JP2000153477A - ワーク取扱い装置における最終アーム操縦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汎用性があり、コンパクトで堅牢性に富み、
また所望の状態への設定を迅速且つ容易に行える、ワー
ク取扱い装置における最終アーム操縦装置を提供する。 【解決手段】 ベース３１に対し複数個のアーム３７を
それぞれ独立して回動調整可能に支持させ、各アームに
それぞれグリッパ４１，４３，４５等のワーク取扱い部
材ないし工具を連結した。各アームはその基端に取付け
たボール３５をベースの空洞内で回動可能とすると共
に、所望の位置で該ボールをクランプするクランプリン
グ３３をベースに取付けることによって、回動調整可能
とされている。工具はアームに対し、２方向に変位調整
可能に連結されている。アームは、伸縮調整可能とされ
ている。工具を作動させる流体の分配マニホールドをベ
ース内に一体的に設け、また流体導管或いは電気導線を
一旦、アーム内を通過させた上で工具に対し接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はワーク取扱い装
置、特にワーク取扱い工具用の最終アーム操縦装置に関
するものである。

【０００２】

【発明の背景】ワークとしての金属薄板材に係合させる
流体作動型の把持工具（グリッパ）を用いることは、普
通に行われている。そのような把持工具はしばしば、ロ
ボットの可動支持構造部又は静止した支持構造部に移動
可能に据え付けられる。据え付け構造の例は、以下に掲
げる米国特許に開示されている：１９９７年７月１５日
にＳａｗｄｏｎに対し発行されたＮｏ．５，６４７，６
２５「グリッパ」、１９９５年１月２４日にＨｅｒｂｅ
ｒｍａｎｎに対し発行されたＮｏ．５，３８３，７３８
「ボールで接続されたリンク」、及び１９９１年１２月
１０日にＨｅｒｂｅｒｍａｎｎに対し発行されたＮｏ．
５，０７１，３０９「多機能アーム用の支持構造」。

【０００３】別の従来装置は、概して四角形状のフレー
ムにボルト止めされた多数の押出し金属製レールによっ
て構成されている。フレームは中央で、移動するロボッ
トのアームに対し取付けられている。空気マニホールド
として用いられる中空ボックス状レールから、ホースを
延出させてある。空気圧で作動されるグリッパは、レー
ル上の種々の点に調整可能に取付けられている。しかし
これらの従来装置はそれぞれ特定の仕事に合わせて個別
的に作製されたものであり、作製するのが高価につき設
定するのに多大の労力を必要とする。また従来装置は構
成要素の間接的な直角状の据え付け、及びマニホールド
としてのレールの使用によって、多量の作動流体を必要
とする。さらに従来装置は比較的重く据え付けが効果的
に行われずして精密な反復性に対する懸念を起こさせ、
また電気導線と空気圧導管とが回りくねった道筋をとる
ことによって隣接する設備とかワークの損傷を起こしが
ちであった。

【０００４】

【発明の要約】この発明に係るワーク取扱い装置におけ
る最終アーム操縦装置は、ベース、このベース上に回動
調整可能に支持された第１のアーム、この第１のアーム
に連結された第１のワーク取扱い部材、上記ベース上に
回動調整可能に支持された第２のアームであって上記第
１のアームとは独立して回動調整可能である第２のアー
ム、及びこの第２のアームに連結された第２のワーク取
扱い部材を備える。ベースに対し多数個のアームを、そ
れぞれ独立して回動調整可能に支持させるのが好まし
い。ベースに対するアームの回動調整可能な支持はアー
ムの基端に取付けた実質的に球状のボールを、ベースの
空洞内で回動可能に設ける一方、該ボールを複数の異な
った位置のうちの所望の１つの位置に固定するクランプ
リングを、ベースに取付けて設けるのが好ましい。この
発明の一実施態様ではアームを、望遠鏡式に伸縮調整可
能に構成する。ワーク取扱い部材は流体作動式のワーク
把持工具（グリッパ）、或いは位置決めピン、吸盤、ワ
ーク感知器等であり、このようなワーク取扱い部材はア
ームの先端又は途中の位置に連結される。アームに対す
るワーク取扱い部材の連結は、アームに対しワーク取扱
い部材を少なくとも２方向で位置調整可能とするように
行うのが好ましい。作動流体の流体管路及び／又は電気
導線は可撓性のものとして一旦、アームの内部を介しワ
ーク取扱い部材に対し導くのが適当であり、また流体分
配マニホールドを、ベースに一体的に設けることができ
る。

【０００５】この発明の最終アーム操縦装置は従来装置
と比較して、単一或いは複数のアームを利用し異なった
ワークに対する設定を、迅速かつ容易に調整して行える
点で、有利である。これによって個別的な製作に要する
コストが無くされると共に、他の仕事に再使用できる。
本発明装置はまた従来のアーム直角状配置構造と対比
し、操縦装置のアームがコンパクトなベースとワーク間
で直接的に延在していることから、ずっと堅牢である。
本発明装置の直線的な配列構造は小さな作業スペース内
により容易に納め得、また流体ライン及び電気ラインを
短縮する。さらに直線的ないし直接的な配列構造は、従
来の直角状構造及びボックス枠組み構造と対比して消費
される作動流体量を減少させる。電気及び流体ラインの
大多数はアーム内に設けて、有利に保護できる。

【０００６】この発明の他の特徴と長所は、添付図面を
参照して行う以下の説明から明瞭に理解できる。

【０００７】

【実施例】図１，２には、製造工場内で例えば自動車の
スタンピング加工された鋼製車体サイドフレームのよう
なワーク２３を保持或いは搬送するために用いられる最
終アーム操縦装置２１の好ましい実施例を、示してあ
る。最終アーム操縦装置２１の中央にはロボットのアー
ム２５を、操縦装置２１及び選択的に係合されたワーク
２３を工場内の種々の位置へと移動させるためにボルト
止めしてある。図例に代えて最終アーム操縦装置２１を
手動的に動かされる支持構造体、又は工場の床に据え付
けられた固定構造体に支持させることもできる。

【０００８】最終アーム操縦装置２１はアルミニウム製
のベース３１、アルミニウム製の４個のクランプリング
３３、概して球形の４個のボール３５、４個の伸縮アー
ム３７及びワーク取扱い工具、そしてこれらの部材に関
連させた支持構造部を含んでいる。追加の好ましいアー
ム３７′、ワーク取扱い工具、及び関連する支持構造部
を、図２に示してある。例示の好ましいワーク取扱い工
具としてはグリッパ（把持工具）４１，４３，４５，４
７，４９，５１，５３，５５が含まれ、これらの各工具
は図９に示すようにそれぞれ円柱状のボデー７１、内部
に配置された空気圧作動ピストン７３、及びワークを把
持するための少なくとも１個の可動ジョー７５を有す
る。グリッパ４１−５３はＢＴＭ ＰＧ−４５型フラン
ジ・グリッパ、複開放型グリッパ又は固定グリッパとし
て公知の１個又は複数個の回動ジョーを用いている。グ
リッパ５５は、ＢＴＭ ＳＳＬＧ型グリッパとして公知
の平行ジョー又はボックス・ジョー型グリッパである。
他の好ましいワーク取扱い工具には電磁コイル近接セン
サ（ワーク感知器）７７、鋼製の位置決めピン７９及び
真空カップないし吸盤８１が含まれる。

【０００９】ベース３１、クランプリング３３及びボー
ル３５の構造は、図３−６に最もよく示されている。各
クランプリング３３は側面開口１０１及び上面開口１０
３を有するＣ字状の部材であって、同開口１０１，１０
３を通してアーム３７とボール３５の一部とを突出させ
てある。各クランプリング３３はさらに、それぞれのボ
ール３５を受入れるための部分球状の空洞１０５を有す
る。ベース３１の各隅部も、対応するボール３５を受入
れるための部分球状の空洞１０７を有する。各クランプ
リング３３をベース３１に対し緩やかに取付けるために
ボルト１０９を用いてあり、この緩やかな取付けを行う
と直ちにボール３５を所望の配置へと回動調整する。そ
のような所望の配置が設定された後でボルト１０９は、
それぞれのボール３５とアーム３７とを最終の設定位置
に固定し保持するように締付けられる。しかし各クラン
プリング３３をベース３１から外して該クランプリング
３３を、その側面開口１０１がベース３１に対し異なっ
た傾斜姿勢をとるような数多くの回動位置へと回動させ
得ることに、留意すべきである。必要であればダウエル
又はネジを各クランプリング３３の透孔１２１へ挿入し
て、対応するボール３５をその最終所望位置に補充的に
固定できる。

【００１０】ベース３１の底にはコントロール・ボック
ス１２３を、電気導線接続部とコントローラを収容する
ために取付けてある。さらにロボットのアーム２５を、
ベース３１の中央領域１２５にボルト止めしてある。

【００１１】ベース３１のマニホールド部分１４１を、
図４，７に示してある。マニホールド部分１４１はベー
ス３１と一体であり、長さ方向に沿う１対の穴１４３と
横方向に沿っていて各穴１４３と交差している多数個の
通路１４５とを有する。穴１４３と通路１４５は一体的
に鋳造してもよいが、図例では全てドリル加工してあ
る。穴１４３及び通路１４５の端部を、標準的な管接手
を受入れるようにネジ付けするのが好ましい。主空気管
路ないしホースは穴１４３の開放端部に接続され、個別
的な工具空気管路ないしホースはそれぞれの通路１４５
の開放端部に接続される。したがってマニホールド部分
１４１は、極くコンパクトであり集中化され一体的であ
る流体受容・分配装置として機能する。

【００１２】図３，６，１０に示すように各アーム３７
は中空であり、対応するボール３５に対し、該ボール３
５の第１の孔２０１と整列させて溶接されている。ボー
ル３５は２つの分離されほぼ半球状である両半部を、溶
接部２０３で溶接してある。アーム３７とボール３５は
共に鋼から作製されている。各ワーク取扱い工具のため
に２つの空気管路２０５をマニホールド部分１４１から
導き出してあり、これらの空気管路２０５はベース３１
中の下方の孔２０７を通し上方に導き、さらにボール３
５中の下方向きの第２の孔２０９に通してある。これら
の空気管路２０５は次いでアーム３７内に導かれ、該ア
ーム３７の横向きの透孔２１１を通して外部に導かれて
いる。該空気管路２０５は次いで流体作動型のグリッパ
ないし工具４７に対し、該工具４７がワーク２３を把持
したりワーク２３に対する係合を解除するよう自動的か
つ遠隔的に作動するように、接続されている。１本又は
複数本の電気導線２３１もボックス１２３から導き出し
てあり、該電気導線２３１も上記した孔２０７，２０９
を通して導かれ、次にアーム３７内に導かれている。電
気導線２３１も透孔２１１を通してアーム３７外に導か
れ、工具４７に支持させてあるＴｕｒｃｋ（商品名）切
換えないし位置感知ユニット２３３へと接続されてい
る。

【００１３】図８はアーム３７の伸縮構造を示してい
る。アーム３７は、基端アーム部４０１と先端アーム部
４０３とを有する。先端アーム部４０３は基端アーム部
４０１の内径と比較して、僅かに小さい外径を有する。
したがって所望の設定長さに従い先端アーム部４０３を
長さ方向に沿い、基端アーム部４０１の内外に摺動させ
ることができる。さらに所望の設定配置に従い先端アー
ム部４０３を、基端アーム部４０１に対し相対的に回転
させることができ、先端アーム部４０３の３６０°の回
転変位が許容されている。管クランプ４０５を基端アー
ム部４０１の外面に係合させてあり、該管クランプ４０
５はネジ４０７を締付けることによって、基端アーム部
４０１に対する先端アーム部４０３の所望設定位置を保
持する。管クランプ４０５における４個の内向きのタブ
が基端アーム部４０１の隣接領域を若干圧縮強圧して該
領域を、先端アーム部４０３の粗くされた外径面に対し
摩擦係合させる。必要であればさらにダウエルピン４０
９又はネジを、両アーム部４０１，４０３を互いに固定
するように用いることができる。図８はまた、アーム３
７のほぼ中央ないし中間部分に位置させた工具支持台部
４１１、つまりアーム３７に対する工具支持台部の中間
位置配置関係を示している。

【００１４】例示的な工具支持台部４５１を、図９，１
０に示してある。工具支持台部４５１は台枠４５３、溝
を形成された第１のボール４５５、旋回ロッド４５７、
支えリング４５９、支えプラグ４６１、及び溝を形成さ
れた第２のボール４６３によって形成された玉継手を有
する。第２のボール４６３は、旋回ロッド４５７の一部
として該ロッド４５７と一体的に機械加工されている。
支えプラグ４６１は、アーム３７の先端に固定される。
支えリング４５９を支えプラグ４６１に固定するために
ボルト４７１が用いられ、それによって第２のボール４
６３が強圧され調整された最終の揺動位置に保持され
る。類似してボルト４７３が、予め向きを設定された第
１のボール４５５に対し台枠４５３を最終の所望設定位
置に保持するように固定され、同時に該ボルト４７３は
台枠４５３を、工具４７に対し所望の配置関係位置に保
持する。ボルト４７１，４７３による固定前には工具４
７ないしそのボデー７１を台枠４５３の穴内で回転変位
及び摺動変位させることができ、したがって工具４７な
いしそのボデー７１はアーム３７に対し、２方向で変位
調整可能である。工具支持台部４５１の諸部品は、種々
の酸化物ないし硬質被覆を有するアルミニウム又は鋼か
ら機械加工される。

【００１５】この発明の最終アーム操縦装置の好ましい
実施例について説明してきたが、この発明の範囲を外れ
ることなしに他の種々の実施例も実施可能である。例え
ばアーム３７先端のボール・ソケット式工具支持台部
は、この発明の他の部分とは独立して採用可能である。
また単一のベースに対し任意の個数のボール、アーム及
びクランプリングを組合わせて使用でき、例えば単一ベ
ースに対し２個、４個或いは６個のアームを組合わせて
使用することが、数多くの工場での用途において望まし
いことと考えられる。さらに各種の油圧、空気圧或いは
電気作動型の工具を、この発明に従った構造において用
いることができる。例えば溶接銃とかリベット締め機を
用いることができる。種々の素材及び締付け具を例示的
に述べたが、他の素材及び締付け具も勿論使用可能であ
る。特許請求の範囲の記載はこの発明の範囲に属する、
実施例についてのこれらの変形及び他の変形も含むよう
に意図したものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワークを把持する、この発明に従った最終アー
ム操縦装置の好ましい実施例を示す斜視図である。

【図２】上記実施例を種々の位置で、かつ多数個の他の
好ましいワーク取扱い工具と共に示す側面図である。

【図３】上記実施例に設けられたベース、クランプリン
グ、ボール及びアームを示す拡大部分側面図である。

【図４】上記実施例に設けられたベース、クランプリン
グ、ボール及びアームを示す部分底面図である。

【図５】図４の５−５線に沿う断面図で、上記実施例に
設けられたベース、クランプリング及びボールを示して
いる。

【図６】上記実施例に設けられたクランプリング、ボー
ル、アーム及びベースを示す分解斜視図である。

【図７】図４の７−７線に沿う拡大断面図で、上記実施
例に設けられたベースを示している。

【図８】上記実施例に設けられたアーム、管クランプ及
び工具支持台部を示す拡大側面図である。

【図９】上記実施例に設けられた工具支持台部を示す分
解斜視図、及びワーク取扱い工具を示す側面図である。

【図１０】上記実施例に設けられたワーク取扱い工具、
工具支持台部及びアームを示す拡大側面図である。

【符号の説明】

２１ 最終アーム操縦装置 ２３ ワーク ２５ ロボットのアーム ３１ ベース ３３ クランプリング ３５ ボール ３７，３７′ アーム ４１，４３，４５，４７，４９，５１，５３，５５ グ
リッパ ７１ ボデー ７３ ピストン ７５ ジョー ７９ 位置決めピン ８１ 吸盤 １０１，１０３ 開口 １０５ 空洞 １０７ 空洞 １４１ マニホールド部分 ２０５ 空気導管 ２３１ 電気導線 ２３３ 位置感知ユニット ４０１ 基端アーム部 ４０３ 先端アーム部 ４０５ 管クランプ ４１１ 工具支持台部 ４５１ 工具支持台部 ４５５，４６３ ボール ４６１ 支えプラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3F060 BA06 DA06 EB14 GA14 GC05 HA03

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワーク取扱い装置における最終アーム操
   縦装置であって、 ベース、 このベース上に回動調整可能に支持された第１のアー
   ム、 この第１のアームに連結された第１のワーク取扱い部
   材、 上記ベース上に回動調整可能に支持された第２のアーム
   であって、上記第１のアームとは独立して回動調整可能
   である第２のアーム、及びこの第２のアームに連結され
   た第２のワーク取扱い部材、を備えた最終アーム操縦装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１のワーク取扱い部材が前記第１
   のアームに対し調整可能に連結されていて、第１のアー
   ムに対し相対的に少なくとも２方向に変位調整可能であ
   る請求項１の最終アーム操縦装置。
3. 【請求項３】 前記第１のワーク取扱い部材を前記第１
   のアームに対し調整可能に連結する少なくとも１個の玉
   継手を、備えている請求項２の最終アーム操縦装置。
4. 【請求項４】 前記玉継手が、前記第１のワーク取扱い
   部材を前記第１のアームの先端に対し連結するものであ
   る請求項３の最終アーム操縦装置。
5. 【請求項５】 前記玉継手が、前記第１のワーク取扱い
   部材を前記第１のアームの中間部に対し連結するもので
   ある請求項３の最終アーム操縦装置。
6. 【請求項６】 前記ベースに隣接する、前記第１のアー
   ムの基端に支持された実質的に球状のボールを備えてい
   る請求項１の最終アーム操縦装置。
7. 【請求項７】 前記ボールを複数の角度位置のうちの所
   望の１つの位置で前記ベースに対し固定するクランプリ
   ングを、前記ベースに取付けてある請求項６の最終アー
   ム操縦装置。
8. 【請求項８】 前記ベース内の空洞と前記クランプリン
   グ内の空洞とを、前記ボールにおける隣接する部分の形
   状に実質的に一致する形状のものに形成し、ベースに対
   しクランプリングを、複数の異なった位置のうちの所望
   の１つの位置に調整して固定する一方、前記第１のアー
   ムを、該クランプリングに設けた開口から延出させてあ
   る請求項７の最終アーム操縦装置。
9. 【請求項９】 前記第１のワーク取扱い部材が、ワーク
   に対し係合するグリッパである請求項１の最終アーム操
   縦装置。
10. 【請求項１０】 前記グリッパが、 ボデー、 １対の把持ジョーであって、そのうちの少なくとも１個
    が上記ボデーに対し相対的に可動である把持ジョー、及
    び上記把持ジョーを開閉するために上記ボデー内に配置
    してある流体作動ピストン、を備えている請求項９の最
    終アーム操縦装置。
11. 【請求項１１】 前記第１のアームが、第１の部分と該
    第１の部分から望遠鏡式に伸長可能である第２の部分か
    ら構成されていて、これらの第１及び第２の部分間を所
    望の伸長位置で固定する伸長固定機構を設けてある請求
    項１の最終アーム操縦装置。
12. 【請求項１２】 前記第１及び第２のアームがそれぞ
    れ、実質的に中空の円筒状のものである請求項１の最終
    アーム操縦装置。
13. 【請求項１３】 前記第１及び第２のアームのうちの少
    なくとも１つのアームの内部を通して流体を供給するた
    めの流体分配マニホールドを、前記ベース内に配置して
    ある請求項１２の最終アーム操縦装置。
14. 【請求項１４】 前記ワーク取扱い部材が、位置決めピ
    ンである請求項１の最終アーム操縦装置。
15. 【請求項１５】 前記ワーク取扱い部材が、吸盤である
    請求項１の最終アーム操縦装置。
16. 【請求項１６】 前記ワーク取扱い部材が、ワーク感知
    器である請求項１の最終アーム操縦装置。
17. 【請求項１７】 前記ベースに取付けられ該ベースを移
    動させるロボット部材を備えている請求項１の最終アー
    ム操縦装置。
18. 【請求項１８】 前記ベースから前記ワーク取扱い部材
    へと延びる可撓性の流体管路又は電気導線の少なくとも
    何れかを、前記第１のアームの内部を通して設けてある
    請求項１の最終アーム操縦装置。
19. 【請求項１９】 前記ベース上に少なくとも第３及び第
    ４のアームを回動調整可能に支持させる一方、少なくと
    も前記第１及び第２のアームを、ベースと前記第１及び
    第２のワーク取扱い部材の各々との間で放射方向に直接
    に延びるものとしてある請求項１の最終アーム操縦装
    置。