JP6253750B1 - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】ロボット本体を高速動作させても荷の位置ずれや脱落が生じるおそれがない作業効率に優れたロボットハンドを提供する。【解決手段】ロボットハンド１はハンド本体部２と荷の把持機構部３とを備える。把持機構部３は、荷の上面に吸着させる第１の吸着パッド４と、荷の側面に吸着させる第２の吸着パッド４０と、荷の下面を支えるフォーク爪５とを含む。第１の吸着パッド４はハンド本体部２に取り付けられる。第２の吸着パッド４０はハンド本体部２の下面に設けられた可動板８に取り付けられる。可動板８には、両側において平行リンク機構６を構成する駆動リンク６１および従動リンク６２の上端が支持される。各リンク６１，６２の下端にはフォーク爪５の基端部が取り付けられる。両側の駆動リンク６１には荷に対してフォーク爪５を往復動させる往復動機構７が連結される。【選択図】図１

Description

この発明は、ロボット本体のアームの先端に取り付けられるロボットハンドに関し、この発明は特に、パレットや台車などに積み付けられた荷を降ろす作業に好適なロボットハンドに関する。

従来、その種のロボットハンドとして、ハンド本体部に組み込まれた駆動機構により前進および後退するフォーク爪と、ハンド本体部に昇降可能に支持され下端に吸着パッドが取り付けられたワーク押圧機構とを備えたものがある。このロボットハンドにより荷をつかむには、吸着パッドを下降させて荷の上面を吸着させた後、吸着パッドを上昇させて荷を少し上昇させ、次に、フォーク爪を前進させて荷の下面に挿入した後、吸着パッドを下降させて荷を吸着パッドとフォーク爪との間で挟持する。その後、ロボット本体を旋回させるなどして、荷をロボットハンドとともに所定の位置へ移動させた後、フォーク爪を後退させて、荷を例えばローラコンベヤ上に置く（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−３２０４６４号公報

しかし、上記した構成のロボットハンドは、荷を上下から挟持するものであるから、ロボット本体の旋回時、大きな遠心力が荷に作用すると、荷が位置ずれしたり、荷が抜け出て脱落したりするおそれがあるため、ロボット本体を高速で動作させることができない。また、荷を把持するには、吸着パッドを下降して荷の上面に吸着させ、次に吸着パッドを上昇して荷を持ち上げ、次にフォーク爪を荷の下方位置へ挿入し、次に吸着パッドを下降して荷をフォーク爪上に降ろす、という手順を必要とし、特に、フォーク爪を荷の下方位置へ挿入した後、荷をフォーク爪上に降ろす作業が必要であるため、作業効率が低下するという問題がある。

この発明は、上記の問題に着目してなされたもので、ロボット本体を高速動作させても荷の位置ずれや脱落が生じるおそれがない作業効率に優れたロボットハンドを提供することを目的とする。

この発明によるロボットハンドは、ロボット本体のアームの先端に接続されるハンド本体部と、前記ハンド本体部に設けられる荷の把持機構部とを備えている。前記把持機構部は、荷の上面を吸着して荷を保持する第１の吸着パッドと、荷の側面を吸着して荷を保持する第２の吸着パッドと、荷の下面を支えるフォーク爪とを含んでいる。前記第１の吸着パッドは前記ハンド本体部に取り付けられている。前記第２の吸着パッドは前記ハンド本体部に荷に対して側方より接近、離間可能に設けられた可動部材に取り付けられている。前記可動部材の前記第２の吸着パッドの背後位置には、両側においてそれぞれ平行リンク機構を構成する２本の平行なリンクの上端がそれぞれ支持されるとともに、各リンクの下端に前記フォーク爪の基端部が、先端部が荷の方向を向くように取り付けられている。両側の一方のリンクには荷に対して前記フォーク爪を往復動させる往復動機構が連結されている。

上記した構成のロボットハンドにより台車やパレットなどに積み付けられた荷を降ろすには、ロボット本体によりロボットハンドを移動させて荷を支持する空間内に荷を位置させた後、まず、第１の吸着パッドにより荷の上面を吸着し、次に可動部材により第２の吸着パッドを荷に接近させて荷の側面を吸着する。第１，第２の各吸着パッドによる吸引力によって荷が保持されるので、ロボット本体がロボットハンドを上方へわずかに変位させて荷を持ち上げ、荷の下方にフォーク爪が入り込む空間を形成する。
次に、往復動機構を動作させると、フォーク爪は荷に向けて往動し、荷の下方へ導かれて荷の下面を支持する。この場合、往復動機構は平行リンク機構を構成する２本の平行なリンクによって構成されているので、フォーク爪は弧を描くように上昇しつつ前進し、荷の下面に当接する。これにより荷の上下面および側面がロボットハンドの把持機構部により把持され、ロボット本体の旋回動作等により荷はロボットハンドと一体に所定の位置まで搬送される。

次に、例えばローラコンベヤ上において、往復動機構を動作させてフォーク爪を荷から離れる方向に復動させ、荷の下方より後退させる。この場合、フォーク爪は弧を描くように下降しつつ後退し、荷の下面から離れる。荷は第１、第２の吸着パッドにより保持されており、次にロボット本体がロボットハンドを降下させて荷を例えばローラコンベヤ上に置いた後、可動部材を後退させると、第２の吸着パッドが後退して荷の側面から離れる。その後、ロボット本体がロボットハンドを上昇させると、第１の吸着パッドも荷の上面から離れ、荷はロボットハンドから解放される。

この発明の好ましい実施態様においては、前記第１、第２の各吸着パッドは、それぞれの吸着面にバキューム装置による吸引力を作用させるものである。

この実施態様によると、第１の吸着パッドを荷の上面に当てて吸着面にバキューム装置による吸引力を作用させると、吸着パッド内が負圧化され、第１の吸着パッドに荷の上面が吸着される。第２の吸着パッドを荷の側面に当てて吸着面にバキューム装置による吸引力を作用させる場合も同様であり、第２の吸着パッドに荷の側面が吸着される。

この発明によるロボットハンドは、前記ハンド本体部に荷の側面が当接するストッパーがさらに取り付けられている。

この実施態様によると、ロボットハンドの荷を支持する空間内に荷が位置するようにロボット本体がロボットハンドを移動させたとき、荷の側面にストッパーが当たることで、ロボットハンドに対して荷が位置決めされ、その後、第１の吸着パッドにより荷の上面が吸着される。

この発明によれば、荷を把持機構部により把持して搬送するとき、荷の上下面を挟持するとともに側面を吸着により保持するので、荷の位置ずれや脱落が防止され、ロボット本体を高速で動作させることができる。また、フォーク爪は上昇しつつ前進して荷の下面を当接し、さらにフォーク爪は下降しつつ後退して荷の下面より離れるので、荷を挟持する動作や荷を解放する動作に時間を要さず、作業の効率化がはかられる。

この発明の一実施例であるロボットハンドの側面図である。 ロボットハンドの背面図である。 ロボットハンドの平面図である。 フォーク爪の平面図である。 パレット上から荷を降ろす動作（１）（２）を示す側面図である。 パレット上から荷を降ろす動作（３）（４）を示す側面図である。 ローラコンベヤ上に荷を載せる動作（１）（２）を示す側面図である。 ローラコンベヤ上に荷を載せる動作（３）を示す側面図である。

図１〜図３は、この発明の一実施例であるロボットハンド１の構成を示している。図示例のロボットハンド１は、ハンド本体部２の下側に荷の把持機構部３が設けられている。把持機構部３はパレット１１上に整列状態で積み付けられた荷１０を把持するためのもので、荷１０はロボット本体（図示せず）の動作により所定の位置まで搬送されてローラコンベヤ上などに置かれる。ハンド本体部２は、平面形状が長手矩形状の金属製の板材２０により構成され、板材２０の両側縁には立ち上がり壁２１，２１が形成されている。板材２０の上面の長さ中央部にはロボット本体のアーム１２の先端がボルトなどにより接続される接続部２２を有している。なお、図示していないが、ロボット本体は床面上に旋回可能に設置され、複数の関節部を有するアーム１２を具備している。ロボットハンド１はロボット本体の旋回動作とアーム１２の伸縮動作によって上下、左右に動かされ、荷１０の位置に近づいて荷１０をつかむことが可能である。

ハンド本体部２の下方は、前側寄りが荷１０を支持する空間（以下「荷の支持空間Ｐ」という）になっており、この荷の支持空間Ｐに対応させて把持機構部３が設けられている。なお、図中、（Ｆ）がロボットハンド１の前側、（Ｂ）がロボットハンド１の後側とする。
把持機構部３は、荷の支持空間Ｐに位置する荷１０の上面ａを吸着して荷１０を保持する複数個（この実施例では４個）の第１の吸着パッド４と、荷１０の後側の側面ｃを吸着して荷を保持する複数個（この実施例では２個）の第２の吸着パッド４０と、荷１０の後側の側面ｃが当接するストッパー３０と、荷１０の下面ｂを支える板状の金属製のフォーク爪５とを含んでいる。

４個の第１の吸着パッド４は、２行、２列に整列配置されており、ハンド本体部２の下面に吸着面を荷の支持空間Ｐに向けて下向きに配置されている。２個の第２の吸着パッド４０は横並びに配置されるとともに、吸着面を荷の支持空間Ｐに向けて横向きに配置されている。第１の吸着パッド４はハンド本体部２の下面に固定的に取り付けられている。第２の吸着パッド４０はハンド本体部２の下面に荷の支持空間Ｐに対して接近、離間可能に設けられた可動部材としての水平な可動板８に取り付けられている。第１、第２の各吸着パッド４，４０はホース４１，４２を介してバキューム装置（図示せず）に接続され、各吸着パッド４，４０内をバキューム装置により負圧化して、それぞれの吸着面に吸引力を作用させる。

ストッパー３０は、この実施例では、荷１０が当接したことを検知する物体検知センサの検出棒をもって構成されており、ハンド本体部２の下面の第１の吸着パッド４の近傍位置に荷の支持空間Ｐと対向するように取り付けられている。物体検知センサが荷１０の当接を検知したとき、第１の吸着パッド４は吸引動作を開始する。なお、ストッパー３０は棒状のものに限らず、板状のものであってもよい。

可動板８の下面には、２個の第２の吸着パッド４０を支持する支持枠部８２が一体に設けられている。可動板８は、ガイド機構８３を介してハンド本体部２の下面に移動自由に支持されるとともに、駆動機構９によって往復動される。この実施例では、ガイド機構８３として、「リニアウェイ」（登録商標：日本トムソン株式会社製）が用いられており、ハンド本体部２の下面の両側に取り付けられた一対のトラックレール８４，８４と、各トラックレール８４に対して摺動自由な２個のスライダ８５，８５とを含んでいる。可動板８はスライダ８５，８５に固定されている。

駆動機構９は、エアシリンダ９０により構成されている。エアシリンダ９０はハンド本体２の下面の中央部に固定され、ロッド９１の先端が可動板８の上面に取り付けられた端板９２に連結されている。

フォーク爪５は、先端部に向けて厚みが薄くなっており、図４に示されるように、矩形状の取付板部５１と二股状の支持板部５２とを一体に備えている。取付板部５１の上面の両側端にはそれぞれ軸支板５３，５３が取り付けられている。各軸支板５３の前後位置にはフォーク爪５の先端部が荷の支持空間Ｐを方向を向くように後述する平行なリンク６１，６２の下端部が枢軸６３によりそれぞれ枢支されている。フォーク爪５の支持板部５２は荷１０の下面を支持することが可能な長さおよび幅を有し、左右の支持板部５２，５２間には荷１０を載置するローラコンベヤ１０１のローラ１００の径より大きな溝幅の溝５４が介在している。

可動板８の下面の両側縁には、第２の吸着パッド４０の背後位置に、軸支板８６，８６が取り付けられている。軸支板８６，８６間には前後２本の枢軸６４が枢支され、各枢軸６４の両端にそれぞれ平行リンク機構６を構成する駆動リンク６１および従動リンク６２の上端部が枢支されている。駆動リンク６１と従動リンク６２とは、同じ長さを有するもので、互いに平行しており、従動リンク６２が駆動リンク６１に追随して同じ動作を行うことで２本のリンク６１，６２間の平行が維持される。軸支板８６，８６間には取付板８７を介して往復動機構７を構成するエアシリンダ７０が支持されている。往復動機構７は平行リンク機構６を介してフォーク爪５を荷の支持空間Ｐに対して往復動させるもので、エアシリンダ７０のロッド７１の先端が両側の平行リンク機構６の駆動リンク６１の長さ中央部に連結されている。

上記した構成のロボットハンド１により例えばパレット１１上に積み付けられた荷１０を降ろすには、図５−１（１）に示すように、ロボット本体がロボットハンド１を移動させて荷の支持空間Ｐに荷１０を位置させる。ストッパー３０に荷１０の後側の側面ｃが当たると、まず、第１の吸着パッド４の吸着面に吸引力が作用し、第１の吸着パッド４が荷１０の上面を吸着する。次に、図５−１（２）に示すように、駆動機構９を駆動してエアシリンダ９０のロッド９１を伸長させると、ガイド機構８３のスライダ８５がトラックレール８４に沿って摺動し、可動板８が荷１０に向けて一体に移動し、第２の吸着パッド４０が荷１０に接近する。第２の吸着パッド４０の吸着面に吸引力を作用させると、第２の吸着パッド４０が荷１０の側面ｃを吸着する。

第１，第２の各吸着パッド４，４０による吸引力によって荷１０の上面ａおよび側面ｃが保持されるので、図５−２（３）に示すように、ロボット本体がロボットハンド１を上方へ変位させて荷１０をわずかに持ち上げると、荷１０の下方にフォーク爪５が入り込む空間Ｓが形成される。

次に、図５−２（４）に示すように、往復動機構７のエアシリンダ７０を動作させてロッド７１を伸長させると、ハンド本体２の両側において平行リンク機構６を構成する駆動リンク６１が上端を支点として荷１０に向けて往動し、従動リンク６２が駆動リンク６１と平行を保ちつつこれに追随する。このとき、図中、一点鎖線で示すように、下端のフォーク爪５は弧を描くように上昇しつつ前進し、荷１０の下面ｂに当接して止まる。これにより荷１０の上面ａ、下面ｂ、および後側の側面ｃがロボットハンド１の把持機構部３により把持され、ロボット本体の旋回動作とアーム１２の伸縮動作により荷１０はロボットハンド１と一体に所定の位置、例えば図６−１（１）に示すように、ローラコンベヤ１０１の上方位置まで搬送される。

ローラコンベヤ１０１上において、往復動機構７のエアシリンダ７０を動作させてロッド７１を収縮させると、ハンド本体２の両側において平行リンク機構６を構成する駆動リンク６１が上端を支点として荷１０から離れる方向へ復動し、従動リンク６２が駆動リンク６１と平行を保ちつつこれに追随する。このとき、図中、一点鎖線で示すように、下端のフォーク爪５は弧を描くように下降しつつ後退し、荷１０の下面ｂから離れる。

荷１０は、図６−１（２）に示すように、第１、第２の吸着パッド４，４０による吸引力により保持されており、次に、図６−２（３）に示すように、ロボット本体がロボットハンド１を降下させて荷１０をローラコンベヤ１０１上に置く。その後、駆動機構９を駆動してエアシリンダ９０のロッド９１を収縮させると、ガイド機構８３のスライダ８５がトラックレール８４に沿って摺動し、可動板８が荷１０から離れる方向へ移動し、第２の吸着パッド４０が荷１０の側面ｃから離間する。その後、ロボット本体がロボットハンド１を上昇させると、第１の吸着パッド４が荷１０の上面ａから離れ、荷１０はロボットハンド１から解放される。

１ ロボットハンド
２ ハンド本体
３ 把持機構部
４ 第１の吸着パッド
５ フォーク爪
６ 平行リンク機構
７ 往復動機構
８ 可動板
１０ 荷
１２ ロボットアーム
３０ ストッパー
４０ 第２の吸着パッド
６１ 駆動リンク
６２ 従動リンク
Ｐ 荷の支持空間

Claims (3)

1. ロボット本体のアームの先端に接続されるハンド本体部と、前記ハンド本体部に設けられる荷の把持機構部とを備え、前記把持機構部は、荷の上面を吸着して荷を保持する第１の吸着パッドと、荷の側面を吸着して荷を保持する第２の吸着パッドと、荷の下面を支えるフォーク爪とを含み、前記第１の吸着パッドは前記ハンド本体部に取り付けられ、前記第２の吸着パッドは前記ハンド本体部に荷に対して側方より接近、離間可能に設けられた可動部材に取り付けられており、
   前記可動部材の前記第２の吸着パッドの背後位置には、両側においてそれぞれ平行リンク機構を構成する２本の平行なリンクの上端がそれぞれ支持されるとともに、各リンクの下端に前記フォーク爪の基端部が、先端部が荷の方向を向くように取り付けられ、両側の一方のリンクには荷に対して前記フォーク爪を往復動させる往復動機構が連結されてなるロボットハンド。
2. 前記第１、第２の各吸着パッドは、それぞれの吸着面にバキューム装置による吸引力を作用させるものである請求項１に記載のロボットハンド。
3. 請求項１または２に記載のロボットハンドであって、前記ハンド本体部に荷の側面が当接するストッパーがさらに取り付けられているロボットハンド。

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