JP7320299B2

JP7320299B2 - 把持機構

Info

Publication number: JP7320299B2
Application number: JP2021206958A
Authority: JP
Inventors: 喜寛安藤
Original assignee: コアテック株式会社
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2041-12-21
Also published as: JP2023092013A

Description

特許法第３０条第２項適用令和３年８月７日ヤマハ発動機株式会社への納入令和３年８月７日スズキ株式会社への納入

本発明は、ばら積みされたワークの山からワークを把持して別の場所に移動させるロボットハンドに用いる把持機構に関する。

従来より、ワークの山からワークを取り出して他の場所に移動させるピッキングと呼ばれる作業が知られている。例えば、パーツがばら積みされたパレット内から、ロボットに装着されたロボットハンドにより、ワークを一つずつ摘み出して、コンベアや作業台まで移動させることが行われている。

ロボットに装着されるロボットハンドには、様々な種類があり、ワークを吸着する吸盤や磁石を用いたものや、ワークを掴む爪や指を用いたものがある。爪を用いたものとしては、２本爪の平行チャックが知られている。また、特許文献１に記載のロボットハンドは、複数の指部の間に掌部を設けることにより、掌部によって指部の根元側からワークを支持しておくことができ、種々の大きさや形状のワークを十分な把持力で把持することが可能になるようにしている。

特許文献２に記載の丸材の把持装置は、ロッドの上下動により一対のリンク機構のフィンガがそれぞれ等角度開閉するようにしている。この構成において、各フィンガの把持爪とロッドの頭部とで丸材を把持することにより、各フィンガの把持爪は丸材の中心に向う把持力を発揮し、ロッドは丸材の中心に向う押付力を発揮するので、丸材はその中心が一定点に位置して把持されるようにしている。

特開２０１２－１３９８０８号公報実開昭６２－１５６４９３号公報

しかしながら、前記の２本爪の平行チャックは、ワークの山からワークを取り出すときに、把持対象以外のワークとの干渉を避けるため爪を細長くすると、把持姿勢が安定せず、把持姿勢を安定させようとすると、爪が分厚くなり干渉が増えてしまいワークの山が崩れ易くなる。

特許文献１に記載のロボットハンドは、ワークを把持する際、４本の指部を水平移動させ、４本の指部同士を接近させる構成であり、定位置に整列しているワークを把持するには適している。しかし、先端に４本の指部が集中するため、無作為に積まれたワークの山に進入するとワークの山を崩す可能性が高くなり、ワークの山からワークを取り出すには、不向きであった。ワークの山が崩れると、把持対象のワークが移動したり、ロボットハンドの到達位置に把持対象以外のワークが移動して、把持の空振り、把持位置のズレ、ワークに爪が突き刺さることによるロボット停止等の問題があった。

特許文献２に記載の丸材の把持装置は、フィンガ間の間隔が狭くなるのに連動して、ロッドを丸材に押し付ける構成であり、フィンガ内に丸材が十分入り込んだ状態でないと丸材を把持できなかった。また、フィンガの先端部が大きく、この構成についても、ワークの山からワークを取り出す際に、ワークの山が崩れ易くなる。

本発明は前記のような従来の問題を解決するものであり、ばら積みされたワークの山からワークを掴むのに適した把持機構を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の把持機構は、ワークを把持するロボットハンドの把持機構であって、一対の把持手段と、前記一対の把持手段を作動させるための作動機構と、前記一対の把持手段に挟まれるように配置され、前記ロボットハンドの軸方向にスライドして出代が可変可能な押えロッドとを備え、前記一対の把持手段は、固定位置である支点を中心に回動可能に、前記ロボットハンドに取り付けられており、前記一対の把持手段は、前記支点から延出した指部が形成されており、前記指部の先端側に、前記指部を内側に傾斜させた爪部が形成されており、前記爪部は、厚さが先端に向かうにつれて薄くなる先細になっており、前記作動機構により、前記一対の把持手段が、前記支点を中心に回転して、一対の前記爪部の間隔が変化するとともに、一対の前記爪部の先端が前記押えロッド側に持ち上がるように移動して、一対の前記爪部に挟まれたワークが、前記押えロッド側に引き込まれるとともに、予めワークの大きさに合わせて、出代が設定された前記押えロッドの先端に当接してワークが把持されることにより、同一の一対の前記把持手段で異なる形状のワークを把持可能にしたことを特徴とする。

この構成によれば、ワークの把持動作中は、押えロッドの先端は固定したままで、爪部間の開度を狭くするだけで、ワークを押えロッドの先端と一対の爪部の内側部の３箇所での安定した把持が可能になる。また、押えロッドの先端の位置を適宜変更することにより、様々な大きさのワークを把持することが可能になる。

また、爪部が先細形状であるので、爪部の先端が把持対象以外のワークに接触しにくく、複数個のワークを一度に把持することを防止したり、ワークの山を崩すことを防止することができ、本発明に係る把持機構は、ばら積みされたワークの山からワークを掴むのに適している。さらに、ワークの把持の際に、爪部の回動に伴いワークが押えロッド側に引き込まれるので、カメラの検出誤差により、ワークの把持開始時における爪部の進入位置が理想位置からずれる場合であっても、ワークの確実かつ安定した把持が可能になり、本発明に係る把持機構は、この点においても、ばら積みされたワークの山からワークを掴むのに適している。

これらの効果に加えて、本発明に係る把持機構は、前記のとおりワークの把持の際に、爪部の回動に伴いワークが押えロッド側に引き込まれるので、把持対象のワークの形状は同一形状に限定されることはなく、例えば円筒状部材や丸棒のワークだけでなく、リング形状や板状のワークといった異なる形状のワークについても、同一の一対の把持手段で把持可能になる。

前記本発明の把持機構においては、一対の前記把持手段の爪部のうち、一方の前記爪部は、ワークに２箇所で接するように２つの細爪が形成されていることが好ましい。この構成によれば、一対の爪部とワークとの当接箇所が２点ではなく、３点になるので、リング形状や板状のワークを傾かないように安定して把持するのに適している。

本発明の効果は前記のとおりであり、要約すると、本発明によれば、ワークを押えロッドの先端と一対の爪部の内側部の３箇所での安定した把持が可能になり、押えロッドの先端の位置を適宜変更することにより、様々な大きさのワークを把持することが可能になる。また、爪部が先細形状であることに加え、爪部の回動に伴いワークが押えロッド側に引き込まれるので、カメラの検出誤差により、ワークの把持開始時における爪部の進入位置が理想位置からずれる場合であっても、ワークの確実かつ安定した把持が可能になり、ばら積みされたワークの山からワークを掴むのに適している。さらに、把持対象のワークの形状は同一形状に限定されることはなく、例えば円筒状部材や丸棒のワークだけでなく、リング形状や板状のワークといった異なる形状のワークについても、同一の一対の把持手段で把持可能になる。

本発明の一実施形態に係る把持機構を備えたロボットハンドの外観斜視図。本発明の一実施形態に係る把持機構の要部を示す斜視図。本発明の一実施形態に係る把持機構の要部を拡大して示した正面図。本発明の一実施形態に係る把持機構の指部近傍の拡大図。本発明の一実施形態において、ワークの山にロボットハンドが進入して行く様子を示す図。図５の状態からロボットハンドが下降した状態を示した図。図６の状態から支点を中心に爪部がワーク側に向けて回動した状態を示した図。図７の状態から支点を中心に爪部がさらに回動した状態を示した図。本発明の一実施形態において、爪部がリング形状のワークを把持した状態を示す斜視図。本発明の一実施形態において、リング形状のワークの把持に適した爪部の形状を示す斜視図。図１０の爪部を別の角度から見たときの斜視図。本発明の一実施形態において、一対の爪部がリング状のワークの両側に当接した状態を示した図。図１２の状態から爪部の回動が進んだ状態を示した図。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る把持機構１を備えたロボットハンド１０の外観斜視図を示している。ロボットハンド１０は、装着台２をロボットのアーム（図示せず）に装着して用いられる。このため、ロボットハンド１０の使用時には、ロボットのアームの動きと一体に、上下移動、縦軸回りの回転移動や、縦軸を傾斜させる移動も可能になる。

図１において、支持台３に第１支持プレート４が固定され、第１支持プレート４に第２支持プレート５が固定されている。第２支持プレート５には支点軸６を介して把持手段８が取り付けられている。詳細は後述するが、先端に爪部１２を形成した把持用手段８の回動により、爪部１２でワークを把持することができる

図２は把持機構１の要部を示す斜視図である。本図は把持機構１の要部を示すために、図１の把持機構１について部品の一部を省いた図である。把持機構１は、一対の把持手段８と、一対の把持手段８のそれぞれに連結され、把持手段８を作動させるための一対の作動手段９を備えている。一対の把持手段８の先端側に、指部１１が形成されており、指部１１の先端側に爪部１２が形成されている。把持手段８が支点７を中心に回動することにより、一対の爪部１２の間隔が変化し、一対の爪部１２の間にワークを把持することが可能になり、把持を解除してワークを落下させることも可能である。

一対の把持手段８の間には、一対の把持手段８に挟まれるように押えロッド１５が配置されてる。押えロッド１５は、先端にワークが当接する。押えロッド１５の後端に支持体１６が取り付けられており、シリンダ２０のロッドの出代の変化に伴い支持体１６が移動し、これと一体に、押えロッド１５が、ロボットハンド１０の軸方向に移動する。シリンダ２０は、電動シリンダでもよく、エアシリンダでもよく、対象物の押し引きが可能なアクチュエータであればよい。このことは後に説明するシリンダ２１についても同様である。

図３は、把持機構１の要部を拡大して示した正面図である。本図は把持機構１の動作を説明するために、図１から部品の一部を省いている。シリンダ２１のロッド２２の先端にスライド体２３が固定されている。作動手段９の一端は、作動軸２４を介してスライド体２３に取り付けられ、他端は把持手段８に連結軸２６を介して連結されている。

シリンダ２１のロッド２２の出代が大きくなると、スライド体２３が下降し、作動手段９の作動点２５が下降し、連結点２７が外側に移動する。これに伴い、把持手段８の後端が外側に移動する。一方、前記のとおり、支点軸６は第２支持プレート５に取り付けられているので（図１参照）、支点７は不動点である。このため、把持手段８後端の外側への移動に伴い、把持手段８は支点７を中心に回動し、一対の爪部１２がそれぞれ内側に移動し、一対の爪部１２の間にワークを把持することができる。

本実施形態は、把持手段８を作動させる作動機構として、作動手段９を用いたリンク機構を採用しているが、これは一例であり、他の機構であってもよい。例えば、カム機構により、把持手段８を作動させてもよい。

以下、図４を参照しながら指部１１について説明する。図４は指部１１近傍の拡大図を示している。指部１１の先端側に内側に傾斜した傾斜部が形成されており、この傾斜部が爪部１２である。爪部１２は、先端に向かうにつれて厚さtが薄くなる先細形状である。指部１1の根元部には支点７があり、一対の把持手段８が、支点７を中心に回転することにより、爪部１２の間隔が変化し、一対の爪部１２間にワークを把持することができる。

図４において、指部１１の回転後の状態及びワーク３０を２点鎖線で示している。爪部１２の先端Ｐは、支点７を中心とした円の円弧１６上を移動し、先端Ｐは内側に移動しつつ、上側に移動する。この場合、爪部１２が傾斜部であることにより、爪部１２の内面側は単に内側にスライドするのではなく、上側（押えロッド１５側）に持ち上がるように移動する。このことにより、後述するとおり、ワーク３０を引き込む作用が発揮される。

また、図４の２点鎖線で示したとおり、本実施形態に係る把持機構は、把持手段８の先端Ｐをワーク３０に当接させて、ワーク３０を把持する構成ではないため、先端Ｐを含む先端面の厚さを薄くでき、爪部１２の厚さtを薄くするのに有利となる。後述するとおり、爪部１２は先細形状で、かつ厚さtを薄くすることにより、ばら積みされたワーク３０の山からワーク３０を掴むのに有利になる。

図５は、ワーク３０の山にロボットハンド１０が進入して行く様子を示す図である。図５において、コンテナ３１内に円筒状のワーク３０がばら積みされている。ワーク３０は規則的に整列しているのではなく、不規則に向きを変えており、傾斜したものも混在している。図５は、ロボットハンド１０の真下にあるワーク３０を把持する直前の状態を示している。図５において、ロボットハンド１０が下降（矢印ａ）して、上部のワーク３０に向かって進入して行く。

ロボットハンド１０が把持対象のワーク３０に向かっていくときには、カメラにより予め把持対象のワーク３０の位置を検出している。ワーク３０の検出位置に応じて、装着元のロボットの動きにより、ロボットハンド１０の姿勢も制御される。図５では、ロボットハンド１０が垂直方向に下降する例であるが、傾斜した状態で下降する場合もある。

図５の状態からロボットハンド１０が下降すると、爪部１２がワーク３０の山の内部に進入して行く。前記のとおり、爪部１２は先細形状であり、かつ厚さtを（図４参照）を薄くするのに有利な構成であるので、厚さtを薄く設計することができる。したがって、先細形状かつ厚さtを薄くした爪部１２は、先端が把持対象以外のワーク３０に接触しにくく、複数個のワーク３０を一度に把持することを防止したり、ワーク３０の山を崩すことを防止することができる。このため、本実施形態に係る把持機構は、ばら積みされたワーク３０の山からワーク３０を掴むのに適している。

また、カメラの検出誤差により、ワーク３０の把持開始時における爪部１２の進入位置が理想位置からずれる場合もある。本実施形態では、前記のように爪部１２にワーク３０を引き込む作用が発揮されることにより、ワーク３０の把持開始時における爪部１２とワーク３０との位置関係の許容範囲が広がることになる。以下、図６～図８を参照しながら、ワーク３０の保持動作についてより具体的に説明する。

図６は、図５の状態からロボットハンド１０が下降した状態を示している。図６の状態では、ワーク３０の両側に爪部１２が対向している。押えロッド１５は、ロボットハンド１０の軸方向にスライド可能であるが、押えロッド１５の先端１５ａの位置は、ワーク３０の大きさに合わせた位置に予め固定されている。

このため、ワーク３０の把持動作中は、先端１５ａは固定したままで、爪部１２間の開度を狭くするだけで、ワーク３０を先端１５ａと一対の爪部１２の内側部の３箇所での安定した把持が可能になる。また、押えロッド１５の先端１５ａの位置は無段階に変更できるので、先端１５ａの位置を適宜変更することにより、様々な大きさのワーク３０を把持することが可能になる。

図７は、支点７を中心に爪部１２がワーク３０側に向けて回動した状態を示している。図７の状態では、一対の爪部１２がワーク３０の両側に当接している。図８は、図７の状態から支点７を中心に爪部１２がさらに回動した状態を示している。前記のとおり、爪部１２は単に内側にスライドするだけではなく、上側に持ち上がるように移動する。

このため、図７のように、爪部１２がワーク３０の両側に当接した後は、ワーク３０は、押えロッド１５側に向けて、引き込まれていく。この引き込み作用が発揮されることにより、図７において、爪部１２がワーク３０に接触して把持を開始するときの、爪部１２とワーク３０との位置関係は一つの定まった位置関係でなくてもよく、ワークの把持開始時における爪部１２とワーク３０との位置関係の許容範囲が広がることになる。

したがって、図７において、爪部１２とワーク３０との位置関係が許容範囲内にありさえすれば、爪部１２の回動に伴いワーク３０が押えロッド１５側に引き込まれて、図８に示したように、ワーク３０は、一対の爪部１２における２箇所と、押えロッド１５の先端１５ａの合計３箇所で接した確実かつ安定した把持状態となる。すなわち、カメラの検出誤差により、ワーク３０の把持開始時における爪部１２の進入位置が理想位置からずれる場合であっても、ワーク３０の確実かつ安定した把持が可能になるので、本実施形態に係る把持機構は、この点においても、ばら積みされたワーク３０の山からワーク３０を掴むのに適している。

また、図７のように、爪部１２がワーク３０の両側に当接した状態では、一対の爪部１２間の間隔はｗ１であるが、爪部１２が傾斜部であることにより、ワーク３０の上側は、間隔ｗ１よりも幅の広い間隔ｗ２になっており、ワーク３０を押えロッド１５側に引き込んだ際のワーク３０の収容空間は確保されている。さらに、前記のとおり、押えロッド１５の先端１５ａは、ワーク３０の大きさに合わせた位置に予め固定されており、爪部１２の回動中に、押えロッド１５が下降することはなく、押えロッド１５により、ワーク３０の引き込みが妨げられることはない。

前記実施形態では、ワーク３０は円筒状部材であるが、これに限るものではなく、例えば中実の丸棒でもよく、リング形状であってもよい。図９は、爪部１２がリング形状のワーク３１を把持した状態を示す斜視図である。本図に示したように、ワーク３１の側壁部分の下端２箇所において爪部１２（より具体的には後述する細爪１２ａ、１２ｂ）が当接し、ワーク３１の側壁部分の上端において、押えロッド１５の先端１５ａが当接している。この詳細は後述する。

図１０は、リング形状のワーク３１の把持に適した爪部１２の形状を示す斜視図であり、図１１は図１０の爪部１２を別の角度から見たときの斜視図である。図１０に示したように、一対の爪部１２のうち、一方の爪部１２の中央部には細爪１２ａが形成されており、図１１に示したように、他方の爪部１２の両端部には一対の細爪１２ｂが形成されている。この構成によれば、一対の爪部１２とワーク３１との当接箇所が２点ではなく、３点になるので、リング形状のワーク３１を傾かないように安定して把持するのに適している。また、この構成はング形状のワーク３１だけでなく、板状のワークの把持にも適しており、図５に示した円筒状のワーク３０や丸棒のワークの把持にも何ら不利になることはない。

図１０及び図１１に示した細爪１２ａ及び一対の細爪１２ｂを設けた爪部１２は、前記のとおり、リング形状や板状のワークの把持に適しているが、細爪１２ａ等を設けていない爪部１２であっても、リング形状や板状のワークの把持は可能である。すなわち、本実施形態に係る把持機構は、同一の一対の把持手段８で異なる形状のワークを把持することが可能になる。

リング形状のワーク３１を把持するときの動作は、前記の円筒状のワーク３０を把持するときの動作と同様であり、以下図１２及び図１３を参照しながら説明する。図１２は、一対の爪部１２がワーク３１の側壁の両側に当接した状態を示している。前記のとおり、爪部１２は単に内側にスライドするだけではなく、上側に持ち上がるように移動する。このため、図１２のように、爪部１２がワーク３０の側壁の両側に当接した後は、ワーク３１は、押えロッド１５側に向けて、引き込まれていく。

図１３は、図１２の状態から爪部１２の回動が進んだ状態を示している。図１３に示したように、爪部１２の回動に伴いワーク３１が押えロッド１５側に引き込まれて、ワーク３１は、一対の爪部１２と押えロッド１５の先端１５ａに接している。より具体的には、図９に示したように、ワーク３１は、細爪１２ａと一対の細爪１２ｂの３箇所で接することに加えて、押えロッド１５の先端１５ａに接しており、確実かつ安定した把持状態となる。

前記のとおり、細爪１２ａ及び２つの細爪１２ｂは、一対の爪部１２とワーク３１との当接箇所を３点にするものであるので、一方の爪部１２に２つの細爪１２ｂが形成されていればよい。例えば、図１０の構成では、爪部１２に加えて細爪１２ａが形成されているが、爪部１２全体を細爪１２ａで形成してもよい。

１把持機構
７支点
８把持手段
９作動手段
１０ロボットハンド
１１指部
１２爪部
１２ａ，１２ｂ細爪
１５押えロッド
３０，３１ワーク

Claims

ばら積みされたワークの山からワークを一つずつ把持するロボットハンドの把持機構であって、
一対の把持手段と、
前記一対の把持手段を作動させるための作動機構と、
前記一対の把持手段に挟まれるように配置され、前記ロボットハンドの軸方向にスライドして出代が可変可能な押えロッドとを備え、
前記一対の把持手段は、固定位置である支点を中心に回動可能に、前記ロボットハンドに取り付けられており、
前記一対の把持手段のそれぞれは、前記支点から延出した一つの指部が形成されており、
前記一つの指部の先端側に、前記指部を内側に折り曲がるように傾斜させて形成した傾斜面を有する一つの爪部が形成されており、
前記爪部は、厚さが先端に向かうにつれて薄くなる先細になっており、
前記作動機構により、前記一対の把持手段が、前記支点を中心に回転して、一対の前記爪部の間隔が変化するとともに、一対の前記爪部の先端が前記押えロッド側に持ち上がるように移動して、一対の前記爪部に挟まれたワークが、前記爪部の前記傾斜面を滑ることにより、前記押えロッド側に引き込まれるとともに、予めワークの大きさに合わせて、出代が設定された前記押えロッドの先端に当接してワークが把持されることにより、同一の一対の前記把持手段で異なる形状のワークを把持可能にしたことを特徴とする把持機構。
一対の前記把持手段の爪部のうち、一方の前記一つの爪部は、ワークに２箇所で接するように２つの細爪が形成されている請求項１に記載の把持機構。