特開 2022-164955 把持爪、把持装置、把持システム、把持システムの制御方法および記録媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022164955

(43)【公開日】2022-10-31

(54)【発明の名称】把持爪、把持装置、把持システム、把持システムの制御方法および記録媒体

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/12 20060101AFI20221024BHJP

【ＦＩ】

B25J15/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021070076

(22)【出願日】2021-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】見上 慧

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS12

3C707ES03

3C707ES10

3C707ET08

3C707EV12

3C707EW01

3C707FS01

3C707FT06

3C707FT07

3C707FT08

3C707KS33

3C707KT01

3C707KV06

3C707KV15

3C707LV10

(57)【要約】

【課題】様々な形状のワークを把持しつつ、高い把持力を確保することでより多くの種類のワークを安定した状態で把持することが可能な把持爪、把持装置、把持システム、把持システムの制御方法および記録媒体を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の把持爪の構成は、ロボットハンド１５０で開閉駆動されてワーク１０２を保持する把持爪３００であって、少なくともワークと対向する対向面３１０が可撓性を有する三角形を含む枠体と、対向面３１０に形成された吸着開口３１２と、吸着開口３１２から気体を吸引する流路（チューブ３４０）と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットハンドで開閉駆動されてワークを保持する把持爪であって、
少なくとも前記ワークと対向する対向面が可撓性を有する三角形を含む枠体と、
前記対向面に形成された吸着開口と、
前記吸着開口から気体を吸引する流路と、
を備えることを特徴とする把持爪。

【請求項2】

前記対向面内には、前記吸着開口に連通するチャンバが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の把持爪。

【請求項3】

前記吸着開口の周囲に半球形状の窪みが形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の把持爪。

【請求項4】

前記対向面は、エラストマ材料からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の把持爪。

【請求項5】

前記流路は、チューブまたは前記枠体内に形成された孔であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の把持爪。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の把持爪と、
前記把持爪を複数備えたロボットハンドと、
前記把持爪の把持力を計測する把持力計測手段と、
を備えることを特徴とする把持装置。

【請求項7】

請求項６に記載の把持装置と、
前記把持装置を所定の位置に移動させるロボットアームと、
気体を吸引する負圧装置と、
前記把持装置と前記ロボットアームと前記負圧装置とを動作制御するロボット制御装置と、
を備えることを特徴とする把持システム。

【請求項8】

前記吸着開口が複数設けられていて、
前記負圧装置は前記複数の吸着開口から選択的に吸引可能であることを特徴とする請求項７に記載の把持システム。

【請求項9】

請求項８に記載の把持システムを動作制御する把持システムの制御方法において、
前記把持爪を前記ワークに向かって移動させ、
前記把持爪を前記ワークに当接させ変形させながら把持し、
前記把持力と前記流路の圧力を計測して前記把持爪の前記吸着開口と前記ワークとの間に密閉空間が形成されたことを判定し、
前記吸着開口から吸引して吸着を開始し、
前記流路の圧力を計測して吸着完了を判定し、
前記ワークを搬送して吸着状態と把持状態を解除する
ことを特徴とする把持システムの制御方法。

【請求項10】

密閉空間の形成または吸着が完了しなかった場合に、前記把持装置が前記ワークを把持する位置を変更することを特徴とする請求項９に記載の把持システムの制御方法。

【請求項11】

請求項９または請求項１０に記載の把持システムの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットハンドで開閉駆動されてワークを保持する把持爪、把持装置、把持システム、把持システムの制御方法および記録媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

工場等の生産現場において、ワークの把持や移載を目的として、把持装置およびロボットアームやその制御装置から構成される把持システムが利用されている。ロボットアームの把持装置（ハンドとも称される）としては主に吸着ハンドやグリッパが用いられている。把持装置は、特定のワークの形や種類に合わせて専用設計されることが多い。このため、個々の把持装置において安定的に把持できるワーク形状は設計時に想定したものに限られ、異なる形状のワークを把持する場合は把持装置を交換することで対応している。

【0003】

生産性を高める観点から、把持装置の交換頻度は低い方が好ましい。そこで従来から、任意の形状のワークを安定に把持するためロボットハンドの指部を柔軟部材で構成した技術が提案されている。例えば特許文献１では、柔軟な弾性素材で形成された長尺なチューブと、このチューブの長手方向に所定の間隔に並べた複数の骨部材と、これら骨部材の並びを保持する弾性復元可能な心材とを備えたフレキシブルアクチュエータが開示されている。特許文献１によれば、大きく屈曲することが可能な構造とすることで、人間の指のように柔らかいものを把持したり、生き物のような精巧な動きを行ったりすることができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－１８４８２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示されているフレキシブルアクチュエータは、人間の指のように柔らかいものを把持したり、生き物のような精巧な動きを行ったりすることを目的としている。すなわち特許文献１のフレキシブルアクチュエータは、生産現場においてワークを把持することを目的として開発されたものではない。このため、ワークがロボットハンドから滑り落ちることを防ぐだけの十分な把持力を確保することができず、把持できるワークが軽量なものや滑りにくいものに限られる可能性がある。

【0006】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、様々な形状のワークを把持しつつ、高い把持力を確保することでより多くの種類のワークを安定した状態で把持することが可能な把持爪、把持装置、把持システム、把持システムの制御方法および記録媒体を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の把持爪の代表的な構成は、ロボットハンドで開閉駆動されてワークを保持する把持爪であって、少なくとも前記ワークと対向する対向面が可撓性を有する三角形を含む枠体と、対向面に形成された吸着開口と、吸着開口から気体を吸引する流路と、を備えることを特徴とする。なお「三角形を含む」とは、三角形の枠体はもちろんのこと、ブレース（斜材）を備えた四角形の枠体（２つの三角形）であってもよく、さらには３つ以上の三角形を有するトラス構造であってもよい。すなわち、ワークと対向する対向面の両端が他の枠材で支持されていればよい。

【0008】

上記構成では、枠体状の把持爪のうち、ワークと対向する対向面は可撓性を有する。これにより、ワークに押し付けられると、把持爪の対向面はワークの形状に追従して変形する。これにより、様々な形状のワークに対応し、且つワークの凹凸や寸法、傾きなどの誤差を吸収することができる。そして、対向面には吸着開口が形成されていて、かかる吸着開口を通じて気体が吸引される。これにより、流路が負圧となるため、ワークと対向面とが密着した状態となる。したがって、把持爪において高い把持力を得ることができ、多くの種類のワークを安定した状態で把持することが可能となる。

【0009】

上記対向面内には、吸着開口に連通するチャンバが形成されているとよい。

【0010】

上記吸着開口の周囲に半球形状の窪みが形成されているとよい。

【0011】

上記対向面は、エラストマ材料からなるとよい。

【0012】

上記流路は、チューブまたは枠体内に形成された孔であるとよい。

【0013】

上記課題を解決するために、本発明の把持装置の代表的な構成は、上述した把持爪と、把持爪を複数備えたロボットハンドと、把持爪の把持力を計測する把持力計測手段と、を備えることを特徴とする。

【0014】

上記課題を解決するために、本発明の把持システムの代表的な構成は、上述した把持装置と、把持装置を所定の位置に移動させるロボットアームと、気体を吸引する負圧装置と、把持装置とロボットアームと負圧装置とを動作制御するロボット制御装置と、を備えることを特徴とする。

【0015】

上記吸着開口が複数設けられていて、負圧装置は複数の吸着開口から選択的に吸引可能であるとよい。

【0016】

上記課題を解決するために、本発明の把持システムの制御方法の代表的な構成は、把持爪をワークに向かって移動させ、把持爪をワークに当接させ変形させながら把持し、把持力と流路の圧力を計測して把持爪の吸着開口とワークとの間に密閉空間が形成されたことを判定し、吸着開口から吸引して吸着を開始し、流路の圧力を計測して吸着完了を判定し、ワークを搬送して吸着状態と把持状態を解除することを特徴とする。

【0017】

上記密閉空間の形成または吸着が完了しなかった場合に、把持装置がワークを把持する位置を変更するとよい。

【0018】

上記課題を解決するために、本発明の記録媒体の代表的な構成は、上述した把持システムの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、様々な形状のワークを把持しつつ、高い把持力を確保することでより多くの種類のワークを安定した状態で把持することが可能な把持爪、把持装置、把持システム、把持システムの制御方法および記録媒体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本実施形態にかかる把持システムの概略構成を説明する図である。

【図2】本実施形態にかかる把持システムの機能ブロック図である。

【図3】ロボットハンド近傍の拡大図である。

【図4】把持爪の全体図である。

【図5】本実施形態の把持爪の変形例を説明する図である。

【図6】本実施形態の把持爪の変形例を説明する図である。

【図7】本実施形態の把持システムの制御方法を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0022】

（把持システム１００）
図１は、本実施形態にかかる把持システム１００の概略構成を説明する図である。以下の説明では、把持システム１００について詳述しながら、それに含まれる把持装置１４０および把持爪３００についても併せて説明する。図１に示すように本実施形態の把持システム１００では、ロボットアーム１３０の先端に把持装置１４０が保持されていて、把持装置１４０はロボットアーム１３０によって所定の位置に移動する。またロボットアーム１３０には、その動作を制御するロボット制御装置１１０が接続されている。

【0023】

図２は、本実施形態にかかる把持システム１００の機能ブロック図である。図２に示すように、把持システム１００は、ロボット制御装置１１０、ロボットアーム１３０、把持装置１４０および負圧装置１６０を含んで構成される。ロボット制御装置１１０は内蔵するコンピュータで各種プログラムを実行することによって、ロボットアーム１３０、把持装置１４０および負圧装置１６０を制御し、各種の機能をロボットアーム１３０および把持装置１４０に実行させる。

【0024】

（ロボット制御装置１１０）
ロボット制御装置１１０は、ＣＰＵ１１２、信号の入出力を行う入出力部１１４、ＲＯＭ１１６ａやＲＡＭ１１６ｂを有するメモリ１１６を備えている。ＣＰＵ１１２、入出力部１１４およびメモリ１１６は、バス１１８を介して相互に信号を伝達可能に接続されている。

【0025】

ＣＰＵ１１２は、演算処理装置として機能し、ＲＯＭ１１６ａやＲＡＭ１１６ｂ、外部記憶装置等に格納された各種プログラムを読み出して実行する。ＲＯＭ１１６ａおよびＲＡＭ１１６ｂは、ロボットハンド１５０の制御方法を実行させるためのプログラムを記録していて、コンピュータで読み取り可能な記録媒体である。ＲＯＭ１１６ａは、ＣＰＵ１１２が使用するプログラムや装置定数等を記憶する。ＲＡＭ１１６ｂは、ＣＰＵ１１２が使用するプログラムやプログラム実行中に逐次変化する変数等を一次記憶する。

【0026】

なお、本実施形態においては一連の処理を実行するための各種プログラムが記憶された記憶装置を、ロボット制御装置１１０に組み込まれたメモリ１１６として説明しているが、これに限るものではない。本実施形態の把持システム１００を実行するためのプログラムはコンピュータが読み取り可能であれば、ロボット制御装置１１０とは別に、ユーザにプログラムを提供するために頒布されるストレージ装置に記録されていてもよい。ストレージ装置は、例えば、磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等により構成される。また、ネットワークからダウンロードされてインストールまたは更新されてもよい。

【0027】

入出力部１１４は、インターフェイスを介し外部機器やアクチュエータ、エンコーダなどの各種センサとロボット制御装置１１０とを接続するため、通信装置、Ｄ／Ａ変換器、モータ駆動回路、Ａ／Ｄ変換器などを備えている（不図示）。

【0028】

通信装置における具体的な通信手法としては、例えば、ＲＳ２３２Ｃ／４８５などのシリアル通信規格や、ＵＳＢ規格に対応したデータ通信であったり、一般的なネットワークプロトコルであるＥｔｈｅｒＮＥＴ（登録商標）や、産業用ネットワークプロトコルとして用いられるＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）やＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）等を例示することができる。

【0029】

また入出力部１１４には、上位制御システム１２２、状態通知装置１２４、入力装置１２６および画像センサ１２８が接続されている。上位制御システム１２２は、例えばシーケンサ（ＰＬＣ）や監視制御システム（ＳＣＡＤＡ）、プロセスコンピュータ（プロコン）、パーソナルコンピュータ、各種サーバもしくはこれらの組み合わせからなり、ロボット制御装置１１０と有線または無線で接続されている。

【0030】

上位制御システム１２２は、ロボット制御装置１１０を含む生産ラインを構成する各装置の動作状況に基づいて指示を出力して生産ラインを統括的に管理する。例えば、把持システム１００に備えられた画像センサ１２８による画像認識やＩＤタグ等の検出手段によりワークを特定し、把持動作前に把持パターン指示をロボット制御装置１１０に送信することで品目に応じた適切な把持パターンでロボットアーム１３０およびロボットハンド１５０を動作させることができる。

【0031】

また上位制御システム１２２はワークのサイズや把持完了までの時間、把持状態の情報などをロボット制御装置１１０から受信して収集することで、不良率やサイクルタイムの監視に用いることもできる。さらには、把持状態の情報などによって、ロボットアーム１３０をホームポジションに戻したり各装置をストップさせたりするなどの動作を行わせてもよい。

【0032】

状態通知装置１２４は、ロボット制御装置１１０からロボットハンド１５０やロボットアーム１３０の動作状態やワークの把持状態の情報を受信し表示することで、これらの情報をユーザに視覚的かつ直観的に認識させる。状態通知装置１２４は、液晶パネルやティーチングペンダント、点灯ランプなどの表示装置でもよいし、警告音や音声等によって情報を通知する通知装置でもよい。

【0033】

例えば、状態通知装置１２４は、接触位置が閾値を超えた場合に警告を発するように設定することができる。また、パーソナルコンピュータやティーチングペンダントの画面などが状態通知装置を兼ねていても良く、入力や状態通知を行うアプリケーションを備えていてもよい。

【0034】

入力装置１２６は、キーボードやマウス、タッチパネル、ボタン、スイッチ、レバー、ペダル、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段、もしくはこれらを備えたパーソナルコンピュータ、ティーチングペンダント等のユーザが操作する操作手段を備えている。かかる入力装置１２６を介して、ユーザによる入力や設定が行われ、入出力部１１４に対してコマンドが入力される。なお、装置に各種の機能を実行させるプログラムを入力装置１２６で作成してもよい。プログラムは機械語などの低級言語、ロボット言語などの高級言語で記述されていてもよい。

【0035】

画像センサ１２８は、カラー画像またはモノクロ画像を取得するカメラ装置であってもよいし、赤外線ドットパターン投影方式カメラのような三次元位置計測可能なカメラ装置であってもよい。

【0036】

上記説明したロボット制御装置１１０は、入出力部１１４を介してデータ格納用装置であるストレージ装置や記録媒体用リーダライタであるドライブ装置と接続した構成であってもよい。また本実施形態では把持システム１００は、ロボットアーム１３０と把持装置１４０とを動作制御する構成としているが、ロボットアーム用と把持装置用で別個に制御装置を構成し、互いに有線または無線で接続してもよい。さらに、本実施形態ではロボット制御装置１１０をロボットアーム１３０およびロボットハンド１５０の外部に設けているが、これをロボットアーム１３０およびロボットハンド１５０の内部に設けてもよい。

【0037】

また、ロボット制御装置１１０は専用のハードウェアを組み込んだ制御装置に限らず、各種プログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。加えて、ロボット制御装置１１０の機能の一部又は全部をハードウェア回路、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の特定の用途向けに構築した専用集積回路で実現してもよい。また本実施形態においてプログラムを実行させる計算機の数は特に限定されない。例えばプログラムを、上位制御システム１２２等を含めた複数の計算機が互いに連携して実行してもよい。

【0038】

（ロボットアーム１３０）
ロボットアーム１３０は、把持装置１４０を所定の位置に移動させる。ロボットアーム１３０は、位置検出手段１３２およびアクチュエータ１３４を有している。本実施形態としては、ロボットアーム１３０として６軸垂直多関節型ロボットを想定するが、これに限定するものではなく、６軸以外の垂直多関節型ロボットや水平多関節型ロボットを用いることも可能である。

【0039】

（把持装置１４０）
把持装置１４０は、ロボットハンド１５０および把持爪３００を含んで構成される。ロボットハンド１５０は、位置検出手段１５２としてのエンコーダと、把持爪３００にかかる反力および把持力を計測する把持力計測手段１５４として力センサとを具備する。それらの検出結果および計測結果は電気的信号に変換してロボット制御装置１１０に出力される。なお、把持爪３００にかかる反力および把持力はモータ電流などロボットハンド１５０の状態量から推定しても良く、ロボットハンド１５０は小さな力を高い精度で制御可能とすることが望ましい。

【0040】

把持爪３００は、ロボットハンド１５０のアクチュエータ１５６によって駆動される。なお、把持爪３００の構成については、後に詳細に説明する。

【0041】

（負圧装置１６０）
負圧装置１６０は、把持爪３００を通じて気体を吸引する装置である。負圧装置１６０は、負圧流体供給源１６２、切替バルブ１６４、および圧力計測手段１６６である圧力センサを有する。負圧流体供給源１６２としては、例えば真空ポンプやエジェクタ等を用いることができる。

【0042】

負圧流体供給源１６２は、把持爪３００の流路に接続され、把持爪３００の内側がワークに当接した状態で負圧流体を供給する。これにより略密閉空間の内部圧力を低下させ、把持装置１４０がワークを吸着保持することができる。また負圧流体供給源１６２は、流路に接続された切替バルブ１６４を通じて略密閉空間に連通している。そして、切替バルブ１６４の動作により略密閉空間の圧力を変化させることで、ワークを吸着したり、解放したりする。

【0043】

圧力計測手段１６６は、圧力センサであり、上述した流路内の圧力を計測する。計測結果は電気的信号に変換して後述するロボット制御装置１１０に出力される。

【0044】

なお、説明の便宜上、図２では切替バルブ１６４および圧力計測手段１６６が負圧装置１６０に含まれる構成を例示しているが、切替バルブ１６４および圧力計測手段１６６はロボットアーム１３０に内蔵されていてもよい。また、このような構成に限定するものではなく、負圧装置１６０の構成要素は、ロボットハンド１５０等の装置に内蔵されていてもよいし、ロボットアーム１３０やロボットアーム１３０等の装置とは別体として設けられていてもよい。また負圧装置１６０は、ロボット制御装置１１０によって制御されてもよいし、上位制御システム１２２によって制御されてもよい。

【0045】

（把持爪３００）
図３はロボットハンド１５０近傍の拡大図である。図４は、把持爪３００の全体図である。図４（ａ）は把持爪３００の全体斜視図であり、図４（ｂ）は把持爪３００の断面図である。

【0046】

図３に示すように、ロボットハンド１５０には複数の把持爪３００が接続されている。把持爪３００は、ロボットハンド１５０のアクチュエータによって開閉駆動されてワーク１０２を保持する部材である。

【0047】

なお本実施形態では、ロボットハンド１５０に対して２つの把持爪３００が取り付けられているが、これに限定するものではない。ロボットハンド１５０に取り付ける把持爪３００の数は、ワーク１０２の重量や形状に応じて適宜変更してもよい。また本実施形態では２つの把持爪３００は同一形状であるが、これにおいても限定されず、複数の把持爪３００は異なる形状であってもよい。

【0048】

図４（ａ）および（ｂ）に示すように、把持爪３００は、対向面３１０、取付面３２０および傾斜面３３０からなる三角形の枠体を有する。

【0049】

対向面３１０は、ワーク１０２（図３参照）と対向する面であり、可撓性を有する。対向面３１０は、硬化性エラストマや熱可塑性エラストマ等のエラストマ材料からなるとよい。これにより、対向面３１０の変形性を好適に確保しつつ、高い耐久性を得ることが可能となる。

【0050】

取付面３２０は、対向面３１０の上端からワーク１０２から離れる方向に延びた面であり、かかる取付面３２０において把持爪３００がロボットハンド１５０に連結される。傾斜面３３０は、対向面３１０の下端と取付面３２０の端部とを連結している。また対向面３１０には、吸着開口３１２が形成されている。この吸着開口３１２には、吸着開口３１２から気体を吸引する流路としてのチューブ３４０が接続されている。

【0051】

ワーク１０２を保持する際には、まず図３（ａ）に示すようにワーク１０２の両側に一対（複数）の把持爪３００を位置させる。そして図３（ｂ）に示すように、一対の把持爪３００をワーク１０２に向かって移動させ、把持爪３００をワーク１０２に当接する。

【0052】

このとき、ワーク１０２からの反力および把持爪３００の把持力を計測しながら把持爪３００をワーク１０２に押し当てる。このようにワーク１０２からの反力および把持爪３００の把持力を計測しながら把持動作を行うことにより、過度な力をワーク１０２に与えることがない。したがって、脆性材料からなるワーク１０２も好適に把持することが可能である。

【0053】

このとき重要な要素として、把持爪３００の対向面３１０はワーク１０２の形状に沿って変形する。これは、把持爪３００が三角形を含む枠体であり、対向面３１０が可撓性を有しているためである。対向面３１０が三角形の一辺であるため、対向面３１０の両端が支持されているから、ワーク１０２が当接する位置である対向面３１０の中途部が容易にたわむことができる。

【0054】

なお本実施形態においては把持爪３００を三角形の枠体として説明しているが、本発明はこれに限定するものではなく、三角形を含む枠体であればよい。「三角形を含む」とは、三角形の枠体はもちろんのこと、ブレース（斜材）を備えた四角形の枠体（２つの三角形）であってもよく、さらには３つ以上の三角形を有するトラス構造であってもよい。すなわち、ワークと対向する対向面３１０の両端が他の枠材（梁またはブレース）で支持されていればよい。

【0055】

また本実施形態では、対向面３１０が可撓性を有する構成を例示したが、これにおいても限定されず、少なくとも対向面３１０が可撓性を有すればよく、取付面３２０や傾斜面３３０が可撓性を有していてもよい。

【0056】

図３（ｂ）に示すように一対の把持爪３００がワーク１０２を挟持したら、図３（ｃ）に示すように、負圧装置１６０によって流路であるチューブ３４０を通じて気体を吸引する。これにより、流路内の圧力が低下して負圧状態となり、ワーク１０２が把持爪３００の対向面３１０に吸着された状態となる。

【0057】

なお、仮に吸着開口３１２から外れた箇所でワーク１０２が把持爪３００に当接していた場合、把持力が検出されても流路内の圧力低下が検出されない。したがって、把持力と流路の圧力を計測することで、把持および押し付けの状態を精度良く検出することができる。

【0058】

上記説明したように、本実施形態の把持爪３００によれば、ワーク１０２と対向する対向面３１０が可撓性を有することにより、ワーク１０２に押し付けられると、対向面３１０はワーク１０２の形状に追従して変形する。これにより、様々な形状のワーク１０２に対応し、且つワーク１０２の凹凸や寸法、傾きなどの誤差を吸収することができる。

【0059】

そして、把持爪３００の対向面３１０をワーク１０２に押し付けた後に、吸着開口３１２を通じて気体を吸引することにより、流路が負圧となってワーク１０２と対向面３１０とが密着した状態となる。したがって、把持爪３００において高い把持力を得ることができ、多くの種類のワーク１０２を安定した状態で把持することが可能となる。

【0060】

また図４（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の把持爪３００では、対向面３１０内には、吸着開口３１２に連通するチャンバ３１４が形成されている。これにより、図３（ｂ）に示すように一対の把持爪３００によってワーク１０２を挟持して対向面３１０が変形すると、チャンバ３１４も変形する。すると、チャンバ３１４内の気体が流路に排出され、流路の圧力が大きく上昇する。これにより、負圧装置１６０の圧力計測手段１６６において流路の圧力上昇が計測され、把持爪３００とワーク１０２とが密着したことが検出される。このように、チャンバ３１４を設けることで、流路が長くなって流路容積が大きくなっても変形による容積変化を大きくできるため、圧力変化を計測しやすくなる。

【0061】

なお、本実施形態では圧力計測手段１６６として圧力センサを例示し、チャンバ３１４の変形を圧力センサで計測している。ただし、これに限定するものではなく、チャンバ３１４の変形を計測できる歪ゲージ等を圧力計測手段に代えて用いることも可能である。

【0062】

さらに本実施形態では、吸着開口３１２の周囲に半球形状ないしラッパ状の窪み３１６が形成されている。これにより、ワーク１０２において負圧装置１６０によって吸着される面積が増え、窪み３１６において略密閉空間が形成される。このため、把持装置１４０の把持力を高めることが可能となる。なお、本実施形態では窪み３１６を半球形状ないしラッパ状としたが、これに限定するものではなく、開口面積が広がるような他の形状としてもよい。

【0063】

（把持爪の変形例）
図５および図６は、本実施形態の把持爪の変形例を説明する図である。なお、図５－図７に示す把持爪において、先に説明した図４の把持爪３００と共通する構成要素については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【0064】

図５（ａ）および（ｂ）に示す把持爪３００ａでは、把持爪３００のチューブ３４０に替えて、枠体を構成している対向面３１０および取付面３２０の内部に吸着開口３１２およびチャンバ３１４と連通する孔３４２を流路として形成している。かかる構成によっても、流路である孔３４２を通じて吸着開口３１２から気体を吸引することができる。またチューブ３４０が不要となるため、その取り回し作業に要する手間を削減することができる。

【0065】

なお、本実施形態では、対向面３１０および取付面３２０を加工してその内部に流路となる孔３４２を形成することを想定しているが、これに限定するものではない。例えば把持爪３００ａを、流路が形成される部位（取付面３２０）と、それ以外の部位（対向面３１０、傾斜面３３０）とを別々の部材とし、それらを組み立てる構成としてもよい。かかる構成によれば、流路が形成される部位のみを剛性が高い材料で成形し、圧力変化による変形に対する強度を高めることが可能となる。

【0066】

図６（ａ）に示す把持爪３００ｂでは、対向面３１０において、高さ方向に複数の吸着開口（第１吸着開口３５２および第２吸着開口３５４）が形成されている。かかる構成によれば、例えば切替バルブ１６４（図２参照）を複数備えることで、負圧装置１６０は、把持形態に応じて複数の吸着開口（第１吸着開口３５２および第２吸着開口３５４）から選択的にワーク１０２を吸着可能となる。これにより、より多くの形状のワーク１０２に適した把持状態を選択可能となる。

【0067】

例えば、図６（ｂ）に示すように小さなワーク１０２を把持する場合、把持爪３００ｂにおいて把持力が検出されつつ、第１吸着開口３５２に接続されている流路においては圧力上昇が生じず、第２吸着開口３５４に接続されている流路において圧力上昇が生じる。このような場合、ロボット制御装置１１０は、ワーク１０２と当接している第２吸着開口３５４から気体を吸引し、第１吸着開口３５２からは気体を吸引しないように負圧装置１６０を制御する。

【0068】

図６（ｃ）に示すように大きなワーク１０２ａを把持する場合、把持爪３００ｂにおいて把持力が検出され、且つ第１吸着開口３５２に接続されている流路、および第２吸着開口３５４に接続されている流路の両方において圧力上昇が生じる。この場合、ロボット制御装置１１０は、第１吸着開口３５２および第２吸着開口３５４の両方から気体を吸引するよう負圧装置１６０を制御する。

【0069】

（把持システムの制御方法）
図７は、本実施形態の把持システム１００の制御方法を説明するフローチャートである。図７のフローチャートは、把持装置１４０におけるワーク１０２の把持動作開始から把持完了までの動作を例示している。なお、ワーク１０２の位置や種類は、例えば画像センサ１２８により把持システム１００にあらかじめ認識されていて、ロボットハンド１５０は把持動作開始位置に移動しているものとする。

【0070】

本実施形態の把持システム１００の制御方法では、図７に示すように、まずロボット制御装置１１０は、ワーク１０２に応じたロボットハンド１５０を動かす速度パターンを生成する。そして、ロボット制御装置１１０は、生成された速度パターンに従って把持爪３００をワーク１０２に向かって移動させ、把持爪３００をワーク１０２に当接させ、把持爪３００を変形させながらワーク１０２を把持する（Ｓ４０２：押しつけステップ）。

【0071】

次にロボット制御装置１１０は、把持力と流路の圧力を計測し、一対の把持爪３００が目標とする位置でワーク１０２と当接し、所定の把持力とチャンバ３１４の圧力変化が検出されたか否かにより、吸着開口３１２とワーク１０２との間に略密閉空間が形成されているか否かを判定する（Ｓ４０４：押し付け状態判定ステップ）。

【0072】

把持爪３００の把持力と流路およびチャンバ３１４の圧力変化が適正な範囲で検出された場合（Ｓ４０４のＹＥＳ）、ロボット制御装置１１０は、切替バルブ１６４を動作させ吸着開口３１２からの気体の吸引を開始することで、把持爪３００によるワーク１０２の吸着動作を開始する（Ｓ４０６：吸着開始ステップ）。一方、所定の把持力と流路およびチャンバ３１４の圧力変化が検出されなかった場合（Ｓ４０４のＮＯ）、ロボット制御装置１１０は、押し付けが適切ではないと判断し、一対の把持爪３００をワーク１０２から離すようにロボットハンド１５０を駆動する（Ｓ４１４：離間ステップ）。

【0073】

気体の吸引を開始したら（Ｓ４０６）、ロボット制御装置１１０は、圧力計測手段１６６の計測結果に基づき、略密閉空間（流路およびチャンバ３１４）の内部圧力が所定圧力以下に低下したかによって、ワーク１０２の吸着が完了したか否かを判定する（Ｓ４０８：吸着完了判定ステップ）。このとき、略密閉空間（流路およびチャンバ３１４）の内部圧力が所望圧力以下に低下しない場合、吸着が完了できていないと判定する（Ｓ４０８のＮＯ）。

【0074】

吸着が完了できていない場合（Ｓ４０８のＮＯ）、ロボット制御装置１１０は、切替バルブ１６４を動作させ、流路およびチャンバ３１４からなる略密閉空間の圧力を大気圧に戻す（Ｓ４１２：吸着停止ステップ）。そして、ロボット制御装置１１０は、一対の把持爪３００をワーク１０２から離すようにロボットハンド１５０を駆動する（Ｓ４１４：離間ステップ）。

【0075】

一対の把持爪３００をワーク１０２から離したら（Ｓ４１４：離間ステップ）、ロボット制御装置１１０は、把持装置１４０がワーク１０２を把持する位置を変更する（Ｓ４１６：押し付け箇所変更ステップ）。すなわち、把持システム１００においては、把持爪３００のワーク１０２への押し付けが完了しなかった場合（Ｓ４０４のＮＯ）、および把持爪３００のワーク１０２への吸着が完了しなかった場合（Ｓ４０８のＮＯ）に把持装置１４０がワーク１０２を把持する位置（把持爪３００の姿勢等）を変更する。そして、把持位置を変更（把持爪３００を異なる把持動作開始位置に移動）した後に、再度、押しつけステップ（Ｓ４０２）からの処理を繰り返す。

【0076】

ここで、例えば押し付け箇所変更ステップ（Ｓ４１６）を所定回数繰り返しても把持完了状態にならない場合は、ワーク１０２が本来の位置になかったり、ワーク１０２が意図しない姿勢で把持されたりしたことが考えられる。このような場合には、ロボット制御装置１１０は、上位制御システム１２２に異常発生を通知してもよいし、状態通知装置１２４を通じてユーザに異常発生を通知してもよい。また通常の搬送工程を中断して、ワーク１０２が適切に把持されていないことをユーザに通知するなどの処置を行ってもよい。

【0077】

一方、略密閉空間（流路およびチャンバ３１４）の内部圧力が所定圧力以下に低下していた場合、ロボット制御装置１１０は、把持爪３００によるワーク１０２の吸着が完了したと判定する（Ｓ４０８のＹＥＳ）。そして、ロボット制御装置１１０は、ロボットアーム１３０によってワーク１０２を搬送した後に負圧装置１６０による気体の吸引を停止し、吸着状態を解除する。その後、ロボット制御装置１１０は、吸着を解除した後に把持爪３００を離間させ、把持状態を解除することで、ワーク１０２は目標位置に載置された状態となる（Ｓ４１０：搬送ステップ）。

【0078】

また本実施形態の把持システム１００の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録媒体に記録し、かかる記録媒体を用いて把持システムの制御方法をコンピュータに実行させることも可能である。

【0079】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0080】

本発明は、ロボットハンドで開閉駆動されてワークを保持する把持爪、把持装置、把持システム、把持システムの制御方法および記録媒体として利用することができる。

【符号の説明】

【0081】

１００…把持システム、１０２…ワーク、１０２ａ…ワーク、１０２ｂ…ワーク、１１０…ロボット制御装置、１１２…ＣＰＵ、１１４…入出力部、１１６…メモリ、１１６ａ…ＲＯＭ、１１６ｂ…ＲＡＭ、１１８…バス、１２２…上位制御システム、１２４…状態通知装置、１２６…入力装置、１２８…画像センサ、１３０…ロボットアーム、１３２…位置検出手段、１３４…アクチュエータ、１４０…把持装置、１５０…ロボットハンド、１５２ …位置検出手段、１５４…把持力計測手段、１５６…アクチュエータ、１６０…負圧装置、１６２…負圧流体供給源、１６４…切替バルブ、１６６…圧力計測手段、３００…把持爪、３００ａ…把持爪、３００ｂ…把持爪、３１０…対向面、３１２…吸着開口、３１４…チャンバ、３１６…窪み、３２０…取付面、３３０…傾斜面、３４０…チューブ、３４２…孔、３５２…第１吸着開口、３５４…第２吸着開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】