JP3246449U - 電動グリッパ - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化および正確な位置制御を実現できる、電動グリッパを提供する。【解決手段】アクチュエータ20が載置板10に設置され摺動部21を第1方向に摺動させる。2つのプレート部30、40は第2方向に沿って載置板に摺動可能に設置され、位置ずれて配置された第1斜めガイド溝31と第2斜めガイド溝とを介して摺動部に回転可能に接続される。リング部50は、互いに反対側にある枢接端部51と接続端部52とを備える。枢接端部が載置板に回転可能に接続され、接続端部は、長尺ガイド孔53を通して摺動部の軸棒22に回転可能に接続される。摺動部が第1方向に沿って第1変位距離を摺動させると、2つのプレート部のそれぞれが第2方向に沿って第2変位距離で相対的に摺動され、且つリング部が回転される。リング部の角度感知用磁石60は角度センサと組み合わせて第1変位距離および第2変位距離に対応する回転角度を検出する。【選択図】図1
Description
本考案は、クランピングジョー構造に関し、特に、構造を簡素化し、アクチュエータおよび角度センサと組み合せることで、小さなクランプ力の応用分野において小型化および位置制御を両立させる電動グリッパに関する。
ロボットアームは、人間の腕の機能を模倣して様々な作業を行うことができる自動制御装置であり、自動化機械装置に広く使用されている。主に工業生産で使用されることに加えて、商業農業、医療救助、エンターテイメントサービス、軍事安全保障などの分野でもその応用が見られる。構造上は、機械本体とコントローラとサーボ機構とセンサから構成されており、プログラムを用いて動作要件に応じる特定の動作を実施する。通常、ロボットアームの先端に取り付けられて物体を直接掴む構造として、グリッパ(gripper)、エンドエフェクター(end effector)、またはロボットハンド(robot hand)が挙げられる。当該構造の目的は、人間の手の代わりに、多くの複雑動作を巧みに完了したり、さまざまな部品を操作したりすることであるが、作業の動作範囲は比較的狭いため、駆動方法の選択やアーム関節の構造が多少異なる。
汎用のグリッパはほとんど、駆動源としてモータを使用する。モータは、クランピングジョーの往復運動を達成するための関連構造を駆動する。従来のステッピングモータやDCモータのサイズが大きく、クランプ力が小さい応用分野で使用するとき、装置全体の小型化や高精度な位置制御は実現しにくい。
そこで、従来技術の欠点を解決できる、クランピングジョー構造を簡素化し、アクチュエータおよび角度センサと組み合せて、小さなクランプ力の応用分野において小型化および正確な位置制御を実現できる、電動グリッパを提供する必要がある。
本考案の目的は、電動グリッパを提供することである。クランプ力が小さい応用場面において、簡略化できたグリッパ構造は、アクチュエータおよび角度センサを組み合わせて、電動グリッパ全体の小型化と高精度な位置制御を実現する。電動グリッパは、例えばボイスコイルモーターをアクチュエータとして使用しており、2つのプレート部アセンブリが互いに位置ずれて形成された扁平形状の設計を組み合せることで、低コスト、小型、高速応答、高精度の電動グリッパおよび微小型化設計を実現する。
本考案のもう一つ目的は、電動グリッパを提供することである。ダブルプレートアセンブリは、長尺ガイド溝またはスライドレールを介して載置板に摺動可能に設置され、アクチュエータの摺動部は、異なる方向の斜めガイド溝を介してダブルプレートアセンブリを駆動させるとき、第1方向における摺動部の変位距離を第2方向におけるダブルプレートアセンブリの変位距離に安定に変換でき、且つ角度センサを用いて回転角度変化を検出することができる。これにより、電気グリッパは、感知素子が距離または回転角度を検出することで、アクチュエータとダブルプレートアセンブリの相対変位および角度変化関係に基づく位置制御を達成することができる。一方、ボイスコイルモーターなどのアクチュエータは電流で制御されるため、コイルを使って磁石部を駆動することで、一方向に安定した推力を得ることができ、電動グリッパのトルクはストロークに従って変化せず、位置制御の同時に、応力制御も実現することができる。
本考案のもう一つ目的は、電動グリッパを提供することである。アクチュエータとダブルプレートアセンブリとが形成した扁平形状の設計では、実際の需要に応じてプレート部に配置された把持部材の位置を調整することができ、角度センサと組み合せて電動グリッパの位置制御を実現することができる。また、アクチュエータとダブルプレートアセンブリとが形成した扁平形状の設計では、バネ部材を介してセルフロック機能が実現でき、断電後のアクチュエータを自動的にリセットさせ、且つダブルプレートアセンブリの把持部材が内挟みまたは外方支持の状態を維持することができ、製品の信頼性および競争力をさらに向上させることができる。
上記の目的を達成するために、本考案は、載置板と、アクチュエータと、第1プレート部と、第2プレート部と、リング部と、角度感知用磁石と、角度センサとを備える電動グリッパを提供する。載置板は、は、互いに反対側にある第1表面と第2表面とを有する。アクチュエータが載置板に設置され且つ摺動部を備え、アクチュエータは、載置板に対して第1方向に摺動するように、摺動部を駆動する。第1プレート部は、第2方向に沿って摺動可能に、載置板の第1表面上に設置され且つ第1斜めガイド溝を備える。第2プレート部は、第2方向に沿って摺動可能に、載置板の第2表面上に設置され且つ第2斜めガイド溝を備える。第1プレート部と第2プレート部は互いに対向しており、第1斜めガイド溝と第2斜めガイド溝は、互いに位置ずれるように設置され、且つ第1プレート部と第2プレート部はそれぞれ第1斜めガイド溝と第2斜めガイド溝を介して摺動部の軸棒に回転可能に接続される。リング部は、互いに両側に位置される枢接端部と接続端部とを備え、枢接端部が載置板に回転可能に接続され、接続端部が長尺ガイド孔を介して摺動部の軸棒に回転可能に接続され、摺動部が第1方向に第1変位距離を摺動すると、摺動部の軸棒が、第1斜めガイド溝および第2斜めガイド溝のそれぞれを介して、第1プレート部および第2プレート部を第2方向に沿って相対的に第2変位距離を摺動させ、且つ接続端部の長尺ガイド孔を介してリング部を枢接端部に対して回転させる。角度感知用磁石は、リング部の枢接端部に設置され、アクチュエータが摺動部を第1方向に変位させることによって、角度感知用磁石の位置と対応する磁場が変化する。角度センサは、アクチュエータの回路基板上に設置され、角度感知用磁石の位置に対応する磁場の変化を感知してリング部の回転角度を検出し、回転角度、第1変位距離および第2変位距離は、角度-距離変換比例関係を有する。
好ましくは、電動グリッパは、第1スライドレールと第2スライドレールとをさらに備え、第1プレート部が載置板に対して第2方向に沿って摺動できるように、第1スライドレールが第2方向に沿って設置され且つ第1プレート部と載置板との間に位置され、第2プレート部が載置板に対して第2方向に沿って摺動できるように、第2スライドレールが第2方向に沿って設置され且つ第2プレート部と載置板との間に位置される。
好ましくは、第1プレート部は、第2方向に延在する第1ガイド溝を備え、第1プレート部は、第1ガイド溝を介して載置板に回転可能に接続され、第2プレート部は、第2方向に延在する第2ガイド溝を備え、第2プレート部は、第2ガイド溝を介して載置板に回転可能に接続される。
好ましくは、第1方向と第2方向とは互いに直交しており、第1斜めガイド溝と第2斜めガイド溝は、第1方向と非平行であり且つ第2方向とも非平行である。
好ましくは、第1プレート部は、第1取付座と第2取付座とを備え、第1取付座と第2取付座はそれぞれ第1斜めガイド溝の互いに反対側の両側に位置され、第2プレート部は、第3取付座と第4取付座とを備え、第3取付座と前記第4取付座は、第2斜めガイド溝の互いに反対側の両側に位置され、第3取付座は、第1取付座に対して空間的に対向し、第4取付座は、第2取付座に対して空間的に対向する。
好ましくは、第1プレート部は第1把持部材を備え、第2プレート部は第2把持部材を備え、第1把持部材と第2把持部材はそれぞれ、第1取付座と第4取付座に設置される。
好ましくは、第1プレート部は第1把持部材を備え、第2プレート部は第2把持部材を備え、第1把持部材と第2把持部材は、第2取付座と第3取付座のそれぞれに設置される。
好ましくは、第1プレート部は、第1プレート部に取り外し可能に設置された第1把持部材を備え、第2プレート部は、第2プレート部に取り外し可能に設置された第2把持部材を備え、第1把持部材と第2把持部材は、第1表面から第2表面に向かう方向に互いに位置ずれるように配置され、且つ第2方向において互いに対向するように配置される。
好ましくは、軸棒は、第1斜めガイド溝と第2斜めガイド溝の、第1表面から第2表面に向かう方向において重なる領域を貫通する。
好ましくは、電動グリッパは制御モジュールをさらに備え、制御モジュールは、アクチュエータおよび角度センサにそれぞれ接続され、制御モジュールは、前記摺動部を第1方向に第1変位距離で摺動させるように、アクチュエータを駆動し、制御モジュールは、回転角度と第1変位距離と第2変位距離との間の関係を表す角度-距離変換比例関係を保存する。
好ましくは、摺動部が一対のリニアベアリングを介して載置板に設置され、一対のリニアベアリングが第1方向に沿って配置され、摺動部は長尺状枠部材を備え、長尺状枠部材の長辺が第1方向に沿ってリニアベアリングを貫通する。
好ましくは、アクチュエータは、コイルおよび磁石部を含むボイスコイルモーターであり、コイルは、載置板に設置され且つ一対のリニアベアリングの間に配置され、磁石部は、長尺状枠部材の前記長辺に設置され、磁石部は、コイルの2つの反対側の表面に対して空間的に対向する。
好ましくは、角度センサが磁気式角度エンコーダーである。
好ましくは、電動グリッパは、弾性アセンブリをさらに備え、弾性アセンブリは、摺動部と載置板との間に接続され、アクチュエータの動作が停止する時、弾性アセンブリが摺動部を押し付けて摺動部の初期位置まで摺動させる弾性力を与える。
本発明の特徴と利点を示すいくつかの典型的な実施形態について、後述の説明において詳細に記述する。本発明は異なる態様において様々な変更を加えることができ、いずれも本発明の範囲から逸脱することなく、かつその説明及び図面は本質的に説明するために用いられものであり、本発明を限定する意図はないことを理解されたい。例えば、本開示の以下の内容において、第1特徴を第2特徴の上または上方に設置することが記述される場合、設置された上記第1特徴が上記第2特徴と直接接触している実施形態を含み、追加の特徴を上記第1特徴と上記第2特徴との間に設置することで、上記第1特徴が上記第2特徴と直接接触していない実施形態も含むことを示す。さらに、本開示の異なる実施形態において、重複する参照符号及び/または記号を使用可能である。これらの重複は簡潔化と明確化の目的で、各実施形態及び/または前記外観構造間の関係を制限するために使用されるものではない。また、図面における構成要素または特徴要素と他の(複数の)構成要素または(複数の)特徴要素との関係を簡易に記述するために、例えば、「頂」、「上」、「下」、「内」、「外」、及び類似する用語などの空間関連の用語を用いることができる。図面に示される方位に加えて、空間関連の用語は、使用中または作動中の装置の異なる方位を含むために用いられる。前記装置は、別途に位置決めされ(例えば、90度回転または他の方位に位置し)てもよく、それに応じて使用される空間関連の用語の記述を解釈する。さらに、一つの構成要素が他の構成要素に「接続」または「結合」すると称する場合、他の構成要素に直接的に接続または結合することができ、または介在構成要素が存在しうる。本開示の広範な範囲の数値範囲とパラメータは近似値であるが、具体的な例においてできる限り正確に数値を記述する。さらに、「第1」、「第2」、「第3」などの用語は、特許請求の範囲において異なる構成要素を記述するために用いられることができるが、これらの構成要素はこれらの用語によって限定されるべきではなく、実施形態において記述されたこれらの構成要素は異なる構成要素記号によって示されることを理解されたい。これらの用語は、異なる構成要素を区別するためのものである。例えば、第1構成要素は第2構成要素と称されることができ、同様に、第2構成要素も第1構成要素と称されることができ、実施形態の範囲から逸脱することがない。また、「および/または」という用語には、関連要素の1つまたは複数のあらゆる組み合わせが含まれる。操作/動作例を除き、または明示的に記載されていない限り、本明細書に開示されているすべての数値範囲、量、値およびパーセンテージ(例えば、角度、持続時間、温度、動作条件、量比またはそれに類似する比率など)は、すべての実施形態において「約」または「実質的に」という用語によってあらゆる形で修飾されるものと理解される。したがって、反対の指示がない限り、本明細書および添付の特許請求の範囲に記載されている数値パラメータは、必要に応じて変化し得る近似値である。たとえば、各数値パラメータは、少なくとも記載された有効桁数を考慮して、通常の丸め原則を適用して解釈されることができる。また、本明細書では、範囲とは、一方の端点から他方の端点まで、または2つの端点の間として解釈されることができる。特に明記しない限り、本明細書に開示されるすべての範囲には端点が含まれる。
図1~図7は、本考案の第1実施形態における電動グリッパを示す。本実施形態において、電動グリッパ1は、載置板10と、アクチュエータ20と、第1プレート部30と、第2プレート部40と、リング部50と、角度感知用磁石60と、角度センサ61とを備える。載置板10は、載置板10の互いに反対側に設けられる第1表面11と第2表面12とを備える。アクチュエータ20は、載置板10上に配置され且つ摺動部21を備える。アクチュエータ20は、載置板10に対して第1方向(例えば、Y軸に沿って)に摺動部21を摺動させる。第1プレート部30と第2プレート部40はそれぞれ載置板10の第1表面11と第2表面12に配置され、摺動部21によって駆動されることで相互に移動(相対移動)するダブルプレートアセンブリを形成する。本実施形態において、第1プレート部30は、載置板10の第1表面11において第2方向(例えばX軸)に沿って摺動可能に配置され、且つ第1斜めガイド溝31を備える。第2プレート部40は、載置板10の第2表面12において第2方向(例えばX軸)に沿って摺動可能に配置され、且つ第2斜めガイド溝41を備える。本実施形態において、第1方向(すなわち、Y軸方向)と第2方向(すなわち、X軸方向)は互いに直交しているが、第1斜めガイド溝31と第2斜めガイド溝41とは第1方向または第2方向には平行ではなく、斜めに延在するように設計されている。第1プレート部30と第2プレート部40は空間的に互いに対向し、第1斜めガイド溝31と第2斜めガイド溝41は互いに位置ずれて配置され、且つ第1プレート部30および第2プレート部40はそれぞれ第1斜めガイド溝31および第2斜めガイド溝41を介して摺動部21の前端部21aの軸棒22に回転可能に接続される(枢接する)。摺動部21が第1プレート部30および第2プレート部40を駆動するとき、軸棒22は、第1表面11から第2表面12に向かう視線方向(すなわち、Z軸方向)において第1斜めガイド溝31と第2斜めガイド溝41との重なる領域(重なる部分)を貫通するに維持される(軸棒22は、第1斜めガイド溝31および第2斜めガイド溝41を同時に貫通する)。これにより、第1プレート部30および第2プレート部40は、例えば、扁平形状の構造に設計され、載置板10の第1表面11および第2表面12上に省スペースで配置され且つ摺動部21に接続することができ、微小型化設計の実現に有利である。なお、本考案はこれに限定されない。本実施形態において、リング部50および角度感知用磁石60が載置板10の第1表面11上に配置される。リング部50は、互いに反対側に配置される枢接端部51と接続端部52とを備える。枢接端部51は載置板10に枢接され、接続端部52は長尺ガイド孔53を介して摺動部21の軸棒22に枢接される。これにより、摺動部21が第1方向(すなわち、Y軸方向)において第1変位距離を摺動すると、摺動部21の軸棒22が第1斜めガイド溝31および第2斜めガイド溝41を介して第1プレート部30と第2プレート部40とを、第2方向(すなわち、X軸方向)に第2変位距離に相対的に摺動させる。また、摺動部21の軸棒22は、接続端部52の長尺ガイド孔53を介して、枢接端部51に対してリング部50を回転させる。本実施形態において、角度感知用磁石60は、リング部50の枢接端部51と載置板10との枢接部位に配置される。角度感知用磁石60は、アクチュエータ20が摺動部21を第1方向に変位させることで、位置に対応する磁場が変化する。別の実施形態において、リング部50および角度感知用磁石60は、載置板10の第2表面12上に配置されてもよい。本実施形態において、角度センサ61は、角度感知用磁石60に対向するように、アクチュエータ20の回路基板27上に配置される。角度センサ61は、アクチュエータ20が摺動部21を第1方向に変位させることによって引き起こされる角度感知用磁石60の磁気位置の変化(角度感知用磁石60の位置に対応する磁場の変化)を感知(検出)するために使用される。回転角度および第1変位距離と第2変位距離間の角度-距離変換比例関係について後述する。
本実施形態において、電動グリッパ1は、第1スライドレール33と第2スライドレール43とを備える。第1スライドレール33は、第2方向(すなわち、X軸方向)に沿って配置され、且つ第1プレート部30と載置板10との間に位置される。第1プレート部30が載置板10に対して第2方向に摺動可能である。同様に、第2スライドレール43は、第2方向(すなわち、X軸方向)に沿って配置され、且つ第2プレート部40と載置板10との間に位置される。第2プレート部40は、載置板10に対して第2方向に摺動可能である。別の実施形態において、第1スライドレール33と第2スライドレール43とを一体化して載置板10の前端部に配置し、アクチュエータ20が第1斜めガイド溝31と第2斜めガイド溝41を介して第1プレート部30と第2プレート部40とを駆動するとき、第1プレート部30と第2プレート部40が第2方向(すなわち、X軸方向)に相対的に摺動可能である。なお、本考案はこれに限定されない。
本実施形態において、第1プレート部30は、第1プレート部30に取り外し可能に設けられる第1把持部材32を備える。第2プレート部40は、第2プレート部40に取り外し可能に設けられる第2把持部材42を備える。第1把持部材32と第2把持部材42とは、第1表面11から第2表面12に向かう視線方向(すなわち、Z軸方向の反対方向)に互いに位置ずれており、且つ第2方向(すなわち、X軸方向)に互いに対向するように配置される。第1把持部材32と第2把持部材42との間の間隔距離を変化させることにより、第1プレート部30と第2プレート部40とが形成した扁平形状の設計が内挟みまたは外方支持の動作を行うことができる。なお、第1把持部材32と第2把持部材42の型式や互いの初期位置は、実際の応用に応じて調整することができ、本考案はこれに限定されない。
図6および図7に示すように、本実施形態において、アクチュエータ20が、第1方向(すなわち、Y軸方向)において摺動部21を第1変位距離Y1に摺動させると、摺動部21の前端部21aの軸棒22がリング部50を駆動して枢接端部51を中心として回転角度Aを回転させ、且つ第1プレート部30と第2プレート部40とが相対的に摺動して変位(例えば、負のY軸および正のY軸方向に変位する)することにより、初期の間隔距離X1がより大きな間隔距離X2に変化し、第2変位距離(X2-X1)を形成する。なお、電動グリッパ1は、角度センサ61(図2を参照)をさらに備え、前記角度センサ61が例えば磁気式回転角度エンコーダーである。角度センサ61は、角度感知用磁石60に対向するように、アクチュエータ20の回路基板27上に配置される。角度センサ61は、アクチュエータ20によって駆動される第1方向における摺動部21の変位によって引き起こされる角度感知用磁石60の磁気位置の変化(磁場変化)を感知して回転角度Aを検出するために使用される。これによって、第1変位距離Y1と第2変位距離(X2-X1)を決定することができる。ここで、回転角度A、第1変位距離Y1および第2変位距離(X2-X1)の-距離変換比例関係は、第1斜めガイド溝31と第2斜めガイド溝41とのなす角度によって決定できる。
図5を参照されたい。本実施形態において、電動グリッパ1は、アクチュエータ20および角度センサ61にそれぞれ接続される制御モジュール80をさらに備える。制御モジュール80は、上述の角度-距離変換比例関係を記憶(保存)しており、且つアクチュエータ20を第1方向(すなわち、Y軸方向)において第1変位距離Y1に摺動させるように制御する。目標位置に到達するために第1プレート部30と第2プレート部40との相対的変位を制御したい場合、制御モジュール80は、前記角度-距離変換比例関係に基づいて摺動部21の前端部21aの軸棒22を制御して第1プレート部30と第2プレート部40とを駆動させ、且つリング部50を回転角度A回転させ、これによって、アクチュエータ20が第1方向(すなわち、Y軸方向)に第1変位距離Y1に摺動し且つ第1プレート部30と第2プレート部40とが第2方向(すなわち、X軸方向)に相対的に第2変位距離(X2-X1)になるまでの位置に摺動することを達成することができる。
本実施形態において、摺動部21は、一対のリニアベアリング23を介して載置板10に設けられており、前記一対のリニアベアリング23は、第1方向(すなわち、Y軸方向)に沿って配置される。摺動部21は、長尺状枠部材24を備え、長尺状枠部材24の長辺(長尺枠部)は、第1方向(すなわち、Y軸方向)に沿って前記一対のリニアベアリング23を貫通する。これにより、アクチュエータ20は、摺動部21を第1方向(例えばY軸方向)に摺動させることができる。本実施形態において、アクチュエータ20は例えばボイスコイルモーターであり、コイル25と磁石部26とを備える。コイル25は、載置板10に配置され且つ前記一対のリニアベアリング23の間に位置され、磁石部26は、長尺状枠部材24の前記長辺(長尺枠部、当該長尺枠部は、長尺状枠部材24の長手方向に延在する、互いに反対側にある両側面であって前記両側面は前記載置板10の第1表面11と第2表面12に垂直する長尺状枠部材24の両側面である)に配置され、磁石部26は、2つの磁石があり、コイル25の互いに反対側の両面に対向するように配置される。ボイスコイルモーターのアクチュエータ20は電流により制御されるため、コイル25を用いて磁石部26を駆動することにより、一方向に安定した推力を得ることができ、電動グリッパ1のトルクはストロークに応じて変化せず、位置制御と同時に、応力の制御も実現することができる。アクチュエータ20が第1プレート部30、第2プレート部40およびリング部50を駆動することによって、第1方向(すなわち、Y軸方向)の第1変位距離Y1を、第2方向(すなわち、Y軸方向)の第2変位距離(X2-X1)に安定に変換することができる。制御モジュール80は、角度センサ61によって検出された回転角度Aと、アクチュエータ20とダブルプレートアセンブリ(第1プレート部30および第2プレート部40)との前記角度-距離変換比例関係とを比較することで、位置制御の目的を達成することができる。電動グリッパ1は、例えばボイスコイルモーターをアクチュエータ20として使用しており、また、第1プレート部30と第2プレート部40とが扁平形状の設計となっているため、低コスト、小型、高速応答、高精度の電動グリッパを実現でき、微小型化設計が容易に達成できる。特にクランプ力の小さい応用分野においては、全体容積の小型化や精密な位置制御を両立させることができる。
本実施形態において、電動グリッパ1は、摺動部21と載置板10との間に接続される弾性アセンブリ70を更に備える。前記弾性アセンブリ70は、アクチュエータ20が閉じる(動作が停止する)ときに、摺動部21を押し付けて前記摺動部21を初期位置にまで摺動させるための弾性力を提供する。図5、図6および図7を参照されたい。制御モジュール80は、物体の挟持を行う動作を実現するために、アクチュエータ20が初期状態(図6に示す状態)と拡張状態(図7に示す状態)との間で変化することを制御する。図6に示すように、初期状態では、弾性アセンブリ70のバネ部材が摺動部21と載置板10との間に接続されており、アクチュエータ20の初期位置を維持させる。また、アクチュエータ20が摺動部21の変位を作動させると、図7に示すように、摺動部21は弾性アセンブリ70のバネ部材を圧縮する。このようにして、アクチュエータ20の電源が誤ってオフになるかまたは断電すると、図6に示すように、弾性アセンブリ70内のバネ部材が、摺動部21を初期位置に摺動させる復元力を提供し、第1プレート部30の第1把持部材32と第2プレート部40の第2把持部材42とが内挟み(挟持)状態を維持し、セフルロック機能を実現することができ、断電による第1把持部材32と第2把持部材42とが挟持している物体への挟持が緩み、外れたり、脱落したりすることを防止できる。言い換えれば、第1プレート部30と第2プレート部40とで形成された扁平形状の設計は、弾性アセンブリ70のバネ部材を介してセフルロック機能を実現でき、断電後のアクチュエータ20を自動的にリセットさせ、且つ第1把持部材32と第2把持部材42との内挟み状態を維持させ、製品の信頼性および競争力をさらに向上させることができる。
図8~図13は、本考案の第2実施形態における電動グリッパを示す。本実施形態において、電動グリッパ1aは、図1~図7に示す電動グリッパ1に類似し、同一の構成要素、構造、機能には同一の符号を付してその説明を省略する。第1実施形態と異なる点は、電動グリッパ1の第1プレート部30および第2プレート部40がスライドレールを介して載置板10に接続することである。本実施形態において、第1プレート部30は、第2方向(すなわち、X軸方向)に沿って延在する第1ガイド溝34a,34bを備える。第1プレート部30は、第1ガイド溝34a,34bを介して載置板10に回転可能に接続され(枢接される)、且つ第1プレート部30が載置板10に対して第2方向に摺動可能である。同様に、第2プレート部40は、第2方向(すなわち、X軸方向)に沿って延在する第2ガイド溝44a,44bを備え、第2プレート部40は、第2ガイド溝44a,44bを介して載置板10に枢接され、且つ第2プレート部40が載置板10に対して第2方向に摺動可能である。本実施形態において、第1プレート部30と第2プレート部40は、例えば同様のサイズおよび形状を有し、且つ第1表面11から第2表面12に向かう視線方向(すなわち、Z軸方向の反対方向)に大部分が重なる。Y軸の矢印方向に観察すると、第1ガイド溝34a,34bが第1斜めガイド溝31の左右両側に一対で設けられ、第1把持部材32は、第1プレート部30の右側に固定されることが分かる。また、Y軸の矢印方向に観察すると、第2ガイド溝44a,44bが第2斜めガイド溝の左右両側に一対で設けられ、第2把持部材42は、第2プレート部40の左側に固定されることが分かる。本実施形態において、左側の第1ガイド溝34aと左側の第2ガイド溝44aは、同一の軸棒13によって貫通されて載置板10に枢接される。右側の第1ガイド溝34bと右側の第2ガイド溝44bは、同一の軸棒14によって貫通されて載置板10に枢接される。別の実施形態において、左側の第1ガイド溝34aおよび右側の第2ガイド溝44bが省略されてもよい。なお、本考案はこれに限定されない。本実施形態において、第1把持部材32と第2把持部材42は、第1表面11から第2表面12に向かう視線方向(すなわち、Z軸方向の反対方向)に互いに位置ずれるように配置され、且つ第2方向(すなわち、X軸方向)に互いに対向する。これにより、第1プレート部30と第2プレート部40とが形成した扁平形状の設計は、第1把持部材32と第2把持部材42との間の間隔距離を変化させることによって、内挟みまたは外方支持の動作を行うことができる。電動グリッパ1aは扁平形状の設計であるため、低コスト、小型、高速応答、高精度の微小型化設計の要求に応えることができる。なお、第1把持部材32および第2把持部材42の型式や相対的な初期位置はいずれも実際の需要に応じて調整することができ、本考案はこれに限定されない。また、リング部50の枢接端部51が載置板10に枢接される際、例えば、第1プレート部30の長尺ガイド孔35によって実現され、これによって、リング部50と第1プレート部30との干渉を回避することができる。本考案の必要な技術的特徴を限定するものではないため、その詳細な説明を省略する。
図12および図13に示すように、本実施形態において、アクチュエータ20が摺動部21を第1方向(すなわち、Y軸方向)において第1変位距離Y1に摺動させると、摺動部21の軸棒22がリング部50を枢接端部51を中心として回転角度A回転させ、且つ第1プレート部30と第2プレート部40とが互いに変位(例えば、負のY軸および正のY軸方向に変位)し、初期の間隔距離X1がより大きな間隔距離X2に変化され、これによって、第2変位距離(X2-X1)を形成することができる。この場合、角度センサ61によって検出された回転角度Aは、第1変位距離Y1および第2変位距離(X2-X1)に対応する。本実施形態において、電動グリッパ1aは、摺動部21と載置板10との間に接続される弾性アセンブリ70をさらに備え、アクチュエータ20が閉じるときに、摺動部21を初期位置に摺動させるための弾性力を提供する。図5、図12および図13を参照されたい。制御モジュール80は、初期状態(図12に示す)と拡張状態(図13に示す)との間のアクチュエータ20の変化を制御し、物体の挟持(ピックアップ)動作を実行する。図12に示すように、初期状態では、弾性アセンブリ70のバネ部材は、摺動部21と載置板10との間に接続され、アクチュエータ20の初期位置を維持する。アクチュエータ20が摺動部21を変位させると、摺動部21が弾性アセンブリ70のバネ部材を圧縮する(図13を参照)。これにより、アクチュエータ20の電源が誤ってオフになるかまたは断電すると、図12に示すように、弾性アセンブリ70内のバネ部材が、摺動部21を押し付けて摺動部21を初期位置にまで摺動させる復元力を提供し、第1プレート部30の第1把持部材32と第2プレート部40の第2把持部材42とが内挟み(挟持)状態を維持し、セフルロック機能を実現することができ、第1把持部材32と第2把持部材42とが挟持している物体への挟持が緩み、外れたり、脱落したりすることを防止できる。言い換えれば、第1プレート部30と第2プレート部40とで形成された扁平形状の設計は、弾性アセンブリ70のバネ部材を介してセフルロック機能を実現でき、断電後のアクチュエータ20を自動的にリセットさせ、且つ第1把持部材32と第2把持部材42との内挟み状態を維持させ、製品の信頼性および競争力をさらに向上させることができる。なお、本考案はこれに限定されない。
図14~図19は、本考案の第3実施形態における電動グリッパを示す。本実施形態において、電動グリッパ1bは、図8~図13に示す電動グリッパ1aに類似し、同一の構成要素、構造、機能には同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態において、電動グリッパ1bの第1プレート部30と第2プレート部40の設置および動作はいずれも電動グリッパ1aと同じである。異なる点は、Y軸の矢印方向に観察すると、電動グリッパ1bの第1把持部材32は第1プレート部30の左側に固定され、第2把持部材42は、第2プレート部40の右側に固定されることである。このようにして、第1把持部材32と第2把持部材42とは、第1表面11から第2表面12に向かう視線方向(すなわち、Z軸方向の逆方向)に互いに位置ずれて配置され、且つ第2方向(すなわち、X軸方向)において互いに対向する。これにより、第1プレート部30と第2プレート部40とが形成した扁平形状の設計は、第1把持部材32と第2把持部材42との間の間隔距離を変化させることによって、内挟みまたは外方支持の動作を行うことができる。
図18および図19に示すように、本実施形態において、アクチュエータ20が摺動部21を第1方向(すなわち、Y軸方向)に第1変位距離Y1摺動させると、枢接端部51を中心として、摺動部21の軸棒22がリング部50を回転角度A回転させ、第1プレート部30と第2プレート部40とが相対的に変位し(例えば、負のY軸および正のY軸方向に変位する)、初期の間隔距離X1がより小さい間隔距離X2に変化され、これによって、第2変位距離(X1-X2)を形成することができる。この場合、角度センサ61によって検出された回転角度Aは、第1変位距離Y1および第2変位距離(X1-X2)に対応する。本実施形態において、電動グリッパ1bは、摺動部21と載置板10との間に接続される弾性アセンブリ70を備え、アクチュエータ20が閉じる(動作が停止する)ときに、摺動部21を押し付けて摺動部21を初期位置にまで摺動させるための弾性力を提供する。図5、図18および図19を参照されたい。制御モジュール80は、初期状態(図18に示す)と内縮状態(収縮状態、または、縮小する状態、図19に示す)との間のアクチュエータ20の変化を制御し、物体に対する外方支持(拡張による支持)の動作を行う。図18に示すように、初期状態では、弾性アセンブリ70のバネ部材が摺動部21と載置板10との間に接続され、アクチュエータ20の初期位置を維持する。アクチュエータ20が摺動部21を変位させると、摺動部21が弾性アセンブリ70のバネ部材を圧縮する(図19を参照)。これにより、アクチュエータ20の電源が誤ってオフになるかまたは断電すると、図18に示すように、弾性アセンブリ70内部のバネ部材が、摺動部21を押し付けて摺動部21を初期位置にまで摺動させる復元力を提供し、第1プレート部30の第1把持部材32と第2プレート部40の第2把持部材42とが外方支持を維持し、セフルロック機能を実現することができ、第1把持部材32と第2把持部材42とが支持することで固定する物体が電力中断によって外れたり、脱落したりすることを防止できる。言い換えれば、第1プレート部30と第2プレート部40とで形成された扁平形状の設計は、弾性アセンブリ70のバネ部材を介してセフルロック機能を実現でき、断電後のアクチュエータ20を自動的にリセットさせ、且つ第1把持部材32と第2把持部材42との外方支持の状態を維持させ、製品の信頼性および競争力をさらに向上させることができる。なお、本考案はこれに限定されない。
図8~図20を参照されたい。電動グリッパ1a,1bの第1把持部材32と第2把持部材42は、空間的に互いに対向しており、挟持動作を実現するために、それらの形状および対応関係は、実際の需要に応じて調整することができる。本実施形態において、第1プレート部30と第2プレート部40は、例えば、類似なサイズおよび形状であり、且つ第1表面11から第2表面12に向かう視線方向(すなわち、Z軸方向の反対方向)に大部分が重なる。第1プレート部30と第2プレート部40はそれぞれ載置板10の第1表面11および第2表面12に摺動可能に接続されるとき、第1プレート部30には、第1把持部材32を取り付けるための第1取付座30aおよび第2取付座30bを提供することができる。第1取付座30aと第2取付座30bはそれぞれ第1斜めガイド溝31の互いに反対側の両側(すなわち、Y軸視線方向の左側および右側)に位置される。同様に、第2プレート部40は、第2把持部材42を取り付けるための第3取付座40aおよび第4取付座40bを提供することができる。第3取付座40aと第4取付座40bはそれぞれ、第2斜めガイド溝41の互いに反対側の両側(すなわち、Y軸視線方向の左側および右側)に位置される。第3取付座40aは、第1取付座30aに対してY軸視線方向の左側に位置される。第4取付座40bは、第2取付座30bに対してY軸視線方向の右側に位置される。使用者が例えば電動グリッパ1aを用いて物体の挟持を作業するとき、第1把持部材32と第2把持部材42はそれぞれ第2取付座30bおよび第3取付座40aに設置される。使用者が例えば電動グリッパ1bを用いて物体の支持を作業するとき、第1把持部材32と第2把持部材42はそれぞれ第1取付座30aおよび第4取付座40bに設置される。電動グリッパ1aまたは電動グリッパ1bの構成に関わらず、第1把持部材32と第2把持部材42は、第1表面11から第2表面12に向かう視線方向(すなわち、Z軸方向の反対方向)に互いに位置ずれるように配置され、且つ第2方向(すなわち、X軸方向)に互いに対向する。これにより、アクチュエータ20が第1プレート部30と第2プレート部40と一緒に扁平形状の設計を形成し、実際の需要に応じて第1プレート部30と第2プレート部40とに配置された第1把持部材32と第2把持部材42の位置を調整することができ、さらに、角度センサ61と組み合せて電動グリッパ1a,1bの位置制御を実現することができる。また、実際の需要に応じて第1プレート部30と第2プレート部40とに配置された第1把持部材32と第2把持部材42の位置は、弾性アセンブリ70のセルフロック機能の実現に影響を与えない。なお、本考案はこれに限定されず、その詳細な説明を省略する。
上述したように、本考案は、電動グリッパを提供する。クランプ力が小さい応用場面において、簡略化したグリッパ構造は、アクチュエータ、角度センサを組み合わせて、電動グリッパの全体の小型化と高精度な位置制御を実現することができる。電動グリッパは、例えばボイスコイルモーターをアクチュエータとして使用しており、2つのプレート部アセンブリが互いに位置ずれて形成された扁平形状の設計を組み合せることで、低コスト、小型、高速応答、高精度の電動グリッパおよび微小型化設計を実現することができる。ダブルプレートアセンブリは、長尺ガイド溝またはスライドレールを介して載置板に摺動可能に設置され、アクチュエータの摺動部は、異なる方向の斜めガイド溝を介してダブルプレートアセンブリを駆動させるとき、第1方向における摺動部の変位距離を第2方向におけるダブルプレートアセンブリの変位距離に安定に変換でき、且つ角度センサを用いて回転角度変化を検出することができる。これにより、電気グリッパは、感知素子が距離または回転角度を検出することで、アクチュエータとダブルプレートアセンブリの相対変位および角度変化関係に基づく位置制御を達成することができる。一方、ボイスコイルモーターなどのアクチュエータは電流で制御されるため、コイルを使って磁石部を駆動することで、一方向に安定した推力を得ることができ、電動グリッパのトルクはストロークに従って変化せず、位置制御の同時に、応力制御も実現することができる。アクチュエータとダブルプレートアセンブリとが形成した扁平形状の設計では、実際の需要に応じてプレート部に配置された把持部材の位置を調整することができ、角度センサと組み合せて電動グリッパの位置制御を実現することができる。また、アクチュエータとダブルプレートアセンブリとが形成した扁平形状の設計では、バネ部材を介してセルフロック機能が実現でき、断電後のアクチュエータを自動的にリセットさせ、且つダブルプレートアセンブリの把持部材が内挟みまたは外方支持の状態を維持することができ、製品の信頼性および競争力をさらに向上させることができる。
本考案は、当業者なら様々な修正を加えることができるが、実用新案登録請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することはない。
1、1a,1b:電動グリッパ
10:載置板
11:第1表面
12:第2表面
13:軸棒
14:軸棒
20:アクチュエータ
21:摺動部
21a:前端部
22:軸棒
23:リニアベアリング
24:長尺状枠部材
25:コイル
26:磁石部
27:回路基板
30:第1プレート部
30a:第1取付座
30b:第2取付座
31:第1斜めガイド溝
32:第1把持部材
33:第1スライドレール
34a,34b:第1ガイド溝
35:長尺ガイド孔
40:第2プレート部
40a:第3取付座
40b:第4取付座
41:第2斜めガイド溝
42:第2把持部材
43:第2スライドレール
44a,44b:第2ガイド溝
50:リング部
51:枢接端部
52:接続端部
53:長尺ガイド孔
60:角度感知用磁石
61:角度センサ
70:弾性アセンブリ
80:制御モジュール
X1、X2:間隔距離
Y1:第1変位距離
A:回転角度
X、Y、Z:軸
10:載置板
11:第1表面
12:第2表面
13:軸棒
14:軸棒
20:アクチュエータ
21:摺動部
21a:前端部
22:軸棒
23:リニアベアリング
24:長尺状枠部材
25:コイル
26:磁石部
27:回路基板
30:第1プレート部
30a:第1取付座
30b:第2取付座
31:第1斜めガイド溝
32:第1把持部材
33:第1スライドレール
34a,34b:第1ガイド溝
35:長尺ガイド孔
40:第2プレート部
40a:第3取付座
40b:第4取付座
41:第2斜めガイド溝
42:第2把持部材
43:第2スライドレール
44a,44b:第2ガイド溝
50:リング部
51:枢接端部
52:接続端部
53:長尺ガイド孔
60:角度感知用磁石
61:角度センサ
70:弾性アセンブリ
80:制御モジュール
X1、X2:間隔距離
Y1:第1変位距離
A:回転角度
X、Y、Z:軸
Claims (14)
- 載置板と、アクチュエータと、第1プレート部と、第2プレート部と、リング部と、角度感知用磁石と、角度センサとを備える、電動グリッパであって、
前記載置板は、互いに反対側にある第1表面と第2表面とを有し、
前記アクチュエータは、前記載置板に設置され且つ摺動部を備え、前記アクチュエータは、前記載置板に対して第1方向に摺動するように、前記摺動部を駆動し、
前記第1プレート部は、第2方向に沿って摺動可能に、前記載置板の前記第1表面上に設置され且つ第1斜めガイド溝を備え、
前記第2プレート部は、第2方向に沿って摺動可能に、前記載置板の前記第2表面上に設置され且つ第2斜めガイド溝を備え、
前記第1プレート部と前記第2プレート部は互いに対向しており、前記第1斜めガイド溝と前記第2斜めガイド溝は、互いに位置ずれるように設置され、且つ前記第1プレート部と前記第2プレート部はそれぞれ前記第1斜めガイド溝と前記第2斜めガイド溝を介して前記摺動部の軸棒に回転可能に接続されており、
前記リング部は、互いに両側に位置される枢接端部と接続端部とを備え、前記枢接端部が前記載置板に回転可能に接続され、前記接続端部が長尺ガイド孔を介して前記摺動部の前記軸棒に回転可能に接続され、前記摺動部が前記第1方向に第1変位距離を摺動すると、前記摺動部の前記軸棒が、前記第1斜めガイド溝および前記第2斜めガイド溝のそれぞれを介して、前記第1プレート部および前記第2プレート部を前記第2方向に沿って相対的に第2変位距離を摺動させ、且つ前記接続端部の長尺ガイド孔を介して前記リング部を前記枢接端部に対して回転させ、
前記角度感知用磁石は、前記リング部の前記枢接端部に設置され、前記アクチュエータが前記摺動部を前記第1方向に変位させることによって、前記角度感知用磁石の位置と対応する磁場が変化し、
前記角度センサは、前記アクチュエータの回路基板上に設置され、前記角度感知用磁石に対応する磁場の変化を感知して前記リング部の回転角度を検出し、
前記回転角度、前記第1変位距離および前記第2変位距離は、角度-距離変換比例関係を有する、ことを特徴とする電動グリッパ。 - 第1スライドレールと第2スライドレールとをさらに備え、前記第1プレート部が前記載置板に対して前記第2方向に沿って摺動できるように、前記第1スライドレールが前記第2方向に沿って設置され且つ前記第1プレート部と前記載置板との間に位置され、前記第2プレート部が前記載置板に対して前記第2方向に沿って摺動できるように、前記第2スライドレールが前記第2方向に沿って設置され且つ前記第2プレート部と前記載置板との間に位置される、ことを特徴とする請求項1に記載の電動グリッパ。
- 前記第1プレート部は、前記第2方向に延在する第1ガイド溝を備え、前記第1プレート部は、前記第1ガイド溝を介して前記載置板に回転可能に接続され、前記第2プレート部は、前記第2方向に延在する第2ガイド溝を備え、前記第2プレート部は、前記第2ガイド溝を介して前記載置板に回転可能に接続される、ことを特徴とする請求項1に記載の電動グリッパ。
- 前記第1方向と前記第2方向とは互いに直交しており、前記第1斜めガイド溝と前記第2斜めガイド溝は、前記第1方向と非平行であり且つ前記第2方向とも非平行である、ことを特徴とする請求項1に記載の電動グリッパ。
- 前記第1プレート部は、第1取付座と第2取付座とを備え、前記第1取付座と前記第2取付座はそれぞれ前記第1斜めガイド溝の互いに反対側の両側に位置され、前記第2プレート部は、第3取付座と第4取付座とを備え、前記第3取付座と前記第4取付座は、前記第2斜めガイド溝の互いに反対側の両側に位置され、前記第3取付座は、前記第1取付座に対して空間的に対向し、前記第4取付座は、前記第2取付座に対して空間的に対向する、ことを特徴とする請求項1に記載の電動グリッパ。
- 前記第1プレート部は第1把持部材を備え、前記第2プレート部は第2把持部材を備え、前記第1把持部材と前記第2把持部材はそれぞれ、前記第1取付座と前記第4取付座に設置される、ことを特徴とする請求項5に記載の電動グリッパ。
- 前記第1プレート部は第1把持部材を備え、前記第2プレート部は第2把持部材を備え、前記第1把持部材と前記第2把持部材は、前記第2取付座と前記第3取付座のそれぞれに設置される、ことを特徴とする請求項5に記載の電動グリッパ。
- 前記第1プレート部は、前記第1プレート部に取り外し可能に設置された第1把持部材を備え、前記第2プレート部は、前記第2プレート部に取り外し可能に設置された第2把持部材を備え、前記第1把持部材と前記第2把持部材は、前記第1表面から前記第2表面に向かう方向に互いに位置ずれるように配置され、且つ前記第2方向において互いに対向するように配置される、ことを特徴とする請求項1に記載の電動グリッパ。
- 前記軸棒は、前記第1斜めガイド溝と前記第2斜めガイド溝の、前記第1表面から前記第2表面に向かう方向において重なる領域を貫通する、ことを特徴とする請求項1に記載の電動グリッパ。
- 制御モジュールをさらに備え、前記制御モジュールは、前記アクチュエータおよび前記角度センサにそれぞれ接続され、前記制御モジュールは、前記摺動部を前記第1方向に前記第1変位距離で摺動させるように、アクチュエータを駆動し、前記制御モジュールは、前記回転角度と前記第1変位距離と前記第2変位距離との間の関係を表す前記角度-距離変換比例関係を保存する、ことを特徴とする請求項1に記載の電動グリッパ。
- 前記摺動部が一対のリニアベアリングを介して前記載置板に設置され、前記一対のリニアベアリングが前記第1方向に沿って配置され、前記摺動部は長尺状枠部材を備え、前記長尺状枠部材の長辺が前記第1方向に沿って前記リニアベアリングを貫通する、ことを特徴とする請求項1に記載の電動グリッパ。
- 前記アクチュエータは、コイルおよび磁石部を含むボイスコイルモーターであり、前記コイルは、前記載置板に設置され且つ前記一対のリニアベアリングの間に配置され、前記磁石部は、前記長尺状枠部材の前記長辺に設置され、前記磁石部は、前記コイルの2つの反対側の表面に対して空間的に対向する、ことを特徴とする請求項11に記載の電動グリッパ。
- 前記角度センサが磁気式角度エンコーダーである、ことを特徴とする請求項1に記載の電動グリッパ。
- 弾性アセンブリをさらに備え、前記弾性アセンブリは、前記摺動部と前記載置板との間に接続され、前記アクチュエータの動作が停止する時、前記弾性アセンブリが前記摺動部を押し付けて前記摺動部の初期位置まで摺動させる弾性力を与える、ことを特徴とする請求項1に記載の電動グリッパ。
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Family Applications (1)
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