JP6045333B2 - ロボットハンドおよびそれを備えたロボット - Google Patents

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Description

本発明は、複数のワークを保持可能なロボットハンドおよびそれを備えたロボットに関する。
従来より、上方が開いた箱体内に収容された部品等のワークを取り出し(ピッキングし)、他の場所に向かって搬送するロボットが使用されている。このようなロボットは、例えば、特許文献1に記載されたロボットハンドを用いてワークを保持する。特許文献1に記載されたロボットハンドは、下方向に向かって延在し、互いに接近することによってワークを把持する4本の把持爪を備える。このようなロボットハンドにより、箱体内のワークをピッキングすることができる。
特開2011−73100
ところで、ワークを収容する箱体が棚に収容されている場合がある。箱体が一つの棚板上に載置され、箱体上方に別の棚板が存在する場合、特許文献1に記載されたロボットハンドの場合、箱体上方の棚板と箱体の側壁との間をロボットハンドが通過できない場合がある。あるいは、箱体上方の棚板と箱体の側壁との間を通過したロボットハンドが箱体内のワークを把持した後、ワークを把持した状態のロボットハンドが棚板と箱体の側壁との間を通過できない場合がある。このような場合、作業者または別の装置を用いて箱体を棚から取り出す必要がある。
また、特許文献1に記載されたロボットハンドの場合、ワークが上下方向に重なった状態で予め置かれている場合を除いて、複数のワークを保持することができない。
そこで、本発明は、例えば棚に収容されている箱体内からワークをピッキング可能な、また、複数のワークを保持することが可能な、汎用性に優れたロボットハンドおよびロボットハンドを備えたロボットを提供する。
上述の課題を解決するために、本発明の第1の態様によれば、
ロボットの先端に取り付けられ、複数のワークを保持可能なロボットハンドであって、
直交し合う第1の方向と第2の方向とを有し、第1の方向の一端がロボットの先端に取り付けられる本体部と、
本体部に対して旋回可能に設けられた複数のリンクと、
各リンクの自由端に設けられ、ワークを保持する複数のワーク保持部とを有し、
各リンクが旋回することにより、対応するワーク保持部が、本体部に対して第2の方向側、または、本体部に対して第2の方向と直交する方向側に配置される、ロボットハンドが提供される。
本発明の第2の態様によれば、
各リンクの旋回中心線が本体部の第2の方向と直交する同一平面上に位置する、第1の態様に記載のロボットハンドが提供される。
本発明の第3の態様によれば、
各リンクの旋回中心線が同一直線上に位置する、第2の態様に記載のロボットハンドが提供される。
本発明の第4の態様によれば、
各リンクの同一直線上の旋回中心線の延在方向が本体部の第1の方向と直交する、第3の態様に記載のロボットハンドが提供される。
本発明の第5の態様によれば、
ワーク保持部それぞれがワークを把持するための互いに接離する複数の把持爪を有し、
ワーク保持部それぞれが本体部に対して第2の方向と直交する方向側に配置された状態で且つワーク保持部それぞれの複数の把持爪が互いに離間した状態で第2の方向に見た場合に、1つのワーク保持部の把持爪が隣接する他のワーク保持部の把持爪にオーバーラップする、第2から第4の態様のいずれか一に記載のロボットハンドが提供される。
本発明の第6の態様によれば、
リンクを旋回させるためのエアシリンダと、
エアシリンダへの空気供給を制御する電磁弁とをさらに備え、
エアシリンダと電磁弁とが本体部に搭載されている、第1から第5の態様のいずれか一に記載のロボットハンドが提供される。
本発明の第7の態様によれば、
複数のワーク保持部の少なくとも一つが、他のワーク保持部が保持するワークと異なるワークを保持可能に構成されている、第1から第6の態様のいずれか一に記載のロボットハンドが提供される。
本発明の第8の態様によれば、
少なくとも2つのワーク保持部が協働して1つのワークを保持可能に構成されている、第1から第7の態様のいずれか一に記載のロボットハンドが提供される。
本発明の第9の態様によれば、
第1から第8の態様のいずれか一に記載のロボットハンドを先端に備えるロボットが提供される。
本発明によれば、例えば棚に収容されている箱体内からワークをピッキング可能な、また、複数のワークを保持することが可能な、汎用性に優れたロボットハンドおよびロボットハンドを備えたロボット実現することができる。
本発明の一実施の形態に係るロボットの構成を概略的に示す図 ワーク保持部が本体部に対して長手方向側に配置された状態のロボットハンドの側面図 ワーク保持部が本体部に対して短手方向側に配置された状態のロボットハンドの側面図 ロボットハンドの上面図 ワーク保持部が本体部に対して長手方向側に配置された状態のロボットハンドの正面図 ロボットハンドのワークのピッキング動作の一例を説明するための図 図6に続く、ロボットハンドのピッキング動作を説明するための図 図7に続く、ロボットハンドのピッキング動作を説明するための図 図8に続く、ロボットハンドのピッキング動作を説明するための図 図9に続く、ロボットハンドのピッキング動作を説明するための図 ロボットハンドのピッキングしたワークを載置する動作の一例を説明するための図
図1は、本発明の一実施の形態に係るロボットハンドを備えたロボットの構成を概略的に示している。図1に示すように、ロボット50は、複数の関節50a〜50fを備える多関節型のアームロボットであって、その先端のフランジ50gに複数のワークWを保持可能なロボットハンド10が取り付けられている。ロボット50の複数の関節50a〜50fを制御することにより、ロボットハンド10位置や姿勢が変更される。
図2および図3はロボットハンド10の側面図、図4はロボットハンド10の上面図、図5はロボットハンド10の正面図である。
図2に示すように、ロボットハンド10は、ロボット50の先端のフランジ50gに取り付けられる本体部12と、本体部12に設けられた複数のリンク14と、各リンク14に設けられた複数のワーク保持部16とを有する。
ロボットハンド10の本体部12は、直交し合う長手方向(X軸方向)と短手方向(Z軸方向)とを有する形状であって、長手方向一端がロボット50のフランジ50gに取り付けられている。
本体部12は、詳細は後述するが、複数のリンク14および複数のワーク保持部16それぞれの駆動源を収容するように構成されている。具体的には、本体部12は、ベースプレート20と、ベースプレート20に平行なカバープレート22と、ベースプレート20とカバープレート22とを短手方向(Z軸方向)に連結する複数の支柱24とを有する。ベースプレート20とカバープレート22との間に、複数のリンク14および複数のワーク保持部16それぞれの駆動源が配置される。
図4に示すように、本体部12の長手方向(X軸方向)の他端(対応するベースプレート20の端)に、複数のリンク14が長手方向および短手方向(Z軸方向)に直交する方向(Y軸方向)に平行に並んだ状態で設けられている。複数のリンク14は、詳細は後述するが、ワーク保持部16を回転させる手段として機能する。
複数のリンク14それぞれは、図2および図3に示すように、Y軸方向に見て略L字状の部材であって、Y軸方向に延在する支持ピン26によって旋回可能に支持されている。この支持ピン26により、各リンク14は、他のリンク14に独立して、Y軸方向に延在する旋回中心線C1(支持ピン26の軸心)を中心として旋回する。
なお、本実施の形態の場合、図4に示すように、各リンク14の支持ピン26は、本体部12の短手方向(Z軸方向)と直交する同一平面(X−Y平面と平行な平面)上に各リンク14の旋回中心線C1が位置するように、且つ各リンク14の旋回中心線C1が同一直線上に位置するように、ベースプレート20に固定された支持ブロック28によって支持されている。
リンク14それぞれを独立して旋回駆動するために、図4に示すように、リンク14それぞれの駆動源として、複数のエアシリンダ30が本体部12に搭載されている。また、図2および図3に示すように、エアシリンダ30のロッド30aの先端がY軸方向に延在する旋回中心線C2を中心として旋回可能にリンク14に連結されている。さらに、エアシリンダ30は、図2および図3に示すように、Y軸方向に延在する支持ピン32によって旋回可能に支持されている。これにより、各エアシリンダ30は、Y軸方向に延在する旋回中心線C3(支持ピン32の軸心)を中心として旋回する。なお、本実施の形態の場合、各エアシリンダ30の支持ピン32は、図4に示すように、エアシリンダ30の旋回中心線C3が同一直線上に位置するように、ベースプレート20に固定された支持ブロック34によって支持されている。
このようなエアシリンダ30のロッド30aが進退することにより、リンク14が旋回中心線C1を中心として旋回することができる。
図4に示すように各リンク14の先端(自由端)には、ワークWを保持するためのワーク保持部としてのエアチャック16が設けられている。図5に示すように、各エアチャック16は、ワークWを保持するための3本の把持爪16aを有する。この3本の把持爪16aは、互いに接近または離間することにより、ワークWを把持するまたはワークWをリリースする。なお、本実施の形態の場合、エアチャック16の把持爪16aは3本であるが、本発明はこれに限らない。例えば、エアチャック16は、4本の把持爪16を有してもよい。
エアチャック16は、リンク14がエアシリンダ30によって旋回駆動されることによって旋回中心線C1を中心として回転される。
具体的には、図2に示すように、エアシリンダ30のロッド30aが最大限後退すると、エアチャック16は、本体部12に対して長手方向(X軸方向)側に配置される。また、エアチャック16は、エアチャック16に対して本体部12の長手方向にワークWが位置する状態で該ワークWを保持する姿勢にされる(これを実現するように、リンク14は構成されている)。これにより、ロボットハンド10は、本体部12の長手方向(X軸方向)にワークWに接近または離間して該ワークWを保持または離間することができる。
なお、詳細は後述するが、複数の棚板を有する棚に収容されている箱体内からワークWをピッキングすることを考慮すると、図2に示すように、エアチャック16が、本体部12の短手方向(Z軸方向)の両端それぞれを大きく越えることなく、本体部12に対して長手方向(X軸方向)側に配置されるように、ロボットハンド10は構成されるのが好ましい。これにより、ロボットハンド10は、箱体上方の棚板と箱体との間の狭い空間に本体部12の長手方向に進入することができる。
一方、図3に示すように、エアシリンダ30のロッド30aが最大限前進すると、エアチャック16は、本体部12に対して短手方向(Z軸方向)側に配置される。本実施の形態の場合、エアチャック16は、ロボットハンド10の先端側(反フランジ50g側)にオフセットした状態で、本体部12に対して短手方向側に配置される。また、エアチャック16は、エアチャック16に対して本体部12の短手方向にワークWが位置する状態で該ワークWを保持する姿勢にされる(これを実現するように、リンク14は構成されている)。これにより、ロボットハンド10は、本体部12の短手方向(Z軸方向)にワークWに接近または離間して該ワークWを保持または離間することができる。
なお、詳細は後述するが、複数の棚板を有する棚に収容されている箱体内からワークWをピッキングすることを考慮すると、図3に示すように、エアチャック16が本体部12の短手方向(Z軸方向)の一方の端(ベースプレート20側の端)を越えるようにロボットハンド10は構成されるのが好ましい。これにより、本体部12が箱体に干渉することなく、エアチャック16は、本体部12の短手方向に箱体内のワークWに接近して該ワークWをピッキングすることができる。
また、図2や図5に示すようにエアチャック16全てが本体部12に対して長手方向(X軸方向)側に配置された状態のとき、本体部12の短手方向(Z軸方向)に見た場合に、1つのエアチャック16の把持爪16aが隣接する他のエアチャック16の把持爪16aにオーバーラップするように、ロボットハンド10を構成するのが好ましい。
すなわち、図5に示すように、隣接し合うエアチャック16それぞれは、相互に異なる姿勢で対応するリンク14に取り付けられている。これにより、本体部12の短軸方向(Z軸方向)に見た場合にエアチャック16の把持爪16aがオーバーラップしない場合(例えば、同一姿勢でエアチャック16がリンク14に取り付けられている場合)に比べて、リンク14の並列方向(Y軸方向)の間隔を小さくすることができる。これにより、ロボットハンド10を小型化することができ、それにより軽量化することができる。
さらに、図4に示すように、エアシリンダ30のロッド30aを進退させるために、またエアチャック16の把持爪16aを互いに接近または離間させるために、複数のエアシリンダ30と複数のエアチャック16のそれぞれに空気を供給する複数の電磁弁36が本体部12に設けられている。エアシリンダ30とエアチャック16のそれぞれは、エアホース(図示せず)によって対応する電磁弁36に接続されている。各電磁弁36は、マニホールド38を介して、ロボットハンド10の外部に位置する、例えばコンプレッサなどの空気源(図示せず)に接続されている。
エアシリンダ30それぞれに設けられた電磁弁36を制御することにより、エアシリンダ30それぞれを、他のエアシリンダ30に独立して制御することができる。それにより、エアチャック16それぞれを、他のエアチャック16に独立して回転させることができる。
また、エアチャック16それぞれに設けられた電磁弁36を制御することにより、エアチャック16それぞれを、他のエアチャック16に独立して駆動することができる。
なお、複数の電磁弁36がロボットハンド10の本体部12に搭載されているため、複数の電磁弁36がロボットハンド10の外部(例えば、ロボット50のフランジ50g)に設けられている場合に比べて、ロボットハンド10をロボット50のフランジ50gに対して容易に着脱することができる。
複数の電磁弁36がロボットハンド10の外部に設けられている場合、ロボットハンド10をロボット50から取り外すときに、電磁弁36それぞれと対応するエアシリンダ30(またはエアチャック16)とを接続するエアホースを取り外す必要がある。例えば、エアシリンダ30が4基あって、エアチャック16が4基ある場合、16本のエアホースを取り外す必要がある。
それに対して、本実施の形態の場合、本体部12に搭載されている複数の電磁弁36がマニホールド38を介して本体部12の外部の空気源に接続されているため、マニホールド38と空気源とを接続するエアホースを取り外すだけで済む。
ここまでは、本実施の形態に係るロボットハンド10の構成を説明してきた。ここからは、ロボットハンド10によるワークWのピッキング動作について、図6〜図10を用いて説明する。また、棚SからワークWをピッキングする例を挙げて説明する。
図6に示すように、ロボットハンド10によってピッキングされる複数のワークWは、複数の棚板S1、S2を有する棚Sに収容されている。具体的には、複数のワークWは上方が開いた箱体B内に収容され、その箱体Bは棚Sの棚板S1上に載置されている。箱体Bの上方には、別の棚板S2が存在する。
箱体B内のワークWをピッキングするために、図6に示すように、ロボットハンド10は、ロボット50により、本体部12の長手方向(X軸方向)が水平方向に一致するとともに、短手方向(Z軸方向)が鉛直方向に一致するような姿勢にされる。
また、箱体Bの上方の棚板S2と箱体Bの側壁Bsとの間をロボットハンド10が水平方向(X軸方向)に通過できるように、ロボットハンド10はロボット50によって位置合わせされる。その後、ロボットハンド10は、図6に示すように、エアチャック16全てが本体部12に対して長手方向(X軸方向)側に配置された状態で、箱体Bと棚板S2との間に水平方向に進入する。
ロボットハンド10が箱体Bと棚板S2との間に進入すると、図7に示すように、ロボットハンド10のエアチャック16は、エアシリンダ30によってリンク14を介して回転され、本体部12に対して長手方向(X軸方向)側から短手方向側(Z軸方向側)に配置される。これにより、ピッキング対象のワークWの鉛直方向(Z軸方向)上方にエアチャック16が配置される。すなわち、エアチャック16が、本体部12の短手方向にワークWに接近して該ワークWをピッキングできる位置に配置される。
エアチャック16がピッキング対象のワークWの鉛直方向(Z軸方向)上方に配置されると、図8に示すように、ロボットハンド10が、ロボット50により、鉛直方向(Z軸方向)下方に平行移動される。そして、エアチャック16がワークWを保持する。
エアチャック16のワークWの保持が完了すると、図9に示すように、ロボットハンド10が、ロボット50により、鉛直方向(Z軸方向)上方に平行移動される。これにより、エアチャック16のワークWのピッキングが完了する。図7〜図9に示されるピッキング動作を、全てのエアチャック16が実行すると、ロボットハンド10による複数のワークWのピッキングが完了する。
図9に示すように全てのエアチャック16が本体部12に対して短手方向(Z軸方向)側に配置された状態でワークWを保持している場合、箱体Bの側壁Bsが干渉するため、ロボットハンド10は、箱体Bと棚板S2との間から水平方向(X軸方向)に退避することができない。そこで、図10に示すように、ワークWを保持した状態の全てのエアチャック16は、エアシリンダ30によってリンク14を介して回転され、本体部12に対して短手方向側から長手方向(X軸方向)側に配置される。これにより、本体部12、エアチャック16、およびワーク10が、本体部12の長手方向、すなわち水平方向に並ぶ。それにより、全てのエアチャック16がワークWを保持した状態のロボットハンド10は、水平方向に移動して箱体Bと棚板S2との間から退避することができる。
なお、全てのエアチャック16が本体部12に対して短手方向(Z軸方向)側に配置された状態でワークWを保持した後に、全てのエアチャック16を同時に本体部12に対して長手方向(X軸方向)側に配置させる必要はない。例えば、1つのエアチャック16が本体部12に対して短手方向側でワークWをピッキングして本体部12に対して長手方向側に配置された後に、次のエアチャックのピッキングが開始されてもよい。
また、ここでは、棚Sの棚板S1上の箱体B内からワークWをピッキングするロボットハンド10の動作を説明したが、この動作は一例であって、本発明を限定するものではない。例えば、本体部12の長手方向(X軸方向)が鉛直方向に一致した状態で且つエアチャック16が本体部12に対して長手方向側に配置された状態で、ワークWを鉛直方向上方からピッキングすることも可能である。
これに関連して、ピッキングしたワークWを搬送先に置く場合、例えば、図11に示すように搬送先周辺にワークWの高さを超える障害物O、Oが存在する場合、本体部12の長手方向(X軸方向)が鉛直方向に一致して且つエアチャック16が本体部12に対して長手方向側に配置される姿勢のロボットハンド10であれば、障害物O、Oに干渉されることなく、ワークWを搬送先に置くことができる。このように、ピッキングしたワークWを搬送先に置く場合に、図11に示すように本体部12の長手方向が鉛直方向に一致する姿勢または本体部12の長手方向が水平方向に一致する姿勢を選択することができるので、ロボット50が作業しやすい(例えば、障害物と干渉しない、ロボット50の可動範囲内である等)姿勢で作業を行うことができる。
本実施の形態によれば、例えば棚Sに収容されている箱体B内からワークWをピッキングすることが可能な、また、複数のワークWを保持可能な、汎用性に優れたロボットハンド10およびロボット50を実現することができる。
以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されない。
例えば、上述の実施の形態の場合、ワークWを保持するワーク保持部は複数本の把持爪16aによってワークWを把持するエアチャック16であったが、本発明はこれに限らない。例えば、ワーク保持部は、ワークを吸引して保持する吸着パッド、磁力によって金属のワークを保持するマグネットチャックなどであってもよい。
また、上述の実施の形態の場合、リンク14により、ワーク保持部である複数のエアチャック16それぞれは、図4に示すように、本体部12の長手方向(X軸方向)および短手方向(Z軸方向)に直交する方向(Y軸方向)に平行に並び、同一直線上の旋回中心線C1を中心として回転するが、本発明はこれに限らない。エアチャック16の回転中心線(旋回中心線)は、ピッキング対象のワークに対応して変更されてもよい。
すなわち、エアチャック16の回転中心線が本体部12の短手方向(Z軸方向)と直交する同一平面上にはあるが同一直線上にはないロボットハンド10の構成も可能である。また、エアチャック16の回転中心線が同一平面上にはないロボットハンド10の構成も可能である。一例として、複数のエアチャック16は、本体部12の短手方向に延在する直線を基準として放射状(すなわち熊手状)に配置されてもよい。
さらに、上述の実施の形態の場合、ワーク保持部であるエアチャック16は、エアシリンダ30によってリンク14を介して回転されるが、本発明はこれに限らない。例えば、リンク14は、モータによって旋回されてもよい。なお、リンク14を旋回させる手段は、ロボットハンド10の外部にあってもよい。例えば、モータやエアシリンダ等の駆動源をロボットハンド10の外部に配置し、その動力をワイヤ等によってリンク14に伝達する構成であってもよい。
さらにまた、上述の実施の形態の場合、複数のワーク保持部であるエアチャック16は同一であるが、少なくとも一つが異なっていてもよい。例えば、複数のワーク保持部の一部がエアチャックであって、残りが吸着パッドであってもよい。これにより、ロボットハンドは、異なるワークを保持することができ、汎用性が向上する。
加えて、上述の実施の形態の場合、一つのワーク保持部が一つのワークを保持する構成であるが、少なくとも2つのワーク保持部が協働して1つのワークを保持可能に構成してもよい。例えば、ワーク保持部を吸着パッドで構成すれば、1つの吸着パッドではピッキングできない重さのワークを、複数の吸着パッドで吸着することが可能である。これにより、ロボットハンドは、異なるワークを保持することができ、汎用性が向上する。
最後に、本明細書で言うロボットハンドの本体部の「長手方向」(X軸方向)および「短手方向」(Z軸方向)は、この両方向を比較した場合における「長手」および「短手」であって、本体部において最長および最短となる方向ではない。例えば、多数のワーク保持部16をY軸方向に並べて設けた場合、本体部のY軸方向の長さがX軸方向の長さに比べ大きくなることがありうる。すなわち、本体部のX軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向の長さの大小関係は、ロボットハンドの仕様(例えば、ワーク保持部の数等)によって変わる。したがって、本発明は、広義には、ロボットの先端に取り付けられ、複数のワークを保持可能なロボットハンドであって、直交し合う第1の方向と第2の方向とを有し、第1の方向の一端がロボットの先端に取り付けられる本体部と、本体部に対して旋回可能に設けられた複数のリンクと、各リンクの自由端に設けられ、ワークを保持する複数のワーク保持部とを有し、各リンクが旋回することにより、対応するワーク保持部が、本体部に対して第2の方向側、または、本体部に対して第2の方向と直交する方向側に配置される、ロボットハンドである。
本発明は優れた汎用性を有するため、ワークをピッキングするロボットに対して適用可能である。
10 ロボットハンド
12 本体部
14 リンク
16 ワーク保持部(エアチャック)
50 ロボット
W ワーク

Claims (9)

  1. ロボットの先端に取り付けられ、複数のワークを保持可能なロボットハンドであって、
    直交し合う第1の方向と第2の方向とを有し、第1の方向の一端がロボットの先端に取り付けられる本体部と、
    本体部に対して旋回可能に設けられた複数のリンクと、
    各リンクの自由端に設けられ、ワークを保持する複数のワーク保持部とを有し、
    各リンクが旋回することにより、対応するワーク保持部が、本体部に対して第2の方向側、または、本体部に対して第2の方向と直交する方向側に配置される、ロボットハンド。
  2. 各リンクの旋回中心線が本体部の第2の方向と直交する同一平面上に位置する、請求項1に記載のロボットハンド。
  3. 各リンクの旋回中心線が同一直線上に位置する、請求項2に記載のロボットハンド。
  4. 各リンクの同一直線上の旋回中心線の延在方向が本体部の第1の方向と直交する、請求項3に記載のロボットハンド。
  5. ワーク保持部それぞれがワークを把持するための互いに接離する複数の把持爪を有し、
    ワーク保持部それぞれが本体部に対して第2の方向と直交する方向側に配置された状態で且つワーク保持部それぞれの複数の把持爪が互いに離間した状態で第2の方向に見た場合に、1つのワーク保持部の把持爪が隣接する他のワーク保持部の把持爪にオーバーラップする、請求項2から4のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  6. リンクを旋回させるためのエアシリンダと、
    エアシリンダへの空気供給を制御する電磁弁とをさらに備え、
    エアシリンダと電磁弁とが本体部に搭載されている、請求項1から5のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  7. 複数のワーク保持部の少なくとも一つが、他のワーク保持部が保持するワークと異なるワークを保持可能に構成されている、請求項1から6のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  8. 少なくとも2つのワーク保持部が協働して1つのワークを保持可能に構成されている、請求項1から7のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載のロボットハンドを先端に備えるロボット。
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