exert the necessary elastic support force by the elastic mechanism.
請求項6に係る発明は、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のワーク把持装置の姿勢制御装置であって、前記サポートシャフトの先端には、前記ワークと当接する可撓性部材を備えたことを特徴とする。
The invention according to
かかる構成によれば、例えば、ゴム、発泡スチロール、スポンジ等の可撓性部材を備えたことで、前記サポートシャフトを前記ワークに当接させたときの衝撃力を緩和してワークの損傷を防止することができる。 According to such a configuration, for example, by providing a flexible member such as rubber, polystyrene foam, or sponge, the impact force when the support shaft is brought into contact with the workpiece is mitigated to prevent the workpiece from being damaged. be able to.
請求項7に係る発明は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のワーク把持装置の姿勢制御装置であって、前記ワーク支持手段は、前記ワークを載置するパレットであること、を特徴とする。 The invention according to claim 7 is the posture control device for the workpiece gripping device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the workpiece support means is a pallet on which the workpiece is placed. It is characterized by.
本発明に係るワーク把持装置の姿勢制御装置は、ロボットアームに装着されたワーク把持装置のワークに対する姿勢を好適に制御することができる。 The posture control device for a workpiece gripping device according to the present invention can suitably control the posture of the workpiece gripping device mounted on the robot arm with respect to the workpiece.
本発明の実施形態に係る姿勢制御装置2をワーク作業装置であるワーク把持装置1に適用する場合について、主として図1〜図5を参照しながら詳細に説明する。
ワーク把持装置1は、図1に示すように、姿勢制御装置2に装着した状態で多関節ロボット100のロボットアーム101の先端部102に取り付けて使用される。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。
A case where the
As shown in FIG. 1, the workpiece gripping device 1 is used by being attached to the
なお、本実施形態においては、ワーク作業装置がワーク把持装置1である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、例えばスポンジローラをワークに押圧して塗装する塗装装置や、ワークを電極で挟んで溶接する溶接装置等にも適宜適用することができる。 In the present embodiment, the case where the work work apparatus is the work gripping apparatus 1 will be described. However, the present invention is not limited to this. For example, a coating apparatus that presses a sponge roller against the work and paints the work. The present invention can also be appropriately applied to a welding apparatus that performs welding while sandwiching between electrodes.
<ワーク把持装置>
ワーク把持装置1は、図2に示すように、ワークWの被把持部Waを把持する把持機構11と、この把持機構11を自在移動可能に支持する3軸移動機構12と、把持機構11の移動を規制する移動規制装置13と、を備えている。
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。
<Work gripping device>
As shown in FIG. 2, the workpiece gripping device 1 includes a
As shown in FIG. 1, the workpiece gripping device 1 includes a
なお、本実施形態において、ワーク把持装置1は、同様のワーク把持装置1を3箇所に配設してワークWの被把持部Waを3箇所で把持しているが(図1参照)、3箇所に限定されるものではなく、ワークWの形状に応じて適宜1箇所でもよく、2箇所以上でもよい。3箇所に配設された把持機構11は同様の構成である。
In the present embodiment, the workpiece gripping device 1 is provided with three similar workpiece gripping devices 1 and grips the gripped portion Wa of the workpiece W at three locations (see FIG. 1). It is not limited to the location, and may be appropriately 1 location or 2 or more locations depending on the shape of the workpiece W. The gripping
把持機構11は、図3に示すように、くさび形状部111aが形成された駆動部材111と、駆動部材111により拡径方向に移動する従動部材112と、駆動部材111および従動部材112を収容するホルダ113と、駆動部材111を往復移動して従動部材112を駆動させる駆動手段114(図2)と、を備えている。
As shown in FIG. 3, the gripping
駆動部材111は、図4(b)に示すように、円柱形状をなし、先端部には円周方向に3箇所形成された平坦面からなるくさび形状部111aを備えている。
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に適合する平坦面からなる勾配部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。
As shown in FIG. 4B, the
As shown in FIG. 4C, the driven
なお、勾配部112aは、平坦面からなるくさび形状部111aに適合するように平坦面で形成され、接合部112bはワークWの被把持部Wa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、ワークWの重量や摺動部の耐摩耗性、加工性の難易度等を考慮して適宜定めればよく、例えば勾配部112aとくさび形状部111aを断面視で円弧状に形成してもよい。
The
ホルダ113は、図3に示すように、駆動部材111を図3(a)の上下方向に往復移動自在に支持する本体部113aと、この本体部113aの先端に螺合して接合された先端部113bと(図4(b)参照)、を備えている。
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。
As shown in FIG. 3, the
The
駆動手段114は、図2に示すように、エアシリンダ等の往復駆動手段を駆動部材111に連結し、駆動部材111を往復移動できるように構成している。
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)。
As shown in FIG. 2, the driving means 114 is configured such that a reciprocating driving means such as an air cylinder is connected to the driving
The gripping
3軸移動機構12は、図2に示すように、支持プレート22に配設されたX軸方向移動機構121と、このX軸方向移動機構121に支持されたY軸方向移動機構122と、このY軸方向移動機構122にブラケット124を介して支持されたZ軸方向移動機構123と、を備えている。
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。
As shown in FIG. 2, the three-
The three-
With this configuration, the workpiece gripping device 1 can be freely moved in the three-axis directions of the front and rear (X axis), the left and right (Y axis), and the vertical (Z axis) directions by the three-
なお、本実施形態においては3軸移動機構12を採用したが、これに限定されるものではなく、ワークWの被把持部Waの位置関係を考慮して適宜自由度を設定するものであり、1軸や2軸でもよいし、さらに回転軸を備えた移動機構を採用することもできる。
In the present embodiment, the triaxial moving
移動規制装置13は、3軸とも同様に構成され、それぞれX軸方向移動機構121、Y軸方向移動機構122、およびZ軸方向移動機構123に設けられている。例えば、X軸方向移動機構121では、ガイドレール121aをクランプしてホルダ121bの移動を規制するロック機構を採用している。ただし、移動規制装置13におけるロック方式は、特に限定されるものではなく、エア式、電磁式等の種々の形態を採用することができる。
The movement restricting device 13 is configured in the same manner for the three axes, and is provided in the X-axis
かかる構成により、ワーク把持装置1は、移動規制装置13より、把持機構11をワークWの被把持部Waに位置合わせした状態でロックして移動しないように保持することができる。
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400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。
With this configuration, the workpiece gripping device 1 can be held by the movement restricting device 13 so that the
For this reason, the workpiece gripping apparatus 1 can flexibly handle various workpieces with different gripping positions by adjusting the
<姿勢制御装置>
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。
<Attitude control device>
As shown in FIG. 2, the
固定プレート21は、支持プレート22を支持するベースとなる部材であり、平面視で矩形形状をなしている(図1参照)。
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。
The fixed
The
弾性機構3は、図2に示すように、固定プレート21と支持プレート22の間に配設されたコイルスプリング31により、支持プレート22を固定プレート21から離れる方向(図2の下方向)に付勢して、支持プレート22を固定プレート21に対して弾性支持している。
As shown in FIG. 2, the
なお、本実施形態においては、弾性機構3のばね部材としてコイルスプリング31を採用したが、これに限定されるものではなく、姿勢制御に必要な荷重および撓み量が確保できるものであれば、ねじりコイルばね、板ばね、皿ばね等の種々のばね部材を採用することができる。また、ばね部材に限定されるものではなく、ガススプリングを採用することもできる。
In the present embodiment, the
すなわち、ワーク作業装置の作業内容に応じて、その姿勢制御に必要な荷重や撓み量(ストローク)を考慮して、適宜適切なばね部材またはガスプリングを選択して好適な姿勢制御を実現するが、ばね部材は、たわみ量に応じて荷重が比例するので、姿勢制御力を徐々に増大させる用途に適し、ガススプリングは、たわみ量が変化しても一定の荷重を発生することができるので、当初から安定した一定の姿勢制御力を確保する用途に適する。 That is, according to the work content of the work work device, a suitable posture control is realized by appropriately selecting an appropriate spring member or gas spring in consideration of a load and a deflection amount (stroke) necessary for the posture control. Since the load of the spring member is proportional to the amount of deflection, it is suitable for applications that gradually increase the attitude control force, and the gas spring can generate a constant load even if the amount of deflection changes. Suitable for applications that ensure a stable and constant attitude control from the beginning.
変位検知手段4は、支持プレート22の固定プレート21に対する変位を検知する検知装置であり、近接センサ等の検知装置が使用される。
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。
The displacement detection means 4 is a detection device that detects the displacement of the
The displacement detection means 4 includes a
かかる構成により、支持プレート22が図8に示す原位置から固定プレート21に近づく方向に移動し、第2被検知部42aが第2検知器42の位置までくるとワーク把持装置1による把持位置にあることを検知し(図9参照)、支持プレート22が把持位置を行き過ぎて第3被検知部43aが第3検知器43の位置までくると支持プレート22の過剰変位を検知することができる(図12(c)参照)。
With this configuration, the
姿勢検知装置6は、図2に示すように、ワークWに当接させるサポートシャフト5と、サポートシャフト5の先端に設けられた可撓性部材5aと、サポートシャフト5を出没自在に内装する外筒61と、サポートシャフト5をワークWに押し付ける方向に付勢する付勢手段62と、サポートシャフト5がワークWに当接していることを検知する当接検知手段63と、外筒61を図3の上下方向に移動するエアシリンダ64と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
ここで、可撓性部材5aは、例えば、ゴム、発泡スチロール、スポンジ等を使用して、サポートシャフト5をワークWに当接させたときの衝撃力を緩和しワークWの損傷を防止することができる。
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。
Here, the
The
当接検知手段63は、光センサ等からなり、サポートシャフト5がワークWに当接してから所定の移動量sだけ移動し(図9(a)参照)、外筒61の先端面とサポートシャフト5の先端面が面一となった状態で(図10(a)参照)、対面する位置に移動してきた被検知部63aにより、サポートシャフト5がワークWに当接してから所定の移動量だけ移動したことを検知する。
The contact detection means 63 comprises an optical sensor or the like, and moves by a predetermined movement amount s after the
付勢手段62は、特に限定されず、コイルスプリング等を採用することができるが、付勢手段62の弾性係数は、弾性機構3のコイルスプリング31の弾性係数よりも小さく(弾性機構3の弾性係数が付勢手段62の弾性係数よりも大きく)なるように設定されている。
The biasing means 62 is not particularly limited, and a coil spring or the like can be adopted. However, the elastic coefficient of the biasing means 62 is smaller than the elastic coefficient of the
かかる構成により、図9に示すように、サポートシャフト5がワークWに当接してから移動する移動量s(図9(a)参照)よりも、その間にコイルスプリング31(図5参照)が撓む移動量s′(図9(b)参照)の方が小さくなる。
With this configuration, as shown in FIG. 9, the coil spring 31 (see FIG. 5) is bent during the movement amount s (see FIG. 9A) during which the
姿勢検知装置6は、ブラケット124に支持されて、ワーク把持装置1の把持機構11の近傍に配設されている。
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。
The
The
つまり、ロボットアーム101(図1参照)の先端部102を近づけてサポートシャフト5がワークWに当接した状態で、さらに先端部102をワークWに近づける方向に移動させると、ワーク把持装置1とともに外筒61が図3の下方に移動してサポートシャフト5が付勢手段62の付勢力に抗して外筒61内に収容され、外筒61の先端面とサポートシャフト5の先端面が面一となってワークWに当接する。
That is, when the
このとき、同時に把持機構11の先端部(ワーク把持部)では、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となるように把持機構11に対して姿勢検知装置6が適正な位置および高さに配設されている。
At this time, the driven
このため、姿勢検知装置6は、サポートシャフト5がワークWに当接してから所定の移動量だけ移動し外筒61の先端面とサポートシャフト5の先端面が面一となった状態を当接検知手段63によって検知することで、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となっていることを確認することができる。
For this reason, the
把持機構11の位置合わせ治具400は、図5に示すように、多種類のワークに対応する被把持部Wa(図2参照)である穴部401aが形成された治具プレート401と、この治具プレート401に立設されたガイドポスト402と、を備えている。
As shown in FIG. 5, the
かかる構成により、位置合わせ治具400のガイドポスト402に支持プレート22に配設されたガイド部材221を嵌合させることで、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を位置合わせ治具400に位置決めできるようになっている。
With this configuration, the
そして、ワーク把持装置1を位置合わせ治具400に位置決めした状態で、把持機構11の先端部(ワーク把持部)を所定のワークに対応する穴部201aに挿入し、移動規制装置13により3軸移動機構12の移動を規制することで、把持機構11を位置決めした状態でロックすることができる。
Then, in a state where the workpiece gripping device 1 is positioned on the
続いて、本発明の実施形態に係るワーク把持装置1の姿勢制御装置2の動作について図6から図12を参照しながら説明する。
<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。
Next, the operation of the
<Operation of
First, the operation of the
In FIGS. 6 and 7, for convenience of explanation, the inclination of the workpiece W and the like are exaggerated, but in reality, the amount of deformation is very small.
ここで、パレット201(図1参照)は、目的や用途に応じて種々の形態が採用されるが、例えば、金属製のアングル材等で構成する場合には一般的に剛性が高く、合成樹脂等で構成する場合には剛性が低くなるため、弾性機構3の付勢力(弾性支持力)とパレット201の剛性との関係により以下のように弾性機構3は異なる機能を奏する。
Here, the pallet 201 (see FIG. 1) may be in various forms depending on the purpose and application. For example, when the
<パレットの剛性が高い場合>
ワークを載置するパレット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。
<When pallet rigidity is high>
When the rigidity of the pallet on which the workpiece is placed is high, the
That is, as shown in FIG. 1, for example, when the
具体的には、図6(a)に示すように、ワークWに角度αの傾きがある場合には、ロボットアーム101(図1参照)によりワーク把持装置1をワークWに対して所定の位置に配置し、把持機構11の先端部(ワーク把持部)をワークWの被把持部Waに挿入する際に、ワークWの傾き角度αに応じてワークWの被把持部Waから支持プレート22を時計回りに回転させようとするモーメントMが反作用的に加えられる。
Specifically, as shown in FIG. 6A, when the workpiece W has an inclination of an angle α, the robot arm 101 (see FIG. 1) moves the workpiece gripping device 1 to a predetermined position with respect to the workpiece W. When the tip end (work gripping portion) of the
そして、図6(b)に示すように、このようにして加えられたモーメントMがワークWに対するワーク把持装置1の角度αの傾きを適宜柔軟に吸収し、傾き角度αに応じて支持プレート22の位置や傾斜角度を補正することで、姿勢制御装置2は、ワークWに対するワーク把持装置1の姿勢を好適に制御することができる。
Then, as shown in FIG. 6B, the moment M applied in this way absorbs the inclination of the angle α of the workpiece gripping device 1 with respect to the workpiece W flexibly as appropriate, and the
<パレットの剛性が低い場合>
ワークを載置するパレット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。
<When pallet rigidity is low>
When the rigidity of the pallet on which the workpiece is placed is low, the
That is, as shown in FIG. 1, for example, when the
具体的には、図7(a)に示すように、把持機構11の先端部(ワーク把持部)をワークWの被把持部Waに挿入する際に、弾性機構3はその付勢力(弾性支持力)により、傾き角度αでパレット201(図1参照)に載置されているワークWに付勢力(押圧力)を付与するため、パレット201のしなりや変形等によりワークWを反時計回りに回転させようとするモーメントM′が加えられる。
Specifically, as illustrated in FIG. 7A, when the distal end portion (work gripping portion) of the
そして、図7(b)に示すように、このようにして加えられたモーメントM′は、ワークWの姿勢が傾き角度αよりも小さいα′になるように作用するため、ワーク把持装置1とワークWとのずれを好適に補正してワークWの姿勢をワーク把持装置1に合わせることができる。 Then, as shown in FIG. 7B, the moment M ′ applied in this way acts so that the posture of the workpiece W becomes α ′ smaller than the inclination angle α. The posture of the workpiece W can be adjusted to the workpiece gripping device 1 by suitably correcting the deviation from the workpiece W.
なお、この例ではパレットのしなりや変形を小さくする方向でワークWにワーク把持装置1が正対するように機能する場合を説明したが、姿勢制御装置2が、パレットのしなりや変形を大きくする方向でワークWにワーク把持装置1が正対するように機能する場合もあり得る。
In this example, the case where the workpiece gripping device 1 functions so as to face the workpiece W in the direction of reducing the bending and deformation of the pallet has been described. However, the
また、本実施形態においては、便宜上、パレット201の剛性が高い場合と低い場合に分けて説明したが、実際には厳格に区別されるものではなく、弾性機構3による付勢力(弾性支持力)とパレット201の剛性との関係等により複合的に動作するが、弾性機構3による付勢力を適宜調整することで好適にワークWにワーク把持装置1が正対するように制御することができる。
In the present embodiment, for the sake of convenience, the case where the rigidity of the
<ワーク把持装置の動作>
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。
<Operation of workpiece gripping device>
The operation of the workpiece gripping apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 8 is a state before the workpiece is gripped by the gripping device, FIG. 9 is a state where the support shaft is in contact with the workpiece, FIG. 10 is a state where the outer cylinder of the support shaft is in contact with the workpiece, FIG. FIG. 5 is a partial front sectional view showing a state where clamping is completed.
ワーク把持装置1がワークWに当接しない状態から(図8(a))、ロボットアーム101の先端部102をサポートシャフト5がワークWに当接するまで近づけた状態で(図9(a))、さらに先端部102をワークWに近づける方向にsだけ移動させると、図10(a)に示すように、ワーク把持装置1とともに外筒61が図3の下方に移動してサポートシャフト5が付勢手段62の付勢力に抗して外筒61内に収容され、外筒61の先端面とサポートシャフト5の先端面が面一となってワークWに当接する。
From the state in which the workpiece gripping device 1 does not contact the workpiece W (FIG. 8A), the
そして、このようにして外筒61の先端面とサポートシャフト5の先端面が面一となった状態を当接検知手段63によって検知する。つまり、当接検知手段63は、サポートシャフト5がワークWに当接してから所定の移動量だけ移動したことを対面する位置に移動してきた被検知部63aにより検知する。
Then, the contact detection means 63 detects a state in which the front end surface of the
一方、変位検知手段4は、図10(b)に示すように、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が対面する位置に移動してきた第2被検知部42aの存在を検知する。このようにして、姿勢制御装置2は、ワーク把持装置1が正規の把持位置に位置決めされたことを確認する。
On the other hand, as shown in FIG. 10B, the displacement detection means 4 detects the presence of the second detected
このとき、ワーク把持装置1が正規の把持位置に位置決めされた状態であれば、同時に把持機構11の先端部(ワーク把持部)では、ワークWを把持する従動部材112が所定の隙間δ(図10(a)参照)を形成してワークWの被把持部Waに適正に挿入された状態となっている。
At this time, if the workpiece gripping device 1 is positioned at the regular gripping position, the driven
このようにして、姿勢検知装置6は、サポートシャフト5がワークWに当接してから所定の移動量だけ移動し外筒61の先端面とサポートシャフト5の先端面が面一となった状態を当接検知手段63によって検知することで、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となっていることを確認することができる。
In this way, the
そして、図11に示すように、ワークWに対してワーク把持装置1が所定の姿勢で位置決めされた状態で、把持機構11は、駆動手段114により、駆動部材111を従動部材112に押し込むように移動して(図11(a)参照)、ワークWの被把持部Waに従動部材112を押し付けるようにしてワークWを把持する。
Then, as shown in FIG. 11, the gripping
<ワークが過剰にずれている場合の動作>
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。
<Operation when the workpiece is excessively displaced>
The operation of the
The
ワークWが所定の載置状態から過剰にずれている場合には、図12(a)に示すように、把持機構11の先端部がワークWの被把持部Waに接近しようとすると、ワークWが過剰にずれているため把持機構11の先端部をワークWの被把持部Waに挿入することができずに把持機構11の先端部がワークWに当接する。
When the workpiece W is excessively deviated from the predetermined placement state, as shown in FIG. 12A, when the tip of the
把持機構11の先端部がワークWに当接した状態では、ロボットアーム101の先端部102を移動させて、サポートシャフト5がワークWに当接するまで近づけようとしても、図12(b)に示すように、サポートシャフト5をワークWに当接させることができない。
In the state where the tip of the
このため、当接検知手段63は、サポートシャフト5が所定の移動量sだけ移動して、外筒61の先端面とサポートシャフト5の先端面が面一となった状態を検知することができない。
For this reason, the contact detection means 63 cannot detect a state in which the
そして、サポートシャフト5がワークWに当接していることを検知しない状態のままで、変位検知手段4により第2検知器42が対面する位置に移動してきた第2被検知部42aにより支持プレート22がワーク把持位置まで変位したことを検知する。
The
しかしながら、変位検知手段4は、第2検知器42により支持プレート22がワーク把持位置まで変位したことを検知しても、当接検知手段63によりサポートシャフト5がワークWに当接していることを検知しないので、ワーク把持装置1がワークWに対して正規の位置に位置決めされたと判定することができない。
However, even if the displacement detection means 4 detects that the
このため、ロボットアーム101の先端部102をさらに移動させると、図12(c)に示すように、姿勢制御装置2は、変位検知手段4により第3検知器43が対面する位置に移動してきた第3被検知部43aにより支持プレート22の過剰変位を検知する。
For this reason, when the
このようにして、姿勢制御装置2は、当接検知手段63によりサポートシャフト5がワークWに当接していることを検知しない状態で、変位検知手段4により支持プレート22の過剰変位を検知することで、ワークWが過剰にずれていると判断し、ワーク把持装置1によりワークWを把持しようとする際に生じる過度な負荷を未然に検知して回避することができる。
In this way, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、前記した実施形態においては、当接検知手段63によりサポートシャフト5がワークWに当接してから移動量sだけ移動したことを検知したが、これに限定されるものではなく、サポートシャフト5の先端に、例えばピアゾ素子等の感圧手段を設けることで、サポートシャフト5がワークWに当接したことを検知することもできる。また、サポートシャフト5の先端に感圧手段を設けて、さらに当接検知手段63を設けてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with appropriate modifications.
For example, in the above-described embodiment, the
本実施形態においては、ワーク把持装置1の姿勢を検知する姿勢検知装置6を3箇所に配設されたワーク把持装置1にそれぞれ対応して、ワーク把持装置1の近傍に3箇所配設したが、これに限定されるものではなく、姿勢検知装置6はワーク把持装置1に対応する近傍に配設しなくてもよいし、ワーク把持装置1と姿勢検知装置6の数量が同数でなくてもよく、別個の箇所に異なる数量で配設してもよい。
In the present embodiment, the
1 ワーク把持装置(ワーク作業装置)
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 把持機構
12 3軸移動機構
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(ばね部材)
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 駆動部材
111a くさび形状部
112 従動部材
112a 勾配部
112b 接合部
113 ホルダ
113a 本体部
113b 先端部
114 駆動手段
400 位置合わせ治具
401 治具プレート
W ワーク
Wa 被把持部
1 Work gripping device (work work device)
DESCRIPTION OF
61
Claims (7)
前記ロボットアームに固定する固定プレートと、
前記ワーク把持装置が配設された支持プレートと、
この支持プレートと前記固定プレートとの間に装着され、前記支持プレートを前記固定プレートに対して離れる方向に付勢して弾性支持する弾性機構と、
前記ワークに対する前記ワーク把持装置の姿勢を検知する姿勢検知装置と、を有し、
前記姿勢検知装置は、
前記ワークに当接させるサポートシャフトと、
このサポートシャフトが前記ワークに当接してから所定の移動量だけ移動した状態のときに前記ワーク把持装置が適正な位置にあることを検知する当接検知手段と、を備え、
前記弾性機構は、前記支持プレートの前記固定プレートに対する変位を検知する変位検知手段を備え、
前記変位検知手段は、前記支持プレートの原位置を検知する第1検知器と、
この第1検知器で検知した原位置から前記支持プレートが所定の移動量だけ移動して前記ワーク把持装置が適正な把持位置にあることを検知する第2検知器と、
前記支持プレートの過剰変位を検知する第3検知器と、を備え、
前記ワーク把持装置によって前記ワークを押圧しながら、前記弾性機構によって当該ワークに対する当該ワーク把持装置の傾斜姿勢を当該ワークと当該ワーク把持装置とを正対させるように制御し、
前記当接検知手段と前記変位検知手段の検知結果に基づいて当該ワークと当該ワーク把持装置とが正対したことを検知することを特徴とするワーク把持装置の姿勢制御装置。 A posture control device for a workpiece gripping device that is mounted on a robot arm, engages with a workpiece supported by a workpiece support means, presses the workpiece, and grips a predetermined part of the workpiece,
A fixing plate for fixing to the robot arm;
A support plate provided with the workpiece gripping device;
An elastic mechanism that is mounted between the support plate and the fixed plate and elastically supports the support plate by urging the support plate away from the fixed plate;
An orientation detection device that detects the orientation of the workpiece gripping device with respect to the workpiece,
The posture detection device is
A support shaft that contacts the workpiece;
And a contact sensing means for the workpiece gripping device detects the proper position near Rukoto in a state where the support shaft is moved by a predetermined moving amount from the contact with the workpiece,
The elastic mechanism includes a displacement detection means for detecting a displacement of the support plate with respect to the fixed plate,
The displacement detection means includes a first detector that detects an original position of the support plate;
A second detector for detecting that the support plate is moved by a predetermined amount of movement from the original position detected by the first detector and the workpiece gripping device is in an appropriate gripping position;
A third detector for detecting excessive displacement of the support plate,
Wherein while pressing the workpiece by the workpiece holding device, the inclined posture of the workpiece holding device with respect to the workpiece by controlling the person the workpiece and the workpiece holding device so as to directly face by said elastic mechanism,
The contact sensing means and said displacement sensing means sensing result to the attitude control device of a work gripping device which is characterized that you detecting that the said workpiece and the workpiece holding device is directly facing based.
前記サポートシャフトを前記ワークに押し付ける方向に付勢する付勢手段と、
をさらに備えた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の姿勢制御装置。 An outer cylinder for interior of the support shaft so as to be able to appear and retract;
An urging means for urging the support shaft in a direction of pressing the work shaft;
Further comprising a posture control device of a work gripping device according to claim 1, wherein any one of claims 3 to.
を特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のワーク把持装置の姿勢制御装置。 The workpiece support means is a pallet on which the workpiece is placed;
The posture control device for a workpiece gripping device according to any one of claims 1 to 6 , wherein:
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