JP3356952B2 - 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、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把持作動させるよう構成してあ
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把持作動させ
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、把持した状態におけるフィンガー部の姿勢が、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、把持した物品の姿勢
が崩れたり搬送中に物品が落下したりすることがあっ
た。本発明の目的は、物品をその径の如何にかかわらず
ロボットハンドのフィンガー部でしっかりと把持でき
て、把持した物品が落下する等の不具合を防止すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１にかかる発明の
特徴構成は、冒頭に記載した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、前記初期開放径の拡径及び縮
径速さを検出する速さ検出センサと、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、この制御手段は、前記フィンガー部
の初期開放径を大径側に設定し、かつ、前記フィンガー
部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
構を、前記拡径速さとほぼ同一の速さで縮径作動させ、
前記速さ検出センサによる前記縮径速さの検出値が、前
記初期開放径を大径側に設定したときの拡径速さの検出
値よりも設定値だけ小さい値になると、前記フィンガー
開放径変更調節機構の縮径作動を停止させ、各フィンガ
ー部を把持折曲作動させるよう構成してあることにあ
る。

【０００５】〔作用〕 請求項１の構成によれば次の作用を奏することができ
る。 〔イ〕 制御手段の制御により、初期開放径が大径側に
設定され、かつ、開放状態のフィンガー部が第１位置の
物品の周りに位置した後、フィンガー開放径変更調節機
構が、前記大径側への拡径速さとほぼ同一の速さで縮径
作動する。そして、フィンガー部の基端側が物品に接触
して、前記速さ検出センサによる前記縮径速さの検出値
が、前記初期開放径を大径側に設定したときの拡径速さ
の検出値よりも設定値だけ小さい値になると、前記フィ
ンガー開放径変更調節機構の縮径作動が停止し、各フィ
ンガー部が把持折曲作動して物品を抱き込み把持する。 〔ロ〕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。さらに、 〔ハ〕 フィンガー開放径変更調節機構の駆動部やその
他の部品にがたつき等が後に生じた場合、前記拡径及び
縮径速さが当初の速さよりも遅くなることがあることか
ら、例えば前記縮径速さを拡径速さと比較することな
く、単に前記縮径速さの検出値がある値まで低下しただ
けでフィンガー開放径変更調節機構の縮径作動を停止さ
せるよう構成すると、フィンガー部の基端側が物品に接
触していないにもかかわらず縮径作動が停止して各フィ
ンガー部が把持折曲作動し、物品を把持できなかった
り、物品を抱き込み把持したフィンガー部の姿勢が、物
品の形状に合わない不自然な姿勢になったりする不具合
があるが、請求項１の構成では、前記速さ検出センサに
よる前記縮径速さの検出値が、初期開放径を大径側に設
定したときの拡径速さの検出値よりも設定値だけ小さい
値になると、フィンガー開放径変更調節機構の縮径作動
を停止させて、各フィンガー部が把持折曲作動するよう
構成してあるから、たとえ前記がたつき等が後で生じ
て、前記拡径及び縮径速さが当初の速さよりも遅くなる
ことがあっても、前記縮径速さの検出値が拡径速さの検
出値よりも設定値だけ小さい値になったことで、フィン
ガー部の基端側が物品に接触していることを確実に把握
できて前記不具合を回避できる。

【０００６】 〔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
持した物品の姿勢が崩れたり物品が落下したりするのを
防止できるようになった。また、フィンガー開放径変更
調節機構の駆動部やその他の部品にがたつき等が後に生
じた場合であっても、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、把持した物品が
落下したり物品の姿勢が崩れたりするのを防止できるよ
うになった。

【０００７】

〔第１実施形態〕

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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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）。

【００１６】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。

【００１７】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触したこと（つ
まり回転円板４１の回転変化がなくなったこと）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、前記フィンガー開放径変更調節機構の縮径作動が停
止するように第２電動モータＭ２を停止させ、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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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が下降するなどの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。

【００２１】この第１実施形態において前記検出手段
は、各フィンガー部１６の基端側がレタスに接触したこ
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。

【００２２】〔第２実施形態〕 図１８に示すように、前記ポテンショメータ４３の検出
結果に基づいて、制御装置３により前記初期開放径の拡
径及び縮径速さＶａ，Ｖｂを求め、前記制御装置３によ
り、フィンガー部１６の初期開放径を大径側に設定し
（ステップ＃１）、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
（ステップ＃２）、その後にフィンガー開放径変更調節
機構３６を、前記拡径速さとほぼ同一の速さで縮径作動
させ（ステップ＃３）、ポテンショメータ４３による前
記縮径速さの検出値Ｖｂが、前記初期開放径を大径側に
設定したときの拡径速さＶａの検出値よりも設定値だけ
小さい値になったか否かを判断し（ステップ＃４）、設
定値だけ小さい値になると、フィンガー開放径変更調節
機構３６の縮径作動を停止させ（ステップ＃５）、各フ
ィンガー部１６を把持折曲作動させる（ステップ＃６）
よう構成してある。この第２実施形態において前記ポテ
ンショメータ４３は速さ検出センサに相当する。その他
の構成は第１実施形態と同じである。

【００２３】フィンガー部１６がこのようにして把持作
動するので、例えばフィンガー開放径変更調節機構３６
にがたつき等が後で生じて、前記拡径及び縮径速さＶ
ａ，Ｖｂが当初の速さよりも遅くなることがあっても、
前記縮径速さの検出値Ｖｂが拡径速さの検出値Ｖａより
も設定値だけ小さい値になったことで、フィンガー部１
６の基端側がレタスに接触していることを確実に把握す
ることができる。

【００２４】〔第３実施形態〕 図１９，図２０に示すように、前記ポテンショメータ４
３の検出結果に基づいて、制御装置３により前記初期開
放径の縮径加速度Ａａを求め、前記制御装置３により、
フィンガー部１６の初期開放径を大径側に設定し（ステ
ップ＃１）、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（ステ
ップ＃２）、その後にフィンガー開放径変更調節機構３
６を縮径作動させ（ステップ＃３）、フィンガー部１６
の基端側がレタスに接触したことにより、前記縮径加速
度の検出値Ａａが、設定した負の値になると（ステップ
＃４）、その検出結果に基づいて時間計測を開始すると
ともに（ステップ＃５）、フィンガー開放径変更調節機
構３６の縮径作動を続け（ステップ＃６）、設定時間Ｔ
が経過する（ステップ＃７）と、フィンガー開放径変更
調節機構３６の縮径作動を停止させ（ステップ＃８）、
各フィンガー部１６を把持折曲作動させる（ステップ＃
９）よう構成してある。この第３実施形態において前記
ポテンショメータ４３は加速度検出センサに相当する。
その他の構成は第１実施形態と同じである。

【００２５】フィンガー部１６がこのようにして把持作
動するので、例えばフィンガー開放径変更調節機構３６
にがたつき等が後で生じて、初期開放径の拡径及び縮径
速さＶａ，Ｖｂが当初の速さよりも遅くなることがあっ
ても、前記縮径加速度の検出値Ａａが、設定した負の値
になることで、フィンガー部１６の基端側がレタスに接
触していることを確実に把握することができる。また、
前記設定時間Ｔが経過してからフィンガー開放径変更調
節機構３６の縮径作動を停止させるので、フィンガー部
１６はその基端側でレタスをある程度絞り込んでから把
持折曲作動することになり、レタスをしっかりと把持す
ることができる。なお、前記縮径加速度Ａａが、設定し
た負の値になるとすぐにフィンガー開放径変更調節機構
３６の縮径作動を停止させてもよい。

【００２６】以上の第１〜第３の実施形態において、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。

【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

【図１８】フィンガー部の把持作動を示す流れ図

【図１９】フィンガー部の把持作動を示す流れ図

【図２０】フィンガー部の初期開放径の縮径速度及び加
速度を示す図

【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（速さ検出センサ，加速度検出セン
サ） Ａ 第１位置 Ｂ 第２位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−16165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−113212（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−71183（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−16164（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 13/00 B25J 15/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、前記初期開放径の拡径及び縮
   径速さを検出する速さ検出センサと、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、この制御手段は、前記フィンガー部
   の初期開放径を大径側に設定し、かつ、前記フィンガー
   部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
   構を、前記拡径速さとほぼ同一の速さで縮径作動させ、
   前記速さ検出センサによる前記縮径速さの検出値が、前
   記初期開放径を大径側に設定したときの拡径速さの検出
   値よりも設定値だけ小さい値になると、前記フィンガー
   開放径変更調節機構の縮径作動を停止させ、各フィンガ
   ー部を把持折曲作動させるよう構成してあるロボットハ
   ンド。