JP2013039637A - ロボットハンド、ロボットハンド部品及びロボットハンドユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】把持手段が物品と衝突する際に物品の損傷を確実に防止し、かつ、物品を安定して把持できるロボットハンドを提供する。
【解決手段】一端に爪部2aを設け他端に作動部2bを設けた一組のフィンガー2cからなる把持手段2と、フィンガー2cの開閉動作を行うアクチュエータと、を有するロボットハンドであって、アクチュエータが、内部の気圧を調整することで伸縮可能な弾性嚢体3aと、弾性嚢体3a内の気圧を調整する気圧調整手段3bと、からなる空気圧アクチュエータ3であるロボットハンド1。
【選択図】図1
【解決手段】一端に爪部2aを設け他端に作動部2bを設けた一組のフィンガー2cからなる把持手段2と、フィンガー2cの開閉動作を行うアクチュエータと、を有するロボットハンドであって、アクチュエータが、内部の気圧を調整することで伸縮可能な弾性嚢体3aと、弾性嚢体3a内の気圧を調整する気圧調整手段3bと、からなる空気圧アクチュエータ3であるロボットハンド1。
【選択図】図1
Description
本発明は、ロボットハンド、ロボットハンド部品及びロボットハンドユニットに係り、特に、把持力を任意に変更可能であり、駆動機構が簡便で、小型、軽量なロボットハンド、ロボットハンド部品及びロボットハンドユニットに関する。
ロボットハンドによる物品の把持、搬送等において、フィンガー部を開閉させる把持動作の駆動力としてはアクチュエータによるピストン動作を開閉動作に変換させるのが一般的である。この駆動力を生じさせるアクチュエータとしては、強力なピストン動作を生じさせることができるソレノイド、サーボモータ、エアシリンダ等の公知のアクチュエータが用いられており、確実に把持し、安定した搬送等の動作ができるようになっている(例えば、特許文献1乃至3参照)。
しかしながら、このようなロボットハンドは駆動力を安定して付与できるが、その物品の把持に際してフィンガーと物品との衝突による物品の損傷(クラック、チッピング等)が生じてしまうことがあった。
そこで、このような物品の損傷を防止するために、フィンガー表層部にゴム等の弾性体を設けることで、物品との間の衝撃を緩和するような対策がとられている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、フィンガーの表層部に弾性体を設けた場合には、損傷の割合は少なくなるが、把持力の調整の点では微調整が困難で、少なからず損傷が発生する問題は依然として残っている。また、上記のようなアクチュエータは、その機構が複雑で重いため、ロボットハンドの製造コストが高く、ある程度の重量を有するという問題点もある。
そこで、本発明の目的は、上記問題点を解決するためになされたもので、把持手段が物品と衝突する際に物品の損傷を確実に防止し、かつ、物品を安定して把持できるロボットハンドを提供することにある。
本発明のロボットハンドは、一端に爪部を設け他端に作動部を設けた一組のフィンガーからなる把持手段と、前記フィンガーの開閉動作を行うアクチュエータと、を有するロボットハンドであって、前記アクチュエータが、内部の気圧を調整することで伸縮可能な弾性嚢体と、前記弾性嚢体内の気圧を調整する気圧調整手段と、からなる空気圧アクチュエータであることを特徴とする。
また、本発明のロボットハンド部品は、一端に爪部を設け他端に作動部を設けた1つのフィンガーと、前記フィンガーの開閉動作を行うアクチュエータと、を有するロボットハンド部品であって、前記アクチュエータが、内部の気圧を調整することで伸縮可能な弾性嚢体と、前記弾性嚢体内の気圧を調整する気圧調整手段と、からなる空気圧アクチュエータであることを特徴とする。
さらに、本発明のロボットハンドユニットは、上記本発明のロボットハンド部品の複数個を組み合わせて構成したことを特徴とする。
本発明のロボットハンド、ロボットハンド部品及びロボットハンドユニットによれば、把持手段の開閉を空気圧アクチュエータにより動作させるもので、非常に簡便な構成で、ロボットハンドを小型化し、軽量化できる。また、空気圧アクチュエータによって、物品と把持手段との接触時に、把持力が微調整され物品との衝撃を少なくでき、物品の損傷を防止できる。
以下、本発明のロボットハンドについて図面を参照しながら詳細に説明する。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について、図1を参照しながら説明する。図1は、第1の実施形態におけるロボットハンドの概略構成を示す側断面図である。
本発明の第1の実施形態について、図1を参照しながら説明する。図1は、第1の実施形態におけるロボットハンドの概略構成を示す側断面図である。
この図1に示したロボットハンド1は、一端に爪部2aを有し、他端に作動部2bを有する一対のフィンガー2cからなる把持手段2と、該フィンガー2cの開閉動作を行う空気圧アクチュエータ3と、これら把持手段2と空気圧アクチュエータ3を所定の位置関係に保持する支持部材4と、から構成されている。
把持手段2は、その物品を把持するために先端部に物品と直接接触する爪部2aを有するフィンガー2cが一対(2個一組)で構成されている。この爪部2aは、物品の形状により把持するのに適した形状とすればよく、その素材も公知のものを使用できる。爪部2aにゴム等の弾性部材を使用すると、より物品への衝撃を少なくできる。
そして、この爪部2aはフィンガー2cの先端に取り付けられ、それら爪部2aがその物品の把持側を互いに対向するように配置され、これらが開閉動作することにより物品を把持できる。この開閉動作により爪部2aは、互いに遠ざかったり近づいたりして、把持動作を行う。図1には、フィンガー2cが2本の場合を示したが、フィンガー2cが3本以上であってもよい。3本以上となった場合でも、フィンガー2cの複数本を一組として、物品の把持動作を一体に行うように配置される。
フィンガー2cの開閉動作は次に説明する空気圧アクチュエータ3により行われる。この開閉動作は後述するが、上下に伸びて配置されたフィンガー2cの一端が爪部2a、他端が空気圧アクチュエータ3の弾性嚢体3aと接触して押圧される作動部2bとなっており、押圧により作動部2bが外側に移動することによって、フィンガー2cの先端の爪部2aの閉動作ができるようになっている。このとき、フィンガー2cは、爪部2aと作動部2b間で揺動自在に軸着するとともに、作動部2bの互いに対向する側に、弾性嚢体3aを配置し、反対側を支持部材4で保持したコイルスプリング5により弾性嚢体3a側に押圧してなる。ここで、コイルスプリング5は、弾性を有して作動部2bを弾性嚢体3a側に押しつけられればよいため、そのような弾性能を有するバネであればよく、コイルスプリング(コイルバネ)の他に、板バネ等が挙げられる。
図1には、フィンガー2cの作動部2bが弾性嚢体3aにて押圧され(外側に広げられた状態)、爪部2aが閉状態となっている場合を示しているが、このとき、弾性嚢体3aの圧力に抗して弾撥力を生じさせるコイルスプリング5が縮んだ状態となっている。作動部2bが押圧されて外側に開くと、逆に爪部2aが閉じるように、爪部2aと作動部2b間(フィンガー2cの中央付近)でシーソー様に揺動自在に支持ピン6で固定(軸着)されている。そして、フィンガー2cの作動部2bが空気圧アクチュエータ3にて押圧した圧力が緩められると、作動部2bは内側に移動し逆に爪部2aが開くようになっている。
空気圧アクチュエータ3は、内部の気圧を調整することで伸縮可能なチューブ状の弾性嚢体3aと該弾性嚢体3a内の気圧を調整する気圧調整手段3bと、から構成されている。ここで、弾性嚢体3aは、伸縮することでフィンガー2cの作動部2b側の端部を押圧できるようになっている。
ここで、弾性嚢体3aは、一点鎖線7で示した特定方向の軸に対して伸縮できるようになっており、その伸縮により把持部2aを押圧する圧力を調整して動作できる。このような特定の軸方向にのみ動作が可能な空気圧アクチュエータとしては、例えば、公知の人工筋肉アクチュエータ等が使用できる。より具体的には、スキューズ株式会社製のPM−10RF(商品名)等のマッキンベン方式の人工筋肉アクチュエータが挙げられる。
人工筋肉アクチュエータは、管状の弾性嚢体の周囲をスリーブ状に編み込んだ繊維コードで覆った構造が一般的で、この繊維コードにより軸方向への伸びが抑制されるようになっている。また、軸方向と垂直の方向には弾性嚢体内の圧力を高めることで弾性嚢体が伸びるようになっており、内部の圧力を高めた際には、軸方向ではなく軸に対して垂直方向に弾性嚢体が伸びていき、スリーブ状の繊維コードが引っ張られ、軸方向へ収縮する力に変換される。すなわち、弾性嚢体の内部圧力を高めることで、フィンガーの作動部2bを押圧する力を緩め、爪部2aは開動作を行う。
図2(a)には、図1のロボットハンドの把持手段2と弾性嚢体3aの位置関係を抜き出し、その平面図を示した。フィンガー2cが対向して設けられており、その間にある弾性嚢体3aが把持手段2の作動部2bへの押圧する圧力を増加させたり、緩めたりすることでフィンガー2cの開閉動作が可能となっている。このとき、一点鎖線7で示した方向が弾性嚢体3aの伸縮方向であり、圧力変動による伸縮動作の軸となっている。
そして、気圧調整手段3bは、このような弾性嚢体3aの内部気圧を調整することができる圧力調整機能を有するポンプ等である。この気圧調整手段3bにより、開閉動作を行う際に、弾性嚢体3a内の気圧を変化させる。このとき、その気圧の変化において、爪部2aの移動距離を予め求めておき、把持する物品を確実に把持できるよう圧力を変動させる。
なお、把持する際の圧力は、上記のように移動距離と関連付けて決定してもよいが、把持力(物品から受ける反力)と関連付けてもよい。このとき、弾性嚢体3a内の圧力によって把持力が決まり、また、その際、物品を損傷しない程度の圧力に設定するのも容易である。本発明においては、駆動力を付与するアクチュエータが弾性嚢体3aからなっており、その内部気圧に応じて把持力を変動できるため、把持力の調整が簡便にでき、また物品の損傷も弾性嚢体の変形による衝撃吸収により回避できる。
この空気圧アクチュエータ3としては、フィンガー2cが2つ一組で対向している場合には上記人工筋肉アクチュエータのように一軸方向に動作するものでよいが、フィンガー2cを3つ以上一組で使用する場合には、特定の軸方向のみに動作する人工筋肉アクチュエータでは対応できない。
そこで、その場合には、図2(b)に示したように、弾性嚢体8aとして円環状のチューブを用い、その周囲にフィンガー2cを配置して、円環状チューブの伸縮によるフィンガー2cの作動部2bの押圧状態を調整できるようにしておけばよい。このような円環状のチューブを用いた場合は、円環の全周方向に伸縮動作が可能であり、3つ以上のフィンガーを有する場合にも対応できる。なお、この図2(b)においても、図2(a)と同様に、把持手段2と弾性嚢体13aとを抜き出して示した平面図である。
このような円環状のチューブとしては、具体的には、ブリジストン株式会社製のエアーピッカーが挙げられる。エアーピッカーは、ゴム製のドーナツ状に膨らむ弾性嚢体であるが、この場合は弾性嚢体内の圧力を高めることで、そのまま弾性嚢体が外周全方向に伸展していく。そのため、弾性嚢体の内部圧力を高めることで、フィンガーの作動部2bを押圧する力を高め、爪部2aは閉動作を行う。
上記したような弾性嚢体3aは、内部気圧の変動により伸縮可能な弾性素材を用いて形成すればよく、例えば、天然ゴム(NR)、クロロプレンゴム(CR)、ブタジエンゴム(BR)、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブチルゴム(IIR)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、シリコーンゴム(SIC)、フッ素ゴム(FRM)、ハイパロンゴム(CSM)等の素材が挙げられる。
この弾性嚢体には、強化繊維を埋め込んで補強して強度を高め、長寿命のものとすることもできる。ここで用いる強化繊維としては、カーボン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、アラミド等のポリアミド繊維等が挙げられる。また、上記した人工筋肉アクチュエータのように周囲に繊維コードを設ける場合に、その繊維コードは上記強化繊維で挙げたものと同じ素材で作成すればよい。
そして、支持部材4は、把持手段2の開閉動作を円滑に行えるように、上記把持手段2と空気圧アクチュエータ3とを所定の配置となるように固定している。さらに、支持部材4には、空気圧アクチュエータ3がフィンガー2cの作動部2bを押圧する力に抗するように弾撥力を生じることができるコイルスプリング5が設けられ、さらに、フィンガー2cの中央付近を支持ピン6で固定している。この支持ピン6が支点となってフィンガー2bをてこの原理により動作させることができ、空気圧アクチュエータ3により作動部2b(力点)の圧力を変動させると、爪部2a(作用点)が開閉動作を行う。
すなわち、支持部材は、一対のフィンガー4を、爪部2aの把持側を対向させて、それぞれの爪部2aと作動部2c間で揺動自在に軸着するとともに、作動部2cの互いに対向する側に、弾性嚢体3aを配置し、反対側を支持部材4で保持したコイルスプリング5により押圧してなるものである。
(第2実施形態)
本発明の第2の実施形態について、図3〜図6を参照しながら説明する。図3は、第2の実施形態におけるロボットハンドを構成するロボットハンド部品の構成を示した側断面図である。図4は、図3のロボットハンド部品を用いたロボットハンドユニットである。図5及び図6は、図3のロボットハンド部品を用いた他のロボットハンドユニットのバリエーションを示した配置図である。
本発明の第2の実施形態について、図3〜図6を参照しながら説明する。図3は、第2の実施形態におけるロボットハンドを構成するロボットハンド部品の構成を示した側断面図である。図4は、図3のロボットハンド部品を用いたロボットハンドユニットである。図5及び図6は、図3のロボットハンド部品を用いた他のロボットハンドユニットのバリエーションを示した配置図である。
この図3に示されたロボットハンド部品11は、フィンガー2cを1つだけ有し、単独では物品を把持することができない点を除けば、図1のロボットハンド1と同様の構成を有するものである。すなわち、空気圧アクチュエータ13及び支持部材14は、第1の実施形態における空気圧アクチュエータ3及び支持部材4と、フィンガー2cが1つだけとなっていることによる形状的な変更が加えられた以外は同一の構成、機能を有するものである。
このようなロボットハンド部品11は、それ自体が単独では機能しないが、このロボットハンド部品11を2以上組み合わせることで、様々な物品形状に対応でき、把持部分を任意の場所に設けたり、数を増やして安定性を高めたり、汎用性の高いロボットハンドユニットを提供できる。
例えば、図4に示したように、ロボットハンド部品11を2つ組み合わせた場合は、図1と同等の機能を有するロボットハンドユニット21になる。このとき、把持手段2の爪部2aの把持部分が互いに対向する位置に配置する。なお、図4(a)は、ロボットハンドユニット21の側断面図を示したもので、図4(b)は、その平面図(空気圧調整手段は省略)を示したものである。このとき、各ロボットハンド部品11の弾性嚢体3の気圧調整は、部品ごとに個々に行うようにしてもよいし、1つの気圧調整手段により全ての部品について同一の動作となるようにしてもよい。なお、ここで破線41は、仮想的な物品形状を示している。
また、ロボットハンド部品11を組み合わせてロボットハンドユニットを構成する場合は、他にも様々なバリエーションが考えられ、例えば、図5に示したように、図4に示した対向して設けた一組のロボットハンドユニットを複数組使用したロボットハンドユニットとすることもできる。
この図5に示したロボットハンドユニットは、例えば、液晶基板や太陽電池のように長方形の大きな物品を搬送する場合に適したものである。例えば、図5(a)のように、爪部2aを対向させたロボットハンドユニット二組を平行に配置すると、長方形状の物品を把持し、搬送する場合に適している。また、図5(b)のように、爪部2aを対向させたロボットハンドユニット二組を各開閉動作の方向が垂直に交わるように配置すると、四角形の物品の各辺を把持することができ、搬送時の安定性を高めることができる。これらのロボットハンドユニットは平面形状が四角形の物品の搬送時に適している。破線51は仮想的な物品形状を示したものである。
さらに、ロボットハンドユニットとしては、図6に示した構成も考えられ、ここで示したロボットハンドユニットは、例えば、シリコンウェーハやセラミック基板のように、円板状の物品を搬送する場合に適したものである。例えば、図6(a)〜(d)はロボットハンド部品11を、その爪部2aの動作方向がある一点に収束するように配置されたものであり、このように一点に収束するように配置したことを本明細書では「1点の把持中心を有する」と表現する。このように1点の把持中心を有するものとして、図6(a)は3つのロボットハンド部品を、図6(b)は4つのロボットハンド部品を使用して、その動作方向が平面的に等角度になるように配置したものである。搬送物品の形状や重さの偏りによっては、図6(c)や(d)のような配置とすることもでき、その他、物品の形状等に応じて種々の配置をとり得る。破線61は仮想的な物品形状を示したものである。
このように、ロボットハンド部品11は様々な物品の搬送に応用することができ、物品の搬送用のロボットハンドに有用である。
1…ロボットハンド、2…把持手段、2a…爪部、2b…作動部、2c…フィンガー、3…空気圧アクチュエータ、3a…弾性嚢体、3b…圧力調整手段、4…支持部材、5…コイルスプリング、6…支持ピン、7…駆動軸、11…ロボットハンド部品
Claims (10)
- 一端に爪部を設け他端に作動部を設けた一組のフィンガーからなる把持手段と、前記フィンガーの開閉動作を行うアクチュエータと、を有するロボットハンドであって、
前記アクチュエータが、内部の気圧を調整することで伸縮可能な弾性嚢体と、前記弾性嚢体内の気圧を調整する気圧調整手段と、からなる空気圧アクチュエータであることを特徴とするロボットハンド。 - 支持部材に、一端に爪部を設け他端に作動部を設けた一対のフィンガーを、前記爪部の把持側を対向させて、それぞれ爪部と作動部間で揺動自在に軸着するとともに、前記作動部の互いに対向する側に、前記弾性嚢体を配置し、反対側を前記支持部材で保持したバネにより前記弾性嚢体側に押圧してなることを特徴とする請求項1記載のロボットハンド。
- 前記弾性嚢体が、特定の軸方向に伸縮可能な管状の弾性嚢体であることを特徴とする請求項1又は2記載のロボットハンド。
- 前記弾性嚢体が、特定の平面において、全周方向に伸縮可能な円環状の弾性嚢体であることを特徴とする請求項1又は2記載のロボットハンド。
- 前記弾性嚢体の伸展動作によって、前記作動部が押圧されて前記爪部が閉動作を行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のロボットハンド。
- 一端に爪部を設け他端に作動部を設けた1つのフィンガーと、前記フィンガーの開閉動作を行うアクチュエータと、を有するロボットハンド部品であって、
前記アクチュエータが、内部の気圧を調整することで伸縮可能な弾性嚢体と、前記弾性嚢体内の気圧を調整する気圧調整手段と、からなる空気圧アクチュエータであることを特徴とするロボットハンド部品。 - 請求項6記載のロボットハンド部品の複数個を組み合わせて構成したことを特徴とするロボットハンドユニット。
- 請求項6記載のロボットハンド部品2個を、前記フィンガーの前記爪部の把持側を対向させて配置したことを特徴とする請求項7記載のロボットハンドユニット。
- 請求項8記載のロボットハンドユニットを複数組使用することを特徴とするロボットハンドユニット。
- 請求項6記載のロボットハンド部品の複数個を、前記フィンガーの前記爪部の把持動作において1点の把持中心を有するように配置したことを特徴とする請求項7記載のロボットハンドユニット。
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