JP6219881B2 - 対象物を保護する保護部材を有する把持装置及びそれを具備するロボット装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象物を把持する把持装置及び該把持装置を備えるロボット装置に関する。

対象物を把持するように構成された把持装置は、対象物を或る場所から別の場所まで搬送する目的で使用される。例えば、対象物を爪によって挟持する把持装置が公知である。しかしながら、対象物を爪によって直接把持する場合、把持工程又は搬送工程において、爪から受ける把持力によって対象物の表面が損傷することがある。そこで、対象物を保護するために、保護部材を爪に取付けた把持装置が使用されている。

例えば、特許文献１には、対向する一対の爪を用いてワークを把持するロボットハンド構造において、爪のワーク把持面に弾性部材を取付ける構成が開示されている。弾性部材は、爪とワークとの間の摩擦抵抗を増大させることによって小さな把持力で確実に把持動作できるとともに、ワークの変形及びワークの損傷を防止することを目的として設けられている。

実開平５−０６０７８８号公報

把持工程及び搬送工程を繰返し実行していると、保護部材が摩耗したり、或いは、工作機械で使用されるクーラントなどの影響で保護部材が劣化することがある。その結果、対象物を保護する機能が損なわれ、把持装置の爪が対象物に直接接触して、対象物を損傷させる虞がある。

従来の把持装置では、保護部材が定期的に検査され、必要に応じて修理又は交換される。その場合、定期検査の時点でしか保護部材の不具合を発見できない。そのため、保護部材が正常に機能しなくなった後も、把持装置は、次の検査が行われるまで継続して使用されることになり、対象物を損傷させる虞があった。

したがって、対象物を保護する保護部材の状態を容易に検査できる把持装置が求められている。

本願の１番目の発明によれば、対象物を解放可能に把持する爪と、前記爪が前記対象物を把持しているときに、前記爪と前記対象物との間に介在するよう前記爪に取付けられる、前記対象物を保護する保護部材と、を備える把持装置であって、前記保護部材は電気絶縁性を有しており、前記把持装置は、前記爪が前記対象物を把持しているときに、前記爪及び前記対象物を通って形成される電気回路と、前記電気回路が導通しているか否かを判定する導通判定部と、を備えており、前記電気回路は、前記爪と前記対象物とが直接接触したときに導通するように構成される、把持装置が提供される。
本願の２番目の発明によれば、１番目の発明に係る把持装置において、前記電気回路は、前記対象物が載置された支持体をさらに通る。
本願の３番目の発明によれば、２番目の発明に係る把持装置において、前記対象物が工作機械によって加工された加工品であり、前記支持体が、加工済みの前記対象物を載置する前記工作機械のテーブルである。
本願の４番目の発明によれば、多関節ロボットと、前記多関節ロボットのアームに取付けられた１番目から３番目のいずれかの発明に係る把持装置と、を備える、ロボット装置が提供される。
本願の５番目の発明によれば、４番目の発明に係るロボット装置において、前記多関節ロボットを制御する制御装置が、前記導通判定部を備える。

これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。

本発明に係る把持装置は、爪と対象物とが直接接触しているときに導通する電気回路を備えている。そのため、電気回路が導通しているか否かの判定に基づいて、保護部材の状態を検査できる。導通判定は、対象物を把持している状態であれば任意の時点で実行できるので、保護部材の不具合を早期に発見できる。また、保護部材を定期的に確認することが不要になり、作業効率が向上する。

本発明に係る把持装置を備えたロボット装置によれば、把持装置を広範囲に移動させられるようになる。それにより、把持装置を種々の用途に使用できるようになる。

一実施形態に係る把持装置を備えるロボット装置を示す斜視図である。 爪及び対象物を通る電気回路を示す図である。 図２Ａの電気回路が保護部材によって遮断された状態を示す図である。 ロボット制御装置の機能ブロック図である。 把持装置を用いて実行される対象物の搬送工程を説明するフローチャートである。 別の実施形態に係る把持装置を備えるロボット装置を示す斜視図である。 爪及び対象物を通る電気回路を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるために寸法が適宜変更されている。また、同一又は対応する構成要素には、同一の参照符号が使用される。

図１は、一実施形態に係る把持装置１０を備えるロボット装置３を示す斜視図である。ロボット装置３は、把持装置１０と、ロボット３０と、を備えている。把持装置１０は、ロボット３０の手首３２に取付けられたベース部１２と、ベース部１２から突出していて対象物２０を解放可能に把持する爪１４と、を備えている。把持装置１０は、対象物２０を或る場所から別の場所まで搬送する際に、対象物２０を把持するために使用される。

ロボット３０は、所望の位置姿勢を有するように制御可能な多関節ロボットである。図１にはロボット３０の一部のみが示されている。すなわち、アーム３４の先端側の一部と、アーム３４の先端に取付けられた手首３２と、が図示されている。ロボット３０は、ロボット制御装置によって制御される複数の関節軸を備えている。ロボット３０は、ロボット制御装置から出力される動作指令に従って、手首３２を所望の位置まで移動させられるように構成されている。

把持装置１０のベース部１２は、ロボット３０の手首３２にネジ留めされていて、手首３２と一体的に移動する。それにより、把持装置１０は、対象物２０を把持するため、或いは対象物２０を所定の位置まで搬送するために、所望の位置に位置決めされるようになっている。

把持装置１０の爪１４は、互いに接近し、又は離間するよう動作可能な一対の爪本体１６ａ，１６ｂを備えている。爪本体１６ａ，１６ｂは、ラックアンドピニオン又はボールねじなどの公知の動力伝達機構を介してロボット３０とは独立して動作可能である。爪本体１６ａ，１６ｂは、導電性を有する材料、例えば金属又は金属合金から形成されている。

対象物２０は、導電性を有する材料から形成されている。対象物２０の形状は、図示される円柱形に限定されない。すなわち、把持装置１０によって把持可能な形状であれば、任意の形状を有する対象物に対して把持装置１０を適用できる。例えば、角柱形状を有する対象物が使用されてもよい。一実施形態において、対象物２０は機械加工によって成形された加工品であるものの、特に限定されない。

把持装置１０は、爪本体１６ａ，１６ｂを対象物２０の周面２２に当接させ、概ね対向する両方向から対象物２０に押圧力を付与することによって、対象物２０を把持する。以下、図示された実施形態に従って、一対の爪本体１６ａ，１６ｂを備えた把持装置１０を例として説明するものの、把持装置は、３つ以上の爪本体を用いて対象物が把持されるように構成されてもよい。

爪本体１６ａ，１６ｂの、互いに対向する面には保護部材１８がそれぞれ取付けられている。保護部材１８は、爪１４が対象物２０を把持しているときに、爪本体１６ａ，１６ｂと、対象物２０との間にそれぞれ介在するようになっている。

保護部材１８は、対象物２０に付与される把持力を緩和し、対象物２０を損傷から保護するために使用される。一実施形態において、保護部材１８は、ゴムなどの容易に弾性変形可能な材料から形成されている。保護部材１８は、対象物２０の形状に応じて容易に変形できるので、対象物２０に接触する面積が増大する。したがって、把持作用が安定し、比較的小さい力で対象物２０を把持できるようになる。

本実施形態において、保護部材１８は、後述する電気回路を遮断するように、電気絶縁性を有している。すなわち、保護部材１８は、爪本体１６ａ，１６ｂ及び対象物２０と比較して顕著に電気抵抗が大きい材料から形成されている。

図２Ａは、把持装置１０において、爪本体１６ａ，１６ｂ及び対象物２０を通って形成される電気回路１７を示している。図示されるように、一方の爪本体（便宜上、「第１の爪本体１６ａ」と称することがある。）は、図示されない電源に接続された第１の接点１１に接続されている。

電源は、第１の接点１１、ひいては第１の爪本体１６ａに所定の電圧（例えば２４Ｖ）を印加できるように、爪１４又はベース部１２に内蔵されているか、又は把持装置１０の外部に設けられている。

他方の爪本体（便宜上、「第２の爪本体１６ｂ」と称することがある。）は、前述した電源から第１の爪本体１６ａに印加される電圧よりも低い基準電圧（例えば０Ｖ）が印加される第２の接点１３に接続されている。第２の接点１３は接地されていてもよい。

すなわち、把持装置１０は、必要に応じて第１の爪本体１６ａと第２の爪本体１６ｂとの間に電位差を付与できるように構成されている。

なお、爪本体１６ａ，１６ｂがベース部１２側の端部において短絡しないように、ベース部１２側において、爪本体１６ａ，１６ｂは互いに絶縁されている。例えば、ベース部１２と爪本体１６ａ，１６ｂとの間が絶縁されていてもよしい、ベース部１２の内部で爪本体１６ａ，１６ｂを絶縁する絶縁手段が別途設けられていてもよい。

本実施形態において、対象物２０は導電性を有する。したがって、把持装置１０は、爪本体１６ａ，１６ｂが対象物２０を直接把持した場合、第１の爪本体１６ａ、対象物２０及び第２の爪本体１６ｂを通る電気回路１７が導通するように構成されている。

しかしながら、実際には、電気絶縁性を有する保護部材１８が爪本体１６ａ，１６ｂにそれぞれ設けられている。保護部材１８が正常に保護機能を有している場合、保護部材１８によって爪本体１６ａ，１６ｂと対象物２０との間が絶縁される。すなわち、図２Ｂに示されるように、電気回路１７は、保護部材１８によって遮断される。

ところが、把持装置１０を使用しているうちに、保護部材１８が劣化して正常に機能しなくなり、爪本体１６ａ，１６ｂと対象物２０とが直接接触することがある。そのような場合、図２Ａを参照して前述したように、対象物２０を通る電気回路１７が導通し、第１の爪本体１６ａ、対象物２０及び第２の爪本体１６ｂを通って電流が流れる。

把持装置１０は、図示されるように、導通検出ユニット１９を備えている。導通検出ユニット１９は、公知の構成を有する電流検出器又は電圧検出器によって構成される。導通検出ユニット１９は、例えばコンパレータを備えていて、電流が流れた結果として生じる電圧変化を検出できる。導通検出ユニット１９は、電気回路１７が導通したときに、導通検出信号を出力するように構成されている。

一実施形態において、導通検出ユニット１９から出力される導通検出信号は、ロボット３０を制御するロボット制御装置４０に入力される。図３は、ロボット制御装置４０の機能ブロック図を示している。ロボット制御装置４０は、ロボット制御部４２と、把持装置制御部４４と、導通判定部４６と、アラーム通知部４８と、を備えている。

ロボット制御部４２は、ロボット３０の関節軸を駆動するモータに対して動作指令を付与する。ロボット３０は、ロボット制御部４２によって付与される動作指令に応じて動作し、把持装置１０を所定の位置まで移動させる。

例えば、ロボット制御部４２は、把持工程において、対象物２０を把持可能な位置に把持装置１０を位置決めするようアプローチ動作指令を生成する。搬送工程において、ロボット制御部４２は、対象物２０を解放すべき搬送先の位置に把持装置１０を位置決めするよう搬送動作指令を生成する。

把持装置制御部４４は、把持装置１０の爪本体１６ａ，１６ｂを駆動するモータに対して動作指令を付与する。把持装置１０は、把持装置制御部４４によって付与される動作指令に応じて動作し、爪本体１６ａ，１６ｂを開閉して対象物２０を把持し、或いは解放する。

導通判定部４６は、前述した電源を介して第１の爪本体１６ａに電圧を印加して、電気回路１７が導通しているか否かを判定する。導通判定は、導通検出ユニット１９から出力される信号に応じて実行される。導通検出ユニット１９から導通検出信号を受信した場合、導通判定部４６は、電気回路１７が導通していると判定する。

アラーム通知部４８は、導通判定部４６によって電気回路１７が導通していると判定された場合、アラームを通知する。アラームは、ロボット制御装置４０に接続された表示装置に表示されてもよいし、或いは警告音など操作者が知覚可能な他の態様によって通知されてもよい。また、電気回路１７が導通していると判定された場合、アラーム通知に加えて、ロボット３０を自動的に停止するよう構成されてもよい。

なお、別の実施形態において、把持装置制御部４４又は導通判定部４６、或いはそれら両方は、ロボット制御装置４０とは別個の制御装置によって実行されてもよい。

図４は、本実施形態に係る把持装置１０を用いて実行される対象物２０の搬送工程を説明するフローチャートである。ステップＳ４０１において、ロボット制御部４２から出力される動作指令に従って、ロボット３０がアプローチ動作を実行する。それにより、把持装置１０が、対象物２０を把持可能な位置に位置決めされる。

ステップＳ４０２において、把持装置制御部４４から出力される動作指令に従って、把持装置１０の爪本体１６ａ，１６ｂを閉方向に駆動し、対象物２０を把持する。

ステップＳ４０３において、導通判定部４６が、第１の爪本体１６ａに所定の電圧を印加し、導通判定、すなわち電気回路１７が導通しているか否かの判定を実行する。

ステップＳ４０４において、ロボット制御装置４０が、導通検出ユニット１９から導通検出信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ４０４の判定結果が「否定」である場合、ステップＳ４０５に進む。ステップＳ４０５では、ロボット３０が、ロボット制御部４２から出力される搬送動作指令に従って搬送工程を継続し、対象物２０を所定の位置まで搬送する。

他方、ステップＳ４０４の判定結果が「肯定」である場合、ステップＳ４０６に進む。電気回路１７が導通しているときは、保護部材１８が正常に機能しておらず、対象物２０が損傷する虞があるので、ステップＳ４０６では、アラーム通知部４８がアラームを通知する。ロボット装置３は、アラーム通知とともに、ロボット３０が自動的に停止されるように構成されてもよい。

本実施形態に係る把持装置１０及びロボット装置３は、次のような利点を有する。
（１）把持装置１０は、対象物２０が爪１４によって把持されているときに、爪本体１６ａ及び爪本体１６ｂが対象物２０に直接接触しているときに導通する電気回路１７を備えている。そのため、電気回路１７が導通しているか否かの判定に基づいて、保護部材１８の状態を検査できる。特殊な検査装置、又は熟練者による判断も不要なので、保護部材１８を容易に検査できる。

（２）対象物２０を把持している状態であれば、任意の時点で導通判定を実行でき、保護部材１８の不具合を早期に発見できる。また、保護部材を定期的に検査することが不要になり、作業効率が向上する。

（３）対象物２０を把持した後、非常に短時間で導通判定を実行できるので、搬送工程に影響を与えることなく、保護部材１８を検査できる。

（４）把持装置１０がロボット３０の手首３２に取付けられているので、ロボット３０の広範な可動範囲において把持工程及び搬送工程を実行できる。そのため、把持装置１０を種々の用途に使用できる。

（５）電気回路１７が導通しているときに、保護部材１８が正常に機能していないことを操作者にアラーム通知できる。それにより、操作者は速やかに保護部材１８を修理又は交換できる。

（６）アラーム通知に代えて、或いはアラーム通知に加えてロボット３０を自動的に停止させるように構成可能である。保護部材１８による保護機能が不十分な状態で把持工程又は搬送工程が実行されなくなるので、対象物２０の損傷を防止できる。

図５は、別の実施形態に係る把持装置１０を備えるロボット装置３を示す斜視図である。本実施形態に係る把持装置１０は、工作機械５０と協働して保護部材１８が正常に機能しているか否かを判定する機能を有する。以下の説明では、前述した実施形態と異なる点を主として説明する。

工作機械５０は、第１の支持体５２及び第２の支持体５４によって両端が支持されたテーブル５６を備えている。テーブル５６は、加工工程において対象物２０が載置される載置面５６ａを有している。本実施形態において、ロボット装置３は、加工済みの対象物２０をテーブル５６から搬送先まで搬送するために使用される。

テーブル５６は導電性を有しており、爪本体１６ａ，１６ｂ及び対象物２０とともに電気回路を形成する。より具体的には、第１の爪本体１６ａ、対象物２０及びテーブル５６を通る第１の電気回路１７ａが形成されるとともに、第２の爪本体１６ｂ、対象物２０及びテーブル５６を通る第２の電気回路１７ｂが形成される。

図６は、第１の爪本体１６ａ又は第２の爪本体１６ｂと、対象物２０と、テーブル５６と、を通る電気回路、すなわち第１の電気回路１７ａ及び第２の電気回路１７ｂを示している。

本実施形態において、第１の爪本体１６ａ及び第２の爪本体１６ｂは、互いに独立して電圧を印加できるように、第１の接点１１を介して電源（図示せず）にそれぞれ接続されている。他方、テーブル５６は、基準電圧が印加される第２の接点１３に接続されている。テーブル５６は接地されていてもよい。

前述した実施形態と同様に、爪本体１６ａ，１６ｂには保護部材１８が取付けられているので、保護部材１８が正常に機能している場合、各々の電気回路１７ａ，１７ｂは保護部材１８によって遮断され、導通しない。したがって、前述した実施形態と同様に、導通判定部４６（図３参照）による導通判定を実行することによって、保護部材１８が正常に機能しているか否かを判定できる。

第１の爪本体１６ａに取付けられた保護部材１８の検査を実行する際には、第１の爪本体１６ａ側に所定の電圧（例えば２４Ｖ）が印加される。そして、ロボット制御装置４０の導通判定部４６によって、第１の爪本体１６ａ、対象物２０及びテーブル５６を通る電気回路１７が導通しているか否かが判定される。

他方、第２の爪本体１６ｂに取付けられた保護部材１８の検査を実行する際には、第２の爪本体１６ｂ側に所定の電圧（例えば２４Ｖ）が印加される。そして、ロボット制御装置４０の導通判定部４６によって、第２の爪本体１６ｂ、対象物２０及びテーブル５６を通る電気回路１７が導通するか否かが判定される。

このように、工作機械５０のテーブル５６を利用して導通判定を実行すれば、加工済みの対象物２０を搬送する前に、対象物２０が損傷する虞があるか否かを判定できる。したがって、対象物２０の損傷を防止でき、歩留まりを改善できる。

工作機械５０のテーブル５６の代わりに、対象物２０を載置可能な任意の支持体を利用してもよい。その場合、第１の爪本体１６ａ又は第２の爪本体１６ｂから対象物２０を介して支持体を通る電気回路が形成される。

本発明に係る把持装置は、ロボットの代わりに、例えばリニアモータなど、公知の構成を有する他の可動装置に取り付けられてもよい。

穴が形成された対象物を把持する場合、把持装置は、爪本体を対象物の穴に通して穴の壁面において対象物を把持するように構成されてもよい。すなわち、爪本体を穴に通した状態で爪本体を開方向に駆動して、爪本体を穴の壁面に接触させる。その場合、保護部材は、爪本体の対向する内側の面ではなく、外側の面にそれぞれ取り付けられる。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

１０ 把持装置
１１ 第１の接点
１２ ベース部
１３ 第２の接点
１４ 爪
１６ａ 爪本体（第１の爪本体）
１６ｂ 爪本体（第２の爪本体）
１７ 電気回路
１７ａ 第１の電気回路
１７ｂ 第２の電気回路
１８ 保護部材
１９ 導通検出ユニット
２０ 対象物
２２ 周面
３ ロボット装置
３０ ロボット
３２ 手首
３４ アーム
４０ ロボット制御装置
４２ ロボット制御部
４４ 把持装置制御部
４６ 導通判定部
４８ アラーム通知部
５０ 工作機械
５２ 第１の支持体
５４ 第２の支持体
５６ テーブル
５６ａ 載置面

Claims (5)

1. 対象物を解放可能に把持する爪と、
   前記爪が前記対象物を把持しているときに、前記爪と前記対象物との間に介在するよう前記爪に取付けられる、前記対象物を保護する保護部材と、を備える把持装置であって、
   前記保護部材は電気絶縁性を有しており、
   前記把持装置は、
   前記爪が前記対象物を把持しているときに、前記爪及び前記対象物を通って形成される電気回路と、
   前記電気回路が導通しているか否かを判定する導通判定部と、を備えており、
   前記電気回路は、前記爪と前記対象物とが直接接触したときに導通するように構成される、把持装置。
2. 前記電気回路は、前記対象物が載置された支持体をさらに通る、請求項１に記載の把持装置。
3. 前記対象物が工作機械によって加工された加工品であり、
   前記支持体が、加工済みの前記対象物を載置する前記工作機械のテーブルである、請求項２に記載の把持装置。
4. 多関節ロボットと、
   前記多関節ロボットのアームに取付けられた請求項１から３のいずれか１項に記載の把持装置と、を備える、ロボット装置。
5. 前記多関節ロボットを制御する制御装置が、前記導通判定部を備える、請求項４に記載のロボット装置。

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