CN117836102A - 机械手 - Google Patents

Abstract

目的在于，提供一种能够拾取各种种类、质量的工件而不大型化的机械手。机械手1具有：一对手指41、42，为了夹持工件200而设置为自由接近和远离，一对爪构件51、52，为了挂住其他工件100而分别设置在一对手指上。爪构件设置为，在从手指41、42的相对于工件200接触的接触面突出的状态与被推入手指内的状态之间自由变化。

Description

机械手

技术领域

本发明涉及一种机械手。

背景技术

随着机器人的普及，根据处理的工件提出了各种手的方案。例如，在用手搬运罐或塑料瓶等工件的情况下，一般使用夹持工件的方法。为了夹持工件，虽然也基于工件的表面与手相对于工件的接触面之间的摩擦系数，但一般需要工件质量的10～20倍的夹持力。当然，需要的夹持力越大，则越需要使产生用于夹持工件的动力的马达、气缸等驱动装置变大。因此，若是像350ml的饮料罐那样轻的工件，则无需使驱动装置变大，能够避免手的大型化，但若是像2L的塑料瓶那样重的工件，则驱动装置会变大，手会大型化。若手大型化，则手重量也必然变重，因此，根据不同情况，变为使用更大的可搬运质量的机器人，有可能成为成本上升的主要原因。另外，若手大型化，则有时难以把持小的工件，但作为解决该问题的手段的一个示例，在专利文献1中公开了一种能够把持各种尺寸的物体的机械手。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-335025号公报

发明内容

发明要解决的问题

期望一种能够拾取(Pick up)各种种类、质量的工件而不大型化的机械手。

用于解决问题的手段

本公开的一方式的机械手，具有：一对手指，为了夹持工件而设置为自由接近和远离，一对爪构件，为了挂住其他工件而分别设置在一对手指上。爪构件设置为，在从手指的相对于工件接触的接触面突出的状态与被推入手指内的状态之间自由变化。

发明的效果

根据本公开的一方式，能够提供种一种能够拾取各种种类、质量的工件而不大型化的机械手。

附图说明

图1是示出本实施方式的机械手的一个示例的立体图。

图2是图1的机械手的俯视图。

图3是图1的机械手的主视图。

图4是示出图1的机械手的手指前端的内部结构的图。

图5是用于说明通过本实施方式的机械手拾取外周面有凹凸的工件的拾取处理的图。

图6是用于说明通过本实施方式的机械手拾取外周面没有凹凸的工件的拾取处理的图。

图7是示出本实施方式的第一变形例的机械手的爪构件的图。

图8是示出通过本实施方式的第一变形例的机械手保持外周面有凹凸的工件的状态的俯视图。

图9是示出通过本实施方式的第一变形例的机械手保持外周面没有凹凸的工件的状态的俯视图。

图10是示出本实施方式的第二变形例的机械手的爪构件的图。

图11是示出通过本实施方式的第二变形例的机械手保持外周面有凹凸的工件的状态的俯视图。

图12是示出通过本实施方式的第二变形例的机械手保持外周面没有凹凸的工件的状态的俯视图。

图13是示出本实施方式的第三变形例的机械手的爪构件的图。

图14是示出通过本实施方式的第三变形例的机械手保持外周面有凹凸的工件的状态的俯视图。

图15是示出通过本实施方式的第三变形例的机械手保持外周面没有凹凸的工件的状态的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式的机械手。在以下的说明中，对于具有大致相同的功能以及结构的构成要素，赋予相同的附图标记，仅在必要的情况下进行重复说明。

本实施方式的机械手能够用于塑料瓶那样的外周面有凹凸的工件和饮料罐那样的外周面没有凹凸的工件这2种工件的拾取(Picking)。在本实施方式中，将外周面有凹凸的工件作为第一工件，将外周面没有凹凸的工件作为第二工件来分别进行区分。本实施方式的机械手通过使一对爪构件插入并挂住凹部来拾取第一工件。因此，第一工件包括在外周面形成有凹部的工件、具有凸缘的工件等具有使爪构件挂住的部位的工件。本实施方式的机械手通过由一对手指进行夹持的方式拾取第二工件。因此，第二工件只要能够被一对手指夹持，也可以是在外周面具有凹凸的工件。

为了能够改变机械手的位置、朝向，典型地，本实施方式的机械手安装在机械臂机构上。当然，装备机械手的机构不限于机械臂机构。

图1、图2、图3分别示出本实施方式的机械手1的一个示例的立体图、俯视图、主视图。如图1至图3所示，机械手1具有构成为长方体的手基座10。在手基座10上设置有用于与机械臂机构的手安装部连接的连接器(未图示)。另外，为了利用一对手指41、42以及一对爪构件51、52中的至少一方来抑制被拾取的工件的摇动，在手基座10上设置有具有支撑工件的支撑面的支撑构件90。在手基座10上连接有形成主视侧开放的横截面U字形的槽框体的轨道底座20。在构成轨道底座20的一对侧壁21、22的内侧面，沿着宽度方向分别铺设有直线状的一对轨道23、24。一对滑块31、32自由移动地分别嵌入一对轨道23、24。在一对滑块31、32上分别固定有一对手指41、42。

以下，以如下方式定义并适当使用正交的3个轴。即，将与设置在轨道底座20的一对侧壁上的直线状的一对轨道23、24所铺设的方向(左右方向)平行的轴设为X轴，将一对侧壁21、22对峙的方向(上下方向)设为Y轴，将与X轴和Y轴正交的轴设为Z轴。

手指41、42分别构成为形状相同、尺寸相同的细长直线状的柱体。在手指41、42的端部部位处，以手指41、42的中心轴与Z轴平行的方式分别固定在滑块31、32上。典型地，一对手指41、42的内侧面为了易于夹持工件而构成平坦的结构。这里的平坦是指与YZ平面平行。手指41、42的内侧面是在通过手指41、42夹持工件时与工件接触的接触面。

一对手指41、42的移动被驱动机构驱动。驱动机构具有马达单元(未图示)。马达单元设置在手基座10上。马达单元具有产生使一对手指41、42移动的动力的马达以及若有需要则使马达的旋转减速的减速器。驱动齿轮25与马达单元的驱动轴连结。如图3所示，驱动齿轮25配置在嵌入一对轨道23、24的滑块31、32之间。在上侧的滑块31的下表面形成有齿条(linear gear)，在驱动齿轮25的上侧啮合。同样地，在下侧的滑块32的上表面形成有齿条，在驱动齿轮25的下侧啮合。在马达正向旋转时，一对手指41、42与一对滑块31、32一同向相互接近的方向移动。在马达逆向旋转时，一对手指41、42与一对滑块31、32一同向相互远离的方向移动。这样，通过控制马达的驱动，使一对手指41、42开闭，能够拾取工件或释放已拾取的工件。

以下，参照图4说明爪构件51。爪构件52构成为与爪构件51形状相同，尺寸相同，因此省略其详细说明。如图4所示，典型地，爪构件51构成为在俯视观察时呈矩形的宽度大的薄板体。这里的俯视是指，从Y轴方向观察的情况。通过扩大爪构件51的宽度，能够允许在使爪构件51、52与第一工件的凹部对位时的第一工件在宽度方向上的位置偏移，并且能够降低保持的第一工件因摇动等而从爪构件51、52脱落的可能性。在手指41的前端侧的内侧面，与Z轴平行地开设有比爪构件51的宽度长的线条的狭缝43。爪构件51插入手指41的内侧面的狭缝43，爪构件51在其基部被固定在手指41的内部的压缩螺旋弹簧45支撑。

如图4中的(a)所示，爪构件51被压缩螺旋弹簧45向手指41的外部施力，在没有施加负荷的稳定状态下，从手指41的内侧面突出。另外，通过使爪构件51对抗压缩螺旋弹簧45的作用力而将其推入，能够使爪构件51的至少一部分容纳在手指41的内部。这样，爪构件51被设置为在从手指41的内侧面突出的状态与容纳在手指41的内部的状态之间自由变化。典型地，如图4中的(b)所示，以在爪构件51被工件W推压时能够完全容纳在手指41的内部的方式设计手指41、爪构件51以及压缩螺旋弹簧45的尺寸等。另外，在爪构件51被工件W推入时，为了不使爪构件51对工件W产生损伤，优选压缩螺旋弹簧45使用即使小的力也会收缩那样的弹性常数小的弹簧。也可以设置引导机构，该引导机构对朝向手指41的内部推入爪构件51时或者被推入手指41的内部的爪构件51恢复至原始状态时的爪构件51的直线移动进行引导。

根据本实施方式的机械手1，能够以如下方式拾取外周面有凹凸的第一工件。在此，将第一工件作为塑料瓶100进行说明。塑料瓶100具有：有底圆筒状的主体部100a，以朝向口部变窄的方式形成的颈部100b，将口部的开口盖住的盖子100c，以及设置在颈部与口部之间的向外侧突出的圆环状的颈环100d。在颈环100d的下侧形成有凹部。

如图5中的(a)所示，通过机械臂机构，机械手1移动至爪构件51、52插入塑料瓶100的颈环100d的下方的凹部的位置。接着，使一对手指41、42以手指41、42的内侧面不与颈环100d的外周面接触的程度向相互接近的方向移动。由此，如图5中的(b)所示，爪构件51、52插入塑料瓶100的颈环100d的下方的凹部。在该状态下，通过利用机械臂机构使机械手1向上移动，如图5中的(c)所示，爪构件51、52的上表面与塑料瓶100的颈环100d的下端面抵接，能够使爪构件51、52挂住塑料瓶100的颈环100d并抬起。

如图5中的(d)所示，一对手指41、42进一步向相互接近的方向移动，直至手指41、42的内侧面与颈环100d的外周面接触，用手指41、42从两侧推压颈环100d的外周面为止。由于用手指41、42从两侧推压颈环100d的外周面，所以在用爪构件51、52挂住塑料瓶100并抬起时或者在水平方向上移动时，能够抑制塑料瓶100的摇动，使其姿势稳定。通过使塑料瓶100的姿势稳定，能够降低塑料瓶100从机械手1脱落的可能性，并且能够以正确的姿势释放塑料瓶100。

作为将外周面有凹凸的第一工件抬起的方法，本实施方式的机械手1采用了将爪构件51、52插入第一工件的凹部并挂住的方法。为了使第一工件的姿势稳定，一对手指41、42从两侧仅推压第一工件的外周面，因此无需根据第一工件的重量使一对手指41、42的夹持力变大，只要提高部件自身的强度和部件的连接强度即可。因此，由于无需使用用于提高一对手指41、42的夹持力的大型的马达，因而能够抑制机械手1的大型化。

根据本实施方式的机械手1，能够夹持第二工件的平坦的外周面并拾取。作为第二工件，典型地，设想外周面没有凹凸的圆筒状的饮料罐200。如图6中的(a)所示，通过机械臂机构，机械手1以夹着饮料罐200在两侧配置一对手指41、42的方式进行对位。接着，使一对手指41、42向相互接近的方向移动，直至手指41、42的内侧面与饮料罐200的外周面接触。随着该移动，如图6中的(b)所示，爪构件51、52被饮料罐200推入手指41、42内，一对手指41、42的内侧面(接触面)与饮料罐200的外周面进行面接触。而且，使一对手指41、42向相互接近的方向移动，由此，通过一对手指41、42的接触面用力按压饮料罐200的外周面，用一对手指41、42夹持饮料罐200。这样，机械手1能够利用在一对手指41、42的内侧面与饮料罐200的外周面之间产生的摩擦力来拾取饮料罐200。

根据本实施方式的机械手1，通过能够使爪构件51、52完全容纳在手指41、42的内部，在用一对手指41、42夹持饮料罐200时，能够与手指41、42不具有爪构件51、52的情况同等程度地确保与饮料罐200接触的手指41、42的接触面。另外，由于不是通过爪构件51、52的细的接触面，而是能够通过手指41、42的大的接触面夹持饮料罐200，所以能够稳定夹持饮料罐200，另外，能够降低作用于饮料罐200的表面压力。由于能够降低作用于饮料罐200的表面压力，所以也难以因夹持而对饮料罐200的外周面产生损伤。

以下，参照图7、图8、图9，说明本实施方式的第一变形例的机械手2。本实施方式的机械手1与第一变形例的机械手2之间在结构上的差异在于，在第一变形例的机械手2中，爪构件51、52被支撑为相对于手指41、42自由转动。

图7示出手指41的内部中的爪构件51的支撑结构。由于爪构件52通过与爪构件51相同的支撑结构被手指42支撑，所以省略其详细说明。如图7所示，爪构件51在手指41的前端侧的内部被中心轴与Y轴平行地设置的轴47以自由转动的方式支撑。如图7中的(a)所示，在爪构件51未被施加负荷的稳定状态下，爪构件51从手指41的内侧面突出。这方面与本实施方式相同。另一方面，在爪构件51对抗压缩螺旋弹簧45的作用力而被工件W推入时，如图7中的(b)所示，位于手指41的根部侧的爪构件51的端部部位朝向手指41转动。

如图8所示，根据本实施方式的第一变形例的机械手2，在使爪构件51、52挂住塑料瓶100的颈环100d，用手指41、42从两侧推压塑料瓶100的颈环100d的状态下，能够使位于手指41、42的前端侧的爪构件51、52的端部部位比位于手指41、42的根部侧的爪构件51、52的端部部位更从手指41、42的内侧面突出。换言之，使一对爪构件51、52之间的距离从手指41、42的根部侧朝向前端侧逐渐变窄。其结果是，能够使爪构件51、52作为止动件发挥功能，该止动件防止被机械手2保持的塑料瓶100从爪构件51、52之间穿过而向手指41、42的前端侧脱落。由机械手2保持的塑料瓶100向左右两侧的移动被一对手指41、42卡止，塑料瓶100向下方的下落以及塑料瓶100向前方的移动被爪构件51、52卡止，塑料瓶100向后方的移动被支撑构件90卡止。这样，能够从前后左右、下方支撑塑料瓶100，因此，能够降低塑料瓶100从机械手2脱落的可能性。

如图9所示，根据本实施方式的第一变形例的机械手2，即使在与一对爪构件51、52干涉的位置配置有饮料罐200的情况下，一对爪构件51、52也能够通过被饮料罐200推入而转动。因此，不是通过一对爪构件51、52的窄的前端面，而是能够通过一对手指41、42的宽的内侧面夹持饮料罐200。而且，与本实施方式的机械手1同样地，在通过一对手指41、42夹持饮料罐200的状态下，能够使爪构件51、52作为止动件发挥功能，该止动件防止被一对手指41、42夹持的饮料罐200从爪构件51、52之间穿过而向手指41、42的前端侧脱落。

在第一变形例中，爪构件51、52自由转动地被设置在手指41、42的前端附近的轴47支撑，由此，能够作为防止工件从手指41、42的前端侧脱落的止动件发挥功能。该功能也能够通过研究爪构件51、52的形状来实现。以下，在第二、第三变形例中，说明爪构件51、52的变形例。

如图10所示，在本实施方式的第二变形例的机械手3中，爪构件53构成为在俯视观察时呈L字形的薄板状体，位于手指41的前端侧的部分与其他部分相比，配置为从手指41的内侧面向外侧突出。如图10中的(a)所示，在爪构件53未被施加负荷的稳定状态下，爪构件53从手指41的内侧面突出。在爪构件53对抗压缩螺旋弹簧45的作用力而被工件W推入时，如图10中的(b)所示，位于手指41的前端侧的爪构件53的端部部位仍然从手指41的内侧面突出。

如图11所示，根据本实施方式的第二变形例的机械手3，在使爪构件53、54挂住塑料瓶100的颈环100d，通过手指41、42从两侧推压塑料瓶100的颈环100d的状态下，能够仅使位于手指41、42的前端侧的爪构件53、54的端部部位从手指41、42的内侧面突出。由此，能够使爪构件53、54作为止动件发挥功能，该止动件防止被机械手3保持的塑料瓶100从爪构件53、54之间穿过并向手指41、42的前端侧脱落。

同样地，如图12所示，根据本实施方式的第二变形例的机械手3，与本实施方式的机械手1同样地，能够通过一对手指41、42夹持饮料罐200，而且，能够使爪构件53、54作为止动件发挥功能，该止动件防止被一对手指41、42夹持的饮料罐200从爪构件53、54之间穿过并向手指41、42的前端侧脱落。

如图13所示，在本实施方式的第三变形例的机械手4中，爪构件55构成为在俯视观察时呈U字形的薄板状体，位于手指41的前端侧以及根部侧的部分与其他部分相比，配置为从手指41的内侧面向外侧突出。如图13中的(a)所示，在爪构件53未被施加负荷的稳定状态下，爪构件55从手指41的内侧面突出。在爪构件55对抗压缩螺旋弹簧45的作用力而被工件W推入时，如图13中的(b)所示，爪构件55被完全容纳在手指41的内部。

如图14所示，根据本实施方式的第三变形例的机械手4，在使爪构件55、56挂住塑料瓶100的颈环100d并用手指41、42从两侧推压塑料瓶100的颈环100d的状态下，能够通过爪构件55、56包围颈环100d的四方(前后左右)。由此，能够使爪构件55、56作为止动件发挥功能，该止动件防止被机械手4保持的塑料瓶100从爪构件55、56之间穿过并向手指41、42的前端侧以及根部侧脱落。

同样地，如图15所示，根据本实施方式的第三变形例的机械手4，与本实施方式的机械手1同样地，能够通过一对手指41、42夹持饮料罐200。

在本实施方式的机械手中，根据拾取的工件的种类、大小，能够适当变更手指的形状以及尺寸、爪构件的形状以及尺寸、手指中设置爪构件的位置。在本实施方式中，由于爪构件51、52所抵接的塑料瓶100的颈环100d的下端面平坦，所以爪构件51、52的上表面构成为平坦，但爪构件51、52的上表面并非必须平坦。例如，若在爪构件51、52的上表面所抵接的工件的面上有凹凸，则爪构件51、52的上表面能够形成为与工件的面匹配的形状。另外，可以在爪构件51、52的上表面设置用于防滑的垫，也可以进行用于防滑的压花加工(embossing)。

在本实施方式中，手指、爪构件以及压缩螺旋弹簧构成为，在被工件推入的状态下，爪构件能够完全容纳在手指的内部。但是，如本实施方式的第二变形例的机械手3那样，在被工件推入时，通过使爪构件53、54的一部分从手指41、42的内侧面突出而作为防止工件的脱落的构件发挥功能，在这样的情况下，手指41、42、爪构件53、54以及压缩螺旋弹簧45也可以构成为，在被工件推入的状态下，爪构件53、54不能完全容纳在手指41、42的内部。

本实施方式的机械手1具有用于抑制工件的摇动的支撑构件90，但支撑构件90不是必须的，能够根据处理的工件的种类、大小等而将其去掉。

为了提高与工件之间的摩擦力，可以在手指41、42的内侧面分别安装垫。垫安装在手指41、42的内侧面的除了狭缝43、44以外的部分。垫是由弹性体制成的板状体，更具体地说，是由具有海绵状的气泡的橡胶或合成树脂制成的板状体。垫也可以是自由膨胀收缩的袋体。

一对手指41、42为通过相互平行地移动而开闭的平行开闭型，但只要使作为与饮料罐200接触的接触面的手指41、42的内侧面自由接近和远离，则该方式不限于开闭方式。例如，可以在一对手指41、42中，将一方的手指41固定，仅使另一方的手指42移动。另外，也能够采用一对手指41、42自由旋转地设置在其根部侧的端部，通过以相互接近、远离的方式旋转来进行开闭的旋转开闭型。

若能够使爪构件51、52朝向手指41、42的外侧施力，则施力构件不限于压缩螺旋弹簧45。例如，也可以是板簧等其他弹簧，也可以是橡胶等其他种类的施力构件。而且，为了能够控制爪构件51、52的移动，也可以具有对爪构件51、52的移动进行驱动的驱动机构。另外，从能够将爪构件51、52容纳于手指41、42的观点出发，未必需要施力构件。例如，不构成为使爪构件51、52能够沿着水平方向(X方向(参照图3))出入，而是构成为能够沿着从水平方向朝下稍微倾斜的方向出入即可。由此，被工件推压并被手指41、42容纳的爪构件51、52在从工件的推压解放出来时，能够变化为因自重而从手指41、42的内侧面突出的状态。

在本实施方式中，采用了马达作为驱动一对手指41、42的驱动源，但驱动源不限于此。例如，能够采用气缸、液压缸等其他机构作为一对手指41、42的驱动源。

虽然说明了本发明的一些实施方式，但这些实施方式是作为示例给出的，并不旨在限定发明的范围。这些实施方式能够以其它的各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种的省略、替换、变更。这些实施方式或其变形与包含于发明的范围或主旨同样地，包含在与权利要求书中记载的发明及其等同的范围内。

附图标记说明

1：机械手，10：手基座，20：轨道底座，21，22：侧壁，23、24：轨道，31、32：滑块，41、42：手指，51、52：爪构件，90：支撑构件。

Claims (10)

1.一种机械手，其中，具有：

一对手指，为了夹持工件而以自由接近和远离的方式设置，

一对爪构件，为了挂住其他工件而分别设置在一对所述手指上；

所述爪构件设置为，在从所述手指的相对于所述工件接触的接触面突出的状态与被推入所述手指内的状态之间自由变化。

2.根据权利要求1所述的机械手，其中，

所述手指构成为所述接触面平坦的直线状的柱体。

3.根据权利要求1或2所述的机械手，其中，

还具有施力构件，所述施力构件对所述爪构件向从所述接触面突出的方向施力。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机械手，其中，

所述爪构件设置在所述手指的前端侧。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的机械手，其中，

所述爪构件构成为宽度大的薄板状。

6.根据权利要求5所述的机械手，其中，

所述爪构件构成为在俯视观察时呈L字形。

7.根据权利要求5所述的机械手，其中，

所述爪构件构成为在俯视观察时呈U字形。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的机械手，其中，

所述爪构件能够完全容纳在所述手指的内部。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的机械手，其中，

所述爪构件在所述手指的前端侧自由转动地被所述手指支撑。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的机械手，其中，

所述机械手具有支撑构件，所述支撑构件用于抑制被一对所述手指夹持的所述工件或被一对所述爪构件挂住的所述其他工件的摇动。