JP5311005B2

JP5311005B2 - ロボットハンド

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Publication number: JP5311005B2
Application number: JP2008181402A
Authority: JP
Inventors: 泰彦福地; 暢宏柴崎; 浩齋藤; 浩昭今泉; 渡稲村
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: JP2010017815A

Description

本発明は、搬送ロボットのロボットハンドに関する。

搬送ロボットは、取出位置にある対象物を別の位置まで搬送する産業用ロボットであり、対象物を把持するためのロボットハンドを有する。複数の対象物を高能率で搬送する搬送ロボットが、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１の搬送ロボットを図５に示す。図５では、搬送ロボットは多関節ロボットである。図５において、多関節ロボットにロボットハンド３０が設けられている。

多関節ロボットは、図５の例では、次のように構成されている。基台２１上にロボット胴２２が縦軸回りに旋回駆動可能に設けられ、更に、この旋回胴２２の上端にロボット第１アーム２３が水平軸心回りに俯仰回転駆動可能に設けられている。また、ロボット第１アーム２３の先端域にはロボット第２アーム２４が水平軸心回りに揺動回転駆動可能に設けられ、ロボット第１、第２アーム２３、２４の駆動モータＭ１、Ｍ２が第１アーム２３の基端の両側に設けられている。さらに、ロボット第２アーム２４の揺動回転時に、同アーム２４にバランス作用を与えるバランサ２５がロボット第１アーム２３の後方に配設されている。そして、ロボット第２アーム２４の先端にはロボット手首２６が設けられ、このロボット手首２６はロボット第２アーム２４の後端に搭載された駆動モータ群Ｍ３〜Ｍ５によって３つの動作自由度を備えている。

ロボットハンド３０は、図５の例では、ロボット手首２６に取り付けられている。特許文献１では、ロボットハンド３０が複数（４つ）の袋受容指３４を有することで、複数の対象物（袋物ワーク）を同時に搬送できるようになっている。
特開平７−１３２４７７号公報

しかし、ロボットハンドで複数の対象物を同時に把持するには、複数のアクチュエータを設け、各アクチュエータの作動により各対象物を把持（挟持）するようにしている。特許文献１においても、同様に複数のアクチュエータを用いて複数の対象物（袋物ワーク）を把持・挟持している。
このようにアクチュエータの数が増えると、構造が複雑化し、ハンドロボットの重量の増加を招いてしまう。

そこで、本発明の目的は、１つのアクチュエータを作動させることで複数の対象物を同時に挟持できるロボットハンドを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によると、取出位置にある対象物を挟持して別の位置まで搬送する搬送ロボットのロボットハンドであって、
第１および第２の対象物をそれぞれ挟持する第１および第２の挟持部を備え、
第１および第２の挟持部は、開閉駆動される共通のフレームに設けられ、
第１および第２の挟持部は、前記フレームの閉動作によりそれぞれ第１および第２の対象物を挟むように動作し、
第２の挟持部は、第２の対象物を弾性力で挟持する弾性力付与機構を有し、
第１の挟持部が第１の対象物を挟持している状態において、第２の対象物と第２の挟持部との間で前記弾性力が作用するようになっている、ことを特徴とするロボットハンドが提供される。

上述した本発明のロボットハンドでは、第１および第２の対象物をそれぞれ挟持する第１および第２の挟持部を備え、第１および第２の挟持部は、開閉駆動される共通のフレームに設けられることで、第１および第２の挟持部は、前記フレームの閉動作によりそれぞれ第１および第２の対象物を挟むように動作するので、共通のフレームを閉動作させることで、複数の対象物を同時に挟持できる。即ち、１つのアクチュエータで共通のフレームを開閉することで複数の対象物を挟持することができる。従って、単純な構造で、しかも重量の増加を招くことなく、複数の対象物を同時に挟持することができる。
特に、第２の挟持部は、第２の対象物を弾性力で挟持する弾性力付与機構を有し、第１の挟持部が第１の対象物を挟持している状態において、第２の対象物と第２の挟持部との間で前記弾性力が作用するようになっているので、第１および第２の対象物をそれぞれ適切な力で挟持することができる。

本発明の好ましい実施形態によると、弾性力付与機構は、バネまたはゴムの変形により前記弾性力を、第２の対象物と第２の挟持部との間で作用させる。

このように、弾性力付与機構は、バネまたはゴムを利用するものであってよい。

第１の挟持部、第２の挟持部および共通のフレームの具体的構成は、次のものであってよい。

第１の挟持部は、第１の対象物を挟んで把持する１対の開閉部からなり、
第２の挟持部は、第２の対象物を挟んで把持する１対の開閉部からなり、
前記共通のフレームは開閉駆動される１対の開閉フレーム部からなり、
第１の挟持部の前記１対の開閉部の一方と、第２の挟持部の前記１対の開閉部の一方とは、前記１対の開閉フレーム部の一方に設けられ、第１の挟持部の前記１対の開閉部の他方と、第２の挟持部の前記１対の開閉部の他方とは、前記１対の開閉フレーム部の他方に設けられ、前記弾性力付与機構は、第２の挟持部の前記１対の開閉部の少なくとも一方に設けられている。

本発明の好ましい実施形態によると、第１および第２の挟持部は、所定の方向に同軸に配列されている。

このように、第１および第２の挟持部は、所定の方向に同軸に配列されているので、同軸に組まれた第１および第２の対象物を同時に挟持することができる。

好ましくは、第２の挟持部において第２の対象物と接触する部分は、ゴムで形成されている。

このように、第２の挟持部において第２の対象物と接触する部分は、ゴムで形成されているので、ゴムと第２の対象物との間の摩擦力により第２の対象物をより確実に把持できるとともに、このゴムを前記弾性力付与機構とすることもできる。

本発明の好ましい実施形態によると、第１および第２の対象物は、それぞれ同じ回転機械の構成部品であって、
第１の対象物は、前記回転機械の静止部であり、第２の対象物は前記回転機械の回転部であり、
前記静止部と前記回転部とが組まれた状態で、前記静止部と前記回転部とがそれぞれ第１の挟持部と第２の挟持部とに挟持される。

このように、本発明のロボットハンドは、回転機械の前記静止部と前記回転部とが同軸に組まれた状態で、前記静止部と前記回転部とを把持する場合に適用可能である。

上述した本発明によると、単純な構造で、しかも重量の増加を招くことなく、複数の対象物を同時に挟持することができる。しかも、複数の対象物をそれぞれ適切な力で挟持することができる。

本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態によるロボットハンド１０の構成図である。ロボットハンド１０は、複数の対象物２、３を同時に把持できるものであり、取出位置にある対象物２、３を別の位置へ搬送する搬送ロボットに取り付けられる。例えば、図１において、搬送ロボットの取付部４にロボットハンド１０が取り付けられてよい。
ロボットハンド１０は、第１の挟持部５、第２の挟持部７、フレーム９、単一のアクチュエータ（図示せず）、および、弾性力付与機構１１を備える。

複数の対象物２、３は、図１の例では、第１および第２の対象物２、３である。本実施形態では、第１および第２の対象物２、３は、それぞれ同じ回転機械の構成部品である。この場合、第１の対象物２は、前記回転機械の静止部であり、第２の対象物３は前記回転機械の回転部である。例えば、回転機械は、電動モータであってよく、電動モータの静止部２はステータであり、回転部３は電動モータのロータ（回転軸）である。
図１では、第１および第２の対象物２、３は、前記取出位置にあり、支持具６により支持されている。

第１の挟持部５は、第１の対象物２を挟持する。第１の挟持部５は、第１の対象物２を挟んで把持する１対の開閉部５ａ，５ｂからなる。同様に、第２の挟持部７は、第２の対象物３を挟持する。第２の挟持部７は、第２の対象物３を挟んで把持する１対の開閉部７ａ，７ｂからなる。第１および第２の挟持部５、７は、所定の方向（図１の上下方向）に同軸に配列・整列されている。本実施形態では、前記回転部３と前記静止部２とが同軸に組まれた状態で（図１の例では、電動モータのロータ３がステータ２を貫通している状態で）、前記回転部３と前記静止部２とがそれぞれ第２の挟持部７と第１の挟持部５とに挟持されるようになっている。なお、前記同軸の軸は、回転部３の軸である。
本実施形態では、第２の挟持部７において第２の対象物３と接触して対象物３に挟持力を作用させる部分は、ゴムで形成されている。第１の挟持部５においても第１の対象物２と接触して対象物３に挟持力を作用させる部分は、ゴムで形成されていてよい。
なお、第１の挟持部５は、鉛直方向（図１の上下方向）に第１の対象物２と係合するようになっている。

フレーム９は、開閉駆動される。第１および第２の挟持部５、７は、この共通のフレーム９に設けられる。即ち、第１および第２の挟持部５、７は、フレーム９の閉動作によりそれぞれ第１および第２の対象物２、３を挟むように動作する。図１は、フレーム９の閉動作により第１および第２の対象物２、３を第１および第２の挟持部５、７で挟持した状態を示し、図２は、フレーム９が開いている状態を示す。
共通のフレーム９は開閉駆動される１対の開閉フレーム部９ａ、９ｂからなる。１対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの一方には、第１の挟持部５の１対の開閉部５ａ，５ｂの一方と、第２の挟持部７の１対の開閉部７ａ，７ｂの一方とが設けられる。１対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの他方には、第１の挟持部５の１対の開閉部５ａ，５ｂの他方と、第２の挟持部７の１対の開閉部７ａ，７ｂの他方とが設けられる。
１対の開閉フレーム部９ａ、９ｂは、開閉動作をするために、例えば、搬送ロボットに設けられたガイドレール（図示せず）に沿って往復移動自在となっている。また、開閉フレーム部９ａ、９ｂは、往復移動自在に搬送ロボットに設けられた支持部（図示せず）に支持されている。

単一のアクチュエータにより、フレーム９が開閉駆動される。アクチュエータは、例えば、空圧または油圧によるシリンダ装置であってよい。この場合、シリンダ装置において、シリンダが１対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの一方に固定され、シリンダ内部を往復運動するピストンの先端部が、１対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの他方に固定されてよい。アクチュエータは、搬送ロボットの前記取付部４に設けられてよい。
また、アクチュエータが、電動サーボモータである場合には、例えば、サーボモータにより回転駆動されるピニオンと、このピニオンを間に挟んで該ピニオンに噛み合う１対のラックと、が設けられ、１対のラックの一方が１対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの一方に固定され、１対のラックの他方が１対の開閉フレーム部９ａ、９ｂの他方に固定され、これにより、サーボモータの回転により１対の開閉フレーム９が開閉される。

弾性力付与機構１１は、第２の対象物３を弾性力で挟持するための機構であり、第２の挟持部７に設けられる。弾性力付与機構１１を図３、図４に示す。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視による第２の挟持部７付近の拡大図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線矢視による第２の挟持部７付近の拡大図である。図３、図４のように、弾性力付与機構１１は、開閉部７ａ，７ｂに設けられ、第２の対象物３を挟む挟持方向およびその反対方向に移動可能な可動部１１ａと、可動部１１ａを前記挟持方向に付勢する弾性体１１ｂ（この例では、バネ１１ｂ）と、可動部１１ａの運動方向を前記挟持方向とその逆方向に規制する方向規制部１１ｃ（この例では、ピン１１ｃ）と、を有する。図３、図４の例では、可動部１１ａには、開閉部７ａ，７ｂの本体に固定されたピン１１ｃが貫通しており、可動部１１ａはピン１１ｃを中心に前記挟持方向（の成分を持つ方向）とその逆方向に揺動（回転）可能になっている。また、図３、図４の例では、バネ１１ｂは、コイルバネである。このコイルバネ１１ｂは、開閉部７ａ，７ｂに設けられた窪み部１３と、可動部１１ａに設けられた窪み部１５とに収容される。これら窪み部１３、１５の深さ方向は、前記挟持方向となっている。また、コイルバネ１１ｂの両端は、それぞれ窪み部１３、１５に底面に固定されてよい。なお、図３ではバネ１１ｂは圧縮されており、図４ではバネ１１ｂの長さは自然長であってよい。
弾性力付与機構１１により、第１の挟持部５が第１の対象物２を挟持している状態において、第２の対象物３と第２の挟持部７との間で前記弾性力が作用するようになっている。即ち、フレーム９が閉じる方向に移動することで、弾性力付与機構１１（即ち、可動部１１ａ）が第２の対象物３と接触して第２の対象物３との間で力を及ぼし合い、これにより、弾性体１１ｂが縮む方向に変形する。従って、この弾性体１１ｂの弾性力により、第２の対象物３を第２の挟持部７で挟持することができる。

なお、ロボットハンド１０は、第１または第２の挟持部５、７が、第１または第２の対象物２、３を挟持する力を検知する力センサ（図示せず）を有するのがよい。例えば、力センサは、第１または第２の挟持部５、７に組み込まれた圧電センサやひずみゲージ式センサであってよい。また、アクチュエータが、電動サーボモータである場合には、力センサは、サーボモータのトルクを検知するものであってよい。
このような力センサを設けることで、各対象物２、３が各挟持部５、７から落下してしまったことを検知できる。また、フレーム９を閉じる時に、力センサにより検知された力に基づいて、制御装置（図示せず）が前記アクチュエータを制御することでフレーム９の移動を停止させてよい。これにより、各対象物２、３に適切な値の挟持力が作用している状態とすることができる。

上述したロボットハンド１０は、多関節ロボットなどの搬送ロボットに取り付けられて、搬送ロボットにより３次元的に移動させられてよい。例えば、ロボットハンド１０は、搬送ロボットにより鉛直方向、第１水平方向、および、第１水平方向とは異なる第２水平方向に移動させられてよい。また、ロボットハンド１０は、搬送ロボットにより所定の軸を中心に旋回させられてもよい。なお、多関節ロボットは、例えば特許文献１に記載されている。

上述した本発明のロボットハンド１０によると、第１の対象物２を挟持する第１および第２の挟持部５、７を備え、第１および第２の挟持部５、７は、開閉駆動される共通のフレーム９に設けられることで、第１および第２の挟持部５、７は、フレーム９の閉動作によりそれぞれ第１および第２の対象物２、３を挟むように動作するので、共通のフレーム９を閉動作させることで、複数の対象物２、３を同時に挟持できる。即ち、１つのアクチュエータで共通のフレーム９を開閉することで複数の対象物２、３を挟持することができる。従って、単純な構造で、しかも重量の増加を招くことなく、複数の対象物２、３を同時に挟持することができる。
特に、第２の挟持部７は、弾性力で第２の対象物３を挟持する弾性力付与機構１１を有し、第１の挟持部５が第１の対象物２を挟持している状態において、第２の対象物３と第２の挟持部７との間で前記弾性力が作用するようになっているので、第１および第２の対象物２、３をそれぞれ適切な力で挟持することができる。

また、第１および第２の挟持部５、７は、所定の方向（図１の上下方向）に同軸に配列されているので、同軸に組まれた第１および第２の対象物２、３を同時に挟持することができる。

さらに、第２の挟持部７において第２の対象物３と接触する部分（可動部１１ａの接触面）は、ゴムで形成されているので、ゴムと第２の対象物３との間の摩擦力により第２の対象物３をより確実に把持できる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上述の実施形態では、バネ１１ｂはコイルバネであったが、バネ１１ｂは板バネであってもよい。
また、上述の実施形態では、弾性力付与機構１１は、バネ１１ｂを弾性体１１ｂとして利用してものであったが、バネ１１ｂの代わりにゴムを弾性体１１ｂとして利用するものであってもよい。ゴムを弾性体１１ｂとした場合には、上述の可動部１１ａや方向規制部１１ｃを省略し、ゴム１１ｂが第２の対象物３に直接接触するようにゴム１１ｂを第２の挟持部７に固定してよい。この場合、当該ゴム１１ｂと第２の対象物３との間の摩擦力により第２の対象物３をより確実に把持することもできる。

上述の実施形態では、方向規制部１１ｃは、可動部１１ａが揺動するように可動部１１ａの運動方向を規制したが、方向規制部１１ｃは、可動部１１ａが前記挟持方向とその逆方向に直線運動するように可動部１１ａの運動方向を規制するガイドであってもよい。

また、上述の実施形態では、第１および第２の挟持部５、７のうち第２の挟持部７に弾性力付与機構１１を設けたが、第１の挟持部５にも弾性力付与機構１１を設けてもよい。即ち、第１の挟持部５を第２の挟持部７と同様の構成としてもよい。

上述の実施形態では、第２の挟持部７における１対の開閉部７ａ，７ｂの両方に弾性力付与機構１１を設けたが、１対の開閉部７ａ，７ｂの一方にのみ弾性力付与機構１１を設けてもよい。

上述の実施形態では、２つの挟持部５、７を共通のフレーム９に設けたが、３つ以上の挟持部を共通のフレーム９に設けてもよい。この場合、各挟持部は第１または第２の挟持部５、７と同様の構成であってよく、すべての挟持部に弾性力付与機構１１を設けてもよい。

本発明の実施形態によるロボットハンドの構成図であり、複数の対象物を挟持している状態を示す。図１のロボットハンドにおけるフレームが開いている状態を示す。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視による挟持部付近を示す部分拡大図である。図２のＩＶ−ＩＶ線矢視による挟持部付近を示す部分拡大図である。特許文献１の多関節ロボットの構成図である。

符号の説明

２第１の対象物、３第２の対象物、４搬送ロボットの取付部、５第１の挟持部、５ａ，５ｂ開閉部、６支持具、７第２の挟持部、７ａ，７ｂ開閉部、９フレーム、９ａ，９ｂ１０ロボットハンド、開閉フレーム部、１１弾性力付与機構、１１ａ可動部、１１ｂ弾性体（バネ）、１１ｃ方向規制部（ピン）、１３，１５窪み部、

Claims

取出位置にある対象物を挟持して別の位置まで搬送する搬送ロボットのロボットハンドであって、
第１および第２の対象物をそれぞれ挟持する第１および第２の挟持部を備え、
第１および第２の挟持部は、開閉駆動される共通のフレームに設けられ、
第１および第２の挟持部は、前記フレームの閉動作によりそれぞれ第１および第２の対象物を水平方向に挟むように動作し、
第２の挟持部は、第２の対象物を弾性力で挟持する弾性力付与機構を有し、
第１の挟持部が第１の対象物を水平方向に挟持している状態において、第１の挟持部は、鉛直方向に第１の対象物と係合し、第２の対象物と第２の挟持部との間で前記弾性力が作用するようになっており、
第１および第２の挟持部が、それぞれ、第１および第２の対象物を水平方向に挟持した状態で、第１および第２の挟持部は、鉛直方向に間隔をおいて配列されている、ことを特徴とするロボットハンド。
弾性力付与機構は、バネまたはゴムの変形により前記弾性力を、第２の対象物と第２の挟持部との間で作用させる、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
第１の挟持部は、第１の対象物を挟んで把持する１対の開閉部からなり、
第２の挟持部は、第２の対象物を挟んで把持する１対の開閉部からなり、
前記共通のフレームは開閉駆動される１対の開閉フレーム部からなり、
第１の挟持部の前記１対の開閉部の一方と、第２の挟持部の前記１対の開閉部の一方とは、前記１対の開閉フレーム部の一方に設けられ、第１の挟持部の前記１対の開閉部の他方と、第２の挟持部の前記１対の開閉部の他方とは、前記１対の開閉フレーム部の他方に設けられ、前記弾性力付与機構は、第２の挟持部の前記１対の開閉部の少なくとも一方に設けられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のロボットハンド。
第２の挟持部において第２の対象物と接触する部分は、ゴムで形成されている、ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットハンド。
第１および第２の対象物は、それぞれ同じ回転機械の構成部品であって、
第１の対象物は、前記回転機械の静止部であり、第２の対象物は前記回転機械の回転部であり、
前記静止部と前記回転部とが同軸に組まれた状態で、前記静止部と前記回転部とがそれぞれ第１の挟持部と第２の挟持部とに挟持される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットハンド。