WO2018168030A1

WO2018168030A1 - 把持ツールおよび把持システム

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Publication number: WO2018168030A1
Application number: PCT/JP2017/034442
Authority: WO
Inventors: 恵美子石田; 高橋　宏昌; 毅豊嶋
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2018-09-20
Also published as: CN109789564B; JP6514254B2; CN109789564A; US10946532B2; US20190217482A1; JP2018149640A

Abstract

実施形態に係る把持ツールは、把持部および吸着パッドを備える。把持部は、可撓性を有し、内部に粉粒体が設けられている。吸着パッドは、ワークを吸着するパッド部と、前記パッド部に接続された管状部材と、を有し、前記把持部に囲まれている。前記吸着パッドは、前記把持部に対して、前記パッド部から前記管状部材に向かう第１方向に移動可能である。

Description

把持ツールおよび把持システム

　本発明の実施形態は、把持ツールおよび把持システムに関する。

　把持部を備えた把持ツールがある。把持部の内部には、粉粒体が設けられる。把持ツールは、把持部を把持対象のワークに接触させる。把持ツールは、ワークを吸着するとともに把持部の内部を減圧して固化させる。これにより、ワークが把持される。把持ツールは、把持力が高く、様々な形状や性質の物体を把持できることが望ましい。

特開２０１２－１７６４７６号公報

　本発明が解決しようとする課題は、把持力を高め、より多様なワークを把持することが可能な把持ツールおよび把持システムを提供することである。

第１実施形態に係る把持ツールの一部を表す斜視図である。第１実施形態に係る把持ツールの一部を表す断面図である。第１実施形態に係る把持ツールを表す模式断面図である。第１実施形態に係る把持ツールによる把持方法を表す断面図である。参考例に係る把持ツールの一部を表す断面図である。第２実施形態に係る把持ツールを表す模式断面図である。第３実施形態に係る把持ツールの一部を表す斜視断面図である。第３実施形態に係る把持ツールによる把持メカニズムを表す模式断面図である。第４実施形態に係る把持システムを表す概略図である。

　以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
　図面は模式的または概念的なものである。各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
　本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係る把持ツール１の一部を表す斜視図である。
　図２は、第１実施形態に係る把持ツール１の一部を表す断面図である。
　図３は、第１実施形態に係る把持ツール１を表す模式断面図である。

　図１および図２に表すように、第１実施形態に係る把持ツール１は、把持部１０および吸着パッド２０を備える。

　把持部１０は、環状である。把持部１０は、可撓性を有する。図２に表すように、把持部１０の内部には、粉粒体１５が設けられている。把持部１０は、保持部３０によって保持されている。吸着パッド２０は、把持部１０の内側に設けられている。吸着パッド２０は、把持部１０に囲まれている。吸着パッド２０は、把持部１０および保持部３０に対して移動可能に構成されている。

　より具体的には、吸着パッド２０は、パッド部２１および管状部材２２を有する。管状部材２２は、保持部３０に形成された孔３１に挿通されている。パッド部２１は、管状部材２２の一端に接続されている。管状部材２２は、孔３１の内側において、パッド部２１と管状部材２２とを結ぶ線方向へ摺動する。これにより、吸着パッド２０が把持部１０に対して線方向へ移動する。

　パッド部２１と管状部材２２とを結ぶ線方向は、例えば、上下方向である。パッド部２１と管状部材２２とを結ぶ線方向は、パッド部２１から管状部材２２に向かう第１方向（上方）と、第２部分１２から第１部分１１に向かう第２方向（下方）と、を含む。以下では、パッド部２１と管状部材２２との位置関係に基づくこれらの「上下方向」「上方」「下方」を用いて、実施形態の説明を行う。

　把持部１０および保持部３０には、排気ポート４０が設けられている。排気ポート４０は、把持部１０の内部空間と接続されている。排気ポート４０には、把持部１０の内部空間を減圧するための第１配管４１が接続されている。吸着パッド２０の管状部材２２の他端には、パッド部２１から空気を吸引するための第２配管４２が接続されている。

　把持部１０は、例えば、シリコーン樹脂、ゴム材料、またはアクリル樹脂などの高分子材料で構成される。粉粒体１５には、例えば、マイクロビーズ、シリコーン樹脂ビーズ、コーヒ豆、またはガラスビーズ等を用いることができる。

　図３に表すように、保持部３０は、連結部材５１を介して、ロボット５０と連結されている。ロボット５０の動作により、把持ツール１が上方または下方へ移動する。連結部材５１には、ガイド機構５２および摺動部材５３が設けられている。ガイド機構５２は、連結部材５１に固定されている。摺動部材５３は、このガイド機構５２に沿って上下方向に摺動する。摺動部材５３は、固定部材５４によって吸着パッド２０と固定されている。

　すなわち、ガイド機構５２は、把持部１０に対して固定されている。摺動部材５３は、吸着パッド２０に対して固定されている。このため、吸着パッド２０が上下方向に移動したとき、摺動部材５３は、ガイド機構５２に沿って上下方向に摺動する。

　固定部材５４と保持部３０との間には、弾性部材５５が設けられている。例えば、初期状態において、弾性部材５５は、自然長に対して引っ張られた状態にある。初期状態において、把持部１０および吸着パッド２０は、把持対象のワークに接触していない。初期状態において、摺動部材５３は、ガイド機構５２に対して限界まで下方へ摺動した位置にある。初期状態において、摺動部材５３は、ガイド機構５２に設けられた不図示のストッパによってロックされている。

　弾性部材５５で生じる弾性力は、ガイド機構５２および摺動部材５３で生じる抗力と釣り合う。吸着パッド２０には、把持部１０および保持部３０に対して下方に向けて力が加えられ、付勢されている。

　図４を参照しつつ、第１実施形態に係る把持ツール１による把持方法について説明する。
　図４は、第１実施形態に係る把持ツール１による把持方法を表す断面図である。
　図４では、第１配管４１および第２配管４２が省略されて表されている。

　まず、図３に表す初期状態にある把持ツール１は、把持対象のワークＷの上方へ移動する。次に、把持ツール１が、ワークＷに向けて下降する。図４（ａ）に表すように、吸着パッド２０がワークＷに接触する。この状態から把持ツール１がさらに下降する。吸着パッド２０がワークＷに向けて押圧されつつ、吸着パッド２０から空気が吸引される。これにより、ワークＷが吸着される。

　吸着パッド２０は、上述したように、把持部１０に対して下方に付勢されている。把持ツール１が下降すると、吸着パッド２０は、ワークＷから抗力が加わる。初期状態において、弾性部材５５は、弾性力を生じさせている。抗力が弾性力よりも大きくなると、弾性部材５５が伸びて摺動部材５３が上方へ摺動する。このとき、吸着パッド２０が把持部１０に対して上方へ移動する。これにより、吸着パッド２０のパッド部２１が把持部１０の下端よりも上方に移動する。図４（ｂ）に表すように、把持部１０がワークＷの外周に接触する。

　把持部１０がワークＷに接触し、ワークＷの外形に倣って変形する。この状態で、図４（ｃ）に表すように、把持部１０の内部が減圧される。これにより、把持部１０がワークＷの形状に沿って固化する吸着パッド２０によって吸着されたワークＷが、より大きな力で把持される。把持部１０および吸着パッド２０によってワークＷを把持した後は、図４（ｄ）に表すように、把持ツール１が上昇する。所定の位置までワークＷが、搬送される。

　第１実施形態に係る発明の効果について、図５を参照しつつ説明する。
　図５は、参考例に係る把持ツール１００の一部を表す断面図である。

　参考例に係る把持ツール１００は、吸着パッド２０を備えていない点で、第１実施形態に係る把持ツール１と異なる。把持ツール１００では、第２配管４２が、保持部３０の孔３１に直接接続されている。孔３１および第２配管４２を通して、把持部１０に囲まれた空間が減圧される。これにより、把持対象のワークが把持部１０に吸着される。

　例えば、ワークが通気性を有する場合、外部空間と把持部１０およびワークで囲われた空間との間で圧力差が生じ難い。把持ツールにおける吸引量が小さいと、ワークを十分に吸着できない。ワークが軟質である場合、把持後にワークが変形する。変形により生じた隙間から空気が漏れる。このため、把持部１０によってワークを把持することが難しい。従って、これら場合、ワークを強く吸着することで、把持力を高めることが望ましい。第２配管４２から吸引される単位時間当たりの吸引量が大きいほど、把持ツールにおける把持力を高めることができる。

　例えば、参考例に係る把持ツール１００において、第２配管４２における吸引量を大きくする。この場合、図５（ｂ）に表すように、把持部１０が第２配管４２に向けて吸引される。孔３１が塞がれ、ワークを吸着できない。このため、参考例に係る把持ツール１００では、吸引量を高めることができない。把持ツール１００においては、通気性を有するワークや、軟質なワークの把持が困難である。

　本実施形態に係る把持ツール１では、吸着パッド２０が設けられている。吸着パッド２０から気体が吸引されることで、保持部３０の孔３１から吸引する場合に比べて、把持部１０を吸い込み難くなる。
　この吸着パッド２０は、把持部１０に対して上方へ移動可能である。このため、例えば、吸着パッド２０が把持対象に接触して押圧された場合には、吸着パッド２０が把持部１０に対して上方へ移動する。例えば、吸着パッド２０は、把持部１０を吸い込むことを防止するために、より下方に位置される。この場合でも、吸着パッド２０が把持部１０と把持対象との接触の妨げになり難い。
　すなわち、本実施形態によれば、把持部１０の吸い込みを防止しつつ、把持部１０および吸着パッド２０による把持力を高め、より多様なワークを把持することが可能となる。

　より望ましくは、吸着パッド２０のパッド部２１は、図３に表したように、パッド部２１がワークに接触していない状態において、把持部１０よりも下方（第２方向側）に位置する。この構成によれば、吸着パッド２０から空気を吸引した際に、把持部１０が吸引されることをより確実に防止することが可能となる。

　図１～図４では、吸着パッド２０が、ガイド機構５２および摺動部材５３を介して把持部１０および保持部３０と連結されている例について説明した。本実施形態に係る把持ツール１は、これに限定されない。例えば、吸着パッド２０が、ロボット５０と異なる他のロボットと連結され、この他のロボットによって吸着パッド２０の昇降が制御されても良い。

　吸着パッド２０は、ガイド機構５２および摺動部材５３を介して把持部１０と連結されている。これにより、吸着パッド２０のワークへの押圧に応じて、吸着パッド２０が把持部１０に対して移動できる。従って、吸着パッド２０を移動させるための他のロボットが不要である。把持ツール１の構成がより簡易になる。把持ツール１を小型化できる。

　吸着パッド２０は、把持部１０に対して下方に付勢されている。これにより、吸着パッド２０をワークに押圧した際に、吸着パッド２０がワークからの抗力によって摺動することを抑制できる。すなわち、吸着パッド２０を、より大きな力でワークに押圧させることが可能となる。吸着パッド２０がワークに密着した状態で吸着パッド２０から空気を吸引でき、吸着パッド２０による吸着力を高めることが可能となる。

（第２実施形態）
　図６は、第２実施形態に係る把持ツール２を表す模式断面図である。
　第２実施形態に係る把持ツール２は、ガイド機構５２、摺動部材５３、固定部材５４、および弾性部材５５に代えて、シリンダ５６を備える点で、第１実施形態に係る把持ツール１と異なる。

　シリンダ５６は、固定部材５８を介して連結部材５１と固定されている。すなわち、シリンダ５６は、把持部１０および保持部３０に対して固定されている。シリンダ５６は、把持部１０とともに上昇または下降する。シリンダ５６の上端は、閉じている。シリンダ５６には、下方からピストン５７が挿入されている。ピストン５７は、吸着パッド２０と連結されている。シリンダ５６の内部の空間は、ピストン５７によって空間Ａと空間Ｂに分断されている。空間ＡおよびＢは、外部空間に対して気密である。空間Ａには、配管４３が接続されている。空間Ｂには、配管４４が接続されている。配管４３および４４を通して空間ＡおよびＢに空気が送られ、または抜かれる。これらの空間の圧力を調整することで、ピストン５７をシリンダ５６内において上方または下方に摺動させることができる。すなわち、空間ＡおよびＢの圧力を調整することで、吸着パッド２０を上方または下方に移動させることができる。

　把持ツール２を下降させ、吸着パッド２０をワークに押し当てる。吸着パッド２０がシリンダ５６に対して上方へ移動する。このとき、シリンダ５６内の空間Ａに空気を入れる。吸着パッド２０が下方に向けて押圧される。すなわち、本実施形態に係る把持ツール２では、シリンダ５６が、第１実施形態に係る把持ツール１におけるガイド機構５２および摺動部材５３と同様の機能を備える。吸着パッド２０を用いずに把持部１０のみを用いてワークを把持する場合、シリンダ５６内の空間Ｂに空気を入れる。これにより、吸着パッド２０を上方に移動させることができる。把持部１０を用いずに吸着パッド２０のみを用いてワークを把持する場合には、吸着パッド２０をワークに押圧しつつ、シリンダ５６内の空間Ａに空気を入れる。これにより、吸着パッド２０の上方への移動を抑制し、ワークに吸着パッド２０のみを接触させることができる。

　以上の通り、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、把持ツール２の構成をより簡易にできる。把持ツール２を小型化できる。さらに、本実施形態によれば、ワークを把持する際に、把持部１０および吸着パッド２０のいずれかを使用するか、またはこれらの両方を使用するかを適宜選択することが可能となる。

（第３実施形態）
　図７は、第３実施形態に係る把持ツール３の一部を表す斜視断面図である。
　第３実施形態に係る把持ツール３は、保持部３０の構造について、第１実施形態に係る把持ツール１と差異を有する。把持ツール３において、吸着パッド２０が把持部１０に対して上方に可動である点などは、把持ツール１と同様である。

　図７に表すように、保持部３０は、把持部１０の外周を保持している。吸着パッド２０は、把持部１０の中心に形成された孔１１に挿通されている。保持部３０が把持部１０の外周を保持していることで、把持部１０は、保持部３０の内側において上方に変形できる。

　図８は、第３実施形態に係る把持ツール３による把持メカニズムを表す模式断面図である。図８では、第１配管４１および第２配管４２が省略されて表されている。

　図８（ａ）に表す初期状態から、把持ツール３が下降する。図８（ｂ）に表すように、吸着パッド２０および把持部１０がワークＷに順次接触する。このとき、把持部１０がワークＷの形状に倣って変形する。この状態からさらに把持ツール３が下降する。図８（ｃ）に表すように、把持部１０が上方へ押し上げられるとともに、側方へ広がる。把持部１０がより大きく変形する。

　図８（ｃ）に表すように、把持部１０が上方へ変形可能に構成されていることで、把持部１０がより変形し易くなる。図８（ｂ）に表した状態に比べて、把持部１０とワークＷとの接触面積が増加する。これにより把持ツール３による把持力が向上する。
　把持部１０が変形し易くなると、空気を吸引した際に把持部１０が変形して塞がれる可能性が高まる。しかし、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に把持部１０の吸い込みを防止できる。このため、把持部１０を大きく変形させた場合でも、把持部１０の吸い込みを防止しつつ、把持ツール３の把持力をさらに高めることが可能となる。

　第３実施形態に係る把持ツール３において、第２実施形態に係る把持ツール２と同様に、ガイド機構５２、摺動部材５３、固定部材５４、および弾性部材５５に代えて、シリンダ５６が設けられていても良い。

（第４実施形態）
　図９は、第４実施形態に係る把持システム４を表す概略図である。
　第４実施形態の把持システム４は、把持ツール１、搬送ロボット９０、第１減圧装置９１、第２減圧装置９２、およびコントローラ９３を備える。

　搬送ロボット９０は、アーム９０ａを有する。アーム９０ａは、例えば複数の関節を有する。アーム９０ａの先端には、把持ツール１が取り付けられている。搬送ロボット９０は、コントローラ９３からの指令に従ってアーム９０ａを動作させ、ワークＷの把持および搬送を行う。

　第１減圧装置９１および第２減圧装置９２は、真空ポンプを有する。第１減圧装置９１は、図１に表した把持ツール１の第１配管４１と接続される。第２減圧装置９２は、把持ツール１の第２配管４２と接続される。コントローラ９３からの指令に従って第１減圧装置９１が駆動される。これにより、把持部１０の内部空間が減圧または大気開放される。コントローラ９３からの指令に従って第２減圧装置９２が駆動される。これにより、吸着パッド２０から空気が吸引されまたは吸引が停止される。

　コントローラ９３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＲＯＭ（Read Only Memory）、不揮発性のフラッシュメモリなどを有する。ＣＰＵでは、コントローラ９３における各種演算処理が実行される。ＲＯＭには、把持システム４の動作に必要な各種制御アリゴリズムや各種定数等が記憶される。フラッシュメモリには、ワークＷの搬送手順や、搬送状況等が適宜記憶して保存される。

　コントローラ９３は、フラッシュメモリに記憶されている搬送手順に従って、搬送ロボット９０、第１減圧装置９１、および第２減圧装置９２に指令を送出し、これらの動作を制御する。

　把持システム４が、第１実施形態に係る把持ツール１を備えることで、把持ツール１の把持力を高め、より多様なワークを把持することが可能となる。
　実施形態に係る把持システム４は、把持ツール１に代えて、第２実施形態または第３実施形態に係る把持ツール２または３を備えていても良い。

　以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

Claims

　可撓性を有し、内部に粉粒体が設けられた把持部と、
　ワークを吸着するパッド部と、前記パッド部に接続された管状部材と、を有し、前記把持部に囲まれた吸着パッドと、
　を備え、
　前記吸着パッドは、前記把持部に対して、前記パッド部から前記管状部材に向かう第１方向に移動可能である把持ツール。
　前記パッド部をワークに吸着させるとともに前記把持部に対して前記第１方向へ移動させ、且つ前記把持部を前記ワークに接触させて前記把持部の内部を減圧することで、ワークを把持する請求項１記載の把持ツール。
　前記吸着パッドのパッド部は、ワークに接触していない状態において、前記把持部よりも、前記第１方向と反対の第２方向側に位置する請求項１または２に記載の把持ツール。
　前記把持部に対して固定されたガイド機構と、
　前記吸着パッドに対して固定され、前記ガイド機構に沿って前記パッド部と前記管状部材とを結ぶ線方向に摺動する摺動部材と、
　をさらに備え、
　前記吸着パッドがワークに対して押圧された際に、前記吸着パッドが前記把持部に対して前記第１方向へ移動するとともに、前記摺動部材が前記ガイド機構に沿って前記第１方向へ摺動する請求項１～３のいずれか１つに記載の把持ツール。
　前記吸着パッドは、ワークに接触していない状態において、前記把持部に対して、前記第１方向と反対の第２方向に付勢されている請求項１～４のいずれか１つに記載の把持ツール。
　前記把持部の外周を保持する保持部をさらに備え、
　前記把持部は、前記パッド部と前記管状部材とを結ぶ線方向に変形可能である請求項１～５のいずれか１つに記載の把持ツール。
　前記把持部に対して固定されたシリンダと、
　前記シリンダ内に設けられ、前記パッド部と前記管状部材とを結ぶ線方向に摺動可能なピストンと、
　をさらに備え、
　前記管状部材は、前記ピストンに連結され、
　前記吸着パッドは、ワークに対して押圧された際に、前記ピストンが前記シリンダ内を前記第１方向へ摺動することで、前記把持部に対して前記第１方向へ移動する請求項１～３のいずれか１つに記載の把持ツール。
　アームを有するロボット機構と、
　前記アームの先端に取り付けられた、請求項１～７のいずれか１つに記載の前記把持ツールと、
　前記把持部の内部空間に接続され、前記内部空間を減圧するための第１減圧装置と、
　前記吸着パッドに接続され、前記吸着パッドから気体を吸引するための第２減圧装置と、
　前記ロボット機構、前記第１減圧装置、および前記第２減圧装置の動作を制御するコントローラと、
　を備えた把持システム。