JP4230977B2 - ワーク保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばワーク搬送ロボットのロボットアーム先端に設けられるワーク保持装置に関する。

例えば、自動車組立工場の車体製造ラインでは自動化が進み、車体パネルなどのワークを予め設定されている加工位置にセットするワークセット作業をロボットにより行わせている。ロボットは、ロボットアームの先端に複数の挟持手段を備えたマテリアルハンド（ワーク保持装置）を備えており、各挟持手段が各々有する一対のクランパを互いに接近させて両クランパでワークの被挟持部を挟持してワークを保持し、加工位置へのセットを行っている。

また、自動車組立工場では、一つの車体製造ラインで複数種類の車種を製造する多車種混流生産方式が採用されている。したがって、ロボットは、車種ごとに形状が異なるワークに対応するために、ロボットアームの先端にオートツールチェンジャ（ＡＴＣ）などの接続手段を設けて、その接続手段でマテリアルハンドの接続及び切り離しを行い、ライン生産の順番にあわせて各ワーク専用のマテリアルハンドに付け替えて、ワークセット作業を行っていた。

尚、従来より、ステーの先端にリンク機構を介して支持されたワーク保持手段を、永久磁石やスプリング等の引張力によって所定方向に付勢することで常に安定した姿勢状態に保ち、ワーク保持手段の傾動を防止する傾動防止手段を設けたワーク保持装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−３３５８５２号公報

しかしながら、上記従来のマテリアルハンドの場合、両クランパを互いに接近する方向に移動させてワークの被挟持部を挟持する際に、ロボットの姿勢制御位置のずれやワークの位置ずれ等によって、クランパのクランプ面が被挟持部の被挟持面と平行に対峙していないと、ワークを適切に挟持することができず、特にワークが車体パネルのように薄板部材である場合には、挟持によってワークに変形を生じさせてしまうおそれがある。これに対し、被挟持部の被挟持面との不一致を防止すべく、クランパを点接触により挟持する構成とすることも考えられるが、点接触によって挟持する場合、面接触よりも保持力が低下するとともに、ワークの被挟持面に凹凸を形成してしまうおそれがある。

また、オートツールチェンジャによって各ワーク専用のマテリアルハンドに付け替える場合であっても同様に、ロボットの姿勢制御位置のずれやワーク位置ずれ等によって、クランパのクランプ面が被挟持部の被挟持面と平行に対峙していないと、ワークを適切に挟持することができず、挟持によってワークに変形を生じさせてしまうおそれがある。

さらに、オートツールチェンジャを用いて多車種混流生産方式に対応する場合、各車種ごとに専用のマテリアルハンドが必要となり、設備費用が高騰する。また、ロボットの近傍位置に他のマテリアルハンドを置いておく置き場所を確保しなければならず、広い設置スペースを要し、設備の設置場所が制限されるという問題がある。

また、上記特許文献１に記載したリンク機構を適用してクランパのクランプ面をワークの被把持面に倣わせることも考えられるが、リンク機構では、ワークを安定した姿勢状態で保持することは困難であり、クランプした状態でワークをセット位置に適切にセットすることは難しい。また、リンク機構は、部品点数が多く、部品コストがかかるとともに、メンテナンスが煩雑でコスト高を招来する。さらに、車体パネルのような重量物を持ち上げて搬送するには、リンク機構を構成する各部品の剛性を向上させる必要があり、リンク機構全体が大きくなり、ロボットアームの先端に取り付けた場合に、ワークと干渉するおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボットの姿勢制御位置のずれやワーク位置ずれ等に影響を受けることなく、また、複数のワークの種類に対応して適切にワークを保持することができるワーク保持装置を提供することにある。

上記課題を解決する請求項１に記載の発明によるワーク保持装置は、相対的に接近方向及び離間方向に移動可能な一対のベース部と、一対のベース部に各々設けられ、ワークを間に介して互いに対向するクランプ面を有した一対のクランパと、各ベース部とこれらベース部に対応するクランパとの間に各々介在されて、クランパのクランプ面と同一平面上にクランパの回転中心軸線が延在し、その回転中心軸線を中心としてクランパをベース部に回動自在に支持するガイド部とを有し、一対のベース部を相対的に接近方向に移動させてクランプ面をワークに当接させ、クランパをワークに倣って回動させて、クランプ面をワークに接面させた状態でワークを一対のクランパの間に挟持して保持することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のワーク保持装置において、クランパは、一定の曲率で半円弧状に湾曲して延在する棒状部材によって構成され、クランプ面は、クランパの両端部に各々形成され、クランパの曲率半径中心軸線から互いに径方向に離間して直径方向に延在する仮想平面に沿って形成されたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のワーク保持装置において、ガイド部は、クランパの径方向外側部と径方向内側部に各々当接してクランパのベース部に対する接近方向及び離間方向への移動を規制するとともに、クランパの回動方向への移動を案内するガイドローラを有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、各クランパは、各クランプ面と同一平面上に延在する回転中心軸線を中心として回動自在に各ベース部に各々支持されているので、各ベース部を相対的に接近方向に移動させて各クランパのクランプ面をワークにそれぞれ当接させることにより、各クランパをワークに倣って回動させて、各クランプ面をワークに各々接面させた状態でワークを一対のクランパの間に挟持して保持することができる。

したがって、挟持前の姿勢状態においてクランプ面がワークと平行に対峙していなくても、クランプ面をワークに倣わせることができ、ワークを適切に挟持することができる。また、面接触によりワークを挟持できるので、従来のような点接触による凹凸の形成や挟持力の低下という問題も生じず、ワークに変形を生じさせることなく保持できる。

また、各クランパをワークに倣って回動させることができるので、種々のワークに対応することができる。したがって、各ワークごとに専用のワーク保持装置を設ける必要がなく、コストの大幅な低減を図ることができる。

さらに、本発明は、ガイド部によってクランパをベース部に回動自在に支持する構成を有しているので、リンク機構と比較して構造が簡単であり、部品点数を少なくすることができ、メンテナンスを容易なものとすることができ、部品コストや保守コストを低減することができる。また、リンク機構と比較して高剛性を得ることができ、軽量小型化することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載した発明の構成を具体的に限定したものであり、これによれば、クランパは一定の曲率で半円弧状に湾曲して延在する棒状部材によって構成されており、クランプ面は、クランパの両端部に各々形成されてクランパの曲率半径中心軸線から互いに径方向に離間して直径方向に延在する仮想平面に沿って形成されている。したがって、挟持力をクランプの両端部に各々形成されたクランプ面からワークにバランスよく分散して伝達することができ、ワークの挟持を適切に行わせることができる。

請求項３の発明は、請求項２に記載した発明の構成を具体的に限定したものであり、これによれば、ガイド部は、クランパの径方向外側部と径方向内側部に各々当接してクランパのベース部に対する接近方向及び離間方向への移動を規制するとともに、クランパの回動方向への移動を案内するガイドローラを有している。したがって、クランパのクランプ面をワークに当接させた際に、クランパを円滑に回動させて、ワークに倣わせることができ、ワークの挟持を容易に行わせることができる。

次に、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。

図１は、本実施の形態に係わるワーク保持装置１１を説明する図、図２は、図１のＡ方向矢視図、図３は、図１の要部を拡大して示す図、図４は、図２の要部を一部断面により示す図、図５は、車体パネルＷを保持した状態の一例を示す図、図６は、ワーク搬送ロボット１の構成を説明する図である。尚、説明の便宜上、図６で矢印Ｆを支持フレーム１２の前側、矢印Ｌを支持フレーム１２の左側として説明する。

図６に示すワーク搬送ロボット１は、自動車組立工場の製造ラインに設置されており、ワークである車体パネルＷを図示していないパーツストッカーから取り出して搬送し、図示していない車体溶接装置に供給するものである。

ワーク搬送ロボット１は、図６に示すように、ロボットアーム２とワーク保持装置１１を備えている。ロボットアーム２は、図示していないロボット制御部からの制御信号に基づいて駆動制御される既知の６軸サーボモータ型ロボットアームであり、その台座部２Ａは床面に固定された架台３の上に設置されて固定されており、ロボットアーム２の先端部２Ｂには、ワーク保持装置１１が取り付けられている。

ワーク保持装置１１は、薄板部材により形成されている車体パネルＷを車体パネル上面Ｗａ側と車体パネル下面Ｗｂ側から挟持する複数の挟持手段２１と、これら複数の挟持手段２１を支持する支持フレーム１２を有している。

支持フレーム１２は、複数の棒状部材を格子状に組み立てて略矩形の平板状に形成したものであり、その上面１２ａの略中央位置には、ロボットアーム６の先端部に接続するための接続ブラケット１３が突設されている。そして、車体パネル上面Ｗａに沿って対峙する水平姿勢状態に配置した場合に、前後方向に所定距離だけ離間して互いに平行に配置される前フレーム部１４と後フレーム部１５を有している。

前フレーム部１４と後フレーム部１５は、車体パネルＷの互いに対向する両側辺部よりも車体パネルＷの側方に各々突出する長さを有しており、前フレーム部１４と後フレーム部１５の両端部には、各々挟持手段２１が設けられている。

挟持手段２１は、車体パネルＷの両側辺部を挟持して車体パネルＷを支持フレーム１２の下面１２ｂに沿って保持するものであり、図１及び図２に示すように、支持フレーム１２の下面１２ｂ側に固定される固定部２２と、固定部２２よりも支持フレーム１２の下面１２ｂから離間した位置で下面１２ｂに対して直交する方向に沿って移動し、固定部２２に対して相対的に接近及び離間する移動部３２とを有している。

そして、固定部２２及び移動部３２には、移動部３２の接近移動により車体パネル上面Ｗａと車体パネル下面Ｗｂに各々当接して車体パネルＷを挟持するクランパ２３、３３が設けられている。

固定部２２は、支持フレーム１２の下面１２ｂ（図６を参照）から突出したブラケット１８の先端にフランジ結合されて下面１２ｂと平行に延在する取付プレート２４と、取付プレート２４の端縁部２４ａから支持フレーム１２の下面１２ｂに対して垂直でかつ離間する方向に延出し、支持フレーム１２の側部に沿って延在する固定部２２側のベースプレート２５と、取付プレート２４の端縁部２４ｂから支持フレーム１２の下面１２ｂに対して垂直で且つ離間する方向に延出してベースプレート２５に対峙し、移動部３２を移動させる開閉シリンダ３１のシリンダ本体３１ａが取り付けられるシリンダ本体用ブラケット２６とを有している。

固定部２２側のクランパ２３は、図１及び図３に示すように、一定の曲率で半円弧状に湾曲した断面が略矩形の棒状部材によって構成されており、その両端部には、クランパ２３の曲率半径中心軸線Ｃ１から互いに径方向外側に向かって離間して直径方向に延在する仮想平面Ｈ１と同一平面上となるようにクランプ面２３ａ、２３ｂが形成されている。そして、クランパ２３は、ベースプレート２５の支持フレーム中央部側にガイド部４１を介して支持されている。

ガイド部４１は、ベースプレート２５から支持フレーム中央部側に向かって突設された４本の支持軸４２と、これらの支持軸４２に各々外嵌された４個のガイドローラ４３と、クランパ２３を間に介在させてベースプレート２５に平行に延在し、各支持軸４２によってベースプレート２５に連結されるガイドプレート４４とを備えている。

そして、２個のガイドローラ４３ａ、４３ｂがクランパ２３の径方向外側部２３ｃに当接し、残りの２個のガイドローラ４３ｃ、４３ｄがクランパ２３の径方向内側部２３ｄに当接して、クランパ２３をその曲率半径中心軸線Ｃ１が支持フレーム１２の左右方向に沿って平行に延在し、移動部２２の移動方向に直交して、クランプ面２３ａ、２３ｂが支持フレーム１２の下面１２ｂから離間する側に向かう姿勢状態に支持し、曲率半径中心軸線Ｃ１を中心としてクランパ２３を回動自在に案内するように設けられている。

図１及び図３で符号２７は、ストッパである。ストッパ２７は、ガイドローラ４３ａ、４３ｂの間でクランパ２３の径方向外側部２３ｃから径方向外方に向かって突出するように設けられており、ガイドローラ４３ａ、４３ｂに当接することによってクランパ２３の回動角度を予め設定された範囲に規制している。

移動部３２は、開閉シリンダ３１のシリンダロッド３１ｂに取り付けられたシリンダロッド用ブラケット３４と、シリンダロッド用ブラケット３４から支持フレーム中央部側に向かって突設され、固定部２２の取付プレート２４に対向し、開閉シリンダ３１の駆動により、下面１２ｂに対して垂直に移動して取付プレート２４に接近及び離間する移動プレート３５と、移動プレート３５の支持フレーム中央部側の端縁部３５ａから支持フレーム１２の下面１２ｂに対して垂直で且つ接近する方向に延出する移動部３２側のベースプレート３６を有している。

移動部３２側のクランパ３３は、固定部２２側のクランパ２３と同一形状を有しており、一定の曲率で半円弧状に湾曲した断面が略矩形の棒状部材によって構成されており、その両端部には、クランパ３３の曲率半径中心軸線Ｃ２から互いに径方向外側に向かって離間して直径方向に延在する仮想平面Ｈ２と同一平面となるようにクランプ面３３ａ、３３ｂが形成されている。そして、ベースプレート３６の支持フレーム中央部側にガイド部５１を介して支持されている。

ガイド部５１は、固定部２２側のガイド部４１と同様に、ベースプレート３６から支持フレーム中央部側に向かって突設された４本の支持軸５２と、これらの支持軸５２に各々外嵌された４個のガイドローラ５３と、クランパ３３を間に介在させてベースプレート３６と平行に延在し、各支持軸５２によってベースプレート３６に連結されるガイドプレート５４とを備えている。

そして、２個のガイドローラ５３ａ、５３ｂがクランパ３３の径方向外側部３３ｃに当接し、残りの２個のガイドローラ５３ｃ、５３ｄがクランパ３３の径方向内側部３３ｃに当接し、クランパ３３の曲率半径中心軸線Ｃ２が支持フレーム２３の左右方向に沿って平行に延在し、移動部２２の移動方向に直交して、クランパ３３のクランプ面３３ａ、３３ｂが支持フレーム１２の下面１２ｂに対向する姿勢状態に支持し、曲率半径中心軸線Ｃ２を中心としてクランパ２３を回動自在に案内するように設けられている。

ストッパ３７は、ガイドローラ５３ａ、５３ｂの間でクランパ３３の径方向外側部３３ｃから径方向外方に向かって突出するように設けられており、ガイドローラ５３ａ、５３ｂに当接することによってクランパ３３の回動角度を予め設定された範囲に規制している。

固定部２２側のクランパ２３と移動部３２側のクランパ３３は、互いのクランプ面２３ａと３３ａ、及び２３ｂと３３ｂが対向し、開閉シリンダ３１への圧縮空気の供給によりシリンダロッド３１ｂを収縮させて移動部３２を固定部２２に接近する閉方向に移動させることによって、クランプ面２３ａと３３ａ、及び２３ｂと３３ｂが互いに接面し、一つの円状に連続したリングを形成し、シリンダロッド３１ｂを伸張させて移動部３２を固定部２２から離間する開方向に移動させることによって、クランプ面２３ａと３３ａ、及び２３ｂと３３ｂを互いに離間させ、固定部２２側のクランパ２３と移動部３２側のクランパ３３との間に車体パネルＷの側辺部を挿入して介在させることができる間隙を形成するように構成されている。

次に、上記構成を有するワーク保持装置１１を用いた車体パネルＷの保持方法について、ワーク搬送ロボット１により車体パネルＷを搬送する場合を例に説明する。

まず、図示していないエアー配管を介してロボットアーム２の台座部２Ａ側からワーク保持装置１１側に供給される圧縮空気の切換制御により、開閉シリンダ３１のシリンダロッド３１ｂを突出させて挟持手段２１の移動部２２を固定部３２から離間する開方向に移動させ、固定部２２側のクランパ２３と移動部３２側のクランパ３３を離間させて、互いに対向するクランプ面２３ａと３３ａ、及び２３ｂと３３ｂの間に間隙を形成する。

そして、ロボットアーム２の姿勢制御により、ワーク保持装置１１を車体パネルＷのパーツストッカーまで移動させ、パーツストッカーに載せられている１枚の車体パネルＷの上方に配置する。それから、ロボットアーム２の更なる姿勢制御により、固定部２２側のクランパ２３と移動部３２側のクランパ３３との間に車体パネルＷの側辺部を介在させる位置まで移動させて、固定部２２側のクランパ２３のクランプ面２３ａ、２３ｂを車体パネル上面Ｗａに対向させ、車体パネルＷを間に介して、移動部３２側のクランパ３３のクランプ面３３ａ、３３ｂを車体パネル下面Ｗｂに対向させる。

そして、４つの挟持手段２１のすべてについて、固定部２２側のクランパ２３と移動部３２側のクランパ３３との間に車体パネルＷの側辺部を介在させると、次に、圧縮空気の切換制御により、開閉シリンダ３１のシリンダロッド３１ｂを収縮させて挟持手段２１の移動部３２を固定部２２に接近させる閉方向に移動させ、固定部２２側のクランパ２３と移動部３２側のクランパ３３とを互いに接近させて、各クランプ面２３ａと３３ａ、及び２３ｂと３３ｂの間に車体パネルＷを挟持する。

ここで、固定部２２側のクランパ２３と移動部３２側のクランパ３３との間に介在される車体パネルＷの側辺部が移動部３２の接近方向に対して直交する方向に延在せず、例えば図５に示すように傾斜していた場合、クランパ２３、３３は車体パネルＷの傾斜に倣って回動し、固定部２２側のクランパ２３のクランプ面２３ａ、２３ｂを車体パネル上面Ｗａに接面させ、移動部３２側のクランパ３３のクランプ面３３ａ、３３ｂを車体パネル下面Ｗｂに接面させた状態で挟持することができる。したがって、保持力の低下や、車体パネルＷに変形を生じさせることなく、適切に車体パネルＷを挟持して保持することができる。

ロボットアーム２は、ワーク保持装置１１で車体パネルＷを保持すると、車体パネルＷをパーツストッカーから持ち上げて図示していない車体溶接装置まで搬送し、挟持手段２１による車体パネルＷの挟持を解除し、ワーク保持装置１１を待機位置に移動させる。

上記構成を有するワーク保持装置１１によれば、車体パネルＷを挟持した際に、挟持手段２１のクランパ２３、３３を車体パネルＷの傾斜に倣って回動させ、固定部２２側のクランパ２３のクランプ面２３ａ、２３ｂを車体パネル上面Ｗａに接面させ、移動部３２側のクランパ３３のクランプ面３３ａ、３３ｂを車体パネル下面Ｗｂに接面させることができる。

したがって、ロボットアーム２の姿勢制御の位置ずれや、車体パネルＷのパーツストッカー上における位置ずれ等が生じていた場合であっても、車体パネルＷを変形させることなく、適切な挟持力で挟持して保持することができる。

また、点接触の場合と比較して、挟持により車体パネルに凹凸が形成されるのを防ぐことができる。そして、点接触よりも強大な挟持力で挟持することができ、搬送途中における車体パネルＷの位置ずれを防止することができる。

また、多車種混流生産方式により、他車種の車体パネルＷを搬送する場合には、車体パネルＷの側辺部の形状が異なっており、傾斜角度が異なるときでも、クランパが回動することによってクランプ面２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂを車体パネル上面Ｗａ及び車体パネル下面Ｗｂに各々接面させて挟持することができる。したがって、各車種ごとに専用のワーク保持装置を用意する必要がなく、ワーク保持装置１１を共用することができる。よって、車種に応じてワーク保持装置１１を取り替える必要がなく、オートツールチェンジャを省略することができるとともに、ロボットアーム２の近傍位置に他のワーク保持装置１１を置いておく置き場所などを確保する必要もなく、装置全体の占有スペースを小さくすることができ、設置場所を選ばず、設置が容易なものとすることができる。

尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、自動車の車体パネルＷをワークの例として説明したが、他のものであってもよい。また、挟持手段２１の数も上述の４個に限定されるものではなく、ワークＷを適切に挟持して保持できる数量であればよく、適宜増減してもよい。

本実施の形態に係わるワーク保持装置を説明する図である。 図１のＡ方向矢視図である。 図１の要部を拡大して示す図である。 図２の要部を一部断面により示す図である。 ワークである車体パネルを保持した状態の一例を示す図である。 ワーク搬送装置全体の構成を説明する斜視図である。

符号の説明

１ ワーク搬送ロボット
２ ロボットアーム
１１ ワーク保持装置
１２ 支持フレーム
２２ 固定部
２３、３３ クランパ
２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ クランプ面
２３ｃ、３３ｃ 径方向外側部
２３ｄ、３３ｄ 径方向内側部
２５、３６ ベースプレート（ベース部）
３３ 移動部
４１、５１ ガイド部
４３、５３ ガイドローラ
Ｃ１、Ｃ２ 曲率半径回転中心軸線（回転中心軸線）
Ｈ１、Ｈ２ 仮想平面（同一平面）
Ｗ 車体パネル（ワーク）
Ｗａ 車体パネル上面
Ｗｂ 車体パネル下面

Claims (3)

1. 相対的に接近方向及び離間方向に移動可能な一対のベース部と、
   該一対のベース部に各々設けられ、ワークを間に介して互いに対向するクランプ面を有した一対のクランパと、
   前記各ベース部と該ベース部に対応する前記クランパとの間に各々介在されて、前記クランパのクランプ面と同一平面上に前記クランパの回転中心軸線が延在し、該回転中心軸線を中心として前記クランパを前記ベース部に回動自在に支持するガイド部と、を有し、
   前記一対のベース部を相対的に接近方向に移動させて前記クランプ面を前記ワークに当接させ、前記クランパを前記ワークに倣って回動させて、前記クランプ面を前記ワークに接面させた状態で前記ワークを前記一対のクランパの間に挟持して保持することを特徴とするワーク保持装置。
2. 前記クランパは、一定の曲率で半円弧状に湾曲して延在する棒状部材によって構成され、
   前記クランプ面は、前記クランパの両端部に各々形成され、前記クランパの曲率半径中心軸線から互いに径方向に離間して直径方向に延在する仮想平面に沿って形成されたことを特徴とする請求項１に記載のワーク保持装置。
3. 前記ガイド部は、
   前記クランパの径方向外側部と径方向内側部に各々当接して前記クランパの前記ベース部に対する接近方向及び離間方向への移動を規制するとともに、前記クランパの前記回動方向への移動を案内するガイドローラを有することを特徴とする請求項２に記載のワーク保持装置。

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