(57)【要約】【課題】安価で自由度が高く、かつ水平方向及び上下方向のいずれについても高精度の位置決めが可能なフローティング機構を備えたロボットハンドの提供。【解決手段】ロボットハンド１０は、ロボットアーム１２の先端部に取り付けられて第１の軸線方向に可動な第１のリニアガイド２０と、第１のリニアガイド２０に可動に設けられて第２の軸線方向に可動な第２のリニアガイド２６と、第２のリニアガイド２６に可動に設けられて第３の軸線回りに回転可能な円形の軸受け３２と、軸受け３２に接続された保持機構３４とを有し、第１〜第３の軸線は互いにゼロ度でない角度をなし、ロボットハンド１０は第１の軸線及び第２の軸線をいずれも水平にした状態で使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームの先端部に装着される、フローティング機構を備えたロボットハンドであって、
前記ロボットアームの先端部に取り付けられた第１のベース部、及び該第１のベース部に第１の軸線の方向に可動に設けられた第１のスライド部を有する第１のリニアガイドと、
第２のベース部、及び該第２のベース部に第２の軸線の方向に可動に設けられた第２のスライド部を有し、前記第２の軸線が前記第１の軸線とゼロ度でない角度をなすように前記第１のスライド部に前記第２のベース部が取り付けられた、第２のリニアガイドと、
第３のベース部、及び該第３のベース部に第３の軸線回りに回転可能に設けられた回転部を有し、前記第３の軸線が前記第１の軸線とゼロ度でない角度をなしかつ前記第３の軸線が前記第２の軸線とゼロ度でない角度をなすように前記第２のスライド部に前記第３のベース部が取り付けられた、円形の軸受けと、
前記回転部に接続された保持機構と、を備え、
前記第１の軸線及び前記第２の軸線を共に水平にした状態で使用される、ロボットハンド。
【請求項２】
前記第１のリニアガイド、前記第２のリニアガイド及び前記円形の軸受けは、それぞれのベース部に固定配置されたスプリング又はシリンダを介してそれぞれのスライド部又は回転部を支持することにより、前記スライド部又は前記回転部をそれぞれの可動範囲の中央付近に保持するセンタリング機構をそれぞれ備えた、請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記第１のリニアガイド、前記第２のリニアガイド及び前記円形の軸受けは、それぞれベース部に固定配置されたシリンダにより、それぞれのスライド部又は回転部にピン状又は楔状部材を挿入することで前記スライド部又は前記回転部を固定するロック機構をそれぞれ備えた、請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フローティング機構を備えたロボットハンドに関し、特には、ワークを把持したまま所定位置に正確に位置決め可能なフローティング機構を備えたロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンドでワークを保持して所定の場所へ位置決めする場合、ワークをフローティング状態に保持するフローティング機構が採用されることがある。例えば特許文献１には、ロケートピン及び該ロケートピンが嵌入されるロケート孔を有した嵌入部の一方をベース部材に設け、他方を吸着パッドとともに上下動するシャフトに設け、ロケートピンがロケート孔に嵌入されたリジッド状態と離脱したフローティング状態とを形成するアクチュエータを備えたワーク搬送装置が開示されている。
【０００３】
また特許文献２には、ワークを把持する複数のクランパと該クランパをそれぞれ駆動する複数のエアシリンダとを備え、ワークを治具に挿入する時はエアシリンダの圧力をワーク搬送時より低くするようにしたロボットハンド装置が開示されている。
【０００４】
さらに特許文献３には、フローティングボード１０を支持板９の延設部９ａと支持枠４のガイド壁４ａとの間に収容し、これらの間にボールプランジャ１１を介在させて水平方向移動自在としたロボットハンドが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９３６８１号公報
【特許文献２】特開２０００−６０７８号公報
【特許文献３】特開平６−１８２６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のような上下方向のフローティング機構や、特許文献２に記載のような一方向のフローティング機構では、フローティングの方向が限定されるため、自在な動作でワークを外部基準に合わせることは困難である。また、特許文献３に記載のようなボールプランジャで支持されるタイプのものは、フローティング部分が上下方向にガタつきやすく、用途によっては精度のよい位置決めが困難な場合がある。
【０００７】
そこで本発明は、安価で自由度が高く、かつ水平方向及び上下方向のいずれについても高精度の位置決めが可能なフローティング機構を備えたロボットハンドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ロボットアームの先端部に装着される、フローティング機構を備えたロボットハンドであって、前記ロボットアームの先端部に取り付けられた第１のベース部、及び該第１のベース部に第１の軸線の方向に可動に設けられた第１のスライド部を有する第１のリニアガイドと、第２のベース部、及び該第２のベース部に第２の軸線の方向に可動に設けられた第２のスライド部を有し、前記第２の軸線が前記第１の軸線とゼロ度でない角度をなすように前記第１のスライド部に前記第２のベース部が取り付けられた、第２のリニアガイドと、第３のベース部、及び該第３のベース部に第３の軸線回りに回転可能に設けられた回転部を有し、前記第３の軸線が前記第１の軸線とゼロ度でない角度をなしかつ前記第３の軸線が前記第２の軸線とゼロ度でない角度をなすように前記第２のスライド部に前記第３のベース部が取り付けられた、円形の軸受けと、前記回転部に接続された保持機構と、を備え、前記第１の軸線及び前記第２の軸線を共に水平にした状態で使用される、ロボットハンドを提供する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロボットハンドにおいて、前記第１のリニアガイド、前記第２のリニアガイド及び前記円形の軸受けは、それぞれのベース部に固定配置されたスプリング又はシリンダを介してそれぞれのスライド部又は回転部を支持することにより、前記スライド部又は前記回転部をそれぞれの可動範囲の中央付近に保持するセンタリング機構をそれぞれ備えた、ロボットハンドを提供する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のロボットハンドにおいて、前記第１のリニアガイド、前記第２のリニアガイド及び前記円形の軸受けは、それぞれベース部に固定配置されたシリンダにより、それぞれのスライド部又は回転部にピン状又は楔状部材を挿入することで前記スライド部又は前記回転部を固定するロック機構をそれぞれ備えた、ロボットハンドを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、２つのリニアガイドをゼロ度でない角度に組み合わせ、それに軸受けを接続することで、平行回転移動可能で、かつ、ガタつきのないフローティング機構を、安価に提供できる。
【００１２】
第１のリニアガイド、第２のリニアガイド及び軸受けにセンタリング機構を設けることにより、フローティング状態においてワークがロボットアームに対して不都合に変位することを防止できる。
【００１３】
第１のリニアガイド、第２のリニアガイド及び軸受けにロック機構を設けることにより、ワーク位置決め時以外のワークの搬送やワーク未保持状態でのロボットハンドの移動等を安定的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットハンドを示す図である。
【図２】第１及び第２のロック機構が解除されている状態を示す図である。
【図３】第１及び第２のロック機構が作動している状態を示す図である。
【図４】第３のロック機構が解除されている状態を示す図である。
【図５】第３のロック機構が作動している状態を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るロボットハンドを用いた、ワークの搬送手順を示すフローチャートである。
【図７】ロボットハンドを用いて、パレット上のワークを吸引保持している状態を示す図である。
【図８】吸引保持したワークを作業台上に搬送した状態を示す図である。
【図９】ワークを作業台上の基準位置に位置決めした状態を示す図である。
【図１０】ワークの吸引保持を解除し、ロボットハンドを退避された状態を示す図である。
【図１１】本発明に係るロボットハンドの第１の変形例を模式的に示す図である。
【図１２】本発明に係るロボットハンドの第２の変形例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明に係るフローティング機構を備えたロボットハンド１０の一構成例を示す図である。ロボットハンド１０は、図示省略したロボットのロボットアーム１２の先端部に装着されるが、図示例のように、ロボットアーム１２に対して回動可能に取り付けられた手首部１４を介して装着されてもよい。ロボットハンド１０は、ロボットアーム１２の先端又は手首部１４に取り付けられた第１のベース部１６、及び第１のベース部１６に第１の軸線の方向（ここではＸ方向とする）に可動に設けられた第１のスライド部１８を有する第１のリニアガイド２０と、第１のスライド部１８に取り付けられた第２のベース部２２、及び第２のベース部２２に第２の軸線の方向（ここではＸ方向に垂直なＹ方向とする）可動に設けられた第２のスライド部２４を有する第２のリニアガイド２６と、第２のスライド部２４に取り付けられた第３のベース部２８、及び第３のベース部２８に、水平でない第３の軸線（ここではＸ方向及びＹ方向の双方に垂直なＺ方向とする）回りに回転可能に設けられた回転部３０を有する円形の軸受け３２と、回転部３０に接続され、所定形状のワークを保持可能に構成された保持機構３４とを有する。
【００１６】
なお本実施形態では第１、第２及び第３の軸線は互いに垂直としているが、これに限定されるものではない。本願発明の実施に際しては、第２の軸線が第１の軸線とゼロ度でない角度をなし、第３の軸線が第１の軸線とゼロ度でない角度をなし、第３の軸線が第２の軸線とゼロ度でない角度をなし、さらに使用時は、第１及び第２の軸線は水平であるとともに第３の軸線は水平でない方向に延びるものであればよい。
【００１７】
第１のリニアガイド２０は、第１のスライド部１８を第１のベース部１６に対して固定する第１のロック機構３６を有する。具体的には、第１のロック機構３６は例えばピン状又は楔状の可動部材を有し、該可動部材を第１のスライド部１８に係合させることで該第１のスライド部１８を第１のベース部１６に対して移動しないようにすることができる。また第１のリニアガイド２０は、第１のロック機構３６が作動していないときに第１のスライド部１８を第１のベース部１６に対して所定の位置（例えば第１のスライド部１８の可動範囲の中央付近）に位置決めする第１のセンタリング機構３８を有する。
【００１８】
第１のリニアガイドと同様に、第２のリニアガイド２６は、第２のスライド部２４を第２のベース部２２に対して固定する第２のロック機構４０を有する。具体的には、第２のロック機構４０は例えばピン状又は楔状の可動部材を有し、該可動部材を第２のスライド部２４に係合させることで該第２のスライド部２４を第２のベース部２２に対して移動しないようにすることができる。また第２のリニアガイド２６は、第２のロック機構４０が作動していないときに第２のスライド部２４を第２のベース部２２に対して所定の位置（例えば第２のスライド部２４の可動範囲の中央付近）に位置決めする第２のセンタリング機構４２を有する。
【００１９】
また円形の軸受け３２は、第３のベース部２８に対する回転部３０の回転を防止する第３のロック機構４４を有する。具体的には、第３のロック機構４４は例えばピン状又は楔状の可動部材を有し、該可動部材を回転部３０に係合させることで該回転部３０を第３のベース部２８に対して移動しないようにすることができる。また軸受け３２は、第３のロック機構４４が作動していないときに回転部３０を第３のベース部２８に対して所定の回転角度位置（例えば回転部３０の可動範囲の中央付近）に位置決めする第３のセンタリング機構４６を有する。
【００２０】
保持機構３４は、搬送対象であるワークを保持することができるように構成されており、図示例では平板状のワーク５０（図７〜図１０参照）を吸引保持する少なくとも１つ（図示例では８つ）の吸着パッド５２を備えている。吸着パッド５２は、該吸着パッド５２に流体的に接続された配管・チューブ５４等を介して図示しない真空装置等に流体的に連結され、真空による吸引力によってワークを保持することができる。なお保持機構３４はこのような真空吸引式に限られず、例えばクランプ手段を用いた把持式のものや、電磁石を用いた磁力吸引式等、種々の形態のものが利用可能である。
【００２１】
次に、図２〜図５を参照して上述のロック機構及びセンタリング機構の詳細について説明する。なお図２及び図３では、明瞭化のために第１のベース部１６を透明で表し、該第１のベース部１６より上方の部材は図示省略している。また図４及び図５では、明瞭化のために第３のベース部２８と実質一体の円板状部材５５を透明で表し、該円板状部材５５より上方の部材は図示省略している。
【００２２】
図２及び図３に示すように、第１のロック機構３６は、第１のスライド部１８に固定された第２のベース部２２に固定配置された第１のシリンダ本体５６と、第１のシリンダ本体５６に可動に取り付けられた第１の楔状部材５８とを有し、第１の楔状部材５８は第１のベース部１６に設けられた第１の凹状部材６０に係合して第１のスライド部１８及び第２のベース部２２が第１のベース部１６に対して固定される（図３）ようになっている。一方第１のセンタリング機構３８は、図示例では第１のスライド部１８の可動方向（Ｘ方向）であって互いに反対方向に第１のスライド部１８を付勢するように構成された一対のスプリングである。従って第１のロック機構３６が作動しておらず（図２）かつ外力が作用していないときは、両スプリングの付勢力が釣り合う位置（例えば第１のスライド部１８の可動範囲の中央付近）にて第２のべース部２２がいわゆるフローティング状態に維持される。
【００２３】
同様に、第２のロック機構４０は、第２のスライド部２４（図１）に固定された第３のベース部２８に固定配置された第２のシリンダ本体６２と、第２のシリンダ本体６２に可動に取り付けられた第２の楔状部材６４とを有し、第２の楔状部材６２は第２のベース部２２に設けられた第２の凹状部材６６に係合して第２のスライド部２４及び第３のベース部２８が第２のベース部２２に対して固定される（図３）ようになっている。一方第２のセンタリング機構４２は、図示例では第２のスライド部２４の可動方向（Ｙ方向）であって互いに反対方向に第２のスライド部２４を付勢するように構成された一対のスプリングである。従って第２のロック機構４０が作動しておらず（図２）かつ外力が作用していないときは、両スプリングの付勢力が釣り合う位置（例えば第２のスライド部２４の可動範囲の中央付近）にて第３のべース部２８がいわゆるフローティング状態に維持される。
【００２４】
図４及び図５に示すように、第３のロック機構４４は、回転部３０に固定された略矩形の板状部材６８に固定配置された第３のシリンダ本体７０と、第３のシリンダ本体７０に可動に取り付けられた第３の楔状部材７２とを有し、第３の楔状部材７２は回転部３０に設けられた第３の凹状部材７４に係合して回転部３０及び板状部材６８が第３のベース部２８に対して固定される（図５）ようになっている。一方第３のセンタリング機構４６は、板状部材６８上に設けられた第３の本体７６と、回転部３０からその回転半径方向外側に延びるタブ状部材７８を把持する把持部８０とを備えており、該把持部８０は回転部３０が所定の回転角度範囲内で回転できるように第３の本体７６に対して（図示例では概ねＸ方向に）可動に構成されている。また第３の本体７６はスプリング等の付勢手段を内部に備えており、外力が作用していないときは把持部８０を所定の位置（例えば把持部８０の可動範囲の中央付近）に保持できるようになっている。従って第３のロック機構４４が作動しておらず（図４）かつ外力が作用していないときは、回転部３０が所定の角度位置においていわゆるフローティング状態に維持される。
【００２５】
なお上記第１〜第３のセンタリング機構はいずれもスプリングを使用したものとして説明したが、スプリングの代わりにエアシリンダや液圧シリンダ等のシリンダを用いてもよい。
【００２６】
以下、ロボットハンド１０を用いたワークの搬送・位置決め動作について、図６のフローチャート及び図７〜図１０を参照しつつ説明する。なお図示の実施形態は、ロボットアーム１２の可動範囲内に配置されたパレット８２上に載置されている略矩形の平板状のワーク５０をロボットハンド１０の吸着パッド５２により保持し、図示しない工作機械（図示せず）によってワーク５０に機械加工を施すために、該工作機械近傍であってロボットアーム１２の可動範囲内に配置された作業台８４上の基準位置に、保持したワーク５０を位置決めして配置する場合を示している。
【００２７】
先ず、図６のステップＳ１〜Ｓ２、及び図７に示すように、フローティング機構をロックした状態（すなわち第１〜第３のロック機構がいずれも作動している状態）で、所定の位置（図示例ではパレット８２上）に配置されたワーク５０を保持機構３４により吸引保持する。
【００２８】
次に、ロボットアーム１２を操作してワーク５０を所定の待機位置に移動させる（ステップＳ３）。該待機位置は用途に応じて適宜設定可能であるが、図示例ではワーク５０を配置すべき作業台８４の上方又は斜め上方等が挙げられる。
【００２９】
次のステップＳ４では、ワークのセットが可能か、具体的にはワーク５０の作業台８４上への位置決めが可能な状態であるか否かを判断する。例えば、上記工作機械において未だワーク５０を加工する準備が整っていないような場合は、該準備が整うまでワーク５０は上記待機位置に維持される。
【００３０】
ワーク５０のセットが可能な状態となったら、図８に示すように、ステップＳ５に進んでフローティング機構のアンロック、すなわちすなわち第１〜第３のロック機構の解除を行う。通常は第１〜第３のロック機構の全てを解除するが、用途によってはいずれか１つ又は２つのみをアンロックしてもよい。アンロックの状態では、上述のセンタリング機構が作用し、例えば第１のリニアガイド２０の場合は第１のスライド部１８がその動作範囲の中央付近に位置するようになる。
【００３１】
次のステップＳ６では、図９に示すように、ロボットアーム１２を操作してワーク５０を基準位置に位置決めする。例えば、作業台８４上にワーク５０の外形の一部に合致する形状を備えた堰状部分８６を設けておき、ワーク５０の該一部を該堰状部分に突き当てることにより、ワーク５０を作業台８４上の基準位置に正確に位置決めすることができる。
【００３２】
ワーク５０が基準位置に位置決めされたら、ワーク５０を作業台８４上に載置すなわちワークセットを行う（ステップＳ７）。ここで、作業台８４又は上記工作機械に別途ワークの固定手段（図示せず）を設けておき、ワーク５０が作業台８４上で意図せずに動くことを防止するようにしてもよい。
【００３３】
次に吸着パッド５２を非作動すなわちその吸引力を遮断した状態とし（ステップＳ８）、図１０に示すようにロボットハンド１０を所定の退避位置に移動させる（ステップＳ９）。該退避位置は用途に応じて適宜設定可能であるが、図示例では作業台８４からいくらかロボット本体側に引き込まれた位置としているが、次に保持すべきワークが載置されたパレット（図示せず）の近傍とすることもできる。
【００３４】
最後に、次のワークの吸着保持のため、フローティング機構を再びロック状態とする（ステップＳ１０）。
【００３５】
図１１は、本発明の第１の変形例を模式的に示す図である。上述の実施形態と異なる点は、第１及び第２の軸線が互いに垂直ではないことと、保持機構３４が、作業台の面が傾斜している場合等に好適に対応できるように回転部３０に斜めに取り付けられていることである。図１１の上面図に概略図示するように、第１のリニアガイドの可動方向である第１の軸線８８と第２のリニアガイドの可動方向である第２の軸線９０とは互いに垂直である必要はなく、ゼロ度でない角度をなし、かつ、ロボットハンドの使用時は側面図に示すようにいずれも水平であればよい。また回転部３０の回転軸である第３の軸線９２は第１及び第２の軸線に垂直（すなわち鉛直方向）となっているが、ワーク５０を配置すべき作業台８４の面が傾斜している場合等に応じて、保持機構３４を回転部３０に対して斜めに取り付けてワーク５０が傾斜した状態で保持機構３４に保持されるようにすることもできる。
【００３６】
図１２は、本発明の第２の変形例を模式的に示す図である。第１及び第２の軸線が互いに垂直でない点は第１の変形例と同様であるが、保持機構３４が回転部３０に対して斜めに取り付けられる代わりに、第３のベース２８が作業台８４の傾斜に応じた傾斜面を有するように構成されており、故に回転部３０も第３のベース部２８に対して斜めに取り付けられ、結果として第３の軸線９２が第１及び第２の軸線に対して垂直とならない構成となっている。このように、第３の軸線９２も第１及び第２の軸線に対して垂直である必要はなく、用途に応じ、ゼロ度でない９０度以外の角度をなすように構成することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１０    ロボットハンド
１２    ロボットアーム
１４    手首部
２０    第１のリニアガイド
２６    第２のリニアガイド
３２    軸受け
３６    第１のロック機構
３８    第１のセンタリング機構
４０    第２のロック機構
４２    第２のセンタリング機構
４４    第３のロック機構
４６    第３のセンタリング機構
５０    ワーク
５２    吸着パッド
８２    パレット
８４    作業台
【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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