(57)【要約】【課題】  目的は、把持したワークを狭小な収納スペースに収納する作業段階を含むピッキング作業に特化したロボットハンドを簡易な構造で実現することにある。【解決手段】  本実施形態に係るロボットハンド７は、基部７２と、互いに接近・離反する方向に移動自在に前記基部に支持される一対のフィンガー７６ａ，７６ｂと、一対のフィンガー７６ａ，７６ｂの移動方向と平行な向きに基部７２に取り付けられる板状部材７８とを具備する。【選択図】      図３
2019010718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
互いに接近・離反する方向に移動自在に前記基部に支持される一対のフィンガーと、
前記一対のフィンガーの移動方向と平行な向きに前記基部に取り付けられる板状部材とを具備することを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記板状部材は、前記一対のフィンガーと所定距離を隔てて、且つ前記一対のフィンガーと平行な向きに前記基部に取り付けられることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記板状部材は矩形平板であることを特徴とする請求項２記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記一対のフィンガーに対峙する側の前記板状部材の表面は、その幅方向に且つ前記一対のフィンガーに対して凹状に湾曲していることを特徴とする請求項３記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記板状部材は、前記一対のフィンガーよりも前方に突出していることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記板状部材は、最大に離反した状態の前記一対のフィンガーの全幅よりも広い幅を有することを特徴とする請求項３記載のロボットハンド。
【請求項７】
前記板状部材は、その前方が外側に反っていることを特徴とする請求項３記載のロボットハンド。
【請求項８】
前記板状部材には前記一対のフィンガーにより把持されたワークを吸着するための吸着孔があけられていることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
【請求項９】
前記板状部材は硬質樹脂製であることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
【請求項１０】
前記基部には、ロボットアームに接続するためのアダプタ板が前記板状部材と平行に設けられていることを特徴とする請求項２記載のロボットハンド。
【請求項１１】
前記板状部材は、前記一対のフィンガーより前記アダプタ板に近い位置に取り付けられることを特徴とする請求項１０記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ロボットアームに装備されるロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット装置は製造ライン、医療や介護などさまざまな現場での適用がなされており、今後更なる分野での適用が期待されている。近年では労働人口の低下予測を背景に作業員の近くで作業するいわゆる協働ロボットへの期待が高まってきている。協働ロボットを導入することで、作業員が不足したときに、協働ロボットがその作業員に代わることができる。しかしながら、協働ロボットに作業を担当させるとき、作業員が使用するものとは異なる協働ロボット専用の道具を使用しなければならない場合がある。その場合、全体の製造段階における作業効率の悪化及び後段の段階の変更等が生じる可能性がある。そのため、協働ロボット専用の道具を不要とするために、担当する作業に特化したロボットハンドが要求されている。例えば、部品が実装された基板のような、表面に突起があり、上下に重ねられないワークは、複数の仕切板によって内部が縦横に区画された通い箱に縦入れされる。運搬効率の観点から、１つの通い箱に収納できるワークの数は多いほどよい。そのため、通い箱におけるワークの収納スペースはワークよりもやや大きいぐらいであり狭小である。このような通い箱へのワークの収納作業において、作業員は、ワークが収納スペースの開口に接触しないように、収納スペースの開口が広がるように一方の手で仕切板を押さえた状態で、他方の手でワークをその開口が広げられた収納スペースに収納することができる。上記の収納作業を、従来の２指のロボットハンドを備えるピッキングロボットに行わせた場合、以下のような問題が発生する。ロボットハンドが収納スペースに比べて大きい場合、ロボットハンドを収納スペースの上方に位置合わせした状態で、把持したワークをリリースするしかない。リリース位置が収納スペースの上方に位置合わせされているが、仕切板の変更等により、リリースしたワークが収納スペースの開口に引っかかってしまい、ワーク及び通い箱の仕切が破損する事態が発生しかねない。また、上記の収納作業を２台のロボットに担当させる方法や複雑なロボットハンドを用いる方法も考えられるが、どちらも導入コストが高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
目的は、把持したワークを収納スペースに収納する作業段階を含むピッキング作業に特化したロボットハンドを簡易な構造で実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本実施形態に係るロボットハンドは、基部と、互いに接近・離反する方向に移動自在に前記基部に支持される一対のフィンガーと、前記一対のフィンガーの移動方向と平行な向きに前記基部に取り付けられる板状部材とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、第１実施形態に係るロボットハンドを装備したロボットアーム機構を配置したロボットシステムの外観図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るロボットハンドを装備したロボットアーム機構の外観斜視図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るロボットハンドの上方斜視図である。
【図４】図４は、図３のロボットハンドの下方斜視図である。
【図５】図５は、図３のロボットハンドの側面図である。
【図６】図６は、図３のロボットハンドによるワークの把持状態を表す図である。
【図７】図７は、図３のロボットハンドによるワークの把持状態を表す図である。
【図８】図８は、図３のロボットハンドによる搬送段階を表す図である。
【図９】図９は、図３のロボットハンドによるリリース動作の第１段階を表す図である。
【図１０】図１０は、図３のロボットハンドによるリリース動作の第２段階を表す図である。
【図１１】図１１は、図３のロボットハンドによるリリース動作の第３段階を表す図である。
【図１２】図１２は、図３のロボットハンドによるリリース動作の第４段階を表す図である。
【図１３】図１３は、図３のロボットハンドによるリリース動作の第５段階を表す図である。
【図１４】図１４は、図１２の通い箱の平面図である。
【図１５】図１５は、第２実施形態に係るロボットハンドの側面図である。
【図１６】図１６は、第３実施形態に係るロボットハンドの側面図である。
【図１７】図１７は、図１６のロボットハンドの正面図である。
【図１８】図１８は、第４実施形態に係るロボットハンドの上方斜視図である。
【図１９】図１９は、図１８ロボットハンドの下方斜視図である。
【図２０】図２０は、図１８のロボットハンドによる搬送状態を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、図面を参照しながら本発明の第１乃至第４実施形態に係るロボットハンドを説明する。第１乃至第４実施形態に係るロボットハンドは、主にロボットアームの先端の典型的には手首部に装着され、使用される。以下の説明では、第１乃至第４実施形態に係るロボットハンドを装備した、直動伸縮関節を有する極座標形のロボットアーム機構を例に説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【０００７】
（第１実施形態）  
図１は、本実施形態に係るロボットハンド７を装備したロボットアーム機構１００を配置したロボットシステムの外観図である。図１に示すように、ピッキングロボットは、工場内のベルトコンベア３００の近傍に配置される。ロボットハンド７は、ピッキング作業を行うピッキングロボットのアームの先端の典型的には手首部に装着される。通い箱４００は、ピッキングロボットの近傍に配置される。通い箱４００は、複数の仕切板により内部が縦横に仕切られ、これにより複数の収納スペースが構成される。ベルトコンベア３００により、ピッキング位置に搬送されたワーク２００を本実施形態に係るロボットハンド７で把持し、ピッキングロボットの近傍に配置された通い箱４００の収納スペース内に収納する。
【０００８】
図２は、図１のロボットアーム機構１００の外観斜視図である。ロボットアーム機構１００は、略円筒形状の支柱部２と、支柱部２の上部に載置される起伏部４と、起伏部４から伸延するアーム部５と、アーム部５の先端に取り付けられる手首部６を備える。手首部６の後述する第６回転軸ＲＡ６の回転部には図示しないハンド取付部が設けられている。このハンド取付部にロボットハンド７（手先効果器）が取り付けられる。
【０００９】
ロボットアーム機構１００は、複数、ここでは６つの関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３は手首部６の位置を変化させる根元３軸と呼ばれ、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の主要構成部分は支柱部２に収容される。第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は主にロボットハンド７（手先効果器）の姿勢を変化させる手首３軸と呼ばれ、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の主要構成部分は手首部６に収容される。
【００１０】
第１関節部Ｊ１は、鉛直方向に平行な回転軸ＲＡ１を備える旋回用のねじり回転関節部であり、第１関節部Ｊ１の回転によりアーム部５は左右に旋回回転される。第２関節部Ｊ２は、回転軸ＲＡ１に対して直交する回転軸ＲＡ２を備える起伏用のねじり回転関節部であり、第２関節部Ｊ２の回転によりアーム部５は上下に起伏する。第３関節部Ｊ３は、直動伸縮機構により提供される。直動伸縮機構は発明者らが新規に開発した構造を備えており、可動範囲の観点でいわゆる従来の直動関節とは明確に区別される。第３関節部Ｊ３のアーム部５は伸縮軸ＲＡ３に沿って伸縮する。このように、根元３軸は、旋回用ねじり関節部、起伏用ねじり関節部及び直動伸縮機構で構成される。つまり、図２に示すロボットアーム機構１００は極座標形である。
【００１１】
第４〜第６関節部Ｊ４〜Ｊ６はそれぞれ直交３軸の回転軸ＲＡ４〜ＲＡ６を備える。第４関節部Ｊ４は伸縮軸ＲＡ３と略一致する回転軸ＲＡ４を中心としたねじり回転関節部であり、この第４関節部Ｊ４の回転によりロボットハンド７は揺動回転される。第５関節部Ｊ５は回転軸ＲＡ４に対して垂直に配置される回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ回転関節部であり、この第５関節部Ｊ５の回転によりロボットハンド７は前後に傾動回転される。第６関節部Ｊ６は回転軸ＲＡ４と回転軸ＲＡ５とに対して垂直に配置される回転軸ＲＡ６を中心としたねじり回転関節部であり、この第６関節部Ｊ６の回転によりロボットハンド７は軸回転される。
【００１２】
このように、ロボットハンド７は、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３のアーム部５の伸縮距離の長さは、支柱部２の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にロボットハンド７を到達させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直線的な伸縮動作とその伸縮距離の長さとが従前の直動関節と異なる特徴的な点である。
【００１３】
以下、図３乃至図７を参照して、第１実施形態に係るロボットハンド７の構造を説明する。図３は、第１実施形態に係るロボットハンド７の上方斜視図である。図４は、図３のロボットハンド７の下方斜視図である。図５は、図３のロボットハンド７の側面図である。図６、図７は、図３のロボットハンド７によるワーク２００の把持状態を表す図である。
【００１４】
ロボットハンド７は、典型的には直方体をなす基部７２を有する。基部７２の上面には手首部６の一対のフィンガー７６ａ，７６ｂに接続するためのアダプタ板７１が取り付けられる。基部７２の下面には、ワーク２００を把持するための一対のフィンガー７６ａ，７６ｂが、互いに接近・離反する方向に移動自在に支持される。一対のフィンガー７６ａ，７６ｂは、アダプタ板７１に平行である。一対のフィンガー７６ａ，７６ｂは、それぞれ略Ｚ形状に曲げられた細長い角柱体であり、それぞれの先端側が外側に開く向きに配置される。一対のフィンガー７６ａ，７６ｂの先端側には、外向きにパッド７７ａ，７７ｂがそれぞれ装着される。パッド７７ａ、７７ｂ各々は弾性体、より具体的には海綿状の気泡をもつゴム又は合成樹脂製の板状体である。
【００１５】
基部７２の前面には、アダプタ板７１と平行に板状部材７８が取り付けられる。ここでは、板状部材７８は硬質樹脂製の矩形平板である。板状部材７８の長さは、板状部材７８が一対のフィンガー７６ａ，７６ｂよりも前方に、好適には、一対のフィンガー７６ａ，７６ｂに把持されたワーク２００よりも前方に突出するように既定されている。例えば、板状部材７８の長さは、フィンガー７６ａ，７６ｂの根元から先端までの距離の２倍以上４倍以下である。同様に、板状部材７８幅は、最大に離反した状態の一対のフィンガー７６ａ，７６ｂ、又は一対のフィンガー７６ａ，７６ｂにより把持されたワーク２００よりも幅方向に突出するように既定されている。例えば、板状部材７８の幅は、最大に離反された状態の一対のフィンガー７６ａ，７６ｂの全幅の等倍以上２倍以下である。
【００１６】
基部７２の内部中空には、一対のフィンガー７６ａ，７６ｂを動かすためのアクチュエータとしてエアチャックが内蔵されている。エアチャックはエアシリンダーを備える。エアシリンダーには、基部７２の右側面に空けられたチューブ孔７３から基部７２に導入されたエアチューブの先端が接続される。エアチューブの後端はエアポンプに接続される。エアポンプからエアチャックのエアシリンダーに正圧／負圧が供給されたとき、一対のフィンガー７６ａ，７６ｂは基部７２の幅方向に沿って接近又は離反する。例えば、エアシリンダーに負圧が供給されたとき、一対のフィンガー７６ａ，７６ｂは互いに離反され、正圧が供給されたとき、一対のフィンガー７６ａ，７６ｂは互いに接近する。ここでは、図６に示すように、ロボットハンド７は、一対のフィンガー７６ａ，７６ｂが互いに離反するときにワーク２００を把持する。
【００１７】
図８乃至図１４を参照して、第１実施形態に係るロボットハンド７の効果を説明する。第１実施形態に係るロボットハンド７を導入することによる効果は、主にワーク２００を搬送する際とワーク２００を収納スペース４０３に収納する際とで発揮される。
【００１８】
図８は、第１実施形態に係るロボットハンド７によるワーク２００の搬送状態を表す図である。図９乃至図１３は、ロボットハンド７によるリリース動作の第１乃至第５段階をそれぞれ表す。図１４は、図１２の通い箱の平面図である。ここでは、ワーク２００は通い箱４００の収納スペース４０３に縦入れで収納される。通い箱４００は、上方が開口した箱体４０１と、箱体４０１内を縦横に仕切る複数の仕切板４０２とを有する。この仕切板４０２により区切られた区画を収納スペース４０３と呼ぶ。ここでは、仕切板４０２は弾性体であり、外力により変形する。
【００１９】
図８に示すように、ワーク２００を把持したロボットハンド７は、搬送姿勢で収納スペース４０３の上方まで移動される。搬送姿勢は、板状部材７８が水平に配置され、且つ一対のフィンガー７６ａ，７６ｂの下方に位置する姿勢である。搬送中に万が一にでも、一対のフィンガー７６ａ，７６ｂからワーク２００が脱落してとしても、その脱落したワーク２００を板状部材７８で受け止めることができ、ワーク２００が地面に落下することによる破損等を回避することができる。また、搬送中のワーク２００の挙動は、ロボットアーム機構１００で発生する振動やワーク２００の自重により不安定である。しかしながら、板状部材７８を一対のフィンガー７６ａ、７６ｂの下方に配置することで、一対のフィンガー７６ａ、７６ｂにより把持されたワーク２００が何らかの理由により下方に傾いてしまった場合でも、その下方に傾いたワーク２００を板状部材７８で支持することができる。つまり、板状部材７８は、搬送中のワーク２００の挙動を安定化させることができる。そのため、第１実施形態に係るロボットハンド７は、従来、把持することが困難であった、例えば重量バランスが悪いワーク、レトルトパウチのように変形しやすいようなワークを把持し得る。
【００２０】
図９に示すように、ロボットハンド７は、リリース姿勢で収納スペース４０３に向かって下降される。リリース姿勢は、搬送姿勢におけるロボットハンド７の先端側が下方に傾いた姿勢である。図１０に示すように、下降されたロボットハンド７は、その板状部材７８の裏面が通い箱４００の仕切板４０２の先端に当接する。図１１に示すように、板状部材７８の裏面が仕切板４０２の先端に当接した状態から、ロボットハンド７をさらに降下させることで、傾斜した板状部材７８の裏面に沿って、仕切板４０２が外側に変形される。これにより、図１４に示すように、収納スペース４０３の開口が押し広げられる。図１２に示すように、収納スペース４０３の開口が押し広げられた状態で、ワーク２００はリリースされ、リリースされたワーク２００は、傾斜した板状部材７８の表面に沿って、十分に広げられた収納スペース４０３の開口に向かって落下する。図１３に示すように、リリースされたワーク２００は、収納スペース４０３の開口に引っかかることなく、収納スペース４０３にスムーズに収納される。
【００２１】
このように、ロボットハンド７に備えられた板状部材７８は、搬送中のワーク２００を受ける機能（トレイ機能）と、リリースしたワーク２００の収納スペース４０３への落とし込みを案内する機能（シュータ機能）とを兼用する。また、収納スペース４０３を構成する仕切板４０２が変形又は可動する場合であれば、板状部材７８は、仕切板４０２を変形又は可動させ、収納スペース４０３の開口を広げるフィンガーとして機能する。これらの機能は、ロボットハンド７に板状部材７８を取り付けることにより実現される。すなわち、第１実施形態に係るロボットハンド７によれば、把持したワークを収納スペースに収納する作業段階を含むピッキング作業に特化したロボットハンドを簡易な構造で実現することができる。
【００２２】
（第２実施形態）  
なお、ロボットハンド７の板状部材７８の形状はこれに限定されない。図１５は、第２実施形態に係るロボットハンド７の側面図である。図１５に示すように、板状部材７８は、その前方部分が一対のフィンガー７６ａ、７６ｂに対して反対側に反っていてもよい。板状部材７８が直線的な形状であるときには、その先端部分を通い箱４００の仕切板４０２に引っ掛けることができない。板状部材７８の前方部分を外側に若干反らすことにより、板状部材７８の先端を仕切板４０２に引っ掛けて、仕切板４０２を引き付け、若干湾曲させることができる。この作業は、ロボットハンド７の下降と水平移動との連動によって実現される。仕切板４０２の先端に板状部材７８の先端を引っ掛け、ロボットハンド７を水平に少し移動させることにより、仕切板４０２は若干湾曲して、収納スペース４０３の開口が広がる。収納スペース４０３の開口が広がると、ワーク２００は板状部材７８上を滑り落ち、そのまま収納スペース４０３の底部まで、周囲に引っ掛かることなく円滑に落ちる。従って板状部材７８を収納スペース４０３の深部まで進入させる必要がない。
【００２３】
（第３実施形態）  
図１６は、第３実施形態に係るロボットハンド７の側面図である。図１７は、図１６のロボットハンド７の正面図である。図１６、図１７に示すように、一対のフィンガー７６ａ，７６ｂに対峙する側の板状部材７８の表面は、その幅方向に且つ一対のフィンガー７６ａ，７６ｂに対して凹状に湾曲していてもよい。リリースされたワーク２００は、板状部材７８の湾曲面を滑りながらその幅中心に移動する。そのままワーク２００は、板状部材７８の面上を長手方向に沿って前方に向かって移動し、適正に前方から落下する。なお、ワーク２００が板状部材７８の側方に偏ったり、傾いてしまうと、ワーク２００は仕切板４０２の縁に引っ掛かり、収納スペース４０３に収納されない。
【００２４】
（第４実施形態）  
ロボットハンド７は、搬送中のワーク２００の姿勢をさらに安定化するための機構を備えてもよい。図１８は、第４実施形態に係るロボットハンド７の上方斜視図である。図１９は、図１８のロボットハンド７の下方斜視図である。図２０は、図１８のロボットハンド７による搬送状態を表す図である。板状部材７８には、一対のフィンガー７６ａ，７６ｂより把持されたワーク２００を吸着するための吸着孔７９が空けられている。典型的には、図１８、図１９に示すように、吸着孔７９は、板状部材７８の一対のフィンガー７６ａ，７６ｂに対峙する側の面の先端側の幅中央に空けられる。この吸着孔７９は、板状部材７８の内部の配管経路、エアチューブを介してエアポンプに接続される。エアポンプにより負圧が発生されると、吸着孔７９に向かって空気が吸引される。図２０に示すように、一対のフィンガー７６ａ，７６ｂより把持されたワーク２００の先端部分が、図中の矢印Ａの方向に働く吸引力により吸着孔７９に引き寄せされ、吸着される。その結果、搬送中のワーク２００の挙動は安定し、ワーク２００の落下等を回避することができる。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２６】
７…ロボットハンド、７１…アダプタ板、７２…基部、７３…チューブ孔、７４…レール、７６ａ，７６ｂ…フィンガー、７７ａ，７７ｂ…パッド、７８…板状部材。
【図１】
2019010718.tif 000003
【図２】
2019010718.tif 000004
【図３】
2019010718.tif 000005
【図４】
2019010718.tif 000006
【図５】
2019010718.tif 000007
【図６】
2019010718.tif 000008
【図７】
2019010718.tif 000009
【図８】
2019010718.tif 000010
【図９】
2019010718.tif 000011
【図１０】
2019010718.tif 000012
【図１１】
2019010718.tif 000013
【図１２】
2019010718.tif 000014
【図１３】
2019010718.tif 000015
【図１４】
2019010718.tif 000016
【図１５】
2019010718.tif 000017
【図１６】
2019010718.tif 000018
【図１７】
2019010718.tif 000019
【図１８】
2019010718.tif 000020
【図１９】
2019010718.tif 000021
【図２０】
2019010718.tif 000022