JP2015202543A - 物体把持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】把持対象物を把持する物体把持装置において、把持対象物の形状によらず把持することができ、簡易な構造により装置に係るコストを低く抑える。【解決手段】可撓性を有し粉粒物５を収容する袋体４と、前記袋体を把持対象物Ｗに押し付ける押し付け手段３と、前記袋体内の気体を吸引する吸引手段７とを備える物体把持装置１であって、前記押し付け手段により前記袋体が前記把持対象物に対し所定の力で押し付けられた状態で、前記吸引手段が前記袋体内の気体を吸引することにより、前記袋体と前記把持対象物との接触面に摩擦力を生じさせ、該摩擦力により前記袋体と前記把持対象物との間に密閉された負圧空間１５を生じさせる。【選択図】図１

Description

本発明は、物体把持装置に関し、把持対象物に対して粉粒物を収容した袋体を押し当て、前記袋体を真空状態として前記把持対象物を把持する物体把持装置に関する。

工場の生産ライン等においては、例えば部品や工具を作業者の手元まで搬送させるためにロボットハンドからなる物体把持装置が用いられている。
従来、そのような物体把持装置は、把持する対象物の形状や大きさに合わせた把持部を用いることから、把持対象物に応じた複数の物体把持装置が必要となり、スペースの問題や設備コストが高くなるという課題があった。

前記課題に対し、特許文献１には、図７（ａ）に示すようにワークＷ（把持対象物）を把持する物体把持装置５０（ハンド装置）として、粉粒物５１を収容した袋体５２を把持部とし、図７（ｂ）に示すように前記袋体５２をワークＷに押し付けた後、袋体５２内を真空状態として塊状に硬化させ、ワークＷの形状に合わせて把持する構成が開示されている。
このような構成の物体把持装置５０によれば、袋体５２がワークＷの両側側面を少しでも覆うことができれば、ワークＷを把持して持ち上げることができる。

しかしながら、特許文献１に開示された物体把持装置５０にあっては、例えば、ワークＷの上面（被把持面）が広く、被把持面に凹凸が無くて一平面となる場合には、前記袋体５２を硬化させても、掴むところがなく把持することができなかった。
そのような問題を解決できるものとして、特許文献２には、図８（ａ）に示すように内部に粒体６１を充填させた袋体６２の中心部に鉛直方向に貫通する減圧空間６３を設け、前記袋体６２内及び減圧空間６３を所定の負圧に減圧する物体把持装置６０（吸着グリッパ）が開示されている。
この物体把持装置６０によれば、図８（ｂ）に示すようにワークＷの被把持面が一平面状であっても、袋体６２を被把持面に押し付けた後、前記減圧空間６３を減圧することによって、ワークＷを吸着し把持することができる。

特開２０１３−２４０８５３号公報 特開２０１２−１７６４７６号公報

しかしながら、特許文献２に開示の物体把持装置６０にあっては、前記袋体６２内を減圧する減圧装置（図示せず）と、前記袋体６２の中央を通る前記減圧空間６３を減圧する減圧装置（図示せず）とがそれぞれ必要となる。
また、各減圧装置が有する弁の開閉制御などを行う制御部（図示せず）も必要となるため、装置に掛かるコストが高くなるという課題があった。

本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、把持対象物を把持する物体把持装置において、把持対象物の形状によらず把持することができ、簡易な構造により装置に係るコストを低く抑えることのできる物体把持装置に構造を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係る物体把持装置は、可撓性を有し粉粒物を収容する袋体と、前記袋体を把持対象物に押し付ける押し付け手段と、前記袋体内の気体を吸引する吸引手段とを備える物体把持装置であって、前記押し付け手段により前記袋体が前記把持対象物に対し所定の力で押し付けられた状態で、前記吸引手段が前記袋体内の気体を吸引することにより、前記袋体と前記把持対象物との接触面に摩擦力を生じさせ、該摩擦力により前記袋体と前記把持対象物との間に密閉された負圧空間を生じさせることに特徴を有する。
尚、前記袋体は、前記吸引手段が該袋体内の気体を吸引することにより、該袋体と前記把持対象物との接触面に摩擦力を生じさせる所定値以上の摩擦係数を有することが望ましく、前記袋体の摩擦係数は２．６以上であることが望ましい。前記摩擦係数を有するものとしては、シリコンゴムを挙げることができる。
また、前記袋体に収容される粉粒物は、珪砂であることが望ましい。

このような構成によれば、把持対象物に対する袋体との接触面に摩擦力が生じ、把持対象物と袋体との間に負圧空間が形成される。これにより、把持対象物の被把持面が一平面であっても、把持対象物を吸着し把持することができる。
また、吸引装置（減圧装置）は１つでよく、装置にかかるコストを低く抑えることができる。

また、前記袋体を覆うように該袋体の把持部の上方に配置された硬質材からなる第１のカバー部材を備えることが望ましく、さらには、前記袋体内の上部に配置された硬質材からなる第２のカバー部材を備えることが望ましい。
このように第１のカバー部材を設けることにより、把持対象物に対し袋体全体を押し付けることができ、第２のカバー部材を設けることにより、吸引前の袋体内の上部空間を確保し、その後、袋体の全体を均一に吸引することができ、把持対象物に対する袋体の吸着力を向上することができる。

本発明によれば、把持対象物を把持する物体把持装置において、把持対象物の形状によらず把持することができ、簡易な構造により装置に掛かるコストを低く抑えることのできる物体把持装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る物体把持装置の全体構成を模式的に示す断面図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、図１の物体把持装置における動作を示す断面図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、図２に続く動作を示す断面図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、袋体のワークに対する接触面を示す平面図である。 図５は、本発明の第２の実施形態に係る物体把持装置の主要部を示す断面図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、図５の物体把持装置の動作を示す断面図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、従来の物体把持装置（ハンド装置）の構成及び動作を示す断面図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、従来の物体把持装置（吸着グリッパ）の構成及び動作を示す断面図である。

以下、本発明に係る物体把持装置の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る物体把持装置１の全体構成を模式的に示す断面図である。
図１に示す物体把持装置１は、把持対象物であるワークを把持する把持部２と、この把持部２を移動させるためのロボットアーム部３（押し付け手段）とを備える。前記把持部２は、可撓性を有する部材、例えばシリコンゴムにより形成された袋体４と、袋体４内に所定量（例えば袋体４の容積の５０％強を占める量）が収容された例えば珪砂からなる粉体５（粉粒物）とを有する。さらに把持部２は、前記袋体４の上部を覆って保持するハンドカバー６（第１のカバー）と、袋体４内を吸引する吸引手段７とを有する。

前記袋体４は、その厚さが例えば１．０ｍｍの球体形状であり、ハンドカバー６の開口直径Ｄ１と略同じく直径約１００ｍｍの大きさに形成されている。また、本実施の形態において、袋体４が硬度７°のシリコンゴムにより形成されていることにより、少なくとも２．６程度の摩擦係数を有している。尚、より硬度の低い（柔らかい）シリコンゴムを用いることにより、摩擦係数のより高い袋体４を用いることもできる。

前記ロボットアーム部３は、前記ハンドカバー６の上部側に連結され（図示せず）、このハンドカバー６と共に前記袋体４を少なくとも上下方向に移動させることができる。
また、前記吸引手段７は、袋体４内を吸引可能な手段であれば特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、圧縮空気から真空を形成するエジェクター８が設けられ、吸気を行う真空ポート８ａがパイプ状のジョイント部１２に連結され、ジョイント部１２がハンドカバー６を貫通して袋体４内に挿入されている。ジョイント部１２の先端には抜け防止のためにジョイントストッパ１１が設けられている。尚、エジェクター８の吸気ポート８ｂへのエア供給部９と排気ポート８ｃからのエア排気部１０とは、工場等の作業現場に既設のものを用いてよい。

また、ハンドカバー６は、図示するように浅いボウル容器を逆さにした様な形状であって、袋体４の一部を覆うようにして袋体４を保持している。前記したように開口部の径Ｄ１は例えば１００ｍｍ、高さＨ１は例えば５０ｍｍに形成されている。
また、吸引手段７により袋体４内を吸引する際の真空圧は、袋体４内が例えば−０．０７ＭＰａより低くなるように制御される。

このように構成された物体把持装置１により、例えば被把持面が一平面状のワークＷを把持する場合、先ず図２（ａ）に示すようにワークＷ上に粉体５を収容した袋体４を載置する。尚、載置前の状態では、ハンドカバー６の下端から袋体４下端までの高さＨ２は、例えば５０ｍｍであるが、ワークＷ上に載置されることにより自重によって高さＨ２は３０ｍｍ程度となる。

次いで、ロボットアーム部３により図２（ｂ）に示すようにハンドカバー６の上から所定の力、例えば１Ｋｇの荷重を加え、袋体４をワークＷに対して押さえ付ける。これによりワークＷに対して袋体４が所定の面圧で圧接され、ハンドカバー６の下端から袋体４下端までの高さＨ２は、２０ｍｍ程度まで縮む。尚、図４（ａ）は、このときの袋体４のワークＷに対する接触面１６の平面図であるが、前記接触面１６の径Ｌ１は、少なくとも１００ｍｍとなっている。
そして吸引手段７であるエジェクター８を作動し、真空ポート８ａから袋体４内の吸引を開始する。この吸引にあっては、図２（ｃ）に示すように袋体４は、矢印に示すように周縁側から中央側へ 袋体が吸い寄せられる。

吸引手段７（エジェクター８）による吸引が進むと、袋体４を形成するシリコンゴムは少なくとも２．６以上の摩擦係数を有するため、袋体４とワークＷとの接触面１６に所定の摩擦力が生じる。そして、この摩擦力が発生することにより、図３（ａ）に示すように、袋体４のワークＷに対する接触面１６が中央から上方に吸い上げられ、図３（ｂ）に示すように袋体４とワークＷとの間に負圧空間１５が形成される。尚、図４（ｂ）は、このときの袋体４のワークＷに対する接触面１６の平面図であるが、前記接触面１６はリング状となり、その幅寸法Ｌ２は、少なくとも２０ｍｍ以上となっている。

このように袋体４内が吸引されることにより袋体４は硬化すると共に、ワークＷとの間に負圧空間１５が形成されるため、吸盤と同様の原理によりワークＷが袋体４に吸着される。そして、ロボットアーム部３によりワークＷを把持した袋体４が移動される。
尚、図２、図３に示したワークＷは袋体４との接触面が一平面となる場合であったが、当然ながら、図７に示したように、袋体４がワークＷの両側側面を把持することができれば、従来の把持装置と同様にワークＷを把持することができる。即ち、ワークＷを覆うように袋体４を被せた後、袋体４が硬化するまで袋体４内を吸引することにより袋体４をワークＷの被把持部の形状に合わせて変形させ、把持することができる。

以上のように本発明に係る第１の実施の形態によれば、把持部２の袋体４を、所定の摩擦係数以上の材料、例えばシリコンゴムにより形成することによって、ワークＷの把持面が一平面であっても、ワークＷに対し袋体４を所定の力で押し付け、袋体４内を吸引することにより、ワークＷに対する袋体４の接触面に摩擦力が生じ、ワークＷと袋体４との間に負圧空間が形成される。
これにより、ワークＷの被把持面が一平面であっても、把持部２によりワークＷを吸着し把持することができる。
また、吸着手段（減圧装置）は１つでよいため、装置にかかるコストを低く抑えることができる。

続いて、本発明に係る第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態にあっては、前記した第１の実施形態とは、図５に示すように袋体４内上部に粉体５を覆う杯状の粉体カバー２０（第２のカバー）を備える点のみが異なる。
より具体的には、ジョイント部１２の先端に設けられたジョイントストッパ１１と、袋体４天井部との間に杯を裏返した形状の粉体カバー２０が設けられる（即ち、ジョイント部１２は粉体カバー２０を貫通した状態となっている）。
このように粉体カバー２０を設けることにより、袋体４をワークＷに載置した際、吸引前において、図６（ａ）に示すように、少なくとも粉体カバー２０の水平方向の広さを有する空間を袋体４内上部に確保することができる。
そして、この状態から袋体４内を吸引した場合に、図６（ｂ）に示すように、袋体４内を均一に吸い上げることができ、把持部２の吸着力をより向上することができる。

本発明に係る物体把持装置について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に示した物体把持装置を作製し、被把持面が一平面状のワークを把持できるか検証した。
また、被把持面に計測孔を開け、そこに真空計を接続して、把持部の袋体とワークの被把持面との間の真空圧を測定した。
実施例１では、把持部の袋体を摩擦係数２．６のシリコンゴムにより形成し、比較例１では、袋体を摩擦係数１．４のラテックスゴムにより形成した。

実施例１の結果、把持部の袋体とワークの被把持面との間に生じた真空圧は、最大−４０Ｋｐａであり、ワークを把持することができた。
一方、比較例１では、把持部の袋体とワークの被把持面との間に負圧空間は生じず、ワークを把持することができなかった。

以上の実施例の結果、本発明に係る物体把持装置の構成によれば、ワーク（把持対象物）の被把持面が一平面であっても、把持することができることを確認した。

１ 物体把持装置
２ 把持部
３ ロボットアーム部
４ 袋体
５ 粉体（粉粒物）
６ ハンドカバー（第１のカバー）
７ 吸引手段
８ エジェクター
８ａ 真空ポート
８ｂ 吸気ポート
８ｃ 排気ポート
９ エア供給部
１０ エア排気部
１１ ジョイントストッパ
１２ ジョイント部
１５ 負圧空間
１６ 接触面
２０ 粉体カバー（第２のカバー）
Ｗ ワーク（把持対象物）

Claims (7)

1. 可撓性を有し粉粒物を収容する袋体と、前記袋体を把持対象物に押し付ける押し付け手段と、前記袋体内の気体を吸引する吸引手段とを備える物体把持装置であって、
   前記押し付け手段により前記袋体が前記把持対象物に対し所定の力で押し付けられた状態で、前記吸引手段が前記袋体内の気体を吸引することにより、前記袋体と前記把持対象物との接触面に摩擦力を生じさせ、該摩擦力により前記袋体と前記把持対象物との間に密閉された負圧空間を生じさせることを特徴とする物体把持装置。
2. 前記袋体は、前記吸引手段が該袋体内の気体を吸引することにより、該袋体と前記把持対象物との接触面に摩擦力を生じさせる所定値以上の摩擦係数を有することを特徴とする請求項１に記載された物体把持装置。
3. 前記袋体の摩擦係数は２．６以上であることを特徴とする請求項２に記載された物体把持装置。
4. 前記袋体はシリコンゴムにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された物体把持装置。
5. 前記袋体に収容される粉粒物は、珪砂であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された物体把持装置。
6. 前記袋体を覆うように該袋体の把持部の上方に配置された硬質材からなる第１のカバー部材を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された物体把持装置。
7. 前記袋体内の上部に配置された硬質材からなる第２のカバー部材を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された物体把持装置。

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