CN110509307A - 机械手以及机械手系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械手以及机械手系统。以简易的构成使机械手小型化。机械手(50)具备：一对指部部件，其被隔开间隔地配置，并能够沿间隔方向相对移动；指部驱动部，其使至少一方的该指部部件沿间隔方向移动；一对把持衬垫，其被设置于各指部部件，并相互对置且被支承为能够绕沿间隔方向延伸的轴线旋转；以及按压部件，其被设置为在从轴线沿径向远离的位置能够沿与径向交叉的方向移动，并按压被把持在把持衬垫间的工件(W)的表面。

Description

机械手以及机械手系统

技术领域

本发明涉及一种机械手以及机械手系统。

背景技术

公知有一种机器人手，具备从两侧夹住并把持作业对象的工件的一对主指部、以及在与该主指部不同的位置与工件接触的辅助指部(例如参照专利文献1)。对于专利文献1的机器人手而言，在通过主指部把持工件时，使主指部旋转而使主指部紧贴工件的表面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平4-69182号公报

发明内容

发明所需解决的问题

然而，为了使主指部旋转到与工件的表面紧贴的角度，需要检测工件的表面与主指部的表面的倾斜度的传感器，从而存在机器人手变复杂这样的问题。另外，使主指部的表面与工件紧贴，所以主指部与工件的相对位移被束缚。因此，会因工件的重心位置而对指部作用大的力矩，需要承受该力矩程度的较大的刚性从而存在机械手大型化之类的问题。

本发明目的是提供一种能够以简易的构成，防止大型化的机械手以及机械手系统。

解决问题的手段

本发明的一个方面提供一种机械手，具备：一对指部部件，其被隔开间隔地配置，并被设置为能够沿间隔方向相对移动；指部驱动部，其使至少一方的该指部部件沿所述间隔方向移动；一对把持衬垫，其被设置于各该指部部件，并相互对置且被支承为能够绕沿所述间隔方向延伸的轴线旋转；以及按压部件，其被设置为在从所述轴线沿径向远离的位置能够沿与所述径向交叉的方向移动，并按压被把持在所述把持衬垫间的工件的表面。

根据本方面，在被隔开间隔地配置的一对指部部件之间配置工件，当利用指部驱动部的动作使指部部件相对移动而接近时，被设置于指部部件的一对把持衬垫从夹着工件的两侧按压工件的表面，工件被把持在指部部件间。

在工件的重心不在把持衬垫的轴线的铅垂下方的情况下，在重心向轴线的铅垂下方移动的方向上对工件作用有旋转力矩，把持衬垫绕轴线旋转。因此，指部部件无需承受作用于工件的力矩，能够相应地降低刚性并实现小型化。而且，利用按压部件按压远离工件的轴线的位置的表面，由此能够调整工件绕轴线的姿势。

在所述方面中，也可以采用如下构成：所述按压部件具有：杆，其能够沿与所述径向交叉的方向移动；以及凸轮从动件，其被该杆的前端支承为能够绕与所述轴线平行的轴线旋转，并按压所述工件的表面。

根据该结构，按压部件中的凸轮从动件与被把持衬垫把持的工件接触。当工件绕轴线旋转时，存在工件与凸轮从动件接触的位置发生变化的情况。凸轮从动件能够绕工件的旋转中心亦即与轴线平行的轴线旋转，所以即使工件与凸轮从动件的接触位置发生变化，因摩擦力减少而接触位置也顺畅地变化。由此，被把持衬垫把持的工件的姿势容易变化，用于改变工件的姿势的力较小即可。

本发明的其它方面提供一种机械手系统，具备所述记载的机械手、以及控制部，所述机械手具备：传感器，其检测至少一个该把持衬垫绕所述轴线的旋转量；以及，按压驱动部，其使所述按压部件移动，所述控制部基于由所述传感器检测出的旋转量来控制所述按压驱动部。

根据本方面，被把持衬垫把持的工件的把持前后的姿势的变化，通过传感器检测出的旋转量来确定。按压驱动部基于确定的旋转量使按压部件移动，由此机械手能够以把持前的工件的姿势作为基准，以规定的姿势把持并维持工件。

在所述方面中，也可以采用如下构成：所述控制部在所述机械手把持所述工件后由所述传感器检测出的旋转量的变化为零的状态下，控制所述按压驱动部。

根据该结构，机械手系统能够以与把持工件前的姿势相同的姿势使工件移动。

在所述方面中，也可以采用如下构成：所述机械手系统具备拍摄装置，所述拍摄装置取得所述把持衬垫附近的拍摄图像，所述控制部从所述拍摄图像之中检测所述工件的形状，基于检测出的所述工件的形状，使所述把持衬垫把持移动后的所述按压部件能够按压所述工件的所述工件的位置。

根据该结构，通过确定工件的形状，由此在按压部件能够按压工件的状态下，通过把持衬垫把持工件。由此，工件被按压部件可靠地按压，从而能够利用按压部件使工件的姿势发生变化。

发明的效果

根据本发明，实现能够以简易的构成来防止大型化这样的效果。

附图说明

图1是具备本发明的机械手的机械手系统的简要图。

图2是图1所示的机械手的立体图。

图3是图1所示的机械手的侧视图。

图4是图1所示的机械手的侧视图。

图5是机械手系统的框图。

图6是工件输送处理的流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式的机械手50以及机械手系统100进行说明。

图1是本实施方式的机械手50被安装于机器人10的前端的机械手系统100的简要图。本实施方式的机械手系统100具备：能够把持作为作业对象的工件W的机械手50、将机械手50安装于前端并使机械手50的位置以及姿势发生变化的机器人10、以及对机械手50的附近进行拍摄的拍摄装置80。

机器人10是具有六个关节的垂直多关节型机器人。机器人10具备用于使各关节绕关节轴线旋转的电机、以及控制上述各电机的控制装置20。

此外，图1所示的XYZ轴的坐标系与图2以后所示的XYZ轴的坐标系对应。

如图2至图4所示，机械手50具备：箱状的基座部件51；在基座部件51的内部被支承为能够绕长边轴旋转的滚珠丝杠(指部驱动部)62；以及对滚珠丝杠62进行旋转驱动的指部用电机(指部驱动部)53。在图中，附图标记63、64是将滚珠丝杠62支承为能够旋转的轴承座。

另外，机械手50具备：固定指部(指部部件)55A，其被固定于基座部件51；以及可动指部(指部部件)55B，其通过被固定于基座部件51的直线引导件66而被支承为能够在沿着滚珠丝杠62的长边轴的方向上移动。可动指部55B被固定于滚珠丝杠62的未图示的螺母。

在固定指部55A以及可动指部55B分别设置有分别被支承为能够绕与滚珠丝杠62的长边方向平行的旋转轴(轴线)J7旋转的固定侧把持衬垫(把持衬垫)54A以及可动侧把持衬垫(把持衬垫)54B。固定侧把持衬垫54A以及可动侧把持衬垫54B在固定指部55A与可动指部55B之间被相互对置地配置。在固定侧把持衬垫54A设置有检测固定侧把持衬垫54A相对于固定指部55A的绕旋转轴J7的旋转角度的编码器(传感器)EN。此外，以下，也将固定指部55A以及可动指部55B统一称为“指部55A、55B”，也将固定侧把持衬垫54A以及可动侧把持衬垫54B统一称为“把持衬垫54A、54B”。

如图4所示，机械手50在指部55A、指部55B从基座部件51延伸的方向(图的Z轴负方向)上具备：支承部件52，其从基座部件51延伸；按压用电机(按压驱动部)57，其被固定于支承部件52；以及滚珠丝杠花键58，其通过按压用电机57的旋转驱动力相对于支承部件52使轴在沿着长边轴的方向上直线移动。

如图4所示，在按压用电机57的旋转轴固定有电机侧齿轮G1。滚珠丝杠花键58具备轴以及与轴啮合的螺母。螺母被支承部件支承为能够绕轴的长边轴旋转。在螺母安装有花键侧齿轮G2，所述花键侧齿轮G2以轴的长边轴为中心轴，并与电机侧齿轮G1啮合。

由此，当驱动按压用电机57时，按压用电机57的旋转驱动力通过电机侧齿轮G1以及花键侧齿轮G2向滚珠丝杠花键58的螺母传递，轴相对于螺母向沿着长边轴的方向移动。在本实施方式中，滚珠丝杠花键58的轴的长边轴在两个指部55A、55B的中间位置，与正交于把持衬垫54A、54B的旋转轴J7的平面平行地延伸，并夹着旋转轴J7而被配置于与基座部件51相反的一侧。

如图4所示，能够绕与旋转轴J7平行的轴J8旋转的凸轮从动件59支承在滚珠丝杠花键58的轴的指部55A、55B侧的前端。

图1所示的拍摄装置80取得机械手50附近的拍摄图像。换言之，拍摄装置80是用于拍摄由机械手50把持的工件W的装置。由拍摄装置80取得的拍摄图像被用于控制装置20进行的后述的控制。

图5是机械手系统100的框图。控制装置20由图5中未图示的CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、以及RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)构成。CPU将被存储于ROM的程序在RAM中展开，由此控制装置20能够基于各程序功能执行，来执行各种控制。

控制装置20具备：控制部22，其控制指部用电机53的旋转量以及按压用电机57的旋转量；以及存储部23，存储有工件W的三维模型以及为了输送工件W所需的动作程序等。

控制部22能够使用被存储于存储部23的工件W的三维模型，从由拍摄装置80取得的拍摄图像中检测出工件W。控制部22在从拍摄图像中检测出工件W时，基于被存储于存储部23的工件W的三维模型、和由拍摄装置80取得的拍摄图像中的工件W的姿势，决定把持衬垫54A、54B在工件W中把持的把持位置。

在把持衬垫54A、54B相对于基座部件51位于下侧并且工件W的把持位置位于被把持衬垫54A、54B夹着的旋转轴J7轴上的状态下，控制部22控制与机器人10的各关节轴对应的电机。

当工件W的把持位置位于旋转轴J7上时，控制部22通过驱动指部用电机53，使可动指部55B向工件W侧移动，并且通过控制机器人10，使固定指部55A向工件W侧移动。由此，固定侧把持衬垫54A与可动侧把持衬垫54B的相对距离变小，并且，把持衬垫54A、54B分别接近工件W的把持位置。其结果是，把持衬垫54A、54B与工件W的把持位置接触，能够利用把持衬垫54A、54B对工件W施加的旋转轴J7方向上的足够的表面压力来把持工件W。

当把持衬垫54A、54B把持工件W时，控制部22通过驱动按压用电机57，使凸轮从动件59沿着滚珠丝杠花键58的长边轴向接近工件W的方向移动。

在与工件W接近的凸轮从动件59接触工件W后，控制部22控制机器人10，使机械手50上升而提起工件W，工件W以规定的姿势被机器人10输送。当被把持衬垫54A、54B把持的工件W的姿势绕旋转轴J7旋转而变化时，控制部22基于由编码器EN检测出的旋转量、和用于输送工件W的动作程序，来控制滚珠丝杠花键58的移动量。

参照图6所示的工件输送处理的流程图对具备本实施方式的机械手50的机械手系统100的作用进行说明。

如图6所示，控制部22从由拍摄装置80取得的拍摄图像中检测工件W(步骤S1)。控制部22在从拍摄图像中检测出工件W(步骤S1，是)时，决定工件W的把持位置，并控制机器人10以及机械手50，以通过把持衬垫54A、54B把持工件W(步骤S2)。

控制部22使可动指部55B移动，使把持衬垫54A、54B把持工件W的把持位置(步骤S3)。然后，控制部22通过使滚珠丝杠花键58移动，使凸轮从动件59与工件W接触(步骤S4)。在凸轮从动件59与工件W接触后，控制部22控制机器人10以及机械手50，提起被把持的工件W(步骤S5)。

当被提起的工件W绕旋转轴J7旋转时，控制部22基于由编码器EN检测出的旋转量，控制按压用电机57。由此，滚珠丝杠花键58的轴向长边轴向移动，凸轮从动件59按压工件W，由此控制工件W的姿势(步骤S6)。在本实施方式的工件输送处理中，在把持工件W后检测出的旋转量的变化为零的状态下，使凸轮从动件59按压工件W。由此，可维持把持衬垫54A、54B把持工件W前后的工件W的姿势。

控制部22在维持被把持的工件W的姿势的状态下，将工件W输送到规定的位置(步骤S7)，结束工件输送处理。

根据本实施方式的机械手50，在固定指部55A与可动指部55B之间配置有工件W的状态下，当固定指部55A与可动指部55B的相对距离缩短时，通过把持衬垫54A、54B把持工件W。在被把持的工件W的重心不在旋转轴J7的铅垂下方的情况下，在工件W的重心向旋转轴J7的铅垂下方移动的方向上力矩作用于工件W。其结果是，把持衬垫54A、54B相对于指部55A、55B与工件W一起绕旋转轴J7旋转。由此，指部55A、55B无需承受作用于工件W的力矩，所以能够降低相应量的刚性而使指部55A、55B小型化。

另外，根据本实施方式的机械手50，与被把持的工件W接触的凸轮从动件59能够绕与旋转轴J7平行的轴J8旋转。由此，即使滚珠丝杠花键58相对于支承部件52移动，凸轮从动件59与工件W的接触位置发生变化，通过凸轮从动件59绕轴J8旋转，由此也能够减少在接触位置产生的摩擦力。因此，被把持的工件W的姿势容易变化，用于使工件W的姿势变化的按压用电机57的驱动力较小即可。

另外，在本实施方式机械手系统100中，控制部22基于由编码器EN检测出的旋转量，控制按压用电机57。因此，控制部22以把持衬垫54A、54B把持工件W前的工件W的姿势为基准，能够以规定的姿势维持并输送工件W。

另外，在本实施方式的机械手系统100中，控制部22利用把持衬垫54A、54B把持工件W的把持位置，所述工件W的把持位置基于从通过拍摄装置80取得的拍摄图像中检测出的工件W的形状来决定。由此，决定利用滚珠丝杠花键58接近被把持的工件W的方向的力施加于工件W的绕旋转轴J7的力矩的朝向、与因工件W的自重而绕旋转轴J7产生的力矩的朝向成为反向的把持位置。因此，凸轮从动件59能够通过施加于工件W的按压力，产生能够改变工件W的姿势的方向的力。

在上述实施方式中，对机械手50以及机械手系统100的一个例子进行了说明，但机械手50以及机械手系统100的结构能够进行各种变形。上述实施方式的机械手50虽仅具备一个在与旋转轴J7交叉的方向上按压被把持的工件W的滚珠丝杠花键58，但也可具备两个以上。例如除了上述实施方式的滚珠丝杠花键58之外而被追加的追加滚珠丝杠花键的长边轴也可被配置于比旋转轴J7靠基座部件51侧的位置。在该情况下，沿着长边轴移动的追加滚珠丝杠花键，能够将产生与通过滚珠丝杠花键58施加于工件W的绕旋转轴J7的力矩的朝向相反的朝向的力矩的按压力施加于工件W。由此，无论把持衬垫54A、54B把持的工件W的把持位置如何，都可抑制被把持的工件W的姿势。

在上述实施方式中，虽通过编码器EN检测旋转量，但例如也可通过被配置于支承部件52的测长传感器检测被把持的工件W的规定位置与测长传感器的相对距离的变化量，来计算出工件W的旋转量。

作为向滚珠丝杠花键58施加旋转驱动力的按压用电机57，优选使用伺服电机，但也可是通常的电机。另外，作为用于使指部55A、55B以及凸轮从动件59沿着各自的长边轴移动的驱动源，也可使用液压缸。凸轮从动件59并不是必须的结构，也可是不具有旋转构造的滚珠丝杠花键58的前端与被把持的工件W接触的构成。

上述实施方式的指部55A、55B通过滚珠丝杠62使相对距离直线地变化，但若是隔开间隔地被配置并被设为能够沿间隔方向相对移动的部件，则在公知技术的范围内能够进行各种变形。

上述实施方式的滚珠丝杠花键58是与正交于旋转轴J7的平面平行地移动并且沿着长边轴向直线地移动的按压部件，但只要是能够在与旋转轴J7交叉的方向上移动即可。例如滚珠丝杠花键58也可是绕旋转轴J7或者绕与旋转轴J7平行的轴转动的按压部件，也可是在平行于不与旋转轴J7正交的平面的轴向上移动的按压部件。

在上述实施方式中，基于从通过拍摄装置80取得的拍摄图像中检测出的工件W、和被存储于存储部23的工件W的三维模型，来决定工件W的把持位置，但针对使用了拍摄图像的工件W的形状特定以及把持位置的决定能够进行各种变形。例如也可不在存储部23中存储工件W的三维模型，而基于从拍摄图像中检测出的工件W，来确定工件W的三维模型以及把持位置。另外，机械手系统100也可不具备拍摄装置80。

附图标记

22：控制部

50：机械手

53：指部用电机(指部驱动部)

54A：固定侧把持衬垫(把持衬垫)

54B：可动侧把持衬垫(把持衬垫)

55A：固定指部(指部部件)

55B：可动指部(指部部件)

57：按压用电机(按压驱动部)

58：滚珠丝杠花键(杆)

59：凸轮从动件

62：滚珠丝杠(指部驱动部)

80：拍摄装置

100：机械手系统

EN：编码器(传感器)

J7：旋转轴(轴线)

W：工件

Claims (5)

1.一种机械手，其特征在于，具备：

一对指部部件，其被隔开间隔地配置，并被设置为能够沿间隔方向相对移动；

指部驱动部，其使至少一方的所述指部部件沿所述间隔方向移动；

一对把持衬垫，其被设置于各所述指部部件，并相互对置且被支承为能够绕沿所述间隔方向延伸的轴线旋转；以及

按压部件，其被设置为在从所述轴线沿径向远离的位置能够沿与所述径向交叉的方向移动，并按压被把持在所述把持衬垫间的工件的表面。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，

所述按压部件具有：杆，其能够沿与所述径向交叉的方向移动；以及凸轮从动件，其被所述杆的前端支承为能够绕与所述轴线平行的轴线旋转，并按压所述工件的表面。

3.一种机械手系统，其特征在于，具备：

权利要求1或2所述的机械手；以及

控制部，

所述机械手具备：传感器，其检测至少一个所述把持衬垫绕所述轴线的旋转量；以及按压驱动部，其使所述按压部件移动，

所述控制部基于由所述传感器检测出的旋转量来控制所述按压驱动部。

4.根据权利要求3所述的机械手系统，其特征在于，

所述控制部在所述机械手把持所述工件后由所述传感器检测出的旋转量的变化为零的状态下，控制所述按压驱动部。

5.根据权利要求3或4所述的机械手系统，其特征在于，

具备拍摄装置，所述拍摄装置取得所述把持衬垫附近的拍摄图像，

所述控制部从所述拍摄图像之中检测所述工件的形状，基于检测出的所述工件的形状，使所述把持衬垫把持移动后的所述按压部件能够按压所述工件的所述工件的位置。