JP3289348B2 - ロボットハンド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はアームに設けられたロ
ボットハンドに係り、詳しくは平面部が形成されたワー
クを保持して取出作業を行うロボットハンドに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、クランクシャフト等の長尺となる
ワークの両端をクランプして製造ライン等に整列させる
ロボットハンドが実開平１−９２３９６号公報に示すよ
うに提案されている。このロボットハンドはハンド取付
部に対してリンク機構を介して揺動可能にハンド本体が
取り付けられたものである。又、ロボットハンドは、バ
ラ積みされたパレット内のワークの状態を上方からビデ
オカメラで撮像し、この撮像によって得られた画像情報
に基づいてロボットハンドは取出可能なワークの選定を
行う。

【０００３】そして、ロボットハンドはハンド本体を取
出可能なワークの上方に移動させて停止させる。その
後、ロボットハンドはロボット本体を降下させ、ワーク
の姿勢に合わせてハンド本体の倣い動作を行わせる。こ
のとき、ハンド取付部を介してハンド本体は揺動する。
又、このときロボット取付部とハンド本体との間に設け
られたエアシリンダに比較的低圧のエアーが供給されて
いるため、ハンド本体の倣い動作方向の回動を許容して
いる。その結果、ハンド本体が不要な揺動をしないた
め、倣いガイドがワークに確実に当接して正確な倣い動
作が行われる。

【０００４】そして、ワークの姿勢に合わせてハンド本
体が倣い動作を行うとロボットハンドはハンド本体によ
ってワークの両端をクランプしてワークを把持する。こ
の状態で、ロボットハンドはハンド本体を上昇させる。
すると、前記ロボットハンドはエアシリンダに高圧のエ
アーを供給する。その結果、ロボット取付部に対してハ
ンド本体が揺れず、ハンド本体からワークが落ちないよ
うにすることができ、しかも製造ラインに整列させる動
作を安定させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハンド
本体がバラ積みされたワークの姿勢に合わせて倣い動作
を行うが、この動作はリンク機構によって行われるもの
である。そのため、ロボットハンドのリンク機構の構造
が複雑になるばかりか、ロボットハンドの重量が増加し
てしまうという問題がある。

【０００６】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、構成が簡単で軽量化を図る
ことができるとともに、ワークの保持を確実に行うこと
ができるロボットハンドを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明においては、ロボットのアームに対して
取り付けられ、ワークを保持して取り出し作業を行うロ
ボットハンドにおいて、前記ロボットハンドにおけるア
ームの取付部に対して上下動する支持部材と、前記支持
部材に対して設けられ、前記支持部材の先端部を支点と
して揺動し、かつ前記ワークを保持する揺動保持部材
と、前記支持部材と揺動保持部材との間に設けられた内
部中空の伸縮可能な部材であって、前記揺動保持部材が
ワークを保持した後、その内圧を高圧に変化させること
で該ワークを水平状態に姿勢補正を行う姿勢補正部材と
を備えたことをその要旨とする。

【０００８】

【作用】上記の構成によれば、ロボットハンドがワーク
を取りに行き、揺動保持部材がワークに当接すると、ロ
ボットハンドにおけるアームの取付部に対して支持部材
が上下動するとともに、揺動保持部材は支持部材の先端
を支点として揺動する。そのため、揺動保持部材はワー
クの姿勢に基づいて倣い動作を行う。そして、揺動保持
部材がワークを保持した状態でロボットハンドが上昇す
ると、姿勢補正部材は揺動保持部材を水平状態に姿勢を
補正してワークを水平状態に保持する。

【０００９】

【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図１
〜図８に基づいて詳細に説明する。

【００１０】図１に示すように、予め定められた場所に
パレット１が搬送されて置かれている。このパレット１
内にはワーク２（図４参照）がバラ積みされた状態とな
っている。尚、前記ワーク２は平面形状や曲面形状とな
った板状のものが基本であり、そのワーク２の一部には
平面部２ａが形成されたものとなっている。又、前記パ
レット１の近傍にはカメラスタンド３が設けられ、この
カメラスタンド３にはＣＣＤ（Charge Coupled Device
）カメラ４が設けられている。このＣＣＤカメラ４に
よってパレット１内にバラ積みされたワーク２の状態を
上方から撮像することができるようになっている。

【００１１】又、前記パレット１が置かれた近傍にはロ
ボット５が設けられている。このロボット５はパレット
１内のワーク２を取り出した後、予め定められた方向と
なるようにワーク２を動かし、図示しない製造ラインや
他の収納箱に整列させた状態で載置又は収納するように
なっている。

【００１２】次に、ロボット５の構成について説明す
る。図１に示すように、ロボット５を構成するコラム６
の一側面にはアーム支持部材７が上下に昇降可能に設け
られている。このアーム支持部材７はコラム６の上面に
設けられた第１のサーボモータ８の駆動によって上下に
昇降するようになっている。前記アーム支持部材７には
第１のアーム９が水平方向に回動可能に支持されてい
る。この第１のアーム９はアーム支持部材７の上面に設
けられた第２のサーボモータ１０によって中心線Ｌ１を
中心に水平方向に回動するようになっている。

【００１３】前記第１のアーム９の先端上面には第２の
アーム１１が水平方向に回動可能に設けられている。こ
の第２のアーム１１は第１のアーム９内に設けられた第
３のサーボモータ１２によって中心線Ｌ２を中心に水平
方向に回動するようになっている。前記第２のアーム１
１の先端下面には第３のアーム１３が水平方向に回動可
能に設けられている。この第３のアーム１３は第２のア
ーム１１の先端上面に設けられた第４のサーボモータ１
４によって中心線Ｌ３を中心に水平方向に回動するよう
になっている。

【００１４】前記第３のアーム１３の前端には上下方向
に平面板１５が取り付けられている。図２に示すよう
に、この平面板１５の下面には一対の支持棒１５ａが設
けられ、この支持棒１５ａの下面にはロボットハンド１
６が設けられている。このロボットハンド１６は四角箱
形状となる取付部としてのジョイントボックス１７と、
該ジョイントボックス１７の下面に設けられたハンド本
体１８とから構成されている。そして、前記ジョイント
ボックス１７に対してハンド本体１８は上下動するよう
になっている。つまり、前記ジョイントボックス１７の
下面には一対の挿通孔１９が形成され、この挿通孔１９
にはハンド本体１８を構成する一対のロッド２０が上下
方向に移動可能に配設されている。そして、前記ロッド
２０の上端には挿通孔１９の外周縁に係合する係止頭部
２１が形成さている。

【００１５】前記ジョイントボックス１７内の紙面右側
には上下方向に延びる支持片２２が配設され、この先端
には近接センサ２２ａが取り付けられている。そして、
一方のロッド２０の係止頭部２１が上動してこの近接セ
ンサ２２ａに近づくと該近接センサ２２ａがオン動作す
るようになっている。

【００１６】前記ジョイントボックス１７の挿通孔１９
を介して外部に突出した一対のロッド２０の先端には支
持部材を構成する円形状の支持板２３が設けられてい
る。この支持板２３の中心部には支持部材を構成する支
持ロッド２４がナット２５によって連結固定されてい
る。そして、前記支持ロッド２４の先端には球状部２６
が一体形成されている。

【００１７】前記球状部２６には円環状のボールジョイ
ント２７が嵌め込まれ、該球状部２６を支点として揺動
可能に嵌め込まれている。又、ボールジョイント２７の
外周面には円環状に形成された金属製（鉄等）のワーク
保持プレート２８が連結固定されている。そして、この
ワーク保持プレート２８には円環状の中空部２９が形成
されている。この中空部２９内には円環状の電磁石３０
が配設されている。前記ワーク保持プレート２８及び電
磁石３０によって揺動保持部材が構成されている。

【００１８】更に、前記支持板２３とワーク保持プレー
ト２８との間には、前記支持ロッド２４を中心として中
空状に形成された姿勢補正部材としての蛇腹状のベロー
ズ３１が配設されている。このベローズ３１は上下方向
に伸縮可能であるとともに、水平方向に若干偏位可能と
なっている。又、前記ベローズ３１には上下方向に伸縮
するとき、若干の弾性を持って伸縮するようになってい
る。そして、前記支持板２３及びベローズ３１にはホー
ス３２が挿通され、このホース３２はベローズ３１の内
部と連通された状態となっている。

【００１９】前記ハンド本体１８は一対のロッド２０に
より、ジョイントボックス１７に対して上下動作するよ
うになっている。そのため、ハンド本体１８が下方から
力を受けると、一対のロッド２０によりハンド本体１８
がジョイントボックス１７に対して上動する。そして、
ロッド２０の係止頭部２１が前記近接センサ２２ａに近
づくと該近接センサ２２ａがオン動作するようになって
いる。尚、通常はハンド本体１８自身の自重によって一
対のロッド２０の係止頭部２１が挿通孔１９の外周縁に
係合した状態となっている。

【００２０】又、前記ベローズ３１内が大気圧状態で開
放された状態において、ワーク保持プレート２８、ボー
ルジョイント２７は支持ロッド２４の球状部２６を支点
としてベローズ３１の若干の弾性に抗しながら揺動する
ようになっている。従って、前記ワーク保持プレート２
８は前記パレット１内にバラ積みされたワーク２の姿勢
に対して倣う倣い動作をスムーズに行うようになってい
る。又、ワーク保持プレート２８がワーク２の姿勢に倣
った状態で、前記電磁石３０が励磁されると、ワーク２
がワーク保持プレート２８によって吸着保持されるよう
になっている。

【００２１】そして、前記ベローズ３１内を高圧にする
と、ボールジョイント２７及び保持プレート２８の姿勢
（傾いた状態）に係わらず、強制的にボールジョイント
２７及び保持プレート２８を水平状態にすることができ
る。そのため、電磁石３０の励磁により保持プレート２
８がワーク２を保持した状態であれば、ワーク２を強制
的に水平状態にすることができるようになっている。
尚、通常ワーク２をワーク保持プレート２８にて保持し
ていない状態においては、ベローズ３１内は大気圧状態
で開放された状態となっている。

【００２２】次に、上記のように構成されたロボット５
の電気的構成について説明する。図３に示すように、前
記ＣＣＤカメラ４は公知の画像処理装置３５に接続され
ている。この画像処理装置３５はＣＣＤカメラ４から撮
像された画像を処理して画像情報とするようになってい
る。前記画像処理装置３５はコントローラ３６に接続さ
れている。このコントローラ３６は前記画像処理装置３
５から出力される画像情報に基づいて前記パレット１内
にバラ積みされたワーク２の認識を行うとともに、この
バラ積みされたワーク２の中から取り出すことができる
ワーク２を選定するようになっている。そして、取り出
すことができるワーク２を選定すると、ロボットハンド
１６のハンド本体１８が吸着保持するべくワーク２の平
面部２ａをコントローラ３６は認識し、その位置（座
標）を求めるようになっている。

【００２３】又、前記コントローラ３６には前記ロボッ
ト５を駆動制御する前記第１〜第４のサーボモータ８，
１０，１２，１４が接続されている。そして、各第１〜
第４のサーボモータ８，１０，１２，１４はコントロー
ラ３６によって駆動制御されるようになっている。更
に、前記各第１〜第４のサーボモータ８，１０，１２，
１４には第１〜第４のエンコーダ８ａ，１０ａ，１２
ａ，１４ａが設けられている。この各第１〜第４のエン
コーダ８ａ，１０ａ，１２ａ，１４ａからの検出信号に
基づいてコントローラ３６はアーム支持部材７の移動
量、第１〜第３のアーム９，１１，１３の回動量を検出
するようになっている。

【００２４】更に、前記ジョイントボックス１７内に配
設された近接センサ２２ａはコントローラ３６に接続さ
れ、近接センサ２２ａのオン・オフ信号がコントローラ
３６に出力されるようになっている。そして、前記ワー
ク保持プレート２８内に配設された電磁石３０はコント
ローラ３６に接続され、このコントローラ３６によって
電磁石３０は励磁又は消磁されるようになっている。

【００２５】又、前記コントローラ３６には切換バルブ
３７が接続されている。この切換バルブ３７は前記ベロ
ーズ３１内に連通されるホース３２に設けられている。
この切換バルブ３７は前記コントローラ３６によって切
換制御されるようになっている。切換バルブ３７が切換
制御されると、図示しないエアポンプから高圧となるエ
アがベローズ３１内に供給されたり、ベローズ３１内が
大気圧に開放されたりするようになっている。

【００２６】次に、上記のように構成されたロボット５
の作用を図７，図８のフローチャートに基づいて説明す
る。まず、ＣＣＤカメラ４によってパレット１内にバラ
積みされたワーク２を上方から撮像する（ＳＴＥＰ１０
１、以下ＳＴＥＰを単にＳという）。そして、撮像され
た画像を画像処理装置３５が画像情報として処理し、コ
ントローラ３６に出力する（Ｓ１０２）。コントローラ
３６は画像処理装置３５から出力された画像情報に基づ
いてパレット１内から取り出すワーク２を選定する（Ｓ
１０３）。そして、コントローラ３６は画像情報に基づ
いて選定されたワーク２の平面部２ａの座標を演算する
（Ｓ１０４）。

【００２７】次に、コントローラ３６は選定されたワー
ク２の平面部２ａの上方にロボット５のロボットハンド
１６が位置するようにロータリーエンコーダ８ａ，１０
ａ，１２ａ，１４ａに基づいて第１〜第４のサーボモー
タ８，１０，１２，１４をフィードバック制御する（Ｓ
１０５）。次に、コントローラ３６は第１のサーボモー
タ８を駆動制御し、アーム支持部材７を下降させる（Ｓ
１０６）。すると、第１〜第３のアーム９，１１，１
３、ロボットハンド１６及びハンド本体１８が下降す
る。そして、コントローラ３６は近接センサ２２ａがオ
ン動作を行うまで第１のサーボモータ８を駆動制御する
（Ｓ１０７）。

【００２８】やがて、図４に示すように、選定されたワ
ーク２の平面部２ａにワーク保持プレート２８が当接す
る。すると、ベローズ３１内は大気圧状態で開放されて
いるので、ボールジョイント２７は球状部２６を支点と
してスムーズに揺動し、ワーク保持プレート２８はワー
ク２の傾きに倣い動作を行う。このとき、ワーク保持プ
レート２８の揺動によってベローズ３１は伸縮動作を行
うとともに、水平方向に若干偏位する。そして、ワーク
の平面部２ａに対してワーク保持プレート２８前面が当
接する。

【００２９】その後、ロボットハンド１６及びハンド本
体１８が更に下降を継続すると、ハンド本体１８はジョ
イントボックス１７に対して上方へ上動する。そして、
図５に示すように、ハンド本体１８の上動によりロッド
２０も上動し、やがて係止頭部２１が近接センサ２２ａ
に接近する。すると、近接センサ２２ａがオン動作を行
い、この検出信号がコントローラ３６に出力される。コ
ントローラ３６は前記近接センサ２２ａからの検出信号
に基づいて第１のサーボモータ８の駆動制御を停止する
（Ｓ１０８）。

【００３０】その後、コントローラ３６は電磁石３０を
励磁し、ワーク保持プレート２８によってワーク２を吸
着保持する（Ｓ１０９）。そして、コントローラ３６は
第１のサーボモータ８を駆動制御し、ワーク保持プレー
ト２８によって吸着保持されたワーク２を持ち上げて予
め定められた高さまで上昇させる（Ｓ１１０）。その
後、コントローラ３６は切換バルブ３７を切換制御して
ベローズ３１内に高圧エアを供給する（Ｓ１１１）。す
ると、図６に示すように、ベローズ３１が膨張するた
め、ワーク２によって傾いていたワーク保持プレート２
８及びボールジョイント２７は球状部２６を支点として
揺動する。その結果、ワーク保持プレート２８はワーク
２を水平状態に保持する。

【００３１】その後、コントローラ３６は第１〜第４の
エンコーダ８ａ，１０ａ，１２ａ，１４ａに基づいて第
１〜第４のサーボモータ８，１０，１２，１４を駆動制
御し、ワーク２を予め定めた整列状態とする。そして、
コントローラ３６はロボット５のロボットハンド１６に
よって前記ワーク２を図示しない製造ライン等に載置
し、ワーク２の取出し整列作業を終了する（Ｓ１１
２）。

【００３２】以後、上記のＳ１０１〜Ｓ１１２を繰り返
し行えば、パレット１内にバラ積みされたワーク２を取
り出して製造ライン等に整列状態で載置することができ
る。従って、ロボットハンド１６におけるハンド本体１
８の支持ロッド２４に球状部２６を形成し、この球状部
２６に対してボールジョイント２７及びワーク保持プレ
ート２８を揺動可能に保持した。よって、ワーク２が傾
いた状態であってもワーク保持プレート２８はボールジ
ョイント２７を介して球状部２６を支点として容易に揺
動する。そのため、ワーク２の傾いた状態に対してワー
ク保持プレート２８はスムーズに倣い動作を行い、ワー
ク２の平面部２ａに対してワーク保持プレート２８の下
面全体を当接させることができる。この結果、従来とは
異なり、ワーク２の状態に対してワーク保持プレート２
８が倣い動作を行う構成を簡単にすることができ、ハン
ド本体１８の軽量化を図ることができる。

【００３３】又、電磁石３０の励磁によりワーク保持プ
レート２８がワーク２を吸着保持した状態で、ベローズ
３１内に高圧空気を供給することにより、該ベローズ３
１を膨張させてワーク保持プレート２８及びワーク２を
強制的に水平状態に保持させることができる。従って、
従来とは異なり、ワーク２を水平状態にさせる機構を簡
素化することができ、ハンド本体１８の軽量化を図るこ
とができる。

【００３４】更に、ベローズ３１を膨張させることによ
り、ワーク保持プレート２８、ボールジョイント２７及
びワーク２を球状部２６に対して揺動させないようにす
ることができる。この結果、ワーク２をワーク保持プレ
ート２８によって確実に保持することができる。しか
も、ワーク２を水平状態にすることができるので、製造
ライン等に置くときの作業を容易にすることができる。

【００３５】尚、この発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の一部
を適宜に変更して次のように実施することもできる。 （１）前記実施例では、ワーク２を吸着保持するために
電磁石３０を利用したが、揺動保持部材を構成する真空
吸着パッドをワーク保持プレート２８に設け、この真空
吸着パッドによってワーク２を吸引して保持するように
してもよい。

【００３６】（２）前記実施例では、ベローズ３１の膨
張作用によってワーク２を水平状態にするように構成し
たが、図９に示すように、ベローズ３１の代わりに姿勢
補正部材としてのコイルスプリング４０を支持板２３と
ワーク保持プレート２８との間に複数配設してもよい。
つまり、ワーク保持プレート２８がワーク２に倣い動作
する際、コイルスプリング４０の付勢力に抗しながらワ
ーク保持プレート２８に対して倣い動作を行う。そし
て、ハンド本体１８が上昇すると、コイルスプリング４
０の付勢力によってワーク保持プレート２８及びワーク
２を水平状態に保持することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、ワークの姿勢に基づいて倣い動作を行わせる揺動保
持部材は支持部材を支点として揺動する構成のため、ロ
ボットハンド全体の機構の構成が簡単になり、軽量化を
図ることができる。又、揺動保持部材がワークを保持し
た状態においては内部中空の伸縮可能な姿勢補正部材が
その内圧を高圧に変化させることでワークを水平状態に
保持するため、ワークの揺動を防止して該ワークを確実
に保持することができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロボットハンド及びパレット内のワークを撮像
するＣＣＤカメラの配置構成を示す斜視図である。

【図２】ハンド本体の構成を示す部分断面図である。

【図３】ロボットハンドの電気的構成を示す電気ブロッ
ク図である。

【図４】ワークの平面部に対してワーク保持プレートが
倣い動作を行った状態を示す説明図である。

【図５】ハンド本体がジョイントボックスに対して上動
してロッドの係止頭部が近接センサに接近した状態を示
す説明図である。

【図６】ハンド本体がジョイントボックスに対して吊下
支持された状態でベローズ内に高圧空気が供給され、ワ
ーク保持プレート、ボールジョイント及びワークを水平
状態にしたことを示す説明図である。

【図７】ロボットハンドがワークを取り出して整列状態
にすることを示すフローチャート図である。

【図８】ロボットハンドがワークを取り出して整列状態
にすることを示すフローチャート図である。

【図９】ハンド本体の別例を示す部分断面図である。

【符号の説明】

２…ワーク、５…ロボット、１６…ロボットハンド、１
７…取付部としてのジョイントボックス、２３…支持部
材を構成する支持板、２４…支持部材を構成する支持ロ
ッド、２８…揺動保持部材としてのワーク保持プレー
ト、３０…揺動保持部材としての電磁石、３１…姿勢補
正部材としてのベローズ、４０…姿勢補正部材としての
コイルスプリング

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットのアームに対して取り付けら
   れ、ワークを保持して取り出し作業を行うロボットハン
   ドにおいて、 前記ロボットハンドにおけるアームの取付部に対して上
   下動する支持部材と、 前記支持部材に対して設けられ、前記支持部材の先端部
   を支点として揺動し、かつ前記ワークを保持する揺動保
   持部材と、 前記支持部材と揺動保持部材との間に設けられた内部中
   空の伸縮可能な部材であって、前記揺動保持部材がワー
   クを保持した後、その内圧を高圧に変化させることで該
   ワークを水平状態に姿勢補正を行う姿勢補正部材とを備
   えたことを特徴とするロボットハンド。