專利名稱：把持裝置、自動機械系統(tǒng)以及把持方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種安裝在自動機械的臂上的把持裝置、包含具有把持裝置的自動機械的自動機械系統(tǒng)，以及把持裝置把持住把持物體的把持方法。
背景技術：
迄今為止，包含具有把持裝置的自動機械的自動機械系統(tǒng)是已知的。近年來，對于通過自動機械實現(xiàn)手工組裝操作的自動機械系統(tǒng)是有需求的。此外，在手工組裝操作中，去除了輸送件，而引入人員直接輸送工件的人工單元生產系統(tǒng)，但是為了以自動機械單元取代人工單元，就需要能夠把持各種零件來進行組裝操作的自動機械系統(tǒng)。此外，還需要自動機械通過使用組裝工具和組裝夾具如螺絲刀和分配器來進行組裝操作的自動機械系統(tǒng)，由此，自動機械能夠以和人相同的方式進行操作。在這種情況下，就需要把持各種組裝工具。此時，在把持裝置把持住把持物體如組裝工具的情況中，為了準確地進行組裝操作，要求將定位再現(xiàn)精度設置成高精度。也就是說，每次變換工件，自動機械就重復相同的操作。因此，把持裝置需要重復相似的把持操作。在這種情況下，就要求改進把持物體的定位再現(xiàn)性從而準確定位把持物體。特別是，需要將把持物體如組裝工具準確地定位在操作位置(螺絲刀的情況中為刀頭，分配器的情況中為針頭)。另外，迄今為止已經(jīng)提出了包括具有V形導向槽的掌部的把持裝置，其中在把持把持物體時所述V形導向槽引導把持物體以限制其姿態(tài)(見日本專利申請公開No. H09-029675)。然而，在上述的傳統(tǒng)把持裝置中，可以限制把持物體的姿態(tài)，但是把持物體沿著導向槽的方向未被限制，因此不可能準確定位把持物體。當把持物體是如螺絲刀這樣的工具時，該工具并未沿縱向定位。由此，工具的端頭就不能夠相對于工件準確地定位。為了解決所述問題，本發(fā)明的目的是提供一種把持裝置以及提供一種自動機械系統(tǒng)和一種把持方法，所述把持裝置在把持把持物體時改進了把持物體的定位再現(xiàn)性，從而把持物體可以被準確定位。

發(fā)明內容
依據(jù)本發(fā)明，提供了一種把持裝置，包括掌部和具有關節(jié)的多個指部，以便利用所述掌部和所述多個指部把持住把持物體，包括掌側接觸表面，所述掌側接觸表面設置在所述掌部上并與所述把持物體的把持物體側接觸表面相接觸，其特征在于，所述掌側接觸表面設置有孔洞，設置在所述把持物體的把持物體側接觸表面上的凸起被插入所述孔洞，以便確定所述把持物體在掌側接觸表面的切向的位置以及所述把持物體在圍繞作為旋轉軸中心的掌側接觸表面的法線的旋轉方向的位置。此外，依據(jù)本發(fā)明，提供了一種自動機械系統(tǒng)，包括自動機械，所述自動機械包括上述把持裝置；和工具，所述工具具有工具主體，附接部件附接在所述工具主體上，其特征在于，所述附接部件具有把持物體側接觸表面，所述把持物體側接觸表面設置有凸起并與所述把持裝置的掌側接觸表面相接觸。
此外，依據(jù)本發(fā)明，提供了一種把持方法，其中把持裝置把持住把持物體，所述把持裝置包括具有掌側接觸表面的掌部和具有關節(jié)的多個指部，所述掌部的掌側接觸表面設置有孔洞，設置在所述把持物體的把持物體側接觸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側壁上的基準表面，所述方法包括定位步驟，將所述凸起插入所述孔洞并將所述凸起附接在所述基準表面上以定位所述把持物體；和把持步驟，在所述定位步驟中定位所述把持物體的狀態(tài)下，用所述多個指部將所述把持物體的把持物體側接觸表面壓在所述掌部的掌側接觸表面上以把持住所述把持物體。依據(jù)本發(fā)明，把持裝置具有與把持物體側接觸表面相接觸的掌側接觸表面，并且所述孔洞被構造成確定把持物體在掌側接觸表面的切向的位置和把持物體在圍繞作為旋轉軸中心的掌側接觸表面的法線的旋轉方向上的位置。因此，能夠提高定位把持物體的再現(xiàn)精度，并且能夠將把持物體準確定位。此外，依據(jù)本發(fā)明的自動機械系統(tǒng)，能夠提高定位工具的再現(xiàn)精度，并且能夠準確定位工具。其結果是，自動機械能夠通過使用所述工具穩(wěn)定地執(zhí)行操作。另外，依據(jù)本發(fā)明的把持方法，在將把持物體的凸起附接到掌部的孔洞的基準表面上之后，把持物體的把持物體側接觸表面被壓在掌部的掌側接觸表面上。其結果是，提高了定位把持物體的再現(xiàn)精度，并且準確定位把持物體。本發(fā)明的更多特征將在下面參考附圖對示例性實施方式的說明中變得更加清晰。


圖1是顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的自動機械系統(tǒng)的透視圖。圖2A是依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的多指手的透視圖。圖2B是依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的工具的透視圖。圖2C是依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的工具的附接部件的頂平面圖。圖3A是依據(jù)本發(fā)明第二實施方式的自動機械系統(tǒng)中把持裝置的掌部的掌側接觸表面的示例性圖解。圖IBB是依據(jù)本發(fā)明第二實施方式的自動機械系統(tǒng)中工具的附接部件的把持物體側接觸表面的示例性圖解。圖4A是示例性圖解，示出了依據(jù)本發(fā)明第二實施方式在利用把持裝置的把持方法中凸起插入孔洞的狀態(tài)。圖4B是示例性圖解，示出了依據(jù)本發(fā)明第二實施方式在利用把持裝置的把持方法中凸起附接在平行基準表面上的狀態(tài)。圖4C是示例性圖解，示出了依據(jù)本發(fā)明第二實施方式在利用把持裝置的把持方法中凸起附接在垂直基準表面上的狀態(tài)。圖4D是示例性剖視圖，示出了依據(jù)本發(fā)明第二實施方式在利用把持裝置的把持方法中掌部和附接部件之間的接觸狀態(tài)。圖5A是依據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的具有一個孔洞的多指手的透視圖。圖5B是示例性圖解，示出了依據(jù)本發(fā)明另一個實施方式兩個凸起被插入具有一個孔洞的多指手中的孔洞內的狀態(tài)。圖5C是示例性圖解，示出了依據(jù)本發(fā)明另一個的實施方式一個凸起被插入具有一個孔洞的多指手中的孔洞內的狀態(tài)。圖5D是示例性圖解，示出了依據(jù)本發(fā)明另一個的實施方式三個凸起被插入具有一個孔洞的多指手中的孔洞內的狀態(tài)。圖5E是示例性圖解，示出了依據(jù)本發(fā)明另一個的實施方式三個凸起被插入具有兩個孔洞的多指手中的兩個孔洞內的狀態(tài)。圖5F是是示例性圖解，示出了依據(jù)本發(fā)明另一個的實施方式三個凸起被插入有三個孔洞的多指手中的三個孔洞內的狀態(tài)。
具體實施例方式現(xiàn)在將根據(jù)附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行詳細說明。(第一實施方式)圖1是透視圖，示出了依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的自動機械系統(tǒng)。如圖1所示，自動機械系統(tǒng)100包括自動機械1 ；基座50，自動機械1固定于基座上并且基座為自動機械1 的工作區(qū)域；以及工具7，其為把持物體。自動機械系統(tǒng)100是組裝系統(tǒng)，其中自動機械1 利用工具7進行組裝操作。自動機械1包括具有六個軸桿的關節(jié)臂2 ；以及多指手3，其為經(jīng)由運動傳感器(未示出)設置在臂2頂端的把持裝置。此外，在臂2的端頭附接有小型攝像機4?；?0設置有零件供給器5用于供給要組裝的零件，以及工具桌6，在工具桌上設置用于緊固小螺釘?shù)墓ぞ?。此外，在基座50的中央設置有用于組裝工件的把持夾具8。 在基座50的上方設置有攝像機(未示出)，其檢測要組裝的工件和零件的位置。自動機械 1的臂2和多指手3的操作通過設置在基座50內部的控制器9進行控制。接下來，將詳細說明多指手3。圖2A至2C是依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的多指手3 和工具7的圖解，圖2A是多指手3的透視圖，圖2B是工具7的透視圖，圖2C是工具7的附接部件22的頂平面圖。在圖2A中，多指手3具有附接到臂2端頭的殼體10。具體而言，殼體10的后表面附接到臂2的端頭。此外，多指手3包括設置在殼體10的前表面IOa上的掌部12，以及多個(在本實施方式中為四個)指部13，其從殼體10的前表面IOa向外伸出從而圍繞掌部 12。多個指部13相對于垂直于前表面IOa的虛擬平面采取平面對稱布置。殼體10設置有運動傳感器、致動器、驅動回路等(未示出)。殼體10被外罩11覆蓋。每個指部13都包括近側轉向節(jié)14、中間轉向節(jié)15和遠側轉向節(jié)16，并且能夠在轉向節(jié)14和15之間的關節(jié)17以及轉向節(jié)15和16之間的關節(jié)18處向內彎曲。此外，由于指部13在關節(jié)17和18處彎曲，指部13的中間轉向節(jié)15和遠側轉向節(jié)16可起到把持部的功能。掌部12具有掌側接觸表面(下文中以“接觸表面”指代)12a，該表面與后面描述的作為把持物體的工具7的把持物體側接觸表面相接觸。接觸表面1 是平坦表面。接觸表面1 被精確設置有多個(在本實施方式中為兩個)孔洞19和20。接下來，將詳細說明工具7。在圖2B中，工具7包括工具主體21和附接于工具主體21外周上的附接部件22。工具主體21是諸如電動螺絲刀或用于涂布液體的分配器的組裝工具，并且是使用組裝夾具/工具的組裝操作所必須的。附接部件22具有接觸表面23和M，其與多指手3的指部13的遠側轉向節(jié)16相接觸。此外，如圖2B和圖2C所示，附接部件22具有把持物體側接觸表面(下文中以“接觸表面”指代)25，其與多指手3的接觸表面12a相接觸。接觸表面25是平坦表面。在第一實施方式中，工具主體21具有大致桿狀，而附接部件22被形成為大致C型截面，其覆蓋工具主體21，并且由于附接部件22的彈簧特性而被固定在工具主體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，而是能夠使用諸如利用粘合劑以及螺釘來固定部件的任何固定方法。接觸表面25設置有多個(兩個)凸起沈和27，其能夠可拆卸地插入多指手3的掌部12的接觸表面1 上設置的兩個孔洞19和20中。此外，在第一實施方式中，凸起沈被精確設置以便可拆卸地插入孔洞19中，而凸起27被精確設置以便可拆卸地插入孔洞20 中。也就是說，在第一實施方式中，凸起的數(shù)量與孔洞的數(shù)量相同，從而每個凸起都被插入相應的孔洞中。凸起26和27從平面視圖看形成為圓形，并且從平面視圖看孔洞19和20 形成為圓形，從而凸起26和27能夠可拆卸地插入孔洞中。將對具有上述構造的多指手3把持工具7的步驟進行說明。設置在臂2端頭的多指手3通過臂2的運動操作接近工具7，由此設置在工具7的接觸表面25上的凸起沈和27 被插入設置在多指手3的接觸表面12a中的兩個孔洞19和20內。由于兩個凸起沈和27 分別插入兩個孔洞19和20內，工具7在接觸表面12a的切向T上的移動受到限制，并且工具7在圍繞作為旋轉軸中心的接觸表面12a的法線η的旋轉方向R上的移動也受到限制。 其結果是，工具7在接觸表面12a的切向T定位，并且工具7也在圍繞作為旋轉軸中心的接觸表面1 法線η的旋轉方向R定位。此外，執(zhí)行臂2的移動操作直至多指手3的接觸表面1 與工具7的接觸表面25相接觸。在插入操作完成之后，驅動多指手3的每個指部13的關節(jié)17和18，使多指手3的遠側轉向節(jié)16與工具7的附接部件22的接觸表面23和M相接觸。其結果是，多指手3 的指部13把持住工具7從而環(huán)繞工具。此時，由于工具7的接觸表面25壓在多指手3的接觸表面1 上，接觸表面25和12a能夠相互接收把持力。在上面的步驟中，當工具7被多指手3把持時，工具7能夠被牢固地把持。這樣就改進了由多指手3把持的工具7的定位的再現(xiàn)精度，因而工具7能夠被精確定位。因此，能夠可靠地進行通過自動機械1利用工具7進行諸如組裝操作的操作。在此處，設置在多指手3中的兩個孔洞19和20具有內徑φ 8 (容差+0.015mm至 0. 000mm)，工具7的凸起洸和27具有外徑φ 8 (容差-0. 005mm至-0. 014mm)。此外，多指手3中的兩個孔洞19和20之間的中心距為30mm。在這種情況下，能夠將工具7的傾斜度抑制在0.0095°至0.05 °。當直至工具主體21的端頭位置的工具長度為150mm時，工具主體21端頭位置的波動可以被抑制在0. 025mm至0. 145mm。此外，在平行于多指手3的兩個孔洞19和20的連線的延伸方向的位置誤差是配合間隙值，因此該誤差可以是0. 005mm至0. 029mm。因此，即使在多指手3重復把持工具7 時，也能夠抑制上述的精度波動，由此能夠可靠地進行組裝操作。另外，當工具7的凸起沈和27被插入到設置在多指手3中的兩個孔洞19和20 內并且多指手3與工具7相接觸而把持住工具時，操作多指手3從而將凸起沈和27向一側壓入孔洞19和20內。此時，多指手3在兩個方向上操作，S卩，平行于孔洞19至孔洞20 的連線的延伸方向和垂直于該延伸方向的垂直方向，由此消除凸起沈和27與孔洞19和20 之間的間隙。因此，當多指手3重復把持工具7時，可以抑制工具主體21的端頭位置的波動，從而能夠提高再現(xiàn)精度。其結果是，能夠更加可靠地執(zhí)行組裝操作。要注意的是，當操作多指手3從而將凸起沈和27向一側壓入孔洞19和20內時，是利用設置在多指手3內的運動傳感器在已知的阻抗控制下以預定的作用力對凸起施壓。因此，能夠進一步穩(wěn)定再現(xiàn)精度。如上所述，在第一實施方式中，當工具7的凸起沈和27插入多指手3的兩個孔洞 19和20內時，使得接觸表面1 和25相互接觸，然后手3的指部13彎曲從而把持住工具， 能夠將工具7三維定位。其結果是，可以更加準確地將工具7定位。此外，能夠進一步提高工具7端頭位置的定位精度及其定位再現(xiàn)精度。另外，當各種工具都設置同樣的凸起26和27時，工具7可以由多指手3把持住而不必使任何構造復雜化。此外，當附接部件22被附接到工具主體21 時，不必對工具主體21設置任何凸起，而能夠把持住各種工具。(第二實施方式)接下來，將說明依據(jù)本發(fā)明第二實施方式的包括具有把持裝置的自動機械的自動機械系統(tǒng)。圖3A和圖:3B是顯示依據(jù)本發(fā)明第二實施方式的自動機械系統(tǒng)主體部分的說明圖。圖3A是把持裝置的掌部的掌側接觸表面的示例性圖解，圖:3B是工具的附接部件的把持物體側接觸表面的示例性圖解。要注意的是，自動機械系統(tǒng)的整體構造與第一實施方式相似，而形成在掌部的掌側接觸表面中的孔洞形狀不同于第一實施方式。如圖3A所示，掌部12的接觸表面1 設置有兩個孔洞19和20，并且如圖所示，工具7的附接部件22的接觸表面25設置有兩個凸起沈和27。如圖3A所示，在孔洞19的側壁上形成相交成直角的兩個基準表面19a和19b，并且在孔洞20的側壁上形成相交成直角的兩個基準表面20a和20b。作為一個基準表面的平行基準表面19a或20a被設置成平行于孔洞19至孔洞20 的連線L。作為另一個基準表面的垂直基準表面19b或20b被設置成垂直于孔洞19至孔洞 20的連線L。垂直基準表面19b和20b之間的距離A被設定成稍大于設置在工具7的附接部件22的接觸表面25上的凸起沈和27之間的中心距B。在下文中，將參考圖4A至圖4D詳細說明在這種構造中的把持方法。如圖4A所示， 以與第一實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，在此已插入的狀態(tài)下，多指手3在兩個方向上操作，S卩，與多指手3的孔洞19 和孔洞20的連線L平行的延伸方向和垂直于該線L的方向，凸起沈和27附接到孔洞19 和20的基準表面上以定位工具7 (定位步驟)。將詳細說明此定位步驟。首先，如圖4B所示，操作臂2以將工具7的凸起沈和27附接到多指手3的孔洞19和20的平行基準表面 19a和20a上。進一步，如圖4C所示，操作臂2以將工具7的凸起沈附接到多指手3的孔洞19的垂直基準表面19b上。接下來，當在如圖4C所示的定位步驟中定位工具7時，用多個指部13將工具7的附接部件22的接觸表面25壓在掌部12的接觸表面1 上，以把持住工具7 (把持步驟)。 此時，驅動指部13的關節(jié)17和18，使得指部13的遠側轉向節(jié)16接觸工具7的附接部件 22的接觸表面23和M從而把持住工具。圖4D是顯示多指手3的掌部12的接觸表面12a與工具7的附接部件22的接觸表面25之間接觸狀態(tài)的示例性剖視圖。多指手3的指部13把持住工具7從而環(huán)繞工具。因此，通過將工具7的接觸表面25壓在掌部12的接觸表面1 上來把持住工具7。因此， 接觸表面1 和25能夠相互接收多指手3的把持作用力。其結果是，當多指手3把持住工具7時，工具被恒定地定位在相同的位置。當多指手3重復把持工具7時，能夠抑制工具主體21的端頭位置的波動。這就可以提高再現(xiàn)精度。特別是，由于設置了基準表面19a、19b、 20a和20b，工具可以被穩(wěn)定地定位。此外，孔洞19和20并不必須形成為具有精確的尺寸精度以使凸起26和27插入孔洞中。這樣可以有助于加工以及插入操作。要注意的是，已就上述實施方式對本發(fā)明進行了說明，但是本發(fā)明并不限定于所述實施方式。在上述實施方式中，已經(jīng)描述了對應于兩個凸起在掌側接觸表面設置有兩個孔洞的情況，但也可以對應于兩個凸起在掌側接觸表面設置一個孔洞。也就是說，如圖5A 所示，當孔洞19A從平面視圖示出形成為長圓形時，如圖5B所示，具有從平面視圖示出為圓形形狀的兩個凸起26和27能夠可拆卸地插入孔洞中。此外，把持物體可以在接觸表面12a 的切向定位，并且把持物體可以在圍繞作為轉動軸中心的接觸表面1 法線的轉動方向定向。此外，如圖5C所示，可以對應于一個凸起26A在掌側接觸表面設置一個孔洞19A。在這種情況下，孔洞19A具有從平面視圖示出不是圓形的形狀，并且凸起26A能夠可拆卸地插入孔洞19A中，由此使得能夠在掌側接觸表面的切向定位把持物體以及在圍繞作為轉動軸中心的掌側接觸表面法線的轉動方向定位把持物體。也就是說，在圖5C中，由于孔洞19A從平面視圖示出具有長圓形，凸起26A從平面視圖示出具有長圓形使得凸起能夠可拆卸地插入孔洞19A中。此外，在上述實施方式中，已經(jīng)描述了兩個凸起插入兩個孔洞的情況，但是三個或更多個凸起可插入一個或多個孔洞。例如，在三個凸起的情況下，如圖5D所示，掌側接觸表面可以設置用于三個凸起26、27和觀的孔洞19B。此外，如圖5E所示，掌側接觸表面可以設置用于三個凸起26、27和觀的兩個孔洞19A和20C。另外，如圖5F所示，可以設置用于三個凸起26,27和28的三個孔洞19,20和20C。更進一步，在上述實施方式中，已經(jīng)描述了孔洞和凸起從平面視圖示出具有圓形的示例，但是本發(fā)明并不限定于這些實施方式，孔洞和凸起可以做成任何形狀，只要凸起能夠插入孔洞來定位把持物體即可。另外，在上述實施方式中，已經(jīng)描述了具有凸起的附接部件被附接到工具主體的情況，但是本發(fā)明可以應用于工具主體設置有凸起的情況。雖然已參考示例性實施方式對本發(fā)明進行了說明，但應該理解本發(fā)明并不限定于所公開的示例性實施方式。下述權利要求的范圍應賦予最寬泛的釋義從而包括所有這類變形、等效構造和功能。
權利要求
1.一種把持裝置，包括掌部和具有關節(jié)的多個指部，以便利用所述掌部和所述多個指部把持住把持物體，包括掌側接觸表面，所述掌側接觸表面設置在所述掌部上并與所述把持物體的把持物體側接觸表面相接觸，其中，所述掌側接觸表面設置有孔洞，設置在所述把持物體的把持物體側接觸表面上的凸起被插入所述孔洞，以便確定所述把持物體在掌側接觸表面的切向的位置以及所述把持物體在圍繞作為旋轉軸中心的掌側接觸表面的法線的旋轉方向的位置。
2.依據(jù)權利要求1所述的把持裝置，其中在所述孔洞的側壁上形成基準表面，所述凸起附接在所述基準表面上，以便定位所述把持物體。
3.一種自動機械系統(tǒng)，包括自動機械，所述自動機械包括依據(jù)權利要求1所述的把持裝置；和工具，所述工具具有工具主體，附接部件附接在所述工具主體上，其中，所述附接部件具有把持物體側接觸表面，所述把持物體側接觸表面設置有凸起并與所述把持裝置的掌側接觸表面相接觸。
4.一種把持方法，其中把持裝置把持住把持物體，所述把持裝置包括具有掌側接觸表面的掌部和具有關節(jié)的多個指部，所述掌部的掌側接觸表面設置有孔洞，設置在所述把持物體的把持物體側接觸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側壁上的基準表面，所述方法包括定位步驟，將所述凸起插入所述孔洞并將所述凸起附接在所述基準表面上以定位所述把持物體；和把持步驟，在所述定位步驟中定位所述把持物體的狀態(tài)下，用所述多個指部將所述把持物體的把持物體側接觸表面壓在所述掌部的掌側接觸表面上以把持住所述把持物體。
全文摘要
本發(fā)明涉及把持裝置、自動機械系統(tǒng)以及把持方法。在傳統(tǒng)技術中，當把持把持物體時很難準確定位把持物體。因此，在本發(fā)明中，多指手包括掌部和具有關節(jié)的多個指部，以便用掌部和多個指部來把持住工具。掌部具有掌側接觸表面，該掌側接觸表面與工具的把持物體側接觸表面相接觸。掌側接觸表面設置有孔洞，設置在把持物體側接觸表面上的凸起被插入所述孔洞。此外，當凸起被插入孔洞時，工具在掌側接觸表面的切向上被定位，并且工具也在圍繞作為旋轉軸中心的掌側接觸表面的法線的旋轉方向上被定位。
文檔編號B23Q37/00GK102310344SQ20111018365
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權日2010年7月6日
發(fā)明者中杉干夫, 宮崎芳行, 橫井昭佳 申請人:佳能株式會社