JP6514193B2 - 物体を把持又は挟持するための把持又は挟持装置、及び物体を把持又は挟持するための方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、物体を把持又は挟持するための把持又は挟持装置と物体を把持又は挟持するための方法に関する。
本発明は、アクチュエータと、アクチュエータを駆動する駆動部と、アクチュエータに対して可動に連結され、かつ、ジョーガイドによって基部に沿って横行可能な少なくとも１つのジョーとを有する、物体を把持又は挟持するための把持又は挟持装置に関し、該把持又は挟持装置において、弾性変形可能なばね要素が、アクチュエータとジョーとの間に設けられる。

この種の把持又は挟持装置は独国特許出願公開第１００ ４８ ６７３号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０８４ １７７号明細書、又は国際公開第ＷＯ２０１１／１１１６０１号から既に知られている。

この種の把持又は挟持装置では、ばね要素は、特に、発生する衝撃による力を減衰させ、したがって挟持装置の耐用年数を増加させるために使用される。
したがって、本発明の目的はこの種の把持又は挟持装置を改良することである。

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する把持又は挟持装置によって解決される。弾性変形したばね要素の収縮力によって付勢力を与えることができ、該付勢力により物体が把持される。具体的には、駆動部の電源が切られたり、駆動部が機能しなくなった場合においても、この物体を確実に把持することができる。その結果、挟持力の維持がなされる。

具体的には、ばね要素の最大変形、又は少なくともほぼ最大変形が達成され、アクチュエータ、又は相互に作用する可動連結要素が固定されると、純粋に駆動部によりもたらされる把持力よりも大きな把持力を提供することができる。これが可能であるのは、把持力を増大させるために、移動する物体の運動エネルギーをばね要素に蓄えることができ、アクチェーター又はこれに対応する要素が固定されて駆動部の電源が切られた場合であっても、この運動エネルギーを利用することができるからである。

ばね要素は、好適には、プレロードがかけられた状態でアクチュエータとジョーとの間に配置される。
ばね要素は、具体的にはエラストマーダンパとして実現することができる。このために、エラストマーブロック、エラストマーボール、エラストマーリング、又はエラストマー管が有利であることが分かった。

ばね要素の弾性変形及びそれにより生じる弾性回復が、把持された物体において、固定されたアクチュエータ又は固定された要素とばね要素との間の遊びよりも大きければ、特に有利である。このようにして、潜在的に存在する遊びが、把持力の方向に潜在的に生じるばね要素の弾性回復により相殺されるため、把持された物体が固定されたアクチュエータ又は要素により解放され得ないことを確実にすることができる。

物体が把持されてばね要素が弾性変形したときに制動ユニットを作動させる制御ユニットを設けると、さらに有利である。
制御ユニットが電源異常を検出したときにも制動ユニットを作動させるように、制御ユニットが制動ユニットを制御することも有利である。これにより、電力の供給が停止されている間、ジョーの移動が妨げられる。

制御ユニットはさらに検出手段と通信することができ、該検出手段により、ばね要素の変形が検出され得る。この場合、変形は、間接的に又は直接検出することができる。
検出手段は、具体的には、ばね要素にかかる圧力を、したがってばね要素の変形を検出するための圧力測定装置として設計され得る。

さらに、検出手段は、ジョーの位置を、したがってばね要素の変形を検出することができる変位測定手段とすることが考えられる。
さらに、駆動部が電気モータとして設計され、検出手段が電気モータの電流消費を用いて把持力を、したがってばね要素の変形を検出することができる電流測定手段であれば有利である。

好適には、駆動部は回転駆動軸を有することができ、この場合、制動ユニットは、駆動軸を固定するように実現される。駆動軸はアクチュエータと駆動軸との間に設けられた固定可能な要素を形成する。このために、駆動軸を具体的には締め付けにより固定することができる。

駆動軸は２つの自由端を有することができ、一方の自由端はアクチュエータと相互に作用し、他方の自由端は制動ユニットと相互に作用する。この種の改良によって、比較的省スペースを実現することができるにもかかわらず、機能信頼性を維持することが可能である。

最適な把持力を提供するために、出力軸を有する駆動伝達部を駆動部とアクチュエータとの間に設け、制動ユニットが駆動軸に作用するようにすることが考えられる。
駆動伝達部が、制動ユニットを形成し、かつ、自己保持性を有して、該自己保持性によりアクチュエータ又はアクチュエータに対して可動に連結された要素が把持位置に保たれるように、駆動伝達部を駆動部とアクチュエータとの間に設けることがさらに考えられる。これは、付加的な制御可能制動ユニットを必要としないという利点を有する。そのために、自己保持性に起因して生じる遊びは、ばね要素の弾性回復を下回るように選択されなければならない。

こうしたアクチュエータを、回転軸を中心に回転することができるピニオンとして設計することもでき、ばね要素を、具体的には、ジョーと、ピニオンと噛み合うジョーのギアラック部との間に設けることができる。

他方では、アクチュエータを、回転軸を中心に回転することができるピニオンとして設計し、回転軸とピニオンとの間のばね要素を具体的にはエラストマーリング又はエラストマーブッシュとして設計できることも考えられる。すると、この種のばね要素はトルクを受ける。この場合、ピニオンをジョー上に配置されたギアラック部と噛み合わせることもできる。

ジョー上に少なくとも１つのギアラック部が設けられている場合、目標値ギアラック部はジョーの移動方向を横切って延在する２つの対向する幅狭側部を有し、幅狭側部のそれぞれが１つのばね要素と相互に作用する。このために、ばね要素は、一方ではギアラック部に作用し、他方ではジョーに作用する。この場合、ばね要素は長手方向、すなわちジョーの移動方向において荷重を受ける。

冒頭で記載した課題は、請求項１５に記載の特徴を有する把持又は挟持装置を操作するための方法によっても解決される。
本発明のさらなる展開及び有利な実施形態を以下の明細書に見て取ることができる。以下の明細書によって本発明の例示的な実施形態を詳細に説明し、考察する。

本発明の挟持装置の、図２のＩ−Ｉ線に対応する長手方向断面図である。 図１の装置のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における概略断面図である。

図面は、電気モータの形態をとる駆動部１２を有する、本発明の挟持装置１０を示す。駆動部１２を作動させるために制御ユニット１４が設けられる。駆動部は駆動軸１６を有し、その一方の自由端にはピニオン１８が設けられる。平歯車伝達部の形態をとる駆動伝達部２０がピニオン１８の下流側にある。駆動伝達部２０は、ピニオン２４を有する出力軸２２を備える。この場合、出力軸２２はピニオン２４とともにアクチュエータ２６を形成し、アクチュエータ２６によって２つの相互に対向するジョー２８、３０を駆動することができる。

ジョー２８、３０は、それぞれ１つの凹部３２を有し、該凹部３２のそれぞれには、１つのギアラック部３４が収容される。このために、ギアラック部３４はそれぞれ、各ジョー２８、３０の移動方向を横切って延在する２つの対向する幅狭側部３６を有し、該幅狭側部のそれぞれが各ジョー２８、３０上に支持されたばね要素３８と相互に作用する。したがって、２つのばね要素３８がそれぞれのジョー２８、３０上に設けられ、ジョー２８、３０の間にギアラック部３４が１つずつ、ジョーの移動方向に設けられる。ジョー３０上の２つのばね要素３８を、図１の断面図に見て取ることができる。

そのため、駆動部１２が制御ユニット１４によって作動させられると、アクチュエータ２６が駆動伝達部２０によって駆動される。ジョー２８、３０は、アクチュエータ２６によって、又はそのピニオン２４によって、それぞれの移動方向に沿って逆方向に移動する。

ばね要素３８は、具体的には弾性エラストマーブロックとして設計することができ、ジョー２８、３０により物体が把持されたときに柔軟に弾性変形する。このようにして、挟持されるべき物体にジョー２８、３０が作用したときに生じる力の衝撃を弱めることができる。

挟持装置１０は制動ユニット４０を備え、該制動ユニット４０も制御ユニット１４によって制御され得る。アクチュエータ２６は、制動ユニット４０によって間接的に固定され得る。このために、駆動部１２又はその駆動軸１６はピニオン１８から離れた側に自由端４２を備え、該自由端は、制動ユニット４０によって固定され得る。この場合、制動ユニット４０はクランプジョー４４を提供することができ、制動ユニット４０が作動させられたときに、クランプジョー４４が軸端４２に対して作用し、軸端４２と、それゆえアクチュエータ２６をも固定する。

軸端４２は、具体的には、把持されるべき物体が把持されてばね要素３８が弾性変形したときに固定される。これは、駆動部１２が作動させられない場合に、ばね要素３８の弾性による復元力又は収縮力に起因して、挟持力の維持がなされるという利点を有する。

この場合、機械的に連結された要素間に存在する遊び、すなわち駆動部１２の遊びに起因する、駆動伝達部２０に起因する、及びピニオン２４とギアラック部３４との相互作用に起因する遊びは、把持状態において、ばね要素３８それぞれの弾性変形又は弾性回復より小さいことが好ましい。結果として、駆動部の電源が切られたり、駆動部が機能しなくなった場合においてさえも、把持された物体を確実に把持することがそれでもなお確実に可能になる。

ばね要素３８の変形、及びその結果として把持されるべき物体の確実な把持を検出することができる検出手段が設けられるとさらに有利である。検討すべき検出手段は、具体的には各ばね要素３８に作用する圧力を測定することができる圧力測定装置である。さらに、各ジョー２８、３０の位置を検出することができる変位測定手段が考えられる。電気モータ１２の電流消費によって、各把持力を、したがって各ばね要素３８の変形をも判定することができる電流測定手段も考えられる。

図１及び図２から明らかになるように、挟持装置１０の全ての要素は１つのハウジング５０内に収容される。ジョー２８及び３０も、ハウジング５０内で位置決め手段５２によってそれぞれの軸方向位置において横行可能に配置される。

図３は挟持装置１０の把持位置を概略的に示す。駆動伝達部２０を介して駆動部１２によって回転軸５４を中心に回転させられ得るアクチュエータ２６を簡略的に示す。さらに、ジョー２８、３０によって把持される物体５６を示す。

アクチュエータ２６とジョー２８、３０との間には、ジョー上に配置されたそれぞれのギアラック部３４が設けられ、該ギアラック部はジョー２８、３０に対してジョー２８、３０の移動方向において相対移動可能である。ばね要素３８は、ギアラック部３４のそれぞれの対向する幅狭側部３６の間に明確に見て取ることができる。

この場合、ギアラック部３４は適切な位置決め手段５２、例えば摺動手段、を用いてジョー２８、３０の各凹部３２内に支持される。
物体５６を把持するために、アクチュエータ２６は矢印５９の方向に回転させられる。アクチュエータ２６のこの回転された位置を図３に示しており、アクチュエータ２６の左位置を点線で表す。アクチュエータ２６の回転運動のために、図３のギアラック部３４．１は一方では右へ移動し、ワークへの衝突のために把持力Ｆ_０がばね要素３８．１にかかる。これにより、ばね要素３８．１の柔軟な弾性変形を生じさせる。図３に、ばね要素３８．１のこの変形を示す。

この把持力Ｆ_０は、次にばね要素３８．１によりジョー２８に導入される。この把持力Ｆ_０は、次に位置５８において、ジョー２８から把持されるべき物体５６に導入される。
次いで、対応する把持力Ｆ_０は、位置６０において、ジョー３０により把持されるべき物体５６に同様に導入される。したがって、図示された把持位置において、２つの相互に斜めに向き合うばね要素３８．１及び３８．２は、柔軟に弾性変形する。

アクチュエータ２６は、図３において制動ユニット（図示せず）を用いて直接固定され、又は駆動伝達部２０及び駆動部１２によって図１及び図２に示すように間接的に固定される。この場合、遊びが存在するために、位置５８において作用する力Ｆ_０に対抗して距離Ｘだけアクチュエータ２６が逆に回転させらることが考えられる。アクチュエータ２６の、距離Ｘというこのリセット移動が、ばね要素３８．１の弾性回復によって相殺されるため、アクチュエータ２６のリセット移動があってもジョー２８はその絶対位置を変えない。これは同様にジョー３０にも当てはまる。この場合、把持中のばね要素３８の弾性変形は、制動ユニットが作動させられて駆動部が作動を停止したり、機能しなくなった場合においても、距離Ｘのリセット移動にもかかわらず物体５６を確実に把持する十分な把持力を得ることができるように選択されなければならない。

さらに、把持力を増加させることが考えられる。これは、アクチュエータ２６の運動エネルギーを利用することで可能になる。具体的には、ばね要素３８の変形が最大となるときに、アクチュエータ２６が制動ユニットにより固定されると、把持力の増大がもたらされ得る。

Claims (15)

1. アクチュエータ（２６）と、前記アクチュエータ（２６）を駆動する駆動部（１２）と、前記アクチュエータ（２６）に対して可動に連結された少なくとも１つのジョー（２８、３０）とを備える、物体（５６）を把持又は挟持するための把持又は挟持装置（１０）であって、
   弾性変形可能なばね要素（３８）が、前記アクチュエータ（２６）と前記ジョー（２８、３０）との間に設けられ、
   前記物体（５６）が把持されて前記ばね要素（３８）が弾性変形したときに、前記アクチュエータ（２６）を、又は前記アクチュエータ（２６）と制動ユニット（４０）との間に設けられた可動連結要素（４２）を固定することができる制動ユニット（４０）が設けられ、
   前記駆動部が回転駆動軸（１６）を有し、出力軸（２２）を有する駆動伝達部（２０）が前記駆動軸の下流側に設けられ、前記駆動伝達部（２０）が、前記駆動部（１２）と前記アクチュエータ（２６）との間に設けられ、前記ばね要素（３８）の最大変形、又は少なくともほぼ最大変形が達成されると、前記制動ユニット（４０）が前記アクチュエータ（２６）又は前記可動連結要素（４２）を固定し、それにより、把持力を増加させるための、移動する物体の運動エネルギーを前記ばね要素（３８）に蓄えることができ、前記駆動軸（１６）が固定されて前記駆動部（１２）の電源が切られたときに、この運動エネルギーを利用することができることを特徴とする、把持又は挟持装置（１０）。
2. 前記ばね要素（３８）がエラストマーダンパとして設計され、プレロードがかけられた状態で前記アクチュエータ（２６）と前記ジョー（２８，３０）との間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の把持又は挟持装置（１０）。
3. 前記アクチュエータ（２６）は回転軸を中心に回転することができるピニオン（２４）として設計され、
   前記ばね要素（３８）は前記ジョー（２８、３０）と、前記ピニオンと噛み合う前記ジョー上に配置されたギアラック部（３４）との間に設けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の把持又は挟持装置（１０）。
4. 物体（５６）が把持されたときに、前記ばね要素（３８）の弾性変形が、固定された前記アクチュエータ（２６）の遊びよりも大きいことを特徴とする、請求項３に記載の把持又は挟持装置（１０）。
5. 前記物体（５６）が把持されて前記ばね要素（３８）が弾性変形したときに前記制動ユニット（４０）を作動させる制御ユニット（１４）が設けられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の把持又は挟持装置（１０）。
6. 前記制御ユニット（１４）が電源異常を検出したときに前記制動ユニット（４０）が作動させられるように、前記制御ユニット（１４）が前記制動ユニット（４０）を制御することを特徴とする、請求項５に記載の把持又は挟持装置（１０）。
7. 把持力を増大させるために、移動する物体によって生じる運動エネルギーが前記ばね要素（３８）に蓄えられるように、前記制御ユニット（１４）が前記制動ユニット（４０）を作動させることを特徴とする、請求項５又は６に記載の把持又は挟持装置（１０）。
8. 前記制御ユニット（１４）は前記ばね要素（３８）の変形を検出可能な検出手段と通信することを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載の把持又は挟持装置（１０）。
9. 前記検出手段は、前記ばね要素（３８）に作用する圧力を検出することができる圧力測定装置であることを特徴とする、請求項８に記載の把持又は挟持装置（１０）。
10. 前記検出手段は前記ジョー（２８、３０）の位置を検出することができる変位測定手段であることを特徴とする、請求項８又は９に記載の把持又は挟持装置（１０）。
11. 前記駆動部（１２）が電気モータとして設計され、前記検出手段が前記電気モータの電流消費を用いて把持力を検出することができる電流測定手段であることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の把持又は挟持装置（１０）。
12. 前記駆動軸（１６）は２つの自由端を有し、
    一方の自由端は前記アクチュエータ（２６）と相互に作用し、他方の自由端は前記制動ユニット（４０）と相互に作用することを特徴とする、請求項１１に記載の把持又は挟持装置（１０）。
13. 前記アクチュエータは、回転軸を中心に回転することができるピニオンとして実現され、
    前記回転軸と前記ピニオンとの間に前記ばね要素が設けられることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の把持又は挟持装置（１０）。
14. 前記ギアラック部（３４）は前記ジョー（２８、３０）の移動方向を横切って延在する２つの対向する幅狭側部（３６）を有し、幅狭側部のそれぞれが１つのばね要素（３８）と相互に作用することを特徴とする、請求項３に記載の把持又は挟持装置（１０）。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の把持又は挟持装置を操作するための方法であって、
    把持されるべき前記物体（５６）へ向けて前記ジョー（２８、３０）を横行させるために前記駆動部（１２）を作動させる工程と、
    前記物体（５６）が把持されて前記ばね要素（３８）が弾性変形したときに、前記アクチュエータ（２６）を、又は前記アクチュエータに対して可動に連結され、かつ、前記アクチュエータと前記駆動部（１２）との間に設けられた前記可動連結要素（４２）を固定する工程と、
    把持力を増大させるために、移動する物体によって生じる運動エネルギーが前記ばね要素（３８）に蓄えられるように、前記アクチュエータ（２６）又は前記可動連結要素（４２）の固定が行われることと
    を特徴とする、方法。

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