JPH0596484A - ロボツト用ハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ハンド，視覚センサ等を含めたロボット全体の
クリーン度を向上し，ロボットの可動領域を拡大するハ
ンドを提供する。 【構成】ワークを把持するグリッパ６１と，ＴＶカメラ
６２と，配線ケーブルを内蔵したハンド６を構成するこ
とにより，ロボットの外部に配線ケーブル等を一切なく
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，ロボットの先端に取り
付けてワークを把持・解放するハンドに係り，特に，視
覚センサ等を内蔵し，クリーン度を向上させるととも
に，ロボット可動領域の制限を解消するのに好適なハン
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体をはじめとして微細な塵埃（例え
ば，０.１〜０.５μｍ）等によるワークの汚染を防止し
なければならない各製造工程では，クリーンルーム内に
おける各作業を塵埃の主な発生源である人間に代えてロ
ボットにより行わせるようになってきている。一方，ロ
ボットの機能を向上させるために，ロボットの先端部
（ワークを把持するハンド等）にＴＶカメラ等の視覚セ
ンサを装備することが要求されてきている。

【０００３】しかし，塵埃発生が少ないとされているロ
ボットによる作業においても，ロボット内部のギア，ベ
アリング，モータ等における摩耗粉や潤滑剤の飛散，ハ
ンド等に対するエア配管や配線と該ハンド外周との繰り
返し接触による摩耗粉の発生等があり，必ずしもクリー
ンルーム内のクリーン度が十分に維持されているとはい
えないのが実情で，クリーン度の高いロボットの出現が
待望されていた。

【０００４】これに対して，ロボットの各関節等からの
塵埃の発生を防止してクリーン度を向上させるものとし
て，アーム内を通して気体を導くための孔がアーム部の
ジョイントに設けられ，この孔を通じてアーム内の微粒
子を気体の流れとともに外部へ排出する排出手段をもっ
ているロボット（例えば，特開平１−２４０２９１号公
報）が提案されている。また，第一の構成部と第二の構
成部とを連結する連結部分を，各構成部に対向して設け
た第一及び第二の筒状カバーで覆い，第一及び第二の筒
状カバー内の塵埃を，これら筒状カバー内の開口端の近
傍に設けたリング状の吸気管により吸引除去するように
した，小形でシール部材を使用しない構成のロボットの
放塵防止装置（例えば，特開昭６２−２２８３９４号公
報），さらには，アームと，アームに対して移動可能に
取り付けられるワーク把持等のツール装着用の手首と，
アーム及び手首を駆動するための駆動装置とをカバーに
より外部に対して密封状態に覆い，カバー内部に吸塵用
バキューム配管の入り口を接続する構成にするほか，摩
擦係数が低く耐摩耗性のある表面処理を施し，カバー内
部で発生した塵埃が外部（クリーンルーム内）へ流出す
るのを防止するとともに，ツールに接続されているエア
ホース等と手首との接触による摩耗粉の発生を防止する
ようにしたロボット（例えば，特開昭６１−１３６７９
０号公報）が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】従来技術のロボッ
トのうち，気体を導くための孔をアーム部間のジョイン
トに設ける構成にしたロボットでは，アーム内の塵埃は
アーム間のジョイントに設けた孔を通してエア流により
外部（クリーンルーム外）へ排出され，同時に，アーム
間のジョイントにわたるケーブルは孔に通して固定金具
により固定され，ケーブル同士の摺れ合いによる塵埃の
発生及びアーム外部での引き回しは防止されるが，ワー
クを把持するハンド部等に接続するケーブルは，孔を通
さずアームの外部を配線する構成になっている。このた
め，この外部配線は，アームの動きに伴って動かされ，
アームの外周等と摺動して塵埃を発生させ，発生した塵
埃をアームの外部（クリーンルーム内）に散乱させるこ
とになる。さらに，ケーブルが一定の長さで配線されて
いるため，アームはその長さの範囲でしか回動すること
ができず，可動領域を制限するほか，外部配線のケーブ
ルとロボット周辺にある装置とが干渉する等の問題をも
っていた。

【０００６】また，前記従来技術の第一の構成部と第二
の構成部との連結部分を筒状カバーで覆う放塵防止装置
を備えた構成のロボットでも，さらに，アームや手首等
を外部に対して密封状態に覆うカバーを設けた構成のロ
ボットでも，実際にワークを把持する，例えば，エアチ
ャック等が取り付けられる手首またはハンド部には，気
体を導くための孔をアーム部間のジョイントに設ける構
成にしたロボットと同様に，放塵防止装置やアーム等を
覆うカバー等の内部を通さずアームの外部にエアホース
やケーブルが接続されており，これらのエアホースやケ
ーブルがアームの外周等と摺動することによる塵埃の発
生や，アームの可動領域の制限，該エアホースやケーブ
ルとロボット周辺にある装置との干渉等，前記と同様の
問題点がある。

【０００７】さらに，従来技術のロボットではアーム機
構の先端部（ワークを把持するハンド等）にＴＶカメラ
等の視覚センサを装備する場合，視覚センサに接続する
ケーブルをアーム機構の外周に沿わせて配線しており，
この場合にも，ケーブルとアーム機構の外周等との摺動
による塵埃の発生や，アームの可動領域の制限，ケーブ
ルとロボット周辺にある装置との干渉等，前記と同様の
問題点があった。

【０００８】本発明の目的は，アーム機構の先端部に至
るまで外部配線をすべてなくし，各関節等からの塵埃の
発生を防止してクリーン度を向上させるとともに，各関
節の動作領域の制限やケーブルとロボット周辺に設置さ
れている装置との干渉等を解消することができるロボッ
ト用のハンドを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め，本発明はアーム，手首及びワークを把持するハンド
等のフレームで覆われた各構成部材を，相対的に回動可
能に連結してなる多関節ロボットにおいて，関節の軸を
中空材で形成するとともに回動部をシールして外気と密
封状態にした各関節部と，管状の端部を前記構成部材の
フレームに固定して前記各関節部の中空軸内に配設し，
前記ロボットのすべての各種配線用ケーブルが挿通可能
で，かつ前記配線用ケーブルを挿通した残りの面積がロ
ボット内部の空気を吸引する排気用の経路となる線材ガ
イドとを備えた。さらに，ハンドには，ＴＶカメラ等の
視覚センサを内設した構成にすることにより，全く配線
用ケーブルをロボット外部に引き回さない構造としてい
る。

【００１０】また，ロボットのすべての各種配線用ケー
ブルは，同一の形状及び寸法に統一して形成されること
が望ましく，線材ガイド内に挿通されたケーブルを同一
形状・寸法に統一された配線用ケーブルを束ねた構成に
するとよい。

【００１１】

【作用】この構成にしたことにより，ハンド及びハンド
に内設したＴＶカメラ等の視覚センサに対するケーブル
は，すべてハンドのハウジング内に配線され，外気と密
封状態にされた各関節部中空軸内に配設されている線材
ガイド内を挿通することになるため，従来，発生してい
たケーブルと手首やハンド外周との接触及びケーブル同
士の摺れ合い等は一切なくなる。このため，アーム機構
や手首等におけるケーブルと同様に，ケーブルに起因し
て発生する塵埃をなくすことが可能になった。そして，
同時に，従来のようにその制限が撤廃され，外部配線の
ケーブルとロボット周辺に設置されている装置との干渉
が解消された。

【００１２】また，線材ガイドの内部は，配線用ケーブ
ルを挿通した残りの面積がロボット内各部の空気排気用
の経路になるため，アーム機構等のギア，ベアリング等
に起因して各関節部から飛散する摩耗粉や潤滑剤を吸引
することはもちろん，ハンド内に発生した塵埃も同様に
吸引し，ロボット内で発生した塵埃をロボット外部（ク
リーンルーム内）に散乱されることなくクリーンルーム
外へ排出して，クリーン度を向上させることが可能にな
る。

【００１３】さらに，ロボットのすべての各配線用ケー
ブルの形状及び寸法を同一にし，それらのケーブルを束
ねて挿通したので，引張り，曲げ，ねじり等の応力が特
定のケーブルに集中することなく，すべてのケーブルに
均等に分散され，しかも，すべてのケーブルは線材ガイ
ドの内部に挿通されるため，ロボット内各部との干渉を
すべてなくすことが可能になった。

【００１４】

【実施例】以下，本発明の一実施例を図１及び図２を用
いて説明する。図１は本発明の一実施例によるハンドの
断面図，図２は図１のハンドを使用した場合の多関節ロ
ボットの全体斜視図である。

【００１５】図１において，６０はハンド６の内部が外
気と密封状態になるように外周を覆うハウジング，６１
はハウジング６０の先端部に取り付けられたワークを把
持するためのグリッパ，６２はハウジング内の後方に設
置された視覚センサとしてのＴＶカメラ，６３はＴＶカ
メラアンプ，６４はレンズ，６５はミラー，６６は平行
平面基板で，６０〜６６によりハンド６を構成し内部を
密封構造にしており，手首５のフレーム５０に対してψ
軸回りに回動可能になっている。ＴＶカメラ６２はψ軸
と垂直方向に設置し，ミラー６５を使用して，ＴＶカメ
ラの光軸はψ軸と平行なψ’軸に設定してある。

【００１６】６７はグリッパに接続される動力及び信号
用の配線ケーブル，６８はＴＶカメラとカメラアンプ６
３とを接続する各種配線ケーブル，６９はＴＶカメラア
ンプ６３と画像処理装置(図示せず)とを接続するＴＶカ
メラ６２用の電源及び信号用の配線ケーブル，７０は配
線ケーブル６７と６９とをまとめたケーブルの束で，手
首５内部を線材ガイド７１の中を挿通して，画像処理装
置に導入される。ここで，これらの配線用ケーブルを構
成する各種ケーブルは，いずれも同一形状及び寸法（例
えば，線材外径１〜２ｍｍ）に統一して形成されてい
る。

【００１７】図２は，図１のハンドをロボットに使用し
たときのロボット全体の斜視図であり，このロボットは
ベース１，旋回ポスト２，上腕３，前腕４，手首５，ハ
ンド６から構成され，六自由度（α，β，γ，θ，φ，
ψ）をもつ。図１のハンドを用いることによりロボット
の外部配線をなくすことが可能となった。

【００１８】次に，この構成における作用について説明
する。視覚センサとしてのＴＶカメラ６２をハンド６に
内蔵することにより，これらＴＶカメラ６２やグリッパ
６１等に対するケーブルはすべてハウジング60内に配線
されることになる。従って，従来発生していたケーブル
と手首５やハンド６外周との接触及びケーブル間の摺れ
合い等が一切なくなり，このためケーブルの寿命が延び
る上，ケーブルに起因して発生する塵埃をなくすことが
可能になった。それと同時に，従来のように外部配線の
ケーブル長さにより制限されていた各関節部における可
動領域は，その制限が解消され，ケーブルとロボット周
辺に設置されている装置との干渉も解消される。さら
に，ロボットのすべての配線ケーブルの形状及び寸法を
同一にし，しかも,それらケーブルを束ねて内部に挿通
したので，各関節の回動時に発生する引張り，曲げ，ね
じり，等の応力が特定のケーブルに集中することなくす
べてのケーブルに均等に分散され，ケーブルの損傷を防
止して寿命を延ばすことが可能となった。

【００１９】なお，通常ロボットの作業方向は，図１に
おけるψ軸方向であり，この方向のハンドの寸法を小さ
くするため，図２に示すようにミラー６５を使用して光
軸をψ’軸とすることで，ＴＶカメラ６２をロボット手
首６のψ軸と垂直方向に設置した。これにより，ハンド
の周囲との干渉を軽減している。ψ軸方向の寸法が特に
問題とならなければ，ＴＶカメラはψ軸と平行方向に設
置すればよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明のロボット用ハンドによれば，ロ
ボットのアーム機構全体のすべての配線ケーブルをアー
ム機構内に収納し，密封構造にすることができ，ロボッ
ト内各部の空気を吸引し，アーム機構先端のハンドまで
各関節等からの塵埃の発生を防止してクリーン度を向上
させることができる。さらに，配線ケーブルとロボット
周辺に設置されている装置との干渉及び各関節の可動領
域の制限を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるロボット用ハンドの断
面図，

【図２】図１のロボット用ハンドを使用したロボットの
斜視図。

【符号の説明】

５…手首，６…ハンド，６０…ハウジング，６１…グリ
ッパ，６２…ＴＶカメラ，６３…ＴＶカメラアンプ，６
４…レンズ，６５…ミラー，６６…平行平面基板，６７
〜６９…ケーブル，７０…ケーブルの束，７１…線材ガ
イド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 稔 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 山田 正 東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式 会社日立製作所武蔵工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットの先端に取り付けてワークを把持
   ・解放するハンドにおいて，ワークを把持・解放する機
   構と，ＴＶカメラ等の視覚センサとを内設してなり，視
   覚センサの光軸がロボット先端軸と平行であることを特
   徴とするロボット用ハンド。
2. 【請求項２】請求項１において，前記ＴＶカメラの光軸
   とロボット先端軸とが垂直であるロボット用ハンド。