JP6267610B2 - 電動グリッパ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動グリッパ装置に関し、特に、ＦＡ(Factory Automation)組立工程における製品の自動組立、部品搬送、検査等において、ワークを把持して位置決めや測長等を行うためのモータ駆動による電動グリッパ装置に関する。

従来、電動グリッパ装置においては、モータによって正逆回転されるカム部材と、レールに沿って直線摺動する一対の把持部材とを備え、一対の把持部材のそれぞれのカムフォロア（駆動ピン）をカム部材に摺動自在に嵌合させる一対のカム溝がカム部材に螺旋状に形成され、モータによるカム部材の正逆回転により一対の把持部材がレールに沿って互いに接近・離隔摺動するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の電動グリッパ装置におけるカム部材のカム溝は、モータの回転トルクによって生ずる把持部材の推力がどの位置でも一定となるように、アルキメデスの渦巻き線に沿う螺旋状に形成されている。

特開２００９−２２６５０６号公報

しかしながら特許文献１の電動グリッパ装置においては、モータによるカム部材の回転運動を把持部材のカムフォロア（駆動ピン）における直線運動に変換したときの把持部材のストローク範囲がカム部材の半径に制限されているために短く、このストローク範囲を長くするにはカム部材の半径を大きくしなければならず、その場合には装置全体が大型化してしまうという問題があった。

また、特許文献１の電動グリッパ装置においては、カム部材、カムフォロアおよび把持部材を直線摺動させるための直線ガイドが必要であり、その直線ガイドには有限軌道方式および無限軌道方式の双方共に高精度な研削加工が要求され、その構成が複雑化するという問題があった。

さらに、把持部材をクリーンルーム等のクリーンな環境で使用する場合、直線ガイドにグリス飛散対策としてカバーを付けたり、直線ガイドをジャバラ状のカバーで覆ったりすることが一般的であり、これらカバーの存在により更に大型化してしまうという問題があった。

本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、小型であり、かつ簡易な構成でありながら直線ガイドを用いることなく把持部材を直線運動させ、そのストローク範囲を長くすることのできる電動グリッパ装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、モータ（２）と、前記モータ（２）に固定されたモータ台板（３）と、前記モータ（２）のモータ軸（２ａ）の先端にその中央部が固定され、このモータ軸（２ａ）の一方向への回転または他方向への回転に応じて前記中央部を中心として回動する主アーム（５）と、前記主アーム（５）の一端部（５ａ）に当該主アーム（５）の回動方向と同じ水平面上でその基端部（１０ａ）が回動自在に支持され、その先端に第１ワーク把持部（１０ｃ）が設けられた所定の腕長でなる第１腕部（１０）と、前記主アーム（５）の他端部（５ｂ）に当該主アーム（５）の回動方向と同じ水平面上でその基端部（２０ａ）が回動自在に支持され、その先端に第２ワーク把持部（２０ｃ）が設けられた前記第１腕部（１０）よりも短い腕長でなる第２腕部（２０）と、前記主アーム（５）と平行な状態に配置され、前記主アーム（５）の動きに従動して前記第１腕部（１０）および前記第２腕部（２０）が互いの平行状態を維持したまま近接離反するように、前記第１腕部（１０）および前記第２腕部（２０）間で回動自在に支持された副アーム（７）とを備え、前記副アーム（７）は、前記モータ台板（３）から突出した軸（２ｃ）に回転自在に支持されているようにする。

また本発明において、前記第１ワーク把持部（１０ｃ）および前記第２ワーク把持部（２０ｃ）は、その形状が側面視Ｌ字状に形成されているようにする。

さらに本発明において、前記第１ワーク把持部（１０ｃ）および前記第２ワーク把持部（２０ｃ）は、その形状が側面視円弧状に形成されているようにする。

さらに本発明において、前記第１腕部（１０）および前記第２腕部（２０）の互いに近接または離反するときの移動量は、前記モータ軸（２ａ）の回転とともに前記主アーム（５）が回転したときの回転角度（θ）に応じて制御されるようにする。

さらに本発明において、前記第１ワーク把持部（１０ｃ）および前記第２ワーク把持部（２０ｃ）によるワーク把持力は、前記モータ軸（２ａ）の回転とともに前記主アーム（５）が回転したときの回転角度（θ）に応じて制御されるようにする。

本発明によれば、主アーム（５）と平行な状態で第１腕部（１０）および第２腕部（２０）に対して回動自在に副アーム（７）が支持され、モータ軸（２ａ）の回転により主アーム（５）が回動されることに応じて当該第１腕部（１０）および第２腕部（２０）が互いの平行状態を維持したまま近接離反することができるので、直線ガイドを使用することなく、かつ、大型化することなく簡易な構成でありながら第１腕部（１０）および第２腕部（２０）を直線運動させるとともに、主アーム（５）および副アーム（７）を長く設定するだけでワーク（ｗｋ）を保持または解放する際のストローク範囲を一段と長くすることができる。

本発明によれば、第１ワーク把持部（１０ｃ）および第２ワーク把持部（２０ｃ）の形状が側面視Ｌ字状に形成されているため、常に一定の把持位置で矩形状のワークを確実に把持することができる。

本発明によれば、第１ワーク把持部（１０ｃ）および第２ワーク把持部（２０ｃ）は、その形状が側面視円弧状に形成されているため、円形状のワークを確実に把持することができる。

本発明によれば、第１腕部（１０）および第２腕部（２０）の互いに近接または離反するときの移動量が、モータ軸（２ａ）の回転とともに主アーム（５）が回転したときの回転角度（θ）に応じて制御されるので、ワーク（ｗｋ）を把持させる際の第１腕部（１０）および第２腕部（２０）の移動量を容易に制御することができる。

本発明によれば、第１ワーク把持部（１０ｃ）および第２ワーク把持部（２０ｃ）によるワーク把持力が、モータ軸（２ａ）の回転とともに主アーム（５）が回転したときの回転角度（θ）に応じて制御されるので、主アーム（５）に連結された第１腕部（１０）の第１ワーク把持部（１０ｃ）および第２腕部（２０）の第２ワーク把持部（２０ｃ）におけるワーク（ｗｋ）に対するワーク把持力についても容易に制御することができる。

本実施の形態における電動グリッパ装置の全体外観構成（１）を示す外観図である。 本実施の形態における電動グリッパ装置の全体外観構成（２）を示す外観図である。 本実施の形態における電動グリッパ装置の全体外観構成（３）を示す外観図である。 本実施の形態における電動グリッパ装置の全体外観構成（４）を示す外観図である。 本実施の形態における電動グリッパ装置のワーク把持状態を示す全体外観構成（１）を示す外観図である。 本実施の形態における電動グリッパ装置のワーク把持状態を示す全体外観構成（２）を示す外観図である。 本実施の形態における電動グリッパ装置のワーク把持状態を示す全体外観構成（３）を示す外観図である。 本実施の形態における電動グリッパ装置のワーク把持状態を示す全体外観構成（４）を示す外観図である。 本実施の形態におけるワークの構成を示す斜視図である。 本実施の形態における第１腕部および第２腕部の移動の軌跡を示す図である。

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

＜電動グリッパ装置の構成＞
図１乃至図８に示すように、本実施の形態におけるリンク式電動グリッパ装置１は、例えばステッピングモータ（以下、これを「モータ」と呼ぶ。）２と、当該モータ２に接続された把持部４とによって構成されている。

モータ２には、断面Ｌ字状のモータ台板３が固定されている。モータ台板３の貫通孔に当該モータ２のモータ軸基部２ｂが嵌合固定されており、そのモータ軸基部２ｂから突出したモータ軸２ａに対して把持部４の主アーム５が一体に固定されている。

把持部４は、モータ２のモータ軸２ａに固定された主アーム５、当該主アーム５の一端部５ａおよび他端部５ｂに取り付けられた第１腕部１０および第２腕部２０、第１腕部１０および第２腕部２０間を連結する副アーム７によって構成されている。

主アーム５は、所定の長さを有する棒状部材であり、その中央の貫通孔に対してモータ２のモータ軸２ａが一体に固定されている。したがって、主アーム５はモータ２のモータ軸２ａが回転すると、当該モータ軸２ａの回転と共に、モータ軸２ａを回転中心として図中時計周り方向または図中反時計周り方向へ回転する。

主アーム５では、その一端部５ａから回動軸５ａｊが突出して設けられているとともに、その他端部５ｂから回動軸５ｂｊが突出して設けられている。

第１腕部１０は、主アーム５よりも長い腕長を有し、その先端にワークｗｋ（図５）を把持するための側面視Ｌ字状でなるワーク把持部１０ｃが形成されている。図２において側面視Ｌ字状のワーク把持部１０ｃは、Ｌ字状の底面部１０ｃｄおよびＬ字状の側面部１０ｃｅにより形成されている。

したがって、第１腕部１０は、ワーク把持部１０ｃの底面部１０ｃｄおよび側面部１０ｃｅにより、図９に示すようなワークｗｋの上面ｗｋｔ（または下面）、側面ｗｋｓ、および天面ｗｋｕ（または底面）の３面を把持可能である。

また第１腕部１０は、その基端部に形成された貫通孔１０ａに玉軸受からなるベアリング３１が取り付けられている。さらに第１腕部１０は、貫通孔１０ａからワーク把持部１０ｃへ向かって所定距離だけ離れた位置に貫通孔１０ｂが形成されており、その貫通孔１０ｂに玉軸受からなるベアリング３２が取り付けられている。

第２腕部２０は、第１腕部１０よりも短い腕長を有し、その先端にワークｗｋ（図５）を把持するための側面視Ｌ字状でなるワーク把持部２０ｃが形成されている。図２において側面視Ｌ字状のワーク把持部２０ｃは、Ｌ字状の底面部２０ｃｄおよびＬ字状の側面部２０ｃｅにより形成されている。

したがって、第２腕部２０は、ワーク把持部２０ｃの底面部２０ｃｄおよび側面部２０ｃｅにより、図９に示すようなワークｗｋの上面ｗｋｔ（または下面）、側面ｗｋｓ、および天面ｗｋｕ（または底面）の３面を把持可能である。

また第２腕部２０は、その基端部に形成された貫通孔２０ａに玉軸受からなるベアリング３３が取り付けられている。さらに第２腕部２０は、貫通孔２０ａからワーク把持部２０ｃへ向かって所定距離だけ離れた位置で、かつ、第１腕部１０の貫通孔１０ａおよび貫通孔１０ｂ間と同じ距離だけ隔てた位置に貫通孔２０ｂが形成されており、その貫通孔２０ｂに玉軸受からなるベアリング３４が取り付けられている。なお、第２腕部２０の貫通孔２０ｂは、貫通孔２０ａとワーク把持部２０ｃとの間に形成されている。

副アーム７は、主アーム５と同一の長さを有する棒状部材であり、その中央の有底孔（図示せず）に対して、モータ台板３から突出した軸２ｃが回転自在に支持されている。また副アーム７は、その一端部７ａから回動軸７ａｊが突出して設けられているとともに、その他端部７ｂから回動軸７ｂｊが突出して設けられている。

主アーム５の一端部５ａから突出した回動軸５ａｊに対し、第１腕部１０の貫通孔１０ａに取り付けられたベアリング３１を介して第１腕部１０が回動自在に支持される。同様に、主アーム５の他端部５ｂから突出した回動軸５ｂｊに対し、第２腕部２０の貫通孔２０ａに取り付けられたベアリング３３を介して第２腕部２０が回動自在に支持される。

副アーム７の一端部７ａから突出した回動軸７ａｊに対し、第１腕部１０の貫通孔１０ｂに取り付けられたベアリング３２を介して第１腕部１０が回動自在に支持される。同様に、副アーム７の他端部７ｂから突出した回動軸７ｂｊに対して、第２腕部２０の貫通孔２０ｂに取り付けられたベアリング３４を介して第２腕部２０が回動自在に支持される。

すなわち、主アーム５および副アーム７の双方に対して、第１腕部１０と第２腕部２０とが互いの平行状態を維持したまま回動自在に支持されている。言い換えれば、第１腕部１０および第２腕部２０の双方に対して、主アーム５と副アーム７とが互いの平行状態を維持したまま回動自在に支持されている。

この場合、把持部４では、モータ２のモータ軸２ａの回転に応じて主アーム５が回転することにより、主アーム５、第１腕部１０、第２腕部２０および副アーム７によって構成されるリンク機構が図１乃至図４に示す長方形から図５乃至図８に示す平行四辺形に変化することになる。

＜電動グリッパ装置の動作＞
このような構成のリンク式電動グリッパ装置１における把持部４によりワークｗｋを把持する動作およびワークｗｋを解放する動作について説明する。

リンク式電動グリッパ装置１においては、ワークｗｋを把持部４における第１腕部１０のワーク把持部１０ｃおよび第２腕部２０のワーク把持部２０ｃにより把持する場合、図３に示すようなワークｗｋを把持していない解放状態から開始する。

最初に、モータ２のモータ軸２ａの図中反時計回り方向への回転とともに主アーム５が図中反時計周り方向へ回転されると、この主アーム５との平行状態が維持された副アーム７についても主アーム５と連動して図中反時計回り方向へ回転される。

ワークｗｋの解放状態では、把持部４の主アーム５、第１腕部１０、第２腕部２０および副アーム７によるリンク機構が側面視長方形となっており、第１腕部１０のワーク把持部１０ｃおよび第２腕部２０のワーク把持部２０ｃ間の距離が最も広がっている。

したがって、リンク式電動グリッパ装置１によりワークｗｋを把持するには、ワーク把持部１０ｃおよびワーク把持部２０ｃ間の任意の場所（実線および破線で示す）にワークｗｋを配置すればよい。

ここで、主アーム５および副アーム７は、図２において、それぞれの一端部５ａ、７ａおよび他端部５ｂ、７ｂにおいて第１腕部１０および第２腕部２０を回動自在に支持しているため、主アーム５および副アーム７が図中反時計回り方向へ回転されると、図１０に示すように、第１腕部２０と第２腕部２０との平行状態が維持されたまま、第１腕部１０が全体的に矢印Ａ方向へ移動されるとともに、第２腕部２０が全体的に矢印Ｂ方向へ移動される。

このとき、第１腕部１０および第２腕部２０は、モータ２のモータ軸２ａによる主アーム５の回転の影響を受けているため、第１腕部１０が全体的に矢印Ａ方向へ移動されるとともに矢印Ｄ方向へ僅かに移動され、第２腕部２０が全体的に矢印Ｂ方向へ移動されるとともに矢印Ｃ方向へ僅かに移動される。つまり第１腕部１０および第２腕部２０は主アーム５の回転に応じて円弧を描きながら移動される。

かくして第１腕部１０および第２腕部２０は、図３、図７および図１０に示すように、主アーム５および副アーム７の図中反時計回り方向への回転に応じて、ワーク把持部１０ｃおよびワーク把持部２０ｃがワークｗｋの対角線に沿って互いに向かい合うように近接していく。

これによりリンク式電動グリッパ装置１は、ワーク把持部１０ｃの底面部１０ｃｄおよび側面部１０ｃｅ、および、ワーク把持部２０ｃの底面部２０ｃｄおよび側面部２０ｃｅによりワークｗｋの角部ｗｋ１およびｗｋ２をそれぞれ３面で把持することができる。

この場合、図６に示すように、ワーク把持部１０ｃおよびワーク把持部２０ｃが側面視Ｌ字状に形成されているため、ワークｗｋの角部ｗｋ１およびｗｋ２を両側から挟み付けるように把持することになる。

これにより、ワークｗｋの解放状態（図３）においてワーク把持部１０ｃおよび２０ｃの間の何れの場所にワークｗｋが置かれていても（破線で示す）、最終的には実線で示されるようなワーク把持部１０ｃおよびワーク把持部２０ｃの中間位置（図７）で強固に把持される。

このワークｗｋの把持状態では、把持部４の主アーム５、第１腕部１０、第２腕部２０および副アーム７によるリンク機構が平行四辺形となっており、第１腕部１０のワーク把持部１０ｃおよび第２腕部２０のワーク把持部２０ｃ間の距離がワークｗｋのサイズに合わせて狭くなる。

次に、電動グリッパ装置１において、把持部４における第１腕部１０のワーク把持部１０ｃおよび第２腕部２０のワーク把持部２０ｃによりワークｗｋを把持した状態から解放する場合、図７に示すような把持部４によるワークｗｋを把持している把持状態から開始する。

最初に、モータ２のモータ軸２ａの図中時計回り方向への回転とともに主アーム５が図中時計周り方向へ回転されると、この主アーム５との平行状態が維持された副アーム７についても主アーム５と連動して図中時計回り方向へ回転される。

ここで、主アーム５および副アーム７は、それぞれの一端部５ａ、７ａおよび他端部５ｂ、７ｂにおいて第１腕部１０および第２腕部２０を回動自在に支持しているため、図１０に示すように、第１腕部２０と第２腕部２０との平行状態が維持されたまま、第１腕部１０が全体的に矢印Ｂ方向へ移動されるとともに、第２腕部２０が全体的に矢印Ａ方向へ移動される。

このとき、第１腕部１０および第２腕部２０は、モータ２のモータ軸２ａによる主アーム５の回転の影響を受けているため、第１腕部１０が全体的に矢印Ｂ方向へ移動されるとともに矢印Ｃ方向へ僅かに移動され、第２腕部２０が全体的に矢印Ａ方向へ移動されるとともに矢印Ｄ方向へ僅かに移動される。つまり第１腕部１０および第２腕部２０は主アーム５の回転に応じて円弧を描きながら移動される。

かくして、第１腕部１０および第２腕部２０は、図３、図７および図１０に示すように、主アーム５および副アーム７の図中時計周り方向への回転に応じて、ワーク把持部１０ｃおよびワーク把持部２０ｃがワークｗｋの対角線に沿って互いに離反するように離れていく。

これによりリンク式電動グリッパ装置１は、ワーク把持部１０ｃの底面部１０ｃｄおよび側面部１０ｃｅ、および、ワーク把持部２０ｃの底面部２０ｃｄおよび側面部２０ｃｅにより３面で把持していたワークｗｋが解放される。

このワークｗｋの解放状態では、把持部４の主アーム５、第１腕部１０、第２腕部２０および副アーム７によるリンク機構が長方形に戻ることになる。

＜電動グリッパ装置の効果＞
リンク式電動グリッパ装置１は、把持部４において主アーム５、第１腕部１０、第２腕部２０および副アーム７によって長方形から平行四辺形に変化するリンク機構が構成され、そのリンク機構の主アーム５が１つのモータ２のモータ軸２ａにより一方向（時計周り方向）または他方向（反時計周り方向）へ回転されるようにした。

これによりリンク式電動グリッパ装置１は、第１腕部１０および第２腕部２０が互いの平行状態を維持したまま、この第１腕部１０のワーク把持部１０ｃおよび第２腕部２０のワーク把持部２０ｃをワークｗｋの対角線に沿った方向へ近接または離反するように協調的に移動させることができる。

かくしてリンク式電動グリッパ装置１は、直線ガイド等を特に必要とすることなく、第１腕部１０および第２腕部２０の平行状態を維持したまま互いに近接または離反する方向に平行移動させ、ワークｗｋを把持することができる。

なおリンク式電動グリッパ装置１は、主アーム５および副アーム７を更に長く設定し、第１腕部１０および第２腕部２０間の間隔を長くするだけで、基本構造を変更することなく簡易な構成のまま第１腕部１０のワーク把持部１０ｃおよび第２腕部２０のワーク把持部２０ｃによりワークｗｋを保持または解放する際のストローク範囲を一段と長くすることができる。

またリンク式電動グリッパ装置１は、モータ２のモータ軸２ａによる主アーム５の回転に応じて、第１腕部１０のワーク把持部１０ｃおよび第２腕部２０のワーク把持部２０ｃが円弧状の移動軌跡を描きながら互いに近接離反する。

これにより、リンク式電動グリッパ装置１は、第１腕部１０のワーク把持部１０ｃおよび第２腕部２０のワーク把持部２０ｃの移動量を、主アーム５の回転角度θ（図１０）を調整することにより容易かつリニアに制御することができる。

続いてリンク式電動グリッパ装置１における第１腕部１０のワーク把持部１０ｃおよび第２腕部２０のワーク把持部２０ｃの運動と、ワーク把持部１０ｃおよびワーク把持部２０ｃによるワークｗｋに対する把持力との関係について説明する。

図１０において、モータ２のモータ軸２ａの中心点Ｏを中心として回転する主アーム５の運動は、この主アーム５における一端部５ｂの回動軸５ｂｊの中心点を「Ｐ０」および他端部５ａの回動軸５ａｊの中心点を「Ｑ０」とすると、その中心点Ｐ０および中心点Ｑ０の位置の変化として考えることができ、次の（式１）乃至（式４）により表される。

Ｘ_P0＝ｒ・ｃｏｓθ………………………………………………………………（式１）
Ｙ_P0＝ｒ・ｓｉｎθ………………………………………………………………（式２）
Ｘ_Q0＝−ｒ・ｃｏｓθ……………………………………………………………（式３）
Ｙ_Q0＝−ｒ・ｓｉｎθ……………………………………………………………（式４）

また、主アーム５における回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０および回動軸５ａｊの中心点Ｑ０の運動の方向を角度「θ」とすると、この角度「θ」は次の（式５）により表される。
θ＝ωｔ……………………………………………………………………………（式５）

ここで、「ω」は、主アーム５の回転により、主アーム５の回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０（Ｘ_P0、Ｙ_P0）および回動軸５ａｊの中心点Ｑ０（Ｘ_Q0、Ｙ_Q0）が仮想円の接線方向へ移動する際の回転角速度である。また、「ｔ」は時間である。

回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０の速度Ｖ_P0は、中心点Ｐ０（Ｘ_P0、Ｙ_P0）の位置におけるＸ成分の速度ｖ_P0（ｄＸ_P0／ｄｔ）およびＹ成分の速度ｕ_P0（ｄＹ_P0／ｄｔ）の合成速度である。

ここで、Ｘ成分の速度ｖ_P0（ｄＸ_P0／ｄｔ）およびＹ成分の速度ｕ_P0（ｄＹ_P0／ｄｔ）は、次の（式６）、（式７）で表される。
ｖ_P0＝−ｒωｓｉｎωｔ……………………………………………………………（式６）
ｕ_P0＝ｒωｃоｓωｔ………………………………………………………………（式７）

したがって、回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０の速度Ｖ_P0は、次の（式８）により表される。
Ｖ_P0＝√（ｖ_P0 ²＋ｕ_P0 ²）＝ｒω…………………………………………………（式８）

なお、回動軸５ａｊの中心点Ｑ０の速度Ｖ_Q0についても、回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０の速度Ｖ_P0と同様に成立するため、回動軸５ａｊの中心点Ｑ０の速度Ｖ_Q0は、次の（式９）により表される。
Ｖ_Q0＝ｒω………………………………………………………………………………（式９）

ところで、ワークｗｋを第１腕部１０のワーク把持部１０ｃおよび第２腕部２０のワーク把持部２０ｃにより把持する把持点Ｐ１、Ｑ１は、主アーム５における回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０および回動軸５ａｊの中心点Ｑ０の運動の軌跡がオフセットされたものである。したがって、把持点Ｐ１、Ｑ１の把持力を求めるに当たって、主アーム５における回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０および回動軸５ａｊの中心点Ｑ０に基づいて計算する。

モータ２におけるモータ軸２ａの軸トルクを「τ_m」とすると、それぞれの回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０および回動軸５ａｊの中心点Ｑ０には、１／２の軸トルクτ_mが作用することになる。

モータ２の出力（モータ軸２ａの軸出力）は、軸トルクτ_m×回転角速度ωで表されるため、回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０（またはＱ０）に作用する軸出力は、（τ_m×ω）／２により表される。

ここで、主アーム５の回転により回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０に作用する力は（Ｆ_P0×Ｖ_P0）により表されるので、軸出力（（τ_m×ω）／２）と中心点Ｐ０に作用する力（Ｆ_P0×Ｖ_P0）とは、次の（式１０）の関係を満たす。なお、上述の通り、（式８）により、速度Ｖ_P0＝ｒωである。
（τ_m×ω）／２＝Ｆ_P0×Ｖ_P0＝Ｆ_P0×ｒω………………………………………（式１０）

この（式１０）を整理すると、回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０に作用する把持力「Ｆ_P0」は次の（式１１）により表される。
Ｆ_P0＝τ_m／２ｒ……………………………………………………………………（式１１）

この把持力「Ｆ_P0」は、回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０における水平方向の把持力「Ｆ_xP0」および垂直方向の把持力「Ｆ_yP0」の合成把持力であり、角度「θ」に拘らず一定となる。

ここで、回動軸５ｂｊの中心点Ｐ０における水平方向の把持力「Ｆ_xp0」は、次の（式１２）により表される。
Ｆ_xP0＝Ｆ_P0×（ｖ_P0／Ｖ_P0）＝（τ_m／２ｒ）×（−ｒωｓｉｎωｔ／ｒω）
＝−（τ_m／２ｒ）×ｓｉｎωｔ……………………………………………………（式１２）

同様に、回転軸５ｂｊの中心点Ｐ０における垂直方向の把持力「Ｆ_yp0」は、次の（式１３）により表される。
Ｆ_yP0＝（τ_m／２ｒ）×ｃｏｓωｔ………………………………………………（式１３）

ここで、把持力Ｆ_P0は、ワーク把持部１０ｃの把持点Ｐ１の把持力Ｆ_P1と同じであると考えられるので、以上の結果より、図１０において、角度「θ（＝ωｔ）」がθ＝０度の場合、把持点Ｐ１における水平方向の把持力Ｆ_xP1＝０（最少）、把持点Ｐ１における垂直方向の把持力Ｆ_yP1＝τ_m／２ｒ（最大）となる。

また、図１０において、角度「θ（＝ωｔ）」がθ＝４５度の場合、把持点Ｐ１における水平方向の把持力Ｆ_xP1＝τ_m／（２・√２・ｒ）、把持点Ｐ１における垂直方向の把持力Ｆ_yP1＝τ_m／（２・√２・ｒ）となる。

さらに、図１０において、角度「θ（＝ωｔ）」がθ＝９０度の場合、把持点Ｐ１における水平方向の把持力Ｆ_xP1＝τ_m／２ｒ（最大）、把持点Ｐ１における垂直方向の把持力Ｆ_yP1＝０（最少）となる。

このように、主アーム５の中心点Ｐ０の角度「θ」を適当に設定することにより、把持点Ｐ１の合成把持力Ｆ_P1を、水平方向の把持力Ｆ_xP1と、垂直方向の把持力Ｆ_yP1とに分散することができる。

同様に、主アーム５の中心点Ｐ０の角度「θ」を適当に設定することにより、把持点点Ｑ１の合成把持力Ｆ_Q1を、水平方向の把持力Ｆ_xQ1と、垂直方向の把持力Ｆ_yQ1とに分散することができる。

かくして、リンク式電動グリッパ装置１における第１腕部１０のワーク把持部１０ｃおよび第２腕部２０のワーク把持部２０ｃによるワークｗｋに対する合成把持力Ｆ_P1、Ｆ_Q1を、主アーム５の中心点Ｐ０の角度「θ」により容易かつリニアに制御することができる。

＜他の実施の形態＞
なお、上述した実施の形態においては、主アーム５に対して平行状態が維持された１本の副アーム７により第１腕部１０および第２腕部２０を回動自在に支持するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、主アーム５に平行な複数本の副アーム７を設け、これらにより第１腕部１０および第２腕部２０を回動自在に支持するようにしてもよい。この場合、第１腕部１０および第２腕部２０の剛性を上げることができる。

また、上述した実施の形態においては、第１腕部１０と、この第１腕部１０よりも腕長が短い第２腕部２０とによりリンク式電動グリッパ装置１を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第１腕部１０と、この第１腕部１０よりも腕長が長い第２腕部２０とによりリンク式電動グリッパ装置１を構成するようにしてもよい。

さらに上述した実施の形態においては、その先端にワークｗｋを把持するための側面視Ｌ字状でなるワーク把持部１０ｃが形成された第１腕部１０、および、その先端にワークｗｋを把持するための側面視Ｌ字状でなるワーク把持部２０ｃが形成された第２腕部２０を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その先端にワークｗｋを把持するための側面視円弧状でなるワーク把持部が形成された第１腕部および第２腕部を用いるようにしてもよい。要は、ワークの形状に合わせたワーク把持部が形成された第１腕部および第２腕部を用いることが可能である。

さらに、上述した実施の形態においては、第１腕部１０、２０の先端に形成されたワーク把持部１０ｃ、２０ｃによりワークｗｋを直接保持するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第１腕部１０、２０の先端にワーク把持部１０ｃ、２０ｃとは別構造の爪部をそれぞれ取り付け、その別構造の爪部によりワークｗｋを挟み付けて保持するようにしてもよい。

さらに、上述した実施の形態においては、主アーム５および副アーム７を第１腕部１０および第２腕部２０の一方の面に回動自在に支持するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、主アーム５を第１腕部１０および第２腕部２０の一方の面に回動自在に支持すると共に、副アーム７を第１腕部１０および第２腕部２０の他方の面に回動自在に支持するようにしてもよい。

さらに、上述した実施の形態においては、主アーム５および副アーム７と第１腕部１０および第２腕部２０とを玉軸受からなるベアリング３１〜３４により回動自在に支持するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、コロ軸受けやすべり軸受等により回動自在に支持するようにしてもよい。

さらに、上述した実施の形態においては、主アーム５および副アーム７と第１腕部１０および第２腕部２０とを玉軸受からなるベアリング３１〜３４により回動自在に支持するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ベアリング３１乃至３４の取り付けられた第１腕部１０の貫通孔１０ａ、１０ｂ、第２腕部２０の貫通孔２０ａ、２０ｂを図示しないシール部材により封止するようにしてもよい。

この場合、ジャバラ等を用いる場合に比べて大型化することなく、グリスや磨耗粉およびゴミ等の異物が出ることを未然に防止することができるので、環境に優しくかつクリーンルーム等の使用条件の厳しい環境下においてもリンク式電動グリッパ装置１を使用することが可能となる。

本願発明の電動グリッパ装置は、ＦＡ(Factory Automation)組立工程における製品の自動組立、部品搬送、検査等に利用するようにした場合について述べた。しかしながら、これに限らず、食品トッピング工程、光学機器アライメント自動化工程、医療用および創薬市場のロボット先端グリッパに利用することが可能である。

１……リンク式電動グリッパ装置、２……モータ、２ａ……モータ軸、２ｂ……モータ軸基部、２ｃ……軸、３……モータ台板、４……把持部、５……主アーム、５ａ……一端部、５ｂ……他端部、７……副アーム、１０……第１腕部、１０ａ、１０ｂ……貫通孔、１０ｃ……ワーク把持部（第１ワーク把持部）、２０……第２腕部、２０ａ、２０ｂ……貫通孔、２０ｃ……ワーク把持部（第２ワーク把持部）、３１〜３４……ベアリング、ｗｋ……ワーク。

Claims (5)

1. モータと、
   前記モータに固定されたモータ台板と、
   前記モータのモータ軸の先端にその中央部が固定され、このモータ軸の一方向への回転または他方向への回転に応じて前記中央部を中心として回動する主アームと、
   前記主アームの一端部にこの主アームの回動方向と同じ水平面上でその基端部が回動自在に支持され、その先端に第１ワーク把持部が設けられた所定の腕長でなる第１腕部と、
   前記主アームの他端部にこの主アームの回動方向と同じ水平面上でその基端部が回動自在に支持され、その先端に第２ワーク把持部が設けられた前記第１腕部よりも短い腕長でなる第２腕部と、
   前記主アームと平行な状態に配置され、前記主アームの動きに従動して前記第１腕部および前記第２腕部が互いの平行状態を維持したまま近接離反するように、前記第１腕部および前記第２腕部間で回動自在に支持された副アームとを備え、
   前記副アームは、前記モータ台板から突出した軸に回転自在に支持されていることを特徴とする電動グリッパ装置。
2. 前記第１ワーク把持部および前記第２ワーク把持部は、その形状が側面視Ｌ字状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動グリッパ装置。
3. 前記第１ワーク把持部および前記第２ワーク把持部は、その形状が側面視円弧状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動グリッパ装置。
4. 前記第１腕部および前記第２腕部の互いに近接または離反するときの移動量は、前記モータ軸の回転とともに前記主アームが回転したときの回転角度に応じて制御される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動グリッパ装置。
5. 前記第１ワーク把持部および前記第２ワーク把持部によるワーク把持力は、前記モータ軸の回転とともに前記主アームが回転したときの回転角度に応じて制御される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動グリッパ装置。