JP2022168498A - 電動グリッパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単なインターフェースで汎用性の高い動作を実行可能な電動グリッパ装置を提供すること。【解決手段】電動グリッパ装置は、モータと、モータの回転位置を検出する検出部と、モータの回転に応じて第１動作及び第２動作を実行可能であると共に、対象物を把持可能な把持部と、把持部に第１動作を実行させるための第１信号と把持部に第２動作を実行させるための第２信号とを用いて、把持部に対象物を把持させる第１制御及びモータの位置決めを行う第２制御を実行可能な制御部とを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、簡易的インターフェースで汎用性の高い動作が可能な、モータ駆動による電動グリッパ装置に関する。

従来、制御回路を内蔵してインターフェースを単純化することで複雑な設定を行うことなく把持動作が可能な電動グリッパ装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１５－２２９２０５号公報

近年、電動グリッパ装置は、多様な用途で使用できるように、通常の把持動作のみならず、爪の移動後に対象物を保持する動作や、爪を閉める方向又は開ける方向へ対象物を把持する動作等の汎用性の高い動作を求められている。しかしながら、特許文献１の電動グリッパ装置は、通常の把持動作の制御以外のモータの位置決め制御を実行することができない。電動グリッパ装置に汎用性の高い動作を実行させる方法として、複数のロジック信号を組み合わせる方法があるが、インターフェースが複雑化する。

本発明は、簡単なインターフェースで汎用性の高い動作を実行可能な電動グリッパ装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての電動グリッパ装置は、モータと、モータの回転位置を検出する検出部と、モータの回転に応じて第１動作及び第２動作を実行可能であると共に、対象物を把持可能な把持部と、把持部に第１動作を実行させるための第１信号と把持部に第２動作を実行させるための第２信号とを用いて、把持部に対象物を把持させる第１制御及びモータの位置決めを行う第２制御を実行可能な制御部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、簡単なインターフェースで汎用性の高い動作を実行可能な電動グリッパ装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電動グリッパ装置の外観図である。 ディップスイッチによるモード選択図である。 電動グリッパ装置のシステム概略図である。 タイミングチャート図である。 インターフェース処理を示すフローチャート図である。 把持動作処理を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る電動グリッパ装置１００の外観図である。電動グリッパ装置１００は、筐体部１０１とリニアガイド部１０２とを有する。

把持部材１０３は、リニアガイド部１０２にスライド可能に取り付けられている。具体的には、把持部材１０３は第１部材１０３ａと第２部材１０３ｂとを有し、第１部材１０３ａと第２部材１０３ｂはスライドして離れたり近接したりすることができる。すなわち、本実施形態では、把持部材１０３は開閉動作（第１動作と第２動作）を行うことができる。把持部材１０３は、対象物を把持可能に構成されている。把持部材１０３には、対象物を把持するための任意の爪等を取り付けることが可能である。

筐体部１０１は、電源や各種信号線との接続、及び機能設定を行うために使用される。筐体部１０１には、インターフェース（コネクタ）１０４、ＬＥＤ１０５ａ、及びディップスイッチ１０５ｂが設けられている。また、筐体部１０１は、後述するようにコントローラ（制御部）１０６及びモータユニット１０７を有し、把持部材１０３を駆動する。

図２は、ディップスイッチ１０５ｂによるモード選択図である。図２には、ディップスイッチ１０５ｂのスイッチＳＷ１～ＳＷ６による電動グリッパ装置１００のモードの設定、オープンクローズＳＷモード時の把持力の設定、及びオープンクローズＳＷモード時の把持速度の設定を示している。ユーザは、ディップスイッチ１０５ｂのスイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯｎ／Ｏｆｆを組み合わせることで、オープンクローズＳＷモード、オープンクローズロジックモード、フラッシュロジックモード、及びシリアル通信モードから１つのモードを選択可能である。各モードで必要な信号線は、インターフェース１０４から上位システム（例えば、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の外部コントローラ）に接続される。

本実施形態では、４つのモードの中で最も単純なオープンクローズＳＷモードについて説明する。オープンクローズＳＷモードでは、少なくとも５本の信号線（図１の電源線０１０、ＧＮＤ線０１１、ＯＮ／ＯＦＦ信号線０１２、ＯＰＥＮ信号線０１３、及びＣＬＯＳＥ信号線０１４）が必要である。また、必要に応じて、電動グリッパ装置１００の状態を通知するために使用されるＥＲＲＯＲ信号線０１５とＨＯＬＤ信号線０１６を接続してもよい。

図３は、電動グリッパ装置１００のシステム概略図であり、電動グリッパ装置１００の内部を簡略的に表している。電動グリッパ装置１００は、コントローラ１０６、及びモータユニット１０７を有する。

コントローラ１０６は、制御回路１１１と駆動回路１１２とを有する。コントローラ１０６は、インターフェース１０４と、ＬＥＤ１０５ａ及びディップスイッチ１０５ｂを含む操作／表示部１１０とに接続されている。制御回路１１１は、マイコン等のＣＰＵを有し、外部コントローラ１１３からインターフェース１０４に入力された指令信号に基づいて、駆動回路１１２を制御し、モータユニット１０７を駆動する。また、制御回路１１１の駆動電圧は外部コントローラ１１３の電圧に比べて小さいため、制御回路１１１は電圧レベル変換の役割も担っている。

モータユニット１０７は、モータ１０８と位置センサ（エンコーダ、検出部）１０９とを有する。位置センサ１０９は、モータ１０８の回転位置を検出し、検出結果を制御回路１１１に出力する。制御回路１１１は、インターフェース１０４やディップスイッチ１０５ｂからの指令値、位置センサ１０９からの検出結果、及びモータ１０８に供給される電圧や電流を用いて、駆動回路１１２にモータ１０８の駆動や停止の信号を出力する。また、制御回路１１１は、エラーや把持部材１０３に対象物を把持させる電動グリッパ装置１００の把持動作制御状態を示す際に、ＬＥＤ１０５ａに信号を出力する。駆動回路１１２は、ＦＥＴ等の半導体素子が複数配置されたブリッジ回路を有し、制御回路１１１からの指令値に基づいて半導体素子をＯＮ又はＯＦＦしてモータ駆動に必要な電流の整流を制御するドライバとして機能する。

ここで、電動グリッパ装置１００の駆動について説明する。電動グリッパ装置１００に電源を投入しＯＮ／ＯＦＦ信号線０１２をＯＮの状態にすると、電動グリッパ装置１００は原点復帰動作を開始し、機械的に開くことができない状態となる位置でモータ１０８をサーボロックし、原点復帰動作を完了する。また、原点復帰動作は、開閉が逆でもよい。このとき、モータ１０８をサーボロックしているため、把持部材１０３は外力が働いてもその位置に留まろうとし、電動グリッパ装置１００は位置決め制御状態となる。

次に、図４乃至図６を参照して、電動グリッパ装置の駆動における把持動作について説明する。図４は、タイミングチャート図である。図５は、インターフェース処理を示すフローチャート図である。図６は、把持動作処理を示すフローチャート図である。

図５のインターフェース処理から終了までの処理は、割込みの一定の時間間隔（数百μ秒間隔）で繰り返し行われる。なお、後述する入力信号（ＣＬＯＳＥ信号、ＯＰＥＮ信号、及びＨＯＬＤ信号）は、本実施形態では二値信号である。

ステップＳ２０１では、制御回路１１１は、ＣＬＯＳＥ信号がＯＮであるかどうかを判定する。ＣＬＯＳＥ信号がＯＮであると判定された場合、ステップＳ２０２に進み、そうでないと判定された場合、インターフェース処理を終了する。

ステップＳ２０２では、制御回路１１１は、モータ１０８の目標位置（目標の回転位置）を、モータ１０８の現在位置（現在の回転位置）及びディップスイッチ１０５ｂによる増加量に関する設定に基づいて増加させる。

図４では、タイミングＡにおいてＣＬＯＳＥ信号がＯＮになると、ＣＬＯＳＥ信号がＯＮである間、モータ１０８の目標位置１１４はモータ１０８の現在位置１１５及びディップスイッチ１０５ｂによる増加量に関する設定に基づいて増加する。目標位置１１４が更新されると、モータ１０８は目標位置１１４に向かって回転を開始する。これにより、電動グリッパ装置１００の爪は閉まる方向へ移動する。

制御回路１１１は、電動グリッパ装置１００が把持動作制御状態に移行するときの急峻な電流の増加を防止するために、モータ１０８に供給される電流が電流リミット（第３所定値）１１７以上にならないように監視している。すなわち、制御回路１１１は、モータ１０８に供給される電流が電流リミット１１７より小さくなるようにモータ１０８を制御する。これにより、タイミングＢにおいて、モータ１０８の回転速度は、一定速度１１６になる。一定速度１１６と電流リミット１１７は、ディップスイッチ１０５ｂによる設定に基づいて制御回路１１１によりあらかじめ設定されている。

ステップＳ２０３では、制御回路１１１は、ＯＰＥＮ信号がＯＮであるかどうかを判定する。ＯＰＥＮ信号がＯＮであると判定された場合、ステップＳ２０４に進み、そうでないと判定された場合、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０４では、制御回路１１１は、モータ１０８の目標位置に対する加算幅を縮小する。すなわち、本実施形態では、制御回路１１１は、閉動作を実行中に開動作を実行させるためのＯＰＥＮ信号を取得すると、モータ１０８を減速させる。同様に、制御回路１１１は、開動作を実行中に閉動作を実行させるためのＣＬＯＳＥ信号を取得すると、モータ１０８を減速させる。

以下、モータ１０８の回転速度を変更する場合について説明する。モータ１０８の駆動前に回転速度を変更する場合と、モータ１０８を駆動中に減速させる場合がある。モータ１０８を駆動中に減速させる場合は、例えば対象物と接触する際のモータ１０８の回転速度を小さくする等の目的で使用される。モータ１０８の駆動前に回転速度を変更する場合は、図２に示されるようにディップスイッチ１０５による設定により行う。本実施形態では、スイッチＳＷ５，ＳＷ６のＯｎ／Ｏｆｆの組み合わせで、４パターンの回転速度を設定可能である。モータ１０８を駆動中に減速させる場合は、図４を用いて説明する。モータ１０８が一定速度１１６で駆動中にタイミングＧにおいてＣＬＯＳＥ信号がＯＮのままでＯＰＥＮ信号がＯＮになると、ディップスイッチ１０５で設定された速度減少値に基づいてモータ１０８を減速させることができる。ＯＰＥＮ信号がＯＦＦになるタイミングＨまで、モータ１０８は減速する。

ステップＳ２０５では、制御回路１１１は、現在位置の更新量が所定値（第１所定値）より小さいかどうかを判定する。更新量が所定値より小さいと判定された場合、ステップＳ２０６に進み、そうでないと判定された場合、インターフェース処理を終了する。なお、更新量が所定値と等しい場合、どちらのステップに進むかは任意に設定可能である。

図４では、タイミングＣにおいて、把持部材１０３が対象物と接触し、モータ１０８は現在位置１１５の更新量が所定値より小さい（ほぼゼロの）状態になる。この状態においてもＣＬＯＳＥ信号はＯＮであるため、目標位置１１４は増加し、目標位置１１４と現在位置１１５との差分が大きくなる。

ステップＳ２０６では、制御回路１１１は、目標位置と現在位置との差分が把持移行閾値（第２所定値）より小さいかどうかを判定する。差分が把持移行閾値より大きいと判定された場合、ステップＳ２０７に進み、そうでないと判定された場合、インターフェース処理を終了する。差分が把持移行閾値と等しい場合、どちらのステップに進むかは任意に設定可能である。

ステップＳ２０７では、制御回路１１１は、電動グリッパ装置１００を把持動作制御状態に移行させる。

図４では、タイミングＤにおいて、差分が把持移行閾値１２０より大きくなり、電動グリッパ装置１００は把持動作制御状態に移行する。また、電動グリッパ装置１００が把持動作制御状態に移行した際に、ＨＯＬＤ信号線０１６が接続されている場合にはＨＯＬＤ信号がＯＮされたことが上位システムに出力される。

なお、本実施形態では、把持部材１０３が対象物に接触することで電動グリッパ装置１００は把持動作制御状態に移行するが、把持部材１０３が対象物に接触しない状態でＣＬＯＳＥ信号がＯＦＦになる場合について説明する。この場合、現在位置の更新量が所定値より小さく、図５のステップＳ２０５からステップＳ２０６に進むが、目標位置の増加が停止し、モータ１０８を現在位置で保持しようとする位置決め制御が続けられるため、ステップＳ２０７には移行しない。したがって、対象物への接触の有無を起点として、位置決め制御用のＯＰＥＮ信号とＣＬＯＳＥ信号の信号線を使用することなく、把持動作制御用のＯＰＥＮ信号とＣＬＯＳＥ信号のみの少ない信号線で把持動作以外の動作を実現することができる。

図６において、ステップＳ３０１では、制御回路１１１は、ＣＬＯＳＥ信号がＯＮであるかどうかを判定する。ＣＬＯＳＥ信号がＯＮであると判定された場合、ステップＳ３０３に進み、そうでないと判定された場合、ステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２では、制御回路１１１は、把持部材１０３に把持動作を終了させる。

図４では、タイミングＦにおいて、ＣＬＯＳＥ信号がＯＦＦになり、把持部材１０３は把持動作を終了する。電動グリッパ装置１００は、把持動作制御状態から位置決め制御状態に移行する。このとき、目標位置１１４は現在位置１１５に設定され、モータ１０８に供給される電流は現在位置１１５を保持するために必要な位置保持電流１１９に減少する。位置保持電流１１９は、電流リミット１１７よりも小さい。また、電動グリッパ装置１００が位置決め制御状態に移行した際に、ＨＯＬＤ信号線０１６が接続されている場合にはＨＯＬＤ信号がＯＦＦされたことが上位システムに出力される。

ステップＳ３０３では、制御回路１１１は、把持電流を増加させる。

図４では、電動グリッパ装置１００は、タイミングＤにおいて把持動作制御状態に移行した後、あらかじめ設定された把持力で対象物を把持するために、電流リミット１１７の設定を解除し、モータ１０８に供給する電流を徐々に増加させる。すなわち、制御回路１１１による把持動作制御の開始後、モータ１０８に供給する電流を制御回路１１１による把持動作制御の開始時の電流から所定時間をかけて後述する把持電流１１８まで増加させる。モータ１０８に供給する電流を徐々に増加させることで、対象物への衝撃を緩和することができる。

ステップＳ３０４では、制御回路１１１は、把持電流が設定値と等しいかどうかを判定する。把持電流が設定値と等しいと判定された場合は、ステップＳ３０５に進み、そうでないと判定された場合は、把持動作処理を終了する。

図４では、タイミングＥにおいて、モータ１０８に供給される電流は、把持電流１１８になる。把持電流１１８はディップスイッチ１０５の把持力に関する設定（把持移行閾値に基づく設定）に紐づいており、把持動作制御状態ではモータ１０８は把持電流１１８で駆動し続ける。

ステップＳ３０５では、制御回路１１１は、目標位置と現在位置との差分をクリアする。

把持部材１０３による把持動作において、対象物を外から把持する場合と、内側から突っ張るように把持する場合が想定される。把持動作は、前者の場合はＣＬＯＳＥ動作から行われ、後者の場合はＯＰＥＮ動作から行われるが、いずれの場合も把持動作制御状態への移行処理は同じである。

以上説明したように、本実施形態の電動グリッパ装置１００は、簡単なインターフェースで汎用性の高い動作を実行可能である。また、信号線の本数を少なくすることで断線リスクを減らすことができ、トラブルの発生が抑制された安定した製造ラインを設定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００ 電動グリッパ装置
１０３ 把持部材（把持部）
１０６ コントローラ（制御部）
１０８ モータ
１０９ 位置センサ（検出部）

Claims (7)

1. モータと、
   前記モータの回転位置を検出する検出部と、
   前記モータの回転に応じて第１動作及び第２動作を実行可能であると共に、対象物を把持可能な把持部と、
   前記把持部に前記第１動作を実行させるための第１信号と前記把持部に前記第２動作を実行させるための第２信号とを用いて、前記把持部に前記対象物を把持させる第１制御及び前記モータの位置決めを行う第２制御を実行可能な制御部とを有することを特徴とする電動グリッパ装置。
2. 前記制御部は、前記把持部が前記第１動作を実行中に前記第２信号を取得する場合、又は前記把持部が前記第２動作を実行中に前記第１信号を取得する場合、前記モータを減速させることを特徴とする請求項１に記載の電動グリッパ装置。
3. 前記制御部は、前記第２制御を実行している際に、前記検出部により検出される前記モータの現在位置の更新量が第１所定値より小さく、かつ前記モータの目標位置と前記現在位置との差分が第２所定値より大きくなると、前記第１制御を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動グリッパ装置。
4. 前記制御部は、前記第１制御を実行している間、前記第２所定値に応じた電流で前記モータを駆動することを特徴とする請求項３に記載の電動グリッパ装置。
5. 前記制御部は、前記第１制御の開始後、前記モータに供給される電流を、前記第１制御の開始時の電流から所定時間をかけて前記第２所定値に応じた電流まで増加させることを特徴とする請求項４に記載の電動グリッパ装置。
6. 前記制御部は、前記第２制御を実行している間、前記モータに供給される電流が第３所定値より小さくなるように前記モータを制御することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の電動グリッパ装置。
7. 前記第１信号と前記第２信号は、二値信号であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の電動グリッパ装置。
   

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