JP4087887B1 - 電動式ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】球形状、不定形塊状、直方形状、長材例えば原木等の固形物の外皮を挟持して運搬し易く、対象物の重量の大きさに対応して挟持力を大ならしめ、かつ対象物の挟持機構を自動化した電動式ロボットハンドを提供する。
【解決手段】上端で鉛直に吊られる断面円形の吊上部材と、該吊上部材の所定区間を軸線に沿って移動可能な摺動部材と、該摺動部材に上端が枢着され上部が外方に下部が内方に屈曲或いは湾曲する鉤部材とを具え、かつ該鉤部材の中央より下方に吊上部材下端に連結する連接部材を設けるとともに、摺動部材に設けた支持部材内の遠隔操作でのネジ部材の回転操作装置による吊上部材と固定した長ナット部材を介しての鉤部材の自動開閉機構を設けて成る。
【選択図】図２

Description

本発明は電動ロボットハンドに関する。より詳細には立方体状、不定形塊状、テトラポット、間伐材等を吊して運んだり、マルチ方向の対象物を把握し、又ドアーのノブを回転できる力の強い電動式ロボットハンドに関する。

従来、重量固形物の移動はワイヤーロープを掛ける危険な作業を伴う。玉掛けを不要にする油圧式ロックフォークは大型で、油圧式以外での自動的な把握能力の大きい電動式のロボットハンドはなかった。本発明人による特許文献１を改良した特許文献３は垂直の吊下げで、マルチ方向で把握できる下記特許文献４では機構が嵩張り、電動操作に負荷が大きい問題があった。
特許第３４２３９２５号、 特許第３９３６３８１号 特願２００４−２０５４０４ 特願２００７−１２３０４６ 特願２００７−１３５２６０

本発明は吊り具の鉤部材に設けた中間支点で開放に必要な作動力を軽減し、間隔変化の小さい部位により開閉を自動化し、マルチ方向の把握を可能とする特許文献４を改良し、ベルクランクを省略し簡単な機構でロボットハンドの握力を強くし、マルチ方向に機能せしめ、かつロボットのアームの回転を加えてドアーのノブを回転せしめて開く機能を円滑にし、機能の円滑性・省エネ性を大とし、各種のロボット・各種のクレーン例えば工場クレーン・トラッククレーン・船上クレーン・港湾クレーン等の吊り上げ移動作業を安全、かつ省エネ的に遂行する機能を提供し、その目的で一層簡単な機構で、かつ作動がより円滑な電動式のロボットハンドを提供するのが課題である。

本発明は、請求項１においては、
上端で吊られ鉛直に吊り下げられる断面円形の細長い吊上部材と、該吊上部材の中間部で軸線に沿って移動可能な摺動部材と、該摺動部材に少なくとも所定水準まで回動自在に支持孔で鉤部材が枢着され、該鉤部材は上部が外方に、かつ下部が内方に曲がっていて、下端部に内方に向く鉤を有し、該鈎部材の中間部分に連接吊上孔を設け、かつ該孔に連接桿の下端部を軸着せしめるとともに、該連接幹の上端部を吊上部材の下端に設けた連接支持体の連接孔に軸着せしめるとともに、該摺動部材に支持部材を設け、該支持部材に制御モータを有する回転制御装置を設けるとともに、該装置にネジ部材を連結し、吊上部材上端部の長ナット部に嵌合する該ネジ部材を該長ナット部に嵌め入れてあって、該ネジ部材の回転制御で該長ナット部を移動せしめ、該吊上部材の長ナット部に加わる引上力と引下力により、吊上部材の所定範囲を摺動部材に対して上下に摺動せしめて該複数の鈎部材を回動開閉せしめるとともに、該開閉を長ナット部に嵌合するネジ部材の可動範囲の最上位で全閉状態とし、可動範囲の最下位で全開状態とするものであり、かつ回転制御装置の制御モータとネジ部材の連結が弾力的なフランジ結合に構成してある電動式ロボットハンドである。

本願の電動式ロボットハンドは複数の鈎部材を支持する摺動部材本体と回転制御装置がクランクなしで直に連結できるので、嵩張らず機構が簡単で省力化され、省電力性が大きく向上しマルチ方向に対応機能を有し、移動もアームにとりつけて可能にできる。
長ナット部とネジ部材の係合では、把握後にネジ山が多くて弛むことがないので、対象物の保持機能において、油圧式の把握装置より安全性が高い。更に保持状態では油圧式に必要な圧力供給エネルギーは殆ど不要であるのが大きな利点である。制御モータとネジ部材とを弾力的な結合にすれば、作動時の衝撃を軽くできるし弾力的締め付けで緩みを防ぐ。本願人のベルクランクロボットはクランクが嵩張ったが、改良した先願の電動ロボットハンドと同じく本願の電動式ロボットハンドは簡単で保守に好都合であり、耐久性の向上も期待でき、格段の進歩性が付加された。
又、少なくとも支持部材内の係合部である長ナット部の内ネジ内をオイル封入構造にすれば、一層円滑な開閉機能向上が期待できる。クレーンのフックに吊し電動制御での省エネ・省力作業が実行できる。

本発明はこの種装置の中で軽量ながら、重量物を扱うのにも適しているが、不定形の重量物の中でも複雑な、例えばテトラポット或いは直方体の固形物を持ち上げるには少なくとも４本の鉤部材で構成するのが望ましい。鉤部材のアームの最良の形態は種々の要素が複合し、個々の鉤部材も対象物を２〜３本で挟持することがあるので、曲がらず、折れない強靭さが必要である。該ロボットハンドは吊上部材の上端の長ナット部に回転制御装置と連結したネジ部材のネジ部をネジ入れておいて使用されるが、該係合部位をシーリングにより密閉して油浸させるか、十分なオイル潤滑機構にするのが重要である。
海水でロボットハンドが錆びないためには、軸受けは素材の選択例えば、コロ・玉・砲金・焼結合金等による軸受けを適宜使用して耐久性を高めるのが望ましい。
上述の各素材を適宜に組合せて最適の電動式ロボットハンドを構成することが好ましい。圧力センサーにより解放状態ではサインを発せしめて安全作業可能にすることが望ましい。制御モータとネジ部材は弾力的な結合が望ましい。又、長ナット部とネジ部材の係合部をオイル封入構造として作動の円滑性を向上するのが望ましい。
これらを１実施例の概略図面により詳述すると、

図１、２、において、電動式ロボットハンド１は支持部材２のロボットのアーム１６の先端部に回転或いは回動制御自在に支持せしめられる（図１）。
該ロボットハンドの摺動部材６に着脱自在に設けた支持部材２のアーム寄りに設けた回転制御装置において、ネジ部材のネジ部は外形断面円形の長ナット部１０に嵌め入れてあり、該長ナット部１０はネジ部材９の回転で移動せしめられる。
該長ナット部１０は一端が吊上蓋２２で密閉固定してあり、該吊上蓋２２の中央下面には吊上部材７の上端が溶着され（図３、４の溶接部２８）、他端には、ネジ部材９が嵌め入れてある。
該ネジ部材９は中仕切２０の上面に設けた軸受８に回転自在に支持され、ネジフランジ１２に連結したモータフランジ１１を介して制御モータ１３に連結され、正逆両転の何れでも電動回転制御され（図３、４参照）、大きな逆転負荷に対して多数のネジ山で停止力を具備している。
該モータフランジ１１とネジフランジ１２は弾力的に連結してあり、鈎部材の閉じる圧力が衝撃にならない作用をそなえている。
長ナット部に固定した吊上部材７がネジ部材により長ナット部を介して最も下げられた時、摺動部材５と連接支持体４の間隔が最大となると同時に各部材の全垂直荷重がかかる連接支持体４の連接幹が鈎部材３を外方に押し広げるので鈎部材が開放される（図２の実線、図３）。
逆に吊上部材７が最も上がる時、摺動部材５と連接支持体４の間隔が最小となり、連接幹６が複数の鈎部材３を閉じる（図２の破線、図３）。従って、摺動部材５の摺動範囲の限界内で連接支持体４と摺動部材５を介して鉤部材３を開閉するので摺動部材５で範囲を規定して使用する電動式ロボットハンドである。

図３、図４において、本発明の電動式ロボットハンド１は自体に圧力機器を搭載していない。支持部材は保守点検等に便利であるべく、摺動部材に直に設けた係合支持ケース２７、中仕切２０及びモータ支持ケース２６に分割構成し、上部に吊り穴２９がある。
図３は閉じた状態であり、吊上部材７がネジ部材の回転により長ナット部を介して引き上げられ閉じている。長ナット部がネジ部材９の回転でねじ下げられると、図４のように鉤部材が開く（図４）が、このとき、閉じた状態から完全に開くまでのねじ下がり間隔は図４の中のαで、連接支持体４と摺動部材５の縮まる間隔となる（図２の破線）。
逆に長ナット部を捻じ上げられた場合、摺動部材５と連接支持体４の間隔が狭くなり、図３に示す把握状態の間隔が縮小する。
該ネジ部材９と長ナット部１０の嵌合回転では負荷を軽くし、オイル潤滑で円滑に運用するために、オイル迂回コース２４を長ナット部内に設け、ネジ部材の回転時に潤滑させつつ空間部に流れしめるのが望ましい。シーリングカバー２１は傾斜時のオイル漏れを防止する。
圧力センサー２３はアームより支持部材内を電源コードで、給電されて作動する。
自明の理由ではあるが、ネジ部とナット部材の嵌合では、本発明で重量物体を対象とするロボットハンドの場合、嵌合するネジ部のネジ山の数を多くして構成し、対象物の引下げ圧力に対抗せしめるのが、構造が簡単で、故障を防ぐ望ましい手段である。
支持部材の一例では、クレーンアーム・ロボットアーム等以外でも天井レールに遠隔操作による移動体を設け、該移動体に回転操作装置を設けてロボットハンドとした吊上移動装置を遠隔操作で運用できる。又、吊り穴を設けてフックとの複合操作ができる。
尚、図３、図４に示したＡ間隔はネジ部であり、Ｂ間隔はネジ部材のネジ下部分であり、α間隔だけ吊上部材７は長ネジ部２４を介して上下移動を制御される。

図１において、鈎部材の途中まで引き上げて固定されている保護キャップ１８は硬質ゴム製のふたつ折り部分の両面外側にコイルバネが２個取り付けてあって、弾力的に制止されている。コイルバネは力を加えると伸びるから適切な位置に移動せしめて制止させれば対象物にソフトに把握力を加えられる。
本例では、一例であるが、上方でアーム１６に回転自在に、例えばユニバーサルジョイントとか、玉軸受け等で連結制御されれば、ロボットの各種機能を実行できる。
従って、量産して各種のロボットやクレーンのアームのロボットハンドとして供給可能で、簡単に利用し易い。
尚、本発明は上記例で限定されるものではない。

本発明の電動式ロボットハンドは対象物の把握力に関しては油圧が不要で対象物の把握・吊上げ・ドアーのノブの回転操作に適している。該電動式ロボットハンドはロボットアーム或いは各種のクレーンに組付け使用可能である。
鉤部材の把握と開放作動は回転制御装置のネジ部材の回転により摺動部材に対する吊上部材の所定位置までの移動で開いて、該位置での回転操作で対象物の把握後に規定間隔だけネジ部の捩じ上げ可能であるから、アームの角度を変えないでも、マルチ方向に於いて把握動作が可能で、作業に余裕と能率向上の効果があり、産業ロボットとして有用である。対象物の重量に関係なくネジ部材と長ナット部の噛み合いで荷重を支え弛むことが妨げられ安全性が高く、ロボットアーム以外のクレーンのアームのフックで吊り上げ移動作業が可能になり、水中作業でも船上の対象物例えば、テトラポットを把握し水中に接地する自動作業ができる。
又、鉤部材に係止保持構造を設ければ長い対象物、例えば間伐材、の一端を挟持して斜め上に引くことも可能となる。又、工場内などでの一定区間の吊り上げ運搬機械として把握後にも、アームの操作機能を付加して更に引き上げられるので、規定以内の高さの障害の上を移動できるので、利用し易い。圧力センサーによるサインで安全作業可能になる。
尚、重量物の吊上或いは持ち上げ状態での把握の安定性はネジ山を多くして対処するのが、故障を防ぐ望ましい手段である。

各図は何れも本発明による１実施例の縮小概略図で、
はアームの先端に設けた電動式ロボットハンドの全閉状態での正面図 は図１の開閉作動を示す部分断面図 は吊上部材の捻じ上がりの鈎部材の閉じた時を示す部分断面図 は吊上部材の捻じ下がりの鈎部材の開放時を示す部分断面図 は図１中の断面Ｐ−Ｐ’

符号の説明

１ 電動式ロボットハンド ２ 支持部材
３ 鈎部材 ４ 連接支持体
５ 摺動部材 ６ 連接幹
７ 吊上部材 ８ 軸受
９ ネジ部材 １０ 長ナット部材
１１ モータフランジ １２ ネジフランジ
１３ 制御モータ １４ 連結部
１５ 連結穴 １６ アーム
１７ リニア軸受 １８ 保護キャップ
１９ モータ軸 ２０ 中仕切
２１ シーリングカバー ２２ 吊上蓋
２３ センサー ２４ オイル迂回コース
２５ 弾性体 ２６ モータ支持ケース
２７ 係合支持ケース ２８ 溶接部
２９ 吊り穴
α 吊上部材の最大下がり幅
Ａ ネジ部の長さ
Ａ＋Ｂ ネジ部材の長さ

Claims (1)

1. 上端で吊られ鉛直に吊り下げられる断面円形の細長い吊上部材と、該吊上部材の中間部で軸線に沿って移動可能な摺動部材と、該摺動部材に少なくとも所定水準まで回動自在に支持孔で鉤部材が枢着され、該鉤部材は上部が外方に、かつ下部が内方に曲がっていて、下端部に内方に向く鉤を有し、該鈎部材の中間部分に連接吊上孔を設け、かつ該孔に連接幹の下端部を軸着せしめるとともに、該連接幹の上端部を吊上部材の下端に設けた連接支持体の連接孔に軸着せしめるとともに、該摺動部材に支持部材を設け、該支持部材に制御モータを有する回転制御装置を設けるとともに、該装置にネジ部材を連結し、吊上部材上端部の長ナット部に嵌合する該ネジ部材を該長ナット部に嵌め入れてあって、該ネジ部材の回転制御で該長ナット部を移動せしめ、該吊上部材の長ナット部に加わる引上力と引下力により、吊上部材の所定範囲を摺動部材に対して上下に摺動せしめて該複数の鈎部材を回動開閉せしめるとともに、該開閉を長ナット部に嵌合するネジ部材の可動範囲の最上位で全閉状態とし、可動範囲の最下位で全開状態とするものであり、かつ回転制御装置の制御モータとネジ部材の連結が弾力的にフランジ結合に構成してある電動式ロボットハンド。

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