JP2015009326A - ロボットハンド及びロボットハンドでワークを把持する把持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】雑に供給されたワークであっても複雑な装置構成なしに、ワークを噛みこむことなく、把持中心に引き込んで把持することが可能かつ、ワークを落下させないために、強固に保持することのできるロボットハンドを提供する。【解決手段】同一円上で互いに離間して設けられ、円と円の中心から放射状に延びる線との交点上に配置され、ワークを把持可能な少なくとも３個のフィンガ部を備えたロボットハンドであって、フィンガ部の円の中心側の把持部の内接円の接点に高摩擦面を形成し、フィンガ部の把持部の高摩擦面を除いた面に低摩擦面を形成した。【選択図】図１

Description

本発明は、物品を把持するロボットハンド及びロボットハンドでワークを把持する把持方法に関する。

近年の産業用ロボットの普及により、従来人手でおこなってきた組立作業をロボットにより実現する組立装置が求められてきている。

その装置の一例として、多関節ロボットに把持機構を有するロボットハンドを取付けた装置を用いて、トレイ等で供給されたワークを把持、搬送、組立てるという組立システムが知られている。一般に、マニピュレータ等のロボットを用いてワークを把持して搬送する作業にあっては、ワークとロボットの把持部との間に位置や姿勢の誤差が生じてしまうことがある上に、ワークを供給する際にも高精度の位置決めが必要となるため、問題となっている。

このような問題を解消するものとして、特許文献１、特許文献２に示すロボットハンドが知られている。

特許文献１に示すものは、同一円周上に配置された３本の回転軸がタイミングベルトを介して同じ回転動作をおこなう機構であり、各軸に対して偏心した位置に回転軸と共に回転するハンドが、その先にはゴム等の摩擦の大きな弾性体のフィンガが取り付けられている。

雑に供給されたワークでも、各回転軸が回転動作をおこなうことによってフィンガがワークに当接、回転動作することによりワークをハンドの把持中心に引込んで把持することができる。

また、特許文献２に示すものは、同一円周上に配置された複数個のフィンガからなり、フィンガの先端部を摩擦係数が小さい部材、その他の領域を先端部より摩擦係数が大きいゴムのような部材から構成されるロボットハンドである。

ワークがロボットハンドに対して傾いて供給された場合でもハンドの開閉の際、高摩擦面ではワークが滑らず、低摩擦面ではワークが滑ることにより、最初に当接するフィンガの高摩擦部の接点を軸にワークが回転し、ワークの姿勢を正して把持することができる。

さらに、高摩擦部でワークを把持するため、ワークを落下させずに強固に保持することができる。

特開２００９−２９１８７１号公報 特開２００６−２６８６９号公報

しかしながら、特許文献１で示す従来技術はハンドの開閉機構が回転動作であるため、ハンドが物体を把持する際の中心の調整が難しくなる。また、フィンガ部が弾性体で構成されているため、円環形状のワークなどを把持する際に２点接触した場合、ワークとフィンガとの摩擦によって二本のフィンガの間で噛みこんでしまうという課題があった。

また、特許文献２で示す従来技術はワークの姿勢を理想把持姿勢に正すことはできるが、高摩擦部との接触点で滑らないため、ワークの供給側もしくはロボットハンド側にワークの状態に合わせて上下するコンプライアンス機能等を持たせなければならなかった。

従って、本発明の目的は、雑に供給されたワークであっても複雑な装置構成なしに、ワークを噛みこむことなく、把持中心に引き込んで把持することが可能かつ、ワークを落下させないために、強固に保持することのできるロボットハンドを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のロボットハンドは、
同一円上で互いに離間して設けられ、円と円の中心から放射状に延びる線との交点上に配置され、ワークを把持可能な少なくとも３個のフィンガ部を備えたロボットハンドであって、フィンガ部の円の中心側の把持部の内接円の接点に高摩擦面を形成し、フィンガ部の把持部の高摩擦面を除いた面に低摩擦面を形成したことを特徴としている。

上記目的を達成するため、本発明のロボットハンドでワークを把持する把持方法は、
ワークをロボットハンドで把持する把持方法において、同一円上で互いに離間して設けられ、円と円の中心から放射状に延びる線との交点上に配置され、ワークを把持可能な少なくとも３個のフィンガ部を備えたロボットハンドであって、フィンガ部の円の中心側の把持部の内接円の接点に高摩擦面を形成し、フィンガ部の把持部の高摩擦面を除いた面に低摩擦面を形成したロボットハンドのフィンガ部を、把持部の内接円内にワークを配置する工程と、フィンガ部を円の中心方向に移動させる工程と、フィンガ部の低摩擦面をワークに接触させて円の中心にワークの中心を近付ける工程と、３本のフィンガ部の高摩擦面でワークを把持する工程とを有することを特徴としている。

本発明のロボットハンドによれば、ハンドの把持中心と供給されるワークの中心位置がずれていても、ワークを把持中心軸の方向に引込み、高摩擦面でワークを保持するため、ワーク搬送中に落下の恐れのない、安定した把持が可能となる。

本発明のロボットハンドによれば、高摩擦面と低摩擦面は同一平面上に形成され、高摩擦面の幅は、フィンガ部を円の中心から最も遠ざけた際のフィンガ部の最大内接円直径に対して０．５％以上３．０％以下であり、フィンガ部の幅は、フィンガ部の最大内接円直径に対して１０％以上であることにより、より確実な把持が可能となる。

本発明のロボットハンドによれば、高摩擦面は、それぞれ同一材料で形成され、表面に凹凸が形成されているため、構造が簡便で安価なロボットハンドを提供できる。

本発明のロボットハンドによれば、ブラスト加工またはエッチングで高摩擦面を形成することにより、フィンガの加工が容易となる。

本発明のロボットハンドによれば、高摩擦面と低摩擦面が異なる材料から形成されることにより、摩擦力の差を大きくすることができる。

請求項６に記載の部品把持方法によれば、ロボットハンドの把持中心と供給されるワークの中心位置がずれていても、ワークを把持中心方向に引込み、高摩擦部でワークを保持するため、ワーク搬送中に落下の恐れのない、安定した把持が出来る。

本発明の一実施例に係わるロボットハンドの構成を示す側面図である。 図１のロボットハンドをＡ方向から見た図である。 図２において、ロボットハンドがワークを把持した状態を示す図である。 図２において、ロボットハンドの最大開口時の状態を示す図である。 （ａ）は、図３における、フィンガ部でのワークの接触位置を示した概略図であり、（ｂ）は、図３における、フィンガ部でのワークの変形を示した概略図であり、（ｃ）は、図３における、フィンガ部でのワークの接触位置を示した概略図である。 （ａ）は、ワークが把持により滑動する力の関係を示した模式図であり、（ｂ）は、把持時にワークが落下しない力の関係を示した模式図である。

本発明を実施するための形態を、図面に基づいて以下説明する。各図面において同一部分は同一符号で示してある。

図１は本発明の一実施例に係わるロボットハンドの構成を示す側面図である。図２は図１のロボットハンドをＡ方向から見た図である。図３は図２において、ロボットハンドがワークを把持した状態を示す図である。更に図４は図２において、ロボットハンドの最大開口時の状態を示す図である。

図１において、ロボットハンド２０は、図示しないアクチュエータによって３次元的に移動可能なアーム部１とワーク４を把持するハンド部２とを備えている。ハンド部２は、ハンド部２とアーム部１との間に設けられた関節部７に取り付けられ、関節部７により屈曲可能となっている。

ハンド部２には、複数の（本実施例では少なくとも３個の）フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃが取り付けられている。フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃの各々は、ワーク４を把持可能な把持部を備えている。各把持部１３ａ、１３ｂ、１３ｃには高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃと、高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃよりも摩擦係数の小さい低摩擦面９ａ、９ｂ、９ｃが形成されている。図示しないモータ等のアクチュエータにより、フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃが同時に把持中心軸５の方向へ動き、円筒形状を有するワーク４を把持する。

フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃは、同一円上で互いに離間して円周方向で等配に設けられ、円と円の中心から放射状に延びる線との交点上に配置されている。高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃは、フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃの設けられた円の中心側の把持部の内接円の各接点に設けられ、フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃの把持部の高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃを除いた面に低摩擦面９ａ、９ｂ、９ｃが形成されている。

図２乃至図５から明らかなように、高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃと低摩擦面９ａ、９ｂ、９ｃは把持部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ同一平面上に形成されている。また、高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃの幅は、フィンガ部を上記円の中心から最も遠ざけた際のフィンガ部の最大内接円直径に対して０．５％以上３．０％以下であり、フィンガ部の幅は、フィンガ部の最大内接円直径に対して１０％以上である。

高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃは、それぞれ同一材料で形成され、表面に凹凸が形成されている。高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃの表面の凹凸はブラスト加工またはエッチングで形成する。

高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃは、低摩擦面９ａ、９ｂ、９ｃとは異なる材料から形成されている。

図２に示すように、ワーク４をフィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃの内接円内に配置する。把持中心軸５とワーク中心軸６が一致しない場合、フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃを把持中心軸５の方向へ動かすと、ワーク４はまず最初にフィンガ部３ｃの低摩擦面９ｃに接触（当接）し、フィンガ部３ａの方向へ移動する。次に、ワーク４はフィンガ部３ａの低摩擦面９ａに接触した後、フィンガ部３ａ、３ｃの低摩擦面９ａ、９ｃを把持中心軸５の方向へ滑動する。

ワーク４と低摩擦面９ａ、９ｃとの摩擦が大きいとワーク４は低摩擦面９ａ、９ｃで挟まれた状態で止まってしまい、不完全な状態で把持が終了する。
本実施例においては、ワーク４と低摩擦面９ａ、９ｃとの摩擦は十分小さいため、ワーク４と低摩擦面９ａ、９ｃが２点で接触してもワーク４は止まることなく、把持中心５の方向へ滑動する。

不図示の供給装置から供給されるワーク４のワーク中心軸６が把持中心軸５とほぼ一致する位置までワーク４が滑動すると、図３に示すように、ワーク４はフィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃの高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃに接触し、強固に把持（保持）されようになる。

ワーク４と高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃとの摩擦が小さいと、ワーク４を把持した後、持ち上げた際にワーク４の自重によって滑ってしまい、ワークを落としてしまう。
本実施例においては、ワーク４と高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃとの摩擦は十分大きいため、ワーク４は落下することなく、把持、搬送することができる。

また、本実施例では、ワーク４の把持面の材質はポリカーボネートで、直径Ｄは８０ｍｍとなっており、フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃの低摩擦面９ａ、９ｂ、９ｃはＳＵＳ３０３から構成され、ワーク４との摩擦係数は約０．１となっている。

フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃの高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃはＳＵＳ３０３にブラスト加工を施して表面粗さをＲａ＝１２．５程度に増したものであり、ワーク４との摩擦係数は約０．５となっている。

なお、高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃは金属に上述のブラスト加工やエッチングを施したもののほか、ゴムなどの弾性体を用いてもよい。

ここで、フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃに設けられた高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃと低摩擦面９ａ、９ｂ、９ｃ部の寸法について説明する。

図３に示すロボットハンド２０のフィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃを把持中心軸５から最も遠ざかる方向に移動させた図が図４であり、その時のフィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃの内接円１５の直径ｄが１００ｍｍ、フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃの幅ｈ１が１０ｍｍ、高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃの幅ｈ２が１ｍｍとなっている。

内接円の直径ｄ＝１００ｍｍであることから、以下説明するフィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃの幅ｈ１および高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃの幅ｈ２の値は、内接円１５の直径ｄに対する百分率と同意である。

図５（ａ）は、図３における、フィンガ部でのワークの接触位置を示した概略図であり、図５（ｂ）は、図３における、フィンガ部でのワークの変形を示した概略図であり、図５（ｃ）は、図３における、フィンガ部でのワークの接触位置を示した概略図である。

本実施例のようにワーク４を把持した場合、高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃの幅がｈ２＝１ｍｍであるため、フィンガ部３ａ、３ｃで把持中心軸５の方向へワーク４を引き込み、図５（ａ）に示す高摩擦面８ａの中心から０．５ｍｍずれた位置１０と、図５（ｃ）に示す高摩擦面８ｃの中心から０．５ｍｍずれた位置１２でワーク４に対して２点接触してしまう。この結果、高摩擦面８ｂとワーク４との間にはｓｉｎ６０（約０．９ｍｍ）の隙間が生じてしまう。
しかし実際は、把持力８Ｎでワーク４を把持した場合、ワーク４の変形により、この隙間は埋まり、図５（ｂ）のように位置１１で高摩擦面８ｂとワーク４は当接し、把持することができる。

また、本実施例においてｈ２＝３ｍｍの場合、図５（ａ）に示す高摩擦面８ａの中心から１．５ｍｍずれた位置１０と、図５（ｃ）に示す高摩擦面８ｃの中心から１．５ｍｍずれた位置１２でワーク４に対して２点接触し、高摩擦面８ｂとワーク４との間には３ｓｉｎ６０（約２．６ｍｍ）の隙間が空いてしまう。

本実施例では、把持力の上限が１０Ｎとなっており、把持力１０Ｎでワーク４を把持すると、ワーク４の変形は約２．６ｍｍになるという測定結果がある。

そのため、ｈ２の値が３ｍｍよりも大きいと、ワーク４を把持力１０Ｎで把持した際にワーク４が変形したとしても、高摩擦面８ｂとワーク４は接触することなく、高摩擦面８ａ、８ｃの２点でワーク４を把持することになる。

また、ｈ２の値が０．５ｍｍより小さいと、ワーク４を搬送する工程において、ワーク４の部品公差、ロボットハンドの組立精度などにより高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃの相対位置がずれた際にワーク４に対しての摩擦の効果が発生せず、ワーク４が落下してしまうことがある。

図６において、（ａ）は、ワークが把持により滑動する力の関係を示した模式図であり、（ｂ）は、把持時にワークが落下しない力の関係を示した模式図である。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ワーク４とワーク配置面１４との間の静止摩擦力をＦ１、ワーク４と低摩擦面９ａ、９ｂ、９ｃとの間の静止摩擦力をＦ２、ワーク４と高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃとの間の静止摩擦係数をμ、把持に必要な力をＦｈ、ワーク４の質量をＭ、重力加速度をｇとしたとき、ワーク４を把持する際、把持中心軸５とワーク中心軸６が一致しなくとも、ワーク４が低摩擦面９ａ、９ｂ、９ｃと接触して把持中心軸５（円の中心方向）に向かって滑動する条件式「Ｆｈ＞Ｆ１＞Ｆ２」及び、ワーク４を落下させない条件式「μ＊Ｆｈ＞Ｍｇ」とが成立する。

このように本実施形態では、ワーク４を把持する際に、把持中心軸５とワーク中心軸６が一致しない場合に、フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃを把持中心軸５の方向に動かすと、フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃの低摩擦面９ａ、９ｂ、９ｃにワーク４が接触し、把持中心軸５に向かって滑動し、高摩擦面８ａ、８ｂ、８ｃでワーク４を把持することができる。このため、ワーク４が配置される装置、またはハンド部２にコンプライアンス機能を持たせる必要なしにワーク４を把持できる。

更に、アクチュエータの追加や、力制御センサ等の複雑な装置構成なしに、ワークの位置ずれを正すことができ、ロボットハンドを含む装置のコストの増大を防ぐことができる。

上記実施例においては、フィンガ部３ａ、３ｂ、３ｃは３つ設けられているが、フィンガ部の個数は、３個に限定されるものではなく、その他の個数設けることが可能である。その場合、周方向等配に設けることが望ましい。

１・・・アーム部
２・・・ハンド部
３ａ、３ｂ、３ｃ・・・フィンガ部
４・・・ワーク
５・・・把持中心軸
６・・・ワーク中心軸
７・・・関節部
８ａ、８ｂ、８ｃ・・・高摩擦面
９ａ、９ｂ、９ｃ・・・低摩擦面
１０・・・高摩擦面８ａとワークとが接触する位置
１１・・・高摩擦面８ｂとワークとが接触する位置
１２・・・高摩擦面８ｃとワークとが接触する位置
１４・・・ワーク配置面
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・・・把持部
１５・・・内接円
２０・・・ロボットハンド

Claims (10)

1. 同一円上で互いに離間して設けられ、円と円の中心から放射状に延びる線との交点上に配置され、ワークを把持可能な少なくとも３個のフィンガ部を備えたロボットハンドであって、前記フィンガ部の前記円の中心側の把持部の内接円の接点に高摩擦面を形成し、前記フィンガ部の前記把持部の前記高摩擦面を除いた面に低摩擦面を形成したことを特徴とするロボットハンド。
2. 前記高摩擦面と前記低摩擦面は同一平面上に形成され、前記高摩擦面の幅は、前記フィンガ部を前記円の中心から最も遠ざけた際の前記フィンガ部の最大内接円直径に対して０．５％以上３．０％以下であり、前記フィンガ部の幅は、前記フィンガ部の最大内接円直径に対して１０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記高摩擦面は、それぞれ同一材料で形成され、表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
4. 前記表面の凹凸はブラスト加工またはエッチングで形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
5. 前記高摩擦面と前記低摩擦面は、異なる材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
6. ワークをロボットハンドで把持する把持方法において、同一円上で互いに離間して設けられ、円と円の中心から放射状に延びる線との交点上に配置され、ワークを把持可能な少なくとも３個のフィンガ部を備えたロボットハンドであって、前記フィンガ部の前記円の中心側の把持部の内接円の接点に高摩擦面を形成し、前記フィンガ部の前記把持部の前記高摩擦面を除いた面に低摩擦面を形成したロボットハンドの前記フィンガ部を、前記把持部の内接円内に前記ワークを配置する工程と、前記フィンガ部を前記円の中心方向に移動させる工程と、前記フィンガ部の低摩擦面を前記ワークに接触させて前記円の中心に前記ワークの中心を近づける工程と、３個の前記フィンガ部の前記高摩擦面で前記ワークを把持する工程とを有することを特徴とする把持方法。
7. 前記高摩擦面と前記低摩擦面は同一平面上に形成され、前記高摩擦面の幅は、前記フィンガ部を前記円の中心から最も遠ざけた際の前記フィンガ部の最大内接円直径に対して０．５％以上３．０％以下であり、前記フィンガ部の幅は、前記フィンガ部の最大内接円直径に対して１０％以上であることを特徴とする請求項６に記載の把持方法。
8. 前記高摩擦面は、それぞれ同一材料で形成され、表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の把持方法。
9. 前記表面の凹凸はブラスト加工またはエッチングで形成されていることを特徴とする請求項６に記載の把持方法。
10. 前記高摩擦面と前記低摩擦面は、異なる材料から形成されることを特徴とする請求項６に記載の把持方法。

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