JP2013220508A - 汎用ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】不定形な外表面を有するワークを把持することができ、かつワークに設けられた穴や凹みを用いてワークを把持することができる汎用ロボットハンドを提供する。
【解決手段】ワーク１に対して移動可能に設けられたハンド本体１２と、ハンド本体１２のワーク対向側に取り付けられ、柔軟性かつ気密性を有する中空の把持バッグ１４と、ハンド本体１２を通して把持バッグ１４内に粉粒体１１を供給し排出可能な粉粒体給排装置１６と、ハンド本体１２を通して把持バッグ１４内の気体圧力を減圧及び加圧可能な圧力制御装置１８と、ハンド本体１２の外周部に設けられ把持バッグ１４の外縁部分をハンド本体１２より内側に付勢する付勢装置２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを把持するための汎用ロボットハンドに関する。

本発明において、「粉粒体」とは、粉体と粒体の両方を含み、粉、粒などが集まった集合体を意味する。また、特に区別する場合、「粒体」とは最大直径が１０ｍｍ〜０．１ｍｍのもの、「粉体」とは最大直径が０．１ｍｍ〜０．０１ｍｍのものを意味する。

粉粒体を用いたロボットハンドは、例えば特許文献１〜３に開示されている。

特許文献１の汎用把持装置は、変形可能でかつ物体に適合可能な表面を有し、あらゆる種類の物体の把持、保持、持上げ、移動のための装置である。
特許文献２のロボットハンドは、本体とフィンガとからなり、フィンガには粉体を入れた袋状の粉体ホルダが設けられ、把持対象物を把持するものである。
特許文献３のロボットハンドは、フィンガのワークとの接触部に粉体を封入可能な複数の独立した粉体ホルダを設けたものである。

特表２００８−５２８４０８号公報 特開２００２−３７０１８８号公報 特開２００３−８０４８６号公報

上述した粉粒体を用いた従来のロボットハンドは、把持するワークに倣う変形可能な袋内に負圧で全体形状を保持する物質（粉体又は粒体）を入れ、負圧をかけることで袋の形状がワークの外表面に適合した状態でワークを把持又は保持するものである。

しかし、かかる従来のロボットハンドは、ワークの外表面を囲むように把持するため、ワークの外表面が把持に適さず、単に穴や凹みを有するような場合には、ワークを把持できなかった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、不定形な外表面を有するワークを把持することができ、かつワークに設けられた穴や凹みを用いてワークを把持することができる汎用ロボットハンドを提供することにある。

本発明によれば、ワークに対して移動可能に設けられたハンド本体と、
ハンド本体のワーク対向側に取り付けられ、柔軟性かつ気密性を有する中空の把持バッグと、
ハンド本体を通して把持バッグ内に粉粒体を供給し排出可能な粉粒体給排装置と、
ハンド本体を通して把持バッグ内の気体圧力を減圧及び加圧可能な圧力制御装置と、
ハンド本体の外周部に設けられ把持バッグの外縁部分をハンド本体より内側に付勢する付勢装置とを備える、ことを特徴とする汎用ロボットハンドが提供される。

上記本発明の構成によれば、中空の把持バッグに粉粒体を充填した状態で、把持バッグ内を外部と連通させて、粉粒体の変形抵抗を下げ、把持バッグの柔軟性を高めることができる。

柔軟性が高い状態の把持バッグを、不定形な外表面を有するワークに対して押付けることにより、把持バッグと内部の粉粒体はワークの外表面を包むように変形する。
次いで、ワークに把持バッグを押付けながら圧力制御装置により把持バッグ内を減圧することにより、同時に粉粒体の充填密度が高まるので、把持バッグの剛性が高まり、不定形な外表面を有するワークを把持することができる。

ワークに設けられた穴や凹みが小さい場合、柔軟性が高い状態の把持バッグを穴や凹みに押付けることにより、把持バッグと内部の粉粒体はワークの穴や凹みの内側に入るように変形する。
次いで、ワークに把持バッグを押付けながら圧力制御装置により把持バッグ内を減圧することにより、粉粒体の充填密度が高まるので、把持バッグの剛性が高まり、ワークの穴や凹みを介してワークを把持することができる。

ワークに設けられた穴や凹みが大きい場合、粉粒体給排装置により把持バッグ内から粉粒体を排出して充填量を減らすことにより、付勢装置により把持バッグの外縁部分をハンド本体より内側に付勢して、把持バッグの直径を小さくできる。
この状態でワークに設けられた穴や凹みに把持バッグを挿入する。
次いで、圧力制御装置により把持バッグ内を加圧することにより、把持バッグが付勢装置に抗して膨張するので、ワークに設けられた穴や凹みを内側から引っ掛けて把持し、穴や凹みを介してワークを把持することができる。

本発明の第１実施形態を示す全体構成図である。 本発明の第２実施形態を示す全体構成図である。 本発明の第１使用形態を示す模式図である。 本発明の第２使用形態を示す模式図である。 本発明の第３使用形態を示す模式図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。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、本発明の第１実施形態を示す全体構成図である。
この図において、本発明の汎用ロボットハンド１０は、ハンド本体１２、把持バッグ１４、粉粒体給排装置１６、圧力制御装置１８、及び付勢装置２０を備える。

ハンド本体１２は、図示しないロボットのロボットアームの先端部に、ワーク１に対して移動可能に設けられている。ハンド本体１２は、好ましくは円板形状であり、その軸線が鉛直な姿勢に設定されている。しかし、本発明はこれに限定されず、その他の形状でも、その他の姿勢でもよい。
ハンド本体１２の軸線が鉛直な場合、その水平方向の最大径（例えば直径）は、ワーク１に設けられた穴や凹みが大きい場合に、その穴や凹みに挿入できるように小さく（細く）設定するのがよい。

把持バッグ１４は、ハンド本体１２のワーク対向側（図で下面）に取り付けられる。
把持バッグ１４は、ワーク１の外表面又は内表面に倣う柔軟性と気密性を有する中空の袋である。把持バッグ１４の材質は、例えばゴム、ビニール、プラスチック等であり、ワーク１の外表面又は内表面に容易に倣うように膜厚が薄い（例えば１０〜１００μｍ）ことが好ましい。

この例において、把持バッグ１４は、その内部に開口寸法が粉粒体１１（後述する）の最小直径より小さいエアフィルタ１５を有する。このエアフィルタ１５により、粉粒体１１の把持バッグ１４からの流出を防止することができる。

粉粒体給排装置１６は、例えば粉粒体用ポンプ、流路切替弁、制御ユニット、等で構成され、ハンド本体１２を通して把持バッグ１４内に粉粒体１１を供給し排出できるようになっている。なお、その他の粉粒体給排手段、例えばスクリューコンベヤ、気体輸送、等を用いてもよい。
この例において、粉粒体給排装置１６は、エアフィルタ１５を貫通して把持バッグ１４の内側（図で下側）まで連通する粉粒体給排管１６ａを有する。
この構成により、粉粒体給排管１６ａを介してエアフィルタ１５の内側（図で下側）の把持バッグ１４内に粉粒体１１を供給し排出することができる。

粉粒体１１は、ワーク１の外表面又は内表面に倣う最大直径を有し、把持バッグ１４内に充填されている。粉粒体１１の通常時の充填比率は、把持バッグ１４内が外部と連通し、把持バッグ１４内の圧力が外圧（大気圧）と同じ場合に、粉粒体１１が全体として液体のような流動性を有するように設定する。この充填比率は、把持バッグ１４の内容積の５０〜９０％であるのがよい。

粉粒体１１は、互いに密着することにより全体形状を保持する形状又は摩擦係数を有する「粉体」又は「粒体」である。すなわち、粉粒体１１は、粉体又は粒体の隙間が大きくその間に気体（例えば空気）が介在している場合には全体として液体のような流動性を有し、逆にその間に介在する気体が少なく互いに密着する場合には、その形状又は表面間の摩擦により互いにブリッジを形成して全体形状を保持するようになっている。
かかる粉粒体１１として、例えばコーヒ豆、そば殻、ガラス球、金属球、発泡スチロール、等を用いることができる。

圧力制御装置１８は、例えば減圧装置（真空ポンプ）、加圧ポンプ、流路切替弁、圧力検出器、制御ユニット、等で構成され、ハンド本体１２を通して把持バッグ１４内の気体圧力を減圧及び加圧できるようになっている。
この例において、圧力制御装置１８は、エアフィルタ１５を貫通せずに把持バッグ１４の内側（図で上側）まで連通する圧力制御管１８ａを有する。
この構成により、エアフィルタ１５により粉粒体１１の把持バッグ１４からの流出を防止した状態で、圧力制御管１８ａを介して把持バッグ１４内の気体圧力を減圧及び加圧することができる。

付勢装置２０は、ハンド本体１２の外周部に設けられ、把持バッグ１４の外縁部分をハンド本体１２より内側（図で破線の矢印方向）に付勢する。
この例で付勢装置２０は、円板形状のハンド本体１２の外周部に上端が固定され下方に延びる複数の板ばね２０ａである。各板ばね２０ａは、把持バッグ１４が内圧で膨張した際に、その外周面に沿って延びるように円弧状に成形されている。
なお、付勢装置２０は板ばね２０ａに限定されず、その他のばね装置であってもよい。

図２は、本発明の第２実施形態を示す全体構成図である。
この例において、粉粒体給排装置１６は、把持バッグ１４の内側まで連通する粉粒体給排管１６ａと、粉粒体給排管１６ａの途中に設けられたフィルタ容器１７とを有する。
フィルタ容器１７は、その内部に開口寸法が粉粒体１１の最小直径より小さいエアフィルタ１７ａを有する。
圧力制御装置１８は、フィルタ容器１７に連結されエアフィルタ１７ａを介して粉粒体給排管１６と連通する圧力制御管１８ａを有する。

また、この例では、把持バッグ１４の下部におもり２１が取り付けられている。おもり２１は、柔軟性かつ通気性のある袋に入れられた、比重の大きい粉粒体（例えば鉄粉）であるのがよい。
この構成により、把持バッグ１４内の気体圧力を大気圧以下に減圧した際に、把持バッグ１４がおもり２１の重みで下方に延び、水平方向の直径が細くなるようになっている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

上述した構成により、粉粒体給排管１６ａを介して把持バッグ１４内に粉粒体１１を直接供給し排出することができる。また、エアフィルタ１５により粉粒体１１の粉粒体給排管１６ａからの流出を防止した状態で、圧力制御管１８ａを介して把持バッグ１４内の気体圧力を減圧及び加圧することができる。

図３は、本発明の第１使用形態を示す模式図である。この例は、不定形な外表面を有するワーク１を把持する場合を示している。
この図において（Ａ）は把持前、（Ｂ）は把持後を示している。

図３（Ａ）において、中空の把持バッグ１４に粉粒体１１が全体として流動性を有するように充填した状態で、把持バッグ１４内を外部と連通させることにより、粉粒体１１の変形抵抗を下げ、把持バッグ１４の柔軟性を高めることができる。

この状態において、柔軟性が高い状態の把持バッグ１４を、不定形な外表面を有するワーク１に対して押付けることにより、把持バッグ１４と内部の粉粒体１１は、ワーク１の外表面を包むように変形する。
次いで、ワーク１に把持バッグ１４を押付けながら圧力制御装置１８により把持バッグ１４内を減圧することにより、粉粒体１１の充填密度が高まるので、把持バッグ１４の剛性が高まり、図３（Ｂ）に示すように、不定形な外表面を有するワーク１を把持することができる。

図４は、本発明の第２使用形態を示す模式図である。この例は、ワーク１に設けられた穴や凹みが把持バッグ１４（付勢装置２０を含む）の最小直径ｄより小さい場合を示している。
この図において（Ａ）は把持前、（Ｂ）は把持後を示している。

図４（Ａ）において、中空の把持バッグ１４に粉粒体１１が全体として流動性を有するように充填した状態で、把持バッグ１４内を外部と連通させて、粉粒体１１の変形抵抗を下げ、把持バッグ１４の柔軟性を高める。この状態は、図３（Ａ）と同様である。

この状態において、ワーク１に設けられた穴や凹みが把持バッグ１４（付勢装置２０を含む）の最小直径ｄより小さい場合、柔軟性が高い状態の把持バッグ１４をワーク１の穴や凹みに押付けることにより、把持バッグ１４と内部の粉粒体１１は、ワーク１の穴や凹みの内側に入るように変形する。
次いで、ワーク１に把持バッグ１４を押付けながら圧力制御装置１８により把持バッグ１４内を減圧することにより、粉粒体１１の充填密度が高まるので、把持バッグ１４の剛性が高まり、ワーク１の穴や凹みを介してワーク１を把持することができる。

図５は、本発明の第３使用形態を示す模式図である。この例は、ワーク１に設けられた穴や凹みの直径Ｄが把持バッグ１４（付勢装置２０を含む）の最小直径ｄより大きい場合を示している。
この図において（Ａ）は把持前、（Ｂ）は把持後を示している。

図５（Ａ）において、ワーク１に設けられた穴や凹みの直径Ｄが把持バッグ１４（付勢装置２０を含む）の最小直径ｄより大きい場合、粉粒体給排装置１６により把持バッグ１４内から粉粒体１１を排出して充填量を減らす（充填比率を下げる）ことにより、付勢装置２０により把持バッグ１４の外縁部分がハンド本体１２より内側に付勢され、把持バッグ１４（付勢装置２０を含む）の直径ｄを小さくできる。
この状態でワーク１に設けられた穴や凹みに把持バッグ１４を挿入する。

次いで、圧力制御装置１８により把持バッグ１４内の気体圧力を加圧することにより、把持バッグ１４が付勢装置２０に抗して膨張するので、把持バッグ１４及び付勢装置２０がワーク１に設けられた穴や凹みの内側を引っ掛けて把持し、図５（Ｂ）に示すように、穴や凹みを介してワーク１を把持することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ ワーク、１０ 汎用ロボットハンド、
１１ 粉粒体、１２ ハンド本体、１４ 把持バッグ、
１５ エアフィルタ、１６ 粉粒体給排装置、１６ａ 粉粒体給排管、
１７ フィルタ容器、１７ａ エアフィルタ、
１８ 圧力制御装置、１８ａ 圧力制御管、
２０ 付勢装置、２０ａ 板ばね、２１ おもり

Claims (4)

1. ワークに対して移動可能に設けられたハンド本体と、
   ハンド本体のワーク対向側に取り付けられ、柔軟性かつ気密性を有する中空の把持バッグと、
   ハンド本体を通して把持バッグ内に粉粒体を供給し排出可能な粉粒体給排装置と、
   ハンド本体を通して把持バッグ内の気体圧力を減圧及び加圧可能な圧力制御装置と、
   ハンド本体の外周部に設けられ把持バッグの外縁部分をハンド本体より内側に付勢する付勢装置とを備える、ことを特徴とする汎用ロボットハンド。
2. 前記把持バッグは、その内部に開口寸法が粉粒体の最小直径より小さいエアフィルタを有し、
   前記粉粒体給排装置は、エアフィルタを貫通して把持バッグの内側まで連通する粉粒体給排管を有し、
   前記圧力制御装置は、エアフィルタを貫通せずに把持バッグの内側まで連通する圧力制御管を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の汎用ロボットハンド。
3. 前記粉粒体給排装置は、把持バッグの内側まで連通する粉粒体給排管と、該粉粒体給排管の途中に設けられたフィルタ容器とを有し、
   該フィルタ容器は、その内部に開口寸法が粉粒体の最小直径より小さいエアフィルタを有し、
   前記圧力制御装置は、フィルタ容器に連結されエアフィルタを介して粉粒体給排管と連通する圧力制御管を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の汎用ロボットハンド。
4. 前記粉粒体は、互いに密着することにより全体形状を保持する形状又は摩擦係数を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の汎用ロボットハンド。

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