JP2020131317A - ロータリグリッパ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリグリッパを小型化する。【解決手段】ロータリグリッパ１０は、ディスク１３を回転自在にする支持プレート１４を有し、把持ユニット１１がディスク１３に設けられる。ディスク１３は中空軸３１に固定され、把持ユニット１１を駆動する把持軸４１が中空軸３１に組み込まれている。回転用モータの第１の出力軸は支持プレート１４に向けて突出し、第１の出力軸は中空軸３１に連結される。把持用モータ４４の第２の出力軸４６は第１の出力軸の反対側に突出し、第２の出力軸４６は把持軸４１を駆動する。【選択図】図４

Description

本発明は、対象物の把持と回転とを行うことができるロータリグリッパに関する。

対象物を把持する一対のフィンガーが設けられる回転体と、フィンガーを開閉駆動する把持用モータと、ベルトを介して回転体を回転駆動する回転用モータとを備えた回転型把持ユニットが特許文献１の図１２に記載されている。また、対象物を把持する一対の把持爪が設けられる回転軸と、把持爪を開閉駆動する把持用モータと、歯車を介して回転軸を回転する駆動用モータとを備えた工業用ロボットの把持装置が特許文献２に記載されている。

対象物の把持と、把持した対象物を把持する把持部材の回転を行うことができる把持ユニットや把持装置等は、ロータリグリッパとも言われている。ロータリグリッパは、把持部材を開閉動作するため開閉用つまり把持用モータを有している。把持部材は、把持用モータにより把持位置と開放位置との間で把持動作つまり開閉動作される。把持部材は、把持爪、フィンガー、ハンドとも言う。さらに、ロータリグリッパは、把持部材を回転するためのモータを有している。把持部材は、このモータによって、所定の方向に回転することができる。把持用モータと把持部材を回転するためのモータによって、ロータリグリッパは、対象物を把持する際に対象物の姿勢に応じて把持部材の姿勢を変更したり、対象物を把持した状態で対象物の姿勢を変更したり、対象物を搬送後に対象物を離す前に対象物の配置位置に応じて姿勢を変更したりする。

特開２０１５−１５０６４３号公報 実開平３−６５６８７号公報

把持用と回転用の２つのモータを備えた従来の電動式のロータリグリッパにおいては、それぞれのモータの前端面つまり出力軸が突出する面が支持プレート側となって、それぞれのモータが支持プレートの背面側に配置されている。フィンガーや把持爪等の把持部材が取り付けられる回転体等の回転部材は、把持用モータの出力軸と同軸となって、出力軸の延長上に配置されている。このため、ロータリグリッパにおける把持用モータの出力軸方向の寸法が長くなり、ロータリグリッパの大型化が避けられない。

本発明の目的は、ロータリグリッパを小型化することにある。

本発明のロータリグリッパは、把持部材が設けられたディスクを表面側で回転自在に装着する支持プレートと、前記ディスクが固定される中空軸に組み込まれ、前記把持部材を駆動する把持軸と、前記支持プレートに向けて突出し、第１の動力伝達部材を介して前記中空軸に連結される第１の出力軸が設けられ、前記支持プレートの背面側に配置されるディスク回転用モータと、前記第１の出力軸に対して反対側に突出し、第２の動力伝達部材を介して前記把持軸に連結される第２の出力軸が設けられ、前記ディスク回転用モータに隣り合って配置される把持用モータと、を有する。

ディスクに固定される中空軸の内部に、把持部材を駆動する把持軸が収容されており、ディスク回転用モータの第１の出力軸は支持プレートに向けて突出し、把持用モータの第２の出力軸は第１の出力軸の反対側に突出している。第１の出力軸は第１の動力伝達部材を介して中空軸に連結され、第２の出力軸は第２の動力伝達部材を介して把持軸に連結されている。したがって、第２の出力軸と把持軸とを同軸上に連結することなく、中空軸と把持軸とからなる二重軸に隣接させて、ディスク回転用モータと把持用モータとを配置したので、ロータリグリッパの軸方向寸法を短くすることができ、ロータリグリッパを小型化することができる。

一実施の形態であるロータリグリッパの外観を示す斜視図である。 図１の平面図である。 図２における３−３線断面図である。 図２における４−４線断面図である。 図３における５−５線断面図である。 本体を示す平面図である。 （Ａ）は中空軸と把持軸とこれらに設けられた歯車とを示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の縦断面図である。 （Ａ）はモータとエンコーダを示す斜視図であり、（Ｂ）はディスクと歯車を加えたモータとエンコーダを示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

ロータリグリッパ１０は、図１および図２に示されるように、対象物を把持する把持ユニット１１と、把持ユニット１１の把持動作と回転動作を行うための駆動機構が組み込まれた駆動ユニット１２とを有している。把持ユニット１１は回転自在なディスク１３に取り付けられており、ディスク１３は駆動ユニット１２の円形の支持プレート１４に回転自在に装着されている。

駆動ユニット１２はベースプレート１５が取り付けられる本体１６を有している。図３〜図５に示されるように、支持プレート１４は本体１６に複数本の支柱１７により取り付けられている。それぞれの支柱１７の先端面は支持プレート１４に突き当てられ、支持プレート１４に取り付けられるねじ部材１７ａを支柱１７に締結することにより、支持プレート１４は本体１６に固定される。支持プレート１４と本体１６との間には収容空間１８が設けられている。支持プレート１４と本体１６の外周面は円形であり、支持プレート１４と本体１６との間に円筒形状のカバー１９が取り付けられ、収容空間１８はカバー１９により覆われている。

ロータリグリッパ１０は、図示しないロボットアーム等の搬送装置に取り付けられ、対象物である被加工物等を把持して搬送し、所定の据え付け位置に所定の姿勢で被加工物を配置することができる。ベースプレート１５に形成された取付孔２０にねじ部材を取り付けることにより、ロータリグリッパ１０は、ロボットアーム等の搬送装置に取り付けられる。ロータリグリッパ１０は、この明細書において、駆動ユニット１２側を後端部とし、把持ユニット１１側を先端部とし、支持プレート１４の外面を表面とし、内面を背面とする。ディスク１３は支持プレート１４の表面側に回転自在に支持されている。

図２および図４に示されるように、ガイドプレート２１がディスク１３の表面に取り付けられており、第１のラックギヤ２２ａと第２のラックギヤ２２ｂがガイドプレート２１に平行となって直線方向に往復動自在に装着されている。それぞれのラックギヤ２２ａ、２２ｂは、ガイドプレート２１に設けられたガイド溝２３ａ、２３ｂに移動自在に収容されている。ピニオンギヤ２４が２つのラックギヤ２２ａ、２２ｂのラック歯部に噛み合っており、ピニオンギヤ２４の回転により、２つのラックギヤ２２ａ、２２ｂは逆方向に駆動される。

ガイドレール２５がガイドプレート２１の表面に取り付けられており、ガイドレール２５はガイドプレート２１の幅方向中央部に位置している。第１のフィンガー取付部材２６ａと第２のフィンガー取付部材２６ｂとがそれぞれガイドレール２５に摺動自在に装着されている。第１のフィンガー取付部材２６ａが第１のラックギヤ２２ａに取り付けられ、第２のフィンガー取付部材２６ｂが第２のラックギヤ２２ｂに取り付けられている。２つのフィンガー取付部材２６ａ、２６ｂは、ピニオンギヤ２４の回転により、相互接近する方向と相互に離反する方向とに駆動される。

図４に示されるように、ピニオンギヤ２４はガイドプレート２１の中央部に設けられた切欠き孔２７の位置に配置されており、ピニオンギヤ２４を覆うように、ガイドレール２５がガイドプレート２１に取り付けられている。

図示しないフィンガーつまり把持部材が、それぞれのフィンガー取付部材２６ａ、２６ｂに取り付けられるようになっており、一対の把持部材は、ピニオンギヤ２４の回転により、相互に接近して対象物を把持する把持位置と、相互に離反して対象物の把持を解除する開放位置との間で把持動作つまり開閉動作される。それぞれのフィンガー取付部材２６ａ、２６ｂには、把持部材を取り付けるためのねじ孔２８と、把持部材の位置決めピン嵌合される位置決め孔２９とが設けられている。

図３および図４に示されるように、中空軸３１がディスク１３に固定されている。中空軸３１は支持プレート１４に回転自在に装着されており、中空軸３１の先端部は支持プレート１４に設けられた軸受３２により支持されている。本体１６の中心部に支持孔３３が設けられ、中空軸３１の後端部は本体１６に取り付けられた軸受３４により支持されている。

図３に示されるように、ディスク回転用モータ３５が本体１６に形成された収容穴３６に収容されており、ディスク回転用モータ３５は支持プレート１４の背面側に配置されている。ディスク回転用モータ３５の出力軸つまり第１の出力軸３７は支持プレート１４に向けて突出している。第１の駆動歯車３８が第１の出力軸３７に取り付けられ、駆動歯車３８に噛み合う第１の従動歯車３９が中空軸３１に取り付けられている。駆動歯車３８と従動歯車３９は第１の動力伝達部材を構成しており、第１の動力伝達部材は支持プレート１４と本体１６との間の収容空間１８に配置されている。従動歯車３９は駆動歯車３８よりも大径であり、第１の出力軸３７の回転は減速されて中空軸３１に伝達される。ディスク１３は中空軸３１に固定されており、ディスク回転用モータ３５により、中空軸３１を介してディスク１３が回転駆動される。このとき、中空軸３１の中心軸と第１の出力軸３７の中心は、同軸上に配置されることなく、径方向にずれた位置に隣接して配置される。

図４および図７に示されるように、把持軸４１が中空軸３１の内部に回転自在に組み込まれ、把持軸４１は本体１６に設けられた軸受４２と、ベースプレート１５に設けられた軸受４３とに支持されている。把持用モータ４４が本体１６に形成された収容穴４５に収容されており、把持用モータ４４はディスク回転用モータ３５に対して円周方向に隣り合っている。把持用モータ４４の出力軸つまり第２の出力軸４６はベースプレート１５に向けて突出している。つまり、第２の出力軸４６は第１の出力軸３７に対して反対側に突出している。第２の駆動歯車４７が第２の出力軸４６に取り付けられ、この駆動歯車４７に噛み合う第２の従動歯車４８が把持軸４１に取り付けられている。駆動歯車４７と従動歯車４８が収容される収容空間４９が本体１６に形成されている。

駆動歯車４７と従動歯車４８は第２の動力伝達部材を構成しており、第２の動力伝達部材は本体１６とベースプレート１５との間に配置されている。従動歯車４８は駆動歯車４７よりも大径であり、第２の出力軸４６の回転は減速されて把持軸４１に伝達される。このとき、把持軸４１の中心軸と第２の出力軸４６の中心軸は、同軸上に配置されることなく、径方向にずれた位置に隣接して配置される。把持用モータ４４により、把持軸４１、ピニオンギヤ２４を介してフィンガー取付部材２６ａ、２６ｂが開閉駆動される。なお、図３においては、把持ユニット１１の内部構造は図示省略されており、把持ユニット１１の外観形状が示されている。

把持軸４１は中空軸３１の内部に同軸となって収容され、ディスク回転用モータ３５の第１の出力軸３７は支持プレート１４、つまりロータリグリッパ１０の前面に向けて突出している。これに対し、把持用モータ４４の第２の出力軸４６はベースプレート１５、つまりロータリグリッパ１０の背面に向けて突出しており、第２の出力軸４６は第１の出力軸３７に対して反対方向に突出している。このように、第２の出力軸４６と把持軸４１とを同軸上に連結することなく、中空軸３１と把持軸４１とからなる二重軸に隣接させて、ディスク回転用モータ３５と把持用モータ４４とを二重軸を中心軸とする円周方向に隣り合って配置したので、ロータリグリッパ１０の軸方向寸法を短くすることができ、ロータリグリッパ１０を小型化することができる。

図４に示されるように、第１のロータリエンコーダ５１が本体１６に形成された収容穴５２に収容されている。中空軸３１に取り付けられた駆動側のプーリ５３と、ロータリエンコーダ５１の第１の検出軸５４に取り付けられた従動側のプーリ５５との間には、第１のベルト５６が掛け渡されている。駆動側のプーリ５３、従動側のプーリ５５、第１のベルト５６は、第１の回転伝達部材を構成する。第１の回転伝達部材は、第１の動力伝達部材と本体１６との間に配置される。第１の回転伝達部材を介して、中空軸３１の回転が第１の検出軸５４に伝達されることにより、ロータリエンコーダ５１により中空軸３１の回転数が検出される。中空軸３１の回転数に基づいて、第１の出力軸３７の回転数や回転角度を演算することもできる。

図３に示されるように、第２のロータリエンコーダ６１が本体１６に形成された収容穴６２に収容されている。把持用モータ４４は、図４に示されるように、第２の出力軸４６と一体に回転する回転軸６３を有しており、回転軸６３は把持用モータ４４の正面側から支持プレート１４に向けて突出している。この回転軸６３に取り付けられた駆動側のプーリ６４と、ロータリエンコーダ６１の第２の検出軸６５に取り付けられた従動側のプーリ６６との間には、第２のベルト６７が掛け渡されている。駆動側のプーリ６４、従動側のプーリ６６、第２のベルト６７は、第２の回転伝達部材を構成する。第２の回転伝達部材は、第１の動力伝達部材と本体１６との間に配置される。第２の回転伝達部材を介して、第２の出力軸４６の回転が回転軸６３に伝達されることにより、ロータリエンコーダ６１により第２の出力軸４６の回転数が検出される。第２の出力軸４６の回転数に基づいて、フィンガー取付部材２６ａ、２６ｂに取り付けられるフィンガーの開度を演算することができる。

図６に示されるように本体１６には、ディスク回転用モータ３５と把持用モータ４４と２つのロータリエンコーダ５１、６１を収容する４つの収容穴３６、４５、５２、６２が円周方向に分散して形成されるので、図８に示されるようにディスク回転用モータ３５と把持用モータ４４と２つのロータリエンコーダ５１、６１とを、本体１６に円周方向に分散して配置できる。その結果、ロータリグリッパ１０の軸方向寸法を短くすることができ、ロータリグリッパ１０を小型化することができる。

図３および図５に記載されるように、固定部材７１がディスク回転用モータ３５と支持プレート１４との間に配置され、ディスク回転用モータ３５は固定部材７１を介して支持プレート１４により固定される。ロータリエンコーダ５１の前端面に取り付けられる連結ブラケット７２が本体１６に取り付けられており、ロータリエンコーダ５１の取付強度が連結ブラケット７２により高められている。連結ブラケット７３が把持用モータ４４の前端面と、ロータリエンコーダ６１の前端面とに取り付けられており、連結ブラケット７３により把持用モータ４４とロータリエンコーダ６１とが連結されている。

ディスク回転用モータ３５と把持用モータ４４に接続される給電ケーブル、および２つのロータリエンコーダ５１、６１に接続される信号ケーブルと給電ケーブルは、図１に示されるように、カバー１９に取り付けられた配線取出口７４から外部に繰り出される。

ロボットアーム等の搬送装置に装着されたロータリグリッパ１０により、被加工物等の対象物を搬送する場合には、把持ユニット１１のフィンガー取付部材２６ａ、２６ｂに対象物を把持するための把持部材としてのフィンガーが取り付けられる。把持用モータ４４を駆動させて把持軸４１を回転させることにより、フィンガーおよびフィンガー取付部材２６ａ、２６ｂの開閉動作が行われる。２つのフィンガー取付部材２６ａ、２６ｂを相互に接近させると対象物が把持ユニット１１により把持される。一方、２つのフィンガー取付部材２６ａ、２６ｂを相互に離反させると、対象物の把持が解除される。

対象物の位置等に応じて、把持ユニット１１を回転させるときには、ディスク回転用モータ３５を駆動して第１の出力軸３７を回転させる。第１の出力軸３７により中空軸３１が回転され、中空軸３１に取り付けられたディスク１３が回転される。ディスク回転用モータ３５と把持用モータ４４とが、それぞれ別々に駆動されることも可能であり、同時に駆動させることもできる。ディスク１３が回転駆動されると、ラックギヤ２２ａ、２２ｂはピニオンギヤ２４に対して回転する。ピニオンギヤ２４を静止させた状態のままでディスク１３が回転されると、ラックギヤ２２ａ、２２ｂによりフィンガー取付部材２６ａ、２６ｂが駆動される。このため、ディスク１３を回転させたときに、フィンガー取付部材２６ａ、２６ｂを静止させた状態に保持するには、ディスク１３の回転方向とは逆方向にピニオンギヤ２４を回転させる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、把持ユニット１１はフィンガー取付部材２６ａ、２６ｂを有し、それぞれに取り付けられるフィンガーにより被加工物等を把持するようにしているが、特許文献２に記載されるように、把持爪が設けられたリンク機構により把持ユニットを形成するようにしても良い。また、第１の出力軸３７と中空軸３１との間の動力伝達部材、および第２の出力軸４６と把持軸４１との間の動力伝達部材としては、歯車に限られることなく、プーリとベルトとを使用しても良い。同様に、中空軸３１と第１の検出軸５４との間の回転伝達部材および回転軸６３と第２の検出軸６５との間の回転伝達部材は、プーリとベルトに限られることなく歯車を使用してもよい。さらに、第１の回転伝達部材は、第１の出力軸３７の回転を第１の検出軸５４に伝達してもよく、第２の回転伝達部材は、把持軸４１の回転を第２の検出軸６５に伝達してもよい。

１０ ロータリグリッパ
１１ 把持ユニット
１２ 駆動ユニット
１３ ディスク
１４ 支持プレート
１５ ベースプレート
１６ 本体
１９ カバー
２１ ガイドプレート
２２ａ、２２ｂ ラックギヤ
２４ ピニオンギヤ
２５ ガイドレール
２６ａ、２６ｂ フィンガー取付部材
３１ 中空軸
３５ ディスク回転用モータ
３７ 第１の出力軸
４１ 把持軸
４４ 把持用モータ
４６ 第２の出力軸
５１ ロータリエンコーダ
６１ ロータリエンコーダ

Claims (7)

1. 把持部材が設けられたディスクを表面側で回転自在に装着する支持プレートと、
   前記ディスクが固定される中空軸に組み込まれ、前記把持部材を駆動する把持軸と、
   前記支持プレートに向けて突出し、第１の動力伝達部材を介して前記中空軸に連結される第１の出力軸が設けられ、前記支持プレートの背面側に配置されるディスク回転用モータと、
   前記第１の出力軸に対して反対側に突出し、第２の動力伝達部材を介して前記把持軸に連結される第２の出力軸が設けられ、前記ディスク回転用モータに隣り合って配置される把持用モータと、
   を有する、ロータリグリッパ。
2. 請求項１記載の、ロータリグリッパにおいて、
   前記中空軸と前記把持軸は、同軸上に配置され、
   前記第２の出力軸は、前記中空軸の中心軸に対して径方向にずれた位置に配置され、
   前記第１の出力軸は、前記中空軸の中心軸に対して径方向にずれるとともに前記第２の出力軸と隣接する位置に配置されるロータリグリッパ。
3. 請求項１または２記載のロータリグリッパにおいて、
   前記ディスク回転用モータと前記把持用モータとが組み込まれ、前記支持プレートの背面側に取り付けられる本体と、
   前記本体の背面に取り付けられるベースプレートと、を有し、
   前記第１の動力伝達部材は前記支持プレートと前記本体との間に配置され、前記第２の動力伝達部材は前記本体と前記ベースプレートとの間に配置される、ロータリグリッパ。
4. 請求項１〜３のいずれか1項に記載のロータリグリッパにおいて、
   前記第１の動力伝達部材は、前記第１の出力軸に固定される第１の駆動歯車と、前記中空軸に固定され前記第１の駆動歯車に噛み合う第１の従動歯車とを有し、
   前記第２の動力伝達部材は、前記第２の出力軸に固定される第２の駆動歯車と、前記把持軸に固定され前記第２の駆動歯車に噛み合う第２の従動歯車とを有する、ロータリグリッパ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータリグリッパにおいて、
   前記中空軸の回転数を検出する第１のロータリエンコーダが前記ディスク回転用モータに隣接して配置され、前記第２の出力軸の回転数を検出する第２のロータリエンコーダが前記把持用モータに隣接して配置される、ロータリグリッパ。
6. 請求項５記載のロータリグリッパにおいて、
   前記中空軸に取り付けられる駆動側のプーリと前記第１のロータリエンコーダの第１の検出軸に取り付けられる従動側のプーリとの間に掛け渡される第１のベルトと、
   前記第２の出力軸と同軸の回転軸に取り付けられる駆動側のプーリと前記第２のロータリエンコーダの第２の検出軸に取り付けられる従動側のプーリとの間に掛け渡される第２のベルトと、
   を有するロータリグリッパ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のロータリグリッパにおいて、
   前記第２の出力軸に設けられたピニオンギヤに噛み合う第１と第２の２つのラックギヤが移動自在に平行に装着され、前記ディスクに取り付けられるガイドプレートと、
   前記第１のラックギヤに取り付けられる第１のフィンガー取付部材と、
   前記第２のラックギヤに取り付けられる第２のフィンガー取付部材と、
   を有するロータリグリッパ。

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