JP7266277B2

JP7266277B2 - 把持装置

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Publication number: JP7266277B2
Application number: JP2018206158A
Authority: JP
Inventors: 慎一平井; 忠奎王; 崚鐘江
Original assignee: Ritsumeikan Trust
Current assignee: Ritsumeikan Trust
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: JP2020069612A

Description

本発明は、食品等の把持対象物を把持するための把持装置に関する。

近年、単身世帯や共働き世帯の増加等によって、スーパーやコンビニ等で販売される弁当や総菜等の中食の市場が拡大してきている。そのため、中食を製造する食品工場等の食品産業において、人手不足が深刻化してきており、自動化を進めることが望まれている。しかしながら、食品の多くは柔らかで崩れやすく、食品の形状や特性にはばらつきが大きく、また、食品工場においては、１つのラインで複数種類の食品を取り扱うことも多い。そのため、特に、食品を把持して移動させるという食品ハンドリングの工程では、一般的に自動車や電気製品の製造等の他産業分野で必要とされるほどの精度は要求されないものの、食品の形状や特性のばらつき等に対応することが難しく、自動化は困難とされ、そのほとんどを人手に頼っているのが現状である。

一方、他産業分野でのハンドリングにおいては、柱状の物体を把持するためのエアチューブチャックが、従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。このエアチューブチャックは、ドーナツ状のエアチューブを柱状の物体に外嵌した後に、エアチューブ内部に圧縮空気を送り込んでこれを内側に膨出させることによって、柱状の物体を中心軸方向に押圧して把持するというものである。

実開平６－３３６８９号公報

特許文献１に記載のようなエアチューブチャックは、把持対象物の表面形状に合わせてエアチューブが変形することができるので、把持対象物が表面形状にばらつきがある食品の場合でも把持することができると考えられる。しかしながら、このような従来のエアチューブチャックでは、エアチューブの厚さは一様で均一な厚さに形成されており、エアチューブが把持対象物に向かって膨出する際、その膨出面の略中央部が最も突出するようになっていた。そのため、把持対象物の高さがエアチューブの膨出面の略中央部より低いような場合には、エアチューブの膨出面が把持対象物に与える力は下向きとなり、把持することが難しいという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、形状や特性にばらつきのある把持対象物や、様々な大きさの把持対象物でも対応して把持することができる把持装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る把持装置は、内部が中空で気密性を有し、柔軟な素材で形成された袋体からなる膨張体と、剛性を有する素材で形成した外殻と、を有するチャンバーと、複数の前記チャンバーの間に把持対象部が配置されるよう複数の前記チャンバーを固定する連結手段と、各前記チャンバー内の前記膨張体に対して気体の給気及び排気が可能な給排気手段と、を備え、
前記外殻は、剛性を有する前記素材で前記膨張体を覆うとともに、開口側面を有し、前記膨張体は、前記把持対象物に接触する把持部を有するとともに、前記開口側面に前記把持部が形成されるように、前記外殻に対して設けられており、前記給排気手段によって前記膨張体を膨張させて、複数の方向から前記膨張体の前記把持部を把持対象物に接触させることで前記把持対象物を把持する把持装置であって、
前記複数のチャンバーの前記膨張体の前記把持部のうち少なくとも２つの前記把持部は、上下方向に不均一な厚さを有することで、高さ方向における略中央部と異なる高さの部位が、膨張時に最も突出することを特徴とする。

また、好ましくは、前記チャンバーが、円弧状に形成されていることを特徴とする。

また、好ましくは、前記チャンバーが、直線状に形成されていることを特徴とする。

また、好ましくは、隣接するチャンバーが相互に連結分離自在であることを特徴とする。

本発明に係る把持装置は、内部が中空で気密性を有し、柔軟な素材で形成された袋体からなる膨張体と、剛性を有する素材で形成した外殻と、を有するチャンバーと、複数の前記チャンバーの間に把持対象部が配置されるよう複数の前記チャンバーを固定する連結手段と、各前記チャンバー内の前記膨張体に対して気体の給気及び排気が可能な給排気手段と、を備え、前記外殻は、剛性を有する前記素材で前記膨張体を覆い、開口側面を前記把持対象物に接触する前記膨張体の把持部で形成し、前記給排気手段によって前記膨張体を膨張させて、複数の方向から前記膨張体の前記把持部を把持対象物に接触させることで前記把持対象物を把持する把持装置であって、
前記複数のチャンバーの前記膨張体の前記把持部のうち少なくとも２つの前記把持部は、膨張時に略中央部と異なる高さで最も突出するよう上下方向に不均一な厚さを有することを特徴としており、把持部が柔軟で弾性を有するため、把持部が把持対象物の表面形状に合わせて変形して把持対象物に面で接触することができ、また、それによって把持対象物にかかる単位面積当たりの力を小さくすることができる。そのため、把持対象物の形状や特性にばらつきがあっても把持することができる。

そして、把持部が膨張する際、均一な厚さの把持部の場合は、略中央部が最も突出するように膨張するのに対して、本願発明のように把持部の上下方向に傾斜した厚さが不均一な場合には、把持部の厚さによって伸縮のしやすさが異なるため、略中央部以外の部位を最も突出するように膨張させることができる。そのため、均一な厚さの把持部では把持できないような大きさの把持対象物でも、その把持対象物の大きさに、膨張時の最も突出する部位が合う不均一な厚さを有する把持部によって把持することができるので、様々な大きさの把持対象物にも対応することができる。

前記チャンバーが、円弧状に形成されていると、把持対象物の外形状が丸みを帯びている場合に把持面との接触面積が大きくなり、持ち上げる際に摩擦力が大きくなって持ち上げやすい。

また、前記チャンバーが、直線状に形成されていると、中空円筒状に形成され中央の円筒中空部に入らないような長尺棒状の把持対象物でも把持することができる。

隣接するチャンバーが相互に連結分離自在であれば、連結することによって把持部の面積が大きくなり大きな把持対象物を把持することができる。また、チャンバーが破損した場合には、当該破損したチャンバーのみを分離して取り換えできるので一体型の場合に較べて修理が簡易である。更にまた、把持対象物の形状や特性等に合わせて、把持部の厚さの態様が異なるチャンバーの組み合わせや配置を変更することができ、様々な把持対象物に対応することができる。

本発明の第１実施形態に係る把持装置の概略斜視図。図１のＡ－Ａ断面図。図２のＢ－Ｂ断面図。図２のＣ－Ｃ断面図。図３で把持部が膨張した様子を示す図。図４で把持部が膨張した様子を示す図。図３で把持対象物を把持する様子を示す図。図３で、図７とは異なる把持対象物を把持しようとする様子を示す図。図４で、図８の把持対象物を把持する様子を示す図。本発明の第２実施形態に係る把持装置で、図２のＣ－Ｃ断面図に対応する断面図。図１０で把持部が膨張した様子を示す図。本発明の第３実施形態に係る把持装置で、図１のＡ－Ａ断面図に対応する断面図。本発明の第４実施形態に係る把持装置の概略斜視図。

本発明に係る把持装置のいくつかの実施形態について、以下、図面を参照しつつ説明する。

第１実施形態に係る把持装置１について、図１－図９を参照しつつ説明する。本実施形態に係る把持装置１は、図１、図２に示すように、外形の略等しい４つのチャンバー２を備え、４つのチャンバー２によって中空円筒状に形成されている。この中空円筒状の把持装置１の中心軸を軸Ｙとすると、各チャンバー２は、軸Ｙを含む平面と、該平面に垂直な軸Ｙを含む平面と、によって中空円筒を略４等分したような形となっている。以下では、中空円筒状の把持装置１の中心軸である軸Ｙの図１における上方向を上、下方向を下として説明する。

各チャンバー２は、外殻３と、膨張体４とを備える。外殻３は、図３、図４に示すように、側板部３１と、上板部３２と、下板部３３とを備え、軸Ｙを含む平面による切断面において、断面略コ字状となっており、硬質な剛性を有する素材により形成されている。側板部３１は、軸Ｙを中心とした中心角が略直角で軸Ｙに沿った円弧状面となっており、４つのチャンバー２が中空円筒状に配置された際に、図１、図２に示すように、中空円筒の外周面を形成する。上板部３２は、側板部３１の上辺から側板部３１に略垂直に軸Ｙに近づく方向に延出する面であり、４つのチャンバー２が中空円筒状に配置された際に、上板部３２は、中空円筒の上面を形成し、上板部３２の延出端辺は、中空円筒の外周の半径よりも小さい半径の軸Ｙを中心とした円を形成する。下板部３３は、側板部３１の下辺から、上板部３２と同様に、側板部３１に略垂直に軸Ｙに近づく方向に延出する面であり、４つのチャンバー２が中空円筒状に配置された際に、下板部３３は中空円筒の下面を形成し、下板部３３の延出端辺は、上板部３２の延出端辺と半径が略等しい軸Ｙを中心とした円を形成する。

また、側板部３１は、側板部３１の側辺から側板部３１に略垂直に軸Ｙから遠ざかる方向に延出する取付片部３４を側板部３１の両側辺部にそれぞれ備える。取付片部３４には、上下２か所にボルト挿通孔が設けられており、４つのチャンバー２が中空円筒状に配置された際に、図１に示すように、隣接するチャンバー２のそれぞれの片方の取付片部３４も隣接し、隣接する２つの取付片部３４のボルト挿通孔の位置は略一致するようになっており、ボルト３５及びナット３６によって隣接する２つの取付片部３４を締結することで、隣接するチャンバー２は着脱自在に固定される。このように、チャンバー２は、外殻３の取付片部３４によって互いに着脱自在となっており、中空円筒状に配置された４つのチャンバー２は、それぞれ隣接するチャンバー２同士が着脱自在に固定されている。

膨張体４は、内部が中空で気密性を有する袋体で、柔軟で弾性を有する素材により形成されており、膨張体４の外形は、外殻３の断面略コ字状の内側と略等しい形状となっている。チャンバー２は、膨張体４が外殻３の断面略コ字状の内側に取り付けられて構成されており、図３、図４に示すように、膨張体４は、外殻３の側板部３１、上板部３２及び下板部３３にそれぞれ当接し、外殻３の断面略コ字状の開口側面には、膨張体４の膜状の把持部４０が形成されるような形になっている。４つのチャンバー２が中空円筒状に配置された際、図２に示すように、把持部４０によって中空円筒の内周面が形成されるようになっている。

本実施形態では、把持装置１が備える４つのチャンバー２のうち、２つがチャンバー２ａで、もう２つがチャンバー２ｂとなっており、チャンバー２ａとチャンバー２ｂとが隣接して、２つのチャンバー２ａと２つのチャンバー２ｂとはそれぞれ対向する位置に配置されるようになっている。チャンバー２ａは、外殻３と膨張体４ａとを備え、膨張体４ａの把持部４１が外殻３の断面略コ字状の開口側面を形成する。チャンバー２ｂは、外殻３と膨張体４ｂとを備え、膨張体４ｂの把持部４２が外殻３の断面略コ字状の開口側面を形成する。チャンバー２ａとチャンバー２ｂとは、把持部４１と把持部４２とが異なるだけで、それ以外は同一の構成となっている。チャンバー２ａの把持部４１は、図２、図３に示すように、一定の厚さに形成されており、均一な厚さを有する膜状の部位となっている。チャンバー２ｂの把持部４２は、図４に示すように、膨張体４ｂの内部側が下から上に掛けて徐々に厚くなるように一定の傾きに傾斜して形成されており、傾斜した厚さを有する膜状の部位となっている。把持部４２の左右方向、つまり、軸Ｙに対しての円周方向については、図２に示すように、略等しい厚さとなっている。チャンバー２ｂの把持部４２は、膨張体４ｂの内部側が傾斜して形成されることで厚さが変化するため、図２に示すように、チャンバー２ａとチャンバー２ｂとの外形は略等しく、把持部４１と把持部４２によって中空円筒の内周面が形成される。

各チャンバー２の外殻３には、外殻３の上板部３２から膨張体４の内部の中空部まで貫通する給排気口５が設けられており、各給排気口５と給排気手段６とが不図示のホースを介して接続されている。給排気手段６から各膨張体４の内部の中空部までは気密性が保たれるようになっている。給排気手段６は、空気等の気体を膨張体４の内部の中空部に対して給気及び排気を行うことによって、膨張体４の内部の気圧を調節することが可能な手段であり、例えば、コンプレッサや圧力調整弁等の公知の手段によって構成される。

また、本実施形態に係る把持装置１は、図１に示すように、連結手段９を備える。連結手段９は、アーム部９１と、連結部９２とによって構成される。アーム部９１は、逆Ｕ字状に形成された長手状部材で、上下方向に略平行に立設する２つの垂直部と、垂直部の上端同士を結ぶ横架部とから成る。図２に示すように、アーム部９１の垂直部は、それぞれ軸Ｙに垂直方向断面略コ字状に形成されており、隣接するチャンバー２を固定する際の当接する２つの取付片部３４に外嵌できるようになっている。アーム部９１の垂直部には、当接する２つの取付片部３４に外嵌した際に、取付片部３４に設けられているボルト挿通孔と略同位置となる位置に、ボルト挿通孔が設けられている。アーム部９１の２つの垂直部を、中空円筒状に配置された４つのチャンバー２の４組存在する当接する２つの取付片部３４のうち同一平面上に存在する２組に、それぞれ外嵌してボルト３５及びナット３６によって締結することで、アーム部９１とチャンバー２とが着脱自在に固定される。また、アーム部９２の横架部には、連結部９２が固定されている。連結部９２は、不図示のロボットアームの先端部と連結可能となっており、連結部９２を介して、把持装置１はロボットアームに取り付けられる。把持装置１は、ロボットアームによって、任意の位置への移動や、任意の姿勢への制御、つまり、中空円筒状の把持装置１の中心軸である軸Ｙを地面に対して任意の角度に制御することが可能となっている。ロボットアームについては、公知のものを用いてよい。ロボットアームは、把持装置１の上側に取り付けられ、チャンバー２と給排気手段６との接続も、外殻３の上板部３１に設けられた給排気口５を介して、把持装置１の上側で接続されているため、把持装置１の下側から把持対象物Ｔに対して把持装置１を接近させることができるようになっている。

以上のような構成を有する把持装置１の作用及び効果について以下で説明する。把持装置１によって把持対象物Ｔを把持しようとする際には、まず、ロボットアームによって、把持対象物Ｔが把持装置１の中空円筒の中空部に配置されるように、把持装置１を移動させる。そして、給排気手段６によって、膨張体４に給気を行うことによって、膨張体４の内部の気圧を上昇させる。膨張体４は、柔軟で弾性を有する素材により形成されているため、外気圧より膨張体４の内部の気圧が高くなると、内部の気圧の上昇に伴って膨張しようとする。しかし、膨張体４は、把持部４０を除いて、剛性を有する外殻３、及び隣接する膨張体４に囲まれており、それらによって膨張が制限されており、把持部４０のみが膨張するようになっている。そのため、膨張体４の内部の気圧の上昇が小さくても把持部４０を大きく膨張させることができる。把持部４０は、把持装置１の中空円筒の内周面を形成しており、把持部４０は軸Ｙの略垂直方向に膨張する。給排気手段６によって把持部４０を膨張させて把持対象物Ｔに接触させ、把持部４０で把持対象物Ｔを挟み込むようにすることで把持対象物Ｔを把持することができる。

把持対象物Ｔを把持した後、給排気手段６によって膨張体４の内部の圧力を把持対象物Ｔを把持した状態に保ったまま、ロボットアームによって把持装置１を目的の場所まで移動させる。そして、給排気手段６によって膨張体４から排気を行うと、膨張体４の内部の気圧が下がり、膨張していた把持部４０が収縮して把持対象物Ｔから離れ、把持対象物Ｔが把持部４０による把持から解放されることで、把持対象物Ｔが目的の場所に載置される。給排気手段６による排気によって膨張体４の内部の気圧が外気圧と等しくなると、把持部４０は元の把持装置１の中空円筒の内周面を形成する位置にまで戻る。以上のようにして、把持装置１によって把持対象物Ｔを把持してハンドリングを行うことができる。

本実施形態に係る把持装置１は、４つのチャンバー２によって中空円筒状に形成され、４つのチャンバー２は、２つのチャンバー２ａと２つのチャンバー２ｂとによって構成され、２つのチャンバー２ａと２つのチャンバー２ｂとはそれぞれが対向するように配置されている。チャンバー２ａの把持部４１は、均一な厚さを有するため、把持部４１が膨張する際には、図５に示すように、把持部４１の略中央部が最も突出するように膨張するようになっている。チャンバー２ｂの把持部４２は、下から上に掛けて徐々に厚くなるような傾斜した厚さを有するため、把持部４２が膨張する際には、厚さの厚い上側ほど変形しにくく、厚さの薄い下側ほど変形しやすくなっているため、図６に示すように、把持部４２の下部が最も突出するように膨張するようになっている。

図７には、把持装置１の２つのチャンバー２ａの把持部４１によって把持対象物Ｔ１を把持する時の様子を示している。把持対象物Ｔ１を把持する際は、給排気手段６によって対向する２つのチャンバー２ａの膨張体４ａに給気して把持部４１を膨張させて、膨張した把持部４１を把持対象物Ｔ１に接触させる。把持部４１は柔軟な素材により形成されているため、把持対象物Ｔ１がその表面に不規則な凹凸を有する場合でも、その不規則な凹凸に合わせて把持部４１が変形して、把持部４１を把持対象物Ｔ１に面で接触させることができるため、把持対象物Ｔ１の把持に必要な力が分散して、単位面積当たりに把持対象物Ｔ１にかかる力を小さくすることができる。そのため、把持対象物Ｔ１が変形しやすく崩れやすいような材料で形成されているような場合でも、把持装置１によると把持対象物Ｔ１の変形や破壊を抑えながら把持することが可能となる。また、チャンバー２ａの膨張体４ａは、剛性を有する外殻３により覆われており、把持部４１を除いて膨張が制限されているため、膨張体４ａの内部の気圧の上昇が把持部４１の膨張に無駄なく利用され、大きな把持力を把持対象物Ｔ１に加えることもできるため、把持対象物Ｔ１がある程度の重量物である場合でも把持することができる。また、把持部４１を把持対象物Ｔ１に面で接触させることができるので、把持した後の安定性が高く、把持対象物Ｔ１を把持したまま、ロボットアームによって把持装置１を任意の姿勢に制御することも可能である。

なお、２つのチャンバー２ａの把持部４１ではなく、２つのチャンバー２ｂの把持部４２によって、把持対象物Ｔ１を把持することも可能である。把持部４１の場合と同様に、給排気手段６によって膨張体４ｂに給気して把持部４２を膨張させて、膨張した把持部４２で把持対象物Ｔ１を挟み込むことで、把持対象物Ｔ１を把持できる。ただし、把持部４２は傾斜した厚さを有し、厚さの厚くなっている上部は膨張しにくくなっているため、膨張体４ａと膨張体４ｂの内部の気圧が同程度の場合、把持部４２は、把持部４１より膨張度合いが小さくなるので、把持部４１で把持可能な場合は、把持部４１で把持させる方が好ましい。また、２つのチャンバー２ａの把持部４１と、２つのチャンバー２ｂの把持部４２とを同時に膨張させて把持対象物Ｔ１を把持するようにしてもよい。この場合は、把持対象物Ｔ１に対して、把持部４０を接触させる方向が４方向に増えて、また、接触面積も大きくすることができるので、より安定して把持することができる。

次に、図８には、高さが把持部４０の中央部よりも低い把持対象物Ｔ２を、２つのチャンバー２ａの把持部４１によって把持させようとした場合の様子を示している。把持部４１は膨張時に略中央部が最も突出するように膨張するため、把持部４１の略中央部よりも下部の傾斜面で把持対象物Ｔ２と接触することになる。そのため、２つの対向する把持部４１から把持対象物Ｔ２に与えられる力は下向きとなり、把持対象物Ｔ２を把持することができない。膨張体４ａの内部の気圧をさらに上昇させて、把持部４１の膨張度合いを高めることで、把持部４１と把持対象物Ｔ２の側面との接触面を大きくして、把持部４１が把持対象物Ｔ２に与える横向きの力を大きくすることで把持させることは不可能ではないかもしれないが、その場合、把持部４１を大きく膨張させる分、膨張体４ａの気圧の上昇に耐えるように把持部４１や外殻３の強度を高める必要があるので製造コストが増加し、また、把持対象物Ｔ２にかかる力も大きくなってしまうため、把持対象物Ｔ２が変形しやすい脆弱な材料で形成されている場合、把持対象物Ｔ２の変形や破壊が起こる可能性がある。従って、均一な厚さを有する把持部４１では、把持部４１の略中央部よりも高さの低い把持対象物Ｔ２を把持することは難しい。そこで、２つのチャンバー２ｂの把持部４２によって把持対象物Ｔ２を把持させる。把持部４２は、下から上に掛けて徐々に厚くなる傾斜した厚さを有し、膨張時には厚さの薄い下部が最も突出するように膨張するため、図９に示すように、把持部４２の中央部よりも高さの低い把持対象物Ｔ２に対して、把持部４２の下部の最も突出する部位で横方向から接触することができる。そのため、２つのチャンバー２ｂの把持部４２によって、把持対象物Ｔ２を把持することができる。把持部４２も、把持部４１と同様に、柔軟で弾性を有する素材によって形成されているので、把持対象物Ｔ２の表面が不規則な凹凸を有する場合であっても、その不規則な凹凸に合うように把持部４２が変形するため、把持部４２を把持対象物Ｔ２に面で接触させることができ、またそのために、把持対象物Ｔ２の変形や破壊を抑制しながら安定して把持することができる。また、チャンバー２ｂにおいても、膨張体４ｂは剛性を有する外殻３で覆われ、把持部４２を除いて膨張が制限されているため、膨張体４ｂの内部の気圧の上昇が無駄なく把持部４２の膨張に利用されるので、把持部４２でも把持力を大きくすることができ、ある程度の重量を持つ把持対象物Ｔ２でも把持することができる。

以上のように、本実施形態に係る把持装置１は、中央部が最も突出するように膨張する把持部４１を備えるチャンバー２ａと、下部が最も突出するように膨張する把持部４２を備えるチャンバー２ｂと、を備えているので、把持部４１の中央部よりも高さが高いような把持対象物Ｔ１の場合は把持部４１を膨張させて把持し、把持部４１の中央部よりも高さが低く把持部４１での把持が困難な把持対象物Ｔ２の場合でも把持部４２を膨張させて把持することができるので、様々な大きさの把持対象物Ｔに対応することができる。また、把持部４１及び把持部４２は柔軟で弾性を有するため、把持対象物Ｔの表面形状に合わせて把持部４１及び把持部４２が変形して面で接触することができるので、変形や破壊を起こしやすい把持対象物Ｔであっても、変形や破壊させることなく安定して把持することができる。従って、把持装置１によると、把持対象物Ｔが形状や特性にばらつきのある食品であっても把持することができ、また、１つのラインで複数種の把持対象物Ｔを扱う必要がある場合でも、把持装置１は様々な大きさの把持対象物Ｔに対応できるので、段取り換えの作業を省略することができる。

また、把持部４０を把持対象物Ｔに面で接触させて把持するため、把持時の安定性が高く、把持装置１の姿勢によらず把持対象物Ｔを把持することができるので、例えば、床に縦方向に載置された円柱状の把持対象物Ｔを把持し、把持対象物Ｔを把持した状態でロボットアームによって把持装置１の姿勢を９０度変化させて、横方向に開口した棚に把持対象物Ｔを載置するといったようなことも可能である。

また、本実施形態では、把持部４２の膨張体４ｂの内部側を下から上に掛けて一定の傾きに傾斜させることで、把持部４２は傾斜した厚さを有するようになっており、把持部４２の膨張体４ｂの外部側は、外殻３の断面略コ字状の開口側面と略一致し、把持部４１と共に中空円筒状の把持装置１の内周面を形成するようになっている。把持部４２を、膨張体４ｂの内部側ではなく、膨張体４ｂの外部側を下から上に掛けて一定の傾きに傾斜させることによって、把持部４２の厚さを変化させてもよいが、その場合、把持部４２の厚さの薄い下部を外殻３の下板部３３の延出端辺に合わせると、把持部４２の厚さの厚い上部が外殻３の上板部３２の延出端辺よりも中空円筒状の把持装置１の中空部側に突出して、その分把持可能な把持対象物Ｔの大きさが小さくなり、また、把持部４２の厚さの厚い上部を外殻３の上板部３２の延出端辺と合わせると、把持部４２の厚さの薄い下部が外殻３の下板部３３の延出端辺よりもチャンバー２ｂの内側に入り込んでしまうので、その分把持部４２の膨張時に最も突出する下部を把持対象物Ｔに接触させるために余分に膨張させなければならない。従って、把持部４２の厚さは、膨張体４ｂの内部側、つまりチャンバー２ｂの内部側で変化させるほうが好ましい。

また、本実施形態では、把持部４２を一定の傾きの傾斜状に厚さを変化させているが、それに限らない。把持部４０の厚さを厚くすると膨張しにくく、薄くすると膨張しやすく、把持部４０の厚さの変化によって、把持部４０の任意の部位を最も突出するようにできるので、必要な把持部４０の膨張特性が得られるように把持部４０の厚さは任意に変化させればよい。

また、各チャンバー２は、互いに着脱自在に固定されるため、例えば、１つの把持部４０が破損した場合に、把持装置１全体を取り換えることなく、破損した把持部４０を有するチャンバー２だけを交換することで対応することができるため、簡単に短時間で修復することができる。また、把持装置１では、２つのチャンバー２ａと２つのチャンバー２ｂとをそれぞれ対向するように配置しているが、それに限らず、チャンバーの配置やチャンバーが有する把持部は、自由に組み合わせるようにしてよい。

また、本実施形態では、把持装置１の連結手段９は把持装置１の上側に設けられ、また、把持装置１と給排気手段６との接続も、チャンバー２の外殻３の上板部３２に設けられた給排気口５を介して、把持装置１の上側に設けられており、そのため、把持装置１の下側から把持対象物Ｔ等に接近可能なようになっているが、それに限らない。例えば、給排気口５を各チャンバー２の外殻３の側板部３１に設けて、連結手段９についても把持装置１の側方に設けるようにすることで、把持装置１の上側と下側とのどちらも把持対象物Ｔ等に接近可能なように構成してもよい。このように構成した場合は、床に載置されている把持対象物Ｔに把持装置１の下側から接近させて外嵌して把持し、把持装置１を１８０度回転させて、把持装置１の上側を床に向けて把持対象物Ｔを解放して載置するというように、把持装置１によって把持対象物Ｔを反転させることもできる。

また、本実施形態に係る把持装置１では、剛性を有する外殻３に、柔軟で弾性を有する膨張体４を取り付けることでチャンバー２を構成しているが、外殻３の剛性は、把持装置１で扱う膨張体４の内部の気圧の範囲内において、外殻３が膨張体４から受ける力に対して剛性を有していればよく、また、膨張体４の弾性は、把持装置１で扱う膨張体４の内部の気圧の範囲内において、加圧時に膨張した把持部４０が元の形状に戻るように弾性を有していればよい。膨張体４の柔軟性については、把持部４０が、把持対象物Ｔの表面形状に合わせて変形可能な程度に柔軟であればよい。このような外殻３及び膨張体４に用いることができる素材の一例として、外殻３には、樹脂材料「ＶｅｒｏＷｈｉｔｅ」、膨張体４には、ゴムライク樹脂「Ａｇｉｌｕｓ３０」を用いることができる。これらは３Ｄプリンタで利用可能な素材であるので、３Ｄプリンタを用いて外殻３及び膨張体４を製造してもよい。また、本実施形態では、断面略コ字状の外殻３に、外殻３の内側の形状と略等しい外形を有する膨張体４を取り付けることで、膨張体４が備える膜状の把持部４０が外殻３の断面略コ字状の開口側面を形成するような形になっているが、剛性を有する外殻３の断面略コ字状の開口側面に、柔軟で弾性を有する膜状の把持部４０が形成されていればよいので、例えば、異なる２種類の材料を扱える３Ｄプリンタを用いる等によって、外殻３と把持部４０とを一体成形することでチャンバー２を形成するようにしてもよい。

以下では、さらにいくつかの実施形態について説明する。第２実施形態に係る把持装置２０１について図１０及び図１１を参照して説明する。第２実施形態に係る把持装置２０１は、第１実施形態に係る把持装置１の２つのチャンバー２ｂのうちの１つがチャンバー２ｃによって置き換わった構成となっており、それ以外は把持装置１と同一の構成となっている。チャンバー２ｃは外殻３と膨張体４ｃとによって構成され、膨張体４ｃが備える把持部４３は、膨張体４ｃの内部側が上から下に掛けて徐々に厚くなるような一定の傾きに傾斜して形成されており、膨張体４ｃに給排気手段６によって給気すると、把持部４３は厚さの薄い上部が最も突出するように膨張するようになっている。チャンバー２ｃとチャンバー２ｂとは、チャンバー２ｃの把持部４３とチャンバー２ｂの把持部４２とが上下逆向きの関係で、その他は同一の構成となっている。図１０には、把持装置２０１によって、円柱状の把持対象物Ｔ３を把持した時の様子を示している。ここでは、把持対象物Ｔ３は、把持部４０の高さより高く、２つのチャンバー２ａの把持部４１によって把持されている。このとき、給排気手段６によってチャンバー２ｂ及びチャンバー２ｃに給気を行い、把持部４２及び把持部４３を膨張させると、把持部４２及び把持部４３の膨張方向は、把持対象物Ｔ３を把持している把持部４１の膨張方向と略垂直で、把持部４２は下部が、把持部４３は上部がそれぞれ最も突出するため、把持部４２及び把持部４３によって把持対象物Ｔ３には偶力が働き、図１１に示すように、把持対象物Ｔ３を回転させることができる。このように、膨張時の最も突出する部位の異なる把持部４２及び把持部４３を組み合わせることで、把持対象物Ｔ３の把持姿勢を任意の角度に変化させることができる。例えば、把持装置２０１によると、床に縦向きに載置されている把持対象物Ｔ３を把持して、把持対象物Ｔ３の把持姿勢の角度を変化させて、床に横向きに寝かせて載置する、といったようなこともできる。

以上のように、第２実施形態に係る把持装置２０１は、中央部が最も突出して膨張する２つの対向する把持部４１と、それらに略垂直な方向で対向する上部及び下部が最も突出して膨張する把持部４２及び把持部４３と、の４つの把持部４０を組み合わせることで、把持対象物Ｔ３の把持姿勢を、把持部４２及び把持部４３の膨張方向に任意の角度で変化させることができるように構成しているが、把持装置を構成するチャンバーの数を増やしたり、最も突出する部位が異なるように態様の異なる厚さを有する把持部を備えるチャンバーの組み合わせや配置等を変化させる等によって、様々な方向や位置から把持部が把持対象物に接触するように構成し、把持対象物の把持姿勢をより細かく制御できるように構成してもよい。

次に、第３実施形態に係る把持装置３０１について図１２を参照して説明する。第３実施形態に係る把持装置３０１は、３つのチャンバー３０２ａと３つのチャンバー３０２ｂとの合計６つのチャンバーによって中空円筒状に形成されている。把持装置３０１は、チャンバーの数が異なる以外は、第１実施形態に係る把持装置１と同一または対応する構成となっている。チャンバー３０２ａは、外殻３０３及び膨張体３０４ａを備え、膨張体３０４ａは最も突出する部位が略中央部である厚さが均一な把持部３０４１を備え、把持装置１のチャンバー２ａに対応する。チャンバー３０２ｂは、外殻３０３及び膨張体３０４ｂを備え、膨張体３０４ｂは最も突出する部位が下部になるように膨張体３０４ｂの内部側が傾斜した厚さを有する把持部３０４２を備え、把持装置１のチャンバー２ｂに対応する。把持装置３０１のチャンバー３０２ａとチャンバー３０２ｂとは、それぞれ交互に配置されて、隣接する取付片部３０４２をボルト３５及びナット３６で締結することで着脱自在に固定されている。

図１２は、チャンバー３０２ａの把持部３０４１によって把持対象物Ｔ４を把持している様子を示している。第１実施形態に係る把持装置１では、２つのチャンバー２ａと２つのチャンバー２ｂとがそれぞれ対向するように配置されており、それぞれの対向する２つのチャンバー２の把持部４０によって把持対象物Ｔを挟み込むようにして把持することができるようになっていたが、把持装置３０１では、３つのチャンバー３０２ａは対向する位置には配置されておらず、同一円周上に３つ等間隔に配置された形になっている。また、３つのチャンバー３０２ｂも同様に、３つ等間隔に配置されている。従って、把持装置３０１で把持対象物Ｔ４を把持する際は、図１２に示すように、等間隔に配置された３つのチャンバー３０２ａの把持部３０４１を膨張させることによって、把持部３０４１によって把持対象物Ｔ４に加えられる力を釣り合わせて把持することができる。把持対象物Ｔ４の高さが低い場合には、３つのチャンバー３０２ｂの把持部３０４２によって把持することができる。このように、把持部は対向して配置されていなくても、複数の方向から把持部によって把持対象物Ｔに加えられる力を釣り合わせるように配置されていればよい。把持装置３０１を構成するチャンバーも、チャンバー３０２ａ及びチャンバー３０２ｂの２種類だけでなく、さらに他の膨張態様を示す把持部を有するチャンバーを用いて３種類以上のチャンバーによって構成してもよいし、チャンバー３０２ｂのみ等１種類のチャンバーで構成してもよいし、把持対象物Ｔの形状や特性等に合わせて任意にチャンバーを配置したり組み合わせてよい。また、把持装置を構成するチャンバーの数も、４つや６つだけではなく、例えば、中空円筒状に形成した１つのチャンバーによって構成されていてもよいし、中空円筒を８等分したような８つのチャンバーによって構成してもよいし、中空円筒を８等分したようなチャンバー４つとそれと同一の中空円筒を４等分したようなチャンバー２つとを組み合わせて構成する等、任意の数のチャンバーよって構成するようにしてもよい。

次に、第４実施形態に係る把持装置４０１について図１３を参照して説明する。第４実施形態に係る把持装置４０１は、２つのチャンバー４０２ａと２つのチャンバー４０２ｂとを備え、それらのチャンバーが略平行な２列の直線状に配置された構成となっている。チャンバー４０２ａ及びチャンバー４０２ｂは、それぞれ第１実施形態に係る把持装置１のチャンバー２ａ及びチャンバー２ｂに対応し、把持装置１は中空円筒状に形成されているため、チャンバー２ａ及びチャンバー２ｂは円弧状に形成されていたものが、把持装置４０１は直線状に形成されるので、チャンバー４０２ａ及びチャンバー４０２ｂは直方体状に形成されている。チャンバー４０２ａは、外殻４０３と膨張体４０４ａとを備え、膨張体４０４ａは、厚さが均一で略中央部が最も突出する把持部４０４１を備える。チャンバー４０２ｂは、外殻４０３と膨張体４０４ｂとを備え、膨張体４０４ｂは、下から上に掛けて徐々に厚くなるように膨張体４０４ｂ内部側が一定の傾きで傾斜して形成された傾斜した厚さを有する把持部４０４２を備え、把持部４０４２は下部が最も突出するように膨張する。外殻４０３は両側に取付片部４０３４を備え、隣接させた取付片部４０３４をボルト３５及びナット３６で締結することで、チャンバー４０２ａ及び／またはチャンバー４０２ｂは着脱自在に固定される。把持装置４０１によると、中空円筒状の把持装置１の円筒中空部に入らないような長尺棒状の把持対象物Ｔ５でも、把持装置４０１の略平行の２列の直線状のチャンバーの間に把持対象物Ｔ５が配置されるように把持装置４０１を移動させて、給排気手段６により、他対向する２つの把持部４０４１及び／または対向する２つの把持部４０４２を膨張させることによって把持対象物Ｔ５を把持することができる。把持部４０４２は、下部が最も突出するように膨張するため、高さの低い把持対象物Ｔにも対応することが可能である。

第４実施形態に係る把持装置４０１では、４つのチャンバーを略平行の２列直線状に配置され、２つの把持部４０４１及び２つの把持部４０４２がそれぞれ対向するようになっており、把持部４０４１及び／または把持部４０４２で把持対象物Ｔを挟み込むことで把持する構成となっているが、チャンバーの数は４つに限らず、４つ以上でも以下でもよい。例えば、１つのチャンバーによって構成し、そのチャンバーを平面略Ｕ字状に形成する等でもよいし、略平行な２列直線状の一方を２つのチャンバーで構成して他方を１つのチャンバーで構成する等でもよい。また、チャンバーの配置についても、２つの把持部４０４１及び２つの把持部４０４２をそれぞれ対向するように配置するだけでなく、把持部４０４１と把持部４０４２とが交互に千鳥状になるように配置する等でもよいし、中央部や下部や上部等、最も突出する部位が異なる複数種の把持部を組み合わせることによって、把持対象物Ｔの把持姿勢を制御するように構成してもよい。

上記はあくまで本発明に係る把持装置のいくつかの実施形態を示したものであるため、本発明の思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明に係る把持装置は、ロボットアーム等に取り付けることによって、工場等における把持対象物のハンドリング工程の自動化、特に、食品のハンドリングの自動化に貢献することができる。また、本発明に係る把持装置は、把持装置の姿勢によらず安定して把持対象物を把持することができるので、例えば、長尺な棒の先端に本発明に係る把持装置を取り付ける等によって、手の届かないような高所の把持対象物の把持、例えば、果実の収穫等、に利用することも可能である。

１把持装置
２チャンバー
３外殻
４（４ａ、４ｂ）膨張体
４０（４１、４２）把持部
５給排気口
６給排気手段
９連結手段
Ｔ把持対象物

Claims

内部が中空で気密性を有し、柔軟な素材で形成された袋体からなる膨張体と、剛性を有する素材で形成した外殻と、を有するチャンバーと、
複数の前記チャンバーの間に把持対象部が配置されるよう複数の前記チャンバーを固定する連結手段と、
各前記チャンバー内の前記膨張体に対して気体の給気及び排気が可能な給排気手段と、を備え、
前記外殻は、剛性を有する前記素材で前記膨張体を覆うとともに、開口側面を有し、
前記膨張体は、前記把持対象物に接触する把持部を有するとともに、前記開口側面に前記把持部が形成されるように、前記外殻に対して設けられており、
前記給排気手段によって前記膨張体を膨張させて、複数の方向から前記膨張体の前記把持部を把持対象物に接触させることで前記把持対象物を把持する把持装置であって、
前記複数のチャンバーの前記膨張体の前記把持部のうち少なくとも２つの前記把持部は、上下方向に不均一な厚さを有することで、高さ方向における略中央部と異なる高さの部位が、膨張時に最も突出することを特徴とする把持装置。
前記チャンバーが、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の把持装置。
前記チャンバーが、直線状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載に把持装置。
隣接するチャンバーが相互に連結分離自在であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の把持装置。