JPH05192891A - コンプライアンス可変なロボットハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品の種類や作業内容に応じコンプライアン
スを変えることにより、ロボットハンドの汎用性を向上
させる。 【構成】 回転可能な主軸１０の先端側に、コンプライ
アンス調整部５ｂ及び二次元方向に移動可能なコマ５８
を介してフィンガーチャック部５ｃを設ける。コンプラ
イアンス調整部５ｂは、主軸１０の軸方向に沿って摺動
可能にシリンダ５１内にピストン５３を収容している。
シリンダ５１とピストン５３との間に形成された圧縮空
気導入空間５６に圧縮空気を導入するエア導入孔１３が
開口させると共に、ピストン５３の後方側端面とシリン
ダ５１の後方側内端面との間に圧縮バネ５５を張設す
る。 【効果】 圧縮バネ５５の弾撥力或いは圧縮空気導入空
間５６に送り込まれた圧縮空気の圧力の何れを選択する
かにより、異なるコンプライアンスが得られる。また、
圧縮空気導入空間５６の空気圧を調整することによって
も、コンプライアンスを変えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種機器の組立や検査
工程等に各種部品を保持し、所定の動きを与えるロボッ
トハンドに関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板等に各種の電子部品，電気
部品等を取り付けるとき、自動組立装置、すなわち工業
用ロボットを使用した作業が行われている。また、多数
の部品が組み付けられるその他の装置に対しても、自動
組立装置を使用した無人化作業が中心となってきてい
る。自動組立て装置は、それぞれの作業に応じて複数の
関節をもつ多軸型が汎用性の面から多用されている。

【０００３】自動組立て装置は、各種部品を把持して所
定の動きを与えるロボットハンドを備えている。ロボッ
トハンドは、把持しようとする部品のサイズに応じて開
閉するフィンガーをもつ。また、把持した部品を所定の
位置関係に維持すると共に、部品の把持及び解放に際し
余分な外力を加えることがないように、ロボットハンド
にコンプライアンスを与えている。

【０００４】コンプライアンスを付与する手段として
は、駆動側とフィンガーとの間に弾性復元力を有する部
材を介在させることが通常である。たとえば、特開平３
−９２２８６号公報では、駆動側とロボットアームとの
間に弾性材料でできた支持部材及び円筒状部材を介在さ
せ、支持部材及び円筒状部材の弾性復元力でロボットア
ーム側にコンプライアンスを与えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】弾性材料を組み込んだ
ロボットアームでは、弾性材料の経時的劣化のため耐久
性に問題がある。しかも、把持される部品等が重い場
合、弾性材料が部品等の重量によって弾性変形し、所期
の位置関係を確保することができない。また、把持した
部品等を高速で移動させると弾性材料の変位量が大き
く、故障の原因となる振動や衝撃が部品等に加わり易
い。

【０００６】更に、把持される部品や組付け作業の種類
によっては、異なるコンプライアンスで部品等を把持す
る必要がある。たとえば、検査のためにＣＤプレーヤに
ＣＤを装填する作業では、コンプライアンスが小さく大
きな把持力でＣＤを把持し、ＣＤプレーヤにＣＤを装填
することが要求される。他方、ボリュームレベルの調整
作業では、大きなコンプライアンスでボリュームつまみ
を正確な位置関係で把持することが要求される。

【０００７】しかし、弾性材料を従来のロボットハンド
では、コンプライアンスが一定であることから、適用さ
れる作業の種類に制約を受ける。そこで、作業内容に応
じてコンプライアンスを調節することができれば、汎用
性の高い工業用ロボットが得られる。しかし、コンプラ
イアンス可変なロボットハンドは、現在のところ実用的
段階に至っていない。

【０００８】本発明は、このような要求に応えるべく案
出されたものであり、作業内容に応じてコンプライアン
スを選択することにより、ロボットハンドの汎用性を高
めることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のロボットハンド
は、その目的を達成するため、回転可能な主軸の先端側
にコンプライアンス調整部及び二次元方向に移動可能な
コマを介してフィンガーチャック部が設けられており、
前記コンプライアンス調整部は、前記主軸の先端に装着
されたコンプライアンス調整用シリンダと、前記主軸の
軸方向に沿って摺動可能に前記コンプライアンス調整用
シリンダ内に収容されたピストンと、前記コンプライア
ンス調整用シリンダと前記ピストンとの間に形成された
圧縮空気導入空間と、該圧縮空気導入空間に開口したエ
ア導入孔と、前記ピストンの後方側端面と前記コンプラ
イアンス調整用シリンダの後方側内端面との間に張設さ
れた圧縮バネとを備え、前記圧縮バネの弾撥力或いは前
記圧縮空気導入空間に送り込まれた圧縮空気の圧力で異
なるコンプライアンスが得られることを特徴とする。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照しながら、実施例によって
本発明を具体的に説明する。本実施例のロボットハンド
は、図１に示すように枠型フレーム１に組み込まれたも
のである。枠型フレーム１には、Ｘ軸方向に延びるガイ
ドロッド２及びＺ軸方向に延びるガイドロッド３が設け
られている。ガイドロッド２には、更にＹ軸方向に延び
るガイドレール４がガイドロッド２の長手方向に移動可
能に設けられている。

【００１１】ガイドレール４には、ロボットハンド５を
先端に備えた駆動部６がＹ軸方向に移動可能に設けられ
ている。また、ガイドレール４は、ガイドロッド２を介
して昇降機７によってＺ軸方向のガイドロッド３に沿っ
て昇降する。これにより、ロボットハンド５は、枠型フ
レーム１内で三次元方向に移動可能となる。

【００１２】駆動部６をガイドレール４に沿って移動さ
せる駆動機９がエアシリンダを備えたものであるとき、
エアシリンダに圧縮空気を送給するエアホース８が駆動
機９に接続される。エアホース８を介して供給される圧
縮空気は、後述するロボットハンド５のフィンガーを開
閉する力等としても利用される。また、駆動機９として
電動モータを使用する場合、適宜の電源に駆動機９を接
続する。

【００１３】ロボットハンド５は、回転駆動部５ａ，コ
ンプライアンス調整部５ｂ及びフィンガーチャック部５
ｃからなる。回転駆動部５ａからコンプライアンス調整
部５ｂにかけて主軸１０が設けられており、主軸１０の
後端側で回転駆動機構２０及びチャック開閉機構３０が
ケーシング４０に収められている。

【００１４】回転駆動機構２０のモータ２１は、支持ア
ーム２２によってケーシング４０に固定されている。モ
ータ２１の出力軸２１ａは、駆動歯車２３を介して従動
歯車２４に連係されている。従動歯車２４は、主軸１０
に形成したフランジ１１にボルト止めされている。モー
タ２１の出力は、駆動歯車２３及び従動歯車２４を介し
て主軸１０に伝えられ、主軸１０を回転させる。

【００１５】主軸１０の途中には、スリット板１４が取
り付けられている。スリット板１４の周縁部は、ケーシ
ング４０内に配置された回転検出センサー４１の発光部
と受光部との間を通過する。スリット板１４のスリット
が発光部と受光部との間に至ったとき、発光部から出射
された光が受光部で検出される。これにより、スリット
板１４の回転量、ひいては主軸１０の回転量が検出され
る。ケーシング４０内には、更に原点センサー４２が設
けられている。原点センサー４２も発光部及び受光部を
備え、その間に主軸１０に取り付けた突起１５を位置さ
せることによって原点出しが行われる。

【００１６】なお、主軸１０は、ベアリング４３を備え
た軸受け部４４によって、ケーシング１０に対し回転可
能に支持されている。

【００１７】チャック開閉機構３０は、回転継ぎ手３１
を介して主軸１０に回転自在に設けられている。チャッ
ク開閉機構３０に設けられているチャック開閉用エア導
入口３２及びコンプライアンス調整用エア導入口３３
は、圧縮空気供給源（図示せず）にそれぞれホース３
４，３５で接続されており、主軸１０を貫通して形成さ
れたエア導入孔１２，１３にそれぞれ連通されている。

【００１８】主軸１０の先端側に形成された小径部１６
に、コンプライアンス調整機構５０のシリンダ５１がボ
ルト止めされている。シリンダ５１の内周面と小径部１
６の外周面との間にＯリング５２を介装することによ
り、主軸１０にシリンダ５１が気密接続される。シリン
ダ５１の先端側には、ピストン５３が挿入されるピスト
ン収容空間５１ａが形成されている。ピストン収容空間
５１ａの内周面とピストン５３の外周面との間には、気
密を維持しながらピストン５３がピストン収容空間５１
ａ内を摺動するように、パッキン５４が挿入されてい
る。

【００１９】ピストン収容空間５１ａの底面とピストン
５３との間に、圧縮バネ５５が配置されている。ピスト
ン５３は、圧縮バネ５５によって図３で左方向に付勢さ
れ、ピストン収容空間５１ａの底面との間に、圧縮空気
導入空間５６が形成される。圧縮空気導入空間５６は、
シリンダ５１を貫通するエア導入孔５１ｂを介し主軸１
０のエア導入孔１３に連通している。

【００２０】ピストン５３の先端側端面には、鋼球等の
ボール５７を収容する凹部が形成されている。また、シ
リンダ５１の先端側には、水平方向に延びるフランジ５
１ｃ，５１ｄが上下に形成されている。フランジ５１
ｃ，５１ｄには、図４に示すように、コマ５８の上面及
び下面から突出する係合ピン５８ａ，５８ｂがそれぞれ
遊嵌される係止孔５１ｅ，５１ｆが穿設されている。

【００２１】コマ５８の左右側面には、係合ピン５８
ａ，５８ｂと直交する方向に延びる係合ピン５８ｃ，５
８ｄが突設されている。係合ピン５８ｃ，５８ｄは、チ
ャック開閉機構６０のシリンダ６１に形成したフランジ
６１ａ，６１ｂの係止孔６１ｃ，６１ｄにそれぞれ遊嵌
される。これにより、コマ５８は、図５に示すように係
合ピン５８ａ，５８ｂと係止孔５１ｅ，５１ｆとの嵌め
合いにより垂直方向に移動自在となり、係合ピン５８
ｃ，５８ｄと係止孔６１ｂ，６１ｃとの嵌め合いにより
水平方向に移動自在となる。したがって、チャック７０
は、主軸１０に直交する二次元平面内で微調整される。

【００２２】シリンダ６１の後端側には、コマ５８の貫
通孔５８ｅに差し込まれる後方突起６１ｅが形成されて
いる。後方突起６１ｅには円錐カム６２が設けられてお
り、円錐カム６２の斜面が図３に示すようにボール５７
に当接する。

【００２３】シリンダ６１の先端側には、ピストン６３
を挿入するピストン収納空間６１ｆが形成されている。
ピストン６３は、ピストン収納空間６１ｆとの間に介装
されたパッキン６４によって、気密を維持しながらピス
トン収納空間６１ｆ内を摺動する。ピストン６３とピス
トン収納空間６１ｆの底面との間に、圧縮空気導入空間
６５が形成される。圧縮空気導入空間６５は、給気管６
６を介して主軸１０に設けたエア導入孔１２に連通して
いる。

【００２４】ピストン６３には、押し板６７がボルト止
めされている。押し板６７は、チャック７０を構成する
一対のＬ型フィンガー７１ａ，７１ｂの屈曲部に設けた
コロ７２ａ，７２ｂに当接する。フィンガー７１ａ，７
１ｂの先端部には、ゴムライニング等の柔軟な層を形成
したグリップ部７３ａ，７３ｂが形成されている。

【００２５】フィンガー７１ａ，７１ｂの基端側が枢軸
部７４となっており、図２に示すようにシリンダ６１の
先端側に突出したフランジ６１ｆ，６１ｇに刺し通され
たピン７５で互いに連結されている。また、フィンガー
７１ａ，７１ｂの側面からシリンダ６１の側面にかけ、
フィンガー７１ａ，７１ｂを開方向に付勢する引張りバ
ネ６８ａ，６８ｂが張設されている。圧縮空気導入空間
６５に圧縮空気を導入するとき、ピストン６３が図３の
左方向に移動し、押し板６７がコロ７２ａ，７２ｂを押
圧する。その結果、フィンガー７１ａ，７１ｂは、引張
りバネ６８ａ，６８ｂの弾性力に抗して、枢軸部７４を
中心として閉方向に移動する。

【００２６】次いで、このロボットハンドの動作を説明
する。部品等の把持に際し、シリンダ６１の圧縮空気導
入空間６５を排気し、引張りバネ６８ａ，６８ｂの弾撥
力でチャック７０のフィンガー７１ａ，７１ｂを図３に
示した開方向に移動させる。また、原点センサー４２か
らの信号によって、チャック７０を初期位置に保つ。こ
の状態で、図１に示したガイドロッド２，３及びガイド
レール４に沿ってロボットハンド５を、把持しようとす
る部品に対応させて三次元的に移動させる。そして、モ
ータ２１の駆動によって主軸１０を所定角度だけ回転さ
せ、部品の形状に応じた位置関係をフィンガー７１ａ，
７１ｂにとらせる。

【００２７】次いで、ホース３４，エア導入口３２，エ
ア導入孔１２及び給気管６６を経てシリンダ６１の圧縮
空気導入空間６５に圧縮空気を送り込む。圧縮空気によ
って加圧されたピストン６３は、シリンダ６１内を図３
の左方向に摺動する。押し板６７は、ピストン６１と一
体になって移動し、コロ７２ａ，７２ｂを加圧する。そ
の結果、フィンガー７１ａ，７１ｂは、引張りバネ６８
ａ，６８ｂの弾撥力に抗し、枢軸部７４を中心として互
いに接近する方向に回転する。この回転によって、把持
しようとする部品は、フィンガー７１ａ，７１ｂの間に
挟まれる。

【００２８】部品の把持に際して、作業内容に応じたコ
ンプライアンスをチャック７０に与え、正確な心出しを
行うことが必要である。そこで、本実施例においては、
大きなコンプライアンスで部品を把持する場合には、圧
縮バネ５５の弾撥力を使用する。他方、小さなコンプラ
イアンスでリジッドに部品を把持する場合、圧縮空気導
入空間５６に導入した圧縮空気の圧力を利用する。更
に、コンプライアンスを変更する場合、圧縮空気導入空
間５６に導入する圧縮空気の圧力を調整する。

【００２９】圧縮バネ５５或いは圧縮空気で押圧された
ピストン５３は、シリンダ５１内を図３の左方向に摺動
し、ボール５７を円錐カム６２の斜面に押し付ける。押
圧されたボール５７が円錐カム６２の頂点に位置するよ
うに、コマ５８が上下方向及び左右方向に移動する。そ
の結果、フィンガー７１ａ，７１ｂの把持中心は、主軸
１０の軸心に一致する。この状態でモータ２１を駆動さ
せ、主軸１０の回転量を調節することによりフィンガー
７１ａ，７１ｂで把持された部品を作業内容に適した位
置関係に保つ。このときの主軸１０の回転量は、回転検
出センサー４１で検出することができる。

【００３０】なお、把持しようとする部品のサイズや位
置に関する情報や回転検出センサー４１，原点センサー
４２等からの信号を制御系に送り、ガイドロッド２，３
及びガイドレール４に沿ったロボットハンド５の移動
量、ホース，３４，３５を経て送り込まれる圧縮空気の
流量、圧縮空気導入空間５６，６５から圧縮空気を排気
するリリース弁等の開閉を作業内容に応じて自動制御す
ることができる。このような制御系は、従来から提案さ
れている各種のものを使用することができる。

【００３１】把持される部品は、部品の種類及び作業内
容に適したコンプライアンスでフィンガー７１ａ，７１
ｂの間に挟持される。たとえば、検査のためにＣＤプレ
ーヤにＣＤを装填する作業では、シリンダ５１の圧縮空
気導入空間５６に送り込んだ圧縮空気による小さなコン
プライアンスを利用し、ＣＤをリジッドに把持する。他
方、ボリュームレベルの調整作業では、圧縮バネ５５に
よる大きなコンプライアンスを利用し、ボリュームつま
みを正確な位置関係で把持する。このようにして、チャ
ック７０は、部品の形状，サイズ，大きさ，種類等や作
業内容に応じて各種部品を把持する。

【００３２】以上の例においては、枠型フレーム１にロ
ボットハンド５を組み込んだ場合を説明した。しかし、
本発明はこれに拘束されるものではなく、たとえば多関
節で起立したロボット本体に対しても同様に適用できる
ことは勿論である。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のロボッ
トハンドにおいては、バネの弾性力及び空気圧による２
種類のコンプライアンスを得ている。そのため、把持さ
れる部品及び作業内容に適したコンプライアンスでフィ
ンガーにより部品を把持することができ、各種部品の組
付け，検査等の多様な作業に対応する汎用性に優れたロ
ボットハンドとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明実施例におけるロボットハンドを備え
た自動装置を示す全体図

【図２】 同ロボットハンドの平面図

【図３】 同ロボットハンドの一部を切り欠いた側面図

【図４】 同ロボットハンドの要部を示す斜視図

【図５】 同ロボットハンドのコマ部を示した断面図

【符号の説明】

５ｂ コンプライアンス調整部 ５ｃ フィンガ
ーチャック部 １０ 主軸 １３，５１ｂ
エア導入孔 ５１ シリンダ（コンプライアンス調整用） ５３ ピストン ５５ 圧縮バネ ５６ 圧縮空気導入空間 ５８ コマ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転可能な主軸の先端側にコンプライア
   ンス調整部及び二次元方向に移動可能なコマを介してフ
   ィンガーチャック部が設けられており、 前記コンプライアンス調整部は、前記主軸の先端に装着
   されたコンプライアンス調整用シリンダと、前記主軸の
   軸方向に沿って摺動可能に前記コンプライアンス調整用
   シリンダ内に収容されたピストンと、前記コンプライア
   ンス調整用シリンダと前記ピストンとの間に形成された
   圧縮空気導入空間と、該圧縮空気導入空間に開口したエ
   ア導入孔と、前記ピストンの後方側端面と前記コンプラ
   イアンス調整用シリンダの後方側内端面との間に張設さ
   れた圧縮バネとを備え、 前記圧縮バネの弾撥力或いは前記圧縮空気導入空間に送
   り込まれた圧縮空気の圧力で異なるコンプライアンスが
   得られることを特徴とするロボットハンド。