ロボットハンドおよびロボットハンドシステム
【課題】簡単な構造でハンド先端部の取り外しを行う。
【解決手段】ハンド先端部４をハンド本体部３から取り外す際には、治具８の治具ピン８３が、ハンド先端部４の貫通孔４２の下部開口から挿入されて着脱機構３５のピストン３５２に当接する。その後、ハンド本体部３のエア溜まり３１１が大気開放され、圧縮エアによるピストン３５２への圧力が解放される。そして、治具８のバネ８４の復元力により、治具ピン８３がピストン３５２を押圧しつつ治具本体８１から突出する方向へと移動する。これにより、複数のボール３５３が着脱凸部３５１の孔内部へと戻って貫通孔４２との係合が解除される。その結果、ハンド本体部３とハンド先端部４との固定が解除される。このように、ロボットハンド２では、簡単な構造でハンド先端部４の取り外しを行うことができるため、組立ロボットの製造コストを低減することができる。
【解決手段】ハンド先端部４をハンド本体部３から取り外す際には、治具８の治具ピン８３が、ハンド先端部４の貫通孔４２の下部開口から挿入されて着脱機構３５のピストン３５２に当接する。その後、ハンド本体部３のエア溜まり３１１が大気開放され、圧縮エアによるピストン３５２への圧力が解放される。そして、治具８のバネ８４の復元力により、治具ピン８３がピストン３５２を押圧しつつ治具本体８１から突出する方向へと移動する。これにより、複数のボール３５３が着脱凸部３５１の孔内部へと戻って貫通孔４２との係合が解除される。その結果、ハンド本体部３とハンド先端部４との固定が解除される。このように、ロボットハンド２では、簡単な構造でハンド先端部４の取り外しを行うことができるため、組立ロボットの製造コストを低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組立ロボットのロボットアームの先端に設けられるロボットハンド、および、当該ロボットハンドを備えるロボットハンドシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動組立ライン等において組立ロボットが用いられており、組立ロボットでは、ワークに対して様々な操作を行うロボットハンドがロボットアームに接続されることにより３次元的に移動可能とされる。また、ワークを把持するロボットハンドでは、圧縮エアを用いた把持部の駆動により、ワークの把持および解放が行われる。
【０００３】
このような組立ロボットでは、様々なワークに対応するために、ロボットハンドまたはロボットハンドの一部を交換することが行われている。例えば、特許文献１では、エア駆動によりアームに対するロボットハンドの着脱を行うハンド着脱手段を備え、ロボットハンドの自動交換を行うロボットが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２のロボットハンドでは、エアを用いた第１駆動機構によりチャックが駆動されて被把持部が把持されるとともに、当該エアを用いた第２駆動機構により着脱手段が駆動されてハンド本体部に対するハンド先端部の着脱が行われる。具体的には、ハンド本体部において、着脱手段のピストンをエアにより下向きに移動させて可動球を外側に突出させることにより、ハンド本体部とハンド先端部とが結合され、ピストンに対するエアの圧力を抜くことにより、ハンド先端部がハンド本体部から分離する。
【０００５】
特許文献３の自動工具交換装置では、ロボットハンドのアーム等に連結される固定プレートと、工具を備えた工具プレートとが着脱可能に結合される。当該自動工具交換装置では、固定プレートが、軸線方向に進退可能なアクチュエータ、および、アクチュエータに外接して半径方向に移動可能なロックピンを備える。また、工具プレートは、固定プレートの接合端側が挿入可能な環状体であり、内周壁には、固定プレートのロックピンが半径方向に突出した際にその先端が嵌り込むロック孔が設けられる。自動工具交換装置では、アクチュエータが収容されるシリンダボアの上部に設けられた１つのポートから作動流体が供給され、アクチュエータが下降してロックピンが半径方向に突出することにより、工具プレートが固定プレートに装着される。また、シリンダボアの下部に設けられた他のポートから作動流体が供給され、アクチュエータが上昇することにより、ロックピンが半径方向の内側に移動し、工具プレートが固定プレートから取り外される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３５４９１９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４９２２３号公報
【特許文献３】実開平６−６１４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献３のような自動工具交換装置では、工具プレートの装着および取り外しのための作動流体の配管、および、作動流体の流れを制御する制御部がそれぞれ必要となり、装置構造が複雑となってしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、簡単な構造でハンド先端部の取り外しを行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、ロボットアームの先端に設けられるロボットハンドであって、前記ロボットアームに取り付けられるハンド本体部と、前記ハンド本体部に着脱自在に装着されるハンド先端部とを備え、前記ハンド本体部が、圧縮エアによる圧力により、前記ハンド先端部の固定が解除された解除状態から前記ハンド先端部を固定する固定状態へと移行し、前記圧縮エアによる圧力が解放されても前記固定状態を維持する着脱機構と、前記着脱機構に圧縮エアを供給する流路を形成する着脱用流路部とを備え、前記ハンド先端部が、一方の開口から前記着脱機構が挿入される貫通孔を備え、前記着脱機構において前記圧縮エアによる圧力が解放された状態で、前記貫通孔の他方の開口から挿入される治具により前記着脱機構を押圧することにより、前記着脱機構が前記固定状態から前記解除状態へと移行する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロボットハンドであって、前記着脱機構が、前記貫通孔に挿入される着脱凸部と、解除位置と固定位置との間にて進退するピストンと、前記圧縮エアによる前記ピストンの前記解除位置から前記固定位置への移動に伴って前記着脱凸部から側方へと突出し、前記貫通孔と係合することにより前記着脱機構を前記固定状態とし、前記ピストンの前記固定位置から前記解除位置への移動に伴って元の位置へと戻ることにより、前記着脱機構を前記解除状態とする着脱係止部とを備える。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のロボットハンドであって、前記ハンド本体部および前記ハンド先端部が、前記固定状態にて一繋がりの流路を形成して前記ハンド先端部に取り付けられるツールと前記着脱用流路部とを接続するツール用流路部を備え、前記ハンド本体部または前記ハンド先端部が、前記ツール用流路部上に設けられた切換弁を備え、前記ツールが、前記着脱用流路部内の圧縮エアにより駆動される。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、ロボットハンドシステムであって、請求項１ないし３のいずれかに記載のロボットハンドと、前記ロボットハンドが取り付けられるロボットアームと、前記ロボットハンドの前記ハンド本体部からの前記ハンド先端部の取り外しに利用されるとともに取り外された後の前記ハンド先端部を保持する前記治具と、前記ハンド先端部と同様に、前記ハンド本体部に着脱自在に装着される他のハンド先端部と、前記治具と同様の構造を有し、前記ハンド本体部からの前記他のハンド先端部の取り外しに利用されるとともに取り外された後の前記他のハンド先端部を保持する他の治具とを備える。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のロボットハンドシステムであって、前記治具が、治具本体と、前記治具本体から突出する治具ピンと、前記治具ピンを前記治具本体から突出する方向へと押圧する付勢手段とを備え、前記ハンド先端部の取り外しの際に、前記治具ピンが前記ハンド先端部の前記貫通孔に挿入され、前記付勢手段により押圧される前記治具ピンにより前記着脱機構が押圧されて移動することにより、前記着脱機構が前記固定状態から前記解除状態へと移行し、前記ハンド先端部が前記ハンド本体部から取り外される。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のロボットハンドシステムであって、前記治具が、前記治具本体上にて前記ハンド先端部を係止するハンド先端部係止機構をさらに備え、前記ハンド先端部の取り外しの際に、前記ハンド先端部の前記貫通孔に挿入された前記治具ピンが、前記圧縮エアによる圧力が加えられた前記固定状態の前記着脱機構により押圧されて前記治具本体内に向かって移動することにより、前記ハンド先端部係止機構が非係止状態とされた後、前記着脱機構において前記圧縮エアによる圧力が解放されることにより、前記着脱機構の前記固定状態から前記解除状態への前記移行が行われるとともに、前記移行と並行して前記ハンド先端部係止機構が前記非係止状態から係止状態へと移行し、前記ハンド先端部を前記治具本体上に係止する。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のロボットハンドシステムであって、前記治具が、前記ハンド先端部係止機構が前記係止状態であること、または、前記非係止状態であることを検出する状態検出部をさらに備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、簡単な構造でハンド先端部の取り外しを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一の実施の形態に係るロボットハンドシステムの側面図である。
【図２】ロボットハンドの断面図である。
【図３】治具の断面図である。
【図４】治具の断面図である。
【図５．Ａ】ロボットハンドおよび治具の断面図である。
【図５．Ｂ】ロボットハンドおよび治具の断面図である。
【図６．Ａ】ロボットハンドおよび治具の断面図である。
【図６．Ｂ】ロボットハンドおよび治具の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の一の実施の形態に係るロボットハンドシステム１０の側面図である。ロボットハンドシステム１０は、組立ロボット１、複数の治具８、および、複数のハンド先端部４を備える。組立ロボット１は、多数の部品から構成される組立体を自動的に組み立てる自動組立ライン等において用いられる産業用ロボットである。図１の組立ロボット１は、多自由度（例えば、６自由度）のロボットアーム１１、および、ロボットアーム１１の先端に設けられるロボットハンド２を備え、ロボットアーム１１によりロボットハンド２が３次元的に移動可能とされる。
【００１９】
ロボットハンド２は、ロボットアーム１１に取り付けられるハンド本体部３、および、ハンド本体部３に着脱自在に装着されるハンド先端部４を備える。ハンド先端部４は、ワークを把持する複数（本実施の形態では、４つ）の把持部５をツールとして備える。なお、ハンド先端部４では、把持部５に代えて、対象物に対して様々な動作を行う様々な種類のツールが設けられてよい。
【００２０】
複数の治具８はそれぞれ、ハンド本体部３からのハンド先端部４の取り外しに利用されるとともに取り外された後のハンド先端部４を保持する。複数の治具８は互いに同様の構造を有し、各治具８には、交換用のハンド先端部４が１つ保持されている。交換用のハンド先端部４も、現在装着されているハンド先端部４と同様に、ハンド本体部３に着脱自在に装着される。
【００２１】
図２は、ロボットハンド２の断面図である。図２では、断面の一部に平行斜線を付し、また、断面よりも奥に位置する構造の一部も描いている（図３ないし図６．Ｂにおいても同様）。ハンド本体部３は、ロボットハンド２の上下方向（図２中の上下方向に対応する方向であり、重力方向に一致するとは限らない。他の図においても同様。）に延びる中心軸Ｊ１を中心とする略筒状の基体３１、基体３１の上部に取り付けられるアタッチメント３２、アタッチメント３２の下側にて基体３１の外側面に取り付けられる通信制御部３４、通信制御部３４の下側にて基体３１の外側面に取り付けられる複数（本実施の形態では、８つ）の電磁弁３３、および、基体３１から下側に突出する略円柱状の着脱機構３５を備える。ハンド本体部３では、基体３１、通信制御部３４および複数の電磁弁３３が、略円筒状のケーシング３９の内部に収容される。
【００２２】
略筒状である基体３１の内部空間３１１（以下、「エア溜まり３１１」という。）は略円筒状であり、基体３１の上部開口はアタッチメント３２により閉塞され、基体３１の下部開口は着脱機構３５の後述するピストン３５２により閉塞される。アタッチメント３２には、ロボットハンド２の外部の圧縮エア供給源とエア溜まり３１１とを接続する流路３２１が形成される。アタッチメント３２と圧縮エア供給源との間には、図示しない電磁弁が設けられており、当該電磁弁が制御されることにより、エア溜まり３１１に圧縮エアが供給され、また、エア溜まり３１１が大気開放される。基体３１には、エア溜まり３１１と複数の電磁弁３３とをそれぞれ接続する複数の流路３１２が設けられる。
【００２３】
ハンド先端部４は、中心軸Ｊ１を中心とする略柱状の先端部本体４１、および、先端部本体４１の下面外周部に取り付けられる複数の把持部５を備える。先端部本体４１の下面には、複数の把持部５が交換可能に取り付けられる複数のツール取付部４１１が設けられる。ハンド本体部３の内部、および、ハンド先端部４の先端部本体４１の内部には、複数の把持部５と複数の電磁弁３３とを接続する図示省略の複数の流路が設けられており、当該複数の流路および基体３１の複数の流路３１２が、複数の把持部５とエア溜まり３１１とを接続するツール用流路である。
【００２４】
換言すれば、ハンド本体部３およびハンド先端部４は、ハンド先端部４がハンド本体部３に固定された状態において、一繋がりのツール用流路を形成して複数の把持部５と基体３１のエア溜まり３１１とを接続するツール用流路部を備える。複数の把持部５は、エア溜まり３１１内の圧縮エアによりそれぞれ駆動され、各把持部５に対応する電磁弁３３は、ツール用流路上に設けられて把持部５によるワークの把持と把持の解除とを切り換える切換弁である。なお、複数の電磁弁３３は、ツール用流路上に配置されるのであれば、ハンド先端部４に設けられてもよい。また、電磁弁３３に代えて、他の構造の切換弁が設けられてもよい。
【００２５】
先端部本体４１の中央部には、中心軸Ｊ１を中心とする貫通孔４２が設けられる。貫通孔４２の中心軸Ｊ１に垂直な断面は略円形である。ハンド本体部３の着脱機構３５は、貫通孔４２の一方の開口である上部開口から貫通孔４２内に挿入されている。着脱機構３５は、エア溜まり３１１の下側から中心軸Ｊ１に平行な方向（以下、「軸方向」ともいう。）に延びる略円筒状の着脱凸部３５１、着脱凸部３５１の内部に挿入される略円柱状のピストン３５２、および、着脱凸部３５１の側壁部を貫通する複数の孔内にそれぞれ配置されるボール３５３を備える。
【００２６】
ピストン３５２は、略円板状のピストン上部３５６、および、ピストン上部３５６の中心部から下方に突出する略円柱状のピストン下部３５７を備える。ピストン下部３５７の径は、ピストン上部３５６の径よりも小さい。ピストン上部３５６は、エア溜まり３１１内の下端部に位置し、ピストン下部３５７は、基体３１の下部開口から下方へと（すなわち、ハンド先端部４側へと）突出する。ピストン上部３５６の径は、エア溜まり３１１の径にほぼ等しく、ピストン下部３５７の径は、基体３１の下部開口の径にほぼ等しい。ピストン下部３５７の先端部は、先端に近づくに従って径が小さくなるテーパ形状を有する。
【００２７】
図２に示す状態では、着脱凸部３５１がハンド先端部４の貫通孔４２に挿入されており、着脱機構３５のピストン３５２は、エア溜まり３１１に供給された圧縮エアにより下方へと押圧されて基体３１の下端部に付勢されている。また、複数のボール３５３が、ピストン３５２の先端部により内側から押圧され、着脱凸部３５１の孔から側方へと突出する。複数のボール３５３の着脱凸部３５１から突出した部位は、ハンド先端部４の貫通孔４２の内側面に設けられた環状の凸部４２１の下側に当接し、これにより、複数のボール３５３が貫通孔４２に係合される。その結果、ハンド本体部３にハンド先端部４が固定される。複数のボール３５３は、ハンド先端部４をハンド本体部３に係止する着脱係止部である。
【００２８】
以下の説明では、図２に示すピストン３５２の位置を「固定位置」といい、ピストン３５２が固定位置に位置する着脱機構３５の状態を「固定状態」という。ロボットハンド２では、エア溜まり３１１は、着脱機構３５に圧縮エアを供給する着脱用流路の一部であり、ハンド本体部３の基体３１は、着脱用流路を形成する着脱用流路部である。着脱機構３５では、エア溜まり３１１内の圧縮エアによる圧力が解放された状態でも固定状態が維持され、ハンド先端部４がハンド本体部３に固定された状態が維持される。
【００２９】
図３は、治具８の断面図である。治具８は、略四角筒状の治具本体８１、および、治具本体８１の下部開口を閉塞する治具底部８２を備える。治具８の上下方向（図３中の上下方向に対応する方向であり、重力方向に一致するとは限らない。）に延びる中心軸Ｊ２に垂直に治具本体８１を切断すると、治具本体８１の内部空間８１０の断面は略円形である。
【００３０】
治具８は、中心軸Ｊ２を中心とする略円柱状であって下部が治具本体８１内に収容される治具ピン８３、治具本体８１内において治具ピン８３の下端および治具底部８２に当接する付勢手段であるバネ８４、および、治具本体８１の上部８１１において側壁部に形成された複数の溝８１２内に配置される複数のフック部材８５を備える。
【００３１】
治具本体８１の上部８１１は、後述するように、ハンド先端部４に対向する対向部であり、治具ピン８３の上部は、治具本体８１の上部８１１から上側に突出している。治具ピン８３の上端部８３１は、上端に近づくに従って径が小さくなるテーパ形状を有する。また、治具ピン８３の長手方向の中央部には、全周に亘って側方に突出するとともにフック部材８５に当接する中央突出部８３２が設けられる。治具ピン８３の下部８３４も中央突出部８３２とほぼ同様の直径を有し、当該下部８３４と中央突出部８３２との間の部位は、中央突出部８３２よりも直径が小さい小径部８３３となっている。
【００３２】
フック部材８５の上部も、治具ピン８３の上部と同様に、治具本体８１の上部８１１から上側に突出している。以下の説明では、フック部材８５のうち、治具本体８１の上部８１１から突出する部位を「フック部８５１」といい、治具本体８１の溝８１２内に配置されて治具ピン８３の中央突出部８３２の外側面に当接する部位を「ピン当接部８５２」という。フック部材８５は、溝８１２内に設けられた回転軸８１３を中心として回動可能に設置される。
【００３３】
治具８では、治具ピン８３が下向きに（すなわち、治具底部８２に向けて）押圧され、図４に示すように、下側へと移動するとバネ８４が圧縮され、治具ピン８３を押圧する荷重が除去されると、バネ８４の復元力により治具ピン８３が図３に示す位置へと上向きに移動する。すなわち、バネ８４は、治具ピン８３を治具本体８１から突出する方向へと付勢する付勢手段である。なお、治具８では、当該付勢手段として、例えば、バネ８４以外の様々な弾性部材が用いられてもよい。
【００３４】
治具ピン８３が図３に示す位置に位置する状態では、複数のフック部材８５のフック部８５１は、治具本体８１の外側面よりも少しだけ側方（すなわち、中心軸Ｊ２から離れる側）へと突出している。また、治具ピン８３が、図３に示す位置から図４に示す位置へと移動すると、フック部材８５のピン当接部８５２の下部が治具ピン８３により外側へと押圧される。これにより、フック部材８５が回転軸８１３を中心として僅かな角度だけ回動し、フック部８５１が中心軸Ｊ２に向かって内側へと移動する。治具ピン８３が図４に示す位置に位置する状態では、複数のフック部８５１は、治具本体８１の外側面よりも内側に位置する。換言すれば、治具ピン８３が治具本体８１内に押し込まれることにより、複数のフック部８５１が内側へと移動し、治具ピン８３が治具本体８１から突出する方向に移動することにより、複数のフック部８５１が外側へと開くように移動する。
【００３５】
後述するように、治具８では、図３に示すように、フック部８５１が治具本体８１の外側面よりも少しだけ側方に突出した状態で、フック部材８５がハンド先端部４の貫通孔４２に係合し、ハンド先端部４が治具８に係止される。すなわち、フック部材８５および回転軸８１３は、ハンド先端部４を治具本体８１上にて係止するハンド先端部係止機構である。また、フック部８５１が内側に移動して図４に示す位置に位置することにより、フック部材８５とハンド先端部４との係合が解除される。以下の説明では、図３に示すフック部材８５の状態を「係止状態」といい、図４に示すフック部材８５の状態を「非係止状態」という。
【００３６】
図３および図４に示すように、治具８は、さらに、フック部材８５の状態を検出する状態検出部８６を備える。状態検出部８６では、フック部材８５が係止状態であること、または、非係止状態であることが検出される。状態検出部８６は、反射型の光電センサ８６１、および、リフレクタ８６２を備え、光電センサ８６１とリフレクタ８６２とは、治具本体８１を挟んで対向して配置される。治具本体８１には、光電センサ８６１から治具本体８１の内部空間８１０へと延びる貫通孔８６３、および、内部空間８１０からリフレクタ８６２へと延びる貫通孔８６４が設けられる。
【００３７】
図４に示すように、フック部材８５が非係止状態の場合、治具ピン８３の小径部８３３が貫通孔８６３と貫通孔８６４との間に位置する。このため、光電センサ８６１から出射された可視光は、治具本体８１の貫通孔８６３、治具ピン８３の小径部８３３と治具本体８１の内部空間８１０の内側面との間隙、および、貫通孔８６４を通過してリフレクタ８６２に入射する。そして、リフレクタ８６２により反射された可視光が、同様の経路を反対向きに通過して光電センサ８６１にて受光される。状態検出部８６では、リフレクタ８６２からの反射光が光電センサ８６１により検出されることにより、フック部材８５が非係止状態であることが検出される。
【００３８】
一方、図３に示すように、フック部材８５が係止状態の場合、治具ピン８３の下部８３４が貫通孔８６３と貫通孔８６４との間に位置しており、光電センサ８６１から出射された可視光は、治具ピン８３の下部８３４により遮られてリフレクタ８６２まで届かない。したがって、光電センサ８６１では、リフレクタ８６２からの反射光が検出されず、これにより、フック部材８５が係止状態であること（より正確には、フック部材８５が非係止状態ではないこと）が検出される。
【００３９】
ハンド先端部４をハンド本体部３から取り外す際には、まず、図１に示すロボットアーム１１によりロボットハンド２が治具８の上方へと移動され、治具８に向かって下降することにより、図３に示す治具８の治具ピン８３が、図２に示すハンド先端部４の貫通孔４２の下部開口から貫通孔４２内に挿入されて着脱機構３５のピストン３５２に当接する。ハンド本体部３のエア溜まり３１１では、圧縮エアによりピストン３５２に圧力が加えられた状態が維持されており、着脱機構３５は固定状態となっている。このため、治具ピン８３はピストン３５２により下向きに押圧され、治具本体８１内に向かって移動する。これにより、治具８のフック部材８５が係止状態から、図５．Ａに示す非係止状態へと移行する。
【００４０】
図５．Ａ、および、後述する図５．Ｂは、着脱機構３５が固定状態のロボットハンド２および治具８の断面図である。図５．Ａと図５．Ｂとは断面位置が異なっており、図５．Ａはフック部材８５を含む位置の断面を示し、図５．Ｂはボール３５３を含む位置の断面を示す。また、後述する図６．Ａおよび図６．Ｂは、着脱機構３５が後述する解除状態のロボットハンド２および治具８の断面図である。図６．Ａと図６．Ｂとは断面位置が異なっており、図６．Ａはフック部材８５を含む位置の断面を示し、図６．Ｂはボール３５３を含む位置の断面を示す。
【００４１】
ハンド本体部３のエア溜まり３１１が大気開放されると、着脱機構３５において圧縮エアによるピストン３５２への圧力が解放される。そして、治具８のバネ８４の復元力により、治具ピン８３が着脱機構３５のピストン３５２を押圧しつつ治具本体８１から突出する方向へと移動する。これにより、図６．Ａに示すように、ピストン３５２が固定位置よりも上側へと移動し、当該移動に伴って、図６．Ｂに示すように、複数のボール３５３が着脱凸部３５１の孔内部へと戻って（すなわち、元の位置へと戻って）貫通孔４２との係合が解除される。その結果、ハンド本体部３とハンド先端部４との固定が解除される。
【００４２】
以下の説明では、図６．Ａおよび図６．Ｂに示すように、エア溜まり３１１の底部から上方に離間しているピストン３５２の位置を「解除位置」といい、ピストン３５２が解除位置に位置する着脱機構３５の状態を「解除状態」という。ピストン３５２は、解除位置と図２に示す固定位置との間にて進退し、基体３１の下部は、ピストン３５２の一部が収容されるシリンダの役割を果たす。
【００４３】
ロボットハンドシステム１０では、治具８において治具ピン８３が上方へと移動することにより、上述のように、着脱機構３５が、ハンド先端部４を固定する固定状態から、ハンド先端部４の固定が解除された解除状態へと移行し、ハンド先端部４がハンド本体部３から取り外される。また、治具ピン８３が上方へと移動することにより、着脱機構３５の当該移行と並行して、図６．Ａに示すように、フック部材８５が非係止状態から係止状態へと移行し、ハンド先端部４がフック部材８５のフック部８５１により治具８に係止される。その後、ロボットアーム１１（図１参照）が上方へと移動することにより、ハンド本体部３がハンド先端部４から離間する。
【００４４】
次に、ハンド本体部３にハンド先端部４を取り付ける際の動作について説明する。まず、図６．Ｂに示すように、治具８に係止されたハンド先端部４の貫通孔４２に、ハンド本体部３の着脱機構３５が挿入され、着脱機構３５のピストン３５２が治具８の治具ピン８３に当接する。ハンド本体部３では、エア溜まり３１１が大気開放されており、治具８では、治具ピン８３がバネ８４により治具本体８１から突出する方向に押圧されている。このため、ピストン３５２は、治具ピン８３によりエア溜まり３１１側へと押し込まれ、固定位置から解除位置へと移動する。また、フック部材８５は、図６．Ａに示すように、係止状態のまま維持される。
【００４５】
続いて、エア溜まり３１１に圧縮エアが供給されることにより、ピストン３５２が解除位置から図５．Ｂに示す固定位置へと移動し、当該移動に伴い、着脱機構３５の複数のボール３５３が着脱凸部３５１から側方へと突出してハンド先端部４の貫通孔４２と係合する。換言すれば、圧縮エアによる圧力により着脱機構３５が解除状態から固定状態へと移行し、ハンド先端部４がハンド本体部３に取り付けられる。
【００４６】
また、ピストン３５２の上記移動により、図５．Ａに示すように、治具８の治具ピン８３が治具本体８１側へと押し込まれ、フック部材８５が係止状態から非係止状態へと移行する。これにより、フック部材８５によるハンド先端部４の係止が解除される。そして、状態検出部８６により、フック部材８５が非係止状態へと移行したことが検出されると、ロボットアーム１１が上昇し、ハンド先端部４がハンド本体部３に固定された状態で治具８から離間する。
【００４７】
以上に説明したように、ロボットハンド２では、ハンド本体部３に設けられた着脱機構３５において圧縮エアによる圧力が解放された状態で、ハンド先端部４の貫通孔４２の下部開口から挿入される治具８により着脱機構３５が押圧されることにより、着脱機構３５が固定状態から解除状態へと移行する。このように、ロボットハンド２では、着脱機構３５を固定状態から解除状態へと移行させるための機構をハンド本体部３やハンド先端部４に設ける必要がなく、簡単な構造でハンド先端部４の取り外しを行うことができる。その結果、組立ロボット１およびロボットハンドシステム１０の製造コストを低減することができる。
【００４８】
また、上述のように、着脱凸部３５１、ピストン３５２および複数のボール３５３により、着脱機構３５を容易に実現することができる。なお、ピストン３５２の解除位置と固定位置との間の進退に伴って着脱機構３５を解除状態と固定状態との間で移行する着脱係止部として、複数のボール３５３に代えて、他の様々な構造（例えば、着脱凸部３５１から側方へ突出することにより着脱機構３５を固定状態とするフック部材）が利用されてよい。
【００４９】
ロボットハンド２では、ツール用流路を形成するツール用流路部がハンド本体部３およびハンド先端部４に設けられ、着脱機構３５にも供給されるエア溜まり３１１内の圧縮エアにより、当該ツール用流路を介して複数の把持部５が駆動される。このような構造を採用することにより、ロボットハンド２に圧縮エアを供給するための配管を減らすことができ、ロボットハンド２の構造を簡素化することができる。
【００５０】
ロボットハンドシステム１０では、ロボットハンド２のハンド本体部３からのハンド先端部４の取り外しに利用されるとともに、取り外された後のハンド先端部４を保持する複数の治具８が設けられ、ハンド本体部３に着脱自在に装着される複数のハンド先端部４が、複数の治具８に保持され、または、ハンド本体部３に固定される。これにより、様々な種類のツールを備える複数種類のハンド先端部４を交換しつつ順次使用して作業を迅速に行うことができる。
【００５１】
ロボットハンドシステム１０では、治具８にハンド先端部４を係止するフック部材８５が設けられ、ロボットハンド２の着脱機構３５の固定状態から解除状態への移行に伴ってフック部材８５が非係止状態から係止状態へと移行することにより、ハンド先端部４をハンド本体部３から取り外して確実に治具８へと受け渡すことができる。また、着脱機構３５の状態移行とフック部材８５の状態移行とが、治具８のバネ８４の復元力により並行して行われることにより、治具８の構成および動作の制御を簡素化することができ、着脱機構３５およびフック部材８５の状態移行の連動ミスによる誤動作を防止することができる。さらに、治具８の向きに拘わらず、治具８によりハンド先端部４を安定して保持することができるため、治具８の配置の自由度が向上し、ロボットハンドシステム１０を小型化することができる。治具８は、例えば、治具ピン８３が治具本体８１から重力方向の下側に向かって突出するように配置されてもよく、あるいは、重力方向に垂直な方向に向かって突出するように配置されてもよい。
【００５２】
上述のように、ロボットハンドシステム１０では、着脱機構３５の解除状態から固定状態への移行に伴ってフック部材８５が係止状態から非係止状態へと移行し、フック部材８５の非係止状態が状態検出部８６により検出される。そして、当該検出が行われた後、ロボットアーム１１が移動してロボットハンド２が治具８から離間する。これにより、ハンド先端部４が治具８に係止された状態で誤ってハンド先端部４を治具８から離間させてしまうことが防止されるため、ハンド先端部４や治具８の破損を防止することができる。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００５４】
例えば、ハンド先端部４には、必ずしもツール取付部４１１が設けられる必要はなく、先端部本体４１に様々なツールが直接設けられてもよい。また、ハンド先端部４に設けられるツールの個数も様々に変更されてよい。上述のロボットハンド２や治具８の構造は、組み立て以外の様々な動作を行うロボットハンドシステムに適用されてよい。
【００５５】
治具８では、状態検出部８６は必ずしも光電センサ８６１およびリフレクタ８６２を備える必要はなく、様々な構成の状態検出部８６が設けられてよい。例えば、状態検出部８６では、バネ８４の圧縮状態を測定することにより係止状態または非係止状態が検出されてもよい。
【００５６】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００５７】
２ ロボットハンド
３ ハンド本体部
４ ハンド先端部
５ 把持部
８ 治具
１０ ロボットハンドシステム
１１ ロボットアーム
３１ 基体
３３ 電磁弁
３５ 着脱機構
４１ 先端部本体
４２ 貫通孔
８１ 治具本体
８３ 治具ピン
８４ バネ
８５ フック部材
８６ 状態検出部
３１１ エア溜まり
３１２ 流路
３５１ 着脱凸部
３５２ ピストン
３５３ ボール
４１１ ツール取付部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組立ロボットのロボットアームの先端に設けられるロボットハンド、および、当該ロボットハンドを備えるロボットハンドシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動組立ライン等において組立ロボットが用いられており、組立ロボットでは、ワークに対して様々な操作を行うロボットハンドがロボットアームに接続されることにより３次元的に移動可能とされる。また、ワークを把持するロボットハンドでは、圧縮エアを用いた把持部の駆動により、ワークの把持および解放が行われる。
【０００３】
このような組立ロボットでは、様々なワークに対応するために、ロボットハンドまたはロボットハンドの一部を交換することが行われている。例えば、特許文献１では、エア駆動によりアームに対するロボットハンドの着脱を行うハンド着脱手段を備え、ロボットハンドの自動交換を行うロボットが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２のロボットハンドでは、エアを用いた第１駆動機構によりチャックが駆動されて被把持部が把持されるとともに、当該エアを用いた第２駆動機構により着脱手段が駆動されてハンド本体部に対するハンド先端部の着脱が行われる。具体的には、ハンド本体部において、着脱手段のピストンをエアにより下向きに移動させて可動球を外側に突出させることにより、ハンド本体部とハンド先端部とが結合され、ピストンに対するエアの圧力を抜くことにより、ハンド先端部がハンド本体部から分離する。
【０００５】
特許文献３の自動工具交換装置では、ロボットハンドのアーム等に連結される固定プレートと、工具を備えた工具プレートとが着脱可能に結合される。当該自動工具交換装置では、固定プレートが、軸線方向に進退可能なアクチュエータ、および、アクチュエータに外接して半径方向に移動可能なロックピンを備える。また、工具プレートは、固定プレートの接合端側が挿入可能な環状体であり、内周壁には、固定プレートのロックピンが半径方向に突出した際にその先端が嵌り込むロック孔が設けられる。自動工具交換装置では、アクチュエータが収容されるシリンダボアの上部に設けられた１つのポートから作動流体が供給され、アクチュエータが下降してロックピンが半径方向に突出することにより、工具プレートが固定プレートに装着される。また、シリンダボアの下部に設けられた他のポートから作動流体が供給され、アクチュエータが上昇することにより、ロックピンが半径方向の内側に移動し、工具プレートが固定プレートから取り外される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３５４９１９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４９２２３号公報
【特許文献３】実開平６−６１４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献３のような自動工具交換装置では、工具プレートの装着および取り外しのための作動流体の配管、および、作動流体の流れを制御する制御部がそれぞれ必要となり、装置構造が複雑となってしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、簡単な構造でハンド先端部の取り外しを行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、ロボットアームの先端に設けられるロボットハンドであって、前記ロボットアームに取り付けられるハンド本体部と、前記ハンド本体部に着脱自在に装着されるハンド先端部とを備え、前記ハンド本体部が、圧縮エアによる圧力により、前記ハンド先端部の固定が解除された解除状態から前記ハンド先端部を固定する固定状態へと移行し、前記圧縮エアによる圧力が解放されても前記固定状態を維持する着脱機構と、前記着脱機構に圧縮エアを供給する流路を形成する着脱用流路部とを備え、前記ハンド先端部が、一方の開口から前記着脱機構が挿入される貫通孔を備え、前記着脱機構において前記圧縮エアによる圧力が解放された状態で、前記貫通孔の他方の開口から挿入される治具により前記着脱機構を押圧することにより、前記着脱機構が前記固定状態から前記解除状態へと移行する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロボットハンドであって、前記着脱機構が、前記貫通孔に挿入される着脱凸部と、解除位置と固定位置との間にて進退するピストンと、前記圧縮エアによる前記ピストンの前記解除位置から前記固定位置への移動に伴って前記着脱凸部から側方へと突出し、前記貫通孔と係合することにより前記着脱機構を前記固定状態とし、前記ピストンの前記固定位置から前記解除位置への移動に伴って元の位置へと戻ることにより、前記着脱機構を前記解除状態とする着脱係止部とを備える。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のロボットハンドであって、前記ハンド本体部および前記ハンド先端部が、前記固定状態にて一繋がりの流路を形成して前記ハンド先端部に取り付けられるツールと前記着脱用流路部とを接続するツール用流路部を備え、前記ハンド本体部または前記ハンド先端部が、前記ツール用流路部上に設けられた切換弁を備え、前記ツールが、前記着脱用流路部内の圧縮エアにより駆動される。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、ロボットハンドシステムであって、請求項１ないし３のいずれかに記載のロボットハンドと、前記ロボットハンドが取り付けられるロボットアームと、前記ロボットハンドの前記ハンド本体部からの前記ハンド先端部の取り外しに利用されるとともに取り外された後の前記ハンド先端部を保持する前記治具と、前記ハンド先端部と同様に、前記ハンド本体部に着脱自在に装着される他のハンド先端部と、前記治具と同様の構造を有し、前記ハンド本体部からの前記他のハンド先端部の取り外しに利用されるとともに取り外された後の前記他のハンド先端部を保持する他の治具とを備える。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のロボットハンドシステムであって、前記治具が、治具本体と、前記治具本体から突出する治具ピンと、前記治具ピンを前記治具本体から突出する方向へと押圧する付勢手段とを備え、前記ハンド先端部の取り外しの際に、前記治具ピンが前記ハンド先端部の前記貫通孔に挿入され、前記付勢手段により押圧される前記治具ピンにより前記着脱機構が押圧されて移動することにより、前記着脱機構が前記固定状態から前記解除状態へと移行し、前記ハンド先端部が前記ハンド本体部から取り外される。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のロボットハンドシステムであって、前記治具が、前記治具本体上にて前記ハンド先端部を係止するハンド先端部係止機構をさらに備え、前記ハンド先端部の取り外しの際に、前記ハンド先端部の前記貫通孔に挿入された前記治具ピンが、前記圧縮エアによる圧力が加えられた前記固定状態の前記着脱機構により押圧されて前記治具本体内に向かって移動することにより、前記ハンド先端部係止機構が非係止状態とされた後、前記着脱機構において前記圧縮エアによる圧力が解放されることにより、前記着脱機構の前記固定状態から前記解除状態への前記移行が行われるとともに、前記移行と並行して前記ハンド先端部係止機構が前記非係止状態から係止状態へと移行し、前記ハンド先端部を前記治具本体上に係止する。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のロボットハンドシステムであって、前記治具が、前記ハンド先端部係止機構が前記係止状態であること、または、前記非係止状態であることを検出する状態検出部をさらに備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、簡単な構造でハンド先端部の取り外しを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一の実施の形態に係るロボットハンドシステムの側面図である。
【図２】ロボットハンドの断面図である。
【図３】治具の断面図である。
【図４】治具の断面図である。
【図５．Ａ】ロボットハンドおよび治具の断面図である。
【図５．Ｂ】ロボットハンドおよび治具の断面図である。
【図６．Ａ】ロボットハンドおよび治具の断面図である。
【図６．Ｂ】ロボットハンドおよび治具の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の一の実施の形態に係るロボットハンドシステム１０の側面図である。ロボットハンドシステム１０は、組立ロボット１、複数の治具８、および、複数のハンド先端部４を備える。組立ロボット１は、多数の部品から構成される組立体を自動的に組み立てる自動組立ライン等において用いられる産業用ロボットである。図１の組立ロボット１は、多自由度（例えば、６自由度）のロボットアーム１１、および、ロボットアーム１１の先端に設けられるロボットハンド２を備え、ロボットアーム１１によりロボットハンド２が３次元的に移動可能とされる。
【００１９】
ロボットハンド２は、ロボットアーム１１に取り付けられるハンド本体部３、および、ハンド本体部３に着脱自在に装着されるハンド先端部４を備える。ハンド先端部４は、ワークを把持する複数（本実施の形態では、４つ）の把持部５をツールとして備える。なお、ハンド先端部４では、把持部５に代えて、対象物に対して様々な動作を行う様々な種類のツールが設けられてよい。
【００２０】
複数の治具８はそれぞれ、ハンド本体部３からのハンド先端部４の取り外しに利用されるとともに取り外された後のハンド先端部４を保持する。複数の治具８は互いに同様の構造を有し、各治具８には、交換用のハンド先端部４が１つ保持されている。交換用のハンド先端部４も、現在装着されているハンド先端部４と同様に、ハンド本体部３に着脱自在に装着される。
【００２１】
図２は、ロボットハンド２の断面図である。図２では、断面の一部に平行斜線を付し、また、断面よりも奥に位置する構造の一部も描いている（図３ないし図６．Ｂにおいても同様）。ハンド本体部３は、ロボットハンド２の上下方向（図２中の上下方向に対応する方向であり、重力方向に一致するとは限らない。他の図においても同様。）に延びる中心軸Ｊ１を中心とする略筒状の基体３１、基体３１の上部に取り付けられるアタッチメント３２、アタッチメント３２の下側にて基体３１の外側面に取り付けられる通信制御部３４、通信制御部３４の下側にて基体３１の外側面に取り付けられる複数（本実施の形態では、８つ）の電磁弁３３、および、基体３１から下側に突出する略円柱状の着脱機構３５を備える。ハンド本体部３では、基体３１、通信制御部３４および複数の電磁弁３３が、略円筒状のケーシング３９の内部に収容される。
【００２２】
略筒状である基体３１の内部空間３１１（以下、「エア溜まり３１１」という。）は略円筒状であり、基体３１の上部開口はアタッチメント３２により閉塞され、基体３１の下部開口は着脱機構３５の後述するピストン３５２により閉塞される。アタッチメント３２には、ロボットハンド２の外部の圧縮エア供給源とエア溜まり３１１とを接続する流路３２１が形成される。アタッチメント３２と圧縮エア供給源との間には、図示しない電磁弁が設けられており、当該電磁弁が制御されることにより、エア溜まり３１１に圧縮エアが供給され、また、エア溜まり３１１が大気開放される。基体３１には、エア溜まり３１１と複数の電磁弁３３とをそれぞれ接続する複数の流路３１２が設けられる。
【００２３】
ハンド先端部４は、中心軸Ｊ１を中心とする略柱状の先端部本体４１、および、先端部本体４１の下面外周部に取り付けられる複数の把持部５を備える。先端部本体４１の下面には、複数の把持部５が交換可能に取り付けられる複数のツール取付部４１１が設けられる。ハンド本体部３の内部、および、ハンド先端部４の先端部本体４１の内部には、複数の把持部５と複数の電磁弁３３とを接続する図示省略の複数の流路が設けられており、当該複数の流路および基体３１の複数の流路３１２が、複数の把持部５とエア溜まり３１１とを接続するツール用流路である。
【００２４】
換言すれば、ハンド本体部３およびハンド先端部４は、ハンド先端部４がハンド本体部３に固定された状態において、一繋がりのツール用流路を形成して複数の把持部５と基体３１のエア溜まり３１１とを接続するツール用流路部を備える。複数の把持部５は、エア溜まり３１１内の圧縮エアによりそれぞれ駆動され、各把持部５に対応する電磁弁３３は、ツール用流路上に設けられて把持部５によるワークの把持と把持の解除とを切り換える切換弁である。なお、複数の電磁弁３３は、ツール用流路上に配置されるのであれば、ハンド先端部４に設けられてもよい。また、電磁弁３３に代えて、他の構造の切換弁が設けられてもよい。
【００２５】
先端部本体４１の中央部には、中心軸Ｊ１を中心とする貫通孔４２が設けられる。貫通孔４２の中心軸Ｊ１に垂直な断面は略円形である。ハンド本体部３の着脱機構３５は、貫通孔４２の一方の開口である上部開口から貫通孔４２内に挿入されている。着脱機構３５は、エア溜まり３１１の下側から中心軸Ｊ１に平行な方向（以下、「軸方向」ともいう。）に延びる略円筒状の着脱凸部３５１、着脱凸部３５１の内部に挿入される略円柱状のピストン３５２、および、着脱凸部３５１の側壁部を貫通する複数の孔内にそれぞれ配置されるボール３５３を備える。
【００２６】
ピストン３５２は、略円板状のピストン上部３５６、および、ピストン上部３５６の中心部から下方に突出する略円柱状のピストン下部３５７を備える。ピストン下部３５７の径は、ピストン上部３５６の径よりも小さい。ピストン上部３５６は、エア溜まり３１１内の下端部に位置し、ピストン下部３５７は、基体３１の下部開口から下方へと（すなわち、ハンド先端部４側へと）突出する。ピストン上部３５６の径は、エア溜まり３１１の径にほぼ等しく、ピストン下部３５７の径は、基体３１の下部開口の径にほぼ等しい。ピストン下部３５７の先端部は、先端に近づくに従って径が小さくなるテーパ形状を有する。
【００２７】
図２に示す状態では、着脱凸部３５１がハンド先端部４の貫通孔４２に挿入されており、着脱機構３５のピストン３５２は、エア溜まり３１１に供給された圧縮エアにより下方へと押圧されて基体３１の下端部に付勢されている。また、複数のボール３５３が、ピストン３５２の先端部により内側から押圧され、着脱凸部３５１の孔から側方へと突出する。複数のボール３５３の着脱凸部３５１から突出した部位は、ハンド先端部４の貫通孔４２の内側面に設けられた環状の凸部４２１の下側に当接し、これにより、複数のボール３５３が貫通孔４２に係合される。その結果、ハンド本体部３にハンド先端部４が固定される。複数のボール３５３は、ハンド先端部４をハンド本体部３に係止する着脱係止部である。
【００２８】
以下の説明では、図２に示すピストン３５２の位置を「固定位置」といい、ピストン３５２が固定位置に位置する着脱機構３５の状態を「固定状態」という。ロボットハンド２では、エア溜まり３１１は、着脱機構３５に圧縮エアを供給する着脱用流路の一部であり、ハンド本体部３の基体３１は、着脱用流路を形成する着脱用流路部である。着脱機構３５では、エア溜まり３１１内の圧縮エアによる圧力が解放された状態でも固定状態が維持され、ハンド先端部４がハンド本体部３に固定された状態が維持される。
【００２９】
図３は、治具８の断面図である。治具８は、略四角筒状の治具本体８１、および、治具本体８１の下部開口を閉塞する治具底部８２を備える。治具８の上下方向（図３中の上下方向に対応する方向であり、重力方向に一致するとは限らない。）に延びる中心軸Ｊ２に垂直に治具本体８１を切断すると、治具本体８１の内部空間８１０の断面は略円形である。
【００３０】
治具８は、中心軸Ｊ２を中心とする略円柱状であって下部が治具本体８１内に収容される治具ピン８３、治具本体８１内において治具ピン８３の下端および治具底部８２に当接する付勢手段であるバネ８４、および、治具本体８１の上部８１１において側壁部に形成された複数の溝８１２内に配置される複数のフック部材８５を備える。
【００３１】
治具本体８１の上部８１１は、後述するように、ハンド先端部４に対向する対向部であり、治具ピン８３の上部は、治具本体８１の上部８１１から上側に突出している。治具ピン８３の上端部８３１は、上端に近づくに従って径が小さくなるテーパ形状を有する。また、治具ピン８３の長手方向の中央部には、全周に亘って側方に突出するとともにフック部材８５に当接する中央突出部８３２が設けられる。治具ピン８３の下部８３４も中央突出部８３２とほぼ同様の直径を有し、当該下部８３４と中央突出部８３２との間の部位は、中央突出部８３２よりも直径が小さい小径部８３３となっている。
【００３２】
フック部材８５の上部も、治具ピン８３の上部と同様に、治具本体８１の上部８１１から上側に突出している。以下の説明では、フック部材８５のうち、治具本体８１の上部８１１から突出する部位を「フック部８５１」といい、治具本体８１の溝８１２内に配置されて治具ピン８３の中央突出部８３２の外側面に当接する部位を「ピン当接部８５２」という。フック部材８５は、溝８１２内に設けられた回転軸８１３を中心として回動可能に設置される。
【００３３】
治具８では、治具ピン８３が下向きに（すなわち、治具底部８２に向けて）押圧され、図４に示すように、下側へと移動するとバネ８４が圧縮され、治具ピン８３を押圧する荷重が除去されると、バネ８４の復元力により治具ピン８３が図３に示す位置へと上向きに移動する。すなわち、バネ８４は、治具ピン８３を治具本体８１から突出する方向へと付勢する付勢手段である。なお、治具８では、当該付勢手段として、例えば、バネ８４以外の様々な弾性部材が用いられてもよい。
【００３４】
治具ピン８３が図３に示す位置に位置する状態では、複数のフック部材８５のフック部８５１は、治具本体８１の外側面よりも少しだけ側方（すなわち、中心軸Ｊ２から離れる側）へと突出している。また、治具ピン８３が、図３に示す位置から図４に示す位置へと移動すると、フック部材８５のピン当接部８５２の下部が治具ピン８３により外側へと押圧される。これにより、フック部材８５が回転軸８１３を中心として僅かな角度だけ回動し、フック部８５１が中心軸Ｊ２に向かって内側へと移動する。治具ピン８３が図４に示す位置に位置する状態では、複数のフック部８５１は、治具本体８１の外側面よりも内側に位置する。換言すれば、治具ピン８３が治具本体８１内に押し込まれることにより、複数のフック部８５１が内側へと移動し、治具ピン８３が治具本体８１から突出する方向に移動することにより、複数のフック部８５１が外側へと開くように移動する。
【００３５】
後述するように、治具８では、図３に示すように、フック部８５１が治具本体８１の外側面よりも少しだけ側方に突出した状態で、フック部材８５がハンド先端部４の貫通孔４２に係合し、ハンド先端部４が治具８に係止される。すなわち、フック部材８５および回転軸８１３は、ハンド先端部４を治具本体８１上にて係止するハンド先端部係止機構である。また、フック部８５１が内側に移動して図４に示す位置に位置することにより、フック部材８５とハンド先端部４との係合が解除される。以下の説明では、図３に示すフック部材８５の状態を「係止状態」といい、図４に示すフック部材８５の状態を「非係止状態」という。
【００３６】
図３および図４に示すように、治具８は、さらに、フック部材８５の状態を検出する状態検出部８６を備える。状態検出部８６では、フック部材８５が係止状態であること、または、非係止状態であることが検出される。状態検出部８６は、反射型の光電センサ８６１、および、リフレクタ８６２を備え、光電センサ８６１とリフレクタ８６２とは、治具本体８１を挟んで対向して配置される。治具本体８１には、光電センサ８６１から治具本体８１の内部空間８１０へと延びる貫通孔８６３、および、内部空間８１０からリフレクタ８６２へと延びる貫通孔８６４が設けられる。
【００３７】
図４に示すように、フック部材８５が非係止状態の場合、治具ピン８３の小径部８３３が貫通孔８６３と貫通孔８６４との間に位置する。このため、光電センサ８６１から出射された可視光は、治具本体８１の貫通孔８６３、治具ピン８３の小径部８３３と治具本体８１の内部空間８１０の内側面との間隙、および、貫通孔８６４を通過してリフレクタ８６２に入射する。そして、リフレクタ８６２により反射された可視光が、同様の経路を反対向きに通過して光電センサ８６１にて受光される。状態検出部８６では、リフレクタ８６２からの反射光が光電センサ８６１により検出されることにより、フック部材８５が非係止状態であることが検出される。
【００３８】
一方、図３に示すように、フック部材８５が係止状態の場合、治具ピン８３の下部８３４が貫通孔８６３と貫通孔８６４との間に位置しており、光電センサ８６１から出射された可視光は、治具ピン８３の下部８３４により遮られてリフレクタ８６２まで届かない。したがって、光電センサ８６１では、リフレクタ８６２からの反射光が検出されず、これにより、フック部材８５が係止状態であること（より正確には、フック部材８５が非係止状態ではないこと）が検出される。
【００３９】
ハンド先端部４をハンド本体部３から取り外す際には、まず、図１に示すロボットアーム１１によりロボットハンド２が治具８の上方へと移動され、治具８に向かって下降することにより、図３に示す治具８の治具ピン８３が、図２に示すハンド先端部４の貫通孔４２の下部開口から貫通孔４２内に挿入されて着脱機構３５のピストン３５２に当接する。ハンド本体部３のエア溜まり３１１では、圧縮エアによりピストン３５２に圧力が加えられた状態が維持されており、着脱機構３５は固定状態となっている。このため、治具ピン８３はピストン３５２により下向きに押圧され、治具本体８１内に向かって移動する。これにより、治具８のフック部材８５が係止状態から、図５．Ａに示す非係止状態へと移行する。
【００４０】
図５．Ａ、および、後述する図５．Ｂは、着脱機構３５が固定状態のロボットハンド２および治具８の断面図である。図５．Ａと図５．Ｂとは断面位置が異なっており、図５．Ａはフック部材８５を含む位置の断面を示し、図５．Ｂはボール３５３を含む位置の断面を示す。また、後述する図６．Ａおよび図６．Ｂは、着脱機構３５が後述する解除状態のロボットハンド２および治具８の断面図である。図６．Ａと図６．Ｂとは断面位置が異なっており、図６．Ａはフック部材８５を含む位置の断面を示し、図６．Ｂはボール３５３を含む位置の断面を示す。
【００４１】
ハンド本体部３のエア溜まり３１１が大気開放されると、着脱機構３５において圧縮エアによるピストン３５２への圧力が解放される。そして、治具８のバネ８４の復元力により、治具ピン８３が着脱機構３５のピストン３５２を押圧しつつ治具本体８１から突出する方向へと移動する。これにより、図６．Ａに示すように、ピストン３５２が固定位置よりも上側へと移動し、当該移動に伴って、図６．Ｂに示すように、複数のボール３５３が着脱凸部３５１の孔内部へと戻って（すなわち、元の位置へと戻って）貫通孔４２との係合が解除される。その結果、ハンド本体部３とハンド先端部４との固定が解除される。
【００４２】
以下の説明では、図６．Ａおよび図６．Ｂに示すように、エア溜まり３１１の底部から上方に離間しているピストン３５２の位置を「解除位置」といい、ピストン３５２が解除位置に位置する着脱機構３５の状態を「解除状態」という。ピストン３５２は、解除位置と図２に示す固定位置との間にて進退し、基体３１の下部は、ピストン３５２の一部が収容されるシリンダの役割を果たす。
【００４３】
ロボットハンドシステム１０では、治具８において治具ピン８３が上方へと移動することにより、上述のように、着脱機構３５が、ハンド先端部４を固定する固定状態から、ハンド先端部４の固定が解除された解除状態へと移行し、ハンド先端部４がハンド本体部３から取り外される。また、治具ピン８３が上方へと移動することにより、着脱機構３５の当該移行と並行して、図６．Ａに示すように、フック部材８５が非係止状態から係止状態へと移行し、ハンド先端部４がフック部材８５のフック部８５１により治具８に係止される。その後、ロボットアーム１１（図１参照）が上方へと移動することにより、ハンド本体部３がハンド先端部４から離間する。
【００４４】
次に、ハンド本体部３にハンド先端部４を取り付ける際の動作について説明する。まず、図６．Ｂに示すように、治具８に係止されたハンド先端部４の貫通孔４２に、ハンド本体部３の着脱機構３５が挿入され、着脱機構３５のピストン３５２が治具８の治具ピン８３に当接する。ハンド本体部３では、エア溜まり３１１が大気開放されており、治具８では、治具ピン８３がバネ８４により治具本体８１から突出する方向に押圧されている。このため、ピストン３５２は、治具ピン８３によりエア溜まり３１１側へと押し込まれ、固定位置から解除位置へと移動する。また、フック部材８５は、図６．Ａに示すように、係止状態のまま維持される。
【００４５】
続いて、エア溜まり３１１に圧縮エアが供給されることにより、ピストン３５２が解除位置から図５．Ｂに示す固定位置へと移動し、当該移動に伴い、着脱機構３５の複数のボール３５３が着脱凸部３５１から側方へと突出してハンド先端部４の貫通孔４２と係合する。換言すれば、圧縮エアによる圧力により着脱機構３５が解除状態から固定状態へと移行し、ハンド先端部４がハンド本体部３に取り付けられる。
【００４６】
また、ピストン３５２の上記移動により、図５．Ａに示すように、治具８の治具ピン８３が治具本体８１側へと押し込まれ、フック部材８５が係止状態から非係止状態へと移行する。これにより、フック部材８５によるハンド先端部４の係止が解除される。そして、状態検出部８６により、フック部材８５が非係止状態へと移行したことが検出されると、ロボットアーム１１が上昇し、ハンド先端部４がハンド本体部３に固定された状態で治具８から離間する。
【００４７】
以上に説明したように、ロボットハンド２では、ハンド本体部３に設けられた着脱機構３５において圧縮エアによる圧力が解放された状態で、ハンド先端部４の貫通孔４２の下部開口から挿入される治具８により着脱機構３５が押圧されることにより、着脱機構３５が固定状態から解除状態へと移行する。このように、ロボットハンド２では、着脱機構３５を固定状態から解除状態へと移行させるための機構をハンド本体部３やハンド先端部４に設ける必要がなく、簡単な構造でハンド先端部４の取り外しを行うことができる。その結果、組立ロボット１およびロボットハンドシステム１０の製造コストを低減することができる。
【００４８】
また、上述のように、着脱凸部３５１、ピストン３５２および複数のボール３５３により、着脱機構３５を容易に実現することができる。なお、ピストン３５２の解除位置と固定位置との間の進退に伴って着脱機構３５を解除状態と固定状態との間で移行する着脱係止部として、複数のボール３５３に代えて、他の様々な構造（例えば、着脱凸部３５１から側方へ突出することにより着脱機構３５を固定状態とするフック部材）が利用されてよい。
【００４９】
ロボットハンド２では、ツール用流路を形成するツール用流路部がハンド本体部３およびハンド先端部４に設けられ、着脱機構３５にも供給されるエア溜まり３１１内の圧縮エアにより、当該ツール用流路を介して複数の把持部５が駆動される。このような構造を採用することにより、ロボットハンド２に圧縮エアを供給するための配管を減らすことができ、ロボットハンド２の構造を簡素化することができる。
【００５０】
ロボットハンドシステム１０では、ロボットハンド２のハンド本体部３からのハンド先端部４の取り外しに利用されるとともに、取り外された後のハンド先端部４を保持する複数の治具８が設けられ、ハンド本体部３に着脱自在に装着される複数のハンド先端部４が、複数の治具８に保持され、または、ハンド本体部３に固定される。これにより、様々な種類のツールを備える複数種類のハンド先端部４を交換しつつ順次使用して作業を迅速に行うことができる。
【００５１】
ロボットハンドシステム１０では、治具８にハンド先端部４を係止するフック部材８５が設けられ、ロボットハンド２の着脱機構３５の固定状態から解除状態への移行に伴ってフック部材８５が非係止状態から係止状態へと移行することにより、ハンド先端部４をハンド本体部３から取り外して確実に治具８へと受け渡すことができる。また、着脱機構３５の状態移行とフック部材８５の状態移行とが、治具８のバネ８４の復元力により並行して行われることにより、治具８の構成および動作の制御を簡素化することができ、着脱機構３５およびフック部材８５の状態移行の連動ミスによる誤動作を防止することができる。さらに、治具８の向きに拘わらず、治具８によりハンド先端部４を安定して保持することができるため、治具８の配置の自由度が向上し、ロボットハンドシステム１０を小型化することができる。治具８は、例えば、治具ピン８３が治具本体８１から重力方向の下側に向かって突出するように配置されてもよく、あるいは、重力方向に垂直な方向に向かって突出するように配置されてもよい。
【００５２】
上述のように、ロボットハンドシステム１０では、着脱機構３５の解除状態から固定状態への移行に伴ってフック部材８５が係止状態から非係止状態へと移行し、フック部材８５の非係止状態が状態検出部８６により検出される。そして、当該検出が行われた後、ロボットアーム１１が移動してロボットハンド２が治具８から離間する。これにより、ハンド先端部４が治具８に係止された状態で誤ってハンド先端部４を治具８から離間させてしまうことが防止されるため、ハンド先端部４や治具８の破損を防止することができる。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００５４】
例えば、ハンド先端部４には、必ずしもツール取付部４１１が設けられる必要はなく、先端部本体４１に様々なツールが直接設けられてもよい。また、ハンド先端部４に設けられるツールの個数も様々に変更されてよい。上述のロボットハンド２や治具８の構造は、組み立て以外の様々な動作を行うロボットハンドシステムに適用されてよい。
【００５５】
治具８では、状態検出部８６は必ずしも光電センサ８６１およびリフレクタ８６２を備える必要はなく、様々な構成の状態検出部８６が設けられてよい。例えば、状態検出部８６では、バネ８４の圧縮状態を測定することにより係止状態または非係止状態が検出されてもよい。
【００５６】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００５７】
２ ロボットハンド
３ ハンド本体部
４ ハンド先端部
５ 把持部
８ 治具
１０ ロボットハンドシステム
１１ ロボットアーム
３１ 基体
３３ 電磁弁
３５ 着脱機構
４１ 先端部本体
４２ 貫通孔
８１ 治具本体
８３ 治具ピン
８４ バネ
８５ フック部材
８６ 状態検出部
３１１ エア溜まり
３１２ 流路
３５１ 着脱凸部
３５２ ピストン
３５３ ボール
４１１ ツール取付部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームの先端に設けられるロボットハンドであって、
前記ロボットアームに取り付けられるハンド本体部と、
前記ハンド本体部に着脱自在に装着されるハンド先端部と、
を備え、
前記ハンド本体部が、
圧縮エアによる圧力により、前記ハンド先端部の固定が解除された解除状態から前記ハンド先端部を固定する固定状態へと移行し、前記圧縮エアによる圧力が解放されても前記固定状態を維持する着脱機構と、
前記着脱機構に圧縮エアを供給する流路を形成する着脱用流路部と、
を備え、
前記ハンド先端部が、一方の開口から前記着脱機構が挿入される貫通孔を備え、
前記着脱機構において前記圧縮エアによる圧力が解放された状態で、前記貫通孔の他方の開口から挿入される治具により前記着脱機構を押圧することにより、前記着脱機構が前記固定状態から前記解除状態へと移行することを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットハンドであって、
前記着脱機構が、
前記貫通孔に挿入される着脱凸部と、
解除位置と固定位置との間にて進退するピストンと、
前記圧縮エアによる前記ピストンの前記解除位置から前記固定位置への移動に伴って前記着脱凸部から側方へと突出し、前記貫通孔と係合することにより前記着脱機構を前記固定状態とし、前記ピストンの前記固定位置から前記解除位置への移動に伴って元の位置へと戻ることにより、前記着脱機構を前記解除状態とする着脱係止部と、
を備えることを特徴とするロボットハンド。
【請求項３】
請求項１または２に記載のロボットハンドであって、
前記ハンド本体部および前記ハンド先端部が、前記固定状態にて一繋がりの流路を形成して前記ハンド先端部に取り付けられるツールと前記着脱用流路部とを接続するツール用流路部を備え、
前記ハンド本体部または前記ハンド先端部が、前記ツール用流路部上に設けられた切換弁を備え、
前記ツールが、前記着脱用流路部内の圧縮エアにより駆動されることを特徴とするロボットハンド。
【請求項４】
ロボットハンドシステムであって、
請求項１ないし３のいずれかに記載のロボットハンドと、
前記ロボットハンドが取り付けられるロボットアームと、
前記ロボットハンドの前記ハンド本体部からの前記ハンド先端部の取り外しに利用されるとともに取り外された後の前記ハンド先端部を保持する前記治具と、
前記ハンド先端部と同様に、前記ハンド本体部に着脱自在に装着される他のハンド先端部と、
前記治具と同様の構造を有し、前記ハンド本体部からの前記他のハンド先端部の取り外しに利用されるとともに取り外された後の前記他のハンド先端部を保持する他の治具と、
を備えることを特徴とするロボットハンドシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のロボットハンドシステムであって、
前記治具が、
治具本体と、
前記治具本体から突出する治具ピンと、
前記治具ピンを前記治具本体から突出する方向へと押圧する付勢手段と、
を備え、
前記ハンド先端部の取り外しの際に、前記治具ピンが前記ハンド先端部の前記貫通孔に挿入され、前記付勢手段により押圧される前記治具ピンにより前記着脱機構が押圧されて移動することにより、前記着脱機構が前記固定状態から前記解除状態へと移行し、前記ハンド先端部が前記ハンド本体部から取り外されることを特徴とするロボットハンドシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットハンドシステムであって、
前記治具が、前記治具本体上にて前記ハンド先端部を係止するハンド先端部係止機構をさらに備え、
前記ハンド先端部の取り外しの際に、前記ハンド先端部の前記貫通孔に挿入された前記治具ピンが、前記圧縮エアによる圧力が加えられた前記固定状態の前記着脱機構により押圧されて前記治具本体内に向かって移動することにより、前記ハンド先端部係止機構が非係止状態とされた後、前記着脱機構において前記圧縮エアによる圧力が解放されることにより、前記着脱機構の前記固定状態から前記解除状態への前記移行が行われるとともに、前記移行と並行して前記ハンド先端部係止機構が前記非係止状態から係止状態へと移行し、前記ハンド先端部を前記治具本体上に係止することを特徴とするロボットハンドシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のロボットハンドシステムであって、
前記治具が、前記ハンド先端部係止機構が前記係止状態であること、または、前記非係止状態であることを検出する状態検出部をさらに備えることを特徴とするロボットハンドシステム。
【請求項１】
ロボットアームの先端に設けられるロボットハンドであって、
前記ロボットアームに取り付けられるハンド本体部と、
前記ハンド本体部に着脱自在に装着されるハンド先端部と、
を備え、
前記ハンド本体部が、
圧縮エアによる圧力により、前記ハンド先端部の固定が解除された解除状態から前記ハンド先端部を固定する固定状態へと移行し、前記圧縮エアによる圧力が解放されても前記固定状態を維持する着脱機構と、
前記着脱機構に圧縮エアを供給する流路を形成する着脱用流路部と、
を備え、
前記ハンド先端部が、一方の開口から前記着脱機構が挿入される貫通孔を備え、
前記着脱機構において前記圧縮エアによる圧力が解放された状態で、前記貫通孔の他方の開口から挿入される治具により前記着脱機構を押圧することにより、前記着脱機構が前記固定状態から前記解除状態へと移行することを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットハンドであって、
前記着脱機構が、
前記貫通孔に挿入される着脱凸部と、
解除位置と固定位置との間にて進退するピストンと、
前記圧縮エアによる前記ピストンの前記解除位置から前記固定位置への移動に伴って前記着脱凸部から側方へと突出し、前記貫通孔と係合することにより前記着脱機構を前記固定状態とし、前記ピストンの前記固定位置から前記解除位置への移動に伴って元の位置へと戻ることにより、前記着脱機構を前記解除状態とする着脱係止部と、
を備えることを特徴とするロボットハンド。
【請求項３】
請求項１または２に記載のロボットハンドであって、
前記ハンド本体部および前記ハンド先端部が、前記固定状態にて一繋がりの流路を形成して前記ハンド先端部に取り付けられるツールと前記着脱用流路部とを接続するツール用流路部を備え、
前記ハンド本体部または前記ハンド先端部が、前記ツール用流路部上に設けられた切換弁を備え、
前記ツールが、前記着脱用流路部内の圧縮エアにより駆動されることを特徴とするロボットハンド。
【請求項４】
ロボットハンドシステムであって、
請求項１ないし３のいずれかに記載のロボットハンドと、
前記ロボットハンドが取り付けられるロボットアームと、
前記ロボットハンドの前記ハンド本体部からの前記ハンド先端部の取り外しに利用されるとともに取り外された後の前記ハンド先端部を保持する前記治具と、
前記ハンド先端部と同様に、前記ハンド本体部に着脱自在に装着される他のハンド先端部と、
前記治具と同様の構造を有し、前記ハンド本体部からの前記他のハンド先端部の取り外しに利用されるとともに取り外された後の前記他のハンド先端部を保持する他の治具と、
を備えることを特徴とするロボットハンドシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のロボットハンドシステムであって、
前記治具が、
治具本体と、
前記治具本体から突出する治具ピンと、
前記治具ピンを前記治具本体から突出する方向へと押圧する付勢手段と、
を備え、
前記ハンド先端部の取り外しの際に、前記治具ピンが前記ハンド先端部の前記貫通孔に挿入され、前記付勢手段により押圧される前記治具ピンにより前記着脱機構が押圧されて移動することにより、前記着脱機構が前記固定状態から前記解除状態へと移行し、前記ハンド先端部が前記ハンド本体部から取り外されることを特徴とするロボットハンドシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットハンドシステムであって、
前記治具が、前記治具本体上にて前記ハンド先端部を係止するハンド先端部係止機構をさらに備え、
前記ハンド先端部の取り外しの際に、前記ハンド先端部の前記貫通孔に挿入された前記治具ピンが、前記圧縮エアによる圧力が加えられた前記固定状態の前記着脱機構により押圧されて前記治具本体内に向かって移動することにより、前記ハンド先端部係止機構が非係止状態とされた後、前記着脱機構において前記圧縮エアによる圧力が解放されることにより、前記着脱機構の前記固定状態から前記解除状態への前記移行が行われるとともに、前記移行と並行して前記ハンド先端部係止機構が前記非係止状態から係止状態へと移行し、前記ハンド先端部を前記治具本体上に係止することを特徴とするロボットハンドシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のロボットハンドシステムであって、
前記治具が、前記ハンド先端部係止機構が前記係止状態であること、または、前記非係止状態であることを検出する状態検出部をさらに備えることを特徴とするロボットハンドシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５．Ａ】
【図５．Ｂ】
【図６．Ａ】
【図６．Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５．Ａ】
【図５．Ｂ】
【図６．Ａ】
【図６．Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−９４８９２（Ｐ２０１３−９４８９２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３９２０１（Ｐ２０１１−２３９２０１）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（００００００３０９）ＩＤＥＣ株式会社 (188)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（００００００３０９）ＩＤＥＣ株式会社 (188)
【Ｆターム（参考）】
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