JP3780233B2 - 把持装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットハンド等に使用するのに好適な把持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットハンドに使用される把持装置は、一般に流体圧シリンダを使用したものが多く、各種の分野で流体圧シリンダを用いた把持装置が使用されている。また流体圧シリンダの他にも、電動モータや電磁ソレノイドをアクチュエータとして利用した把持装置がある。そして把持装置は、こうした流体圧シリンダなど、駆動源の種類にかかわらずカム、リンクなどの機構を介して把持機構の爪を開閉させる構造になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の把持装置では把持力の調整が難しく、例えばモータの場合には、把持位置まで動作してモータの回転を止めた場合に把持力を継続的に発生すること、把持する瞬間にモータの力が直接かかって把持対象物を破損させないことへの課題があった。
また、サイズの異なる対象物の変化への対応がスムーズに行えないという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、異なるサイズの対象物を常に適切な力で把持することができる把持装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の把持装置は、本体に一対のガイドロッドが平行に固定され、各ガイドロッドにスライダが軸方向に移動可能に組み付けられ、一方のスライダは、対応するガイドロッドとの間に配設された磁気バネによって所定方向に吸引力が作用し、他方のスライダは、対応するガイドロッドとの間に配設された磁気バネによって所定方向と逆向きに吸引力が作用しており、その磁気バネの吸引力によるスライダの移動位置を、スライダに当てた同一円周上を回転する一対の駆動ローラによって調整するものであって、前記一対の駆動ローラを段違いに軸支するクランク状に形成されたローラベースと、前記ローラベースの回転を、磁気カップリングを介して制御するモータと、を有し、前記スライダーの各々に突設された作用プレートを、前記ローラベースによって異なる高さに配設された駆動ローラに対し、前記ローラベースに干渉しないように当接させたものであることを特徴とする。
【０００６】
よって本発明によれば、モータの回転が磁気カップリングを介してローラベースに伝達され、そのローラベースの回転によってそこに軸支された駆動ローラが同一円周上を移動し、その一対の駆動ローラには磁気バネの吸引力によってそれぞれスライダが当てられているため、駆動ローラの移動に従ってスライダが移動することとなるが、こうしたスライダに把持用爪を取り付ければ、その磁気バネのバネ力によって把持対象物を把持することができる。
こうした本発明では、把持対象物の把持に適切なバネ力を設定しておけば、ほぼ一定のバネ力を発生させる磁気バネの特性によって把持物の寸法が変わっても常に同様な把持特性が得られる。
【０００７】
また、本発明によれば、一方の作用プレートが他方の作用プレート及び駆動ローラに邪魔されることなく移動することができるので、スライダのストロークを大きくとることができ、装置全体を小型にしながら大きなものを把持することができるようになる。
【０００８】
また、本発明の把持装置は、前記磁気カップリングが、前記モータの回転軸に固定されたオスカップリングと、当該オスカップリングの外側に回転自在に同軸配置されたメスカップリングとにそれぞれ円筒形状の永久磁石が非接触状態で固定され、その永久磁石には、それぞれ円周方向に分割してＮ極及びＳ極が交互に着磁され、異なる磁極同士吸引し合うようにしたものであることを特徴とする。
よって、本発明によれば、磁気カップリングを介して回転を伝達するため、例えば把持対象物に対してモータの回転量が大き過ぎた場合でも、磁気カップリングで空回りして当該対象物に過負荷が係るのを防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る把持装置について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１及び図２は把持装置を示した平面図であり、図１は解放時を、図２はチャック時の状態を示している。また、図３は、図１に示す状態の把持装置１を矢印Ａ方向から示した断面図であり、図４は、図２に示す状態の把持装置１を矢印Ｂ方向から示した断面図である。更に、図５は図１の矢印Ｃ方向から把持装置１を示した断面図である。
【００１０】
この把持装置１は、先ず図１及び図２に示すように、本体２の上面に２本のガイドロッド３，４が平行に固定され、そのガイドロッド３，４を通すようにしてスライダ５，６がそれぞれ軸方向に移動可能に組み付けられている。ガイドロッド３，４は、ボール起動溝が形成されスプライン軸を構成しており、各スライダ５，６の貫通孔５ａ，６ａ内にはそれぞれボールスプライン７，８が嵌装され、スライダ５，６が回転方向に傾くことがないようになっている。
【００１１】
また、ガイドロッド３，４とスライダ５，６の各組合せには磁気バネ９，１０がそれぞれ設けられ、スライダ５は図面右側へ、そしてスライダ６は図面左側へとそれぞれ逆向きに吸引力が作用するように構成されている。磁気バネ９，１０は、それぞれガイドロッド３，４に円筒形状マグネット（永久磁石）１１，１３が固定され、スライダ５，６の貫通孔５ａ，６ａ内にも円筒形状マグネット（永久磁石）１２，１４が固定されている。磁気バネ９，１０は、それぞれ固定側のマグネット１１，１２と可動側のマグネット１３，１４が軸方向の長さが等しく、そして非接触状態で同軸上に重ねることができる径で形成されたものであり、対向する面にはＮ極又はＳ極の異なる磁極が着磁されている。
【００１２】
軸方向の寸法が同じ固定側と可動側のマグネット１１，１３又はマグネット１２，１４は、軸方向にずれた状態で互いに吸引し合い、両端が重なった状態で力が釣り合う。把持装置１は、こうした軸方向のずれに対してそれを釣り合った状態に戻そうとする磁気バネ９，１０の吸引力（バネ力）を利用し、その力で把持動作を行わせるようにしたものである。こうしたバネ力が作用するスライダ５，６には作用プレート５ｂ，６ｂが内側に突設され、それぞれ駆動ローラ１５，１６が当てられている。
【００１３】
駆動ローラ１５，１６は、１８０゜ずれた位置で同一円周上を回転するようにしたものであり、各スライダ５，６に対してバネ力が作用する方向から作用プレート５ｂ，６ｂが当てられている。すなわちこの把持装置１は、駆動ローラ１５，１６の移動によって、磁気バネ９，１０のバネ力が作用したスライダ５，６をそのバネ力に抗して移動させ、把持動作を行わせるようにしたものである。
【００１４】
ところで各磁気バネ９，１０は、図２に示す状態でマグネット１１，１３／１２，１４に所定寸法だけずれを生じさせているが、これは常に一定の把持力を発生させるようにしているためである。ここで図６は、マグネット１１，１３（マグネット１２，１４も同じ）のストロークと推力の特性をグラフにしたものであり、マグネット１１，１３が重なった状態をストロークゼロとして示している。磁気バネ９（磁気バネ１０）は、軸方向にずれたマグネット１１，１３によって、吸引力が図６に示すように所定のストローク間でほぼ同じ値を示すようになる。そして、それはマグネット１１，１３における軸方向のズレ量を大きくする引っ張り時も、逆に戻る時の対象物を押し付ける時もほぼ同じ値であった。
【００１５】
把持装置１では、特にこの吸引力が安定するストロークの領域を利用し、把持位置が異なっても常に一定のバネ力で把持できるようにストローク０〜Ｓ間を不使用状態にしている。つまり、前述したように図２に示す状態で作用プレート５ｂ，６ｂが駆動ローラ１５，１６に当たるようにして、そのずれ量がストローク０〜Ｓに相当する距離になっている。こうして、磁気バネ９，１０の吸引力を一定にして対象物の大きさが異なっても、常に一定の力で把持することができるようになっている。
【００１６】
また、固定側と可動側のマグネット１１，１３又はマグネット１２，１４が最も重なる図２に示す状態でもずれが生じているため、常に磁気バネ９，１０にバネ力が発生し、作用プレート５ｂ，６ｂが常に駆動ローラ１５，１６に対して押し当てられた状態になっている。これによって作用プレート５ｂ，６ｂが駆動ローラ１５，１６に常に接触した状態になっているため、駆動ローラ１５，１６の動作に対してスライダ５，６の運動が安定して追従するようになっている。
【００１７】
スライダ５，６の作用プレート５ｂ，６ｂは、図５に示すように上下にずらして突設され、図２に示すように重なった場合でも互いに干渉しないように、駆動ローラ１５，１６は、クランク状に構成されたローラベース２０によって段違いに軸支されている。
すなわちローラベース２０は、図３及び図４に示すようにリング２１とクランクバー２２とがローラ軸２３を介して平行に連結され、クランクバー２２には、ローラベース２０の回転中心に対してローラ軸２３と対称的な位置にローラ軸２４が固定されている。そして、各ローラ軸２３，２４に駆動ローラ１５，１６が取り付けられ、それぞれに作用プレート５ｂ，６ｂが異なる高さで当てられている。
【００１８】
把持装置１は、把持動作を行わせる駆動手段として例えばステッピングモータ２８が利用され、ステッピングモータ２８の回転出力を駆動ローラ１５，１６を介してスライダ５，６の往復直線運動に変換させている。ステッピングモータ２８の回転軸２８ａには、磁気カップリング３０を介してローラベース２０のリング２１が固定され、回転出力が伝達されるようになっている。
【００１９】
磁気カップリング３０は、ステッピングモータ２８の回転軸２８ａにオスカップリング３１が固定され、その外側には円筒状のメスカップリング３２が本体２に対してベアリング２９，２９を介して回転自在に取り付けられており、それぞれに円筒形状マグネット（永久磁石）３３，３４が固定されている。マグネット３３，３４は、軸方向の長さが等しく非接触状態で同軸上に配置され、それぞれ円周方向に４分割してＮ極及びＳ極が交互に着磁され、異なる磁極同士吸引し合っている。そして、メスカップリング３２にローラベース２０のリング２１が固定され、磁気カップリング３０によってステッピングモータ２８の回転出力がローラベース２０へと伝達されるようになっている。
【００２０】
次に、こうした構成の把持装置１について、その動作を説明する。
本実施形態では、図１に示すように作用プレート５ｂ，６ｂが最も離れた状態になる駆動ローラ１５，１６の位置を把持前の初期状態としている。すなわち、スライダ５，６に取り付けられた図３に一点鎖線で示す把持用爪４１，４２が最も開いた状態である。なお、把持用爪４１のスライダ５は図面上省略している。図４においても同じ。
そこでステッピングモータ２８が駆動すれば、その回転が磁気カップリング３０を介してローラベース２０に伝えられ、把持用爪４１，４２が徐々に近づき、図２に示すように１８０゜回転して駆動ローラ１５，１６の位置が入れ代わったところで、図４に示すように最も閉じた状態になる。
【００２１】
先ずステッピングモータ２８の駆動は、その回転軸２８ａに固定されたオスカップリング３１を回転させ、ローラベース２０へはその回転が磁気カップリング３０を介して非接触状態で伝達される。すなわち、対向配置されたマグネット３３，３４には円周方向に交互にＮ極とＳ極の磁極が着磁され互いに吸引し合っているため、オスカップリング３１に固定されたマグネット３３が回転すれば、互いに吸引し合っているマグネット３４が共回りし、メスカップリング３２に回転が生じる。
【００２２】
そして、メスカップリング３２にはローラベース２０のリング２１が固定されているため、メスカップリング３２への回転伝達によりローラベース２０が回転する。駆動ローラ１５，１６は、その回転中心に対して対称的に配置されているため、ローラベース２０が回転して図１に示す状態からクランクバー２２が徐々に傾けば、同じ回転角度分だけ同一円周上を移動し、図１の位置からその図面上を横方向に、駆動ローラ１５は右側へ、駆動ローラ１６は左側へと同じ量だけ位置を変化させる。
【００２３】
スライダ５，６は、その駆動ローラ１５，１６に対して作用プレート５ｂ，６ｂが磁気バネ９，１０によって押し付けられ、その駆動ローラ１５，１６に従って移動する。その際、ローラベース２０がクランク状に形成されているため、図２に示すように駆動ローラ１５，１６の位置が入れ代わっても、作用プレート６ｂはクランクバー２２の下に入り込み、図５に示すように作用プレート５ｂ，６ｂが互いに干渉することはない。そして、このときスライダ５，６に取り付けられた把持用爪４１，４２が図４から図５に示すように接近して把持動作を行う。
【００２４】
従って、図４から図５に示す把持用爪４１，４２の把持領域に対象物が置かれていれば、その把持対象物は左右両側からつかまれて把持される。把持用爪４１，４２が対象物を把持する把持力は、それぞれスライダ５，６に作用している磁気バネ９，１０のバネ力であり、どの位置で把持してもほぼ一定である。
そして、把持した対象物を放す場合には、ステッピングモータ２８を駆動させてローラベース２０に逆回転を与える。これにより図１の状態に戻ろうとする駆動ローラ１５，１６が、磁気バネ９，１０のバネ力に抗して作用プレート５ｂ，６ｂを押し戻し、スライダ５，６に固定された把持用爪４１，４２が広げられる。
【００２５】
以上、本実施形態の把持装置１によれば、ステッピングモータ２８の回転出力によってスライダ５，６を往復直線運動させて把持させるようにしているが、スライダ５，６を運動させるために磁気バネ９，１０を使用しているため、モータ２８の力が把持対象物に直接加わることなく、その磁気バネ９，１０の磁力によって常に適切な力で把持することができる。
また、モータの回転は磁気カップリング３０を介して伝達されるため、大きな抵抗が作用したような場合には脱調して空回りし、把持対象物へ過大な負荷がかかるのを防止することができる。
【００２６】
また、ローラベース２０をクランク状に形成して駆動ローラ１５，１６を段違いに取り付け、それにスライダ５，６の作用プレート５ｂ，６ｂを当てているため、一方の駆動ローラ１５，１６に当接した作用プレート５ｂ，６ｂが他方の駆動ローラ１５，１６に干渉することがないため、ローラベース２０を１８０゜回転させてスライダ５，６を移動させることができる。従って、スライダのストロークを大きくとることができ、装置を小型にしながらも大きな把持対象物を把持するとができる。
【００２７】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば前記実施形態では、ストロークを大きくとるためにローラベース２０をクランク状に構成したが、ストロークを大きくとる必要がない場合や、装置自体を大きくできるような場合には、ローラベースをクランク状にする必要はない。
また、例えば前記実施形態では２本のガイドロッド３，４にそれぞれスライダ５，６を取り付けたが、１本のガイドロッドにスライダを取り付けるようにして構成しもよい。
【００２８】
更に、これまでの説明による動作は磁気バネ２つの力によって把持するため、磁気力に不均衡があった場合には精密にセンタリングした状態で把持することができないことがある。そうした場合、精密なセンタリングを行うには駆動ローラ１５，１６を逆方向に動作させ、駆動ローラ１５，１６の駆動力を作用プレート５ｂ，６ｂに直接作用させて、磁気バネを復帰作動時のリターンスプリングの機能だけを負わせることができる。この場合には、モータ出力軸に設置した磁気カップリング３０のみが把持対象物に加わる力の緩衝機能を果たすことになるが、磁気カップリング３０ではバネを回転方向に作用させるため一定の力にはならず、ｓｉｎカーブに従ってバネ力が発生する。そのため、この磁気バネの最大発生力を把持の限界値に設定すれば、把持対象物を破損させることなくその前に脱調させることができる。磁気バネの最大発生力は、着磁条件による調整又は内筒、外筒の磁石の重なり量を変化させる事により調整できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、ガイドロッドに対して互いに逆向きに吸引力が作用するように磁気バネを介してスライダが配設され、その磁気バネの吸引力によるスライダの移動位置を、スライダに当てた同一円周上を回転する一対の駆動ローラによって調整するものであって、当該一対の駆動ローラを軸支したローラベースの回転を、磁気カップリングを介してモータによって制御するようにしたので、異なるサイズの対象物を常に適切な力で把持することができる把持装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 把持装置の一実施形態を示した平面図である。
【図２】 把持装置の一実施形態を示した平面図である。
【図３】 図１に示す状態の把持装置１を矢印Ａ方向から示した断面図である。
【図４】 図２に示す状態の把持装置１を矢印Ｂ方向から示した断面図である。
【図５】 図１の矢印Ｃ方向から把持装置１を示した断面図である。
【図６】 マグネットのストロークと推力の特性をグラフにして示した図である。
【符号の説明】
１ 把持装置
３，４ ガイドロッド
５，６ スライダ
９，１０ 磁気バネ
１５，１６ 駆動ローラ
２０ ローラベース
２８ ステッピングモータ
３０ 磁気カップリング

Claims (2)

1. 本体に一対のガイドロッドが平行に固定され、各ガイドロッドにスライダが軸方向に移動可能に組み付けられ、一方のスライダは、対応するガイドロッドとの間に配設された磁気バネによって所定方向に吸引力が作用し、他方のスライダは、対応するガイドロッドとの間に配設された磁気バネによって所定方向と逆向きに吸引力が作用しており、その磁気バネの吸引力によるスライダの移動位置を、スライダに当てた同一円周上を回転する一対の駆動ローラによって調整するものであって、
   前記一対の駆動ローラを段違いに軸支するクランク状に形成されたローラベースと、
   前記ローラベースの回転を、磁気カップリングを介して制御するモータと、を有し、
   前記スライダーの各々に突設された作用プレートを、前記ローラベースによって異なる高さに配設された駆動ローラに対し、前記ローラベースに干渉しないように当接させたものであることを特徴とする把持装置。
2. 請求項１に記載する把持装置において、
   前記磁気カップリングは、前記モータの回転軸に固定されたオスカップリングと、当該オスカップリングの外側に回転自在に同軸配置されたメスカップリングとにそれぞれ円筒形状の永久磁石が非接触状態で固定され、その永久磁石には、それぞれ円周方向に分割してＮ極及びＳ極が交互に着磁され、異なる磁極同士吸引し合うようにしたものであることを特徴とする把持装置。

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