JP2006068893A - Gripping device of fragile product - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、狭い作業空間において脆弱物を把持するための装置に関し、特に無菌クローン苗を育成するために、インビトロで培養した無菌の幼苗を分離し、発根用容器に植え込む移植工程の自動化を可能にするロボットハンドに関する。 The present invention relates to an apparatus for grasping a fragile object in a narrow working space, and in particular, to cultivate aseptic clonal seedlings, to automate a transplanting process in which aseptic seedlings cultured in vitro are separated and implanted in a rooting container. It relates to a robot hand that enables it.
近年園芸作物や樹木の苗の生産においてこれまで行われてきた実生苗や挿し木苗での生産以外にマイクロプロパゲーションで優秀個体の無菌化クローンを大量増殖し、発根させて苗製品にする手法が広く普及してきている。
一般的な手法としては、成長組織点を無菌環境内で植物個体から切出してインビトロ(無菌透明容器内)で培養環境を与え、多芽体に成長させ、さらに継体培養により大量増殖させ、そして大量増殖させたそれぞれの幼芽を最適な大きさまでインビトロで成長させた後に、再び無菌環境で幼芽を分離し、発根用の容器に移し替え、再びインビトロで培養し発根完了後に無菌クローン苗製品とするものがある。感染した苗であっても、植物体成長の元になる成長点組織にはウィルスが侵入しないことを利用した手法である。
In addition to the production of seedlings and cuttings seedlings that have been used so far in the production of horticultural crops and tree seedlings in recent years, micropropagation allows mass propagation of sterilized clones of excellent individuals and rooting them into seedling products Has become widespread.
As a general technique, a growing tissue point is cut out from a plant individual in a sterile environment, provided with a culture environment in vitro (in a sterile transparent container), grown into multi-buds, and further proliferated in large quantities by subculture. After each grown bud was grown to an optimal size in vitro, the shoot was again separated in a sterile environment, transferred to a container for rooting, cultured again in vitro, and germinated clonal seedlings after completion of rooting. There is something to be a product. This is a technique that utilizes the fact that an infected seedling does not invade the growth point tissue that is the source of plant growth.
このように植物工場での生産工程としては、主に分離した苗をインビトロへ植え込む移植工程とインビトロでの培養工程とがある。苗の培養工程についてはほぼ自動化されているが、移植工程については依然手作業で行われており、大量に優秀な作業者を繁忙期に確保する必要があることから機械化の要求が増大している。 As described above, the production process in the plant factory mainly includes a transplanting process for planting separated seedlings in vitro and a culture process in vitro. The seedling culture process is almost automated, but the transplanting process is still carried out by hand, and the need for mechanization has increased due to the need to secure a large number of excellent workers during the busy season. Yes.
しかしながら、幼芽は柔らかく脆弱であり、過剰な把持力を与えた場合、茎の導管を破壊しその後の生育が順調にいかないという問題がある。このため幼芽の移植を自動的に行うためには微少な把持力制御が不可欠であった。 However, the young buds are soft and fragile, and when an excessive grip force is applied, there is a problem that the stem duct is broken and the subsequent growth does not proceed smoothly. For this reason, in order to automatically transplant shoots, it is indispensable to control a slight grip force.
苗の分割移植装置としては、レーザー光を利用した認識装置により苗の形状を認識し、認識結果に基づいて苗の所定の高さの位置に把持機構および切断機構を導く装置が提言されている(特許文献1,2)。 As a seedling division transplantation device, a device for recognizing the shape of a seedling by a recognition device using laser light and guiding a gripping mechanism and a cutting mechanism to a predetermined height position of the seedling based on the recognition result is proposed. (Patent Documents 1 and 2).
脆弱物のハンドリング装置としては、脆弱物を把持するための板バネと、把持する際の衝撃を弱めるために板バネに設けられたクッション材と、板バネを平行に開閉するアクチュエータと、そのアクチュエータを移動する機構とを備えた装置が提言されている(特許文献3)。 As a handling device for fragile objects, a leaf spring for gripping the fragile object, a cushion material provided on the leaf spring to weaken an impact at the time of gripping, an actuator for opening and closing the leaf spring in parallel, and the actuator An apparatus having a mechanism for moving the device has been proposed (Patent Document 3).
また、挿し木苗の移植システムとしては、オープントレイ上の苗に対してスリットレーザ光とPSD センサにより茎形状をスキャンし歪みセンサによるフィードバックによる把持力制御、マニピュレータにより挿し木苗の自動生産をするものが提言されている(非特許文献1,2)。
苗の育成に伴うコストの大半は人件費であり、機械化することにより、苗の生産コストを大幅に削減することができる。また、人手の作業では、ウィルス混入による品質低下により苗の破棄の必要が生じてしまうため、このことも生産コストの増加につながっていた。
上述のとおり、苗の培養工程については、ほぼ自動化されているため、本発明ではインビトロでの培養容器への移植工程を自動化することを解決すべき課題とする。図16は、クローン苗の育成工程の流れ図であるが、本発明はインビトロでの培養容器への移植工程であるSTEP13ないし15の工程を自動化することを課題とする。
Most of the costs associated with growing seedlings are labor costs, and mechanization can greatly reduce seedling production costs. In addition, in manual work, it becomes necessary to discard seedlings due to quality deterioration due to virus contamination, which also leads to an increase in production costs.
As described above, since the seedling culture process is almost automated, the present invention has an object to be solved by automating the in vitro transplantation process to the culture container. FIG. 16 is a flowchart of a clone seedling growing process. The present invention aims to automate the processes of STEPs 13 to 15, which are the transplanting process to a culture container in vitro.
上記特許文献1,2の装置では、オープントレイでの作業を前提としており、容器の中での苗が密集した作業環境での作動はできなかった。また、減速機構が設けられていないため、茎を把持する力の微弱な調整を行うことは難しく、植え込み工程で利用した場合には、茎を傷つけてしまうおそれがあった。 The devices of Patent Documents 1 and 2 are based on the premise of working in an open tray, and cannot be operated in a working environment where seedlings in a container are dense. In addition, since the speed reduction mechanism is not provided, it is difficult to make a weak adjustment of the force for gripping the stem, and there is a risk of damaging the stem when used in the planting process.
上記特許文献3の装置では、植物のような把持部分の上部に障害物(葉)がある対象物を把持することができなかった。また、無菌状態で作業をするためには、定期的にその装置の把持部とその近傍の部品を取り外して高温高圧蒸気等で滅菌処理するのが好ましいが、クッション材等を用いた構造上、滅菌処理を行うことは難しかった。 In the apparatus of Patent Document 3, an object having an obstacle (leave) on the upper part of a gripping part such as a plant cannot be gripped. In order to work in aseptic conditions, it is preferable to periodically remove the gripping part of the device and its nearby parts and sterilize with high-temperature high-pressure steam, etc., but on the structure using a cushioning material, It was difficult to sterilize.
また、上記装置類では、無菌クローン苗の生産を行う場合、インビトロ培養容器での作業はできないため、無菌状態とするためには、クリーンルームが必要であった。そのため、広い作業スペースと高価な設備が必要であり、多額のコストがかかるという問題があった。 Further, in the above devices, when an aseptic clonal seedling is produced, it is not possible to work in an in vitro culture container. Therefore, a clean room is necessary to make it aseptic. For this reason, there is a problem that a large work space and expensive equipment are required, and a large cost is required.
そこで、本発明は、上記課題を鑑み、障害物が密集した場所やインビトロ等の狭い作業空間において、脆弱物を把持および/または切断するためのロボットハンドを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a robot hand for grasping and / or cutting a fragile object in a place where obstacles are densely packed or in a narrow work space such as in vitro.
上記課題を解決するために、本発明は、把持部を駆動するアクチュエータと、少なくともその一部又は全部が弾性特性を有する材料からなる伝達系とを有する装置において、アクチュエータからの回転力により生ずる伝達系の弾性変形を利用することで最適な把持力を得ることを可能としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a transmission generated by a rotational force from an actuator in an apparatus having an actuator for driving a gripping part and a transmission system made of a material having at least part or all of an elastic property. It is possible to obtain the optimum gripping force by utilizing the elastic deformation of the system.
把持部を一対の把持爪と一対の切断刃とを備える構成とすることにより、茎を把持しながらその下部を切断することができるため、分離工程に適した把持装置を提供することができる。
また、把持部を上部一対の把持爪と下部一対の把持爪とを備える構成とすることにより、一方の把持爪で茎を把持しながら他方の把持爪の把持位置を変えることができるため、植え込み工程に適した把持装置を提供することができる。
By setting the gripping portion to include a pair of gripping claws and a pair of cutting blades, the lower portion can be cut while gripping the stem, so that a gripping device suitable for the separation step can be provided.
In addition, since the gripping portion includes the upper pair of gripping claws and the lower pair of gripping claws, the gripping position of the other gripping claws can be changed while gripping the stem with the one gripping claws. A gripping device suitable for the process can be provided.
さらには、アクチュエータからの動力をテンションワイヤまたはトルク伝達ワイヤ等で伝達する構成とすることにより、アクチュエータをハンド部に設ける必要がなくなったため、把持装置を小型化することが可能となった。この構成においては、減速機構を設けることにより、さらに細かな把持爪の力制御を可能とした。 Furthermore, since the power from the actuator is transmitted by a tension wire or a torque transmission wire, it is no longer necessary to provide the actuator in the hand portion, so that the gripping device can be reduced in size. In this configuration, it is possible to control the gripping claw force more finely by providing a speed reduction mechanism.
すなわち、本発明は以下の(1)ないし(9)のロボットハンドを要旨とする。
(1)一対の把持爪と、把持用アクチュエータと、把持用アクチュエータおよび把持爪とを連結する把持力伝達系とを備え、前記把持力伝達系の一部または全部が弾性特性を有する材料からなり、前記把持用アクチュエータの駆動により前記把持力伝達系および/または前記把持爪に撓みを生じさせながら脆弱物を把持するロボットハンド。
(2)さらに、複数の切断刃と、切断用アクチュエータと、切断用アクチュエータおよび切断刃とを連結する切断力伝達系とを備え、前記切断用アクチュエータの駆動により各切断刃を当接させ脆弱物を切断する(1)のロボットハンド。
(3)前記一対の把持爪は、予め最適な把持力を与えるように設定された逆ピンセットである(1)または(2)のいずれかのロボットハンド。
(4)前記把持用アクチュエータは、ロボットハンドの外部に配され、前記把持力伝達系は、トルク伝達ワイヤをねじることにより該把持用アクチュエータの駆動を把持爪に伝達する構成である(1)ないし(3)のいずれかのロボットハンド。
(5)前記把持用アクチュエータは、ロボットハンドの外部に配され、前記把持力伝達系は、アウターチューブを軸通するテンションワイヤからなり、前記一対の把持爪は、該テンションワイヤにより開閉されるピンセットである(1)ないし(3)のいずれかのロボットハンド。
(6)前記把持用アクチュエータから把持爪に伝達されるストロークまたは回転角度、および駆動力を1/nとする減速機構を有する(1)ないし(5)のいずれかのロボットハンド。
(7)前記把持爪は、上下に一定幅移動自在である(1)ないし(6)のいずれかのロボットハンド。
(8)前記把持爪は、着脱自在である(1)ないし(7)のいずれかのロボットハンド。
(9)前記一対の把持爪を複数有する(1)ないし(8)のいずれかのロボットハンド。
That is, the gist of the present invention is the following robot hands (1) to (9).
(1) A pair of gripping claws, a gripping actuator, and a gripping force transmission system that couples the gripping actuator and the gripping claws, and a part or all of the gripping force transmission system is made of a material having elastic characteristics. A robot hand that grips a fragile object while causing the gripping force transmission system and / or the gripping claw to bend by driving the gripping actuator.
(2) Furthermore, it is provided with a plurality of cutting blades, a cutting actuator, and a cutting force transmission system for connecting the cutting actuator and the cutting blade, and the cutting blades are brought into contact with each other by driving the cutting actuator. (1) Robot hand which cuts.
(3) The robot hand according to either (1) or (2), wherein the pair of gripping claws are reverse tweezers set in advance so as to give an optimal gripping force.
(4) The gripping actuator is arranged outside the robot hand, and the gripping force transmission system is configured to transmit the driving of the gripping actuator to the gripping claws by twisting a torque transmission wire. The robot hand of any one of (3).
(5) The gripping actuator is arranged outside the robot hand, the gripping force transmission system is composed of a tension wire that passes through the outer tube, and the pair of gripping claws are opened and closed by the tension wire. The robot hand according to any one of (1) to (3).
(6) The robot hand according to any one of (1) to (5), further including a speed reduction mechanism that sets a stroke or a rotation angle transmitted from the gripping actuator to a gripping claw and a driving force of 1 / n.
(7) The robot hand according to any one of (1) to (6), wherein the gripping claws are movable up and down by a certain width.
(8) The robot hand according to any one of (1) to (7), wherein the gripping claws are detachable.
(9) The robot hand according to any one of (1) to (8), wherein the robot hand includes a plurality of the pair of gripping claws.
本発明によれば、植物の移植を自動的に行うために必要な微少な把持力制御が容易に行うことができるため、分離工程の自動化のみならず、植え込み工程における微妙な把持力の調整が可能となるため、植物に過剰な把持力を与えるおそれがなく、植え込み時の茎の導管の損傷による成長障害の発生を防ぐことができる。 According to the present invention, since the minute gripping force control necessary for automatically transplanting a plant can be easily performed, not only the separation process is automated, but also the delicate gripping force adjustment in the implantation process can be performed. Therefore, there is no possibility of giving excessive gripping force to the plant, and it is possible to prevent the occurrence of growth failure due to damage to the stem conduit at the time of planting.
また、構造上把持部を取り外して高温高圧蒸気等で滅菌処理することが可能であり、メンテナンス性にも優れる。 In addition, it is possible to remove the gripping portion and sterilize with high-temperature and high-pressure steam or the like in terms of structure, and the maintenance is excellent.
また、障害物が密集した場所やインビトロ環境等の狭い作業空間において、脆弱物を把持する作業を自動化することができる。
しかも、トルクロープ等を用いた構成を採用すれば、微妙な制御をするために肥大化しがちな装置サイズの小型化が可能となる。すなわち、ハンド部を軽量コンパクトにできるため、クリーンルームを設ける必要がなく、クリーンベンチ内での作業が可能となるため、設備面でもクローン苗の生産コストを削減することができる。
In addition, it is possible to automate the work of gripping a fragile object in a narrow work space such as a place where obstacles are concentrated or an in vitro environment.
In addition, if a configuration using a torque rope or the like is adopted, it is possible to reduce the size of the apparatus that tends to be enlarged for delicate control. That is, since the hand portion can be made light and compact, it is not necessary to provide a clean room, and work in a clean bench is possible, so that the production cost of cloned seedlings can also be reduced in terms of equipment.
本発明の第1の形態は、ロッドにより把持爪の作動を制御する把持装置である。
図1(a)は、把持部6が植物の幼芽に接した状態を示している。把持部6は、鞘管5を軸通するロッド7にアクチュエータの駆動が伝達され開閉作動する。ロッド7は、アクチュエータが直動することで昇降可能であり、把持に最適な場所に位置することができる。
図1(b)は、把持部6が植物の幼芽を把持した状態を示している。ロッド7は、アクチュエータが回動することで、把持爪を閉じる。この状態では、幼芽を把持するために十分な把持力は与えられていない。
図1(c)は、把持部6に十分な把持力が与えられた状態を示している。幼芽を把持するために十分な把持力が与えられると、弾性特性を有する材料からなるロッド7がねじれと曲がりを生じて、幼芽に損傷を与えることなく、幼芽を把持することが可能である。
狭い空間で作業する場合には、把持爪に角度を付けることで、作業場所に把持爪を侵入させることが容易となる。例えば、好ましい把持爪とロッドの角度としては30°,45°,60°,90°,120°,135°があげられる。
把持爪は、植物の形状認識の際に、植物の把持位置からハンドの把持位置との距離を計測するため、ハンド表面が反射が生じない素材で構成するのがよく、好ましい材料としてはセラミックスが挙げられる。
The 1st form of this invention is a holding | grip apparatus which controls the action | operation of a holding nail with a rod.
FIG. 1 (a) shows a state in which the gripping part 6 is in contact with a plant shoot. The gripping portion 6 is opened and closed when the drive of the actuator is transmitted to the rod 7 that passes through the sheath tube 5. The rod 7 can be moved up and down by the actuator moving directly, and can be positioned at an optimum place for gripping.
FIG. 1 (b) shows a state in which the gripping portion 6 grips the plant shoots. The rod 7 closes the gripping claws as the actuator rotates. In this state, sufficient gripping force for gripping the young shoots is not given.
FIG. 1 (c) shows a state where a sufficient gripping force is applied to the grip portion 6. When a sufficient gripping force is applied to grip the bud, the rod 7 made of a material having elastic characteristics is twisted and bent, and the bud can be gripped without damaging the bud. It is.
When working in a narrow space, it is easy to allow the gripping claws to enter the work place by providing an angle to the gripping claws. For example, preferable angles of the gripping claw and the rod include 30 °, 45 °, 60 °, 90 °, 120 °, and 135 °.
In order to measure the distance from the plant gripping position to the hand gripping position when recognizing the shape of the plant, the gripping nail is preferably composed of a material that does not cause reflection on the surface of the hand, and ceramic is a preferable material. Can be mentioned.
本発明の第2の形態は、トルク伝達ワイヤ(アウターチューブ含む)等により把持爪の作動を制御する把持装置である。
例えば、図17に示すように、第1の形態と同じように一対の鞘管5と一対の把持爪61a,61bを有する構成において、アクチュエータから把持爪への駆動の伝達が、一対のトルクロープ76により行うことを特徴とする。駆動力の伝達にロッドを用いないことにより、アクチュエータを把持装置の外部に設けることができるため、把持装置の小型化が可能となる。
The second aspect of the present invention is a gripping device that controls the operation of the gripping claws using a torque transmission wire (including an outer tube) or the like.
For example, as shown in FIG. 17, in the configuration having a pair of sheath tubes 5 and a pair of gripping claws 61a and 61b as in the first embodiment, the drive transmission from the actuator to the gripping claws is a pair of torque ropes. 76. By not using a rod for transmitting the driving force, the actuator can be provided outside the gripping device, so that the gripping device can be downsized.
把持爪に直接連結されない部分は通常のテンションワイヤにより上部のギヤを回転駆動させ、これにかみ合う把持爪側のギヤの中央からトルク伝達ワイヤとし、ギヤの中心部と各ロッドを結ぶことでトルクを伝達するのが良い。このような構成とすることの意義は、多関節ロボットの動作により外部に配されたアクチュエータとの相対位置が変わることによりトルクが発生し、ハンドに不必要な回転動作を生じるおそれがあるからである。但し、多関節ロボットの移動によって回転が加わらない位置関係で動作を行う場合は、このような構成とする必要はなく、トルク伝達ワイヤで直接モータの駆動を伝達してもよい。例えば、両軸型のモータやあるいは一組の対向する同じ端数のギヤの中央に各トルク伝達ワイヤを結合し、ギヤをモータで駆動させる構成とすることが考えられる。 The part that is not directly connected to the gripping claw is driven to rotate the upper gear with a normal tension wire, and the torque is transmitted from the center of the gear on the side of the gripping claw that engages with this. Good to communicate. The significance of such a configuration is that torque may be generated due to a change in the relative position with an externally arranged actuator due to the operation of the articulated robot, which may cause unnecessary rotational movement of the hand. is there. However, when the operation is performed in a positional relationship in which rotation is not applied by the movement of the articulated robot, it is not necessary to adopt such a configuration, and the drive of the motor may be directly transmitted by a torque transmission wire. For example, it is conceivable that each torque transmission wire is coupled to the center of a double-shaft type motor or a pair of opposed gears of the same number, and the gear is driven by the motor.
上記はいずれも植え込み工程に適した構成であるが、さらに、一対の切断刃を設けた構成とすることにより、分離工程においても利用することができる。 Although the above is a structure suitable for an implantation process, it can also be utilized in a separation process by providing a pair of cutting blades.
以下では、本発明の実施の形態を実施例で説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by way of examples, but the present invention is not limited to the following examples.
1.構造
本実施例のハンド部は、図2に示すとおり、支持枠2と、該支持枠2内に配置されたアクチュエータ31〜33と、該アクチュエータを制御するコントローラ(図示せず)と、該支持枠2に取り付けられた鞘管5と、該鞘管5内を軸通する3本のロッド7a〜7cにより作動される把持部61と切断部62とで構成されている。以下各構成要素を詳細に説明する。
1. Structure As shown in FIG. 2, the hand unit of the present embodiment includes a support frame 2, actuators 31 to 33 arranged in the support frame 2, a controller (not shown) for controlling the actuator, and the support It is comprised by the sheath part 5 attached to the frame 2, and the holding part 61 and the cutting | disconnection part 62 which are act | operated by the three rods 7a-7c which pass the inside of this sheath pipe 5 axially. Each component will be described in detail below.
(1)支持枠2
支持枠2は上下の基板21,22と、それらの基板を所定の間隔に保持する4本の支持柱23とで構成されており、上方の基板21の上面にはハンドを外部マニピュレータに取り付けるための取付座25が設けられ、下方の基板22には、ロッド7挿通用の貫通孔が形成されている。上下の基板21,22間には3個のアクチュエータ31〜33が取り付けられている。
(1) Support frame 2
The support frame 2 is composed of upper and lower substrates 21 and 22 and four support pillars 23 that hold the substrates at a predetermined interval. On the upper surface of the upper substrate 21, a hand is attached to an external manipulator. And a through hole for inserting the rod 7 is formed in the lower substrate 22. Three actuators 31 to 33 are attached between the upper and lower substrates 21 and 22.
(2)把持部61および切断部62
図3に示すとおり、ハンド部先端には、一対の把持爪から構成される把持部61と、その下段に一対の切断刃から構成される切断部62がある。
把持爪61aにはロッド7aを構成する弾性特性を有する材料65が連結され、アクチュエータ32の駆動により開閉する。把持爪61bにはロッド7bを構成する弾性特性を有する材料65が連結される。把持部61は、アクチュエータ31の駆動により昇降可能である。
切断部は、アクチュエータ33の駆動により開閉する切断刃62aと固定された切断刃62bから構成される。切断刃62aにアクチュエータ33の駆動を伝達するロッド7cは剛性を高め、カット時のモーメントに耐えられるようにしてある。
狭い空間で作業する場合には、把持爪に角度を付けることで、作業場所に把持爪を侵入させることが容易となる。例えば、好ましい把持爪とロッドの角度としては30°,45°,60°,90°,120°,135°があげられる。
なお、把持爪および/又は切断刃は共に回転させてもよいし、一方を回転させない場合には他方を鞘管接合型としてもよい。
(2) Holding part 61 and cutting part 62
As shown in FIG. 3, at the tip of the hand part, there are a gripping part 61 composed of a pair of gripping claws and a cutting part 62 composed of a pair of cutting blades at the lower stage.
A material 65 having elastic properties constituting the rod 7 a is connected to the gripping claw 61 a and opens and closes by driving the actuator 32. A material 65 having elastic properties constituting the rod 7b is connected to the grip claw 61b. The grip 61 can be moved up and down by driving the actuator 31.
The cutting part is composed of a cutting blade 62a that opens and closes by driving of the actuator 33 and a fixed cutting blade 62b. The rod 7c that transmits the drive of the actuator 33 to the cutting blade 62a has increased rigidity so that it can withstand a moment during cutting.
When working in a narrow space, it is easy to allow the gripping claws to enter the work place by providing an angle to the gripping claws. For example, preferable angles of the gripping claw and the rod include 30 °, 45 °, 60 °, 90 °, 120 °, and 135 °.
Note that the gripping claws and / or cutting blades may be rotated together, or when one of them is not rotated, the other may be a sheath-and-tube type.
(3)アクチュエータ31〜33
本実施例では、アクチュエータ31〜33にステップモータを採用した。図4に示すとおり、アクチュエータ31,32により把持部爪61a,61bが、アクチュエータ33により切断刃62aが駆動される。アクチュエータ31の駆動軸がロッド7a,7bと同一軸方向に直動すると、支持板35から7a,7bに力が伝達され、把持部61が上下に直動する。アクチュエータ32の駆動軸は回動し、これにより把持爪61aが開閉運動を行う。アクチュエータ33の駆動軸は回動し、これにより切断刃62aが開閉運動を行う。
(3) Actuators 31-33
In this embodiment, step motors are employed for the actuators 31 to 33. As shown in FIG. 4, the gripper claws 61 a and 61 b are driven by the actuators 31 and 32, and the cutting blade 62 a is driven by the actuator 33. When the drive shaft of the actuator 31 moves linearly in the same axial direction as the rods 7a and 7b, force is transmitted from the support plate 35 to 7a and 7b, and the gripping portion 61 moves up and down. The drive shaft of the actuator 32 rotates, whereby the gripping claw 61a opens and closes. The drive shaft of the actuator 33 rotates, whereby the cutting blade 62a opens and closes.
(4)鞘管5
基板22の下面に中央部には、貫通孔に合致させて鞘管5が取り付けられている。鞘管5の上部には、把持用ロッド7a,7bが貫通する孔と、切断用ロッド7cを回転可能に保持する保持孔を設けたロッド支持板が取り付けられている。
また、鞘管5の下方先端部には、把持爪および切断刃を外方に突出させると共に、把持爪の上下動を許すスリットが形成されている。鞘管5の下端開口は着脱可能な栓によって封鎖し、鞘管内に装着したロッドが脱落するのを防いである。栓は端部を丸くして滑りやすくしておくとよい。
また、狭い場所での作業を行うためには鞘管の直径は細い方がよい。従来のように切断部だけで3〜4cmある装置では、インビトロでの作業はもちろん、植物苗が隣接する環境での分離・植え込み作業を行うことは難しい。本実施例の装置においては、鞘管の直径は約8mm、各爪刃の長さは約6mmである。刃や把持爪の長さは長いと容器内密集苗の茎部への侵入性が悪くなる。短いと茎に接近するとき葉と鞘管があたり茎にハンドやカッタが到達しないため、爪刃の長さは対象植物の形状、特に葉の長さと同程度に設定するとよい。
(4) Sheath tube 5
A sheath tube 5 is attached to the lower surface of the substrate 22 at the center so as to match the through hole. A rod support plate provided with a hole through which the gripping rods 7a and 7b pass and a holding hole for rotatably holding the cutting rod 7c is attached to the upper portion of the sheath tube 5.
In addition, a slit that allows the gripping claws and the cutting blade to protrude outward and allows the gripping claws to move up and down is formed at the lower end of the sheath tube 5. The lower end opening of the sheath tube 5 is sealed with a detachable stopper to prevent the rod mounted in the sheath tube from falling off. The stopper should be rounded at the end to make it slippery.
In order to work in a narrow place, the diameter of the sheath tube should be narrow. In a conventional apparatus having only 3 to 4 cm at the cutting portion, it is difficult to perform separation and planting work in an environment where plant seedlings are adjacent as well as in vitro work. In the apparatus of the present embodiment, the diameter of the sheath tube is about 8 mm, and the length of each nail blade is about 6 mm. When the length of the blade or the gripping claw is long, the penetrability of the densely seedlings in the container into the stem portion is deteriorated. When the length is short, the leaf and the sheath tube come into contact with the stem and the hand and the cutter do not reach the stem. Therefore, the length of the nail blade is preferably set to be the same as the shape of the target plant, particularly the length of the leaf.
図5に示すとおり、鞘管5は中途部分で分割されており、凸凹形状の嵌合部8で着脱可能である。バイオ苗の分離・植え込み作業においては、先端部を滅菌消毒可能とすることが大前提となるため、先端部が取り外せることの意義は大きい。
なお、嵌合部8での脱着を容易にし、駆動トルクにより嵌め合いがはずれないようにするため、嵌め合い部の周囲をパイプでカバーするのが好ましい。
As shown in FIG. 5, the sheath tube 5 is divided at an intermediate portion, and can be attached and detached with a fitting portion 8 having an uneven shape. In the bioseedling separation / planting operation, it is a major premise that the tip can be sterilized and sterilized, so it is significant that the tip can be removed.
Note that it is preferable to cover the periphery of the fitting portion with a pipe in order to facilitate attachment and detachment at the fitting portion 8 and prevent the fitting from being removed by the driving torque.
(5)ロッド7a〜7c
鞘管5の先端の一対の把持爪61a,61bにアクチュエータの力を伝達するロッド7a,7bと、鞘管5の先端の切断刃62aにアクチュエータの力を伝達する切断用ロッド7cがある。把持用ロッド7a,7bは、アクチュエータ31により上下動する支持板35で保持され、把持部61はこれにより上下動可能である。把持用ロッド7bはアクチュエータ32によって回動可能でありこれにより把持爪61aが開閉する。切断用ロッド7cもアクチュエータ33によって回動可能であり、これにより切断刃62aが開閉し、固定刃61bと協働して対象物を切断する。把持用ロッド7a,7bおよび切断用ロッド7cのロッド支持板の上方に突出した部分には、アクチュエータ32,33に取り付けられた回転用アームのスリットに係合する係合部を具えたアームが形成されており、各アクチュエータの回転を各ロッドに伝える。
(6)使用態様
図6に示すように、本実施例に係るハンド部は外部マニピュレータに接続されて使用される。
(5) Rods 7a-7c
There are rods 7a, 7b that transmit the force of the actuator to a pair of gripping claws 61a, 61b at the tip of the sheath tube 5, and a cutting rod 7c that transmits the force of the actuator to the cutting blade 62a at the tip of the sheath tube 5. The gripping rods 7a and 7b are held by a support plate 35 that moves up and down by an actuator 31, and the gripping portion 61 can move up and down. The gripping rod 7b can be rotated by the actuator 32, whereby the gripping claw 61a is opened and closed. The cutting rod 7c can also be rotated by the actuator 33, whereby the cutting blade 62a is opened and closed, and the object is cut in cooperation with the fixed blade 61b. An arm having an engaging portion that engages with a slit of a rotating arm attached to the actuators 32 and 33 is formed in a portion of the gripping rods 7a and 7b and the cutting rod 7c protruding above the rod support plate. The rotation of each actuator is transmitted to each rod.
(6) Usage Mode As shown in FIG. 6, the hand unit according to the present embodiment is used by being connected to an external manipulator.
2.作動
図7に示すとおり、まず、ハンド部をX、Y、Z方向に移動させ、ハンド先端部を切断すべき対象物の近傍に移動する(STEP1)。この際、対象物の位置が予め分かっている場合には、対象物の位置計測は不要となる。ハンド先端部が対象物に対面すると、コントローラからの信号によりアクチュエータ32,33が回転し、把持爪61a、切断刃62bを開く(STEP2)。アクチュエータ31を駆動して把持部61の高さを調整し、把持爪61aおよび/又は61bが対象物に触れる把持位置までハンド部を移動させる(STEP3)。アクチュエータ32,33を逆回転させ、把持爪61aおよび切断刃62aが対象物に接するまで閉じる(STEP4)。後述の計算方法により最適な把持力で対象物を把持するようにアクチュエータ32,33を逆回転させる(STEP5)。アクチュエータ31を回転させ把持部61を上昇させ、切断した対象物を分離した後、ハンド部を移動する(STEP6)。
2. Operation First, as shown in FIG. 7, the hand portion is moved in the X, Y, and Z directions, and the hand tip portion is moved in the vicinity of the object to be cut (STEP 1). At this time, if the position of the object is known in advance, the position measurement of the object is not necessary. When the tip of the hand faces the object, the actuators 32 and 33 are rotated by a signal from the controller, and the gripping claws 61a and the cutting blade 62b are opened (STEP 2). The actuator 31 is driven to adjust the height of the gripping portion 61, and the hand portion is moved to a gripping position where the gripping claws 61a and / or 61b touch the object (STEP 3). The actuators 32 and 33 are rotated in the reverse direction and are closed until the gripping claws 61a and the cutting blade 62a are in contact with the object (STEP 4). The actuators 32 and 33 are rotated in reverse so as to grip the object with an optimum gripping force by a calculation method described later (STEP 5). The actuator 31 is rotated to raise the grip 61, and after separating the cut object, the hand is moved (STEP 6).
3.最適把持力の計算
把持爪に段階的に把持力を与えた際の、対象物と把持爪の位置変化モデルを示したものが図8である。本発明の把持装置においては、ロッドの一部が弾性特性を有する材料から構成されているため、把持力を強めると共に、左右把持爪の位置も移動する。左右の弾性特性を有する材料のねじれのバランスが取れ、且つ把持対象物が損傷しないように、ロッドに回転角度を与えることで最適把持力を得ることができる。
3. Calculation of Optimal Gripping Force FIG. 8 shows a position change model of an object and a gripping nail when a gripping force is applied stepwise to the gripping nail. In the gripping device of the present invention, since a part of the rod is made of a material having elastic characteristics, the gripping force is increased and the positions of the left and right gripping claws are also moved. Optimum gripping force can be obtained by giving a rotation angle to the rod so that the torsion of the material having the left and right elastic characteristics is balanced and the object to be gripped is not damaged.
把持爪73における力伝達経路での変形モデルは図9のようになる。ここで設定した把持力Fを与える際の弾性特性を有する材料の弾性変形量δとなり、式1および2から算出される。これに対応する最適ひねり角度θは式3から算出することができ、この回転を把持爪が対象物に接触した状態から制御レバー71に与えることで脆弱物74を把持するための最適把持力を得ることができる。
例えば35グラムを把持したい場合の追い込みストロークθは、l=35、d=0.9、L=6で考えると、
δ=(0.035・353)/(3・19900・(π・0.94/64))=0.78mm
θ=Sin-1(δ/L)=7.47°となる。
For example, if it is desired to grip 35 grams, the driving stroke θ is 1 = 35, d = 0.9, and L = 6.
δ = (0.035 ・ 35 3 ) / (3 ・ 19900 ・ (π ・ 0.9 4 /64))=0.78mm
θ = Sin −1 (δ / L) = 7.47 °.
設定レンジは±5gなので上限、下限でのストロークは40グラムであり、
δ=(0.04・353)/(3・19900・(π・0.94/64))=0.89mm
θ=Sin-1(δ/L)=8.56°となる。
Since the setting range is ± 5g, the stroke at the upper and lower limits is 40 grams.
δ = (0.04 ・ 35 3 ) / (3 ・ 19900 ・ (π ・ 0.9 4 /64))=0.89mm
θ = Sin −1 (δ / L) = 8.56 °.
同様に、上限のストロークは30グラムであり、
δ=(0.03・353)/(3・19900・(π・0.94/64))=0.67mm
θ=Sin-1(δ/L)=6.41°となる。
ステップモータの最小制御角度は0.5°であり、減速機を付加することでさらに細かい位置決め要求に対応する制御を行うことが可能である。なお、上記計算式は一例であり、ハンドの形状に応じてフック則による弾性計算式を用い、必要な把持力を与えるための変形量を発生するモータの回転角度を計算するとよい。
Similarly, the upper limit stroke is 30 grams,
δ = (0.03 ・ 35 3 ) / (3 ・ 19900 ・ (π ・ 0.9 4 /64))=0.67mm
θ = Sin −1 (δ / L) = 6.41 °.
The minimum control angle of the step motor is 0.5 °, and it is possible to perform control corresponding to a finer positioning request by adding a reduction gear. Note that the above calculation formula is an example, and it is preferable to calculate the rotation angle of the motor that generates a deformation amount to give a necessary gripping force by using an elastic calculation formula based on the hook rule according to the shape of the hand.
4.苗強度の測定
本発明に係る装置の最適な把持力の範囲を算出するために、ユーカリの幼芽を用いて苗強度の実験を行った。最適な把持力の範囲の算出は、幼芽の茎に徐々に力を加え、幼芽の直径と細胞の破壊による水浸化状の変色が起こる力を計測することで行う。
図10は、ユーカリの幼芽における実験結果であり、丸が打たれた箇所が苗に損傷が発生した荷重を示している。この結果から把持力制御の要求仕様は次表のようになる。
4). Measurement of seedling strength In order to calculate the optimum gripping force range of the apparatus according to the present invention, seedling strength experiments were conducted using eucalyptus seedlings. The range of the optimum gripping force is calculated by gradually applying a force to the stem of the bud and measuring the force at which the bud diameter and the water-induced discoloration due to cell destruction occur.
FIG. 10 shows the experimental results of Eucalyptus buds, where the circled portion indicates the load at which the seedling was damaged. From this result, the required specifications for grip force control are as shown in the following table.
5.動作実験
直径をi)0.5から0.9mm、ii)1から1.5mm のユーカリの幼芽各20本について、下記表の要領で自動植込みを行ったところ、変色発生の頻度は0本であり、力制御の困難なクローン苗の自動植込みを実現することができた。
図11は、一対の把持爪を2組有するハンド部の実施例である。本実施例のハンド部は、先端上段に一対の把持爪63a,63bが、下段に一対の把持爪64a,64bが配置される。これら4本の爪は、弾性特性を有する材料65によりアクチュエータからの駆動が伝達され、把持爪63aおよび64aが開閉することにより、実施例1と比べより安定した把持を行うことを可能としている。なお、一対の把持爪63a,63bは、実施例1と同様にアクチュエータからの駆動により、昇降可能である。
また、植え込み用ハンドの場合、上段把持部だけでなく、下段把持部を上下させてもよい。特に脆弱である「把持爪から植物の茎の最下端までの距離」が長いと植込時の培地からの反力により座屈するおそれがあるが、下段把持部を上下させることにより上記距離を短くして何回かに分けて植え込むことが可能となる。すなわち、上記距離を短くしても規定量の植込量を確保出来るようにするため、上段および下段の把持部で植物を把持した状態で植え込みをした後、下段の把持爪を解放し、下段把持爪を上に移動した後、再度下段把持爪で把持し、植え込みを行うという動作を繰り返し行うことができるのである。これにより、植え込み作業における植物の損傷を防ぐことができる。
FIG. 11 shows an example of a hand unit having two pairs of gripping claws. In the hand portion of the present embodiment, a pair of gripping claws 63a and 63b are disposed at the upper end of the tip, and a pair of gripping claws 64a and 64b are disposed at the lower stage. These four claws are able to perform more stable gripping as compared with the first embodiment when the drive from the actuator is transmitted by the material 65 having elastic characteristics and the gripping claws 63a and 64a are opened and closed. The pair of gripping claws 63a and 63b can be lifted and lowered by driving from the actuator as in the first embodiment.
Further, in the case of an implanting hand, not only the upper gripping part but also the lower gripping part may be moved up and down. If the `` distance from the gripping claw to the lowest end of the plant stem '' is particularly fragile, there is a risk of buckling due to the reaction force from the culture medium at the time of implantation, but the above distance can be shortened by moving the lower gripping part up and down. Then it can be planted in several times. That is, in order to ensure a specified amount of planting even if the distance is shortened, after planting with the upper and lower gripping parts gripped, the lower gripping claws are released and the lower After the gripping claw is moved up, the operation of holding again with the lower gripping claw and implanting can be repeated. Thereby, the damage of the plant in the planting operation can be prevented.
図12および図13は、把持部が鞘管の切欠きであるハンド部の実施例である。本実施例は、切欠き68に対象物を位置し、切断刃66が昇降することで対象物を分離すると共に、把持用シャフト67で対象物を把持するというものである。把持部が鞘管内部に収まるため、より狭い空間での作業に適した形態であると言える。
なお、切断刃66はシャフト67の内部を軸通する中空状のものでもよいし、シャフト67の外周よりわずかに大きくシャフト67を覆うものでもよい。
FIG. 12 and FIG. 13 show an embodiment of the hand portion in which the grip portion is a notch of the sheath tube. In the present embodiment, the object is positioned in the notch 68, and the cutting blade 66 moves up and down to separate the object, and the object is gripped by the gripping shaft 67. It can be said that since the gripping part fits inside the sheath tube, it is a form suitable for work in a narrower space.
Note that the cutting blade 66 may be a hollow one that passes through the inside of the shaft 67 or may cover the shaft 67 slightly larger than the outer periphery of the shaft 67.
ロッドに弾性特性を利用する材料を用いず、駆動部近傍にトーションバネを用いた弾性体を配置してもよい。図15に示すようにトーションバネ75の一方をロッド7と接合し、他方を制御レバー71と接合することでロッド7に回転を生じさせることができる。把持爪が対象物に当接後さらに回転を加えることでトーションバネに変形が生じ、その結果把持部に最適な把持力が発生する。 An elastic body using a torsion spring may be disposed in the vicinity of the drive unit without using a material that uses elastic characteristics for the rod. As shown in FIG. 15, one of the torsion springs 75 is joined to the rod 7 and the other is joined to the control lever 71, so that the rod 7 can be rotated. When the gripping claw contacts the object and further rotates, the torsion spring is deformed, and as a result, an optimal gripping force is generated in the gripping portion.
例えば、予め設定した把持力Fを得るために、必要な把持爪が当接した点からのトーションバネのねじれ角度φは、下記式で求めることができる。 For example, in order to obtain a preset gripping force F, the twist angle φ of the torsion spring from the point where a necessary gripping claw comes into contact can be obtained by the following equation.
M=F・a
M:トーションバネに作用するモーメント、a:中心から把持爪までの長さ
M = F ・ a
M: Moment acting on torsion spring, a: Length from center to gripping claw
φ=ML/EI=64MDN/Ed4
L:トーションバネの有効展開部長さ、E:縦弾性係数、D:コイル平均径、N:巻き数、d:線径、I:断面2次モーメント
φ = ML / EI = 64MDN / Ed 4
L: Effective length of the torsion spring, E: Longitudinal elastic modulus, D: Coil average diameter, N: Number of turns, d: Wire diameter, I: Cross section secondary moment
本実施例のハンド部は、図18および19に示すとおり、鞘管5内を軸通する4本のロッドとそれらと連結されたトルク伝達ワイヤを用いた構成からなる。鞘管5には、ロッドを軸通させるための軸通孔51が4つ設けられている(図22上図参照)。各ロッドとトルク伝達ワイヤを結合することでアーム等に干渉することを防止し、コンパクトにまとめることを可能としている。
各ロッドは軸通孔51を通り、下端は把持部6と連結され、上端はトルク伝達ワイヤと連結される。トルク伝達ワイヤのより方向によりねじり弾性特性が異なるため、想定把持位置で均一な力バランスを保つために組立時にバランスを図りながら長さ配分を決め、従動側回転ギヤの中央を貫通して連結される。また、より方向が異なる伝達ワイヤを用い、同じ長さで回転ギヤと各ロッドを連結しても良い。
As shown in FIGS. 18 and 19, the hand portion of the present embodiment has a configuration using four rods that pass through the inside of the sheath tube 5 and torque transmission wires connected thereto. The sheath tube 5 is provided with four shaft holes 51 for allowing the rod to pass therethrough (see the upper diagram in FIG. 22). By connecting each rod and the torque transmission wire, it is possible to prevent interference with the arm or the like and to make it compact.
Each rod passes through the shaft through hole 51, the lower end is connected to the grip portion 6, and the upper end is connected to the torque transmission wire. Since the torsional elastic characteristics differ depending on the direction of the torque transmission wire, in order to maintain a uniform force balance at the assumed gripping position, the length distribution is determined while balancing while assembling and is connected through the center of the driven rotation gear. The Moreover, you may connect a rotation gear and each rod with the same length using the transmission wire from which a direction differs more.
回転ギヤから出た4本のトルク伝達ワイヤと繋がるロッドに全て把持爪を設けた構成は植え込み工程に適しており、下段に一対の切断刃を設けた構成は分離工程に適している。鞘管5は、嵌合部53で取り外し可能であり、殺菌処理等のための交換に便利である。把持部従動ギヤとその駆動ギヤ間についてはオートクレーブ滅菌するときに取り外しできるようになっている。 A configuration in which all the gripping claws are provided on the rods connected to the four torque transmission wires coming out of the rotating gear is suitable for the implantation step, and a configuration in which a pair of cutting blades are provided in the lower stage is suitable for the separation step. The sheath tube 5 can be removed at the fitting portion 53 and is convenient for replacement for sterilization treatment or the like. The gap between the gripper driven gear and its drive gear can be removed when autoclaving.
駆動ギヤは外周部にテンションワイヤ56が巻かれワイヤが一方に引っ張られることで回転できるように構成され、ワイヤの両端は外部にある駆動ラック54に結合され、駆動ラック54のスライドにより回転ギヤが回転する。
伝達ワイヤーを直動するためのサーボモータが把持用に2つ、上下スライド用に1つ設けられており、ピニオンギヤ55に二つの駆動ラック54を連結し対向して動作するようにすることで、駆動ラック54はピニオンギヤ55を介してサーボモータの回転を直動運動に変換する(図20参照)。なお、モータはステップモータを使用しても良い。
テンションワイヤ56を対向した駆動ラック54と連結することにより、引っ張りを受けた側のワイヤが引っ張り従動ギヤを回転させるため、モータと把持部の位置関係が変わっても把持力や把持バランスに影響なく動作させることが可能になる。
The drive gear is configured such that a tension wire 56 is wound around the outer circumference and the wire is pulled to one side so that the drive gear can be rotated. Both ends of the wire are coupled to an external drive rack 54. Rotate.
Two servo motors for linearly moving the transmission wire are provided for gripping, and one for vertical sliding, and two drive racks 54 are connected to the pinion gear 55 so as to oppose each other. The drive rack 54 converts the rotation of the servo motor into a linear motion via the pinion gear 55 (see FIG. 20). Note that a step motor may be used as the motor.
By connecting the tension wire 56 to the opposing drive rack 54, the pulled wire rotates the driven gear so that there is no effect on the gripping force or gripping balance even if the positional relationship between the motor and the gripping part changes. It becomes possible to operate.
一対のロッドは5mmの上下スライド機構を有しており、把持爪の位置を上下に調整可能である。このスライドを行うための機構として図21に示すように、ロッドを回転可能とし、且つ軸方向のスライドを制限するジョイント86がロッド上部に設けられ、シャフト84と固定される。バネ80でシャフト84を一方向に押さえ、位置決めさせた状態から、そのバネに変位をあたえるようにテンションワイヤ56を引っ張ることでロッドを上下にスライド操作可能にしている。 The pair of rods has a 5 mm vertical slide mechanism, and the position of the gripping claw can be adjusted up and down. As a mechanism for performing this sliding, as shown in FIG. 21, a joint 86 that allows the rod to rotate and restricts sliding in the axial direction is provided on the upper portion of the rod and is fixed to the shaft 84. The rod 84 can be slid up and down by pulling the tension wire 56 so as to give displacement to the spring from the state where the shaft 84 is pressed and positioned in one direction by the spring 80.
サーボモータがケーブルチューブ内のトルク伝達ワイヤを引っ張ると把持爪6が閉じ、弛めると把持爪6が開く。把持爪6が対象物に当接後さらにトルク伝達ワイヤを引っ張ることで、トルク伝達ワイヤにねじれが生じ、その結果把持部に最適な把持力が発生する。 When the servo motor pulls the torque transmission wire in the cable tube, the grip claw 6 is closed, and when it is loosened, the grip claw 6 is opened. By further pulling the torque transmission wire after the gripping claws 6 contact the object, the torque transmission wire is twisted, and as a result, an optimal gripping force is generated in the gripping portion.
本実施例のハンド部は、トルク伝達ワイヤを用いることにより、サーボモータをハンド部の外部に設けているため、ハンド部は小型化されている。ハンド部は、ブラケット81によりマニピュレータに取り付けられる。マニピュレータは、少なくとも3軸の並進運動が可能(直動3軸)である必要があるが、更に3軸の姿勢変化可能なこと(6軸多関節)が望ましい。 Since the hand unit of the present embodiment uses a torque transmission wire to provide a servo motor outside the hand unit, the hand unit is downsized. The hand part is attached to the manipulator by a bracket 81. The manipulator needs to be capable of translational movement of at least three axes (linear three axes), but it is desirable that the posture of the manipulator can be changed further (six-axis multi-joint).
上記構成とすることにより、3自由度での把持およびスライド制御を300g以下の重量で構成することができるため、可搬重量の小さなマニピュレータも採用することが可能となった(ちなみに、図2の構成の場合、約2kgであった)。すなわち、小型のマニピュレータ(A4サイズ相当)と組み合わせた場合には、卓上での作業が可能となり、クリーンベンチでクローン苗の移植工程を自動化することができる。 With the above configuration, since gripping and sliding control with three degrees of freedom can be configured with a weight of 300 g or less, it is possible to employ a manipulator with a small portable weight (in FIG. In the case of the configuration, it was about 2 kg). That is, when combined with a small manipulator (equivalent to A4 size), it is possible to work on a table and to automate the transplanting process of clone seedlings with a clean bench.
本実施例のハンド部は、図23および24に示すとおり、ピンセットの開閉をテンションワイヤで制御するものである。本実施例の構成では、把持部を回動させる必要がないため、両端が固定されたアウターチューブとその内側を貫通するテンションワイヤの組み合わせ構成を採用している。 As shown in FIGS. 23 and 24, the hand unit of this embodiment controls the opening and closing of tweezers with a tension wire. In the configuration of the present embodiment, since it is not necessary to rotate the gripping portion, a combined configuration of an outer tube having both ends fixed and a tension wire penetrating the inside thereof is employed.
サーボモータの駆動により駆動ラックがスライドし、テンションワイヤを引っ張るとピンセットが閉じ、弛めるとピンセットが開く。把持に関してはピンセットがもつバネ特性を利用しており、把持爪が対象物に当接後さらにワイヤを引っ張ることで、ピンセットにたわみが生じ、その結果把持部に最適な把持力が発生する。
また、スプリング80でピンセット姿勢を直立方向に引きつけるために、スプリング80の反対側にアウターチューブ77を固定し、テンションワイヤを引くことで、揺動軸86を中心にピンセットの先端を揺動させる機構を有する。姿勢制御できない構成(例えば、3軸の並進運動ロボット)でも、容器のすみの苗まで把持爪が届くようにするための機構である。
The drive rack slides by the drive of the servo motor, and when the tension wire is pulled, the tweezers are closed, and when loosened, the tweezers are opened. The gripping uses the spring characteristics of tweezers, and further pulling the wire after the gripping claws abut against the object causes deflection of the tweezers, resulting in an optimum gripping force at the gripping portion.
Further, in order to attract the tweezers posture in the upright direction with the spring 80, the outer tube 77 is fixed to the opposite side of the spring 80, and the tension wire is pulled to swing the tip of the tweezers around the swing shaft 86. Have This is a mechanism for allowing the gripping claws to reach the seedling of the container even in a configuration in which the posture cannot be controlled (for example, a three-axis translational robot).
また、本実施例では、滑車の原理を用いた減速機構を設けている。植物の様な脆弱なものを把持する場合には、サーボモータのストロークの微調整が必要であるが、滑車に相当する半円盤を4つからなる減速機構により、ピンセットの開閉部のケーブルチューブの移動量はサーボモータのストロークの約1/4となり、且つ、駆動力も約1/4(実際には摩擦が増えるため1/4にはならない)となる。この減速機構を設けることにより、ワイヤのフリクションを増大させずにすみ、かつ低出力のコンパクトなモータを採用して高機能なハンド部を構成することが可能となった。 In this embodiment, a speed reduction mechanism using the principle of pulley is provided. When gripping a fragile object such as a plant, it is necessary to finely adjust the stroke of the servo motor. The movement amount is about 1/4 of the stroke of the servo motor, and the driving force is also about 1/4 (actually, it does not become 1/4 because of increased friction). By providing this speed reduction mechanism, it is possible to construct a highly functional hand unit by adopting a low-power compact motor without increasing the wire friction.
本実施例では、直径直径2mm、線径0.3mm長さ800mmのアウターチューブと直径0.7mmのテンションワイヤを用いた。減速機構を設けない構成では、ハンド側での操作力とモーター側の引っ張り力の相関は以下のような結果となった。一方、本実施例の滑車を用いた構成では、200gの把持操作力を得るために必要なモータ側ラックの引っ張り力は80gであった。
本実施例の結果から、ワイヤーにかかる力を低くすることで機械効率の低下を防止できることが分かった。
In this example, an outer tube having a diameter of 2 mm, a wire diameter of 0.3 mm and a length of 800 mm and a tension wire having a diameter of 0.7 mm were used. In the configuration without the speed reduction mechanism, the correlation between the operating force on the hand side and the pulling force on the motor side was as follows. On the other hand, in the configuration using the pulley of this example, the pulling force of the motor side rack necessary for obtaining a gripping operation force of 200 g was 80 g.
From the results of this example, it was found that the mechanical efficiency could be prevented from decreasing by reducing the force applied to the wire.
このようにアウターチューブとテンションワイヤの組み合わせの場合、ハンド把持部で必要な引っ張り強さは数百グラムであるが、ラック側でテンションワイヤを引っ張るのに必要な力はその3〜4倍程度となる。このような大きな力で強引に引っ張ると、アウターチューブやテンションワイヤの寿命が低下するため、発明者は小型減速機構をハンド側に用意することで小さな力でワイヤを引っ張る機構を設ける工夫を行った。
なお、滑車を用いた構成は一例であり、多段式歯車等による減速機構としてもよく、減速機構をハンド側にもうけてもよい。この際、駆動するワイヤにかかる力が好ましくは300g以下とするような構成とするものとする。
As described above, in the case of the combination of the outer tube and the tension wire, the tensile strength necessary for the hand gripping part is several hundred grams, but the force necessary for pulling the tension wire on the rack side is about 3 to 4 times the force. Become. Forcibly pulling with such a large force will reduce the life of the outer tube and tension wire, so the inventor has devised a mechanism to pull the wire with a small force by preparing a small speed reduction mechanism on the hand side. .
In addition, the structure using a pulley is an example, and may be a reduction mechanism using a multistage gear or the like, and the reduction mechanism may be provided on the hand side. At this time, the force applied to the driving wire is preferably 300 g or less.
本実施例のハンド部は、実施例6のハンド部に4つの切断機構85を設けたものである(図25および26参照)。切断機構85の先端には、直動可能なスライド刃86が設けられており、ピンセット81の先端部中心で4つの刃が交わるように構成されている。スライド刃86は、図27に示すように、前進用および後退用ケーブルチューブと連結されており、サーボモータにより後退用ワイヤを引っ張るとスライド刃86は後退し、前進用ワイヤを引っ張るとスライド刃86が前進する。
ピンセット81で植物の茎を把持し、ワイヤを操作することで、植物を分離することができる。
The hand part of the present embodiment is obtained by providing four cutting mechanisms 85 on the hand part of the sixth embodiment (see FIGS. 25 and 26). A slide blade 86 that can move directly is provided at the tip of the cutting mechanism 85, and the four blades intersect at the center of the tip of the tweezers 81. As shown in FIG. 27, the slide blade 86 is connected to the forward and backward cable tubes, and when the backward wire is pulled by the servo motor, the slide blade 86 moves backward, and when the forward wire is pulled, the slide blade 86 is pulled. Will move forward.
A plant can be separated by grasping a plant stem with tweezers 81 and operating a wire.
本実施例は、複数のピンセットにより構成した植込用ハンドである(図28参照)。いわゆる「逆ピンセット」を用いたものであり、外部から力が加えられない状態においては、各ピンセットは最適把持力で閉じた状態であり、モータの駆動力が加えられると把持力が徐々に減少しピンッセットが開く。本実施例の構成においては、作業対象となる植物に適した植込用ハンドを事前に準備することで、細かな制御を行わなくても最適な把持力を得ることを可能とした。
図29は、本実施例の植込用ハンドの好ましい使用態様を示した写真である。ピンセットの数と同じ数の穴が設けられた作業板に機械または人手により調整済みの苗を差し込んだものを、本実施例の植込用ハンドで同時に把持することで、複数本の苗の植え込みを同時に行うことを可能としている。
なお、本実施例においては「逆ピンセット」による構成としたが、植物の種類に応じて最適把持力を算出する構成としてもよく、その場合には通常のピンセットを複数用いた構成となる。
逆ピンセットを用いた構成は、把持力の上限を簡便に設定できる利点がある。把持力の制御を行うに際して、上限指定をする必要がなければ通常のピンセットを使用すればよい。
複数の苗を同時に把持することで、一回当たりの処理本数を増やすことで作業効率は倍増する。
なお、植込のみを行うハンドでは苗を供給装置に人が置き、植込工程のみをハンドで行うようにしてもよい。
This example is an implantation hand constituted by a plurality of tweezers (see FIG. 28). So-called "reverse tweezers" are used, and when no force is applied from the outside, each tweezers is closed with the optimum gripping force, and when the motor driving force is applied, the gripping force gradually decreases. The tweezers will open. In the configuration of this example, by preparing an implantation hand suitable for the plant to be worked in advance, it is possible to obtain an optimum gripping force without performing fine control.
FIG. 29 is a photograph showing a preferred mode of use of the implantation hand of this example. Implanting seedlings that have been adjusted by a machine or hand into a work plate with the same number of holes as the number of tweezers at the same time with the transplanting hand of this embodiment, so that multiple seedlings can be implanted Can be performed simultaneously.
In the present embodiment, the configuration is based on “reverse tweezers”, but the configuration may be such that the optimum gripping force is calculated according to the type of plant. In that case, a configuration using a plurality of normal tweezers is used.
The configuration using the reverse tweezers has an advantage that the upper limit of the gripping force can be easily set. When controlling the gripping force, if it is not necessary to specify an upper limit, normal tweezers may be used.
By holding a plurality of seedlings at the same time, the work efficiency is doubled by increasing the number of treatments per time.
In addition, in the hand which only implants, a person may place a seedling in a supply apparatus, and you may make it perform only an implantation process by a hand.
本発明によれば、無菌クローン苗の分離・植え込みにおいて、インビトロで培養した無菌の幼苗を分離し、発根用容器に移し替える工程の自動化が可能となる。例えば、図15に示すように、分離ステーション101、調整ステーション102、植込ステーション103から構成される植物の全自動植込ステーションにおいて、分離ステーション101と植込ステーション103に、本発明を利用することができる。 According to the present invention, it is possible to automate the process of separating aseptic seedlings cultured in vitro and transferring them to a rooting container in the separation and implantation of sterile clonal seedlings. For example, as shown in FIG. 15, the present invention is applied to the separation station 101 and the planting station 103 in a fully automatic planting station composed of the separation station 101, the adjustment station 102, and the planting station 103. Can do.
2 支持枠
5 鞘管
6 把持部
7 ロッド
8 嵌合部
25 取付座
31〜33 アクチュエータ
35 支持板
51 トルク伝達ワイヤ軸通孔
53 嵌合部
55 ピニオンギヤ
56 駆動ラック
57 サーボモータ
58 テンションワイヤ
61〜63 把持部
64 切断部
65 弾性特性を有する材料
66 切断刃
67 把持用シャフト
68 切欠き
71 制御レバー
72 固定レバー
73 把持爪
74 脆弱物
75 トーションバネ
76 トルク伝達ワイヤ
77 アウターチューブ
78 ブラケット
79 ブロック
80 スプリング
81 ピンセット
82 プレート
83 リンク
84 シャフト
85 切断機構
91,95 搬入コンベア
92,96 ロータリーテーブル
93,97 搬出コンベア
101 分離ステーション
102 調整ステーション
103 植込ステーション
2 support frame 5 sheath tube 6 gripping part 7 rod 8 fitting part 25 mounting seats 31 to 33 actuator 35 support plate
51 Torque transmission wire shaft through hole 53 Fitting portion 55 Pinion gear 56 Drive rack 57 Servo motor 58 Tension wire 61-63 Grip portion 64 Cutting portion 65 Material having elastic characteristics 66 Cutting blade 67 Gripping shaft 68 Notch 71 Control lever 72 Fixing lever 73 Grasping claw 74 Fragile object 75 Torsion spring 76 Torque transmission wire 77 Outer tube 78 Bracket
79 Block 80 Spring 81 Tweezers 82 Plate 83 Link 84 Shaft 85 Cutting mechanism 91, 95 Carry-in conveyor 92, 96 Rotary table 93, 97 Carry-out conveyor 101 Separation station 102 Adjustment station 103 Implantation station
Claims (9)
前記把持力伝達系の一部または全部が弾性特性を有する材料からなり、
前記把持用アクチュエータの駆動により前記把持力伝達系および/または前記把持爪に撓みを生じさせながら脆弱物を把持するロボットハンド。 A pair of gripping claws, a gripping actuator, and a gripping force transmission system that couples the gripping actuator and the gripping claws;
A part or all of the gripping force transmission system is made of a material having elastic characteristics,
A robot hand that grips a fragile object while causing the gripping force transmission system and / or the gripping claw to bend by driving the gripping actuator.
前記切断用アクチュエータの駆動により各切断刃を当接させ脆弱物を切断する請求項1のロボットハンド。 Furthermore, a plurality of cutting blades, a cutting actuator, a cutting force transmission system for connecting the cutting actuator and the cutting blade,
The robot hand according to claim 1, wherein each cutting blade is brought into contact with each other to cut a fragile object by driving the cutting actuator.
前記把持力伝達系は、トルク伝達ワイヤをねじることにより該把持用アクチュエータの駆動を把持爪に伝達する構成である請求項1ないし3のいずれかのロボットハンド。 The gripping actuator is arranged outside the robot hand,
4. The robot hand according to claim 1, wherein the gripping force transmission system is configured to transmit the drive of the gripping actuator to the gripping claws by twisting a torque transmission wire.
前記把持力伝達系は、アウターチューブを軸通するテンションワイヤからなり、
前記一対の把持爪は、該テンションワイヤにより開閉されるピンセットである請求項1ないし3のいずれかのロボットハンド。 The gripping actuator is arranged outside the robot hand,
The gripping force transmission system consists of a tension wire that passes through the outer tube,
4. The robot hand according to claim 1, wherein the pair of gripping claws are tweezers that are opened and closed by the tension wire.
The robot hand according to claim 1, comprising a plurality of the pair of gripping claws.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012061546A (en) * | 2010-09-15 | 2012-03-29 | Seiko Epson Corp | Robot |
CN102652473A (en) * | 2012-04-26 | 2012-09-05 | 北京农业智能装备技术研究中心 | Executor for automatically clamping tail end |
US9149928B2 (en) | 2010-09-15 | 2015-10-06 | Seiko Epson Corporation | Robot |
JP2018068185A (en) * | 2016-10-27 | 2018-05-10 | 株式会社椿本チエイン | Transplantation hand unit |
JP2018068179A (en) * | 2016-10-27 | 2018-05-10 | 株式会社椿本チエイン | Transplantation hand unit |
JP2022030950A (en) * | 2020-08-07 | 2022-02-18 | 株式会社椿本チエイン | Transplantation device and seedling transplantation method |
-
2005
- 2005-02-15 JP JP2005038481A patent/JP2006068893A/en not_active Withdrawn
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012061546A (en) * | 2010-09-15 | 2012-03-29 | Seiko Epson Corp | Robot |
CN102398268A (en) * | 2010-09-15 | 2012-04-04 | 精工爱普生株式会社 | Robot |
US8942845B2 (en) | 2010-09-15 | 2015-01-27 | Seiko Epson Corporation | Robot |
US9149928B2 (en) | 2010-09-15 | 2015-10-06 | Seiko Epson Corporation | Robot |
US9962829B2 (en) | 2010-09-15 | 2018-05-08 | Seiko Epson Corporation | Robot system |
US10814476B2 (en) | 2010-09-15 | 2020-10-27 | Seiko Epson Corporation | Robot system |
CN102652473A (en) * | 2012-04-26 | 2012-09-05 | 北京农业智能装备技术研究中心 | Executor for automatically clamping tail end |
JP2018068185A (en) * | 2016-10-27 | 2018-05-10 | 株式会社椿本チエイン | Transplantation hand unit |
JP2018068179A (en) * | 2016-10-27 | 2018-05-10 | 株式会社椿本チエイン | Transplantation hand unit |
JP2022030950A (en) * | 2020-08-07 | 2022-02-18 | 株式会社椿本チエイン | Transplantation device and seedling transplantation method |
JP7092167B2 (en) | 2020-08-07 | 2022-06-28 | 株式会社椿本チエイン | Transplanting device and seedling transplanting method |
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