JP2008055532A - 産業用ロボットのハンド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同一のハンド装置で、異種形状や寸法違いを含む多数のワークを把持することができる複数の指（フィンガー）を駆動する方式のハンド装置を、各指に１個のモータを必要とせず、安価で、かつ小さなサイズのハンド装置であっても大きな把持力を実現できる産業用ロボットのハンド装置を提供。
【解決手段】第１のサーボモータ３を作動させるとボールねじ２が回転し、ボールねじナット20に固定されているブロック６がスライドする。ブロック６の溝71、72、72にカムフォロア５が引っかかっているために、フィンガー４、16、16が揺動し、開閉する。第２のサーボモータ28、28を作動させると、フレーム１にボールねじ２と同軸の軸心のまわりに旋回可能に固定された１対のブラケット15、15に支持された第２のフィンガー16、16が１対の深い周溝72、72に案内されて開くように対称に旋回する。
【選択図】図１

Description

本発明は異種形状や寸法違いを含む多数のワークを把持可能な産業用ロボットのハンド装置に関する。

従来の製造ラインで作業を行う産業用ロボットシステムのハンド装置には、ワークをハンドリングする用途で使用されるものが多く存在する。製造ラインへの素材の投入、加工機械へのワークの着脱、箱詰めなど、産業用ロボットを活用した自動化システムは非常に多様な分野で使われている。ハンドリングロボットの先端には、通常、ロボットハンド又はハンド装置と呼ばれるワークを把持するハンド装置が搭載される。かかるハンド装置は、多くの場合、エアシリンダで駆動される。
特許第３２４５０９５号公報 ＵＳ２００４／０１０３７４０Ａ１

ところが、同一のロボットシステムが異種形状や寸法違いを含む多数のワークをハンドリングする場合、同一のハンド装置では把持することができないことが多い。そこで、ワークの形状や寸法に適合した仕様の複数のハンド装置を準備し、これらをオートツールチェンジャを介してロボットに取り付け、生産品種変更時に、ロボットに搭載するハンド装置を取り替えることで対応する方法がある。しかしながら、オートツールチェンジャを介して取り付けられたハンド装置を取り替えるためには、交換動作のための時間が必要であり、頻繁に生産品種を変更する製造ラインの場合は、生産効率が落ちるという問題があった。さらに、多種の形状、寸法のワークに対応するためには、これに対応した多数のハンド装置を準備する必要があり、加えて、オートツールチェンジャも準備する必要があるなど、設備コストが高くなるというデメリットがあった。また、例えば特許文献１又は特許文献２に記載するように、同一のハンド装置で、異種形状や寸法違いを含む多数のワークを把持する方法として、複数の指（フィンガー）からなり、複数のモータにより各々の指を駆動する方式のハンド装置が知られている。

しかしながら、これらの特許文献１又は特許文献２に記載する発明によれば、ハンド装置は複数の指（フィンガー）で構成されているが、各指の指を開閉するために、各指に１個のモータが必要であり、コストが高くなるという欠点があった。また、ワークを把持した時に、複数の指がワークに及ぼす力にバランスが取れていないと、ワークを安定して把持することができず、これを克服するために、複雑な制御方法が必要となり、難解であるという欠点があった。さらに、小さなサイズのハンド装置を作る場合、指を開閉する関節部の駆動伝達用に小さなサイズの歯車を使用せざるを得ないため、大きなトルクを伝達することができず、大きな把持力を実現するのが困難であるという欠点があった。

本発明の課題はかかる従来の課題を解決した、ワークの形状や寸法に適合した仕様の複数のハンド装置を準備し、これらをオートツールチェンジャを介して、生産品種変更時に、ロボットに搭載するハンド装置を取り替えることで対応することではなく、同一のハンド装置で、異種形状や寸法違いを含む多数のワークを把持することができる複数の指（フィンガー）を駆動する方式のハンド装置を、各指毎に各１個のモータを必要とせず、複数の各指がワークに及ぼす力のバランスを取ることを容易に実現でき、安価でかつ小さなサイズのハンド装置であっても大きな把持力を実現できる産業用ロボットのハンド装置を提供することにある。

このため本発明は、フレームと、前記フレームに縦方向に回転可能に支持されたボールねじ又は台形ねじと、前記フレームに固定され、前記ボールねじ又は台形ねじを回転駆動する第１のサーボモータと、前記フレームに１端を水平軸の回りに回転可能に支持されかつ前記１端に延長かぎ形部を有する第１のＬ字状フィンガーと、
前記フレームに前記ボールねじ又は台形ねじと同軸の軸心のまわりに旋回可能に固定された１対のブラケットと、各前記ブラケットにそれぞれ１端を水平軸の回りに回転可能に支持されかつ前記１端に延長かぎ形部を有する第２のＬ字状フィンガーと、
各前記ブラケットにそれぞれ固定された回転軸と、前記回転軸に固定され相互に噛み合った１対の歯車と、前記フレームに固定され、前記１対の歯車のいずれか一方の回転軸にその出力軸が連結された第２のサーボモータと、
前記第１と第２のＬ字状フィンガーの各前記延長かぎ形部端部に前記水平軸と平行な第２の水平軸の回りに回転可能に支持されたカムフォロア、ローラ又はピンと、
前記ボールねじ又は台形ねじのナットに固定され、前記カムフォロア、ローラ又はピンを回転可能に支持する１個の溝及び１対の深い周溝を有するブロックと、
前記フレーム１に少なくともその１端が固定され他端が前記ブロックを前記ボールねじ又は台形ねじの軸方向に案内する直動軸受又は直動ガイドとからなり、
各前記水平軸又は各前記第２の水平軸は同一平面上に又はそれぞれ自身の同一平面上に位置し、前記サーボモータを動作させることにより各前記フィンガーの他端が開閉するようにしたことを特徴とする産業用ロボットのハンド装置によって上述した本発明の課題を解決した。

本発明では、１個のハンドで、平行ハンドとしても、３ツ爪ハンドとしても使用できるため異種形状や寸法違いを含む多数のワークを把持することができ、また、同じワークを、さまざまな方向から、いろ いろなクランプ方法を選択することができる。さらに本発明のハンド装置は、第１と第２のＬ字状フィンガーの３個のフィンガーを有しかつ３個のフィンガーが開閉する際、求心動作を行うために、それぞれ同一のハンド装置で、２個のフィンガーの最大掴み寸法以内の多数のワークを把持することができる複数のフィンガーを駆動する方式のハンド装置を、各フィンガー毎に各１個のモータを必要とせず、複数のフィンガーの開閉動作を１個のモータで駆動するためコストを安くすることができ、各水平軸、各第２の水平軸は同一平面上に又はそれぞれ自身の同一平面上に位置して、少なくとも２個の指が開閉する際、精度よく求心クランプ動作を行い、各指の把持力のバランスを取るために、複数のモータの動作位置、動作速度、複数のモータの出力を調整する必要がなくクランプの動作制御が容易で、関節部に歯車などの減速機構を使用せず、ボールねじ又は台形ねじによる大きなトルクを伝達することが可能となり大把持力のハンドを作ることができる産業用ロボットのハンド装置を提供するものとなった。

本発明の実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置を示す一部を切り欠いた概略側面ブロック図、図２は図１の概略底面図、図３は図１の概略斜視図、図４は図１の１対のＬ字状フィンガーが２個の第２のサーボモータによりボールねじ又は台形ねじと同軸の軸心のまわりに同じ向きになるまで旋回された状態を示す底面図、図５は図１の１対のＬ字状フィンガーが閉じられた状態を点線で示す一部を切り欠いた概略側面ブロック図、図６は図１の産業用ロボットのハンド装置を搭載したロボットを示す概略側面ブロック図である。

図６に示すように、床に固定された多関節ロボット９のアーム21の先端にハンド装置のフレーム１が固定されている。図１に示すように、本発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置では、ハンド装置のフレーム１には縦方向に回転可能に支持されたボールねじ２（台形ねじでもよい）が回転自在に固定されている。フレーム１にはボールねじ２を回転駆動する第１のサーボモータ３が固定されている。ボールねじ２の軸端とサーボモータ３の軸端にはそれぞれプーリ10、11が固定されており、プーリ10、11の間にはタイミングベルト12が掛けられている。さらにハンド装置は、フレーム１に１端26を水平軸８の回りに回転可能に支持されかつ１端26に延長かぎ形部17を有する第１のＬ字状フィンガー４と、フレーム１にボールねじ２と同軸の軸心のまわりに旋回可能に固定された１対のブラケット15、15と、各ブラケット15、15に１端26を水平軸８の回りに回転可能に支持されかつ１端26に延長かぎ形部17を有する第２のＬ字状フィンガー16、16と、
図３に示すように、各ブラケット15、15にそれぞれ固定された回転軸29、29と、回転軸29、29に固定され相互に噛み合った１対の歯車27、27と、１対の歯車27、27のいずれか一方の回転軸にその出力軸が連結された第２のサーボモータ28と、
第１と第２のＬ字状フィンガー４、16、16の各延長かぎ形部端部17に水平軸８と平行な第２の水平軸19の回りに回転可能に支持されたカムフォロア５（ローラ又はピンでもよい）と、ボールねじ２のナット20に固定され、カムフォロア５を回転可能に支持する１個の溝71及び１対の深い周溝72、72を有するブロック６と、
フレーム１に少なくともその１端が固定され他端が前記ブロックを前記ボールねじ又は台形ねじの軸方向に案内するシャフト13とボールブッシュ14からなる直動ガイド（直動軸受でもよい）とからなり、
各水平軸８又は各第２の水平軸19は同一平面上に又はそれぞれ自身の同一平面上に位置し、第１のサーボモータ３を動作させることにより各前記フィンガー４、16、16の他端が開閉するようにした。図２では、各第１の水平軸８又は各第２の水平軸19はそれぞれボールねじ２の軸方向に対して直交し、かつ、互いに 120度を成している。３個のフィンガー４、16、16は内側にＣ字状に曲げられているが、直線状又は他の形状に曲げられていてもよい。第１と第２のサーボモータ３、28とその各出力軸との間には、必要なときは、図示しない減速機が介されている。

ここで、第１のサーボモータ３を作動させると、プーリ10、11とタイミングベルト12を介してボールねじ２が回転し、ボールねじナット20に固定されているブロック６がスライドする。ブロック６の溝71、72、72にカムフォロア５が引っかかっているために、フィンガー４、16、16が揺動し、開閉する。予め記録した位置に第１のサーボモータ３を動作させることで、自在な位置にフィンガー４、16、16を開閉することができ、目的のワークのサイズに合わせて、クランプ動作をさせることができる。また、フィンガー４、16、16でワークをクランプした上で、第１のサーボモータ３をフィンガー４、16、16がクランプする方向に動作する方向に動作するように電流（ストール電流）を流すことで、ワークをクランプする。電流を加減することでクランプ力を調整する。
第２のサーボモータ28を作動させると、第２のフィンガー16、16が１対の深い周溝72、72に案内されてボールねじ２と同軸の軸心のまわりに開くように、対称に旋回する。例えば、図４に点線で示すように、第２のフィンガー16、16が同じ向きになるとき、第２のフィンガー16、16は第１のフィンガー４と相対し、ハンド装置は、第１のフィンガー４と第２のフィンガー16、16による平行ハンドの形態を成し、平行ハンドとして四角のワークの把持や、円筒形状のワークを横からクランプしハンドリングするのに適する。また、図２に示すように、第２のフィンガー16、16が、互いに 120度の角度をなすとき、３個のフィンガー４、16、16は相互に 120度の相対位置となり、ハンド装置は、３ツ爪ハンドの形態をなし、いわゆる三ツ爪ハンドとして使用し、円筒形状のワークを把持する場合、軸方向からクランプすることができる。

本発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置は、１個のハンドで、平行ハンドとしても、３ツ爪ハンドとしても使用できるため異種形状や寸法違いを含む多数のワークを把持することができ、また、同じワークを、さまざまな方向から、いろ いろなクランプ方法を選択することができる。さらに本発明のハンド装置は、第１と第２のＬ字状フィンガーの３個のフィンガーを有しかつ３個のフィンガーが開閉する際、求心動作を行うために、それぞれ同一のハンド装置で、２個のフィンガーの最大掴み寸法以内の多数のワークを把持することができる複数のフィンガーを駆動する方式のハンド装置を、各フィンガー毎に各１個のモータを必要とせず、複数のフィンガーの開閉動作を１個のモータで駆動するためコストを安くすることができ、各水平軸、各第２の水平軸は同一平面上に又はそれぞれ自身の同一平面上に位置して、少なくとも２個の指が開閉する際、精度よく求心クランプ動作を行い、各指の把持力のバランスを取るために、複数のモータの動作位置、動作速度、複数のモータの出力を調整する必要がなくクランプの動作制御が容易で、関節部に歯車などの減速機構を使用せず、ボールねじ又は台形ねじによる大きなトルクを伝達することが可能となり大把持力のハンドを作ることができる産業用ロボットのハンド装置を提供するものとなった。

本発明の実施形態の産業用ロボットのハンド装置を示す一部を切り欠いた概略側面ブロック図。 図１の概略底面図。 図１の概略斜視図。 図１の１対のＬ字状フィンガーが２個の第２のサーボモータによりボールねじ又は台形ねじと同軸のまわりに同じ向きになるまで旋回された状態を示す底面図。 図１の１対のＬ字状フィンガーが閉じられた状態を点線で示す一部を切り欠いた概略側面ブロック図。 図１の産業用ロボットのハンド装置を搭載したロボットを示す概略側面ブロック図である。

符号の説明

１：ハンド装置のフレーム、２：ボールねじ、３：第１のサーボモータ
４：第１のフィンガー、５：カムフォロア、６：ブロック、８：水平軸
13：直動ガイド、15、15：１対のブラケット、16、16：第２のフィンガー
17：延長かぎ形部、19：第２の水平軸、20：ボールねじナット、26：１端
27：１対の歯車、28：第２のサーボモータ、29：回転軸、71：溝、72：深い周溝

Claims (2)

1. フレームと、前記フレームに縦方向に回転可能に支持されたボールねじ又は台形ねじと、前記フレームに固定され、前記ボールねじ又は台形ねじを回転駆動する第１のサーボモータと、前記フレームに１端を水平軸の回りに回転可能に支持されかつ前記１端に延長かぎ形部を有する第１のＬ字状フィンガーと、
   前記フレームに前記ボールねじ又は台形ねじと同軸の軸心のまわりに旋回可能に固定された１対のブラケットと、各前記ブラケットにそれぞれ１端を水平軸の回りに回転可能に支持されかつ前記１端に延長かぎ形部を有する第２のＬ字状フィンガーと、
   各前記ブラケットにそれぞれ１個づつ固定された回転軸と、前記回転軸に固定され相互に噛み合った１対の歯車と、前記フレームに固定され、前記１対の歯車のいずれか一方の回転軸にその出力軸が連結された第２のサーボモータと、
   前記第１と第２のＬ字状フィンガーの各前記延長かぎ形部端部に前記水平軸と平行な第２の水平軸の回りに回転可能に支持されたカムフォロア、ローラ又はピンと、
   前記ボールねじ又は台形ねじのナットに固定され、前記カムフォロア、ローラ又はピンを回転可能に支持する１個の溝及び１対の深い周溝を有するブロックと、
   前記フレーム１に少なくともその１端が固定され他端が前記ブロックを前記ボールねじ又は台形ねじの軸方向に案内する直動軸受又は直動ガイドとからなり、
   各前記水平軸又は各前記第２の水平軸は同一平面上に又はそれぞれ自身の同一平面上に位置し、前記サーボモータを動作させることにより各前記フィンガーの他端が開閉するようにしたことを特徴とする産業用ロボットのハンド装置。
2. 床に固定された多関節型ロボットと、前記ロボットのアーム先端に搭載された請求項１又は請求項２記載の産業用ロボットのハンド装置を有することを特徴とする多関節型ロボット。

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