JP6982922B1

JP6982922B1 - 把持装置

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Publication number: JP6982922B1
Application number: JP2021508325A
Authority: JP
Inventors: 健西田; 圭太郎北島; 将片山
Original assignee: Kiq Robotics
Current assignee: Kiq Robotics
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2040-09-18
Also published as: WO2022059187A1; JPWO2022059187A1

Abstract

ベース部１２に設けられ、間隔を有して対向する第１、第２の把持部材１４、１５によって対象物を把持する把持装置１０であり、第１、第２の把持部材１４、１５はベース部１２に、第１、第２の把持部材１４、１５の間隔を調整する位置調整手段１３を介して設けられ、第１、第２の把持部材１４、１５のいずれか一方又は双方が、隣り合って配置された複数の指部２０〜２２で構成され、しかも、複数の指部２０〜２２が位置調整手段１３に個別に、把持する対象物に対して進退可能に設けられている。

Description

本発明は、対象物を把持する把持装置に関する。

例えば、物流や産業では、作業の自動化が進められている。
このような作業の自動化においては、例えば、特許文献１に開示の平行グリッパ式把持装置を使用できる。具体的には、主台座と、この主台座上に対称的に移動可能に設けられた第１、第２の台座と、各第１、第２の台座上に設けられ、互いに対向する把持面を有する第１、第２のグリッパとを備えている。この第１のグリッパは、第１の台座上に設けられ、第１の把持面幅を有する第１の指部と、この第１の指部に隣接して伸縮可能に設けられ、第２の把持面幅を有する第２の指部とを備えている（第２のグリッパも同様）。

特開２０２０−２８９２０号公報

上記した平行グリッパ式把持装置は、把持対象物を把持する際に、第１、第２の指部の同時伸縮モードと、第２の指部の単独伸縮モードを切り替えることにより、第１のグリッパの把持面の幅を把持対象物の大きさに応じて調整できる（第２のグリッパも同様）。しかし、第１、第２の指部（第１、第２の把持面）は、把持対象物との接触面が平面状となっているため、例えば、把持対象物の外表面が曲面の場合、第１のグリッパと把持対象物との接触に際し、第１のグリッパが把持対象物の外表面にならった形状とはならず、線や点で接触する。このため、把持対象物の形状や重さによっては、把持対象物を安定かつ確実に把持できない。
また、把持対象物を安定かつ確実に把持するため、第１のグリッパと第２のグリッパの挟む力を強めた場合、把持対象物の材質によっては破損させるおそれがある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、対象物を安定かつ確実に把持できる把持装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る把持装置は、ベース部に設けられ、間隔を有して対向する第１、第２の把持部材によって対象物を把持する把持装置において、
前記第１、第２の把持部材は前記ベース部に、該第１、第２の把持部材の間隔を調整する位置調整手段を介して設けられ、
前記第１、第２の把持部材のいずれか一方又は双方が、該第１、第２の把持部材の間隔を調整する方向とは直交する方向に隣り合って配置された複数の指部で構成され、該複数の指部は前記位置調整手段に個別に、把持する前記対象物に対して弾性部材を介して進退可能に設けられて、該各指部は該弾性部材が自由状態では前記対象物側に付勢され、しかも、前記各指部の前記対象物側には、該各指部の長さ方向に渡って変形自在な緩衝材が設けられ、
前記指部は前記位置調整手段に個別に取付け取外し可能となって、前記隣り合って配置された指部の数が変更可能であり、
対向する前記第１、第２の把持部材で前記対象物を把持した際に、前記各指部は前記対象物の表面形状にならうように移動し、前記対象物の表面に接触した前記緩衝材は前記対象物の外表面にならうように変形する。

本発明に係る把持装置において、前記第１、第２の把持部材をそれぞれ３本の前記指部で構成することができる。

本発明に係る把持装置において、前記指部には、把持しようとする前記対象物の配置位置を調整する把持位置変更手段が設けられていることが好ましい。
ここで、前記把持位置変更手段は、前記指部の先端部に設けられ前記対象物を吸引する吸引パッドと、該吸引パッドに連通し、該吸引パッドを介して外気を吸引するポンプとを有するのがよい。

本発明に係る把持装置は、対向する第１、第２の把持部材のいずれか一方又は双方が、隣り合って配置された複数の指部で構成され、この複数の指部が位置調整手段に個別に、把持する対象物に対して進退可能に設けられているので、第１、第２の把持部材で対象物を把持した際に、各指部が対象物の表面形状にならうように（対象物の表面に沿うように）移動できる。
従って、対象物を安定かつ確実に把持できる。

本発明の一実施例に係る把持装置の斜視図である。変形例に係る把持装置の斜視図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示す本発明の一実施例に係る把持装置１０は、産業用ロボットや協働ロボットであるロボットアームのエンドエフェクタ（即ち、グリッパ）として使用され、様々な形状、質量、大きさの対象物（図示しない）を安定かつ確実に把持（挟持）できる装置である。なお、把持装置１０は、金属製（例えば、ステンレス製）であるが、必要な強度を有すれば、その一部又は全部を樹脂等で構成することもできる。ここで把持する対象物は、特に限定されるものではなく、例えば、各種機器、部品、食品等があり、その形状、質量、大きさは様々（例えば、棒状や板状、球状）である。
以下、詳しく説明する。

把持装置１０は、内部に空間部１１を備えるベース部１２と、このベース部１２に位置調整手段１３を介して設けられた対向する一対の把持部材（第１、第２の把持部材）１４、１５とを有している。
位置調整手段１３は、ベース部１２の外部に取付け固定されたリニアガイド（直動案内）１６と、ベース部１２内に、リニアガイド１６の長手方向に沿って配置されたボールねじ１７と、このボールねじ１７をその軸心を中心として双方向に回転駆動するモータ（図示しない）とを有し、把持部材１４、１５の間隔を調整する。
リニアガイド１６は、一対の把持部材１３、１４がそれぞれ固定されたスライダ１８、１９を移動可能に支持するものであり、このスライダ１８、１９の基部（図１では上部）はそれぞれ、ベース部１２内に配置されている。

ボールねじ１７には、その軸心方向中央部を境界としてその両側に、互いに逆方向のねじ（右ねじと左ねじ）が切られ、このボールねじ１７の軸心方向両側（右ねじの領域と左ねじの領域）に、ベース部１２内に配置されたスライダ１８、１９の基部がそれぞれ螺合している。
これにより、モータの駆動によってボールねじ１７を一方向に回転させた場合、２つのスライダ１８、１９が相互に離れる方向（対象物を放す方向）に移動するため、対向する把持部材１４、１５の間隔が広がる。また、モータの駆動によってボールねじ１７を他方向に回転させた場合、２つのスライダ１８、１９が相互に近接する方向（対象物を掴む方向、把持する方向）に移動するため、対向する把持部材１４、１５の間隔が狭まる。

一対の把持部材１４、１５はそれぞれ、リニアガイド１６の長手方向（ボールねじ１７の軸心方向）とは直交する方向に隣り合って配置された３本（複数）の指部２０〜２２を有し、この３本の指部２０〜２２がスライダ１８、１９にそれぞれ、進退手段（第１、第２の進退手段）２３、２４を介して取付け取外し可能になっている。
この進退手段２３、２４はそれぞれ、スライダ１８、１９に取付け固定される、側面視してコ字状（断面凹状）となった３つ（複数）の固定部２５と、各固定部２５の凹部２６内に配置される取付け部２７とを有している。
各凹部２６は、開口側を指部２０〜２２の取付け側（図１では下方）へ向け、凹部２６を形成する前後の壁部２８、２９は、リニアガイド１６の長手方向（進退方向）に沿って対向して設けられ、３つの固定部２５は、進退方向とは直交する方向に隣り合った状態で、スライダ１８、１９にそれぞれ取付け固定されている。

各固定部２５の凹部２６内には、取付け部２７を貫通した状態で、対向する前後の壁部２８、２９同士を連結するガイドロッド３０が設けられ、このガイドロッド３０に沿って取付け部２７が移動可能になっている。なお、各取付け部２７内には、ばね材（弾性部材）がそれぞれ収容され、自由状態では、各取付け部２７が前側（進退手段２３、２４の対向側）の壁部２８に対して付勢されている。
把持部材１４のスライダ１８に取付け固定された３つの固定部２５にそれぞれ移動可能に取付けられた３つの取付け部２７には、指部２０〜２２がそれぞれ取付けられる。このため、把持部材１４の指部２０〜２２は、対向する把持部材１５（把持する対象物）に対して、個別に進退可能になっている。同様に、把持部材１５のスライダ１９に取付け固定された３つの固定部２５にそれぞれ移動可能に取付けられた３つの取付け部２７には、指部２０〜２２がそれぞれ取付けられ、把持部材１５の指部２０〜２２が、対向する把持部材１４に対して、個別に進退可能になっている。

３本の指部２０〜２２はそれぞれ、指部本体３１〜３３と、この指部本体３１〜３３の把持する対象物側（対向する把持部材１４、１５の対向面側）に取付けられた緩衝材３４とを有し、各指部本体３１〜３３の基部が取付け部２７に、フック（係止部材）等により、ワンタッチで取付け取外し可能になっている。
このため、３本の指部２０〜２２のうち、例えば、１本又は２本の指部を取付け部２７から取外すことで、把持部材１４又は把持部材１５を構成する指部の本数を変更できる。このとき、取付け部から取外す指部は、必ずしも端部に位置する指部に限定されるものではなく、例えば、把持する対象物に応じて、間に位置する指部を取外してもよい。この場合、隣り合う指部の間に空間が形成される。

３本の指部本体３１〜３３の緩衝材３４の取付け面の縦断面（図１では上下方向の断面）はそれぞれ、長さ方向中央部が凹んだ凹状となっている。また、各取付け部２７が前側の壁部２８に対して付勢された状態で、隣り合って配置される３本の指部本体３１〜３３の緩衝材３４の取付け面で形成される平断面は、中央部が凹んだ凹状となっている。
各指部本体３１〜３３に取付けられた緩衝材３４は変形自在なものである。この緩衝材には、例えば、液状流体と粉粒体を内部に充填した変形自在な袋状体等を使用できる。
このように、３本の指部本体３１〜３３の緩衝材３４の取付け面の形状、及び、この取付け面への緩衝材３４の取付けにより、形状、質量、大きさに影響されることなく、対象物を安定かつ確実に把持できる。

なお、上記した把持部材１４、１５の長さ（指部本体３１〜３３の取付け部２７からの突出長さ）は、用途に応じて適宜選択できるものであり、特に限定されるものではないが、把持装置１０を、例えば、物流の用途に用いる場合、１５０ｍｍ程度（１００〜２００ｍｍ程度）にすることができる。
これにより、対象物を対向する把持部材１４、１５で把持した際に、指部本体３１〜３３にしなりが発生して、各指部２０〜２２が対象物の表面形状にならう効果が得られる。なお、指部本体３１〜３３のしなり具合は、例えば、指部本体３１〜３３の太さ（断面積）や材質等を適宜選択することで調整できる。

続いて、本発明の一実施例に係る把持装置１０を用いた対象物の把持方法について説明する。
まず、把持する対象物の形状、質量、大きさ等に応じて、必要な本数の指部を進退手段２３、２４に取付ける（図１では、３本ずつ）。
次に、モータの駆動によりボールねじ１７を一方向に回転させ、２つのスライダ１８、１９を相互に離れる方向に移動させて、対向する把持部材１４、１５の間隔を、把持する対象物の幅よりも広げる。そして、対向する把持部材１４、１５の間に対象物が位置するように、把持装置１０を移動させる。

続いて、モータの駆動によりボールねじ１７を他方向に回転させ、２つのスライダ１８、１９を相互に近接する方向に移動させて、対向する把持部材１４、１５の間隔を狭める。
このとき、各把持部材１４、１５を構成する３本の指部２０〜２２はそれぞれ、個別に進退可能になっているため、対象物の表面に接触した各指部２０〜２２が、対象物の外表面にならうように移動し、更に、各指部２０〜２２には緩衝材３４が取付けられているため、緩衝材３４が対象物の外表面にならうように変形する。
これにより、様々な形状、質量、大きさの対象物であっても、安定かつ確実に把持できる。

次に、図２を参照しながら、変形例に係る把持装置４０について説明するが、把持装置４０の構成は、前記した把持装置１０と略同じであるため、異なる部分についてのみ、詳しく説明する。
把持装置４０は、ベース部１２に位置調整手段１３を介して設けられた対向する一対の把持部材（第１、第２の把持部材）４１、４２を有している。この一対の把持部材４１、４２はそれぞれ、リニアガイド１６の長手方向とは直交する方向に隣り合って配置された３本（複数）の指部４３〜４５を有し、この３本の指部４３〜４５がスライダ１８、１９にそれぞれ、進退手段（第１、第２の進退手段）２３、２４を介して取付け取外し可能になっている。

３本の指部４３〜４５はそれぞれ、指部本体４６〜４８と、この指部本体４６〜４８の把持する対象物側（対向する把持部材４１、４２の対向面側）に取付けられた緩衝材４９（緩衝材３４と同一材質）とを有し、各指部本体４６〜４８の基部が進退手段２３、２４の３つの取付け部２７に、フック等により、ワンタッチで取付け取外し可能になっている。なお、指部本体４６〜４８の縦断面と平断面の形状は、凹凸のない平面状である。
各指部４３〜４５にはそれぞれ、把持しようとする対象物の配置位置（姿勢も含む）を調整する把持位置変更手段５０が設けられている。この把持位置変更手段５０は、各指部本体４６〜４８の先端部に設けられ対象物を吸引する吸引パッド５１と、この吸引パッド５１に連通し、吸引パッド５１を介して外気を吸引するポンプ（図示しない）とを有している。

各指部本体４６〜４８内には、その長さ方向に渡って流路５２が形成され、この流路５２は先端位置で吸引パッド５１に連通している。吸引パッド５１は、複数（１個でもよい）の小径の貫通孔で構成され、この貫通孔の軸心方向が指部本体４６〜４８の長さ方向に沿うように、各指部本体４６〜４８に設けられている。
流路５２の基端部には、流路５２と外部を連通する接続部５３が設けられ、この接続部５３に取付け取外し可能となったパイプ（ホース）等を介して、前記ポンプ（真空ポンプ等）が接続されている。
これにより、把持装置４０を対象物に近づけ、吸引パッド５１を対象物に接触又は近接させた後、ポンプを作動させることで、吸引パッド５１に対象物を吸着できる。

続いて、把持位置変更手段５０の使用方法について説明する。
例えば、把持しようとする対象物が箱の隅に配置されている場合、対象物が対向する把持部材４１、４２で把持できない状況にある。
この場合、まず、把持装置４０を対象物に近づけ、吸引パッド５１を対象物に接触又は近接させた後、ポンプを作動させて、対象物を吸引パッド５１に吸着させる。
次に、対象物を吸引パッド５１に吸着させた状態で把持装置４０を移動させ、対象物を箱の中央部（対向する把持部材４１、４２で把持可能な位置（取り易い位置））に配置（姿勢調整）した後、ポンプを停止し、対象物を吸引パッド５１から離す。
そして、前記した把持装置１０と同様の方法により、対象物を、把持装置４０の対向する把持部材４１、４２で把持する。

なお、把持位置変更手段５０は、ここでは全ての指部４３〜４５に設けているが、例えば、対象物の種類（形状や重さ等）や配置位置に応じて、指部４３〜４５の一部に設けることもできる。具体的には、把持位置変更手段を、以下のように設けることができる。
（１）把持位置変更手段を、一方の把持部材が有する複数の指部の一部又は全部に設け、他方の把持部材が有する複数の指部の一部に設ける。
（２）把持位置変更手段を、一方の把持部材が有する複数の指部の一部又は全部に設け、他方の把持部材が有する複数の指部には設けない。
また、把持位置変更手段５０の吸引パッド５１の取付け位置は、種々変更できる。例えば、各指部４３〜４５の先端部のみならず、両側に位置する指部４３、４５の側部（指部４４との対向側とは反対側）にも設けることができ、また、各指部４３、４５の側部のみに設けることもできる。

以上、本発明を、実施例を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施例に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施例や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施例や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の把持装置を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施例においては、位置調整手段にボールねじを使用し、一対の把持部材を同時に離れる方向又は接近する方向に移動させた場合について説明したが、例えば、第１、第２の把持部材にそれぞれモータを設けて個別に移動させることもでき、また、一方の把持部材のみにモータを設けて移動可能とし、他方の把持部材は固定して移動しない構成とすることもできる。

また、前記実施例においては、把持装置の対向する把持部材の双方を、３本の指部で構成した場合について説明したが、例えば、対向する第１、第２の把持部材の一方を１本又は２本以上の複数本（上限は１０本、更には５本程度）の指部で構成し、対向する第１、第２の把持部材の他方を２本以上の複数本（上限は１０本、更には５本程度）の指部で構成することもできる（即ち、対向する第１、第２の把持部材を構成する指部の本数を同じ本数又は異なる本数にできる）。なお、把持部材の一方を指部で構成しない（把持部材の他方のみを指部で構成する）こともでき、この場合、複数本の指部で構成される把持部材との対向面（対象物の接触面）を、平面又は曲面で構成することができる。
この指部の本数の調整は、例えば、指部をスライダに取付けること、又は、指部をスライダから取外すことにより実施でき、このとき、指部と指部の間に位置にする１本又は複数本の指部をスライダから取外すことで、隣り合った指部の間に間隔を設けてもよい。

そして、前記実施例においては、指部を位置調整手段に進退手段を介して取付け取外し可能にした場合について説明したが、指部を進退手段の取付け部と一体にし、進退手段を位置調整手段に取付け取外し可能な構成にすることも、また、進退手段（指部）を位置調整手段から取外しできない構成にすることもできる。
また、前記実施例においては、指部本体の緩衝材の取付け面の縦断面と平断面の形状を凹状とし、この指部本体に緩衝材を取付けた場合について説明したが、指部本体の縦断面と平断面の形状を凹状とするのであれば、指部本体に緩衝材を取付けなくてもよい。
更に、前記実施例においては、把持位置変更手段を吸引パッドとポンプで構成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、対象物の種類に応じて適宜変更できる。例えば、対象物が磁気特性を備えた材料（磁性体）で構成されていれば、把持位置変更手段として磁石（電気を流すことで磁化する電磁石）等を使用することもできる。

本発明に係る把持装置は、様々な形状の対象物を安定かつ確実に把持できる。これにより、例えば、産業用ロボットや協働ロボットであるロボットアームのエンドエフェクタとして有効に利用でき、例えば、物流や産業での作業の自動化に寄与できる。

１０：把持装置、１１：空間部、１２：ベース部、１３：位置調整手段、１４、１５：把持部材（第１、第２の把持部材）、１６：リニアガイド、１７：ボールねじ、１８、１９：スライダ、２０〜２２：指部、２３、２４：進退手段、２５：固定部、２６：凹部、２７：取付け部、２８、２９：壁部、３０：ガイドロッド、３１〜３３：指部本体、３４：緩衝材、４０：把持装置、４１、４２：把持部材（第１、第２の把持部材）、４３〜４５：指部、４６〜４８：指部本体、４９：緩衝材、５０：把持位置変更手段、５１：吸引パッド、５２：流路、５３：接続部

Claims

ベース部に設けられ、間隔を有して対向する第１、第２の把持部材によって対象物を把持する把持装置において、
前記第１、第２の把持部材は前記ベース部に、該第１、第２の把持部材の間隔を調整する位置調整手段を介して設けられ、
前記第１、第２の把持部材のいずれか一方又は双方が、該第１、第２の把持部材の間隔を調整する方向とは直交する方向に隣り合って配置された複数の指部で構成され、該複数の指部は前記位置調整手段に個別に、把持する前記対象物に対して弾性部材を介して進退可能に設けられて、該各指部は該弾性部材が自由状態では前記対象物側に付勢され、しかも、前記各指部の前記対象物側には、該各指部の長さ方向に渡って変形自在な緩衝材が設けられ、
前記指部は前記位置調整手段に個別に取付け取外し可能となって、前記隣り合って配置された指部の数が変更可能であり、
対向する前記第１、第２の把持部材で前記対象物を把持した際に、前記各指部は前記対象物の表面形状にならうように移動し、前記対象物の表面に接触した前記緩衝材は前記対象物の外表面にならうように変形することを特徴とする把持装置。
請求項１記載の把持装置において、前記第１、第２の把持部材はそれぞれ３本の前記指部で構成されていることを特徴とする把持装置。
請求項１又は２記載の把持装置において、前記指部には、把持しようとする前記対象物の配置位置を調整する把持位置変更手段が設けられていることを特徴とする把持装置。
請求項３記載の把持装置において、前記把持位置変更手段は、前記指部の先端部に設けられ前記対象物を吸引する吸引パッドと、該吸引パッドに連通し、該吸引パッドを介して外気を吸引するポンプとを有することを特徴とする把持装置。