JP5544946B2 - 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、ワークの円筒形部分をその径方向に把持する場合、ロボットハンドの把持部に対向するＶ字形状の接触部ができるようにするのが一般的である。
しかしこの場合、図１（Ａ）に示すように、爪のＶ字形状の接触部が小径の円筒形部分を確実に把持できても、図１（Ｂ）に示すように、丸印で示すＶ字形状の角にワークが当たり、表面を傷付けたり、把持が不安定になる問題点があった。

そこで、ワークの円筒形部分の直径が大きく異なる場合は、従来は、爪寸法の異なるロボットハンドに全体を交換していた。しかしこの場合、ロボットの作動を停止してロボットハンドを交換するため時間ロスが発生し、ロボットの稼働率が低下する。

そこで、ワークの円筒形部分の直径が異なる場合でも、ロボットハンド全体を交換する必要のない、ロボットハンドが提案されている（例えば、特許文献１）。

特許第４０６０８３９号公報、「作業ロボット用ハンド装置」

上述したように、把持部の形状が異なる複数種類のワークを別々に把持する場合に、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、特許文献１は、ロボットハンド全体を交換しないために複雑な機構を用いている。そのため、ロボットハンドが重くなり、ロボットハンドによる可搬重量が小さく、移動速度が低下する問題点があった。また、複雑な機構のため、部品数が増えて故障の発生率が上昇し、「安定した把持」が困難になる問題点があった。

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、直径の異なる円筒形部分を有するワークの前記円筒形部分をその径方向に把持する場合に、円筒形部分の直径が大きく異なっても、作動を中断することなくかつ部品を交換することなく、ワークの把持部を安定して把持することができるロボットハンドを提供することにある。

本発明によれば、直径の異なる円筒形部分を有するワークの前記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、
長手方向に延びる１対の爪と、
前記爪の間隔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、
前記爪は、前記チャック装置により開閉される開閉部材と、該開閉部材に爪の長手方向に伸縮可能に取り付けられた先端部材と、該先端部材を爪の長手方向に伸縮させる第１のアクチュエータとを有しており、
各開閉部材と各先端部材は、前記円筒形部分に接触してこれを把持する互いに交差する把持面をそれぞれ有し、
前記チャック装置は、前記１対の爪の長手方向末端部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第２のアクチュエータとを備え、
円筒形部分の直径に合わせて、第１のアクチュエータにより先端部材の位置を決め、
次いで、第２のアクチュエータにより、開閉チャックを閉じて、円筒形部分を４つの把持面で把持する、ことを特徴とするロボットハンドが提供される。

また、本発明によれば、直径の異なる円筒形部分を有するワークの前記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、
長手方向に延びる１対の爪と、
前記爪の間隔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、
前記爪は、前記チャック装置により開閉される開閉部材と、該開閉部材に爪の長手方向に伸縮可能に取り付けられた先端部材と、該先端部材を爪の長手方向に伸縮させる第１のアクチュエータとを有しており、
各開閉部材と各先端部材は、前記円筒形部分に接触してこれを把持する互いに交差する把持面をそれぞれ有し、
前記チャック装置は、前記１対の爪を単一の回転軸を中心に回転駆動する第２のアクチュエータを備え、
円筒形部分の直径に合わせて、第１のアクチュエータにより先端部材の位置を決め、
次いで、第２のアクチュエータにより、開閉チャックを閉じて、円筒形部分を４つの把持面で把持する、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、ワークの把持時において、前記１対の爪に作用する反力を検出する力センサを備える。

上記本発明の構成によれば、爪が、開閉部材、先端部材、及びアクチュエータを有するので、円筒形部分の直径が大きく異なっても、先端部材を爪の長手方向に伸縮させることで、作動を中断することなくかつ部品を交換することなく、開閉部材に対する先端部材の長手方向位置を調整することができる。
また、開閉部材と先端部材は、ワークの円筒形部分に接触してこれを把持する互いに交差する把持面をそれぞれ有するので、４つの把持面でワークの円筒形部分を囲むように把持することで、円筒形部分の直径が大きく異なっても、ワークの把持部を安定して把持することができる。

従って、（１）多様な直径の円筒形部分を安定的に把持でき、（２）軽量なロボットハンドとすることで、ロボットハンドの可搬重量を増加でき、かつ移動速度も上昇できる。さらに、４つの把持面でワークの円筒形部分を囲むように把持するので、ワークを傷つけることなく把持できる。

従来のロボットハンドの問題点を示す図である。 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。 図３のロボットハンドの詳細図である。 図３のロボットハンドの作動説明図である。 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２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、直径の異なる円筒形部分５ａを有し、ロボットハンド１０は円筒形部分５ａを径方向に把持するようになっている。

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の把持部５ａ（円筒形部分５ａ）をロボットハンド１０で把持できるようにワークの姿勢を保持できる限りで、その他の構造又は装置であってもよい。

図３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２のロボットハンド１０の拡大図、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ矢視図である。

図３において、本発明のロボットハンド１０は、１対の爪１２、及びチャック装置１４を備える。

１対の爪１２は、長手方向（図３（Ａ）で左右方向）に延び、この例では図３（Ｂ）において左右方向に、それぞれ移動できるように支持されている。

チャック装置１４は、１対の爪１２の間隔を「開位置」と「閉位置」の間で開閉する。
「開位置」は、１対の爪１２の最小間隔がワーク５の把持部５ａ（円筒形部分５ａ）の最大寸法より大きい位置であり、把持部５ａに干渉することなく、把持部５ａを１対の爪１２の間に位置決めできるように設定されている。
「閉位置」は、１対の爪１２の最小間隔がワーク５の把持部５ａ（円筒形部分５ａ）を把持する位置より小さい位置であり、把持部５ａを１対の爪１２の間に挟んで固定できるように設定されている。

図４は、図３のロボットハンドの詳細図である。この図において、（Ａ）は図３（Ｂ）のＣ−Ｃ矢視図であり、（Ｂ）は図４（Ａ）の側面図である。また、図４（Ａ）ではその一部を断面で示している。

図４（Ａ）において、チャック装置１４は、１対の爪１２の長手方向末端部を平行に保持して片持支持する１対の片持支持部材１４ａと、片持支持部材１４ａの相対位置を連続的に変化させるアクチュエータ１４ｂとを備える。
片持支持部材１４ａは、図示しないリニアガイドにより図４（Ａ）で左右方向に案内されている。また、アクチュエータ１４ｂは、例えばラック＆ピニオン機構とモータ、直動の電動シリンダ、ネジ棒とモータ等である。

また、本発明のロボットハンド１０は、ワーク１の把持時において、１対の爪１２に作用する反力を検出する力センサ１５を備える。
力センサ１５は、例えばロードセル、歪みゲージ、又は圧力センサであるが、本発明は反力又は圧力を検出できる限りで、これらに限定されない。
かかる力センサ１５を備えることにより、ワーク１の把持時において、１対の爪１２に作用する反力、すなわちワークの把持部５ａに作用する力を検出し、１対の爪１２をその位置で停止することができる。

図４（Ａ）に示すように、１対の爪１２は、それぞれ開閉部材１２ａ、先端部材１２ｂ、及びアクチュエータ１２ｃからなる。

開閉部材１２ａは、チャック装置１４によりこの図で左右に開閉される。また、この例で、開閉部材１２ａの先端側に爪の長手方向に延びる嵌合孔が設けられている。
先端部材１２ｂは、開閉部材１２ａに爪の長手方向（図で上下方向）に伸縮可能に取り付けられている。すなわち、この例で先端部材１２ｂの末端部（図で上側）が開閉部材１２ａの嵌合孔に僅かな隙間で嵌り、先端部材１２ｂを片持ち支持するようになっている。
アクチュエータ１２ｃは、先端部材１２ｂを爪の長手方向に伸縮させる。
また、アクチュエータ１２ｃは、例えば直動の電動シリンダ、ラック＆ピニオン機構とモータ、ネジ棒とモータ等である。また、開閉部材１２ａの停止位置が２位置でよければエアーシリンダでもよい。

図４において、開閉部材１２ａと先端部材１２ｂは、互いに交差する把持面１３ａ，１３ｂをそれぞれ有する。把持面１３ａ，１３ｂは、ワークの円筒形部分５に接触してこれを把持するようになっている。
把持面１３ａ，１３ｂは、この例では平面であるが、円弧状の凹面、或いは凸面でもよい。

把持面１３ａ，１３ｂは、対向する面で正方形を作るのが好ましいが，ワーク１の質量が小さく場合は、緩やかな角度のひし形でも良い。

図５は、図３のロボットハンドの作動説明図である。この図において、（Ａ）は直径の小さい円筒形部分を把持する場合、（Ｂ）は直径の大きい円筒形部分を把持する場合を示している。

本発明のロボットハンド１０は、以下のように作動する。
（１） 把持するワーク１の円筒形部分５ａをワーク情報（計画値、もしくは別途計測した値）に基づき特定する。
（２） 円筒形部分５ａの直径に合わせて、先端部材１２ｂと開閉部材１２ａの位置を決める。
例えば、円筒形部分５ａの外径がＶ字部角部に当たらないようにし、可能な限り、対向する面１３ａ，１３ｂで取り囲む様にする。
（３） ロボットアームで円筒形部分５ａの直径を爪１２が挟める位置にロボットハンド１０を移動させる。
（４） 開閉チャック１４を閉じて、円筒形部分５ａを把持する。
（５） 作業が終了したら、開閉チャック１４を開いて、把持を解除する。

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。
この例において、チャック装置１４は、１対の爪１２を単一の回転軸１４ｃを中心に回転駆動するアクチュエータ１４ｄを備える。アクチュエータ１４ｄは、例えば直動の電動シリンダ、ラック＆ピニオン機構とモータ、ネジ棒とモータ等である。
この構成により、アクチュエータ１４ｄにより、１対の爪１２を単一の回転軸１４ｃを中心に揺動させて、ハサミのように、１対の爪１２の間隔を「開位置」と「閉位置」の間で開閉することができる。

上述した本発明の構成によれば、爪１２が、開閉部材１２ａ、先端部材１２ｂ、及びアクチュエータ１２ｃを有するので、円筒形部分５ａの直径が大きく異なっても、先端部材１２ｂを爪の長手方向に伸縮させることで、作動を中断することなくかつ部品を交換することなく、開閉部材１２ａに対する先端部材１２ｂの長手方向位置を調整することができる。
また、開閉部材１２ａと先端部材１２ｂは、ワーク１の円筒形部分５ａに接触してこれを把持する互いに交差する把持面１３ａ，１３ｂをそれぞれ有するので、４つの把持面１３ａ，１３ｂでワーク１の円筒形部分５ａを囲むように把持することで、円筒形部分５ａの直径が大きく異なっても、ワーク１の把持部５ａを安定して把持することができる。

従って、（１）多様な直径の円筒形部分５ａを安定的に把持でき、（２）軽量なロボットハンド１０とすることで、ロボットハンド１０の可搬重量を増加でき、かつ移動速度も上昇できる。さらに、４つの把持面１３ａ，１３ｂでワーク１の円筒形部分５ａを囲むように把持するので、ワーク１を傷つけることなく把持できる。

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 把持部（円筒形部分）、
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 開閉部材、１２ｂ 先端部材、
１２ｃ アクチュエータ、１３ａ，１３ｂ 把持面、
１４ チャック装置、１４ａ 片持支持部材、
１４ｂ アクチュエータ、１４ｃ 回転軸、
１４ｄ アクチュエータ、１５ 力センサ

Claims (3)

1. 直径の異なる円筒形部分を有するワークの前記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、
   長手方向に延びる１対の爪と、
   前記爪の間隔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、
   前記爪は、前記チャック装置により開閉される開閉部材と、該開閉部材に爪の長手方向に伸縮可能に取り付けられた先端部材と、該先端部材を爪の長手方向に伸縮させる第１のアクチュエータとを有しており、
   各開閉部材と各先端部材は、前記円筒形部分に接触してこれを把持する互いに交差する把持面をそれぞれ有し、
   前記チャック装置は、前記１対の爪の長手方向末端部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第２のアクチュエータとを備え、
   円筒形部分の直径に合わせて、第１のアクチュエータにより先端部材の位置を決め、
   次いで、第２のアクチュエータにより、開閉チャックを閉じて、円筒形部分を４つの把持面で把持する、ことを特徴とするロボットハンド。
2. 直径の異なる円筒形部分を有するワークの前記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、
   長手方向に延びる１対の爪と、
   前記爪の間隔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、
   前記爪は、前記チャック装置により開閉される開閉部材と、該開閉部材に爪の長手方向に伸縮可能に取り付けられた先端部材と、該先端部材を爪の長手方向に伸縮させる第１のアクチュエータとを有しており、
   各開閉部材と各先端部材は、前記円筒形部分に接触してこれを把持する互いに交差する把持面をそれぞれ有し、
   前記チャック装置は、前記１対の爪を単一の回転軸を中心に回転駆動する第２のアクチュエータを備え、
   円筒形部分の直径に合わせて、第１のアクチュエータにより先端部材の位置を決め、
   次いで、第２のアクチュエータにより、開閉チャックを閉じて、円筒形部分を４つの把持面で把持する、ことを特徴とするロボットハンド。
3. ワークの把持時において、前記１対の爪に作用する反力を検出する力センサを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。