JP2018199194A - パラレルリンクロボット用ロボットハンド及びパラレルリンクロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 ツールチェンジを行なうことなく把持と吸着を選択的に高速且つ高精度で行なうことができる軽量のパラレルリンクロボット用ロボットハンド及びパラレルリンクロボットを提供する。【解決手段】 本発明のパラレルリンクロボット用ロボットハンド2は、固定プレート20に取り付けられた複数の可動プレート用モータ10の動力を、リンク機構40を介して1つの可動プレート30に伝えるパラレルリンクロボット1の可動プレートに取り付けられる。ロボットハンドは対象物Oを把持する把持部50と、対象物を吸着する吸着部60と、把持部及び吸着部が取り付けられるブラケット70とを備えており、ブラケットは、把持部又は吸着部を可動プレートに直交する第1軸A1と交わる位置まで選択的に移動させて第1軸まわりに回転させることを特徴とする。【選択図】図3

Description

本発明は、パラレルリンクロボットで対象物の把持と吸着を行なうためのパラレルリンクロボット用ロボットハンドであり、特にツールチェンジを行なうことなく把持と吸着を選択的に高速且つ高精度で行なうことができる軽量のパラレルリンクロボット用ロボットハンド及びパラレルリンクロボットに関する。

産業用ロボットにおいて、異なる種類のワークや部品等（以下、「対象物」という。）に対応するべく、把持用のロボットハンドや吸着用のロボットハンドを別体で用意しておき、対象物の種類に応じて交換（ツールチェンジ）を行なうことがあるが、交換作業に時間がかかるという問題があった。
産業用ロボットのうちパラレルリンクロボットは、固定プレートに取り付けた複数のモータの動力を、アーム及びロッドを介して1つの可動プレートに伝え、可動プレートに取り付けたロボットハンドで作業を行なう仕組みであり、高速且つ高精度という特徴がある。
パラレルリンクロボットとしては固定プレートに3つのモータを取り付けたデルタ型と呼ばれる3自由度制御のタイプやヘキサ型と呼ばれる6つのモータを取り付ける6自由度制御のタイプが知られている（非特許文献1）。また、デルタ型のパラレルリンクロボットに対してロボットハンドを駆動するための第4軸を追加したタイプ（特許文献1）や、第4〜6軸を追加したタイプ（特許文献2）も知られている。

ロボットハンドとして例えば特許文献3には、左右一対のフィンガと、各フィンガの先端に回動可能に取り付けた把持部と、各把持部の先端に取り付けた吸着器等から成る垂直多関節ロボット用のロボットハンドが開示されている。一対のフィンガの間隔を狭めることにより把持部で対象物の左右を挟んで把持することができ、把持した状態で把持部を前方に回動させることで対象物の向きを変えることができる。また、対象物を吸着器で吸着することができ、吸着した状態で吸着器（把持部）を前方に回動させることで対象物の向きを変えることができる。
また、特許文献4には、複数の部品を移送してワークに組み付ける部品移送組付装置用として、開閉自在な3つの爪部から成る第1把持部材と、8つの吸着部から成る第2把持部材をベース部材の表裏に備える把持装置が開示されている。この把持装置はベース部材の表裏を回転させることで爪部による把持と吸着部による吸着を切り替えることができる。また、対象物を把持又は吸着した状態でベース部材の表裏を回転させることで対象物の向きを変えることができる。

特公平4−45310号公報 特許第4659098号公報 特開2013−223905号公報 特許第5364150号公報

藤原ら，「パラレルリンクロボットによる生産革新」, Panasonic Technical Journal, Jan. 2013, Vol. 58 No.4

しかし、上記特許文献3及び4に開示された技術をパラレルリンクロボットに適用するには次のような問題がある。
すなわち、パラレルリンクロボットは可搬重量が小さいという特徴がある。上記特許文献3及び4に開示された技術では、把持部や吸着部を駆動させるためのモータ等が重量物となるため、把持部や吸着部をパラレルリンクロボットの可動プレートに取り付けるのが難しいという問題や、取り付けた場合には対象物の重量（可搬重量）が制限されるという問題がある。
また、例えばライン上を複数の対象物が混在して流れてくる場合など、対象物の種類に応じて適切な位置を把持／吸着する作業や、把持／吸着した状態で移動し、所定の位置において正確な向きに対象物を置いたりする作業には、把持部及び吸着部を水平面内で自在に回転させ、位置決めできる機構を備えているのが望ましいが、上記特許文献3及び4の技術では把持部及び吸着部を水平面内で回転させることができないという問題もある。

本発明は、このような問題を考慮して、ツールチェンジを行なうことなく把持と吸着を選択的に高速且つ高精度で行なうことができる軽量のパラレルリンクロボット用ロボットハンド及びパラレルリンクロボットを提供することを目的とする。

本発明のパラレルリンクロボット用ロボットハンドは、固定プレートに取り付けられた複数の可動プレート用モータの動力を、リンク機構を介して1つの可動プレートに伝えるパラレルリンクロボットの前記可動プレートに取り付けられるロボットハンドにおいて、対象物を把持する把持部と、対象物を吸着する吸着部と、前記把持部及び前記吸着部が取り付けられるブラケットとを備えており、前記ブラケットは、前記把持部又は前記吸着部を前記可動プレートに直交する第1軸と交わる位置まで選択的に移動させて前記第1軸まわりに回転させることを特徴とする。
また、前記ブラケットが、前記第1軸まわりと、前記第1軸と直交する第2軸まわりと、前記第2軸と直交し且つ前記第1軸と非平行の第3軸まわりに回転可能であることを特徴とする。
本発明のパラレルリンクロボットは、上記パラレルリンクロボット用ロボットハンドを備えており、前記ブラケットを駆動するブラケット駆動機構が、前記固定プレートに取り付けられる第1、第2及び第3ロボットハンド用モータと、前記第1、第2及び第3ロボットハンド用モータに連結される第1、第2及び第3ロッドを備えており、前記第1、第2及び第3ロッドを介して伝達された前記第1、第2及び第3ロボットハンド用モータの動力によって前記ブラケットが前記第1、第2及び第3軸まわりに回転することを特徴とする。

本発明のパラレルリンクロボット用ロボットハンドは、ブラケットに把持部と吸着部を取り付けており、ブラケットを駆動することで把持部と吸着部を選択的に使用することができる。したがって、ツールチェンジの必要がなくなり、ロボットハンドによる作業時間を短縮できる。
また、ブラケットに取り付けた把持部及び吸着部が第1軸まわりに回転する、すなわち水平面内で回転するので、対象物の種類に応じて適切な位置を正確に把持／吸着でき、また、把持／吸着した状態の対象物を正確な向きで所定の位置に置くことができる。
また、仮に重量物となる把持部及び吸着部を第1軸から離れた位置で第1軸まわりに回転させる場合、遠心力が大きくなるため、対象物を把持／吸着するために過剰な力が必要となり対象物に変形等の悪影響が生じる可能性があるという問題、振動が生じて位置決め精度が低下するという問題、振動が収まるまで待つ場合には動作速度が低下するという問題が生じる。
また、仮に把持部及び吸着部が第1軸から離れた位置で把持及び吸着を行なうものとすると、把持部及び吸着部のXYZ座標上の位置を算出するための演算処理が複雑になり、動作速度が低下するという問題も生じる。
本発明では把持部と吸着部を第1軸と交わる位置で回転させるため、遠心力が小さくなり、位置決め精度の向上及び動作速度の向上を実現できる。また、把持部及び吸着部のXYZ座標上の位置を算出するための演算処理が簡潔になるので動作速度が向上する

また、ブラケットが第1軸まわりと、第1軸と直交する第2軸まわりと、第2軸と直交し且つ第1軸と非平行の第3軸まわりに回転する。したがって、例えば図3及び図4に示すように、ブラケットを、第3ブロックを介して可動プレート（水平面）に対して所定の角度（例えば30度〜60度程度の角度）で固定すれば、特異点が生じることがなく、正確な動作を長時間連続して行なうことができる。
また、ブラケットを駆動するための動力源である第1、第2及び第3ロボットハンド用モータをパラレルリンクロボットの固定プレートに取り付け、各ロボットハンド用モータの動力を第1、第2及び第3ロッドを介してブラケットに伝達する構造にすることで、可動プレートに各ロボットハンド用モータを取り付ける場合と比較して重量の増加を抑制できる。したがって、可動プレートが移動／停止する際の慣性力を小さくして振動を抑制でき、また、動作速度を向上できる。更に対象物の可搬重量を大きくすることができる。

パラレルリンクロボット及びロボットハンドの外観を示す斜視図 パラレルリンク機構の概略構造を示す斜視図 把持部を下に移動させた状態のロボットハンドの側面図 把持部を下に移動させた状態のロボットハンドの側面図 吸着部を下に移動させた状態のロボットハンドの側面図 吸着部を下に移動させた状態のロボットハンドの側面図

本発明のパラレルリンクロボット用ロボットハンド（以下、単に「ロボットハンド」という。）及びパラレルリンクロボットの実施の形態について説明する。
図1及び図2に示すように本実施の形態のパラレルリンクロボット1は、特許文献2に開示されているような3つの可動プレート用モータ10を固定プレート20に取り付けた3自由度制御のデルタ型に対してロボットハンド駆動用の3本の軸（本実施の形態の第1〜第3ロッド87〜89）を加えたものである。

図3〜図6に示すように、ロボットハンド2はパラレルリンクロボット1の可動プレート30に取り付けられる。
パラレルリンクロボット1は固定プレート20に取り付けた3つの可動プレート用モータ10の動力を、リンク機構40（アーム41及びロッド42）を介して1つの可動プレート30に伝えることで可動プレート30を移動させるものである。
ロボットハンド2は把持部50、吸着部60及びブラケット70から概略構成される。
把持部50は対象物Oを把持するために設けられる。把持部50はその表面（把持面51）に2つの爪52を備えており、エアシリンダ（図示略）によりエアチューブ53を介して供給される空気圧を利用して2つの爪52の間隔を調節する。可動プレート30を移動させ、対象物Oを2つの爪52の間に位置させた状態で2つの爪52の間隔を狭くすることで対象物Oを把持し、間隔を拡げることで対象物Oを爪52から離すことができる。

吸着部60は対象物Oを吸着するために設けられる。吸着部60はその表面（吸着面61）に複数（本実施の形態では2つ）の吸盤62を備えており、各吸盤62は真空発生器（図示略）に接続されている。可動プレート30を移動させ、対象物Oを吸盤62の近傍に位置させた状態で、真空発生器からエアチューブ63を介して空気を吸引することで対象物Oを吸盤62に吸着し、真空破壊で空気を噴出することで対象物Oを吸盤62から離すことができる。
ブラケット70は把持部50及び吸着部60を取り付けるための部材であり、具体的には板状の第1ブラケット71と、第1ブラケット71に直交する板状の第2ブラケット72で構成される。第1ブラケット71に把持部50、第2ブラケット72に吸着部60を取り付けることで把持面51と吸着面61は直交する関係になる。第1ブラケット71は次に述べる第3ブロック83に接合されており、第3ブロック83と一体に移動する。
なお、図示は省略するが、3種類以上の対象物Oに対応するべく、ブラケット70に対して1つの吸着部60と、爪52の形状、数、サイズ等が異なる2つの把持部50を取り付けたり、1つの把持部50と、吸盤62の形状、数、サイズ等が異なる2つの吸着部60を取り付けたりしてもよい。また、ブラケット70の構成も第1ブラケット71及び第2ブラケット72だけではなく、第3ブラケット（図示略）を追加してもよい。

ブラケット駆動機構80はパラレルリンクロボット1に組み込まれており、ブラケット70を駆動することで把持部50と吸着部60を一体に移動させるための機構である。ブラケット駆動機構80は第1、第2及び第3ブロック81〜83、第1、第2及び第3ロボットハンド用モータ84〜86（図2を参照）、第1、第2及び第3ロッド87〜89を備えている。
第1ブロック81は、可動プレート30に直交して鉛直方向にのびる軸を第1軸A1とした場合に、当該第1軸A1まわりに回転自在となるように可動プレート30に連結される。
第2ブロック82は、第1軸A1と直交して水平方向にのびる軸を第2軸A2とした場合に、当該第2軸A2まわりに回転自在となるように第1ブロック81に連結される。
第3ブロック83は、第2軸A2と直交し且つ第1軸A1と非平行（非鉛直方向）にのびる軸を第3軸A3とした場合に、当該第3軸A3まわりに回転自在となるように連結される。第1軸A1と第3軸A3を非平行にすることで特異点が生じないようにしている。

第1、第2及び第3ロボットハンド用モータは固定プレート20に取り付けられている。第1、第2及び第3ロボットハンド用モータの回転力は複数の歯車を介して第1、第2及び第3ロッド87〜89に伝達され、第1、第2及び第3ロッド87〜89はその軸まわりに回転する。
第1ロッド87はその下端で自在継手等の周知の連結手段90を介して第1ブロック81と連結されており、第1ロッド87の回転力は第1ブロック81を第1軸A1まわりに回転させるために利用される。
第2ロッド88はその下端で自在継手等の周知の連結手段90を介して第2ブロック82と連結されており、第2ロッド88の回転力は第2ブロック82を第2軸A2まわりに回転させるために利用される。
第3ロッド89はその下端で自在継手等の周知の連結手段90を介して第3ブロック83と連結されており、第3ロッド89の回転力は第3ブロック83を第3軸A3まわりに回転させるために利用される。
ブラケット駆動機構80は、第2ブロック82及び第3ブロック83を回転させることで把持部50又は吸着部60を第1軸A1と交わる位置まで選択的に移動させると共に第1ブロック81を回転させることで把持部50及び吸着部60を第1軸A1まわりに回転させる。
なお、本実施の形態の構成では第2ブロック82を第2軸A2まわりに回転させることで把持部50又は吸着部60を第1軸A1と交わる位置までほぼ正確に移動させることができるため、把持部50又は吸着部60の位置を微調整する必要がある場合に第3ブロック83を第3軸A3まわりに回転させることになる。

次に、ロボットハンド2による作業の一例について説明するが、ロボットハンド2が行なうことができる作業はこれに限定されない。
例えばライン上を複数種類の対象物Oが混在して流れており、各対象物Oをピックアップしてケース等の所定の位置に収める作業において、ブラケット駆動機構80は上流側に配置されたセンサ（図示略）からの情報に基づいて、直近の対象物Oを把持部50で把持するべきか吸着部60で吸着するべきかを判断する。なお、可動プレート用モータ10、第1、第2及び第3ロボットハンド用モータの駆動は制御手段（図示略）によって制御される。
対象物Oを把持部50で把持するべきと判断した場合には、第2ブロック82及び第3ブロック83を回転させることで把持部50を第1軸A1と交わる位置まで移動させる。この状態では把持面51は鉛直方向下向きになっている。そして、対象物Oに対して予め設定されている所定の把持箇所を2つの爪52で把持できるように第1ブロック81を回転させると共に可動プレート30を移動させる。そして、爪52の間隔を狭めて対象物Oを把持した状態で可動プレート30を所定の位置まで移動させ、第1ブロック81を水平面内で回転させることで対象物Oの向きを調節する。そして2つの爪52の間隔を拡げることで対象物Oを爪52から離し、ケース等の所定の位置に収める。
同様に、ブラケット駆動機構80は、対象物Oを吸着部60で吸着するべきと判断した場合には、第2ブロック82及び第3ブロック83を回転させることで吸着部60を第1軸A1と交わる位置まで移動させる。この状態では吸着面61は鉛直方向下向きになっている。そして、対象物Oに対して予め設定されている所定の吸着箇所を2つの吸盤62で吸着できるように第1ブロック81を回転させると共に可動プレート30を移動させる。そして、真空発生器で空気を吸引して対象物Oを吸盤62に吸着させた状態で可動プレート30を所定の位置まで移動させ、第1ブロック81を水平面内で回転させることで対象物Oの向きを調節する。そして真空破壊で空気を噴出することで対象物Oを吸盤62から離し、ケース等の所定の位置に収める。

本発明は、ツールチェンジを行なうことなく把持と吸着を選択的に高速且つ高精度で行なうことができる軽量のパラレルリンクロボット用ロボットハンド及びパラレルリンクロボットに関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

A1 第1軸
A2 第2軸
A3 第3軸
O 対象物
1 パラレルリンクロボット
2 ロボットハンド
10 可動プレート用モータ
20 固定プレート
30 可動プレート
40 リンク機構
41 アーム
42 ロッド
50 把持部
51 把持面
52 爪
53 エアチューブ
60 吸着部
61 吸着面
62 吸盤
63 エアチューブ
70 ブラケット
71 第1ブラケット
72 第2ブラケット
80 ブラケット駆動機構
81 第1ブロック
82 第2ブロック
83 第3ブロック
84 第1ロボットハンド用モータ
85 第2ロボットハンド用モータ
86 第3ロボットハンド用モータ
87 第1ロッド
88 第2ロッド
89 第3ロッド
90 連結手段

Claims (3)

1. 固定プレートに取り付けられた複数の可動プレート用モータの動力を、リンク機構を介して1つの可動プレートに伝えるパラレルリンクロボットの前記可動プレートに取り付けられるロボットハンドにおいて、
   対象物を把持する把持部と、
   対象物を吸着する吸着部と、
   前記把持部及び前記吸着部が取り付けられるブラケットとを備えており、
   前記ブラケットは、前記把持部又は前記吸着部を前記可動プレートに直交する第1軸と交わる位置まで選択的に移動させて前記第1軸まわりに回転させることを特徴とするパラレルリンクロボット用ロボットハンド。
   
2. 前記ブラケットが、前記第1軸まわりと、前記第1軸と直交する第2軸まわりと、前記第2軸と直交し且つ前記第1軸と非平行の第3軸まわりに回転可能であることを特徴とする請求項1に記載のパラレルリンクロボット用ロボットハンド。
   
3. 請求項2に記載のパラレルリンクロボット用ロボットハンドを備えるパラレルリンクロボットにおいて、
   前記ブラケットを駆動するブラケット駆動機構が、前記固定プレートに取り付けられる第1、第2及び第3ロボットハンド用モータと、前記第1、第2及び第3ロボットハンド用モータに連結される第1、第2及び第3ロッドを備えており、
   前記第1、第2及び第3ロッドを介して伝達された前記第1、第2及び第3ロボットハンド用モータの動力によって前記ブラケットが前記第1、第2及び第3軸まわりに回転することを特徴とするパラレルリンクロボット。
   
   

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