JP7081973B2 - 把持装置及び産業用ロボット - Google Patents

Description

本発明は、把持装置及び産業用ロボットに関する。

ワークを把持することを目的とした把持装置として、掌部と、掌部の周囲に突出して設けられ、掌部を厚さ方向に変形させることにより掌部に向かって倒れる複数の指部とを有する袋状の把持本体と、指部内に設けられ、指部の形を有する弾性部とを備えた把持装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に係る把持装置は、把持本体の内部を減圧することにより、掌部が厚さ方向に変形し、指部が掌部へ向かって倒れるように弾性変形する。この把持装置は、指部の形が弾性部により保持されているため、ワークを確実に把持することができる。

特許第６２９１５５３号公報

上記特許文献１に係る把持装置は、把持本体の内部の圧力を制御することにより把持力を調整することができる。しかしながら、特許文献１に係る把持装置は、圧力を制御することによって把持力の上限を設定できるが、ワークに対し把持力が大きすぎる場合、食品のように柔軟なワークを破損してしまうおそれがある。

本発明は、ワークの破損をより確実に防止することができる把持装置及び産業用ロボットを提供することを目的とする。

本発明に係る把持装置は、掌部と、前記掌部の周囲に突出して設けられ、前記掌部を厚さ方向に変形させることにより前記掌部に向かって倒れる複数の指部とを有する袋状の把持本体と、複数の前記指部の先端同士が接触するまでの間に前記掌部の変形を抑制する抑制機構とを備えることを特徴とする。

本発明に係る産業用ロボットは、上記把持装置を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、抑制機構を備えることにより、指部の可動範囲の上限を設定することができるので、ワークの破損をより確実に防止することができる。

第１実施形態に係る把持装置を適用した産業用ロボットの例を示す模式図である。 第１実施形態に係る把持装置の構成を示す部分縦断面図である。 第１実施形態に係る把持装置の使用状態を示す部分縦断面図である。 指変位量の測定方法を説明する説明図である。 指変位量の測定結果を示すグラフである。 第２実施形態に係る把持装置の概略図である。 第２実施形態に係る把持装置の構成を示す部分縦断面図である。 リミッタ径が最大の場合を示す平面図である。 リミッタ径が最小の場合を示す平面図である。 第３実施形態に係る把持装置の構成を示す部分縦断面図である。 第３実施形態に係る把持装置の使用状態を示す部分縦断面図である。 大径の把持本体のＣＡＥシミュレーション解析の結果を示すグラフである。 小径の把持本体のＣＡＥシミュレーション解析の結果を示すグラフである。 第４実施形態に係る把持装置の構成を示す部分縦断面図である。

把持装置は、掌部と、前記掌部の周囲に突出して設けられ、前記掌部を厚さ方向に変形させることにより前記掌部に向かって倒れる複数の指部とを有する袋状の把持本体と、複数の前記指部の先端同士が接触するまでの間に前記掌部と接触し、前記掌部の変形を抑制する抑制機構とを備える。

抑制機構は、掌部の厚さ方向の変形を抑制することによって、指部が設定以上に変形しないように抑制する。したがって、把持装置は、指部の可動範囲の上限を設定することができるので、ワークの破損をより確実に防止することができる。

抑制機構は、複数の前記指部の先端同士が接触するまでの間に前記掌部の少なくとも一部と接触する接触部を備えるのが好ましい。接触部は、掌部に対し環状に接触する場合と、掌部の中央部分に接触する場合とを含む。指部の先端とは、指部の厳密な先端に限定されず、先端から指部の長さ方向にある程度離れた位置までの領域を含む。

把持装置は、掌部の内面側の空間と外部を繋ぐ貫通穴を有する開口部に接触部が設けられている場合と、開口部とは別に接触部を備える場合とを含む。前記貫通穴は、１つ又は２つ以上でもよい。

抑制機構は、掌部と接触する接触部の位置を調整する可変部を備えていてもよい。可変部は、掌部の表面に対し接触部を、平行方向に移動する場合と、垂直方向に移動する場合とを含む。

把持装置は、掌部の外周の収縮を防ぐ形状保持部を備えるのが好ましい。形状保持部は、把持本体内に設けられ、変形した前記掌部を受け入れるガイド穴を有し、前記ガイド穴の軸方向の、指部側先端の外側に湾曲部が設けられている。形状保持部に湾曲部が形成されていることにより、掌部が湾曲部に接触しながら厚さ方向に変形するので、指部が連続的、かつ、ゆるやかに変形する。したがって把持装置は、柔らかくワークを把持することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

１．第１実施形態
（全体構成）
図１に、本実施形態に係る把持装置１０Ａを適用した産業用ロボット１２の構成を示す。産業用ロボット１２は、直交ロボットであって、レール１４と、レール１４に沿って移動する移動体１６と、移動体１６に固定されたエアシリンダー１８とを備える。レール１４は、図中Ｙ軸方向に移動可能に設けられている。

エアシリンダー１８は、シリンダーチューブ１９と、シリンダーチューブ１９に対し進退可能に設けられたピストンロッド２０とを有する。シリンダーチューブ１９には、配管２１，２２が設けられている。当該配管２１，２２を通じて、気体が給排気されることにより、ピストンロッド２０がシリンダーチューブ１９に対し進退可能となっている。ピストンロッド２０の先端には、アダプタプレート２３に接続された脱着部２４を介して把持装置１０Ａが設けられている。アダプタプレート２３は、図示しないボルトによってピストンロッド２０の先端に固定されている。

産業用ロボット１２は、水平な基台２６上に置かれたワークＷを、把持装置１０Ａで把持すると共に、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に移動することができる。

図２に示すように、把持装置１０Ａは、脱着部２４を介してピストンロッド２０に設けられる把持本体２８Ａを備える。把持本体２８Ａは、気密性と弾性とを有する材料、例えば、天然ゴムや合成ゴムなどで形成することができる。把持本体２８ＡのＪＩＳ Ｋ６２５３のデュロメータ硬さ試験(タイプＡ)に準じて測定した硬度は、６０～９０程度であるのが好ましい。

把持本体２８Ａは、掌部３０と、掌部３０の周囲に突出して設けられた複数の指部３２とを有する。掌部３０は略円盤状をなしている。指部３２は、掌部３０と一体に形成されており、掌部３０を囲むように放射状に５個設けられている（図１参照）。指部３２同士の間には、所定の間隔が形成されている。指部３２は、内面３４が掌部３０と一体に形成されている。指部３２は中実である。指部３２の材質は、掌部３０と同じ材質、または異なる材質でもよく、さらに均一である必要はなく、異種材料を組み合わせた複合材、フィラーなどの添加物を含んでもよい。指部３２の外形形状は、適宜選択することができ、例えば、円柱、円錐、円錐台、三角柱、四角柱、三角錐、四角錐、四角錐台、直方体などでもよい。複数の指部３２は、全て同一形状である必要はなく、形状が異なっていてもよい。本実施形態の場合、指部３２は、四角錐台形状を有し、内面３４が、掌部３０に接合している基端から先端に向かって外側に傾斜するように形成されている。また、複数の指部３２は同一形状で構成されている。

把持本体２８Ａは、掌部３０を厚さ方向（Ｚ方向）に変形させる力が作用すると、当該力によって内面３４が引っ張られ、指部３２が掌部３０へ向かって倒れるように弾性変形する。

把持本体２８Ａは、掌部３０及び指部３２が形成されている表面とは逆側の面に開口を有する袋状の部材からなる。把持本体２８Ａの開口は、ケース３６Ａによって密閉されている。把持本体２８Ａとケース３６Ａは、把持本体２８Ａの外周に巻かれたバンド３７によって固定される。

ケース３６Ａは、ステンレスなどの金属製、又はプラスチックなどの硬質の樹脂製であるのが好ましい。ケース３６Ａは、筒状部４０と、筒状部４０の上端に設けられた上部４１Ａと、上部４１Ａに設けられた継手４２とを有する。筒状部４０は円筒状の部材である。上部４１Ａは円盤状の部材である。筒状部４０と上部４１Ａは一体に形成されている。上部４１Ａの中央には厚さ方向に貫通する貫通穴４３が設けられている。継手４２は貫通穴４３と連通する。継手４２はシール材４４を介して上部４１Ａにねじ止めされている。継手４２は、脱着部２４とワンタッチで着脱自在に連結される。

脱着部２４は、ワンタッチ継手であり、一端がアダプタプレート２３に接続され、他端が継手４２に接続される。脱着部２４は、継手４２が差し込み方向に差し込まれると接続され、リリース部４５が差し込み方向に押されることによって接続が解除される。脱着部２４は、ワンタッチ継手に限らず、ねじによって継手４２と接続される継手でもよい。

脱着部２４には、周面に給排気口４６が設けられている。当該給排気口４６は、図示しないが、配管の一端に接続される。この配管の他端は、例えば三方弁を介して真空ポンプに接続される。三方弁は、真空ポート、給排気ポート、大気解放ポートを有し、真空ポートが真空ポンプに、給排気ポートが把持装置１０Ａに、大気解放ポートが外部にそれぞれ接続される。当該配管を通じて、気体が、把持本体２８Ａの内から外へ、及び把持本体２８Ａの外から内へ、流通する。脱着部２４は、天面に設けられた図示しない取り付け穴を通じてボルトをアダプタプレート２３にねじ込むことによって、アダプタプレート２３に固定される。

把持本体２８Ａは、内部に、筒状部４０の下端に設けられた開口部５２と、掌部３０の外周が収縮しないように把持本体２８Ａを保持する形状保持部５３とを有する。本図では、開口部５２と形状保持部５３が一体に形成されている。

開口部５２は、円盤状の部材であり、厚さ方向に貫通する貫通穴５４を有する。貫通穴５４は、開口部５２の下面５２ａと掌部３０の内面３０ａの間に形成された内部空間５６を、継手４２を介して図示しない配管と接続する。これにより内部空間５６と図示しない配管の間で気体が流通する。

本実施形態では、貫通穴５４は、開口部５２の中央に形成されている。このため、貫通穴５４には、厚さ方向に変形した掌部３０が入り込む。すなわち、開口部５２は、変形した掌部３０を受け入れる。

形状保持部５３は、内部空間５６に配置されている。形状保持部５３の材質は、把持本体２８Ａの減圧下において変形しなければ足り、例えば硬質樹脂や金属を用いることができる。形状保持部５３の材質は、必ずしも均一である必要はなく、異種材料を組み合わせた複合材でもよい。

本図に示す形状保持部５３は、変形した掌部３０を貫通穴５４へ案内するガイド穴５８と、ガイド穴５８の軸方向の指部３２側先端の外側に湾曲部６０とを有する枠状の部材である。本実施形態の場合、形状保持部５３は、円筒状の部材であって、全体として先端に向かって先細に形成されている。形状保持部５３の指部３２側に湾曲部６０が設けられている。湾曲部６０は、外側に向かって凸形状である。ガイド穴５８は、掌部３０に対応した形状保持部５３の中央に形成される。

湾曲部６０とガイド穴５８が面で交差する形状保持部５３の指部側先端は、面取り加工が施されているのが好ましい。面取り加工は、形状保持部５３の指部側先端を削り、角面や丸面とする加工が適用できる。形状保持部５３は、面取り加工が施されていることにより、上記先端における欠けなどの破損を防止することができる。

形状保持部５３の外径とガイド穴５８の内径の比は、１．０：０．９８～１．０：０．６であるのが好ましい。例えば、形状保持部５３の外径が８０ｍｍの場合、ガイド穴５８の内径が４８～７８ｍｍの範囲であれば、指部３２は掌部３０の中心に向かってより確実に弾性変形する。

形状保持部５３の指部側先端の位置は、当該形状保持部５３の径方向における指部３２の基端の中心位置よりも外側に位置するのが好ましい。これにより、指部３２が掌部３０の中心に向かって弾性変形する際に、形状保持部５３の指部側先端と指部３２の基端が上記の位置で接触する。この結果、指部３２は、上記の接触部分を支点として、掌部３０の中心に向かって容易に弾性変形する。

把持装置１０Ａは、把持本体２８Ａの内部に、複数の指部３２の先端同士が接触するまでの間に掌部３０の内面３０ａと接触する接触部６４を有する。接触部６４は、掌部３０の内面３０ａから所定の高さＨに設けられている。本実施形態では、接触部６４は、開口部５２の開口縁部、すなわち貫通穴５４の縁部分に設けられている。接触部６４と接触中の掌部３０は、接触部６４と非接触の場合よりも変形し難くなる。掌部３０の変形が抑制されることにより、指部３２の弾性変形が抑制される。

接触部６４は、指部３２の変位を制限するリミッタとして機能する。指部３２の指変位量は、開口部５２の開口径、すなわちリミッタ径Ａを変えることにより所望の値とすることができる。以下の説明では、開口部の開口径をリミッタ径と称する。リミッタ径Ａは、複数の指部３２の先端同士が接触する動作、すなわち複数の指部３２を閉じきるための動作を抑制しない最小の径Ａ_limit未満とされる。最小径Ａ_limitは、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）シミュレーション解析を行うことにより得られる。最小径Ａ_limitは、例えば、掌部３０の内面３０ａと開口部５２の下面５２ａとの間の長さ、把持本体２８Ａの硬度や引張特性、把持本体２８Ａの外形φ、指部３２が閉じきるまでに必要な指変位量などによって決定される。Ａ＜Ａ_limitの範囲内では、複数の指部３２は、閉じきる前に弾性変形が抑制されるので、互いの先端同士の間に隙間を空けた状態で保持される。例えば、外形φが１３０ｍｍの把持本体２８Ａにおいて、リミッタ径Ａは６０ｍｍである。複数の指部３２の先端同士が接触するまでの間に掌部３０の変形を抑制する構成要素、例えば開口部５２や接触部６４などのことを、抑制機構とも称する。

（動作及び効果）
上記のように構成された把持装置１０Ａが設けられた産業用ロボット１２の動作及び効果について説明する。なお、以下に示す条件は、一例である。産業用ロボット１２は、ピストンロッド２０がシリンダーチューブ１９内に退避し、エアシリンダー１８が収縮した状態を原点とする。また把持装置１０Ａは、初期状態において把持本体２８Ａ内の圧力が大気圧である。すなわち三方弁は、真空ポートが遮断され、給排気ポートが大気解放ポートと繋がっている状態である。

産業用ロボット１２は、移動体１６がレール１４に沿って移動することで、基台２６上に置かれたワークＷの鉛直線上に把持装置１０Ａを位置決めする（図１）。次いで、産業用ロボット１２は、ピストンロッド２０がシリンダーチューブ１９から進出することにより、指部３２がワークＷの側面に到達するまで、エアシリンダー１８を伸長させる。

次いで三方弁は、大気解放ポートが遮断され、給排気ポートが真空ポートと繋がった状態に切り替えられる。これにより把持装置１０Ａは、配管を通じて、把持本体２８Ａ内の気体を吸引し、把持本体２８Ａ内の圧力を例えば－０．０３ＭＰａ以下に減圧する。

図３に示すように、掌部３０は、形状保持部５３により外周が収縮しないように維持された状態で、ガイド穴５８を越えて貫通穴５４に吸い込まれるようにして厚さ方向に変形する。掌部３０が厚さ方向へ変形するのに伴い、指部３２の内面３４が掌部３０の中心へ引っ張られる。そうすると指部３２は、掌部３０へ向かって倒れるように弾性変形する。これにより指部３２は、主に内面３４がワークＷ表面に接触する。本図に示す立方体のワークＷの場合、指部３２はワークＷの側面に接触する。上記のように把持装置１０Ａは、把持本体２８Ａ内を減圧することにより、ワークＷを把持する。

さらに把持本体２８Ａ内を減圧し続けると、掌部３０は、内面３０ａが接触部６４と接触し、厚さ方向への変形が抑制される。掌部３０の変形が抑制されるのに伴い、指部３２の弾性変形も抑制される。これにより、把持装置１０Ａは、指部３２が設定以上に変形しないように抑制する。

次いで産業用ロボット１２は、ピストンロッド２０をシリンダーチューブ１９内に退避させてエアシリンダー１８を収縮することにより、ワークＷを基台２６から持ち上げることができる。さらに産業用ロボット１２は、移動体１６がレール１４に沿って移動したり、レール１４がＹ軸方向に移動したりすることにより、水平方向へワークＷを自在に移動することができる。

所望の場所へ移動した後、産業用ロボット１２は、ピストンロッド２０がシリンダーチューブ１９から進出することにより、ワークＷが基台２６に接触するまでエアシリンダー１８を伸長させる。次いで、三方弁は、真空ポートが遮断され、給排気ポートが大気解放ポートと繋がっている状態に切り替えられる。そうすると把持本体２８Ａ内へ大気解放ポートから配管を通じて気体が流入する。把持本体２８Ａ内の圧力が大気圧に戻るのに伴い、掌部３０が貫通穴５４およびガイド穴５８から押し出され元の状態に戻る。掌部３０が元の状態に戻るのに伴い、指部３２が開き、ワークＷを手放す。

次いで、産業用ロボット１２は、ピストンロッド２０をシリンダーチューブ１９内に退避させてエアシリンダー１８を収縮することにより、把持装置１０ＡをワークＷから切り離す。以上のようにして産業用ロボット１２は、基台２６上に置かれたワークＷを、把持装置１０Ａで把持することにより、所望の位置へ移動することができる。

把持装置１０Ａは、抑制機構を備えることにより、複数の指部３２の先端同士が接触するまでの間に掌部３０が接触部６４と接触し、掌部３０の変形を抑制することができる。したがって、把持装置１０Ａは、指部３２の可動範囲の上限を設定することにより、ワークＷの破損をより確実に防止することができる。

接触部６４は、リミッタ径Ａが小さいほど、変位量が小さい段階で掌部３０に接触するので、結果として指部３２の可動範囲を狭くすることができる。すなわち把持装置１０Ａは、リミッタ径Ａが小さいほど、指部３２の弾性変形前後の指変位量が小さくなる。指変位量は以下のようにして測定した。すなわち、図４に示すように、レーザ変位計６６を用いて、把持本体２８Ａ内を減圧して指部３２を弾性変形させながら指部３２に定めた測定点の位置を測定し、指部３２の弾性変形前後の各測定点間の距離を算出した。レーザ光は、弾性変形前の指部３２のうち、指先から所定高さであり、かつ、指部３２の幅方向（図４における紙面奥行方向）の中心に照射した。指変位量は、上記の各測定点間の距離であり、指部３２の厚さ方向（図４における紙面左右方向）の成分のみを持つものとする。図５は、リミッタ径Ａが８０ｍｍ，７０ｍｍ，６０ｍｍ，５５ｍｍ，５０ｍｍ，４５ｍｍである６種の開口部について、それぞれのリミッタ径Ａにおける指変位量の、把持本体２８Ａ内の真空度に伴う変化を測定した結果である。把持本体２８Ａ内の真空度は、－０．０３ＭＰａと－０．０５ＭＰａとした。

図５より、リミッタ径Ａが６０ｍｍ以下の領域で指変形量が著しく小さくなっていることがわかる。これは、リミッタ径Ａが最小径Ａ_limit以下となったことで、掌部３０の厚さ方向への変形に対する抑制効果、すなわちリミッタ効果が強くなっていることを意味していると考えられる。以上から、リミッタ径Ａが小さいほどリミッタ効果が強くなることが確認できた。

また、図５より、真空度が低いほど指変形量が小さいことがわかる。これは、真空度が高くなることで、掌部３０を厚さ方向へ変形させる力がより強くなることに由来していると考えられる。以上から、真空度が低いほどリミッタ効果が強くなることが確認できた。

２．第２実施形態
第２実施形態に係る把持装置は、開口部の開口径を可変とする開口径可変部を有する点が、上記第１実施形態と異なる。上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

図６に示すようには、把持装置１０Ｂは、掌部３０と、掌部３０の周囲に突出して設けられた複数の指部３２とを有する把持本体２８Ｂを備える。把持本体２８Ｂは、バンド３７によってケース３６Ｂに固定される。把持本体２８Ｂは、継手７１を介して配管７２の一端に接続される。配管７２の他端は、例えば三方弁を介して真空ポンプに接続されている。三方弁は、真空ポート、給排気ポート、大気解放ポートを有し、真空ポートが真空ポンプに、給排気ポートが把持装置１０Ｂに、大気解放ポートが外部にそれぞれ接続される。なお、把持装置１０Ｂは、図示しないが、アダプタを介してピストンロッドの先端に固定される。

図７に示すように、把持本体２８Ｂは、掌部３０及び指部３２が形成されている表面とは逆側の面に開口を有する袋状の部材からなる。把持本体２８Ｂの開口は、ケース３６Ｂによって密閉されている。

ケース３６Ｂは、上ケース７３と下ケース７４を有する。上ケース７３は、円柱部７３ａと、円柱部７３ａの中心軸上に設けられた第１貫通穴７３ｂと、円柱部７３ａの中心よりも径方向の外側に設けられた第２貫通穴７３ｃとを有する。円柱部７３ａの外周面には雄ねじが形成されている。本図では円柱部７３ａの上部にフランジが形成されている。第１貫通穴７３ｂは継手７１と連通する。継手７１は、図示しないシール材を介して、第１貫通穴７３ｂにねじ止される。継手７１と配管７２と第１貫通穴７３ｂを通じて、気体が、把持本体２８Ｂの内から外へ、及び把持本体２８Ｂの外から内へ、流通する。第２貫通穴７３ｃには、後述する操作部８３の軸８３ｃが挿入される。下ケース７４は、中央に貫通穴７４ａを有する底部７４ｂと、底部７４ｂの外縁に一体に形成された筒状部７４ｃとを有する。筒状部７４ｃの内周面には雌ねじが形成されている。上ケース７３と下ケース７４は、円柱部７３ａを筒状部７４ｃにねじ込むことにより一体化される。

把持本体２８Ｂは、内部に形状保持部５３を有する。形状保持部５３は、底部７４ｂと掌部３０の間に配置されている。形状保持部５３は、底部７４ｂとは別体に形成されている。

把持装置１０Ｂは、把持本体２８Ｂの内部に、複数の指部３２の先端同士が接触するまでの間に掌部３０の変形を抑制する抑制機構８０を備える。

抑制機構８０は、開口部８１と、開口部８１のリミッタ径Ａを可変とする開口径可変部８２と、開口径可変部８２を操作するための操作部８３とを有する。開口部８１と開口径可変部８２は円環状に形成されている。開口部８１は底部７４ｂ上に設けられる。開口径可変部８２は開口部８１上に設けられる。操作部８３は、歯車８３ａを介して開口径可変部８２と連結し、つまみ８３ｂが軸８３ｃを中心に回転することにより、歯車８３ａに連動させて開口径可変部８２を回転させる。軸８３ｃは、図示しないシール材を介して第２貫通穴７３ｃに挿入される。軸８３ｃの一端は、円柱部７３ａの上面から突出する。軸８３ｃの他端は、底部７４ｂに設けられた図示しない軸受部に配置される。歯車８３ａは軸８３ｃの一端と他端の間に設けられる。つまみ８３ｂは軸８３ｃの一端に設けられる。つまみ８３ｂは、手動で回転させてもよいし、図示しないサーボモータなどを利用して図示しないコンピュータの制御により回転させてもよい。

開口部８１は、変形した掌部３０を受け入れる。開口部８１の開口縁部には、弾性変形する複数の指部３２の先端同士が接触するまでの間に掌部３０の内面と接触する接触部８６が設けられている。

図８Ａに示すように、開口部８１は、円環状となるように重ね合わせて配された複数の板部材８４により形成される。開口部８１の開口縁部は、板部材８４の内径側端縁により形成される。板部材８４は、基材８４ａの一面から突出して設けられた係合部８４ｂと、基材８４ａの他面から突出して設けられた回転軸８４ｃとを有する。係合部８４ｂは、後述する開口径可変部８２のガイド溝８２ｂと係合する。回転軸８４ｃは、底部７４ｂに設けられた図示しない軸受部に、軸回転自在に支持される。各板部材８４が回転することにより、リミッタ径Ａが変化する。

開口径可変部８２は、中央に開口を有する円環状の本体８２ａと、本体８２ａに設けられたガイド溝８２ｂとを有する。本体８２ａの外周には、歯車８３ａと噛み合う歯が設けられている。ガイド溝８２ｂは係合部８４ｂと係合する。開口径可変部８２は、係合部８４ｂをガイド溝８２ｂの一端と他端の間で移動させ、板部材８４をそれぞれ回転させるカム部材である。ガイド溝８２ｂの一端と係合部８４ｂが当接した場合は、リミッタ径Ａが最大となる。図８Ａは、リミッタ径Ａが最大の場合を示している。

図８Ｂに示すように、開口径可変部８２が回転すると、ガイド溝８２ｂに沿って係合部８４ｂが移動する。板部材８４は、先端が開口の中心へ近づく方向に回動する。ガイド溝８２ｂの他端と係合部８４ｂが当接する位置まで開口径可変部８２が回転すると、リミッタ径Ａが最小となる。図８Ｂは、リミッタ径Ａが最小の場合を示している。

以上のように、把持装置１０Ｂは、開口径可変部８２を備えることにより、リミッタ径Ａを変えることができるので、リミッタ効果の強さを変えることができる。したがって、把持装置１０Ｂは、指部３２の可動範囲の上限を設定することができるので、ワークＷの破損をより確実に防止することができる。

３．第３実施形態
第３実施形態に係る把持装置は、掌部の変形を押えるストッパを有する点が、上記第１，第２実施形態と異なる。上記第１，第２実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

図９に示すように、把持装置１０Ｃは、掌部３０と、掌部３０の周囲に突出して設けられた複数の指部３２とを有する把持本体２８Ｃを備える。把持本体２８Ｃは、バンド３７によってケース３６Ｃに固定される。把持本体２８Ｃは、継手７１を介して配管７２に接続される。把持本体２８Ｃは、開口を有する袋状の部材からなり、開口がケース３６Ｃによって密閉されている。ケース３６Ｃは、筒状部４０と、筒状部４０の上端に設けられた上部４１Ｃを有する。上部４１Ｃは、中央に貫通穴４３が形成されており、貫通穴４３に図示しないシール材を介して継手７１が設けられる。

把持本体２８Ｃは、内部に、筒状部４０の下端に設けられた開口部５２と、掌部３０の外周が収縮しないように把持本体２８Ｃを保持する形状保持部５３とを有する。開口部５２と形状保持部５３は一体に形成されている。開口部５２は、中央に貫通穴９０を有する。

把持装置１０Ｃは、把持本体２８Ｃの内部に、掌部３０の変形を押さえるストッパ９２を有する。ストッパ９２は貫通穴９０に配置される。ストッパ９２と貫通穴９０の間には隙間が形成されている。

ストッパ９２は、先端が内部空間５６に配置され、基端が上部４１Ｃに固定されている。本図では、ストッパ９２と上部４１Ｃは一体に形成されている。ストッパ９２は円柱状の部材である。ストッパ９２は、貫通穴４３と接続する流路９４を有する。流路９４は、貫通穴４３に設けられた継手７１を介して、配管７２と把持本体２８Ｃの内部を連通する。貫通穴９０と流路９４を介して、内部空間５６と配管７２の間で気体が流通する。

ストッパ９２の先端には、掌部３０の厚さ方向への変形を押さえる接触部９６が設けられている。接触部９６は掌部３０の内面３０ａと接触する。ストッパ９２は、接触部９６により掌部３０を押さえることにより、複数の指部３２の先端同士が接触するまでの間に掌部３０の変形を抑制する。

ストッパ９２の径Ｂは、接触部９６が掌部３０の中心部分と接触する程度の大きさとされる。接触部９６が掌部３０の外周に近い部分と接触すると、形状保持部５３の指部側先端を支点とする指部３２の弾性変形を制限してしまう。また、ストッパ９２と形状保持部５３の間に十分な隙間がなく、内部空間５６内をストッパ９２で充填した場合は、指部３２が弾性変形しない。このため、ストッパ９２の径Ｂは、形状保持部５３のガイド穴５８の内径よりも十分に小さいことが好ましい。ストッパ９２と形状保持部５３の間に十分な隙間を有することにより、当該隙間に対応する掌部３０の一部は、厚さ方向に変形し得る。

ストッパ９２は、開口部５２の下面５２ａに対する接触部９６の高さＣが、掌部３０の内面３０ａと開口部５２の下面５２ａの間の長さ以下とされる。接触部９６の高さＣが大きいほど、掌部３０の厚さ方向への変形に対する抑制効果、すなわちリミッタ効果が強くなる。

図１０に示すように、掌部３０は、把持本体２８Ｃ内が減圧されると、形状保持部５３により外周が収縮しないように維持された状態で厚さ方向に変形する。掌部３０が厚さ方向へ変形するのに伴い、指部３２の内面３４が掌部３０の中心へ引っ張られる。そうすると指部３２は、掌部３０へ向かって倒れるように弾性変形する。これにより指部３２は、主に内面３４がワークＷ表面に接触する。さらに把持本体２８Ｃ内が減圧された場合、掌部３０は、内面３０ａが接触部９６と接触し、厚さ方向への変形が抑制される。掌部３０の変形が抑制されるのに伴い、指部３２の弾性変形も抑制される。これにより、把持装置１０Ｃは、指部３２が設定以上に変形しないように抑制する。

把持装置１０Ｃは、抑制機構を備えることにより、複数の指部３２の先端同士が接触するまでの間に掌部３０が接触部９６と接触し、掌部３０の変形を抑制することができる。したがって、把持装置１０Ｃは、指部３２の可動範囲の上限を設定することにより、ワークＷの破損をより確実に防止することができる。

図１１Ａ，Ｂを用いて、把持本体２８ＣのＣＡＥシミュレーション解析の結果を説明する。図１１Ａ，Ｂは、縦軸が指変位量（ｍｍ）、横軸が真空度（ＭＰａ）を示している。真空度は、大気圧を０（ゼロ）としたゲージ圧である。図１１Ａは、ストッパ無し、ストッパ９２の径Ｂが４２ｍｍで接触部９６の高さＣが２１ｍｍ，ストッパ９２の径Ｂが４２ｍｍで接触部９６の高さＣが７ｍｍの３種の把持本体について、把持本体内の真空度に対する指変位量の変化を測定した結果である。３種の把持本体の外形φは１３０ｍｍであり、貫通穴９０の穴径Ａは５０ｍｍである。図１１Ａより、ストッパ有りの２種の把持本体と、ストッパ無しの把持本体を比べると、ストッパ無しの把持本体は、真空度が低い領域で急激に指部３２が変形するが、ストッパ有りの２種の把持本体は、真空度が低い領域でも緩やかに指部３２が変形することがわかる。接触部９６の高さＣが２１ｍｍの把持本体と、接触部９６の高さＣが７ｍｍの把持本体を比べると、高さＣが大きくなる（すなわち接触部９６と掌部３０の隙間が小さくなる）と、指変位量が小さくなることがわかる。以上から、高さＣが大きくなるほどリミッタ効果が強くなることが確認できた。

図１１Ａより、ストッパ有りの２種の把持本体では、真空度を高くしていくと、指部３２が大きく弾性変形する座屈が発生することがわかる。座屈が発生する最大真空度は、高さＣが大きくなるに伴って低下することがわかる。

図１１Ｂは、ストッパ無し、ストッパ９２の径Ｂが２７ｍｍで接触部９６の高さＣが８．５ｍｍ，ストッパ９２の径Ｂが２７ｍｍで接触部９６の高さＣが４．２５ｍｍの３種の把持本体について、把持本体内の真空度に対する指変位量の変化を測定した結果である。３種の把持本体の外形φは、８０ｍｍであり、図１１ＡのＣＡＥシミュレーションに用いた把持本体の外形φよりも小さい。貫通穴９０の穴径Ａは５０ｍｍである。図１１Ｂより、ストッパを有する２種の把持本体を比べると、高さＣが大きい場合でも座屈が発生しないことがわかる。これより、把持本体の外形φが小さい場合には座屈が生じにくい傾向があることが確認できた。また、高さＣが大きくなるほどリミッタ効果が強くなることも確認できた。

４．第４実施形態
第４実施形態に係る把持装置は、接触部の高さを可変とする高さ可変部を有する点が、上記第３実施形態と異なる。上記第３実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

図１２に示すように、把持装置１０Ｄは、掌部３０と複数の指部３２とを有する把持本体２８Ｃを備える。把持本体２８Ｃは、バンド３７によってケース３６Ｄに固定される。ケース３６Ｄは、筒状部４０と、筒状部４０の上端に設けられた上部４１Ｄとを有する。上部４１Ｄに形成された貫通穴４３には図示しないシール材を介して継手７１が設けられている。第４実施形態では、貫通穴４３は、上部４１Ｄの中心位置よりも径方向の外側に位置する。把持本体２８Ｃは、内部に、開口部５２と形状保持部５３を有する。開口部５２は中央に貫通穴９０を有する。形状保持部５３と開口部５２と貫通穴９０は、第３実施形態と同様なので説明を省略する。

把持装置１０Ｄは、把持本体２８Ｃの内部に、掌部３０の変形を押さえるストッパ１０２を有する。ストッパ１０２は内部空間５６に配置される。ストッパ１０２は円柱状の部材である。ストッパ１０２の先端には、掌部３０の厚さ方向への変形を押さえる接触部１０４が設けられている。接触部１０４は掌部３０の内面３０ａと接触する。ストッパ１０２は、接触部１０４で掌部３０を押さえることにより、複数の指部３２の先端同士が接触するまでの間に掌部３０の変形を抑制する。

ストッパ１０２の径Ｂは、接触部１０４が掌部３０の中心部分と接触する程度の大きさとされる。ストッパ１０２の径Ｂは、形状保持部５３のガイド穴５８の内径よりも十分に小さいことが好ましい。ストッパ１０２と形状保持部５３の間に十分な隙間を有することにより、当該隙間に対応する掌部３０の一部は、厚さ方向に変形し得る。

ストッパ１０２は、開口部５２の下面５２ａに対する接触部１０４の高さＣが、掌部３０の内面３０ａと開口部５２の下面５２ａの間の長さ以下とされる。ストッパ１０２の高さＣが大きいほどリミッタ効果が強くなる。

ストッパ１０２は、高さ可変部１０６に支持されている。高さ可変部１０６は、接触部１０４の高さＣを可変とする。高さ可変部１０６は、例えば、上部４１Ｄの中央に設けられた雌ねじ部１０８と、図示しないシール材を介して雌ねじ部１０８にねじ込まれた雄ねじ部１１０と、雄ねじ部１１０を回すためのつまみ１１２とを有する。雄ねじ部１１０の一端にストッパ１０２が固定されており、雄ねじ部１１０の他端につまみ１１２が設けられている。高さ可変部１０６は、雌ねじ部１０８に対する雄ねじ部１１０の進退により、接触部１０４の高さＣを変えることができる。つまみ１１２は、手動で回転させてもよいし、図示しないサーボモータなどを利用して図示しないコンピュータの制御により回転させてもよい。

把持装置１０Ｄは、高さ可変部１０６を備えることにより、接触部１０４の高さＣを変えることができるので、リミッタ効果の強さを変えることができる。したがって、把持装置１０Ｄは、指部３２の可動範囲の上限を設定することにより、ワークＷの破損をより確実に防止することができる。

５．変形例
上記各実施形態の場合、指部３２は、掌部３０を囲むように放射状に５個設けられている場合について説明したが、本発明はこれに限らない。指部は、２個でも３個でもよいし、６個以上でもよい。

上記各実施形態では、産業用ロボット１２として直交ロボットの例を示したが、本発明はこれに限らず、スカラロボット、垂直多関節ロボットなどに適用することができる。すなわち把持装置は、産業用ロボットによってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心に回転しても、ワークＷを把持すると共に、把持した状態を維持することができる。把持装置は、エアシリンダーに設ける場合に限られず、油圧シリンダーに設けてもよい。

把持装置は、指部に爪部を設けることとしてもよい。爪部は、合成樹脂製の板状部材や、円錐状部材、サック状の部材などを用いることができる。

ケースには、ワークＷを撮影するカメラ、把持したワークＷの重量を測定する重量計、ワークＷと把持本体との距離を測定する近接センサなどを設けてもよい。上記カメラなどは、ピストンロッド２０とアダプタプレート２３との間に挟んで固定されたブラケットに固定してもよい。アダプタプレート２３がブラケットを有する形状であっても良い。

把持本体は、平面視において長方形状でもよい。この場合、指部は、掌部の長辺に沿って２個を一組として、掌部を挟んで両側に複数組設けるのが好ましい。掌部が厚さ方向へ変形するのに伴い、指部の内面が掌部の中心へ引っ張られる。そうすると指部は、掌部へ向かって倒れるように弾性変形する。この場合、指部は、対向する長辺に向かって倒れるように弾性変形する。したがって当該把持本体を備えた把持装置は、円筒形状や角柱形状などの長尺のワークＷを容易に把持することができる。

指部は、弾性部を内部に有することとしてもよい。弾性部は、指部内に充填され、当該指部の形を有する。弾性部の形は、把持本体の指部内に挿入され一定の形を保持できれば、指部の内面との間に多少隙間が生じていてもよい。弾性部の材質は、樹脂またはゴムであるのが好ましい。弾性部の材質は、必ずしも均一である必要はなく、異種材料を組み合わせた複合材でもよい。弾性部は、フィラーなどの添加物を含んでもよい。弾性部は、指部の内面との間に隙間がないように配置されるのが好ましい。

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 把持装置
１２ 産業用ロボット
２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ 把持本体
３０ 掌部
３２ 指部
５２，８１ 開口部
６４，８６，９６，１０４ 接触部
８０ 抑制機構
８２ 開口径可変部
９２，１０２ ストッパ
１０６ 高さ可変部

Claims (7)

1. 掌部と、
   前記掌部の周囲に突出して設けられ、前記掌部を厚さ方向に変形させることにより前記掌部に向かって倒れる複数の指部と
   を有する袋状の把持本体と、
   複数の前記指部の先端同士が接触するまでの間に前記掌部の変形を抑制する抑制機構と
   を備え、
   前記抑制機構は、複数の前記指部の先端同士が接触するまでの間に前記掌部の内面と接触する接触部を有し、
   前記接触部は、前記掌部の内面から所定の高さに設けられ、前記掌部が厚さ方向へ変形していない状態で前記掌部と非接触であり、前記掌部が厚さ方向へ変形することにより前記掌部と接触することを特徴とする把持装置。
2. 前記抑制機構は、変形した前記掌部を受け入れる開口部を有し、
   前記接触部は、前記開口部の開口縁部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の把持装置。
3. 前記抑制機構は、前記開口部の開口径を可変とする開口径可変部を有し、
   前記開口部は、環状に配された複数の板部材により形成され、
   前記板部材は、一面から突出した係合部と、他面から突出した回転軸とを有し、
   前記開口径可変部は、前記係合部と係合するガイド溝を有し、前記係合部を前記ガイド溝の一端と他端の間で移動させ、前記板部材をそれぞれ回転させることにより、前記開口径を可変とすることを特徴とする請求項２記載の把持装置。
4. 前記抑制機構は、前記掌部の変形を押えるストッパを有し、
   前記接触部は、前記ストッパの先端に設けられていることを特徴とする請求項１記載の把持装置。
5. 前記把持本体の開口を密封するケースを更に備え、
   前記ストッパは、前記ケースの上部と一体に形成されていることを特徴とする請求項４記載の把持装置。
6. 前記把持本体の開口を密封するケースを更に備え、
   前記抑制機構は、前記接触部の高さを可変とする高さ可変部を有し、
   前記高さ可変部は、前記ケースの上部に設けられた雌ねじ部と、前記雌ねじ部にねじ込まれ、一端に前記ストッパが固定された雄ねじ部とを有し、前記雌ねじ部に対する前記雄ねじ部の進退により前記接触部の高さを可変とすることを特徴とする請求項４記載の把持装置。
7. 請求項１～６のいずれか１項記載の把持装置を設けたことを特徴とする産業用ロボット。

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