JP6496289B2

JP6496289B2 - ハンド装置

Info

Publication number: JP6496289B2
Application number: JP2016191537A
Authority: JP
Inventors: 怜松本
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: DE102017122172A1; CN107877489B; JP2018051696A; US10589420B2; US20180085916A1; CN107877489A; DE102017122172B4

Description

本発明は、ロボットアームに取付けられて使用されるハンド装置に関する。

この種のハンド装置として、ロボットアームの先端に固定された開閉する一対の爪によりワークを把持するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このハンド装置は、把持したワークがロボットアームの作動により加工位置に配置され、ハンド装置に把持されたままワークに所定の加工が行われる。

特開２０１３−２３３６５０号公報

しかしながら、上記ハンド装置は、開閉する一対の爪によりワークを把持する構造を有するので、１つのハンド装置の把持力ではワークの重量や加工時にワークに加わる力によっては加工時にワークを安定して保持することができない。このため、特許文献１では、重いワークを加工する場合は、それぞれにハンド装置が設けられた複数のロボットアームを用いてワークの加工を行う必要があり、複数のロボットアームを用いる分だけ製造コストが高くなっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、加工時にワークを安定して保持することができるハンド装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様のハンド装置は、ロボットアームに固定された第１ハンドと、前記ロボットアームに固定されておらず、ワークが載置されるワーク載置部を有し、前記第１ハンドに結合される第２ハンドと、前記第１ハンドに前記第２ハンドが結合される際に前記第１ハンドに対する前記第２ハンドの位置決めを行う位置決め機構と、前記位置決め機構により位置決めされた前記第２ハンドの前記第１ハンドへの結合および該結合の解除を行う結合機構とを備え、前記第１ハンドの少なくとも一部を前記第２ハンド側に移動させることにより前記第１ハンドと前記第２ハンドとの間に前記ワークをクランプするように構成され、前記結合機構による前記結合は前記第１ハンドの前記第２ハンドから離れる方向への移動を規制する。

当該態様では、第１ハンドと第２ハンドとが位置決め機構により位置決めされると共に、第１ハンドと第２ハンドとが結合機構によって結合され、また、第１ハンドの少なくとも一部を第２ハンド側に移動させてワークにクランプ力が加えられるので、ロボットアームを作動させて当該ワークに加工を行う加工時に、第１ハンドと第２ハンドとが確実に結合された状態を維持し、これによりワークを安定して保持することができる。

上記態様において、前記結合機構が、前記第１ハンドに設けられた第１係合部材と、前記第２ハンドに設けられた第２係合部材と、前記第１ハンドに設けられ、前記位置決め機構による前記位置決めが行われた状態で前記第１係合部材を所定方向に移動させて前記第２係合部材に係合させることにより前記結合を行う係合部材駆動装置とを有することが好ましい。
このように、第１ハンドに対し第２ハンドが位置決めされた状態で、前記第１係合部材を所定方向に移動させるだけで第１ハンドと第２ハンドとの結合が行われるので、簡素な構成でワークの安定した保持を実現することができる。

また、上記態様において、前記第１ハンドに設けられ、前記第１ハンドの一部を前記第２ハンド側に移動させることにより前記第１ハンドと前記第２ハンドとの間に前記ワークをクランプするクランプ用駆動装置を有することが好ましい。
このように、第１ハンドの一部をクランプ用駆動装置により第２ハンド側に移動させてクランプを行うので、大きなクランプ力を安定して発生させることが可能となる。

本発明によれば、加工時にワークを安定して保持することができる。

本発明の第１の実施形態に係るハンド装置およびロボットアームの概略正面図である。第１の実施形態のハンド装置の正面図である。第１の実施形態のハンド装置の斜視図である。第１の実施形態のハンド装置の第２ハンドの斜視図である。第１の実施形態のロボット制御装置のブロック図である。第１の実施形態の制御部の動作を示すフローチャートである。第１の実施形態のハンド装置の動作説明図である。第１の実施形態のハンド装置の動作説明図である。第１の実施形態のハンド装置の動作説明図である。本発明の第２の実施形態に係るハンド装置の正面図である。第２の実施形態の制御部の動作を示すフローチャートである。第２の実施形態のハンド装置の動作説明図である。

本発明の第１の実施形態に係るハンド装置１を図面を参照して以下に説明する。
このハンド装置１は、図１に示すように、ロボットアーム２に固定された第１ハンド１０と、第１ハンド１０に結合される第２ハンド２０とを備えている。
第１ハンド１０が固定されるロボットアーム２は、複数の可動部を備えると共に、複数の可動部をそれぞれ駆動する複数のサーボモータ２ａを備えている。ロボットアーム２は先端部に第１ハンド１０を取付けるための取付部２ｂを有する。

各サーボモータ２ａとして、回転モータ、直動モータ等の各種のサーボモータを用いることが可能である。各サーボモータ２ａは作動位置を検出するエンコーダ等の作動位置検出装置を内蔵しており、作動位置検出装置の検出値がロボット制御装置３０に送信される。

第１ハンド１０は、図２および図３に示すように、ロボットアーム２の取付部２ｂに固定された基部１１を有する。基部１１は、取付部２ｂにボルト（図示せず）により固定された固定プレート１１ａと、固定プレート１１ａからその板厚方向に延びている（本実施形態では下方に延びている）複数のガイドシャフト１１ｂと、複数のガイドシャフト１１ｂの下端が固定されている補強板１１ｃとを有する。以下の説明では、前記板厚方向は上下方向又はＺ軸方向と称する。

基部１１の固定プレート１１ａには結合機構１２が固定されている。結合機構１２は、固定プレート１１ａに溶接、ボルト等により固定されたベース部材１２ａと、ベース部材１２ａに固定されたエアシリンダ、直動モータ等の係合部材駆動装置１３と、ベース部材１２ａに設けられたレール１２ｂに所定方向に移動可能に支持されると共に、係合部材駆動装置１３によりレール１２ｂに沿って移動される第１係合部材１４とを有する。本実施形態では前記所定方向はＺ軸方向と直交するＹ軸方向であり、Ｚ軸方向およびＹ軸方向と直交する方向をＸ軸方向とする。

第１係合部材１４は、互いにＸ軸方向に間隔をおいて配置された一対の係合片１５を有し、各係合片１５は、上下方向に延びる上下方向延設部１５ａと、上下方向延設部１５ａの下端側から水平方向（本実施形態ではＹ軸方向）に延びる水平方向延設部１５ｂとを有する。
第１ハンド１０はさらに、複数のガイドシャフト１１ｂにより基部１１に対して上下方向に移動可能に支持された可動部材１６と、基部１１および可動部材１６に固定されており、可動部材１６を基部１１に対して上下方向に移動させるエアシリンダ、直動モータ等のクランプ用駆動装置１７とを有する。

可動部材１６には複数のガイドシャフト１１ｂにそれぞれ嵌合している複数のガイドブッシュ１６ａが固定され、これにより、可動部材１６がガイドシャフト１１ｂに沿って上下方向に移動することができる。
可動部材１６には複数の貫通孔１６ｂが設けられ、各貫通孔１６ｂは可動部材１６を上下方向に貫通している。各貫通孔１６ｂは複数のガイドブッシュ１６ａと異なる水平方向位置に配置され、各貫通孔１６ｂ内にもガイドブッシュ１６ｃが取付けられている。

第２ハンド２０は、図２および図３に示すように、板状の第２ハンド本体２１と、第２ハンド本体２１から上方に向かって延びる複数のガイドシャフト２２と、第２ハンド本体２１の上面に設けられたワーク載置部２３とを有する。各ガイドシャフト２２は第１ハンド１０の可動部材１６の各貫通孔１６ｂに対応した位置に配置されている。ワーク載置部２３は例えばＭＣナイロン（登録商標）等のプラスチック材から成り、ワークＷの形状に応じた凹部２３ａが上面に形成されている。

第２ハンド２０は、第２ハンド本体２１上に互いにＸ軸方向に間隔をおいて設けられた一対の第２係合部材２４を有する。図２の手前側の第２係合部材２４は図示が省略されている。各第２係合部材２４は第２ハンド本体２１から上方に向かって延びるように設けられ、各第２係合部材２４の上端部には該第２係合部材２４から水平方向に突出している係合部２４ａが設けられている。本実施形態では、係合部２４ａはカムフォロアと称される軸付きベアリングから成り、軸が第２係合部材２４の上端部に固定され、ベアリングの外輪が係合部２４ａとして機能する。本実施形態では、各係合部２４ａのＹ軸方向の位置はワーク載置部２３のＹ軸方向の略中央位置と一致しており、一対の第２係合部材２４はワーク載置部２３に対してＸ軸方向の両側に配置されている。

また、係合部材駆動装置１３およびクランプ用駆動装置１７はロボット制御装置３０に接続され、ロボット制御装置３０により係合部材駆動装置１３およびクランプ用駆動装置１７が制御されるように構成されている。
また、本実施形態では、図４に示すように、載置台４０上に複数の第２ハンド２０が載置され、各第２ハンド２０に作業者や図示しないロボットによりワークＷが載置される。

ロボット制御装置３０は、図５に示すように、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するコンピュータから成る制御部３１と、不揮発性の記憶装置３２と、複数のサーボモータ２ａにそれぞれ対応するように設けられた複数のサーボ制御器３３と、ロボットアーム２の動作プログラムを作成する際等に操作する入力部３４と、表示装置３５とを備えている。各サーボ制御器３３はプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置を有し、各サーボモータ２ａのサーボアンプに駆動信号を送ることにより各サーボモータ２ａの作動位置、作動速度等の制御を行う。

記憶装置３２にはシステムプログラム３２ａが格納されており、システムプログラム３２ａがロボット制御装置３０の基本機能を担っている。また、記憶装置３２には例えば入力部３４を用いて作成された動作プログラム３２ｂが少なくとも１つ格納されている。例えば、ロボット制御装置３０の制御部３１はシステムプログラム３２ａにより動作し、記憶装置３２に格納されている動作プログラム３２ｂを読み出してＲＡＭに一時的に格納し、読み出した動作プログラム３２ｂに沿って各サーボ制御器３３、係合部材駆動装置１３、およびクランプ用駆動装置１７に制御信号を送り、これにより各サーボモータ２ａ、係合部材駆動装置１３、およびクランプ用駆動装置１７を制御する。

本実施形態では、図６に示すように、ロボット制御装置３０が所定の作業開始信号を受付けると（ステップＳ１−１）、制御部３１は、載置台４０の上方に配置された撮像装置４１の撮像結果に基づきワークＷが載置されている第２ハンド２０の位置を求める（ステップＳ１−２）。そして、制御部３１は、ワークＷが載置された第２ハンド２０の１つにおける各ガイドシャフト２２の上方に第１ハンド１０の各貫通孔１６ｂが配置されるように各サーボ制御器３３に制御信号を送ると共に、第１ハンド１０がＺ軸方向の所定位置まで下方に向かって移動して第２ハンド２０の各ガイドシャフト２２が第１ハンド１０の各貫通孔１６ｂに挿入されるように各サーボ制御器３３に制御信号を送る（ステップＳ１−３）。

これにより、図７に示されるように、各貫通孔１６ｂのガイドブッシュ１６ｃと各ガイドシャフト２２によって、第１ハンド１０に対して第２ハンド２０が水平方向に位置決めされる。この時、第１係合部材１４はＹ軸方向の一方側に配置されている。

続いて、第１係合部材１４がＹ軸方向の他方側に移動するように、制御部３１は係合部材駆動装置１３に制御信号を送る（ステップＳ１−４）。これにより、図８に示されるように、第１係合部材１４の一対の係合片１５の水平方向延設部１５ｂがそれぞれ一対の第２係合部材２４の係合部２４ａと上下方向に係合し、第２ハンド２０が第１ハンド１０に結合される。

続いて、第１ハンド１０において、基部１１に対して可動部材１６が下方に移動するようにクランプ用駆動装置１７に制御信号を送る（ステップＳ１−５）。ここで、第１係合部材１４の係合片１５と第２係合部材２４の係合部２４ａが上下方向に係合することにより、第２ハンド２０が第１ハンド１０の基部１１およびベース部材１２ａに対して下方への移動を規制されている。このため、図９に示されるように、基部１１に対して可動部材１６が下方に移動すると、可動部材１６と第２ハンド本体２１のワーク載置部２３との間にワークＷがクランプされる。なお、可動部材１６の下面には例えばＭＣナイロン等のプラスチック材から成るワーク押さえ部材１６ｄが設けられている。

この状態で、制御部３１は、第２ハンド２０が結合された第１ハンド１０が加工機側に移動すると共に、把持したワークＷに加工機により所定の加工が行われるように、各サーボ制御器３３に制御信号を送る（ステップＳ１−６）。
加工が終了すると、制御部３１は、第２ハンド２０が載置台４０上の所定位置に載置されるように各サーボ制御器３３に制御信号を送る（ステップＳ１−７）。そして、制御部３１は、基部１１に対して可動部材１６が上方に移動するようにクランプ用駆動装置１７に制御信号を送ると共に、第１係合部材１４がＹ軸方向の一方側に移動するように係合部材駆動装置１３に制御信号を送る（ステップＳ１−８）。これにより、第１ハンド１０と第２ハンド２０との結合が解除される。

続いて、制御部３１は、第１ハンド１０が所定の待機位置に配置されるように各サーボ制御器３３に制御信号を送る（ステップＳ１−９）。
制御部３１は所定の作業終了信号を受付ける迄は（ステップＳ１−１０）、ステップＳ１−２〜ステップＳ１−９を繰り返す。

第１の本実施形態では、第２ハンド２０のガイドシャフト２２が第１ハンド１０の貫通孔１６ｂのガイドブッシュ１６ｃに挿通して第１ハンド１０と第２ハンド２０とが位置決めされる。また、第２ハンド２０の第２係合部材２４が第１ハンド１０の係合片１５に係合して第１ハンド１０と第２ハンド２０とが結合される。そして、第１ハンド１０の可動部材１６を第２ハンド２０側に移動させてワークＷのクランプが行われる。このため、ロボットアーム２を作動させてワークＷに加工を行う加工時にワークＷを安定して保持することができる。

また、第１ハンド１０に対し第２ハンド２０が位置決めされた状態で、第１係合部材１４をＹ軸方向に移動させるだけで第１ハンド１０と第２ハンド２０との結合が行われるので、簡素な構成でワークＷの安定した保持を実現することができる。
また、第１ハンド１０の一部をクランプ用駆動装置１７により第２ハンド２０側に移動させてクランプを行うので、大きなクランプ力を安定して発生させることが可能となる。

本発明の第２の実施形態に係るハンド装置３を図面を参照して以下に説明する。
このハンド装置３は、図１０に示す一例のように、第１の実施形態のハンド装置１からクランプ用駆動装置１７およびガイドブッシュ１６ａを取り除き、固定プレート１１ａに対してワーク押さえ部材１６ｄが移動しないように固定されているものである。例えば、各ガイドシャフト１１ｂに溶接等により可動部材１６が固定され、これにより固定プレート１１ａにベース部材１２ａだけでなく可動部材１６が固定されている。

この場合のロボット制御装置３０の制御部３１の動作を説明する。システムプログラム３２ａにより動作する制御部３１は、読み出した動作プログラム３２ｂに沿って各サーボ制御器３３および係合部材駆動装置１３に制御信号を送り、図１１に示すように、ロボット制御装置３０が所定の作業開始信号を受付けると（ステップＳ２−１）、第１の実施形態のステップＳ１−２と同様にワークＷが載置されている第２ハンド２０の位置を求める（ステップＳ２−２）。

そして、制御部３１は、ワークＷが載置された第２ハンド２０の１つにおける各ガイドシャフト２２の上方に第１ハンド１０の各貫通孔１６ｂが配置されるように各サーボ制御器３３に制御信号を送ると共に、第１ハンド１０がＺ軸方向の所定位置まで下方に向かって移動して第２ハンド２０の各ガイドシャフト２２が第１ハンド１０の各貫通孔１６ｂに挿入されるように各サーボ制御器３３に制御信号を送る（ステップＳ２−３）。

前記Ｚ軸方向の所定位置は、第１ハンド１０のワーク押さえ部材１６ｄと第２ハンド２０のワーク載置部２３との間にワークＷがクランプされ、そのクランプ力が加工機による加工に耐え得る力よりも少し大きなものとなる位置である。つまり、ロボットアーム２により第１ハンド１０を載置台４０上の第２ハンド２０に押付け、これにより上記クランプ力を発生させる。なお、クランプ力を測定する力センサを例えば取付部２ｂと第１ハンド１０との間に設け、制御部３１が力センサの測定値をモニタしながら、所定のクランプ力が加わるまで第１ハンド１０を下方に向かって移動させることも可能である。

続いて、第１係合部材１４がＹ軸方向の他方側に移動するように、制御部３１は係合部材駆動装置１３に制御信号を送る（ステップＳ２−４）。これにより、図１２に示されるように、第１係合部材１４の一対の係合片１５の水平方向延設部１５ｂがそれぞれ一対の第２係合部材２４の係合部２４ａと上下方向に係合し、第２ハンド２０が第１ハンド１０に結合される。

ここで、ステップＳ２−４で各水平方向延設部１５ｂが各係合部２４ａと上下方向に係合する際、両者の間の上下方向の隙間は小さい方が好ましい。
続いて、制御部３１は、第２ハンド２０が結合された第１ハンド１０が加工機側に移動すると共に、把持したワークＷに加工機により所定の加工が行われるように、各サーボ制御器３３に制御信号を送る（ステップＳ２−５）。

この時、ロボットアーム２による押付力は無くなるが、各水平方向延設部１５ｂが各係合部２４ａと上下方向に係合しているので、ステップＳ２−３の時よりは若干クランプ力が低下する場合があるが、そのクランプ力は加工機による加工に十分耐え得るものである。
加工が終了すると、制御部３１は、第２ハンド２０が載置台４０上の所定位置に載置されるように各サーボ制御器３３に制御信号を送る（ステップＳ２−６）。

そして、制御部３１は、第１係合部材１４がＹ軸方向の一方側に移動するように係合部材駆動装置１３に制御信号を送る（ステップＳ２−７）。これにより、第１ハンド１０と第２ハンド２０との結合が解除される。
続いて、制御部３１は、第１ハンド１０が所定の待機位置に配置されるように各サーボ制御器３３に制御信号を送る（ステップＳ２−８）。
制御部３１は所定の作業終了信号を受付ける迄は（ステップＳ２−９）、ステップＳ２−２〜ステップＳ２−８を繰り返す。

第２の本実施形態でも、第２ハンド２０のガイドシャフト２２が第１ハンド１０の貫通孔１６ｂのガイドブッシュ１６ｃに挿通して第１ハンド１０と第２ハンド２０とが位置決めされる。また、第２ハンド２０の第２係合部材２４が第１ハンド１０の係合片１５に係合して第１ハンド１０と第２ハンド２０とが結合される。そして、ロボットアーム２により第１ハンド１０を第２ハンド２０に押付けてワークＷのクランプが行われ、当該押付けにより生じたクランプ力が第１ハンド１０と第２ハンド２０との結合により保持される。このため、ロボットアーム２を作動させてワークＷに加工を行う加工時にワークＷを安定して保持することができる。

また、第１および第２の実施形態では、第１ハンド１０のワーク押さえ部材１６ｄおよび第２ハンド２０のワーク載置部２３がワークＷと接触する十分な面積を確保できるので、加工時の安定性を向上する上で有利である。
さらに、第１および第２の実施形態では、複数の第２ハンド２０が準備され、各第２ハンド２０にワークＷが載置されるので、ロボットアーム２で把持する前のワークＷを整列させて載置する専用の載置台を別途設けなくても良い場合が生じ、コスト低減を行う上で有利である。

また、ワークＷの形状に応じて第１ハンド１０および第２ハンド２０を他の第１ハンド１０および第２ハンド２０に変更する場合に、載置台４０上の第２ハンド２０をロボットアーム２により第１ハンド１０を使って移動させることができ、コスト低減を行う上で有利である。

１ハンド装置
２ロボットアーム
１０第１ハンド
１１基部
１２結合機構
１３係合部材駆動装置
１４第１係合部材
１５係合片
１６可動部材
１７クランプ用駆動装置
２０第２ハンド
２１第２ハンド本体
２２ガイドシャフト
２３ワーク載置部
２４第２係合部材
３０ロボット制御装置
４０載置台
４１撮像装置
Ｗワーク

Claims

ロボットアームに固定された第１ハンドと、
前記ロボットアームに固定されておらず、ワークが載置されるワーク載置部を有し、前記第１ハンドに結合される第２ハンドと、
前記第１ハンドに前記第２ハンドが結合される際に前記第１ハンドに対する前記第２ハンドの位置決めを行う位置決め機構と、
前記位置決め機構により位置決めされた前記第２ハンドの前記第１ハンドへの結合および該結合の解除を行う結合機構とを備え、
前記第１ハンドの少なくとも一部を前記第２ハンド側に移動させることにより前記第１ハンドと前記第２ハンドとの間に前記ワークをクランプするように構成され、
前記結合機構による前記結合は前記第１ハンドの前記第２ハンドから離れる方向への移動を規制するハンド装置。
前記結合機構が、前記第１ハンドに設けられた第１係合部材と、前記第２ハンドに設けられた第２係合部材と、前記第１ハンドに設けられ、前記位置決め機構による前記位置決めが行われた状態で前記第１係合部材を所定方向に移動させて前記第２係合部材に係合させることにより前記結合を行う係合部材駆動装置とを有する請求項１に記載のハンド装置。
前記第１ハンドに設けられ、前記第１ハンドの一部を前記第２ハンド側に移動させることにより前記第１ハンドと前記第２ハンドとの間に前記ワークをクランプするクランプ用駆動装置を有する請求項１又は２に記載のハンド装置。