JP2013240870A - 把持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造及び制御構成を簡素にすることができる把持装置を提供する。
【解決手段】吸着体３は、対象物２に当接する当接面５Ａを備えた当接部５と、当接部５に形成された貫通孔５Ｋを通して当接面５Ｋから対象物側へ突出した突出位置に付勢され、かつ、対象物２との当接により突出位置から当接面側へ引退した引退位置に切り替え可能な突起部６と、突出位置で貫通孔５Ｋを閉じた状態にし、かつ、突起部６の引退位置で貫通孔５Ｋを開放状態にすべく突起部６に一体化された弁部７と、貫通孔５Ｋから径方向に離間した位置に設けられ、吸着ポンプ４への吸引流路８に連通する連通孔７Ｋとを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物を吸着するための吸着体と、該吸着体に接続され吸着力を発生させるための吸着ポンプとを備えた把持装置に関する。

かかる把持装置は、吸着ポンプからの吸引力で対象物を吸着するロボットハンドに用いられることが多い。このロボットハンドは、例えば、複数のエジェクタに圧縮空気を供給することにより負圧を生成する装置と、前記装置により生じた負圧により対象物を吸着する吸引口とを備えた装置から構成されている（例えば、特許文献１参照）。この装置をロボットハンドに用いる場合には、各吸引口に開閉用のバルブを内蔵し、それらのバルブの開閉を制御することによって、対象物を吸着保持又は吸着解除することができる。

また、特許文献２，３には、吸盤を対象物に当接させて真空装置により吸引することによって対象物を吸盤で吸着保持する構成のものが開示されている。前記吸盤は、下側ほど広がったラッパ状の吸着部と、吸着部の上側に一体化され、吸着部を真空にすべく真空装置からの真空エアを供給するための吸引口が形成された円筒部とを備えている。そして、前記吸引口にそれを開閉する開閉用のバルブを設け、そのバルブの開閉を制御することによって、吸引する状態と吸引しない状態とに切り替えて、対象物を吸着保持又は吸着解除することができる。

特表２００８−５０７６４９号公報（図１参照） 特開２００４−２３０５５０号公報（図１参照） 特開平６−２２６６７４号公報（図１参照）

上記３つの特許文献の構成では、吸引口に開閉用のバルブの他、バルブの開閉を制御するための配線等の電気的な構成を設けなければならないため、構造が複雑になるだけでなく、各バルブの開閉のタイミングを制御するための制御構成も複雑になるという不都合があった。特に、吸引口が多くなればなるほど、前記不都合が顕著になるものであった。

本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、構造及び制御構成を簡素にすることができる把持装置を提供することを課題とする。

本発明の把持装置は、前述の課題解決のために、対象物を吸着するための吸着体と、該吸着体に接続され、吸引流路を介して吸引することで吸着力を発生させる吸着ポンプとを備えた把持装置であって、前記吸着体は、前記対象物に当接する当接面を備えた当接部と、該当接部に形成された貫通孔を通して前記当接面から対象物側へ突出した突出位置に付勢され、かつ、前記対象物との当接により該突出位置から当接面側へ引退した引退位置に切り替え可能な突起部と、前記突出位置で前記貫通孔を閉じた状態にし、かつ、前記引退位置で前記貫通孔を開放状態にすべく前記突起部に一体化された弁部と、前記貫通孔から径方向に離間した位置に設けられ、前記吸着ポンプへの吸引流路に連通する連通孔とを備え、前記弁部は、前記貫通孔を開放した状態では、前記連通孔と前記貫通孔とを連通させ、前記貫通孔を閉じた状態では、前記連通孔と前記貫通孔とを不通にさせるように構成されていることを特徴としている。

上記構成によれば、対象物との当接により突起部が突出位置から引退位置へ自ずと切り替えられる。この切り替えに伴って、弁部が貫通孔を開放し、この開放状態の貫通孔と連通孔とが連通状態となる。これにより、吸着ポンプからの吸引力が貫通孔を通して対象物に作用して、対象物が吸着保持される。

また、本発明の把持装置は、前記弁部が、ＰＤＭＳ、シリコーン、ポリウレタンなどの弾性復元力を有する高分子材料から形成され、前記突起部は、前記弁部の弾性復元力により前記突出位置に付勢され、かつ、前記対象物との当接による前記弁部の弾性変形によって前記引退位置に位置する構成であってもよい。

上記のように弁部が弾性復元力を有する高分子材料から形成されていれば、弁部を閉じた状態に付勢する部材が不要になり、その分組み立て作業を迅速に行えるとともに装置の小型化を図り易い。

また、本発明の把持装置は、前記連通孔が、前記弁部に形成された貫通孔からなり、前記突起部が、前記連通孔の周囲に複数設けられ、該複数の突起部のうちの特定の突起部が前記対象物と当接することにより、前記弁部が弾性変形して前記特定の突起部が前記引退位置に位置する構成であってもよい。

上記構成のように、連通孔の周囲に複数の突起部を備えていれば、各突起部に連通孔を設ける構成に比べて構成を簡素にすることができ、装置の小型化を図り易い。

対象物との当接力を利用することによって、突起部が突出位置から引退位置へ自ずと切り替えられる構成であるため、開閉用のバルブの他、該バルブの開閉を制御するための配線等の電気的な構成及び開閉のタイミング等の制御構成を不要にすることができ、構造及び制御構成を簡素にすることができる把持装置を提供することができる。

本発明の把持装置の第１実施形態を示し、（ａ）はそれの縦断面図、（ｂ）は対象物を吸着保持した状態を示す縦断面図である。 （ａ）は突起部が一体形成された弁部の平面図、（ｂ）は（ａ）の弁部に当接部を上から被せた状態の平面図である。 吸着体と真空ポンプとの間に真空計が設けられた本発明の把持装置の斜視図である。 本発明の把持装置の第２実施形態を示し、（ａ）はそれの縦断面図、（ｂ）は対象物を把持した状態を示す縦断面図である。 本発明の把持装置の他の実施形態を示し、（ａ）は一部を省略した縦断面図、（ｂ）は対象物を把持した状態を示す一部を省略した縦断面図である。

図１（ａ），（ｂ）は、例えばロボットハンド等に用いられる把持装置１の第１実施形態を示している。この把持装置１は、対象物２を吸着するための吸着体３と、吸着体３に接続され吸引流路８を介して吸引することで吸着力を発生させる吸着ポンプとしての真空ポンプ４とを備えている。

吸着体３は、図１（ａ），（ｂ）及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、対象物２に当接する当接面５Ａを備えた当接部５と、当接部５に形成された多数（図では３６個）の貫通孔５Ｋを通して当接部５の当接面５Ａから対象物側へ突出した突出位置に付勢され、かつ、対象物２との当接により突出位置から当接面５Ａ側へ引退した引退位置に切り替え可能な多数（図では３６個）の突起部６と、突起部６の突出位置で貫通孔５Ｋを閉じた状態にし、かつ、突起部６の引退位置で貫通孔５Ｋを開放状態にすべく突起部６に一体化された弁部７と、貫通孔５Ｋから径方向に離間した位置に設けられ、真空ポンプ４への吸引流路８に連通する連通孔７Ｋと、当接部５を支持するとともに弁部７を収納するためのケーシング９と、ケーシング９の後端側の開口９Ｓを閉じる可撓性を有する合成樹脂製の蓋体１０と、蓋体１０の中央部に形成された円筒部１０Ａに一端が接続され、他端が真空ポンプ４に接続されるゴム製のホース１１と、ケーシング９内に設けられ、弁部７とケーシング９との間に吸引エアを通過させるための金属メッシュ部材１２とを備えている。尚、金属メッシュ部材１２は、ケーシング９の内側面９Ｇと弁部７の外（横）側面５Ｇとの間に形成される隙間Ｈを通して吸引エアを貫通孔５Ｋに作用させるために設けられている。

当接部５は、例えば銅箔（ゴムや合成樹脂でもよい）などの可撓性を有する材料から構成され、図２（ｂ）に示すように、弁部７よりも少し大きな円盤状に形成されている。また、当接部５の各貫通孔５Ｋは、突起部６の直径よりも大きな直径に形成されている。また、４個の貫通孔５Ｋを、各連通孔７Ｋに対して所定間隔を置いて取り囲むように周方向に沿って配置している。

各突起部６は、円柱状に形成され、図１（ａ）に示すように、円盤状に形成された弁部７の上端面に上方に突出するように設けられている。そして、突起部６と弁部７とが、弾性復元力を有する高分子材料の一例であるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）により一体形成され、ＰＤＭＳの弾性復元力により突起部６が突出位置に付勢され、対象物２との当接により弾性変形して引退位置に移動する。尚、高分子材料としては、ＰＤＭＳの他、シリコーンやポリウレタンなどでもよい。

前記弁部７は、前記貫通孔５Ｋを開放した状態では、前記連通孔７Ｋと前記貫通孔５Ｋとを連通させ、前記貫通孔５Ｋを閉じた状態では、前記連通孔７Ｋと前記貫通孔５Ｋとを不通にさせるように構成されている。

前記連通孔７Ｋは、弁部７の９箇所に形成された貫通孔からなり、前述のように各連通孔７Ｋの周囲に突起部６が複数（４個）設けられ、それらの突起部６が、対象物２との当接により弾性変形して突出位置から引退位置に自ずと移動するように構成されている。

ケーシング９は、可撓性を有するように塩化ビニルで構成され、円筒状の側壁部９Ａと、側壁部９Ａの後端部から径方向内側に延びる延出部９Ｂとから構成されている。

従って、図１（ａ）に示すように、対象物２が突起部６に当接していない状態では、ＰＤＭＳの弾性復元力により突起部６が突出位置に付勢されている。この状態では、当接部５の裏面５Ｂに弁部７の上面７Ｕが当接していることから、当接部５の貫通孔５Ｋは、弁部７により閉じられた状態になっている。この状態から、図１（ｂ）に示すように、対象物２が特定の突起部６に当接することによって、突起部６が弾性変形して押し下げられる。これにより、弁部７の上面７Ｕも押し下げられて、当接部５の裏面５Ｂと弁部７の上面７Ｕとの間に隙間Ｓが発生し、貫通孔５Ｋが開放状態となる。貫通孔５Ｋの開放によって、貫通孔５Ｋと連通孔（貫通孔）７Ｋとが隙間Ｓを通して連通状態となり、吸引流路８を通して真空ポンプ４からの吸引力が貫通孔５Ｋに作用し、対象物２を吸着保持することができる。

図１（ｂ）のように、対象物２が湾曲面２Ａを有するものであっても、当接部５が可撓性を有する構成であるため、対象物２の湾曲面２Ａに沿って当接部５が湾曲し、対象物２を確実に吸着保持することができるようになっている。

また、図３に示すように、真空ポンプ４と吸着体３との間に、真空計１３を接続して圧力値を測定する構成にしてもよい。このようにしておけば、図示していない制御部が、真空計１３により測定された圧力値が所定の圧力値になるように真空ポンプ４の駆動を制御して、対象物２を確実に吸着保持することができる利点がある。

前述のように、対象物２が特定の突起部６に当接することによって、突起部６が弾性変形して押し下げられ、当接部５の裏面５Ｂと弁部７の上面７Ｕとの間に隙間Ｓが発生する。これにより、貫通孔５Ｋ、隙間Ｓ、連通孔（貫通孔）７Ｋ、吸引流路８を通して真空ポンプ４から吸引されて、対象物２を吸着保持することができる。このように、対象物との当接力を利用することによって、突起部６が突出位置から引退位置へ自ずと切り替えられる構成であるため、各貫通孔５Ｋに対する開閉用のバルブが不要になる。その結果、開閉用のバルブやバルブの開閉を制御するための配線等の電気的な構成及び開閉のタイミング等の制御構成を不要にすることができ、構造及び制御構成を簡素にすることができる。しかも、このような簡素化を行うことによって、把持装置１の小型化をも容易に図ることができる利点がある。

図４（ａ），（ｂ）に把持装置１の第２実施形態を示し、その把持装置１について説明する。この把持装置１は、突起部６と弁部７とが別々に形成され、それら別々に形成された突起部６と弁部７とを一体化した構成である。

具体的には、突起部６は、金属製の円柱状部材からなり、弁部７は、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）からなっており、各突起部６は、その一部が弁部７に埋め込まれた状態で固定されている。この固定は、係止手段、接続手段、ねじ込み手段、接着手段などを用いて行うことができる。尚、係止手段や接続手段を用いれば、突起部６の一部を弁部７に埋め込むことなく突起部６を弁部７に固定することもできる。

また、当接部５とケーシング９とが塩化ビニルにより一体形成されている。そして、このケーシング９は、可撓性を有しているとともに、ケーシング９の当接部５の上面５Ｕに柔軟性を有するウレタン樹脂でなる被覆部材１４が取り付けられている。このように被覆部材１４を備えていることから、対象物２の小さな凹凸に対応して被覆部材１４が変形することで、対象物２の形状に無関係に対象物２を確実に吸着保持することができる。尚、被覆部材１４にも突起部６を突出させるための貫通孔１４Ｋが形成されている。

ケーシング９は、当接部５を備えるとともに後方が開放された本体部９ａと、この本体部９ａの後側の内側に固定される中央部に貫通孔９Ｋを備えたドーナツ状の蓋部９ｂとから構成されている。蓋部９ｂの貫通孔９Ｋには、真空ポンプ４に一端が接続されたホース１１の他端を接続するための接続部材１５が装着されている。また、弁部７と蓋部９ｂとの間に、金属メッシュ部材１２を設けることによって、連通孔７Ｋが、蓋部９ｂにて塞がれることがなく、金属メッシュ部材１２を通して吸引流路８に連通された状態を維持できる。尚、説明しなかった他の構成は、図１（ａ），（ｂ）と同一構成であり、同一の符号を付している。

従って、図４（ａ）に示すように、対象物２が突起部６に当接していない状態では、ＰＤＭＳが有する弾性復元力により突起部６が突出位置に付勢されている。この状態では、当接部５の裏面５Ｂに弁部７の上面７Ｕが当接していることから、当接部５の貫通孔５Ｋは、閉じられた状態になっている。この状態から、図４（ｂ）に示すように、対象物２が特定（図の左から２番目）の突起部６に当接することによって、突起部６が弾性変形して押し下げられ、当接部５の裏面５Ｂに弁部７の上面７Ｕとの間に隙間Ｓが発生する。この隙間Ｓが貫通孔５Ｋと連通孔（貫通孔）７Ｋとを連通状態とし、吸引流路８を通して真空ポンプ４から吸引力を貫通孔５Ｋに作用させることにより、対象物２を吸着保持することができる。

尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

前記実施形態では、弁部７をＰＤＭＳで構成することによって、対象物２との当接により突起部６が押し下げられ、弁部７が弾性変形することで、当接部５の裏面５Ｂと弁部７の上面７Ｕとの間に隙間Ｓが発生する場合を示したが、弁部７を弾性変形しない材料、例えば硬質の合成樹脂や金属などから構成し、突起部６と弁部７とが全体的に移動することによって、当接部５の裏面５Ｂと弁部７の上面７Ｕとの間に隙間Ｓが発生する構成にしてもよい。例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、弾性変形しない材料で形成された弁部７とケーシング９との間にコイルバネ１６（板バネでもよい）が設けられ、このコイルバネ１６により突起部６を突出側に移動付勢している。この状態から、対象物２との当接により突起部６と弁部７とが全体的に突出側とは反対側（下方側）に移動することによって、当接部５の裏面５Ｂに弁部７の上面７Ｕとの間に隙間Ｓが発生する。この隙間Ｓを介して貫通孔５Ｋと連通孔１７とが連通状態となり、吸引流路８を通して真空ポンプ４から吸引力が対象物２に作用することにより、対象物２を吸着保持することができる。尚、前記コイルバネに代えて、例えば磁力（電磁力の他、静電気による吸引力を利用する場合も含む）により突起部６を突出側に移動付勢する構成であってもよい。尚、前記連通孔１７は、弁部７の横側面７Ｇとケーシング９の内側面９Ｇとの間に形成されている隙間を指す。

また、前記実施形態では、ケーシング９と弁部７との間にエアを通過させるための金属メッシュ部材１２を設けたが、図４の連通孔７Ｋを塞ぐことがないようにリング状部材を設けて連通孔７Ｋと吸引流路８とが連通状態を維持できるようにしてもよい。また、ケーシング９を、連通孔７Ｋを塞ぐことがない形状に構成することによって、エアを通過させるための金属メッシュ部材１２等の部材を省略することができる。

また、前記実施形態では、１個の連通孔（貫通孔）７Ｋに対して４個の貫通孔５Ｋを設けた場合を示したが、１個の連通孔（貫通孔）７Ｋに対して１個の貫通孔５Ｋを設けて実施することもできる。

また、本発明の把持装置は、ロボットハンドに用いる他、ロボットの手足や、搬送装置により搬送される搬送物を吸引力により持ち上げるアームに用いることもできる。

１…把持装置、２…対象物、２Ａ…湾曲面、３…吸着体、４…真空ポンプ、５…当接部、５Ａ…当接面、５Ｂ…裏面、５Ｋ…貫通孔、５Ｋ…貫通孔、５Ｕ…上面、６…突起部、７…弁部、７Ｋ…連通孔、７Ｕ…上面、８…吸引流路、９…ケーシング、９Ｓ…開口、９Ａ…側壁部、９Ｂ…延出部、９Ｋ…貫通孔、９ａ…本体部、９ｂ…蓋部、１０…蓋体、１０Ａ…円筒部、１１…ホース、１２…金属メッシュ部材、１３…真空計、１４…被覆部材、１５…接続部材、１６…コイルバネ、Ｓ…隙間

Claims (3)

1. 対象物を吸着するための吸着体と、該吸着体に接続され、吸引流路を介して吸引することで吸着力を発生させる吸着ポンプとを備えた把持装置であって、
   前記吸着体は、前記対象物に当接する当接面を備えた当接部と、該当接部に形成された貫通孔を通して前記当接面から対象物側へ突出した突出位置に付勢され、かつ、前記対象物との当接により該突出位置から当接面側へ引退した引退位置に切り替え可能な突起部と、前記突出位置で前記貫通孔を閉じた状態にし、かつ、前記引退位置で前記貫通孔を開放状態にすべく前記突起部に一体化された弁部と、前記貫通孔から径方向に離間した位置に設けられ、前記吸着ポンプへの吸引流路に連通する連通孔とを備え、
   前記弁部は、前記貫通孔を開放した状態では、前記連通孔と前記貫通孔とを連通させ、前記貫通孔を閉じた状態では、前記連通孔と前記貫通孔とを不通にさせるように構成されていることを特徴とする把持装置。
2. 前記弁部が、ＰＤＭＳ、シリコーン、ポリウレタンなどの弾性復元力を有する高分子材料から形成され、前記突起部は、前記弁部の弾性復元力により前記突出位置に付勢され、かつ、前記対象物との当接による前記弁部の弾性変形によって前記引退位置に位置することを特徴とする請求項１に記載の把持装置。
3. 前記連通孔が、前記弁部に形成された貫通孔からなり、前記突起部が、前記連通孔の周囲に複数設けられ、該複数の突起部のうちの特定の突起部が前記対象物と当接することにより、前記弁部が弾性変形して前記特定の突起部が前記引退位置に位置することを特徴とする請求項２に記載の把持装置。

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