JP2021154464A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】軽弱ワークから重強ワークまで、特別な設定の切換えなしに確実に把持搬送し得るロボットハンドを提供する。【解決手段】ワーク把持空間Ｓの周囲に配置されてワーク把持空間Ｓに対して接近離間運動する少なくとも２つのワーク把持具２，３を備え、各ワーク把持具２，３は、接近離間運動制御される平行揺動アーム５とこの平行揺動アーム５に取り付けられたワーク把持部材８とから構成されているロボットハンドにおいて、平行揺動アーム５側に、下側ほどワーク把持空間Ｓに接近するように傾斜した傾斜昇降経路（スライドレール２２）が設けられ、ワーク把持部材８は、傾斜昇降経路に沿って昇降自在に支持され、このワーク把持部材８を上向きに付勢して、傾斜昇降経路の下端より上方に設定された定常位置に保持する付勢手段（引張コイルスプリング３０）が併設され、ワーク把持部材８のワークに圧接する表面も傾斜昇降経路と同じ向きに傾斜した構成。【選択図】図１

Description

本発明は、開閉運動する複数のワーク把持具によってワークを把持するロボットハンドに関するものである。

この種のロボットハンドとしては、ワーク把持空間の周囲に配置されて当該ワーク把持空間に対して接近離間運動する少なくとも２つのワーク把持具を備え、各ワーク把持具は、接近離間運動制御される平行揺動アームとこの平行揺動アームの内側に取り付けられたワーク把持部材とから構成されている構造のものが一般的に知られている。参考までに引用した特許文献１に記載のものは、前記ワーク把持部材として、ワーク表面に対する吸着作用のある特殊構造のものが使用されているが、一般的には、金属製のワーク把持部材か又はそのワーク接触面に弾性材を装着したものが一般的である。

特開2019-025643号公報

上記のような従来周知のロボットハンドでは、把持したワークに対する持ち上げ力は、ワーク把持部材表面とワーク表面との間の摩擦力も大きく関連するが、基本的にはワーク把持部材がワークを挟み付けた後のワークに対する押圧力によって決まるので、例えば空ペットボトルのように軽量で且つワークの外殻の強度が弱いような軽弱ワークの場合は、ワークに対する押圧力を小さくしなければ当該ワークをワーク把持部材によって押し潰してしまう恐れが生じ、このような問題を回避するためにワークに対する押圧力を小さくした場合、例えば収容液が満杯の実ペットボトルのように重量が大きく且つワークの外殻の強度が十分な重強ワークの場合に、ワーク把持部材で当該重強ワークを把持して吊り上げるときに当該重強ワークが滑り落ちてしまうことになる。従って、取り扱うワークが上記のように軽弱ワークから重強ワークまで多種多様になる場合は、取り扱うワークが軽弱ワークであるか重強ワークであるかに応じて、ワーク把持部材がワークを把持するときのワークに対する押圧力を変えなければならず、現実的ではなかった。

本発明は、上記のような従来の問題点を解消することのできるロボットハンドを提案するものであって、第一の本発明に係るロボットハンドは、後述する実施例との関係を理解し易くするために、当該実施例の説明において使用した参照符号を括弧付きで付して示すと、ワーク把持空間(S)の周囲に配置されて当該ワーク把持空間(S)に対して接近離間運動する少なくとも２つのワーク把持具(2,3)を備え、各ワーク把持具(2,3)は、接近離間運動制御される平行揺動アーム(7)とこの平行揺動アーム(7)に取り付けられたワーク把持部材(8)とから構成されているロボットハンドにおいて、前記平行揺動アーム(7)側に、下側ほどワーク把持空間(S)に接近するように傾斜した傾斜昇降経路（スライドレール(22)）が設けられ、前記ワーク把持部材(8)は、前記傾斜昇降経路に沿って昇降自在に支持され、このワーク把持部材(8)を上向きに付勢して、傾斜昇降経路の下端より上方に設定された定常位置に保持する付勢手段（引張コイルスプリング(30)）が併設され、前記ワーク把持部材(8)のワークに圧接する表面も前記傾斜昇降経路と同じ向きに傾斜した構成になっている。

上記本発明の構成によれば、傾斜昇降経路上の定常位置に保持されているワーク把持具がワーク把持空間内に存在するワークに接近移動して、複数のワーク把持具のワーク把持部材でワークを把持し終わったならば、ロボットハンドが上昇して把持しているワークを吊り上げ、目的の場所に搬送することになるが、把持しているワークが吊り上げられるとき、取り扱うワークが軽弱ワークであって、ワーク把持部材と当該軽弱ワークとの間の摩擦力に抗して当該軽弱ワークがワーク把持部材から相対的に滑り落ちる状況ではない場合、当該軽弱ワークは、前記定常位置にあるワーク把持部材によって把持された状態で搬送される。

取り扱うワークが重強ワークである場合は、当該重強ワークを把持し終わった後にロボットハンドを上昇させて当該重強ワークを吊り上げようとしたとき、当該重強ワークがワーク把持部材との間の摩擦力に打ち勝って重力でワーク把持部材に対し相対的に滑り落ちようとする。各ワーク把持部材は前記傾斜昇降径路に支持されていて、そのワークに圧接する表面も前記傾斜昇降径路と同じ向きに傾斜しているので、滑り落ちようとする重強ワークとワーク把持部材とが一体になって、前記傾斜昇降径路に沿って前記付勢手段の付勢力に抗して降下することになる。この結果、重強ワークを把持している各ワーク把持部材がワーク把持空間内に向かって平行移動することになるので、結果的に各ワーク把持部材が重強ワークを締め付けることになり、重強ワークに対するワーク把持部材の押圧力が増大し、重強ワークがワーク把持部材に対して降下するのが抑止される。従って、この後のロボットハンドのワーク搬送運動により、重強ワークを不測に滑り落とすことなく安全確実に搬送することが出来る。

本発明を実施する場合、以上のような結果が得られるように、前記傾斜昇降径路及びワーク把持部材枠圧接面の傾斜角度、前記定常位置から傾斜昇降径路の下端迄の長さ、ワーク把持具のワーク把持動作を自動停止させるタイミングなどを決定しなければならない。ワーク把持動作を自動停止させるタイミングは、ワーク側に接近移動するワーク把持部材がワークを押圧し始めた時点から漸増する反力（平行揺動アーム側が受ける反力）の大きさが設定圧になったときであって、取り扱うワークの各種性状に応じて設定される。

上記本発明を実施する場合、具体的には、前記ワーク把持部材は、上下高さ方向に長い棒状弾性部材と、この棒状弾性部材のワーク把持空間に面する側を露出させて当該棒状弾性部材を保持する保持部材とから構成し、前記傾斜昇降経路は、前記平行揺動アーム側に取り付けられた支持部材と前記保持部材の背面との間に介在させたスライドレールによって構成することが出来る。この構成によれば、前記傾斜昇降経路を簡単に構成することが出来ると共に、前記棒状弾性部材を直接スライドレールに取り付けるよりも、スライドレールに対するワーク把持部材の取り付けが簡単容易に行える。しかも消耗品となる棒状弾性部材の交換や、取り扱うワークに対応して性状の異なる棒状弾性部材に交換する作業も簡単容易に行える。尚、棒状弾性部材としては、無垢や中空状のものなどの他、内部から排気することによりワーク表面に密着硬化するジャミング効果を備えたものなども利用出来る。

前記付勢手段は、前記ワーク把持部材の上端部と、これより上方で前記平行揺動アーム側に設けられたバネ係止部材との間に張設された引張コイルバネで構成することにより、容易に実施することが出来る。

前記付勢手段によって保持される前記ワーク把持部材の定常位置は、前記ワーク把持部材の傾斜昇降経路の上端と一致させることも出来るが、当該傾斜昇降経路の中間高さに設定し、定常位置に保持されているワーク把持部材が上向きの外力を受けたときに前記ワーク把持部材が前記定常位置を超えて上昇移動出来るように構成することが出来る。この構成によれば、ワーク収納空間の底面上に載置されている極小のワークを把持させるような場合、ロボットハンドの降下停止位置精度が悪くてワーク把持部材の下端がワーク収納空間の底面上に突き当たるような状況になっても、ワーク把持部材が平行揺動アーム側に対して相対的に上方に逃げることが出来るので、ワーク把持部材に過大な軸方向圧縮応力が作用して損傷するような事態を回避出来る。

上記の構成を採用する場合、前記引張コイルバネは、前記ワーク把持部材が前記定常位置を超えて上昇移動したときにくの字形に座屈屈曲するように張設し、前記ワーク把持部材の下端が受ける上向きの外力が無くなったとき、座屈屈曲した前記引張コイルバネが元の直線状に復帰するときの弾性力で、前記ワーク把持部材の前記定常位置までの下降を補助するように構成することが出来る。この構成によれば、前記引張コイルバネに、ワーク把持部材を前記定常位置まで上昇させる引き上げ作用と、前記定常位置より上昇したワーク把持部材を当該定常位置まで下降させる押し下げ作用とを共存させることが出来、それぞれの作用を担当する２種類のバネを使用する必要がなくなる。

前記付勢手段を引張コイルバネで構成する場合、その引張コイルバネは、前記バネ係止部材を横断貫通する貫通孔に貫通させると共に、この貫通孔の両端から延出している当該引張コイルバネの両端領域を下向きに折曲して門形に形成し、この門形の引張コイルバネの両下端を前記ワーク把持部材の上端部の両側に係止させることが出来る。この構成によれば、１本の引張コイルバネを使用しながら、２本の引張コイルバネを使用してワーク把持部材の上端部の両側を引き上げる構成と同じように、ワーク把持部材をバランス良く上向きに付勢することが出来る。又、２本の引張コイルバネを使用する場合と比較して、前記バネ係止部材に対する引張コイルバネの係止のために特別な金具が必要なくなり、引張コイルバネの取付け作業も容易になる。

図１は、最大位置まで開いたロボットハンド全体の一部縦断正面図である。 図２は、閉動限状態にあるロボットハンド全体の一部縦断正面図である。 図３は、閉動限状態にあるロボットハンドにおける片側の把持具を示す一部縦断側面図である。 図４は、片側の把持具の分解縦断正面図である。 図５は、図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図６は、図１のＢ−Ｂ線拡大断面図である。 図７は、把持具下端の補助把持部を示す縦断正面図である。 図８は、図７のＣ−Ｃ線断面図である。 図９は、補助把持部を構成する部品の斜視図である。 図１０は、ロボットハンドが軽弱ワークとしての空ペットボトルを把持した状態のワーク把持具を示す一部縦断正面図である。 図１１は、ロボットハンドが重強ワークとしての収容液が満杯の実ペットボトルを把持するときの第一段階におけるワーク把持具を示す一部縦断正面図である。 図１２は、同上第二段階におけるワーク把持具を示す一部縦断正面図である。 図１３は、小径キャップを備えたボトルを把持するときの第一段階におけるワーク把持具を示す一部縦断正面図である。 図１４は、同上第二段階におけるワーク把持具を示す一部縦断正面図である。 図１５Ａは、同上第三段階におけるワーク把持具を示す一部縦断正面図、図１５Ｂは、その要部の拡大図である。 図１６は、ロボットハンドが極小ワークを把持するときの第一段階におけるワーク把持具を示す一部縦断正面図である。 図１７は、同上第二段階におけるワーク把持具を示す一部縦断正面図である。 図１８は、ロボットハンドが椀状ワークを把持するときの第一段階におけるワーク把持具を示す一部縦断正面図である。 図１９は、同上第二段階におけるワーク把持具を示す一部縦断正面図である。

以下、本発明の実施例を添付図に基づいて説明すると、図１〜図３において、１はハンド基部であって、例えば二次元水平面上の互いに直交するＸ方向とＹ方向とに移動制御される移動体に垂直Ｚ方向に昇降制御される昇降体が設けられたロボットハンド駆動機構における前記昇降体の下端に取り付けられる。この場合、昇降体の垂直軸心の周りにハンド基部１を回転制御可能に支持する構成や、昇降体の下端にハンド基部１を水平支軸の周りに一定角度範囲内で上下方向に回転制御可能に支持する構成なども必要に応じて組み込まれる。更に、多関節ロボットの三次元方向に任意に移動制御させることが出来る先端アームにハンド基部１を支持させて使用することも可能である。

ハンド基部１は、前後一対の側板部１ａ，１ｂと天板部１ｃから構成された門形断面のものであって、前記昇降体の下端に取り付けられ、一対のワーク把持具２，３を備えている。両ワーク把持具２，３は、ハンド基部１の真下のワーク把持空間Ｓの両側に互いに対称に配置された同一構造のものであって、それぞれ内端がハンド基部１に上下揺動可能に軸支された平行リンク機構４と、この平行リンク機構４の外端に左右方向揺動可能に支持された平行揺動アーム５、及び平行揺動アーム５の内側に取り付けられたワーク把持部材８から構成されている。平行リンク機構４は、従来周知のものであって、平行揺動アーム５を略垂直姿勢で平行開閉運動させるものであり、一端がハンド基部１の両側板部１ａ，１ｂ間に駆動軸９によって軸支されると共に、他端が平行揺動アーム５の両側板部７ａ，７ｂ間に支軸１０により軸支された内側リンク１１と、一端がハンド基部１の両側板部１ａ，１ｂ間に支軸１２によって軸支されると共に、他端が平行揺動アーム５の両側板部５ａ，５ｂ間に支軸１３により軸支された外側リンク１４から構成され、内側リンク１１と外側リンク１４とは、常に互いに平行姿勢を保って上下に揺動するように構成されている。

平行リンク機構４の内外両リンク１１，１４の内、駆動軸９によってハンド基部１に軸支されている内側リンク１１は、ハンド基部１の両側板部１ａ，１ｂ間において駆動軸９に取り付けられた被動ギヤ１５と一体に構成されており、この被動ギヤ１５の回転によって上下方向一定範囲内で揺動するものである。ワーク把持具２側の被動ギヤ１５とワーク把持具３側の被動ギヤ１５とは、ハンド基部１の両側板部１ａ，１ｂ間に軸支されて互いに咬合する駆動ギヤ１６と駆動ギヤ１７とに咬合して、互いに逆方向に連動回転するように構成され、片側の駆動ギヤ１６は、ハンド基部１の外側に取り付けられたギヤボックス１８から突出する出力軸１８ａに固定され、この出力軸１８ａは、ギヤボックス１８に支持されているモーター１９によって正逆回転駆動可能である。各ワーク把持具２，３と一体の被動ギヤ１５は互いに同一直径（同一歯数）のものであり、一対の駆動ギヤ１６，１７も互いに同一直径（同一歯数）のものである。

以上の構成において、モーター１９を稼働させて一対の駆動ギヤ１６，１７を回転駆動させると、両ワーク把持具２，３の平行リンク機構４の被動ギヤ１５が互いに逆方向に回転駆動される。この被動ギヤ１５の回転は、各ワーク把持具２，３の平行リンク機構４における内側リンク１１の互いに反対方向の揺動となり、この結果、各ワーク把持具２，３の平行リンク機構４が、ワーク把持部材８を一定姿勢のまま、ワーク把持空間Ｓに対する接近方向に又は離間方向に移動させることになる。

図１に示すように、ワーク把持具２，３は、それぞれの平行リンク機構４の内外両リンク１１，１４がハンド基部１に対して外向きに９０度回動して水平姿勢になったとき、平行揺動アーム５は平行リンク機構４に対して内向きに９０度回動して、平行リンク機構４から直角下向きに垂下して、待機姿勢となる。係る状態からモーター１９を稼働させて、駆動ギヤ１６，１７及び各平行リンク機構４の被動ギヤ１５を介してワーク把持具２，３の平行リンク機構４を下向きに平行揺動させることにより、各ワーク把持具２，３のワーク把持部材８が互いに左右対称形の姿勢を保った状態で互いに接近移動することになる。この過程でワーク把持具２，３の両ワーク把持部材８が、ワーク把持空間Ｓ内に位置する１つのワークＷ１を挟み付けて把持した状態を、図１０に示している。このとき、両ワーク把持部材８間に把持する対象のワークが存在しないときは、図２に示すように、平行リンク機構４がハンド基部１に対して真下に垂下する姿勢より更に内側へ回動し、両ワーク把持部材８が互いに圧接し合う閉動限状態となる。

上記のようにワーク把持具２，３の平行揺動アーム５を互いに左右対称形を保って接近移動させた状態から、図１に示す待機姿勢に復帰させるときは、モーター１９により駆動ギヤ１６，１７を逆回転させ、ワーク把持具２，３の平行揺動アーム５が備える被動ギヤ１５を逆回転させる。この結果、ワーク把持具２，３の平行リンク機構４で支持されているワーク把持部材８が、ワーク把持空間Ｓから離れる外側上方へ平行揺動運動することになる。

平行揺動アーム５は、前後一対の側板部７ａ，７ｂと背板部７ｃから構成された横断面コの字形のものであって、中間高さで前後両側板部７ａ，７ｂ間には、水平向きで内端部が前後両側板部７ａ，７ｂ間から突出するバネ係止部材６が取り付けられている。この平行揺動アーム５の内側には、図１〜図９に示すように、第一支持部材２０、第二支持部材２１、及びスライドレール２２が設けられている。第一支持部材２０は、平行揺動アーム５と同じ向きの横断面コの字形のものであって、上端が平行揺動アーム５の背板部７ｃとバネ係止部材６との間の入隅部に嵌合する状態で、当該上端が第二支軸６と平行な支軸２３によって平行揺動アーム５の前後両側板部７ａ，７ｂ間に揺動自在に軸支されると共に、その全長の半分以上の下端側領域は、平行揺動アーム５の下端より下方に延出している。

平行揺動アーム５の背板部７ｃの下端部には、当該背板部７ｃの内側に突出するように受け座２４が取り付けられ、この受け座２４に、感圧センサーが内装された弾性材２５が取り付けられている。第一支持部材２０は、平行揺動アーム５側の感圧センサー内装の弾性材２５によって受け止められることにより、下端が内側に入り込む一定角度の傾斜姿勢に保持されている。第二支持部材２１は、第一支持部材２０と同じ向きの横断面コの字形のものであって、横断面コの字形の第一支持部材２０内に嵌合した状態で、下端が第一支持部材２０の下端に、支軸２３と平行な支軸２６の周りに揺動自在に軸支され、支軸２６より下側の第二支持部材２１の下端背面２１ａが第一支持部材２０の底板部２０ａに当接することにより、第一支持部材２０から内側へ張り出す方向への揺動が阻止された起立姿勢となるように構成されている。この起立姿勢にある第二支持部材２１の背面と第一支持部材２０の底板部２０ａとの間には、起立姿勢にある第二支持部材２１が第一支持部材２０の底板部２０ａ側へ一定角度だけ揺動するのを許すための三角形状の空間が確保されている。

ワーク把持部材８は、上下高さ方向に長い円柱状の棒状弾性部材２７と、この棒状弾性部材２７のワーク把持空間Ｓに面する側を露出させて当該棒状弾性部材２７を保持する保持部材２８とから構成されている。保持部材２８は、所要長さの円筒体の一端から所定距離離れた位置から他端迄の領域を、囲壁の１８０度を超える部分を切欠して樋状部分２８ａに形成すると共に、円筒状上端部２８ｂの開口部をキャップ部材２８ｃによって閉じて構成している。このワーク把持部材８における保持部材２８の下端には、極小ワーク把持用の補助把持部２９が設けられている。棒状弾性部材２７は、保持部材２８内に丁度嵌合し得る外径の弾性円柱体の両端を丸めて構成したもので、この棒状弾性部材２７の一端を保持部材２８の円筒状上端部２８ｂ内に差し込むと共に他端を補助把持部２９で受け止める状態で、当該保持部材２８の樋状部分２８ａに嵌合させている。尚、この棒状弾性部材２７は、必要に応じて保持部材２８に接着剤などで固定することが出来る。

スライドレール２２は、互いに長さ方向に相対移動可能に嵌合して一体化されている外側レール材２２ａと内側レール材２２ｂを有するものであって、第二支持部材２１の内側に嵌合し、外側レール材２２ａが、第二支持部材２１の内側底面にネジ止めされている。スライドレール２２の内側レール材２２ｂには、ワーク把持部材８における保持部材２８の樋状部分２８ａが、キャップ部材２８ｃのある側を上端にしてネジ止めされている。このように組み込まれたワーク把持部材８は、第二支持部材２１が前記起立姿勢にあるとき、スライドレール２２と共に第一支持部材２０の底板部２０ａと略平行になるように構成されている。そしてスライドレール２２によって、ワーク把持部材８が昇降する傾斜昇降経路、即ち、下端側がワーク把持空間Ｓ側に接近するように傾斜した傾斜昇降経路が構成されている。

上記のように組み立てられたワーク把持部材８は、スライドレール（傾斜昇降経路）２２におけるスライド領域の下端位置まで重力で降下することになるが、このワーク把持部材８を、図１に示すスライド領域の中間高さに設定された定常位置に保持するために、引張コイルバネ３０が使用されている。この引張コイルバネ３０は、平行揺動アーム５が備えるバネ係止部材６の先端部に第二支軸６と平行に設けられた貫通孔３１に挿通されると共に、当該貫通孔３１の両端から等長さ延出する引張コイルバネ３０の両端領域をワーク把持部材８のある側に折曲させて門形に変形させ、この引張コイルバネ両端領域３０ａ，３０ｂの遊端を、ワーク把持部材８の上端部、即ち、保持部材２８の円筒状上端部２８ｂの両側に、バネ係止ピン３２ａ，３２ｂを介して係止させている。この状態において引張コイルバネ両端領域３０ａ，３０ｂは、その延長線が第二支持部材２１の揺動中心になっている支軸２６より内側（ワーク把持空間Ｓのある側）を通る向きになっていて、ワーク把持部材８を重力に抗して吊り上げて傾斜昇降経路（スライドレール２２のスライド領域）の中間高さに設定された定常位置に保持すると共に、第二支持部材２１を前記起立姿勢に保持している。

第一支持部材２０の底板部２０ａの上端内側面と、この底板部２０ａに対面している第二支持部材２１の上端外側面には、それぞれ板状磁石３３ａ，３３ｂが貼り付けられている。これら両板状磁石３３ａ，３３ｂは、互いに反発し合う極性の面が互いに対面するように貼付されている。この板状磁石３３ａ，３３ｂ間の反発力により第二支持部材２１の上端側が第一支持部材２０の底板部２０ａから離れる方向に付勢され、当該第二支持部材２１の下端背面２１ａが第一支持部材２０の底板部２０ａに当接する起立姿勢に確実に保持される。

補助把持部２９は、図７〜図９に示すように、Ｌ字形板バネ材３４、棒状弾性部材２７の下端を受け止める受け部材３５、及び硬質ゴム材などから成る帯板状把持部材３６から構成されている。受け部材３５は、ワーク把持部材８を構成している保持部材２８の内径より若干小径の円柱状のもので、平面視で外側略半分の領域３５ａが前記保持部材２８における樋状部分２８ａの下端部に内嵌し、内側略半分の領域３５ｂが領域３５ａより半分程度の高さになって階段状に成形され、領域３５ａの上端から領域３５ｂの内端まで、この受け部材３５の上面が球面状凹窪部３５ｃに成形されている。そしてこの受け部材３５の平坦な下端面がＬ字形板バネ材３４の水平板部３４ａの上に接着などにより固定され、帯板状把持部材３６は、受け部材３５の領域３５ｂの内端垂直面に接着などにより固定されている。そしてＬ字形板バネ材３４の垂直板部３４ｂを保持部材２８の下端外側に配置して、受け部材３５の領域３５ａを保持部材２８における樋状部分２８ａの下端部に内嵌させると共に、Ｌ字形板バネ材３４の水平板部３４ａを保持部材２８の下端に当接させた状態で、当該Ｌ字形板バネ材３４の垂直板部３４ｂを、スペーサー３７を介して保持部材２８の樋状部分２８ａに上下２本のボルト３８ａ，３８ｂによって固定している。尚、これらボルト３８ａ，３８ｂの内端は、保持部材２８の樋状部分２８ａから内側に突出するので、これらボルト３８ａ，３８ｂの内端が入り込む貫通孔３９ａと凹部３９ｂが受け部材３５に設けられている。上記のようにワーク把持部材８の下端に取り付けられた補助把持部２９は、図１その他に示されるように、ワーク把持部材８における棒状弾性部材２７の下端球面部が球面状凹窪部３５ｃに内嵌し、先端の帯板状把持部材３６は、側面視で棒状弾性部材２７のワーク把持用表面より太さの半分程度後退した位置にある。

以上のように構成されたロボットハンドの使用法と作用について説明すると、既に説明したように、モーター１９により駆動ギヤ１６，１７を回転させることによって、左右一対の平行リンク機構４と平行揺動アーム５を介して左右一対のワーク把持部材８を、図１に示す開動限（待機位置）と図２に示す閉動限との間で左右対称に平行開閉運動を行わせることが出来るものであるから、搬送対象のワークの被把持部の巾より適当に広い間隔に左右一対のワーク把持部材８間の間隔を変更した状態でハンド基部１を前後左右上下に運動させ、左右一対のワーク把持部材８間のワーク把持空間Ｓ内の所定位置に搬送対象のワークが位置する状態にする。この状態で左右一対のワーク把持部材８を互いに接近移動させて、当該ワーク把持部材８によってワークを把持させ、その後、ハンド基部１を一旦上昇させると共に前後左右上下に運動させて、把持しているワークを目的場所まで搬送することが出来る。

図１０は、横置きされている軽量な空ペットボトルなどの軽弱ワークＷ１の把持及び吊上げの様子を示している。準備作業として、このような重量が一定以下の軽弱ワークＷ１に対する把持及び吊上げ動作を実行させる。即ち、左右一対のワーク把持部材８（棒状弾性部材２７）を互いに接近移動させて、軽弱ワークＷ１に対し棒状弾性部材２７を左右両側から押圧把持させると、その反力を受けて、棒状弾性部材２７の表面が軽弱ワークＷ１の表面に沿うように凹入弾性変形して両者間の接触面積が増大すると共に、ワーク把持部材８、スライドレール２２、第二支持部材２１、及び第一支持部材２０の全体が、平行揺動アーム５に対して支軸２３の周りで外側へ揺動しようとし、これを平行揺動アーム５側の受け座２４が弾性材２５を介して受け止めることになる。このときの受け座２４が受け止める反力が、弾性材２５に内装された感圧センサーの計測回路で計測出来る。従って、軽弱ワークＷ１の表面を押し潰さない範囲内で且つワーク把持部材８から軽弱ワークＷ１が滑り落ちることのない最大押圧力を前記感圧センサーの計測回路から計測し、この最大押圧力になったときに左右一対のワーク把持部材８のワーク把持動作（左右一対の平行揺動アーム５を閉動方向に移動させる動作）を自動停止させるように設定しておくことが出来る。

上記のように準備作業と設定を行った後であれば、図１０に示すように、その設定に従って軽弱ワークＷ１を左右一対のワーク把持部材８によって把持すると共に吊り上げて、目的の場所へ搬送する作業が、軽弱ワークＷ１の表面を押し潰すようなことなく安全確実に行える。

上記の設定を変えずに、軽弱ワークＷ１よりも重量が許容範囲内で大きく且つ外殻強度も低くないワーク、例えば収容液が満杯の実ペットボトルのような重強ワークＷ２を把持搬送する場合、図１１に示すように、左右一対のワーク把持部材８のワーク把持動作が完了した時点では、図１０に示す軽弱ワークＷ１に対する左右一対のワーク把持部材８のワーク把持動作が完了した時点と殆ど変わりないが、この状態から左右一対のワーク把持部材８をワーク把持状態のまま上昇させて、把持している重強ワークＷ２を吊り上げる段階になると、重強ワークＷ２に対するワーク把持部材８の押圧力が、軽弱ワークＷ１に対して好適に設定しているので、その押圧力では重強ワークＷ２を吊り上げることが出来ない。従って、図１２に示すようにワーク把持部材８の上昇に伴って重強ワークＷ２が相対的に降下しようとするので、結果的に、重強ワークＷ２とこれを把持しているワーク把持部材８とが一体的に引張コイルバネ３０の両端領域３０ａ，３０ｂの付勢力に抗して第二支持部材２１に対し相対的に降下することになる。この第二支持部材２１に対するワーク把持部材８の降下は、スライドレール２２によって構成されている、下端側がワーク把持空間Ｓ側に接近するように傾斜した傾斜昇降径路に沿って行われるので、重強ワークＷ２を把持している左右一対のワーク把持部材８が、把持している重強ワークＷ２を締め付ける結果となり、重強ワークＷ２に対するワーク把持部材８の押圧力が増大し、ワーク把持部材８が或る程度第二支持部材２１に対して降下したところでワーク把持部材８の降下が止まり、その位置で重強ワークＷ２が保持される。従って、重強ワークＷ２であっても問題なく把持して吊り上げることが出来、重強ワークＷ２の把持搬送は問題なく実行される。

図１３〜図１５は、ペットボトルなどの小径キャップ付きワークＷ３を把持するときの様子を示している。この小径キャップ付きワークＷ３も場合は、そのキャップＣの両側でその下端より適当距離下方位置に両ワーク把持部材８の下端（補助把持部２９の下端）を位置させ、この状態で両ワーク把持部材８を互いに接近移動させて、両ワーク把持部材８の補助把持部２９（その帯板状把持部材３６）を小径キャップ付きワークＷ３のキャップＣより下側の首部に圧接させた状態で、両ワーク把持部材８の把持動作を完了させる。この状態から両ワーク把持部材８を上昇させるが、図１４に示すように補助把持部２９の内端の帯板状把持部材３６がキャップＣの下端に係合する高さまで上昇移動する間に、補助把持部２９が対接するワークＷ３の首部が漸次細くなる形状であれば、両ワーク把持部材８に作用する反力が漸次小さくなり、これに伴って再び両ワーク把持部材８に作用する反力が一定値に達するまで両ワーク把持部材８を互いに接近移動させるように平行揺動アーム５が駆動される。

補助把持部２９の内端の帯板状把持部材３６がキャップＣの下端に係合した後の両ワーク把持部材８の上昇移動により、小径キャップ付きワークＷ３がキャップＣを介して両ワーク把持部材８によって吊り上げられることになるが、このときの小径キャップ付きワークＷ３の重量が先の軽弱ワークＷ１の重量と変わらない程度に軽量であれば、小径キャップ付きワークＷ３は両ワーク把持部材８に対して相対的に降下することは無いが、若しこのときの小径キャップ付きワークＷ３が先の重強ワークＷ２と同程度の重量物であるときは、当該小径キャップ付きワークＷ３が吊り上げられて重力で降下し得る状態になったときから、図１１及び図１２に基づいて説明した通り、小径キャップ付きワークＷ３とこれを把持しているワーク把持部材８とが一体に、スライドレール２２を介して第二支持部材２１に対し引張コイルバネ３０の両端領域３０ａ，３０ｂの上向きの付勢力に抗して降下し、この結果、ワーク把持部材８が小径キャップ付きワークＷ３のキャップＣを締め付けて、両ワーク把持部材８に対して小径キャップ付きワークＷ３が相対的に滑り落ちて落下するのを抑止する。

尚、上記のように小径キャップ付きワークＷ３を把持搬送する場合、ワーク把持部材８の棒状弾性部材２７がキャップＣの周面を締め付ける把持力のみでは、棒状弾性部材２７とキャップＣの周面との間の互いに圧接する面積が少ないので、小径キャップ付きワークＷ３を確実に把持しておくことが困難になる。特に小径キャップ付きワークＷ３が重量物である場合、小径キャップ付きワークＷ３の落下事故につながる恐れがある。このような事態が予想されるような状況であっても、上記補助把持部２９の存在により、図１５Ａに示すように、補助把持部２９の板状把持部材３６がキャップＣの下端を介して小径キャップ付きワークＷ３を真下から支持するので、小径キャップ付きワークＷ３の落下を抑止することになる。このとき、上記の補助把持部２９の構成によれば、受け部材３５と板状把持部材３６とがＬ字形板バネ材３４の水平板部３４ａによって支持されているため、図１５Ｂに示すように、板状把持部材３６がキャップＣを介して受ける小径キャップ付きワークＷ３の重量によって、Ｌ字形板バネ材３４の水平板部３４ａが下方に弾性に抗して湾曲し、板状把持部材３６が、キャップＣとその直下のワーク首部との間の入隅部に密に接触する状態になり、小径キャップ付きワークＷ３が重量物であっても確実に吊下げ状態を維持させて搬送することが出来る。

図１６及び図１７は、左右一対のワーク把持部材８によって極小ワークＷ４を把持させるときの様子を示している。把持搬送する対象のワークが、ワーク支持面Ｆ上に置かれた状態のワークを左右一対のワーク把持部材８の棒状弾性部材２７によって直接把持することが出来ないような高さの低い極小ワークＷ４である場合、上記実施例のワーク把持部材８であれば、ワーク把持部材８の下端に設けられている補助把持部２９によって当該極小ワークＷ４を把持させることになる。この場合、ワーク把持部材８の先端、即ち、補助把持部２９の下端をワーク支持面Ｆより少し下のレベルまで降下させるように、ハンド基部１の降下量を制御すれば、図１６に示すように、ワーク支持面Ｆに補助把持部２９の下端が突き当たった後は、ワーク把持部材８を残して平行揺動アーム５側の第一支持部材２０と第二支持部材２１とがスライドレール２２を介して降下することになる。このときワーク把持部材８が第二支持部材２１に対して相対的に上昇することになるので、当該ワーク把持部材８の上端と平行揺動アーム５側のバネ係止部材６との間の引張コイルバネ３０の両端領域３０ａ，３０ｂに下から突き上げる力が働き、引張コイルバネ両端領域３０ａ，３０ｂの下端位置（バネ係止ピン３２ａ，３２ｂ）に対して当該引張コイルバネ両端領域３０ａ，３０ｂ上端位置（貫通孔３１）のある側へ引張コイルバネ両端領域３０ａ，３０ｂが座屈してくの字形に変形する。

上記のようにしてワーク支持面Ｆに補助把持部２９の下端が当接する状態でハンド基部１の降下を停止させ、その後、左右一対のワーク把持部材８を、下端の補助把持部２９がワーク支持面Ｆ上を摺接する状態で互いに接近移動させると、両ワーク把持部材８の下端の補助把持部２９の帯板状把持部材３６によって、ワーク支持面Ｆ上の極小ワークＷ４を両側から確実に把持させることが出来る。この後、ハンド基部１を上昇させて、極小ワークＷ４を把持している左右一対のワーク把持部材８を上昇移動させると、把持されている極小ワークＷ４がワーク支持面Ｆから浮上するのに伴って、ワーク支持面Ｆ上からのワーク把持部材８に対する突き上げが解消し、これに伴って引張コイルバネ両端領域３０ａ，３０ｂの下向きの付勢力に抗して上昇していたワーク把持部材８が、くの字形に座屈変形している引張コイルバネ両端領域３０ａ，３０ｂが元の直線状に弾性復帰するときの弾性力と重力とによって元の高さ、即ち、スライドレール２２によって構成されている傾斜昇降径路の中間高さに設定されている定常位置まで降下復帰する。このときのワーク把持部材８の降下も、下端側程互いに接近するように傾斜している傾斜昇降径路上で行われるので、極小ワークＷ４を把持している左右一対のワーク把持部材８の帯板状把持部材３６間の間隔が降下に伴って狭まるようになるので、極小ワークＷ４に対する帯板状把持部材３６の締め付け力が増大し、極小ワークＷ４を落とすことなく確実に把持して搬送することが出来る。

図１８及び図１９は、上広がりの椀状ワークＷ５を把持するときの様子を示している。この椀状ワークＷ５を把持するときは、図１８に示すように、当該椀状ワークＷ５の上端側の最大径部分の高さに左右一対のワーク把持部材８の棒状弾性部材２７の上端側の領域（第二支持部材２１の揺動支点である支軸２６から保持部材２８の円筒状上端部２８ｂ迄の領域）が対応する状態で左右一対のワーク把持部材８により椀状ワークＷ５の上端部を把持させる。この結果、図１９に示すように、左右一対のワーク把持部材８が椀状ワークＷ５を把持するとき、当該ワーク把持部材８の第二支持部材２１の揺動支点である支軸２６よりも上方位置で椀状ワークＷ５の上端の最大径部分を挟み付けるため、その把持反力によって、ワーク把持部材８と、スライドレール２２を介して当該ワーク把持部材８を支持している第二支持部材２１とが、第一支持部材２０側の板状磁石３３ａと第二支持部材２１側の板状磁石３３ｂとの反発力に抗して第二支持部材２１の支軸２６の周りに外向きに揺動することになる。その外向きの揺動は、第一支持部材２０側の板状磁石３３ａと第二支持部材２１側の板状磁石３３ｂの反発力と把持反力の釣り合う位置で停止する。

上記作用の結果、第二支持部材２１とワーク把持部材８との間のスライドレール２２（傾斜昇降径路）の傾斜角度が、図１８に示すθ１から図１９に示すθ２まで大きく変化する。即ち、傾斜角度θ１のままでワーク把持部材８の棒状弾性部材２７が椀状ワークＷ５
の最大径部分を把持したときの線接触状態よりも、傾斜角度θ１よりも大きな傾斜角度θ２でワーク把持部材８の棒状弾性部材２７が椀状ワークＷ５の最大径部分を把持したときの方が、椀状ワークＷ５に対する棒状弾性部材２７の圧接領域の面積が増大するので、ワーク把持部材８によって椀状ワークＷ５を確実に把持させることが出来る。

本発明のロボットハンドは、開閉運動する複数のワーク把持具によってワークを把持するロボットハンドであって、軽弱ワークから重強ワークまで多種多様なワークを把持搬送するロボットハンドとして活用出来る。

１ ハンド基部
１ａ，１ｂ 側板部
１ｃ 天板部
２，３ ワーク把持具
４ 平行リンク機構
５ 平行揺動アーム
６ バネ係止部材
７ａ，７ｂ 側板部
７ｃ 背板部
８ ワーク把持部材
９ 駆動軸
１０，１２，１３ 支軸
１１ 内側リンク
１４ 外側リンク
１５ 被動ギヤ
１６，１７ 駆動ギヤ
１８ ギヤボックス
１８ａ 出力軸
１９ モーター
２０ 第一支持部材
２１ 第二支持部材
２２ スライドレール
２３，２６ 支軸
２４ 受け座
２５ 感圧センサー内装の弾性材
２７ 棒状弾性部材
２８ 保持部材
２９ 補助把持部
３０ 引張コイルバネ
３０ａ，３０ｂ 引張コイルバネ両端領域
３１ 貫通孔
３３ａ，３３ｂ 板状磁石
３４ Ｌ字形板バネ材
３４ａ 水平板部
３４ｂ 垂直板部
３５ 受け部材
３５ｃ 球面状凹窪部
３６ 帯板状把持部材
３７ スペーサー
Ｓ ワーク把持空間
Ｗ１ 軽弱ワーク
Ｗ２ 重強ワーク
Ｗ３ 小径キャップ付きワーク
Ｗ４ 極小ワーク
Ｗ５ 椀状ワーク

Claims (6)

1. ワーク把持空間の周囲に配置されて当該ワーク把持空間に対して接近離間運動する少なくとも２つのワーク把持具を備え、各ワーク把持具は、接近離間運動制御される平行揺動アームとこの平行揺動アームの内側に取り付けられたワーク把持部材とから構成されているロボットハンドにおいて、前記平行揺動アーム側に、下側ほどワーク把持空間に接近するように傾斜した傾斜昇降経路が設けられ、前記ワーク把持部材は、前記傾斜昇降経路に沿って昇降自在に支持され、このワーク把持部材を上向きに付勢して、傾斜昇降経路の下端より上方に設定された定常位置に保持する付勢手段が併設され、前記ワーク把持部材のワークに圧接する表面も前記傾斜昇降経路と同じ向きに傾斜している、ロボットハンド。
2. 前記ワーク把持部材は、上下高さ方向に長い棒状弾性部材と、この棒状弾性部材のワーク把持空間に面する側を露出させて当該棒状弾性部材を保持する保持部材とから成り、前記傾斜昇降経路は、前記平行揺動アーム側に取り付けられた支持部材と前記ワーク把持部材の背面との間に介在させたスライドレールによって構成されている、請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記付勢手段は、前記ワーク把持部材の上端部と、これより上方で前記平行揺動アーム側に設けられたバネ係止部材との間に張設された引張コイルバネで構成されている、請求項１又は２に記載のロボットハンド。
4. 前記付勢手段によって保持される前記ワーク把持部材の定常位置は、前記ワーク把持部材の傾斜昇降経路の中間高さにあって、前記ワーク把持部材が上向きの外力を受けたときに前記ワーク把持部材が前記定常位置を超えて上昇移動出来るように構成されている、請求項１〜３の何れか１項に記載のロボットハンド。
5. 前記引張コイルバネは、前記ワーク把持部材が前記定常位置を超えて上昇移動したときにくの字形に座屈屈曲するように張設され、前記ワーク把持部材の下端が受ける上向きの外力が無くなったとき、座屈屈曲した前記引張コイルバネが元の直線状に復帰するときの弾性力が、前記ワーク把持部材の前記定常位置までの下降を補助するように構成されている、請求項３及び４に記載のロボットハンド。
6. 前記引張コイルバネは、前記バネ係止部材を横断貫通する貫通孔を貫通すると共に、この貫通孔の両端から延出している当該引張コイルバネの両端領域が下向きに折曲されて、それぞれの下端が前記ワーク把持部材の上端部の両側に係止されている、請求項３〜５の何れか１項に記載のロボットハンド。
   
   
   

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