JP2019072822A - 交換ツール、ツールストッカー、ロボットシステム、ロボットシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 予め種多様な部品に適した形状のフィンガを持った交換ツールをロボットアームに機械的に脱着可能にするロボットシステムにおいて、ズレなく装着するために交換ツールに装着位置の位置決めを目的とした機構が設けられ、交換ツールが大型化するという問題があった。【解決手段】 交換ツールのフィンガ部を接近または離間させる機構の位置決めを行う機構をツールストッカーに設け、交換ツールをツールストッカーに保管した際にフィンガ部を接近または離間させる機構が自動で位置決めされること特徴とするロボットシステムを用いた。【選択図】 図４

Description

本発明は対象物を操作する交換可能なツール、ツールを保管するツールストッカー、およびそれらを用いたロボットシステム、ロボットシステムの制御方法に関する。

近年、カメラ、プリンタなどのように小型で複雑な構造を有する工業製品の組立、加工などの作業の自動化が行われている。この種の工業製品に使用される部品は、小型の精密部品が多く、その形状も多種にわたっている。

一方で、同一のロボット装置で多品種製品の生産を連続的に行うことが求められており、製造現場ではワークの品種や工程の変更に応じてロボット装置のロボットアーム本体の先端に装着されるツールの交換などを含む段取り替えが必要になる場面が増えている。この種のロボット装置の構成変更を作業員が手動で行う場合には労力と作業時間を要するため、可能な限り段取り替えをロボット装置のプログラミングによって行う、いわゆる自動段取り替えへの要求が高まっている。

上記の自動段取り替えに関しては、対象物への操作性と作業効率向上のために交換ツールの小型化・軽量化と、交換ツールないしその構成の交換時間の短縮、および交換時の取付け精度が要求されている。

特許文献１のロボットハンドは、指部材を有するロボットハンドに着脱可能に装着される交換爪モジュールを備えている。交換爪モジュールには、ロボットハンドの指部材を挿入可能な挿入孔を備えており、指部材を交換爪モジュールの挿入孔に挿入することで、指部分を変化できるようにしている。またこの交換爪モジュールは、指部材から取り外された際には保管治具に収納される。この保管治具には、交換爪モジュールを所定の位置決め状態にして収容する為のガイドが設けられている。このガイドに交換爪モジュールのフレーム部材を挿入することで交換爪モジュールのフレーム部材が所定の位置に案内され、位置ズレが生じないように収納される。

特許第５８９２７６５号

しかしながら特許文献１では、交換爪モジュールに設けられた挿入孔を位置決めするために交換爪モジュール側に付勢機構を設けている。また、もともとロボットハンドに備えられた指部材に別の指部材となる爪を被せて装着している。これらにより交換爪モジュール全体が大型化してしまう。

本発明の目的は、このような課題に着目してなされたものであり、複雑な機構を交換ツール側に用いることなく交換ツールを軽量化し、さらに着脱における信頼性の高い交換ツールを提供しようとするものである。

上述の課題を解決するために本発明によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームに着脱可能に装着され対象物を操作する交換ツールと、前記交換ツールを保管するためのツールストッカーからなるロボットシステムであって、前記交換ツールは、前記対象物と接触する接触部と、前記接触部を互いに接近または離間させる機構と、前記交換ツールを前記ロボットアームから取り外した状態において、前記機構が所定の位置に位置決めされるための位置規制部と、を備え、前記ツールストッカーは、前記交換ツールが保管された際、前記位置規制部と接触して、前記接触部を互いに接近または離間させる機構を所定の位置へと位置決めする位置決め機構を備えていることを特徴とするロボットシステムを採用した。

本発明によれば、交換ツールの位置決めを行う機構を交換ツールを保管するツールストッカーに設け、交換ツールには位置決めを行う機構と接触する部分を設けている。これにより交換ツール側に複雑な機構を設けることなく交換ツールを位置決めして保管できるので、交換ツールを軽量化しつつ着脱における信頼性の高い交換ツールを提供することができる。

本発明の第１の実施形態におけるロボットシステム１０の概略構成の一例を示した説明図である。 図１のロボットシステム１０の制御系の構成を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるロボットアーム本体１００と交換ツール３００との着脱機構を表した図である。 本発明の第１の実施形態におけるツールストッカー５００に交換ツール３００が保管される際の説明図である。 本発明の第１の実施形態における交換ツール３００の交換方法のフローチャートである。 図８のフローチャート（Ｓ１０１〜Ｓ１０４）における交換ツール３００とツールストッカー５００の状態図である。 図８のフローチャート（Ｓ１０５〜Ｓ１０６）における交換ツール３００とツールストッカー５００の状態図である。 図８のフローチャート（Ｓ１０７〜Ｓ１１０）における交換ツール３００とツールストッカー５００の状態図である。 図８のフローチャート（Ｓ１１１〜Ｓ１１３）における交換ツール３００とツールストッカー５００の状態図である。 本発明の第１の実施形態における押圧機構５３０の変形例を説明した図である。 本発明の第２の実施形態における交換ツール３００とツールストッカー５００を説明した図である。 本発明の第２の実施形態におけるリンク１０７を上方から見た斜視図である。 本発明の第２の実施形態におけるツールストッカー５００の斜視図である。 本発明の第２の実施形態におけるツールストッカー５００と交換ツール３００とリンク１０７の透視図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。

（第１の実施形態）
図１は本発明を実施可能なロボットシステムの概略構成の一例を示した説明図である。図１は本発明を実施可能なロボットシステムの概略構成の一例を示した説明図である。図１において、ロボットシステム１０は、ロボット装置２０、ツールストッカー５００、空圧装置４００、制御装置６００と外部装置６１０を備えている。空圧装置４００、制御装置６００および外部装置６１０は、図１の下部にブロック図として示している。

図１のロボット装置２０は、ロボットアーム本体１００と、ロボットアーム本体１００の先端に着脱可能に取り付けられた交換ツール３００ａで構成される。交換ツール３００ａの他に交換ツール３００ｂもあり、これら複数種類の交換ツールを総称して交換ツール３００と呼称する場合がある。これら複数種類の交換ツールにより対象物であるワークＷ（Ｗａ，Ｗｂ）に対する操作を行うことができる。

ロボットアーム本体１００は、基台１０１と、６つのリンク１０２〜１０７と、これらリンク１０２〜１０７を図１に示す矢印ａ〜ｆ方向へ回動可能に連結する６つの関節１１１〜１１６とを備えている。また、関節１１１〜１１６はリンク１０２〜１０７を搖動または回動させるためのロボットアーム用モータ１２１〜１２６を有している（図２）。さらに各関節１１１〜１１６には不図示のエンコーダを設けており、このエンコーダから各関節の角度を検出し制御装置６００にフィードバックしている。

同図より、ロボットアーム本体１００の基台１０１とリンク１０２は図中の関節１１１で接続されている。関節１１１は、例えば初期姿勢から矢印ａ方向に約±１８０度の可動範囲を有するものとする。

ロボットアーム本体１００のリンク１０２とリンク１０３は関節１１２で接続されている。この関節１１２は、例えば初期姿勢から矢印ｂ方向に約±８０度の可動範囲を有するものとする。

ロボットアーム本体１００のリンク１０３とリンク１０４は関節１１３で接続されている。関節１１３は、例えば初期姿勢から矢印Ｃ方向に約±７０度の可動範囲を有するものとする。

ロボットアーム本体１００のリンク１０４とリンク１０５は関節１１４で接続されている。関節１１４は、例えば初期姿勢から矢印ｄ方向に約±１８０度の可動範囲を有するものとする。

ロボットアーム本体１００のリンク１０５とリンク１０６は関節１１５で接続されている。この関節１１５は、初期姿勢から矢印ｅ方向に約±１２０度の可動範囲を有するものとする。

ロボットアーム本体１００のリンク１０６とリンク１０７は関節１１６で接続されている。この関節１１６は、初期姿勢から矢印ｆ方向に約±２４０度の可動範囲を有するものとする。

図１において、交換ツール３００ａはロボットアーム本体１００の最先端のリンク１０７に装着される。リンク１０７に支持された交換ツール３００ａは、ロボットアーム本体１００の動作により図中のＸＹＺ座標空間を自在に移動することができる。またリンク１０７には交換ツール３００ａを駆動させるためのツール駆動用モータ２２１（図２）を備えておりこのモータにより交換ツール３００ａを開閉させて対象物への把持等の操作を行う。

組立を行う製品のワークの形状や作業内容が多種多様に存在する場合、対象物Ｗや作業内容に応じて各交換ツール３００を使い分ける。例えば、対象物と接触する部分の長さや形状の異なるものを複数用意しておき、対象物Ｗや作業内容に応じて交換ツール３００を交換することにより適切な作業を行うことができる。

ツールストッカー５００は各交換ツール３００を保管するために用いられる。例えば交換ツール３００ａはツールストッカー５００ａに保管され、交換ツール３００ｂはツールストッカー５００ｂに保管される。詳しい構成は後述する。

空圧装置４００はロボットアーム本体１００とツールストッカー５００に空気を吸気もしくは排気する。空圧装置４００は電磁弁４２１、圧力センサ４２２、コンプレッサ４２３で構成されている。空圧装置４００は交換ツール３００とロボットアーム本体１００との着脱および交換ツール３００をツールストッカー５００に保管する際に用いられる。

制御装置６００は、ＣＰＵ６０１、各部を制御するためのプログラムを記憶するＲＯＭ６０２、ＲＡＭ６０３、通信インターフェース（図中ではＩ／Ｆ）６０４などから構成される。このうち、ＲＡＭ６０３は外部装置６１０の操作による教示点や制御指令などのデータの一時記憶に用いられる。

外部装置６１０は、例えばティーチングペンダント（ＴＰ）のような操作装置が考えられるが、ロボットプログラムを編集可能な他のコンピュータ装置（ＰＣやサーバ）であってもよい。外部装置６１０は、制御装置６００に対して有線ないし無線の通信接続手段を介して接続することができ、ロボット操作および状態表示などのユーザインターフェース機能を有する。

ＣＰＵ６０１は、例えば外部装置６１０で入力された教示点データを通信インターフェース６０４から受信する。また、外部装置６１０から入力された教示点データに基づきロボット装置２０の各軸の軌道を生成し、通信インターフェース６０４を介して制御目標値としてロボット装置２０に送信することができる。

さらに制御装置６００はツールストッカー５００とも通信インターフェース６０４を介して接続されている。これによりロボット装置２０とツールストッカー５００を統合して制御することが可能となる。また制御装置６００は空圧装置４００とも通信インターフェース６０４を介して接続されている。空圧装置４００はロボット装置２０とツールストッカー５００に空気を吸気または排気する。これによりロボット装置２０と交換ツール３００との着脱を行い、交換ツール３００を位置決めしてツールストッカー５００に保管する。詳しくは後述する。

図２は図１のロボットシステム１０の制御系の詳細な構成を示したブロック図である。ロボットシステム１０の制御部としての制御装置６００は、ロボットアーム本体１００の各関節１１１〜１１６に搭載された各ロボットアーム用モータ１２１〜１２６を制御する。そしてリンク１０７に内蔵されたツール駆動用モータ２２１、空圧装置４００、ツールストッカー５００を制御する。

アームモータドライバ１２０は制御装置６００から得た制御値を基に各ロボットアーム用モータ１２１〜１２６を制御しロボットアーム本体１００の姿勢を制御する。ツール駆動用モータドライバ２２０も同様に制御装置６００から得た制御値を基にツール駆動用モータ２２１を制御し交換ツール３００の開閉を制御する。

また上記各モータには不図示のエンコーダを設けており、このエンコーダから各モータの回転角度を検出し制御装置６００にフィードバックしている。

空圧装置４００は制御装置６００からの指令値を基にコンプレッサ４２３を駆動させて不図示のタンク内の空気を圧縮もしくは開放し、圧力センサ４２２より所望の空圧となれば電磁弁４２１を開口もしくは閉口し、空気の吸気もしくは排気を行う。電磁弁４２１はリンク１０７、ツールストッカー５００のそれぞれに独立して空気を吸気もしくは排気できるよう構成されている。

次に本実施形態において、交換ツール３００とロボットアーム本体１００との着脱機構について図３を用いて説明する。

図３（ａ）はリンク１０７に設けられた着脱機構の斜視図、図３（ｂ）は交換ツール３００に設けられた着脱機構の斜視図、図３（ｃ）は実際に交換ツール３００をリンク１０７に装着させた際の図である。

図３（ａ）（ｂ）よりリンク１０７の交換ツール３００を装着する装着面には、一対の駆動基台２１１が一対のスライドガイド２１３により図中矢印Ａ，Ｂ方向に移動可能に取り付けられている。さらにツール駆動用モータ２２１により、不図示のラック＆ピニオン機構を介して、駆動基台２１１が互いに接近もしくは離間するように駆動されるように構成されている。

交換ツール３００には一対の駆動基台２１１と同様にスライドガイド機構により図中矢印Ａ，Ｂ方向に互いに接近もしくは離間できる一対のフィンガ支持基台３１４が設けられている。一対のフィンガ支持基台３１４は対象物と接触する一対のフィンガ部材３３０とつながっており、一対のフィンガ支持基台３１４が互いに接近もしくは離間することで一対のフィンガ部材３３０が互いに接近もしくは離間し、対象物を把持もしくは解放する。

交換ツール３００のリンク１０７に対する装着面には、リンク１０７側の駆動基台２１１に対応し、スライドガイド３３１により図中矢印Ａ，Ｂ方向に互いに接近もしくは離間できる一対のフィンガ支持基台３１４が設けられている。一対のフィンガ支持基台３１４は、開口部３２０を貫通して上記装着面の反対側へと突出し、対象物と接触する接触部となる一対のフィンガ部材３３０と一体に固定されている。そしてフィンガ支持基台３１４が互いに接近もしくは離間する動作によって、フィンガ部材３３０を開閉し、対象物を把持、解放することができる。

そして、リンク１０７と交換ツール３００が装着状態にあるとき、一対の駆動基台２１１に設けられた駆動伝達ピン２１２と、一対のフィンガ支持基台３１４に設けられた駆動伝達孔３１７が嵌合し機械的に接続される（図３（ｃ））。

図３（ｃ）より、この状態で一対の駆動基台２１１を互いに接近または離間させることで、一対のフィンガ支持基台３１４が互いに接近または離間し、一対のフィンガ部材３３０が接近または離間し対象物Ｗを把持ないし解放する。上記の駆動伝達ピン２１２と駆動伝達孔３１７が対象物と接触する接触部となるフィンガ部材３３０を駆動させる駆動伝達部となる。

また、一対のフィンガ支持基台３１４には、フィンガ支持基台３１４が矢印Ａ、Ｂ方向に移動することで突出する突出部３１９がそれぞれ設けられている。

リンク１０７と交換ツール３００には互いを装着状態に保つために一対のボールフランジャー２４０と一対の嵌合孔３４０を備えている。本実施形態では一対のボールフランジャー２４０は空気により係合を行うボールフランジャーであり、一対の配管２３２により空気が吸気もしくは排気される。この一対の配管２３２は上述した空圧装置４００に接続されている。一対のボールフランジャー２４０が交換ツール側の一対の嵌合孔３４０に挿入され、ボールフランジャー２４０のボール部材が空気により飛び出すことでリンク１０７と交換ツール３００が装着される。ボールフランジャー２４０が装着状態を保つロボットアーム本体１００側固定部、嵌合孔３４０が装着状態を保つ交換ツール側固定部となる。

なお、本実施形態では空気によりボール部材を移動させているが、バネや電磁弁によりボール部材を移動させて一対の嵌合孔３４０と係合させても良い。

また、リンク１０７と交換ツール３００が装着状態にあるとき、一対の駆動基台２１１に設けられた駆動伝達ピン２１２と、一対のフィンガ支持基台３１４に設けられた駆動伝達孔３１７とが嵌合する（図３（ｃ））。

図３（ｃ）より、この状態で一対の駆動基台２１１を互いに接近または離間させることで、一対のフィンガ支持基台３１４が互いに接近または離間し、一対のフィンガ部材３３０が接近または離間し対象物Ｗを把持ないし解放する。上記の駆動伝達ピン２１２と駆動伝達孔３１７が対象物と接触する接触部となるフィンガ部材３３０を駆動させる駆動伝達部となる。

上記で述べた着脱機構が他の交換ツール３００にも設けられていることで、多様なツールを装着させ種々の適切な操作を対象物に行うことができる。

次に、本発明の交換ツール３００がロボットアーム本体１００から取り外された際に保管されるツールストッカー５００について説明する。図４（ａ）は交換ツール３００を保管していない場合のツールストッカー５００の斜視図である。図４（ｂ）は交換ツール３００が保管されている場合のツールストッカー５００の斜視図である。図４（ｃ）は図４（ｂ）における二点鎖線ＢＢで切断した断面図である。

図４（ａ）より、ツールストッカー５００には交換ツール３００の保管状態において交換ツール３００と接触する接触面５１１を備え、さらに接触面５１１の中央には開口部５１２が設けられている。この開口部５１２にフィンガ部材３３０が挿入される。また、ツールストッカー５００には脚部５１３が四方に備えられている。

接触面５１１上には、一対のピン５１４、一対のボールフランジャー５１７、一対の押圧機構５３０、識別センサ５６０、光透過型の有無センサ５７０が設けられている。

一対のピン５１４は空気により径を拡張、収縮できる拡径部材５１５をそれぞれ備えている。また一対のピン５１４は配管５１６を介して空圧装置４００（図２）に接続されている。空圧装置４００の電磁弁４２１を制御することで、コンプレッサ４２３（図２）から配管５１６を介し空気の吸気もしくは排気を行い、拡径部材５１５を半径方向へ拡張もしくは収縮させることができる。

一対のボールフランジャー５１７は、上述したロボットアーム本体１００側のボールフランジャー２４０と同様の構成となっている。一対のボールフランジャー５１７にはそれぞれボール部材５１８が設けられ、配管５１９により空気が吸気もしくは排気されボール部材５１８が移動する。

一対の押圧機構５３０はそれぞれベース部材５３１、レバー部材５３２、バネ部材５３３、レバー回動軸５３４で構成されている。レバー部材５３２はレバー回動軸５３４を回動中心にして、ベース部材５３１に対して回動可能となっている。

レバー部材５３２に設けられたバネ部材５３３は、レバー部材５３２を矢印Ｇ方向へ常に回動させた状態にして弾性付勢している。また、レバー部材５３２の端部にはローラ５３５が設けられている。このローラ５３５が交換ツール３００に設けられた突出部３１９と接触し、バネ部材５３３によりＧ方向に回動されたレバー部材５３２により突出部３１９を押圧することでフィンガ支持基台３１４の位置決めを行う。なお、バネ部材５３３は弾性部材であればよく、あくまで一例としてバネを用いる。

図４（ｂ）は交換ツール３００が保管されていないときのツールストッカー５００のＺＸ平面図である。バネ部材５３３が矢印Ｆ方向へレバー部材５３２を引っ張っているため、レバー回動軸５３４を軸としてレバー部材５３２がＧ方向へ回動し、同時にローラ５３５がＧ方向へ持ち上げられる。ツールストッカー５００は交換ツール３００が保管されていない場合、常にこの状態を保っている。

図４（ｃ）は、実際に交換ツール３００がツールストッカー５００に保管されている状態を示した斜視図である。一対のピン５１４と合うように一対の孔３４２と、一対のボールフランジャー５１７のボール部材５１８と係合する一対の嵌合孔３４６がそれぞれ交換ツール３００に設けられている。

一対のピン５１４の拡径部材５１５が拡張することで孔３４２と密着し交換ツール３００のＸ方向およびＹ方向の位置決めを行う。また、ボールフランジャー５１７のボール部材５１８が広がることで嵌合孔３４６と係合しＺ方向の位置決めを行う。それと同時にツールストッカー５００と交換ツール３００とを固定する。このように位置決めピン５１４とボールフランジャー５１７が位置決め機構として交換ツール３００の位置決めを行い固定して保管する。

識別センサ５６０は物体が所定の位置まで接近すると信号を出力する近接センサである。交換ツール３００にはツールストッカー５００に保管された際に識別センサ５６０と対向する位置に識別部３４７が設けられている。交換ツール３００がツールストッカー５００上に保管されると、識別部３４７が識別センサ５６０に所定の位置まで接近した状態となる。これにより識別センサ５６０が制御装置６００にＯＮ信号を送信し、制御装置６００は所定のツールストッカー５００に対応した交換ツール３００が保管されたと判別する。一方、識別センサ５６０と対向する位置に識別部３４７が無い交換ツール３００が保管されると、識別センサ５６０からの制御装置６００への信号がＯＦＦのままのため、制御装置６００は誤った交換ツール３００が保管されたと認識する。

この識別センサ５６０の位置と識別部３４７の位置の組み合わせを各ツールストッカー５００と交換ツール３００の組み合わせに応じて対応させることで、ツールストッカー５００に保管された交換ツール３００の種類を判別する。この識別センサ５６０が交換ツール３００が保管されているか判別する判別部となる。

有無センサ５７０は光透過型のセンサであり、有無センサ５７０間には常に光路が存在する。図４（ｂ）の状態では交換ツール３００が、有無センサ５７０間の光路を遮っているので、制御装置６００はツールストッカー５００上に交換ツール３００が保管されていると認識する。逆に図４（ａ）の状態では有無センサ５７０間の光路を遮っていないので制御装置６００はツールストッカー５００上に交換ツール３００が保管されていないと認識する。

図４（ｄ）より、交換ツール３００が保管されている場合、ローラ５３５と突出部３１９と接触点Ｐには矢印Ｈ方向に力がかかる。これによりレバー部材５３２が矢印Ｉ方向にレバー回動軸５３４を軸として回動する。しかし図４（ｂ）で説明したようにレバー部材５３２はバネ部材５３３により常に矢印Ｆ方向に引っ張られている。よってレバー部材５３２は図４（ｂ）で示した矢印Ｇ方向へ戻ろうとする。それと同時にローラ５３５も矢印Ｇ方向へ戻ろうとするため、ローラ５３５は突出部３１９をＫ方向へ押圧する。一対のフィンガ支持基台３１４は交換ツール３００の開口部３２０を通して設けられているため、開口部３２０の縁部に突き当てられて位置決めされる。

以上によりフィンガ支持基台３１４が位置決めされると同時に駆動伝達孔３１７も位置決めされる。これによりロボットアーム本体１００と交換ツール３００との着脱の際の駆動伝達ピン２１２と駆動伝達孔３１７との嵌合ズレの危険性を低減する。上記突出部３１９が位置規制部、押圧機構５３０が位置決め機構となる。

図５は本発明の第１の実施形態におけるロボットシステム１０のフローチャートである。図６は図５の各ステップにおける状態図である。以下、図５と図６を用いて説明する。

図５より交換ツール３００をツールストッカー５００から取得する場合、まずＳ１０１でロボットアーム本体１００のリンク１０７をツールストッカー５００上に保管されている交換ツール３００の上空に移動させる（図６−１（ａ））。この時有無センサ５７０により交換ツール３００が保管されているツールストッカー５００の上空に移動する。

次にＳ１０２で矢印Ｃ方向へリンク１０７を直線的に移動させ、一対のボールフランジャー２４０を嵌合孔３４０に挿入する（図６−１（ｂ））。それと同時に一対の駆動伝達ピン２１２が一対の駆動伝達孔３１７に挿入される。このとき、フィンガ支持基台３１４は押圧機構５３０によりＫ方向へそれぞれ押圧され、駆動伝達孔３１７は位置決めされている。ゆえに軸Ｃａ、Ｃｂを中心としてズレなく駆動伝達ピン２１２を駆動伝達孔３１７に挿入できる。

Ｓ１０３でボールフランジャー２４０が嵌合孔３４０に挿入された状態で、空圧装置４００により電磁弁４２１が作動し、ツールストッカー５００側のピン５１４内へ空気が吸気もしくは排気され拡径部材５１５が収縮する。加えてツールストッカー５００側のボールフランジャー５１７内へ空気が吸気もしくは排気されボール部材５１８が移動し交換ツール３００のツールストッカー５００の固定が解除される。

そしてＳ１０４で電磁弁４２１が作動し、リンク１０７側のボールフランジャー２４０へ空気が吸気もしくは排気されボール部材が移動する。そしてボール部材が嵌合孔３４０と係合し、リンク１０７に交換ツール３００が装着されロボットアーム本体１００に交換ツール３００が装着される。

交換ツール３００がロボットアーム本体１００に装着された後、Ｓ１０５でロボットアーム本体１００によりリンク１０７が矢印Ｄ方向へ直線的に移動する（図６−２（ｃ））。このときフィンガ支持基台３１４の突出部３１９とローラ５３５とが離間する。そしてレバー部材５３２は、バネ部材５３３の引っ張り力Ｆによりレバー回動軸５３４を中心に矢印Ｇ方向へ回動したまま付勢される。

そしてＳ１０６で交換ツール３００を用いてワークＷの把持等、フィンガ部材３３０に合わせた操作を行う（図６−２（ｄ））。リンク１０７を把持対象となるワークＷに向けて下方に移動させ、ツール駆動用モータ２２１を駆動させ駆動基台２１１を制御する。そして駆動伝達ピン２１２及び駆動伝達孔３１７を介して、フィンガ支持基台３１４及びフィンガ部材３３０を制御することでワークＷを把持する。その後、ロボットアーム本対１００は目的位置にワークＷを搬送し、フィンガ部材３３０を制御してワークＷの把持を解除して目的位置に設置する。

上記はワークの把持、搬送を例に説明したが交換ツール３００により組立て動作やねじ締め動作を行っても良い。

Ｓ１０６で対象物への操作が終了すると、Ｓ１０７へ進み交換ツール３００をツールストッカー５００へ保管する。Ｓ１０７で、装着されている交換ツール３００に対応したツールストッカー５００の上空へ移動し、リンク１０７を矢印Ｃ方向に直線的に移動させフィンガ部材３３０を開口部５１２に挿入する。すると、突出部３１９がローラ５３５と当接する（図６−３（ｅ））。リンク１０７がさらに矢印Ｃ方向へ移動すると、レバー部材５３２は交換ツール３００によりＰ点で矢印Ｈ方向に押し付けられるのでレバー回動軸５３４を中心に矢印Ｉ方向へ回動する。

そしてＳ１０８で、交換ツール３００がツールストッカー５００に接触したか判定する（図６−３（ｆ））。図６−３（ｆ）の状態では押圧機構５３０によりフィンガ支持基台３１４がＫ方向へ押圧され、駆動伝達孔３１７が位置決めされる。これによりツールストッカー５００が正しく位置決めされて保管されたかを判定する。この判定は詳細不図示の力センサをリンク１０７内に内蔵し、力の閾値を用いて判定する。なお、この判定方法は一例であり、リンク１０７の移動量を不図示のエンコーダにより検出し、それを閾値として用いても良い。Ｓ１０８：ＹｅｓとなればＳ１０９へ進み、Ｓ１０８：ＮｏとなればＳ１０７の直前まで戻り再度矢印Ｃ方向へ移動させる。

Ｓ１０８：Ｙｅｓとなった場合Ｓ１０９へ進み、電磁弁４２１が作動しボールフランジャー２４０と嵌合孔３４０で構成される着脱機構へ空気が吸気もしくは排気される。そしてボールフランジャー２４０のボール部材が移動することで、リンク１０７と交換ツール３００が解除される。

そしてＳ１１０で電磁弁４２１が作動して、ツールストッカー５００側の位ピン５１４へ空気が吸気もしくは排気され拡径部材５１５が拡張する。加えてツールストッカー５００側のボールフランジャー５１７へ空気が吸気もしくは排気されボール部材５１８ａが移動して交換ツール３００が位置決めされてツールストッカー５００に固定される。

その後Ｓ１１１で、ロボットアーム本体１００によりリンク１０７が矢印Ｄ方向へ直線的に移動する（図６−４（ｇ））。以上により交換ツール３００が、位置決めされてツールストッカー５００上に保管される。

その後、Ｓ１１２で次の動作は別の交換ツール３００で作業を行うか判断する。この判定はユーザーにより設定されるものとする。Ｓ１１２：Ｎｏならば作業を終了し、Ｓ１１２：ＹｅｓならばＳ１１３へ進む。

Ｓ１１３で、上記で装着した交換ツール３００とは別の交換ツール３００’の上空へリンク１０７を移動させる（図６−４（ｈ））。そしてＳ１０２の直前まで戻り、上記で述べた着脱動作を同様に行う。以上により種々の交換ツール３００を装着して適切な把持を行うことができる。

以上第１の実施形態により、ツールストッカー５００上にフィンガ部材３３０の開閉機構を押圧して位置決めする押圧機構を設けている。よって交換ツール３００側に位置決めを行う複雑な機構を設けるスペースが必要なくなり交換ツールの大型化を防ぎつつ着脱における信頼性を保つことができる。

また、本実施形態では押圧機構５３０をツールストッカー５００の接触面５１１上に設けたが接触面５１１の下に設けても良い。図７は押圧機構５３０を接触面５１１の下に設けた際の交換ツール３００とツールストッカー５００を示している。図７（ａ）は交換ツール３００、図７（ｂ）がツールストッカー５００である。図７（ｃ）は実際の交換ツール３００をツールストッカー５００に保管した際の断面図である。

図７（ａ）より、突出部３１９がフィンガ部材３３０と一体となって設けられている。また、図７（ｂ）より押圧機構５３０が接触面５１１の下に設けられている。

図７（ｃ）より、押圧機構５３０のローラ５３５が突出部３１９に接触し、フィンガ部材３３０をＫ方向に押圧する。これにより、押圧機構５３０を接触面５１１上に設けた際と同様の効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態につき説明する。第１の実施形態では押圧機構５３０をバネとレバー部材により構成していたが、より簡易な構成でフィンガ支持基台３１４を位置決めすることができる。以下で詳述する。

以下では、第１の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。第２の実施形態では第１の実施形態の押圧機構５３０を変更している。また、第１の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。また、第１の実施形態と同一ないし同等の部材や制御機能については、同一の参照符号を用いる。

図８は第２の実施形態における交換ツール３００とツールストッカー５００の断面図を示している。第１の実施形態と大きく異なる点は突出部３１９と、押圧機構５３０の代わりにツールストッカー５００にテーパ部５４０を設けている点である。

図８（ａ）より交換ツール３００のフィンガ部材３３０に、突出部３１９の代わりにテーパ部５４０と接触するテーパ接触部３５０を設けている。

図８（ｂ）より交換ツール３００がツールストッカー５００に保管されることで、交換ツール３００のテーパ接触部３５０と、ツールストッカー５００のテーパ部５４０が接触する。そしてテーパ同士の接触により矢印Ｓ方向にフィンガ部材３３０が滑る。それと同時にフィンガ支持基台３１４も矢印Ｋ方向に進み、交換ツール３００の開口部３２０の縁部にフィンガ支持基台３１４が当接し位置決めがなされる。上記テーパ接触部３５０が位置規制部、テーパ部５４０が位置決め機構となる。

以上により、本実施形態を用いればレバー部材やバネ部材を用いることなくフィンガ支持基台３１４を位置決めして保管できる。これによりツールストッカー５００に設ける位置決め機構をさらに簡易にできるため、コスト低減を図ることができる。

（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態につき説明する。第１の実施形態、第２の実形態では空圧装置４００による空気供給をロボットアーム本体１００のリンク１０７とツールストッカー５００に行っていたが、ツールストッカー５００に供給するだけでも本発明を実施可能である。以下で詳述する。

以下では、第１の実施形態、第２の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。第２の実施形態では第１の実施形態のボールフランジャー２４０およびツールストッカー５００を部分的に変更している。また、第１の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。また、第１の実施形態と同一ないし同等の部材や制御機能については、同一の参照符号を用いる。

本実施形態では、一対のボールフランジャー２４０が図９に示す様にフレーム２４５により連結して設けられている。また、一対のボールフランジャー２４０を駆動させるための空気を送る弁が内蔵された結合部２４４が設けられている。

図１０は本実施形態におけるツールストッカー５００の斜視図である。本実施形態と第１の実施形態との大きな変更点は、上記で述べた空気が通る弁を設けた結合部２４４と結合するツールストッカー５００側の結合部５２５を設けていることである。結合部５２５は配管５２０により空圧装置４００に接続されている。

このエアが通る弁を設けた結合部２４４と結合部５２５とをそれぞれリンク１０７とツールストッカー５００に設け、配管５２６を設けていることである。

図１１は、ツールストッカー５００上の交換ツール３００を取得する際の断面図である。リンク１０７がロボットアーム本体１００により矢印Ｃ方向に直線的に移動し、ボールフランジャー２４０が、交換ツール３００の嵌合孔３４０に挿入されている。

それと同時に結合部２４４と、結合部５２５が結合する。このとき結合部２４４と結合部５２５に設けられたそれぞれの弁が開き、配管５２０を介してフレーム２４５内に空気を吸気もしくは排気する空気経路を構築する。そしてボールフランジャー２４０に空気が吸気もしくは排気されボール部材が移動、嵌合孔３４０と係合もしくは解除され交換ツール３００とリンク１０７とが着脱される。

ツールストッカー５００上に交換ツール３００を保管する際には、リンク１０７が矢印Ｃ方向に直線的に移動し、結合部２４４と、結合部５２５が結合する。そしてそれぞれの弁が開き、配管５２６を介してフレーム２４５内にエアが吸気もしくは排気される。そして一対のボールフランジャー２４０に空気が吸気もしくは排気されボール部材が移動して嵌合孔３４０との係合が解除される。

以上により、ツールストッカー５００に設けられた結合部５２５からリンク１０７側の結合部２４４を介して空気を給気もしくは排気してボールフランジャーを動作させる。これによりロボットアーム本体１００にエアの経路となる配管２３２を設ける必要がなくなり製造コストを低減することができる。

また、動きの多いロボットアーム本体１００ではなく、ツールストッカー５００に配管を設けているので配管へのダメージを低減でき、安定してエアを供給することができる。

なお上記各実施形態における、２組の交換ツール３００ａ、３００ｂとツールストッカー５００ａ、５００ｂは一例であり、操作対象となるワークの形状と姿勢に応じたツールの種類に合わせて、数を増やすことも可能である。

また、上記各実施形態ではワークに対して把持だけでなく、塗装や溶接などを行う場合は、適宜フィンガ部材（３３０ａ、３３０ｂ）を取り外し、用途に合わせた部材に付け替えても良い。

また、上記各実施形態ではリンク１０７と交換ツール３００との装着状態を保つ固定部として、空気でボール部材が進退し嵌合孔３４０と係合するボールフランジャー構成で説明した。しかしボールフランジャーの代わりとして電磁石等の磁力で結合する構成に当事者が任意に変更可能である。また、ツールストッカー５００に備えられたボールフランジャー５１７も上記のように電磁石等の磁力で結合する構成に変更してよい。

また、上記第１の実施形態、第３の実施形態では押圧機構５３０を、ベース部材５３１に対して回動可能なレバー部材５３２をバネ部材５３３で付勢し、ツール交換時には交換ツールのフィンガ支持基台３１４の突出部３１９により回動する構成で説明した。しかし、フィンガ支持基台３１４を所定の方向に弾性的に付勢する構成、例えばエア駆動するシリンダ等を押圧機構５３０として当事者が任意に変更可能である。

例えば、ローラ５３５をエア駆動するシリンダに接続し、交換ツール３００が保管された際には、シリンダにエアを供給しローラ５３５を押圧方向へ駆動させることでレバー部材を用いた時と同様の効果を得ることができる。

上記第１の実施形態、第３の実施形態ではローラ５３５で突出部を押圧しているが、ローラの押圧力が十分強ければ、交換ツール３００のツールストッカー５００への固定を兼用することも可能である。

また、上記各実施形態では識別部３４７の接近を近接センサである識別センサ５６０が検知し、ツールストッカー５００上に保管されている交換ツール３００の種別を判別する構成について説明した。しかし識別部３４７をバーコードに変更し且つ識別センサ５６０をバーコードリーダーに変更した構成に当事者が任意に変更可能である。

また、上記各実施形態では有無センサ５７０および識別センサ５６０の２つのセンサを設ける構成を説明した。しかし、有無センサ５７０を設けずに、識別センサ５６０によりツールストッカー５００上の交換ツール３００の有無を検知する構成に当事者が任意に変更可能である。

上記各実施形態のツール交換の処理手順は具体的には制御装置６００により実行されるものである。従って上述した機能を実行可能なソフトウェアの制御プログラムを記録した記録媒体をＣＰＵ６０１に供給し、ＣＰＵ６０１がＲＯＭ６０２に格納されたプログラムを読み出し実行することによって達成されるよう構成することができる。この場合、記録媒体から読み出されたプログラム自体が上述した各実施形態の機能を実現することになり、プログラム自体およびそのプログラムを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。

また、各実施形態では、コンピュータで読み取り可能な記録媒体がＲＯＭ６０２或いはＲＡＭ６０３であり、ＲＯＭ６０２或いはＲＡＭ６０３にプログラムが格納される場合について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。本発明を実施するためのプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、プログラムを供給するための記録媒体としては、ＨＤＤ、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。

本発明は産業用ロボットとして利用可能である。

１０ ロボットシステム
２０ ロボット装置
１００ ロボットアーム本体
１０１ 基台
１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７ リンク
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６ 関節
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６ ロボットアーム用モータ
２１１ 駆動基台
２１２ 駆動伝達ピン
２１３、３３１ スライドガイド
２２０ ツール駆動用モータドライバ
２２１ ツール駆動用モータ
２３２ 配管
２４０、５１７ ボールフランジャー
３００ 交換ツール
３１４ フィンガ支持基台
３１７ 駆動伝達孔
３１９ 突出部
３２０ 開口部
３３０ フィンガ部材
３４０ 嵌合孔
３４７ 識別部
３５０ テーパ接触部
４００ 空圧装置
４２１ 電磁弁
４２２ 圧力センサ
４２３ コンプレッサ
５００ ツールストッカー
５１４ ピン
５１５ 拡径部材
５１８ ボール部材
５３０ 押圧機構
５３２ レバー部材
５３３ バネ部材
５３４ レバー回動軸
５３５ ローラ
５４０ テーパ部
５６０ 識別センサ
５７０ 有無センサ
６００ 制御装置
６１０ 外部装置

Claims (11)

1. ロボットアームと、前記ロボットアームに着脱可能に装着され対象物を操作する交換ツールと、前記交換ツールを保管するためのツールストッカーからなるロボットシステムであって、
   前記交換ツールは、
   前記対象物と接触する接触部と、
   前記接触部を互いに接近または離間させる機構と、
   前記交換ツールを前記ロボットアームから取り外した状態において、前記機構が所定の位置に位置決めされるための位置規制部と、を備え、
   前記ツールストッカーは、
   前記交換ツールが保管された際、前記位置規制部と接触して、前記接触部を互いに接近または離間させる機構を所定の位置へと位置決めする位置決め機構を備えていることを特徴とするロボットシステム。
2. 請求項１に記載のロボットシステムにおいて、
   前記位置決め機構は、
   回動軸を回動中心として回動可能なレバー部材と、
   前記レバー部材を弾性付勢する弾性部材と、を備え、
   弾性付勢された前記レバー部材が、前記位置規制部を押圧することで前記接触部を互いに接近または離間させる機構を所定の位置へと位置決めすることを特徴とするロボットシステム。
3. 請求項１に記載のロボットシステムにおいて、
   前記位置決め機構はテーパ部により構成され、
   前記位置規制部が前記テーパ部と接触することで前記接触部を互いに接近または離間させる機構を所定の位置へと位置決めすることを特徴とするロボットシステム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、前記ツールストッカーに前記交換ツールが保管されているか判別する判別部が設けられていることを特徴とするロボットシステム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、前記ツールストッカーに前記交換ツールの種類を識別する識別部が設けられていることを特徴とするロボットシステム。
6. ロボットアームに着脱可能に装着され、対象物を操作する交換ツールであって、
   前記対象物と接触する接触部と、
   前記接触部を互いに接近または離間させる機構と、
   前記交換ツールを前記ロボットアームから取り外した状態において、前記機構が所定の位置に位置決めされるための位置規制部と、を備えたことを特徴とする交換ツール。
7. 請求項６に記載の交換ツールをロボットアームに装着したロボット装置。
8. ロボットアームに着脱可能な交換ツールを、前記ロボットアームから取り外した際に保管するツールストッカーであって、
   前記交換ツールが保管された際、前記交換ツールと接触して、前記交換ツールを所定の位置へと位置決めする位置決め機構を備えていることを特徴とするツールストッカー。
9. ロボットアームと、前記ロボットアームに着脱可能に装着され対象物を操作する交換ツールと、前記交換ツールを保管するためのツールストッカーからなるロボットシステムであって、
   前記交換ツールは、
   前記対象物と接触する接触部と、
   前記接触部を互いに接近または離間させる機構と、
   前記交換ツールを前記ロボットアームから取り外した状態において、前記機構が所定の位置に位置決めされるための位置規制部と、を備え、
   前記ツールストッカーは、
   前記交換ツールが保管された際、前記位置規制部と接触して、前記接触部を互いに接近または離間させる機構を所定の位置へと位置決めする位置決め機構を備え、
   前記交換ツールの前記接触部または前記位置規制部を前記ツールストッカーの位置決め機構に接触させながら、前記交換ツールを移動させる移動工程と、
   前記位置決め機構により、前記接触部を互いに接近または離間させる機構を所定の位置へと位置決めする位置決め工程と、を有することを特徴とする制御方法。
10. 請求項９に記載の制御方法を実行可能な制御プログラム。
11. 請求項１０に記載の制御プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。

Images