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技術 ロボットハンド、ツール交換ユニット、およびロボットハンドの制御方法

出願人 キヤノン株式会社
発明者 鹿山直則宮崎芳行
出願日 2017年3月22日 (4年9ヶ月経過) 出願番号 2017-056239
公開日 2018年10月11日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2018-158405
状態 特許登録済
技術分野 マニプレータ
主要キーワード フランジャ エア経路 脱着交換 駆動伝達ピン ツール部材 ツールユニット コモンベース モジュール交換
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年10月11日)のものです。
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図面 (13)

課題

開閉駆動源が内蔵されている各ツールユニット交換対象とする場合、製作コストが高価になり、交換毎にアクチュエータ原点出しを行う必要があるため、交換時間が長くなり作業効率が悪くなる。交換爪モジュールを使用するとエンドエフェクタ全体が大型且つ重量増加し、エンドエフェクタ先端の振動が大きくなり、ワークを把持するための位置決め精度が低下するという問題がある。

解決手段

予め種多様な部品に適した形状のツールを装着させたツール交換モジュールロボットアーム機械的に脱着可能にすることで、交換毎にアクチュエータの原点出しを行う必要がなくなり、ツールそのものを交換することでエンドエフェクタ全体を小型且つ軽量にすることができる。

概要

背景

近年、カメラプリンタなどのように小型で複雑な構造を有する工業製品組立、加工などの作業の自動化が行われている。この種の工業製品に使用される部品は、小型の精密部品が多く、その形状も多種にわたっている。

一方で、同一のロボット装置で多品種製品生産を連続的に行うことが求められており、製造現場では、ワークの品種や工程の変更に応じてロボット装置のエンドエフェクタやツール類交換などを含む段取り替えが必要になる場面が増えている。この種のロボット装置の構成変更作業員手動で行う場合には労力と作業時間を要するため、可能な限り段取り替えをロボット装置のプログラミングによって行う、いわゆる自動段取り替えへの要求が高まっている。

以上のような事情から、ロボット装置には、小型で簡易な構成で、かつ、多種多様なワークの把持および組立、加工などの作業ができる仕様および性能が要求されている。同時に、ワークの把持および組立や加工などの作業のためのツールを作業員の作業や補助を必要とせず自動的に交換し、最小限の装置構成の変更で自動段取り替えを行え、ロボット装置全体の稼働率を高めることが望まれている。

ロボット装置のツール(エンドエフェクタ)のような操作部、あるいはそれらの構成部の自動交換に関しては、ツールの小型化・軽量化と、ツールないしその構成部の交換時間の短縮、および交換時の取付け精度を高めることが要求されている。ツール(エンドエフェクタ)には、把持/搬送のための(ロボットハンド塗装のためのスプレーガン溶接機などの種々の装置が含まれ、ワークや工程に応じて(ロボット)アームに対して交換可能に構成される。

また、(ロボット)ハンドのようなツールでは、ワークを取り扱うフィンガピンセットなどと呼ばれる場合もある)の部位が交換できるよう構成される場合もある。特にハンドのフィンガの部位を交換するために、下記の特許文献1や特許文献2に記載されるような構造が提案されている。

例えば、特許文献1のロボットハンドは、ロボットアームの先端に取り付けられたハンド本体としてのコモンベースと、このコモンベースに着脱可能な且つモジュール化された複数のフィンガ(指部材)を有するフィンガユニットとを備えている。コモンベースにフィンガユニットを装着する場合、所定の治具にフィンガユニットを設置し、ロボットアームをフィンガユニットの上方から接近させて、フィンガユニットの上端部に突出状に設けられた1対のロケートピンを、コモンベースの下端部に形成された1対のロケート穴に嵌合し、ロケートピンにロックピン係合させることで、コモンベースにフィンガユニットを装着している。

特許文献2のロボットハンドは、指部材を有するロボットハンドに着脱可能に装着される交換爪モジュールを備えている。交換爪モジュールには、ロボットハンドの指部材を挿入可能な挿入孔を備え爪部材と、この爪部材を対応する指部材の開閉方向へ移動可能に案内する案内機構と、この案内機構を介して爪部材を支持するフレーム部材とを備えている。そして、ロボットハンドの指部材で交換爪モジュールの爪部材を、把持し交換爪モジュールを支持し、且つ、指部材の駆動力を爪部材に伝達し爪部材を移動させる。

概要

開閉駆動源が内蔵されている各ツールユニット交換対象とする場合、製作コストが高価になり、交換毎にアクチュエータ原点出しを行う必要があるため、交換時間が長くなり作業効率が悪くなる。交換爪モジュールを使用するとエンドエフェクタ全体が大型且つ重量増加し、エンドエフェクタ先端の振動が大きくなり、ワークを把持するための位置決め精度が低下するという問題がある。 予め種多様な部品に適した形状のツールを装着させたツール交換モジュールをロボットアームに機械的に脱着可能にすることで、交換毎にアクチュエータの原点出しを行う必要がなくなり、ツールそのものを交換することでエンドエフェクタ全体を小型且つ軽量にすることができる。

目的

同時に、ワークの把持および組立や加工などの作業のためのツールを作業員の作業や補助を必要とせず自動的に交換し、最小限の装置構成の変更で自動段取り替えを行え、ロボット装置全体の稼働率を高めることが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

ハンド部と、対象物把持し前記ハンド部に着脱可能なツール交換モジュールとからなるロボットハンドであって、前記ハンド部は、前記ツール交換モジュールを装着状態に保持するための一対のハンド側固定部と、該一対のハンド側固定部によって保持された前記ツール交換モジュールを駆動させるための駆動機構を含む駆動モジュールを備え、前記ツール交換モジュールは、前記ハンド部に装着された状態で前記ハンド側固定部と係合してその装着状態を保持するための一対のツール交換モジュール側固定部と、前記装着状態において前記駆動モジュールと機械的に接続され前記対象物を把持操作するツールを開閉する開閉機構とを備えていることを特徴とするロボットハンド。

請求項2

請求項1に記載のロボットハンドにおいて、前記ハンド部側に前記ツール交換モジュールが装着された状態において、前記一対のハンド側固定部の配されている方向と、前記開閉機構の開閉動作の方向が互いに略直行するように配置されていることを特徴とするロボットハンド。

請求項3

請求項1または請求項2に記載のロボットハンドにおいて、前記駆動機構と前記開閉機構との間の駆動伝達は、一方に配された駆動伝達ピンと、他方に形成された嵌合孔との嵌合によって行われることを特徴とするロボットハンド。

請求項4

請求項3に記載のロボットハンドにおいて、前記駆動伝達ピンが前記開閉機構の上部に設けられ、前記駆動伝達ピンと嵌合する嵌合孔が前記駆動機構の上部に設けられていることを特徴とするロボットハンド。

請求項5

請求項4に記載のロボットハンドにおいて、前記駆動機構と前記開閉機構が、ガイドレールガイドブロックで構成されたスライドガイドで動作することを特徴とするロボットハンド。

請求項6

請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のロボットハンドにおいて、前記ハンド側固定部と前記ツール交換モジュール側固定部が、空気により着脱可能なボールフランジャであることを特徴とするロボットハンド。

請求項7

ロボットハンドのハンド部に着脱可能なツール交換ユニットであって、前記ハンド部は、前記ツール交換ユニットを装着状態に保持するための一対のハンド側固定部と、該一対のハンド側固定部によって保持された前記ツール交換ユニットを駆動させるための駆動機構を含む駆動ユニットを備え、前記ツール交換ユニットは、前記ハンド部に装着された状態で前記ハンド側固定部と係合してその装着状態を保持するための一対のツール交換ユニット側固定部と、前記装着状態において前記駆動ユニットと機械的に接続され前記対象物を把持操作するツールを開閉する開閉機構とを備えていることを特徴とするロボットハンドに着脱可能なツール交換ユニット。

請求項8

ハンド部と、該ハンド部に着脱可能なツール交換モジュールとからなり、対象物を把持操作するロボットハンドの制御方法であって、前記ハンド部には、前記ツール交換モジュールを装着状態に保持するための一対のハンド側固定部と、該一対のハンド側固定部によって保持された前記ツール交換モジュールを駆動させるための駆動機構を含む駆動モジュールとを備え、前記ツール交換モジュールには、前記ハンド部に装着された状態で前記ハンド側固定部と係合してその装着状態を保持するための一対のツール交換モジュール側固定部と、前記装着状態において前記駆動モジュールと機械的に接続され前記対象物を把持操作するツールを開閉する開閉機構とを備えることにより、前記ツール交換モジュールを前記ハンド部に装着した装着状態において、前記ハンド側の前記駆動モジュールの駆動力を前記ツール交換モジュールの前記開閉機構に伝達することにより、前記対象物に対する把持操作を制御可能としたことを特徴とするロボットハンドの制御方法。

技術分野

0001

本発明は操作対象物を操作する操作部を交換可能なロボットハンド、そのロボットハンドの制御方法、そのロボットハンドを用いた組立方法、およびロボット装置に関する。

背景技術

0002

近年、カメラプリンタなどのように小型で複雑な構造を有する工業製品組立、加工などの作業の自動化が行われている。この種の工業製品に使用される部品は、小型の精密部品が多く、その形状も多種にわたっている。

0003

一方で、同一のロボット装置で多品種製品生産を連続的に行うことが求められており、製造現場では、ワークの品種や工程の変更に応じてロボット装置のエンドエフェクタやツール類の交換などを含む段取り替えが必要になる場面が増えている。この種のロボット装置の構成変更作業員手動で行う場合には労力と作業時間を要するため、可能な限り段取り替えをロボット装置のプログラミングによって行う、いわゆる自動段取り替えへの要求が高まっている。

0004

以上のような事情から、ロボット装置には、小型で簡易な構成で、かつ、多種多様なワークの把持および組立、加工などの作業ができる仕様および性能が要求されている。同時に、ワークの把持および組立や加工などの作業のためのツールを作業員の作業や補助を必要とせず自動的に交換し、最小限の装置構成の変更で自動段取り替えを行え、ロボット装置全体の稼働率を高めることが望まれている。

0005

ロボット装置のツール(エンドエフェクタ)のような操作部、あるいはそれらの構成部の自動交換に関しては、ツールの小型化・軽量化と、ツールないしその構成部の交換時間の短縮、および交換時の取付け精度を高めることが要求されている。ツール(エンドエフェクタ)には、把持/搬送のための(ロボットハンド塗装のためのスプレーガン溶接機などの種々の装置が含まれ、ワークや工程に応じて(ロボット)アームに対して交換可能に構成される。

0006

また、(ロボット)ハンドのようなツールでは、ワークを取り扱うフィンガピンセットなどと呼ばれる場合もある)の部位が交換できるよう構成される場合もある。特にハンドのフィンガの部位を交換するために、下記の特許文献1や特許文献2に記載されるような構造が提案されている。

0007

例えば、特許文献1のロボットハンドは、ロボットアームの先端に取り付けられたハンド本体としてのコモンベースと、このコモンベースに着脱可能な且つモジュール化された複数のフィンガ(指部材)を有するフィンガユニットとを備えている。コモンベースにフィンガユニットを装着する場合、所定の治具にフィンガユニットを設置し、ロボットアームをフィンガユニットの上方から接近させて、フィンガユニットの上端部に突出状に設けられた1対のロケートピンを、コモンベースの下端部に形成された1対のロケート穴に嵌合し、ロケートピンにロックピン係合させることで、コモンベースにフィンガユニットを装着している。

0008

特許文献2のロボットハンドは、指部材を有するロボットハンドに着脱可能に装着される交換爪モジュールを備えている。交換爪モジュールには、ロボットハンドの指部材を挿入可能な挿入孔を備え爪部材と、この爪部材を対応する指部材の開閉方向へ移動可能に案内する案内機構と、この案内機構を介して爪部材を支持するフレーム部材とを備えている。そして、ロボットハンドの指部材で交換爪モジュールの爪部材を、把持し交換爪モジュールを支持し、且つ、指部材の駆動力を爪部材に伝達し爪部材を移動させる。

先行技術

0009

特願2006−44630号公報
特許第5892765号

発明が解決しようとする課題

0010

特許文献1のロボットハンドでは、各フィンガユニットに複数の指部材を開閉駆動する為の開閉駆動源が内蔵されているので、製作コストが高価になる。さらに、交換毎にアクチュエータ原点出しを行う必要があるため、交換時間が長くなり作業効率が悪くなる。

0011

特許文献2のロボットハンドでは、ロボットハンドの指部材を介して交換爪モジュールを支持し、且つ、爪部材を移動させてワークを把持する構成である。そのためロボットハンドおよび交換爪モジュールを含めたエンドエフェクタ全体が大型化し、且つ、重量が大きくなるという問題がある。エンドエフェクタ全体が大型且つ重量増加すると、エンドエフェクタ先端の振動が大きくなり、ワークを把持するための位置決め精度が低下するという問題がある。

0012

本発明の目的は、このような課題に着目してなされたものであり、予めモジュール化してあるツール交換モジュールを積極的に脱着交換することで多種多様な部品の把持に対応できるようにした汎用性の高いロボットハンドを提供しようとするものである。

課題を解決するための手段

0013

上述の課題を解決するために本発明によれば、ハンド部と、対象物を把持し前記ハンド部に着脱可能なツール交換モジュールとからなるロボットハンドであって、前記ハンド部は、前記ツール交換モジュールを装着状態に保持するための一対のハンド側固定部と、該一対のハンド側固定部によって保持された前記ツール交換モジュールを駆動させるための駆動機構を含む駆動モジュールを備え、前記ツール交換モジュールは、前記ハンド部に装着された状態で前記ハンド側固定部と係合してその装着状態を保持するための一対のツール交換モジュール側固定部と、前記装着状態において前記駆動モジュールと機械的に接続され前記対象物を把持操作するツールを開閉する開閉機構とを備えていることを特徴とする。

発明の効果

0014

本発明によれば、装着部のハンド部の駆動モジュールとツール交換モジュールがどちらも同じ構成でモジュール化されている。ゆえにツールを機械的な着脱機構により駆動できるので、電気的な着脱機構による駆動で生じる駆動アクチュエータの原点出しを行う必要がなく、交換時間を短くすることができる。

0015

さらに、ツールそのものを交換して駆動するので、新たな爪モジュール等を装着することがなくなりロボットハンドのエンドエフェクタ部分を小型且つ軽量化することができる。

図面の簡単な説明

0016

本発明を実施可能なロボットシステム概略構成の一例を示した説明図である。
図1のロボットシステムの制御系の構成を示したブロック図である。
本発明の実施例1における駆動モジュールを上方から見た斜視図である。
本発明の実施例1における駆動モジュールにツール交換モジュールを装着させた際の透視図である。
図4中のVS面での断面図をツール部材側から見上げた透視図である。
本発明の実施例1における駆動モジュールとツール交換モジュールが互いに結合され駆動伝達ピンが、駆動伝達孔と嵌合した状態の図である。
本発明の実施例1におけるツール交換モジュールを上方から見た斜視図である。
本発明の実施例1におけるツール交換モジュール置台の斜視図である。
本発明の実施例1におけるツール交換モジュールを取得するための接近時の図である。
本発明の実施例1におけるツール交換モジュールの取得時の図である。
本発明の実施例1における駆動伝達部を異ならせた時のツール交換モジュールの上方からの斜視図である。
本発明の実施例1における駆動伝達部を異ならせた時の駆動モジュールの上方からの斜視図である。

実施例

0017

以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。

0018

(実施例1)
図1および図2に本発明を実施することができるロボットシステムの構成例を示す。図1は本発明を実施可能なロボットシステムの概略構成の一例を示した説明図である。図1において、ロボットシステム10は、ロボット装置20、交換装置500、およびロボット装置20と交換装置500とを制御する制御装置600とコントローラ610を備えている。制御装置600およびコントローラ610は、図1の下部にブロック図として示している。

0019

図2は、制御装置600およびコントローラ610を含む制御系の構造を示している。

0020

図1のロボット装置20は、アーム100の先端に取り付けられたハンド200と、ハンド200に配されたツール交換モジュール300aとによって、操作対象物であるワークW(Wa,Wb)に対する操作を行うことができる。ツール交換モジュール300aは、後述するように、ハンド200側に設けられた駆動モジュール210に着脱可能である。

0021

アーム100は、7つのリンク101〜107と、これらリンク101〜107を揺動または回動可能に連結する6つの関節111〜116とを備えている。本実施例のリンク101〜107には、長さが固定されたものを採用しているが、例えば、直動アクチュエータにより伸縮可能なリンクを用いてもよい。

0022

図1において、ハンド200は、アーム100の最先端のリンク107に装着される。リンク107に支持されたハンド200は、アーム100の動作により位置および姿勢の少なくとも一自由度を変更することができる。ハンド200は、駆動モジュール210、およびツール部材330を備えているツール交換モジュール300aで構成されている。このツール換モジュール300aは、駆動モジュール210に対して交換可能であり、別のツール交換モジュール300bと交換できる。アーム100の位置姿勢およびハンド200の姿勢の制御とツール部材330の開閉動作組合せることにより、ワークWに対する作業(操作)を行うことができる。この駆動モジュール210は本発明の駆動ユニットに相当する。

0023

本実施例では、駆動モジュール210に対して交換可能な操作部としてツール交換モジュール(300aもしくは300b)を考える。例えば、図1に示す状態では、駆動モジュール210には第1のツール交換モジュール300aを装着している。後述の動作を実行することで、第1のツール交換モジュール300aを第2のツール交換モジュール300bに交換することができる。第2のツール交換モジュール300bは、図1の状態では、図中左側のツール置台510bによって保持されている。以下、ツール交換モジュールの総称という意味でツール交換モジュール300と呼称する場合がある。このツール交換モジュール300は本発明のツール交換ユニットに相当する。

0024

組立を行う製品のワークの形状や作業内容が多種多様に存在する場合、ハンド200で把持、および組み立てするワークWが異なるので、ワークWや作業内容に応じて各ツール交換モジュール300の使い分けを行うことができる。例えば、ツール部材330の長さや形状の異なるものを第1、第2(第3…)のツール交換モジュール300として用意しておき、ワークWや作業内容に応じて交換することにより、ワークWや作業内容に最適なツール部材を用いることができる。

0025

なお、駆動モジュール210に対して、交換可能な「操作部」は把持用の「フィンガ」に限定されない。例えばフィンガ以外のドライバドリル、溶接機などの作業ツール類が考えられる。これらのツール類が後述する操作部の交換のための機構を有していれば、フィンガのみならず、上記のような任意のツールを装着することもできる。また、操作内容により駆動するツールの本数を増やしても良い。操作部の交換のための機構、特にハンド200廻りの構成の詳細については後述する。

0026

図2図1のロボットシステムの制御系の構成を示したブロック図である。ロボットシステム10の制御部としての制御装置600は、マイクロプロセッサ素子などを用いたコンピュータにより構成することができる。この制御装置600により、ロボット装置20、および交換装置500を制御することができる。

0027

制御装置600を構成するコンピュータは、CPU601、各部を制御するためのプログラムを記憶するROM602、RAM603、通信インターフェース(図中ではI/F)604などから構成される。このうち、RAM603はコントローラ610の操作による教示点制御指令などのデータの一時記憶に用いられる。

0028

コントローラ610は、例えばティーチングペンダントTP)のような操作装置が考えられるが、ロボットプログラム編集可能な他のコンピュータ装置(PCやサーバ)であってもよい。コントローラ610は、制御装置600に対して有線ないし無線通信接続手段を介して接続することができ、ロボット操作および状態表示などのユーザインターフェース機能を有する。

0029

CPU601は、例えばコントローラ610で入力された教示点データを通信インターフェース604から受信する。また、コントローラ610から入力された教示点データに基づきロボット装置20の各軸の軌道を生成し、通信インターフェース604を介して制御目標値としてロボット装置20に送信することができる。

0030

次に、本実施例において、操作部としてのツール交換モジュール300を着脱するためのハンド200周りの構成例につき説明する。本実施例では、ツール部材330は2本1組であり、以下ではこの2本のツール部材を有するツール交換モジュール300を着脱(さらに交換)するための着脱部の構成を示す。

0031

まず、ハンド200について説明する。図3は本実施例の駆動モジュール210を上方から見た斜視図である。ハンド200のベース150には、ツール交換モジュール300を着脱し駆動力を伝達するための駆動機構が設けられている。

0032

駆動機構として、一対の駆動基台211a、211bが各々設けられている。駆動基台211a、211bは、ガイドブロック204a、204bとガイドレール205a、205bとによって構成されたスライドガイドにより直線移動させることができる。

0033

さらに、駆動基台211a、211bは2つの水平辺部214a、214bにガイドブロック204a、204bとビスで固定されている。

0034

駆動基台211a、211bの上部(図3から見て)には、駆動伝達ピン212a、212bが設けられている。駆動基台211a、211bの下部(図3から見て)にはラック225a、225b(図5)を備えている。

0035

図4は駆動モジュール210にツール交換モジュール300を装着させた際の透視図である。図4より、駆動モジュール210の内部には駆動機構を駆動するためのモータ221が配置されている。モータ221の駆動軸に相当するピニオンシャフト222の先端にはピニオンギア223が設けてある。

0036

図5図4中の装着面VS(詳細は後述)での断面図をツール部材側から見上げた透視図である。図5よりピニオンギア223には、それぞれラック225a、225bが同図で見て上下より噛み合っており、ピニオンギア223の正逆回転により、矢印A,B方向に摺動するように構成されている。すなわちピニオンギア223が時計方向に回転するとラック225a、225bは互いに接近し(矢印A方向)、ピニオンギア223が反時計方向に回転すると、互いに離間する(矢印B方向)ように制御される。またラック225a、225bは、それぞれ駆動基台211a、211bと結合されており、上記矢印A,B方向の摺動により、駆動基台211a、211bをガイドレール205a、205bに沿って、矢印A,B方向に移動することが可能である。これによって駆動伝達ピン212a、212bの位置を制御することが可能となる。

0037

次に、ハンド側固定部について説明する。図3に示す様にハンド側固定部は2つのロケートピン240a、240bで構成されている。一対のロケートピン240a、240bと、一対の駆動基台211a、211b及び駆動基台上の駆動伝達ピン212a、212bが互い違いにハンド200の軸心Sを中心に円陣配置され、且つロケートピン240a、240bの中心を結ぶ直線と、駆動基台211a、駆動基台211bの中心を結ぶ直線とが、ほぼ直交するように配置されている。

0038

ロケートピン240a、240bは、嵌合軸241a、241b、当接部242a、242bを有し、その先端部には中心方向へ移動可能なボール243a、243bが備えられている。そしてロケートピン240a、240bに圧縮空気を供給もしくは排気することで、ボール243a、243bをそれぞれロケートピン240a、240bの外周側面に対して進退動作させることができる。

0039

図6は駆動モジュール210とツール交換モジュール300が互いに結合され駆動伝達ピン212a、212bが、駆動伝達孔317a、317bと嵌合した状態の図である。図4図6に示すように、ロケートピン240a、240bにはエア経路232a、232bが設けられている。このエア経路232a、232bを介して電磁弁521(図1)に接続されている。電磁弁521を制御することで、コンプレッサ523(図1)からエア経路232a、232bを介し圧縮空気の吸気と排気とを切り替えることにより、ボール243a、243bを中心方向へ移動させることができる。

0040

このロケートピン240a、240bが後述するツール交換モジュール300側に設けられた嵌合孔340a、340b(図6)と嵌合した状態で圧縮空気を供給し、ボール243a、243bが半径方向の外方向へ移動すると、ボール243a、243bが段付嵌合孔340a、340bの係止部343a、343bと係合し、ロケートピン240a、240bと段付嵌合孔340a、340bとが機械的に結合状態になる。逆に、ボール243a、243bが半径方向の内方向へ移動すると、ボール243a、243bと係止部343a、343bと係合が解除され、ロケートピン240a、240bと段付嵌合孔340a、340bとが分離可能な状態となる。

0041

次に図7を用いて、ツール交換モジュール300について説明する。図7はツール交換モジュール300の斜視図である。ツール交換モジュール300は、フレーム部材311と、このフレーム部材311の上面に平行且つ一直線上に配置された、開閉機構として機能する2つのツール支持部材314a、314bと、これら2つのツール支持部材314a、314bの下端部に固定された2つのツール部材330a、330bと、2つのツール支持部材314a、314bが平行移動するように案内する案内機構であるガイドレール322a、322bとガイドブロック322a、322bを備えており、且つ、ツール交換モジュール300は駆動モジュール210に着脱されるものである。

0042

まず、フレーム部材311について説明する。フレーム部材311は、ロボットアーム100の軸心Sを中心とする円弧状の外形を有し、ツール部材330a、330bを支持する2つのツール支持部材314a、314b、段付嵌合孔341a、341bを備えている。

0043

フレーム部材311には、2つの開口部313a、313bが形成されている。ツール支持部材314a、314bは、ツール部材330a、330bが各開口部313a、313bを通るように其々配設されている。各開口部313a、313bを挟んでガイドレール322a、322bが配置されている。ツール支持部材314a、314bは、2組の水平辺部315a、315bにガイドブロック321a、321bとビスで固定されている。ガイドブロック321a、321bはガイドレール322a、322bに沿って直線移動させることができ、ツール支持部材314a、314bをツール部材330a、330を開閉させるための開閉機構としている。

0044

ツール交換モジュール300のフレーム部材上面311上の、2つの段付嵌合孔340a、340bと、2つのツール支持部材314a、314b及び駆動伝達孔317a、317bが互い違いにハンド200の軸心Sを中心に円陣配置され、且つ段付嵌合孔340a、340bの中心を結ぶ直線と、ツール支持部材314a、314bを結ぶ直線が、ほぼ直交するように配置されている。

0045

段付嵌合孔340a、340bには、嵌合部341a、341bと当接部342a、342b及び係合部343a、343bが構成されている。この段付嵌合孔340a、340bにロケートピン240a、240bが挿入され、まず嵌合部341a、341bと嵌合軸241a、241bとが嵌合し、ボール243a、243bが半径方向の外方向へ移動するとボール243a、243bが係止部343a、343bと係合し斜め上方向に付勢される。さらに、段付嵌合孔340a、340bの当接部342a、342bとロケートピン240a、240bの当接部242a、242b同志が密着し、ロケートピン240a、240bと段付嵌合孔340a、340bとが位置が決めされ、機械的に結合状態(クランプ状態)になる。すなわちツール交換モジュール300が、駆動モジュール210に装着された装着状態となる。

0046

逆に、ボール243a、243bが半径方向の内方向へ移動すると、ボール243a、243bと係止部343a、343bとの係合が解除され、ロケートピン240a、240bと段付嵌合孔340a、340bとが分離可能な状態となる。

0047

また、フレーム部材311はツール交換モジュール300側の実質的な装着面に相当し、複数のビスの下穴および、位置決め孔が設けられており、任意のツールを取り付けることが可能である。

0048

次に、一対のツール支持部材314a、314bについて詳しく説明する。図7より、ツール支持部材314a、314bの2組の水平辺部315a、315bそれぞれにおいて、ガイドブロック321a、321bにビスで固定され、且つ、鉛直辺部316a、316bが開口部313a、313b内に配設され、フレーム部材311を貫通し下面から突出している。

0049

図4図6の各図において、ツール支持部材314a、314bの上部には駆動伝達孔317a、317bが設けられ、駆動モジュール210とツール交換モジュール300とが結合されている状態の時には、図5で示すように、駆動伝達ピン212a、212bの其々が駆動伝達孔317a、317bと嵌合状態になっており、駆動基台211a、211b(駆動機構)の駆動をツール支持部材314a、314b(開閉機構)に伝達している。

0050

駆動基台211a、211bが図4の矢印A方向に互いに接近、矢印B方向に互いに離間すると、駆動伝達ピン212a、212bを介してツール支持部材314a、314bに駆動力が伝達され、開口部313a、313b内を、矢印A方向に互いに接近、矢印B方向に互いに離間が可能となる。従って、駆動基台211a、211bの位置を制御することで、ツール支持部材314a、314bの位置も制御可能となる。

0051

次に、一対のツール部材330a、330bについて説明する。図4に示すように、ツール部材330a、330bは、ツール支持部材314a、314bに固定されているので、駆動伝達ピン212a、212bから伝達される駆動力によりツール支持部材314a、314bが駆動し、ツール部材330a、330bを矢印A方向に互いに接近、矢印B方向へ互いに離間する直線駆動をさせることができる。

0052

ツール部材330a、330bは、上端部に形成された固定部321a、321bと、この固定部321a、321bの下方へ鉛直に延びるツール部材330a、330bとから一体的に形成されている。

0053

この固定部321a、321bは、ツール支持部材鉛直辺部316a、316b(図7)に対してビスで固定されている。ツール部材330a、330bの下端部には、ツール部材330a、330bの開閉方向の矢印A及びB方向と直交且つ内側を向いた、ワークと接触する内側把持面と、ツール部材330a、330bの開閉方向の矢印A及びB方向と直交且つ外側を向いた、ワークと接触する外側把持面が形成されている。

0054

図4より、一対の駆動基台211a、211bを閉方向(矢印A方向)へ駆動させることにより、駆動伝達ピン212a、212b及び駆動伝達孔317a、317bを介して一対のツール支持部材314a、314bが駆動された結果、一対のツール部材330a、330bが閉方向(矢印A方向)へ移動して一対のツールの内側把持面の間でワークと接触させることで把持することができる。

0055

前記と逆に一対の駆動基台211a、211bを開方向(矢印B方向)へ駆動することで、駆動伝達ピン212a、212b及び駆動伝達孔317a、317bを介して一対のツール支持部材314a、314bが駆動された結果、一対のツール部材330a、330bが開方向(矢印B方向)へ移動してワークの把持を解除することができる。

0056

この「把持」とは、ワークの外面を把持する場合と、ワークの内面を内側から押圧して把持する把持操作を含む。

0057

他方、ワークの内面を把持する場合は、2つのツール支持部材314a、314bを介して2つのツール部材330a、330bを開方向(矢印B方向)へ駆動させることにより、2つの外側把持面をワークと接触させることでワークの内面を把持することができ、上記と逆に駆動することで、ワークの把持を解除することができる。

0058

また本実施例によれば、ハンド200に対して作業に応じた種々のツール交換モジュール300を着脱(交換)するため、その交換動作及び新たなツール交換モジュールの設計を容易とするための考慮がなされている。

0059

すなわち図4に示すように、ハンド部とツール交換モジュールの装着状態においては、その両者を着脱するための機構及び駆動伝達を行う機構とが、それぞれ装着面VS上に位置するように構成されている。この装着面VSは、ハンド側(駆動モジュール210)の装着面となるベース150とツール交換モジュール300側の装着面となるフレーム部材311によって構成される装着面を代表して定義したものである。

0060

このような装着面を定義することにより、新たなツール交換モジュールを開発する場合も着脱機構と駆動伝達系の配置の標準化が容易となり、汎用性の高いロボット装置を提供することができる。

0061

尚、ツール部材330の形状は一例であり、把持対象となるワークの形状又は姿勢に応じて種々の形状を採用可能である。

0062

次に、本発明のツール交換モジュール300が駆動モジュール210から取り外された際に保管されるツール交換モジュール置台510a、510bについて説明する。以下、全てのツール交換モジュール置台の総称という意味でツール交換モジュール置台510と呼称する場合がある。

0063

図8は本発明の実施例1におけるツール交換モジュール置台の斜視図である。図8で示すツール置台510は、ツール交換モジュール300を所定の位置決め状態にして姿勢を維持する接地部511を備え、さらに接地部511の中央には開口部512が設けられている。接地部511のツール交換モジュール300を設置する面と反対側には脚部513が備えられ、脚部513を介してツール置台510は床面に固定されている。

0064

図9は本発明の実施例1におけるツール交換モジュールを取得するための接近時の平面図である。ツール交換モジュール300をツール交換モジュール置台510から取得する場合には、図9のようにロボットアーム100の移動に連動して駆動モジュール210がツール置台510上に保管されているツール交換モジュール300の上空に移動し、次に矢印C方向へツール交換モジュール300に直線的に接近し、このロケートピン240a、240bが段付嵌合孔340a、340bに挿入されると同時に、駆動伝達ピン212a、212bが駆動伝達孔317a、317bに挿入される。

0065

図10は本発明の実施例1におけるツール交換モジュールの取得時の平面図である。ロケートピン240a、240bが段付嵌合孔340a、340bに挿入された状態で、ツール交換モジュール300の位置決めが解除され、電磁弁521が作動し、ロケートピン240a、240bと段付嵌合孔340a、340bで構成される着脱機構内のエアが排気もしくは給気されボール243a、243bが外側に移動することで、駆動モジュール210にツール交換モジュール300がクランプされハンド200が構成される。その後、ロボットアーム100の移動に連動してハンド200が矢印D方向へツール交換モジュール置台510上空から直線的に移動する。

0066

ツール交換モジュール300をツール交換モジュール置台510へ保管する場合には、ロボットアーム100の移動に連動してハンド200がツール置台510上空の所定の位置に移動し、次に矢印D方向へツール交換モジュール置台510に直線的に接近しツール部材330a、330b(330bは裏側にあるため不図示)を開口部512に挿入し、フレーム部材310の下面を接地部511上の所定の位置まで移動する。

0067

この状態で、電磁弁521が作動しロケートピン240a、240bと段付嵌合孔340a、340bで構成される着脱機構中へエアが給気もしくは排気されボール243a、243bが内側に移動することで、駆動モジュール210とツール交換モジュール300のクランプが解除され、ツール交換モジュール300の位置決めがされることで、ツール交換モジュール300だけがツール交換モジュール置台510上に保管される。その後、ロボットアーム100の移動に連動して駆動モジュール210が矢印D方向へツール交換モジュール置台510上空から直線的に移動する。

0068

次に、本発明のツール交換システムについて説明する。図1に示したように、ツール交換モジュール300を2つ、あるいはそれ以上用意する。例えば、種々の形状の異なるワークW(WaやWb)を収納した収納ケース(不図示)からワークを取り出して、ある場所から別の場所に移動させる場合(組み立て工程も含む)、制御装置600よりロボットアーム100を制御して、ツール交換モジュール置台510a上方に駆動モジュール210を移動させ、ツール交換モジュール300aを取得する。

0069

その後、制御装置600よりロボットアーム100を制御して、駆動モジュール210およびツール交換モジュール300aとで構成されたハンド200を、収納ケース(不図示)上方へ移動させる。

0070

次に、ハンド200を把持対象となるワークWaに向けて下方に移動させ、制御装置600によりハンド制御回路222を介してモータ221を駆動させ、駆動基台211a、211bを制御し、駆動伝達ピン212a、212b及び駆動伝達孔317a、317bを介して、ツール支持部材314a、314b及びツール部材330a、330bを制御することでワークWaを把持する。そして、ハンド200を収納ケース(不図示)上空へ移動させてワークWaを取り出す。その後、ロボットアーム100はワーク置台900上の目的位置にワークWaを搬送し、ツール部材330a、330bを制御してワークWaの把持を解除して目的位置に設置する。

0071

次にワークWbを把持する場合には、制御装置600よりロボットアーム100を制御して、ツール交換モジュール置台510a上方にハンド200を移動させ、ツール交換モジュール300aをツール交換モジュール置台510aに設置した状態で、ロケートピン240a、240bと段付嵌合孔340a、340bで構成される着脱機構を作動させてツール交換モジュール300aと駆動モジュール220を分離状態アンクランプ状態)にした後に、制御装置600よりロボットアーム100を制御して、ツール交換モジュール置台510a上方に駆動モジュール220を移動させる。この時には、ツール交換モジュール300aはツール交換モジュール置台510aに保管状態となる。

0072

次に、制御装置600よりロボットアーム100を制御して、ツール交換モジュール置台510b上方に駆動モジュール210を移動させ、前記と同様にツール交換モジュール300bを取得する。次に、制御装置600よりロボットアーム100を制御して、ツール交換モジュール300bを装着したハンド200を、収納ケース(不図示)上方へ移動させる。

0073

次に、ワークWaと場合と同様に、ハンド200で把持対象となるワークWbを把持し、ワークWbを取り出す。そして、ハンド200を移動させてワーク置台900上の目的位置にワークWbを搬送し、次に、ツール部材を制御してワークWbの把持を解除して、目的位置に設置する。

0074

上実施例1により、このツール交換モジュールを用いたロボットハンドによれば、ツール交換モジュールを2つあるいはそれ以上用意した場合、装着部のハンド部側とツール側がどちらも同じ構成でモジュール化されている(駆動モジュール210とツール交換モジュール300)。また、ハンド部側にモータ等の駆動源を備えてモジュール化している。

0075

ゆえに、各ツール交換モジュールにツール部材を開閉駆動するためのモータ等の駆動源および電気回路等を、其々設ける必要がないので、コストを低減することができ、ロボットハンド全体を小型、且つ、軽量に構成できる。さらに、ツールそのものを交換しているため、先行文献2のようにエンドエフェクタ部が大型化することもない。

0076

また、両者のモジュール化により機械的な着脱機構でツール部材を開閉駆動可能であるため、電機的な着脱機構でツール部材を駆動させる際に生じる交換動作毎のアクチュエータの原点出しを行う必要がなくなる。ゆえにツール交換モジュール交換動作をロボットアームの制御部に1度覚えさせるだけで繰り返し交換が容易になり、交換時間を短くすることができる。またツールの交換により、ワークの形状に適したツールでワークの操作が可能となり、汎用性を高めることができる。

0077

さらに、ハンド部側固定部(ロケートピン240a、240b)と駆動機構(モータ221により駆動される駆動基台211a、211b)、ツール交換モジュール側固定部及びツール交換ユニット側固定部(段付嵌合孔340a、340b)と開閉機構(314a、314b)は両者の装着面において互いに専有する領域が重複しないよう略直行に配置されている。そのため、図6のようにリンク107とロボット200との接続箇所からツール交換モジュール300の先端までのハンド全体の長さFの内、Eの部分を短くできる。従って、ロボットハンド全体を小型且つ軽量化することで、ロボットアーム100を動作させた時の先端の慣性力も小さくできるのでツール交換モジュール300の先端の振動が小さくなり、ワークを把持するための位置決め精度が高くするためのロボットアーム100の制御が容易になる。

0078

なお、本実施例では、2組のツール交換モジュール300a、300bとツール交換モジュール置台510a、510bは一例であり、操作対象となるワークの形状と姿勢に応じたツールの種類に合わせて、数を増やすことも可能である。

0079

また、ワークに対して把持だけでなく、塗装や溶接などを行う場合は、適宜ツール部材の指部(332a、332b)を取り外し、用途に合わせたツールに付け替えても良い。

0080

また、本実施例では、駆動モジュール210とツール交換モジュール300との固定部に、圧縮空気でボール243a、243bが進退し係合部343a、343bと係合することで結合されるボールフランジャ構成で説明したが、電磁石永久磁石で結合する構成に当事者が任意に変更可能である。

0081

また、図11のように駆動伝達ピンをツール交換モジュール側(318a、318b)に設け、図12のように駆動伝達孔を駆動モジュール側(216a、216b)に設けても同様に効果を得ることができる。

0082

本発明は産業用ロボットとして利用可能である。

0083

10ロボットシステム
20ロボット装置
100ロボットアーム
150ベース
200ハンド
221モータ
210駆動モジュール
211a、211b 駆動基台
214a、214b駆動伝達ピン
240a、240bロケートピン
300ツール交換モジュール
314a、314bツール支持部材
317a、317b駆動伝達孔
340a、340b段付嵌合孔
330a、330bツール部材
510 ツール交換モジュール置台
600制御装置
610 コントローラ

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