JP2021032345A - 吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着装置において、吸着対象物を堅牢に支持するとともに、吸着対象物が損傷する懸念を払拭する。【解決手段】吸着装置１０を構成する吸着パッド３６は、吸着対象物（８０）に当接するリップ部４０と、伸縮可能なベローズ部４２とを有する。また、吸着装置１０は、少なくともベローズ部４２を内部に収容した中空部材（３８）を備える。リップ部４０は、ベローズ部４２が伸張状態であるときには少なくとも一部が中空部材から露呈する。その一方で、リップ部４０は、ベローズ部４２が収縮状態であるときには中空部材に収容され、且つ中空部材の内壁に当接する。【選択図】図２

Description

本発明は、吸着対象物に吸着する吸着パッドを備える吸着装置に関する。

吸着装置は、吸着対象物を吸着パッドに引き寄せて吸着保持するものとして周知である。この種の吸着装置は、例えば、ロボットの先端アームにエンドエフェクタとして取り付けられる。この場合、アームの位置決め誤差等に起因して吸着対象物と吸着パッドとの相対的な位置関係に多少の誤差が生じたとしても、吸着パッドが柔軟であるために誤差が吸収される。このため、吸着パッドで吸着対象物を吸着保持することが可能である。

トマトやリンゴ等の果菜を吸着対象物とする場合がある。例えば、果菜を吸着パッドに吸着した後、吸着パッドを果菜ごと捻って果梗から分離することで収穫を行うとき等である。すなわち、吸着装置は、果菜を収穫する収穫装置を構成するものとしても有用である。

ここで、果菜は、大きさや形状が個々に相違する上、表面に凹凸が存在する個体も存在する。特許文献１には、このような吸着対象物であっても吸着パッドで果菜を十分に吸着保持するべく、吸着パッドの開口外周縁部に軟質な接触部材を設けることが提案されている。

実開平３−１１５２１２号公報

上記したように、果菜と吸着パッドの相対的位置に誤差が生じたとしても、吸着パッドが柔軟であるために誤差が吸収されるので、吸着パッドで果菜を吸着保持することが可能である。その一方で、果菜を捻る（収穫動作を行う）ときには、吸着パッドで果菜を堅牢に支持する必要がある。

十分な支持力を得るべく、吸引力（真空度）を大きくすることが想起される。しかしながら、真空度を過度に大きくすると、果菜が損傷することがある。そこで、吸着パッドとして剛性が大きなものを用いることも考えられるが、この場合、果菜と吸着パッドの相対的位置の誤差を吸収することが容易でなくなる。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、果菜等の吸着対象物を堅牢に支持することが可能である一方、吸着対象物が損傷する懸念を払拭し得るとともに、果菜と吸着パッドの相対的位置の誤差を吸収することが可能な吸着装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、吸着対象物に当接するリップ部と、伸縮可能なベローズ部とを有する吸着パッドを備える吸着装置において、
少なくとも前記ベローズ部を内部に収容した中空部材を備え、
前記リップ部は、前記ベローズ部が伸張状態であるときには少なくとも一部が前記中空部材から露呈する一方、前記ベローズ部が収縮状態であるときには前記中空部材に収容され、且つ該中空部材の内壁に当接する吸着装置が提供される。

本発明によれば、吸着パッドの外側に中空部材を配設し、吸着パッドのリップ部で吸着対象物を吸着する際には、該リップ部を中空部材の内壁に当接させるようにしている。この当接により、吸着パッドが中空部材から支持されるとともに、両者の間に摩擦力が作用するようになる。その結果、吸着装置が、優れた曲げ剛性と捻り剛性を示す。しかも、吸着対象物が中空部材から堅牢に支持される。

以上のような理由から、吸着対象物を保持した保持体を曲げ折ったり、捻り折ったりすることが容易となる。すなわち、吸着対象物が保持体に保持されている場合であっても、該吸着対象物を保持体から離脱させて吸着することが可能である。

また、真空度を大きくする必要がないので、吸着対象物を損傷することが回避される。しかも、吸着パッドは、吸着対象物を吸着する時点では中空部材から露呈している。従って、比較的柔軟な吸着パッドが吸着対象物に先ず当接する。このため、吸着対象物と吸着パッドの間で相対的位置に誤差が生じている場合であっても、吸着パッドが十分に撓むので該誤差を吸収することが可能である。

本発明の実施の形態に係る吸着装置が組み込まれた多関節ロボットの先端アームの要部概略斜視図である。 図１の吸着装置の概略側面断面図である。 図１から吸着パッドが中空部材（バックアップ用筒体）に収容された状態を示す要部概略斜視図である。 図３に示す状態にある吸着装置の概略側面断面図である。

以下、本発明に係る吸着装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る吸着装置１０が組み込まれた多関節ロボットの先端アーム１２の要部概略斜視図である。この場合、先端アーム１２は、所定角度で回転可能な軸部１４と、該軸部１４の先端面から突出するように延在する四角柱部１６とを有する。軸部１４が回転した際に四角柱部１６が一体的に回転することは勿論である。

吸着装置１０は、四角柱部１６に対し、Ｌ字型ステー１８を介して組み付けられる。すなわち、Ｌ字型ステー１８は、底壁部２０と、該底壁部２０から略垂直に立ち上がった縦壁部２２とを有する。この中の底壁部２０にはボルト挿通孔２４が形成されるとともに、該ボルト挿通孔２４を貫通する取付ボルト２６が、四角柱部１６に形成された図示しない螺合穴に螺合される。一方、縦壁部２２には、図２に示す管体挿通孔２８が形成される。吸着装置１０は、管体挿通孔２８に嵌合された中空管体としての中継管３０を介して、縦壁部２２に保持される。

図２に示すように、吸着装置１０は、吸着パッド３６と、該吸着パッド３６の大部分を内部に収容するとともに、Ｌ字型ステー１８の縦壁部２２に支持されたバックアップ用円筒体３８（中空部材）とを備える。

この中の吸着パッド３６は、リップ部４０と、該リップ部４０の一端部に連なるベローズ部４２と、該ベローズ部４２の、リップ部４０とは反対の端部に連なる筒部４４とを有する。リップ部４０は、ベローズ部４２から離間するにつれてテーパー状に拡径する。また、ベローズ部４２は、山部と谷部が交互に連なった薄肉部であり、リップ部４０に、ベローズ部４２に指向する方向の押圧力が付与されたときには容易に収縮する。また、リップ部４０が前記押圧力から解放されると、ベローズ部４２は、その弾性作用によって元の形状に戻る。すなわち、ベローズ部４２が伸張する。

筒部４４は、中継管３０（中空管体）の長尺な一端を覆う。すなわち、筒部４４には挿入孔４６が形成されるとともに、該挿入孔４６内に中継管３０の大径な頭部４８が圧入される。この圧入により、吸着パッド３６に中継管３０が連結される。中継管３０の軸線方向は、吸着パッド３６の軸線方向に一致する。

バックアップ用円筒体３８には、吸着パッド３６を収容するための収容凹部５０が形成される。収容凹部５０は、ベローズ部４２が収縮した際にリップ部４０が進入する（図３及び図４参照）テーパー孔５２と、ベローズ部４２を収容する大径孔５４と、大径孔５４に連なる中径孔５６と、中径孔５６に連なる小径孔５８とからなる。テーパー孔５２の形状が、リップ部４０の形状に対応していることは勿論である。また、大径孔５４、中径孔５６、小径孔５８の各内径は、この順序で小さくなる。小径孔５８の内径は、管体挿通孔２８の直径に比して大きく設定される。

大径孔５４には、ベローズ部４２と筒部４４が収容される。筒部４４内に中継管３０の一端が圧入されていることから、大径孔５４内には、中継管３０の頭部４８も収容されている。また、中径孔５６には中継管３０のフランジ部６０が収容され、小径孔５８には中継管３０の軸形状部６２が挿入されているが、これらについては後述する。なお、大径孔５４の内径はリップ部４０の最大径よりも小さく設定されており、このため、リップ部４０が大径孔５４内に進入することはない。

バックアップ用円筒体３８は、吸着パッド３６よりも剛性が大きくなるように肉厚に設定される。従って、ベローズ部４２が収縮することに伴ってリップ部４０がテーパー孔５２に収容されたときには、テーパー孔５２を形成するテーパー面によってリップ部４０が堅牢に支持される。

バックアップ用円筒体３８の素材は、テーパー孔５２を形成するテーパー面でリップ部４０の背面を支持し得る程度に剛性が大きく、且つテーパー面にリップ部４０の背面が当接したときにリップ部４０に傷を生じさせることが回避される程度に軟質であるものが好ましい。このような素材の好適な例としてはシリコーンゴムが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。

中継管３０は、頭部４８、フランジ部６０、軸形状部６２にわたる内部に吸気通路６４が形成された中空管体である。上記したように、頭部４８は筒部４４の挿入孔４６に圧入される。また、軸形状部６２には、可撓性を有する吸気チューブの一端が管継手を介して接続される。吸気チューブの他端は、吸気ポンプに接続されており、従って、該吸気ポンプを付勢することにより、吸着パッド３６が大気を吸引する。吸引された大気が、中継管３０の吸気通路６４、及び吸気チューブの内孔を通過することは勿論である。なお、管継手、吸気チューブ及び吸気ポンプは図示していない。

中継管３０のフランジ部６０は、中径孔５６内に位置する。ここで、中径孔５６の長さは、フランジ部６０の厚みに比して大きい。従って、中径孔５６には軸形状部６２の一端が進入している。軸形状部６２の該一端は、円環形状のスペーサ６６の貫通孔６８に通される。このスペーサ６６の一端面は、フランジ部６０の端面に当接する。また、該スペーサ６６の他端面は、中径孔５６と小径孔５８の内径差によって形成される段部７０に当接する。

小径孔５８には、円環形状のストッパ７２が収容される。軸形状部６２は、ストッパ７２に形成された貫通孔７４に通される。すなわち、軸形状部６２の外周壁と、小径孔５８を形成する壁部との間には、ストッパ７２が介装される。該ストッパ７２の一端面はスペーサ６６の他端面に当接し、他端面はＬ字型ステー１８の縦壁部２２の一端面に当接する。

さらに、管体挿通孔２８から外部に露呈した軸形状部６２には、止め輪７６が外嵌される。止め輪７６は、中継管３０のフランジ部６０が前記段部７０とともにスペーサ６６を十分に挟持し、且つスペーサ６６がＬ字型ステー１８の縦壁部２２とともにストッパ７２を十分に挟持した状態を維持する位置となるように、中継管３０を位置決め固定している。このため、中継管３０の頭部４８が圧入された筒部４４も位置決め固定される。

このように構成される吸着装置１０は、例えば、トマト等の果菜８０を収穫する際に用いられる。すなわち、この場合の吸着対象物は、果菜８０である。

本実施の形態に係る吸着装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

果菜８０を収穫するに際しては、前記多関節ロボットが適宜動作し、先端アーム１２が果菜８０に対向する。この時点では、ベローズ部４２は伸張しており、且つリップ部４０は、バックアップ用円筒体３８の収容凹部５０から露呈している。すなわち、吸着パッド３６は、この時点ではバックアップ用円筒体３８に支持されていない。この状態で前記吸気ポンプが付勢されることに伴い、吸着パッド３６を介しての大気の吸引が開始される。大気は、中継管３０の吸気通路６４、吸気チューブの内孔を経て、前記吸気ポンプから排気される。

吸着パッド３６と果菜８０の間の大気が吸引されるので、果菜８０が吸着パッド３６に引き寄せされる。最終的に、図３及び図４に示すように、果菜８０がリップ部４０に当接する。この際、リップ部４０は未だバックアップ用円筒体３８に当接していない。すなわち、リップ部４０は未だバックアップ用円筒体３８に支持されておらず、弾性を示す程度に柔軟である。従って、リップ部４０に、いわゆるロパスト性が確保され、果菜８０が吸着パッド３６に保持される。また、リップ部４０が柔軟であるために十分に撓むので、果菜８０と吸着パッド３６の相対的位置の誤差を吸収することが可能である。

以上の当接及び吸着（保持）に伴い、リップ部４０が果菜８０から押圧を受ける。換言すれば、果菜８０からバックアップ用円筒体３８に向かう方向の押圧力が、リップ部４０に付与される。この押圧力により、リップ部４０がバックアップ用円筒体３８に指向して変位するとともに、ベローズ部４２が収縮する。

ベローズ部４２が一層収縮してリップ部４０がさらに変位すると、図３及び図４に示すように、リップ部４０の全体がテーパー孔５２に収容される。さらに、該リップ部４０の背面が、バックアップ用円筒体３８に形成されたテーパー孔５２のテーパー面に当接して密着する。この密着に伴い、リップ部４０のそれ以上の変位が阻止されてベローズ部４２の収縮が終了する。また、該リップ部４０の背面がバックアップ用円筒体３８に堅牢に支持される。この支持により、吸着装置１０が十分な曲げ剛性を示す。また、リップ部４０とバックアップ用円筒体３８との間に摩擦力が作用するので、吸着装置１０は、優れた捻り剛性を併せ持つ。

なお、中継管３０が位置決め固定されているため、筒部４４が変位することが阻止される。また、バックアップ用円筒体３８が吸着パッド３６の外側に設けられているので、吸着パッド３６を介しての吸気がバックアップ用円筒体３８で妨げられることが回避される。すなわち、バックアップ用円筒体３８を設けたことに伴って吸気流量が変化することはない。さらに、吸着パッド３６の受圧面積が変化することもない。加えて、捻り剛性が、バックアップ用円筒体３８を吸着パッド３６の内側に設けた場合に比して大きくなる。

リップ部４０がテーパー孔５２に収容されることにより、果菜８０がバックアップ用円筒体３８の端面に当接して収容凹部５０の開口を閉塞する。吸着パッド３６の内部が負圧となっているので、果菜８０がバックアップ用円筒体３８から脱落することはない。これにより、果菜８０がバックアップ用円筒体３８によって堅牢に支持される。

次に、吸気が継続された状態で、果菜８０を枝（ないし果梗）から離脱させるべく、多関節ロボットが適宜動作する。すなわち、先端アーム１２が、例えば、図３に矢印Ａで示すように回転する。上記したように、果菜８０がバックアップ用円筒体３８によって堅牢に支持されている。また、リップ部４０の背面と、その外側のバックアップ用円筒体３８との間に摩擦力が作用しているので、吸着パッド３６及びバックアップ用円筒体３８が優れた捻り剛性を示す。以上のことが相俟って、枝（ないし果梗）を容易に捻り折ることができる。すなわち、果菜８０を容易に収穫することができる。

先端アーム１２が、図４に矢印Ｂで示すように揺動することもある。ここで、吸着装置１０は、吸着パッド３６の背面がバックアップ用円筒体３８から支持を受けることで十分な曲げ剛性を有している。このことと、上記と同様に果菜８０がバックアップ用円筒体３８によって堅牢に支持されていることとが相俟って、吸着パッド３６に吸着された果菜８０を介して、枝（ないし果梗）を果菜８０と一体的に揺動することができる。従って、枝（ないし果梗）を容易に曲げ折ることができるので、この場合も果菜８０を収穫することが容易である。

以上のように、果菜８０の吸着時、吸着パッド３６の背面を、該吸着パッド３６の外側に配設されたバックアップ用円筒体３８で支持する本実施の形態によれば、吸着装置１０が優れた曲げ剛性及び捻り剛性を示すようになる。このため、果菜８０を容易に収穫することができる。しかも、吸引力（真空度）を大きくする必要が特にないので、果菜８０が損傷することが回避される。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、吸着対象物は果菜８０に特に限定されるものではなく、その他の物体であってもよい。また、吸着装置１０は、エンドエフェクタに限定されるものではなく、例えば、アクチュエータの先端に設けられるものであってもよい。

１０…吸着装置 ３０…中継管
３６…吸着パッド ３８…バックアップ用円筒体
４０…リップ部 ４２…ベローズ部
５０…収容凹部 ５２…テーパー孔
５４…大径孔 ５６…中径孔
５８…小径孔 ６４…吸気通路
６６…スペーサ ７０…段部
７２…ストッパ ７６…止め輪
８０…果菜

Claims (4)

1. 吸着対象物に当接するリップ部と、伸縮可能なベローズ部とを有する吸着パッドを備える吸着装置において、
   少なくとも前記ベローズ部を内部に収容した中空部材を備え、
   前記リップ部は、前記ベローズ部が伸張状態であるときには少なくとも一部が前記中空部材から露呈する一方、前記ベローズ部が収縮状態であるときには前記中空部材に収容され、且つ該中空部材の内壁に当接する吸着装置。
2. 請求項１記載の吸着装置において、前記中空部材がシリコーンゴムからなる吸着装置。
3. 請求項１又は２記載の吸着装置において、前記リップ部が、前記ベローズ部から離間するにつれてテーパー状に拡径するテーパー形状をなす一方、前記中空部材の内壁の一部が、前記リップ部の形状に対応するテーパー形状をなすテーパー孔である吸着装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸着装置において、前記吸着パッドと前記中空部材とが一体的に回転可能である吸着装置。

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