CN110883781A

CN110883781A - 机器人手

Info

Publication number: CN110883781A
Application number: CN201910779934.2A
Authority: CN
Inventors: 松本怜
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2020-03-17
Also published as: JP6836559B2; DE102019213312A1; US20200078960A1; JP2020040135A; US11161254B2

Abstract

机器人手(1)具备：三个以上的把持部(7)，其在围绕预定轴(A)的周向上相互隔开间隔而配置，并把持工件；以及驱动部(8)，其使三个以上的把持部(7)向接近轴(A)的关闭方向及远离轴(A)的打开方向移动，至少一个把持部(7)在与工件接触的位置上围绕轴(A)摆动自如。

Description

机器人手

技术领域

本发明涉及机器人手。

背景技术

以往，安装在搬运用机器人的机器人手，根据搬运对象的工件进行变更。机器人手根据工件的形状及尺寸，按工件种类进行设计。因此，必须制作多个种类的机器人手，花费成本。尤其是，与工件形状对应的三维形状的把持部的加工成本高。另外，保管多个机器人手需要场所。

为了消除这种不便，设计出能够应对多种工件的机器人手(参照专利文献1～7)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-105878号公报

专利文献2：日本实开昭60-190591号公报

专利文献3：日本特开2011-183474号公报

专利文献4：日本特开2005-144575号公报

专利文献5：日本实开昭57-166690号公报

专利文献6：日本特开平02-298487号公报

专利文献7：日本特开平03-294197号公报

发明内容

发明要解决的问题

就专列文献1～7中记载的机器人手而言，通过改变吸附垫、把持手指等多个把持部的相对位置，能够把持形状及尺寸不同的多种工件。但是，在专利文件1～7中，需要相对于工件的形状及尺寸而预先确定多个把持部各自的适当的位置，并通过工作人员的手动操作将各把持部变更为适当的位置，或者利用驱动装置适当地控制各把持部的位置。

本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种机器人手，能够根据工件的形状和尺寸将把持部的位置自动调整到适当的位置，并稳定把持多种工件。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明提供以下方案。

本发明的一个方案是一种机器人手，具备：三个以上的把持部，其在围绕预定轴的周向上相互隔开间隔而配置，并把持工件；以及驱动部，其使该三个以上的把持部向接近所述预定轴的关闭方向及远离所述预定轴的打开方向移动，至少一个所述把持部在与所述工件接触的位置上围绕所述预定轴摆动自如。

根据本方案的机器人手，通过三个以上的把持部的开闭而把持及释放工件。具体而言，在内径卡盘式的情况下，通过配置于筒状的工件的内侧的把持部打开来把持工件的内表面，通过把持部关闭来释放工件。在外径卡盘式的情况下，通过配置于工件外侧的把持部关闭来把持工件的外表面，通过把持部打开来释放工件。

在本方案中，至少一个把持部在与工件接触的位置上摆动自如。在内径卡盘式的情况下，至少一个把持部，在向打开方向移动的中途与工件的内表面接触，之后，在维持与工件内表面接触的同时沿着工件内表面的形状被动地摆动。在外径卡盘式的情况下，至少一个把持部，在向关闭方向移动的中途与工件外表面接触，之后，在维持与工件外表面的接触的同时沿着工件外表面的形状被动地摆动。通过这种至少一个把持部的被动摆动，三个以上的把持部的相对位置根据工件的内表面或外表面的形状以及尺寸发生变更。由此，能够将把持部的位置自动调整到与工件的形状及尺寸对应的适当的位置，稳定地把持多种工件。

在上述方案中，至少另一个所述把持部，也可以在与所述工件接触的位置上，无法围绕所述预定轴摆动。

若所有把持部均摆动自如的情况下，在把持工件的状态下三个以上的把持部的配置可能会发生过度的偏差。通过至少一个把持部无法摆动，能够防止把持部的配置产生过度的偏差。

在上述方案中，也可以具备施力部件，该施力部件将所述至少一个把持部向所述周向的预定的中立位置施力。

所述至少一个把持部，在从接触的工件受到围绕预定轴的外力时，克服施力部件的作用力进行摆动。另一方面，在所述至少一个把持部不受来自工件的外力作用时，能够利用施力部件的作用力将所述至少一个把持部保持在中立位置。

在上述方案中，也可以具备摆动限制部件，该摆动限制部件将所述至少一个把持部围绕所述预定轴的摆动限制在预定的角度范围内。

在把持部的能够摆动的角度范围没有限制的情况下，三个以上的把持部的配置可能会产生过度的偏差。通过利用摆动限制部件将把持部的摆动限制在预定的角度范围内，能够防止三个以上的把持部的配置发生过度的偏差。

在上述方案中，所述摆动限制部件也可以具有至少一个开口部，所述至少一个把持部沿与所述预定轴平行的方向经过所述开口部，所述开口部的宽度朝向所述预定轴逐渐变小或逐渐变大。

在内径卡盘式的情况下，开口部的宽度朝向预定轴逐渐变小。由此，随着把持部向打开方向移动，把持部的能够摆动的角度范围变大。在外径卡盘式的情况下，开口部的宽度朝向预定轴逐渐变大。由此，随着把持部向关闭方向移动，把持部的能够摆动的角度范围变大。

在上述方案中，所述开口部也可以在所述预定轴侧或与该预定轴相反的一侧的一端部具有狭窄部，该狭窄部防止所述至少一个把持部围绕所述预定轴摆动。

在内径卡盘式的情况下，在把持部关闭的待机状态下，所述至少一个把持部配置在开口部内的预定轴侧的端部的狭窄部。在外径卡盘式的情况下，在把持部打开的待机状态下，所述至少一个把持部配置在开口部内的与预定轴相反一侧的端部的狭窄部。狭窄部防止围绕预定轴的所述至少一个把持部的两个方向的摆动。由此，能够将待机状态的把持部保持在固定位置。

在上述方案中，所述至少一个把持部也可以具备：旋转轴，其与所述预定轴平行地延伸；以及旋转部件，其安装在该旋转轴的外周面上，并且围绕该旋转轴的长轴旋转自如，在与所述预定轴平行的方向上，该旋转部件配置在与所述摆动限制部件的所述开口部相同的位置。

根据该结构，开口部内的旋转轴经由旋转部件与摆动限制部件接触。把持部通过旋转部件的旋转，能够在保持与摆动限制部件接触的状态下沿开口部的边缘向打开方向及关闭方向移动。

发明效果

根据本发明，起到以下效果：能够将把持部的位置自动调整到与工件的形状及尺寸对应的适当的位置，并稳定地把持多种工件。

附图说明

图1是从上侧观察本发明的一实施方式的机器人手的立体图。

图2是从下侧观察图1的机器人手的概略俯视图。

图3是从上侧观察设置于图1的机器人手的把持单元的立体图。

图4是表示图1的机器人手的摆动支撑机构的结构的概略剖视图。

图5是从下侧观察图1的机器人手的变形例的概略俯视图。

附图标记说明：

1 机器人手

2A、2B、2C 把持单元

3 摆动支撑机构

4、41 摆动限制部件

4a、4b、4c、41a、41b、41c 开口部

4d、41d 狭窄部

5 施力部件

7 把持部

8 驱动部

9 旋转轴

11 旋转部件

A 中心轴(预定轴)

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式的机器人手1进行说明。

根据本实施方式的机器人手1，是把持筒状工件的内表面的内径卡盘式的手。如图1及图2所示，机器人手1具备：在围绕预定的中心轴A的周向上相互隔开间隔而配置的三个把持单元2A、2B、2C；围绕中心轴A摆动自如地支撑两个把持单元2A、2B的摆动支撑机构3；将两个把持单元2A、2B的各自的摆动以机械方式限制在预定的角度范围内的摆动限制部件4；将两个把持单元2A、2B的每一个向预定的中立位置施力的施力部件5；以及用于将机器人手1安装在机器人上的手法兰6。

此外，设置于机器人手1的把持单元的数量也可以是4以上。另外，摆动自如的把持单元的数量也可以是仅一个或3以上。

手法兰6是与机器人装卸的部分，是与中心轴A同轴的圆板状。以下，在沿着中心轴A的方向上，将手法兰6侧定义为机器人手1的上侧，将与手法兰6相反的一侧(把持部7侧)定义为机器人手1的下侧。

各把持单元2A、2B、2C具备把持部7、以及使把持部7直线移动的驱动部8。

把持部7具备：与中心轴A平行的旋转轴9；固定于旋转轴9的下端的尖端部10；以及安装在旋转轴9的外周面的圆环状或圆筒状的旋转部件11。

尖端部10是在把持工件时与工件的内表面紧贴的部分。

旋转部件11以围绕旋转轴9的长轴旋转自如的方式支撑于旋转轴9。例如，旋转部件11是轴承的外圈。轴承的内圈固定于旋转轴9的外周面，轴承的外圈相对于旋转轴9围绕旋转轴9的长轴旋转自如。在与中心轴A平行的方向上，旋转部件11配置在与后述的摆动限制部件4相同的位置，把持部7经由旋转部件11与摆动限制部件4接触。

驱动部8支撑旋转轴9的上端，使把持部7向接近中心轴A的关闭方向以及远离中心轴A的打开方向移动。关闭方向及打开方向是与中心轴A正交的方向。

在一个例子中，如图3所示，驱动部8具备：固定旋转轴9的上端的滑块12；以及使滑块12向打开方向及关闭方向直线移动的气缸13。三个气缸13分别具有连接到空气回路(省略图示)的第一端口和第二端口。经由空气回路向三个气缸13的第一端口同时供给空气，三个把持部7相互同步地向打开方向移动，三个把持部7打开。另外，经由空气回路向三个气缸13的第二端口同时供给空气，从而三个把持部7相互同步地向关闭方向移动，三个把持部7关闭。

此外，驱动部8也可以代替气缸13而具备能够将空气或电力作为动力源使把持部7直线移动的其他机构，例如具备步进马达。

如图4所示，摆动支撑机构3以围绕与中心轴A同轴的中心旋转轴14摆动自如的方式支撑两个把持单元2A、2B。中心旋转轴14从手法兰6的下表面向下侧延伸。摆动支撑机构3也可以围绕中心轴A摆动自如地支撑另一个把持单元2C。

具体而言，摆动支撑机构3具备利用轴承16支撑于中心旋转轴14的板15。图4仅表示一个把持单元2A的摆动支撑机构3。板15沿与中心轴A正交的方向延伸，在板15的一端部固定把持单元2A，在板15的另一端部设有供中心旋转轴14贯穿的孔15a。轴承16配置在孔15a的内表面与中心旋转轴14的外表面之间。利用轴承16，板15和把持单元2A按照围绕中心轴A的外力而围绕中心轴A摆动自如地被支撑。

摆动限制部件4是在沿中心轴A的方向上配置在尖端部10与驱动部8之间的位置的板状部件。摆动限制部件4固定于中心旋转轴14的下端，并且在与中心轴A正交的方向上配置。如图2所示，摆动限制部件4具有沿周向均匀排列的三个开口部4a、4b、4c。各开口部4a、4b、4c沿板厚方向贯穿摆动限制部件4，旋转轴9沿与中心轴A平行的方向经过各开口部4a、4b、4c内部。

在向沿着中心轴A的方向观察的俯视图中，与把持单元2A、2B对应的两个开口部4a、4b是，朝向中心轴A其宽度逐渐变小的大致三角形，在中心轴A侧具有一个顶点部。各开口部4a、4b在中心轴A侧封闭，在与中心轴A相反的一侧敞开。在旋转轴9配置于比顶点部更靠外侧的位置的状态下，通过开口部4a具有比旋转轴9的宽度更宽的宽度，围绕中心轴A的旋转轴9的摆动在由开口部4a的宽度规定的角度范围内被允许。

在向沿着中心轴A的方向观察的俯视图中，与把持单元2C对应的一个开口部4c是，朝向中心轴A沿径向笔直延伸的大致矩形。开口部4c在中心轴A侧封闭，在与中心轴A相反的一侧敞开。开口部4c具有比旋转轴9的外径稍大的固定的宽度，阻止开口部4c内的旋转轴9围绕中心轴A的摆动。

图2表示三个把持部7配置于最靠近中心轴A的待机位置的关闭状态。在关闭状态下，三个把持部7配置于开口部4a、4b、4c的中心轴A侧的端部的狭窄部4d。各开口部4a、4b、4c的狭窄部4d具有与旋转轴9的外径大致相等的宽度，防止围绕中心轴A的旋转轴9的两个方向的摆动。因此，在关闭状态下，各把持部7稳定地保持在待机位置。

各把持单元2A、2B，通过施力部件5，向围绕中心轴A的周向的预定的中立位置被施力。在把持单元2A、2B配置在中立位置时，三个把持单元2A、2B、2C优先在围绕中心轴A的周向上等间距配置。施力部件5例如是螺旋弹簧。在围绕中心轴A的外力作用于把持单元2A、2B时，把持单元2A、2B克服施力部件5的作用力而围绕中心轴A摆动。另一方面，在围绕中心轴A的外力未作用于把持单元2A、2B时，或外力较小时，各把持单元2A、2B利用施力部件5的作用力来保持在中立位置。由此，能够防止把持单元2A、2B的不必要的摆动。

在图示的例子中，各把持单元2A、2B由容纳在护套18内的一对施力部件5施力。在各把持单元2A、2B的周向的两侧，设有一对支撑轴17，该一对支撑轴17在手法兰6与摆动限制部件4之间与中心轴A平行地延伸。各把持单元2A、2B利用一对施力部件5与一对支撑轴17连接。一个施力部件5对把持单元2A或2B向围绕中心轴的顺时针方向施力，另一个施力部件5对把持单元2A或2B向围绕中心轴的逆时针方向施力。

此外，各把持单元2A、2B也可以由单一的施力部件5施力。

在另一个把持单元2C摆动自如的情况下，把持单元2C也可以由一对施力部件5或单一的施力部件5施力。

以下，对机器人手1的作用进行说明。

根据本实施方式的机器人手1，安装在用于搬运工件的机器人上。机器人例如是六轴垂直多关节机器人，在机器人臂的前端的手腕法兰安装机器人手1的手法兰6。在机器人手1安装于手腕法兰的状态下，机器人手1的中心轴A与手腕法兰的中心轴(第六轴)一致。机器人也可以是并联连杆机器人等其他种类的机器人。

通过机器人的动作，机器人手1的关闭状态的三个把持部7被插入到筒状的工件的内侧。然后，通过在驱动部8的气缸13的第一端口供给空气而三个把持部7打开，三个尖端部10紧贴工件的内表面来把持工件。

在此，两个把持单元2A、2B围绕中心轴A摆动自如，且由施力部件5向中立位置施力。因此，在打开的过程中，两个把持单元2A、2B的把持部7，沿中立位置向打开方向直线移动直到与工件的内表面接触为止，在与工件的内表面接触后，沿工件内表面的形状围绕中心轴A被动地摆动的同时向打开方向移动。另一方面，一个把持单元2C无法围绕中心轴A摆动，因此把持单元2C的把持部7仅向打开方向直线移动，且围绕中心轴A的把持单元2C的把持部7的周向位置是固定的。

其次，把持了工件的机器人手1，通过机器人的动作而向搬运位置搬运。然后，通过对驱动部8的气缸13的第二端口供给空气，三个把持部7关闭。由此，工件从机器人手1释放，并放置在搬运位置。在三个把持部7关闭的过程中，两个把持单元2A、2B的把持部7，按照施力部件5的作用力而围绕中心轴A摆动并恢复到中立位置。

如此，根据本实施方式，三个把持部7中的两个把持部，在可能与工件接触的位置(比狭窄部4d更靠外侧的位置)围绕中心轴A相互独立地摆动自如。并且，在三个把持部7打开的过程中，根据工件的内表面的形状及尺寸而三个把持部7的相对位置发生变化。由此，能够将三个把持部7的相对位置自动调整到与工件的形状及尺寸对应的适当的位置。即，无需由工作人员调整把持部7的位置、以及由控制机器人手1的控制装置控制把持部7的位置，就能够完成与工件的形状和尺寸对应的三个把持部7的位置的调整。另外，具有如下优点，通过三个把持部7的相对位置的自动调整，无需进行安装在机器人上的机器人手1的更换，就能够稳定地把持形状及尺寸不同的多种工件。

另外，三个把持部7中的一个把持部无法围绕中心轴A摆动，其他两个把持部7的摆动被限制在开口部4a、4b内。当三个把持部7全部摆动自如的情况下，或者，两个把持部7的摆动范围没有被限制的情况下，三个把持部7的配置产生偏差，其结果，把持工件的稳定性有可能降低。根据本实施方式，能够使三个把持部7的相对位置具有适当的自由度，能够实现把持工件的高稳定性。

另外，在各把持部7的旋转轴9设有旋转部件11，开口部4a、4b、4c内的旋转轴9经由旋转部件11与摆动限制部件4接触。因此，具有如下优点，各把持部7通过旋转部件11的旋转，能够在保持与摆动限制部件4接触的状态下顺滑地向打开方向及关闭方向移动。

在本实施方式下，虽然机器人手1设为内径卡盘式的手，但取而代之，也可以是把持工件外表面的外径卡盘式的手。

图5表示外径卡盘式的机器人手1的摆动限制部件41。

在向沿中心轴A的方向观察的俯视图中，与把持单元2A、2B对应的两个开口部41a、41b是，朝向中心轴A宽度逐渐变宽的大致三角形，并且在与中心轴A相反的一侧具有一个顶点部。各开口部41a、41b、41c的与中心轴A相反一侧的端部是，封闭且具有与旋转轴9的外径大致相等的宽度的狭窄部41d。在三个把持部7配置于离中心轴A最远的待机位置的打开状态下，三个把持部7配置于开口部41a、41b、41c的狭窄部41d，防止围绕中心轴A的摆动。

在外径卡盘式的情况下，在三个把持部7配置于工件外侧的状态下，通过三个把持部7关闭来把持工件，并通过三个把持部7打开来释放工件。在此，在三个把持部7关闭的过程中，两个把持单元2A、2B的把持部7沿着工件外表面的形状围绕中心轴A被动地摆动，从而三个把持部7的相对位置自动调整到与工件的形状及尺寸对应的适当的位置。由此，能够利用三个把持部7稳定地把持外表面的形状及尺寸不同的多种工件。

Claims

1.一种机器人手，其特征在于，具备：

三个以上的把持部，其在围绕预定轴的周向上相互隔开间隔而配置，并把持工件；以及

驱动部，其使该三个以上的把持部向接近所述预定轴的关闭方向及远离所述预定轴的打开方向移动，

至少一个所述把持部在与所述工件接触的位置上围绕所述预定轴摆动自如。

2.根据权利要求1所述的机器人手，其特征在于，

至少另一个所述把持部在与所述工件接触的位置上无法围绕所述预定轴摆动。

3.根据权利要求1或2所述的机器人手，其特征在于，

所述机器人手具备施力部件，该施力部件将所述至少一个把持部向所述周向的预定的中立位置施力。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人手，其特征在于，

所述机器人手具备摆动限制部件，该摆动限制部件将所述至少一个把持部围绕所述预定轴的摆动限制在预定的角度范围内。

5.根据权利要求4所述的机器人手，其特征在于，

所述摆动限制部件具有至少一个开口部，所述至少一个把持部沿与所述预定轴平行的方向经过所述开口部，

所述开口部的宽度朝向所述预定轴逐渐变小或逐渐变大。

6.根据权利要求5所述的机器人手，其特征在于，

所述开口部在所述预定轴侧或者与该预定轴相反的一侧的一端部具有狭窄部，该狭窄部防止所述至少一个把持部围绕所述预定轴摆动。

7.根据权利要求5或6所述的机器人手，其特征在于，

所述至少一个把持部具备：

旋转轴，其与所述预定轴平行地延伸；以及

旋转部件，其安装在该旋转轴的外周面，并围绕该旋转轴的长轴旋转自如，

在与所述预定轴平行的方向上，该旋转部件配置在与所述摆动限制部件的所述开口部相同的位置。