JP7362103B2 - ロボット及びロボット用手先部材 - Google Patents

Description

本発明は、自動で作業を行うロボットに関する。本発明はまた、ロボットの構成要素となるロボット用手先部材に関する。

一般に、自動で作業を行うロボットにおいては、特許文献１等に記載されているように、対象物に対して所望の作用を付加可能に構成されるエンドエフェクタがロボットアームの先端に設けられ、ロボットアームを多軸的に作動させることで、対象物に対するエンドエフェクタの位置や姿勢が自在に制御可能とされている。

特開平９－１７４４８１号公報

従来のロボットにおいては、ロボットに行わせる作業の変更に応じて、個々の作業に適するエンドエフェクタに付け替えるか、又は、作業の種類ごとに別々のロボットを稼働させる等の必要があった。このため、全体としての作業効率が悪かったり、設備費がかさんだりする等の問題があった。

そこで、ロボットハンドの先端に作用の異なる複数のエンドエフェクタを予め設けておき、作業の種類に応じてエンドエフェクタを選択的に使用することが考えられる。この場合、作用部としての各エンドエフェクタを、対象物に対して可能な限り簡単な機構で機動的に切り替えることができ、且つ、対象物に対する各エンドエフェクタの位置合わせも簡単且つ確実に行えるように構成することが好ましい。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、対象物に対して異なる作用を付加し得る二つの作用部のそれぞれが、簡単な機構で機動的に切り替え可能であり、且つ、各作用部の対象物への位置合わせが容易且つ確実に行えるロボットを提供することを目的とする。

本発明によれば、ロボットであって、ロッド部材と、第１の作用部と、第２の作用部と、を備え、前記ロッド部材は、予め定められた空間内において、その位置及び／又は姿勢を変位可能に構成され、前記第１の作用部は、前記ロッド部材の一端に設けられ、且つ、対象物に対して第１の作用を付加可能に構成され、前記第２の作用部は、前記ロッド部材の他端に設けられ、且つ、前記対象物に対して前記第１の作用とは異なる第２の作用を付加可能に構成され、前記ロッド部材が回動することで、前記対象物に対向する前記第１及び第２の作用部の一方を他方に切り替え可能に構成される、ロボットが提供される。

本発明に係るロボットによれば、ロッド部材が回動することで、対象物に対向する第１及び第２の作用部の一方を他方に切り替えることができるので、作用部の切り替えが簡単な機構で機動的に行え、且つ、各作用部の対象物への位置合わせも容易且つ確実に行える、という有利な効果を奏する。

本発明に係るロボットの簡略説明図である。 図２Ａは、本発明の実施の一形態に係るロボット用手先部材の全体斜視図、図２Ｂは同側面図である。 図３Ａは、本発明の他の実施の形態に係るロボット用手先部材の全体斜視図、図３Ｂは同側面図である。 図４Ａは、本発明の他の実施の形態に係るロボット用手先部材の全体斜視図、図４Ｂは同側面図である。 図５Ａは、本発明の他の実施の形態に係るロボット用手先部材の全体斜視図、図５Ｂは同側面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

１．基本構成
まず、図１を参照して、本発明に係るロボット１の基本構成を説明する。図１に示すように、本発明に係るロボット１は、ロボットアーム２と、このロボットアーム２に取付可能に構成されるロボット用手先部材３と、を備える。

ロボットアーム２は、それ自体周知の多関節（多軸）のロボットアームであり、制御装置４による自動制御により、先端部２ａを三次元的に自在に変位させることができる。ロボットアーム２の先端部２ａには、ロボット用手先部材３が取り付けられる。このロボット用手先部材３も、ロボットアーム２と同様に、制御装置４によって自動制御される。

ロボット用手先部材３は、ロボットアーム２への取付部５と、ロッド部材６と、第１の作用部７と、第２の作用部８と、を備える。ロボット用手先部材３は、取付部５によってロボットアーム２に取り付けられる。取付部５の具体的な構成は任意である。

ロッド部材６は、取付部５に対して回動自在に構成される。すなわち、ロッド部材６の回動駆動源となるモータ９が取付部５に固定され、モータ９の出力軸９ａ上にロッド部材６が配設される。ロッド部材６は、直線的に延びるロッド本体１０を含む。ロッド本体１０の長さの略半分の位置に、モータ９の出力軸９ａが固着される。そして、ロッド本体１０の一端１０ａに第１の作用部７が設けられ、他端１０ｂに第２の作用部８が設けられる。

第１の作用部７は、対象物Ａに対して第１の作用を付加可能に構成され、第２の作用部８は、前記対象物Ａに対して第１の作用とは異なる第２の作用を付加可能に構成される。第１の作用部７及び第２の作用部８の具体例としては、例えば、対象物Ａに対して所定の作業を行うための工具を回転駆動させるスピンドル部、対象物Ａを把持するためのグリッパハンド部、対象物Ａに関する情報を取得するための、レーザ式又はカメラ式等の適宜の形式のセンサ部等、が挙げられる。ここで、対象物Ａに関する情報とは、例えば、対象物Ａの存在の有無、対象物Ａの位置、対象物Ａの性状や形状等、ロボット１が対象物Ａに対して作業を行うのに役立つあらゆる情報の中の少なくとも一つをいう。

本発明においては、ロッド部材６が回動することで、対象物Ａに対向する第１及び第２の作用部７，８の一方を他方に切り替え可能に構成される。具体的には、第１及び第２の作用部７，８の一方７が対象物Ａに対向した状態［図１Ａの状態］から、ロッド部材６が１８０度回動することで、第１及び第２の作用部７，８の他方８が対象物Ａに対向した状態［図１Ｂの状態］へと切り替えることができ、作用部７，８のこのような切り替えを必要に応じて適時に行いながら対象物Ａへの作業を遂行することができる。

本実施の形態によれば、ロッド部材６が回動することで、対象物Ａに対向する第１及び第２の作用部７，８の一方を他方に切り替えることができるので、作用部７，８の切り替えが簡単な機構で機動的に行え、且つ、各作用部７，８の対象物Ａへの位置合わせも容易且つ確実に行える。特に、ロッド部材６が、直線的に延びるロッド本体１０を備え、このロッド本体１０が１８０度回動することで作用部７，８の切り替えが行われるので、全体としての機動性が一層高くなる。

２．具体的な態様
次に、図２～図５を参照して、本発明の様々な実施の形態を説明する。図２～図５において、図１と同一又は均等な部材又は要素については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。同様に、図２～図５において、互いに同一又は均等な部材又は要素については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図２～図５のロボット用手先部材３－２～３－５は、いずれも、ロボットアームへの取付部５が二股部として形成され、この二股部の基部５ａに、ロッド部材６の回動駆動源としてのモータ９が配設されている。

また、図２～図５のロボット用手先部材３－２～３－５は、ロッド部材６の具体的な構成の点において、図１のものと異なっている。すなわち、図２～図５のロボット用手先部材３－２～３－５においては、ロッド部材６が、直線的に延びるロッド本体１０に加えて、第１のブラケット１１と、第２のブラケット１２と、をさらに備える。

第１のブラケット１１は、ロッド本体１０の一端に形成され、第２のブラケット１２は、ロッド本体１０の他端に形成される。第１のブラケット１１と第２のブラケット１２は、ロッド本体１０から互いに同方向に延びている。そして、第１のブラケット１１に第１の作用部７が支持され、第２のブラケット１２に第２の作用部８が支持される。

図２～図５の実施の形態では、ロッド部材６が第１及び第２のブラケット１１，１２を備えるので、これらのブラケットを利用して、ロッド部材６に対して第１及び第２の作用部７，８を容易に取り付けることができる。また、第１及び第２の作用部７，８をそれぞれ支持する第１及び第２のブラケット１１，１２が、ロッド本体１０から互いに同方向へ延びているので、ロッド部材６の回動による対象物Ａへの第１及び第２の作用部７，８の位置合わせがより容易且つ確実に行える。

さらに、図２～図５の実施の形態では、第１のブラケット１１と第２のブラケット１２が、ロッド本体１０に対して直角に形成され、第１の作用部７と第２の作用部８が、同一の軸線Ｘ上に位置する。これにより、ロッド部材が１８０度回転することにより常に、対象物Ａに対向する第１及び第２の作用部７，８の一方を他方に切り替えることができる。よって、作用部７，８の切り替えと作用部７，８の対象物Ａへの位置合わせがより一層簡単且つ機動的に行える。

図２の実施の形態は、第１の作用部としてスピンドル部１３を備え、第２の作用部としてレーザセンサ部１４を備える。スピンドル部１３は、それ自体公知の構成のものであり、対象物Ａに対して所定の作業を行う工具（図示せず）を回転駆動するものである。様々な種類の工具をスピンドル部１３の出力軸１３ａに取り付けて使用することができる。図２の例では、スピンドル部１３は、出力軸１３ａの回転機構を内蔵するケーシング１３ｂと、このケーシング１３ｂに固着され、出力軸１３ａを回転駆動するモータ１３ｃと、を備え、これらが一体化された状態で第１のブラケット１１に取り付けられている。ケーシング１３ｂと出力軸駆動用モータ１３ｃは、同一軸線Ｘ上に位置しており、且つ、第１及び第２のブラケット１１，１２の輪郭内に収まるように、第１及び第２のブラケット１１，１２同士の間に位置している。このため、ロボット用手先部材３－２がコンパクトとなり、ロッド部材６の円滑な回動にも貢献できる。

レーザセンサ部１４は、それ自体公知の構成のものであり、第２のブラケット１２の外面上に配設され、第２のブラケット１２上で前記軸線Ｘを中心として回動自在である。レーザセンサ部１４は、レーザ光軸１４ａとレーザセンサ１４ｂとを備え、前記軸線Ｘ上に位置するレーザ光軸１４ａを中心として第２のブラケット１２上で回動自在である。なお、レーザセンサ部１４に加えて、不図示の接触式プローブを設けるようにしてもよい。

レーザセンサ部１４を回転駆動するモータ１４ｄは、第１のブラケット１１と第２のブラケット１２の輪郭内に収まるように、第１のブラケット１１と第２のブラケット１２との間に配設される。このため、レーザセンサ部駆動用モータ１４ｄの配設態様がコンパクトとなり、ロッド部材６の円滑な回動にも貢献できる。図２の例では、レーザセンサ部駆動用モータ１４ｄが、ロッド本体１０とスピンドル部１３との間に配設されている。なお、図示は省略しているが、レーザセンサ部駆動用モータ１４ｄとレーザセンサ部１３とを駆動上連結する伝動部は、第２のブラケット１２内に収納されている。

図２の実施の形態によれば、ロッド部材６を回動させてスピンドル部１３とレーザセンサ部１４とを適宜切り替えながら作業を行うことで、レーザセンサ部１４によって得た、対象物Ａに関する情報を生かしながら、スピンドル部１３による作業を進めることができる。

図３の実施の形態は、第１の作用部として図２と同様にスピンドル部１３を備え、第２の作用部としてカメラセンサ部１５を備える。カメラセンサ部１５は、それ自体公知の構成のものであり、第２のブラケット１２の外面上に配設される。ロッド部材６上において、スピンドル部１３とカメラセンサ部１５は、同一の軸線Ｘ上に位置している。

図３の実施の形態においても、ロッド部材６を回動させてスピンドル部１３とカメラセンサ部１５とを適宜切り替えながら作業を行うことで、カメラセンサ部１５によって得た、対象物Ａに関する情報を生かしながら、スピンドル部１３による作業を進めることができる。

なお、図３の実施の形態では、図２のものとは異なり、センサ部１５を回転駆動するモータが不要である。このため、図３の例では、第１及び第２のブラケット１１，１２の長さを図２よりも短く形成してある。

図４の実施の形態は、第１の作用部としてグリッパハンド部１６を備え、第２の作用部として、図３と同様のカメラセンサ部１５を備える。グリッパハンド部１６は、それ自体公知の構成のものであり、対象物Ａを把持するための一対のフィンガ１６ａ，１６ｂと、フィンガ駆動用のモータ１６ｃと、を一体に備える。一対のフィンガは、固定フィンガ１６ａと可動フィンガ１６ｂであり、可動フィンガ１６ｂが固定フィンガ１６ａに対して接近離隔方向へ移動することで、対象物Ａを把持したり把持を解除したりする。グリッパハンド部１６は、第１のブラケット１１の外面上に配設されている。

なお、図４の実施の形態では、ロッド部材６において、ロッド本体１０の長さが他の実施の形態のものより短く形成されているが、他の実施の形態のものと同様の長さを有するものとしてもよい。

図５の実施の形態は、第１の作用部として、図２及び図３と同様のスピンドル部１３を備え、第２の作用部として、図４と同様のグリッパハンド部１６を備える。図５の実施の形態によれば、ロッド部材６を回動させてスピンドル部１３とグリッパハンド部１６とを必要に応じて適宜切り替えながら作業を行うことで、対象物Ａの加工と対象物Ａの把持及び移動等の作業を迅速に切り替え実施することができる。

３．効果
このような実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）ロッド部材が回動することで、対象物に対向する第１及び第２の作用部の一方を他方に切り替えることができるので、作用部の切り替えが簡単な機構で機動的に行え、且つ、各作用部の対象物への位置合わせも容易且つ確実に行える。

（２）ロッド部材が、直線的に延びるロッド本体を備えるので、全体としての機動性が一層高くなる。

（３）ロッド部材が第１及び第２のブラケットを備えるので、これらのブラケットを利用して、ロッド部材に対して第１及び第２の作用部を容易に取り付けることができる。また、第１及び第２の作用部をそれぞれ支持する第１及び第２のブラケットが、ロッド本体に対して互いに同方向に延びているので、ロッド部材の回動による対象物への第１及び第２の作用部の位置合わせがより容易且つ確実に行える。

（４）ロッド部材が１８０度回転することにより常に、対象物に対向する第１及び第２の作用部の一方を他方に切り替えることができるので、作用部の切り替えと作用部の対象物への位置合わせがより一層簡単且つ機動的に行える。

（５）駆動源の配設態様がコンパクトとなり、ロッド部材の円滑な回動に貢献できる。

（６）ロッド部材を回動させて第１の作用部と第２の作用部とを適宜切り替えながら作業を行うことで、センサ部によって得た、対象物に関する情報を生かしながら作業を進めることができる。

（７）取付部によってロボットアームに取り付けることにより、上記（１）同様の作用効果を奏する。

（８）第１の作用部と第２の作用部が、同一軸線上に配置されることで、２つのエンドエフェクタにおけるロボットの操作のための制御点を同一軸線上に位置させることができる。すなわち、第１の作用部と第２の作用部の位置と姿勢の関係を最小限に抑え、ロボット制御点の座標変換が容易となる。結果として第１の作用部の軌道座標点を、第２の作用部の軌道座標点に変換できる。そして、制御点の切り替えに伴う位置と姿勢の誤差を少なくし精度を向上させることができる。

４．結言
すなわち、ロッド部材と、第１の作用部と、第２の作用部と、を備え、前記ロッド部材は、予め定められた空間内において、その位置及び／又は姿勢を変位可能に構成され、前記第１の作用部は、前記ロッド部材の一端に設けられ、且つ、対象物に対して第１の作用を付加可能に構成され、前記第２の作用部は、前記ロッド部材の他端に設けられ、且つ、前記対象物に対して前記第１の作用とは異なる第２の作用を付加可能に構成され、前記ロッド部材が回動することで、前記対象物に対向する前記第１及び第２の作用部の一方を他方に切り替え可能に構成される、ロボットが提供される。

また、ロボットアームへの取付部と、ロッド部材と、第１の作用部と、第２の作用部と、を備え、前記ロッド部材は、前記取付部に対して回動自在に構成され、前記第１の作用部は、前記ロッド部材の一端に設けられ、且つ、対象物に対して第１の作用を付加可能に構成され、前記第２の作用部は、前記ロッド部材の他端に設けられ、且つ、前記対象物に対して前記第１の作用とは異なる第２の作用を付加可能に構成され、前記ロッド部材が回動することで、前記対象物に対向する前記第１及び第２の作用部の一方を他方に切り替え可能に構成される、ロボット用手先部材が提供される。

最後に、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ ：ロボット
２ ：ロボットアーム
２ａ ：先端部
３ ：ロボット用手先部材
３－２ ：ロボット用手先部材
４ ：制御装置
５ ：取付部
５ａ ：基部
６ ：ロッド部材
７ ：第１の作用部
８ ：第２の作用部
９ ：モータ
９ａ ：出力軸
１０ ：ロッド本体
１０ａ ：一端
１０ｂ ：他端
１１ ：第１のブラケット
１２ ：第２のブラケット
１３ ：スピンドル部
１３ａ ：出力軸
１３ｂ ：ケーシング
１３ｃ ：出力軸駆動用モータ
１４ ：レーザセンサ部
１４ａ ：レーザ光軸
１４ｂ ：レーザセンサ
１４ｄ ：レーザセンサ部駆動用モータ
１５ ：センサ部
１６ ：グリッパハンド部
１６ａ ：固定フィンガ
１６ｂ ：可動フィンガ
１６ｃ ：モータ

Claims (5)

1. ロボットであって、
   ロッド部材と、第１の作用部と、第２の作用部と、を備え、
   前記ロッド部材は、予め定められた空間内において、その位置及び／又は姿勢を変位可能に構成され、
   前記第１の作用部は、
   前記ロッド部材の一端に設けられ、且つ、
   対象物に対して第１の作用を付加可能に構成され、
   前記第２の作用部は、
   前記ロッド部材の他端に設けられ、且つ、
   前記対象物に対して前記第１の作用とは異なる第２の作用を付加可能に構成され、
   前記ロッド部材が回動することで、前記対象物に対向する前記第１及び第２の作用部の一方を他方に切り替え可能に構成され、
   前記ロッド部材が、直線的に延びるロッド本体と、第１のブラケットと、第２のブラケットと、をさらに備え
   前記第１のブラケットは、前記ロッド本体の一端に形成され、
   前記第２のブラケットは、前記ロッド本体から前記第１のブラケットと同方向に延びるように前記ロッド本体の他端に形成され、
   前記第１のブラケットに前記第１の作用部が支持され、
   前記第２のブラケットに前記第２の作用部が支持される、
   ロボット。
2. 請求項１に記載のロボットにおいて、
   前記第１のブラケットと前記第２のブラケットが、前記ロッド本体に対して直角に形成され、前記第１の作用部と前記第２の作用部が、同一軸線上に位置する、
   ロボット。
3. 請求項１又は請求項２に記載のロボットにおいて、
   前記第１の作用部及び／又は前記第２の作用部の駆動源が、前記第１のブラケットと前記第２のブラケットの輪郭内に収まるように前記第１のブラケットと前記第２のブラケットとの間に配設される、
   ロボット。
4. 請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のロボットにおいて、
   前記第１の作用部と前記第２の作用部のいずれかが、前記対象物に関する情報を取得するためセンサ部である、
   ロボット。
5. ロボット用手先部材であって、
   ロボットアームへの取付部と、ロッド部材と、第１の作用部と、第２の作用部と、を備え、
   前記ロッド部材は、前記取付部に対して回動自在に構成され、
   前記第１の作用部は、
   前記ロッド部材の一端に設けられ、且つ、
   対象物に対して第１の作用を付加可能に構成され、
   前記第２の作用部は、
   前記ロッド部材の他端に設けられ、且つ、
   前記対象物に対して前記第１の作用とは異なる第２の作用を付加可能に構成され、
   前記ロッド部材が回動することで、前記対象物に対向する前記第１及び第２の作用部の一方を他方に切り替え可能に構成され、
   前記ロッド部材が、直線的に延びるロッド本体と、第１のブラケットと、第２のブラケットと、をさらに備え
   前記第１のブラケットは、前記ロッド本体の一端に形成され、
   前記第２のブラケットは、前記ロッド本体から前記第１のブラケットと同方向に延びるように前記ロッド本体の他端に形成され、
   前記第１のブラケットに前記第１の作用部が支持され、
   前記第２のブラケットに前記第２の作用部が支持される、
   ロボット用手先部材。