JP2017047481A

JP2017047481A - ロボットハンド

Info

Publication number: JP2017047481A
Application number: JP2015170260A
Authority: JP
Inventors: 玄遠藤; Gen Endo; 暢寛大友; Nobuhiro Otomo
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2035-08-31
Also published as: JP6645774B2

Abstract

【課題】把持物の把持量を正確にできかつ形状を保持したまま把持物を手放すことができるロボットハンドを提供する。【解決手段】ロボットハンドは、中心軸Ａｘに平行かつ中心軸Ａｘから等距離に配置された指リンク１−１、１−２、…を有する。同期回転駆動部は、各指リンクに結合したクランクシャフト２−１、２−２、…と、遊星歯車３−１、３−２、…と、遊星歯車の外側に共通に設けられた内歯車４と、遊星歯車３−１を駆動するモータ５とによって構成されている。円筒状の内歯車４は遊星歯車３−１、３−２、…と円筒状のベアリング６との間を回転する。ベアリング６はベアリング台７に支持され、ベアリング台７はベース８に固定されている。押出板１１は中心軸Ａｘを法線として設けられ、エアシリンダ１２に固定され、エアシリンダ１２が直動駆動すると、押出板１１は上下に直動駆動される。【選択図】図３

Description

本発明は食材ハンドリング用のロボットハンド（把持装置）に関する。

食品ハンドリング用の自動機械としては、肉類の突き刺し棒を有する把持装置、パン生地、ご飯類、麺生地類等のレオロジー物体を把持する把持装置、及びコロッケ、煮物等のバキューム吸着方式の把持装置がある。しかしながら、いずれの把持装置も、食材が限定されており、汎用性がない。この結果、調理済みの多くの種類の食材、たとえば、ご飯類、麺類、惣菜等を各トレーから取り出して弁当ケース等に盛り付けを行うことができない。

従来の複数の指リンクを有するロボットハンドとして、中心軸に平行かつ中心軸から等距離に配置された３つの指リンクと、各指リンクを同期回転駆動させて指リンクの内接円を拡大縮小させるための同期回転駆動部とによって構成されているものがある（参照：特許文献１）。このロボットハンドは食材ハンドリング用として用いることもできる。

特開２００９−２９１８７１号公報

しかしながら、上述の従来のロボットハンドを用いて食材ハンドリングをした場合、指リンクの内接円を調整して食材の把持量を調整できるが、正確な所定の把持量にすることは困難である。また、たとえ指リンクの内接円を調整して食材の把持量を一定にできても、指リンクの内接円を拡大させて食材を手放すので、食材の最大径つまり食材の形状を制御できないという課題がある。たとえば、調理済みの食材であるご飯類、麺類、惣菜等を各トレーから取り出して弁当ケース等に盛り付けを行った場合、食材の最大径つまり食材の形状がばらつき、この結果、盛り付けの審美性が低いという課題がある。特に、粘着性が大きい栗きんとん、ピーナッツ味噌等の食材は指リンクの内接円を拡大しても指リンクから離れにくく、その盛り付けは不可能である。

上述の課題を解決するために、本発明に係るロボットハンドは、中心軸に平行かつ中心軸から等距離に配置された３つ以上の指リンクと、各指リンクを同期回転駆動させて指リンクの内接円を拡大縮小させるための同期回転駆動部と、中心軸を法線とし、各指リンクを通すための３つ以上の開孔を有する押出板と、押出板を中心軸に沿って直動駆動させるための直動駆動部とを具備するものである。

本発明によれば、食材ハンドリングに用いた場合、指リンクの内接円及び押出板により食材の把持量を所定量にすることができる。また、指リンクの内接円を拡大することなく、押出板を下降させることにより食材を手放すことができるので、食材の最大径つまり食材の形状を制御できる。従って、たとえば、調理済みの食材を弁当ケース等に盛り付けを行った場合の盛り付けの審美性を向上できる。特に、粘着性が大きい食材の盛り付けも可能となる。

本発明に係るロボットハンドの実施の形態を示す斜視図である。（Ａ）は図１の上面図、（Ｂ）は図１の正面図、（Ｃ）は図１の対面図である。図１のロボットハンドの分解斜視図である。図１のロボットハンドの左側面図である。図４のＶ−Ｖ線縦断面図である。図１のロボットハンドの動作を説明する斜視図である。図１の押出板の変更例を示す斜視図である。

図１は本発明に係るロボットハンドの実施の形態を示す斜視図、図２の（Ａ）は図１の上面図、図２の（Ｂ）は図１の正面図、図２の（Ｃ）は図１の対面図、図３は図１のロボットハンドの分解斜視図、図４は図１のロボットハンドの左側面図、図５は図４のＶ−Ｖ線縦断面図である。

図１〜図５に示すように、ロボットハンドは、中心軸Ａ_ｘに平行かつ中心軸Ａ_ｘから等距離に配置された３つ以上たとえば６つの指リンク１−１、１−２、…、１−６を有する。この場合、指リンク１−１、１−２、…、１−６は好ましくは中心軸Ａ_ｘに対して軸対称となっているが、必ずしも、軸対称になっていなくてもよい。

同期回転駆動部は、指リンク１−１、１−２、…、１−６を同期回転駆動させて指リンク１−１、１−２、…、１−６が配置されている内接円を拡大縮小させるものであり、各指リンク１−１、１−２、…、１−６に結合したクランクシャフト２−１、２−２、…、２−６と、各クランクシャフト２−１、２−２、…、２−６に結合した遊星歯車３−１、３−２、…、３−６と、遊星歯車３−１、３−２、…、３−６の外側に共通に設けられた円筒状の内歯車４と、遊星歯車３−１を駆動させるモータ５とによって構成されている。尚、モータ５はモータ５の回転を減速する減速ギアを内蔵している。この場合、遊星歯車３−１がモータ５によって回転駆動されると、内歯車４が回転し、他の遊星歯車３−２、３−３、…、３−６も遊星歯車３−１に同期して回転駆動される。従って、食材の把持範囲を規定する指リンク１−１、１−２、…、１−６の内接円を拡大縮小できる。尚、各遊星歯車３−１、３−２、…、３−６は円筒体３’−１、３’−２、…、３’−６と共にクランクシャフト２−１、２−２、…、２−６に嵌め込まれる。

円筒状の内歯車４はその外側の円筒状のベアリング６に回転可能に支持されている。ベアリング６は、図示しないが、たとえば、ボールベアリングであり、内歯車４が接続された内側リング、外側リング及びこれらの間に挿入されたベアリング球より構成されている。つまり、内歯車４は遊星歯車３−１、３−２、…、３−６とベアリング６との間を回転する。また、ベアリング６の外側リングはベアリング台７に支持され、さらに、このベアリング台７はベース８に固定されている。

遊星歯車３−１、３−２、…、３−６及び円筒体３’−１、３’−２、…、３’−６が付加されたクランクシャフト２−１、２−２、…、２−６はベアリング台７及びベース８内を貫通して上下からベアリング９、１０によって回転可能に支持され、Ｃリングによる止め輪９ａ、１０ａによって軸方向が固定されている。つまり、クランクシャフト２−１、２−２、…、２−６の上下部に溝が切ってあり、ベアリング９の上部、ベアリング１０の下部の止め輪９ａ、１０ａを嵌めることで軸方向への抜けを止めてある。

他方、円盤状の押出板１１は中心軸Ａ_ｘを法線として設けられ、その中央部のスペーサ１１ａを介して中心軸Ａ_ｘに沿って設けられたエアシリンダ１２に固定されている。この場合、押出板１１は各指リンク１−１、１−２、…、１−６を移動可能に通すための円弧状の開孔１１−１、１１−２、…、１１−６を有する。従って、エアシリンダ１２が直動駆動すると、押出板１１は上下に直動駆動される。

図１の制御ユニット１３はモータ５及びエアシリンダ１２を制御するためのものであり、マイクロコンピュータによって構成されている。

次に、図１のロボットハンドの動作を図６を参照して説明する。

図６の（Ａ）に示すように、把持する食材の量が大きい場合には、制御ユニット１３はエアシリンダ１２を動作させて押出板１１を所定の位置にすると共に、モータ５を動作させて指リンク１−１、１−２、…、１−６の内接円をＣ１と大きくする。この状態で、ロボットハンド全体を食材のトレーに移動させて大きな量の食材を把持させる。

他方、図６の（Ｂ）に示すように、把持する食材の量が小さい場合には、制御ユニット１３はエアシリンダ１２を動作させて押出板１１を所定の位置にすると共に、モータ５を動作させて指リンク１−１、１−２、…、１−６の内接円をＣ２と小さくする。この状態で、ロボットハンド全体を食材のトレーに移動させて小さな量の食材を把持させる。

また、図６の（Ｃ）に示すように、把持する食材を手放す場合、指リンク１−１、１−２、…、１−６の内接円たとえばＣ２を変化させずに、ロボットハンド全体を弁当ケースに移動させてエアシリンダ１２を動作させて押出板１１を下降させる。この結果、食材は把持された径つまり形状を保持したまま弁当ケースに盛り付けされる。特に、粘着性が大きい栗きんとん、ピーナッツ味噌等も形状を保持したまま容易に手放すことができる。

図７は図１の押出板の変更例を示す斜視図である。図７の（Ａ）に示すように、押出板１１Ａは半球型にすることもでき、また、図７の（Ｂ）に示すように、押出板１１Ｂは円錐型にすることもできる。押出板は、図示しないが、食材に合せて種々の型にすることができる。従って、形状の異なる押出板を有する複数のロボットハンドを設けることにより、異なる複数の食材を弁当ケースに盛り付けることができる。

尚、押出板１１が中心軸Ａ_ｘに対して回転不可能であるので、押出板１１の開孔１１−１、１１−２、…、１１−６は、指リンク１−１、１−２、…、１−６が滑らかに移動できるように、円弧状をなしているが、押出板１１が中心軸Ａ_ｘに対してベアリング等により回転可能な構成をなしていれば、押出板１１の開孔１１−１、１１−２、…、１１−６は直線状にもできる。

また、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更にも適用できる。

本発明は食材ハンドリング用以外の他の用途にも適用できる。

Ａ：中心軸
Ｃ１、Ｃ２：内接円
１−１、１−２、…、１−６：指リンク
２−１、２−２、…、２−６：クランクシャフト
３−１、３−２、…、３−６：遊星歯車
３’−１、３’−２、…、３’−６：円筒体
４：内歯車
５：モータ
６：ベアリング
７：ベアリング台
８：ベース
９、１０：ベアリング
９ａ、１０ａ：止め輪
１１：円盤型押出板
１１Ａ：半球型押出板
１１Ｂ：円錐型押出板
１１ａ：スペーサ
１１−１、１１−２、…、１１−６：開孔
１２：エアシリンダ
１３：制御ユニット

Claims

中心軸に平行かつ前記中心軸から等距離に配置された３つ以上の指リンクと、
前記各指リンクを同期回転駆動させて前記指リンクの内接円を拡大縮小させるための同期回転駆動部と、
前記中心軸を法線とし、前記各指リンクを移動可能に通すための３つ以上の開孔を有する押出板と、
前記押出板を前記中心軸に沿って直動駆動させるための直動駆動部と
を具備するロボットハンド。
前記同期回転駆動部は、
前記各指リンクに結合した３つ以上のクランクシャフトと、
前記各クランクシャフトに結合した３つ以上の遊星歯車と、
前記各遊星歯車を同期回転させるための内歯車と、
前記遊星歯車の１つを駆動させるためのモータと
を具備する請求項１に記載のロボットハンド。
前記直動駆動部は、前記押出板の法線方向に結合されたエアシリンダを具備する請求項１に記載のロボットハンド。
前記押出板は前記中心軸に対して回転不可能に設けられ、
前記開孔は前記各指リンクの回転方向に沿って円弧状となっている請求項１に記載のロボットハンド。
前記押出板は前記中心軸に対して回転可能に設けられ、
前記開孔は前記各指リンクの回転方向に対して直線状となっている請求項１に記載のロボットハンド。
前記各指リンクは前記中心軸に対して軸対称に設けられている請求項１に記載のロボットハンド。
前記押出板は、円盤型、半球型または円錐型である請求項１に記載のロボットハンド。