JP2014193504A - Gripper - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、産業用ロボットに組み込まれワーク等を把持するために使用されるグリッパに係り、特に、簡単な構成で把持動作と回転動作の両方を行うことができるように工夫したものに関する。 The present invention relates to a gripper incorporated in an industrial robot and used for gripping a workpiece or the like, and more particularly to a device devised so that both gripping and rotating operations can be performed with a simple configuration. .
産業用ロボットの手（ハンド）に相当する把持装置は「グリッパ」と称されており、産業用ロボットを使いこなす上で不可欠な装置である。この種のグリッパには把持を確実にするために十分な把持力が要求されるとともに、装置としての軽量・小型化が要求されている。グリッパが軽量・小型であれば、それを搭載した産業用ロボットが、より高速・俊敏に動作できるからである。 A gripping device corresponding to the hand of an industrial robot is called a “gripper”, and is an indispensable device for mastering an industrial robot. This type of gripper is required to have a sufficient gripping force to ensure gripping and to be lightweight and downsized as a device. This is because if the gripper is light and small, an industrial robot equipped with the gripper can operate faster and more quickly.
又、最近では、グリッパの高機能化、多機能化が要求されている。すなわち、単純な把持機能だけでなく、例えば、傾斜機能、回転機能等を備えた構成である。傾斜機能、回転機能等があれば、把持したワークを持ち替えることなく移載することができ、又、ワークの斜め挿入等の作業が可能になり、その際、特別な治具を要することもないからである。それによって、作業タクトの短縮が可能になる。 Recently, it has been demanded that grippers have high functions and multiple functions. That is, not only a simple grip function but also a tilt function, a rotation function, and the like are provided. If there is an inclination function, a rotation function, etc., the gripped work can be transferred without changing, and work such as inserting the work diagonally becomes possible, and no special jig is required at that time. Because. Thereby, the working tact time can be shortened.
この点に関して詳しく説明する。例えば、５軸以上の自由度を持つ垂直多関節ロボットの先端に、把持機能のみを備えたグリッパを搭載した場合には、そもそもロボット自体が多自由度を持っているので、単純な把持機能のみを備えたグリッパであっても、それを傾斜させることや回転させることは容易に実現できる。 This point will be described in detail. For example, if a gripper with only a gripping function is mounted on the tip of a vertical articulated robot with 5 or more degrees of freedom, the robot itself has multiple degrees of freedom, so only a simple gripping function Even if it is a gripper provided with, it can implement | achieve and rotate it easily.
しかしながら、例えば、ロボットが３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の直交ロボットである場合には、そこに搭載されているグリッパを傾斜させ、回転させようとすると、回転ユニットを２個使用し、１つを上記直交ロボットの先端に水平に設置し、残りの１つを先に設置した回転ユニットに垂直に設置し、その垂直に設置した回転ユニットにグリッパを取り付けるといった構成を採用する必要がある。 However, for example, when the robot is a three-axis (X, Y, Z) orthogonal robot, when the gripper mounted on the robot is inclined and rotated, two rotating units are used. It is necessary to adopt a configuration in which one is installed horizontally at the tip of the orthogonal robot, the other one is installed vertically on the rotary unit installed first, and a gripper is attached to the rotary unit installed vertically.
つまり、直交ロボットの先端に２個の回転ユニットとグリッパを取り付けなければならず、その為に広い設置スペースが必要となり、装置も大重量化してしまうことになる。そこで、把持機能と少なくとも１軸の回転機能を備えた軽量・小型のグリッパの出現が要求されていた。そのようなグリッパがあれば、使用する回転ユニットの個数を減少させることができるからである。 That is, two rotary units and a gripper must be attached to the tip of the orthogonal robot, which requires a large installation space and increases the weight of the apparatus. Therefore, the appearance of a lightweight and small gripper having a gripping function and a rotation function of at least one axis has been required. This is because with such a gripper, the number of rotating units to be used can be reduced.
そのようなグリッパを開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３がある。
For example, Patent Document 1,
上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、特許文献１〜特許文献３に記載されているグリッパの場合には、把持機能と少なくとも１軸の回転機能を備えた構成を実現することはできるが、その構成が複雑であるという問題があった。又、把持力が不十分であり、又、任意の回転角度で停止させて把持／開放を行わせることができず、さらに、高コスト化してしまうという問題があった。
The conventional configuration has the following problems.
That is, in the case of the gripper described in Patent Documents 1 to 3, a configuration having a gripping function and at least one axis rotation function can be realized, but there is a problem that the configuration is complicated. there were. Further, there is a problem that the gripping force is insufficient, the gripping / opening cannot be performed by stopping at an arbitrary rotation angle, and the cost is increased.
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、
簡単な構成で把持と回転の両方を行うことができ、又、十分な把持力を提供することができ、又、任意回転角度で停止させて把持／開放を行わせることができ、又、低コスト化を図ることが可能なグリッパを提供することにある。
The present invention has been made on the basis of such points, and the object is as follows.
Both gripping and rotation can be performed with a simple configuration, sufficient gripping force can be provided, and gripping / opening can be performed by stopping at an arbitrary rotation angle. An object of the present invention is to provide a gripper capable of reducing the cost.
上記課題を解決するべく本願発明の請求項１によるグリッパは、ベースと、上記ベースに回転可能な状態で取り付けられた把持部と、上記把持部に把持動作を行わせるともに回転動作を行わせる駆動モータと、上記把持部に関係して設置され上記把持部に負荷されるトルクが予め設定された制限トルク以下の場合には上記把持部に把持動作を行わせ、上記把持部に負荷されるトルクが上記制限トルクを超えた場合には上記把持部に回転動作を行わせるトルク制限装置と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項２によるグリッパは、請求項１記載のグリッパにおいて、上記トルク制限装置が非接触方式であることを特徴とするものである。
又、請求項３によるグリッパは、請求項２記載のグリッパにおいて、上記トルク制限装置は磁性体のヒステリシストルクを利用したものであることを特徴とするものである。
又、請求項４によるグリッパは、請求項１記載のグリッパにおいて、上記把持部は中空シャフト部を介して上記ベースに回転可能に取り付けられていることを特徴とするものである。
又、請求項５によるグリッパは、請求項４記載のグリッパにおいて、上記中空シャフト部内には上記駆動モータの出力軸と該出力軸からの回転を伝達する歯車が収容・配置されていることを特徴とするものである。
又、請求項６によるグリッパは、請求項１記載のグリッパにおいて、押し付け制御により所定の把持設定電流に達した後所定時間の経過により上記把持部による把持が完了したと判別し、その把持完了時の上記駆動モータの回転位置を読み込んでそれを基準として上記把持部を所定量回転させるように制御することを特徴とするものである。
又、請求項７によるグリッパは、請求項６記載のグリッパにおいて、少なくとも回転完了直前には、上記把持設定電流より大きい電流の押し付け制御にて把持部を回転させることを特徴とするものである。
又、請求項８によるグリッパは、請求項６又は請求項７記載のグリッパにおいて、上記把持部が所定量回転した後に、上記把持設定電流の押し付け制御により把持を維持することを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, a gripper according to claim 1 of the present invention includes a base, a gripping part attached to the base in a rotatable state, and a drive for causing the gripping part to perform a gripping operation and to perform a rotating operation. Torque applied to the gripping part by causing the gripping part to perform a gripping operation when the torque applied to the gripping part that is installed in relation to the motor and the gripping part is less than or equal to a preset limit torque And a torque limiting device that causes the gripper to perform a rotating operation when the torque exceeds the limiting torque.
A gripper according to
The gripper according to
According to a fourth aspect of the present invention, the gripper according to the first aspect is characterized in that the gripping portion is rotatably attached to the base via a hollow shaft portion.
The gripper according to
Further, the gripper according to
According to a seventh aspect of the present invention, in the gripper of the sixth aspect, at least immediately before completion of rotation, the gripper is rotated by pressing control with a current larger than the grip set current.
The gripper according to
以上述べたように本願発明の請求項１によるグリッパによると、ベースと、上記ベースに回転可能な状態で取り付けられた把持部と、上記把持部に把持動作を行わせるともに回転動作を行わせる駆動モータと、上記把持部に関係して設置され上記把持部に負荷されるトルクが予め設定された制限トルク以下の場合には上記把持部に把持動作を行わせ、上記把持部に負荷されるトルクが上記制限トルクに達した場合には上記把持部に上記把持動作に続いて回転動作を行わせるトルク制限装置と、を具備した構成になっているので、把持動作と回転動作を単一の駆動モータによって行うようにしているので、簡単な構成で把持動作と回転動作の両方を実現することができ、装置の軽量・小型化を図ることができる。
又、請求項２によるグリッパによると、請求項１記載のグリッパにおいて、上記トルク制限装置が非接触方式であるので、安定したトルク制限抵抗を得ることができ、それによって、安定で精度の高い把持動作と回転動作を実現することができる。
又、請求項３によるグリッパによると、請求項２記載のグリッパにおいて、上記トルク制限装置は磁性体のヒステリシストルクを利用したものであるので、
回転数によらず極めて安定したトルク制限抵抗を得ることができ，
それによって、上記効果をより高めることができる。
又、請求項４によるグリッパによると、請求項１記載のグリッパにおいて、上記把持部は中空シャフト部を介して上記ベースに回転可能に取り付けられているので、支柱としての構成の剛性を高めるとともに軽量化を図ることができる。
又、請求項５によるグリッパによると、請求項４記載のグリッパにおいて、上記中空シャフト部内には上記駆動モータの出力軸と該出力軸からの回転を伝達する歯車が収容・配置されているので、装置としての軽量・小型化を図ることができる。
又、請求項６によるグリッパによると、請求項１記載のグリッパにおいて、押し付け制御により所定の把持設定電流に達した後所定時間の経過により上記把持部による把持が完了したと判別し、その把持完了時の上記駆動モータの回転位置を読み込んでそれを基準として上記把持部を所定量回転させるように制御する構成になっているので、把持部の回転量を高い精度で管理することができる。
又、請求項７によるグリッパによると、請求項６記載のグリッパにおいて、少なくとも回転完了直前には、上記把持設定電流より大きい電流の押し付け制御にて把持部を回転させるようにしているので、回転時に把持が不用意に解除されるようなことはない。
又、請求項８によるグリッパによると、請求項６又は請求項７記載のグリッパにおいて、上記把持部が所定量回転した後に、上記把持設定電流の押し付け制御により把持を維持するように構成しているので、把持部による把持状態を確実に保持することができる。
As described above, according to the gripper according to the first aspect of the present invention, the base, the gripping part attached to the base in a rotatable state, and the driving for causing the gripping part to perform the gripping operation and to perform the rotating operation. Torque applied to the gripping part by causing the gripping part to perform a gripping operation when the torque applied to the gripping part that is installed in relation to the motor and the gripping part is less than or equal to a preset limit torque When the torque reaches the limit torque, the gripping unit is configured to include a torque limiting device that performs a rotation operation following the gripping operation. Since the operation is performed by the motor, both the gripping operation and the rotation operation can be realized with a simple configuration, and the apparatus can be reduced in weight and size.
Further, according to the gripper according to
Further, according to the gripper according to
A very stable torque limiting resistance can be obtained regardless of the rotational speed.
Thereby, the above effect can be further enhanced.
Further, according to the gripper according to claim 4, in the gripper according to claim 1, the gripping portion is rotatably attached to the base via the hollow shaft portion, so that the rigidity of the structure as a support is increased and the weight is reduced. Can be achieved.
Further, according to the gripper according to
Further, according to the gripper according to
Further, according to the gripper according to the seventh aspect, in the gripper according to the sixth aspect, at least immediately before the completion of the rotation, the gripping portion is rotated by pressing control with a current larger than the gripping set current. The grip is not inadvertently released.
Further, according to the gripper according to
以下、図１乃至図５を参照して本発明の一実施の形態を説明する。まず、ベース１があり、このベース１の上にはモータ取付プレート３を介して駆動モータ５が設置されている。この駆動モータ５にはエンコーダ６が取り付けられている。上記ベース１の下には把持部７が取り付けられている。この把持部７は次のような構成をなしている。まず、把持部ベース９があり、この把持部ベース９は中空シャフト部１１を備えている。上記把持部ベース９は、軸受１３を介して、上記ベース１に回転可能な状態で取り付けられている。
尚、支柱構造として上記中空シャフト部１１を採用することにより剛性を高めるとともに軽量化を実現するようにしている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, there is a base 1, and a
By adopting the
上記軸受１３は、外輪１５と、内輪１７と、これら外輪１５と内輪１７との間に介装された複数の転動体１９等から構成されている。上記把持部ベース９の中空シャフト部１１は上記内輪１７内に挿入されていて、クリップリング２１により固定されている。よって、把持部ベース９は上記軸受１３を介して上記ベース１に対して回転可能な状態で設置されている。
The
上記把持部ベース９にはボール無限循環型のリニアガイド２３が図示しない複数本のねじによって固定されている。上記リニアガイド２３は、レール２５と、このレール２５に移動可能に係合・配置されたＡスライダ２７、Ｂスライダ２９とから構成されている。
A ball endless circulation type
上記Ａスライダ２７にはＡスライダカバ３１が図示しないねじによって固定されており、同様に、上記Ｂスライダ２９にはＢスライダカバ３３が図示しないねじによって固定されている。又、上記Ａスライダカバ３１にはＡ把持爪３５が図示しないねじによって固定されており、同様に、Ｂスライダカバ３３にはＢ把持爪３７が図示しないねじによって固定されている。
An A
上記Ａスライダカバ３１にはＡラックギヤ３９が図示しないねじによって固定されており、同様に、上記Ｂスライダカバ３３にはＢラックギヤ４１が図示しないねじによって固定されている。
An A
又、既に説明した駆動モータ５の出力軸５ａは上記中空シャフト部１１内に挿入・配置されている。一方、上記中空シャフト部１１内にはピニオンギヤ４３が挿入・配置されている。すなわち、ピニオンギヤ４３は軸部４３ａを備えていて、この軸部４３ａを上記中空シャフト部１１内に挿入させた状態で設置されている。そして、上記駆動モータ５の出力軸５ａはその軸部４３ａに挿入され不図示の止めねじにより固定されている。
尚、上記したように、中空シャフト部１１内に、駆動モータ５の出力軸５ａとピニオンギヤ４３の軸部４３ａを収容・配置するようにしているので、駆動モータ５の駆動力を最短距離で伝えることができ、又、軽量・小型化を図ることができるようになっている。
The
As described above, since the
上記ピニオンギヤ４３は、既に説明したＡラッグギヤ３９とＢラックギヤ４１に噛合しており、よって、駆動モータ５が正転・逆転することにより、ピニオンギヤ４３が正転・逆転し、それによって、Ａラッグギヤ３９とＢラックギヤ４１が相互に離接することになる。このＡラッグギヤ３９とＢラックギヤ４１の離接によって、Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７も相互に離接する。Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７が相互に接近することによりワークＷ（図１中仮想線で示す）を把持することができ、Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７が相互に離間することによりワークＷの把持が解除される。
The
上記把持部ベース９の両端には、図３に示すように、Ａストッパ９ａ、Ｂストッパ９ｂが設けられている。上記Ａスライダ２７、Ｂスライダ２９の離間動作は、上記Ａストッパ９ａ、Ｂストッパ９ｂに当接することにより一定量に規制される構成になっている。
因みに、上記Ａスライダ２７、Ｂスライダ２９の接近動作は、その間にワークＷが存在している場合には、そのワークＷに当接することにより一定量に規制されることになり、仮に、ワークＷが存在しない場合には、上記Ａスライダ２７、Ｂスライダ２９が相互に当接することにより一定量に規制されることになる。
As shown in FIG. 3, an
Incidentally, the approaching action of the
上記中空シャフト部１１の図１、図２中下部は、ベース１の外部に露出・配置されていて、そこにはＡ歯車５１が中空シャフト部１１に挿入され、把持部ベース９に固着されている。このためＡ歯車５１は中空シャフト部１１（把持部ベース９）と一体となってベース１に対して回転することができる。このＡ歯車５１にはＢ歯車５３が噛合・配置されており、このＢ歯車５３にはＣ歯車５５が噛合・配置されている。上記Ａ歯車５１、Ｂ歯車５３、Ｃ歯車５５は、大中小の関係にある。上記Ｂ歯車５３には、図２に示すように、軸部５７が設けられており、Ｂ歯車５３はその軸部５７及び軸受５９を介して、ベース１に対して回転可能な状態で設置されている。
The lower part of the
上記Ｃ歯車５５はトルク制限装置６１に関係した状態で取り付けられている。上記トルク制限装置６１は、外輪６３と、この外輪６３の内周側に配置された内輪６５等から構成されている。上記外輪６３はベース１に取付・固定されている。上記Ｃ歯車５５にはその軸部６７が設けられており、この軸部６７は上記内輪６５に連結されている。図中符号６９は連結ピンを示している。上記内輪６５は予め設定された制限トルク以下の回転トルクが作用している間は上記外輪６３に対して回転することはないが、予め設定された制限トルクを超える回転トルクが作用した場合には、外輪６３に対して回転（スリップ）するように構成されている。
The
上記トルク制限装置６１について詳しく説明する。トルク制限装置６１は、常に一定の制限トルク｛回転トルク抵抗（スリップトルク）｝を持っており、Ａ歯車５１の回転トルクが小さいときには、Ｃ歯車５５、Ｂ歯車５３、Ａ歯車５１ひいては把持部７が回転することはない。これに対して、トルク制限装置６１の制限トルクを超える回転トルクが付与された場合には、Ｃ歯車５５、Ｂ歯車５３、Ａ歯車５１ひいては把持部７が回転することになる。
本実施の形態では、そのような構成によって、爪開閉の間は小さな回転トルクしか把持部７には負荷されないが，一旦ワークが把持されると大きな回転トルクの把持部７への負荷が可能になることを利用し、トルク制限装置を用い、１つの駆動モータ６でも把持動作と回転動作（把持しながら回転）が実現できる切換を行うようにしている。詳細は後述する。
The
In the present embodiment, with such a configuration, only a small rotational torque is applied to the gripping part 7 during opening and closing of the claw, but once the work is gripped, a large rotational torque can be applied to the gripping part 7. Therefore, the torque limiting device is used to perform switching that can realize the gripping operation and the rotation operation (rotation while gripping) even with one
本実施の形態では、上記トルク制限装置６１は、自身の軽量・小型化（小トルク化）・低コスト化ひいてはグリッパの軽量・小型化、低コスト化のために、駆動モータ５の出力軸５ａ及びピニオンギヤ４３の軸線から離間した位置に配置されている。つまり、Ａ歯車５１、Ｂ歯車５３、Ｃ歯車５５を介して、把持部７の回転トルクに対し減少させた制限トルクを自身の制限トルクとして用いるようにしており、それによって、トルク制限装置６１の軽量・小型化、低コスト化が実現されている。又、グリッパとしては、トルク制限装置６１の制限トルクに比べてより大きな制限トルクを把持／回転の切換トルクとして用いることができる。
In the present embodiment, the
又、Ａ歯車５１とＣ歯車５５の間にＢ歯車５３を介装させることにより、減速比を変えることなく、Ａ歯車５１及びＣ歯車５５の歯車径を小さくすることができる。それによっても、グリッパ全体の外形を小さくすることができ、軽量・小型化を図ることができる。
Further, by interposing the
又、本実施の形態において使用されるトルク制限装置６１には、その制限トルクが一定で安定していることが要求される。つまり、静止状態／回転状態、回転速度の違い、連続使用時間の違いによって、制限トルクの値が変化しないことが必要となる。そこで、本実施の形態の場合には、上記トルク制限装置６１として、抵抗発生部の機構が非接触タイプのものを用いている。仮に、抵抗発生部の機構が接触式タイプのものであれば、静止状態／回転状態に起因した静止摩擦と動摩擦の違い、回転速度の違いに起因した発熱量の違い、連続使用時間の違いに起因した摩耗の違い等により、制限トルクが変動してしまい、高精度な把持及び回転動作の実現が困難になってしまう。
Further, the
又、非接触方式のトルク制限装置６１としては、例えば、磁性体のヒステリシストルクを利用したヒステリシスタイプのものが知られている。このヒステリシスタイプのトルク発生機構は、電磁石又は永久磁石と非接触で対抗した磁性体との間の磁気結合が、ヒステリシスを持つことにより発生するヒステリシストルクを用いるものであり、良好な定トルク性を備えている。
Further, as the non-contact type
図５にその性能の一例を示す。図５は、横軸に回転数をとり縦軸に制限トルクをとり、制限トルクの回転数変化を示した図である。この図５から明らかなように、回転数に関係なく一定の制限トルクを示している。
又、図５に記した「許容スリップ工率限界」について若干説明する。本実施の形態のような、ヒステリシスタイプのトルク制限装置６１の場合には、既に説明したように、磁気のヒステリシスを用いたトルク発生機構であり、発生したトルクは内輪６５と外輪６３のスリップとして仕事を行う。その仕事に伴い発熱し、トルクが大きいほど、回転数が高いほど多くの発熱をすることになる。そのような発熱に対して、安定に使える温度上昇の限界があり、それを「許容スリップ工率限界」という曲線で示している。
因みに、本実施の形態におけるトルク制限装置６１の場合には、他方式のトルクリミッタと較べて非常に高い回転数まで利用可能である。
尚、図５では複数の線図が記載されているが、これは電磁石に流す電流を様々変化させて、制限トルクの大きさを変化させたものを示したものであり、何れの場合にも良好な定トルク性能を示している。
又、電磁石式は通電電流を変えることにより、発生する制限トルクを容易に変えることができるが、同じ磁力を得るためには、電磁石は永久磁石より大型にする必要がある。そこで、本実施の形態では、小型化のために永久磁石を用いたヒステリシスタイプのトルク制限装置６１を用いている。
FIG. 5 shows an example of the performance. FIG. 5 is a diagram showing a change in the rotational speed of the limiting torque, with the horizontal axis representing the rotational speed and the vertical axis representing the limiting torque. As is apparent from FIG. 5, a constant limit torque is shown regardless of the rotational speed.
Further, the “allowable slip work rate limit” shown in FIG. 5 will be described slightly. In the case of the hysteresis
Incidentally, in the case of the
In addition, although the several diagram is described in FIG. 5, this shows what changed the magnitude | size of a limiting torque by changing the electric current sent through an electromagnet variously, and in any case It shows good constant torque performance.
Further, in the electromagnet type, the generated limiting torque can be easily changed by changing the energization current, but in order to obtain the same magnetic force, the electromagnet needs to be larger than the permanent magnet. Therefore, in the present embodiment, a hysteresis type
次に、制御について説明する。
例えば、Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７を単に離接させるだけであれば、Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７が目標位置に到達した時点で、Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７に対する駆動力を「０」とする「位置決め制御」で事足りる。
しかしながら、ワークＷを把持するためには、Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７を必要な押付力（把持力）でワークＷに常に押し付けている必要がある。そうでなければ、ワークＷの把持状態を保持することはできず、ワークＷが落下してしまうからである。
Next, control will be described.
For example, if the
However, in order to grip the workpiece W, it is necessary to always press the
そこで、本実施の形態の場合には、Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７を必要な押付力（把持力）で常にワークＷに押し付ける「押付け制御」を採用している。この「押付け制御」では、必要な押付力（把持力）を駆動モータ５に対する把持設定電流として設定している。又、押付け完了の判定（押付け状態になっているか否か）は、駆動モータ５に流れる電流が把持設定電流に達した後、一定時間が経過したか否かを判別することにより行うようにしている。
Therefore, in the case of the present embodiment, “pressing control” is employed in which the
又、本実施の形態の場合には、既に説明したように、グリッパの軽量・小型化、低コスト化を図るために、１個の駆動モータ５及び１個のエンコーダ６で全ての駆動・制御を行う構成を採用している。仮に、把持動作と回転動作をそれぞれ別々の駆動モータ（エンコーダ付き）で駆動・制御する構成であれば、それぞれの駆動モータ（エンコーダ付き）を単独で制御すればよいが、上記したように、本実施の形態の場合には、１個の駆動モータ５及び１個のエンコーダ６で全ての駆動・制御を行うようにしているので、制御には工夫が必要となる。本実施の形態の場合には、次のような工夫を凝らしている。
In the case of the present embodiment, as already described, in order to reduce the weight, size, and cost of the gripper, one
まず、ワークＷを把持した後に回転させる場合について説明する。まず、駆動モータ５を把持に必要なある角度（又は、回転数＋角度）だけ回転させて、把持部７にワークＷの把持動作を行わせる。次に、把持部７を回転させるために、上記駆動モータ５をさらにある角度（又は、回転数＋角度）だけ回転させる。その際、ワークＷの寸法ばらつきが十分に小さくなければ、ワークＷの把持に必要な駆動モータ５の回転角度（又は回転数＋角度）もばらつくことになる。ワークＷの把持に必要な駆動モータ５の回転角度（又は回転数＋角度）にばらつきが生ずれば、当然のことながら、その後の把持部７の回転開始位置（駆動モータ５の回転角度（又は回転数＋角度））にもばらつきが発生することになる。つまり、事前のプログラム設定において、把持部７の回転終了位置（駆動モータ５の回転角度（又は回転数＋角度））を設定するだけでは高精度な回転を実現することはできない。
因みに、複数の寸法形状のワークＷを対象にする場合にはなおさらである。
First, the case where the workpiece W is rotated after being gripped will be described. First, the
Incidentally, it is even more so when a workpiece W having a plurality of dimensions and shapes is targeted.
そこで、本実施の形態の場合には、回転開始位置（駆動モータ５の回転角度（又は、回転数＋角度））を正確に知るために、把持完了位置での駆動モータ５の回転角度（又は、回転数＋角度）をエンコーダ7から読み込み、それを基準として把持部7を所定量回転させるようにしている。Ａ把持爪３５及びＢ把持爪３７が移動可能な範囲内であれば、どんな寸法のワークＷが対象になっても、把持完了位置の駆動モータ５の回転角度（又は、回転数＋角度）を知ることは可能であり、よって、それを基準として把持部７を所定量回転させるようにすれば、高精度の把持部７の回転を実現することができる。
Therefore, in the case of the present embodiment, in order to accurately know the rotation start position (the rotation angle (or rotation number + angle) of the drive motor 5), the rotation angle (or the
尚、複数寸法のワークＷの把持の場合は、遅くとも最大寸法のワークＷを把持する位置より前に把持設定電流が設定されている「押し付け制御」を採用する必要がある。そして、設定されている把持設定電流に到達し設定されている時間が経過することにより把持完了の判定を行う。その把持完了位置での駆動モータ５の回転角度（または回転数＋角度）を読み込み、それを引き続き行われる把持部７の回転の基準位置とする。
In the case of gripping a workpiece W having a plurality of dimensions, it is necessary to employ “pressing control” in which a gripping set current is set before the position at which the workpiece W having the maximum dimension is gripped at the latest. Then, the gripping completion current is determined when the set gripping current is reached and the set time has elapsed. The rotation angle (or rotation number + angle) of the
又、把持部７の回転中はトルク制限装置６１の制限トルクにて常に押付け力が働く把持状態が維持されているが、通常の「位置決め制御」では、回転完了位置で駆動モータ５の推力（押付け力）は「０」になってしまい、把持力もなくなりワークＷが落下してしまう。
Further, while the gripping portion 7 is rotating, the gripping state in which the pressing force is always applied by the torque limit of the
そこで、本実施の形態では、次の２通りの制御方法によってこれを防止している。
まず、一つ目の方法であるが、把持部７の回転も把持と同様に「押付け制御」にて回転させる方法である。すなわち、把持完了後に現在位置を取得し、その現在位置に把持部７の回転角度（又は、回転数＋角度）を合算した目標位置を設定し、設定電流をトルク制限装置６１の制限トルクに相当する電流値を上回る値に設定し、「押付け制御」にて回転させる。そして、現在位置をモニターし、目標位置に到達したならば、設定電流の値を元の把持設定電流の値に下げる。この制御方法によれば、回転中は勿論のこと、回転完了位置でもワークＷの把持状態は維持され、ワークＷが落下することはない。
Therefore, in the present embodiment, this is prevented by the following two control methods.
First, as the first method, the gripping portion 7 is also rotated by “pressing control” similarly to the gripping. That is, after the completion of gripping, the current position is acquired, the target position obtained by adding the rotation angle (or rotation speed + angle) of the gripping unit 7 to the current position is set, and the set current corresponds to the limit torque of the
二つ目の方法は、上記「押付け制御」では連続通電が前提であり、設定電流値をあまり大きく設定できないので、把持部７の回転時間が長くなる点を改善する方法である。把持完了後は現在位置を取得し、その現在位置に把持部７の目標回転角度（又は、回転数＋角度）のＸ％を合算した目標位置を設定し、通常の「位置決め制御」にて回転させる。そして、把持部７の回転角度（又は、回転数＋角度）のＸ％の回転が完了したら、「押付け制御」にて残りのＹ％（＝１００−Ｘ）を回転させる。この「押付け制御」による回転制御方法は既に説明したものと同一である。つまり、設定電流をトルク制限装置６１の制限トルクに相当する電流値を上回る値に設定し、「押付け制御」にて回転させる。そして、目標位置に到達した後に設定電流の値を元の把持設定電流の値に下げる。
The second method is a method of improving the point that the rotation time of the gripping part 7 becomes long because continuous energization is assumed in the “pressing control” and the set current value cannot be set too large. After gripping is completed, the current position is acquired, and the target position is set by adding X% of the target rotation angle (or number of rotations + angle) of the gripping unit 7 to the current position and rotated by normal “positioning control” Let Then, when the rotation of X% of the rotation angle (or rotation number + angle) of the gripping part 7 is completed, the remaining Y% (= 100−X) is rotated by “pressing control”. The rotation control method by this “pressing control” is the same as that already described. That is, the set current is set to a value that exceeds the current value corresponding to the limit torque of the
以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、ワークＷの把持、把持の解除動作から説明する。
ワークＷをＡ把持爪３５とＢ把持爪３７によって把持する場合には、駆動モータ５を正転させる。それによって、出力軸５ａを介してピニオンギヤ４３が正転する。このピニオンギヤ４３の正転によりＡラックギヤ３９とＢラックギヤ４１が相互に接近する方向に移動する。このＡラックギヤ３９とＢラックギヤ４１の接近により、Ａスライダ２７とＢスライダ２９も相互に接近し、それによって、Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７も相互に接近する方向に移動する。Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７が相互に接近することによりワークＷを把持することになる。
The operation will be described based on the above configuration.
First, the operation of gripping the workpiece W and releasing the grip will be described.
When the workpiece W is gripped by the
次に、Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７によるワークＷの把持を解除する場合であるが、この場合には、駆動モータ５を逆転させる。それによって、出力軸５ａを介してピニオンギヤ４３が逆転する。このピニオンギヤ４３の逆転によりＡラックギヤ３９とＢラックギヤ４１が相互に離間する方向に移動する。このＡラックギヤ３９とＢラックギヤ４１の離間により、Ａスライダ２７とＢスライダ２９も相互に離間し、それによって、Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７も相互に離間する方向に移動する。Ａ把持爪３５とＢ把持爪３７が相互に離間する方向に移動することによりワークＷの把持が解除されることになる。
Next, there is a case where the gripping of the workpiece W by the
次に、把持部７の回転動作について説明する。
例えば、既に説明したワークＷの把持動作において、把持動作完了後、把持部７全体を回転させる場合には、予め設定された把持設定電流を上回る電流を駆動モータ６に流す。それによって、把持部７にはトルク制限装置６１の制限トルクを超えるトルクが付加されることになる。把持部７にトルク制限装置６１の制限トルク抵抗を超えるトルクが付加されると、トルク制限装置６１がスリップ動作する。
Next, the rotation operation of the grip part 7 will be described.
For example, in the already described gripping operation of the workpiece W, when the entire gripping unit 7 is rotated after the gripping operation is completed, a current exceeding a preset gripping set current is supplied to the
すなわち、トルク制限装置６１の外輪６３に対して内輪６５が回転することになり、それによって、Ｃ歯車５５が回転する。このＣ歯車５５の回転により、Ｂ歯車５３を介してＡ歯車５１が回転する。この把持部に固着されているＡ歯車５１が回転可能になることにより把持部ベース９が旋回することができ、それによって、ワークＷを把持した把持部７全体が回転することになる。この把持部７の回転によりワークＷの向きが変更されることになる。
That is, the
以下、各動作をより詳細に説明する。
ピニオンギヤ４３の回転がＡラックギヤ３９及びＢラックギヤ４１により直線運動に変換されている間は把持部ベース９には僅かな回転トルクしか発生しない。よって、トルク制限装置６１の制限トルクにより把持部ベース９は回転しない。
Hereinafter, each operation will be described in more detail.
While the rotation of the
これに対して、ワークＷを把持しようとした場合あるいはワークＷがなくてＡスライダ２７とＢスライダ２９が衝突した場合には、ピニオンギヤ４３の右回転運動はＡラックギヤ３９及びＢラックギヤ４１の直線運動に変換されなくなり、その結果、把持部７全体が右回転運動方向の回転トルクを受けることになる。この把持部７の回転トルクがトルク制限装置６１の制限トルクを超えれば、トルク制御装置６１の内輪６５が回転し始め、把持部７は右回転することになる。
On the other hand, when the workpiece W is to be gripped or when there is no workpiece W and the
ピニオンギヤ４３が、図３中左まわり（反時計回り）に回転すれば、Ａ把持爪３５及びＢ把持爪３７の間隔が開く。そして、全開状態（図３に示す状態）になれば、Ａスライダ２７及びＢスライダ２９は把持部ベース９に設けられているＡストッパ９ａ及びＢストッパ９ｂに当接し、それ以上開けない状態になる。このとき把持部ベース９には、図３中左まわり（反時計回り）の回転トルクが発生する。そして、トルク制限装置６１の制限トルクを超える回転トルクが発生すれば把持部７は左回転することになる。
When the
すなわち、把持部７に負荷される回転トルクを制限するトルク制限装置６１を設けているので、トルク制限装置６１の制限トルク以下のピニオンギヤ４３の回転トルクでは、Ａ把持爪３５及びＢ把持爪３７の開閉動作や把持状態維持のみが行われる。これに対して、ピニオンギヤ４３の回転トルクがトルク制限装置６１の制限トルクを超えると、ワークＷを把持している把持部７が回転することになる。
That is, since the
ワークＷが把持されていない場合も、全閉状態（Ａスライダ２７とＢスライダ２９が接触し押し合っている状態。）あるいは全開状態（Ａスライダ２７とＢスライダ２９がＡストッパ９ａ、Ｂストッパ９ｂに当接してそれ以上開けない状態。）において、ピニオンギヤ４３がさらに回転しようとして負荷回転トルクが増大して、トルク制限装置６１による制限トルク以上の回転トルクが発生すると、全開状態あるいは全閉状態は制限トルクにて押付け維持されたままで、把持部７は回転することになる。
Even when the workpiece W is not gripped, the fully closed state (the state where the
換言すれば、トルク制限装置６１の制限トルクが、把持と回転（把持したまま）の切換スイッチとして機能することになる。つまり、制限トルク以下であれば把持動作のみであるが、制限トルクを超えると、制限トルクでワークＷを押し付けている把持状態を維持したまま回転動作するものである。
In other words, the limiting torque of the
以上の作用を、図４のフローチャートを参照して整理してみる。
この例では，把持も回転も設定電流は異なるが、いずれも押付け制御にて行っている例である。
図４に示すように、まず、「把持設定電流」、「制限速度」、「把持完了判定時間」を設定する（ステップＳ１）。次に、把持部７による把持動作が開始され、把持設定電流に至ったか否かが判別される（ステップＳ２）。把持設定制限電流に至ったと判別された場合には、ステップＳ３に移行する。把持設定制限電流に至っていないと判別された場合には、その判別が繰り返し行われる。
The above operation will be organized with reference to the flowchart of FIG.
In this example, the set current is different for gripping and rotation, but both are examples of pressing control.
As shown in FIG. 4, first, “grip setting current”, “limit speed”, and “grip completion determination time” are set (step S1). Next, it is determined whether or not the gripping operation by the gripping part 7 is started and the gripping set current is reached (step S2). If it is determined that the gripping setting limit current has been reached, the process proceeds to step S3. If it is determined that the grip setting limit current has not been reached, the determination is repeated.
ステップＳ３では、把持完了判定時間が経過したか否かが判別される。把持完了判定時間が経過したと判別された場合には、ステップＳ４に移行して、把持完了と判断される。（把持完了後も把持設定電流は流され続け，押付け把持状態は維持される。）把持完了判定時間が経過していないと判別された場合には、そのような判別が繰り返し行われる。 In step S3, it is determined whether or not the grip completion determination time has elapsed. If it is determined that the grip completion determination time has elapsed, the process proceeds to step S4, where it is determined that the grip is complete. (The gripping setting current continues to flow even after gripping is completed, and the pressing gripping state is maintained.) When it is determined that the gripping completion determination time has not elapsed, such determination is repeated.
次に、ステップＳ５に移行して、駆動モータ５の現在位置がエンコーダ7から取得される。次に、ステップＳ６に移行して、「目標位置（現在位置＋回転角度）」、「設定電流（＞把持設定電流）」の設定が行われる。次に、ステップＳ７に移行して、把持部７の回転が実行される。次に、ステップＳ８に移行して、目標位置に至ったか否かの判別が行われる。これはエンコーダ６からの信号により判別される。目標位置に至ったと判別された場合には、ステップＳ９に移行して、把持部７の回転が完了する。そして、ステップＳ１０に移行して、設定電流が元の把持設定電流に戻される。これに対して、ステップＳ８において
目標位置に至っていないと判別された場合には、その判別を繰り返す。
Next, the process proceeds to step S <b> 5 and the current position of the
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、トルク制限装置６１を用いることにより、単一の駆動モータ５によって把持動作と回転動作の両方を行うことができるグリッパを提供することができる。その際、単一の駆動モータ５であるので、グリッパの軽量・小型化を図ることができる。
又、単一の駆動モータ５を採用する構成であるので、複数の駆動モータを使用する構成のものに比べて、コストの低減を図ることができる。
又、ワークＷの把持に関しては、いわゆる「押付け制御」を採用しているので、ワークＷを確実に把持し続けることができ、ワークＷを不用意に落下させるようなことを防止することができる。
又、トルク制限装置６１は、その駆動機構が非接触タイプであるので、安定した制限トルクを得ることができ、それによって、精度の高い把持動作と回転動作を実現することができる。
特に、本実施の形態の場合には、トルク制限装置６１は磁性体のヒステリシストルクを利用したものであるので、上記効果をより高めることができる。
又、把持部７は中空シャフト部１１を介してベース１に回転可能に取り付けられているので、支柱としての構成の剛性を高めるとともに軽量化を図ることができる。
又、上記中空シャフト部１１内に駆動モータ５の出力軸５ａと該出力軸５ａからの回転を伝達するピニオンギヤ４３の軸部４３ａが収容・配置されているので、装置としての軽量・小型化を図ることができる。
又、本実施の形態の場合には、押し付け制御により所定の把持設定電流に達した後所定時間の経過により把持部７による把持が完了したと判別し、その把持完了時の駆動モータ５の回転位置をエンコーダ7から読み込んでそれを基準として把持部７を所定量回転させるように制御しているので、把持部７の回転量を高い精度で管理することができる。
又、少なくとも回転完了直前には、把持設定電流より大きい設定電流の押し付け制御にて把持部７を回転させるようにしているので、回転時にワークＷの把持が不用意に解除されるようなことはない。
又、把持部７が所定量回転した後に、把持設定電流の押し付け制御に戻して把持を維持するようにしているので、把持部７による把持状態を確実に保持することができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
First, by using the
Moreover, since it is the structure which employ | adopts the
Further, since the so-called “pressing control” is adopted for gripping the workpiece W, the workpiece W can be reliably held continuously, and the workpiece W can be prevented from being accidentally dropped. .
Further, since the driving mechanism of the
In particular, in the case of the present embodiment, the
Moreover, since the holding | grip part 7 is rotatably attached to the base 1 via the
In addition, the
Further, in the case of the present embodiment, it is determined that gripping by the gripping portion 7 is completed after a predetermined time has elapsed after reaching a predetermined gripping set current by pressing control, and the
Also, at least immediately before the completion of rotation, the gripping portion 7 is rotated by pressing control of a set current larger than the gripping set current, so that the gripping of the workpiece W may be inadvertently released during the rotation. Absent.
In addition, since the gripping portion 7 is rotated by a predetermined amount and then returned to the pressing control of the gripping setting current to maintain the gripping, the gripping state by the gripping portion 7 can be reliably held.
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。
まず、図示した把持部の構成は行くまで一例でありそれに限定されるものではない。例えば、２個爪ではなく、３個以上の爪によりワークを把持するような構成の把持部も想定される。
その他、図示した構成はあくまで一例である。
The present invention is not limited to the one embodiment.
First, the configuration of the gripping portion shown in the figure is an example until it goes, and is not limited thereto. For example, a gripping portion configured to grip a workpiece with three or more nails instead of two nails is also assumed.
In addition, the illustrated configuration is merely an example.
本発明は、例えば、産業用ロボットに用いられワーク等を把持するためのグリッパに係り、特に、簡単な構成で把持動作と回転動作の両方を行うことができるように工夫したものに関し、特に、各種産業ロボットにおいて使用されるグリッパに好適である。 The present invention relates to a gripper for gripping a workpiece or the like used for an industrial robot, for example, and particularly relates to a device devised so that both a gripping operation and a rotating operation can be performed with a simple configuration. Suitable for grippers used in various industrial robots.
１ ベース
５ 駆動モータ
５ａ 駆動モータの出力軸
７ 把持部
９ 把持ベース部
１１ 中空シャフト部
４３ ピニオンギヤ
４３ａ ピニオンギヤの軸部
６１ トルク制限装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
上記ベースに回転可能な状態で取り付けられた把持部と、
上記把持部に把持動作を行わせるともに回転動作を行わせる単一の駆動モータと、
上記把持部に関係して設置され上記把持部に負荷されるトルクが予め設定された制限トルク以下の場合には上記把持部に把持動作を行わせ、上記把持部に負荷されるトルクが上記制限トルクを超えた場合には上記把持部に回転動作を行わせるトルク制限装置と、
を具備したことを特徴とするグリッパ。 Base and
A gripping part attached to the base in a rotatable state;
A single drive motor for causing the gripping part to perform a gripping operation and a rotating operation;
When the torque that is installed in relation to the gripper and is applied to the gripper is equal to or less than a preset limit torque, the gripper is caused to perform a gripping operation, and the torque applied to the gripper is the limit A torque limiting device that causes the gripping part to perform a rotation when the torque is exceeded;
A gripper characterized by comprising:
上記トルク制限装置が非接触方式であることを特徴とするグリッパ。 The gripper of claim 1,
The gripper according to claim 1, wherein the torque limiting device is a non-contact type.
上記トルク制限装置は磁性体のヒステリシストルクを利用したものであることを特徴とするグリッパ。 The gripper according to claim 2,
The gripper according to claim 1, wherein the torque limiting device utilizes a hysteresis torque of a magnetic material.
上記把持部は中空シャフト部を介して上記ベースに回転可能に取り付けられていることを特徴とするグリッパ。 The gripper of claim 1,
The gripper, wherein the gripping part is rotatably attached to the base via a hollow shaft part.
上記中空シャフト部内には上記駆動モータの出力軸と該出力軸からの回転を伝達する歯車が収容・配置されていることを特徴とするグリッパ。 The gripper according to claim 4,
A gripper characterized in that an output shaft of the drive motor and a gear for transmitting rotation from the output shaft are accommodated and arranged in the hollow shaft portion.
押し付け制御により所定の把持設定電流に達した後所定時間の経過により上記把持部による把持が完了したと判別し、その把持完了時の上記駆動モータの回転位置を読み込んでそれを基準として上記把持部を所定量回転させるように制御することを特徴とするグリッパ。 The gripper of claim 1,
It is determined that gripping by the gripping unit is completed after a predetermined time has elapsed after reaching a predetermined gripping set current by pressing control, and the rotational position of the drive motor at the time of gripping is read and the gripping unit is used as a reference The gripper is controlled to rotate a predetermined amount.
少なくとも回転完了直前には、上記把持設定電流より大きい電流の押し付け制御にて把持部を回転させることを特徴とするグリッパ。 The gripper according to claim 6,
At least immediately before completion of rotation, the gripper is rotated by pressing control with a current larger than the grip set current.
上記把持部が所定量回転した後に、上記把持設定電流の押し付け制御により把持を維持することを特徴とするグリッパ。 The gripper according to claim 6 or 7,
A gripper characterized by maintaining gripping by pressing control of the gripping setting current after the gripping part has rotated a predetermined amount.
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2013
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Cited By (2)
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