特開 2024-11956 ロボット及びロボットシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024011956

(43)【公開日】2024-01-25

(54)【発明の名称】ロボット及びロボットシステム

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/00 20060101AFI20240118BHJP

   B25J 15/04 20060101ALI20240118BHJP

   B25J 13/00 20060101ALI20240118BHJP

   B25J 15/08 20060101ALI20240118BHJP

【ＦＩ】

B25J15/00 D

B25J15/04 C

B25J13/00 Z

B25J15/08 M

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022114325

(22)【出願日】2022-07-15

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-10-02

(71)【出願人】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100227835

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 剛孝

(72)【発明者】

【氏名】谷川 直純

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS01

3C707BS10

3C707CY36

3C707DS06

3C707DS10

3C707ES03

3C707ES04

3C707ET08

3C707ET10

3C707EU01

3C707EV05

3C707GS03

3C707GS04

3C707HS27

3C707KS07

3C707KT01

3C707LV02

3C707LV06

3C707LV15

3C707MT10

(57)【要約】

【課題】ロボットハンドのアクチュエータを極力小さくし、搬送物の重量に依存しない、コンパクトなロボットハンドとロボットシステムの提供すること。
【解決手段】ロボットシステムにおいて、ロボットアーム４０と、その先端に第１の回転軸線３００回りに回転可能に設けられたロボットハンド６０と、ロボットハンド６０のベース６２に設けられ第１の回転軸線３００に平行に延びる第１のフィンガ６８と、ロボットハンド６０のベース６２に移動可能に設けられ、第１の回転軸線３００に直交する方向に移動するフレーム８８と、フレーム８８に設けられ第１の回転軸線３００に平行に延びる第２のフィンガ７２と、搬送物４５の第１の穴に第１のフィンガ６８を挿入し、かつ、第２の穴に第２のフィンガ７２を挿入し、ロボットハンド６０を回転させることにより搬送物４５を回転させる制御を行う制御装置２００と、を具備する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

搬送物に係合する複数のフィンガをロボットハンドに有し該搬送物を移動するロボットシステムにおいて、
ロボットアームと、
前記ロボットアームの先端に第１の回転軸線回りに回転可能に設けられたロボットハンドと、
前記複数のフィンガの一つであって、前記ロボットハンドのベースに設けられ前記第１の回転軸線に平行な方向に延びる第１のフィンガと、
前記ロボットハンドのベースに移動可能に設けられ、前記第１の回転軸線に直交する方向に移動するフレームと、
前記複数のフィンガの一つであって、前記フレームに設けられ前記第１の回転軸線に平行な方向に延びる第２のフィンガと、
前記搬送物に設けられた第１の穴に前記第１のフィンガを挿入し、該搬送物に設けられた第２の穴に前記第２のフィンガを挿入し、前記第１の回転軸線回りに前記ロボットハンドを回転させることにより該搬送物を回転させる制御を行う制御装置と、
を具備することを特徴としたロボットシステム。

【請求項2】

前記第１のフィンガは円筒形状であり、該円筒の軸線は前記第１の回転軸線と一致し、前記制御装置は前記第１の回転軸線を水平の状態にして搬送物を持ち上げ、前記ロボットハンドを回転させる請求項１に記載のロボットシステム。

【請求項3】

前記ロボットハンドはベースと、フレームと、前記ベースと前記フレームの間に設けられ、前記ベースに対する前記フレームの移動を案内する直動案内装置と、前記ベースに対し前記フレームを移動する送り機構とを有している請求項１に記載のロボットシステム。

【請求項4】

前記送り機構が、該直動案内装置に沿って該フレームに設けられたボールねじと、前記ボールねじに係合し、前記ベースに設けられたボールねじナットと、該ボールねじを駆動するフィンガ開閉サーボモータとで構成された請求項３に記載のロボットシステム。

【請求項5】

請求項１に記載のロボットを２台用い、前記搬送物の両側に該ロボットを配置し、前記搬送物の両側面に形成されたそれぞれ２つの穴に前記２台のロボットの第１のフィンガと第２のフィンガを挿入し、前記制御装置は、前記２台のロボットを同時に制御し該搬送物を回転させる搬送ロボットシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、搬送物の移動や姿勢の転回を行うロボット及びそのロボットを用いたロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ロボットハンドが複数の指を有し、電動のアクチュエータにより複数の指の開閉動作を行うことで搬送物等の把持を行う発明が開示されており、１つのアクチュエータで２本の指の開閉動作を連動させるロボットハンドが開示されている。特許文献２には、自動車の製造工程における自動車のドアの把持装置及び方法に関する双腕ロボットの発明が開示されている。双腕ロボットの腕の先端にはそれぞれ第１把持治具及び第２把持治具を備えている。第１把持治具は２つのドアパッドを有し、２つのドアパッドの間隔を把持するドアの種類、寸法に応じて可変させる機能を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１５９９９９号公報

【特許文献2】特開２０１２－１４００２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のようにロボットハンドが複数の指を有し、それらの指がアクチュエータにて連動する場合、搬送物を把持する指の姿勢が変化すると、搬送物の重量が全ての指の動作に影響を与える。２本の指が開閉するロボットハンドの場合、２本の指で搬送物を把持し、２本の指が上下に位置する姿勢になると、下側の指に搬送物の重量が作用して、下側の指を開く方向の力が作用する。すると、上側の指にも連動して開く方向の力が作用するため、把持力が減少する。このとき、搬送物を落としてしまうリスクがある。例えば、重量搬送物を把持する場合は、さらにリスクが高まる。このようなリスクを回避するために大型な剛性の高いロボットハンドを使用したり、能力の大きなアクチュエータを用いる必要があるため、ロボットハンド自体の構造が大型になり、重量が増えるため、ロボットにおける可搬重量が小さくなる問題があった。

【0005】

本発明は、前述した従来技術の課題を解決するために、アクチュエータで開閉動作するフィンガを有するロボットハンドで搬送物を保持し、該搬送物を転回させるロボットにおいて、ロボットハンドのフィンガ開閉アクチュエータの大きさを極力小さくし、可搬重量を大きくできるロボット及びロボットシステムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前述の目的を達成するため、本発明によれば、搬送物に係合する複数のフィンガを有し搬送物を移動するロボットにおいて、ロボットアームと、ロボットアームの先端に第１の回転軸線回りに回転可能に設けられたロボットハンドと、複数のフィンガの一つであって、ロボットハンドのベースに設けられ第１の回転軸線に平行な方向に延びる第１のフィンガと、ロボットハンドのベースに移動可能に設けられ、第１の回転軸線に直交する方向に移動するフレームと、複数のフィンガの一つであって、フレームに設けられ第１の回転軸線に平行な方向に延びる第２のフィンガと、搬送物に設けられた第１の穴に第１のフィンガを挿入し、搬送物に設けられた第２の穴に第２のフィンガを挿入し、第１の回転軸線回りにロボットハンドを回転させることにより該搬送物を回転させる制御を行う制御装置と備えたロボットシステムが提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ロボットハンドで把持した搬送物を、第１のフィンガを支点に転回させるとき、搬送物の重量は第１のフィンガ，第２のフィンガ及びのフレームを介してロボットの手首部が受ける。つまり搬送物を持ち上げ、転回させるときにかかる搬送物の重力方向の負荷をフィンガ開閉サーボモータには与えない。ロボットの荷重支持能力、並びに手首部、第１のフィンガ，第２のフィンガ及びフレームの剛性は、把持する搬送物の重量に相応する大きさにする必要はあるが、フィンガ開閉サーボモータの駆動能力は、少なくとも第２のフィンガを第１のフィンガに対して接近、離反させる能力だけあれば良い。従って、フィンガ開閉サーボモータを極力小さくすることができ、ロボットハンドを小型、軽量化することが可能となる。また、小型、軽量化したロボットハンドでも重量の大きな搬送物を移動することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施形態に係るロボットの概略図を示す。

【図2a】図２ａは、本実施形態に係るロボットハンドの側面図である。

【図2b】図２ｂは、本実施形態に係るロボットハンドの正面図である。

【図2c】図２ｃは、図２ａのロボットハンドのＡ－Ａ断面図である。

【図3】図３の（ａ）～（ｄ）は、本実施形態に係るロボットが搬送物を転回させるときの状態変化を示す図である。

【図4】図４は、本実施形態に係るロボットを２台用いて、搬送物を把持し転回させるロボットシステムの概略図である。

【図5】図５は、フィンガラックの概略図である。

【図6】図６は、ロボットハンドで搬送物を移動させる形態の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して、実施形態に係るロボット及びロボットシステムを説明する。理解を容易にするために、図の縮尺を変更して説明する場合がある。

【0010】

本願発明の一実施形態に係るロボットについて、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット１は、図１に示すように、床面に設置される旋回ベース１０、旋回部２０、第１アーム３０、ロボットアーム４０、手首部５０，ロボットハンド６０を備えている。

【0011】

旋回部２０は、旋回ベース１０に鉛直軸線回りに旋回可能に支持されている。第１アーム３０は、旋回部２０に前後に回動可能に設けられ、ロボットアーム４０は、第１アーム３０に対して上下に回動可能に設けられている。ロボットアーム４０の先端部には、ロボットアーム４０に対して上下に回動可能に設けられた手首部５０を有し、さらに、手首部５０に対して回転可能に設けられたロボットハンド６０、ロボット１を制御する制御装置２００を有する。

【0012】

ロボットハンド６０は、ベース６２、フレーム８８、フィンガ開閉サーボモータ６４、クランプ用アクチュエータ６６、第１のフィンガ６８、チャック装置７０、第２のフィンガ７２を有する。

【0013】

図２ａは、本実施形態に係る２つのフィンガを有したロボットハンド６０の側面図を示し、図２ｂは、本実施形態に係るロボットハンド６０の正面図を示し、図２ｃは図２ａのＡ－Ａ断面図を示している。図中には、ロボットの１つの構成要素である手首部５０と、手首部５０の先端に、手首部５０の第１の回転軸線３００回りに回転可能に設けられたロボットハンド６０と、ベース６２に設けられるガイドブロック８２、及びボールねじナット２９と、ガイドブロック８２に係合するレール８４と、レール８４が固定されるフレーム８８と、フレーム８８に設けられるフィンガ開閉サーボモータ６４と、フィンガ開閉サーボモータ６４と連結されているボールねじ２８と、フレーム８８に設けられたクランプ用アクチュエータ６６によって着脱可能にクランプされる第１のフィンガ６８と、フレーム８８に設けられる第２のフィンガ７２を示す。本実施形態では、第１のフィンガ６８のシャンク６８ａはテーパ形状を有するが、これに限らず、ストレート形状や六角形状等であってもよい。

【0014】

直動案内装置を構成するガイドブロック８２はレール８４を支え、レール８４は軸線方向に沿って前後に移動する。本実施形態では、ベース６２に対してフレーム８８を移動させる送り機構として、ボールねじ２８と、ボールねじナット２９と、アクチュエータであるフィンガ開閉サーボモータ６４を用いた形態で説明する。フィンガ開閉サーボモータ６４は、ボールねじ２８を回転駆動し、フレーム８８を移動させる。ボールねじ２８を回転させることで、第２のフィンガ７２を第１のフィンガ６８に対して、接近、離反させるまた、送り機構は流体圧シリンダを用いた駆動機構で、ベース６２に対してフレーム８８を移動させてもよい。

【0015】

第１のフィンガ６８は、ロボットハンド６０に設けられているクランプ用アクチュエータ６６によってクランプされている。第１のフィンガ６８は、ロボットハンド６０のベース６２を介してロボット１の手首部５０に連結されている。搬送物４５を保持する場合、搬送物４５の保持穴４７に挿入される第１のフィンガ６８は円筒形状が好ましく、第１の回転軸線３００と同軸である。また、保持穴４７の形状については円形に限らず種々の形状が考えられるが、好ましくは円形がよい。第２のフィンガ７２は、フレーム８８に取り付けられており、拡縮可能な三つ爪を有するフィンガが好ましい。なお、搬送物４５に設けられた保持穴４７の位置および２つの保持穴４７の間隔は、制御装置２００に記憶されており、記憶された位置及び間隔に基づいてロボットハンド６０の位置決めと第１のフィンガ６８と第２のフィンガ７２の間隔の制御が行われる。保持穴４７の位置および２つの保持穴４７の間隔は、予めロボットをティーチングして記憶させてもよいし、数値制御プログラムとして制御装置２００に入力して記憶させてもよい。

【0016】

図３は、ロボットハンド６０で搬送物４５の転回を行う際の状態変化を示すフロー図であり、その手順を説明する。
図３（ａ）は、ロボットの近傍に台車１００によって搬送物４５を水平姿勢で運搬する。第１のフィンガ６８と第２のフィンガ７２の間隔をフィンガ開閉サーボモータ６４で保持穴４７の間隔に合わせ、第２のフィンガ７２の直径を縮径して、第１のフィンガ６８と第２のフィンガ７２を保持穴４７へ挿入する。挿入後は、フィンガ開閉サーボモータ６４への給電をオフする。第１のフィンガ６８の外径は、保持穴４７の内径より若干小さく作られており、第１のフィンガ６８と保持穴４７との間には隙間がある。図３（ｂ）は、第２のフィンガ７２を拡径して保持穴４７へ接触させ、ロボットハンド６０を上昇させて搬送物４５を水平姿勢のまま持ち上げる。このとき、フィンガ開閉サーボモータ６４に負荷を与えないよう、フィンガ開閉サーボモータ６４への給電をオフのままにする。

【0017】

図３（ｃ）は、第１のフィンガ６８を支点とした搬送物４５の転回を示す図であり、図中に示すように第１のフィンガ６８と第２のフィンガ７２で搬送物４５を持ち上げる力をフレーム８８の移動方向とその垂直方向に分解した分力で示す。第１のフィンガ６８は、持ち上げ力Ｐ１に対する第１分力Ｐ１１と、第２分力Ｐ１２が作用する。一方、第２のフィンガ７２は、持ち上げ力Ｐ２に対する第１分力Ｐ２１と、第２分力Ｐ２２が作用する。

【0018】

図３（ｃ）では、ロボット１の手首部５０を回転駆動させ、搬送物４５を垂直にする。保持穴４７に両フィンガ６８、７２が挿入された状態で搬送物４５の姿勢を転回させていくと、前記隙間に起因する第１のフィンガ６８と第２のフィンガ７２間の距離の変化により、分力Ｐ２２は、分力Ｐ１２と共に、第１の円筒フィンガ６８で支持することになる。このとき、分力Ｐ２１は、フレーム８８、レール８４、ガイドブロック８２を介してベース６２が支持する。分力Ｐ１１，Ｐ１２は、第１のフィンガ６８を固定しているベース６２が支持する。このような動作を行うことによって、搬送物４５の重量は、ベース６２だけで受けることになる。搬送物４５の姿勢が垂直に近づくに従って、第１のフィンガ６８と保持穴４７との隙間のため、第１のフィンガ６８と第２のフィンガ７２との間隔が徐々に広がるが、フィンガ開閉サーボモータ６４への給電をオフしているのでフィンガ開閉サーボモータ６４には負荷を与えない。結局、分力Ｐ２２は第２のフィンガ７２では支持されず、第１のフィンガ６８で支持することになる。第２のフィンガ７２に作用する分力Ｐ２１によるモーメント荷重は、フレーム８８を介してベース６２が支持する。従って、搬送物４５の転回４９の動作中は、ベース６２だけで搬送物４５の重量を受けることになる。

【0019】

図３（ｄ）は、搬送物４５が垂直姿勢のとき、第１のフィンガ６８のみで搬送物４５の重量を支持し、搬送物４５を台車１００にのせる。第２のフィンガ７２を収縮させ、両フィンガを搬送物４５から抜く。以上で、ロボットハンド６０で搬送物４５を転回する作業が完了する。

【0020】

上述した、フィンガ開閉サーボモータ６４は、フィンガ開閉サーボモータ６４の給電をオン／オフ制御することに代えて、トルクリミッタ付きモータを採用してもよい。トルクリミッタ付きモータとは、過負荷に対する安全機能を備えたサーボモータであり、予め設定された値を超える負荷トルクがモータ軸に作用すると切断し、負荷トルクが設定値に戻ると接続するクラッチ付モータ等がある。

【0021】

図４に示すように、ロボットを第１のロボット５１、第２のロボット５４として２台用いるときは、搬送物４５の両側にそれぞれ対向配置され、ロボット制御装置２００により、該２台の第１のロボット５１、第２のロボット５４の同期制御をおこなうことで、該搬送物４５の重力方向の転回を行う。第１のロボット５１と第２のロボット５４は、それぞれ、第１のロボットハンド５２と第２のロボットハンド５６を有する。搬送物４５が大型ではなく、長さは同程度だが厚みが薄い場合は、第１のロボット５１だけで転回を行うことができる。
なお、本実施形態に限らず、ロボットハンドは、加工機に載置されているワークを反転させる作業や、素材、加工後のワークを台車に載置させる場合、予めロボットハンドで素材やワークの姿勢を変えた上で素材、ワークを台車に載置することができる。

【0022】

図５，６に示すように、第１のフィンガ６８と第２のフィンガ７２は、保持する搬送物４５に応じた複数種類のフィンガと交換することができる。第１のフィンガ６８を取り外し、フィンガクランプ装置３９のテーパ穴４１に交換フィンガ１１０のシャンク９２を挿入し、クランプ用アクチュエータ６６によって交換フィンガ１１０を把持することでフィンガの交換を行う。第２のフィンガ７２は、チャック装置７０の内蔵アクチュエータで第２のフィンガ７２の爪を拡径させて交換したい交換フィンガを挿入し、第２のフィンガ７２の爪を縮径させることで交換フィンガ１２０のシャンク９０を把持する。

【0023】

ロボットの近傍には、複数種類のフィンガを格納するためのフィンガラック１５０が設けられている。フィンガラック１５０に格納される複数種類のフィンガは、上述した円筒フィンガ以外にも、搬送物４５の角部に係合するＬ形のフィンガ、例えば、図５に示すような、第１のＬ形フィンガ１１０、第２のＬ形フィンガ１２０を備えている。また、第１のＬ形フィンガ１１０のシャンク９２は、第１のフィンガ６８のシャンクと同じテーパ形状を有している。

【0024】

図６では、図５に示したフィンガラック１５０から、搬送物４５に適応したフィンガに交換を行うことで一つの形状に限らず、異なる形状の搬送物４５を移動させる実施例として、第１のＬ形フィンガ１１０、第２のＬ形フィンガ１２０で角形の搬送物４５を移動する機械を示している。

【0025】

ロボットハンド６０を上述のように構成したので、ボールねじ２８、フィンガ開閉サーボモータ６４の能力を最小限のものにできる。少なくとも、第１のフィンガ６８及び第２のフィンガ７２間の距離を無負荷状態で調整できるだけの能力でよい。つまり、ハンド開閉のアクチュエータを小型化できるため、ロボットハンド６０を小型軽量化できる。そうすると、ロボットハンド６０が軽量化された分、重い搬送物４５を保持して転回等の処理を行うことができる。

【0026】

他の実施形態としては、ロボットハンド６０にカメラ４００を設置してもよい。カメラ４００がある場合は、予め制御装置２００に搬送物４５の保持穴４７の位置および２つの保持穴４７の間隔を記憶させておかなくても、保持穴４７を撮影することで、ロボットハンド６０に対する保持穴４７の相対位置および２つの保持穴４７の間隔を制御装置２００に取得することができる。撮影した結果から得られた２つの保持穴４７の間隔に合致するように、第１のフィンガ６８と第２のフィンガ７２の間隔を変更すればよい。

【符号の説明】

【0027】

１ ロボット
３９ フィンガクランプ装置
４０ ロボットアーム
４５ 搬送物
５０ 手首部
５１ 第１のロボット
５４ 第２のロボット
６０ ロボットハンド
６２ ベース
６４ フィンガ開閉サーボモータ
６６ クランプ用アクチュエータ
６８ 第１のフィンガ
７２ 第２のフィンガ
１５０ フィンガラック
２００ 制御装置
４００ カメラ

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2023-08-29

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

搬送物に係合する複数のフィンガをロボットハンドに有し該搬送物を移動するロボットシステムにおいて、
ロボットアームと、
前記ロボットアームの先端に第１の回転軸線回りに回転可能に設けられたロボットハンドと、
前記複数のフィンガの一つであって、前記ロボットハンドのベースに設けられ前記第１の回転軸線に平行な方向に延びる第１のフィンガと、
前記ロボットハンドのベースに移動可能に設けられ、前記第１の回転軸線に直交する方向に移動するフレームと、
前記複数のフィンガの一つであって、前記フレームに設けられ前記第１の回転軸線に平行な方向に延びる第２のフィンガと、
前記搬送物に設けられた第１の穴に前記第１のフィンガを挿入し、該搬送物に設けられた第２の穴に前記第２のフィンガを挿入し、前記第１の回転軸線回りに前記ロボットハンドを回転させることにより該搬送物を回転させる制御を行う制御装置と、
を具備し、
前記第１のフィンガは円筒形状であり、該円筒の軸線は前記第１の回転軸線と一致し、前記制御装置は前記第１の回転軸線を水平の状態にして搬送物を持ち上げ、前記ロボットハンドを回転させることを特徴としたロボットシステム。

【請求項2】

前記ロボットハンドはベースと、フレームと、前記ベースと前記フレームの間に設けられ、前記ベースに対する前記フレームの移動を案内する直動案内装置と、前記ベースに対し前記フレームを移動する送り機構とを有している請求項１に記載のロボットシステム。

【請求項3】

前記送り機構が、該直動案内装置に沿って該フレームに設けられたボールねじと、前記ボールねじに係合し、前記ベースに設けられたボールねじナットと、該ボールねじを駆動するフィンガ開閉サーボモータとで構成された請求項２に記載のロボットシステム。

【請求項4】

請求項１に記載のロボットを２台用い、前記搬送物の両側に該ロボットを配置し、前記搬送物の両側面に形成されたそれぞれ２つの穴に前記２台のロボットの第１のフィンガと第２のフィンガを挿入し、前記制御装置は、前記２台のロボットを同時に制御し該搬送物を回転させる搬送ロボットシステム。