JP2010094804A - 電動ハンド - Google Patents

Abstract

【課題】長方形や楕円形などの長短の長さのあるワークを正確に位置決め（センタリン
グ）できる電動ハンドを提供する。
【解決手段】カム部材として第１及び第２の２個のカム部材１１Ｂ・１２Ｂが同じ軸線上で重ねて軸支され、これら第１及び第２のカム部材のそれぞれにおいて一対のカム溝１４・１６が点対称に形成され、しかも第１及び第２のカム部材のカム溝１４・１６相互は、軸心からの距離が互いに異なっている。第１及び第２のカム部材の直径が異なり、大径の第２のカム部材１２Ｂのカム溝１６が、小径の第１のカム部材１１Ｂの外周縁を越えるところに形成されている。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、自動組立、部品搬送、検査工程等においてワークを把持して位置決めしたり測長等をするための電動ハンドに関し、特に、二対のハンド部材（フィンガや爪やチャック等）が各対で対向してワークを把持するタイプの電動ハンドに関する。

このタイプの電動ハンドとして、特許文献１（特開２００４−１０６０９５号公報）に記載のもの（ワークの位置決め装置）がある。この従来のものでは、１個のカム板に、同じ形状及び同じ長さの４個のカム溝が、カム板の回転中心を中心とする同じ曲線で等間隔に形成され、これら４個のカム溝に、十字状配置にした４個のフィンガのカムフォロアがそれぞれ摺動自在に嵌合され、１個のカム板をステッピングモータで回転させることにより、４個のフィンガがカム板の回転中心を中心として同時に等距離摺動をすることにより、ワークを４個のフィンガで把持してカム板の回転中心上に位置決め（センタリング）するものである。

しかし、これでは次のような問題点がある。
（１）円形又は正方形のワークの位置決めはできても、長方形や楕円形などの長短の長さのあるワークの位置決めは難しい。
（２）バネによるバッファリング機構を備えているものの、長短の長さの差が小さい長方形のワークしか対応できず、その場合、正解な位置決め（センタリング）はできない。
（３）ステッピングモータのオープンループ制御であるため、動作確認をそのための機構により別途行う必要があるとともに、センタリングしたワークの寸法確認（測定）ができない。
（４）フィンガの緻密な推力制御ができないので、壊れやすいワークや変形しやすいワークの場合には、フィンガの接触が不完全となり的確に位置決めできない。

特開２００４−１０６０９５号公報

本発明の第１の課題は、長方形や楕円形などの長短の長さのあるワークを正確に位置決め（センタリング）できる電動ハンドを提供することにある。

本発明の第２の課題は、ワークの測長が可能であるとともに、壊れやすいワークや変形しやすいワークでも的確に位置決めできる電動ハンドを提供することにある。

第１の課題を達成するため、本発明は、二対のハンド部材が各対で対向し、これらハンド部材のカムフォロアが、モータにて回転されるカム部材に形成されたカム溝に摺動自在に嵌合され、カム部材の回転によりカムフォロアがカム溝に沿って摺動することにより、二対のハンド部材が同時に直線摺動する電動ハンドにおいて、前記カム部材として第１及び第２の２個のカム部材が同じ軸線上で重ねて軸支され、これら第１及び第２のカム部材のそれぞれにおいて一対の前記カム溝が点対称に形成され、しかも第１及び第２のカム部材のカム溝相互は、軸心からの距離が互いに異なっており、前記第１及び第２のカム部材の直径が異なり、大径のカム部材のカム溝が、小径のカム部材の外周縁を越えるところに形成されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記発明において、前記カム溝は、前記カム部材の軸心を中心とするアルキメデスの渦巻き線に沿って、一端から他端へと軸心より遠ざかるように形成されているものである。

請求項３記載の発明は、前記発明において、前記第１及び第２のカム部材がそれぞれのモータにより別々に回転されるものである。

請求項４記載の発明は、前記発明において、前記第１及び第２のカム部材を支持するハウジングを備え、前記ハウジングは、前記二対のハンド部材を支持する上板とガイド板とを備え、前記上板は、前記ハウジングの上端部に位置付けられ、前記ガイド板は、前記上板上に設置され、前記二対のハンド部材を水平方向に摺動自在に案内するレールが、前記ガイド板の下側に設けられているものである。

第２の課題を達成するため、請求項５記載の発明は、前記発明において、前記モータは、その励磁電流と発生トルクとが線形となるモータで、その回転量に応じた電気信号を出力するエンコーダが付設されているものである。

本発明によれば、第１のカム部材の回転により摺動される第１組のハンド部材と、第２のカム部材の回転により摺動される第２組のハンド部材との移動距離が異なることになるので、長方形や楕円形などの長短の長さのあるワークを正確に位置決め（センタリング）できる。
また、第１及び第２の２個のカム部材を同じ軸線上で重ねて軸支しているから、コンパクト化が図れる。

さらに、第１及び第２のカム部材の直径が異なり、大径のカム部材のカム溝が、小径のカム部材の外周縁を越えるところに形成されているから、二つのカム部材のうち、ハンド部材に近接する方のカム部材に、他方のカム部材からハンド部材側へ延びるカムフォロアを挿通させるための逃げ溝を形成する場合に較べて、カム部材の加工が容易である。

請求項２に係る発明のようなアルキメデスの渦巻き線に沿ったカム溝形状にすれば、モータの回転角とハンド部材の位置関係が線形となり、モータの回転トルクによって生ずるハンド部材の推力が回転角によって変化せず、どの位置でも一定の推力を得ることができる。

請求項３に係る発明のように、第１及び第２のカム部材をそれぞれのモータにより別々に回転すると、両モータの同期をとることで、二対のハンド部材を同調摺動させることができるとともに、各対のハンド部材の動作及び推力を別々に制御することもできる。

請求項４に係る発明のように、二対のハンド部材の摺動を案内するレールが、ガイド板の下側に設けられていると、ハンド部材の摺動部分からの発塵を防止できるとともに、摺動部分への防塵効果もある。

請求項５に係る発明のように、モータとして、その励磁電流と発生トルクとが線形となるモータで、その回転量に応じた電気信号を出力するエンコーダが付設されたものを用いれば、ワークの測長が可能であるとともに、壊れやすいワークや変形しやすいワークでも、ハンド部材の緻密な推力制御により的確に位置決めできる。

本発明の参考となる電動ハンドの平面図である。 図１のＸ−Ｘ線断面図である。 図１のＹ−Ｙ線断面図である。 図２のＺ−Ｚ線断面図である。 参考例におけるカム部材の平面図で、（Ａ）は第１のカム部材、（Ｂ）は第２のカム部材、（Ｃ）はこれらカム部材の組み合わせ状態を示す。 本発明の実施例１の電動ハンドの平面図である。 図６のＸ−Ｘ線断面図である。 図６のＹ−Ｙ線断面図である。 図７のＺ−Ｚ線断面図である。 実施例１におけるカム部材の平面図で、（Ａ）は第１のカム部材、（Ｂ）は第２のカム部材、（Ｃ）はこれらカム部材の組み合わせ状態を示す。 本発明の実施例２の電動ハンドの平面図である。 図１１のＸ−Ｘ線断面図である。 図１１のＹ−Ｙ線断面図である。 図１２のＺ−Ｚ線断面図である。 実施例２におけるカム部材の平面図で、（Ａ）は第１のカム部材、（Ｂ）は第２のカム部材、（Ｃ）はこれらカム部材の組み合わせ状態を示す。 実施例２におけるガイド板とハンド部材との組み合わせ状態を示す下面図である。 その正面図である。 図１６のＸ−Ｘ線断面図である。 右側面図である。 図１６のＹ−Ｙ線断面図である。

（参考例）
先ず、本発明の参考となる技術を図１〜図５によって説明する。
図１〜図５に本発明の参考となる電動ハンドを示す。この電動ハンドは、ハウジング１内に第１及び第２の２台のモータ２・３を上向きにして並置し、ハウジング１内でその上板４の下側においてカム機構５を構成し、ハウジング１外で上板４の上側にハンド部材案内機構６を構成している。

２台のモータ２・３は、実質的に同じもので、励磁電流と発生トルクとが線形となるモータで、その回転量に応じた電気信号を出力するロータリエンコーダ７がそれぞれ付設されている。

カム機構５は、ハウジング１内に軸受板８を固定設置し、その中央の軸受凹部８ａ内において、カム軸９をベアリング１０にて回転自在に軸受けしている。そして、この第１のカム軸９の上部に、これと一体回転するように第１のカム部材１１Ａを固定している。また、カム軸９との間に中間ベアリング１３を介在させて第２のカム部材１２Ａを第１のカム部材１１Ａの下側に配置し、第１のカム部材１１Ａはカム軸９と一体回転するが、第２のカム部材１２Ａは、第１のカム部材１１Ａとは別にカム軸９の回りを相対回転できるようになっている。

第１及び第２のカム部材１１Ａ・１２Ａは、図５の（Ａ）に第１のカム部材１１Ａのみの平面、（Ｂ）に第２のカム部材１２Ａのみの平面、（Ｃ）にこれらを重ね合わせた平面を示すように、これらは同じ外径の円板である。しかし、第１のカム部材１１Ａには、その軸心（回転中心）を中心として、分離した一対のカム溝１４が点対称の曲線に沿って形成されているほか、これらカム溝１４よりも外周に、分離した一対の逃げ溝１５が点対称の円弧線に沿って形成されている。一方、第２のカム部材１２Ａには、その軸心（回転中心）を中心として、分離した一対のカム溝１６が点対称の曲線に沿って形成されているのみである。

そして、第１と第２のカム部材１１Ａ・１２Ａの相互関係は、図５の（Ｃ）に示すような大小関係、すなわち、第２のカム部材１２Ａの一対のカム溝１６は、軸心からの距離が、第１のカム部材１１Ａの一対のカム溝１４よりも遠くなっており、これら第１と第２の一対ずつのカム溝１４・１６は、その曲線の曲率が第１よりも第２の方が緩やかで、溝長さも第１よりも第２の方が長くなっている。しかし、これら第１と第２の一対ずつのカム溝１４・１６は、いずれも、軸心（回転中心）を中心とするアルキメデスの渦巻き線に沿って、一端から他端へと軸心より遠ざかるように形成されている。第１のカム部材１１Ａに形成された逃げ溝１５の幅員は、カム溝１４・１６よりもはるかに大きく、第２のカム部材１２Ａのカム溝１６の一端から他端までを、その長さ方向及びカム部材１２Ａの半径方向の両方向に包含する長さ及び幅員となっている。

また、これら第１及び第２のカム部材１１Ａ・１２Ａの外周縁には、ギアーのような歯１１ａ・１２ａが全周に形成され、第１のカム部材１１Ａの歯１１ａは、第１のモータ２のモータ軸に固定された第１の駆動ギアー１７と、第２のカム部材１２Ａの歯１２ａは、第２のモータ３のモータ軸に固定された第２の駆動ギアー１８とそれぞれ噛み合っている。従って、第１及び第２のカム部材１１Ａ・１２Ａは、それぞれのモータ２・３により別々に回転される。

一方、ハンド部材案内機構６は、ハウジング１の上板４上に４枚のガイド板１９を左右前後に固定設置することにより、これらガイド板１９の間に、左右一対（第１組）と前後一対（第２組）のガイド溝（レール）２０・２１、２２・２３を、これら全体として十字状に形成している。そして、これら一対ずつのガイド溝２０・２１、２２・２３に、一対ずつ対向する第１組と第２組の２組のハンド部材２４・２５、２６・２７がそれぞれ水平摺動自在に嵌装されている。各ハンド部材と各ガイド溝との間はボールスライド構造となっている。

第１組のガイド溝２０・２１は第２組のガイド溝２２・２３よりも長く、これに合わせて、第１組のハンド部材２４・２５は第２組のハンド部材２６・２７よりも長くなっている。

第１組のハンド部材２４・２５には、ピン状のカムフォロア２８が１本ずつ垂直に植設され、また第２組のハンド部材２６・２７には、第１組のカムフォロア２８よりも長いピン状のカムフォロア２９が１本ずつ垂直に植設されている。そして、第１組のハンド部材２４・２５のカムフォロア２８の下端部は、第１のカム部材１１Ａの一対のカム溝１４にそれぞれ摺動可能に嵌合され、第２組のハンド部材２６・２７のカムフォロア２９の下端部は、第２のカム部材１２Ａの一対のカム溝１６にそれぞれ摺動可能に嵌合されている。各カムフォロア２８・２９の下端部には小さいベアリング３０が付設されている。

この参考例に示す電動ハンドはこのような構造であるので、その動作は次のようになる。
第１及び第２のモータ２・３が同期して駆動すると、第１及び第２のカム部材１１Ａ・１２Ａが同じ軸線上を同時に回転し、第１のカム部材１１Ａの一対のカム溝１４に沿って第１組のハンド部材２４・２５のカムフォロア２８が摺動すると同時に、第２のカム部材１２Ａの一対のカム溝１６に沿って第２組のハンド部材２６・２７のカムフォロア２９が摺動する。

これら第１と第２のカム溝１４・１６は上述したような大小関係になっているので、第１組のハンド部材２４・２５の摺動距離よりも第２組のハンド部材２６・２７の摺動距離の方が大きくなり、例えば長方形のワークを、第１組のハンド部材２４・２５間に長辺、第２組のハンド部材２６・２７の間に短辺が向くように置けば、長方形のワークを正確に位置決め（センタリング）できる。

これら２組のハンド部材２４・２５、２６・２７の摺動において、カム溝１４・１６は、軸心（回転中心）を中心とするアルキメデスの渦巻き線に沿って、一端から他端へと軸心より遠ざかるように形成されているので、モータ２・３の回転角とハンド部材２４・２５、２６・２７の位置関係が線形となり、モータ２・３の回転トルクによって生ずるハンド部材２４・２５、２６・２７の推力が回転角によって変化せず、どの位置でも一定の推力を得ることができる。その詳細な理由は、本発明者が先に発明し特許出願した特開２００５−５９１１８号公報に解説されている。

モータ２・３は、その励磁電流と発生トルクとが線形となるモータで、その回転量に応じた電気信号を出力するロータリエンコーダ７がそれぞれ付設されているので、第１組のハンド部材２４・２５と第２組のハンド部材２６・２７との推力制御を独立して行うことができ、長方形のワークの測長を長短両方向について行うことが可能であるとともに、壊れやすいワークや変形しやすいワークでも、ハンド部材２４・２５、２６・２７の緻密な推力制御により的確に位置決めできる。

（実施例１）
図６〜図１０に本発明に係る電動ハンドを実施例１として示す。この電動ハンドは、第１のカム部材１１Ｂと第２のカム部材１２Ｂとの関係が上記参考例と次のように異なる。

すなわち、図１０の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第１のカム部材１１Ｂと第２のカム部材１２Ｂとは直径が異なり、前者が小、後者が大となっている。そして、第１のカム部材１１Ｂの一対のカム溝１４に対して、第２のカム部材１２Ｂの一対のカム溝１６は、小径の第１のカム部材１１Ｂの外周縁を越えるところに形成され、第１のカム部材１１Ｂに上記参考例の場合のような逃げ溝１５が無くとも、第１組のハンド部材２４・２５のカムフォロア２８と第２組のハンド部材２６・２７のカムフォロア２９とが干渉しないようになっている。

この実施例１では、第１のカム部材１１Ｂと第２のカム部材１２Ｂとがこのような関係となっているほか、図７に示すように、第１の駆動ギアー１７の回転がカム軸９に固定された中継ギアー１７ａを介して第１のカム部材１１Ｂに伝達されるようになっているが、その他の構成は上記参考例と同じなので、動作も参考例と同じになる。

（実施例２）
図１１〜図１５に実施例１を変形した実施例２の電動ハンドを示す。この電動ハンドは、２組のハンド部材２４・２５、２６・２７を案内するハンド部材案内機構６において、ハンド部材２４・２５、２６・２７の長さを、ガイド溝２０・２１、２２・２３の外端からはみ出た状態で摺動できる充分な長さとし、ガイド溝２０・２１、２２・２３の形成領域をガイド板３１で覆ったものである。すなわち、図１６〜図２０に示すように、レールとなるガイド溝２０・２１、２２・２３を下面形成したガイド板３１を、下向きにして上板４上に設置することにより、ガイド溝２０・２１、２２・２３を上側から覆う天板を兼ねるようにしたものである。

このようにすると、ハンド部材２４・２５、２６・２７とガイド溝２０・２１、２２・２３との摺動部分をガイド板３１で保護することできるので、その摺動部分での外部への発塵を防止できるとともに、外部からの防塵効果もある。また、ハンド部材２４・２５、２６・２７の一部分がガイド板３１の辺縁からはみ出るので、ワークをガイド板３１上において把持して位置決め（センタリング）できる。

また、２組のハンド部材２４・２５、２６・２７の配置関係を、実施例１とは逆に、第１組のハンド部材２４・２５を前後、第２組のハンド部材２６・２７を左右に配置したものである。

１…ハウジング、２・３…モータ、４…上板、５…カム機構、６…ハンド部材案内機構、７…ロータリエンコーダ、８…軸受板、８ａ…軸受凹部、９…カム軸、１０…ベアリング、１１Ａ・１１Ｂ…第１のカム部材、１２Ａ・１２Ｂ…第２のカム部材、１１ａ・１２ａ…歯、１３…中間ベアリング、１４…カム溝、１５…逃げ溝、１６…カム溝、１７…第１の駆動ギアー、１７ａ…中継ギアー、１８…第２の駆動ギアー、１９… ガイド板、２０・２１、２２・２３…ガイド溝、２４・２５…第１組のハンド部材、２６・２７…第２組のハンド部材、２８…カムフォロア、２９…カムフォロア、３０…ベアリング、３１…ガイド板。

Claims (5)

1. 二対のハンド部材が各対で対向し、これらハンド部材のカムフォロアが、モータにて回転されるカム部材に形成されたカム溝に摺動自在に嵌合され、カム部材の回転によりカムフォロアがカム溝に沿って摺動することにより、二対のハンド部材が同時に直線摺動する電動ハンドにおいて、前記カム部材として第１及び第２の２個のカム部材が同じ軸線上で重ねて軸支され、これら第１及び第２のカム部材のそれぞれにおいて一対の前記カム溝が点対称に形成され、しかも第１及び第２のカム部材のカム溝相互は、軸心からの距離が互いに異なっており、
   前記第１及び第２のカム部材の直径が異なり、大径のカム部材のカム溝が、小径のカム部材の外周縁を越えるところに形成されていることを特徴とする電動ハンド。
2. 前記カム溝が、前記カム部材の軸心を中心とするアルキメデスの渦巻き線に沿って、一端から他端へと軸心より遠ざかるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動ハンド。
3. 前記第１及び第２のカム部材がそれぞれのモータにより別々に回転されることを特徴とする請求項１または２に記載の電動ハンド。
4. 前記第１及び第２のカム部材を支持するハウジングを備え、
   前記ハウジングは、前記二対のハンド部材を支持する上板とガイド板とを備え、
   前記上板は、前記ハウジングの上端部に位置付けられ、
   前記ガイド板は、前記上板上に設置され、
   前記二対のハンド部材を水平方向に摺動自在に案内するレールが、前記ガイド板の下側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電動ハンド。
5. 前記モータは、その励磁電流と発生トルクとが線形となるモータで、その回転量に応じた電気信号を出力するエンコーダが付設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電動ハンド。

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