(57)【要約】【課題】ロボットハンド切替装置における課題として、切替時間短縮による段取替えロスの削減、作業環境への干渉回避の容易性、システム構成が安価であることが挙げられる。【解決手段】この発明に係るロボットハンド切替装置は、駆動源と、駆動源に取付けられたカムと、駆動源の回転軸に取付けられた下部回転板と、回転板の両端に設けられた支柱と、支柱上に取り付けられたリニアガイドと、カムのカム面に沿って回動されるカムフォロアと、リニアガイド上に設けられたロボットハンド取付部とを備え、駆動源の回転軸を回動することにより、カムフォロアがカム面に沿って、かつ、リニアガイドによって案内され、ロボットハンド取付部に取付けられた部品把持部を回転および昇降移動させるようにしたものである【選択図】図２
2015229201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源と、この駆動源に取付けられたカムと、前記駆動源の回転軸に取付けられた下部回転板と、この回転板の両端に設けられた支柱と、この支柱上に取り付けられたリニアガイドと、前記カムのカム面に沿って回動されるカムフォロアと、前記リニアガイド上に設けられたロボットハンド取付部とを備え、前記駆動源の回転軸を回動することにより、前記カムフォロアが前記カム面に沿って移動するとともにロボットハンド取付部がリニアガイドによって案内され、前記ロボットハンド取付部を回転および昇降移動させるようにしたことを特徴とするロボットハンド切替装置。
【請求項２】
前記カムを端面カムとしたことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド切替装置。
【請求項３】
前記カムを溝カムとしたことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド切替装置。
【請求項４】
前記支柱の上部に回転板を設け、この上部回転板と前記ロボットハンド取付部の間に前記カム面に加わる力を軽減可能な方向に復元力を発生させる弾性体を取付けたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のロボットハンド切替装置。
【請求項５】
前記弾性体を定荷重ばねとし、ロボットハンド自重による前記カムへの押し付け力をキャンセルすることを特徴とした請求項４に記載のロボットハンド切替装置。
【請求項６】
前記カムのカム面に沿って回動される前記カムフォロアを一対としたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のロボットハンド切替装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生産ラインなどで使用されるロボットにおいて、複数部品を把持するためのロボットハンド切替装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、顧客需要の多様化、市場のグローバル化にともない、品種と量の目まぐるしい変動に対応可能な変種変量生産が要求されている。これに応じて、変種変量生産の自動化システム開発が急務となっている。特に、高い汎用性のあるロボットは、多くの生産ラインに導入されている。また、１台のロボットで多種多様な形状の部品を把持するため、様々なロボットハンド切替装置が提案されている。
例として、複数の部品把持部を有し、カム機構やターレットハンドによって部品把持部を回転切替えする装置がある（例えば特許文献１、２）。また、ロボットアームの先端部とハンド部を着脱交換することで複数部品の把持に対応するハンド切替装置がある（例えば特許文献３）。さらには、人の手と同じような構造を有する多指ハンドが開発されている（例えば特許文献４）。これは、指の曲がり具合を駆動源によって制御することによって、ハンド切替えを行わずに多種類の部品を把持することができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０５３４９２号公報（４頁左側１４〜２８行、図３）
【特許文献２】特開２０００−３３４６８８号公報（１頁左側４〜９行、図１）
【特許文献３】実開平７−１１２８９号公報（１頁左側５〜１１行、図１）
【特許文献４】特開２００８−１７８９３９号公報（１頁左側４〜１３行、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように品種と量の目まぐるしい変動に対応した生産が求められるようになり、部品の形状に応じて把持ハンドの切替えを行うため、段取替えロスの削減が課題となっている。また、複数の把持ハンドを配置するため、作業環境への干渉回避の容易性や安価なシステムで構成可能なことも課題である。
特許文献１は、端面カムの周上にカムフォロアを介して複数の吸着ノズルとノズルを支持するためのノズルホルダが取り付けられている。また、端面カムとノズルホルダの各々に駆動源が設けられており、端面カムに取り付けられた駆動源により、端面カムの突出面が部品の位置まで回転移動し、その後、ノズルホルダに取り付けられた駆動源により、ノズルホルダが駆動回転し、使用したい吸着ノズルを端面カムの突出面まで回転し、ノズルを切り替える。また、この切替装置は、コンベアとパレットの間などに設置され、部品供給装置の一部として使われる。このように２つの駆動源によって回転移動と切替えを行い、複数の部品を把持し、運ぶ。このため、ノズルを切り替えるとともに把持部品を回転移動することができることになり、段取替えロスの削減効果がある。一方、駆動源を２つ使用しているため、装置が大型化してしまう。したがって、作業環境への干渉回避が困難であるとともに、高価なシステム構成となる。
【０００５】
特許文献２は、ターレット構造を有するもので、ターレット上に複数の種類の把持ハンドを配置し、部品形状に応じて把持ハンドを回転切替えすることで、多品種、且つ、複数の部品把持が可能である。一方、使用中以外のハンドは、使用ハンドに対して水平方向や斜め上方向に配置されるため、ワークとの干渉はもちろんのこと、作業環境との干渉を回避しにくい構造になっている。このため、２つ程度の少数の把持ハンドを使用するとき、装置が大型化してしまう。したがって、作業環境への干渉回避は困難である。
【０００６】
特許文献３は、ロボットアームの先端に設けたハンド本体部を介し、ハンド着脱用アダプタを取付けて複数の把持ハンドを着脱交換できる機構を有するものである。着脱方法は、本体部の凸型のピストンとアダプタ部の凹型の空洞を嵌め合い、エアシリンダ構造を形成し、エア供給の有無により行う。ピストンの上下運動のみでハンド交換を行えるため、切替時間は短縮できる。一方、複数の把持ハンドを要する時には、交換用ハンドを別のスペースに置いておくため、ハンド切替時間の他にハンドを取りに行くための移動時間がかかってしまい、段取替えロスが発生してしまう。
【０００７】
特許文献４は、人間の指と同じ様な多関節構造を有するものである。指の本数は、３から４本で構成され、形状の異なる複数部品に応じて、各関節の角度を制御することにより把持を可能とする。そのため、ハンドの切替えや交換を行わなくても、多品種、且つ、複数の部品を把持できることは有利な点の１つである。しかし、各関節の角度を部品形状に応じて制御するためには、関節ごとに駆動源を要してしまうため設備費用が増加することになる。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、作業環境への干渉回避が容易で、切替時間短縮による段取替えロスが削減でき、かつシステム構成が安価であるロボットハンド切替装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るロボットハンド切替装置は、駆動源と、駆動源に取付けられたカムと、駆動源の回転軸に取付けられた下部回転板と、回転板の両端に設けられた支柱と、支柱上に取り付けられたリニアガイドと、カムのカム面に沿って回動されるカムフォロアと、リニアガイド上に設けられたロボットハンド取付部とを備え、駆動源の回転軸を回動することにより、カムフォロアがカム面に沿って移動するとともにロボットハンド取付部がリニアガイドによって案内され、ロボットハンド取付部を回転および昇降移動させるようにしたものである
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、駆動源の回転軸とロボットハンドが平行に設けられることにより、作業環境における干渉回避が容易であること、また、駆動源１つで回転と昇降の動作を同時に行えるため、複数ハンドの切替時間の短縮が可能であるとともに、小型、且つ、ワークとの干渉回避も容易に行えること、また、カムフォロアに上方向の拘束がなく、遊びがあるため、上下方向の位置決めミスを犯してもハンド自体が壊れない、といった従来にない効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１におけるロボットハンド切替装置の全体構成を示す概念図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるロボットハンド切替装置の要部構成を示す正面図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるロボットハンド切替装置の使用状態を説明する正面図である。
【図４】この発明の実施の形態２におけるロボットハンド切替装置の要部である溝カムとカムフォロアの断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３におけるロボットハンド切替装置を示す正面図である。
【図６】この発明の実施の形態３におけるカム面とカムフォロアの摺動抵抗の考え方を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１
以下、この発明を実施の形態である図１〜図５を参照して説明する。
なお、各図中、同一符号は、同一あるいは相当部分を示すものとする。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態１におけるロボットハンド切替装置を示す概念図で、ロボットハンド切替装置１１は、ジョイント部１３を介してロボットアーム１２に取付けられている。一例として、ロボットアーム１２は、直動軸Ｊ１と直動軸Ｊ１に対して平行な軸Ｊ２、Ｊ３及びＪ４の３つの回転軸を合わせた合計４つの軸から構成される水平多関節型ロボットを挙げている。また、ロボットハンド切替装置１１の両端にはチャック式把持ハンド１４ａと吸着式把持ハンド１４ｂが取り付けられている。
【００１４】
次に、ロボットハンド切替装置１１の詳細構造を図２について説明する。
図において、装置中心にある駆動源２１は、端面カム２２に取り付けられている。端面カム２２は、右支柱２６ａと左支柱２６ｂとジョイント部２７を介してロボットアーム１２の先端にあるジョイント部１３に取り付けられている。駆動源２１の回転軸には下部回転板２８が取り付けられ、下部回転板２８の両端には右リニアガイド２５ａと図示しない左リニアガイド２５ｂを支持するための右支持板２９ａと左支持板２９ｂが設けられている。また、剛性を高めるため、右支持板２９ａと左支持板２９ｂと下部回転板２８にはリブ３０、右支持板２９ａと左支持板２９ｂには上部回転板３１が取り付けられている。右リニアガイド２５ａと左リニアガイド２５ｂの各々のブロック上には、右ハンド取付部２４ａと左ハンド取付部２４ｂが取り付けられている。右ハンド取付部２４ａと左ハンド取付部２４ｂには各々、右カムフォロア２３ａと左カムフォロア２３ｂが取り付けられている。これら下部回転板２８、支持板２９ａ，２９ｂ、上部回転板３１は、駆動源２１によって一体に回転駆動され、これにともなってカムフォロア２３ａ，２３ｂは、リニアガイド２５ａ，２５ｂおよび端面カム２２に案内されて上下に移動することになる。
なお、ロボットハンドは、右ハンド取付部２４ａと左ハンド取付部２４ｂに取り付けられる。
【００１５】
次に、ロボットハンド切替装置１１の使用状態を示す図３を用いて説明する。
図において、ロボットハンド切替装置１１の左側にコンベア３２、コンベア支持部３３、右側にパレット３４、パレット支持部３５が設置される。コンベア３２とパレット３４は、段違いに配置されている。コンベア３２上には複数種類の部品が搬送されている。一例として、２種類の部品３６、部品３７を示している。部品３６は、チャック不可能な平らな部品である。部品３７は、チャック可能な部品である。
【００１６】
次に、動作について説明する。
ロボットアーム１２の４つの軸により、ロボットハンド切替装置１１は、把持対象部品の位置まで移動する。部品形状に応じ、ロボットハンド切替装置１１でチャック式把持ハンド１４ａと吸着式把持ハンド１４ｂを切り替える。ロボットハンドの切替えは、チャック式把持ハンド１４ａと吸着式把持ハンド１４ｂが回転、昇降することで切り替わる。駆動源２１の回転軸が回転動作するとともに、下部回転板２８、右支持板２９ａ、左支持板２９ｂ、右リニアガイド２５ａ、左リニアガイド２５ｂ、右ハンド取付部２４ａ、左ハンド取付部２４ｂ、右カムフォロア２３ａ、左カムフォロア２３ｂおよび上部回転板３１が同時に回転する。端面カム２２により回転と同時に、右カムフォロア２３ａ、左カムフォロア２３ｂ、右ハンド取付部２４ａおよび左ハンド取付部２４ｂは、右リニアガイド２５ａおよび左リニアガイド２５ｂを摺動しながら昇降する。また、図３に示すように、コンベア３２上を流れる複数種類の部品をチャック式把持ハンド１４ａと吸着式把持ハンド１４ｂによって把持し、段違いのパレット３４上へ回転移動させる。回転移動と同時に把持ハンドを切り替える。
【００１７】
このような構成によれば、駆動源２１の回転軸とチャック式把持ハンド１４ａと吸着式把持ハンド１４ｂを平行に取り付けることができる。したがって、使用しないロボットハンドを複雑に配置しなくても、ロボットハンドを切り替えることが可能となり、作業環境における干渉回避は容易となる。また、駆動源２１の回転動作とともに、昇降動作も行えるため、切替時間の短縮が可能であり、段取り替えにおけるロスを削減できる。また、駆動源２１が１つということから、ロボットハンド切替装置１１は、小型、軽量、且つ、安価なシステム構成が可能である。さらには、カムフォロア２３ａ，２３ｂに上方向の拘束がなく、位置決めミスが起きても遊びがあるため、上下方向の制御ミスによってロボットハンドが破損することはない。
なお、ロボットハンドの取り付け数は、端面カム２２の径を大きくすることで、拡張できることは言うまでもないことである。
【００１８】
実施の形態２．
実施の形態２では、図４に示すように円筒状体の側壁に連続した溝を形成してなる溝カム４１を用いる。なお、この実施の形態２では、溝カム４１以外は、実施の形態１と同様であることから、ここでは、全体構造の説明は割愛する。
図４において、溝カム４１の溝部分に右カムフォロア２３ａと左カムフォロア２３ｂが取り付けられる。したがって、右カムフォロア２３ａと左カムフォロア２３ｂは、溝カム４１の上下のカム面によって上下方向を拘束されている。なお、溝カム４１の上面は、上部回転板３１により押圧され、脱落することはない。
【００１９】
次に、動作について説明する。
駆動源２１を回転させることによって、右カムフォロア２３ａと左カムフォロア２３ｂが溝カム４１のカム面を転がり、回転動作と昇降動作を同時に行う。
一方、溝カム４１にすることで、右カムフォロア２３ａと左カムフォロア２３ｂが上下のカム面によって、上下方向を拘束されるため、回転速度をあげても右カムフォロア２３ａと左カムフォロア２３ｂがカム面を離れて、宙に浮くという現象は生じない。したがって、より高速にロボットハンドの切替えを行うことができ、切替時間の短縮が可能である。また、上下方向の拘束により、ロボットアーム１２のような水平多関節型ロボットだけではなく、６軸型のロボットアームにも取り付けることができ、適用範囲を拡大することができる。
【００２０】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３におけるロボットハンド切替装置を示すもので、右ハンド取付部２４ａ、左ハンド取付部２４ｂと上部回転板３１との間に引張りばね５１を取り付けたものである。（左ハンド取付部２４ｂ側のばね５１は、図面に表れないため、図示せず）
次に、動作について説明する。
引張りばね５１は、右ハンド取付部２４ａと左ハンド取付部２４ｂを吊り上げる。また、駆動源２１の回転軸の回転にともなって、引張りばね５１、右ハンド取付部２４ａ、左ハンド取付部２４ｂおよび上部回転板３１は回転する。
【００２１】
この引張りばね５１の効果を説明するため、引張りばね５１がない場合を考える。
図６に示すように、カム面６１とカムフォロア２３の負荷トルクを無視することができない。負荷トルクは、力のつり合いとモーメントのつり合いの式より、
【数１】
2015229201.tif 000003
【数２】
2015229201.tif 000004
と求めることができる。ここで、駆動源２１の回転軸の中心からカムフォロア２３までの距離をｄ［ｍ］、カムフォロア２３の半径をｒ［ｍ］、駆動源２１の減速比をｉ、ロボットハンドの質量をｍ［ｋｇ］、転がり摩擦係数をμ［ｍ］、傾斜角度をθ［ｄｅｇ］、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２］、カム面の周長をｌ１、昇降距離をｌ２としている。
【００２２】
一方、引張りばね５２を取り付けることにより、ばねの復元力（Ｆ＞０）を利用することで、カム面に与える力を自重による重力ｍｇよりも小さな力（ｍｇ−Ｆ）とすることができる。これは、見かけの自重がｍ からｍ’（＜ｍ）と軽減されることから、数１より負荷トルクＴＬがｍ’／ｍ倍と小さくなる。
また、摺動抵抗も小さくなることからカム面に対する負荷も軽減でき、カムの耐久性が高くなり、カム機構の寿命も長くすることができる。さらに、引張りばね５２として定荷重ばねを用いることで、見かけの自重をハンド昇降位置によらずに一様にでき、より効果が発揮できることは言うまでもない。さらにまた、端面カム２２の代わりに、溝カム４１と併用することにより、両ハンドの自重をキャンセルできることは言うまでもない。
【００２３】
なお、上記の実施例では、端面カム２２または溝カム４１を用いてロボットハンド切替装置を構成したが、回転にともなってカムフォロア２３を上下方向に摺動させることが可能な直線状のカムを用いてもよい。
また、本発明では、引張りばね５１を例にとり説明しているが、ハンド自重がカム面に与える力を軽減する方向に復元力が働くものであれば、圧縮ばねなどの弾性体を利用しても、同様な効果が得られることは言うまでもない。
さらに、切替えハンドとして、チャック式把持ハンド１４ａ、吸着式把持ハンド１４ｂを例にとり説明しているが、組み合わせは自由で、同様な効果が得られることは言うまでもない。
さらにまた、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１１：ロボットハンド切替装置、      １２：ロボットアーム、
１３：ジョイント部、              １４ａ：チャック式把持ハンド、
１４ｂ：吸着式把持ハンド、          ２１：駆動源、        ２２：端面カム、
２３ａ，２３ｂ：カムフォロア、    ２４ａ，２４ｂ：ハンド取付部、
２５ａ，２５ｂ：リニアガイド、    ２６ａ，２６ｂ：支柱、
２７：ジョイント部、      ２８：下部回転板、    ２９ａ，２９ｂ：支持板、
３０：リブ、              ３１：上部回転板、    ３２：コンベア、
３３：コンベア支持部、    ３４：パレット、      ３５：パレット支持部、
３６，３７：部品          ４１：溝カム、        ５１：ロボットハンド切替装置、
５２：引張りばね          ６１：カム面。
【図１】
2015229201.tif 000005
【図２】
2015229201.tif 000006
【図４】
2015229201.tif 000007
【図５】
2015229201.tif 000008
【図６】
2015229201.tif 000009
【図３】
2015229201.tif 000010