特許 7745989 搬送用ロボットハンド及びその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-09-19

(45)【発行日】2025-09-30

(54)【発明の名称】搬送用ロボットハンド及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/06 20060101AFI20250922BHJP

   B25J 17/02 20060101ALI20250922BHJP

【ＦＩ】

B25J15/06 A

B25J17/02 A

B25J17/02 H

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2025058649

(22)【出願日】2025-03-31

【審査請求日】2025-06-20

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000138473

【氏名又は名称】ＹＵＳＨＩＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004059

【氏名又は名称】弁理士法人西浦特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北川 弘

(72)【発明者】

【氏名】吉田 勝弘

【審査官】樋口 幸太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２９３６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５４２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２５－０１２７１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １５／０６

Ｂ２５Ｊ １７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットアームの先端部に、袋状ワークを吸着する吸着部と、前記袋状ワークに対する前記吸着部の吸着姿勢を変更する姿勢変更機構を備えた搬送用ロボットハンドであって、
前記姿勢変更機構は、
一端が前記吸着部の吸着部本体に自在継手を介して接続され他端が前記ロボットアームの前記先端部に設けられた支持構造部に対して自在継手を介してシリンダが接続されたエアシリンダと、
前記エアシリンダの周囲に、前記エアシリンダとの間に径方向に間隔をあけ、前記エアシリンダの周方向に間隔をあけ且つ相互に前記径方向に対向しないように配置された２以上の直動ガイドと、
前記２以上の直動ガイドと前記吸着部本体との間にそれぞれ配置された２以上の可動連結構造とを備え、
前記２以上の可動連結構造は、それぞれ、対応する前記直動ガイドに添って移動可能な移動部材と、前記移動部材に一端が第１の関節により回動可能且つ揺動可能に連結され他端が前記吸着部本体に第２の関節により回動可能且つ揺動可能に連結された連結部材と、前記移動部材と当接して前記移動部材の上方向への移動を規制するストッパを備えており、前記２以上の可動連結構造の２以上の前記第２の関節は前記周方向に間隔をあけ且つ相互に前記径方向に対向しないように前記吸着部本体に取り付けられており、
前記２以上の直動ガイドと前記２以上の可動連結構造は、前記移動部材が前記ストッパに当接している状態では前記２以上の可動連結構造がロック状態になり、前記移動部材が前記ストッパから離れると前記２以上の可動連結構造が非ロック状態になって前記エアシリンダのシリンダロッドの先端部の上下方向への動き及び旋回運動を許容するように組み合わされている搬送用ロボットハンド。

【請求項2】

前記第１の関節は、前記移動部材に支持されて水平方向に延びる軸部と、軸部に取り付けられた調心すべり軸受を有するロッドエンドからなり、
前記第２の関節は、前記吸着部本体に支持されて前記吸着部本体と平行に延びる軸部と、該軸部に取り付けられた調心すべり軸受を有するロッドエンドからなる請求項１に記載の搬送用ロボットハンド。

【請求項3】

請求項１乃至２に記載の搬送用ロボットハンドの制御方法であって、
前記２以上の可動連結構造を非ロック状態にして、前記吸着部本体の吸着面を前記袋状ワークに近接した位置まで近づけるように前記ロボットアームの先端部を下降させる第１のステップと、
前記第１のステップの実行の最中または前記第１のステップの終了後に前記エアシリンダのロッドを伸ばすか、前記ロボットアームの前記先端部をさらに下降させて前記吸着部本体の前記吸着面を前記袋状ワークに押し付ける第２のステップと、
前記吸着部で前記袋状ワークを吸着する第３のステップと、
前記第３のステップが完了した後に前記エアシリンダのロッドを縮めて前記２以上の可動連結構造がロック状態になるまで前記エアシリンダを駆動する第４のステップと、
前記第３のステップが完了した後に、前記第４のステップの実行の最中または前記第４のステップの終了後に、前記ロボットアームの先端を上昇させて所定の位置に移動させる第５のステップを実施することを特徴とする搬送用ロボットハンドの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットアームの先端部に、袋状ワークを吸着する吸着部と、袋状ワークに対する吸着部の吸着姿勢を変更する姿勢変更機構を備えた搬送用ロボットハンド及びその制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許第７５６０１１０号公報（特許文献１）には、袋状ワークに対する吸着部の吸着姿勢を変更する姿勢変更機構を備えた搬送用ロボットハンドが開示されている。この搬送用ロボットハンドでは、吸着部を傾動可能に支持する傾動機構と、移動機構に支持される本体に対して吸着部の傾動支点を昇降方向と交差するスライド方向にスライド可能に当該吸着部を支持するスライド機構と、スライド機構による傾動支点の基準位置からのスライドを許容しないロック状態と、スライド機構による傾動支点のスライドを基準位置に復帰可能な大きさの弾性付勢力が加わらない状態で許容するロック解除状態とに切り換える切換機構とを備えている。そしてこの切換機構は、ロック解除状態からロック状態へ切り換えるときに、傾動支点を基準位置に復帰させる。このような構造で、吸着部を袋状ワークに添わせた状態にして吸着を行い、その後袋状ワークを水平な状態にして搬送をする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第７５６０１１０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に示された搬送用ロボットハンドでは、姿勢変更機構の構造が複雑で、制御も複雑にならざるを得ないという問題がある。

【0005】

本発明の目的は、簡単な構造で、吸着部本体を袋状ワークの表面に添って傾斜させることができる搬送用ロボットハンドを提供することにある。

【0006】

本発明の他の目的は、簡単な制御で、吸着部本体を袋状ワークの表面に添って傾斜させることができる搬送用ロボットハンドの制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、ロボットアームの先端部に、袋状ワークを吸着する吸着部と、袋状ワークに対する吸着部の吸着姿勢を変更する姿勢変更機構を備えた搬送用ロボットハンドを対象とする。本発明の搬送用ロボットハンドの姿勢変更機構は、一端が吸着部の吸着部本体に自在継手を介して接続され他端がロボットアームの先端部に設けられた支持構造部に対して自在継手を介してシリンダが接続されたエアシリンダと、エアシリンダの周囲に、エアシリンダとの間に径方向に間隔をあけ、エアシリンダの周方向に間隔をあけ且つ相互に径方向に対向しないように配置された２以上の直動ガイドと、２以上の直動ガイドと吸着部本体との間にそれぞれ配置された２以上の可動連結構造とを備えている。２以上の可動連結構造は、それぞれ、対応する直動ガイドに添って移動可能な移動部材と、移動部材に一端が第１の関節により回動可能且つ揺動可能に連結され他端が吸着部本体に第２の関節により回動可能且つ揺動可能に連結された連結部材と、移動部材と当接して移動部材の上方向への移動を規制するストッパを備えており、２以上の可動連結構造の２以上の第２の関節は周方向に間隔をあけ且つ相互に径方向に対向しないように吸着部本体に取り付けられている。そして２以上の直動ガイドと２以上の可動連結構造は、移動部材がストッパに当接している状態では２以上の可動連結構造がロック状態になり、移動部材がストッパから離れると２以上の可動連結構造が非ロック状態になってエアシリンダのシリンダロッドの先端部の上下方向への動き及び旋回運動を許容するように組み合わされている。

【0008】

本発明によれば、袋状ワークを吸着する際には、ロボットアームを袋状ワークに近づけるだけで、特別な制御をすることなく、非ロック状態にある可動連結構造が自然に変形して吸着部本体を袋状ワークに添わせることができる。そして吸着部本体を袋状ワークに添わせた後は、吸着部本体で袋状ワークを吸着した後、エアシリンダのシリンダロッドを縮んだ状態にすることにより２以上の可動連結構造をロック状態にして、ロボットアームを引き上げると、袋状ワークを水平方向に向けた状態で搬送することができる。このように本発明の搬送用ロボットによれば、複雑な制御を必要とすることなく、簡単な構造で、吸着部本体を袋状ワークの表面に添って傾斜させることができ、しかも吸着後も簡単に吸着部本体の姿勢を水平状態にして搬送することができる。

【0009】

第１の関節は、移動部材に支持されて水平方向に延びる軸部と、軸部に取り付けられた調心すべり軸受を有するロッドエンドから構成してもよく、また第２の関節は、吸着部本体に支持されて吸着部本体と平行に延びる軸部と、該軸部に取り付けられた調心すべり軸受を有するロッドエンドから構成してもよい。このような構成を採用すると、既製品のロッドエンドを用いて、安価に可動連結構造を構成することができる。

【0010】

本発明の搬送用ロボットハンドの制御方法では、まず第１のステップで、２以上の可動連結構造を非ロック状態にして、吸着部本体の吸着面を袋状ワークに近接した位置まで近づけるようにロボットアームの先端部を下降させる。次に第２のステップで、第１のステップの実行の最中または第１のステップの終了後にエアシリンダのシリンダロッドを伸ばすか、ロボットアームの先端部をさらに下降させて吸着部本体の吸着面を袋状ワークに押し付ける。次に第３のステップで、吸着部で袋状ワークを吸着する。その後第４のステップでは、第３のステップが完了した後にエアシリンダのシリンダロッドを縮めて２以上の可動連結構造がロック状態になるまでエアシリンダを駆動する。そして第５のステップでは、第３のステップが完了した後に、第４のステップの実行の最中または第４のステップの終了後に、ロボットアームの先端を上昇させて所定の位置に移動させる。このように本発明の搬送用ロボットハンドの制御方法によれば、ロボットアームの移動とエアシリンダと駆動制御と吸着部の制御だけで、吸着部を斜めになった袋状ワークに添わせて、簡単に袋状ワークを吸着搬送することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施の形態の搬送用ロボットハンドの斜視図である。

【図2】姿勢変更機構の駆動源となるエアシリンダの取付構造を説明するために用いる分解斜視図である。

【図3】直動ガイドと可動連結構造の分解斜視図である。

【図4】（Ａ）乃至（Ｃ）は、吸着動作を説明するために用いる図である。

【図5】（Ａ）及び（Ｂ）は、直動ガイド及び可動連結構造の配置構造の可否を説明するために用いる図である。

【図6】搬送用ロボットハンドの制御方法の一例のフローチャートを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下図面を参照して本発明の搬送用ロボットハンドの一実施の形態を説明する。図１は本実施の形態の搬送用ロボットハンド１の斜視図を示している。図２は、後述する姿勢変更機構５の駆動源となるエアシリンダ７の取付構造を説明するための分解斜視図である。本実施の形態の搬送用ロボットハンド１は、図示しないロボットアームの先端部に取り付けられる支持構造部２の下に実装される。搬送用ロボットハンド１は、セメント袋のような袋状ワークを吸着する吸着部３と、袋状ワークに対する吸着部３の吸着姿勢を変更する姿勢変更機構５を備えている。吸着部３は、図示しない真空発生装置に接続手段を介して接続された吸着ノズルを有する吸着部本体３Ａと、吸着部本体３Ａの下部に設けられて袋状ワークの表面に添って変形する弾性スカート部３Ｂを有している。

【0013】

姿勢変更機構５は、駆動源としてエアシリンダ７を備えている。エアシリンダ７は、シリンダロッド７Ａの一端が吸着部３の吸着部本体３Ａに自在継手（ユニバーサルジョイント）９を介して接続され、シリンダ本体７Ｂの他端がロボットアームの先端部に設けられた支持構造部２に対して自在継手１１を介して接続されている。図２に示すように、エアシリンダ７のシリンダ本体７Ｂの他端には、自在継手１１を連結するための連結ピン１３ａを有する固定プレート１３ｂを備えた取付具１３が固定されている。また支持構造部２の裏面にも、自在継手１１を連結するための連結ピン１５ａを備えた固定プレート１５ｂを備えた取付具１５が固定されている。自在継手１１は、これらの取付具１３及び１５を連結している。エアシリンダ７のシリンダロッド７Ａの先端にも自在継手９を連結するための図示しない連結ピンを備えたナットと同様の外形を有する取付具１７が固定されており、吸着部本体３Ａにも自在継手９を連結するための図示しない連結ピンを備えた取付具１９が固定されている。またエアシリンダ７の一端には、シリンダロッド７Ａが回動するのを防止する回り止めガイド２１が固定されている。この回り止めガイド２１は、取付具１７の六角形状の外面と嵌合する凹部２１Ａを備えた可動プレート２１Ｂと、シリンダ本体に固定された固定プレート２１Ｃと、一端が可動プレート２１Ｂに固定されて、固定プレート２１Ｃをスライド可能に貫通する２本のロッド２１Ｄを備えている。なおこのような回り止めガイド２１を用いなくても、回り止め付きエアシリンダを用いてもよい。

【0014】

本実施の形態では、エアシリンダ７の周囲に、エアシリンダ７との間に径方向に間隔をあけ、エアシリンダ７の周方向に間隔をあけ且つ相互に径方向に対向しないように配置された３個の直動ガイド２３Ａ乃至２３Ｃと、３個の直動ガイド２３Ａ乃至２３Ｃと吸着部本体３Ａとの間にそれぞれ配置された３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃとを備えている。３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃは、それぞれ、対応する直動ガイド２３Ａ乃至２３Ｃに添って移動可能な移動部材２６ａ乃至２６ｃと、移動部材２６ａ乃至２６ｃに一端が第１の関節２７ａ乃至２７ｃにより回動可能且つ揺動可能に連結され他端が吸着部本体３Ａに第２の関節２８ａ乃至２８ｃより回動可能且つ揺動可能に連結されたロッド状の連結部材２９ａ乃至２９ｃと、移動部材２６ａ乃至２６ｃと当接して移動部材２６ａ乃至２６ｃの上方向への移動を規制するストッパ３０ａ乃至３０ｃを備えている。

【0015】

図３には、３個の直動ガイド２３Ａ乃至２３Ｃと、３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃをそれぞれ代表して、直動ガイド２３Ａと可動連結構造２５Ａの分解斜視図を示してある。以下図３を用いて直動ガイド２３Ａと可動連結構造２５Ａの詳細を説明し、直動ガイド２３Ｂ及び２３Ｃと可動連結構造２５Ｂ及び２５Ｃの説明を省略する。直動ガイド２３Ａは、ガイドプレートＧＰと、ガイドレールＬを備えている。移動部材２６ａは、ガイドレールＬに添ってスライドするスライダＳとスライダＳに固定されスライドプレートＳＰとから構成される。スライドプレートＳＰには、固定具Ｆ１及びＦ２が固定される。第１の関節２７ａは、移動部材２６ａに固定された固定具Ｆ１及びＦ２に一対のベアリングｂを用いて両端が回転自在に支持されて水平方向に延びる軸部ＳＦ１と、軸部ＳＦ１に取り付けられた調心すべり軸受を有するロッドエンドＲＥ１から構成されている。また第２の関節２８ａも、吸着部本体３Ａに固定具Ｆ３及びＦ４によって取り付けられたベアリングｂに両端が回転自在に支持されて吸着部本体３Ａと平行に延びる軸部ＳＦ２と、軸部ＳＦ２に取り付けられた調心すべり軸受を有するロッドエンドＲＥ２とから構成されている。この構造によって、第１の関節２７ａ乃至２７ｃ及び第２の関節２８ａ乃至２８ｃはそれぞれ、回動可能且つ揺動可能な連結を実現する。

【0016】

本実施の形態では、３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃの３個の第２の関節２８ａ乃至２８ｃは、周方向に等間隔をあけ且つ相互に径方向に対向しないように吸着部本体３Ａに取り付けられている。そして３個の直動ガイド２３Ａ乃至２３Ｃと３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃは、移動部材２６ａ乃至２６ｃがストッパ３０ａ乃至３０ｃに当接している状態では３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃがロック状態になり、移動部材２６ａ乃至２６ｃがストッパ３０ａ乃至３０ｃから離れると３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃが非ロック状態になってエアシリンダ７のシリンダロッド７Ａの先端部の上下方向への動き及び旋回運動を許容するように組み合わされている。

【0017】

図４（Ａ）は、袋状ワークＷが変形してその表面が傾斜しているような状態で、本実施の形態の搬送用ロボットハンド１により袋状ワークを吸着して搬送する際の状態の一例を示している。図４（Ａ）乃至（Ｃ）に順番に示すように、本実施の形態によれば、袋状ワークＷを吸着する際には、ロボットアームを袋状ワークに近づけるだけで、特別な制御をすることなく、非ロック状態にある可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃが自然に変形して吸着部本体３Ａを袋状ワークＷに添わせることができる。そして図４（Ｃ）に示すように、吸着部本体３Ａの下の弾性スカート部３Ｂを袋状ワークＷに添わせた後は、吸着部本体３Ａで袋状ワークＷを吸着した後、エアシリンダ７のシリンダロッド７Ａを縮んだ状態にすることにより、３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃの移動部材２６ａ乃至２６ｃをストッパ３０ａ乃至３０ｃに当接させて、３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃをロック状態にして、ロボットアームを引き上げると、袋状ワークＷを水平方向に向けた状態で搬送することができる。このように本発明の搬送用ロボットによれば、複雑な制御を必要とすることなく、簡単な構造で、吸着部本体３Ａを袋状ワークＷの表面に添って傾斜させることができ、しかも吸着後も簡単に吸着部本体３Ａの姿勢を水平状態にして搬送することができる。

【0018】

なお上記実施の形態と異なって、３個の直動ガイド２３Ａ乃至２３Ｃ及び３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃを周方向に等間隔をあけずに、図５（Ａ）に示すように２つの第２の関節２８ａ及び２８ｂが径方向に対向するように３個の直動ガイド２３Ａ乃至２３Ｃ及び３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃを周方向に配置すると、３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃの動きで、吸着部本体３Ａをスムーズに上下方向に移動したり、吸着部本体３Ａをスムーズに水平方向に旋回できない状況が発生する。そのためエアシリンダ７の周囲には、エアシリンダ７との間に径方向に間隔をあけ、エアアシリンダ７の周方向に間隔をあけ且つ相互に径方向に対向しないように３個の直動ガイド２３Ａ乃至２３Ｃ及び３個の可動連結構造２５Ａ乃至２５を配置しなければならない。この原則を守る限り、理論的には、直動ガイド及び可動連結構造は、それぞれ２個以上設けることができる。例えば、２個の直動ガイド２３Ａ及び２３Ｂ並びに２個の可動連結構造２５Ａ及び２５Ｂを用いる場合には、図５（Ａ）に示すように、２つの直動ガイド２３Ａ及び２３Ｂがエアシリンダ７を間に挟んで、対向するよう構成してはならず、図５（Ｂ）に示すように、２つの直動ガイド２３Ａ及び２３Ｂがエアシリンダ７を間に挟んで、対向しないように構成する必要がある。

【0019】

図６は、上記搬送用ロボットハンド１の制御方法の一例のフローチャートを示している。この制御方法は、図示しない搬送用ロボットの制御装置内に実装したコンピュータを用いて実行することができる。第１のステップＳＴ１では、２以上の可動連結構造を非ロック状態にして、吸着部本体３Ａの吸着面を袋状ワークＷに近接した位置まで近づけるようにロボットアームの先端部を下降させる。次に第２のステップＳＴ２で、第１のステップＳＴ１の実行の最中または第１のステップＳＴ１の終了後にエアシリンダ７のシリンダロッド７Ａを伸ばすか、ロボットアームの先端部をさらに下降させて吸着部本体３Ａの吸着面を袋状ワークＷに押し付ける。ステップＳＴ２の実行は、自重によってシリンダロッド７Ａを勝手に下降させて、吸着部本体３Ａの吸着面をワークＷに押し付けてもよく、またエアシリンダ７により能動的にシリンダロッド７Ａを下降させて、吸着部本体３Ａの吸着面を袋状ワークＷに押し付けてもよく、ロボットアームを下降させて、吸着部本体３Ａの吸着面を袋状ワークＷに押し付けてもよい。

【0020】

次に第３のステップＳＴ３では、吸着部３で袋状ワークを吸着する。その後第４のステップＳＴ４では、第３のステップＳＴ３が完了した後にエアシリンダ７のシリンダロッド７Ａを縮めて２以上の可動連結構造がロック状態になるまでエアシリンダ７を駆動する。なお第４ステップでエアシリンダ７を駆動するタイミングとしては、吸着直後以外でも、ロボットアームを上昇しながらでも、また上昇させた後でも実施可能である。そして第５のステップＳＴ５では、第３のステップが完了した後に、第４のステップＳＴ４の実行の最中または第４のステップＳＴ４の終了後に、ロボットアームの先端を上昇させて所定の位置に移動させる。

【0021】

このような制御方法によれば、ロボットアームの移動とエアシリンダ７の駆動制御と吸着部３の制御だけで、吸着部３を斜めになった袋状ワークＷに添わせて、簡単に袋状ワークを吸着搬送することができる。

【産業上の利用可能性】

【0022】

本発明によれば、複雑な制御を必要とすることなく、簡単な構造で、吸着部本体を袋状ワークの表面に添って傾斜させることができ、しかも吸着後も簡単に吸着部本体の姿勢を水平状態にして搬送することができる。

【符号の説明】

【0023】

１…搬送用ロボットハンド
２…支持構造部
３…吸着部
３Ａ…吸着部本体
３Ｂ…弾性スカート部
５…姿勢変更機構
７…エアシリンダ
７Ａ…シリンダロッド
７Ｂ…シリンダ本体
９…自在継手
１１…自在継手
２１…回り止めガイド
２３Ａ乃至２３Ｃ…直動ガイド
２５Ａ乃至２５Ｃ…可動連結構造
２６ａ乃至２６ｃ…移動部材
２７ａ乃至２７ｃ…第１の関節
２８ａ乃至２８ｃ…第２の関節
２９ａ乃至２９ｃ…連結部材
３０ａ乃至３０ｃ…ストッパ

【要約】

【課題】簡単な構造で、吸着部本体を袋状ワークの表面に添って傾斜させることができる搬送用ロボットハンドを提供する。
【解決手段】袋状ワークＷを吸着する際に、ロボットアームを袋状ワークに近づけると、非ロック状態にある可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃが自然に変形して吸着部本体３Ａを袋状ワークに添わせる。吸着部本体３Ａを袋状ワークに添わせた後は、吸着部本体３Ａで袋状ワークを吸着した後、エアシリンダ７のシリンダロッド７Ａを縮んだ状態にすることにより可動連結構造２５Ａ乃至２５Ｃをロック状態にして、ロボットアームを引き上げる。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】