JP2010536588A5 - - Google Patents

Description

把持フィンガあたり２本の駆動軸を備えた把持機構

本発明は、案内伝達装置のリンクとして働き、２本の駆動軸、クランクシャフト、ベルト車軸またはピニオンまたは歯車または鎖歯車軸によって駆動され、かつ最初の作業位置から後方におよび横に把持フィンガを回動させる、少なくとも１本の移動可能な把持フィンガを備える、機械、ロボットおよびハンドリング装置のための把持機構に関する。

その把持フィンガを駆動軸を介して作動させる把持機構は、把持フィンガを、フレームに支持された回動連結部を介して回転移動させる（角度把持部と呼ばれる）か、または、リンク機構平行四辺形のリンクとして平行移動させる（平行把持部と呼ばれる）。角度把持部は、開かれた位置のそれらの把持フィンガが把持ハウジングの前方の作業領域から離れて揺動されることができる利点を有する。他の目標物は、妨げられず把持部を越えて搬送されることができる。しかしながら、それらは、種々の大きさの目標物に対し、様々な大きさの角度下で、把持フィンガを目標物に対し適用しなければならず、その結果、把持顎の形状、および、異なる大きさの目標物に対する把持部の使用の観点から、困難となるばかりでなく非常に制限されるという欠点を有する。リンク機構平行四辺形のリンクとしてそれらの把持フィンガを導く平行把持部は、他方、リンク機構平行四辺形が不安定な位置、把持フィンガが把持される目標物に力を加えることができず、かつこの位置で反平行の形態でさらに動作し続けるかもしれない、重なり位置または一直線上に並ぶ位置に陥るので、それらの把持フィンガが把持ケーシングの前方の作業領域から横に完全に揺動されることができないという欠点に苦しむ。

これに対して、本発明は、角度および平行把持部の最も広い可能な用途をお互いに組み合わせるために、その把持フィンガが任意の把持位置で、すなわち重なり位置および一直線上に並ぶ位置でさえ、確実にかつひっくり返らずに、把持部本体の前方の作業領域から完全に離れて揺動することができる、把持機構を作り出すことを一目的として有する。

この目的は、請求項１内に開示される特徴によって、本発明に従って達成される。

従属請求項は、本発明の有利な更なる変形例を表す。

クランク、鎖、歯車、平ベルト、歯付駆動ベルトまたはロッドによって各々駆動される２本の駆動軸による把持フィンガの案内の結果として、、その案内機構に係る重なり位置および一直線上に並ぶ位置を越えて、駆動軸が180°以上回転するまで、把持フィンガを動かすことが可能であり、かつ、ひっくりかえったり不安定な位置に入ることなく、確実に力およびトルクを伝達する。

各把持フィンガは、２つの回動連結部によって、または１つの回動連結部および摺動リンク機構によって、２点で案内される。２つの回動連結部の各々の上で、または、１つの回動連結部と把持フィンガの摺動リンク機構とでロッドが係合することになる。ロッドは、被駆動駆動軸（クランクシャフト、歯車軸、ベルト車軸、鎖歯車軸）に接続される。駆動軸は、作動ユニットを用いて空気圧で、液圧で、または電気モータで駆動される。摺動リンク機構はまた、駆動軸によって駆動されるロッド内に設けられ、一方、２つの回動連結部は把持フィンガ上に設けられることができる。摺動リンク機構はまた、両側に回動連結部を有する更なるロッド、いわゆるバイナリリンク機構によって置換されることができる。作動ユニットの作動部材を含んで、更に把持フィンガを含む２本の被駆動ロッドの平行四辺形形状の配置の場合、リンク機構平行四辺形が、２本の被駆動ロッドとともにでさえ、一意的な回転能力を有するので、摺動リンク機構またはバイナリ部材は、省かれることができる。

駆動軸は、密閉しかつ分割されないケーシング内に、ほこりに対し保護され、密封された状態で完全に収められることを可能にするために、少なくとも２つの部材に分割してもよい。駆動軸を三分割する場合、駆動軸の両側のジャーナルは、例えば、被駆動ロッド上のネック部として個別に設けることができる。このように駆動軸の被駆動中央部材が、２つのジャーナルのどちらかの直径より短い直径でできていて、把持ケーシングのより大きな軸受ボアを通して組立中に把持ケーシング内に挿入されることが可能である。ネック部を一体化した把持機構の被駆動ロッドの組立および駆動軸の中央部材へのそれらの軸方向接続の後、駆動軸の支持を完成させる。２つのジャーナルの１つはまた、２つに分割される駆動軸の中央部材上に形成されることができる。その場合の２つ目のジャーナルは、被駆動ロッド上にネック部の形で直接設けられる。

分割された駆動軸の個々の部材同士の心出しおよびトルク伝達のために、これら部材の端面で噛み合う軸方向歯部が設けられ、それはまた、ピンおよびボアを用いて低歯構成の形態で設けられることができる。

駆動軸の軸方向に係る支持は、好ましくは、Ｘ−形状（正面合わせ）またはＯ−形状（背面合わせ）で設計されることができるジャーナル軸受構造によって、行われる。Ｘ−形状の場合、アキシャル軸受面は駆動軸の被駆動中央部材の端面と把持ケーシングとの間に、すなわち把持ケーシングの内側に設けられる。Ｏ−形状では、アキシャル軸受面は把持ケーシングの外側のネック部に同軸的に被駆動ロッド上に設けられる。

ネック部のまわりに同軸的に、駆動軸によって駆動されるロッドの下に、軸方向密封リングを配置するのが好ましい、リングは、把持ケーシング内へのほこりおよび汚れの流れ込みを防ぐために把持ケーシングを密閉して密封することになる。

本発明に従う把持機構の最も単純な実施態様において、把持フィンガは、駆動軸の片側または両側に取り付けられた２本のロッドにより、好ましくは円形軌道に沿って案内され、固定フィンガまたは機械構成要素に対するクランプ装置として動作する。駆動軸が片側だけに取り付けられたロッドを備える場合、ネック部を、このロッドに取り付けるのが好ましい。ネック部には、アキシャル軸受を設ける場合もあれば、設けない場合もある。反対側については、アキシャル軸受面を備えたまたは備えない端部支持部を、軸方向歯部噛み合いまたはボア構成を備えた単体で回転する単純な回転部材として構成するか、または、代わりとして第2のネック部を、駆動軸の被駆動中央部材の一体的構成要素とする。両方の部材、すなわちネック部および端部支持部は、共通軸線を有しており、駆動軸の回転軸線を形成する。この回転軸線は、フレームに対し固定された状態にある。

被駆動ロッドが両側の駆動軸に取り付けられた２本のロッド半分からなる場合、、それらの軸方向歯部噛み合いと共に２つのラジアル軸受が、好ましくはネック部として２本のロッド半分の一体的構成要素として働く。ここで、アキシャル軸受は、設ける場合もあれば、設けない場合もある。

このように設計された把持機構のケーシングは、中実材料から機械加工されるか、１つの統合された部材に鋳造されるかまたは押出し成形形状から製造されることができる。ケーシングは、駆動ユニットを収容するための閉じたキャビティとともに、駆動軸を収容するための駆動ユニットのまわりに横に設けられた開放式またはＵ型のキャビティを備える。駆動ユニットの組立、および、このために設けられたＵ−輪郭形状のキャビティ内への駆動軸の内部構成要素の導入の後、後者は適切なカバーおよびファスナ要素によって閉じられる。最後に、ロッドを有するネック部およびロッドを有さない端部支持部が片側または両側からケーシングの軸受ボア内へ外側から挿入されて、軸方向歯部噛み合いを経由して、またはボアおよびピンを用いて、駆動軸の中央部材に軸方向に嵌合される。片側だけの上のロッドの場合、単体で回転する端部支持部が駆動軸の部材を形成することができる。駆動軸を少なくとも２つの部材、被駆動中央部材およびロッドに分割することによって、同じくそれらの軸方向歯部噛み合いの、またはピンおよびボアの、ピッチによって、駆動軸の位置に対して被駆動ロッドを様々な姿勢で取り付けることが可能になる。目的、目標物寸法および要求に従い、把持フィンガの柔軟な開閉位置がそれによって達成される。

駆動軸の中央部材の端面が、Ｘ−形状のジャーナル軸受支持のためのアキシャル軸受面として歯部噛み合い表面の外側に形成される。それら端面は、ケーシング内にすえ付けられたアキシャル軸受を支持する。Ｏ−形状の駆動軸の軸方向ジャーナル軸受の場合、アキシャル軸受面は両側のネック部の端面に、ロッドおよび端部支持部内に、または被駆動ロッド半分上に直接設けられる。フィンガが片側だけに配置される場合、駆動軸のトルク全体が片側のロッド上に伝達される。

比較的幅広い把持顎が必要な用途に対して、最初のものに対して鏡像関係の第２のロッド部材が、端部支持部の代わりに駆動軸に取り付けられて、分割された把持フィンガの他の半分と共にケーシングの外側に取り付けられる。２つの把持フィンガ部分が、より幅広い把持顎によってそれらの先端で相互接続される。フィンガの分割により、把持ケーシングのまわりの回転中に、幅広い把持顎が後者に影響を与えることがない。４つの被駆動ロッド部材は、片側上に取り付ける２つのフィンガ半分および顎、ならびに反対側上の把持ケーシングの内側に取り付けられる駆動軸の２つの中央部材と共同で、統合された曲げおよびトルク耐性のあるフィンガ機構になる。その場合、駆動軸は両側に対称的に装填される。曲げモーメントおよびトルクは、引張または圧縮負荷としてロッドの各々に働き、それによって、把持部の耐負荷性は非常に向上される。埃っぽい環境に対して、および、爆発に対する保護が必要な用途に対して、平軸方向シールが、軸受面の外側のネック部の端で、しかし、把持機構を完全に密封するために被駆動ロッドの下でまたは端部支持部の頭部の下で使われる。

全ての場合において、駆動軸に対する被駆動ロッドの位置は、個々の把持フィンガの把持範囲を特定の用途状況に適応させるために、歯部ピッチまたはピンおよびボアのピッチの範囲内で必要に応じて修正されることができる。

２つ以上の移動可能な把持フィンガを備えた把持機構の場合、把持フィンガあたり２本の被駆動軸が、上述したのと類似した方法で設けられ、単一の作動ユニットを用いて全ての把持フィンガを確実にかつ同期して動かすために作動ユニットのまわりに同心円状に配置される。

把持機構は、空気圧で、電気モータで、液圧で、または別の方法で作動することができる。作動ユニットは把持フィンガの各々の両方の駆動軸を駆動するか、または、それは単一の駆動軸だけを駆動し、それは、次に、ロッド、ベルトまたは歯部ベルト駆動、噛合歯車または駆動チェーンを経由して第２の駆動軸を駆動する。

各フィンガ機構が、独自の駆動機構を与えられることもまた考えられ、中央に配置されない物品または幾何学的に非対称な物品をもまたしっかりと把持することを可能とするために、例えばばねによって、お互いに連結される。

このように設計された把持機構は、ひっくりかえるかまたは引っ掛かって動かなくなることなく、複数関節式リンク機構システムのリンクとして働く２本の被駆動ロッドまたはロッド対を経由して、その把持フィンガの各々を、駆動部材同士が一直線上に並ぶ位置および重なる位置さえ越えて確実にかつ一意的にさらに案内する。このように、各把持フィンガに対して１８０°さえ越えて異なる範囲の動きを提供すること、および動きが平行のときにさえそれを把持部の前方の作業領域から離れて揺動すること、および把持ケーシングの前方に隙間を保って他の作業のために利用できること、が可能になる。

詳細には、以下に示す。
本発明に係る把持機構の長手方向断面図であって、スライド部およびスライダクランク機構のリンクによって駆動される把持フィンガあたり２本の駆動軸を備える断面図。 本発明に係る把持機構の長手方向断面図であって、歯車および歯部ラック駆動の歯付スライダによって駆動される、把持フィンガあたり２本の歯付駆動軸を備える断面図。 本発明に係る把持機構の長手方向断面図であって、把持フィンガあたり２本の歯付駆動軸を備え、そのうち、第１のものがスライダクランク機構によって駆動され、および、第２のものがベルトまたは鎖を経由して第１の駆動軸によって駆動される断面図。 本発明に係る把持機構の３つに分割された被駆動クランクシャフトを通しての断面図であって、把持フィンガに回動可能に接合される一対のロッドを含む断面図。

同一の構成要素は、同じ参照番号または同じ文字によって表示される。異なる添字は、同じ要素の異なる領域または異なる設計、または、複数の具備を意味する。

図１を参照して、把持機構は安定な把持ケーシング（１）を備え、それはロボットのフランジに取り付けられることになっている。把持ケーシング（１）内に例示されない作動ユニットが収められ、それは空気圧で、液圧でまたは電気モータでスライダ（２ａ）の直進運動をもたらす。スライダ（２ａ）は、リンク（３）を用いて、好ましくは複数部材からなり、かつ、嵌め合いによるがしかしなお分離可能な状態でロッド（１０ａ）に取り付けられる、クランクシャフト（５ａ）を駆動する。それらの端でロッド（１０ａ）は、連接された関係で把持フィンガ（１１ａ）を案内する。一方、一番上のロッド（１０ａ）は回動連結部を介して把持フィンガ（１１ａ）に接続され、下部のロッド（１０ａ）は、摺動リンク機構（１４ａ）の中で把持フィンガ（１１ａ）の別の点を案内する。これによって、ロッド（１０ａ）が異なる長さであるか、またはクランクシャフト（５ａ）が異なる角度で回転することができ、開閉過程中に把持フィンガ（１１ａ）に追加の回動を与えることが可能となる。摺動リンク機構（１４ａ）の軌道形状によって、把持フィンガに追加の動き、もし取扱い作業によってそのように要求されるならば、特に各把持フィンガに対して異なる動き、を課すことが同様に可能である。摺動リンク機構（１４ａ）はまた、把持フィンガ（１１ａ）が２つの回動連結部上で案内されるように、ロッド（１０ａ）の１つだけに設けられることができる。２つのロッド（１０ａ）が、平行でかつ等しい長さであるならば、把持フィンガ上のまたはロッド上の摺動リンク機構は、完全に不要にされることができる。２つのロッド（１０ａ）によって案内される把持フィンガ（１１ａ）は、把持された目標物上へ力およびトルクを加える間に、その途中でひっくり返らずに、ロッド（１０ａ）と一直線上に並ぶ位置および重なる位置においてさえ一意的且つ確実にさらに動くことが可能である。

作動ユニットのスライダ（２ａ）は、空気圧で、液圧で、または電気モータで駆動されることができる。それは、２本のロッド（１０ａ）を駆動するために、嵌合、力結合、あるいは摩擦によって生じる相互係合によって、例えば減速された動作を伴うバネ力によって、直列にもしくは同軸的に、または、例示されない、お互いに完全に別々に、２つの別個の駆動手段に分けられることができる。カバー（１３）は把持機構が完全に密封されるように、伝達装置隙間を密封して閉じる。

図２を参照して、作動ユニットの直線被駆動スライダ（２ｂ）によって、その歯部ラック（４）を経由して、好ましくは複数の部材からなる２つの歯車またはピニオン被駆動軸（５ｂ）に回転運動が生じる。ピニオン軸（５ｂ）のラジアル軸受（６）が、ピニオン軸（５ｂ）に直接に取り付けられるか、または、ラジアル軸受がネック部の形でロッド（１０ａ、１０ｂ）の一体的構成要素を構成し、それは、軸方向歯部形成を用いて、さらに、ボアおよびピン（８）の形態で一種の低歯部噛み合い構造の形で設けられることができ、ピニオン車（５ｂ）に角度調節可能に接続される。上部のロッド（１０ａ）は、把持フィンガ（１１ｂ）にその端で回動可能に接続される。その端の下部のロッド（１０ｂ）は、把持フィンガ（１１ｂ）の軸受ピンがその中に係合する摺動リンク機構（１４ｂ）を備える。両方の被駆動ロッド（１０ａ、１０ｂ）が、その重なり位置および一直線上に並ぶ位置を越えてなお一意的に、把持フィンガ（１１ｂ）を案内する。

図３を参照して、一番上のクランクシャフト（５ｃ）は、鎖伝動またはベルト伝動または歯ベルト伝動（１６）のためのスプロケットを備え、および同時に、下部の鎖歯車またはベルトまたは歯ベルト被駆動軸（５ｄ）を駆動する。鎖伝動またはベルト伝動（１６）の代わりに、ロッド（図示せず）をその端部でて２本の駆動軸（５ｃ、５ｄ）に蝶着させることもまた可能である。

この場合は、摺動リンク機構（１４ａ、１４ｂ）は２つの回り継手を有するバイナリ部材（１２）によって置換されている。これはしたがって、摺動リンク機構およびあるならば、摺動ブロックの機械加工および硬化を不要にする。

図４を参照して、被駆動ロッド（１０ａ）はクランクシャフト（５ａ）の駆動中央部材の両側に、すなわち二重に設けられる。ロッド（１０ａ）の各半分は、ネック部（６）としてのラジアル軸受、軸方向密封リング（９）、および、要求されるかまたは必要であれば、さらにＯ−形状のジャーナル軸受支持のためのアキシャル軸受面（７ｂ）を備える。駆動軸の中央部材、クランク（５ａ）は、ロッド対（１０ａ）のネック部（６）と共同で駆動軸として働く完全なクランクシャフトを形成し、および、作動ユニットによってリンク（３）を経由して駆動される。ロッド対（１０ａ）のネック部（６）は、中央部材がクランクシャフト、スプロケット軸、ベルト車軸または鎖歯車軸であるかどうかに関係なく、駆動軸の中央部材を支持するとともに中央部材との中心位置合わせがなされ、かつ軸方向歯部噛み合いまたはピン（８）および関連するボアの助けを借りて、これらから曲げおよびトルク耐性のある駆動軸を形成する。駆動軸のアキシャル軸受面（７ａ）は、好ましくは駆動軸の中央部材の端面上に設けられ、Ｘ−形状の駆動軸の軸方向支持に寄与する。駆動軸のアキシャル軸受面は、ラジアル滑り軸受の内側カラーを、ラジアル滑り軸受がケーシング（１）の内側にはめ込まれた状態で支持する。当然ながら、滑り軸受の代わりにころ軸受を用いることもできる。その場合固定/フローティング軸受が、より有利であろう。

ロッド対（１０ａ）はその自由端で、顎保持ブラケット（１５）によって相互接続されて間隔を置いて保持されるフィンガ半分（１１ａ）に回動可能に係合する。

本発明の明細書、図面および請求の範囲内に開示された個々の特徴は、本発明を実施するために、個別にまた任意選択の組合せにおいても、重要となり得る。

全ての開示された特徴は、本発明にとって重要である。

１ 把持ケーシング
２ａ スライダ
２ｂ スライダ
３ リンク
４ 歯部ラック
５ａ クランクシャフト
５ｂ ピニオン軸、ピニオン車
５ｃ クランクシャフト
５ｄ 駆動軸
６ ネック部
７ 軸受面
７ａ 軸受面
７ｂ 軸受面
８ ピン
９ 密封リング
１０ａ ロッド
１０ｂ ロッド
１１ａ 把持フィンガ
１１ｂ 把持フィンガ
１２ バイナリ部材
１３ カバー
１４ａ 摺動リンク機構
１４ｂ 摺動リンク機構
１５ 顎保持ブラケット
１６ 鎖伝動またはベルト伝動または歯ベルト伝動

Claims (10)

1. 機械、ロボットおよび取扱い装置のための把持機構であって、
   案内駆動システムのリンクとして案内される少なくとも一つの移動可能な把持フィンガを備え、
   把持機構は、作業前方位置から把持フィンガを後方におよび横に揺動するように構成され、
   前記把持フィンガ（１１ａ、１１ｂ）が、前記案内駆動システム（１、１０、１１、１２）の２本のロッド（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）によって、２本のロッドの一つ（１０）と把持フィンガとが互いに重なる位置および一直線上に並ぶ位置を超えて一意的に案内され、
   ロッド（１０）はそれぞれ、フレームに支持された駆動軸を介して、共同の作動ユニットによって、または２つの別個の作動ユニット、または嵌合、力結合、もしくは摩擦係合によって共に連結される２つの作動ユニットによって、駆動される、ことを特徴とする把持機構。
2. 請求項１に記載の把持機構であって、
   前記把持フィンガ（１１ａ）は、１つの回動連結部および摺動リンク機構（１４ａ）を介して、前記２本のロッド（１０ａ）により案内される、ことを特徴とする把持機構。
3. 請求項１に記載の把持機構であって、
   前記把持フィンガ（１１ｂ）は、２つの回動連結部を介して、前記２本のロッド（１０ａ、１０ｂ）により案内され、摺動リンク機構（１４ｂ）が前記２本のロッドの一つ（１０ｂ）に設けられている、ことを特徴とする把持機構。
4. 請求項１に記載の把持機構であって、
   前記把持フィンガ（１１ａ）は、２つの回動連結部を介して、前記２本のロッド（１０ａ、１０ｃ）により案内され、２本のロッドの一つ（１０ｃ）と把持フィンガを連結するバイナリリンク機構（１２）が設けられている、ことを特徴とする把持機構。
5. 請求項１乃至４に記載の把持機構であって、
   前記駆動軸（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、６）が、中央部材、および、中央部材の両側に位置する２つのジャーナルであって、ネック部としてのジャーナル、および、ネック部あるいは端部支持部としてのジャーナル、の複数の部材からなるものであり、
   前記駆動軸の前記複数の部材同士の心出し、ならびに、前記駆動軸（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）の前記中央部材から前記ネック部または端部支持部への、さらに前記ネック部から前記案内駆動システムの前記ロッド（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）へのトルクの伝達が、端面上の歯部噛み合いによって、またはピン（８）を伴う軸孔によって、分離可能な嵌合によりもたらされる、ことを特徴とする把持機構。
6. 請求項５に記載の把持機構であって、
   ネック部の形態をとる、前記駆動軸（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、６）の前記ジャーナル（６）の少なくとも一つが、前記駆動軸によって駆動される前記ロッド（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）の一体的構成要素を形成する、ことを特徴とする把持機構。
7. 請求項５に記載の把持機構であって、
   前記駆動軸の前記２つのジャーナル（６）が、前記駆動軸の前記中央部材（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）の一体的構成要素を形成する、ことを特徴とする把持機構。
8. 請求項５乃至７のいずれか１つに記載の把持機構であって、
   前記駆動軸の前記中央部材（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）の両端面が、前記駆動軸のアキシャル軸受面（７ａ）として設計されている、ことを特徴とする把持機構。
9. 請求項５乃至７のいずれか１つに記載の把持機構であって、
   前記駆動軸の前記アキシャル軸受面（７ｂ）が、前記駆動軸の両外側部材の各内側端面に設けられる、ことを特徴とする把持機構。
10. 請求項１から９のいずれか１つに記載の把持機構であって、
    複数の把持フィンガ（１１ａ、１１ｂ）が、中心作動ユニットのまわりに配置されるか、または各々それら自身の作動ユニットを有する、２本の駆動軸（５、６）によって、案内駆動システム（１、１０、１１、１２）のリンクとして各々駆動される、ことを特徴とする把持機構。