JP7311306B2 - ワークを把持する把持装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを把持する把持装置に関する。

製品を製造するときには、ワークを把持装置にて固定して様々な処理を行うことが知られている。例えば、把持装置にて固定したワークに対して、部品を配置したり、塗装を行ったりすることが知られている。または、ロボットを含む装置にてワークを搬送する場合には、ワークを把持する把持装置を作業ツールとしてロボットに取り付けることが知られている。把持装置がワークを把持した状態にてロボットが位置および姿勢を変更することにより、ワークを任意の位置に配置したり、ワークを搬送したりすることができる（例えば、実開平４―１０６１８４号公報）。

把持装置は、互いに対向する部材を近づけたり離したりすることにより、ワークを挟むことができる。ここで、ワークの種類によっては、ワークを挟むのみではワークを安定して把持できない場合がある。従来の技術においては、ワークを挟む２個の部材に加えて、ワークに係合する部材を備える把持装置が知られている。このようなワークを把持する部材を駆動するためには、ラックおよびピニオンを有する機構またはリンク機構を用いることが知られている。部材を駆動する駆動源としては、モータまたはシリンダを用いることが知られている（例えば、実開昭４７－３４７６８号公報および実開昭４９－８６５７４号公報）。

また、様々な部品を駆動するシリンダとしては、２か所の位置にてピストンロッドが停止するシリンダの他に、３か所の位置にてピストンロッドが停止するシリンダが知られている（例えば、特開２００１－３８４３２号公報）。

実開平４－１０６１８４号公報 実開昭４７－３４７６８号公報 実開昭４９－８６５７４号公報 特開２００１－３８４３２号公報

ワークの処理を行う装置によっては、大きさが互いに異なる複数の種類のワークを処理する場合がある。複数の種類のワークを固定する場合には、ワークの大きさに応じて把持装置を交換することができる。この場合には、複数の把持装置が必要になるという問題がある。また、把持装置を交換するための時間が必要になり、作業時間が長くなるという問題がある。または、作業空間が小さい場合には、複数の把持装置を保管する場所が確保できない場合がある。

例えば、ロボット装置において、作業ツールを交換することにより、複数の大きさのワークを搬送することができる。作業ツールは、自動工具交換装置を用いることにより、自動的に交換することができる。しかしながら、複数の作業ツールを予め準備しなければならないという問題がある。また、作業ツールを交換する為の時間が必要になり、作業効率が低下するという問題がある。さらに、作業空間が小さい場合に、作業ツールを置いておく場所が確保できない場合がある。

または、複数の大きさのワークを把持することができる作業ツールを使用することができる。しかしながら、モータ、シリンダ、および作業ルールの構成部材等が大型になるために、作業ツールが重くなるという問題がある。ロボットには、取り付けることができる作業ツールの重量の制限が存在する。小型のロボットでは、大きな作業ツールを操作することができずに、複数の作業ツールを用いる必要が生じる。特に、３か所以上でワークに係合する作業ツールでは、ワークを把持する部材を駆動するためのモータの個数が多くなる。この結果、ワークが軽量であっても作業ツールの重量が大きくなり、小型のロボットでは操作できないという問題があった。

本開示の一態様は、ワークを把持する把持装置である。把持装置は、互いに反対方向に移動することによりワークを挟む第１のアームおよび第２のアームを備える。把持装置は、第１のアームおよび第２のアームが移動する方向に交差する方向に移動し、ワークに係合する第３のアームを備える。把持装置は、第１のアーム、第２のアーム、および第３のアームに接触して、それぞれのアームを移動する回転部材と、回転部材を回転する回転機とを備える。把持装置は、回転部材を第１の位置、第２の位置、および第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に移動するための回転部材移動シリンダを備える。把持装置は、回転機の回転角を検出する位置検出器と、回転機を制御する制御装置とを備える。第１のアームおよび第２のアームは、回転部材が第１の位置に配置されているときに、回転部材の一方の側に第１のアームが接触し、回転部材の他方の側に第２のアームが接触するように配置されている。第３のアームは、回転部材が第２の位置に配置されているときに、回転部材に接触するように配置されている。第１のアーム、第２のアーム、および第３のアームは、回転部材が第３の位置に配置されているときに、回転部材から離れるように配置されている。回転部材は、歯車である。第１のアーム、第２のアーム、および第３のアームのそれぞれのアームは、歯車に係合する複数の歯が形成された棒状部材を有する。制御装置は、回転機の制御に関する情報を記憶する記憶部を含む。位置検出器は、第１の位置および第２の位置のうち一方の位置から第３の位置に移動するときに回転機の回転角を検出する。記憶部は、位置検出器にて検出された回転角を記憶する。制御装置は、回転部材が第３の位置から一方の位置に移動するときに、記憶部に記憶された回転角になるように回転機の回転角を制御する。
本開示の他の態様は、ワークを把持する把持装置である。把持装置は、互いに反対方向に移動することによりワークを挟む第１のアームおよび第２のアームを備える。把持装置は、第１のアームおよび第２のアームが移動する方向に交差する方向に移動し、ワークに係合する第３のアームを備える。把持装置は、第１のアーム、第２のアーム、および第３のアームに接触して、それぞれのアームを移動する回転部材と、回転部材を回転する回転機とを備える。把持装置は、回転部材を第１の位置、第２の位置、および第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に移動するための回転部材移動シリンダを備える。把持装置は、回転部材移動シリンダに連結され、回転部材を押圧して回転部材を移動する移動部材を備える。第１のアームおよび第２のアームは、回転部材が第１の位置に配置されているときに、回転部材の一方の側に第１のアームが接触し、回転部材の他方の側に第２のアームが接触するように配置されている。第３のアームは、回転部材が第２の位置に配置されているときに、回転部材に接触するように配置されている。第１のアーム、第２のアーム、および第３のアームは、回転部材が第３の位置に配置されているときに、回転部材から離れるように配置されている。移動部材は、回転部材が第１の位置に配置されているときに、第３のアームを押圧する第１の押圧部と、回転部材が第２の位置に配置されているときに、第１のアームおよび第２のアームを押圧する第２の押圧部とを含む。

本開示の態様によれば、大きさの異なる複数の種類のワークを把持することができる軽量の把持装置を提供することができる。

実施の形態におけるロボット装置の斜視図である。 実施の形態における第１の把持装置としての作業ツールを前側から見た時の斜視図である。 第１の把持装置としての作業ツールを後側から見た時の斜視図である。 実施の形態における歯車移動シリンダの第１の概略断面図である。 歯車移動シリンダの第２の概略断面図である。 歯車移動シリンダの第３の概略断面図である。 実施の形態におけるロボット装置のブロック図である。 歯車が第１の位置に配置されている時の作業ツールの拡大斜視図である。 歯車が第１の位置に配置されている時の移動部材、歯車、および複数のアームの位置関係を説明する斜視図である。 歯車が第２の位置に配置されている時の作業ツールの拡大斜視図である。 歯車が第２の位置に配置されている時の移動部材、歯車、および複数のアームの位置関係を説明する斜視図である。 歯車が第３の位置に配置されている時の作業ツールの拡大斜視図である。 歯車が第３の位置に配置されている時の移動部材、歯車、および複数のアームの位置関係を説明する斜視図である。 ロボット装置が棚からワークを取り出す時の棚およびロボット装置の斜視図である。 ロボット装置が棚からワークを取り出す第１工程を説明するロボット装置およびワークの斜視図である。 ロボット装置が棚からワークを取り出す第２工程を説明するロボット装置およびワークの斜視図である。 実施の形態における第２の把持装置としての作業ツールの拡大斜視図である。 実施の形態における第３の把持装置の斜視図である。 実施の形態における第３の把持装置の押圧板の断面図である。 大きなワークを把持した時の第３の把持装置の斜視図である。 第３の把持装置の他の状態を示す斜視図である。 小さなワークを把持した時の第３の把持装置の斜視図である。

図１から図２２を参照して、実施の形態における把持装置について説明する。本実施の形態の把持装置は、様々な大きさのワークを把持することができるように形成されている。

図１は、本実施の形態におけるロボット装置の概略図である。ロボット装置５は、作業ツール２と、作業ツール２を移動するロボット１とを備える。本実施の形態の第１の把持装置は、ロボット１の作業ツール２である。作業ツール２は、ロボット１に連結されている。ロボット装置５は、作業ツール２がワークを把持した状態にて、ロボット１が位置および姿勢を変更することによりワークを搬送する。

本実施の形態のロボット１は、複数の関節部を含む多関節ロボットである。ロボット１は、ベース部１４と、ベース部１４に支持された旋回ベース１３とを含む。ベース部１４は、設置面に固定されている。旋回ベース１３は、ベース部１４に対して回転するように形成されている。ロボット１は、上部アーム１１および下部アーム１２を含む。下部アーム１２は、関節部を介して旋回ベース１３に回動可能に支持されている。上部アーム１１は、関節部を介して回動可能に下部アーム１２に支持されている。また、上部アーム１１は、上部アーム１１の延びる方向に平行な回転軸の周りに回転する。

ロボット１は、上部アーム１１の端部に連結されているリスト１５を含む。リスト１５は、関節部を介して回動可能に上部アーム１１に支持されている。リスト１５は、回転可能に形成されているフランジ１６を含む。作業ツール２は、フランジ１６に固定されている。本実施の形態のロボット１は、６個の駆動軸を有するが、この形態に限られない。作業ツール２の位置および向きを変更することができる任意のロボットを採用することができる。

本実施の形態におけるロボット装置５は、作業ツールを自動的に交換可能な自動工具交換装置（ＡＴＣ）を有する。自動工具交換装置は、ロボット１のフランジ１６に取り付けられるロボット側プレート５１と、作業ツール２に取り付けられるツール側プレート５２とを有する。ツール側プレート５２は、ロボット側プレート５１に連結されたり解放されたりするように形成されている。なお、作業ツール２は、自動工具交換装置を介さずに、フランジ１６に固定されていても構わない。

図２に、本実施の形態における作業ツールを前側から見た時の斜視図を示す。図３に、本実施の形態における作業ツールを後側から見た時の斜視図を示す。本実施の形態では、矢印１０４に示すように、ワークが配置される側を前側と称する。作業ツール２は、天板２３と側板２２とを含む枠体２１を備える。天板２３には、自動工具交換装置のツール側プレート５２が固定されている。側板２２は、天板２３を支持すると共に、第１のアーム６５および第２のアーム６６を支持する。枠体２１は、第３のアーム６７を支持する２個の支持板２４を有する。支持板２４は、側板２２の前側および後側に配置されている。

作業ツール２は、互いに反対方向に移動する第１のアーム６５と第２のアーム６６とを備える。ワークは、第１のアーム６５と第２のアーム６６とに挟まれる。第１のアーム６５は、棒状部材２５と、棒状部材２５の端部に固定された押圧板２７とを有する。第２のアーム６６は、棒状部材２６と、棒状部材２６の端部に固定された押圧板２７とを有する。棒状部材２５および棒状部材２６は、側板２２に形成された穴部２２ａ，２２ｂを挿通している。棒状部材２５および棒状部材２６は、穴部２２ａ，２２ｂに支持されている。

それぞれの押圧板２７は、直線状に延びる溝部２７ａを有する。溝部２７ａは、押圧板２７の前側の端部から後側の端部まで延びるように形成されている。本実施の形態におけるワークは、板状の部材である。溝部２７ａは、ワークの端部が挿入されるように形成されている。

作業ツール２は、第１のアーム６５および第２のアーム６６が移動する方向に交差する方向に移動する第３のアーム６７を有する。本実施の形態においては、第３のアーム６７は、矢印９２に示すように、第１のアーム６５および第２のアーム６６が移動する方向に垂直な方向に移動する。第３のアーム６７は、棒状部材２８と、棒状部材２８の端部に固定された挟持装置３１を含む。

作業ツール２は、第１のアーム６５、第２のアーム６６、および第３のアーム６７に接触して、それぞれのアーム６５，６６，６７を移動する回転部材を備える。本実施の形態においては、回転部材として、歯車３８が配置されている。本実施の形態の歯車３８は、平歯車である。作業ツール２は、歯車３８を回転させる回転機として、歯車駆動モータ３６を備える。回転部材を回転する回転機としては、電動モータに限られず、任意の回転機を採用することができる。例えば、油圧にて駆動する回転機であっても構わない。

歯車駆動モータ３６は、回転力を出力するシャフト３７を有する。シャフト３７には、平面状に形成された切欠き部３７ａが形成されている。歯車３８は、シャフト３７の断面形状に対応する穴部を有する。この穴部に、シャフト３７が挿通されている。シャフト３７に切欠き部３７ａが形成されていることにより、歯車３８がシャフト３７に対して空回りすることを防止できる。

第１のアーム６５および第２のアーム６６は、矢印９１に示す方向に移動する。すなわち、棒状部材２５および棒状部材２６は、軸方向に移動する。棒状部材２５および棒状部材２６は、互いに対向するように配置されている。それぞれの棒状部材２５，２６の歯車３８に向かう表面には、歯車３８に係合する複数の歯が形成されている。本実施の形態では、ラックおよびピニオン機構により第１のアーム６５および第２のアーム６６が移動する。

第３のアーム６７は、棒状部材２８の軸方向に移動する。棒状部材２８は、支持板２４に形成された穴部２４ａを挿通している。棒状部材２８は、前側の支持板２４の穴部２４ａと後側の支持板２４の穴部２４ａにて支持されている。棒状部材２８の歯車３８に向かう側の表面には、歯車３８の歯に係合するように、複数の歯が形成されている。本実施の形態では、ラックおよびピニオン機構で第３のアーム６７が移動する。

第３のアーム６７の挟持装置３１は、ワークを挟持することができるように形成されている。挟持装置３１は、枠体３２を有する。挟持装置３１は、ワークを挟持するための爪部３４ａ，３４ｂを有する。挟持装置３１は、爪部３４ａを矢印９３に示す方向に移動するための爪部駆動シリンダ３３を有する。爪部駆動シリンダ３３は、枠体３２に支持されている。爪部駆動シリンダ３３が駆動することにより、爪部３４ａが爪部３４ｂに向かう方向に移動して、爪部３４ａおよび爪部３４ｂにてワークを挟持することができる。

本実施の形態における歯車３８は、シャフト３７に対して摺動するように形成されている。すなわち、歯車３８は、矢印１０３に示すように、シャフト３７の軸方向に沿って移動する。本実施の形態では、歯車３８は、第１の位置、第２の位置、および第３の位置に移動する。歯車３８は、第１の位置では、第１のアーム６５および第２のアーム６６に係合する。歯車３８は、第２の位置では、第３のアーム６７に係合する。歯車３８は、第３の位置では、全てのアーム６５，６６，６７から離れる。

作業ツール２は、歯車３８を第１の位置、第２の位置、および第３の位置に移動するための回転部材移動シリンダとして、歯車移動シリンダ３９を有する。作業ツール２は、歯車移動シリンダ３９に連結された移動部材６１を有する。歯車移動シリンダ３９が駆動することにより、移動部材６１は、矢印１０３に示すように、シャフト３７の軸方向に沿って移動する。移動部材６１は、歯車３８を押圧することにより、歯車３８を第１の位置、第２の位置、および第３の位置に移動する。

図４に、本実施の形態における歯車移動シリンダの第１の概略断面図を示す。本実施の形態における歯車移動シリンダ３９は、３ポジションシリンダである。歯車移動シリンダ３９は、移動部材６１に固定される第１のスライド部材７１が、３か所の位置において停止するように形成されている。

歯車移動シリンダ３９は、筐体７０と、筐体７０の内部の空間に配置されている第１のスライド部材７１とを有する。第１のスライド部材７１は、第１のピストン７１ａと、第１のピストンロッド７１ｂと、第１のピストンロッド７１ｂの先端に配置されたフランジ７１ｃとを有する。第１のスライド部材７１の内部には、空間が形成されている。

歯車移動シリンダ３９は、第１のスライド部材７１と同軸状に移動する第２のスライド部材７２を有する。第２のスライド部材７２は、第２のピストン７２ａと、第２のピストンロッド７２ｂとを有する。第２のスライド部材７２の内部には、空気供給管７７が挿通している。第１のスライド部材７１と筐体７０とが接触する部分には、密閉部材７９が配置されている。また、第２のスライド部材７２と筐体７０とが接触する部分、および、第２のスライド部材７２と空気供給管７７とが接触する部分には、密閉部材７９が配置されている。

筐体７０の内側の表面と、第１のスライド部材７１の外側の表面との間には、空気室７４が形成されている。第１のスライド部材７１の内部には、空気室７５が形成されている。更に、第２のスライド部材７２の第２のピストン７２ａと、筐体７０の内面とに囲まれる空間により、空気室７６が形成されている。

図４は、歯車３８が第１の位置に配置されている時の歯車移動シリンダ３９を示す。矢印９４に示すように、空気室７４に加圧された空気が供給される。空気室７５，７６には、加圧された空気は供給されていない。第１のスライド部材７１は、筐体７０の内部に引き込まれている。

図５に、本実施の形態における歯車移動シリンダの第２の概略断面図を示す。図６に、本実施の形態における歯車移動シリンダの第３の概略断面図を示す。図５は、歯車３８が第３の位置に配置されている時の歯車移動シリンダ３９を示す。図６は、歯車３８が第２の位置に配置されている時の歯車移動シリンダ３９を示す。図５を参照して、第１のスライド部材７１は、中間の位置に配置されている。矢印９４，９５に示すように、空気室７４および空気室７５に、加圧された空気が供給される。第１のスライド部材７１は、空気室７５の空気の圧力により、図４に示す位置よりも飛び出した位置に配置される。

図６を参照して、第１のスライド部材７１は、最も飛び出した位置に配置されている。矢印９４，９５，９６に示すように、空気室７４，７５，７６に加圧された空気が供給される。第２のスライド部材７２は、空気室７６の空気の圧力により外側に向かって移動する。このように、本実施の形態における歯車移動シリンダ３９は、３か所の位置にて第１のスライド部材７１が停止して、その位置を維持することができるように形成されている。

図７に、本実施の形態におけるロボット装置のブロック図を示す。図１、図２および図７を参照して、ロボット１は、ロボット１の位置および姿勢を変化させるロボット駆動装置を含む。ロボット駆動装置は、アームおよびリスト等の構成部材を駆動する複数のロボット駆動モータ１７を含む。ロボット駆動モータ１７は、複数の構成部材ごとに配置されている。ロボット駆動モータ１７が駆動することにより、それぞれの構成部材の向きが変化する。

ロボット装置５は、ロボット１および作業ツール２を制御するロボット制御装置４を備える。ロボット制御装置４は、プロセッサとしてのＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する演算処理装置（コンピュータ）を含む。演算処理装置は、ＣＰＵにバスを介して接続されたＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する。ロボット制御装置４には、ロボット１および作業ツール２の制御を行うために、動作プログラム４１が入力される。または、ロボット制御装置４は、作業者による教示操作により動作プログラム４１を生成する。ロボット制御装置４は、ロボット装置５の制御に関する情報を記憶する記憶部４２を含む。動作プログラム４１は、記憶部４２に記憶される。本実施の形態のロボット装置５は、動作プログラム４１に基づいてワークを搬送する。

ロボット制御装置４は、動作指令を送出する動作制御部４３を含む。ＣＰＵは、動作プログラム４１を取得して動作制御部４３として機能する。動作制御部４３は、動作プログラム４１に基づいてロボット１を駆動するための動作指令をロボット駆動部４５に送出する。ロボット駆動部４５は、ロボット駆動モータ１７を駆動する電気回路を含む。ロボット駆動部４５は、動作指令に基づいてロボット駆動モータ１７に電気を供給する。

ロボット１は、ロボット１の位置および姿勢を検出するための状態検出器を含む。本実施の形態における状態検出器は、ロボット駆動モータ１７に取り付けられた位置検出器１８を含む。ロボット制御装置４は、位置検出器１８の出力に基づいて、ロボット１の位置および姿勢を検出する。

また、動作制御部４３は、動作プログラム４１に基づいて作業ツール２を駆動する動作指令を作業ツール駆動部４４に送出する。作業ツール駆動部４４は、作業ツール２の駆動装置を駆動する電気回路および空気圧回路を含む。作業ツール駆動部４４は、動作指令に基づいて歯車駆動モータ３６に電気を供給する。また、作業ツール駆動部４４は、動作指令に基づいて爪部駆動シリンダ３３および歯車移動シリンダ３９に加圧された空気を供給する。

次に、本実施の形態の作業ツールの機能およびロボット装置の機能について詳細に説明する。図８に、歯車が第１の位置に配置されている時の作業ツールの拡大斜視図を示す。図９に、歯車が第１の位置に配置されている時の移動部材、歯車、および複数のアームの斜視図を示す。図９では、説明のために、枠体２１のうち側板２２および支持板２４を省略している。図８および図９を参照して、本実施の形態における移動部材６１は、歯車３８と係合する係合部６１ａを有する。係合部６１ａは、断面形状がＵ字形に形成されている。本実施の形態の係合部６１ａは、歯車３８を挟む形状を有する。

移動部材６１は、係合部６１ａと共に移動する第１の押圧部６１ｂを有する。第１の押圧部６１ｂは、第３のアーム６７の棒状部材２８に向かって延びている。第１の押圧部６１ｂは、係合部６１ａの端部に接続されている。第１の押圧部６１ｂは、断面形状がＬ字形の先端部を有する。第１の押圧部６１ｂは、後述するように、第３のアーム６７の棒状部材２８を押圧して制動する。

移動部材６１は、係合部６１ａと共に移動する第２の押圧部６１ｃを有する。第２の押圧部６１ｃは、係合部６１ａの端部に接続されている。第２の押圧部６１ｃは、板状に形成されている。第２の押圧部６１ｃは、後述するように、第１のアーム６５の棒状部材２５および第２のアーム６６の棒状部材２６を押圧して制動する。第２の押圧部６１ｃは、歯車移動シリンダ３９のフランジ７１ｃに連結されている。本実施の形態では、係合部６１ａ、第１の押圧部６１ｂ、および第２の押圧部６１ｃは、一体的に形成されている。

図８および図９に示す例においては、歯車移動シリンダ３９の第１のスライド部材７１が最も引き込まれた位置に配置されている（図４を参照）。移動部材６１および歯車３８は、矢印９７に示す方向に移動している。歯車駆動モータ３６のシャフト３７は、係合部６１ａの穴部６１ｄに挿通している。

歯車３８は、第１の位置に配置されている時に、第１のアーム６５および第２のアーム６６に係合する。第１のアーム６５の棒状部材２５は、歯車３８の一方の側に接触する。また、第２のアーム６６の棒状部材２６は、歯車３８の他方の側に接触する。歯車３８は、棒状部材２５，２６に形成された歯と噛み合う。歯車駆動モータ３６が駆動することにより、第１のアーム６５および第２のアーム６６は、互いに反対方向に移動する。シャフト３７が一方の方向に回転することにより、第１のアーム６５の押圧板２７と、第２のアーム６６の押圧板２７とは互いに近づく向きに移動する。また、シャフト３７が他方の方向に回転することにより、第１のアーム６５の押圧板２７と、第２のアーム６６の押圧板２７は互いに離れる向きに移動する。このように、歯車駆動モータ３６が駆動することにより、互いに対向する２枚の押圧板２７にて、ワークを挟んだり解放したりすることができる。

ところで、歯車３８が第１の位置に配置されているときに、第１の押圧部６１ｂは第３のアーム６７の棒状部材２８の表面を押圧する。歯車３８が第１の位置に配置されるときには、移動部材６１は、矢印９７に示す向きに移動する。この時に、第１の押圧部６１ｂは、棒状部材２８の下面を押圧する。この構成を採用することにより、第３のアーム６７の移動が阻止される。本実施の形態の作業ツール２は、第１のアーム６５および第２のアーム６６が移動する時に、第３のアーム６７にブレーキがかかるように形成されている。

図１０に、歯車が第２の位置に配置されている時の作業ツールの拡大斜視図を示す。図１１に、歯車が第２の位置に配置されている時の歯車、移動部材、および複数のアームの斜視図を示す。図１０および図１１を参照して、歯車移動シリンダ３９が駆動して、矢印９８に示すように移動部材６１が移動する。歯車移動シリンダ３９の第１のスライド部材７１は、最も飛び出した位置に配置される（図６を参照）。歯車駆動モータ３６のシャフト３７は、第２の押圧部６１ｃに形成された穴部６１ｅを挿通する。

歯車３８は、移動部材６１の係合部６１ａに押圧されて第２の位置まで移動する。歯車３８は、第１のアーム６５との係合および第２のアーム６６との係合が解除される。歯車３８は、第３のアーム６７の棒状部材２８と係合する。歯車３８の歯は、棒状部材２８の歯と噛み合う。

歯車３８が第２の位置に配置されているときに、歯車駆動モータ３６が駆動することにより、第３のアーム６７は、矢印９２に示す方向に移動する。一方で、移動部材６１が矢印９８に示す方向に移動すると、第２の押圧部６１ｃは、第１のアーム６５の棒状部材２５の上面と、第２のアーム６６の棒状部材２６の上面とを押圧する。このために、第１のアーム６５と第２のアーム６６が制動される。このように、作業ツール２は、第３のアーム６７が移動する時に、第１のアーム６５と第２のアーム６６にブレーキがかかるように形成されている。

図１２に、歯車が第３の位置に配置された時の作業ツールの拡大斜視図を示す。図１３に、歯車が第３の位置に配置された時の移動部材、歯車および複数のアームの斜視図を示す。歯車移動シリンダ３９の第１のスライド部材７１は、中間の位置に配置される（図５を参照）。図１２および図１３を参照して、歯車移動シリンダ３９が駆動することにより、歯車３８は第３の位置に配置される。第３の位置は、第１の位置と第２の位置との間の中間位置である。

歯車３８が第３の位置に配置された時に、歯車３８は、全ての棒状部材２５，２６，２８との係合が解除される。すなわち、歯車３８は、全てのアーム６５，６６，６７から離れる。また、第１の押圧部６１ｂは棒状部材２８から離れ、第２の押圧部６１ｃは棒状部材２５，２６から離れる。このために、それぞれのアーム６５，６６，６７は、自由に移動できる状態になる。

次に、本実施の形態におけるロボット装置の作業について説明する。図１４に、本実施の形態におけるワークが保管されている棚およびロボット装置の斜視図を示す。本実施の形態のロボット装置５は、ワーク８９が保管されている棚８１からワーク８９を取り出して他の位置に移動する作業を実施する。

本実施の形態のワーク８９は板状に形成された基板である。棚８１は、互いに対向する側板８２を有する。側板８２の内側の表面には、水平方向に延びる溝部８２ａが形成されている。溝部８２ａは、側板８２の端部まで到達するように形成されている。一方の側板８２の溝部８２ａと、他方の側板８２の溝部８２ａは、互いに対向する位置に形成されている。ワーク８９の両側の端部を溝部８２ａに挿入することにより、ワーク８９が支持される。本実施の形態の作業ツール２は、溝部８２ａに支持されたワーク８９を挟持して引き出す操作を実施する。

図１５に、作業の第１工程を説明するロボット装置の斜視図を示す。図７、図１４、および図１５を参照して、動作制御部４３は、歯車移動シリンダ３９を駆動することにより、歯車３８を第１の位置に配置する。歯車３８は、第１のアーム６５および第２のアーム６６に係合する。第３のアーム６７は、制動される。動作制御部４３は、歯車駆動モータ３６を駆動して、矢印９９に示すように、第１のアーム６５と第２のアーム６６とを移動する。動作制御部４３は、第１のアーム６５の押圧板２７と第２のアーム６６の押圧板２７との間隔を、ワーク８９の長手方向の長さに対応するように調整する。

動作制御部４３は、押圧板２７に形成された溝部２７ａと、棚８１の側板８２に形成された溝部８２ａとが同一線状になるように、ロボット１の位置および姿勢を変更する。次に、動作制御部４３は、歯車移動シリンダ３９を駆動して、歯車３８を第２の位置に移動する。歯車３８は、第３のアーム６７に係合する。第１のアーム６５および第２のアーム６６は、制動される。動作制御部４３は、歯車駆動モータ３６を駆動することにより、第３のアーム６７をワーク８９に向けて移動する。動作制御部４３は、挟持装置３１にてワーク８９を挟持できる位置まで第３のアーム６７を移動する。

次に、動作制御部４３は、爪部駆動シリンダ３３を駆動することにより、矢印１０１に示すように、爪部３４ａを爪部３４ｂに向かって移動する。ワーク８９は、爪部３４ａおよび爪部３４ｂに挟持される。次に、動作制御部４３は、歯車駆動モータ３６を駆動することにより、矢印１００に示すように、第３のアーム６７を引き込む動作を実施する。ワーク８９は、棚８１の溝部８２ａからアーム６５，６６の押圧板２７の溝部２７ａに移動する。

図１６に、作業の第２行程を説明するロボット装置の斜視図を示す。図１６は、ワークの把持が完了した状態を示している。動作制御部４３は、予め定められた位置まで、第３のアーム６７を移動する。そして、動作制御部４３は、歯車駆動モータ３６のシャフト３７の回転を停止する。動作制御部４３は、第３のアーム６７の位置を維持するように、歯車駆動モータ３６の励磁を継続する。このように、作業ツール２は、ワーク８９を把持することができる。

次に、動作制御部４３は、ロボット１の位置および姿勢を変更することにより、ワーク８９を所望の位置に搬送する。そして、ワーク８９を解放する時には、例えば、動作制御部４３は、第３のアーム６７を飛び出す方向に移動する。ワーク８９は、第１のアーム６５および第２のアーム６６との係合が解除される。この後に、動作制御部４３は、挟持装置３１の爪部３４ａを移動することにより、ワーク８９を解放することができる。

なお、上記の実施の形態においては、第１のアーム６５の押圧板２７と第２のアーム６６の押圧板２７との間隔を調整した後に、第３のアーム６７にてワーク８９を引き込む動作を実施しているが、この形態に限られない。それぞれのアームは、任意の順序にて移動することができる。例えば、第３のアームにてワークを棚から僅かに引き出した後に、第１のアームおよび第２のアームにてワークを挟持しても構わない。

また、本実施の形態の作業ツールは、板状のワークを把持するように形成されているが、この形態に限られない。作業ツールは、任意の形状のワークを把持するように形成することができる。例えば、それぞれのアームの押圧板は、ワークの形状に応じた形状に形成されることができる。更に、挟持装置の爪部は、ワークの挟持する部分の形状に応じた形状に形成することができる。

本実施の形態における作業ツール２では、複数のアーム６５，６６，６７に係合するために、歯車３８が移動可能に形成されている。ワーク８９を両側から挟むアーム６５，６６と、他の方向からワーク８９に係合するアーム６７とを１個の歯車駆動モータ３６にて移動することができる。本実施の形態の作業ツール２では、アームを駆動するための回転機の個数を少なくすることができる。ワークの両側を挟むアームを駆動する第１のモータと、他の方向からワークに係合するアームを駆動する駆動する第２のモータとを配置する必要が無く、１個のモータにて３個のアームを駆動することができる。このために、作業ツールを軽量にすることができる。この結果、小型のロボットにて作業ツール２を操作することができる。

更に、本実施の形態の作業ツール２では、ワーク８９を挟むアーム６５，６６と、ワーク８９を把持するアーム６７とを個別に移動することができる。このために、作業ツール２は、様々な大きさのワークを把持することができる。このように、本実施の形態の作業ツールは、軽量であると共に、様々な大きさのワークを把持することができる。

また、本実施の形態においては、回転部材が第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に配置されるように形成されている。第３の位置では、回転部材は、全てのアームから離れる。回転部材は、接触するアームが切り替わるときに、一方のアームとの係合が解除された後に、他方のアームと係合される。回転部材が係合するアームを変更する場合に、回転部材が全てのアームから離れる位置を通ることにより、アームの切り替えを滑らかに行うことができる。

図７を参照して、本実施の形態におけるロボット制御装置４は、歯車駆動モータ３６を制御する制御装置として機能する。作業ツール２は、歯車駆動モータ３６の回転角を検出する位置検出器３５を備える。位置検出器３５は、エンコーダ等により構成することができる。ロボット制御装置４の記憶部４２は、歯車駆動モータ３６の制御に関する情報を記憶することができる。ロボット制御装置４は、位置検出器３５の出力に基づいて、作業ツール２のそれぞれのアーム６５，６６，６７の位置を検出することができる。

本実施の形態の位置検出器３５は、歯車駆動モータ３６の回転角を検出しているが、この形態に限られない。位置検出器は、それぞれのアームの位置を検出するための任意の検出器を採用することができる。例えば、リニアスケールを配置することにより、作業ツールのそれぞれのアームの位置を検出しても構わない。

ロボット制御装置４は、歯車駆動モータ３６を制御する信号処理部４６を有する。ＣＰＵは、動作プログラム４１を取得して信号処理部４６として機能する。歯車３８が第１の位置から第２の位置に移動する時には第３の位置を通過する。位置検出器３５は、歯車３８が第１の位置から第３の位置に移動する時に、歯車駆動モータ３６の回転角を検出する。信号処理部４６は、位置検出器３５から回転角を取得して、記憶部４２に記憶する。この後に、歯車移動シリンダ３９は、歯車３８を第１の位置から第２の位置に移動する。

次に、歯車３８を第２の位置から第１の位置に移動する時に、歯車移動シリンダ３９は、歯車３８を第３の位置にて停止する。信号処理部４６は、歯車３８が第１の位置から第２の位置に向かって移動した時の歯車駆動モータ３６の回転角を記憶部４２から取得する。信号処理部４６は、この回転角を動作制御部４３に送出する。動作制御部４３は、信号処理部４６から受信した回転角になるように、歯車駆動モータ３６を制御する。この後に、歯車移動シリンダ３９は、歯車３８を第３の位置から第１の位置に移動する。

上記の制御と同様に、歯車３８が第２の位置から第１の位置に移動するときに、位置検出器３５は、歯車駆動モータ３６の回転角を検出する。記憶部４２は、歯車駆動モータ３６の回転角を記憶する。この後に、歯車移動シリンダ３９は、歯車３８を第２の位置から第１の位置に移動する。

次に、歯車３８を第１の位置から第２の位置に移動する時に、歯車移動シリンダ３９は、歯車３８を第３の位置にて停止する。信号処理部４６は、歯車３８が第２の位置から第１の位置に移動する時の歯車駆動モータ３６の回転角を記憶部４２から取得する。動作制御部４３は、信号処理部４６から受信した回転角になるように、歯車駆動モータ３６の回転角を制御する。次に、歯車移動シリンダ３９は、歯車３８を第３の位置から第２の位置に移動する。

このように、信号処理部４６は、歯車３８がアームから離れる時に、歯車駆動モータ３６の回転角を検出する。そして、歯車３８が再びアームと係合する時に、歯車駆動モータ３６の回転角を、歯車３８がアームから離れる時の回転角に戻す制御を実施する。この制御を実施することにより、歯車３８がアームの棒状部材の元の位置にて係合する。この結果、歯車駆動モータ３６の回転角により、それぞれのアーム６５，６６，６７の位置を検出することができる。また、歯車３８の歯と棒状部材２５，２６，２８の歯とが噛み合わずに、歯車３８が移動しないことを回避できる。歯車３８を、第３の位置から第１の位置または第３の位置から第２の位置に滑らかに移動することができる。

上記の実施の形態においては、それぞれのアームと接触する回転部材は、歯車にて構成されているが、この形態に限られない。例えば、ボールねじ機構を採用することにより、それぞれのアームを移動しても構わない。または、回転部材として、円板を採用することができる。そして、円板の周方向の表面にゴム等の滑り止め部材を貼り付けることができる。回転部材に接触する棒状部材にもゴム等の滑り止め部材を配置することができる。滑り止め部材のゴムとしては、例えば、ウレタンゴムを採用することができる。この構成によっても回転部材がアームの棒状部材に接触して回転することにより、アームを移動することができる。

また、上記の実施の形態においては、移動部材６１は、歯車３８が第１の位置に配置されているときに、第３のアーム６７を押圧する第１の押圧部６１ｂと、歯車３８が第２の位置に配置されているときに、第１のアーム６５および第２のアーム６６を押圧する第２の押圧部６１ｃとを含む。この構成を採用することにより、簡易な構成にて、歯車駆動モータ３６にて移動しないアームを制動することができる。

図１７に、本実施の形態における第２の把持装置としての作業ツールの拡大斜視図を示す。第２の把持装置としての作業ツール６においては、移動部材がアーム６５，６６，６７を制動する機能を有していない。作業ツール６には、アームを制動するためのブレーキ装置が配置されている。作業ツール６の移動部材６１は、係合部６１ａを有するが、第１の押圧部および第２の押圧部は有していない。歯車移動シリンダ３９の第１のスライド部材７１の先端に配置されたフランジ７１ｃは、係合部６１ａに固定されている。

枠体２１の一方の側板２２には、第１のアーム６５および第２のアーム６６を制動する為のブレーキ装置が配置されている。このブレーキ装置は、側板２２に固定されたシリンダ８３と、シリンダ８３のピストンロッドに固定されたブレーキ部材８４とを含む。シリンダ８３が駆動することにより、ブレーキ部材８４は、矢印１０５に示すように、棒状部材２５，２６に向かって移動する。ブレーキ部材８４が棒状部材２５，２６を押圧することにより、第１のアーム６５および第２のアーム６６を制動することができる。

また、枠体２１の他方の側板２２には、第３のアーム６７を制動する為のブレーキ装置が配置されている。このブレーキ装置は、側板２２に固定されたシリンダ８５と、シリンダ８５のピストンロッドに固定されたブレーキ部材８６とを有する。シリンダ８５が駆動することにより、ブレーキ部材８６は、矢印１０６に示すように、棒状部材２８に向かって移動する。ブレーキ部材８６が棒状部材２８を押圧することにより、第３のアーム６７を制動することができる。

このように、それぞれのアーム６５，６６，６７を任意の時期に制動する装置が配置されていても構わない。この構成を採用することにより、それぞれのアームを任意の時期に制動することができる。例えば、歯車３８を移動するときに全てのアーム６５，６６，６７を制動することにより、安定して歯車３８を移動することができる。

図１８に、本実施の形態における第３の把持装置の斜視図を示す。第３の把持装置７は、任意の装置に固定することができる。例えば、作業台の上に固定したりコンベヤに固定したりすることができる。または、工作機械のテーブル等に固定することができる。また、第３の把持装置７は、ワークを把持する必要が有る装置に配置することができる。例えば、レーザーにて刻印をする装置、ワークの表面に被膜を形成するコーティング装置、または基板の表面に部品を配置する装置等に、第３の把持装置７を配置することができる。

把持装置７は、枠体２１を支持する支持部材８８を備える。支持部材８８は、箱の形状を有する。把持装置７には、ロボットに連結するためのツール側プレートは配置されていない。把持装置７は、第１のアーム６５および第２のアーム６６のそれぞれの押圧板２９の形状が作業ツール２，６の押圧板２７の形状と異なる。また、第３のアーム６７において、棒状部材２８の先端には、押圧板３０が配置されている。それぞれの押圧板２９，３０の上部には、ワークを載置することができるように、切欠き部２９ａ，３０ａが形成されている。また、枠体２１の前側に配置された支持板２４の上部には、ワークを載置することができるように、切欠き部２４ｂが形成されている。また、それぞれの押圧板２９には、アームが移動したときに、アームの棒状部材２５，２６が挿通するように貫通部２９ｃが形成されている。

図１９に、第３の把持装置の押圧板の断面図を示す。押圧板２９の切欠き部２９ａは、断面形状がＬ字形に形成されている。押圧板２９の先端部には、内面が傾斜する傾斜部２９ｂが形成されている。ワークを載置するときにワークの位置が僅かにずれていても、傾斜部２９ｂにてワークを切欠き部２９ａの内部に移動させることができる。押圧板３０および支持板２４の先端部は、押圧板２９の先端部と同様の形状を有する。

図１８を参照して、把持装置７は、制御装置８７を備える。制御装置８７は、ＣＰＵおよびＲＡＭ等を有する演算処理装置（コンピュータ）にて構成されている。歯車駆動モータ３６、爪部駆動シリンダ３３、歯車移動シリンダ３９は、制御装置８７に制御されている。また、制御装置８７は、ロボット制御装置４と同様に、信号処理部４６を有する。更に、把持装置７は、歯車駆動モータ３６の回転角を検出する位置検出器３５を有する（図７を参照）。

図２０に、大きなワークを把持した時の第３の把持装置の斜視図を示す。ワーク９０ａは、それぞれの押圧板２９，３０の切欠き部２９ａ，３０ａおよび支持板２４の切欠き部２４ｂに載置される。第１のアーム６５の押圧板２９の切欠き部２９ａと、第２のアーム６６の押圧板２９の切欠き部２９ａとにより、ワーク９０ａを長手方向に挟むことができる。また、第３のアーム６７の押圧板３０の切欠き部３０ａと、支持板２４の切欠き部２４ｂとにより、ワーク９０ａを幅方向に挟むことができる。このように、互いに異なる方向からワーク９０ａを挟むことによりワーク９０ａを把持することができる。

ワーク９０ａを把持する時には、制御装置８７は、押圧板２９の切欠き部２９ａ同士の間隔がワーク９０ａの長手方向の長さに対応するように、第１のアーム６５および第２のアーム６６を移動する。また、制御装置８７は、押圧板３０の切欠き部３０ａと支持板２４の切欠き部２４ｂとの間隔が、ワーク９０ａの幅方向の長さに対応するように、第３のアーム６７を移動する。次に、ロボットまたは作業者等により、ワーク９０ａを切欠き部２９ａ，３０ａ，２４ｂに載置することができる。ワーク９０ａは、切欠き部２９ａ，３０ａ，２４ｂに囲まれる領域に把持される。把持装置７では、互いに異なる２つの方向からワークを挟むことによりワークを把持することができる。

図２１に、本実施の形態における第３の把持装置の他の斜視図を示す。図２２に、小さなワークを把持した時の第３の把持装置の斜視図を示す。図２１および図２２に示す例では、第１のアーム６５の押圧板２９と第２のアーム６６の押圧板２９との間隔が小さくなっている。また、第３のアーム６７の押圧板３０と支持板２４との間隔が小さくなっている。第２のアーム６６の棒状部材２６は、第１のアーム６５の押圧板２９に形成された貫通部２９ｃを貫通している。同様に、第１のアーム６５の棒状部材２５は、第２のアーム６６の押圧板２９に形成された貫通部２９ｃを貫通している。把持装置７は、それぞれのアーム６５，６６，６７の位置を調整することにより、小型のワーク９０ｂを把持することができる。

把持装置７においても、大きさの互いに異なる複数の種類のワーク９０ａ，９０ｂを把持することができる。また、把持装置７は、少ない個数のモータにより複数のアーム６５，６６，６７を移動して、ワーク９０ａ，９０ｂを把持することができる。このために、把持装置７は、重量を小さくすることができる。更に、把持装置７は、ワークの大きさに応じて、予め定められた位置にワークを固定することができる。例えば、ワークの形状が同一の場合には、ワークを常に同一の位置に固定することができる。

その他の構成、作用、および効果については、前述の第１の把持装置および第２の把持装置と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１ ロボット
２，６ 作業ツール
４ ロボット制御装置
７ 把持装置
２５，２６，２８ 棒状部材
３５ 位置検出器
３６ 歯車駆動モータ
３８ 歯車
３９ 歯車移動シリンダ
４２ 記憶部
６１ 移動部材
６１ａ 係合部
６１ｂ 第１の押圧部
６１ｃ 第２の押圧部
６５ 第１のアーム
６６ 第２のアーム
６７ 第３のアーム
８７ 制御装置
８９，９０ａ，９０ｂ ワーク

Claims (2)

1. ワークを把持する把持装置であって、
   互いに反対方向に移動することによりワークを挟む第１のアームおよび第２のアームと、
   第１のアームおよび第２のアームが移動する方向に交差する方向に移動し、ワークに係合する第３のアームと、
   第１のアーム、第２のアーム、および第３のアームに接触して、それぞれのアームを移動する回転部材と、
   前記回転部材を回転する回転機と、
   前記回転部材を第１の位置、第２の位置、および第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に移動するための回転部材移動シリンダと、
   前記回転機の回転角を検出する位置検出器と、
   前記回転機を制御する制御装置と、を備え、
   第１のアームおよび第２のアームは、前記回転部材が第１の位置に配置されているときに、前記回転部材の一方の側に第１のアームが接触し、前記回転部材の他方の側に第２のアームが接触するように配置されており、
   第３のアームは、前記回転部材が第２の位置に配置されているときに、前記回転部材に接触するように配置されており、
   第１のアーム、第２のアーム、および第３のアームは、前記回転部材が第３の位置に配置されているときに、前記回転部材から離れるように配置されており、
   前記回転部材は、歯車であり、
   第１のアーム、第２のアーム、および第３のアームのそれぞれのアームは、歯車に係合する複数の歯が形成された棒状部材を有し、
   前記制御装置は、前記回転機の制御に関する情報を記憶する記憶部を含み、
   前記位置検出器は、前記回転部材が第１の位置および第２の位置のうち一方の位置から第３の位置に移動するときに該一方の位置に配置されているときの前記回転機の回転角を検出し、
   前記記憶部は、前記位置検出器にて検出された回転角を記憶し、
   前記制御装置は、前記回転部材が第３の位置から前記一方の位置に移動するときに、前記記憶部に記憶された回転角になるように前記回転機の回転角を制御する、把持装置。
2. ワークを把持する把持装置であって、
   互いに反対方向に移動することによりワークを挟む第１のアームおよび第２のアームと、
   第１のアームおよび第２のアームが移動する方向に交差する方向に移動し、ワークに係合する第３のアームと、
   第１のアーム、第２のアーム、および第３のアームに接触して、それぞれのアームを移動する回転部材と、
   前記回転部材を回転する回転機と、
   前記回転部材を第１の位置、第２の位置、および第１の位置と第２の位置との間の第３の位置に移動するための回転部材移動シリンダと、
   前記回転部材移動シリンダに連結され、前記回転部材を押圧して前記回転部材を移動する移動部材と、を備え、
   第１のアームおよび第２のアームは、前記回転部材が第１の位置に配置されているときに、前記回転部材の一方の側に第１のアームが接触し、前記回転部材の他方の側に第２のアームが接触するように配置されており、
   第３のアームは、前記回転部材が第２の位置に配置されているときに、前記回転部材に接触するように配置されており、
   第１のアーム、第２のアーム、および第３のアームは、前記回転部材が第３の位置に配置されているときに、前記回転部材から離れるように配置されており、
   前記移動部材は、前記回転部材が第１の位置に配置されているときに、第３のアームを押圧する第１の押圧部と、前記回転部材が第２の位置に配置されているときに、第１のアームおよび第２のアームを押圧する第２の押圧部とを含む、把持装置。

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