JP5800127B2 - 形状自在な吸着グリッパ - Google Patents

Description

本発明は、搬送ロボットの形状自在な吸着グリッパに関する。

搬送ロボットは、取出位置にあるワークを別の位置まで搬送する産業用ロボットであり、ワークを把持するためのロボットハンドを有する。この場合、ワークの形状が不定である場合、既存の爪では対応ができない場合が存在した。

そこで、ワークの形状によらずにワークを把持して移動するロボットハンドについて、例えば特許文献１〜２が既に提案されている。

特許文献１は、凹凸を有する不規則形状な部品にも適用できる吸着式ロボットハンドを提供することを目的とする。
そのために、ロボットハンドに接続された複数の吸盤を用いてワーク上部から支える形で把持させてワークが移動可能な構成を有するものである。

一方で特許文献２は、使用時の形状が、任意の所望の形状に成形固定できる形状自在のエアバッグを提供することを目的とする。
そのためには、気密袋体内に発泡スチロール粒を充填すると共に、上記袋体内を減圧しつつ発泡スチロール粒を互いに係合及び固化させるものである。

また、非特許文献１では気密袋内に各種の粒体を充填し、この袋体を減圧することで粒体を固化させ、各種ワークを把持する例について記載されている。

特開昭６３−２８３８８４号公報「吸着式ロボットハンド」 特開平２−１７７９０９号公報「形状自在エアバッグ」

Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ（米科学アカデミー紀要電子版）論文"Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｇｒｉｐｐｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｊａｍｍｉｎｇ ｏｆ Ｇｒａｎｕｌａｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ"

ここで、特許文献１のように、吸盤を用いてワークを把持するロボットハンドを用いて把持を行う場合、ワークの形状によっては吸着可能な面を十分に確保することができない場合がある。
このような場合には、吸着力の不足により把持が不完全な状態になるか、または把持ができても移動する際に落下する危険性があった。

一方、特許文献１のロボットハンドに特許文献２に記載の技術を用いた上記非特許文献１では、各種の粒体を充填した気密袋体を減圧してワークを把持することによって、特許文献１における課題であった把持の安定性の向上を実現している。
しかし、かかる気密袋は各種ワークの把持を可能にするため、柔らかい材質からなっている。よって、横向きにして使用する場合においては、気密袋自体及び内部の粒体の重量によって気密袋全体が下方向に弛んでしまうことがあった。
そのため、例えばドアノブのように、壁等に付着しているワークの把持する場合においては、ロボットハンド操縦者の意図通りに把持を行うことができないという問題点を有していた。

そこで、本発明の目的は、横向きに使用してもワークの把持を正確に行うことができる形状自在な吸着グリッパを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明によると、ワークを把持する形状自在な吸着グリッパであって、
一端に受圧面を有する固定部材と、
前記受圧面に密着して取り付けられ、内部に粒体を充填させた可撓性かつ気密性の中空バッグを有する把持部と、
前記固定部材に接続され、前記中空バッグの側方周囲の一部に配置され、前記中空バッグを支持可能な支え部と、
前記中空バッグ内の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる減圧装置とを有しており、
前記中空バッグは、ワークの前記受圧面に対向する面に対して押し付ける押付力によって、その接触部分におけるワークの形状にならうようになっており、
前記中空バッグの側方周囲に、前記支え部により前記中空バッグを支持しない部分が存在している、ことを特徴とする形状自在な吸着グリッパが提供される。

また、前記中空バッグは、前記受圧面が向いている方向に中心部を貫通する減圧空間と、該減圧空間を取り囲む中空バッグ内部空間とを有しており、
前記減圧装置は、前記減圧空間及び前記中空バッグ内部空間内の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる。

また、前記減圧装置は、前記中空バッグ内部空間内及び前記減圧空間について、所定負圧に減圧し又は大気圧に戻す対象の切替えを行う切替えバルブを有する。

上述した本発明によると、前記中空バッグの側方周囲の一部に配置され前記中空バッグを支持可能な支え部を設けたことによって、横向きに使用しても中空バッグが弛んで形状が大幅に変わることがないため、ワークの把持を正確に行うことができる。

本発明の第１実施例による形状自在な吸着グリッパを備えたロボットの構成図である。 本発明の第１実施例による形状自在な吸着グリッパにおける把持部付近の斜視図である。 本発明の第１実施例による形状自在な吸着グリッパの断面図である。 本発明の第２実施例による形状自在な吸着グリッパの断面図である。

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、本発明の第１実施例による形状自在な吸着グリッパを備えたロボットの構成図である。
この図において、１はロボット、２ａ〜２ｃはロボットアーム、３はロボットの手先部、４はロボット支持台、５は吸着グリッパ、８ａ〜８ｃは関節、９は減圧装置、１０は接続部、１１は固定部材、１１ａは受圧面、１２は把持部である。

ロボット１は、この例ではロボット支持台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。

吸着グリッパ５は、ロボットの手先部３に搭載され、ロボットアーム２ａ〜２ｃ及び関節８ａ〜８ｃを有するロボット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。

関節８ａ〜８ｃは、ロボットアーム２ａ〜２ｃ及びロボットの手先部３を連結しており、それぞれ回転軸Ｃ１〜Ｃ３（図１の紙面と垂直な軸）、Ｃ４（ロボットアーム２ａの長手方向に延びる軸）周りに回転が可能である。

減圧装置９は、後述する把持部１２と後述するチューブ１３によって接続されており、把持部１２内の圧力を減圧することでワークの把持を行い、また把持部１２内の圧力を大気圧まで戻すことによってワークの把持を解消する。
接続部１０は、吸着グリッパ５とロボットの手先部３を接続するものである。
この例では、減圧装置９は接続部１０内に設置されているが、これらの機能を損なわなければ他の場所でもよい。

図２は、本発明の第１実施例による形状自在な吸着グリッパにおける把持部付近の斜視図である。
また、図３（Ａ）は本発明の第１実施例による形状自在な吸着グリッパの断面図である。
さらに、図３（Ｂ）は、本発明の第１実施例による形状自在な吸着グリッパにおいてワークを把持した状態の断面図である。
この図において、６はワーク、１１は固定部材、１１ａは受圧面、１２は把持部、１２ａは中空バッグ、１２ｂは粒体、１２ｃは支え部（自重支え）、１３はチューブ、１４はチューブ接続部、１５はフィルタである。

固定部材１１は、把持部１２と密着して取り付けられており、一端に後述する中空バッグ１２ａからの圧力を受ける受圧面１１ａを有している。
この例では円形状になっており、チューブ１３を通すための貫通穴を有する。

把持部１２は、中空バッグ１２ａ及び粒体１２ｂからなり、チューブ１３を介して減圧装置９による加圧、減圧を受ける。

粒体１２ｂは、グリッパをワーク６の形状に倣わせる際に流動しやすくする必要があるため、球状であることが好ましい。
また、粒体１２ｂは、中空バッグ１２ａの内部を減圧する場合において、固形化されるものであるため、例えば、発泡スチロールやガラスビーズ、炒った豆や乾燥した木片等を砕いたもの等、表面摩擦の大きい物質であることが好ましい。
さらに、粒体１２ｂは、表面摩擦を大きくするために、起伏のある形状や多角面体の形状であってもよい。

各粒体１２ｂの寸法は、発泡スチロールであれば５００μｍ程度、ガラスビーズであれば１００μｍ程度の大きさであることが望ましい。
また、炒った豆や乾燥した木片等を砕いたものであれば、その大きさが１００μｍ〜５００μｍの間に収まるものであることが好ましい。

中空バッグ１２ａは、いかなる形状のワーク６を把持する際にも、ワーク６の表面形状に沿って形状を変化させることが可能であって、また気体の通気を許さない気密性を有する素材である必要がある。また、摩擦によってもワーク６を把持することが可能である素材である必要がある。例えば、天然ゴムやラテックスゴム等が望ましい。

支え部１２ｃは、粒体１２ｂを充填した中空バッグ１２ａが、横向きにした場合に弛むことなく形状を維持させるための部材である。
具体的には、中空バッグ１２ａを横向きにした場合における、中空バッグ１２ａの下方に位置するように設置する。

支え部１２ｃは、中空バッグ１２ａの下部分を支えることができれば、図２及び図３に記載するような板状以外にも、半球形状、半円筒形状等であってよい。

図４（Ａ）は、本発明の第２実施例による形状自在な吸着グリッパの断面図である。
さらに、図４（Ｂ）は、本発明の第２実施例による形状自在な吸着グリッパにおいてワークを把持した状態の断面図である。
この図において、１６はチューブ、１７はチューブ接続部、１８は減圧空間である。

本発明の第２実施例において、中空バッグ１２ａは、内部において貫通した減圧空間１８を有している。
減圧空間１８は、図４（Ｂ）のようにワーク６を把持した際においては密閉された空間になるため、かかる減圧空間１８の減圧を行うことで、第１実施例の場合と比較して、把持力を高めることができる。

チューブ１６は、チューブ接続部１７によって固定部材１１と接続されており、減圧空間１８と減圧装置９を接続している。

第２実施例における減圧は、減圧装置９によって、チューブ１３を介して行われる中空バッグ１２ａの内部空間の減圧と、チューブ１６を介して行われる減圧空間１８内の減圧との、２回の減圧が行われる。
上記２回の減圧のタイミングは、初めにワーク６の形状に合わせて、中空バッグ１２ａの形状を変形させる必要があるため、中空バッグ１２ａの内部空間の減圧の方を先に行うか、ほぼ同時に行うことが望ましい。

この例において、中空バッグ１２ａの内部空間及び減圧空間１８の減圧は、減圧装置９によって行われているが、それぞれの減圧をそれぞれ別の機構（例えば、第１減圧装置及び第２減圧装置）によって行う構成としてもよい。
また、中空バッグ１２ａの内部空間及び減圧空間１８の減圧を減圧装置９のみで行う場合であっても、例えば切替えバルブ（図示しない）を用いることで、それぞれの減圧のタイミングを調整できるような構成であってもよい。

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、２ａ〜２ｃ ロボットアーム、３ ロボットの手先部、
４ ロボット支持台、５ 吸着グリッパ、６ ワーク、８ａ〜８ｃ 関節、
９ 減圧装置、１０ 接続部、１１ 固定部材、１１ａ 受圧面、
１２ 把持部、１２ａ 中空バッグ、１２ｂ 粒体、１２ｃ 支え部、
１３ チューブ、１４ チューブ接続部、１５ フィルタ、１６ チューブ、
１７ チューブ接続部、１８ 減圧空間

Claims (6)

1. ワークを把持する形状自在な吸着グリッパであって、
   一端に受圧面を有する固定部材と、
   前記受圧面に密着して取り付けられ、内部に粒体を充填させた可撓性かつ気密性の中空バッグを有する把持部と、
   前記固定部材に接続され、前記中空バッグの側方周囲の一部に配置され、前記中空バッグを支持可能な支え部と、
   前記中空バッグ内の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる減圧装置とを有しており、
   前記中空バッグは、ワークの前記受圧面に対向する面に対して押し付ける押付力によって、その接触部分におけるワークの形状にならうようになっており、
   前記中空バッグの側方周囲に、前記支え部により前記中空バッグを支持しない部分が存在している、ことを特徴とする形状自在な吸着グリッパ。
2. 前記中空バッグに関して前記支え部と反対側に、前記中空バッグを支持しない前記部分が存在している、ことを特徴とする請求項１に記載の形状自在な吸着グリッパ。
3. 前記支え部は、板状、半球形状、または半円筒形状である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の形状自在な吸着グリッパ。
4. 前記中空バッグは、前記受圧面が向いている方向に中心部を貫通する減圧空間と、該減圧空間を取り囲む中空バッグ内部空間とを有しており、
   前記減圧装置は、前記減圧空間及び前記中空バッグ内部空間内の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状自在な吸着グリッパ。
5. 前記中空バッグでワークを把持する時に、前記中空バッグの変形により、前記減圧空間内にワークが挿入され得るようになっている、ことを特徴とする請求項４に記載の形状自在な吸着グリッパ。
6. 前記減圧装置は、前記中空バッグ内部空間内及び前記減圧空間について、所定負圧に減圧し又は大気圧に戻す対象の切替えを行う切替えバルブを有する、ことを特徴とする請求項４または５に記載の形状自在な吸着グリッパ。