JP7306044B2 - 把持装置 - Google Patents

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Description

本発明は、把持装置に関する。
特許文献1には、複数の指部を有する袋状の把持本体と、把持本体が固定されるケースと、ケースに連結されるエアシリンダと、を備える把持装置が開示されている。把持本体は、内部の圧力が大気圧未満に減圧される場合、ワークを把持する。一方、把持本体は、内部が大気に連通される場合、ワークを手放す。また、把持装置は、エアシリンダが伸長することでワークが配置される基台に把持本体を接近させたり、エアシリンダが収縮することで基台から把持本体を遠ざけたりする。
特開2018-86718号公報
上記のような把持装置は、把持本体がワークに接触した後もエアシリンダを伸長させ続けると、把持部がワークを強く押すことにより、把持部に大きな負荷が作用し得る。本発明の目的は、把持部をワークに接近させる際に、把持部に大きな負荷が作用することを抑制できる把持装置を提供することである。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する把持装置は、ワークを掴む閉位置及び前記ワークを離す開位置の間で変位する把持部と、前記把持部を保持する保持部と、前記保持部から延びる軸部と、前記把持部が前記ワークを向くように前記軸部を支持する支持部と、前記把持部を前記閉位置及び前記開位置の間で変位させる駆動部と、前記支持部を前記軸部の軸方向に移動する移動機構と、を備え、前記支持部は、前記軸部に荷重が前記軸方向に作用するとき、前記軸部が前記支持部に対して摺動できるように前記軸部を支持する。
上記構成の把持装置は、把持部でワークを把持する際、まず、把持部がワークに接近するように、移動機構で支持部を軸方向(以下、「第1方向」ともいう。)に移動させる。このとき、把持部がワークに接触した後も移動機構が支持部を第1方向に移動させ続けると、把持部がワークを第1方向に押すことになる。言い換えれば、ワークが第1方向の逆方向である第2方向に把持部を押し返すことになる。すると、把持部を介して軸部に第2方向の荷重が作用し、軸部が支持部と摺動する。詳しくは、第1方向に移動する支持部とともに、軸部が第1方向に移動しなくなる。こうして、把持装置は、把持部がワークに接触した後も支持部の移動を継続する場合であっても、軸部が支持部に対して相対的に変位できる点で、把持部に大きな負荷が作用することを抑制できる。
上記把持装置は、前記軸部の前記軸方向における変位を検出する変位センサと、前記変位センサの検出結果に基づいて、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記軸部が前記支持部に対して摺動するときに、前記把持部を前記開位置から前記閉位置に変位させることが好ましい。
上記構成の把持装置において、軸部が支持部に対して相対的に変位するとき、把持部がワークに接触していると言える。そこで、把持装置は、変位センサの検出結果に基づいて、軸部が支持部に対して相対的に変位したときに、把持部を開位置から閉位置に変位させる。こうして、把持装置は、把持部がワークに接触する状態で、把持部を開位置から閉位置に変位させることができる。言い換えれば、把持装置は、把持部を開位置から閉位置に変位させるタイミングを適切なタイミングにできる。
上記把持装置は、前記軸部は、前記支持部と摺動可能な軸部本体と、前記軸部本体から前記軸方向と交差する方向に延びる突出部と、を有し、前記支持部は、前記軸方向が鉛直方向となるように、前記突出部を鉛直下方から支持し、前記変位センサは、前記突出部の前記支持部に対する変位を検出するものであり、前記制御部は、前記把持部が前記ワークに接近するように前記支持部を下降させる際に、前記突出部が前記支持部に対して相対的に上昇する場合に、前記把持部を前記開位置から前記閉位置に変位させることが好ましい。
上記構成の把持装置は、変位センサを単純な構成のセンサとすることができる。例えば、把持装置は、変位センサを、支持部から突出部が離れることでオンオフ状態が切り替わるスイッチとすることができる。
上記把持装置は、前記突出部を前記支持部に押し付けるように、前記軸部を付勢する付勢部材を備えることが好ましい。
上記構成の把持装置は、支持部の下降中に、軸部が支持部に対して相対的に上昇することを抑制できる。このため、把持装置は、支持部の下降中且つ把持部がワークに接触する前に、軸部が支持部に対して相対的に上昇することにより、把持部を開位置から閉位置に変位させることを抑制できる。
上記構成の把持装置は、把持部をワークに接近させる際に、把持部に大きな負荷が作用することを抑制できる。
一実施形態に係る把持装置の概略構成を示す斜視図。 把持装置の把持部と保持部とを破断図示した分解斜視図。 把持装置の軸部と支持部とを破断図示した斜視図。 把持装置の制御部が実行する処理の流れを示すフローチャート。 把持装置の作用を説明する破断正面図。 把持装置の作用を説明する破断正面図。 把持装置の作用を説明する破断正面図。
以下、把持装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の把持装置は、載置台に載置されたワークを水平方向に搬送する装置である。
図1に示すように、把持装置10は、ワークWを把持する把持部20と、把持部20を保持する保持部30と、保持部30から延びる軸部40と、軸部40を支持する支持部50と、軸部40を付勢する付勢部材60と、把持部20を駆動する駆動部70と、支持部50を移動する移動機構80と、を備える。また、把持装置10は、軸部40の軸方向の変位を検出する変位センサ90と、把持装置10の構成部品の作動を制御する制御部100と、を備える。以降の説明では、把持装置10において、把持部20と保持部30と軸部40と支持部50と付勢部材60とを合わせて「把持ユニット11」ともいう。
図2に示すように、把持部20は、外力の作用により往復動作する弾性壁21と、弾性壁21から延びる複数のアーム22と、弾性壁21の周囲から複数のアーム22とは異なる方向に延びる筒状の周壁23と、保持部30に係合する係合凸部24と、を有する。把持部20には、弾性壁21及び周壁23によって囲われる内部空間25が形成される。
弾性壁21は、略円板状をなしている。弾性壁21は、内部空間25の圧力変化に応じて往復動作する。詳しくは、弾性壁21は、内部空間25の圧力が内部空間25と弾性壁21を介して区画される外部空間の圧力よりも低くなるとき、内部空間25の容積を減少させる方向に変位する。一方、弾性壁21は、内部空間25の圧力が外部空間の圧力と同等となるとき、内部空間25の容積を増大させる方向に変位する。外部空間の圧力は、例えば、大気圧である。なお、弾性壁21は、円滑な往復動作を可能とするために、中央部及び周縁部の間に他の部位よりも厚さの薄い節となる部分を有することが好ましい。
複数のアーム22は、弾性壁21の周囲から弾性壁21の径方向における外方に延びる。複数のアーム22は、弾性壁21の周方向に等間隔に配置され、弾性壁21から放射状に延びる。アーム22は、湾曲した形状を有し、先端が先細りした爪状をなしている。そして、把持部20は、図2に示すように、弾性壁21が突出する位置に配置される状態では、複数のアーム22の先端同士が互いに離れた「開位置」に位置する。一方、把持部20は、図2に示す状態とは異なり、弾性壁21が後退する位置に配置される状態では、複数のアーム22の先端同士が互いに近付いた「閉位置」に位置する。こうして、複数のアーム22は、弾性壁21の往復動作に応じて開閉動作する。開位置は、把持部20にとって、ワークWを離す位置であり、閉位置は、把持部20にとって、ワークWを掴む位置である。
周壁23は、弾性壁21から軸方向に沿うように延びる。周壁23は、複数のアーム22が円滑に開閉動作できるように、弾性壁21に接続する基端の厚さが、他の部分に比較して薄くなることが好ましい。周壁23の先端には、複数の係合凸部24が、周壁23の周方向に等間隔に形成される。係合凸部24は、軸方向と交差する方向に周壁23から突出する。
把持部20は、金属材料に比較して大きな弾性変形が可能なゴム及び樹脂などのエラストマーで一体に形成される。つまり、把持部20は、アンダーカット形状を有していても、スライドコアを用いない通常の金型で形成することが可能となる。
図2に示すように、保持部30は、把持部20の開口を覆うキャップ31と、キャップ31の中央部から延びる流路形成部32と、キャップ31から延びる鍔部33と、を有する。
キャップ31は、円筒状をなす側壁34と、円板状をなす上壁35と、を有する。キャップ31は、把持部20の開口を覆うことのできる形状を有していればよい。流路形成部32には、軸方向に延びる第1流路36が形成される。鍔部33は、キャップ31の側壁34からキャップ31の径方向に延びた後、キャップ31の上壁35から遠ざかる方向に延びる。こうして、キャップ31の側壁34と鍔部33との間には、把持部20の周壁23の先端を収容する収容空間37が形成される。収容空間37は、環状をなす空間である。また、鍔部33には、複数の係合凹部38が、鍔部33の周方向に等間隔に形成される。係合凹部38は、収容空間37に接続する。保持部30は、例えば、樹脂材料の射出成形により一体に成形される。
図2に示すように、把持部20を保持部30に装着する場合には、保持部30の収容空間37に把持部20の周壁23が挿入される。すると、把持部20の係合凸部24が保持部30の係合凹部38に係合する。こうして、把持部20が保持部30に装着される。また、把持部20が保持部30に装着される状態では、把持部20の内部空間25は、第1流路36を除き、閉じた空間となる。
図3に示すように、軸部40は、棒状をなす軸部本体41と、軸部本体41の第2端寄りの位置に設けられる「突出部」の一例としての第1突出部42と、軸部本体41の長手方向における中間部に設けられる第2突出部43と、を有する。
軸部本体41は、軸方向に第2流路44が貫通形成される。軸部本体41の第1端は保持部30の流路形成部32に接続され、第2流路44の第1端は第1流路36に接続される。第1突出部42及び第2突出部43はフランジ状をなす。第1突出部42及び第2突出部43の外径は、軸部本体41の外径よりも大きい。第1突出部42は、支持部50との係合部位となり、第2突出部43は、付勢部材60の台座となる。第1突出部42及び第2突出部43の一方は、軸部本体41と一体に形成してもよい。
支持部50は、略直方体状をなす。支持部50の基端は、移動機構80に連結される。支持部50の先端には、摺動孔51が貫通形成される。摺動孔51の内径は、軸部本体41の外径よりも僅かに大きく、第1突出部42及び第2突出部43の外径よりも小さい。つまり、摺動孔51は、軸部本体41と摺動可能な内径を有する。
支持部50の摺動孔51には、軸部40の軸部本体41が挿入される。また、支持部50の上面には、軸部40の第1突出部42が接触する。こうして、支持部50は、軸部40の第1突出部42を鉛直下方から支持することで、軸部40を支持する。図1に示すように、支持部50が軸部40を支持する状態では、軸部40の軸方向が鉛直方向を向くことで、把持部20がワークWを向く。
付勢部材60は、支持部50の下面と軸部40の第2突出部43との間に圧縮した状態で配置される。つまり、付勢部材60は、軸部40の第1突出部42が支持部50の上面に押し付けられるように、軸部40と支持部50との両者を付勢する。付勢部材60は、コイルばねで構成される。付勢部材60は、ゴム及び樹脂などのエラストマーによって構成してもよい。
図1に示すように、駆動部70は、減圧機構71と、軸部本体41の第2流路44と減圧機構71とを接続する接続流路72と、接続流路72の途中に設けられる切換弁73と、を有する。減圧機構71は、吸引ポンプなどで構成すればよい。減圧機構71は、把持部20の内部空間25から空気を吸引し、内部空間25を減圧する。切換弁73は、減圧機構71及び接続流路72を接続する減圧状態と、接続流路72を外部空間(大気)に接続する開放状態と、を切り替える。つまり、切換弁73が減圧状態に切り替わると、内部空間25の圧力が外気圧未満となり、弾性壁21が内部空間25の容積を減少させる方向に変位する。一方、切換弁73が開放状態に切り替わると、内部空間25の圧力が外気圧と同等となり、弾性壁21が内部空間25の容積を増大させる方向に変位する。こうして、駆動部70は、把持部20を閉位置及び開位置の間で変位させる。
図1に示すように、移動機構80は、把持ユニット11を水平方向に移動させる第1移動機構81と、把持ユニット11を鉛直方向に移動させる第2移動機構82と、を備える。
第1移動機構81は、鉛直方向に延びる支柱811と、水平方向に延びる第1レール812と、第1レール812に沿って移動する第1移動体813と、第1移動体813を移動させる第1駆動源814と、を有する。第2移動機構82は、鉛直方向に延びる第2レール821と、第2レール821に沿って移動する第2移動体822と、第2移動体822を移動させる第2駆動源823と、を有する。
第1移動機構81の第1レール812は、支柱811の上端に固定される。第1移動機構81の第1移動体813には、第2移動機構82の第2レール821が固定され、第2移動機構82の第2移動体822には、支持部50の基端が固定される。第1駆動源814及び第2駆動源823は、空気圧及び油圧を利用した流体圧シリンダとしてもよいし、モータを有する電動アクチュエータとしてもよい。こうして、第1移動機構81は、第2移動機構82を水平方向に移動させることで、把持ユニット11を水平方向に移動させる。また、第2移動機構82は、把持ユニット11を鉛直方向に移動させる。
以降の説明では、軸部40の軸方向において、把持ユニット11がワークWに接近する方向を「第1方向」とも言い、把持ユニット11がワークWから遠ざかる方向を「第2方向」ともいう。本実施形態では、第1方向が鉛直下方であり、第2方向が鉛直上方である。
変位センサ90は、支持部50の上面に配置される。変位センサ90は、軸部40の軸方向における変位を検出する。詳しくは、変位センサ90は、支持部50に対する軸部40の第1突出部42の鉛直上方への変位量を検出する。変位センサ90は、第1突出部42が支持部50に接触している場合と第1突出部42が支持部50から離れている場合とで、出力する信号のオンオフ状態が変化するスイッチとしてもよい。また、変位センサ90は、透過型又は反射型の光電センサとしてもよいし、他のセンサとしてもよい。変位センサ90は、軸部40の変位量に応じた検出信号を制御部100に出力する。
制御部100は、第1駆動源814及び第2駆動源823の作動を制御することで、把持ユニット11を水平方向及び鉛直方向に移動させる。また、制御部100は、駆動部70の作動を制御することで、把持部20を閉位置及び開位置の間で変位させる。詳しくは、制御部100は、把持ユニット11を下降する際に、把持部20がワークWに接触したタイミングで把持部20を開位置から閉位置に変位させる。本実施形態では、把持ユニット11の下降中に把持部20がワークWに接触すると、把持ユニット11の支持部50を除く部分が支持部50に対して相対的に上昇する。言い換えれば、支持部50が下降を継続するのに対して、把持ユニット11の支持部50を除く部分が下降しなくなる。このため、制御部100は、支持部50に対して軸部40が相対的に上昇することを変位センサ90が検出したときに、把持部20がワークWに接触したと判定する。
次に、図4に示すフローチャートを参照して、ワークWを搬送するために制御部100が実行する処理の流れについて説明する。なお、本処理は、ワークWが載置される載置台200の鉛直上方にワークWが位置する状況で実行される処理である。
図4に示すように、制御部100は、把持ユニット11をワークWに向けて下降させる(ステップS11)。続いて、制御部100は、変位センサ90の検出結果に基づいて、把持ユニット11の下降中に軸部40が支持部50に対して相対的に上昇したか否かを判定する(ステップS12)。
軸部40が支持部50に対して相対的に上昇しない場合(ステップS12:NO)、制御部100は、ステップS11に移行する。この場合には、把持ユニット11の下降が継続される。一方、軸部40が支持部50に対して相対的に上昇する場合(ステップS12:YES)、言い換えれば、把持部20がワークWを押し始める場合、制御部100は、把持ユニット11の下降を停止させる(ステップS13)。続いて、制御部100は、把持部20の内部空間25を減圧させ、把持部20にワークWを把持させる(ステップS14)。
把持部20が閉位置に変位すると、制御部100は、把持部20の内部空間25を減圧したまま、把持ユニット11を上昇させる(ステップS15)。その後、制御部100は、把持ユニット11を水平方向に移動させる(ステップS16)。そして、制御部100は、把持部20の内部空間25を外気に応じた圧力とし、把持部20にワークWを解放させる(ステップS17)。その後、制御部100は、本処理を一旦終了する。
本実施形態の作用について説明する。
図5~図7を参照して、把持部20が鉛直下方に位置するワークWを把持するまでの把持装置10の作用について詳しく説明する。
図5に示すように、把持部20がワークWに向かって下降する状況では、把持ユニット11が一体となって下降する。つまり、把持ユニット11の支持部50及び把持ユニット11の把持部20と保持部30と軸部40と付勢部材60が同じ下降速度でワークWに向かって下降する。その後、把持ユニット11が下降し続けると、やがて、把持部20がワークWに接触する。
図6に示すように、把持部20がワークWに接触した後も、把持ユニット11が下降し続けると、把持部20がワークWを押し始める。言い換えれば、ワークWが把持部20を押し返し始める。ここで、ワークWが把持ユニット11を押し返す力が、支持部50を除く把持ユニット11の重量、軸部40と支持部50との摩擦力及び付勢部材60の弾性力などを足し合わせた力を上回ると、支持部50が下降を継続する一方で、把持部20と保持部30と軸部40とが下降しなくなる。言い換えれば、把持ユニット11の支持部50を除く部分が支持部50に対して相対的に上昇する。すると、軸部40の第1突出部42が支持部50の上面から離れることで、支持部50と軸部40の第1突出部42との間に隙間GPが生じる。本実施形態では、この隙間GPの発生をトリガとして、把持ユニット11の下降が停止されるとともに、把持部20が開位置から閉位置に変位する。
そして、図7に示すように、把持部20が開位置から閉位置に変位すると、把持部20がワークWを把持する。ワークWを把持する際、把持部20の複数のアーム22は、ワークWの形状に合わせて弾性変形する。このため、把持部20は、ワークWの姿勢に関わらず、ワークWを精度良く把持する。
本実施形態の効果について説明する。
(1)把持装置10において、把持部20がワークWに接触した後も把持ユニット11を下降させる場合、軸部40が支持部50と摺動することにより、把持ユニット11の支持部50を除く部分が支持部50に対して相対的に上昇する。このため、把持装置10は、把持部20がワークWに接触した後も把持ユニット11を下降させる場合であっても、把持部20がワークWを押し続けることを抑制できる。その結果、把持装置10は、把持部20に大きな負荷が作用したり、ワークWに大きな負荷が作用したりすることを抑制できる。
(2)把持装置10は、変位センサ90の検出結果に基づいて、把持ユニット11の支持部50を除く部分が支持部50に対して相対的に変位するときに、把持部20を開位置から閉位置に変位させる。このため、把持装置10は、把持部20を開位置から閉位置に変位させるタイミングを適切なタイミングにできる。言い換えれば、把持装置10は、把持部20がワークWを把持し損なうおそれを低減できる。
(3)把持装置10は、軸部40の第1突出部42が支持部50の上面から離れるか否かを検出する変位センサ90の検出結果に基づいて、把持部20を開位置から閉位置に変位できる。言い換えれば、変位センサ90を第1突出部42が支持部50の上面に接触しているか離れているかを検出できる単純な構成のセンサとしても、把持装置10が正しく機能する。
(4)把持装置10は、付勢部材60の反力により、把持ユニット11を下降させる際に、把持ユニット11の支持部50を除く部分が支持部50に対して相対的に動くことを抑制できる。例えば、把持装置10は、把持ユニット11を下降させる際の振動等で、把持ユニット11の支持部50を除く部分が支持部50に対して相対的に上昇することで、把持部20を開位置から閉位置に変位させることを抑制できる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・把持装置10は、付勢部材60を備えなくてもよい。この場合、把持ユニット11の下降中であって且つ把持部20がワークWに接触する前に、軸部40が支持部50に対して相対的に変位することを抑制するために、軸部40の軸部本体41の外径及び支持部50の摺動孔51の内径は、精度良く管理されることが好ましい。
・把持装置10の支持部50は、軸部40の軸方向が鉛直方向と交差する方向となるように、軸部40を支持してもよい。例えば、把持装置10の支持部50は、軸部40の軸方向が水平方向となるように、軸部40を支持してもよい。この場合でも、把持装置10は、把持ユニット11をワークWに向けて水平方向に接近させる場合において、上記実施形態の効果を得ることができる。
・把持装置10は、支持部50に対する軸部40の変位量が所定の閾値以上となる場合に、把持部20を開位置から閉位置に変位させてもよい。この場合、変位センサ90は、支持部50に対する軸部40の変位量を検出可能なセンサであるとする。
・把持部20の形状及び材質は、把持部20が把持するワークWに応じて適宜に変更すればよい。
・把持部20は、複数のアクチュエータにより作動するロボットハンドとしてもよい。
・把持部20は、複数のアーム22のうちの一部のアームを駆動部70で可動させることのできる可動アームとする一方、その他のアームを駆動部70で駆動できない固定アームとしてもよい。
・支持部50は、鉛直方向に延びるレールを有してもよい。この場合、軸部40は、支持部50のレールと摺動する移動体を有してもよい。つまり、支持部50は、レールを介して軸部40を摺動可能に支持してもよい。
・支持部50の摺動孔51に、軸部40の軸部本体41との摺動を許容する滑り軸受を設けてもよい。この構成によれば、軸部本体41の外径との関係で、摺動孔51の内径を精度良く管理しなくてもよくなる。
・移動機構80は、垂直多関節ロボット又は水平多関節ロボットなどで構成してもよい。
W…ワーク、10…把持装置、11…把持ユニット、20…把持部、21…弾性壁、22…アーム、23…周壁、24…係合凸部、25…内部空間、30…保持部、31…キャップ、32…流路形成部、33…鍔部、34…側壁、35…上壁、36…第1流路、37…収容空間、38…係合凹部、40…軸部、41…軸部本体、42…第1突出部、43…第2突出部、44…第2流路、50…支持部、51…摺動孔、60…付勢部材、70…駆動部、71…減圧機構、72…接続流路、73…切換弁、80…移動機構、81…第1移動機構、811…支柱、812…第1レール、813…第1移動体、814…第1駆動源、82…第2移動機構、821…第2レール、822…第2移動体、823…第2駆動源、90…変位センサ、100…制御部、200…載置台。

Claims (4)

  1. ワークを掴む閉位置及び前記ワークを離す開位置の間で変位する把持部と、
    前記把持部を保持する保持部と、
    前記保持部から延びる軸部と、
    前記把持部が前記ワークを向くように前記軸部を支持する支持部と、
    前記把持部を前記閉位置及び前記開位置の間で変位させる駆動部と、
    前記支持部を前記軸部の軸方向に移動する移動機構と、を備え、
    前記把持部は、外力の作用により往復動作する弾性壁を有し、前記弾性壁は、前記把持部の内部空間の圧力変化に応じて往復動作するものであって、
    前記軸部は、軸方向に貫通形成される第2流路を有し、
    前記保持部は、前記軸部の前記第2流路に接続される第1流路を有し、
    前記駆動部は、減圧機構と、前記減圧機構と前記第2流路とを接続する接続流路と、を有し、
    前記第1流路、前記第2流路、前記接続流路は連通しており、前記駆動部は、前記把持部の前記内部空間の圧力を変化させるものであって、
    前記支持部は、前記軸部に荷重が前記軸方向に作用するとき、前記軸部が前記支持部に対して摺動できるように前記軸部を支持する
    把持装置。
  2. 前記軸部の前記軸方向における変位を検出する変位センサと、
    前記変位センサの検出結果に基づいて、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記軸部が前記支持部に対して摺動するときに、前記把持部を前記開位置から前記閉位置に変位させる
    請求項1に記載の把持装置。
  3. 前記軸部は、前記支持部と摺動可能な軸部本体と、前記軸部本体から前記軸方向と交差する方向に延びる突出部と、を有し、
    前記支持部は、前記軸方向が鉛直方向となるように、前記突出部を鉛直下方から支持し、
    前記変位センサは、前記突出部の前記支持部に対する変位を検出するものであり、
    前記制御部は、前記把持部が前記ワークに接近するように前記支持部を下降させる際に、前記突出部が前記支持部に対して相対的に上昇する場合に、前記把持部を前記開位置から前記閉位置に変位させる
    請求項2に記載の把持装置。
  4. 前記突出部を前記支持部に押し付けるように、前記軸部を付勢する付勢部材を備える
    請求項3に記載の把持装置。
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