JP3245540B2 - ロボットハンド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数本のフィンガ
ー部によって第１位置で物品を抱き込み把持して第２位
置に送り込むロボットハンドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のロボットハンドでは、前記
フィンガー部の初期開放径を一定値に固定してあり、物
品の径の如何にかかわらず、フィンガー部を常に前記一
定値の開放径から開閉させて掴み作動させるように構成
してあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成によれ
ば、物品の径の如何にかかわらず、フィンガー部を常に
前記一定値の開放径から開閉させて物品を掴み作動させ
るようになっていたために、例えば、小さめの径の物品
はフィンガー部の先端側だけで把持し、大きめの径の物
品はフィンガー部の基端側だけで把持するといったよう
に、把持の際のフィンガー部の折曲姿勢が、それぞれの
物品の形状に合わない不自然な形になって、いずれの場
合にも把持が不十分になり、把持した物品を移動中に落
下させたり姿勢を崩れさせたりすることがあった。

【０００４】本発明の目的は、物品をその径の如何にか
かわらずフィンガー部でしっかりと把持できて、把持し
た物品を落下させる等の不具合を防止できるロボットハ
ンドを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

〔構成〕 請求項１にかかる発明の特徴構成は、複数本の指形成体
の先端側に設けたフィンガー部の折曲作動によって第１
位置で物品を抱き込み把持して第２位置に送り込むロボ
ットハンドにおいて、前記フィンガー部の初期開放径を
変更調節するフィンガー開放径変更調節機構と、物品の
周りに位置した前記フィンガー部の基端側がその物品に
接近又は接触したことを検出する検出手段と、前記第１
位置での前記フィンガー部による物品の抱き込み把持を
制御する制御手段とを設け、前記フィンガー開放径変更
調節機構を、把持対象物の径方向に指形成体を移動可能
に案内するガイド溝を備えたフィンガー支持部材と、前
記フィンガー支持部材に対する相対回転に伴って指形成
体を前記ガイド溝に沿う方向で拡縮移動させるカム面を
備えたカム体とから構成し、前記制御手段は、前記指形
成体の初期開放径を大径側に設定し、かつ、前記指形成
体を開放させた状態で各フィンガー部を前記物品の周り
に位置させ、その後に前記フィンガー開放径変更調節機
構によって指形成体の支持位置を縮径方向に移動させ、
前記フィンガー部の基端側が前記物品に接近又は接触し
たことを前記検出手段が検出すると、その検出結果に基
づいて各フィンガー部を閉じ側に把持折曲作動させるよ
う構成してあることにある。

【０００６】請求項２にかかる発明の特徴構成は、請求
項１にかかる発明において、前記検出手段は、各フィン
ガー部の基端側がその物品に接触したことにより、前記
フィンガー開放径変更調節機構の駆動部が停止したこと
を検出するものであることにある。

【０００７】請求項３にかかる発明の特徴構成は、請求
項１にかかる発明において、前記検出手段は、各フィン
ガー部の基端側がその物品に接触したことにより、前記
フィンガー開放径変更調節機構の駆動部の駆動速度が低
下し始めたことを検出するものであることにある。

【０００８】〔作用〕請求項１の構成によれば、フィン
ガー部の初期開放径が大径側に設定され、かつ、フィン
ガー部が開放した状態で各フィンガー部が第１位置の物
品の周りに位置し、その後にフィンガー開放径変更調節
機構が縮径作動し、フィンガー部の基端側が物品に接近
又は接触したことを前記検出手段が検出すると、その検
出結果に基づいて各フィンガー部が閉じ側に把持折曲作
動して、物品を抱き込み把持する。このようにして物品
を把持するので、物品が小さめであったり大きめであっ
たりしても、フィンガー部をその基端側から先端側にわ
たってむらなく物品に当て付けることができて、物品を
抱き込み把持したフィンガー部の姿勢を、それぞれの物
品の形状に合った把持に好適な姿勢にすることができ
る。

【０００９】請求項２の構成によれば、上記請求項１の
構成による作用と同様の作用を奏することができるのに
加え、検出手段は、各フィンガー部の基端側がその物品
に接触したことにより、フィンガー開放径変更調節機構
の駆動部が停止したことを検出するものであるから、前
記駆動部の停止位置を検出するためのセンサが不要にな
る。

【００１０】請求項３の構成によれば、上記請求項１の
構成による作用と同様の作用を奏することができるのに
加え、次の作用を奏することができる。例えば、各フィ
ンガー部の基端側がその物品に接触したことにより、フ
ィンガー開放径変更調節機構の駆動部が停止したことを
検出するよう前記検出手段を構成してあった場合、物品
がレタスのようなやわらかい球状野菜であれば、その球
状野菜が各フィンガー部により強い力で把持されて傷つ
いてしまうことが考えられなくもないが、請求項３の構
成では検出手段は、各フィンガー部の基端側がその物品
に接触したことにより、前記フィンガー開放径変更調節
機構の駆動部の駆動速度が低下し始めたことを検出する
ものであるから、把持力が強くなり過ぎることがなく適
度の力で把持できて、球状野菜の損傷を回避できる。

【００１１】〔効果〕従って、請求項１の構成によれ
ば、物品をその径の如何にかかわらずフィンガー部でし
っかりと把持できて、把持した物品を落下させたり姿勢
を崩したりする不具合を防止できるロボットハンドを提
供することができた。

【００１２】請求項２の構成によれば、上記請求項１の
構成による効果と同様の効果を奏することができるのに
加え、フィンガー開放径変更調節機構の駆動部の停止位
置を検出するためのセンサが不要になるから、製作コス
トを低廉化できた。

【００１３】請求項３の構成によれば、上記請求項１の
構成による効果と同様の効果を奏することができるのに
加え、物品がレタスのようなやわらかい球状野菜であっ
た場合に、その球状野菜が傷付くのを防止できて、球状
野菜の商品価値が低下したり、球状野菜を商品として出
荷できなくなったりするのを防止できるようになった。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１に示すように、レタス包装装
置１（以下、包装装置と略称する）と、この包装装置１
にレタスを供給するレタス供給装置２（農作物供給装置
に相当）とを、互いに独立して床面に載置するととも
に、両装置１，２を制御する制御装置３（制御手段に相
当）を設けてレタス包装設備を構成してある。

【００１５】図２にも示すように、前記レタス供給装置
２は、包装装置１の前壁に対向した状態で床面上に起立
する丸パイプ製の門形の主フレーム４を包装装置１より
も丈高く設け、作業者により供給されたレタスを横方向
に包装装置１側まで送るベルトコンベア５の搬送終端側
を、主フレーム４の包装装置２とは反対側の側部に設け
た丸パイプ製の第１横向き支持フレーム６に、下向きの
Ｕ字形部材７１Ａを備えた支持ブラケット７１を介して
支持させるとともに、ベルトコンベア５の搬送始端側に
脚部５Ａを設け、ベルトコンベア５で所定の取出し位置
Ａ（第１位置に相当）まで送られたレタスを、複数本の
フィンガー部１６で把持し取出して包装装置１のレタス
受入れ部８に送り込むロボットハンド９を、主フレーム
４の包装装置１側の側部に設けた第２横向き支持フレー
ム１０に支持させて構成してある。前記ベルトコンベア
５の搬送始端側の幅方向両側には、一対の棚板１１を張
出し形成して、レタスの根切り用のナイフや根切り後の
レタスの汁拭き用のタオル等を載置できるようにしてあ
る。

【００１６】また、径方向外方側から前記複数本のフィ
ンガー部１６が各別に入り込んでレタスを把持するのを
許す複数の切欠部２１を備えた環状のレタス支持部１９
Ａと、このレタス支持部１９Ａに一体に設けた円形座板
１９Ｂとから成るゴム製のレタス支持部材１９を、ベル
トコンベア５の搬送面に一定のピッチで設けて、レタス
をその切断面が上側となる姿勢にレタス支持部１９Ａに
より位置決め支持した状態で、ロボットハンド９側に搬
送するよう構成してある。前記支持部１９Ａは円形座板
１９Ｂから立ち上げてあり、上端側の円弧状の受け部で
レタスを受止めることにより、レタスを円形座板１９Ｂ
から浮かした状態で支持して、フィンガー部１６の先端
側がレタスの頭頂部側まで周り込めるよう構成してあ
る。前記ベルトコンベア５は、前記一定のピッチの１ピ
ッチ分だけ移動した後、設定時間だけ停止する作動を繰
り返して行う間歇作動型である。

【００１７】前記包装装置１は、上面中央部のレタス受
入れ部８に形成したレタス投入口７からレタスを受入れ
て透明な包装シート４９（図１４参照）で包装し、前記
主フレーム４とは反対側の側面に設けた開口１２（図１
７参照）から包装の終わったレタスを排出する装置であ
る。

【００１８】図５に示すように、前記ロボットハンド９
は、前記第２横向き支持フレーム１０に支持ブラケット
１３を設け、第１電動モータＭ１及び支持ブラケット１
３に駆動揺動自在に支持させた揺動アーム１４の揺動端
部側に、複数本のフィンガー部１６をつり下げ支持した
フィンガー支持部材１５を設けるとともに、このフィン
ガー支持部材１５を介してフィンガー部１６の姿勢を保
持する姿勢保持機構１７を設けて、揺動アーム１４の揺
動に伴って、フィンガー部１６が下向き姿勢のまま円弧
軌跡を描いて前記取出し位置Ａと、前記レタス投入口７
に対応する送り込み位置Ｂ（第２位置に相当）との間を
往復移動するよう構成してある。

【００１９】図４に示すように、前記フィンガー部１６
は、背部側を長手方向に一定の間隔で蛇腹１６ａに形成
した中空ゴム材から成り、その基端側の開口を、鍔付き
の支持パイプ１８に外嵌連結し、コンプレッサー２０
（図６参照）からのフィンガー部１６内への空気の供給
圧でフィンガー部１６が把持状態に折曲変形し、空気の
排出で把持解除状態に復元するよう構成してある。な
お、フィンガー部１６と支持パイプ１８とによって指形
成体が構成されている。

【００２０】図８に示すように、前記揺動アーム１４が
ほぼ直立したことを、揺動アーム１４に設けた被検出金
具２２を介して検出する第１近接センサ２３を支持ブラ
ケット１３側の側面１３Ａに設け、この第１近接センサ
２３の検出情報に基づいて、ほぼ直立姿勢で格納停止等
させるよう構成し、揺動アーム１４に一対の被検出板２
４を、その一端側が揺動アーム１４から横方向に張り出
す状態に並設するとともに、揺動アーム１４がレタス取
出し位置Ａ側、又はレタスの送り込み位置Ｂ側に位置し
たことを、前記一対の被検出板２４のうちの対応する被
検出板２４を介して検出する一対の第２近接センサ２５
を支持ブラケット１３側の側面１３Ａに設け、前記一対
の第２近接センサ２５の検出情報に基づいて、揺動アー
ム１４を停止させるとともに、その揺動方向を逆方向に
切換え制御するよう制御装置３を構成してある。

【００２１】図５に示すように前記姿勢保持機構１７を
構成するに、フィンガー支持部材１５に、レタス搬送方
向に沿う状態に一体に設けた支軸２６を、揺動アーム１
４の揺動軸芯Ｏに平行に沿う姿勢でその支軸軸芯Ｐ周り
に回動自在に、揺動アーム１４の揺動端部に支持させ、
前記支軸軸芯Ｐ上に軸芯が位置する状態に支軸２６に一
体回転自在に設けた上側歯付きプーリ２７と、前記揺動
軸芯Ｏ上に軸芯が位置する状態に揺動アーム１４とは別
体に前記支持ブラケット１３に支持片２９を介して位置
固定した下側歯付きプーリ２８とにわたって歯付きベル
ト３０を巻回してある。

【００２２】図４に示すように、前記フィンガー支持部
材１５は縦パイプ部１５Ａの下端部に中空で傘状のフィ
ンガー保持部１５Ｂを連設して形成してあり、フィンガ
ー支持部材１５とその周りの構造について説明すると、
横断面が小判形のピストンロッド３１の先端部に、スポ
ンジ３２ａを表面が平滑なゴム又は軟質樹脂３２ｂで被
覆してなる弾性変形可能なレタス押し出し体３２を設け
たエアーシリンダ３３を、前記レタス押し出し体３２が
複数本のフィンガー部１６の基端側に囲まれる支持部材
部分から出退するように、縦パイプ部１５Ａからフィン
ガー保持部１５Ｂの中空部にわたって下向き姿勢に支持
させるとともに、フィンガー支持部材１５の底板３４に
取り付けたブラケット３５の小判形の孔３５Ａにピスト
ンロッド３１を挿通させ、把持解除もしくはほぼ把持解
除されたレタスを包装装置１のレタス受入れ部８側に押
し込み可能に構成し、フィンガー部１６の初期開放径を
変更調節するフィンガー開放径変更調節機構３６を設け
てある。前記レタス押し出し体３２には、把持状態の各
フィンガー部１６の各別の入り込みを許す切欠部３２Ａ
を形成してある（図５参照）。

【００２３】図４，図９，図１０，図１１に示すよう
に、前記フィンガー開放径変更調節機構３６を構成する
に、エアーシリンダ３３のシリンダチューブ３７をフィ
ンガー支持部材１５に対してシリンダ軸芯Ｑ周りに回動
自在に構成し、フィンガー部１６がフィンガー支持部材
１５に対してそのフィンガー支持部材１５の径方向に各
別に移動するのを許容されるように、各支持パイプ１８
を、フィンガー支持部材１５の底板３４に設けた前記径
方向に沿う複数のガイド溝３８に各別に挿通させ、シリ
ンダ軸芯Ｑを中心として渦巻き状に形成した複数の長孔
３９に各支持パイプ１８を挿通させた状態で、シリンダ
チューブ３７の回動に伴って回動することにより、支持
パイプ１８を前記径方向に押引きして、前記ガイド溝３
８内で移動させる円板状のカム体４０をシリンダチュー
ブ３７の下端部に外嵌固定し、前記主フレーム４の下端
側に設けたシリンダチューブ３７回動駆動用の第２電動
モータＭ２（駆動部に相当）と、シリンダチューブ３７
のレタス押し出し体３２側とは反対側の上端部に一体回
転自在に外嵌した回転円板４１とを、ワイヤ４２を介し
て連係してある。

【００２４】前記第２電動モータＭ２は、レタスの周り
に位置した各フィンガー部１６の基端側が、レタスに接
触しその接触圧が一定以上になると停止する程度の出力
のもので、この停止を検出する検出手段、即ち、回転円
板４１の回転変化がなくなったことを検出するポテンシ
ョメータ４３を設けて、前記制御装置３の制御により、
フィンガー部１６の初期開放径を大径側に設定し（図
９，図１１（イ））、かつ、フィンガー部１６を開放さ
せた状態で各フィンガー部１６をレタスの周りに位置さ
せ、その後に縮径側に第２電動モータＭ２を作動させ、
フィンガー部１６の基端側がレタスに接近又は接触した
ことをポテンショメータ４３が検出すると、その検出結
果に基づいて各フィンガー部１６を閉じ側に把持折曲作
動させるよう構成してある（図１０，図１１（ロ））。
このようにしてレタスを把持するのでレタスを抱き込み
把持でき、レタスが小さめであったり大きめであったり
しても、フィンガー部１６は、把持したときにレタスの
形状に沿った把持に好適な形になる。

【００２５】図４，図６，図７に示すように、前記エア
ーシリンダ３３のシリンダチューブ３７と、前記縦パイ
プ部１５Ａとの間に空気収容空隙５６を形成して、コン
プレッサー２０と前記空気収容空隙５６とを第１ホース
７２を介して連通接続するとともに、空気収容空隙５６
の複数箇所の部分と各フィンガー部１６の基端側開口と
を、複数本の第２ホース７３を介して各別に連通接続し
て、コンプレッサー２０から各フィンガー部１６内に空
気を給排するよう構成してある。

【００２６】図１，図２，図３に示すように、ベルトコ
ンベア５の搬送終端側から包装装置１のレタス受入れ部
８にわたるロボットハンド９のフィンガー部１６の移動
空間をその側方から覆う上部開放の透明のカバー４４
を、第１横向き支持フレーム６の上方で主フレーム４に
片持ち状に設けた第３横向き支持フレームに４５に設け
てある。このカバー４４は遊端側に把手４６を備えてお
り、第３横向き支持フレーム４５の外側フレーム部分４
５Ａを支点に、ガススプリング４７を介して上方に揺動
開放した状態と閉塞した状態とに揺動切換え可能に構成
してある。

【００２７】上記のロボットハンド９の動作について簡
単に説明する（図１２〜図１７参照）。揺動アーム１４
が前記取出し位置Ａ側に揺動下降して、初期開放径が大
径側に設定されたフィンガー部１６がレタスの周りに位
置する（図１３）。フィンガー開放径変更調節機構３６
が縮径作動して、前述のように、各フィンガー部１６が
レタスを抱き込み把持する（図１２）。次に揺動アーム
１４がレタス送り込み位置Ｂ側まで揺動して静止し（図
１４）、各フィンガー部１６がレタスを把持解除もしく
はほぼ把持解除するとエアーシリンダ３３が伸長駆動し
て、レタス押し出し体３２がレタスを包装装置１のレタ
ス受入れ部８に押し出す（図１５）。レタスは包装シー
ト４９ごと包装装置１のゴム製絞り込み部材５１に絞り
込まれながら可動台５２上に送り込まれる（図１６）。
そして可動台５２が下降するなど、数工程を経てレタス
が包装され、コンテンナ４６に回収される（図１７）。
包装シート４９の上端側の余分な部分は図外のカッター
で切断され、その切断片は包装装置１に設けた袋７０
（図１参照）に回収される。

【００２８】〔別実施形態〕前記物品は、レタスの他に
キャベツ等の野菜や果実であってもよく、農作物以外の
ものであってもよい。

【００２９】前記検出手段は、各フィンガー部１６の基
端側がその物品に接触したことにより、第２電動モータ
Ｍ２の回転速度が低下し始めたことを、第２電動モータ
Ｍ２の電流値の増加により検出するものであってもよ
い。

【００３０】前記検出手段は、レタス等の物品の周りに
位置した各フィンガー部１６の基端側がその物品に接近
したことを検出するものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】レタス包装設備の全体斜視図

【図２】ベルトコンベアの搬送終端側周りの構造を示す
分解斜視図

【図３】ベルトコンベアの搬送方向下手側から見たレタ
ス包装設備を示す図

【図４】ロボットハンドの縦断側面図

【図５】ロボットハンドの側面図

【図６】コンプレッサーとフィンガー部の中空部との間
の空気給排経路を示す横断平面図

【図７】コンプレッサーとフィンガー部の中空部との間
の空気給排経路を示す図

【図８】ロボットハンドにおける揺動アームが直立した
状態を示す図

【図９】フィンガー部の開放径が大径になった状態にお
けるフィンガー開放径変更調節機構を示す図

【図１０】フィンガー部の開放径が小径になった状態に
おけるフィンガー開放径変更調節機構を示す図

【図１１】（イ）フィンガー部の開放径が大径になった
状態におけるフィンガー部と、これに把持される直前の
レタスを示す横断平面図 （ロ）フィンガー部の開放径が小径になった状態におけ
るフィンガー部と、これに把持されたレタスとを示す横
断平面図

【図１２】レタスを把持したフィンガー部を示す図

【図１３】ロボットハンドが取り出し位置でレタスを把
持した状態を示す図

【図１４】ロボットハンドが送り込み位置側に位置した
状態を示す図

【図１５】レタス押し出し体でレタスをレタス受入れ部
に押し出す状態を示す図

【図１６】レタス押し出し体でレタスを可動台に供給し
た状態を示す図

【図１７】包装後のレタスがコンテナに回収された状態
を示す図

【符号の説明】

３ 制御手段 １６ フィンガー部 ３６ フィンガー開放径変更調節機構 ４３ 検出手段 Ａ 第１位置 Ｂ 第２位置 Ｍ２ 駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩川 隆 大阪府堺市石津北町64番地 株式会社ク ボタ 堺製造所内 (56)参考文献 特開 昭49−16165（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−154794（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−135194（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−71183（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−113212（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 15/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本の指形成体の先端側に設けたフィ
   ンガー部の折曲作動によって第１位置で物品を抱き込み
   把持して第２位置に送り込むロボットハンドであって、 前記フィンガー部の初期開放径を変更調節するフィンガ
   ー開放径変更調節機構と、物品の周りに位置した前記フ
   ィンガー部の基端側がその物品に接近又は接触したこと
   を検出する検出手段と、前記第１位置での前記フィンガ
   ー部による物品の抱き込み把持を制御する制御手段とを
   設け、前記フィンガー開放径変更調節機構を、把持対象物の径
   方向に指形成体を移動可能に案内するガイド溝を備えた
   フィンガー支持部材と、前記フィンガー支持部材に対す
   る相対回転に伴って指形成体を前記ガイド溝に沿う方向
   で拡縮移動させるカム面を備えたカム体とから構成し、 前記 制御手段は、前記指形成体の初期開放径を大径側に
   設定し、かつ、前記指形成体を開放させた状態で各フィ
   ンガー部を前記物品の周りに位置させ、その後に前記フ
   ィンガー開放径変更調節機構によって指形成体の支持位
   置を縮径方向に移動させ、前記フィンガー部の基端側が
   前記物品に接近又は接触したことを前記検出手段が検出
   すると、その検出結果に基づいて各フィンガー部を閉じ
   側に把持折曲作動させるよう構成してあるロボットハン
   ド。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、各フィンガー部の基端
   側がその物品に接触したことにより、前記フィンガー開
   放径変更調節機構の駆動部が停止したことを検出するも
   のである請求項１記載のロボットハンド。
3. 【請求項３】 前記検出手段は、各フィンガー部の基端
   側がその物品に接触したことにより、前記フィンガー開
   放径変更調節機構の駆動部の駆動速度が低下し始めたこ
   とを検出するものである請求項１記載のロボットハン
   ド。