JP2014042971A - 把持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化すること無く、把持対象物を安定して把持することができる把持装置を提供すること。
【解決手段】第１部材２１により把持対象物５１を下から支えるとともに、第２部材２２により把持対象物５１を上から押さえ付けるように、第１部材２１と第２部材２２との間隔を調整する。さらに、一対の支持部材１１，１２の間隔を調整し、一対の支持部材１１，１２を把持対象物５１に接触させる。これにより、把持対象物５１が、第１部材２１、第２部材２２、及び一対の支持部材１１，１２によって取り囲まれた状態で拘束される。
【選択図】図６

Description

本発明は、把持対象物を把持する把持装置に関する。

把持装置として、例えば特許文献１のロボットハンドがある。特許文献１のロボットハンドは、複数の指にコイルばねがそれぞれ巻き付けられている。コイルばねは、その両端を除いた中間部分の巻き線が指の外周に沿って長手方向に変位可能になるように各指に取り付けられている。これにより、各指によって取り囲まれた把持対象物を把持したときに把持対象物に対する接触点の数が増大して、各接触点における摩擦力によって把持対象物を安定して把持することができる。

特開２０１１−２１８４４８号公報

特許文献１のようなロボットハンドは、把持対象物に対する摩擦力によって把持対象物を把持している。ここで、摩擦力は、指が把持対象物を把持しようとする把持力と、指と把持対象物との間の摩擦係数とによって決まる。摩擦係数は、把持対象物及び指の材質又は形状等に影響を受けるため、未知数である。よって、把持対象物を摩擦力によって確実に把持するためには、指が把持対象物を把持しようとする把持力を大きくする必要がある。把持力を大きくするためには、指を駆動させるためのモータの駆動力を大きくする必要があり、モータの駆動力を大きくしようとすると、モータが大型化してしまい、その結果として、ロボットハンド自体が大型化してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、大型化すること無く、把持対象物を安定して把持することができる把持装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、把持対象物を把持する複数の把持機構を備える把持装置であって、前記把持機構の少なくとも一つは、前記把持対象物を支持可能な第１部材と、前記第１部材の上方に対向配置されるとともに前記把持対象物を押さえ付け可能な第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間隔を調整する第１間隔調整手段と、を有していることを要旨とする。

この発明によれば、第１部材と第２部材との間に把持対象物が位置した状態において、第１間隔調整手段により第１部材と第２部材とを近づけるように間隔を調整することで、第１部材及び第２部材を把持対象物に接触させる。このとき、把持対象物は、第１部材により下から支えられるとともに第２部材によって上から第１部材側に押し付けられるようにして、第１部材及び第２部材により挟み込まれ、把持対象物が第１部材及び第２部材により拘束されるようにして把持される。その結果、把持対象物を把持するための把持力を大きくする必要が無いため、従来技術のように大きなモータを必要とせず、把持装置自体が大型化すること無く、把持対象物を安定して把持することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１部材は、前記把持対象物を支持するテーパ形状の把持面を備えることを要旨とする。
この発明によれば、例えば、把持対象物が載置面に載置されている場合であっても、第１部材を、把持対象物と載置面との間に差し込むことができ、把持面によって把持対象物を下から支えることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記第１部材及び前記第２部材は、一対の支持部材の間に支持されるとともに、前記一対の支持部材の方向に伸縮可能に構成され、前記一対の支持部材の間隔を調整する第２間隔調整手段をさらに備えることを要旨とする。

この発明によれば、第２間隔調整手段により一対の支持部材の間を調整することで、一対の支持部材を把持対象物に接触させることができ、把持対象物を、第１部材、第２部材、及び一対の支持部材によって取り囲んだ状態で拘束することができる。その結果、把持対象物をさらに安定して把持することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記第１部材は、一方の支持部材に支持される第１回動部材と、他方の支持部材に支持される第２回動部材とから構成されており、前記第１回動部材及び前記第２回動部材における各支持部材に近づく方向への回動を許容するとともに、各支持部材から離れる方向へ前記第１回動部材及び前記第２回動部材を付勢する回動手段を備えたことを要旨とする。

この発明によれば、例えば、一対の把持機構の間隔が、把持対象物の幅よりも小さくなるように調整された状態で、把持装置を把持対象物側に向けて下降させても、各回動手段により、第１回動部材及び第２回動部材が把持対象物に接触しながら回動する。そして、第１回動部材及び第２回動部材が把持対象物を通過すると、第１回動部材及び第２回動部材が各支持部材から離れる方向へ付勢されて元の位置に復帰する。これにより、第１回動部材及び第２回動部材によって把持対象物を下から支えることが可能となる。その結果、把持対象物の両側に、一対の把持機構が配置可能なスペースが無い場合であっても、把持対象物を把持することが可能となる。

この発明によれば、大型化すること無く、把持対象物を安定して把持することができる。

実施形態における把持装置の概略図。 把持装置の電気的構成を示すブロック図。 一対の把持機構の間に把持対象物が位置するように把持装置を位置合わせした状態を示す断面図。 把持対象物が各第１部材により下から支えられた状態を示す断面図。 把持対象物が各第１部材及び各第２部材により挟み込まれた状態を示す断面図。 把持対象物が各第１部材、各第２部材、及び一対の支持部材によって取り囲まれて拘束された状態を示す断面図。 別の実施形態における把持装置を示す断面図。 第１回動部材及び第２回動部材が各支持部材に近づく方向に回動した状態を示す断面図。 第１回動部材及び第２回動部材が各支持部材から離れる方向へ付勢された状態を示す断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１に示すように、把持装置１０は、一対の把持機構Ｆ１，Ｆ２から構成されている。一方の把持機構Ｆ１は、一対の支持部材１１，１２を有している。一対の支持部材１１，１２は四角柱状であるとともに互いに平行に延びている。各支持部材１１，１２における互いに対向する面には、延設方向に沿って延びる案内溝１１ａ，１２ａが形成されている。

一対の支持部材１１，１２には、第１部材２１が両支持部材１１，１２の間で架け渡されるように支持されている。第１部材２１は、両支持部材１１，１２の延設方向に対して直交する方向に延びている。第１部材２１は、一方の支持部材１１に支持される三角筒状の第１スライド部２１ａと、他方の支持部材１２に支持される三角柱状の第２スライド部２１ｂとから構成されている。第１スライド部２１ａにおける一方の支持部材１１側の面には案内溝１１ａ内に係止されて案内溝１１ａに沿って移動可能な突起Ｔ１が形成されている。第２スライド部２１ｂにおける他方の支持部材１２側の面には案内溝１２ａ内に係止されて案内溝１２ａに沿って移動可能な突起Ｔ２が形成されている。第２スライド部２１ｂにおける他方の支持部材１２側とは反対側は、第１スライド部２１ａ内に挿入されており、第１スライド部２１ａ内でスライド可能になっている。よって、第１部材２１は、第１スライド部２１ａと第２スライド部２１ｂとが互いにスライド移動することにより一対の支持部材１１，１２の方向に伸縮可能に構成されている。

一対の支持部材１１，１２には、第２部材２２が第１部材２１の上方に対向配置されて両支持部材１１，１２の間で架け渡されるように支持されている。第２部材２２は、両支持部材１１，１２の延設方向に対して直交する方向に延びており、第１部材２１と第２部材２２とは互いに平行に延びている。第２部材２２は、一方の支持部材１１に支持される三角筒状の第１スライド部２２ａと、他方の支持部材１２に支持される三角柱状の第２スライド部２２ｂとから構成されている。第１スライド部２２ａにおける一方の支持部材１１側の面には案内溝１１ａ内に係止されて案内溝１１ａに沿って移動可能な突起Ｔ３が形成されている。第２スライド部２２ｂにおける他方の支持部材１２側の面には案内溝１２ａ内に係止されて案内溝１２ａに沿って移動可能な突起Ｔ４が形成されている。第２スライド部２２ｂにおける他方の支持部材１２側とは反対側は、第１スライド部２２ａ内に挿入されており、第１スライド部２２ａ内でスライド可能になっている。よって、第２部材２２は、第１スライド部２２ａと第２スライド部２２ｂとが互いにスライド移動することにより一対の支持部材１１，１２の方向に伸縮可能に構成されている。

各第１スライド部２１ａ，２２ａの延設方向の長さは同じになっている。各第２スライド部２１ｂ，２２ｂの延設方向の長さは同じになっている。各第１スライド部２１ａ，２２ａにおける互いに対向する側の面にはテーパ形状の第１把持面２１１ａ，２２１ａがそれぞれ形成されている。各第２スライド部２１ｂ，２２ｂにおける互いに対向する側の面にはテーパ形状の第２把持面２１１ｂ，２２１ｂがそれぞれ形成されている。よって、本実施形態では、第１部材２１は、テーパ形状の把持面としての第１把持面２１１ａ及び第２把持面２１１ｂを備える。第１部材２１は、第１部材２１における第２部材２２に対向する面に、第１把持面２１１ａ及び第２把持面２１１ｂが形成されることで先細りしている。同様に、第２部材２２は、第２部材２２における第１部材２１に対向する面に、第１把持面２２１ａ及び第２把持面２２１ｂが形成されることで先細りしている。

なお、他方の把持機構Ｆ２の構成は、一方の把持機構Ｆ１の構成と同じ構成であるため、その詳細な説明を省略する。他方の把持機構Ｆ２の構成の説明は、前述の説明中における「一対の支持部材１１，１２」を「一対の支持部材３１，３２」に、「案内溝１１ａ，１２ａ」を「案内溝３１ａ，３２ａ」に、「第１部材２１」を「第１部材４１」に、「第２部材２２」を「第２部材４２」にそれぞれ読み替える。また、「第１スライド部２１ａ，２２ａ」を「第１スライド部４１ａ，４２ａ」に、「第２スライド部２１ｂ，２２ｂ」を「第２スライド部４１ｂ，４２ｂ」にそれぞれ読み替える。さらに、「第１把持面２１１ａ，２２１ａ」を「第１把持面４１１ａ，４２１ａ」に、「第２把持面２１１ｂ，２２１ｂ」を「第２把持面４１１ｂ，４２１ｂ」にそれぞれ読み替えることで説明される。なお、各把持機構Ｆ１，Ｆ２は、第１部材２１，４１及び第２部材２２，４２における先細りしている側が対向するように配置されている。

図２に示すように、各把持機構Ｆ１，Ｆ２には主駆動装置１５が接続されるとともに、主駆動装置１５には制御装置１６が接続されている。そして、制御装置１６からの指令により主駆動装置１５が駆動制御されるとともに、各把持機構Ｆ１，Ｆ２の駆動が制御される。具体的には、各把持機構Ｆ１，Ｆ２の駆動を制御することで、把持装置１０を任意の位置に位置合わせすることができるようになっており、さらには、各把持機構Ｆ１，Ｆ２の間隔を調整することができるようになっている。

各第２部材２２，４２には第１駆動部１７がそれぞれ接続されるとともに、第１駆動部１７には制御装置１６が接続されている。そして、制御装置１６からの指令により第１駆動部１７が駆動制御されるとともに、各第２部材２２，４２の駆動が制御される。具体的には、各第２部材２２，４２の駆動をそれぞれ制御することで、各第２部材２２，４２が一対の支持部材１１，１２，３１，３２に対して一対の支持部材１１，１２，３１，３２の延設方向に沿って移動することができるようになっている。これにより、各第１部材２１，４１と各第２部材２２，４２との間隔を調整することができるようになっている。よって、本実施形態では、制御装置１６及び第１駆動部１７により各第１部材２１，４１と各第２部材２２，４２との間隔を調整する第１間隔調整手段が構成されている。

一対の支持部材１１，１２，３１，３２には第２駆動部１８がそれぞれ接続されるとともに、第２駆動部１８には制御装置１６が接続されている。そして、制御装置１６からの指令により第２駆動部１８が駆動制御されるとともに、一対の支持部材１１，１２，３１，３２の駆動が制御される。具体的には、一対の支持部材１１，１２，３１，３２の駆動をそれぞれ制御することで、一対の支持部材１１，１２，３１，３２が互いに接離する方向へ移動することができるようになっている。これにより、一対の支持部材１１，１２，３１，３２の間隔を調整することができるようになっている。よって、本実施形態では、制御装置１６及び第２駆動部１８により一対の支持部材１１，１２，３１，３２の間隔を調整する第２間隔調整手段が構成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図３に示すように、まず、制御装置１６の指令により主駆動装置１５を駆動制御するとともに、一対の把持機構Ｆ１，Ｆ２の駆動を制御し、一対の把持機構Ｆ１，Ｆ２の間に、載置面５１ａに載置された把持対象物５１が位置するように把持装置１０を位置合わせする。続いて、制御装置１６の指令により主駆動装置１５を駆動制御するとともに、一対の把持機構Ｆ１，Ｆ２の駆動を制御して、一対の把持機構Ｆ１，Ｆ２同士を近づける。

すると、図４に示すように、各第１部材２１，４１が、先細りしている側から把持対象物５１と載置面５１ａとの間に差し込まれて、把持対象物５１が各第１部材２１，４１の第１把持面２１１ａ，４１１ａ上に載置される。把持対象物５１が各第１部材２１，４１の第１把持面２１１ａ，４１１ａ上に載置されると、制御装置１６の指令により主駆動装置１５の駆動が停止される。これにより、把持対象物５１が、各第１部材２１，４１の第１把持面２１１ａ，４１１ａにより下から支えられた状態となる。

続いて、図５に示すように、制御装置１６の指令により第１駆動部１７を駆動制御するとともに、各第２部材２２，４２の駆動を制御し、各第２部材２２，４２を各第１部材２１，４１側に移動させる。すると、各第２部材２２，４２の第１把持面２２１ａ，４２１ａが把持対象物５１に接触するとともに、把持対象物５１が各第２部材２２，４２によって上から押し付けられ、制御装置１６の指令により第１駆動部１７の駆動が停止される。これにより、把持対象物５１が、各第１部材２１，４１により下から支えられるとともに各第２部材２２，４２によって上から各第１部材２１，４１側に押し付けられるようにして、各第１部材２１，４１及び各第２部材２２，４２により挟み込まれた状態となる。

続いて、図６に示すように、制御装置１６の指令により第２駆動部１８を駆動制御するとともに、一対の支持部材１１，１２，３１，３２の駆動を制御し、一対の支持部材１１，１２，３１，３２を互いに近づく方向へ移動させる。すると、一対の支持部材１１，１２，３１，３２がそれぞれ把持対象物５１に接触するとともに、把持対象物５１が一対の支持部材１１，１２，３１，３２によって挟み込まれ、制御装置１６の指令により第２駆動部１８の駆動が停止される。これにより、把持対象物５１が、各第１部材２１，４１、各第２部材２２，４２、及び一対の支持部材１１，１２，３１，３２によって取り囲まれた状態で拘束される。その結果、把持対象物５１が安定して把持される。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）各第１部材２１，４１により把持対象物５１を下から支えるとともに、各第２部材２２，４２により把持対象物５１を上から押さえ付けるように、各第１部材２１，４１と各第２部材２２，４２との間隔を調整するようにした。よって、把持対象物５１が、各第１部材２１，４１により下から支えられるとともに各第２部材２２，４２によって上から各第１部材２１，４１側に押し付けられるようにして、各第１部材２１，４１及び各第２部材２２，４２により挟み込まれ、把持対象物５１が各第１部材２１，４１及び各第２部材２２，４２により拘束されるようにして把持される。その結果、把持対象物５１を把持するための把持力を大きくする必要が無いため、従来技術のように大きなモータを必要とせず、把持装置１０自体が大型化すること無く、把持対象物５１を安定して把持することができる。

（２）各第１部材２１，４１における各第２部材２２，４２に対向する面に、テーパ形状の第１把持面２１１ａ，４１１ａ及び第２把持面２１１ｂ，４１１ｂを形成した。よって、把持対象物５１が載置面５１ａに載置されている場合であっても、各第１部材２１，４１を、把持対象物５１と載置面５１ａとの間に差し込むことができ、第１把持面２１１ａ，４１１ａ及び第２把持面２１１ｂ，４１１ｂによって把持対象物５１を下から支えることができる。

（３）一対の支持部材１１，１２，３１，３２の間隔を調整することで、一対の支持部材１１，１２，３１，３２を把持対象物５１に接触させることができ、把持対象物５１を、各第１部材２１，４１、各第２部材２２，４２、及び一対の支持部材１１，１２，３１，３２によって取り囲んだ状態で拘束することができる。その結果、把持対象物５１をさらに安定して把持することができる。

（４）把持対象物５１を、各第１部材２１，４１、各第２部材２２，４２、及び一対の支持部材１１，１２，３１，３２によって取り囲まれた状態で拘束することで把持しているため、摩擦係数を考慮した把持動作を行うことなく、安定した把持対象物５１の把持を行うことができる。

（５）把持対象物５１を、各第１部材２１，４１、各第２部材２２，４２、及び一対の支持部材１１，１２，３１，３２によって取り囲まれた状態で拘束することで把持している。よって、把持対象物５１を把持した状態で、一対の把持機構Ｆ１，Ｆ２の姿勢を変更しても、把持対象物５１を落とすことなく安定した把持状態を維持することができる。ここで、「一対の把持機構Ｆ１，Ｆ２の姿勢の変更」とは、例えば、一対の支持部材１１，１２，３１，３２の延設方向の向きが載置面５１ａに平行となるように、一対の把持機構Ｆ１，Ｆ２の姿勢を変更することを言う。

（６）上記構成の把持装置１０によれば、従来技術のような大きなモータを必要としないため、把持装置１０自体を軽量化することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

○ 図７に示すように、第１部材６１が、一方の支持部材１１に支持される第１回動部材６１ａと、他方の支持部材１２に支持される第２回動部材６１ｂとから構成されていてもよい。第１回動部材６１ａは一方の支持部材１１に対して捻りばね６２ａを介して一方の支持部材１１の延設方向に直交する方向に延びるように支持されるとともに、第２回動部材６１ｂは他方の支持部材１２に対して捻りばね６２ｂを介して他方の支持部材１２の延設方向に直交する方向に延びるように支持されている。各捻りばね６２ａ，６２ｂは、第１回動部材６１ａ及び第２回動部材６１ｂにおける各支持部材１１，１２に近づく方向への回動を許容するとともに、各支持部材１１，１２から離れる方向へ第１回動部材６１ａ及び第２回動部材６１ｂを付勢する回動手段である。

そして、図８に示すように、把持装置１０を把持対象物５１の上方に位置合わせするとともに、一対の把持機構Ｆ１，Ｆ２の間隔が、把持対象物５１の幅よりも小さくなるように調整された状態で、把持装置１０を載置面５１ａ側に向けて下降させる。すると、第１回動部材６１ａ及び第２回動部材６１ｂの下面が把持対象物５１に接触するとともに、第１回動部材６１ａ及び第２回動部材６１ｂが各支持部材１１，１２に近づく方向に回動する。そして、図９に示すように、第１回動部材６１ａ及び第２回動部材６１ｂが把持対象物５１を通過すると、第１回動部材６１ａ及び第２回動部材６１ｂが各支持部材１１，１２から離れる方向へ付勢されて元の位置に復帰する。これにより、第１回動部材６１ａ及び第２回動部材６１ｂによって把持対象物５１を下から支えることが可能となる。そして、第２部材２２を把持対象物５１側に移動させることで、把持対象物５１が、第１回動部材６１ａ、第２回動部材６１ｂ及び第２部材２２により挟み込まれるように把持される。その結果、把持対象物５１が載置された両側に、一対の把持機構Ｆ１，Ｆ２が配置可能なスペースが無い場合であっても、把持対象物５１を把持することが可能となる。

○ 実施形態において、第１部材２１，４１及び第２部材２２，４２が、各支持部材１１，１２，３１，３２に対して、第１部材２１，４１及び第２部材２２，４２の軸線を回転中心として回転可能であってもよい。

○ 実施形態において、第１部材２１，４１及び第２部材２２，４２が、例えば四角柱状であってもよい。すなわち、テーパ形状の把持面が形成されていなくてもよい。
○ 実施形態において、第１部材２１，４１及び第２部材２２，４２が、ゴム部材やばね部材等の柔軟性を有する部材により形成されることで伸縮可能になっていてもよい。

○ 実施形態において、把持対象物５１を把持する際に、一対の支持部材１１，１２，３１，３２がそれぞれ把持対象物５１に接触していなくてもよい。
○ 実施形態において、支持部材１１，１２，３１，３２は、例えば、円柱状や半円柱状であってもよく、支持部材１１，１２，３１，３２の形状は特に限定されるものではない。

○ 実施形態において、第１部材２１，４１及び第２部材２２，４２のスライド部の構成が３つ以上に分かれてなる構成であってもよい。
○ 実施形態において、把持対象物５１が各第１部材２１，４１の第２把持面２１１ｂ，４１１ｂ上に載置されるとともに、各第２部材２２，４２の第２把持面２２１ｂ，４２１ｂが把持対象物５１に接触していてもよい。このようにして、把持対象物５１が、各第１部材２１，４１により下から支えられるとともに各第２部材２２，４２によって上から各第１部材２１，４１側に押し付けられて、各第１部材２１，４１及び各第２部材２２，４２により挟み込まれるようにしてもよい。

○ 実施形態において、各把持機構Ｆ１，Ｆ２にそれぞれ駆動部を設けて、各把持機構Ｆ１，Ｆ２が独立して駆動制御される構成としてもよい。
○ 実施形態において、各支持部材１１，１２，３１，３２にそれぞれ駆動部を設けて、各支持部材１１，１２，３１，３２がそれぞれ独立して駆動制御される構成としてもよい。

○ 実施形態において、把持機構の数を３つ以上にしてもよい。そして、複数の把持機構の少なくとも一つが、第１部材及び第２部材を有しており、第１部材と第２部材との間隔を調整可能となっていればよい。

１０…把持装置、１１，１２，３１，３２…一対の支持部材、１６…第１間隔調整手段及び第２間隔調整手段を構成する制御装置、１７…第１間隔調整手段を構成する第１駆動部、１８…第２間隔調整手段を構成する第２駆動部、２１，４１，６１…第１部材、２２，４２…第２部材、５１…把持対象物、６１ａ…第１回動部材、６１ｂ…第２回動部材、６２ａ，６２ｂ…回動手段としての捻りばね、２１１ａ，４１１ａ…把持面を構成する第１把持面、２１１ｂ，４１１ｂ…把持面を構成する第２把持面、Ｆ１，Ｆ２…把持機構。

Claims (4)

1. 把持対象物を把持する複数の把持機構を備える把持装置であって、
   前記把持機構の少なくとも一つは、
   前記把持対象物を支持可能な第１部材と、
   前記第１部材の上方に対向配置されるとともに前記把持対象物を押さえ付け可能な第２部材と、
   前記第１部材と前記第２部材との間隔を調整する第１間隔調整手段と、を有していることを特徴とする把持装置。
2. 前記第１部材は、前記把持対象物を支持するテーパ形状の把持面を備えることを特徴とする請求項１に記載の把持装置。
3. 前記第１部材及び前記第２部材は、一対の支持部材の間に支持されるとともに、前記一対の支持部材の方向に伸縮可能に構成され、
   前記一対の支持部材の間隔を調整する第２間隔調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の把持装置。
4. 前記第１部材は、一方の支持部材に支持される第１回動部材と、他方の支持部材に支持される第２回動部材とから構成されており、
   前記第１回動部材及び前記第２回動部材における各支持部材に近づく方向への回動を許容するとともに、各支持部材から離れる方向へ前記第１回動部材及び前記第２回動部材を付勢する回動手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の把持装置。