JP2021133457A

JP2021133457A - ワーク落下防止機構およびワーク把持装置

Info

Publication number: JP2021133457A
Application number: JP2020031224A
Authority: JP
Inventors: 瑛昌沢戸; Terumasa Sawato
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-13

Abstract

【課題】ワークを把持するための動力が遮断された場合であっても、把持の仕組みに関わらず、必要な把持力を発生させるワーク落下防止機構を提供すること。【解決手段】ワーク落下防止機構Ｍ１は、互いに対向する位置に配置され、ワークを挟み込んで把持する把持部材１４Ｌ、１４Ｒと、把持部材１４Ｌ、１４Ｒが互いに対向する面に配置され、ワークと接触する把持部１６Ｌ、１６Ｒと、把持部材１４Ｌ、１４Ｒと把持部１６Ｌ、１６Ｒとの間に配置され、変位によって力を発生する弾性体１５Ｌ、１５Ｒと、把持部１６Ｌ、１６Ｒのワークと接触する面に取り付けられ、空気口１９Ｌ、１９Ｒが形成された吸着パッド１７Ｌ、１７Ｒと、を備え、ワークを把持する時には弾性体１５Ｌ、１５Ｒにより空気口１９Ｌ、１９Ｒを塞ぎ、ワークの開放時には吸着パッド１７Ｌ、１７Ｒ内の真空を破壊する。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの落下を防止する技術に関し、より詳細には、ロボットアーム等に接続されたワーク把持装置で把持して搬送するワークの落下を防止するワーク落下防止技術に関する。

従来から、工場設備等では、産業用ロボットアームの先端に接続されたロボットハンドを用いて、部品等のワークを把持して所定の場所まで搬送することが行われている。上記ロボットハンドは、例えば、モータ等の動力によって駆動される一対又は複数の連動した駆動フィンガを備え、その駆動フィンガでワークを挟み込むことが可能となっている。

ここで、上記ロボットハンドの構成では、ワーク搬送中にモータが停止すると、駆動フィンガへ動力が供給されなくなり、ワークを把持しておくことができなくなるため、駆動フィンガに把持されていたワークが落下してしまうことがある。そこで、動力源からの動力供給が失われた際に、駆動フィンガで把持しているワークの落下を防止する様々な機構が提案されている。

このようなワーク落下を防止する技術として、例えば特許文献１には、ワークを把持する駆動フィンガの先端に回動可能な把持カムを備え、把持カムでワークを把持している状態で、ワークの自重により把持カムにワークへ近接する方向への回動力が加えられることによって、把持カムによるワークに対する押圧力が増加する、ロボットハンドが開示されている。

また、特許文献２には、ロックピンをリンクに固定するとともに、カムを上下運動させるロックシリンダと、カムの上下運動をスライド可能にガイドするガイド部と、カムのクサビ部でロックピンが摺動しながら上下動するカムを流体圧平行ハンドに設け、ロックピンとガイドの接触点がロックシリンダの推力でカムに当接してカムが傾き、リンクをロックする事でワークの落下防止を行う事を特徴とするロック機構付き平行ハンドの技術が開示されている。

特開２０１１−１７３２０１号特開第２００８−２７２８６７号

しかしながら、特許文献１のロボットハンドでは、ワークの自重により把持力を発生させているため、質量が小さい等のワークの質量によっては、必要な把持力を発生させることができない可能性があるという問題がある。

また、特許文献２の平行ハンドでは、流体圧によるロック解除機構を取り付けているため、流体圧によるロボットハンドにしか適応できないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワークを把持するための動力が遮断された場合であっても、把持の仕組みに関わらず、必要な把持力を発生させるワーク落下防止機構を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係るワーク落下防止機構は、
互いに対向する位置に配置され、ワークを挟み込んで把持する把持部材と、
前記把持部材が互いに対向する面に配置され、前記ワークと接触する把持部と、
前記把持部材と前記把持部との間に配置され、変位によって力を発生する弾性体と、
前記把持部の前記ワークと接触する面に取り付けられ、空気口が形成された吸着パッドと、を備え、
前記ワークを把持する時には前記弾性体により前記空気口を塞ぎ、前記ワークの開放時には前記吸着パッド内の真空を破壊する。

また、本発明に係るワーク把持装置は、
互いに対向する位置に配置され、ワークを挟み込んで把持する把持部材と、
前記把持部材が互いに対向する面に配置され、前記ワークと接触する把持部と、
前記把持部材と前記把持部との間に配置され、変位によって力を発生する弾性体と、
前記把持部の前記ワークと接触する面に取り付けられ、空気口が形成された吸着パッドと、を有し、
前記ワークを把持する時には前記弾性体により前記空気口を塞ぎ、前記ワークの開放時には前記吸着パッド内の真空を破壊する、ワーク落下防止機構と、
前記ワーク落下防止機構を保持するグリッパと、
を備えている。

本発明に係るワーク落下防止機構によれば、ワークを把持するための動力が遮断された場合であっても、把持の仕組みに関わらず、必要な把持力を発生させることができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本発明の第１実施形態に係るワーク把持装置の構成例を示す模式図である。本発明の第１実施形態に係るワーク把持装置によるワークを把持する状態を示す模式図である。本発明の第１実施形態に係るワーク把持装置によるワークを搬送する状態を示す模式図である。本発明の第１実施形態に係るワーク把持装置によるワークを搬送する動作を説明するフローチャートである。本発明の第２実施形態に係るワーク把持装置の構成例を示す模式図である。本発明の第２実施形態に係るワーク把持装置によるワークを把持する状態を示す模式図である。本発明の第３実施形態に係るワーク把持装置の把持部の構成例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。また、以下の各実施形態の構成は、いずれも他の実施形態の構成と組み合わせることが可能である。

＜第１実施形態＞
まず、図１を用いて、ロボット本体に適用された本発明の第１実施形態に係るワーク把持装置について説明する。図１は、本実施形態に係るワーク把持装置の構成例を示す模式図である。

図１に示すように、ロボット本体１０は、一例として、ロボットアーム１１と、ロボットアーム１１の先端に接続部であるフランジ１２によって接続されたワーク把持装置であるロボットハンド（グリッパ）Ｇ１と、を備えている。

ロボットハンドＧ１は、フランジ１２に接続され、動力部が配置されているグリッパ本体部１３と、グリッパ本体部１３の先端に取り付けられたワーク落下防止機構Ｍ１と、を備えている。ロボットハンドＧ１は、ワークの把持動作を実現する少なくとも１自由度以上の動力を持ち、動力が遮断された際に、ワークを把持する把持部材の位置を一致に保つブレーキ機構を有している。なお、グリッパ本体部１３は、電動グリッパや空気圧グリッパ等を用いることができる。

本実施形態のワーク落下防止機構Ｍ１は、駆動フィンガ（マスタージョウ）等の一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒと、一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒが互いに対向する面にそれぞれ取り付けられたゴムを用いた弾性体１５Ｌおよび１５Ｒと、弾性体１５Ｌおよび１５Ｒにそれぞれ取り付けられ、ワークＷ１に直接接触するロボットの爪等の把持部１６Ｌおよび１６Ｒと、を備えている。さらに、ワーク落下防止機構Ｍ１は、把持部１６Ｌおよび１６Ｒの対向する側面にそれぞれ取り付けられる吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒを備えている。

一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒは、互いの対向面が水平方向に接近または遠隔にするように可動可能にグリッパ本体部１３に取り付けられ、互いに接近することでワークＷ１を把持し、遠隔にすることで把持したワークＷ１を開放することができる。

弾性体１５Ｌおよび１５Ｒには、それぞれ把持部１６Ｌおよび１６Ｒと接触する部分に空洞１８Ｌおよび１８Ｒが形成されている。空洞１８Ｌおよび１８Ｒの開口部を把持部１６Ｌおよび１６Ｒで塞ぐことにより、空洞１８Ｌおよび１８Ｒの中を真空に保つことができる。弾性体１５Ｌおよび１５Ｒは、ワークＷ１の把持状態時に吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒの真空破壊のための流路を押さえ込み、ワークＷ１の開放時に吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒの真空破壊を行うことができる。

吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒは、それぞれ把持部１６Ｌおよび１６Ｒの側面に埋め込まれ、内部が貫通している。吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒは、それぞれ空気の出入り口である空気口１９Ｌおよび１９Ｒを有し、空気口１９Ｌおよび１９Ｒにより空洞１８Ｌおよび１８Ｒとつながっている。吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒは、外気と空洞１８Ｌおよび１８Ｒとを連通させ、空洞１８Ｌおよび１８Ｒ内に空気を送り込んだり、真空にしたり、することができる。

次に、図２を用いて、ロボットハンドＧ１によるワークＷ１を把持する状態の一例について説明する。図２は、ロボットハンドＧ１によるワークＷ１を把持する状態を示す模式図である。

図２に示すように、ロボットハンドＧ１でワークＷ１を把持する時、一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒの対向する側面の間に配置されたワークＷ１の対向する側面に一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒの把持部１６Ｌおよび１６Ｒを近づけ、把持部１６Ｌおよび１６Ｒに取り付けられた吸着パッド１７Ｌおよび１７ＲをワークＷ１の対向する側面に接触させる。

さらにワークＷ１の両側面から吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒを押し付けると、把持部１６Ｌおよび１６Ｒに力が加わり、さらに把持部１６Ｌおよび１６Ｒに接している弾性体１５Ｌおよび１５Ｒが変形して、空洞１８Ｌおよび１８Ｒも押しつぶされる。すると、空洞１８Ｌおよび１８Ｒの壁面が空気口１９Ｌおよび１９Ｒに近づき、壁面と空気口１９Ｌおよび１９Ｒが完全に弾性体１５Ｌおよび１５Ｒに接触すると、空気口１９Ｌおよび１９Ｒが塞がれるので、外部から空洞１８Ｌおよび１８Ｒへ空気が入らないようになる。これにより、吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒ内の圧力が下がり、吸着パッド１７Ｌおよび１７ＲでワークＷ１を真空吸着できる。

次に、図３を用いて、ロボットハンドＧ１によるワークＷ１を搬送する状態の一例について説明する。図３は、ロボットハンドＧ１によるワークＷ１を搬送する状態を示す模式図である。

図３に示すように、ロボットハンドＧ１の吸着パッド１７Ｌおよび１７ＲでワークＷ１を真空吸着して持ち上げた後、ロボットハンドＧ１への動力が切断された場合、一対の把持部材１４Ｌおよび１４ＲからワークＷ１の対向する側面へワークＷ１を挟み込む力が加わらなくなる。すると、ワークＷ１の重力により、ワークＷ１が下方へ落下する可能性が出てくる。

しかしながら、ワークＷ１の対向する側面は、吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒにより、真空吸着しているため、吸着パッド１７Ｌおよび１７ＲからワークＷ１に向かって吸着力が働く。したがって、ワークＷ１には両側面から挟み込む力が加わるため、ワークＷ１が下方へ落下することを防止することができる。

次に、図１から図４を用いて、ロボットハンドＧ１によるワークＷ１を搬送する動作の流れの一例について説明する。図４は、ロボットハンドＧ１によるワークＷ１を搬送する動作を説明するフローチャートである。まず、ロボット本体１０のロボットアーム１１を可動して、グリッパ本体部１３をワークＷ１付近に移動させてから以下のステップを開始する。

図１および図４に示すように、Ｓ１０１において、ロボットハンドＧ１は、一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒの互いの距離がワークＷ１の把持する方向の幅よりも離間するように、一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒを水平方向に開く。

Ｓ１０２において、ロボットハンドＧ１は、一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒを水平方向に広げた後、一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒの間にワークＷ１が配置されるように、グリッパ本体部１３を移動させる。

図２および図４に示すように、Ｓ１０３において、ロボットハンドＧ１は、グリッパ本体部１３を移動させた後、一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒを閉じて接近させ、把持部１６Ｌおよび１６Ｒの吸着パッド１７Ｌおよび１７ＲをワークＷ１の対向する側面に吸着させる。

図３および図４に示すように、Ｓ１０４において、ロボットハンドＧ１は、吸着パッド１７Ｌおよび１７ＲをワークＷ１に吸着させた後、ワークＷ１を把持して持ち上げる。

Ｓ１０５において、ロボットハンドＧ１は、ワークＷ１を持ち上げた後、ワークＷ１を所定の搬送先まで搬送する。

図１および図４に示すように、Ｓ１０６において、ロボットハンドＧ１は、ワークＷ１を所定の搬送先まで搬送した後、一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒを水平方向に開く。すると、押しつぶされていた弾性体１５Ｌおよび１５Ｒを押し付ける力が低下し、空気口１９Ｌおよび１９Ｒから空気が入るため、吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒが真空破壊され、ロボットハンドＧ１は容易にワークＷ１を開放することができる。

本実施形態に係るロボットハンドＧ１によれば、追加動力なしで、把持している間のみ吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒ内の圧力を低下させて、吸着状態を保ちつつ、把持を解除した時点で速やかに真空破壊を行い、ワークＷ１を開放することができる。また、停電などで動力が遮断されてしまった場合も、弾性体１５Ｌおよび１５Ｒの弾性による挟み込み方向の把持力と、吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒによる真空吸着が維持できるため、ワークＷ１を落下させることがない。したがって、ワーク落下防止機構Ｍ１によれば、ワークＷ１を把持するための動力が遮断された場合であっても、把持の仕組みに関わらず、必要な把持力を発生させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、図５を用いて、ロボット本体に適用された本発明の第２実施形態に係るワーク把持装置について説明する。図５は、本実施形態に係るワーク把持装置の構成例を示す模式図である。本実施形態に係るワーク把持装置は、主に、弾性体としてばねおよびゴムを用いている点で、第１実施形態に係るワーク把持装置と相違する。

図５に示すように、ロボット本体２０は、一例として、ロボットアーム１１と、ロボットアーム１１の先端に接続部であるフランジ１２によって接続されたワーク把持装置であるロボットハンド（グリッパ）Ｇ２と、を備えている。

ロボットハンドＧ２は、フランジ１２に接続され、動力部が配置されているグリッパ本体部１３と、グリッパ本体部１３の先端に取り付けられたワーク落下防止機構Ｍ２と、を備えている。ロボットハンドＧ２は、ワークの把持動作を実現する少なくとも１自由度以上の動力を持ち、動力が遮断された際に、ワークを把持する把持部材の位置を一致に保つブレーキ機構を有している。なお、グリッパ本体部１３は、電動グリッパや空気圧グリッパ等を用いることができる。

本実施形態のワーク落下防止機構Ｍ２は、駆動フィンガ（マスタージョウ）等の一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒと、一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒが互いに対向する面にそれぞれ取り付けられたばね２１Ｌおよび２１Ｒとゴム２５Ｌおよび２５Ｒと、ばね２１Ｌおよび２１Ｒにそれぞれ取り付けられ、ワークＷ１に直接接触するロボットの爪等の把持部１６Ｌおよび１６Ｒと、を備えている。さらに、ワーク落下防止機構Ｍ２は、把持部１６Ｌおよび１６Ｒの対向する側面にそれぞれ取り付けられる吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒを備えている。

ばね２１Ｌおよび２１Ｒが配置された位置には、それぞれ把持部１６Ｌおよび１６Ｒと接触する部分に空洞１８Ｌおよび１８Ｒが形成されている。空洞１８Ｌおよび１８Ｒの開口部を把持部１６Ｌおよび１６Ｒで塞ぐことにより、空洞１８Ｌおよび１８Ｒの中を真空に保つことができる。ゴム２５Ｌおよび２５Ｒは、ワークＷ１の把持状態時に吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒの真空破壊のための流路を押さえ込み、ワークＷ１の開放時に吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒの真空破壊を行うことができる。

さらに、ワーク落下防止機構Ｍ２は、空洞１８Ｌおよび１８Ｒを囲むガイド２３Ｌ、２３Ｒを備えており、ガイド２３Ｌ、２３Ｒの一部には、空気口２７Ｌおよび２７Ｒが形成されている。これにより、ワーク落下防止機構Ｍ２では、ワークＷ１を把持した状態でも、ワーク把持部１６Ｌおよび１６Ｒが重力方向にたわむことがないため、第１実施形態のワーク落下防止機構Ｍ２と比べてワークの位置精度を高めることができる。

次に、図６を用いて、ロボットハンドＧ２によるワークＷ１を把持する状態の一例について説明する。図６は、ロボットハンドＧ２によるワークＷ１を把持する状態を示す模式図である。

図６に示すように、ロボットハンドＧ２でワークＷ１を把持する時、一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒの対向する側面の間に配置されたワークＷ１の対向する側面に一対の把持部材１４Ｌおよび１４Ｒの把持部１６Ｌおよび１６Ｒを近づけ、把持部１６Ｌおよび１６Ｒに取り付けられた吸着パッド１７Ｌおよび１７ＲをワークＷ１の対向する側面に接触させる。

さらにワークＷ１の両側面から吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒを押し付けると、把持部１６Ｌおよび１６Ｒに力が加わり、さらに把持部１６Ｌおよび１６Ｒに接しているばね２１Ｌおよび２１Ｒが変形して、空洞１８Ｌおよび１８Ｒも押しつぶされる。すると、空洞１８Ｌおよび１８Ｒの壁面が空気口１９Ｌおよび１９Ｒに近づき、壁面と空気口１９Ｌおよび１９Ｒが完全にゴム２５Ｌおよび２５Ｒに接触すると、空気口１９Ｌおよび１９Ｒが塞がれるので、外部から空洞１８Ｌおよび１８Ｒへ空気が入らないようになる。これにより、吸着パッド１７Ｌおよび１７Ｒ内の圧力が下がり、吸着パッド１７Ｌおよび１７ＲでワークＷ１を真空吸着できる。

本実施形態に係るロボットハンドＧ２によれば、第１実施形態に係るロボットハンドＧ１と同様の効果を有することができる。さらに、ロボットハンドＧ２によれば、把持部１６Ｌおよび１６Ｒの位置を復元する弾性体としてばねを使用しているため、ばねを変更するだけで復元力を調整でき、ワークＷ１の材質、重量が変わっても、容易に復元力の調整ができる。

＜第３実施形態＞
次に、図７を用いて、ロボット本体に適用された本発明の第３実施形態に係るワーク把持装置について説明する。図７は、本実施形態に係るワーク把持装置の把持部の構成例を示す模式図である。本実施形態に係るワーク把持装置は、把持部が３つある点で、第１および第２実施形態に係るワーク把持装置と相違する。本実施形態に係るワーク把持装置のその他の構成は、第１および第２実施形態に係るワーク把持装置と同様である。

図７に示すように、本実施形態に係るロボットハンド（グリッパ）Ｇ３は、グリッパ本体部３３を備えている。

グリッパ本体部３３の先端には、一例として、等間隔に配置された、駆動フィンガ（マスタージョウ）等の３つの把持部材３４Ａ、３４Ｂおよび３４Ｃと、３つの把持部材３４Ａ、３４Ｂおよび３４Ｃが互いに対向する面にそれぞれ取り付けられた弾性体３５Ａ、３５Ｂおよび３５Ｃと、弾性体３５Ａ、３５Ｂおよび３５Ｃにそれぞれ取り付けられ、円筒形状のワークＷ２に直接接触するロボットの爪等の把持部３６Ａ、３６Ｂおよび３６Ｃと、を備えている。さらに、グリッパ本体部３３の先端には、把持部３６Ａ、３６Ｂおよび３６Ｃの対向する側面にそれぞれ取り付けられる吸着パッド３７Ａ、３７Ｂおよび３７Ｃが備えられている。

本実施形態に係るロボットハンドＧ３によれば、第１および第２実施形態に係るロボットハンドＧ１およびＧ２と同様の効果を有することができる。さらに、ロボットハンドＧ３は、３つの把持部３６Ａ、３６Ｂおよび３６Ｃを備えているため、円筒形状の部品等のワークＷ２を把持するのに適している。

なお、４つ以上に把持部の数を増やした多指ハンドにすることもできる。この場合は、複雑な形状のワークに対応することができ、ワークを掴んだ際に駆動フィンガの駆動方向に力が加わる構成であれば、本実施形態と同様の効果を有することができる。

本発明は、産業用ロボットアームに接続される把持装置でワークを把持する作業全般に用いられるものであり、産業上の利用可能性を有している。

１０、２０ロボット本体
１１ロボットアーム
１２フランジ
１３、３３グリッパ本体部
１４Ｌ、１４Ｒ、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ把持部材（駆動フィンガ）
１５Ｌ、１５Ｒ、３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ弾性体
１６Ｌ、１６Ｒ、３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ把持部（爪）
１７Ｌ、１７Ｒ、３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ吸着パッド
１８Ｌ、１８Ｒ空洞
１９Ｌ、１９Ｒ、２７Ｌ、２７Ｒ空気口
２１Ｌ、２１Ｒばね
２３Ｌ、２３Ｒガイド
２５Ｌ、２５Ｒゴム
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３ロボットハンド（ワーク把持装置）
Ｍ１、Ｍ２ワーク落下防止機構
Ｗ１、Ｗ２ワーク

Claims

互いに対向する位置に配置され、ワークを挟み込んで把持する把持部材と、
前記把持部材が互いに対向する面に配置され、前記ワークと接触する把持部と、
前記把持部材と前記把持部との間に配置され、変位によって力を発生する弾性体と、
前記把持部の前記ワークと接触する面に取り付けられ、空気口が形成された吸着パッドと、を備え、
前記ワークを把持する時には前記弾性体により前記空気口を塞ぎ、前記ワークの開放時には前記吸着パッド内の真空を破壊する、ワーク落下防止機構。
互いに対向する位置に配置され、ワークを挟み込んで把持する把持部材と、
前記把持部材が互いに対向する面に配置され、前記ワークと接触する把持部と、
前記把持部材と前記把持部との間に配置され、変位によって力を発生する弾性体と、
前記把持部の前記ワークと接触する面に取り付けられ、空気口が形成された吸着パッドと、を有し、
前記ワークを把持する時には前記弾性体により前記空気口を塞ぎ、前記ワークの開放時には前記吸着パッド内の真空を破壊する、ワーク落下防止機構と、
前記ワーク落下防止機構を保持するグリッパと、
を備えた、ワーク把持装置。