(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記押圧部材が、前記径方向に交差する方向に移動可能なロッドと、該ロッドの先端に前記軸線に平行な軸線回りに回転可能に支持され、前記ワークの表面に押し当てられるカムフォロワとを有する請求項1に記載のハンド。
前記制御部が、前記ハンドが前記ワークを把持した後に前記センサによって検出された回転量の変化がゼロになる状態に、前記押圧駆動部を制御する請求項3に記載のハンドシステム。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、主フィンガをワークの表面に密着させる角度に回転させるためには、ワークの表面と主フィンガの表面との傾きを検出するセンサが必要であり、ロボットハンドが複雑になるという不都合がある。また、主フィンガの表面をワークに密着させるので、主フィンガとワークとの相対変位が拘束される。このため、ワークの重心位置によってはフィンガには大きなモーメントが作用し、このモーメントに耐える程度の大きな剛性が必要となってハンドが大型化するという不都合がある。
本発明は、簡易な構成で、大型化を防止することができるハンドおよびハンドシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様は、間隔をあけて配置され、間隔方向に相対移動可能に設けられた一対のフィンガ部材と、少なくとも一方の該フィンガ部材を前記間隔方向に移動させるフィンガ駆動部と、各該フィンガ部材に設けられ、相互に対向しかつ前記間隔方向に延びる軸線回りに
受動的に回転可能に支持された一対の把持パッドと、前記軸線から径方向に離れた位置において前記径方向に交差する方向に移動可能に設けられ、前記把持パッド間に把持されたワークの表面を押圧する押圧部材とを備え
、前記一対の把持パッドが、該一対の把持パッド間に把持された前記ワークに作用する回転モーメントによって前記ワークと共に前記軸線回りに受動的に回転させられるハンドを提供する。
【0006】
本態様によれば、間隔をあけて配置された一対のフィンガ部材の間にワークを配置し、フィンガ駆動部の作動によりフィンガ部材を相対移動させることにより近接させると、フィンガ部材に設けられた一対の把持パッドがワークを挟んだ両側からワークの表面に押し付けられ、フィンガ部材間にワークが把持される。
【0007】
ワークの重心が把持パッドの軸線の鉛直下方に存在しない場合、重心が軸線の鉛直下方に移動する方向にワークに回転モーメントが作用し、把持パッドが軸線回りに回転する。したがって、フィンガ部材はワークに作用するモーメントを受ける必要がなく、その分剛性を抑えて小型化することができる。そして、押圧部材によってワークの軸線から離れた位置の表面を押圧することにより、ワークの軸線回りの姿勢を調整することができる。
【0008】
上記態様において、前記押圧部材が、前記径方向に交差する方向に移動可能なロッドと、該ロッドの先端に前記軸線に平行な軸線回りに回転可能に支持され、前記ワークの表面に押し当てられるカムフォロワとを有していてもよい。
【0009】
この構成により、把持パッドに把持されたワークに、押圧部材の内のカムフォロワが接触する。ワークが軸線回りに回転すると、ワークとカムフォロワとが接触している位置が変化する場合がある。カムフォロワは、ワークの回転中心である軸線と平行な軸線回りに回転可能であるため、ワークとカムフォロワとの接触位置が変化しても、摩擦力が軽減されるために接触位置は滑らかに変化する。これにより、把持パッドに把持されたワークの姿勢は変化しやすくなり、ワークの姿勢を変更するための力が小さくて済む。
【0010】
本発明の他の態様は、上記記載のハンドと、制御部とを備え、前記ハンドが、少なくとも1つの該把持パッドの前記軸線回りの回転量を検出するセンサと、前記押圧部材を移動させる押圧駆動部とを備え、前記制御部が、前記センサにより検出された回転量に基づいて前記押圧駆動部を制御するハンドシステムを提供する。
【0011】
本態様によれば、把持パッドに把持されたワークにおける把持前後での姿勢の変化が、センサが検出した回転量によって特定される。押圧駆動部が、特定された回転量に基づいて、押圧部材を移動させることによって、ハンドが、把持前のワークの姿勢を基準として、所定の姿勢でワークを把持して維持することができる。
【0012】
上記態様において、前記制御部が、前記ハンドが前記ワークを把持した後に前記センサによって検出された回転量の変化がゼロになる状態に、前記押圧駆動部を制御してもよい。
この構成により、ハンドシステムは、ワークを把持する前の姿勢と同じ姿勢でワークを移動させることができる。
【0013】
上記態様において、前記把持パッドの近傍の撮影画像を取得する撮影装置を備え、前記制御部が、前記撮影画像の中から前記ワークの形状を検出し、検出した前記ワークの形状に基づいて、移動した前記押圧部材が前記ワークを押圧可能になる前記ワークの位置を前記把持パッドに把持させてもよい。
【0014】
この構成により、ワークの形状が特定されることによって、押圧部材がワークに押圧可能な状態で、把持パッドによってワークが把持される。これにより、ワークが押圧部材によって確実に押圧されることで、押圧部材によってワークの姿勢を変化させることができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明に係るハンドによれば、簡易な構成で大型化を防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の実施形態に係るハンド50およびハンドシステム100について、図面を参照しながら以下に説明する。
【0018】
図1は、本実施形態に係るハンド50がロボット10の先端に取り付けられたハンドシステム100の概略図である。本実施形態に係るハンドシステム100は、作業対象であるワークWを把持可能なハンド50と、ハンド50を先端に取り付けてハンド50の位置および姿勢を変化させるロボット10と、ハンド50の近傍を撮影する撮影装置80とを備えている。
【0019】
ロボット10は、6個の関節を有する垂直多関節型ロボットである。ロボット10は、各関節を関節軸線回りに回転させるためのモータと、これらの各モータを制御する制御装置20とを備えている。
なお、
図1に示されるXYZ軸の座標系は、
図2以降で示されるXYZ軸の座標系に対応している。
【0020】
ハンド50は、
図2から
図4に示されるように、箱状のベース部材51と、ベース部材51の内部に長手軸回りに回転可能に支持されたボールネジ(フィンガ駆動部)62と、ボールネジ62を回転駆動するフィンガ用モータ(フィンガ駆動部)53とを備えている。図中、符号63,64は、ボールネジ62を回転可能に支持する軸受ブロックである。
【0021】
また、ハンド50は、ベース部材51に固定された固定フィンガ(フィンガ部材)55Aと、ベース部材51に固定された直線ガイド66によって、ボールネジ62の長手軸に沿う方向に移動可能に支持された可動フィンガ(フィンガ部材)55Bとを備えている。可動フィンガ55Bはボールネジ62の図示しないナットに固定されている。
【0022】
固定フィンガ55Aおよび可動フィンガ55Bには、それぞれボールネジ62の長手方向に平行な回転軸(軸線)J7回りに回転可能に支持された固定側把持パッド(把持パッド)54Aおよび可動側把持パッド(把持パッド)54Bがそれぞれ設けられている。固定側把持パッド54Aおよび可動側把持パッド54Bは固定フィンガ55Aと可動フィンガ55Bとの間に相互に対向して配置されている。固定側把持パッド54Aには、固定フィンガ55Aに対する固定側把持パッド54Aの回転軸J7回りの回転角度を検出するエンコーダ(センサ)ENが設けられている。なお、以下では、固定フィンガ55Aおよび可動フィンガ55Bを合わせて「フィンガ55A,55B」とも呼び、固定側把持パッド54Aおよび可動側把持パッド54Bを合わせて「把持パッド54A,54B」とも呼ぶ。
【0023】
図4に示されるように、ハンド50は、ベース部材51からフィンガ55A,フィンガ55Bが延びる方向(図のZ軸負方向)に、ベース部材51から延びている支持部材52と、支持部材52に固定されている押圧用モータ(押圧駆動部)57と、押圧用モータ57の回転駆動力によって支持部材52に対して長手軸に沿う方向にシャフトを直線移動させるボールねじスプライン58とを備えている。
【0024】
図4に示されるように、押圧用モータ57の回転軸には、モータ側ギヤG1が固定されている。ボールねじスプライン58は、シャフトとシャフトに噛み合うナットとを備えている。ナットは、シャフトの長手軸回りに回転可能に支持部材に支持されている。ナットにはシャフトの長手軸を中心軸とし、モータ側ギヤG1と噛み合うスプライン側ギヤG2が取り付けられている。
【0025】
これにより、押圧用モータ57を駆動すると、押圧用モータ57の回転駆動力が、モータ側ギヤG1およびスプライン側ギヤG2によってボールねじスプライン58のナットに伝達され、ナットに対してシャフトが、長手軸に沿う方向に移動させられる。本実施形態においては、ボールねじスプライン58のシャフトの長手軸は、2つのフィンガ55A,55Bの中間位置に、把持パッド54A,54Bの回転軸J7に直交する平面に平行に延び、回転軸J7を挟んでベース部材51とは反対側に配置されている。
【0026】
図4に示されるように、ボールねじスプライン58のシャフトのフィンガ55A.55B側の先端には、回転軸J7に平行な軸J8回りに回転可能にカムフォロワ59が支持されている。
【0027】
図1に示される撮影装置80は、ハンド50の近傍の撮影画像を取得する。換言すると、撮影装置80は、ハンド50によって把持されるワークWを撮像するための装置である。撮影装置80によって取得された撮影画像は、制御装置20が行う後述の制御に用いられる。
【0028】
図5は、ハンドシステム100のブロック図である。制御装置20は、
図5に図示されていないCPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)とで構成されている。CPUが、ROMに格納されたプログラムをRAMに展開することにより、制御装置20は、各プログラム機能実行に伴い、各種制御を実行できる。
【0029】
制御装置20は、フィンガ用モータ53の回転量および押圧用モータ57の回転量を制御する制御部22と、ワークWの三次元モデルおよびワークWを搬送するために必要な動作プログラム等を記憶している記憶部23とを備えている。
【0030】
制御部22は、記憶部23に記憶されたワークWの三次元モデルを用いて、撮影装置80によって取得された撮影画像の中からワークWを検出できる。制御部22は、撮影画像の中からワークWを検出すると、記憶部23に記憶されたワークWの三次元モデルと、撮影装置80の中のワークWの姿勢とに基づいて、ワークWにおいて把持パッド54A,54Bが把持する把持位置を決定する。
【0031】
制御部22は、ベース部材51に対して把持パッド54A,54Bが下側に位置すると共に把持パッド54A,54Bに挟まれる回転軸J7軸上にワークWの把持位置が位置する状態に、ロボット10の各関節軸に対応するモータを制御する。
【0032】
ワークWの把持位置が回転軸J7上に位置すると、制御部22は、フィンガ用モータ53を駆動させることによって、可動フィンガ55BをワークW側に移動させ、かつ、ロボット10を制御することによって、固定フィンガ55AをワークW側に移動させる。これにより、固定側把持パッド54Aと、可動側把持パッド54Bとの相対距離が小さくなりながら、把持パッド54A,54BのそれぞれがワークWの把持位置に近づく。この結果、把持パッド54A,54BがワークWの把持位置に接触して、ワークWを把持パッド54A,54Bに加わる回転軸J7方向の十分な面圧によってワークWを把持できる。
【0033】
把持パッド54A,54BがワークWを把持すると、制御部22は、押圧用モータ57を駆動させることによって、ボールねじスプライン58の長手軸に沿ってカムフォロワ59をワークWに近づく方向に移動させる。
【0034】
ワークWに近づいたカムフォロワ59がワークWに接触した後、制御部22は、ロボット10を制御し、ハンド50を上昇させてワークWを持ち上げ、ワークWを所定の姿勢でロボット10に搬送させる。把持パッド54A,54Bによって把持されているワークWの姿勢が回転軸J7回りに回転して変化すると、制御部22は、エンコーダENによって検出された回転量と、ワークWを搬送するための動作プログラムとに基づいて、ボールねじスプライン58の移動量を制御する。
【0035】
本実施形態のハンド50を備えるハンドシステム100の作用について、
図6に示されるワーク搬送処理のフローチャートに沿って説明する。
図6に示されるように、制御部22は、撮影装置80によって取得された撮影画像の中からワークWを検出する(ステップS1)。制御部22は、撮影画像の中からワークWを検出すると(ステップS1,YES)、ワークWの把持位置を決定し、把持パッド54A,54BによってワークWを把持させるために、ロボット10およびハンド50を制御する(ステップS2)。
【0036】
制御部22は、可動フィンガ55Bを移動させて、ワークWの把持位置を把持パッド54A,54Bに把持させる(ステップS3)。その後、制御部22は、ボールねじスプライン58を移動させることによって、カムフォロワ59をワークWに接触させる(ステップS4)。カムフォロワ59がワークWに接触した後、制御部22は、ロボット10およびハンド50を制御して、把持されたワークWを持ち上げる(ステップS5)。
【0037】
制御部22は、持ち上げられたワークWが回転軸J7回りに回転すると、エンコーダENによって検出された回転量に基づいて、押圧用モータ57を制御する。これにより、ボールねじスプライン58のシャフトが長手軸方向に移動して、カムフォロワ59がワークWに押し付けられることにより、ワークWの姿勢が制御される(ステップS6)。本実施形態のワーク搬送処理においては、ワークWが把持された後に検出された回転量の変化がゼロになる状態にカムフォロワ59がワークWを押し付ける。これにより、把持パッド54A,54BがワークWを把持する前後におけるワークWの姿勢が維持される。
制御部22は、把持されたワークWの姿勢を維持した状態で、所定の場所までワークWを搬送させ(ステップS7)、ワーク搬送処理を終了する。
【0038】
本実施形態に係るハンド50によれば、固定フィンガ55Aと可動フィンガ55Bとの間にワークWが配置された状態で、固定フィンガ55Aと可動フィンガ55Bとの相対距離が縮まると、把持パッド54A,54BによってワークWが把持される。把持されたワークWの重心が回転軸J7の鉛直下方に存在しない場合、ワークWに対して、ワークWの重心が回転軸J7の鉛直下方に移動する方向にモーメントが作用する。その結果、フィンガ55A,55Bに対して、把持パッド54A,54BがワークWと共に回転軸J7回りに回転する。これにより、フィンガ55A,55Bは、ワークWに作用するモーメントを受ける必要がないため、その分の剛性を抑えてフィンガ55A,55Bを小型化できる。
【0039】
また、本実施形態のハンド50によれば、把持されたワークWに接触するカムフォロワ59は、回転軸J7に平行な軸J8回りに回転可能である。これにより、支持部材52に対してボールねじスプライン58が移動して、カムフォロワ59とワークWとの接触位置が変化しても、カムフォロワ59が軸J8回りに回転することによって、接触位置に発生する摩擦力を低減できる。そのため、把持されたワークWの姿勢が変化しやすくなり、ワークWの姿勢を変化させるための押圧用モータ57の駆動力が少なくて済む。
【0040】
また、本実施形態のハンドシステム100では、制御部22は、エンコーダENによって検出された回転量に基づいて、押圧用モータ57を制御する。そのため、制御部22は、把持パッド54A,54BがワークWを把持する前のワークWの姿勢を基準として、ワークWを所定の姿勢で維持して搬送できる。
【0041】
また、本実施形態のハンドシステム100では、制御部22は、撮影装置80によって取得された撮影画像の中から検出したワークWの形状に基づいて決定したワークWの把持位置を、把持パッド54A,54Bによって把持させる。これにより、把持されたワークWにボールねじスプライン58が近づく方向の力によってワークWに加える回転軸J7回りのモーメントの向きと、ワークWの自重によって回転軸J7回りに発生するモーメントの向きとが逆向きになる把持位置が決定される。そのため、カムフォロワ59は、ワークWに加える押圧力によって、ワークWの姿勢を変更できる方向の力を発生させることができる。
【0042】
上記実施形態では、ハンド50およびハンドシステム100の一例について説明したが、ハンド50およびハンドシステム100の構成については種々変形可能である。上記実施形態のハンド50は、回転軸J7に交差する方向に把持されたワークWを押圧するボールねじスプライン58を1つしか備えていなかったが、2つ以上備えていてもよい。例えば、上記実施形態のボールねじスプライン58に加えて追加される追加ボールねじスプラインの長手軸が、回転軸J7よりもベース部材51側の位置に配置されてもよい。この場合、長手軸に沿って移動する追加ボールねじスプラインが、ボールねじスプライン58によってワークWに加える回転軸J7回りのモーメントの向きと逆向きのモーメントを発生させる押圧力をワークWに加えることができる。これにより、把持パッド54A,54Bが把持するワークWの把持位置に関わらず、把持されたワークWの姿勢が制御される。
【0043】
上記実施形態では、エンコーダENによって回転量が検出されたが、例えば、支持部材52に配置された測長センサが、把持されたワークWの所定位置と測長センサとの相対距離の変化量を検出することによって、ワークWの回転量が、算出されてもよい。
【0044】
ボールねじスプライン58に回転駆動力を加える押圧用モータ57として、サーボモータが用いられることが好ましいが、通常のモータであってもよい。また、フィンガ55A,55Bおよびカムフォロワ59をそれぞれの長手軸に沿って移動させるための駆動源として、油圧シリンダが用いられてもよい。カムフォロワ59は必須の構成ではなく、回転構造を有さないボールねじスプライン58の先端が把持されたワークWに接触する構成であってもよい。
【0045】
上記実施形態のフィンガ55A,55Bは、ボールネジ62によって直線的に相対距離を変化させたが、間隔をあけて配置されて間隔方向に相対移動可能に設けられる部材であれば、周知技術の範囲において種々変形可能である。
【0046】
上記実施形態のボールねじスプライン58は、回転軸J7に直交する平面に平行に移動し、かつ、長手軸方向に沿って直線的に移動する押圧部材であったが、回転軸J7に交差する方向に移動可能であればよい。例えば、ボールねじスプライン58は、回転軸J7回り又は回転軸J7に平行な軸回りに回動する押圧部材であってもよいし、回転軸J7に直交しない平面に平行な軸方向に移動する押圧部材であってもよい。
【0047】
上記実施形態では、撮影装置80によって取得された撮影画像の中から検出されたワークWと、記憶部23に記憶されたワークWの三次元モデルとに基づいて、ワークWの把持位置が決定されたが、撮影画像を用いたワークWの形状特定および把持位置の決定について種々変形可能である。例えば、記憶部23にワークWの三次元モデルが記憶されておらず、撮影画像から検出されたワークWに基づいて、ワークWの三次元モデルおよび把持位置が特定されてもよい。また、ハンドシステム100は、撮影装置80を備えていなくてもよい。