CN101434068A - 把持装置以及把持单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供把持装置(4)和把持单元(40)。把持装置(4)具有：基板(21)；固定把持部件(22)，其被固定在基板上；第一可动把持部件(11)，其与固定把持部件相向地配置来与固定把持部件协作；第二可动把持部件(12)，其与第一可动把持部件联动地与第一可动把持部件协作；以及驱动机构(19)，其相互联动地驱动第一可动把持部件和第二可动把持部件。第二可动把持部件以及固定把持部件双方与第一可动保持部件的一侧相向。由此，不需要较大的空间，就可以容易地增大把持力。还可以包含退避机构(24、25、26)，其在由第一可动把持部件和固定把持部件把持工件(20)时，使第二可动把持部件从第一可动把持部件和固定把持部件之间退避。

Description

把持装置以及把持单元

技术领域

本发明涉及把持工件的把持装置以及把持单元。特别是本发明涉及在机器人手臂前端所具有的这样的把持装置以及把持单元。

背景技术

目前，在机器人的手腕部具备的机器人用机械手把持工件，由此来进行工件的输送以及定位。这样的机械手根据工件的形状等而不同。在特开平8-285748号公报中，公开了作为具备一对夹齿的机器人用机械手的把持装置。特开平8-285748号公报中公开的把持装置与液压室连接，根据导入液压室中的液压的大小，调节把持装置的把持力。

但是，仅仅通过使液压上升，对于增大把持力存在限制。因此，为了大幅增加把持力，需要从现有的液压室切换为更大型的其他液压室。此时，需要多个液压室以及切换机构部，所以需要较大的空间。并且，因为把持装置的制造费用增加所以经济性不好。

发明内容

本发明是鉴于这样的问题而提出的，其目的在于提供一种不需要较大的空间，能够简单地使把持力增大的低价的把持装置。

为了达成上述目的，根据第一方式，提供一种把持装置，具有：基板；固定把持部件，其被固定在该基板上；第一可动把持部件，其与该固定把持部件相向地配置来与该固定把持部件协作；第二可动把持部件，其与该第一可动把持部件联动地与所述第一可动把持部件协作；以及驱动机构，其相互联动地驱动所述第一可动把持部件和所述第二可动把持部件，所述第二可动把持部件以及所述固定把持部件双方与所述第一可动保持部件的一侧相向。

即，在第一方式中，在把持力比较小并且足够时，通过第一可动把持部件以及第二可动把持部件把持工件，并且在需要比较大的把持力时，由第一可动把持部件以及固定把持部件把持工件。无论在哪种情况下，因为仅通过公共的驱动机构便足够，所以不需要多个液压室以及切换机构部。因此，不需要较大的空间，就可以容易地增大把持力。

根据第二方式，在第一方式中，所述把持装置被安装在机器人的手臂上。

即，在第二方式中，可以使把持装置移动到各种场所来把持工件，所以能够有效利用把持装置。

根据第三方式，在第一或第二方式中，所述固定把持部件被配置在与所述第二可动把持部件不发生干扰的位置上，所述第一可动把持部件包含有与所述固定把持部件协作的第一把持部件部分，以及与所述第二可动把持部件协作的第二把持部件部分。

即，根据第三方式，使第一可动把持部件比第二可动把持部件以及固定把持部件的每一个还大，由此可以确保为了把持工件足够大小的第一把持部件部分以及第二把持部件部分。

根据第四方式，在第一至第三的任意一个方式中，还具有退避机构，其在由所述第一可动把持部件和所述固定把持部件把持工件时，使所述第二可动把持部件从所述第一可动把持部件和所述固定把持部件之间退避。

即，在第四方式中，在通过第一可动把持部件和固定把持部件把持工件时，避免第二可动把持部件与工件发生干扰。

根据第五方式，提供一种把持单元，具有：具有固定把持部件的本体基体；被配置成相对于该本体基体可滑动的滑块；以及被安装在该滑块上的把持装置，所述把持装置包含有：基板；与所述固定把持部件相向地配置来与该固定把持部件协作的第一可动把持部件；与该第一可动把持部件联动地与所述第一可动把持部件协作的第二可动把持部件；以及相互联动地驱动所述第一可动把持部件和所述第二可动把持部件的驱动机构，所述第二可动把持部件以及所述固定把持部件双方与所述第一可动保持部件的一侧相向，并且所述把持单元还具备：第一固定机构，其将所述基板固定在所述本体基体上；以及第二固定机构，其将所述第二可动把持部件固定在所述本体基体上。

即，在第五方式中，在把持力比较小并且足够时，通过第一可动把持部件以及第二可动把持部件把持工件，并且在需要比较大的把持力时，由第一可动把持部件以及固定把持部件把持工件。无论在哪种情况下，因为仅通过公共的驱动机构便足够，所以不需要多个液压室以及切换机构部。因此，不需要较大的空间，就可以容易地增大把持力。并且，通过使具备把持装置的基板相对于本体基体滑动，还可以把持大型的工件。

根据第六方式，在第五方式中，所述把持装置被安装在机器人的手臂上，控制所述机器人的机器人控制装置控制所述驱动机构、所述第一固定机构以及所述第二固定机构。

即，在第六方式中，可以使把持单元移动到各种场所来把持工件，所以能够有效利用把持单元。

通过对附图所示的本发明典型的实施方式进行详细地说明，本发明的这些目的、特征以及有点以及其他的目的、特征以及优点将会变得更加明了。

附图说明

图1表示具备本发明的把持装置或把持单元的机器人系统。

图2是本发明第一实施方式的把持装置的立体图。

图3是本发明第二实施方式的把持装置的立体图。

图4是表示本发明第二实施方式的把持装置的动作的流程图。

图5a是图3所示的把持装置的正面图。

图5b是把持装置的其他正面图。

图6a是使用联杆机构说明本发明的把持装置的动作的第一图。

图6b是使用联杆机构说明本发明的把持装置的动作的第二图。

图6c是使用联杆机构说明本发明的把持装置的动作的第三图。

图7是本发明的把持单元的立体图。

图8是图7所示的把持单元的部分侧面图。

图9是表示本发明的把持单元的动作的流程图。

图10a是把持单元的第一背视图。

图10b是把持单元的第二背视图。

图11a是把持单元的第三背视图。

图11b是把持单元的第四背视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图中，对相同的部件标注相同的参照符号。为了容易理解，对这些附图适当地变更了缩小比例尺。

图1表示具备本发明的把持装置的机器人系统。图1所示的机器人系统10主要包含机器人1和机器人控制装置5。机器人1是六轴结构的垂直多关节型机器人。在机器人1的机器人手臂2的前端安装有作为机械手的把持装置4。由于是这样的结构，所以通过使手臂2移动，可以使把持装置4移动到各个场所来把持工件20。

机器人1以及把持装置4与控制机器人1整体动作的机器人控制装置5连接。并且，机器人控制装置5包含对把持装置4或后述的把持单元40的各个构成要素的动作进行控制的把持装置控制单元6。

把持装置控制单元6是数字计算机，主要包含CPU6a和存储部6b。CPU6a起到判定工件20的重量W是否大于阈值W0的判定机构6c的作用。此外，存储部6b存储有后述的动作程序100、200以及阈值W0。

此外，如图所示，在机器人控制装置5上连接有键盘等输入机构7。并且，机器人控制装置5还与检测工件20的重量的重量检测机构8连接。

图2是本发明第一实施方式的把持装置的立体图。图2所示的把持装置4具备安装在机器人1的手臂2前端(未图示)的基板21。在该基板21的表面上安装了块19。在块19上，形成了与基板21的表面大体平行延伸到该块19的两端部的多个筒形通路(未图示)。

被嵌插到这些筒形通路中的杆15、16从块19的两端部相互反向地延伸。并且，在这些杆15、16的前端分别安装有可动块13、14。并且，在这些可动块13、14上分别安装有板状的第一可动爪部11以及第二可动爪部12。

如图所示，第一可动爪部11为矩形，与此相对第二可动爪部12为大体L字型。并且，在第二可动爪部12上包含有第一可动爪部11的大约一半宽度的、远离块19延伸的窄宽度部12a。此外，根据图2可知，包含窄宽度部12a的第二可动爪部12的长度与第一可动爪部11的长度大体相等。

块19包含通过气压或液压同时驱动杆15、16的机构部。通过该机构部，这些杆15、16同时向筒形通路内后退，并且同时从筒形通路突出。因为是这样的结构，以下在本申请说明书中将块19称为驱动缸19。如此，通过杆15、16协同进行动作，第一可动爪部11以及第二可动爪部12把持工件20(未在图2中表示)。

而且，在图2中，大体L字型的固定爪部22被固定在基板21的端部。与第一可动爪部11相向地配置固定爪部22。并且，根据图2可知，固定爪部22以及第二可动爪部12与第一可动爪部11的一侧相向。

如图2所示，固定爪部22是与第二可动爪部12互补的形状。因此，即使在杆16从驱动缸19突出时，固定爪部22也不会与第二可动爪部12发生碰撞。

图3是本发明第二实施方式的把持装置4’的立体图。在图3所示的第二实施方式中，在可动块14上安装有对于杆15、16的伸缩方向(工件的把持方向)垂直地延伸的板23。

如图所示，在该板23上安装有对于杆15、16的伸缩方向垂直地延伸的导轨24。并且，滑块25可滑动地与导轨24卡合。并且，在滑块25上安装有第二可动爪部12。此外，在板23上安装有通过气压或者液压进行驱动的缸26。滑块25通过缸26，与第二可动爪部12一体地在导轨24上滑动。

在第二可动爪部12的前端和第一可动爪部11的前端成为同一平面的第一位置，和第二可动爪部12的前端超出第一可动爪部11的基端的第二位置之间，滑块25可以进行滑动。因此，当第二可动爪部12移动到第二位置时，第二可动爪部12不存在于第一可动爪部11和固定爪部22之间的空间中。即，这些导轨22、滑块25以及缸26具有使第二可动爪部12从第一可动爪部11和固定爪部22之间的空间退避的退避机构的功能。

图4是表示本发明第二实施方式的把持装置的动作的流程图。设图4所示的动作程序100存储在把持装置控制单元6的存储部6b中。以下参照图4对本发明第二实施方式的把持装置的动作进行说明。

首先，操作者使用输入机构7向把持装置控制单元6输入应该把持的工件20的重量W。然后，在动作程序100的步骤101中，取得输入的工件20的重量W。或者，还可以由机器人控制装置5的重量检测机构8检测工件20的重量W，取得该检测值。

然后，在步骤102中，把持装置控制单元6的判定机构6c判定工件20的重量W是否大于规定的阈值W0。然后，在重量W大于阈值W0时进入步骤103，在重量W不大于阈值W0时，进入步骤106。

在步骤106中，通过缸26使块25滑动，由此使第二可动爪部12突出到第一位置。结果，第二可动爪部12的前端与第一可动爪部11的前端大概为同一平面。

然后，机器人1使整个把持装置4’移动到工件20的把持位置(步骤107)。图5a是图3所示的把持装置的正面图。当把持装置4’移动到把持位置时，如图5a所示，工件20位于第一可动爪部11和第二可动爪部12之间。

之后，对驱动缸19进行驱动，使杆15、16同时退出。由此，工件20由第一可动爪部11和第二可动爪部12把持(步骤108)。

另一方面，在判断为重量W大于阈值W0时，在步骤103中，通过缸26使滑块25滑动，由此，使第二可动爪部12后退到第二位置。结果，第二可动爪部12的前端与第一可动爪部11以及固定爪部22的前端相比位于内侧。

然后，将整个把持装置4’移动到工件20的把持位置(步骤107)。结果，如把持装置的另外的正面图图5b所示，工件20位于第一可动爪部1和固定爪部22的之间。

之后，对驱动缸19进行驱动，使杆15、16同时退出。由此，工件20由第一可动爪部11和固定爪部22把持(步骤105)。要留意到：即使如此由第一可动爪部11与固定爪部22把持工件的情况下，第二可动部12也和第一可动爪部11联动地进行移动。

如此在第二实施方式中，可以使第二可动爪部12对于把持方向垂直地后退。因此，在第一可动爪部11和固定爪部22把持工件20时，可以避免第二可动爪部12与工件20发生干扰。

此外，在将第二可动爪部12直接安装在可动块14上的第一实施方式(图2)中，除了不进行第二可动爪部12的后退以及突出，进行与参照图4说明的处理相同的处理。因此，省略第一实施方式的把持装置4的详细动作的说明。

但是，再次参照图2，第一实施方式的第一可动爪部11包含有直接与固定爪部22相向的第一爪部部分11a、和直接与第二可动爪部12相向的第二爪部部分11b。在第一可动爪部11和第二可动爪部12之间把持工件20时，使用第一爪部部分11a，此外在第一可动爪部11和固定爪部22之间把持工件20时，使用第二爪部部分11b。

因此，第一可动爪部11的面积，大于第二可动爪部12的窄宽度部12a以及固定爪部22的面积的每一个。因为是这样的结构，所以可以确保为了把持工件20足够大小的第一爪部部分11a以及第二爪部部分11b。此外，理想的是，第一可动爪部11的面积大体等于第二可动爪部12的窄宽度部12a和固定爪部22的合计面积。

与此相对，在图3所示的第二实施方式中，第一可动爪部11的面积大体分别等于第二可动爪部12的面积以及固定爪部22的面积。并且，在由第一可动爪部11和第二可动爪部12把持工件20时，有时第二可动爪部12位于第一可动爪部11和固定爪部22之间。

因为是这样的结构，当伸长第二可动爪部12的杆16时，固定爪部22可能会与第二可动爪部12发生干扰。因此，在第二实施方式中，驱动缸19被安装在位于与固定固定爪部22的端部相反一侧的基板21的端部附近。由此，对于第二可动爪部12的杆16可以确保足够的行程，可以减小固定爪部22与第二可动爪部12发生干扰的可能性。因此，希望第二实施方式的基板21在把持方向上长于第一实施方式的基板21。

此外，在本发明中，由第一可动爪部11和固定爪部22把持工件20时的把持力P2大于由第一可动爪部11和第二可动爪部12把持时的把持力P1。参照图6a至图6c的略图对此进行说明。此外，在图6a至图6c中，为了便于理解，代替杆15、16表示了联杆机构18。

图6a以及图6b是与第一实施方式有关的略图。当在图6a所示的初始位置使驱动缸19向箭头X0方向驱动时，如图6b所示，经由联杆机构18第一可动爪部11以及第二可动爪部12协同向内侧移动。由此，工件20被把持在第一可动爪部11和第二可动爪部12之间。

在此，由第一可动爪部11以及第二可动爪部12产生的力F1、F2相互相等。将这些力F1、F2各自的压紧力表示为a。在第一实施方式中，把持工件20的把持力P1与第一可动爪部11以及第二可动爪部12各自的压紧力a的总和(P1＝F1+F2＝2a)相等。

另一方面，图6(c)是第二实施方式的略图。在图6(c)中，工件20把持在第一可动爪部11和固定爪部22之间，第二可动爪部12不与工件20接触。因此，不对第二可动爪部12施加工件20的负荷。因此，由驱动缸19产生的全部的力作用于第一可动爪部11。即，在第二实施方式中，上述第一实施方式中的全部压力的总和2a作为压紧力F1’作用于第一可动爪部11。

另一方面，从固定爪部22作用作为压紧力F1’的反作用力的F2’。该力F2’的大小等于F1’的力的大小。因此，在第二实施方式中，把持工件20的把持力P2相当于来自第一可动爪部11的压紧力F1’和来自固定爪部22的力F2’的总和(P2＝F1’+F2’＝4a)。

因此，理论上，由第一可动爪部1和固定爪部22把持工件20时的把持力P2，相当于由第一可动爪部1和第二可动爪部12把持工件20时的把持力P1的2倍。在某个实施例中，在设杆15、16的直径为20mm，设作用于驱动缸19的气压为0.5MPa时，把持力P1为82.5N，把持力P2为143.3N。即，在该实施例中，得到了把持力P1的大约1.74倍的把持力P2。

如此，在本发明中，在通过比较小的把持力P1便足够时，使用第一可动爪部11以及第二可动爪部12，并且在需要比较大的把持力P2时，使用第一可动爪部11以及固定爪部22。

并且，即使在使这些不同组合的爪部的情况下，只要在本发明中驱动公共的驱动缸19即可足够。因此，在本发明中，不需要较大的空间，可以简单地增大把持力。此外，显然，因为不像现有技术那样需要多个液压室以及切换机构部，所以够低价地提供把持装置。

图7是本发明的把持单元的立体图。图7所示的把持单元40可以取代把持装置4，安装在机器人1的手臂的前端(参照图1)。如图7所示，大体L字型的本体基体41包含两个延长部41a、41b，在一方的延长部41a的前部一体地形成了固定爪部22。

如图所示，在另一方的延长部41b的内表面设置有导轨44。另一方面，在基板21的上表面安装有可滑动地与导轨44卡合的滑块45。并且，在延长部41b的外表面上设置有第一缸31。通过对第一缸31作用气压或者液压，第一杆32向基板21进入以及从基板21后退。

此外，根据图7可知，滑块45被安装在基板21的端部附近。而且，在基板21上表面剩余的部分，与滑动方向垂直地形成了多个卡合沟槽33。这些卡合沟槽33的各自可以和第一缸31的第一杆32卡合。通过这样的卡合作用，可以将基板基板21固定在本体基体41上。即，第一缸31、第一杆32以及卡合沟槽33具有将把持装置4固定在本体基体41上的第一固定机构的作用。此外，图7等所示的把持装置4除了固定爪部22的位置不同之外，与上述的内容相同，所以省略再次的说明。

图8是图7所示的把持单元的部分侧面图。在本体基体41的延长部41a的边缘部，设置有相对于延长部41a的内表面垂直延伸的托架41c。并且，如图8所示，在托架41c的外表面安装有第二缸51。通过对第二缸51作用气压或者液压，第二杆52向可动块14进入，以及从可动块14后退。

另一方面，在可动块14上安装有与可动块14的侧面稍微分离并且与可动块14相平行地延伸的托架14a。如图所示，在托架14a上形成了孔53。当第二缸51的第二杆52突出时，第二杆52通过孔53延伸到可动块14的侧面。由此，可以将第二可动爪部12固定在本体基体41上。因此，第二缸51、第二杆52以及孔53，具有将第二可动爪部12固定在本体基体41上的第二固定机构的作用。

图9是表示本发明的把持单元的动作的流程图。设图9所示的动作程序200存储在把持装置控制单元6的存储部6b中。并且，图10a、图11a以及图11b是把持单元的背视图。

以下，参照图9至图11，说明本发明的把持单元40的动作。其中，动作程序200的步骤201、202与图4所示的动作程序100的步骤101、102相同，所以省略说明。

在判定为重量W不大于阈值W0时，进入到步骤210。在步骤210中，驱动第二缸51使第二杆52突出，由此，使第二杆52从孔53中退出。结果，解除第二可动爪部12的固定。然后，在步骤211中，通过机器人1使把持单元40自身移动到规定的工件把持位置。此外，在需要时，还可以使滑块45相对于本体基体41滑动到希望的位置。

之后，在图10a中如箭头A1所示，驱动第一缸31使第一杆32突出，由此，使第一杆32与基板21上的一个卡合沟槽33卡合(步骤212)。结果，把持装置4的基板21在该位置被固定在本体基体41上。然后，在图10b中如箭头A2所示，驱动驱动缸19使杆15、16同时后退。由此，工件20由第一可动爪部11和第二可动爪部12把持(步骤213)。

另一方面，在判定为重量W大于阈值W0时，进入到步骤203中，在步骤203中，驱动第二缸51使第二杆52突出，由此将第二杆52插入孔53中。结果，第二可动爪部12就被固定在本体基体41上。

然后，在步骤204中，如图11a的箭头A3所示，驱动第一缸31使第一杆32后退，由此解除把持装置4的基板21的固定。然后，在步骤205中，如箭头A4所示，使滑块45相对于本体基体41滑动，使把持单元40的把持装置4移动到规定的工件把持位置。此时，如果需要，也可以使用机器人1的手臂2将把持单元40移动到希望的位置。

然后，在步骤206中，由第一可动爪部11和固定爪部22临时把持工件20。之后，在步骤207中，如图11b的箭头A5所示那样使第一杆32突出，由此，使第一杆32与基板21的一个卡合沟槽33卡合。由此，对于本体基体41固定把持装置4的基板21。

然后，在步骤208中使第二杆52后退到第二缸51内，由此解除第二可动爪部12的固定。之后，如图11b的箭头A6所示驱动驱动缸19，使杆15、16同时后退。由此，工件20由第一可动爪部11和固定爪部22把持(步骤209)。

在该时刻，因为基板21被固定了，所以即使解除了第二可动爪部12的固定，第二可动爪部12也不会与工件20接触。因此，与参照图6说明过的一样，在由把持单元40的第一可动爪部11和固定爪部22把持工件20时，与由第一可动爪部11和第二可动爪部12进行把持时的把持力P1相比，也可以得到大约2倍的把持力P2。

此外，在本发明的把持单元40中，如上所述可使基板21相对于本体基体41滑动。在图10a中，基板21在其端部21a附近的位置，相对于本体基板41被固定。此外，在图11b中，基板21在从端部21a稍微内侧的位置上被固定。通过比较这些附图可知，显而易见，在本发明的把持单元40中，通过使基板21向其端部21a一侧滑动，与把持装置4的情况相比还可以把持大型的工件20。

此外，在参照附图说明的实施方式中，对缸施加气压或者液压来使杆移动，但也可以取代这样的缸，使用伺服电动机使杆移动。此外，还可以将能把基板21以及第二可动爪部12分别固定在本体基体41上的所有固定部件作为第一固定机构以及第二固定机构来使用。即使这样的情况也包含在本发明的范围内。

虽然使用典型的实施方式对本发明进行了说明，但只要是本领域的技术人员一定可以理解，在不超出本发明的范围的情况下，可以进行上述的变更以及各种其他的变更、省略、追加。

Claims (6)

1.一种把持装置，其特征在于，

具有：

基板(21)；

被固定在该基板(21)上的固定把持部件(22)；

与该固定把持部件(22)相向地配置来与该固定把持部件(22)协作的第一可动把持部件(11)；

与该第一可动把持部件(11)联动地与所述第一可动把持部件(11)协作的第二可动把持部件(12)；以及

相互联动地驱动所述第一可动把持部件(11)和所述第二可动把持部件(12)的驱动机构(19)，

所述第二可动把持部件(12)以及所述固定把持部件(22)双方与所述第一可动保持部件(11)的一侧相向。

2.根据权利要求1所述的把持装置，其特征在于，

所述把持装置被安装在机器人(1)的手臂(2)上。

3.根据权利要求1或2所述的把持装置，其特征在于，

所述固定把持部件(22)被配置在与所述第二可动把持部件(12)不发生干扰的位置上，

所述第一可动把持部件(11)包含有与所述固定把持部件(22)协作的第一把持部件部分(11a)，以及与所述第二可动把持部件(12)协作的第二把持部件部分(11b)。

4.根据权利要求1或2所述的把持装置，其特征在于，

还具有退避机构(24、25、26)，其在由所述第一可动把持部件(11)和所述固定把持部件(22)把持工件时，使所述第二可动把持部件(12)从所述第一可动把持部件(11)和所述固定把持部件(22)之间退避。

5.一种把持单元，其特征在于，

具有：

具有固定把持部件(22)的本体基体(41)；

被配置成相对于该本体基体(41)可滑动的滑块(25)；以及

被安装在该滑块(25)上的把持装置(4’)，

所述把持装置(4’)包含有：

基板(21)；

与所述固定把持部件(22)相向地配置来与该固定把持部件(22)协作的第一可动把持部件(11)；

与该第一可动把持部件(11)联动地与所述第一可动把持部件(11)协作的第二可动把持部件(12)；以及

相互联动地驱动所述第一可动把持部件(11)和所述第二可动把持部件(12)的驱动机构(19)，

所述第二可动把持部件(12)以及所述固定把持部件(22)双方与所述第一可动保持部件(11)的一侧相向，

并且所述把持单元还具备：

第一固定机构(31、32、33)，其将所述基板(21)固定在所述本体基体(41)上；以及

第二固定机构(51、52、53)，其将所述第二可动把持部件(12)固定在所述本体基体(41)上。

6.根据权利要求5所述的把持单元，其特征在于，

所述把持装置(4’)被安装在机器人(1)的手臂(2)上，

控制所述机器人(1)的机器人控制装置(5)控制所述驱动机构(19)、所述第一固定机构(31、32、33)以及所述第二固定机构(51、52、53)。

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