JP5962151B2 - ロボットハンド及びロボット - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットハンド及びロボットに関する。
対象物を把持するロボットハンドが知られている。例えば特許文献1には、ロボットハンドが開示されている。
特開2009−66733号公報
ロボットハンドには、把持機構により対象物を把持して所定の位置まで搬送し、把持機構が対象物を放して押圧部材により対象物を他の部材に向けて押圧することが考えられる。例えば、対象物は押圧されて他の部材の凹部に挿入されたり、または他の部材に接着されたり、または他の部材上に配置される。このような場合、対象物が所望の姿勢よりも傾いた状態で把持されると、対象物が傾いた状態のまま押圧される。この場合には、対象物を適切に取り扱うことができないおそれがある。
本発明は、対象物を所望の姿勢で押圧することができるロボットハンド及びロボットを提供することを目的とする。
本明細書に開示されているロボットハンドは、基部と、前記基部に設けられ、対象物を放す開放状態、又は前記対象物を把持する把持状態、に移行可能な把持機構と、前記基部に付勢部材を介して吊り下げられ、前記把持機構に把持された前記対象物を前記付勢部材の付勢力に従って押圧し、前記開放状態で前記付勢部材の付勢力に従って前記対象物を押す押圧部材と、前記把持状態で前記押圧部材に前記対象物が押付けられ前記付勢部材が圧縮した状態で前記把持機構に対する前記押圧部材の傾きを許容し、前記開放状態で許容した前記傾きを修正するガイド機構と、を備えている。
本明細書に開示のロボットは、前記ロボットハンドと、前記ロボットハンドを装着可能なロボットアームと、を含む。
対象物を所望の姿勢で押圧することができるロボットハンド及びロボットを提供できる。
図1は、本実施例のロボットの一部の外観図である。 図2は、ロボットのブロック図である。 図3は、ハンドの外観図である。 図4は、一方の爪部を取外したハンドの外観図である。 図5は、ハンドの説明図である。 図6は、ハンドの説明図である。 図7は、押圧板の側面図である。 図8A、8Bは、ロボットアームとハンドの押圧板との位置関係の説明図である。 図9は、制御部が実行する処理の一例を示したフローチャートである。 図10A〜10Cは、ハンドの動作の説明図である。 図11A〜11Cは、ハンドの動作の説明図である。 図12A〜12Cは、ハンドの動作の説明図である。 図13A〜13Cは、ハンドの動作の説明図である。 図14A〜14Cは、本実施例のハンドとは構造が異なるハンドの説明図である。 図15A〜15Cは、本実施例のハンドとは構造が異なるハンドの説明図である。 図16は、本実施例のハンドとは構造が異なるハンドの説明図である。
図1は、本実施例のロボットRの一部の外観図である。ロボットRは、ロボットアームRR、ロボットアームRRに装着されたロボットハンドRH(以下、ハンドと称する)、を含む。図1では、ロボットアームRRの一部分を示している。ロボットアームRRは、3つのアーム部70a〜70c、中継部材74、回転部材76、77、取付板80、を含む。アーム部70a〜70cの先端は、略円板状の中継部材74に連結されている。アーム部70a〜70cの基端は、他のアーム部に連結されている。中継部材74にはアクチュエータにより鉛直線周りに回転する回転部材76が連結されている。回転部材76には、アクチュエータにより水平線周りに回転する回転部材78が連結されている。回転部材78には取付板80が連結されている。取付板80にはハンドRHが着脱可能となるように連結されている。ロボットRの動作によって、ハンドRHを取付板80に取り付けたり、取り外しすることができる。
図2は、ロボットRのブロック図である。ロボットRは、制御部C、アーム駆動機構RD、電磁弁機構V、真空ポンプPを含む。アーム駆動機構RDはロボットRを駆動するものであり複数のアクチュエータ等を含む。これらアクチュエータによって、回転部材76、78等は回転する。尚、回転部材76、78等は、圧縮空気の供給によって回転するものであってもよい。電磁弁機構Vは、詳しくは後述するがハンドRHに圧縮空気を供給してハンドRHを駆動する電磁弁を含む。真空ポンプPは、ハンドRHの押圧板50に把持の対象物を吸着させるためのものである。ロボットRは、詳しくは後述するが対象物を把持して所定位置に搬送して対象物を押圧する。制御部Cは、CPU、ROM、RAMを含む。ROMには、アーム駆動機構RD、電磁弁機構V、真空ポンプPの駆動を制御するためのプログラムが記憶されている。CPUは、操作指令やセンサからの入力に応じてプログラムを読み出して所定の処理を実行する。
図3は、ハンドRHの外観図である。図4は、ハンドRHの一部を分解した図である。ハンドRHは、基部10、爪部20a、20b、押圧板50、を含む。基部10には、爪部20a、20bが連結されている。図4は、一方の爪部20aを取外したハンドRHの外観図である。押圧板50には、詳しくは後述するが連結口55が固定されている。
図5、6は、ハンドRHの説明図である。図6は図5のA−A断面図である。図5、6では、ハンドRHを簡略化して示している。爪部20a、20bは、互いに接近可能に基部10に連結されている。爪部20a、20bは、電磁弁機構Vに含まれる電磁弁によって圧縮空気が供給されることにより、互いに接近、離間可能である。尚、アクチュエータによって爪部20a、20bが接近、離間可能であってもよい。爪部20a、20bは、基部10から鉛直下方に延びている。爪部20a、20bの鉛直下方に延びた部分の先端には互いに対向するように水平方向に延びた先端部22a、22bが設けられている。爪部20a、20bは、基部に設けられ、対象物を放す開放状態、又は対象物を把持する把持状態、に移行可能な把持機構の一例である。また、爪部20a、20bは、開放状態から互いに接近して把持状態になる第1及び第2把持部の一例である。図5、6では、爪部20a、20bは開放状態である。図6に示すように、ゴム部材GはハンドRHによって把持される対象物の一例である。従って、対象物はゴムのような弾性部材に限定されない。
基部10の下面には、コイル状のバネSを介して押圧板50が吊り下げられている。バネSは付勢部材の一例である。押圧板50は薄板状に形成されている。押圧板50の厚みは、鉛直方向に平行な押圧板50の長さや、水平方向に平行な押圧板50の幅よりも小さい。押圧板50は、爪部20a、20bの間に位置している。押圧板50の下端は先端部22a、22bよりも鉛直下方に位置している。押圧板50は、基部に付勢部材を介して吊り下げられ、把持機構に把持された対象物を付勢部材の付勢力に従って押圧し、開放状態で付勢部材の付勢力に従って対象物を押す押圧部材の一例である。
爪部20aには、フック部32a、34a、ストッパ40aが設けられている。同様に、爪部20bには、フック部32b、34b、ストッパ40bが設けられている。フック部32a、34a、ストッパ40aは、爪部20aから爪部20b側に延びている。同様に、フック部32b、34b、ストッパ40bは、爪部20bから爪部20a側に延びている。
図6に示すように、フック部32a、32b、34a、34bの先端部は、上側から見て略L字状である。爪部20aに設けられたフック部32a、34bは、爪部20aと対向しない押圧板50の側面を押さえる。爪部20bに設けられたフック部32b、34bは、爪部20bと対向しない押圧板50の側面を押さえている。押圧板50の爪部20aに対向する側面、爪部20bに対向する側面は、第1及び第2把持部にそれぞれ対向する第1及び第2面の例である。フック部32a、32bは押圧板50の後側を押さえ、フック部34a、34bは押圧板50の前側を押さえている。フック部32a、32b、34a、34bが押圧板50を押さえている間は、押圧板50は爪部20a、20bに対して傾かない。フック部32b、34aは同じ高さにあり、フック部32a、34bは同じ高さにあるので、押圧板50の厚み方向に直交する幅方向を支軸として押圧板50が回転することが防止される。尚、図6に示した状態で、フック部32a、32b、34a、34bは、押圧板50の幅方向の移動はある程度許容している。尚、フック部32a、34aは、爪部20aに一体的に設けられているが、フック部32a、34aと爪部20aとを別々に製造した後に接合してもよい。
尚、ガイド機構として押圧板50の一方の側面を押さえるガイド部と、他方の側面を押さえるガイド部があればよい。したがって、例えば、フック部32a、34bのみが設けられていてもよいし、フック部32a、32bのみが設けられていてもよい。フック部32a、32b、フック部32a、34b、フック部32b、34a、フック部34a、34bの何れも、把持状態で押圧部材に対象物が押付けられ付勢部材が圧縮した状態で把持機構に対する押圧部材の傾きを許容し、開放状態で許容した前記傾きを修正するガイド機構の例である。フック部32a、32b、フック部32a、34b、フック部32b、34a、フック部34a、34bの何れも、開放状態から互いに接近して把持状態になる第1及び第2把持部の例である。
ストッパ40a、40bは円柱状である。爪部20aに設けられたストッパ40aの先端部は、爪部20aと対向する押圧板50の面に当接又は対向している。同様に、爪部20bに設けられたストッパ40bの先端部は、爪部20bと対向する押圧板50の面に当接又は対向している。
図7は、押圧板50の側面図である。図7では、押圧板50を簡略化して示している。図7にはゴム部材Gも示している。押圧板50は薄板状である。押圧板50には、前側に厚み方向に貫通した貫通穴54a、後側に貫通穴54bが形成されている。貫通穴54a、54bは、それぞれ鉛直方向に延びている。詳しくは後述するが爪部20a、20bに対する押圧板50の相対位置に応じて、ストッパ40a、40bはそれぞれ貫通穴54a、54bに挿入可能である。貫通穴54a、54bは、付勢部材が圧縮した位置に押圧部材があるときに第1及び第2把持部の接近により拘束部材が挿入される穴の例である。
押圧板50の正面には開口56aが形成され、押圧板50の下端面には開口56bが形成されている。開口56a、56bは押圧板50内で連通している。開口56aは、図4に示した連結口55が固定される。連結口55には、チューブを介して真空ポンプPと連結されている。真空ポンプPが駆動することによって、押圧板50の内部の空気が吸引されてゴム部材Gが押圧板50の下端面に吸着可能となる。尚、図5では開口56aは省略してある。尚、押圧板50の下端面は、対象物を押圧する押圧面の一例である。
図8A、8Bは、ロボットアームRRとハンドRHの押圧板50との位置関係の説明図である。図8Aにおいて、ロボットアームRRは簡略化して示している。図8Bは、押圧板50の下端面を示している。押圧板50の下端面は略矩形状である。押圧板50の下端面の長手方向に平行な基部10の側面にロボットアームRRの取付板80が取付けられている。また、押圧板50の下端面の長辺、即ち長手方向と回転部材78の軸方向とが平行である。このため、ハンドRHを下降させて押圧板50の下端面をゴム部材Gに押付けた場合、ゴム部材Gからの反力によってハンドRHは押圧板50の短手方向に傾く場合がある。尚、図8Aにおいては、回転部材78の軸は紙面に垂直な方向である。回転部材78は、図1に示すように、回転部材76と取付板80とを相対回転可能に連結している。回転部材78は、所定の軸心周りに回転可能に複数の部材を連結する関節部の一例である。
次にロボットRによりゴム部材Gを把持して所定位置に押圧する作業について説明する。図9は、制御部Cが実行する処理の一例を示したフローチャートである。図10A〜13Cは、ハンドRHの動作の説明図である。図10A〜13Cでは、開口56aは省略してある。
制御部Cは、図5に示すようにアーム駆動機構RDを制御してハンドRHを所定位置に配置されたゴム部材Gの上部に位置合わせする(ステップS1)。具体的には、ゴム部材Gの鉛直上方に押圧板50が位置するように位置合わせを行う。尚、この位置合わせは、予め制御部CのRAMに記憶させたゴム部材Gに関する位置情報に基づいて行ってもよいし、ゴム部材Gを撮影するカメラからの情報に基づいて行ってもよい。
制御部Cは、図10Aに示すようにアーム駆動機構RDを制御してハンドRHを下降させる(ステップS2)。これにより、押圧板50の下端面がゴム部材Gの上面に押付けられバネSが圧縮される。更にハンドRHが下降すると、図10Bに示すように更にバネSが圧縮され押圧板50が爪部20a、20bに対して相対的に上昇する。また、ゴム部材Gからの反力によりハンドRH全体が鉛直方向に対して傾く。この理由は、上述したように、ロボットアームRRの剛性や、押圧板50の下端面とロボットアームRRに対するハンドRHの装着位置との関係、押圧板50の下端面とロボットアームRRの回転部材78の軸の方向との関係、などが原因である。また、上述したように押圧板50は爪部20a、20bに対して傾くことが規制されているため、ハンドRH全体が鉛直方向に対して傾く。この状態で、押圧板50の下端面は、押圧板50の元の上面に対して傾斜している。
図10Cに示すように、先端部22a、22bによりゴム部材Gを把持できる位置までハンドRHを下降させたら、制御部CはハンドRHを停止する(ステップS3)。図10Cの状態では押圧板50は、貫通穴54bとストッパ40bとが対向し貫通穴54aとストッパ40aとが対向する位置まで爪部20a、20bに対して相対的に上昇している。次に、制御部Cは、真空ポンプPを駆動して押圧板50の下端面にゴム部材Gを吸着させる(ステップS4)。
次に制御部Cは、図11A、11Bに示すように電磁弁機構Vの電磁弁を制御して爪部20a、20bを接近させてゴム部材Gを把持する(ステップS5)。即ちバネSが圧縮された状態でゴム部材Gが把持される。図11Bは、図11Aに対応している。爪部20a、20bが接近することにより、フック部32a、32b、34a、34bは、押圧板50から離れる。これにより、爪部20a、20bに対して押圧板50が傾くことが許容される。このため、押圧板50の下端面とゴム部材Gの上面とが平行に倣い、押圧板50がゴム部材Gに対して垂直になる。また、ストッパ40a、40bは、それぞれ貫通穴54a、54bに挿入される。これにより、押圧板50がバネSの付勢力に従って爪部20a、20bに対して下方に移動することが規制される。換言すれば、バネSが圧縮される位置で押圧板50はストッパ40a、40bにより拘束される。
次に制御部Cは、図11C、12Aに示すように、アーム駆動機構RDを制御してハンドRHを上昇させて、ゴム部材Gが被取付部材90の凹部92の上部に位置するまでハンドRHを移動させる(ステップS6)。鉛直姿勢時の押圧板50の位置を凹部92の中央となるような位置にハンドRHを移動させる。被取付部材90は、例えば電子機器であるがそれ以外のものであってもよい。ハンドRHを上昇させるとゴム部材Gからの反力は消失するため、ハンドRHは元の姿勢に戻る。この場合、ゴム部材Gは傾いた状態で把持される。尚、この状態においては、ストッパ40a、40bがそれぞれ貫通穴54a、54bに挿入されていればよく、必ずしも貫通穴54a、54bの縁にストッパ40a、40bが当接していなくてもよい。即ち、ストッパ40a、40bが押圧板50の位置を拘束しておらずバネSの付勢力がゴム部材Gに作用した状態で爪部20a、20bによりゴム部材Gが把持されていてもよい。
次に制御部Cは、図12B、12Cに示すように、電磁弁機構Vの電磁弁を制御して爪部20a、20bによりゴム部材Gを放す(ステップS7)。図12Cは、図12Bに対応している。図12B、12Cは、爪部20a、20bがゴム部材Gを放し初期位置に戻る前の状態を示している。この状態では、先端部22a、22bはゴム部材Gから離れるが真空ポンプPが駆動しているためゴム部材Gは押圧板50に吸着されている。また、ストッパ40a、40bはそれぞれ貫通穴54a、54bに挿入されたままであるので、押圧板50はバネSが圧縮した位置でストッパ40a、40bにより拘束されている。また、ゴム部材Gから先端部22a、22bが離れることにより、押圧板50とゴム部材Gとの重心によって、図12Bに示したように押圧板50は鉛直姿勢へと戻ろうとする。
図13Aに示すように、フック部32a、32b、34a、34bが押圧板50の側面を押さえて押圧板50の傾きを規制するのと略同時に、ストッパ40a、40bが貫通穴54a、54bから離脱する。これにより、図13Bに示すように押圧板50の姿勢が鉛直姿勢に規制された状態でバネSの付勢力に従って押圧板50はゴム部材Gを被取付部材90に向けて押圧する。よって、ゴム部材Gは被取付部材90の凹部92に挿入される。このようにして、押圧板50の傾きが修正される。
次に、制御部Cは真空ポンプPを停止し(ステップS8)、図13Cに示すようにアーム駆動機構RDを制御してハンドRHを上昇させて退避させる(ステップS9)。
次に、本実施例のハンドRHとは構造が異なるハンドRHxについて説明する。図14A〜16は、本実施例のハンドRHとは構造が異なるハンドRHxの説明図である。尚、類似の部分については類似の符号を付することにより重複する説明を省略する。ハンドRHxは、基部10に固定され爪部20a、20bに対する押圧板50xの傾きを規制するガイド部32x、32yを含む。これにより、押圧板50xはどのような状態であっても爪部20a、20bに対して傾くことが規制される。図14A〜14Cに示すように、押圧板50xがゴム部材Gに押付けられた状態で爪部20a、20bがゴム部材Gを把持する。本実施例のハンドRHとは異なり、ゴム部材Gを把持した状態でも押圧板50xが爪部20a、20bに対して傾くことが規制される。このため、図15Aに示すようにハンドRHxが上昇すると、ゴム部材Gが傾いた状態で把持される。このような状態で押圧板50xによりゴム部材Gを凹部92に挿入すると、図15B〜16に示すようにゴム部材Gが傾いた状態のまま凹部92に挿入される場合がある。
しかしながら本実施例のハンドRHの場合、図11Aに示したように把持状態で押圧板50がゴム部材Gに対して垂直姿勢となり、図13Aに示したように開放状態で爪部20a、20bに対する押圧板50の傾きが修正される。このため、ゴム部材Gを所望の姿勢で押圧するこでき凹部92に適切に挿入することができる。
また、フック部32a、32b、34a、34b、ストッパ40a、40bは、爪部20a、20bに連動している。このため、爪部20a、20bとは個別にこれらフック部32a、32b、34a、34b、ストッパ40a、40bを駆動させる機構を設けた場合と比較して、本実施例のハンドRHは構造の簡素化、軽量化が図られている。
また、図11A〜12Aに示した押圧板50の傾きが許容された状態から図13Aに示した押圧板50の傾きが規制された状態に移行する間、ストッパ40a、40bは押圧板50の位置を拘束する。このため、押圧板50の姿勢が元に復帰する前にゴム部材Gが押圧板50によって押出されることが防止される。
また図12B〜13Aに示したように、爪部20a、20bがゴム部材Gを放した開放状態後も押圧板50の傾きが元に復帰するまで、押圧板50はゴム部材Gを吸着保持する。これにより、押圧板50の姿勢が元に復帰する前にゴム部材Gが押圧板50から脱落することが防止される。
以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
上記実施例では貫通穴54a、54bを穴の一例として説明した。しかしながら、穴は、バネSが圧縮した位置でストッパ40a、40bが押圧板50を拘束できるのであれば、底を有した非貫通穴であってもよいし、窪みであってもよい。上記実施例では、コイル状のバネSを付勢部材の一例として説明した。しかしながら、付勢部材は、板状のバネ、線状のバネであってもよい。
本実施例においては、凹部92にゴム部材Gを挿入する場合を例に説明した。しかしながら、本実施例のロボットR、ロボットハンドRHは、このような使用用途に限定されない。例えば、対象物を粘着剤が塗布された他の部材の表面に押圧する場合、予め底面に粘着シートが貼り付けられた対象物を他の部材に押圧する場合、対象物を他の部材に押圧して配置する場合であってもよい。
R ロボット
RR ロボットアーム
RH ロボットハンド
G ゴム部材(対象物)
S バネ(付勢部材)
P 真空ポンプ
10 基部
20a、20b 爪部(把持機構、把持部)
32a、32b、34a、34b フック部(ガイド機構、ガイド部)
40a、40b ストッパ(拘束部材)
50 押圧板(押圧部材)
54a、54b 貫通穴
56a、56b 開口部

Claims (10)

  1. 基部と、
    前記基部に設けられ、対象物を放す開放状態、又は前記対象物を把持する把持状態、に移行可能な把持機構と、
    前記基部に付勢部材を介して吊り下げられ、前記把持機構に把持された前記対象物を前記付勢部材の付勢力に従って押圧し、前記開放状態で前記付勢部材の付勢力に従って前記対象物を押す押圧部材と、
    前記把持状態で前記押圧部材に前記対象物が押付けられ前記付勢部材が圧縮した状態で前記把持機構に対する前記押圧部材の傾きを許容し、前記開放状態で許容した前記傾きを修正するガイド機構と、を備えたロボットハンド。
  2. 前記ガイド機構は、前記把持機構に連動して前記押圧部材の傾きを許容、又は規制する、請求項1のロボットハンド。
  3. 前記把持機構は、前記押圧部材が前記対象物に押付けられて前記付勢部材が圧縮した状態で前記対象物を把持する、請求項1又は2のロボットハンド。
  4. 前記把持機構に連動し、前記ガイド機構が前記押圧部材の傾きを許容する状態から前記押圧部材の傾きを規制する状態に移行する間、前記付勢部材が圧縮した位置に前記押圧部材を拘束する拘束部材を備えている、請求項1乃至3のロボットハンド。
  5. 前記把持機構は、前記開放状態から互いに接近して前記把持状態になる第1及び第2把持部を含み、
    前記押圧部材は、前記第1及び第2把持部にそれぞれ対向する第1及び第2面、を含み、
    前記ガイド機構は、前記第1及び第2把持部にそれぞれ設けられた第1及び第2ガイド部を含み、
    前記第1及び第2ガイド部は、前記開放状態でそれぞれ前記第2及び第1面を押さえて前記押圧部材の傾きを規制し、前記第1及び第2把持部の接近によりそれぞれ前記第2及び第1面から離れて前記押圧部材の傾きを許容する、請求項1のロボットハンド。
  6. 前記把持機構は、前記開放状態から互いに接近して前記把持状態になる第1及び第2把持部を含み、
    前記拘束部材は、前記第1及び第2把持部の一方に設けられ、
    前記押圧部材は、前記付勢部材が圧縮した位置に該押圧部材があるときに前記第1及び第2把持部の接近により前記拘束部材が挿入される穴を含み、
    前記拘束部材が前記穴に挿入されることにより前記押圧部材が拘束される、請求項4のロボットハンド。
  7. 前記押圧部材は、前記開放状態で前記対象物を吸着可能である、請求項1乃至6のロボットハンド。
  8. 請求項1乃至7の何れかのロボットハンドと、
    前記ロボットハンドを装着可能なロボットアームと、を含むロボット。
  9. 前記押圧部材は、前記対象物に押付けられる押圧面を含み、
    前記押面の長手方向と並行な前記基部の側面に前記ロボットアームが装着されている、請求項8のロボット。
  10. 前記押圧部材は、前記対象物に押付けられる押圧面を含み、
    前記ロボットアームは、所定の軸心周りに回転可能に複数の部材を連結する関節部を含み、
    前記軸心の方向は前記押面の長手方向と平行である、請求項8又は9のロボット。
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