(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、
前記第１部材に固定された固定部材と、
前記第１部材の一端部に固定された第１指部材と、
前記第１部材の一端側から他端側にかけてスライド自在に取り付けられた第１スライダ部材と、
一端部が前記第１スライダ部材に固定された第２部材と、
前記第２部材の一端側から他端側にかけてスライド自在に取り付けられた第２スライダ部材と、
前記第２スライダ部材に固定された第２指部材と、
前記固定部材と前記第１スライダ部材との相対変位を前記第２スライダ部材に伝達する変位増加機構と、
前記第１スライダ部材をスライド動作させるためのアクチュエータと、
前記アクチュエータの駆動を制御するコントローラと、
を有し、
前記第１指部材及び前記第２指部材には、
それぞれ、部材の延在方向に延びる第１溝と、前記第１溝に直交する第２溝とが設けられており、
前記コントローラは、
少なくとも上面あるいは下面に電気配線が施された回路基板の側面部を前記第１指部材及び前記第２指部材の前記第１溝同士で把持するように、若しくは、前記回路基板の側面部を前記第１指部材及び前記第２指部材の前記第２溝同士で把持するように、前記アクチュエータを制御する
ことを特徴とする、ハンド装置。
【請求項２】
前記第１部材の一端側から他端側にかけて設けられたボールネジと、
前記ボールネジを駆動するアクチュエータと、
を有し、
前記第１スライダ部材は、前記ボールネジに取り付けられている
ことを特徴とする、請求項１記載のハンド装置。
【請求項３】
前記変位増加機構は、
前記第２部材にそれぞれに固設された一対のローラと、
前記一対のローラに架け渡された無端ベルトと、
を有し、
前記無端ベルトは、
前記第２スライダ部材及び前記固定部材とそれぞれ連結されている
ことを特徴とする、請求項２記載のハンド装置。
【請求項４】
前記コントローラは、
前記アクチュエータに発生させるトルクの値に基づいて、前記第１指部材及び前記第２指部材により前記回路基板が把持されたか否かを判定する把持判定部と、
前記把持判定部により前記回路基板が把持されたと判定された場合には、予め設定された把持力で前記回路基板を把持させるトルクフィードバック制御部とを有している
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のハンド装置。
【請求項５】
固定面に設置される基台と、
前記基台に連結されそれぞれアクチュエータの駆動により回転及び／又は旋回する複数のアーム部材からなるアームと、
前記アームの先端部に設けられる請求項１〜４のいずれか１項に記載のハンド装置と、
を有していることを特徴とする、ロボット装置。
【請求項６】
複数種類の前記把持対象物を収納するストッカと、
前記複数種類の把持対象物に対して組立作業を行う作業スペースと、
前記ストッカから前記把持対象物を把持してハンドリングを行う請求項５記載のロボット装置と、を有している
ことを特徴とする、機械製品の製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット及びハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セル生産設備にロボットを適用する等、ロボットの適用用途が拡大するにつれて、多様な形状の対象物をハンド装置によって保持することが求められている。また、同一の対象物であっても複数の保持方法を実行することが求められている。
【０００３】
このような場合、例えば、ロボットに取り付けるハンド装置としてエアチャック等の保持機構を用いた場合、保持方法が限定されるため保持方法の種類だけ異なるエアチャックを設け、オートツールチェンジャーによって使用するエアチャックを切り替える必要が生じる等してハンド装置が高コストになってしまう。
そのためロボット等の先端に取り付けるハンド装置として特許文献１のごとく、対をなす指部材の間隔を拡縮することで指部材で対象物を挟持するものが広く用いられている。かかるハンド装置を用いることで、多種類の対象物を保持してハンドリングすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３４８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のようにセル生産設備にロボットを適用する場合には、生産設備の省スペース化の要請からハンド装置の寸法をより小さくすることが求められる。
ロボットの先端に取り付けられるハンド装置の寸法を抑えることで、ハンド装置とロボット本体を含む周囲の物体との干渉領域を低減することでセル生産設備内でのロボットの自由度を確保することができる。
【０００６】
しかしながら、指部材をスライド移動させるハンド装置の場合、指部材をスライド移動させるためのスライドレールやリニアモータ等の部材を設ける必要があり、求められる最大の把持ストローク（一対の指部材の間隔）が大きい場合には、ハンド装置を小型化することに限界があった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、寸法をより低減しながらもより大きな把持ストローク確保できるようにしたハンド装置及びロボット装置並びに機械製品の製造システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本願発明にかかるハンド装置は、第１部材と、前記第１部材に固定された固定部材と、前記第１部材の一端部に固定された第１指部材と、前記第１部材の一端側から他端側にかけてスライド自在に取り付けられた第１スライダ部材と、一端部が前記第１スライダ部材に固定された第２部材と、前記第２部材の一端側から他端側にかけてスライド自在に取り付けられた第２スライダ部材と、前記第２スライダ部材に固定された第２指部材と、前記固定部材と前記第１スライダ部材との相対変位を前記第２スライダ部材に伝達する変位増加機構と、前記第１スライダ部材をスライド動作させるためのアクチュエータと、前記アクチュエータの駆動を制御するコントローラと、を有し、前記第１指部材及び前記第２指部材には、それぞれ、部材の延在方向に延びる第１溝と、前記第１溝に直交する第２溝とが設けられており、前記コントローラは、少なくとも上面あるいは下面に電気配線が施された回路基板の側面部を前記第１指部材及び前記第２指部材の前記第１溝同士で把持するように、若しくは、前記回路基板の側面部を前記第１指部材及び前記第２指部材の前記第２溝同士で把持するように、前記アクチュエータを制御することを特徴としている。
【０００９】
また、第１部材の一端側から他端側にかけて設けられたボールネジと、ボールネジを駆動するアクチュエータと、を有し、第１スライダ部材は、ボールネジに取り付けられていることが好ましい。
【００１０】
また、変位増加機構は、第２スライダ部材にそれぞれに固設された一対のローラと、一対のローラに架け渡された無端ベルトと、を有し、無端ベルトは、第２スライダ部材及び固定部材とそれぞれ連結されていることが好ましい。
【００１１】
また、コントローラは、アクチュエータに発生させるトルクの値に基づいて、第１指部材及び第２指部材により回路基板が把持されたか否かを判定する把持判定部と、把持判定部により回路基板が把持されたと判定された場合には、予め設定された把持力で回路基板を把持させるトルクフィードバック制御部とを有していることが好ましい。
【００１３】
また、本願発明にかかるロボット装置は、固定面に設置される基台と、基台に連結されそれぞれアクチュエータの駆動により回転及び／又は旋回する複数のアーム部材からなるアームと、アームの先端部に設けられるハンド装置とを有していることを特徴としている。
また、本願発明にかかる機械製品の製造システムは、複数種類の把持対象物を収納するストッカと、複数種類の把持対象物に対して組立作業を行う作業スペースと、
ストッカから把持対象物を把持してハンドリングを行うロボット装置と、を有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１スライダ部材が第１部材上の一端側と他端側との間を相対移動すると、変位増加機構により、固定部材と第１スライダ部材との相対変位分がガイド機構と第２スライダ部材との相対変位として伝達されるので、第１部材及び第２部材の寸法を第１指部材と第２指部材との最大の間隔（ストローク）よりも小さく設定することができ、第１指部材と第２指部材と間隔を最小にしたときは、ハンド装置の寸法をより低減しながらもより大きな把持ストローク確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる機械製品の製造システムの概略構成を説明するための模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるロボット装置の構成を説明するための模式的は側面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の一実施形態にかかるハンド装置を説明するものであり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）の模式的なＸ矢視図、（ｃ）は（ｂ）の模式的なＹ矢視図である。
【図４】（ａ），（ｂ）はいずれも本発明の一実施形態にかかるハンド装置を説明するものであり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）の模式的なＸ矢視図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる指部材の形状を説明する模式的な図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はいずれも本発明の一実施形態にかかる把持の態様を説明する模式的な図である。
【図７】（ａ），（ｂ）はいずれも本発明の一実施形態にかかる把持の態様を説明する模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（全体構成）
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
本実施形態では、本発明の具体的適用の一例として、３種類のワーク（把持対象物）Ｗ１〜Ｗ３をそれぞれ組立加工して機械製品の一部あるいは全部をなすアッセンブリ製品であるワークを作製する機械製品の製造システム１００について説明する。
図２示すように、本実施形態にかかる機械製品の製造システム１００は、ロボット（ロボット装置）１０１，ステージ（作業スペース）１０２，ワークストッカ（ストッカ）１０３〜１０５，搬出ベルト１０６，制御装置（ここでは、コントローラ及びロボットコントローラを兼ねる）１０７及び囲い１０８を有して構成されている。
機械製品の製造システム１００は、囲い１０８により周囲の工場等のフロアを離隔されており、囲い１０８の内部にロボット１０１等の自動機械が配設されている。
【００１７】
ステージ１０２はロボット１０１の前方（後述する第１アームと第２アームと胴部との中間に位置）に配置された平面部を有する台であり、上面にはワーク等の位置決め等を行なうための種々の冶具（図示省略）が配置されている。
部品ストッカ１０３〜１０５には、それぞれ異なる種類の電子基板（以下、ワークＷ１〜Ｗ３）がそれぞれ複数ストックされている。各ワークＷ１〜Ｗ３は、それぞれ上下方向に薄い薄板状をなしており、上面あるいは下面に電気配線及びコンデンサ等の電子部品が実装され、あるいは、実装される予定となっている。
なお、部品ストッカ１０３〜１０５は固定の棚等で構成してもよく、また、ワーク部品を機械製品の製造システム１００に搬入する搬送車や搬送コンベア等であってもよい。
【００１８】
各ワーク部品Ｗ１〜Ｗ３は、ロボット１０１による組み上げ加工作業が実行されることで機械製品としてのワークＷとなる。なお、ここでは、説明を単純化するためにワーク部品を３種類として説明しているが、ワーク部品の種類はワークＷの組み立て内容に応じて多数設定される。
制御装置１０７は、記憶装置，電子演算器及び入力装置（いずれも図示省略）を有するコンピュータにより構成されており、ロボット１０１及び左右のハンド装置６１, ６２と相互通信可能に接続されている。ロボット１０１のアクチュエータ及び駆動モータ５（図２, ３等も参照）は制御装置１０７からの指令信号に基づいて駆動するようになっている。
【００１９】
また、制御装置１０７は、機能構成として、駆動モータ５に発生させるトルクの値に基づいて、各爪８ａ，８ｂによりワークＷ１〜Ｗ３が把持されたか否かを判定する把持判定部を有している。より具体的には、各爪８ａ，８ｂの間隔を縮小させていき、ワークＷ１〜Ｗ３を把持すると、駆動モータ５に発生させるトルクの値が急増することとなり、このトルク値の変動に基づいてワークＷ１〜Ｗ３が把持されたか否かを判定するようになっている。
そして制御装置１０７は各爪８ａ，８ｂによりワークＷ１〜Ｗ３が把持されたと判定された後には、予め記憶装置に教示された把持力（トルク）でワークＷ１〜Ｗ３を把持させるように、駆動モータ５への指令信号を把持力（トルク）によってフィードバック制御するようになっている。
【００２０】
（ロボット装置）
次に、ロボット１０１の構成について説明する。図２に示すように、ロボット１０１は、基台５１が図示しないアンカーボルトでフロアに固定され、この基台５１の上には、アクチュエータを介して胴部５２が基台５１に対して旋回自在に設けられている。
この胴部５２には、右腕部（アーム）５３Ｒ及び左腕部（アーム）５３Ｌのそれぞれ左右一対のアームが設けられている。
右腕部５３Ｒには、右肩部（アーム部材）５４Ｒが水平面（フロアと平行な面）に沿って旋回可能に設けてある。この右肩部５４Ｒには右上腕Ａ部（アーム部材）５５Ｒが揺動可能に設けられている。この右上腕Ａ部（アーム部材）５５Ｒ先端には右上腕Ｂ部（アーム部材）５６Ｒが設けられている。なお、この右上腕Ｂ部５６Ｒは旋回する捻り動作が付与されている。
【００２１】
さらに右上腕Ｂ部５６Ｒ先端に右下腕部（アーム部材）５７Ｒが揺動可能に設けられている。この右下腕部７Ｒ先端には右手首Ａ部（アーム部材）５８Ｒ、その先端に右手首Ｂ部（アーム部材）５９Ｒが設けられている。
なお、この右手首Ａ部５８Ｒは旋回する捻り動作、右手首Ｂ部５９Ｒは曲げ動作を行う旋回動作が付与されている。
右手首Ｂ部５９Ｒの先端には右フランジ６０Ｒが設けてあり、右フランジ６０Ｒには、ブラケット１５を介して右ハンド装置（ハンド装置）６１が取り付けられている。右ハンド装置６１は右フランジ（アーム部材）６０Ｒを可動させるサーボモータの駆動により、右ハンド装置６１を移動させ、制御装置１０８の指示する位置で停止（位置決め）することができるようになっている。
【００２２】
左腕部５３Ｌは右腕部５３Ｒと左右対称であり、左腕部５３Ｌには、左肩部５４Ｌ、左上腕Ａ部５５Ｌ、左上腕Ｂ部５６Ｌ、左下腕部５７Ｌ、左手首Ａ部５８Ｌ、左手首Ｂ部５９Ｌ、左フランジ６０Ｌから構成されている。
左フランジ６０Ｌには、ブラケット１５を介して左ハンド装置（ハンド装置）６２が取り付けられている。
【００２３】
（ハンド装置）
左右のハンド装置６１, ６２はそれぞれ同一に構成されており、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、固定ベース（第１部材）１, リニアガイドアクチュエータ（スライド機構）２, プーリ３，タイミングベルト４, 駆動モータ（アクチュエータ）５，プーリ６, 第１スライダ（第２部材）７, 一対の爪（第１指部材及び第２指部材）８ａ, ８ｂ, リニアガイド（ガイド機構）９, 第２スライダ（第２スライダ部材）１０, スチールベルト（無端ベルト）１１, 一対のローラ１２, ネジ１３ａ, １３ｂ及び支柱（固定部材）１４を有して構成されている。なお、スチールベルト１１, 一対のローラ１２, ネジ１３ａ, １３ｂ及び支柱１４により、変位増加機構が構成されている。
【００２４】
固定ベース１はブラケット１５に固定された矩形上の平板であり、一対の爪８ａ,８ｂの拡縮方向と長手方向とが一致している。固定ベース１にはリニアガイドアクチュエータ２が固設されている。リニアガイドアクチュエータ２は、リニアガイド２ａとボールネジ２ｂと、スライダ基部（第１スライダ部材）２ｃとがアセンブリされたものである。リニアガイド２ａは固定ベース１に固設されるとともに、一端側から他端側にかけて延びるボールネジ２ｂを枢支している。ボールネジ２ｂにはスライダ基部２ｃが嵌装されており、ボールネジ２ｂの回転によりスライダ基部２ｃはボールネジ２ｂの軸方向にスライド移動するようになっている。
【００２５】
さらにそのボールネジ２ｂの軸には、プーリ３が挿入され、タイミングベルト４を介して駆動モータ５に挿入されたプーリ６と連結されている。尚、この駆動部の連結は軸とモータを直結する場合もある。
駆動モータ５は、エンコーダを内蔵するサーボモータであり、制御装置１０７と接続されており駆動モータ５の駆動は制御装置１０７によって制御されるようになっている。
固定ベース１の端部付近（一端部）には、爪８ａが固設されている。固定ベース１の他端側には、支柱１４が固設されている。
【００２６】
リニアガイドアクチュエータ２のスライダ基部２ｃには、第１スライダ７が固定されており、スライダ基部２ｃのスライド移動に伴って第１スライダ７が固定ベース１に対してスライド変位するようになっている。
第１スライダ上７にはリニアガイド９が固設されている。リニアガイド９は第１スライダ上７の一端側から他端側にかけて延設されており、リニアガイド９には、第２スライダ１０が設置され、リニアガイド９に沿って摺動（スライド）するようになっている。
【００２７】
第２スライダ１０上には爪８ｂが設置されている。また、第１スライダ７上の両端部には２個のローラ１２, １２が設けられており、各ローラには無端ベルトとして構成されたスチールベルト１１が架け渡されている。
そして、スチールベルト１１と第２スライダ１０とはネジ（ネジ以外の固定具でも可能）１３ａによって固定されている。また、スチールベルト１１のネジ１３ａとの中間地点（ネジ１３ａと点対照となる位置近傍）ではネジ１３ｂによってスチールベルト１１と支柱１４とが固定されている。
【００２８】
各爪８ａ，８ｂはそれぞれ同様に構成されている。図５に示すように、各爪８ａ，８ｂには薄板上のワークＷ１〜Ｗ３の側面部（エッジ，厚さ方向）を収納可能な第１溝１６ａが設けられている。第１溝１６ａは爪各爪８ａ，８ｂの延在方向に沿って設けられている。また、各爪８ａ，８ｂの先端付近には第１溝１６ａと直交する方向に第２溝１６ｂが設けられている。
これにより、図６（ａ）に示すように、各爪８ａ，８ｂの長手方向と垂直にワークＷ１〜Ｗ３を掴むことや図６（ｂ）に示すように各爪８ａ，８ｂの長手方向と平行にワークＷ１〜Ｗ３を掴み、搬送中にずれることなく確実に把持することが可能になる。
【００２９】
制御装置１０７は、ロボット１０１の各アクチュエータ及び駆動モータ５を制御してワークＷ１〜Ｗ３の側面部に第１溝１６ａ同士あるいは第２溝同士を係合させるようにしてワークＷ１〜Ｗ３を把持するように予め動作が教示されている。また、ワークＷ１〜Ｗ３の状態に応じてはワークＷ１〜Ｗ３の上面と下面とを各爪８ａ, ８ｂで挟んで把持するように動作教示することもできる。
即ち、電子部品が実装されたワークＷ１〜Ｗ３は、上面あるいは下面の電子部品と各爪８ａ, ８ｂとの接触を回避する必要があるため、ワークＷ１〜Ｗ３の側面部を各爪８ａ, ８ｂで把持することで、実装された電子部品との干渉を回避しながらもワークＷ１〜Ｗ３を把持することができる。
なお、電子部品が実装される前のワークＷ１〜Ｗ３の場合、面積が大きい上面あるいは下面を把持することが可能であり、把持位置の面積が大きい分、より簡易な教示で確実にワークＷ１〜Ｗ３を把持することができる。
【００３０】
本実施形態にかかるハンド装置１１，１２はこのように構成されているので、駆動モータ５を回転させると、駆動モータ５に挿入されたプーリ６が回転し、タイミングベルト４を介しプーリ３を回転させる。
次にリニアガイドアクチュエータ２のボールネジが回転され、第１スライダ７がリニアアクチュエータ２のリニアガイド２ａに沿って摺動し移動する。
【００３１】
この際に第１スライダ７の上に固設された２個のローラ１２がスチールベルト１１でつながれ、そのスチールベルト１１を第２スライダ１０と、固定ベース１に固設されている支柱１４をネジ１３によって固定しているため、第１スライダ７が進むにつれ、相対的に第２スライダ１０がスチールベルトで引張られたように第２スライダ１０が第１スライダ７の移動した距離と同じだけ動く。そのため、図４（ａ），（ｂ）に示すように、爪８は最初に閉じていた位置から第１スライダ７の動いた距離の２倍の距離だけスライド移動することになる。
【００３２】
このように本実施形態にかかる機械製品の製造システムによれば、各爪８ａ，８ｂが接したとき、即ち、各爪８ａ，８ｂの間隔（ストローク）Ｓが最小であるときには、図３（ａ）（ｂ）に示すように固定ベース１と第１スライダ７とがほぼ重なりあっているので、ハンド装置１１，１２の各爪８ａ，８ｂのストローク方向の寸法Ｄ１を、各爪８ａ，８ｂの間隔（ストローク）Sが最大であるときのストローク方向の寸法Ｄ２よりも小さく設定することができる。
【００３３】
換言すると、ハンド装置１１，１２は、間隔が０（ゼロ）からＳｍａｘまでの駆動範囲を有し、多様な形状及び寸法のワークＷを把持することができる上、最大ストロークＳｍａｘに対して、ハンド装置１１，１２の最小寸法（ここでは、Ｄ１）を低減することができる。
これにより、囲い１０８の内部空間にストッカ１０３〜１０５やロボット１０１等が高密度に配置されている場合でもハンド装置１１，１２の各爪８ａ，８ｂの間隔を小さくすることで、ハンド装置１１，１２の寸法を低減することができ、囲い１０８の内部空間の障害物との干渉を低減してロボット１０１及びハンド装置１１，１２の自由度を大きく確保することができる。
【００３４】
また、本実施形態では駆動モータ５一つの駆動により、リニアアクチュエータ２及びスチールベルト１１の両方を駆動することができるので、単に、複数のリニアアクチュエータを重ねあわせて２段階で伸縮させる構成と比較してモータにかかるケーブルの配索が簡単な上、低コスト且つ低重量でハンド装置１１，１２を構成することができるという利点もある。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明にかかる位置決め装置は上述の実施形態のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して適用可能である。
例えば、上述の実施形態では、駆動モータの駆動によりボールネジを回転させる構成としたが、アクチュエータとしては、リニアモータ等を用いてもよい。
また、アクチュエータの設置方式についても実施形態のものに限定されることなく、一対の指部材を拡縮可能な構成でアクチュエータを配置すればよい。例えば実施形態のものから、駆動モータ、プーリ等を省略して、ボールネジを単なるガイドとして構成し、ローラをモータ等により回転駆動させて第２指部材を動作させるように構成してもよい。この場合スチールベルトがローラ間で回転せしめられ、スチールベルトと支柱との相対変位が各部に伝達されることとなる。
【符号の説明】
【００３６】
１  固定ベース（第１部材）
２  リニアガイドアクチュエータ
２ａ  リニアガイド
２ｂ  ボールネジ
２ｃ  スライダ基部（第１スライダ部材）
３，６  プーリ
４  タイミングベルト
５  駆動モータ（アクチュエータ，サーボモータ）
７  第１スライダ（第２部材）
８ａ，８ｂ  爪（指部材）
９  リニアガイド
１０  第２スライダ
１１  スチールベルト
１２  ローラ
１３ａ，１３ｂ  ネジ
１４  支柱（固定部材）
１５  ブラケット
６１,６２  ハンド装置
１００  機械製品の製造システム
１０１  ロボット
【図１】
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【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】
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【図７】
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