JP5846057B2 - 把持装置による把持方法 - Google Patents

Description

本発明は、形状が異なる複数種類のワークを確実に把持することができる把持装置による把持方法の技術に関する。

従来、ワークや製品等を把持する把持装置において、外形形状が異なる複数種類のワークを取り扱う場合には、把持装置のワーク等と直接接触する部位である当接部を、各ワークの形状に対応したものに交換する等の手間が生じていた。このため、外形形状が異なる複数種類のワークをフレキシブルに取り扱うことができる把持装置の開発が望まれていた。
そこで、外形形状が異なる複数種類のワークを良好に把持することができる把持装置の技術が種々検討されており、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され公知となっている。

特許文献１に開示されている従来技術では、可撓性を有する皮膜内に多数の粒状物を内包し、真空ポンプ等を用いて、皮膜内を減圧または減圧解除することにより、様々な外形形状に対応できる当接部を備える把持装置が開示されている。
当該把持装置では、ロボットアーム等の支持装置の手先部に当接部を配設している。
そして、ロボットアーム等の把持動作によって、当接部をワーク等に当接させて、該当接部をワーク等の形状に倣わせておき、その後、当接部内を減圧することによって、皮膜内の多数の粒状物を緊密に係留させて、当接部の形状がワーク形状に倣った状態を保持するようにしている。
また当該把持装置では、当接部内の減圧状態を解除することによって、当接部を定常形状に復元させるようにしている。
そして、このような従来の把持装置を用いることによって、当接部の形状を様々なワーク等の外形形状に対応させることができるため、外形形状が異なる複数種類のワークを取り扱う場合において、各ワークを安定して把持することができる。

特開平９−１２３０８２号公報

従来、このような当接部を有する把持装置を使用する前提として、既に位置決めがなされたワークに対して当接部を該ワークの外面形状に倣わせて変形させることとしており、そして、当接部によりワークを狭圧して把持し、次工程の決まった位置に位置決めして移送する用途に使用されていた。

即ち、このような把持装置は当接部の形状が一様でないため、未だ位置決めがなされていないワークを位置決めする用途には向かず、このような把持装置を用いて当該ワークを精度よく位置決めすることは困難であった。

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、硬化および軟化させることにより、ワークの形状に倣って変形することが可能な当接部を有する把持装置により、ワークの位置決めを精度よく行うことができる把持装置による把持方法を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、ワークを挟圧するための複数の爪部と、弾性を有する素材からなる袋状部材と、該袋状部材に充填される粒状物とを備え、前記複数の爪部の前記ワークと当接する部位に付設される複数の当接部と、を有し、前記複数の爪部を変位させることにより、前記複数の当接部により前記ワークを挟圧し、前記ワークを挟圧した状態で、前記袋状部材の内容積に対する前記粒状物の体積比率を増大させることにより、前記粒状物を前記ワークの外面形状に倣わせた形状に保持しつつ硬化させて、前記ワークの把持を行う把持部を備える把持装置による把持方法であって、前記当接部を前記ワークの位置決めに適した形状に変形させることができる外面形状を有するマスターワークを用いて、前記当接部を前記マスターワークの外面形状に倣わせる工程と、前記当接部を、前記マスターワークの外面形状に倣わせて前記ワークの位置決めに適した形状に変形させた状態で硬化させる工程と、前記ワークの位置決めに適した形状である前記当接部で前記ワークを押圧して、該ワークを位置決めする工程と、位置決めした前記ワークを、前記把持部により把持する工程と、前記ワークを位置決めする工程の後で、かつ、前記ワークを前記把持部により把持する工程の前において、前記当接部の、前記ワークの位置決めに適した形状を解消する工程を備えるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、硬化および軟化させることが可能な当接部を有する把持装置により、ワークの位置決めをすることができる。また、把持装置で位置決めすることにより、当接部の寿命が短縮することを防止できる。

本発明の一実施形態に係る把持装置の全体構成を示す模式図。 把持装置における把持部を示す詳細な模式図、（ａ）正面模式図、（ｂ）図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図。 把持部における当接部を示す詳細な模式図、（ａ）正面模式図、（ｂ）図３（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図。 本発明の一実施形態に係る把持装置による把持方法の流れを示す模式図。 本発明の一実施形態に係る把持方法による把持状況を示す模式図、（ａ）準備工程（当接部をマスターワークに倣わせる前）を示す模式図、（ｂ）準備工程（当接部をマスターワークに倣わせた状態）を示す模式図。 本発明の一実施形態に係る把持方法による把持状況を示す模式図、（ａ）位置決め工程（突出部をワークの所定位置に当てた状態）を示す模式図、（ｂ）位置決め工程（当接部による位置決めを完了した状態）を示す模式図。 本発明の一実施形態に係る把持方法による把持状況を示す模式図、（ａ）復元工程（当接部を軟化させた状態）を示す模式図、（ｂ）把持工程（当接部によりワークを把持している状態）を示す模式図。 別途位置決め用の部材を付設した当接部を示す詳細な模式図、（ａ）正面模式図、（ｂ）図８（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る把持方法を実現する把持装置の全体構成について、図１〜図３を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係る把持方法を実現する把持装置１は、ワーク等を把持して保持するための装置であり、把持部２、制御装置７、真空排気設備８等を備えている。
把持部２は、把持装置１におけるワークを直接把持するための部位であり、駆動部３、複数の爪部４・５、複数の当接部６・６・・・等を備えている。

図１および図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す如く、駆動部３は、二系統のスライダ部３ａ・３ｂを備えており、各スライダ部３ａ・３ｂを同一の軸方向に対して、それぞれ独立してまたは左右連動して往復変位させることができる装置である。駆動部３としては、例えば、ボールネジ・ナットおよびモータ等からなる往復動機構を備える電動アクチュエータ等を採用することができる。

各爪部４・５は、ワークを挟持するために備えられる一対の部位である。即ち、各爪部４・５は、該各爪部４・５の中間位置に配置されるワークを、各爪部４・５によって挟圧して保持するための部位である。
尚、各爪部４・５の形状は、把持対象となるワークの形状および大きさや、各スライダ部３ａ・３ｂのストローク量等を考慮して設定する。

図２（ａ）（ｂ）に示す如く、爪部４は、支持部４ａと、該支持部４ａから突設する二つの挟圧部４ｂ・４ｂを備えている。挟圧部４ｂ・４ｂは、互いに所定の間隔を隔てて配置されている。また、爪部４は、当接部６が付設される側の面を、付設面４ｃとしている。
爪部４は、支持部４ａがスライダ部３ａに対して固定されている。そして、制御装置７により、駆動部３を作動させてスライダ部３ａをスライドさせて、各挟圧部４ｂ・４ｂを、スライダ部３ａのスライド方向に沿って往復動させる構成としている（図１参照）。

また、図２（ａ）（ｃ）に示す如く、爪部５は、支持部５ａと、該支持部５ａから突設する一つの挟圧部５ｂを備えている。また、爪部５は、当接部６が付設される側の面を、付設面５ｃとしている。
爪部５は、支持部５ａがスライダ部３ｂに対して固定されている。そして、制御装置７により、駆動部３を作動させてスライダ部３ｂをスライドさせて、挟圧部５ｂを、スライダ部３ｂのスライド方向に沿って往復動させる構成としている（図１参照）。

図１および図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す如く、当接部６は、把持装置１においてワークと直接当接する部位であり、その形状を柔軟に変形できる態様と、その形状を堅固に保持する態様の、相反する二つの態様を一つの部材で実現することができるものである。

ここで、当接部６について、さらに詳細に説明をする。
図３（ａ）（ｂ）に示す如く、当接部６は、弾性を有する略袋状の部材である袋状部材６ａと、該袋状部材６ａに充填される粒状物６ｂを備えており、定常時においては、柔軟に変形できる態様を呈している。そして、当接部６は、各爪部４・５の各挟圧部４ｂ・５ｂにおける付設面４ｃ・５ｃに付設されている。
尚、ここで言う「定常時」とは、袋状部材６ａ内の圧力が大気圧に近い状態であって、粒状物６ｂが流動性を有している状態をいう（以下同じ）。
そして、袋状部材６ａ内の圧力が大気圧に近い状態であって、粒状物６ｂが流動性を有している状態の当接部６を「定常状態」にある当接部６と呼ぶものとする（以下同じ）。

袋状部材６ａは、ワークと当接する面であって該当接部６の挟圧方向に対して略垂直な面を形成する正面部６ｃと、該正面部６ｃから連続し、かつ、該正面部６ｃに略直交する面であって、当接部６の挟圧方向における厚みを形成する側面部６ｄ・６ｄ・・・と、該側面部６ｄ・６ｄ・・・から連続し、かつ、該側面部６ｄ・６ｄ・・・に略直交する面であって、当接部６を各付設面４ｃ・５ｃに付設するための面を形成する背面部６ｅと、を備えている。
尚、本実施形態では、袋状部材６ａの形状が、略直方体状である場合を例示しているが、本発明に係る把持方法において使用する把持装置を構成する当接部（袋状部材）の形状をこれに限定するものではない。

図１に示す如く、各当接部６・６・６（図２（ａ）（ｂ）（ｃ）参照）は、各爪部４・５の各挟圧部４ｂ・４ｂ・５ｂに付設された状態で、それぞれ真空排気設備８と接続されている。
真空排気設備８は、把持装置１において当接部６を硬化および軟化させるための手段を構成するものであり、真空ポンプ８ａ、真空配管８ｂ、電磁弁８ｃ等を備えている。そして、各当接部６・６・６の袋状部材６ａ・６ａ・６ａ（図３（ａ）（ｂ）参照）に、各真空配管８ｂ・８ｂ・８ｂが接続されている。
尚、本実施形態では、真空排気設備８に真空ポンプ８ａが備えられる場合を例示しているが、真空ポンプ８ａ以外の排気手段（例えば、エジェクター等）を備える構成とすることも可能である。
また、本発明に係る把持方法を実現する把持装置において、当接部の硬化および軟化を実現させるための手段は、必ずしも真空排気設備である必要はなく、当接部の硬化および軟化を実現することができる種々の態様のものを採用し得る。

当接部６は、真空ポンプ８ａを作動させて袋状部材６ａの内部を減圧すると、袋状部材６ａの内容積に対する粒状物６ｂの体積比率が増大し、該袋状部材６ａ内に充填されている粒状物６ｂを構成する各粒子がより緊密に係留することによって硬化するため、このとき、その形状を堅固に保持する態様を呈する。

このような当接部６を、各爪部４・５による挟持圧によって、柔軟な状態でワークに押圧すると、該当接部６をワーク表面の凹凸部に入り込ませることができるため、当接部６の正面部６ｃをワークの外面形状に倣わせることができる。

また、正面部６ｃをワークの外面形状に倣わせた状態で真空排気設備８を作動させることによって、当接部６をワークの外面形状に対応した（倣わせた）形状で硬化させることができるため、ワークの外面形状に対応した堅固な態様の当接部６を形成できる。

このように、本実施形態に係る把持部２では、各挟圧部４ｂ・４ｂ・５ｂに付設した各当接部６・６・６によって、ワークを三点でより堅固に把持することができ、部品点数の少ない簡易な構成で、ワークの振り回し動作等にも耐え得るより安定した把持状態を実現することができる。
尚、本実施形態では、把持部２によって、ワークを三点支持する態様を例示しているが、本発明に係る把持方法を実現する把持装置における、ワークの支持点数をこれに限定するものではなく、例えば、二点支持する態様であってもよく、あるいは、四点以上で支持する態様であってもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る把持装置による把持方法について、図４から図７を用いて説明をする。
本発明の一実施形態に係る把持方法は、先述した把持装置１（図１参照）を用いて実現することができる把持方法であり、ここでは、図６および図７で示すようなワーク５０を把持装置１により位置決めする場合を例示する。

図４および図５（ａ）に示す如く、本発明の一実施形態に係る把持装置１による把持方法では、まず始めに当接部６・６の内部を大気開放し、該当接部６・６を定常状態として軟化させておく（ＳＴＥＰ−０１）。
尚、ここでいう「軟化」した状態の当接部６は、ワークに押圧することで、該ワークの外面形状に沿って当接部６の形状を変形させることができる状態となっている。

次に、図４および図５（ｂ）に示す如く、本発明の一実施形態に係る把持装置１による把持方法では、当接部６・６をマスターワーク６０に押圧し、該当接部６・６をマスターワーク６０の外面形状に倣わせて変形させる（ＳＴＥＰ−０２）。
そして、当接部６・６をマスターワーク６０に倣わせて変形させた状態で、当接部６・６の内部を真空引きし、当接部６・６を硬化させる（ＳＴＥＰ−０３）。

このとき、当接部６・６は、ワーク５０（図６参照）を位置決めするのに適した形状（以下、位置決め形状と呼ぶ）となっており、換言すれば、マスターワーク６０は、当接部６・６を位置決め形状に変形させるのに適した外面形状を有している。

本実施形態で示すマスターワーク６０により形成する位置決め形状は、各爪部４・５における各挟圧部４ｂ・４ｂ・５ｂの付設面４ｃ・４ｃから所定の高さで突出している部位である位置決め部６ｆ・６ｆが形成された形状としている。

尚、位置決め部６ｆの形状は、点状、線状、面状等、位置決め対象たるワークの形状に合わせて種々選択することができる。
また、マスターワーク６０は、再現性よく（即ち、常に同じ場所で、かつ、同じ高さで）位置決め部６ｆ・６ｆを形成できる形状を選択しており、凹凸等の少ない単純な形状とするのが好適である。

次に、図４および図６（ａ）に示す如く、本発明の一実施形態に係る把持装置１による把持方法では、位置決め部６ｆ・６ｆを実際のワーク５０の所定位置に当接させつつ押圧して、図６（ｂ）に示す如く、ワーク５０の軸心Ｘが、軸心Ｘを配置すべき位置Ｙに一致するようにワーク５０を変位させることで、ワーク５０を位置決めする（ＳＴＥＰ−０４）。

位置決め部６ｆは、常に同じ位置に同じ高さで形成することができる部位であるため、該位置決め部６ｆにおいてワーク５０を押圧しつつ、ワーク５０を変位させることで、ワーク５０を決まった方向に決まった距離だけ変位させることができ、これにより、把持装置１を用いて、ワーク５０を所定の位置に位置決めすることが可能になる。

そして、ワーク５０の位置決めが完了すると、次に、図４および図７（ａ）に示す如く、当接部６・６を再び定常状態とし軟化させることにより、位置決め部６ｆ・６ｆを解消する（ＳＴＥＰ−０５）。

このように、把持部２でワーク５０を把持する前に、当接部６・６に形成した位置決め部６ｆを解消しておくことで、把持部２でワーク５０を把持したときに、ワーク５０に対して当接部６の位置決め部６ｆに対応する部位が選択的に接触して、該位置決め部６ｆに対応する部位が早期に摩耗等して破損することが防止できる。

そして、以後は、従来と同様に、把持装置１によりワーク５０を把持する。
即ち、当接部６・６をワーク５０に押圧し、該当接部６・６をワーク５０の外面形状に倣わせて変形させる（ＳＴＥＰ−０６）。
そして、当接部６・６をワーク５０に倣わせて変形させた状態で、当接部６・６の内部を真空引きし、当接部６・６を硬化させておきながら、各爪４・５によりワーク５０を狭圧して、把持部２によりワーク５０を確実に把持する（ＳＴＥＰ−０７）。

即ち、本発明に一実施形態に係る把持装置による把持方法は、ワーク５０を挟圧するための複数の爪部４・５と、弾性を有する素材からなる袋状部材６ａと、該袋状部材６ａに充填される粒状物６ｂとを備え、複数の爪部４・５のワーク５０と当接する部位に付設される当接部６・６・６と、を有し、複数の爪部４・４・５を変位させることにより、複数の当接部６・６・６によりワーク５０を挟圧し、ワーク５０を挟圧した状態で、袋状部材６ａの内容積に対する粒状物６ｂの体積比率を増大させることにより、粒状物６ｂをワーク５０の外面形状に倣わせた形状に保持しつつ硬化させて、ワーク５０の把持を行う把持部２を備える把持装置１による把持方法であって、当接部６をワーク５０の位置決めに適した形状（即ち、位置決め形状）に変形させることができる外面形状を有するマスターワーク６０を用いて、当接部６をマスターワーク６０の外面形状に倣わせる工程（ＳＴＥＰ−０２）と、当接部６を、位置決め形状に変形させた状態で硬化させる工程（ＳＴＥＰ−０３）と、位置決め形状である（即ち、位置決め部６ｆを有する）当接部６でワーク５０を押圧して、該ワーク５０を位置決めする工程（ＳＴＥＰ−０４）と、位置決めしたワーク５０を、把持部２により把持する工程（（ＳＴＥＰ−０６）および（ＳＴＥＰ−０７））と、を備えるものである。
このような構成により、硬化および軟化させることが可能な当接部６を有する把持装置１により、ワーク５０の位置決めをすることができる。

また、本発明に一実施形態に係る把持装置１による把持方法は、ワーク５０を位置決めする工程（ＳＴＥＰ−０４）の後で、かつ、ワーク５０を把持部２により把持する工程（（ＳＴＥＰ−０６）および（ＳＴＥＰ−０７））の前において、当接部６の、ワーク５０の位置決めに適した形状（即ち、位置決め部６ｆを有する位置決め形状）を解消する工程（ＳＴＥＰ−０５）を備えるものである。
このような構成により、把持装置１でワーク５０の位置決めすることにより、位置決め部６ｆに対応する部位が摩耗等して、当接部６の寿命が短縮することを防止できる。

ここで、把持装置１を用いてワークを位置決めする別実施形態について、図８を用いて説明をする。
別実施形態に係る把持方法を実現する把持装置１では、図８（ａ）（ｂ）に示す如く、当接部６・６の周囲に別途位置決め用の部材たる突出部材９・９・９を備える構成としている。
尚、突出部材９の配置位置や配置個数はワークの形状等に応じて適宜選択することができる。

突出部材９は、ワークの所定位置に当接し押圧することで、該ワークを変位させて位置決めするための部材であり、当接部材９ａと支持部材９ｂを備える構成としている。
支持部材９ｂは、当接部材９ａを変位可能な状態で支持するための部材であり、例えば、シリンダ機構やバネ機構等を採用し得る。

そして、図８（ｂ）に示すように、当接部材９ａをワークに当接させて位置決めするときには、支持部材９ｂを伸張させて、当接部材９ａが当接部６の正面部６ｃから突出する位置まで変位させる構成としている。
一方、突出部材９によりワークの位置決めをしないときには、支持部材９ｂを縮小させて、当接部材９ａが当接部６の正面部６ｃから突出しない位置まで変位させる構成としている。

即ち、当接部６を変形させる方法ではなく、把持部２にこのような構成の突出部材９を装備することで、把持装置１を用いてワークの位置決めを行うことも可能である。

１ 把持装置
２ 把持部
４ 爪部
５ 爪部
６ 当接部
６ｆ 位置決め部
５０ ワーク
６０ マスターワーク

Claims (1)

1. ワークを挟圧するための複数の爪部と、
   弾性を有する素材からなる袋状部材と、該袋状部材に充填される粒状物とを備え、前記複数の爪部の前記ワークと当接する部位に付設される複数の当接部と、
   を有し、
   前記複数の爪部を変位させることにより、前記複数の当接部により前記ワークを挟圧し、前記ワークを挟圧した状態で、前記袋状部材の内容積に対する前記粒状物の体積比率を増大させることにより、前記粒状物を前記ワークの外面形状に倣わせた形状に保持しつつ硬化させて、前記ワークの把持を行う把持部を備える把持装置による把持方法であって、
   前記当接部を前記ワークの位置決めに適した形状に変形させることができる外面形状を有するマスターワークを用いて、前記当接部を前記マスターワークの外面形状に倣わせる工程と、
   前記当接部を、前記マスターワークの外面形状に倣わせて前記ワークの位置決めに適した形状に変形させた状態で硬化させる工程と、
   前記ワークの位置決めに適した形状である前記当接部で前記ワークを押圧して、該ワークを位置決めする工程と、
   位置決めした前記ワークを、前記把持部により把持する工程と、
   前記ワークを位置決めする工程の後で、かつ、前記ワークを前記把持部により把持する工程の前において、
   前記当接部の、前記ワークの位置決めに適した形状を解消する工程を備える、
   ことを特徴とする把持装置による把持方法。

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