JPWO2019155885A1

JPWO2019155885A1 - 把持装置

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Publication number: JPWO2019155885A1
Application number: JP2019570663A
Authority: JP
Inventors: 英有蒲池; 伸大小佐々; 高志金谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: JP6808857B2; WO2019155885A1

Abstract

ワーク６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６と接触すると該ワーク６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と、を備え、筒体１の軸方向の全長に対し、基部２から少なくとも半分の位置までの部分で、複数の筒体同士が互いに接合されている把持ハンド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可能になる。

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（例えば、後述のワーク６）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、後述の筒体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３、バキューム装置）と、を備え、前記筒体の軸方向の中間位置の少なくとも一部（例えば、後述の接合部４）で、前記複数の筒体同士が互いに接合されてい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。
また、筒体同士のうち、一部が互いに接合されていることにより、ワークに接触する際にワークへの追従性を維持しつつ、筒体を硬化する際には、筒体同士が接合されている部分では被膜が厚く丈夫になるため形状の変化が小さく、接合されず自由に可動な外筒（例えば、後述の外筒１ａ）は中央に配置される中央筒（例えば、後述の中央筒１ｂ）側に引き寄せられる。その結果、中央筒で接触・把持しているワークは引き寄せられた外筒に掴まれるようにして支えられるため、ワークに対する把持力が向上する。

（２）（１）の発明において、前記複数の筒体は、内部に封入された粒状物（例えば、後述の粒状物１２）を有し、前記硬化手段は、前記複数の筒体の内部から気体を排出する吸引装置（例えば、後述のバキューム装置）であることが好ましい。

（２）の発明によれば、柔軟な被膜と粒状物からなる筒体は、ワークと接触する際にワークから押される力を受け、ワークの形状に倣って変形し、ワークに形状自在に適応することができる。さらに吸引装置により筒体の内部を減圧することで、筒体は形状を維持したまま硬化できるため、安定的にワークを把持することができる。

（３）（１）または（２）の発明において、前記複数の筒体のうち、外側に配置される外筒（例えば、後述の外筒１ａ）には、中央に配置される中央筒（例えば、後述の中央筒１ｂ）よりも多く粒状物が封入されていることが好ましい。

（３）の発明によれば、減圧時には中央筒のほうが大きく収縮するため、外筒は中央筒に強く引き寄せられ、ワークを挟み込むように内向きに大きな力を加えることができ、さらに把持力が向上する。

（４）（１）〜（３）のいずれかの発明において、前記複数の筒体のうち、外側に配置される外筒の前記基部からの長さが、中央に配置される中央筒の前記基部からの長さよりも長いことが好ましい。

（４）の発明によれば、減圧時に外筒が中央筒側に引き込まれる際、長い外筒の先端部には大きな支え代があるため、ワークの把持に寄与する支持力が向上する結果、さらに把持力が向上する。

（５）（１）〜（４）のいずれかの発明において、前記ワークを把持する前に前記筒体の内部を加圧する加圧装置（例えば、後述の加圧装置）を有することが好ましい。

（５）の発明によれば、膨らんだ被膜が広い掴み幅により大きな接触面積でワークを把持できるため、素材の収縮にかかる弾性力による摩擦が大きくなり、さらに把持力が向上する。

（６）（１）〜（５）のいずれかの発明において、前記複数の筒体のうち、外側に配置される外筒は伸縮性を有し、前記外筒の外側部位（例えば、後述の外側部位５）の伸縮性が内側部位の伸縮性よりも低いことが好ましい。

（６）の発明によれば、把持部とワークが接触した状態で筒体を減圧すると、外筒はその内側部が収縮し、中央部側に引き込まれる。外筒の外側部の強度が高いことにより、中央部で接触・把持しているワークは引き寄せられた外筒に支えられ、結果として把持力はさらに向上する。

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把持できる把持装置を提供する。

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。ただし、基部は簡略図にて示し、傾動装置の記載は省略している。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。多様な形状のワークの把持を示す図である。上記実施形態の変形例１に係る把持ハンドの構成を示す図である。上記実施形態の変形例１に係る把持ハンドにおける、把持作用を示す図である。上記実施形態の変形例２に係る把持ハンドの構成（加圧時）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把持作用（減圧時）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６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６に接近・接触させた後、把持ハンド１０によりワーク６を把持する。

図３に示す把持ハンド１０は、複数の筒体１と、筒体１を支持する基部２と、バキュームライン３を有するバキューム装置（不図示）と、から構成される。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、それぞれが気密性かつ可撓性を備えた柔軟な被膜（袋）１１と、それに内包される粒状物１２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６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複数の中央筒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。

筒体１は、軸方向の中間位置の少なくとも一部で複数の筒体同士が互いに接合された接合部４を有する。接合部は、少なくとも中間位置の一部で接合されていればよく、例えば基部付近が接合されていない場合も含む。一方、外筒１ａの外側部位のみが、接合されず自由に可動な状態である。なお、接合の方法については特に限定されず、例えば、縫合、接着材による接着、溶着などで接合される。

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３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を変形不能に硬化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。これにより、ワーク６を把持する前に、筒体１の内部を加圧でき、把持可能な状態とすることが可能となっている。

把持ハンド１０によりワーク６を把持する際、筒体１はワーク６から押される力を受け、被膜１１は変形し、粒状物１２は袋の内部で流動することで、ワーク６の形状に倣う形へと変形する。これにより、把持ハンド１０はワーク６に形状自在に適応することができる。ワーク６に適応した形状となった筒体１は、被膜内部を減圧することで、形状を維持したまま硬化させることができる。

また筒体１を減圧する際、筒体同士が接合されている接合部４では被膜が厚く丈夫になるため形状の変化が小さくなり、接合されず自由に可動な外筒１ａの外側部位５が中央筒１ｂに引き寄せられる。その結果、中央筒１ｂで接触・把持しているワーク６は引き寄せられた外筒１ａに掴まれるようにして支えられるため、ワーク６に対する把持力が向上する。

把持ハンド１０において、外筒１ａに中央筒１ｂよりも多く粒状物が封入されていると、さらに把持力が向上する。中央筒１ｂの内部には大きな空間が存在するため、減圧時には、中央筒１ｂのほうが大きく収縮する。この時、筒体同士が接合されているために、外筒１ａは中央筒１ｂに強く引き寄せられ、ワーク６を挟み込むように内向きに力を加えるためである。

把持ハンド１０において、外筒１ａの基部２からの長さが中央筒１ｂの基部２からの長さよりも長くなっていると、さらに把持力が向上する。上述の作用により減圧時に外筒１ａが中央部に引き込まれる際、長い外筒１ａの先端部には大きな支え代があるため、ワーク６の把持に寄与する支持力が向上するためである。

なお、本実施形態に係る把持ハンド１０は、加圧装置（不図示）を備えている。これにより、加圧した状態でワーク６と接触したのち減圧すると、さらに把持力が向上する。加圧により筒体１の被膜１１が膨らみ、掴み幅を広く取った状態でワーク６に接触し、筒体１とワーク６が接触した状態で筒体を減圧すると、広い掴み幅により大きな接触面積をもつために、素材の収縮にかかる弾性力による摩擦が大きくなるためである。

把持ハンド１０において、外筒１ａの外側部位５の伸縮性が、内側部位の伸縮性よりも低い構造となっていると、さらに把持力が向上する。筒体１とワーク６が接触した状態で筒体１を減圧すると、外筒１ａはその内側部位が収縮し、中央筒１ｂ側に引き込まれる。外筒１ａの外側部位５の強度が高いことにより、中央筒１ｂで接触・把持しているワーク６は引き寄せられた外筒１ａに支えられ、結果として把持力はさらに向上する。

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６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、細長い形状のワーク６の把持を示す図である。

把持ハンド１０をワーク６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６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６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３から筒体１の内部を減圧することで、筒体１をワーク６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６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６にかかる重力に抗って摩擦が生じ、ワーク６を把持することができる。

さらに筒体１を減圧する際、筒体同士が接合されている接合部４では形状の変化が小さく、接合されず自由に可動な外筒１ａの外側部が中央筒１ｂに引っ張られて大きく移動する。その結果、中央筒１ｂで接触・把持しているワーク６は引き寄せられた外筒１ａに掴まれるようにして支えられるため、ワーク６に対する把持力が向上する（図５参照）。

前記の作用は、ワーク６が小さい場合や、縦長の形状をしている場合にも有効である。筒体同士が互いに接合されていることで、直接ワーク６と接触しない外筒１ａも減圧により中央筒１ｂ側へと引き寄せられるため、挟み込むように内向きに力が加わり、外筒１ａを含めたすべての筒体がワーク６の把持に寄与することができる（図６参照）。

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６に接触するとワーク６の形状に合わせて（倣って）変形する。そのため、ワーク６の細かな凹凸に対応できるなど、ワーク６の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６形状倣いとなった状態で、硬化手段として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６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。
（２）本実施形態によれば、筒体を硬化する際、筒体同士が接合されている接合部４では被膜が厚く丈夫になるため形状の変化が小さく、接合されず自由に可動な外筒１ａの外側部位５は中央筒１ｂ側に引き寄せられる。その結果、中央筒１ｂで接触・把持しているワーク６は引き寄せられた外筒１ａに掴まれるようにして支えられるため、ワーク６に対する把持力が向上する。

図７は、本実施形態の変形例１に係る把持ハンド２０の構成を示す図である。図８は、本実施形態の変形例１に係る把持ハンド２０における、外筒１ａに中央筒１ｂよりも粒状物が多く封入されていることによる、把持力の向上を示す図である。
図７に示す把持ハンド２０は、把持ハンド１０の筒体１の複数の筒体のうち、外筒１ａの基部からの長さが中央筒１ｂの基部からの長さよりも長くなっており、外筒１ａに中央筒１ｂよりも粒状物が多く封入されている以外は、把持ハンド１０と同一の構成・作用機構を有する。

把持ハンド２０において、外筒１ａの基部２からの長さが中央筒１ｂの基部２からの長さよりも長くなっており、減圧時に外筒１ａが中央筒１ｂ側に引き込まれる際、ワーク６のより下部を支えることができ、より安定してワーク６を把持することが可能となっている。

また把持ハンド２０において、中央筒１ｂの内部には外筒１ａの内部よりも大きな空間があるため、減圧時には中央筒１ｂのほうが大きく収縮する。この時、筒体同士が接合されているために、外筒１ａは中央筒１ｂに強く引き寄せられ、ワーク６を挟み込むように内向きに力を加えるため、把持力が向上する（図８参照）。

図９は、本実施形態の変形例２に係る把持ハンド３０の構成を示す図である。図１０は、本実施形態の変形例２に係る把持ハンド３０における、外筒１ａの外側部位のみが伸縮しにくい構造を有していることによる、把持力の向上を示す図である。
図９に示す把持ハンド３０は、把持ハンド３０の筒体１の筒体のうち、前記複数の筒体の内、外筒１ａの基部からの長さが中央筒１ｂの基部からの長さよりも長くなっており、さらに、外筒１ａの外側部の表面のみが伸縮しにくい構造となっている以外は、把持ハンド１０と同一の構成・作用機構を有する。

把持ハンド３０において、加圧時に外筒１ａは伸縮性を有する部分において膨らむため、外筒１ａの内側部位が大きく広がり、掴み幅を広く取った状態でワーク６に接触する。その後、筒体１とワーク６が接触した状態で筒体を減圧すると、外筒１ａは中央筒１ｂに引かれると同時にその内側部位が収縮する。筒体１の広い掴み幅により筒体１とワーク６は大きな接触面積をもつため、素材の収縮にかかる弾性力による摩擦が大きくなる効果と、外筒１ａの外側部位５の強度が高いため、中央筒１ｂで接触・把持しているワーク６は引き寄せられた外筒１ａに支えられる効果により、把持力はさらに向上する（図１０）。

１ …筒体
１ａ …外筒
１ｂ …中央筒
１１ …被膜
１２ …粒状物
２ …基部
３ …バキュームライン（硬化手段）
４ …接合部
５ …外側部位
６ …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

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、を備え、
前記筒体の軸方向の中間位置の少なくとも一部で、前記複数の筒体同士が互いに接合されている把持装置。
前記複数の筒体は、内部に封入された粒状物を有し、
前記硬化手段は、前記複数の筒体の内部から気体を排出する吸引装置である、請求項１に記載の把持装置。
前記複数の筒体のうち、外側に配置される外筒には、中央に配置される中央筒よりも多く粒状物が封入されている、請求項１または２に記載の把持装置。
前記複数の筒体のうち、外側に配置される外筒の前記基部からの長さが、中央に配置される中央筒の前記基部からの長さよりも長い、請求項１〜３のいずれかに記載の把持装置。
前記ワークを把持する前に前記筒体の内部を加圧する加圧装置を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の把持装置。
前記複数の筒体のうち、外側に配置される外筒は伸縮性を有し、
前記外筒の外側部位の伸縮性が内側部位の伸縮性よりも低い、請求項１〜５のいずれかに記載の把持装置。