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技術 ロボットハンド

出願人 ライフロボティクス株式会社
発明者 栗原眞二鈴木秀俊池田盛陽尹祐根
出願日 2017年6月30日 (3年6ヶ月経過) 出願番号 2017-129769
公開日 2019年1月24日 (1年11ヶ月経過) 公開番号 2019-010717
状態 特許登録済
技術分野 マニプレータ
主要キーワード アダプタ板 破損リスク 傾動回転 伸縮距離 半割筒 弾性樹脂製 搬送段階 ロボットアーム機構
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(2019年1月24日)のものです。
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図面 (20)

課題

目的は、把持したワークを狭小収納スペース収納する作業工程を有するピッキング作業特化したロボットハンド簡易な構造で実現することにある。

解決手段

本実施形態に係るロボットハンド7は、互いに接近・離反する方向に移動自在に基部72に支持される一対のフィンガー76a,76bを備え、フィンガー76a,76bは断面凹状又は断面L状の長尺体をなし、その内面にはパッド77a,77bが装着されている

概要

背景

ロボット装置製造ライン医療介護などさまざまな現場での適用がなされており、今後更なる分野での適用が期待されている。近年では労働人口の低下予測背景作業員の近くで作業するいわゆる協働ロボットへの期待が高まってきている。協働ロボットを導入することで、作業員が不足したときに、協働ロボットがその作業員に代わることができる。しかしながら、協働ロボットに作業を担当させるとき、作業員が使用するものとは異なる協働ロボット専用の道具を使用しなければならない場合がある。その場合、全体の製造工程において、作業効率の悪化、後段の工程の変更等が生じる可能性がある。そのため、協働ロボット専用の道具を不要とするために、担当する作業に特化したロボットハンドが要求されている。例えば、部品実装された基板のような、表面に突起があり、上下に重ねられないワークは、複数の仕切りによって内部が縦横区画された通い箱に縦入れにより収納される。これにより、部品が実装されている面が保護した上で、複数のワークを互いに干渉することなく通い箱に収納することができる。しかしながら、製造効率の観点から、1つの通い箱に収納できるワークの数は多いほどよく、ワークの収納スペースはワークよりもやや大きいぐらいであり狭小である。そのため、作業員は、ピッキング位置に搬送されてきたワークを一方の手でとり、収納スペースの開口が広がるように他方の手で仕切りを広げた状態で、手に取ったワークをその収納スペースに収納する。一方、例えば従来の2指のロボットハンドを備えるピッキングロボットは、ロボットハンドでワークを把持し、収納スペースの上方に移動させた後、ワークをリリースする。収納スペースの上方に位置合わせされてはいるが、リリースしたワークが収納スペースの開口に引っかかってしまい、ワーク及び通い箱の仕切が破損する事態が発生しかねない。

概要

目的は、把持したワークを狭小な収納スペースに収納する作業工程を有するピッキング作業に特化したロボットハンドを簡易な構造で実現することにある。 本実施形態に係るロボットハンド7は、互いに接近・離反する方向に移動自在に基部72に支持される一対のフィンガー76a,76bを備え、フィンガー76a,76bは断面凹状又は断面L状の長尺体をなし、その内面にはパッド77a,77bが装着されている

目的

目的は、把持したワークを収納スペースに収納する作業段階を含むピッキング作業に特化したロボットハンドを簡易な構造で実現することにある

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

互いに接近・離反する方向に移動自在に基部に支持される一対のフィンガーを備え、前記フィンガー各々は断面凹状又は断面L状の長尺体をなし、その内面にはパッドが装着されていることを特徴とするロボットハンド

請求項2

前記一対のフィンガーは、それぞれの内面が互いに対峙する向きで、且つ平行に配置されていることを特徴とする請求項1記載のロボットハンド。

請求項3

前記パッドは前記フィンガーの根元側に配置されていることを特徴とする請求項1記載のロボットハンド。

請求項4

前記パッドは前記フィンガーの深さよりも薄いことを特徴とする請求項1記載のロボットハンド。

請求項5

前記パッドは弾性体であることを特徴とする請求項1記載のロボットハンド。

請求項6

前記パッドは膨縮自在の袋体であることを特徴とする請求項1記載のロボットハンド。

請求項7

前記基部にはロボットアームに接続するためのアダプタ板が前記一対のフィンガーと平行に設けられていることを特徴とする請求項1記載のロボットハンド。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、ロボットアーム装備されるロボットハンドに関する。

背景技術

0002

ロボット装置製造ライン医療介護などさまざまな現場での適用がなされており、今後更なる分野での適用が期待されている。近年では労働人口の低下予測背景作業員の近くで作業するいわゆる協働ロボットへの期待が高まってきている。協働ロボットを導入することで、作業員が不足したときに、協働ロボットがその作業員に代わることができる。しかしながら、協働ロボットに作業を担当させるとき、作業員が使用するものとは異なる協働ロボット専用の道具を使用しなければならない場合がある。その場合、全体の製造工程において、作業効率の悪化、後段の工程の変更等が生じる可能性がある。そのため、協働ロボット専用の道具を不要とするために、担当する作業に特化したロボットハンドが要求されている。例えば、部品実装された基板のような、表面に突起があり、上下に重ねられないワークは、複数の仕切りによって内部が縦横区画された通い箱に縦入れにより収納される。これにより、部品が実装されている面が保護した上で、複数のワークを互いに干渉することなく通い箱に収納することができる。しかしながら、製造効率の観点から、1つの通い箱に収納できるワークの数は多いほどよく、ワークの収納スペースはワークよりもやや大きいぐらいであり狭小である。そのため、作業員は、ピッキング位置に搬送されてきたワークを一方の手でとり、収納スペースの開口が広がるように他方の手で仕切りを広げた状態で、手に取ったワークをその収納スペースに収納する。一方、例えば従来の2指のロボットハンドを備えるピッキングロボットは、ロボットハンドでワークを把持し、収納スペースの上方に移動させた後、ワークをリリースする。収納スペースの上方に位置合わせされてはいるが、リリースしたワークが収納スペースの開口に引っかかってしまい、ワーク及び通い箱の仕切が破損する事態が発生しかねない。

発明が解決しようとする課題

0003

目的は、把持したワークを収納スペースに収納する作業段階を含むピッキング作業に特化したロボットハンドを簡易な構造で実現することにある。

課題を解決するための手段

0004

本実施形態に係るロボットハンドは、互いに接近・離反する方向に移動自在に基部に支持される一対のフィンガーを備え、フィンガー各々は断面凹状又は断面L状の長尺体をなし、その内面にはパッドが装着されている。

図面の簡単な説明

0005

図1は、本実施形態に係るロボットハンドを装備したロボットアーム機構を配置したロボットシステム外観図である。
図2は、本実施形態に係るロボットハンドを装備したロボットアーム機構の外観斜視図である。
図3は、本実施形態に係るロボットハンドの上方斜視図である。
図4は、図3のロボットハンドの下方斜視図である。
図5は、図3のロボットハンドの側面図である。
図6は、図3のロボットハンドによるワークの把持状態を表す図である。
図7は、図3のロボットハンドによるワークの把持状態を表す図である。
図8は、図3のロボットハンドによる搬送段階を表す図である。
図9は、図3のロボットハンドによるリリース動作の第1段階を表す図である。
図10は、図3のロボットハンドによるリリース動作の第2段階を表す図である。
図11は、図3のロボットハンドによるリリース動作の第3段階を表す図である。
図12は、図3のロボットハンドによるリリース動作の第4段階を表す図である。
図13は、図3のロボットハンドによるリリース動作の第5段階を表す図である。
図14は、図8のロボットハンドによるワークの搬送状態を表す図である。
図15は、図8のロボットハンドによるワークの搬送状態を表す図である。
図16は、図12の通い箱の平面図である。
図17は、本実施形態の第1変形例に係るロボットハンドを表す図である。
図18は、本実施形態の第2変形例に係るロボットハンドを表す図である。
図19は、本実施形態の第3変形例に係るロボットハンドを表す図である。
図20は、本実施形態の第4変形例に係るロボットハンドを表す図である。
図21は、本実施形態の第5変形例に係るロボットハンドを表す図である。
図22は、本実施形態の第6変形例に係るロボットハンドを表す図である。

実施例

0006

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボットハンド7を説明する。本実施形態に係るロボットハンド7は、主にロボットアームの先端の典型的には手首部に装着され、使用される。以下の説明では、本実施形態に係るロボットハンド7を装備した、直動伸縮関節を有する極座標形のロボットアーム機構を例に説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

0007

図1は、本実施形態に係るロボットハンド7を装備したロボットアーム機構100を配置したロボットシステムの外観図である。図1に示すように、ピッキングロボットは、工場内のベルトコンベア300の近傍に配置される。ロボットハンド7は、ピッキング作業を行うピッキングロボットのアームの先端の典型的には手首部に装着される。通い箱400は、ピッキングロボットの近傍に配置される。通い箱400は、複数の仕切板により内部が縦横に仕切られ、これにより複数の収納スペースが構成される。ベルトコンベア300により、ピッキング位置に搬送されたワーク200を本実施形態に係るロボットハンド7で把持し、ピッキングロボットの近傍に配置された通い箱400の収納スペース内に収納する。

0008

図2は、図1のロボットアーム機構100の外観斜視図である。ロボットアーム機構100は、略円筒形状の支柱部2と、支柱部2の上部に載置される起伏部4と、起伏部4から伸延するアーム部5と、アーム部5の先端に取り付けられる手首部6を備える。手首部6の後述する第6回転軸RA6の回転部には図示しないハンド取付部が装備される。ハンド取付部にロボットハンド7(手先効果器)が取り付けられる。

0009

ロボットアーム機構100は、複数、ここでは6つの関節部J1,J2,J3,J4,J5,J6を有する。第1、第2、第3関節部J1,J2,J3は手首部6の位置を変化させる根元3軸と呼ばれ、第1、第2、第3関節部J1,J2,J3の主要構成部分は支柱部2に収容される。第4、第5、第6関節部J4,J5,J6は主にロボットハンド7(手先効果器)の姿勢を変化させる手首3軸と呼ばれ、第4、第5、第6関節部J4,J5,J6の主要構成部分は手首部6に収容される。

0010

第1関節部J1は、鉛直方向に平行な回転軸RA1を備える旋回用ねじり回転関節部であり、第1関節部J1の回転によりアーム部5は左右に旋回回転される。第2関節部J2は、回転軸RA1に対して直交する回転軸RA2を備える起伏用のねじり回転関節部であり、第2関節部J2の回転によりアーム部5は上下に起伏する。第3関節部J3は、直動伸縮機構により提供される。直動伸縮機構は発明者らが新規に開発した構造を備えており、可動範囲の観点でいわゆる従来の直動関節とは明確に区別される。第3関節部J3のアーム部5は伸縮軸RA3に沿って伸縮する。このように、根元3軸は、旋回用ねじり関節部、起伏用ねじり関節部及び直動伸縮機構で構成される。つまり、図2に示すロボットアーム機構100は極座標形である。

0011

第4〜第6関節部J4〜J6はそれぞれ直交3軸の回転軸RA4〜RA6を備える。第4関節部J4は伸縮軸RA3と略一致する回転軸RA4を中心としたねじり回転関節部であり、この第4関節部J4の回転によりロボットハンド7は揺動回転される。第5関節部J5は回転軸RA4に対して垂直に配置される回転軸RA5を中心とした曲げ回転関節部であり、この第5関節部J5の回転によりロボットハンド7は前後に傾動回転される。第6関節部J6は回転軸RA4と回転軸RA5とに対して垂直に配置される回転軸RA6を中心としたねじり回転関節部であり、この第6関節部J6の回転によりロボットハンド7は軸回転される。

0012

このように、ロボットハンド7は、第1、第2、第3関節部J1,J2,J3により任意位置に移動され、第4、第5、第6関節部J4,J5,J6により任意姿勢に配置される。特に第3関節部J3のアーム部5の伸縮距離の長さは、支柱部2の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にロボットハンド7を到達させることを可能にする。第3関節部J3はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直線的な伸縮動作とその伸縮距離の長さとが従前の直動関節と異なる特徴的な点である。

0013

以下、図3乃至図7を参照して、本実施形態に係るロボットハンド7の構造を説明する。図3は、本実施形態に係るロボットハンド7の上方斜視図である。図4は、図3のロボットハンドの平面図である。図5乃至図7は、図3のロボットハンド7によるワーク200の把持状態をそれぞれ表す図である。

0014

ロボットハンド7は、典型的には直方体をなす基部72を有する。基部72の上面には手首部6のハンド取付部に接続するためのアダプタ板71が取り付けられる。基部72の前面にはワーク200を把持するための一対のフィンガー76a,76bが互いに接近・離反する方向に移動自在に支持される。フィンガー76a,76bは、各々が同一のサイズの凹状の長尺体であり、内面が互いに対峙する向きで平行に配置される。一対のフィンガー76a,76bはアダプタ板71に平行である。フィンガー76a、76bにはパッド77a、77bがそれぞれ装着される。パッド77aは、フィンガー76aの基部72に近い根元側の内面に装着される。同様にフィンガー76bの根元側の内面にはパッド77bが装着される。パッド77a、77b各々は弾性体、より具体的には海綿状気泡をもつゴム又は合成樹脂製の板状体である。パッド77a、77b各々は膨縮自在の袋体であってもよい。

0015

フィンガー76a,76b各々は、断面凹状の長尺体、換言すると角筒体が縦に非対称に割られた半割筒の形状をなす。フィンガー76aは側板761aを有する。側板761aには下板762aと、下板762aよりも幅が広い上板763aとが平行に保持される。同様にフィンガー76bは側板761bを有し、側板761bには下板762bとそれより幅広の上板763bとが平行に保持される。

0016

基部72の前面には幅方向(左右方向)と平行にレール74が設けられている。このレール74には一対のスライダ(図示しない)がはめ込まれ、一対のスライダに一対のフィンガー76a,76bが固着される。基部72の内部中空には、一対のフィンガー76a,76bを駆動するアクチュエータとしてエアチャックが内蔵されている。エアチャックはエアシリンダーを備える。エアシリンダーには、基部72の右側面に空けられたチューブ孔73を介して基部72の内部中空に導入されたエアチューブの先端が接続される。エアチューブの後端コンプレッサに接続される。コンプレッサが駆動したとき、エアチャックにより一対のフィンガー76a,76bは基部72の幅方向に沿って接近又は離反する。例えば、エアシリンダーに負圧が供給されたとき、一対のフィンガー76a,76bは互いに離反され、正圧が供給されたとき、一対のフィンガー76a,76bは互いに接近する。

0017

図5乃至図7に示すように、ロボットハンド7は、一対のフィンガー76a,76bが互いに接近し、一対の弾性パッド77a,77bがワーク200を両側から挟むことによりワーク200を把持する。フィンガー76a、76b及び弾性パッド77a,77bの寸法は、把持対象のワーク200の大きさ、形状に応じて既定される。一対のフィンガー76a,76bにシュータ機能及びトレイ機能を発揮させるために、一対のフィンガー76a、76bの長さはワーク200の全長よりも若干長く、一対のフィンガー76a,76bの上板763a,763bの幅は、一対のフィンガー76a、76bが最接近した状態で、ワーク200が落下しない程度の僅かな間隙を上板763a,763bが隔てるように設定される。一対のフィンガー76a,76bのグリップ機能を発揮させるために、弾性パッド77a,77bはフィンガー76a,76bの深さより薄く、また一対のフィンガー76a,76bの下板762a,762bの幅は、一対のフィンガー76a、76bが最離反した状態で、ワーク200の全幅よりも僅かに広い間隙を上板763a,763bが隔てるように設定される。

0018

図8乃至図16を参照して、第1実施形態に係るロボットハンド7の効果を説明する。本実施形態に係るロボットハンド7を導入することによる効果は、主にワーク200を搬送する段階とワーク200を収納スペース403に収納する段階とで発揮される。図8は、本実施形態に係るロボットハンド7によるワーク200の搬送段階を表す図である。図9乃至図13は、ロボットハンド7によるリリース動作の第1乃至第5段階をそれぞれ表す。図14図15は、図8のロボットハンド7によるワーク200の搬送状態をそれぞれ表す図である。図16は、図12の通い箱の平面図である。ここでは、ワーク200は通い箱400の収納スペース403に縦入れで収納される。通い箱400は、上方が開口した箱体401と、箱体401内を縦横に仕切る複数の仕切板402とを有する。この仕切板402により区切られた区画を収納スペース403と呼ぶ。ここでは、仕切板402は弾性樹脂製であり、外力により変形する。

0019

図8に示すように、ワーク200を把持したロボットハンド7は、搬送姿勢で収納スペース403の上方まで移動される。図14図15に示すように、搬送姿勢は、一対のフィンガー76a、76bが水平方向を向き、且つ一対のフィンガー76a,76bの幅広の上板763a,763bが、幅狭の下板762a,762bの下方に位置する姿勢である。搬送姿勢において、一対のフィンガー76a,76bの幅広の上板763a,763bは平坦トレイとして機能する。一対のフィンガー76a,76bの根元側に弾性パッド77a,77bが配置されているため、ワーク200の後端側が一対のフィンガー76a,76bにより狭持される。そのため、ワーク200の先端側は上下に揺れやすく、ワーク200の姿勢は安定しない。また、搬送中の振動やワークの自重により、ワーク200が変形するか又はワーク200が動いてしまうかもしれない。しかしながら、一対のフィンガー76a,76bにより把持されたワーク200の下方に、一対のフィンガー76a,76bの幅広の上板763a,763bにより構成される平坦なトレイが位置することで、そのトレイでワーク200を支持することができる。また、搬送中に、一対のフィンガー76a,76bからワーク200が脱落しても、その脱落したワーク200をトレイで受け止めることができ、ワーク200が地面に落下することによるワーク200の破損等を回避することができる。また、一対のフィンガー76a,76bにより狭持されたワーク200は、一対のフィンガー76a,76bの外形状で規定される直方体形状の枠の外に突出しない。これにより、搬送中に、ロボットハンド7に対して障害物衝突した場合であっても、一対のフィンガー76a,76bの外形状で規定される直方体形状の枠によりワーク200の破損リスクは低減される。このように、本実施形態に係るロボットハンド7の一対のフィンガー76a、76bは、ワーク200を把持する機能と把持したワーク200の姿勢を安定化し、フィンガーからの脱落を防止する機能とを兼用する。これにより、本実施形態に係るロボットハンド7は、狭持が困難であった、例えば重量バランスが悪いワーク、レトルトパウチーのような変形しやすいワークを狭持によりピックアップできるかもしれない。

0020

図9に示すように、ロボットハンド7は、リリース姿勢で収納スペース403に向かって下降される。リリース姿勢は、搬送姿勢に対して、ロボットハンド7の先端側が下方に傾いた姿勢である。図10に示すように、下降されたロボットハンド7は、一対のフィンガー76a,76bの幅広の上板763a,763bにより構成されるトレイの外側面が通い箱400の仕切板402に当接する。図11に示すように、ロボットハンド7のトレイの外側面が仕切板402に当接した状態から、ロボットハンド7をさらに降下させることで、傾斜したトレイに沿って、仕切板402が外側に変形される。このロボットハンド7の下降移動により、図16に示すように、収納スペース403の開口がトレイにより押し広げられる。図12に示すように、収納スペース403の開口が押し広げられた状態で、ワーク200はリリースされる。リリースされたワーク200は、傾斜したトレイに沿って、十分に広げられた収納スペース403の開口に向かって落下する。ワーク200を狭持する一対の弾性パッド77a,77bが一対のフィンガー76a,76bの内面の根元側にそれぞれ配置されているため、一対の弾性パッド77a,77bが一対のフィンガー76a,76bの内面の先端側又は内面の全体にそれぞれ配置された場合に比して、リリースされたワーク200が一対の弾性パッド77a、77bに引っかかる可能性を低減することができる。これにより、ワーク200のスムーズな落下が実現される。図13に示すように、リリースされたワーク200は、収納スペース403の開口に引っかかることなく、収納スペース403に収納される。

0021

以上説明したように、本実施形態に係るロボットハンド7の一対のフィンガー76a,76bは、ワーク200を把持する機能(グリップ機能)と、搬送中のワーク200の姿勢を安定化させ、地面への落下を抑制する機能(トレイ機能)とリリースしたワーク200を収納スペース403に案内する機能(シュータ機能)とを兼用する。このシュータ機能は、一対の弾性パッド77a,77bを一対のフィンガー76a,76bの内面の根元側にそれぞれ配置することにより、向上される。また、収納スペース403を構成する仕切板402が変形又は可動する場合であれば、一対のフィンガー76a,76bは、ワーク200を把持した状態で、仕切板402を変形又は可動させ、収納スペース403の開口を広げる他のフィンガーとして機能する。これらの機能は、ロボットハンド7に装備されている一対のフィンガー76a,76bの形状及び弾性パッド77a,77bの取り付け位置を工夫したことにより実現される。すなわち、本実施形態に係るロボットハンド7によれば、把持したワークを収納スペースに収納する作業段階を含むピッキング作業に特化したロボットハンドを簡易な構造で実現することができる。

0022

本実施形態に係るロボットハンド7の一対のフィンガー76a,76bの形状はこれに限定されない。図17乃至図22は、本実施形態に係るロボットハンド7の第1乃至第6変形例をそれぞれ表す図である。上記のグリップ機能とトレイ機能とシュータ機能とが実現し得る範囲で、一対のフィンガー76a,76bの形状及び配置は、把持対象のワーク200の形状、大きさに応じて、適宜変更が可能である。

0023

図17に示すように、フィンガー76a、76b各々は角筒体が縦に対称に割られた半割筒の形状をなすものであってもよい。上板763aと下板762aは同一の幅、上板763bと下板762bは同一の幅である。

0024

図18に示すように、一対のフィンガー76a,76bは、下板762a、762bを除外され、断面L字形の長尺体をなすものであってもよい。

0025

一対のフィンガーは同一の形状に構成されていなくてもよい。図19に示すように、フィンガー76aは互いの端部で直角に接続された2枚の板761a,763aからなり、フィンガー76bは、下板762bと上板763bとが側板761bにより平行に接続されてなる。フィンガー76aの横断面はL字形状を表し、フィンガー76bの横断面はU字形状を表す。

0026

一対のフィンガーは直線形状でなくてもよい。図20に示すように、一対のフィンガー76a,76bには、その根元側から先端側に向かって徐々に広がるテーパーがつけられていてもよい。

0027

一対のフィンガーは平行に配置されていなくてもよい。図21に示すように、一対のフィンガー76a,76bは、互いに内側に向かって若干傾斜していてもよい。図22に示すように、一対のフィンガー76a,76bは、互いに外側に向かって若干傾斜していてもよい。

0028

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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。

0029

7…ロボットハンド、71…アダプタ板、72…基部、73…チューブ孔、74…レール、76a,76b…フィンガー、761a,761b…側板、762a,762b…下板、763a、763b…上板、77a,77b…パッド。

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