JP6029561B2 - 把持装置 - Google Patents
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把持した部品の姿勢を変更する技術として、例えばシート状の部品に対して、プラスチックピンの複数本を斜めに並設してレーキ状に形成された受具と、上段のネットコンベアから滑落するシート下端を受ける弾性受けから構成し、シートを受具と弾性受けとで斜めに受けた状態にて、シートの裏面側からエアをパルス的に噴出することで、シートの表裏を反転可能としたものがある(例えば特許文献1参照)。
また、基台に回動可能に軸支された反転台と、部品の状態が裏であるという表裏判別部からの信号に基づいて反転台を駆動するモータとから構成され、部品が裏面の場合に表裏を反転可能としたものがある(例えば特許文献2参照)。
更に、部品を供給するローダーアームと、水平方向に回動し対向可能な第1及び第2の反転チャックとから構成し、2つの反転チャックにて部品を持ち替えることで部品の表裏を反転可能としたものがある(例えば特許文献3参照)。
特許文献2のような技術では、裏面部品をセンサで検出した場合のみ、回動可能に軸支された反転台により確実に表面に揃えることができるものの、物品把持部の他に別途回転台が必要となると共に、反転台を回転させる駆動源が別途必要となることから、小型で安価なシステム構成は困難であった。
特許文献3のような技術では、2つのチャックから構成し、物品を持ち替えることで物品の表裏を反転可能としている。しかし、物品把持部が2つ必要となることから、システムが大型化すると共に、表裏反転動作時間が増えることなどから、小型で安価なシステム構成は困難である。
図1は本発明の実施の形態1による把持装置の要部を概念的に示す正面図、図2は図1の主要部を示す拡大断面図、図3は図1に示された把持装置の動作を示す説明図である。図において、把持装置1の把持部10を開閉方向に駆動する駆動機構は、公知の技術である例えばエアチャック、ラック&ピニオン、左右ボールねじなどから選択された1軸直線駆動部2が用いられ、基部2aとこの基部2aに対して図1の左右方向に開閉駆動される一対の移動子2bを備えている。なお、図1に示す矢印A方向が移動子2bの閉方向、その逆方向が開方向であり、開・閉の移動方向を軸方向とする。各移動子2bには後述する構成部材を保持すると共に移動子2bの駆動力を伝達する接続部材3が左右対称的に固定されている。以下、図中左側の接続部材3に繋がる構成を中心に図2を参照して説明する。接続部材3は正面から見て逆L字状で、図中下方向に延びる長辺部の上部側には図中左右方向外側(開方向)に延びる摺動固定軸4の一端部が固定され、長辺部の下部側には軸受5Aが設置されている。摺動固定軸4の他端部は図中上下方向に延びる側部保持部材6の上端部側に固定されている。
さらに、軸受5A、5Bの開閉方向における位置拘束にガタを持たせることで、把持部10が物品13と接触後に閉動作する際、ガタの分だけ、ボールねじ8がナット8aの動きと同期して回転動作なしに平行動作する。このガタ分だけ閉動作することで、蓄えられた弾性エネルギは回転ではなく平行動作にのみ利用されることとなる。これより、物品13を所望の姿勢に変更することなく、そのままの姿勢でも把持可能となることは言うまでもないことである。なお、公知の技術であるボールスプラインなどのガイド機構を利用することで、ガタと同様な機能を持たせることが容易に実現できることは、言うまでもないことである。
図4は本発明の実施の形態2による把持装置の要部を概念的に示す正面図、図5は図4の主要部を示す拡大断面図、図6は図4に示された把持装置の動作を示す説明図である。なお、各図を通じて同一または相当部分(部材)には同一符号を付すものとする。図において、接続部材3の図中上下方向の中央部には、ナット8aが固定され、更にそのナット8aに螺合されたボールねじ8が、ねじを螺設していない軸部を閉方向側に突出させた向きで係合されている。ボールねじ8の開方向側(図の左側)のねじ部の端部には止め部8bが構成され、閉方向動作が制約されている。ボールねじ8の閉方向側の前記軸部の開方向側には軸受5Dを介して把持部移動部材7Aが設置され、該把持部移動部材7Aは開閉方向にはボールねじ8と同期動作すると共に、回転方向には後述する複数のガイド軸14によって拘束され、ボールねじ8が自由に回転できるように係合されている。
一方、図4の右側の構造には、ボールねじ8、ナット8a、ワンウェイクラッチ9は存在せず、回転軸80Aの左端部に直接固定された把持部10Rと、軸受(図示省略)を内蔵する把持部移動部材70と、圧縮バネ12、ガイド軸14から構成されている。
ここで、ボールねじ8の回転量は、ボールねじ8のリード量と把持部移動部材7Aの移動量(把持部10、10Rの移動量)により算出される回転量となる。この移動量は圧縮バネ12の縮み量に当るため、圧縮バネ12の縮み量を制御することにより、所望の姿勢変更角度が実現できる。1軸直線駆動部2が、エアチャックであればセンタークローズドバルブを利用しバルブのON・OFFを制御したり、供給する圧縮エア圧を制御したりすることで、あるいは、公知の技術である電動機を利用した機構であれば電動機の回転量、あるいはトルク値を制御したり、することで、それぞれ移動量の制御が可能となる(何れも図示省略)。
更に、姿勢変更を実現する構造を一方にしか設置しなかったが、ボールねじ8のねじの切り方、あるいはワンウェイクラッチ9の設置向きのいずれかを左右で反転し、左右双方に同様な構造を実現しても、同様な効果が得られることは言うまでもないことである。
なお、圧縮バネ12の圧縮力に対して、外部動力であるエア圧、電磁バルブのON・OFF制御や、電動機の回転量、あるいはトルク値を制御し、姿勢変更量を制御することを述べたが、弾性体を電場や磁場で弾性を変化可能な可変弾性ソフトマテリアルなどで構成することにより、電場や磁場を制御することで姿勢変更量を制御しても、同様な効果が得られる。
さらに、軸受5A、5Bの開閉方向における位置拘束にガタを持たせることで、把持部10が物品13と接触後に閉動作する際、ガタの分だけ、ボールねじ8がナット8aの動きと同期して回転動作なしに平行動作する。このガタ分だけ閉動作することで、蓄えられた弾性エネルギは回転ではなく平行動作にのみ利用されることとなる。これより、物品13を所望の姿勢に変更することなく、そのままの姿勢でも把持可能となることは言うまでもないことである。なお、公知の技術であるボールスプラインなどのガイド機構を利用することで、ガタと同様な機能を持たせることが容易に実現できることは、言うまでもないことである。
図7は本発明の実施の形態3による把持装置の要部を示す正面図である。なお、本実施の形態3は、ハンド手先部の把持部10の構成以外は、実施の形態2と同様の構成となっている。把持部10には、複数本のピン15がピン15毎に設けられた図示しない小径圧縮バネにより閉方向側に突出されている。この図示しない小径圧縮バネ全体の弾性係数は、圧縮バネ12の弾性係数と比べて等しいか、小さな値で、物品を把持して持ち上げ、あるいは移動するのに十分な把持力が得られる強さとなっている。その他の構成は、実施の形態2と同様のため説明を省略する。
図8は本発明の実施の形態4による把持装置の要部を概念的に示す正面図、図9は図8の主要部を示す拡大断面図、図10は図8に示された第2端面カム17を示す図、図11は図8に示された第1端面カム16を示す図、図12は図8に示されたプーリに設備された位相保持部を説明する図、図13は図8に示された把持装置の動作を示す説明図、図14は図8に示された把持装置における端面カムと受動回転部材との相対動作を示す説明図である。なお、この実施の形態4は、回転力発生機構部として、1軸直線駆動部2の軸方向と平行に設けられた平行軸に直交する面に対して傾斜されたカム面が形成された端面カムと、移動子の閉動作に連動して端面カムの方向に相対的に移動され、カム面に当接したときに該カム面に沿う方向に生じるモーメントによって端面カムに対して相対的に回転するように設けられたカム面当接体としての受動回転部材を用いるようにしたものである。
物品13の上方から、把持可能な位置まで把持装置1を図示しないロボットなどで移動させる(図13(a)から図13(b))。1軸直線駆動部2が閉動作を開始する。把持部10、10Rが物品13に接触する(図13(c))と、把持部10の位置は固定されたまま、圧縮バネ12Aの反力に抗しながら、接続部材3Aは閉方向に動作する(図13(d))。この状態では、左右の第1受動回転部材19と第2受動回転部材20は第1端面カム16、第2端面カム17には接触していないため、把持部10は回転せず、物品13を確実に把持できる。
1軸直線駆動部2の閉方向動作により、左右の第1第2係合突起19a、20aも閉方向に動作する。同図(b)が右側の第2端面カム17に右側の第2係合突起20aが当接した状態である。ここで、この状態か、その手前の状態では、物品13の姿勢は変更されない。この境界位置は、1軸直線駆動部2がエア式の場合には、センタークローズド弁を利用した中間停止回路を利用し実現される。
Claims (10)
- 基部に対して1つの軸方向に開閉駆動される一対の移動子が設けられた1軸直線駆動部と、前記一対の移動子に対してそれぞれ前記軸方向と平行に設けられた軸のまわりに回転可能でかつ該軸の方向に移動可能に設けられた一対の把持部と、前記移動子の前記軸方向への駆動力から回転方向の駆動力を生じるように設けられた回転力発生機構部と、前記把持部が物品を把持しているときに前記回転力発生機構部によって生じた回転力を前記把持部に伝達する回転伝達機構部と、を備えたことを特徴とする把持装置。
- 前記回転力発生機構部は、前記移動子が閉方向に駆動されるときに前記移動子の閉方向の駆動力を弾性エネルギとして蓄勢するように設けられた弾性部材と、前記移動子の移動方向の直線運動を回転運動に変換するボールねじ及びナットとを用いてなり、前記移動子が開方向に駆動されるときの初期の過程で前記弾性部材に蓄勢された弾性エネルギを、前記ボールねじ及び前記ナットの内の回転拘束された一方の部材に対して直線運動として作用させるようにしたものであることを特徴とする請求項1に記載の把持装置。
- 前記回転伝達機構部は、閉方向の端部に前記把持部が固定された回転軸と、この回転軸に対して、前記把持部に把持された物品の姿勢変更を行う方向の回転のみ前記把持部に伝達するように設けられた一方向回転機構とを用いたものであることを特徴とする請求項2に記載の把持装置。
- 前記回転軸として一端部側にねじ部が設けられた前記ボールねじを用いると共に、一端部が前記移動子に固定され他端部が前記軸方向と直交する方向に延在する接続部材と、この接続部材の所定部に前記軸方向と平行に移動可能で閉方向側に突出するように設けられたガイド軸と、このガイド軸の前記閉方向側の端部に固定され、前記接続部材との間に介装された前記弾性部材によって常時閉方向側に付勢された把持部移動部材と、を備え、前記ボールねじの前記一端部側のねじ部が前記接続部材の所定部に固定された前記ナットに対して螺合され、該ボールねじの他端部側の軸部が前記一方向回転機構としてのワンウェイクラッチを介して前記把持部に固定され、かつ、前記ボールねじの軸方向中央部の軸部は軸受を介して前記把持部移動部材に軸方向に規制されて回転自在に係合されていることを特徴とする請求項3に記載の把持装置。
- 前記把持部における物品把持面には、前記軸方向と平行な軸の方向に移動可能に突出された複数のピンが設けられ、前記ピンは前記把持部に内装された圧縮バネによって前記物品把持面から突出する方向に常時付勢されていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載の把持装置。
- 前記1軸直線駆動部の開閉方向の移動量を制御することにより前記把持部に把持された物品の姿勢変更角度を制御するようにしたことを特徴とする請求項2から請求項5の何れかに記載の把持装置。
- 前記1軸直線駆動部の駆動源は電動機からなり、前記電動機の回転量を制御することにより、前記把持部に把持された物品を所望の姿勢とするようにしたことを特徴とする請求項2から請求項5の何れかに記載の把持装置。
- 前記1軸直線駆動部はエアチャックからなり、前記エアチャックの開閉をセンタークローズドバルブの動作時間を制御することにより、前記把持部に把持された物品を所望の姿勢とするようにしたことを特徴とする請求項2から請求項5の何れかに記載の把持装置。
- 前記回転力発生機構部は、前記軸方向と平行な平行軸に直交する面に対して傾斜されたカム面が前記平行軸のまわりに形成された端面カムと、前記移動子の閉動作に連動して前記平行軸に沿って前記端面カムの方向に相対的に移動され、所定のストローク移動されたときに前記カム面に当接し、該カム面に沿う方向に生じるモーメントによって前記端面カムに対して前記平行軸のまわりに相対的に回転するように設けられたカム面当接体を用いたものであることを特徴とする請求項1に記載の把持装置。
- 前記平行軸は、前記基部に対して回転自在に設けられたボールスプライン軸からなり、
前記端面カムは、前記ボールスプライン軸と同軸で該ボールスプライン軸の溝に係合されずに前記基部に対してボールスプライン軸の方向に拘束して設けられてなり、
前記カム面当接体は、前記移動子に対して軸受を介して回転自在で、かつ軸方向に拘束されて前記ボールスプライン軸に係合されているボールスプラインナットに固定された受動回転部材からなっている、ことを特徴とする請求項9に記載の把持装置。
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