JP5477579B2 - ロボットハンド - Google Patents

Description

本発明は、ワークの円筒形部分をその径方向に把持するロボットハンドに関する。

ロボットハンドは、例えば多関節ロボットのアーム先端部に取り付けられ、ワークを把持して搬送するために通常用いられる。
また、１台のロボットハンドで、形状又は材質の異なるワークを把持する場合、従来はロボットハンド又はその爪を交換することで異なるワークに対応していた。しかし、この場合、ワークの形状又は材質が変化する毎に、ロボットの作動を中断し、ロボットハンド又はその爪を交換する必要があり、ロボットの稼働率が低下する問題点があった。

そこで、ロボットハンド又はその爪を交換することなく、単一のロボットハンドで複数のワークを把持する手段として、特許文献１，２が既に提案されている。

特許文献１は、１つのロボットハンドで多種多様な形状や硬さを持つ複数の部品を把持できることを目的とする。
そのため、このロボットハンドは、回転可能でかつ円周方向の所定位置で制止可能に設けられた指を備え、指の周囲にそれぞれ弾性の異なる複数の把持部を設けたものである。

特許文献２は、複数種類の部品に対応可能な、汎用性のあるロボットハンドを目的とする。
そのため、このロボットハンドは、下記構成を具備することを特徴とする。
（１） ｎ角柱形状（但し、ｎは３以上の整数）をなし各側面は異なる弾性を有する爪部、前記爪部を先端に支持し円筒形状をなし側面には所定の弾性力で突出するｎ個の突起部を等間隔で配設し先端には前記爪部を装着した本体からなる把持部、
（２） 前記把持部の本体と略同一径の把持部保持穴を有し、前記把持部保持穴の内周には前記突起部と略同一形状の位置決め溝を等間隔で配設した指部、
（３） 複数の指部を各指部の対向方向に進退自在に支持する指部駆動手段。

特開平２−３０３７８５号公報、「ロボットハンド」 特開平６−３９７７２号公報、「ロボットハンド」

複数のワークが円筒形部分を有し、その円筒形部分の直径が、所定の範囲で最小値から最大値までワークによって相違する場合に、ロボットハンドでワークの円筒形部分をその径方向に把持するには、従来はロボットハンド又はその爪を交換することで異なるワークに対応していた。
しかし、この場合、ロボットの作動を中断し、ロボットハンド又はその爪を交換する必要があり、ロボットの稼働率が低下する問題点があった。またこの場合、信号線、電力線、空圧配管なども分離できなければならず、機構が複雑になり高価となる。また、ロボットハンドの重量が重くなる問題点があった。

また、把持するワークの円筒形部分に傷等を付けないため、円筒形部分に作用する把持時の面圧を低く抑えることが望まれる。
しかし特許文献１，２のロボットハンドを適用した場合、２つの多角柱の表面でワークを把持するため、面圧を低く抑えることができるように円筒形部分の表面に沿った円弧面で把持することができなかった。

さらに、特許文献１，２のロボットハンドの場合、直径の異なる複数の円筒形部分を「複数の把持部」又は「ｎ角柱形状の爪部」で把持することはできるが、対応できる円筒形部分の直径の種類が「複数」又は「ｎ個」に限定され、それを超える種類には対応できなかった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、複数のワークが円筒形部分を有し、その円筒形部分の直径が所定の範囲で最小値から最大値までワークによって相違する場合に、作動を中断することなくかつ部品を交換することなく、ワークの円筒形部分をその径方向に把持することができ、かつ円筒形部分に作用する把持時の面圧を低く抑えることができ、対応できる円筒形部分の直径の種類が限定されないロボットハンドを提供することにある。

本発明によれば、ワークの円筒形部分をその径方向に把持するロボットハンドであって、
１対の爪と、爪の根元に付属し爪の先端から根元までの直線方向を軸方向としてもつ回転軸と、
前記爪を前記回転軸の軸心回りに回転駆動する回転駆動装置と、
前記１対の回転軸を開位置と閉位置の間で開閉するチャック装置と、を備え、
前記１対の爪は、前記閉位置において、互いに対向する位置に、前記回転駆動により所定の範囲の直径を超えて連続的に変化する円弧溝を周方向に有する、ことを特徴とするロボットハンドが提供される。

本発明の実施形態によれば、前記回転駆動装置は、前記１対の爪の回転を同期させる同期機構を有する。

また、前記チャック装置は、前記１対の爪の回転軸を平行に保持して片持支持する１対の片持支持部材と、該片持支持部材の相対位置を連続的に変化させるアクチュエータとを備える。

また本発明の実施形態によれば、前記ワークは、その軸線を鉛直に保持され、かつ該鉛直姿勢において前記円筒形部分の上方に該円筒形部分の直径より下面が大きい拡径部分を有しており、
前記円弧溝は、隙間を介して前記円筒形部分を把持するように、該円筒形部分の直径より大きく設定されている。

また本発明の実施形態によれば、前記ワークは、その軸線を鉛直に保持され、かつ該鉛直姿勢において前記円筒形部分の下方に段付き部分を有しており、
前記円弧溝は、隙間を介して前記円筒形部分を把持するように、該円筒形部分の直径より大きく設定されており、
さらに、前記段付き部分を支持してワークの下方移動を阻止する段付き支持部材を備える。

上記本発明の構成によれば、把持対象となるワークの円筒形部分の直径に応じて、爪を回転軸の軸心回りに回転駆動して、互いに対向する対向位置に円筒形部分の直径に対応する円弧溝を位置決めすることができる。
従って、この状態において、チャック装置により回転軸の間隔を開位置から閉位置に移動することにより、作動を中断することなくかつ部品を交換することなく、対向する円弧溝の間で、ワークの円筒形部分をその径方向に把持することができる。

また、閉位置において、回転駆動により互いに対向する対向位置に前記所定の範囲の直径を超えて連続的に変化する円弧溝を周方向に有するので、把持対象となるワークの円筒形部分の直径に応じて、円弧溝の内径を円筒形部分の直径に一致させることができるので、ワークの円筒形部分をその径方向に把持することができ、かつ円筒形部分に作用する把持時の面圧を低く抑えることができる。

さらに、円弧溝は、最小値から最大値までの所定の範囲の直径を超えて連続的に変化するので、対応できる円筒形部分の直径の種類が限定されず、前記所定の範囲内で連続的に直径を設定することができる。

本発明のロボットハンドを備えたロボットの全体構成図である。 本発明によるロボットハンドの第１実施形態図である。 最大値ｄｍａｘの円筒形部分５ａを把持する爪１２の構成図である。 最小値ｄｍｉｎの円筒形部分５ａを把持する爪１２の構成図である。 爪の別の実施形態図である。 本発明によるロボットハンドの第２実施形態図である。 本発明によるロボットハンドの第３実施形態図である。

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、本発明のロボットハンドを備えたロボットの全体構成図である。
この図において、１はロボット、２はロボットアーム、３はロボットの手先部である。
ロボット１は、この例では、テーブル４の上面に固定された垂直多関節ロボットであるが、本発明はこれに限定されず、その他のロボット（スカラロボットや直交ロボット）であってもよい。

本発明のロボットハンド１０は、ロボットの手先部３に搭載され、ロボット１により、所定の作動範囲で３次元的に移動され、かつ自由な姿勢をとることができるようになっている。

この図において、５はワーク、６はワーク支持台、７はワークテーブルである。
ワーク５はロボットハンド１０で把持される円筒形部分５ａを有する。この円筒形部分５ａの直径は、最小値ｄｍｉｎから最大値ｄｍａｘまでの所定の範囲内でワーク毎に異なってもよい。
ワーク支持台６は、ワークテーブル７の上面に位置し、ワーク５の下端部を保持する縦穴６ａを有する。この縦穴６ａはワーク５の下端部を保持しワーク５の軸線を鉛直に保持するようになっている。
なお、ワーク支持台６はこの例に限定されず、ワーク５の軸線を鉛直に保持できる限りで、その他の構造であってもよい。

図２は、本発明によるロボットハンドの第１実施形態図である。この図において、（Ａ）は図１のロボットハンド１０の拡大図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視図である。

図２において、本発明のロボットハンド１０は、１対の爪１２、回転駆動装置１４、及びチャック装置１６を備える。

１対の爪１２は、爪の先端から根元までの直線方向を軸方向としてもつ回転軸１２ａを爪の根元に備える。回転軸１２ａは、支持フレーム１５に設けられた軸受（図示せず）により、回転軸１２ａの軸心を中心に回転可能に支持されている。

回転駆動装置１４は、この例では１対のパルスモータであり、支持フレーム１５に取り付けられ、回転軸１２ａを中心に爪１２を回転駆動する。
また、回転駆動装置１４は、１対の爪１２の回転を同期させる同期機構を有する。同期機構は、この例では１対のパルスモータに同一パルスを同時に供給するパルス発振器である。
なお、同期機構として互いに歯合する１対の歯車を用い、単一の駆動装置で一方の歯車を駆動するようにしてもよい。

チャック装置１６は、回転軸１２ａの間隔を「開位置」と「閉位置」の間で開閉する。
この例において、チャック装置１６は、支持フレーム１５に設けられ、１対の爪１２の回転軸１２ａを平行に保持して片持支持する１対の片持支持部材１６ａと、片持支持部材１６ａの相対位置を連続的に変化させるアクチュエータ１６ｂとを備える。
片持支持部材１６ａは、図示しないリニアガイドにより図で水平方向に案内されている。また、アクチュエータ１６ｂは、例えば直動の電動シリンダ、又はラック＆ピニオン機構である。
なお、チャック装置１６は、この構成に限定されず、例えば、１対の爪１２を単一の鉛直軸を中心に揺動させて、ハサミのように、回転軸１２ａの間隔を「開位置」と「閉位置」の間で開閉する機構であってもよい。

図３は、最大値ｄｍａｘの円筒形部分５ａを把持する爪１２の構成図であり、図４は、最小値ｄｍｉｎの円筒形部分５ａを把持する爪１２の構成図である。また、図３、図４において、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。

図３、図４において、Ｃは回転軸１２ａの回転中心であり、Ｌｍｉｎは閉位置におけるＣ−Ｃ間距離である。Ｌｍｉｎ（Ｃ−Ｃ間距離）は、図３、図４で同一である。
すなわちこの例において、回転軸１２ａの回転中心Ｃは、円筒形状をした爪１２の中心軸に対し偏心しており、回転駆動装置１４による回転軸１２ａの回転駆動により図３、図４の両方の位置に変更できるようになっている。

図３、図４において、１対の爪１２は、円筒形状であり、連続的に変化する円弧溝１３をその周方向に有する。
また、１対の爪１２は、閉位置において、互いに対向する対向位置に同一の円弧溝１３が位置する。
また、この円弧溝１３は、回転駆動装置１４による回転駆動により最小値ｄｍｉｎから最大値ｄｍａｘまでの所定の範囲の直径を超えて連続的に変化するようになっている。

図５は、爪の別の実施形態図である。この図において（Ａ）は、最大値ｄｍａｘの円筒形部分５ａを把持する爪１２の構成図であり、（Ｂ）は、最小値ｄｍｉｎの円筒形部分５ａを把持する爪１２の構成図である。また、（Ａ）（Ｂ）との、上面図である。

図５（Ａ）（Ｂ）において、Ｃは回転軸１２ａの回転中心であり、Ｌｍｉｎは閉位置におけるＣ−Ｃ間距離である。Ｌｍｉｎ（Ｃ−Ｃ間距離）は、図５（Ａ）（Ｂ）で同一である。
すなわちこの例において、回転軸１２ａの回転中心Ｃは、円筒形状をした爪１２と同心であり、回転駆動装置１４による回転軸１２ａの回転駆動により図５（Ａ）（Ｂ）の両方の位置に変更できるようになっている。

図５において、１対の爪１２は、連続的に変化する円弧溝１３をその周方向に有する。
また、１対の爪１２は、閉位置において、互いに対向する対向位置に同一の円弧溝１３が位置する。
また、この円弧溝１３は、回転駆動装置１４による回転駆動により最小値ｄｍｉｎから最大値ｄｍａｘまでの所定の範囲の直径を超えて連続的に変化するようになっている。

上述した本発明の構成によれば、回転軸１２ａを中心に爪１２を回転駆動して、把持対象となるワーク５の円筒形部分５ａの直径に対応する円弧溝１３を互いに対向する位置に位置決めすることができる。
従って、この状態において、チャック装置１６により回転軸１２ａの間隔を開位置から閉位置に移動することにより、作動を中断することなくかつ部品を交換することなく、対向する円弧溝１３の間で、ワーク５の円筒形部分５ａをその径方向に把持することができ、かつ円筒形部分５ａに作用する把持時の面圧を低く抑えることができる。

さらに、円弧溝１３は、最小値から最大値までの所定の範囲の直径を超えて連続的に変化するので、対応できる円筒形部分５ａの直径の種類が限定されず、所定の範囲内で連続的に直径を設定することができる。

図６は、本発明によるロボットハンドの第２実施形態図である。この図は、図２（Ａ）に対応している。
この例において、ワーク５は、その軸線を鉛直に保持され、かつ鉛直姿勢において円筒形部分５ａの上方に円筒形部分５ａの直径より下面が大きい拡径部分５ｂを有する。
また、円弧溝１３は、この例では、隙間を介して円筒形部分５ａを把持するように、円筒形部分５ａの直径より大きく設定されている。

この構成により、対向する円弧溝１３の間で、ワーク５の円筒形部分５ａをその径方向に把持する際に、隙間を介して円筒形部分５ａを把持するので、ワークの円筒形部分に面圧を与えることなく、円筒形部分５ａをその軸方向に移動可能に案内することができる。
従って、この状態でロボットハンド１０を上昇させると、拡径部分５ｂの下面を１対の爪１２で支持しながら、ワーク５を移動させることができ、移動先において、図示しない装置（例えばワーク支持台）に設けられた縦穴に水平移動を許容して挿入することができる。

図７は、本発明によるロボットハンドの第３実施形態図である。この図は、図２（Ａ）に対応している。
この例において、ワーク５は、その軸線を鉛直に保持され、かつ鉛直姿勢において円筒形部分５ａの下方に段付き部分５ｃを有する。
また、円弧溝１３は、この例では、隙間を介して円筒形部分５ａを把持するように、円筒形部分５ａの直径より大きく設定されている。
さらに、この例で、段付き部分５ｃを支持してワーク５の下方移動を阻止する段付き支持部材１７が支持フレーム１５に設けられている。

この構成により、対向する円弧溝１３の間で、ワーク５の円筒形部分５ａをその径方向に把持する際に、隙間を介して円筒形部分５ａを把持するので、ワークの円筒形部分５ａに面圧を与えることなく、円筒形部分５ａをその軸方向に移動可能に案内することができる。
従って、この状態でロボットハンド１０を上昇させると、段付き部分５ｃを段付き支持部材１７で支持しながら、ワーク５を移動させることができ、移動先において、図示しない装置（例えばワーク支持台）に設けられた縦穴に水平移動を許容して挿入することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ ロボット、２ ロボットアーム、
３ ロボットの手先部、４ テーブル、
５ ワーク、５ａ 円筒形部分、
５ｂ 拡径部分、５ｃ 段付き部分、
６ ワーク支持台、６ａ 縦穴、７ ワークテーブル、
１０ ロボットハンド、１２ 爪、
１２ａ 回転軸、１３ 円弧溝、
１４ 回転駆動装置、１５ 支持フレーム、
１６ チャック装置、１６ａ 片持支持部材、
１６ｂ アクチュエータ、１７ 段付き支持部材

Claims (5)

1. ワークの円筒形部分をその径方向に把持するロボットハンドであって、
   １対の爪と、爪の根元に付属し爪の先端から根元までの直線方向を軸方向としてもつ回転軸と、
   前記爪を前記回転軸の軸心回りに回転駆動する回転駆動装置と、
   前記１対の回転軸を開位置と閉位置の間で開閉するチャック装置と、を備え、
   前記１対の爪は、前記閉位置において、互いに対向する位置に、前記回転駆動により所定の範囲の直径を超えて連続的に変化する円弧溝を周方向に有する、ことを特徴とするロボットハンド。
2. 前記回転駆動装置は、前記１対の爪の回転を同期させる同期機構を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記チャック装置は、前記１対の爪の回転軸を平行に保持して片持支持する１対の片持支持部材と、該片持支持部材の相対位置を連続的に変化させるアクチュエータとを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
4. 前記ワークは、その軸線を鉛直に保持され、かつ該鉛直姿勢において前記円筒形部分の上方に該円筒形部分の直径より下面が大きい拡径部分を有しており、
   前記円弧溝は、隙間を介して前記円筒形部分を把持するように、該円筒形部分の直径より大きく設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
5. 前記ワークは、その軸線を鉛直に保持され、かつ該鉛直姿勢において前記円筒形部分の下方に段付き部分を有しており、
   前記円弧溝は、隙間を介して前記円筒形部分を把持するように、該円筒形部分の直径より大きく設定されており、
   さらに、前記段付き部分を支持してワークの下方移動を阻止する段付き支持部材を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。