JP6420533B2

JP6420533B2 - 作業装置

Info

Publication number: JP6420533B2
Application number: JP2013225924A
Authority: JP
Inventors: 飯村　彰浩; 彰浩飯村; 清一森尻; 古川　潤; 潤古川; 敬由下土; 友宏兼石; 健太郎宮澤; 厚長尾
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: JP2015085435A

Description

本発明は、対象物を把持した後、運搬、組立等の作業を行う作業装置に関し、具体的には、ランダムに配置された対象物を把持操作した後、指定された作業を行うことができる一対の作業腕部を備える作業装置に関する。

従来、下記特許文献１に記載されているように、作業装置として所謂ロボットハンドが知られている。このようなロボットハンドは、対象物を吸着保持する吸着子と、左右に開閉可能な一対の爪によって対象物を把持して運搬を行う構造を有している。

特開平９−２０１７８８号公報

特許文献１に記載されているようなロボットハンドは、吸着子で対象物を吸着する際に、対象物の位置や姿勢を所定の状態に揃えておかないと、正確に保持運搬を行うことができず、これを防止するために対象物の位置や姿勢を所定の状態に揃えておく必要があった。具体的には、対象物を供給する際に、所定の姿勢に整列させる整列手段をベルトコンベア等の搬送手段に設ける必要があり、そのために装置全体が大型化するといった問題があった。

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、簡単な構成で、ランダムに配置された対象物を確実に把持操作することができる作業装置を提供することを目的とする。

本発明に係る作業装置は、ランダムに配置された対象物を把持操作する作業装置であって、対象物の姿勢を認識する第１の画像認識部と、前記第１の画像認識部によって取得した情報から吸着可能な対象物を選定する選定部と、前記第１の画像認識部を備えると共に、選定した前記対象物を所定の姿勢で吸着保持する吸着部とを備える第１の作業腕部と、前記第１の作業腕部が吸着した対象物を所定の姿勢で把持するように持ち替える動作を行う一対の把持爪を有する第２の作業腕部と、を備え、前記第１の画像認識部及び前記吸着部を有する第１のハンド部及び前記一対の把持爪を有する第２のハンド部が、前記第１の作業腕部及び前記第２の作業腕部の配列方向に沿う方向において相対的に近接及び離間自在に配置され、前記第１のハンド部及び前記第２のハンド部はそれぞれ運搬爪を有し、前記運搬爪は、前記吸着部の軸方向及び前記一対の把持爪の延設方向からそれぞれ斜め外方に傾斜して取り付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、第１の画像認識部と選定部とによって対象物の姿勢を認識して吸着可能な対象物を選定しているので、所定の姿勢で対象物を吸着保持することができる。また、所定の姿勢で吸着保持された対象物を第２の作業腕部で持ち替えるように把持するので、第２の作業腕部によって対象物の運搬や組付けなどの作業を行うことができる。

本発明の実施形態に係る作業装置の構成を説明するための斜視図。アーム部の構成を説明するための側面図。第１のハンド部の斜視図。部品供給部の斜視図。第２のハンド部の斜視図。一対の把持爪の斜視図。本発明の実施形態に係る作業装置の動作を説明するための図。本発明の実施形態に係る作業装置の動作を説明するための図。本発明の実施形態に係る作業装置の動作を説明するための図。

以下、本発明に係る作業装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る作業装置の構成を説明するための斜視図であり、図２は、アーム部の構成を説明するための側面図であり、図３は、第１のハンド部の斜視図であり、図４は、部品供給部の斜視図であり、図５は、第２のハンド部の斜視図であり、図６は、一対の把持爪の斜視図であり、図７から９は、本発明の実施形態に係る作業装置の動作を説明するための図である。

図１に示すように、本実施形態に係る作業装置１は、基台１２に回転固定部１１を介して載置された第１の作業腕部１０ａ及び第２の作業腕部１０ｂを備えている。第１の作業腕部１０ａは、部品供給部１３から対象物を吸着する第１のハンド部２１を備え、第２の作業腕部１０ｂは、第１の作業腕部１０ａが吸着した対象物を把持する第２のハンド部２２を備えており、これらの第１及び第２の作業腕部１０ａ，１０ｂは、制御部１５によって其々が独立して駆動可能に構成されている。さらに、基台１２の外部には、第２の作業腕部１０ｂが把持した対象物を別の対象物へ組み付ける等の作業を行う作業台１４が備え付けられている。

対象物５０は、図４に示すように軸５２の一端に突起状の頭部５１を有した部材などが好適に用いられ、部品供給部１３にその姿勢や位置がランダムに配置されている。部品供給部１３は、対象物５０同士が重なりあうことを防止するために振動等を加えて重なりを解消する振動手段を設けても構わない。

また、第１の作業腕部１０ａ及び第２の作業腕部１０ｂは、制御部１５に接続されてそれぞれが独立して駆動する。具体的には、第１の作業腕部１０ａ及び第２の作業腕部１０ｂに取り付けられた第１のハンド部２１及び第２のハンド部２２が第１の作業腕部１０ａ及び第２の作業腕部１０ｂの配列方向に沿う方向において相対的に近接および離間自在とされている。さらに、制御部１５は、第１のハンド部２１及び第２のハンド部２２を駆動して吸着部３１の吸着及び一対の把持爪３２の開閉制御を行っている。

図２に示すように、第１の作業腕部１０ａ及び第２の作業腕部１０ｂは、基台１２に対して回転固定部１１を介して回転可能に取り付けられている。また、第１の作業腕部１０ａ及び第２の作業腕部１０ｂは、回転固定部１１に取り付けられ、基台１２と略垂直に交わる第１軸４１の周りに回動自在な第１リンク部４２と、第１リンク部４２の一端に第２軸４３を介して取り付けられ、第１リンク部４２の第１軸４１に交差する水平な第２軸４３周りに前後方向に回動自在な第２リンク部４４と、第２リンク部４４の先端に設けられ当該第２リンク部４４の第２軸４３に平行する第３軸４５周りに前後方向に回動自在な第３リンク部４６と、第３リンク部４６の先端に設けられ第４軸４７の軸周りに回動自在な第４リンク部４８とからなるハンド移動部２０と、第４リンク部４８の先端に取り付けられたハンドエフェクタとしての第１及び第２のハンド部２１,２２とを備えている。第１の作業腕部１０ａ及び第２の作業腕部１０ｂは、このように構成されているので、その先端に取り付けられた第１及び第２のハンド部２１,２２は三次元的に移動可能とされている。

次に、図３から６を参照して第１のハンド部２１及び第２のハンド部２２について説明を行う。図３に示すように、第１のハンド部２１は、第１の作業腕部１０ａの第４リンク４８に取り付けられるアタッチメント２３と、アタッチメント２３から軸方向に延び、先端で対象物５０を吸着する吸着部３１と、軸方向から斜め外方に傾斜して延びる運搬爪３５とを備えている。また、第１のハンド部２１は、対象物５０の画像を取得するカメラなどの第１の画像認識部３３を備えており、第１の画像認識部３３によって認識した対象物５０の画像情報を選定部１６によって処理している。

ここで、選定部１６では、図４に示すように部品供給部１３にランダムに配置された対象物５０から吸着可能である姿勢である対象物５０を選択する処理を行っている。具体的には、本実施形態においては、対象物５０が軸５２の一端に突起状の頭部５１を有した部材を用いているが、この場合、軸５２の延びる方向及び頭部５１や軸５２が他の対象物５０と重なっていないことを識別して吸着可能な対象物５０を選定している。このような選定処理を行うことができれば、どのようなアルゴリズムを適用しても構わない。

このように、第１の作業腕部１０ａは、部品供給部１３にランダムに配置された対象物５０から吸着可能な対象物５０を選択し、軸５２の方向を認識して吸着する際の第１のハンド部２１の向きを決定することができるので、吸着部３１によって常に所定の姿勢で対象物５０を吸着保持することができる。

図５に示すように、第２のハンド部２２は、第４リンク４８に取り付けられたアタッチメント２３と、アタッチメント２３に取り付けられた平行チャック２４と、平行チャック２４によって開閉自在に取り付けられた一対の把持爪３２とを備えている。

平行チャック２４は、爪部２４ａ,２４ａを圧力や電力等の外部からの駆動源の入力によって一定のストロークで互いに離間及び近接するように開閉可能な要素部品であり、爪部２４ａ,２４ａを開閉することにより対象物５０を把持・解放することが可能となっている。なお、本実施形態において平行チャック２４は、制御部１５から得た信号によって駆動するソレノイドを用いた場合について説明を行ったが、駆動源を別途用意してエアやオイルを用いても構わないし、ステッピングモータで構成されても構わない。

爪部２４ａ，２４ａには、一対の把持爪３２が取り付けられている。一対の把持爪３２は、第１の把持爪３２ａと、第２の把持爪３２ｂとから構成されている。また、図６に示すように、第１の把持爪３２ａの第２の把持爪３２ｂと対向する面は、平坦面３７に形成されており、先端が平坦面３７に対して段差３８を形成している。なお、段差３８も第２の把持爪３２ｂと対向する面が平坦面に構成されている。

第２の把持爪３２ｂは、第１の把持爪３２ａと対向する面が軸方向直交断面形状において略Ｖ字状に形成されている。このように、一対の把持爪３２は、対象物５０の略球状の頭部５１を平坦面とＶ字状の溝３６で水平方向から把持しているので、頭部５２を三点で支持することができ、所定の姿勢で確実に対象物５０を把持することができる。

さらに、第１の把持爪３２ａ及び第２の把持爪３２ｂの先端には、補助板３９ａ，３９ｂが取り付けられており、補助板３９ａ，３９ｂによって対象物５０の軸５２を水平方向から把持している。なお、補助板３９ａ，３９ｂの軸５２と当接する箇所も上述した第１の把持爪３２ａ及び第２の把持爪３２ｂと同様に、補助板３９ａを平坦面に、補助板３９ｂをＶ字溝状に形成すれば、軸５２を三点で支持することができ、頭部５１の把持と相まって対象物５０をより確実に所定の姿勢で把持することが可能となる。

また、第２のハンド部２２は、第１のハンド部２１と同様に運搬爪３５を備えており、一対の把持爪３２の延設方向から斜め外方に傾斜して取り付けられている。

なお、一対の把持爪３２は、ボルト等の締結手段によって爪部２４ａに組み付けられており、爪部２４ａ,２４ｂの動作に伴って離間・近接する。

このように構成された本実施形態に係る作業装置１は次に説明する動作を行うことで、対象物５０を組付部品５３への組み付け作業を行う。

まず、第１の作業腕部１０ａを駆動して、選定部１６で吸着可能と選定された対象物５０を部品供給部１３から一つ吸着して取り出す。この際、第１の作業腕部１０ａは、吸着される対象物５０が所定の姿勢となるように、吸着部３１の位置を調整して対象物５０を吸着する。具体的には、図３に示すように、対象物５０の軸５２が運搬爪３５の方向を向くような姿勢で頭部５１を吸着保持する。

次に、第１の作業腕部１０ａ及び第２の作業腕部１０ｂを駆動して第１の作業腕部１０ａが吸着保持している対象物５０を第２の作業腕部１０ｂへ持ち替える動作を行う。具体的には、図７に示すように、第１の作業腕部１０ａが吸着保持している対象物５０の軸方向に沿って頭部５１側から第２の作業腕部１０ｂを移動させて一対の把持爪３２によって頭部５１を把持する。

このとき、第１の把持爪３２ａには、段差３８が形成されているので、対象物５０を吸着保持した第１の作業腕部１０ａから対象物５０を持ち替える際に、第１のハンド部２１の吸着部３１と一対の把持爪３２とが干渉しないように逃げ部を構成している。したがって、第１の作業腕部１０ａから第２の作業腕部１０ｂへの対象物５０の持ち替えを円滑に行うことができる。

また、この持ち替え作業時に、第２のハンド部２２に取り付けた第２の画像認識部３４によって対象物５０の姿勢を識別しながら持ち替え作業を行うと、より持ち替え作業を円滑に行うことが可能となる。

さらに、第１のハンド部２１及び第２のハンド部２２に取り付けられた運搬爪３５は、吸着部３１の軸方向及び一対の把持爪３２の延設方向から斜め外方に傾斜しているので、対象物５０の持ち替え作業時に運搬爪３５同士が干渉することがない。

本実施形態に係る作業装置１は、第２のハンド部２２に対象物５０を持ち替えた後に、図８に示すように、作業台１４に載置された組付部品５３に対象物５０を組み付ける作業を行う。この際、第２のハンド部２２が所定の姿勢で対象物５０を把持しているので、組付部品５３への組み付け作業を確実に行うことが可能となる。

また、本実施形態に係る作業装置１は、所定の個数の対象物５０を所定の位置へ組み付けた後、第１のハンド部２１および第２のハンド部２２に取り付けた運搬爪３５によって組付部品５３を把持して完成品として図示しない完成台へ運搬することができる。この際、運搬爪３５が吸着部３１の軸方向及び一対の把持爪３２の延設方向から外方に傾斜して取り付けられているので、運搬爪３５によって組付部品５３を把持する際に、吸着部３１および一対の把持爪３２が組付部品５３と干渉することがなく、組付部品５３の運搬作業を円滑に行うことができる。

また、組付部品５３に組み付けた対象物５０の分解作業を行う場合には、吸着部３１による吸着と、一対の把持爪３２による把持とによって複数の対象物５０を同時に分解することができるので、分解作業の工数を削減することができる。

このような作業置１によれば、部品供給部１３にランダムに配置した対象物５０を組付部品５３に組み付ける場合であっても、部品供給部１３において対象物５０を整列させる必要がなく、確実に組付け作業を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲において、種々の変更が可能である。例えば、本実施形態では、対象物５０として軸５２の一端に突起状の頭部５１を有した部材について説明を行ったが、対象物５０の形状は如何なる形状であっても構わない。この場合、選択した形状によって対象物の選定の際の所定の姿勢を選定部１６に入力指定することで組み付け作業を確実に行うことができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１作業装置，１０ａ第１の作業腕部，１０ｂ第２の作業腕部，１６選定部，３１吸着部，３２一対の把持爪，３２ａ第１の把持爪，３２ｂ第２の把持爪，３３第１の画像認識部，３７平坦面，３８段差，５０対象物。

Claims

ランダムに配置された対象物を把持操作する作業装置であって、
対象物の姿勢を認識する第１の画像認識部と、
前記第１の画像認識部によって取得した情報から吸着可能な対象物を選定する選定部と、
前記第１の画像認識部を備えると共に、選定した前記対象物を所定の姿勢で吸着保持する吸着部とを備える第１の作業腕部と、
前記第１の作業腕部が吸着した対象物を所定の姿勢で把持するように持ち替える動作を行う一対の把持爪を有する第２の作業腕部と、を備え、
前記第１の画像認識部及び前記吸着部を有する第１のハンド部及び前記一対の把持爪を有する第２のハンド部が、前記第１の作業腕部及び前記第２の作業腕部の配列方向に沿う方向において相対的に近接及び離間自在に配置され、
前記第１のハンド部及び前記第２のハンド部はそれぞれ運搬爪を有し、
前記運搬爪は、前記吸着部の軸方向及び前記一対の把持爪の延設方向からそれぞれ斜め外方に傾斜して取り付けられていることを特徴とする作業装置。
請求項１に記載の作業装置において、
前記一対の把持爪は、互いに近接離間する第１の把持爪と、第２の把持爪と、を備え、
前記第１の把持爪の前記第２の把持爪との対向面は、平坦面に形成され、
前記第２の把持爪の前記第１の把持爪との対向面は、断面略Ｖ字状に形成されることを特徴とする作業装置。
請求項１又は２に記載の作業装置において、
前記一対の把持爪は、前記第１の作業腕部が吸着した対象物を前記第２の作業腕部が把持する際に、前記吸着部との干渉を防止する逃げ部を備えることを特徴とする作業装置。