JPH08294885A - 組立用ロボットハンドシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な形状を持ったワークであっても確実に
把持しうる組立用ロボットのハンドシステムを提供す
る。 【構成】 ロボット１のハンド２の指面４に複数のエア
バッグ５を装着し、各弁８の開閉により空気供給源１０
から空気圧調整ユニット９を介して一定の空気圧を供給
する。把持動作の際に各エアバッグ５から流出する空気
の量は各流量計７で測定する。各エアバッグ５の膨脹収
縮状態は監視ユニット１４によって監視し、エア流出量
に基づいてワークの把持状態が適切かどうかを判断す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複雑な形状を持ったワ
ークであっても確実に把持することができる組立用ロボ
ットのハンドシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】組立用ロボットはワークを把持して所定
の組立作業を自動的に行うロボットであるが、ワークが
プラスチックなどの柔軟物である場合には、柔軟物（ワ
ーク）を把持した時にそれをつぶさないようにする必要
があり、そのため、従来は、金属製のハンドに柔軟材を
張り付け、ワークをつぶさない程度にハンド閉じ動作、
つまり指を閉じてワークをつかむ動作を行うようにして
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のやり方では、ワークを持つ箇所（接触箇所）
が把持に困難な形状であったり重心から外れた位置にあ
ったりした場合などにおいて、柔軟物を確実に把持でき
ないおそれがあった。

【０００４】すなわち、ワークが複雑な形状をしている
場合、たとえば、インストルメントパネルに組み付ける
サイドベントグリルのように表面に突起物がある場合に
は、その突起物をふつうの角度でつかんでも、ロボット
の指先は金属で出来ており硬いため、接触面が狭く、し
たがってちょっと外力が加わるとワークの向きが変わっ
てしまう。そのため、組付動作に入っても、ワークの向
きが変わってしまっているためにうまく組み付かない場
合が多かった。

【０００５】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、複雑な形状を持ったワーク
であっても確実に把持することができる組立用ロボット
のハンドシステムを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、複雑な形状を持ったワーク
を把持して所定の組立作業を行う組立用ロボットのハン
ドシステムであって、ワークを把持するハンドの指面に
装着された、中に流体の入った柔軟性有る袋状の流体バ
ックと、前記流体バックに一定の圧力の流体を供給する
供給手段と、前記流体バックに流体を導く管路を開閉す
る開閉手段と、前記流体バックから流出する流体の流量
を測定する測定手段と、前記ハンドにワークを把持させ
るときに、前記測定手段の測定結果が所定値以上となっ
たときに前記ハンドの把持動作を停止させる信号と前記
開閉手段を閉じる信号を出力する制御手段とを有するこ
とを特徴とする。

【０００７】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記組立用ロボットはプレイバックロ
ボットであり、前記制御手段で使用される前記所定値は
前記組立用ロボットの教示時に設定されることを特徴と
する。

【０００８】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記流体は空気であることを特徴とす
る。

【０００９】請求項４記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記流体バックは前記ハンドのそれぞ
れの指面にこれを覆うように少なくとも１つ装着されて
いることを特徴とする。

【００１０】請求項５記載の発明は、上記請求項４記載
の発明において、前記開閉手段と前記測定手段は前記流
体バックのそれぞれに対して設けられ、前記供給手段は
前記流体バックのすべてに共通であることを特徴とす
る。

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明にあっては、中に流体の入
った柔軟性有る袋状の流体バックがロボットハンドの指
面に装着されており、この流体バッグには供給手段によ
って常に一定の圧力の流体が供給されている。開閉手段
は流体バックに流体を導く管路を開閉する。具体的に
は、ワークを把持する動作を開始する時に管路を開き、
把持動作が終了した時に管路を閉じる。管路が開いた状
態においてハンドを閉じる動作を行うと、流体バッグは
ワークの把持面の複雑な形状に合わせて自由に変形しな
がら接触面を増やし、これに応じた量の流体が流体バッ
グから流出する。流体バックから流出する流体の流量
（流出量）は測定手段によって測定される。制御手段
は、ハンドにワークを把持させる際に、測定手段の測定
結果が所定値以上となったときにハンドの把持動作を停
止させる信号と開閉手段を閉じる信号を出力する。これ
により、ハンドは把持動作を停止し、開閉手段は管路を
閉じる。したがって、あらかじめ前記所定値を、たとえ
ば、ワークの把持状態が適切となったときの流出量に設
定しておけば、複雑な形状のワークであっても常に適切
に、つまり確実に把持できることになる。

【００１２】請求項２記載の発明にあっては、組立用ロ
ボットをプレイバックロボットで構成し、制御手段で使
用される所定値を組立用ロボットの教示時に設定するの
で、ロボットの動作を教示する際に併せてワークの適切
な把持状態も実際に教え込むことができる。

【００１３】請求項３記載の発明にあっては、流体バッ
グの中に入れる流体を空気としたので、管理が容易であ
るとともに、流体バッグの柔軟性について人間の手に近
いやわらかさが実現される。

【００１４】請求項４記載の発明にあっては、ロボット
ハンドのそれぞれの指面にこれを覆うように少なくとも
１つの流体バッグを装着するので、人間の手のように指
面全体が柔軟性を持つようになり、指のどの位置でつか
んでもワークを確実に把持できることになる。

【００１５】請求項５記載の発明にあっては、開閉手段
と測定手段を流体バッグのそれぞれに対して設け、供給
手段を流体バックのすべてに共通としたので、部品点数
の増加が必要な最少限度にとどめられる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の組立用ロボットハンドシステムの
一実施例を示す概略構成図である。この組立用ロボット
ハンドシステムは、ワークが複雑な形状をした柔軟物で
ある場合（たとえば、突起物のある樹脂製のサイドベン
トグリル）であっても確実にワークを把持できるように
人間型のやわらかい指を持たせたものであって、組立用
ロボット１（以下、単にロボットという。）のハンド２
の指３の内側の面４（ワークをつかんだ際にワークと接
触する側の面であって、以下、指面という。）に４つの
エアバッグ５が流体バッグとして装着されている。各エ
アバッグ５は、柔軟性有る材料、たとえば、シリコンや
ゴムなどでできた、袋状または風船状の物体であって、
中には空気（エア）が入れられる。ここでは、ハンド２
は２本の指３を持ち、各指３には同一平面を構成しうる
２つの指面４が形成されているので、それぞれの指面４
について１つのエアバッグ５、つまり指３全体で４つの
エアバッグ５を装着している。好ましくは、ワークをつ
かむハンド２の指３全体をやわらくするため、エアバッ
グ５によってハンド２の指面４全体を覆うようにする。
したがって、ハンド２で把持されるワークは必ずいずれ
かのエアバック５と接触することになる。

【００１７】なお、本実施例では、同一平面を構成しう
る１つの指面４には１つのエアバッグ５しか取り付けて
いないが、これに限定されるわけではない。たとえば、
ハンドの指面の面積が大きい場合には、複数のエアバッ
グを用いてハンドの指面全体を覆うようにしてもよい。

【００１８】各エアバッグ５にはそれぞれ管路としての
エアホース６が接続されており、各エアホースには測定
手段としての流量計７と開閉手段としての開閉弁８（以
下、単に弁という。）がそれぞれ取り付けられている。
各エアホース６の他端は共通の空気圧調整ユニット９に
接続され、この空気圧調整ユニット９は１つの空気供給
源１０に接続されている。供給手段は空気圧調整ユニッ
ト９と空気供給源１０によって構成されている。流量計
７はエアの流量を測定する装置であって、使用環境とそ
の目的に応じた適当なものを選定すればよい。ここで
は、流量計７により対応するエアバッグ５からの空気の
流出量を測定することによって、当該エアバッグ５のし
ぼみ量（逃げ空気量）を計測するようにしている。各流
量計７の出力信号は後述する監視ユニットに与えられ
る。弁８は、たとえば、電磁弁で構成されており、監視
ユニットからの信号によって開閉駆動される。空気圧調
整ユニット９は、空気圧フィルタとルブリケータをそれ
ぞれ圧力調整弁の前後に配置してユニットにしたもので
あって、フィルタ機能や潤滑機能とともに、エアバッグ
５内の空気圧を常に一定にする機能を有している。後述
するように、ワークを把持する動作を開始する際には、
弁８を開いてあらかじめ各エアバッグ５を一杯に膨らま
せておき、把持動作を完了した時に弁８を閉じる。把持
動作の最中は、ハンド２を閉じるにつれて連続的に各エ
アバッグ５がワークの形状に合わせてそれぞれ収縮変形
してワークとの接触面が増加し、これに応じた量の空気
が各エアバッグ５から流出するので、この時のエア流出
量を流量計７で測定する。

【００１９】ロボット１は、たとえば、通常の多関節型
プレイバックロボットであって、ロボット１の動作を規
定する関節数に応じた数の駆動軸（ロボット軸）１１が
設けられている。各軸１１にはそれぞれ１個の軸モータ
（たとえば、サーボモータ）が取り付けられている。ハ
ンド２の各種動作（手首のひねり、曲げ、振りの動作、
および指３の開閉動作など）もまた、他の部分と同様、
上記のロボット軸１１によって実現される。ロボット軸
１１の動作はロボットコントローラ１２によって総合的
に制御される。各軸１１には図示しない位置検出器（た
とえば、エンコーダなど）が取り付けられており、ロボ
ットコントローラ１２はそうした位置検出器の検出デー
タから各軸１１の現在位置を把握している。また、ロボ
ットコントローラ１２には、あらかじめロボット１に所
要の作業（順序、条件、位置、およびその他の情報）を
教示するため、教示の際に使用するリモートコントロー
ル装置である教示盤１３が電気的に接続されている。

【００２０】さらに、本実施例では、ハンド２に装着し
た各エアバッグ５の膨脹収縮状態を管理するための管理
ユニット１４が制御手段として設けられている。この管
理ユニット１４には上記のように各流量計７と各弁８が
電気的に接続されており、また、この管理ユニット１４
はロボットコントローラ１２とも電気的に接続されてい
る。管理ユニット１４は、各流量計７からの信号を入力
処理する入力処理部１５と、各流量計７の測定データを
記憶するデータ記憶部１６と、各種の判定処理などを行
うＣＰＵ１７と、各弁８を開閉駆動する信号を出力する
弁駆動部１８と、ロボットコントローラ１２との間で信
号のやり取りを行うロボットインタフェース１９とを有
している。

【００２１】次に、以上のように構成された本システム
の動作を図２と図３のフローチャートを参照して説明す
る。なお、図２はロボット１を教示する時のフローチャ
ートであり、図３はロボット１が教示された動作を再生
する時のフローチャートである。

【００２２】ロボット１に実際に作業を行わせるには、
ロボット１の教示、つまりあらかじめ所要の作業に必要
な情報を人がロボット１に記憶させておく必要がある。
すなわち、あらかじめ教示盤１３を操作しながらロボッ
ト１を動かして実際の作業を教示することにより、その
作業の順序、条件、位置、およびその他の情報をロボッ
トコントローラ１２内の所定のメモリ（図示せず）に記
憶させる。このとき、ワーク（複雑な形状をした柔軟
物）の把持状態が適切となった時のその情報は各エアバ
ック５からのエア流出量として記憶される。実際の作業
はロボット１の再生によって実行される。すなわち、ロ
ボット１は、教示された順序、条件、位置などの情報を
必要に応じて読み出し、軸モータ制御およびブレーキ制
御などを行うことによって、その読み出した情報に従っ
て動作の各段階を逐次進めていく。このとき、前記ワー
クの把持動作はエア流出量に基づいて適切に行われる。

【００２３】まず、図２を参照して教示時の動作から説
明する。教示盤１３上の教示開始スイッチ（図示せず）
が投入されると、ワークを把持する教示点の番号Ｎを１
にリセットし（ステップＳ１）、ワークの把持位置の情
報をロボットコントローラ１２に記憶させる（ステップ
Ｓ２）。

【００２４】ステップＳ２でワーク把持位置が教示され
ると、監視ユニット１４は、その旨の信号をロボットコ
ントローラ１２からロボットインタフェース１９を介し
て入力し、弁駆動部１８を介して各弁８を開かせる（ス
テップＳ３）。これにより、各弁８が開くので、空気供
給源１０から空気圧調整ユニット９を介して一定の圧力
の空気が各エアバッグ５に供給され、各エアバッグ５は
把持動作開始前にあらかじめ一杯に膨脹した状態とな
る。

【００２５】それから、教示盤１３を操作してロボット
１にワークの把持動作、つまりハンド２（または２本の
指３）を閉じる動作を実行させ（ステップＳ４）、監視
ユニット１４に各流量計７からのデータを取得させる
（ステップＳ５）。ワークの把持動作は微小な動きを得
るために寸動操作によって行われる。また、各流量計７
からのデータは入力処理部１５に入り、ここで所定の入
力処理が施された後、所定のメモリ（図示せず）に一時
保存される。

【００２６】そして、教示者は、ハンド２を寸動で閉じ
るたびに、ワークの把持状態が適切かどうかを判断する
（ステップＳ６）。このとき、骨格であるハンド２の指
面４がワークの大きさよりも少し（たとえば、１mm程
度）大きくなるように教示または設定する。また、隙間
はすべてエアバッグ５で埋めるようにする。こうした点
を考慮して、ワークの把持状態が適切であればステップ
Ｓ７に進み、いまだ適切でなければステップＳ４に戻っ
て、把持状態が適切と判断できるまでステップＳ４〜ス
テップＳ６の処理を繰り返す。

【００２７】すなわち、各エアバッグ５が一杯に膨らん
だ状態からワークの把持動作を開始すると、ハンド２を
閉じる（寸動）につれて連続的に各エアバッグ５がワー
クの形状に合わせてそれぞれ収縮変形してワークとの接
触面が増加し、ワークがしっかりと把持されるようにな
る。このとき、必要以上にハンド２を閉じて各エアバッ
グ５を変形させる必要はないので、ワークがしっかり把
持されたと認められる段階でハンド２の把持動作を止め
る。その間、各エアバッグ５のしぼみ量に応じた量の空
気が各エアバッグ５から流出するので、そのエア流出量
（逃げ空気量）を各流量計７で測定し、そのデータを取
得する。

【００２８】ステップＳ６でワークの把持状態が適切に
なったと判断されると、教示盤１３を操作してＯＫ信号
をロボットコントローラ１２を介して監視部１４に送
り、監視部１４は弁駆動部１８を介して各弁８を閉じさ
せる（ステップＳ７）。これにより、各弁８が閉じて各
エアバッグ５に対する空気の出入が禁止されるので、２
本の指３でつかまれたワークは、解放されるまで、常
に、一定量の空気で、一定の圧力で、しかも適切な状態
で把持されることになる。

【００２９】また、ステップＳ７で弁８を閉じるととも
に、監視部１４は、各流量計７で測定された各エアバッ
グ５からのエア流出量の値を設定値としてデータ記憶部
１６に記憶する（ステップＳ８）。上記したように、各
エアバッグ５からのエア流出量は各エアバッグ５のしぼ
み変形量、つまりワークとの接触面の増加量に対応して
おり、ワークの把持状態が適切かどうかは接触面の大小
に関係しているので、把持状態が適切となった時のエア
流出量を設定値として記憶しておくことによって、後述
するように、ワークの適切な把持状態をロボット１の再
生により自動的に実現することができるようになる。

【００３０】以上までの把持動作の教示が終了すると、
教示盤１３の操作により、順次、ワークを把持した状態
で移動させ、組み付けるというロボット１の一連の動作
を教示し（ステップＳ９）、組付終了点でハンド２を開
いてワークを解放する動作を教示し（ステップＳ１
０）、ロボット１を原位置に退避させる動作を教示する
（ステップＳ１１）。

【００３１】それから、教示者によって教示を続行する
かどうかが判断される（ステップＳ１２）。たとえば、
１台のロボットで複数のワークを組み付ける作業を行う
場合には、複数の部品置場からそれぞれワークをとって
きて組み付ける必要があり、それぞれにおいてワーク把
持位置が異なるので、全種類のワークについて教示を行
うことになる。

【００３２】すなわち、教示を終えていないワーク種が
あれば、教示を続行するものと判断し、教示盤１３から
ロボットコントローラ１２に教示続行指令を出して、ワ
ーク把持教示点の番号Ｎを１だけインクリメントしてス
テップＳ２に戻り、ステップＳ２からの処理を繰り返
す。

【００３３】次に、図３を参照して再生（プレイバッ
ク）時の動作を説明する。図示しない運転スイッチが投
入されると、ロボットコントローラ１２は、教示された
情報を読み出し（ステップＳ２０）、その中の再生点
（位置）が先に記憶されたワーク把持位置（把持教示
点）（図２のステップＳ２参照）に該当するかどうかを
判断する（ステップＳ２１）。

【００３４】この判断の結果として再生点が把持教示点
と一致しない場合には、ワーク把持動作を行うべき位置
ではなく、ロボット１に教示された情報に従った動作
（たとえば、移動、組付動作、ワーク解放、退避動作な
ど）を行わせ（ステップＳ２２）、ステップＳ２９に進
む。

【００３５】これに対し、ステップＳ２１の判断の結果
として再生点が把持教示点と一致する場合には、ハンド
２にワーク把持動作を行わせるべく、監視部１４にロボ
ットインタフェース１９を介して信号を送り、監視部１
４は弁駆動部１８を介して各弁８を開かせる（ステップ
Ｓ２３）。これにより、各弁８が開き、各エアバッグ５
は空気供給源１０から空気圧調整ユニット９を介して一
定の圧力の空気の供給を受けて、一杯に膨脹した状態と
なる。

【００３６】それから、ロボットコントローラ１２は、
ロボット１にワークの把持動作、つまりハンド２（また
は２本の指３）を閉じる動作を実行させ（ステップＳ２
４）、監視ユニット１４は、そのワーク把持動作の各時
点における各流量計７の測定データを取り込む（ステッ
プＳ２５）。取り込まれた各流量計７の測定データ（エ
ア流出量）は、ＣＰＵ１７で、先にデータ記憶部１６に
記憶された設定値（図２のステップＳ８参照）と比較さ
れ、現在のエア流出量が設定値以上かどうかが判断され
る（ステップＳ２６）。

【００３７】この判断の結果として現在のエア流出量が
設定値未満であれば、ワークの把持状態はいまだあらか
じめ教示された適切な状態になっていないものと判断し
て、ステップＳ２４に戻り、さらにハンド２を閉じる。

【００３８】これに対し、ステップＳ２６の判断の結果
として現在のエア流出量が設定値以上であれば、ワーク
は適切に把持された状態に達したものと判断して、監視
部１４は、ＯＫ信号をロボットインタフェース１９を介
してロボットコントローラ１２に送り、これによりハン
ド２の動作を停止させるとともに（ステップＳ２７）、
弁駆動部１８を介して各弁８を閉じる（ステップＳ２
８）。これにより、ワークは解放されるまで常に一定量
の空気で一定の圧力でしかも適切な状態で把持されるこ
とになる。

【００３９】それから、ロボットコントローラ１２は、
教示された情報や異常停止信号の有無などから、動作を
続行するかどうかを判断し（ステップＳ２９）、続行す
る場合にはステップＳ２０に戻って、次の情報を読み出
し、次の再生点での動作を逐次実行していく。

【００４０】したがって、本実施例によれば、ロボット
１のハンド２の指面４にエアバッグ５を装着したので、
ハンド２を閉じるにつれてワークとの接触面が大きくな
るような人間型のやわらかい指が実現され、複雑な形状
の柔軟物ワークであっても確実に把持することができ
る。したがって、組付時にワークががたついたり、わず
かの外力を受けてワークの向きが変わったりすることが
なくなり、複雑な形状のワークであっても確実に組み付
けることができるようになる。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によれば、流体バックをロボットハンドの指面に装着し
ていわば人間型のやわらかい指を実現し、ワークを把持
する際に流体バックから流出する流体の流量に基づいて
把持動作を制御するので、複雑な形状のワークであって
も常に確実に把持することができ、ワークの組付動作の
確実性が向上する。

【００４２】請求項２記載の発明によれば、組立用ロボ
ットをプレイバックロボットで構成し、制御手段で使用
される所定値を組立用ロボットの教示時に設定するの
で、ロボットの動作を教示する際に併せてワークの適切
な把持状態も実際に教え込むことができ、便宜である。

【００４３】請求項３記載の発明によれば、流体バッグ
の中に入れる流体を空気としたので、管理が容易である
とともに、流体バッグの柔軟性について人間の手に近い
やわらかさが実現される。

【００４４】請求項４記載の発明によれば、ロボットハ
ンドのそれぞれの指面にこれを覆うように少なくとも１
つの流体バッグを装着するので、人間の手のように指面
全体が柔軟性を持つようになり、指のどの位置でつかん
でもワークを確実に把持できることになる。

【００４５】請求項５記載の発明によれば、開閉手段と
測定手段を流体バッグのそれぞれに対して設け、供給手
段を流体バックのすべてに共通としたので、部品点数の
増加、つまりコストの上昇が必要な最少限度に抑えられ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の組立用ロボットハンドシステムの一
実施例を示す概略構成図

【図２】 ロボット教示時のフローチャート

【図３】 ロボット再生時のフローチャート

【符号の説明】

１…組立用ロボット ２…ハンド ３…指 ４…指面 ５…エアバッグ（流体バッグ） ６…エアホース（管路） ７…流量計（測定手段） ８…弁（開閉手段） ９…空気圧調整ユニット（供給手段） １０…空気供給源（供給手段） １１…ロボット軸 １２…ロボットコントローラ １３…教示盤 １４…監視ユニット（制御手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複雑な形状を持ったワークを把持して所
   定の組立作業を行う組立用ロボットのハンドシステムで
   あって、 ワークを把持するハンドの指面に装着された、中に流体
   の入った柔軟性有る袋状の流体バックと、 前記流体バックに一定の圧力の流体を供給する供給手段
   と、 前記流体バックに流体を導く管路を開閉する開閉手段
   と、 前記流体バックから流出する流体の流量を測定する測定
   手段と、 前記ハンドにワークを把持させるときに、前記測定手段
   の測定結果が所定値以上となったときに前記ハンドの把
   持動作を停止させる信号と前記開閉手段を閉じる信号を
   出力する制御手段と、 を有することを特徴とする組立用ロボットハンドシステ
   ム。
2. 【請求項２】 前記組立用ロボットはプレイバックロボ
   ットであり、前記制御手段で使用される前記所定値は前
   記組立用ロボットの教示時に設定されることを特徴とす
   る請求項１記載の組立用ロボットハンドシステム。
3. 【請求項３】 前記流体は空気であることを特徴とする
   請求項１記載の組立用ロボットハンドシステム。
4. 【請求項４】 前記流体バックは前記ハンドのそれぞれ
   の指面にこれを覆うように少なくとも１つ装着されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の組立用ロボットハン
   ドシステム。
5. 【請求項５】 前記開閉手段と前記測定手段は前記流体
   バックのそれぞれに対して設けられ、前記供給手段は前
   記流体バックのすべてに共通であることを特徴とする請
   求項４記載の組立用ロボットハンドシステム。