机械手手部、机械手以及通过机械手的工件旋转操作方法

摘要

机械手手部（10）对具有圆筒形的固定部（101）和能够相对于固定部（101）进行旋转的圆筒形的可动部（102）的圆筒形工件（100）进行操作。机械手手部（10）具备：通过夹持固定部（101）把持圆筒形工件（100）的一组指部（12）；和设置于一组指部（12）中至少一个指部的旋转机构（40）。旋转机构（40）在由一组指部（12）把持圆筒形工件（100）的状态下使可动部（102）相对于固定部（101）进行旋转。

说明书

技术领域

本发明涉及对具有圆筒形固定部和能够相对于固定部进行旋转的圆筒形可动部的圆筒形工件进行操作的机械手手部、以及具备这样的机械手手部的机械手。又，涉及通过机械手的工件旋转操作方法。

背景技术

以往，已知有把持圆筒形的重量工件并进行旋转的机械手的手部（例如参照专利文献1）。该手部具有开闭的一对手爪，在各手爪的内侧设置有使工件旋转的机构。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开平8-281587号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

在使用专利文献1公开的手部时，所把持的圆筒形工件整体会旋转。然而，该手部不能做到把持具有如上所述的固定部以及可动部的圆筒形工件并将可动部相对于固定部进行旋转，对于该手部还有改善的余地。

因此，本发明的目的是提供能够把持具有圆筒形固定部和相对于该固定部可旋转的圆筒形可动部的圆筒形工件并将可动部相对于固定部旋转的机械手手部、具备这样的机械手手部的机械手、以及通过机械手进行的工件旋转操作方法。

解决问题的手段：

根据本发明的一种形态的机械手手部是对具有圆筒形的固定部和能够相对于所述固定部进行旋转的圆筒形的可动部的圆筒形工件进行操作的机械手手部，具备：通过夹持所述固定部把持所述圆筒形工件的一组指部；和设置于所述一组指部中至少一个指部，且在由所述一对指部把持所述圆筒形工件的状态下使所述可动部相对于所述固定部进行旋转的旋转机构。

根据上述结构，通过一对指部以及旋转机构的协作，能够在由指部把持圆筒形工件的状态下使可动部相对于固定部进行旋转。又，通过使指部移动，从而能够以把持圆筒形工件且允许可动部相对于固定部旋转的状态将整个圆筒形工件进行移动。

也可以是所述旋转机构形成为如下结构：具有设置于所述一组指部中的一个指部的驱动辊，并且在所述驱动辊与所述可动部的外周面抵接的状态下旋转，从而使所述可动部旋转。

也可以是所述旋转机构具有安装于所述一组指部且能以与所述可动部的外周面抵接的状态随着所述可动部的旋转进行旋转的一个以上的从动辊；所述驱动辊以及所述一个以上的从动辊在周方向上相互隔开的位置上与所述可动部抵接。

也可以是所述圆筒形工件是具有作为所述固定部的固定筒、和作为所述可动部的进行变焦操作或聚焦操作的旋转环的镜头筒。

根据本发明一种形态的机械手具备：上述机械手手部；和控制所述机械手手部的动作的控制装置；所述机械手手部的所述旋转机构具有产生使所述可动部旋转的动力的旋转执行器；所述控制装置在使所述旋转执行器工作而使所述可动部旋转时，根据所述旋转执行器的电流值、所述旋转执行器的旋转角度、或者所述旋转执行器的旋转角度的控制指令值与当前值之间的偏差，检查所述可动部的动作是否正常。

根据上述结构，能够在使用机械手手部对圆筒形工件进行自动旋转操作时检查该圆筒形工件的品质。

根据本发明一种形态的机械手的工件旋转操作方法是通过机械手对具有圆筒形的固定部以及能够相对于所述固定部进行旋转的圆筒形的可动部的圆筒形工件进行旋转操作的方法，所述机械手具备操作所述圆筒形工件的机械手手部和控制所述机械手手部的动作的控制装置，所述机械手手部具备一组指部和设置于所述一组指部中至少一个指部的旋转机构，所述旋转机构具有产生用于使所述可动部旋转的动力的旋转执行器；所述控制装置执行如下动作：以由所述一组指部夹持所述固定部从而由所述一组指部把持所述圆筒形工件的形式控制该一组指部；使所述旋转执行器工作，以此通过由所述旋转执行器产生的动力使所述可动部相对于所述固定部进行旋转；并且，在使所述旋转执行器工作而使所述可动部旋转时，根据所述旋转执行器的电流值、所述旋转执行器的旋转角度、或者所述旋转执行器的旋转角度的控制指令值与当前值之间的偏差，检查所述可动部的动作是否正常。

发明效果：

根据本发明，在圆筒形工件具有圆筒形的固定部和能够相对于固定部进行旋转的圆筒形可动部的情况下，能够把持该圆筒形工件且将可动部相对于固定部进行旋转。

附图说明

图1是示出根据实施形态的机械手手部的俯视图；

图2是示出图1所示的机械手手部的侧视图；

图3是图1的III-III向视剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明实施形态。对于相同或者对应的要素标以相同的符号并省略重复的详细说明。

[结构]

图1是示出根据实施形态的机械手手部（robothand）10的俯视图，图2是示出图1所示的机械手手部10的侧视图。如图1以及图2所示，机械手手部10例如可拆卸地安装于工业用机械手1的臂部（arm）2的梢端部。工业用机械手1例如是垂直多关节型。机械手手部10对具有圆筒形固定部101和相对于固定部101可进行旋转的圆筒形可动部102的圆筒形工件100进行操作。作为操作的一个示例，机械手手部10以把持圆筒形工件100的状态将可动部102相对于固定部101进行旋转。像这样，机械手手部10作为工业用机械手1的末端执行器，实现圆筒形工件100的把持以及可动部102的自动旋转操作。又，工业用机械手1具备控制装置3，控制装置3控制臂部2的动作以及机械手手部10的动作。

圆筒形工件100如上所述具有固定部101以及可动部102。可动部102配置在与固定部101相同的轴，固定部101的外周面和可动部102的外周面均形成圆筒形工件100整体的外周面。固定部101以及可动部102的共同的中心轴线构成了圆筒形工件100整体的中心轴线。可动部102可以绕该中心轴线自转。可动部102可以构成圆筒形工件100的轴线方向中间部，也可以构成轴线方向端部，可以有多个。在本实施形态中，一个可动部102构成所述轴线方向中间部，并且由两个固定部101在轴线方向上夹持。

镜头筒是这样的圆筒形工件100的一种优选具体示例。镜头筒可拆卸地装配于摄像机主体109，在处于装配的状态下与摄像机主体109一起构成了摄像机系统110。镜头筒具有作为所述固定部101的固定筒、和作为所述可动部102的旋转环。旋转环是用于摄像机系统110的利用者进行变焦操作或聚焦操作的构件。在圆筒形工件100为镜头筒的情况下，机械手手部10能够把持镜头筒并将旋转环相对于固定筒进行旋转，而无需依靠人力进行变焦操作和聚焦操作。无论镜头筒是否装配于摄像机主体109，机械手手部10都能够使旋转环旋转。该机械手手部10例如有助于镜头筒和/或摄像机系统110的出货前品质检查的自动化。

机械手手部10具备可拆卸地装配于臂部2的梢端部的掌部11。掌部11例如是板状。又，机械手手部10具备：通过夹住圆筒形工件100的固定部101把持圆筒形工件100的一组指部12；和在由一组指部12把持圆筒形工件100的状态下，使可动部102相对于固定部101进行旋转的旋转机构40。旋转机构40设置于一组指部12中的至少一个。

首先，说明指部12的基本结构以及动作。各指部12从掌部11朝向与臂部2梢端部的配合面11a的反方向延伸。各指部12不具备关节且不可弯曲地延伸。机械手手部10在掌部11以及一组指部12之间形成把持空间13，该把持空间13具有：形成于相邻的指部12之间的侧开放部分；和在指部12的指长方向梢端部上较大地开放的梢端开放部分。

在利用一组指部12把持圆筒形工件100时，圆筒形工件100通过梢端开放部分并容纳于把持空间13内。此时，圆筒形工件100的轴线方向与指部12的指长方向大致一致，一组指部12在圆筒形工件100的外周侧，在圆筒形工件100的圆周方向上大致隔着等间隔配置。该机械手手部10相对于圆筒形工件100的定位通过臂部2的动作实现。之后，一组指部12在圆筒形工件100的半径方向上彼此相对地靠近，并且夹持圆筒形工件100的外周面。借助于此，圆筒形工件100由一组指部12把持。在一组指部12放开所把持的圆筒形工件100时，只要进行与之相反的步骤即可。首先，一组指部12在圆筒形工件100的半径方向上彼此相对地分离。像这样，在进行圆筒形工件100的把持以及放开等操作时，一组指部12在圆筒形工件100的半径方向上相对地靠近或者分离，把持空间13在该方向上扩大或者缩小。

指部12中的至少一个是相对于掌部11以及其他指部可运动的可动指14，借助于此实现圆筒形工件100的把持以及放开。无需使所有的指部12作为可动指14，一组指部12可以包括固定于掌部11的固定指15。固定指15与掌部11紧固或者形成为一体，以此与掌部11形成一体化，无法改变相对于掌部11的位置以及姿势。机械手手部10具备使可动指14相对于掌部11移动的指驱动单元16。指驱动单元16具备产生动力的指执行器17，该动力用于移动可动指14、进而用于通过一组指部12把持工件。指驱动单元16可以具有将由指执行器17产生的动力传递至可动指14的动力传递机构18。在可动指14的移动方向与由指执行器17产生的动力的方向不相同时，动力传递机构18将动力的方向改变为可动指14的移动方向。

在本实施形态中，一组指部12由两个指构成。一个为可动指14，另一个为固定指15。可动指14相对于掌部11以及固定指15平行运动。指执行器17由产生旋转动力的电动马达构成。动力传递机构18将指执行器17的动力转换为平行运动后传递至可动指14。指执行器17安装于掌部11。动力传递机构18具有安装于掌部11且接受指执行器17的旋转动力而旋转的旋转单元、和基于旋转单元的旋转可平行运动的平移单元，平移单元固定于可动指14的基端部。在动力传递机构18中可以适用螺旋机构或齿轮齿条机构等。

然而，指执行器17也可以如气缸那样产生平移动力。在该情况下，允许省略动力传递机构18。也可以是可动指14相对于掌部11可进行旋转。在该情况下，在指执行器17中可以适合应用电动马达，并且允许省略动力传递机构18。指部12的总体数量、可动指14的数量、固定指15的数量是可以变更的。在一组指部12包括多个可动指14的情况下，可以使多个指执行器17设置为与各可动指14相对应，也可以使数个或所有的可动指14共用一个指执行器17。

接着，说明在指部12中与圆筒形工件100接触的部位。机械手手部10具有设置于指部12的内侧的抓取部20。该“内侧”为面对前述把持空间13的一侧、即在操作时与圆筒形工件100的外周面相对或接触的一侧。因此，某一指部12的抓取部20与另一指部12的抓取部20在可动指14的移动方向（在操作时与圆筒形工件100的半径方向大致一致）上相对。多个抓取部20与上述指部12的配置相同地，在圆筒形工件100的外周侧在圆筒形工件100的圆周方向上大致隔着等间隔配置。

各抓取部20具有一个以上的抓取体21、22，各抓取体21、22具有在把持圆筒形工件100时与圆筒形工件100（固定部101）的外周面接触的表面。

抓取体21由不同于指部12主体的材料成型。抓取体21适合使用橡胶材料或树脂材料等柔软材料，指部12的主体适合使用金属材料等高刚性材料。借助于此，能够同时实现指部12刚性的确保和抓取性能的提高，能够实现稳定的把持。

在抓取体21、22为多个的情况下，这些抓取体21、22在指长方向（在操作时与圆筒形工件100的轴线方向大致一致）上相互分离。借助于此，抓取体21、22能够在轴线方向上在不同的多个位置处夹持圆筒形工件100（固定部101）。有益于在轴线方向上长尺寸的圆筒形工件100的操作。

在本实施形态中，各抓取部20包括第一抓取体21以及第二抓取体22。分别设置于不同的指部12（14、15）的多个第一抓取体21（以下统称为“第一抓取组”）在指长方向（在操作时与圆筒形工件100的轴线方向大致一致）上配置于相同的位置。多个第二抓取体22（以下统称为“第二抓取组”）也同样如此。

单个的可动部102由两个固定部101在轴线方向上夹持的情况下，一个固定部101由第一抓取组23夹持，另一个固定部101由第二抓取组24夹持。借助于此，把持圆筒形工件100，可动部102在轴线方向（与指长方向大致一致）上位于第一抓取组23和第二抓取组24之间。可动部102两侧的两个固定部101均由一组指部12夹持，因此在可动部102上提供用于旋转的动力时，能够与该动力对抗且稳定地继续把持圆筒形工件100。像这样，如果一组指部12具有如上所述的第一抓取组23以及第二抓取组24，则有益于可动部102在轴线方向上由两个固定部101夹持的圆筒形工件100的操作。

图3是示出沿着图1的III-III线的剖视图。在这里，仅说明第一抓取体21，但是其他抓取体22也形成为相同的结构。如图3所示，抓取体21的指宽方向中央部从内侧被挖去。换言之，抓取体21的表面在指长方向中央部凹入。此时，如图3示例所示，抓取体21的表面在指长方向（在操作时与圆筒形工件100的轴线方向大致一致）上观察时形成圆弧，并且该圆弧可以具有与固定部101的外周面相同的曲率。借助于此，抓取体21的整个表面可以接触圆筒形工件100的外周面，并且能够提高一组指部12的抓取性能。

然后，抓取体21可以在指宽方向（与圆筒形工件100的圆周方向或切线方向大致一致）上分离的两处与圆筒形工件100外周面接触，在该情况下也可以提高抓取性能。例如，抓取体21的表面可以在指长方向上观察时形成V字，也可以将指长方向上配置于某个位置的抓取体21在指宽方向上分割为两个，并且使两个分割体的表面与圆筒形工件100接触。在本实施形态中，构成一组指部12的所有指上分别设置抓取部20，但是抓取部20可以仅设置于一部分指部12。在本实施形态中，任意一个指部12的抓取部20都具有一对抓取体21、22，但是一部分或者所有抓取部20可以具备一个或三个以上的抓取体以代替一对抓取体21、22。在轴线方向上操作短尺寸的圆筒形工件100时，如果所有抓取部20都具有一个抓取体，则能够容易避免抓取部和旋转机构之间发生干扰，因此有益。

接着，说明旋转机构40的结构。如图1～图3所示，旋转机构40具有设置于一组指部12中一个指部的驱动辊41。在本实施形态中，如果一组指部12由一个可动指14和一个固定指15这两个指构成，则驱动辊41设置于固定指15。在操作时，驱动辊41不与可动指14一起移动，因此无需特别提高可动指14的刚性。

驱动辊41可以绕其中心轴线旋转，并且具有在旋转轴线方向上观察时成为圆的外周面。在操作时，驱动辊41的旋转轴线配置为与圆筒形工件100的轴线平行。而且，驱动辊41的外周面在上述把持空间13的侧开放部位上与圆筒形工件100（可动部102）的外周面抵接。像这样使驱动辊41从指部12向侧开放部位离开，以此能够避免驱动辊41与指部12以及抓取部20之间发生干扰。

为了实现这样的配置，设置有驱动辊41的指部12（在本实施形态中固定指15）具有从指长方向中央部的外侧在指宽方向上突出、且进一步弯曲而向内侧突出的辊支持部42。驱动辊41设置于辊支持部42的梢端。旋转机构40具有产生用于旋转可动部102的动力的旋转执行器43。作为旋转执行器43，可以适用电动马达，并且旋转执行器43的旋转动力传递至驱动辊41。在本实施形态中，旋转执行器43设置于辊支持部42的梢端，并且与驱动辊41直接连接。

辊支持部42中组装有施力构件44。施力构件44弹性支持辊支持部42的梢端部，并且将设置于该梢端部的驱动辊41向可动部102的外周面施力。通过施力构件44按压，从而容易使驱动辊41的旋转传递至可动部102。

在本实施形态中，如果一组指部12由两个指构成且在各指部12上设置有抓取部20，则如图3所示驱动辊41以及旋转执行器43在圆筒形工件100处于把持状态时，在圆筒形工件100的圆周方向上配置于两个抓取部20的中间。指驱动单元16的指执行器17在圆筒形工件100的半径方向上与驱动辊41相对。因此，能够适当地避免旋转机构40与指部12以及指驱动单元16之间的干扰。又，旋转机构40以及指驱动单元16的重量相平衡，因此有助于稳定的操作。

在由一组指部12夹持固定部101且驱动辊41与可动部102的外周面抵接的状态下，使驱动辊41旋转，从而使可动部102相对于固定部101进行旋转。随着驱动辊41的旋转，可动部102向与驱动辊41旋转方向相反的方向进行旋转。驱动辊41的外周面由橡胶材料等柔软材料成型。借助于此，能够抑制乃至防止驱动辊41相对于可动部102的滑动。

旋转机构40具有设置于一组指部12的一个以上的按压构件45。驱动辊41以及一个以上的按压构件45在指长方向（在操作时圆筒形工件100的轴线方向）上配置于大致相同的位置。按压构件45在圆筒形工件100由一组指部12把持且驱动辊41的外周面与可动部102的外周面接触的状态下，与可动部102的外周面抵接。借助于此，能够抑制圆筒形工件100在驱动辊41的外周面和可动部102的外周面的接触部位附近，基于从驱动辊41传递至可动部102的旋转力试图在这些外周面的切线方向上移动的趋势。

驱动辊41以及一个以上的按压构件45在圆筒形工件100的圆周方向上相互分离配置。各按压构件45在固定部101由一组指部12夹持的状态下，在圆筒形工件100的圆周方向上与驱动辊41以及其他按压构件45不同的位置上，与可动部102的外周面抵接。借助于此，各按压构件45与驱动辊41以及其他按压构件45协作并将可动部102向圆筒形工件100的中心按压或推回。因此，能够支持作用于圆筒形工件100的切线方向的力。

按压构件45可以以不改变相对于指部12的位置的形式设置于指部12，也可以同驱动辊41一样弹性支持于指部12。按压构件45的数量不特别限定。在本实施形态中，按压构件45中一部分设置于可动指14，剩余部分设置于固定指15。借助于此，按压构件45在圆筒形工件100的圆周方向上分散地配置，并且能够在驱动辊41旋转时适当地支持所述切线方向的力。

按压构件45由从动辊构成。各从动辊同驱动辊41一样形成为圆柱形状，并且可旋转地支持于指部12。从动辊在固定部101由一组指部12夹持且自身的外周面与可动部102的外周面抵接的状态下，能够随着可动部102的旋转而旋转。借助于此，在可动部102试图根据旋转执行器43的动作进行旋转时，作为按压构件45的从动辊如上所述在抑制圆筒形工件100的移动的同时允许可动部102的顺利的旋转。

在本实施形态中，一组指部12在指长方向上具有一对第一抓取组23以及第二抓取组24时，驱动辊41和按压构件45均在轴线方向上配置于这些第一抓取组23以及第二抓取组24之间。然而，驱动辊41以及按压构件可以配置于比一对抓取组23、24靠近指长方向基端侧的位置，也可以配置于指长方向梢端侧的位置。在单一抓取组的情况下也同样如此。

[动作]

接着，尽管与上述说明一部分重复，但是作为机械手手部10的动作，对通过机械手手部10的圆筒形工件100的可动部102的自动旋转操作进行说明。该机械手手部10的动作例如由控制臂部2的动作的控制装置3控制。首先，使指驱动单元16工作，从而使可动指14处于与固定指15足够隔开而扩大把持空间的初期状态。接着，使工业用机械手1工作，在把持空间中容纳圆筒形工件100。此时，如上所述使指长方向与圆筒形工件100的轴线方向大致一致，且使固定指15的第一抓取体与从掌部11观察时位于指长方向梢端侧（在圆筒形工件100为镜头筒的情况下，在轴线方向上配置有与摄像机主体的接口的一侧）的固定部101的外周面抵接。又，使固定指15的第二抓取体与从掌部11观察时位于指长方向基端侧的固定部101的外周面抵接。同时，使驱动辊41的外周面与可动部102的外周面抵接。又，使设置于固定指15的按压构件45与可动部102的外周面抵接。

接着，使指执行器17工作，从而使可动指14以靠近固定指15的形式移动。于是，可动指14的第一抓取体21与上述梢端侧的固定部101的外周面接触，可动指14的第二抓取体22与上述基端侧的固定部101的外周面接触，设置于可动指14的按压构件45与可动部102的外周面抵接。像这样在处于两个固定部101由第一抓取组23以及第二抓取组24夹持的状态时，指执行器17停止。借助于此，一组指部12夹持固定部101并处于把持圆筒形工件100的状态。

接着，使旋转执行器43工作。于是，驱动辊41旋转，伴随于此可动部102进行旋转。此时，固定部保持相对于一组指部12静止的状态，且可动部102相对于固定部101进行旋转。此时，在可动部102与驱动辊41的切点上，切线方向的力从驱动辊41作用于圆筒形工件100，但是由于按压构件45存在，从而抵抗该力，能够维持固定部101的静止状态。按压构件45由辊构成，因此能够承受这样的力的同时允许可动部102的顺利的旋转。

机械手手部10具有指执行器17以及旋转执行器43这两个驱动轴。该机械手手部10相对于工业用机械手1臂部2的梢端部可进行拆卸时，工业用机械手1的控制装置3通常形成为可控制外部驱动轴的结构。指执行器17以及旋转执行器43由工业用机械手1的控制装置3控制，因此能够由机械手手部10把持圆筒形工件100的同时使机械手手部10与圆筒形工件100一起容易进行移动。因此，可以期待圆筒形工件100的操作时所需的节拍时间（takttime）的缩短。

在利用该机械手手部10进行镜头筒的出货前品质检查时，例如通过机械手手部10把持镜头筒，能够对用于聚焦操作或变焦操作的旋转环（所谓聚焦环或变焦环）进行自动旋转操作。控制装置3可以监控该旋转所需的旋转执行器43的电流值、轴值（旋转角度）或者轴值的控制指令值与当前值（实际旋转角度）之间的偏差，从而可以检查旋转环的动作是否正常。在本实施形态中，控制臂部2的动作的控制装置兼作控制机械手手部10的动作的控制装置，但是也可以使两个控制装置相独立。用于机械手手部10的控制装置也可以配置于靠近机械手手部10的位置。

在利用该机械手手部10进行由镜头筒以及摄像机主体构成的摄像机系统的出货前品质检查情况下也同样如此。例如，通过机械手手部10把持镜头筒并对旋转环进行自动旋转操作，从而能够检查由摄像机主体拍摄的影像是否正常。

以上说明了本发明的实施形态，但是本发明不限于上述结构，可以适当变更、增加、删除。

工业应用性：

本发明是对具有圆筒形固定部和能够相对于固定部进行旋转的圆筒形可动部的圆筒形工件进行操作的机械手手部，可适合利用于使可动部相对于固定部自动地旋转操作的机械手手部。

符号说明：

1工业用机械手；

3控制装置；

10机械手手部；

12指部；

14可动指；

15固定指；

40旋转机构；

41驱动辊；

43旋转执行器；

45按压构件；

100圆筒形工件；

101固定部；

102可动部。