WO2023182422A1 - 把持ツール、把持ユニットおよびハンドリングシステム - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
- B25J15/0028—Gripping heads and other end effectors with movable, e.g. pivoting gripping jaw surfaces
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- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
- B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
Definitions
- Embodiments of the present invention relate to gripping tools, gripping units, and handling systems.
- a picking robot equipped with a robot hand having a gripping unit is conventionally known.
- This type of gripping unit holds an article by gripping it with a plurality of gripping claws.
- a moment due to inertial force acts on the gripping unit.
- the problem to be solved by the present invention is to provide a gripping tool, a gripping unit, and a handling system that can reliably and stably grip objects of various shapes.
- the gripping tool of the embodiment is provided to be able to grip an object and has a plurality of gripping parts extending in one direction.
- the clamping section includes a clamping body having a flat clamping surface intersecting a clamping direction in which the object is clamped, a friction-retaining elastic member disposed on the clamping surface side of the clamping body, and a friction-retaining elastic member disposed on the clamping surface side of the clamping body.
- An elastic body disposed between the member and the clamping surface and having a lower elastic modulus than the friction-retaining elastic member.
- the holding surface has deformation regulating parts that are provided on both sides of the holding surface in a width direction that intersects with the extending direction of the holding part, and that restrict deformation of the elastic body in the width direction.
- FIG. 1 is a schematic diagram of a picking robot according to an embodiment.
- FIG. 2 is a side view of the robot hand of the embodiment.
- FIG. 3 is a front view of the robot hand of the embodiment.
- FIG. 4 is a perspective view of the main parts of the gripping unit.
- FIG. 5 is a perspective view of the main parts of the gripping unit.
- FIG. 6 is a side view of the clamping claw.
- FIG. 7 is an exploded perspective view of the clamping claw.
- FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view of the clamping claw.
- FIG. 9 is a front view of the clamping claw.
- FIG. 10A is a perspective view of the clamping body of the clamping claw.
- FIG. 10B is a perspective view of the arrangement of the elastic bodies of the clamping claws.
- FIG. 10C is a perspective view of the arrangement of the friction-retaining rubber members of the gripping claws.
- An XYZ Cartesian coordinate system is used to describe the gripping tools, gripping units, and handling systems of the embodiments.
- the Z-axis direction corresponds to the vertical direction, with the +Z direction defined as upward and the -Z direction defined as downward.
- the X-axis direction and the Y-axis direction are orthogonal to each other in the horizontal plane. In the horizontal plane, the gripping direction in which the gripping claws 40 of the gripping unit 21 (described later) open and close is defined as the X-axis direction.
- the direction perpendicular to the clamping direction in which the clamping claws 40 open and close is defined as the Y-axis direction.
- the X-axis direction may be referred to as the sandwiching direction
- the Y direction may be referred to as the width direction
- the Z direction may be referred to as the extending direction, as necessary.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a picking robot 10 of this embodiment.
- the picking robot 10 (handling system) includes a robot hand 11, an arm 12, and a control section 13.
- the robot hand 11 holds an object P to be transported.
- Arm 12 moves robot hand 11 to a predetermined location.
- the control unit 13 controls each part of the robot hand 11 and arm 12. The configuration of the robot hand 11 will be explained in detail later.
- the configuration and operation of the picking robot 10 will be outlined below.
- the picking robot 10 is used, for example, as a picking robot for physical distribution.
- the picking robot 10 holds various objects P placed in various situations at a transport source S1 and moves them to a transport destination S2.
- the use of the picking robot 10 is not limited to logistics use, but can be widely applied to industrial use and other uses.
- the picking robot 10 of this embodiment is not limited to a device whose main purpose is to transport objects P, but also includes devices that transport or move articles as part of other purposes, such as assembly of products, for example.
- the transport source S1 is, for example, various conveyors, pallets, containers, etc., but is not limited to these.
- a plurality of types of objects P having different sizes and weights are placed in random positions with arbitrary postures.
- the size of the object P to be transported varies, for example, from about several cm square to about several tens of cm square.
- the weight of the object P varies, for example, from about several tens of grams to several kilograms. Note that the dimensions and weight of the object P are not limited to the above example.
- the transport destination S2 is, for example, various conveyors, pallets, containers, etc., but is not limited to these.
- the containers of the transport source S1 and the transport destination S2 broadly refer to members capable of accommodating the object P, for example, box-shaped members.
- the arm 12 is composed of, for example, a six-axis vertical multi-joint arm.
- the arm 12 includes a plurality of arm members 15 and a plurality of joints 16.
- the joint part 16 rotatably connects the arm members 15 connected to the joint part 16.
- the arm 12 may be configured, for example, as a four-axis vertical multi-joint arm, or as a three-axis orthogonal arm.
- the arm 12 may be a mechanism for moving the robot hand 11 to a desired position by a configuration other than a vertical multi-joint arm or an orthogonal arm.
- the arm 12 includes a sensor that detects the angle formed by the arm member 15 at each joint 16.
- the picking robot 10 further includes sensors installed near the transport source S1 and the transport destination S2.
- the sensor includes, for example, an RGB-D sensor, a camera, a contact sensor, a distance sensor, and the like.
- the sensor acquires, for example, information regarding the object P placed at the transport source S1, information regarding the status of the transport source S1 or the transport destination S2, and the like.
- the control unit 13 manages and controls each part of the picking robot 10.
- the control unit 13 acquires various information detected by the sensors, and controls the position and operation of the robot hand 11 based on the acquired information.
- the control unit 13 is composed of a microcomputer including a processor such as a CPU (Central Processing Unit).
- the control unit 13 is realized by, for example, a processor such as a CPU executing a program stored in a memory or an auxiliary storage device.
- At least a part of the control unit 13 may be realized by hardware such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array), or collaboration between software and hardware. It may be realized by
- FIG. 2 is a side view of the robot hand 11 viewed from the +X direction.
- FIG. 3 is a front view of the robot hand 11 seen from the -Y direction.
- a view of each device viewed from the +X direction is referred to as a side view
- a view of each device viewed from the ⁇ Y direction is referred to as a front view.
- the robot hand 11 includes a base plate 20, a gripping unit 21, a suction unit 22, and a force sensor 23.
- the base plate 20 is a plate-shaped member and has a first surface 20a and a second surface 20b facing each other.
- the base plate 20 supports a gripping unit 21 and a suction unit 22.
- Gripping unit 21 and suction unit 22 face first surface 20a of base plate 20.
- the gripping unit 21 and the suction unit 22 are arranged side by side in the Y-axis direction.
- the base plate 20 is arranged only on one side of the gripping unit 21 and the suction unit 22, and is not arranged on the other side. That is, the gripping unit 21 and the suction unit 22 are not sandwiched between the base plate 20 from both sides, but are supported by a cantilever structure with respect to the base plate 20.
- the suction unit 22 is arranged facing the first surface 20a of the base plate 20.
- the gripping unit 21 is arranged on the side opposite to the side where the base plate 20 is located with respect to the suction unit 22. That is, these two units 21 and 22 are arranged in the order of suction unit 22 and gripping unit 21 from the first surface 20a side of base plate 20.
- a portion of the base plate 20, a portion of the suction unit 22, and a portion of the gripping unit 21 are arranged at positions overlapping each other when viewed from the normal direction (Y-axis direction) of the first surface 20a.
- the suction unit 22 has a plurality of suction pads 32.
- the suction unit 22 uses a plurality of suction pads 32 to hold the object P in a negative pressure suction manner.
- the suction unit 22 is rotatably supported by the base plate 20 in a plane parallel to the first surface 20a (in the XZ plane).
- the gripping unit 21 includes a gripping tool 40A having a plurality of gripping claws 40 (gripping portions).
- the gripping unit 21 uses a plurality of gripping claws 40 to grip and hold the object P from the sides (X-axis direction).
- the gripping unit 21 is rotatably supported by the base plate 20 in a plane parallel to the first surface 20a (in the XZ plane).
- the force sensor 23 is placed on the top of the base plate 20.
- the force sensor 23 detects the load that the clamping claw 40 receives when the clamping claw 40 comes into contact with an arbitrary object such as a floor, a wall, another obstacle, or an object P.
- the detected value of the force sensor 23 is output to the control section 13 and used to control various operations of the gripping unit 21.
- the robot hand 11 has a switching function, a posture change function, and an opening/closing function.
- the switching function is a function of switching which of the gripping unit 21 and suction unit 22 to use for holding the object P depending on the object P.
- the posture change function has a function of changing the posture of the gripping unit 21 and a function of changing the posture of the suction section 31 including the plurality of suction pads 32.
- the opening/closing function is a function of opening and closing the clamping claws 40.
- the robot hand 11 includes a first motor 35, a second motor 36, a third motor 37, and a fourth motor 38.
- the rotation of the first motor 35 is transmitted to the gripping unit 21 via a rotation transmission mechanism (not shown).
- the gripping unit 21 is rotated by a first motor 35 .
- the attitude in which the holding center line H1 points vertically downward is defined as 0°.
- the gripping unit 21 can change its posture so that the holding center line H1 faces, for example, in a counterclockwise direction forming an angle - ⁇ . Contrary to FIG. 3, the gripping unit 21 can also change its posture so that the holding center line H1 is oriented clockwise at an angle + ⁇ . In this way, the plurality of clamping claws 40 can change their posture.
- the holding center line H1 is a straight line parallel to the Z-axis at the initial position of the gripping unit 21 (the position before the posture change), and is a straight line parallel to the center of the two gripping claws 40 in the opening/closing direction (X-axis direction). It is defined as a straight line passing through the center of one clamping claw 40 in the width direction (Y-axis direction).
- the gripping unit 21 and the suction unit 22 are rotated together by the driving force of the first motor 35.
- the second motor 36 rotates together with the rotation of the first motor 35.
- the suction unit 22 is rotated by the driving force of the second motor 36 in a direction that offsets a change in the posture of the suction unit 22 due to a change in the posture of the gripping unit 21 .
- the driving force of the third motor 37 is transmitted to the suction section 31 including the plurality of suction pads 32 via a rotation transmission mechanism (not shown). As a result, the suction section 31 rotates with the rotation of the third motor 37, and its posture is changed.
- the gripping unit 21 includes a plurality of (two in this embodiment) gripping claws 40, a gripping claw opening/closing part 26 (gripping part opening/closing part), a base member 71, and a linear guide 72 (see FIG. (see 4).
- the clamping claw opening/closing section 26 includes a link section 51, a first gear 61, a second gear 62, and a third gear 63.
- the gripping unit 21 of this embodiment includes two gripping claws 40 connected to a link portion 51. Note that the number of clamping claws 40 may be three or more and is not particularly limited.
- the link portion 51 is composed of two parallel links 52. Each of the two clamping claws 40 is connected to each of the two parallel links 52. Due to the movement of the link portion 51, the two gripping claws 40 move in the direction in which the distance between them increases while rising in the height direction of the gripping unit 21, and in the direction in which the distance between them narrows while descending in the height direction of the gripping unit 21. Open and close by moving.
- the first gear 61 is connected to the fourth motor 38.
- the second gear 62 meshes with the first gear 61.
- the third gear 63 meshes with the second gear 62.
- the two clamping claws 40 perform either an opening operation or a closing operation depending on which direction the second gear 62 and the third gear 63 rotate.
- FIG. 4 is a perspective view showing the main parts of the gripping unit 21.
- the base member 71 is composed of a plate-shaped member.
- the base member 71 has a first surface 71a facing inward in the clamping direction X, and a second surface 71b opposite to the first surface 71a.
- the upper end of the base member 71 is connected to the parallel link 52.
- a linear guide 72 extending along the length direction (Z-axis direction) of the base member 71 is provided on the first surface 71 a of the base member 71 .
- a pair of linear guides 72 are provided in the width direction Y on the first surface 71a of the base member 71.
- the clamping claw 40 is supported by the linear guide 72 so as to be movable in parallel. That is, the holding claws 40 are guided by a pair of left and right linear guides 72 provided on the first surface 71a of the base member 71, and are movable along the length direction (Z-axis direction) of the linear guides 72.
- FIG. 5 is a perspective view of the sheet-like thin plate member (object P) before being held by the holding claws 40.
- FIG. 6 is a side view of the clamping claw 40.
- FIG. 7 is an exploded perspective view of the holding claw 40.
- the two clamping claws 40 have the same configuration.
- the two clamping claws 40 are arranged such that clamping surfaces 41a, which will be described later, face each other.
- the gripping claws 40 are made of a rigid body (for example, stainless steel such as SUS303) and have a flat gripping surface 41a intersecting the gripping direction X that grips the object P.
- an elastic body 42 disposed on the clamping surface 41a of the claw body 41; and a friction-retaining rubber member 43 (friction-retaining elastic member) laminated on the opposite surface in the clamping direction X from the clamping surface 41a of the elastic body 42.
- a tip elastic member 44 provided at the tip portion 40b and having a higher elastic modulus than the elastic body 42.
- the clamping surface 41a is arranged on the inner side of the claw body 41 in the clamping direction X (on the side where the object P is located).
- the length in the extending direction Z is 100 mm
- the minimum width of the tip in the width direction Y is 20 mm or less
- the minimum thickness of the tip 40b in the nail thickness direction is 8 mm or less
- the shape is tapered in both the thickness direction and the thickness direction.
- the longitudinal direction of the claw body 41 is defined as the extension direction Z
- the direction intersecting the extension direction Z within the plane of the clamping surface 41a is defined as the width direction Y
- the clamping surface 41a The direction perpendicular to the surface direction is defined as the thickness direction (pinching direction X).
- the holding surface 41a is within the YZ plane, and its width is orthogonal to the Z-axis direction.
- FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view of the holding claw 40.
- FIG. 9 is a front view of the clamping claw 40.
- FIG. 10A is a perspective view of the claw body 41 of the clamping claw 40.
- FIG. 10B is a perspective view of the elastic body 42 arranged in the recess 45 of the claw body 41.
- FIG. 10C is a perspective view of a friction-retaining rubber member disposed on the surface of the elastic body 42.
- the claw body 41 has a base end portion 41A and a clamping portion 41B. The base end portion 41A is attached to the linear guide 72 of the gripping unit 21.
- the clamping part 41B is connected to the distal end side of the base end part 41A in the extending direction Z, and has a clamping surface 41a.
- the clamping part 41B is provided with a cover member 41C (see FIG. 5) that covers the outer peripheral side of the clamping part 41B.
- the claw body 41 includes a displacement sensor 73 (see FIG. 4) and a transmission type sensor 74.
- both side surfaces 41d of the base end portion 41A which face each other in the width direction Y and extend in the extension direction Z, are parallel to each other.
- the outer surface 41c of the base end portion 41A on the outside in the clamping direction X is connected to the base member 71 via a linear guide 72.
- the claw main body 41 can be displaced in the extending direction Z by moving in parallel along the linear guide 72.
- the clamping claws 40 can be expanded and contracted with respect to the base member 71 by the claw main body 41 moving in parallel along the linear guide 72 .
- the holding part 41B holds the object P with the holding surface 41a in contact with the object P.
- a pair of side surfaces 41e facing each other in the width direction Y form a tapered surface that slopes inward in the width direction Y toward the tip in the extension direction Z, and has a tapered shape when viewed from the clamping direction X.
- the width of the tip portion 40b of the holding portion 41B is, for example, less than 20 mm.
- the thickness of the clamping part 41B in the clamping direction X becomes smaller toward the tip end 40b.
- the holding portion 41B has a tapered shape when viewed from the width direction Y.
- the clamping surface 41a of the clamping part 41B includes a recess 45 (deformation regulating part) that regulates deformation of the elastic body 42 in the width direction Y.
- the recess 45 has a substantially trapezoidal shape when viewed from the front in the clamping direction X (see FIG. 8).
- the recess 45 has a pair of first inner wall surfaces 451a and 451b, a second inner wall surface 452, and a third inner wall surface 441.
- the pair of first inner wall surfaces 451a and 451b are provided on both sides in the width direction Y orthogonal to the extension direction Z.
- the second inner wall surface 452 connects the base ends of the pair of first inner wall surfaces 451a and 451b in the extending direction Z in the width direction Y.
- the third inner wall surface 441 is provided on the tip elastic member 44 and connects the other proximal ends of the pair of first inner wall surfaces 451a and 451b in the extending direction Z.
- the recessed portion 45 forms a sandwiching surface 41a on the inner side, the entire circumference of which is surrounded by inner wall surfaces 451a, 451b, 452, and 441 forming four sides.
- the first inner wall surfaces 451a and 451b are provided separately from the claw body 41, but they may be provided integrally with the claw body 41.
- the material of the elastic body 42 is foamable (porous elastic member), that is, has a certain degree of flexibility, and is said to be a material with a low elastic modulus. materials are used.
- the elastic body 42 include ethylene propylene diene rubber (EPDM), neoprene, EPT, NBR (nitrile), NR (natural rubber), SBR (styrene butadiene rubber), urethane, etc.
- EPDM ethylene propylene diene rubber
- neoprene EPT
- NBR nitrile
- NR natural rubber
- SBR styrene butadiene rubber
- urethane etc.
- a thin plate-like sponge rubber having a thickness of about 3 mm can be used.
- the thickness of the elastic body 42 is greater than the thickness of the friction-retaining rubber member 43.
- the elastic body 42 having a thickness of 3 mm when the object P is clamped, when it is pressed in the thickness direction (that
- the planar shape of the elastic body 42 viewed from the clamping direction X is approximately the same as the planar shape of the recess 45.
- the elastic body 42 is bonded with the first surface 42 a facing inward in the clamping direction X and the second surface 42 b facing the clamping surface 41 a in the recess 45 .
- the elastic body 42 is fitted into the recess 45.
- the second surface 42b of the elastic body 42 is bonded with an adhesive or the like in surface contact with the clamping surface 41a, which is the bottom surface of the recess 45.
- the elastic body 42 is held by the pair of first inner wall surfaces 451a, 451b, second inner wall surface 452, and third inner wall surface 441.
- the elastic body 42 fitted into the recess 45 is provided so that the first surface 42a does not protrude outward from the recess 45. That is, the first surface 42a of the elastic body 42 is located inside the position of the inner surface 41f of the claw body 41.
- the center of the elastic body 42 is provided with an opening 421 that penetrates in the thickness direction.
- the material of the friction-retaining rubber member 43 may be, for example, a material that can be embossed on the surface (first surface 43a) and has a higher elastic modulus than the member of the elastic body 42. is used.
- the friction-retaining rubber member 43 include NR (natural rubber), SBR (styrene-butadiene rubber), BR (butadiene rubber), IIR (butyl rubber), etc.
- NR natural rubber
- SBR styrene-butadiene rubber
- BR butadiene rubber
- IIR butyl rubber
- the friction-retaining rubber member 43 has a characteristic that it can be bent to follow the elastic deformation of the elastic body 42 .
- the friction retaining rubber member 43 it is possible to use an applicable elastic body other than the above-mentioned rubber member.
- the planar shape of the friction retaining rubber member 43 viewed from the clamping direction X is approximately the same as the planar shape of the recess 45 and the elastic body 42.
- the friction-retaining rubber member 43 is laminated on the first surface 42a of the elastic body 42, and is adhered to the first surface 42a in surface contact with an adhesive or the like.
- the distal end of the friction holding rubber member 43 extends longer toward the distal end than the distal end of the elastic body 42 .
- the friction holding rubber member 43 laminated on the elastic body 42 has a part on the second surface 43b side located in the recess 45, and a first surface 43a on the proximal end 41A of the claw body 41. It protrudes inward from the inner surface in the clamping direction X.
- the friction-retaining rubber member 43 has an opening 431 in its center that penetrates in the thickness direction.
- the tip elastic member 44 is provided at the tip portion 41b of the claw body 41, and is made of a member having a higher elastic modulus than the elastic body 42.
- the tip elastic member 44 is made of a material such as nitrile rubber (NBR) or resin having a hardness of about 70, for example.
- the tip elastic member 44 is fixed to the tip of the holding portion 41B of the claw body 41 with a screw or the like.
- the tip elastic member 44 has a tip tapered surface 44b whose thickness decreases toward the tip on the outer surface opposite to the clamping surface 41a in the clamping direction X when viewed from the width direction Y.
- the tip tapered surface 44b is flush with and continuous with the main body tapered surface 41g of the holding portion 41B shown in FIG.
- the width dimension of the distal end elastic member 44 in the width direction Y when viewed from the clamping direction X becomes thinner toward the distal end side. That is, the tip elastic member 44 has a tapered shape in both width and thickness.
- the inner surface of the tip elastic member 44 on the inner side in the clamping direction X has a third inner wall surface 441 that constitutes the tip side inner wall surface of the recess 45 described above.
- a fixing protrusion 442 is formed on the tip elastic member 44 and is fixed to the tip 41b of the holding portion 41B of the claw body 41 with a screw or the like.
- the fixing protrusion 442 has a screw hole 442a.
- the transparent load sensor 74 is embedded in the gripping surface 41a of the claw body 41.
- the presence sensor 74 installed on one of the gripping claws 40 connects to the presence sensor 74 installed on the other gripping claw 40 through openings 421 and 431 provided in the elastic body 42 and the friction-retaining rubber member 43. opposite.
- the openings 421 and 431 are openings for transmitting the detection laser beam of the transmission type inventory sensor 74.
- the presence sensor 74 detects the presence or absence of an object located between the two gripping claws 40 by detecting transmission or blocking of light such as visible light or infrared light.
- the displacement sensor 73 is arranged above the base member 71.
- the displacement sensor 73 detects the amount of displacement of the clamping claw 40 when the clamping claw 40 comes into contact with an arbitrary object and the clamping claw 40 is displaced.
- the mechanism by which the displacement sensor 73 detects the amount of displacement of the clamping claw 40 is that when the clamping claw 40 comes into contact with an object and escapes (displaces), the distance between the clamping claw 40 and the displacement sensor 73 changes.
- the sensor 73 detects the amount of displacement of the holding claw 40 based on the amount of change in this distance.
- the detected value of the displacement sensor 73 is output to the control section 13 and used to control the operation of the holding claws 40.
- various displacement sensors are used, such as a laser displacement sensor, a magnetic displacement sensor, and a capacitive displacement sensor.
- the control unit 13 shown in FIG. 1 receives the detection signal from the displacement sensor 73 and determines whether to control the operation of the holding claws 40 based on the detected value of the displacement sensor 73.
- the gripping tool 40A is provided so as to be able to grip the object P, and has a plurality of gripping claws 40 extending in one direction.
- the gripping claw 40 includes a claw body 41 having a planar clamping surface 41a intersecting the clamping direction X that clamps the object P, and a friction-retaining rubber member 43 disposed on the clamping surface 41a side of the claw body 41.
- An elastic body 42 is disposed between the friction-retaining rubber member 43 and the clamping surface 41a and has a lower elastic modulus than the friction-retaining rubber member 43.
- the clamping surface 41a is provided on both sides of the clamping surface 41a in the width direction Y that intersects with the extending direction Z of the clamping claws 40, and has recesses 45 (deformation regulating portions) that restrict deformation of the elastic body 42 in the width direction Y. ).
- the elastic body 42 which can be elastically deformed in the holding direction X, follows the shape of the surface of the object P to be held. It is elastically deformed. At this time, the elastic body 42 can stably hold the object P due to the reaction force that tends to elastically return to the initial state. Further, the friction holding rubber member 43 deforms (curves) in accordance with the deformation of the elastic body 42 and comes into contact with the held surface of the object P, thereby generating a frictional force.
- the reaction force of the elastic body 42 increases because the deformation in at least the width direction Y that follows the shape of the held surface of the object P is restricted by the recess 45 (deformation restriction portion). Therefore, the frictional force for holding the object P can be increased, and the surface of the object P to be held can be held securely.
- the gripping claws 40 with the object P gripped can be moved by the moment generated by the inertia force during horizontal movement.
- the object P can be held stably without shifting or falling. In this manner, in this embodiment, it is possible to reliably and stably hold objects P of various shapes, such as the above-mentioned cylindrical objects P having different outer diameters.
- the claw body 41 is a rigid body. According to this configuration, since the elastic body 42 does not deform with respect to the claw body 41, the recess 45 ensures that the elastic body 42 is prevented from deforming at least in the width direction Y following the shape of the held surface of the object P. The reaction force increases as a result of this regulation.
- the deformation regulating portion is a recess 45 having at least a pair of inner wall surfaces facing each other in the width direction Y.
- the elastic body 42 is held by a pair of inner wall surfaces 451a and 451b of the recess 45.
- the elastic body 42 held inside the recess 45 is elastically deformed following the shape of the held surface.
- the outer peripheral portion 42c of the elastic body 42 held in the recess 45 is covered from the outside in the width direction Y by a pair of opposing inner wall surfaces 451a and 451b forming the recess 45. Therefore, the outer peripheral portion 42c of the elastic body 42 can be protected from damage, and furthermore, the deterioration of the elastic body 42 can be suppressed, so that durability can be improved.
- the recess 45 further includes a pair of inner wall surfaces 452 and 441 in a direction intersecting the direction in which the pair of inner wall surfaces 451a and 451b face each other.
- the outer peripheral portion 42c of the elastic body 42 held in the recess 45 is covered from the outside in the width direction Y by a pair of opposing inner wall surfaces 451a and 451b forming the recess 45, and deformation (in the width direction Y) is restricted.
- the second inner wall surface 452 and the third inner wall surface 441 restrict the deformation of the holding surface 41a of the holding portion 41B in the extending direction Z intersecting the width direction Y of the elastic body 42. It turns out.
- the friction holding rubber member 43 is deformable in accordance with the deformation of the elastic body 42. According to this configuration, since the friction holding rubber member 43 can be curved following the elastic deformation of the elastic body 42, the reaction force (bulge) of the elastic body 42 can be transferred to the object P via the friction holding rubber member 43. This allows for a better gripping effect.
- the friction holding rubber member 43 extends longer than the elastic body 42 at the end in one direction where the gripping claw 40 extends. According to this configuration, the friction-retaining rubber member 43 is arranged in a portion where the elastic body 42 is not arranged on the tip side of the gripping claw 40, and the contact area of the friction-retaining rubber member 43 in the gripping region of the object P to be gripped is increased. can improve the retention function.
- the width in the width direction Y and the thickness in the gripping direction X become smaller as the gripping claws 40 extend toward the end in one direction (here, the tip end 40b).
- the distal end portion 40b of the clamping claw 40 has a tapered shape, so that the clamping claw 40 can be easily inserted into a gap between, for example, closely spaced objects P. Therefore, the gripping tool 40A can reliably grip the desired object P to be gripped.
- the width of one end portion (here, the tip portion 40b) of the gripping claw 40 is less than 20 mm. According to this configuration, for example, the holding claws 40 can be more easily inserted into the gaps between closely arranged objects P without interfering with each other. Therefore, the gripping tool 40A can accurately access the gripping position for the desired object P to be gripped.
- the end portion (here, the tip portion 41b) is provided with a tip elastic member 44 having a higher elastic modulus than the elastic body 42.
- a tip elastic member 44 having a higher elastic modulus than the elastic body 42.
- the outer surface of the tip elastic member 44 on the side opposite to the pinching surface 41a in the pinching direction X has a tip tapered surface 44b whose thickness decreases toward the tip.
- the extending direction Z of the holding claws 40 is tilted toward the horizontal direction from the vertical direction, and the distal end tapered surface 44b of the distal end elastic member 44 is aligned along the installation surface of the object P.
- the clamping operation can be performed by moving the That is, since the tip elastic member 44 has the tip tapered surface 44b on the outer surface, the tip elastic member 44 can be easily placed between the installation surface and the lower part of a thin part such as the edge of the object P such as a flat blister pack. can be inserted. Therefore, the thin parts of the object P can be scooped up and held. In this way, the gripping claws 40 of this embodiment can handle objects P placed randomly in various postures.
- the outer surface of the claw body 41 facing outward in the gripping direction X is provided with a body tapered surface 41g whose thickness decreases toward the tip.
- the main body tapered surface 41g and the tip tapered surface 44b are flush with each other. According to this configuration, the holding claws 40 can be deeply inserted between the object P and the installation surface, and the insertion length thereof can be increased. Therefore, in the gripping tool 40A, the gripping claws 40 can grip the object P in a stable posture.
- the thickness of the elastic body 42 is greater than the thickness of the friction-retaining rubber member 43. According to this configuration, when the elastic body 42 is adjusted to have a thickness that allows it to be elastically deformed so as to follow the shape of the object P, the friction holding rubber member 43 has a friction function against the object P and follows the elastic body 42. It can be transformed.
- the friction-retaining rubber member 43 is embossed on the surface. According to this configuration, the friction force of the friction holding rubber member 43 against the object P can be increased, and the holding force can be improved. Furthermore, in the gripping tool 40A, a friction surface can be easily formed on the friction holding rubber member 43 by embossing.
- the gripping unit 21 of this embodiment includes the above-mentioned gripping tool 40A and a gripping claw opening/closing section 26 that opens and closes the plurality of gripping claws 40. According to this configuration, it is possible to provide the gripping unit 21 that can achieve the effects described above.
- the picking robot 10 (handling system) of this embodiment includes the above-mentioned gripping tool 40A and an arm 12 configured to be controlled by the control unit 13 and for gripping and moving the object P by the gripping tool 40A. Be prepared. According to this configuration, it is possible to provide the picking robot 10 that can implement the effects described above.
- the plurality of clamping claws 40 are provided to be able to clamp the object P and extend in one direction toward the tip portion 40b, and the clamping claws 40 are configured to clamp the target object P in the clamping direction X.
- a claw body 41 having a flat clamping surface that intersects with the clamping surface 41, an elastic body 42 disposed on the clamping surface 41a of the claw body 41, and an elastic body 42 stacked on the opposite surface in the clamping direction X from the clamping surface 41a of the elastic body 42.
- a friction holding rubber member 43 is provided.
- the clamping surface 41a is provided on both sides of the clamping surface 41a in the width direction Y perpendicular to the extending direction Z of the clamping claws 40, and has recesses 45 (deformation regulating parts) that restrict deformation of the elastic body 42 in the width direction Y. ). This makes it possible to realize the gripping claws 40 that can reliably and stably grip objects of various shapes without causing them to fall.
- the recess 45 is provided in the claw body 41 as a deformation regulating part that regulates the elastic deformation of the elastic body 42, but the recess 45 has at least a pair of first inner wall surfaces 451a and 451b facing each other in the width direction Y. It is not limited to the recess 45.
- the outer circumferential portion of the elastic body 42 is arranged so as to surround the entire circumference, but in order to restrict the elastic body 42, the recess 45 must be arranged at least in the width direction Y. A pair of inner wall surfaces 451a and 451b are required.
- the elastic body 42 is restricted from all sides, so in addition to the restriction from the width direction by the first inner wall surfaces 451a and 451b, the elastic body 42 is restricted in the width direction. Regulation can also be performed from the intersecting directions, increasing the total regulation effect and increasing the reaction force (swelling) of the elastic body, resulting in a better gripping effect.
- the elastic body 42 and the friction-retaining rubber member 43 are arranged on both of the pair of clamping claws 40, but the elastic body 42 and the friction-retaining rubber member 43 are disposed on only one of the pair of clamping claws 40. It is also possible to have a configuration in which a rubber member 43 is disposed and the other part is a rigid claw body 41.
- each part of the holding claw 40 can be changed as appropriate.
- the elastic body 42 and the friction holding rubber member 43 are fixed by adhesive, but it is also possible to adopt a method of fixing them using fastening means such as bolts.
- the present invention may be applied to a robot hand that includes only a gripping unit, for example.
- SYMBOLS 10 Picking robot (handling system), 11... Robot hand, 12... Arm, 21... Gripping unit, 26... Gripping claw opening/closing part (gripping part opening/closing part), 40A... Grasping tool, 40...
- Gripping claw (gripping part), 40b...Tip part, 41...Claw body (clamping body), 41a...Pinching surface, 41g...Body tapered surface, 42...Elastic body, 43...Friction retention rubber member (friction retention elastic member), 44...Tip elastic member, 44b ...Tip tapered surface, 45...Recess, 71...Base member, 451a, 451b...First inner wall surface, 452...Second inner wall surface, 441...Third inner wall surface, P...Target.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
実施形態の把持ツールは、対象物を挟持可能に設けられ、一方向に延びる複数の挟持部を有し、前記挟持部は、前記対象物を挟持する挟持方向に交差する平面状の挟持面を備えた挟持本体と、前記挟持本体の前記挟持面側に配置される摩擦保持弾性部材と、前記摩擦保持弾性部材と前記挟持面の間に配置され、前記摩擦保持弾性部材よりも弾性率が小さい弾性体と、を備え、前記挟持面は、前記挟持面に対して前記挟持部の延在方向に交差する幅方向両側に設けられ、かつ前記弾性体の前記幅方向への変形を規制する変形規制部を持つ。
Description
本発明の実施形態は、把持ツール、把持ユニットおよびハンドリングシステムに関する。
把持ユニットを有するロボットハンドを備えたピッキングロボットが従来から知られている。この種の把持ユニットは、複数の挟持爪によって物品を挟持することで保持する。把持ユニットは、挟持爪で物品を挟持した状態で水平移動をさせた際に慣性力によるモーメントが作用する。
本発明が解決しようとする課題は、様々な形状の対象物を確実かつ安定して挟持できる把持ツール、把持ユニットおよびハンドリングシステムを提供することである。
実施形態の把持ツールは、対象物を挟持可能に設けられ、一方向に延びる複数の挟持部を持つ。前記挟持部は、前記対象物を挟持する挟持方向に交差する平面状の挟持面を備えた挟持本体と、前記挟持本体の前記挟持面側に配置される摩擦保持弾性部材と、前記摩擦保持弾性部材と前記挟持面の間に配置され、前記摩擦保持弾性部材よりも弾性率が小さい弾性体と、を備える。前記挟持面は、前記挟持面に対して前記挟持部の延在方向に交差する幅方向両側に設けられ、かつ前記弾性体の前記幅方向への変形を規制する変形規制部を持つ。
以下、実施形態の把持ツール、把持ユニットおよびハンドリングシステムを、図面を参照して説明する。
実施形態の把持ツール、把持ユニットおよびハンドリングシステムの説明には、XYZ直交座標系を用いる。Z軸方向は鉛直方向に対応し、+Z方向を上方と定義し、-Z方向を下方と定義する。X軸方向およびY軸方向は、水平面内において互いに直交する。水平面内において、後述する把持ユニット21の挟持爪40が開閉する挟持方向をX軸方向と定義する。水平面内において、挟持爪40が開閉する挟持方向と直交する方向をY軸方向と定義する。また、以下の説明では、必要に応じて、X軸方向を挟持方向、Y方向を幅方向、Z方向を延在方向ということもある。
実施形態の把持ツール、把持ユニットおよびハンドリングシステムの説明には、XYZ直交座標系を用いる。Z軸方向は鉛直方向に対応し、+Z方向を上方と定義し、-Z方向を下方と定義する。X軸方向およびY軸方向は、水平面内において互いに直交する。水平面内において、後述する把持ユニット21の挟持爪40が開閉する挟持方向をX軸方向と定義する。水平面内において、挟持爪40が開閉する挟持方向と直交する方向をY軸方向と定義する。また、以下の説明では、必要に応じて、X軸方向を挟持方向、Y方向を幅方向、Z方向を延在方向ということもある。
図1は、本実施形態のピッキングロボット10の概略構成を示す模式図である。
図1に示すように、ピッキングロボット10(ハンドリングシステム)は、ロボットハンド11と、アーム12と、制御部13と、を備える。ロボットハンド11は、搬送対象となる対象物Pを保持する。アーム12は、ロボットハンド11を所定の場所に移動させる。制御部13は、ロボットハンド11およびアーム12の各部を制御する。ロボットハンド11の構成については、後で詳しく説明する。
図1に示すように、ピッキングロボット10(ハンドリングシステム)は、ロボットハンド11と、アーム12と、制御部13と、を備える。ロボットハンド11は、搬送対象となる対象物Pを保持する。アーム12は、ロボットハンド11を所定の場所に移動させる。制御部13は、ロボットハンド11およびアーム12の各部を制御する。ロボットハンド11の構成については、後で詳しく説明する。
以下、ピッキングロボット10の構成および動作の概要を説明する。
ピッキングロボット10は、例えば物流用のピッキングロボットとして用いられる。ピッキングロボット10は、搬送元S1に様々な状況に置かれた多様な対象物Pを保持し、搬送先S2に移動させる。なお、ピッキングロボット10の用途は、物流用に限定されず、産業用、その他の用途等にも広く適用可能である。本実施形態のピッキングロボット10は、対象物Pの搬送を主目的とした装置に限定されず、例えば製品の組立等、他の目的の一部として物品の搬送または移動を伴う装置も含む。
ピッキングロボット10は、例えば物流用のピッキングロボットとして用いられる。ピッキングロボット10は、搬送元S1に様々な状況に置かれた多様な対象物Pを保持し、搬送先S2に移動させる。なお、ピッキングロボット10の用途は、物流用に限定されず、産業用、その他の用途等にも広く適用可能である。本実施形態のピッキングロボット10は、対象物Pの搬送を主目的とした装置に限定されず、例えば製品の組立等、他の目的の一部として物品の搬送または移動を伴う装置も含む。
搬送元S1は、例えば各種のコンベア、パレット、コンテナ等であるが、これらに限定されない。搬送元S1には、寸法や重量が異なる複数種の対象物Pが任意の姿勢でランダムな位置に置かれている。搬送対象である対象物Pの寸法は、例えば数cm角程度から数十cm角程度まで様々である。対象物Pの重量は、例えば数十g程度から数kg程度まで様々である。なお、対象物Pの寸法および重量は、上記の例に限定されない。
搬送先S2は、搬送元S1と同様、例えば各種のコンベア、パレット、コンテナ等であるが、これらに限定されない。なお、搬送元S1および搬送先S2のコンテナは、対象物Pを収容可能な部材、例えば箱状の部材を広く意味する。
アーム12は、例えば6軸の垂直多関節アームから構成される。アーム12は、複数のアーム部材15と、複数の関節部16と、を備える。関節部16は、関節部16に連結されたアーム部材15同士を回転可能に連結する。なお、アーム12は、例えば4軸の垂直多関節アームから構成されていてもよいし、3軸の直交アームから構成されていてもよい。アーム12は、垂直多関節アームおよび直交アーム以外の構成によってロボットハンド11を所望の位置に移動させる機構であってもよい。図示を省略するが、アーム12は、各関節部16におけるアーム部材15のなす角度を検出するセンサ等を備える。
図示を省略するが、ピッキングロボット10は、搬送元S1および搬送先S2の近傍に設置されたセンサをさらに備える。センサは、例えばRGB-Dセンサ、カメラ、接触センサ、距離センサ等で構成される。センサは、例えば搬送元S1に置かれた対象物Pに関する情報、搬送元S1または搬送先S2の状況に関する情報等を取得する。
制御部13は、ピッキングロボット10の各部の管理および制御を行う。制御部13は、センサにより検出された種々の情報を取得し、取得した情報に基づいてロボットハンド11の位置および動作を制御する。制御部13は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサを備えるマイクロコンピュータで構成される。制御部13は、例えばCPU等のプロセッサが、メモリまたは補助記憶装置に記憶されたプログラムを実行することで実現される。制御部13の少なくとも一部は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-ProgrammableGate Array)等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
以下、ロボットハンド11について説明する。
図2は、+X方向から見たロボットハンド11の側面図である。図3は、-Y方向から見たロボットハンド11の正面図である。本明細書において、各装置を+X方向から見た図を側面図と称し、各装置を-Y方向から見た図を正面図と称する。
図2は、+X方向から見たロボットハンド11の側面図である。図3は、-Y方向から見たロボットハンド11の正面図である。本明細書において、各装置を+X方向から見た図を側面図と称し、各装置を-Y方向から見た図を正面図と称する。
図2に示すように、ロボットハンド11は、ベースプレート20と、把持ユニット21と、吸着ユニット22と、力覚センサ23と、を備える。
ベースプレート20は、板状の部材であり、互いに対向する第1面20aと第2面20bとを有する。ベースプレート20は、把持ユニット21と、吸着ユニット22と、を支持する。把持ユニット21および吸着ユニット22は、ベースプレート20の第1面20aに対向する。把持ユニット21および吸着ユニット22は、Y軸方向に並んで配置されている。ベースプレート20は、把持ユニット21および吸着ユニット22のうち一方の側のみに配置され、他方の側には配置されていない。すなわち、把持ユニット21および吸着ユニット22は、ベースプレート20によって両側から挟み込まれる形態ではなく、ベースプレート20に対して片持ち構造によって支持されている。
吸着ユニット22は、ベースプレート20の第1面20aに対向して配置されている。把持ユニット21は、吸着ユニット22に対してベースプレート20が位置する側とは反対側に配置されている。すなわち、これら2つのユニット21,22は、ベースプレート20の第1面20a側から吸着ユニット22、把持ユニット21の順に配置されている。ベースプレート20の一部、吸着ユニット22の一部、および把持ユニット21の一部は、第1面20aの法線方向(Y軸方向)から見て、互いに重なり合う位置に配置されている。
吸着ユニット22は、複数の吸着パッド32を有する。吸着ユニット22は、複数の吸着パッド32を用いて対象物Pを負圧吸着する形態で保持する。吸着ユニット22は、ベースプレート20に対して第1面20aに平行な面内(XZ面内)で回転可能に支持されている。
図2及び図3に示すように、把持ユニット21は、複数の挟持爪40(挟持部)を有する把持ツール40Aを備える。把持ユニット21は、複数の挟持爪40を用いて対象物Pを側方(X軸方向)から挟持する形態で保持する。把持ユニット21は、ベースプレート20に対して第1面20aに平行な面内(XZ面内)で回転可能に支持されている。
力覚センサ23は、ベースプレート20の上部に配置されている。力覚センサ23は、挟持爪40が床面、壁面、その他の障害物、対象物Pなどの任意の物体に接触した際に挟持爪40が受ける荷重を検出する。力覚センサ23の検出値は、制御部13に出力され、把持ユニット21の各種動作の制御に用いられる。
ロボットハンド11は、切替機能、姿勢変更機能、および開閉機能を有する。切替機能は、把持ユニット21および吸着ユニット22のいずれかのユニット21,22を対象物Pの保持に使用するかを対象物Pに応じて切り替える機能である。姿勢変更機能は、把持ユニット21の姿勢を変更する機能と、複数の吸着パッド32を含む吸着部31の姿勢を変更する機能と、を有する。開閉機能は、挟持爪40を開閉する機能である。これらの機能を実現するため、ロボットハンド11は、第1モータ35、第2モータ36、第3モータ37、および第4モータ38を備える。
第1モータ35の回転は、回転伝達機構(図示略)を介して把持ユニット21に伝達される。把持ユニット21は、第1モータ35によって回転する。図3に示すように、保持中心線H1が鉛直方向下方を向いた姿勢を0°とする。把持ユニット21は、保持中心線H1が例えば反時計回りに角度-θをなす方向を向くように姿勢を変更することができる。把持ユニット21は、図3とは逆に、保持中心線H1が時計回りに角度+θをなす方向を向くように姿勢を変更することもできる。このように、複数の挟持爪40は、姿勢を変更できる。なお、保持中心線H1は、把持ユニット21の初期位置(姿勢変更前の位置)において、Z軸に平行な直線であり、かつ、2つの挟持爪40の開閉方向(X軸方向)の中心および1つの挟持爪40の幅方向(Y軸方向)の中心を通る直線と定義される。
ユニット21,22を切り替える際には、把持ユニット21および吸着ユニット22は、第1モータ35の駆動力によって一体的に回転する。把持ユニット21の姿勢を変更する際には、第1モータ35の回転とともに第2モータ36が回転する。吸着ユニット22は、第2モータ36の駆動力によって把持ユニット21の姿勢変更に伴う吸着ユニット22の姿勢変化を相殺する向きに回転する。これにより、図3に示すように、把持ユニット21の姿勢が変化しても、吸着ユニット22は鉛直方向上方を向いた状態で姿勢が変化しない。
第3モータ37の駆動力は、回転伝達機構(図示略)を介して複数の吸着パッド32を含む吸着部31に伝達される。これにより、吸着部31は、第3モータ37の回転に伴って回転し、姿勢が変更される。
図3に示すように、把持ユニット21は、複数(本実施形態では2つ)の挟持爪40と、挟持爪開閉部26(挟持部開閉部)と、ベース部材71と、リニアガイド72(図4参照)と、を備える。挟持爪開閉部26は、リンク部51と、第1ギア61と、第2ギア62と、第3ギア63と、を備える。
本実施形態の把持ユニット21は、リンク部51に連結された2つの挟持爪40を備える。なお、挟持爪40の数は、3つ以上であってもよく、特に限定されない。
リンク部51は、2つの平行リンク52から構成されている。2つの挟持爪40の各々は、2つの平行リンク52の各々に連結されている。2つの挟持爪40は、リンク部51の動きによって、把持ユニット21の高さ方向において上昇しつつ互いに間隔が開く方向に移動し、把持ユニット21の高さ方向において下降しつつ互いに間隔が狭まる方向に移動することによって開閉する。
第1ギア61は、第4モータ38に連結されている。第2ギア62は、第1ギア61と噛み合っている。第3ギア63は、第2ギア62と噛み合っている。第4モータ38の駆動によって第1ギア61が回転すると、第2ギア62と第3ギア63とがXZ面内において互いに逆方向に回転し、2つの平行リンク52が移動する。2つの挟持爪40は、第2ギア62と第3ギア63とがいずれの方向に回転するかによって、開動作または閉動作のいずれかを行う。
図4は、把持ユニット21の要部を示す斜視図である。図2及び図4に示すように、ベース部材71は、板状の部材で構成される。ベース部材71は、挟持方向Xの内側を向く第1面71aと、第1面71aとは反対側の第2面71bと、を有する。ベース部材71の上端は、平行リンク52に連結されている。ベース部材71の第1面71aには、ベース部材71の長さ方向(Z軸方向)に沿って延びるリニアガイド72が設けられている。
リニアガイド72は、ベース部材71の第1面71aにおいて幅方向Yに一対で設けられている。リニアガイド72には、挟持爪40が平行移動可能に支持されている。すなわち、挟持爪40は、ベース部材71の第1面71aに設けられる左右一対のリニアガイド72に案内されてそのリニアガイド72の長さ方向(Z軸方向)に沿って移動可能である。
以下、把持ツール40Aに設けられる一対の挟持爪40の構成について説明する。
図5は、挟持爪40でシート状の薄板部材(対象物P)を挟持する前の斜視図である。図6は、挟持爪40の側面図である。図7は、挟持爪40の分解斜視図である。
図5は、挟持爪40でシート状の薄板部材(対象物P)を挟持する前の斜視図である。図6は、挟持爪40の側面図である。図7は、挟持爪40の分解斜視図である。
図4から図7に示すように、2つの挟持爪40は、互いに同一の構成を有する。2つの挟持爪40は、後述する挟持面41a同士が互いに対向する向きに配置されている。
挟持爪40は、図5に示すように、対象物Pを挟持する挟持方向Xに交差する平面状の挟持面41aを備えた剛体(例えば、SUS303などのステンレス鋼材)からなる爪本体41(挟持本体)と、爪本体41の挟持面41aに配置される弾性体42と、弾性体42の挟持面41aと挟持方向Xで反対面に積層される摩擦保持ゴム部材43(摩擦保持弾性部材)と、先端部40bに設けられ弾性体42より弾性率が大きい先端弾性部材44と、を備える。挟持面41aは、爪本体41における挟持方向Xの内側(対象物Pが位置する側)に配置される。挟持爪40の形状の一例として、例えば延在方向Zの長さを100mm、先端部の幅方向Yの最小幅を20mm以下、先端部40bの爪厚み方向の最小厚みを8mm以下とし、幅方向および厚み方向のそれぞれが先細となる形状とすることが好ましい。
ここで、挟持爪40において、上述したように、爪本体41の長手方向を延在方向Zとし、挟持面41aの面内で延在方向Zに交差する方向を幅方向Yとし、挟持面41aの面方向に直交する方向を厚み方向(挟持方向X)とする。本実施形態では、挟持面41aはYZ面内であり、幅はZ軸方向に直交している。
図8は、挟持爪40の縦断面図である。図9は、挟持爪40の正面図である。図10Aは、挟持爪40の爪本体41の斜視図である。図10Bは、爪本体41の凹部45に弾性体42を配置した斜視図である。図10C、弾性体42の表面に摩擦保持ゴム部材を配置した斜視図である。図7、図8、図9および図10A~図10Cに示すように、爪本体41は、基端部41Aと、挟持部41Bと、を有する。基端部41Aは、把持ユニット21のリニアガイド72に取り付けられる。挟持部41Bは、基端部41Aの延在方向Zの先端側に連設され挟持面41aを有する。挟持部41Bには、挟持部41Bの外周側を覆うカバー部材41C(図5参照)が設けられている。また、爪本体41は、変位センサ73(図4参照)と、透過式の在荷センサ74と、を備える。
図7に示すように、基端部41Aは、幅方向Yに対向し延在方向Zに延びる両側面41dは互いに平行である。基端部41Aの挟持方向X外側の外面41cは、リニアガイド72を介してベース部材71に連結されている。爪本体41は、図4に示すように、リニアガイド72に沿って平行移動することにより、延在方向Zに変位可能とされている。換言すると、挟持爪40は、爪本体41がリニアガイド72に沿って平行移動することにより、ベース部材71に対して伸縮可能とされている。
挟持部41Bは、挟持面41aを対象物Pに接触させた状態で対象物Pを挟持する。挟持部41Bは、幅方向Yに対向する一対の側面41eが延在方向Zで先端に向かうに従い幅方向Y内側に向けて傾斜するテーパ面を形成し、挟持方向Xから見て先細形状となっている。挟持部41Bの先端部40bの幅は、例えば20mm未満である。また、挟持部41Bは、先端部40bに向かうに従い挟持方向Xの厚みが小さくなる。挟持部41Bは、幅方向Yから見て先細形状となっている。
挟持部41Bの挟持面41aは、弾性体42の幅方向Yへの変形を規制する凹部45(変形規制部)を備えている。凹部45は、挟持方向Xからみた正面視で、略台形状をなしている(図8参照)。凹部45は、一対の第1内壁面451a、451bと、第2内壁面452と、第3内壁面441と、を有する。一対の第1内壁面451a、451bは、延在方向Zに直交する幅方向Y両側に設けられる。第2内壁面452は、一対の第1内壁面451a、451bの延在方向Zの一方の基端同士を幅方向Yに繋ぐ。第3内壁面441は、先端弾性部材44に設けられ、一対の第1内壁面451a、451bの延在方向Zの他方の基端同士を繋ぐ。
凹部45は、4辺を構成する各内壁面451a、451b、452、441によって周方向全周が囲まれた内側に挟持面41aを形成している。本実施形態では、第1内壁面451a、451bが爪本体41に対して別体で設けられているが、爪本体41に一体で設けられていてもよい。
図7、図8および図10Bに示すように、弾性体42の材料としては、発泡性(多孔質の弾性部材)、すなわち一定の柔軟性があり、所謂、弾性率の低い部材と言われている材料が用いられる。弾性体42の一例としては、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、ネオプレン系、EPT系、NBR系(ニトリル)、NR系(天然ゴム)、SBR系(スチレンブタジエンゴム)、ウレタン系等が挙げられ、厚みが例えば3mm程度の薄板状のスポンジゴムを採用できる。弾性体42の厚みは、摩擦保持ゴム部材43の厚みよりも大きい。例えば厚みが3mmの弾性体42の場合には、対象物Pを挟持する際に、厚み方向(すなわち挟持方向X)に押圧されることで3mm弱の凹み量で弾性変形され、押圧を止めることで元の厚みの初期状態に弾性復帰する。
弾性体42の挟持方向Xからみた平面形状は、凹部45の平面形状と略同形状である。弾性体42は、第1面42aを挟持方向Xの内側に向け、第2面42bを凹部45内の挟持面41aに対向させて接着されている。
図7および図8に示すように、弾性体42は、凹部45に嵌め込まれた状態で装着されている。弾性体42の第2面42bは、凹部45の底面となる挟持面41aに面接触した状態で接着剤などで接着されている。これにより弾性体42は、一対の第1内壁面451a、451b、第2内壁面452および第3内壁面441に保持されている。凹部45に嵌合された弾性体42は、第1面42aが凹部45の外方に張り出さないように設けられている。すなわち、弾性体42の第1面42aは爪本体41の内面41fの位置よりも内側である。弾性体42の中央には、厚み方向に貫通する開口部421を備えている。
図7、図8および図10Cに示すように、摩擦保持ゴム部材43の材料としては、例えば表面(第1面43a)にエンボス加工可能で、弾性体42の部材よりも弾性率の大きい材料などが使用される。摩擦保持ゴム部材43の一例としては、NR(天然ゴム)、SBR(スチレンブタジエンゴム)、BR(ブタジエンゴム)、IIR(ブチルゴム)等が挙げられ、例えば厚みが1mm程度のシート状の高摩擦ゴムが採用される。摩擦保持ゴム部材43は、弾性体42の弾性変形に追従して湾曲可能な特性を有することが好ましい。ここで、摩擦保持ゴム部材43には、上記ゴム部材以外にも適用可能な弾性体を用いることが可能である。
摩擦保持ゴム部材43の挟持方向Xからみた平面形状は、凹部45及び弾性体42の平面形状と略同形状である。摩擦保持ゴム部材43は、弾性体42の第1面42aに積層された状態で、第1面42aに対して接着剤などで面接触した状態で接着されている。摩擦保持ゴム部材43の先端側端部は、弾性体42の先端側端部よりも先端側に長く延在している。図8に示すように、弾性体42に積層された摩擦保持ゴム部材43は、第2面43b側の一部が凹部45に位置し、第1面43aは爪本体41の基端部41Aの内面より挟持方向Xで内側に突出している。摩擦保持ゴム部材43の中央には、厚み方向に貫通する開口部431を備えている。
図7に示すように、先端弾性部材44は、爪本体41の先端部41bに設けられ、弾性体42より弾性率が大きい部材からなる。具体的に先端弾性部材44としては、例えば硬度70程度のニトルゴム(NBR)や樹脂等の材料が採用される。
図7に示すように、先端弾性部材44は、爪本体41の挟持部41Bの先端部にねじ等で固定される。先端弾性部材44は、幅方向Yから見て、挟持方向Xの挟持面41aと反対側の外面に先端に向かい厚みを小さくする先端テーパ面44bを有する。先端テーパ面44bは、図8に示す挟持部41Bの本体テーパ面41gと面一の状態で連設している。また、先端弾性部材44は、挟持方向Xから見た幅方向Yの幅寸法は、先端側に向かうに従い細くなる。すなわち、先端弾性部材44は、幅、厚みともに先細形状となる。
先端弾性部材44の挟持方向X内側の内面には、上記の凹部45の先端側内壁面を構成する第3内壁面441を有する。
先端弾性部材44には、爪本体41の挟持部41Bの先端部41bに対してねじ等で固定される固定用突起442が形成されている。固定用突起442は、ねじ穴442aを有する。
図4に示すように、透過式の在荷センサ74は、爪本体41の挟持面41aに埋め込まれた状態で設けられている。一方の挟持爪40に設置された在荷センサ74は、弾性体42および摩擦保持ゴム部材43に設けられた開口部421、431を介して他方の挟持爪40に設けられた在荷センサ74と対向する。開口部421、431は、透過式の在荷センサ74の検出用レーザ光を透過させるための開口である。在荷センサ74は、可視光、赤外光等の光の透過または遮断を検出することによって、2つの挟持爪40の間に位置する物体の有無を検出する。
図4に示すように、変位センサ73は、ベース部材71の上方に配置されている。変位センサ73は、挟持爪40が任意の物体に接触して挟持爪40が変位した際に挟持爪40の変位量を検出する。変位センサ73が挟持爪40の変位量を検出する仕組みとしては、挟持爪40が物体に当接して逃げる(変位する)ことで、挟持爪40と変位センサ73との距離が変化するため、変位センサ73はこの距離の変化量によって挟持爪40の変位量を検知する。変位センサ73の検出値は、制御部13に出力され、挟持爪40の動作の制御に用いられる。変位センサ73としては、レーザ変位センサ、磁気式変位センサ、静電容量式変位センサなど、各種の変位センサが用いられる。
図1に示す制御部13は、変位センサ73からの検出信号を受け、変位センサ73の検出値に基づいて挟持爪40の動作を制御するかを判断する。
以下、本実施形態の把持ツール40A、把持ユニット21およびピッキングロボット10(ハンドリングシステム)の作用、効果について説明する。
本実施形態による把持ツール40Aでは、対象物Pを挟持可能に設けられ、一方向に延びる複数の挟持爪40を有する。挟持爪40は、対象物Pを挟持する挟持方向Xに交差する平面状の挟持面41aを備えた爪本体41と、爪本体41の挟持面41a側に配置される摩擦保持ゴム部材43と、摩擦保持ゴム部材43と挟持面41aの間に配置され、摩擦保持ゴム部材43よりも弾性率が小さい弾性体42と、を備える。挟持面41aは、挟持面41aに対して挟持爪40の延在方向Zに交差する幅方向Y両側に設けられ、かつ弾性体42の幅方向Yへの変形を規制する凹部45(変形規制部)を備える。
本実施形態による把持ツール40Aでは、対象物Pを挟持可能に設けられ、一方向に延びる複数の挟持爪40を有する。挟持爪40は、対象物Pを挟持する挟持方向Xに交差する平面状の挟持面41aを備えた爪本体41と、爪本体41の挟持面41a側に配置される摩擦保持ゴム部材43と、摩擦保持ゴム部材43と挟持面41aの間に配置され、摩擦保持ゴム部材43よりも弾性率が小さい弾性体42と、を備える。挟持面41aは、挟持面41aに対して挟持爪40の延在方向Zに交差する幅方向Y両側に設けられ、かつ弾性体42の幅方向Yへの変形を規制する凹部45(変形規制部)を備える。
このように、複数(本実施形態では2つ)の挟持爪40によって対象物Pを挟持することにより、挟持方向Xに弾性変形可能な弾性体42が対象物Pの被保持面の形状に倣って弾性変形する。このとき、弾性体42は、初期状態に弾性復帰しようとする反力によって対象物Pを安定して挟持することができる。また、摩擦保持ゴム部材43は、弾性体42の変形に合わせて変形(湾曲)し、対象物Pの被保持面に接触することにより摩擦力が生じる。つまり、弾性体42は、対象物Pの被保持面の形状に倣って生じる少なくとも幅方向Yへの変形が凹部45(変形規制部)によって規制されることで反力が増大する。そのため、対象物Pを保持するための摩擦力を大きくすることができ、対象物Pの被保持面を確実に保持できる。本実施形態では、とくに縦置きの円筒状の対象物Pなどの挟持しにくい物品を挟持したときでも、対象物Pが挟持された状態の挟持爪40を水平移動時の慣性力で生じるモーメントによって対象物Pがずれたり落下させることなく、安定して挟持できる。このように、本実施形態では、例えば、上述した外径が異なる円筒状の対象物P等、様々な形状の対象物Pに対して確実、かつ安定して挟持することができる。
本実施形態の把持ツール40Aにおいて、爪本体41は剛体である。この構成によれば、弾性体42が爪本体41に対して変形しないので、弾性体42が対象物Pの被保持面の形状に倣って生じる少なくとも幅方向Yへの変形が凹部45によってより確実に規制されることで反力が増大する。
本実施形態の把持ツール40Aにおいて、変形規制部は、少なくとも幅方向Yに対向する一対の内壁面を有する凹部45である。弾性体42は、凹部45の一対の内壁面451a、451bに保持されている。
この構成によれば、把持ツール40Aで対象物Pを挟持したときに凹部45の内側に保持されている弾性体42が被保持面の形状に倣って弾性変形する。この場合、凹部45に保持される弾性体42の外周部42cが凹部45を構成する対向する一対の内壁面451a、451bによって幅方向Yの外側から覆われている。そのため、弾性体42の外周部42cを損傷から保護でき、さらに弾性体42の劣化を抑制できることから耐久性を向上することができる。
本実施形態の把持ツール40Aにおいて、凹部45は、一対の内壁面451a、451bが対向する方向と交差する方向において、さらに一対の内壁面452、441を有する。凹部45に保持される弾性体42の外周部42cが、凹部45を構成する対向する一対の内壁面451a、451bによって幅方向Yの外側から覆われ、(幅方向Yにおける)変形が規制される。また、凹部45においては、挟持部41Bの挟持面41aは、第2内壁面452と第3内壁面441によって、弾性体42の幅方向Yと交差する延在方向Zにおける変形への規制が加わることになる。この構成によれば、対象物Pの被保持面の形状に倣って生じる挟持面41aに沿う全方向の変形を凹部45によって規制することで、幅方向Yのみで規制する場合に比べて被保持面の形状に倣う変形状態をより確実に維持することができる。そのため、対象物Pを保持するための摩擦力を大きくすることができ、対象物Pの被保持面をより確実に保持できる。
本実施形態の把持ツール40Aにおいて、摩擦保持ゴム部材43は、弾性体42の変形に応じて変形可能である。この構成によれば、摩擦保持ゴム部材43を弾性体42の弾性変形に追従して湾曲させることができるので、弾性体42の反力(盛り上がり)を摩擦保持ゴム部材43を介して対象物Pに接触させることができ、よりよい把持効果が得られる。
本実施形態の把持ツール40Aにおいて、摩擦保持ゴム部材43は、挟持爪40が延在する一方向の端部において、弾性体42よりもさらに端部において長く延在している。この構成によれば、挟持爪40の先端側で弾性体42が配置されない部分に摩擦保持ゴム部材43が配置され、挟持する対象物Pの挟持領域における摩擦保持ゴム部材43の接触面積を増大させて保持機能を高めることができる。
本実施形態の把持ツール40Aにおいて、挟持爪40が延在する一方向の端部(ここでは先端部40b)に向かうに従い幅方向Yの幅と挟持方向Xの厚みが小さくなる。この構成によれば、挟持爪40の先端部40bが先細形状となるので、例えば密に配置された対象物P同士の隙間に挟持爪40を挿入しやすくなる。そのため、把持ツール40Aでは、挟持する所望の対象物Pを確実に挟持することができる。
本実施形態の把持ツール40Aにおいて、挟持爪40の一端部(ここでは先端部40b)の幅は20mm未満である。この構成によれば、例えば密に配置された対象物P同士の隙間に挟持爪40を干渉させることなく、より挿入しやすくなる。そのため、把持ツール40Aでは、挟持する所望の対象物Pに対する挟持位置に精度よくアクセスすることができる。
本実施形態の把持ツール40Aにおいて、端部(ここでは先端部41b)には、弾性体42より弾性率が大きい先端弾性部材44を備える。この構成によれば、硬い金属などからなる先端部で対象物Pを挟持する場合に比べて、先端弾性部材44のゴムを弾性変形させて挟持することが可能となる。そのため、把持ツール40Aでは、先端弾性部材44が対象物Pや対象物Pが収容されるコンテナに接触することによる傷付けを防止することができる。また、先端弾性部材44が弾性を有するので、例えば鉛筆や小さなブロック等の小型の対象物Pを挟持することができる。
本実施形態の把持ツール40Aにおいて、先端弾性部材44の挟持方向Xで挟持面41aと反対側の外面は、先端に向かい厚みを小さくする先端テーパ面44bを有する。この構成によれば、挟持爪40の延在方向Zが向く姿勢を鉛直方向から水平方向に近づくように傾けた姿勢とし、先端弾性部材44の先端テーパ面44bを対象物Pの設置面に沿わせるようにして挟持動作を行うことができる。すなわち、先端弾性部材44の外面に先端テーパ面44bを有するので、例えば平置きのブリスターパック等の対象物Pの縁等の薄い部位の下方に設置面との間に先端弾性部材44を容易に挿入させることができる。そのため、対象物Pの薄い部位をすくい上げるようにして挟持することができる。このように、本実施形態の挟持爪40では、多様な姿勢でランダムに置かれた対象物Pに対応が可能である。
本実施形態の把持ツール40Aにおいて、爪本体41の挟持方向Xの外側を向く外面に、先端に向かい厚みを小さくする本体テーパ面41gを備える。本体テーパ面41gと先端テーパ面44bとは、面一の状態で連設している。この構成によれば、対象物Pと設置面との間に挟持爪40を深く挿入することができ、その挿入長を大きくとれる。そのため、把持ツール40Aでは、挟持爪40によって対象物Pを安定した姿勢で挟持することができる。
本実施形態の把持ツール40Aにおいて、弾性体42の厚みは、摩擦保持ゴム部材43の厚みよりも大きい。この構成によれば、弾性体42を対象物Pの形状に倣うように弾性変形可能な厚みに調整したときに、摩擦保持ゴム部材43を対象物Pに対する摩擦機能と弾性体42に追従させて変形させることができる。
本実施形態の把持ツール40Aにおいて、摩擦保持ゴム部材43は、表面にエンボス加工されてなる。この構成によれば、摩擦保持ゴム部材43の対象物Pに対する摩擦力を高めることができ、保持力を向上できる。しかも把持ツール40Aでは、エンボス加工により容易に摩擦保持ゴム部材43に摩擦面を成形することができる。
本実施形態の把持ユニット21において、上記の把持ツール40Aと、複数の挟持爪40を開閉させる挟持爪開閉部26と、を備える。この構成によれば、上述した効果を実施できる把持ユニット21を提供できる。
本実施形態のピッキングロボット10(ハンドリングシステム)において、上記の把持ツール40Aと、制御部13によって制御されるように構成され、把持ツール40Aによって対象物Pを把持して移動させるアーム12と、を備える。この構成によれば、上述した効果を実施できるピッキングロボット10を提供できる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、対象物Pを挟持可能に設けられ、先端部40bに向けて一方向に延びる複数の挟持爪40であって、対象物Pを挟持する挟持方向Xに交差する平面状の挟持面を備えた爪本体41と、爪本体41の挟持面41aに配置される弾性体42と、弾性体42の挟持面41aと挟持方向Xで反対面に積層される摩擦保持ゴム部材43と、を備える。挟持面41aは、挟持面41aに対して挟持爪40の延在方向Zに直交する幅方向Y両側に設けられ、かつ弾性体42の幅方向Yへの変形を規制する凹部45(変形規制部)を備える。これにより、様々な形状の対象物に対して落下させることなく、確実かつ安定して挟持することができる挟持爪40を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、一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。これらの実施形態は、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、変更を行うことができる。これら実施形態およびその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許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ものである。
例えば、本実施形態では、弾性体42の弾性変形を規制する変形規制部として爪本体41に設けられる凹部45としているが、少なくとも幅方向Yに対向する一対の第1内壁面451a、451bを有する凹部45であることに限定されることはない。そして、凹部45の構成についても、本実施形態では弾性体42の外周部を全周にわたって囲うように配置しているが、弾性体42を規制するためには凹部45において少なくとも幅方向Yに対向する一対の内壁面451a、451bが必要である。すなわち、第2内壁面452や第3内壁面441が設けられることで、弾性体42を四方から規制するので、第1内壁面451a、451bによる幅方向からの規制に加えて、この幅方向に交差する方向からも規制することができ、トータルでの規制効果が高まるうえ、弾性体の反力(盛り上がり)が増してよりよい把持効果が得られる。
また、本実施形態では、一対の挟持爪40の両方に弾性体42および摩擦保持ゴム部材43を配置した構成としているが、一対の挟持爪40のうちいずれか一方のみに弾性体42および摩擦保持ゴム部材43が配置され、他方は剛体の爪本体41とする構成とすることも可能である。
また、挟持爪40の各部の形状、大きさ、寸法、テーパ部分の傾斜角度、各部材同士の接合部等の構成は、適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、弾性体42および摩擦保持ゴム部材43が接着により固定された構成としているが、ボルト等の締結手段を使用して固定する方法を採用することも可能である。
また、上記実施形態では、挟持および吸着の2つの保持機能を組み合わせたロボットハンド11、いわゆるハイブリッドハンド方式のロボットハンドの一例を挙げた。この構成に代えて、例えば把持ユニットのみを備えるロボットハンドに本発明を適用してもよい。
10…ピッキングロボット(ハンドリングシステム)、11…ロボットハンド、12…アーム、21…把持ユニット、26…挟持爪開閉部(挟持部開閉部)、40A…把持ツール、40…挟持爪(挟持部)、40b…先端部、41…爪本体(挟持本体)、41a…挟持面、41g…本体テーパ面、42…弾性体、43…摩擦保持ゴム部材(摩擦保持弾性部材)、44…先端弾性部材、44b…先端テーパ面、45…凹部、71…ベース部材、451a、451b…第1内壁面、452…第2内壁面、441…第3内壁面、P…対象物。
Claims (15)
- 対象物を挟持可能に設けられ、一方向に延びる複数の挟持部を有し、
前記挟持部は、
前記対象物を挟持する挟持方向に交差する平面状の挟持面を備えた挟持本体と、
前記挟持本体の前記挟持面側に配置される摩擦保持弾性部材と、
前記摩擦保持弾性部材と前記挟持面の間に配置され、前記摩擦保持弾性部材よりも弾性率が小さい弾性体と、
を備え、
前記挟持面は、前記挟持面に対して前記挟持部の延在方向に交差する幅方向両側に設けられ、かつ前記弾性体の前記幅方向への変形を規制する変形規制部を備える、把持ツール。 - 前記挟持本体は剛体である、請求項1に記載の把持ツール。
- 前記変形規制部は、前記幅方向に対向する一対の内壁面を有する凹部であり、
前記弾性体は、前記凹部の前記一対の内壁面に保持されている、請求項1に記載の把持ツール。 - 前記変形規制部は、前記一対の内壁面が対向する方向と交差する方向において、さらに一対の内壁面を有する、請求項3に記載の把持ツール。
- 前記摩擦保持弾性部材は、前記弾性体の変形に応じて変形可能である、請求項1に記載の把持ツール。
- 前記摩擦保持弾性部材は、前記挟持部が延在する一方向の端部において、前記弾性体よりもさらに端部において長く延在している、請求項1に記載の把持ツール。
- 前記挟持部が延在する一方向の端部に向かうに従い、前記幅方向の幅と挟持方向の厚みが小さくなる、請求項1に記載の把持ツール。
- 前記挟持部の一端部の前記幅は20mm未満である、請求項7に記載の把持ツール。
- 前記端部には、前記弾性体より弾性率が大きい弾性部材を備える、請求項7に記載の把持ツール。
- 前記弾性部材の挟持方向で前記挟持面と反対側の外面は、前記挟持部の一端部に向かい厚みを小さくするテーパ面を有する、請求項9に記載の把持ツール。
- 前記挟持本体の前記挟持方向の外側を向く外面に、前記一端部に向かい厚みを小さくする本体テーパ面を備え、
前記本体テーパ面と前記テーパ面とが面一の状態で連設している、請求項10に記載の把持ツール。 - 前記弾性体の厚みは、前記摩擦保持弾性部材の厚みよりも大きい、請求項1に記載の把持ツール。
- 前記摩擦保持弾性部材は、表面にエンボス加工されてなる、請求項1に記載の把持ツール。
- 請求項1から13のいずれか一項に記載の把持ツールと、
前記複数の挟持部を開閉させる挟持部開閉部と、
を備える把持ユニット。 - 請求項1から13までのいずれか一項に記載の把持ツールと、
制御部によって制御されるように構成され、前記把持ツールによって前記対象物を把持して移動させるアームと、
を備えるハンドリングシステム。
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JP2010221357A (ja) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Toyota Industries Corp | ロボットハンド用フィンガ |
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2024
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Patent Citations (3)
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