JP6164434B2

JP6164434B2 - エンドエフェクタ

Info

Publication number: JP6164434B2
Application number: JP2015202848A
Authority: JP
Inventors: 重毅安部; 義也藤原; 仁岡野; 誠大賀; 晋治是永
Original assignee: Hiroshima Prefecture
Current assignee: Hiroshima Prefecture
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2035-10-14
Also published as: JP2017074638A

Description

本発明は、ロボットのアーム先端に取り付けられ、主として部品箱にバラ積み状態で煩雑に収納された複数の部品の中から一つずつ部品を把持する把持爪、該把持爪の開閉動作を担うチャック開閉機構、及び衝撃に対してコンプライアンス性を発揮するコンプライアンスデバイスを備えたエンドエフェクタに関する。

自動車製造工場などの製造ラインでは設備投資回収期間の短縮を図るために２４時間稼働が求められている。その実現に向けて、製造ラインに供給されてくる部品箱にバラ積み状態で収納された部品をロボットで取出し搬送する技術が開発されているが、その技術を構成する技術として前記部品箱内から一つずつ把持する機構に関する技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、コンプライアンス装置として、保持部及び支持部にそれぞれ取り付けられる一対のブラケットと、一方のブラケットに設けられた貫通孔を貫通して、一方のブラケットを他方のブラケットに対して近接や離遠するよう、移動可能に支持するガイドシャフトと、両ブラケットが互いに離遠するように付勢力を付加する付勢手段と、を備え、前記ガイドシャフトの直径を前記貫通孔と同じ直径の部分と、前記貫通孔の直径よりは小さい直径の小径の括れ部の部分とを有するようにするコンプライアンス装置が開示されている。また、特許文献１の図４にはボルトを把持する直線状の形体を形成する把持爪が記載されている。

特許文献２には、剛性の把持爪を備えたチャックがハンド本体に対し移動可能であり、前記チャックが前記ハンド本体に弾性体を介して前記移動方向に支持された構造を有するロボットハンドを搭載したロボットを用いた、把持対象ワークの取り出し方法であって、前記弾性体が所定量圧縮されるまで前記把持爪を前記対象ワークに押し付け、前記把持爪が前記把持対象ワークに予圧を加えている状態で前記チャックを開くことにより、前記把持爪が前記把持対象ワークの側方近傍に挿入されるという取り出し方法が開示されている。また、特許文献２の図３には全体形体が直線状の形体で先端部分を内側に屈曲させた把持爪が記載されている。

特許文献３には、ロボットハンドに装着されてワークを把持するフィンガーモジュールの位置ずれを補償するコンプライアンスモジュールであって、水平に直交するＸ方向とＹ方向へのコンプライアンス動作と、水平に回動するθ方向へのコンプライアンス動作とを実行するコンプライアンスモジュールにおいて、それぞれの移動方向ごとにそれぞれ別々のプレートに対して、スライド可能又は回動可能に接続されて、かつそれぞれの移動を復帰させる中立位置保持機構を設けたコンプライアンスモジュールが開示されている。

特許文献４には、開閉可能な２枚の平板状の爪本体の先端部に、円柱状もしくは円筒状の部品の端部を保持するために、板厚方向に貫通し、かつその内側側面が板厚方向に拡がった一対の凹部を形成し、また前記爪本体の側縁部にも同様に、板厚方向に貫通し、かつその内側側面が板厚方向に拡がった一対の凹部を形成することにより、垂直上方及び水平側方のいずれの方向からも部品の端部を保持可能としたロボットハンドが開示されている。

特許第５７０６６８５号公報特許第５３８３８４７号公報特許第４６８４１６０号公報特許第３５２７０２８号公報

特許文献１に記載の発明は、ガイドシャフトの小径部の外周壁と、ブラケットの前記小径部の直径より大きい孔部の内周壁との間に隙が生じることから、ブラケットがスライドしたときにブラケットとガイドシャフトとの衝突により生ずる繰り返し応力により前記小径部に亀裂が生じやすくなりコンプライアンス装置が損傷しやすいという問題があった。また、ガイドシャフトの小径部の長さが短い形態の場合は、垂直方向の変位量が不十分となりガイドシャフトの小径部にせん断力が繰り返し加わり前記小径部に亀裂が生じやすくなるという問題があった。

また、特許文献１の図４に記載された把持爪の形体では、把持爪の先端はストレート状であるので軽量に形体の部品は把持できるが重い部品は把持しようとしても爪から部品が滑って把持できないという問題があった。

特許文献２に記載の発明は、一方向の、例えば垂直方向に対するコンプライアンス性しか発揮しない構造であるため、把持爪が部品箱に横方向から衝突した場合にはコンプライアンス性を発揮できないという問題があった。

また、特許文献２の図３に記載された把持爪の形体では、前記把持爪により部品を外側から挟んで把持することはできるが、前記把持爪を部品の穴部に挿入して把持爪で把持することはできないという問題があった。

特許文献３に記載の発明は、Ｘ軸方向のコンプライアンス機構とＹ軸方向のコンプライアンス機構等軸方向別に独立した機構を設けるために、構造が複雑になり製造コストが高くなるという問題があった。そして、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、水平回転方向に対するコンプライアンス性を発揮するようにしているため、ロボットハンドの先端が斜め方向から部品箱にぶつかる等の場合に生ずる、プレートを三次元で傾動させるような場合には十分なコンプライアンス性を発揮できないという問題があった。

特許文献４に記載の発明は、把持爪は平板状であるので、部品の小孔部に挿入させなければ把持できない部品の場合には該部品を把持できないという問題があった。

本発明はこうした問題に鑑み想到されたもので、把持爪が部品の小孔部に挿入できて該孔部の縁部を把持でき、又は把持爪が部品の外側の縁部を挟んで把持することもでき、かつ、部品の部品箱にバラ積み状態で煩雑に収納された複数の部品の中から一つずつ部品を把持するエンドエフェクタがたとえ位置ずれが生じて部品箱や部品に当接しても、エンドエフェクタやロボットへの衝撃を和らげ、確実に部品を把持でき、チョコ停になりにくく、繰り返し疲労が生じにくいエンドエフェクタを提供することを課題とする。

請求項１に記載のエンドエフェクタ１は、部品５をピッキングするロボットアーム４の先端に取り付けるエンドエフェクタ１であって、前記エンドエフェクタ１が、部品を把持する把持機構２と、前記ロボットアーム４の先端に取り付けられ、前記把持機構２に外力Ｐが加わったときにコンプライアンス性を発揮するコンプライアンスデバイス３とを具備し、前記把持機構２は、開閉する一対の第一アーム２１ａ及び第二アーム２１ｂからなるチャックアーム２１を具備、及び、該チャックアーム２１と連結して該チャックアーム２１を開閉させる駆動シリンダ２２を具備するチャック開閉機構２０と、前記駆動シリンダ２２の作動により相互に接離自在に開閉して部品を把持する、前記第一アーム２１ａの作動に連動する第一爪片７ａ及び前記第二アーム２１ｂの作動に連動する第二爪片７ｂからなる一対の把持爪７と、を備え、前記一対の把持爪７の前記第一爪片７ａ及び第二爪片７ｂは前記チャックアーム２１の取り付け部から先端部に向けて先細り形体を形成すると共に、前記先端部の前記第一爪片７ａと第二爪片７ｂの対向面以外の外周面３４は略半球面状の形体を形成し、前記第一爪片７ａと第二爪片７ｂの対向面の下端部をそれぞれ対向側に突出させて内鍔部３０を形成し、前記第一爪片７ａ及び第二爪片７ｂの内鍔部３０の対向面の一方側に凹部３２を形成しかつ他方側に凸部３３を形成し、前記凹部３２に前記凸部３３を嵌入させる方向に閉じることによって、部品５の外側を把持可能とし、前記第一爪片７ａと第二爪片７ｂのそれぞれの対向面側である前記内顎部３０の反対側の外周面３４側に突出させた外鍔部３１を形成させ、把持爪７を閉じて前記内顎部３０側の前記凹部３２に前記凸部３３を嵌入させて把持爪７の先端の外寸を小さくさせて把持爪７を部品の穴へ挿入して、その後把持爪７を開にして部品の内側を把持可能とし、前記チャック開閉機構２０と前記把持爪７の間に、前記チャック開閉機構２０と前記把持爪７を連結させるアダプタ８を介在させ、前記アダプタ８と前記把持爪７との締結部の形態を、同一のチャック開閉機構２０に対して異なる形体の前記把持爪７を取り付けられるように前記アダプタ８と前記把持爪７との締結用孔４０の位置を統一し、又は、異なるチャック開閉機構２０に対して同一の形体の前記把持爪７を取り付けられるように前記アダプタ８に異なる複数の前記チャック２０にそれぞれ設けられた締結用孔４１の位置に対応した締結用孔の位置４１を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載のエンドエフェクタ１は、請求項１において、前記ロボットアーム４の軸方向Ｃに対する前記アダプタ８の長軸方向のなす角度α、及び、ロボットアーム４の軸方向Ｃに対する前記アダプタ８に締結した把持爪７の長軸方向のなす角度βが、ともに２５度以上３５度以下となるように、側面視で前記アダプタ８と前記把持爪７とが形成する形体がくの字の形状を形成し、前記コンプライアンスデバイス３が、前記把持機構２に取り付ける把持側プレート５０、前記ロボットアーム４先端に取り付けるアーム側プレート５１、及び前記把持側プレート５０と前記アーム側プレート５１間に介設された中間プレート５２を備えたことを特徴とする。

請求項３に記載のエンドエフェクタ１は、請求項１又は２において、前記アーム側プレート５１と前記中間プレート間５２の間隔を固定状態とした空間部５３を設け、前記把持側プレート５０と前記中間プレート５２間に介装し、前記把持側プレート５０と前記中間プレート５２間の間隔を拡張方向に付勢させたバネ５４に挿通させたシャフト５５の先端を前記中間プレート５２側から前記空間部５３に出し入れ可能とし、前記シャフト５５の先端に円板状の衝止板５６を固設し、前記中間プレート５２の前記空間部５３側に前記衝止板５６と対向させて円板状の固定ブロック５７を固設し、無負荷時は、前記バネ５４の付勢力により前記衝止板５６が前記固定ブロック５７に当接して前記把持側プレート５０と前記中間プレート５２の間隔が最大に拡張され、前記把持機構２が衝突したときにかかる外力Ｐによる負荷時には、前記バネ５４が縮小し前記シャフト５５先端が前記空間部５３に突出して、前記把持側プレート５０と前記中間プレート５２の間隔が縮小して前記負荷Ｐの衝撃を受け、負荷時から無負荷時になると、前記バネ５４の拡張により前記シャフト５５先端に固設した前記衝止板５６が前記固定ブロック５７で衝止されて、前記把持側プレート５０と前記中間プレート５２の間隔を無負荷時の状態に復元させることを特徴とする。

請求項１に記載のエンドエフェクタ１は、把持爪７の外周面３４の表面形状に丸みを形成させていることにより、例えば把持爪７を部品５の孔部に挿入させようとしたときに把持爪７の先端が部品５の孔部の周縁に当接する場合に、前記丸みが形成されていなければ前記孔部の縁に当接した状態のままで孔部に挿入されないが、前記丸みが形成されており、かつコンプライアンスデバイスを装着されていれば前記周縁で前記丸み形成部が滑って把持爪７の先端を、ロボットの一連の動きを止めずに孔に挿入させることができる。これによりロボット１１にチョコ停の発生頻度を低減できる。

把持爪７を、図３乃至図９に示すように、該把持爪７の先端部に向けて先細り形体を形成し、前記先端部の前記第一爪片７ａと第二爪片７ｂの対向面以外の外周面３４は略半球面形状を形成し、前記第一爪片７ａ及び第二爪片７ｂの内鍔部３０の対向面の一方側に凹部３２を形成しかつ他方側に凸部３３を形成した形体とすることによって、把持爪７を閉じたときに小型化でき、把持爪７を部品５の小孔部にも挿入させることができるという効果を奏する。また、把持爪７の先端が部品５の小孔部からずれたときに把持爪の先端部が大きい場合には孔部の周縁部近傍に当接した時の衝撃でロボットがチョコ停するが、把持爪７の先端部を小型化できることにより部品５の孔部に把持爪７の先端部を挿入しやすい。

図３乃至図９に示すように、把持爪７の先端部に内鍔部３０及び外鍔部３１を形成させたことによって、図１０に示すように部品５の孔部の周縁部を把持でき、図１１に示すように部品５の外側を挟んで把持できる。このため、部品箱６内にバラ積みされた部品５の姿勢が異なっても、同一の形体の把持爪７で把持できるという効果を奏する。

把持爪７と該把持爪７を開閉させるチャック開閉機構２０との間にアダプタ８を介設させている。把持爪７は部品５によって把持方法や把持箇所の形体が異なるため種々の形体の把持爪７を備えることになることと、チャック開閉機構２０も部品形状に合わせて把持爪７の開閉する間隔や開閉する力を変える必要があるため種々の異なるチャック開閉機構２０の形体を備えている。このときに、把持爪７とチャック開閉機構２０との締結方法が把持爪７やチャック開閉機構２０の形体ごとに異なると、ある種類の把持爪７に対して複数の形体のチャック開閉機構２０を備えなければならないが、同一のチャック開閉機構２０に対して異なる形体の前記把持爪７を取り付けられるように前記アダプタ８と前記把持爪７との締結用孔４０の位置を統一し、又は、異なるチャック開閉機構２０に対して同一の形体の前記把持爪７を取り付けられるように前記アダプタ８に異なる複数の前記チャック２０にそれぞれ設けられた締結用孔４１の位置に対応した締結用孔の位置４１を設けたことにより、把持爪７とチャック開閉機構２０との製作数を大幅に減じることができる。特に把持爪７は製作コストが高価であるのでアダプタ８を使用して把持爪７の取付形態を共通化することにより低コスト化ができる。

請求項２に記載のエンドエフェクタ１は、部品箱６の枠に近傍の位置から把持爪７を部品５に対して近づけなければならない場合に、把持爪７の形体がストレートの場合は図２５（ｂ）に示すように部品箱６の角に部品５が収納されている場合には、部品箱６の枠にエンドエフェクタ１が干渉して部品５に把持爪７を近接させることができないでロボットがチョコ停となるが、図２１乃至図２３に示すような本発明のエンドエフェクタ１であれば部品箱６の角に部品５が収納されている場合であっても図２４や図２６（ａ）に示すように把持爪７又はロボット１１が部品箱６の枠に干渉することなく部品５を把持することができる。

請求項３に記載のエンドエフェクタ１は、例えばロボット１１のアーム４先端に取り付けられたエンドエフェクタ１の把持機構２が狙いの位置がずれて部品５の表面に衝突したときに部品５の表面を把持機構２が滑って狙いの把持個所に到達しやすくすることができ、また、部品箱６に衝突したときに前記エンドエフェクタ１及びロボット１１に加わる負荷を減じることができ、チョコ停を発生しにくくでき、他の部位よりも破損しやすく高価な把持機構２に損傷を与えにくくすることができる。

本発明のエンドエフェクタを使用した部品取出しシステムの説明図である。エンドエフェクタが部品に衝突して外力が加わったときの説明図である。把持爪がスライド方向に開閉作動する形態の場合のチャック開閉機構と把持爪の部分の形体の説明図であって、チャック機構が開のときの前記部位の斜視図である。把持爪がスライド方向に開閉作動する形態の場合のチャック開閉機構と把持爪の部分の形体の説明図であって、チャック機構が閉のときの前記部位の斜視図である。把持爪がスライド方向に開閉作動する形態の場合のチャック開閉機構と把持爪の部分の形体の説明図であって、前記部位の正面図である。把持爪がスライド方向に開閉作動する形態の場合のチャック開閉機構と把持爪の部分の形体の説明図であって、前記部位の背面図である。把持爪がスライド方向に開閉作動する形態の場合のチャック開閉機構と把持爪の部分の形体の説明図であって、前記部位の右側面図又は左側面図である。把持爪の先端部の形体の説明図で、（ａ）が把持爪の底面視における把持爪が開時の形態を示す図で、（ｂ）が把持爪の底面視における把持爪が閉時の形態を示す図で、（ｃ）が把持爪の背面視における把持爪が部品等の角部に当接した状態を示した図である。図６の背面図から把持爪を閉状態にした形態を示す説明図である。穴部の縁部を把持する場合の説明図で、（ａ）が部品の孔部に把持爪を挿入させた状態を示した図で、（ｂ）が把持爪を開にして部品の穴部の縁部を把持した状態を示した図である。部品の外形部を挟んで把持する場合の説明図で、（ａ）が部品の外方に把持爪を近接させた状態を示した図で、（ｂ）が把持爪を閉にして部品の外形を挟んで把持した状態を示した図である。把持爪が旋回方向に開閉作動する形態の場合のチャック開閉機構と把持爪の部分の形体の説明図であって、チャック機構が開のときの前記部位の斜視図である。把持爪が旋回方向に開閉作動する形態の場合のチャック開閉機構と把持爪の部分の形体の説明図であって、チャック機構が閉のときの前記部位の斜視図である。把持爪が旋回方向に開閉作動する形態の場合のチャック開閉機構と把持爪の部分の形体の説明図であって、前記部位の正面図である。把持爪がスライド方向に開閉作動する形態の場合のチャック開閉機構と把持爪の部分の形体の説明図であって、前記部位の背面図である。把持爪がスライド方向に開閉作動する形態の場合のチャック開閉機構と把持爪の部分の形体の説明図であって、前記部位の右側面図又は左側面図である。図１４の正面図から把持爪を閉状態にした形態を示す説明図である。穴部の縁部を把持する場合の説明図で、（ａ）が部品の孔部に把持爪を挿入させた状態を示した図で、（ｂ）が把持爪を開にして部品の穴部の縁部を把持した状態を示した図である。部品を挟んで把持する場合の説明図で、（ａ）が部品に把持爪を近接させた状態を示した図で、（ｂ）が把持爪を閉にして部品を挟んで把持した状態を示した図である。把持爪がスライド方向に開閉作動する形態の場合のチャック開閉機構と把持爪の部分の形体の説明図であって、（ａ）がチャック機構が閉のときの前記部位の斜視図で、（ｂ）がチャック機構が開のときの前記部位の斜視図である。請求項２に記載したアダプタ及び把持爪の部位で把持爪を開にした形体を示す斜視図である。請求項２に記載したアダプタ及び把持爪の部位で把持爪を閉にした形体を示す斜視図である。請求項２に記載したアダプタ及び把持爪の部位の形体を説明する図である。請求項２に記載のアダプタ及び把持爪により部品箱の角に収納された部品を把持しようとする状態を示した図である。部品箱の角に収納された部品を把持しようとする状態を示した図で、（ａ）がコンプライアンスデバイスの長軸方向に対して垂直方向に把持爪を屈曲させた形体の場合を示した図で、（ｂ）がコンプライアンスデバイスの長軸方向と同一方向に把持爪を取り付けた形体の場合を示した図である。部品箱の角に収納された部品を把持しようとする状態を示した図で、（ａ）が請求項２に記載のアダプタ及び把持爪により部品箱の角に収納された部品を把持しようとする状態を示した図で、（ｂ）がコンプライアンスデバイスの長軸方向に対して垂直方向に把持爪を屈曲させた形体の場合を示した図である。本発明のコンプライアンスデバイスの無負荷状態の斜視図である。図２７のＢ―Ｂ断面におけるコンプライアンスデバイスの無負荷状態の縦断面説明図である。図２８のコンプライアンスデバイスに縮小方向の外力が加わったときの変化を示す説明図である。

本発明に係るエンドエフェクタ１は、例えば図１に示すように、エンドエフェクタ１、ロボット１１、画像センサ１２、ロボット制御部１３、及び画像による部品認識手段１４を備えた部品取出しシステム１０で使用される。前記エンドエフェクタ１は、コンプライアンスデバイス３や把持機構２を備える。前記部品取出しシステム１０は、自動車製造工場や半導体製造工場などの生産ラインに設置され、コンプライアンスデバイス３及び把持機構２を備えたエンドエフェクタ１をアーム４先端に装着したロボット１１が、部品箱６にバラ積み状態で収納された多数の部品５を前記エンドエフェクタ１により一つずつ把持して取出して次工程に搬送する作業を行う。

前記エンドエフェクタ１は、図１又は図２に示すように、部品箱６に収納された部品５を一つずつ把持する把持機構２及びコンプライアンス性を有するコンプライアンスデバイス３を備え、コンプライアンスデバイス３側をロボットのアーム先端に取り付ける。エンドエフェクタ１がコンプライアンス性を有することにより、把持機構２が部品箱６に衝突したときに把持機構２の損傷が発生しにくくなり、ロボット１１への衝撃を緩和し、ロボット１１のチョコ停を防止し、又は把持機構２の把持爪７が部品５の被把持箇所を少しずれて部品５に当接したときに把持爪７が部品５表面を滑りながら被把持箇所に到達しやすいように支援することができる。

前記把持機構２は、図５乃至図７、及び、図１４乃至図１６に示すように、開閉する一対の第一アーム２１ａ及び第二アーム２１ｂからなるチャックアーム２１を具備し、該チャックアーム２１と連結して該チャックアーム２１を開閉させる駆動シリンダ２２を具備するチャック開閉機構２０を具備する。そして、前記チャックアーム２１の先端側には、前記駆動シリンダ２２の作動により相互に接離自在に開閉して部品５を把持する、前記第一アーム２１ａの作動に連動する第一爪片７ａ及び前記第二アーム２１ｂの作動に連動する第二爪片７ｂからなる一対の把持爪７を具備する。

図３、図４、図１２及び図１３に示すように、前記一対の把持爪７の前記第一爪片７ａ及び第二爪片７ｂは前記チャックアーム２１の取り付け部から先端部に向けて先細り形体を形成すると共に、前記先端部の前記第一爪片７ａと第二爪片７ｂの対向面以外の外周面３４は略半球面状の形体を形成し、図５、図１４、図８（ａ）に示すように前記第一爪片７ａと第二爪片７ｂの対向面の下端部をそれぞれ対向側に突出させて内鍔部３０を形成し、前記第一爪片７ａ及び第二爪片７ｂの内鍔部３０の対向面の一方側に凹部３２を形成しかつ他方側に凸部３３を形成する。そして、図８（ｂ）、図９又は図１７に示すように前記凹部３２に前記凸部３３を嵌入させる方向に閉じることによって、把持爪７の先端部の大きさを小さくさせることができ、これにより図１０（ａ）や図１８（ａ）に示すように部品５の小孔部に把持爪７の先端部を挿入させることができる。

また、図１１（ａ）や図１９（ａ）に示すように把持爪７を開状態で部品５の外側に近接させて、その後図１１（ｂ）や図１９（ｂ）に示すように把持爪７を閉状態にさせて部品５の円筒状の部位の内壁部を把持爪７の内顎部３０に載置させて部品５の両側を挟んで把持することもできる。

また、図１０（ａ）や図１８（ａ）に示すように把持爪７を閉状態で部品５の穴部に挿入させて、その後図１０（ｂ）や図１８（ｂ）に示すように把持爪７を開状態にさせて把持爪７の外顎部３１に部品５の底面を載置させ、前記穴部の内周壁に把持部７の外側を押しつけて部品を把持することもできる。

前記第一爪片７ａと第二爪片７ｂの先端部の外周面３４を略半球状の形体に形成させることによって、第一爪片７ａ又は第二爪片７ｂが、図８（ｃ）に示すように、部品５の角部に当接したときに部品５の角部から第一爪片７ａ又は第二爪片７ｂを滑りやすくすることができ、第一爪片７ａ又は第二爪片７ｂが部品５の孔部に挿入しやすくなる。

第一爪片７ａ及び第二爪片７ｂの材質は、通常、金属製の部品５の把持・解放を繰り返す必要があるため、耐摩耗性を有する材料であればよい。

また、図３、図５、図１２及び図１４に示すように、前記チャック開閉機構２０と前記把持爪７の間に、前記チャック開閉機構２０と前記把持爪７を連結させるアダプタ８を介在させ、前記アダプタ８と前記把持爪７との締結部の形態を、同一のチャック開閉機構２０に対して異なる形体の前記把持爪７を取り付けられるように前記アダプタ８と前記把持爪７との締結用孔４０の位置を統一し、又は、異なるチャック開閉機構２０に対して同一の形体の前記把持爪７を取り付けられるように前記アダプタ８に異なる複数の前記チャック２０にそれぞれ設けられた締結用孔４１の位置に対応した締結用孔の位置４１を設ける。これにより、同一のアダプタ８に異なる形体の把持爪７を取り付けることができる。一方、図１２や図２０に示すように、同一の把持爪７を異なる形体のアダプタ８に取り付けることもできる。これにより、アダプタ８の種類数と把持爪７の種類数を減じることができる。

前記チャック開閉機構２０には駆動シリンダ２２が設けられ、前記駆動シリンダ２２により第一爪片７ａ及び第二爪片７ｂを開閉する。前記開閉形態には、図１２及び図１４に示すように前記第一爪片７ａ及び第二爪片７ｂの先端を円弧状の軌跡を描いて開閉させる形態と、図３及び図５に示すように前記第一爪片７ａ及び第二爪片７ｂの先端を横方向にスライドさせて開閉する形態がある。

また、図２１乃至図２３に示すように、前記ロボットアーム４の軸方向Ｃに対する前記アダプタ８の長軸方向のなす角度α、及び、ロボットアーム４の軸方向Ｃに対する前記アダプタ８に締結した把持爪７の長軸方向のなす角度βが、ともに２５度以上３５度以下となるように、側面視で前記アダプタ８と前記把持爪７とが形成する形体がくの字の形状を形成する。

これにより、図２４や図２６（ａ）に示すように、本発明のエンドエフェクタ１であれば部品箱６の角に部品５が収納されている場合であっても把持爪７が部品箱６の枠に干渉することなくロボット１１がチョコ停することなく部品５を把持することができる。

比較例として、図２５（ａ）や図２６（ｂ）に示すような、コンプライアンスデバイス３の軸方向に垂直方向に把持爪７を配設した場合には、部品箱６に対しての部品５の収納された状態によって、図２５（ａ）に示すような場合には把持可能であるが、図２６（ｂ）に示すような場合にはエンドエフェクタ１が部品箱６に干渉して把持できず、ロボット１１がチョコ停となるトラブルが発生する。

比較例として、図２５（ｂ）に示すような、ロボットアーム４の軸方向Ｃに対して同一方向に把持爪７を配設した場合には、図２５（ｂ）に示すように把持爪７が部品箱６に干渉して部品５を把持できない。

前記コンプライアンスデバイス３は、図２７乃至図２９に示すように、前記アーム側プレート５１と前記中間プレート５２間の間隔を固定状態とした空間部５３を設け、前記把持側プレート５０と前記中間プレート５２間に介装し、前記把持側プレート５０と前記中間プレート５２間の間隔を拡張方向に付勢させたバネ５４に挿通させたシャフト５５の先端を前記中間プレート５２側から前記空間部５３に出し入れ可能とし、前記シャフト５５の先端に円板状の衝止板５６を固設し、前記中間プレート５２の前記空間部５３側に前記衝止板５６と対向させて円板状の固定ブロック５７を固設する。そして、把持プレート５０側の軸受６０をシャフト５５の軸方向に動かないようにするためにストッパ６１を軸受６０に密接させてシャフト５５に嵌設している。

無負荷時は、図２８に示すように前記バネ５４の付勢力により前記衝止板５６が前記固定ブロック５７に当接して前記把持側プレート５０と前記中間プレート５２の間隔が最大に拡張され、前記把持機構２が衝突したときにかかる外力Ｐによる負荷時には、図２９に示すように前記バネ５４が縮小し前記シャフト５５先端が前記空間部５３に突出して、前記把持側プレート５０と前記中間プレート５２の間隔が縮小して前記負荷Ｐの衝撃を受け、負荷時から無負荷時になると、図２８に示すように前記バネ５４の拡張により前記シャフト５５先端に固設した前記衝止板５６が前記固定ブロック５７で衝止されて、前記把持側プレート５０と前記中間プレート５２の間隔を無負荷時の状態に復元させる。

そして、前記シャフト５５と、前記把持側プレート５０及び前記中間プレート５２との連結部には軸受６０を嵌設する。例えば、図２８及び図２９に示すように、前記把持側プレート５０と前記中間プレート５２に対向する位置に軸受６０をそれぞれ嵌設する。そして、前記対向位置に嵌設された前記把持側プレート５０側の軸受６０に前記シャフト５５の端部を連結させ、前記中間プレート５２側の軸受６０に前記シャフト５５を挿通可能に設ける。前記軸受６０としては、玉軸受、ころ軸受、球面滑り軸受のいずれでもよく、玉軸受又はころ軸受の場合は、シャフト５５を中間プレート５２に対して垂直方向の滑り運動をさせることができ、球面滑り軸受の場合は、シャフト５５を中間プレート５２に対して垂直方向の滑り運動をさせたり、中間プレート及び把持側プレート５０に対して揺動運動や傾動運動をさせることができる。

また、前記コンプライアンスデバイス３には、図２７に示すように、前記シャフト５５及び軸受６０を１組として、少なくとも前記把持側プレート５０及び前記中間プレート５２間に３か所以上設ける。３か所以上設けることにより、ロボット１１のアーム４側に取り付けたプレートを基準として、加えられた負荷の位置、大きさ及び向きによって、例えば球面滑り軸受の場合は、把持側プレート５０を三次元で傾動変化させることができ、ねじり変化をさせることができる。

１エンドエフェクタ
２把持機構
３コンプライアンスデバイス
４アーム
５部品
６部品箱
７把持爪
７ａ第一爪片
７ｂ第二爪片
８アダプタ
１０部品取出しシステム
１１ロボット
１２画像センサ
１３ロボット制御部
１４部品認識手段
２０チャック開閉機構
２１チャックアーム
２１ａ第一アーム
２１ｂ第二アーム
２２駆動シリンダ
３０内顎部
３１外顎部
３２凹部
３３凸部
３４外周面
４０締結用孔
４１締結用孔
５０把持側プレート
５１アーム側プレート
５２中間プレート
５３空間部
５４バネ
５５シャフト
５６衝止板
５７固定ブロック
６０軸受
６１ストッパ
７０把持爪
７１把持爪
Ｃ軸方向
Ｐ外力
α 角度
β 角度

Claims

部品をピッキングするロボットアームの先端に取り付けるエンドエフェクタであって、
前記エンドエフェクタが、部品を把持する把持機構と、前記ロボットアームの先端に取り付けられ、前記把持機構に外力が加わったときにコンプライアンス性を発揮するコンプライアンスデバイスとを具備し、
前記把持機構は、開閉する一対の第一アーム及び第二アームからなるチャックアームを具備、及び、該チャックアームと連結して該チャックアームを開閉させる駆動シリンダを具備するチャック開閉機構と、前記駆動シリンダの作動により相互に接離自在に開閉して部品を把持する、前記第一アームの作動に連動する第一爪片及び前記第二アームの作動に連動する第二爪片からなる一対の把持爪と、を備え、
前記一対の把持爪の前記第一爪片及び第二爪片は前記チャックアームの取り付け部から先端部に向けて先細り形体を形成すると共に、前記先端部の前記第一爪片と第二爪片の対向面以外の外周面は略半球面状の形体を形成し、
前記第一爪片と第二爪片の対向面の下端部をそれぞれ対向側に突出させて内鍔部を形成し、前記第一爪片及び第二爪片の内鍔部の対向面の一方側に凹部を形成しかつ他方側に凸部を形成し、前記凹部に前記凸部を嵌入させる方向に閉じることによって、部品の外側を把持可能とし、
前記第一爪片と第二爪片のそれぞれの対向面側である前記内顎部の反対側の外周面側に突出させた外鍔部を形成させ、把持爪を閉じて前記内顎部側の前記凹部に前記凸部を嵌入させて把持爪の先端の外寸を小さくさせて把持爪を部品の穴へ挿入して、その後把持爪を開にして部品の内側を把持可能とし、
前記チャック開閉機構と前記把持爪の間に、前記チャック開閉機構と前記把持爪を連結させるアダプタを介在させ、前記アダプタと前記把持爪との締結部の形態を、同一のチャック開閉機構に対して異なる形体の前記把持爪を取り付けられるように前記アダプタと前記把持爪との締結用孔の位置を統一し、又は、異なるチャック開閉機構に対して同一の形体の前記把持爪を取り付けられるように前記アダプタに異なる複数の前記チャックにそれぞれ設けられた締結用孔の位置に対応した締結用孔の位置を設けたことを特徴とするエンドエフェクタ。
前記ロボットアームの軸方向に対する前記アダプタの長軸方向のなす角度、及び、ロボットアームの軸方向に対する前記アダプタに締結した把持爪の長軸方向のなす角度が、ともに２５度以上３５度以下となるように、側面視で前記アダプタと前記把持爪とが形成する形体がくの字の形状を形成し、
前記コンプライアンスデバイスが、前記把持機構に取り付ける把持側プレート、前記ロボットアーム先端に取り付けるアーム側プレート、及び前記把持側プレートと前記アーム側プレート間に介設された中間プレートを備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
前記アーム側プレートと前記中間プレート間の間隔を固定状態とした空間部を設け、前記把持側プレートと前記中間プレート間に介装し、前記把持側プレートと前記中間プレート間の間隔を拡張方向に付勢させたバネに挿通させたシャフトの先端を前記中間プレート側から前記空間部に出し入れ可能とし、
前記シャフトの先端に円板状の衝止板を固設し、前記中間プレートの前記空間部側に前記衝止板と対向させて円板状の固定ブロックを固設し、
無負荷時は、前記バネの付勢力により前記衝止板が前記固定ブロックに当接して前記把持側プレートと前記中間プレートの間隔が最大に拡張され、
前記把持機構が衝突したときにかかる外力による負荷時には、前記バネが縮小し前記シャフト先端が前記空間部に突出して、前記把持側プレートと前記中間プレートの間隔が縮小して前記負荷の衝撃を受け、負荷時から無負荷時になると、前記バネの拡張により前記シャフト先端に固設した前記衝止板が前記固定ブロックで衝止されて、前記把持側プレートと前記中間プレートの間隔を無負荷時の状態に復元させることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンドエフェクタ。