JP2024049485A - スマートセンサ化グリッパ - Google Patents

Abstract

【課題】検知精度が高く、構造設計や回路配線の簡単化及び生産コストの低減化を図る、スマートセンサ化グリッパを提供することを目的としている。【解決手段】制御装置に電気接続され且つ制御されるスマートセンサ化グリッパであって、ベース、駆動アセンブリ、二つの把持アセンブリ、二つの可動アセンブリ、二つの角度センサ、変位センサを含み、駆動アセンブリは、制御装置の制御の下、可動アセンブリを駆動して両把持アセンブリを接近動作または離間動作させて物品の挟持及び開放を行い、また、角度センサが検出する把持アセンブリのクランク部材の回動角度と、変位センサが検出する移動部材の変位量を基づいて、把持アセンブリが受ける垂直方向の軸力及び水平方向の挟持力をそれぞれ検知し、フィートバック制御を行うことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、グリッパーに関し、特に、Ｚ方向に沿った軸力及びＸ方向に沿った挟持力を検出できる、スマートセンサ化グリッパに関するものである。

グリッパーは、通常、ロボットアームや他の駆動装置と組み合わせて自動化作業に使用することが多い。既存のグリッパはいろんな作業要件に応じて、剛性グリッパ、ソフトグリッパ、センサ化グリッパなどの異なる種類を有する。

しかしながら、既存の剛性グリッパは、挟持力を検知する機能を有しないため、作用力フィードバック機能を備えておらず、干渉物と衝突したり、または挟持力が大きすぎてグリッパや挟持対象物が損傷した場合に、適時に察知することが困難であるので、精密作業への適用には不向きである。ソフトグリッパは、可撓性を有するが、感知機能を依然として有しないため、干渉物と衝突する時または挟持時にグリッパや挟持対象物が損傷してしまうことを多少抑えているが、ソフトグリッパの可撓性により、挟持力の力加減や挟持位置のコントロールが困難になったり、また、非挟持方向に沿った剛性が弱かったりといった欠点がある。

そのため、現在の自動化精密作業では、センサ化グリッパを利用することが徐々に主流となっている。既存のセンサ化グリッパは、クランプ部の挟持対象物への挟持力を検出可能であり、その検出方法は通常、電流式、電気容量式及び電気抵抗式に分けられる。そのうち、電流式の検出方法は非線形であるため、ノイズが多く、挟持力の検出精度が低い。一方、電気容量式及び電気抵抗式の検出方法では、挟持時の挟持対象物への挟持力を検出するために、クランプ部に静電容量式圧力センサまたは抵抗式圧力センサを設置する必要があり、圧力センサをクランプ部に装着するためには、クランプ部の構造設計や回路配線の煩雑化や生産コストの増大を招いてしまうので、既存のセンサ化グリッパは全体的に改善する必要があった。

特開２０２１－１７８６３９号公報 特開２０２２－７６１７５号公報

本発明は、前記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであり、検知精度が高く、構造設計や回路配線の簡単化及び生産コストの低減化を図る、スマートセンサ化グリッパを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、スマートセンサ化グリッパを提案し、本発明に係るスマートセンサ化グリッパは、制御装置に電気接続され且つ制御されると共に、ベースと、駆動アセンブリと、二つの把持アセンブリと、二つの可動アセンブリと、二つの角度センサと、変位センサとを含むと共に、予め定義されるＺ方向を有し、前記駆動アセンブリは、前記ベース上に設置されると共に、駆動部材及び移動部材を備え、該駆動部材は、前記制御装置に電気接続されると共に、該制御装置の制御により該移動部材を駆動して前記Ｚ方向に沿って直線移動させることができ、前記二つの把持アセンブリは、前記ベース上に相対的に設置され、各把持アセンブリは、二つのクランク部材とグリッパ部材とを備え、該二つのクランク部材が互いに平行するように該ベース上にそれぞれ枢設され、該グリッパ部材は、該二つのクランク部材に連結されると共に、互いに接続される緩衝部と挟持部を備え、該挟持部が該グリッパ部材における該クランク部材から離れる一端に配置され、前記二つの可動アセンブリは、前記二つの把持アセンブリとそれぞれ対応するように前記ベース上に相対的に設置されると共に、連結ロッド及び弾性部材を備え、該連結ロッドは、該ベース上に直線移動可能に取り付けられる移動端を有し、該連結ロッドの他端は、対応する前記把持アセンブリの二つのクランク部材のうちの一つに枢接され、該弾性部材の両端はそれぞれ、前記Ｚ方向に沿って前記移動部材及び該連結ロッドの移動端に連結され、前記二つの角度センサは、前記制御装置に電気接続されると共に前記ベース上に設置され、前記二つの把持アセンブリの二つのクランク部材のうちの一つの回動角度をそれぞれ検出し、前記変位センサは、前記制御装置に電気接続されると共に前記ベース上に設置され、前記移動部材の変位量を検出することを特徴とする。

前記技術特徴によれば、本発明に係るスマートセンサ化グリッパは、ロボットアームや他の駆動装置と組み合わせて自動化作業に使用可能なものであり、外部の制御装置を介して、駆動アセンブリの駆動部材を駆動して両可動アセンブリを作動させることにより、両把持アセンブリのグリッパ部材の挟持部に掴み動作または離し動作させて、物品の挟持及び開放を行うことができる。よって、本考案に係るスマートセンサ化グリッパは、以下に示すような利点と効果を有する。
１、両方向の作用力の検出：把持アセンブリのグリッパ部材を駆動して作動させると、角度センサによって把持アセンブリのクランク部材の回動角度、変位センサによって移動部材のＺ方向上の変位量を検出し、そして、制御装置は、グリッパ部材のＺ方向上の軸力及びＺ方向と直交するＸ方向上の挟持力の大きさを算出し、その後、駆動部材を制御して挟持対象物の物品に加えるＺ方向及びＸ方向の作用力の力加減を細かく調整することが可能となり、このように、衝突検知したり、物品に対する挟持位置の精度を高めることができるので、スマートセンサ化グリッパの機能性を向上させることができる。
２、感知精度の向上：上述したように、本発明のスマートセンサ化グリッパは、角度センサを介してクランク部材の回動角度を検出することができ、変位センサを介して移動部材の変位量を検出することができる。つまり、機械的な動作を検知することによって挟持力及び軸力を測定しているので、検出の精度及び信頼性を高めることができる。
３、コストの低減：両角度センサ及び変位センサはいずれもベースに直接に取り付けられることで、把持アセンブリのグリッパ部材に別途回路を設置する必要がないので、配線構造の簡素化ならびに生産コストの低減化を図ることができる。また、制御装置は、両角度センサ及び変位センサの検知信号を受信した後、一つの駆動部材の移動制御をするだけで、本発明のスマートセンサ化グリッパが挟持対象物の物品に加える軸力及び挟持力、及び両把持アセンブリの作動を制御することができるので、生産コスト及び全体の重量を軽減することができる。
４、損傷の回避：把持アセンブリのグリッパ部材は、その挟持部が弾性変形可能な緩衝部に接続されていることで、その構成構造の剛性を維持しながらソフトグリッパのような柔軟なグリップ感を提供することができ、これにより、グリッパ部材の挟持部が挟持対象物と接触したり、干渉物と衝突したりする際に緩衝効果を提供することができると共に、スマートセンサ化グリッパや挟持対象物の損傷を回避することもでき、また、緩衝部の弾性変形により、ある程度の位置決め誤差を吸収することも可能となる。

さらに、本発明の各把持アセンブリのグリッパ部材の緩衝部は、Ｘ方向に沿って挟持部に接続され、又はＸ方向と平行でない方向に沿って挟持部に接続されることを特徴とし、いずれの場合においても、軸力及び挟持力の検出に影響を与えることなく、従って、本発明のスマートセンサ化グリッパにおける構造設計の自由度が大きく、適用可能な応用範囲は広い。

さらに、両可動アセンブリ及び各可動アセンブリと対応する把持アセンブリはそれぞれ、駆動アセンブリの両側に配置されることを特徴とし、これにより、本発明に係るスマートセンサ化グリッパはＺ方向に左右対称に構成される。また、駆動アセンブリは駆動部材に連結され、ベース上に回動可能に設置される駆動用ねじ軸を含み、ベース上には二つの軸方向ガイドレールが設けられ、移動部材は、二つの軸方向ガイドレール上を移動可能に設置されると共に該駆動用ねじ軸に螺合され、駆動部材は、駆動用ねじ軸を回転駆動することにより、移動部材を駆動用ねじ軸及び二つの軸方向ガイドレール上でＺ方向に沿って移動させることができるを特徴とし、これにより、本発明のスマートセンサ化グリッパの作動安定性及び感知精度を向上させることができる。

さらに、各把持アセンブリのグリッパ部材は二つのクランク部材に連結されている連結基部を含み、本発明の好適な実施例において、各把持アセンブリのグリッパ部材の緩衝部が連結基部と挟持部とに直に接続されることを特徴とし、また、他の好適な実施例においては、連結基部上にグリッパ案内レールが設置され、そして、緩衝部の一端が連結基部に連結され、他端がグリッパ案内レール上に移動可能に設置されかつ挟持部に連結されることを特徴とし、さらに、グリッパ案内レールはＸ方向に角度を持つように設置されることが可能であり、このように、緩衝部がＸ方向に角度を持つように挟持部に連結されるように構成され、これにより、挟持部の作動形態を変更することが可能となるので、本発明のスマートセンサ化グリッパの適用可能な応用範囲が広がり、また、グリッパ部材の移動距離も大きくなるので、業者は作業要件に応じてより多くの構造設計の自由度を得ることができる。

本発明のスマートセンサ化グリッパの第１好適な実施例を示す斜視図である。 本発明のスマートセンサ化グリッパの第１好適な実施例を示す正面図である。 本発明のスマートセンサ化グリッパの第１好適な実施例を示す背面図である。 本発明のスマートセンサ化グリッパの第１好適な実施例を示す側面図である。 本発明のスマートセンサ化グリッパの第２好適な実施例を示す斜視図である。 本発明のスマートセンサ化グリッパの第２好適な実施例を示す正面図である。 本発明のスマートセンサ化グリッパの第３好適な実施例を示す斜視図である。 本発明のスマートセンサ化グリッパの第３好適な実施例を示す正面図である。 本発明のスマートセンサ化グリッパの第１好適な実施例において、両グリッパ部材の挟持部が互いに離れる状態を示す模式図である。 本発明のスマートセンサ化グリッパの第１好適な実施例において、両グリッパ部材の挟持部が接近している状態を示す模式図である。 本発明のスマートセンサ化グリッパの第１及び第２好適な実施例における駆動アセンブリ、把持アセンブリ及び可動アセンブリを簡略化した模式図である。 本発明のスマートセンサ化グリッパの第３好適な実施例における駆動アセンブリ、把持アセンブリ及び可動アセンブリを簡略化した模式図である。 本発明のスマートセンサ化グリッパが物品を挟持する使用状態を示す模式図である。

図１～図４は、本発明のスマートセンサ化グリッパの第１好適な実施例を示すものであり、係るスマートセンサ化グリッパは、制御装置に電気的に接続、制御されると共に、ベース１０、駆動アセンブリ２０、二つの把持アセンブリ３０、二つの可動アセンブリ４０、二つの角度センサ５０及び変位センサ６０とを含み、さらに、予め定義されたＺ方向を有する。

図１～図４に示すように、前記駆動アセンブリ２０は、前記ベース１０上に設置されると共に、駆動部材２１及び移動部材２２を備え、該駆動部材２１は、前記制御装置に電気接続されると共に、該制御装置の制御により該移動部材２２を駆動して前記Ｚ方向に沿って直線移動させることができる。尚、ここでの駆動部材２１はモーターであることが好ましい。

図１～図３に示すように、前記二つの把持アセンブリ３０は、前記ベース１０上に相対的に設置されると共に、各把持アセンブリ３０は、二つのクランク部材３１とグリッパ部材３２を備え、該二つのクランク部材３１が互いに平行するように該ベース１０にそれぞれ枢設されており、該グリッパ部材３２は、該二つのクランク部材３１に連結されると共に、緩衝部３２１と、該緩衝部３２１に接続される挟持部３２２を備え、該挟持部３２２が該グリッパ部材３２における該クランク部材３１から離れる一端に配置される。尚、ここでの緩衝部３２１が圧縮バネであることが好ましい。

図１及び図２に示すように、前記二つの可動アセンブリ４０は、前記二つの把持アセンブリ３０とそれぞれ対応するように前記ベース１０上に相対的に設置されると共に、連結ロッド４１と弾性部材４２を備え、該連結ロッド４１は、該ベース１０上に直線移動可能に連結される移動端４１１を有し、これに対して、該連結ロッド４１の他端が、対応している把持アセンブリ３０の両クランク部材３１のうちの一つに枢接されており、該弾性部材４２の両端はそれぞれ、Ｚ方向に沿って前記移動部材２２及び連結ロッド４１の移動端４１１に連結される。尚、前記弾性部材４２が圧縮バネであることが好ましく、板バネであることがより好ましく、通常のコイルバネに比べて、板バネは、その両端が固定しやすく、寸法が小さいという利点があるので、本発明のスマートセンサ化グリッパに適用すると、構造安定性を高め、体積を減少させることができる。

また、前記駆動アセンブリ２０は駆動用ねじ軸２３を備え、前記ベース１０は、二つの軸方向ガイドレール１１を備え、該駆動用ねじ軸２３は、該ベース１０上に設置されると共に前記駆動部材２１に連結されており、前記移動部材２２は、該駆動用ねじ軸２３に螺合され、かつ該二つの軸方向ガイドレール１１上を移動可能に接続される。このような構成で、前記駆動部材２１により前記駆動用ねじ軸２３を回転駆動すると、前記移動部材２２を該駆動用ねじ軸２３及び該二つの軸方向ガイドレール１１上をＺ方向に直線移動させることができる。また、前記各可動アセンブリ４０の連結ロッド４１の移動端４１１はそれぞれ、対応している外各軸方向ガイドレール１１に連結される。

さらに、前記各軸方向ガイドレール１１上にはそれぞれ、軸方向スライダ１２が設けられ、前記各可動アセンブリ４０の連結ロッド４１の移動端４１１がそれぞれ、対応している軸方向スライダ１２に枢接され、このように、該連結ロッド４１の移動端４１１が前記ベース１０上に直線移動可能となり、一方、該各可動アセンブリ４０の弾性部材４２の両端はそれぞれ、前記駆動アセンブリ２０の移動部材２２と、対応している連結ロッド４１の移動端４１１に連結される軸方向スライダ１２とＺ方向に沿って接続される。

尚、前記二つの可動アセンブリ４０及び該各可動アセンブリ４０が対応する把持アセンブリ３０がそれぞれ、前記駆動アセンブリ２０の両側に配置され、前記ベース１０の両軸方向ガイドレール１１がそれぞれ、前記駆動用ねじ軸２３の両側に配置され、前記連結ロッド４１の移動端４１１と該駆動用ねじ軸２３との間の距離は、当該連結ロッド４１の他端と該駆動用ねじ軸２３との間の距離よりも大きいことが好ましい。このような構成により、本発明のスマートセンサ化グリッパは、Ｚ方向に左右対称に構成されると共に、前記移動部材２２が、左右対称の前記両軸方向ガイドレール１１に連結されることで、作動安定性及び感知精度を向上させることができる。

図３及び図４に示すように、前記二つの角度センサ５０は、前記制御装置に電気接続されると共に前記ベース１０上に設置され、該各角度センサ５０はそれぞれ、前記各把持アセンブリ３０と対応するように設置されると共に、当該把持アセンブリ３０の二つのクランク部材３１のうちの一つの回動角度を検出する。尚、前記把持アセンブリ３０の両クランク部材３１は、並行して配置されているので、回動駆動されると、該両クランク部材３１の回動角度が等しくなる。

図３及び図４に示すように、前記変位センサ６０は、前記制御装置に電気接続されると共に前記ベース１０上に設置され、前記移動部材２２の変位量を検出する。尚、本発明に係る前記角度センサ５０及び変位センサ６０が光学式エンコーダーであることが好ましい。また、前記二つの把持アセンブリ３０及び二つの可動アセンブリ４０が、前記ベース１０の正面に取り付けられ、前記二つの角度センサ５０、変位センサ６０及び駆動部材２１が該ベース１０背面に取り付けられることが好ましい。

図２に示すように、本発明のスマートセンサ化グリッパは、Ｚ方向と直交するＸ方向を有しており、前記各把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２は、前記二つのクランク部材３１と連結される連結基部３２３を含む。本発明の第１の好適な実施例では、前記各把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２は一体成形されたものであって、その緩衝部３２１が、前記連結基部３２３及び挟持部３２２に直接に接続されるように構成されることにより、構造の簡素化、生産コストの低減化を図ることができる。一方、図５～図８に示した本発明の第２、第３の好適な実施例では、前記連結基部３２３上にグリッパ案内レール３２４が設けられ、前記緩衝部３２１の一端が該連結基部３２３に接続される一方、他端が前記挟持部３２２に連結されると共に該グリッパ案内レール３２４上を移動可能に接続される。尚、該グリッパ案内レール３２４が、Ｘ方向に沿って設置されてもよく、Ｘ方向に角度を持つように設置されてもよく、該グリッパ案内レール３２４がＸ方向に角度θ_ｂを持つように設置された場合、前記グリッパ部材３２の緩衝部３２１もＸ方向に角度θ_ｂを持つように前記挟持部３２２に接続され、これにより、該挟持部３２２の作動形態を変えることが可能となり、本発明のスマートセンサ化グリッパの適用可能な応用範囲が広がり、また、該グリッパ部材３２が外力を受けた時の移動距離も大きくなるので、業者はより大きな構造設計上の自由度を得ることができる。

図９及び図１０に示すように、本発明のスマートセンサ化グリッパは、前記制御装置により、前記駆動アセンブリ２０の駆動部材２１の作動を制御し、該駆動部材２１は、伝動ベルト２１１及びベルトプーリ２１２を介して前記駆動用ねじ軸２３を回転駆動して前記移動部材２２をＺ方向に沿って移動させる。前記可動アセンブリ４０の弾性部材４２は、該移動部材２２の移動に伴ってＺ方向に沿って移動して、対応する連結ロッド４１を牽引して移動させる。このような構成により、該二つの可動アセンブリ４０の連結ロッド４１がそれぞれ、対応する前記二つの把持アセンブリ３０のクランク部材３１を回動させてグリッパ部材３２を移動させると、該二つの把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２の挟持部３２２に互いに接近または離間させ、このように、本発明のスマートセンサ化グリッパは、物品を挟持または開放することを行う。本発明のスマートセンサ化グリッパは、一つの駆動部材２１を介して二つの把持アセンブリ３０を駆動するような構成により、構造の簡素化、生産コストの低減、及び全体重量を軽量化を図ることができる。

本発明のスマートセンサ化グリッパは、前記制御装置が、前記二つの角度センサ５０及び変位センサ６０を介して前記二つの把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２の挟持部３２２が受けているＺ方向に沿った軸力Ｆｚ及びＸ方向に沿った挟持力Ｆｘを検出することによりコントロールされたり、該グリッパ部材３２が衝突しているか否かを判断したりする。以下、本発明のスマートセンサ化グリッパが軸力Ｆｚ及び挟持力Ｆｘをどのように検出するかを概略図で説明する。尚、本発明のスマートセンサ化グリッパが、前記両グリッパ部材３２の間に挟持されている物品７０に加える力は、図示されたＸ方向に沿った挟持力Ｆｘの方向と、Ｚ方向に沿った軸力Ｆｚの方向とは逆方向である。

図２及び図６に示すように、本発明の第１及び第２の好適な実施例では、前記各把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２の緩衝部３２１は、Ｘ方向に沿って前記連結基部３２３に連結されている。また、図１１に示すように、前記グリッパ部材３２の挟持部３２２上には、力点Ｇが定義されている。前記両把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２の挟持部３２２が物品７０を挟持または接触する時、各把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２の挟持部３２２が反力を受けており、これを概略図に示された力点Ｇに作用する挟持力Ｆｘ及び軸力Ｆｚで説明する。尚、該両把持アセンブリ３０は対称に設置されていることで、該両把持アセンブリ３０が受ける軸力Ｆｚ及び挟持力Ｆｘの大きさは等しく、ただ受けている挟持力Ｆｘの方向のみが逆である点が異なるので、ここでは、片方の把持アセンブリ３０のみを例に挙げて説明する。さらに、説明の便宜上、前記把持アセンブリ３０の二つのクランク部材３１は、第１クランク部材３１ａ及び第２クランク部材３１ｂに分かれ、該第１クランク部材３１ａが、対応している前記可動アセンブリ４０の連結ロッド４１に枢接される。

図１１に示すように、前記グリッパ部材３２の挟持部３２２が反力を受けると、当該グリッパ部材３２の緩衝部３２１が圧縮されて圧縮変形量Ｘ_６が発生し、一方で、前記クランク部材３１及び連結ロッド４１が回動することで、前記連結ロッド４１の移動端４１１が変位して、前記弾性部材４２が圧縮される。

ここで、前記挟持力Ｆｘは、以下の計算式により算出することができる。

上記計算式において、Ｆｘは挟持力であり、Ｋ_２は前記グリッパ部材３２の緩衝部３２１の弾性係数である。
つまり、前記挟持力Ｆｘは、前記グリッパ部材３２の緩衝部３２１の弾性係数Ｋ_２に前記緩衝部の圧縮変形量Ｘ_６を乗算したものである。尚、前記緩衝部の圧縮変形量Ｘ_６は以下の計算式により算出することができる。

上記計算式において、Ｘ_６は緩衝部の圧縮変形量であり、前記第２クランク部材３１ｂの両端がそれぞれ、前記ベース１０に連結される枢支点Ｅと、前記グリッパ部材３２の連結基部３２３に連結される枢支点Ｆであり、ｒ_７は該第２クランク部材３１ｂの枢支点Ｅから枢支点Ｆまでの長さであり、θ_３ｉは該二つのクランク部材３１の初期角度であり、この初期角度θ_３ｉは、製造業者の設計要件に応じて任意に設定することが可能であり、θ_３は、該クランク部材３１が回動した後の角度であって、対応する前記角度センサ５０によって測定可能である。
すなわち、前記角度センサ５０が前記クランク部材３１の回動角度を検出することにより、前記緩衝部の圧縮変形量Ｘ_６及び挟持力Ｆｘを算出することができ、このように、前記制御装置は、該角度センサ５０を介して該クランク部材３１の回動角度を制御し、本発明のスマートセンサ化グリッパの挟持力Ｆｘを制御することができる。

一方、前記軸力Ｆｚは、以下の計算式により算出することができる。

上記計算式において、Ｆｒ_２は前記連結ロッド４１が受ける力であり、θ_２は、前記連結ロッド４１が回動した後の角度であり、ｒ_３は前記第１クランク部材３１ａ上の枢支点Ｂから枢支点Ｃまでの長さであり、ここでの枢支点Ｂが該第１クランク部材３１ａと連結ロッド４１との連結箇所、枢支点Ｃが該第１クランク部材３１ａと前記ベース１０との連結箇所であり、ｒ_５は該第１クランク部材３１ａ上の該枢支点Ｂから枢支点Ｄまでの長さであり、ここでの枢支点Ｄは該第１クランク部材３１ａと前記グリッパ部材３２の連結基部３２３との連結箇所である。尚、該連結ロッド４１が受ける力Ｆｒ_２は、以下の計算式により算出することができる。

上記計算式において、Ｋ_１は、前記連結ロッド４１と対応する弾性部材４２の弾性係数であり、該連結ロッド４１と弾性部材４２とは枢支点Ａにて連結されており、Ｚ_ｍは前記移動部材２２が前記Ｚ方向に沿って移動する変位量であって、前記変位センサ６０により検出可能であり、Ｚ_４は、該連結ロッド４１の移動端４１１が該Ｚ方向に沿って移動する変位量であり、すなわち該枢支点Ａが該Ｚ方向に沿って移動する変位量である。尚、該連結ロッド４１の移動端４１１の変位量Ｚ_４は以下の計算式により算出することができる。

上記計算式において、ｒ_４ｉは前記枢支点Ａから枢支点ＣまでのＺ方向に沿った初期長さであって、すなわち基点Ｏから前記枢支点Ｃまでの初期長さであり、ここでの基点Ｏは、ベクトルループ法（vector loop method）によるリンク解析を容易にするために定義された仮想基準点であり、基点Ｏの位置は、前記Ｘ方向に沿って前記枢支点Ａと平行であり、かつ前記Ｚ方向に沿って前記枢支点Ｃと平行である。ｒ_２は前記連結ロッド４１上に枢支点Ａから枢支点Ｂまでの長さである。尚、前記枢支点Ａから枢支点ＣまでのＺ方向に沿った初期長さｒ_４ｉは、以下の計算式により算出することができる。

上記計算式のθ_２ｉは、前記連結ロッド４１の初期角度であって、この初期角度θ_２ｉは製造業者の設計要件に応じて任意に設定することが可能である。また、該連結ロッド４１が回動した後の角度θ_２は、以下の計算式により算出することができる。

上記計算式において、ｒ_１は、前記枢支点Ａと基点Ｏとの間の距離であり、すなわち、該枢支点Ａと枢支点Ｃとの間のＸ方向に沿った距離である。従って、上記計算式により、前記制御装置は、前記角度センサ５０を介して前記クランク部材３１の回動後の角度を制御することができると共に、前記変位センサ６０及び前記駆動部材２１を介して前記移動部材２２のＺ方向への変位量を制御することができることが分かった。つまり、前記制御装置は、本発明のスマートセンサ化グリッパの軸力Ｆｚを制御することができる。

上述したように、前記制御装置は、前記角度センサ５０の検知に基づいて前記駆動部材２１を作動させることにより、前記クランク部材３１の回動角度を制御して、Ｘ方向に沿った挟持力Ｆｘを軸力Ｆｚからの影響を受けることなく制御することができる。それに加え、該角度センサ５０の検知に基づいて挟持力Ｆｘの力の大きさを算出した後、該変位センサ６０を介して、該駆動部材２１の駆動により移動された移動部材２２のＺ方向に沿った変位量Ｚ_ｍを検出することにより、Ｚ方向に沿った軸力Ｆｚを挟持力Ｆｘからの影響を受けることなく制御することができる。しかも、軸力Ｆｚを制御しながら挟持力Ｆｘの変化も検知できるので、制御装置は挟持力Ｆｘ及び軸向力Ｆｚを同時に検知及び制御することが可能となり、これにより、本発明のスマートセンサ化グリッパの機能性を向上させることができる。

さらに、図７及び図８は、本発明の第３の好適な実施例を示したものであり、これらの図面によると、各前記把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２の緩衝部３２１は、前記Ｘ方向との間に角度θ_ｂをなすように前記挟持部３２２に接続される。尚、該角度θ_ｂは、０度～９０度の間であって、エンドポイント値を含まないことが好ましい。図１２に示すように、當前記グリッパ部材３２の緩衝部３２１の両端はそれぞれ、Ｘ方向に対して角度θ_ｂを有するように前記挟持部３２２及び連結基部３２３に接続される場合、前記挟持力Ｆｘは、以下の計算式により算出することができる。

上記計算式において、Ｆｘは挟持力であり、θ_ｂは、前記グリッパ部材３２の緩衝部３２１の両端とＸ方向との間の角度である。残りの符号は前述の段落で説明されているので、ここではその説明を省略する。さらに、本実施例での軸力Ｆｚは、以下の計算式により算出することができる。

上記計算式において、Ｆｚは軸力であり、残りの符号は上記段落で説明されたものであり、また、計算式も同様であるので、ここではその説明を省略する。
上記計算式により、本発明のスマートセンサ化グリッパにおいて、前記グリッパ部材３２の緩衝部３２１が、前記挟持部３２２及び連結基部３２３に、Ｘ方向に対して角度θ_ｂをなすように接続されていても、角度を有せずに接続されていても、軸力Ｆｚ及び挟持力Ｆｘの検出に影響がないことが分かった。従って、本発明のスマートセンサ化グリッパにおける構造設計の自由度が大きく、適用可能な応用範囲は広い。

本發明のスマートセンサ化グリッパは、軸力Ｆｚ及び挟持力Ｆｘを検出して衝突検知を行い、具体的に述べると、制御装置の制御によりスマートセンサ化グリッパが移動する際に、移動経路や周囲の環境において異常があって、前記グリッパ部材３２に衝突が発生すると、前記グリッパ部材３２が反力を受け、この時、制御装置は、軸力Ｆｚ及び挟持力Ｆｘの変化の感知して、衝突がＺ方向からか又はＺ方向からかを判断し、スマートセンサ化グリッパを駆動して衝突を回避する。

図１３に示すように、前記把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２が物品７０が下方の載置台８０に接触すると、制御装置は本発明のスマートセンサ化グリッパをＺ方向に沿って上方に移動させることが可能であり、このような設計により、物品７０を正確に挟持することができ、挟持精度の向上を図る。前記グリッパ部材３２の連結基部３２３又は緩衝部３２１に衝突が発生した場合において、前記クランク部材３１がその衝突によって回動するので、前記角度センサ５０が当該クランク部材３１の角度の変化を検出し、すると、制御装置は、本発明のスマートセンサ化グリッパが受けた衝突の方向を判別し、衝突回避を行う。

本発明のスマートセンサ化グリッパは、物品７０を挟持して載置台８０から持ち上げると、軸力Ｆｚの検出により物品７０の重量を計測することが可能となり、また、挟持力Ｆｘの検出により物品７０のＸ方向上の幅寸法を算出することが可能となる。また、本発明のスマートセンサ化グリッパは、挟持されている物品７０を目的地の載置台８０上に下ろす時に、物品７０がＺ方向に沿って載置台８０に接触する際の軸力Ｆｚの変化を検出することにより、物品７０の下ろし状態を正確に把握することができるので、物品７０を空中から放して落下することを回避することができ、また、目的地の載置台８０に高低差ができても、物品７０を安定して放置することができるので、環境適応性に優れる。

さらに、本発明のスマートセンサ化グリッパは、その両把持アセンブリ３０にそれぞれ、角度センサ５０が設けられていることで、該両把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２が受ける挟持力Ｆｘをそれぞれ検知することができるので、挟持されている物品７０のＸ方向上のいずれか一方の側が干渉物に接触しても、物品７０の接触側と同じ側の把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２が受ける挟持力Ｆｘが変化し、これにより、制御装置は物品７０が衝突していることを検知することができる。従って、穴のような周囲に壁面を有する載置先に物品７０を載置しようとする場合、物品７０の位置ずれや傾きを修正することが可能となる。あるいは、物品７０の載置先に位置決め構造が設けられる場合、物品７０が位置決め構造に当たって、挟持力Ｆｘが変化することにより、物品７０が載置先に正確に載置されているかどうかを確認することができる。

本発明の両角度センサ５０及び変位センサ６０はいずれも前記ベース１０上に直接に取り付けられていることで、前記把持アセンブリ３０上に別途回路を設ける必要がなく、配線構造の簡素化及び生産コストの低減化を図ることができる。また、物品７０を挟持する時、前記ベース１０に取り付けられた角度センサ５０及び変位センサ６０が物品７０に接触しないので、挟持力Ｆｘによる影響を受けない。さらに、前記両角度センサ５０及び変位センサ６０は、機械的な動作を検知しており、すなわち、前記クランク部材３１の回動角度及び前記移動部材２２の変位量を検知するので、検知の精度及び信頼性は高く、光学式エンコーダーの角度センサ５０及び変位センサ６０を利用すると、検知の精度及び信頼性を更に高めることができる。

また、本発明の把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２の挟持部３２２が弾性変形可能な緩衝部３２１を介して前記連結基部３２３と接続されることで、その構成構造の剛性を維持しながらソフトグリッパのような柔軟なグリップ感を与え、これにより、該グリッパ部材３２の挟持部３２２が物品７０に接触する時や干渉物に衝突する時に緩衝効果を提供し、本発明のスマートセンサ化グリッパあるいは物品７０が損傷することを回避することができる。また、物品７０を挟持する時、スマートセンサ化グリッパが制御装置の制御によって移動した位置と、挟持対象物の物品７０の位置との間にずれが生じた場合には、前記グリッパ部材３２の緩衝部３２１の弾性変形により、ある程度の位置決め誤差を吸収することが可能であるので、本発明のスマートセンサ化グリッパが物品７０をスムーズに挟持することができる。

最後に、本発明のスマートセンサ化グリッパを示した好適な実施例では、一対の把持アセンブリ３０により構成された二本のグリッパ挟持構造であるものを披露したが、これに限定されるものではなく、本発明が開示した軸力Ｆｚ及び挟持力Ｆｘの解析方法及び計算式、又はリンク機構の概略図は、複数の把持アセンブリ３０により構成されるマルチグリッパ挟持構造にも適用可能である。

要するに、本發明のスマートセンサ化グリッパは、二つの角度センサ５０及び変位センサ６０を介して、両把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２が受ける軸力Ｆｚ及び挟持力Ｆｚをそれぞれ検知することができ、これにより、制御装置は、駆動部材２１を介して軸力Ｆｚ及び挟持力Ｆｘをそれぞれ操ることが可能となるので、機能性を向上させると共に精密な動作制御を実現する。また、両角度センサ５０及び変位センサ６０がベース１０上に装着されている構造により、把持アセンブリ３０のグリッパ部材３２に余分な電気配線を別途設置する必要がないので、配線構造の簡素化及び生産コストの低減化を図ることができる。

１０ ベース
１１ 軸方向ガイドレール
１２ 軸方向スライダ
２０ 駆動アセンブリ
２１ 駆動部材
２１１ 伝動ベルト
２１２ ベルトプーリ
２２ 移動部材
２３ 駆動用ねじ軸
３０ 把持アセンブリ
３１ クランク部材
３１ａ 第一クランク部材
３１ｂ 第二クランク部材
３２ グリッパ部材
３２１ 緩衝部
３２２ 挟持部
３２３ 連結基部
３２４ グリッパ案内レール
４０ 可動アセンブリ
４１ 連結ロッド
４１１ 移動端
４２ 弾性部材
５０ 角度センサ
６０ 変位センサ
７０ 物品
８０ 載置台
Ｆｚ 軸力
Ｆｘ 挟持力
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ 枢支点
Ｇ 力点
Ｏ 基点
ｒ_１ 距離
ｒ_２、ｒ_３、ｒ_５、ｒ_７ 長さ
Ｚ_４、Ｚ_ｍ 変位量
θ_２、θ_３、θ_ｂ 角度

上記目的を達成するために、本発明は、スマートセンサ化グリッパを提案し、本発明に係るスマートセンサ化グリッパは、制御装置に電気接続され且つ制御されると共に、ベースと、駆動アセンブリと、二つの把持アセンブリと、二つの可動アセンブリと、二つの角度センサと、変位センサとを含むと共に、予め定義されるＺ方向を有し、前記駆動アセンブリは、前記ベース上に設置されると共に、駆動部材及び移動部材を備え、該駆動部材は、前記制御装置に電気接続されると共に、該制御装置の制御により該移動部材を駆動して前記Ｚ方向に沿って直線移動させることができ、前記二つの把持アセンブリは、前記ベース上に相対して設置され、各把持アセンブリは、二つのクランク部材とグリッパ部材とを備え、該二つのクランク部材が互いに平行するように該ベース上にそれぞれ枢設され、該グリッパ部材は、該二つのクランク部材に連結されると共に、互いに接続される緩衝部と挟持部を備え、該挟持部が該グリッパ部材における該クランク部材から離れる一端に配置され、前記二つの可動アセンブリは、前記二つの把持アセンブリとそれぞれ対応するように前記ベース上に相対して設置されると共に、連結ロッド及び弾性部材を備え、該連結ロッドは、該ベース上に直線移動可能に取り付けられる移動端を有し、該連結ロッドの他端は、対応する前記把持アセンブリの二つのクランク部材のうちの一つに枢接され、該弾性部材の両端はそれぞれ、前記Ｚ方向に沿って前記移動部材及び該連結ロッドの移動端に連結され、前記二つの角度センサは、前記制御装置に電気接続されると共に前記ベース上に設置され、前記二つの把持アセンブリの二つのクランク部材のうちの一つの回動角度をそれぞれ検出し、前記変位センサは、前記制御装置に電気接続されると共に前記ベース上に設置され、前記移動部材の変位量を検出することを特徴とする。

図１～図３に示すように、前記二つの把持アセンブリ３０は、前記ベース１０上に相対して設置されると共に、各把持アセンブリ３０は、二つのクランク部材３１とグリッパ部材３２を備え、該二つのクランク部材３１が互いに平行するように該ベース１０にそれぞれ枢設されており、該グリッパ部材３２は、該二つのクランク部材３１に連結されると共に、緩衝部３２１と、該緩衝部３２１に接続される挟持部３２２を備え、該挟持部３２２が該グリッパ部材３２における該クランク部材３１から離れる一端に配置される。尚、ここでの緩衝部３２１が圧縮バネであることが好ましい。

図１及び図２に示すように、前記二つの可動アセンブリ４０は、前記二つの把持アセンブリ３０とそれぞれ対応するように前記ベース１０上に相対して設置されると共に、連結ロッド４１と弾性部材４２を備え、該連結ロッド４１は、該ベース１０上に直線移動可能に連結される移動端４１１を有し、これに対して、該連結ロッド４１の他端が、対応している把持アセンブリ３０の両クランク部材３１のうちの一つに枢接されており、該弾性部材４２の両端はそれぞれ、Ｚ方向に沿って前記移動部材２２及び連結ロッド４１の移動端４１１に連結される。尚、前記弾性部材４２が圧縮バネであることが好ましく、板バネであることがより好ましく、通常のコイルバネに比べて、板バネは、その両端が固定しやすく、寸法が小さいという利点があるので、本発明のスマートセンサ化グリッパに適用すると、構造安定性を高め、体積を減少させることができる。

Claims (10)

1. 制御装置に電気接続され且つ制御される、スマートセンサ化グリッパであって、ベースと、駆動アセンブリと、二つの把持アセンブリと、二つの可動アセンブリと、二つの角度センサと、変位センサとを含むと共に、予め定義されるＺ方向を有し、
   前記駆動アセンブリは、前記ベース上に設置されると共に、駆動部材及び移動部材を備え、該駆動部材は、前記制御装置に電気接続されると共に、該制御装置の制御により該移動部材を駆動して前記Ｚ方向に沿って直線移動させることができ、
   前記二つの把持アセンブリは、前記ベース上に相対的に設置され、各把持アセンブリは、二つのクランク部材とグリッパ部材とを備え、該二つのクランク部材が互いに平行するように該ベース上にそれぞれ枢設され、該グリッパ部材は、該二つのクランク部材に連結されると共に、互いに接続される緩衝部と挟持部を備え、該挟持部が該グリッパ部材における該クランク部材から離れる一端に配置され、
   前記二つの可動アセンブリは、前記二つの把持アセンブリとそれぞれ対応するように前記ベース上に相対的に設置されると共に、連結ロッド及び弾性部材を備え、該連結ロッドは、該ベース上に直線移動可能に取り付けられる移動端を有し、該連結ロッドの他端は、対応する前記把持アセンブリの二つのクランク部材のうちの一つに枢接され、該弾性部材の両端はそれぞれ、前記Ｚ方向に沿って前記移動部材及び該連結ロッドの移動端に連結され、
   前記二つの角度センサは、前記制御装置に電気接続されると共に前記ベース上に設置され、前記二つの把持アセンブリの二つのクランク部材のうちの一つの回動角度をそれぞれ検出し、
   前記変位センサは、前記制御装置に電気接続されると共に前記ベース上に設置され、前記移動部材の変位量を検出することを特徴とするスマートセンサ化グリッパ。
2. 前記スマートセンサ化グリッパは、前記Ｚ方向と直交するＸ方向を有し、前記各把持アセンブリのグリッパ部材の緩衝部が、該Ｘ方向に沿って該挟持部に接続されることを特徴とする請求項１に記載のスマートセンサ化グリッパ。
3. 前記スマートセンサ化グリッパは、前記Ｚ方向と直交するＸ方向を有し、前記各把持アセンブリのグリッパ部材の緩衝部が、該Ｘ方向と平行でない方向に沿って該挟持部に接続され、当該方向と該Ｘ方向との間の角度は、０度～９０度の間であって、エンドポイント値を含まないことを特徴とする請求項１に記載のスマートセンサ化グリッパ。
4. 前記二つの可動アセンブリ及び該各可動アセンブリと対応する前記把持アセンブリはそれぞれ、前記駆動アセンブリの両側に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスマートセンサ化グリッパ。
5. 前記駆動アセンブリは、前記ベース上に設置されて前記駆動部材に連結される駆動用ねじ軸を含み、該ベース上に二つの軸方向ガイドレールが設けられ、前記移動部材は、該二つの軸方向ガイドレール上を移動可能に設置されると共に該駆動用ねじ軸に螺合され、該駆動部材は、該駆動用ねじ軸を回転駆動することにより、該移動部材を該駆動用ねじ軸及び該二つの軸方向ガイドレール上で前記Ｚ方向に沿って移動させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスマートセンサ化グリッパ。
6. 前記駆動アセンブリは、前記ベース上に設置されて前記駆動部材に連結される駆動用ねじ軸を含み、該ベース上に、該駆動用ねじ軸の両側に配置される二つの軸方向ガイドレールが設けられ、前記移動部材は、該二つの軸方向ガイドレール上を移動可能に設置されると共に該駆動用ねじ軸に螺合され、該駆動部材は、該駆動用ねじ軸を回転駆動することにより、該移動部材を該駆動用ねじ軸及び該二つの軸方向ガイドレール上で前記Ｚ方向に沿って移動させることを特徴とする請求項４に記載のスマートセンサ化グリッパ。
7. 前記各可動アセンブリの連結ロッドの移動端がそれぞれ、対応する前記各軸方向ガイドレールに連結され、また、該連結ロッドの移動端と前記駆動用ねじ軸との間の距離は、当該連結ロッドの他端と該駆動用ねじ軸との間の距離よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載のスマートセンサ化グリッパ。
8. 前記各把持アセンブリのグリッパ部材は連結基部を含み、該連結基部は、前記二つのクランク部材と連結されると共に、グリッパ案内レールを含み、前記緩衝部の一端が該連結基部に連結され、他端が該グリッパ案内レール上に移動可能に設置されると共に前記挟持部と連結されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスマートセンサ化グリッパ。
9. 前記各把持アセンブリのグリッパ部材は連結基部を含み、該連結基部は、前記二つのクランク部材と連結されると共に、グリッパ案内レールを含み、前記緩衝部の一端が該連結基部に連結され、他端が該グリッパ案内レール上に移動可能に設置されると共に前記挟持部と連結されることを特徴とする請求項６に記載のスマートセンサ化グリッパ。
10. 前記各把持アセンブリのグリッパ部材は連結基部を含み、該連結基部は、前記二つのクランク部材と連結されると共に、グリッパ案内レールを含み、前記緩衝部の一端が該連結基部に連結され、他端が該グリッパ案内レール上に移動可能に設置されると共に前記挟持部と連結されることを特徴とする請求項７に記載のスマートセンサ化グリッパ。
    

Images