JP2015042425A - Electric gripper device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、製品の自動組立、部品搬送、検査工程等において、ワークを把持して位置決や測長等を行うためのモータ駆動による電動グリッパ装置に関する。 The present invention relates to an electric gripper device driven by a motor for gripping a workpiece and performing positioning, length measurement, and the like in automatic product assembly, component conveyance, inspection processes, and the like.
従来、電動グリッパ装置においては、モータによって正逆回転されるカム部材と、レールに沿って直線摺動する一対の把持部材とを備え、一対の把持部材のそれぞれのカムフォロア(駆動ピン)をカム部材に摺動自在に嵌合させる一対のカム溝が当該カム部材に螺旋状に形成され、モータによるカム部材の正逆回転により一対の把持部材がレールに沿って互いに接近・離隔摺動するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electric gripper device includes a cam member that rotates forward and backward by a motor and a pair of gripping members that slide linearly along a rail, and the cam followers (drive pins) of the pair of gripping members are cam members. A pair of cam grooves that are slidably fitted to the cam member are formed in a spiral shape on the cam member, and the pair of gripping members slide toward and away from each other along the rail by forward and reverse rotation of the cam member by the motor. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この種の電動グリッパ装置におけるカム部材のカム溝は、モータの回転トルクによって生ずる把持部材の推力がどの位置でも一定となるように、アルキメデスの渦巻き線に沿う螺旋状に形成されている。 The cam groove of the cam member in this type of electric gripper device is formed in a spiral shape along the Archimedes spiral so that the thrust of the gripping member generated by the rotational torque of the motor is constant at any position.
しかしながら特許文献1の電動グリッパ装置においては、モータによるカム部材の回転運動を把持部材のカムフォロア(駆動ピン)における直線運動に変換したときの当該把持部材のストローク範囲が当該カム部材の半径に制限されているので短く、このストローク範囲を長くするにはカム部材の半径を大きくしなければならず、その場合には装置全体が大型化してしまうという問題があった。
However, in the electric gripper device disclosed in
また、特許文献1の電動グリッパ装置においては、カム部材、カムフォロアおよび把持部材を直線摺動させるためのガイドが必要であるため、その構成が複雑化および大型化するという問題があった。
In addition, the electric gripper device of
本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、大型化することなく簡易な構成でありながら把持部材のストローク範囲を長くすることのできる電動グリッパ装置を提案しようとするものである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to propose an electric gripper device capable of extending the stroke range of a gripping member while having a simple configuration without increasing the size.
かかる課題を解決するため請求項1の発明においては、2つの内歯車が形成された天板と、モータにより回転されて前記天板の前記2つの内歯車と噛合した状態で滑ることなく自転しながら移動する2つの動円歯車と、前記内歯車および前記動円歯車のピッチ円周上の一点であり、当該動円歯車のピッチ円半径となる位置に取り付けられた把持部材とを備えた電動グリッパ装置において、前記把持部材は、ハイポトロコイドの原理に基づき、ピッチ円半径rcでなる前記内歯車に対してピッチ円半径rmの前記動円歯車が滑ることなく自転しながら移動するとき、前記動円歯車のピッチ円半径となる位置の定点Pに取り付けられた前記把持部材の描く軌跡の方程式の媒介変数x、yが次式(1)、(2)で表され、かつ、次式(3)を満たしているようにする。
rd:定点Pと動円歯車の中心との距離
θ:動円歯車の回転角
In order to solve this problem, in the invention of
rd: distance between the fixed point P and the center of the moving circular gear θ: rotation angle of the moving circular gear
請求項2の発明において、前記2つの動円歯車は、前記モータのモータ軸を介して回転される2つの減速歯車に固定された状態で前記2つの減速歯車の回転とともに前記2つの内歯車と噛合した状態で滑ることなく自転しながら回転移動するようにする。
In the invention of
請求項1の発明によれば、動円歯車ピッチ円半径となる位置の定点Pに取り付けられた把持部材の描く軌跡がx軸上を直線状に移動することになり、かつ、そのための構成としてカム部材、カムフォロア、ガイドを用いることがないので、大型化することなく簡易な構成でありながら把持部材のストローク範囲を長くすることができる。 According to the first aspect of the present invention, the locus drawn by the gripping member attached to the fixed point P at the position of the moving circular gear pitch circle radius moves linearly on the x-axis, and as a configuration therefor Since a cam member, a cam follower, and a guide are not used, the stroke range of the gripping member can be lengthened with a simple configuration without increasing the size.
請求項2の発明によれば、内歯車、動円歯車、減速歯車のように歯車だけの簡易な構成により把持部材を直線状に移動させることができる。 According to the second aspect of the present invention, the gripping member can be moved linearly with a simple configuration using only gears, such as an internal gear, a dynamic gear, and a reduction gear.
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<ハイポトロコイドの原理>
最初に、本願発明の電動グリッパ装置において把持部材の直線運動を実現するためのハイポトロコイドの原理について説明する。
<Hypotrochoid principle>
First, the principle of hypotrochoid for realizing the linear motion of the gripping member in the electric gripper device of the present invention will be described.
一般に、円が直線上を滑らないで転がるとき,その円周上の定点が描く軌跡を「サイクロイド」と呼び、この定点が円周上ではなく、円の内部にあった場合に得られるハイポトロコイド曲線や、円の外部にあった場合に得られるエピトロコイド曲線を総称して「トロコイド曲線」と呼ぶ。 In general, when a circle rolls without sliding on a straight line, the locus drawn by a fixed point on the circumference is called a “cycloid”, and the hypotrochoid obtained when this fixed point is inside the circle instead of on the circumference. A curve or an epitrochoid curve obtained when it is outside a circle is generically called a “trochoid curve”.
具体的には、図1に示されるように、ハイポトロコイドは半径rcの外円C0に対して半径rmの動円C1が内接しながら滑ることなく転がるとき、動円C1の中心から伸びた腕(固定)の先端点P(定点)が描く軌跡であり、その軌跡の方程式は、次式(1)、(2)の媒介変数x、yにより表される。ここで、rdは定点Pと動円C1の中心との距離であり、θは動円C1の回転角である。 Specifically, as shown in FIG. 1, the hypotrochoid is an arm extending from the center of the moving circle C1 when the moving circle C1 of radius rm rolls without slipping with respect to the outer circle C0 of radius rc. This is a locus drawn by the (fixed) tip point P (fixed point), and the equation of the locus is represented by parameters x and y of the following equations (1) and (2). Here, rd is the distance between the fixed point P and the center of the moving circle C1, and θ is the rotation angle of the moving circle C1.
また図2に示すように、外円C0の半径rc、動円C1の半径rm、動円C1の中心から定点Pまでの距離rdが、次式(3)の関係を満たすとき、定点Pが描く軌跡の方程式における媒介変数x、yは、次式(4)、(5)によって表される。 As shown in FIG. 2, when the radius rc of the outer circle C0, the radius rm of the moving circle C1, and the distance rd from the center of the moving circle C1 to the fixed point P satisfy the relationship of the following equation (3), the fixed point P is The parametric variables x and y in the drawn locus equation are expressed by the following equations (4) and (5).
rm=rd=rc/2…………………………………………………………………(3)
x=rc・cosθ……………………………………………………………………(4)
y=0……………………………………………………………………………………(5)
rm = rd = rc / 2 ………………………………………………………………… (3)
x = rc · cos θ …………………………………………………………………… (4)
y = 0 …………………………………………………………………………………… (5)
すなわち、(3)式が満たされる場合、例えばrc=1、rm=0.5、rd=0.5の関係が成立する場合、動円C1の回転角θと媒介変数xとの関係は、図3に示されるようになり、媒介変数xが「−1.0」〜「+1.0」の範囲で変化し、媒介変数xと媒介変数yとの関係は、図4に示されるようにx軸上を「−1.0」〜「+1.0」まで直線状に変化する一方、y軸上は「0」に固定される。すなわち定点Pは、x軸上を直線状に移動することになる。 That is, when the expression (3) is satisfied, for example, when the relationship of rc = 1, rm = 0.5, and rd = 0.5 is established, the relationship between the rotation angle θ of the moving circle C1 and the parameter x is As shown in FIG. 3, the parameter x changes in the range of “−1.0” to “+1.0”, and the relationship between the parameter x and the parameter y is as shown in FIG. On the x-axis, it changes linearly from “−1.0” to “+1.0”, while on the y-axis, it is fixed at “0”. That is, the fixed point P moves linearly on the x axis.
従って、ハイポトロコイドにおいて半径rcの外円C0に対して半径rmの動円C1が内接しながら滑ることなく転がり(動円C1が自転しながら移動するとき)、動円C1の中心から伸びた腕(固定)の定点Pが描く軌跡の方程式((1)式および(2)式)が(3)式を満たす場合、図5に示すように、定点Pは動円C1の移動に伴ってx軸に沿って直線状に移動することになるので、その定点Pの位置に電動グリッパ装置の一方の把持部材を位置付けるように取り付ける。 Therefore, in the hypotrochoid, the moving circle C1 having the radius rm is inscribed and rolls without slipping with respect to the outer circle C0 having the radius rc (when the moving circle C1 moves while rotating), and the arm extending from the center of the moving circle C1. When the equation ((1) and (2)) of the trajectory drawn by the (fixed) fixed point P satisfies the expression (3), as shown in FIG. Since it moves linearly along the axis, it is attached so that one gripping member of the electric gripper device is positioned at the fixed point P.
<電動グリッパ装置の全体構成>
上述した原理に基づいて把持部材が取り付けられた電動グリッパ装置の全体構成を図6乃至図8を用いて説明する。
<Overall configuration of electric gripper device>
The overall configuration of the electric gripper device to which the gripping member is attached based on the principle described above will be described with reference to FIGS.
電動グリッパ装置1は、ステッピングモータ(以下、これをモータと呼ぶ。)2を有し、当該モータ2がモータ台板3に取り付けられており、当該モータ2のモータ軸2aの先端には駆動歯車2bが形成され、当該駆動歯車2bに対して2個の減速歯車4L、4Rが噛合されている。
The
2個の減速歯車4L、4Rは駆動歯車2bよりも大径でなり、駆動歯車2bを中心としてx軸方向の互いに180度離れた対称位置に配置されている。減速歯車4L、4Rは減速歯車軸4La、4Raに固定されており、当該減速歯車軸4La、4Raがモータ台板3に対しベアリング5L、5Rを介して回転自在に支持されている。従って、2個の減速歯車4L、4Rは減速歯車軸4La、4Raを回転中心としてモータ2のモータ軸2aの回転とともに駆動歯車2bを介して回転する。
The two
モータ台板3のモータ2の反対側には、2つの外歯車構造の動円歯車9L、9Rと噛合する内歯車11La、11Raの形成された天板11が当該モータ台板3の端部に固定されている。なお、モータ台板3と天板11との間には2個の減速歯車4L、4Rが配置されている。動円歯車9L、9Rは、把持部材ホルダ7L、7Rにおける減速歯車4L、4R側の端部の外周面に固定されている。
On the opposite side of the motor base plate 3 to the
把持部材ホルダ7L、7Rは、ホルダ軸7La、7Raを有し、当該ホルダ軸7La、7Raに対し把持部材ホルダ7L、7Rがベアリング8L、8Rを介して回転自在に支持されているとともに、当該ホルダ軸7La、7Raが減速歯車4L、4Rと一体に固定されている。
The
ここで、減速歯車4L、4Rの中心軸4Lb、4Rbと同一である天板11の内歯車11La、11Raの中心11Lb、11Rbからx軸方向のピッチ円半径rc/2となる位置に把持部材ホルダ7L、7Rのホルダ軸7La、7Raが固定されており、天板11の内歯車11La、11Raと動円歯車9L、9Rとがピッチ円周上で噛合されている。
Here, the gripping member holder is located at the position where the pitch circle radius rc / 2 in the x-axis direction from the center 11Lb, 11Rb of the internal gear 11La, 11Ra of the
さらに、把持部材ホルダ7L、7Rのホルダ軸7La、7Raの中心7Lb、7Rbからモータ軸2aに向かって距離rdだけ離れた位置には、把持部材12L、12Rが把持部材ホルダ7L、7Rに対して回転摺動自在に支持されている。すなわち動円歯車9L、9Rの中心からピッチ円半径rmと同一の距離rdだけ離れた定点Pの位置に把持部材12L、12Rが支持されていることになり、上述した(3)式が満たされる。
Furthermore, the gripping
この場合、天板11におけるピッチ円半径rcの内歯車11La、11Raがハイポトロコイドにおける外円C0に相当し、ピッチ円半径rmの動円歯車9L、9Rが動円C1に相当し、動円歯車9L、9Rの中心から距離rdだけ離れたピッチ円周上の位置が動円C1の定点Pに相当し、かつ、上述した(3)式の関係を満たすため、動円C1の定点Pの位置に取り付けられた把持部材12L、12Rの移動する軌跡がx軸上の直線となる。
In this case, the internal gears 11La and 11Ra with the pitch circle radius rc in the
<電動グリッパ装置の動作>
このような構成の電動グリッパ装置1の把持部材12L、12Rがワークを保持または解放するための開閉動作について図7および図8を用いて説明するが、ここでは便宜上、把持部材12Lについてのみ説明する。なお、把持部材12L、12Rの動作は互いに反対方向である以外共通である。
<Operation of electric gripper device>
Opening and closing operations for holding or releasing the workpiece by the gripping
電動グリッパ装置1におけるモータ2のモータ軸2aが図中時計回り方向へ回転されると、モータ軸2aの駆動歯車2bを介して減速歯車4Lが図中反時計回り方向へ回転される。このとき、減速歯車4Lと一体になった動円歯車9Lが天板11の内歯車11Laに噛合した状態で滑ることなく図中時計回り方向へ自転しながら、全体として図8に示すようにx軸方向中心のモータ軸2aと最も離れたx軸方向の外方(図中左側)へ向かって反時計回り方向へ移動される。
When the
このとき動円歯車9Lの定点Pの位置に取り付けられた把持部材12Lは、当該動円歯車9Lの定点PがX軸上を直線的に移動する軌跡と同様、電動グリッパ装置1のモータ軸2aから最も離れたx軸方向の外方(図中左側)へ向かって直線的に移動する。
At this time, the gripping
同時に、動円歯車9Rの定点Pの位置に取り付けられた把持部材12Rも、当該動円歯車9Rの定点PがX軸上を直線的に移動する軌跡と同様、電動グリッパ装置1のモータ軸2aから最も離れたx軸方向の外方(図中右側)へ向かって直線的に移動する。これにより把持部材12Lおよび12Rは、互いにモータ軸2aから最も離れたx軸方向の外方に位置付けられ、すなわち、これからワークを把持する準備が完了する。
At the same time, the gripping
この場合、把持部材12Lは、天板11の内歯車11Laの直径分にわたって直線的に移動するストローク範囲St(図8)を有している。従って、従来の把持部材のストローク範囲がカム部材の半径に制限されている場合に比べて、内歯車11Laの直径分に近い十分な長さのストローク範囲Stで把持部材12Lが直線的に移動することができる。
In this case, the holding
その後、把持部材12Lがモータ軸2aから最も離れたx軸方向の外方(図中左側)へ移動させられた状態(把持部材12Lおよび12Rが互いに最大限離れた位置)において、モータ2のモータ軸2aが図中反時計回り方向へ回転されると、モータ軸2aの駆動歯車2bを介して減速歯車4Lが時計回り方向へ回転される。このとき、減速歯車4Lと一体になった動円歯車9Lが天板11の内歯車11Laに噛合した状態で滑ることなく図中反時計回り方向へ自転しながら、全体として図8に示すようにモータ軸2aに向かって時計回り方向へ移動される。
Thereafter, in a state where the gripping
このとき動円歯車9Lの定点Pの位置に取り付けられた把持部材12Lは、当該動円歯車9Lの定点PがX軸上を直線的に移動する軌跡と同様、電動グリッパ装置1のモータ軸2aと最も離れたx軸方向の外方からx軸方向の中心のモータ軸2aへ向かって直線的に移動する。
At this time, the gripping
同時に、動円歯車9Rの定点Pの位置に取り付けられた把持部材12Rも、当該動円歯車9Rの定点PがX軸上を直線的に移動する軌跡と同様、電動グリッパ装置1のモータ軸2aと最も離れたx軸方向の外方からx軸方向の中心のモータ軸2a側へ向かって直線的に移動する。これにより把持部材12Lおよび12Rは、モータ軸2aに最も接近した状態に位置付けられることが可能となる。
At the same time, the gripping
このように電動グリッパ装置1では、従来のようにカム部材、カムフォロアおよび把持部材を直線摺動させるためのガイド等を必要とすることのない簡易かつ小型の構成でありながら、従来よりも長いストローク範囲Stで把持部材12Lおよび12Rを直線的に移動させることができる。
As described above, the
<他の実施の形態>
なお、上述した実施の形態においては、モータ2のモータ軸2aの駆動歯車2bと噛合された減速歯車4Lおよび4Rを介して動円歯車7Lおよび7Rを天板11の内歯車11Laおよび11Rbに噛合させた状態で滑ることなく自転しながら移動させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、動円歯車7Lおよび7Rを減速歯車4Lおよび4Rを介することなく、モータにより動円歯車7Lおよび7Rを天板11の内歯車11Laおよび11Rbに噛合させた状態で滑ることなく自転しながら移動させるようにしても良い。
<Other embodiments>
In the embodiment described above, the circular gears 7L and 7R are meshed with the internal gears 11La and 11Rb of the
1…電動グリッパ装置、2…モータ、2a…モータ軸、2b…駆動歯車、3…モータ台板、4L、4R…減速歯車、4La、4Ra…減速歯車軸、5L、5R…ベアリング、7L、7R…把持部材ホルダ、7La、7Ra…ホルダ軸、8L、8R…ベアリング、9L、9R…動円歯車、11…天板、12L、12R…把持部材。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
モータにより回転されて前記天板の前記2つの内歯車と噛合した状態で滑ることなく自転しながら移動する2つの動円歯車と、
前記内歯車および前記動円歯車のピッチ円周上の一点であり、当該動円歯車のピッチ円半径となる位置に取り付けられた把持部材と
を備えた電動グリッパ装置において、
前記把持部材は、
ハイポトロコイドの原理に基づき、ピッチ円半径rcでなる前記内歯車に対してピッチ円半径rmの前記動円歯車が滑ることなく自転しながら移動するとき、前記動円歯車のピッチ円半径となる位置の定点Pに取り付けられた前記把持部材の描く軌跡の方程式の媒介変数x、yが次式(1)、(2)で表され、かつ、次式(3)を満たしている
ことを特徴とする電動グリッパ装置。
rd:定点Pと動円歯車の中心との距離
θ:動円歯車の回転角 A top plate on which two internal gears are formed;
Two rotating gears that rotate by a motor and rotate while rotating without slipping in a state of meshing with the two internal gears of the top plate;
An electric gripper device comprising: a gripping member attached at a position that is a point on the pitch circumference of the internal gear and the dynamic circular gear and that is a pitch circle radius of the dynamic circular gear;
The gripping member is
Based on the hypotrochoidal principle, the position of the circular gear having the pitch circle radius when the dynamic gear having the pitch circle radius rm moves while rotating without slipping with respect to the internal gear having the pitch circle radius rc. The parameters x and y of the equation of the trajectory drawn by the gripping member attached to the fixed point P are expressed by the following equations (1) and (2) and satisfy the following equation (3): Electric gripper device.
rd: distance between the fixed point P and the center of the moving circular gear θ: rotation angle of the moving circular gear
ことを特徴とする請求項1に記載の電動グリッパ。 The two moving circular gears are fixed to two reduction gears rotated via the motor shaft of the motor, and do not slip in a state of meshing with the two internal gears as the two reduction gears rotate. The electric gripper according to claim 1, wherein the electric gripper rotates while rotating.
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