JP4696467B2

JP4696467B2 - ロボットアーム装置用ハンド

Info

Publication number: JP4696467B2
Application number: JP2004122765A
Authority: JP
Inventors: 修二新谷; 英一郎宇野
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2024-04-19
Also published as: JP2005305569A

Description

本発明は、ロボットアーム装置用ハンドに関するものであり、詳しくは、軽量で且つ捩れに対して一層高い剛性を発揮し得る機械用構造材を使用して構成され、主に、液晶用ガラス板などの板状体を任意の方向に移動させるためのロボットアーム装置に装着されるロボットアーム装置用ハンドに関するものである。

液晶ディスプレイパネルやプラズマディスプレイパネルの製造工程においては、これらに使用されるガラス板を取り扱う場合、所謂ロボットアーム装置などの自動移送装置が使用され、ロボットアーム装置のハンドにガラス板を載せ、水平方向および上下方向にガラス板を移動させている。そして、上記のハンドとしては、例えば、ロボットアーム装置のアーム先端に取り付けられるフレーム部と、当該フレーム部の水平に配置されたブラケットに対して突出する状態に付設されたフォークとを備えたものが使用される。

上記のロボットアーム装置のハンドにおいては、ガラス板の大型化に伴い、ブラケット及びフォークの長さを一層長く設計する傾向にあるが、フォークの自重およびガラス板の重さによる撓みの問題に対処するため、軽量でより高い剛性の材料や構造が種々検討されている。ロボットアーム装置のハンドの例としては、フレーム部から伸びるフォークを炭素繊維強化プラスチック又は炭素繊維強化プラスチックと金属の複合材料によって構成した「ロボットハンド」が提案されている（特許文献１参照）。また、フレーム部およびフォークの全体を炭素繊維強化プラスチックの複合材料から成る角チューブの集合体によって構成した「搬送装置用ロボットハンド」が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００３−６２７８６号公報実用新案登録第３０７３２２９号公報

ところで、炭素繊維強化プラスチックやチューブ構造を利用した上記の様なフォークは、曲げ変形に対して優れた剛性を示し、下方への撓みを防止することが出来る。しかしながら、フレーム部のフォークが取り付けられた部位（ブラケットの部位）においては、ガラス板およびフォークの総重量にフォークの重心までの距離を積算した大きさのモーメント荷重が加わるため、実際、僅かながらも捩れ変形が生じる。斯かる捩れ変形は、その捩れ角にフォークの突出長を乗じた値がフォーク先端の撓みの一部となり、フォークの突出長が長いことから、全体の撓みに対して大きな影響を与えることになる。各種の処理工程で一層高い位置決め精度が求められることからすると、上記のハンドにおいて、捩れを低減し得る一層改良された手段が望まれる。

本発明は、上記の実情に鑑みなされたものであり、その１つの目的は、軽量で且つ捩れに対して一層高い剛性を発揮し得る機械用構造材を提供することにある。また、本発明の他の目的は、液晶ディスプレイパネルのガラス板などの板状体を水平方向および上下方向に移動させるためのロボットアーム装置に装着されるハンドであって、フォークが取り付けられたフレームにおける捩れ変形を防止し得る改良されたロボットアーム装置用ハンドを提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明においては、ロボットアーム装置用ハンドのフレーム部等に適用する機械用構造材に関し、その外殻部を中空の角材状に形成することにより軽量化を図り、しかも、その内部に対し、断面形状の変形を規制する補強材、例えば中空部分に嵌合するアルミニウム製の角パイプ等の補強材を挿入することにより、全長に亙って撓みと共に捩れを低減する様にした。

本発明の要旨は、水平方向および上下方向に板状体を移動させるためのロボットアーム装置に装着されるハンドであって、機械用構造材を使用して構成され且つロボットアーム装置のアーム先端に取り付けられるフレーム部と、バー状に形成され且つ前記フレーム部に対して略水平に突出する状態に付設されたフォークとを備え、前記フレーム部を構成する機械用構造材が、中空の角材状に外殻部を形成され且つその長手方向の両端内部に対して長手方向に直交する断面形状の変形を規制する補強材が挿入された構造材であり、前記補強材は、アルミニウム合金製の角パイプから構成され且つその高さ方向が前記外殻部の内法部分に嵌合する様に配置されており、そして、前記フォークが付設された前記機械用構造材の一端部がアーム先端側に取り付けられることを特徴とするロボットアーム装置用ハンドに存する。

本発明のロボットアーム装置用ハンドによれば、機械用構造材が軽量で且つ捩れに対して一層高い剛性を発揮することが出来るため、フレームにおける捩れ変形を防止でき、各種処理工程などにおいてより大型の板状体を高精度に位置決めできる。

本発明に係る機械用構造材およびロボットアーム装置用ハンドの実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る機械用構造材の主要部の構造を示す斜視図である。図２は、本発明に係るロボットアーム装置用ハンドの全体形状を示す背面側から視た斜視図であり、図３は、ロボットアーム装置用ハンドにおけるフォークの形状の一例を示す側面図および正面図である。なお、以下の実施形態及び実施例の説明においては、機械用構造材を「構造材」と略記し、ロボットアーム装置用ハンドを「ハンド」と略記する。

先ず、本発明の構造材について説明する。本発明の構造材は、図１に符号（１）で示す様に、中空の角材状に外殻部を形成される。図１中のハッチングを施した部位が外殻部である。そして、外殻部の内部には、当該外殻部の長手方向に直交する断面形状の変形を規制する補強材（２）が挿入される。

構造材（１）の外殻部は、加工性および軽量性の観点から、アルミニウム合金などの金属または繊維強化プラスチックによって構成される。好ましい態様においては、軽量さと剛性の高さの観点から、上記の外殻部は、炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」と言う。）によって構成される。

ＣＦＲＰとしては、通常、一方向に引き揃えた長尺の炭素繊維に樹脂を含浸させてシート状に成形されたプリプレグを多数積層して成るＣＦＲＰが使用される。ＣＦＲＰを構成する樹脂としては、各種の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を使用できるが、好ましくは、成形性および各種物性の観点から、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される。なお、上記の樹脂には、難燃剤、カップリング剤、導電性付与剤、無機フィラーなどが配合されていてもよい。

構造材（１）の外殻部は、例えば後述するハンド等に適用する場合、幅を１５０〜２５０ｍｍ程度、高さを４０〜８０ｍｍ程度、長さを５００〜１８００ｍｍ程度、肉厚を５〜１０ｍｍ程度に設計される。また、ハンド等に適用する場合には撓みを抑制するため、外殻部は、積層体の剪断弾性率（古典積層理論で求めた値）が１５ＧＰａ以上、好ましくは３０ＧＰａ以上となる様に設計される。なお、剪断弾性率の上限は特に制限はないが、通常は７５ＧＰａ程度である。

補強材（２）は、好ましくは外殻部の長手方向の両端部の中空部に挿入される。挿入される補強材（２）としては、想定される外力が加えられた場合に外殻部の断面形状（長方形または正方形の形状）を保持し得る材料および構造のものであれば、適宜の補強材を使用できる。補強材（２）としては、例えば、外殻部と同様のＣＦＲＰや金属によって構成された角パイプ、断面コ字状の型材などの成形体が使用される。構造材（１）において補強材（２）の挿入部分の長さは、例えばハンド等に適用する場合、後述のコラム（３２）の結合、締結に必要な長さとされる。

図１に例示した補強材（２）は、アルミニウム合金製の角パイプから成り、斯かる角パイプは、その高さ方向が外殻部の内法部分（中空部を介して対向する内壁に亙る部分）に嵌合する様に、外殻部の端部の中空部に配置されている。また、図１に示す様に、補強材（２）は、複数個を集合させたいわゆる角パイプ集合体として挿入されてもよい。更に、図示しないが、構造材（１）の製作上の観点から、補強材（２）は、板状のスペーサーを介して外殻部の内壁に密着する様に挿入されてもよい。なお、補強材（２）とスペーサー、および、これらと外殻部の内壁とは、通常、エポキシ樹脂などの接着剤によって一体化される。

本発明の構造材（１）は、その外殻部を中空の角材状に形成されているため、軽量で且つ全長に亙って撓みを防止でき、しかも、その長手方向の両端部に対して中空部分に嵌合する角パイプ等の補強材（２）が挿入され、外力に対抗して外殻部の断面形状の変形を規制する様になされているため、捩れを低減することが出来る。また、補強材（２）の挿入によって捩れ剛性を高めることが出来るため、外殻部の肉厚を更に薄くして一層軽量化を図ることが出来る。そして、軽量で且つ捩れに対して高い剛性を発揮できるため、ロボットアーム装置のハンド等を構成する構造材として好適である。

次に、上記の構造材を利用した本発明のハンドについて説明する。本発明のハンドは、図２に示す様に、液晶ディスプレイパネルのガラス板などの板状体（６）を水平方向および上下方向に移動させるためのロボットアーム装置（図示省略）に装着されるハンドである。本発明のハンドは、ロボットアーム装置のアーム（５）の先端に取り付けられるフレーム部（３）と、バー状に形成され且つフレーム部（３）に対して略水平に突出する状態に付設されたフォーク（４）とを備えており、フレーム部（３）は、上記の構造材（１）を使用して構成される。

フレーム部（３）は、ロボットアーム装置のアーム（５）からフォーク（４）をある程度離間させるため、上下２段の枠組み構造を備えている。具体的には、フレーム部（３）は、ロボットアーム装置のアーム（５）の先端の回転可能な取付ベース（装着フランジ）に取り付けられるアーム側ブラケット（３３）と、フォーク（４）が直接取り付けられるブラケット（３１）と、これらを各端部で連結するコラム（３２）とから構成される。

本発明においては、少なくとも、ブラケット（３１）が上記の構造材（１）によって構成されていることが重要である。ブラケット（３１）は、例えば、ＣＦＲＰによって作製され、幅を２００ｍｍ、高さを６０ｍｍ、長さを１３２０ｍｍ、肉厚を７ｍｍに設計される。また、アーム側ブラケット（３３）も上記の構造材（１）によって構成されているのが好ましい。アーム側ブラケット（３３）は、例えば、ＣＦＲＰによって作製され、幅を２００ｍｍ、高さを５５ｍｍ、長さを６９０ｍｍ、肉厚を８ｍｍに設計される。コラム（３２）は、例えばアルミニウム合金によって形成されたブロックであり、高さを５０〜１５０ｍｍ程度に設定される。

図示しないが、フレーム部（３）において、ブラケット（３１）及びアーム側ブラケット（３３）は、各々、ボルトによってコラム（３２）に締結される。また、アーム側ブラケット（３３）は、ロボットアーム装置のアーム（５）の取付ベースにボルトによって締結される。上記の各ボルトは、ブラケット（３１）及びアーム側ブラケット（３３）の一面側に設けられたボルト頭部よりも大きなボルト穴に挿通し、これらブラケットの内部または補強材（２）の内部にボルト頭部を収容した状態で螺着される。なお、フレーム部（３）の内部に所要の配線や配管を挿通する場合には、補強材（２）に挿通穴を開口して挿通される。

フォーク（４）は、フレーム部（３）のブラケット（３１）に対し、その長さ方向に沿って一定のピッチで且つ略水平に例えば３本取り付けられる。略水平とは、フォーク（４）の自重による撓みを相殺し得る程度の角度がつけられた状態も包含する。フォーク（４）は、図３に示す様に、長さ方向に直交する断面が長方形のバーであり、軽量性の観点から、繊維強化プラスチック等によって中空構造に構成される。更に、フォーク（４）は、軽量化を図り且つ当該フォーク自体の自重および板状体（６）の荷重による撓みを防止するため、先端に向かうに従い断面積が漸次小さく先細りの形状を備えているのが好ましい。図３（ａ）はフォーク（４）の側面図であり、図３（ｂ）はフォーク（４）の正面図である。

図２に例示したハンドの場合、フォーク（４）は、例えば、ＣＦＲＰによって中空構造に構成され、幅を５５ｍｍ、高さを２０ｍｍ、長さを１９００ｍｍ、肉厚を２.５ｍｍに設計される。ブラケット（３１）に対するフォーク（４）の配列ピッチは、５００ｍｍ程度である。また、図示しないが、フォーク（４）の長さの略半分よりも先端側の上面、すなわち、長さ方向に直交する断面の長方形の長辺に相当するフォーク（４）の上面には、板状体（６）を支持するための例えば複数のピンが設けられる。なお、図３に示す符号（７）は、ブラケット（３１）にボルトによってフォーク（４）を固定する際に当該フォークの基端部を補強するための補強板を示す。

本発明のハンドは、フレーム部（３）のブラケット（３１）が上記の特定の構造材（１）によって構成されているため、軽量で且つ全長に亙って撓みを防止でき、しかも、フォーク（４）の上面にガラス板などの板状体（６）を搭載した際、特定の構造材（１）によって構成されたブラケット（３１）がフォーク（４）の取付部位に加えられるモーメント荷重に対して高い剛性を発揮するため、ブラケット（３１）における捩れ変形を一層小さくすることが出来る。従って、本発明のハンドによれば、各種処理工程などにおいてより大型の板状体（６）を高精度に位置決めできる。

図４は、本発明のロボットアーム装置用ハンドにおける捩れ低減効果の確認試験を示す説明図である。図２に示すのと同様の構造のハンドを作製し、図４に示す様に、ブラケット（３１）における捩れ低減効果を確認した。ブラケット（３１）、アーム側ブラケット（３３）及びフォーク（４）の寸法仕様は上述の通りであり、ブラケット（３１）及びアーム側ブラケット（３３）には、ＣＦＲＰから成る図１に示す構造材（１）を使用した。

構造材（１）は、ＰＡＮ系炭素繊維の織物にエポキシ樹脂を含浸させて製造されたプリプレグ（三菱化学産資社製：商品名「ＨＭＦＪ３１１３／９４８」）を表面に配置し、ピッチ系炭素繊維（引張弾性率６５ｔ／ｍｍ^２）にエポキシ樹脂を含浸させて製造されたプリプレグ（三菱化学産資社製：商品名「ＨｙＥＪ３４Ｍ６５Ｄ」）、および、ピッチ系炭素繊維（引張弾性率４５ｔ／ｍｍ^２）にエポキシ樹脂を含浸させて製造されたプリプレグ（三菱化学産資社製：商品名「ＨｙＥＪ３０Ｍ４５Ｄ」）を繊維の方向を変えて内部に２８層配置して成る積層体によって構成した。また、フォーク（４）は、上記のプリプレグの他、ピッチ系炭素繊維（引張弾性率８０ｔ／ｍｍ^２）にエポキシ樹脂を含浸させて製造されたプリプレグ（三菱化学産資社製：商品名「ＨｙＥＪ２５Ｍ８０Ｄ」）を使用して成る積層体によって構成した。

ブラケット（３１）の捩れを測定するにあたり、肉厚５ｍｍのアルミ板を介して６本のボルトでアーム側ブラケット（３３）の端部を定盤に固定した。そして、実使用におけるガラス板に代え、幅１３００ｍｍ、長さ１１００ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミ板を板状体（６）としてフォーク（４）に積載した。

捩れの測定においては、補強材（２）を挿入していない状態（比較例１）、アーム側ブラケット（３３）の開放側端部（Ｓ１）に補強材（２）を挿入した状態（比較例２）、アーム側ブラケット（３３）のコラム（３２）側端部（Ｓ２）に更に補強材（２）を挿入した状態（比較例３）、ブラケット（３１）のコラム（３２）側端部（Ｓ３）に更に補強材（２）を挿入した状態（実施例１）、ならびに、ブラケット（３１）の開放側端部（Ｓ４）に更に補強材（２）を挿入した状態（実施例２）の各々において、ブラケット（３１）表面およびフォーク（４）先端の変位量を測定した。すなわち、ブラケット（３１）の開放側端部の上面部（Ａ）及び（Ｂ）の上下方向の変位、ブラケット（３１）の背面部（側面部）（Ｃ）及び（Ｄ）の前後方向の変位、ならびに、ブラケット（３１）の開放側端部に取り付けられたフォーク（４）の先端の上下方向の変位を測定した。

その結果、表１に示す様に、実施例１及び２は、比較例に比べて変位量が小さくなり、フォーク（４）が取り付けられるブラケット（３１）に補強材（２）を挿入することにより、ブラケット（３１）の捩れを低減できることが確認された。なお、表中、変位量の単位はｍｍである。

本発明に係る機械用構造材の主要部の構造を示す斜視図である。本発明に係るロボットアーム装置用ハンドの全体形状を示す背面側から視た斜視図である。ロボットアーム装置用ハンドにおけるフォークの形状の一例を示す側面図および正面図である。本発明のロボットアーム装置用ハンドにおける捩れ低減効果の確認試験を示す説明図である。

符号の説明

１：機械用構造材
２：補強材
３：フレーム部
３１：ブラケット
３２：コラム
３３：アーム側ブラケット
４：フォーク
５：ロボットアーム装置のアーム
６：板状体（ガラス板）
７：補強板

Claims

水平方向および上下方向に板状体を移動させるためのロボットアーム装置に装着されるハンドであって、機械用構造材を使用して構成され且つロボットアーム装置のアーム先端に取り付けられるフレーム部と、バー状に形成され且つ前記フレーム部に対して略水平に突出する状態に付設されたフォークとを備え、前記フレーム部を構成する機械用構造材が、中空の角材状に外殻部を形成され且つその長手方向の両端内部に対して長手方向に直交する断面形状の変形を規制する補強材が挿入された構造材であり、前記補強材は、アルミニウム合金製の角パイプから構成され且つその高さ方向が前記外殻部の内法部分に嵌合する様に配置されており、そして、前記フォークが付設された前記機械用構造材の一端部がアーム先端側に取り付けられることを特徴とするロボットアーム装置用ハンド。
機械用構造材の外殻部が炭素繊維強化プラスチックによって構成されている請求項１に記載のロボットアーム装置用ハンド。