JPH10277982A - ワーク把持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットハンドで掴むワークが予期しない突
起や肌荒れを有する場合にも、指先の把持爪が十分な把
持力でワークを掴み工作機械に適用することができるロ
ボットハンド用のワーク把持構造を提供する。 【解決手段】 ２個の把持爪を有する平行な２個の指が
対向する方向に並進して開閉することにより４個の把持
爪でワークを押さえる４点接触式平行２指ハンドであっ
て、少なくとも一方の指３の２個の把持爪５を弾性体４
を介して取り付けること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークを把持して
加工機械により加工するロボットのハンドに用いるワー
ク把持機構の分野に関し、特に表面に凹凸を有する直方
体状の鋳物等を扱う場合に有効なワーク把持機構に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動化の進んだ鋳物工場では、鋳出した
ワークをロボットハンドで把持して研削機械に押し当て
てバリ等の不要部分を削ぎ落として鋳物の形状を整える
工程を有する。従来、このような用途に用いるロボット
ハンドは、対向する２本の指を持ち、その指の先端には
適当な間隔を有する２個の把持爪が付いていて、２本の
指が互いに並進して開閉し爪先でワークを平行に押さえ
て把持するような構造になっていた。このような構造で
把持爪が２本の指に固定されていると、図８に表したよ
うに、把持爪が押さえようとするワークの面が正確に平
行でないときや、鋳出したままの鋳物の肌のように凹凸
があるときに、並設された１対の把持爪が把持面に片当
たりして２点支持あるいは３点支持の状態になって、２
個の把持爪が分担すべき把持力を１個の把持爪が担うこ
とになるため、総合的な把持力が実質的に低下する場合
があった。

【０００３】このような不都合を解消するため、図９に
示したように、一方の指は並進方向に対して垂直な姿勢
を保持して把持爪の向きが変化しないようにして、他方
の指はハンドに対して垂直なピンで回動可能に軸支し
て、把持爪が並進方向に対して揺動するような構造とす
ることができる。このような構造では、４個の把持爪の
間に把持力の差がある場合にも二つの指が閉じるに従っ
て回動可能な指の把持爪が回動して姿勢を変え、４個の
把持爪の位置関係が挟み込んでいるワークの外形に適合
するようになる。このため、把持力が４個の把持爪の間
で均等化して総合的な把持力が劣化せず重量のあるワー
クを扱うことができる。

【０００４】しかし、このようなピン構造の指を用いた
構造によるときも、鋭い先端形状を有する把持爪がワー
クの肌に食い込んでいる場合ばかりでなく両者の間の摩
擦力が大きい場合には、把持爪が把持面上を摺動するこ
とが難しく一旦接触した位置からずれることができない
ため、４個の把持爪の位置をワーク外形に適合するよう
にすることができない。このような場合には、特に、把
持したワークをグラインダやボーリング、あるいは研磨
機などの工作機械に当てたときにずれを生じて正確な工
作ができないことがあった。なお、ワークとロボットハ
ンド間の姿勢により高い自由度を与えるため、二つの指
を共に回動軸を有するものとすることも考えられるが、
両方とも回動するようにすると小さな力が掛かっただけ
で把持したワークの姿勢が変化するため、工作機械に所
定の部分を所定の力で押し付けて加工するといった目的
に使用することが難しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の解決
しようとする課題は、ロボットハンドで掴むワークが予
期しない突起や肌荒れを有する場合にも、指先の把持爪
が十分な把持力でワークを掴み工作機械に適用すること
ができるロボットハンド用のワーク把持構造を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のワーク把持機構は、２個の把持爪を有する
平行な２個の指が対向する方向に並進して開閉すること
により４個の把持爪でワークを押さえる４点接触式平行
２指ハンドであって、少なくとも一方の指の２個の把持
爪を弾性体を介して取り付けたことを特徴とする。また
さらに、一方の指が４個の把持爪を含む面に対してほぼ
垂直な回動軸の周りに揺動できるようになっていてもよ
い。特に、回動軸が把持爪から等距離の位置に設けられ
ていることが好ましい。なお、把持爪の部分は指を挟ん
で展設された板バネの端部に把持爪が形成された構成で
あってもよい。

【０００７】本発明のワーク把持機構は、少なくとも一
方の指に取り付けられた２個の把持爪が弾性体で支持さ
れているため、凹凸を有するワークの面に当接する場合
にも凹凸に従って把持爪の位置が変化するので、常に４
個の把持爪が当接して４点支持による十分な把持力をも
ってワークを支えるようにすることができる。弾性体を
両方の指に用いても良いことはいうまでもない。またさ
らに、一方の指が把持爪を含む面に対して垂直な面に垂
直な回動軸を有するように構成されたものは、把持爪で
ワークを掴もうとするときに把持爪の当たり具合に差異
があれば、指を回動させて２個の把持爪がほぼ均等にワ
ークの把持面に当接するようにして片当たりを防止する
ことができる。従って、４個の把持爪の把持力が平均し
て、総合的に強い把持力を発揮するようになる効果があ
る。また、上記回動軸が２個の把持爪の中央位置にある
場合は、２個の把持爪の間に生じた反力の違いにより指
が自然に回動して片当たりを防止する。

【０００８】なお、把持爪を支持する弾性体は各種のも
のが使用できるが、特に指を挟んで展設された板バネを
用いる場合は、極めて簡単な構造で片当たりが防止でき
るようになる。さらに、把持爪の間隔が開いているた
め、例えば回転軸を持たない第１の指の把持爪がワーク
に片当たりしたときにワークを押し付ける力により生じ
る回転モーメントが大きくなる。このため、回転軸を有
する第２の指の把持爪を押す力が拡大され容易にワーク
の姿勢を正して、第１の指の当たっていなかった方の把
持爪がワークの把持面に当接するようにすることができ
る。また、バネの長手方向に対する剛性は強いため一旦
把持されたワークは多少の機械力では位置変化しない。
このためワークを研削機などの工作機械に当てて加工す
る場合に高い加工精度が期待できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るロボットハン
ドに用いるワーク把持機構を、図面を用い実施例に基づ
いて詳細に説明する。図１は本発明のワーク把持機構の
１実施例の斜視図である。図を参照すると、ロボットハ
ンド１には平行に対向して２本の指が設けられている。
第１指２と第２指３は、それぞれ先端の対向面側に板バ
ネ４が固定されている。板バネ４は指の軸方向と指の移
動方向に対して垂直に展設されていて、板バネ４の先端
には内側に向かって鋭いエッジを有する把持爪５が取り
付けられている。第２指３は、把持爪５の配設される平
面に対して垂直な方向に回動軸６を有し、板バネ４が上
記平面内で揺動できるようになっている。ロボットハン
ド１は図外の多関節ロボットのアームに固定されてい
る。２本の指２、３が姿勢を保持したまま並進すると、
ほぼ平面上に配設された４個の把持爪５がワーク１０の
両側面に当接し爪先のエッジでしっかりワーク１０を把
持することができる。

【００１０】図２はワーク把持機構の作用を説明する図
面で、図１のワーク把持機構がワーク１０を挟んで把持
した状態を上から見たところを表している。第１指２と
第２指３の間隔が狭まるように並進すると、指の間にワ
ーク１０が挟まれ板バネ４先端に設けられた把持爪５が
側面に当たる。この時、例えば第２指３の２個の把持爪
５がワーク１０の側面に片当たりしていると、ワーク１
０の面に押されて回動軸６の周りに回転モーメントを生
じ、第２指３が回動軸６の周りに回転する。この回転は
左右の把持爪５に掛かる力が等しくなると平衡して止ま
る。従って、ワーク１０の両側面が平行でない場合や鋳
物等の表面に生じた微妙な凹凸などの突起１１が把持爪
５に当たっている場合にも、４個の把持爪５が均等な把
持力を発生してワーク１０を支持するようになる。

【００１１】なお、従前は同じ指に設ける１対の把持爪
５の間隔が指の太さに制約され例えば１５０ｍｍ程度と
短かったため、第２指３が回動軸６を有する場合でもモ
ーメントが小さく把持爪５とワーク面の摩擦に抗して把
持爪５の当たりを均等化することが困難であったが、本
発明のワーク把持機構では板バネ４を展設して把持爪５
の間隔が例えば４００ｍｍ程度に比較的長くすることが
できるため、モーメントが大きくなる。また、ふたつの
把持爪５が当たる面の高さの差が大きくても第２指３は
僅かに回転させることにより均等な把持力を発揮するよ
うにすることができる。図３は、板バネ４等の弾性体を
介して把持爪５を支持することによる効果を説明する図
面である。板バネ４の弾性のため、把持爪５がワーク１
０の凸部１２に当たった場合でも凹部１３に当たった場
合でも、その形状に倣って把持することができる。

【００１２】図４は、ロボットハンド１がワーク１０を
把持したまま工作機械に当てて加工する様子を示す斜視
図である。工作機械２０はグラインダ２１を備えた研削
機械であり、ロボットハンド１によりワーク１０の端面
を回転する砥石に押し付けて研削し、ワーク１０の形状
を整える。加工中はワーク１０に反力が掛かるため、把
持力が弱いとワーク１０の位置がずれて正確な加工がで
きないが、本発明のワーク把持機構によれば把持爪５が
均等な把持力を持つため総体的な力として大きくなり、
良好な把持ができる。また、板バネ４は長手方向の剛性
が大きいためワーク１０の加工中にも歪みにくく、ワー
ク１０の加工位置が変化することも少ない。なお、上記
説明では、把持爪はバネ材に取り付けた場合について述
べたが、バネ材の先端部を加工して把持爪に形成しても
良い。また、バネ材は直線状になっているが、弓なりに
湾曲させて中央を指に止め両端を把持爪として使用する
ようにしても良い。

【００１３】次に、図５から図７を用いて、鋳物の整形
を行う自動研削工程に本実施例のワーク把持機構を用い
た例について説明する。図５の（ａ）から（ｅ）は、搬
送されてきた鋳物をロボットハンドが掴み上げて、その
１側面を整形するまでの工程を表す。図５中、参照番号
３１はコンベア、１０は加工対象の鋳物である。鋳物１
０には押湯跡１４が残っている。また、参照番号３２は
計測ロボットのセンサ、２１は研削機のグラインダであ
る。図５（ａ）に示すように、鋳物１０がコンベア３１
で搬送されてきて、所定の位置に停止する。すると、図
５（ｂ）に示すように、計測ロボットのセンサが鋳物１
０を視野に収めて、鋳物１０の形状や刻印を観測して型
番の確認をし、型番とコンベア上の位置・姿勢の情報か
らロボットハンドが把持する位置を決める。次いで、図
５（ｃ）で示すように、ロボットアーム７の先端に設け
られ本発明のワーク把持機構を備えたロボットハンド１
で決められた把持位置を掴んでコンベアから取り上げ、
研削機の位置まで持ってくると、図５（ｄ）に示したよ
うに、押湯跡１４がある面１５を研削機のグラインダ２
１に近づけ、さらにタッチセンシング等でたとえば加工
面１５の３カ所でグラインダ２１までの距離や方向を測
定するなどして研削部位とグラインダ２１の位置関係を
認識させて、鋳物１０の姿勢をグラインダに対して調整
して加工面１５をグラインダ２１に当てる。その後、図
５（ｅ）に示すように、ロボットハンドでグラインダ２
１への押しつけ力を制御しながら鋳物１０を上下に動か
して押湯跡を削り取る。

【００１４】図６の（ａ）から（ｅ）は、押湯跡を削り
取った後でその裏側の見切り面を整形する工程を表す。
押湯跡を削り取った後で、ロボットハンド１は、図６
（ａ）に示すように、鋳物ワーク１０を把持したまま空
中で１８０度回転してワーク１０の姿勢を変化させ、押
湯跡が付いていた面１５と反対の面１６が前方に来るよ
うにする。次に図６（ｂ）にあるようにタッチセンシン
グ等により研削部位を観測して姿勢を調整し、図６
（ｃ）に示すように、加工面１６をグラインダ２１に当
てて、押しつけ力を制御しながら鋳物ワーク１０を上下
に動かして加工面１６を整形する。面１５と１６を整形
した後で、図６（ｄ）にあるように、仮置き台３３にワ
ーク１０を置いてから、ロボットハンド１はワーク１０
を手放して上方に離れ空中で９０度回転して、改めてロ
ボットハンド１をワーク１０に近づけ、図６（ｅ）に示
すように、整形した面１５、１６を指先で掴んで、ワー
ク１０を取り上げてワークの持ち替えを完了する。

【００１５】図７の（ａ）から（ｆ）は、残った見切り
面を整形する工程を表す。ワーク１０を把持したロボッ
トハンド１はワーク１０を研削機の位置まで持ってくる
と、図７（ａ）に示したように、新しい面１７をグライ
ンダ２１に近づけ、タッチセンシング等で研削部位とグ
ラインダ２１の位置関係を認識させて、ワーク１０の姿
勢をグラインダに対して調整し、図７（ｂ）に示すよう
に、加工面１７をグラインダ２１に当てて、押しつけ力
を制御しながら鋳物ワーク１０を上下に動かして加工面
１７を整形する。次に、ロボットハンド１は、図７
（ｃ）に示すように、鋳物ワーク１０を空中で１８０度
回転して姿勢を変化させ、先の加工面１７と反対の面１
８が前方に来るようにして、図７（ｄ）にあるようにタ
ッチセンシング等により研削部位を観測して姿勢を調整
し、図７（ｅ）に示すように、加工面１８をグラインダ
２１に当てて、押しつけ力を制御しながら鋳物ワーク１
０を上下に動かして研削整形する。面１７と１８を整形
した後で、図７（ｆ）にあるように、姿勢を改めてワー
ク１０を次の熱処理工程に送るためのパケットに移動す
る。こうして、ロボットハンドによりワークを扱って研
削機で自動的に整形する鋳物１０の整形工程が終了す
る。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明のワー
ク把持機構は、無人加工工場等においてロボットハンド
がワークを扱う場所で用いることにより、ワークが予期
しない突起や肌荒れを有する場合にも、指先の把持爪が
十分な把持力でワークを掴み工作機械に適用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のワーク把持機構の１実施例の斜視図で
ある。

【図２】本実施例のワーク把持機構の作用を説明する図
面である。

【図３】本発明の作用を説明する図面である。

【図４】本実施例のワーク把持機構を組み込んだロボッ
トハンドによってワークを研削機に当てる様子を示す斜
視図である。

【図５】本実施例のワーク把持機構を組み込んだロボッ
トハンドによって鋳物の整形を行う自動研削工程の第１
の工程を説明する図面である。

【図６】上記自動研削工程の第２の工程を説明する図面
である。

【図７】上記自動研削工程の第３の工程を説明する図面
である。

【図８】従来のワーク把持機構の１例を示す斜視図であ
る。

【図９】従来のワーク把持機構の別の例を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ ロボットハンド ２、３ 指 ４ 板バネ ５ 把持爪 ６ 回動軸 ７ ロボットアーム １０ 鋳物ワーク １１、１２ 鋳物ワーク表面の凸部 １３ 鋳物ワーク表面の凹部 １４ 押湯跡 １５ 加工面 １６ 反対側加工面 １７ 加工面 １８ 反対側加工面 ２０ 工作機械 ２１ グラインダ ３１ コンベア ３２ 測定ロボットのセンサ ３３ 仮置き台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 英人 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 小池 雅司 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 嶋田 昌洋 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２個の把持爪を有する平行な２個の指が
   対向する方向に並進して開閉することにより４個の把持
   爪でワークを押さえる４点接触式平行２指ハンドであっ
   て、少なくとも一方の指の２個の把持爪を弾性体を介し
   て該指に取り付けたことを特徴とするワーク把持機構。
2. 【請求項２】 前記２個の指の一方がさらに４個の把持
   爪を含む面に対してほぼ垂直な回動軸を有し該回動軸の
   周りに揺動可能にハンドに取り付けられていることを特
   徴とする請求項１記載のワーク把持機構。
3. 【請求項３】 前記回動軸が２個の把持爪から等距離の
   位置に設けられていることを特徴とする請求項２記載の
   ワーク把持機構。
4. 【請求項４】 前記弾性体が前記指を挟んで展設された
   板バネであって、該板バネの端部に把持爪が形成されて
   いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載
   のワーク把持機構。