JP3437250B2 - 把持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３つ以上の把持部でワ
ークを把持する把持装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、円柱形、円筒形などの外周に
円周面を有するのワークの径方向から接近してワークを
把持できる把持装置が知られている（たとえば、特開昭
６１−６１７８３号、同６１−５０７８９号、同６０−
９４２９０号公報参照）。この種の把持装置の一例を図
７に示す。

【０００３】図７において、この把持装置はカム６２が
反時計回りに回動することにより、中央把持爪６０がワ
ークＷの中心Ｏに向かって直進し、一対のアーム６３に
設けた把持爪６１，６１が中心Ｏに向かって回動する。
上記把持装置は、３つの爪６０，６１，６１が中心Ｏに
向かって変位するから、径の異なるワークＷを把持する
ことができるとともに、一対のアーム６３の把持爪６１
が左右に開くので、把持する際にワークＷの径方向から
ワークＷに接近することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる従来の
把持装置では、把持爪６０，６１が直進運動と回転運動
の２種類の運動を行うので、駆動機構が複雑になるのは
避けられず、また、直進運動による変位と回転運動によ
る変位とを同一にするのは一般に困難であるから、把持
力が不均一になるので、把持状態が不安定になる。

【０００５】本発明は上記従来の課題に鑑みてなされた
ものであり、その目的はワークの径方向から接近し得る
とともに、種々の外径のワークを把持し得る把持装置に
おいて、安定した把持状態が得られるとともに、構造を
簡単にすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、まず、フレームに支持された第１ないし
第３のアームと、これらアームを回動させる回転機構と
を有している。上記フレームは、外方から内方に向かっ
て切欠された凹所を有し、かつ、この凹所を挟んだ位置
に第１および第２のアーム支持部を有する。上記第１お
よび第２のアームは、上記第１および第２のアーム支持
部に、それぞれ回転自在に支持され、互いに対称に回動
する。上記第３のアームは、上記第１のアーム支持部に
回転自在に支持され、上記第１のアームに対して対称に
回動する。上記３つのアームの先端部には、上記ワーク
の外周面に対向する円弧状の凸面からなる把持面を有す
る把持部が設けられている。上記回転機構は、上記各ア
ームを同期して回動させることにより、把持動作におい
て、把持部を互いに等しい移動量でワークの中心に向か
って移動させ、一方、非把持状態において上記第１およ
び第２のアームを互いに対称に回動させて拡開させるこ
とで、上記フレームの凹所をワークに対して開口させ、
かつ、上記第３のアームを第１のアームと対称に回動さ
せて上記凹所の奥に向かって退避させる。

【０００７】

【作用】本発明によれば、３つのアームを回動させるの
で、各アームの把持部の変位量を容易に同一に設定し得
るとともに、３つのアームの動作が同一ないし対称であ
るから、回転機構の構造が簡単になる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にしたがって説
明する。図１ないし図４は本発明の第１実施例を示す。
図１において、把持されるワークＷは、その被把持部が
円柱形である。把持装置１０はフレーム１１とエアシリ
ンダ１４とを備えており、エアシリンダ１４の基端側の
フランジ１７が、ロボットのハンド等（図示せず）に取
り付けられている。フレーム１１は箱本体１２と蓋１３
とからなり箱状になっている。上記フレーム１１はＵ字
状ないしＶ字状になっており、外方から内方に向かって
切欠された凹所２０を有している。上記フレーム１１に
おける凹所２０を挟んだ位置には、それぞれ、第１およ
び第２のアーム支持部３１，３２が形成されている。

【０００９】第１のアーム支持部３１には、フレーム１
１を挟んだ２本１組の第１および第３のアーム１，３が
支持ピン３４を介してフレーム１１に回転自在に支持さ
れている。一方、上記第２のアーム支持部３２には、２
本１組の第２のアーム２が、支持ピン３４を介してフレ
ーム１１に回転自在に支持されている。これら２本１組
のアーム１〜３の先端部には、それぞれ、１組のアーム
１〜３ごとに第１ないし第３の把持部１ａ〜３ａが架設
されている。これらの把持部１ａ〜３ａは、後述するよ
うに、ワークＷの外周面に接触する把持面１ｃ〜３ｃを
有している。上記把持面１ｃ〜３ｃは、ワークＷの外周
面に対向する円弧の横断面を有している。

【００１０】図２および図３は、上記フレーム１１の蓋
１３（図１）を取り去った状態の正面図である。図２に
おいて、上記フレーム１１の箱本体１２中には、上記ア
ーム１〜３の回転機構４０が収納されている。この回転
機構４０は、エアシリンダ１４のロッド１５と、このロ
ッド１５の先端１６に回転自在に取付けた左右一対の第
１および第２のリンク４，５と、上記第１のリンク４の
先端５１に回転自在に連結されたアーム状の駆動ギア４
１と、上記第２のリンク５の先端５２に回転自在に連結
された従動リンク４２と、上記駆動ギア４１にかみ合う
従動ギア４３とを有している。上記駆動ギア４１、従動
リンク４２および従動ギア４３は、それぞれ、上記支持
ピン３４に溶着されて、支持ピン３４を介して、第１な
いし第３のアーム１〜３を回動させる。

【００１１】なお、各アーム１〜３および把持部１ａ〜
３ａは、それぞれ、互いに同一形状に設定されている。
また、両ギヤ４１，４３のピッチ円は互いに同一寸法に
設定されており、これにより、各把持部３ａ〜３ｃの移
動量が同一に設定されている。

【００１２】つぎに、把持動作について説明する。図２
に示すように、まず、上記ロッド１５を退避させて一対
のリンク４，５を回動させることで、上記従動リンク４
２および両ギア４１，４３を介して、第１ないし第３の
アームを支持ピン３４を中心に同期させて回動させる。
この非把持状態においては、第１および第２のアーム
１，２が、互いに対称に回動して（矢印Ａ１，Ａ２）拡
開することで、上記フレーム１１の凹所２０をワークＷ
に対して開口させる。同時に、第３のアーム３は、上記
一対のギヤ４１，４３の作用により、第１のアーム１と
対称に回動して上記凹所２０の奥に向かって（矢印Ａ
３）退避する。この退避後、上記把持装置１０はロボッ
トのハンド等の動作により、矢印Ｂ１方向に移動して、
ワークＷの径方向からワークＷに接近し、ワークＷを凹
所２０に取り込む。

【００１３】その後、図３のように、上記エアシリンダ
１４はロッド１５を突出させることで、上記リンク４，
５，従動リンク４２および両ギア４１，４３を介して、
上記各アーム１〜３を、矢印Ｂ１〜Ｂ３方向に同期させ
て回動させる。この把持動作においては、上記把持部１
ａ〜３ａがワークＷの中心Ｏに向かって互いに等しい移
動量で移動し、各把持面１ｃ〜３ｃがワークＷの外周面
に接することでワークＷを把持する。

【００１４】ここで、上記各把持部１ａ〜３ａは、アー
ム１〜３の回動に伴って矢印Ｂ１〜Ｂ３のように支持ピ
ン３４の中心３４ａを中心として円弧状に回動するが、
上記各把持面１ｃ〜３ｃの横断面が凸面に設定されてい
るので、図４の実線Ｌｏで示すように、把持面１ｃ〜３
ｃと種々の径のワークＷとの接触点の軌跡は、ワークＷ
の半径方向に沿った直線状になる。

【００１５】以下、この原理について説明する。図４に
おいて、各把持部１ａ〜３ａと種々の径を有するワーク
Ｗとの当接位置は、上記各把持面１ｃ〜３ｃの円弧上
を、ワークＷの径に応じて変化する。つまり、ワークＷ
の径が小さくなるに従って、当接位置は、把持面１ｃ〜
３ｃ上をＰ_i 点からＱ_i 点に移動する。そのため、実線
で示す当接位置の軌跡Ｌｏは、上記把持面１ｃ〜３ｃの
円弧の半径ｒをある程度大きく設定することにより、上
記把持部１ａ〜３ａの軌跡よりも半径方向に設定した３
つの直線ＯＡ，ＯＢ，ＯＣに沿った軌跡となる。つま
り、中心Ｏに向かった直線的な軌跡となる。したがっ
て、中心Ｏに向かう３つの把持力で、種々の径のワーク
Ｗを把持することができるので、把持状態が安定する。

【００１６】上記円弧Ｐ_i Ｑ_i の曲率半径ｒは、アーム
１〜３の回転半径Ｒの0.１倍以上でかつ0.5 倍以下に設
定し、好ましくは、0.15倍以上でかつ0.4 倍以下に設定
する。なお、回転半径Ｒとは、アーム１〜３の回転中心
３４ａと、円弧Ｐ_i Ｑ_i の曲率の中心Ｄを結んだ線分の
長さをいう。

【００１７】なお、上記把持面１ｃ〜３ｃは、完全な円
弧とする必要はなく、円弧状であればよい。たとえば、
把持面１ｃ〜３ｃは、楕円、正弦曲線、双曲線、放物
線、指数関数曲線もしくは対数関数曲線の一部により、
または、これらの組み合わせにより、円弧状に形成して
もよい。さらに、把持面１ａ〜３ａをゴムなどで形成し
て、円弧に近似した多角形にしてもよい。

【００１８】ところで、アーム１〜３を長くすれば、つ
まり、回転半径Ｒを大きく設定すれば、把持面１ｃ〜３
ｃの曲率半径ｒを小さくしても、当接位置の軌跡Ｌｏは
直線的になる。しかし、こうすると、把持し得るワーク
Ｗの径に対するアーム１〜３の長さが長くなるので、把
持装置１０が大型化するなどの欠点が生じる。これに対
し、本実施例は、上記のように、把持面１ｃ〜３ｃの曲
率半径ｒを大きくすることにより、直線的な軌跡Ｌｏを
得ているので、アーム１〜３の長さを小さくすることが
できる。したがって、小さな把持装置１０により、種々
の径のワークＷを中心Ｏに向かう力で把持することがで
きる。

【００１９】なお、本実施例では、上記当接位置の軌跡
Ｌｏが、ワークＷの横断面における等角度の振分線Ｏ
Ａ，ＯＢ，ＯＣにほぼ沿った直線的な軌跡に設定されて
おり、したがって、ワークＷの径が変化しても、等角度
に振り分けた３つの接触点Ｐ_i〜Ｑ_i により、ワークＷ
を安定した状態で把持することができる。

【００２０】上記構成において、図２の把持装置１０
は、第１ないし第３のアーム１〜３を全て回転させるこ
とで把持動作を行うから、第３の把持部３ａを直進させ
る従来の把持動作と異なり、駆動機構が簡単になる。つ
まり、この把持装置１０では、凹所２０の奥に退避する
第３の把持部３ａを他の把持部１ａ，２ａと同様に回動
させるから、たとえば、一対のギヤ４１，４３で構成さ
れる簡単な反転機構により、第３の把持部３ａを作動さ
せることができるので、駆動機構（回転機構４０）の構
造が簡単になる。

【００２１】また、３つのアーム１〜３を全て回転させ
るので、上記把持部１ａ〜３ａの移動量が互いに同一に
なるから、把持力が均一になる。したがって、把持状態
が安定する。

【００２２】ところで、上記第１実施例では、被把持部
が外周面であるワークＷについて説明したが、本発明で
は、ワークが円筒形などのように、内周に円周面を有す
るワークを把持することもできる。この一例を図５およ
び図６の第２実施例を用いて説明する。

【００２３】図５（ａ）において、１組のアーム１〜３
には、それぞれ、一対の把持部１ａ〜３ａが設けられて
いる。各把持部１ａ〜３ａは、円柱形状の部材からな
り、図６に示すように、ワークの外周面に対向する円弧
状の凸面からなる外周用把持面１ｃ〜３ｃと、ワークＷ
２の内周面に対向する円弧状の凸面からなる内周用把持
面１ｄ〜３ｄを形成している。上記各把持部１ａ〜３ａ
は、図５（ｂ）に示すように、アーム１〜３におけるフ
レーム１１の外方に突出しており、連結ロッド１ｂ〜３
ｂを介して取付ボルト５０により、アーム１〜３に固定
されている。上記連結ロッド１ｂ〜３ｂは、１組のアー
ム１〜３を貫通しているとともに、１組のアーム１〜３
に上記取付ボルト５０で固定されていることにより、１
組のアーム１〜３を互いに連結している。なお、第２実
施例のその他の構成は、第１実施例と同様であり、同一
部分または相当部分に同一符号を付して、その詳しい説
明および図示を省略する。

【００２４】図６において、円筒形のワークＷ２の内周
面を把持するには、まず、把持部１ａ〜３ａをワークＷ
２の中心Ｏに向かって回動させる。この回動後、把持装
置１０Ａを上記ワークＷ２の軸方向からワークＷ２に接
近させ、上記把持部１ａ〜３ａをワークＷ２の中に挿入
する。この挿入後、上記把持装置１０Ａは上記把持部１
ａ〜３ａを拡開することで、上記ワークＷ２の内面に上
記把持部１ａ〜３ａの内周把持面１ｄ〜３ｄを押し付け
て、ワークＷ２を把持する。したがって、第２実施例で
は、１種類の把持装置１０Ａで円筒形のワークＷ２の外
周面および内周面の双方を把持することができる。

【００２５】ところで、上記各実施例では、３組のアー
ム１〜３に把持部１ａ〜３ａを設けたが、本発明では、
４組のアームを設け、これらのアームに各々把持部を設
けてもよい。なお、この場合は、把持位置の軌跡が９０
°の等角度振分けとなるように設定するのが好ましい。

【００２６】また、上記各実施例では、上記回転機構４
０の駆動源にエアシリンダ１４を用いたが、駆動源とし
ては、油圧シリンダやモータなどの他の動力源を用いる
ことができる。

【００２７】また、上記各実施例では、回転機構４０に
おけるリンク機構４４により、第１および第２のアーム
１，２を回動させ、反転機構として一対のギヤ４１，４
３を用いて第３のアーム３を回動させたが、本発明で
は、回転機構４０の構造を限定するものではない。たと
えば、駆動源にモータを用い、リンク機構に代えて、ベ
ルトとプーリを用いて、第１および第２のアーム１，２
を回動させ、さらに、摩擦車で反転機構を構成して、第
３のアーム３を回動させてもよい。

【００２８】さらに、上記各実施例では、フレーム１１
を箱状に形成したが、本発明ではフレーム１１を板状に
形成してもよい。また、図１の各アーム１〜３は、２本
１組としたが、２本１組とする必要はなく、第１〜第３
のアーム１〜３を１本とし、それぞれに把持部１ａ〜３
ａを設けてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１および第２のアームを拡開させるとともに、第３の
アームをフレームの凹所の奥に向かって退避させるの
で、ワークを径方向から把持し得る。しかも、ワークを
把持するアームを全て回転運動させるから、つまり、把
持部が直進しないので、駆動機構が簡単になるうえ、把
持部の移動量を互いに等しくするのが容易になり、把持
力が均一になるとともに、把持状態が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の把持装置の第１実施例を示す斜視図で
ある。

【図２】非把持状態における回転機構を示す正面図であ
る。

【図３】把持状態における回転機構を示す正面図であ
る。

【図４】ワークの径の変化による当接位置の軌跡を示す
線図である。

【図５】本発明の第２実施例の要部を示す斜視図および
断面図である。

【図６】本発明の第２実施例を示す正面図である。

【図７】従来例を示す正面図である。

【符号の説明】

１〜３：アーム １ａ〜３ａ：把持部 １ｃ〜３ｃ：把持面 １０：把持装置 １１：フレーム ２０：凹所 ３１：第１のアーム支持部 ３２：第２のアーム支持部 ４０：回転機構 Ｗ：ワーク Ｏ：中心

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外方から内方に向かって切欠された凹所
   を有し、かつ、この凹所を挟んだ位置に第１および第２
   のアーム支持部を有するフレームと、 上記第１および第２のアーム支持部に、それぞれ、回転
   自在に支持された第１および第２のアームと、 上記第１のアーム支持部に回転自在に支持され、上記第
   １のアームに対して対称に回動する第３のアームと、 上記各アームの先端部に設けられ上記ワークの外周面に
   対向する円弧状の凸面からなる把持面を有する把持部
   と、 上記各アームを同期して回動させることにより、把持動
   作において上記把持部を互いに等しい移動量でワークの
   中心に向かって移動させ、一方、非把持状態において上
   記第１および第２のアームを互いに対称に回動させて拡
   開させることで上記フレームの凹所をワークに対して開
   口させ、かつ、上記第３のアームを第１のアームと対称
   に回動させて上記凹所の奥に向かって退避させる回転機
   構とを備えた把持装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記把持面の円弧の曲率半径が、上記アームの回転半径
   の0.1 倍以上で、かつ、0.5 倍以下である把持装置。