JP5387957B2

JP5387957B2 - 把持装置

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Publication number: JP5387957B2
Application number: JP2009103693A
Authority: JP
Inventors: 典久半田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-04-22
Also published as: JP2010253584A

Description

本発明は、対象物を把持する把持装置に関する。より詳しくは、対象物の開口に膨張体を挿入し、その後、膨張体を膨張させることで、対象物の内面と膨張体との接触圧により対象物を把持する把持装置に関する。

図１は、膨張体３１を有する把持装置３０による把持を示す。まず、図１（Ａ）のように、膨張体３１を、対象物１（例えば配管）の開口１ａに挿入させ、その後に、図１（Ｂ）のように、膨張体３１を膨張させることで、対象物１の内面と膨張体３１との接触圧により対象物１を把持する。このような把持装置は、例えば下記の特許文献１に記載されている。

特開平１０−１８０６７２号公報

しかし、上述の把持装置３０では、対象物１の姿勢や位置によって把持が困難となる場合がある。例えば、図２のように、バラ積みされている各対象物１は、様々な姿勢を取り様々な位置にある。この場合、姿勢や位置によっては膨張体３１を開口１ａに挿入することが困難となる。例えば、図２において、矢印Ａで示す対象物１の開口１ａへは、膨張体３１を挿入できるが、矢印Ｂで示す対象物１の開口１ａへは、膨張体３１を挿入することが困難となる。このように、対象物１の姿勢や位置によって、把持が困難となる。

そこで、本発明の目的は、対象物の把持を容易にすることにある。即ち、本発明の目的は、膨張体により対象物を把持する場合に、対象物が、従来においては把持に困難な姿勢や位置をとっていても、対象物を把持できるようにすることにある。

上記目的を達成するため、本発明によると、開口を持つ対象物を把持する把持装置であって、
前記開口から前記対象物の内部空間に挿入され、膨張可能な膨張体を備え、該膨張体は、前記内部空間内で膨張することで前記対象物の内面に接触圧を作用させ、該接触圧により前記対象物を把持し、
前記膨張体には挿入案内部が取り付けられ、該挿入案内部は、前記開口への膨張体の挿入を案内するように前記膨張体から突出している、ことを特徴とする把持装置が提供される。

上述した本発明の把持装置では、膨張体から突出した挿入案内部を設けることで、対象物の開口への膨張体の挿入を、挿入案内部により案内できるので、対象物を把持し易くなる。即ち、挿入案内部により、対象物の開口から膨張体を挿入し易くなるので、対象物が、従来においては把持に困難な姿勢や位置をとっていても、対象物の開口から膨張体３を挿入して、膨張体の膨張により対象物を把持できる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記挿入案内部を支持する弾性機構を備え、該弾性機構は、細長く延びてその先端に前記挿入案内部が結合され弾性変形可能である。

このように、細長く延びてその先端に前記挿入案内部が結合され弾性変形可能な弾性機構を備えるので、弾性機構は、挿入案内部と共に、対象物の内部空間に挿入されていくにつれ、対象物の内部空間の形状に応じて変形できる。従って、膨張体を、内部空間の奥の方まで挿入でき、その後、膨張体を膨張させることで、膨張体と対象物の内面との接触面積を大きくとれ、または、内部空間の奥で膨張体を内面と接触させることができる。よって、確実な把持が可能となる。

弾性機構は、次の構成を有してよい。

前記弾性機構は、複数のアーム、関節、および弾性体とを有し、
前記複数のアームは、前記関節を介して互いに連結されるとともに、該関節を中心に揺動可能であり、
前記関節に連結され、かつ、該関節の両側にある２つの前記アームが、外力により、互いに対する基本姿勢から揺動した場合、該外力が無くなると、前記弾性体により基本姿勢に戻される。

本発明の好ましい実施形態によると、前記挿入案内部を移動させる動作機構と、
前記開口を認識する認識部と、
該認識に基づいて、前記挿入案内部を、前記開口から前記対象物の内部空間に挿入させるように前記動作機構を制御する動作制御部と、を備える。

このように、認識部による開口の認識に基づいて、前記挿入案内部を、前記開口から前記対象物の内部空間に挿入させる場合に、前記挿入案内部は、上述のように、前記膨張体から突出して挿入を案内するので、動作制御部による挿入制御が容易になる。

上述した本発明によると、膨張体により対象物を把持する場合に、対象物が、従来においては把持に困難な姿勢や位置をとっていても、対象物を把持できる。

膨張体により対象物を把持する従来の構成を示す。本発明の課題を説明する図である。本発明の実施形態による把持装置の構成を示す。（Ａ）は、図３における膨張体付近の拡大図であり、（Ｂ）は、膨張体が膨張した状態を示す。弾性体の構成例を示す。本発明の実施形態による把持装置の動作を示す。本発明の他の実施形態による把持装置を示す。

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３は、本発明の実施形態による把持装置１０を示す。把持装置１０は、膨張体３、挿入案内部５、弾性機構７、動作機構８、認識部９、および動作制御部１１を備える。

膨張体３は、対象物１（この例では、Ｌ字型の配管）の開口１ａから対象物１の内部空間１ｂに挿入され、膨張可能である。該膨張体３は、内部空間１ｂ内で膨張することで対象物１の内面に接触圧を作用させ、該接触圧により対象物１を把持できる。

膨張体３をより詳しく説明する。図４（Ａ）は、膨張体３付近の拡大図である。膨張体３は、例えば、ゴムやビニール等で形成された袋状である。膨張体３の内部に、空気導入部１３を通して空気が供給されることで、図４（Ｂ）のように膨張体３が膨張する。一方、膨張体３の内部に空気が導入されず空気導入部１３を通して外気へ開放されている場合には、図４（Ａ）のように膨張体３はしぼむ。空気導入部１３は、例えば、支持体１５の内部に形成された空気流路であってよい。空気導入部１３には、変形可能なエアチューブ（図示せず）が接続されており、このエアチューブから空気導入部１３を通って膨張体３内の空気室３ａに空気が導入される。図３、図４の例では、膨張体３の先端が、挿入案内部５に結合され、膨張体３の後端が、支持体１５に結合され、これにより、膨張体３が、挿入案内部５と支持体１５に支持される。ただし、本発明によると、膨張体３が挿入案内部５に結合されていればよく、支持体１５に結合されていなくてもよく、空気導入部１３は、支持体１５に設けられていなくてもよい。

挿入案内部５は、膨張体３に取り付けられる。挿入案内部５は、開口１ａへの膨張体３の挿入を案内するように膨張体３から突出している。

挿入案内部５をより詳しく説明する。図３、図４の例では、挿入案内部５は、膨張体３より細い形状を持つ。また、図３、図４の例では、挿入案内部５は、膨張体３の先端から突出するように膨張体３の先端に取り付けられている。また、図３、図４の例では、挿入案内部５の先端は、球形になっており、これにより、挿入案内部５の先端が対象物１に接触することで対象物１が傷付くことが防止される。

弾性機構７は、挿入案内部５を支持する。弾性機構７は、細長く延びてその先端に挿入案内部５が結合され弾性変形可能である。

弾性機構７をより詳しく説明する。弾性機構７は、複数のアーム７ａ、関節７ｂ、および弾性体７ｃとを有する。複数のアーム７ａは、関節７ｂを介して互いに連結されるとともに、該関節７ｂを中心に揺動可能である。関節７ｂに連結され、かつ、該関節７ｂの両側にある２つのアーム７ａが、外力により、互いに対する基本姿勢（この例では、該２つのアーム７ａが一直線上に位置する姿勢）から揺動した場合、該外力が無くなると、弾性体７ｃにより基本姿勢に戻される。図４の例では、４つのアーム７ａが設けられている。弾性機構７の後端部（この例では、最後尾のアーム７ａの後端）は、上述の支持体１５に結合されている。なお、弾性機構７は、その姿勢に係わらず、挿入案内部５や膨張体３の重量や自重によっては、ほとんど弾性変形しないのがよい。

弾性機構７をより具体的に説明する。各関節７ｂは、図４の例では、球面ジョイントにより構成される。球面ジョイントは、一方のアーム７ａの端部に設けられた球体１７と、他方のアーム７ａの端部に設けられた窪み形成部１９とからなる。窪み形成部１９は、球体１７の球面に嵌合する球形の窪み面１９ａを持つ。球体１７と窪み面１９ａとは、球体１７の球面に沿った任意の方向に互いに摺動可能である。球体１７には、切り欠き部１７ａが形成され、この切り欠き部１７ａ（即ち、空間）を通るように弾性体７ｃが配置される。即ち、弾性体７ｃは、一端部が、球体１７に結合され、中間部が、切り欠き部１７ａ内に位置し、他端部が、窪み形成部１９に結合される。これにより、弾性体７ｃが、切り欠き部１７ａの内面２１（図４を参照）に接触しない範囲内で湾曲しながら、アーム７ａは、球面ジョイントを中心に外力により揺動でき、外力が無くなると、弾性体７ｃにより元の姿勢に戻される。内面２１は、例えば、アーム７ａが前記基本姿勢にある時の球体１７の軸（即ち、弾性体７ｃの軸）に対して一定の角度を維持するように、該軸を回る周方向に延びて１周している。

なお、弾性体７ｃは、図５のように、湾曲可能なチューブ２３と、該チューブ２３内に設けられたコイルバネ２５とからなっていてよいし、弾性的に湾曲可能な他の構成からなっていてもよい。
なお、弾性機構７は、図４の例では、膨張体３の内部（空気室３ａ）に設けられているが、膨張体３の外部に設けられていてもよい。この場合、膨張体３が、挿入案内部５に結合されることで、挿入案内部５と弾性機構７を介して支持体１５に支持されてよい。

動作機構８は、挿入案内部５を移動させる。動作機構８は、例えば、図３のように、３次元的に動作可能なアーム機構であり、該アーム機構の先端部に支持体１５が取り付けられている。図３の例では、動作機構８は、支持体１５と弾性機構７を介して挿入案内部５を支持する。即ち、動作機構８の先端には、支持体１５が結合され、支持体１５には、弾性機構７の後端が結合され、弾性機構７の先端には、挿入案内部５が結合されている。従って、動作機構８の動作に伴って挿入案内部５が動作する。

動作機構８をより詳しく説明する。図３の例では、動作機構８は、互いに連結された第１アーム部８ａと第２アーム部８ｂなどから構成される。第１アーム部８ａは、例えばシリンダ装置により構成されることで伸縮動作可能となっている。第１アーム部８ａの先端（この例では、シリンダ装置のピストン先端）に、支持体１５が固定されている。従って、第１アーム部８ａが伸縮動作することで、支持体１５が前後動（例えば昇降）する。また、第１アーム部８ａは、例えばサーボモータ（図示せず）などにより、第１回転軸Ｃ１（図３において紙面と直交する軸）を中心として第２アーム部８ｂに対し回転動作させられる。第２アーム部８ｂは、第１アーム部８ａと同様に伸縮動作可能に構成されてよい。また、第２アーム部８ｂは、例えばサーボモータにより第２回転軸Ｃ２（図３において、第２アーム部８ｂの中心軸と一致）を中心として回転動作させられる。このように、動作機構８（アーム）の動作は、例えば、第１アーム部８ａと第２アーム部８ｂの伸縮動作および回転動作として行われる。また、第２アーム部８ｂは、図示しない機構により３次元的に動作（移動）させられるものであってよい。このような動作機構８により、挿入案内部５は、支持体１５および弾性機構７と一体的に、３次元的に移動する。

認識部９は、開口１ａを認識する。認識部９は、撮像装置９ａと画像処理装置９ｂを有する。撮像装置９ａは、対象物１が積載されている場所を撮影できるように所定位置に設置される。撮像装置９ａは、例えば、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）カメラであってよい。画像処理装置９ｂは、撮像装置９ａが撮影により取得した画像データを処理することで、開口１ａの輪郭を認識して、開口１ａの位置と向きを認識する。例えば、画像処理装置９ｂは、開口１ａの形状と寸法のデータを予め記憶しておき、このデータに基づいて、画像データ内にある開口１ａの位置と向きを認識する。撮像装置９ａは、それぞれ対象物１を異なる方向から撮影できるように複数箇所（図３の例では２箇所）に設けられてよいが、１箇所だけに設けられてもよい。

動作制御部１１は、認識部９による認識（即ち、開口１ａの位置と向き）に基づいて、挿入案内部５を、開口１ａから対象物１の内部空間１ｂに挿入させるように動作機構８を制御する。即ち、動作制御部１１は、認識部９によって認識された開口１ａの位置と向きに基づいて、動作機構８を制御することで、開口１ａの手前まで挿入案内部５を移動させ、その後、挿入案内部５を開口１ａ内へ向けて移動させる。

動作制御部１１をより詳しく説明する。動作制御部１１は、第１アーム部８ａと第２アーム部８ｂの伸縮動作や回転動作などを動作機構８に行わせる。これにより、挿入案内部５を３次元的に移動させる。即ち、動作制御部１１は、（１）第１アーム部８ａを構成するシリンダ装置を伸縮させる制御、（２）第１アーム部８ａを第１回転軸Ｃ１周りに回転駆動させるサーボモータの回転角制御、（３）第２アーム部８ｂを構成するシリンダ装置を伸縮させる制御、および（４）第２アーム部８ｂを第２回転軸Ｃ２周りに回転駆動させるサーボモータの回転角制御の少なくともいずれかを行うことで、挿入案内部５を３次元的に移動させる。

なお、動作制御部１１は、挿入案内部５を開口１ａから内部空間１ｂへ所定の距離だけ挿入させたら、空気を、エア源から前記エアチューブ（図示せず）と空気導入部１３を通して膨張体３内に導入させる制御を行う。この制御は、例えば、前記エア源と接続されている前記エアチューブに設けられた弁を開く制御である。また、前記エアチューブには、その内部を、外気に対し開放または閉鎖させる開閉弁が設けられていてよく、膨張体３内に空気を導入する時には、動作制御部１１は、該開閉弁を開放し、膨張体３内に空気を導入しない時には、該開閉弁を閉じる制御を行ってよい。

図６は、本実施形態による把持装置１０の動作を示す。まず、図６（Ａ）のように、動作制御部１１の制御により、挿入案内部５を、対象物１の開口１ａへ挿入させる。次いで、動作制御部１１の制御により、挿入案内部５を、対象物１の内部空間１ｂ内へさらに進入させる。この時、挿入案内部５が対象物１の内面に接触することで、弾性機構７が内部空間１ｂの形状に応じて弾性変形しながら、挿入案内部５が膨張体３と共に内部空間１ｂの奥の方へ進入する。その後、図６（Ｂ）のように、膨張体３を膨張させることで、膨張体３と対象物１の内面との接触面積を大きくとれ、内部空間１ｂの奥で膨張体３を内面と接触させることができる。

上述の第１実施形態の搬送ロボット１０によると、以下の効果（Ａ）〜（Ｃ）が得られる。

（Ａ）上述した本発明の把持装置１０では、膨張体３から突出した挿入案内部５を設けることで、対象物１の開口１ａへの膨張体３の挿入を、挿入案内部５により案内できるので、対象物１を把持し易くなる。即ち、挿入案内部５により、対象物１の開口１ａから膨張体３を挿入し易くなるので、対象物１が、従来においては把持に困難な姿勢や位置をとっていても、対象物１の開口１ａから膨張体３を挿入して、膨張体３の膨張により対象物１を把持できる。

（Ｂ）細長く延びてその先端に挿入案内部５が結合され弾性変形可能な弾性機構７を備えるので、弾性機構７は、挿入案内部５と共に、対象物１の内部空間１ｂに挿入されていくにつれ、対象物１の内面からの接触圧により、対象物１の内部空間１ｂの形状に応じて変形できる。従って、膨張体３を、内部空間１ｂの奥の方まで挿入でき、その後、膨張体３を膨張させることで、膨張体３と対象物１の内面との接触面積を大きくとれ、または、内部空間１ｂの奥で膨張体３を内面と接触させることができる。よって、確実な把持が可能となる。

（Ｃ）認識部９による開口１ａの認識に基づいて、挿入案内部５を、開口１ａから対象物１の内部空間１ｂに挿入させる場合に、挿入案内部５は、上述のように、膨張体３から突出し、膨張体３より細い形状を持つので、動作制御部１１による挿入制御が容易になる。

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、以下のように変更可能である。

弾性機構７は、上述の構成の代わりに、他の構成を有してよい。例えば、図７のように、挿入案内部５が先端に結合され、支持体１５が後端に結合され、弾性的に湾曲する棒状弾性体であってよい。この棒状弾性体７は、例えば、図５の弾性体７ｂと同様に湾曲可能なチューブ２３と、このチューブ２３内に設けられるコイルバネ２５とから構成されてよい。図７の構成の弾性機構７を採用する場合、把持装置１０の他の構成は、上述の実施形態と同じであってよい。

また、対象物１は、上述の実施形態ではＬ字型の配管であったが、本発明によると配管に限定されず、開口１ａと内部空間１ｂを有する他の物品や部品などであってよい。

本発明は、バラ積みされている対象物１を把持する場合にも、バラ積みされていない対象物１を把持する場合にも適用できる。

１対象物、１ａ対象物の開口、１ｂ対象物の内部空間、
３膨張体、３ａ空気室、５挿入案内部、７弾性機構、
７ａアーム、７ｂ関節、７ｃ弾性体、８動作機構、
８ａ第１アーム部、８ｂ第２アーム部、９ａ撮像装置、
９ｂ画像処理装置、１０把持装置、１１動作制御部、
１３空気導入部、１５支持体、１７球体、１７ａ切り欠き部、
１９窪み形成部、１９ａ窪み面、２１切り欠き部の内面、
２３チューブ、２５コイルバネ

Claims

開口を持つ対象物を把持する把持装置であって、
前記開口から前記対象物の内部空間に挿入され、膨張可能な膨張体を備え、該膨張体は、前記内部空間内で膨張することで前記対象物の内面に接触圧を作用させ、該接触圧により前記対象物を把持し、
前記膨張体には挿入案内部が取り付けられ、該挿入案内部は、前記開口への膨張体の挿入を案内するように前記膨張体から突出しており、
前記挿入案内部を支持する弾性機構を備え、該弾性機構は、細長く延びてその先端に前記挿入案内部が結合され弾性変形可能であり、前記弾性機構の後端は、支持体に結合され、
前記支持体が先端に結合された動作機構を備え、該動作機構は、動作することにより前記挿入案内部を移動させ、
前記弾性機構は、前記挿入案内部と共に、対象物の内部空間に挿入されていくにつれ、対象物の内部空間の形状に応じて変形し、
前記膨張体は、前記挿入案内部に結合されていることにより、前記挿入案内部と前記弾性機構を介して前記支持体に支持されており、または、前記支持体に結合されていることにより、前記支持体に支持されている、ことを特徴とする把持装置。
前記弾性機構は、複数のアーム、関節、および弾性体を有し、
前記複数のアームは、前記関節を介して互いに連結されるとともに、該関節を中心に揺動可能であり、
前記関節に連結され、かつ、該関節の両側にある２つの前記アームが、外力により、互いに対する基本姿勢から揺動した場合、該外力が無くなると、前記弾性体により基本姿勢に戻される、ことを特徴とする請求項１に記載の把持装置。
前記弾性機構は、前記挿入案内部が先端に結合され、前記支持体が後端に結合された棒状弾性体である、ことを特徴とする請求項１に記載の把持装置。
前記開口を認識する認識部と、
該認識に基づいて、前記挿入案内部を、前記開口から前記対象物の内部空間に挿入させるように前記動作機構を制御する動作制御部と、を備える、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の把持装置。