JP2010158739A - ロボットハンド装置およびそのようなロボットハンド装置のアーム調節方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類のワークに対して柔軟な対応を行うことができる安価なロボットハンド装置を提供する。
【解決手段】ワークをハンドリングするロボットハンド装置２０は、ロボット１に取付けられるハンドベース２１と、ワークを把持する把持部をそれぞれが備えている少なくとも二つのアーム３０ａ〜３０ｃと、アームに取付けられていてアームをハンドベースに磁力で結合する磁力発生部３９とを具備する。さらに、少なくとも二つのアームのうちの一つのアームを一時的に保持するアーム保持機構部５０を具備してもよい。
【選択図】図５

Description

本発明は、ワークのハンドリング作業を行う産業用ロボットに備えられたロボットハンド装置およびそのようなロボットハンド装置のアーム調節方法に関する。

近年では、産業用ロボットはワークをハンドリングするのに広く使用されている。ロボットがハンドリングするワークは一種類であるとは限らず、単一のロボットが、形状および／または寸法の異なる複数種類のワークを把持する場合もある。そして、異なる種類のワークを把持する場合には、ロボットのハンドの把持部分を他の形状の把持部分に変更するか、またはロボットのハンド自体を他のハンドに交換する必要がある。

特許文献１に開示されるハンドは、変形拡大部を備えた第一ハンド交換部と、変形拡大部が挿入される凹部を備えた第二ハンド交換部とを含んでいる。そして、異なるワークを把持する場合には、第二ハンド交換部のみを交換している。

また、特許文献２に開示されるロボットのハンドベースには、二種類のアーム（把持爪）が設けられている。そして、一方のアームが他方のアームに対して相対移動することにより、異なるワークを把持するのに対応している。通常は、このようなアームを移動させる場合には、アームを摺動するためのレールがハンドベースに設けられる。そして、アームがレール上の所望の位置まで移動すると、アームに備えられたブレーキ機構により、アームをその位置で固定する。
特開平５−０２３８３号公報 特開２００５−１１８９５８号公報

しかしながら、特許文献１の場合においてワークの種類が増えると、ワークの種類に応じた数の第二ハンド交換部が必要となり、それらの作製にかなりの経費がかかることになる。また、第一ハンド交換部に連結される第二ハンド交換部は一つのみであるので、残りの複数の第二ハンド交換部を保管する必要があり、そのための保管スペースも膨大なものになる。

また、特許文献２の場合には、複数種類のワークに対応するために、複数のレールをハンドベースに設ける必要があり、従って、対応可能なワークの数には限界がある。さらに、特許文献１および特許文献２においては、ハンドベース上におけるアームの固定位置は限定されており、アームをハンドベース上の任意の位置の固定することはできない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、複数種類のワークに対して柔軟な対応を行うことができる安価なロボットハンド装置およびそのようなロボットハンド装置のアーム調節方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、ワークをハンドリングするロボットハンド装置において、ロボットに取付けられるハンドベースと、前記ワークを把持する把持部をそれぞれが備えている少なくとも二つのアームと、該アームに取付けられていて該アームを前記ハンドベースに磁力で結合する磁力発生部とを具備するロボットハンド装置が提供される。

すなわち１番目の発明においては、アームが磁力によりハンドベースに結合されているので、アームをハンドベースのどの場所にも配置できる。このため、ワークがどのような形状であっても、ワークに対応した場所までアームを移動させられ、従って、複数種類のワークに対して柔軟な対応を行うことができる。また、ワークの形状に応じた別のハンドを準備する必要はなく、またハンドベースにレールを設ける必要もないので、安価なロボットハンド装置を提供することができる。なお、当然のことながら、ハンドベースは磁力により結合できる材料、例えば金属から形成されている。また、磁力発生部は、電磁石または永久磁石であるのが好ましい。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記少なくとも二つのアームのうちの一つのアームを一時的に保持するアーム保持機構部を具備する。
すなわち２番目の発明においては、アームをハンドベースから取外す際にアームが保持されるので、アームの位置をハンドベース上において自動的に変更することができる。このことは、アームの重量が大きい場合に特に有利である。

３番目の発明によれば、２番目の発明において、前記アーム保持機構部が追加のロボットである。
すなわち３番目の発明においては、ハンドベースを備えたロボットを移動させることなしに、取外されたアームを所望の位置まで移動させられる。

４番目の発明によれば、３番目の発明において、さらに、前記ロボットまたは前記追加のロボットが前記磁力発生部を起動および停止する指令部を含む。

すなわち４番目の発明においては、磁力発生部として電磁石を使用できるので、アームを固定するために強力な磁力が必要とされる場合であっても、アームの取外し、および結合を容易に行うことができる。

５番目の発明によれば、請求項１に記載されるロボットハンド装置のアーム調節方法において、前記少なくとも二つのアームのうちの一つのアームをアーム保持機構部により保持し、前記アームの前記磁力発生部を停止し、前記アーム保持機構部により保持される前記アームを前記ハンドベースから取外し、前記アーム保持機構部により保持される前記アームを前記ハンドベース上の所望位置に配置し、前記アームの前記磁力発生部を起動して、前記アームを前記ハンドベースに取付ける、アーム調節方法が提供される。

すなわち５番目の発明においては、磁力を解除して取外されたアームをハンドベースのどの場所にも配置できる。このため、ワークがどのような形状であっても、ワークに対応した場所までアームを移動させられ、従って、複数種類のワークに対して柔軟な対応を行うことができる。また、ワークの形状に応じた別のハンドを準備する必要はなく、またハンドベースにレールを設ける必要もない。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくロボットハンド装置を含むシステムを示す図である。図１には、産業用ロボット、例えば六軸多関節ロボット１と、ロボットハンド装置２０と、これらロボット１およびロボットハンド装置２０を制御するロボット制御装置１０と、が主に示されている。

図１に示されるように、ロボットハンド装置２０は、結合面２２と裏面２３とを有する矩形プレート状のハンドベース２１を含んでいる。図１から分かるように、ハンドベース２１の裏面２３がロボット１の先端部分に取付けられており、それにより、ロボットハンド装置２０はロボット１の最終軸回りに回動するようになる。

また、複数、例えば三つのアーム３０ａ〜３０ｃがハンドベース２１の結合面２２に結合している。図２は、ロボットハンド装置の一つアームを拡大して示す拡大図である。図２においてはアーム３０ａを代表して示しているが、他のアーム３０ｂ、３０ｃはも同一の構成であり、これらの説明を省略する。

図２に示されるように、アーム３０ａはスリット３７が形成された細長状本体３１を備えている。細長状本体３１の基端には磁力発生部３９が取付けられている。磁力発生部３９は、例えば電磁石または永久磁石であるが、以下においては、磁力発生部３９が電磁石であるものとして説明する。アーム３０ａ等は磁力によりハンドベース２１に結合されるので、ハンドベース２１は、電磁石または永久磁石が結合可能な材料、例えば鉄などから形成される。

さらに、細長状本体３１の先端には互いに接近および離間する二つの爪部３５、３６が取付けられており、これら爪部３５、３６はワーク（図示しない）を把持する把持部としての役目を果たす。磁力発生部３９および爪部３５、３６はスリット３７を通るワイヤ３８を介してロボット１に接続されている。図１に示されるように、アーム３０ａ〜３０ｃのそれぞれのワイヤ３８は、結合面２２の貫通孔２５を通ってロボット１に接続されるものとする。

再び図１を参照すると、ロボット制御装置１０はデジタルコンピュータであり、ＣＰＵ１１と記憶部１６とを主に含んでいる。図示されるように、記憶部１６は、形状および／または寸法の異なる複数種類のワーク（図示しない）のワーク情報１７、例えば三次元寸法データなどをを記憶している。なお、本発明のロボットハンド装置２０により把持されるワークは、例えば分岐したケーブル、もしくはＣ字形状またはＴ字形状などに湾曲したパイプなどである。

さらに、記憶部１６は、ハンドベース２１の結合面２２におけるアーム３０ａ〜３０ｃの位置関係を含むアーム配置情報１８を記憶している。アーム配置情報１８は、アーム３０ａ〜３０ｃのうちのいずれかが移動されたときに適宜更新される。なお、図面には示さないものの、記憶部１６は、ロボットハンド装置２０の後述する動作プログラム、各種データなども含んでいるものとする。

また、ロボット制御装置１０のＣＰＵ１１は、アーム３０ａ〜３０ｃのそれぞれの磁力発生部３９を起動および停止する指令部１２と、ロボットハンド装置２０により把持されるべきワークおよびアーム配置情報１８に基づいてアーム３０ａ〜３０ｃの配置が適切であるか否かを判断する判断部１３とを含んでいる。さらに、ＣＰＵ１１は、把持されるべきワークおよびアーム配置情報１８に基づいて、アームの再配置位置を算出するアーム位置算出部１４も含んでいる。

なお、ＣＰＵ１１は爪部３５、３６からなる把持部を開閉する指令も出力するものとする。さらに、ロボットハンド装置２０により把持されるべきワークの選択、ワークの寸法などの入力に使用される入力部１５、例えばキーボード、マウスがロボット制御装置１０に接続されている。

図３は本発明に基づくロボットハンド装置が異なる種類のワークを把持するときの準備動作を示すフローチャートである。図３および後述する図４に示されるフローチャートを示す動作プログラムはロボット制御装置１０の記憶部１６に記憶されているものとする。以下、図３を参照しつつ、本発明のロボットハンド装置２０の準備動作を説明する。

はじめに、ステップ１１０において、操作者は、ロボットハンド装置２０が把持するワーク（図示しない）を選択する。この操作は、複数種類のワークのワーク情報１７から一つのワークのワーク情報を選択してもよく、また、操作者が入力部１５を用いてワークの三次元寸法データなどを入力してもよい。

次いで、ステップ１２０において、現在のアーム３０ａ〜３０ｃの結合面２２における位置関係をアーム配置情報１８から取得する。次いで、ステップ１３０において、判断部１３が、現在のアーム配置情報１８、つまりアーム３０ａ〜３０ｃの位置関係が、選択されたワークに整合しているか否かを判断する。言い換えれば、判断部１３は、現在の位置関係のアーム３０ａ〜３０ｃによって、選択されたワークを適切に把持できるか否かを判断する。

そして、現在の位置関係のアーム３０ａ〜３０ｃによってワークを適切に把持できると判断された場合には、処理を終了する。これに対し、現在の位置関係のアーム３０ａ〜３０ｃでは、ワークを適切に把持できないと判断された場合には、ステップ１４０に進んで、アームの再配置を行い、ワークを適切に把持できると判断されるまで処理を繰返すものとする。

図４は図３におけるアーム再配置工程を詳細に示すフローチャートであり、図５（ａ）から図５（ｃ）は固定式のアーム保持機構部を用いてアームの再配置工程を説明するための図である。以下、これら図面を参照して、ロボットハンド装置２０の一つのアーム３０ａの位置を変更する再配置工程を説明する。なお、初期状態においては、アーム３０ａ〜３０ｃのそれぞれの磁力発生部３９はいずれも起動されており、各アーム３０ａ〜３０ｃはハンドベース２１の結合面２２に結合しているものとする。

はじめに、ステップ１４１において、アーム保持機構部５０により、再配置されるべきアームを保持する。図５（ａ）においては、固定式のアーム保持機構部５０が示されており、アーム保持機構部５０の把持部５１がアーム３０ａを保持する。

次いで、ステップ１４２において、指令部１２がアーム３０ａの磁力発生部３９を停止させる指令を出力する。これにより、結合面２２に対するアーム３０ａの結合作用が解除され、アーム３０ａはアーム保持機構部５０の把持部５１に単に保持されるだけになる。

次いで、ステップ１４３においては、図５（ｂ）に示されるように、ロボット１を矢印Ａ１方向に動作させ、それにより、アーム３０ａをハンドベース２１の結合面２２から取外す。当然のことながら、ロボット１の移動はワイヤ３８の長さの範囲内に限定される。

その後、ステップ１４４において、アーム位置算出部１４は、選択されたワークの三次元寸法データおよび残りのアーム３０ｂ、３０ｃの位置関係に基づいて、アーム３０ａを再配置すべき結合面２２上の位置（再配置位置）を算出する。

次いで、ステップ１４５において、算出された再配置位置に基づいて、ロボット１が矢印Ａ２方向に移動され、それにより、アーム３０ａは結合面２２上の再配置位置に配置される。

次いで、ステップ１４６において、指令部１２がアーム３０ａの磁力発生部３９を起動する指令を出力し、アーム３０ａが結合面２２上の再配置位置に結合される。最終的に、ステップ１４７において、アーム保持機構部５０の爪部３５、３６を開放して、アーム３０ａを解放する。これにより、アーム３０ａは結合面２２上の他の位置に再配置され、従って、異なる種類のワークを適切に把持できるようになる。なお、アーム３０ａの再配置のみではワークを把持するのに十分でない場合には、同様の手法により残りのアーム３０ｂ、３０ｃも適宜再配置されるものとする。

このように、本発明においては、アーム３０ａ〜３０ｃのそれぞれが磁力発生部３９によりハンドベース２１の結合面２２に結合されているので、各アーム３０ａ〜３０ｃを結合面２２上のあらゆる場所に配置することができる。このため、ワークがどのような形状であっても、ワークに対応した場所までアームを移動させられ、従って、複数種類のワークに対して柔軟な対応を行うことが可能である。さらに、本発明においては、操作者が新たなワークをワーク情報１７から単に選択することのみによって、このような一連の動作を自動的に行うことが可能である。

さらに、本発明においては、ワークの形状に応じた別のハンドを準備する必要はなく、またハンドベースにレールを設ける必要もない。従って、ロボットハンド装置２０を安価に形成することも可能である。また、磁力発生部３９として電磁石を使用できるので、アーム３０ａを固定するために強力な磁力が必要とされる場合であっても、アーム３０ａの取外し、および結合を容易に行うことができる。

図６（ａ）から図６（ｃ）はアームの再配置工程を説明するための他の図である。これら図面においては、固定式のアーム保持機構部５０の代わりに、可動式のアーム保持機構部５０’が示されている。図示されるように、可動式のアーム保持機構部５０’は、例えば他の追加のロボットであるが、他の構成からなる保持機構部を採用するようにしてもよい。

この場合には、ステップ１４１において、他のロボットであるアーム保持機構部５０’がアーム３０ａを保持する（図６（ａ））。また、ステップ１４３およびステップ１４５においては、ロボット１の代わりに、アーム保持機構部５０’をそれぞれ矢印Ａ３方向および矢印Ａ４方向に移動させて、アーム３０ａを結合面２２から取外すと共に（図６（ｂ））、結合面２２に再配置する（図６（ｃ））。

図６（ａ）から図６（ｃ）に示される実施形態においては、ロボット１を移動させることなしに、取外されたアーム３０ａを再配置位置で結合させられる。従って、ロボット１を移動させられない場合に特に有利である。なお、ロボット１とアーム保持機構部５０’との両方を移動させて、アーム３０ａの取外しおよび再配置に必要とされる時間を短縮してもよい。さらに、この場合には、指令部１２が可動式のアーム保持機構部５０’の制御装置（図示しない）に含まれていてもよい。

図面を参照して説明した実施形態においては磁力発生部３９として電磁石を使用しているが、永久磁石を磁力発生部３９として使用してもよい。この場合には、指令部１２が指令を出力する必要がないので、図４に示されるステップ１４２、１４６を省略できる。その結果、アームの再配置を簡易且つ迅速に行うことが可能である。永久磁石を採用したアームの再配置は、ワークが比較的軽量である場合に特に有利である。

図面を参照して説明した実施形態においては、三つの可動式アーム３０ａ〜３０ｃがハンドベース２１に結合しているが、図示しない実施形態においては、ロボットハンド装置２０が少なくとも一つの可動式アーム３０ａと、ハンドベース２１に固定されていて把持部を備えた少なくとも一つの固定式アーム（図示しない）とを含んでもよい。また、ハンドベース２１が単一のアーム３０ａのみを備える構成であっても本発明の範囲に含まれる。さらに、アーム３０ａ〜３０ｃはハンドベース２１の結合面２２に必ずしも結合する必要はなく、ハンドベース２１の他の面、例えば裏面２３または側面に結合するようにしてもよい。

本発明に基づくロボットハンド装置を含むシステムを示す図である。 図１に示されるロボットハンド装置のアームを拡大して示す拡大図である。 本発明に基づくロボットハンド装置が異なる種類のワークを把持するときの準備動作を示すフローチャートである。 図３におけるアーム再配置工程を詳細に示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）固定式のアーム保持機構部を用いてアームの再配置工程を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）アームの再配置工程を説明するための他の図である。

１ ロボット
１０ ロボット制御装置
１１ ＣＰＵ
１２ 指令部
１３ 判断部
１４ アーム位置算出部
１５ 入力部
１６ 記憶部
１７ ワーク情報
１８ アーム配置情報
２０ ロボットハンド装置
２１ ハンドベース
２２ 結合面
２３ 裏面
２５ 貫通孔
３０ａ〜３０ｃ アーム
３１ 細長状本体
３５、３６ 爪部（把持部）
３７ スリット
３８ ワイヤ
３９ 磁力発生部
５０ 固定式アーム保持機構部
５０’ 可動式アーム保持機構部
５１ 把持部

Claims (5)

1. ワークをハンドリングするロボットハンド装置において、
   ロボットに取付けられるハンドベースと、
   前記ワークを把持する把持部をそれぞれが備えている少なくとも二つのアームと、
   該アームに取付けられていて該アームを前記ハンドベースに磁力で結合する磁力発生部とを具備するロボットハンド装置。
2. さらに、前記少なくとも二つのアームのうちの一つのアームを一時的に保持するアーム保持機構部を具備する、請求項１に記載のロボットハンド装置。
3. 前記アーム保持機構部が追加のロボットである請求項２に記載のロボットハンド装置。
4. さらに、前記ロボットまたは前記追加のロボットが前記磁力発生部を起動および停止する指令部を含む請求項３に記載のロボットハンド装置。
5. 請求項１に記載されるロボットハンド装置のアーム調節方法において、
   前記少なくとも二つのアームのうちの一つのアームをアーム保持機構部により保持し、
   前記アームの前記磁力発生部を停止し、
   前記アーム保持機構部により保持される前記アームを前記ハンドベースから取外し、
   前記アーム保持機構部により保持される前記アームを前記ハンドベース上の所望位置に配置し、
   前記アームの前記磁力発生部を起動して、前記アームを前記ハンドベースに取付ける、アーム調節方法。

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