JP7620109B2 - ロボットハンドのワーク把持判定機構 - Google Patents

Description

本発明は、チャックによってワークを把持するロボットハンドのワーク把持判定機構に関する。

工作機械にはワークを自動搬送するワーク自動搬送機が設けられ、搬送ロボットによってワークを把持し、主軸チャックなどとの間でワークの受渡しが可能な構成を有している。そして、その搬送ロボットは、チャック機構を備えたロボットハンドによってワークの把持および解放が行われる。自動制御で行われるワークの受渡しにおいては、ロボットハンドが制御指令通りにワークを把持していることを確認する必要がある。こうした自動加工機ではチャック装置での判定が必要であり、下記特許文献１には従来例として、チャック本体におけるワーク把持判定機構が開示されている。

従来例では、搬送ロボットからテーブル上のチャックにワークの受渡しが行われる場合、チャック爪によって把持されるワークが調節ボルトに当てられ、弁棒がばねの付勢力に抗して押し込まれる。これによりエアポンプから供給されるエアが流路を流れることによって圧力スイッチが作動し、着座及び把持確認信号が出力される。また、加工終了によって搬送ロボットへのワークの受渡しが行われる場合には、チャック爪が開いて搬送ロボットによってワークが取り出されると、ばねの付勢力によって弁棒が突出し、エアが大気中に放出されることにより圧力スイッチが切れる。

実開平７－２４５３６号公報

しかし、把持するワークによって作用する検出装置は、チャックによる把持状態によって正確な判定ができない場合がある。前記従来例の場合にはワークが調節ボルトに当てられ、弁棒がばねの付勢力に抗して押し込まれることによって把持確認が行われる。弁棒のようなプッシャは傾いたワークの姿勢によって押し込まれないことがあり得るからである。また、搬送ロボットの先端部に設けられるようなロボットハンドは、ワークを把持して移動し、正確な位置決めが行われるものであるため、小型・軽量であることが好ましい。そのため、ワークを把持するためのチャック機構以外に、複雑なワーク把持判定機構を設けることは、小型・軽量の要求に反することになる。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、ワークの有無を判定するロボットハンドのワーク把持判定機構を提供することを目的とする。

本発明の一態様におけるロボットハンドのワーク把持判定機構は、ワークを把持するチャック爪が取り付けられ、径方向に摺動する複数のマスタージョーと、前記マスタージョーの移動による外径側摺動端または内径側摺動端の位置を検出する検出装置と、前記検出装置の検出信号に基づいて前記チャック爪が把持したワークの有無を判定する制御装置と、を有し、前記検出装置は、前記マスタージョーに形成された、前記外径側摺動端または前記内径側摺動端に位置する状態でロボット本体部のエア供給流路と連通してエアを大気に放出する判定用流路と、前記エア供給流路のエア圧を測定するセンサと、で構成されたものである。
また、本発明の他の態様におけるロボットハンドのワーク把持判定機構は、ワークを把持するチャック爪が取り付けられ、径方向に摺動する複数のマスタージョーと、前記マスタージョーの外径側摺動端または内径側摺動端を検出する検出装置と、前記検出装置の検出信号に基づいて前記チャック爪が把持したワークの有無を判定する制御装置と、を有する。

前記構成によれば、ワークの把持や解放時に移動するマスタージョーについて、外径側摺動端または内径側摺動端に位置するか否かを検出装置によって検出し、その検出信号を受けた制御装置ではロボットハンドにおいて把持したワークの有無が判定できる。よって、本発明のワーク把持判定機構によれば、ロボットハンドに対して従来のようなプッシャを使用することはなく、マスタージョーが摺動端に位置することを確認するシンプルな構成とすることができる。

工作機械を簡略化して示した正面図である。 ロボットハンドを示した外観斜視図である。 第１実施形態のワーク把持判定機構を示した図である。 第１チャック側のエア流路部分における構成を示した拡大断面図である。 第１チャック側のエア流路部分における構成を示した拡大断面図である。 第２実施形態のワーク把持判定機構の一部を示す概念図である。

本発明に係るロボットハンドのワーク把持判定機構の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態のロボットハンドは、工作機械に組み込まれたワーク自動搬送装置の一部を構成するものであり、図１は、その工作機械を簡略化して示した正面図である。工作機械１は、中央にワーク加工部３があり、図面右の入口側にはワーク供給部４が、そして図面左の出口側にはワーク排出部５が設けられている。ワーク加工部３、ワーク供給部４およびワーク排出部５は、それぞれ外装カバーによって覆われ、そのカバー前面には開閉扉や窓が形成され、操作パネルなどが設けられている。図１にはカバー前面を省略した内部構造が示されている。

ワーク加工部３には、主軸チャック１１を備えた主軸装置や、その主軸チャック１１に対してワークを受渡しするワーク自動搬送装置１２が設けられている。また、図１には示されていないが、ワーク加工部３にはワークを加工するための工具を備えた工具台や、その工具台を移動させるための移動装置などが構成されている。よって、ワーク加工部３では、ワーク自動搬送装置１２によってワークが主軸チャック１１に受渡しされ、回転するワークに対して例えば切削工具が当てられて所定の加工が行われる。

ワーク加工部３は、機内の前方側上部にガイドレールを備えた水平な梁部材１３が架設され、そこに走行装置１４が組み付けられている。走行装置１４は、走行台がガイドレールを摺動可能に取り付けられ、ボールネジ機構を介し駆動モータによって直線移動するよう構成されている。ワーク自動搬送装置１２は、この走行装置１４にロボットアーム１５が搭載されている。ロボットアーム１５は下方に延び、走行装置１４に対して旋回テーブルを介して取り付けられている。また、ロボットアーム１５は、関節機構１６によって下側の前腕部１７が折り曲げ可能であり、その前腕部１７の先端部分にチャックを備えたロボットハンド１８が回転機構１９を介して組み付けられている。

ワーク供給部４は、ローラコンベア２１が設けられ、機体側面の入り口からワークＷが投入され、傾斜によってワーク加工部３側へと進むように構成されている。ローラコンベア２１の下流側には、ワークＷを上昇させるワーク昇降装置２２が設けられている。従って、ローラコンベア２１上に複数のワークＷが一列に並べられ、先頭のワークＷがワーク昇降装置２２によって上方に持ち上げられるようになっている。上昇した受渡し位置にはクランプ装置２３が設けられ、ワーク自動搬送装置１２への受渡しによってワーク加工部３内へとワークＷが運ばれるようになっている。一方、ワーク排出部５は、ワーク加工部３から送られた加工済みワークＷの排出を行うよう構成されている。ワーク排出部５は、ワーク供給部４と対称的な構成を有し、クランプ装置２５に受渡しされたワークＷをワーク昇降装置２６が下降させ、ローラコンベア２７へと送るよう構成されている。

次に、図２は、ロボットハンド１８を示した外観斜視図である。ロボットハンド１８は、そのベースブロック３１に、図面表側の第１チャック１８Ａとその裏側の第２チャック１８Ｂとを有し、両方でワークＷを把持することが可能になっている。同じ構造の第１及び第２チャック１８Ａ，１８Ｂは、放射状に配置された３つのマスタージョー３２が径方向に摺動するよう構成され、そのマスタージョー３２にはワークＷに対応したチャック爪の着脱が可能になっている。従って、ワークＷに対する外径チャックの場合には、３つのマスタージョー３２が内径方向に移動することにより、チャック爪によってワークＷが把持され、外径方向に移動することでワークＷが解放される。逆に内径チャックであればマスタージョー３２が外径方向に移動してワークＷが把持され、内径方向に移動することで解放される。

ロボットハンド１８は、第１チャック１８Ａと第２チャック１８Ｂにおけるワークを把持したクランプと、ワークを解放するアンクランプとが行われる。第１および第２チャック１８Ａ，１８Ｂは、ワークを掴むための３本のマスタージョー３２が１２０°の等間隔で放射状に配置され、径方向に摺動するようにベースブロック３１に組み付けられている。ベースブロック３１の内部には、クランプ用ギヤにラックピストンを噛合させた開閉機構が構成されている。供給および排出される作動油の油圧によってラックピストンが加圧方向に変位し、それに伴ってクランプ用ギヤが所定量回転することにより、３本のマスタージョー３２に対して同期した径方向の直線運動が与えられる。

ロボットハンド１８は、作動油の他にもチャック爪によるワークのクランプ状態とアンクランプ状態との判定を行うためのワーク把持判定機構が設けられている。従来のワーク把持判定機構は、前述したようにワークの把持状態によって作用するプッシャ等によって構成されていた。本実施形態のワーク把持判定機構は、ワークの有無を直接判定する機構に替えて、ワークの把持および解放に際して作動するマスタージョー３２を確認するものである。そのため、ロボットハンド１８には作動油のほかにエアが供給されるよう構成されている。

図３は、ワーク把持判定機構を示した図である。ワーク把持判定機構は、第１および第２チャック１８Ａ，１８Ｂの両方に同じように構成されている。ベースブロック３１にはエアを送り込むためのエア供給流路３３が形成されている。そのエア供給流路３３は、同じタイミングで同じストロークの移動を行う３つのマスタージョー３２のうちの一つに向けて形成されている。エア供給流路３３にはエア配管３５を介して外部に設置されたエアポンプ３６が接続され、所定圧のエアが供給されるようになっている。ワーク把持判定機構は、エア配管３５にエア圧を検出する圧力スイッチ３７が設けられ、その圧力スイッチ３７が制御装置８に対して信号ケーブルを介して接続されている。

エア供給流路３３が突き当たるマスタージョー３２には、エアを排出するための判定用流路３４が形成されている。図３に示す第１チャック１８Ａと第２チャック１８Ｂは、それぞれのマスタージョー３２が移動可能なストローク範囲Ｓ（図５参照）の端部に位置した状態である。第１チャック１８Ａのマスタージョー３２は、ストローク範囲Ｓの外径側摺動端にまで移動した状態であり、第２チャック１８Ｂのマスタージョー３２は、ストローク範囲Ｓの内径側摺動端にまで移動した状態である。判定用流路３４は、マスタージョー３２が両方の摺動端に位置している場合にエア供給流路３３と接続されるよう構成されている。

図４は、第１チャック１８Ａ側のエア流路部分における構成を示した拡大断面図である。マスタージョー３２は、矢印Ｒで示す径方向に摺動するよう組付けられた摺動部４１と、チャック爪を取り付けられる取付け部４２とを有し、摺動部４１に判定用流路３４が形成されている。判定用流路３４は、摺動部４１の摺動方向（Ｒ方向）端面にエアを大気に放出する開口部が形成され、ベースブロック３１側に第１接続部４５と第２接続部４６が形成されている。マスタージョー３２とベースブロック３１との間にはプレート３８があり、エア供給流路３３の一部を構成する連結孔４３が形成されている。

第１接続部４５は、外径側摺動端にマスタージョー３２が位置している場合に連結孔４３と重なるように形成されている。第２接続部４６は、内径側摺動端にマスタージョー３２が位置している場合に連結孔４３と重なるように形成されている。従って、マスタージョー３２がいずれか一方の摺動端に位置している場合には、エア供給流路３３に送り込まれたエアは判定用流路３４から大気に放出されることとなる。第１接続部４５と第２接続部４６の径は連結孔４３に比べて径が小さいが、これはワークを把持する際の遊び（クランプ代）より小さくするためである。

ここで、図５は、図４と同じく第１チャック１８Ａ側のエア流路部分における構成を示した拡大断面図である。特に、チャック爪によってワークを把持した時のマスタージョー３２の位置が示されている。ワークを把持するマスタージョー３２の位置は、ワークの大きさのほか外径チャックか内径チャックかによって異なるが、ストローク範囲Ｓの途中に位置する。そのため、エア供給流路３３に連通する連結孔４３は、摺動するマスタージョー３２の摺接側面に位置し、その開口部が塞がれる。すなわち、連結孔４３が第１および第２接続部４５，４６と重なって連通する以外、エア供給流路３３は閉じた流路となるよう構成されている。

続いて、ロボットハンドのワーク把持判定機構が構成された工作機械１は、ワーク加工部３において回転するワークに対し切削工具が当てられ、所定の加工が行われる。その際、ワーク自動搬送装置１２は、加工前のワークを主軸チャック１１に受渡し、加工処理後は主軸チャック１１から加工済みワークを取り出す。ワークの受渡しを行うロボットハンド１８は、油圧操作によってマスタージョー３２が作動し、チャック爪の開閉によるワークの把持および解放が行われる。

例えばワークを外径チャックする前のロボットハンド１８は、図４や図３に示す第１チャック１８Ａのようにマスタージョー３２が外径側摺動端に位置し、判定用流路３４の第１接続部４５がエア供給流路３３の連結孔４３に重なっている。このときエアポンプ３６から供給されるエアは、エア供給流路３３から第１接続部４５を通って判定用流路３４へ流れ、大気に放出される。従って、エア供給流路３３およびエア配管３５内のエア圧は所定の閾値より低い状態である。

次に、ワーク把持指令に従って作動するロボットハンド１８は、マスタージョー３２が内径方向に移動し、チャック爪がワークに当てられる。それによってマスタージョー３２が図５に示すような位置で止められ、エア供給流路３３の連結孔４３がマスタージョー３２の側面によって塞がれる。エアポンプ３６からエア供給流路３３に供給されるエアは流れが止められるため、エア供給流路３３内のエア圧が高くなり、閾値を超えたところで圧力スイッチ３７から制御装置８に検出信号が送信される。そして、検出信号を受信した制御装置８では、ワークが把持されたと判定して次の駆動制御指示が行われる。

しかし、ロボットハンド１８によってワークが把持できずに落下させてしまうようなことがある。そうした場合は、内径方向に移動したマスタージョー３２が図３に示す第２チャック１８Ｂのように内径側摺動端に位置することになる。そして、判定用流路３４の第２接続部４６がエア供給流路３３の連結孔４３に重なる。このときエアポンプ３６から供給されるエアは、エア供給流路３３から第２接続部４６を通って判定用流路３４へ流れて大気に放出されるため、エア供給流路３３内のエア圧は所定の閾値より低い状態のままである。従って、本来であれば圧力スイッチ３７から送信される検出信号が送信されないため制御装置８ではエラー判定が行われる。なお、外径チャックについて説明したが、ワークを内側から把持する内径チャックを行う場合であっても同様な作用によってワークの把持判定やエラー判定が行われる。

よって、本実施形態によれば、ロボットハンド１８に対して従来のようなプッシャを使用することはなく、一つのマスタージョー３２に対して流路を形成したシンプルな構成のワーク把持判定機構を提供することができる。そのため、本実施形態のロボットハンド１８は部品点数が少なくなり、従来のロボットハンドに対しても改良点を少なくしたワーク把持判定機構となっている。また、このワーク把持判定機構によれば、ロボットアーム１５の先端部に取り付けられるロボットハンド１８を軽量化させることも可能になる。更に、本実施形態のワーク把持判定機構は、判定用流路３４の第１接続部４５と第２接続部４６がエア供給流路３３の連結孔４３に重ねられることにより、エアの大気放出によってマスタージョー３２が外径側摺動端または内径側摺動端に位置することが確認できる。すなわち、ストローク範囲Ｓにおけるチャックの開閉作動が正常であるか否かの確認も可能である。

また、本実施形態のワーク把持判定機構は、マスタージョー３２の外径側摺動端または内径側摺動端に位置する状態を確認するようにしたので、ワークの有無を確実に判定することができる。例えば、従来例のようにワークがプッシャを押すことで判定する構成では、ワークを把持しているにも関わらず、ワークが傾いてしまいプッシャが押されないことがある。このような場合にはワークが把持されていないとした判定に基づいて次の制御が行われてしまう。この点、本実施形態によれば、第１接続部４５や第２接続部４６の径がクランプ代より小さいため、どのような姿勢で把持したワークであってもワーク有りと判定することができる。

続いて、ロボットハンドのワーク把持判定機構について第２実施形態を説明する。図６は、ワーク把持判定機構の一部を示す概念図である。このワーク把持判定機構も前記第１実施形態と同様に、ワーク自動搬送装置１２のロボットハンド１８に構成されたものであり、マスタージョー３２が摺動端に位置する状態を検出するものである。ただし、本実施形態ではエア圧ではなくマスタージョー３２の存在を直接検出するための第１及び第２近接スイッチ５１，５２が使用される。

第１及び第２近接スイッチ５１，５２は、ベースブロック３１内に組み込まれ、制御装置８に対して信号ケーブルを介して接続されている。第１近接スイッチ５１は、マスタージョー３２が外径側摺動端に位置している場合にその外径側先端部分を検出するものである。一方、第２近接スイッチ５２は、マスタージョー３２が内径側摺動端に位置している場合にその内径側先端部分を検出するものである。なお、本実施形態の場合には、第１及び第２近接スイッチ５１，５２を同期する３本のマスタージョー３２のいずれか２本に分けて設置してもよい。

そこで、ワークの受渡しが行われるロボットハンド１８は、油圧操作によってマスタージョー３２が作動し、チャック爪の開閉によるワークの把持および解放が行われる。例えばワークを外径チャックする前のロボットハンド１８は、図３に示す第１チャック１８Ａのように外径側摺動端にマスタージョー３２が位置する。そのため、第１近接スイッチ５１によって検出された検出信号が制御装置８に送信され、アンクランプ状態と判定される。

次に、ワーク把持指令に従って作動するロボットハンド１８は、マスタージョー３２が内径方向に移動し、チャック爪がワークに当てられる。それによってマスタージョー３２が図５に示すような位置で止められるが、このとき第１及び第２近接スイッチ５１，５２によってマスタージョー３２の存在が確認できない。そのことにより、制御装置８ではロボットハンド１８によってワークが把持されたと判定され、次の駆動制御が行われる。

しかし、ワーク把持指令によって作動したロボットハンド１８によってワークが把持できず、マスタージョー３２が図３に示す第２チャック１８Ｂのように内径側摺動端に位置することがある。そのマスタージョー３２は第２近接スイッチ５２によって検出され、その検出信号が送信された制御装置８ではエラー判定が行われる。なお、ここでも外径チャックについて説明したが、ワークを内側から把持する内径チャックを行う場合であっても同様な作用によってワークの把持判定やエラー判定が行われる。

本実施形態によれば、ロボットハンド１８に対して従来のようなプッシャを使用することはなく、ベースブロック３１内に第１及び第２近接スイッチ５１，５２を組み込んだシンプルな構成とすることができる。そのためロボットハンド１８の部品点数を減らし、従来からの改良点を少なくしたワーク把持判定機構とすることができ、ロボットアーム１５の先端部に取り付けられるロボットハンド１８を軽量化させることも可能になる。そして、前記第１実施形態と同様に、どのような姿勢のワークであっても把持している状態をワーク有りと判定することができ、またストローク範囲Ｓにおけるチャックの開閉作動が正常であるか否かの確認も可能である。

本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、ロボットハンドは前記実施形態のものには限定されない。また、ロボットハンドに設ける検出スイッチは、近接センサ以外のリミットスイッチなど接触式検出方式であってもよい。

１…工作機械 ３…ワーク加工部 ８…制御装置 １２…ワーク自動搬送装置 １８…ロボットハンド １８Ａ…第１チャック １８Ｂ…第２チャック ３１…ベースブロック ３２…マスタージョー ３３…エア供給流路 ３４…判定用流路 ３５…エア配管 ３６…エアポンプ ３７…圧力スイッチ ４３…連結孔 ４５…第１接続部 ４６…第２接続部

Claims (5)

1. ワークを把持するチャック爪が取り付けられ、径方向に摺動する複数のマスタージョーと、
   前記マスタージョーの移動による外径側摺動端または内径側摺動端の位置を検出する検出装置と、
   前記検出装置の検出信号に基づいて前記チャック爪が把持したワークの有無を判定する制御装置と、
   を有し、
   前記検出装置は、前記マスタージョーに形成された、前記外径側摺動端または前記内径側摺動端に位置する状態でロボット本体部のエア供給流路と連通してエアを大気に放出する判定用流路と、前記エア供給流路のエア圧を測定するセンサと、で構成されたロボットハンドのワーク把持判定機構。
2. 前記判定用流路は、複数のマスタージョーの一つに形成され、前記エア供給流路がそのマスタージョーに対して形成された請求項１に記載するロボットハンドのワーク把持判定機構。
3. 前記判定用流路は、前記マスタージョーの摺動方向端面にエアを大気に放出する開口部が形成され、前記マスタージョーが前記外径側摺動端または前記内径側摺動端に位置する場合に、前記エア供給流路と連通する第１接続部と第２接続部とが形成されたものである請求項１または請求項２に記載するロボットハンドのワーク把持判定機構。
4. ワークを把持するチャック爪が取り付けられ、径方向に摺動する複数のマスタージョーと、
   前記マスタージョーの外径側摺動端または内径側摺動端を検出する検出装置と、
   前記検出装置の検出信号に基づいて前記チャック爪が把持したワークの有無を判定する制御装置と、
   を有するロボットハンドのワーク把持判定機構。
5. 前記検出装置は、前記ロボットハンド本体部に取り付け位置が調節可能に設けられ、前記マスタージョーの前記外径側摺動端または前記内径側摺動端を非接触で検出する検出センサである請求項４に記載するロボットハンドのワーク把持判定機構。

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