JP6480905B2

JP6480905B2 - ロボットハンド

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Publication number: JP6480905B2
Application number: JP2016250920A
Authority: JP
Inventors: 好紀落石
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: JP2018103294A; US10040203B2; CN108237527B; US20180178396A1; DE102017130611B4; CN108237527A; DE102017130611A1

Description

本発明は、ロボットハンドに関するものである。

従来、ロボットの手首先端に取り付けられて、ワークに設けられた鉛直面と水平な底面とを押さえることによりワークを把持するロボットハンドが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に開示されているロボットハンドは、ワークに設けられた鉛直面と水平な底面のそれぞれに接触させられる爪を備え、これらの爪を異なるアクチュエータによって別々に直線移動させることにより、ワークを把持している。

特開２０１５−１６６１２６号公報

しかしながら、複数の爪を別個のアクチュエータにより動作させる方式のロボットハンドは、アクチュエータの数が多くなるため機構が煩雑でコストが高く付くとともに、複数のアクチュエータを別個に駆動させる制御も複雑となるという問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、ワークの相互に交差する面に押し当ててワークを確実に把持することができる安価なロボットハンドを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１態様は、ワークの第１面に押し当てる第１押当面と、前記第１面に交差する前記ワークの第２面に押し当てる第２押当面とを備え、前記第１押当面に直交する第１方向に移動可能に支持される第１可動部材と、該第１可動部材に、該第１可動部材の移動方向に対して交差する第２方向に相対移動可能に支持され、前記第２面に対向する第３面に押し当てる第３押当面を備える第２可動部材と、前記第１可動部材および前記第２可動部材を前記第１方向に押圧する押圧力を発生するアクチュエータと、該アクチュエータにより発生した押圧力の一部を前記第１可動部材に対して前記第２可動部材を相対移動させる方向の押圧力に変換する押圧力変換機構とを備え、前記押圧力変換機構が、前記第１可動部材に前記第１方向に対して９０°より小さい角度で傾斜する前記第２方向に前記第２可動部材を案内するガイド機構であるロボットハンドを提供する。
本発明の第２態様は、ワークの第１面に押し当てる第１押当面と、前記第１面に交差する前記ワークの第２面に押し当てる第２押当面とを備え、前記第１押当面に直交する第１方向に移動可能に支持される第１可動部材と、該第１可動部材に、該第１可動部材の移動方向に対して交差する第２方向に相対移動可能に支持され、前記第２面に対向する第３面に押し当てる第３押当面を備える第２可動部材と、前記第１可動部材および前記第２可動部材を前記第１方向に押圧する押圧力を発生するアクチュエータと、該アクチュエータにより発生した押圧力の一部を前記第１可動部材に対して前記第２可動部材を相対移動させる方向の押圧力に変換する押圧力変換機構とを備え、前記第２可動部材が前記第１可動部材に対して直交する前記第２方向に移動可能に支持され、前記押圧力変換機構が、前記アクチュエータまたは前記第２可動部材の一方に固定され前記第１方向および前記第２方向に対して９０°より小さい角度で傾斜する傾斜面と、前記アクチュエータまたは前記第２可動部材の他方に取り付けられ前記傾斜面を転動させられるローラとを備えるロボットハンドを提供する。

本態様によれば、アクチュエータが押圧力を発生すると、第１可動部材および第２可動部材が第１方向に移動させられ、第１方向に直交して配置されているワークの第１面に第１可動部材の第１押当面が押し当てられる。一方、アクチュエータの押圧力の一部が押圧力変換機構によって第１可動部材に対して第２可動部材を相対移動させる方向の押圧力に変換され、第２可動部材が第１可動部材に対して第２方向に移動させられる。

第２可動部材に設けられた第３押当面は、第１面に交差する第２面に対向する第３面に押し当てられ、第２押当面との間にワークを挟むことができる。すなわち、第１押当面をワークに押し当てることで、ロボットハンドをワークに対して位置決めした状態で、第２押当面と第３押当面との間にワークを挟むことができる。これにより、単一のアクチュエータにより、相互に交差する２面に押当面を押し当てる安価なロボットハンドを提供することができる。

上記態様においては、前記第１可動部材、前記第２可動部材および前記押圧力変換機構が一対ずつ設けられ、一対の前記第１可動部材が、前記ワークの相互に対向する前記第１面にそれぞれ押し当てられるように前記第１押当面どうしを対向させて配置され、前記アクチュエータが、各前記第１可動部材および各前記第２可動部材を相互に近接する方向に押圧してもよい。

このようにすることで、アクチュエータにより一対の第１可動部材が相互に近接する方向に移動させられて、第１押当面の間にワークを挟むことができる。すなわち、第１押当面間にワークを挟んで、ロボットハンドをワークに対して位置決めした状態で、第２押当面と第３押当面との間にワークを挟むことにより、単一のアクチュエータによりワークの相互に交差する面を挟んでワークを確実に把持することができる。

上記第１態様においては、前記押圧力変換機構が、前記第１可動部材に前記第１方向に対して９０°より小さい角度で傾斜する前記第２方向に前記第２可動部材を案内するガイド機構である。
このようにすることで、アクチュエータによって第１可動部材および第２可動部材を第１方向に押圧すると、第１可動部材は第１方向に移動させられ、第２可動部材はガイド機構に案内されて第１方向に対して傾斜する第２方向に移動させられる。これにより、単一のアクチュエータによって第１可動部材を第１方向に、第２可動部材を第１方向に交差する第２方向に移動させ、ワークの相互に交差する２面に第１押当面から第３押当面を押し当ててワークを確実に把持することができる。

上記第２態様においては、前記第２可動部材が前記第１可動部材に対して直交する前記第２方向に移動可能に支持され、前記押圧力変換機構が、前記アクチュエータまたは前記第２可動部材の一方に固定され前記第１方向および前記第２方向に対して９０°より小さい角度で傾斜する傾斜面と、前記アクチュエータまたは前記第２可動部材の他方に取り付けられ前記傾斜面を転動させられるローラとを備えている。

このようにすることで、アクチュエータによって第１可動部材および第２可動部材を第１方向に押圧すると、第１可動部材は第１方向に移動させられる。一方、第２可動部材はアクチュエータに設けられたローラまたは傾斜面が第１方向に移動させられることにより、ローラが傾斜面において転動させられて、第１可動部材に対して直交する第２方向に移動させられる。これにより、単一のアクチュエータによって第１可動部材を第１方向に、第２可動部材を第１方向に交差する第２方向に移動させ、ワークの相互に交差する２面に第１押当面から第３押当面を押し当ててワークを確実に把持することができる。

また、上記態様においては、前記アクチュエータが、前記第２可動部材を前記第１方向に押圧し、前記第２可動部材から前記第１可動部材に伝達される押圧力が所定の閾値を超えるまで、前記第１可動部材に対して前記第２可動部材が相対移動しないように保持する保持手段を備えていてもよい。

このようにすることで、アクチュエータによって第２可動部材を第１方向に押圧すると、第２可動部材を介して第１可動部材に押圧力が伝達される。第１可動部材が拘束されていない状態では、第１可動部材は小さな押圧力で移動させられるので、保持手段によって第１可動部材および第２可動部材が一体的に第１方向に移動させられる。第１可動部材の第１押当面がワークの第１面に突き当たって停止すると、第２可動部材から第１可動部材に伝達される押圧力が増大するので、押圧力が所定の閾値を超えると、第２可動部材が第１可動部材に対して相対移動させられて、ワークの第１面に交差する第２面および第３面に第２押当面および第３押当面を押し当てて、ワークを確実に把持することができる。

すなわち、本態様によれば、アクチュエータを複数設けることなく第１可動部材による第１押当面のワークへの押し当てと、第２可動部材による第２押当面および第３押当面のワークへの押し当てとを順に実施することができる。

本発明によれば、コストを低減しつつ、ワークの相互に交差する面に押し当ててワークを確実に把持することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットハンドを示す正面図である。図１のロボットハンドの片側部分を示す拡大図である。図１のロボットハンドのアクチュエータを駆動させ、スライダのローラを第２可動部材の押圧面に押し当てた状態を示す正面図である。図３の状態からさらにアクチュエータを駆動させ、第１可動部材の第１押当面をワークの側面に突き当てた状態を示す正面図である。図４の状態からさらにアクチュエータを駆動させ、第２可動部材の第３押当面をワークの底面に押し当てた状態を示す正面図である。図５の状態からさらにアクチュエータを駆動させ、第１可動部材の第２押当面と第２可動部材の第３押当面との間に上下方向にワークを挟んだ把持状態を示す正面図である。図１のロボットハンドの変形例を示す拡大図である。図７においてアクチュエータを駆動させ、スライダのローラを第２可動部材の傾斜面に押し当てた状態を示す正面図である。図８の状態からさらにアクチュエータを駆動させ、第１可動部材の第１押当面をワークの側面に突き当てた状態を示す正面図である。図９の状態からさらにアクチュエータを駆動させ、第１可動部材の第２押当面と第２可動部材の第３押当面との間に上下方向にワークを挟んだ把持状態を示す正面図である。ロボットハンドによる把持位置の一例を説明するワークの斜視図である。他のワークの例を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係るロボットハンド１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボットハンド１は、ロボットの手首先端に取り付けられてワークＷを把持するハンドであって、図１に示されるように、ガイドレール２に沿って相互に近接または離間する方向に直線移動可能に支持された一対の第１可動部材３と、各第１可動部材３に移動可能に取り付けられた第２可動部材４と、これら第１可動部材３および第２可動部材４を駆動するアクチュエータ５とを備えている。図１において、説明を簡略化するために、ロボットハンド１をロボットに取り付けるためのベース部材の図示を省略している。

各第１可動部材３は、図１に示されるように、ガイドレール２を略水平に配置した状態で、ガイドレール２の下方に吊り下げられ、ガイドレール２に沿って水平な第１方向に移動可能に支持されるようになっている。各第１可動部材３は、支持台６に載置された直方体状のワークＷの上方に近接して配置されて、ワークＷの略鉛直な側面（第１面）にそれぞれ押し当てられる第１押当面７ａと、ワークＷの略水平な上面（第２面）にそれぞれ押し当てられる第２押当面７ｂとを有する押当部材７を下部に備えている。

各第２可動部材４は、図２に示されるように、第１可動部材３との間にリニアガイド（ガイド機構、押圧力変換機構）８を備え、第１可動部材３に対し、水平方向に対して９０°より小さい角度、例えば、１５°の角度で傾斜する第２方向に移動可能に支持されている。各第２可動部材４は、図１の状態で、第２可動部材４を支持している第１可動部材３に対して近接する方向に相対移動させられたときに、第１可動部材３に対して上昇する方向に相対移動させられるようにリニアガイド８によって支持されている。

各第２可動部材４には、第１可動部材３の第２押当面７ｂに間隔をあけて略平行に対向するように配置される第３押当面９ａを有する押当部材９が設けられている。第２可動部材４の押当部材９は、ワークＷの下方に配置されている状態で、第２可動部材４が第１可動部材３に対して上昇する方向に相対移動させられることにより、ワークＷの下面（第３面）に、ワークＷを抱きかかえるように押し当てられるようになっている。

第１可動部材３の押当部材７および第２可動部材４の押当部材９は、図１の紙面に直交する方向に所定の幅寸法を有しており、ワークＷに対して所定の範囲にわたって面接触するようになっている。
各第２可動部材４には、後述するアクチュエータ５により押される押圧面１０が設けられている。押圧面１０は、ガイドレール２に対して直交する方向に延びている。

アクチュエータ５は、モータ１１と、該モータ１１によって長手軸回りに回転させられるボールネジ１２と、該ボールネジ１２に噛み合うナット１３が固定され、ガイドレール２に沿って移動させられる一対のスライダ１４と、各スライダ１４に備えられたローラ１５とを備えている。
ボールネジ１２は、長手方向の一側に右ネジ１２ａ、他側に左ネジ１２ｂをそれぞれ有している。

ナット１３はボールネジ１２の右ネジ１２ａおよび左ネジ１２ｂにそれぞれ噛み合う位置に配置されている。これにより、モータ１１の駆動によりボールネジ１２が一方向に回転させられると、２つのナット１３がボールネジ１２の長手方向に沿って相互に近接する方向または離間する方向に移動させられるようになっている。

ローラ１５は、ガイドレール２の長手軸を含む平面に直交する軸線回りに回転可能にスライダ１４に支持されている。ガイドレール２に沿ってスライダ１４が第２可動部材４に近接する方向に移動させられると、ローラ１５の外周面が第２可動部材４の押圧面１０に接触して、第２可動部材４にガイドレール２に沿う方向の押圧力を加えるようになっている。また、第２可動部材４が第１可動部材３に対して相対移動する際には、ローラ１５の外周面を押圧面１０に転動させることにより、第２可動部材４の第１可動部材３に対する相対移動を許容しながら押圧力を加えることができるようになっている。

また、本実施形態においては、第１可動部材３のガイドレール２に対する摺動抵抗が、第２可動部材４の第１可動部材３に対するリニアガイド８の摺動抵抗よりも十分に小さく設定されている。これにより、第２可動部材４を押圧することにより第２可動部材４から第１可動部材３に伝達される押圧力が所定の閾値より大きくなるまで、第２可動部材４が第１可動部材３に対して相対移動しないように保持する保持手段が構成されている。

このように構成された本実施形態に係るロボットハンド１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るロボットハンド１を用いてワークＷを把持するには、図１に示されるように、支持台６に支持されたワークＷの上方に、ガイドレール２が略水平に配置されるようにロボットハンド１を移動させ、一対の第１可動部材３および第２可動部材４の間にワークＷが配置されるように、ロボットハンド１を配置する。

この状態で、モータ１１を作動させ、図３に示されるように、一対のスライダ１４を相互に近接する方向にガイドレール２に沿って移動させる。これにより、スライダ１４に設けられたローラ１５が第２可動部材４の押圧面１０に接触し、第２可動部材４に押圧力を加えるようになる。

第２可動部材４に加えられた押圧力は第１可動部材３に伝達され、第１可動部材３がガイドレール２に沿って移動させられる。これにより、図４に示されるように、第１可動部材３に備えられている押当部材７の第１押当面７ａが、ワークＷの両側面にそれぞれ押し当てられる。
このとき、第１可動部材３のガイドレール２に対する摺動抵抗を第２可動部材４の第１可動部材３に対する摺動抵抗より十分に小さく設定しているので、第２可動部材４と第１可動部材３とは相対移動することなく、一体的に、ガイドレール２に沿って移動させられる。

一対の第１押当面７ａがワークＷの両側面に押し当てられることにより、ロボットハンド１がワークＷに対して水平方向に位置決めされた状態で、ワークＷを水平方向に把持する。そして、第１押当面７ａがワークＷの側面に押し当てられた状態では、第２可動部材４から第１可動部材３に伝達される押圧力が所定の閾値より増大するので、第２可動部材４がリニアガイド８によって案内されながら第１可動部材３に対して相対移動させられる。すなわち、ワークＷの側面に突き当たって停止した第１可動部材３に対して、第２可動部材４が斜め上方に移動させられる。

これにより、図５に示されるように、第２可動部材４に備えられている押当部材９の第３押当面９ａが上昇させられて、ワークＷの側面近傍の底面に接触させられる。この後に、スライダ１４を近接させる方向に移動させることにより、第２可動部材４をさらに上昇させて、図６に示されるように、一対の第２可動部材４によってワークＷを抱え上げるようにして、第１可動部材３の第２押当面７ｂと第２可動部材４の第３押当面９ａとの間に上下方向から挟むようにしてワークＷを把持することができる。

このように、本実施形態に係るロボットハンド１によれば、２以上のアクチュエータを用いることなく単一のアクチュエータ５によって、ワークＷを水平方向に把持するとともにワークＷを上下方向に把持することができるという利点がある。これにより、アクチュエータ数を減らしてコストの低減を図ることができるとともに、制御を簡易化することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、第１可動部材３のガイドレール２に対する摺動抵抗を第２可動部材４の第１可動部材３に対するリニアガイド８の摺動抵抗より十分に小さくすることで、保持手段を構成した。これに代えて、第２可動部材４と第１可動部材３との間に、所定の閾値以上の押圧力で変位を開始するバネのような保持手段を配置してもよい。

また、上記実施形態においては、第２可動部材４を第１可動部材３に、リニアガイド８によって斜め方向に案内されるように取り付けることにより押圧力変換機構を構成した。これに代えて、図７に示されるように、リニアガイド８によって第２可動部材４を第１可動部材３に上下方向に移動可能に取り付け、第２可動部材４にローラ１５を転動させる傾斜面（押圧力変換機構）１６を設けることにしてもよい。

すなわち、図８に示されるように、スライダ１４に取り付けたローラ１５が傾斜面１６に突き当たることにより、押圧力が第２可動部材４に加えられると、第２可動部材４から第１可動部材３に押圧力が伝達されて、両者が一体的にガイドレール２に沿って水平移動させられる。その後、図９に示されるように、第１可動部材３の第１押当面７ａがワークＷの側面に押し当てられると、第１可動部材３のそれ以上の移動が停止させられるので、図１０に示されるように、ローラ１５が傾斜面１６を転動することにより、押圧力の一部が第２可動部材４を上方に押し上げる力に変換され、第２可動部材４が第１可動部材３に対して上昇させられる。これにより、第２可動部材４の第３押当面９ａによってワークＷの下面を抱え込むように把持することができる。

なお、本実施形態においては、スライダ１４にローラ１５、第２可動部材４に押圧面１０あるいは傾斜面１６をそれぞれ設けることとしたが、逆でもよい。
また、上記実施形態においては、第２可動部材４をワークＷの左右に１個ずつ配置したが、図１１に示されるように、ワークＷの全長にわたって幅寸法が一定であれば、ワークＷの長さ方向に間隔をあけて複数対の第２可動部材４を設け、単一のアクチュエータ５によって複数箇所の把持位置ＢにおいてワークＷを把持することにしてもよい。また、図１２に示されるように、ワークＷの長さ方向に幅寸法が変化する場合には、把持位置Ｂ毎にアクチュエータ５を備えるロボットハンド１を採用してもよい。

１ロボットハンド
３第１可動部材
４第２可動部材
５アクチュエータ
７ａ第１押当面
７ｂ第２押当面
８リニアガイド（ガイド機構、押圧力変換機構）
９ａ第３押当面
１５ローラ
１６傾斜面（押圧力変換機構）
Ｗワーク

Claims

ワークの第１面に押し当てる第１押当面と、前記第１面に交差する前記ワークの第２面に押し当てる第２押当面とを備え、前記第１押当面に直交する第１方向に移動可能に支持される第１可動部材と、
該第１可動部材に、該第１可動部材の移動方向に対して交差する第２方向に相対移動可能に支持され、前記第２面に対向する第３面に押し当てる第３押当面を備える第２可動部材と、
前記第１可動部材および前記第２可動部材を前記第１方向に押圧する押圧力を発生するアクチュエータと、
該アクチュエータにより発生した押圧力の一部を前記第１可動部材に対して前記第２可動部材を相対移動させる方向の押圧力に変換する押圧力変換機構とを備え、
前記押圧力変換機構が、前記第１可動部材に前記第１方向に対して９０°より小さい角度で傾斜する前記第２方向に前記第２可動部材を案内するガイド機構であるロボットハンド。
ワークの第１面に押し当てる第１押当面と、前記第１面に交差する前記ワークの第２面に押し当てる第２押当面とを備え、前記第１押当面に直交する第１方向に移動可能に支持される第１可動部材と、
該第１可動部材に、該第１可動部材の移動方向に対して交差する第２方向に相対移動可能に支持され、前記第２面に対向する第３面に押し当てる第３押当面を備える第２可動部材と、
前記第１可動部材および前記第２可動部材を前記第１方向に押圧する押圧力を発生するアクチュエータと、
該アクチュエータにより発生した押圧力の一部を前記第１可動部材に対して前記第２可動部材を相対移動させる方向の押圧力に変換する押圧力変換機構とを備え、
前記第２可動部材が前記第１可動部材に対して直交する前記第２方向に移動可能に支持され、
前記押圧力変換機構が、前記アクチュエータまたは前記第２可動部材の一方に固定され前記第１方向および前記第２方向に対して９０°より小さい角度で傾斜する傾斜面と、前記アクチュエータまたは前記第２可動部材の他方に取り付けられ前記傾斜面を転動させられるローラとを備えるロボットハンド。
前記第１可動部材、前記第２可動部材および前記押圧力変換機構が一対ずつ設けられ、
一対の前記第１可動部材が、前記ワークの相互に対向する前記第１面にそれぞれ押し当てられるように前記第１押当面どうしを対向させて配置され、
前記アクチュエータが、各前記第１可動部材および各前記第２可動部材を相互に近接する方向に押圧する請求項１または請求項２に記載のロボットハンド。
前記アクチュエータが、前記第２可動部材を前記第１方向に押圧し、前記第２可動部材から前記第１可動部材に伝達される押圧力が所定の閾値を超えるまで、前記第１可動部材に対して前記第２可動部材が相対移動しないように保持する保持手段を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のロボットハンド。