JP6885592B2 - ロボットハンド - Google Patents

Description

本発明は、ロボットハンドに関する。

従来、樹脂成形金型から成形品を取り出す成形品取出装置に付設され、成形品を把持する開閉チャックが知られている（特許文献１：特開２００９−２２０２４３号公報、特許文献２：特開２００９−２２０２４４号公報）。一例として、開閉チャックは、エア供給によって指部が開き、エア供給の停止によって指部が閉じることで成形品のスプールやランナを把持して樹脂成形金型の外に成形品を取り出す構成となっている。

特開２００９−２２０２４３号公報 特開２００９−２２０２４４号公報

特許文献１と特許文献２に例示されるような従来の開閉チャックは、開閉動作可能な２つの指部を備え、２つの指部が向かい合う面の後方に弾性部材として圧縮ばねが設けられており、エア供給されると指部が開き、エア供給が停止されると前記圧縮ばねの復元力によって指部が閉じる構成となっている。

ここで、本明細書では、ワーク等の対象物を移動させるために把持する機構をロボットハンドと表現する。ロボットハンドには、既知の開閉チャックが含まれる。また、本明細書では、弾性変形を利用してエネルギーを蓄積したり放出したりする機械要素を弾性部材と表現する。

前記弾性部材は動作を繰り返すことで疲労破壊に至る。前記弾性部材が疲労破壊すると、破片が飛散し脱落する場合がある。しかし、前記弾性部材が疲労破壊に至る動作寿命は予測できない。従来技術では、前記弾性部材は露出しており、前記弾性部材が疲労破壊して破片が飛散し脱落すると、成形品や金型等に異物混入するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、指部の先端側が閉じる方向に付勢する弾性部材を備えたロボットハンドにおいて、前記弾性部材が疲労破壊しても飛散し脱落しない構造とし、成形品等のワークや金型等のツールへの異物混入を防止して信頼性を高めた構造のロボットハンドを提供することを目的とする。

一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。

本発明に係るロボットハンドは、先端側の向かい合う把持面が接離する２つの指部と、前記指部それぞれの後端側を収納するフレームと、前記フレームに組み込まれる補強部材と、前記指部を互いに開閉可能に連結する軸部材と、前記軸部材と直交する方向に駆動力を生じさせる駆動手段と、前記駆動手段によって前記指部それぞれの後端側を押し開く所定位置に設けられた楔部材と、前記把持面を互いに離す方向に付勢する弾性部材とを備え、前記駆動手段は、前記軸部材と直交する方向に配されて前記フレームと連結固定されるシリンダと、前記シリンダ内に供給されるエアの圧力によって摺動し前記楔部材を押すピストンを有しており、前記弾性部材は、ねじりコイルばねであり、前記ねじりコイルばねは、前記軸部材が挿通された状態で前記指部の作動室に密閉されており、樹脂成形金型から成形品を取り出す成形品取出装置に付設される構成であり、各前記指部の後端側に形成された貫通穴にそれぞれピンが取り付けられ、各前記ピンにそれぞれローラが回転可能に取り付けられており、前記軸部材を支点として前記指部が開閉動作する構成であることを特徴とする。前記フレームに形成された貫通穴と前記指部の連結部に形成された貫通穴とに前記軸部材が挿通されているとともに、前記軸部材に形成された溝部に前記補強部材に形成されたスリットが挿入されており、前記フレームと前記シリンダと前記補強部材とがボルトまたはネジによって連結固定されていることが好ましい。一例として、前記指部と前記楔部材とを互いに離す方向に付勢する圧縮コイルばねと、前記楔部材の先端側を挿通させる円環形状の軸受をさらに備え、前記ピストンと前記楔部材の後端側とが連結固定されており、前記圧縮コイルばねは、前記楔部材が挿通された状態で前記シリンダにおけるシリンダ室に密閉されている構成である。

この構成によれば、前記弾性部材は、前記軸部材が挿通される前記指部の作動室に閉じ込められているので、前記弾性部材が疲労破壊したときに破片が飛散する虞がなく、脱落することもないため、成形品等のワークや金型等のツールへの異物混入が防止できる。ここで、前記指部は、後端側を力点とし、先端側を作用点とし、前記軸部材を支点として開閉動作する構成である。

前記駆動手段は、アクチュエータであり、空圧式、油圧式、電気式のいずれかである。前記駆動手段としては、例えば、空圧シリンダ、油圧シリンダ、ソレノイド、電動モータ、圧電アクチュエータ、その他既知の駆動手段が挙げられる。

前記ロボットハンドは、前記フレームに組み込まれる補強部材をさらに備え、前記フレームに形成された貫通穴と前記指部の連結部に形成された貫通穴とに前記軸部材が挿通されているとともに、前記軸部材に形成された溝部に前記補強部材に形成されたスリットが挿入されていることが好ましい。この構成によれば、前記軸部材を前記フレームから取り外すことで前記フレームと前記補強部材と前記指部と前記弾性部材とを分解することができ、また、前記軸部材を前記フレームに取り付けることで前記フレームと前記補強部材と前記指部と前記弾性部材とを組み立てることができるので、前記指部や前記弾性部材の交換が容易となる。例えば、前記弾性部材に不具合が生じたときに、前記弾性部材のみを迅速に交換することができる。また例えば、前記指部の開閉回数や前記指部先端側の把持面の摩耗状態によって前記指部のみを迅速に交換することができる。したがって、必要最小限の部品交換によって前記ロボットハンドの動作寿命を延ばすことができ、メンテナンスコストを抑えることができる。

前記弾性部材は、前記指部に回転運動をさせる構造体である。前記弾性部材としては、例えば、コイルばね、板ばね、ゴムばね等が挙げられる。

前記弾性部材は、ねじりばねであることが好ましい。この構成によれば、前記作動室を小型化しつつ前記指部が閉じるために必要なエネルギーを蓄積したり放出したりすることが容易となり、且つ、前記作動室に形成される密閉空間において前記軸部材を挿通させることが容易となる。

前記駆動手段は、前記軸部材と直交する方向に配されて前記フレームと連結固定されるシリンダと、前記シリンダ内に供給される流体の圧力によって摺動し前記楔部材を押すピストンを備えることが好ましい。この構成によれば、シンプルな構成とすることが容易であるとともに、防爆仕様にすることが容易である。

また、前記弾性部材は第1の弾性部材であり、前記指部と前記楔部材とを互いに離す方向に付勢する第２の弾性部材をさらに備え、前記第２の弾性部材は、前記シリンダにおけるシリンダ室に密閉されることが好ましい。この構成によれば、エア供給の停止によって前記指部が閉じる際に、前記第１の弾性部材の復元力に加えて、前記第２の弾性部材の復元力によって、前記楔部材が前記指部の後端側から離れる方向に付勢するので、長期的に確実な開閉動作が保証される。さらに、前記第２の弾性部材は、前記シリンダにおけるシリンダ室に閉じ込められているので、前記第２の弾性部材が疲労破壊したときに破片が飛散する虞がなく、脱落することもない。前記第２の弾性部材は、前記ピストンを押し戻す構造体である。前記第２の弾性部材としては、例えば、コイルばね、板ばね、ゴムばね等が挙げられる。

本発明によれば、前記指部の前記把持面を互いに離す方向に付勢する前記第１の弾性部材や前記第２の弾性部材が疲労破壊したときに破片が飛散する虞がなく、脱落することもないため、成形品等のワークや金型等のツールへの異物混入が防止でき、信頼性を高めた構造のロボットハンドが実現する。

本発明の第１の実施形態に係るロボットハンドの例を示す概略図であり、斜め上方からの斜視図である。 図１におけるII−II線断面図である。 上記実施形態に係るロボットハンドの概略図であり、構造展開図である。 本発明の第２の実施形態に係るロボットハンドの例を示す概略図であり、構造展開図である。 本発明の第３の実施形態に係るロボットハンドの例を示す概略図であり、断面図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。本実施形態は、一例として、樹脂成形金型から成形品を取り出す成形品取出装置に付設され、成形品を把持するロボットハンド１である。図１は、ロボットハンド１を斜め上方から見た斜視図である。図２は、図１におけるII−II線断面図である。図３は、ロボットハンド１の構造展開図である。ロボットハンド１は、樹脂成形品のスプールやランナ等を掴むための指部１２と、フレーム１３と、シリンダ１５とを備え、シリンダ１５には、成形品取出装置等のロボット本体に付設する接続面１５ａが形成される。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

ロボットハンド１は、シリンダ１５の後端の接続面１５ａに形成されたエア供給口１５ｂ、またはシリンダ１５の側面に形成されたエア供給口１５ｃからのエア供給によって指部１２の先端側が互いに開き、エア供給の停止によって指部１２の先端側が互いに閉じる構成となっている。

ここで、ロボットハンド１の各部の位置関係を説明し易くするため、図中にＸ，Ｙ，Ｚの矢印で向きを示している。エア供給口１５ｂから指部１２の先端側はＺ方向下向きで描画しているが、ロボットハンド１を実際に使用する際には、これらの向きに限定されず、どのような向きで使用しても支障ない。

図１〜図３に示すように、本実施形態のロボットハンド１は、先端側の向かい合う把持面１２ｃが接離する２つの指部１２と、各指部１２の後端側を収納するフレーム１３と、指部１２を互いに開閉可能に連結する軸部材１４を備える。また、本願の駆動手段として、軸部材１４と直交する方向に配されて、ボルトやネジ等の固定手段によってフレーム１３と連結固定されるシリンダ１５と、シリンダ１５内に供給される流体の圧力によって摺動し楔部材１７（ウエッジ）を押すピストン１６を備える。図１の例では、フレーム１３とシリンダ１５とは六角穴付きボルト５１によって連結固定される。フレーム１３は箱形状であり、中心軸Ｐ１上に配されている。軸部材１４は円柱状であり、中心軸Ｐ１と直交する中心軸Ｐ２上に配されている。

シリンダ１５は、内部に流路１５ｅが形成されており、流路１５ｅと接続されたシリンダ室１５ｄには、ピストン１６および楔部材１７が配されている。ピストン１６は、樹脂製または金属製であり、一例として、外周側面にパッキンが設けられている。楔部材１７は、鉄やステンレス等の硬質金属製であり、先端部１７ａが円錐状となっており、本体が円柱状で、後端部１７ｂが段付きの凸形状となっている。図２と図３の例では、ピストン１６の後端面に形成された貫通穴１６ａに、ネジ２５を通し、楔部材１７の後端部１７ｂに円環状のワッシャ２４の穴２４ａを取り付けた状態で、ピストン１６と楔部材１７とが連結固定される。そして、シリンダ室１５ｄには、楔部材１７の先端側を挿通させる貫通穴２３ａが形成された円環形状の軸受２３が配される。

指部１２は、鉄やステンレス等の硬質金属製であり、中心軸Ｐ２上に貫通穴１２ａが形成され、指部１２が中心軸Ｐ２上で互いに向かい合う面に作動室１２ｄが形成され、作動室１２ｄに弾性部材としてねじりばね１８が配されている。指部１２の後端側には貫通穴１２ｂが形成され、ピン２１が貫通穴１２ｂに取り付けられ、ピン２１にローラ２２が回転可能に取り付けられている。指部１２の先端側の把持面１２ｃには、滑り止めの鋸歯状の溝(セレーション)や凹凸（ギザギザ）が適宜形成される（不図示）。

指部１２は、ローラ２２が配された後端側を力点とし、把持面１２ｃが形成された先端側を作用点とし、軸部材１４を支点として開閉動作する構成である。

箱形状のフレーム１３には、Ｕ型またはコの字型に板金が折り曲げ加工された補強部材１９（ステー）が組み込まれる。補強部材１９には、楔部材１７を挿通させる貫通穴１９ｂが形成される。また、補強部材１９は、折り曲げ加工された２つの面にＵ形状またはコの字形状のスリット１９ａが形成される。この構成により、フレーム１３のＹ方向の巾寸法を小さくすることが容易となり、樹脂成形金型が開いたときの隙間を小さくしても成形品を取り出すことが可能となる。よって、樹脂成形金型の型開きを小さくして成形サイクルタイムを短くすることができる。

軸部材１４の両端面にはドライバーやレンチ等の工具を使うためのマイナス形状の溝、プラス形状の溝、または六角形状の窪みが形成される。また、軸部材１４の両方の端部側には、補強部材１９に形成されたスリット１９ａを挿入させるための溝部１４ｂが形成されている。

軸部材１４は、中心軸Ｐ２を中心として回転可能な構成である。軸部材１４としては、上述の構成に限られず、例えば、シャフト、ショルダーボルト、ストリッパボルト、六角穴付きボルト等が適用可能である。

ロボットハンド１を組み立てする際は、フレーム１３に形成された貫通穴１３ａと指部１２の連結部１２ｅに形成された貫通穴１２ａとに軸部材１４が挿通される。また、軸部材１４に形成された溝部１４ａに補強部材１９に形成されたスリット１９ａが挿入され、フレーム１３とシリンダ１５と補強部材１９とが六角穴付きボルト５１によって連結固定される。これにより、フレーム１３と補強部材１９とは位置決めされて固定される。

作動室１２ｄは、軸部材１４がねじりばね１８に挿通された状態で密閉空間となる。よって、ねじりばね１８が指部１２の連結部１２ｅに形成された作動室１２ｄに密閉された状態となる。これにより、フレーム１３と指部１２とねじりばね１８とは位置決めされる。図３の例では、ねじりばね１８として、ねじりコイルばねを採用している。

作動室１２ｄは、軸部材１４が挿通された状態で密閉空間となる。この構成により、仮に、ねじりばね１８が疲労破壊によりその微小部分が外れたとしても作動室１２ｄから外に脱落する虞はない。

このようにして、組み立てられたロボットハンド１は、エア供給口１５ｂ（またはエア供給口１５ｃ）からのエア供給によってシリンダ室１５ｄのピストン１６が摺動し、ピストン１６と連結された楔部材１７が指部１２の後端側のローラ２２を押し開くことで、指部１２において把持面１２ｃが形成された先端側が互いに開く。そして、エア供給が停止すると、ねじりばね１８の復元力によって楔部材１７およびピストン１６が押し戻されて指部１２の後端側が互いに閉じるとともに指部１２の先端側が互いに閉じる。

本実施形態によれば、ねじりばね１８（本願の弾性部材）が指部１２の互いの連結部１２ｅに閉じ込められた構造となるので、ねじりばね１８が疲労破壊したときに破片が飛散する虞がなく、脱落することもないため、成形品や金型等への異物混入が防止できる。そして、ドライバーやレンチ等の工具が１本あれば、簡単に、軸部材１４をフレーム１３から取り外すことができ、それによってフレーム１３と補強部材１９と指部１２とを分解することができる。また、ドライバーやレンチ等の工具が１本あれば、簡単に、軸部材１４をフレーム１３に取り付けることができ、それによってフレーム１３と補強部材１９と指部１２とを組み立てることができる。したがって、指部１２やねじりばね１８の交換が容易となる。例えば、指部１２に不具合が生じたときや、指部１２の開閉回数や指部先端側の把持面１２ｃの摩耗状態によって指部１２のみを迅速に交換することができる。例えば、ねじりばね１８に不具合が生じたときや、指部１２の開閉回数や指部１２の状態によってねじりばね１８のみを迅速に交換することができる。このようにして、必要最小限の部品交換によってロボットハンド１の動作寿命を延ばすことができるので、メンテナンスコストを抑えることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態のロボットハンド１は、上述のねじりばね１８（本願の第１の弾性部材）に加えて、補強部材１９と楔部材１７を互いに離す方向に付勢する圧縮ばね２８（本願の第２の弾性部材）を備えた構成である。

図４は、本実施形態に係るロボットハンドの例を示す概略図であり、構造展開図である。第２の実施形態では、第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。

図４の例では、ピストン１６の後端面に形成された貫通穴１６ａに、ネジ２５を通し、楔部材１７の後端部１７ｂに円環状でマグネット製のワッシャ２４の穴２４ａを取り付けた状態で、ピストン１６と楔部材１７とが連結固定される。そして、楔部材１７は、圧縮ばね２８に挿通されて、ワッシャ２４の磁力によって圧縮ばね２８の端面が吸着された状態となり、位置決めされる。そして、楔部材１７の先端側を挿通させる貫通穴２３ａが形成された円環形状の軸受２３が配される。圧縮ばね２８は、軸受２３とワッシャ２４との間に配されて、楔部材１７およびピストン１６を押し戻す方向に付勢する。ここで、圧縮ばね２８は、シリンダ１５のシリンダ室１５ｄに閉じ込められた状態となり、軸部材１４は、ねじりばね１８に挿通されて軸受２３とワッシャ２４とに挟まれて位置決めされる。図４の例では、圧縮ばね２８として、圧縮コイルばねを採用している。

シリンダ室１５ｄは、軸受２３とワッシャ２４とが配された状態で密閉空間となる。この構成により、仮に、圧縮ばね２８が疲労破壊によりその微小部分が外れたとしてもシリンダ室１５ｄから外に脱落する虞はない。

このようにして、組み立てられたロボットハンド１は、エア供給口１５ｂ（またはエア供給口１５ｃ）からのエア供給によってシリンダ室１５ｄのピストン１６が摺動し、ピストン１６と連結された楔部材１７が指部１２の後端側のローラ２２を押し開くことで、指部１２において把持面１２ｃが形成された先端側が互いに開く。そして、エア供給が停止すると、ねじりばね１８の復元力に加えて、圧縮ばね２８の復元力によって楔部材１７およびピストン１６が押し戻されて指部１２の後端側が互いに閉じるとともに指部１２の先端側が互いに閉じる。

本実施形態によれば、ねじりばね１８（本願の第１の弾性部材）が指部１２同士の作動室１２ｄに閉じ込められた構造となり、また、圧縮ばね２８（本願の第２の弾性部材）がシリンダ１５のシリンダ室１５ｄに閉じ込められた構造となるので、ねじりばね１８と圧縮ばね２８とのいずれかないしは両方が疲労破壊したときに破片が飛散する虞がなく、脱落することもないため、成形品や金型等への異物混入が防止できる。そして、ドライバーやレンチ等の工具が１本あれば、簡単に、ねじりばね１８と圧縮ばね２８とのいずれかないしは両方の交換が容易となる。例えば、ねじりばね１８や圧縮ばね２８に不具合が生じたときや、指部１２の開閉回数や指部１２の状態によってねじりばね１８や圧縮ばね２８を迅速に交換することができる。このようにして、必要最小限の部品交換によってロボットハンド１の動作寿命を延ばすことができるので、メンテナンスコストを抑えることができる。そして、この構成によれば、エア供給の停止によって指部１２が閉じる際に、ねじりばね１８に加えて、圧縮ばね２８は、楔部材１７が指部１２の後端側から離れる方向に付勢するので、長期的に確実な開閉動作が保証される。

（第３の実施形態）
第３の実施形態のロボットハンド１は、駆動手段を、上述のシリンダ１５およびピストン１６による構成に替えて、ソレノイドによる構成とした構成である。

図５は、本実施形態に係るロボットハンドの例を示す概略図であり、断面図である。図５は、図１におけるII−II線断面図と同様である。第３の実施形態では、第１の実施形態および第２の実施形態と相違する点を中心に説明する。

図５の例では、楔部材１７は、可動鉄心（プランジャ）として機能させるために、その全長を長くして、コイル７６に挿通させて、後端部に止め輪７８が取り付けられて、コイル７６内を往復動作可能に配されている。コイル７６は、筒状のボビン７７に巻線用電線が巻回され外部接続用の外部電線と接続され、直流電圧が印加される構成である。コイル７６およびボビン７７は、アダプタ７５に内蔵されており、アダプタ７５には、成形品取出装置等のロボット本体に付設する接続面７５ａが形成される。フレーム１３とアダプタ７５とは六角穴付きボルト５１によって連結固定される。

本実施形態のロボットハンド１は、コイル５７に通電することによってアダプタ７５内の楔部材１７が作動し、楔部材１７が指部１２の後端側のローラ２２を押し開くことで、指部１２において把持面１２ｃが形成された先端側が互いに開く。そして、通電が停止すると、ねじりばね１８の復元力によって楔部材１７が押し戻されて指部１２の後端側が互いに閉じるとともに指部１２の先端側が互いに閉じる。

本実施形態によれば、指部１２の開閉速度を高めることが容易な構成となる。また、例えば、電磁力によって楔部材１７を往復動作させて指部１２を開閉動作させ、指部１２が閉じる際に、ねじりばね１８（本願の第１の弾性部材）の付勢力を補助動力とすることが可能である。これによって、ねじりばね１８の仕様の自由度が高くなるので小型化が容易となり、また、長期的に確実な開閉動作が保証される。

本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、フレーム１３に補強部材１９が組み込まれる構成を例示したが、フレーム１３および補強部材１９を一体構造体とすることも可能である。例えば、指部１２にセンサを設けて、指部１２が成形品（ワーク）を把持した際に電気信号を出力して成形品（ワーク）把持を検知可能な構成としてもよい。なお、本実施形態のロボットハンドは、仕様等に合わせて適宜仕様変更する場合がある。

１ ロボットハンド
１２ 指部
１２ｃ 把持面
１２ｄ 作動室
１２ｅ 連結部
１３ フレーム
１４ 軸部材
１４ｂ 溝部
１５ シリンダ
１５ｄ シリンダ室
１６ ピストン
１７ 楔部材
１８ 弾性部材（第１の弾性部材、ねじりばね）
１９ 補強部材
２８ 第２の弾性部材（圧縮ばね）

Claims (3)

1. 先端側の向かい合う把持面が接離する２つの指部と、前記指部それぞれの後端側を収納するフレームと、前記フレームに組み込まれる補強部材と、前記指部を互いに開閉可能に連結する軸部材と、前記軸部材と直交する方向に駆動力を生じさせる駆動手段と、前記駆動手段によって前記指部それぞれの後端側を押し開く所定位置に設けられた楔部材と、前記把持面を互いに離す方向に付勢する弾性部材とを備え、前記駆動手段は、前記軸部材と直交する方向に配されて前記フレームと連結固定されるシリンダと、前記シリンダ内に供給されるエアの圧力によって摺動し前記楔部材を押すピストンを有しており、前記弾性部材は、ねじりコイルばねであり、前記ねじりコイルばねは、前記軸部材が挿通された状態で前記指部の作動室に密閉されており、樹脂成形金型から成形品を取り出す成形品取出装置に付設される構成であり、各前記指部の後端側に形成された貫通穴にそれぞれピンが取り付けられ、各前記ピンにそれぞれローラが回転可能に取り付けられており、前記軸部材を支点として前記指部が開閉動作する構成であること
   を特徴とするロボットハンド。
2. 前記フレームに形成された貫通穴と前記指部の連結部に形成された貫通穴とに前記軸部材が挿通されているとともに、前記軸部材に形成された溝部に前記補強部材に形成されたスリットが挿入されており、前記フレームと前記シリンダと前記補強部材とがボルトまたはネジによって連結固定されていること
   を特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
3. 前記指部と前記楔部材とを互いに離す方向に付勢する圧縮コイルばねと、前記楔部材の先端側を挿通させる円環形状の軸受をさらに備え、前記ピストンと前記楔部材の後端側とが連結固定されており、前記圧縮コイルばねは、前記楔部材が挿通された状態で前記シリンダにおけるシリンダ室に密閉されている構成であること
   を特徴とする請求項１または２記載のロボットハンド。

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