JP5815923B2 - 電動ハンド - Google Patents
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Description
しかしながら、ロボットのアームの先端に取り付けて使用する場合には、小形の電動ハンドであることが望まれるが、特許文献1の電動ハンドは、ねじ部を有した回転軸がステッピングモータの出力軸に直結されているので、電動ハンド全体としての長さが回転軸の軸方向に長くなり、大型になり勝ちである。
さらに、破損が生じやすい把持対象物の場合、電動ハンドには適度な柔軟性が要求される。一方、柔軟性を有する電動ハンドの場合、一対の把持部材の移動量の正確な把握が困難となる。そのため、把持対象物が破損しやすい場合、把持の柔軟性と把持力の正確な検出とを両立させる必要がある。
前記回転軸2は、本体11内にサーボモータ1の出力軸9と平行となるように配設され、両端部が軸受12によって回転可能に支持されている。この回転軸2とサーボモータ1の出力軸9は、共に一端部が本体11の側面から外方に突出しており、その回転軸2と出力軸9の一端部間は伝動機構、例えばベルト伝動機構13により連結されている。つまり、回転軸2と出力軸9の一端部には、それぞれ歯付きプーリー14,15が取着されている。そして、両歯付きプーリー14,15間に歯付きベルト16が掛け渡されている。したがって、サーボモータ1が起動すると、その出力軸9の回転がベルト伝動機構13によって回転軸2に伝達される。なお、ベルト伝動機構13は、本体11に取り付けられたカバー17によって覆い隠されている。
直動部材3,4は、互いに対向する端部側に径大部3a,4aを有している。そして、直動部材3,4には、ばね部材としての圧縮コイルばね20,21が巻装されており、直動部材3側の圧縮コイルばね20は、両端を径大部3aおよび一方の軸受12に押し当て、直動部材4側の圧縮コイルばね21は、両端を径大部4aおよび他方の軸受12に押し当てている。このように設けられた圧縮コイルばね20,21は、直動部材3,4を互いに反対方向である接近方向に付勢している。
また、図2に示すように、第2の連結部材30,31のうちの一方の第2の連結部材30の連結部30bは、一方の直動部材3に着脱可能に取り付けられ、他方の第2の連結部材30の連結部31bは、他方の直動部材4に着脱可能に取り付けられる。
一方、図2に示すように、直動部材3,4に取り付けられた状態で第2の連結部材30,31のレッグ部30a,31aの他端部は、案内部材22の開口部27内にあって互いに干渉しないように当該開口部27の幅方向の一方側および他方側に偏って位置し、このレッグ部の他端部に互いに接近する方向に伸びる長いL字形の取付部30c,31cが延長されている。そして、取付部30cがスライダ25にねじ33によって着脱可能に取り付けられ、取付部31cがスライダ24にねじ33によって着脱可能に取り付けられている。
図3に示す場合、連結部材28は、連結部28bから筒状に延びる筒部28dを有している。筒部28dは、連結部28bと一体に、連結部28bから軸受12側へ筒状に延びて形成されている。直動部材3の径大部3aは、この筒部28dの内側に挿入されている。これにより、直動部材3は、径大部3aが筒部28dの内側において回転軸2の軸方向へ往復移動可能である。この直動部材3と連結部材28との間には、弾性部材50が挟み込まれている。弾性部材50は、直動部材3の径大部3aの端面と、連結部材28の筒部28dの連結部28b側の端面との間に挟み込まれている。弾性部材50は、例えばゴムや発泡樹脂などの弾性を有する柔軟な材料で形成されている。これにより、直動部材3の径大部3aが連結部材28の筒部28dへ押し込まれる方向へ移動するとき、弾性部材50は圧縮される。一方、直動部材3の径大部3aが連結部材28の筒部28dから抜き出る方向へ移動するとき、弾性部材50は伸長する。
電動ハンドは、上記の機械的な構成に加え、変位量センサ61および制御部62を備えている。変位量センサ61は、直動部材3と連結部材28、および直動部材4と連結部材29との間の相対的な移動距離に基づいて、弾性部材50の変位量を検出する。変位量センサ61は、一方の端部が直動部材3,4に取り付けられ、他方の端部が連結部材28、29に取り付けられている。変位量センサ61は、直動部材3,4と連結部材28,29との間の相対的な移動距離に基づいて、この移動距離に対応する弾性部材50の変位量を検出する。図3に示す具体的な例の場合、変位量センサ61は、一方が直動部材3に取り付けられ、他方が連結部材28に取り付けられている。変位量センサ61は、この直動部材3と連結部材28との間の相対的な距離の変化を検出するリニアセンサである。
式(1)において、xは弾性部材50の変位量(m)であり、kは弾性部材50のばね定数(N/m)である。このように、把持力Fは、変位量センサ61で検出した弾性部材50の変位量xに基づいて、弾性部材50について既知のばね定数kから算出される。弾性部材50の変位量は、弾性部材50が変位を開始してからの直動部材3,4と連結部材28,29との間の相対的な移動量に一致する。すなわち、弾性部材50が変位を開始する位置が既知であれば、そこからの直動部材3,4と連結部材28,29との相対的な移動量は弾性部材50の変位量となる。この弾性部材50の変位量は、連結部材28,29によって直動部材3,4と連結される把持部材5,6および把持部材7,8の移動量に一致する。その結果、把持力Fは、上記の式(1)から算出することができる。このように、把持力算出部63は、変位量センサ61で検出した弾性部材50の変位量xに基づいて、把持力Fを算出する。
まず、図5に基づいて把持対象物の破壊を考慮した制御について説明する。なお、この制御手順では、図1に示す構成の電動ハンドを例に説明する。
電動ハンドの運転が開始されると、制御部62は、把持部材5,6を移動させる(S101)。具体的には、制御部62は、サーボモータ1を駆動し、直動部材3,4を互いに接近する方向へ駆動する。そして、制御部62は、変位量センサ61で変位量xを検出する(S102)。すなわち、制御部62は、任意の測定時期において、変位量センサ61から出力される電気信号に基づいて、直動部材3,4と連結部材28,29との間の相対的な移動距離を変位量xとして取得する。
電動ハンドの運転が開始されると、制御部62は、把持部材5,6を移動させる(S201)。具体的には、制御部62は、サーボモータ1を駆動し、直動部材3,4を互いに接近する方向へ駆動する。そして、制御部62は、変位量センサ61で変位量xを検出し、ロータリエンコーダ10で変位量rを検出する(S202)。すなわち、制御部62は、任意の測定時期において、変位量センサ61およびロータリエンコーダ10から出力される電気信号に基づいて、変位量xおよび変位量rを取得する。ここで、変位量xは、上記の通り、直動部材3,4と連結部材28,29との間の相対的な移動距離である。また、変位量rは、ロータリエンコーダ10で取得したサーボモータ1の回転位置に基づいて取得した変位量である。
このように本実施形態によれば、回転軸2がサーボモータ1と並列に配設されているので、本体11としては、サーボモータ1の出力軸9に回転軸2を直結する場合とは異なり、それ程長尺にならず、小型化できる。
また、本発実施形態では、回転軸2に沿って移動する直動部材3,4と把持部材5,6,7,8に連結される連結部材28,29,30,31との間に弾性部材50を備えている。弾性部材50は、直動部材3,4と連結部材28,29,30,31とが接近するとき圧縮され、直動部材3,4と連結部材28,29,30,31とが離間するとき伸長する。このように、直動部材3,4と連結部材28,29,30,31との間に弾性部材50を設けることにより、把持部材5,6,7,8から把持対象物へ加わる力の一部は弾性部材50の変形によって吸収される。したがって、把持対象物が破損しやすい場合でも、把持対象物を柔軟に把持することができる。
駆動源としてのモータは、ステッピングモータであっても良い。
サーボモータ1から回転軸2へは、歯車伝動機構によって回転伝達する構成であっても良い。
圧縮コイルばねを一対の直動部材3,4間に介在させて直動部材3,4を互いに離間する方向に付勢し、直動部材3,4の離間方向の移動によって一対の把持部材を閉じ方向或いは開き方向に移動させて把持対象物を把持するようにしても良い。
スライダ24,25を省略し、直動部材3,4を第1の連結部材28,29或いは第2の連結部材30,31によって第1の把持部材5,6或いは第2の把持部材7,8に連結する構成としても良い。
電動ハンドの用途としては、ロボットに取り付けられるものに限られない。
また、弾性部材50は、直動部材3,4と連結部材28,29,30,31との間であれば、いずれの位置に配置しても良い。
Claims (2)
- ハンド本体に設けられたモータの回転を一対の把持部材の開閉動作に変換して把持対象物を把持する電動ハンドにおいて、
前記ハンド本体に、前記モータの出力軸と平行となるように回転可能に設けられ、外周に右ねじおよび左ねじを形成した回転軸と、
前記モータの前記出力軸の回転を前記回転軸に伝達する伝動機構と、
前記回転軸の前記右ねじおよび前記左ねじにそれぞれ螺合するねじ手段を有し、前記回転軸の一方向の回転および前記一方向とは逆の他方向の回転に伴って互いに接近する方向および互いに離間する方向に移動する一対の直動部材と、
前記一対の直動部材を互いに接近する方向および互いに離間する方向のうちのいずれか一方の方向に付勢するばね部材と、
前記一対の直動部材と前記一対の把持部材とを連結する連結部材と、
前記直動部材と前記連結部材の前記把持部材が連結される端部とは反対の端部側との間において、前記直動部材と前記連結部材との間に挟み込まれて設けられるとともに、前記回転軸の径方向において外周側が前記連結部材で包囲されており、前記直動部材と前記連結部材との接近によって圧縮され、前記直動部材と前記連結部材との離間によって伸長する弾性部材と、
前記把持部材によって前記把持対象物を把持する把持力を、前記弾性部材のばね定数を用いて算出するために、前記直動部材と前記連結部材との間の相対的な移動距離に基づいて、前記弾性部材の変位量を検出する変位量センサと、を備え、
前記連結部材は、
前記一対の直動部材と前記一対の把持部材との移動方向が一致するように前記一対の直動部材の一方と前記一対の把持部材の一方、および前記一対の直動部材の他方と前記一対の把持部材の他方とを連結し、
または前記一対の直動部材と前記一対の把持部材との移動方向が逆になるように前記一対の直動部材の一方と前記一対の把持部材の他方、および前記一対の直動部材の他方と前記一対の直動部材の一方とを連結し、
前記一対の直動部材の移動方向を変換して前記一対の把持部材へ伝達することを特徴とする電動ハンド。 - 前記モータの回転位置を検出する回転センサと、
前記変位量センサで検出した前記弾性部材の変位量に基づいて前記把持部材による把持対象物の把持力を算出する把持力算出手段と、
前記回転センサで検出した前記モータの回転位置、および前記変位量センサで検出した前記弾性部材の変位量に基づいて、前記モータの回転位置を制御して前記把持部材の変位量を制御する変位量制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の電動ハンド。
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