JP2019206082A - 把持ツールおよび把持システム - Google Patents

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宏昌 高橋
典之 大庭
Noriyuki Oba
典之 大庭
信太郎 榎並
Shintaro Enami
信太郎 榎並
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Abstract

【課題】把持部が破れたことを検出できる把持ツールおよび把持システムを提供する。【解決手段】実施形態に係る把持ツールは、把持部と、検出器と、ポンプユニットと、制御部と、を備える。前記把持部の内部には、粉粒体が設けられる。前記把持部は、可撓性を有する。前記ポンプユニットは、前記内部と接続される。前記制御部は、前記把持部をワークと第1接触させて動作させる第1動作と、前記把持部を前記ワークから離間して動作させる第2動作と、を実行する。前記制御部は、前記第2動作の少なくとも一部において、前記内部の圧力を前記把持部の外部の圧力と異ならせる。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、把持ツールおよび把持システムに関する。
内部に粉粒体が設けられた把持部を備える把持ツールがある。この把持ツールにおいて、把持部が破れ、内部の粉粒体が周りに散乱すると、把持ツールの修復だけでなく、把持ツールの周囲の清掃も必要となり、作業効率を大きく低下させる。
このため、把持ツールにおいて、把持部が破れた際には、そのことを検出でき、粉粒体の散乱を抑制できることが望まれている。
特表2013−523478号公報
本発明が解決しようとする課題は、把持部が破れたことを検出できる把持ツールおよび把持システムを提供することである。
実施形態に係る把持ツールは、把持部と、検出器と、ポンプユニットと、制御部と、を備える。前記把持部の内部には、粉粒体が設けられる。前記把持部は、可撓性を有する。前記ポンプユニットは、前記内部と接続される。前記制御部は、前記把持部をワークと接触させて動作させる第1動作と、前記把持部を前記ワークから離間して動作させる第2動作と、を実行する。前記制御部は、前記第2動作の少なくとも一部において、前記内部の圧力を前記把持部の外部の圧力と異ならせる。
実施形態に係る把持ツールを表す斜視断面図である。 実施形態に係る把持ツールの把持部を表す斜視断面図である。 実施形態に係る把持ツールの構成を表す模式図である。 実施形態に係る把持ツールの動作を表す断面図である。 実施形態に係る把持ツールの動作を表す断面図である。 実施形態に係る把持ツールの把持メカニズムを表す断面図である。 実施形態の変形例に係る把持ツールを表す斜視断面図である。 実施形態に係る把持システムの構成を表す模式図である。
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、実施形態に係る把持ツール1を表す斜視断面図である。
実施形態に係る把持ツール1は、可撓性を有する把持部10を備える。把持部10の内部には、粉粒体15が設けられている。
具体的には、把持部10は、把持対象のワークに接触する第1部分11と、第1部分11と対向する第2部分12と、を有する。第1部分11および第2部分12は、シリコーン樹脂、ゴム材料、またはアクリル樹脂などの可撓性を有する材料で構成される。粉粒体15は、第1部分11と第2部分12との間の第1空間SP1に設けられている。把持部10は、第1部分11と第2部分12とが、例えば、接着剤を介して接合されて構成されている。第1部分11と第2部分12とは、熱圧着により接合されていてもよい。
第1部分11の外周および第2部分12の外周は、保持部20によって保持されている。これにより第1空間SP1が、外部の空間と隔てられる。保持部20は、例えば円環状である。保持部20によって把持部10の外周のみが保持されることで、把持部10は、保持部20の内側において第1部分11と第2部分12とを結ぶ線方向に変形することができる。
第1部分11と第2部分12とを結ぶ線方向は、例えば、上下方向(鉛直方向)に沿う。第1部分11と第2部分12とを結ぶ線方向は、第1部分11から第2部分12に向かう第1方向(上方)と、第2部分12から第1部分11に向かう第2方向(下方)と、を含む。以下では、第1部分11と第2部分12との位置関係に基づくこれらの「上下方向」「上方」「下方」を用いて、各実施形態の説明を行う。
一例として、保持部20は、第1フランジ21および第2フランジ22を有する。第1フランジ21は、第1部分11の外周下面に当接し、第2フランジ22は、第2部分12の外周上面に当接する。第1フランジ21と第2フランジ22を、ネジ等の締結具23によって締結することで、把持部10が保持される。
例えば、保持部20は、連結部材25を介して、駆動部90に連結されている。駆動部90は、アクチュエータ等を有し、後述する制御部80から送られる信号に基づき動作する。駆動部90と連結部材25との間に、さらに他の部材が連結されていても良い。駆動部90が動作することで、把持部10が水平方向または鉛直方向に移動する。
図2は、実施形態に係る把持ツール1の把持部10を表す斜視断面図である。
図2では、把持部10の第1部分11と第2部分12が、分離して表されている。
図2に表すように、第1部分11は、凹部11rおよび凸部11pを有する。凹部11rは、上方に向けて窪んでおり、把持部10の中心側に設けられている。凸部11pは、下方に向けて突出しており、凹部11rの周りに設けられている。凸部11pと凹部11rは、連続している。
凹部11rの上面は第2部分12と接し、凸部11pは第2部分12と上下方向において離間している。図1および図2に例示した把持ツール1では、第1空間SP1は、凸部11pと第2部分12との間に形成される。
第1部分11の下方には、凹部11rおよび凸部11pによって囲まれた第2空間SP2が形成される。具体的には、第2空間SP2の上方が凹部11rによって覆われており、第2空間SP2の側方が凸部11pによって囲まれている。第2空間SP2の下方は開けている。後述するように、把持対象のワークが第2空間SP2の下方に位置することで、第2空間SP2が外部空間に対して塞がれる。
図1および図2に表すように、把持部10は、第1ポート31および第2ポート32をさらに有する。第1ポート31は、第1空間SP1と連通している。第2ポート32は、第1部分11の凹部11rおよび第2部分12を貫通し、第2空間SP2と連通している。第1ポート31には、第1空間SP1を減圧するための第1配管41が接続される。第2ポート32には、第2空間SP2を減圧するための第2配管42が接続される。
図3は、実施形態に係る把持ツール1の構成を表す模式図である。
把持ツール1は、検出器およびポンプユニット70をさらに備える。図3に表した例では、第1検出器61および第2検出器62の2つの検出器が、ポンプユニット70と一体に設けられている。
ポンプユニット70は、例えば、第1検出器61、第2検出器62、第1ポンプ71、第2ポンプ72、圧力調整弁73、切替バルブ74、バルブ75、および圧力計76を有する。
バルブ75および圧力計76は、通気路P1に設けられている。通気路P1の少なくとも一部は、第1配管41で構成されている。圧力計76は、第1空間SP1とバルブ75との間に設けられている。バルブ75は、切替バルブ74と圧力計76との間に設けられている。通気路P1は、例えば、切替バルブ74によって、通気路P2と通気路P3に分岐されている。
第1ポンプ71は、通気路P2と接続されている。第1検出器61は、通気路P2上に設けられ、第1ポンプ71と切替バルブ74との間に設けられている。
第2ポンプ72は、通気路P3と接続されている。第2検出器62および圧力調整弁73は、通気路P3上に設けられている。圧力調整弁73は、第2ポンプ72と切替バルブ74との間に設けられ、第2検出器62は、圧力調整弁73と切替バルブ74との間に設けられている。
例えば、第1ポンプ71は、通気路P1および通気路P2を通して空気を吸引し、第1空間SP1を減圧する。第1検出器61は、通気路P2における流量を検出する。
例えば、第2ポンプ72は、外部から吸気して通気路P1および通気路P3に空気を送り、第1空間SP1を加圧する。第2検出器62は、通気路P3における流量を検出する。圧力調整弁73は、第2ポンプ72から加えられる圧力を調整する。
第1検出器61および第2検出器62としては、電磁式流量計、カルマン渦式流量計、羽根車式流量計、浮き子式流量計、熱式流量計、ダイヤフラム式流量計、超音波式流量計、コリオリ式流量計などを用いることができる。
圧力計76としては、ブルドン管圧力計、ダイヤフラム式圧力計、ベロー圧力計、または液柱圧力計などを用いることができる。
第1検出器61および第2検出器62は、圧力計であっても良い。この場合、第1検出器61は、通気路P2における圧力を検出する。第2検出器62は、通気路P3における圧力を検出する。第1検出器61および第2検出器62としては、圧力計76と同様に、ブルドン管圧力計、ダイヤフラム式圧力計、ベロー圧力計、または液柱圧力計を用いることができる。
切替バルブ74は、不図示の電磁弁、電動弁、電子式流量調整弁、および定流量弁等を有する。切替バルブ74により、通気路P1と、通気路P2およびP3の一方と、が接続される。切替バルブ74により、第1空間SP1が減圧される状態と、第1空間SP1が加圧される状態と、が切り替えられる。バルブ75の開閉により、通気路P1を気体が流れる状態と、通気路P1を気体が流れない状態と、が切り替えられる。圧力計76は、通気路P1における圧力を検出する。
ポンプユニット70の各構成要素の動作は、制御部80により制御される。制御部80は、第1検出器61、第2検出器62、ポンプユニット70、および駆動部90と電気的に接続されている。第1検出器61、第2検出器62、および圧力計76における検出結果は、制御部80に送信される。制御部80は、これらの検出結果に基づき、ポンプユニット70の各構成要素の動作および駆動部90の動作を制御する。
図4及び図5は、実施形態に係る把持ツール1の動作を表す断面図である。
図4及び図5は、把持ツール1により、球状のワークが把持される例を表している。把持ツール1では、制御部80により、図4に表した第1動作と、図5に表した第2動作と、が実行される。第1動作は、把持部10がワークに接触した状態で行われる動作である。第2動作は、把持部10がワークから離間した状態で行われる動作である。
例えば、把持部10は、ワークW1よりも上方に位置している。まず、把持部10の水平方向における位置とワークW1の水平方向における位置と、を合わせる。次に、把持部10をトレイT1の上に配されたワークW1に向けて下降させる。図4(a)に表したように、把持部10(第1部分11)をワークW1に接触させる。なお、把持部10がワークW1に接触するまでの上述した動作は、第2動作に含まれる。
把持部10は、可撓性を有する。このため、把持部10がワークW1に接触した際、把持部10がワークW1の形状に沿って変形する。また、このとき、開けていた第2空間SP2が、ワークW1によって塞がれる。続いて、第1ポート31を通して第1空間SP1を減圧する。第1空間SP1は、例えば0.1気圧程度に減圧される。これにより、図4(b)に表したように、第1空間SP1の粉粒体15が凝集して固化する。
次に、第2ポート32を通して第2空間SP2を減圧する。第2空間SP2は、例えば0.1気圧程度に減圧される。これにより、ワークW1が、第2空間SP2に向けて吸着され、ワークW1が把持される。図4(c)に表したように、把持部10を上昇させ、ワークW1をトレイT1から持ち上げる。
例えば、図4(d)に表したように、把持部10を水平方向に移動させる。図4(e)に表したように、把持部10の水平方向における位置と、ワークW1が搬送される場所の水平方向における位置と、を合わせる。この例では、ワークW1は、別のトレイT2の上に搬送される。図4(f)に表したように、把持部10を下降させ、ワークW1をトレイT2の上に接触させる。その後、第1空間SP1および第2空間SP2を大気開放することで把持力が無くなる。これにより、把持部10からワークW1が解放され、ワークW1がトレイT2の上に載置される。
ワークW1をトレイT2の上に載置した後、第2動作が開始される。まず、図5(a)に表したように、把持部10を上昇させ、ワークW1から遠ざける(第1移動動作)。次に、図5(b)に表したように、把持部10を移動させる(第2移動動作)。例えば、第2移動動作において、把持部10は、別のワークW2に向けて移動する。第2移動動作における把持部10の移動方向は、例えば、第1移動動作における把持部10の移動方向と交差する方向である。続いて、図5(c)に表したように、把持部10とワークW2の位置合わせを行う。位置合わせが完了すると、図5(d)に表したように、把持部10をワークW2に向けて近づける(第3移動動作)。
その後は、図4(a)〜図4(f)に表した第1動作が同様に実行され、ワークW2の搬送が行われる。
制御部80は、ポンプユニット70を駆動させ、上述した第2動作の少なくとも一部において、把持部10内部の第1空間SP1の圧力(以下、内部圧力という)を、把持部10外部の圧力(以下、外部圧力という)と異ならせる。
例えば、制御部80は、第2動作の少なくとも一部において、内部圧力を外部圧力よりも低くする。この場合、把持部10が別のワークに接触する際に、把持部10内部が大気開放されても良い。これにより、把持部10がワークの形状に沿って変形し易くなる。
または、制御部80は、第2動作の少なくとも一部において、内部圧力を外部圧力よりも高くする。例えば、ワークを所定の位置に搬送した後、把持部10が減圧された状態から内部圧力を高め、把持部10からワークを放すとともに、内部圧力を外部圧力よりも高くしても良い。
図6は、実施形態に係る把持ツール1の把持メカニズムを表す断面図である。
図6では、把持ツール1の把持部10が一部簡略化して表されている。
実施形態に係る把持ツール1では、図6(a)に表すように、把持部10の外周が保持部20によって保持されている。従って、図6(b)に表すように、把持部10をワークWに接触させた際に、把持部10がワークWに対して上方に向けて変形することができる。
この状態で、第1ポート31および第2ポート32を通して吸気することで、図6(c)に表すように、把持部10がさらにワークWに対して上方に向けて変形しつつ、把持部10とワークWとの接触面積が増加していく。
このように、把持部10が、ワークWに対して上方に向けて変形可能に保持されることで、把持部10によってワークWを把持した際の把持力を高めることができる。
本実施形態の効果を説明する。
把持部10がワークを把持する際に、把持部10とワークとの摩擦や、ワーク表面の凹凸等により、把持部10が損傷する可能性がある。把持部10が損傷し、破れると、把持部10内部の粉粒体15が散乱する。この結果、把持部10の修復に加え、散乱した粉粒体15の清掃等も必要となり、作業効率が低下する。
把持部10がワークに接触した状態では、把持部10が破れた場合でも、ワークにより把持部10からの粉粒体15の流出が抑えられる。これに対して、把持部10がワークから離れた状態で把持部10が破れると、より多くの粉粒体15が把持部10から流出し、散乱する可能性がある。
実施形態に係る把持ツール1では、第1空間SP1に接続された、第1検出器61および第2検出器62などの検出器が設けられている。そして、制御部80は、第2動作の少なくとも一部において、内部圧力を外部圧力と異ならせる。第2動作中に、把持部10が破れたり、穴が開いたりして異常が生じた際には、第1空間SP1および通気路P1における圧力または流量が変化する。従って、検出器によって圧力または流量を検出することで、把持部10の異常を検出することが可能となる。第2動作時に把持部10の異常が検出されることで、例えば、把持部10の破れや穴をより早く塞ぎ、粉粒体15の散乱を抑制することが可能となる。
内部圧力が外部圧力と異なっていれば、内部圧力は、外部圧力よりも高くても良いし、低くても良い。内部圧力が外部圧力よりも高い場合でも、上述した通り、把持部10の異常を検出することで粉粒体15の散乱を抑制できる。ただし、内部圧力が外部圧力よりも高い場合、把持部10に異常が生じた際に、把持部10の内部から外部に気体が流れる。この気体の流れにより、粉粒体15の流出が一時的に促進される可能性がある。
これに対して、内部圧力が外部圧力よりも低い場合、把持部10に異常が生じた際に、把持部10の外部から内部に気体が流れる。この気体の流れにより、粉粒体15の流出が抑制される。従って、第2動作の少なくとも一部において、内部圧力は、外部圧力よりも低いことが望ましい。
検出器は、圧力および流量のいずれかを検出するものであれば良い。ただし、より好ましくは、検出器は、流量計である。流量の変化の方が、圧力の変化よりも高精度に検出できるためである。従って、内部圧力と外部圧力との差が小さい場合でも、把持部10の異常をより高精度に検出することが可能となる。
制御部80は、検出器で検出された圧力または流量を、予め設定された閾値と比較する。
例えば、検出器が圧力計であり、第2動作の少なくとも一部において把持部10内部が加圧される場合、制御部80は、検出された圧力が閾値を下回ると、把持部10に異常が生じたと判定する。第2動作において把持部10内部が減圧される場合は、制御部80は、検出された圧力が閾値を超えると、把持部10に異常が生じたと判定する。
または、検出器が流量計である場合、制御部80は、検出された流量が閾値を超えると、把持部10に異常が生じたと判定する。
制御部80は、圧力の変化または流量の変化を、予め設定された閾値と比較しても良い。例えば、所定の期間内における圧力または流量の変化を、予め設定された閾値と比較する。圧力または流量の変化が閾値を超えている場合、把持部10に異常が生じたと判定する。
閾値は、過去の検出器による検出結果に基づいて設定されても良い。例えば、ある期間における圧力または流量の平均値に、所定の値を加えたものを閾値として用いても良い。この方法によれば、時間の経過による把持部10やポンプユニット70の特性の変化に応じて閾値が変化するため、把持部10の異常をより高精度に検出することが可能となる。
把持部10に異常が生じた場合、制御部80は、例えば、把持部10を停止させる。把持部10が停止することで、粉粒体15の把持部10からの流出を抑制できる。
または、制御部80は、把持部10を所定の位置まで移動させる。例えば、粉粒体15を受けるトレイ等が設けられた場所に把持部10を移動させることで、粉粒体15が作業現場の床や設備などに散乱することを抑制できる。
あるいは、制御部80は、把持ツール1の管理者等に向けて通知を発する。通知が発せられることで、管理者が、把持部10に異常が生じたことをより早く知ることができる。制御部80は、通知を発するとともに、上記の把持部10の停止または移動を行っても良い。
図7は、実施形態の変形例に係る把持ツール2を表す斜視断面図である。
把持ツール2は、把持ツール1と比べて、把持部10の形状が異なり、第2ポート32を有していない。このため、把持ツール2は、把持部10をワークに接触させ、固化させることで、ワークを把持する。
この把持ツール2においても、把持ツール1と同様、第2動作時に内部圧力を外部圧力と異ならせることで、第2動作時における把持部10の異常を検出できる。
このように、把持部10内部に粉粒体15が設けられていれば、本実施形態は、図1および図2に表した把持ツールに限らず、構成の異なる他の把持ツールにも適用することが可能である。
図8は、実施形態に係る把持システム3を表す模式図である。
実施形態に係る把持システム3は、把持ツール1、ポンプユニット70、ポンプユニット70a、制御部80、および搬送ロボット(駆動部)90を備える。
搬送ロボット90は、アーム90aを有する。アーム90aは、例えば複数の関節を有し、先端に把持ツール1が取り付けられている。搬送ロボット90は、制御部80からの指令に従ってアーム90aを動作させ、ワークWの把持および搬送を行う。
ポンプユニット70は、図1に表した把持ツール1の第1配管41と接続される。ポンプユニット70aは、把持ツール1の第2配管42と接続される。制御部80からの指令に従ってポンプユニット70および70aが駆動することで、第1空間SP1および第2空間SP2が減圧されたり、大気開放されたりする。
制御部80は、CPU(Central Processing Unit)や、ROM(Read Only Memory)、不揮発性のフラッシュメモリなどを有する。CPUでは、制御部80における各種演算処理が実行される。ROMには、把持システム3の動作に必要な各種制御アリゴリズムや各種定数等が記憶される。フラッシュメモリには、ワークWの搬送手順や、搬送状況等が適宜記憶して保存される。
制御部80は、フラッシュメモリに記憶されている搬送手順に従って、ポンプユニット70、ポンプユニット70a、および搬送ロボット90に指令を送出し、これらの動作を制御する。
把持システム3が、把持性能の高い把持ツール1を備えることで、ワークWをより確実に把持し、搬送することが可能となる。なお、把持システム3は、把持ツール1に代えて、把持ツール2を備えていても良い。把持システム3が把持ツール2を備える場合、把持システム3は、ポンプユニット70aを備えていなくても良い。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
1、2 把持ツール、 3 把持システム、 10 把持部、 11 第1部分、 11p 凸部、 11r 凹部、 12 第2部分、 15 粉粒体、 20 保持部、 31 第1ポート、 32 第2ポート、 41 第1配管、 42 第2配管、 61 第1検出器、 62 第2検出器、 70、70a ポンプユニット、 71 第1ポンプ、 72 第2ポンプ、 73 圧力調整弁、 74 切替バルブ、 75 バルブ、 76 圧力計、 80 制御部、 90 搬送ロボット(駆動部)、 P1〜P3 通気路、 SP1 第1空間、 SP2 第2空間

Claims (10)

  1. 内部に粉粒体が設けられ、可撓性を有する把持部と、
    前記内部と接続され、圧力または気体の流量を検出する検出器と、
    前記内部と接続されたポンプユニットと、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記把持部をワークと接触させて動作させる第1動作と、
    前記把持部を前記ワークから離間して動作させる第2動作と、
    を実行し、
    前記制御部は、前記第2動作の少なくとも一部において、前記内部の圧力を前記把持部の外部の圧力と異ならせる把持ツール。
  2. 前記制御部は、前記第2動作の前記少なくとも一部において、前記内部の圧力を、前記外部の圧力よりも低くする請求項1記載の把持ツール。
  3. 前記検出器は、気体の流量を検出する請求項1または2に記載の把持ツール。
  4. 前記制御部は、前記流量が閾値を超えた場合に、前記把持部を停止させる請求項3記載の把持ツール。
  5. 前記制御部は、前記流量が閾値を超えた場合に、前記把持部を所定の場所に移動させる請求項3記載の把持ツール。
  6. 前記制御部は、前記流量が閾値を超えた場合に、通知を発する請求項3〜5のいずれか1つに記載の把持ツール。
  7. 前記第1動作は、前記ワークの把持、前記ワークの搬送、および前記ワークの解放の少なくともいずれかを含む請求項1〜6のいずれか1つに記載の把持ツール。
  8. 前記第2動作は、
    前記把持部をワークから遠ざける第1移動動作、
    前記第1移動動作における前記把持部の移動方向と交差する方向に前記把持部を移動させる第2移動動作、および
    前記把持部をワークに近づける第3移動動作、
    の少なくともいずれかを含む請求項1〜7のいずれか1つに記載の把持ツール。
  9. 前記把持部は、ワークに接触する第1部分と、前記第1部分と対向する第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間に設けられた前記粉粒体と、を有し、
    前記第1部分は、
    前記第1部分から前記第2部分に向かう第1方向に窪んだ凹部と、
    前記凹部の周りに設けられ、前記第1方向と反対の第2方向に突出した凸部と、
    を有し、
    前記粉粒体は、前記凸部と前記第2部分との間に設けられた請求項1〜8のいずれか1つに記載の把持ツール。
  10. アームを有するロボット機構と、
    前記アームの先端に取り付けられた、請求項1〜9のいずれか1つに記載の前記把持ツールと、
    を備えた把持システム。
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