JP2007118168A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】把持対象物体の形状、向きにかかわらず、フィンガーの交換をすること無く、物体中心での位置決めができる機構を持つ４爪の非同期ロボットハンドを提供すること。
【解決手段】物体を把持するためのレバー３、３’、４、４’を持ち、ケーシング２内に大小二つのピストン８、８’を持たせ、対面の一対のレバーに対し、組をなす一つのピストンで同期駆動を行う。直交するもう一対のレバーとは同期させない非同期駆動をする事により達成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、レバー部の開閉によって物品の把持、移動等の操作を行なうロボットハンドに関する。

従来、この種のロボットハンドは、ロボットアームの先端に取り付けられて使用される（例えば特許文献１）。このような従来のロボットハンドの正面断面図を図１０に示し、一般的なレバー動作について説明する。図１０に於いて、ロボットハンド５０は、ケーシング５１から前方に突出した１対のレバー５２を備えている。ケーシング５１の後部には、レバー５２の開閉動方向に垂直に延びるシリンダ孔５３が形成されており、シリンダ孔５３の内部にはピストン５４が摺動可能に収容されている。

また、ケーシング５１内に於いては、ピストン５４の先端５４ａの両側それぞれに略Ｌ字形のリンク部材５５が配置されており、ピストン５４の先端５４ａに設けられたピン５４ｂとリンク部材５５の連結部５５ｂとが連結している。さらに、リンク部材５５は接続部５５ａを備えており、レバー５２に設けられた５２ａと係合している。

レバー５２は、レール５６に沿って図の左右方向（矢印Ｐの方向）にのみ移動可能とされており、さらにリンク部材５５は支点５５ｃを中心に回動可能に固定されているため、図に示す矢印のＱの方向（図に於ける上下方向）についてのピストン５４の往復動は、リンク部材５５によってレバー５２の開閉動（矢印のＰ方向）に変換される。これによって、前記レバー５２は物品の把持を行うように同期開閉動作を行う。

このような同期開閉動作を行うロボットハンドは、ロボットアーム等の治具に装着して使用する際には、把持対象の物体の位置や形状が異なり把持できなくなった場合に、（Ａ）装着しているロボットハンドを別のロボットハンドに交換するか、（Ｂ）ロボットハンドのフィンガーを異なる形状のものと交換する必要がある。

このような場合に於いて、上記（Ａ）の様に装着しているロボットハンドを別のロボットハンドに交換した場合、治具ごとに複数種類のロボットハンドを用意する必要があり、コスト的に効率が良いとは言えない。さらに、ロボットハンドに供給するエアー供給管を、交換時に再度配管しなければならないため、作業が煩雑になるという問題がある。

そのため一般的には、上記（Ｂ）の様に、ロボットハンドのフィンガー部分のみを交換することが行われている。しかしながら、上記の同期開閉動作を行うロボットハンドに於いては１組のフィンガーの組み合わせに対して、把持される把持対象の物体の形状は限定されてしまう。

例えば、レバーの本数が２本の場合、フィンガーと物体との間のガタは無いものの、物体の形状によっては把持する方向も限定され、中心がずれる可能性が高くなっている。（図１）。

このような、背景下に於いて、現在、物体の把持状態に於いては、すべてのフィンガーが接触することで、フィンガーと物体のガタを無くし、フィンガーの交換をする必要無しで複数形状の物体を把持することが可能で、把持された物体の中心精度の高いロボットハンドが求められている。
特開平８−２０６９８７号公報

前記のような背景下に於いて、現在使用されているレバー本数を４本とした非同期ロボットハンドの断面図を図１１に示すが、以下に示す問題がある。
（１）図３に示す、ケーシング内のシリンダ孔を摺動するピストンと、そのピストン内部に設けられたシリンダ孔を摺動するピストンで構成されるピストンの２重構造方式と異なり、２つのピストン（２および５）それぞれがケーシング内のシリンダ孔を摺動する方式になっているため、ロボットハンドの全長が長くなる。ひいては軽量化につながらない。
（２）ピストンの構造上、図１１の状態では、把持対象の物体を中心で把持するための流体の供給口は必ず４個必要になる。
また、加工して供給口を減らしてもロボットハンドの全長は短くならない。
（３）ピストンの位置を検出する構造になっていないため、物体の把持確認が出来ない。
（４）フィンガーで把持された物体の中心は、必ずしもハンドの中心と一致せず、精度を要する工程には不適当となる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ケーシングから突出した状態で開閉動作を行い、９０度に振り分けられた２対のレバーと、ケーシング内のシリンダ孔を摺動する大径ピストンと大径ピストン内に設けたシリンダ孔を摺動する小径ピストンからなる２つのピストンと、該ピストンの往復動作を前記レバーの開閉動作に変換するリンク部材と、前記ピストン１つに対し１対の流体の供給口を備えたことを特徴とする４爪ロボットハンドを提供する。
前記のロボットハンドは前記のレバーの開閉動作が前記ピストンの往復動作に対して垂直に設定されており、１つのピストンに対して向かい合う１対のレバーが同期して開閉動作を行うことができる。
また、前記のレバーは、他対とのレバーとは直交するように配置され、ピストン往復動作により当該ピストンと組をなすレバー１対のみが同期作動し、他対のレバーとは非同期に作動することができる。
さらに、前記の２つのピストンそれぞれに、ピストン位置を検出可能にするためのマグネットを内蔵する。

前記のような構成の４爪ロボットハンドにすることで、把持対象の物体の形状、向きにかかわらず、フィンガーを交換することなくフィンガーと物体のガタが無く４点把持することになり、結果として物体中心での位置決めが可能となる。（図７）
また、小径ピストンを大径ピストン内で摺動させるピストンの２重構造の採用によりロボットハンドの全長は短くなり、また、レバー取付部の大径ピストン内部摺動構造の採用により支点高さ位置を同じにすることでさらにロボットハンドの全長を短くすることが可能になり、ひいてはロボットハンドの軽量化につながる。
また、流体供給口が１組の時に於いても、構造変更することなく物体の把持が可能になり、さらにロボットハンドの全長を短くすることができる。
さらに、２つのピストンにマグネットを内蔵し、ピストン位置をセンサーで検出できる構造にすることで、すべてのレバーに於いて物体の把持動作確認が可能になる。

本発明の実施例について以下に図面を参照しつつ説明する。

ロボットハンド１は、図２、３に示すようにケーシング２の前部に２対のレバー３、３’および４、４’が直交するように設けられ、それぞれ図に於いて上下方向、左右方向に開閉動作するように配置されている。

アクションレバー５、５’、６、６’はケーシング２に装着されている支点ピン７を軸として回転自在に取付けられている。このアクションレバーは、大径ピストン８および小径ピストン８’の往復動作を前記レバーの開閉動作に変換するリンク部材の役割をしている。

ケーシング２には供給口１０、１０‘から供給された流体を大径ピストン８で仕切られた大径シリンダ室１２、１２‘へ導入する導管１１、１１’を備えている。

また供給口１３、１３‘から供給された流体を小径ピストン８’で仕切られた小径シリンダ室１５、１５‘へ導入する導管１４、１４’を備えている。

大径ピストン８は供給口１０、１０’からの流体供給によりケーシング２内部のシリンダ孔を摺動し、レバー３、３’はアクションレバー５、５’により大径ピストン８の摺動に追随する形で同期開閉動作を行う。
また、小径ピストン８’への流体導管１６、１６’を備えている。

小径ピストン８’は供給口１３、１３’からの流体供給により大径ピストン８内部のシリンダ孔を摺動する。レバー４、４’はアクションレバー６、６’により小径ピストン８’の摺動に追随する形で同期開閉動作を行う。

使用状況により、供給口１０、１０’導管１１、１１’が無く、供給口が１３、１３’の１組としても、また逆に供給口１３、１３’、導管１４、１４’が無く供給口が１０、１０’の１組であったとしてもピストンパッキン１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃの内、１７Ａ、１７Ｃを取り外すことで供給口が２組の時と同じ把持を行うことができる構造になっている。
例えば、供給口１０に入った流体は、導管１１を通り、大径シリンダ室１２に供給されると同時に、小径ピストン８’への導管１６を通り、小径シリンダ室１５に供給されることで両方のピストンがレバーを閉じる方向に作動し、また、供給口１０’に入った流体は、導管１１’を通り、大径シリンダ室１２’に供給されると同時に、小径ピストン８’への導管１６’を通り、小径シリンダ室１５’に供給されることで両方のピストンがレバーを開ける方向に作動することを意味する。（図６）

また、請求項４に示すように、切り欠きを設けたレバー取付部９は、大径ピストン８のガイド部分に沿うように入り込む形で大径ピストン内に収納されることで、アクションレバー５、５’、６、６’の回転用支点ピン７の高さ位置を同じくしている。（図４−１、図５）

また、レバー取付部９は小径ピストンと結合されるため、小径ピストンの往復動作に追随して、大径ピストン８のガイド部分を摺動しつつ、アクションレバー５、５’を挟み込む形で配置されており、大径ピストン８、小径ピストン８’の回り止めの役目をも担っている。（図４−２）

請求項７のスプリング駆動によるロボットハンドは、図９に示すように大径ピストン８および小径ピストン８’にそれぞれ１本づつスプリングを備えている。（ピストン８に対してスプリング１９、ピストン８’に対してスプリング１９’）

これにより、前記に記すようにピストン往復動作に追随して開閉動作を行うレバー３、３’および４、４’は、それぞれのレバーと組をなすピストンに備えられたスプリング力により、常時閉方向に作動されている。

レバーを開方向に作動させるときは、このスプリング力に勝る外力を押さえカバー２０に加えることで、前記２対のレバーは同時に開方向動作を行い、外力を解除することにより、それぞれのスプリング力で閉方向動作を行う。

把持する物体の形状により、２対のレバーはそれぞれのスプリング力によって閉方向に非同期に作動し、結果４爪で把持を行うことが出来る仕組みとなっている。

従来ロボットハンド（同期２爪）での把持状態図 本発明の一実施形態に係るロボットハンド開閉レバー部を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るロボットハンドを示す正面の断面図である。 本発明のレバー取付板部構造図 本発明のピストン摺動状態図 本発明の一実施形態に係るロボットハンドを示す正面の断面図である。（供給口２組） 本発明の一実施形態に係るロボットハンドを示す正面の断面図である。（供給口１組） 本発明のロボットハンド（非同期４爪）での把持状態図 本発明の一実施形態に係るロボットハンドの実施例を示す正面の断面図である。 本発明の一実施形態に係るロボットハンドの実施例を示す断面図である。 従来のロボットハンドの正面断面図 他社の４爪ロボットハンド正面断面図

符号の説明

１ ロボットハンド
２ ケーシング
３、３’ レバー
４、４’ レバー
５、５’ アクションレバー
６、６’ アクションレバー
７ ピン
８ 大径ピストン
８’ 小径ピストン
９ レバー取付部
１０、１０’ 供給口
１１、１１’ 導管
１２、１２’ 大径シリンダ室
１３、１３’ 供給口
１４、１４’ 導管
１５、１５’ 小径シリンダ室
１６、１６’ 導管
１７ ピストンパッキン
１８、１８’ マグネット
１９、１９’ スプリング
２０ 押さえカバー

Claims (7)

1. エアーで駆動する４爪のロボットハンドに於いて
   ケーシングから突出した状態で開閉動作を行う２対のレバー（図２の３、３’および４、４’）と、ケーシング内に往復動作可能に装着された２つのピストン（図３の８および８’）と、該ピストンの往復動作を前記レバーの開閉動作に変換するリンク部材（図３の５および６）とを備え、
   前記レバーの開閉動作がピストンの往復動作に対して垂直に設定されており、
   前記のピストン往復動作に対して当該ピストンと同期作動する１対のレバー（ピストン８に対してレバー４、４’）と他対のレバー（ピストン８’に対してレバー３、３’）とは非同期に作動する構造を備え、
   かつ、前記２対のレバーは直交するように配置されており、
   前記のピストン１つに対して１対の流体の供給口を備え、（図３のピストン８に対して供給口１０、１０’およびピストン８’に対して供給口１３、１３’）
   前記のピストンがケーシング内のシリンダ孔を摺動するピストン（図３の８）と、そのピストン内部に設けられたシリンダ孔を摺動するピストン（図３の８’）の２重構造方式として構成されることを特徴とするロボットハンド。
2. 請求項１のロボットハンドに於いて流体の供給口を１組無くし、ピストン２つに対し１対の流体の供給口にしても、構造変更することなく供給口が２組の時と同じ状態で把持できるピストン構造を持つことを特徴としたロボットハンド。
3. 請求項１のロボットハンドのピストンの往復動に対して、それぞれのピストンにマグネット（図３の１８および１８’）を内蔵し、ピストン位置の検出を可能としたロボットハンド。
4. 
   請求項１のピストン内部に設けられたシリンダ孔を摺動するピストン（図４−１の８’）と結合されたレバー取付部（図４−１の９）に切り欠き部を設け、ケーシング内のシリンダ孔を摺動するピストン（図４−１の８）に設けたガイド部に沿うように入り込む形で取付け、ピストン内部に設けられたシリンダ孔を摺動するピストンの往復動作と追随してレバー取付部がシリンダのガイド部分に沿って摺動できるようにし、すべてのリンク部材の動作用支点ピン高さ位置を同じにすることを特徴とするロボットハンド。（図４−２、図５）
5. 請求項１のロボットハンドのピストンに中空穴を採用したもの（図８）。
6. 請求項１のロボットハンドのレバー部にリニアベアリングガイドを採用したもの。
7. 請求項１のロボットハンドのレバー開閉動作構造を応用し、レバーの開閉動作をスプリングの伸縮にて行う構造を採用したもの。（図９）

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