JPH0223310B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、ばら積みされた部品を１個づつ取
り出して例えば組立ステーシヨンなどの作業ステ
ーシヨンへ部品を供給する部品取り出し装置に関
するものである。

〔従来技術〕

位置と姿勢が定まつていないばら積みの状態で
置かれた部品を１個づつ取り出して所定の位置へ
供給する装置として従来は部品の形状に合つた振
動式の部品供給装置があつた。しかし、この振動
式の部品供給装置は、汎用性がなく部品形状の変
更に適応できず、また振動式であるため大型部
品、破損し易い部品には不適当であると同時に、
騒音が発生するなどの欠点があつた。

〔発明の概要〕

この発明はかかる欠点を改善する目的でなされ
たもので、各々把持部を有する一対の指及び該指
を対向して動作させる駆動部を有するハンドと、
少なくとも先端が該ハンドの把持部先端よりも突
出する接触子を有し、該接触子が部品に直接接触
することにより部品からの反力を方向を検知して
該部品の姿勢と位置を検出する独立構成されて該
ハンドに装備された一対の三分力検出器と、前記
ハンドの位置・姿勢を変える位置決め装置と、前
記三分力検出器からの出力を処理し前記ハンドと
位置決め装置を制御する制御装置とを備え、前記
三分子検出器の検出結果から部品の位置と姿勢に
合わせて部品を取り出すことができる部品取り出
し装置を提供しようとするものである。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す概略構成図
である。

図において、１はハンド、２はハンド１の位置
と姿勢を変えるロボツトの腕などの位置決め装
置、３は取り出される部品、４は部品３が置かれ
ている箱である。

なお、第１図で示したｘ、ｙ、ｚ座標系は、ハ
ンド１の把持方向をｘ軸とし、ハンド１の上・下
方向をｚ軸としｘ軸とｚ軸に直交する軸をｙ軸と
しており、以後の図で示したｘ、ｙ、ｚ座標もこ
れと同様である。

ハンド１は第２図に示すように一対の指５ａ，
５ｂと指５ａ，５ｂを対向して動かす駆動部６か
ら構成している。一対の指５ａ，５ｂは各々杷持
部７ａ，７ｂと把持部７ａ，７ｂより先端が突出
した三分力検出器８ａ，８ｂで構成し、把持部７
ａと三分力検出器８ａは指支持部１７ａに固着さ
れ、把持部７ｂと三分力検出器８ｂは指支持部１
７ｂに固着されている。

第３図に上記した三分力検出器８ａの構成を示
す。図において、９ａは検出ベース、１０ａは検
出ベース９ａに両端で固定された板ばね、１１ａ
は板ばね１０ａの中央に固定され、ｘ，ｙ方向に
それぞれ２個づつ薄肉部を有する接触子すなわち
弾性体である。板ばね１０ａには歪ゲージ１２ａ
が中央を対称に２個貼りつてあり、弾性体１１ａ
にはｘ方向に薄くなつている部分に歪ゲージ１３
ａが２個づつ貼りつけられており、ｙ方向に薄く
なつている部分に歪ゲージ１４ａが２個づつ貼り
つけられている。板ばね１０ａならびに弾性体１
１ａに上記のように歪ゲージ１２ａ〜１４ａを貼
りつけ、後述のように歪ゲージ１２ａ〜１４ａを
ブリツジ回路に結線することによつて、指５ａの
先端すなわち三分力検出器８ａの先端に作用する
力のｚ方向成分を歪ゲージ１２ａ、ｘ方向成分を
歪ゲージ１３ａ、ｙ方向成分を歪ゲージ１４ａに
よつて独立検出できる。もう一方の三分力検出器
８ｂも上記とまつたく同じに構成している。

第４図に駆動部６の構成を示す。図において１
５はベース、１６ａ，１６ｂはベース１５の内側
に対向して取りつけられた一対のスライドユニツ
ト、１７ａ，１７ｂはそれぞれスライドユニツト
１６ａ，１６ｂの可動面に固着された指支持部、
１９は右ネジ３９ａと左ネジ３９ｂの部分を有す
る回転軸、１８ａ，１８ｂはそれぞれ回転軸１９
の右ネジ３９ａ，と左ネジ３９ｂの部分に組み込
まれ、指支持部１７ａ，１７ｂに固着されたナツ
ト、２１はベース１５に固着された回転軸１９を
駆動するモータ、２０はモータ２１の軸と回転軸
１９を連結するカツプリングである。

第５図に制御装置を示す。制御装置２２は三分
力検出器８ａ，８ｂからの出力信号を処理する三
分力検出回路２３と、位置決め装置２を制御する
位置決め装置制御回路２４と、ハンド１のモータ
２１を制御するハンド制御回路２５と、マイクロ
コンピユータ２６からなつている。

三分力検出回路２３は歪ゲージ１２ａ〜１４ｂ
ごとにそれぞれ歪ゲージ出力信号処理回路２７〜
３２を備えている。たとえば、処理回路２７では
２個の歪ゲージ１２ａと２個の固定抵抗３３が構
成されたブリツジ回路がストレインアンプ３４に
よつて印加され、このブリツジの出力信号はスト
レインアンプ３４で増幅され、直流信号として出
力される。他の歪ゲージ出力信号処理回路２８〜
３２も同様に直流信号を出力する。ただし、歪ゲ
ージ出力信号処理回路２７，３０におけるブリツ
ジ回路は歪ゲージ１２ａ，１２ｂが貼りつけられ
てある板ばね１０ａ，１０ｂに作用するｚ方向の
力だけを取り出すために、歪ゲージ１２ａ，１２
ｂのそれぞれ２個が対向するように構成し、歪ゲ
ージ出力信号処理回路２８，２９，３１，３２に
おけるブリツジ回路は弾性体１１ａ，１１ｂに作
用するｘ、ｙ方向の力を取り出すために歪ゲージ
１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂのそれぞれ２個
が隣接するように構成されている。歪ゲージ出力
信号処理回路２７〜３２からの直流信号はそれぞ
れマルチブレクサ３５を介してサンプルホールド
３６に入力され、Ａ／Ｄ変換回路３７でデジタル
信号化された後、マイクロコンピユータ２６に取
り込まれる。

位置決め装置制御回路２４はハンド１の位置と
姿勢を変える位置決め装置２の各軸のアクチエー
タを駆動する複数のアクチエータ駆動回路からな
り、マイクロコンピユータ２６から出力される指
令に従つてアクチエータを駆動する。

ハンド制御回路２５はハンド１のモータ２１を
マイクロコンピユータ２６から出力される指令に
従つて駆動する回路である。

以上のように構成された部品取り出し装置の動
作について、一例として円柱部品を対象として説
明する。最初に基本的な動作をわかりやすくする
ため、ｘ、ｙ平面に対して傾いていない状態で置
かれた円柱部品を取り出す動作について説明す
る。

まず、第６図で指５ａ，５ｂの三分力検出器８
ａ，８ｂと円柱部品３８との接触によつて生ずる
反力と円柱部品３８の姿勢と位置との関係につい
て説明する。第６図ａはハンド１を基準とした
ｘ、ｙ、ｚ座標において、ハンド１をＺ軸上方か
ら円柱部品３８に接触させた場合の三分力検出器
８ａ，８ｂと円柱部分３８を示しており、円柱部
品３８の軸はｙ軸に対して角度θ₂傾いており、接
触点を含み円柱の軸と垂直な平面上すなわちx′−
ｚ平面上で接触点と軸心を結んだ直線とｚ軸のな
す角度がθ₁となつている場合を示している。第６
図ｂとｃはａの接触状態における力の作用状態を
角度θ₁が摩擦角θfより大きい場合について示して
いる。円柱部品３８と接触している三分力検出器
８ａには、接触点での法線方向の反力Ｎと摩擦力
μ｜Ｎ｜の合力Ｆが作用しており、三分力検出器
８ａで検出されるｘ、ｙ、ｚ方向の力Fx，Fy，
Fzは次式で与えられる。

ここで、μは三分力検出器８ａと円柱部品３８
との間の摩擦係数であり、摩擦角θfと摩擦係数μ
はμ＝tanθfの関係にある。したがつて、三分力
検出器８ａに作用する力Fx，Fy，Fzから角度
θ₁，θ₂が次式で得られる。

ただし、上式は角度θ₁が摩擦角θfより大きい場
合だけに成り立つ。

角度θ₁が求められれば、円柱部品３８の軸を原
点にとつたx′−ｚ座標における接触点の位置が円
柱部品３８の半径をγとして次式で求められる。

x′＝γsinθ₁ ｚ＝γcosθ₁ (3) なお角度θ₁が摩擦角θf以下の場合はｘ，ｙ方向
の力は作用せず、Fx，Fy，Fzは次式で与えられ
る。

Fx＝０ Fy＝０ Fz＝｜Ｎ｜cosθ₁＋｜Ｎ｜tanθ₁・sinθ₁ (4) したがつて三分力検出器８ａに作用する力Fx，
Fy，Fzから角度θ₁，θ₂は得られない。

次に上記した部品取り出し装置により部品を取
り出す動作を説明する。

位置決め装置２によりハンド１をxy平面に垂
直な状態で、箱４の領域内の上方の任意の位置に
位置決めする。次いで、円柱部品３８の直径より
短い距離に指５ａ，５ｂの間隔を設定した後、三
分力検出器８ａ，８ｂからの出力xa，ya，za，
xb，yb，zbをマイクロコンピユータ２６で監視
しながら上方よりハンド１を位置決め装置２で下
降させる。指５ａ，５ｂのいずれかが円柱部品３
８に接触し、三分力検出器８ａ，８ｂからの出力
xa，ya，za，xb，yb，zbのいずれかが所定の値
以上になつたところで、ハンド１の下降を停止す
る。たとえば、指５ａが円柱部品３８に接触した
とする。指５ａに作用するｘ，ｙ方向の力がとも
に零であれば、指５ａの先端が箱４の外に出るま
でハンド１を上昇する。次いで、円柱部品３８の
半径をγ、円柱部品３８と指５ａの摩擦角をθfと
すると、２γsinθfだけxy平面の任意の方向へハン
ド１を移動し、ハンド１を下降させてｘ、ｙ方向
のいずれかの力が零にならない位置で接触させ
る。

指５ａに作用するｘ，ｙ方向のいずれかの力が
零でなければ前記の式２，３から円柱部品３８の
位置と姿勢をマイクロコンピユータ２６で演算
し、指５ａの先端が箱４の外に出るまでハンド１
を上昇した後、円柱部品３８の位置と姿勢に合わ
せて、xy平面でのハンド１の位置と姿勢を円柱
の曲面部分を把持するように補正する。次いで、
円柱部品３８の直径より大きく、円柱部品３８を
つかめる間隔に指を開き、ハンド１を下降しｚ方
向の位置を補正して指５ａ，５ｂを閉じる把持動
作に移る。指５ａ，５ｂの把持部７ａ，７ｂより
突出している三分力検出器８ａ，８ｂがたわん
で、把持部７ａ，７ｂに円柱部品３８が接触する
まで指５ａ，５ｂを閉じて把持動作が完了する。
次いで、円柱部品３８を把持した状態で、位置決
め装置２により所定の位置にハンドリングする。
もし、ハンドリング中に三分力検出器８ａ，８ｂ
のｘ方向の出力xa，xbがほぼ零となつていれば、
把持ミスあるいはハンドリング動作時に円柱部品
３８が落下したとして、再び最初の接触動作から
やりなおす。以上の動作を順次行なつて円柱部品
３８を１個づつ取り出す。

次に三次元空間中に任意の姿勢で箱の中に置か
れた円柱部品の取り出し動作について説明する。
把持動作、ハンドリング動作などは前記の動作と
ほぼ同様であるから、接触動作より円柱部品３８
の軸方向ならびに接触点の位置を得る方法を重点
に説明する。

ハンド１を箱４の中で下降すると、複数の円柱
部品３８のいずれかに指５ａ，５ｂが接触する。
指５ａが円柱部品３８に接触したとすると、指５
ａと円柱部品３８が最初に接触する状態としては
円柱部品３８の曲面上に指５ａが接触する場合
と、円柱部品３８の平面上に指５ａが接触する場
合の二つの状態がある。この二つの状態の判別
は、最初の接触点の近傍へ指５ａを接触させるこ
とで出来る。すなわち最初の接触動作で得られた
力の方向と２回目の接触動作で得られた力の方向
が同じであれば平面上に接触した状態であり、最
初を２回目の接触動作で得られる力の方向が違つ
ていれば曲面上に接触した状態である。

まず、指５ａが円柱部品３８の曲面上に接触し
た場合について、ハンド１を基準にとつたｘ、
ｙ、ｚ座標系で円柱部品３８を示した第７図ａ，
ｂで説明する。円柱部品３８の軸方向単位ベクト
ルを ｂ→＝bxｉ→＋byｊ→＋bzｋ→ (5) 指５ａの最初と２回目の接触点での法線ペクトル
を各々 とすると、円柱部品３８の軸方向単位ベクトルｂ→
と接触点での法線ベクトルa₁，a₂は直交するか
ら、次式が得られる。

a₁x・bx＋a₁y・by＋a₁z・bz＝０ a₂x・bx＋a₂y・by＋a₂z・bz＝０ (7) またｂ→は単位ベクトルであるからｂ→のｘ、ｙ、ｚ
成分bx，by，bzは次式で与えられる。

ただし、式(8)は a₁z＝０、a₂z＝０、a₂z・a₁y≠a₁z・a₂y ｝(9) が全て成立たない場合に成立つ。

一方、ｚ方向から法線方向ベクトルａ→₁，ａ→₂の
点に接触させたときに指５ａに作用する力は、法
線ベクトルａ→₁の点に接触している場合では次式
で与えられる。

上式から角度α₁，β₁は次式で得られる。

法線ベクトルａ→₁の各成分は角度α₁，β₁を用い
て表わすと a₁x＝sinα₁・cosβ₁ a₁y＝sinα₁・sinβ₁ a₁z＝cosα₁ （12） であるから、指５ａに作用する力から接触点の法
線ベクトルが得られる。従つて２回の接触動作に
よつて得られた２つの法線ベクトルから式(8)を用
いて円柱部品３８の軸方向単位ベクトルが得られ
る。

ところで、ベクトルｂとｚ軸を含む平面上にあ
りベクトルｂ→と直交するベクトルｃ→は次式で与え
られる。

接触点での法線ベクトルａ→₁はベクトルｃ→をベ
クトルｂのまわりに角度θ回転させることによつ
て得られるから、ベクトルａ→₁は次式で表わすこ
とができる。

式(12)と式（14）のベクトルの成分を比較して、
角度θが得られる。したがつて、ベクトルｂ→の方
向をy′軸、ベクトルｃ→の方向をz′軸、ベクトルｂ→
とベクトルｃ→に垂直な方向にx′軸をとつたx′、
y′、z′座標での接触点の位置は x′＝γsinθ z′＝γcosθ （15） で与えられる。

指５ａが円柱部品３８の平面上に接触した場合
は、指５ａに作用する力から得られる法線ベクト
ルは円柱部品３８の軸方向ベクトルとなつている
から、円柱部品３８の姿勢がわかる。次に、指５
ａを曲面部に接触させ、得られた力より式１１，
１２，１４，１５を用いてx′、y′、z′座標系での
接触点の位置を得ることができる。

なお、接触動作において、角度α₁が摩擦角θf以
下で指５ａに作用する力Fx，Fyがともに零とな
つた場合、あるいは式(9)の条件のいずれかと一致
した場合は、これらの条件がともに満されなくな
るまで接触位置を変けて力を検出する。

次に、前記の接触動作で得られた円柱部品３８
の姿勢とx′、y′、z′座標系の接触位置に基づい
て、まず、ハンド１を基準としたｘ、ｙ、ｚ座標
系がx′、y′、z′座標系に一致するようにハンド１
の姿勢を位置決め装置２で変え、さらにx′、y′、
z′座標系で得られている接触点の位置から、ハン
ド１が円柱部品３８の曲面部分を把持できるよう
にハンド１の位置を位置決め装置２で補正し、把
持してハンドリングする。

前記実施例では、指支持部１７ａ，１７ｂに把
持部７ａ，７ｂと三分力検出器８ａ，８ｂを固着
したものを示したが、把持部７ａ，７ｂまたは三
分力検出器８ａ，８ｂのいずれかを、アクチエー
タを有する少なくとも一軸の移動機構を介して、
指支持部１７ａ，１７ｂに取り付けて、部品３へ
の接触動作時には相対的に三分力器８ａ，８ｂを
把持部７ａ，７ｂより突出させ、把持動作時には
把持部７ａ，７ｂを三分力検出器８ａ，８ｂより
突出させることにより、三分力検出器８ａ，８ｂ
を過負荷から保護する構成にしてもよい。

また、前記実施例においては円柱部品を例に説
明したがこの発明によれば、三分力検出器８ａ，
８ｂからの出力に応じて適宜部品の位置と姿勢に
合わせて、ハンド１の位置と姿勢を変え、最終的
に部品を把持する直前に把持方向すなわちｘ方向
だけの力が指５ａ，５ｂに作用する安定な把持状
態が得られるように、ハンド１の位置と姿勢を変
えて部品を取り出すことができるので、対象部品
の形状に限定されることなく広い応用が可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、各々把
持部を有する一対の指及び該指を対向して動作さ
せる駆動部を有するハンドと、少なくとも先端が
該ハンドの把持部先端よりも突出する接触子を有
し、該接触子が部品に直接接触することにより部
品からの反力の方向を検知して該部品の姿勢と位
置を検出する独立構成されて該ハンドに装備され
た一対の三分力検出器と、前記ハンドの位置・姿
勢を変える位置決め装置と、前記三分力検出器か
らの出力を処理し前記ハンドと位置決め装置を制
御する制御装置とを備え、前記三分力検出器の検
出結果から部品の位置と姿勢に合わせて部品を取
り出すように構成したので、部品取り出しの汎用
性を高めることができ、検出精度および装置の組
立性が向上し、保守・点検が容易となるという効
果がある。

また、振動部がないため騒音を発生せず、作業
環境の改善に寄与する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す概略構成図、
第２図はこの発明の実施例のハンドを示す斜視
図、第３図は第２図に示したハンドの三分力検出
器を示す斜視図、第４図は第２図に示したハンド
の駆動部を示す平面図、第５図はこの発明の実施
例の制御装置のブロツク図、第６図ａ，ｂ，ｃは
水平に置かれた円柱部品の取り出し動作の説明
図、第７図ａ，ｂは三次元空間中に任意の姿勢で
置かれた円柱部品の取り出し動作の説明図。 １……ハンド、２……位置決め装置、３……部
品、４……箱、５ａ，５ｂ……指、６……駆動
部、７ａ，７ｂ……把持部、８ａ，８ｂ……三分
力検出器、１１ａ，１１ｂ……弾性体（接触子）、
２２……制御装置。なお、図中同一符号は同一又
は相当部分を示すものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ばら積みされた複数個の部品の中から１個の
   部品を取り出す装置において、各々把持部を有す
   る一対の指及び該指を対向して動作させる駆動部
   を有するハンドと、少なくとも先端が該ハンドの
   把持部先端よりも突出する接触子を有し、該接触
   子が部品に直接接触することにより部品からの反
   力の方向を検知して該部品の姿勢と位置を検出す
   る独立構成されて該ハンドに装備された一対の三
   分力検出器と、前記ハンドの位置・姿勢を変える
   位置決め装置と、前記三分力検出器からの出力を
   処理し前記ハンドと位置決め装置を制御する制御
   装置とを備え、前記三分力検出器の検出結果から
   部品の位置と姿勢に合わせて部品を取り出すこと
   を特徴とする部品取り出し装置。 ２ ハンドに有する三分力検出器と把持部を並列
   に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の部品取り出し装置。 ３ 三分力検出器の接触子は把持部より指が対向
   して動く方向へ突出し、かつ該接触子の先端が指
   の先端となつていることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の部品取り出し装置。