JP2017209768A - ワーク把持装置およびワーク把持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品の組み立て作業にて、ワークの中心を把持するように修正して位置決めする。【解決手段】一対のフィンガーからなるグリッパを先端に有する第１のロボットアームと、一対のフィンガーからなるグリッパを先端に有する第２のロボットアームと、からなるワーク把持装置において、前記第1のロボットアームはそのグリッパで直方体形状のワークの一の対側面を把持し、そして、対向する位置にセットされた前記第２のロボットアームはそのグリッパで前記ワークの前記対側面に直交する別の対側面を把持し、前記第２のロボットアームがそのグリッパで前記別の対側面を挟圧することで、前記第１のロボットアームのグリッパが前記ワークの中心点を把持する位置まで、前記ワークが摺動するワーク把持装置、およびワーク把持方法である。【選択図】 図１

Description

この発明は、組み立て作業工程におけるロボットのワーク把持装置の技術に関する。

双腕ロボットを用いてワークをワークストッカから引出し、その時に位置ずれがあるかどうかロボットアームを持ち替えることで確認し、トレーに搬送している従来例がある（特許文献１）。この発明では、ワークをセンサの付いた双腕による２点接触で引出時の位置ずれ量を検出し、目標位置を修正していた。

また、特許文献２の発明は、トレー上に載置された部品を把持して精密な移載や組立を行うときに、トレーに撓みが生じていたとしても、再現性高く部品を把持する。これはロボットハンドをトレーに突き当てて、架台にトレーを押し付けるようロボット本体を動作させて、このトレーを架台に押し付けた状態で、トレーに載置されたワークを複数のフィンガーに把持させている。

さらに、特許文献３の発明では。組付部品の基準位置に対してロボットハンドの把持位置が多少ずれている場合であっても、そのまま組付本体に対して組付部品の組付けを行うことのできる産業用ロボットを提供する。上記目的を達成するために、ロボットハンドで組付部品を把持したときに、組付部品の基準位置に対するロボットハンドのずれ量を検出し、この検出したずれ量に基いてロボットハンドの位置補正を行って、組付本体に対する組付部品の組付を行う。

特開２０１２−１９６７６８号公報 特開２０１５−２０５３６８号公報 特開平０７−８８７９４号公報

特許文献１にある搬送作業では、ワークストッカに整列されているワークをワークから見て横方向からワークとロボットの手先面が平行にあるように引き出す。そのため、ワークに対して把持する位置はほぼ一定であり、どのワークも床面に対して垂直の軸方向の位置は初めから決まっている。しかし、組み立て作業においては、ワークは一定方向から取り出すばかりでなく、組み立て方向によってはワークから見て上方から取り出す必要がある。この場合、把持面と床面に対し平行な軸のワークを把持する位置は一定とは限らない。

また、特許文献２の発明では、トレーは、部品が載置される載置部と、前記載置部に突出して形成された突出部とを有しており、押付工程では、制御部が、前記ハンド本体を前記突出部に突き当てて、架台にトレーを押し付けるよう前記ロボット本体を動作させることができるので、所謂ガイドが設けられているため、ワークの把持位置決めにはさほど神経を使う必要はなかった。また、特許文献３の発明では、本ロボットは、ロボットハンドに、組付部品の基準位置のずれ量を検出する位置検出装置(センサ)を備える必要があり、装置として大規模で精緻な必要がある。

本願発明は、上方からワークを把持するにつき、ガイド等は必要なく、一度床置きするなどしてもう一度ワークを把持するなどの余計なステップを経ることもなく、また、特別な位置センサを設ける必要もなく、ワークの組み立て作業が効率良く行えることを課題とする。

本願発明は、一対のフィンガーからなるグリッパを先端に有する第１のロボットアームと、
一対のフィンガーからなるグリッパを先端に有する第２のロボットアームと、からなるワーク把持装置において、
前記第1のロボットアームはそのグリッパで直方体形状のワークの一の対側面を把持し、並びに、対向する位置にセットされた前記第２のロボットアームはそのグリッパで前記ワークの前記対側面に直交する別の対側面を把持し、
前記第２のロボットアームが前記グリッパで前記別の対側面を挟圧することで、前記第１のロボットアームの前記グリッパが前記ワークの中心点を把持する位置まで、前記ワークが摺動することを特徴とするワーク把持装置である。

本願発明は、さらに、
前記第１のロボットアーム又は前記第２のロボットアームを操作して、
一方のロボットアームから前記ワークをリリースして、
他方のロボットアームにより前記ワークを把持したまま所定の載置位置まで移動させ、
載置ベースに組み付けるワーク把持装置である。

また、本願発明は、一対のフィンガーからなるグリッパを先端に有する第１のロボットアームと、
一対のフィンガーからなるグリッパを先端に有する第２のロボットアームと、からなるワーク把持装置におけるワーク把持方法であって、
第１のロボットアームを操作してワークを把持するステップと、
前記第１のロボットアームと第２のロボットアームを其々のグリッパが前記ワークの直交する側面を把持するように対峙するステップと、
前記第２のロボットアームの前記グリッパで前記ワークを挟圧して、前記第１のロボットアームの前記グリッパが前記ワークの中心点を把持するまで前記ワークを摺動させるステップと、を備えるワーク把持方法である。

本願発明は、二つのロボットアームによる構成だけで実施できるので簡便なシステムで高い効果を奏する。常にワークの中心を把持できるように、二つのロボットアームでワークを持ち替えて当該位置を修正するので後工程に負担がなく、タクトタイムが短い。

本願発明の実施の形態にかかるワーク把持装置の全体構成を示す。 本願発明の対象とするワークの形状と側面呼称を示す。 本願発明の実施の形態にかかる第１のロボットアームのグリッパによるワークのピックアップ態様を示す。 本願発明の実施の形態にかかる第１のロボットアームと第２のロボットアームの其々のグリッパによる持ち替え態様を示す。 図４に示す第１のロボットアームと第２のロボットアームにおける持ち替え工程のトップビュー（上面図）を示す遷移図。 本願発明の実施の形態にかかるワーク把持方法のフローを示す。

（１）全体構成とワークについて
まず、図１はこの発明の一実施の形態を示すワーク把持装置１００の全体構成を示す。中心的に第１のロボットアーム１１０と第２のロボットアーム１２０がある。そして、ピックアップエリアと記されたところのトレー１の上に直方体形状のワーク１０が複数ランダムに置かれている。一方、プレイスエリアと記されたところには、載置ベース２の上に、ワークが定められた位置に整然と載置されている様を示している。

このワーク１０をピックアップエリアからプレイスエリアに移動させるのが、第１のロボットアーム１１０と第２のロボットアーム１２０の役目である。それらその先端に、少なくとも二本(一対)のフィンガーからなるグリッパ１１１とグリッパ１２１が備えられている。第１のロボットアーム１１０と第２のロボットアーム１２０は、６軸自由度のロボットで構成されるのが好ましいが、受け側である第２のロボットアーム１２０の方はそこまでの自由度は持たなくともよい。本願発明の機能を果たすためには一軸だけの自由度（グリッパの挟持可動だけ）程度でも十分である。

次に図２を基に、ワーク１０について説明する。ワーク１０は直方体形状をなすものを対象とする。本例では、表面（Ｓｕｒｆａｃｅ）１０Ａ、底面（Ｂｏｔｔｏｍ）１０Ｂ、そして側面を１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆと反時計回りに称するので、その表記を付記している。対向する各面の中心を結んだ点線の交差点にワーク１０の中心点Ｐをイメージするように示している。

以降の実施例では、一の対側面（１０Ｃと１０Ｅ）が第１のロボットアーム１１０のグリッパ１１１で把持され、直交する別の対側面（１０Ｄと１０Ｆ）が第２のロボットアーム１２０のグリッパ１２１で把持されることになる。なお、表面１０Ａの向きを表すために、図中には表面１０Ａの縁部に二重線でマーキングしている。

（２）実施例
まず図３では、本例の最初の工程として、第１のロボットアーム１１０を適宜旋回させて、そのグリッパ１１１でトレー１上のワーク１０をピックアップする。左側図３Ａで示すように、ワーク１０の一の対側面（１０Ｃと１０Ｅ）をグリッパ１１１（フィンガー１１１−１と１１１−２）で把持する。軽く把持したのち、図３Ｂに示すように、グリッパ１１１をワーク１０の下方に押し付ける弾性機能（図外）を以て、ワーク１０を十分に把持する。本弾性機能は所定のコンプライアンス機構を意味し、パッシブでもアクティブでもよく、グリッパには当然備え付けられるものであるので、これ以上その機能の説明は省略する。なお、このときの把持機構は、ロボットの視覚機能（図外ビジョンシステム）を利用するもので、ワーク１０の向きに合わせ、ほぼ中央をつかむことができるが、組み立て作業としては精度が十分ではなく、ズレが生じる可能性がある

次に、第１のロボットアーム１１０を起き上がらせて、対向する位置にセットされている第２のロボットアーム１２０に対峙させるので、その態様を図４で示す。本図はサイドビューである。そもそも、第１のロボットアーム１１０と第２のロボットアーム１２０はその中心軸は、図４中の一点鎖線で標すように一致させることは機構的に行えるものであって、そのようなロボットの位置決めはコントローラ（図外）により行われる。そして、第２のロボットアーム１２０はワーク１０の別の対側面（１０Ｄと１０Ｆ）をグリッパ１２１（フィンガー１２１−１と１２１−２）で把持する。このとき、もしも既にグリッパ１１１が正確にワーク１０の中心点Ｐを掴んでいたなら、本願発明の効果は小さいが、逆にそうでない場合に、次に述べるような機能が発揮される。

（３）本願発明の主機能
図５は図４の構成を上方から観たトップビューを示すものであって、本願発明の実施の形態にかかる第１のロボットアーム１１０と第２のロボットアーム１２０の其々のグリッパによる持ち替えにかかる第２のロボットアーム１２０のグリッパ１２１による挟圧工程を図５Ａ，ＢおよびＣで順次示す遷移図である。

まず、上段の図５Ａでは、第１のロボットアーム１１０のグリッパ１１１はワークの中心点ＰからΔずれたところを把持しているとする。第２のロボットアーム１２０のグリッパ１２１の両フィンガー１２１−１と１２１−２の開度Ｌはある程度余裕をもって、ワーク１０の側面１０Ｃの長尺を包含するように十分広い。本図５Ａの例では、フィンガー１２１−１は側面１０Ｄに近接しているが、もう一方のフィンガー１２１−２は側面１０Ｆからかなり離隔している。なお、グリッパ１２１のフィンガー開度Ｌは、次数式（１）であればよい。
開度Ｌ ＞＝（ワーク１０の長尺＋２＊Δ_ｍａｘ） ・・・・・（１）

続いて、中段の図５Ｂでは、徐々にグリッパ１２１が閉じられていく様子を示す。ここで、グリッパ１２１は両側フィンガーから均等な力で挟み込みを行う。図５Ｂで、グリッパ１２１のフィンガー１２１−１はワーク１０の側面１０Ｄに当接する。一方のフィンガー１２１−２はもう一方の側面１０Ｆに近づくがまだ離隔している。

そして、さらにグリッパ１２１が閉じられていく様子を最下段の図５Ｃは示す。グリッパ１２１のフィンガー１２１−１は、他方のフィンガー１２１−２が側面１０Ｆに当接するまで、ワーク１０の側面１０Ｄを押し、挟み込む。このとき、第１のロボットアーム１１０のグリッパ１１１の把持力は少し緩めておいて、ワーク１０をフィンガー１１１−１および１１１−２の内腹で摺動させる。本フィンガーの内腹は摩擦係数が適当に小さい材質を選択する。

こうして、グリッパ１２１の挟圧力によって、ワーク１０はその位置を修正されるので、第１のロボットアーム１１０のグリッパ１１１は、ワーク１０の中心点Ｐをグリッパ自体の中央で正しく把持するようになる。なお、グリッパ１２１はグリッパ１１１と同様に所定の弾性機能（コンプライアンス）を備えることで、所定の力でワークを把持することは言うまでもない。

その後に、第２のロボットアーム１２０のグリッパ１２１はワーク１０をリリースして、ワーク１０は第１のロボットアーム１１０のグリッパ１１１で把持されたまま、プレイスエリアまで運ばれ、そこで載置ベース２に所定の位置で組み付けられる。逆に、グリッパ１１１をリリースして、第２のロボットアーム１２０のグリッパ１２１で搬送し、組み付けることも可能である。その場合の載置面は、ワーク１０の表裏面が反転する利点もある。

（４）ワーク把持方法フロー
次に、本方法を、図６のフローチャートに基づいて説明する。
本機能の呼び出しでＳｔａｒｔする。最初のステップ１で、システムのセットアップとして、各ロボットアーム１１０，１２０、グリッパ１１１，１２１の位置、開度等の調整、およびワーク１０の準備などを行う（Ｓ１）。

次に、第１のロボットアーム１１０を操作して、そのグリッパ１１１でワーク１０を適当な方向、位置で把持してピックアップする（Ｓ２）。

そして、ワーク１０を把持したまま、第１のロボットアーム１１０を旋回させて、第２のロボットアーム１２０と対峙させる（Ｓ３）。このときグリッパ１１１，１２１は直交する側面を持つようにしてワーク１０を持ち合う。

次に、前述図５とその説明で述べたとおり、第２のロボットアーム１２０のグリッパ１２１を操作して、ワーク１０を両側から挟圧する。これにより、ワーク１０の中心点を第１のみならず第２の双方のロボットアームのグリッパが把持することになる（Ｓ４）。

最後に、片方のロボットアームのグリッパを開放（リリース）して、他方のロボットアームのグリッパを操作して、プレイスエリアにある所定の載置ベース２にワーク１０を組み付ける（Ｓ５）。以上で、基本的な工程は終了である。

（５）その他の実施例
本例では、ワーク１０の対象物を水平垂直の方位を限って説明したが、その向きは９０度変更可能で、すなわち、対峙時に第１のロボットアーム１１０のグリッパ１１１がワーク１０の垂直方向側面を把持し、第２のロボットアーム１２０のグリッパ１２１がワーク１０の水平方向側面を把持するようにしてもよい。

把持機構は、電動のまたは空気の駆動タイプであってもよい。また、ロボットアームは独立的なもので説明したが、双腕のロボット１機で構成することも可能である。その他、ロボットの駆動装置(コントローラ)類は説明を省いたが一般的な構成で構わない。ただし、コンプライアンス機構については、本願の出願人による特開２０１５−３３６１乃至３３６３号公報を参考にすることが望まれる。

本願のグリッパは一対のフィンガーからなるとしたが、その二本のフィンガー以外にもフィンガーを有してもよいものである。そのように、各種の設計的な付加変形は可能であろうが、そうしたとしても、本願発明の範囲に属すると理解すべきである。

ワークの形状を直方体にかぎったが、もちろん立方体形状でも本願発明は実施可能で、そのような矩形形状のワークを取り扱う各種の生産工程で有益である。

１ トレー
２ 載置ベース
１０ ワーク
１０Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ ワーク面
１００ ワーク把持装置
１１０、１２０ ロボットアーム
１１１，１２１ グリッパ
１１１−１，２、１２１−１，２ フィンガー

Claims (3)

1. 一対のフィンガーからなるグリッパを先端に有する第１のロボットアームと、
   一対のフィンガーからなるグリッパを先端に有する第２のロボットアームと、からなるワーク把持装置において、
   前記第1のロボットアームはそのグリッパで直方体形状のワークの一の対側面を把持し、並びに、対向する位置にセットされた前記第２のロボットアームはそのグリッパで前記ワークの前記対側面に直交する別の対側面を把持し、
   前記第２のロボットアームが前記グリッパで前記別の対側面を挟圧することで、前記第１のロボットアームの前記グリッパが前記ワークの中心点を把持する位置まで、前記ワークが摺動することを特徴とするワーク把持装置。
2. 請求項１に記載のワーク把持装置において、さらに、
   前記第１のロボットアーム又は前記第２のロボットアームを操作して、
   一方のロボットアームから前記ワークをリリースして、
   他方のロボットアームにより前記ワークを把持したまま所定の載置位置まで移動させ、
   載置ベースに組み付けるワーク把持装置。
3. 一対のフィンガーからなるグリッパを先端に有する第１のロボットアームと、
   一対のフィンガーからなるグリッパを先端に有する第２のロボットアームと、からなるワーク把持装置におけるワーク把持方法であって、
   第１のロボットアームを操作してワークを把持するステップと、
   前記第１のロボットアームと第２のロボットアームを其々のグリッパが前記ワークの直交する側面を把持するように対峙するステップと、
   前記第２のロボットアームの前記グリッパで前記ワークを挟圧して、前記第１のロボットアームの前記グリッパが前記ワークの中心点を把持するまで前記ワークを摺動させるステップと、
   を備えるワーク把持方法。
   
   

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