JP2008006549A - ロボットハンド用小型揺動開閉チャック - Google Patents

Abstract

【課題】フィンガーが物体を把持する力が強く、尚且つ小型であり、力の伝達効率の良いロボットハンド用揺動開閉チャックを提供することを目的とする。
【解決手段】ケーシング内に先端の断面がＶ形状のピストンとガイドロッドを備え、チャックの開動作をピストンの内部に配置されたガイドロッドのＶ部がスプリングの作用によってフィンガーとの接触部と接触しながら前部へ押し出されることによりフィンガーの先端を開方向へと回転させることで成し、閉動作をシリンダ室に流体を供給することによってピストンのＶ部がフィンガーとの接触部と接触しながら前部へ押し出されることによってフィンガーの先端を閉方向へと回転させることで成す。スプリングはガイドロッドの外径に沿う様に配置し、尚且つピストンとスプリングとガイドロッドをシリンダ室の径より狭い範囲に配置する。把持力の向上はピストンのＶ形状の角度を変更することで可能となる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、フィンガー部の開閉によって物品の把持を行なう開閉チャックに関する。

従来、この種のチャックは、図１のようにケーシング１に備え付けられた供給口８よりシリンダ室９へ流体を供給することにより、ピストン３を後部へと押し出し、ピストン３に連結されたフィンガー４がピン６を軸に揺動回転することでフィンガー４の先端が閉方向へ回転し、ピストン３がカバー２に接触し停止することでフィンガー４の回転が停止した状態のチャックを閉の状態とし、流体の供給を停止することでスプリング５がピストン３を前部へと押し出し、ピストン３に連結されたフィンガー４がピン６を軸に揺動回転することでフィンガー４の先端が開方向へと回転し、ピストン３がケーシング１に接触し停止することでフィンガー４の回転が停止した状態のチャックを開の状態とする機構である。
特開２００４−２４９４３５

また従来の技術として図２は、ケーシング１１に備え付けられた供給口１７よりシリンダ室１８へ流体を供給することにより、先端の断面形状がＶ形状のピストン１３が前部へと押し出され、ピン１６を軸に自由に揺動回転するよう配置されたフィンガー１４のピストン１３のＶ部との接触部１４ａをピン１６を軸に揺動回転させることでフィンガー１４の先端が閉方向へ回転し、一対のフィンガー１４の間に設けられたスプリング１５の力によりフィンガー１４の回転が停止した状態のチャックを閉の状態とし、流体の供給を停止することで閉の状態にある一対のフィンガー１４の間に設けられたスプリング１５の力により、ピン１６を軸にフィンガー１４の先端が開方向へと揺動回転し、回転したフィンガー１４のピストン１３との接触部１４ａがピストン１３を後部へ押し出しカバー１２と接触することでフィンガー１４の回転が停止した状態のチャックを開の状態とする機構である。

図２の場合、図１の機構に比べ、チャックが閉の状態で流体の圧力を受けるピストンの面積が広い為、ピストンの推力が大きくフィンガーが物体を把持する力が強い。しかし、図２に於いて一対のフィンガー１４の間に設けられているスプリング１５が湾曲して配置されており、本来スプリング力が作用すべきである直線上で作用していない為、力の伝達効率が悪くなっている。またフィンガー１４の内部にスプリング１５を設ける機構が必要な為、フィンガー自体が大きくなり、ケーシングの幅が広くなるので外観形状が大きくなる。

前述に挙げたスプリングが湾曲して配置される問題点を解決した現在の技術を図３に示す。ケーシング２１に備え付けられた供給口２７よりシリンダ室２８へ流体を供給することにより、Ｔ形状のピストン２２が前部へと押し出され、ピン２６を軸に自由に揺動回転するよう配置されたＬ形のフィンガー２３のピストン２２との接触部２３ａがピン２６を軸に揺動回転する事によってフィンガー２３の先端が閉方向へと回転し、回転したフィンガー２３のカバー２５との接触部２３ｂがカバー２５を後部へと押し出し、カバー２５がピストン２２に接触することでフィンガー２３の回転が停止したチャックを閉の状態とする。流体の供給を停止することで、カバー２５の内部にカバー２５と同軸上に力が作用するよう配置されたスプリング２４がカバー２５を前部へ押し出し、且つピストン２２を後部へと押し出す。押し出されたピストン２２はケーシング２１と接触することで停止する。カバー２５が前部へ押し出されることによってフィンガー２３は開方向へと揺動回転し、回転したフィンガー２３がピストン２２と接触部２３ｂで接触することでフィンガー２３の回転が停止したチャックを開の状態とする。

図３の場合、フィンガーを揺動回転させるためのスプリングは直線上で作用する為、力の伝達効率が良い。しかし、Ｌ形状のフィンガーを配置し、そのフィンガーとの接触部をシリンダ室よりも幅広い位置に備えたＴ形状のピストンを配置している為、ケーシングの幅が広くなり外観形状が大きくなる。また、ピストンの形状が複雑になり機械加工による生産性が悪い。

本発明は、このような問題を解決すべく、ワークを把持する力が強く、尚且つ小型で、力の伝達効率の良いロボットハンド用揺動開閉チャックを提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に本発明は、フィンガーを揺動させる断面がＶ形状のピストンを備え、且つ同軸上に力が作用するようにスプリングをピストン内部に設ける事により達成される。

本発明に係るロボットハンド用揺動開閉チャックは、閉時にピストンが流体の圧力を受ける面積が広く、物体を把持する力が強い。また、スプリングがガイドロッドに沿って直線上で作用する為、スプリングが湾曲する事無くスプリング力を効率良くフィンガーへと伝達することができる。尚且つフィンガーを開閉させる機構であるガイドロッドとスプリングとピストンがシリンダ室の径よりも狭い範囲に配置される為、チャック自体の幅を小さくすることが可能となり、また、図７のようにケーシングの形状をチャックの幅に内接した円筒状にすることが可能となる。また、図６のようにケーシングとフィンガーの隙間に、隙間のクリアランスを調整するためのプレート４２を挿入することでフィンガーの左右のガタつきを抑制することが可能となる。また、機構に係る部品の形状が円筒状や板状のように単純形状である為、機械加工による加工性が良い。また、ピストンの断面形状であるＶ形状の角度を変えることで、物体を把持する力を向上させることができる。

本発明の実施例について以下に図面を参照しつつ説明する。

ロボットハンド用揺動開閉チャックは、図４に示すようにケーシング３１の前部に一対のフィンガー３４を設けており、一対のフィンガー３４は図に於いて開閉方向に揺動するように配置されている。フィンガー３４はケーシング３１に装着されているピン３７を軸として自由に揺動回転するように取り付けられている。フィンガー３４はピストン３３との接触部３４ａとガイドロッドとの接触部３４ｂを備えている。

ケーシング３１には流体をシリンダ室４１へ供給する供給口４０を備えたカバー３２がシリンダ室４１を密閉するように配置されている。密閉する手段の例として図４・図５に於いてカバー３２にパッキン３９を備えている。

ケーシング３１の内部には、ピストン３３がシリンダ室と同軸上を動作するよう配置されており、ピストン３３にはパッキン３８が取り付けられている。供給口４０から供給された流体はパッキン３８より前部へ越えることが無い為、シリンダ室４１の圧力が上昇することによってピストン３３を前部へと押し出す。ピストン３３は先端部の断面形状がＶ形状になっており、Ｖ部が接触部３４ａにて接触するよう配置されている。ピストンの先端形状の例として断面形状を押し出した形状５１や円錐形状５２、三角錐形状５３が挙げられる。（図８）

ピストン３３には、先端の断面形状がＶ形状のガイドロッド３６がピストン３３と同軸上を動作するよう配置されており、尚且つガイドロッド３６のＶ部が接触部３４ｂにて接触するよう配置されている。またガイドロッド３６にはスプリング３５の座巻き部を受けるための肩３６ａが備えられている。

ピストン３３の内部には、スプリング３５がガイドロッド３６の外径に沿うように配置されており、スプリング３５の前部の座巻き部はガイドロッド３６の肩３６ａで受け、後部の座巻き部はピストン３３の内部で受けるよう配置されている。

供給口４０よりシリンダ室４１へ流体が供給されていない場合、スプリング３５の力によりピストン３３は後部へと押し出され、カバー３２と接触し停止する。尚且つガイドロッド３６は接触部３４ａと接触しながら前部へと押し出され、フィンガー３４の先端はピン３７を軸に開方向へと回転する。フィンガー３４の開方向への揺動回転はフィンガー３４とピストン３３が接触部３４ａで接触することで停止する。この状態のチャックを開の状態とする。（図４）

チャックが開の状態から、供給口４０よりシリンダ室４１に流体を供給することで、ピストン３３は前部へと押し出される。ピストン３３はフィンガー３４との接触部３４ａと接触しながら前部へと動作する為、フィンガー３４の先端はピン３７を軸に閉方向へと回転する。フィンガー３４はガイドロッド３６との接触部３４ｂで接触しながら閉方向へと回転し、ガイドロッド３６を後部へと押し出す。ガイドロッド３６はスプリング３５の作用によりフィンガー３４との接触部３４ｂを常に前部へと押し出しているため、フィンガー３４の閉方向への回転はピストン３３がケーシング３１と接触し停止することで停止する。この状態のチャックを閉の状態とする。（図５）この時チャックに供給する流体圧力はスプリング３５の力以上に大きな推力が発生するよう調整された圧力である。

流体の供給を停止しシリンダ室３１の内部圧力を開放することで、図４と同じ状況下となり、チャックの開の状態を得ることができる。

上記のようにガイドロッドとスプリングを先端の断面がＶ形状のピストンの内部に配置することで、フィンガーが開閉する機構に当たる前記部品をシリンダ室の径よりも狭い範囲に配置することができ、それによりケーシングの幅を狭めることが可能となる。

本ロボットハンド用揺動開閉チャックに於いて、物体を把持する力を向上させる方法を示す。

図９において、原点Ｏを中心に回転するフィンガー６１のピストン６２との接触部は円弧で形成されており、ピストン６２のフィンガー６１との接触面は前記円弧の接線として表される。原点Ｏからフィンガー６１のピストン６２との接触点Ｑまでの距離をＬｏとし、原点Ｏから物体を把持する任意の位置Ｐまでの距離をＬとすると、把持力Ｆは次の式（１）で与えられる。

Ｆ＝Ｆｘ・Ｌｏ／Ｌ ・・・（１）

図１０において、シリンダ推力Ｆｏは円弧の中心Ｏ´を通る接線の法線上へ働く。ベクトルＱＯ´をＦｏとすると、Ｆｏは点Ｏを中心とし接触点Ｑを通る円の接線方向Ｆｘと法線方向Ｆｙに分けられる。ピストンのＶ部の角度をθとすると、Ｆｘは次式（２）で与えられる。

Ｆｘ＝Ｆｏ・ｃｏｓθ ・・・（２）

数式（１）に数式（２）を代入して、

Ｆ＝Ｆｏ・ｃｏｓθ・Ｌｏ／Ｌ ・・・（３）

したがって、把持力Ｆはｃｏｓθに比例するので、ピストンのＶ部の角度を変更することでチャックが物体を把持する力の向上が可能となる。

従来のロボットハンド用揺動開閉チャックを示す正面の断面図である。 従来のロボットハンド用揺動開閉チャックを示す正面の断面図である。 従来のロボットハンド用揺動開閉チャックを示す正面の断面図である。 本発明の一実施形態に係るロボットハンド用揺動開閉チャックの開の状態を示す正面の断面図である。 本発明の一実施形態に係るロボットハンド用揺動開閉チャックの閉の状態を示す正面の断面図である。 本発明の一実施形態に係るロボットハンド用揺動開閉チャックを示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るロボットハンド用揺動開閉チャックを示す上面図である。 本発明の一実施形態に係るロボットハンド用揺動開閉チャックに備えられているピストンの先端形状の例である。 本発明を解析するための幾何学解説図である。 本発明を解析するための幾何学解説図である。

符号の説明

１ ケーシング
２ カバー
３ ピストン
４ フィンガー
５ スプリング
６ ピン
７ ピン
８ 供給口
９ シリンダ室
１１ ケーシング
１２ カバー
１３ ピストン
１４ フィンガー
１４ａ フィンガーとピストンの接触部
１５ スプリング
１６ ピン
１７ 供給口
１８ シリンダ室
２１ ケーシング
２２ ピストン
２３ フィンガー
２３ａ フィンガーとピストンの接触部
２３ｂ フィンガーとカバーの接触部
２４ スプリング
２５ カバー
２６ ピン
２７ 供給口
２８ シリンダ室
３１ ケーシング
３２ カバー
３３ ピストン
３４ フィンガー
３４ａ フィンガーとピストンの接触部
３４ｂ フィンガーとガイドロッドの接触部
３５ スプリング
３６ ガイドロッド
３６ａ ガイドロッドの肩
３７ ピン
３８ パッキン
３９ パッキン
４０ 供給口
４１ シリンダ室
４２ スペーサ
５１ ピストンの先端形状の例１
５２ ピストンの先端形状の例２
５３ ピストンの先端形状の例３
６１ フィンガー
６２ ピストン

Claims (3)

1. チャックの閉動作を流体圧力によって行い、開動作をスプリングによって行うロボットハンド用揺動開閉チャックに於いて、ケーシングの内部に先端の断面形状がＶ形状のピストンを備え、前記ピストンの内部にガイドロッドとスプリングをピストンと同軸上で作用するよう配置し、尚且つピストンとガイドロッドにそれぞれ接触する接触部を設けた一対のフィンガーを備え、閉動作を流体圧力によってピストンのＶ部がフィンガーに接触しながら押し出されることによりフィンガー先端を閉方向へと動作させる事で行い、開動作を流体圧力の開放によって、ガイドロッドがスプリング力によりフィンガーと接触しながら押し出されることでフィンガー先端を開方向へと動作させる事で行う機構を持ったロボットハンド用揺動開閉チャック。
2. 請求項１のロボットハンド用揺動開閉チャックに於いて、ピストンの先端の断面のＶ形状の角度を変えることにより、一対のフィンガーが物体を把持する力の向上を可能としたロボットハンド用揺動開閉チャック。
3. 請求項１または２に於けるロボットハンド用揺動開閉チャックに於いて、フィンガーを開閉させる機構に当たるスプリングとガイドロッドとピストンがシリンダ室の径よりも小さく収められた機構を持つロボットハンド用揺動開閉チャック。

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