JP6708340B2 - ロボットハンドの爪部交換機構およびこの爪部交換機構を用いた爪部交換方法 - Google Patents
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Description
従来、ロボットハンドで多様な物品を取り扱うために、異なった形状の指を備え、握力や指の開閉ストロークが異なったロボットハンドを複数用意しておき、ツールチェンジャを用いて手首から先のハンド全体を着脱交換する手段が用いられている。
これまで、多様な物品を扱うため、形状の異なる複数の爪を用意しておき、爪を着脱交換する手段が提案されている。
また、特許文献2の爪交換機構では、ハンド本体の指部材に連動して爪を開閉する機構が必要となり、着脱される爪側の機構が複雑なものとなってしまい、コストアップ、信頼性や耐久性の低下を招いてしまう。
そこで、本発明の目的は、ロボットハンドとして最も一般的な平行二指ハンドにおいて、物品の取り扱いに応じて様々な形状を備え、しかも、装着部の構造を規格化した爪部を3Dプリンタで造形して用意しておき、指の開閉ストロークや、指の位置決め精度の異なった様々な平行二指ハンドに対して、様々な形状の爪を相互に交換することができ、しかも、爪の交換において特別な駆動源や複雑な機構を用いることなく、ロボットアームの運動によってロボットハンドの運動方向を変更することだけで、こうした爪部の交換を確実に行えるようにすることにある。
そこで、この指ベースに脱着される爪部における根元部の構造を共通化し、爪部の脱着を指ベースが対面接触している状態で行うことで、多様な形状を備え、開閉ストロークが異なった様々な平行二指ハンドに対して、爪部の着脱が相互に可能となる。
しかも、爪部をホルダーに保持させて格納する際、第2のテーパー部が爪部の根元部における両側角部に線接触し、根元部を背板に押しつけ、爪部を自動的に位置決めすることができ、爪部をホルダーから取り外して指ベースに装着する際、第2のテーパー部により、バネに抗してレバーをスムースに押し広げることができ、引っかかりを生じることなくホルダーから爪部を取り外すことができる。
ハンド本体1は、ハンドベース3と互いに対向する二本の指ベース4を備えており、指ベース4は、取り付け部5を介してハンドベース3に連結されている。ハンドベース3には、指ベース4を駆動するアクチュエータが内蔵されており、ロボットハンドへの指令により、指の開閉を制御し、物品の把持と開放を可能にしている。
様々な機構のハンドベース3に対して、ロボットハンドに指令を送り、指を全閉するように制御したとき、図1、図2に示すように、いずれの場合でも左右の指ベース4が対面接触するように取り付け部5の形状を変更して、指ベース4をハンドベース3に取り付ける。
これにより、把持する物品の形態が変更され、ハンドベース3の仕様が異なる様々な平行二指ハンドについても、ハンドの指を全閉制御したとき、指ベース4は共通に対面接触することになる。
ロックピン9は、常態ではバネ10により取り付け穴8に突出するように付勢されており、ロック解除バー12は、テーパー13を有し、常態ではバネ10により指ベース4の外側に突出するように付勢されている。
これにより、ロック解除バー12を指ベース4の内側に押し込むことで、ロックピン9の先端部は爪取り付け穴8の外側に押し出され、ロックが解除される。
なお、爪部2は根元部6と把持部7を一体に3Dプリンタで造形してもよいし、根元部6を金属加工で成型し、把持部7のみを3Dプリンタで造形して根元部6にネジで螺合してもよい。
爪部2の根元部6には、左右の指を閉じたときに、指開閉方向にあり、外側となる面に溝部17が形成されており、そのホルダー挿入側端に溝拡大部18、19が設けられている。
ホルダーは、背板20と、その側面に固定された二枚の側板21から構成され、背板20の上端にはテーパー26が設けられている。
なお、二枚の側板21の間の間隔は、爪部2の根元部6を対面接触させたときの両根本部6(図6参照)を合わせた幅にわずかな隙間を加えた幅に設定されている。
なお、爪部2の根元部6に突起を形成し、二枚の側板21の内側にこの突起と係合する溝を形成するようにしてもよい。
レバー23の先端には、外方に向けて拡開する第1のテーパー部28と、第1のテーパー部28の頂点からから内方に向けて拡開する第2のテーパー部29が形成されている。後述するように、第1のテーパー部28により、爪部2をホルダーに戻すときに多少のずれがあっても、バネ24に抗してレバー23をスムースかつ確実に押し広げることができる。
また、第2のテーパー部29は、爪部2を保持する際、そのテーパー面で、爪部2の根元部6における両側角部に線接触し、爪の根元部6を背板20に押しつけ、爪部2を自動的に位置決めすることができる。また、爪部2をホルダーから取り外すとき、第2のテーパー部29により、バネ24に抗してレバー23をスムースに押し広げることができ、引っかかりを生じることなくホルダーから爪を取り外すことができる。
これにより、指の開閉ストロークが異なるハンドでも、指を全閉制御することで指ベース4を対面接触させ、共通の状態で爪の着脱が行える。
また、側板21の高さは、爪部2の根元部6(軸14を除く。)の長さよりも低く、爪部2が保持されているとき、軸14を除く根元部6の上下端が側板21の上下面から突出するように設定されている。これにより、側板21と指ベース4との干渉、および側板21と様々な形状の把持部7との干渉を避けることができる。
なお、側板21の長さは、爪部2を保持したときに、背板20と反対側に位置する根元部6の端面が、側板21の外に突き出る長さとしており、これにより、レバー23により、爪部2の根元部6を内側に直接押し込むことを可能としている。
これにより、図7に示すように、指ベース4のロック解除バー12をホルダーの背板20と接触させることで指ベース4の内側に押し込み、ロックピン9の先端部は取り付け穴8の外側に押し込まれた状態となり、爪取り付け穴8から退出する。
指ベース4のロック解除バー12とホルダーの背板20を係合させてロック解除バー12を指ベース4の内側に押し込み、ロックピン9の先端部を取り付け穴8から退出させ、ロックを解除する。このとき、一対の爪部2は、ホルダーのレバー23によりホルダー背板20に押し付けられてロックされ、この状態で、ロボットアームの運動によりハンド本体1を上に移動することで、指ベース4の取り付け穴8から爪部2の根元部6に設けられた軸14を引き抜くことで爪部格納装置を構成することができる。
2:爪部
3:ハンドベース
4:指ベース
5:指ベースのハンドベースへの取り付け部
6:爪の根元部
7:爪の把持部
8:取り付け穴
9:ロックピン
10:バネ
11:連結部材
12:ロック解除バー
13:テーパー
14:軸
15:凹部
16:面取り
17:溝部
18、19:溝拡大部
20:背板
21:側板
22:突起部
23:レバー
24:バネ
25:回転軸
26、27:テーパー
28:第1のテーパー部
29:第2のテーパー部
Claims (2)
- ロボットアームの先端に取り付けたハンド本体(1)と、このハンド本体(1)に着脱可能な一対の爪部(2)と、この爪部(2)を保持するホルダーから構成され、
前記ハンド本体(1)は、ハンドベース(3)と、このハンドベース(3)に装着され、その内部に収納されたアクチュエータにより開閉される一対の指ベース(4)を備え、
前記指ベース(4)は、前記爪部(2)の取り付け穴(8)と、バネ(10)により付勢され、前記爪部(2)を係止するロックピン(9)と、ロボットアームの運動により、前記ホルダーの背板(20)と係合し、前記ロックピン(9)による係止を解除するロック解除バー(12)を備え、
前記爪部(2)は、前記指ベース(4)のそれぞれに装着される根元部(6)と把持部(7)を備え、前記根元部(6)の上面には前記指ベース(4)の取り付け穴(8)に挿入する軸(14)と、前記ホルダーに係合する溝部(17)が形成されており、前記軸(14)には前記ロックピン(9)と係合する凹部(15)が設けられ、
前記ホルダーは、前記背板(20)と、その両側面に固定され、前記爪部(2)の溝部(17)と係合する突起部(22)を有する側板(21)と、前記側板(21)の外側に回転自在に支持され、バネ(24)により前記側板(21)の外側側面に常時接触するよう付勢された一対のレバー(23)を備え、
前記レバー(23)の開放端側には、外方に向けて拡開する第1のテーパー部(28)と、この第1のテーパー部(28)の頂点から内方に向けて拡開する第2のテーパー部(29)が形成されていることを特徴とする爪部交換機構。 - 請求項1に記載された爪部交換機構を用いた爪部交換方法であって、
前記指ベース(4)を対面接触させた上で、前記ロボットアームにより前記ホルダーに対し水平方向にアプローチさせ、前記第1のテーパー部(28)を押し広げながら、前記爪部(2)の根元部(6)に形成された前記溝部(17)を、前記側板(21)の突起部(22)に係合させて前記背板(20)に面接触させ、前記第2のテーパー部(29)により前記爪部(2)を前記背板(20)に押し付け、位置決めすることで保持させるとともに、前記ロック解除バー(12)と前記背板(20)を係合させてロックピン(9)を解除して前記爪部(2)を前記ホルダーに格納させ、
前記ロボットアームにより前記ハンド本体(1)を垂直上方向に移動し、前記爪部(2)の取り付け穴(8)から前記軸(14)を引き抜いてハンド本体(1)から前記爪部(2)の取り外しを行い、
前記指ベース(4)を対面接触させた上で、前記ロボットアームにより、前記ハンド本体(1)を前記ホルダーに対し垂直下方向にアプローチさせることで、前記指ベース(4)の取り付け穴(8)に前記軸(14)を挿入し、前記ロボットアームにより、前記ハンド本体(1)をホルダーに対し離脱する水平方向に移動することで、前記ロックピン(9)により前記爪部(2)を係止させるとともに、前記第2のテーパー部(29)を押し広げて、前記爪部(2)と前記ホルダーとの係合を解除させ、ハンド本体(1)に前記爪部(2)を装着するようにしたことを特徴とする爪部交換方法。
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