JP6267891B2 - 長尺物の把持装置、及び長尺物の把持方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホース等の長尺物を把持する把持装置、及び長尺物の把持方法に関する。

非直線状態の長尺線状物の形状を矯正するハンド、及び把持装置が、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１３−２２６７２号公報。

しかしながら、従来技術では、ゴム弾性体を表面に有するホースなどの可撓線状物の形状矯正時においては、一方のハンドを移動させる際に、被矯正体の表面を把持爪で傷つけやすく、また、表面の微細な凹凸に把持爪が引っかかって弾性体をはがしてしまう懸念があるなど、スムーズな移動、及び形状矯正が難しい。

本発明は上記事実を考慮し、撓んだ長尺物を把持して形状をスムーズに矯正できる長尺物の把持装置、及び長尺物の把持方法の提供を目的とする。

請求項１に記載の長尺物の把持装置は、移動可能に構成された一対の支持部材と、前記支持部材に設けられ、長尺物を保持する保持手段と、少なくとも一つの保持手段に回転可能に設けられ、前記長尺物に接する回転体と、を備え、前記保持手段は、前記回転体の回転を制限する制限部材を有し、前記回転体は、保持した前記長尺物に向けて前記回転体を付勢する弾性部材を介して前記保持手段に移動可能に設けられ、前記長尺物を保持する力に応じて前記弾性部材が弾性変形することで前記回転体が前記制限部材に接触して前記回転体の回転が制限される。

請求項１に記載の長尺物の把持装置は、一対の支持部材の保持手段で長尺物の２ケ所を保持することができる。一対の支持部材の保持手段で長尺物を挟持した状態で、一対の支持部材を互いに離間させると、回転体が保持手段に対して相対的に移動する長尺物に接触しながら回転するので、支持部材を長尺物に対してスムーズに移動させることができ、撓んだ長尺物を直線状にスムーズに矯正することが出来る。
請求項１に記載の長尺物の把持装置では、例えば、長尺物の形状矯正時は、回転体の回転を制限せずにスムーズな形状矯正を可能とする。一方、形状矯正時以外は制限部材で回転体の回転を制限することで、長尺物の長手方向の移動を制限することができ、保持力を大きくとって長尺物の保持性を高めることが出来る。
また、請求項１に記載の長尺物の把持装置では、長尺物の保持力に応じて回転体の回転を制限状態、および制限しない状態とを切り替えることが出来る。保持力を大きくすることで、弾性部材が大きく弾性変形して回転体が制限部材に接触し、制限部材と回転体との間に生ずる摩擦によって回転体の回転を簡単に制限することができる。

請求項２に記載の長尺物の把持装置は、移動可能に構成された一対の支持部材と、前記支持部材に設けられ、長尺物を保持する保持手段と、少なくとも一つの保持手段に回転可能に設けられ、前記長尺物に接する回転体と、を備え、前記保持手段は、前記回転体の回転を制限する制限部材を有し、前記制限部材の前記回転体との接触部位は、前記回転体を軸方向と直交する方向から見た前記回転体の制限部材側の外周面に沿った形状に形成されている。

請求項２に記載の長尺物の把持装置は、一対の支持部材の保持手段で長尺物の２ケ所を保持することができる。一対の支持部材の保持手段で長尺物を挟持した状態で、一対の支持部材を互いに離間させると、回転体が保持手段に対して相対的に移動する長尺物に接触しながら回転するので、支持部材を長尺物に対してスムーズに移動させることができ、撓んだ長尺物を直線状にスムーズに矯正することが出来る。

請求項２に記載の長尺物の把持装置では、例えば、長尺物の形状矯正時は、回転体の回転を制限せずにスムーズな形状矯正を可能とする。一方、形状矯正時以外は制限部材で回転体の回転を制限することで、長尺物の長手方向の移動を制限することができ、保持力を大きくとって長尺物の保持性を高めることが出来る。

また、請求項２に記載の長尺物の把持装置では、制限部材の回転体との接触部位が、回転体を軸方向と直交する方向から見た回転体の制限部材側の外周面に沿った形状に形成されているため、制限部材と回転体とは少なくとも線接触して接触面積を確保でき、点接触に比較して摩擦力を増大させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の長尺物の把持装置において、前記回転体は、保持した前記長尺物に向けて前記回転体を付勢する弾性部材を介して前記保持手段に移動可能に設けられ、前記長尺物を保持する力に応じて前記弾性部材が弾性変形することで前記回転体が前記制限部材に接触して前記回転体の回転が制限される。

請求項３に記載の長尺物の把持装置では、長尺物の保持力に応じて回転体の回転を制限状態、および制限しない状態とを切り替えることが出来る。保持力を大きくすることで、弾性部材が大きく弾性変形して回転体が制限部材に接触し、制限部材と回転体との間に生ずる摩擦によって回転体の回転を簡単に制限することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の長尺物の把持装置において、前記保持手段は、前記制限部材を前記回転体に対して接離させる駆動装置を備えている。

請求項４に記載の長尺物の把持装置では、保持手段は、制限部材を回転体に対して接離させる駆動装置を備えており、駆動装置を作動させて制限部材を回転体に接触させることで、制限部材と回転体との間に摩擦を生じさせ、回転体の回転を簡単に制限することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の長尺物の把持装置において、前記回転体は、軸方向中間部が、軸方向両端部よりも小径に形成されている。

請求項５に記載の長尺物の把持装置では、回転体の軸方向中間部が軸方向両端部よりも小径に形成されているため、長尺物を保持する際に、回転体の小径に形成された軸方向中間部分に長尺状の長尺物を接触させることで、回転体の軸方向両側の大径部分が長尺物を回転体の軸方向の移動を阻止し、長尺物が回転体の軸方向に移動して落下することを阻止出来る。
なお、回転体の径が一定の場合、把持した長尺物が回転体の軸方向に滑らないように保持力を強くする必要があるが、請求項５に記載の長尺物の把持装置では、長尺物を小さい保持力で保持できるため、支持部材をスムーズに移動することができ、長尺物の形状をスムーズに矯正することができる。

請求項６に記載の長尺物の把持方法は、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の長尺物の把持装置を用いて長尺物を把持する長尺物の把持方法であって、一方の支持部材の保持手段により、長尺物の長手方向の一部を保持する第１の工程と、前記長尺物の長手方向の他の一部に、他方の支持部材に設けられた保持手段の回転体を接触させて保持する第２の工程と、前記長尺物を保持した状態で、前記一方の支持部材と前記他方の支持部材とを互いに離間させる第３の工程と、前記他方の支持部材で前記長尺物を保持した状態で、前記回転体の回転を阻止する第４の工程と、を有する。

請求項６に記載の長尺物の把持方法では、第１の工程で、一方の支持部材の保持手段により、長尺物の長手方向の一部を保持する。第２の工程では、長尺物の長手方向の他の一部に他方の支持部材に設けられた保持手段の回転体を接触させて、長尺物の長手方向の他の一部を保持する。
第３の工程では、長尺物を保持した状態で、一方の支持部材と他方の支持部材とを互いに離間させる。回転体を備えた保持手段では、回転体が移動する長尺物に接触しながら回転するので、支持部材を長尺物に対してスムーズに移動させることができ、撓んだ長尺物を直線状にスムーズに矯正することが出来る。
第４の工程では、長尺物を保持した状態で、他方の支持部材の回転体の回転を阻止するので、長尺物を動かないように保持することが出来る。

以上説明したように本発明の長尺物の把持装置、及び長尺物の把持方法によれば、長尺物の形状をスムーズに矯正することができる。

第１の実施形態に係る把持装置を備えた双腕ロボットで長尺物を把持する手順を示す動作図である。 第１の実施形態に係る把持装置の第２のハンドを示す正面図である。 第２のハンドを示す側面図である。 （Ａ）は本体部を示す正面図であり、（Ｂ）は本体部を示す側面図である。 （Ａ）はスライドブロックを示す正面図であり、（Ｂ）はスライドブロックを示す底面図である。 制限部材を示す斜視図である。 （Ａ）は蓋部材を示す正面図であり、（Ｂ）は蓋部材を示す側面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第２のハンドの動作を示す動作図である。 第２の実施形態に係る把持装置の第２のハンドが長尺物を把持する前の状態を示す正面図である。 第２の実施形態に係る把持装置の第２のハンドが長尺物を把持した際の状態を示す正面図である。 第２の実施形態に係る把持装置の第２のハンドが長尺物を把持して、制限部材を回転ローラーに接触させた状態を示す正面図である。

［第１の実施形態］
図１に示すように、本実施形態の把持装置１０は、双腕ロボット１２を備えている。
双腕ロボット１２の左腕１４Ｌの先端には第１のハンド１６が取り付けられており、右腕１４Ｒの先端には本発明の一実施形態に係る第２のハンド１８が取り付けられている。
図２、３に示すように、第２のハンド１８は、電動式のリニアアクチュエーター２０を備えており、本体２０Ａには、ガイドレール２０Ｂに沿って互いに接離する方向に移動する一対のスライダー２０Ｃが支持されている。

各スライダー２０Ｃには、把持爪２２が取り付けられている。図２、および図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、把持爪２２の本体部２４は、金属ブロックを切削加工等されて形成されおり、下側には、幅広溝２６が形成されている。また、幅広溝２６の底部には、矩形の切欠２７が形成されている。
図２に示すように、幅広溝２６には、スライドブロック２８が、幅広溝２６の溝長手方向（矢印Ａ方向）にスライド可能に挿入されている。

図５に示すように、スライドブロック２８は、互いに平行に設けられた一対の軸受部３０と、一方の軸受部３０の一端側と他方の軸受部３０の一端側とを連結する連結部３２とを備えている。
一対の軸受部３０の間には、回転ローラー３４が配置されている。回転ローラー３４は、軸方向中央部の径が軸方向両側の径よりも小さく形成されており、２つの円錐台形を互いに連結した形状とされている。
回転ローラー３４の軸心にはシャフト３６が貫通しており、シャフト３６の端部が、軸受部３０に設けられたベアリング３８に支持されている。これにより、回転ローラー３４は、回転自在となっている。なお、シャフト３６には、ベアリング３８と回転ローラーとの間にカラー４０が挿入されている。
図２、及び図４に示すように、幅広溝２６の溝底には、ピン４２が立設されており、このピン４２に回転ローラー３４の回転を制限するための制限部材４４が挿入されている。制限部材４４は、回転ローラー３４よりも摩擦係数の大きな材料、例えば、ゴム等を用いることが出来るが、他の材料であっても良い。また、回転ローラー３４は、金属、合成樹脂等の材料で形成することが出来る。

図６に示すように、制限部材４４は、正面視で５角形とされた厚肉のブロック形状とされ、中央には、ピン４２を挿入する孔４６が形成されている。
図５、及び図６に示すように、制限部材４４の第１の辺４４Ａと第２の面４４Ｂとのなす角度θ１は、回転ローラー３４を軸方向と直交する方向から見たときの軸長手方向中央部を境にして一方の外周面３４Ａと他方の外周面３４Ｂとのなす角度θ２と同じ角度に設定されている。

図２に示すように、本体部２４には、スライドブロック２８、及び制限部材４４が幅広溝２６から外れないようにするための蓋部材４８が取り付けられている。
図２、および図７に示すように、蓋部材４８は、本体部２４の幅広溝２６が形成されている面略全体を覆うように形成されているが、スライドブロック２８がスライドした際に連結部３２、及び回転ローラー３４が当たらないように、略Ｔ字形状の逃げ５０が形成されている。また、スライドブロック２８が幅広溝２６の溝端側へ外れないように、蓋部材４８には、軸受部３０の端部が突き当たる柱状のストッパ５２が設けられている。
この蓋部材４８には、２つの孔５４が形成されており、この孔５４を挿通させたボルト５６を本体部２４のネジ孔５８に締め込むことで、蓋部材４８が本体部２４に固定される。

図２、及び図５に示すように、スライドブロック２８には、軸受部３０の端部に穴６０が形成されており、この穴６０のコイルスプリング６２の一端側が挿入されている。図２、及び図４に示すように、本体部２４には、スライドブロック２８の穴６０と対向する位置に穴６４が形成さており、この穴６４にコイルスプリング６２の他端側が挿入されている。
このコイルスプリング６２は、図８（Ａ）に示すように、スライドブロック２８を制限部材４４から離れる方向（矢印Ｂ方向）に付勢しており、通常は、スライドブロック２８の軸受部３０の一方側の端部がストッパ５２（図８（Ａ）では図示せず）に当接し、回転ローラー３４と制限部材４４との間に隙間Ｓが形成されている。
なお、一方の把持爪２２と他方の把持爪２２とは、回転ローラー３４が互いに対抗するように対称に設けられている。
また、第１のハンド１６は、第２のハンド１８とは異なり、図示は省略するが、板状に形成された把持爪がリニアアクチュエーターで互いに接離する方向に移動する構成となっている。

（作用、効果）
次に、本実施形態の把持装置１０を用いた長尺物の把持手順を説明する。
本実施形態の把持装置１０は、以下のようにしてある長さに切断された弾性を有するゴムホース等の撓んだ長尺物６８を把持して直線状に矯正することが出来る。

（１） 図１（Ａ）に示すように、先ず、カメラ及び画像処理装置（図示省略）を用いて、撓んだ長尺物６８の一端を検出し、双腕ロボット１２を制御して左腕１４Ｌの第１のハンド１６で長尺物６８の一端を挟持する（本発明の第１の工程に相当）。
（２） 図１（Ｂ）に示すように、双腕ロボット１２を制御して、右腕１４Ｒの第２のハンド１８を長尺物６８の第１のハンド１６で把持した部分の近傍に移動する。
（３） 図８（Ａ）に示すように、第２のハンド１８の一対の把持爪２２を互いに離間させ、一対の把持爪２２の間に長尺物６８が位置するように、第２のハンド１８の位置決めを行う。
（４） 図８（Ｂ）に示すように、一対の把持爪２２を互いに接近させ、回転ローラー３４が制限部材４４と接触しないように、予め設定した第１の力で長尺物６８を把持する（本発明の第２の工程に相当）。
この時、コイルスプリング６２は若干圧縮される。したがって、長尺物６８は、一対の回転ローラー３４の小径とされた軸方向中央部分で弾性的に挟持されることになる。

（５） 図１（Ｃ）に示すように、第２のハンド１８を第１のハンド１６から離間する方向（例えば、矢印Ｃ方向）に直線状に移動する（本発明の第３の工程に相当）。第２のハンド１８は、一対の回転ローラー３４で長尺物６８を把持しているので、第２のハンド１８を移動すると、一対の回転ローラー３４が長尺物６８の移動に伴って回転し、第２のハンド１８の移動がスムーズに行われる。
第１のハンド１６で長尺物６８の一端を挟持した状態で、第２のハンド１８を直線状に移動することで、撓んだ長尺物６８を直線状に矯正することが出来る。

（６） 第２のハンド１８を予め設定した距離移動させた後、第２のハンド１８の移動を停止し、図８（Ｃ）に示すように、回転ローラー３４が制限部材４４に接触して押圧されるように、前述した第１の力よりも大きな第２の力（予め設定されている。）で把持する。
回転ローラー３４が制限部材４４に押圧されると、制限部材４４と回転ローラー３４との間の摩擦力によって回転ローラー３４の回転が制限され、長尺物６８が第２のハンド１８に対して動くことが無く、第２のハンド１８で長尺物６８をしっかりと把持することが出来る（本発明の第４の工程）。これにより、長尺物６８は、第１のハンド１６と第２のハンド１８とで、直線状に矯正された状態を維持されて把持される。
なお、リニアアクチュエーター２０による一対の把持爪２２の把持力（最大）、及びコイルスプリング６２のバネ定数は、長尺物６８が一定以上潰れないように予め設定されている。
直線状に矯正された長尺物６８は、図１（Ｄ）に示すように、双腕ロボット１２によって次工程へ搬送することが出来る。

また、定尺に形成された非直線状の長尺物６８を掴む場合、長尺物６８の端部は画像処理などにより位置を特定して掴むことは出来るが、撓んだ長尺物６８の中間部を掴むことは掴み方向や長尺物６８の中心線の特定を行う必要があるなど、画像処理装置などを利用しても難しく、複雑なプログラミングが必要である。しかしながら、第２のハンド１８で長尺物６８の第１のハンド１６近傍を把持すれば、第２のハンド１８で把持する部位の撓み量は少なく、第２のハンド１８で長尺物６８を容易に把持することが出来る。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る把持装置１０を図面にしたがって説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
図９に示すように、本実施形態の第２のハンド１８では、スライドブロック２８が図示しないボルトで本体部２４に固定されている。

本体部２４の側部には、複動型のエアシリンダ７０が取り付けられている。エアシリンダ７０のピストンロッド７０Ａの先端には、金具７２を介して制限部材４４が取り付けられている。
本体部２４には、ピストンロッド７０Ａ、金具７２、及び制限部材４４を移動可能とする逃げ７４が形成されている。
なお、エアシリンダ７０には、ピストンロッド７０Ａの双方向（出没方向）の移動を行うためのレギュレーター、電磁弁、エアコンプレッサー、制御装置等からなる空気圧制御装置が接続されている。

本実施形態の把持装置１０では、第２のハンド１８で長尺物６８を把持する最に、図９に示すように、制限部材４４を回転ローラー３４から離間させておき、回転ローラー３４を回転自在の状態としておく。
次に、図１０に示すように、一対の把持爪２２を互いに接近させ、回転ローラー３４を長尺物６８に接触させ、予め設定した第１の力で長尺物６８を把持する。

その後、第１の実施形態と同様に、第２のハンド１８を第１のハンド１６から離間する方向に直線状に移動し、長尺物６８を直線状に矯正する。第２のハンド１８を予め設定した距離移動させた後、第２のハンド１８の移動を停止し、図１１に示すように、ピストンロッド７０Ａを突出させて 制限部材４４を回転ローラー３４に押圧し、回転ローラー３４の回転を制限する。これにより、長尺物６８が第２のハンド１８に対して動くことが無く、第２のハンド１８で長尺物６８をしっかりと把持することができ、長尺物６８は、第１のハンド１６と第２のハンド１８とで、直線状に矯正された状態を維持されて把持される。

ここで、第１の実施形態の把持装置１０において、長尺物６８を把持した第２のハンド１８を直線状に移動する際に、長尺物６８の曲がり具合（曲がり癖の状態）によっては、回転ローラー３４に大きな力（曲がった長尺物６８を直線状に矯正する最に長尺物６８から受ける反力）が作用する場合がある。これにより、スライドブロック２８がコイルスプリング６２を圧縮する方向に移動して回転ローラー３４が制限部材４４に接触して、回転ローラー３４がスムーズに回転できなくなる場合が考えられる。
しかしながら、本実施形態の把持装置１０では、スライドブロック２８が固定されており、第２のハンド１８を直線状に移動して長尺物６８の曲がりを矯正する最に回転ローラー３４を制限部材４４に接触させないので、回転ローラー３４を長尺物６８に接触させた状態でスムーズに回転させることが出来る。
その他の作用効果は、第１の実施形態と同様である。
なお、本実施形態では、制限部材４４の移動にエアシリンダ７０を用いたが、油圧シリンダ、電動のリニアアクチュエータ等の他の駆動装置を用いても良い。

［その他の実施形態］
なお、何れかの回転ローラー３４のシャフト３６にロータリーエンコーダー（例えば、図２の点線で図示）７０を接続し、回転ローラー３４（予め径の分かっている）の回転数（回転角度）を計測することで、長尺物６８の曲がりを矯正しながら長尺物６８の測長（第２のハンド１８の移動距離）を測定することが可能となる。
上記実施形態では、第２のハンド１８の両方の把持爪２２に回転ローラー３４を用いたが、いずれか一方にのみ回転ローラー３４を設ける構成としても良い。
上記実施形態では、第２のハンド１８に回転ローラー３４を用いたが、第１のハンド１６に回転ローラー３４を用いても良い。
上記実施形態では、把持爪２２の移動に電動式のリニアアクチュエーター２０を用いたが、電動式のリニアアクチュエーター２０に代えて、空気圧、油圧等で駆動されるアクチュエーターを用いても良い。空気圧、油圧等で駆動されるアクチュエーターを用いて把持爪２２の把持力を調整するためには、電気制御式のレギュレーターや、２圧回路（ガイド時：低圧、把持時：高圧）を組めば良い。
上記第１の実施形態では、リニアアクチュエーター２０の把持力とコイルスプリング６２のバネ定数とによって回転ローラー３４の回転／固定の制御を行うものとしたが、例えばリニアアクチュエーター２０の位置そのものを制御することによる把持爪２２の位置制御によって回転ローラー３４の回転／固定の制御を行っても良い。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。また、把持する長尺物６８は、ゴムホースに限らず、可撓性を有するものであれば電線等の他の部材であっても良い。

１０ 把持装置
１６ 第１のハンド（支持部材）
１８ 第２のハンド（支持部材）
２２ 把持爪（保持手段）
３４ 回転ローラー（回転体）
４４ 制限部材
６２ コイルスプリング（弾性部材）
７０ エアシリンダ（駆動装置）

Claims (6)

1. 移動可能に構成された一対の支持部材と、
   前記支持部材に設けられ、長尺物を保持する保持手段と、
   少なくとも一つの保持手段に回転可能に設けられ、前記長尺物に接する回転体と、
   を備え、
   前記保持手段は、前記回転体の回転を制限する制限部材を有し、
   前記回転体は、保持した前記長尺物に向けて前記回転体を付勢する弾性部材を介して前記保持手段に移動可能に設けられ、前記長尺物を保持する力に応じて前記弾性部材が弾性変形することで前記回転体が前記制限部材に接触して前記回転体の回転が制限される、長尺物の把持装置。
2. 移動可能に構成された一対の支持部材と、
   前記支持部材に設けられ、長尺物を保持する保持手段と、
   少なくとも一つの保持手段に回転可能に設けられ、前記長尺物に接する回転体と、
   を備え、
   前記保持手段は、前記回転体の回転を制限する制限部材を有し、
   前記制限部材の前記回転体との接触部位は、前記回転体を軸方向と直交する方向から見た前記回転体の制限部材側の外周面に沿った形状に形成されている、長尺物の把持装置。
3. 前記回転体は、保持した前記長尺物に向けて前記回転体を付勢する弾性部材を介して前記保持手段に移動可能に設けられ、
   前記長尺物を保持する力に応じて前記弾性部材が弾性変形することで前記回転体が前記制限部材に接触して前記回転体の回転が制限される、請求項２に記載の長尺物の把持装置。
4. 前記保持手段は、前記制限部材を前記回転体に対して接離させる駆動装置を備えている、請求項２に記載の長尺物の把持装置。
5. 前記回転体は、軸方向中間部が、軸方向両端部よりも小径に形成されている、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の長尺物の把持装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の長尺物の把持装置を用いて長尺物を把持する長尺物の把持方法であって、
   一方の支持部材の保持手段により、前記長尺物の長手方向の一部を保持する第１の工程と、
   前記長尺物の長手方向の他の一部に、他方の支持部材に設けられた保持手段の回転体を接触させて保持する第２の工程と、
   前記長尺物を保持した状態で、前記一方の支持部材と前記他方の支持部材とを互いに離間させる第３の工程と、
   前記他方の支持部材で前記長尺物を保持した状態で、前記回転体の回転を阻止する第４の工程と、
   を有する長尺物の把持方法。

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