JP2017189861A - ロボット用把持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きなワークを把持し、ワークの重心が指部を結ぶ平面よりも高い位置にあっても安定的にワークを把持する。【解決手段】把持中心に向かって対向配置された２以上の指部４と、指部４の間にワークが挿入されたときにワークを突き当てるワーク押さえ部５と、各指部４の先端を把持中心に向かって移動させる駆動部６とを備え、各指部４が、少なくとも２以上の板状の弾性体からなる指部本体７と、指部本体７の外面に沿って配置されるとともに指部本体７の先端に接合され、指部本体７よりも剛性の高い補強部材８とを備え、補強部材８が、指部本体７の長手方向に対して垂直かつ指部本体７の表面に平行な軸線回りに揺動可能に設けられているロボット用把持装置１を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボット用把持装置に関するものである。

従来、ロボットの手首先端に取り付けられ、ワークを把持するためのロボット用把持装置としては、人間の手と同様の構造を有し、指部を開閉するサーボハンドが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−２４５５６６号公報

しかしながら、特許文献１のサーボハンドは、指部を大きく開放できないので、小型のワークしか把持できないという不都合がある。
また、一般に、ロボット用把持装置は、ワークを複数の指部で挟んで把持する場合に、指部を結ぶ平面よりもワークの重心が高い位置にあると、把持した状態でワークがバランスを崩して回転することがあり、ワークを安定的に取り扱うことができないという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、大きなワークを把持することができ、ワークの重心が指部を結ぶ平面よりも高い位置にあっても安定的にワークを把持することができるロボット用把持装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、把持中心に向かって対向配置された２以上の指部と、該指部の間にワークが挿入されたときに前記ワークを突き当てるワーク押さえ部と、各前記指部の先端を前記把持中心に向かって移動させる駆動部とを備え、各前記指部が、少なくとも２以上の板状の弾性体からなる指部本体と、該指部本体の外面に沿って配置されるとともに該指部本体の先端に接合され、該指部本体よりも剛性の高い補強部材とを備え、該補強部材が、前記指部本体の長手方向に対して垂直かつ該指部本体の表面に平行な軸線回りに揺動可能に設けられているロボット用把持装置を提供する。

本態様によれば、ワークを把持する場合に、駆動部を作動させることにより、補強部材が揺動軸回りに揺動させられるとともに、２以上の板状の弾性体からなる指部本体が弾性変形して、指部どうしが把持中心から離れる方向に移動し、指部先端の間隔が広げられる。この状態で、指部の間にワークを挿入すると、ワーク押さえ部にワークの表面が突き当たる。そして、駆動部を作動させて、指部を把持中心に向かう方向に移動させることにより、指部の間にワークを挟んで把持することができる。

この場合において、本態様によれば、ワークとの指部の接触点を結ぶ平面より上方にワークの重心が配置されていても、ワーク押さえ部がワークの表面に接触していることによって、ワークのバランスが崩れることが防止され、ワークを安定して把持した状態に維持することができる。

上記態様においては、前記駆動部が、前記把持中心に沿って前記指部本体の基端を移動させる直線移動機構を備え、該直線移動機構により前記指部本体の前記基端を前記把持中心に沿って前記指部の先端方向に移動させると、前記指部本体が外側に湾曲して前記指部の前記先端を互いに離間させ、前記指部本体の前記基端を前記把持中心に沿って前記指部の基端方向に移動させると、前記指部本体が内側に湾曲して前記指部の前記先端を互いに近接させてもよい。

このようにすることで、駆動部を作動させて、直線移動機構が指部本体の基端を把持中心に沿って先端方向に移動させると、弾性体からなる指部本体が外側に湾曲して、指部本体の先端に接続された補強部材を揺動軸線回りに揺動させ、指部の先端どうしの間隔を大きく広げることができる。一方、直線移動機構が指部本体の基端を把持中心に沿って基端方向に移動させると、弾性体からなる指部本体が内側に湾曲して、補強部材を揺動軸線回りに揺動させ、指部の先端どうしを近接させてワークを把持することができる。

また、上記態様においては、前記ワーク押さえ部が、前記把持中心に沿う方向に移動可能に支持され前記ワークに接触する接触部と、該接触部を前記ワークに押し付ける方向に付勢する付勢手段とを備えていてもよい。
このようにすることで、指部の間にワークが挿入されると、ワークにワーク押さえ部の接触部が接触し、ワークに押されて把持中心に沿う方向に移動するとともに、付勢手段によってワークに押し付けられる。これにより、ワークに接触する際の衝撃を緩和することができるとともに、ワークとの間に安定した摩擦力を発生させて、指部の間に把持したワークを、より確実に把持した状態に維持することができる。

また、上記態様においては、前記接触部が、前記把持中心を取り囲む環状に形成されていてもよい。
このようにすることで、ワークが球体のように凸曲面を有していても、環状に形成された接触部を、ワークの広い範囲に接触させて、ワークを安定的に把持することができる。

本発明によれば、大きなワークを把持することができ、ワークの重心が指部を結ぶ平面よりも高い位置にあっても安定的にワークを把持することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボット用把持装置を装着したロボットを示す図である。 図１のロボット用把持装置を示す斜視図である。 図２のロボット用把持装置のワーク押さえ部を示す部分的な拡大図である。 図２のロボット用把持装置のワークを把持していない状態を示す正面図である。 図２のロボット用把持装置のワークを把持した状態を示す正面図である。 図２のロボット用把持装置による（ａ）ワーク把持前の状態、（ｂ）ワーク押さえ部の付勢手段を変形させた状態、（ｃ）２つの指部によってワークを把持した状態、（ｄ）把持したワークをハンドリングしている状態をそれぞれ示す模式図である。 ワーク押さえ部を有しないロボット用把持装置による（ａ）ワーク把持前の状態、（ｂ）ワーク押さえ部の付勢手段を変形させた状態、（ｃ）２つの指部によってワークを把持した状態、（ｄ）把持したワークをハンドリングしている状態をそれぞれ示す模式図である。

本発明の一実施形態に係るロボット用把持装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット用把持装置１は、図１に示されるように、ロボット２の手首２ａの先端に取り付けられ、ワークＷを把持する装置である。

ロボット用把持装置１は、図２から図５に示されるように、ロボット２の手首２ａの先端に固定されるブラケット３と、ブラケット３の先端に取り付けられ、把持中心に向かって対向配置された２つの指部４と、指部４の間にワークＷが挿入されたときにワークＷを突き当てるワーク押さえ部５と、各指部４の先端を把持中心に交差する方向に移動させる駆動部６とを備えている。

各指部４は、細長状のプレートからなる一対の指部本体７と、指部本体７の外側に配置されていて指部本体７よりも剛性の高い補強部材８とを備えている。
指部本体７は、例えば、２枚のバネ鋼板（板状の弾性体）を厚さ方向に重ねることにより構成されている。２枚のバネ鋼板は指部本体７の基端および先端またはそれらの近傍において互いに固定されている。

駆動部６は、ブラケット３に固定され、把持中心に沿って進退可能な出力シャフト９ａを備えるエアシリンダ（直線移動機構）９と、出力シャフト９ａの先端に自在継手１０を介して接続されたシャフト１１とを備えている。シャフト１１は、ブラケット３に固定されたリニアボールブッシュ１２によって、把持中心に沿って移動可能に支持されている。
シャフト１１の先端には可動ブロック（可動部）１３が固定されており、２つの指部本体７の基端は、可動ブロック１３に固定されている。符号１４は指部本体７が屈曲しないように湾曲を案内するカムフォロワである。

補強部材８は、ブラケット３に基端が固定された帯板状の第１補強部品８ａと、該第１補強部品８ａの先端に第１回転継手１５ａによって揺動可能に取り付けられた帯板状の第２補強部品８ｂと、該第２補強部品８ｂの先端に第２回転継手１５ｂによって揺動可能に取り付けられた帯板状の第３補強部品８ｃとを備えている。第３補強部品８ｃには指部本体７の先端が固定されている。また、第３補強部品８ｃの先端部内側には、ゴム等の弾性材料からなる滑止部１６が固定されている。

第１回転継手１５ａおよび第２回転継手１５ｂは、補強部品８ａ，８ｂの長手方向に直交しかつ補強部品８ａ，８ｂの表面に沿う方向に延びる平行な揺動軸線回りに第１補強部品８ａと第２補強部品８ｂおよび第２補強部品８ｂと第３補強部品８ｃとを揺動可能に接続している。

ワーク押さえ部５は、図２から図５に示されるように、円環状の接触部５ａと、該接触部５ａをブラケット３に、把持中心に沿う方向に移動可能に支持する３本のシャフト５ｂと、該シャフト５ｂに設けられ、接触部５ａを先端方向に付勢するコイルスプリング（付勢手段）５ｃとを備えている。円環状の接触部５ａは、図４および図５に示されるように、２つの指部４の間において、把持中心Ｃを取り囲む位置に配置されるとともに、把持中心Ｃに直交し２つの指部４の先端の２つの滑止部１６を結ぶ直線を含む平面よりもブラケット３側に配置されている。

このように構成された本実施形態に係るロボット用把持装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るロボット用把持装置１を用いてワークＷを把持するには、まず、図２および図４に示されるように、駆動部６のエアシリンダ９を作動させて、把持中心Ｃに沿ってシャフト１１を指部４の先端方向に前進させる。

これにより、シャフト１１の先端の可動ブロック１３が前進させられ、可動ブロック１３に固定された指部本体７の基端が前進させられる。指部本体７の基端が前進させられると、バネ鋼板からなる指部本体７によって伝達された押出力により、指部本体７の先端が固定されている第３補強部品８ｃの先端が、先端方向に向かって押される。

第３補強部品８ｃは、第２回転継手１５ｂによって第２補強部品８ｂに揺動可能に取り付けられているので、第２補強部品８ｂに対して揺動させられる。また、第２補強部品８ｂは第１回転継手１５ａによって第１補強部品８ａに揺動可能に取り付けられているので、第１補強部品８ａに対して揺動させられる。第１回転継手１５ａおよび第２回転継手１５ｂは、相互に平行な揺動軸線を有しているので、各第３補強部品８ｃの先端が、それぞれ把持中心Ｃから離れる方向に移動させられ、指部本体７が図４に鎖線で示されるように、外側に湾曲させられる。

その結果、図４および図６（ａ）に示されるように、２つの指部４の先端内側にそれぞれ配置された滑止部１６が、それぞれ把持中心Ｃから離れる方向に移動させられて、ワークＷを挟むための指部４の間隔が大きく広げられる。

この状態で、ロボット２を作動させ、ロボット用把持装置１を移動して、広げられた指部４の間の空間にワークＷを配置する。
例えば、ロボット２の作動によって、指部４の先端を下方に向け、把持中心Ｃを略鉛直方向に配置して、ロボット用把持装置１全体を下降させ、間隔を広げた状態の２つの指部４をワークＷの上方からワークＷに近接させていくと、ワーク押さえ部５の円環状の接触部５ａが、ワークＷの上面に接触させられる。

この状態から、図６（ｂ）に示されるように、さらにロボット用把持装置１を下降させると、接触部５ａを支持しているシャフト５ｂに設けられたコイルスプリング５ｃが圧縮され、接触部５ａをワークＷに押し付ける押圧力が増大する。コイルスプリング５ｃが所定量だけ圧縮させられるまでロボット用把持装置１を下降させたところで、ロボット用把持装置１の下降を停止し、エアシリンダ９を作動させて可動ブロック１３を後退、すなわち上昇させる。

これにより、図６（ｃ）に示されるように、可動ブロック１３に固定された２本の指部本体７の基端が上昇させられ、指部本体７が内側に湾曲させられて、補強部材８の第２補強部品８ｂおよび第３補強部品８ｃが揺動させられて、２つの指部４の先端が、把持中心Ｃに向かって相互に近接させられる。
指部４の先端内面には弾性材料からなる滑止部１６が設けられているので、指部４の先端が近接させられると、間の空間に配置されているワークＷの側面のワークＷを挟む位置に２つの指部４の２つの滑止部１６が接触させられ、ワークＷが把持される。

すなわち、ワークＷは、該ワークＷを水平方向に挟む２カ所の滑止部１６によって挟まれるとともに、ワーク押さえ部５の接触部５ａによってワークＷの上面が支えられる。
したがって、ワークＷの重心Ｇが滑止部１６を結ぶ水平面Ｐより上方に位置していても、ワークＷの上面がワーク押さえ部５によって支持されているので、図６（ｄ）に示されるように、ロボット２の作動によりワークＷを把持したロボット用把持装置１が移動させられても、ワークＷがバランスを崩して回転してしまうことをより確実に防止することができ、ワークＷを安定的に把持した状態に維持することができるという利点がある。

これに対して、ワーク押さえ部５がない場合には、図７（ａ）から図７（ｄ）に示されるように、ワークＷを両側から２つの指部２０で挟むだけでは、重心Ｇが指部２０を結ぶ水平面Ｐより上方に存在すると、ワークＷが不安定であり、バランスを崩して回転してしまうことがある。

また、本実施形態においては、ワーク押さえ部５の接触部５ａが、把持中心Ｃに沿う方向に移動可能に設けられているので、ロボット用把持装置１を下降させてワークＷに突き当たる際に上方へ逃げることで、大きな衝撃力および押圧力がワークＷに加わることを防止することができ、ワークＷを健全な状態に維持することができる。

また、本実施形態においては、接触部５ａが円環状に形成されているので、ワークＷの凸曲面に広い範囲にわたって接触することができ、ワークＷとの間の摩擦力によって、ワークＷをさらに安定して支持することができるという利点がある。

なお，本実施形態においては、指部本体７を２枚のバネ鋼板により構成したが、１枚または３枚以上のバネ鋼板によって構成してもよい。また、指部本体７を、弾性を有する樹脂等により構成してもよい。
また、シャフト１１を移動可能に支持するリニアボールブッシュ１２に代えて、滑り軸受またはガイドレール付直動駆動のベアリングを採用してもよい。

また、駆動部６としてエアシリンダ９を採用したが、これに代えて、油圧シリンダを採用してもよい。また、シャフト１１をボールネジあるいはラックアンドピニオンにより構成しサーボモータによって駆動することにしてもよい。
また、本実施形態においては、指部４が２つの場合を説明したが、これに代えて３以上の指部４を有することにしてもよい。
また、接触部５ａとして円環状のものを例示したが、他の任意の形状、あるいは、他の任意の環状に形成してもよい。

Ｃ 把持中心
Ｗ ワーク
１ ロボット用把持装置
４ 指部
５ ワーク押さえ部
５ａ 接触部
５ｃ コイルスプリング（付勢手段）
６ 駆動部
７ 指部本体
８ 補強部材
９ エアシリンダ（直線移動機構）

Claims (4)

1. 把持中心に向かって対向配置された２以上の指部と、
   該指部の間にワークが挿入されたときに前記ワークを突き当てるワーク押さえ部と、
   各前記指部の先端を前記把持中心に向かって移動させる駆動部とを備え、
   各前記指部が、少なくとも２以上の板状の弾性体からなる指部本体と、該指部本体の外面に沿って配置されるとともに該指部本体の先端に接合され、該指部本体よりも剛性の高い補強部材とを備え、
   該補強部材が、前記指部本体の長手方向に対して垂直かつ該指部本体の表面に平行な軸線回りに揺動可能に設けられているロボット用把持装置。
2. 前記駆動部が、前記把持中心に沿って前記指部本体の基端を移動させる直線移動機構を備え、
   該直線移動機構により前記指部本体の前記基端を前記把持中心に沿って前記指部の先端方向に移動させると、前記指部本体が外側に湾曲して前記指部の前記先端を互いに離間させ、前記指部本体の前記基端を前記把持中心に沿って前記指部の基端方向に移動させると、前記指部本体が内側に湾曲して前記指部の前記先端を互いに近接させる請求項１に記載のロボット用把持装置。
3. 前記ワーク押さえ部が、前記把持中心に沿う方向に移動可能に支持され前記ワークに接触する接触部と、該接触部を前記ワークに押し付ける方向に付勢する付勢手段とを備える請求項２に記載のロボット用把持装置。
4. 前記接触部が、前記把持中心を取り囲む環状に形成されている請求項３に記載のロボット用把持装置。
   

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