JP5979584B2 - 把持装置および把持方法 - Google Patents

Description

本発明は、多数の粉粒体が内部に導入された袋体で対象物を把持する装置と方法に関する。

袋体を用いて対象物を把持する技術は、例えば下記の特許文献１に記載されている。特許文献１では、次のように袋体で対象物を把持している。内部に粒体が充填され、変形自在な袋体を用意する。図１（Ａ）のように、袋体３１を、対象物３３の形状に合わせて変形させる。次に、排気管３５を通して、袋体３１の内部から気体を吸引して排気する。これにより、袋体３１内の粒体３７が固まって、袋体３１で対象物３３を把持することができる。

特開昭４９−６４１５４号公報

しかし、図１（Ｂ）に示すように、支持面３９に置かれた対象物３３の把持が、次のように困難となる場合がある。上述した袋体３１をロボットアーム４１の先端に取り付け、ロボットアーム４１の動作により、袋体３１を対象物３３に向けて移動させる。これにより、袋体３１を対象物３３に押しつける。この時、図１（Ｂ）に示すように、袋体３１と対象物３３との間に隙間Ｃができてしまう。そのため、対象物３３を安定して袋体３１で把持できない場合がある。

そこで、本発明の目的は、支持面に置かれた対象物に袋体を押しつけて把持する場合に、対象物を安定して把持できるようにすることにある。

上述の目的を達成するため、本発明によると、対象物を把持する把持装置であって、
変形自在な袋体と、
粉体、粒体、または、粉体と粒体の混合物である粉粒体を、袋体の内部に導入する粉粒体導入装置と、
袋体の内部から気体を排出する吸引装置と、
袋体が取り付けられ、袋体を対象物に押しつけるように動作可能なロボットアームと、を備える、ことを特徴とする把持装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によると、粉粒体導入装置と吸引装置とロボットアームを制御する制御装置を備え、
制御装置は、袋体を対象物に押し付けるようにロボットアームの動作を制御し、袋体が対象物に押し付けられた状態で、袋体の内部に粉粒体を導入して袋体を膨張させるように粉粒体導入装置を制御し、次いで、袋体の内部から気体を排出することにより袋体の内部の粉粒体同士の摩擦力が増えて袋体の形状が保たれるように吸引装置を制御する。

また、本発明の好ましい実施形態によると、粉粒体導入装置は、袋体の内部に連通し粉粒体が充填されたシリンダ室を有するシリンダと、シリンダ内を往復動可能なピストンとを有し、
ピストンは、前進することにより、シリンダ室側の粉粒体を袋体の内部へ押し出し、後退することにより、袋体の内部の粉粒体をシリンダ室側へ排出させる。

本発明の好ましい実施形態によると、開いた状態で、袋体の内部を大気と連通させ、閉じた状態で、袋体の内部を大気から密閉する開放弁を備え、
制御装置は、袋体の内部の気体を吸引装置に吸引させる時、および、前記ピストンを後退させる時に、前記開放弁を閉じる。

また、上述の目的を達成するため、本発明によると、対象物を把持する把持方法であって、
（Ａ）変形自在な袋体を、対象物に押しつけ、
（Ｂ）この状態で、袋体の内部に粉粒体を導入することにより、袋体を膨張させて、袋体と対象物との隙間を減らし、
（Ｃ）袋体の内部における粉粒体と気体のうち、気体のみを、吸引して袋体の外部へ排出することにより、袋体の内部の粉粒体同士の摩擦力を増やし袋体の形状が保たれるようにする、ことを特徴とする把持方法が提供される。

上述した本発明によると、ロボットアームの動作により、袋体を対象物に押し付けた状態で、粉粒体導入装置が、袋体の内部に多数の粉粒体を導入することにより、袋体と対象物との隙間を減らすように袋体を膨張させることができる。この状態で、吸引装置が、袋体の内部から気体を排出することにより、袋体の内部の粉粒体同士の摩擦力を増やし袋体の形状が保たれるようにする。よって、袋体と対象物との隙間を減らした状態で、対象物を袋体で安定して把持することができる。

（Ａ）は、特許文献１の袋体を示し、（Ｂ）は、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を示す。 本発明の実施形態による把持方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による把持方法を説明する図である。 本発明の実施形態による把持方法を説明する別の図である。

本発明の好ましい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、本発明の実施形態による把持装置１０を示す。図２に示すように、把持装置１０は、対象物１を把持するために、袋体３と、粉粒体導入装置５と、吸引装置７と、ロボットアーム９と、制御装置１１と、開放弁１３とを備える。

袋体３は、変形自在である。本実施形態では、袋体３は、気体を通さない材料（好ましくは弾性材料）で形成されている。図２では、袋体３とシリンダ１５（後述する）の内部を透視して図示している（後述の図４、５も同様である）。

粉粒体導入装置５は、袋体３の内部に多数の粉粒体２を導入する。粉粒体２とは、粉体または粒体、もしくは、粉体と粒体との混合物を意味する。粉粒体２は、例えば、コーヒー豆、そば殻、または金属粒体である。

好ましくは、粉粒体２は、コーヒー豆のように、表面に凹凸を有する形状を有し、硬い材質で形成されているものがよい。粉粒体２表面の凹凸により、後述のステップＳ３において、吸引力が比較的小さくても、粉粒体２同士の摩擦力を大きくすることができる。また、粉粒体２が硬い材質で形成されていることにより、後述のステップＳ３、Ｓ４において、袋体３で把持した対象物１が重くても、各粉粒体２を変形させずに、袋体３の形状が保たれるようにすることができる。

粉粒体２の大きさは、次の条件を満たす程度に小さければよい。
条件：後述のステップＳ３において、対象物１を把持できる程度に、袋体３と対象物１との隙間Ｃ（後述の図４（Ａ）を参照）を減らすことができる。

粉粒体導入装置５は、本実施形態では、袋体３の内部に連通し粉粒体２が充填されたシリンダ室１５ａを有するシリンダ１５と、シリンダ１５内を往復動可能なピストン１７とを有する。ピストン１７は、前進することにより、シリンダ室１５ａ側の粉粒体２を袋体３の内部へ押し出し、後退することにより、袋体３の内部の粉粒体２をシリンダ室１５ａ側へ排出させる。

シリンダ室１５ａと袋体３の内部とを接続する管１６には、粉粒体弁１９が設けられている。粉粒体弁１９は、閉じられることにより、シリンダ室１５ａと袋体３の内部との間で粉粒体２が移動できないようにし、開かれることにより、シリンダ室１５ａと袋体３の内部との間で粉粒体２が移動できるようにする。

吸引装置７は、袋体３の内部における気体を吸引する。本実施形態では、吸引装置７は、真空ポンプであるが、他の適切な手段であってもよい。吸引装置７と袋体３とを接続する管１８には、開閉弁２１が設けられている。図２の例では、管１８は、管１６の途中において管１６に接続されている。開閉弁２１は、閉じた状態で、吸引装置７と袋体３の内部とを気密に遮断し、開いた状態で、吸引装置７と袋体３の内部とを連通させる。

吸引装置７は、フィルタ２３を介して、袋体３の内部における気体を吸引する。フィルタ２３は、粉粒体２と気体のうち気体のみを通過させる。図２では、管１８は、管１８よりも断面積が大きい吸引室２２を介して管１６の途中箇所に接続されている。フィルタ２３は、吸引室２２と管１６との境界、または吸引室２２に設けられている。

ロボットアーム９には、袋体３が取り付けられ、対象物１に袋体３を押しつけるように動作可能である。ロボットアーム９は、例えば、多関節ロボットにおける最先端のアームであってよい。多関節ロボットは、複数のアームが互いに回転可能に直列に連結されて構成されている。好ましくは、ロボットアーム９の先端部に袋体３が取り付けられている。なお、ロボットアーム９には、粉粒体導入装置５と吸引装置７が取り付けられていてよく、または、ロボットアーム９に回転可能に連結されている多関節ロボットの他のアームに粉粒体導入装置５と吸引装置７が取り付けられていてもよい。後者の場合、管１６、１８を変形可能に形成し、かつ、管１６、１８の長さを、多関節ロボットの動作に追従可能に設定する。

制御装置１１は、粉粒体導入装置５と吸引装置７とロボットアーム９を制御する。制御装置１１は、袋体３を対象物１に押しつけるようにロボットアーム９の動作を制御し、袋体３が対象物１に押しつけられた状態で、袋体３の内部に多数の粉粒体２を導入して袋体３を膨張させるように粉粒体導入装置５を制御し、次いで、袋体３の内部から気体を排出して袋体３の内部の粉粒体２同士の摩擦力を増やし袋体３の形状が保たれるように吸引装置７を制御する。なお、制御装置１１は、粉粒体導入装置５の駆動装置６を制御することにより粉粒体導入装置５を制御し、ロボットアーム９の駆動装置１２を制御することによりロボットアーム９を制御する。

開放弁１３は、開かれた状態で、袋体３の内部を大気（すなわち袋体３の外部）と連通させ、閉じられた状態で、袋体３の内部を大気から密閉する。開放弁１３は、図２の例では、大気連通管２５に設けられる。大気連通管２５は、一端部において袋体３の内部への開口部を有し、他端部において袋体３の外部（大気）への開口部を有し、一端部の開口部から他端部の開口部まで延びる。

大気連通管２５には、フィルタ２７を介して袋体３の内部を大気（袋体３の外部）に連通させる。フィルタ２７は、粉粒体２と気体のうち気体のみを通過させる。開放弁１３が開いている時に、フィルタ２７は、袋体３の内部における粉粒体２が大気連通管２５を通して袋体３の外部（かつ大気連通管２５の外部）へ移動できないようにする位置に配置されている。なお、図２の例では、フィルタ２７は、大気連通管２５に設けられているが、代わりに、袋体３の内部に位置して、袋体３の内部への大気連通管２５の開口部を覆うように設けられてもよい。

図３は、本発明の実施形態による把持方法を示すフローチャートである。図４、５は、この把持方法の説明図である。図３〜５に基づいて、本実施形態による把持方法を説明する。この方法は、上述の把持装置１０を用いて行われる。

ステップＳ１において、制御装置１１が、ロボットアーム９の動作を制御することにより、袋体３を対象物１に押しつける。例えば、図４（Ａ）において、袋体３と支持面４で対象物１を挟み込むように、支持面４に置かれている対象物１に上方から袋体３を押しつける。図４（Ａ）において、支持面４は、平らであり、上方を向いている。ステップＳ１において、制御装置１１は、開放弁１３を開いた状態にし、粉粒体弁１９を閉じた状態にしておく。なお、ステップＳ１において、袋体３の内部に粉粒体２が存在していてもよい。ステップＳ１の終了時点では、図４（Ａ）に示すように、袋体３と対象物１との間には隙間Ｃが生じている。

ステップＳ２において、ステップＳ１により袋体３が対象物１に押しつけられた状態で、かつ、開放弁１３を開いた状態で、制御装置１１は、粉粒体弁１９を開け、次いで、袋体３の内部に多数の粉粒体２を導入するように粉粒体導入装置５を制御する。これにより、図４（Ｂ）のように、袋体３を膨張させて、袋体３と対象物１との隙間Ｃを減らし、または、隙間Ｃをなくす。すなわち、袋体３の内部に粉粒体２を充填することにより、粉粒体２同士の間で及ぼし合う力（互いに向けて押され合う力）を高める。その結果、袋体３の内面が、粉粒体２に押されて袋体３が膨張する。本実施形態では、ステップＳ２において、制御装置１１は、ピストン１７を前進させることにより、粉粒体２がピストン１７に押されて袋体３の内部に充填され、その結果、上述のように袋体３が膨張する。

ステップＳ３において、ステップＳ２により袋体３が膨張した状態で、制御装置１１は、開放弁１３を閉じて袋体３の内部を大気と非連通にし、この状態で、袋体３の内部における気体を吸引して袋体３の外部へ排出するように吸引装置７を制御する。これにより、袋体３の内面が、袋体３をしぼませる方向に袋体３の内部の粉粒体２を押す。このように袋体３の内面が粉粒体２を押す力と、この力で増えた粉粒体２同士の摩擦力とにより、袋体３の形状が一定に保たれるようにする。その結果、袋体３で対象物１を把持した状態にする。なお、ステップＳ３において、フィルタ２３により、吸引装置７は、袋体３の内部における粉粒体２と気体のうち気体のみを吸引して袋体３の外部へ出す。また、ステップＳ３では、吸引装置７による袋体３の内部の吸引時に、開閉弁２１は開いている。

ステップＳ３における吸引装置７による吸引力は、次の条件を満たすように、制御装置１１に制御され、または予め設定されている。
条件：次のステップＳ４で、袋体３を支持面４から上昇させても、対象物１を把持した袋体３の形状が保たれる。

ステップＳ３において、上述のように袋体３の形状を一定に保つようにしたら、この状態を維持するために開閉弁２１を閉じる。これにより、以降のステップＳ４においても袋体３の形状が一定に保たれる。この場合、以降において、吸引装置７の作動を停止させておいてよい。

ステップＳ４において、ロボットアーム９の動作により、図４（Ｃ）のように、対象物１を把持した袋体３を、上昇させて目的位置まで移動させる。

ステップＳ５において、袋体３が目的位置に到達したら、開放弁１３を開けることにより、袋体３の内面が粉粒体２を押す力を小さくし、袋体３の内部における粉粒体２同士の摩擦力を小さくする。その結果、一定に保たれていた袋体３の形状が変わる。これにより、図４（Ｄ）のように対象物１が袋体３から解放される。

ステップＳ６において、袋体３の内部における粉粒体２を、次のように粉粒体導入装置５へ戻す。制御装置１１は、開放弁１３を閉じ開閉弁２１を開け、この状態で、袋体３の内部における気体を袋体３の外部へ出すように吸引装置７を制御する。このように袋体３の内部が減圧された状態で、制御装置１１は、開閉弁２１を閉じる。次に、開放弁１３と開閉弁２１が閉じられた状態で、制御装置１１は、ピストン１７を後退させるように粉粒体導入装置５を制御する。これにより、図５のように、袋体３の内部体積が小さくなり、粉粒体２がシリンダ室１５ａ内へ戻る。次いで、粉粒体弁１９を閉じる。

ステップＳ６の後、袋体３で別の対象物１を把持する場合には、開放弁１３を開け、その後、別の対象物１を把持して移動させるために、上述のステップＳ１〜Ｓ６を繰り返す。

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、下記の変更例１〜４を任意に組み合わせて採用してもよいし、変更例１〜４のいずれかを採用してもよい。この場合、以下で説明しない点は上述と同じである。

（変更例１）
ステップＳ１の開始時に、開放弁１３と開閉弁２１を閉じ、この状態でステップＳ１を行ってもよい。

（変更例２）
ステップＳ３において、上述のように袋体３の形状を一定に保つようにしたら、開閉弁２１を閉じる代わりに、ステップＳ４とステップＳ５において開閉弁２１を開けたままにして、ステップＳ４において、吸引装置７により袋体３の内部を吸引し続ける。次いで、ステップＳ５において、袋体３が目的位置に到達したら、吸引装置７による袋体３内部の吸引を停止する。この停止により、袋体３内部の圧力が上昇して、一定に保たれていた袋体３の形状が、対象物１を袋体３から解放するように変わる。この場合には、ステップＳ５において、開放弁１３を開けなくてもよい。

（変更例３）
管１８は、大気連通管２５の途中箇所から吸引装置７まで延びていてもよい。吸引装置７は、上述のフィルタ２３を介して、袋体３の内部における気体を吸引する。また、管１８は、管１８よりも断面積が大きい吸引室２２を介して大気連通管２５の途中箇所に接続されていてもよい。この場合、フィルタ２３は、吸引室２２と大気連通管２５との境界、または吸引室２２に設けられてよい。
ステップＳ１では、制御装置１１により、開放弁１３と開閉弁２１の両方または一方を開けておいてもよいし、開放弁１３と開閉弁２１の両方を閉じておいてもよい。
ステップＳ２では、袋体３の内部に多数の粉粒体２を導入する時に、制御装置１１により、開放弁１３を開けておく。
ステップＳ３では、吸引装置７が、袋体３の内部における気体を吸引する時に、制御装置１１により、開放弁１３を閉じ開閉弁２１を開けておく。吸引装置７による吸引により、袋体３の形状を一定に保つようにしたら、制御装置１１により、開放弁１３と開閉弁２１を閉じる。
ステップＳ４では、制御装置１１により、開放弁１３と開閉弁２１を閉じた状態にする。
ステップＳ５、Ｓ６は、上述と同様である。

（変更例４）
大気連通管２５の断面積が、粉粒体２の大きさより小さい場合には、フィルタ２７を省略してよい。管１８の断面積が、粉粒体２の大きさより小さい場合には、フィルタ２３を省略してよい。

１ 対象物、２ 粉粒体、３ 袋体、４ 支持面、５ 粉粒体導入装置、６ 駆動装置、７ 吸引装置、９ ロボットアーム、１０ 把持装置、１１ 制御装置、１２ 駆動装置、１３ 開放弁、１５ シリンダ、１５ａ シリンダ室、１６ 管、１７ ピストン、１８ 管、１９ 粉粒体弁、２１ 開閉弁、２２ 吸引室、２３ フィルタ、２５ 大気連通管、２７ フィルタ、３１ 袋体、３３ 対象物、３５ 排気管、３７ 粒体、３９ 支持面、４１ ロボットアーム

Claims (8)

1. 対象物を把持する把持装置であって、
   変形自在な袋体と、
   粉体、粒体、または、粉体と粒体の混合物である粉粒体を、袋体の内部に導入する粉粒体導入装置と、
   袋体の内部から気体を排出する吸引装置と、
   袋体が取り付けられ、袋体を対象物に押しつけるように動作可能なロボットアームと、を備える、把持装置。
2. 粉粒体導入装置と吸引装置とロボットアームを制御する制御装置を備え、
   制御装置は、袋体を対象物に押し付けるようにロボットアームの動作を制御し、袋体が対象物に押し付けられた状態で、袋体の内部に粉粒体を導入して袋体を膨張させるように粉粒体導入装置を制御し、次いで、袋体の内部から気体を排出することにより袋体の内部の粉粒体同士の摩擦力が増えて袋体の形状が保たれるように吸引装置を制御する、請求項１に記載の把持装置。
3. 粉粒体導入装置は、袋体の内部に連通し粉粒体が充填されたシリンダ室を有するシリンダと、シリンダ内を往復動可能なピストンとを有し、
   ピストンは、前進することにより、シリンダ室側の粉粒体を袋体の内部へ押し出し、後退することにより、袋体の内部の粉粒体をシリンダ室側へ排出させる、請求項１または２に記載の把持装置。
4. 開いた状態で、袋体の内部を大気と連通させ、閉じた状態で、袋体の内部を大気から密閉する開放弁を備え、
   制御装置は、袋体の内部の気体を吸引装置に吸引させる時、および、前記ピストンを後退させる時に、前記開放弁を閉じる、請求項３に記載の把持装置。
5. 開いた状態で袋体の内部を大気と連通させ、閉じた状態で袋体の内部を大気から密閉する開放弁と、
   開放弁を開いた状態にして、袋体の内部に粉粒体を導入するように粉粒体導入装置を制御する制御装置と、を備える、請求項１に記載の把持装置。
6. 対象物を把持する把持方法であって、
   （Ａ）変形自在な袋体を、対象物に押しつけ、
   （Ｂ）この状態で、袋体の内部に粉粒体を導入することにより、袋体を膨張させて、袋体と対象物との隙間を減らし、
   （Ｃ）袋体の内部における粉粒体と気体のうち、気体のみを、吸引して袋体の外部へ排出することにより、袋体の内部の粉粒体同士の摩擦力を増やし袋体の形状が保たれるようにする、把持方法。
7. 開いた状態で袋体の内部を大気と連通させ、閉じた状態で袋体の内部を大気から密閉する開放弁が設けられており、
   前記開放弁を開いた状態で、前記（Ｂ）を行う、請求項６に記載の把持方法。
8. 対象物を袋体で把持する把持方法であって、
   袋体の内部に連通し粉粒体が充填されたシリンダ室を有するシリンダと、シリンダ内を往復動可能なピストンとを有する粉粒体導入装置を設け、ピストンは、前進することにより、シリンダ室側の粉粒体を袋体の内部へ押し出し、後退することにより、袋体の内部の粉粒体をシリンダ室側へ排出させるものであり、
   開いた状態で袋体の内部を大気と連通させ、閉じた状態で袋体の内部を大気から密閉する開放弁を設け、
   （Ａ）変形自在な袋体を、対象物に押しつけ、
   （Ｂ）この状態で、袋体の内部に粉粒体を導入することにより、袋体を膨張させて、袋体と対象物との隙間を減らし、
   （Ｃ）前記開放弁を閉じた状態で、袋体の内部における粉粒体と気体のうち、気体のみを、吸引して袋体の外部へ排出することにより、袋体の内部の粉粒体同士の摩擦力を増やし袋体の形状が保たれるようにして、袋体で対象物を把持し、
   （Ｄ）前記対象物を袋体から解放した後、前記開放弁を閉じた状態で、前記ピストンを後退させる、把持方法。
   

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