JP2008036716A

JP2008036716A - ワーク把持装置

Info

Publication number: JP2008036716A
Application number: JP2006209530A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Sakai; 仁志坂井
Original assignee: Komatsu Machinery Corp
Current assignee: Komatsu Machinery Corp
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】装置構成をシンプルにして低コスト化を図るとともに、コンパクト化を図ることのできるワーク把持装置を提供する。
【解決手段】フィンガー６１を常時閉じ方向に付勢するスプリング６６と、電動式のクランプモータ４５と、このクランプモータ４５の回転駆動力を伝達する動力伝達機構としてのプーリ７６、タイミングベルト７８およびプーリ７７と、この動力伝達機構によって伝達された回転運動を直線運動に変換するねじ機構７２と、このねじ機構７２によって伝達される直線運動により直線移動される可動体７９と、この可動体７９の直線移動をフィンガー６１の回動動作に変換するカム溝機構とを備え、可動体７９の直線移動がスプリング６６の付勢力に抗して行われることによりフィンガー６１が開作動される構成とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、加工機等にワークを搬入・搬出するためのワーク把持装置に関するものである。

加工機等に対するワークの搬入・搬出を行う装置として、加工機の上方に走行体を走行させるガイドレールを配置し、このガイドレールに沿って走行される走行体にワーク把持装置（ロボットハンド）を搭載してなる走行型のワーク把持装置が知られている。このワーク把持装置は、ワークを把持するフィンガーを備え、フィンガー開閉機構によりワークの把持・解放動作、更には揺動動作が行えるように構成されている。

従来、前記フィンガー開閉機構としては、特許文献１に記載されているように空圧式のアクチュエータを用いるのが一般的である。この特許文献１に記載のものでは、走行レール上を走行する走行部に、コンプレッサー、タンクおよび電磁弁よりなる空圧発生および制御機器と、数値制御可能なモータまたは空圧アクチュエータとハンドチャックとよりなるローディング装置と、コントロールボックスとを搭載し、ローディング装置によりワークをクランプして搬送するように構成されている。

特開２００５−１１８９１６号公報

しかしながら、空圧式のアクチュエータを用いた従来のワーク把持装置では、走行体にコンプレッサーや空圧制御機器等を搭載する必要があるだけでなく、これらの機器とフィンガー開閉機構とをエアホースで接続する必要があって、装置構成が複雑化してコスト高になるとともに、メンテナンス対象機器が多くなって機器の保守・管理に手間と時間がかかるという問題点がある。

また、この種のワーク把持装置においては、加工機にて加工が完了したワークの搬出のためのフィンガーと、次に加工するワークの搬入のためのフィンガーとを備える構造を採ることが望ましく、そのためにはフィンガー開閉機構とフィンガー揺動機構の両機構を併せ持つことが必要となるが、これら両機構を、走行体上の限られたスペースの中にコンパクトに纏めた装置の提供が望まれているところである。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、装置構成をシンプルにして低コスト化を図るとともに、コンパクト化を図ることのできるワーク把持装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明によるワーク把持装置は、
フィンガーの回動によってワークを把持するワーク把持装置において、
前記フィンガーを常時閉じ方向に付勢するスプリングと、電動式のクランプモータと、このクランプモータの回転駆動力を伝達する動力伝達機構と、この動力伝達機構によって伝達された回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構と、この送りねじ機構によって伝達される直線運動により直線移動される可動体と、この可動体の直線移動を前記フィンガーの回動動作に変換するカム溝機構とを備え、前記可動体の直線移動が前記スプリングの付勢力に抗して行われることにより前記フィンガーが開作動されることを特徴とするものである（第１発明）。

本発明において、二股状のアームの一端部に設けられ、少なくとも一対のフィンガーを有する第１クランプ部と、前記二股状のアームの他端部に設けられ、少なくとも一対のフィンガーを有する第２クランプ部と、フィンガーを開閉作動させるワーク把持位置に、前記第１クランプ部または第２クランプ部を選択的に移動させるように前記アームを揺動させる揺動駆動機構と、この揺動駆動機構を作動させる電動式のスイングモータとを備えるのが好ましい（第２発明）。

前記第２発明において、前記揺動駆動機構は、前記スイングモータの回転駆動力を伝達する動力伝達機構と、この動力伝達機構によって伝達された回転運動を減速して前記アームに伝達するトロコイドギヤ型減速機とを備えるのが好ましい（第３発明）。

前記第２発明または第３発明において、前記クランプモータおよびスイングモータは、それぞれの出力軸を外側に向け、かつそれぞれの軸心が略一致するように互いに背中合わせに配され、これら両モータの鉛直下方が前記ワーク把持位置とされるのが良い（第４発明）。

前記第２発明〜第４発明のいずれかにおいて、前記クランプモータおよびスイングモータは、いずれもサーボモータであるのが良い（第５発明）。

本発明によれば、フィンガーの開作動を電動式のクランプモータにより行い、閉作動をスプリングにより行う方式とされているので、従来の空圧式のアクチュエータを用いたものにおいて必要であったコンプレッサーや空圧制御機器等を不要にすることができ、またそれらの機器とフィンガーとをエアホースで接続する必要もなくなり、装置構成を単純化することができて低コストを実現することができるとともに、メンテナンス性も向上させることができる。また、フィンガーの閉じ動作はスプリングの付勢力によって行っているので、停電時などにおいて動力の供給が絶たれた場合でもワークの把持力を維持することができるので安全性に優れており、また長時間停止時の安全性も高い。

第２発明の構成によれば、２つのクランプ部を備えているので、一方のクランプ部で加工を完了したワークの搬出を行い、他方のクランプで次に加工するワークの搬入を行うことができ、ワークハンドリングの作業性を向上させることができる。

第３発明の構成によれば、トロコイドギヤ型減速機を用いることで、クランプ部を支持するアームに高トルクの伝達が行え、このアームの揺動動作を確実に行うことができる。

また、第４発明の構成を採用すれば、フィンガー開閉のための機構とフィンガー揺動のための機構を限られたスペースの中にコンパクトに纏めることができる。

第５発明の構成を採用すれば、フィンガーの開き量を対象ワークに合わせて最適化できるので、開き時間の短縮が可能となり生産性が向上する。また、フィンガーの揺動動作についても確実に制御できる。

次に、本発明によるワーク把持装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係るワーク搬送装置の正面図が、図２には同ワーク搬送装置の側面図がそれぞれ示されている。また、図３には、図２のＰ部拡大図が示され、図４には、キャリッジの平面図が、図５には、キャリッジの正面図が、図６には、キャリッジの側面図がそれぞれ示されている。

本実施形態のワーク搬送装置１は、図１、図２に示されるように、複数の支柱２，２と、これら支柱２，２の上端面に固着される水平桁３と、支柱２および水平桁３に固着されるガイドレール６とよりなる走行架台４と、前記ガイドレール６に沿って、加工機（本実施形態ではクランクシャフトミラー）５の上方を走行されるキャリッジ（走行体）７とを備えて構成されている。

図１、図４〜図６に示されるように、前記キャリッジ７は、正面視で矩形状のキャリッジ本体８上に搭載される走行用サーボモータ９の駆動により、この走行用サーボモータ９の駆動軸に装着されるピニオン１２が、ガイドレール６のベースフレーム６ａに基準ブロック１３を介して取付けられるラック１４に噛合されることで、ガイドレール６に沿って走行できるようにされている。図３に示されているように、前記基準ブロック１３の上面には上部レール１５が、ベースフレーム６ａの下面には下部レール１６がそれぞれ取付けられ、キャリッジ本体８に取付けられた荷重受けローラ１７が上部レール１５の上面に摺接されてキャリッジ７の荷重が受支されるとともに、ガイドローラ１８によって上部レール１５および下部レール１６がそれぞれ両側から挟み込まれることによってキャリッジ７の走行が案内される。

また、キャリッジ本体８上には、細長角筒状の昇降体１０が鉛直方向に摺動自在に設置され、この昇降体１０の下端部にワーク把持装置２０が装着されている。ここで、前記昇降体１０は、キャリッジ本体８上に搭載される昇降用サーボモータ１１の駆動により、この昇降用サーボモータ１１の駆動軸に装着されるピニオン１９が、昇降体１０に取付けられるラック２１に噛合されることで、上方の搬送位置（図１の実線位置）と下方のワーク供給／取出し位置（同鎖線位置）との間で昇降される。

図３、図６に示されるように、前記ガイドレール６は、中空矩形断面よりなるベースフレーム６ａを備えており、このベースフレーム６ａにはトロリー取付ブラケット２３が取付けられ、このトロリー取付ブラケット２３には複数のトロリー線２４ａを装備した給電部としての給電トロリー２４が支持されている。また、キャリッジ本体８に対し後方に張り出すように設けられた支持フレーム２５の下面には支持ブラケット２６が取付けられ、この支持ブラケット２６には前記給電トロリー２４のトロリー線２４ａから電力および信号の供給を受ける集電ユニット２７が支持されている。なお、図３中、符号２８にて示されるのは、集電トロリー用端子箱である。

また、前記支持フレーム２５の下部およびそれに対向する架台４の端部には、光通信用送受信部２９，３０がそれぞれ設けられている。これら光通信用送受信部２９，３０は、光通信用送受信変換素子によりキャリッジ７およびそれに付設されたワーク把持装置２０に対する制御命令の送受信等を行う。

図には明示されていないが、一方側の支柱２には地上制御盤（コントローラ）が設けられ、このコントローラと架台４上部の光通信用送受信部３０（図１参照）とが通信ケーブルにより接続されている。また、交流電源からの電力および信号は、支柱２の上部に配されるトロリー用端子箱（図示せず）からトロリー線２４ａに供給され、このトロリー線２４ａから集電ユニット２７を介してガイドレール６に沿って走行されるキャリッジ７に供給される。キャリッジ７上にはサーボアンプを備える上部制御盤３５が搭載され、この上部制御盤３５にはトロリー線２４ａからの電力が供給されるとともに、光通信用送受信部２９からの制御信号が供給される。また、前記キャリッジ７上に設けられた昇降体１０と前記上部制御盤３５との間には屈曲保持部材（ケーブルベア（登録商標））３６が配され、このケーブルベア３６内に配される電力線によってワーク把持装置２０への電力の供給がなされるとともに、同ケーブルベア３６内に配される信号線によって上部制御盤３５とワーク把持装置２０との間の制御信号の授受がなされるようになっている。

次に、昇降体１０の下端部に装着されたワーク把持装置２０の詳細構造について説明する。図７には、本実施形態のワーク把持装置の斜視図が示され、図８には、同ワーク把持装置の断面図が示されている。また、図９には、図８のＡ矢視図が示されている。さらに、図１０には、図８のＢ−Ｂ断面図（ａ）（ｂ）とそのＣ−Ｃ断面図（ｃ）（ｄ）が示されている。なお、図１０において、（ａ）（ｃ）はワークの把持解除状態を、（ｂ）（ｄ）はワークの把持状態をそれぞれ示している。

このワーク把持装置２０は、昇降体１０の下端部に吊持されるボックス構造のメインフレーム４１と、このメインフレーム４１の一端部（図７で左端部、図８で右端部）に吊下される第１取付プレート４２と、前記メインフレーム４１の他端部側に吊下される第２取付プレート４３とを備えている。前記メインフレーム４１のボックス内には、いずれもサーボモータで構成されるスイングモータ４４とクランプモータ４５とが、それぞれの出力軸４４ａ，４５ａを外側に向け、かつそれぞれの軸心が略一致するように互いに背中合わせにして収容されており、スイングモータ４４によってスイング機構（揺動駆動機構）４６が駆動され、クランプモータ４５によってクランプ機構（開閉駆動機構）４７が駆動されるように構成されている。

最初に、スイング機構４６について説明する。前記第１取付プレート４２にはトロコイドギヤ型減速機（以下、単に「減速機」という。）４８が装着されるとともに、前記スイングモータ４４の出力軸４４ａに取着されるプーリ（小プーリ）４９と、前記減速機４８の入力軸４８ａに取着されるプーリ（大プーリ）５０との間にはタイミングベルト５１が巻回されている。こうして、スイングモータ４４の駆動力は、その出力軸４４ａからプーリ４９、タイミングベルト５１およびプーリ５０を介して減速機４８の入力軸４８ａに伝達され、さらにその入力軸４８ａの回転は高減速比にて出力軸４８ｂに伝達され、この出力軸４８ｂに対して高トルクの伝達がなされるようになっている。なお、本実施形態におけるプーリ４９、タイミングベルト５１およびプーリ５０が、本発明における動力伝達機構に対応する。

前記減速機４８の出力軸４８ｂには、前記第１取付プレート４２と略平行に配される吊持プレート（二股状のアーム）５２が取付けられている。図７に示されているように、この吊持プレート５２は、図８のＡ方向矢視で約１３５°の中心角をなすように略くの字状に形成された平板である。この吊持プレート５２の両端部には第１フィンガーユニット（第１クランプ部）５３Ａおよび第２フィンガーユニット（第２クランプ部）５３Ｂがそれぞれ配されており、これによって、図９に示されるように、一方のフィンガーユニット５３Ｂで加工を完了したワークＷＢの搬出を行い、他方のフィンガーユニット５３Ａで次に加工するワークＷＡの搬入を行う、所謂ダブルハンドのワーク把持装置とすることができる。

次に、フィンガーユニット５３Ａ，５３Ｂの詳細構造について説明する。なお。第１フィンガーユニット５３Ａと第２フィンガーユニット５３Ｂとは略同一構造であるため、以下、第１フィンガーユニット５３Ａの構造を中心に説明する。

図１０に示されるように、前記吊持プレート５２と、この吊持プレート５２に対向するように配される支持プレート５４との間には２本のシャフト部材５５，５６が固着され、これらシャフト部材５５，５６に取付部材５７，５８がそれぞれ揺動自在に吊持されている。各取付部材５７，５８の下端には、それぞれフィンガーベース５９，６０がボルト締結により固着され、このフィンガーベース５９，６０の両端部にそれぞれフィンガー６１，６１；６２，６２が固着されている。つまり、１つのフィンガーユニットに対して各２対のフィンガー６１，６２が設けられている。各フィンガー６１，６２におけるワークＷＡ，ＷＢとの接触部には、略Ｖ字状の凹陥部６１ａ，６２ａが形成されている。こうして、各フィンガー６１，６２は、シャフト部材５５，５６の軸心周りに揺動されて開閉可能とされている。なお、フィンガー６１，６２に形成された凹陥部６１ａ，６２ａは、ワークＷＡ，ＷＢの把持部の径寸法が多少変化しても把持されたワークＷＡ，ＷＢの把持部が凹陥部６１ａ，６２ａの略中心位置になるようにその角度が設定されている。

前記吊持プレート５２と支持プレート５４との間には前記シャフト部材５５，５６の上方に２本のガイドシャフト６３，６４が固着され、これらガイドシャフト６３，６４に沿って可動ブロック６５が軸線方向に摺動できるように支持されている。また、この可動ブロック６５と前記吊持プレート５２との間にはスプリング（コイルスプリング）６６が介挿されている。この可動ブロック６５は、外力が作用しないときにはスプリング６６の付勢力により図８に示される位置にあり、その頂部６５ａが押動体７１により押圧されるとスプリング６６の付勢力に抗して図８にて右方の前進位置へ移動する。

図１０に示されるように、前記可動ブロック６５の下面には、その可動ブロック６５の移動方向（押動方向）Ｑに末広がりとなる２条の溝６７，６８が形成されており、各溝６７，６８に嵌合されるように前記取付部材５７，５８の上面中央部にはピン６９，７０が植設されている。なお、これら溝６７，６８およびピン６９，７０が本発明におけるカム溝機構を構成している。こうして、可動ブロック６５がスプリング６６の付勢力により図８に示される位置にあるときには、図１０（ｂ）（ｄ）にて示されるように、ピン６９，７０は溝６７，６８の相互間の間隔が最も広い位置にあって、各フィンガー６１，６２は閉じた状態にあり、ワークＷＡはスプリング６６の付勢力により把持された状態にある。一方、可動ブロック６５が押動体７１により矢印Ｑ方向に押圧されて前進すると、図１０（ａ）（ｃ）にて示されるように、ピン６９，７０は溝６７，６８の相互間の間隔が最も狭い位置に達し、各フィンガー６１，６２は開作動してワークＷＡの把持を解除する。

次に、前記スイング機構４６に対向配置されるクランプ機構４７について説明する。このクランプ機構４７は、前記押動体７１を往復操作するための機構であり、前記第２取付プレート４３に装着される送りねじ機構（ボールねじ機構）７２を備えている。この送りねじ機構７２はナット７３とねじ部７４と筒形ハウジング７５とからなり、クランプモータ４５の出力軸４５ａに取着されるプーリ７６と、前記ナット７３に取着されるプーリ７７との間にタイミングベルト７８が巻回されている。こうして、クランプモータ４５の駆動力は、その出力軸４５ａからプーリ７６、タイミングベルト７８およびプーリ７７を介してナット７３に伝達され、このナット７３が回転されることで、筒形ハウジング７５に対してねじ部７４が直動する。なお、本実施形態におけるプーリ７６、タイミングベルト７８およびプーリ７７が、本発明における動力伝達機構に対応する。

前記ねじ部７４にはシャフト状の可動体７９が取付けられ、ねじ部７４の前進によって可動体７９が前進すると、この可動体７９の先端部に取付けられた押動体７１によって可動ブロック６５が押圧される。また、可動体７９が後退すると、押動体７１はスプリング６６の付勢力により元の位置に復帰する。ここで、押動体７１が前進位置（把持解除位置）にあるか、後退位置（把持位置）にあるかは、それぞれ近接スイッチ８０，８１により検知される。なお、図８中、符号８２にて示されるのは、ワークＷＡの存在を検知するための近接スイッチであり、また符号８３にて示されるのは、スイング機構４６およびクランプ機構４７を覆うように設けられるカバーである。

以上のように構成されているワーク把持装置２０においては、コントローラからの制御信号に基づき、加工しようとするワークＷＢを例えば第２フィンガーユニット５３Ｂのフィンガー６１，６２に把持した状態で、走行用サーボモータ９の駆動によりキャリッジ７をガイドレール６に沿わせて加工機５の上方の所定位置（加工位置）まで走行させ、この加工位置にて、昇降用サーボモータ１１の駆動により昇降体１０を加工機５へのワーク供給／取出し位置まで下降させる。そして、この位置で、クランプ機構４７を作動させて、ワークを把持していない側の第１フィンガーユニット５３Ａのフィンガー６１，６２にて加工済みのワークＷＡを把持する。

このように第１フィンガーユニット５３Ａのフィンガー６１，６２に加工済みのワークＷＡが把持されると、スイング機構４６を作動させ、第１フィンガーユニット５３Ａを上方へ揺動させると同時に、第２フィンガーユニット５３Ｂのフィンガー６１，６２に把持されている未加工のワークＷＢを加工機５へのワーク搬入位置まで揺動させる。次いで、この搬入位置にてクランプ機構４７を作動させてワークの把持を解除し未加工のワークＷＢを加工機５に供給する。続いて、昇降用サーボモータ１１を駆動して昇降体１０を上昇させた後、走行用サーボモータ９の駆動によりキャリッジ７をガイドレール６に沿わせて所定位置（搬出位置）まで走行させ、加工済みのワークＷＡを搬出する。

本実施形態のワーク把持装置２０によれば、フィンガー６１，６２の閉じ動作をスプリング６６の付勢力にて行い、開き動作をクランプモータ４５の駆動にて行っているので、停電時などにおいて動力の供給が絶たれた場合でもワークの把持力を維持することができ、安全性に優れているという利点がある。また、第１フィンガーユニット５３Ａと第２フィンガーユニット５３Ｂを備え、一方のフィンガーユニットで加工を完了したワークの搬出を行い、他方のフィンガーユニットで次に加工するワークの搬入を行うことができるので、ワークハンドリングの作業性を向上させることができる。さらに、フィンガー開閉のためのクランプ機構４７とフィンガー揺動のためのスイング機構４６とが限られたスペースの中にコンパクトに纏められており、しかも従来の空圧式のアクチュエータを用いたものと異なりコンプレッサーや空圧制御機器等を不要にすることができるので、装置構成の単純化、コンパクト化を図って低コスト化を実現することができる。

本実施形態においては、スイング機構４６およびクランプ機構４７の動力伝達機構として、プーリとタイミングベルトよりなる機構を採用したものを説明したが、この動力伝達機構としては他のいろいろな機構を採用することができる。また、クランプ機構４７として、回転運動を直線運動に変換する機構としてボールねじ機構を採用したものを説明したが、この機構としては他の送りねじ機構を用いても良い。

本発明の一実施形態に係るワーク搬送装置の正面図本発明の一実施形態に係るワーク搬送装置の側面図図２のＰ部拡大図キャリッジの平面図キャリッジの正面図キャリッジの側面図本実施形態におけるワーク把持装置の斜視図ワーク把持装置の断面図図８のＡ矢視図図８のＢ−Ｂ断面図（ａ）（ｂ）とそのＣ−Ｃ断面図（ｃ）（ｄ）

符号の説明

１ワーク搬送装置
４架台
５加工機
６ガイドレール
７キャリッジ
９走行用サーボモータ
１０昇降体
２０ワーク把持装置
４４スイングモータ
４５クランプモータ
４６スイング機構（揺動駆動機構）
４７クランプ機構（開閉駆動機構）
４８トロコイドギヤ型減速機
５２吊持プレート（二股状のアーム）
５３Ａ第１フィンガーユニット（第１クランプ部）
５３Ｂ第２フィンガーユニット（第２クランプ部）
６１，６２フィンガー
６５可動ブロック
６６スプリング
６７，６８溝（カム溝機構）
６９，７０ピン（カム溝機構）
７１押動体
７２ねじ機構
７９可動体

Claims

フィンガーの回動によってワークを把持するワーク把持装置において、
前記フィンガーを常時閉じ方向に付勢するスプリングと、電動式のクランプモータと、このクランプモータの回転駆動力を伝達する動力伝達機構と、この動力伝達機構によって伝達された回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構と、この送りねじ機構によって伝達される直線運動により直線移動される可動体と、この可動体の直線移動を前記フィンガーの回動動作に変換するカム溝機構とを備え、前記可動体の直線移動が前記スプリングの付勢力に抗して行われることにより前記フィンガーが開作動されることを特徴とするワーク把持装置。
二股状のアームの一端部に設けられ、少なくとも一対のフィンガーを有する第１クランプ部と、前記二股状のアームの他端部に設けられ、少なくとも一対のフィンガーを有する第２クランプ部と、フィンガーを開閉作動させるワーク把持位置に、前記第１クランプ部または第２クランプ部を選択的に移動させるように前記アームを揺動させる揺動駆動機構と、この揺動駆動機構を作動させる電動式のスイングモータとを備える請求項１に記載のワーク把持装置。
前記揺動駆動機構は、前記スイングモータの回転駆動力を伝達する動力伝達機構と、この動力伝達機構によって伝達された回転運動を減速して前記アームに伝達するトロコイドギヤ型減速機とを備える請求項２に記載のワーク把持装置。
前記クランプモータおよびスイングモータは、それぞれの出力軸を外側に向け、かつそれぞれの軸心が略一致するように互いに背中合わせに配され、これら両モータの鉛直下方が前記ワーク把持位置とされる請求項２または３に記載のワーク把持装置。
前記クランプモータおよびスイングモータは、いずれもサーボモータである請求項２〜４のいずれかに記載のワーク把持装置。