(57)【要約】      （修正有）【課題】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多関節ロボット用ハンドを提供する。【解決手段】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いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に沿ってスライド自在且つ鉛直軸周りに回転可能に構成された多関節ロボットの出力端に、着脱自在に装着される多関節ロボット用ハンドであって、
ワークを把持するチャック機構と、
前記チャック機構を保持すると共に、前記チャック機構をその中心軸周りに正逆回転させる回転機構と、
前記回転機構を保持すると共に前記出力端に着脱自在に取り付けられ、前記回転機構を下向きの所定角度範囲内で回動させる首振り機構と、
前記チャック機構、前記回転機構および首振り機構を個別に制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする多関節ロボット用ハンド。
【請求項２】
前記チャック機構は、一対の爪片と、前記一対の爪片を離接方向に同時に移動させるミラー動作型リニアモータと、を有していることを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット用ハンド。
【請求項３】
請求項１または２に記載の多関節ロボット用ハンドを備えたことを特徴とする多関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明は多関節ロボットの出力端に装着される多関節ロボット用ハンド及びこのハンドを備えた多関節ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークの自動組立工程において、当該自動組立工程に搬入されるワークは、通常バラ積み状態であるので、作業台上に搬入されるワークの姿勢は様々である。このため、ワークの自動組立では、様々な姿勢のワークを持ち替えるロボットが重要である。このようなロボットにおいて、ワークを画像で捕らえて位置や形状で認識し、認識した情報に基づいてワークを持ち替える等の機能を備えたり、様々なワークの姿勢に対応するためには、６軸ロボットが有効であるが、６軸ロボットは高価であるのみならず、ワークをつかむハンド部分が大きいために小さなワークをつかみにくい等の問題がある。
【０００３】
また、作業台に搬入されたワークの姿勢を所定の姿勢に持ち替えるためには、通常スカラ（ＳＣＡＲＡ）と称される水平多関節ロボットが知られている。この水平多関節ロボットは、水平方向に移動自在な多関節アームの先端部にＺ軸が保持され、Ｚ軸の下端部の取付部にはワークを把持するエアーチャックあるいはワークを吸着する吸引パッド等を備えたハンド部が設けられている。
【０００４】
また、下記の特許文献１及び特許文献２のロボットハンドの場合、ロボットアームの先端部に昇降可能なエアシリンダを取り付け、このエアシリンダの下端部に垂直方向に延びる一対の平板部を設け、この一対の平板部間に部品吸着ノズルを設けたものであり、一対の平板部間にエアシリンダを設けている。部品吸着ノズルの上端部は、リンクを介してエアシリンダのシリンダロッドに結合されている。
【０００５】
このロボットハンドでは、シリンダロッドを延ばすと、リンクを介して部品吸着ノズルが斜めに回転し、リンクの下端部がストッパ等の部材に当たると、シリンダロッドの伸張が停止して部品吸着ノズルの傾斜角度が固定される。また、シリンダロッドを収縮させると、リンクを介して部品吸着ノズルが鉛直方向に向き始め、最終的には部品吸着ノズルは鉛直方向真下に向くように構成されている。
【０００６】
特許文献２に開示されるものでは、上記特許文献１のスカラには、Ｚ軸方向に伸縮可能なハンド軸が取り付けられ、このハンド軸の下端部にハンド支持部が螺着されている。ハンド軸はＺ軸周り方向に回転可能とされており、ハンド軸を収縮させてハンド支持部を上昇させてアーム側に回転不能に拘束させ、更にハンド軸を回転させると、ハンド軸がハンド支持部にねじ込まれ、ハンド支持部を貫通するピンを介して部品吸着ノズルのリンクを止めるストッパの高さを調整できるようになっている。
【特許文献１】特開平７−１０８４８２号公報
【特許文献２】特開平７−１１６９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の水平多関節ロボットでは、水平面内でのワークのハンドリングを得意とするものであるために、複数のアームを有しているが、ワークの多様な姿勢に対応するように、アームやハンド部に更に軸や関節を増やすと、高価になるという問題がある。また、任意の姿勢変更を可能となるようにアームやハンド部等を有する構成としても、ワーク毎にそれぞれ姿勢が異なるために、Ｚ軸に用いられるエアシリンダのシリンダロッドのストロークが毎回異なり、ストロークを変えるために所定位置までシリンダロッドを戻さなければならないので、迅速なストローク変更が困難である。
【０００８】
さらに、上記の特許文献１、２に開示されるものの場合、エアシリンダの下端部に設けた一対の平板部の間に、部品吸着ノズルを回転可能に設け、一対の平板部間に配備されたエアシリンダのシリンダロッドが、リンクを介して部品吸着ノズルに結合されている構成であるために、ハンドの先端部の形状が大きくなっている。このため、把持目的のワークに接近したときに、目的となるワークの周辺にあるワークに接触して動かしてしまい、対象となるワークをも動かしてなかなかワークを把持できなくなるという問題がある。
【０００９】
更に、先端のチャックの角度が任意の角度に変更できるものであっても、水平多関節ロボットのアームあるいはＺ軸の伸張量とチャックの角度変更との調節が行われないと、任意の姿勢のワークに合わせたチャックの姿勢制御が難しい問題がある。すなわち、ハンド部の姿勢角度に対し、水平多関節ロボットの強調動作がないと、ワークを把持したり、ワークを組み込んだりするための傾斜動作や複雑な動作ができないという問題がある。
【００１０】
また、ワークの把持作業とワークの組み込み作業とにおいて、ワークを掴む姿勢は基本的に同じか、水平面内で補正するか、水平／垂直間のいずれかの姿勢に限られていて、表裏が逆であったり、傾きが異なって高さ方向或いは上下方向において姿勢の違いがある場合、ワークの姿勢変換は自由ではなかった。
【００１１】
いずれの場合であっても、作業台上に任意にばら蒔かれたワークの姿勢は多様であるので、特定の姿勢のワークしか掴み取ることができない場合には、ワークの搬送効率が低くなる。また、ワークに対して特定の姿勢をとらせるためにベルトコンベア等でワークの循環を繰り返すと、サイクルタイムが長くなるのみならず、電力消費等も多くなり生産効率が悪化する問題がある。
【００１２】
本発明は上記課題に着目してなされたものであり、自動組立その他の作業工程において、不特定で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多関節ロボット用ハンド及び多関節ロボット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】
【００１３】
本発明の多関節ロボット用ハンドは、鉛直方向に沿ってスライド自在且つ鉛直軸周りに回転可能に構成された多関節ロボットの出力端に、着脱自在に装着される多関節ロボット用ハンドであって、ワークを把持するチャック機構と、前記チャック機構を保持すると共に、前記チャック機構をその中心軸周りに正逆回転させる回転機構と、前記回転機構を保持すると共に前記出力端に着脱自在に取り付けられ、前記回転機構を下向きの所定角度範囲内で回動させる首振り機構と、前記チャック機構、前記回転機構および首振り機構を個別に制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記のハンドによれば、ワークを把持するチャック機構が回転機構によってチャック自身を支持する中心軸周りに正逆回転可能とされ、更に、回転機構自身が首振り機構によってＺ軸の出力端から所定範囲内で回動し、制御装置により回動機構と、首振り機構とを制御するので、チャックを様々な方向に向けることができると共に、制御手段の制御によって様々な姿勢のワークをチャック機構で把持できる。
【００１５】
上記の多関節ロボット用ハンドにおいて、前記チャック機構は、一対の爪片と、前記一対の爪片を離接方向に同時に移動させるミラー動作型リニアモータと、を有しているものであっても良い。一対の爪片がミラー動作型リニアモータにより駆動される場合、一対の爪片の中央部にワークを位置させて把持できるので、チャック機構を様々な角度に動かしても一対の爪片の間にワークを位置させやすいので、ワークを把持しやすい。更に、多関節ロボットが上記のいずれか記載のハンドを備えるものであると、ハンドの制御手段と多関節ロボットの制御手段とによって、様々な姿勢のワークを、ワークの姿勢に合わせて掴み取ることを、容易に行うことができ、しかも安価な構成でこれを達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の最良の実施形態にかかる多関節ロボット用ハンドを図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態にかかる多関節ロボット用ハンドおよび多関節ロボットを示したものであり、符号１はロボット用ハンドである。このロボット用ハンド１は、ハンドベース２を備えている。ハンドベース２の上端部には略円筒状の取付部３が取り付けられている。取付部３は、多関節ロボット４のＺ軸５の下端部（多関節ロボットの出力端）に着脱可能に取り付けられている。Ｚ軸５は、多関節ロボット４の制御手段である制御装置５０（図２参照）により、第１アーム６、第２アーム７により水平方向に移動自在とされており、θ軸８により鉛直軸周りに回動角度調整可能とされている。Ｚ軸５は鉛直軸方向に上下動可能とされている。この実施形態では、ロボット用ハンド１の制御手段は、多関節ロボットの制御装置５０の一部で構成されているが、ロボット用ハンド１自身が制御手段としてコンピュータ及びコンバータ回路等を持っていても良い。
【００１７】
ハンドベース２は、Ｚ軸５の軸方向に延びる円筒形状の固定部９と、この固定部９に装着されて回転軸１０（図３参照）を中心に回転角度制御可能な可動部１１と、可動部１１に対して回転軸１２を中心に回転角度制御可能な台座部１３と、台座部１３に設けられたミラー動作型のチャック機構１４と、首振り機構１５を備えている。
【００１８】
図３は、多関節ロボット用ハンド１の構成を示す断面図である。図３に示すように、固定部９は、Ｚ軸５の出力端をボルトナットの締結により固定する上部の円筒部１５と、上部の円筒部１５の下に固定される下部の円筒部１６とを備えている。下部の円筒部１６の下部には、互いに対向する一対の軸受け部１７が形成されている。
【００１９】
首振り機構１５は、一対の軸受け部１７、２５と、回転軸１０と、ギアードモータ１８と、プーリ１９、２４と、無端ベルト２０とを備えている。下部の円筒部１６の側壁部には、減速ギアとＡＣサーボモータおよびロータリーエンコーダを有するギアードモータ１８が取り付けられている。ギアードモータ１８は、多関節ロボット４を制御するためのコンピュータを備えた制御装置５０（図２参照）によって、回転方向および回転角度が制御される。
【００２０】
ギアードモータ１８の回転軸には、プーリ１９が固定されており、プーリ１９には無端ベルト２０が掛け渡されている。一対の軸受け部１７の間には、可動部１１が配備されている。一対の軸受け部１７のそれぞれには可動部１１を回動可能に装着するための取付穴が開口されており、その取付穴内部にベアリング２１の外側のリングが取り付けられている。ベアリング２１の内側のリング内には回転軸１０が回転可能に固定されている。
【００２１】
回転軸１０の軸受け部１７の外側に位置する端部には脱落防止用のつば部２２が形成されており、回転軸２２の軸受け部１７の内側に位置する部位には筒部２３が取り付けられている。筒部２３の内周面と外周面の両方には、筒部２３の外周面の外側および筒部２３の内周面の内側にそれぞれ突出するキーが軸方向に延びるように、形成されており、筒部２３が回転軸２２および可動部１１と一体に回転するようになっている。片方の筒部２３の更に内側の端部にはプーリ２４が筒部２３と一体に且つ回転不能に取り付けられている。プーリ２４の外周面には前述の無端ベルト２０が掛け渡されている。
【００２２】
可動部１１には、一対の軸受け部１７に対応する一対の軸受け部２５が形成されており、この一対の軸受け部２５に前述の筒部２３がキーとキー機構によって回転不能に取り付けられている。ギアードモータ１８の回転軸が回転すると、プーリ１９の回転が無端ベルト２０を介してプーリ２４に伝達され、プーリ２４の回転力が筒部２３および一対の軸受け部２５に伝達され、可動部１１が回転軸１０を軸として回転する。ギアードモータ１８の回転方向および回転角度はロータリーエンコーダを介して多関節ロボット４の制御装置５０に送信され、ギアードモータ１８はその制御装置５０の制御命令に基づいて所定の方向および角度に回転して停止する。
【００２３】
可動部１１の一対の軸受け部２５の間には、中央部に穴が開いた取付板２６が形成されており、この取付板２６にギアードモータ２７が取り付けられている。可動部１１内部には、チャック機構１４を鉛直軸周りに正逆回転可能とする回転機構３０が設けられている。回転機構３０は、ギアードモータ２７と、円筒部２８と、ベアリング２９と、ハンド取付板３１とを備えている。ギアードモータ２７は、ＡＣサーボモータとロータリーエンコーダと減速ギア機構とを備えており、前述の多関節ロボットの制御装置５０によって回転方向および回転角度が制御される。ギアードモータ２７の回転軸１２は取付板２６の穴から下方に突出している。可動部１１の一対の軸受け部２５の基部は円筒部２８に固定されている。円筒部２８の外周面にはベアリング２９が取り付けられている。ベアリング２９の外側には固定枠３１ａが取り付けられている。固定枠３１ａの下端部にはハンド取付板３１が取り付けられている。
【００２４】
ハンド取付板３１の上面部には円筒部３２が一体に形成されている。円筒部３２とギアードモータ２７の回転軸１２とは、キーとキー溝機構によって相互に回転不能に装着され、回転軸１２が回転すると、ハンド取付板３１が回転軸１２と一体に回転するように構成されている。
【００２５】
図１、図２に示すように、チャック機構１４は、ボルト等によりハンド取付板３１に固定されるチャックベース３３を備えている。チャックベース３３の相対する側壁部間にはモータ３４により回転されるスクリュー３５が設けられており、スクリュー３５にはスライドブロック３６が螺着されている。チャックベース３３には、スライドブロック３６の移動方向と移動量を検出信号として出力するリニアエンコーダ３７が設けられている。スライドブロック３６には、爪支持部３８が設けられており、爪支持部３８に爪片３９が取り付けられている。
【００２６】
スクリュー３５の中央部両側には、右ねじと左ねじによって互いに逆方向に延びるねじ山が形成されている。スクリュー３５の右ねじと左ねじのねじ山にはそれぞれスライドブロック３６が螺着されている。チャックベース３３側には、スクリュー３５に沿って延びる図示しないガイド溝が穿設されており、このガイド溝には前述のスライドブロック３６がそれぞれスライド自在に装着されている。スライドブロック３６の移動方向と移動量を検出するリニアエンコーダ３７は、チャックベース３３側に設けられているが、スライドブロック３６側に設けられていても良い。
【００２７】
このリニアエンコーダ３７で検出されたスライドブロック３６の移動方向と移動量は前述の多関節ロボット４の制御装置５０に送信される。多関節ロボット４の制御装置５０は、リニアエンコーダ３７の移動量と移動方向並びに第１アーム６、第２アーム７、Ｚ軸５、θ軸８、ＡＣサーボモータ１８の各々の動きを監視し、これらの動きに合わせてハンド１が所定の動作を行うように、ＡＣサーボモータ１８と、ＡＣサーボモータ２７並びにリニアモータ３４を駆動制御する。
【００２８】
図４はこの実施形態の多関節ロボット用ハンドを用いた多関節ロボット４によって、ワークを把持するときの様子を示す概念図である。図４において、ロボット用ハンド１はワーク４０を搬送するベルトコンベア４１の上方に配置されており、ワーク４０の把持のために待機している。ベルトコンベア４１の上方であってワーク４０を搬送する流れの上流側にはワーク４０の姿勢を監視するＣＣＤカメラ４２が配備されている。ベルトコンベア４１の更に上流側にはワーク４０をベルトコンベア４１上に搬入するフィーダ４３が配備されている。また、ベルトコンベア４１の搬送方向の下流には、把持されなかったワーク４０ａをフィーダ４３側に戻すためのベルトコンベア４４が配備されている。ベルトコンベア４１からベルトコンベア４４上に落下したワーク４０ａはベルトコンベア４４に搬送されて図示しない傾斜したベルトコンベアによりフィーダ４３の開口部４３ａ内部に投入され、把持されなかったワーク４０がベルトコンベア４１、４４、フィーダ４３を循環するようになっている。
【００２９】
ＣＣＤカメラ４２はベルトコンベア４１の上のワーク４０を監視しており、ＣＣＤカメラ４２の撮影画像は、前述の多関節ロボット４の制御装置５０に対して送信される。制御装置５０は、ＣＣＤカメラ４２が撮影した撮影画像を、予め撮影したワーク４０の撮影画像と対比する。制御装置５０には、ベルトコンベア４１上に搬入されるワーク４０の姿勢についての撮影画像と、その撮影画像におけるワーク４０の姿勢についてのチャック機構１４が向くべき方向が記憶されている。
【００３０】
ＣＣＤカメラ４２とベルトコンベア４１上のワーク４０のアライメントはほぼ一定であるので、ＣＣＤカメラ４２はベルトコンベア４１上のワーク４０を撮影すると、ピントの合ったワーク４０の画像を撮影できる。制御装置５０には、ベルトコンベア４１上に蒔かれたワーク４０が取り得る姿勢が予め撮影画像として多数記憶されていると共に、個々の撮影画像については、その撮影画像のワーク４０を掴むときに多関節ロボット４のＺ軸５のあるべき位置並びにロボット用ハンド１が向くべき方向がテーブルとして記憶されている。すなわち、ロボット用ハンド１でワーク４０を掴むときのロボット用ハンド１の姿勢と、多関節ロボット４のＺ軸５の水平移動および上下移動並びにθ軸角度は、相互に関連しており、これらのデータはワーク４０の撮影画像の組となって制御装置５０に予め記憶されている。
【００３１】
従って、制御装置５０は、ＣＣＤカメラ４２からワーク４０の撮影画像を送信されたときに、その送信された撮影画像を予め記憶した撮影画像と対比して最も近似した撮影画像を選択し、その撮影画像のワーク４０の姿勢にあうように、多関節ロボット４のＺ軸５を制御すると共に、ロボット用ハンド１の向きを制御し、チャック機構１４を操作してワーク４０を掴む。その際に、ＣＣＤカメラ４２で撮影したワーク４０の撮影画像に基づいて、多関節ロボット４のＺ軸５の水平位置および上下位置並びにθ軸回転角度を演算せずに、撮影画像に最も近似した記憶画像を選択決定し、その記憶画像に関連づけられた多関節ロボット４の動作およびロボット用ハンド１の動作に従って制御を行うので、迅速なワーク４０の把持動作を行うことができる。
【００３２】
以上説明したように、この実施形態の多関節ロボット用ハンド１は、多関節ロボット４の出力端であるＺ軸５に取り付けられ、Ｚ軸５の水平方向の移動および上下方向の移動更にＺ軸５周りに回転制御可能に取り付けられるものである。そして、ロボット用ハンド１のハンドベース２の可動部１１は、Ｚ軸５の延びる鉛直軸方向に対して直交する回転軸１０に対して軸周り方向に回転角度制御可能に取り付けられている。また、一対の爪片３９を有する台座部１３が回転軸１０に対して更に直交する回転軸１２の軸周り方向に回転可能に装着され、台座部１３には、モータ３４により互いに対向して接近・離間可能とされてワークを把持可能な一対の爪片３９を有するチャック機構１４が設けられている。
【００３３】
可動部１１を首振り動作させるギアードモータ１８と、台座部１３を回転動作させるギアードモータ２７と、チャック機構１４の一対の爪片３９を開閉するモータ３４は、制御装置５０により制御される。ギアードモータ１８、２７の移動量および移動方向は、ギアードモータ１８、２７に設けられたロータリーエンコーダの検出信号に基づいて制御される。また、チャック機構１４を開閉するモータ３４は、リニアエンコーダ３７の検出信号に基づいて制御装置５０により制御され、一対の爪片３９の開閉動作を制御する。
【００３４】
上記のロボット用ハンド１によれば、多関節ロボット４の制御装置５０により、多関節ロボット４の動作制御に加えて、首振り機構１５と回転機構３０の両者の軸周り方向に回転角度調整可能であるので、チャック機構１４を様々な方向に向けることができる。加えてリニアモータ３４の制御により一対の爪片３９で様々な姿勢のワーク４０を把持できる。
【００３５】
上記の多関節ロボット用ハンド１においては、一対の爪片３９は対称的に接近・離間可能なミラー動作型チャックにより構成されているので、一対の爪片３９の中央部にワーク４０を位置させて把持できる。これにより、台座部１３を様々な角度に動かしても一対の爪片３９の間にワーク４０を位置させ易く、ワーク４０を把持しやすい。そして、多関節ロボット４の制御装置５０は、上記のロボット用ハンド１を備え、ＣＣＤカメラ４２の撮影画像から最も適当なロボットハンド１の向きを即時に決定できるので、様々な姿勢のワーク４０を、ワーク４０の姿勢に合わせて迅速に掴み取ることができ、しかも安価な構成でこれを達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態にかかる多関節ロボット用ハンドの概略図である。
【図２】図１のロボット用ハンドの可動部を回転軸周りに回動させた状態の説明図である。
【図３】図１、図２のロボット用ハンドのハンドベースの構成を示す概略図である。
【図４】図１乃至図３に示したロボット用ハンドを用いてワークを把持する状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１：ロボット用ハンド、  ２：ハンドベース、  ４：多関節ロボット、  ５：Ｚ軸、  ９：固定部、  １０：回転軸、  １１：可動部、  １２：回転軸、  １３：台座部、  １４：チャック機構、  １５：首振り機構、  １８：ギアードモータ、  ２７：ギアードモータ、  ３０：回転機構、  ３４：リニアモータ、  ３９：爪片、  ４０：ワーク、  ５０：制御装置（ロボット用ハンドの制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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