JP2008260110A - ワーク把持装置およびワーク把持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドを交換することなく特性の異なるワークを把持でき、しかも、ワークと周囲の物体との隙間が狭くても把持でき、さらに、ワークの供給姿勢が限定されないワーク把持装置を提供する。
【解決手段】ロボットは、ハンドでワークを把持する。このハンドは、ハンド本体と、４つのフィンガ部と、ハンド本体に設けられて４つのフィンガ部同士の相対的な姿勢および間隔を変化させるフィンガ部調整機構と、を備える。各フィンガ部は、フィンガ部調整機構に支持される第４テーブル２１と、この第４テーブルに進退可能に設けられた棒状のフィンガ２２と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ワーク把持装置およびワーク把持方法に関する。詳しくは、ワークを把持するワーク把持装置およびワーク把持方法に関する。

従来より、自動車は、多数の部品を組み合わせることで製造される。具体的には、例えば、製造ラインに複数のロボットを配置し、製造ラインに沿ってワークを搬送するとともに、このワークに取り付ける部品を箱状のバケットに収容して、このバケットを各ロボットに供給する。各ロボットは、バケット内の部品を把持して、製造ラインを搬送されるワークに対して取り付ける。

ところで、製造ラインを効率的に稼働させるため、１つの製造ラインで複数の車種が製造される。一方で、車種によって、同一機能の部品であっても、形状や重心位置などの特性が大きく異なる場合が多い。そこで、各部品に対して最適な構造のハンドを用意しておき、取り付けようとする部品の特性に応じて最適なハンドを選択して装着することで、１台のロボットで特性が異なる部品を把持している。

また、ハンドの形状としては、ハンドのフィンガを略くの字形状とし、この略くの字形状のフィンガでワークを抱えるように把持する構成が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００６−７３３７号公報

しかしながら、従来の手法では、ハンドの交換を頻繁に行うことになるため、作業効率が低下してサイクルタイムが長期化し、その結果、製造コストが上昇する、という問題があった。そのため、ハンドを交換することなく、形状や重心位置が異なるワークを把持できるワーク把持装置の開発が要請されている。

また、ハンドでバケット内のワークを把持するが、従来のハンドは、部品の形状や重心位置などの特性に応じて設計されており、把持した状態でのワークの姿勢が予め決定されている。その結果、ワークをバケット内に所定の姿勢で決められた位置に配置する必要があり、製造工程の管理が煩雑になる、という問題があった。そのため、供給姿勢を限定しないワーク把持装置の開発が要請されていた。

さらに、特許文献１で示されたハンドの構造では、ワークとバケット壁面や仕切りとの隙間が小さい場合、フィンガがバケットの壁面や仕切りに干渉してしまう、という問題があった。

本発明は、ハンドを交換することなく特性の異なるワークを把持でき、しかも、ワークと周囲の物体との隙間が狭くても把持でき、さらに、ワークの供給姿勢が限定されないワーク把持装置およびワーク把持方法を提供することを目的とする。

本発明のワーク把持装置（例えば、後述のロボット１）は、ハンド（例えば、後述のハンド１１）でワーク（例えば、後述のミラー６０およびサッシュ７０）を把持するワーク把持装置であって、前記ハンドは、ハンド本体（例えば、後述のハンド本体１４）と、複数のフィンガ部（例えば、後述のフィンガ部２０）と、前記ハンド本体に設けられて前記複数のフィンガ部同士の相対的な姿勢および間隔を変化させるフィンガ部調整手段（例えば、後述のフィンガ部調整機構３０）と、を備え、前記複数のフィンガ部は、それぞれ、前記フィンガ部調整手段に支持されるテーブル（例えば、後述の第４テーブル２１）と、当該テーブルに進退可能に設けられた棒状のフィンガ（例えば、後述のフィンガ２２）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、棒状のフィンガを箸のように用いてワークを把持することで、形状や重心位置が異なるワークでも、安定して把持できる。よって、１台のワーク把持装置で、ハンドを交換することなく、異なるワークを把持して作業できるから、ワークを搬送する設備を簡易な構成として、製造コストを低減できる。

フィンガの先端側でワークに接近して把持できるので、ワークを把持する際や把持を解除する際に、バケットの壁や仕切りがあっても、フィンガがワークの周囲の壁や仕切りに干渉しにくく、効率よく作業できる。

また、ワークを最も安定した状態で把持するため、把持した状態でのワークの姿勢が限定されないので、ワークを供給する姿勢も限定されない。よって、ワーク供給の位置決め精度等にさほど神経質になる必要がない。

この場合、前記フィンガ部調整手段および前記フィンガを制御する制御手段（例えば、後述の制御装置１３）をさらに備え、当該制御手段は、ワークの形状に応じて、前記複数のテーブル同士の相対的な姿勢および間隔、ならびに、前記フィンガの前記テーブルからの突出寸法を最適化することが好ましい。

この発明によれば、ワークの形状に応じて、複数のテーブル同士の相対的な姿勢および間隔、ならびに、フィンガのテーブルからの突出寸法を最適化したので、ワークを安定して把持できる。

本発明のワーク把持方法は、ハンドでワークを把持するワーク把持方法であって、前記ハンドに複数のフィンガ部を設け、さらに、前記各フィンガ部にテーブルおよび棒状のフィンガを設けて、前記フィンガ部のテーブル同士の相対的な姿勢および間隔を変化させるとともに、前記フィンガを前記テーブルから進退させることにより、ワークを把持することを特徴とする。

この発明によれば、上述の効果と同様の効果がある。

本発明によれば、棒状のフィンガを箸のように用いてワークを把持することで、形状や重心位置が異なるワークでも、安定して把持できる。よって、１台のワーク把持装置で、ハンドを交換することなく、異なるワークを把持して作業できるから、ワークを搬送する設備を簡易な構成として、製造コストを低減できる。フィンガの先端側でワークに接近して把持できるので、ワークを把持する際や把持を解除する際に、バケットの壁や仕切りがあっても、フィンガがワークの周囲の物体に干渉しにくく、効率よく作業できる。また、ワークを最も安定した状態で把持するため、把持した状態でのワークの姿勢が限定されないので、ワークを供給する姿勢も限定されない。よって、ワーク供給の位置決め精度等にさほど神経質になる必要がない。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のワーク把持装置としてのロボット１の概略構成を示す図である。

ロボット１は、バケットに収容されたワークを把持して、この把持したワークを、製造ライン上を搬送される別のワークに取り付けるものである。このロボット１は、床面上に設けられたベース１０と、ワークを把持するハンド１１と、このハンド１１の姿勢や３次元空間における位置を変化させるアーム１２と、これらハンド１１およびアーム１２を制御する制御手段としての制御装置１３と、を備える。

図２は、ハンド１１の構成を示す斜視図である。
ハンドは、ハンド本体１４と、４つのフィンガ部２０と、ハンド本体１４に設けられて４つのフィンガ部２０同士の相対的な姿勢および間隔を変化させるフィンガ部調整手段としてのフィンガ部調整機構３０と、を備える。

フィンガ部調整機構３０は、ハンド本体１４の下面に設けられた一対の多関節アーム３１と、一対の多関節アーム３２と、これら一対の多関節アーム３２を一対の多関節アーム３１に向かって進退させる一対のスライド機構３３と、を備える。
ここで、ハンド本体１４の下面に対して垂直な方向をＺ軸とし、一対の多関節アーム３１の並ぶ方向をＸ軸方向とし、多関節アーム３２の移動方向をＹ軸とする。

図３は、ハンド１１の部分拡大斜視図である。
スライド機構３３は、それぞれ、ハンド本体１４に設けられたモータ３３１と、このモータ３３１に接続されて多関節アーム３２の後述の第１テーブル４１に螺合された送りねじ機構３３２と、を備える。

ハンド本体１４には、図示しないスライドレールが設けられ、多関節アーム３２の第１テーブル４１には、このスライドレールに嵌合するスライドガイド３３３が設けられる。
スライド機構３３によれば、モータ３３１を駆動することで、送りねじ機構３３２を介して、多関節アーム３２を多関節アーム３１に対して進退できる。

以下、多関節アーム３２について説明するが、多関節アーム３１も、多関節アーム３２と同様の構成である。
多関節アーム３２は、第１テーブル４１と、この第１テーブル４１に対して回転可能な第２テーブル４２と、この第２テーブルに対して回転可能な第３テーブル４３と、を備える。

第２テーブル４２は、第１回転機構４４により、Ｚ軸方向を回転軸として回転可能である。
第１回転機構４４は、第１テーブル４１に設けられてＺ軸方向を回転軸とするモータ４４１と、このモータ４４１の回転軸に取り付けられた平歯車４４２と、第２テーブル４２に固定されて平歯車４４２に噛合する平歯車４４３と、を備える。

第１テーブル４１には、平歯車４４３の軸部を回転可能に保持する軸受部４４４が設けられている。
第１回転機構４４によれば、モータ４４１を駆動することで、平歯車４４２および平歯車４４３を介して、第２テーブル４２を第１テーブル４１に対して回転できる。

第３テーブル４３は、Ｚ軸方向に延びる長尺状であり、第２回転機構４５により、Ｙ軸方向を回転軸として回転可能である。
第２回転機構４５は、第３テーブル４３に設けられてＹ軸方向を回転軸とする一対のモータ４５１と、この一対のモータ４５１のそれぞれの回転軸に取り付けられた傘歯車４５２と、第２テーブル４２に固定されて傘歯車４５２に噛合する傘歯車４５３と、を備える。このように２台のモータ４５１を用いることにより、第２回転機構４５は、高いトルクを得ることができる。

第３テーブル４３には、傘歯車４５３の軸部を回転可能に保持する軸受部４５４が設けられている。
第２回転機構４５よれば、モータ４５１を駆動することで、傘歯車４５２および傘歯車４５３を介して、第３テーブル４３を第２テーブル４２に対して回転できる。

フィンガ部２０は、多関節アーム３２の第３テーブル４３に対して回転可能な第４テーブル２１と、この第４テーブル２１に進退可能に設けられた棒状のフィンガ２２と、を備える。
第４テーブル２１は、第３回転機構４６により、Ｙ軸方向を回転軸として回転可能である。

第３回転機構４６は、第３テーブル４３に設けられてＺ軸方向を回転軸とするモータ４６１と、このモータ４６１の回転軸に取り付けられた傘歯車４６２と、第４テーブル２１に固定されて傘歯車４６２に噛合する傘歯車４６３と、を備える。

第３テーブル４３には、傘歯車４６３の軸部を回転可能に保持する軸受部４６４が設けられている。
第３回転機構４６によれば、モータ４６１を駆動することで、傘歯車４６２および傘歯車４６３を介して、第４テーブル２１を第３テーブル４３に対して回転できる。

フィンガ２２は、進退機構２３により、Ｚ軸方向に沿って進退可能である。
進退機構２３は、第４テーブル２１に設けられたモータ２３１と、このモータ２３１に取り付けられたピニオンギヤ２３２と、を備える。

フィンガ２２には、長さ方向に沿ってラック２３３が形成されており、ピニオンギヤ２３２は、このラック２３３に噛合する。また、フィンガ２２の先端側には、外力を検出する図示しない圧力センサが設けられており、この圧力センサは、上述の制御装置１３に接続されている。また、フィンガ２２の先端側は、ワークの損傷を防ぐため、ラバーでコーティングされている。
進退機構２３によれば、モータ２３１を駆動することで、ピニオンギヤ２３２およびラック２３３を介して、フィンガ２２を第４テーブル２１に対して突没できる。

制御装置１３は、フィンガ部２０の第４テーブル２１同士の相対的な姿勢および間隔、ならびに、フィンガ２２の第４テーブル２１からの突出寸法を、ワークの特性に応じて最適化する。具体的には、フィンガ２２に設けられた圧力センサで検出した圧力値に基づいて、ハンド１１を動作させる。

図４は、ハンド１１の動作を示す斜視図である。
多関節アーム３２は、スライド機構３３により、図４中、直動軸である第１軸Ａに沿って移動可能であり、第２テーブル４２は、第１回転機構４４により、図４中、旋回軸である第２軸Ｂを回転中心として、第１テーブル４１に対して回転可能である。第３テーブル４３は、第２回転機構４５により、図４中、旋回軸である第３軸Ｃを回転中心として、第２テーブル４２に対して回転可能であり、第４テーブル２１は、第３回転機構４６により、図４中、旋回軸である第４軸Ｄを回転中心として、第３テーブル４３に対して回転可能である。また、フィンガ２２は、進退機構２３により、図４中、直動軸である第５軸Ｅに沿って移動可能である。

以上の第１軸Ａ〜第５軸Ｅの主な機能は、以下の通りである。
第１軸Ａに沿った移動により、ワークを把持しやすい位置にフィンガ２２を移動できる。第２軸Ｂを中心とする回転により、フィンガ２２の把持する方向を調整することができる。第３軸Ｃおよび第４軸Ｄを中心とする回転により、フィンガ２２同士を平行に保ちつつ、フィンガ２２同士の間隔を調整して、把持動作を行うことができる。特に、第３軸Ｃは第４軸Ｄよりも高いトルクで回転するため、第３軸Ｃで回転動作することで、第４軸Ｄで回転動作する場合に比べて、大きな把持力を得ることができる。
第５軸Ｅに沿った移動により、ワークの高さに対応したり、ワークとバケットとのクリアランスが狭い場合でも、ワークにアプローチしたりできる。また、第５軸Ｅに沿ってフィンガ２２を後退させることで、任意のフィンガ２２を把持動作から除外することができる。

次に、ロボット１で把持するワークについて説明する。
ワークとしては、所定方向に特に長い形状のものや、薄い板状のものがある。このような形状のワークは、バケットにまとめて収容される。所定方向に長いワークとしては、例えば、サッシュ、モール、ガーニッシュ、ライニングが挙げられる。
また、ワークとしては、所定方向に特に長くない形状、つまり、立方体形状や直方体形状のものがある。このような形状ワークは、バケットに仕切りを設けて、仕切りに囲まれた空間に１個ずつ収容される。立方体形状のワークとしては、例えば、ミラー、アウターハンドル、スピーカ、ロックが挙げられる。

これらのワークをロボット１で把持する方法としては、ワークの重心をフィンガで挟み込んで把持する方法（以下、第１の把持方法と呼ぶ）と、ワークを複数点で把持する方法（以下、第２の把持方法と呼ぶ）と、がある。

第１の把持方法では、ワークの重心をフィンガで挟み込むため、少なくとも２本のフィンガが必要である。
また、第２の把持方法では、少なくとも２本のフィンガでワークの１箇所を挟持し、残るフィンガで別の箇所を把持する。よって、この場合、少なくとも４本のフィンガが必要である。

フィンガの本数が３本の場合、例えば、ワークの重心の近傍に突起物があると、ワークの重心をフィンガで挟み込むことができず、ワークが回転してしまうおそれがある。また、箱状のバケットにワークが収容された状態で、フィンガを挿入するための隙間がバケットの四隅にのみある場合も、３本のフィンガでは、ワークの重心を挟み込むことができないおそれがある。そこで、ロボット１では、４本のフィンガ２２を設け、進退機構２３を駆動してフィンガ２２を進退させることで、把持方法に応じてフィンガ２２を使い分けることとしている。

まず、第１の把持方法によりワークを把持する動作について説明する。
図５に示すように、ワーク５０は、平面視で略十字形状であり、長尺状の基部５０１と、この基部５０１の略中央に設けられて基部５０１に略直交する方向に延びる突出部５０２と、を備える。このワーク５０は、バケット５１に収容されている。
バケット５１は、上方が開放された箱状であり、矩形状の底部５１１と、この底部５１１の周縁に立設された壁部５１２と、を備える。
ワーク５０がバケット５１に収容されると、ワーク５０の周囲とバケット５１の壁部５１２との間には、４つの隙間５１３が形成される。

第１の把持方法では、図５に示すように、４本のフィンガ２２を、それぞれ、バケット５１の隙間５１３の隅部近傍に挿入し、その後、これら挿入したフィンガ２２をワーク５０の基部５０１の略中央に向かって移動することで、４本のフィンガ２２でワーク５０の重心を挟み込む。

また、ワークの一端側に突出部がある場合には、このワークを把持する動作は、以下のようになる。
すなわち、図６に示すように、ワーク５０Ａの基部５０１の一端側には、突出部５０２が設けられている。このワーク５０Ａがバケット５１に収容されると、隙間５１３Ａでは、突出部５０２がバケット５１の隅部近傍に位置することになる。
そこで、隙間５１３Ａに挿入するフィンガ２２については、隙間５１３Ａの隅部近傍ではなく、ワーク５０Ａの基部５０１の中央寄りに挿入する。

次に、第２の把持方法でワークを把持する動作について説明する。
図７に示すように、第２の把持方法では、ワーク５０およびバケット５１の構成は、第１の把持方法と同様である。
この第２の把持方法では、図７に示すように、まず、ハンド１１の４本のフィンガ２２を、それぞれ、バケット５１の隙間５１３に挿入する。次に、基部５０１の一端側に位置する２本のフィンガ２２を、基部５０１の中心線（図７中一点鎖線で示す）に向かって移動することで、ワーク５０の一端側を挟持する。また、同様に、基部５０１の他端側に位置する２本のフィンガ２２を、基部５０１の中心線に向かって移動することで、ワーク５０の他端側を挟持する。

第１の把持方法の具体例として、ミラーを把持する動作について説明する。
ミラーは、形状が非対称であり、ドアに取り付ける部品の中では深さ寸法が大きい方である。また、中物部品の中では、サイズが大きく、重量物である。さらに、意匠性が高いため、外表面を損傷しないようにする必要がある。

図８に示すように、バケット６１は、上方が開放された箱状であり、矩形状の底部６１１と、この底部６１１の周縁に立設された壁部６１２と、を備える。さらに、このバケット６１には、内部空間を３つに仕切る仕切り６１３が設けられており、仕切られたそれぞれの空間には、ミラー６０が収容されている。
ミラー６０は、鏡が取り付けられたミラー本体６０１と、このミラー本体６０１に設けられた支持部６０２と、を備える。ミラー本体６０１と支持部６０２との接続部分には、凹部６０３が形成されている（図９参照）。

まず、４本のフィンガ２２のうちの２本を、ミラー６０の凹部６０３の近傍に配置し、残る２本を、ミラー６０のミラー本体６０１に配置する。
この状態から、ミラー６０の重心に向かって４本のフィンガ２２を移動させることで、図８に示すように、ミラー６０をハンド１１で把持した後、図９に示すように、ハンド１１を上昇させて、ミラー６０を持ち上げる。

第２の把持方法の具体例として、サッシュを把持する手順について説明する。
図１０に示すように、バケット７１は、上方が開放された箱状であり、矩形状の底部７１１と、この底部７１１の周縁に立設された壁部７１２と、を備える。
サッシュ７０は、断面略コの字形状の長尺状であり、バケット７１には、複数のサッシュ７０がバケット７１の短手方向に沿って延びるように配置されている。この状態では、互いに隣り合うサッシュ７０同士の隙間が狭く、上方からフィンガ２２を下降させても、このフィンガ２２はサッシュ７０の下端側まで到達しない。

まず、図１０に示すように、４本のフィンガ２２のうちの２本を、サッシュ７０の両端とバケット７１との隙間に挿入する。

次に、図１１に示すように、これら挿入した２本のフィンガ２２をサッシュ７０の両端に引っ掛けて、サッシュ７０を起こし、このサッシュ７０の略コの字形状に開放された側を上方に向ける。続いて、これら２本のフィンガ２２をサッシュ７０の中央側に向かって移動させると、サッシュ７０が上方を向いているため、このフィンガ２２の先端は、サッシュ７０の下端側まで到達する。

次に、残る２本のフィンガ２２を、既に挿入したフィンガ２２にサッシュ７０を挟んで対向する位置に配置し、この状態から、互いに対向するフィンガ２２同士を接近させることで、図１２に示すように、サッシュ７０をハンド１１で把持する。その後、図１３に示すように、ハンド１１を上昇させて、サッシュ７０を持ち上げる。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）棒状のフィンガ２２を箸のように用いてワークを把持することで、形状や重心位置が異なるミラー６０やサッシュ７０のようなワークでも、安定して把持できる。よって、１台のロボット１で、ハンド１１を交換することなく、異なるワークを把持して作業できるから、ワークを搬送する設備を簡易な構成として、製造コストを低減できる。

（２）フィンガ２２の先端側でミラー６０やサッシュ７０などのワークに接近して把持できるので、ワークを把持する際や把持を解除する際に、バケット６１、７１の壁部６１２、７１２や仕切り６１３があっても、フィンガ２２がこれらの壁部６１２、７１２や仕切り６１３に干渉しにくく、効率よく作業できる。

（３）また、ミラー６０やサッシュ７０などのワークを最も安定した状態で把持するため、把持した状態でのワークの姿勢が限定されないので、ワークを供給する姿勢も限定されない。よって、ワーク供給の位置決め精度等にさほど神経質になる必要がない。

（４）ミラー６０やサッシュ７０などのワークの形状に応じて、第４テーブル２１同士の相対的な姿勢および間隔、ならびに、フィンガ２２の第４テーブル２１からの突出寸法を最適化したので、ワークを安定して把持できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

本発明の一実施形態に係るワーク把持装置の概略構成を示す図である。 前記実施形態に係るワーク把持装置のハンドの構成を示す斜視図である。 前記実施形態に係るワーク把持装置のハンドの部分拡大斜視図である。 前記実施形態に係るハンドの動作を示す斜視図である。 前記実施形態に係るハンドによる第１の把持方法を説明するための平面図である。 前記実施形態に係るハンドによる第１の把持方法の変形例を説明するための平面図である。 前記実施形態に係るハンドによる第２の把持方法を説明するための平面図である。 前記実施形態に係るハンドでミラーを把持した状態を示す斜視図である。 前記実施形態に係るハンドでミラーを持ち上げた状態を示す斜視図である。 前記実施形態に係るフィンガをサッシュとバケットとの隙間に挿入した状態を示す斜視図である。 前記実施形態に係るフィンガをサッシュの両端側に移動した状態を示す斜視図である。 前記実施形態に係るハンドでサッシュを把持した状態を示す斜視図である。 前記実施形態に係るハンドでサッシュを持ち上げた状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ ロボット（ワーク把持装置）
１１ ハンド
１３ 制御装置（制御手段）
１４ ハンド本体
２０ フィンガ部
２１ 第４テーブル
２２ フィンガ
３０ フィンガ部調整機構（フィンガ部調整手段）
６０ ミラー（ワーク）
７０ サッシュ（ワーク）

Claims (3)

1. ハンドでワークを把持するワーク把持装置であって、
   前記ハンドは、ハンド本体と、複数のフィンガ部と、前記ハンド本体に設けられて前記複数のフィンガ部同士の相対的な姿勢および間隔を変化させるフィンガ部調整手段と、を備え、
   前記複数のフィンガ部は、それぞれ、前記フィンガ部調整手段に支持されるテーブルと、当該テーブルに進退可能に設けられた棒状のフィンガと、を備えることを特徴とするワーク把持装置。
2. 請求項１に記載のワーク把持装置において、
   前記フィンガ部調整手段および前記フィンガを制御する制御手段をさらに備え、
   当該制御手段は、ワークの形状に応じて、前記複数のテーブル同士の相対的な姿勢および間隔、ならびに、前記フィンガの前記テーブルからの突出寸法を最適化することを特徴とするワーク把持装置。
3. ハンドでワークを把持するワーク把持方法であって、
   前記ハンドに複数のフィンガ部を設け、さらに、前記各フィンガ部にテーブルおよび棒状のフィンガを設けて、
   前記フィンガ部のテーブル同士の相対的な姿勢および間隔を変化させるとともに、前記フィンガを前記テーブルから進退させることにより、ワークを把持することを特徴とするワーク把持方法。
   

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