(57)【要約】【課題】より小型でありながらも揺動可能な対象物を安定してハンドリングすることができるようにした、ロボット装置及び対象物のハンドリング方法を提供する。【解決手段】揺動可能な対象物を支持する第１支持部３５を有する第１マニピュレータ２１と、第１マニピュレータ２１に併設され、揺動可能な対象物を支持する第２支持部３５を有する第２マニピュレータ２２と、第１マニピュレータ２１と第２マニピュレータ２２とを動作制御して、対象物を揺動させるロボットコントローラ１０４と、を有して構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動可能な対象物を支持する第１支持部を有する第１マニピュレータと、
前記第１マニピュレータに併設され、揺動可能な対象物を支持する第２支持部を有する前記第２マニピュレータと、
前記第１マニピュレータと前記第２マニピュレータとを動作制御して、前記対象物を揺動させるロボットコントローラと、を有している
ことを特徴とする、ロボット装置。
【請求項２】
前記ロボットコントローラは、前記対象物を揺動させる際には、
前記対象物の回転角度が予め設定された第１角度に達するまでは、前記第１マニピュレータと前記第２マニピュレータとの両方で前記対象物の一方の面を支持し、
前記回転角度が前記第１角度を超えて予め設定された第２角度に達するまでは、前記第１マニピュレータ及び前記第２マニピュレータの一方で前記一方の面を支持するとともに、他方で前記一方の面の反対側の面を支持し、
前記回転角度が前記第２角度を超えると、前記第１マニピュレータと前記第２マニピュレータとの両方で前記反対側の面を支持させる
ことを特徴とする、請求項１記載の記載のロボット装置。
【請求項３】
前記第１支持部及び前記第２支持部はそれぞれ、
互いに離間して前記第１マニピュレータ又は前記第２マニピュレータに固設された一対の支持部材を有している
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のロボット装置。
【請求項４】
一対のポール材と、
前記一対のボール材とを繋ぐビーム材と、を有し、
前記前記第１マニピュレータ及び前記第２マニピュレータは、前記ビーム材に取り付けられている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボット装置と、
ワークを収納した容器と、
前記容器に回転ヒンジを介して揺動可能に設けられた蓋材と、
前記容器内のワークを取り出す第３マニピュレータと、を有している
ことを特徴とする、ロボットシステム。
【請求項６】
第１マニピュレータ及び第２マニピュレータによって、揺動可能な対象物を揺動させるロボットハンドリング方法であって、
前記対象物の回転角度が予め設定された第１角度に達するまでは、前記第１マニピュレータと前記第２マニピュレータとの両方で前記対象物の一方の面を支持し、
前記回転角度が前記第１角度を超えて予め設定された第２角度に達するまでは、前記第１マニピュレータ及び前記第２マニピュレータの一方で前記一方の面を支持するとともに、他方で前記一方の面の反対側の面を支持し、
前記回転角度が前記第２角度を超えると、前記第１マニピュレータと前記第２マニピュレータとの両方で前記反対側の面を支持させる
ことを特徴とする、ロボットハンドリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット装置及びロボットによる物品のハンドリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
手作業でなされていた種々の作業をロボットに行なわせることで、生産工程や各種作業等の無人化あるいは自動化を図ることが進められている。
例えば、特許文献１には比較的大重量のワークを２台のロボットにより保持して搬送する技術が開示されている。かかる技術によれば、１台のロボットで搬送を行なうよりも各ロボットにかかる重量が小さいため、可搬重量が比較的小さい、小型ロボットを用いても比較的大重量のワークを搬送することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００６−５２８０８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のようなワークの搬送用途のみでなく、より複雑な動作を必要とする作業をロボットを用いて自動化することが求められている。また、使用するロボットはより小型化することが求められている。
図１０に示すように回転ヒンジ２０１を有する蓋材２０２を蓋材２０２Bの位置まで開閉動作させる場合、釣り合い位置にある蓋材２０２Ａの位置を境に重力に抗して蓋材２０２を支持するべき面２０２Ｃが反対側の面２０２Ｄに移るため、蓋材２０２の落下等を防止するためにはロボットに蓋材２０２を両面から挟持して固定するハンド部材を装着する必要がある。
【０００５】
しかしながら、対象物を掴み離しをする機構を備えたハンド部材は一般的に高価である。また、蓋材２０２の重量が大きい場合には、それを支持するハンド部材も大型な機構や駆動源が必要となり、それを支持するロボット自体もより大型になるという課題がある。
【０００６】
本発明はかかる課題に鑑みなされたものであって、より小型でありながらも揺動可能な対象物を安定してハンドリングすることができるようにした、ロボット装置及び対象物のハンドリング方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は次のように構成した。
本願発明（請求項１）にかかるロボット装置は、揺動可能な対象物を支持する第１支持部を有する第１マニピュレータと、前記第１マニピュレータに併設され、揺動可能な対象物を支持する第２支持部を有する前記第２マニピュレータと、前記第１マニピュレータと前記第２マニピュレータとを動作制御して、前記対象物を揺動させるロボットコントローラと、を有していることを特徴としている。
【０００８】
また、前記ロボットコントローラは、前記対象物を揺動させる際には、前記対象物の回転角度が予め設定された第１角度に達するまでは、前記第１マニピュレータと前記第２マニピュレータとの両方で前記対象物の一方の面を支持し、前記回転角度が前記第１角度を超えて予め設定された第２角度に達するまでは、前記第１マニピュレータ及び前記第２マニピュレータの一方で前記一方の面を支持するとともに、他方で前記一方の面の反対側の面を支持し、前記回転角度が前記第２角度を超えると、前記第１マニピュレータと前記第２マニピュレータとの両方で前記反対側の面を支持させることが好ましい（請求項２）。
また、前記第１支持部及び前記第２支持部はそれぞれ、互いに離間して前記第１マニピュレータ又は前記第２マニピュレータに固設された一対の支持部材を有していることが好ましい（請求項３）。
【０００９】
また、一対のポール材と、前記一対のボール材とを繋ぐビーム材と、を有し、前記前記第１マニピュレータ及び前記第２マニピュレータは、前記ビーム材に取り付けられていることが好ましい（請求項４）。
【００１０】
本願発明（請求項５）にかかるロボットシステムは、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボット装置と、ワークを収納した容器と、前記容器に回転ヒンジを介して揺動可能に設けられた蓋材と、前記容器内のワークを取り出す第３マニピュレータと、を有していることを特徴としている。
【００１１】
本願発明（請求項６）にかかるロボットハンドリング方法は、第１マニピュレータ及び第２マニピュレータによって、揺動可能な対象物を揺動させるロボットハンドリング方法であって、前記対象物の回転角度が予め設定された第１角度に達するまでは、前記第１マニピュレータと前記第２マニピュレータとの両方で前記対象物の一方の面を支持し、前記回転角度が前記第１角度を超えて予め設定された第２角度に達するまでは、前記第１マニピュレータ及び前記第２マニピュレータの一方で前記一方の面を支持するとともに、他方で前記一方の面の反対側の面を支持し、前記回転角度が前記第２角度を超えると、前記第１マニピュレータと前記第２マニピュレータとの両方で前記反対側の面を支持させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明（請求項１，５）によれば、第１マニピュレータと第２マニピュレータにより、対象物の両面を支持することで、各マニピュレータに対象物を教示するハンド部材を設けることなく対象物を安定して揺動させることができる。これにより、各マニピュレータをより可搬重量の小さい小型なもので構成することができる。さらに、対象物に対して１以上のマニピュレータにより支持するので、各マニピュレータをより小型化することができる。
【００１３】
本願発明（請求項２，６）によれば、第１マニピュレータ及び第２マニピュレータにより鋼製の蓋材（対象物）のような重量物を把持できる高価な把持機構等を設けることなく、対象物を安定して回動させることができる。
即ち、対象物を回動軸周りに回動させていく場合、対象物の重心位置が回動軸を超える位置（境界点）を境に重力により回動軸周りにかかるモーメントの向きが反対となる。このため、対象物の一方の面のみを支持していた場合、境界点に達すると対象物が支持されず重力によって激しく回動してしまう。
【００１４】
これを防ぐためには、各マニピュレータの手先に対象物を両側から指示できるグリッパのような把持機構が必要とされるが、対象物の回転角度が第１角度に達した時点でいずれかのマニピュレータによって対象物の反対側の面を支持するので、境界点を過ぎても対象物を支持し続けることができる。また、支持されるべき面が対象物の一方の面から反対側の面へ移行する際には、第１マニピュレータ及び第２マニピュレータにより対象物の両側の面が同時に支持されるため、境界点の前後でも対象物を確実に保持し、衝撃等を軽減することができる。
さらに、対象物の回転角度が第２角度に達すると、境界点を確実に過ぎた状態で再び両方のマニピュレータによって対象物を支持するため、各マニピュレータにかかる負荷を軽減することができる。
【００１５】
本願発明（請求項３）によれば、一対の支持部材を設けることにより、支持部材が１つのみである場合と比較して対象物を支持する面を変更する際のマニピュレータの動作量を低減することができる。即ち、第１マニピュレータ及び第２マニピュレータにより対象物のような重量物を把持できる高価な把持機構等を設けることなく、対象物を安定して回動させることができる。
【００１６】
本願発明（請求項４）によれば、第１マニピュレータ及び第２マニピュレータをポール材に掛け渡されたビーム材に設けることにより、蓋材等の対象物を揺動させる際に対象物と第１マニピュレータ及び第２マニピュレータあるいはその基台等と、対象物との干渉を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態にかかるロボットシステムの全体構成を模式的に示す図
【図２】図1のＸ矢視図であり、マニピュレータユニットの構成を模式的に示す図
【図３】本発明の一実施形態にかかるロボット装置の動作等を説明するための図であり、図２のＹ矢視図
【図４】本発明の一実施形態にかかるロボット装置の動作等を説明するための図であり、図２のＹ矢視図
【図５】本発明の一実施形態にかかるロボット装置の動作等を説明するための図であり、図２のＹ矢視図
【図６】本発明の一実施形態にかかるロボット装置の動作等を説明するための図であり、図２のＹ矢視図
【図７】本発明の一実施形態にかかるロボット装置の動作等を説明するための図であり、図２のＹ矢視図
【図８】本発明の一実施形態にかかるロボット装置の動作等を説明するための図であり、図２のＹ矢視図
【図９】本発明の一実施形態にかかるロボット装置の動作等を説明するための図であり、図２のＹ矢視図
【図１０】ヒンジを有する蓋材の模式的な側面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（概略構成）
以下、本発明の一実施形態について図を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態にかかるロボットシステム１００は、ロボット（第３マニピュレータ）１０１，ストッカ１０２，マニピュレータユニット１０３，制御装置（ロボットコントローラ）１０４及び搬送ベルト１０５からなっている。
ストッカ１０２には、樹脂等で形成されたストッカ本体（容器）の内部に複数のワーク（検出対象物）Ｗが収納されている。
ストッカ１０２の上部は回転ヒンジ１０２Ａを中心に揺動することで開閉する蓋材１０２Ｂ（対象物）で覆われており、ストッカ１０２の内部を密閉するようになっている。
また、蓋材１０２Ｂは、ストッカ本体よりも大きく設定されており、蓋材１０２Ｂが閉じた状態で下方から蓋材１０２Ｂを支持可能な支持部１０２Ｃが設定されている。
【００１９】
マニピュレータユニット１０３は、図２に示すように、一対のポール材１０３Ｂ，１０３Ｂに架け渡されたビーム材１０３Ａと、ビーム材１０３Ａに取り付けられた第１マニピュレータ２１及び第２マニピュレータ２２からなっている。
第１マニピュレータ２１及び第２マニピュレータ２２は、配置される後方が前後方向で反対向きであることを除いて同様に構成されている。ここでは第１マニピュレータ２１の構成についてのみ図面を用いて説明する。
第１マニピュレータ２１はベース３１，第１アーム３２，第２アーム３３，フランジ３４及び一対の支持板（支持部）３５から構成されている。
【００２０】
また、ベース３１と第１アーム３２，第１アーム３２と第２アーム３３及びフランジ３４はそれぞれ図示省略のアクチュエータによって回転駆動するように構成されている。
なお、各アクチュエータの回転軸はいずれも平行に設定されている。即ち、第１マニピュレータ２１は３軸の水平多関節ロボットとして構成されている。
各アクチュエータはサーボモータを有して構成されており各可動部の回転位置はロボットコントローラ１０４に入力されるようになっている。また、各アクチュエータの動作はコントローラからの信号によって制御されるようになっている。
【００２１】
フランジ３４は円板状をなしており、第２アーム３３の先端部分に設けられて前述のように回転駆動するようになっている。一対の支持板３５は互いに平行となるようにフランジ３４に溶接されており、フランジ３４と一体となって回転する。また、一対の支持板３５は、フランジ３４の外側に延びている。
【００２２】
ロボット１０１は、垂直多関節ロボットであり、先端に装着されたハンド装置１０１Ａによりストッカ１０２内のワークＷを一つずつ把持して次工程に搬送するための搬送用ベルト１０５に移載するようになっている。
また、ロボット１０１及び第１マニピュレータ２１，第２マニピュレータ２２の各関節部には、図示しないサーボモータが内蔵されており、サーボモータの駆動はロボットコントローラ１０４（図１参照）により予め教示された動作指令に沿って制御されるようになっている。
【００２３】
ロボットコントローラ１０４は、記憶装置，電子演算装置及び入力装置（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及びマニピュレータユニット１０３とそれぞれ相互通信可能に接続されている。
ロボットコントローラ１０４には、ロボット１０１及び第１マニピュレータ２１及び第２マニピュレータ２２の動作軌道（教示データ）が記憶されている。
【００２４】
また、ロボットコントローラ１０４には教示データとともに、後述するように、蓋材１０２Ｂの全閉位置からの回転角度の閾値である第１角度θ１と第２角度θ２とが記憶されている。なお、第１角度θ１，第１角度θ２は、第１マニピュレータ２１及び第２マニピュレータ２２の後述するサーボモータの回転位置として記憶されていてもよい。
なお、ここでは、単独のロボットコントローラ１０４により、ロボット１０１及びマニピュレータユニット１０３の動作を制御するように構成しているが、ロボット１０１及びマニピュレータユニット１０３にそれぞれ個々に動作を制御するロボットコントローラを設けて構成してもよい。
【００２５】
本実施形態にかかるロボットシステムはこのように構成されており、ロボットコントローラ１０４は、第１マニピュレータ２１及び第２マニピュレータ２２を同様に動作させて、蓋材１０２Ｂを全閉位置から全開位置まで揺動させる。
まず、図３に示すように一対の支持板３５の間に蓋材１０２Ｂの支持部１０２Ｃを収めるようにして一方側の支持板３５の内側の面（即ち、一対の支持板３５が互いに向かいあう面）で蓋材１０２Ｂの一方側の面と接触して支持する。その状態で図４に示すように、第１マニピュレータ２１及び第２マニピュレータ２２を同様に動作させて、蓋材１０２Ｂを引き起こして回転ヒンジ１０２Ａを中心に揺動させる。
【００２６】
その後、蓋材１０２Ｂの開き角度θ（θは全閉位置からの回動角度に相当する）がロボットコントローラ１０４に予め記憶された第１角度θ１に達すると（θ＝θ１）、図５に示すように、第１マニピュレータ２１が停止した状態で第２マニピュレータ２２のみが動作して図６に示すように、第２マニピュレータ２２の他方側の支持板３５と蓋材１０２Ｂの反対側の面とが接触して支持される。
【００２７】
そして、図７に示すように、第１マニピュレータ２１により蓋材１０２Ｂの一方側の面と接触して支持し、第２マニピュレータ２２により蓋材１０２Ｂの反対側の面を支持した状態で、回転ヒンジ１０２Ａが回転されていく（この間、θ１＜θ＜θ２）。
なお、θ１＜θ＜θ２の区間において、蓋材１０２Ｂ及びガードレール支持機構５の重心の位置が回転ヒンジ１０２Ａを通る仮想の鉛直面を通過する。
【００２８】
その後、角度θが第２角度θ２に達すると（θ＝θ２）、第２マニピュレータ２２が停止した状態で第１マニピュレータ２１のみが動作し、図８に示すように、第１マニピュレータ２１と第２マニピュレータ２２とが接触することにより蓋材１０２Ｂの反対側の面が支持される。
そして、重力に抗して蓋材１０２Ｂを支持しながら図９に示すように全開位置まで蓋材１０２Ｂを揺動させる。
そして、蓋材１０２Ｂが全開位置に達すると、ロボット１０１が動作して、ストッカ１０２の内部にハンド装置１０１Ａを導入し、ストッカ１０２内のワークＷを取り出して搬送ベルト１０５に移送する。
【００２９】
ロボット１０１によるワークＷの取り出し動作が完了すると、第１マニピュレータ２１と第２マニピュレータ２２とが接触することにより蓋材１０２Ｂの反対側の面を支持し、角度θが第２角度θ２に達すると（θ＝θ２）、第２マニピュレータ２２が停止した状態で第１マニピュレータ２１のみが動作して、第１マニピュレータ２１の一方側の支持板３５によって蓋材１０２Ｂの一方側の面が支持される。
【００３０】
その後、角度θが第１角度θ１にまで蓋材１０２Ｂが戻されると（θ＝θ１）、第１マニピュレータ２１が停止した状態で第２マニピュレータ２２のみが動作し、第１マニピュレータ２１と第２マニピュレータ２２とにより蓋材１０２Ｂの一方側の面が支持される。
そして、重力に抗して蓋材１０２Ｂを支持しながら図３に示すように全閉位置まで蓋材１０２Ｂを揺動させる。
【００３１】
このように本実施形態にかかるロボットシステムによれば、蓋材１０２Ｂの開閉動作を第１マニピュレータ２１及び第２マニピュレータ２２により協業して行なうのそれぞれのマニピュレータが負担する負荷を抑えることができ、第１マニピュレータ２１及び第２マニピュレータ２２により小型のマニピュレータを使用することができる。
【００３２】
また、ロボット１０１によりストッカ１０２からワークＷを取り出す時を除いては蓋材１０２Ｂによってストッカ１０２を密閉することができるので、例えば、ストッカ１０２にエアコンディショナを組み込んでストッカ１０２の内部の温度・湿度等を管理する必要がある場合に有効である。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明にかかるロボット装置ないしロボットシステム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。
本実施形態では、対象物の重心位置が回動軸を超える位置を境界点として支持されるべき面が移行するものを例として説明したが、本発明はこれに限らず、ある揺動角度を境に支持するべき面（一方側の面及び反対側の面）が変更する点を境界点としても適用すればよい。例えば、回転ヒンジは予めバネ等で予め付勢されていてもよい。この場合、第１角度及び第２角度は予め実験等で設定すればよい。
また、実施形態では、第１マニピュレータ及び第２マニピュレータがいずれもビーム材に取り付けられる構成としているが、第１マニピュレータ及び第２マニピュレータはそれぞれ別個の基台に設置されるものでもよく、また、共通の基台に設置される双腕ロボットとして構成してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
２１  第１マニピュレータ
２２  第２マニピュレータ
３１  ベース
３２  第１アーム
３３  第２アーム
３４  フランジ
３５  支持板（第１支持部，第２支持部）
１００  ロボットシステム
１０１  ロボット（第３マニピュレータ）
１０１Ａ  ハンド装置
１０２  ストッカ
１０２Ａ  回転ヒンジ
１０２Ｂ  蓋材（対象物）
１０３  マニピュレータユニット
１０３Ａ  ビーム材
１０３Ｂ  ポール材
１０４  制御装置（ロボットコントローラ）
１０５  搬送ベルト
【図１】
2011088226.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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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