CN109789562A - 把持工具、把持系统、以及把持性能的评价方法 - Google Patents

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Abstract

实施方式所涉及的把持工具具备把持部，该把持部具有挠性，且在内部设置有多个粉粒体。上述把持工具通过在使上述把持部与工件接触的状态下对上述把持部的内部进行减压来把持上述工件。上述多个粉粒体的至少一部分的直径小于1774μm。

Description

把持工具、把持系统、以及把持性能的评价方法
技术领域
本发明的实施方式涉及把持工具、把持系统、以及把持性能的评价方法。
背景技术
存在把持物体并搬运该物体的把持工具。期望把持工具的把持性能高。例如，关于把持，期望能够利用更大的力把持大小、形状不同的各种各样的物体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012－176476号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明所要解决的课题在于提供一种把持性能高的把持工具、把持系统、以及把持性能的评价方法。
用于解决课题的手段
实施方式所涉及的把持工具具备把持部，该把持部具有挠性，且在内部设置有多个粉粒体。上述把持工具通过在使上述把持部与工件接触的状态下对上述把持部的内部进行减压来把持上述工件。上述多个粉粒体的至少一部分的直径小于1774μm。
附图说明
图1是示出实施方式所涉及的把持工具的立体剖视图。
图2是示出实施方式所涉及的把持工具的把持部的立体剖视图。
图3是示出实施方式所涉及的把持工具的把持方法的剖视图。
图4是示出实施方式所涉及的把持工具的把持机理的剖视图。
图5是示出现有例所涉及的把持工具的立体图。
图6是示出实施方式以及现有例所涉及的把持工具的特性的实验结果。
图7是用于说明实施方式所涉及的把持性能的评价方法的图。
图8是示出实施方式所涉及的把持工具的特性的实验结果。
图9是示出实施方式所涉及的把持工具的特性的实验结果。
图10是示出实施方式所涉及的把持工具的其他特性的实验结果。
图11是示出实施方式的第一变形例所涉及的把持工具的立体剖视图。
图12是示出实施方式的第二变形例所涉及的把持工具的立体剖视图。
图13是示出实施方式的第三变形例所涉及的把持工具的立体剖视图。
图14是示出实施方式所涉及的把持系统的简图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的各实施方式进行说明。
附图是示意性的或者概念性的图，各部分的厚度与宽度的关系、各部分间的大小的比率等未必与现实情况相同。即便在表示相同部分的情况下，有时也根据附图使彼此的尺寸或比率不同而进行表示。
在本申请的说明书和各图中，对于与已经说明过的要素同样的要素，标注相同的附图标记并适当省略详细说明。
图1是示出实施方式所涉及的把持工具1的立体剖视图。
实施方式所涉及的把持工具1具备具有挠性的把持部10。在把持部10的内部设置有粉粒体15。
更具体地说，把持部10具有第一部分11和第二部分12。第一部分11与作为把持对象的工件接触。第二部分12与第一部分11对置。第一部分11以及第二部分12由硅酮树脂、橡胶材料、或者丙烯酸树脂等具有挠性的材料构成。粉粒体15设置在第一部分11与第二部分12之间的第一空间SP1。把持部10通过第一部分11与第二部分12例如经由粘接剂接合而构成。第一部分11和第二部分12也可以通过热压接而接合。
第一部分11的外周以及第二部分12的外周由保持部20保持。由此，第一空间SP1与外部的空间隔开。保持部20例如呈圆环状。通过利用保持部20仅保持把持部10的外周，把持部10能够在保持部20的内侧沿着连结第一部分11和第二部分12的线方向变形。
连结第一部分11和第二部分12的线方向例如是上下方向。连结第一部分11和第二部分12的线方向包括：从第一部分11朝向第二部分12的第一方向(上方)；以及从第二部分12朝向第一部分11的第二方向(下方)。以下，使用基于第一部分11与第二部分12的位置关系的上述“上下方向”、“上方”、“下方”来进行各实施方式的说明。
作为一例，保持部20具有第一凸缘21以及第二凸缘22。第一凸缘21与第一部分11的外周下表面抵接。第二凸缘22与第二部分12的外周上表面抵接。通过将第一凸缘21与第二凸缘22利用螺钉等紧固件25紧固来保持把持部10。
图2是示出实施方式所涉及的把持工具1的把持部10的立体剖视图。
在图2中，把持部10的第一部分11与第二部分12被分离表示。
如图2所示，第一部分11具有凹部11r以及凸部11p。凹部11r朝上方凹陷。凹部11r设置在把持部10的中心侧。凹部11r的上表面与第二部分12相接。凸部11p朝下方突出。凸部11p设置在凹部11r的周边。凹部11r与凸部11p相连续。
凹部11r与第二部分12相接。凸部11p与第二部分12在上下方向上离开。在图1以及图2所例示的把持工具1中，第一空间SP1形成在凸部11p与第二部分12之间。
在第一部分11的下方形成有由凹部11r以及凸部11p包围的第二空间SP2。具体地说，第二空间SP2的上方由凹部11r覆盖。第二空间SP2的侧方由凸部11p包围。第二空间SP2的下方敞开。后面即将叙述，作为把持对象的工件位于第二空间SP2的下方，由此，第二空间SP2相对于外部空间被堵塞。
如图1以及图2所示，把持部10还具有第一端口31以及第二端口32。第一端口31与第一空间SP1连接。第二端口32贯通第一部分11的凹部11r以及第二部分12。第二端口32与第二空间SP2连接。在第一端口31连接有用于对第一空间SP1进行减压的第一配管41。在第二端口32连接有用于对第二空间SP2进行减压的第二配管42。
图3是示出实施方式所涉及的把持工具1的把持方法的剖视图。
在图3中，举例示出作为把持对象的工件W具有连接3个三角形的截面的情况。
首先，使把持部10的水平方向上的位置与工件W的水平方向上的位置对齐。在使把持部10的位置与工件W的位置对齐后，如图3的(a)所示，使把持部10朝工件W下降。
把持部10具有挠性。若把持部10与工件W接触，则如图3的(b)所示，第一部分11的凸部11p以包裹工件W的方式被朝外侧推开。敞开的第二空间SP2由工件W堵塞。
接下来，把持部10的下降停止。如图3的(c)所示，通过第一端口31以及第一配管41而对第一空间SP1进行减压。第一空间SP1例如被减压至0.1大气压左右。此时，第一空间SP1的粉粒体15凝聚而固化。由此，以包裹工件W的方式与其紧贴的把持部10的形状固定，产生把持工件W的力。
接下来，如图3的(d)所示，通过第二端口32以及第二配管42对第二空间SP2进行减压。第二空间SP2例如被减压至0.1大气压左右。由此，工件W被朝第二空间SP2吸附，把持力进一步提高。
然后，把持工件W的把持工具1上升。把持工具1沿水平方向移动。在工件W被搬运至预定的位置后，使第一空间SP1以及第二空间SP2与大气连通。由此，把持力消失，工件W被从把持工具1释放。通过以上的方法，作为把持对象的工件W被搬运至预定的位置。
图4是示出实施方式所涉及的把持工具1的把持机理的剖视图。
在图4中，将把持工具1的把持部10的一部分简化示出。
在实施方式所涉及的把持工具1中，如图4的(a)所示，把持部10的外周由保持部20保持。因而，如图4的(b)所示，当使把持部10与工件W接触时，把持部10能够相对于工件W朝上方变形。
在该状态下，通过第一端口31以及第二端口32吸气。由此，如图4的(c)所示，把持部10进一步相对于工件W朝上方变形，且把持部10与工件W之间的接触面积逐渐增加。
如以上说明了的那样，把持部10以能够相对于工件W朝上方变形的方式由保持部20保持。根据该结构，能够提高利用把持部10把持工件W时的把持力。
此处，参照图5对通常销售的现有例所涉及的把持工具100进行说明。并且，参照图6，对本实施方式所涉及的把持工具1与现有例所涉及的把持工具100的把持力的比较结果进行说明。
图5是示出现有例所涉及的把持工具100的立体图。
如图5所示，把持工具100具备吸盘101。把持工具100通过使吸盘101与作为把持对象的工件抵接并进行吸附来把持该工件。
图6是示出实施方式以及现有例所涉及的把持工具的特性的实验结果。
在图6中，横轴表示作为把持对象的物体表面的曲率(曲率半径R的倒数)。纵轴表示各曲率下的把持力。在实验中，使用了多个把持工具100以及实施方式所涉及的把持工具1。各个把持工具100所包含的吸盘101的直径相互不同。
在该实验中，按照以下的顺序测定把持力。
首先，将作为把持对象的物体置于预定的位置。利用把持工具把持该物体。一边测定施加于把持工具的力，一边使把持工具以恒定的速度上升。使把持工具上升，直至把持工具从物体离开为止。记录所测定到的力的最大值。针对各个把持工具反复进行3次实验。将所测定到的最大值的平均值作为把持力[N：牛顿]。
如图6所示，关于具备直径30cm的吸盘101的把持工具100以及具备直径50cm的吸盘101的把持工具100，相对于表面比较平坦的工件能够获得大的把持力。当在工件的表面存在曲率的情况下，这些把持工具100的把持力急剧降低，难以把持工件。
关于具备直径10cm的吸盘101的把持工具100，当在物体的表面存在小的曲率的情况下，能够获得与表面平坦的情况下同样的把持力。但是，关于该把持工具100，存在把持力小的课题。
关于本实施方式所涉及的把持工具1，即便当在物体的表面存在小的曲率的情况下，也能够得到与表面平坦时大致同等的把持力。实施方式所涉及的把持工具1的把持力比吸盘101的直径为10cm以及30cm的把持工具100还大，能够得到足够的值。
从图6可知，把持工具的把持力不仅依赖于把持工具的形态，还大幅依赖于作为把持对象的物体的形状。例如，对本实施方式所涉及的把持工具1与具备直径50cm的吸盘101的把持工具100进行比较。当在物体的表面存在曲率的情况下，把持工具1的把持力比把持工具100大。当物体的表面平坦的情况下，把持工具100的把持力比把持工具1大。因而，如何定量地评价把持工具的把持性能成为课题。
本申请的发明人考虑使用以下说明的方法来作为把持工具的把持性能的评价方法。
图7是用于说明实施方式所涉及的把持性能的评价方法的图。
在图7中，使用图6所示的本实施方式所涉及的把持工具1的实验结果。
首先，与图6的实验结果同样，一边使物体表面的曲率变化一边测定各个曲率下的把持工具的把持力。接下来，根据测定结果算出把持力相对于曲率的积分值。
这相当于算出图7所示的区域S的面积。关于区域S，相对于曲率和把持力的实验结果的描点，由横轴、1/R＝Cmin、1/R＝Cmax、将把持力彼此连结的线段包围。Cmin表示进行把持力的测定的曲率1/R中的最小的曲率。Cmax表示进行把持力的测定的曲率1/R中的最大的曲率。
进而，所算出的积分值被定义为该把持工具的把持性能。根据该评价方法，包含把持力相对于作为把持对象的物体的形状的依赖性在内，能够定量地评价把持工具的把持性能。
以下的表1示出现有例所涉及的把持工具100以及本实施方式所涉及的把持工具1的把持性能的评价结果。这些把持工具的把持性能是基于图6所示的实验结果并使用上述的评价方法进行评价的。
[表1]
根据表1可知，本实施方式所涉及的把持工具1的把持性能的值比现有例所涉及的把持工具的把持性能的值大。这表示本实施方式所涉及的把持工具1具有比任一个现有例所涉及的把持工具都优异的把持性能。
发明人进一步进行实验的结果发现，把持部10内部的粉粒体15的直径以及形状会对该把持性能造成影响。因此，发明人针对粉粒体15的直径以及形状相互不同的多个把持工具1进行了同样的实验。发明人使用上述的评价方法评价各个把持工具1的把持性能。
图8以及图9是示出实施方式所涉及的把持工具1的特性的实验结果。
图8中的横轴以及纵轴与图6同样分别表示曲率以及把持力。在图9中，横轴表示粉粒体15的直径，纵轴表示把持性能。
作为粉粒体15，例如能够使用微珠、硅酮树脂珠、咖啡豆、或者玻璃珠等。在实验中，使用了球状的第一粉粒体和带角的第二粉粒体。球状的第一粉粒体由从由微珠、硅酮树脂珠、咖啡豆、以及玻璃珠形成的组中选择的1种材料(材料A)构成。带角的第二粉粒体由从上述组中选择的另一种材料(材料B)构成。图8示出伴随着第一粉粒体的直径的变化的把持工具1的把持性能的变化、以及使用第二粉粒体的情况下的把持工具1的把持性能。在图8中，在材料的侧方用括号标注的数值表示第一粉粒体的直径。关于第二粉粒体，将最小的直径与最大的直径二者的中间值用作该第二粉粒体的直径。
从图8的实验结果可知，粉粒体15的直径越小，则在各个曲率下越能够获得高把持力。关于第一粉粒体和第二粉粒体15，可知第一粉粒体能够获得比第二粉粒体高的把持力。基于该图8的实验结果，针对各个直径算出把持性能。图9示出其计算结果。从图9的结果可知，粉粒体15呈球状，粉粒体15的直径越小，则越能够获得高把持性能。
如表1所示，通常销售的现有例所涉及的把持工具100中的平均把持性能为3.22[N/mm]。若将该结果与图9中的实验结果对照，可知现有例所涉及的把持工具100的直径相当于1774μm。因而，通过使粉粒体15的直径小于1774μm，能够获得把持性能比平均的现有例所涉及的把持工具高的把持工具1。
根据表1以及图9的结果可知，当粉粒体15呈球状、且直径为500μm以下的情况下，能够获得比现有例所涉及的把持工具100中的把持性能最高的把持工具更优异的把持性能。因而，更加优选粉粒体15呈球状、且其直径为500μm以下。
图10是示出实施方式所涉及的把持工具的其他特性的实验结果。
在图10中，示出将直径相互不同的粉粒体15混合后的情况下的实验结果。此处，将具有500μm的直径的粉粒体和具有900μm的直径的粉粒体混合并改变具有500μm的直径的粉粒体(主材料)的比例而进行实验。
从图10的实验结果可知，即便在将直径不同的粉粒体混合的情况下，在把持力上未能看出大的变化。该结果表示：只要多个粉粒体15中的至少一部分的直径处于上述范围，就能够获得把持性能高的把持工具1。
上述的粉粒体15的直径的范围能够在把持工具1中更适当地使用。如图4的把持机理所示，在把持工具1中，把持部10能够相对于工件W朝上方变形。当把持部10能够相对于工件W朝上方变形的情况下，粉粒体15的直径会对把持部10的变形量造成更大的影响。把持部10的变形量越大，则第一部分11与工件W之间的接触面积越增加。因而，在把持工具1中，通过将粉粒体15中的至少一部分的直径设定为小于1774μm(更优选为500μm以下)，能够进一步提高把持工具1的把持性能。
本实施方式所涉及的把持工具并不限定于图1以及图2所示的结构。如以下即将说明的那样，在实施方式所涉及的把持工具中能够应用各种变形。即便在以下说明的各把持工具中，通过使第一部分11的至少一部分的硬度处于上述的范围，也能够提高把持工具的把持性能。
图11是示出实施方式的第一变形例所涉及的把持工具2的立体剖视图。
图11所示的把持工具2在不具备保持部20这点上与把持工具1不同。因此，第一部分11与第二部分12在各自的外周相互粘接而被固定。
图12是示出实施方式的第二变形例所涉及的把持工具3的立体剖视图。
图12所示的把持工具3与把持工具1相比，把持部10的形状不同，不具有第二端口32。
在把持部10中，第一部分11朝下方呈凸状地弯曲。第二部分12朝上方呈凸状地弯曲。粉粒体设置于第一部分11与第二部分12之间的第一空间SP1。
与图1所示的把持工具1不同，在把持工具3中，第一部分11不具有凹部11r以及凸部11p。因此，在把持工具3中，在第一部分11的下方并未形成第二空间SP2。并未设置第二端口32。即便在本变形例所涉及的把持工具3中，也与图3所示的机理同样，在把持工件W时把持部10能够相对于工件W朝上方变形。由此，能够提高把持部10的把持力。
图13是示出实施方式的第三变形例所涉及的把持工具4的立体剖视图。
图13所示的把持工具4在不具备保持部20这点上与把持工具3不同。第一部分11与第二部分12在各自的外周相互粘接而被固定。
图14是示出实施方式所涉及的把持系统5的简图。
实施方式的把持系统5具备把持工具1、搬运机器人90、第一减压装置91、第二减压装置92、以及控制器93。
搬运机器人90具有臂90a。臂90a例如具有多个关节。在臂90a的前端安装有把持工具1。搬运机器人90遵照来自控制器93的指令使臂90a动作，进行工件W的把持以及搬运。
第一减压装置91以及第二减压装置92具有真空泵。第一减压装置91与图1所示的把持工具1的第一配管41连接。第二减压装置92与把持工具1的第二配管42连接。遵照来自控制器93的指令而对第一减压装置91以及第二减压装置92进行驱动。由此，第一空间SP1以及第二空间SP2被减压或者与大气连通。
控制器93具有CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、非易失性的闪存等。在CPU中执行控制器93中的各种运算处理。在ROM中存储有把持系统5的动作所需要的各种控制算法、各种常数等。在闪存中适当地存储而保存工件W的搬运顺序、搬运状况等。
控制器93遵照存储于闪存的搬运顺序，对搬运机器人90、第一减压装置91、以及第二减压装置92送出指令，控制它们的动作。
把持系统5具备把持性能高的把持工具1，由此能够更可靠地把持、搬运工件W。
实施方式所涉及的把持系统5代替把持工具1，也可以具备上述的变形例所涉及的把持工具2～4中的任一个。当把持系统5具备把持工具3或者4的情况下，把持系统5也可以不具备第二减压装置92。
以上，举例示出了本发明的几个实施方式，但这些实施方式只不过是作为例子加以提示，并非意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种各样的方式实施，能够在不脱离发明的主旨的范围进行各种省略、置换、变更等。这些实施方式及其变形包含于发明的范围或主旨中，并且包含于技术方案所记载的发明及其等同的范围中。并且，上述的各实施方式能够相互组合而加以实施。

Claims (9)

1.一种把持工具，
具备把持部，该把持部具有挠性，且在内部设置有多个粉粒体，
通过在使上述把持部与工件接触的状态下对上述把持部的内部进行减压来把持上述工件，其中，
上述多个粉粒体的至少一部分的直径小于1774μm。
2.根据权利要求1所述的把持工具，其中，
上述多个粉粒体的上述至少一部分的直径为500μm以下，
上述多个粉粒体的上述至少一部分呈球状。
3.根据权利要求1或2所述的把持工具，其中，
上述把持部具有：
第一部分，与上述工件接触；以及
第二部分，与上述第一部分对置，
上述多个粉粒体设置于上述第一部分与上述第二部分之间的第一空间。
4.根据权利要求3所述的把持工具，其中，
上述第一部分具有：
凹部，朝从上述第一部分朝向上述第二部分的第一方向凹陷；以及
凸部，设置于上述凹部的周边，且朝与上述第一方向相反的第二方向突出，
上述多个粉粒体设置于上述凸部与上述第二部分之间。
5.根据权利要求4所述的把持工具，其中，
还具备：
第一端口，与上述第一空间连接，且连接有用于对上述第一空间进行减压的配管；以及
第二端口，与由上述凹部以及上述凸部包围的第二空间连接，且连接有用于对上述第二空间进行减压的配管。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的把持工具，其中，
还具备保持部，该保持部保持上述第一部分的外周以及上述第二部分的外周，
上述把持部构成为能够沿连结上述第一部分和上述第二部分的线方向变形。
7.一种把持系统，具备：
机器人机构，具有臂；
权利要求1～6中任一项所述的上述把持工具，安装于上述臂的前端；
第一减压装置，连接于上述第一空间，用于对上述第一空间进行减压；以及
控制器，控制上述机器人机构以及上述第一减压装置的动作。
8.一种评价方法，是把持并抬起物体的把持工具的把持性能的评价方法，其中，
一边使作为把持对象的物体的曲率变化，一边测定各个上述曲率下的上述把持工具的把持力，
将上述把持力相对于上述曲率的积分值定义为上述把持性能。
9.根据权利要求8所述的评价方法，其中，
上述把持工具具备把持部，该把持部具有挠性，且在内部设置有多个粉粒体，
对使上述粉粒体的直径变化时的、各个直径下的上述把持性能进行评价。
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