(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームに取付けられていて、吸着により保持される対象物の重量を計測する機能を備えた重量計測機能付きロボットハンドにおいて、
前記ロボットアームの末端軸の末端に取付けられていて、前記対象物の重量を計測する計測器と、
該計測器の末端において前記ロボットアームの末端軸と同軸に取付けられた中空軸部と、
該中空軸部の末端に取付けられていて前記対象物を吸着により保持する吸着部と、
前記中空軸部を回転可能かつ昇降可能に周方向に取囲む中空部材と、
前記ロボットアームの末端軸を支持するケーシングから延びていて前記中空部材に接続される中空部材用接続部と、
前記中空軸部の周面に対応した位置において前記中空部材に接続されていて前記吸着部を駆動する吸着部用駆動部と、を具備し、
前記吸着部用駆動部は、前記中空軸部の周面に形成された少なくとも一つの開口部を通じて前記中空軸部の内部空間に連通している、ロボットハンド。
【請求項２】
さらに、前記中空部材用接続部に取付けられていて、前記計測器を駆動する線条体を固定する線条体固定部を具備する請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記吸着部用駆動部は前記中空部材に取付けられた真空発生器を含む請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記中空部材には前記中空軸部が貫通している二つの穴が形成されており、
これら二つの穴の面積が互いに等しいようにした請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項５】
さらに、前記中空部材の前記二つの穴と前記中空軸部との間に配置されるシール部材を具備する請求項４に記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記中空部材用接続部は前記計測器全体を取囲む防水構造である請求項２または請求項５に記載のロボットハンド。
【請求項７】
さらに、前記中空部材用接続部と前記ロボットアームの末端軸を支持するケーシングとの間に配置される軸受を具備する請求項１に記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保持される対象物の重量を計測する、重量計測機能付き吸着式ロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より対象物を吸着して保持する、種々の形式の吸着装置が知られている。例えば特許文献１においては、吸着パッドが吸引チャンバに対してその吸着力の作用方向に摺動する吸着装置が開示されている。この吸着装置は、吸着パッドの摺動作用によって吊下げられた対象物の重量を計測する。さらに、特許文献２には、複数の吸着ノズルによって一つの板材を吸着する吸着装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−１０７３９４号公報
【特許文献２】実開平０５−０１６０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示される吸着パッドに気密に吸着するのが困難な対象物を保持する場合には、無駄な吸引力が必要とされるだけでなく、そのような対象物の重量を適切に計測できなくなる。また、特許文献２において対象物の姿勢を変える場合には、複数の吸着ノズルの位置を変更する必要がある。その場合には、吸着ノズルのそれぞれに延びる管路の位置姿勢を変える必要があり、その結果、計測された対象物の重量が変化する可能性がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、気密に吸着するのが困難な対象物であってもその重量を適切に計測することの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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、ロボットアームに取付けられていて、吸着により保持される対象物の重量を計測する機能を備えた重量計測機能付きロボットハンドにおいて、前記ロボットアームの末端軸の末端に取付けられていて、前記対象物の重量を計測する計測器と、該計測器の末端において前記ロボットアームの末端軸と同軸に取付けられた中空軸部と、該中空軸部の末端に取付けられていて前記対象物を吸着により保持する吸着部と、前記中空軸部を回転可能かつ昇降可能に周方向に取囲む中空部材と、前記ロボットアームの末端軸を支持するケーシングから延びていて前記中空部材に接続される中空部材用接続部と、前記中空軸部の周面に対応した位置において前記中空部材に接続されていて前記吸着部を駆動する吸着部用駆動部と、を具備し、前記吸着部用駆動部は、前記中空軸部の周面に形成された少なくとも一つの開口部を通じて前記中空軸部の内部空間に連通している、ロボットハンドが提供される。
【０００７】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記中空部材用接続部に取付けられていて、前記計測器を駆動する線条体を固定する線条体固定部を具備する。
３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記吸着部用駆動部は前記中空部材に取付けられた真空発生器を含む。
４番目の発明によれば、１番目の発明において、前記中空部材には前記中空軸部が貫通している二つの穴が形成されており、これら二つの穴の面積が互いに等しいようにした。
５番目の発明によれば、４番目の発明において、さらに、前記中空部材の前記二つの穴と前記中空軸部との間に配置されるシール部材を具備する。
６番目の発明によれば、２番目または５番目の発明において、前記中空部材用接続部は前記計測器全体を取囲む防水構造である。
７番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記中空部材用接続部と前記ロボットアームの末端軸を支持するケーシングとの間に配置される軸受を具備する。
【発明の効果】
【０００８】
１番目の発明においては、中空軸部が計測器と吸着部とを直接的に接続しており、中空軸部はその周面に形成された開口部を通じて吸着部用駆動部に連通している。このため、吸着部と保持対象物との間で気密が保てない場合であっても、対象物を安定して保持し、対象物の重量を適切に計測することができる。また、中空部材が中空軸部回りに回転可能であるので、吸着機能を変化させることなしに、対象物を所望の方向に容易に回転させられる。さらに、吸着部が中空部材によって吸着部用駆動部から分離されているので、吸着部用駆動部、例えば配管などによって対象物の重量の計測結果に影響を与えることがない。
【０００９】
２番目の発明においては、吸着部に保持された対象物が回転したとしても、線条体が振り回されるのを防ぎ、また、線条体が周辺機器に干渉するのを少なくできる。
３番目の発明においては、吸着部に真空を作用させる応答性を高められる。
二つの穴の面積が互いに等しくない場合には、負圧により各穴に発生する力に差異が生じる。これに対し、４番目の発明のように二つの穴の面積が互いに等しい場合には、力が互いに打ち消しあうので、対象物の重量の計測に影響を与えることはない。
５番目の発明においては、対象物が比較的脆い場合であっても対象物の一部が中空部材の内部に入るのを避けられる。このことは、対象物が食品である場合に特に有利である。
６番目の発明においては、ロボットが防水構造である場合には、ロボットハンドをロボットに取付けた状態で、ロボットハンドを液体で洗浄することができる。このことは、対象物が食品である場合に特に有利である。
７番目の発明においては、計測器を駆動する線条体が周辺機器に干渉するのを容易に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第一の実施形態に基づくロボットハンドの断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に基づくロボットハンドの断面図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に基づくロボットハンドの断面図である。
【図４】本発明の第四の実施形態に基づくロボットハンドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明の第一の実施形態に基づくロボットハンドの断面図である。図１に示されるように、ロボット１０、例えば多関節ロボットの末端軸１１は軸受１３によってハウジング１２回りに回転可能である。そして、ロボットハンド２０は、末端軸１１の末端に取付けられている。
【００１２】
具体的には、末端軸１１の末端には、断面Ｈ字形状の計測器用接続部２１が嵌込まれている。そして、計測器用接続部２１の末端側には、後述するワークＷの重量を計測する計測器２２が嵌込まれている。従って、図１から分かるように、計測器２２は末端軸１１に対して同軸に配置されている。そして、計測器２２の周面から計測器ケーブル２３が延びている。この計測器ケーブル２３は図示しないロボット制御装置に接続されているものとする。
【００１３】
図１に示されるように、計測器２２の末端には、フランジ型接続部２４ａが嵌込まれていてる。フランジ型接続部２４ａからは、フランジ型接続部２４ａと一体的に形成された中空軸部２４ｂが末端軸１１に対して同軸に延びている。図示されるように、中空軸部２４ｂの基端はフランジ型接続部２４ａにより閉鎖され、中空軸部２４ｂの末端は開放している。また、中空軸部２４ｂの周面には、複数の開口部２５が周方向に形成されている。図１においては円形の複数の開口部２５が周方向に等間隔で形成されているが、開口部の数および形状は図示されるものに限定されない。
【００１４】
さらに、中空軸部２４ｂの末端には、吸着部２６が取付けられている。吸着部２６には開口部が形成されており、中空軸部２４ｂの内部空間に連通している。吸着部２６は公知の吸着パッドであるのが好ましい。そして、吸着部２６は後述する配管によって真空源、例えば真空ポンプ（図示しない）に接続されており、真空源によって吸着部２６に吸引作用が生じる。
【００１５】
さらに、図１には、吸着部２６により吸着保持されるべきワークＷが示されている。図示されるように、ワークＷの表面は平坦ではなく、例えば複数の凹部が形成されている。従って、吸着部２６によりワークＷを単に吸着保持すると、凹部を通じて空気漏れが発生する可能性がある。本発明のロボットハンド２０はそのようなワークＷであっても安定して吸着保持し、その重量を計測するものである。なお、当然のことながら、ワークＷの表面は平坦であってもよい。
【００１６】
図１においては、中空軸部２４ｂの周りには中空部材３２が同軸に配置されていて、中空軸部２４ｂを周方向に回転可能に取囲んでいる。図１に示される実施形態においては、中空軸部２４ｂと中空部材３２との間に環状の室３５が形成されている。ただし、中空軸部２４ｂと中空部材３２とが、室３５が形成されない程度に互いに接近していてもよい。そして、中空部材３２の周面に形成された単一の開口部３３が形成されている。開口部３３には、吸着部２６を駆動するための配管３７が接続されている。
【００１７】
さらに、図１から分かるように、中空部材３２の上端および下端には、穴３６ａ、３６ｂがそれぞれ形成されている。中空軸部２４ｂはこれら二つの穴３６ａ、３６ｂを通って中空部材３２を貫通している。これら穴３６ａ、３６ｂは互いに同軸で同一形状である。従って、ロボットハンド２０の駆動時にこれら穴３６ａ、３６ｂに負圧により生ずる力は互いに打消し合う。それゆえ、穴３６ａ、３６ｂに負圧により生じる力がワークＷの重量の計測に影響を与えることはない。
【００１８】
さらに、図１に示されるように、中空軸部２４ｂと中空部材３２との間にはシール部材３８ａ、３８ｂがそれぞれ配置されている。従って、ワークＷが比較的脆い場合であってもワークＷの一部が中空部材３２の内部に入るのを避けられる。このことは、ワークＷが食品である場合に特に有利である。
【００１９】
図１に示されるように、末端軸１１のケーシング１２から中空部材用接続部３１が延びている。この中空部材用接続部３１は半径方向外側に延びた後、末端軸１１から離れる方向に延び、次いで半径方向内側に延びて、中空部材３２に接続している。なお、中空部材用接続部３１は、中空部材３２に形成されたフランジ（図示しない）に接続されていてもよい。また、図１から分かるように、中空部材３２は中空部材用接続部３１を介してケーシング１２によって主に保持されていることに留意されたい。
【００２０】
ロボットハンド２０の駆動時には、真空源（図示しない）が駆動して、空気が吸着部２６、中空軸部２４ｂ、開口部２５、室３５および配管３７を順番に通じて吸引される。これにより、吸着部２６に吸着作用が生じて、ワークＷが吸着される。
【００２１】
図１から分かるように、計測器２２は中空軸部２４ｂの基端側に位置している。これに対し、空気は中空軸部２４ｂの周面に形成された開口部２５を通って配管３７に流れる。従って、計測器２２自体は吸着部２６に関する負圧の影響を受けない。
【００２２】
図１に示されるようにワークＷの表面に凹部が形成されている場合には、吸着時に気密を保てなくなる。しかしながら、本発明においては、前述したように計測器２２が吸引の影響を直接的に受けないようになっている。従って、完全に気密を維持できない場合であっても、計測器２２はワークＷの重量を適切に計測することができる。
【００２３】
また、配管３７が計測器２２とワークＷとの間の中空軸部２４ｂに直接的に接続されている場合には、ロボット運転時に配管３７に掛かる外力が計測器２２に影響を与えてしまい、ワークＷの重量を性格に計測できない可能性がある。しかしながら本発明においては、図１に示されるように、配管３７は、計測器２２に係合された中空軸部２４ｂに直接的に接続されておらず、中空軸部２４ｂ周りの中空部材３２に接続されている。このため、計測時に外力が配管３７に加えられた場合であっても、その外力の影響がワークＷの重量に影響することはない。それゆえ、ワークＷの重量をさらに適切に計測できるのが分かるであろう。
【００２４】
さらに、本発明においては、ワークＷを保持しつつその重量を計測できるので、別工程でワークＷの重量を計測する必要はなく、ワークの総処理時間を短縮できる。また、ワークＷの重量をロボット制御装置（図示しない）に供給し、計測された重量に応じて、ワークＷの搬送先を容易に変更し、従って、ワークＷを容易に選別することもできる。
【００２５】
また、中空部材３２は中空軸部２４ｂに対して自由回転可能であるので、末端軸１１がケーシング１２回りに回転した場合でも、配管３７は末端軸１１の動作に追従しない。従って、ロボット１０の動作時に、配管３７が周辺機器（図示しない）に干渉する可能性を大幅に低減できる。
【００２６】
図２は本発明の第二の実施形態に基づくロボットハンドの断面図である。以下においては、図１に示される第一の実施形態に対する相違点について主に説明する。図２に示される実施形態においては、末端軸１１のケーシング１２からが延びる中空部材用接続部３１ａは、計測器２２全体を取囲むように形成されている。
【００２７】
そして、計測器ケーブル２３が中空部材用接続部３１ａの周面に形成した開口部を通って延びている。図示されるように、この開口部周りに配置された計測器ケーブル用固定部４１によって、計測器ケーブル２３は中空部材用接続部３１ａに固定されている。ただし、計測器２２が回転することを考慮して、計測器ケーブル２３は中空部材用接続部３１ａ内に或る程度の余裕を持っているのが好ましい。このような計測器ケーブル用固定部４１によって、計測器ケーブル２３が振り回されるのを防ぎ、また、計測器ケーブル２３が周辺機器に干渉するのを少なくできる。
【００２８】
前述したように、中空軸部２４ｂと中空部材３２との間にはシール部材３８ａ、３８ｂがそれぞれ配置されている。そして、計測器ケーブル用固定部４１も同様なシール処理を行うのが好ましい。このような場合には、中空部材用接続部３１ａは計測器２２全体を保護する防水構造にできる。
【００２９】
ワークＷが食品である場合には、ロボットハンド２０の吸着部２６およびその周囲部を液体で頻繁に洗浄して清潔に保つ必要がある。ワークＷが食品である場合には、防水構造のロボットハンド２０を液体で洗浄できるので、特に有利であるのが分かるであろう。
【００３０】
図３は本発明の第三の実施形態に基づくロボットハンドの断面図である。図３に示される実施形態においては、配管３７は排除されており、真空発生器４５が中空部材３２の開口部３３に直接的に係合している。そして、図示しない空気源に接続された真空発生器駆動用配管４２が真空発生器４５の側方から延びている。ここで、真空発生器４５は、真空発生器駆動用配管４２に空気を供給するとベルヌーイの定理により負圧を生じさせる公知の装置である。従って、図３に示される実施形態においては、真空源、例えば真空ポンプは使用されない。
【００３１】
図３においては、真空発生器４５が中空部材３２に取付けられているので、真空発生器４５は吸着部２６から比較的近位に在る。図１等に示される実施形態においては、吸着部２６の駆動時に配管３７内部を真空にする必要があるので、吸着の応答性があまり高くない。しかしながら、図３に示される実施形態においては、真空発生器４５が吸着部２６近傍に位置しているので、真空発生器４５によって吸着部２６に真空作用が迅速に適用される。それゆえ、吸着部２６の応答性を高めることができる。また、吸着部２６を駆動するための柔軟な配管３７を排除できる。
【００３２】
図４は本発明の第四の実施形態に基づくロボットハンドの断面図である。図４に示される実施形態においては、シール部材３８ａ、３８ｂが排除されている。そして、その代わりに、穴３６ａ、３６ｂは中空軸部２４ｂに隣接して配置されている。穴３６ａ、３６ｂと中空軸部２４ｂとの間の隙間は中空部材３２が回転できる程度の大きさである。このようにシール部材３８ａ、３８ｂを排除した場合であっても、前述したのと同様な効果が得られるのは明らかであろう。
【００３３】
さらに、図４においては、ケーシング１２に取付けられた取付部材５１と中空部材用接続部３１ａとの間に軸受５０が配置されている。従って、中空部材用接続部３１ａは末端軸１１の軸線回りに自由回転できる。従って、ロボット１０の末端軸１１が回転した場合であっても、中空部材用接続部３１ａはほとんど回転しない。従って、計測器ケーブル２３が周辺機器に干渉するのを容易に回避することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０    ロボット
１１    末端軸
１２    ケーシング
１３    軸受
２０    ロボットハンド
２１    計測器用接続部
２２    計測器
２３    計測器ケーブル（線条体）
２４ａ    フランジ型接続部
２４ｂ    中空軸部
２５    開口部
２６    吸着部
３１、３１ａ    中空部材用接続部
３２    中空部材
３３    開口部
３５    室
３６ａ、３６ｂ    穴
３７    配管（吸着部用駆動部）
３８ａ、３８ｂ    シール部材
４１    計測器ケーブル用固定部
４２    真空発生器駆動用配管
４５    真空発生器（吸着部用駆動部）
５０    軸受
５１    取付部材
【要約】
【課題】気密に吸着するのが困難な対象物であってもその重量を適切に計測する。
【解決手段】重量計測機能付きロボットハンド（２０）は、ロボットの末端軸（１１）の末端に取付けられていて、対象物の重量を計測する計測器（２２）と、計測器の末端において末端軸と同軸に取付けられた中空軸部（２４ｂ）と、中空軸部の末端に取付けられていて対象物を吸着により保持する吸着部（２６）と、中空軸部を周方向に回転可能に取囲む中空部材（３２）と、末端軸（１１）を支持するケーシング（１２）から延びていて中空部材に接続される中空部材用接続部（３１、３１ａ）と、中空軸部の周面に対応した位置において中空部材に接続されていて吸着部を駆動する吸着部用駆動部（３７、４２）と、を具備し、吸着部用駆動部は、中空軸部の周面に形成された少なくとも一つの開口部（２５）を通じて中空軸部の内部空間に連通している。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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