JP6464426B2 - 把持装置 - Google Patents

Description

本発明は、把持装置に関する。

昨今、あらゆる分野にロボット装置が導入されるようになっており、把持機構やハンドリング装置を備えた装置も種々提案されている。これらの把持機構やハンドリング装置の中には、可撓性が高く、変形しやすいものを把持対象、ハンドリング対象としているものが知られている（例えば、特許文献１、２）。これらの把持機構やハンドリング装置は、可撓性が高く、変形しやすいものを把持する為に、例えば板バネ等の弾性部材を備え、その弾性力によって適切な把持力を発揮する。

特開平５−９２３８７号公報 特開平７−２７６２８１号公報

ところで、特許文献１や特許文献２のように、バネ等の弾性部材の弾性力を利用して対象物を把持する場合、把持対象物や、把持部に外力が作用した場合に、弾性力による把持が緩み、把持対象物がずれたり、落下したりする可能性がある。このような不都合を回避するために、例えば、把持対象物を把持した状態で把持機構を固定することが考えられる。しかしながら、把持対象物を把持した後に、把持機構を固定することは、把持動作の工程を増すことになり、作業時間に無駄が生じることになる。

１つの側面では、本明細書開示の把持装置は、把持動作の工程を増すことなく、把持対象物を把持した状態の把持部を固定することを課題とする。

本明細書開示の把持装置は、固定腕部と、把持ベース部に設けられた回転軸部に回転可能に装着され、前記固定腕部と協働して把持対象物を把持する可動腕部と、前記固定腕部との間で把持対象物を把持する前記可動腕部の先端部を前記固定腕部側に付勢する弾性部材と、操作部を備え、当該操作部の操作により、前記弾性部材による前記可動腕部の前記先端部の前記固定腕部側への接近を許容するとともに、前記固定腕部との間で把持対象物を把持した状態の前記可動腕部の動きを抑制する固定機構部と、を、備え、前記固定機構部は、前記把持ベース部に設けられた固定軸部に螺合可能に設けられ、前記操作部が連接された固定ナット部を含み、前記可動腕部は、前記把持ベース部と、前記固定ナット部とに挟持可能に配置されている。

本明細書開示の把持装置によれば、把持動作の工程を増すことなく、把持対象物を把持した状態の把持部を固定することができる。

図１は実施形態の把持装置の斜視図である。 図２は実施形態の把持装置の可動把持部の斜視図である。 図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は実施形態の把持装置の可動把持部の三面図である。 図４は実施形態の把持装置の可動把持部の分解斜視図である。 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は実施形態の把持装置の把持ベース部の三面図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は実施形態の把持装置の可動腕部の三面図である。 図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は実施形態の固定機構部の三面図である。 図８は実施形態の把持装置の可動把持部を水平方向に沿って断面とした説明図である。 図９は実施形態における把持装置の可動把持部を垂直方向に沿って断面とした説明図である。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は実施形態の把持装置の把持準備状態を示す説明図である。 図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は実施形態の可動把持部が把持対象物に接触した状態を示す説明図である。 図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は実施形態の把持装置が把持対象物を把持した状態を示す説明図である。 図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は実施形態の可動把持部が把持対象物を把持した状態で固定された状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。

（実施形態）
まず、図１乃至図９を参照しつつ、実施形態の把持装置１について説明する。図１は実施形態の把持装置１の斜視図である。図２は実施形態の把持装置１の可動把持部４の斜視図である。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は実施形態の把持装置１の可動把持部４の三面図である。図３（Ａ）は把持装置１の可動把持部４の平面図であり、図３（Ｂ）は把持装置１の可動把持部４の正面図であり、図３（Ｃ）は把持装置１の可動把持部４の側面図である。図４は実施形態の把持装置１の可動把持部４の分解斜視図である。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は実施形態の把持装置１の把持ベース部５の三面図である。具体的に、図５（Ａ）は把持ベース部５の平面図であり、図５（Ｂ）は把持ベース部５の正面図であり、図５（Ｃ）は把持ベース部５の側面図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は実施形態の把持装置１の可動腕部６の三面図である。具体的に、図６（Ａ）は可動腕部６の平面図であり、図６（Ｂ）は可動腕部６の正面図であり、図６（Ｃ）は可動腕部６の側面図である。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は実施形態の固定機構部８の三面図である。具体的に、図７（Ａ）は固定機構部８の平面図であり、図７（Ｂ）は固定機構部８の正面図であり、図７（Ｃ）は固定機構部８の側面図である。図８は実施形態の把持装置１の主要部を水平方向に沿って断面とした説明図である。図９は実施形態における把持装置１の主要部を垂直方向に沿って断面とした説明図である。

把持装置１は、可撓性が高く、変形しやすい対象物を把持する際に好適に用いることができる。本実施形態の把持装置１は、基板５０を把持対象物としている。具体的に、把持装置１は、光学部品に対する基板５０の光軸合わせを行うために、基板５０の精密な位置合わせを行う際に用いられる。図１を参照すると、把持装置１は、移動ベース部２を備える。移動ベース部２には、アクチュエータが装着される。把持装置１は、移動ベース部２に装着されたアクチュエータにより、図１に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の移動と、Ｚ軸回りの回転が可能とされている。これにより、把持装置１は、把持した基板５０の位置調整を行うことができる。移動ベース部２には、第１連結部２ａと第２連結部２ｂが概ねＺ軸方向に沿って連設されている。第１連結部２ａには、固定腕部３が設けられている。一方、第２連結部２ｂには、固定腕部３とともに把持部として機能する可動把持部４が設けられている。可動把持部４は、把持ベース部５、可動腕部６及び固定機構部８を備える。可動把持部４は、把持ベース部５を介して第２連結部２ｂに取り付けられている。

図２乃至図４を参照すると、可動把持部４は、把持ベース部５の下側に可動腕部６を備え、さらに、可動腕部６の下側に固定機構部８を備えている。すなわち、把持ベース部５と固定機構部８との間に可動腕部６が配置されている。

図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照すると、把持ベース部５には、固定軸部５ａと、回転軸部５ｂが設けられている。固定軸部５ａと回転軸部５ｂとは、互いにオフセットさせて設けられている。固定軸部５ａと、回転軸部５ｂは、いずれも垂直方向、すなわち、Ｚ軸方向に沿って把持ベース部５の下方に延びている。固定軸部５ａの表面には、ネジ部５ａ１が設けられている。このネジ部５ａ１には、後に説明する固定機構部８が備える固定ナット部８ａのネジ部８ａ１が螺合する。回転軸部５ｂには、後に説明する可動腕部６が回転可能に装着される。把持ベース部５には、プランジャ部５ｃが設けられている。プランジャ部５ｃは、下方、すなわち、固定機構部８側に向かって出没可能に設けられたボール部５ｃ１を備える。把持ベース部５は、図３（Ｃ）や図５（Ｃ）に明確に表れているように、バネ部材５ｄを備えている。バネ部材５ｄは、弾性部材の一例である。本実施形態におけるバネ部材５ｄは、コイルばねであるが、板バネ等、他の弾性部材としてもよい。バネ部材５ｄは、回転軸部５ｂに回転可能に装着される可動腕部６の先端部を固定腕部３側に近づくように付勢する。把持ベース部５は、固定軸部５ａの基端部に当接部５ｅを備える。当接部５ｅの下面となる当接面５ｅ１は、後に説明する固定ナット部８ａが締めこまれたときに、可動腕部６の上面が当接する面となり、その摩擦力によって、可動腕部６を固定状態とする。把持ベース部５の下面側には、可動腕部６が回転軸部５ｂ周りで回転し、揺動することができるスペースが設けられている。

図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を参照すると、可動腕部６は、先端部６ａ、基端部６ｂ、軸支部６ｃ及び軸回避部６ｄを備える。可動腕部６は、軸支部６ｃにおいて把持ベース部５に設けられた回転軸部５ｂに回転可能に装着され、固定腕部３と協働して把持対象物である基板５０を把持する。すなわち、可動腕部６は、固定腕部３とともに把持部を構成する。可動腕部６は、その先端部６ａを固定腕部３の先端部と対向させて配置されている。可動腕部６の基端部６ｂには、凹部６ｂ１が形成されている。凹部６ｂ１には、後に説明する押圧ピン１０が接触することができる。可動腕部６には、上述のように先端部６ａと基端部６ｂとの間に軸支部６ｃが設けられており、この軸支部６ｃには、把持ベース部５に設けられた回転軸部５ｂが挿通される。これにより、可動腕部６は、回転軸部５ｂに対して回転自在とされている。可動腕部６は、軸回避部６ｄを備えている。これは、可動腕部６が回転軸部５ｂに装着され、回転するときに、固定軸部５ａとの干渉を回避するためのものである。本実施形態における軸回避部６ｄは、略楕円形状を有しているが、固定軸部５ａとの干渉を回避することができる形状であれば、どのような形状であってもよい。回転軸部５ｂに装着された可動腕部６は、その先端部６ａによって把持対象物を把持することができるように、バネ部材５ｄによって付勢される。このとき、可動腕部６は、先端部６ａが固定腕部３側に移動することになる。従って、本実施形態の配置にあっては、可動腕部６は、基端部６ｂ側が押圧されて回転するために、基端部６ｂと軸支部６ｃとの間にバネ部材５ｄが当接する状態とされる。なお、バネ部材５ｄが可動腕部６に当接する位置は、これに限定されるものではない。例えば、可動腕部６の反対側の側面に当接させる場合は、先端部６ａと軸支部６ｃとの間にバネ部材５ｄを当接させる。要は、バネ部材５ｄが先端部６ａを固定腕部３側に付勢する状態となっていればよい。

可動腕部６の先端部６ａには、接触ピン７が装着されている。接触ピン７は、可動腕部６が把持対象物となる基板５０を把持する際に、基板５０と接触する。接触ピン７の先端部には、テーパ部７ａが設けられている。このように、テーパ部７ａが設けられているのは、基板５０を把持する際に、接触ピン７を所望の位置に案内し易くするためである。

図７（Ａ）〜図７（Ｃ）を参照すると、固定機構部８は、固定ナット部８ａと操作部１２を備える。固定ナット部８ａは、その中心部にネジ部８ａ１を備える。ネジ部８ａ１には、螺糸が形成されており、固定軸部５ａのネジ部５ａ１と螺合する。固定ナット部８ａの上部には、当接部９が設けられている。当接部９の上面は、可動腕部６との当接面９ａとなっている。固定ナット部８ａの上面には、ネジ部８ａ１からオフセットさせた位置に押圧ピン１０が設けられている。押圧ピン１０は、可動腕部６の基端部６ｂに設けられた凹部６ｂ１に当接することができる位置に設けられている。固定ナット部８ａは、その上面側の周縁部に周囲より若干高く形成された段部１１を備えている。段部１１の表面には、溝部１１ａが設けられている。この溝部１１ａには、把持ベース部５に設けたプランジャ部５ｃが備えるボール部５ｃ１が嵌り込むことができる。固定ナット部８ａには、操作部１２が設けられている。操作部１２は、連設部１２ａとつまみ部１２ｂを含む。本実施形態における操作部１２は、二本の連設部１２ａとつまみ部１２ｂを備えた形態であるが、固定ナット部８ａを回転させることができる形態であれば、どのような形態であってもよい。なお、本実施形態における操作部１２は、手動で操作することを想定しているが、固定ナット部８ａを動力により回転させるようにしてもよい。

このような固定機構部８は、固定ナット部８ａの状態より、バネ部材５ｄの弾性力を利用して可動腕部６の先端部６ａが固定腕部側に接近することを許容する。具体的に、固定ナット部８ａが緩んだ状態とすることにより、可動腕部６が回転軸部５ｂ周りに回転可能な状態とすることができる。このように、固定ナット部８ａが緩んだ状態を維持しつつ、押圧ピン１０が基端部６ｂの移動を許容する位置に移動すると、可動腕部６がバネ部材５ｄに付勢されて回転し、先端部６ａが固定腕部３側に移動する。バネ部材５ｄによって回転した可動腕部６は、固定腕部３との間で適切な力により把持対象物である基板５０を把持することができる。さらに、固定機構部８は、固定ナット部８ａが締め付けられることで、基板５０を把持した状態の可動腕部６を固定し、その動きを抑制することができる。

固定機構部８は、把持ベース部５との間に可動腕部６を挟持可能な状態で設置されている。このため、固定ナット部８ａを緩み方向に回転させると可動腕部６の固定を解除することができる。そして、固定ナット部８ａをさらに緩み方向に回転させ、押圧ピン１０を可動腕部６の基端部６ｂに設けた凹部６ｂ１に当接させ、バネ部材５ｄを圧縮するように押し込むと、先端部６ａを固定腕部３から離間することができる。これにより、把持準備状態とすることができる。なお、この状態のとき、溝部１１ａには、プランジャ部５ｃのボール部５ｃ１が嵌り込み、固定ナット部８ａの回転を拘束する。これにより、固定ナット部８ａが、可動腕部６を介してバネ部材５ｄの弾性力よって押され、回転することが抑制される。このような状態から、操作部１２を操作して固定ナット部８ａを締め方向に回転させると、まず、押圧ピン１０が移動することにより基端部６ｂがバネ部材５ｄの弾性力よって押し出され、可動腕部６が回転する。これに伴って、先端部６ａが固定腕部３側へ移動し、基板５０が把持される。そして、固定ナット部８ａをさらに締め方向に回転させると、可動腕部６が固定され、基板５０を把持した状態が維持される。

つぎに、このような把持装置１の動作を図１０（Ａ）〜図１３（Ｂ）を参照しつつ、より詳細に説明する。まず、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）を参照すると、押圧ピン１０は、可動腕部６の基端部６ｂに設けられた凹部６ｂ１に当接しており、凹部６ｂ１を、図１０（Ａ）において時計回りに押し込んでいる。これにより、先端部６ａが把持対象物である基板５０から離れた状態となるとともに、バネ部材５ｄが、圧縮された状態となっている。この状態は、いわば、把持準備状態であり、基板５０を把持するときは、この状態から、つまみ部１２ｂを図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）中、矢示５１の方向に回転させる。なお、このとき、固定ナット部８ａが備える当接部９の当接面９ａと可動腕部６との間に隙間Ｓが形成されており、可動腕部６は、回転可能な状態となっている。また、矢示５１は、固定ナット部８ａを締め込む方向である。

図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）を参照し、操作部１２のつまみ部１２ｂをつまんだ作業者によって固定ナット部８ａが矢示５１の方向に回転させられると、これに伴い、押圧ピン１０が矢示５１の方向に沿って移動する。これにより、バネ部材５ｄによって基端部６ｂ側が押されている可動腕部６が回転軸部５ｂを回転中心として矢示５１の方向に沿って移動する。これに伴って先端部６ａに装着された接触ピン７が基板５０に接近し、接触する。これにより、把持位置が決定する。すなわち、固定ナット部８ａが回転することにより、先端部６ａが固定腕部３側へ接近することが許容される。ただし、この時点では、押圧ピン１０が基端部６ｂに接触しており、バネ部材５ｄの弾性力を利用した基板５０の把持は実施されていない。このとき、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示す状態と比較すると狭くなっているものの、固定ナット部８ａが備える当接部９の当接面９ａと可動腕部６との間に隙間Ｓは維持されている。なお、固定ナット部８ａが回転すると、プランジャ部５ｃの溝部１１ａへの係合が解除される。

図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）を参照し、操作部１２のつまみ部１２ｂをつまんだ作業者によって固定ナット部８ａが矢示５１の方向にさらに回転させられると、これに伴い、押圧ピン１０が矢示５１の方向に沿ってさらに移動する。これにより、押圧ピン１０の可動腕部６の基端部６ｂへの接触が解除される。この結果、可動腕部６は、バネ部材５ｄの弾性力によって押圧され、バネ部材５ｄの弾性力を利用した基板５０の把持が実施されている状態となる。このとき、基板５０は、バネ部材５ｄの弾性力により、適切な把持力によって把持されている。しかしながら、一段と狭くはなっているものの、当接面９ａと可動腕部６との間に隙間Ｓは維持されている。従って、この状態で可動腕部６や基板５０に何らかの外力が作用すると、基板５０がずれたり、落下したりする可能性がある。そこで、本実施形態の把持装置１では、可動腕部６の動きを抑制すべく、固定ナット部８ａをさらに締め込む。

図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）を参照し、操作部１２のつまみ部１２ｂをつまんだ作業者によって固定ナット部８ａが矢示５１の方向にさらに回転させられると、これに伴い、当接面９ａと可動腕部６との間の隙間Ｓが消滅し、可動腕部６が固定される。すなわち、可動腕部６は、把持ベース部５側の当接面５ｅ１と固定機構部８側の当接面９ａとに挟持され、基板５０を把持した状態で固定される。これにより、バネ部材５ｄの弾性力によって適切な力で基板５０を把持した状態が維持される。

以上説明したように、本実施形態の把持装置１を用いて把持対象物を把持するときは、操作部１２の操作により固定ナット部８ａを一方向に回転させればよい。すなわち、固定ナット部８ａを締め込むという一つの動作だけで、バネ部材５ｄの弾性力を利用した把持対象物の把持と、把持対象物を把持した状態での把持部、具体的に、可動腕部６の固定をすることができる。このように、本実施形態の把持装置１によれば、把持動作の工程を増すことなく、把持対象物を把持した状態の把持部を固定することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１ 把持装置
３ 固定腕部
４ 可動把持部
５ 把持ベース部
５ａ 固定軸部
５ａ１ ネジ部
５ｂ 回転軸部
５ｄ バネ部材
５ｅ 当接部
５ｅ１ 当接面
６ 可動腕部
６ａ 先端部
６ｂ 基端部
６ｃ 軸支部
８ 固定機構部
８ａ 固定ナット部
８ａ１ ネジ部
９ 当接部
９ａ 当接面
１０ 押圧ピン
１２ 操作部
５０ 基板

Claims (2)

1. 固定腕部と、
   把持ベース部に設けられた回転軸部に回転可能に装着され、前記固定腕部と協働して把持対象物を把持する可動腕部と、
   前記固定腕部との間で把持対象物を把持する前記可動腕部の先端部を前記固定腕部側に付勢する弾性部材と、
   操作部を備え、当該操作部の操作により、前記弾性部材による前記可動腕部の前記先端部の前記固定腕部側への接近を許容するとともに、前記固定腕部との間で把持対象物を把持した状態の前記可動腕部の動きを抑制する固定機構部と、
   を、備え、
   前記固定機構部は、前記把持ベース部に設けられた固定軸部に螺合可能に設けられ、前記操作部が連接された固定ナット部を含み、
   前記可動腕部は、前記把持ベース部と、前記固定ナット部とに挟持可能に配置された把持装置。
2. 前記固定ナット部は、前記固定ナット部を緩めることにより前記可動腕部の基端部に当接して前記可動腕部を回転させ、前記弾性部材を圧縮しつつ、前記可動腕部の先端部を前記固定腕部から離間させる押圧ピンを備える請求項１に記載の把持装置。

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