特許 7521764 ロボットハンド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-16

(45)【発行日】2024-07-24

(54)【発明の名称】ロボットハンド

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20240717BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 D

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022136293

(22)【出願日】2022-08-29

(65)【公開番号】P2024032571

(43)【公開日】2024-03-12

【審査請求日】2024-02-01

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】517329487

【氏名又は名称】株式会社豆蔵

(74)【代理人】

【識別番号】110002516

【氏名又は名称】弁理士法人白坂

(72)【発明者】

【氏名】栗山 広志

(72)【発明者】

【氏名】工藤 永幸

(72)【発明者】

【氏名】大国 征司

【審査官】尾形 元

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－１５９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－３２３６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５１８４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－３５１６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物品を把持するための２以上の爪と、
２以上の前記爪のそれぞれが接続された前記爪と同数の指部であって、前記指部はリンクにおいて互いに回転可能に接続されている、前記指部と、
前記指部が接続された前記指部と同数のベローズと
を備え、
前記ベローズは空圧制御システムに接続され、前記空圧制御システムによって前記ベローズの内部の空圧が制御されて前記ベローズの長さが制御されることによって、前記指部の間の距離が制御されて前記爪によって前記物品が把持され、前記爪と、前記指部と、前記ベローズとは、いずれも樹脂素材によって構成され、
前記ベローズは、両端に連結部を備え、前記連結部は前記ベローズの端部を嵌める溝をそれぞれ有し、前記空圧制御システム側に接続される前記連結部と前記ベローズの間にパッキンを備えることを特徴とするロボットハンド。

【請求項2】

前記爪は、前記指部に接続される位置に２つの突起部を有し、前記２つの突起部のそれぞれは、前記指部に設けられた２つの迎合孔に固定されることによって、前記爪は、前記指部に接続されることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項3】

前記指部の間の距離が最も小さいときの前記距離が、前記物品の大きさより大きいことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項4】

前記ロボットハンドを構成する部品の少なくとも一部に、所定の値を超える外力によって破壊される樹脂が用いられ、前記ロボットハンドに対する過負荷により、優先的に前記部品が破壊されることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項5】

バヨネットリングと、前記空圧制御システムに接続された取付フランジとをさらに備え、前記取付フランジと前記ロボットハンドとを接触させ、前記バヨネットリングを回転させることによって前記取付フランジと前記ロボットハンドとを固定することを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項6】

前記バヨネットリングは、勘合溝凸部を有する勘合溝を備え、
前記ロボットハンドは、爪凹部を有する外爪を備え、
前記バヨネットリングを回転させると、前記勘合溝は前記外爪に対してスライドし、前記勘合溝凸部と前記爪凹部とが勘合することによって前記取付フランジと前記ロボットハンドとが固定されることを特徴とする請求項５に記載のロボットハンド。

【請求項7】

前記ロボットハンドは、弾性部と、前記弾性部の先端に突起を備え、
前記バヨネットリングは、迎合孔を備え、
前記バヨネットリングを回転させると、前記突起が前記迎合孔に入り、前記取付フランジと前記ロボットハンドとが固定されることを特徴とする請求項５に記載のロボットハンド。

【請求項8】

第２のパッキンをさらに備え、前記第２のパッキンは前記取付フランジと前記ロボットハンドとの間に配置され、前記ロボットハンドの前記空圧制御システムのエア接手と、前記取付フランジの前記空圧制御システムのエア接手、及び、前記ロボットハンドの電気接点と、前記取付フランジの電気接点とは、前記取付フランジと前記ロボットハンドとが接触する位置において接続されることを特徴とする請求項５に記載のロボットハンド。

【請求項9】

前記爪は把持部を有し、前記把持部は複数の長爪から成ることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項10】

前記爪は把持部を有し、前記把持部はカップ形状をなすことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項11】

前記爪は把持部を有し、前記把持部は押し当てプレートを有することを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットハンドに関し、特に、物品把持のためのロボットハンドに関する。

【背景技術】

【0002】

弁当・調理済み食品・総菜等を示す中食を製造する中食工場における調理済みの食品を食品容器に入れる盛り付け作業は、かつては全て作業員による手作業によって行われていたが、近年の人手不足、人件費高騰等の理由により、作業員による手作業に代わって、食品盛り付けに特化したロボットが開発されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２２－１５９８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の食品把持のためのロボットハンドは、金属部品を含むため重く、ハンドの変形、及び制御に時間がかかるため、食品の高速把持、解放動作が困難であった（例えば、特許文献１参照）。また、金属部品には錆止めオイル、潤滑オイル等が塗布され、洗浄時にはオイルに合わせた洗剤を使用し、洗浄後に再度オイルを塗布する必要があった。さらに、金属部品が錆びた場合は、錆落とし、部品交換等を行う必要があり、作業負荷が高かった。

【0005】

また、従来の金属部品を含むロボットハンドは硬くて重いため、例えばロボットハンドと作業員が接触したとき、事故が起こりかねない等、受動的安全機能の提供が困難であった。

【0006】

上記問題点を鑑み、本発明は、安全性が高く、高速把持、解放動作が可能であり、洗浄時の作業負荷が低いロボットハンドを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の態様は、ロボットハンドであって、物品を把持するための２つ以上の爪と、２つ以上の爪のそれぞれが接続された爪と同数の指部であって、指部はリンクにおいて互いに回転可能に接続されている、指部と、指部が接続された指部と同数のベローズとを備え、ベローズは空圧制御システムに接続され、空圧制御システムによってベローズの内部の空圧が制御されてベローズの長さが制御されることによって、指部の間の距離が制御されて爪によって物品が把持されることを要旨とする。

【0008】

本発明の第１の態様において、爪は、指部に接続される位置に２つの突起部を有し、２つの突起部のそれぞれは、指部に設けられた２つの迎合孔に固定されることによって、爪は、指部に接続されてもよい。

【0009】

本発明の第１の態様において、指部の間の距離が最も小さいときの距離が、物品の大きさより大きくてもよい。

【0010】

本発明の第１の態様において、ロボットハンドを構成する部品の少なくとも一部に、所定の値を超える外力によって破壊される樹脂が用いられ、ロボットハンドに対する過負荷により、優先的に部品が破壊されてもよい。

【0011】

本発明の第１の態様において、ベローズは、両端に連結部を備え、連結部はベローズの端部を嵌める溝をそれぞれ有し、空圧制御システム側に接続される連結部とベローズの間にパッキンを備えてもよい。

【0012】

本発明の第１の態様において、バヨネットリングと、空圧制御システムに接続された取付フランジとをさらに備え、取付フランジとロボットハンドとを接触させ、バヨネットリングを回転させることによって取付フランジとロボットハンドとを固定してもよい。

【0013】

本発明の第１の態様において、バヨネットリングは、勘合溝凸部を有する勘合溝を備え、ロボットハンドは、爪凹部を有する外爪を備え、バヨネットリングを回転させると、勘合溝は外爪に対してスライドし、勘合溝凸部と爪凹部とが勘合することによって取付フランジとロボットハンドとが固定されてよい。

【0014】

本発明の第１の態様において、ロボットハンドは、弾性部と、弾性部の先端に突起を備え、バヨネットリングは、迎合孔を備え、バヨネットリングを回転させると、突起が迎合孔に入り、取付フランジとロボットハンドとが固定されてよい。

【0015】

本発明の第１の態様において、第２のパッキンをさらに備え、第２のパッキンは取付フランジとロボットハンドとの間に配置され、ロボットハンドの空圧制御システムのエア接手と、取付フランジの空圧制御システムのエア接手、及び、ロボットハンドの電気接点と、取付フランジの電気接点とは、取付フランジとロボットハンドとが接触する位置において接続されてもよい。

【0016】

本発明の第１の態様において、爪は把持部を有し、前記把持部は複数の長爪から成ってよい。

【0017】

本発明の第１の態様において、爪は把持部を有し、前記把持部はカップ形状をなしてよい。

【0018】

本発明の第１の態様において、爪は把持部を有し、前記把持部は押し当てプレートを有してよい。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、安全性が高く、高速把持、解放動作が可能であり、洗浄時の作業負荷が低いロボットハンドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係るロボットハンドの正面図である。

【図2】本実施形態に係るロボットハンドの正面断面図である。

【図3】本実施形態に係るロボットハンドのベローズ部の断面図である。

【図4】本実施形態に係るロボットハンドのツールチェンジャの断面図である。

【図5】本実施形態に係るロボットハンドのツールチェンジャの上面図である。

【図6】図４、及び図５に示すツールチェンジャの断面Ａ―Ａ’における断面図である。

【図7】本実施形態に係るロボットハンドのツールチェンジャの上面図である。

【図8】本実施形態に係るロボットハンドのツールチェンジャの下面図である。

【図9】本実施形態に係るロボットハンドの使用例を説明する図である。

【図10】本実施形態に係るロボットハンドの安全性について説明する図である。

【図11】本実施形態に係るロボットハンドの爪の一例を示す図であり、（ａ）上面図、（ｂ）左側面図、及び（ｃ）正面図である。

【図12】本実施形態に係るロボットハンドの接続部の断面図である。

【図13】本実施形態に係るロボットハンドの爪の一例を示す図であり、（ａ）上面図、（ｂ）左側面図、及び（ｃ）正面図である。

【図14】図１３の爪を指部に取り付けたときの爪を示す図であり、（ａ）正面図、（ｂ）正面側斜視図である。

【図15】本実施形態に係るロボットハンドの爪の一例を示す図であり、（ａ）上面図、（ｂ）左側面図、及び（ｃ）正面図である。

【図16】図１５の爪を指部に取り付けたときの爪を示す下面側斜視図である。

【図17】本実施形態に係るロボットハンドの爪の一例を示す図であり、（ａ）上面図、（ｂ）左側面図、及び（ｃ）正面図である。

【図18】図１７の爪を指部に取り付けたときの爪を示す下面側斜視図である。

【図19】本実施形態に係るロボットハンドの爪の一例を示す図であり、（ａ）上面図、（ｂ）左側面図、及び（ｃ）正面図である。

【図20】図１９の爪を指部に取り付けたときの爪を示す図であり、（ａ）は指部を閉じた状態の爪、（ｂ）は物品を把持する前段階の爪、（ｃ）は物品を把持している状態の爪である。

【図21】本実施形態に係るロボットハンドの爪の一例を示す図であり、（ａ）上面図、（ｂ）左側面図、及び（ｃ）正面図である。

【図22】図２１の爪を指部に取り付けたときの爪を示す図であり、（ａ）は葱に触れる前の爪、（ｂ）は葱に押し当てられる爪である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。実施形態に係る図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものである。

【0022】

又、実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、各構成要素の構成や配置、レイアウト等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0023】

（実施形態）
本発明の実施形態に係るロボットハンドを以下に説明する。図１に、本実施形態に係るロボットハンド１の正面図を示す。図１に示すロボットハンド１は、ツールチェンジャ２、ハンド本体３、及び爪部４から構成される。

【0024】

ツールチェンジャ２は、ハンド本体３と、図示しない空圧制御システムとを接続する。後述するように、ツールチェンジャ２によって、ハンド本体３を空圧制御システムから容易に取り外し、また、取り付けることができる。これにより、ロボットハンドの交換、洗浄等のメンテナンスが容易になる。

【0025】

ハンド本体３は、先端に爪部４が接続され、ツールチェンジャ２によって図示しない空圧制御システムに接続される。

【0026】

爪部４は、ハンド本体３の指部２０ａ、２０ｂに接続され、ハンド本体３が動作することによって爪部４によって物品の把持、及び開放がなされる。爪部４は、本実施形態において、爪４ａ、及び爪４ｂによって構成され、爪４ａと爪４ｂとは、互いに鏡映対称な形状をなす。爪４ａ、及び爪４ｂの把持部１７ａ、１７ｂは、後述するように、物品を把持、解放が確実に、かつ容易になされるのに適した形状をなしている。爪４ａ、４ｂは取り外しが可能であり、物品の種類、形状に応じた形状の把持部１７ａ、１７ｂを有する爪を爪４ａ、４ｂとしてハンド本体３に取り付けることができる。図１及び図２に示す爪４ａ、４ｂは、本実施形態に係る爪の一例である。

【0027】

図１に示すロボットハンド１は、全ての部品が樹脂材料によって構成されている。従来のロボットハンドは、金属部品を含み、金属部品には、錆止めオイル、及び潤滑オイルが塗布されている。こういったロボットハンドの洗浄時には、オイルに合わせた洗剤を用いて洗浄し、洗浄後にはオイルを再度塗布する必要がある。又、金属部品が錆びた場合には、錆落とし、部品交換等の対応が必要となるなど、メンテナンス作業の負荷が高い。本実施形態に係るロボットハンド１は、全ての部品が樹脂材料によって構成されており、錆止めオイル、潤滑オイルを必要とせず、金属部品を含むロボットハンドと比較すると、洗浄が容易で作業負荷が低い。本実施形態に係るロボットハンド１に使用される樹脂材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂等が挙げられる。

【0028】

（ハンド本体）
ハンド本体３について説明する。ハンド本体３は、ベローズ１２ａ、１２ｂと、リンク１４と、内側連結部１３ａ、１３ｂと、外側連結部１８ａ、１８ｂと、指部２０ａ、２０ｂと、上側指部２５ａ、２５ｂと、軸部１９とから構成される。

【0029】

図２に、本実施形態に係るロボットハンド１の正面断面図を示す。図１に示すロボットハンド１は爪４ａと爪４ｂとが互いに接触し、指部２０ａと指部２０ｂとが互いに最も近づいた状態である。この状態を、以下では指部２０ａと指部２０ｂとが閉じた状態と表現する。図２に示すロボットハンド１は、爪４ａと爪４ｂとが互いに離れ、指部２０ａと指部２０ｂの間が離れた状態である。この状態を、以下では指部２０ａと指部２０ｂとが開いた状態と表現する。

【0030】

図１、及び図２に示すロボットハンド１は、リンク１４の部分を除き、紙面内において鏡映対称の構造をなしており、ハンド本体３のベローズ１２ａ、内側連結部１３ａ、外側連結部１８ａ、指部２０ａ、上側指部２５ａと、ベローズ１２ｂ、内側連結部１３ｂ、外側連結部１８ｂ、指部２０ｂ、上側指部２５ｂとは、互いの位置関係が鏡映対称となっている。ベローズ１２ａは、内側連結部１３ａを介して軸部１９に接続されており、外側連結部１８ａを介して上側指部２５ａと接続されている。指部２０ａの上端から上側指部２５ａが連続している。軸部１９の下端にリンク１４が配置されている。指部２０ａと指部２０ｂとは、リンク１４において互いに接続されており、リンク１４を中心として、指部２０ａと指部２０ｂとは互いに回転可能となっている。軸部１９の内部には内部配管１０が配置されており、ベローズ１２ａ、１２ｂのそれぞれと内部配管１０とは内側連結部１３ａ、１３ｂのそれぞれの位置において接続されている。

【0031】

内部配管１０は図示しない空圧制御システムに接続されており、空圧制御システムの電磁弁のオン／オフにより、内部配管１０の内部の空圧が、正圧力、又は負圧力負圧力のいずれかとなるように制御される。後述するが、図３に示すように、ベローズ１２ａは中空構造をなしており、内部配管１０の中空部分と、ベローズ１２ａの中空部分である空間２２ａは連続している。これにより、内部配管１０の内部の空圧が制御されると同時に、ベローズ１２ａの内部の空圧も制御される。ベローズ１２ｂにおいても、ベローズ１２ａと同様、内部配管１０の内部の空圧が制御されると同時に、内部の空圧も制御される。

【0032】

ベローズ１２ａ、１２ｂは柔軟性の高い樹脂素材によって構成される。これにより、ベローズ１２ａ、１２ｂの内部の空圧が、正圧力になると、ベローズ１２ａ、１２ｂのそれぞれの長さ、即ち内側連結部１３ａと外側連結部１８ａとの間の距離、及び内側連結部１３ｂと外側連結部１８ｂとの間の距離が長くなり、図１に示すように、リンク１４を中心として、指部２０ａと指部２０ｂとが閉じた状態となる。ベローズ１２ａ、１２ｂの内部の空圧が、負圧力になると、ベローズ１２ａ、１２ｂのそれぞれの長さが短くなり、図２に示すように、指部２０ａと指部２０ｂとが開いた状態となる。指部２０ａ、２０ｂの開閉動作により、爪部４による物品の把持、及び解放がなされる。

【0033】

指部２０ａと指部２０ｂとがリンク１４において接続されているため、図２に示す、ベローズ１２ａ、１２ｂの内部の空圧が負圧力になりベローズ１２ａ、１２ｂの長さが短い状態でのベローズ１２ａ、１２ｂと軸部１９とのなす角度と、図１に示す、ベローズ１２ａ、１２ｂの内部の空圧が正圧力になりベローズ１２ａ、１２ｂの長さが長い状態でのベローズ１２ａ、１２ｂと軸部１９とのなす角度とは、互いに異なる。従来のロボットハンドのように、指部を開閉させる機構が金属部品によって構成される場合、指部の開閉に伴いエアシリンダとレバーチャックの角度が変わるため、摺動部やリンク構造が必要となり、従って指部を開閉させる機構が複雑な構造になる。本実施形態に係るロボットハンド１のベローズ１２ａ、１２ｂは、柔軟性の高い樹脂材料により構成されることにより、ベローズ１２ａ、１２ｂの内部の空圧に応答して、図２に示す形状から図１に示す形状に容易に変形する。これにより、指部を開閉させる機構が簡単な構造となり、製造、メンテナンスが容易となる。

【0034】

また、従来の金属部品を含むロボットハンドでは、エアシリンダの配管はロボットハンド構造の外側に配置されるため、配管したエアチューブが、ロボットハンドの動作を制限する。本実施形態におけるロボットハンド１によれば、ロボットハンド１の内側に配管を配置するため、配管がロボットハンド１の動作を制限しない。

【0035】

さらに、ロボットハンド１は、全ての部品が樹脂材料によって構成されており、従来の金属部品を含むロボットハンドと比較すると、非常に軽量である。従来の金属部品を含むロボットハンドにおいて、物品の把持、及び解放に伴う摺動部やリンク構造によるハンドの変形は、機構が複雑なため時間がかかるが、本実施形態に係るロボットハンド１においては、回転部分がリンク１４の１箇所のみであり、ベローズ１２ａ、１２ｂによる簡単な構造のため、変形に時間がかからない。従って、従来の金属部品を含むロボットハンドの指の開閉動作と比較すると、指部２０ａ、２０ｂの開閉動作は、空圧制御システムの電磁弁のオン／オフに対して素早く応答する。

【0036】

ベローズ１２ａ、内側連結部１３ａ、及び外側連結部１８ａの締結は、接着剤を使用して行われてもよく、又は、接着剤を使用せず、ベローズ１２ａを溝２３ａ、及び溝２４ａに嵌める嵌め込み構造によってなされてもよいが、これらに限定されない。本実施形態においては、ベローズ１２ａ、内側連結部１３ａ、及び外側連結部１８ａの締結方法の一例として、嵌め込み構造による方法を示している。

【0037】

図３は、ベローズ１２ａ、内側連結部１３ａ、及び外側連結部１８ａの断面図である。内側連結部１３ａ、及び外側連結部１８ａは、それぞれ、溝２３ａ、溝２４ａを有する。図３の紙面手前方向からベローズ１２ａの端部を溝２３ａに嵌め、ベローズ１２ａをスライドさせることにより、ベローズ１２ａと、内側連結部１３ａとを締結させる。ベローズ１２ａと、外側連結部１８ａとを締結させる場合も、ベローズ１２ａと、内側連結部１３ａとを締結させる場合と同様、ベローズ１２ａの端部を溝２４ａに嵌め、ベローズ１２ａをスライドさせる。

【0038】

先に述べたように、内部配管１０の中空部分と、ベローズ１２ａの中空部分である空間２２ａは連続しており、内部配管１０に接続された空圧制御システムの電磁弁のオン／オフ操作によって空間２２ａの空圧を制御する。空間２２ａの気密性を高めるため、ベローズ１２ａと内側連結部１３ａの間にパッキンを使用してもよい。本実施形態においては、一例として、パッキンを使用した例を示す。ベローズ１２ａと内側連結部１３ａの接続部に環状のゴム製、又は樹脂製のパッキン２１ａを設置し、空間２２ａからベローズ１２ａの外部への空気の漏れを防止する。

【0039】

食品を扱う環境下において使用されるロボットハンドが、樹脂製の部品を含む場合、食品対応の接着剤は種類が少なく、入手が容易でない、高温・多湿の環境下において、接着剤の使用は推奨されない等の製造におけるリスクがある。これらの締結が嵌め込み構造によってなされることは、上述のリスクを低減するというメリットを有する。食品対応で入手が容易なベローズ、パッキンを使用することにより、製造におけるリスクを低減し、多様な環境で使用することが可能となる。

【0040】

なお、ベローズ１２ｂ、内側連結部１３ｂ、及び外側連結部１８ｂの構成は、図３に示すベローズ１２ａ、内側連結部１３ａ、及び外側連結部１８ａと、鏡映対称である点を除いて、同様の構成である。

【0041】

図１、図２に示すように、本実施形態に係るロボットハンドの指部２０ａ、２０ｂの本数は２本であるが、指部２０ａ、２０ｂの本数は２本に限定されず、３本以上であってもよい。指部の本数が３本以上である場合においても、ロボットハンドは指部の本数と同数の、ベローズ、内側連結部、及び外側連結部を有する。それぞれの指部は、１又は複数のリンクによって軸部に接続され、さらに、外側連結部を介してベローズに接続される。それぞれの指部に接続されたベローズは、内側連結部を介して軸部に接続される。指部の本数が３本以上である場合においても、指部の開閉はベローズ内部の空圧の制御によってなされる。

【0042】

従来の、金属部品によって構成されるロボットハンドの場合、指部を開閉させる機構が複雑であり、従って指部が３本以上である場合、ロボットハンドの重量が重くなり、体積が大きくなる等、問題点が多い。本発明に係るロボットハンドによれば、指部を改変させる機構が簡単な構造であるため、３本以上の指部を有するロボットハンドの製造、メンテナンスが、従来のロボットハンドと比較して容易である。

【0043】

（ツールチェンジャ）
ツールチェンジャ２について説明する。図４に、ツールチェンジャ２の断面図を、図５に、図４に示すツールチェンジャ２の上面図を示す。図４及び図５に示すツールチェンジャ２は、ロボットハンド本体５６と、バヨネットリング５５と、取付フランジ５３と、パッキン５７とから構成される。

【0044】

ロボットハンド本体５６、及びエア接手５２の中心に、内部配管１０が配置されている。エア接手５２と取付フランジ５３とは互いに固定され、取り外されることはない。バヨネットリング５５は、取付フランジ５３に対して回転可能となっている。ハンド本体３を空圧制御システムから取り外す際は、バヨネットリング５５を回転させ、ロボットハンド本体５６を、取付フランジ５３から取り外す。

【0045】

取付フランジ５３は、エア接手５２に対して固定されており、バヨネットリング５５を回転させても、取付フランジ５３がエア接手５２に対して回転することはない。又、ロボットハンド本体５６を、取付フランジ５３に取り付ける、又は、取り外す際、取付フランジ５３に対してバヨネットリング５５のみを回転させ、ロボットハンド本体５６を回転させることはない。

【0046】

従来のロボットハンドは、フランジにロボットハンドを取り付ける際、フランジとロボットハンドの回転式締結機構が一般的であった。すなわち、フランジ及びロボットハンドの中心部分に締結機構があり、フランジに対して、ロボットハンドを回転させて締結する機構である。この機構によれば、フランジに対するロボットハンドの回転に合わせてロボットハンド側のエア接手、及び電気接点が回転し、フランジとロボットハンドのそれぞれのエア接手、及び電気接点が互いに離れてしまうという問題があった。また、フランジ及びロボットハンドの中心部分に締結機構があるため、フランジとロボットハンドの内部にエア接手、及び電気接点を組み込むための十分なスペースを確保することが困難であった。このため、エア接手、及び電気配線をフランジとロボットハンドの外部に設置する必要が生じ、エア接手、及び電気配線がロボットの動きを制限する恐れがあった。

【0047】

本実施形態に係るツールチェンジャ２によれば、取付フランジ５３とロボットハンド本体５６は回転させず、バヨネットリング５５のみを回転させて締結するため、取付フランジ５３の中央にエア接手、及び電気接点を組み込むための十分なスペースを確保することができる。また、締結時に取付フランジ５３とロボットハンド本体５６は回転させないため、エア配管接点は擦れることがなく、電気接点は離れることがない。これにより、エア接手、及び電気接点を取付フランジ５３とロボットハンド本体５６の内部に組み込むことができ、これらによってロボットの動きが制限されることがない。

【0048】

従来の金属部品を含むロボットハンドをフランジに取り付ける際、エアロック、電磁石、又はネジ構造等によって強固に締結するため、従来のロボットハンドは締結機構に高強度の金属部材を使用する必要があった。こういった強固な金属部材を使用するため、従来のロボットハンドの締結機構は大型で重いものであった。これに対して、本実施形態に係るツールチェンジャ２は、全て樹脂材料によって構成される。これにより、従来のロボットハンドと比較して、本実施形態に係るロボットハンドは軽量とすることができる。また、バヨネットリング５５のみを回転させて締結する機構であるため、小型化が可能である。

【0049】

本実施形態に係るツールチェンジャ２は、取付フランジ５３にロボットハンド本体５６を締結する。エア接手５２の中空部分と、取付フランジ５３の中空部分と、ロボットハンド本体５６の中空部分とは、連続しており、図１に示す内部配管１０の中空部分を形成している。このため、取付フランジ５３とロボットハンド本体５６の接続部に環状のゴム製、又は樹脂製のパッキン５７を設置し、内部配管１０の中空部分からエア接手５２の外部への空気の漏れを防止する。

【0050】

（凹凸勘合によるロック機構）
本実施形態に係るツールチェンジャ２は、バヨネットリング５５を回転させてロボットハンド本体５６を取付フランジ５３に締結する際、ロックされ、ロック時にスイッチを押したようなクリック音や手ごたえ（以下、クリック感と呼ぶ）を体感し、確認することができるロック機構を有する。本実施形態にかかるロック機構として、凹凸勘合によるロック機構について以下に説明する。

【0051】

図６に、図４、及び図５に示す断面Ａ―Ａ’における断面図を示す。また、図７に、図４に示すロボットハンド本体５６の上面図を示す。図６、及び図７は、本実施形態に係るツールチェンジャ２が凹凸勘合によるロック機能を有する場合の図である。図７に示すロボットハンド本体５６の上面図は、図４に示すロボットハンド本体５６から、取付フランジ５３、及び、バヨネットリング５５を取り除いた状態のものである。

【0052】

図６に示すように、バヨネットリング５５は勘合溝７９を有し、図７に示すロボットハンド本体５６は、外爪７１を有する。ロボットハンド本体５６と取付フランジ５３の締結時、バヨネットリング５５の回転とともに、外爪７１は勘合溝７９の中をスライドする。バヨネットリング５５は、勘合溝７９内部に、凸形状となっている勘合溝凸部１２２を有する。また、ロボット本体の外爪７１は、凹形状となっている爪凹部１２１と、外爪７１の先端から滑らかに傾斜する爪先端部１２３を有する。

【0053】

ロボットハンド本体５６と取付フランジ５３の締結時、図５に示すように、バヨネットリング５５を締め付け方向である矢印Ｂの方向へ回転させると、図６に示すように、勘合溝７９は外爪７１に対して矢印Ｂ方向へスライドする。勘合溝７９の矢印Ｂ方向へのスライドとともに、爪先端部１２３は、先端が傾斜する形状であるから、勘合溝凸部１２２を乗り越え、勘合溝凸部１２２と爪凹部１２１とが勘合する。その際、クリック感が生じるとともに、ロボットハンド本体５６と取付フランジ５３とがロックされる。

【0054】

従来の、ロボットハンドをロボットハンド制御システムから取り外し、また、取り付ける機構は、ネジ形状の、らせん構造の固定部品を強く締め付けることによって固定するものであった（例えば、再表２０１９／１４２７０９号参照）。こういった機構においては、締結時にクリック感がないため、ロック確認ができず、未締結で使用する、固定部品が締結位置で止まらないため、過度の締め付けにより破損する、等の恐れがある。

【0055】

本実施形態のツールチェンジャ２によれば、クリック感によってロボットハンド本体５６が取付フランジ５３に締結したことを確認することができ、固定部品の回しすぎによる部品の破損、摩耗等を防止することができる。また、勘合溝凸部１２２が爪凹部１２１と勘合し、固定されることによって、締結後に取付フランジ５３に対してロボットハンド本体５６が動くことなく、固定される。

【0056】

（スナップフィットによるロック機構）
図８に、ツールチェンジャ２の下面図を示す。図８は、本実施形態に係るツールチェンジャ２がスナップフィットによるロック機能を有する場合の図である。ロボットハンド本体５６は、弾性部７２、及び弾性部７２の先端に突起７５を有する。弾性部７２とロボットハンド本体５６の本体部５８との間には、間隙７４が設けられ、突起７５に本体部５８の方向へ圧力を加えると、弾性部７２は変形し、突起７５は本体部５８の方向へ変形する。バヨネットリング５５の外周面には迎合孔７８が設けられている。

【0057】

ロボットハンド本体５６を取付フランジ５３に締結する際、突起７５に本体部５８の方向へ押し込んだ状態でロボットハンド本体５６をバヨネットリング５５に取り付ける。バヨネットリング５５を回転させると、バヨネットリング５５によって突起７５は本体部５８の方向へ押され、弾性部７２は変形した状態のままバヨネットリング５５が回転し、バヨネットリング５５に設けられた迎合孔７８が突起７５の位置に移動すると、突起７５は弾性によって迎合孔７８に入り、固定される。突起７５が迎合孔７８に入るとき、クリック感が生じ、このクリック感によって突起７５と迎合孔７８が勘合し、ロボットハンド本体５６が取付フランジ５３に締結したことを体感し、確認することができる。

【0058】

本実施形態に係るツールチェンジャ２がスナップフィットによるロック機能を有する場合、迎合孔７８に入っている突起７５の、バヨネットリング５５の外周面から飛び出した部分を、本体部５８の方向へ指等によって押すことでバヨネットリング５５の内側に押し込み、その状態でバヨネットリング５５を回転させて、ロボットハンド本体５６を取付フランジ５３から取り外すことができる。

【0059】

図９に、本実施形態に係るロボットハンド１の使用例を説明する図を示す。図９に示す使用例は、一例として、中食工場において、調理済みの食品８１、８２を、ベルトコンベアに乗って流れてくる食品容器８４に入れる盛り付け作業である。図９において、ロボットハンド１は、ロボット本体８５に、ロボットアーム８６を介して接続されている。ロボットハンド１は、作業員８３の隣に配置され、ロボットハンド１と作業員８３とは、協同で盛り付け作業を行っている。

【0060】

中食工場における盛り付け作業において容器に盛り付けられる食品は多様多種であり、盛り付ける食品の種類や量の変更等も頻繁に行われる、等の理由により、全ての盛り付け作業をロボットアームによって行うことは容易ではない。したがってロボットアームと作業員とが互いに近い位置で作業する場合があり得る。

【0061】

従来のロボットハンドは、エアシリンダにリンク機構を組み合わせたものであり、アクチュエータ、リンク摺動部は金属製部材のため硬く、例えばロボットハンドと作業員が接触したときに事故が起こりかねない等、受動的安全機能の提供が困難であった。

【0062】

本実施形態に係るロボットハンド１は、全てが樹脂素材である。また、図１０に示すロボットハンド１の一部の、破線によって囲まれた箇所は、所定の値を超える外力を受けると破壊される厚さ以下の樹脂によって構成される部分であり、ロボットハンドと作業員が接触する等、過負荷により、優先的に破壊される構造となっている。本実施形態においては、図１０に示す破線によって囲まれた箇所の樹脂の厚さを５ｍｍ以下としている。さらに、ベローズ１２は、柔軟性の高い樹脂材料により構成されており、過負荷によって変形する。これらの構成により、本実施形態に係るロボットハンド１は、ロボットハンドと作業員が接触した場合においても、事故が生じない等、受動的安全機能を提供することができる。

【0063】

（爪）
爪部４について説明する。爪部４を構成する爪４ａ、４ｂのそれぞれが、ハンド本体３の指部２０ａ、２０ｂのそれぞれに接続され、ハンド本体３が動作することによって爪部４において物品の把持、及び開放がなされる。以下に示すように、本実施形態にかかるロボットハンド１が中食工場において使用される場合、ハンド本体３には、調理済みの食品の種類、形状等に適した形状の爪を取り付けることができる。

【0064】

図１１に、本実施形態に係る爪１２０ａを示す。図１１（ａ）、図１１（ｂ）、及び図１１（ｃ）は、それぞれ爪１２０ａの上面図、左側面図、正面図であり、ハンド本体３の指部２０ａ、２０ｂに取りつけていない状態の爪である。図１２に示す爪１２０ａは、接続部１５ａ、支持部１６ａ、把持部１７ａから構成される。接続部１５ａは、ツメ１２０ａをハンド本体３の指部２０ａ、２０ｂと接続させる部位である。把持部１７ａは、物品を把持する部位である。支持部１６ａは、接続部１５ａ、及び把持部１７ａを支持する。図１１に示す爪１２０ａの把持部１７ａは、３本の長爪１２３ａで構成される。

【0065】

図１１に示す爪は、図１に示すロボットハンド１の２つの爪のうち、１つの爪であり、図１１に示す爪を２つ用意し、２つの爪のそれぞれを、図１に示すロボットハンド１の２つの指部２０ａ、２０ｂのそれぞれに、図１１（ｃ）に示す爪の紙面左側が内側となるように取り付ける。ロボットハンド１の２つの指部２０ａ、２０ｂを開閉することにより、把持部１７ａにおいて物品を把持する。

【0066】

図１２に、図１に示すロボットハンド１の接続部１５ａの、紙面水平方向から見たときの断面図を示す。爪４の支持部１６が、爪４ａの突起部９０によってハンド本体３の指部２０ａに固定されている。ハンド本体３には、本体支柱９１、９２、９３、９４が設けられ、本体支柱９１と本体支柱９３との間には、支柱９５が隙間なくはめ込まれる間隙が設けられ、本体支柱９１と本体支柱９２との間、及び本体支柱９３と本体支柱９４との間には、突起部９０が通り抜けられる間隙が設けられ、突起部９０がハンド本体３の外部に露出し、突起部９０が引っ掛かり、弾性によって突起部９０が固定され、外れない構造をなす迎合孔９６が設けられている。

【0067】

爪４ａを指部２０ａに取り付ける際には、爪４ａの支柱９５及び突起部９０を図１２の紙面下方からハンド本体３の本体支柱９１と本体支柱９３との間、本体支柱９１と本体支柱９２との間、及び本体支柱９３と本体支柱９４との間に差し込む。突起部９０が迎合孔９６に引っ掛かることで、爪４ａは指部２０ａに取り付けられる。爪４ａを指部２０ａから取り外す際には、指等によって、突起部９０を迎合孔９６に押し込み支柱９７及び突起部９０を変形させ、爪４ａを図１２の紙面下方へ引き抜く。

【0068】

図１に示すロボットハンド１は、２つの指部２０ａ、２０ｂの間に隙間７９が設けられている。この隙間７９により、２つの指部２０ａ、２０ｂの間に物品が挟まるのを防ぐことができる。

【0069】

図１３に、本実施形態に係る爪１４０ａを示す。図１３（ａ）、図１３（ｂ）、及び図１３（ｃ）に、爪１４０ａの上面図、左側面図、正面図を示す。図１１に示す爪１２０ａと比較すると、爪１４０ａの把持部１７ａは５本の長爪１４１ａから構成される。

【0070】

図１４に、ハンド本体３の指部２０に爪１４０ａを取り付け、図１に示すように２つの指部２０ａ、２０ｂの間を閉じた状態としたときの爪部４の様子を示す。図１４（ａ）は正面図、図１４（ｂ）は正面側斜視図である。図１４に示すように、５本の長爪１４１ａによって物品を挟むことで物品を把持する。

【0071】

図１１に示す爪１２０ａの把持部を構成する長爪１２３ａは３本、図１３に示す爪１４０ａの把持部を構成する長爪１４１ａは５本であるが、長爪の数はこれらに限定されない。このように、把持部１７ａを構成する長爪の数によって、把持可能な物品の量や大きさを調整することができる。

【0072】

図１５に、本実施形態に係る爪１６０ａを示す。図１５（ａ）、図１５（ｂ）、及び図１５（ｃ）に、爪１６０ａの上面図、左側面図、正面図を示す。図１及び図２に示す爪４ａ、４ｂは、図１５に示す爪１６０ａと同一のものである。

【0073】

図１６に、ハンド本体３の２つの指部２０ａ、２０ｂのそれぞれに爪１６０ａを取り付け、図１に示すように２つの指部２０ａ、２０ｂの間を閉じた状態としたときの爪１６０ａの様子を示す。図１６は下面側斜視図である。図１６に示すように、把持部１７ａはカップの形状をなし、２つのカップによって物品を挟むことで物品を把持する。

【0074】

図１７に、本実施形態に係る爪１８０ａを示す。図１７（ａ）、図１７（ｂ）、及び図１７（ｃ）に、爪１８０ａの下面図、左側面図、正面図を示す。また、図１８に、ハンド本体３の２つの指部２０ａ、２０ｂのそれぞれに爪１８０ａを取り付け、図１に示すように２つの指部２０ａ、２０ｂの間を閉じた状態としたときの爪１８０ａの様子を示す。図１８は下面側斜視図である。図１５（ｂ）に示す爪１６０ａの把持部１７ａのカップ形状の幅と、図１７（ｂ）に示す爪１８０ａの把持部１７ａのカップ形状の幅が異なる。カップのサイズ、形状によって、把持可能な物品の量や大きさを調整することができる。

【0075】

図１９に、本実施形態に係る爪２００ａを示す。図１９（ａ）、図１９（ｂ）、及び図１９（ｃ）に、爪２００ａの下面図、左側面図、正面図を示す。図１９に示す爪２００ａの把持部１７ａは、３本の長爪２０１ａで構成される。長爪２０１ａは、図１１に示す長爪１２１ａと比較すると、形状は幅が広く、柔軟性の高い樹脂素材によって構成される。

【0076】

図２０に、２つの指部２０ａ、２０ｂのそれぞれに爪２００ａを取り付けたときの、実際に物品を把持する様子を説明する図を示す。図２０（ａ）には、物品を把持せずに指部２０ａ、２０ｂを閉じた状態、図２０（ｂ）には、指部２０ａ、２０ｂを開き、物品１１０を把持する前段階、図２０（ｃ）には、指部２０ａ、２０ｂを閉じ、物品１１０を把持している状態を示す。

【0077】

図２０に示す物品１１０は、一例として、刻んだ状態の葱である。刻んだ葱は、柔らかく、強い力で挟むと形状が変形する等、破損しやすい。図２０に示す爪２００ａは、柔軟性の高い樹脂素材によって構成されているため、図２０（ｃ）に示すように、爪２００ａがしなることによって、刻んだ葱に対して、破損しない程度の力で挟むことができる。従来の金属部品を含むロボットハンドにおいて、把持力制御は複雑な制御系が必要となり、高速動作が困難となる。本実施形態に係る爪２００ａによれば、爪２００ａを柔軟性の高い樹脂素材によって構成することにより、破損しやすい物品を把持することができる。また、爪２００ａの柔軟性の度合い、長さ等の形状を調整することにより、物品の柔らかさ、形状、重量等に適応することができる。

【0078】

図２１に、本実施形態に係る爪２２０ａを示す。図２１（ａ）、図２１（ｂ）、及び図２１（ｃ）に、爪２２０ａの下面図、左側面図、正面図を示す。図２１に示す爪２２０ａの把持部１７ａは、押し当てプレート１１１を有する。

【0079】

図２２に、２つの指部２０ａ、２０ｂのそれぞれに爪２２０ａを取り付けたときの、実際に物品を把持する様子を説明する図を示す。図２２（ａ）、及び図２２（ｂ）に示す物品は、一例として、刻んだ状態の葱である。刻んだ葱は、柔らかく、大量の刻んだ葱が積み上げられている場合、積み上げられた葱の上部に位置する葱は刻んだときの形状を保ち、密度が低くなっていると考えられる。積み上げられた葱の底部に位置する葱は、積まれた葱の重さにより圧迫され、密度が高くなっていると考えられる。積み上げられた葱の中間の深さに位置する葱は、上部に位置する葱と底部に位置する葱の間の密度になっていると考えられる。したがって、積まれた葱を取るタイミングによって、取れる葱の量が変わる。

【0080】

図２２（ａ）では、爪２２０ａの押し当てプレート１１１は葱に触れていないため、葱の密度が、積み上げられた葱の上部において低くなっている。図２２（ｂ）では、押し当てプレート１１１を葱に押し当て葱に圧力をかけることによって、上部に位置する葱の密度が、中間の深さに位置する葱の密度と同程度になっている。

【0081】

図２２（ａ）、及び図２２（ｂ）に示す物品のように、バラ積みにされた物品に対して、押し当てプレートを使用することにより、表面状態を整えて把持量を安定化することができる。

【0082】

図１１～図２２に示した爪は、本実施例に係るロボットハンドに使用できる爪の一例であるが、爪はこれらに限定されず、物品の形状、大きさ、硬さ等に応じて、様々な形状の爪を使用することができる。また、指部２０ａ、２０ｂは、図１に示すロボットハンド１においては２本であるが、３本以上であってもよく、指部２０ａ、２０ｂの本数に応じて爪の形状は変わり得る。さらに、図１１～図２２に示した爪は、全て、形状等が同一の２本の爪を２つの指部２０ａ、２０ｂのそれぞれに取り付けて使用するものであるが、一つのロボットハンドの複数の指部のそれぞれに取り付ける複数の爪は互いに同一である必要はなく、物品の形状、大きさ、硬さ等に応じて、一つのロボットハンドの複数の指部のそれぞれに取り付ける複数の爪は、形状等が互いに異なる爪であってもよい。

【0083】

以上述べたように、本実施形態に係るロボットハンドは、安全性が高く、高速把持、解放動作が可能であり、洗浄時の作業負荷が低いロボットハンドを提供することができる。本実施形態において、本実施形態に係るロボットハンドが把持する物品は調理済み食品であるとしたが、これに限定されず、食品以外の物品にも対応可能である。

【0084】

以上、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【符号の説明】

【0085】

１ ロボットハンド
２ ツールチェンジャ
３ ハンド本体
４ 爪部
４ａ、４ｂ 爪
１０ 内部配管
１２ａ、１２ｂ ベローズ
１３ａ、１３ｂ 内側連結部
１４ リンク
１６ａ、１６ｂ 支持部
１７ａ、１７ｂ 把持部
１８ａ、１８ｂ 外側連結部
１９ 軸部
２０ａ、２０ｂ 指部
２２ａ 空間
２３ａ、２４ａ 溝
２５ａ、２５ｂ 上側指部
５２ エア接手
５３ 取付フランジ
５５ バヨネットリング
５６ ロボットハンド本体
５７ パッキン
５８ 本体部
７１ 外爪
７２ 弾性部
７４ 間隙
７５ 突起
７８ 迎合孔
７９ 勘合溝
８１、８２ 食品
８３ 作業員
８４ 食品容器
８５ ロボット本体
８６ ロボットアーム
９０ 突起部
９１、９２、９３、９４ 本体支柱
９５ 支柱
９６ 迎合孔
１００ 爪
１１０ 物品
１１１ 押し当てプレート
１２０ａ、１４０ａ、１６０ａ、１８０ａ、２００ａ、２２０ａ 爪
１２１ 爪凹部
１２２ 勘合溝凸部
１２３ 爪先端部
１２３ａ、１４１ａ、１２１ａ 長爪

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】