抓取装置及工业机器人的制作方法

本发明涉及一种抓取装置及工业机器人。

背景技术：

作为以抓取工件为目的的抓取装置，主要利用吸附手或双指型夹具(例如，专利文献1)，但它们在机构上有时不能通用地抓取尺寸或形状不同的工件。因此，如多品种少量生产那样，在要抓取的工件种类较多的作业现场，需要工具更换器或人工更换作业，因此生产效率降低。进而，还存在不能在不损伤例如以食品为代表的、柔软且不定形的工件的情况下进行抓取的问题。

对此，还研究了具有与人手的形状接近的机构的五指型抓取装置(例如，专利文献2)。但是，五指型抓取装置为了实现接近人手的复杂的动作，动作和控制机构非常复杂，因此这些复杂度成为难以导入的主要原因。

进而还开发了一种具有密闭的橡胶状袋和填充在该橡胶袋中的粉体、并利用了粉体的干扰(jamming)转移的抓取装置(例如，专利文献3)。该抓取装置能够在使橡胶袋追随工件的状态下进行抓取，因此能够以简单的控制应对各种工件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009-125851号公报

专利文献2:日本特开2012-192496号公报

专利文献3:日本特表2013-523478号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，上述专利文献3所涉及的抓取装置由于为了表现出抓取力而需要以较强的力推压工件，因此存在损伤例如食品等柔软工件的问题。另外，抓取装置在推压工件的力较弱的情况下，橡胶袋对工件的追随性显著降低，因此能够抓取的工件受到限制。进而，在橡胶袋因劣化或破损等而破裂的情况下，存在填充在橡胶袋中的粉体飞散而污染工件的问题。粉体因伴随干扰转移的密度变化而劣化，因此存在不能稳定使用的问题。

本发明的目的在于提供一种不使用粉体就能够更可靠地抓取工件的抓取装置及工业机器人。

用于解决课题的手段

本发明所涉及的抓取装置的特征在于，所述抓取装置包括：袋状的抓取主体，所述袋状的抓取主体具有掌部和多个指部，所述指部突出地设置在所述掌部的周围，通过使所述掌部在厚度方向上变形而使所述指部朝向所述掌部倾倒；弹性部，所述弹性部设置在所述指部内且具有所述指部的形状；以及形状保持部，所述形状保持部设置在所述抓取主体内，防止所述掌部的外周的收缩，其中，所述形状保持部是框状部件，具有容纳变形后的所述掌部的引导孔，在所述引导孔的轴向上的、所述指部侧前端的外侧设有弯曲部。

本发明所涉及的工业机器人的特征在于设有上述抓取装置。

发明效果

根据本发明，通过形状保持部防止掌部的外周收缩，从而使掌部在厚度方向上变形，由此能够使指部朝向掌部变形而抓取工件，因此能够不使用粉体而更可靠地抓取工件。通过在形状保持部上形成弯曲部，从而掌部一边与弯曲部接触一边在厚度方向上变形，因此，指部连续且缓慢地变形。因此，抓取装置能够柔软地抓取工件。

附图说明

图1是表示应用了根据本实施方式的抓取装置的工业机器人的例子的示意图。

图2是表示根据本实施方式的抓取装置的结构的立体图。

图3是表示根据本实施方式的抓取装置的使用状态的立体图。

图4是表示根据本实施方式的抓取装置的结构的局部纵剖视图。

图5是表示形状保持部的结构的立体图。

图6是表示根据本实施方式的抓取装置的使用状态的局部剖视图。

图7是表示将根据本实施方式的形状保持部的变形例(1)设置在抓取主体内的状态的纵剖视图。

图8是表示根据本实施方式的形状保持部的变形例(1)的立体图。

图9是用于详细说明根据本实施方式的形状保持部的变形例(1)的俯视图。

图10是表示根据本实施方式的抓取主体的变形例(1)的立体图，图10a是指部的长度较小的情况，图10b是指部的长度适中的情况，图10c是指部的长度较大的情况。

图11是表示根据本实施方式的抓取主体的变形例(2)的立体图，图11a是指部的长度较小的情况，图11b是指部的长度适中的情况，图11c是指部的长度较大的情况。

图12是表示根据本实施方式的抓取主体的变形例(3)的立体图，图12a是指部的长度较小的情况，图12b是指部的长度适中的情况，图12c是指部的长度较大的情况。

图13是表示根据本实施方式的抓取主体的变形例(4)的立体图。

图14是表示根据本实施方式的形状保持部的变形例(2)的剖视图。

图15是根据本实施方式的形状保持部的变形例(2)的局部剖视图。

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。

(整体结构)

图1表示应用了根据本实施方式的抓取装置10的工业机器人12的结构。工业机器人12是正交机器人，具备轨道14、沿轨道14移动的移动体16和固定在移动体16上的气缸18。轨道14被设置成能够沿图中的y轴方向移动。

气缸18具有缸筒19和设置成可相对于缸筒19进退的活塞杆20。在缸筒19上设有配管21、22。通过该配管21、22对气体进行供排气，从而使活塞杆20能够相对于缸筒19进退。在活塞杆20的前端设有抓取装置10。

工业机器人12通过抓取装置10对放置在水平基台26上的工件w进行抓取，并且能够沿x轴、y轴以及z轴方向移动。

抓取装置10具备与活塞杆20连结的壳体36和固定于该壳体36的抓取主体28a。在壳体36上连接有配管24。抓取主体28a可以由具有气密性和弹性的材料、例如天然橡胶、合成橡胶等形成。抓取主体28a的根据jisk6253的硬度计硬度试验(a型)测定的硬度优选为60～90左右。

如图2所示，抓取主体28a具有掌部30、向掌部30的周围突出设置的多个指部32以及比掌部30的外形大的筒状的外周面39。掌部30呈大致圆盘状。指部32与掌部30一体地形成，以包围掌部30的方式放射状地设置有5个。在指部32彼此之间设有外周35，形成有预定的间隔。外周35连接外周面39和掌部30的外缘，将外周面39、掌部30和指部32形成为一体。外周35具有斜面形状或朝向外侧弯曲成凸状的形状。指部32的内表面31与掌部30一体地形成。指部32的外形形状可以适当选择，例如可以是圆柱、圆锥、圆锥台、三棱柱、四棱柱、三棱锥、四棱锥、四棱锥台等。在本实施方式的情况下，指部32以相同形状构成。另外，多个指部32不必全部为相同形状，形状也可以不同。指部32形成为具有四棱锥台形状且内表面31以从与掌部30接合的基端朝向前端向外侧倾斜。

抓取主体28a在对掌部30作用向厚度方向(图2的箭头方向)变形的力时，通过该力牵拉内表面31，使指部32以朝向掌部30倾倒的方式弹性变形(图3)。

如图4所示，抓取主体28a由袋状的部件构成，该袋状的部件在与形成有掌部30和指部32的表面相反的一侧的表面上具有圆形的开口。抓取主体28a在内部具有弹性部34和形状保持部38。抓取主体28a在与开口的周缘一体形成的凸缘部33处固定在壳体36上，通过该壳体36将开口封闭。

在壳体36上设有贯通孔37。配管24的一端插入贯通孔37，与抓取主体28a相通。配管24的另一端虽未图示，但例如通过三通阀与真空泵连接。三通阀具有真空口、供排气口、大气开放口，真空口与真空泵连接，供排气口与抓取装置10连接，大气开放口与外部连接。通过该配管24，气体从抓取主体28a的内部向外部以及从抓取主体28a的外部向内部流通。

弹性部34填充于指部32内并具有该指部32的形状。弹性部34的形状只要能够插入到抓取主体28a的指部32内并保持一定的形状，则也可以在与指部32的内表面之间产生一些间隙。弹性部34的材质优选为树脂或橡胶。弹性部34的材质不一定是均匀的，也可以是将不同种类的材料组合而成的复合材料。弹性部34也可以含有填料等添加物。弹性部34优选配置为与指部32的内表面之间没有间隙。当弹性部34填充为超过掌部30而至抓取主体28a的大部分时，掌部30不会在厚度方向上变形，指部32变得不容易朝向掌部30的中心弹性变形。因此，弹性部34优选配置在指部32内。

形状保持部38配置在抓取主体28a的掌部30的内部空间中。形状保持部38以掌部30以外、即掌部30的外周35不收缩的方式保持抓取主体28a。在本实施方式的情况下，形状保持部38以外周35及外周面39不收缩的方式保持抓取主体28a。形状保持部38的材质只要在抓取主体28a的减压下不变形即可，例如可以使用硬质树脂或金属。形状保持部38的材质不一定必须是均匀的，也可以是将不同种类的材料组合而成的复合材料。

本图所示的形状保持部38是框状部件，其具有容纳变形后的掌部30的引导孔40、和位于引导孔40的轴向的指部32侧前端43的外侧的弯曲部49。在本实施方式的情况下，形状保持部38是具有保持外周面39的保持面48的圆筒状部件。引导孔40位于与掌部30对应的形状保持部38的中央，优选内径的大小与掌部30大致相同。保持面48是形状保持部38的外侧的圆周面，具有能够保持掌部30的外周面39的大小，作为整体朝向前端变细。在保持面48的指部32侧设有弯曲部49。弯曲部49是连接形状保持部38的基端和指部侧前端43的外表面。为了防止掌部30的外周35收缩，弯曲部49的形状为沿着指部32彼此之间的掌部30的形状、即斜面形状或朝向外侧弯曲成凸状的形状。本图所示的弯曲部49为朝向外侧凸出的形状。更具体而言，弯曲部49是对保持面48和前端43进行连接的外表面，是朝向外侧弯曲成凸状的形状。

如图5所示，形状保持部38具有配置成同心圆状的多个(在本图的情况下为3个)环形体44～46。各环形体44～46能够沿轴向移动、拆卸。

在弯曲部49和引导孔40面交叉的形状保持部38的指部侧前端43优选实施倒角加工。倒角加工可以应用对形状保持部38的指部侧前端43进行切削而形成为倒角平面或圆面的加工。通过对形状保持部38实施倒角加工，能够防止所述指部侧前端43处的缺口等破损。

参考图4进一步对形状保持部38进行详细说明。形状保持部38的外径d与所述引导孔40的内径d之比优选为1.0∶0.93～1.0∶0.5。例如，在形状保持部38的外径d为80mm的情况下，如果内径d为60～70mm的范围，则指部32朝向掌部30的中心更可靠地弹性变形。

进而，优选形状保持部38的指部侧前端43位于比俯视时的弹性部34的基端的中心位置更靠半径方向的外侧。即，在将弹性部34的半径方向的长度设为l的情况下，优选在距该弹性部34的内侧的距离t为l/2以上的位置，形状保持部38的指部侧前端43与弹性部34的基端接触。当形状保持部38的指部侧前端43在比弹性部34的中心位置更靠半径方向的内侧与弹性部34的基端发生接触时(t小于l/2的情况下)，指部32难以朝向掌部30的中心发生弹性变形。

(动作及效果)

对设置有如上所述构成的抓取装置10的工业机器人12的动作及效果进行说明。工业机器人12以活塞杆20退避到缸筒19内、气缸18收缩的状态为原点。另外，抓取装置10在初始状态下抓取主体28a内的压力为大气压。即，三通阀处于真空口被阻断、供排气口与大气开放口连接的状态。

工业机器人12通过移动体16沿着轨道14移动，从而将抓取装置10定位在放置于基台26上的工件w的铅垂线上(图1)。接着，工业机器人12通过活塞杆20从缸筒19进出，从而使气缸18伸长直至指部32到达工件w的侧面。

接着，三通阀的大气开放口被阻断，切换到供排气口与真空口连接的状态。由此，抓取装置10通过配管24吸引抓取主体28a内的气体，将抓取主体28a内的压力减压至-0.03mpa以下。

抓取主体28a维持由形状保持部38保持外周35及外周面39的形状的状态。这样，掌部30被吸入到形状保持部38的引导孔40中而在厚度方向上变形(图6)。伴随着掌部30向厚度方向变形，指部32的内表面31被向掌部30的中心牵拉。这样，指部32以朝向掌部30倾倒的方式弹性变形。由此，在指部32主要其内表面31与工件w的表面接触。在本图所示的立方体的工件w的情况下，指部32与工件w的侧面接触。如上所述，抓取装置10通过对抓取主体28a内进行减压来抓取工件w。抓取装置10发挥与抓取主体28a内的压力对应的抓取力。即，抓取装置10的抓取力随着抓取主体28a内的压力降低而变大。

接着，工业机器人12通过使活塞杆20退避到缸筒19内而使气缸18收缩，从而能够将工件w从基台26抬起。进而，工业机器人12通过使移动体16沿着轨道14移动，或者使轨道14在y轴方向上移动，能够使工件w在水平方向上自由移动。

在向所希望的场所移动后，工业机器人12通过活塞杆20从缸筒19出去，从而使气缸18伸长直至工件w与基台26接触。接着，三通阀的真空口被阻断，切换到供排气口与大气开放口连接的状态。这样，气体从大气开放口通过配管24流入抓取主体28a内。随着抓取主体28a内的压力恢复到大气压，掌部30从引导孔40被推出而返回到原来的状态。伴随着掌部30返回到原来的状态，指部32打开，放开工件w。

接着，工业机器人12通过使活塞杆20退避到缸筒19内而使气缸18收缩，从而将抓取装置10从工件w离开。如上所述，工业机器人12通过用抓取装置10对放置在基台26上的工件w进行抓取，从而能够向所希望的位置移动。

抓取装置10通过在抓取主体28a内包括：具有指部32形状的弹性部34、和形状保持部38，能够不使用粉体而更可靠地抓取工件w。由于抓取装置10不使用粉体，所以即使万一抓取主体28a破裂，也不会污染工件w。

由于弹性部34具有指部32的形状，所以不仅是指部32的前端处于向下的状态，而且即使处于横向或向上的状态，弹性部34也会留在指部32内。因此，抓取装置10不仅能够抬起基台上的工件w，还能够抓取悬挂在垂直的壁面、天花板上的工件w。具有指部32的形状的弹性部34与干扰转移后的粉体相比刚性高，因此能够更可靠地抓取工件w。

抓取装置10通过对抓取主体28a进行减压而使掌部30可靠地沿厚度方向变形，从而能够抓取工件w，因此不需要将抓取主体28a按压在工件w上。因此，抓取装置10能够不压坏食品等柔软的工件w地进行抓取，因此能够防止工件w的损伤。

抓取主体28a能够根据内部被减压的程度来改变指部32的变形量以及抓取力。因此，抓取装置10能够根据工件w的大小和硬度来改变抓取力，因此能够提高通用性。由于掌部30以被吸入引导孔40的方式在厚度方向上变形，所以指部32朝向掌部30变形为更小锐角。因此，抓取装置10也能够抓取更小的工件w。

形状保持部38通过适当拆卸配置成同心圆状的多个环形体44～46，从而能够改变引导孔40的大小和外形的大小。因此，形状保持部38能够根据抓取主体28a的外周面39的大小和掌部30的大小，通过选择环形体44～46来进行调整，因此能够提高通用性。形状保持部38中，配置在最内侧的环形体44的孔为引导孔40，配置在最外侧的环形体46的外侧的圆周面为保持面48。

通过于形状保持部38形成弯曲部49，指部32在掌部30与弯曲部49接触的同时在厚度方向上变形，因此指部32连续且缓慢地变形。因此，抓取装置10能够轻柔地抓取工件w。另外，在形状保持部未形成有弯曲部的抓取装置中，指部以压弯的方式变形。

(变形例)

本发明不限于上述实施方式，可以在本发明的主旨的范围内进行适当变更。

在上述实施方式中，作为工业机器人12示出了正交机器人的例子，但本发明不限于此，也可以应用于scara机器人、垂直多关节机器人等。即，抓取装置10即使通过工业机器人以x轴、y轴和z轴为中心旋转，也能够对工件w进行抓取的同时维持抓取的状态。

抓取主体28a可以由一种材料形成，也可以层叠由多种不同材料形成的膜而形成。另外，抓取主体28a也可以局部由不同的材料形成。抓取主体28a的厚度可以不是固定的，也可以部分地设置厚壁部或薄壁部。

抓取主体28a和弹性部34也可以是一体的。在该情况下，抓取主体28a和弹性部34的一部分或全部可以是相同种类的材料，也可以是不同种类的材料。

抓取装置10也可以在指部32设置爪部。爪部可以使用合成树脂制的板状部件、圆锥状部件或袋状的部件。

在上述实施方式中，对形状保持部38具有配置成同心圆状的多个环形体44～46的情况进行了说明，但本发明不限于此，也可以是一个环形体。在一个环形体的情况下，环形体优选具有气体的流通路。形状保持部38在一个环形体的情况下，可以与抓取主体28a成为一体。形状保持部38不限于圆筒状部件，也可以是具有引导孔40的多棱柱。

在壳体36上可以设置用于拍摄工件w的照相机、用于测定所抓取的工件w的重量的重量计、用于测定工件w与抓取主体之间的距离的接近传感器等。

在上述实施方式中，由于形状保持部38在指部侧前端43的外侧的整个圆周形成有弯曲部49(图5)，因此在弯曲部49与弹性部34之间的抓取主体28a的内表面之间产生空间41(图4)。图4所示的抓取主体28a在对抓取主体28a内的压力进行减压的情况下，面向该空间41的抓取主体28a局部凹陷。

参照图7对填埋所述空间41的抓取装置50进行说明。对于与上述第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。本图所示的抓取装置50包括壳体51、安装在该壳体51上的抓取主体52、设置在抓取主体52内的形状保持部56及弹性部34。壳体51是圆柱状的部件，具有沿轴向贯通的流路55。壳体51以封闭抓取主体52的开口的方式插入到抓取主体52内。流路55的一端与配管24连结，另一端配置在抓取主体52内。抓取主体52通过在外周面39用带(未图示)紧固而与壳体51一体化。壳体51在与外周面39对应的位置具有圆筒状的保持面53。

形状保持部56是具有引导孔40和弯曲部49的筒状部件，配置在壳体51的前端与掌部30之间的空间中。如图8所示，形状保持部56在与弹性部34对应的位置具有向指部32突出的突起58。本图所示的形状保持部56与三个指部32匹配地具有三个突起58。如图9所示，形状保持部56的外径d与所述引导孔40的内径d之比优选为1.0∶0.93～1.0∶0.5。例如，在形状保持部56的外径d为80mm的情况下，如果内径d为60～70mm的范围，则指部32朝向掌部30的中心更可靠地弹性变形。

进而，优选形状保持部56的指部侧前端43位于比俯视时的弹性部34的基端的中心位置更靠半径方向的外侧。即，在将弹性部34的半径方向的长度设为l的情况下，优选在距该弹性部34的内侧的距离t为l/2以上的位置，形状保持部56的指部侧前端43与弹性部34的基端接触。在形状保持部56的指部侧前端43在比弹性部34的中心位置更靠半径方向的内侧与弹性部34的基端接触的情况下(t小于l/2的情况下)，指部32难以朝向掌部30的中心弹性变形。

当将形状保持部56组装到抓取主体52内时，突起58的前端59与弹性部34接触，并且侧面61与抓取主体52的内表面紧贴，弹性部34与抓取主体52的内表面之间的空间消失。通过形状保持部56填埋所述空间，能够防止减压时的抓取主体52的局部凹陷。因此，具备抓取主体52的抓取装置50能够更稳定地使指部32弹性变形，并且能够提高抓取主体52的耐久性。另外，由于形状保持部56具有弯曲部49，因此抓取装置50能够获得与上述第一实施方式同样的效果。

在上述实施方式中，对抓取主体具有图2所示的指的长度的情况进行了说明，但本发明不限于此。例如，如图10a～图10c所示的抓取主体28b、28c、28d那样，能够根据用途适当改变指部的长度。掌部的尺寸也可以根据指部的长度而改变。指部的数量可以如图11a～图11c所示的抓取主体60a、60b、60c那样为四个，也可以如图12a～图12c所示的抓取主体62a、62b、62c那样为三个，还可以为五个以上(未图示)。

在上述实施方式中，对形状保持部38为圆筒状部件的情况进行了说明，但本发明不限于此，例如，也可以为俯视时为长圆形状、多边形、椭圆形等框状部件。形状保持部能够根据抓取主体的形状适当改变外形形状。形状保持部的引导孔不限于圆形，也可以是多边形。对形状保持部38具有保持面48的情况进行了说明，但本发明不限于此，也可以省略保持面48。在该情况下，使用圆柱状的壳体51，能够在该壳体51的外周面上发挥保持面的功能。

图13所示的抓取主体64是在俯视时掌部66形成为长方形的例子。对于与上述第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。抓取主体64具有突出设置于长方形状的掌部66周围的多个指部32。指部32沿着掌部66的长边以两个为一组，隔着掌部66在两侧合计设置有两组。在本图的情况下，两组指部32彼此互不相同地配置。另外，设置在抓取主体64内部的形状保持部(未图示)与上述实施方式的结构不同之处仅在于是与抓取主体64的外形形状匹配的长方形的框状部件，其他结构与上述实施方式相同，因此省略说明。

抓取主体64随着掌部66向厚度方向变形，指部32的内表面被向掌部66的中心牵拉。这样，指部32以朝向掌部66倾倒的方式弹性变形。在该情况下，指部32以朝向对置的长边倾倒的方式弹性变形。因此，具备该抓取主体64的抓取装置能够容易地抓取圆筒形状或棱柱形状等长条部件。

接着，参照图14、图15，对形状保持部的变形例进行说明。图14所示的形状保持部68是圆筒状部件，其具有容纳变形后的掌部(在本图中未示出)的引导孔69、和位于引导孔69的轴向的指部侧前端71外侧的弯曲部70。本图所示的弯曲部70具有平坦的部分和朝向外侧弯曲成凸形状的部分。形状保持部68在指部侧前端71侧具有引导孔69的内径从指部侧前端71朝向基端73逐渐减小而成的内周面72。本图所示的内周面72是从指部侧前端71朝向基端73方向前端变细的圆锥状，在基端73侧与筒状的孔74连接。

通过抓取主体28a内被减压，掌部30被吸入到引导孔69中，从而沿着内周面72在厚度方向上变形(图15)。由于内周面72是从形状保持部68的指部侧前端71朝向基端73方向前端变细的圆锥状，所以与上述实施方式(图6)相比，掌部30平缓地变形。因此，从形状保持部68的指部侧前端71施加给抓取主体28a的力分散，抓取主体28a的负荷减轻。这样，通过抑制掌部30向厚度方向的急剧变形，从而防止从指部侧前端71向抓取主体28a作用过剩的载荷。因此，能够防止抓取主体28a的破损，并能够提高抓取主体28a的耐久性。

在上述实施方式中，对弹性部34的基端的形状为平面形状的情况进行了说明，但本发明不限于此。例如，弹性部34的基端的形状可以形成为与弯曲部49、70的弯曲匹配的曲面形状。在该情况下，优选使弹性部34的基端与弯曲部49、70面接触。由此，在弯曲部49、70与弹性部34之间的抓取主体的内表面之间不会产生空间，因此能够防止减压时抓取主体的局部凹陷。由此，能够更稳定地使指部32弹性变形，并且能够提高抓取主体的耐久性。

符号的说明

10：抓取装置

12：工业机器人

28a～28d、60a～60c、62a～62c、64：抓取主体

30、66：掌部

32：指部

34：弹性部

38、56、68：形状保持部

39：外周面

40、69：引导孔

49、70：弯曲部

72：内周面