JP2022000321A - 保持機構及び搬送装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】物品を保持して搬送する際、垂直方向以外の力がかかった場合でも、確実に物品を安定保持し、搬送できるようにすること。【解決手段】保持機構(1)は、物品(W)の上面を吸着する吸着部(2)と、前記保持機構の水平方向移動時に、吸着部で保持された物品の該移動による振れを規制する振れ止め機構(3)とを備えている。振れ止め機構は、吸着部で吸着した物品に長手方向の一端側が接触して少なくとも自重による押さえ力を作用させる押さえ部材(4)と、押さえ部材の長手方向の他端側に挿通され、押さえ部材を回動可能に支持する支持軸(51)を備えるガイド部材(5)と、ガイド部材を変位させることで押さえ部材の移動規制状態と移動可能状態を切り替える切替部(6)とを備えている。【選択図】図2

Description

本発明は、物品を保持して搬送するために用いる保持機構及び搬送装置に関する。
種々の物品を搬送する従来技術として、例えば図1に示すような保持機構が挙げられる。図1の保持機構は、吸着部によって物品を吸着保持するように構成されている。しかし、この保持機構は、物品の搬送中に生じる揺動によって吸着部の真空破壊が生じ、吸着部から物品が脱落するといった問題がある。
この課題を解決する発明として、例えば、特許文献1のロボットハンドが開示されている。特許文献1のロボットハンドは、ハンドに設けられた複数の支持脚を搬送物に接触させることによって、搬送物の保持状態を安定させたまま搬送することを可能としている。
特開2011−177848号公報
しかし、特許文献1の支持脚は、垂直方向にしか移動せず、支持脚に対して斜め方向から力がかかった場合、支持脚が正常に動作せず、ロボットハンドや搬送物が損傷する恐れがある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、垂直方向以外の力がかかった場合でも、確実に物品を安定保持することが可能な保持機構を提供することを目的とする。
本発明における一態様の保持機構は、上面側から物品を吸着保持する保持機構であって、物品の上面を吸着する吸着部と、前記保持機構の水平方向移動時に、前記吸着部で保持された物品の該移動による振れを規制する振れ止め機構とを備え、前記振れ止め機構は、前記吸着部で吸着した物品に長手方向の一端側が接触して少なくとも自重による押さえ力を作用させる押さえ部材と、前記押さえ部材の長手方向の他端側に挿通され、前記押さえ部材を回動可能に支持する支持軸を備えるガイド部材と、前記ガイド部材を変位させることで前記押さえ部材の移動規制状態と移動可能状態を切り替える切替部とを備えていることを特徴とする。
本発明における一態様の搬送装置は、前記保持機構と、前記保持機構を水平方向に移動させることで吸着保持した物品を搬送する移動機構とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、吸着部で吸着した物品に対して押さえ部材が自重により押さえ力を加えた状態にでき、この状態で切替部の切り替えによって固定部で押さえ部材の移動を規制して、押さえ部材が物品に接触した状態を維持することができる。これにより、従来のような物品の搬送の際に生じる揺動を防止し、搬送物の保持状態を安定させたまま物品の搬送を行うことができる。また、接触体が物品と当接すると、押さえ部材は自重によって外周部に向けて広がるため、斜め方向など垂直方向以外からの保持機構の移動に対しても、柔軟に対応することができる。
図1は、従来の保持機構を模式的に示す概略正面図である。 図2aは、本発明の第1実施形態に係る保持機構の概略正面図であり、図2bは、保持機構の概略左側面右側面図である。 図3は、本発明の第1実施形態に係る保持機構における角度保持部が保持する押さえ部材の角度の説明図である。 図4aは、本発明の第1実施形態に係る保持機構における押さえ部材の移動可能状態を示す説明図であり、図4bは、押さえ部材の移動規制状態を示す説明図である。 図5は、本発明の第1実施形態に係る保持機構の搬送元の物品上での待機状態を示す説明図である。 図6は、本発明の第1実施形態に係る保持機構が物品を吸着する直前状態を示す説明図である。 図7は、本発明の第1実施形態に係る保持機構が物品を吸着した直後の状態を示す説明図である。 図8は、本発明の第1実施形態に係る保持機構が物品を保持し、持ち上げた状態を示す説明図である。 図9は、本発明の第1実施形態に係る保持機構が物品を搬送している最中の状態を示す説明図である。 図10は、本発明の第1実施形態に係る保持機構の搬送先の物品上での待機状態を示す説明図である。 図11は、本発明の第1実施形態に係る保持機構が物品の吸着を解除する直前状態を示す説明図である。 図12は、本発明の第1実施形態に係る保持機構が物品の吸着を解除した直後の状態を示す説明図である。 図13は、本発明の第1実施形態に係る保持機構が物品の搬送を完了した状態を示す説明図である。 図14aは、本発明の第2実施形態に係る保持機構におけるアームに切り欠き部を設けた押さえ部材の概略左側面右側面図であり、図14bは、アームに切り欠き部を設けた押さえ部材の概略正面図である。 図15aは、本発明の第2実施形態に係る保持機構におけるアームに切り欠き部を設けた押さえ部材が所定の角度を保持する概略左側面右側面図であり、図15bは、アームに切り欠き部を設けた押さえ部材が所定の角度を保持する概略正面図である。
以下、添付図面を参照して本発明に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面における各部の寸法または縮尺は、理解を容易にするために模式的に示したもので、特に実施形態に限定されるものではない。また、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲の記載において、「鉛直方向」は、図面における「上」および「下」の両者の意味を含む。また、水平面上の方向として「左」「右」および「手前」「奥」の表現を用いているが、これは各要素の相対的な位置関係を明確にするために用いたもので、水平面内での方向を限定するものではない。
<第1実施形態>
図2aは、本発明の第1実施形態に係る保持機構1の概略正面図であり、図2bは、保持機構の概略左側面右側面図 である。
保持機構1は、固定ベース10と、物品の上面を吸着する吸着部2と、保持機構1の移動時に吸着部2で保持された物品の移動による振れを規制する振れ止め機構3と、固定ベース10を図示しない搬送ロボットに接続する接続部材15とを備える。以下、保持機構1の各構成要素について詳細に説明する。
固定ベース10は、鉄やステンレス、アルミニウムのような金属材料から形成されており、固定ベース上部11、固定ベース側部12、固定ベース下部13、第1固定部14aおよび第2固定部14bを有する。固定ベース上部11の上方には接続部材15を介して図示しない搬送ロボットが、固定ベース下部13の下方には吸着部2が接続されている。また、固定ベース10の内部には支持軸51が奥行き方向に挿通されている。支持軸51の一端は直動アクチュエータ(切替部)6に接続され、支持軸51は直動アクチュエータ6によって軸の延伸方向に移動可能に設けられている。また、支持軸51は、押さえ部材4の一端側に挿通され、押さえ部材4の他端側は保持動作時に物品と接触する。また、支持軸51には第1ストッパ部52aおよび第2ストッパ部52bが設けられており、押さえ部材4と支持軸51との接続部に対し、第1ストッパ部52aと第1固定部14aとが、第2ストッパ部52bと第2固定部14bとがそれぞれ支持軸51上の反対側になるよう配置されている。
吸着部2は、固定ベース下部13に設けられ、図示しないホースを介して外部の吸引源に接続された複数の吸着パッド21を備えており、物品Wの上面と当接し、真空吸着することで保持状態を維持する。吸着パッド21は、変形しやすい低剛性のゴムにより形成されている。これにより、物品に倣わせることを可能とする。吸着パッド21の個数や配置は限定されず、固定ベース下部13の任意の場所に設けられる。それぞれの吸着パッド21の形状や大きさは、特に限定されず、複数設けられる場合は互いに同じであっても異なってもよい。
(振れ止め機構)
振れ止め機構3は、4本の押さえ部材4と、ガイド部材5と、直動アクチュエータ6とを備えており、保持機構1の水平方向移動時に、吸着部2で保持された物品Wの振れを規制する。また、4本の押さえ部材4は2対を一組として構成され、1対の押さえ部材4は、支持軸51の軸方向から見た場合、それぞれ左右反対側に配置するように設けられている。以降、第1固定部14aと第1ストッパ部52aによって挟まれる1対の押さえ部材4について説明し、第2固定部14bと第2ストッパ部52bによって挟まれるもう1対の押さえ部材4については、特に記載しない限り同様とする。
(押さえ部材)
押さえ部材4はそれぞれ、長手方向の一端に支持軸51が挿通されたアーム41と、アーム41の他端側に設けられたローラー(接触体)43とを有する。複数の押さえ部材4のうち少なくとも1つは、アーム41の側面下方に三角形状の角度保持部42が設けられ、1対の押さえ部材4における角度保持部42同士が干渉することで、物品と非接触時のアーム41の角度を一定に保持する。アーム41は、支持軸51を中心に自由に回動する。1対のアーム41はそれぞれ、支持軸51上において第1固定部14aおよび第1ストッパ部52aによって両端を挟まれている。また、図3に示すように、アーム41は、接触体43が物品と非接触時に、鉛直下向き方向に対してそれぞれ左右にθ度の角度を有している。同様に、 1対の押さえ部材4は、接触体43が物品と非接触時に、鉛直下向き方向に対してそれぞれ左右にθ度の角度を有している。接触体43は、一端が支持軸51によって固定ベース10に挿通されているアーム41の他端に備えられており、アーム41の回動面と略同一平面上を移動する。接触体43が物品Wと非接触の場合、接触体43の下端は吸着部2の下端よりも下方に位置し、物品Wを吸着保持する際は、接触体43が最初に物品Wに当接する。
(ガイド部材)
ガイド部材5は、押さえ部材4の長手方向の他端に固定され、押さえ部材を回動させる支持軸51と、第1ストッパ部52aと、第2ストッパ部52bとを備えている。支持軸51の一端は直動アクチュエータ6に接続し、他端に第1ストッパ部52aが、中間部に第2ストッパ部52bがそれぞれ備えられている。図4に示されるように、第1ストッパ部52aは、第1固定部14aとともに、1対のアーム41を挟み込むような位置に設けられている。このとき、第1ストッパ部52aと、第1固定部14aとの間には隙間を有し、押さえ部材4の自由な回動を可能とする。第1ストッパ部52aと、第1固定部14aとの間隔および第2ストッパ部52bと、第2固定部14bとの間隔のそれぞれは、等しいことが好ましい。また、第1ストッパ部52aおよび第2ストッパ部2bを構成する材料は、特に限定はしないが、押さえ部材4よりも摩擦係数の高い材料により形成されていることが望ましい。摩擦係数の高い材料を用いることで、押さえ部材4の固定をより強固に行うことができる。
(切替部)
直動アクチュエータ6は、支持軸51を軸の延伸方向に変位させ、押さえ部材4に作用する摩擦力を変化させることで、押さえ部材4の移動規制状態と移動可能状態とを切り替える。
続いて、本実施形態の保持機構1が物品Wを保持する際の動作及び保持機構1を用いた搬送方法について、図4から図13を参照して説明する。図4は、切替工程を示す図であり、図5から図7は、吸着工程を示す図であり、図8から図11は、搬送工程を示す図であり、図12および図13は吸着解除工程を示す図である。実施形態の説明においても、第1固定部14aと第1ストッパ部52aによって挟まれる1対の押さえ部材4についてのみ説明し、第2固定部14bと第2ストッパ部52bによって挟まれるもう1対の押さえ部材4については、特に記載しない限り同様とする。
本実施形態の搬送方法では、先ず、吸着工程が実施される。図5に示すように、吸着工程を実施する前においては、直動アクチュエータ6は作動していない。したがって、押さえ部材4は、第1固定部14aおよび第1ストッパ部52aとは干渉せず、また、押さえ部材4と第1固定部14aとの間、押さえ部材4と第1ストッパ部52aとの間には隙間が存在するため、押さえ部材4は支持軸51を中心として外周方向に回動可能な状態である。
このとき、1対の押さえ部材4の一方側に設けられた角度保持部42は、接触体43が物品Wと非接触時に1対の押さえ部材4の他方側に設けられた角度保持部42と干渉することで、押さえ部材4を所定の角度θ以下に閉じることを防止するとともに、外周部に向かってスムーズに広がる動作を可能としている。角度θは、図3の支持軸51を中心とする平面極座標の鉛直下向き方向に対して押さえ部材4が取り得る最低角度のことである。本実施形態における角度θは、90度未満であり、特に45度以上、60度未満が好ましい。この角度θが小さいと、押さえ部材4が外周部への広がり方向に分力が作用しづらくなり、結果的に物品Wの吸着動作を阻害する要因となってしまう。逆に、角度θが大きいと、接触体43が物品Wと当接せず、振れ止めの効果を失ってしまう。
吸着工程では、予め、搬送元のケース内C1に配置された物品Wの前後及び左右方向の座標値を画像認識等で取得しておき、この座標値に基づき、仕分けロボット100等によって保持機構1が物品Wの上方に移動されてから位置決めされる。この位置決めによって、物品Wの上面中央領域から上方に離れた位置に吸着部2が配置される。その後、保持機構1全体が下降すると、図6に示すように、押さえ部材4の長手方向の一端が物品Wの上面に接触して、少なくとも自重による抑え力を作用させる。この接触後にさらに保持機構1が下降すると、押さえ部材4は、支持軸51を中心に外周部に向かって広がり動作を行う。
そして、図7に示すように、吸着部2の吸着パッド21が物品Wの上面に接触すると、保持機構1の下降が停止する。吸着パッド21が物品Wの上面に接触した状態で、外部の吸引源が駆動し、図示しないホースを通じて吸着パッド21の下面となる吸着面に負圧を生じさせて物品Wの上面を吸着保持する。吸着部2で物品Wが吸着保持された状態では、押さえ部材4の接触体43が物品Wの上面に当接しており、押さえ部材4の自重で物品Wを押さえた状態となる。
当該接触体43は、アーム41の回動面と略同一平面上で回転可能なローラーであるが、接触体43の種類は、物品の上面に対して抵抗が小さくできるような構成であればよく、特に限定されない。例えば、物品Wと接触する部分が、ロッド状の軸部材や先端部に回転可能なボール状部が設けられていてもよく、その中でも、物品Wと接触する部分がポリアセタール(POM)やポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の摺動性に優れた素材から形成されていることがより望ましい。
物品Wが吸着保持された後又は吸着保持と同時に、図4aに示した状態(移動可能状態)から、直動アクチュエータ6が駆動し、支持軸51が奥方向に変位し、図4bの状態となる(移動規制状態)。これにより、図4bに示されるように一対の押さえ部材4が第1ストッパ部52aおよび第1固定部14aとの双方との接触によって発生した摩擦力によって固定され、押さえ部材4の回転が規制される。
吸着工程の後、搬送工程が実施される。搬送工程では、先ず、図8に示すように保持機構1が上昇する。そして、搬送元となる第1ケースC1の上方位置まで、物品Wを移動させる。次いで、図9に示すように、搬送先(仕分先)となる第2ケースC2(図10参照)まで、水平方向に移動する。この水平方向移動時に、物品Wは慣性によって矢印R方向に揺動しようとするが、吸着部2で吸着した物品Wの上面における左右及び前後の四箇所位置において、押さえ部材4が押さえ力を作用させた状態となるので、物品Wの水平移動による矢印R方向への揺動が規制される。
本実施形態では、図10に示すように、搬送工程による物品Wの搬送先は第2ケースC2とされ、該第2ケースC2は仕分けロボット100の可動範囲内によって保持機構1で保持される物品Wは第2ケースC2の上方位置へと水平方向に移動されてあらかじめ決められた座標データや画像データなどに基づいて位置決めされる。その後、保持機構1が下降し、図11に示すように、第2ケースC2の底部上に物品Wが載置される。
搬送工程の後、吸着解除工程が実施される。図12に示すように、吸着パッド21への負圧供給が解除されて物品Wの吸着保持が解除される。吸着保持が解除された後又は吸着保持解除と同時に、直動アクチュエータが駆動される。係る駆動によって支持軸51が、手前方向に変位し、押さえ部材4の固定状態が解除され、それぞれの押さえ部材4が再度回動可能な状態となる。
相対移動の規制が解除された後、保持機構1が上昇すると、最初に吸着部2が物品Wの上面から離れ、続いて接触体43も物品Wの上面から離れる。その後、図13に示すように、保持機構1は、搬送元の第1ケースC1上まで移動する。そして、図5に示すように、第1ケースC1上で待機状態を維持し、新たな物品Wの搬送を行う場合は、同様の工程を繰り返す。
以上のように、本実施の形態においては、物品Wを吸着および搬送するときに押さえ部材4を物品Wに当接した状態に維持することができる。これにより、押さえ部材4を上下に駆動する機構を省略できる上、物品Wの位置を検出しなくても押さえ部材4が物品Wの上面に接触する位置に固定でき、センサ等の検出手段も省略して構成の簡略化を図ることができる。また、センサ等での物品Wを検出しないことで、検出時間や検出結果に基づいて押さえ部材4を位置修正する時間を無くすことができる。これにより、振れ止め機構3により振れ規制するために押さえ部材4を移動する時間を短縮でき、ひいては、物品Wの搬送時間の短縮化を図ることができる。 また、本実施形態は摩擦力による保持のため、揺動による力よりもはるかに大きな力が加わった際には、押さえ部材4を回動可能となるため、保持機構1の破損など大きな被害を防ぐことができる。
本実施形態では物品Wおよび1対の押さえ部材4は全て対称となる場合を例示したが、それには限定されない。例えば、物品Wの上面高さ位置が非対称な形状であった場合でも、物品Wの上面形状や高さに応じ、電気的な制御を行うことなくすべての押さえ部材4が自動的に物品Wに接触する高さに調節され、その後に移動規制状態とすることができる。また、搬送する物品Wが非対称な形状であることが分かっている場合などは、1対の押さえ部材4の長さや角度θをそれぞれ異ならせてもよい。
<第2実施形態>
以下に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態において、第1実施形態と同じまたは同様の部材等に関しては同じ符号を流用し、その説明を省略する。
図14aは、本発明の第2実施形態に係る保持機構におけるアームに切り欠き部を設けた押さえ部材の概略右側面図であり、図14bは、アームに切り欠き部を設けた押さえ部材の概略正面図である。第2実施形態では、支持軸51が挿通する複数のアーム41の一端部分に切り欠き部44を設けており、この切り欠き部44は、角度保持部42を設けない場合でも、角度保持部42と同様の役割を果たす。
第1押さえ部材4aは、第1アーム41aと、接触体43とを有し、第2押さえ部材4bは、第2アーム41bと、接触体43とを有している。切り欠き部44は、一端に接触体43が備えられている第2アーム41bの他端側に設けられている。また、切り欠き部44は、図14aの第2押さえ部材4bの鉛直方向に対して、接触体43が備えられた側とは反対側に設けられている。
切り欠き部44の切り欠き厚さlは、アーム41の厚さLに対して、互いの切り欠き部44が干渉しやすい1/3L≦l≦2/3Lの厚さとなっており、特に1/2Lの厚さが好ましい。
また、図15に示すように、切り欠き部44が設けられている第2押さえ部材4bの一端と第1押さえ部材の一端に支持軸51が挿通している。このとき、第1押さえ部材4aの側部と、第2押さえ部材4bの切り欠き部44とが干渉し、押さえ部材4を所定の角度θ以下に閉じることを防止するとともに、外周部に向かってスムーズに広がる動作を可能としている。
上記各実施の形態では、固定ベース10は、鉄やステンレス、アルミニウムのような金属材料から形成されると説明したが、固定ベース10に用いられる材料は特に限定されず、ポリカーボネート(PC)やABS樹脂等の樹脂材料を用いてもよい。樹脂材料を用いることで保持機構の軽量化が期待できる。
上記各実施の形態では、支持軸51を変位させる切替部6を直動アクチュエータとしたが、支持軸51を変位させることができる駆動源であれば、何ら限定されるものでない。
上記各実施の形態では、物品Wの種類によって図示しないポリエチレン製等の撓みやすいフィルムなどで包装されたものも存在する。フィルムが撓んだ状態の物品Wは、吸着パッド21が密着しないため、保持機能低下の一因となっていた。しかし、本発明では接触体43がフィルムと接触した際に外周部に向かって広がる作用が、物品Wの上面のフィルムを伸ばすことで撓みを解消し、吸着部2の保持性能を向上させることができる。
また、本発明の実施形態は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術的進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
1…保持機構
2…吸着部
3…振れ止め機構
4…押さえ部材
5…ガイド部材
6…直動アクチュエータ(切替部)
10…固定ベース
11…固定ベース上部
12…固定ベース側部
13…固定ベース下部
14a…第1固定部
14b…第2固定部
15…接続部材
21…吸着パッド
41…アーム
42…角度保持部
43…ローラー(接触体)
44…切り欠き部
51…支持軸
52a…第1ストッパ部
52b…第2ストッパ部
W…物品
Wa…物品上部
Wb…物品側部
Wc…物品下部
C1…第1ケース
C2…第2ケース
l…アーム厚さ
L…切り欠き厚さ

Claims (10)

  1. 上面側から物品を吸着保持する保持機構であって、
    物品の上面を吸着する吸着部と、
    前記保持機構の水平方向移動時に、前記吸着部で保持された物品の該移動による振れを規制する振れ止め機構とを備え、
    前記振れ止め機構は、前記吸着部で吸着した物品に長手方向の一端側が接触して少なくとも自重による押さえ力を作用させる押さえ部材と、
    前記押さえ部材の長手方向の他端側に挿通され、前記押さえ部材を回動可能に支持する支持軸を備えるガイド部材と、
    前記ガイド部材を変位させることで前記押さえ部材の移動規制状態と移動可能状態とを切り替える切替部
    とを備えていることを特徴とする保持機構。
  2. 前記ガイド部材はストッパ部をさらに備え、
    前記切替部は、前記ガイド部材を前記支持軸の軸延伸方向に変位させることで、前記ガイド部材と前記ストッパ部との間に作用する摩擦力を変化させることを特徴とする請求項1に記載の保持機構。
  3. 少なくとも前記移動規制状態の時に、前記押さえ部材と接触して摩擦力を発生させる固定部をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の保持機構。
  4. 前記移動規制状態の時に、前記押さえ部材が前記ストッパ部と前記固定部の双方に接触することを特徴とする請求項3に記載の保持機構。
  5. 前記押さえ部材は物品と非接触時に、鉛直下向き方向に対して45度以上90度未満の角度を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の保持機構。
  6. 前記振れ止め機構は、複数の前記押さえ部材を有し、
    複数の前記押さえ部材は、前記吸着部に対して対称に前記支持軸に設けられていることを特徴とする請求項1から請求項5に記載の保持機構。
  7. 前記押さえ部材は、複数のアームを有し、
    複数の前記アームのそれぞれは、前記接触体が物品と非接触時に、鉛直下向き方向に対して90度未満の角度を有することを特徴とする請求項6に記載の保持機構。
  8. 複数の前記押さえ部材のうち少なくとも1つは、角度保持部を有し、
    前記角度保持部は、前記押さえ部材が物品と非接触時に、他の前記押さえ部材と干渉することで、前記押さえ部材を所定の角度に保持することを特徴とする請求項5に記載の保持機構。
  9. 前記押さえ部材は、前記長手方向の一端側に、前記押さえ部材の回動面と略同一平面上で回転可能なローラー状の接触体を備えることを特徴とする請求項2から請求項8のいずれか1項に記載の保持機構。
  10. 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の保持機構と、
    前記保持機構を水平方向に移動させることで吸着保持した物品を搬送する移動機構とを備える搬送装置。
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