(57)【要約】【課題】  ロボットの手首軸に過大な負荷をかけることなく、ワークの姿勢を希望する姿勢に変更して持ち替えること。【解決手段】  ハンド２で把持されたワーク３を持ち替えるために、ロボット１を動作させてワーク３を補助装置の載置部材７に接触させる（ａ）。ロボット１の動作でハンド２の姿勢を変化させると、載置部材７の傾斜が従動的に進み、ワーク重量による負荷の内補助装置側で負担する割合が徐々に増大し、ロボットの手首軸に過大負荷がかかることが回避される（ｂ）。ワーク姿勢が希望する姿勢まで変化したら（ｃ）、ブレーキで回転軸６をロックし、ハンド２によりワークを持ち替える（ｄ）。（ｂ）は回転軸６の駆動によって行なっても良く、その際、ハンド２の姿勢変化が従動的に起こり得るように、回転軸６と平行な軸周りに関してロボットの剛性を低下させる。【選択図】                図４
2005081442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットと、該ロボットの動作領域内に配置され、前記ロボットのワーク持ち替え作業を補助する補助装置とを含むワーク持ち替え装置において、
前記補助装置は、ワークを載置するための載置面を有する載置部材と、
該載置部材を前記載置面に平行な軸の回りで回転可能に支持する手段とを備えており、
前記ロボットが、把持したワークを前記載置面に接触させ、前記ワークの重量の少なくとも一部を前記載置面で支えながら、前記ワークが目的姿勢になるまで前記載置部材と共に前記ワークの姿勢を変更し、前記ロボットが前記ワークを持ち替えることを特徴とする、ワーク持ち替え装置。
【請求項２】
前記載置部材を任意の回転位置で保持する手段を備え、
前記ワークの目的姿勢で該載置部材の回転位置を保持することを特徴とする、請求項１に記載のワーク持ち替え装置。
【請求項３】
前記ロボットが複数台あり、１個のワークを複数台の前記ロボットが同時に把持し、同時に持ち替えることを特徴とする、請求項１または請求項２の内何れか１項に記載のワーク持ち替え装置。
【請求項４】
前記ワークを前記載置面に接触させて行なわれる前記ワーク姿勢変更のために必要な回転駆動力は、専ら前記ロボットの動作により提供されることを特徴とする、請求項１乃至請求項３の内、何れか１項に記載のワーク持ち替え装置。
【請求項５】
前記補助装置は、前記載置部材を前記軸回りに回転させる駆動動源を持ち、前記ワークを前記載置面に接触させて行なわれる前記ワーク姿勢変更のために必要な回転駆動力の少なくとも一部は、前記駆動動源が供給することを特徴とする、請求項１乃至請求項３の内何れか１項に記載のワーク持ち替え装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明が提案する技術は、ワークをハンドリングするロボットに関連する技術分野に属し、本発明により、ロボットがワークをハンドリングする際に有用なワーク持ち替え装置が提供される。
【背景技術】
【０００２】
ロボットを用いてワークをハンドリングする場合、ワークを持とうとする時に希望するワーク姿勢と、実際の作業場面で与えられるワークのセット姿勢や加工機械の払出し姿勢などが、一致しない場合が珍しくない。例えば、ワークをロボットハンドでピックアップし、パレット上に載置する作業を考えた場合、ピックアップ直前のワーク姿勢（治具上のセット姿勢や加工機械からの払出し姿勢）が、パレット上へのワーク載置姿勢と異なる（例えば９０゜の違い）場合が起こり得る。
【０００３】
このような場面では、ワーク姿勢を変更してからワークのハンドリングにより、パレット上への載置等を行なう必要がある。ワークが軽量のものであれば、そのロボット自身の動作でワークの姿勢を希望するものに変更してから、改めてワークを希望姿勢でピックアップすることも可能であるが、例えば大型のモータやエンジン部品などのように重量があるワークの場合、ロボットの手首軸に過大な負荷がかかる故、ロボットによるワークの姿勢変更は事実上不可能であった。そして、これまでのところ、このような問題に対して簡便で有効な解決手段を与える提案はなされていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の目的は、ハンドリング対象のワークがたとえ重量物であっても、ロボットの手首軸に過大な負荷をかけることなく、ワークの姿勢を希望する姿勢に変更できるようにするワーク持ち替え装置を提供することにある。また、そのことを通して、重量ワークハンドリングの自動化範囲の拡充、自動化による工数削減や生産性の向上、作業品質の安定化などに資することを企図するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ロボットがワーク姿勢を変更して持ち替えようとする作業を補助し、ワークの重量に由来する負荷の一部乃至全部を回転モーメントの負荷の形で引き受ける補助装置を利用して、ロボット（特に手首軸）にかかる負荷を軽減することによって、上記課題を解決する。  
具体的に言えば、本発明に係るワーク持ち替え装置は、ロボットと、該ロボットの動作領域内に配置され、前記ロボットのワーク持ち替え作業を補助する補助装置とを含む。そして、前記補助装置は、ワークを載置するための載置面を有する載置部材と、該載置部材を前記載置面に平行な軸の回りで回転可能に支持する手段とを備え、前記ロボットが、把持したワークを前記載置面に接触させ、前記ワークの重量の少なくとも一部を前記載置面で支えながら、前記ワークが目的姿勢になるまで前記載置部材と共に前記ワークの姿勢を変更し、前記ロボットが前記ワークを持ち替えるように構成されている。
【０００６】
ここで、ワーク持ち替え装置は、更に前記載置部材を任意の回転位置で保持する手段を備え、前記ワークの目的姿勢で該載置部材の回転位置を保持することが好ましい。また、前記ロボットは複数台あっても良く、その場合に、１個のワークを複数台の前記ロボットが同時に把持し、同時に持ち替えるようにすることができる。
【０００７】
前記ワークを前記載置面に接触させて行なわれる前記ワーク姿勢変更のために必要な回転駆動力は、ロボット側、補助装置側、あるいは両方のいずれで負担しても良い。例えば、専ら前記ロボットの動作によって回転駆動力は提供されても良いし、前記補助装置の載置部材を前記軸回りに回転させる駆動動源を設け、前記ワークを前記載置面に接触させて行なわれる前記ワーク姿勢変更のために必要な回転駆動力の少なくとも一部を、前記駆動動源が供給するようにしても良い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、ロボットのハンドリング対象のワークがたとえ重量物であっても、ロボットの手首軸に過大な負荷をかけることなく、ワークの姿勢を希望する姿勢に変更してから持ち替えることができるようになる。また、そのことを通して、重量ワークハンドリングの自動化範囲の拡充、自動化による工数削減や生産性の向上、作業品質の安定化などに資することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明に係るワーク持ち替え装置を用いた場合の概略配置の一例を示す図である。同図を参照すると、符号１は、アーム先端に装着されたハンド２でワーク３を把持し、図示しないパレット上に載置するハンドリングロボット（以下、「ロボット」という）である。ハンド２は、ここではチャック（図示省略）で重量物を把持できるタイプのものが使用されている。ワーク３は、例えば重量のある大型モータで、略平坦な面を持つ部分（以下、「平坦部」という）４を有している。この平坦部４は、ワーク３をパレット上に載置する際に下になる部分（パレットに全部または一部が接する部分）である。従って、例えば図示しない他の工作機械の払い出し部、治具、ワーク貯留庫等からワーク３をピックアップした時のワークの姿勢が、図示されているように平坦部４を側方に向けたものである場合、図示したような自然な手首姿勢で、平坦部４が下を向いた状態でワーク３が把持されるように、ワーク３の持ち替えを行なうことが望まれる。
【００１０】
ここで、前述した手首軸にかかる過大負荷の問題を回避するために、ロボット１の動作範囲内に置かれた補助装置５を用いて、ワーク持ち替え作業を補助する。以下、ワーク持ち替え作業の進め方について説明する。図２は、ワーク持ち替え作業を行なうために採用可能な１つのブロック構成を示したものである。また図３は、ワーク持ち替え作業を開始する直前のワーク把持状態及び補助装置の状態を示す図である。
【００１１】
両図を参照すると、図１に示したハンドリングロボットに対応するロボット１（機構部）がロボット制御装置１０に接続され、周知の態様で制御されるようになっている。また、ロボット制御装置１０には、ロボット１のアーム先端部に装着されたハンド２と補助装置５の回転軸６をロックするブレーキ９が接続され、ロボット制御装置１０からの信号により、ハンド２の開閉制御（把持状態の起動と解除）及びブレーキ９のオン、オフ制御が可能になっている。回転軸６は、ワーク３の平坦部４を接触させて載置する載置面８を有する載置部材７を枢軸支持するものである。図２に示したブロック構成を採用するケースでは、回転軸６を駆動する駆動源は設けなくても良い。
【００１２】
図４（ａ）〜図４（ｄ）は、図３に示した状態から出発して、ワーク持ち替え作業が進められていく状況を説明する図である。図２に示したブロック構成でワーク持ち替えを行なう場合の処理の概要は、例えば図５のフローチャートに示したものとなる。図４（ａ）〜図４（ｄ）を参照しつつ、各ステップの要点を記せば次のようになる。これらステップは、予めロボット制御装置１０に教示されたプログラムの再生により実行することができる。
【００１３】
ステップＳ１；ロボット１を図３に示したようなアプローチ位置に位置決めする。アプローチ位置は、載置部材７の載置面８から適当な距離をとってワーク３の平坦部４が載置面８と平行になるような、ロボット１の位置・姿勢とする。この状態では、図３に記したように、ワーク３の全重量Ｗの負荷はロボット１側で負担している。なお、ブレーキ９は解除された状態とする。そして、載置部材７は、図３に示した状態が最も安定となるように重心が僅かにずらして形成されているため、ブレーキ９が解除された状態では自然に図３に示した状態に落ちつく。
【００１４】
ステップＳ２；ロボット１を動作させ、図４（ａ）に示したように、載置部材７の載置面８にワーク３の平坦部４を接触させる。  
ステップＳ３；ロボット１を動作させ、図４（ｂ）に示したように、徐々にハンド２の姿勢を変えて行く。これに伴い、載置部材７が回転軸６の周りで回転従動する。この間、ワーク３の平坦部４は載置面８に接触しているので、ワーク３の全重量Ｗの負荷（印加される力）は、図示したベクトル分解により、ｗ１がロボット１で負担され、ｗ２が補助装置５で負担される。そして、回転量が９０゜に近付くに従って、ｗ１は０に向かって減少し、ｗ２はＷに向かって増大する。これにより、ロボット１の手首軸にかかる負荷（モーメント）の増大が回避される。
【００１５】
ステップＳ４；図４（ｃ）に示したように、ハンド２の姿勢を所定角度（ここでは９０゜）変えてロボットを停止（位置決め）させたら、ロボット制御装置９から信号を送り、ブレーキ９をオンする。この状態でハンド２の把持状態を解除すれば、ロボット１で負担される重量をｗ１＝０とし、補助装置５で負担する重量をｗ２＝Ｗ（全重量）とすることができる。
【００１６】
ステップＳ５；ハンド２の把持状態を解除する。  
ステップＳ６；一旦、ハンド２をワーク３から離し、図４（ｄ）に示したように、図３に示した初期状態とは９０゜異なる姿勢でワーク３を再度把持する。これにより、ワーク持ち替えが完了する。
【００１７】
ステップＳ７；ロボット１を動作させ、ワーク３をパレット（図示省略）上に運び、載置する。
【００１８】
ステップＳ８；ロボット１が、載置部材７から予め設定した定所定距離遠ざかったら、ブレーキ９を解除する。これにより、載置部材７は初期状態（図３に示した状態）に復帰する。  
以上が、図２に示したブロック構成でワーク持ち替えを行なう場合の処理の概要である。さて、上述した例では、回転軸６の回転駆動力がすべてロボット１の動作に伴って供給されているが、補助装置５の回転軸６が駆動源からの駆動力を受けて、能動的に回転するようにしても良い。その場合、回転軸６の駆動用のサーボモータを備えた駆動機構を別途設けることもできるが、ロボットの付加軸（ロボット軸以外を駆動する軸）で回転軸６の駆動を行なうこともできる。その場合のブロック構成を図６に示した。
【００１９】
図６を参照すると、図１に示したハンドリングロボットに対応するロボット１（機構部）がロボット制御装置１０に接続され、周知の態様で制御される。また、ロボット１のアーム先端部に装着されたハンド２もロボット制御装置１０で制御される。更に、ロボット制御装置１０は、付加軸を制御するサーボ制御部を有し、このサーボ制御部を通して補助装置５の回転軸６を駆動するサーボモータ（図示省略）を制御する。回転軸６のブレーキは、特に設ける必要はないが、もちろん設けても構わない。補助装置５の他の点は、上述したもの（図３参照）と同様であるから繰り返し説明は省略する。
【００２０】
但し、ロボット制御装置１０には、設定された座標系の特定座標軸を指定して、その座標軸周りの回転に関してロボットの剛性を低下させたいわゆる「ソフトサーボ」機能が装備されている。ここでは、回転軸６と平行な方向をＸ軸とする座標系が設定されており、このＸ軸周りの回転に関してロボットの剛性を低下させたモードへの切換ができるものとする。なお、このような機能は周知なので、詳細説明は省く。
【００２１】
図６に示したブロック構成でワーク持ち替えを行なう場合の処理の概要は、例えば図７のフローチャートに示したものとなる。図４（ａ）〜図４（ｄ）を参照しつつ、各ステップの要点を記せば次のようになる。これらステップは、予めロボット制御装置１０に教示されたプログラムの再生により実行することができる。
【００２２】
ステップＴ１；回転軸６を初期位置（図３参照）に位置決めする。なお、本例のように回転軸６がサーボ制御される場合には、初期状態は位置決め機能で実現できるので、前述した「重心ずらし」は不要である。
【００２３】
ステップＴ２；ロボット１を図３に示したようなアプローチ位置に位置決めする。アプローチ位置は、載置部材７の載置面８から適当な距離をとってワーク３の平坦部４が載置面８と平行になるような、ロボット１の位置・姿勢とする。この状態では、ワーク３の全重量Ｗの負荷はロボット１側で負担している。なお、ロボット１の剛性は通常通りで、「剛性低下」はオフとする。
【００２４】
ステップＴ３；ロボット１を動作させ、図４（ａ）に示したように、載置部材７の載置面８にワーク３の平坦部４を接触させる。  
ステップＴ４；回転軸６と平行なＸ軸周りの回転に関してロボットの剛性を低下させる。
【００２５】
ステップＴ５；回転軸６を動作させ、図４（ｂ）に示したように、徐々にハンド２の姿勢を変えて行く。これに伴い、ハンド２が回転軸６の周りで回転するようにロボット１が従動する。この間、ワーク３の平坦部４は載置面８に接触しているので、ワーク３の全重量Ｗの負荷（印加される力）は、図示したベクトル分解により、ｗ１がロボット１で負担され、ｗ２が補助装置５で負担される。そして、回転量が９０゜に近付くに従って、ｗ１は０に向かって減少し、ｗ２はＷに向かって増大する。これにより、ロボット１の手首軸にかかる負荷（モーメント）の増大が回避される。
【００２６】
ステップＴ６；図４（ｃ）に示したように、ハンド２の姿勢を所定角度（ここでは９０゜）変えて回転軸６を停止（位置決め）させたら、ハンド２の把持状態を解除する。この時、ロボット１で負担される重量をｗ１＝０とし、補助装置５で負担する重量をｗ２＝Ｗ（全重量）とすることができる。
【００２７】
ステップＴ７；一旦、ハンド２をワーク３から離し、図４（ｄ）に示したように、図３に示した初期状態とは９０゜異なる姿勢でワーク３を再度把持する。これにより、ワーク持ち替えが完了する。  
ステップＴ８；ロボット１を動作させ、ワーク３をパレット（図示省略）上に運び、載置する。
【００２８】
以上説明した実施形態は、いずれもハンドリングロボットは１台とした。しかし、２台以上のハンドリングロボットでワークを把持するケースについて本発明を適用し、上記実施形態と同様の手順で、２台以上のハンドリングロボットについてワーク持ち替えを行なうことも可能である。例えば、図８（ａ）に示したように、２台のロボット１１、１２のそれぞれに装着したハンド１３、１４でワーク３を把持したケースで、これを図８（ｂ）に示したように持ち替えることができる。この場合のワーク持ち替えの手順は、上述したと同様である。即ち、平坦部４を上述したと同様に載置部材（図示省略）の載置面に接触させ、次いで、ロボット１１、１２の協調動作、あるいは、載置部材の回転軸の回転駆動により、ワーク姿勢を所定角度変化させる。そして、回転軸をロック（ブレーキまたはサーボによる位置決め）して、図８（ｂ）の状態にワークの持ち替えを行なえば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るワーク持ち替え装置を用いた場合の概略配置の一例を示す図である。
【図２】ワーク持ち替え作業を行なうために採用可能なブロック構成を示した図である。
【図３】ワーク持ち替え作業を開始する直前のワーク把持状態及び補助装置の状態を示す図である。
【図４】ワーク持ち替え作業の進行状況を説明する図で、（ａ）はワークを補助装置の載置部材に接触させた状態を表わし、（ｂ）はワーク重量による負荷の一部を補助装置側で負担しながら、ワーク姿勢を変化させる様子を表わし、（ｃ）はワーク姿勢の変化を完了させた状態を表わし、（ｄ）はハンドによりワーク持ち替えた状態を表わしている。
【図５】図２に示したブロック構成で、ワーク持ち替えを行なう場合の処理の概要を示すフローチャートである。
【図６】ワーク持ち替え作業を行なうために採用可能な別のブロック構成を示した図である。
【図７】図６に示したブロック構成で、ワーク持ち替えを行なう場合の処理の概要を示すフローチャートである。
【図８】２台のロボットを用いた場合のワーク持ち替えについて説明する図で、（ａ）はワーク持ち替え前の状態を表わし、（ｂ）はワーク持ち替え後の状態を表わしている。
【符号の説明】
【００３０】
１、１１、１２  ロボット（機構部／アーム先端部）
２、１３、１４  ハンド
３  ワーク
４  平坦部
５  補助装置
６  回転軸
７  載置部材
８  載置面
９  ブレーキ
１０  ロボット制御装置
【図１】
2005081442.tif 000003
【図２】
2005081442.tif 000004
【図３】
2005081442.tif 000005
【図４】
2005081442.tif 000006
【図５】
2005081442.tif 000007
【図６】
2005081442.tif 000008
【図７】
2005081442.tif 000009
【図８】
2005081442.tif 000010