ロボット用把持ハンド

【課題】様々な形状および寸法の物品を安定把持できるロボット用把持ハンドを得る。
【解決手段】ロボット用把持ハンドは、物品を受け入れ得る開口部を持つベースと、ベース上で回転可能に支持され、中心軸心に沿って延びて中心軸心と同心のピッチ円上で互いに等角度離間して配置され、回転駆動される３つの回転軸と、回転軸に取り付けられて、解放位置あるいは間に物品を把持する把持位置に可動の把持指とを備え、回転軸および駆動装置が開口部に受け入れられる物品と干渉しない位置に配置されている。
【効果】様々な形状および寸法の物品を安定して把持できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボットと共に用いて物品を把持するためのロボット用把持ハンドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のワークを把持するためのロボット用把持ハンドとしては、同一円周上に配置された複数個の回転軸と、これら回転軸に回転を伝達する駆動部と、各回転軸に固着されたアームと、各アームの先端に設けられるとともに回転軸の軸方向に突出したチャック部材とを備えたロボット用把持ハンドが提案されている。チャック部材は回転軸が配された円周の内周側だけでなく、外周側にまで移動させることができ、把持することができるワークの外形寸法の制限が小さい。しかも各チャック部材の駆動は、各回転軸を回転させるだけでよい（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３３３７７６号公報（パラグラフ０００６〜００１０および図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のワークを把持するロボット用把持ハンドは以上のように構成されているので、軸のような細長いワークを把持する場合は軸の上端をチャック部材でつまんでぶら下げたような姿勢になるため、ロボットが動作したときに安定して把持することが困難になる問題点がある。また万一、電源断となった場合、把持力がなくなりワークが落下する問題点もある。
【０００５】
従ってこの発明の目的は、様々な形状および寸法の物品を安定して把持できるロボット用把持ハンドを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るロボット用把持ハンドは、中心軸心を持つとともに、この中心軸心に沿って配置した物品を受け入れ得る開口部を持つベースと、それぞれ上記ベース上で回転可能に支持され、上記中心軸心に沿って延びて上記中心軸心と同心のピッチ円上で互いに等角度離間して配置された軸心を持つ少なくとも３つの回転軸と、上記回転軸を駆動する駆動装置と、それぞれ上記回転軸に取り付けられて上記回転軸とともに回転して、互いの間隔が開いた開位置あるいは互いの間隔が狭くされた閉位置に可動の把持指とを備え、上記回転軸および上記駆動装置が上記開口部に受け入れられる物品と干渉しない位置に配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のロボット用把持ハンドによれば、様々な形状および寸法の物品を安定して把持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１〜図１０にはこの発明のロボット用把持ハンドの一実施の形態を示してある。図１および図２に示すように、この発明のロボット用把持ハンドは、中心軸心１を持つとともに、この中心軸心１に沿って配置した物品を受け入れ得る開口部２を持つベース３と、それぞれベース３上で回転可能に支持され、中心軸心１に沿って延びて中心軸心１と同心のピッチ円４上で互いに等角度離間して配置された軸心５を持つ少なくとも３つの回転軸６と、回転軸６を駆動する駆動装置７とを備えている。ここで、回転軸６の軸心５が中心軸心１に「沿って」延びている、あるいは物品が中心軸心１に「沿って」配置されているとは、軸心５あるいは物品が中心軸心１に対して平行あるいは傾斜していて、全体として中心軸心１の方向に延びていることを表す。
【０００９】
ベース３は、図示の例では、互いに３本のロッド８で平行配置されて連結され、それぞれ中心軸心１と同心の円形の第１の開口９および第２の開口１０を持つ第１の基板１１と第２の基板１２とを備えている。第２の基板１２には、第１の基板１１と反対側の面に第２の開口１０と同心の中空円筒体１３の一端が結合されていて、中空円筒体１３の他端には図示してないロボット本体の手首部にボルト（図示してない）等により結合するための取り付けフランジ１４が設けられている。このため、このロボット用把持ハンドにおいて、第１の基板１１のある側を先端側と呼び、取り付けフランジ１４のある側を後端側と呼ぶ。
【００１０】
このようにして構成されたベース３において、第１および第２の開口９および１０と中空円筒体１３の内部空間とが、開口部２を構成しており、後に説明するように、全体としてベース３の中心軸心１に沿って配置、即ち中心軸心１に対して同心、平行あるいは僅かに傾斜する等して関連して配置された物品を、その内部に受け入れることができるようにされている。物品とは、加工、組立、移動などのためにロボット用把持ハンドで取り扱う物品であり、後に説明するように、様々な形状、寸法のものを含むが、この開口部２には、長尺の物品の少なくとも一部を受け入れることができる。
【００１１】
回転軸６は、図示の例では、３本設けられていて、それぞれ第１の基板１１に軸受によって回転可能に取り付けられている。回転軸６の軸心５は、ベース３の中心軸心１に平行で、ピッチ円４上で互いに１２０度離間している。
【００１２】
回転軸６には駆動装置７が連結されている。即ち、それぞれの回転軸６には、第１の基板１１の後端側の端部にプーリ１５が取り付けられていて、プーリ１５にはアイドラ１６で張力を調整されたタイミングベルト１７が掛け回されていて、３本の回転軸６が同じ回転動作をするようにしてある。アイドラ１６は、第１および第２の基板１１および１２を連結するロッド８上に、張力調節装置１８を介して設けられている。また、３つの回転軸６のうちの１つ（図１では右手前の回転軸６）は、プーリ１５よりもさらに後端側でカップリング１９によって、第２の基板１２の後端側に取り付けられたモータである駆動機２０の出力軸２０ａに連結されている。このように図示の例では、回転軸６を回転させる駆動装置７は、プーリ１５、アイドラ１６、タイミングベルト１７、カップリング１９および駆動機２０を備えたものである。プーリ１５、アイドラ１６、タイミングベルト１７はすべて開口９の外側に位置するので、開口９にワークが入るのを妨げない。このように、ベース３に取り付けられた回転軸６および駆動装置７を含む全ての機構は、ベース３の開口部２に受け入れられる物品と干渉しない位置に配置されている。
【００１３】
ロボット用把持ハンドはまた、それぞれ回転軸６に対して先端が偏心して取り付けられて回転軸６とともに回転して、図３および４に示すように、先端が開いて互いの間隔が開いて第１の距離となった開位置、あるいは、図５および６に示すように、先端が閉じて互いの間隔が第１の距離よりも小さな第２の距離となった閉位置に可動の把持指２１を備えている。
【００１４】
把持指２１は、回転軸６の第１の基板１１から突出した先端側の端部に一端が固着されて、回転軸６の軸心５に対して直角方向に延びた指部２２と、指部２２の他端から中心軸心１に沿ってロボット用把持ハンドの先端側に向かって延びた爪部２３とを備えている。即ち爪部２３は回転軸６に対して偏心した位置で指部２２に取り付けられている。爪部２３は、図示の例では中心軸心１に平行に延びており、ゴムなどの摩擦の大きな弾性を有する材料でできていて、回転軸６の軸心５と平行な軸心２４を持っていて、直径が指部２２の先端の幅よりも大きな円筒形の部材である。図示の例では、爪部２３は、指部２２の先端を貫通した軸２５によって、指部２２の前後両側に設けられた、２つの円筒要素によって構成されている。
【００１５】
図３〜図６にはこの発明のロボット用把持ハンドの開閉動作の一例を示す。図３および図４の開位置では、減速機付きモータである駆動機２０の回動により、出力軸２０ａに連結された回転軸６（図３で右側の回転軸６）が駆動されている。この回転軸６の回動は、プーリ１５とタイミングベルト１７とを介して他の回転軸６にも同時に伝達され、３本の回転軸６は同期して回動し、３つの把持指２１が同期して同じ方向に回動して爪部２３間の距離が大きくなって図に示す開位置に保持されている。図３に示す開位置では、把持指２１の爪部２３は回転軸６が配置されているピッチ円４の外側にある。回転軸６を更に図で時計方向に回転させれば爪部２３間の距離がより大きくされた開位置にすることもできる。
【００１６】
駆動機２０を別の位置に回動させると、それに対応して回転軸６に設けられた把持指２１が３つとも同じ方向に同じ量だけ回動して、図５および図６に示す例では、図３および図４の開位置から反時計方向に回動して把持指２１の爪部２３間の距離が小さくなって、図５および図６に示す閉位置になる。把持指２１を更に図で反時計方向に回転させれば、爪部２３を互いに接触した閉位置にすることもできる。
【００１７】
図７〜１０には、この発明のロボット用把持ハンドがいかに様々な形状および寸法の物品を把持できるかを示すための把持作業の例を示してある。図７は大径のドラム状の物品３１を把持している例であり、物品３１は、その円形の平面の一方が把持指２１の指部２２に接触あるいは近接して面し、周面が把持指２１の爪部２３と接触した状態で、把持指２１との間の摩擦によって把持されている。図のように把持指２１を開くことで、例えば物品３１のような、ピッチ円より大きくロボット用把持ハンド自体の大きさに対して比較的大きな径の物品も安定して把持することができる。把持指２１が図示の閉位置に達して物品３１が把持されているときには、把持指２１の爪部２３から弾性による物品の径方向内向きの力が作用して物品３１と爪部２３との間に摩擦力が得られ、把持作用が得られるが、物品３１の把持をより確実にするためには、把持している間、駆動機２０への附勢を続けておくのが望ましい。
【００１８】
図８はピッチ円より小さい直径の長い軸状の物品３２を把持している例である。このような長尺の物品３２の場合には、ベース３の中央に開口部２が設けてあるので、長尺の物品３２をハンドの内部にまで「くわえ込む」ことができ、長尺の物品３２の一端を開口部２内に挿入して中央部を把持し他端を突出させた状態として、重心に近い位置を把持することによりロボットが動作して反力がかかっても安定した把持が可能である。
【００１９】
図９は大型の部品３３に立設された固定された長尺の物品３４に中空円筒形の物品３５を嵌める作業を行っている例である。この発明のロボット用把持ハンドでは、長尺の物品３４の先端部をベース３の開口部２内に受け入れて「くわえ込む」ことができるので、中空円筒形の物品３５を長尺の物品３４の根本にまで届かせることができる。
【００２０】
図１０は環状の物品３６が、内周面部分において把持指２１の爪部２３により内側から把持されている例である。この場合、把持指２１を一旦閉位置にして爪部２３を物品３６の内周面内に挿入した後、把持指２１を開位置にして「把持」する。
なお、指部２２が回転軸６の軸心５に対して直角方向に延びた例を示したが、直角でなくてもよく、指部２２が爪部２３を回転軸６の軸心５に対して偏心するように支持できればよい。
【００２１】
実施の形態２．
図１１〜１３に示すこの発明のロボット用把持ハンドの基本的な構成は図１〜１０に示すものと同様であるので、図１１〜１３にはロボット用把持ハンドを、ベース３および駆動装置７等を省略して、把持指２１と回転軸６の部分だけを抜き出して描いてある。このロボット用把持ハンドにおいては、回転軸６の軸心５が全て、ベース３の中心軸心１に平行ではなく傾斜していて、中心軸心１上の一点３７で交わっている。これに伴い、回転軸６に取り付けられている駆動機２０、プーリ１５、把持指２１の指部２２および爪部２３も回転軸６の軸心５の傾斜に対応して傾斜している。その他の構成は図１〜１０に示すものと同様である。
【００２２】
図１２にはこのロボット用把持ハンドによって、円筒形の物品３８を把持した状態をしである。実施の形態１と同様にして回転軸６をモータである駆動機２０（図示していない）で駆動して把持指２１を閉じることで、物品３８を把持する。物品３８は、爪部２３と物品３８の摩擦により把持される。
【００２３】
図１３は、図１２の状態を１つの把持指２１の爪部２３の軸２５に対して垂直な面に投影した図である。図１３はロボット用把持ハンドを上方から見下ろしており、図中左上が下方に相当する。Ｖ１は爪部２３と物品３８との接触点３９において爪部２３に掛かる物品３８の荷重のベクトルを図１３の投影面に投影したベクトルである。またＶ２はＶ１の荷重のうち把持指２１の回転に寄与する成分である。Ｖ２の作用により、把持指２１は回転軸６まわりに図中時計まわりのモーメントを受ける。他の把持指２１でも同様なので、結局物品３８の自重により把持指２１には閉じる方向の把持力が発生する。このため万一電源断で減速機付きモータである駆動機２０の駆動力がなくなっても、物品３８が容易に脱落しないようになる効果がある。
【００２４】
なお回転軸６がベース３（図示していない）の中心軸心１に対して傾いて取り付けられる角度は０度から９０度の間で任意だが、この角度が大きいと駆動機２０の駆動力をプーリ１５とタイミングベルト１７で伝達するのが困難になるが、その場合は例えばユニバーサルジョイントで回転軸６の方向を中心軸心１と平行になるようにすればよい。
【００２５】
また、図１１とは逆に回転軸６の軸心５がハンドの下方でベース３の中心軸心１と１点で交じわるように傾けることで、把持指２１が開く方向の把持力が発生するので、図１０のような内径把持の場合に対応したロボット用把持ハンドとすることもできる。
【００２６】
また回転軸６の軸心５がハンドの上方でベース３の中心軸心１と１点３７で交差するロボット用把持ハンドと、軸心５がロボット用把持ハンドの下方でベース３の中心軸心１と１点で交差するハンドを上下に組み合わせることで、図７のような外径把持と図１０のような内径把持が両方できるハンドとすることもできる。
【００２７】
以上に図示して説明したロボット用把持ハンドは単なる例であって様々な変形が可能であり、またそれぞれの具体例の特徴を全てあるいは選択的に組み合わせて用いることもできる。例えば、減速機付きモータである駆動機２０の駆動制御は、例えば力制御で行って把持力を調整することもでき、または爪部２３の弾性を利用して、爪部２３が物品に接触してからも軸６を少し回転させた位置を目標値として位置制御し、位置の目標値を変化させたときに爪部２３の弾性のたわみ量が変化して発生する力が変化するのを間接的に調整してもよい。
【００２８】
モータである駆動機２０は、３本の回転軸６を全て直接あるいは間接に駆動するが、必ずしも回転軸６に連結せずに、プーリ１５、アイドラ１６あるいはタイミングベルト１７を駆動するようにすることもできる。また、回転軸６を回転させる手段として減速機付きモータである駆動機２０を用いた例を示したが、減速機なしのモータなど他の駆動手段でもかまわない。また、減速機としてウォームギヤを用い、セルフロックにより電源断でモータの駆動力がなくなっても把持し続けられるようにしてもよい。
【００２９】
また、回転軸６は中心軸心１に対して平行に配置し、把持指２１の指部２２は回転軸６に直角とし、爪部２３の軸心２４だけを傾斜させることもできる。
【００３０】
更に、ロボット用把持ハンドで把持すべき物品として、図７〜１０に示すような円形断面の物品を例として説明したが、円形以外の断面形状を持つ物品や枠状体なども確実に把持することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１によるロボット用把持ハンドを示す斜視図である。
【図２】図１のロボット用把持ハンドのタイミングベルトなどの関係を示す説明図である。
【図３】図１のロボット用把持ハンドが開位置にある状態を示す斜視図である。
【図４】図３のロボット用把持ハンドの底面図である。
【図５】図１のロボット用把持ハンドが閉位置にある状態を示す斜視図である。
【図６】図４のロボット用把持ハンドの底面図である。
【図７】図１のロボット用把持ハンドによる把持作業の例として物品が大径である場合を示す斜視図である。
【図８】図１のロボット用把持ハンドによる把持作業の例として物品が長尺である場合を示す斜視図である。
【図９】図１のロボット用把持ハンドによる把持作業の例として物品が長尺に深く嵌め込むべきものである場合を示す斜視図である。
【図１０】図１のロボット用把持ハンドによる把持作業の例として物品が環状体である場合を示す斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態２によるロボット用把持ハンドを示す概略斜視図である。
【図１２】図１１のロボット用把持ハンドが物品を把持した状態を示す概略斜視図である。
【図１３】図１１のロボット用把持ハンドにおけるロボット用把持ハンドの荷重の関係を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１中心軸心、２開口部、３ベース、４ピッチ円、５軸心、６回転軸、７駆動装置、１５プーリ、１７ベルト、２０駆動機、２１把持指、２２指部、２３爪部、３１、３２、３４〜３６、３８物品、３７一点。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸心を持つとともに、この中心軸心に沿って配置した物品を受け入れ得る開口部を持つベースと、
それぞれ上記ベース上で回転可能に支持され、上記中心軸心に沿って延びて上記中心軸心と同心のピッチ円上で互いに等角度離間して配置された軸心を持つ少なくとも３つの回転軸と、
上記回転軸を駆動する駆動装置と、
それぞれ上記回転軸に取り付けられて上記回転軸とともに回転して、互いの間隔が第１の距離である開位置あるいは互いの間隔が第１の距離よりも小さな第２の距離である閉位置に可動の把持指と
を備え、
上記回転軸および上記駆動装置が上記開口部に受け入れられる物品と干渉しない位置に配置されていることを特徴とするロボット用把持ハンド。
【請求項２】
上記駆動装置が、上記回転軸に設けられたプーリと、上記プーリに掛け回されて上記プーリを互いに同期回転させるベルトと、上記回転軸、上記プーリおよび上記ベルトの少なくともいずれか１つに連結された駆動機とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のロボット用把持ハンド。
【請求項３】
上記駆動機が、上記回転軸に連結されたことを特徴とする請求項２に記載のロボット用把持ハンド。
【請求項４】
上記把持指が、上記回転軸から上記中心軸心に直角方向にもしくは少なくとも上記中心軸心と平行でない方向に延びた指部と、上記回転軸から偏心した位置で上記指部に取り付けられ、上記中心軸心に沿って延びた爪部とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボット用把持ハンド。
【請求項５】
上記回転軸の上記軸心が全て、上記中心軸心に対して平行であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボット用把持ハンド。
【請求項６】
上記回転軸の上記軸心が全て、上記中心軸心上の一点で交わることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボット用把持ハンド。

【図１】