(57)【要約】【課題】部品に応じて適切に把持或は組立てを行うことができるロボットハンドを提供する。【解決手段】多種部品対応ハンド７は第１〜第３の３本の指９〜１１を有しており、それらの３本指をサーボモータで駆動することにより大物部品を把持することができる。また、第２，第３の指１０，１１を１本の指のように一体化した結束指を形成した状態では第１の指９との２本指で小物部品を把持することができる。【選択図】　図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３本以上の指を有し、これらの指の動作を制御することにより部品を把持する制御手段を備えたロボットハンドにおいて、
前記指のうちグループ化された複数の指は、一体化した１本の指として動作可能に設けられ、
前記制御手段は、部品に応じてグループ化された複数の指を一体化した状態で動作させることにより部品を把持することを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記制御手段は、前記指を、部品形状に対応した所定のプレシェーピング位置に予め位置決めした状態で動作させることにより部品を把持す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】
前記制御手段は、前記指の把持力を部品に応じて制限した状態で動作させることにより部品を把持することを特徴とする請求項１または２記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記制御手段は、前記指で把持した部品を製品に組付ける場合は、部品に応じて前記指の把持力を弱めた状態でならい動作することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３本以上の指を有し、これらの指の動作を制御することにより部品を把持する制御手段を備えたロボットハンドに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
多種類の部品の搬送・組立を行うためには、従来技術として、１種類のみの搬送・組立が可能なハンドをオートツールチェンジャを用いて付け替えながら、複数種類のハンドをタレット方式で切替える方式を採用していた。
【０００３】
しかしながら、この方式では、部品の種類数だけのハンドが必要で、加えてそれらのハンドの付替え・切替える設備要素も必要となるため、設備コストが高くなる。また、付替え・切替えるために時間がかかり、生産性が低下してしまう。
そこで、上記の課題に対して、実開平５−６０７８１号公報、特開平７−１６４３６３号公報、特開平８−９０４６７号公報、特開平６−２４６６７１号公報のものは、２本の指同士の距離を可変にすることで、多種類の部品を把持しようとするものの、把持可能な部品は限られるという問題が残されている。つまり、例えば、円筒形で同心円状に外径が異なる多種部品の把持に対しては、２本指での対応は困難である。
【０００４】
また、特開平６−１５５３５８号公報のものは、指同士の距離を可変にし、且つ、３指のハンドも開示しているものの、２指ハンドに比べ指先が大きくなり、トレイ内に高密度に配列された部品の把持・搬送も困難である。
多種部品の組立てを考えると、部品それぞれについて部品間のクリアランスや面取りなどが異なるため、組立てに必要な組立精度が異なる。一般的に高精度が要求される部品用のハンドのみに位置ずれ補正機構（ゴムなどの弾性体）を付加し、この部品の組立て時のみ、ハンド交換を行い、組立作業を遂行している。
要するに、このような組立精度が異なる部品を共通して搬送・組立てを行っているものは提供されていなかったのが実情である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品に応じて適切に把持或は組立てを行うことができるロボットハンドを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、制御手段は、全ての指を使用することにより大きな部品を把持することができる。これにより、大きな部品を確実に把持することができる。また、制御手段は、指を部品に応じて所定のグループの指を一体化して１本の指として部品を把持する。これにより、見掛け上の指の本数を少なくした状態で部品を把持することができるので、小さな部品を確実に把持することができる。
【０００６】
請求項２の発明によれば、制御手段は、指を部品形状に対応したプレシェーピング位置に予め位置決めした状態で部品を把持するので、部品の把持スペースが小さい場合であっても、部品を確実に把持することができる。
【０００７】
請求項３の発明によれば、制御手段は、指の把持力を部品に応じて制限した状態で部品を把持するので、大きな把持力で把持すると破損してしまうような部品であっても、部品を確実に把持することができる。
【０００８】
請求項４の発明によれば、制御手段は、指で把持した部品を製品に組付ける場合は、部品に応じて指の把持力を弱めた状態でならい動作することにより組付けるので、製品に組付ける部品に位置ずれを生じた場合であっても、部品が製品の組付け位置に落ち着くようになり、部品を製品に確実に組付けることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を例えば組立用の水平多関節ロボットに適用した一実施の形態について、図１〜図１６を参照しながら説明する。
図１は、ロボットシステムの構成を概略的に示している。この図１において、ロボットシステムは、水平多関節ロボット１と、この水平多関節ロボット１を制御するロボット制御装置（制御手段に相当）２とを備えて構成されている。
【００１０】
このシステムにおいては、設備に固定的に設置された水平多関節ロボット１により、コンベア等により搬送、或は作業台上に所定の位置及び姿勢で供給された把持対象物たる部品を把持して、組付けや所定位置への搬送等を行うようになっている。
【００１１】
水平多関節ロボット１は、設備に固定設置されるベース３上に、第１のアーム４が水平方向に回動（旋回）可能に設けられ、その第１のアーム４の先端に、第２のアーム５が水平方向に回動（旋回）可能に設けられている。そして、第２のアームの先端には垂直軸６が設けられており、その下端に本発明の多種部品対応ハンド（ロボットハンドに相当）７が着脱自在に取付けられている。
【００１２】
また、上記した水平多関節ロボット１の各アーム４，５は、エンコーダ付きのサーボモータ（図示せず）によりそれぞれ駆動されるようになっており、それら各サーボモータは、マイコンを主体として構成されるロボットコントローラ８により制御される。また、多種部品対応ハンド７はサーボモータにより駆動される第１〜第３の指９〜１１を有しており、それらのサーボモータは、２軸コントローラ１２により部品の把持作業等が自動で実行されるようになっている。これらの指９〜１１の先端には爪部９ａ〜１１ａがそれぞれ一体に形成されている。
【００１３】
図２は、多種部品対応ハンド７を概略的に示す斜視図である。この図２において、基盤１３の図示上面には第１のサーボモータ１４及び第２のサーボモータ１５が取付けられており、それらのサーボモータ１４，１５のシャフトが基盤に形成された孔を貫通して表面側に突出し、その先端にピニオン１６、１７がそれぞれ装着されている。
【００１４】
基盤１３の図示下面には第１〜第４のラック１８〜２１が図示しないリニアガイドにより直線往復移動可能に支持されている。この場合、第１，第２のラック１８，１９は互いに対向した状態で図示Ｘ方向に沿って直線移動可能に支持されており、それらのラック１８，１９が第１のサーボモータ１４に装着されたピニオン１６に噛合っている。また、第３，第４のラック２０，２１は互いに対向した状態で第１，第２のラック１８，１９の移動方向と直交する図示Ｙ方向に沿って直線移動可能に支持されており、それらのラック２０，２１が第２のサーボモータ１５に装着されたピニオン１７に噛合っている。
【００１５】
以上のような構成により、第１のサーボモータ１４の駆動に応じて第１，第２のラック１８，１９が図示Ｘ方向に沿って互いに反対方向に直線移動すると共に、第２のサーボモータ１５の駆動に応じて第３，第４のラック２０，２１が図示Ｙ方向に沿って互いに反対方向に直線移動する。
【００１６】
第１のラック１８の端部には第１の指９が立設されており、第１のラック１８の移動に伴って図示Ｘ方向に沿って直線移動するようになっている。また、第２のラック１９の端部にはスライド部材２２が固定されていると共に、その両端部には第２，第３の指１０，１１が立設されており、第２のラック１９の移動に伴って図示Ｘ方向に沿って直線移動するようになっている。この場合、スライド部材２２に立設された第２，第３の指１０，１１は、図示しないガイドにより図示Ｙ方向に沿って直線移動可能となっている。ここで、第２，第３の指１０，１１の基端部には図示Ｘ方向を指向した第１のシャフト２３及び第２のシャフト２４がそれぞれ固定されており、それらのシャフト２３，２４が第３，第４のラック２０，２１の上方に延設している。第３，第４のラック２０，２１にはガイド部材２５が固定されており、そのガイド部材２５にシャフト２３，２４が図示Ｘ方向に摺動可能に係止されている。
【００１７】
以上のような構成により、第２のサーボモータ１５の駆動に応じて第２，第３の指１０，１１がスライド部材２２上を図示Ｙ方向に沿って互いに反対方向に直線移動するようになっている。この場合、第２，第３の指１０，１１はグループ化されており、第２のサーボモータ１５の駆動に応じて両方の指１０，１１を隣接して位置させた状態では、それらは一体化して１本の指として動作するようになっている。
【００１８】
図３は、システム全体のブロック図を示している。この図３において、ロボット制御装置２を構成するロボットコントローラ８及び２軸コントローラ１２の動作はシーケンサ２６により管理されるようになっており、シーケンサがロボットコントローラ８及び２軸コントローラ１２を協調動作させるようになっている。
【００１９】
次に、上記構成の作用について説明する。
図４はロボットコントローラ８のメインプログラムを示している。この図４において、ロボットコントローラ８は、所定位置にセットされた部品の品番を、例えば当該部品に添付されたラベルに印刷されたコード情報から読取り、部品の品番に対応した組立動作を実行する（Ｓ１０２〜）。
【００２０】
図５は、ロボットコントローラ８の部品の品番に対応した組立動作プログラムを示している。ロボットコントローラ８は、組立動作を実行する際は、まず、部品取出動作を実行する（Ｓ２０１）。
図６は、ロボットコントローラ８の部品取出動作を示している。この図６において、ロボットコントローラ８は、２軸コントローラ１２に対してチャック段取指令を出力してから（Ｓ３０１）、部品位置取出位置上空に移動し（Ｓ３０２）、段取完了がＯＮするまで待機する（Ｓ３０３）。
【００２１】
図７は２軸コントローラ１２のメインプログラムを示している。この図７において、２軸コントローラ１２は、動作開始すると、各完了信号をＯＦＦしてから（Ｓ４０１）、部品選択番号を取込み（Ｓ４０２）、取込んだ部品選択番号に基づいて段取位置を設定する（Ｓ４０３〜）。
次に、段取移動サブルーチンを実行する（Ｓ５００）。
【００２２】
図８は、２軸コントローラ１２の段取移動サブルーチンを示している。この図８において、２軸コントローラ１２は、動作開始したときは、段取指令がＯＮするまで待機し（Ｓ５０１）、段取指令がＯＮしたときは（Ｓ５０１：ＹＥＳ）、速度設定してから（Ｓ５０２）、プレシェーピング位置へ移動して第１〜第３の指９〜１１をプレシェービングする（Ｓ５０３）。つまり、ハンド形態と指間距離を部品の形状や大きさに合わせ、２本指とするか、３本指とするかの形態の変形を行う。具体的には、図１１に示すように、部品Ｗが小物の場合は、第２のサーボモータ１５を駆動することにより第２，第３の指１０，１１を閉じた状態で、第１のサーボモータ１４を駆動することにより第１の指９と第２，第３の指１０，１１とからなる２本指の間隔を部品の外形形状に応じて調整する。また、部品Ｗが大物の場合は、各サーボモータ１４，１５を駆動することにより第１〜第３の指９〜１１からなる３本指の間隔を部品Ｗの外形形状に応じて調整する。これにより、把持対象の部品Ｗの外形を把持する場合は、第１〜第３の指９〜１１は、部品の外形形状よりも若干開いた状態となる。尚、把持対象の部品を内側から把持する場合は、第１〜第３の指９〜１１は、部品の内径形状よりも若干閉じた状態とする。
そして、以上のようにしてプレシェービング動作が終了したときは、図８に示すように段取完了をＯＮする（Ｓ５０４）。以上の動作により、段取移動サブルーチンの実行を終了することができる。
【００２３】
ロボットコントローラ８は、図６に示すように２軸コントローラ１２による段取完了がＯＮしたときは（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、部品取出位置へ下降し（Ｓ３０４）、チャック指令を出力してから（Ｓ３０５）、チャック完了がＯＮするまで待機する（Ｓ３０６）。
【００２４】
２軸コントローラ１２は、上述のようにして段取移動サブルーチンを終了したときは、図７に示すようにチャック，アンチャックサブルーチンを実行する（Ｓ６００）。
図９は、２軸コントローラ１２のチャック，アンチャックサブルーチンを示している。この図９において、２軸コントローラ１２は、チャック指令がＯＮするまで待機し（Ｓ６０１）、ロボットコントローラ８によるチャック指令がＯＮしたときは（Ｓ６０１：ＹＥＳ）、チャックサブルーチンを実行する（Ｓ６０２）。このチャックサブルーチンでは、各サーボモータ１４，１５に対して電流制限を実行した状態で低速で部品を把持する。これにより、図１１に示すように小物の部品Ｗに対しては２本指でコンパクトに把持し、大物の部品Ｗに対しては３本指で小さな力で把持することができる。この場合、小物の部品Ｗを把持するときは、指９〜１１の爪部９ａ〜１１ａにより把持することにより一層コンパクトに把持することが可能となる。
続いて、チャック完了をＯＮしてから（Ｓ６０３）、アンチャック指令がＯＮするまで待機する（Ｓ６０４）。
【００２５】
ロボットコントローラ８は、図６に示すように２軸コントローラ１２によるチャック完了がＯＮしたときは（Ｓ３０６：ＹＥＳ）、多種部品対応ハンド７を上昇する（Ｓ３０７）。以上の動作により、取出し動作の実行を終了することができる。
続いて、ロボットコントローラ８は、図５に示すように組立位置上空へ移動すると共に（Ｓ２０２）、組立位置へ下降し（Ｓ２０３）、２軸コントローラ１２にアンチャック指令を与えてから（Ｓ２０４）、アンチャックが完了するまで待機する（Ｓ２０５）。
【００２６】
２軸コントローラ１２は、図９に示すようにロボットコントローラ８によるアンチャック指令がＯＮしたときは（Ｓ６０４：ＹＥＳ）、アンチャックサブルーチンを実行する（Ｓ６０５）。このアンチャックサブルーチンは、電流制限を解除すると共に、速度設定してから、アンチャック移動する。これにより、図１２に示すように部品に対する把持力を弱めた状態でならい動作を行う位置補正動作が行われるものであり、部品のアプローチ位置と組付け位置とがずれている場合であっても、部品を製品に確実に組付けることができる。
そして、図９に示すようにチャック，アンチャックサブルーチンが終了したときは、アンチャック完了をＯＮする（Ｓ６０６）。
【００２７】
ロボットコントローラ８は、図５に示すように２軸コントローラ１２によるアンチャック完了がＯＮしたときは（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、上昇してから（Ｓ２０６）、チャック原位置戻し指令を与える（Ｓ２０７）。続いて、原位置へ移動すると共に（Ｓ２０８）、定位置をＯＮしてから（Ｓ２０９）、チャック原位置がＯＮするまで待機する（Ｓ２１０）。
【００２８】
２軸コントローラ１２は、上述したようにチャック，アンチャックサブルーチンを終了したときは、図７に示すように原位置移動サブルーチンを実行する（Ｓ７００）。
図１０は、２軸コントローラ１２の原位置移動サブルーチンを示している。この図１０において、２軸コントローラ１２は、原位置戻し指令がＯＮするまで待機し（Ｓ７０１）、ロボットコントローラ８による原位置戻し指令がＯＮしたときは（Ｓ７０１：ＹＥＳ）、速度設定すると共に（Ｓ７０２）、チャック原位置へ移動してから（Ｓ７０３）、チャック原位置をＯＮする（Ｓ７０４）。
【００２９】
ロボットコントローラ８は、図５に示すようにチャック原位置がＯＮしたときは（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、全部品の組立が終了したかを判断し（Ｓ２１１）、全部品の組立が終了するまで上述した動作を繰返す。
【００３０】
図１３〜図１６は、上述した動作により例えばエアコンユニットを組立てる際の具体的な一例を示している。図１３において、水平多関節ロボット１に対応してベルトコンベア２７が設置されている。このベルトコンベア２７上には車両用エアコンユニットを製造するための複数の多種部品が配置されており、ベルトコンベア２７に対する駆動に応じて順送りされるようになっている。この場合、多種部品としては、車両用エアコンユニットのケーシングＷ１、ファンＷ２、ダンパ切換え用のレバーＷ３、レバー駆動用のモータＷ４などである。
【００３１】
まず、ロボットコントローラ８は、ベルトコンベア２７を駆動してエアコンのケーシングＷ１を取出し位置に位置させた状態で、多種部品対応ハンド７を３本指に段取りし、ケーシングＷ１を把持して組立治具２８にセットする。尚、ケーシングＷ１内には図示しないダンパが既に組付けられているものとする。
続いて、図１４に示すようにベルトコンベア２７を駆動してファンＷ２を取出し位置に位置させた状態で、多種部品対応ハンド７を３本指に段取りし、ファンＷ２を把持してケーシングＷ１の所定部位に組付ける。
【００３２】
続いて、図１５に示すようにベルトコンベア２７を駆動してダンパ切換用のレバーＷ３を取出し位置に位置させた状態で、多種部品対応ハンド７を２本指に段取りし、レバーＷ３を把持してケーシングＷ１の所定部位に組付ける。このとき、レバーＷ３のピンをケーシングＷ１に形成された孔に挿入するもので、図１２で示したならい動作を実行することによりピンを孔に確実に挿入することができる。
【００３３】
続いて、図１６に示すようにベルトコンベア２７を駆動してレバー駆動用のモータＷ４を取出し位置に位置させた状態で、多種部品対応ハンド７を３本指に段取りし、モータＷ４を把持してケーシングＷ１に組付ける。
以上のようにして、多種部品対応ハンド７を用いて、ケーシングＷ１に、ファンＷ２、ダンパ切換用のレバーＷ３、レバー駆動用のモータＷ４を自動的に組付けることができる。
【００３４】
このような実施の形態によれば、部品に応じて多種部品対応ハンド７の指の本数を２本か３本に切換えた状態で部品を把持するようにしたので、部品が大物の場合は３本の指で把持できるのは勿論のこと、部品が小物の場合は第２，第３の指をグループとして一体化することにより２本の指で把持することができ、部品の形状にかかわらず確実に把持することができる。従って、部品に応じて多種類のハンドを準備してオートツールチェンジャを用いて付け替えなければならない従来例のものに比べて、ハンド数を削減すると共に、ツールチェンジ・タレット機能を削減できるので、設備コストを大幅にダウンすることができる。また、ツールチェンジ・タレット時間を削減できることから、生産性を向上することができる。さらには、多種部品に対応可能であることから、流動機種に依存せず組立てが可能となり、フレキシブル生産が可能となる。
【００３５】
しかも、部品を把持するのに先立ってプレシェーピングによりハンド形態と指間距離を部品の形状や大きさに合わせるようにしたので、部品に対する把持スペースが限られている場合であっても、部品を確実に把持することができる。
また、部品を把持する際は、サーボモータ１４，１５に対する電流制限により部品に対する把持力を調整するようにしたので、部品の重量或は強度に応じて適切に把持することができる。
さらに、部品を製品に組付ける際は、部品の把持力を弱めた状態でならい動作を行うようにしたので、部品のアプローチ位置と組付け位置とがずれているにしても部品を製品に確実に組付けることができる。
【００３６】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、次のように変形又は拡張できる。
指の本数を４本以上とし、所定の指同士をグループ化により一体化するようにしてもよい。
３本以上の指をグループ化により一体化するようにしてもよい。
【００３７】
図１７に示すように、シーケンサを省略し、ロボットコントローラ８と２軸コントローラ１２との間で信号を直接授受するようにしてもよい。
図１８に示すように、ロボットコントローラ８により多関節ロボット１と多種部品対応ハンド７とを直接制御するようにしてもよい。
多種部品対応ハンド７を垂直多関節ロボットに取付けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるロボット装置の斜視図
【図２】多種部品対応ハンドを示す斜視図
【図３】システムの構成を示すブロック図
【図４】ロボットコントローラのメインプログラムを示すフローチャート
【図５】ロボットコントローラの品番ｎ用組立動作を示すフローチャート
【図６】ロボットコントローラの部品取出動作を示すフローチャート
【図７】２軸コントローラのメインプログラムを示すフローチャート
【図８】２軸コントローラの段取移動サブルーチンを示すフローチャート
【図９】２軸コントローラのチャック，アンチャックサブルーチンを示すフローチャート
【図１０】２軸コントローラの原位置移動サブルーチンを示すフローチャート
【図１１】プレシェービング動作を示す多種部品対応ハンドの斜視図
【図１２】多種部品対応ハンドのならい動作を示す説明図
【図１３】ケーシングの搬送を示すロボット装置の斜視図
【図１４】ファンの組付けを示すロボット装置の斜視図
【図１５】レバーの組付けを示すロボット装置の斜視図
【図１６】モータの組付けを示すロボット装置の斜視図
【図１７】本発明のその他の実施の形態を示す図３相当図
【図１８】本発明のその他の実施の形態を示す図３相当図
【符号の説明】
１はロボット装置、２はロボット制御装置（制御手段）、７は多種部品対応ハンド（ロボットハンド）、９〜１１は指である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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