专利名称：把持装置、自动机械系统以及把持方法
技术领域：
本发明涉及一种安装在自动机械的臂上的把持装置、包含具有把持装置的自动机械的自动机械系统，以及把持装置把持住把持物体的把持方法。
背景技术：
迄今为止，包含具有把持装置的自动机械的自动机械系统是已知的。近年来，对于通过自动机械实现手工组装操作的自动机械系统是有需求的。此外，在手工组装操作中，去除了输送件，而引入人员直接输送工件的人工单元生产系统，但是为了以自动机械单元取代人工单元，就需要能够把持各种零件来进行组装操作的自动机械系统。此外，还需要自动机械通过使用组装工具和组装夹具如螺丝刀和分配器来进行组装操作的自动机械系统，由此，自动机械能够以和人相同的方式进行操作。在这种情况下，就需要把持各种组装工具。此时，在把持装置把持住把持物体如组装工具的情况中，为了准确地进行组装操作，要求将定位再现精度设置成高精度。也就是说，每次变换工件，自动机械就重复相同的操作。因此，把持装置需要重复相似的把持操作。在这种情况下，就要求改进把持物体的定位再现性从而准确定位把持物体。特别是，需要将把持物体如组装工具准确地定位在操作位置(螺丝刀的情况中为刀头，分配器的情况中为针头)。另外，迄今为止已经提出了包括具有V形导向槽的掌部的把持装置，其中在把持把持物体时所述V形导向槽引导把持物体以限制其姿态(见日本专利申请公开No. H09-029675)。然而，在上述的传统把持装置中，可以限制把持物体的姿态，但是把持物体沿着导向槽的方向未被限制，因此不可能准确定位把持物体。当把持物体是如螺丝刀这样的工具时，该工具并未沿纵向定位。由此，工具的端头就不能够相对于工件准确地定位。为了解决所述问题，本发明的目的是提供一种把持装置以及提供一种自动机械系统和一种把持方法，所述把持装置在把持把持物体时改进了把持物体的定位再现性，从而把持物体可以被准确定位。
发明内容
依据本发明，提供了一种把持装置，包括掌部和具有关节的多个指部，以便利用所述掌部和所述多个指部把持住把持物体，包括掌侧接触表面，所述掌侧接触表面设置在所述掌部上并与所述把持物体的把持物体侧接触表面相接触，其特征在于，所述掌侧接触表面设置有孔洞，设置在所述把持物体的把持物体侧接触表面上的凸起被插入所述孔洞，以便确定所述把持物体在掌侧接触表面的切向的位置以及所述把持物体在围绕作为旋转轴中心的掌侧接触表面的法线的旋转方向的位置。此外，依据本发明，提供了一种自动机械系统，包括自动机械，所述自动机械包括上述把持装置；和工具，所述工具具有工具主体，附接部件附接在所述工具主体上，其特征在于，所述附接部件具有把持物体侧接触表面，所述把持物体侧接触表面设置有凸起并与所述把持装置的掌侧接触表面相接触。
此外，依据本发明，提供了一种把持方法，其中把持装置把持住把持物体，所述把持装置包括具有掌侧接触表面的掌部和具有关节的多个指部，所述掌部的掌侧接触表面设置有孔洞，设置在所述把持物体的把持物体侧接触表面上的凸起被可拆卸地插入所述孔洞，所述孔洞具有形成在孔洞侧壁上的基准表面，所述方法包括定位步骤，将所述凸起插入所述孔洞并将所述凸起附接在所述基准表面上以定位所述把持物体；和把持步骤，在所述定位步骤中定位所述把持物体的状态下，用所述多个指部将所述把持物体的把持物体侧接触表面压在所述掌部的掌侧接触表面上以把持住所述把持物体。依据本发明，把持装置具有与把持物体侧接触表面相接触的掌侧接触表面，并且所述孔洞被构造成确定把持物体在掌侧接触表面的切向的位置和把持物体在围绕作为旋转轴中心的掌侧接触表面的法线的旋转方向上的位置。因此，能够提高定位把持物体的再现精度，并且能够将把持物体准确定位。此外，依据本发明的自动机械系统，能够提高定位工具的再现精度，并且能够准确定位工具。其结果是，自动机械能够通过使用所述工具稳定地执行操作。另外，依据本发明的把持方法，在将把持物体的凸起附接到掌部的孔洞的基准表面上之后，把持物体的把持物体侧接触表面被压在掌部的掌侧接触表面上。其结果是，提高了定位把持物体的再现精度，并且准确定位把持物体。本发明的更多特征将在下面参考附图对示例性实施方式的说明中变得更加清晰。
图1是显示依据本发明第一实施方式的自动机械系统的透视图。图2A是依据本发明第一实施方式的多指手的透视图。图2B是依据本发明第一实施方式的工具的透视图。图2C是依据本发明第一实施方式的工具的附接部件的顶平面图。图3A是依据本发明第二实施方式的自动机械系统中把持装置的掌部的掌侧接触表面的示例性图解。图IBB是依据本发明第二实施方式的自动机械系统中工具的附接部件的把持物体侧接触表面的示例性图解。图4A是示例性图解，示出了依据本发明第二实施方式在利用把持装置的把持方法中凸起插入孔洞的状态。图4B是示例性图解，示出了依据本发明第二实施方式在利用把持装置的把持方法中凸起附接在平行基准表面上的状态。图4C是示例性图解，示出了依据本发明第二实施方式在利用把持装置的把持方法中凸起附接在垂直基准表面上的状态。图4D是示例性剖视图，示出了依据本发明第二实施方式在利用把持装置的把持方法中掌部和附接部件之间的接触状态。图5A是依据本发明另一个实施方式的具有一个孔洞的多指手的透视图。图5B是示例性图解，示出了依据本发明另一个实施方式两个凸起被插入具有一个孔洞的多指手中的孔洞内的状态。图5C是示例性图解，示出了依据本发明另一个的实施方式一个凸起被插入具有一个孔洞的多指手中的孔洞内的状态。图5D是示例性图解，示出了依据本发明另一个的实施方式三个凸起被插入具有一个孔洞的多指手中的孔洞内的状态。图5E是示例性图解，示出了依据本发明另一个的实施方式三个凸起被插入具有两个孔洞的多指手中的两个孔洞内的状态。图5F是是示例性图解，示出了依据本发明另一个的实施方式三个凸起被插入有三个孔洞的多指手中的三个孔洞内的状态。
具体实施例方式现在将根据附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。(第一实施方式)图1是透视图，示出了依据本发明第一实施方式的自动机械系统。如图1所示，自动机械系统100包括自动机械1 ；基座50，自动机械1固定于基座上并且基座为自动机械1 的工作区域；以及工具7，其为把持物体。自动机械系统100是组装系统，其中自动机械1 利用工具7进行组装操作。自动机械1包括具有六个轴杆的关节臂2 ；以及多指手3，其为经由运动传感器(未示出)设置在臂2顶端的把持装置。此外，在臂2的端头附接有小型摄像机4。基座50设置有零件供给器5用于供给要组装的零件，以及工具桌6，在工具桌上设置用于紧固小螺钉的工具7。此外，在基座50的中央设置有用于组装工件的把持夹具8。 在基座50的上方设置有摄像机(未示出)，其检测要组装的工件和零件的位置。自动机械 1的臂2和多指手3的操作通过设置在基座50内部的控制器9进行控制。接下来，将详细说明多指手3。图2A至2C是依据本发明第一实施方式的多指手3 和工具7的图解，图2A是多指手3的透视图，图2B是工具7的透视图，图2C是工具7的附接部件22的顶平面图。在图2A中，多指手3具有附接到臂2端头的壳体10。具体而言，壳体10的后表面附接到臂2的端头。此外，多指手3包括设置在壳体10的前表面IOa上的掌部12，以及多个(在本实施方式中为四个)指部13，其从壳体10的前表面IOa向外伸出从而围绕掌部 12。多个指部13相对于垂直于前表面IOa的虚拟平面采取平面对称布置。壳体10设置有运动传感器、致动器、驱动回路等(未示出)。壳体10被外罩11覆盖。每个指部13都包括近侧转向节14、中间转向节15和远侧转向节16，并且能够在转向节14和15之间的关节17以及转向节15和16之间的关节18处向内弯曲。此外，由于指部13在关节17和18处弯曲，指部13的中间转向节15和远侧转向节16可起到把持部的功能。掌部12具有掌侧接触表面(下文中以“接触表面”指代)12a，该表面与后面描述的作为把持物体的工具7的把持物体侧接触表面相接触。接触表面1 是平坦表面。接触表面1 被精确设置有多个(在本实施方式中为两个)孔洞19和20。接下来，将详细说明工具7。在图2B中，工具7包括工具主体21和附接于工具主体21外周上的附接部件22。工具主体21是诸如电动螺丝刀或用于涂布液体的分配器的组装工具，并且是使用组装夹具/工具的组装操作所必须的。附接部件22具有接触表面23和M，其与多指手3的指部13的远侧转向节16相接触。此外，如图2B和图2C所示，附接部件22具有把持物体侧接触表面(下文中以“接触表面”指代)25，其与多指手3的接触表面12a相接触。接触表面25是平坦表面。在第一实施方式中，工具主体21具有大致杆状，而附接部件22被形成为大致C型截面，其覆盖工具主体21，并且由于附接部件22的弹簧特性而被固定在工具主体21上。要注意的是，附接部件22的固定方法并不限定于此示例，而是能够使用诸如利用粘合剂以及螺钉来固定部件的任何固定方法。接触表面25设置有多个(两个)凸起沈和27，其能够可拆卸地插入多指手3的掌部12的接触表面1 上设置的两个孔洞19和20中。此外，在第一实施方式中，凸起沈被精确设置以便可拆卸地插入孔洞19中，而凸起27被精确设置以便可拆卸地插入孔洞20 中。也就是说，在第一实施方式中，凸起的数量与孔洞的数量相同，从而每个凸起都被插入相应的孔洞中。凸起26和27从平面视图看形成为圆形，并且从平面视图看孔洞19和20 形成为圆形，从而凸起26和27能够可拆卸地插入孔洞中。将对具有上述构造的多指手3把持工具7的步骤进行说明。设置在臂2端头的多指手3通过臂2的运动操作接近工具7，由此设置在工具7的接触表面25上的凸起沈和27 被插入设置在多指手3的接触表面12a中的两个孔洞19和20内。由于两个凸起沈和27 分别插入两个孔洞19和20内，工具7在接触表面12a的切向T上的移动受到限制，并且工具7在围绕作为旋转轴中心的接触表面12a的法线η的旋转方向R上的移动也受到限制。 其结果是，工具7在接触表面12a的切向T定位，并且工具7也在围绕作为旋转轴中心的接触表面1 法线η的旋转方向R定位。此外，执行臂2的移动操作直至多指手3的接触表面1 与工具7的接触表面25相接触。在插入操作完成之后，驱动多指手3的每个指部13的关节17和18，使多指手3的远侧转向节16与工具7的附接部件22的接触表面23和M相接触。其结果是，多指手3 的指部13把持住工具7从而环绕工具。此时，由于工具7的接触表面25压在多指手3的接触表面1 上，接触表面25和12a能够相互接收把持力。在上面的步骤中，当工具7被多指手3把持时，工具7能够被牢固地把持。这样就改进了由多指手3把持的工具7的定位的再现精度，因而工具7能够被精确定位。因此，能够可靠地进行通过自动机械1利用工具7进行诸如组装操作的操作。在此处，设置在多指手3中的两个孔洞19和20具有内径φ 8 (容差+0.015mm至 0. 000mm)，工具7的凸起洸和27具有外径φ 8 (容差-0. 005mm至-0. 014mm)。此外，多指手3中的两个孔洞19和20之间的中心距为30mm。在这种情况下，能够将工具7的倾斜度抑制在0.0095°至0.05 °。当直至工具主体21的端头位置的工具长度为150mm时，工具主体21端头位置的波动可以被抑制在0. 025mm至0. 145mm。此外，在平行于多指手3的两个孔洞19和20的连线的延伸方向的位置误差是配合间隙值，因此该误差可以是0. 005mm至0. 029mm。因此，即使在多指手3重复把持工具7 时，也能够抑制上述的精度波动，由此能够可靠地进行组装操作。另外，当工具7的凸起沈和27被插入到设置在多指手3中的两个孔洞19和20 内并且多指手3与工具7相接触而把持住工具时，操作多指手3从而将凸起沈和27向一侧压入孔洞19和20内。此时，多指手3在两个方向上操作，S卩，平行于孔洞19至孔洞20 的连线的延伸方向和垂直于该延伸方向的垂直方向，由此消除凸起沈和27与孔洞19和20 之间的间隙。因此，当多指手3重复把持工具7时，可以抑制工具主体21的端头位置的波动，从而能够提高再现精度。其结果是，能够更加可靠地执行组装操作。要注意的是，当操作多指手3从而将凸起沈和27向一侧压入孔洞19和20内时，是利用设置在多指手3内的运动传感器在已知的阻抗控制下以预定的作用力对凸起施压。因此，能够进一步稳定再现精度。如上所述，在第一实施方式中，当工具7的凸起沈和27插入多指手3的两个孔洞 19和20内时，使得接触表面1 和25相互接触，然后手3的指部13弯曲从而把持住工具， 能够将工具7三维定位。其结果是，可以更加准确地将工具7定位。此外，能够进一步提高工具7端头位置的定位精度及其定位再现精度。另外，当各种工具都设置同样的凸起26和27时，工具7可以由多指手3把持住而不必使任何构造复杂化。此外，当附接部件22被附接到工具主体21 时，不必对工具主体21设置任何凸起，而能够把持住各种工具。(第二实施方式)接下来，将说明依据本发明第二实施方式的包括具有把持装置的自动机械的自动机械系统。图3A和图:3B是显示依据本发明第二实施方式的自动机械系统主体部分的说明图。图3A是把持装置的掌部的掌侧接触表面的示例性图解，图:3B是工具的附接部件的把持物体侧接触表面的示例性图解。要注意的是，自动机械系统的整体构造与第一实施方式相似，而形成在掌部的掌侧接触表面中的孔洞形状不同于第一实施方式。如图3A所示，掌部12的接触表面1 设置有两个孔洞19和20，并且如图所示，工具7的附接部件22的接触表面25设置有两个凸起沈和27。如图3A所示，在孔洞19的侧壁上形成相交成直角的两个基准表面19a和19b，并且在孔洞20的侧壁上形成相交成直角的两个基准表面20a和20b。作为一个基准表面的平行基准表面19a或20a被设置成平行于孔洞19至孔洞20 的连线L。作为另一个基准表面的垂直基准表面19b或20b被设置成垂直于孔洞19至孔洞 20的连线L。垂直基准表面19b和20b之间的距离A被设定成稍大于设置在工具7的附接部件22的接触表面25上的凸起沈和27之间的中心距B。在下文中，将参考图4A至图4D详细说明在这种构造中的把持方法。如图4A所示， 以与第一实施方式相同的方式操作臂2使得凸起沈和27被插入孔洞19和20中。然后，在此已插入的状态下，多指手3在两个方向上操作，S卩，与多指手3的孔洞19 和孔洞20的连线L平行的延伸方向和垂直于该线L的方向，凸起沈和27附接到孔洞19 和20的基准表面上以定位工具7 (定位步骤)。将详细说明此定位步骤。首先，如图4B所示，操作臂2以将工具7的凸起沈和27附接到多指手3的孔洞19和20的平行基准表面 19a和20a上。进一步，如图4C所示，操作臂2以将工具7的凸起沈附接到多指手3的孔洞19的垂直基准表面19b上。接下来，当在如图4C所示的定位步骤中定位工具7时，用多个指部13将工具7的附接部件22的接触表面25压在掌部12的接触表面1 上，以把持住工具7 (把持步骤)。 此时，驱动指部13的关节17和18，使得指部13的远侧转向节16接触工具7的附接部件 22的接触表面23和M从而把持住工具。图4D是显示多指手3的掌部12的接触表面12a与工具7的附接部件22的接触表面25之间接触状态的示例性剖视图。多指手3的指部13把持住工具7从而环绕工具。因此，通过将工具7的接触表面25压在掌部12的接触表面1 上来把持住工具7。因此， 接触表面1 和25能够相互接收多指手3的把持作用力。其结果是，当多指手3把持住工具7时，工具被恒定地定位在相同的位置。当多指手3重复把持工具7时，能够抑制工具主体21的端头位置的波动。这就可以提高再现精度。特别是，由于设置了基准表面19a、19b、 20a和20b，工具可以被稳定地定位。此外，孔洞19和20并不必须形成为具有精确的尺寸精度以使凸起26和27插入孔洞中。这样可以有助于加工以及插入操作。要注意的是，已就上述实施方式对本发明进行了说明，但是本发明并不限定于所述实施方式。在上述实施方式中，已经描述了对应于两个凸起在掌侧接触表面设置有两个孔洞的情况，但也可以对应于两个凸起在掌侧接触表面设置一个孔洞。也就是说，如图5A 所示，当孔洞19A从平面视图示出形成为长圆形时，如图5B所示，具有从平面视图示出为圆形形状的两个凸起26和27能够可拆卸地插入孔洞中。此外，把持物体可以在接触表面12a 的切向定位，并且把持物体可以在围绕作为转动轴中心的接触表面1 法线的转动方向定向。此外，如图5C所示，可以对应于一个凸起26A在掌侧接触表面设置一个孔洞19A。在这种情况下，孔洞19A具有从平面视图示出不是圆形的形状，并且凸起26A能够可拆卸地插入孔洞19A中，由此使得能够在掌侧接触表面的切向定位把持物体以及在围绕作为转动轴中心的掌侧接触表面法线的转动方向定位把持物体。也就是说，在图5C中，由于孔洞19A从平面视图示出具有长圆形，凸起26A从平面视图示出具有长圆形使得凸起能够可拆卸地插入孔洞19A中。此外，在上述实施方式中，已经描述了两个凸起插入两个孔洞的情况，但是三个或更多个凸起可插入一个或多个孔洞。例如，在三个凸起的情况下，如图5D所示，掌侧接触表面可以设置用于三个凸起26、27和观的孔洞19B。此外，如图5E所示，掌侧接触表面可以设置用于三个凸起26、27和观的两个孔洞19A和20C。另外，如图5F所示，可以设置用于三个凸起26,27和28的三个孔洞19,20和20C。更进一步，在上述实施方式中，已经描述了孔洞和凸起从平面视图示出具有圆形的示例，但是本发明并不限定于这些实施方式，孔洞和凸起可以做成任何形状，只要凸起能够插入孔洞来定位把持物体即可。另外，在上述实施方式中，已经描述了具有凸起的附接部件被附接到工具主体的情况，但是本发明可以应用于工具主体设置有凸起的情况。虽然已参考示例性实施方式对本发明进行了说明，但应该理解本发明并不限定于所公开的示例性实施方式。下述权利要求的范围应赋予最宽泛的释义从而包括所有这类变形、等效构造和功能。
权利要求
1.一种把持装置，包括掌部和具有关节的多个指部，以便利用所述掌部和所述多个指部把持住把持物体，包括掌侧接触表面，所述掌侧接触表面设置在所述掌部上并与所述把持物体的把持物体侧接触表面相接触，其中，所述掌侧接触表面设置有孔洞，设置在所述把持物体的把持物体侧接触表面上的凸起被插入所述孔洞，以便确定所述把持物体在掌侧接触表面的切向的位置以及所述把持物体在围绕作为旋转轴中心的掌侧接触表面的法线的旋转方向的位置。
2.依据权利要求1所述的把持装置，其中在所述孔洞的侧壁上形成基准表面，所述凸起附接在所述基准表面上，以便定位所述把持物体。
3.一种自动机械系统，包括自动机械，所述自动机械包括依据权利要求1所述的把持装置；和工具，所述工具具有工具主体，附接部件附接在所述工具主体上，其中，所述附接部件具有把持物体侧接触表面，所述把持物体侧接触表面设置有凸起并与所述把持装置的掌侧接触表面相接触。
4.一种把持方法，其中把持装置把持住把持物体，所述把持装置包括具有掌侧接触表面的掌部和具有关节的多个指部，所述掌部的掌侧接触表面设置有孔洞，设置在所述把持物体的把持物体侧接触表面上的凸起被可拆卸地插入所述孔洞，所述孔洞具有形成在孔洞侧壁上的基准表面，所述方法包括定位步骤，将所述凸起插入所述孔洞并将所述凸起附接在所述基准表面上以定位所述把持物体；和把持步骤，在所述定位步骤中定位所述把持物体的状态下，用所述多个指部将所述把持物体的把持物体侧接触表面压在所述掌部的掌侧接触表面上以把持住所述把持物体。
全文摘要
本发明涉及把持装置、自动机械系统以及把持方法。在传统技术中，当把持把持物体时很难准确定位把持物体。因此，在本发明中，多指手包括掌部和具有关节的多个指部，以便用掌部和多个指部来把持住工具。掌部具有掌侧接触表面，该掌侧接触表面与工具的把持物体侧接触表面相接触。掌侧接触表面设置有孔洞，设置在把持物体侧接触表面上的凸起被插入所述孔洞。此外，当凸起被插入孔洞时，工具在掌侧接触表面的切向上被定位，并且工具也在围绕作为旋转轴中心的掌侧接触表面的法线的旋转方向上被定位。
文档编号B23Q37/00GK102310344SQ20111018365
公开日2012年1月11日 申请日期2011年7月1日 优先权日2010年7月6日
发明者中杉干夫, 宫崎芳行, 横井昭佳 申请人:佳能株式会社