JP4584898B2 - 電動グリッパ - Google Patents

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本発明は、モータの回転をカム機構で直線運動に変換して把持部材(爪やフィンガやチャック等)を開閉させる電動グリッパ(電動ハンドとも言われている)に関する。
本出願人は、特許文献1(特開2005−59118号公報)に記載されているように、ワークへの把持力がカム部材の位置に拘わらず一定になるようにするため、すなわち、把持部材への推力がカム部材の回転角に関係なく常に一定になるようにするため、カム部材のカム溝の曲線形状を、その一端が回転中心に近いところから始まってアルキメデスの渦巻き曲線を描きながら回転中心に近づくことなく遠ざかり、他端が回転中心より最も遠いところで終わる曲線としたものを既に提案している。
このようなカム溝形状としたカム部材を用いて推力の一定化を図るほか、さらに、減速比及び把持部材のストロークの両方についても充分に確保するため、次のような2つの形態の試作をした。
図6〜図9は第1の形態の試作品で、平歯車でもある一対のカム部材51a・51bを用いてこれらを同一平面上に個別に軸支し、そのそれぞれのカム溝52a・52bの曲線形状を上記のようなアルキメデスの渦巻き曲線とし、これらカム部材51a・51bが2つの従動歯車となるように、それよりも小径の1つの駆動歯車53に噛み合わせて減速するようにしたものである。
駆動歯車53は、モータ台板54上に設置されたステッピングモータ55のモータ軸56に固定されている。ステッピングモータ55はエンコーダ57を付設しており、それと共にモータカバー58で覆われている。
一対のカム部材51a・51bは、モータ台板54とレール台板59との間において、それぞれのベアリング60a・60bによりモータ台板54に回転自在に軸支されている。駆動歯車53は、これらカム部材51a・51bの間においてその双方と噛み合っている。
レール台板59には、モータ台板54とは反対側の面に案内溝61が形成され、この案内溝61に一対の把持部材62a・62bが直線摺動自在に嵌合されている。これら把持部材62a・62bには、これらに軸をそれぞれ植設したカムフォロア63a・63bが備えられ、これらカムフォロア63a・63bは、一対のカム部材51a・51bのカム溝52a・52bにそれぞれ摺動自在に嵌合している。レール台板59には、カムフォロア63a・63bの軸をそれぞれ貫通させる長孔64a・64bが設けられている。
しかし、この第1の形態の試作品では、一対の把持部材62a・62bに対して一対のカム部材51a・51bを設け、そのそれぞれにカム溝52a・52bを設けるとともに、これらカム部材51a・51bを共通の駆動歯車53に対する従動歯車として減速する構造であるため、一対の把持部材62a・62bのストロークを長くするには、カム溝52a・52bの渦巻き曲線の長さを長くする必要があり、そうすると渦巻きの巻き数が増えて、カム部材51a・51bの外径を大きくせざるを得ない。各カム部材51a・51bの外径が増大すると、装置全体のサイズがそれらを合わせた大きさ分だけ増えることになるので、第1の形態では、一対の把持部材62a・62bのストロークを充分に確保する上で難点があった。
次に、図10〜図13は第2の形態の試作品で、カム部材71を1つにして、これに一対のカム溝72a・72bを、カム部材71の回転中心を基準とする点対称の二重の渦巻き曲線(アルキメデスの渦巻き曲線)となるように形成し、また、ステッピングモータ73からの回転を既製の減速機74を介して減速してからカム部材71に伝達するようにしたものである。
ステッピングモータ73のモータ軸は減速機74の入力軸と直結されている。減速機74はモータ台板75上に設置されて、ステッピングモータ73及びそれに付属のエンコーダ76と共にモータカバー77で覆われている。
カム部材71は、モータ台板75とレール台板78との間において減速機74の出力軸79に固定されている。
レール台板78には、一対の把持部材80a・80bを案内する2本の角棒状レール81・81が平行に設けられている。一対の把持部材80a・80bは、それに付設したスライドガイド82をレール81・81に嵌合させることにより、これらレール80・80から外れることなくこれらに沿って直線摺動する。
一対の把持部材80a・80bにはピン状のカムフォロア83a・83bが植設され、これらカムフォロア83a・83bは、レール台板78の同一線上に設けられた案内溝84a・84bをそれぞれ貫通して、カム部材71の一対のカム溝72a・72bにそれぞれ摺動自在に嵌合している。
この第2の形態の試作品によると、カム部材71を1つにして、これに一対のカム溝72a・72bを、カム部材71の回転中心を基準とする点対称の二重の渦巻き曲線となるように形成しているので、一対の把持部材80a・80bのストロークを確保する上では問題はなく、また、既製の減速機74で減速比も大きくできるが、その回転角精度を高くするには、遊星歯車等を用いた減速比の高い減速機を用いなければならなく、既製の減速機を用いるとしても、その費用が高くつく問題があった。
特開2005−59118号公報
本発明の課題は、把持部材のストロークを充分に確保できるに加え、精密な既製の減速機を用いなくとも、単純な構造で減速比も大きく確保できる電動グリッパを安価に提供できるようにすることにある。
請求項1に係る本発明の電動グリッパは、モータと、該モータにて回転される駆動歯車と、この駆動歯車とは別にベアリングにて回転自在に軸支された1つのカム部材と、平行な2本のレールに沿って直線摺動する2個の把持部材とで構成され、前記1つのカム部材に、前記2個の把持部材のそれぞれのカムフォロアを摺動自在に嵌合させる2個のカム溝がカム部材の回転中心を基準とする点対称の二重の渦巻き曲線に形成され、また、該カム部材が前記駆動歯車とで減速機構を構成する従動歯車を兼ねるように、該カム部材の外周に、駆動歯車と噛み合う歯が形成され、1つのカム部材が駆動歯車に従動して減速回転すると、複数の把持部材の各カムフォロアが1つのカム部材の各カム溝に沿って摺動し、2個の把持部材がレールに沿って同時に直線摺動するようになっているものである。
請求項2に係る発明は、カム部材を挟んだ一方側にベアリングとモータを並設し、反対側に複数の把持部材を配設し、前記モータを前記2本のレールの間に配設した部品配置構造を特徴とする。
請求項3に係る発明は、各カム溝が、カム部材の回転中心を中心とするアルキメデスの渦巻き曲線に沿って形成された、カム形状を特徴とする。
本発明によれば、複数の把持部材のための2個のカム溝を1つのカム部材に形成し、このカム部材を、モータにて回転される駆動歯車に対する従動歯車として減速するので、把持部材のストロークを充分に確保できるのに加え、精密な既製の減速機を用いなくとも、単純な構造で減速比も大きく確保できる。また、上記のような効果を奏する電動グリッパを小型化して提供できる。
請求項2に係る発明によれば、カム部材を挟んだ一方側にベアリングとモータを並設し、反対側に複数の把持部材を配設したので、装置全体の高さを低く抑えることができる。
請求項3に係る発明によれば、カム溝を、カム部材の回転中心を中心とするアルキメデスの渦巻き曲線に沿って形成したので、モータの回転角と把持部材の位置関係が線形となり、モータの回転トルクによって生ずる把持部材の推力が回転角によって変化せず、どの位置でも一定の推力が得られる。
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1〜図5に本発明の一実施例を示す。この電動グリッパでは、円形板である一枚のカム部材1を用いる。このカム部材1の下面には、図2に示すように、一対のカム溝2a・2bが、カム部材1の中心Oに近い点対称の2点を起点として、どこでも中心Oを基準とした点対称の二重の渦巻き状となるように、しかも、それぞれがアルキメデスの渦巻き曲線に沿って中心Oに近づくことなく形成されている。これらカム溝2a・2bは、上下に貫通することなく同じ深さで形成されている。また、カム部材1の周面には、それ自身が減速のための従動歯車にもなるように、歯3が全周に形成されている。
このカム部材1は、上下に組み合わせたモータ台板4とレール台板5との間において、モータ台板4上のベアリング(ボールベアリング)6に中心を軸支され、また、モータ台板4上のステッピングモータ7からの回転(正転及び逆転)を、これらモータ台板4とレール台板5との間で減速して伝達される。
すなわち、カム部材1は、レール台板5の上面に形成された円形凹所8内に配置して、その上からモータ台板4で覆われている。ベアリング6とステッピングモータ7とは、モータ台板4上に並置して仕切り壁付きのカバー9にて覆われている。ステッピングモータ7にはエンコーダ10が付設されている。ベアリング6には、凹所8内まで延びるカム軸11が軸受けされている。カム部材1は、その中心孔12にカム軸11の下端部を嵌合させたうえ、カム軸11の鍔部13にネジ14でネジ止めしてカム軸11に固定されている。
ステッピングモータ7のモータ軸15には駆動歯車16が固定されている。この駆動歯車16は、凹所8の突出凹部17内に位置してカム部材1の歯3と噛み合っている。駆動歯車16は、従動歯車でもあるカム部材1に比べてはるかに小径であるため、カム部材1には、ステッピングモータ7からの回転が高い減速比をもって伝達される。
一方、モータ台板4上とは反対側、つまり、レール台板5の下面には、2本の棒状レール18・18が平行に付設され、これらレール18・18にスライドガイド19をそれぞれ嵌合させることにより、矩形ブロックである一対の把持部材20a・20bが、これらレール18・18に沿って直線摺動するように装着されている。一対の把持部材20a・20bにはピン状のカムフォロア21a・21bが植設されている。これらカムフォロア21a・21bは、レール台板5の同一線上に設けられた案内溝22a・22bをそれぞれ貫通して、カム部材1の一対のカム溝2a・2bにそれぞれ摺動自在に嵌合している。一対の把持部材20a・20bには、図示していないが、把持するワークに応じた把持爪などを取り付けるようになっている。
この電動グリッパは上記のような構造であるため、ステッピングモータ7が回転すると、その回転が駆動歯車16によりカム部材1を従動歯車としてこれに高い減速比で伝達される。カム部材1が図2において反時計方向に回転すると、その一対のカム溝2a・2bも同時に反時計方向に回転するので、一対のカムフォロア21a・21bが案内溝22a・22bに沿って互いに接近するように駆動され、一対の把持部材20a・20bが平行なレール18・18に沿って互いに接近摺動する。
一対のカム溝2a・2bは、カム部材1の回転中心Oに最も近い一端から、最も遠い他端へとアルキメデスの渦巻き曲線に沿って形成されているので、前出の特許文献1に解説されているように、カム部材1の回転角と一対の把持部材20a・20bの位置関係が線形となり、ステッピングモータ7の回転トルクによって生ずる一対の把持部材20a・20bの推力が回転角によって変化せず、どの位置でも一定の推力でワークを把持することができる。
カム部材1が図2において時計方向に回転すると、その一対のカム溝2a・2bも同時に時計方向に回転するので、一対のカムフォロア21a・21bが案内溝22a・22bに沿って互いに離隔するように駆動され、一対の把持部材20a・20bがレール18・18に沿って互いに離隔摺動する。
上記の実施例では、カム部材1に一対のカム溝2a・2bを形成して、一対の把持部材20a・20bを同時に直線摺動させるようにしたが、カム部材1に3個以上のカム溝を形成して、3個以上の把持部材を同時に直線摺動させるようにすることもできる。また、駆動源はステッピングモータに限らない。
本発明の一実施例の垂直断面図で、把持部材の摺動方向に沿った断面である。 同じく下から見た水平断面図である。 図1とは直交する方向の垂直断面図である。 同実施例の上面図である。 同実施例の下面図である。 本発明と比較するために試作した第1の形態の試作品の垂直断面図で、把持部材の摺動方向に沿った断面である。 同上における一対のカム部材と駆動歯車の関係を示す平面図である。 同試作品の下面図である。 図7とは直交する方向の垂直断面図である。 本発明と比較するために試作した第2の形態の試作品の垂直断面図で、把持部材の摺動方向に沿った断面である。 同上におけるカム部材とレール台板の関係を示す平面図である。 図7とは直交する方向の垂直断面図である。 同試作品の下面図である。
符号の説明
1 カム部材
2a・2b カム溝
3 歯
4 モータ台板
5 レール台板
6 ベアリング
7 ステッピングモータ
8 凹所
9 カバー
10 エンコーダ
11 カム軸
12 中心孔
13 鍔部
14 ネジ
15 モータ軸
16 駆動歯車
17 突出凹部
18 レール
19 スライドガイド
20a・20b 把持部材
21a・21b カムフォロア
22a・22b 案内溝

Claims (3)

  1. モータと、該モータにて回転される駆動歯車と、この駆動歯車とは別にベアリングにて回転自在に軸支された1つのカム部材と、平行な2本のレールに沿って直線摺動する2個の把持部材とで構成され、前記1つのカム部材に、前記2個の把持部材のそれぞれのカムフォロアを摺動自在に嵌合させる2個のカム溝がカム部材の回転中心を基準とする点対称の二重の渦巻き曲線に形成され、また、該カム部材が前記駆動歯車とで減速機構を構成する従動歯車を兼ねるように、該カム部材の外周に、駆動歯車と噛み合う歯が形成され、1つのカム部材が駆動歯車に従動して減速回転すると、複数の把持部材の各カムフォロアが1つのカム部材の各カム溝に沿って摺動し、2個の把持部材がレールに沿って同時に直線摺動するようになっていることを特徴とする電動グリッパ。
  2. カム部材を挟んだ一方側にベアリングとモータを並設し、反対側に複数の把持部材を配設し、前記モータを前記2本のレールの間に配設したことを特徴とする請求項1に記載の電動グリッパ。
  3. 各カム溝が、カム部材の回転中心を中心とするアルキメデスの渦巻き曲線に沿って形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動グリッパ。
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