JPH06206190A - ロボット用ハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボットの手首に取り付けられ対象物を把持
するロボット用ハンドで、対象物の質量によるロボット
の手首にかゝるイナーシャを軽減し、搬送時間を短縮す
る改良を目的とする。 【構成】 ロボットの手首１１に取り付けられるアーム
１と、被搬送物を把持する把持手段３と、アーム１に取
り付けられ、駆動方向と直角方向の荷重を支承し、アー
ム１にそって、把持手段３を直線的に駆動する直線駆動
手段２とを有するロボット用ハンドか、または、ロボッ
トの手首１１に取り付けられ直動軸受４１を下面に有し
逆Ｌ字型の固定台４と、被搬送物を把持する把持手段３
と、直動軸受４１によって支持され、直動軸受４１にそ
って移動し、把持手段３を支持する直動部６と、固定台
４によって支持され、直動部６を直動軸受４１にそって
駆動するアクチュエータ５とを有するロボット用ハンド
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの手首に取り
付けられて被搬送物を把持するロボット用ハンドの改良
に関する。特に、被搬送物の質量によりロボットの手首
にかゝるイナーシャを軽減してロボットの手首にかゝる
負担を軽減し、搬送時間を短縮する改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークの搬送工程等でロボットを使用す
るとき、ロボットの手首にロボット用ハンドを取り付け
て、ワークの搬送・位置決め・設置・装着等を行う。こ
こで使用するロボット用ハンドには種々なものがある
が、ロボットの手首が入らないような狭い場所に被搬送
物を搬出入する場合や、被搬送物の位置がロボットから
遠くロボットのアームのストロークが足りない場合等に
は、先端に把持手段の付いた長いアームを有するロボッ
ト用ハンドを使用することがある。

【０００３】図４参照 図４は従来技術に係るアーム式ロボット用ハンドの全体
構成図である。図４において、１点鎖線で示す部分はロ
ボットの手首部である。１０はロボットのアームの先端
であり、１１はロボットの手首である。ここで、ロボッ
トの動作の１例を説明する。矢印Ａはロボットの手首１
１の水平面の回転動作であり、矢印Ｂはロボットの手首
１１の鉛直面での回転動作であり、矢印Ｃは紙面に直角
方向のロボットのアーム１０の旋回動作であり、それぞ
れの単独動作と、それらを組み合わせた同時並行動作と
がある。

【０００４】１はロボットの手首１１に取り付けられる
アーム式ロボット用ハンドのアームであり、この長いア
ーム１の先端に吸着パッド等よりなる把持手段３が取り
付けられている。点線をもって示す１２はワークであ
る。アーム式ロボット用ハンドのアーム１は一般に細く
作られるので、ロボットの手首１１が入らないような狭
い場所にも容易に入って、ワーク１２を把持することが
できる。また、ロボット自身のアーム１０のストローク
の不足を補うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ロボットが
搬送できる被搬送物は、ロボットの手首可搬重量やロボ
ットの手首許容モーメントやロボットの手首許容イナー
シャ（慣性能率）等によって制限される。このため、図
４に示すアーム式ロボット用ハンドの場合は、ワーク重
量がロボットの手首可搬重量以内であり、ワーク重量と
アーム長との積で決まるモーメントがロボットの手首許
容モーメント以内であることが求められる。ワーク重量
がロボットの手首可搬重量を超えるときやロボットの手
首を支点としてワークを駆動するモーメント（偶力）が
ロボットの手首許容モーメントを超えるときは、勿論搬
送不可能であり、より大容量のロボットを必要とする。
また、ロボットの手首にかゝる慣性能率が過大のときは
搬送の加減速度を小さくしなければならず、搬送所要時
間が長くなる。搬送所要時間が長くなることは勿論不都
合である。

【０００６】本発明の目的は、この欠点を解消すること
にあり、ロボットの手首が入らない狭い場所に被搬送物
を搬出入する場合や、被搬送物の位置がロボットから遠
く、ロボットのアームのストロークが足りない場合等に
も使用でき、かつ、ロボットの手首を支点とする慣性能
率が大きい場合にも、十分大きな加減速度で搬送できる
ようにするロボット用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】上記の目的は、下記いづ
れの手段によっても達成される。

【０００８】第１の手段は、ロボットの手首に取り付け
られるアーム（１）と、被搬送物を把持する把持手段
（３）と、前記のアーム（１）に取り付けられ、駆動方
向と直角方向の荷重を支承し、前記のアーム（１）にそ
って前記の把持手段（３）を直線的に駆動する直線駆動
手段（２）とを有するロボット用ハンドである。

【０００９】第２の手段は、ロボットの手首に取り付け
られ直動軸受（４１）を下面に有し逆Ｌ字型の固定台
（４）と、被搬送物を把持する把持手段（３）と、前記
の直動軸受（４１）によって支持され、この直動軸受
（４１）にそって移動し、前記の把持手段（３）を支持
する直動部（６）と、前記の固定台（４）によって支持
され、前記の直動部（６）を前記の直動軸受（４１）に
そって駆動するアクチュエータ（５）とを有するロボッ
ト用ハンドである。

【００１０】

【作用】本発明の請求項１に係るロボット用ハンドは、
アーム１を有しているので、従来技術に係るアーム式ロ
ボット用ハンドと同様に、ロボットの手首が入らないよ
うな狭い場所にも把持手段３を挿入することができる。
また、ロボットのアームのストロークの不足を補って、
ロボットのアームが到達しえない距離にまで把持手段３
を到達させることができる。そして、把持手段３が被搬
送物を把持した後、直線駆動手段２を動作させて、直線
駆動手段２によって駆動される把持手段３と被搬送物と
を、直線駆動手段２の先端からロボットの手首まで移動
させることができる。このため、ロボットの手首を支点
とする慣性能率を下げることができる。

【００１１】また、請求項２に係るアーム式ロボット用
ハンドでは、直動部６を有しているので、従来技術に係
るロボット用ハンドと同様に、ロボットの手首が入らな
いような場所にも把持手段３を挿入することができる。
また、ロボットのアームのストロークの不足を補うこと
ができる。そして、把持手段３が被搬送物を把持した
後、アクチュエータ５を作動させて、直動部６と把持手
段３と被搬送物とを、直動軸受４１にそってロボットの
手首まで移動させることができる。このため、ロボット
の手首を支点とする慣性能率を下げることができる。

【００１２】ところで、一般に、ある物体の回転中心を
支点とする慣性能率Ｉは次式で表される。

【００１３】

【数１】Ｉ＝Ｉ_G ＋ｍ・Ｌ² 但し、Ｉ_G は物体自身の重心を支点とする慣性能率であ
り、ｍは物体の質量であり、Ｌは回転中心から物体の重
心までの距離である。請求項１に係るロボット用ハンド
においても、請求項２に係るロボット用ハンドにおいて
も、ロボットの手首の回転中心を支点とする被搬送物の
慣性能率は、被搬送物をロボットの手首近くにまで移動
させることにより上記式におけるＬを大幅に小さくでき
るので、被搬送物自身のＩ_G のみにすることができる。
また、加減速時に必要なトルクＴは、

【００１４】

【数２】Ｔ＝Ｉ・β 但し、βは角加速度である。であるから、加減速時のト
ルクＴも殆ど被搬送物自身のＩ_G を加減速するに必要な
トルクのみで良いことになる。換言すれば、ロボットの
手首の回転中心を中心として被搬送物を回転させる場合
に、アームの先端に被搬送物があるときは、ロボットの
手首の回転中心を支点とする慣性能率は回転中心（ロボ
ットの手首）から被搬送物の重心までの距離Ｌのためか
なり大きな値となり、ロボットの手首の許容慣性能率を
超えるが、被搬送物をロボットの手首の回転中心近くに
まで移動させると、ロボットの手首の回転中心を支点と
する慣性能率は、被搬送物の重心を支点とする被搬送物
自身の慣性能率Ｉ_G にまで減少するので、大きな加減速
度をもって駆動でき、短時間で加減速ができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明に係るロボッ
ト用ハンドについてさらに詳細に説明する。

【００１６】第１実施例 図１参照 図１は本発明の一実施例に係るスライド式ロボット用ハ
ンドの全体構成図であり、請求項１に対応する。図１に
おいて、１点鎖線で描かれている部分はロボットの１部
である。１０はロボットのアームであり、１１はロボッ
トの手首である。１はロボットの手首に取り付けられる
スライド式ロボット用ハンドのアームであり、２は直線
駆動手段であり、アーム１に取り付けられている。２１
はロッドレスシリンダ等よりなる直線駆動本体であり、
２２はこの直線駆動本体２１によって駆動されるスライ
ダ等よりなる被駆動部であり、ロッドレスシリンダ等よ
りなる直線駆動本体２１とスライダ等よりなる被駆動部
２２とをもって直線駆動手段２を構成している。３は吸
着パッド等よりなる把持手段であり、被駆動部２２に固
着されている。吸着パッド等よりなる把持手段３は真空
を利用して被搬送物を把持する。ロッドレスシリンダ等
よりなる直線駆動本体２１は空気圧等によって作動し、
図示していない電磁弁等によって空気圧が印加される方
向を制御されて、スライダ等よりなる被駆動部２２と把
持手段３と被搬送物とを矢印Ｄの方向に直線的に駆動
し、直線駆動本体２１の先端からロボットの手首の回転
中心まで往復運動させることができる。７１はストッパ
であり、７２はショックアブソーバである。ストッパ７
１とショックアブソーバ７２とは、この往復運動をさせ
るときのストローク調整とショック吸収のために設けら
れたものである。

【００１７】直線駆動手段２や把持手段３の制御は、ロ
ボットを制御するＮＣ制御装置によって行われる。

【００１８】図２参照 図２はこのスライド式ロボット用ハンドをロボットの手
首に実装して、被搬送物を搬送する時の様子を示す図
で、上方より見た図である。１０はロボットのアームで
あり、１１はロボットの手首であり、１２は被搬送物で
あるワークであり、１３はスライド式ロボット用ハンド
である。矢印Ａはロボットの手首の回転動作であり、矢
印Ｃはロボットのアーム１０の旋回動作である。矢印Ｄ
はスライド式ロボット用ハンド１３のスライド動作であ
り、実線にて示すワーク１２は、スライド式ロボット用
ハンド１３のアームの先端に位置し、丁度把持手段によ
って把持された状態を示している。点線にて示すワーク
１２は、スライド式ロボット用ハンド１３によってロボ
ットの手首近くに移動させられた状態を示している。

【００１９】ところで、ロボットがロボットの手首１１
の矢印Ａにて示す回転動作を行う時、ワーク１２が実線
の位置にある場合と点線の位置にある場合とを比較する
と、ワーク１２が点線の位置にある方が回転中心である
ロボットの手首１１に近いので、ワーク１２にもとづく
慣性能率が小さくなり、大きな加速度や減速度をかける
ことができるので、加減速のための時間が短くなり、搬
送時間を短縮できる。

【００２０】また、ロボットがロボットのアーム１０の
矢印Ｃにて示す旋回動作を行う時も、図２の位置関係で
は、ワーク１２が点線の位置にある方が、ワーク１２が
旋回中心に近いので加減速度を大きくすることができ
る。

【００２１】なお、ロボットの手首１１の許容慣性能率
に余裕がある時は、ワーク１２をロボットの手首までス
ライドさせる前に、スライド式ロボット用ハンド１３の
スライド動作と、ロボットの手首１１の回転動作と、ロ
ボットのアーム１０の旋回動作とを平行して行えば、さ
らに、搬送時間を短縮できる。

【００２２】第２実施例 図３参照 図３は本発明の他の実施例に係る伸縮式ロボット用ハン
ドの全体構成図であり、請求項２に対応する。図におい
て、４はロボットの手首１１に取り付けられる固定台で
あり、逆Ｌ字状であり、この固定台４には直動軸受４１
が備え付けられている。また、この固定台４にはシリン
ダ等のアクチュエータ５が取り付けられている。５１は
エアーシリンダ等よりなるアクチュエータ本体であり、
５２はアクチュエータロッドであり、アクチュエータ５
はエアーシリンダ等からなるアクチュエータ本体５１と
アクチュエータロッド５２とをもって構成される。６は
直動ガイドレール等よりなる直動部であり、６１はボー
ルジョイント等よりなる接続具である。直動ガイドレー
ル等よりなる直動部６はボールジョイント等よりなる接
続具６１を介して、アクチュエータ５によって駆動され
る。直動部６は直動軸受４１によってスライド可能に支
持されている。また、この直動部６には把持手段３が固
定されている。把持手段３によって把持される被搬送物
は、直動部６と直動軸受４１とによりその重量を支えら
れ、一方、エアーシリンダ等からなるアクチュエータ本
体５１によって、アクチュエータロッド５２を伸縮させ
て、矢印Ｄの方向に直線的に駆動される。７１はストッ
パであり、７２はショックアブソーバである。ストッパ
７１とショックアブソーバ７２とは、この直線運動をさ
せるときのストローク調整とショックの吸収のために設
けられている。

【００２３】この伸縮式ロボット用ハンドをロボットに
実装して、ワークを搬送するとき、図２で示すスライド
式ロボット用ハンドとほぼ同様に動作させることができ
る。なお、この伸縮式ロボット用ハンドは、直動部６が
移動するので、第１実施例のスライド式ロボット用ハン
ドのアーム１のように突き出たまゝ（図２再参照）では
なく、被搬送物をロボットの手首近くに搬送した後、直
動部６はロボットのアーム１０の側にくるので、ロボッ
トのアーム１０の旋回のときにも場所をとらない。さら
に、アーム式ロボット用ハンドと比較して、アクチュエ
ータ５と直動部６とがロボットのアーム１０の旋回中心
に近いので、ロボットのアーム１０が旋回動作を行う
時、第１実施例のスライド式ロボット用ハンドより加減
速度を大きくすることができる。

【００２４】以上、二つの実施例を示したが、いずれの
実施例においても、直線駆動手段２またはアクチュエー
タ５はロッドレスシリンダとスライダまたはエアーシリ
ンダとアクチュエータロッドとである必要はなく、例え
ば、電動モータとボールネジ、または、エアーモータと
ボールネジであっても良い。

【００２５】なおまた、第１実施例の図１に示した構成
のロッドレスシリンダ等よりなる直線駆動本体２１とス
ライダ等よりなる被駆動部２２を逆に取り付けて、スラ
イダ等よりなる被駆動部２２をアーム１に固定し、ロッ
ドレスシリンダ等よりなる直線駆動本体２１の一端に把
持手段３を固定するロボット用ハンドとしても良い。こ
のようにしたロボット用ハンドは、第２実施例の伸縮式
ロボット用ハンドと同様に、ワークをロボットの手首近
くに移動させた時（図２再参照）、直線駆動本体２１は
ロボットのアーム１０の側にくるので、ロボットのアー
ム１０の旋回のときにも場所をとらないし、ロボットの
アーム１０が旋回動作をする時、大きな加減速度を得る
ことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係るロボ
ット用ハンドでは、アームまたは直動部を有していて、
ロボットの手首が入らないような狭い場所や、ロボット
の手首が届かない遠方の場所にまで、ロボットの動作範
囲を広げることができる。また、本発明に係るロボット
用ハンドは直線駆動手段またはアクチュエータを有して
いるので、被搬送物を把持した後は、被搬送物をアーム
または直動部の先端からロボットの手首近くにスライド
させることにより、ロボットの手首の許容慣性能率の制
約を受けることがなくなるので、ロボットの手首の回転
動作時、大きな加減速度により短時間で加減速できるこ
とゝなるので、搬送を短時間で実行できる。

【００２７】なお、ロボットのアームの旋回動作時も、
被搬送物がロボットのアームの旋回中心に近いので、従
来のアーム式ロボット用ハンドに比較し、短時間で旋回
の加減速を行わせることができる。

【００２８】さらに、搬送をする際、上下方向の運動が
あると、従来のアーム式ロボット用ハンドでは、静止状
態ではロボットの手首の許容モーメント以内であったも
のが、上下運動により許容モーメントを超えることがあ
ったが、本発明によれば、まず、被搬送物をロボットの
手首近くにスライドさせるので、モーメントが少なくな
りその後、上下運動があってもロボットの手首の許容モ
ーメントを超えることはない。

【００２９】さらにまた、ロボットの手首の許容慣性能
率の範囲内で、被搬送物をロボットの手首近くまでスラ
イドさせる動作と、ロボットの手首の回転動作と、ロボ
ットのアームの旋回動作とを、平行して実行させること
により、さらに短時間にて搬送させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るスライド式ロボット
用ハンドの全体構成図である（請求項１に対応）。

【図２】本発明の第１実施例に係るスライド式ロボット
用ハンドの動作例を示す図である。

【図３】本発明の第２実施例に係る伸縮式ロボット用ハ
ンドの全体構成図である（請求項２に対応）。

【図４】従来技術に係るアーム式ロボット用ハンドの全
体構成図である。

【符号の説明】

１ アーム ２ 直線駆動手段 ３ 把持手段 ４ 固定台 ５ アクチュエータ ６ 直動部 １０ ロボットのアームの先端 １１ ロボットの手首 １２ ワーク １３ スライド式ロボット用ハンド ２１ 直線駆動本体 ２２ 被駆動部 ４１ 直動軸受 ５１ アクチュエータ本体 ５２ アクチュエータロッド ６１ ボールジョイント ７１ ストッパ ７２ ショックアブソーバ Ａ・Ｂ ロボットの手首の回転方向 Ｃ ロボットのアームの旋回方向 Ｄ 把持手段の運動方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットの手首に取り付けられるアーム
   （１）と、 被搬送物を把持する把持手段（３）と、 前記アーム（１）に取り付けられ、駆動方向と直角方向
   の荷重を支承し、前記アーム（１）にそって前記把持手
   段（３）を直線的に駆動する直線駆動手段（２）とを有
   することを特徴とするロボット用ハンド。
2. 【請求項２】 ロボットの手首に取り付けられ直動軸受
   （４１）を下面に有し逆Ｌ字型の固定台（４）と、 被搬送物を把持する把持手段（３）と、 前記直動軸受（４１）によって支持され、該直動軸受
   （４１）にそって移動し、前記把持手段（３）を支持す
   る直動部（６）と、 前記固定台（４）によって支持され、前記直動部（６）
   を前記直動軸受（４１）にそって駆動するアクチュエー
   タ（５）とを有することを特徴とするロボット用ハン
   ド。