JPH09285986A - エンドエフェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空パッドが大気解放された場合、大気がそ
の統一真空経路に流入して経路全体が増圧し、他のパッ
ドが吸着できなくなるという問題をふせぎ、ひとつのハ
ンドで、多種のものを扱えるようにする。 【解決手段】 ロボットもしくはホイスト等の先端に装
着されて使用される複数の真空パッド２を有する。各真
空パッド２は、流量調節機構６と、上下の自由を許容
し、かつ、その上下位置をロックするロック機構５とを
具備する。各真空パッド２は、先端が大気解放されてい
る時、自動的にバルブを閉じ、大気との連通を遮断す
る。吸着パッド１０は、把持対象物９の表層状態になら
いながら該対象物９に吸着し、対象物の形状・姿勢にか
かわらず把持・移載することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンドエフェク
タ、より詳細には、梱包材（段ボール）などからのロボ
ットによる把持・移動、ロボットセル対応の部品供給シ
ステム、リサイクルを目的とした形状による分別等に使
用して好適なエンドエフェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】物品を把持・移載するために用いられる
真空パッド利用のシステムにおいては、ほとんどのシス
テムが真空パッドを共通の真空経路をもって複数具備し
ており、ハンド単体は勿論、システム全体で共通の真空
経路という構成もめずらしくはない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、それらのうち
一つの真空パッドが大気解放された場合、大量のエアー
が共通真空経路に流入して経路内全体が増圧し、他のパ
ッドが吸着できなくなるという問題があった。それをふ
せぐため、従来は、大容量のバッファーチャンバーを設
けたり、真空発生装置を多数設け、それぞれ真空経路を
独立させるなどで対処してきた。また、真空吸着による
把持は同一形状、同一姿勢の対象物がほとんどであっ
た。

【０００４】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、請求項１の発明は、ひとつのハンドで、多
種のものを扱えるようにすることを目的とする。請求項
２の発明は、請求項１の発明を達成するように、吸着時
には真空パッドへの真空排気経路を解放し、吸着パッド
から外れ（非吸着時）一定以上の速度でエアーがもれる
ときは、経路を閉じることを目的とする。請求項３の発
明は、さらに真空漏れを少なくするため、もれ発生前
に、使用しないパッドのバルブを閉じることを目的とす
る。請求項４の発明は、対象物の重量が吸着可搬重量の
範囲においては、吸着面積が違う対象物でも同一のハン
ドで取り扱うことがてきることを目的とする。請求項５
の発明は、対象物の形状が平面的でない場合、その形状
に真空パッドをならわせて吸着・把持し、揺動するのを
ふせぐことを目的とする。

【０００５】真空吸着による把持のセンシングは、真空
経路の圧力スイッチ（真空スイッチ）を用いることが一
般的であるが、スイッチはダイヤフラム方式が一般的で
ヒステリシスが大きい。従って、真空排気のコンダクタ
ンスが大きくないとセンサの調整がシビアで信頼性も低
い。

【０００６】そこで、求項６の発明は、より信頼性のた
かい把持センシングをおこなう手段を提供することを目
的とする。請求項７の発明は、真空パッドによる把持状
態での対象物の変形をふせぐことを目的とする。請求項
８の発明は、真空パッドが対象物からはずれてしまった
場合、大量のエアーがその真空経路に流入し経路内全体
が増圧してしまい、吸着できなくなることをふせぐこと
を目的とする。請求項９の発明は、対象物の把持状態で
の位置決めを確実にすることを目的とする。請求項１０
の発明は、組み立て・移載のための対象物の把持位置・
種類をセンシングすることを目的とする。請求項１１の
発明は、さらにＺ方向（上下方向）のデータを加えるこ
とで対象物判断とその姿勢及び把持状態認識の確度を向
上させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ロボ
ットもしくはホイスト等の先端に装着されて使用される
エンドエフェクタであって、該エンドエフェクタは、複
数の真空パッドと、該真空パッドの各々に設けられた流
量調節機構と、上下動の自由度を許容し、かつ、その上
下位置をロックするロック機構とを具備し、前記真空パ
ッドにて対象物を真空吸着して把持・移載することを特
徴とし、もって、把持対象物の表層状態にならいながら
吸着パッドが接し、真空漏れをおこさないようにし、対
象物の形状・姿勢にかかわらず把持・移載することがで
きるようにしたものである。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１に記載の発明
において、前記流量調節機構が、前記真空パッドに予圧
したボールをバルブ（弁体）として使用し、該バルブが
パッド吸着時に開き、吸着していないときは閉じること
を特徴とし、もって、ある流量（調整可能）以上エアー
が流れると前記バルブを閉じるようにし、パッドが対象
物に適正に接していない場合にはバルブを閉じて、共通
の真空経路の増圧を防ぐようにしたものである。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１に記載の発明
において、前記真空パッドが上下動の自由度を有し、か
つ、その上下位置を検出する機構をもち、前記吸着パッ
ドが対象物に接触したか否かによって真空経路の開閉を
おこなうことを特徴とし、もって、対象物に接したパッ
ドのみ弁を開くようにし、対象物に接していないパッド
からの真空もれを起こさないようにして、共通の真空経
路の増圧をふせぐようにし、共通の排気装置・経路でシ
ステム化できるようにしたものである。

【００１０】請求項４の発明は、請求項２又は請求項３
の発明もしくはそれに類する機能を有する真空パッドを
同一平面にマトリックス状に配置し、ロボットもしくは
ホイストなどに先端に取り付けて使用することを特徴と
し、もって、平面内に位置する吸着面積・個数・形状の
異なる対象物を把持・移載することができるようにした
ものである。

【００１１】請求項５の発明は、請求項２の発明の真空
パッドを複数有し、それらが平面にマトリックス状に、
かつ、上下可能に配設され、かつ、その上下ガイド部に
各々ロック機構を持ち、扱う部品の形状に沿った形状を
保持できることを特徴とし、もって、対象物のさまざま
な吸着面積・個数・姿勢において把持でき、かつ、その
把持状態を維持でき、ワークの揺動をふせぐことができ
るようにしたものである。

【００１２】請求項６の発明は、先端に吸着パッドを有
し、かつ、上下可能でかつスプリングによって上方向に
予圧された真空パッドと、上下動可能な上下方向のつき
あて部材と、真空パッドの上下位置を検出するセンサと
を有することを特徴とし、もって、上方向に予圧された
真空パッドが、把持物体とつきあて部材によりスプリン
グの力に抗して位置が下がって、物体に吸着がなされ、
物体の揺動をふせぎ、かつ、その位置を検出することで
把持の確認をすることができるようにしたものである。

【００１３】請求項７の発明は、先端に吸着パッドを有
し、かつ、上下動可能でかつスプリングによって上方向
に予圧された複数の真空パッドと、上下動可能な上下方
向のつきあて部材とを有し、これらが同一平面にマトリ
ックス状に配置され、かつ、各々上下方向のセンサを有
することを特徴とし、もって、一度に複数もしくはその
可搬重量内で、さまざまな形状のものを把持できるよう
にしたものである。

【００１４】請求項８の発明は、請求項７のエンドエフ
ェクタに請求項２もしくは請求項３もしくはそれに類す
る機能を具備する真空パッドを用いることを特徴とし、
もって、吸着できなかった場合に、真空経路をすみやか
に遮断でき、共通の真空排気経路内を増圧することな
く、他の吸着ハンドその他の影響を及ぼすことが無いよ
うにしたものである。

【００１５】請求項９の発明は、請求項６乃至８のエン
ドエフェクタに平面方向位置決めピンを少なくとも３つ
以上具備することを特徴とし、もって、上下の位置決め
と平面方向の位置決めが可能でかつ把持検出が確実に行
えるようにしたものである。

【００１６】請求項１０の発明は、請求項７乃至９のエ
ンドエフェクタにおいて、前記センサからのデータを対
象物の平面データとし、そのデータから対象物の予測を
し、移載・組み立て箇所を判断することを特徴とし、も
って、マトリックス状に配置している各真空パッドの検
出データが、そのまま把持物の平面データを表わすよう
にし、そのデータを元に対象物を判断してそれぞれのプ
ログラムで移載場所によりわけられるようにしたもので
ある。

【００１７】請求項１１の発明は、請求項５の発明にお
いて、前記上下ガイド部の各々に上下変化量を検出でき
るセンサを有し、該センサからデータをもって対象物の
別および姿勢を判断してそれぞれのプログラムを実行す
ることを特徴とし、もって、マトリックス状に配置され
た真空パッドの各々の上下移動量がＺ軸（上下）デー
タ、各パッド分布を平面データとして、あらかじめ制御
系が持つ既知の対象物の３次元データとてらして物体を
予測し、それぞれのプログラムで移載場所によりわけた
り、組み立てたりできるようにするものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用されたエン
ドエフェクタの概略構成図で、このエンドエフェクタは
図示していないロボットもしくはホイストなどにとりつ
けられて使用されるもので、筐体１には、上下に自由度
を持つ複数の真空パッド２が設けられ、各真空パッド２
は、先端部に設けられた吸着パッド１０と、該吸着パッ
ド１０を任意所望の方向に首振りする首振り機構３と、
該首振り機構３を下部に圧縮するスプリング４と、パッ
ド２を所望位置に固定するロック機構５と、流量調節弁
６を備えており、電磁弁７で閉じられた真空排気系８と
つながっている。

【００１９】図２は、前記エンドエフェクタをワーク９
に近づけた状態を説明するための図で、エンドエフェク
タの各真空パッド２はワーク９の形状にならいながら、
真空パッド２の吸着面１０が接している。この状態で、
真空パッド２の上下自由度をロック機構５でロックした
後、電磁弁７を開放し、ワーク９を吸着・把持し、持ち
上げて所望の場所に移動するが、その移載の際も上下動
をロックしているので、揺動することがなく安定した移
載を行うことができる。この場合、真空パッド２を電磁
石とおきかえても、また、それに類する吸着・解放が可
能な機構で置き換えてもよい。

【００２０】図３、図４は、真空パッド２の流量調節弁
６の詳細を説明するための要部断面図で、図３に示した
ように、ワーク９に吸着した場合、吸着パッド１０から
バルブボール１１までの空間内にたまったエアーと吸着
パッド１０での漏れ量の吸着時トータル流量Ｑ１がゲー
ト部１２を通過する。一方、図４に示したように、吸着
パッド１０がワーク９に吸着していない場合、解放流量
Ｑ２がゲート部１２を通過する。ここで、Ｑ２は、真空
排気系８側の圧力と大気圧の差圧とゲート部１２のコン
ダクタンスに比例する。大量の解放流量Ｑ２が流れた場
合、バルブボール１１はスプリング１３の予圧に抗して
持ち上がり、ゲード部１２に接してしまい、図４に示し
たように、真空系を閉じるため、その真空パッド２から
エアーが漏れることはない。又、圧力調整ねじ１６を図
の矢印方向に調整することでより細かな流量調整をする
ことができる。

【００２１】図５は、本発明によるエンドエフェクタ
で、ワーク９を把持した場合に、一部の真空パッド２が
ワーク９に吸着できなかった場合（真空パッド２’参
照）の例を説明するための図で、この場合、もし、流量
調節弁６を備えていない場合、吸着してない真空パッド
２’からエアーが流入して真空排気系８が増圧してしま
い他の吸着している真空パッド２の吸着力の低下を起こ
してしまうが、本発明のように、前述のごとき流量調節
弁６を備えていれば、エアーは漏れず、把持状態を保持
することができる。

【００２２】図６は、マトリックス状に配置された真空
パッド２によるワークの吸着を説明するための図で、図
６（Ａ）は側面概略図、図６（Ｂ）は平面模式図で、図
中の黒丸はワーク９に吸着されている真空パッド、白丸
は吸着されていない真空パッドを示し、図５の説明と同
様の原理で、マトリックス状に配置された真空パッド２
によって吸着能力の範囲内であれば様々な形状のワーク
９を把持移載できる。

【００２３】図７は、本発明が適用された他のエンドエ
フェクタの概略構成図で、図中、１４は従来の通常の、
つまり流量調節機構を持たない真空パッドで、この真空
パッド１４は、筐体１の下部に圧縮するスプリング４で
取り付けられている。筐体１をロボットもしくはそれに
類するもので下降させると、ワーク９に接した真空パッ
ド１４は上昇し、センサ１５がその上昇を検出すると、
電磁弁７を開放し、検出しなければ閉じたままにする。
これによって、ワーク９に接触しない真空パッド１４か
らはエアーが漏れるようなことはない。

【００２４】図８は、図７に示したエンドエフェクタを
用いた場合の動作を説明するための図で、真空パッド１
４は上下に自由度を持ち、スプリング４で上方向に予圧
された状態で下部プレート１７に取り付けられ、該下部
プレート１７はリニアガイド１９を介して上部プレート
１８に連結されている。下部プレート１７の下部にはつ
きあて棒２０が下方に延長して設けられており、図示さ
れないロボットもしくはそれに類するもので、該つきあ
て棒２０をワーク９の上部につきあて（図８（Ａ））、
さらに、上部プレート１８を降下させることにより（図
８（Ｂ））、上部プレート１８が真空パッド２を押し下
げ、吸着パッド１０をワーク９に接触させる。この状態
で、図示されない電磁弁７を開放して真空吸着をする。
すると、真空吸着力とスプリング４の力により、ワーク
９はつきあて棒２０に押し付けられた状態で把持されて
持ち上げられ（図８（Ｃ））、その把持の状態は、セン
サ１５によって検出される。

【００２５】図９は、本発明の他の構成動作を説明する
ための図で、図８のつきあて棒２０の形状に横から位置
決めする為のピン２１を付加するか、別途横位置決ピン
２２を付加して、少なくとも、これを３ヵ所設けること
で把持時の位置決めをするようにしたものである。

【００２６】図１０は、本発明の更に他の構成を説明す
るための図で、マトリックス状に配置された真空パッド
をもつエンドエフェクタは、センサ１５の吸着検出デー
タの最外周を結んだ形状が、そのままワーク９の吸着部
形状を近似している。したがって、コントローラに持っ
ているワーク形状のデータと照会することによって、そ
のワークがなんであるかを判断し、それに対応したプロ
グラムを使用して移載・組立をすることができる。

【００２７】図１１は、本発明の更に他の構成を説明す
るための図で、マトリックス状に構成された、各真空パ
ッドから得られる上下移動量のデータと各パッドの配置
は、把持するワーク９の立体形状を近似している。従っ
て、あらかじめ制御系がもっている３次元データと照会
することによって、ワーク９の形状・姿勢・個数の判断
をすることができ、それに対応したプログラムを使用し
て移載・組立をすることができる。

【００２８】図１２は、ロック機構の例を説明するため
の図で、マトリックス状に配置されたパッド軸２３に、
ブレーキ２４とリンク結合された駆動軸２５を駆動し
て、ブレーキ２４をパッド軸２３に押し付けてロックを
行う。この方式で各軸同時に行う。

【００２９】

【発明の効果】請求項１の発明によると、複数の真空吸
着パッドと、該真空吸着パッドの各々に流量調節機構
と、該真空吸着パッドを任意にロックできる上下動機構
を具備し、複数の把持対象物の表層状態にならいなが
ら、吸着パッドが該把持対象物に接するようにしたの
で、真空漏れをおこすことなく、対象物の形状・姿勢に
かかわらず複数把持・移載することができる。

【００３０】請求項２の発明によると、予圧力調整が可
能なボールをバルブとして使用し、ある流量（調整可
能）以上が流れるとバルブを閉じるようにし、吸着パッ
ドが対象物に適正に接していない場合にはバルブを閉じ
るようにしたので、共通の真空経路の増圧をふせぐこと
ができ、共通の排気装置・経路でシステム化できる。

【００３１】請求項３の発明によると、上下動の自由度
を有する真空パッドとその上下位置を検出する検出セン
サを具備し、対象物に接した真空パッドのみを弁を開く
ようにできるため、吸着パッドが対象物に接していない
場合に真空もれを起こさず共通の真空経路の増圧をふせ
くことができ、共通の排気装置・経路でシステム化でき
る。

【００３２】請求項４の発明によると、請求項２又は請
求項３もしくはそれに類する流路制御機能をもつ真空パ
ッドを平面にマトリックス状に配置しているので、平面
内に位置する吸着面積・個数・形状の異なる対象物を把
持・移載することができる。

【００３３】請求項５の発明によると、マトリックス状
に配置されている各真空パッドが任意の位置でロックで
きる上下自由度を有しているので、対象物のさまざまな
吸着面積・個数・姿勢において把持でき、また、その把
持状態を維持できるので、ワークの揺動をふせぐことが
できる。

【００３４】請求項６の発明によると、上方向に予圧さ
れた真空パッドは、吸着がなされた場合、把持物体とつ
きあて部によりスプリングの力に抗して位置が下がる
為、物体の揺動をふせぎ、かつ、その位置を検出するこ
とで把持の確認をすることができる。

【００３５】請求項７の発明によると、請求項６の発明
の効果に加え、請求項６の機構をマトリックス状に配置
してあるので、一度に複数もしくはその可搬重量内で、
さまざまな形状のものを把持できる。

【００３６】請求項８の発明によると、請求項６および
請求項７に、請求項２もしくは請求項３の機構を具備し
ているので、吸着できなかった場合、真空経路をすみや
かに遮断できるので、共通の真空排気経路内を増圧せ
ず、従って、他の吸着ハンドその他の影響を及ぼすこと
が無い。

【００３７】請求項９の発明によると、請求項６乃至８
の機構に位置決めピンを少なくとも３つ以上具備してい
るので、上下の位置決めと平面方向の位置決めが可能で
かつ把持検出が確実に行える。

【００３８】請求項１０の発明によると、マトリックス
状に配置している各真空パッドの検出データは、そのま
ま把持物の平面データを表わすため、そのデータを元に
対象物を判断でき、それぞれのプログラムで移載場所に
よりわけることができる。

【００３９】請求項１１の発明によると、マトリックス
状に配置された真空パッドの各々の上下移動量がＺ軸
（上下）データ、各パッド分布が平面データとして、あ
らかじめ制御系が持つ既知の対象物３次元データとてら
し物体を予測し対象物を判断でき、それぞれのプログラ
ムで移載場所によりわけたり、組み立てたりすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の適用されたエンドエフェクタの概略
構成図である。

【図２】 エンドエフェクタをワークに近づけた状態を
説明するための図である。

【図３】 流量調節弁の詳細を説明するための図である
（ワーク吸着時）。

【図４】 流量調節弁の詳細を説明するための図である
（ワーク非吸着時）。

【図５】 エンドエフェクタで、ワークを把持した場合
と、真空パッドが吸着できなかった場合を説明するため
の図である。

【図６】 マトリックス状に配置された真空パッドによ
るワークの吸着を説明するための図である。

【図７】 本発明が適用された他のエンドエフェクタの
概略構成図である。

【図８】 図８のエンドエフェクタの動作を説明するた
めの図である。

【図９】 本発明の他の構成を説明するための図であ
る。

【図１０】 本発明の更に他の構成を説明するための模
式図である。

【図１１】 本発明の更に他の構成を説明するための模
式図である。

【図１２】 ロック機構の例を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１…筐体、２…真空パッド、３…首振り機構部、４…ス
プリング、５…ロック機構、６…流量調節弁、７…電磁
弁、８…真空排気系、９…ワーク、１０…吸着パッド、
１１…バルブボール、１２…ゲート部、１３…スプリン
グ、１４…、真空パッド、１５…上昇センサ、１６…圧
力調整ねじ、１７…下部プレート、１８…上部プレー
ト、１９…ガイド棒、２０…つきあて棒、２１，２２…
位置決ピン、２３…パッド軸、２４…ブレーキ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットもしくはホイスト等の先端に装
   着されて使用されるエンドエフェクタであって、該エン
   ドエフェクタは、複数の真空パッドと、該真空パッドの
   各々に設けられた流量調節機構と、上下動の自由を許容
   し、かつ、上下位置をロックするロック機構とを具備
   し、前記真空パッドにて対象物を真空吸着して把持・移
   載することを特徴とするエンドエフェクタ。
2. 【請求項２】 請求項１のエンドエフェクタにおいて、
   前記流量調節機構は、前記真空パッドに予圧したボール
   をバルブとして使用し、該バルブが吸着時に開き、吸着
   していないときは閉じることを特徴としたエンドエフェ
   クタ。
3. 【請求項３】 請求項１のエンドエフェクタにおいて、
   前記流量調節機構は、前記真空パッドの、上下動の自由
   を許容し、かつ、その上下動を検出する機構を有し、該
   吸着パッドが対象物に接触したか否かによって真空経路
   の開閉をおこなうことを特徴としたエンドエフェクタ。
4. 【請求項４】 請求項２又は請求項３において、前記真
   空パッドが同一平面にマトリックス状に配置され、ロボ
   ットもしくはホイスト等の先端に取り付けられて使用さ
   れること特徴とするエンドエフェクタ。
5. 【請求項５】 請求項２のエンドエフェクタにおいて、
   前記真空パッドを平面にマトリックス状に、かつ、各々
   の吸着パッドが上下可能に配設され、その上下ガイド部
   に各々ロック機構を有することを特徴としたエンドエフ
   ェクタ。
6. 【請求項６】 先端に吸着パッドを有し、かつ、上下動
   可能でかつスプリングによって上方向に予圧された真空
   パッドと、上下動可能なつきあて部材と、前記各真空パ
   ッドの上下位置を検出するセンサとを有することを特徴
   としたエンドエフェクタ。
7. 【請求項７】 先端に吸着パッドを有し、かつ、上下動
   可能でかつスプリングによって上方向に予圧された複数
   の真空パッドと、上下動可能なつきあて部材と、これら
   が同一平面にマトリックス状に配置され、かつ、前記各
   真空パッドの上下位置を検出するセンサとを有すること
   を特徴としたエンドエフェクタ。
8. 【請求項８】 請求項７において、請求項２又は請求項
   ３の真空パッドを用いることを特徴とするエンドエフェ
   クタ。
9. 【請求項９】 請求項６乃至８のいずれかにおいて、エ
   ンドエフェクタに平面方向位置決めピンを少なくとも３
   つ以上具備することを特徴としたエンドエフェクタ。
10. 【請求項１０】 請求項７乃至９のいずれかのエンドエ
    フェクタにおいて、前記センサからのデータを対象物の
    平面データとし、そのデータから対象物の予測をし、移
    載・組み立て箇所を判断することを特徴とするエンドエ
    フェクタ。
11. 【請求項１１】 請求項５のエンドエフェクタにおい
    て、前記上下ガイド部の各々に上下変化量を検出できる
    センサを有し、該センサからのデータをもって対象物の
    別および姿勢を判断しそれぞれのプログラムを実行する
    ことを特徴とするエンドエフェクタ。