JP5907900B2

JP5907900B2 - 回転式複数部品把持具

Info

Publication number: JP5907900B2
Application number: JP2013000307A
Authority: JP
Inventors: 桧山　昌之; 昌之桧山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2033-01-07
Also published as: JP2014131821A

Description

この発明は、生産ラインなどで使用されるロボットにおいて、複数部品を把持するロボットハンドの構造に係り、特に、簡単な構造で、効率良く複数部品を把持する回転式複数部品把持具に関するものである。

昨今、生産コスト低減や品質安定化のため、生産ラインの自動化が進められており、ロボットによる自動化は、その汎用性から、多くの生産ラインに導入されている。
ここで、ロボットを利用した生産システムにおいて、生産効率向上や変種変量生産に対応するため、１つのハンドで複数部品を把持可能な様々なハンドが提案されている。
人と同じような多指ハンド（例えば特許文献１）の構造を構築し、指の位相や曲がり具合を制御し、様々な部品に対応している。
また、ハンド左右に複数の芯を整列配置し、把持対象部品の形状に合わせて、受動的に動作させ、押し出し量を変化させ、固定することにより、様々な部品に対して、確実な把持を実現している（例えば特許文献２）。
さらには、複数のツール取付け部に従来のハンド機構を取り付け、把持対象に応じて回転させるターレットハンド（例えば特許文献３、特許文献４）などである。

特開２００８−１７８９３９号公報（段落［０００４］、図２）特開平５−１６９３８７号公報（段落［０００５］〜［０００６］、図１、図２）特開平５−１１１８９２号公報（段落［０００７］、図２）特開２０００−３３４６８８号公報（段落［０００８］、図１）

ロボットを利用した生産ラインの自動化では、昨今の多品種少量生産から変種変量生産へとますます品種変動・生産量変動への対応が要求されている。これより、機種変更時における段取り替えロスを削減することが重要である。そこで、ロボットハンドには、形状の異なる複数部品を確実に把持するとともに、部品をパレットや組立治具へ設置するために、把持位置・姿勢の再現性の他、作業環境への干渉回避の容易性などが求められている。また、生産コスト低減のため、タクト短縮、面積生産効率の向上や、安価なシステムで構成可能なことも求められている。

特許文献１では、人の指が対象物体の形状に対して、高いフレキシビリティを有していることに着目し、人間の指と同様な多関節構造を有している。特許文献１のように３本、あるいは、４本の指構造から構成され、形状の異なる複数部品に応じて、各関節の角度を制御することにより指を所望の形状とし、確実な把持を可能としている。
しかし、フレキシビリティが高すぎ、対象部品に対して把持可能な指形状が多数存在するとともに、それらの優位差を判断する基準が不明確であり、最適形状を選択することは困難である。また、把持状態が指形状に大きく依存するとともに、複雑な形状の部品に対し、把持状態の再現性が低いため、生産ラインでの位置・姿勢をあわせた作業時には、毎回視覚センサなどにより把持状態を確認する必要が発生する。これにより、設備費用が増加するとともに、処理時間を要するため、タクト増加を誘発してしまう。

特許文献２では、指先に複数の芯を伸縮自在に整列配置し、把持対象の形状に沿って複数の芯の出し入れ量が決定されることで、多種多様な対象を確実に把持可能な構造となっている。
しかし、滑らかな芯の出し入れを実現するためには、すべり軸受けや無給油ブッシュなどの摺動構造が必須で、小型化が困難であるため、部品コストが増加してしまう。ここで、すべり軸受けや無給油ブッシュなどに使用される材料は青銅材などの非磁性体や焼結部材などの透磁率が低い材料が多く、把持時の固定に使用する電磁石が大型化してしまい、ハンドの小型化はさらに困難である。
また、把持状態は、複数の芯とワークとの摩擦状況などに大きく影響されるため、一意に決定されず、生産ラインでの位置・姿勢をあわせた作業時には、毎回視覚センサなどにより把持状態を確認する必要が発生する。これにより、設備費用が増加するとともに、処理時間を要するため、タクト増加を誘発してしまう。
さらに、構造上、爪部の左右には伸縮動作のための大きなスペースが必要であり、部品把持・リリース空間などの他、環境側に干渉防止用のスペースが別途必要となる。

特許文献３、特許文献４は、回転自在のターレット構造を有するものである。これらは、ターレットに複数ハンドを設置し、複数部品の把持を容易に実現するとともに、対象ハンド以外のハンドは、水平方向や斜め上方に配置されるため、ワークとの干渉はもちろんのこと、作業環境との干渉を回避しやすい構造となっている。
しかし、特許文献３では、干渉回避量に制約がある。構造上、回転ターレットからハンドだけ突出しているため、干渉回避量はこのハンド長さで決定される。ハンド爪部の延長では、把持力が低下するため、ハンド長さを延長するしかない。これは重量の増加、および、大型化を誘発し、切り替え時間が増加するとともに、より出力が大きな回転駆動源が必要となる。また、ロボットの工具軸とハンド中心軸とには、必ずオフセットが存在し、工具軸の回転動作により、ハンド中心軸の水平面位置が変化してしまうため、教示がしにくい構造となっている。

一方、特許文献４では、特許文献３と異なり、ターレット回転駆動源であるステッピングモータをハンド中心軸がロボット軸と一致するように姿勢をオフセットさせた構造となっているため、より干渉回避が容易となる構造であるとともに、教示における問題点は解消されている。しかし、搭載可能なハンド数と、干渉回避の容易さとはトレードオフの関係にあり、通常、３〜４個程度の複数ハンドのものが一般的となっている。また、構成が略Ｙ字型となるため、設置ハンド数が２個程度と少ない場合には、他の構造のハンドと比較し、かえって大型化したり、重量が増加したりしてしまい、干渉回避問題や、高速動作に制約が発生するなどの課題が存在する。

この発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、 (1)把持位置が再現良いこと、 (2)設置する複数ハンドの個数に見合った重量、大きさを有すること、 (3)部品だけでなく、作業環境に対する干渉回避が容易、かつ十分であること、 (4)複数ハンドの切り替え時間が短いこと、を満足する安価な複数部品把持具を得ることを目的としている。

本発明に係る複数部品把持具は、軸方向の直動軸からなるロボットエンドエフェクタ軸と、それぞれ前記ロボットエンドエフェクタ軸に平行な回転軸からなる３軸とを備えるものであって、昇降機構を有する複数の部品把持部と、前記複数の部品把持部が前記ロボットエンドエフェクタ軸と同一円周上に設置される回転インデックスと、前記複数の部品把持部の昇降機構を選択的に駆動し前記複数の部品把持部のいずれかについて部品把持のための下降動作を行わせる昇降駆動手段と、前記昇降駆動手段による前記部品把持部の下降動作に同期して前記回転インデックスを前記部品把持部の中心軸が前記ロボットエンドエフェクタ軸と一致するように回転させる回転駆動手段とを備え、前記複数の部品把持部の中心軸が前記ロボットエンドエフェクタ軸と一致した位相状態を検出する位置検出センサからなる位相検出手段を設けるとともに、前記位相検出手段により検出された前記位相状態で前記回転インデックスを保持する位相保持手段を設けたものである。

この発明によれば、複数部品の把持動作において、対象把持部の中心軸をロボットエンドエフェクタ軸へ移動させる動作と対象把持部の移動動作を同時に実現するため、切り替え時間が短縮でき、段取り替えロス削減、あるいは、システムとしてのフレキシビリティ性が向上する。また、容易にロボット教示ができるとともに、動作環境と把持具との干渉が防止できるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態１における全体構成概念図である。本発明の実施の形態１における回転式複数部品把持具の側面図である。本発明の実施の形態１における圧縮エア配管接続に関する模式図である。本発明の実施の形態２における圧縮エア配管接続に関する模式図である。本発明の実施の形態３における動作を説明する模式図である。本発明の実施の形態３における圧縮エア配管接続に関する模式図である。本発明の実施の形態４における回転式複数部品把持具の側面図である。本発明の実施の形態４におけるギヤ構造に関する説明図である。本発明の実施の形態４における動作を説明する模式図である。本発明の実施の形態５における回転式複数部品把持具の側面図である。本発明の実施の形態５における正転・逆転切り替え可能な回転直動変換機構の正面図である。本発明の実施の形態５における動作を説明する模式図である。

実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１におけるロボット１と回転式複数部品把持具２の全体概観図を示す。ロボット１の一例として、略鉛直軸に平行な３軸（Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３）と、鉛直軸方向の直動軸（Ｊ４）の合計４自由度からなる水平多関節ロボットで説明を行う。
最終軸のＪ４軸がロボットエンドエフェクタ軸１１であり、垂直多関節ロボットなど他の形式のロボットの場合においても、最終軸がロボットエンドエフェクタ軸１１となる。
回転式複数部品把持具２は、ロボットエンドエフェクタ軸１１に固定されるとともに、部品把持やリリースを行う複数の部品把持部２５ａ、２５ｂを備え、一方の部品把持部２５a（下降位置側部品把持部）の中心軸とロボットエンドエフェクタ軸１１を一致させている。これにより、ロボットエンドエフェクタ軸１１の回転が、部品把持部２５ａの回転となるため、部品把持部２５ａを利用した動作での教示が容易となる。また、昇降機構の利用により、作業環境との干渉を容易に回避可能となっている。

次に、回転式複数部品把持具２の詳細構造を説明する。図２に本発明の実施の形態１における回転式複数部品把持具２の側面図を示す。接続アダプタ２１がロボットエンドエフェクタ軸１１に固定されている。また、接続アダプタ２１下方には、回転駆動源２２ａが固定され、その回転軸は回転インデックス２２ｂに接続されている。さらに、回転インデックス２２ｂには、部品把持部２５ａ、２５ｂを直線的に往復移動する移動機構であって部品把持部２５ａ、２５ｂが先端に固定された昇降機構となる２つのエアシリンダ２４ａ、２４ｂが固定されている。
すなわち、複数の部品把持部２５ａ、２５ｂがロボットエンドエフェクタ軸１１と同一円周上に設置されている。そして、部品把持部２５ａ、２５ｂはロボットエンドエフェクタ軸１１におけるエンドエフェクタ座標のｘ軸、あるいはｙ軸に対して対称となる位相に配置されているものである。また、２つの部品把持部２５ａ、２５ｂの位相間隔は１８０度である。これより、回転インデックス２２ｂが回転駆動源２２ａによって回転させられると、２つのエアシリンダ２４ａ、２４ｂ、ひいては、部品把持部２５ａ、２５ｂが回転することになる。なお、部品把持部２５ａの中心軸とロボットエンドエフェクタ軸１１とが一致するため、回転インデックス２２ｂが１８０度回転すると、部品把持部２５ｂの中心軸も、ロボットエンドエフェクタ軸１１と一致することとなり、部品把持部２５ａだけでなく、部品把持部２５ｂに対する教示作業も容易となる。

また、接続アダプタ２１下面から、位置規制部２１ａ、２１ｂが下方に張り出している。一方、回転インデックス２２ｂ上面から、位置規制可動部２３ａ、２３ｂが上方に張り出している。これらが回転インデックス２２ｂの回転に伴い当接することにより確実な位相の割り出しが可能となる。これらの検出は、図示しない公知の技術である位置検出センサにより実現できる。これらの位相検出手段により、部品把持部の中心軸がロボットエンドエフェクタ軸と一致した位相状態を検出することができる。
ここで、圧縮エアが付加されている間、位置規制部２１ａ、２１ｂと位置規制可動部２３ａ、２３ｂとは当接状態であり、部品把持部の中心軸がロボットエンドエフェクタ軸と一致した位相状態を保持することができることから、これらは位相保持手段の機能も兼ねている。

図３に、本発明の実施の形態１による圧縮エア配管接続に関する模式図を示す。エアシリンダ制御用４方向電磁弁で構成されるダブルソレノイドバルブ２６の出力ポートから配管２７ａ、２７ｂが接続され、回転駆動源２２ａ、複動エアシリンダ２８ａ、２８ｂへと接続されている。また、複動エアシリンダ２８ａ、２８ｂの接続は、昇降動作が反対方向の動作になるように接続されている。図では、ダブルソレノイドバルブ２６により、配管２７ａ側に圧縮エアが供給されており、部品把持部２５ａが下降位置に、部品把持部２５ｂが上昇位置にある。回転駆動源２２ａは、部品把持部２５ａがロボットエンドエフェクタ軸１１と一致する向きに加圧されている。次に、ダブルソレノイドバルブ２６が切り替わり、配管２７ｂ側に圧縮エアが供給されると、部品把持部２５ａ側の複動エアシリンダ２８ａが上昇動作に、部品把持部２５ｂ側の複動エアシリンダ２８ｂが下降動作に、さらには、回転駆動源２２ａが、部品把持部２５ｂがロボットエンドエフェクタ軸１１と一致する方向に回転することとなる。
すなわち、圧縮エアを供給するソレノイドバルブとエアシリンダが、部品把持部を昇降動作させる昇降駆動手段を構成している。また、昇降駆動手段とエア配管を共有化している回転駆動源２２ａが、部品把持部の下降動作に同期して回転インデックスを回転させる回転駆動手段を構成している。

このように、部品把持部が２個の場合には、複動エアシリンダ２８ａ、２８ｂの配管接続は、通常の場合の半分で良いことになり、ダブルソレノイドバルブ２６も１つで良く、配管・配線の引き回しが容易となるとともに、必要機器も半分ですむことから安価なシステムが構築可能である。
また、回転駆動源２２ａにも圧縮エア機器を利用していることから、更に配管・配線引き回しが容易になるとともに、把持対象部品の切り替え時に必要となる部品把持部２５ａ、２５ｂの昇降動作と回転動作が同期動作するため、確実な切り替えが実現できるとともに、切り替え時間短縮が実現できる。

実施の形態２．
本実施の形態では、昇降機構とその空圧回路のみが実施の形態１と異なることから、ここでは、構造の説明は割愛する。図４に本発明の実施の形態２における圧縮エア配管接続に関する模式図を示す。本実施の形態では、昇降機構として単動式を利用する。昇降機構となる単動エアシリンダ３１ａ、３１ｂは、圧縮エア供給時に、それぞれ反対の動作をする。すなわち、引き込み型単動エアシリンダ３１ａが、ロボットエンドエフェクタ軸１１と一致するよう、回転駆動源３２の初期位置を決定し、押し出し型単動エアシリンダ３１ｂを、もう一方とする。
エアシリンダ制御用２方向電磁弁で構成されるシングルソレノイドバルブ３３の出力ポートから配管３４が接続され、回転駆動源３２、引き込み型単動エアシリンダ３１ａ、押し出し型単動エアシリンダ３１ｂに接続されている。これより、圧縮エアが付加されると、引き込み型単動エアシリンダ３１ａはバネに抗して上昇動作を、押し出し型単動エアシリンダ３１ｂは、バネに抗して下降動作を開始する、すなわち、部品把持部２５ａが上昇動作を、部品把持部２５ｂが下降動作を開始する。これと同期して、回転駆動源３２もバネに抗して、部品把持部２５ｂがロボットエンドエフェクタ軸１１と一致する方向に回転動作を行うこととなる。

このように、部品把持部が２個の場合には、単動エアシリンダ３１ａ、３１ｂの配管接続は、通常の場合の１／４で良いことになり、シングルソレノイドバルブ３３も１つで良く、配管・配線の引き回しが容易となる。
さらに、回転駆動源３２にも圧縮エア機器を利用するため、更に配管・配線引き回しが容易になるとともに、把持対象部品の切り替え時に必要となる部品把持部２５ａ、２５ｂの昇降動作と回転動作が同期動作するため、確実な切り替えが実現できるとともに、切り替え時間短縮が実現できる。さらに、単動エアシリンダを利用しているため、圧縮エア使用量が半分で良いため、ランニングコストの低いシステムが構築できる。

実施の形態３．
次に、部品把持部が４個の場合について説明をする。図５に、本発明の実施の形態３における動作を説明する模式図を示す。図示しない回転式複数把持具を上方から見た概観説明図である。回転インデックス４１の同一円周上に、等間隔にて４つの位相４３ａ〜４３ｄが設定されており、その中心軸４２が図示しない回転駆動源の中心軸となる。また、位相４３ａが図示しないロボットエンドエフェクタ軸１１に合致している。

図６に、本発明の実施の形態３における圧縮エア配管接続に関する模式図を示す。４つの押し出し型単動エアシリンダ４４ａ〜４４ｄに対して、４つの部品把持部４５ａ〜４５ｄが固定されているとともに、エアシリンダ制御用２方向電磁弁で構成されるシングルソレノイドバルブ４６ａ〜４６ｄが接続されている。ここで、図５、図６でのａ〜ｄの添え字はそれぞれ対応している。
図６では、部品把持部４５ａが把持動作を実施する状況を表しており、シングルソレノイドバルブ４６ａがＯＮし、圧縮エアが押し出し型単動エアシリンダ４４ａに供給され、下降位置に部品把持部４５ａがある状態となる。他のシングルソレノイドバルブ４４ｂ〜４４ｄには圧縮エアが供給されていないことから、部品把持部４５ｂ〜４５ｄは上昇位置に存在し、作業環境と干渉しない。

把持対象を変更する際には、変更前のシングルソレノイドバルブをＯＦＦ、変更後のシングルソレノイドバルブをＯＮし、それぞれ上昇と下降の動作となるとともに、図示しない回転駆動源は、図示しない公知技術である回転位相検出器と公知技術である電磁石などの保持機構を利用した位相保持機構により、所望の位相割り出し、ならびに、位相保持を実現する。すなわち、把持対象となるシングルソレノイドバルブ４４ａ〜４４ｄのうちのいずれか一つを選択的にＯＮ状態に切替作動し、シングルソレノイドバルブ４４ａ〜４４ｄにおける把持対象でない他のシングルソレノイドバルブをＯＦＦ状態とするという、選択的なＯＮ・ＯＦＦ切替作動による制御動作を行うものである。
このような構成、制御を行うことにより、圧縮エアの供給が停止した場合には全ての部品把持部４５が上昇位置となるため、干渉回避が可能であるとともに、配線・配管も複動エアシリンダと比較し半分ですむことから、安価なシステム構成が可能となる。
さらに、単動エアシリンダを利用しているため、圧縮エアを供給し、上方位置を保持する必要がないため、圧縮エア使用量が抑制でき、ランニングコストの低いシステムが構築できる。
ここで、回転駆動源については詳細な記載はしていないが、インデックステーブルなどの公知の技術を使用すれば容易に実現できる。
なお、ここでは４個の場合を示したが、３個の場合も、５個以上の場合も同様な構成が実現でき、同様な効果を得ることができる。

実施の形態４．
図７に、本発明の実施の形態４における回転式複数部品把持具５の側面図を示す。接続アダプタ２１がロボットエンドエフェクタ軸１１に固定されている。また、接続アダプタ２１下方には、太陽歯車５１が固定されている。太陽歯車５１の下方には、回転駆動源５２が固定され、回転軸５２ａを介して、回転保持部５２ｂが回転可能となっている。
太陽歯車５１の両端には２つの遊星歯車５３ａ、５３ｂが嵌合されており、その回転軸は、図示しないカップリング、あるいは、図示しないギヤを介して、回転直動変換機構５４ａ、５４ｂへ接続される。ここでは、回転直動変換機構５４ａ、５４ｂとしてボールネジを利用した一般的な機器を想定しているが、公知の変換機構であれば、同様な構成が実現できることは言うまでも無いことである。ここで、回転直動変換機構５４は、回転保持部５２ｂに固定されており、回転駆動源５２の回転に伴い、遊星歯車５３ともども回転動作することとなる。
また、回転直動変換機構５４ａ下方に設置の部品把持部５５ａは、ロボットエンドエフェクタ軸１１と一致しているため、教示が容易に実現できる。また、詳細は後述するが、回転駆動源５２の回転により、回転直動変換機構５４ｂ下方に設置の部品把持部５５ｂも、ロボットエンドエフェクタ軸１１と一致するため、教示が容易に実現できる。

次に、動作について説明する。図８が、本発明の実施の形態４におけるギヤ構造に関する説明図である。理解を助けるため、模式的な図面となっている。太陽歯車５１は接続アダプタ２１を介して、ロボットエンドエフェクタ軸１１に固定されている。遊星歯車５３は、図７での回転保持部５２ｂに相当するキャリア５６に回転自在に固定されている。キャリア５６は太陽歯車５１の中心軸周りに、図示しない回転駆動源にて回転することになる。つまり、太陽歯車５１と遊星歯車５３、そして、キャリア５６にて遊星歯車機構を形成することとなる。ここで、右側の遊星歯車５３ａが、ロボットエンドエフェクタ軸１１と一致している位相であり、遊星歯車５３ａ側の部品把持部５５ａが下降位置、遊星歯車５３ｂ側の部品把持部５５ｂが上昇位置となっている。また、回転直動変換機構５４を構成するボールネジのネジの切り方は逆転している。遊星歯車５３ａ側のボールネジは右ねじ式、遊星歯車５３ｂ側のボールネジは左ねじ式となっている。つまり、キャリア回転の向き５７（図中紙面に向かって時計回り）で示す向きに、図示しない回転駆動源によりキャリア５６が回転すると、遊星歯車５３ａも時計回りに回転する。遊星歯車５３ａ側は右ネジより上昇動作を、遊星歯車５３ｂ側は左ネジより下降動作を行うこととなる。ここで、回転直動変換機構５４の昇降動作量は、上記の直径比と、ボールネジのリード、および、図示しないギヤで決定されることとなる。

図９に、本発明の実施の形態４における動作を説明する模式図を示す。図８と同様に、時計回りの回転（キャリア回転の向き５７）を考える。それぞれ、キャリア５６が９０度間隔で回転した場合を示している。同図（ａ）では、遊星歯車５３ａ側が下降位置に、遊星歯車５３ｂ側が上昇位置にある。同図（ｂ）のように、キャリア５６が時計回りに９０度回転すると、遊星歯車５３ａ側は右ねじが時計回りに回転するため上昇動作を、遊星歯車５３ｂ側は左ねじが時計回りに回転するため下降動作を行う。同じ方向にさらに、９０度キャリア５６が回転すると、さらに同様の動作を行い（同図（ｃ））、遊星歯車５３ａと遊星歯車５３ｂの位相が反転するとともに、遊星歯車５３ａ側が上昇位置に、遊星歯車５３ｂ側が下降位置となり、部品把持部の切り替えが実現できこととなる。ここで、回転量と昇降量は比例の関係にあることから、同図（ｂ）では、上昇位置・下降位置の中間位置に存在する。

このように、回転直動変換機構５４でのねじを切る向きを反転させることにより、１つの回転駆動源で、位相変換と昇降を同期動作可能となり、確実な切り替え動作ができるとともに、切り替え時間の短縮が可能となる。
ここで、回転駆動源５２の位相検出は、エンコーダなどの公知の技術にて実現できる。また位相保持機構は、サーボやブレーキの利用にて容易に実現できることは、言うまでも無いことである。

実施の形態５．
次に、部品把持部が４個の場合を説明する。図１０に、本発明の実施の形態５における回転式複数部品把持具６の側面図を示す。接続アダプタ２１がロボットエンドエフェクタ軸１１に固定されている。また、接続アダプタ２１下方には、太陽歯車５１が固定されている。太陽歯車５１の下方には、回転駆動源５２が固定され、回転軸を介して、回転保持部６２を回転可能となっている。
太陽歯車５１の両端には４つの遊星歯車６１ａ〜６１ｄが嵌合されており、その回転軸は、正転・逆転切り替え可能な回転直動変換機構６３の駆動軸に接続されている。また、正転・逆転切り替え可能な回転直動変換機構６３は、回転保持部６２に固定されているため、回転駆動源５２の回転軸を中心として、遊星歯車６１が回転することにより、それぞれの部品把持部６４が回転動作により、ロボットエンドエフェクタ軸１１と一致させることが可能となる。

図１１に、本発明の実施の形態５における正転・逆転切り替え可能な回転直動変換機構６３の正面図を示す。遊星歯車６１の回転軸はギヤ６５ｂに接続されている。ギヤ６５ｂは、ギヤ６５ａと嵌合し、回転が伝達される。ギヤ６５ａ、ギヤ６５ｂは、それぞれクラッチ６６ａ、クラッチ６６ｂを介して、右ねじ式ボールネジ６７ａ、左ねじ式ボールネジ６７ｂに接続される。可動テーブル６８には、右ねじ用、左ねじ用のメネジが切ってある。これより、クラッチ６６ａを繋ぎ、クラッチ６６ｂを離した場合、遊星歯車６１の回転がギヤ６５ａ、そして、クラッチ６６ａを介して、右ねじ式ボールネジ６７ａが回転し、その結果、可動テーブル６８が移動することとなる。この際、可動テーブル６８の移動に伴い、左ねじ式ボールネジ６７ｂが右ねじ式ボールネジ６７ａと反対方向に回転させられる。つまり、クラッチ６６ｂの境界にて回転方向が反転することとなる。一方、クラッチ６６ａを離し、クラッチ６６ｂを繋ぐ場合、同様にして、左ねじ式ボールネジ６７ｂが回転し、その結果、可動テーブル６８は逆向きに動作することとなる。

このように、遊星歯車６１が一方向に回転しても、クラッチ６６の切り替えにより、正転・逆転が自由に制御可能となる。ここで、筐体６９は回転保持部６２に固定されているので、回転駆動源５２の回転に応じて、部品把持部６４の昇降動作を制御することで、部品把持部６４の昇降動作と回転動作を同期動作可能となるので、確実な切り替え動作ができるとともに、切り替え時間の短縮が可能となる。

なお、ギア６５ａ、６５ｂのギア比を調整して増速するようにすれば、昇降量を増速ギアで確保できるため、回転インデックス上の位相間隔を狭く、ひいては、多数の部品把持部を設置可能となる。

図１２に、本発明の実施の形態５における動作を説明する模式図を示す。太陽歯車５１は固定されており、９０度間隔にて遊星歯車６１が十字型のキャリア７１に回転自在に固定されている。ここで、キャリア７１は、正転・逆転切り替え可能な回転直動変換機構６３の筐体６９と回転保持部６２から構成されている。遊星歯車６１ａがロボットエンドエフェクタ軸１１と一致する位相で、部品把持部は下降位置に存在する。一方、遊星歯車６１ｂ、遊星歯車６１ｄが中間位置、遊星歯車６１ｃが上昇位置に存在する。図１２（ａ）に示すように、キャリア回転の向き７２ａの場合、つまり、図中時計回りに回転する場合を考える。時計回りに対して、右ねじ側は上昇動作、左ねじ側は下降動作となることから、上昇させたい遊星歯車６１ａ、６１ｂは右ねじ側のクラッチを繋ぎ、下降させたい遊星歯車６１ｃ、６１ｄは左ねじ側のクラッチを繋ぐことにより、９０度回転で所望の部品把持部の位置が得られる。一方、図１２（ｂ）のように、キャリア回転の向き７２ｂの場合、つまり、図中反時計回りに回転する場合、右ねじ側は下降動作、左ねじ側は上昇動作となることから、上昇させたい遊星歯車６１ａ、６１ｄは左ねじ側を、下降させたい遊星歯車６１ｂ、６１ｃは右ねじ側をつなぐことにより所望の部品把持部位置が得られる。

このように、キャリア７１の回転に応じて、クラッチ６６の切り替えを行うだけで、昇降動作を制御でき、対象の部品把持部を所望の位相に設置するとともに、下降位置まで同期動作可能であり、確実な切り替え動作ができるとともに、切り替え時間の短縮が可能となる。
なお、ここでは、正転・逆転切り替え機構として、右ねじ、左ねじのボールネジとクラッチを使用した構造を示したが、公知の技術である反転機構などを利用しても同様な効果を得ることができる。
また、ここでは４個の場合を示したが、３個の場合、５個以上の場合も同様な構成が実現でき、同様な効果を得ることができる。

また、いままでの説明においては、複数の把持部が昇降動作する形で説明を行ってきたが、把持部が水平動作する場合や、斜めに移動する場合でも、この発明は適用できる。すなわち、一方の把持部が一方向へ移動したら、他の把持部は反対方向へ移動する形となる。
ここで、実施の形態１、２では、簡単のため、２つの部品把持部を１８０度間隔、すなわち、等間隔に配置した場合について述べたが、対称配置であれば、１８０度に限らず、同様な効果を得ることができる。
また、実施の形態１〜３では、昇降動作と回転動作の同期を容易、かつ、確実に実現するために、回転駆動源２２ａ、３２を圧縮エアによるエア回転機器を利用したが、電動式などの公知の回転駆動源をソレノイドバルブへの信号に応じて制御することにより、回転駆動源２２ａ、３２以外の配管の引き回し削減などは同様な効果が得られる。
さらに、実施の形態１〜３では、圧縮エアを利用したシステムで構築しているが、油圧シリンダの利用など、流体を利用した直動機構など、公知の技術であれば同様な効果が得られることは言うまでも無いことである。
また、実施の形態２、３では単動エアシリンダを利用したが、エアシリンダ外部に弾性体を設置し、一方向への付勢をかける構造でも、同様な効果を得ることができる。

ここで、部品把持を行わない部品把持部をロボットエンドエフェクタ軸１１よりも前方に配置しているが、逆の構成であっても、干渉が回避可能であれば、どちらでも良い。
また、部品把持具の間隔を等間隔としているが、回転駆動源に電動モータとエンコーダなどの公知の技術を使用することにより、等間隔に限られるものではなく、同様な効果が得られることは言うまでも無いことである。
さらに、ここでは簡単のため、部品把持部として爪形状が異なる複数のチャック式を１個ずつ配置した場合に関して説明しているが、チャック式以外の真空吸着式、磁石吸着や電磁石吸着式であっても、１つの昇降機構に設置する部品把持部個数が複数個でもよいことは言うまでも無いことである。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ロボット、１１ロボットエンドエフェクタ軸（Ｊ４軸）、２回転式複数部品把持具、２１接続アダプタ、２１ａ位置規制部ａ、２１ｂ位置規制部ｂ、２２ａ回転駆動源、２２ｂ回転インデックス、２３ａ位置規制可動部ａ、２３ｂ位置規制可動部ｂ、２４ａ、２４ｂエアシリンダ、２５ａ、２５ｂ部品把持部、２６ダブルソレノイドバルブ、２７ａ、２７ｂ配管、２８ａ、２８ｂ複動エアシリンダ、３１ａ引き込み型単動エアシリンダ、３１ｂ押し出し型単動エアシリンダ、３２単動エア回転シリンダ、３３シングルソレノイドバルブ、３４配管、４１回転インデックス、４２回転中心、４３ａ〜４３ｄ位相、４４ａ〜４４ｄ押し出し型単動エアシリンダ、４５ａ〜４５ｄ部品把持部、４６ａ〜４６ｄシングルソレノイドバルブ、５回転式複数部品把持具、５１太陽歯車、５２回転駆動源、５２ａ回転軸、５２ｂ回転保持部、５３ａ、５３ｂ遊星歯車、５４ａ、５４ｂ回転直動変換機構、５５ａ、５５ｂ部品把持部、５６キャリア、５７キャリア回転の向き、６回転式複数部品把持具、６１ａ〜６１ｄ遊星歯車、６２回転保持部、６３正転・逆転切り替え可能な回転直動変換機構、６３ａ〜６３ｃ正転・逆転切り替え可能な回転直動変換機構、６４ａ〜６４ｃ部品把持部、６５ギヤ、６６クラッチ、６７ａ右ねじ式ボールネジ、６７ｂ左ねじ式ボールネジ、６８可動テーブル、６９筐体、７１キャリア、７２ａ、２３ｂキャリア回転の向き。

Claims

軸方向の直動軸からなるロボットエンドエフェクタ軸と、それぞれ前記ロボットエンドエフェクタ軸に平行な回転軸からなる３軸とを備えるものであって、昇降機構を有する複数の部品把持部と、前記複数の部品把持部が前記ロボットエンドエフェクタ軸と同一円周上に設置される回転インデックスと、前記複数の部品把持部の昇降機構を選択的に駆動し前記複数の部品把持部のいずれかについて部品把持のための下降動作を行わせる昇降駆動手段と、前記昇降駆動手段による前記部品把持部の下降動作に同期して前記回転インデックスを前記部品把持部の中心軸が前記ロボットエンドエフェクタ軸と一致するように回転させる回転駆動手段とを備え、前記複数の部品把持部の中心軸が前記ロボットエンドエフェクタ軸と一致した位相状態を検出する位置検出センサからなる位相検出手段を設けるとともに、前記位相検出手段により検出された前記位相状態で前記回転インデックスを保持する位相保持手段を設けたことを特徴とする回転式複数部品把持具。
前記昇降機構がエアシリンダから構成され、エアシリンダ制御用電磁弁を切替作動することにより、昇降動作させる前記部品把持部を選択するようにしたことを特徴とする請求項１記載の回転式複数部品把持具。
前記部品把持部が２個で、前記２個の部品把持部の昇降動作が上下方向反転動作するように配管接続されたことを特徴とする請求項２記載の回転式複数部品把持具。
前記昇降機構が２つの単動エアシリンダから構成され、一方の単動エアシリンダが押し出し型、他方の単動エアシリンダが引き込み型となるよう、単動エアシリンダ内に設置されている圧縮バネによる付勢方向を相対する前記昇降機構において互いに反対となるように構成したことを特徴とする請求項３記載の回転式複数部品把持具。
前記回転インデックスの回転動作を、圧縮バネと、この圧縮バネに加圧力を加える圧縮エアを供給するエアシリンダによって実現するとともに、このエアシリンダに圧縮エアを供給する配管を前記昇降機構のエア配管と共有化したことを特徴とする請求項３記載の回転式複数部品把持具。
前記部品把持部を等間隔に設置し、ボールネジ直動機器と、正転・逆転機構部から構成された前記昇降機構の入力軸側に遊星歯車が設置されるとともに、前記ロボットエンドエフェクタ軸側には太陽歯車、回転駆動源が固定され、前記回転インデックスがキャリアとなる遊星歯車機構を構成し、前記回転インデックスの回転にあわせて正転・逆転機構が切り替わることにより、昇降動作させる前記部品把持部を選択する請求項１記載の回転式複数部品把持具。
前記正転・逆転機構部を右ねじ、左ねじ、クラッチから構成し、昇降方向に応じて右ねじ、左ねじを切り替えることを特徴とする請求項６記載の回転式複数部品把持具。
前記２個の昇降機構が、右ねじ、左ねじで構成されたボールネジ直動機器で、その上方に前記遊星歯車がボールネジ回転軸に軸支されるとともに、前記ロボットエンドエフェクタ軸側には前記太陽歯車、前記回転駆動源が固定され、前記回転インデックスがキャリアとなる遊星歯車機構を構成したことを特徴とする請求項６記載の回転式複数部品把持具。
前記昇降機構において、前記遊星歯車と前記ボールネジ間に増速ギヤを設置したことを特徴とする請求項７または請求項８記載の回転式複数部品把持具。