JP6680755B2

JP6680755B2 - ロボットシステム

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Publication number: JP6680755B2
Application number: JP2017246479A
Authority: JP
Inventors: 淑雄本脇
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP2019111608A; CN109956318A; US10703581B2; DE102018132251A1; DE102018132251B4; US20190193950A1; CN109956318B

Description

本発明は、ロボットシステムに関するものである。

従来、ワークを一の場所から他の場所へ搬送装置によって搬送し、各場所でロボットがワークに対して作業を行うロボットシステムが知られている。ワークは、搬送装置による搬送中やロボットによる作業中に動くことがないように、固定される必要がある。このようなワークの固定には、一般に、開閉可能なチャック式の治具と、治具を開閉駆動する電動シリンダまたはエアシリンダが使用されている。
一方、バネの付勢力を利用することで、シリンダのような駆動装置を用いることなくワークの把持および解放を行うチャック式のロボットハンドが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１６−１９６０７１号公報特開平０８−１９７４７４号公報

しかしながら、シリンダのような駆動装置が搭載された治具は、構造が複雑化および大型化してしまうという不都合がある。また、搬送装置にワークを供給するとき、および、搬送装置からワークを排出するときには、シリンダを作動させて治具を開閉する必要があるため、タクトタイムが長くなるという問題がある。
特許文献１，２には、搬送装置の治具の開閉にバネの付勢力を使用することは開示されていない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、駆動装置を用いず、ワークの固定および固定解除を迅速に行うことができるロボットシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の参考態様は、略水平な直線方向に搬送されるワークを固定するためのワーク固定治具であって、略水平方向に相互に対向して配置され、対向方向に開閉可能であり、閉じた状態で前記ワークを間に把持する一対の把持部材と、該一対の把持部材を閉方向に付勢する付勢部材とを備え、前記一対の把持部材が、相互に対向し、上側から下側に向かって前記対向方向の間隔が漸次狭くなるように相互に角度を成す傾斜面を有するワーク固定治具である。

本態様に係るワーク固定治具は、ロボットハンドを有するロボットと組み合わせて使用され、ワークを把持するロボットハンドが一対の把持部材間を下降および上昇することで、一対の把持部材間へのワークの供給および一対の把持部材間からのワークの排出が行われる。このときに、ロボットハンドの下降によって一対の把持部材が付勢部材の付勢力に抗して開き、ロボットハンドの上昇によって一対の把持部材が付勢部材の付勢力に従って閉じる。

具体的には、ロボットハンドは、一対の把持部材間を下降する途中で一対の把持部材の傾斜面に突き当たり、その後、傾斜面に沿って下降する。傾斜面間の間隔は上側から下側に向かって漸次狭くなっているので、ロボットハンドは、一対の把持部材を押し開きながら下降する。その後、ロボットハンドが傾斜面に沿って上昇するときに、一対の把持部材が付勢部材の付勢力によって閉じる。

このように、一対の把持部材は、ロボットハンドの下降および上昇と、付勢部材の付勢力とによって開閉駆動され、シリンダのような駆動装置が不要である。また、一対の把持部材は、ロボットハンドの下降と同時に開きロボットハンドの上昇と同時に閉じるので、ワークの固定および固定解除を迅速に行うことができる。

上記態様においては、前記一対の把持部材が、前記直線方向に相互に対向して配置されていてもよい。
ワークが直線方向に高速で搬送される場合、移動開始時および移動停止時には急激な加減速によってワークに直線方向の大きな慣性力が作用する。直線方向においてワークの両側に配置された一対の把持部材によってワークを把持することで、慣性力によるワークの移動および傾きを効果的に防止することができる。

本発明の参考態様は、略水平に配置される直線状のレールと、該レールに沿って移動するスライダと、該スライダ上に設けられ、前記レールの長手方向である略水平な直線方向に搬送されるワークを固定するためのワーク固定治具とを備え、該ワーク固定治具が、略水平方向に相互に対向して配置され、対向方向に開閉可能であり、閉じた状態で前記ワークを間に把持する一対の把持部材と、該一対の把持部材を閉方向に付勢する付勢部材とを備え、前記一対の把持部材が、相互に対向し、上側から下側に向かって前記対向方向の間隔が漸次狭くなるように相互に角度を成す傾斜面を有し、前記一対の把持部材の上方の空間が開放されており、該一対の把持部材の上側に配置され前記ワークを把持するロボットハンドが前記一対の把持部材間を下降および上昇することができる、ワーク搬送装置である。

本発明の一態様は、略水平に配置される直線状のレールと、該レールに沿って移動するスライダと、該スライダ上に設けられ、前記レールの長手方向である略水平な直線方向に搬送されるワークを固定するためのワーク固定治具とを備えるワーク搬送装置と、該ワーク搬送装置の前記レールの近傍に配置され、前記ワークを把持するロボットハンドを有するロボットとを備え、前記ワーク固定治具が、略水平方向に相互に対向して配置され、対向方向に開閉可能であり、閉じた状態で前記ワークを間に把持する一対の把持部材と、該一対の把持部材を閉方向に付勢する付勢部材とを備え、前記一対の把持部材が、相互に対向し、上側から下側に向かって前記対向方向の間隔が漸次狭くなるように相互に角度を成す傾斜面を有し、前記ロボットが前記一対の把持部材間で前記傾斜面に沿って前記ロボットハンドを下降させることで前記一対の把持部材が開き、前記ロボットが前記ロボットハンドを前記一対の把持部材間で上昇させることで前記一対の把持部材が前記付勢部材の付勢力によって閉じるロボットシステムである。

本発明によれば、駆動装置を用いず、ワークの固定および固定解除を迅速に行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットシステムの構成図である。図１のロボットシステムにおけるワーク固定治具の側面図であり、ロボットがワーク搬送装置のワーク固定治具にワークを供給する動作を説明する図である。図１のロボットシステムにおけるワーク固定治具の側面図であり、ロボットがワーク搬送装置のワーク固定治具にワークを供給する動作を説明する図である。

以下に、本発明の一実施形態に係るワーク固定治具１、ワーク搬送装置２およびロボットシステム１００について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１００は、図１に示されるように、ワーク固定治具１によって保持されたワークＷを略水平な直線方向Ａに搬送するワーク搬送装置２と、ワーク搬送装置２のレール４の近傍に配置された複数台のロボット３とを備えている。複数台のロボット３は、直線方向Ａに間隔を空けた複数の場所に配置されている。図１には、複数台のロボット３の内、１台のみ示されている。
参照する図面には、一例として円柱状のワークＷが示されているが、ワークＷの形状はこれに限定されるものではない。

ロボットシステム１００は、システム１００全体の動作を制御する制御装置（図示略）を備えている。ワーク搬送装置２は、必要に応じてロボット３の位置でワークＷを一時的に停止させながらワークＷを上流側から下流側に向かって搬送するように、制御装置によって制御される。複数台のロボット３は、ワーク搬送装置２によって搬送されるワークＷに対して所定の作業を順番に行うように、制御装置によって制御される。

ワーク搬送装置２は、略水平に配置された直線状のレール４と、レール４に沿って移動するスライダ５と、スライダ５に設けられたワーク固定治具１とを備えている。スライダ５は略水平な上面５ａを有し、上面５ａ上にワーク固定治具１が設けられている。ワーク搬送装置２は、レール４の長手方向である直線方向Ａにスライダ５を移動させることで、スライダ５上のワークＷを直線方向Ａに搬送する。

ワーク固定治具１は、スライダ５の上面５ａ上に直線方向Ａに相互に対向して配置され直線方向Ａに開閉可能である一対の把持部材６１，６２と、直線方向Ａにおいて一対の把持部材６１，６２の両側に配置され一対の把持部材６１，６２を閉方向に付勢する一対の付勢部材７１，７２とを備えている。

各把持部材６１，６２は、直線方向Ａに移動可能に上面５ａ上に支持されている。一対の把持部材６１，６２は、相互に離間する方向の移動によって開き、相互に接近する方向の移動によって閉じるようになっている。

具体的には、図２および図３に示されるように、第１の把持部材６１には、相互に平行であり、第２の把持部材６２とは反対側に向かって直線方向Ａに延びる２本のシャフト８１が設けられている。２本のシャフト８１は、上面５ａに固定された固定部９１によって、直線方向Ａに移動可能に支持されている。同様に、第２の把持部材６２には、相互に平行であり、第１の把持部材６１とは反対側に向かって直線方向Ａに延びる２本のシャフト８２が設けられている。２本のシャフト８２は、上面５ａに固定された固定部９２によって、直線方向Ａに移動可能に支持されている。
把持部材６１，６２は、他の方式で直線方向Ａに移動可能に支持されていてもよい。

付勢部材７１，７２は、例えば、直線方向Ａに配置されたコイルバネである。第１の付勢部材７１は、第１の把持部材６１と固定部９１との間に配置され、第１の把持部材６１を第２の把持部材６２に向かって付勢している。第２の付勢部材７２は、第２の把持部材６２と固定部９２との間に配置され、第２の把持部材６２を第１の把持部材６１に向かって付勢している。一対の把持部材６１，６２は、一対の把持部材６１，６２の間に配置されたワークＷを付勢部材７１，７２の付勢力によって把持することで、ワークＷをスライダ５に対して固定するようになっている。

一対の把持部材６１，６２の相互に対向する面６１ａ，６２ａは、相互に角度を成す傾斜面である。直線方向Ａの傾斜面６１ａ，６２ａ間の間隔は、上側から下側に向かって漸次狭くなっている。傾斜面６１ａ，６２ａは、上端から下端まで滑らかに連続する平面または曲面である。参照する図面において、傾斜面６１ａ，６２ａは平面であるが、傾斜面６１ａ，６２ａは曲面であってもよい。また、参照する図面において、両方の傾斜面６１ａ，６２ａが鉛直方向に対して同一の角度で相互に反対方向に傾斜しているが、両方の傾斜面６１ａ，６２ａが相互に異なる角度で傾斜していてもよい。あるいは、一対の傾斜面６１ａ，６２ａの内、一方が鉛直方向に沿って配置され、他方が鉛直方向に対して傾斜していてもよい。

符号６１ｂ，６２ｂは、ワークＷの外面を支持する支持部である。支持部６１ｂ，６２ｂは、傾斜面６１ａ，６２ａよりも下側に設けられている。支持部６１ｂ，６２ｂは、ワークＷが直線方向Ａに嵌合する凹部を有し、直線方向Ａの両側および直線方向Ａに直交する方向の両側でワークＷを支持するように構成されている。

ロボット３は、アーム３ａと、アーム３ａの先端に取り付けられ直線方向Ａに開閉可能なロボットハンド３ｂとを備えている。参照する図面には、６軸多関節型のロボット３が示されているが、ロボット３は、他の種類のロボットであってもよい。
アーム３ａは、ロボットハンド３ｂを略鉛直方向に上昇および下降させることができる。

ロボットハンド３ｂは、直線方向Ａに対向し、間にワークＷを把持する一対の把持爪を有している。一対の把持爪が相互に離間する方向に移動することでロボットハンド３ｂが開き、一対の把持爪が相互に接近する方向に移動することでロボットハンド３ｂが閉じるようになっている。
開いた状態のロボットハンド３ｂが閉じた一対の把持部材６１，６２間に上側から挿入可能なように、一対の把持部材６１，６２が閉じた状態での傾斜面６１ａ，６２ａの上端間の直線方向Ａの間隔は、開いた状態のロボットハンド３ｂの直線方向Ａの寸法よりも大きくなっている。

次に、このように構成されたロボットシステム１００の作用について説明する。
まず、上流側のロボット３によって、ワークＷがワーク搬送装置２のワーク固定治具１に供給される。ワークＷの供給動作において、図２に示されるように、ロボット３は、ロボットハンド３ｂによってワークＷを把持し、ロボットハンド３ｂを一対の把持部材６１，６２の上側から下降させて一対の把持部材６１，６２間に挿入する。

一対の把持部材６１，６２の傾斜面６１ａ，６２ａ間の間隔は上側から下側に向かって漸次狭くなっているので、ロボットハンド３ｂは、下降の途中で一対の傾斜面６１ａ，６２ａに突き当たり、一対の把持部材６１，６２を開方向に押圧する。ロボット３がロボットハンド３ｂを下降させる力は、付勢部材７１，７２の付勢力よりも十分に大きい。したがって、ロボットハンド３ｂは、一対の把持部材６１，６２を付勢部材７１，７２の付勢力に抗して押し開きながら、ワークＷが上面５ａに接触または近接する位置まで傾斜面６１ａ，６２ａに沿って下降する。

次に、ロボット３は、一対の把持部材６１，６２をさらに押し開きながらロボットハンド３ｂを開いてワークＷを解放し、ワークＷを一対の把持部材６１，６２の間に配置する。次に、ロボット３は、開いた状態のロボットハンド３ｂを一対の把持部材６１，６２よりも上側まで上昇させる。ロボットハンド３ｂが一対の把持部材６１，６２間を上昇する過程で、一対の把持部材６１，６２は付勢部材７１，７２による付勢力によって徐々に閉じ、ロボットハンド３ｂが傾斜面６１ａ，６２ａから離れたときに、一対の把持部材６１，６２によってワークＷが把持されてワークＷがスライダ５に対して固定される。

ワークＷがワーク固定治具１によってスライダ５に固定された後、ワークＷはワーク搬送装置２によって搬送され、他のロボット３によって加工等の作業が施される。その後、下流側のロボット３によって、ワークＷがワーク搬送装置２のワーク固定治具１から排出される。

ワークＷの排出動作において、ロボット３は、開いた状態のロボットハンド３ｂを一対の把持部材６１，６２の上側から下降させて一対の把持部材６１，６２間に挿入する。ロボットハンド３ｂは、下降の途中で一対の傾斜面６１ａ，６２ａに突き当たり、その後は、一対の把持部材６１，６２を付勢部材７１，７２の付勢力に抗して押し開きながらワークＷを把持可能な位置まで下降する。このときに、一対の把持部材６１，６２が開くことで、一対の把持部材６１，６２によるワークＷの固定が解除される。

次に、ロボット３は、ロボットハンド３ｂを閉じてワークＷを把持し、閉じた状態のロボットハンド３ｂを一対の把持部材６１，６２よりも上側まで上昇させる。ロボットハンド３ｂが一対の把持部材６１，６２間を上昇する過程で、一対の把持部材６１，６２は付勢部材７１，７２による付勢力によって閉じる。
ロボット３は、閉じた状態のロボットハンド３ｂを一対の把持部材６１，６２間に挿入し、一対の把持部材６１，６２間でロボットハンド３ｂを開いてもよい。

このように、本実施形態によれば、一対の把持部材６１，６２に設けられた傾斜面６１ａ，６２ａと一対の把持部材６１，６２を閉方向に付勢する付勢部材７１，７２とによって、一対の把持部材６１，６２は、ロボットハンド３ｂの下降に伴って開き、ロボットハンド３ｂの上昇に伴って閉じるように構成されている。これにより、シリンダのような駆動装置を用いる場合と比較して、簡単かつ小型の機構でワークＷの固定および固定解除を行うことができるという利点がある。また、これにより、ワーク固定治具１の軽量化および低コスト化を図ることができるという利点がある。また、ロボットハンド３ｂの下降および上昇と同時に一対の把持部材６１，６２が開閉するので、駆動装置によって一対の把持部材６１，６２を開閉駆動する場合と比較して、ワークＷの供給および排出に要するタクトタイムを短縮することができるという利点がある。

また、ワーク搬送装置２によってワークＷが高速で搬送される場合には、直線方向Ａの慣性力によるワークＷの移動および傾きが防止されるようにワークＷを固定することが重要となる。すなわち、移動開始時には、急激な加速によって直線方向Ａの下流側に向かう大きな慣性力がワークＷに作用し、移動停止時には、急激な減速によって直線方向Ａの上流側に向かう大きな慣性力がワークＷに作用する。一方、直線方向Ａに直交する方向の慣性力はワークＷにはほとんど作用しない。

本実施形態によれば、一対の把持部材６１，６２が、直線方向ＡにおいてワークＷの両側に配置されワークＷを直線方向Ａに把持するので、直線方向ＡにおいてワークＷが安定的に固定される。したがって、急激な加減速によるワークＷの移動および傾きを効果的に防止することができるという利点がある。

なお、図２および図３において、ロボットハンド３ｂの外面と傾斜面６１ａ，６２ａとが面接触しているが、ロボットハンド３ｂの外面と傾斜面６１ａ，６２ａとが線接触または点接触するように、ロボットハンド３ｂの外面の形状と傾斜面６１ａ，６２ａの形状とが設計されていてもよい。
また、ロボットハンド３ｂの外面に、直線方向Ａに直交する回転軸回りに回転可能なローラが設けられ、ローラと傾斜面６１ａ，６２ａとが接触するように構成されていてもよい。ローラを設けることで、ロボットハンド３ｂの下降時の摩擦力を低減することができる。

本実施形態においては、一対の把持部材６１，６２の両方が、直線方向Ａに移動可能であるとともに付勢部材７１，７２によって閉方向に付勢されることとしたが、これに代えて、一対の把持部材６１，６２のうち一方のみが、直線方向Ａに移動可能であるとともに付勢部材７１または７２によって閉方向に付勢されていてもよい。

本実施形態においては、一対の把持部材６１，６２が直線方向Ａに相互に対向して配置されていることとしたが、ワーク搬送装置２によるワークＷの搬送速度が遅い場合や移動開始時および移動停止時の加減速が緩やかな場合等には、一対の把持部材６１，６２が、直線方向Ａに交差する方向に相互に対向して配置されていてもよい。

１ワーク固定治具
２ワーク搬送装置
３ロボット
３ａアーム
３ｂロボットハンド
４レール
５スライダ
６１，６２把持部材
６１ａ，６２ａ傾斜面
７１，７２付勢部材
１００ロボットシステム
Ａ直線方向
Ｗワーク

Claims

略水平に配置される直線状のレールと、該レールに沿って移動するスライダと、該スライダ上に設けられ、前記レールの長手方向である略水平な直線方向に搬送されるワークを固定するためのワーク固定治具とを備えるワーク搬送装置と、
該ワーク搬送装置の前記レールの近傍に配置され、前記ワークを把持するロボットハンドを有するロボットとを備え、
前記ワーク固定治具が、
略水平方向に相互に対向して配置され、対向方向に開閉可能であり、閉じた状態で前記ワークを間に把持する一対の把持部材と、
該一対の把持部材を閉方向に付勢する付勢部材とを備え、
前記一対の把持部材が、相互に対向し、上側から下側に向かって前記対向方向の間隔が漸次狭くなるように相互に角度を成す傾斜面を有し、
前記ロボットが前記一対の把持部材間で前記傾斜面に沿って前記ロボットハンドを下降させることで前記一対の把持部材が開き、
前記ロボットが前記ロボットハンドを前記一対の把持部材間で上昇させることで前記一対の把持部材が前記付勢部材の付勢力によって閉じるロボットシステム。
前記一対の把持部材が、前記直線方向に相互に対向して配置されている請求項１に記載のロボットシステム。