CN111405968A - 夹具、抓取装置及工业用机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不使用粉粒体就能够更可靠地抓取工件的夹具、抓取装置及工业用机器人。在夹具(28A)中一体地形成有：掌部(30)；多个指部(32)，其突出设置于所述掌部(30)的周围，通过使所述掌部(30)在厚度方向上变形而朝向所述掌部(30)倾倒；连接部(38)，其形成于与形成有所述指部(32)的一侧相反的一侧的、包围所述掌部(30)的外缘的位置，且与壳体(36A)连接；以及高强度部(42)，其设置于所述掌部(30)和所述连接部(38)之间，从所述掌部(30)的外缘沿该掌部(30)的厚度方向具有预定的长度，且与所述掌部(30)相比不易变形。

Description

夹具、抓取装置及工业用机器人

技术领域

本发明涉及夹具、抓取装置及工业用机器人。

背景技术

作为以抓取工件为目的的抓取装置，公开了一种具备袋状的抓取主体的抓取装置，该抓取主体具有掌部、向掌部的周围突出设置且通过使所述掌部在厚度方向上变形而朝向掌部倾倒的多个指部、和容纳在抓取主体内的粉粒体(专利文献1)。该抓取装置通过对抓取主体内进行减压，以使得掌部在厚度方向上变形，使指部朝向掌部倾倒的方式弹性变形。该抓取装置由于具有多个指部，因此能够通用地抓取尺寸和形状不同的工件，由于仅通过对抓取主体内进行减压就能够进行抓取，因此控制简单，另外，由于不需要将抓取主体强力地按压在工件上，因此能够在抓取时不损伤食品等柔软的工件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2017-185553号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，上述专利文献1的抓取装置存在如下问题：在抓取主体因劣化或破损等而破裂的情况下，导致填充在抓取主体内的粉粒体飞散而污染工件。粉粒体由于伴随干扰(Jamming)转移的密度变化而劣化，因此存在不能稳定使用的问题。

本发明的目的在于提供一种不使用粉粒体就能够更可靠地抓取工件的夹具、抓取装置及工业用机器人。

用于解决课题的手段

根据本发明的夹具中一体地形成有：掌部；多个指部，其突出设置于所述掌部的周围，通过使所述掌部在厚度方向上变形而朝向所述掌部倾倒；连接部，其形成于与形成有所述指部的一侧相反的一侧的、包围所述掌部的外缘的位置，并与壳体连接；以及高强度部，其设置于所述掌部与所述连接部之间，从所述掌部的外缘起沿该掌部的厚度方向具有预定的长度，且与所述掌部比不易变形。

根据本发明的抓取装置具备所述夹具和与所述连接部连接的所述壳体。

根据本发明的工业用机器人设有所述抓取装置。

发明效果

根据本发明，通过高强度部防止掌部的外周收缩，从而使掌部在厚度方向上变形，由此能够使指部朝向掌部变形而抓取工件，因此能够不使用粉体而更可靠地抓取工件。由于高强度部与掌部及指部一体地形成，因此指部连续且平缓地变形。因此，抓取装置能够柔软地抓取工件。

附图说明

图1是表示应用了本实施方式的抓取装置的工业用机器人的例子的示意图。

图2是表示根据本实施方式的抓取装置的结构的立体图。

图3是表示根据本实施方式的抓取装置的结构的纵剖视图。

图4是表示根据本实施方式的壳体的结构的纵剖视图。

图5是表示根据本实施方式的夹具的结构的立体图。

图6是表示根据本实施方式的抓取装置的使用状态的纵剖视图。

图7是表示根据变形例(1)的夹具的结构的纵剖视图。

图8是表示根据变形例(2)的夹具的结构的纵剖视图。

图9是表示根据变形例(2)的夹具的结构的立体图。

图10是表示根据变形例(3)的夹具的图，图10A是局部端面图，图10B是立体图。

图11是表示根据变形例(4)的夹具的图，图11A是纵剖视图，图11B是立体图。

图12是表示根据变形例(5)的夹具的局部纵剖视图。

图13是用于说明根据变形例(5)的夹具的制造方法的局部纵剖视图。

图14是表示根据变形例的壳体的结构的纵剖视图。

图15是表示根据变形例的抓取装置的结构的局部纵剖视图。

具体实施方式

根据本发明的夹具一体地形成有：掌部；多个指部，其突出设置于所述掌部的周围，通过使所述掌部在厚度方向上变形而朝向所述掌部倾倒；连接部，其形成于与形成有所述指部的一侧相反的一侧的、包围所述掌部的外缘的位置，并与壳体连接；以及高强度部，其设置于所述掌部与所述连接部之间，从所述掌部的外缘起沿该掌部的厚度方向具有预定的长度，且与所述掌部相比不易变形。

由于高强度部比掌部难以变形，所以在对掌部的内表面侧进行减压的情况下，掌部的外周不收缩而在厚度方向上变形。因此，夹具以使指部朝向掌部倾倒的方式弹性变形，因此不使用粉粒体就能够更可靠地抓取工件。

高强度部是连接部与掌部之间的固定的区域。高强度部形成为与掌部相比，机械强度提高。高强度部包括在掌部的周围相同设置的情况和局部设置的情况。具体而言，高强度部也可以比掌部厚。在该情况下，高强度部的厚度不限于相同的情况，也可以是局部较厚。部分较厚的情况，包括在掌部的圆周方向上的局部的情况和在与掌部的厚度方向平行的方向上的局部的情况。高强度部也可以由机械强度比掌部高的材料形成。机械强度高的材料包括与掌部同质但硬度高的材料的情况、与掌部不同种类的材料的情况、含有填料等添加物的情况、以及它们的复合材料的情况。

高强度部在基端与壳体的一部分接触。高强度部包括在基端与壳体面接触的情况以及线接触的情况。基端优选具有与壳体接触的接触面。在壳体具备上壳体和下壳体的情况下，可以上壳体与接触面接触，也可以下壳体与接触面接触。

高强度部是从基端到与掌部连接的前端为止的固定的区域。前端是高强度部与掌部的边界，但不限于能够明确视觉辨认的情况。优选前端成为掌部向厚度方向变形时的支点。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

(整体结构)

图1表示应用了根据本实施方式的抓取装置10的工业用机器人12的结构。工业用机器人12是正交机器人，包括轨道14、沿轨道14移动的移动体16、以及固定在移动体16上的气缸18。轨道14被设置成能够在图中Y轴方向上移动。

气缸18具有缸筒19和相对于缸筒19可进退地设置的活塞杆20。在缸筒19上设有配管21、22。通过该配管21、22对气体进行供排气，从而使活塞杆20相对于缸筒19能够进退。在活塞杆20的前端设有抓取装置10。

工业用机器人12用抓取装置10抓取放置在水平的基台26上的工件W，并且能够在X轴、Y轴以及Z轴方向上移动。

抓取装置10包括与活塞杆20连结的壳体36A和固定于该壳体36A的夹具28A。在壳体36A上连接有配管24。夹具28A可以由具有气密性和弹性的材料、例如天然橡胶、合成橡胶等形成。夹具28A的根据JIS K6253的硬度计硬度试验(A型)测定的硬度优选为60～90左右。

如图2所示，夹具28A具有掌部30和朝向掌部30的周围突出设置的多个指部32。掌部30呈大致圆盘状。指部32与掌部30一体地形成，并以包围掌部30的方式放射状地设置有5个。在指部32彼此之间形成有预定的间隔。指部32的内表面与掌部30一体地形成。指部32的外形形状可以适当选择，例如可以是圆柱、圆锥、圆锥台、三棱柱、四棱柱、三棱锥、四棱锥、四棱锥台、长方体等。在本实施方式的情况下，指部32以相同形状构成。另外，多个指部32不必全部为相同形状，形状也可以不同。指部32具有四棱锥台形状，内表面形成为从与掌部30接合的基端朝向前端向外侧倾斜。

如图3所示，夹具28A在与形成有指部32的一侧相反的一侧的、包围掌部30的外缘的位置一体地形成有连接部38。连接部38为筒状，在本图的情况下，在上端具有圆形的开口。指部32是实心的。指部32的材质可以是与其他部分(掌部30、连接部38)相同的材质、或者也可以是不同的材质，进而材质不需要均匀，也可以包含组合了不同材料的复合材料、填料等添加物。夹具28A的开口由壳体36A封闭。

如图4所示，壳体36A优选为不锈钢等金属制或塑料等硬质树脂制，具有下壳体51和上壳体54。下壳体51具有在中央具有贯通孔56的底部57和一体地形成于该底部57的外缘的筒状部52。下壳体51的前端面即底面55的外缘R被实施倒角加工。倒角加工可以应用切削底面55的外缘而形成为角面或圆面的加工。为了防止连接部38在厚度方向上局部变形，优选较小的倒角加工尺寸。

上壳体54是圆盘状的部件，具有在厚度方向上贯通设置的接头58。在该接头58上连接有配管24的一端(图3)。配管24的另一端虽未图示，但例如通过三通阀与真空泵连接。三通阀具有真空口、供排气口和大气开放口，真空口与真空泵连接，供排气口与抓取装置10连接，大气开放口与外部连接。通过该配管24，气体从夹具28A的内部向外部以及从夹具28A的外部向内部流通。

下壳体51和上壳体54在筒状部52的上端借助作为密封材料的O形环53而一体化。在下壳体51的底面和掌部30的内表面之间形成有引导空间40，该引导空间40用于容纳朝厚度方向变形的掌部30。

夹具28A在连接部38和掌部30之间具有比掌部30在厚度方向上更难变形的高强度部42。高强度部42与掌部30和连接部38一体地形成。高强度部42具有与下壳体51接触的基端44、以及从基端44向所述指部32侧离开并与所述掌部30连接的前端43。高强度部42与掌部30相比更难变形，但不是完全的刚体，而是以基端44为支点朝向掌部30的中心发生微观变形。

基端44设置在从掌部30的外缘向掌部30的厚度方向离开的位置、即从掌部30向连接部38的上部开口侧离开的位置。在本实施方式的情况下，基端44具有与壳体36A的底面55的外周部接触的接触面45。高强度部42在与接触面45连续的掌部30的中心侧具有与引导空间40接触的内周面46。掌部30的内侧具有大致平坦的内表面48和设置在该内表面48的周围的向外侧凸出的曲面50。内周面46和掌部30的内表面48通过曲面50连接。

高强度部42的前端43配置在内周面46和曲面50之间。前端43成为掌部30向厚度方向变形时的支点。

如图5所示，高强度部42以包围掌部30的周围的方式形成为与连接部38的形状一致，在本图的情况下为环状。接触面45是高强度部42的上表面。壳体36A的底面55的外周部的整个圆周与高强度部42的接触面45接触。在此，所谓整个圆周，不一定限定于完全的外周部的整个圆周的情况，也包括存在稍微没有接触的部分的情况。

(动作及效果)

对设置有如上所述结构的抓取装置10的工业用机器人12的动作及效果进行说明。工业用机器人12以活塞杆20退避到缸筒19内、气缸18收缩的状态为原点。另外，抓取装置10在初始状态下，夹具28A内的压力为大气压。即，三通阀处于真空口被阻断、供排气口与大气开放口连接的状态。

工业用机器人12通过移动体16沿着轨道14移动，从而将抓取装置10定位在放置于基台26上的工件W的铅垂线上(图1)。接着，工业用机器人12通过活塞杆20从缸筒19出去，从而使气缸18伸长直至指部32到达工件W的侧面。

接着，三通阀的大气开放口被阻断，切换到供排气口与真空口连接的状态。由此，抓取装置10通过配管24吸引夹具28A内的气体，使夹具28A内的压力减少到-0.03MPa以下。

夹具28A在高强度部42中维持形状被保持的状态。这样，掌部30以被吸入引导空间40的方式朝向厚度方向变形(图6)。伴随着掌部30向厚度方向变形，指部32的内表面被向掌部30的中心牵拉。这样，指部32以朝向掌部30倾倒的方式弹性变形。由此，指部32中，主要是内表面31与工件W表面接触。高强度部42配合掌部30的变形而以基端44为支点微观地弹性变形。

在本图所示的立方体的工件W的情况下，指部32与工件W的侧面接触。如上所述，抓取装置10通过使夹具28A内减压来抓取工件W。抓取装置10发挥与夹具28A内的压力对应的抓取力。即，夹具28A内的压力越低，抓取装置10的抓取力越大。

接着，工业用机器人12通过使活塞杆20退避到缸筒19内而使气缸18收缩，从而能够将工件W从基台26抬起。进而，工业用机器人12通过使移动体16沿着轨道14移动，或者使轨道14在Y轴方向上移动，从而能够使工件W在水平方向上自由移动。

在向所希望的场所移动后，工业用机器人12通过活塞杆20从缸筒19出去，从而使气缸18伸长直至工件W与基台26接触。接着，三通阀的真空口被阻断，切换到供排气口与大气开放口连接的状态。于是，气体从大气开放口通过配管24流入到夹具28A内。随着夹具28A内的压力恢复到大气压，掌部30从导向孔被推出而恢复到原来的状态。伴随着掌部30返回到原来的状态，指部32打开，释放工件W。

接着，工业用机器人12通过使活塞杆20退避到缸筒19内而使气缸18收缩，从而将抓取装置10从工件W切离。如上所述，工业用机器人12通过用抓取装置10抓取放置在基台26上的工件W，能够向所希望的位置移动。

高强度部42通过防止掌部30的外周收缩，使掌部30沿厚度方向变形，从而使指部32朝向掌部30变形。因此，抓取装置10不使用粉粒体就能够更可靠地抓取工件W。由于抓取装置10不使用粉粒体，所以即使万一夹具28A破裂，也不会污染工件W。

夹具28A由于不使用粉粒体，所以不仅是指部32的前端朝下的状态，即使是横向或朝上的状态，也能够同样地抓取工件W。因此，抓取装置10不仅能够抬起基台26上的工件W，还能够抓取悬挂在垂直的壁面或天花板上的工件W。由于指部32与干扰(Jamming)转移后的粉粒体相比刚性高，因此能够更可靠地抓取工件W。

抓取装置10通过使夹具28A减压而使掌部30在厚度方向上可靠地变形，从而能够抓取工件W，因此不需要将夹具28A按压在工件W上。因此，抓取装置10能够在不挤坏食品等柔软的工件W的情况下进行抓取，因此能够防止工件W的损伤。

夹具28A能够根据内部被减压的程度来改变指部32的变形量以及抓取力。因此，抓取装置10能够根据工件W的大小和硬度来改变抓取力，因此能够提高通用性。由于掌部30以被吸入引导空间40的方式沿厚度方向变形，所以指部32朝向掌部30变形为更小锐角。因此，抓取装置10也能够抓取更小的工件W。

高强度部42与掌部30和指部32一体地形成，配合掌部30的厚度方向的变形而微观地变形。由此，指部32通过掌部30的变形而连续且平缓地变形。因此，抓取装置10能够轻柔地抓取工件W。顺便说一下，在不具有高强度部42的夹具28A中，指部32以压弯的方式变形。

夹具28A中一体地形成有掌部30、指部32、高强度部42、连接部38，由此，能够减少部件数量及制造工时。减压时施加更多的载荷的掌部30和高强度部42一体地形成，从而能够防止夹具28A的破损，提高耐久性。

(变形例)

本发明不限于上述实施方式，可以在本发明的宗旨的范围内进行适当变更。

例如，图7所示的夹具28B与上述实施方式的不同之处在于，在高强度部60的接触面62与连接部38的内表面之间设置有向外侧凸出的曲面。这样，通过在接触面62和连接部38的内表面之间具有向外侧凸出的曲面，从而与壳体36A前端对应的位置的连接部38的机械强度增加，因此能够防止该部分局部地向厚度方向变形。通过防止连接部38的局部变形，能够使指部32同样地变形，因此夹具28B能够更可靠地抓取工件W。若与壳体36A前端对应的位置的连接部38局部变形，则在减压时夹具相对于壳体36A偏移，其结果导致指部32难以同样地变形。

在图8和图9所示的夹具28C的高强度部69中，多个带状体64设置在与指部32对应的位置上。在本图的情况下，带状体64与指部32相同为5个。带状体64均等地配置在掌部30的周围且位于指部32的基端的位置。带状体64在上表面具有接触面63，在掌部30侧的内表面具有内周面65。高强度部69的前端49配置在内周面65和曲面50之间。前端49成为掌部30向厚度方向变形时的支点。壳体36A的底面55的外周部的一部分与高强度部69的接触面63接触。本图所示的夹具28C通过具有高强度部69，能够得到与上述实施方式同样的效果。本变形例的高强度部69与形成为环状的情况相比，能够削减带状体64彼此之间的材料，因此，能够相应地实现轻量化。

图10A及图10B所示的夹具28D的高强度部66具有多个环状的凸部67。环状的凸部67与掌部30的厚度方向平行地隔开预定间隔而配置。位于距离掌部30最远的位置的凸部67的上表面是接触面68。凸部67的掌部30侧的内表面是内周面70。内周面70与掌部30的内表面48之间形成有平坦的面。壳体36A的底面55的外周部的整周与高强度部66的接触面68接触。本图所示的夹具28D通过具有高强度部66，能够得到与所述实施方式同样的效果。

图11A及图11B所示的夹具28E的高强度部74具有以掌部30的厚度方向为长度方向的多个凸条79。凸条79在掌部30的周围隔开预定间隔而配置。凸条79的上表面是接触面76，凸条79的掌部30侧的内表面是内周面78。在内周面78与掌部30的内表面48之间形成有平坦的面。壳体36A的底面55的外周部的一部分与高强度部74的接触面76接触。本图所示的夹具28E通过具有高强度部74，能够获得与上述实施方式同样的效果。

图12所示的夹具28F的高强度部82由机械强度比掌部30高的材质形成。在本图的情况下，高强度部82的基端是与壳体36A的前端接触的部分84。作为与掌部30的界面的高强度部82的前端86，成为掌部30向厚度方向变形时的支点。高强度部82的掌部30侧的内周面87与曲面50平缓地连续。如图13所示，本图所示的夹具28F可以通过嵌入成型来制造。在夹具28F的制造中使用由下模88和上模89构成的金属模具，所述下模88具备具有指部32的形状的凹部91，所述上模89具备具有引导空间40的形状的凸部。将预先由预定的材料、例如硬度比形成掌部30及指部32的材质高的树脂材料形成的高强度部82配置在预定的位置，将上模89安装在下模88上。从设置在上模89上的注入孔90，将形成掌部30和指部32的树脂材料填充到由下模88和上模89包围的空间内。在该树脂已经固化的阶段，通过取下模具，得到高强度部82和指部32及掌部30一体形成的夹具28F。本图所示的夹具28F通过具有高强度部82，能够得到与上述实施方式同样的效果。

在上述实施方式的情况下，对下壳体51具有底部57的情况进行了说明，但本发明不限于此。例如，图14所示的壳体36B是下壳体51不具有底部的筒状。在下壳体51的前端部即下端61，与高强度部42的基端接触。

图15所示的壳体36C具有圆盘状的上壳体93和环状的下壳体95。夹具28G具有与开口的周缘一体形成的凸缘状的连接部94。该连接部94被夹持固定在上壳体93和下壳体95之间，夹具28G的开口被封闭。夹具28G的高强度部92形成为比掌部30的厚度大，与掌部30相比更难在厚度方向上变形。高强度部92的基端96与上壳体93的下表面接触。本图所示的夹具28G通过具有高强度部92，能够得到与上述实施方式同样的效果。

在上述实施方式的情况下，对掌部30为大致圆盘状、连接部38为筒状、夹具28A的上部开口为圆形的情况进行了说明，但本发明不限于此。掌部30、连接部38以及上部开口也可以为俯视时的椭圆形状、长圆形状、长方形形状。例如，在长方形的情况下，指部32也可以沿着掌部30的长边以多个(例如两个)为一组，隔着掌部30在两侧合计设置两组。具备这样的夹具的抓取装置能够容易地抓取圆筒形状或棱柱形状等长尺寸部件。

在上述实施方式中，作为工业用机器人12示出了正交机器人的例子，但本发明不限于此，也可以应用于装配作业(SCARA)机器人、垂直多关节机器人等。即，抓取装置10即使通过工业用机器人12以X轴、Y轴、Z轴为中心旋转，也能够抓取工件W，并且维持抓取的状态。

夹具28A可以由一种材料形成，也可以层叠由多种不同材料形成的膜而形成。另外，夹具28A也可以由部分不同的材料形成。夹具28A的厚度也可以不是固定的，也可以局部设置厚壁部或薄壁部。

抓取装置10也可以在指部32上设置爪部。爪部可以使用合成树脂制的板状部件、圆锥状部件、袋状的部件。

抓取装置10也可以具备用于拍摄工件W的照相机、用于测定所抓取的工件W的重量的重量计、用于测定工件W与夹具28A的距离的接近传感器等。

夹具28A不限于图2所示的外观形状的情况。例如，可以适当选择指部32的长度和数量。

符号的说明

10:抓取装置；

12：工业用机器人；

28A～28G：夹具；

30：掌部；

32：指部；

36A～36C：壳体；

42、60、66、69、74、82、92：高强度部；

43：前端；

44：基端；

45、62、63、68、76：接触面。

Claims (7)

1.一种夹具，其特征在于，在所述夹具中一体地形成有：

掌部；

多个指部，突出设置在所述掌部的周围，通过使所述掌部在厚度方向上变形而朝向所述掌部倾倒；

连接部，形成于与形成有所述指部的一侧相反的一侧的、包围所述掌部的外缘的位置，且所述连接部与壳体连接；和

高强度部，设置在所述掌部和所述连接部之间，从所述掌部的外缘沿所述掌部的厚度方向具有预定的长度，且与所述掌部相比不易变形。

2.如权利要求1所述的夹具，其特征在于：

所述高强度部在基端与所述壳体的局部接触。

3.如权利要求1或2所述的夹具，其特征在于：

所述高强度部在基端具有与所述壳体接触的接触面。

4.如权利要求1或2所述的夹具，其特征在于：

所述高强度部比所述掌部厚。

5.如权利要求1或2所述的夹具，其特征在于：

所述高强度部由机械强度比所述掌部高的材料形成。

6.一种抓取装置，其特征在于，包括：

如权利要求1～5中任一项所述的夹具；和

与所述连接部连接的所述壳体。

7.一种工业用机器人，其特征在于：

设置有权利要求6所述的抓取装置。

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