JP7256705B2 - ロボットハンドおよびロボット - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットハンドおよびロボットに関するものである。
従来、電子部品をプリント基板に実装する表面実装技術(SMT)において、チップマウンタが使用されている(例えば、特許文献1参照。)。チップマウンタは、電子部品を一定間隔で保持するテープをテープリールから移載ヘッドへテープフィーダによって供給し、移載ヘッドによってテープから電子部品をピックアップし基板に実装する。
また、テープリールを把持するためのロボットハンドが知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特開平11-214889号公報 実開昭63-083290号公報
テープリールが空になる度に、チップマウンタから空のテープリールを取り外し、未使用のテープリールをチップマウンタにセットする必要がある。チップマウンタには、複数のテープリールが狭い間隔を空けて保持されている。したがって、周囲の他のテープリールおよびテープに干渉することなく未使用のテープリールをチップマウンタにセットする作業は煩雑であり、作業者によって手作業で行われている。
本開示の一態様は、相互に対向する一対の円形の側板を有するテープリールを保持するロボットハンドであって、平板状の本体部をそれぞれ有し、相互に対向する一対の前記本体部間に前記テープリールを該テープリールの径方向に受け入れる一対の保持部材と、該一対の保持部材を前記一対の本体部の対向方向に開閉させるアクチュエータと、を備え、前記一対の保持部材が、前記アクチュエータによってリール保持位置とテープ引出位置との間で開閉可能であり、前記リール保持位置は、前記一対の本体部の内面間の距離が前記一対の側板の外面間の距離よりも大きくなる位置であり、前記テープ引出位置は、前記一対の本体部の外面間の距離が前記一対の側板の内面間の距離よりも小さくなる位置であり、前記一対の保持部材の各々が、前記本体部の前記側板側の内面から突出し、前記側板の径方向外側において前記本体部の周縁に沿って延びるレール部と、該レール部に設けられ、前記一対の保持部材が前記テープ引出位置に配置された状態において、前記テープリールに巻かれたテープの幅よりも大きな幅を有し該テープが通過可能な開口部を形成する切欠と、をさらに有する、ロボットハンドである。
一実施形態に係るロボットハンドの全体構成を示す斜視図である。 図1のロボットハンドを他の方向から見た図である。 一対の保持部材の先端部の斜視図である。 図3の一対の保持部材の先端部を他の方向から見た斜視図である。 テープ引出位置に配置された一対の保持部材によるテープの保持動作を説明する図である。 テープ把持位置に配置された一対の保持部材によるテープの把持動作を説明する図である。 ロボットによるテープリールのリールテーブルへの搬送動作を説明する図である。 ロボットによるテープリールのリールテーブルへの載置動作および固定テープの検出動作を説明する図である。 ロボットによる固定テープの把持動作を説明する図である。 ロボットによる固定テープの剥離動作を説明する図である。 ロボットによるテープリールからのテープの引き出し動作を説明する図である。 ロボットによるテープリールからのテープの引き出し動作を説明する図である。 ロボットによるテープリールの保持動作を説明する図である。 ロボットによるテープリールのチップマウンタへのセット動作を説明する図である。 ロボットによるテープの始端部のALFへのセット動作を説明する図である。 ロボットによるテープの始端部のALFへのセット動作を説明する図である。 ロボットによるテープリールからのテープの引き出し動作を説明する図である。 ロボットによるテープの把持動作を説明する図である。
以下に、一実施形態に係るロボットハンド1およびロボット10について図面を参照して説明する。
ロボット10は、図7から図14に示されるように、SMT(表面実装技術)用のテープリールRを保持および搬送するためのものである。ロボット10は、ロボットアーム10aと、ロボットアーム10aの先端に接続されテープリールRを保持するロボットハンド1とを備える。ロボット10は、例えば、6軸の垂直多関節ロボットであり、ロボットアーム10aの関節の動作によってロボットハンド1の位置および姿勢を3次元的に変更することができる。ロボット10は、制御装置(図示略)と接続され、制御装置からの制御指令に従ってロボットアーム10aおよびロボットハンド1が動作する。
テープリールRは、一対の薄く平坦な円板状の側板Sを有する(図8から図13参照。)。一対の側板Sは、相互に間隔を空けて対向し、相互に平行に配置されている。一対の側板S間の中心部には巻芯が設けられ、巻芯に長いテープTが巻き付けられている。テープTは、半導体チップのような電子部品を一定間隔を空けて保持している。テープリールRの中心部には、テープリールRを回転可能に支持するための取付穴Hが設けられている。テープTの始端部には、始端部をテープTの他の部分に固定するための固定テープT’(図10参照。)が貼られている。固定テープT’の一端部は、接着性を有さず、巻かれたテープTから浮いた状態である。
ロボットハンド1は、図1に示されるように、ロボットアーム10aの先端の手首フランジ10bに着脱可能であるオートツールチェンジャ(ATC)2と、ATC2に固定されたベース3と、テープリールRを保持する一対の保持部材41,42と、一対の保持部材41,42を開閉させるアクチュエータ5と、固定テープT’を検出するセンサ6とを備える。
また、ロボットハンド1は、図2に示されるように、固定テープT’を把持する一対の把持爪71,72と、一対の把持爪71,72を開閉させるアクチュエータ8とを備える。
ATC2は、円筒状または円環状の部材であり、中心軸Aに沿う方向に相互に対向するロボット取付面2aおよびツール取付面2bを有する。ロボット取付面2aは、手首フランジ10bと同軸に手首フランジ10bに取り付けられる。ツール取付面2bには、ベース3が固定されている。ベース3は、例えば、中心軸Aに直交する平板状の部材である。
一対の保持部材41,42は、アクチュエータ5を介してベース3に支持されている。一対の保持部材41,42は、相互に対向し、テープリールRを一対の保持部材41,42間にテープリールRの径方向に受け入れる。具体的には、一方の保持部材41は、本体部41aおよびレール部41bを有し、他方の保持部材42は、本体部42aおよびレール部42bを有する。
本体部41a,42aは、側板Sの外面を支持する部分である。本体部41a,42aは、薄い平板状の部材であり、側板Sの外面に沿って配置される。本体部41a,42aは、相互に間隔を空けて対向し相互に平行に配置され、側板S側の内面と側板Sとは反対側に外面とを有する。本体部41a,42aの外面および内面の形状は、側板Sの半径と等しいまたは略等しい半径を有する円の一部分である。本体部41a,42aの円弧とは反対側が、テープリールRが出し入れされる出入口である。出入口から本体部41a,42a間にテープリールRを径方向に出し入れすることができるように、本体部41a,42aの円弧の長さは、側板Sの半径と等しいまたは略等しい半径を有する半円の円弧の長さ以下である。本体部41a,42aの取付穴Hに対応する部分は、切り欠かれている。
本体部41a,42aは、円弧に沿う周方向の一端側である基端側において幅広であり、周方向の他端側である先端側において幅狭になっている。本体部41a,42aの先端部は、先端に向かって漸次幅狭になっていることが好ましい。参照する図面において、本体部41a,42aは、三日月形の一方の尖端部分を切り欠いた形状を有する。アクチュエータ5は、本体部41a,42aの基端部に接続されている。
参照する図面において、本体部41a,42aは、中心軸Aに沿う方向においてベース3に対してATC2とは反対側に配置されている。また、本体部41a,42aは、中心軸Aに平行な平面に沿って配置され、中心軸Aに直交する径方向において、本体部41a,42aの基端が中心軸Aに近い内側に、本体部41a,42aの先端が中心軸Aから遠い外側に配置されている。
レール部41b,42bは、一対の側板Sの外周面を支持する部分である。レール部41bは、本体部41aの内面から本体部42aの内面に向かって突出し、レール部42bは、本体部42aの内面から本体部41aの内面に向かって突出している。レール部41b,42bは、本体部41a,42aの円弧の周縁に沿って円弧の全長にわたって延び、出入口から本体部41a,42a間に挿入されたテープリールRの径方向外側に配置される。
レール部41b,42bは、本体部41a,42aの先端よりもレール部41b,42bの長手方向(円弧の周方向)に沿って突出する突出部分41c,42cをそれぞれ有する。各突出部分41c,42cの外側の角部はR面取りされており、これにより、一対の突出部分41c,42cが相互に接触するまで一対の保持部材41,42が閉じた状態において、一対の突出部分41c,42cは先端に向かって漸次先細になる。
アクチュエータ5は、一対の保持部材41,42を該一対の保持部材41,42の対向方向である開方向および閉方向に移動させることによって、一対の保持部材41,42を開閉させる。開方向は、一対の保持部材41,42が相互に近接する方向であり、閉方向は、一対の保持部材41,42が相互に離間する方向である。アクチュエータ5は、例えば電動アクチュエータであり、制御装置からの制御指令に従って一対の保持部材41,42間の間隔を正確に制御することができる。
一対の保持部材41,42は、アクチュエータ5によってリール保持位置とテープ引出位置(図5参照。)との間で開閉可能である。
リール保持位置は、一対の保持部材41,42間にテープリールRを保持するときの一対の保持部材41,42の位置である。リール保持位置において、本体部41a,42aの内面間の距離は一対の側板Sの外面間の距離よりも大きく、かつ、一対のレール部41b,42b間の隙間は一対の側板Sの外面間の距離よりも小さい。したがって、一対の本体部41a,42a間にテープリールRを径方向に挿入し、テープリールRの外周面を一対のレール部41b,42bによって受け止めることができる。
テープ引出位置は、リール保持位置よりも一対の保持部材41,42が閉じた位置であり、テープリールRからテープTを引き出すときの一対の保持部材41,42の位置である。テープ引出位置において、本体部41a,42aの外面間の距離は一対の側板Sの内面間の距離よりも小さい。したがって、一対の側板S間に一対の本体部41a,42aの先端部および突出部分41c,42cを挿入することができる。
一般に、テープTおよびテープリールRの寸法は、規格によって定められている。本体部41a,42aおよびレール部41b,42bの寸法は、テープTおよびテープリールRの規格に基づいて設計される。例えば、幅8mmのテープTの場合、テープリールRの内面間の幅は11.5mmである。したがって、一例において、テープ引出位置での本体部41a,42aの外面間の距離は、10mmである。
図3から図6に示されるように、レール部41b,42bの先端部には、切欠41d,42dがそれぞれ設けられている。切欠41d,42dは、一対の保持部材41,42がテープ引出位置に配置された状態において、本体部41a,42aの対向方向においてテープTの幅よりも大きな幅を有しテープTが通過可能な開口部43を形成する。
切欠41d,42dの先端側(一側)の内面41e,42eは、レール部41b,42bの長手方向に対して傾斜する斜面である。斜面41e,42eは、基端側から先端側に向かってレール部41b,42bの内側へ傾斜している。切欠41d,42dの基端側(他側)の内面41f,42fも、レール部41b,42bの長手方向に対して斜面41e,42eと同一方向に傾斜する斜面であってもよい。
図5に示されるように、テープ引出位置において、一対のレール部41b,42bは、相互に隙間を空けて配置される。したがって、図6に示されるように、一対の保持部材41,42は、アクチュエータ5によってテープ引出位置からさらに閉じられることにより、開口部43においてテープTをテープTの幅方向に把持することができる。すなわち、図6のテープ把持位置において、開口部43の内面がテープTの両側面と接触しテープTを把持する。
センサ6は、例えば、2次元画像を取得するカメラを備え、2次元画像内の色に基づいて固定テープT’を検出する。参照する図面において、センサ6は、一対の保持部材41,42から保持部材41,42の開閉方向にオフセットした位置に設けられ、一対の保持部材41,42の先端と同一側を向いている。
一対の把持爪71,72は、アクチュエータ8を介してベース3に支持され、相互に対向して配置されている。アクチュエータ8は、例えばエアシリンダである。アクチュエータ8は、一対の把持爪71,72を該一対の把持爪71,72の対向方向に開閉する。一対の把持爪71,72は、開閉方向に直交する方向において一対の側板Sの内面間の距離よりも小さい幅を有し、一対の側板S間に挿入可能である。一対の把持爪71,72は、アクチュエータ8によって閉じられることにより固定テープT’を固定テープT’の厚さ方向に把持する。
参照する図面において、一対の把持爪71,72は、ベース3に対してATC2とは反対側に向かって中心軸Aに沿う方向に延びる一対のシャフト91,92の先端に設けられ、中心軸Aに沿う方向に相互に対向している。アクチュエータ8は、シャフト91,92の少なくとも一方を長手方向に移動させることによって、一対の把持爪71,72を開閉させる。
次に、ロボットハンド1およびロボット10の作用について説明する。
ロボット10は、制御装置からの制御指令に従って、チップマウンタのテープ供給装置20に未使用のテープリールRをセットする作業を実行する。図7に示されるように、ロボット10およびコンテナCが、自動搬送車(AGV)30に載置されている。コンテナCには、未使用のテープリールRが収容されている。AGV30上には、水平なリールテーブル40が固定されている。
テープ供給装置20は、複数個のテープリールRを収容するリールラック21と、テープリールRから実装位置へテープTを供給するテープオートローディングフィーダ(以下、ALFという。)22とを備える。リールラック21内には、多数のテープリールRが狭い間隔を空けて配列している。ALF22は、相互に並列する複数のテープ搬送路を有し、各テープ搬送路は、ALF22の正面側に開口する導入口22a(図15および図16参照。)からチップマウンタ内の実装位置まで延びている。ALF22は、各テープ搬送路に沿ってテープTを各実装位置まで搬送する。チップマウンタは、基板を複数の実装位置に順に搬送し、各実装位置において、テープTから電子部品を取り出し、電子部品を基板の所定位置に実装する。これにより、1つの基板に複数の部品が実装される。
まず、ロボット10は、図7から図10に示されるように、ロボットアーム10aおよびロボットハンド1の動作によって、未使用のテープリールRのテープTから固定テープT’を剥がす作業を実行する。
すなわち、図7に示されるように、コンテナC内の一のテープリールRをリール保持位置の一対の保持部材41,42間に収容し保持する。次に、図8に示されるように、テープリールRをリールテーブル40上に載置し、ロボットハンド1の水平方向の移動によってテープリールRからロボットハンド1を取り外す。
次に、図8に示されるように、センサ6をテープリールRの径方向外側に配置し、センサ6をテープTに対向させながらセンサ6をテープリールRの周方向に沿って移動させることによって、センサ6によって固定テープT’を検出する。次に、図9に示されるように、開いた一対の把持爪71,72を検出された固定テープT’に向かって一対の側板S内に挿入し、図10に示されるように、一対の把持爪71,72を閉じることによって固定テープT’を一対の把持爪71,72によって把持する。次に、一対の把持爪71,72をシャフト91,92回りに回転させることによって、固定テープT’をテープTの始端部から剥離し、剥離された固定テープT’を所定の回収箱(図示略)に捨てる。
次に、ロボット10は、図11から図16に示されるように、ロボットアーム10aおよびロボットハンド1の動作によって、テープリールRをリールテーブル40からテープ供給装置20に搬送し、テープリールRをリールラック21の空の位置にセットする作業を実行する。
すなわち、図11に示されるように、センサ6によって検出された固定テープT’の位置に基づき、テープ引出位置の一対の保持部材41,42の先端部を一対の側板S間に挿入することによって、本体部41a,42aの径方向外側から径方向内側へ開口部43にテープTの始端部を通す。このときに、ロボットハンド1の動作によって開口部43をテープTの始端部に向かってテープTの巻き方向とは逆方向に移動させることで、斜面41e,41f,42e,42fを利用してテープTの始端部をテープリールRの径方向外方向に引き上げテープTの始端部を開口部43に容易に通すことができる。テープTの始端部は、斜面41e,42eに沿って一対の保持部材41,42の先端側に向かって進む。続いて、図12に示されるように、開口部43をテープTの巻き方向とは逆方向にさらに移動させることによって、テープTをテープリールRから引き出す。
次に、図13に示されるように、一対の保持部材41,42をテープ引出位置からリール保持位置に開き、一対の保持部材41,42をテープリールRに向かって水平方向に移動させ、テープTが開口部43を通過した状態のまま、一対の保持部材41,42内にテープリールRを収容し保持する。次、図14に示されるように、一対の保持部材41,42がテープリールRの下端部を収容するように、一対の保持部材41,42およびテープリールRを鉛直方向に配置し、テープリールRをリールラック21の空の位置の近傍に移動させる。次に、ロボットハンド1を前方に向かって移動させ、一対の保持部材41,42内からテープリールRを空の位置へ転がしながら落とすことによって、テープリールRを空の位置へセットする。
次に、一対の保持部材41,42をテープ把持位置に閉じることによって、一対の保持部材41,42の開口部43においてテープTを幅方向に把持する。次に、図15に示されるように、ロボットハンド1をALF22の導入口22aの近傍に移動させ、ロボットハンド1の移動によって導入口22aにテープTを差し込む。次に、図16に示されるように、一対の保持部材41,42を開くことによってテープTを開放する。
このように、ロボットハンド1の一対の保持部材41,42は、薄い平板状の本体部41a,42a間にテープリールRを径方向に受け入れることによってテープリールRを保持する。すなわち、テープリールRよりもわずかに厚い一対の保持部材41,42によってテープリールRを保持および搬送することができる。このような薄型の一対の保持部材41,42によって、周囲の他のテープリールRおよびテープTに干渉することなく未使用のテープリールRをリールラック21にセットすることが可能となり、従来作業者の手作業に頼らざるを得なかったテープリールRのセット作業を、ロボット化することができる。
また、ロボットハンド1に固定テープT’を検出するセンサ6と、固定テープT’を把持する把持爪71,72とを設けることによって、テープリールRの固定テープT’を検出し、固定テープT’を剥離する作業をロボット化することができる。
また、本体部41a,42aの内面に設けられたレール部41b,42bによって、テープリールRの外周面が支持されるので、ロボットハンド1の移動および姿勢の変化に関わらず、テープリールRは、一対の保持部材41,42から落下することなく、一対の保持部材41,42間に安定的に保持される。これにより、テープリールRのハンドリングを高速で行うことができる。
また、平板状の本体部41a,42aは、広い面積でテープリールRの側板Sを軽く支持する。すなわち、一対の保持部材41,42によってテープリールRが保持された状態において、保持部材41,42からテープリールRの各位置に加わる力が小さくて済む。これにより、テープT上の電子部品に力を加えることなく、保持部材41,42によってテープリールRを保持および搬送することができる。
また、テープTの通過および把持が可能な開口部43をレール部41b,42bに設けることによって、テープリールRのハンドリングに加えてテープTのハンドリングも可能になる。これにより、テープTをテープリールRから引き出したりALF22の導入口22aにセットしたりする作業もロボット化することができる。特に、開口部43がレール部41b,42bの先端部に設けられていることによって、一対の保持部材41,42は、幅狭の先端部においてテープTを把持することができる。これにより、狭い空間でのテープTのハンドリングが容易になる。
ALF22がテープスプライシング方式である場合、ロボット10は、図17および図18に示されるように、テープTの終端部をスプライシング装置にセットする作業を実行してもよい。スプライシング方式は、チップマウンタの実装位置に供給中のテープTの終端部に他のテープTの始端部を接続する方式である。この場合、図18に示されるように、一対の保持部材41,42は、アクチュエータ5によって閉じられることにより、レール部41b,42bの先端部間においてテープTを厚さ方向に軽く把持する。
ロボット10は、図17に示されるように、ロボットハンド1の移動によって一対の保持部材41,42に把持されているテープTを引っ張り、リールラック21内のテープリールRから残りのテープTを引き出す。次に、ロボット10は、引き出したテープTの終端部をスプライシング装置の所定位置にセットする。
リールラック21内の複数のテープリールRから引き出されているテープTは、狭い間隔を空けて配列している。本実施形態によれば、一対の保持部材41,42の先端に設けられた細い突出部分41c,42cをテープT間の狭い隙間に容易に挿入し、突出部分41c,42cにおいて目的のテープTを把持することができる。
また、本体部41a,42aが部分円形であるので、本体部41a,42aをその中心回りに回転させることによって、本体部41a,42aを移動させることなく本体部41a,42aの姿勢を変更することができる。したがって、図18に示されるように、同一位置での保持部材41,42の回転によって、周囲のテープTに影響を与えることなく、目的のテープTを突出部分41c,42c間に挿入し把持することができる。
上記実施形態において、固定テープT’を検出するセンサ6がロボットハンド1に設けられていることとしたが、これに代えて、ロボットハンド1とは別体のセンサ6が、リールテーブル40の周囲に配置されていてもよい。
上記実施形態において、本体部41a,42aが、円の一部分の形状を有することとしたが、これに代えて、矩形等の他の形状であってもよい。また、本体部41a,42aの形状に応じて、レール部41b,42bの形状を変更してもよい。
上記実施形態において、開口部43が、レール部41b,42bの先端部に設けられていることとしたが、これに代えて、開口部43が、レール部41b,42bの他の位置に設けられていてもよい。例えば、開口部43が、レール部41b,42bの長手方向の中央部に設けられていてもよい。
1 ロボットハンド
41,42 保持部材
41a,42a 本体部
41b,42b レール部
43 開口部
41c,42c 突出部分
41d,42d 切欠
41e,41f,42e,42f 斜面
5 アクチュエータ
6 センサ
71,72 把持爪
10 ロボット
10a ロボットアーム
10b 手首フランジ
R リール
S 側板

Claims (11)

  1. 相互に対向する一対の円形の側板を有するテープリールを保持するロボットハンドであって、
    平板状の本体部をそれぞれ有し、相互に対向する一対の前記本体部間に前記テープリールを該テープリールの径方向に受け入れる一対の保持部材と、
    該一対の保持部材を前記一対の本体部の対向方向に開閉させるアクチュエータと、を備え、
    前記一対の保持部材が、前記アクチュエータによってリール保持位置とテープ引出位置との間で開閉可能であり、前記リール保持位置は、前記一対の本体部の内面間の距離が前記一対の側板の外面間の距離よりも大きくなる位置であり、前記テープ引出位置は、前記一対の本体部の外面間の距離が前記一対の側板の内面間の距離よりも小さくなる位置であり、
    前記一対の保持部材の各々が、
    前記本体部の前記側板側の内面から突出し、前記側板の径方向外側において前記本体部の周縁に沿って延びるレール部と、
    該レール部に設けられ、前記一対の保持部材が前記テープ引出位置に配置された状態において、前記テープリールに巻かれたテープの幅よりも大きな幅を有し該テープが通過可能な開口部を形成する切欠と、をさらに有する、ロボットハンド。
  2. 前記レール部の長手方向の一側における前記切欠の内面が、前記レール部の長手方向に対して傾斜する斜面である、請求項1に記載のロボットハンド。
  3. 前記一対の保持部材が、前記レール部の長手方向の他側において前記アクチュエータに接続され、
    前記斜面が、前記レール部の前記他側から前記一側に向かって、前記レール部の内側へ傾斜している、請求項2に記載のロボットハンド。
  4. 前記一対の保持部材が、前記アクチュエータによって前記テープ引出位置からさらに閉じられることにより、前記テープを前記開口部において前記テープの幅方向に把持可能である、請求項1から請求項3のいずれかに記載のロボットハンド。
  5. 前記本体部の形状が、前記テープリールの半径と略等しい半径を有する円の一部分であり、
    前記レール部が、前記本体部の円弧に沿って延びる、請求項1から請求項4のいずれかに記載のロボットハンド。
  6. 前記一対の保持部材が、前記アクチュエータによって閉じられることにより、前記テープを一対の前記レール部間に把持可能である、請求項1から請求項5のいずれかに記載のロボットハンド。
  7. 各前記レール部が、前記本体部から前記レール部の長手方向に突出する突出部分を有し、
    前記一対の保持部材が閉じた状態において、一対の前記突出部分の先端部が先端に向かって漸次先細になる、請求項1から請求項6のいずれかに記載のロボットハンド。
  8. 前記開口部が、一対の前記レール部の先端部に設けられている、請求項1から請求項7のいずれかに記載のロボットハンド。
  9. 前記テープの始端部に貼られた固定テープを検出するセンサを備える、請求項1から請求項8のいずれかに記載のロボットハンド。
  10. 前記一対の側板間に挿入可能であり、前記テープの始端部に貼られた固定テープを該固定テープの厚さ方向に把持する一対の把持爪を備える請求項1から請求項9のいずれかに記載のロボットハンド。
  11. ロボットアームと、
    該ロボットアームの先端に接続される、請求項1から請求項10のいずれかに記載のロボットハンドと、を備えるロボット。
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