(57)【要約】【課題】  形状又は寸法の異なるワークを把持することができ、交換用の部品の収容スペースを小さくでき、かつその交換のためアクチュエータが不要であるロボットハンドとその爪部材交換方法を提供する。【解決手段】  ワークを把持するロボットハンド１０。複数の末端爪部材１２と、末端爪部材同士の間隔を開位置と閉位置の間で開閉するチャック装置１４と、末端爪部材に着脱可能に片持ち支持された複数の先端爪部材１６とを備える。先端爪部材１６は、ワークに接触してこれを把持する把持面を有する。【選択図】図３
2011189415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを把持するロボットハンドであって、
複数の末端爪部材と、
該末端爪部材同士の間隔を開位置と閉位置の間で開閉するチャック装置と、
前記末端爪部材に着脱可能に片持ち支持された複数の先端爪部材とを備え、
前記先端爪部材は、前記ワークに接触してこれを把持する把持面を有する、ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記末端爪部材は、先端爪部材の末端部を片持ち支持する嵌合孔を有し、
前記先端爪部材は、その末端部に前記嵌合孔の内面に直交する凹孔を有しており、
さらに、前記凹孔内に向けて付勢されて嵌合するラチェットと、該ラチェットを前記凹孔から引き抜く解除ピンを有するラチェット解除機構とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記解除ピンと係合してラチェットを反付勢方向に移動させるテーパ面を有する爪部材保持台を備え、
ロボットハンドの下降時に、前記解除ピンとテーパ面との係合により前記ラチェットを前記凹孔から引き抜き、先端爪部材を爪部材保持台内に収容し、
該爪部材保持台内に収容された先端爪部材に対し、前記末端爪部材の嵌合孔を位置決めしてロボットハンドを下降し、前記ラチェットを前記凹孔内に向けて付勢して嵌合する、ことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンドの爪部材交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを把持するロボットハンドとその爪部材交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンドは、例えば多関節ロボットのアーム先端部に取り付けられ、ワークを把持して搬送するために通常用いられる（例えば特許文献１，２）。
【０００３】
特許文献１では、フィンガーユニットを丸ごと交換して、形状又は寸法の異なる色々なワークを把持するようになっている。また特許文献２では、ワークの種類に対応して、アクチュエータを用いて爪を交換するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２２９７１号公報、「ロボットハンドとロボットハンドのフィンガー交換装置」
【特許文献２】特許第３７９０７５９号公報、「ロボットハンド及びハンドリングロボットシステム」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のフィンガーユニットは、少なくとも２つの爪とアクチュエータを内蔵したものであり、フィンガーユニットが大型化し、使用していないフィンガーユニットを収容する広いスペースが必要となる。また、特許文献２のように、爪のみを交換する場合でも、爪の固定／解除用のアクチュエータ（例えばエアシリンダ）が必要になる。
【０００６】
そのため従来のロボットハンドでは、交換用の部品（例えば、フィンガーユニット）を収容する広いスペースが必要であり、かつその交換のためアクチュエータが必要である問題点があった。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、形状又は寸法の異なるワークを把持することができ、交換用の部品の収容スペースを小さくでき、かつその交換のためアクチュエータが不要であるロボットハンドとその爪部材交換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、ワークを把持するロボットハンドであって、
複数の末端爪部材と、
該末端爪部材同士の間隔を開位置と閉位置の間で開閉するチャック装置と、
前記末端爪部材に着脱可能に片持ち支持された複数の先端爪部材とを備え、
前記先端爪部材は、前記ワークに接触してこれを把持する把持面を有する、ことを特徴とするロボットハンドが提供される。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、前記末端爪部材は、先端爪部材の末端部を片持ち支持する嵌合孔を有し、
前記先端爪部材は、その末端部に前記嵌合孔の内面に直交する凹孔を有しており、
さらに、前記凹孔内に向けて付勢されて嵌合するラチェットと、該ラチェットを前記凹孔から引き抜く解除ピンを有するラチェット解除機構とを備える。
【００１０】
また、本発明によれば、前記解除ピンと係合してラチェットを反付勢方向に移動させるテーパ面を有する爪部材保持台を備え、
ロボットハンドの下降時に、前記解除ピンとテーパ面との係合により前記ラチェットを前記凹孔から引き抜き、先端爪部材を爪部材保持台内に収容し、
該爪部材保持台内に収容された先端爪部材に対し、前記末端爪部材の嵌合孔を位置決めしてロボットハンドを下降し、前記ラチェットを前記凹孔内に向けて付勢して嵌合する、ことを特徴とするロボットハンドの爪部材交換方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
上記本発明の構成によれば、ロボットハンドが末端爪部材に着脱可能に片持ち支持された複数の先端爪部材を備え、この先端爪部材は、ワークに接触してこれを把持する把持面を有するので、先端爪部材を交換することで、形状又は寸法の異なるワークを把持することができる。
【００１２】
また、交換するのは先端爪部材のみであるので、交換用の部品の収容スペースを小さくできる。
【００１３】
また、上記本発明の方法によれば、解除ピンと係合してラチェットを反付勢方向に移動させるテーパ面を有する爪部材保持台を備えるので、ロボットハンドの下降時に、前記解除ピンとテーパ面との係合により先端爪部材を爪部材保持台内に収容することができる。また、爪部材保持台内に収容された先端爪部材に対し、末端爪部材の嵌合孔を位置決めしてロボットハンドを下降して、ラチェットを凹孔内に嵌合させることができる。
従って、ロボットの作動のみで先端爪部材を交換でき、交換のためアクチュエータが不要である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のロボットハンドを備えたロボットの全体構成図である。
【図２】本発明によるロボットハンドの第１実施形態図である。
【図３】図２（Ｂ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【図４】図３のＡ部の詳細図である。
【図５】本発明によるロボットハンドの爪部材交換方法の説明図である。
【図６】本発明によるロボットハンドの第２実施形態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するため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。
【００１６】
図１は、本発明のロボットハンドを備えたロボットの全体構成図である。
この図において、１はロボット、２はロボットアーム、３はロボットの手先部である。
ロボット１は、この例では、テーブル４の上面に固定された垂直多関節ロボットである。しかし、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。
【００１７】
本発明のロボットハンド１０は、ロボットの手先部３に搭載され、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。
【００１８】
この図において、５はワーク、６はワーク支持台、７はワークテーブルである。
本発明のロボットハンド１０は、形状又は寸法の異なる様々のワークを把持するようになっている。なおこの例では、ワーク５は、直径の異なる円筒形部分５ａを有し、ロボットハンド１０は円筒形部分５ａを径方向に把持する。
【００１９】
ワーク支持台６は、ワークテーブル７の上面に位置し、ワーク５の下端部を保持する縦穴６ａを有する。この縦穴６ａはワーク５の下端部を保持しワーク５の軸線を鉛直に保持するようになっている。
なお、ワーク支持台６はこの例に限定されず、ワーク５の把持部５ａをロボットハンド１０で把持できるようにワークの姿勢を保持できる限りで、その他の構造又は装置であってもよい。
【００２０】
図２は、本発明によるロボットハンドの第１実施形態図である。この図において、（Ａ）は図１のロボットハンド１０の拡大図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【００２１】
図２において、本発明のロボットハンド１０は、複数の末端爪部材１２、チャック装置１４、及び複数の先端爪部材１６を備える。
【００２２】
末端爪部材１２は、この例では１対（２つ）であるが、３以上であってもよい。末端爪部材１２はこの例では、図２（Ｂ）で左右に平行移動可能にチャック装置１４に取り付けられている。
【００２３】
チャック装置１４は、末端爪部材１２同士の間隔を開位置と閉位置の間で開閉する。
先端爪部材１６は、末端爪部材１２に着脱可能に片持ち支持されている。先端爪部材１６は、末端爪部材１２毎に１つずつ（すなわちこの例では２つ）であるが、３以上であってもよい。
【００２４】
図３は、図２（Ｂ）のＣ−Ｃ矢視図であり、図４は、図３のＡ部の詳細図である。また、図４（Ａ）は図３のＡ部の部分断面図、図４（Ｂ）はその側面図である。
【００２５】
図３に示すように、末端爪部材１２は、先端爪部材１６の末端部（図で上側）を片持ち支持する嵌合孔１２ａを有する。
また、図４（Ａ）に示すように、先端爪部材１６は、その末端部に嵌合孔１２ａの内面に直交する凹孔１６ａを有する。
【００２６】
本発明のロボットハンド１０は、さらにラチェット１８とラチェット解除機構２０を備える。
【００２７】
図４（Ａ）に示すように、末端爪部材１２は、凹孔１６ａと対向する位置に凹孔１２ｂを有する。凹孔１２ｂは、嵌合孔１２ａの内面に直交し、断面形状がこの例では矩形孔である。
ラチェット１８は、凹孔１２ｂ内に図で左右方向に移動可能に収容されている。その末端（右端面）には圧縮ばね１９が収容され、ラチェット１８を図で凹孔１６ａ内に向けて付勢している。また、ラチェット１８の先端には、図で斜め下向きのテーパ面１８ａが設けられ、先端爪部材１６の上部と係合して、ラチェット１８を図で右方向に移動させるようになっている。
【００２８】
ラチェット解除機構２０は、ラチェット１８を凹孔１６ａから引き抜く解除ピン２１を有する。
この例において、ラチェット解除機構２０は、ラチェット１８に固定され末端爪部材１２の外側まで延びる第１ピン２２と、第１ピン２２と図で下端で係合し中間ピン２３で揺動可能に支持された連結リンク２４とからなる。
解除ピン２１は、この例で連結リンク２４の図で上端部に固定されている。
【００２９】
この構成により、解除ピン２１を図４（Ａ）で左側に移動させることにより、中間ピン２３を支点として第１ピン２２を右方向に移動させ、これと連結されたラチェット１８を圧縮ばね１９に抗して凹孔１６ａから引き抜くことができる。
【００３０】
なお、ラチェット１８はこの例では直動式であるが、本発明はこれに限定されず、回転式であってもよい。
また、ラチェット解除機構２０も、この例に限定されず、ラチェット１８を凹孔１６ａから引き抜く解除ピン２１を有する限りで、その他の構造であってもよい。
【００３１】
上述した構成により、先端爪部材１６の末端部（図で上側）を末端爪部材１２の嵌合孔１２ａに挿入することにより、ラチェット１８のテーパ面１８ａが先端爪部材１６の上部と係合して、ラチェット１８を図で右方向に移動させ、所定の固定位置で、ラチェット１８が先端爪部材１６の凹孔１６ａに嵌合され、先端爪部材１６を末端爪部材１２に片持ち支持状態で固定することができる。
【００３２】
また、末端爪部材１２に固定された先端爪部材１６は、解除ピン２１でラチェット１８を凹孔１６ａから引き抜くことにより、自重又はわずかな力で、末端爪部材１２の嵌合孔１２ａから分離することができる。
【００３３】
図３において、チャック装置１４は、この例では、１対の末端爪部材１２の間隔を「開位置」と「閉位置」の間で開閉する。
「開位置」は、１対の末端爪部材１２の間隔が最大なる位置であり、「閉位置」は、その間隔が最大となる位置である。
【００３４】
図３において、チャック装置１４は、１対の末端爪部材１２の長手方向末端部（図で上端）を平行に保持して片持支持する１対の片持支持部材１４ａと、片持支持部材１４ａの相対位置を連続的に変化させるアクチュエータ１４ｂとを備える。
片持支持部材１４ａは、図示しないリニアガイドにより図で左右方向に案内されている。また、アクチュエータ１４ｂは、例えばラック＆ピニオン機構とモータ、直動の電動シリンダ、ネジ棒とモータ等である。
【００３５】
また、本発明のロボットハンド１０は、ワーク１の把持時において、１対の末端爪部材１２に作用する反力を検出する力センサ１５を備える。
力センサ１５は、例えばロードセル、歪みゲージ、又は圧力センサであるが、本発明は反力又は圧力を検出できる限りで、これらに限定されない。
かかる力センサ１５を備えることにより、ワーク１の把持時において、１対の末端爪部材１２に作用する反力、すなわちワークの把持部５ａに作用する力を検出し、１対の末端爪部材１２をその位置で停止することができる。
【００３６】
図３において、末端爪部材１２と先端爪部材１６は、ワーク１に接触してこれを把持する互いに交差する把持面１２ｃ，１６ｃをそれぞれ有する。
把持面１２ｃ，１６ｃは、この例では平面であるが、円弧状の凹面、或いは凸面でもよい。把持面１２ｃ，１６ｃは、対向する面で正方形を作るのが好ましいが、ワーク１の質量が小さい場合は、緩やかな角度のひし形でも良い。
【００３７】
また、本発明はこの構成に限定されず、先端爪部材１６のみに、ワーク１に接触してこれを把持する互いに交差する２以上の把持面を設け、先端爪部材１６のみでワークを把持するようにしてもよい。
【００３８】
図５は、本発明によるロボットハンドの爪部材交換方法の説明図である。この図において、（Ａ）は先端爪部材の取外し時、（Ｂ）は先端爪部材の取付け時を示している。
【００３９】
先端爪部材１６の交換のために、本発明の方法では、爪部材保持台３０を備える。
爪部材保持台３０は、解除ピン２１と係合してラチェット１８を反付勢方向に移動させるテーパ面３２を有する。
【００４０】
図５（Ａ）において、ロボットハンド１０の下降時に、解除ピン２１がテーパ面３２と係合すると、解除ピン２１が図で内側に移動し、これと連動してラチェット１８が凹孔１６ａから引き抜かれるので、先端爪部材１６は自重で落下し、爪部材保持台３０内に自動的に収容される。
【００４１】
また、図５（Ｂ）において、爪部材保持台３０内に収容された先端爪部材１６に対し、末端爪部材１２の嵌合孔１２ａを位置決めしてロボットハンド１０を下降させることにより、先端爪部材１６の末端部（図で上側）が嵌合孔１２ａに挿入され、ラチェット１８のテーパ面１８ａが先端爪部材１６の上部と係合して、ラチェット１８を移動させ、所定の固定位置で、ラチェット１８が先端爪部材１６の凹孔１６ａに嵌合され、先端爪部材１６を末端爪部材１２に片持ち支持状態で固定することができる。
【００４２】
従って、ロボットの作動のみで先端爪部材１６を交換でき、交換のためアクチュエータが不要である。
【００４３】
図６は、本発明によるロボットハンドの第２実施形態図である。
この例において、チャック装置１４は、１対の末端爪部材１２を単一の回転軸１４ｃを中心に回転駆動するアクチュエータ１４ｄを備える。アクチュエータ１４ｄは、例えば直動の電動シリンダ、ラック＆ピニオン機構とモータ、ネジ棒とモータ等である。
この構成により、アクチュエータ１４ｄにより、１対の末端爪部材１２を単一の回転軸１４ｃを中心に揺動させて、ハサミのように、１対の末端爪部材１２の間隔を「開位置」と「閉位置」の間で開閉することができる。
【００４４】
上述した本発明のロボットハンド１０は、以下のように作動する。
（１）把持するワーク情報を計測もしくは計画に基づき特定する。
（２）ワークの寸法形状に合わせて、使用する先端爪部材１６の種類を決める。
（３）ロボットアーム２でロボットハンド１０を交換用の先端爪部材１６を固定してある爪部材保持台３０へ移動して、末端爪部材１２の嵌合孔１２ａへ先端爪部材１６の取付け側を押し込み、ラチェット１８で固定する。
（４）末端爪部材１２と先端爪部材１６の組合せでできた爪を用いて、ワークハンドリングをする。
（５）先端爪部材１６が不要になったらば、ロボットハンド１０を爪部材保持台３０へ移動させる。
（６）ロボットアーム２を動かし、所定の位置でラチェット解除用のテーパ面１８ａへ解除ピン２１を当てて、ラチェット１８を解除する方向へ動かす。ラチェット１８が解除されると、先端爪部材１６は爪部材保持台３０の落とし込み溝３４内へ落ち、位置が決まる。
（７）次の先端爪部材１６を付けに行く。
【００４５】
なお、解除ピン２１を、爪部材保持台３０に設けたシリンダ等で押して、ラチェット１８を解除するようにしてもよい。
【００４６】
上述した本発明により、以下の効果が得られる。
（１）多様な形状又は寸法のワークを把持できる。
（２）追加の機構を用いることなく、先端爪部材を交換できる。
（３）交換部品（先端爪部材）を必要最低限とし、装置に必要なスペースを最小限にできる。
【００４７】
上述した本発明の構成によれば、ロボットハンド１０が末端爪部材１２に着脱可能に片持ち支持された複数の先端爪部材１６を備え、この先端爪部材１６は、ワークに接触してこれを把持する把持面を有するので、先端爪部材１６を交換することで、形状又は寸法の異なるワークを把持することができる。
【００４８】
また、交換するのは先端爪部材１６のみであるので、交換用の部品の収容スペースを小さくできる。
【００４９】
また、上述した本発明の方法によれば、解除ピン２１と係合してラチェット１８を反付勢方向に移動させるテーパ面３２を有する爪部材保持台３０を備えるので、ロボットハンド１０の下降時（図５（Ａ））に、解除ピン２１とテーパ面３２との係合により先端爪部材１６を自重で落下させて爪部材保持台３０内に収容することができる。また、爪部材保持台３０内に収容された先端爪部材１６に対し、末端爪部材１２の嵌合孔１２ａを位置決めしてロボットハンド１０を下降して（図５（Ｂ））、ラチェット１８を凹孔１６ａ内に嵌合させることができる。
従って、ロボットの作動のみで先端爪部材１６を交換でき、交換のためアクチュエータが不要である。
【００５０】
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】
【００５１】
１  ロボット、２  ロボットアーム、
３  ロボットの手先部、４  テーブル、
５  ワーク、５ａ  把持部（円筒形部分）、
６  ワーク支持台、６ａ  縦穴、７  ワークテーブル、
１０  ロボットハンド、１２  末端爪部材、
１２ａ  嵌合孔、１２ｂ  凹孔、１２ｃ  把持面、
１４  チャック装置、１４ａ  片持支持部材、
１４ｂ  アクチュエータ、１４ｃ  回転軸、
１４ｄ  アクチュエータ、１５  力センサ、
１６  末端爪部材、１６ａ  凹孔、１６ｃ  把持面、
１８  ラチェット、１８ａ  テーパ面、１９  圧縮ばね、
２０  ラチェット解除機構、２１  解除ピン、
２２  第１ピン、２３  中間ピン、２４  連結リンク、
３０  爪部材保持台、３２  テーパ面、３４  落とし込み溝
【図１】
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【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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