(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを把持する形状自在な吸着グリッパであって、
一端に受圧面を有する固定部材と、
前記受圧面に密着して取り付けられ、内部に粒体を充填させた可撓性かつ気密性の中空バッグを有する把持部とを有し、
前記中空バッグは、前記把持部を鉛直下向きにした場合において中心部において鉛直方向に貫通し前記中空バッグの内面により形成された減圧空間と、該減圧空間を取り囲む中空バッグ内部空間とを有し、かつ、ワークの前記受圧面に対向する面に対して押し付ける押付力によって、その接触部分におけるワークの形状にならうようになっており、
さらに、前記減圧空間及び前記中空バッグ内部空間の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる減圧装置を有し、
ワークの形状により、前記押付力で、前記内面と共に前記減圧空間がワークの形状に応じて変形して、前記減圧空間内にワークが挿入され得るようになっている、ことを特徴とする形状自在な吸着グリッパ。
【請求項２】
前記減圧装置は、前記減圧空間の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる第１減圧装置と、
前記中空バッグ内部空間の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる第２減圧装置とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の形状自在な吸着グリッパ。
【請求項３】
前記減圧装置は、前記中空バッグ内部空間内及び前記減圧空間について、所定負圧に減圧し又は大気圧に戻す対象の切替えを行う切替えバルブを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の形状自在な吸着グリッパ。
【請求項４】
前記中空バッグは、水平方向において長手方向が幅方向の長さよりも長くなっている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の形状自在な吸着グリッパ。
【請求項５】
ワークを把持する形状自在な吸着グリッパによる把持方法であって、
一端に受圧面を有する固定部材と、
前記受圧面に密着して取り付けられ、内部に粒体を充填させた可撓性かつ気密性の中空バッグを有する把持部とを備える前記吸着グリッパを準備し、
前記中空バッグは、前記把持部を鉛直下向きにした場合において中心部において鉛直方向に貫通し前記中空バッグの内面により形成された減圧空間と、該減圧空間を取り囲む中空バッグ内部空間とを有しており、
さらに、前記減圧空間及び前記中空バッグ内の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる減圧装置を準備し、
（Ａ）前記中空バッグについて、ワークの前記固定部材に対向する面に対して押し付ける押付力によって、その接触部分におけるワークの形状にならわせ、
（Ｂ）前記減圧装置によって前記減圧空間及び中空バッグ内部空間の減圧を行い、前記粒体同士に押し付ける力を発生させることによって前記粒体を固形化させ、
ワークの形状により、前記押付力で、前記内面と共に前記減圧空間がワークの形状に応じて変形して、前記減圧空間内にワークが挿入され得るようになっている、ことを特徴とする形状自在な吸着グリッパによる把持方法。
【請求項６】
前記減圧装置は、前記減圧空間の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる第１減圧装置と、
前記中空バッグ内部空間の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる第２減圧装置とからなり、
前記（Ｂ）において、前記減圧装置は、
（Ｂ１）前記第２減圧装置によって前記中空バッグ内部空間の減圧を行い、前記粒体同士に押し付ける力を発生させることによって前記粒体を固形化させ、
（Ｂ２）前記第１減圧装置によって前記減圧空間の減圧を行う、ことを特徴とする請求項５に記載の形状自在な吸着グリッパによる把持方法。
【請求項７】
前記減圧装置は、前記中空バッグ内部空間及び前記減圧空間について、所定負圧に減圧し又は大気圧に戻す対象の切替えを行う切替えバルブを有し、
前記（Ｂ）において、前記減圧装置は、前記中空バッグ内部空間の減圧を行い、前記粒体同士に押し付ける力を発生させることによって前記粒体を固形化させた後、前記切替えバルブによって、所定負圧に減圧し又は大気圧に戻す対象について切替えを行う、ことを特徴とする請求項５に記載の形状自在な吸着グリッパによる把持方法。
【請求項８】
前記（Ａ）において、前記中空バッグは、ワークの水平方向における最大面積を有する部分よりも下部分において接触点を有している、ことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の形状自在な吸着グリッパによる把持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送ロボットの吸着グリッパに関する。
【０００２】
搬送ロボットは、取出位置にあるワークを別の位置まで搬送する産業用ロボットであり、ワークを把持するためのロボットハンドを有する。この場合、ワークの形状が不定である場合、既存の爪では対応ができない場合が存在した。
【０００３】
そこで、ワークの形状によらずにワークを把持して移動するロボットハンドについて、例えば特許文献１〜２が既に提案されている。
【０００４】
特許文献１は、凹凸を有する不規則形状な部品にも適用できる吸着式ロボットハンドを提供することを目的とする。
そのために、ロボットハンドに接続された複数の吸盤を用いてワーク上部から支える形で把持させてワークが移動可能な構成を有するものである。
【０００５】
一方で特許文献２は、使用時の形状が、任意の所望の形状に成形固定できる形状自在のエアバッグを提供することを目的とする。
そのためには、気密袋体内に発泡スチロール粒を充填すると共に、上記袋体内を減圧しつつ発泡スチロール粒を互いに係合及び固化させるものである。
【０００６】
また、非特許文献１では気密袋内に各種の粒体を充填し、この袋体を減圧することで粒体を固化させ、各種ワークを把持する例について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−２８３８８４号公報「吸着式ロボットハンド」
【特許文献２】特開平２−１７７９０９号公報「形状自在エアバッグ」
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ（米科学アカデミー紀要電子版）論文“Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｇｒｉｐｐｅｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｊａｍｍｉｎｇ  ｏｆ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌ”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、特許文献１のように、吸盤を用いてワークを把持するロボットハンドを用いて把持を行う場合、ワークの形状によっては吸着可能な面を十分に確保することができない場合がある。
このような場合には、吸着力の不足により把持が不完全な状態になるか、または把持ができても移動する際に落下する危険性があった。
【００１０】
一方、特許文献１のロボットハンドに特許文献２に記載の技術を用いた上記非特許文献１では、各種の粒体を充填した気密袋を減圧してワークを把持することによって、特許文献１における課題であった把持の安定性の向上を実現している。
しかし、上記非特許文献１のように、気密袋体の減圧による把持を行う場合において、平板な面に対しては、把持力が全く生じないため把持を行うことができず、また、把持部の摩擦係数が低いワークに対しては、十分な把持力を維持しながら把持を行うことが難しいという問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、ワークの形状及び大きさによらずに確実にワークを把持することを可能とする吸着グリッパを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するため、本発明によると、ワークを把持する形状自在な吸着グリッパであって、
一端に受圧面を有する固定部材と、
前記受圧面に密着して取り付けられ、内部に粒体を充填させた可撓性かつ気密性の中空バッグを有する把持部とを有し、
前記中空バッグは、前記把持部を鉛直下向きにした場合において中心部を鉛直方向に貫通した減圧空間と、該減圧空間を取り囲む中空バッグ内部空間とを有し、かつ、ワークの前記受圧面に対向する面に対して押し付ける押付力によって、その接触部分におけるワークの形状にならうようになっており、
さらに、前記減圧空間及び前記中空バッグ内部空間の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる減圧装置を有する、ことを特徴とする形状自在な吸着グリッパが提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、前記減圧装置は、前記減圧空間の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる第１減圧装置と、
前記中空バッグ内部空間の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる第２減圧装置とからなる。
【００１４】
また、本発明によれば、前記減圧装置は、前記中空バッグ内部空間内及び前記減圧空間について、所定負圧に減圧し又は大気圧に戻す対象の切替えを行う切替えバルブを有する。
【００１５】
さらに、本発明によれば、前記中空バッグは、水平方向において長手方向が幅方向の長さよりも長くなっている。
【００１６】
また、本発明によると、ワークの把持する形状自在な吸着グリッパによる把持方法であって、
一端に受圧面を有する固定部材と、
前記受圧面に密着して取り付けられ、内部に粒体を充填させた可撓性かつ気密性の中空バッグを有する把持部とを有し、
前記中空バッグは、前記把持部を鉛直下向きにした場合において中心部において鉛直方向に貫通した減圧空間と、該減圧空間を取り囲む中空バッグ内部空間とを有しており、
さらに、前記減圧空間及び前記中空バッグ内の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる減圧装置を準備し、
（Ａ）前記中空バッグについて、ワークの前記固定部材に対向する面に対して押し付ける押付力によって、その接触部分におけるワークの形状にならわせ、
（Ｂ）前記減圧装置によって前記減圧空間及び中空バッグ内部空間の減圧を行い、前記粒体同士に押し付ける力を発生させることによって前記粒体を固形化させる、ことを特徴とする形状自在な吸着グリッパによる把持方法が提供される。
【００１７】
また、本発明によれば、前記減圧装置は、前記減圧空間の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる第１減圧装置と、
前記中空バッグ内部空間の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる第２減圧装置とからなり、
前記（Ｂ）において、前記減圧装置は、
（Ｂ１）前記第２減圧装置によって前記中空バッグ内部空間の減圧を行い、前記粒体同士に押し付ける力を発生させることによって前記粒体を固形化させ、
（Ｂ２）前記第１減圧装置によって前記減圧空間の減圧を行う。
【００１８】
また、本発明によれば、前記減圧装置は、前記中空バッグ内部空間内及び前記減圧空間について、所定負圧に減圧し又は大気圧に戻す対象の切替えを行う切替えバルブを有し、
前記（Ｂ）において、前記減圧装置は、前記中空バッグ内部の減圧を行い、前記粒体同士に押し付ける力を発生させることによって前記粒体を固形化させた後、前記切替えバルブによって、所定負圧に減圧し又は大気圧に戻す対象について切替えを行う。
【００１９】
さらに、本発明によれば、前記中空バッグは、ワークの水平方向における最大面積を有する部分よりも下部分において接触点を有している。
【００２０】
このような構成によって、吸着グリッパは、中空バッグ内の圧力を減圧して把持部の形状をワークの形状に合わせて固形化することで、ワークの把持が可能になる。また、中空バッグ内の圧力を大気圧に戻すことによって把持部の形状の固形化を解くことで、ワークを把持から解除することが可能になる。
また、上記把持部を把持対象であるワークの表面形状に変形させることができるため、ワークの形状によってロボットの先端部分を交換する必要がなく、また、上記機能によってワークを安定して把持することが可能になる。
さらに、ワークの形状に合わせてワークごとに中空バッグの形状を変化させることができるために、例えば果物のような柔らかく傷つきやすいようなワークであっても確実に把持することができる。
【発明の効果】
【００２１】
上述した本発明によると、中空バッグ内の減圧のみでなく、減圧空間内の減圧を行うことによるワークの把持が可能な吸着グリッパを使用することによって、形状及び大きさが不定なワークに対しても安定した形で把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例による吸着グリッパを備えたロボットの構成図である。
【図２】本発明の第１実施例による吸着グリッパの構成図である。
【図３】本発明の第１実施例による吸着グリッパの断面図である。
【図４】本発明の第１実施例によるワークを把持した場合における吸着グリッパの断面図である。
【図５】本発明の第１実施例において、把持部よりも大きくかつ凹凸を有するワークを把持した場合における吸着グリッパの断面図である。
【図６】本発明の第２実施例による吸着グリッパの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施例による吸着グリッパを備えたロボットの構成図である。
この図において、１はロボット、２ａ〜２ｃはロボットアーム、３はロボットの手先部、４はロボット支持台、５は吸着グリッパ、６はワーク、７はワーク用容器、８ａ〜８ｃは関節、９は減圧装置、９ａは第１減圧装置、９ｂは第２減圧装置、１０は接続部、１１は固定部材、１２は把持部である。
【００２５】
ロボット１は、この例ではロボット支持台４の上面に固定された垂直多関節ロボットであるが、本発明はこれに限定されず、その他のロボット（スカラロボットや直交ロボット）であってもよい。
【００２６】
吸着グリッパ５は、ロボットの手先部３に搭載され、ロボットアーム２ａ〜２ｃ及び関節８ａ〜８ｃを有するロボット１により、所定の作動範囲で３次元的に移動され、かつ自由な姿勢をとることができるようになっている。
【００２７】
ワーク６は、形状が不定である。この例では、把持対象であるワーク６はワーク用容器７の中に格納されているが、ワーク６が直接的にテーブル等に置かれているものを把持する形であってもよい。
【００２８】
関節８ａ〜８ｃは、ロボットアーム２ａ〜２ｃ及びロボットの手先部３を連結しており、それぞれ回転軸Ｃ１〜Ｃ３（図２の紙面と垂直な軸）、Ｃ４（ロボットアーム２ａの長手方向に延びる軸）周りに回転が可能である。
【００２９】
減圧装置９は、第１減圧装置９ａ及び第２減圧装置９ｂから構成されている。
第１減圧装置９ａ及び第２減圧装置９ｂは、後述する把持部１２と後述するチューブ１３、１５によって接続されており、把持部１２内の圧力を減圧することでワーク６の把持を行い、また把持部１２内の圧力を大気圧まで戻すことによってワーク６の把持を解消する。
接続部１０は、吸着グリッパ５とロボットの手先部３を接続するものである。
この例では、第１減圧装置９ａ及び第２減圧装置９ｂは接続部１０内に設置されているが、これらの機能を損なわなければ他の場所でもよい。
【００３０】
図２は本発明の第１実施例による吸着グリッパの構成図である。
また、図３は本発明の第１実施例による吸着グリッパの断面図である。
この図において、１１は固定部材、１１ａは受圧面、１２は把持部、１２ａは中空バッグ、１２ｂは粒体、１３はチューブ、１４はチューブ接続部、１５はチューブ、１６はチューブ接続部、１７は減圧空間である。
【００３１】
固定部材１１は、把持部１２と密着して取り付けられており、一端に後述する中空バッグ１２ａからの圧力を受ける受圧面１１ａを有している。
この例では円形状になっており、空洞になっている部分を有する。
【００３２】
把持部１２は、中空バッグ１２ａ及び粒体１２ｂからなり、チューブ１５を介して第２減圧装置９ｂによる加圧、減圧を受ける。
【００３３】
粒体１２ｂは、減圧したときに中空バッグ１２ａの内部で固形化させる必要があるため、例えば発砲スチロールやガラスビーズのような表面摩擦の大きい物質である必要がある。
また、表面摩擦を大きくするために、粒体１２ｂの形状は球状や８面体といった形状であって、各粒体１２ｂの寸法は発泡スチロールであれば５００μｍ程度、ガラスビーズであれば１００μｍ程度の大きさであることが好ましい。
【００３４】
中空バッグ１２ａは、いかなる形状のワーク６を把持する際にも、ワーク６の表面形状に沿って形状を変化させることが可能であって、また気体の通気を許さない気密性を有する素材である必要がある。また、摩擦によってもワーク６を把持することが可能である素材である必要がある。例えば、天然ゴムやラテックスゴム等が望ましい。
【００３５】
本実施例における減圧は、第１減圧装置９ａによって、チューブ１３を介して行われる減圧空間１７の減圧と、第２減圧装置９ｂによって、チューブ１５を介して行われる把持部１２における中空バッグ１２ａの内部空間の減圧との、２回の減圧が行われる。
上記２回の減圧のタイミングは、初めにワーク６の形状に合わせて、中空バッグ１２ａの形状を変形させる必要があるため、中空バッグ１２ａの内部空間の減圧を先に行うか、ほぼ同時に行うことが望ましい。
また、この例において、第１減圧装置９ａ及び第２減圧装置９ｂは別の装置になっているが、第１減圧装置９ａ及び第２減圧装置９ｂが単一の装置（減圧装置９）であり、例えば切替えバルブ等を用いることで、減圧空間１７内及び中空バッグ１２ａの内部空間の減圧を行う構成でもよい。
【００３６】
図４は、本発明の第１実施例によるワークを把持した場合における吸着グリッパの断面図である。図４（Ａ）は、把持部よりも小さいワークを把持した場合の断面図であり、図４（Ｂ）は、把持部よりも大きく、かつ、中空バッグとの接触部分が平面であるワークを把持した場合の断面図である。また、図４（Ｃ）は、把持部よりも大きく、かつ、中空バッグとの接触部分に凹凸があるワークを把持した場合の断面図である。
この図において、１８ａ〜１８ｃはワークである。
【００３７】
図４（Ａ）において、チューブ１５を介して減圧装置９によって中空バッグ１２ａの内部空間の減圧を行うことによって、ワーク１８ａの表面の形状に中空バッグ１２ａの形状をならわせる。次に中空バッグ１２ａの内部空間を減圧させることによって中空バッグ１２ａの内部空間の体積を減少させる。この際、接触先端部１２ｃにおいては、図の矢印方向に収縮されるため、この方向にワーク１８ａを挟み込む力が発生する。
かかる力の発生によって生じた中空バッグ１２ａとワーク１８ａの表面の間の摩擦力によって、ワーク１８ａの把持が可能になる（第１の把持力）。
【００３８】
また、先端接触部１２ｃが、ワーク１８ａの水平方向における最大面積を有する部分よりも下部分において接触点を有している場合には、ワーク１８ａを下方向から支える力が働くため、より安定的にワークを把持することが可能になる（第２の把持力）。
【００３９】
さらに、ワーク１８ａの表面の形状に中空バッグ１２ａの形状がならっているので、チューブ１３を介して減圧装置９によって、中空バッグ１２ａとワーク１８ａによって密閉された減圧空間１７内の減圧を行うことで、ワーク１８ａを吸着することによるワークの把持が可能になる（第３の把持力）。
【００４０】
図４（Ｂ）のように、把持部１２よりも大きく、かつ、中空バッグ１２ａとの接触部分が平面である場合には、ワーク１８ｂを把持しようとした場合、図４（Ａ）に記載したような中空バッグ１２ａとワーク１８ａの表面による摩擦力（第１の把持力）や、先端接触部１２ｃがワーク１８ａの水平方向における最大面積を有する部分よりも下部分において接触点を有している場合における下方向からワークを支える力（第２の把持力）は発生しないが、減圧装置９による減圧空間１７内の減圧（第３の把持力）によってワーク１８ｂを把持することが可能になる。
【００４１】
なお、把持部よりも大きいワークであっても、図５のワーク１８ｃのように凹凸を有するワークである場合には、減圧装置９による減圧空間１７内の減圧（第３の把持力）のみでなく、中空バッグ１２ａとワーク１８ｃの接触部分における摩擦力（第１の把持力）や凸部の形状によっては下方向から支える力（第２の把持力）を発生させることができる場合がある。
【００４２】
一方、把持を解除する場合には、第１減圧装置９ａ及び第２減圧装置９ｂによって、中空バッグ１２ａ及び減圧空間１７内の気圧を大気圧に戻すことで把持を行っている状態を解除することができる。
【００４３】
図６は、本発明の第２実施例による吸着グリッパの構成図である。
この例において、固定部材１１及び中空バッグ１２ａは、図２における吸着グリッパよりも一方向において引き延ばした形状を有している。
かかる構成を有することによって、円柱形状のワーク等、細長い形状のワークを把持する際には、中空バッグ１２ａとワークとの接触部分について図２における吸着グリッパよりも増やすことが可能になる。よって、安定した把持を可能にすることができるため有効である。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００４５】
１  ロボット、２ａ〜２ｃ  ロボットアーム、３  ロボットの手先部、
４  ロボット支持台、５  吸着グリッパ、６  ワーク、６ａ〜６ｂ  ワーク、
７  ワーク用容器、８ａ〜８ｃ  関節、９  減圧装置、
９ａ  第１減圧装置、９ｂ  第２減圧装置、１０  接続部、
１１  固定部材、１１ａは受圧面、１２  把持部、１２ａ  中空バッグ、
１２ｂ  粒体、１２ｃ  接触先端部、１３  チューブ、
１４  チューブ接続部、１５  チューブ、１６  チューブ接続部、
１７  減圧空間、１８ａ〜１８ｃ  ワーク
【図１】
0005843212.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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