(57)【要約】【課題】多種の部品を取り出して、姿勢を変更することが可能で、拡張性が高いロボット用ハンド及びロボット装置を提供することを目的としている。【解決手段】ロボット用ハンド３は、ハンド本体４の先端部に取り付けられた一対のフィンガ５ａ，５ｂと、フィンガ５ａ，５ｂの先端部に回動可能に取り付けられた部品を把持する把持部７ａ，７ｂと、この把持部７ａ，７ｂを回動させるワイヤ８ａ，８ｂと、ワイヤ８ａ，８ｂを引っ張るエアシリンダ１１ａ，１１ｂと、把持部７ａ，７ｂを所定の位置に復帰させるスプリング１３ａ，１３ｂと、真空装置１４にフレキシブルチューブ１５ａ，１５ｂを介して接続され、把持部７ａ，７ｂの先端に取り付けられた吸着器１６ａ，１６ｂと、で構成されており、ロボット制御装置１７で制御される。【選択図】図２
2013223905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンド本体に間隔が調整可能に取り付けられた一対のフィンガと、
前記フィンガのそれぞれの先端部に回動可能に取り付けられた把持部と、
前記各把持部に設けられた吸着器と、を備えたことを特徴とするロボット用ハンド。
【請求項２】
前記一対のフィンガは、前記ハンド本体に回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボット用ハンド。
【請求項３】
前記吸着器は、前記把持部の先端に取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボット用ハンド。
【請求項４】
前記把持部は、前記一対のフィンガの対向方向に回動可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロボット用ハンド。
【請求項５】
前記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロボット用ハンドを備えたことを特徴とするロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動組立工程に使用されるロボット用ハンド及びこのロボット用ハンドを備えたロボット装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の生産形態においては、これまでの多品種・少量生産から頻繁な機種の段取り替え、生産量の急激な変化に対応可能な変種・変量形態を考慮した生産設備が要求されている。特に、個別製品に対して専用機能に特化した生産設備から対象製品枠が広く汎用性の高い生産設備の開発が要求されている。その中で、汎用性を持つ核となる生産設備であるロボットが近年多用されている。このロボットを使った生産設備において、部品の取出・組立機能を担うロボット用ハンドは、最適な部品把持を行うために適した形状を持つ必要がある。このためには、複合的な機能を持つロボット用ハンドを用いて把持する機能を変化させることで対象部品の形状の異なる部品に対して把持が可能としている。
【０００３】
このような形状の異なる部品に対する把持が可能となるロボット用ハンドの例として、特許文献１に示される先端可動爪を有するチャックハンドにおいては、搬送ロボットのハンド取付部に取り付けられたハンド本体１２と、ハンド本体に末端部が開閉可能に取り付けられた複数のハンド１４と、各ハンドの先端部に設けられハンドと直線状に位置するハンド伸直位置Ｌとハンドから引き起こされた他方位置Ｉに揺動可能な複数の先端可動爪１６と、各ハンド内に設けられ複数のハンドでワークを挟む「挟み動作」により先端可動爪をハンド伸直位置から引き起こす複数の揺動機構２０とを備えており、ワークが近接して配置されていたり、ワークに設けられた特定の凹みを利用してワークを把持するような場合であったりしても、ハンドが挿入できるだけのスペースでワークの把持部に挿入することができ、ハンドでワークを挟む「挟み動作」により、先端可動爪を引き起こしてワーク下面を支持しその落下を防止する「すくい動作」を可能としている。
【０００４】
また、特許文献２に示される多関節ロボット用ハンドにおいては、多関節ロボット４のＺ軸５に鉛直軸周りに回転制御可能に取り付けられるロボットハンド１が、互いに対向して接離可能とされてワークを把持可能な一対の爪片を有するチャック機構１４と、チャック機構１４を下方に向けて所定角度内で首振り動作をする首振り機構１５と、チャック機構１４を回転軸１２周りに正逆回転可能とする回転機構と、チャック機構１４及び首振り機構１５並びに回転機構を個別に制御する制御装置を備えており、多様な姿勢をとるワークを所定の姿勢で効率的に掴み取ることができ、安価で作業効率が高いものを実現している。
【０００５】
また、特許文献３に示される姿勢変換ハンドにおいては、相互に平行に拡開する２本の指の対抗側に夫々回転円板を設けて、一方の回転円板を拡開方向に平行する軸を中心に回転駆動し、２本の指の中間位置に回転円板の回転する軸と直交する軸を中心に回転するパッドを設け、吸着パッドは回転軸と平行に駆動させることで、ワークを持ち上げ搬送した状態のままで部品の姿勢をあらゆる方向に変換可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５３５７１号公報
【特許文献２】特開２００９−７８３１２号公報
【特許文献３】特開平２−５９２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１においては、ハンドチャック部の先端に有する可動爪は、その機能がすくい動作を行う事により下面を支持し、落下を防止するのが目的であり、ワークそのものの姿勢を変更することはできないという問題点があった。
【０００８】
また、特許文献２においては、ハンド先端のチャック機構部の全体を支えている支持部に対して、首振り動作を行う機構となっており、チャック機構の自重に加えて、ワーク重量を支える必要があり、その剛性を得る必要から、ハンドを小型化することが困難である。また、把持爪のみでワークを取り出す構造のため、あらゆる形状の部品の取り出しに対応することが困難であり拡張性に乏しいという問題点があった。
【０００９】
また、特許文献３においては、つまみハンド先端の爪部に、姿勢変更用のパルスモータを備えているため、ハンドの重量が重くなると共に大きくなるため、ワークを把持する際に、モータとワークまたは周辺機器との干渉が考えられると、同時に、コスト面でも不利であるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、多種の部品を取り出して、姿勢を変更することが可能で、複数の機能を有する拡張性が高いロボット用ハンド及びロボット装置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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のロボット用ハンドは、ハンド本体に間隔が調整可能に取り付けられた一対のフィンガと、前記フィンガのそれぞれの先端部に回動可能に取り付けられた把持部と、前記各把持部に設けられた吸着器と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項５に記載のロボット装置は、上記ロボット用ハンドを備えたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のロボット用ハンド及びロボット装置によれば、フィンガ先端の把持部を回動可能にし、また、把持部に吸着機能を持たせることにより、把持対象の部品形状が立体形状の場合には、フィンガ先端で挟んで把持して取り出し、また、薄い板状の場合には、フィンガ先端の吸着機能により吸着することで取り出す事ができ、あらゆる形状の部品に適した取り出し方法を選択することが可能となる効果がある。さらに、フィンガ先端の把持部を回動可能としたことにより、部品を挟んだ状態、もしくは吸着した状態のままで部品の姿勢の変更が可能となることで、ロボット装置による教示移動を省略可能とすると共に、後工程の部品組み付けに合わせて、部品を最適な姿勢とすることが可能であり、組立性の向上も図ることができる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１に係るロボット用ハンドを備えたロボット装置の概略全体を示す図である。
【図２】実施の形態１に係るロボット用ハンドの構造を示す斜視図である。
【図３】図２のロボット用ハンドのＡから見た側面図である。
【図４】実施の形態１に係るロボット用ハンドで把持する部品例を示す図である。
【図５】実施の形態１に係るロボット用ハンドにおけるタイプ１の部品の把持動作を示す図である。
【図６】実施の形態１に係るロボット用ハンドにおけるタイプ２の部品の把持動作を示す図である。
【図７】実施の形態２に係るロボット用ハンドの構造を示す斜視図である。
【図８】実施の形態２に係るロボット用ハンドの他の実施態様の構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のロボット用ハンドでは、フィンガ先端で部品を挟んで把持して取り出し、あるいは、フィンガ先端に設けた吸着機構により吸着して取り出すことができ、部品に適した取り出し方法を選択することが可能となるとともに、フィンガ先端に部品を挟んだ状態あるいは吸着した状態のままで部品の姿勢を変更することを可能とし、部品組み付け時に、最適な姿勢にすることで組立性を向上させるものである。以下、本発明の実施の形態に係るロボット用ハンドについて、図１から図８を参照して説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るロボット用ハンドを備えたロボット装置の概略全体を示す図であり、図２は、実施の形態１に係るロボット用ハンドの構造を示す斜視図であり、図３は、図２のロボット用ハンドのＡから見た側面図である。また、図４は、実施の形態１に係るロボット用ハンドで把持する部品例を示す図である。図５は、実施の形態１に係るロボット用ハンドにおけるタイプ１の部品の把持動作を示す図である。図６は、実施の形態１に係るロボット用ハンドにおけるタイプ２の部品の把持動作を示す図である。
【００１７】
図１のロボット装置の概略全体と図２のロボット用ハンドの構造を示す斜視図に示すように、ロボット用ハンド３は、ロボット装置１のロボットアーム２に取り付けられたハンド本体４と、このハンド本体４の先端部に取り付けられた一対のフィンガ５ａ，５ｂと、フィンガ５ａ，５ｂの先端部に軸芯６ａ，６ｂにより回動可能に取り付けられた部品を把持する把持部７ａ，７ｂと、この把持部７ａ，７ｂを回動させるワイヤ８ａ，８ｂと、このワイヤ８ａ，８ｂの先端を把持部７ａ，７ｂに固定する固定端９ａ，９ｂと、ワイヤ８ａ，８ｂを導くワイヤガイド１０ａ，１０ｂと、ワイヤ８ａ，８ｂを引っ張るエアシリンダ１１ａ，１１ｂと、ワイヤ８ａ，８ｂに動きを伝えるためエアシリンダ１１ａ，１１ｂの先端に取り付けられたロッド１２ａ，１２ｂと、把持部７ａ，７ｂを所定の位置に復帰させるスプリング（コイルばね）１３ａ，１３ｂと、真空装置１４にフレキシブルチューブ１５ａ，１５ｂを介して接続され、把持部７ａ，７ｂの先端に取り付けられた吸着器１６ａ，１６ｂと、で構成されており、ロボット用ハンド３の動作は、ロボット制御装置１７で制御される。
【００１８】
図４に、実施の形態１に係るロボット用ハンドの動作を説明する立体形状の部品例を示す。タイプ１の部品１８は、板材を折り曲げ加工したもの、タイプ２の部品１９は、板材である。
【００１９】
次に、実施の形態１に係るロボット用ハンドの動作について、図１から図６を参照して説明する。図２に示すように、フィンガ５ａ，５ｂの把持部７ａ，７ｂには、２つの動作状態（ａ）と（ｂ）とがある。第一の状態（ａ）は、エアシリンダ１１ａ，１１ｂにより、ワイヤ８ａ，８ｂが矢印の方向に引っ張れ、把持部７ａ，７ｂがフィンガ５ａ，５ｂと一直線になった状態である。第二の状態（ｂ）は、把持部７ａ，７ｂがフィンガ５ａ，５ｂに対して、９０度回転した位置にある状態（所定の位置）で、第一の状態（ａ）において、エアシリンダ１１ａ，１１ｂによるワイヤ８ａ，８ｂの引っ張る力を開放すると、スプリング１３ａ，１３ｂの戻り力によって把持部７ａ，７ｂが所定の位置（９０度に曲げた定位置）に戻る（図３参照。）。上述した動作は、ロボット制御装置２からハンド本体５のエアシリンダ１１ａ，１１ｂに指令を送り、ロッド１２ａ，１２ｂによりワイヤ８ａ，８ｂを引っ張り上げる、あるいはワイヤ８ａ，８ｂによる引っ張り力を開放する操作を行うことで、第一の状態（ａ）、あるいは第二の状態（ｂ）とすることができる。具体的には、ワイヤ８ａ，８ｂは、ロッド１２ａ，１２ｂの先端とワイヤガイド１０ａ，１０ｂを介して、フィンガ５ａ，５ｂの把持部７ａ，７ｂのワイヤ固定端９ａ，９ｂに接続、固定されているので、ロッド１２ａ，１２ｂが、ワイヤ８ａ，８ｂを引っ張る方向に移動するとワイヤ８ａ，８ｂを固定しているワイヤ固定端９ａ，９ｂが引っ張られることで、軸芯６ａ，６ｂを回転中心として、フィンガ５ａ，５ｂの把持部７ａ，７ｂが回転し、スプリング１３ａ，１３ｂが伸ばされて、把持部７ａ，７ｂがまっすぐな状態となる。これにより、第一の状態（ａ）と第二の状態（ｂ）の二つの状態をとる動作をさせることができる。どちらの状態から動作させるかは、部品の形状、目的とする移動方向により決定される。また、部品を挟持するため、フィンガ５ａ，５ｂは、ハンド本体５に対して横方向に移動可能である。
【００２０】
図５に、図４に示すタイプ１の部品１８のロボット用ハンド３による把持動作を示す。まず、部品１８を拾い上げるため、エアシリンダ１１ａ，１１ｂによりワイヤ８ａ，８ｂを引っ張って把持部７ａ，７ｂをフィンガ５ａ，５ｂに対して真っすぐな状態にさせる。次に、一対のフィンガ５ａ，５ｂの間隔を狭め、把持部７ａ，７ｂがタイプ１の部品１８を挟持する（図５（ａ））。この状態で、エアシリンダ１１ａ，１１ｂによるワイヤ８ａ，８ｂの引っ張り力を開放すると把持部７ａ，７ｂは、定位置である前方に９０度回転され、これに応じて部品１８も把持されたまま、９０度回転される（図５（ｂ））。この後、ロボットアーム２を操作し、部品１８を所定の位置に搬送する。
【００２１】
図６に、図４に示すタイプ２の部品１９のロボット用ハンド３による把持動作を示す。まず、エアシリンダ１１ａ，１１ｂによりワイヤ８ａ，８ｂを引っ張って把持部７ａ，７ｂをフィンガ５ａ，５ｂに対して真っすぐな状態とする。次に、部品１９を拾い上げるため、真空装置４を動作させ、把持部７ａ，７ｂの先端に取り付けられた吸着器１６ａ，１６ｂで部品１９を真空吸着する（図６（ａ））。この状態で、エアシリンダ１１ａ，１１ｂによるワイヤ８ａ，８ｂの引っ張り力を開放すると把持部７ａ，７ｂは、定位置の前方に９０度回転され、これに応じて部品１９も真空吸着されたまま、９０度回転される（図５（ｂ））。この後、ロボットアーム２を操作し、部品１９を所定の位置に搬送する。なお、部品の形状は、板状に拘らず、折り曲げ加工された部品であっても形状によっては吸着把持することが可能である。また、一方の吸着器１６ａあるいは１６ｂのみを使うことも可能である。
【００２２】
また、上記実施の形態１では、２種類の部品を把持、搬送する場合について説明したが、これらの部品形状によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
また、上記実施の形態１では、部品を９０度回転させる場合について説明したが、ワイヤ８ａ，８ｂの送り出し、あるいは引き込み量を調整することで、他の角度でもあっても可能であることは言うまでもない。
【００２４】
このように、実施の形態１に係るロボット用ハンド及びこのロボット用ハンドを備えたロボット装置によれば、フィンガ先端の把持部を回動可能にし、また、把持部に吸着機能を持たせることにより、把持対象の部品形状が立体形状の場合には、フィンガ先端で挟んで把持して取り出し、また、薄い板状の場合には、フィンガ先端の吸着機能により吸着することで取り出す事ができ、あらゆる形状の部品に適した取り出し方法を選択することが可能となる効果がある。さらに、フィンガ先端の把持部を回動可能としたことにより、部品を挟んだ状態、もしくは吸着した状態のままで部品の姿勢の変更が可能となることで、ロボットによる教示移動を省略可能とすると共に、後工程の部品組み付けに合わせて、部品を最適な姿勢とすることが可能であり、組立性の向上も図ることができる効果もある。
【００２５】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係るロボット用ハンドの構造を示す斜視図である。図２に示す実施の形態１に係るロボット用ハンドと図７に示す実施の形態２に係るロボット用ハンドとの相違点は、実施の形態１では、フィンガ５ａ，５ｂの先端部の把持部７ａ，７ｂが、前方に回動可能とされているのに対して、実施の形態２では、フィンガ５ａ，５ｂの先端部の把持部７ａ，７ｂが、対向する方向に回動可能とされている点である。図８は、実施の形態２に係るロボット用ハンドの他の実施態様の構造を示す斜視図である。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２６】
次に、実施の形態２に係るロボット用ハンドの動作について、図７を参照して説明する。図７に示すように、フィンガ５ａ，５ｂの把持部７ａ，７ｂには、２つの動作状態（ａ）と（ｂ）とがある。第一の状態（ａ）は、エアシリンダ１１ａ，１１ｂによるワイヤ８ａ，８ｂの引っ張り力が開放された状態で、スプリングの力により把持部７ａ，７ｂがフィンガ５ａ，５ｂに対して、９０度回転した位置にある状態（所定の位置）、第二の状態（ｂ）は、第一の状態（ａ）でエアシリンダ１１ａ，１１ｂによりワイヤ８ａ，８ｂを引っ張り上げ、把持部７ａ，７ｂがフィンガ５ａ，５ｂと一直線になった状態である。部品を把持するために、図７（ａ）に示すように、エアシリンダ１１ａ，１１ｂによるワイヤ８ａ，８ｂの引っ張り力を開放し、対向する一対のフィンガ５ａ，５ｂの先端部の把持部７ａ，７ｂをフィンガ５ａ，５ｂの内側に９０度回転させた定位置の状態にさせ、フィンガ５ａ，５ｂをハンド本体５に対して横移動させることで、実施の形態１と同様、部品（図示せず）を挟持することができる。ここで、吸着器１６ａ，１６ｂを使うこともできる。これにより、組立時において、部品をより強固に把持することができ、位置ずれを防止して生産性を高めることができる。また、把持部７ａあるいは７ｂの一方の吸着器１６ａあるいは１６ｂのみを使うことも可能であり、部品の向きを変更することが可能である。もちろん、図７（ｂ）に示す第二の状態（ｂ）において、把持部７ａ，７ｂで部品を把持することも可能である。
【００２７】
なお、上記実施の形態２では、フィンガ５ａ，５ｂは、その先端部の把持部７ａ，７ｂが、フィンガ５ａ，５ｂの対向する方向に回動可能となるように配置されている場合について説明したが、図８に示すように、フィンガ５ａ，５ｂは、ハンド本体５にそれぞれ回転軸２０ａ，２０ｂを中心に左右に回転可能に取り付けられていてもよく、把持部７ａ，７ｂの回動方向がフィンガ５ａ，５ｂの対向する方向となるように、フィンガ５ａ，５ｂを回転させればよい。なお、フィンガ５ａ，５ｂの回転は、モータを用いて回転させることができる。また、この際、エアシリンダ１１ａ，１１ｂは、フィンガ５ａ，５ｂの回転に応じて移動するように取り付けて置く。これにより、実施の形態２の動作とともに、実施の形態１の動作も可能とすることができる。
【００２８】
このように、実施の形態２に係るロボット用ハンド及びこのロボット用ハンドを備えたロボット装置によれば、フィンガ先端の把持部をフィンガの対向する方向に回動可能にし、また、把持部に吸着機能を持たせることにより、実施の形態１と同様の効果を有するとともに、フィンガ先端の把持部で挟んで把持して取り出す際に、部品をより強固に把持することができ、位置ずれを防止して生産性を高めることができるという効果もある。
【００２９】
なお、上記実施の形態においては、スプリングとして、引張スプリングを使用する例について図示したが、引張スプリングあるいは圧縮スプリングのいずれタイプのものも使用することが可能である。
【００３０】
また、上記実施の形態においては、部品の姿勢を調整する駆動源として、エアシリンダを用いる例について説明したが、この駆動源をモータにすることにより、姿勢角度を任意の角度で精度よく調整することができ、より拡張性の高い姿勢制御が可能となる。
【００３１】
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【００３２】
また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００３３】
１  ロボット装置
２  ロボットアーム
３  ロボット用ハンド
４  ハンド本体
５ａ，５ｂ  フィンガ
７ａ，７ｂ  把持部
１１ａ，１１ｂ  エアシリンダ
１３ａ，１３ｂ  スプリング
１４  真空装置
１６ａ，１６ｂ  吸着器
１７  ロボット制御装置
１８，１９  部品
２０ａ，２０ｂ  回転軸
【図１】
2013223905.tif 000003
【図２】
2013223905.tif 000004
【図３】
2013223905.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2013223905.tif 000008
【図７】
2013223905.tif 000009
【図８】
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