JP6853226B2

JP6853226B2 - ロボット用把持装置

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Publication number: JP6853226B2
Application number: JP2018169684A
Authority: JP
Inventors: 伸介榊原; 一隆中山
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: DE102019123710A1; US20200078959A1; CN110883786A; JP2020040173A; US11148300B2

Description

本発明は、ロボット用把持装置に関するものである。

従来、開閉可能な一対の指と、これらの指にそれぞれ出没自在に設けられた小形の指とを備えるロボット用把持装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このロボット用把持装置は、大型のワークを扱うときには、小形の指を指内に収容した状態で作業を行い、小さなものを扱う場合や狭い場所でワークを取り扱う場合に、小形指を突出させてこの部分でワークを把持するものである。

特開平４−６３６９１号公報

しかしながら、特許文献１の把持装置では、指を切り替えても硬質のワークおよび軟質のワークの両方を取り扱うことは困難であるという不都合がある。
本発明は、硬質のワークおよび軟質のワークの両方を取り扱うことができるロボット用把持装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、ロボットの手首先端に取り付けられるベース部と、該ベース部に、相対的に近接および離間する方向に、少なくとも１つが移動可能に支持された複数の指部と、該指部を駆動する駆動機構とを備え、少なくとも１つの前記指部が、少なくとも把持面の可撓性を切替可能であるロボット用把持装置である。

本態様によれば、軟質のワークを把持する場合には、少なくとも１つの指部の把持面の可撓性を高いものに切り替えて、駆動機構を作動させ、ワークを挟んで対向配置した複数の指部を相互に近接させることにより、把持面を撓ませて軟質のワークに過度の把持力を加えることなく把持することができる。一方、硬質のワークを把持する場合には、指部の把持面の可撓性を低いものに切り替えて、駆動機構を作動させ、ワークを挟んで対向に位置した複数の指部を相互に近接させることにより、可撓性の低い把持面によって硬質のワークに大きな把持力を加えて、より確実に把持することができる。

上記態様においては、前記駆動機構を制御する制御部を備え、前記指部の前記把持面の可撓性の切替に応じて、前記制御部が前記駆動機構の制御方式を切り替えてもよい。
この構成により、指部の把持面の可撓性を高く切り替えたときには、制御部が小さな力で複数の指部を駆動する制御方式に切り替えて駆動機構を作動させ、指部の把持面の可撓性を低く切り替えたときには、制御部が大きな力で複数の指部を駆動する制御方式に切り替えて駆動機構を作動させることができる。これにより、ワークの種類に応じて適正な把持力でワークを把持することができる。

上記態様の一実施形態においては、前記指部が、該指部の長手軸方向に相対移動可能に設けられた、可撓性の異なる前記把持面を有する２種類の指部材を備え、該指部材を前記長手軸方向に相対移動させる切替機構を備える。

この構成により、切替機構を作動させて２種類の指部材を長手軸方向に相対移動させることにより、より先端側に配置された指部材の把持面を利用してワークを把持することができる。すなわち、軟質のワークを把持するときには、可撓性の高い把持面を有する指部材を可撓性の低い把持面を有する指部材よりも長手軸方向の先端側に配置し、硬質のワークを把持するときには、可撓性の低い把持面を有する指部材を可撓性の高い把持面を有する指部材よりも長手軸方向の先端側に配置する。

また、上記態様においては、前記指部が、前記長手軸方向には移動しないように固定され、先端に開口を有する筒状の第１指部材と、該第１指部材よりも可撓性の高い前記把持面を有し、前記開口を経由して前記第１指部材の内部から前記長手軸方向に出没する第２指部材とを備えてもよい。

この構成により、硬質のワークを把持するときには、可撓性の高い把持面を有する第２指部材を可撓性の低い把持面を有する第１指部材の内部に収容して可撓性の低い把持面を有する第１指部材を、より長手軸方向の先端側に配置する。一方、軟質のワークを把持するときには、可撓性の高い把持面を有する第２指部材を可撓性の低い把持面を有する第１指部材の先端の開口から突出させて、より長手軸方向の先端側に配置する。

また、上記態様においては、前記指部が、前記長手軸方向には移動しないように固定された第２指部材と、該第２指部材よりも可撓性の低い前記把持面を有し、前記第２指部材の前記把持面を覆う位置と、前記第２指部材の前記把持面を露出させる位置との間で移動させられる第１指部材とを備えていてもよい。

この構成により、第２指部材の把持面を覆う位置に第１指部材を配置することにより、駆動機構によって複数の指部を近接させて、可撓性の高い把持面によって硬質のワークを把持することができる。一方、第２指部材の把持面を露出させる位置に第１指部材を配置することにより、駆動機構によって複数の指部を近接させて、可撓性の低い把持面によって軟質のワークを把持することができる。

また、上記態様の参考例においては、前記指部が、該指部の長手軸回りに可撓性の異なる２種類の前記把持面を備える指部材を備え、該指部材を前記長手軸回りに回転させることにより前記把持面を切り替える切替機構を備えていてもよい。

この構成により、切替機構を作動させて指部材を長手軸回りに回転させ、いずれかの把持面を他の指部の把持面に対向する位置に配置することにより、ワークに適した把持面によってワークを把持することができる。すなわち、軟質のワークを把持するときには、可撓性の高い把持面を他の指部に対向する位置に配置し、硬質のワークを把持するときには、可撓性の低い把持面を他の指部に対向する位置に配置する。

上記態様の他の実施形態においては、前記指部が、板厚方向に貫通する１以上の貫通孔を有し、前記指部の外周面側に第１把持面を有する中空構造の第１指部材と、前記貫通孔から第１把持面に出没可能に設けられ前記第１指部材よりも可撓性の高い第２指部材とを備え、該第２指部材が前記第１把持面から突出させられることにより、該第１把持面よりも可撓性の高い第２把持面が構成される。

この構成により、軟質のワークを把持するときには、板状の第１指部材を板厚方向に貫通する１以上の貫通孔から第１指部材よりも可撓性の高い第２指部材を第１把持面から突出させて第２把持面を構成する。一方、硬質のワークを把持するときには、第２指部材を第１把持面から引っ込める。これにより、ワークの種類に応じて適正な把持力でワークを把持することができる。

本発明によれば、硬質のワークおよび軟質のワークの両方を取り扱うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボット用把持装置を取り付けたロボットを示す部分的な斜視図である。図１のロボット用把持装置の内部構造の一例であって、硬質のワークを把持する状態を示す縦断面図である。図１のロボット用把持装置の内部構造の一例であって、軟質のワークを把持する状態を示す縦断面図である。図２の状態のロボット用把持装置を示す斜視図である。図４の状態から指部を閉じた状態のロボット用把持装置を示す斜視図である。図３の状態のロボット用把持装置を示す斜視図である。図６の状態から指部を閉じた状態のロボット用把持装置を示す斜視図である。図２の状態のロボット用把持装置により硬質のワークを把持した状態を示す斜視図である。図８の状態のロボット用把持装置を示す正面図である。図３の状態のロボット用把持装置により軟質のワークを把持した状態を示す斜視図である。図１０の状態のロボット用把持装置を示す正面図である。図２のロボット用把持装置の変形例であって、軟質のワークを把持する状態を示す斜視図である。図１２のロボット用把持装置を示す側面図である。図１２のロボット用把持装置により、硬質のワークを把持する状態を示す斜視図である。図１４のロボット用把持装置を示す側面図である。図１４の状態のロボット用把持装置により硬質のワークを把持した状態を示す斜視図である。図１２の状態のロボット用把持装置により軟質のワークを把持した状態を示す斜視図である。図２のロボット用把持装置の他の変形例であって、硬質のワークを把持する状態を示す一方の指部の模式的な縦断面図である。図１８のロボット用把持装置により、軟質のワークを把持する状態を示す一方の指部の模式的な縦断面図である。図２のロボット用把持装置の他の変形例であって、指部を長手軸回りに回転させることにより第１把持面と第２把持面とを切り替える場合の一方の指部の模式的な側面図である。

本発明の一実施形態に係るロボット用把持装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット用把持装置１は、図１に示されるように、ロボット１００の手首１１０の先端に取り付けられて使用される把持装置である。

ロボット用把持装置１は、図２および図３に示されるように、ロボット１００の手首１１０の先端に固定されるベース部２と、該ベース部２に対して、相互に近接または離間する方向に移動可能に支持された２本一対の指部３と、これらの指部３を駆動する駆動機構４とを備えている。
指部３は、図２から図４に示されるように、それぞれ、長手軸方向の先端に開口５１を有する四角筒状の第１指部材（指部材）５と、第１指部材５の内部に収容された状態と開口５１から先端方向に突出させられた状態との間で移動させられる第２指部材（指部材）６と、第２指部材６の状態を切り替える切替機構７とを備えている。

第１指部材５は、比較的硬質の材料、例えば、ステンレス合金あるいはアルミニウム合金等の可撓性の低い金属材料により構成され、相互に対向する面に、硬質のワーク（図８参照）Ｗ１を把持する第１把持面（把持面）５２を備えている。第１把持面５２には、図４に示されるように、例えば、十字の溝５３が形成され、曲面を有するワークＷ１に、溝５３によって２点以上で接触し、安定して把持することができる。

第２指部材６は、比較的軟質の材料、例えば、ゴム等の可撓性の高い樹脂材料により構成されている。第２指部材６の相互に対向する面には、軟質のワーク（図１０参照）Ｗ２を把持する第２把持面（把持面）６１が備えられている。第２把持面６１は、ワークＷ２に押し付けられたときに、ワークＷ２の外形に倣って変形することにより、ワークＷ２の外面に密着することができる。

切替機構７は、例えば、図２および図３に示されるように、エアシリンダ等の直動機構であって、硬質のワークＷ１を把持するときには、第１指部材５に対して第２指部材６を第１指部材５の内部に引っ込めて、第１指部材５の第１把持面５２のみが露出している状態とし、軟質のワークＷ２を把持するときには、第１指部材５に対して第２指部材６を第１指部材５の先端の開口５１から突出させて、第１指部材５の第１把持面５２よりも第２指部材６の第２把持面６１が、第１指部材５の先端側に露出している状態とする。第１指部材５と第２指部材６との間には図示しないバネが配置されており、エアシリンダ７１のロッド７２が引っ込んだときには、バネによって、第２指部材６が第１指部材５の内部に引っ込められる。
あるいは図示しないものの、エアシリンダ７１のロッド７２と第２指部材６の付け根とが自在継手などで接続された構造を採用してもよい。

切替機構７は、第２指部材６を突出させるときには、第１指部材５の長手軸方向かつ対向する他の指部３に近接する方向に斜めに突出させる。これにより、第２指部材６の把持面６１を第１指部材５の把持面５２よりも対向する他の指部３側に配置することができ、第２指部材６によって軟質のワークＷ２を把持する際に、第１指部材５どうしが接触しない位置においてワークＷ２を把持することができる。

駆動機構４は、例えば、図２および図３に示されるように、ベース部２に固定され、一対の指部３を固定したスライダ４１を移動可能に支持するリニアガイド４２と、両端から中央までギア４７を境界として、お互いに逆方向にネジが切られたネジ部４３が形成されたボールねじ４４と、ボールねじ４４を回転駆動するモータ４５および２つのギア４６，４７とを備えている。ボールねじ４４には各ネジ部４３にそれぞれのネジ方向に対応したナット４８が締結されており、各ナット４８は各第１指部材５に固定されている。ギア４６はモータ４５のシャフトに固定されており、ボールネジ４４に固定されて完全に同期して回転するギア４７と噛み合って、モータ４５からの回転力がボールねじ４４に伝達される。

モータ４５の駆動によりボールねじ４４を一方向に回転させると、２つのナット４８が相互に離れる方向に移動させられ、ボールねじ４４を他方向に回転させると、２つのナット４８が相互に近接する方向に移動させられる。これにより、ナット４８がそれぞれ固定されている一対の第１指部材５が、図４および図６に示されるように相互に間隔をあけた開位置と、図５および図７に示されるように相互に近接した閉位置との間で移動させられる。

このように構成された本実施形態に係るロボット用把持装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るロボット用把持装置１を用いて硬質のワークＷ１を把持する場合には、切替機構７の作動により、エアシリンダ７１のロッド７２を引っ込めることにより、バネの弾性復元力により、図２に示されるように、第２指部材６を第１指部材５の内部に引っ込める。この状態で、駆動機構４のモータ４５を作動させて、図４に示されるように、一対の指部３を離間した位置に配置し、ロボット１００を動作させて、一対の指部３の間にワークＷ１を配置する。

そして、駆動機構４のモータ４５を作動させて、一対の指部３を近づけることにより、図８および図９に示されるように、硬質のワークＷ１を一対の指部３の第１指部材５の把持面５２間に把持することができる。第１指部材５の把持面５２は比較的硬質に構成されているので、把持力をワークＷ１に加えてしっかりと把持することができる。また、把持面５２には十字の溝５３が設けられているので、図８および図９に示されるように、外面が曲面であるワークＷ１を把持する場合であっても、溝５３によって２以上の点でワークＷ１に接触して、安定的に把持することができるという利点がある。

次に、本実施形態に係るロボット用把持装置１を用いて軟質のワークＷ２を把持する場合には、切替機構７の作動により、エアシリンダ７１のロッド７２を突出させることにより、図３に示されるように、第２指部材６を第１指部材５の先端の開口５１から先端側に突出させる。この状態で、駆動機構４のモータ４５を作動させて、図６に示されるように、一対の指部３を離間した位置に配置し、ロボット１００を動作させて、一対の指部３の間にワークＷ２を配置する。

そして、駆動機構４のモータ４５を作動させて、一対の指部３を近づけることにより、図１０および図１１に示されるように、軟質のワークＷ２を一対の指部３の第２指部材６の把持面６１間に把持することができる。第２指部材６の把持面６１は、第１指部材５の把持面５２と比較して高い可撓性を有しているので、軟質のワークＷ２を潰すことなく変形してワークＷ２の外表面に密着し、ワークＷ２をしっかりと安定して把持することができる。

このように、本実施形態に係るロボット用把持装置１によれば、硬質のワークＷ１および軟質のワークＷ２の両方を取り扱うことができるという利点がある。
すなわち、ワークＷ１，Ｗ２の硬さに応じて指部材５，６を切り替えることにより、ワークＷ１，Ｗ２の硬さに合わせた把持面５２，６１によってしっかりと安定して把持することができる。

また、軟質の把持面６１に切り替えることにより、軟質のワークＷ２を把持することができるとともに、円以外の横断面形状を有する硬質のワークＷ１を把持する際にも、把持面６１を変形させることで、ワークＷ１の横断面形状に合わせてロボット用把持装置１の姿勢を変更せずに済むという利点がある。

また、本実施形態によれば、２種類の指部材５，６を切り替えて、共通の駆動機構４によって開閉させるので、駆動機構４の占有スペースを小さくして、装置を小型化することができ、周辺部材との干渉を軽減することができる。２種類の指部材５，６を別個の駆動機構で動作させないので、装置を軽量化して、ロボット１００が取り扱うことができるワークＷ１，Ｗ２の重量を増大させることができる。

この場合に、第１指部材５によるワークＷ１の把持位置と、第２指部材６によるワークＷ２の把持位置とが、指部３の長さ方向に異なることになるが、ロボット１００の教示プログラムにおけるツール先端点を、指部材５，６の切替に対応して切り替えることにすればよい。また、第１指部材５によるワークＷ１の把持力と第２指部材６によるワークＷ２の把持力とが異なるので、駆動機構４を制御する制御部を設け、把持面５２，６１の可撓性の切替に応じて、制御部が駆動機構４の制御方式、例えば、制御ゲインあるいは制御特性を切り替えることにすればよい。モータ１本で２本の指部材５，６の移動を制御するので、２本の指部材５，６の移動を完全に同期させることが可能であり、把持力制御もより容易にすることができる。

なお、本実施形態においては、指部３が２本一対の場合を例示したが、これに代えて、３本以上の指部３を備えていてもよい。
また、２本一対の指部３がいずれも把持面５２，６１の硬度を切替可能である場合を例示したが、これに限定されるものではなく、少なくとも一方の指部３が把持面５２，６１の硬度を切替可能であってもよい。指部３は相対的に移動すればよいので、指部３の１本がベース部２に対して固定されていて、移動しない構造を採用してもよい。

また、指部３が、筒状の第１指部材５と、該第１指部材５の先端の開口５１から出没させられる第２指部材６とを備えることとしたが、これに代えて、図１２から図１５に示されるように、可撓性の高い第２指部材６の把持面６１側に、可撓性の低い平板状の第１指部材５の把持面５２が、ベース部２から出没可能に設けられていてもよい。
この平板状の第１指部材５は、図１２から図１５に示されるように、第２指部材６の長手軸方向に直線動作でベース部２から出没してもよいし、図には示さないものの、回転動作でベース部２から出没してもよい。

すなわち、図１４および図１５に示されるように、第１指部材５をベース部２から突出させた状態では、第１指部材５によって第２指部材６全体が覆われるのではなく、第２指部材６の把持面６１のみが第１指部材５によって置き換えられる。これにより、図１６に示されるように、硬質のワークＷ１を第１指部材５間に把持することができる。

一方、図１２および図１３に示されるように、第１指部材５をベース部２内に引っ込めた状態では、第２指部材６の把持面６１が露出させられて、図１７に示されるように、第２指部材６によって、軟質のワークＷ２を把持することができる。第１指部材５の把持面５２と第２指部材６の把持面６１とをほぼ同一位置において切り替えることができ、ツール先端点を切り替えずに済むという利点がある。

また、第１指部材５および第２指部材６のいずれかを指部３の長手方向に移動させて、２つの指部材５，６を切り替えることに代えて、図１８および図１９に示されるように、密閉された中空構造の第１指部材５の平板状の把持面（第１把持面）５２に、板厚方向に貫通する１以上の貫通孔５２ａを設け、貫通孔５２ａを膜状の第２指部材６によって密封状態に閉塞することにより、指部３を構成してもよい。図中、符号５４はバルブ、符号５５は空気圧源である。

硬質のワークＷ１を把持するときには、図１８に示されるように、第１指部材５の内圧を低減して、第２指部材６を第１指部材５の把持面５２よりも内側に配置しておく。一方、軟質のワークＷ２を把持するときには、バルブ５４を開放して加圧空気を第１指部材５内に供給し、図１９に示されるように、第２指部材６を第１指部材５の把持面５２から突出させる。これにより、第１把持面５２よりも可撓性の高い肉球のような第２把持面６１を構成する。

この構成によれば、第１把持面５２と第２把持面６１とを指部３の長さ方向のほぼ同一位置に配置することができ、ワークＷ１，Ｗ２に応じてツール先端点を切り替える必要がないという利点がある。また、可動部を少なくして、構造を簡略化し、小型軽量化を図ることができるという利点もある。
加圧空気による膨張により第１把持面５２から突出させられる第２指部材６に代えて、貫通孔５２ａ内を板厚方向に移動して貫通孔５２ａから出没させられる第２指部材６を採用してもよい。

また、図２０に示されるように、指部３が、共通の指部材１０の異なる面に、硬質材料からなる第１把持面（把持面）１１と、軟質材料からなる第２把持面（把持面）１２とを備え、ステッピングモータ等の切替機構１３によって、指部材１０を長手軸回りに回転させることにより、第１把持面１１と第２把持面１２とを切り替えることにしてもよい。

この場合においても、第１把持面１１と第２把持面１２とを指部３の長さ方向のほぼ同一位置に配置することができ、ワークＷ１，Ｗ２に応じてツール先端点を切り替える必要がないという利点がある。また、構造を簡略化し、小型軽量化を図ることができるという利点もある。

また、この場合に、指部材１０を四角柱状に構成した場合、４面全てに硬さあるいは形状の異なる材料からなる把持面を配置し、取り扱うワークＷ１，Ｗ２の種類に応じて切り替えることにしてもよい。

１ロボット用把持装置
２ベース部
３指部
４駆動機構
５第１指部材（指部材）
６第２指部材（指部材）
７，１３切替機構
１０指部材
１１，５２第１把持面（把持面）
１２，６１第２把持面（把持面）
５１開口
５２ａ貫通孔
１００ロボット
１１０手首

Claims

ロボットの手首先端に取り付けられるベース部と、
該ベース部に、相対的に近接および離間する方向に、少なくとも１つが移動可能に支持された複数の指部と、
該指部を駆動する駆動機構とを備え、
少なくとも１つの前記指部が、
該指部の長手軸方向に相対移動可能に設けられた、可撓性の異なる把持面を有する２種類の指部材と、該２種類の指部材を前記長手軸方向に相対移動させる切替機構とを備え、
前記２種類の指部材の前記長手軸方向の相対移動によって少なくとも把持面の可撓性を切替可能であるロボット用把持装置。
ロボットの手首先端に取り付けられるベース部と、
該ベース部に、相対的に近接および離間する方向に、少なくとも１つが移動可能に支持された複数の指部と、
該指部を駆動する駆動機構とを備え、
少なくとも１つの前記指部が、
板厚方向に貫通する１以上の貫通孔を有し、前記指部の外周面側に第１把持面を有する中空構造の第１指部材と、前記貫通孔から第１把持面に出没可能に設けられ前記第１指部材よりも可撓性の高い第２指部材とを備え、該第２指部材が前記第１把持面から突出させられることにより、該第１把持面よりも可撓性の高い第２把持面が構成され、
前記第２指部材の前記第１把持面からの出没によって少なくとも把持面の可撓性を切替可能であるロボット用把持装置。
前記駆動機構を制御する制御部を備え、
前記指部の前記把持面の可撓性の切替に応じて、前記制御部が前記駆動機構の制御方式を切り替える請求項１または請求項２に記載のロボット用把持装置。
前記指部が、前記長手軸方向には移動しないように固定され、先端に開口を有する筒状の第１指部材と、該第１指部材よりも可撓性の高い前記把持面を有し、前記開口を経由して前記第１指部材の内部から前記長手軸方向に出没する第２指部材とを備える請求項１に記載のロボット用把持装置。
前記指部が、前記長手軸方向には移動しないように固定された第２指部材と、該第２指部材よりも可撓性の低い前記把持面を有し、前記第２指部材の前記把持面を覆う位置と、前記第２指部材の前記把持面を露出させる位置との間で移動させられる第１指部材とを備える請求項１に記載のロボット用把持装置。