(57)【要約】【課題】平面部、段差、凹面、凸面等に対応してワークを把持することができ、ワークへの押付け力を制御することができ、ワークの姿勢を吸着時のままに保持して搬送できるワーク倣い機能付きロボットハンドを提供する。【解決手段】ワーク１の上面１ａに対し、水平方向に間隔を隔てて配置され、その下面でワークを吸着する複数の吸着部材１２と、各吸着部材をワークの上面に沿って揺動可能に支持するジンバル機構２０と、各吸着部材をワークの上面に向けてそれぞれ付勢し、かつそれぞれの揺動位置で保持する付勢ロック機構３０とを備える。【選択図】図５
2010240749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの上面に対し、水平方向に間隔を隔てて配置され、その下面でワークを吸着する複数の吸着部材と、
前記各吸着部材をワークの上面に沿って揺動可能に支持するジンバル機構と、
前記各吸着部材をワークの上面に向けてそれぞれ付勢し、かつそれぞれの揺動位置で保持する付勢ロック機構と、を備える、ことを特徴とするワーク倣い機能付きロボットハンド。
【請求項２】
前記複数の吸着部材は、水平方向に間隔を隔てて配置された第１吸着部材と第２吸着部材からなり、
前記ジンバル機構は、前記第１吸着部材と第２吸着部材をそれぞれ互いに平行な第１水平軸と第２水平軸を中心に揺動可能に支持する内側支持枠と、
内側支持枠を前記第１水平軸と第２水平軸の中間位置で第３水平軸を中心に揺動可能に支持する外側支持枠と、
該外側支持枠を第３水平軸に直交する第４水平軸を中心に揺動可能に支持するジンバル支持部材とからなり、
前記付勢ロック機構は、ジンバル支持部材を上下動可能に案内する直動ガイドと、
前記第１吸着部材と第２吸着部材をワークの上面に向けてそれぞれ付勢する圧縮バネと、
前記第１吸着部材と第２吸着部材をそれぞれの揺動位置で保持する吸着部材ロック装置と、
前記外側支持枠をその揺動位置で保持する外側支持枠ロック装置とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載のワーク倣い機能付きロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの表面形状に倣ってワークを把持し搬送するワーク倣い機能付きロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークを把持し搬送するロボットハンドとして、把持部に磁石や吸盤を用いたものが、従来から用いられている。しかし、磁石や吸盤を用いてワークを把持する場合、大きな把持力を得るためには、磁石や吸盤をワークの表面に正確に密着させる必要がある。
そのため、例えば特許文献１が既に提案されている。
【０００３】
特許文献１のロボットハンドは、図１に示すように、ロボットアームの取付部２に対して上下動する支持部材３と、支持部材３の先端部を支点４として揺動し電磁石５でワーク１を吸着して把持する揺動保持部材６と、支持部材３と揺動保持部材６の間に設けられた中空ベローズ７とからなる。
このロボットハンドは、図２に示すように、中空ベローズ７が傾いてたわむことで、傾斜したワーク１の表面に揺動保持部材６を倣わせて、電磁石５でワーク１を吸着して把持し、吸着後に中空ベローズ７内の圧力を高めることで、吸着後にワーク１の姿勢を水平に補正するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２８９３４８号、「ロボットハンド」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した特許文献１のロボットハンドは、吸着後にワーク１の姿勢を水平に補正することはできるが、ワーク１の姿勢を吸着時のままに保持することはできない。
また、吸着時のワーク１への押付け力は、上下動する支持部材３の自重によるため、ワーク１への押付け力を制御できず、把持が不安定になりやすい。
さらに、図3に示すようにワーク１の吸着面は、平面部のみであり、段差、凹面、凸面等に対応できない。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、平面部、段差、凹面、凸面等に対応してワークを把持することができ、ワークへの押付け力を制御することができ、ワークの姿勢を吸着時のままに保持して搬送できるワーク倣い機能付きロボットハンドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、ワークの上面に対し、水平方向に間隔を隔てて配置され、その下面でワークを吸着する複数の吸着部材と、
前記各吸着部材をワークの上面に沿って揺動可能に支持するジンバル機構と、
前記各吸着部材をワークの上面に向けてそれぞれ付勢し、かつそれぞれの揺動位置で保持する付勢ロック機構と、を備える、ことを特徴とするワーク倣い機能付きロボットハンドが提供される。
【０００８】
本発明の実施形態によれば、前記複数の吸着部材は、水平方向に間隔を隔てて配置された第１吸着部材と第２吸着部材からなり、
前記ジンバル機構は、前記第１吸着部材と第２吸着部材をそれぞれ互いに平行な第１水平軸と第２水平軸を中心に揺動可能に支持する内側支持枠と、
内側支持枠を前記第１水平軸と第２水平軸の中間位置で第３水平軸を中心に揺動可能に支持する外側支持枠と、
該外側支持枠を第３水平軸に直交する第４水平軸を中心に揺動可能に支持するジンバル支持部材とからなり、
前記付勢ロック機構は、ジンバル支持部材を上下動可能に案内する直動ガイドと、
前記第１吸着部材と第２吸着部材をワークの上面に向けてそれぞれ付勢する圧縮バネと、
前記第１吸着部材と第２吸着部材をそれぞれの揺動位置で保持する吸着部材ロック装置と、
前記外側支持枠をその揺動位置で保持する外側支持枠ロック装置とからなる。
【発明の効果】
【０００９】
上記本発明の構成によれば、下面でワークを吸着する複数の吸着部材が、ワークの上面に対し、水平方向に間隔を隔てて配置され、ジンバル機構により、各吸着部材をワークの上面に沿って揺動可能に支持するので、平面部、段差、凹面、凸面等の面に対してもこれに倣ってワークを吸着して把持することができる。
また、付勢ロック機構が各吸着部材を例えば圧縮バネによりワークの上面に向けてそれぞれ付勢するので、圧縮バネの伸縮量によりワークへの押付け力を制御することができる。
さらに、付勢ロック機構が各吸着部材をそれぞれの揺動位置で保持するので、ワークに倣った任意の姿勢で固定でき、ワークの姿勢を吸着時のままに保持して搬送できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】特許文献１のロボットハンドの構成図である。
【図２】特許文献１のロボットハンドの作動説明図である。
【図３】特許文献１のロボットハンドの問題点の説明図である。
【図４】本発明によるワーク倣い機能付きロボットハンドの平面図である。
【図５】図４のＡ-Ａ矢視図（Ａ）とその作動説明図（Ｂ）である。
【図６】図４のＢ-Ｂ矢視図（Ａ）とその作動説明図（Ｂ）である。
【図７】図４の装置の作動説明図である。
【図８】図４の装置の作動を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１２】
図４は、本発明によるワーク倣い機能付きロボットハンドの平面図であり、図５は、図４のＡ-Ａ矢視図（Ａ）とその作動説明図（Ｂ）であり、図６は、図４のＢ-Ｂ矢視図（Ａ）とその作動説明図（Ｂ）である。
【００１３】
図４〜図６に示すように、本発明のワーク倣い機能付きロボットハンド１０は、複数の吸着部材１２、ジンバル機構２０、および付勢ロック機構３０を備える。以下、本発明のワーク倣い機能付きロボットハンドを単に「ロボットハンド」と略称する。
【００１４】
図示しないワーク１は、ロボットハンド１０の下方に位置し、その上面に平面部、段差、凹面、凸面等を有する。
ワーク１は、この例では、電磁石で吸着可能な強磁性体（例えば、鉄）からなる。しかし、本発明はこれに限定されず、非磁性体であるアルミニウム、銅、プラスチック等でもよい。
【００１５】
複数の吸着部材１２は、ワーク１の上面に対し、水平方向に間隔を隔てて配置され、その下面１３でワーク１を吸着する。下面１３は水平な平面であるのが好ましい。
この例では電磁石（図示せず）が吸着部材１２の内部に格納され、電磁石のＯＮ／ＯＦＦにより、吸着ＯＮと吸着ＯＦＦを切替えるようになっている。なお、本発明はこれに限定されず、吸着のＯＮ／ＯＦＦができる限りで永久磁石でもよく、或いはワークが非磁性体である場合に、真空による吸盤であってもよい。
【００１６】
この例において、複数の吸着部材１２は、水平方向に間隔を隔てて配置された第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂからなる。第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂは、この例では、長方形の下面１３を有する直方体であるが、本発明はこれに限定されない。
以下、この例において、３次元空間のＸ、Ｙ、Ｚ軸を図示のように定める。
【００１７】
ジンバル機構２０は、各吸着部材１２をワーク１（図示せず）の上面に沿って揺動可能に支持する。
【００１８】
この例において、ジンバル機構２０は、内側支持枠２２、外側支持枠２４、およびジンバル支持部材２６からなる。
内側支持枠２２は、第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂをそれぞれ互いに平行な第１水平軸２３Ａと第２水平軸２３Ｂを中心に揺動可能に支持する。
外側支持枠２４は、内側支持枠２２を第１水平軸２３Ａと第２水平軸２３Ｂの中間位置で第３水平軸２５を中心に揺動可能に支持する。
ジンバル支持部材２６は、外側支持枠２４を第３水平軸２５に直交する第４水平軸２７を中心に揺動可能に支持する。
上述したＸ軸は第４水平軸２７と一致し、Ｙ軸は第３水平軸２５と一致する。またＺ軸は、Ｘ軸とＹ軸の交点を原点とする鉛直軸である。
【００１９】
付勢ロック機構３０は、各吸着部材１２をワーク１の上面に向けてそれぞれ付勢し、かつそれぞれの揺動位置で保持する機能を有する。
【００２０】
この例において、付勢ロック機構３０は、直動ガイド３２、圧縮バネ３４、吸着部材ロック装置３６、および外側支持枠ロック装置３８からなる。
【００２１】
直動ガイド３２は、この例ではリニアガイドであり、上端がロボットアームへの取付け板１１に固定され、下端がジンバル支持部材２６のａ点（図４参照）に回転不可能に取付けられ、ジンバル支持部材２６をＺ軸に沿って上下動可能に案内する。
【００２２】
圧縮バネ３４は、この例では吸着部材ロック装置３６の下端部に設けられ、第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂをｂ，ｃ，ｄ，ｅ点（図４参照）においてワークの上面に向けてそれぞれ付勢する。
第１吸着部材１２Ａを付勢する２つの圧縮バネ３４は、回転軸２３Ａ，２７から等距離のｂ，ｃ点を付勢し、外力がない場合には、２つの圧縮バネ３４の回転モーメントが一致して、第１吸着部材１２Ａの下面を水平位置に復帰するようになっている。
第２吸着部材１２Ｂに関しても同様である。
【００２３】
吸着部材ロック装置３６は、この例ではブレーキ３７付きのリニアガイドであり、上端がロボットアームへの取付け板１１にボールジョイントで回転可能に取り付けられ、下端が第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂのｂ，ｃ，ｄ，ｅ点（図４参照）にボールジョイントで回転可能に取付けられ、第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂを揺動可能に支持し、かつブレーキ３７により、第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂをそれぞれの揺動位置で保持できるようになっている。
【００２４】
外側支持枠ロック装置３８は、この例ではブレーキ３９付きのリニアガイドであり、上端がロボットアームへの取付け板１１にボールジョイントで回転可能に取り付けられ、下端が外側支持枠２４の張出し部２５に回転可能に取付けられ、外側支持枠２４を揺動可能に支持し、かつブレーキ３９により外側支持枠２４を揺動位置で保持できるようになっている。
なお、図に示すように、外側支持枠ロック装置３８の下端部には、圧縮バネ３４は設けられず、外力がない場合には、上述した４つの圧縮バネ３４の回転モーメントが一致して、外側支持枠２４を水平位置に復帰するようになっている。
【００２５】
上述した構成により、ロボットアームへの取付け板１１を３次元的に移動し、ジンバル機構２０を下方に位置するワーク１の上面に向けて下降させて、押し付けるだけで、図５（Ｂ）に示すように、第１吸着部材１２Ａを第１水平軸２３Ａまわりに、第２吸着部材１２Ｂを第２水平軸２３Ｂまわりに、その両方を第３水平軸２５まわりに自由に揺動させることができ、かつ図６（Ｂ）に示すように、第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂを第４水平軸２７まわりに自由に揺動させて、ワークの上面に倣わせることができる。
【００２６】
また、ロボットアームへの取付け板１１の高さ調整により、付勢ロック機構３０を構成する圧縮バネ３４の伸縮量を制御できるので、ワークへの押付け力を制御することができる。
【００２７】
さらに、付勢ロック機構３０を構成するブレーキ３７、３９により、各吸着部材をそれぞれの揺動位置で保持できるので、ワークに倣った任意の姿勢で固定でき、ワークの姿勢を吸着時のままに保持して搬送できる。
【００２８】
図７は、図４の装置の作動説明図である。この図において、（Ａ）はワークの上面が水平な平面、（Ｂ）は傾斜した平面、（Ｃ）は凸面、（Ｄ）は凹面の場合を示している。
【００２９】
図７（Ａ）では、水平な平面１ａに対して、第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂの両方が揺動することなく、それぞれの下面１３が平面１ａに倣う。従って、例えば電磁石により、ワークを確実に把持することができる。
図７（Ｂ）では、傾斜した平面１ａに対して、第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂの両方が回転軸２５まわりに揺動して、それぞれの下面１３が平面１ａに倣う。従って、例えば電磁石により、ワークを確実に把持することができる。
【００３０】
図７（Ｃ）では、凸面１ａに対して、第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂがそれぞれ回転軸２３Ａ，２３Ｂまわりに揺動して、それぞれの下面１３が平面１ａに倣う。従って、例えば電磁石により、ワークを確実に把持することができる。
図７（Ｄ）では、凹面１ａに対して、第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂがそれぞれ回転軸２３Ａ，２３Ｂまわりに揺動して、それぞれの下面１３が平面１ａに倣う。従って、例えば電磁石により、ワークを確実に把持することができる。
【００３１】
図８は、図４の装置の作動を示すフロー図である。この図は、本発明のロボットハンドでワークを把持して搬送し、所定の位置で開放する場合の動作をステップＳ１〜Ｓ１４で示している。
【００３２】
まず、ワークセンサでワークを認識（又はワークを教示）した後（Ｓ１）、ワーク直上までハンド（本発明のロボットハンド１０）を移動し（Ｓ２）、上述したブレーキ３７、３９をＯＦＦする（Ｓ３）、この状態で、本発明のロボットハンド１０は、ブレーキ３７、３９が解除された図５（Ａ）、図６（Ａ）の状態となる。
次に図５（Ａ）、図６（Ａ）の状態で、ワークに接近し（Ｓ４）、バネ?ブレーキユニット（上述した付勢ロック機構３０）に設けたストロークセンサがＯＮ  （Ｓ５）したらロボットの接近を停止する（Ｓ６）。ストロークセンサは、ワークの吸着部位ごとに倣い姿勢を事前に決定してある。すなわち、ワークの吸着部位ごとにストロークセンサの閾値が設定してあり、ストロークセンサのＯＮにより、図７に示すように、第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂの下面１３が平面１ａに倣い、例えば電磁石により、ワークを確実に把持することができる状態となる。
【００３３】
この状態で、第１吸着部材１２Ａと第２吸着部材１２Ｂの吸着ＯＮによりワークを把持し（Ｓ７）、ブレーキ３７、３９をＯＮして姿勢を保持し（Ｓ８）、ワークを持ち上げ（Ｓ９）、ワークを搬送する（Ｓ１０）。
【００３４】
次いで、ワークを所定の位置に着地させ（Ｓ１１）、吸着ＯＦＦによりワークを開放し（Ｓ１２）、ブレーキ３７、３９をＯＦＦ（Ｓ１３）することで、ワークのない状態において、４つの圧縮バネ３４により、第１吸着部材１２Ａ、第２吸着部材１２Ｂの下面及び外側支持枠２４を水平位置に復帰する。
【００３５】
この状態で、ブレーキ３７、３９をＯＮすることで、図５（Ａ）、図６（Ａ）の姿勢を中立位置で固定し（Ｓ１４）、次のサイクルを行うことができる。
【００３６】
上述した例において、ブレーキ３７、３９は、直動式ブレーキに限定されず、回転式ブレーキでもよい。また、吸着部材１２の吸着手段は、電磁石に限定されず、真空吸着手段でもよい。さらに、直動ガイド３２は、回転止めを兼ねたリニアガイドに限定されず、スプライン軸であってもよい。
【００３７】
上述した本発明の構成によれば、下面１３でワーク１を吸着する複数の吸着部材１２が、ワーク１の上面１ａに対し、水平方向に間隔を隔てて配置され、ジンバル機構２０により、各吸着部材１２をワーク１の上面１ａに沿って揺動可能に支持するので、平面部、段差、凹面、凸面等の面に対してもこれに倣ってワークを吸着して把持することができる。
また、付勢ロック機構３０が各吸着部材１２を例えば圧縮バネ３４によりワーク１の上面に向けてそれぞれ付勢するので、圧縮バネ３４の伸縮量によりワーク１への押付け力を制御することができる。
さらに、付勢ロック機構３０が各吸着部材１２をブレーキ３７、３９によりそれぞれの揺動位置で保持するので、ワーク１に倣った任意の姿勢で固定でき、ワークの姿勢を吸着時のままに保持して搬送できる。
【００３８】
従って、本発明の構成によれば、平面部、段差、凹面、凸面等に対応してワークを把持することができ、ワークへの押付け力を制御することができ、ワークの姿勢を吸着時のままに保持して搬送できる。
【００３９】
なお本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４０】
１  ワーク、１ａ  上面（水平平面、傾斜平面、凸面、凹面）、
１０  ワーク倣い機能付きロボットハンド（ロボットハンド）、
１１  ロボットアームへの取付け板、１２  吸着部材、
１２Ａ  第１吸着部材、１２Ｂ  第２吸着部材、１３  下面、
２０  ジンバル機構、２２  内側支持枠、
２３Ａ  第１水平軸、２３Ｂ  第２水平軸、
２４  外側支持枠、２５  第３水平軸、
２６  ジンバル支持部材、２７  第４水平軸、
３０  付勢ロック機構、３２  直動ガイド、３４  圧縮バネ、
３６  吸着部材ロック装置、３７  ブレーキ、
３８  外側支持枠ロック装置、３９  ブレーキ
【図１】
2010240749.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010240749.tif 000008
【図７】
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【図８】
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