JP2805093B2

JP2805093B2 - ロボットハンド

Info

Publication number: JP2805093B2
Application number: JP24773689A
Authority: JP
Inventors: 成和中島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-09-21
Filing date: 1989-09-21
Publication date: 1998-09-30
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JPH03111190A

Description

【発明の詳細な説明】本発明ロボットハンドを以下の項目に従って詳細に説
明する。

A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.従来技術とその問題点 D.問題点を解決するための手段 E.実施例［第１図乃至第３図］ a.構成 b.作用 F.発明の効果（A.産業上の利用分野）本発明は新規なロボットハンドに関する。詳しくは、
複数のツールを交換を要することなく必要に応じて選択
使用することができ、しかも、単一の駆動源にて実現す
ることができ、かつ、ツールの選択のための空間が小さ
くて済む新規なロボットハンドを提供しようとするもの
である。

（B.発明の概要）本発明ロボットハンドは、複数のツール取付部を有し
ロボットの加工先端に取り付けられるロボットハンドで
あって、単一のモータによって回転される第１のギヤに
複数の第２のギヤを噛合させ、各第２のギヤの回転軸と
同軸な回転軸を有し第２のギヤと共に回転される円筒部
に軸方向へ摺動可能に挿通されると共に円筒部と一体的
に回転されるボールスプラインを設け、各ボールスプラ
インを各別にその軸方向へ摺動させる摺動機構を設け、
上記各ボールスプラインの端部をツール取付部とし、こ
れによって、各ボールスプラインのツール取付部に各別
にツールを取り付けておけば、単一のモータと摺動機構
とによって複数のツールを交換作業を要することなく選
択使用することができ、しかも、使用するツールの選択
に際して回転動作を要しないため、ツール選択のための
空間が小さくて済む。

（C.従来技術とその問題点）近年、各種電気関連機器はその軽量化・小型化の要求
が高まり、その生産設備もそれにつれて小型化が迫ら
れ、そのためにその加工精度も更に高精度化が要求され
てきている。また、コンシューマー向けの電子関連機器
では個性化が進み、そのために多品種小量生産が行なわ
れ生産設備の柔軟性を合わせて要求されている。

かかる状況からその生産設備としてロボットを使用し
た生産設備ラインが設定されることが多くなり、高精度
加工の為、比較的コンパクトなロボットとして水平多関
節ロボットが垂直多関節ロボットと同様に使用されるよ
うになった。

一方、水平多関節ロボットの構造は人間の腕の構成と
ほぼ類似して設計されていてその使い勝手は良いもの
の、ツールを水平面内の所望の位置に位置決めする精度
は関節軸部分での精度のみによって決まる訳ではなく、
その水平面内における位置によっても異なって来る。こ
れは２つの関節が一様な精度をもっていても、水平面の
デカルト座標系に変換された場合にそのデカルト座標系
での一様性が保てないことに起因し、このことによりそ
の繰り返し精度が本質的に高くならず、組立加工精度が
要求される部分には使い勝手が良いからといって一概に
水平多関節ロボットを使用する訳にはいかない。

そこで近年では直交座標系のロボットを精密加工工程
に使用するようになり、相当の精度を確保することがで
きるようになってきた。しかし直交型ロボットでは水平
多関節ロボット程の移動速度を得ることが出来ず、ツー
ルを接続する部分に水平多関節ロボットにおけるような
単体のヘッド（単一のツールを装着するようにしたヘッ
ド）を使用すると、ひとつのロボットで複数の作業を行
なわせる場合等にはツール交換を頻繁に行なわなければ
ならず、かつ通常、交換用のツールは作業領域の但に配
置されることが多いため、低移動速度とあいまってツー
ル交換だけのために長い時間を消費し、タクトタイムを
極端に長くしてしまうことになる。

また、水平多関節ロボットに設置し回転によってツー
ル交換する方法（特開昭61−100391号）も提案されてい
るが、このような方法によると、螺子締め器等の棒長な
ツールによって構成されるような物では特に交換時にお
けるツール群の回転に大きな容積を必要とし、作業空間
の狭い直交型ロボットでは稼働範囲を更に狭めることと
なり、近い勝手を悪いものとすることになる。また、こ
の構造ではデバッグやティーチング等のために作業者が
ヘッド部に頭を近付けて作業している時等には危険であ
り、また、作業者に恐怖心を与える事となっていた。

だからと言って、上記のような棒長なツールを単一で
直交型ロボットに使用し、単一の作業工程のみを行なう
ロボットとした生産ラインでは、そのスループットに重
大な影響を及ぼすことになり、折角のロボットへの投資
もその投資効果が充分得られなくなるという問題があ
る。

（D.問題点を解決するための手段）本発明ロボットハンドは、上記した問題点を解決する
ために、複数のツール取付部を有しロボットの加工先端
に取り付けられるロボットハンドであって、単一のモー
タによって回転される第１のギヤに複数の第２のギヤを
噛合させ、各第２のギヤの回転軸と同軸な回転軸を有し
２のギヤと共に回転される円筒部に軸方向へ摺動可能に
挿通されると共に円筒部と一体的に回転されるボールス
プラインを設け、各ボールスプラインを各別にその軸方
向へ摺動させる摺動機構を設け、上記各ボールスプライ
ンの端部をツール取付部としたものである。

従って、本発明ロボットハンドによれば、各ボールス
プラインのツール取付部に各別にツールを取り付けてお
くことによって、単一のモータと摺動機構とによって複
数のツールを交換作業を行なうことなく選択して使用す
ることができ、直交型ロボットに使用してタイトタイム
を大幅に短縮することが可能となる。また、ツール選択
のためにツール群を回転させる必要がないのでツール選
択のための空間が小さくて済み、作業者に対する危険が
少なく、作業者に恐怖感を与えることもない。

（E.実施例）［第１図乃至第３図］以下に、本発明ロボットハンドの詳細を図示した実施
例１に従って説明する。

（a.構成）２は筐体であり、図示しない取付機構によって図示し
ないロボットの加工先端、例えば、直交型ロボットのXY
移動部に取り付けられるようになっている。

３はモータであり、上記筐体２の上部中央に固定され
ている。このモータ３としては、例えば、DCサーボモー
タが使用される。

４は駆動軸であり、筐体２の下部中央に軸受５、５、
・・・によって回転自在に支持されている。

６は減速装置であり、該減速装置６を介して上記モー
タの出力軸3aと駆動軸４とが連結されている。

７は上記駆動軸４の中央より稍下方に固定された第１
のギヤである。

８は略半円板状をしたドグ（度具）であり、その半径
は第１のギヤ７の半径より稍大きく形成され、第１のギ
ヤ７の上面にその中心が第１のギヤ７の中心と一致した
状態で固定されている。従って、該ドグ８の外周縁部は
第１のギヤ７の外周縁より突出した状態とされている。

９は筐体２内の側方に寄った位置に設けられたフォト
インタラプタ方式のセンサであり、その検出部9aが上記
ドグ８の移動軌跡上に配置され、このセンサ９によって
ドグ８の位置が検出されるようになっている。

10₁、10₂、10₃、10₄は筐体２の底部のうち平面で見て
上記駆動軸４を囲んだ位置に軸受11、11、・・・によっ
て回転自在に支持された円筒部である。

尚、上記４つの円筒部10₁、10₂、10₃、10₄及びこれら
に関する構成は全て同様であるので、図面中ではそれぞ
れ「X₁」、「X₂」、「X₃」、「X₄」というように添字を
付して区別するが、以下の構成の説明では、添字を付さ
ない番号で代表して説明する。

12は上記円筒部10の上端部に固定された第２のギヤで
あり、その回転軸は円筒部10の回転軸と同軸とされ、か
つ、上記第１のギヤ７と噛合されている。

13は第２のギヤ12の直ぐ下側に重ねられて円筒部10に
固定された第３のギヤであり、その回転軸は第２のギヤ
12及び円筒部10の回転軸と同軸であり、また、その歯数
及びピッチは第２のギヤ12と同じで、歯の位置が第２の
ギヤ12のそれと僅かにずれた状態とされている。そし
て、このような第３のギヤ13も上記第１のギヤ７と噛合
されている。

14は円筒部10の下半部に形成された大径部内に嵌合か
つ固定されたボス体であり、該ボス体14の中心には孔15
が貫設されており、かつ、該孔15の内周面には軸方向に
延びる複数のキー溝16、16、・・・が形成されている。

17はボールスプラインであり、円筒部10を貫通するよ
うに配置され、その外周面に形成されたキー溝18、18、
・・・が上記ボス体14に形成されたキー溝16、16、・・
・と摺動自在に係合している。これによって、ボールス
プライン17は円筒部10に対して軸方向に摺動自在である
が、回転は円筒部10と一体的に為されるようにされる。
尚、ボールスプライン17の回転軸は円筒部10、第２、第
３のギヤ12、13の回転軸と同軸とされている。

ボールスプライン17の中心にはエアー通孔19が貫設さ
れている。

20はボールスプライン17の上端にボールスプライン17
に対して回転可能なホースジョイント21を介して接続さ
れたエアーホースであり、一端がボールスプライン17の
エアー通孔19と連通され、他端が図示しないエアーコン
トロール部と接続されている。

そして、このようなボールスプライン17の下端部22が
ツール取付部とされる。そして、このツール取付部22に
取り付けられたツールは必要に応じてエアーホース20、
エアー通孔19を通して送られて来るエアーによって駆動
される。また、このエアー通孔はこれを介して減圧吸引
してツールのツール取付部22へのチャック（真空チャッ
ク）用に使用することもできる。

23は筐体２内の上下方向における中央部で周縁寄りの
位置に固定されたエアーシリンダであり、軸方向が上下
方向に延び、そのピストン24は下方へ突出している。

25はピストン24の下端部に設けられた連結部であり、
その外周面に環状の係合溝25aが形成されている。

26は連結板であり、ボス部27に形成され軸受28を備え
た支持孔27aに上記ボールスプライン17の上端部が回転
自在に支持されている。ボールスプライン17の上端部は
他の部分より小径にされ、上向きの段部29が形成され、
上端部の上半分が螺溝が形成された螺軸部30とされ、こ
の螺軸部30と段部29との間の部分31が上記軸受28に支持
されている。32はボールスプライン17の螺軸部30に螺合
された止めナットであり、該止めナット32の下端が軸受
28のインナーレースに当接している。このようにして、
ボールスプライン17の上端部が連結板26に回転自在に支
持されている。

連結板26の側縁にはＵ字状の係合切欠33が形成され、
該係合切欠33が上記連結部25の係合溝25aと係合されて
いる。このようにして、ボールスプライン17の上端部が
連結板26を介してエアーシリンダ23のピストン24と連結
される。

尚、34は筐体２の底部の円筒部10が設けらていない部
分に設けられたツール取付部であり、ここ34には回転を
要しないツールが取り付けられる。

（b.作用）しかして、上記ロボットハンド１にあってはモータ３
が回転すると、該回転は、減速装置６、駆動軸４、第１
のギヤ７を介して全ての第２のギヤ12₁、12₂、12₃、12₄
及び第３のギヤ13₁、13₂、13₃、13₄が回転され、従っ
て、全ての円筒部10₁、10₂、10₃、10₄が回転され、依っ
て、全てのボールスプライン17₁、17₂、17₃、17₄が回転
される。これによって、ボールスプライン17₁、17₂、17
₃、17₄の下端部であるツール取付部21₁、22₂、22₃、22₄
に取り付けられた図示しないツールが回転され、その姿
勢が制御される。

そして、使用するツールが取り付けられたボールスプ
ライン17が連結されたエアーシリンダ23が駆動され当該
ボールスプライン17が下降されて該ボールスプライン17
に取着されたツールが作業位置に達する。

しかして、４つのボールスプライン17のうち使用を要
するツールが取着されたボールスプライン17をXY軸上で
位置決めし、モータ３を回転させて該ツールの姿勢を整
え、エアーシリンダ23を駆動して当該ボールスプライン
17を下降させるだけで、所望のツールを選択して使用す
ることができる。尚、複数のツールを同時に使用するこ
とも可能なことは勿論である。

従って、ツールの選択を迅速に行うことができ、タク
トタイムを短縮することができる。

しかも、ツールの選択のために、取り付けられている
ツール群を回転する必要がなく、ツール選択のためのス
ペースが小さくて済むだけでなく、作業者への危険も無
い。

更に、モータ３は一個で済むため、低コストな装置と
することができる。

また、駆動軸４に固定された第２のギヤ７と円筒部10
との結合は歯の位置を僅かにずらされた２つのギヤ12、
13を介して行なうため、バックラッシュを取り除くこと
ができ、ツールの姿勢制御を精確に行なうことができ
る。

（F.発明の効果）以上に記載したところから明らかなとおり、本発明ロ
ボットハンドは、複数のツール取付部を有し、ロボット
の加工先端に取り付けられるロボットハンドであって、
モータと、該モータの駆動軸により回転される第１のギ
ヤと、第１のギヤに噛合するように配置された複数の第
２のギヤと、各第２のギヤの回転軸と各別に同軸とされ
た回転軸を有し第２のギヤの回転に伴なって回転される
複数の円筒部と、上記各円筒部の中心に軸方向へ摺動可
能に各別に挿通されると共に円筒部と一体的に回転され
る複数のボールスプラインと、上記各ボールスプライン
を各別にその軸方向へ摺動させる摺動機構とから構成さ
れ、上記各ボールスプラインの端部がツール取付部とさ
れたことを特徴とする。

従って、本発明ロボットハンドによれば、各ボールス
プラインのツール取付部に各別にツールを取り付けてお
くことによって、単一のモータと摺動機構とによって複
数のツールを交換作業を行なうことなく選択して使用す
ることができ、直交型ロボットに使用してタクトタイム
を大幅に短縮することが可能となる。また、ツール選択
のためにツール群を回転させる必要がないのでツール選
択のための空間が小さくて済み、作業者に対する危険が
少なく、作業者に恐怖感を与えることもない。

尚、上記実施例で示した具体的な構造は、本発明の具
体化に当たってのほんの一例にすぎず、これらによって
本発明の技術的範囲が限定的に解釈されるものではな
い。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明ロボットハンドの実施の一例を示すもの
で、第１図は斜視図、第２図は縦断面図、第３図は第２
図のIII−III線に沿う断面図である。符号の説明１……ロボットハンド、３……モータ、４……駆動軸、６……減速装置、７……第１のギヤ、10……円筒部、 12……第２のギヤ、 13……第３のギヤ、 17……ボールスプライン、 22……ツール取付部、 23……エアーシリンダ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のツール取付部を有し、ロボットの加
工先端に取り付けられるロボットハンドであって、モータと、該モータの駆動軸により回転される第１のギヤと、第１のギヤに噛合するように配置された複数の第２のギ
ヤと、各第２のギヤの回転軸と各別に同軸とされた回転軸を有
し第２のギヤの回転に伴なって回転される複数の円筒部
と、上記各円筒部の中心に軸方向へ摺動可能に各別に挿通さ
れると共に円筒部と一体的に回転される複数のボールス
プラインと、上記各ボールスプラインを各別にその軸方向へ摺動させ
る摺動機構とから構成され、上記各ボールスプラインの端部がツール取付部とされたことを特徴とするロボットハンド
【請求項２】減速装置を介してモータの駆動力を第１の
ギヤに伝達するようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のロボットハンド
【請求項３】回転軸が第２のギヤの回転軸と同軸となる
ように第２のギヤと平行に設けられると共に、ギヤ歯が
第２のギヤのギヤ歯に対して回転軸回りにずれた状態で
配置された第３のギヤを円筒部に設け、第１のギヤと第
２のギヤとの間の噛み合いにおけるバックラッシュの発
生を防止するようにしたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項又は第２項記載のロボットハンド
【請求項４】摺動機構にエアーシリンダを用いたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記
載のロボットハンド