JP5594132B2

JP5594132B2 - 把持装置

Info

Publication number: JP5594132B2
Application number: JP2010293255A
Authority: JP
Inventors: 弘宜杉野; 篤史川喜田; 浩明大場; 賢太志満
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: JP2012139758A

Description

本発明は、ワークを把持するための装置である把持装置の技術に関する。

従来、ワークを把持するための把持装置には、真空作用や磁力等によりワークを吸着して把持するタイプのものや、ワークを爪状の部材等で挟圧して把持するタイプのもの等が存在している。
例えば、ワークを磁力により吸着して把持するタイプの把持装置や、あるいは、ワークを挟圧して把持するタイプの把持装置に係る技術が、以下に示す特許文献１に開示されており、公知となっている。

特許文献１に開示された従来技術では、把持装置の構成としては、ワークの一部をクランプ（挟圧）する構成や、ワークを磁着する構成、あるいは吸着する構成等が、ワークの材質、形状等に応じて適宜採用し得る旨が開示されている。

特開平７−３９９６６号公報

大型のワークを把持する用途に用いられる把持装置では、いずれのタイプの把持装置を採用した場合であっても、把持装置を複数用いて、ワークにおける複数位置を把持する構成とするのが一般的である。
このため、把持装置を複数種類のワークを把持する用途に用いようとすると、吸着あるいは挟圧する把持位置をワークの種類ごとに変更する必要があり、把持位置を変更するための多数のアクチュエータ等が必要になって、把持装置が大掛かりな構成となっていた。
また、磁力により吸着するタイプの把持装置では、吸着力（即ち、磁着力）がワークの肉厚によって左右されることが知られており、例えば、ワークが薄板状の鋼板製であるときには、十分な磁着力を確保することが困難であるという問題があった。

本発明は、掛かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、ワークの種類に応じた切り換え機構が不要である簡易な構成としながらも、大型のワークにも対応し得る把持力を確実に確保することができる把持装置を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、ワークを把持するための把持装置であって、前記ワークの対応する表裏面に対して当接させる一対の電磁石と、前記一対の電磁石の相対する各面を覆い、前記ワークと当接する面に切れ目が形成される弾性体からなる一対のパッドと、前記一対の電磁石を互いに押圧しあう方向に相対変位させるアクチュエータと、前記一対の電磁石と前記アクチュエータの動作を制御する制御装置と、を備えるとともに、前記制御装置からの指令に従って、前記アクチュエータによって、前記一対の電磁石を相対変位させることにより、前記一対の電磁石によって、前記一対のパッドを介して、前記ワークの重心位置の近傍における所定の一箇所を挟圧すると同時に、前記一対の電磁石に通電することにより、前記一対の電磁石によって、前記一対のパッドを介して、前記ワークを前記所定の一箇所において磁着して、前記ワークを把持するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、所定の一箇所のみを把持する簡易な構成の把持装置でありながら、大型のワークにも対応し得る把持力を確実に確保できる。

本発明の一実施形態に係る把持装置の全体構成を示す側面模式図。本発明の一実施形態に係る把持装置の全体構成を示す斜視模式図。本発明の一実施形態に係る把持装置に備えられる電磁石を示す側面模式図。同じく電磁石を示す図３におけるＡ方向矢視図。各種態様の把持装置における吸着力の説明図、（ａ）ワークを挟持力のみで把持する態様を示す図、（ｂ）ワーク（肉厚が十分であり磁束の漏れがない場合）を片面からの磁着力のみで把持する態様を示す図、（ｃ）ワーク（肉厚が薄く磁束の漏れがある場合）を片面からの磁着力のみで把持する態様を示す図、（ｄ）ワーク（肉厚が薄く磁束の漏れがある場合）を両面からの磁着力のみで把持する態様を示す図、（ｅ）ワーク（肉厚が薄く磁束の漏れがある場合）を両面からの磁着力と挟持圧で把持する態様を示す図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る把持装置の全体構成について、図１〜図４を用いて説明をする。
図１および図２に示す如く、本発明の一実施形態に係る把持装置１は、搬送対象たるワーク１０を把持するための部位であって、ロボットアーム２の手先部２ａに付設されており、フレーム３、アクチュエータ４、一対の電磁石５・６、制御装置１１等を備えている。

フレーム３は、ロボットアーム２の手先部２ａにおいて、各電磁石５・６を支持するための支持部材であり、ワーク１０を跨ぐために、矩形の一辺が開放された形状（所謂、三方枠の形状）を有しており、上側フレーム３ａ、中間フレーム３ｂ、下側フレーム３ｃを備える構成としている。
またフレーム３は、各フレーム３ａ・３ｂ・３ｃを、互いに適宜補強プレート等を用いて接続する構成としており、ワーク１０を把持するときに生じる反力に抗し得る剛性が確保されている。

上側フレーム３ａの開放側端部には、支持プレート３ｄを設けており、該支持プレート３ｄにアクチュエータ４を固定する構成としている。
また、下側フレーム３ｃの開放側端部には、支持プレート３ｅを設けており、該支持プレート３ｅに電磁石６を固定する構成としている。

アクチュエータ４は、伸縮可能な軸部４ａを備えている。また、アクチュエータ４は、制御装置１１に接続されており、該制御装置１１からの指令信号に従って、軸部４ａが動作（伸縮）する。
そして、軸部４ａの先端には支持部材４ｂが固設されており、該支持部材４ｂに、電磁石５を固定する構成としている。

このとき、各電磁石５・６は、該各電磁石５・６の軸心方向を一致させるようにして各部位４ｂ・３ｃに固定されており、各磁着面５ａ・６ａが平行となっている。
そして、把持装置１では、フレーム３によって、ワーク１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂを跨ぐことができるため、ワーク１０の表面１０ａ側に電磁石５を配置し、また、ワーク１０の裏面１０ｂ側に電磁石６を配置することができる。

このような構成により、制御装置１１からの指令信号に従い軸部４ａを電磁石６側に伸長させて、電磁石５を電磁石６に向けて変位させることによって、各電磁石５・６の間に配置したワーク１０を、各電磁石５・６によって、挟圧することができる構成としている。
また、把持装置１では、一対の各電磁石５・６のみを備えているため、ワーク１０の所定の一箇所のみを挟圧する構成としている。
尚、アクチュエータ４としては、エアシリンダや油圧シリンダ等を採用し得る。

電磁石５・６は、把持装置１において、把持対象物たるワーク１０と直接接触する把持部を構成する部位であり、図３に示す如く、芯部材７、コイル８、パッド９等を備えている。
尚、各電磁石５・６の構成は共通しているが、後述する通り、使用方法が異なっている。

芯部材７は、金属製の略円筒状の外形を有する部材であり、各電磁石５・６の磁着面５ａ・６ａに向けて開放する略円筒状の凹部である溝部７ａが形成されている。
そして、各電磁石５・６において、溝部７ａにはコイル８が嵌挿されている。

各電磁石５・６は、コイル８に通電することによって、磁力が生じる。また、各電磁石５・６は、制御装置１１に接続されており、該制御装置１１からの指令信号に従って、通電あるいは非通電状態を切り換えることによって、磁化あるいは非磁化の各状態が切り換えられる。

把持装置１において、電磁石５と電磁石６は、通電方向を逆向けにして使用している。
即ち、例えば、一方の電磁石５を、芯部材７の中心部７ｂがＮ極として機能し、外縁部７ｃ・７ｃがＳ極として機能する磁石として使用するならば、他方の電磁石６を、芯部材７の中心部７ｂがＳ極として機能し、外縁部７ｃ・７ｃがＮ極として機能する磁石として使用する構成としている。

このような構成により、電磁石５と電磁石６は、各磁着面５ａ・６ａにおいて、ワーク１０を磁着することができる。
また、各磁着面５ａ・６ａは極性が異なるように構成しているため、各電磁石５・６でワーク１０を挟圧した状態においても、各磁着面５ａ・６ａにおいて、各電磁石５・６が反発することなく、ワーク１０を磁着することができる。
即ち、本発明の一実施形態に係る把持装置１において、各電磁石５・６の各磁着面５ａ・６ａは、ワーク１０を持着するための磁着面であるとともに、ワーク１０を挟持するための挟持面を兼ねている。

また、コイル８を嵌挿した後の溝部７ａの余剰空間には、パッド９が嵌挿されている。
パッド９は、溝部７ａに対する嵌挿方向の厚みが、該パッド９を溝部７ａに嵌挿したときに、その端部が各磁着面５ａ・６ａから外部に突出するような厚みに構成されている。
これにより、各磁着面５ａ・６ａにワーク１０が当接するときには、必ずパッド９もワーク１０に当接するように構成している。

パッド９は、芯部材７に比して摩擦係数の高い弾性部材（例えば、ゴム等）によって構成されており、電磁石５・６における磁着面５ａ・６ａの摩擦係数を増大させるために設けられている。
さらに、パッド９の表面には、図４に示すように、複数の切れ目９ａが形成されている。
この切れ目９ａの効果によって、パッド９がより柔軟に変形できるようになり、また、切れ目９ａ自身も掛止作用を発揮するため、切れ目９ａは、磁着面５ａ・６ａにおける摩擦係数の増大に寄与している。

そして、各電磁石５・６にパッド９を設けることによって、各電磁石５・６により挟持されたワーク１０が、挟持方向に対して垂直な方向に位置ズレすることを抑制するようにしている。またこれにより、ワーク１０の搬送時における位置決め精度を確保することができる。

ロボットアーム２は、制御装置１１に接続されており、該制御装置１１からの指令信号に従って動作する。
ロボットアーム２は、把持装置１によって、ワーク１０を把持する前においては、制御装置１１からの指令信号に従って、把持装置１をワーク１０の把持に適した所定の位置に配置するように動作する。
また、ロボットアーム２は、把持装置１によって、ワーク１０を把持した後においては、制御装置１１からの指令信号に従って、ワーク１０を所定の場所に搬送するために動作する。

ここでいう、ワーク１０の把持に適した「所定の位置」とは、ワーク１０における把持に適した平面部を有する部位であって、かつ、ワーク１０の重心位置Ｇに最も近接した部位であり、例えば、図１および図２に示す位置Ｘのような位置を「所定の位置」として設定することができる。

この「所定の位置」（例えば、位置Ｘ）は、ワーク１０の重心位置Ｇに一致することが最も望ましいが、一致している必要はなく、ワーク１０の重量および重量バランス、各電磁石５・６により生じる把持力の大小、フレーム３の剛性等を考慮して、偏心した位置であっても設定することができる。
そして、制御装置１１には、ワーク１０の種類ごとの「所定の位置」に係る情報が予め記憶されている。

そして、把持装置１によって、ワーク１０を「所定の位置」（本実施形態では、位置Ｘ）で把持することによって、支持箇所が一箇所でありながら、バランスのとれた安定した把持状態を実現することができる。
また、ワーク１０の種類が変更になった場合であっても、支持箇所が一箇所であることに変わりがないため、種類換えのための大掛かりな機構や多数のアクチュエータ等を必要としない。

次に、種々の実施形態における吸着力の測定結果について、図５を用いて説明をする。
尚、ここで言う「吸着力」とは、把持装置によって把持できるワーク１０の最大重量を意味している。
また本説明では、薄板状（厚さ０．７ｍｍ程度）であって、磁束の漏れが生じてしまうようなワーク１０をワーク１０Ｘと呼び、また、十分な肉厚（厚さ１５ｍｍ程度）があって、磁束の漏れが生じないようなワーク１０をワーク１０Ｙと呼ぶものと規定している。
また、本説明において示す測定結果は、アクチュエータ４としてエアシリンダを採用し、エアの供給圧力を０．５（ＭＰａ）としてワーク１０を挟圧した場合であり、また、電磁石５・６の直径を７０ｍｍとしてワーク１０を磁着した場合の吸着力の測定結果を示している。

まず、図５（ａ）では、アクチュエータ４と、電磁石５・６でない把持部１２・１３を備え、ワーク１０を挟持力のみで把持する態様の把持装置を例示している。
このような態様の把持装置を、ワーク１０Ｘに対して使用した場合には、６２８（Ｎ）の吸着力が得られた。
このため、このような態様の把持装置を使用して、ワーク１０Ｘに対して、２０００（Ｎ）程度の吸着力を得るためには、４点以上の把持部を設ける必要があることが判る。

次に、図５（ｂ）では、電磁石５のみを備え、ワーク１０を磁着力のみで把持する態様の把持装置を例示している。
このような態様の把持装置を、ワーク１０Ｙに対して使用した場合には、１５００（Ｎ）の吸着力が得られた。
このため、このような態様の把持装置を使用して、ワーク１０Ｙに対して、２０００（Ｎ）程度の吸着力を得るためには、２点以上の把持部を設ける必要があることが判る。

次に、図５（ｃ）では、図５（ｂ）と同じ態様の把持装置を、ワーク１０Ｘに用いた場合を例示しており、この場合には、５００（Ｎ）の吸着力が得られた。
このため、このような態様の把持装置を使用して、ワーク１０Ｘに対して、２０００（Ｎ）程度の吸着力を得るためには、４点以上の把持部を設ける必要があることが判る。

次に、図５（ｄ）では、電磁石５と電磁石６を備え、ワーク１０の両面から電磁石により磁着する態様の把持装置を例示している。
このような態様の把持装置を、ワーク１０Ｘに対して使用した場合には、１７８７（Ｎ）の吸着力が得られた。
このため、このような態様の把持装置を使用して、ワーク１０Ｘに対して、２０００（Ｎ）程度の吸着力を得るためには、２点以上の把持部を設ける必要がある。

そして、図５（ｅ）では、本発明の一実施形態に係る把持装置１のように、アクチュエータ４と各電磁石５・６を備え、ワーク１０を挟持力と磁着力を組み合わせて把持する態様の把持装置を例示している。
このような態様の把持装置を、ワーク１０Ｘに対して使用した場合には、２４１５（Ｎ）の吸着力が得られた。
このため、把持装置１を、ワーク１０に対して使用した場合には、２０００（Ｎ）程度の吸着力を得るためには、把持部を１点設けるだけでよい。

即ち、本発明の一実施形態に係る把持装置１は、ワーク１０を把持するための把持装置であって、ワーク１０の対応する表裏面（表面１０ａおよび裏面１０ｂ）に対して当接させる一対の各電磁石５・６と、各電磁石５・６を互いに押圧しあう方向に相対変位させるアクチュエータ４と、各電磁石５・６とアクチュエータ４の動作を制御する制御装置１１と、を備えるとともに、制御装置１１からの指令に従って、アクチュエータ４によって、各電磁石５・６を相対変位させることにより、ワーク１０の重心位置Ｇの近傍における所定の一箇所（即ち、所定の位置Ｘ）を挟圧すると同時に、各電磁石５・６に通電することにより、ワーク１０を位置Ｘにおいて磁着して、ワーク１０を把持するものである。
このような構成により、所定の一箇所（即ち、位置Ｘ）のみを把持する簡易な構成の把持装置１でありながら、大型のワーク１０にも対応し得る把持力を確実に確保できる。

また、把持装置１では、ワーク１０を挟持力と磁着力を組み合わせて把持する態様としているため、例えば、停電等で磁着力が失われたときであっても、発生し得る挟持力の範囲であれば、ワーク１０の把持状態を保持することができる。
また反対に、アクチュエータ４の不具合等により挟持力が失われたときであっても、発生し得る磁着力の範囲であれば、ワーク１０の把持状態を保持することができる。

１把持装置
４アクチュエータ
５電磁石
６電磁石
１０ワーク
１１制御装置

Claims

ワークを把持するための把持装置であって、
前記ワークの対応する表裏面に対して当接させる一対の電磁石と、
前記一対の電磁石の相対する各面を覆い、前記ワークと当接する面に切れ目が形成される弾性体からなる一対のパッドと、
前記一対の電磁石を互いに押圧しあう方向に相対変位させるアクチュエータと、
前記一対の電磁石と前記アクチュエータの動作を制御する制御装置と、
を備えるとともに、
前記制御装置からの指令に従って、
前記アクチュエータによって、前記一対の電磁石を相対変位させることにより、
前記一対の電磁石によって、前記一対のパッドを介して、前記ワークの重心位置の近傍における所定の一箇所を挟圧すると同時に、
前記一対の電磁石に通電することにより、
前記一対の電磁石によって、前記一対のパッドを介して、前記ワークを前記所定の一箇所において磁着して、前記ワークを把持する、
ことを特徴とする把持装置。