JPWO2019012604A1

JPWO2019012604A1 - 部品反転装置

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Publication number: JPWO2019012604A1
Application number: JP2019529357A
Authority: JP
Inventors: 森　一明; 一明森
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Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2037-07-11
Also published as: WO2019012604A1; JP6789394B2

Abstract

部品反転装置（５０）は、軸部を有する部品（Ｂ）を反転させるものとして構成され、部品（Ｂ）の軸部をクランプするクランプ装置（７０）と、クランプ装置（７０）を１８０度旋回する旋回装置（９０）と、を備える。部品反転装置（５０）は、クランプ装置（７０）により部品（Ｂ）の軸部をクランプした状態で旋回装置（９０）によりクランプ装置（７０）を１８０度旋回することで、部品（Ｂ）の軸部の向きを上下反転させる。

Description

本明細書は、部品反転装置について開示する。

従来、この種の部品反転装置としては、部品供給装置から半導体チップ（部品）を取り出すピックアップノズルと、ピックアップノズルを１８０度回転駆動するθ駆動源と、ピックアップノズルを水平方向に駆動する水平可動体と、を備えるものが提案されている（特許文献１参照）。この部品反転装置は、ピックアップノズルによって半導体チップが取り出されると、θ駆動源によりピックアップノズルを回転駆動することにより、半導体チップを上下方向に１８０度反転させて実装ツールに受け渡す。実装ツールは、半導体チップがピックアップノズルから受け渡されると、その半導体チップを基板に実装する。

特開２００８−２８２９１５号公報

特許文献１記載の部品反転装置は、ノズルに部品を吸着させた状態で当該ノズルを１８０度旋回することにより部品を上下方向に１８０度反転させるものであり、チップ部品のような偏平な部品の反転に適している。しかしながら、例えばボルトのような軸部を有する部品の軸部の向きを上下反転させる場合、特許文献１記載の部品反転装置では、ノズルに部品を吸着させたまま部品が落下しないように当該ノズルを回転させるのは困難である。

本開示は、軸部を有する部品の軸部の向きを適切に上下反転させることが可能な部品反転装置を提供することを主目的とする。

本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本開示は、軸部を有する部品を反転させる部品反転装置であって、前記部品の軸部をクランプするクランプ装置と、前記クランプ装置を１８０度旋回する旋回装置と、を備え、前記クランプ装置により前記部品の軸部をクランプした状態で前記旋回装置により前記クランプ装置を１８０度旋回することで、前記部品の軸部の向きを上下反転させることを要旨とする。

この本開示の部品反転装置では、クランプ装置により部品の軸部をクランプした状態で、旋回装置によりクランプ装置を１８０度旋回することで、部品の軸部の向きを上下反転させる。これにより、部品反転装置は、部品を落下させることなく、部品の軸部の向きを適切に上下反転させることができる。ここで、「軸部を有する部品」には、ボルトが含まれる。

作業システム１０の構成図である。作業ロボット２０の外観斜視図である。作業ロボット２０のエンドエフェクタ５０の外観斜視図である。制御装置１００の電気的な接続関係を示す説明図である。吸着ユニット６０の外観斜視図である。吸着ユニット６０の外観斜視図である。クランプユニット７０の外観斜視図である。クランプユニット７０の上面図である。クランプユニット７０の上面図である。クランプユニット７０の正面図である。クランプユニット７０の正面図である。旋回ユニット９０の外観斜視図である。ボルト整列処理の一例を示すフローチャートである。ボルトの上下反転の様子を示す説明図である。ボルトの上下反転の様子を示す説明図である。ボルトの上下反転の様子を示す説明図である。ボルトの上下反転の様子を示す説明図である。ボルトの上下反転の様子を示す説明図である。ボルトの上下反転の様子を示す説明図である。ボルトの上下反転の様子を示す説明図である。

次に、本開示を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、作業システム１０の構成図である。図２は、作業ロボット２０の外観斜視図である。図３は、作業ロボット２０のエンドエフェクタ５０（反転ユニット）の外観斜視図である。図４は、制御装置１００の電気的な接続関係を示す説明図である。なお、図中、上下方向は、鉛直方向と平行な方向であり、前後方向および左右方向は、互いに直交し、かつ、鉛直方向と直交する水平方向と平行な方向である。

作業システム１０は、図１に示すように、ボルトフィーダ１２と、トレイ搬送装置１４と、作業ロボット２０と、システム全体を制御する制御装置１００（図４参照）と、を備える。ボルトフィーダ１２は、ボルト頭部を上向きにしてボルトＢを供給するよう構成されている。トレイ搬送装置１４は、ベルトコンベア装置として構成され、ボルトＢを載置するためのトレイＴを搬送する。

作業ロボット２０は、ボルトフィーダ１２によりボルト頭部を上向きにして供給されたボルトＢをピックアップし、ボルト頭部が下向きになるよう上下反転させてからボルトＢをトレイＴ上に整列して載置するものである。この作業ロボット２０は、図２に示すように、５軸の垂直多関節型のロボットアーム２２と、ロボットアーム２２に取り付けられたカメラ２４と、エンドエフェクタ５０と、を備える。ロボットアーム２２は、６つのリンク（第１〜第６リンク３１〜３６）と、各リンク３１〜３６を回転または旋回可能に連結する複数の関節（第１〜第５関節４１〜４５）と、対応する関節をそれぞれ駆動する関節駆動用モータ４１ａ〜４５ａ（図４参照）と、対応する関節の角度をそれぞれ検出するエンコーダ（図示せず）と、を有する。６つのリンクのうち基端リンクである第１リンク３１は、作業台１１に固定され、先端リンクである第６リンク３６には、エンドエフェクタ５０が取り付けられる。

エンドエフェクタ５０は、ボルトＢをピックアップするピックアップ動作と、ボルトＢを上下反転させる反転動作とを実行可能に構成される。このエンドエフェクタ５０は、図３に示すように、ベースプレート５１と、吸着ユニット６０と、クランプユニット７０と、旋回ユニット９０と、を備える。ベースプレート５１には、先端リンク（第６リンク３６）に取り付けられる取付部５２が固定されている。

図５および図６は、吸着ユニット６０の外観斜視図である。吸着ユニット６０は、ボルトフィーダ１２によりボルト頭部が上向きの状態で供給されたボルトＢの上端（ボルト頭部）を吸着するものである。この吸着ユニット６０は、ロッド６４を上下方向にストロークさせる吸着用シリンダ６６と、ロッド６４の下端部に設けられてボルトＢの上端（ボルト頭部）を吸着可能な吸着部６２と、ロッド６４のストロークをガイドするガイド部材６８と、を有する。ロッド６４は、本実施形態では、略逆Ｕ字状に形成されている。ロッド６４の逆Ｕ字の両端部のうち一方の端部には、ピストンが設けられ、当該ピストンは、吸着用シリンダ６６に収容される。また、ロッド６４の逆Ｕ字の両端部のうち他方の端部には、吸着部６２が設けられる。これにより、吸着ユニット６０は、直線状のロッドを用いる場合に比して、比較的長いストロークを確保しつつ、上下方向の全長をより短縮することができる。吸着用シリンダ６６は、ベースプレート５１に固定されており、ロッド６４を上方へ押し出すことにより、吸着部６２を上昇させ（図５参照）、ロッド６４を下方へ引き込むことにより、吸着部６２を下降させる（図６参照）。吸着用シリンダ６６は、例えば、空気圧シリンダを用いることができる。吸着部６２は、実施形態では、負圧によってボルトＢを吸着するよう構成される。勿論、吸着部６２は、電磁石によってボルトＢを吸着するよう構成されてもよい。

図７は、クランプユニット７０の外観斜視図である。図８および図９は、クランプユニット７０の上面図である。図１０および図１１は、クランプユニット７０の正面図である。なお、図７においては、開閉爪７２，スプリング７６の図示を省略した。クランプユニット７０は、ボルトＢの軸部を両側から挟んでクランプするものである。このクランプユニット７０は、一対の開閉爪７１，７２と、一対の開閉爪７１，７２を開閉方向（互いに近接する方向と離間する方向）へスライド自在に支持する支持部材７４と、一対の開閉爪７１，７２を閉方向に常時付勢する一対のスプリング７５，７６と、スプリング７５，７６の付勢力に抗して一対の開閉爪７１，７２を開方向に駆動する爪駆動部８０と、を有する。一対の開閉爪７１，７２の対向面には、それぞれ直線状に延びるＶ字状のクランプ溝７１ａ，７２ａが形成されている。一対の開閉爪７１，７２は、スプリング７５，７６の付勢力によってボルトＢの軸部をその軸方向に延びるクランプ溝７１ａ，７２ａ（Ｖ字溝）で挟むことにより、ボルト頭部を一対の開閉爪７１，７２から露出させつつボルトＢをクランプする。

爪駆動部８０は、図３に示すように、直線状のロッド８４を上下方向にストロークさせる爪駆動用シリンダ８６と、ロッド８４の下端部に設けられたカム８２と、を有する。爪駆動用シリンダ８６は、ベースプレート５１に固定されており、ロッド８４を下方へ押し出すことにより、カム８２を下降させ、ロッド８４を上方へ引き込むことにより、カム８２を上昇させる。爪駆動用シリンダ８６は、例えば、空気圧シリンダを用いることができる。爪駆動部８０は、一対の開閉爪７１，７２の間にカム８２を下降させ、カム８２によって一対の開閉爪７１，７２を左右に押し広げることにより、一対の開閉爪７１，７２を開状態とする（図９および図１１参照）。また、爪駆動部８０は、カム８２を上昇させて一対の開閉爪７１，７２の間からカム８２を引き抜くことにより、一対のスプリング７５，７６の付勢力によって一対の開閉爪７１，７２を閉状態に戻す（図８および図１０参照）。カム８２は、実施形態では、図９に示すように、クランプ溝７１ａ，７２ａの延在方向および一対の開閉爪７１，７２の開閉（スライド）方向に直交する方向（図９中、前後方向）に同軸上に並び、それぞれ独立して回転可能な２つのカム８２ａ，８２ｂにより構成される。一対の開閉爪７１，７２のうち図中、左側の開閉爪７１には、カム８２ａの外周面が当接する当接面７１ｂと、カム８２ｂの外周面が当接しないよう窪んだ逃がし部７１ｃとが設けられている。また、同様に、一対の開閉爪７１，７２のうち図中、右側の開閉爪７２には、カム８２ｂの外周面が当接する当接面７２ｂと、カム８２ａの外周面が当接しないよう窪んだ逃がし部７２ｃとが設けられている。当接面７１ｂ，７２ｂは、中央部から外側に向かうにつれて互いに離間するように湾曲した曲面により形成されている。これにより、カム８２ａ，８２ｂを一対の開閉爪７１，７２の当接面７１ｂ，７２ｂに押し当てて一対の開閉爪７１，７２を開く際に、カム８２ａ，８２ｂの外周面や当接面７１ｂ，７２ｂの摩耗が防止される。

図１２は、旋回ユニット９０の外観斜視図である。なお、図１２においては、クランプユニット７０の図示を省略した。旋回ユニット９０は、一対の開閉爪７１，７２を、クランプ溝７１ａ，７２ａの延出方向および一対の開閉爪７１，７２の開閉（スライド）方向に直交する軸周りに１８０度旋回させるものである。この旋回ユニット９０は、ベースプレート５１に固定され、回転軸９４を１８０度回転させる旋回用シリンダ９６を備える。旋回用シリンダ９６は、例えば、空気圧シリンダを用いることができる。回転軸９４には、クランプユニット７０の支持部材７４が固定される。上述したように、一対の開閉爪７１，７２は、支持部材７４に支持されている。したがって、旋回ユニット９０は、旋回用シリンダ９６により回転軸９４を回転させることにより、支持部材７４と共に一対の開閉爪７１，７２を旋回させることができる。このとき、爪駆動部８０（爪駆動用シリンダ８６）は、ベースプレート５１に固定されており、一対の開閉爪７１，７２とは分離しているから、旋回ユニット９０によって旋回されない。したがって、爪駆動用シリンダ８６の配管の取り回しを容易にすることができる。

制御装置１００は、図４に示すように、ＣＰＵ１０１を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ１０１の他に、ＲＯＭ１０２やＨＤＤ１０３、ＲＡＭ１０４を備える。この制御装置１００には、カメラ２４からの撮像信号、オペレータにより操作される入力装置１０５からの操作信号などが入力される。また、制御装置１００からは、ボルトフィーダ１２やトレイ搬送装置１４、関節駆動用モータ４１ａ〜４５ａ、カメラ２４、吸着用シリンダ６６、爪駆動用シリンダ８６、旋回用シリンダ９６などへの制御信号が出力される。

次に、こうして構成された作業システム１０の動作について説明する。図１３は、ボルト整列処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、オペレータの入力装置１０５の操作により作業開始の指示がなされたときに実行される。以下、ボルト整列処理を、図１４〜図２０を参照しながら説明する。

ボルト整列処理が実行されると、制御装置１００のＣＰＵ１０１は、まず、関節駆動用モータ４１ａ〜４５ａを駆動制御してボルトフィーダ１２によりボルト頭部を上向きにして供給されたボルトＢの吸着位置（ボルト頭部）の上方へエンドエフェクタ５０を移動させる（Ｓ１００）。続いて、ＣＰＵ１０１は、爪駆動部８０（爪駆動用シリンダ８６）を制御して一対の開閉爪７１,７２の間の当接面７１ｂ，７２ｂにカム８２ａ，８２ｂが押し当てられるようカム８２ａ，８２ｂを下降させ、カム８２ａ，８２ｂによって一対の開閉爪７１，７２を押し広げて開状態とする（Ｓ１１０）。そして、ＣＰＵ１０１は、図１４に示すように、吸着用シリンダ６６を制御して開状態とした一対の開閉爪７１，７２の間を通過するよう吸着部６２を下降させ（Ｓ１２０）、ボルトＢのボルト頭部を吸着部６２に吸着させる（Ｓ１３０）。

ＣＰＵ１０１は、吸着部６２にボルトＢを吸着させると、吸着用シリンダ６６を制御して吸着部６２が一対の開閉爪７１，７２の間を抜け出ると共に一対の開閉爪７１，７２の間にボルトＢの軸部が保持されるよう吸着部６２を上昇させる（Ｓ１４０）。続いて、ＣＰＵ１０１は、爪駆動用シリンダ８６を制御してカム８２ａ，８２ｂが一対の開閉爪７１，７２の当接面７１ｂ，７２ｂから引き抜かれるようカム８２ａ，８２ｂを上昇させる（Ｓ１５０）。これにより、図１５に示すように、一対の開閉爪７１，７２は、スプリング７５，７６の付勢力によって閉方向に駆動され、ボルトＢの軸部を両側から挟んで当該ボルトＢをクランプする。そして、ＣＰＵ１０１は、吸着部６２にボルトＢの吸着を解除させて、ボルトＢをクランプユニット７０へ受け渡す（Ｓ１６０）。次に、ＣＰＵ１０１は、図１６〜図１９に示すように、旋回用シリンダ９６を制御してボルトＢをクランプした一対の開閉爪７１，７２を１８０度旋回させ、ボルト頭部が上向きの状態からボルト頭部が下向きの状態となるようボルトＢを上下反転させる（Ｓ１７０）。

ＣＰＵ１０１は、こうしてボルトＢを上下反転させてボルト頭部を下向きにすると、関節駆動用モータ４１ａ〜４５ａを制御してボルトＢをトレイＴの載置位置へ移動させる（Ｓ１８０）。そして、ＣＰＵ１０１は、図２０に示すように、爪駆動用シリンダ８６を制御して一対の開閉爪７１，７２を開状態とし、一対の開閉爪７１，７２にボルトＢのクランプを解除させて（Ｓ１９０）、ボルト整列処理を終了する。

ここで、実施形態の主要な要素と請求の範囲に記載した本開示の主要な要素との対応関係について説明する。即ち、実施形態のエンドエフェクタ５０が本開示の部品反転装置に相当し、ボルトＢが部品に相当し、クランプユニット７０がクランプ装置に相当し、旋回ユニット９０が旋回装置に相当する。また、一対の開閉爪７１，７２が一対の開閉爪に相当し、爪駆動部８０が爪駆動装置に相当する。また、カム８２が挿入片に相当し、爪駆動用シリンダ８６が移動装置に相当する。また、吸着部６２およびロッド６４が吸着部に相当し、吸着用シリンダ６６が昇降装置に相当する。

以上説明した実施形態の部品反転装置（エンドエフェクタ４０）は、部品（ボルトＢ）の軸部をクランプするクランプユニット７０と、クランプユニット７０（一対の開閉爪７１，７２）を１８０度旋回する旋回ユニット９０と、を備える。旋回ユニット９０は、クランプユニット７０により部品の軸部をクランプした状態でクランプユニット７０を１８０度旋回することで、部品の軸部の向きを上下反転させる。これにより、部品反転装置は、部品を落下させることなく、部品の軸部の向きを適切に上下反転させることができる。

また、クランプユニット７０は、付勢力により閉方向に常時付勢されて部品の軸部を両側から挟んでクランプすると共に旋回ユニット９０により１８０度旋回させられる一対の開閉爪７１，７２と、外力により一対の開閉爪７１，７２を開方向に駆動する爪駆動部８０と、を有する。これにより、旋回ユニット９０により旋回させられる一対の開閉爪７１，７２などの旋回部から爪駆動部８０を分離させることができる。したがって、爪駆動部８０の配線や配管の取り回しをより容易にすることができる。

この場合、爪駆動部８０は、一対の開閉爪７１，７２間に挿入されて当該一対の開閉爪７１，７２間を開方向に押し広げる挿入片（カム８２）と、挿入片（カム８２）を移動させる移動装置（爪駆動用シリンダ８６）と、を有する。これにより、簡易な構成により、爪駆動部８０を旋回部から分離させつつ爪駆動部８０で一対の開閉爪７１，７２を開閉させることができる。

また、実施形態の部品反転装置は、先端部に部品を吸着可能な軸状部材として形成され軸方向が上下方向となるよう配置された吸着部６２と、吸着部６２を上下方向に昇降させる昇降装置（吸着用シリンダ６６）と、を含む吸着ユニット６０を備える。部品反転装置は、外力の付与により一対の開閉爪７１，７２を開き、一対の開閉爪７１，７２を開いた状態で一対の開閉爪７１，７２間を通るよう昇降装置（吸着用シリンダ６６）により吸着部６２を下降させて吸着部６２に部品を吸着させる。次に、部品反転装置は、吸着部６２が一対の開閉爪７１，７２間から抜け出ると共に吸着部６２に吸着された部品の軸部が一対の開閉爪７１，７２間で保持されるよう昇降装置（吸着用シリンダ６６）により吸着部６２を上昇させる。そして、部品反転装置は、外力の付与を解除して一対の開閉爪７１，７２に部品の軸部をクランプさせることにより吸着部６２に吸着させた部品をクランプユニット７０に受け渡す。これにより、旋回ユニット９０を直接に昇降させるものに比して、旋回ユニット９０の配管や配線の取り回しを容易にすることができる。

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、吸着ユニット６０のロッド６４は、逆Ｕ字状に形成されるものとした。しかし、吸着ユニットのロッドは、直線状に形成されてもよい。

上述した実施形態では、部品反転装置は、吸着ユニット６０とクランプユニット７０と旋回ユニット９０とを備えるものとした。しかし、吸着ユニット６０は、省略されてもよい。この場合、作業ロボット２０は、クランプユニット７０の一対の開閉爪７１，７２の間にボルトＢの軸部が来るようにロボットアーム２２を移動させた後、爪駆動部８０により一対の開閉爪７１，７２を閉状態とすればよい。

上述した実施形態では、部品反転装置は、吸着ユニット６０（吸着部６２）やクランプユニット７０（カム８２）の駆動部としてシリンダ（吸着用シリンダ６６，爪駆動用シリンダ８６）を備えるものとした。しかし、部品反転装置は、その駆動部として、リニアモータや、回転モータおよびラックピニオン機構を備えるものとしてもよい。

上述した実施形態では、部品反転装置は、旋回ユニット９０の駆動部としてシリンダ（旋回用シリンダ９６）を備えるものとした。しかし、部品反転装置は、その駆動部として、回転モータを備えるものとしてもよい。

上述した実施形態では、部品反転装置は、ロボットアーム２２の先端部に取り付けられるエンドエフェクタ５０として機能するものとした。しかし、部品反転装置は、装置単体で機能するものであってもよい。

上述した実施形態では、部品反転装置は、ボルトＢの軸部を上下反転させるものに適用されたが、軸部を有する部品であれば、如何なる部品の上下反転にも適用可能である。

本開示は、部品反転装置の製造産業などに利用可能である。

１０作業システム、１１作業台、１２ボルトフィーダ、１４トレイ搬送装置、２０作業ロボット、２２ロボットアーム、２４カメラ、３１〜３６第１〜第６リンク、４１〜４５第１〜第５関節、４１ａ〜４５ｂ第１〜第５関節駆動用モータ、５０エンドエフェクタ（部品反転装置）、５１ベースプレート、５２取付部、６０吸着ユニット、６２吸着部、６４ロッド、６６吸着用シリンダ、６８ガイド部材、７０クランプユニット、７１，７２開閉爪、７１ａ，７２ａクランプ溝、７１ｂ，７２ｂ当接面、７１ｃ，７２ｃ逃がし部、７４支持部材、７５，７６スプリング、８０爪駆動部、８２，８２ａ，８２ｂカム、８４ロッド、８６爪駆動用シリンダ、９０旋回ユニット、９４回転軸、９６旋回用シリンダ、１００制御装置、１０１ＣＰＵ、１０２ＲＯＭ、１０３ＨＤＤ、１０４ＲＡＭ、１０５入力装置、Ｔトレイ、Ｂボルト。

Claims

軸部を有する部品を反転させる部品反転装置であって、
前記部品の軸部をクランプするクランプ装置と、
前記クランプ装置を１８０度旋回する旋回装置と、
を備え、
前記クランプ装置により前記部品の軸部をクランプした状態で前記旋回装置により前記クランプ装置を１８０度旋回することで、前記部品の軸部の向きを上下反転させる、
部品反転装置。
請求項１に記載の部品反転装置であって、
前記クランプ装置は、付勢力により閉方向に常時付勢されて前記部品の軸部を両側から挟んでクランプすると共に前記旋回装置により１８０度旋回させられる一対の開閉爪と、外力により前記一対の開閉爪を開方向に駆動する爪駆動装置と、を有する、
部品反転装置。
請求項２に記載の部品反転装置であって、
前記爪駆動装置は、前記一対の開閉爪間に挿入されて該一対の開閉爪間を開方向に押し広げる挿入片と、該挿入片を移動させる移動装置と、を有する、
部品反転装置。
請求項２または３に記載の部品反転装置であって、
先端部に前記部品を吸着可能な軸状部材として形成され軸方向が上下方向となるよう配置された吸着部と、前記吸着部を上下方向に昇降させる昇降装置と、を有し、
外力の付与により前記一対の開閉爪を開き、前記一対の開閉爪を開いた状態で該一対の開閉爪間を通るよう前記昇降装置により前記吸着部を下降させて該吸着部に前記部品を吸着させ、前記吸着部が前記一対の開閉爪間から抜け出ると共に前記吸着部に吸着された部品の軸部が前記一対の開閉爪間で保持されるよう前記昇降装置により該吸着部を上昇させ、外力の付与を解除して前記一対の開閉爪に前記軸部をクランプさせることにより前記吸着部に吸着させた部品を前記クランプ装置に受け渡す、
部品反転装置。
請求項１ないし４いずれか１項に記載の部品反転装置であって、
前記部品は、ボルトである、
部品反転装置。