JP2008149402A - 把持装置と把持力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 把持力制御の精度を高め、且つ、把持装置に使用されている超音波モータの寿命の延長を図ることが可能な把持装置と把持力制御方法を提供すること。
【解決手段】 超音波モータと、超音波モータを駆動することによって離接される一対の移動体と、一対の移動体に対して夫々移動可能な状態で取り付けられ被把持物を把持する一対の把持部材と、各移動体と各把持部材の間に介装され把持部材を一方向に付勢する弾性部材と、超音波モータを駆動することによって一対の移動体を移動させて一対の把持部材を接近させることより被把持物を把持する際弾性部材が所定量だけ弾性変形するまで超音波モータを駆動させそれによって所定の把持力を得る制御手段と、を具備したもの。
【選択図】 図３

Description

本発明は把持装置と把持力制御方法に係り、特に、超音波モータを使用したものにおいて、ロードセル等の高価なセンサを要することなく、比較的簡単な構成で把持力を高い精度で制御することができるように工夫したものに関する。

把持装置には超音波モータを使用したものがある。そのような把持装置における把持力の制御としては、超音波モータ自身が備えているピックアップ電極を用いたフィードバック制御が一般的である。つまり、ピックアップ電極を用いたフィードバック制御によってモータ負荷を検知し、それによって、把持力を制御するようにしたものである。

尚、同種の把持装置の構成を開示するものとして、例えば、特許文献１がある。
特開２００１−３４１０９１号公報

上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、信頼性の高い把持力の制御ができないという問題があった。これは、ピックアップ電極を介して取り出す信号が、モータ負荷、モータ自身の発熱、モータ個体差によって大きく変動してしまうことに起因する。
又、従来の把持装置の場合には、把持中においても超音波モータが駆動したままの状態にあり、そのため超音波モータの寿命を磨耗によって縮めてしまうという問題があった。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、把持力制御の精度を高め、且つ、把持装置に使用されている超音波モータの寿命の延長を図ることが可能な把持装置と把持力制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するべく本願の請求項１による把持装置は、超音波モータと、上記超音波モータを駆動することによって離接される一対の移動体と、上記一対の移動体に対して夫々移動可能な状態で取り付けられ被把持物を把持する一対の把持部材と、上記各移動体と各把持部材の間に介装され上記把持部材を一方向に付勢する弾性部材と、上記超音波モータを駆動することによって上記一対の移動体を移動させて上記一対の把持部材を接近させることより被把持物を把持する際上記弾性部材が所定量だけ弾性変形するまで上記超音波モータを駆動させそれによって所定の把持力を得る制御手段と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項２による把持装置は、請求項１記載の把持装置において、上記制御手段は上記弾性部材が所定量だけ弾性変形するまで超音波モータを駆動した後超音波モータを停止させるものであることを特徴とするものである。
又、請求項３による把持力制御方法は、超音波モータを駆動することによって一対の移動体を離接可能に設置し、上記一対の移動体に対して夫々把持部材を移動可能な状態で取り付け、上記各移動体と各把持部材の間に上記把持部材を一方向に付勢する弾性部材を介装させ、上記超音波モータを駆動して上記一対の移動体を移動させ上記一対の把持部材によって被把持物を把持する際上記弾性部材が所定量だけ弾性変形するまで上記超音波モータを駆動させそれによって所定の把持力を得るようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項４による把持力制御方法は、請求項３記載の把持力制御方法において、上記弾性部材が所定量だけ弾性変形した後上記超音波モータを停止させるようにしたことを特徴とするものである。

以上述べたように本願の請求項１による把持装置によると、超音波モータと、上記超音波モータを駆動することによって離接される一対の移動体と、上記一対の移動体に対して夫々移動可能な状態で取り付けられ被把持物を把持する一対の把持部材と、上記各移動体と各把持部材の間に介装され上記把持部材を一方向に付勢する弾性部材と、上記超音波モータを駆動することによって上記一対の移動体を移動させて上記一対の把持部材を接近させることより被把持物を把持する際上記弾性部材が所定量だけ弾性変形するまで上記超音波モータを駆動させそれによって所定の把持力を得る制御手段と、を具備した構成になっているので、比較的簡単な構成によって把持力を高い精度で制御することが可能になった。これは、各移動体とそこに取り付けられる把持部材との間に弾性部材を取り付け、その弾性部材の押込み量によって把持力を制御するように構成したからである。
又、請求項２による把持装置は、請求項１記載の把持装置において、上記制御手段は上記弾性部材が所定量だけ弾性変形するまで超音波モータを駆動した後超音波モータを停止させるように構成しているので、超音波モータの寿命の延長を図ることができ、又、電力消費量の削減を図ることができる。
又、請求項３による把持力制御方法は、超音波モータを駆動することによって一対の移動体を離接可能に設置し、上記一対の移動体に対して夫々把持部材を移動可能な状態で取り付け、上記各移動体と各把持部材の間に上記把持部材を一方向に付勢する弾性部材を介装させ、上記超音波モータを駆動して上記一対の移動体を移動させ上記一対の把持部材によって被把持物を把持する際上記弾性部材が所定量だけ弾性変形するまで上記超音波モータを駆動させそれによって所定の把持力を得るようにしているので、まず、比較的簡単な構成によって把持力を高い精度で制御することが可能になった。これは、各移動体とそこに取り付けられる把持部材との間に弾性部材を取り付け、その弾性部材の押込み量によって把持力を制御するように構成したからである。
又、請求項４による把持力制御方法は、請求項３記載の把持力制御方法において、上記弾性部材が所定量だけ弾性変形した後上記超音波モータを停止させるようにしているので、超音波モータの寿命の延長を図ることができ、又、電力消費量の削減を図ることができる。

以下、図１乃至図１０を参照して本発明の一実施の形態を説明する。図１は本実施の形態による把持装置の全体の構成を示す図であり、又、図２は図１の一部を切り欠いて内部の構造を示す図である。まず、外筐１があり、この外筐１の外側には超音波モータ３が取り付けられている。上記超音波モータ３の回転軸５は、図２及び図４に示すように、上記外筐１内に挿入・配置されていて、この回転軸５にはピニオンギヤ７が固着されている。一方、図４乃至図６に示すように、上記外筐１内には一対の移動体９ａ、９ｂが対向・配置されている。これら一対の移動体９ａ、９ｂにはラックギヤ１１ａ、１１ｂが夫々固着されている。これらラックギヤ１１ａ、１１ｂは既に説明したピニオンギヤ７を挟むような位置に対向・配置されていてピニオンギヤ７に噛合されている。

上記移動体９ａ、９ｂには、図５に示すように、コイルスプリング１３ａ、１３ｂを介して把持部材１５ａ、１５ｂが夫々取り付けられている。上記把持部材１５ａ、１５ｂはコイルスプリング１３、１３によって夫々相互に接近する方向に常時付勢されている。例えば、図５において右側に配置されている把持部材１５ａは、コイルスプリング１３ａによって図５中左方向に付勢されている。一方、図５において左側に配置されている把持部材１５ｂは、コイルスプリング１３ｂによって図５中右方向に付勢されている。

上記移動体９ａ、ラック１１ａ、コイルスプリング１３ａ、把持部材１５ａの関係を抽出して図７及び図８に示す。図８に示すように、まず、把持部材１５ａには中空部４１が形成されていて、この中空部４１内に移動体９ａが移動可能な状態で収容されている。上記中空部４１の両側には端栓４３、４３が取り付けられている。又、上記移動体９ａには孔４５が形成されていて、上記端栓４３ｃとこの孔４５との間にコイルスプリング１３ａが収容・配置されている。上記端栓４３、４３は固定ボルト４７によって把持部材１５ａに固定されている。

上記把持部材１５ａには把持爪４９が一体に取り付けられていて、この把持爪４９には両側にＶ字溝５１、５１が形成されている。これらＶ字溝５１、５１内にはコロ５３が回転可能な状態で収容・配置されている。その際、隣接するコロ５３の向きが９０°異なった向きになるように互い違いに配置されている。又、それらコロ５３の両側には端栓５５、５５が固定ねじ５７、５７によって固定されている。
尚、上記移動体９ｂ、ラック１１ｂ、コイルスプリング１３ｂ、把持部材１５ｂの関係も同様の構成になっている。

上記コイルスプリング１３ａ、１３ｂは図９に示すような特性を備えたものである。図９は横軸にバネ押込み量（ｍｍ）をとり縦軸に把持力（Ｎ）をとって両者の関係を示したものである。この実施の形態の場合には、上記一対の把持部材１５ａ、１５ｂによって被把持物２１(図３中仮想線で示す)を把持し始めた点を「０」点とし、そこから予め設定された押込み量だけ上記コイルスプリング１３ａ、１３ｂを押し込むことにより所望の把持力を得ようとするものである。

上記押込み量を検知して所望の把持力を得るべく制御するために制御手段２３が設けられている。そして、超音波モータ３に設置されているエンコーダ２５によってコイルスプリング１３ａ、１３ｂの押込み量を検知する。すなわち、エンコーダ２５のカウント数によってコイルスプリング１３ａ、１３ｂの押込み量を検知する。そして、コイルスプリング１３ａ、１３ｂの押込み量が予め設定された値に達したところで超音波モータ３を停止させる。それによって、被把持部２１を所望の把持力によって把持した状態を得るものである。

尚、上記エンコーダ２５のカウント数をカウントするに際して予め「０点」を設定しておく。すなわち、超音波モータ３を駆動して一対の移動体９ａ、９ｂを移動させ、それによって、一対の把持部材１５ａ、１５ｂを接近させて被把持物２１を把持させる。その把持開始点を「０点」として設定するものである。この「０点」では上記コイルスプリング１３ａ、１３ｂは未だ弾性変形を開始していないものであり、そこからさらに超音波モータ３を駆動することにより徐々に弾性変形していくことになる。その弾性変形量を上記エンコーダ２５のカウント数によって検出するものである。

又、上記外筐１の前面側であって、把持部材１５ａ、１５ｂの把持爪４９、４９の図１中上下位置にはガイド部材３１、３３が設置されている。上記把持部材１５ａ、１５ｂの把持爪４９、４９は上記ガイド部材３１、３３にガイドされながら移動するものである。すなわち、上記ガイド部材３１、３３側には横断面形状がＶ字溝３１ａ、３３ａが形成されている。これらＶ字溝３１ａ、３３ａと既に説明した把持爪４９、４９側のＶ字溝５１、５１との間にコロ５３が収容・配置されているものである。よって、把持爪４９、４９はそれら複数個のコロ５３によってガイドされながら移動することになる。

以上の構成を基に図１０のフローチャートを参照しながらその作用を説明する。まず、被把持物２１を把持するべく超音波モータ３を起動する。それによって、一対の移動体９ａ、９ｂが移動し、それに伴って一対の把持部材１５ａ、１５ｂの把持爪４９、４９が相互に接近することになる。上記一対の把持部材１５ａ、１５ｂの把持爪４９、４９の接近によって被把持物２１を把持することになる。そして、上記一対の把持部材１５ａ、１５ｂの把持爪４９、４９の接近によって被把持物２１を把持し始めた点が「０点」である。これがステップＳ１になる。

そこから所定の押込み量だけコイルスプリング１３ａ、１３ｂを押し込む。すなわち、超音波モータ３を駆動して一対の移動体９ａ、９ｂを所定量だけ移動させるものである。そして、ステップＳ２に移行して、目標位置に到達したか否か、すなわち、コイルスプリング１３ａ、１３ｂを所定量押し込んだか否かを判別する。目標位置に到達したと判別された場合にはステップＳ３に移行して、超音波モータ３を停止させる。それによって、超音波モータ３の保持力とコイルスプリング１３ａ、１３ｂの弾性保持力によって被把持物２１を把持することになる。これに対して、目標位置に到達していないと判別された場合には動作を継続する。その後ステップＳ４に移行して被把持物２１の把持を解除する。
以下、同様の処理を繰り返すものである。

以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、比較的簡単な構成によって把持力を高い精度で制御することが可能になった。これは、各移動体９ａ、９ｂとそこに取り付けられる把持部材１５ａ、１５ｂとの間にコイルスプリング１３ａ、１３ｂを取り付け、そのコイルスプリング１３ａ、１３ｂの押込み量によって把持力を制御するように構成したからである。
又、所定の把持力を得られる状態になったところで超音波モータ３を停止させるようにしているので、超音波モータの寿命の延長を図ることができる。
又、所定の把持力を得られる状態になったところで超音波モータ３を停止させるようにしているので、電力消費量の削減を図ることができる。

尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
例えば、把持装置自体の基本的な構成は図示したものに限定されるものではなく、様々な構成が考えられる。
又、前記一実施の形態の場合には、弾性部材としてコイルスプリングを使用した例を挙げて説明したが、それに限定されるものではなく、板ばね等様々な種類の弾性部材の使用が考えられる。

本発明は把持装置と把持力制御方法に係り、特に、超音波モータを使用したものにおいて、ロードセル等の高価なセンサを要することなく、比較的簡単な構成で把持力の制御を高い精度で行うことができるように工夫したものに関し、例えば、工場等で使用されている各種グリッパに好適である。

本発明の一実施の形態を示す図で、超音波モータを使用した把持装置の全体の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、超音波モータを使用した把持装置の全体の構成を一部切り欠いて示す斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、超音波モータを使用した把持装置の正面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、図３のＩＶ-ＩＶ断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、図４のＶ−Ｖ断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、図４のＶＩ−ＶＩ断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、移動体と把持部材とコイルスプリングの関係を抽出して示す斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、移動体と把持部材とコイルスプリングの関係を抽出して示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、弾性部材の押込み量と把持力の関係を示す特性図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、作用を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 外筐
３ 超音波モータ
５ 回転軸
７ ピニオンギヤ
９ａ 移動体
９ｂ 移動体
１１ａ ラックギヤ
１１ｂ ラックギヤ
１３ａ コイルスプリング（弾性部材）
１３ｂ コイルスプリング（弾性部材）
１５ａ 把持部材
１５ｂ 把持部材
２１ 被把持物
２３ 制御手段
２５ エンコーダ

Claims (4)

1. 超音波モータと、
   上記超音波モータを駆動することによって離接される一対の移動体と、
   上記一対の移動体に対して夫々移動可能な状態で取り付けられ被把持物を把持する一対の把持部材と、
   上記各移動体と各把持部材の間に介装され上記把持部材を一方向に付勢する弾性部材と、
   上記超音波モータを駆動することによって上記一対の移動体を移動させて上記一対の把持部材を接近させることより被把持物を把持する際上記弾性部材が所定量だけ弾性変形するまで上記超音波モータを駆動させそれによって所定の把持力を得る制御手段と、
   を具備したことを特徴とする把持装置。
2. 請求項１記載の把持装置において、
   上記制御手段は上記弾性部材が所定量だけ弾性変形するまで超音波モータを駆動した後超音波モータを停止させるものであることを特徴とする把持装置。
3. 超音波モータを駆動することによって一対の移動体を離接可能に設置し、上記一対の移動体に対して夫々把持部材を移動可能な状態で取り付け、上記各移動体と各把持部材の間に上記把持部材を一方向に付勢する弾性部材を介装させ、上記超音波モータを駆動して上記一対の移動体を移動させ上記一対の把持部材によって被把持物を把持する際上記弾性部材が所定量だけ弾性変形するまで上記超音波モータを駆動させそれによって所定の把持力を得るようにしたことを特徴とする把持力制御方法。
4. 請求項３記載の把持力制御方法において、
   上記弾性部材が所定量だけ弾性変形した後上記超音波モータを停止させるようにしたことを特徴とする把持力制御方法。

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