JP6997137B2

JP6997137B2 - グリッパおよびロボットシステム

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Publication number: JP6997137B2
Application number: JP2019108528A
Authority: JP
Inventors: 一隆中山
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2022-02-04
Anticipated expiration: 2037-04-12
Also published as: JP2019188600A

Description

本発明は、グリッパおよびロボットシステムに関するものである。

従来、荷物の直交する２面を吸着可能な２方向の吸着パッドを備え、該吸着パッドを直動させる直動機構を備えたグリッパが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このグリッパによれば、２方向の吸着パッドのいずれもが荷物の直交する２面に近接するように直動機構によって吸着パッドを移動した後に、吸着パッドを作動させて荷物を吸着することができる。

特開２０１６－９４２８０号公報

しかしながら、特許文献１のグリッパは、２つの吸着パッドを同時に直交する２面に配置できるように配置されている荷物しか吸着することができないという不都合がある。例えば、棚やコンテナに１面のみを露出させて収容されている荷物については吸着することができない。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、１面のみを露出させて棚等に収容されている荷物も確実に吸着して搬送することができるグリッパおよびロボットシステムを提供することを目的としている。

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。
本発明の一態様は、ベースと、該ベースの一端に設けられ、箱状の荷物の第１面を第１の吸着方向に吸着可能である第１面吸着部と、前記第１面に直交する第２面を吸着可能であり、複数の吸着部材を有する第２面吸着部と、前記第１面吸着部が前記第１面を吸着した状態で、前記第２面吸着部を前記第１面吸着部の前記第１の吸着方向の先端よりも基端側に後退した位置と、前記第１面吸着部の先端を超えて前進した位置との間で、前記第２面に平行な平面に沿って軸線回りに回転移動可能である移動機構とを備え、前記軸線が、前記第１面吸着部から離れた前記ベースの他端側に位置し、前記移動機構が、前記第１の吸着方向に直交する第２の吸着方向に沿って前記第２面吸着部を移動可能であるグリッパである。

本態様によれば、棚やコンテナに１面のみを露出させて積み上げ状態に収容されている複数の箱状の荷物のうち、例えば、最上位に位置する荷物を把持する際に、第２面支持部である第２面吸着部を第１面吸着部の先端よりも基端側に後退させた位置に配置して、ロボットの作動によりベースを移動させることにより、ベースに設けられた第１面吸着部を箱状の荷物の露出している第１面を吸着可能な位置に配置し、第１面吸着部を作動させることにより、荷物の第１面を吸着することができる。第２面支持部を第１面吸着部に対して後退させておくことで、第２面支持部が第１面吸着部による第１面の吸着の邪魔にならないようにすることができる。

そして、第１面吸着部により第１面を吸着したままロボットの作動により第１面吸着部を第１の吸着方向に後退させることにより、吸着した荷物を手前側に引き出すことができる。この状態で、移動機構の作動により、第２面支持部を第１面吸着部の先端を超えて第２面に平行な平面に沿って前進させることにより、第２面を支持可能な位置に第２面支持部を配置することができる。そして、第２面支持部を作動させることにより、第１面吸着部による第１面の吸着と、第１面に直交する第２面の第２面支持部による支持とを同時に実施して、グリッパにより確実に荷物を把持することができる。

また、第２面支持部を第２面に平行な平面に沿って移動させることにより、第２面支持部が移動する際の干渉範囲を小さくすることができる。すなわち、第２面支持部が第２面に直交する方向には移動しないため、第２面に近接する物体が存在して該物体と第２面との間の空間が狭い場合であっても、第２面支持部によって第２面を確実に支持して、箱状の荷物の取り出しを容易に実行することができる。

上記態様においては、前記第２面支持部が、前記第１の吸着方向に直交する第２の吸着方向に前記第２面を吸着可能である第２面吸着部である。
このようにすることで、第１面吸着部により第１面を吸着して第１の吸着方向に荷物を引き出した状態で、移動機構を作動させて、第２面吸着部を第１面吸着部の先端を超えて第２面に平行な平面に沿って前進させ、第２面吸着部を第２面に対向させた状態で作動させることにより、第１面吸着部による第１面の吸着と、第１面に直交する第２面の第２面吸着部による吸着とを同時に実施して、グリッパにより確実に荷物を把持することができる。

また、上記態様においては、前記移動機構が、前記第２面吸着部を、前記第１面吸着部の先端を超えて前進した位置に移動させた後、前記第２の吸着方向に沿って前記第２面に近接させてもよい。
このようにすることで、第２面と第２面吸着部との間に隙間を空けた状態で第２面吸着部を第２面に対向する位置まで移動させ、その後、第２の吸着方向に沿って第２面吸着部を第２面に近接させることにより、第２面吸着部と荷物との干渉を回避しながら、確実に吸着することができる。

また、上記態様においては、前記移動機構が、前記第２面支持部を前記第１の吸着方向に直線移動させてもよい。
また、上記態様においては、前記移動機構が、前記第２面吸着部を前記第１の吸着方向に直交する第２の吸着方向に沿った軸線回りに回転移動可能であってもよい。

本発明の参考態様は、ロボットの手首先端面に取り付けられるベースと、該ベースに設けられ、箱状の荷物の第１面を前記手首先端面に直交する第１の吸着方向に吸着可能である第１面吸着部と、前記第１面に直交する第２面に接触してこれを支持する第２面支持部と、前記第１面吸着部が前記第１面を吸着した状態で前記第２面支持部を前記ベースに対して前記第２面に平行な平面に沿って移動させることによって、前記第２面支持部を前記第１面吸着部の前記第１の吸着方向の先端よりも基端側に後退した位置と、前記第１面吸着部の先端を超えて前進した位置との間で移動させる移動機構とを備え、前記第２面支持部が、前記移動機構により、前記第１面に直交し相互に平行な２つの前記第２面にそれぞれ対向する位置まで前進させられる一対の把持片と、該把持片を相互に近接させる方向に移動させて該把持片間に前記荷物を挟持させる把持駆動部とを備えるグリッパである。

本態様によれば、第１面吸着部により第１面を吸着して第１の吸着方向に荷物を引き出した状態で、移動機構を作動させて、一対の把持片を第１面吸着部の先端を超えて第１の吸着方向に前進させ、一対の把持片をそれぞれ第２面に対向させた位置で把持駆動部を作動させることにより、第１面吸着部による第１面の吸着と、第１面に直交する第２面の一対の把持片による挟持とを同時に実施して、グリッパにより確実に荷物を把持することができる。

本発明の他の態様は、箱状の荷物を搬送するロボットシステムであって、ロボットと、該ロボットに取り付けられるグリッパと、前記ロボットおよび前記グリッパを制御する制御部とを備え、前記グリッパが、前記ロボットの手首先端に取り付けられるベースと、該ベースの一端に設けられ、前記箱状の荷物の第１面を第１の吸着方向に吸着可能である第１面吸着部と、前記第１面に直交する第２面に吸着可能であり、複数の吸着部材を有する第２面吸着部と、前記第２面吸着部を前記第１面吸着部の前記第１の吸着方向の先端よりも基端側に後退した位置と、前記第１面吸着部の先端を超えて前進した位置との間で、前記第２面に平行な平面に沿って軸線回りに回転移動可能な移動機構とを備え、前記軸線が、前記第１面吸着部から離れた前記ベースの他端側に位置し、前記制御部は、前記第１面吸着部を前記第１面に吸着させ、前記第１面吸着部を前記第１の吸着方向に後退させることによって前記箱状の荷物を引き出した後、前記第２面吸着部を引き出された前記箱状の荷物の前記第２面に対向するように前記後退した位置から前記前進した位置へ回転移動させ、その後、前記第２面吸着部を前記第２面に近接させて該第２面に吸着させるように、前記ロボットおよび前記グリッパを制御するロボットシステムである。
本態様によれば、ロボットの作動によりグリッパの位置決めおよび移動を行って、棚やコンテナに１面のみを露出させて積み上げ状態に収容されている複数の箱状の荷物のうち、例えば、最上位に位置する荷物を確実に把持することができる。

上記態様においては、前記ロボットにより前記第１面吸着部を前記荷物の前記第１面に位置決め状態に配置する前に前記第１面および前記第２面の位置を検出するセンサを備えていてもよい。
このようにすることで、ロボットによりグリッパを移動させて第１面吸着部を荷物の第１面に位置決め状態に配置する前に、センサにより第１面および第２面の位置を検出することにより、検出結果を利用して第１面吸着部を適正に位置決め状態に配置することができる。

すなわち、センサにより第１面の位置を検出することにより、第１面吸着部により確実に第１面を吸着し得る位置にグリッパを配置することができる。また、センサにより第２面の位置を検出することにより、第１面吸着部により第１面を吸着したままの状態で移動機構により第２面支持部を前進させても第２面支持部が荷物に干渉せず、かつ、その後の第２面支持部による第２面の支持を確実に実施し得る位置にグリッパを配置することができる。

本発明によれば、１面のみを露出させて棚等に収容されている荷物も確実に吸着して搬送する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を示す斜視図である。図１のロボットシステムに備えられる本発明の参考実施形態に係るグリッパを示す斜視図である。図２のグリッパを荷物の第１面に位置決めした状態を示す斜視図である。図２のグリッパの第２面吸着部を第１面吸着部よりも手首側に後退させた状態を示す斜視図である。図３の状態を示す側面図である。図３の状態から吸着した荷物を引き出した状態を示す斜視図である。図６の状態を示す側面図である。図７の状態から第２面吸着部を前進させた状態を示す側面図である。図８の状態を示す斜視図である。図８の状態から第２面吸着部を第２面に近接させた状態を示す側面図である。図２のグリッパの変形例であって本発明の一実施形態に係るグリッパを示す平面図である。図１１のグリッパの斜視図である。本発明の参考実施形態に係るグリッパを示す斜視図である。図１３のグリッパの一対の把持片を近接させる方向に移動させた状態を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係るグリッパ３およびロボットシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１は、図１に示されるように、鉛直な第１面Ａのみを露出させて複数の荷物Ｘを積み重ね状態に収容する棚あるいはコンテナＹの近傍に配置された多関節型のロボット２と、該ロボット２の手首先端に固定されたグリッパ３と、センサ４と、センサ４による検出結果に基づいてロボット２およびグリッパ３を制御する制御部５とを備えている。

多関節型のロボット２は、手首に固定されたグリッパ３を移動させて動作範囲内の任意の位置に配置するようになっている。
本発明の参考実施形態に係るグリッパ３は、図２に示されるように、ロボット２の手首先端面に取り付けられるベース６と、該ベース６に固定され、手首先端面と平行な面内に配列された複数の吸着パッド７を備え手首先端面に直交する第１の吸着方向に荷物Ｘの第１面Ａを吸着可能である第１面吸着部８と、第１の吸着方向に沿う平面内に配列された複数の吸着パッド９を備え、第１の吸着方向に直交する第２の吸着方向に荷物Ｘの第２面Ｂを吸着可能である第２面吸着部（第２面支持部）１０と、該第２面吸着部１０をベース６に対して第１の吸着方向におよび第２の吸着方向に移動させる移動機構１１とを備えている。

移動機構１１は、図３に示されるように、ベース６に固定されたガイドレール１２に沿ってスライダ１３を第１の吸着方向に直線移動させる第１アクチュエータ（移動機構）と、該スライダ１３に搭載され、第２面吸着部１０を第２の吸着方向に直線移動させる第２アクチュエータとを備えている。第１アクチュエータおよび第２アクチュエータとしてはモータあるいはエアシリンダ等の任意のアクチュエータを採用できる。図３ではスライダ１３とアクチュエータとを一体的に表示している。

第１アクチュエータは、スライダ１３を第１の吸着方向に移動させることにより、図４に示されるように、スライダ１３に搭載された第２面吸着部１０を第１面吸着部８よりも手首側に後退した位置と、図２に示されるように、第１面吸着部８よりも前方に前進した位置との間で並進移動させることができるようになっている。
第２アクチュエータは、スライダ１３を最も前進させた位置で作動させられることにより、第２面吸着部１０を第２の吸着方向に微小移動させることができるようになっている。

センサ４は、ロボット２あるいはグリッパ３のベース６あるいはロボット２の外部のいずれかに取り付けられたカメラであり、搬送したい荷物Ｘの画像を取得するとともに、取得された画像に基づいて、搬送すべき荷物Ｘの第１面Ａの位置および第１面Ａに直交する第２面Ｂの位置を検出するようになっている。センサ４としては、２次元画像または３次元画像を取得するものの他、距離を測定するセンサを採用してもよい。

制御部５は、センサ４により検出された第１面Ａの位置に基づいて、ロボット２を作動させ、手首先端面に取り付けたグリッパ３の第１面吸着部８を、搬送したい荷物Ｘの第１面Ａを吸着することができる所定位置に近接させるようになっている。また、制御部５は、ロボット２により所定位置まで移動させられたグリッパ３の、第１面吸着部８、第１アクチュエータ、第２アクチュエータおよび第２面吸着部１０を順次作動させるようになっている。

具体的には、制御部５は、まず、図４に示されるように、第１アクチュエータによって第２面吸着部１０を第１面吸着部８よりも手首側に後退させ、図５から図１０に示されるように、センサ４により検出された荷物Ｘの第２面Ｂの位置に、第１面吸着部８の上面を略一致させ、かつ、第１面吸着部８の全ての吸着パッド７が第１面Ａに接触あるいは微小間隔をあけて近接する位置にグリッパ３を配置するようにロボット２を作動させるようになっている。

次いで、制御部５は、図５に示されるように、第１面吸着部８を作動させることにより、全ての吸着パッド７によって荷物Ｘの第１面Ａを吸着させるようになっている。
この状態で、制御部５は、第１面吸着部８により荷物Ｘの第１面Ａを吸着したままの状態で、ロボット２を作動させて、図６および図７に示されるように、グリッパ３を第１の吸着方向に沿って後退する方向に直線移動させるようになっている。

さらに、制御部５は、グリッパ３を後退させた位置で、第１アクチュエータを作動させ、図８および図９に示されるように、第２面吸着部１０を第１面吸着部８よりも前方に前進させるようになっている。
そして、制御部５は、第２面吸着部１０が前進位置まで前進した後に、図１０に示されるように、第２アクチュエータを作動させて第２面吸着部１０を第２の吸着方向に沿って移動させ、第２面吸着部１０を作動させるようになっている。

このように構成された本実施形態に係るグリッパ３およびロボットシステム１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１を用いて、棚やトラックのコンテナＹ等に手前側の第１面Ａのみを露出させて多数積み重ね状態に収容されている箱詰めの荷物Ｘを搬送するには、センサ４により、搬送する荷物Ｘの第１面Ａおよび第２面Ｂの位置を検出する。

制御部５が、グリッパ３の第１アクチュエータを作動させて、第２面吸着部１０を第１面吸着部８の前面より後退させた状態で、図３および図５に示されるように、センサ４による検出結果に基づいてロボット２を作動させ、手首先端面に取り付けられているグリッパ３を、搬送する荷物Ｘに近接させる。そして、グリッパ３の第１面吸着部８に備えられた吸着パッド７が荷物Ｘの第１面Ａの所定位置を吸着し得る位置に位置決めされた状態で、制御部５が第１面吸着部８を作動させて、荷物Ｘの第１面Ａを吸着する。

次に、制御部５は、グリッパ３によって第１面Ａが吸着された状態を維持したままロボット２を作動させ、図６および図７に示されるように、グリッパ３全体を第１の吸着方向に沿って直線状に所定距離だけ後退させる。これにより、搬送しようとする荷物Ｘがグリッパ３によって手前側に引き出され、第１面Ａに直交する上面（第２面Ｂ）が外側に露出する。

この状態で、制御部５は、図８および図９に示されるように、第１アクチュエータを作動させて第２面吸着部１０を第２面Ｂに平行な平面に沿って前進させ、第２面吸着部１０の吸着パッド９を荷物Ｘの第２面Ｂに対向させる。そして、この位置で、制御部５は、図１０に示されるように、第２アクチュエータを作動させて、第２面吸着部１０の吸着パッド９を荷物Ｘの第２面Ｂに近接させ、第２面吸着部１０を作動させて第２面Ｂを吸着する。

これにより、グリッパ３により荷物Ｘの相互に直交する第１面Ａと第２面Ｂとを吸着することができ、荷物Ｘをしっかり把持して搬送することができる。また、第２面吸着部１０を第２面Ｂに平行な平面に沿って移動させることにより、第２面吸着部１０が移動する際の干渉範囲を小さくすることができる。すなわち、第２面吸着部１０が第２面Ｂに直交する方向には移動しないため、第２面Ｂに近接する物体（例えば、天井等）が存在して、該物体と第２面Ｂとの間の空間が狭い場合であっても、第２面吸着部１０によって確実に第２面を吸着し、箱状の荷物Ｘの取り出しを容易に実行することができる。

このように、本実施形態に係るグリッパ３およびロボットシステム１によれば、第２面吸着部１０を、第１面吸着部８の吸着パッド７より後方に引っ込んだ状態に配置できるので、第１面Ａのみが露出している荷物Ｘに対して、第２面吸着部１０が邪魔にならずに第１面吸着部８により第１面Ａを吸着することができる。そして、第１面Ａを吸着した状態の荷物Ｘを第１の吸着方向に後退させて他の荷物Ｘから引き出すことで、第２面Ｂを露出させることができる。

さらに、第１面吸着部８による第１面Ａの吸着後に第２面吸着部１０を第１の吸着方向に直線動作によって前進させて、引き出された第２面Ｂに対向させるので、第２面Ｂの周囲に大きなスペースがなくても第２面Ｂを吸着することができる。

なお、本実施形態においては、側方に開口する棚やコンテナＹに収容された荷物Ｘを取り扱う場合を例示し、第１面Ａとしてロボット２側の鉛直な側面を例示したが、これに限定されるものではなく、上方に開口する容器内に収容された荷物Ｘを取り扱う場合に、第１面Ａとして、上方に露出する上面を吸着することにしてもよい。

また、鉛直な第１面Ａに直交する第２面Ｂとして、第１面Ａに隣接する上面を例示したが、第１面Ａに隣接する下面を支持することにしてもよい。
また、第２面吸着部１０を第２面Ｂに近接させる方向に移動させる第２アクチュエータについては、第１面吸着部８によって第２面吸着部１０の吸着パッド９が第２面Ｂに接触せずかつ吸着可能な位置の第１面Ａを吸着することができれば、設けられていなくてもよい。

また、本実施形態においては第１面Ａに対する第１面吸着部８の位置決めはロボット２の作動によって行うこととしたが、ベース６に第１面吸着部８を前後進させる他のアクチュエータを設け、ロボット２の作動によって大まかな位置決めをした後に、他のアクチュエータを用いて、第１面Ａと吸着パッド７との間隔を最適な位置に位置決めすることにしてもよい。また、箱状の荷物Ｘを第１面吸着部８で吸着した後、手前に引き出す動作をロボット２で行わずに、第１面吸着部８を前後動作させる他のアクチュエータを用いて、箱状の荷物Ｘを手前に引き出してもよい。

また、第１面吸着部８に対して第２面吸着部１０を前進および後退させる第１アクチュエータとしてガイドレール１２上でスライダ１３を直線移動させるものを例示したが、これに代えて、本発明の一実施形態に係るグリッパは、図１１および図１２に示されるように、第２面吸着部１０を、ベース６に対して、第２の吸着方向に平行に延びる軸線回りに第２面Ｂに平行な平面に沿って回転移動させる第１アクチュエータを採用する。これによっても、第１面吸着部８による第１面Ａの吸着の邪魔にならない位置に第２面吸着部１０を配置することができるとともに、必要に応じて少ないスペースで第２面吸着部１０を第２面Ｂに対向させることができる。

本発明の参考実施形態に係るグリッパ３は、第１面Ａに直交する第２面Ｂに接触してこれを支持する第２面支持部として、吸着パッド９により第２面Ｂを吸着する第２面吸着部１０に代えて、図１３および図１４に示されるように、上面ではなく第１面Ａの両側面を第２面Ｂとし、これら２つの第２面Ｂにそれぞれ対向する位置まで第１アクチュエータによって前進させられる一対の把持片１４と、該把持片１４を相互に近接する方向に移動させる把持駆動部１５とを備える。

本実施形態によれば、第１面吸着部８によって第１面Ａを吸着して、荷物Ｘを手前側に引き出すとともに、第１面吸着部８による吸着状態を維持しながら、第１面Ａの両側の平行な２側面を一対の把持片１４によって水平方向に挟むことにより荷物Ｘを挟持し、これによって、荷物Ｘをしっかり把持して搬送することができる。

１ロボットシステム
２ロボット
３グリッパ
４センサ
６ベース
８第１面吸着部
１０第２面吸着部（第２面支持部）
１１移動機構
１４把持片（第２面支持部）
１５把持駆動部（第２面支持部）
Ａ第１面
Ｂ第２面
Ｘ荷物

Claims

ベースと、
該ベースの一端に設けられ、箱状の荷物の第１面を第１の吸着方向に吸着可能である第１面吸着部と、
前記第１面に直交する第２面を吸着可能であり、複数の吸着部材を有する第２面吸着部と、
前記第１面吸着部が前記第１面を吸着した状態で、前記第２面吸着部を前記第１面吸着部の前記第１の吸着方向の先端よりも基端側に後退した位置と、前記第１面吸着部の先端を超えて前進した位置との間で、前記第２面に平行な平面に沿って軸線回りに回転移動可能である移動機構とを備え、
前記軸線が、前記第１面吸着部から離れた前記ベースの他端側に位置し、
前記移動機構が、前記第１の吸着方向に直交する第２の吸着方向に沿って前記第２面吸着部を移動可能であるグリッパ。
前記移動機構は、前記第２面吸着部を前記第２の吸着方向に沿った軸線回りに回転移動可能である請求項１に記載のグリッパ。
箱状の荷物を搬送するロボットシステムであって、
ロボットと、該ロボットに取り付けられるグリッパと、前記ロボットおよび前記グリッパを制御する制御部とを備え、
前記グリッパが、
前記ロボットの手首先端に取り付けられるベースと、
該ベースの一端に設けられ、前記箱状の荷物の第１面を第１の吸着方向に吸着可能である第１面吸着部と、
前記第１面に直交する第２面に吸着可能であり、複数の吸着部材を有する第２面吸着部と、
前記第２面吸着部を前記第１面吸着部の前記第１の吸着方向の先端よりも基端側に後退した位置と、前記第１面吸着部の先端を超えて前進した位置との間で、前記第２面に平行な平面に沿って軸線回りに回転移動可能な移動機構とを備え、
前記軸線が、前記第１面吸着部から離れた前記ベースの他端側に位置し、
前記制御部は、前記第１面吸着部を前記第１面に吸着させ、前記第１面吸着部を前記第１の吸着方向に後退させることによって前記箱状の荷物を引き出した後、前記第２面吸着部を引き出された前記箱状の荷物の前記第２面に対向するように前記後退した位置から前記前進した位置へ回転移動させ、その後、前記第２面吸着部を前記第２面に近接させて該第２面に吸着させるように、前記ロボットおよび前記グリッパを制御するロボットシステム。
前記移動機構は、前記第２面吸着部を前記第１の吸着方向に直交する第２の吸着方向に沿った軸線回りに回転移動可能である請求項３に記載のロボットシステム。
前記移動機構は、前記第２面吸着部を前記第１の吸着方向に直交する第２の吸着方向に沿って移動可能である請求項３に記載のロボットシステム。
前記ロボットにより前記第１面吸着部を前記箱状の荷物の前記第１面に位置決め状態に配置する前に前記第１面および前記第２面の位置を検出するセンサを備える請求項３から請求項５のいずれかに記載のロボットシステム。