JP4285262B2 - ロボットのワーク把持機構 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットのワーク把持機構に関し、特に、把持したワークの位置決めを動力等を用いることなく簡単な構成で可能としたロボットのワーク把持機構に関する。

種々の製作現場において、前工程から払出されたワークをロボットを介して次工程へ搬送することが行われている。例えば、エンジンの製作現場では、前工程から払出された複数のシリンダーヘッドを、約２０マスに仕切られたトレーの各マスへ１個ずつ積み込むようなことが行われている。

ここで使用されるロボットは、ロボットアームにワーク把持機構が連結されている。そして、ワーク把持機構１００は、図１０（ａ）に示すように互いに対向させた一対のワーク把持爪１０１、１０２を備えている。ワーク把持爪１０１、１０２は、一方を固定爪、他方を可動爪として、エアシリンダ１０３によって可動爪（図ではワーク把持爪１０１）をスライドさせ、ワーク１１０を対面の固定爪（図ではワーク把持爪１０２）に突き当てて位置決めと把持とを行う。
しかし、このような単純な機構では、ワークの位置決めが正確になされていないと、多少の位置ずれ量を見込んで固定爪とワークにある程度の隙間を確保しておくことが必要であり、そのためワークを押すとワークが倒れる可能性がある。また、把持方向に対し９０度回転方向でもワークの位置決めがなされていないことから位置決め不良が起こり、ワーク把持爪で把持したワーク１１０をトレーに投入する際に、図１０（ｂ）に示すようにワーク１１０がトレー１２０と干渉することがある。
このため、従来のワーク保持機構では、リニアガイド機構により自由度を持たせたコンプライアンス機能と、ワーク把持爪の移動及び停止をするためのアクチュエータを使用した機構の両方を具備し、ワーク把持爪、すなわちワークの位置決め機能を有している（例えば特許文献１、２参照）。

特開昭６２−６８２３１号公報 特開平５−２６９６８９号公報

しかし、前記のように、従来のロボットのワーク把持機構は、ワーク把持爪に対してコンプライアンス機能に加えて、移動、停止のためのアクチュエータを使用した機構を備える必要があったので、機構が複雑化する問題点があった。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、簡単な構成でワークの位置決めができるロボットのワーク把持機構を提供することを目的にしている。

上記の如くの目的を達成する本発明のうち、請求項１記載の発明は、ロボットアームに連結されるワークの把持機構において、
流体圧シリンダによって遠近移動される対設した一対のワーク把持爪を有するワーク把持部が、水平に対して傾斜して設置したリニアガイドを介して移動可能に設置してあり、該リニアガイドの傾斜方向下側で前記ワーク把持部の傾斜方向下方への移動を停止させる位置規制手段が設けられており、前記リニアガイドは、前記一対の把持爪が遠近移動する方向に平行な第１の面と、この第１の面と交差する第２の面の２方向に沿って、それぞれ設置されており、前記第１の面に設置されたリニアガイドと前記第２の面に設置されたリニアガイドの一方は、他方のリニアガイドを介して前記ワーク把持部とともに移動可能とされており、前記ワーク把持部を、少なくとも一つのリニアガイドに沿って傾斜方向上側に引き上げる付勢手段を備えることを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、請求項１の発明において、前記ワーク把持部は、前記付勢手段によってリニアガイドにおいてフローティング状態とされることを特徴とする。

本発明のロボットのワーク把持機構によれば、ワーク把持爪でワークを把持して、ロボットアームを介して引き上げると、ワーク把持部がワークと共に、傾斜して設置したリニアガイドに沿って移動し、位置規制手段で定められる一定の位置で停止する。即ち、ワークの位置決めを、アクチュエータ等によることなく行うことができ、ワーク把持機構の構成をそれだけ簡単にすることができる。前記位置規制手段は、ワーク把持手段とリニアガイドの間で機構的に決まる移動限界や、別途設けたストッパなどで構成することができる。
なお、本発明では、付勢手段などにより達成されるフローティング機構をリニアガイドに設けるのが望ましい。２方向のリニアガイドでは、その一方または両方にフローティング機構を備えることができる。該フローティング機構によって、ワークの位置ずれによる干渉問題などを解消することができ、ワークを容易に把持することを可能にする。

以下、本発明の一実施形態を図を参照して説明する。

図１はロボットアーム本体１０に連結したワーク把持部２０のＸ軸方向視の図を表し、図２はＸ軸と直交するＹ軸方向視の図を表している。また、図３は図２の反対方向から見た断面を表している。

ワーク把持部２０は、ワークＷを把持するために、一対のワーク把持爪３１、３２が遠近移動可能に対向して設置されている。即ち、一方のワーク把持爪３１が流体圧（例えばエアー）シリンダ本体３３に連結板３４を介して連結され、他方のワーク把持爪３２が流体圧シリンダ本体３３に対し離接移動する離接板体３５に連結板３６を介して連結されている。該離接板体３５は、流体圧シリンダ本体３３に嵌挿されたピストンロッド３７およびその両側の２本のガイドロッド３８の端部に取り付けられているものである。ガイドロッド３８、３８は、シリンダ本体３３側に摺動可能に取り付けられている。流体圧シリンダ本体３３への流体の給排によって、前記ピストンロッド３７が伸縮して流体圧シリンダ本体３３に対して離接板体３５が離接移動する。これにより、一対のワーク把持爪３１、３２が鎖線３１a、３２ａで示すように、開閉方向に移動できるようになっている。

また前記流体圧シリンダ本体３３の外壁には、図２、３に示すように、ピストンロッド３７及びガイドロッド３８が延びる方向および縦方向（この実施形態では鉛直方向）に沿ってＸ軸板体４１が固着してあり、このＸ軸板体４１の外面にＸ軸リニアガイド４２の一部を構成するガイド４３が前記Ｘ軸板体４１の板面に沿って取り付けてある。前記ガイド４３にはレール４４が嵌装されてＸ軸リニアガイド４２が構成される。該レール４４は、Ｘ軸板体４１と対向して外側に位置している板体４５に取り付けられている。そして、このＸ軸取付板４５の一端に、該Ｘ軸取付板４５と直角に伸びるＹ軸板体５１が連結されており、このＹ軸板体５１の外面には、Ｙ軸リニアガイド５２の一部を構成するガイド５３が取り付けてある。このガイド５３にレール５４が嵌装されてＹ軸リニアガイド５２が構成されている。前記ロボットアーム本体１０には、Ｙ軸取付板５５が垂下するように固定されてＹ軸板体５１と平行に対向しており、該Ｙ軸取付板５５の内面にレール５４が取り付けられている。

また、前記ガイド４３とレール４４で構成されたＸ軸リニアガイド４２は、ワーク把持爪３１、３２が遠近移動する方向に平行で、かつ縦方向（この実施形態では鉛直方向）に沿った面（第１の面）内にあり、図４に示されるように、Ｙ軸板体５１側が低くなるように斜行設置してある。また、前記ガイド５３とレール５４で構成されたＹ軸リニアガイド５２は、上記第１の面と直交し、縦方向（この実施形態では鉛直方向）に沿った面（第２の面）内にあり、図５に示されるようにＸ軸取付板４５側が低くなるように斜行して設置してある。つまり、ワーク把持部２０は、上記第１の面と第２の面内で、各リニアガイド４２、５２に沿ってスライド移動可能となっており、より具体的には、一対のワーク把持爪３１、３２、流体圧シリンダ本体３３、Ｘ軸リニアガイド４２を含む部材が、Ｙ軸リニアガイド５２によって斜行して移動可能であり、一対のワーク把持爪３１、３２、流体圧シリンダ本体３３を含む部材はＸ軸リニアガイド４２によって斜行して移動可能になっている。また上記第１の面と第２の面とが交差する方向に移動可能となっている。

さらに本発明の付勢部材として、移動可能なワーク把持部２０（一対のワーク把持爪３１、３２、流体圧シリンダ本体３３、Ｘ軸リニアガイド４２を含む部材）を、Ｙ軸リニアガイド５２に沿って斜め上側に向かって引き上げるための引張りスプリング６１が取り付けられている。具体的には、図５に示すように、Ｙ軸取付板５５の端部（ガイド５３の上部先端側）に設けられたポスト６２に引張りスプリング６１の一端が接続され、該引張りスプリング６１の他端はＸ軸取付板４５に接続されるように張設されている。この際に、前記ワーク把持部２０（一対のワーク把持爪３１、３２、流体圧シリンダ本体３３、Ｘ軸リニアガイド４２を含む部材）は、無負荷の状態では、上記引張りスプリング６１の張力によってＹ軸リニアガイド５２の中途でフローティングするように引張りスプリング６１の張力が設定されている。また、前記ロボットアーム本体１０からは、前記Ｙ軸リニアガイド５２の傾斜方向下側に、ストッパアーム６３がワーク把持爪３１、３２の側方まで延びるように垂下させてあり、前記流体圧シリンダ本体３３側のＹ軸板体５１側端部には、該Ｙ軸板体５１に当たってワーク把持部２０の移動を規制するストッパ突部４６が設けられている。

次に、上記のように構成されたロボットのワーク把持機構の動作の様子を、図６、７を参照して説明する。図６（ａ）は、ワーク把持爪３１、３２を最も開いた状態で、ワーク把持部２０をロボットアーム本体１０とともに降下させて、ワーク把持爪３１、３２の間にワークＷが位置するようにした状態を表している。開いたワーク把持爪３１、３２は、Ｘ軸リニアガイド４２の傾斜に従ってＸ軸方向で下側（図の左側）に移動していると共に、引張りスプリング６１の張力でＹ軸リニアガイド５２の傾斜に従ってＹ軸方向に引き上げられてフローティングしている状態にある（図７（ａ）参照）。

図６（ａ）の状態で、流体圧シリンダ本体３３への流体の給排によって流体圧シリンダ本体３３と離接板体３５が接近するように操作すると、図６（ｂ）に示すように、先ず離接板体３５側のワーク把持爪３２がワークＷに近づくように移動してワークＷに当接する。ワーク把持爪３２がワークＷに当接すると、ピストンロッド側が固定されてシリンダ本体側が可動状態になるので、次にワーク把持爪３１がガイド４３とともにＸ軸リニアガイド４２に沿ってワークＷに近づくように移動し、図６（ｃ）のようにワーク把持爪３１、３２がワークＷを把持する。

このようにしてワークＷを把持した後、ロボットアーム本体１０を上方に引き上げると、ワーク把持部２０とワークＷは、図６（ｄ）に矢示２１で示すように、Ｘ軸リニアガイド４２の傾斜に従って傾斜方向下側に自重によって移動し、ストッパ突部４６とＹ軸板体５１が干渉する位置で停止する。図では、ガイドロッド３８の一端延長部にストッパ突部４６を設けて、このストッパ突部４６がＹ軸板体５１に当接するようにしているが、この構造に限られるものではなく、ストッパ突部の取り付け位置を変えたり、Ｙ軸板体５２側に流体圧シリンダ本体３３と干渉するストッパ部材を設けるなどしてもよく、ストッパとなる構造も適宜変更が可能である。

またワークＷを引き上げたときには、ワーク把持部２０は、同時にＹ軸リニアガイド５２の傾斜に従っても移動する。この様子が図７（ａ）〜図７（ｃ）に示される。即ち、図７（ａ）のように、ワークＷを把持したワーク把持部２０をロボットアーム本体１０とともに引き上げると、ワークＷ及びワーク把持部２０は、図７（ｂ）で矢示２２で示すように、その自重によって引張りスプリング６１の引張力に抗してＹ軸リニアガイド５２の傾斜に従って下側に移動する。このＹ軸リニアガイド５２の傾斜に従う移動は、図７（ｂ）に示すように、ワークＷがストッパアーム６３に当接したところで停止する。上記Ｘ軸側と同様に、ストッパの取付位置、構造はワークＷが所定の位置で停止するものであれば公知の技術に適宜変更が可能である。
以上のように、ワークＷを把持していないワーク把持爪３１、３２並びにワーク把持爪３１、３２で把持したワークＷは、リニアガイド４２、５２の傾斜に従って自重によって移動して遂にはストッパなどで移動が規制されることで、ロボットアーム本体１０に対して常に一定の位置に位置付けることができる。また、把持爪がリニアガイドの傾斜によって容易に移動するので、ワーク把持爪３１、３２でワークＷを把持する際に、ワーク把持爪３１、３２とワークＷとが干渉してワークＷが転倒するのを防止できる。

上記ワーク把持爪３１、３２で把持されたワークＷは、図８（ａ）（ｂ）に示すように、トレー７０のマス７１に位置ずれすることなく収容することができ、この際に、ワークＷがマス７１の仕切壁に干渉することもなく、円滑に収納作業を行うことができる。

把持したワークＷを開放する際には、流体圧シリンダ本体３３のピストンロッド３７を伸長させることで把持爪３１、３２がより離れる。また、この際にワーク把持部２０は、図７（ｃ）に示した矢示２３のように、引張りスプリング６１の引張力でＹ軸リニアガイド５２の傾斜に従ってその中間部まで引き上げられて再度フローティングする。

上記に示すように本発明のワーク把持機構によれば、ワーク把持部２０を移動させるためのアクチュエータ等を利用した機構は必要がなくなり、ワーク把持機構を簡単に構成することができる。
なお、上記実施形態によって本発明を説明したが、本発明が上記説明に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更可能である。

本発明の実施形態のワーク把持機構のＸ軸方向の断面図である。 同じくワーク把持機構のＹ軸方向の断面図である。 図２と反対側の断面図である。 同じくワーク把持機構のＸ軸リニアガイドの設置態様を示す正面図である。 同じくワーク把持機構のＹ軸リニアガイドの設置態様を示す側面図である。 実施形態のワーク把持機構の動作を説明する図である。 同じく、実施形態のワーク把持機構の動作を説明する図である。 同じく動作を説明する図で、把持したワークをトレーに収納した正面図である。 同じく動作を説明する図で、把持したワークをトレーに収納した側面図である。 （ａ）は、従来のワーク把持機構によってワークを把持する動作を説明する図であり、（ｂ）は把持したワークをトレイに収納する際の状態を示す図である。

符号の説明

１０ ロボットアーム
２０ ワーク把持部
３１ ワーク把持爪
３２ ワーク把持爪
３３ 流体圧シリンダ本体
３４ 連結板
３５ 離接板体
３６ 連結板
３７ ピストンロッド
３８ ガイドロッド
４１ Ｘ軸板体
４２ Ｘ軸リニアガイド
４３ ガイド
４４ レール
４５ 板体
４６ ストッパ突部
５１ Ｙ軸板体
５２ Ｙ軸リニアガイド
５３ ガイド
５４ レール
５５ 垂下板体
６１ 引張りスプリング
６２ ポスト
６３ ストッパアーム
７０ トレー
７１ マス

Claims (2)

1. ロボットアームに連結されるワークの把持機構において、
   流体圧シリンダによって遠近移動される対設した一対のワーク把持爪を有するワーク把持部が、水平に対して傾斜して設置したリニアガイドを介して移動可能に設置してあり、該リニアガイドの傾斜方向下側で前記ワーク把持部の傾斜方向下方への移動を停止させる位置規制手段が設けられており、前記リニアガイドは、前記一対の把持爪が遠近移動する方向に平行な第１の面と、この第１の面と交差する第２の面の２方向に沿って、それぞれ設置されており、前記第１の面に設置されたリニアガイドと前記第２の面に設置されたリニアガイドの一方は、他方のリニアガイドを介して前記ワーク把持部とともに移動可能とされており、前記ワーク把持部を、少なくとも一つのリニアガイドに沿って傾斜方向上側に引き上げる付勢手段を備えることを特徴とするロボットのワーク把持機構。
2. 前記ワーク把持部は、前記付勢手段によってリニアガイドにおいてフローティング状態とされることを特徴とする請求項１記載のロボットのワーク把持機構。

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