JP6920064B2 - ロボットハンド及び多関節ロボット - Google Patents

Description

本発明は、曲げ加工機への素材の搬入等を行う多関節ロボットの先端部に装着されかつ素材又は製品を保持するロボットハンド等に関する。

多関節ロボットの一部であるロボットハンドについて種々の開発がなされており、ロボットハンドの先行技術として特許文献１及び特許文献２に示すものがある。そして、先行技術に係るロボットハンドの構成について簡単に説明すると、次の通りである。

ロボットハンドは、多関節ロボットの先端部に装着されるハンドベースを具備している。また、ハンドベースは、その適宜位置に、素材又は製品の端部側を支持する第１グリッパを一体的に備えている。第１グリッパは、その先端部側に、素材又は製品の端部側に密着する第１把持パッドを着脱可能に備えている。特許文献１、２には詳細に記載されていないが、通常、第１把持パッドは、第１グリッパに設けられかつ金属等の剛体により構成された取付板と、取付板の表面に接着又は溶着等によって貼り付けられかつゴム等の弾性体により構成されたパッド本体とからなる。

ハンドベースは、その適宜位置に、第１グリッパと協働して素材又は製品の端部側を把持する第２グリッパを備えており、第２グリッパは、第１グリッパに対して接近離反する方向へ移動可能（揺動可能を含む）になっている。第２グリッパは、その先端部側に、素材又は製品の端部側に密着する第２把持パッドを着脱可能に備えている。第２把持パッドは、第１把持パッドと同様に、第２グリッパに設けられかつ金属等の剛体により構成された取付板と、取付板の表面に貼り付けられかつ弾性体により構成されたパッド本体とからなる。

特開２０１６−１１２６６７号公報 特開平６−２５４６２７号公報

ところで、第１把持パッドのパッド本体の頂面（パッド面）だけでなく、第１把持パッドのパッド本体の先端面及び側端面が露出している。同様に、第２把持パッドのパッド本体の頂面だけでなく、第２把持パッドのパッド本体の先端面及び側端面が露出している。それにより、素材等の保持位置の変更（保持換え）等を行う際に、ロボットハンドを素材等の端部に最短距離で接近させようとすると、第１把持パッドのパッド本体等と素材等が干渉して、パッド本体と取付板との間に大きな剪断力が発生することがある。すると、パッド本体が取付板から剥がれて、ロボットハンドによって素材等を保持することができなくなり、多関節ロボットを用いた曲げ加工システムの稼動を一旦停止して、第１把持パッド等の交換を行うことが必要になる。

そのため、通常、第１把持パッドのパッド本体等と素材等との干渉を回避するための回避動作を多関節ロボットの動作に加えて、第１把持パッド等の交換頻度を低減している。具体的には、素材等の端部が第１グリッパの先端部と第２グリッパの先端部の中間に位置するように、ロボットハンドを素材等の端部に接近させてから、ロボットハンドを素材等の厚み方向へ移動させることにより、第１把持パッドのパッド本体等と素材等との干渉を回避している（後述する図７の説明参照）。

しかしながら、素材等の保持位置の変更等を行う際に、多関節ロボットの動作に前記回避動作を加えると、多関節ロボットの動作のタクトタイムが回避動作の分だけ長くなって、曲げ加工システムの生産性が低下する。

つまり、第１把持パッド等の交換頻度を低減しつつ、多関節ロボットの動作のタクトタイムを短縮して、曲げ加工システムの生産性を十分に高めることは困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成からなるロボットハンド等を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、曲げ加工機への素材の搬入、素材の曲げ加工の補助、又は前記曲げ加工機からの製品の搬出を行う多関節ロボットの先端部に装着され、素材又は製品を保持するロボットハンドにおいて、前記多関節ロボットの先端部に装着されるハンドベースと、 前記ハンドベースに設けられ、先端部側に素材又は製品の端部側に密着する第１把持パッドを備えた第１グリッパと、前記ハンドベースに前記第１グリッパに対して接近離反する方向へ相対的に移動可能に設けられ、先端部側に素材又は製品の端部側に密着する第２把持パッドを備え、前記第１グリッパと協働して素材又は製品の端部側を把持する第２グリッパと、を具備し、前記第１把持パッド及び前記第２把持パッドは、それぞれ、剛体により構成される取付板と、前記取付板に貼り付けられかつ弾性体により構成されるパッド本体とからなり、
更に、前記第１把持パッドの前記パッド本体及び／又は前記第２把持パッドの前記パッド本体における頂面の全面を露出させ先端面及び側端面を覆って保護する保護カバーを具備したことである。

本発明の第１の態様によると、前記保護カバーによって前記第１把持パッド及び又は前記第２把持パッドの前記パッド本体を覆って保護しているため、前記第１把持パッド及び／又は前記第２把持パッドの前記パッド本体の先端面及び側端面の露出を低減することができる。これにより、素材等の保持位置の変更（保持換え）等を行う際に、前記ロボットハンドを素材等の端部に最短距離で接近させても、前記第１把持パッドの前記パッド本体等と素材等との干渉を十分に防止することができる。また、仮に、前記第１把持パッドの前記パッド本体等が素材等に干渉しても、前記パッド本体と前記取付板との間に大きな剪断力が発生することを十分に防止することがきる。

そのため、前記第１把持パッドの前記パッド本体等と素材等との干渉を回避するための回避動作を前記多関節ロボットの動作に加えることなく、前記取付板からの前記パッド本体の剥がれを防止しつつ、前記ロボットハンドを素材等の端部に最短距離で接近させることができる。

本発明の第２の態様によると、曲げ加工機への素材の搬入、素材の曲げ加工の補助、又は前記曲げ加工機からの製品の搬出を行う多関節ロボットにおいて、先端部に本発明の第１の態様からなるロボットハンドが装着されていることである。

本発明の第２の態様によると、本発明の第１の態様による作用と同様の作用を奏する。

本発明によれば、前述のように、前記第１把持パッド等の交換頻度を低減しつつ、前記多関節ロボットの動作のタクトタイムを短縮して、前記多関節ロボットを用いた曲げ加工システムの生産性を十分に高めることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るロボットハンドの側面図であり、素材又は製品を保持（把持）する前の状態を示している。 図２は、本発明の実施形態に係るロボットハンドの側面図であり、素材又は製品を保持（把持）した後の状態を示している。 図３は、本発明の実施形態に係るロボットハンドの斜視図である。 図４は、図３におけるIV部の拡大斜視図である。 図５は、図１におけるV-V線に沿った拡大端面図である。 図６（ａ）（ｂ）は、本発明の実施形態に係るロボットハンドの動作を説明する図である。 図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、比較例に係るロボットハンドの動作を説明する図である。 図８（ａ）は、本発明の実施形態の変形例１に係るロボットハンドの特徴部分を示す断面図である。図８（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例２に係るロボットハンドの特徴部分を示す断面図である。図８（ｃ）（ｄ）は、本発明の実施形態の変形例３に係るロボットハンドの特徴部分を示す断面図である。

本発明の実施形態（変形例１〜変形例３を含む）について図面を参照して説明する。

なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意であって、「備えられる」と同義である。「備える」とは、直接的に備えることの他に、別部材を介して間接的に備えることを含む意であって、「設ける」と同義である。「及び／又は」とは、２つのうちのいずれか一方と両方を含む意である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る多関節ロボット１０は、プレスブレーキ等の曲げ加工機（図示省略）への素材（板金）Ｗの搬入、素材Ｗの曲げ加工の補助、及びプレスブレーキからの製品（曲げ加工済みの板金）Ｍの搬出を行う機械である。また、多関節ロボット１０は、多関節のロボットアーム１２を具備しており、ロボットアーム１２は、その先端部側に、リスト１４を有している。リスト１４は、その軸心１４ｃ周りに回転可能になっている。

リスト１４は、その先端部（先端面）に、素材Ｗ又は製品Ｍを保持するロボットハンド１６を着脱可能に備えている。換言すれば、多関節ロボット１０の先端部には、ロボットハンド１６が着脱可能に装着されている。なお、多関節ロボット１０の構成のうち、ロボットハンド１６を除く構成は、特許文献１に記載の多関節ロボットと同じ構成であり、その構成の詳細については、省略する。

続いて、本発明の実施形態に係るロボットハンド１６の具体的な構成について説明する。

図１から図３に示すように、ロボットハンド１６は、多関節ロボット１０の先端部であるリスト１４の先端部に同心上に装着されたハンドベース１８を具備している。ハンドベース１８は、リスト１４の先端部に同心上に装着された円形の接続部材（ベース盤）２０と、接続部材２０に一体的に設けられかつハンドベース１８（接続部材２０）の軸心方向（軸心１８ｃの方向）へ延びた取付部材２２とを有している。

取付部材２２は、その基端部側に、ハンドベース１８の軸心方向に対して直交する方向に延びたガイドバー２４を一体的に備えている。また、取付部材２２は、その中間（先端部と基端部の中間）側に、一対（１つのみ図示）の筒状の支持ブロック２６を一体的に備えている。

図１、図３から図５に示すように、取付部材２２は、その先端部側に、素材Ｗ又は製品Ｍの端部側を支持する第１グリッパ（第１把持爪）としての固定グリッパ２８を一体的に備えている。固定グリッパ２８は、ハンドベース１８の軸心方向へ延びている。固定グリッパ２８は、その先端部側及び中間（先端部と基端部の中間）側に、それぞれ、素材Ｗ又は製品Ｍに密着する一対の第１把持パッド３０を複数のボルト３２によって着脱可能に備えており、各一対の第１把持パッド３０と固定グリッパ２８の間には、シム３４が介在されている。ここで、各第１把持パッド３０は、固定グリッパ２８に設けられかつ金属等の剛体により構成された取付板３６と、取付板３６の表面に接着又は溶着等によって貼り付けられかつゴム等の弾性体により構成されたパッド本体３８とからなる。

図１から図３に示すように、ガイドバー２４は、その外周面に、固定グリッパ２８と協働して素材Ｗ又は製品Ｍの端部側を把持する第２グリッパ（第２把持爪）としての可動グリッパ４０を前記直交する方向へ移動可能に備えている。換言すれば、取付部材２２には、可動グリッパ４０がガイドバー２４を介して固定グリッパ２８に対して接近離反する方向（前記直交する方向）へ移動可能に設けられている。また、可動グリッパ４０は、固定グリッパ２８に対向しかつハンドベース１８の軸心方向へ延びている。更に、可動グリッパ４０は、その基端部側に、前記直交する方向へ延びた一対（１つのみ図示）のスライドバー４２を一体的に備えており、各スライドバー４２は、対応する支持ブロック２６に前記直交する方向へ移動可能に支持されている。

図１、図３から図５に示すように、可動グリッパ４０は、その先端部側及び中間側に、それぞれ、素材Ｗ又は製品Ｍに密着する一対の第２把持パッド４４を複数のボルト４６によって着脱可能に備えており、各一対の第２把持パッド４４と可動グリッパ４０の間には、シム４８が介在されている。ここで、各第２把持パッド４４は、各第１把持パッド３０と同様に、可動グリッパ４０に設けられかつ金属等の剛体により構成された取付板５０と、取付板５０の表面に接着又は溶着等によって貼り付けられかつゴム等の弾性体により構成されたパッド本体５２とからなる。

図１から図３に示すように、取付部材２２は、一対の支持ブロック２６の間に、可動グリッパ４０を固定グリッパ２８に対して接近離反する方向（前記直交する方向）へ移動させる把持アクチュエータとしてエアシリンダ５４を備えている。エアシリンダ５４は、前記直交する方向へ移動可能な作動ロッド５６を有しており、作動ロッド５６の先端部は、可動グリッパ４０の適宜位置に連結されている。

図１、図３から図５に示すように、固定グリッパ２８は、その先端部側及び中間側に、それぞれ、一対の第１把持パッド３０のパッド本体３８を覆って保護する第１保護カバー６４を一体的に備えている。各第１保護カバー６４は、鉄鋼等の金属により構成されている。また、各第１把持パッド３０のパッド本体３８は、その弾性変形量（素材Ｗ又は製品Ｍの端部側を把持する際における弾性変形量）に応じた分だけ第１保護カバー６４の端面６４ｅに対して可動グリッパ４０側（外側）へ突出している。なお、第１保護カバー６４がゴム等の弾性体により構成された場合には、各第１把持パッド３０のパッド本体３８の頂面（パッド面）３８ｔが第１保護カバー６４の端面６４ｅと同一平面上に位置してもよい。

可動グリッパ４０は、その先端部側及び中間側に、それぞれ、一対の第２把持パッド４４のパッド本体５２を覆って保護する第２保護カバー６６を一体的に備えている。各第２保護カバー６６は、各第１保護カバー６４と同様に、鉄鋼等の金属により構成されている。また、各第２把持パッド４４のパッド本体５２は、その弾性変形量に応じた分だけ第２保護カバー６６の端面６６ｅに対して固定グリッパ２８側（外側）へ突出している。なお、第２保護カバー６６がゴム等の弾性体により構成された場合には、各第２把持パッド４４のパッド本体５２の頂面５２ｔが第２保護カバー６６の端面６６ｅと同一平面上に位置してもよい。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

各第１保護カバー６４によって一対の第１把持パッド３０のパッド本体３８を覆って保護しているため、各第１把持パッド３０のパッド本体３８の先端面３８ｐ及び側端面３８ｓの露出を低減することができる。同様に、各第２保護カバー６６によって一対の第２把持パッド４４のパッド本体５２を覆って保護しているため、各第２把持パッド４４のパッド本体５２の先端面５２ｐ及び側端面５２ｓの露出を低減することができる。これにより、素材Ｗ又は製品Ｍの保持位置の変更（保持換え）等を行う際に、多関節ロボット１０の動作を制御してロボットハンド１６を素材Ｗ又は製品Ｍの端部に最短距離で接近させても、第１把持パッド３０のパッド本体３８等と素材Ｗ又は製品Ｍとの干渉を十分に防止することができる。また、仮に、第１把持パッド３０のパッド本体３８等が素材Ｗ又は製品Ｍに干渉しても、パッド本体３８（５２）と取付板３６（５０）との間に大きな剪断力が発生することを十分に防止することがきる。

そのため、図６（ａ）に示すように、第１把持パッド３０のパッド本体３８等と素材Ｗ等との干渉を回避するための回避動作を多関節ロボット１０の動作に加えることなく、取付板３６（５０）からのパッド本体３８（５２）の剥がれを十分に防止しつつ、ロボットハンド１６を素材Ｗ等の端部に最短距離で接近させることができる。そして、図６（ｂ）に示すように、エアシリンダ５４の駆動により可動グリッパ４０を固定グリッパ２８に対して接近する方向（前記直交する方向の一方側）へ移動させて、可動グリッパ４０と固定グリッパ２８の協働により素材Ｗ等の端部側を把持する。

仮に、ロボットハンド１６が各第１保護カバー６４及び各第２保護カバー６６を具備していない場合には、多関節ロボット１０の動作に前記回避動作を加えて、可動グリッパ４０と固定グリッパ２８の協働により素材Ｗ等の端部側を把持する。具体的には、図７（ａ）に示すように、素材Ｗ等の端部が固定グリッパ２８の先端部と可動グリッパ４０の先端部の中間に位置するように、多関節ロボット１０の動作を制御してロボットハンド１６Ａを素材Ｗ等の端部に接近させる。次に、図７（ｂ）に示すように、多関節ロボット１０の動作を制御してロボットハンド１６Ａを素材Ｗ等の厚み方向へ移動させる。そして、図７（ｃ）に示すように、エアシリンダ５４の駆動により可動グリッパ４０を固定グリッパ２８に対して接近する方向へ移動させて、可動グリッパ４０と固定グリッパ２８の協働により素材Ｗ等の端部側を把持する。なお、比較例に係るロボットハンド１６Ａは、各第１保護カバー６４及び各第２保護カバー６６を具備していない点を除き、本発明の実施形態に係るロボットハンド１６と同様の構成である。

以上の如き、本発明の実施形態によれば、前述のように、多関節ロボット１０の動作に前記回避動作を加えることなく、取付板３６（５０）からのパッド本体３８（５２）の剥がれを十分に防止しつつ、ロボットハンド１６を素材Ｗ等の端部に最短距離で接近させることができる。よって、本発明の実施形態によれば、第１把持パッド３０等の交換頻度を低減しつつ、多関節ロボット１０の動作のタクトタイムを短縮して、多関節ロボット１０を用いた曲げ加工システム（図示省略）の生産性を十分に高めることができる。

（変形例１）
本発明の実施形態の変形例１について説明する。

図８（ａ）に示すように、各第１保護カバー６４の端部（縁部）には、一対（１つのみ図示）の第１把持パッド３０のパッド本体３８の縁部に係止する第１フランジ６８が形成されている。同様に、各第２保護カバー６６の端部（縁部）には、一対（１つのみ図示）の第２把持パッド４４のパッド本体５２の縁部に係止する第２フランジ７０が形成されている。

従って、本発明の実施形態の変形例１においては、前述の本発明の実施形態の作用及び効果を奏する他に、第１把持パッド３０のパッド本体３８が固定グリッパ２８から離脱することを十分に防止することができる。また、第２把持パッド４４のパッド本体５２が可動グリッパ４０から離脱することを十分に防止することができる。

（変形例２）
本発明の実施形態の変形例２について説明する。

図８（ｂ）に示すように、各第１保護カバー６４は、第１把持パッド３０の取付板３６の端部（縁部）に形成（一体形成）されている。同様に、各第２保護カバー６６は、第２把持パッド４４の取付板５０に形成（一体形成）されている。

従って、本発明の実施形態の変形例２においては、前述の本発明の実施形態の作用及び効果を奏する他に、ロボットハンド１６（図１参照）の部品点数を減らして、ロボットハンド１６の構成の簡略化を図ることができる。

（変形例３）
本発明の実施形態の変形例３について説明する。

図８（ｃ）に示すように、各第１把持パッド３０のパッド本体３８の縁部には、面取り部７２が形成されている。同様に、各第２把持パッド４４のパッド本体５２の縁部には、面取り部７４が形成されている。また、図８（ｄ）に示すように、各第１保護カバー６６の端部（縁部）には、第１把持パッド３０のパッド本体３８の面取り部７２に連続した面取り部７６が形成されてもよい。同様に、各第２保護カバー６６の端部（縁部）には、第２把持パッド４４のパッド本体５２の面取り部７４に連続した面取り部７８が形成されてもよい。

従って、本発明の実施形態の変形例３においては、固定グリッパ２８の先端部と可動グリッパ４０の先端部の間に対する素材Ｗ又は製品Ｍの導入性を高めて、パッド本体３８（５２）と取付板３６（５０）との間に大きな剪断力が発生することをより十分に防止することがきる。よって、本発明の実施形態の変形例３によれば、前述の本発明の実施形態の効果を更に高めることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、次のように種々の態様で実施可能である。即ち、第１保護カバー６４及び第２保護カバー６６のうちのいずれか一方を省略してもよい。また、特許文献１に記載の多関節ロボットと同様に、多関節ロット１０が素材Ｗ又は製品Ｍを吸着する吸着機構（図示省略）を具備してもよい。そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。

１０ 多関節ロボット
１２ ロボットアーム
１４ リスト（多関節ロボットの先端部）
１４ｃ 軸心
１６ ロボットハンド
１８ ハンドベース
１８ｃ 軸心
２０ 接続部材
２２ 取付部材
２４ ガイドバー
２６ 支持ブロック
２８ 固定グリッパ（第１グリッパ）
３０ 第１把持パッド
３２ ボルト
３４ シム
３６ 取付板
３８ パッド本体
３８ｐ 先端面
３８ｓ 側端面
３８ｔ 頂面（パッド面）
４０ 可動グリッパ（第２グリッパ）
４２ スライドバー
４４ 第２把持パッド
４６ ボルト
４８ シム
５０ 取付板
５２ 第２パッド本体
５２ｐ 先端面
５２ｓ 側端面
５２ｔ 頂面（パッド面）
５４ エアシリンダ
５６ 作動ロッド
６４ 第１保護カバー
６４ｅ 端面
６６ 第２保護カバー
６６ｅ 端面
６８ 第１フランジ
７０ 第２フランジ
７２ 面取り部
７４ 面取り部
７６ 面取り部
７８ 面取り部
Ｗ 素材（板金）
Ｍ 製品（曲げ加工済みの板金）

Claims (7)

1. 曲げ加工機への素材の搬入、素材の曲げ加工の補助、又は前記曲げ加工機からの製品の搬出を行う多関節ロボットの先端部に装着され、素材又は製品を保持するロボットハンドにおいて、
   前記多関節ロボットの先端部に装着されるハンドベースと、
   前記ハンドベースに設けられ、先端部側に素材又は製品の端部側に密着する第１把持パッドを備えた第１グリッパと、
   前記ハンドベースに前記第１グリッパに対して接近離反する方向へ相対的に移動可能に設けられ、先端部側に素材又は製品の端部側に密着する第２把持パッドを備え、前記第１グリッパと協働して素材又は製品の端部側を把持する第２グリッパと、を具備し、
   前記第１把持パッド及び前記第２把持パッドは、それぞれ、剛体により構成される取付板と、前記取付板に貼り付けられかつ弾性体により構成されるパッド本体とからなり、
   更に、前記第１把持パッドの前記パッド本体及び／又は前記第２把持パッドの前記パッド本体における頂面の全面を露出させ先端面及び側端面を覆って保護する保護カバーを具備したことを特徴とするロボットハンド。
2. 前記第１把持パッド及び／又は前記第２把持パッドの前記パッド本体は、その弾性変形量に応じた分だけ前記保護カバーの端面に対して外側へ突出していることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記保護カバーの端部に、前記第１把持パッド及び／又は前記第２把持パッドの前記パッド本体の縁部に係止するフランジが形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボットハンド。
4. 前記保護カバーは、前記第１把持パッド及び／又は前記第２把持パッドの前記取付板の端部に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボットハンド。
5. 前記第１把持パッド及び／又は前記第２把持パッドの前記パッド本体の縁部に、面取り部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボットハンド。
6. 前記保護カバーの端部に、面取り部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のロボットハンド。
7. 曲げ加工機への素材の搬入、素材の曲げ加工の補助、又は前記曲げ加工機からの製品の搬出を行う多関節ロボットにおいて、
   先端部に請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載のロボットハンドが装着されていることを特徴とする多関節ロボット。

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