JPWO2019155884A1 - 把持装置 - Google Patents

Abstract

ワーク７を把持する把持ハンド１０であって、複数並んで配置されワーク７と接触すると該ワーク７の形状に合わせて変形可能な筒体１と、複数の筒体１を支持する基部２と、変形した複数の筒体１を硬化させるバキューム装置４と、複数の筒体１のうち外側に配置される外筒１ａの先端部を外側又は内側に傾動させる傾動装置３と、を備える把持ハンド１０である。これにより、先端部を形状自在にワークに適応させる把持ハンドの把持力を向上させ、より重量の重い物品や様々な形状の物品を安定的に把持することができる。

Description

本発明は、任意の対象物を把持できる把持装置に関する。

近年、製造業における生産ラインにおいては、加工・組み立て・搬送・検品等を含めたあらゆる作業について自動化が進んでいる。生産ラインの自動化は、生産に係る人件費の削減・不良品発生率の低減・作業速度の向上等の面で、多くの製造業種の発展において欠かせない事項となっている。

従来、自動車や機械部品等の生産ラインにおいては、組み立て・梱包・搬送等の作業の自動化に、汎用ロボットのアーム先端に取り付けられたハンドで対象物品を把持する把持装置が用いられている。

上記の把持装置を用いて作業する際には、対象物品の形状や大きさが変わるとその都度対応する専用の装置を用意する、あるいはハンドを付け替える必要があり、複数の装置を用意せねばならない。さらに、専用の装置を入れ替える作業には時間もかかり煩雑であるうえ、作業ミスの発生や、稼働率の低下も避けられない問題となっている。

最近では、対象物品に形状自在に適応可能な把持ハンドを備えた把持装置が用いられている。例えば、先端部に粒子状の物質を充填した柔軟な袋部を採用した把持ハンドが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。この把持ハンドによれば、内部の粒子の流動により対象物品の形状に適応することができるとされている。更に、その状態で吸引機を作動させて収容空間を負圧にすることにより、上記各粒状体を被把持物の外形に沿う型崩れしない一つの塊体にして上記被把持物を把持することができるとされている。

特開平９−１２３０８２号公報 特許第４４６９１１０号公報

しかしながら、先端部を形状自在に対象物品に適応させる従来の把持ハンドは、その構造上把持力が弱く、ワークが重い場合や、掴み代が少ない形状である場合には、安定して把持できない場合があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、先端部を形状自在にワークに適応させる把持装置（把持ハンド）の把持力を向上させることで、より重量の重い物品や様々な形状の物品を安定的に把持できる把持装置の提供を目的とする。

（１）本発明は、ワークを把持する把持装置（例えば、後述の把持ハンド１０，２０，３０）であって、複数並んで配置され、前記ワークと接触すると前記ワークの形状に合わせて変形可能な筒体（例えば、後述の把持部１）と、前記複数の筒体を支持する基部（例えば、後述の基部２）と、変形した前記複数の筒体を硬化させる硬化手段（例えば、後述のバキュームライン４，バキューム装置）と、前記複数の筒体のうち外側に配置される少なくとも一つの外筒の先端部を外側又は内側に傾動させる傾動装置（例えば、後述の傾動装置３）と、を備える把持装置を提供する。

（１）の発明によれば、複数の筒体は、ワークに接触するとワークの形状に合わせて（倣って）変形する。そのため、ワークの細かな凹凸に対応できるなど、ワーク形状への高い適応性（追従性）が得られる。また、筒体がワーク形状倣いとなった状態で、硬化手段により筒体を硬化させることにより、筒体とワークとの間に強い引っ掛かりが生じ、強い把持力を発揮できる。さらには、本発明によれば、外径把持（ワークの外側から把持）と内径把持（ワークの内側から把持）のいずれも可能である。

（２） （１）の発明において、前記基部は、前記少なくとも一つの外筒を支持する外側基部（例えば、後述の外側基部２１）と、前記外筒よりも内側に配置される複数の中央筒を支持する中央基部（例えば、後述の中央基部２２）と、前記中央基部に対して前記外側基部を回動可能に軸支する回動軸部（例えば、後述の回動軸部５）と、を有し、前記傾動装置は、前記回動軸部を介して前記中央基部に対して前記外側基部を外側又は内側に傾動させることで、前記外筒の先端部を外側又は内側に傾動させることが好ましい。

（２）の発明によれば、中央基部に対して外側基部を、より確実に外側又は内側に傾動させることができるため、上述の（１）の発明の効果をより確実に発揮できる。

（３）また、本発明は、ワークを把持する把持装置であって、一列に並んで配置され、前記ワークと接触すると前記ワークの形状に合わせて変形可能な少なくとも３つの筒体と、前記少なくとも３つの筒体を支持する基部と、変形した前記少なくとも３つの筒体を硬化させる硬化手段と、前記少なくとも３つの筒体のうち第１と第２の外筒と前記第１と第２の外筒の内側に配置される内筒とを有し、前記第１と第２の外筒の先端部を外側又は内側に傾動させる傾動装置と、を備える把持装置を提供する。

（３）の発明によれば、３つの筒体は、ワークに接触するとワークの形状に合わせて（倣って）変形する。そのため、ワークの細かな凹凸に対応できるなど、ワーク形状への高い適応性（追従性）が得られる。また、筒体がワーク形状倣いとなった状態で、硬化手段により筒体を硬化させることにより、筒体とワークとの間に強い引っ掛かりが生じ、強い把持力を発揮できる。さらには、本発明によれば、外径把持（ワークの外側から把持）と内径把持（ワークの内側から把持）のいずれも可能である。

（４） （３）の発明において、前記基部は、前記第１と第２の外筒を支持する第１と第２の外側基部と、前記の内筒を支持する内側基部と、前記内側基部に対して前記第１と第２の外側基部を回動可能に軸支する第１と第２の回動軸部と、を有し、前記傾動装置は、前記第１と第２の回動軸部を介して前記内側基部に対して前記第１と第２の外側基部を外側又は内側に傾動させることで、前記外筒の先端部を外側又は内側に傾動させられることが好ましい。

（４）の発明によれば、中央基部に対して外側基部を、より確実に外側又は内側に傾動させることができるため、上述の（３）の発明の効果をより確実に発揮できる。

（５） （２）または（４）の発明において、前記傾動装置は、前記第１と第２の外側基部を連結し、前記第１と第２の外側基部の距離を可変する可変装置を有し、距離を可変することで前記第１と第２の外筒の先端部を外側又は内側に傾動させられることが好ましい。

（５）の発明によれば、中央基部に対して外側基部を、より確実に外側又は内側に傾動させることができるため、上述の（２）および（４）の発明の効果をより確実に発揮できる。

（６） （１）〜（５）の発明において、前記外筒は、その内部に芯棒材（例えば、後述の芯棒材６）を備えていることが好ましい。

（６）の発明によれば、ワークを支える外筒の強度が高くなるため、ワークをより安定して把持することができる。

本発明によれば、先端部を形状自在にワークに適応させる把持装置（把持ハンド）の把持力を向上させることで、より重量の重い物品や様々な形状の物品を安定的に把持できる把持装置の提供できる。

本発明の一実施形態に係る把持ハンドを備える把持ロボットを示す図である。ただし、把持ハンドは簡略図にて示してある。 上記実施形態に係る把持ハンドの構成を示す斜視図である。 上記実施形態に係る把持ハンドの構成を示す正面断面図である。 上記実施形態に係る把持ハンドの構成を示す側面図である。ただし、バキュームラインの記載は省略している。 上記実施形態に係る把持ハンドにおける、減圧による把持作用を示す図である。 上記実施形態に係る把持ハンドにおける、傾動装置の伸展による把持力の向上を示す図である。 上記実施形態の変形例１に係る把持ハンドにおける、傾動装置の伸展による把持力の向上を示す図である。 上記実施形態の変形例２に係る把持ハンドの構成を示す正面図である。 上記実施形態の変形例２に係る把持ハンドにおける、傾動装置の収縮による内径把持作用を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る把持ハンド１０を備える把持ロボット１００を示す図である。図２は、上記実施形態に係る把持ハンド１０の構成を示す斜視図である。図３は、上記実施形態に係る把持ハンド１０の構成を示す正面図である。図４は、上記実施形態に係る把持ハンド１０の構成を示す側面図である。
本実施形態に係る把持ハンド１０は、ワークを把持する把持装置であって、工場における生産・加工ラインなどで使用される。

図１に示すように、本実施形態に係る把持ロボット１００は、可動式アーム１０１と、該可動式アーム１０１の先端に取り付けられ、本発明の把持装置に相当する把持ハンド１０と、を備える。この把持ロボット１００は、可動式アームにより把持ハンド１０を把持対象のワークに接近・接触させた後、把持ハンド１０によりワークを把持する。

把持ハンド１０は、複数の筒体１と、筒体１を支持する基部２と、傾動装置３と、バキュームライン４を有するバキューム装置（不図示）と、を備える。
把持ハンド１０は、ボルト１０３により、ブラケット１０２を介して可動式アーム１０１の先端に取り付けられる。

複数の筒体１は、それぞれ、気密性かつ可撓性を備えた柔軟な被膜（袋）１１と、該被膜１１に内包される粒状物１２と、から構成される。
被膜１１としては、ゴムあるいは布、ポリウレタンなどが用いられる。粒状物１２としては、砂、塩、砂糖、ペレット（微細樹脂）、豆、ビーズ、米、パチンコ玉などがそれぞれ材質として用いられる。

筒体１は、例えば円筒状であり、複数並んで配置される。筒体１の配列については、特に限定されない。例えば、図１及び３に示すように正面から見て筒体１を横方向に５つ並べ、図４に示すように側面から見て筒体１を２列に並べてもよい。このように筒体１を複数並べて配置することで、把持力が向上し、より安定してワークを把持できるようになっている。

複数の筒体１は、外側に配置される複数の外筒１ａと、該外筒１ａに挟まれる形で中央に配置される少なくとも１つの中央筒１ｂと、から構成される。
本実施形態に係る筒体１は、図１〜４に示すように、例えば４つの外筒１ａと、６つの中央筒１ｂと、から構成される。
なお、筒体の数が２つの場合は、両方を外筒とする。

本実施形態では、外筒１ａは、中央筒１ｂよりも軸方向の長さが長く設定されている。そのため、減圧により引き寄せられた外筒１ａがワーク７のより下部を支えることができ、より安定してワーク７を把持することが可能となっている。

基部２は、外筒１ａを支持する外側基部２１と、中央筒１ｂを支持する中央基部２２と、中央基部２２に対して外側基部２１を外側に回動可能に軸支する回動軸部５と、を有する。
回動軸部５は、中央基部２２の側面に沿って延びて設けられている、この回動軸部５により、外側基部２１は中央基部２２に対して外側基部２１を外側に回動可能であり、その際には外側基部２１と一体になっている外筒１ａも共に回動する。その結果、外筒１ａの先端部は中央側に傾動する。

複数の筒体１は、いずれも、基部２内に設けられたバキュームライン４を介してバキューム装置（不図示）に接続されている。これにより、筒体１内を減圧することで筒体１を硬化し、変形を抑制させることが可能となっている。バキューム装置は、フローメータとバキューム制御部（いずれも不図示）を備え、フローメータにより検知される流量に基づいてバキューム制御部によりその駆動が制御される。

筒体１と基部２との接続部については、フィルターやメッシュ等を用いて粒状物１２が通過不能な寸法の開口部を設け、バキューム装置を通じた吸排気により、空気のみが出入り可能なように設定される。バキューム装置を通じて空気のみを吸排気することで筒体は伸縮し、軟硬化する。

把持ハンド１０が備える傾動装置３は、シリンダー構造となっており、ピストンの出入りにより伸縮が可能である。このピストンの駆動は、図示しない傾動制御部により、例えばエアなどの流体のシリンダー内への供給を制御することにより、制御される。シリンダーの両端は外側基部２１と接続しており、傾動装置３が伸縮することによって外側基部２１を、回動軸部５を軸として回動させ、外筒１ａを傾動させることができる。

外筒１ａの先端部を、中央筒１ｂ側に向けて傾動させることで、中央筒１ｂで接触・把持しているワーク７は外筒１ａに支えられ、把持力がさらに向上する。

また上述の傾動は、逆向きに行われてもよい。例えば把持ハンド１０が外側基部２１と中央基部２２の間にＶ字状のスリットを有していれば、傾動装置３が収縮することにより、外側基部２１が点５を支点として内側（中央基部２２側）に向けて回転するように傾動することができる。これにより、ワークに外向きに突っ張るようにして力を加えることができ、ワークの内径把持も可能となる。

さらに把持ハンド１０が外筒の内部に芯棒材を備えている場合、ワークを支える外筒の強度が高くなるため、ワークをより安定して把持することができる。ここで芯棒材としては特に限定されないが、例えば鉄やプラスチックなど、傾動による挟み込み時にかかる力で変形することのない程度の強度をもち、ワーク７を支える外筒１ａ全体としての強度を向上させるものを用いることができる。

以下に、本実施形態に係る把持ハンド１０の作用機構について、図５及び５を参照しながら詳細に説明する。
ここで、図５は、本実施形態に係る把持ハンド１０における、減圧による把持作用を示す図である。図６は、本実施形態に係る把持ハンド１０における、傾動装置３の伸展による把持力の向上を示す図である。

把持ハンド１０をワーク７に押し付けるように、筒体１と接触させる。この時、筒体１はワーク７から押される力を受けて、被膜１１の内部を粒状物１２が流動することで、ワーク７の形状に倣うように変形する。

この状態で、バキュームライン４から筒体１の内部を減圧することで、筒体１をワーク７に適応した形状のまま硬化させることができる。このとき、硬化した筒体１とワーク７との接触部で引っ掛かりが生じ、鉛直方向に持ち上げる際に、ワーク７にかかる重力に抗って摩擦が生じ、ワーク７を把持することができる（図６参照）。

ここで、外筒１ａの先端部を、中央筒１ｂ側に向けて傾動させることで、中央筒１ｂで接触・把持しているワーク７は外筒１ａに支えられ、把持力はさらに向上する。

上述の傾動は例えば、シリンダー構造である傾動装置３が伸展し、外側基部２１が筒体側端の点５で中央基部２２に接触したまま、回動軸部５を軸として回動するように外側に移動させることで行われる（図６参照）。ただし傾動手段はこれに限定されず、例えば、中央基部を挟んだ両外側基部を連結し、前記両外側基部の距離を可変する可変装置を有し、距離を可変することで前記両基部が支持する外筒の先端部を外側又は内側に傾動させることで行われてもよい。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
（１）本実施形態によれば、複数の筒体１は、ワーク７に接触するとワーク７の形状に合わせて（倣って）変形する。そのため、ワーク７の細かな凹凸に対応できるなど、ワーク形状への高い適応性（追従性）が得られる。また、筒体１がワーク形状倣いとなった状態で、硬化手段のバキューム装置により筒体１を硬化させることにより、筒体１とワーク７との間に強い引っ掛かりが生じ、強い把持力を発揮できる。
また、本実施形態によれば、中央基部２２に対して外側基部２１を、より確実に外側又は内側に傾動させることができるため、上述の（１）の効果をより確実に発揮できる。

なお、本実施形態の変形例として、外筒１ａと中央筒１ｂの長さが略同一であってもよい。この場合であっても、上述の効果が期待できる。

図７は、上記実施形態の変形例１に係る把持ハンド２０における、傾動装置３の伸展による把持力の向上を示す図である。
図７に示すように、把持ハンド２０においては、把持ハンド１０の構成に加え、外筒１の内部に芯棒材６が備えられている。外筒１の内部に機械的強度の高い芯棒材６が備わっていることで、外筒１がワーク７を支える力は向上する。すなわち、より安定してワーク７を把持することが可能になる。

図８は、上記実施形態の変形例２に係る把持ハンド３０の構成を示す正面図である。図９は、上記実施形態の変形例２に係る把持ハンド３０における、傾動装置３の収縮による内径把持作用を示す図である。
図８及び９に示すように、上述の傾動は、逆向きに行われてもよい。例えば把持ハンド３０は、把持ハンド１０の構成に加え、外側基部２１と中央基部２２の間にＶ字状のスリットを有している。傾動装置３が収縮することにより、外側基部２１が回動軸部５を軸部として内側（中央基部２２側）に向けて回動するように傾動させることができる。これにより、ワーク７に外向きに突っ張るようにして力を加えることができ、ワーク７の内径把持も可能となる。

１ …筒体
１ａ …外筒
１ｂ …中央筒
１１ …被膜
１２ …粒状物
２ …基部
２１ …外側基部
２２ …中央基部
３ …傾動装置
４ …バキュームライン（硬化手段）
５ …回動軸部
６ …芯棒材
７ …ワーク
１０，２０，３０ …把持ハンド（把持装置）
１００…把持ロボット
１０１…可動式アーム

Claims (6)

1. ワークを把持する把持装置であって、
   複数並んで配置され、前記ワークと接触すると前記ワークの形状に合わせて変形可能な筒体と、
   前記複数の筒体を支持する基部と、
   変形した前記複数の筒体を硬化させる硬化手段と、
   前記複数の筒体のうち外側に配置される少なくとも一つの外筒の先端部を外側又は内側に傾動させる傾動装置と、を備える把持装置。
2. 前記基部は、前記少なくとも一つの外筒を支持する外側基部と、前記外筒よりも内側に配置される複数の中央筒を支持する中央基部と、前記中央基部に対して前記外側基部を回動可能に軸支する回動軸部と、を有し、
   前記傾動装置は、前記回動軸部を介して前記中央基部に対して前記外側基部を外側又は内側に傾動させることで、前記外筒の先端部を外側又は内側に傾動させる、請求項１に記載の把持装置。
3. ワークを把持する把持装置であって、
   一列に並んで配置され、前記ワークと接触すると前記ワークの形状に合わせて変形可能な少なくとも３つの筒体と、
   前記少なくとも３つの筒体を支持する基部と、
   変形した前記少なくとも３つの筒体を硬化させる硬化手段と、
   前記少なくとも３つの筒体のうち第１と第２の外筒と前記第１と第２の外筒の内側に配置される内筒とを有し、前記第１と第２の外筒の先端部を外側又は内側に傾動させる傾動装置と、を備える把持装置。
4. 前記基部は、前記第１と第２の外筒を支持する第１と第２の外側基部と、前記の内筒を支持する内側基部と、前記内側基部に対して前記第１と第２の外側基部を回動可能に軸支する第１と第２の回動軸部と、を有し、
   前記傾動装置は、前記第１と第２の回動軸部を介して前記内側基部に対して前記第１と第２の外側基部を外側又は内側に傾動させることで、前記外筒の先端部を外側又は内側に傾動させる、請求項３に記載の把持装置。
5. 前記傾動装置は、前記第１と第２の外側基部を連結し、前記第１と第２の外側基部の距離を可変する可変装置を有し、距離を可変することで前記第１と第２の外筒の先端部を外側又は内側に傾動させる請求項２または４に記載の把持装置。
6. 前記外筒は、その内部に芯棒材を備える、上記いずれか一項に記載の把持装置。
   

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