JP2012024884A - 把持搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接触センサ自体が、周囲の物体との干渉要因になり難いようにするとともに、複数の把持爪で対象物を把持する時に、当該対象物もしくはこれの周囲にある物体と当該把持爪との接触を検出できるようにする。
【解決手段】対象物を把持する複数の把持爪３と、把持爪３を動作可能に保持して移動する保持移動体５と、物体との接触を検出する接触センサ７とを備える。接触センサ７は、その一部が把持爪３の内部に配置されるように把持爪３の先端部に組み込まれている。
【選択図】図２

Description

本発明は、対象物を把持して搬送する把持搬送装置に関する。

把持搬送装置（例えば、ロボットハンド）は、対象物を把持する複数の把持爪と、複数の把持爪を動作可能に保持して３次元的に移動する保持移動体（例えば、ロボットアーム）とを備える。対象物を把持する時に、複数の把持爪が対象物を把持できる位置まで保持移動体を移動させる。この位置で、例えば、複数の把持爪は、対象物の内面に押し付けられる方向に動作させられて対象物を把持し、または、対象物を挟み込む方向に動作させられて対象物を把持する。

従来において、保持移動体または把持爪と周囲の物体との接触を検出している。そのために、接触センサを保持移動体に取り付けていた。

保持移動体が、障害物と接触したことを接触センサが検出すると、接触センサから接触信号が出力される。この接触信号に基づいて、制御装置が、保持移動体の移動を停止させる制御を行う。

本願の先行技術文献として、下記の特許文献１、２がある。特許文献１では、検出部材が障害物に当接すると、ロボットハンドを停止させて把持爪と障害物との接触を防止している。特許文献２では、ロボットハンドにおいて、搬送物（基板）が積載される支持部材の先端に、接触センサを設けている。

特公平０６−０８３９８２号公報 特開２００３−６０００４号公報

しかし、接触センサを保持移動体や把持爪に設けると、接触センサ自体が保持移動体や把持爪の外面から突出した凸部となる。従って、接触センサ自体が周囲の物体との干渉要因になりやすい。そのため、接触センサ自体が周囲との干渉要因にならないようにすることが望まれる。

また、対象物を把持できる位置へ複数の把持爪を移動させる時に、当該把持爪が、当該対象物またはこれの周囲にある物体と接触しやすい。例えば、複数の対象物が積まれており、これらの対象物のうち１つの対象物を複数の把持爪で把持する場合、当該把持爪が、当該対象物またはこれの周囲にある他の対象物と接触しやすい。そのため、このような接触を防止できるようにすることが望まれる。

そこで、本発明の目的は、接触センサ自体が、周囲の物体との干渉要因になり難いようにするとともに、把持すべき対象物もしくはこれの周囲にある物体と把持爪との接触を検出できるようにすることにある。

上述の目的を達成するため、本発明によると、対象物を把持して搬送する把持搬送装置であって、
対象物の内部空間に挿入された状態で互いに離間して該内部空間の内面に押し付けられることで対象物を把持し、または、対象物を挟み込むことで対象物を把持する複数の把持爪と、
複数の把持爪を動作可能に保持して移動する保持移動体と、
物体との接触を検出する接触センサと、を備え、
該接触センサは、その一部が把持爪の内部に配置されるように前記把持爪の先端部に組み込まれている、ことを特徴とする把持搬送装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によると、各把持爪は、保持移動体に保持されている部分から先端まで伸長しており、
前記接触センサは、把持爪の先端から把持爪の伸長方向に突出している突出部を有する。

好ましくは、前記伸長方向と直交する平面による前記突出部の断面積は、前記伸長方向に移行するにつれて小さくなっている。

また、本発明の好ましい実施形態によると、前記把持爪の先端部には、前記伸長方向に延びて、前記伸長方向の先端で開口する挿入孔が形成されており、該挿入孔の内周面には、雌ネジが切られており、
接触センサは、前記挿入孔に螺合する雄ネジ部を有し、前記突出部は、把持爪の外部に位置するように前記雄ネジ部に結合されている。

好ましくは、前記突出部は、前記雄ネジ部における前記伸長方向の先端側部分を構成する雄ネジ構成部と、該雄ネジ構成部に螺合する螺合部とを有し、
前記伸長方向と直交する平面による前記螺合部の断面積は、前記伸長方向に移行するにつれて小さくなっている。

上述した本発明によると、接触センサの一部が把持爪の内部に配置されているので、接触センサ自体が、周囲との干渉要因になり難い。
また、対象物を把持できる位置に複数の把持爪を移動させる時に当該対象物やこれの周囲にある物体に最も干渉しやすい把持爪の先端部に接触センサを組み込んでいる。従って、対象物を把持する時に当該対象物もしくはこれの周囲にある物体と把持爪との接触を最も効果的に検出することができる。

本発明の実施形態による把持搬送装置の構成図である。 （Ａ）は、図１の部分拡大図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の部分拡大図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）の分解図であり、（Ｄ）は、（Ｃ）のＤ−Ｄ矢視図である。 テーパ形状を有する突出部の機能を説明するための図である。 対象物を挟みこんで把持する場合において、テーパ形状を有する突出部の機能を説明するための図である。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態による把持搬送装置１０の構成図である。把持搬送装置１０は、把持爪３、保持移動体５、接触センサ７、駆動機構９、および制御装置１１を備える。

複数の把持爪３は、この例では、対象物１の内部空間１ａに挿入された状態で、互いに離間して内部空間１ａを区画する内面１ｂに押し付けられることで対象物１を把持する。図１の例では、２つの把持爪３が保持移動体５に設けられ、対象物１は、円筒形状を有する。また、図１では、複数の対象物１が、上面が開口したボックス４内に積まれている。各把持爪３は、保持移動体５に保持されている部分から先端まで伸長している。すなわち、各把持爪３は、後述する図２（Ａ）のように、保持移動体５に動作可能に保持されている被保持部１３と、該被保持部１３から該把持爪３の先端まで伸長している伸長部１５と、を有する。

保持移動体５は、複数の把持爪３を動作可能に保持して移動する。すなわち、保持移動体５は、複数の把持爪３が対象物１を把持できる位置（当該対象物１の内部空間１ａ内）へ移動させられ、複数の把持爪３が当該対象物１を把持した状態で、搬送先へ当該対象物１を搬送するように移動させられる。

保持移動体５には、図示しないアクチュエータとガイドレールが設けられる。当該アクチュエータは、複数の把持爪３が互いに近接し離間する方向にこれらの把持爪３を往復動させる。ガイドレールは、前記アクチュエータによる複数の把持爪３の往復運動を案内する。なお、前記アクチュエータは、伸縮動作により把持爪３を往復動方向に駆動する空圧または油圧によるシリンダ装置であってよい。代わりに、前記アクチュエータは、サーボモータと、該サーボモータのトルクを往復動方向の駆動力に変換する変換機構（例えばラックとピニオン）とにより構成されてもよい。

接触センサ７は、物体との接触を検出する。接触センサ７は、接触センサ７の一部が把持爪３の内部に配置されるように把持爪３の先端部に組み込まれている。

接触センサ７の構成を図２に基づいて説明する。図２（Ａ）は、図１の部分拡大図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における各把持爪３の部分拡大図である。図２（Ａ）の２つの把持爪３のいずれも図２（Ｂ）の構成を有する。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示す把持爪の分解図である。図２（Ｄ）は、図２（Ｃ）のＤ−Ｄ矢視図である。

接触センサ７は、把持爪３の先端から把持爪３の伸長方向に突出している突出部１７を有する。突出部１７は、好ましくは、前記伸長方向に移行するにつれ先細りするテーパ形状を有する。すなわち、前記伸長方向と直交する平面による突出部１７の断面積は、前記伸長方向に移行するにつれて小さくなっている。なお、本発明によると、突出部１７は、前記伸長方向に移行するにつれ先細りするテーパ形状を有していなくてもよい。

接触センサ７は、把持爪３の伸長部１５に螺合している。そのために、把持爪３の伸長部１５における先端部には、前記伸長方向に延びて、前記伸長方向の先端で開口する挿入孔１９が形成されており、該挿入孔１９の内周面１９ａには、雌ネジが切られている。一方、接触センサ７は、挿入孔１９に螺合する雄ネジ部２１を有する。突出部１７は、把持爪３の外部に位置するように雄ネジ部２１に結合されている。

突出部１７は、雄ネジ構成部１７ａと螺合部１７ｂとを有する。雄ネジ構成部１７ａは、雄ネジ部２１の一部であって雄ネジが形成されている部分である。すなわち、雄ネジ構成部１７ａは、雄ネジ部２１における前記伸長方向の先端側部分を構成する。螺合部１７ｂは、雄ネジ構成部１７ａに螺合する。螺合部１７ｂには、貫通孔１８が形成されており、この貫通孔１８の内周面１８ａに、雄ネジ部２１（雄ネジ構成部１７ａ）が螺合するようになっている。

螺合部１７ｂは、好ましくは、上述のテーパ形状を有する。すなわち、前記伸長方向と直交する平面による螺合部１７ｂの断面積は、前記伸長方向に移行するにつれて小さくなっている。好ましくは、螺合部１７ｂは、テーパ面２３と、平行面２５とを有する。テーパ面２３と平行面２５は、この例では平面である。なお、本発明によると、螺合部１７ｂは、上述のテーパ形状を有していなくてもよい。

テーパ面２３は、螺合部１７ｂの中心軸と直交する方向に関して螺合部１７ｂにおける両側に位置する。各テーパ面２３は、螺合部１７ｂの中心軸と平行な仮想平面から傾いている面である。

平行面２５は、把持爪３の動作方向と雄ネジ部２１の中心軸に直交する方向に関して螺合部１７ｂにおける両側に位置する。また、２つの平行面２５は、雄ネジ部２１の中心軸と平行であって、かつ、互いに反対方向を向き互いに平行である。これらの平行面２５にレンチを係合させ、このレンチを回転させることで、螺合部１７ｂを雄ネジ部２１（雄ネジ構成部１７ａ）に螺合させることができる。

螺合部１７ｂを雄ネジ部２１に螺合させ、さらに、螺合部１７ｂを回転させて、螺合部１７ｂが、把持爪３の先端面３ａ（図２（Ｃ）を参照）に当接した状態（図２（Ｂ）の状態）にしておく。この状態では、把持爪３が保持移動体５に対し上述のように往復動する動作方向両側に２つのテーパ面２３がそれぞれ位置するようにする。これにより、図３を参照して後述するテーパ面２３の案内機能を発揮することができる。

突出部１７（雄ネジ構成部１７ａ）における前記伸長方向の先端に、接触検出部２７が設けられている。この接触検出部２７が、物体（対象物１など）と接触すると、物体と接触した旨の接触信号を出力するように接触センサ７が構成されている。例えば、当該接触信号を制御装置１１に出力するための信号線が、接触検出部２７から雄ネジ部２１の内部を通過し、さらに、把持爪３および保持移動体５の内部を通過するようになっていてよい。

接触検出部２７は、例えば、前記伸長方向に物体と接触することで前記伸長方向と反対方向に変位し、これにより閉じるスイッチとして構成されていてよい。この場合、スイッチが閉じることでスイッチに電流が流れる回路が前記信号線として設けられていてよい。この場合、当該電流または当該電流による電圧が上述の接触信号であってよい。

駆動機構９は、保持移動体５を移動させ、保持移動体５の姿勢を変化させる。この駆動機構９は、例えば、図１に示す多関節ロボットのアーム機構を有する。この場合、アーム機構は、図１の例では、第１〜第４のアーム２９ａ〜２９ｄ、および第１〜第３の関節３１ａ〜３１ｃを備える。第１のアーム２９ａには、保持移動体５が結合されている。また、第１のアーム２９ａは、第１の関節３１ａを介して第２のアーム２９ｂに連結されているとともに、第１の関節３１ａの回転軸Ｃ１（図１の紙面と垂直な軸）周りに第２のアーム２９ｂに対して回転可能である。第２のアーム２９ｂは、第２の関節３１ｂを介して第３のアーム２９ｃに連結されているとともに、第２の関節３１ｂの回転軸Ｃ２（図１の紙面と垂直な軸）周りに第３のアーム２９ｃに対して回転可能である。第３のアーム２９ｃは、第３の関節３１ｃを介して第４のアーム２９ｄに連結されているとともに、第３の関節３１ｃの回転軸Ｃ３（図１の紙面と垂直な軸）周りに第４のアーム２９ｄに対して回転可能である。第４のアーム２９ｄは、自身の中心軸である回転軸Ｃ４周りに回転可能に設置台３３に支持されている。

駆動機構９は、第１〜第４のアーム２９ａ〜２９ｄを、対応する回転軸Ｃ１〜Ｃ４周りに回転駆動する回転用アクチュエータ（図示せず）を有する。これら回転駆動が、制御装置１１によって制御されることで、上述のように保持移動体５を移動させたり、保持移動体５の姿勢を変更することができる。

制御装置１１は、把持しようとする対象物１の認識データに基づいて、前記回転用アクチュエータを制御することで、保持移動体５が移動させる。これにより、複数の把持爪３が、対象物１を把持できる内部空間１ａの中に位置させられる。認識データは、対象物１の位置および姿勢に関するデータである。認識データは、例えば、ＣＣＤカメラなどの撮像装置またはレーザ距離計により取得される。撮像装置を用いる場合には、撮像装置により、対象物１を含む範囲を撮像して画像データを取得し、当該画像データに基づいて、対象物１の位置および姿勢に関する認識データを取得する。レーザ距離計を用いる場合には、レーザ距離計により、対象物１の位置および姿勢を計測して、対象物１の位置および姿勢に関する認識データを取得する。

制御装置１１は、接触センサ７から前記接触信号を受けることで、保持移動体５の移動を停止させる制御を行う。具体的には、制御装置１１は、前記接触信号を受けると、駆動機構９（例えば、前記回転用アクチュエータ）の動作を停止させる制御を行う。これにより、駆動機構９の動作が停止し、その結果、保持移動体５も停止する。

上述した実施形態の把持搬送装置１０により、以下の効果（Ａ）〜（Ｆ）が得られる。

（Ａ）接触センサ７の一部が把持爪３の内部に配置されているので、接触センサ７自体が、周囲との干渉要因になり難い。

（Ｂ）対象物１を把持できる位置に複数の把持爪３を移動させる時に、当該対象物１やこれに近接する他の対象物１に最も干渉しやすい把持爪３の先端部に接触センサ７を組み込んでいる。従って、把持すべき対象物１もしくはこれに近接する他の対象物１と把持爪３との接触を最も効果的に検出することができる。

（Ｃ）対象物１を把持できる位置に把持爪３を移動させる時に、接触センサ７が接触信号を出力すると制御装置１１が保持移動体５の移動を停止させる。この場合、把持爪３と対象物１との接触により対象物１の位置がずれたとみなして、再び認識データを取得し、この認識データに基づいて、制御装置１１が、再び、保持移動体５を移動させることで、対象物１を把持できる位置に把持爪３を移動させることができる。このようなリトライ動作により、対象物１を把持して搬送する装置の信頼性が向上する。

（Ｄ）雄ネジ部２１が挿入孔１９に螺合するので、雄ネジ部２１の回転により、挿入孔１９に対する雄ネジ部２１の挿入深さを調節することができる。これにより、前記伸長方向への突出部１７（雄ネジ構成部１７ａ）の突出長さを調節することができる。

（Ｅ）この調節後に、螺合部１７ｂにより、雄ネジ部２１が回転しないようにすることができる。すなわち、螺合部１７ｂは、次のように回転防止機能を有する。螺合部１７ｂを雄ネジ部２１に螺合させて、螺合部１７ｂの回転により、螺合部１７ｂを把持爪３の先端面３ａ（図２（Ｃ）を参照）に当接させる。これにより、雄ネジ部２１が挿入孔１９に対して回転しないようにすることができる。その結果、前記伸長方向への突出部１７の突出長さを固定することができる。

（Ｆ）螺合部１７ｂは、好ましくは、上述の回転防止機能に加えて、次の案内機能をも有する。図３（Ａ）のように、保持移動体５を矢印Ｄ１方向に移動させることで、把持爪３を、その先端から対象物１の内部空間１ａに挿入する時に、螺合部１７ｂのテーパ面２３が、内部空間１ａの開口を区画する対象物１の内周縁と接触する場合がある。この時、保持移動体５を矢印Ｄ１方向にさらに移動させると、テーパ面２３により、図３（Ａ）の矢印Ｄ２方向に対象物１がずれ、これにより、図３（Ｂ）のように、対象物１の内部空間１ａ内に複数の把持爪３を挿入することができる。その後、図３（Ｂ）の矢印Ｄ３方向に、複数の（この例では、２つの）把持爪３を離間させることで、図３（Ｃ）のように、複数の把持爪３は、対象物１の内面１ｂに押し付けられ、これにより対象物１を把持する。

上述した把持搬送装置１０の複数の把持爪３は、対象物１を挟み込むことで対象物を把持してもよい。この場合、テーパ面２３は、次のように、対象物１の位置を調節する案内機能を有し、他の点は、上述と同じである。
図４（Ａ）のように、保持移動体５を矢印Ｄ１方向に移動させることで、複数の把持爪３（この例では２つの把持爪３）を、その先端から対象物１の両側へ移動させる時に、螺合部１７ｂのテーパ面２３が、対象物１の縁部と接触する場合がある。この時、保持移動体５を矢印Ｄ１方向にさらに移動させると、テーパ面２３により、図４（Ａ）の矢印Ｄ２方向に対象物１がずれ、これにより、図４（Ｂ）のように、複数の（この例では、２つの）把持爪３をそれぞれ対象物の両側に位置させることができる。その後、図４（Ｂ）の矢印Ｄ３方向に、複数の把持爪３を近接させることで、図４（Ｃ）のように、複数の把持爪３は、対象物１を挟み込み、これにより対象物１を把持する。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 対象物、１ａ 内部空間、１ｂ 内面、３ 把持爪、５ 保持移動体、７ 接触センサ、９ 駆動機構、１０ 把持搬送装置、１１ 制御装置、１３ 被保持部、１５ 伸長部、１７ 突出部、１７ａ 雄ネジ構成部、１７ｂ 螺合部、１８ 貫通孔、１８ａ 内周面、１９ 挿入孔、２１ 雄ネジ部、２３ テーパ面、２５ 平行面、２７ 接触検出部、２９ａ〜２９ｄ 第１〜第４のアーム、３１ａ〜３１ｃ 第１〜第３の関節、３３ 設置台

Claims (5)

1. 対象物を把持して搬送する把持搬送装置であって、
   対象物の内部空間に挿入された状態で互いに離間して該内部空間の内面に押し付けられることで対象物を把持し、または、対象物を挟み込むことで対象物を把持する複数の把持爪と、
   複数の把持爪を動作可能に保持して移動する保持移動体と、
   物体との接触を検出する接触センサと、を備え、
   該接触センサは、その一部が把持爪の内部に配置されるように前記把持爪の先端部に組み込まれている、ことを特徴とする把持搬送装置。
2. 各把持爪は、保持移動体に保持されている部分から先端まで伸長しており、
   前記接触センサは、把持爪の先端から把持爪の伸長方向に突出している突出部を有し、
   前記伸長方向と直交する平面による前記突出部の断面積は、前記伸長方向に移行するにつれて小さくなっている、ことを特徴とする請求項１に記載の把持搬送装置。
3. 各把持爪は、保持移動体に保持されている部分から先端まで伸長しており、
   前記接触センサは、把持爪の先端から把持爪の伸長方向に突出している突出部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の把持搬送装置。
4. 前記把持爪の先端部には、前記伸長方向に延びて、前記伸長方向の先端で開口する挿入孔が形成されており、該挿入孔の内周面には、雌ネジが切られており、
   接触センサは、前記挿入孔に螺合する雄ネジ部を有し、前記突出部は、把持爪の外部に位置するように前記雄ネジ部に結合されている、ことを特徴とする請求項２または３に記載の把持搬送装置。
5. 前記突出部は、前記雄ネジ部における前記伸長方向の先端側部分を構成する雄ネジ構成部と、該雄ネジ構成部に螺合する螺合部とを有し、
   前記伸長方向と直交する平面による前記螺合部の断面積は、前記伸長方向に移行するにつれて小さくなっている、ことを特徴とする請求項４に記載の把持搬送装置。