JP2010012581A - ロボットハンドとこれを用いたワーク位置決め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】把持位置のワークに位置ずれ（初期位置誤差）があっても、初期位置誤差を吸収してワークを把持でき、かつワークのアライメント（位置決め）ができ、さらに移載位置で位置ずれ（移載位置誤差）を生じることなくワークを開放できるロボットハンドとこれを用いたワーク位置決め方法を提供する。
【解決手段】ロボットのハンド取付部９に取り付けられたハンド本体１２と、ワーク上面でワーク１を着脱可能に把持する把持装置１４と、ハンド本体から把持装置を上下動及び水平移動可能に吊り下げるフローティング機構１６と、ハンド本体に上下動可能に取り付けられ、かつワーク上面の一部と係合し、把持装置を水平移動してワークを位置決め可能なサイドガイド１８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダブロック等のワークを把持しながら位置決めし、所定の位置に移載するロボットハンドとこれを用いたワーク位置決め方法に関する。

ワーク（例えばエンジンのシリンダブロック）がパレットやコンベア上に載せられており、これをロボットハンドにより把持して別の位置に移載する場合において、把持するワーク位置が正しい位置から移動したり（位置ずれ）、複数のワークの間隔が狭い場合がある。
そこでロボットを用いてワークを把持しながら位置決めし、移載するために、例えば特許文献１、２が既に提案されている。

特許文献１は、可搬重量が大きく、様々な可搬重量に対応でき、調整・保守の容易なロボットハンド装置を目的とする。
そのため、このロボットハンド装置は、図５に示すように、ワークを複数個所で把持する複数のクランパ５７〜５９と、これら複数のクランパをそれぞれ駆動する複数のエアシリンダ５１〜５３とを設ける。複数のクランパ５７〜５９とエアシリンダ５１〜５３によりワーク５５を把持する時は、所定の把持圧力で把持して搬送するとともに、ワーク５５を治具５４に挿入する時は、エアシリンダ５１〜５３の圧力を、ワークの把持圧力状態より低い圧力値に切り換えるものである。なおこの図で、５６はワークの側面穴に挿入して引っ掛けるピンである。

特許文献２は、位置決め時に生じた誤差を解消してワークを正確に把持しうるロボットハンドを目的とする。
そのため、このロボットハンドは、図６に示すように、上下動自在の把持装置６２の軸線周りに相対向して一対の爪６５ａ、６５ｂを配置し、爪開閉用アクチュエータ６７に取り付ける。各爪６５ａ、６５ｂには約４５°に刻まれたＶ字溝６６を設ける。また、各爪６５ａ、６５ｂの下部には支持板６８を取り付けるものである。なおこの図で６１は吸盤である。

特開２０００−６０７８号公報、「ロボットハンド装置」 特開平５−２９３７８４号公報、「ロボットハンド」

特許文献１のロボットハンド装置によるワーク把持動作は、まず、クランパ５７〜５８を広げた状態でワーク５５に近づき、次にクランパ５７〜５８を閉めたワークの横側から把持し、同時にワークのアライメント（位置決め）ができ、初期位置誤差を吸収するようになっている。
しかし、このロボットハンド装置では、クランパ５７〜５８を広げた状態で初期把持するため、隣接して他のワークや障害物があればクランパ５７〜５８がその間に挿入できず把持できない問題点があった。

特許文献２のロボットハンドは、ワークの上面から持ち上げ、その後爪６５ａ、６５ｂによりアライメント（位置決め）するので、上記問題点を解決することができる。
しかし、このロボットハンドでは、真空パッド６１（吸盤）でワークを把持するため、中重量物（５０ｋｇ程度）を把持するのは困難である。また、上面に貫通穴があるワーク（例えばシリンダブロック）には適用できない。さらに、爪の下部に支持板６８があるためワークを開放する前に、爪６５ａ、６５ｂを開放する必要があり、そのとき移載位置が狂うおそれがある。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の主目的は、把持位置のワークに位置ずれ（初期位置誤差）があっても、初期位置誤差を吸収してワークを把持でき、かつワークのアライメント（位置決め）ができ、さらに移載位置で位置ずれ（移載位置誤差）を生じることなくワークを開放できるロボットハンドとこれを用いたワーク位置決め方法を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、５０ｋｇ程度を超える中重量物を把持することができ、上面に貫通穴があるワーク（例えばシリンダブロック）にも適用できるロボットハンドとこれを用いたワーク位置決め方法を提供することにある。

本発明によれば、ロボットのハンド取付部に取り付けられ、ワークを把持しながら位置決めし、所定の位置に移載するためのロボットハンドであって、
前記ハンド取付部に取り付けられたハンド本体と、
ワーク上面でワークを着脱可能に把持する把持装置と、
該ハンド本体から把持装置を上下動及び水平移動可能に吊り下げるフローティング機構と、
前記ハンド本体に上下動可能に取り付けられ、かつワーク上面の一部と係合し、前記把持装置を水平移動してワークを位置決め可能なサイドガイドとを備えた、ことを特徴とするロボットハンドが提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記把持装置は、ワーク上面に密着してこれに吸着する電磁石と、該電磁石の水平方向対向位置に位置し、サイドガイドと係合して電磁石を水平移動させる複数の電磁石ガイドとを有する。

また、前記フローティング機構は、下端が前記電磁石の上面に固定され、上方に延び、上端がハンド本体に上下動及び水平移動可能に支持された複数の吊り下げ部材と、前記電磁石を上方に付勢してその重量をキャンセルするバランススプリングとを有する。

また、前記サイドガイドは、ワーク上端の対向する外面と係合してワークをその間のアライメント位置に水平移動して挟持する複数の爪部と、前記複数の電磁石ガイドと係合して電磁石を前記アライメント位置に水平移動させる複数の本体ガイドとを有する。

また、本発明によれば、ロボットのハンド取付部に取り付けられ、ワークを把持しながら位置決めし、所定の位置に移載するためのロボットハンドを用いたワーク位置決め方法であって、
把持装置を上下動及び水平移動可能に吊り下げ、該把持装置によりワーク上面でワークを把持し、
サイドガイドをワーク上面の一部と係合させ、かつ前記把持装置を水平移動してワークをアライメント位置に位置決めする、ことを特徴とするワーク位置決め方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、把持装置とサイドガイドによりワークを位置決めした状態で、所定の移載場所にアライメント位置を保持したままワーク下面を載せ、サイドガイドをワーク上面の一部と係合させたままで、該把持装置によるワークの把持を開放し、次いで、サイドガイドとワーク上面との係合を解除する。

上記本発明の装置と方法によれば、把持装置がフローティング機構により上下動及び水平移動可能に吊り下げられ、サイドガイドがワーク上面の一部と係合し、前記把持装置を水平移動してワークを位置決め可能に構成されているので、把持装置によりワーク上面でワークを把持し、サイドガイドにより把持装置を水平移動してワークをアライメント位置に位置決めすることにより、把持位置のワークに位置ずれ（初期位置誤差）があっても、ワークのアライメント（位置決め）ができる。

特に、前記サイドガイドが、ワーク上端の対向する外面と係合してワークをその間のアライメント位置に水平移動して挟持する複数の爪部を有することにより、爪部の水平方向の厚さが挿入できる隙間のみで、ワークの初期位置誤差を吸収してワークを把持できる。

また、上記本発明の装置と方法によれば、把持装置とサイドガイドによりワークを位置決めした状態で、所定の移載場所にアライメント位置を保持したままワーク下面を載せ、サイドガイドをワーク上面の一部と係合させたままで、該把持装置によるワークの把持を開放し、次いで、サイドガイドとワーク上面との係合を解除することにより、 サイドガイドでアライメントされたままで把持装置を開放するため，開放位置が狂わない。従って、移載位置で位置ずれ（移載位置誤差）を生じることなくワークを開放できる。

特に好ましい実施形態によれば、把持装置は電磁石（マグネット）であり、上面からマグネットでワークを持ち上げるので、上面から把持するためワークのとなりに他のワークや障害物があっても問題ならない。
また、マグネットを採用するため中重量物の把持が可能である。
また、把持装置をフローティング機構で上下動及び水平移動可能に吊り下げるので、サイドガイドの本体ガイドと把持装置の電磁石ガイドとの係合により、ワークの位置をアライメントすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明によるロボットハンドの第１実施形態図である。
この図において、本発明のロボットハンド１０は、ハンド本体１２、把持装置１４、フローティング機構１６およびサイドガイド１８を備え、ロボットのハンド取付部９に取り付けられ、ワーク１を把持しながら位置決めし、ワーク１を所定の位置に移載する。

ワーク１は、この例では、エンジンのシリンダブロックであり、上面に複数のシリンダ穴を有し、全体が鋳鉄製であり、重量は５０ｋｇ程度である。
なお、ワークはこの例に限定されず、パレット２やコンベア上にワークの上面が水平に載せられ、その上面の形状が一定であるかぎりで、どのようなワークであってもよい。

ハンド本体１２は、ロボットのハンド取付部９のこの例では下面に取り付けられている。ハンド取付部９は、ロボットにより好ましくは水平を保持しながら所定の距離内で３次元的に移動し、かつ水平に回転可能に構成されている。

把持装置１４は、ワーク上面でワーク１を着脱可能に把持する。
把持装置１４は、この例では、電磁石１４ａと複数の電磁石ガイド１４ｂとを有する。
電磁石１４ａは、ワーク１に吸着してこれを吊り下げ可能なマグネットであり、ワーク上面に密着する下面を有し、密着して通電することによりワーク１を吊り下げ可能に吸着し、通電中止（切断）により吸着を解除する。
複数の電磁石ガイド１４ｂは、電磁石１４ａの左右及び前後に水平方向に対向して位置し、それぞれの外方端が、上方が凸のテーパ面であり、サイドガイド１８の本体ガイド１８ｂ（後述する）と係合して電磁石１４ａをアライメント位置に水平移動させるようになっている。

フローティング機構１６は、ハンド本体１２から把持装置１４を上下動及び水平移動可能に吊り下げる。
フローティング機構１６は、この例では、複数（２又は３以上）の吊り下げ部材１６ａとバランススプリング１６ｂを有する。
吊り下げ部材１６ａは、下端が電磁石１４ａの上面に固定され、上方に延び、上端がハンド本体１２に上下動及び水平移動可能に支持されている。この例で、吊り下げ部材１６ａの上端は、中間部分より大径のフランジ部であり、このフランジ部がハンド本体１２に支持された状態で、上下動及び水平移動可能になっている。
バランススプリング１６ｂは、この例では、ハンド本体１２と電磁石１４ａに両端が取り付けられた引張りバネであり、このバネの弾性により電磁石１４ａを上方に付勢してその重量をキャンセルするようになっている。

サイドガイド１８は、ハンド本体１２に取り付けられたリニアアクチュエータ１７（例えばエアシリンダ）により、ハンド本体１２に上下動可能に取り付けられている。
サイドガイド１８は、この例では、複数の爪部１８ａと複数の本体ガイド１８ｂを有する。複数の爪部１８ａは、下端外方が下方に凸のテーパ面を有し、このテーパ面がワーク上端の対向する外面１ａと係合してワーク１をその間のアライメント位置に水平移動して挟持する。また、複数の本体ガイド１８ｂは、内方下端が内方に凸のテーパ面を有し、複数の電磁石ガイド１４ｂのテーパ面と係合して電磁石１４ａを前記アライメント位置に水平移動させるようになっている。
この構成により、サイドガイド１８は、ワーク上面の一部（ワーク上端の対向する外面１ａ）と係合し、把持装置１４（電磁石１４ａ）を水平移動してワーク１をその間のアライメント位置に位置決め可能に構成されている。

図２は、本発明によるワーク位置決め方法の前半の説明図である。この図は、パレットやコンベア上に載せられた把持位置のワーク１を本発明のロボットハンド１０で把持し、把持した状態でワーク１の位置決めをするまでを示している。

この図に示すように、本発明の前半のワーク位置決め方法では、
（Ａ）ロボットによりロボットハンド１０をワーク１の上部まで移動し、
（Ｂ）ロボットハンド１０を下降させてワーク１の上面に電磁石１４ａを押し付け、この状態で電磁石１４ａに通電することによりワーク１を吊り下げ可能に吸着し、
（Ｃ）ワーク１を少し持ち上げるまでロボットハンド１０を上昇させ、この状態で、把持装置１４に作用する荷重を本体ガイド１８ｂのテーパ面で支持し、
（Ｄ）サイドガイド１８を下降させて、吊り下げ部材１６ａのフランジ部がハンド本体１２に支持された状態とし、
（Ｅ）サイドガイド１８をさらに下降させて、複数の爪部１８ａのテーパ面をワーク上端の対向する外面１ａと係合させてワーク１をその間のアライメント位置に水平移動して挟持する。
（Ｆ）この状態で、ワーク１は、サイドガイド１８により水平方向位置がアライメント（位置決め）され、かつ把持装置１４と吊り下げ部材１６ａのフランジ部でワーク１の荷重を支えている。
上述した（Ａ）〜（Ｅ）のステップにより、把持位置のワーク１の把持と、把持した状態でのワーク１の位置決めが完了し、（Ｆ）の状態でワーク１を別の移載場所まで移動する。

すなわち、図２に示す本発明のワーク位置決め方法では、把持装置１４をフローティング機構１６により上下動及び水平移動可能に吊り下げ、把持装置１４によりワーク上面でワーク１を把持し（Ａ〜Ｄ）、サイドガイド１８をワーク上面の一部と係合させ、かつ前記把持装置を水平移動して（Ｅ）、ワーク１をアライメント位置に位置決めする。

上述した本発明の装置と方法によれば、把持装置１４がフローティング機構１６により上下動及び水平移動可能に吊り下げられ、サイドガイド１８がワーク上面の一部と係合し、把持装置１４を水平移動してワーク１を位置決め可能に構成されているので、把持装置１４によりワーク上面でワーク１を把持し、サイドガイド１８により把持装置１４を水平移動してワーク１をアライメント位置に位置決めすることにより、把持位置のワーク１に位置ずれ（初期位置誤差）があっても、ワークのアライメント（位置決め）ができる。

特に、サイドガイド１８が、ワーク上端の対向する外面と係合してワーク１をその間のアライメント位置に水平移動して挟持する複数の爪部１８ａを有することにより、爪部１８ａの水平方向の厚さが挿入できる隙間のみで、ワークの初期位置誤差を吸収してワークを把持できる。

図３は、本発明によるワーク位置決め方法の後半の説明図である。
この図に示すように、本発明の後半のワーク位置決め方法では、
（Ａ）図２の（Ｆ）の状態でロボットによるロボットハンド１０でワーク１を別の移載場所まで移動し、
（Ｂ）所定の移載場所において、ロボットハンド１０を下降させてアライメント位置を保持したままワーク１の下面を所定の位置に置き、
（Ｃ）この状態で電磁石１４ａの通電を切って、ワーク１の重量を移載場所に載せ代え、
（Ｄ）ワーク１を移載場所に載せたままで、サイドガイド１８を上昇させ、本体ガイド１８ｂのテーパ面を電磁石ガイド１４ｂのテーパ面と係合させて電磁石１４ａを前記アライメント位置に水平移動させ、
（Ｅ）ロボットハンド１０を上昇させる。
上述した（Ａ）〜（Ｅ）のステップにより、移載位置で位置ずれ（移載位置誤差）を生じることなくワークの開放が完了し、（Ｅ）の状態でワーク１を把持位置まで移動する。

すなわち、図３に示す本発明のワーク位置決め方法では、把持装置１４とサイドガイド１８によりワーク１を位置決めした状態で、所定の移載場所にアライメント位置を保持したままワーク下面を載せ、サイドガイド１８をワーク上面の一部と係合させたままで、把持装置１４によるワーク１の把持を開放し（Ａ〜Ｂ）、次いで、サイドガイド１８とワーク上面との係合を解除する（Ｃ〜Ｄ）。

上記本発明の装置と方法によれば、サイドガイド１８でアライメントされたままで把持装置１４を開放するため、開放位置が狂わない。従って、移載位置で位置ずれ（移載位置誤差）を生じることなくワークを開放できる。

また、上述した本発明の実施形態によれば、把持装置１４は電磁石（マグネット）であり、上面からマグネットでワーク１を持ち上げるので、対象とするワーク１のとなりに他のワークや障害物があっても問題ならない。
また、マグネットを採用するため中重量物の把持が可能である。
また、把持装置１４をフローティング機構１６で上下動及び水平移動可能に吊り下げるので、サイドガイド１８の本体ガイド１８ｂと把持装置１４の電磁石ガイド１４ｂとの係合により、ワーク１の位置をアライメントすることができる。

さらに上述した構成によれば、バランススプリング１６ｂにより、電磁石１４ａを上方に付勢してその重量をキャンセルするようになっているので、吊り下げ部材１６ａの上端のフランジ部がハンド本体１２に支持された状態で、フランジ部の面圧を小さくでき、その水平移動に対する抵抗を小さくできる。

図４は、本発明によるロボットハンドの第２実施形態図である。
この例では、吊り下げ部材１６ａのシャフトがハンド本体１２のフレームに直接あたらないように、シャフトの回りを覆うゴムスリーブ２１を有する。
この構成により、吊り下げ部材１６ａのシャフトとハンド本体１２のフレームとの当接による磨耗や騒音を低減することができる。

また、この例では、吊り下げ部材１６ａのフランジ部の下面にころがり摩擦の小さいボール２２を備え、シャフトの移動を容易にしている。

さらに、この例では、ハンド本体１２と電磁石１４ａの間にダンパー２３を備え、ワーク１の垂直移動をスムーズにしている。

また、複数の爪部１８ａの下端に、自由に回転するローラ２４を備え、その内方端がワーク上端の対向する外面１ａと係合してワーク１をその間に水平移動して挟持するようになっている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。なお、サイドガイド１８の変わりに，ワークにある穴を使って，ピンでアライメントしてもよい。

上述した第２実施形態のロボットハンドを用いた場合も、第１実施形態の場合と同様に、把持位置のワーク１に位置ずれ（初期位置誤差）があっても、初期位置誤差を吸収してワーク１を把持でき、かつワーク１のアライメント（位置決め）ができ、さらに移載位置で位置ずれ（移載位置誤差）を生じることなくワークを開放できる。
また、５０ｋｇ程度を超える中重量物を把持することができ、上面に貫通穴があるワーク（例えばシリンダブロック）にも適用できる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ワークが鉄製でない場合には、把持装置の電磁石の代わりに真空パッド（吸盤）を用いてもよい。

本発明によるロボットハンドの第１実施形態図である。 本発明によるワーク位置決め方法の前半の説明図である。 本発明によるワーク位置決め方法の後半の説明図である。 本発明によるロボットハンドの第２実施形態図である。 特許文献１のロボットハンド装置の模式図である。 特許文献２のロボットハンドの模式図である。

符号の説明

１ ワーク（シリンダブロック）、１ａ 外面、
９ ロボットのハンド取付部、
１０ ロボットハンド、１２ ハンド本体、
１４ 把持装置、１４ａ 電磁石、１４ｂ 電磁石ガイド、
１６ フローティング機構、
１６ａ 吊り下げ部材、１６ｂ バランススプリング、
１８ サイドガイド、１８ａ 爪部、１８ｂ 本体ガイド、
２１ ゴムスリーブ、２２ ボール、
２３ ダンパー、２４ ローラ

Claims (6)

1. ロボットのハンド取付部に取り付けられ、ワークを把持しながら位置決めし、所定の位置に移載するためのロボットハンドであって、
   前記ハンド取付部に取り付けられたハンド本体と、
   ワーク上面でワークを着脱可能に把持する把持装置と、
   該ハンド本体から把持装置を上下動及び水平移動可能に吊り下げるフローティング機構と、
   前記ハンド本体に上下動可能に取り付けられ、かつワーク上面の一部と係合し、前記把持装置を水平移動してワークを位置決め可能なサイドガイドとを備えた、ことを特徴とするロボットハンド。
2. 前記把持装置は、ワーク上面に密着してこれに吸着する電磁石と、該電磁石の水平方向対向位置に位置し、サイドガイドと係合して電磁石を水平移動させる複数の電磁石ガイドとを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記フローティング機構は、下端が前記電磁石の上面に固定され、上方に延び、上端がハンド本体に上下動及び水平移動可能に支持された複数の吊り下げ部材と、前記電磁石を上方に付勢してその重量をキャンセルするバランススプリングとを有する、ことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
4. 前記サイドガイドは、ワーク上端の対向する外面と係合してワークをその間のアライメント位置に水平移動して挟持する複数の爪部と、前記複数の電磁石ガイドと係合して電磁石を前記アライメント位置に水平移動させる複数の本体ガイドとを有する、ことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
5. ロボットのハンド取付部に取り付けられ、ワークを把持しながら位置決めし、所定の位置に移載するためのロボットハンドを用いたワーク位置決め方法であって、
   把持装置を上下動及び水平移動可能に吊り下げ、該把持装置によりワーク上面でワークを把持し、
   サイドガイドをワーク上面の一部と係合させ、かつ前記把持装置を水平移動してワークをアライメント位置に位置決めする、ことを特徴とするワーク位置決め方法。
6. 把持装置とサイドガイドによりワークを位置決めした状態で、所定の移載場所にアライメント位置を保持したままワーク下面を載せ、サイドガイドをワーク上面の一部と係合させたままで、該把持装置によるワークの把持を開放し、
   次いで、サイドガイドとワーク上面との係合を解除する、ことを特徴とする請求項５に記載のワーク位置決め方法。

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