WO2022137289A1

WO2022137289A1 - ロボットハンド装置のハンド部の着脱機構及びロボットハンド装置

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Publication number: WO2022137289A1
Application number: PCT/JP2020/047718
Authority: WO
Inventors: 健西田; 英夫東
Original assignee: ＫｉＱＲｏｂｏｔｉｃｓ株式会社
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-06-30

Abstract

ロボットハンド装置のハンド部の着脱機構１０は、ロボットハンド装置１１の先側に設けられ対象物をその両側から把持する第１、第２のハンド部１５、１６の挟持間隔を調整する位置調整手段１４を有し、第１、第２のハンド部１５、１６を、位置調整手段１４に取付けるワンタッチ着脱手段２１、２２が設けられ、ワンタッチ着脱手段２１、２２は、第１、第２のハンド部１５、１６による対象物の把持時に発生する負荷に対抗可能な第１、第２のハンド部１５、１６の位置決め機能を備えている。ロボットハンド装置１１には、ロボットハンド装置のハンド部の着脱機構１０が設けられている。

Description

ロボットハンド装置のハンド部の着脱機構及びロボットハンド装置

　本発明は、対象物を把持するロボットハンド装置のハンド部の着脱機構及びロボットハンド装置に関する。

　例えば、物流や産業では、作業の自動化が進められている。
　このような作業の自動化においては、種々のロボットハンドが使用されるが、例えば、使用によって消耗（損耗）したロボットハンドのハンド部（爪部）の交換作業や、作業の種類に合わせた形状のハンド部への変更作業等を行う必要があり、これら作業の簡易化が求められていた。
　このため、例えば、特許文献１に開示のロボットハンドの爪部交換機構が提案されていた。具体的には、ロボットによる爪部の自動交換システムの提案であり、ロボットアームの先端に取付けたハンド本体に着脱可能な一対の爪部を、これを保持するホルダーを用いて交換する技術である。

特許第６７０８３４０号公報

　しかしながら、特許文献１に開示の爪部交換機構は、ツールチェンジャに関する技術であり、また、交換作業のためにホルダーを別途必要とするため、例えば、ホルダーを製造するためのコストがかかり、また、使用にあってはホルダーを設置するためのスペースを確保する必要があった。

　本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、ハンド部の交換作業や変更作業等を簡易に行うことが可能なロボットハンド装置のハンド部の着脱機構及びロボットハンド装置を提供することを目的とする。

　前記目的に沿う第１の発明に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構は、ロボットハンド装置の先側に設けられ対象物をその両側から把持する第１、第２のハンド部の挟持間隔を調整する位置調整手段を有する第１、第２のハンド部の着脱機構であって、
　前記第１、第２のハンド部のいずれか一方又は双方からなるハンド部を、前記位置調整手段に取付けるワンタッチ着脱手段が設けられ、該ワンタッチ着脱手段は、前記第１、第２のハンド部による前記対象物の把持時に発生する負荷に対抗可能な前記ハンド部の位置決め機能を備えている。

　第１の発明に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構において、前記ワンタッチ着脱手段は、前記位置調整手段と前記ハンド部の基側にそれぞれ取付けられた互いに嵌合し合う第１、第２の嵌合部と、該第１、第２の嵌合部の嵌合状態を維持可能なフック部とを有することが好ましい。

　第１の発明に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構において、前記第１の嵌合部は断面凸状に形成された凸部を備え、前記第２の嵌合部は前記凸部に嵌合可能な断面凹状に形成された凹部を備え、前記凹部の対向する側壁部が、それぞれ平面視して前記第１、第２のハンド部の間隔調整方向と直交する方向に沿って配置されていることが好ましい。

　第１の発明に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構において、前記凹部の対向する前記側壁部には、平面視して前記凸部の両側方位置に配置される２本の係止ロッドが掛け渡され、
　前記ワンタッチ着脱手段は更に、前記凸部の一側方に配置され、一方の前記係止ロッドが係止可能な引っ掛け部を有し、前記凸部の他の側方に、他方の前記係止ロッドが係止可能な前記フック部が配置されていることが好ましい。

　第２の発明に係るロボットハンド装置は、第１の発明に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構を有している。

　本発明に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構及びロボットハンド装置は、ハンド部を位置調整手段に取付けるワンタッチ着脱手段が設けられ、このワンタッチ着脱手段が、第１、第２のハンド部による対象物の把持時に発生する負荷に対抗可能なハンド部の位置決め機能を備えているので、簡単な構成で、ハンド部の交換作業や変更作業等を簡易に行うことが可能になる。

本発明の実施例１に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構を適用したロボットハンド装置の斜視図である。同ロボットハンド装置のハンド部の着脱機構の位置調整手段側を下方から視た斜視図である。同ロボットハンド装置のハンド部の着脱機構のハンド部側を上方から視た斜視図である。同ロボットハンド装置のハンド部の着脱機構のハンド部の着脱状況を正面側から視た斜視図である。同ロボットハンド装置のハンド部の着脱機構のハンド部の着脱状況を背面側から視た斜視図である。（Ａ）は本発明の実施例２に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構を側面視した説明図、（Ｂ）は本発明の実施例３に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構を平面視した説明図である。

　続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
　図１に示す本発明の実施例１に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構（以下、単にハンド部の着脱機構とも記載）１０が設けられたロボットハンド装置１１は、産業用ロボットや協働ロボットであるロボットアームのエンドエフェクタ（即ち、グリッパ）として使用され、各種作業に適した把持動作を実施可能な装置である。ここで把持する対象物は、特に限定されるものではなく、例えば、各種機器、部品、食品等があり、その形状（例えば、棒状や板状、球状）、質量、大きさは様々である。
　以下、詳しく説明する。

　ロボットハンド装置１１は、図１、図２に示すように、内部に空間部１２を備えるベース部１３と、先側に設けられた対向する一対の第１、第２のハンド部（それぞれハンド部の一例）１５、１６とを有している。
　ハンド部の着脱機構１０は、ハンド部１５、１６の挟持間隔を調整する位置調整手段１４と、ハンド部１５、１６をそれぞれ位置調整手段１４に取付けるワンタッチ着脱手段２１、２２を有している。
　位置調整手段１４は、ベース部１３の外部に取付け固定されたリニアガイド（直動案内）１７と、ベース部１３内に、リニアガイド１７の長手方向に沿って配置されたボールねじ１８と、このボールねじ１８をその軸心を中心として双方向に回転駆動するモータ（図示しない）と、一対のハンド部１５、１６がそれぞれワンタッチ着脱手段２１、２２を介して取付けられるスライダ１９、２０とを有し、ハンド部１５、１６の間隔（挟持間隔）を調整する。
　リニアガイド１７は、スライダ１９、２０を移動可能に支持するものであり、このスライダ１９、２０の基部（図１では上部）はそれぞれ、ベース部１３内に配置されている。

　ボールねじ１８には、その軸心方向中央部を境界としてその両側に、互いに逆方向のねじ（右ねじと左ねじ）が切られ、このボールねじ１８の軸心方向両側（右ねじの領域と左ねじの領域）に、ベース部１３内に配置されたスライダ１９、２０の基部がそれぞれ螺合している。
　これにより、モータの駆動によってボールねじ１８を一方向に回転させた場合、２つのスライダ１９、２０が相互に離れる方向（対象物を放す方向）に移動するため、対向するハンド部１５、１６の間隔が広がる。また、モータの駆動によってボールねじ１８を他方向に回転させた場合、２つのスライダ１９、２０が相互に近接する方向（対象物を掴む方向、把持する方向）に移動するため、対向するハンド部１５、１６の間隔が狭まる。
　従って、一対のハンド部１５、１６により対象物をその両側から把持できる。

　一対のハンド部１５、１６はそれぞれ、図１、図３～図５に示すように、硬質の素材（例えば、金属製やプラスチック製）で構成された幅広の板状の芯材２３を有し、芯材２３の幅広となった面が向かい合うように（芯材２３の幅方向が、リニアガイド１７の長手方向（ボールねじ１８の軸心方向）とは直交する方向となるように）、ワンタッチ着脱手段２１、２２に取付け固定されている。この板状の芯材２３には、袋状の把持部２４が、先側から基部にかけて被せられた状態で取付け固定されている。なお、把持部２４は、ゴム製又は樹脂製の耐摩耗材（例えば、ウレタンゴム等）で構成され、その先側が、先端に向けて徐々に幅狭となっている。

　ワンタッチ着脱手段２１は、図１～図５に示すように、スライダ１９とハンド部１５の基側にそれぞれ取付けられた互いに嵌合し合う第１、第２の嵌合部２５、２６と、この第１、第２の嵌合部２５、２６の嵌合状態を維持可能なフック部２７とを有している。なお、ワンタッチ着脱手段２２も上記したワンタッチ着脱手段２１と同一の構成であるため、以下、ワンタッチ着脱手段２１についてのみ説明する。
　スライダ１９に取付け固定された第１の嵌合部２５は、その取付け側とは反対側に断面凸状に形成された凸部２８（平面視して直角四角形状）を備え、ハンド部１５の芯材２３の基側に取付け固定された第２の嵌合部２６は、その取付け側とは反対側に凸部２８に嵌合可能な断面凹状に形成された凹部２９を備えている。なお、ハンド部１５の芯材２３は、第２の嵌合部２６に対して鉛直下向きに取付け固定されている。

　第２の嵌合部２６の凹部２９を形成する両側壁部３０は、間隔を有して対向配置（平行に配置）され、それぞれが平面視して一対のハンド部１５、１６の移動方向（即ち、間隔調整方向）と直交する方向（９０度）に沿って配置されている。この両側壁部３０は、例えば、９０度±５度（好ましくは９０度±２度）の範囲内で、上記した移動方向に対して傾斜（交差）するように配置してもよい。なお、対向する側壁部３０の間隔は、凸部２８の突出部分の幅に略等しい（僅少の隙間を有する程度に僅かに広い）。
　この対向する側壁部３０には、平面視して、凸部２８と凹部２９が嵌合した状態で、凸部２８の両側方位置（側壁部３０の幅方向両側位置）に２本の係止ロッド３１、３２が平行に掛け渡されている。即ち、係止ロッド３１、３２の軸心方向を、平面視して一対のハンド部１５、１６の移動方向に合わせて（同じ方向にして）いる。

　第１の嵌合部２５の凸部２８の一側方には、上記した２本の係止ロッド３１、３２のうち、一方の係止ロッド３１が係止可能な、側面視してＪ字状（鉤状）の引っ掛け部３３が設けられている。
　また、第１の嵌合部２５の凸部２８の他の側方には、コイル状のばね材（弾性材）３４が挿通された回動軸３５の軸心方向両端部が取付け固定される一対の支持部３６が設けられ、この回動軸３５には他方の係止ロッド３２が係止可能な、側面視してＬ字状（鉤状）のフック部２７の上部（基部）が回動可能に設けられている。このばね材３４は、例えば、その軸心方向一側端部が凸部２８の側面等に接触し、その軸心方向他側端部がフック部２７に接触して、自由状態（フック部２７に負荷がかかってない状態）では、フック部２７の下端部を凸部２８の側面に付勢するものである。

　上記した支持部３６の下面は、凸部２８の下面よりも高い位置にあり、しかも、フック部２７の鉤状の内側上面よりも高い位置（例えば、係止ロッド３２の直径と同程度の高さ位置）にある。このため、フック部２７による係止ロッド３２の係止時には、この係止ロッド３２が、支持部３６の下面と、凸部２８の側面と、フック部２７の鉤状の内側上面とで、位置決めされる。
　また、フック部２７の鉤状下部（先部）の外周側には、側面視して、フック部２７の下端位置から上方にかけて、凸部２８側へ向けて傾斜した傾斜面３７が形成されている。このため、第２の嵌合部２６を、引っ掛け部３３に係止された係止ロッド３１を中心に回動させることで、係止ロッド３２がフック部２７の傾斜面３７に沿って移動し、凸部２８の側面とフック部２７との間隔を広げながら、凸部２８の側面とフック部２７との間に進入し、傾斜面３７の先端から離れた時点で、係止ロッド３２がフック部２７に係止され、ばね材３４によってフック部２７が係止ロッド３２を係止した状態を維持する。

　上記したように、平面視して、位置調整手段１４に対するハンド部１５、１６の回動方向（係止ロッド３１、３２の軸心方向とは直交する方向）が、一対のハンド部１５、１６の移動方向と直交する（前記した移動方向に対して傾斜でもよい）ため、回動方向と移動方向を同じにした場合と比較して、一対のハンド部１５、１６による対象物の把持時に発生する負荷（即ち、対向するハンド部１５、１６の間隔が先側に向けて開こうとする力）に対抗できる。
　従って、ワンタッチ着脱手段２１、２２は、ハンド部１５、１６の位置決め機能を備えている。
　なお、位置決め機能は更に、凸部２８に嵌合する凹部２９の両側壁３０からも得られる（即ち、両側壁３０が凸部２８の移動しようとする力の障壁となる）。

　続いて、本発明の実施例１に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構１０が設けられたロボットハンド装置１１の使用方法について説明する。
　まず、対象物の種類に応じて、使用する一対のハンド部１５、１６の種類を選択する。
　次に、ハンド部１５の基部に固定された第２の嵌合部２６の係止ロッド３１を、図４、図５に示すように、位置調整手段１４に取付けられた第１の嵌合部２５の引っ掛け部３３に係合する。そして、係止ロッド３１を引っ掛け部３３に引っ掛けた状態で、係止ロッド３１を軸心としてハンド部１５、１６（第２の嵌合部２６）を回動させ、第１の嵌合部２５の凸部２８に第２の嵌合部２６の凹部２９を嵌入させると共に、係止ロッド３２をフック部２７に係止させる。このとき、係止ロッド３２は、フック部２７の下側の傾斜面３７に沿って移動するため、フック部２７を操作することなく、第２の嵌合部２６を回動させる力で、係止ロッド３２をフック部２７に係止させることができる。

　上記した方法で、一対のハンド部１５、１６を位置調整手段１４に取付けた後は、例えば、モータの駆動によりボールねじ１８を一方向に回転させ、２つのスライダ１９、２０を相互に離れる方向に移動させて、対向するハンド部１５、１６の間隔を、把持する対象物の幅よりも広げる。そして、対向するハンド部１５、１６の間に対象物が位置するように、ロボットハンド装置１０を移動させる。
　次に、モータの駆動によりボールねじ１８を他方向に回転させ、２つのスライダ１９、２０を相互に近接する方向に移動させて、対向するハンド部１５、１６の間隔を狭めて、対象物をその両側から挟み込み（摘んで）把持する。
　ここで、使用によって消耗（損耗）したハンド部１５、１６を交換する場合や、作業の種類に合わせた形状の他のハンド部へ変更する場合は、図４、図５に示すように、フック部２７を、回動軸３５を中心に外側へ回動させて、係止ロッド３２からフック部２７を取外し、係止ロッド３１を軸心としてハンド部１５、１６を回動させた後、引っ掛け部３３から係止ロッド３１を取外す。

　なお、上記したハンド部の着脱機構１０の代わりに、図６（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ示す実施例２、３に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構（以下、単にハンド部の着脱機構と記載）を使用することもできる。なお、図６（Ａ）に示すハンド部の着脱機構の基本構成は、ハンド部の着脱機構１０と略同様であるため、同一部材には同一符号を付して詳しい説明を省略する。

　図６（Ａ）に示すハンド部の着脱機構は、凸部４０（凸部２８と略同様）の両側方に上記したフック部２７が設けられている（引っ掛け部３３の代わりにフック部２７を使用したものである）。
　このため、位置調整手段に対してハンド部を着脱する際は、凸部４０に対して凹部２９を上下方向に昇降させる。この場合、例えば、平面視して、凹部２９の領域内に１又は複数の凸部を設け、また、この凸部が嵌合可能な凹部を凸部４０の領域内に設けることで、一対のハンド部の移動時（使用時）における、ハンド部の位置決め機能を更に高めることができる。

　図６（Ｂ）に示すハンド部の着脱機構のワンタッチ着脱手段は、第１の嵌合部の凸部５０と、第２の嵌合部の凹部（図示しない）とが、互いに嵌合可能な構成となっている。
　平面視して凸部５０の両側には、凸部５０に対して進退可能な係合部５１、５２がそれぞれ設けられ、凸部５０に設けられた操作部５３により、凸部５０に対して係合部５１、５２の進退を行うことができる。例えば、操作部５３を、平面視して係合部５１、５２の進退方向とは直交する方向に、しかも、凸部５０のいずれか一方に突出するように設け、操作部５３と係合部５１、５２とをリンク機構（図示しない）で接続する。なお、凹部の両側壁部には、上記した係合部５１、５２が嵌入可能な穴（又は貫通孔）を形成する。また、係合部５１、５２の進退方向は、平面視して、一対のハンド部１５、１６の移動方向と直交する方向になっている。
　これにより、凸部５０から突出した操作部５３を、凸部５０に向けて押圧することで、係合部５１、５２と穴との嵌合状態と解除状態の切替えが可能になる。

　以上、本発明を、実施例を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施例に記載の構成に限定されるものではなく、請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施例や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施例や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のロボットハンド装置のハンド部の着脱機構を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
　前記実施例においては、ロボットハンド装置が有する一対のハンド部の双方が、それぞれワンタッチ着脱手段（位置決め部材を含む）を介して位置調整手段に取付けられた場合について説明したが、例えば、一方のハンド部のみを、ワンタッチ着脱手段を介して位置調整手段に取付けることもできる。この場合、他方のハンド部は、従来公知の構造により、位置調整手段に着脱可能に取付けることも、また、取付け固定することもできる。

　また、前記実施例に記載のロボットハンド装置のハンド部の着脱機構は、新規に製造するロボットハンド装置に適用する場合は勿論のこと、既存のロボットハンド装置に適用する場合も、本発明の権利範囲に含まれる。
　そして、前記実施例において、ハンド部の交換作業や変更作業等は、例えば、作業者が行うが、自動（ロボットアームの動き）で行うこともできる。
　更に、前記実施例においては、位置調整手段にボールねじを使用し、一対のハンド部を同時に離れる方向又は接近する方向に移動させた場合について説明したが、例えば、一対（双方）のハンド部にそれぞれモータを設けて個別に移動させることもでき、また、一方のハンド部のみにモータを設けて移動可能とし、他方のハンド部は固定して移動しない構成とすることもできる。

　本発明に係るロボットハンド装置のハンド部の着脱機構は、簡単な構成で、ハンド部の交換作業や変更作業等を簡易的に行うことができる。これにより、例えば、産業用ロボットや協働ロボットであるロボットアーム装置のエンドエフェクタとして有効に利用でき、物流や製造業での作業の自動化に寄与できる。

１０：ロボットハンド装置のハンド部の着脱機構、１１：ロボットハンド装置、１２：空間部、１３：ベース部、１４：位置調整手段、１５：ハンド部（第１のハンド部）、１６：ハンド部（第２のハンド部）、１７：リニアガイド、１８：ボールねじ、１９、２０：スライダ、２１、２２：ワンタッチ着脱手段、２３：芯材、２４：把持部、２５：第１の嵌合部、２６：第２の嵌合部、２７：フック部、２８：凸部、２９：凹部、３０：側壁部、３１、３２：係止ロッド、３３：引っ掛け部、３４：ばね材、３５：回動軸、３６：支持部、３７：傾斜面、４０：凸部、５０：凸部、５１、５２：係合部、５３：操作部

Claims

　ロボットハンド装置の先側に設けられ対象物をその両側から把持する第１、第２のハンド部の挟持間隔を調整する位置調整手段を有する第１、第２のハンド部の着脱機構であって、
　前記第１、第２のハンド部のいずれか一方又は双方からなるハンド部を、前記位置調整手段に取付けるワンタッチ着脱手段が設けられ、該ワンタッチ着脱手段は、前記第１、第２のハンド部による前記対象物の把持時に発生する負荷に対抗可能な前記ハンド部の位置決め機能を備えていることを特徴とするロボットハンド装置のハンド部の着脱機構。
　請求項１記載のロボットハンド装置のハンド部の着脱機構において、前記ワンタッチ着脱手段は、前記位置調整手段と前記ハンド部の基側にそれぞれ取付けられた互いに嵌合し合う第１、第２の嵌合部と、該第１、第２の嵌合部の嵌合状態を維持可能なフック部とを有することを特徴とするロボットハンド装置のハンド部の着脱機構。
　請求項２記載のロボットハンド装置のハンド部の着脱機構において、前記第１の嵌合部は断面凸状に形成された凸部を備え、前記第２の嵌合部は前記凸部に嵌合可能な断面凹状に形成された凹部を備え、前記凹部の対向する側壁部が、それぞれ平面視して前記第１、第２のハンド部の間隔調整方向と直交する方向に沿って配置されていることを特徴とするロボットハンド装置のハンド部の着脱機構。
　請求項３記載のロボットハンド装置のハンド部の着脱機構において、前記凹部の対向する前記側壁部には、平面視して前記凸部の両側方位置に配置される２本の係止ロッドが掛け渡され、
　前記ワンタッチ着脱手段は更に、前記凸部の一側方に配置され、一方の前記係止ロッドが係止可能な引っ掛け部を有し、前記凸部の他の側方に、他方の前記係止ロッドが係止可能な前記フック部が配置されていることを特徴とするロボットハンド装置のハンド部の着脱機構。
　請求項１～４のいずれか１項に記載のロボットハンド装置のハンド部の着脱機構が設けられたことを特徴とするロボットハンド装置。