JP5798333B2 - ロボットハンド - Google Patents

Description

本発明は、ワークを把持するロボットハンドの技術に関する。

ロボットハンドは、搬送ロボットを構成するアクチュエータとして公知である。より詳しくは、ロボットハンドは、搬送ロボットのアームに支持され、ワークを把持するためのアクチュエータである。例えば、特許文献１は、複数のフィンガー（ツメ）を備えるロボットハンドを開示している。

ロボットハンドは、様々な形状または大きさのワークを把持できるように構成されている。例えば、３つのツメでワークを上方から把持する構成のロボットハンドでは、様々な形状または大きさのワークを把持できるように、把持ストロークが可変となるように構成されている。把持ストロークとは、例えば平面視における仮想円の円周上に３つのツメが配置されているロボットハンドでは、仮想円の半径がツメの把持ストロークである。このような把持ストロークを可変とするロボットハンドでは、３つのツメを水平方向に直線移動させる駆動機構およびモータを配置する必要ある。

一方、搬送ロボットでは、アームに支持された状態で搬送されるもの、すなわちロボットハンドおよびワークの重量および全長に制限がある。そのため、ロボットハンドは、軽量かつ小型であることが望ましい。そこで、把持ストロークを可変とするロボットハンドでは、駆動機構およびモータを含めて、軽量化かつ小型化することが課題となる。

特開２００７−２２２９７１号公報

本発明の解決しようとする課題は、把持ストロークを可変にしつつ、軽量化かつ小型化できるロボットハンドを提供することである。

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、ワークを把持するロボットハンドであって、水平方向に配置されるサーボモータと、鉛直軸を中心とする平面視における仮想円の円周上に配置される複数のツメと、前記サーボモータによって駆動されるウォームと、鉛直軸周りに回転するウォームホイールと、を具備し、前記ウォームと前記ウォームホイールとを螺合することによって、前記サーボモータの水平軸周りの回転を、前記ウォームホイールの前記鉛直軸周りの回転に変換する第１変換機構と、前記鉛直軸上にて前記ウォームホイールに固定され、内側に台形ネジ部が形成される筒部と、外側に台形ネジ部が形成される軸と、を具備し、前記筒部と前記軸とを螺合することによって、前記ウォームホイールの前記鉛直軸周りの回転を、前記軸の前記鉛直軸方向の直線移動に変換する第２変換機構と、前記軸の下端から前記ツメに向かって水平方向に延設され、先端に突起部が形成される支持部と、前記突起部が移動する通路が内部に形成されるツメ支持部と、を具備し、前記通路は、径方向の外側から内側、かつ、鉛直方向の上側から下側に向かうように形成され、前記突起部が前記通路を移動することによって、前記軸の前記鉛直軸方向の直線移動を、前記ツメ支持部の前記仮想円における径方向の直線移動に変換し、前記支持部によって、前記軸の鉛直軸周りの回転が規制される第３変換機構と、を具備し、前記ツメは、前記第３変換機構によって、前記仮想円の径方向に移動するものである。

本発明のロボットハンドによれば、把持ストロークを可変にしつつ、軽量化かつ小型化できる。

本発明の実施形態に係る搬送ロボットの全体的な構成を示した構成図。 同じくロボットハンドのツメの配置を示す平面図。 同じくロボットハンドの全体的な構成を示す平面図。 同じくロボットハンドの全体的な構成を示す側面図。 第３変換機構の作用を示す一部断面図。

図１を用いて、搬送ロボットについて説明する。
搬送ロボット１００は、本発明のロボットハンドによって構成される実施形態である。本実施形態の搬送ロボット１００は、自動車工場に配置されているものとする。また、搬送ロボット１００は、エンジンのシャーシを構成するナックルキャリア（以下、単にワークとする）を搬送するものとする。搬送ロボット１００は、ワークを上方から把持し、ワークを所定距離だけ搬送し、ワークを上方から解放するものである。

搬送ロボット１００は、支持部６と、旋回部７と、第１アーム８と、第２アーム９と、ロボットハンド１０と、コントローラ５と、を具備している。支持部６は、搬送ロボット１００を配置場所の床面等に支持固定するものである。旋回部７は、上部７Ａが下部７Ｂに対して駆動機構によって旋回するように構成され、搬送ロボット１００を旋回させるものである。第１アーム８は、駆動機構によって旋回部７に対し上下方向に回動するように構成されている。第２アーム９は、駆動機構によって第１アーム８に対し上下方向に回動するように構成されている。ロボットハンド１０は、駆動機構によって第２アーム９に対し上下方向に回動するように構成されている。ロボットハンド１０について、詳しくは後述する。

コントローラ５は、搬送ロボット１００の各駆動機構に接続されている。コントローラ５は、搬送ロボット１００の各駆動機構を制御することによって、ワークを上方から把持し、ワークを所定距離だけ搬送し、ワークを上方から解放する機能を有している。

図２を用いて、ロボットハンド１０のツメ６０の配置について説明する。
図２では、説明を分かり易くするため、ロボットハンド１０のツメ６０のみを示している。

ロボットハンド１０は、３つのツメ６０を具備している。３つのツメ６０は、鉛直軸Ｐを中心とする平面視における仮想円Ｒの円周上に配置されている。ツメ６０とツメ６０とによって形成される角度は、それぞれ１２０°とされている。ここで、仮想円Ｒの半径方向を径方向Ｄと定義する。ツメ６０は、径方向Ｄに直線移動（把持ストローク）することによって、ワークを上方から把持し、ワークを上方から解放するものである。以下では、図２に示す水平方向および鉛直方向、ならびに、鉛直軸Ｐおよび径方向Ｄに従って、ロボットハンド１０について説明する。

図３および図４を用いて、ロボットハンド１０について説明する。
図３および図４では、説明を分かり易くするために、ロボットハンド１０の各機構のみを記載している。さらに、図４の左方には筒部４１の一部断面図を示している。

ロボットハンド１０の構成について説明する。
ロボットハンド１０は、駆動機構２０と、第１変換機構３０と、第２変換機構４０と、第３変換機構５０と、３つのツメ６０と、を具備している。

駆動機構２０の構成について説明する。
駆動機構２０は、サーボモータ２１と、駆動軸２２と、を具備している。サーボモータ２１は、コントローラ５と、接続されている。サーボモータ２１は、軸が水平方向と平行になるように配置されている。サーボモータ２１は、サーボアンプと、モータと、エンコーダと、を具備している。サーボアンプは、コントローラ５からの指令を受け、モータを制御するものである。モータは、駆動軸２２を回転駆動するものである。エンコーダは、モータの制御の状態である回転を検出し、サーボアンプにフィードバックするものである。駆動軸２２は、軸が水平方向と平行になるように配置されている。

第１変換機構３０について説明する
第１変換機構３０は、ウォーム３１と、ウォームホイール３２と、を具備している。ウォーム３１は、ネジ歯車であって、駆動軸２２の他端側に固定して配置されている。ウォームホイール３２は、はす歯歯車であって、ウォーム３１に歯合されている。

駆動機構２０および第１変換機構３０の作用について説明する。
すなわち、コントローラ５は、サーボモータ２１を駆動することによって、ウォーム３１を水平軸周りに回転させる。ウォーム３１の水平軸周りの回転に従って、ウォームホイール３２が鉛直軸Ｐ周りに回転する。

すなわち、第１変換機構３０は、ウォーム３１とウォームホイール３２とを螺合することによって、サーボモータ２１の水平軸周りの回転を、ウォームホイール３２の鉛直軸Ｐ周りの回転に変換する機構である。

第２変換機構４０の構成について説明する。
第２変換機構４０は、筒部４１と、軸４２と、を具備している。筒部４１は、パイプ形状に形成されている。筒部４１は、軸が鉛直軸Ｐと同軸上に配置されている。筒部４１の上部は、ウォームホイール３２の中心に固定して配置されている。筒部４１の内部には、台形ネジ部４１Ａが形成されている。台形ネジ部４１Ａとは、断面が台形の連続で形成さ
れるネジ部のことである。

軸４２は、軸が鉛直軸Ｐと同軸上に配置されている。軸４２の下端には、後述する支持部５１Ａ・５１Ｂ・５１Ｃが固定して配置されている。軸４２の外側には、台形ネジ部４２Ａが形成されている。軸４２の台形ネジ部４２Ａと、筒部４１の台形ネジ部４１Ａとは、螺合するように構成されている。

第２変換機構４０の作用について説明する。
すなわち、ウォームホイール３２の鉛直軸Ｐ周りの回転に従って、筒部４１は、鉛直軸Ｐ周りに回転する。筒部４１の鉛直軸Ｐ周りの回転に従って、軸４２は、鉛直軸Ｐ周りに回転しようとする。しかし、軸４２の下端に後述する支持部５１Ａ・５１Ｂ・５１Ｃが固定して配置されているため、鉛直軸Ｐ周りの回転が規制される。このとき、台形ネジ部４２Ａと台形ネジ部４１Ａとが螺合しているため、筒部４１の鉛直軸Ｐ周りの回転に従って、軸４２は、鉛直軸Ｐ方向（上下方向）へ直線移動する。

すなわち、第２変換機構４０は、筒部４１と軸４２とを螺合することによって、ウォームホイール３２の鉛直軸Ｐ周りの回転を、軸４２の鉛直軸Ｐ方向の直線移動に変換する機構である。

図３〜図５を用いて、第３変換機構５０について説明する。
なお、図５は、ツメ支持部５５Ａの一部断面図を示している。また、図５（Ａ）の上方には、突起部５４Ａの斜視図を拡大して示している。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態から軸４２が上向きに直線移動したときの第３変換機構５０の作用について示している。

第３変換機構５０の構成について説明する。
第３変換機構５０は、支持台５１と、３つの支持部５３Ａ・５３Ｂ・５３Ｃと、３つのツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃと、を具備している。支持台５１は、平面視において、Ｙ字形状に形成されている。

支持部５３Ａ・５３Ｂ・５３Ｃは、略直方体で形成されている。支持部５３Ａ・５３Ｂ・５３Ｃは、平面視において、長手方向が軸４２を中心としたＹ字形状を構成するように配置されている。支持部５３Ａと支持部５３Ｂとによって形成される角度、支持部５３Ａと支持部５３Ｃとによって形成される角度は、それぞれ１２０°とされている。支持部５３Ａ・５３Ｂ・５３Ｃの一端は、軸４２の下端に固定して配置されている。支持部５３Ａ・５３Ｂ・５３Ｃの他端には、突起部５４Ａ・５４Ｂ・５４Ｃが形成されている。突起部５４Ａ・５４Ｂ・５４Ｃは、後述する通路５７Ａ・５７Ｂ・５７Ｃに嵌合されている。

ツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃは、１辺が切り欠かれた略直方体で形成されている。ツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃは、平面視において、軸４２を中心とした仮想円Ｒ（図３参照）上にそれぞれ１２０°の間隔を空けて配置されている。ツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃは、切り欠かれた側を軸４２に向けて配置されている。ツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃは、支持台５１上において、径方向Ｄに移動可能に構成されている。

ツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃの内部には、通路５７Ａ・５７Ｂ・５７Ｃが形成されている。通路５７Ａ・５７Ｂ・５７Ｃは、ツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃの鉛直方向の上側かつ径方向Ｄの外側から、ツメ支持部４６の鉛直方向の下側かつ径方向Ｄの内側に向かって（図４（Ａ）における矢印Ｌ、以下、傾斜方向Ｌとする）形成されている。言い換えれば、通路５７Ａ・５７Ｂ・５７Ｃは、径方向Ｄの外側から内側、かつ、鉛直方向の上側から下側に向かうように形成されている。通路５７Ａ・５７Ｂ・５７Ｃには、上述した突起部５４Ａ・５４Ｂ・５４Ｃが嵌合して傾斜方向Ｌにのみ移動するように構成されている。

第３変換機構５０の作用について説明する。
すなわち、軸４２の鉛直軸Ｐ方向の上向きの直線移動（図４における矢印Ｓ１）に従って、突起部５４Ａ・５４Ｂ・５４Ｃは、通路５７Ａ・５７Ｂ・５７Ｃに沿って傾斜方向Ｌに沿って移動する。突起部５４Ａ・５４Ｂ・５４Ｃの通路５７Ａ・５７Ｂ・５７Ｃに沿った傾斜方向Ｌの移動に従って、ツメ支持部４６は径方向Ｄの内向きに移動する（図４における矢印Ｓ２）。ツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃの径方向Ｄの内向きの移動に従って、連結部６１・６１・６１およびツメ６０・６０・６０は、径方向Ｄの内向きに移動する（図４における矢印Ｓ３）。

すなわち、第３変換機構５０は、突起部５４Ａ・５４Ｂ・５４Ｃが通路５７Ａ・５７Ｂ・５７Ｃを傾斜方向Ｌに移動することによって、軸４２の鉛直軸Ｐ方向の直線移動を、ツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃの仮想円Ｒにおける径方向Ｄの直線移動に変換する機構である。

ツメ６０・６０・６０は、連結部６１・６１・６１を介して、ツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃに固定して配置されている。

ロボットハンド１０の作用について説明する。
すなわち、コントローラ５は、サーボモータ２１を駆動し、第１変換機構３０によって、ウォームホイール３２が鉛直軸Ｐ周りに回転する。ウォームホイール３２が鉛直軸Ｐ周りに回転すると、第２変換機構４０によって、軸４２は、鉛直軸Ｐ方向（上下方向）へ直線移動する。軸４２が鉛直軸Ｐ方向へ直線移動すると、第３変換機構５０によって、ツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃおよびツメ６０・６０・６０は、径方向Ｄへ移動する。例えば、軸４２が鉛直軸Ｐ方向の上向きに直線移動（図４における矢印Ｓ１）すると、第３変換機構５０によって、ツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃおよびツメ６０・６０・６０は、径方向Ｄの内向きに移動する（図４における矢印Ｓ２）。逆に、軸４２が鉛直軸Ｐ方向の下向きに直線移動すると、第３変換機構５０によって、ツメ支持部５５Ａ・５５Ｂ・５５Ｃおよびツメ６０・６０・６０は、径方向Ｄの外向きに移動する。

ロボットハンド１０の効果について説明する。
ロボットハンド１０によれば、把持ストローク（径方向Ｄの直線移動）を可変にしつつ、軽量化かつ小型化できる。すなわち、サーボモータ２１を鉛直軸Ｐに対して直角となる水平方向に配置することによって、ロボットハンド１０の全長を低くすることができる。また、第１変換機構３０をウォームギア（ウォーム３１およびウォームホイール３２）による簡易な構成とすることによって、軽量化し、高い減速比を得ることができる。さらに、第２変換機構４０を台形ネジ部４２Ａと台形ネジ部４１Ａとを螺合させることによる簡易な構成とすることで、軽量化かつ小型化することができる。さらに、第３変換機構５０を突起部５４Ａ・５４Ｂ・５４Ｃが通路５７Ａ・５７Ｂ・５７Ｃに沿って傾斜方向Ｌの移動させる簡易な構成とすることで、軽量化かつ小型化することができる。

５ コントローラ
１０ ロボットハンド
２０ 駆動機構
２１ サーボモータ
２２ 駆動軸
３０ 第１変換機構
３１ ウォーム
３２ ウォームホイール
４０ 第２変換機構
４１ 筒部
４２ 軸
５０ 第３変換機構
５３Ａ 支持部
５４Ａ 突起部
５５Ａ ツメ支持部
５７Ａ 通路
６０ ツメ
１００ 搬送ロボット
Ｄ 径方向
Ｐ 鉛直軸
Ｒ 仮想円

Claims (1)

1. ワークを把持するロボットハンドであって、
   水平方向に配置されるサーボモータと、
   鉛直軸を中心とする平面視における仮想円の円周上に配置される複数のツメと、
   前記サーボモータによって駆動されるウォームと、鉛直軸周りに回転するウォームホイールと、を具備し、前記ウォームと前記ウォームホイールとを螺合することによって、前記サーボモータの水平軸周りの回転を、前記ウォームホイールの前記鉛直軸周りの回転に変換する第１変換機構と、
   前記鉛直軸上にて前記ウォームホイールに固定され、内側に台形ネジ部が形成される筒部と、外側に台形ネジ部が形成される軸と、を具備し、前記筒部と前記軸とを螺合することによって、前記ウォームホイールの前記鉛直軸周りの回転を、前記軸の前記鉛直軸方向の直線移動に変換する第２変換機構と、
   前記軸の下端から前記ツメに向かって水平方向に延設され、先端に突起部が形成される支持部と、前記突起部が移動する通路が内部に形成されるツメ支持部と、を具備し、前記通路は、径方向の外側から内側、かつ、鉛直方向の上側から下側に向かうように形成され、前記突起部が前記通路を移動することによって、前記軸の前記鉛直軸方向の直線移動を、前記ツメ支持部の前記仮想円における径方向の直線移動に変換し、前記支持部によって、前記軸の鉛直軸周りの回転が規制される第３変換機構と、
   を具備し、
   前記ツメは、
   前記第３変換機構によって、前記仮想円の径方向に移動する、
   ロボットハンド。

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