JP6545671B2 - エンドエフェクタ、産業用ロボット、およびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンドエフェクタ、特に異なる種類の取扱対象物を取り扱うためのエンドエフェクタ、および同エンドエフェクタを備えた産業用ロボット、ならびに同産業用ロボットの運転方法に関する。

産業用ロボットにおいては、その作業内容に応じた適切なエンドエフェクタ（ハンド）をロボットアーム先端に装着し、エンドエフェクタで保持した取扱対象物をロボットアームの駆動により移送する。形状・寸法が異なる様々な種類の取扱対象物（部品）を組み付けながら製品を完成させる生産ラインにおいては、多種類の取扱対象物に対応できる産業用ロボットが必要となる。

もし、取扱対象物の種類毎に専用のロボットを配置しようとすれば、それらのロボットを設置するために必要となるスペースが増大し、またロボットの製造コストも増大する。そのため、一台のロボットで、異なる作業内容や取扱対象物に対応できるようにしたいという要請がある。

そこで、ロボットアームの先端に装着するハンドを、作業内容に応じてその全体を自動的に交換したり、或いは取扱対象物の形状・寸法に応じて、ロボットアーム先端に装着されているハンドの構成を一部変更できるようにした産業用ロボットが提案されている（特許文献１、２）。

特開２０１３−１９２３６５号公報 特開２０１１−１７７８６２号公報

しかしながら、ロボットアーム先端に装着されているハンドの構成を、取扱対象物の種類や大きさに応じて変更できるようにした産業用ロボットは、ハンドの構成を変更するため、複雑な構成を必要とし、交替するハンドの設置スペースが大きくなり、複雑な構成のため信頼性が低下し、またコストが増大する。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、上述した問題点を抑制しつつ、取扱い可能な取扱対象物の種類や大きさの範囲を大幅に拡大することができるエンドエフェクタ、および同エンドエフェクタを備えた産業用ロボット、並びに同産業用ロボットの運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、産業用ロボットのロボットアームに装着されるエンドエフェクタにおいて、前記ロボットアームに接続されるエンドエフェクタ基部と、前記エンドエフェクタ基部に設けられ、第１の種類の取扱対象物を保持するための第１対象物保持機構と、第２の種類の取扱対象物を保持するための第２対象物保持ユニットと、前記エンドエフェクタ基部に設けられ、前記第２対象物保持ユニットを解放可能に保持するためのユニット保持機構と、を備え、前記ユニット保持機構によって保持された前記第２対象物保持ユニットを前記第１対象物保持機構によって駆動するように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様において、前記第１対象物保持機構は、前記第１の種類の取扱対象物を把持するための第１把持部材を有し、前記ユニット保持機構によって保持された前記第２対象物保持ユニットを前記第１把持部材によって駆動するように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様において、前記第２対象物保持ユニットは、前記第２の種類の取扱対象物を把持するための第２把持部材を有し、前記ユニット保持機構によって保持された前記第２対象物保持ユニットの前記第２把持部材を前記第１把持部材によって駆動するように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第４の態様は、本発明の第３の態様において、前記第２対象物保持ユニットは、前記第２の種類の取扱対象物を把持する方向に前記第２把持部材を付勢するための付勢手段を有し、前記付勢手段の付勢力に抗して前記第２把持部材を前記第１把持部材によって前記第２の種類の取扱対象物を解放する方向に駆動するように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第５の態様は、本発明の第１乃至第４のいずれかの態様において、前記ユニット保持機構は、前記エンドエフェクタ基部の中央部に設けられており、前記第１対象物保持機構は、前記ユニット保持機構の周囲に設けられている、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様による産業用ロボットは、本発明の第１乃至第５のいずれかの態様によるエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタが装着されたロボットアームと、を備えたことを特徴とする。

本発明の第７の態様は、本発明の第６の態様による産業用ロボットの運転方法であって、前記ユニット保持機構によって前記第２対象物保持ユニットを保持する工程と、前記第１対象物保持機構によって前記第２対象物保持ユニットを駆動して、前記第２対象物保持ユニットによって前記第２の種類の取扱対象物を保持する工程と、前記ロボットアームを駆動して前記第２対象物保持ユニットで保持した前記第２の種類の取扱対象物を移送する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第８の態様は、本発明の第６の態様による産業用ロボットの運転方法であって、前記ユニット保持機構によって前記第２対象物保持ユニットを保持する工程と、前記ロボットアームを駆動して前記第２対象物保持ユニットで保持した前記第２の種類の取扱対象物を移送する工程と、前記第１対象物保持機構によって前記第２対象物保持ユニットを駆動して、前記第２対象物保持ユニットによって保持していた前記第２の種類の取扱対象物を解放する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、製造コストの増大、構成の複雑化に伴う信頼性低下および交替ハンド設置スペースの増大を抑制しつつ、取扱い可能な対象物の種類や大きさの範囲を大幅に拡大することができるエンドエフェクタ、および同エンドエフェクタを備えた産業用ロボット、並びに同産業用ロボットの運転方法を提供することができる。

本発明の一実施形態によるエンドエフェクタ（第２対象物保持ユニットを外した状態）が装着された産業用ロボットの概略構成を示した側面図。 図２に示した産業用ロボットのエンドエフェクタを、第２対象物保持ユニットを外した状態で示した斜め下方からの斜視図。 図２に示したエンドエフェクタの正面図。 図２に示したエンドエフェクタの底面図。 図２に示したエンドエフェクタを第１の種類の取扱対象物と共に示した縦断面図。 図２に示したエンドエフェクタに第２対象物保持ユニットを装着した状態を、第２の種類の取扱対象物を保持した状態で示した斜視図。 図６に示したエンドエフェクタを、第２の種類の取扱対象物を保持した状態で示した縦断面図。 図６に示したエンドエフェクタの第２対象物保持ユニットを駆動して第２対象物を解放した状態を示した斜視図。

以下、本発明の一実施形態による産業用ロボット１のエンドエフェクタ４について、図面を参照して説明する。

図１に示したように、本実施形態による産業用ロボット１は、多関節型のロボットアーム２と、ロボットアーム先端の手首軸３に装着されたエンドエフェクタ（ハンド）４を備えている。

なお、本発明が適用される産業用ロボットの種類は特に限定されるものではなく、垂直多関節型ロボットや水平多関節型ロボットなど、様々な種類の産業用ロボットに適用することができる。

図２乃至図４に示したように、本実施形態におけるエンドエフェクタ４は、ロボットアーム２（図１）に接続されたエンドエフェクタ基部５を備えている。エンドエフェクタ基部５には、第１の種類の取扱対象物を保持するための第１対象物保持機構６が設けられている。

第１対象物保持機構６は、第１の種類の取扱対象物を把持するための複数の第１把持部材７と、これらの第１把持部材７を駆動するための把持部材駆動手段８とを有する。

本実施形態においては、３個の第１把持部材７が、エンドエフェクタ４の中心軸線Ｌ０周りに等角度間隔（１２０°）で配置されている。各第１把持部材７は、把持部材駆動手段８によって、エンドエフェクタ４の中心軸線Ｌ０に関して半径方向に前後に駆動される。

把持部材駆動手段８の種類は特に限定されるものではなく、エアシリンダ等の流耐圧シリンダや、サーボモータ等の電動駆動源など、様々な駆動源を用いることができる。

図５に示したように、第１対象物保持機構６によって第１の種類の取扱対象物Ｏ１を保持する際には、把持部材駆動手段８によって各第１把持部材７を半径方向外側に位置させた状態とし、ロボットアームを駆動して、第１の種類の取扱対象物Ｏ１の上端部の周囲に３個の第１把持部材７を位置させる。

この状態で、各第１把持部材７を半径方向内側に移動させ、第１の種類の取扱対象物Ｏ１の上端部を各第１把持部材７によって３方向から把持する。続いて、ロボットアーム２を駆動して第１の種類の取扱対象物Ｏ１を所定の移送先に移送し、把持部材駆動手段８によって各第１把持部材７を半径方向外側に移動させ、第１の種類の取扱対象物Ｏ１の把持を解除する。

図６および図７に示したように、エンドエフェクタ基部５の中央部には、第２対象物保持ユニット９を解放可能に保持するためのユニット保持機構１０が設けられている。第２対象物保持ユニット９は、第２の種類の取扱対象物Ｏ２を保持するためのユニットである。本例においては、ユニット保持機構１０は、吸着により第２対象物保持ユニット９を保持する。

但し、ユニット保持機構１０が第２対象物保持ユニット９を保持するための機構は吸着には限られず、把持部材による把持でも良い。要するに、エンドエフェクタ基部５に対して第２対象物保持ユニット９を解放可能に固定できる機構であれば如何なるものでも良い。

なお、本実施形態においては、第２の種類の取扱対象物Ｏ２は、第１の種類の取扱対象物Ｏ１よりも、保持される部分の直径が小さく、第１対象物保持機構６の第１把持部材７で第２の種類の取扱対象物Ｏ２を保持することができない。

すなわち、本実施形態によるエンドエフェクタにおいては、第１対象物保持機構６では保持できない位に小さな直径を有する取扱対象物であっても、ユニット保持機構１０に保持された第２対象物保持ユニット９によって保持することができる。

なお、本実施形態における第２の種類の保持対象物Ｏ２は、本実施形態においてはＯリングとする。

第２対象物保持ユニット９は、ユニット保持機構１０に吸着保持されるユニット本体１１と、第２の種類の取扱対象物Ｏ２を把持するための複数の第２把持部材１２と、を有する。本実施形態においては、３個の第２把持部材１２が、エンドエフェクタ基部５の中心軸線Ｌ０周りに等角度間隔（１２０°）で配置されている。各第２把持部材１２の先端部には、第２の種類の保持対象物Ｏ２であるＯリングが嵌め込まれる凹部１２Ａが形成されている。

図７に示したように、各第２把持部材１２は、ユニット本体１１に対して枢支ピン１３によって揺動自在に支持されると共に、圧縮バネ（付勢手段）１４によって、第２の種類の取扱対象物Ｏ２を把持する方向（対象物把持方向）に付勢されている。対象物把持方向における第２把持部材１２の揺動動作は、各第２把持部材１２に関して半径方向内側に設けられた各ストッパ部材１５によって規制される。

本実施形態によるエンドエフェクタ基部５は、ユニット保持機構１０によって保持された第２対象物保持ユニット９を、第１対象物保持機構６によって駆動するように構成されている。より具体的には、ユニット保持機構１０によって保持された第２対象物保持ユニット９の第２把持部材１２を、第１対象物保持機構６の第１把持部材７によって駆動するように構成されている。

すなわち、図６および図７に示した状態から、第１対象物保持機構６の第１把持部材７を半径方向内側に移動させると、図８に示したように、第１把持部材６の先端の爪部によって、第２対象物保持ユニット９の第２把持部材１２の上端部が、圧縮バネ１４の付勢力に抗して押し込まれる。これにより、各第２把持部材１２が、第２の種類の取扱対象物Ｏ２を解放する方向に駆動される。

第２把持部材１２から解放された第２の種類の取扱対象物Ｏ２（本実施形態においてはＯリング）は、例えば、図８に示したように、その下方に予め配置されていた部材に嵌まり合う。

ユニット保持機構１０に保持された第２対象物保持ユニット９によって第２の種類の取扱対象物Ｏ２を保持する際には、各圧縮バネ１４の付勢力に抗して各第１把持部材７によって各第２把持部材１２を駆動し、各第２把持部材１２を解放位置に移動させる。この状態でロボットアーム２を駆動して、第２の種類の取扱対象物Ｏ２の周囲に３個の第２把持部材１２を位置決めする。

この状態で各第１把持部材７を半径方向外側に移動させ、各圧縮バネ１４の付勢力によって各第２把持部材１２を対象物把持方向に移動させ、これにより、第２の種類の取扱対象物Ｏ２を各第２把持部材１２によって３方向から把持する。

続いて、ロボットアーム２を駆動して第２の種類の取扱対象物Ｏ２を所定の位置に移送し、各第１把持部材７を半径方向内側に移動させて各第２把持部材１２を対象物解放方向に移動させ、第２の種類の取扱対象物Ｏ２の把持を解除する。

なお、ユニット保持機構１０は、上記の通り第２対象物保持ユニット９を保持するために使用するものであるが、第３の種類の取扱対象物を保持するために使用することもできる。ユニット保持機構１０で第３の種類の取扱対象物を保持した状態でロボットアーム２を駆動して、第３の種類の取扱対象物を所定の場所に移送する。

以上述べたように本実施形態によれば、エンドエフェクタ基部５に第１対象物保持機構６とユニット保持機構１０とを設けると共に、ユニット保持機構１０に保持された第２対象物保持ユニット９の第２把持部材１２を第１対象物保持機構６の第１把持部材７で駆動するようにしたので、産業用ロボット１の製造コストの増大、構成の複雑化に伴う信頼性低下および交替ハンド設置スペースの増大を抑制しつつ、取扱い可能な取扱対象物の種類や大きさの範囲を大幅に拡大することができる。

また、第２対象物保持ユニット９を保持するためのユニット保持機構１０を、取扱対象物の保持に使用することもできるので、取扱い可能な取扱対象物の種類や大きさの範囲をさらに拡大することができる。

１ 産業用ロボット
２ ロボットアーム
３ 手首軸
４ エンドエフェクタ（ハンド）
５ エンドエフェクタ基部
６ 第１対象物保持機構
７ 第１把持部材
８ 把持部材駆動手段
９ 第２対象物保持ユニット
１０ ユニット保持機構
１１ ユニット本体
１２ 第２把持部材
１２Ａ 第２把持部材の凹部
１３ 枢支ピン
１４ 圧縮バネ（付勢手段）
１５ ストッパ部材
Ｏ１ 第１の種類の取扱対象物
Ｏ２ 第２の種類の取扱対象物

Claims (6)

1. 産業用ロボットのロボットアームに装着されるエンドエフェクタにおいて、
   前記ロボットアームに接続されるエンドエフェクタ基部と、
   前記エンドエフェクタ基部に設けられ、第１の種類の取扱対象物を保持するための第１対象物保持機構と、
   第２の種類の取扱対象物を保持するための第２対象物保持ユニットと、
   前記エンドエフェクタ基部に設けられ、前記第２対象物保持ユニットを解放可能に保持するためのユニット保持機構と、を備え、
   前記ユニット保持機構によって保持された前記第２対象物保持ユニットを前記第１対象物保持機構によって駆動するように構成されており、
   前記第１対象物保持機構は、前記第１の種類の取扱対象物を把持するための第１把持部材を有し、
   前記ユニット保持機構によって保持された前記第２対象物保持ユニットを前記第１把持部材によって駆動するように構成されており、
   前記第２対象物保持ユニットは、前記第２の種類の取扱対象物を把持するための第２把持部材を有し、
   前記ユニット保持機構によって保持された前記第２対象物保持ユニットの前記第２把持部材を前記第１把持部材によって駆動するように構成されており、非駆動時においては前記第１把持部材と前記第２把持部材とが離間状態にある、エンドエフェクタ。
2. 前記第２対象物保持ユニットは、前記第２の種類の取扱対象物を把持する方向に前記第２把持部材を付勢するための付勢手段を有し、
   前記付勢手段の付勢力に抗して前記第２把持部材を前記第１把持部材によって前記第２の種類の取扱対象物を解放する方向に駆動するように構成されている、請求項１記載のエンドエフェクタ。
3. 前記ユニット保持機構は、前記エンドエフェクタ基部の中央部に設けられており、
   前記第１対象物保持機構は、前記ユニット保持機構の周囲に設けられている、請求項１または２に記載のエンドエフェクタ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンドエフェクタと、
   前記エンドエフェクタが装着されたロボットアームと、を備えた産業用ロボット。
5. 請求項４記載の産業用ロボットの運転方法であって、
   前記ユニット保持機構によって前記第２対象物保持ユニットを保持する工程と、
   前記第１対象物保持機構によって前記第２対象物保持ユニットを駆動して、前記第２対象物保持ユニットによって前記第２の種類の取扱対象物を保持する工程と、
   前記ロボットアームを駆動して前記第２対象物保持ユニットで保持した前記第２の種類の取扱対象物を移送する工程と、を備えた産業用ロボットの運転方法。
6. 請求項４記載の産業用ロボットの運転方法であって、
   前記ユニット保持機構によって前記第２対象物保持ユニットを保持する工程と、
   前記ロボットアームを駆動して前記第２対象物保持ユニットで保持した前記第２の種類の取扱対象物を移送する工程と、
   前記第１対象物保持機構によって前記第２対象物保持ユニットを駆動して、前記第２対象物保持ユニットによって保持していた前記第２の種類の取扱対象物を解放する工程と、を備えた産業用ロボットの運転方法。

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