(57)【要約】【課題】ワークの位置や姿勢にばらつきがある場合でも、ワークと干渉することなく、ワークに治具を正確に取付け／取外しすることができる治具用ロボットハンドとこれを用いた治具の取付け／取外し方法を提供する。【解決手段】ワーク１に治具８を取付け／取外しする治具用ロボットハンド１０。ワーク１又はこれに固定された固定部材５に設けられた嵌合孔７と嵌合する嵌合部分１２ｂを先端部に有し、嵌合部分１２ｂと嵌合孔７との嵌合により、治具の取付け／取外し方向にその軸線が位置決めされる円筒形のガイドロッド１２と、搬送ロボット９のハンド取付部９ａに取り付けられ、ガイドロッドの末端部１２ｅをガイドロッドの移動及び揺動に追従可能に保持する追従機構１４と、治具８を把持／開放可能な把持装置１６と、把持装置をガイドロッドの軸線に沿って昇降させる昇降装置１８とを備える。【選択図】図４
2010253614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに治具を取付け／取外しする治具用ロボットハンドであって、
ワーク又はこれに固定された固定部材に設けられた嵌合孔と嵌合する嵌合部分を先端部に有し、該嵌合部分と前記嵌合孔との嵌合により、治具の取付け／取外し方向にその軸線が位置決めされる円筒形のガイドロッドと、
搬送ロボットのハンド取付部に取り付けられ、前記ガイドロッドの末端部を、ガイドロッドの移動及び揺動に追従可能に保持する追従機構と、
前記治具を把持／開放可能な把持装置と、
該把持装置をガイドロッドの軸線に沿って昇降させる昇降装置とを備えた、ことを特徴とする治具用ロボットハンド。
【請求項２】
前記ガイドロッドは、前記嵌合部分に連続して設けられ、前記嵌合部分を前記嵌合孔に案内するテーパ部分を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の治具用ロボットハンド。
【請求項３】
搬送ロボットのハンド取付部に取り付けられた追従機構により、円筒形のガイドロッドの末端部をガイドロッドの移動及び揺動に追従可能に保持し、
ハンド取付部を３次元的に移動し、
ワーク又はこれに固定された固定部材に設けられた嵌合孔に、ガイドロッドの先端部の嵌合部分を嵌合させて、該嵌合により治具の取付け／取外し方向に    ガイドロッドの軸線を位置決めし、
ガイドロッドの軸線に沿って把持装置を昇降させて治具を把持／開放する、ことを特徴とする治具用ロボットハンドを用いた治具の取付け／取外し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに対し治具を取付け／取外しするための治具用ロボットハンドとこれを用いた治具の取付け／取外し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品、電気部品、機械部品等の生産現場では、ある部品に対し別の部品を取付け又は取外すことが頻繁に行われる。またこのような取付け／取外しをロボットを用いて実施する方法として、例えば、特許文献１が既に開示されている。
【０００３】
図１は、特許文献１の方法を実施するためのロボット装置の構成図である。この図において、コンベア５０によって水平な搬送方向５１にワーク５２が任意の位置および姿勢で搬送される。ワーク５２は、一対の孔を有しており、ワーク５２を３次元移動可能なロボット５５によって把持し、固定位置に設けられた組立ステージ５６の一対のピン５７にはめ合わせて、高精度に位置決めするようになっている。
また、特許文献１の方法は、コンベア５０で搬送されてきた一対の孔を有するワーク５２を、２次元センサ５９で撮像し、その撮像結果に基づいて、把持すべきワークの把持位置を検出してその把持位置をロボット５５で把持し、ワークを３次元検出が可能な３次元センサ５０の視野５１にもたらし、ワークをロボットで把持した状態で、一対の孔の位置を３次元センサ５０によつて検出し、一対の孔を一対のピンにはめ合うようにワークを移動するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−２６７７０号公報、「ワークのはめあい方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２は、本発明が対象とするワークと治具の一例を示す図である。この図において、ワーク１は、例えば電動機、油圧機器等のハウジングであり、中空円筒形の空洞部２の内側にフランジ３を有し、その表面は別部品を取り付ける部品取付面３ａとなっている。
部品取付面３ａは、通常、機械加工等により高精度に仕上げられている。そのため、上述のワーク１を塗装する塗装工程において、部品取付面３ａには塗料の付着防止のため治具４（マスキング治具）を塗装前に取り付け、塗装後に取り外す必要がある。
【０００６】
しかし、ワーク１の奥まった部分に治具４を取り付ける場合、空洞部２の内面２ａ（ワークの縁部）と治具４の外面４ａとの隙間が小さい（例えば１ｍｍ以下）と、治具４を取付け／取外しする際に空洞部２の内面２ａに治具４の外面４ａが接触して、内面２ａに傷を付けたり、内面２ａの塗装を剥がすおそれがある。
【０００７】
そのため、従来は、図３に示すように、ワーク１の塗装しない部分（フランジ３の裏面）にボルト等で固定した固定部材５（例えば、搬送治具）と、下端部６ａが固定部材５の中心孔５ａと嵌合するガイドロッド６とを準備し、作業者による手作業で、固定部材５の中心孔５ａに、ガイドロッド６の下端部６ａを嵌合させて、ガイドロッド６を固定部材５の軸線上に位置決めし、このガイドロッド６の外周面６ｂに治具４の中心孔４ｂを挿入して、外周面６ｂで中心孔４ｂ案内し、空洞部２の内面２ａに治具４の外面４ａが接触しないようにして、治具４の取付け／取外しをしていた。
【０００８】
しかし上述したガイドロッド６は塗装の邪魔になるため、治具４の取付け後に取り外し、塗装後に再度取り付ける必要がある。
そのため、このような時間と手間がかかる手作業によるガイドロッド６及び治具４の取付け／取外しを、ロボットを用いて自動化することが、従来から要望されていた。
【０００９】
しかし、ワーク１の位置や姿勢に多少のばらつきがある場合、手作業により、固定部材５の中心孔５ａに、ガイドロッド６の下端部６ａを嵌合させることは可能であるが、これをロボットを用いて自動化することは困難であった。
【００１０】
また、特許文献１のように、３次元検出が可能な３次元センサを用いて、ワークの位置や姿勢を精密に検出することは、原理的には可能であるが、制御が複雑となり、そのため、タクトタイムが長くなるという問題点があった。
【００１１】
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、ワークの位置や姿勢にばらつきがある場合でも、ワークと干渉することなく、ワークに治具を正確に取付け／取外しすることができる治具用ロボットハンドとこれを用いた治具の取付け／取外し方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、ワークに治具を取付け／取外しする治具用ロボットハンドであって、
ワーク又はこれに固定された固定部材に設けられた嵌合孔と嵌合する嵌合部分を先端部に有し、該嵌合部分と前記嵌合孔との嵌合により、治具の取付け／取外し方向にその軸線が位置決めされる円筒形のガイドロッドと、
搬送ロボットのハンド取付部に取り付けられ、前記ガイドロッドの末端部を、ガイドロッドの移動及び揺動に追従可能に保持する追従機構と、
前記治具を把持／開放可能な把持装置と、
該把持装置をガイドロッドの軸線に沿って昇降させる昇降装置とを備えた、ことを特徴とする治具用ロボットハンドが提供される。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、前記ガイドロッドは、前記嵌合部分に連続して設けられ、前記嵌合部分を前記嵌合孔に案内するテーパ部分を有する。
【００１４】
また本発明によれば、搬送ロボットのハンド取付部に取り付けられた追従機構により、円筒形のガイドロッドの末端部をガイドロッドの移動及び揺動に追従可能に保持し、
ハンド取付部を３次元的に移動し、
ワーク又はこれに固定された固定部材に設けられた嵌合孔に、ガイドロッドの先端部の嵌合部分を嵌合させて、該嵌合により治具の取付け／取外し方向にガイドロッドの軸線を位置決めし、
ガイドロッドの軸線に沿って把持装置を昇降させて治具を把持／開放する、ことを特徴とする治具用ロボットハンドを用いた治具の取付け／取外し方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明の装置と方法によれば、ガイドロッド、追従機構、把持装置及び昇降装置を備え、搬送ロボットのハンド取付部に取り付けられた追従機構により、円筒形のガイドロッドの末端部をガイドロッドの移動及び揺動に追従可能に保持し、ワーク又はこれに固定された固定部材に設けられた嵌合孔に、ガイドロッドの先端部の嵌合部分を嵌合させて、該嵌合により治具の取付け／取外し方向にガイドロッドの軸線を位置決めし、次いで、ガイドロッドの軸線に沿って把持装置を昇降させて治具を把持／開放するので、ワークの位置や姿勢にばらつきがある場合でも、ワークと干渉することなく、ワークに治具を正確に取付け／取外しすることができる。
【００１６】
すなわち、本発明では、例えば、治具（マスキング治具）が取り付けられた状態で塗装を終えたワーク（又はこれに固定された固定部材）に対し、これに設けられた嵌合孔と嵌り合うように、ロボットによりガイドロッドを移動させる。この際、ワークの位置・姿勢にばらつきがあるため、テーパ部分でガイドロッドが案内され、追従機構で位置ずれを吸収する。
次に、ロボットハンドは把持装置を下降させて治具を把持した後、ガイドロッドに沿って上昇させる。これにより、治具をワーク縁部に接触させることなく取り外すことができる。
【００１７】
また、本発明では、治具を把持する際に、位置補正のための計測をする必要がなく、またガイド治具を取り付ける必要もないため、タクトタイムが短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】特許文献１の方法を実施するためのロボット装置の構成図である。
【図２】本発明が対象とするワークと治具の一例を示す図である。
【図３】手作業用のワーク搬送治具とガイドロッドの説明図である。
【図４】本発明による治具用ロボットハンドの構成図である。
【図５】本発明による治具の取付け／取外し方法の作動説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、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。
【００２０】
図４は、本発明による治具用ロボットハンドの構成図である。
この図において、ワーク１は、中空円筒形の空洞部２の内側にフランジ３を有し、その表面は別部品を取り付ける部品取付面３ａとなっている。また、固定部材５が、フランジ３の裏面にボルト等で固定されている。この固定部材５は、その中心位置に嵌合孔７を有し、その軸線は、後述する治具８の取付け／取外し方向と一致している。
なお、本発明において、固定部材５は、必須ではなく、これを省略して嵌合孔７をワーク１に直接設けてもよい。
【００２１】
また、この図において、治具８はマスキング治具であり、ワーク１の部品取付面３ａに取り付けられ、塗料の付着を防止するようになっている。この治具８は、外面８ａ、内面８ｂ及び中間部分８ｃからなる。
外面８ａは、この例では円形であり、空洞部２の内面２ａ（ワークの縁部）との隙間が小さく（例えば１ｍｍ以下）、これにより部品取付面３ａへの塗料の付着を防止するようになっている。
また、内面８ｂは、この例では円形であり、後述するガイドロッド１２を通し、かつこれと干渉しないように、ガイドロッド１２の外径より大きく設定されている。
さらに、中間部分８ｃは、部品取付面３ａより内側が直径方向に延びる矩形平板に形成され、この部分を後述する把持装置１６で把持できるようになっている。
なお、本発明において、内面８ｂは必須ではなく、これを省略してもよい。
【００２２】
図４において、本発明の治具用ロボットハンド１０は、ワーク１に治具８を取付け／取外しする装置であり、ガイドロッド１２、追従機構１４、把持装置１６及び昇降装置１８を備える。
【００２３】
ガイドロッド１２は、この例では、同軸上に直列に配置されたガイド部分１２ａ、嵌合部分１２ｂ及びテーパ部分１２ｃからなる。ガイド部分１２ａと嵌合部分１２ｂは、円筒形であり、嵌合部分１２ｂの直径はガイド部分１２ａの直径より小さく、その間に段差１２ｄを有する。
【００２４】
嵌合部分１２ｂは、上述したワーク１又はこれに固定された固定部材５に設けられた嵌合孔７と嵌合し、嵌合部分１２ｂと嵌合孔７との嵌合により、ガイドロッド１２の軸線を治具８の取付け／取外し方向に位置決めするように、嵌合孔７との嵌合部分の長さと隙間が設定されている。
また、テーパ部分１２ｃは、嵌合部分１２ｂに連続してその先端側に設けられ、嵌合部分１２ｂを嵌合孔７に案内するようになっている。テーパ部分１２ｃのテーパ角度及び長さは、ワーク１の位置と姿勢のばらつきを許容できる範囲で、十分大きく設定されている。
さらに、段差１２ｄは、固定部材５の上面と接触し、ガイドロッド１２の固定部材５に対する高さを一定にするようになっている。
【００２５】
追従機構１４は、この例では、ガイドロッド１２の末端部１２ｅに固定された揺動板１４ａ、搬送ロボット９のハンド取付部９ａに取り付けられた固定板１４ｂ、及びその間を連結する撓み部材１４ｃからなる。
撓み部材１４ｃは、例えば、弾性ゴム又はコイルばねであり、ガイドロッド１２に外力が作用しないときには、ガイドロッド１２の軸心をハンド取付部９ａの軸心に保持する。
また、撓み部材１４ｃは、ガイドロッド１２の嵌合部分１２ｂ又はテーパ部分１２ｃに外力が作用するときには、固定板１４ｂに対し揺動板１４ａが移動又は揺動して、ガイドロッド１２の末端部１２ｅを、ガイドロッド１２の移動及び揺動に追従可能に保持するようになっている。
なお、固定板１４ｂに対する揺動板１４ａの最大移動量及び最大揺動角度は、ワーク１の位置と姿勢のばらつきを許容できる範囲で、十分大きく設定されている。
【００２６】
把持装置１６は、この例では、治具８の中間部分８ｃを把持する開閉爪１６ａと、開閉爪１６ａを開閉させる開閉用アクチュエータ１６ｂとからなり、治具８の中間部分８ｃを把持／開放できるようになっている。
なお、把持装置１６は、この例に限定されず、治具８の中間部分８ｃを把持／開放できる限りで、他の把持機構、例えば、吸引パッドや電磁石であってもよい。
【００２７】
昇降装置１８は、把持装置１６をガイドロッド１２の外面に沿って案内するリニアガイド１８ａと、把持装置１６をガイドロッドの軸線に沿って昇降させる昇降用アクチュエータ１８ｂとからなり、把持装置１６をガイドロッド１２の軸線に沿って昇降させるようになっている。
昇降用アクチュエータ１８ｂは、この例では２本の空圧シリンダであるが、把持装置１６をガイドロッド１２の軸線に沿って昇降できるかぎりで、１本でもよい。また、把持装置１６を昇降させる駆動源は、空圧・電動など種類を問わない。
【００２８】
図５は、本発明による治具の取付け／取外し方法の作動説明図である。この図において、治具の取外しは、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の順で行い、治具の取付けは、逆に（Ｃ）（Ｂ）（Ａ）の順で行う。
以下、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の順による治具の取外しを説明する。
【００２９】
図５（Ａ）において、治具８はマスキング治具であり、ワーク１の部品取付面３ａに取り付けられ、塗料の付着を防止するようになっている。また、この例で、ワーク１の姿勢は、その軸心が鉛直軸からわずか（この例では約３度）に傾斜した状態にある。
また、本発明の治具用ロボットハンド１０は、ワーク１の上方に位置しており、ガイドロッド１２に外力が作用しない状態であり、ガイドロッド１２の軸心はハンド取付部９ａの軸心（図で鉛直軸）に保持されている。
この状態において、ハンド取付部９ａを３次元的に移動し、ガイドロッド１２のテーパ部分１２ｃの先端（下端）を固定部材５の嵌合孔７に位置決めする。この位置決めには、２次元画像又は３次元データを利用してもよい。
【００３０】
図５（Ａ）の状態から、ガイドロッド１２の段差１２ｄが、固定部材５の上面に接触するまで、ハンド取付部９ａを下降させると、図５（Ｂ）に示すように、ガイドロッド１２の先端部の嵌合部分１２ｂが固定部材５の嵌合孔７と嵌合し、この嵌合により治具８の取付け／取外し方向（この例で傾斜した軸線）にガイドロッド１２の軸線が位置決めされる。
次いで、ガイドロッド１２の軸線に沿って昇降装置１８により把持装置１６を下降させて、治具８を把持する。
【００３１】
図５（Ｂ）の状態から、ガイドロッド１２の軸線に沿って昇降装置１８により把持装置１６を上昇させると、図５（Ｃ）の状態となり、この状態から、ハンド取付部９ａを３次元的に移動し、別の位置に搬送する。
上述したように、ガイドロッド１２の軸線に沿って把持装置１６を昇降させて治具８を把持／開放するので、ワーク１の位置や姿勢にばらつきがある場合でも、ワークと干渉することなく、ワークに治具８を正確に取付け／取外しすることができる。
【００３２】
治具の取付けは、上述した工程と逆に（Ｃ）（Ｂ）（Ａ）の順で行う。
【００３３】
上述した本発明の装置と方法によれば、ガイドロッド１２、追従機構１４、把持装置１６及び昇降装置１８を備え、搬送ロボット９のハンド取付部９ａに取り付けられた追従機構１４により、円筒形のガイドロッド１２の末端部１２ｅをガイドロッドの移動及び揺動に追従可能に保持し、ワーク１又はこれに固定された固定部材５に設けられた嵌合孔７に、ガイドロッド１２の先端部（嵌合部分１２ｂ）を嵌合させて、該嵌合により治具８の取付け／取外し方向にガイドロッド１２の軸線を位置決めし、次いで、ガイドロッド１２の軸線に沿って把持装置１６を昇降させて治具を把持／開放するので、ワークの位置や姿勢にばらつきがある場合でも、ワークと干渉することなく、ワークに治具を正確に取付け／取外しすることができる。
【００３４】
すなわち、本発明では、例えば、治具８（マスキング治具）が取り付けられた状態で塗装を終えたワーク１（又はこれに固定された固定部材５）に対し、これに設けられた嵌合孔７と嵌り合うように、ロボットによりガイドロッド１２を移動させる。この際、ワーク１の位置・姿勢にばらつきがあるため、テーパ部分１２ｃでガイドロッド１２が案内され、追従機構１４で位置ずれを吸収する。
次に、ロボットハンド９は把持装置１６を下降させて治具８を把持した後、ガイドロッド１２に沿って上昇させる。これにより、治具８をワーク縁部に接触させることなく取り外すことができる。
【００３５】
また、本発明では、治具８を把持する際に、位置補正のための計測をする必要がなく、またガイド治具を取り付ける必要もないため、タクトタイムが短縮できる。
【００３６】
なお、本発明の対象は、上述した治具に限らず、ワークのくぼみ部へ入り込んでいる物体であればよい。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、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】
【００３８】
１  ワーク、２  空洞部、２ａ  内面、
３  フランジ、３ａ  部品取付面、
５  固定部材、７  嵌合孔、
８  治具、８ａ  外面、８ｂ  内面、８ｃ  中間部分、
９  搬送ロボット、９ａ  ハンド取付部、
１０  治具用ロボットハンド、
１２  ガイドロッド、１２ａ  ガイド部分、
１２ｂ  嵌合部分、１２ｃ  テーパ部分、
１２ｄ  段差、１２ｅ  末端部、
１４  追従機構、１４ａ  揺動板、
１４ｂ  固定板、１４ｃ  撓み部材、
１６  把持装置、１６ａ  開閉爪、
１６ｂ  開閉用アクチュエータ、
１８  昇降装置、１８ａ  リニアガイド、
１８ｂ  昇降用アクチュエータ
【図１】
2010253614.tif 000003
【図２】
2010253614.tif 000004
【図３】
2010253614.tif 000005
【図４】
2010253614.tif 000006
【図５】
2010253614.tif 000007