JP6910442B2

JP6910442B2 - エンドエフェクタ

Info

Publication number: JP6910442B2
Application number: JP2019530309A
Authority: JP
Inventors: 識西山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-07-20
Also published as: WO2019016919A1; JPWO2019016919A1

Description

本明細書では、エンドエフェクタを開示する。

従来、エンドエフェクタとしては、例えば、部品供給部から半導体チップを取り出し上下方向に１８０度反転させるピックアップノズルを有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このエンドエフェクタでは、モータなどの駆動源により半導体チップを反転させる。

特開２００８−２８２９１５号公報

ところで、この特許文献１に記載されたエンドエフェクタでは、モータなどの駆動源を要するが、エンドエフェクタは装置の先端に装着されるものであるため、できるだけ簡素な構成とすることが望まれていた。

本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、できるだけ簡素な構成でワークの姿勢を変更することができるエンドエフェクタを提供することを主目的とする。

本明細書で開示するエンドエフェクタは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本明細書で開示するエンドエフェクタは、
ワークを採取するエンドエフェクタであって、
圧力により動作する圧力動作部と、
前記圧力動作部に接続されて移動するラックと、
ラックに噛合するギヤ部と、
前記ワークを採取し前記ギヤ部の回転運動に伴い採取した該ワークの姿勢を変更するツール部と、
を備えたエンドエフェクタ。

このエンドエフェクタは、ツール部によりワークを採取し、圧力動作部の動作に応じ、ラックが移動してギヤ部が回転運動し、ツール部が移動して採取したワークの姿勢を変更する。このエンドエフェクタでは、圧力で動作するためモータのような駆動源を要せず、ラックとギヤ部という簡素な構成でワークの姿勢を変更することができる。

多関節ロボット２０の概略説明図。エンドエフェクタ３０の初期状態の斜視図。エンドエフェクタ３０の姿勢変更状態の斜視図。エンドエフェクタ３０の動作の一例を示す説明図。エンドエフェクタ３０Ｂの一例を表す概略図。

本実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本発明の一例である多関節ロボット２０の概略説明図である。図２は、エンドエフェクタ３０の初期状態の斜視図である。図３は、エンドエフェクタ３０の姿勢変更状態の斜視図である。図４は、エンドエフェクタ３０の動作の一例を示す説明図である。多関節ロボット２０は、ワークＷを採取してその姿勢を変更し、載置部材に載置する作業を行うものである。ワークＷは、特に限定されないが、例えば、機械部品、電気部品、電子部品、化学部品などが挙げられる。このワークＷは、例えば、コネクタやピンなどが所定の方向に配設されているものなど、特定の方向に位置決めして載置するものが挙げられる。また、載置部材は、ワークＷを整列して載置する部材であり、例えばパレットやトレイなどが挙げられる。

多関節ロボット２０は、１以上のワークＷを収容した収容部からワークＷを採取し、採取したワークＷを所定の配列でパレット上へ移動載置する処理を行う。この多関節ロボット２０は、アーム部２３と、基部２４と、採取部２５と、図示しない制御部とを備える。アーム部２３は、採取部２５が先端側に配設された第１アーム２１と、第１アーム２１を支持し基部２４に配設された第２アーム２２とを有している。アーム部２３は、複数の駆動部によって駆動される。採取部２５は、ワークＷを採取するエンドエフェクタ３０を装着するものであり、アーム部２３の先端に回動可能に装着されている。採取部２５の下面側には、エンドエフェクタ３０を装着する装着部２６が配設されている。制御部は、多関節ロボット２０の装置全体を制御するものであり、ＣＰＵなどを備えている。

エンドエフェクタ３０は、ワークＷを採取し、このワークの姿勢を変更してパレットなどへ載置可能に構成されている。このエンドエフェクタ３０は、図２〜４に示すように、装着部３１と、接続体３２と、外部配管３３と、接続ポート３４と、支持体３６とを備えている。また、エンドエフェクタ３０は、圧力動作部４０と、ラック４４と、ギヤ部４５と、ツール部５０と、可動配管５１と、ノズル５２と、第１ストッパ５３と、第２ストッパ５４とを備えている。このエンドエフェクタ３０は、多関節ロボット２０から供給された圧力を用いて、ツール部５０の姿勢を変更することによりワークＷの姿勢を変更する。ツール部５０は、先端の移動軌跡が円弧であり、鉛直状態から水平状態など０°〜９０°の範囲で回動する。このエンドエフェクタ３０には、配管以外には、制御弁やモータなどの駆動源は設けられていない。多関節ロボット２０は、電子部品などの小型のワークＷを取り扱うことから、例えば、比較的軽量でコンパクトなアーム部２３を備える。このエンドエフェクタ３０は、駆動源が配設されていないため軽量であり、軽量でコンパクトなアーム部２３を備える多関節ロボット２０に用いることができる。

装着部３１は、多関節ロボット２０のアーム部２３の先端に配設された装着部２６に装着されるものである。接続体３２は、上面側に装着部３１が配設され、下面側に支持体３６が配設された円柱状の部材である。接続体３２には外部配管３３が配設され、多関節ロボット２０から、負圧、正圧及び常圧のいずれかが供給される。接続体３２の下部には、その４面に接続ポート３４が配設されている。このエンドエフェクタ３０では、接続ポート３４の一つに圧力動作部４０が接続されており、この接続ポート３４を介して圧力が多関節ロボット２０から圧力動作部４０へ供給される。支持体３６は、接続ポート３４の下方に固定された部材であり、ギヤ部４５を軸支すると共にツール部５０を軸支するものである。この支持体３６には、ツール部５０の姿勢変更に伴う可動配管５１が移動する溝部３７が形成されている。

圧力動作部４０は、多関節ロボット２０から供給された圧力により動作するエアシリンダとして構成されており、図４に示すように、ピストン４１と、シリンダ４２とを備える。この圧力動作部４０では、ピストン４１に固定されたロッドの一端がラック４４に固定されている。この圧力動作部４０には、一端側に第２配管５７が配設され、他端側に第３配管５８が配設されており、接続ポート３４を介して供給された正圧によってピストン４１がシリンダ４２の内部を往復移動（上下動）する。ラック４４は、Ｌ字状に形成された部材であり、圧力動作部４０に接続されて所定方向（ここでは、エンドエフェクタ３０の形成方向、上下方向）に移動する。このラック４４は、ピストン４１の移動に伴い、往復移動（上下動）する。

ギヤ部４５は、ラック４４に噛合しツール部５０の姿勢を変更するものであり、ラック４４に噛合する第１ピニオンギヤ４６と、ツール部５０が接続され第１ピニオンギヤ４６と噛合する第２ピニオンギヤ４７とを有している。このギヤ部４５では、ラック４４の上下動に伴い、第１ピニオンギヤ４６及び第２ピニオンギヤ４７が軸回転する。この第１ピニオンギヤ４６は、第２ピニオンギヤ４７より大きい直径を有する。このとき、第２ピニオンギヤ４７に対する第１ピニオンギヤ４６の直径比は、１より大きいものとしてもよい。また、第２ピニオンギヤ４７に対する第１ピニオンギヤ４６のギヤ比は１より大きいものとしてもよい。即ち、第１ピニオンギヤ４６と第２ピニオンギヤ４７とのギヤ比は、ｎ：１（ｎ＞１）としてもよく、具体的には、２：１としてもよい。このエンドエフェクタ３０では、エンドエフェクタ３０を鉛直方向に固定した場合、ラック４４は鉛直方向に移動し、第１ピニオンギヤ４６と第２ピニオンギヤ４７とは鉛直方向になるよう支持体３６に軸支されている。第２ピニオンギヤ４７には、位置決め棒４８が固定されている。位置決め棒４８は、第２ピニオンギヤ４７の回転に伴いその先端が円弧を描いて移動する。

ツール部５０は、ワークＷを採取しギヤ部４５の回転運動に伴い、採取したワークＷの姿勢を変更する部材である。このツール部５０は、第２ピニオンギヤ４７の回転軸に固定された第１部材５０ａと、第１部材５０ａの先端に設けられた第２部材５０ｂとを有している。このツール部５０の下面側には、圧力によりワークＷを採取するノズル５２が取り外し可能に装着されている。第１部材５０ａは、支持体３６の側方に回動可能に軸支された縦長の板状部材である。第２部材５０ｂは、ノズル５２が鉛直方向にあるときに水平方向（左右方向）が長手方向となる板状部材である。このツール部５０は、ワークの姿勢を変更するが、その姿勢変更は、特に限定されず、０°以上９０°以下の範囲としてもよい。このツール部５０では、９０°回動することにより、ワークＷの姿勢を９０°変更する（図３、４参照）。可動配管５１は、一端が第１配管５６に接続され、他端がノズル５２に接続されており、ツール部５０の回動により供給方向を変更可能な配管である。ノズル５２は、供給された負圧によりワークＷを採取すると共に、負圧を解除することによりワークＷを離す部材である。このノズル５２は、ワークＷの種別に応じて取り替えられる。また、エンドエフェクタ３０は、支持体３６に固定された、第１ストッパ５３と、第２ストッパ５４とを備えている。第１ストッパ５３は、ツール部５０が鉛直方向の姿勢となるときに位置決め棒４８に当接してこの移動を規制するものである。また、第２ストッパ５４は、ツール部５０が水平方向の姿勢となるときに位置決め棒４８に当接してこの移動を規制するものである。このエンドエフェクタ３０では、圧力動作部４０に必要以上の圧力が供給された場合でも、位置決め棒４８、第１ストッパ５３及び第２ストッパ５４によりツール部５０の姿勢が鉛直方向及び水平方向に固定される。

次に、こうして構成された本実施形態の多関節ロボット２０の動作、特に、ワークＷを採取してその姿勢を変更して載置部材へ載置する動作を図４を用いて説明する。まず、多関節ロボット２０の制御部は、ワークＷを収容した収容部にエンドエフェクタ３０を移動するようアーム部２３を制御する。次に、制御部は、多関節ロボット２０の制御弁を制御し、第１配管５６及び可動配管５１を介してノズル５２に負圧を供給し、ワークＷをエンドエフェクタ３０に採取させる（図４Ａ）。このとき、制御部は、第３配管５８を介して正圧を圧力動作部４０に供給し、ツール部５０を固定させる。次に、制御部は、第３配管５８への正圧供給を停止し、第２配管５７を介して正圧を圧力動作部４０に供給する。すると、ピストン４１の移動に伴い、ラック４４が移動し、第１ピニオンギヤ４６及び第２ピニオンギヤ４７が回転する。ツール部５０は、第２ピニオンギヤ４７の回転に伴って回動し、ワークＷの姿勢が変更される（図４Ｂ）。そして、制御部は、ワークＷが載置部材の所定位置へ移動するようアーム部２３を制御し、ノズル５２への負圧の供給を停止して載置部材上にワークＷを載置させる。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の圧力動作部４０が圧力動作部に相当し、ラック４４がラックに相当し、ギヤ部４５がギヤ部に相当し、ツール部５０がツール部に相当し、装着部３１が装着部に相当する。

以上説明した本実施形態のエンドエフェクタ３０は、圧力により動作する圧力動作部４０と、圧力動作部４０に接続されて移動するラック４４と、ラック４４に噛合するギヤ部４５と、ワークＷを採取しギヤ部４５の回転運動に伴い採取したワークＷの姿勢を変更するツール部５０とを備えている。このエンドエフェクタ３０は、ツール部５０によりワークを採取し、圧力動作部４０の動作に応じ、ラック４４が移動してギヤ部４５が回転運動し、ツール部５０が移動して採取したワークＷの姿勢を変更する。このエンドエフェクタ３０では、圧力で動作するためモータのような駆動源を要せず、ラック４４とギヤ部４５という簡素な構成でワークＷの姿勢を変更することができる。また、このエンドエフェクタ３０は、駆動源を備えないため、より軽量化を図ることができる。

また、ギヤ部４５は、ラック４４に噛合する第１ピニオンギヤ４６と、ツール部５０が接続され第１ピニオンギヤ４６と噛合する第２ピニオンギヤ４７とを有している。このエンドエフェクタ３０では、第１及び第２ピニオンギヤ４６，４７を用いることによりラック４４の配置位置やラック４４の移動距離などを適正にすることができ、ワークＷの姿勢変更を妨げにくい。更に、ギヤ部４５は、第２ピニオンギヤ４７より大きい直径を有する第１ピニオンギヤ４６を有するため、ラック４４の移動距離を短くすることができる。更にまた、エンドエフェクタ３０は、ラック４４が鉛直方向に移動し、第１ピニオンギヤ４６と第２ピニオンギヤ４７とが鉛直方向に軸支されているため、ラック４４の移動や第１及び第２ピニオンギヤ４６，４７の配置において、ワークＷの姿勢変更を妨げにくい。

また、ツール部５０は、その部材方向が鉛直方向と水平方向との間で移動することから、ワークＷの姿勢を９０°変更することができる。更に、ツール部５０は、圧力によりワークＷを採取するノズルを有するため、ワークＷの姿勢やワークＷの採取を圧力により行うことができる。更にまた、エンドエフェクタ３０は、多関節ロボット２０のアーム先端に装着される装着部３１を備える。このエンドエフェクタ３０は、モータなどの駆動源を要さずにワークの姿勢を変更できるから、例えば、先端に重量制限などがある多関節アームロボット２０に適用する意義が高い。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、ギヤ部４５は、第１ピニオンギヤ４６と第２ピニオンギヤ４７とを備えるものとしたが、特にこれに限定されず、ピニオンギヤは１つとしてもよいし、３つ以上としてもよい。図５は、別のエンドエフェクタ３０Ｂの一例を表す概略図である。このエンドエフェクタ３０Ｂは、ピニオンギヤを１つだけ有するギヤ部４５Ｂを備える。このように構成したエンドエフェクタ３０Ｂにおいても、上述したエンドエフェクタ３０と同様の効果を得ることができる。なお、ラック４４の移動位置とツール部５０の位置状態の関係やラック４４の移動距離を考慮すると、シングルピニオン（図５）よりもダブルピニオン（図４）の方が好ましい。

上述した実施形態では、圧力動作部４０は鉛直方向（上下方向）に動作するものとしたが、特にこれに限定されず、水平方向（左右、前後方向）に動作するものとしてもよい。また、第１ピニオンギヤ４６と第２ピニオンギヤ４７とは、鉛直方向に軸支されるものとしたが、特にこれに限定されず、水平方向（左右、前後方向）に軸支されるものとしてもよい。

上述した実施形態では、ワークＷの姿勢を９０°変更するものとしたが、特にこれに限定されず、任意の角度で姿勢を変更するものとしてもよい。

上述した実施形態では、エンドエフェクタ３０は、多関節ロボット２０に装着されるものとして説明したが、ワークＷの姿勢を変更する装置に装着されるものとすれば特にこれに限定されない。

ここで、本開示のエンドエフェクタにおいて、前記ギヤ部は、前記ラックに噛合する第１ピニオンギヤと、前記ツール部が接続され前記第１ピニオンギヤと噛合する第２ピニオンギヤとを有しているものとしてもよい。このエンドエフェクタでは、第１及び第２ピニオンギヤを用いることによりラックの配置位置やラックの移動距離などを適正にすることができワークの姿勢変更を妨げにくい。

第１及び第２ピニオンギヤを備える本開示のエンドエフェクタにおいて、前記第１ピニオンギヤは、前記第２ピニオンギヤより大きい直径を有するものとしてもよい。このエンドエフェクタでは、ラックの移動距離を短くすることができる。このとき、第１ピニオンギヤと第２ピニオンギヤのギヤ比は、１より大きいものとしてもよい。

第１及び第２ピニオンギヤを備える本開示のエンドエフェクタにおいて、前記ラックは、鉛直方向に移動し、前記第１ピニオンギヤと前記第２ピニオンギヤとは鉛直方向に軸支されているものとしてもよい。このエンドエフェクタでは、ラックの移動や第１及び第２ピニオンギヤの配置において、ワークの姿勢変更を妨げにくい。

本開示のエンドエフェクタにおいて、前記ツール部は、前記ワークの姿勢を９０°変更するものとしてもよい。このとき、ツール部はその部材方向が鉛直方向と水平方向との間で移動するものとしてもよい。

本開示のエンドエフェクタにおいて、前記ツール部は、圧力により前記ワークを採取するノズルを有するものとしてもよい。このエンドエフェクタでは、ワークの姿勢やワークの採取を圧力により行うことができる。

本開示のエンドエフェクタは、多関節ロボットのアーム先端に装着される装着部、を備えたものとしてもよい。このエンドエフェクタは、モータなどの駆動源を要さずにワークの姿勢を変更できるから、例えば、先端に重量制限などがある多関節アームロボットに適用する意義が高い。

本開示のエンドエフェクタは、ワークを採取、配置などの処理を行う装置の技術分野に利用可能である。

２０多関節ロボット、２１第１アーム、２２第２アーム、２３アーム部、２４基部、２５採取部、２６装着部、３０，３０Ｂエンドエフェクタ、３１装着部、３２接続体、３３外部配管、３４接続ポート、３６支持体、３７溝部、４０圧力動作部、４１ピストン、４２シリンダ、４４ラック、４５，４５Ｂギヤ部、４６第１ピニオンギヤ、４７第２ピニオンギヤ、４８位置決め棒、５０ツール部、５０ａ第１部材、５０ｂ第２部材、５１可動配管、５２ノズル、５３第１ストッパ、５４第２ストッパ、５６第１配管、５７第２配管、５８第３配管、Ｗワーク。

Claims

ワークを採取するエンドエフェクタであって、
圧力により動作する圧力動作部と、
前記圧力動作部に接続されて移動するラックと、
ラックに噛合するギヤ部と、
前記ワークを採取し前記ギヤ部の回転運動に伴い採取した該ワークの姿勢を変更するツール部と、を備え、
前記ギヤ部は、前記ラックに噛合する第１ピニオンギヤと、前記ツール部に接続された回転軸に固定され前記第１ピニオンギヤと噛合し前記回転軸を回転して前記ツール部を回動する第２ピニオンギヤと、を有し、
前記第１ピニオンギヤは、前記第２ピニオンギヤより大きい直径を有する、
エンドエフェクタ。
前記ラックは、鉛直方向に移動し、前記第１ピニオンギヤと前記第２ピニオンギヤとは前記ツール部を回動可能に軸支する支持体の側面に鉛直方向に並んで軸支されている、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
前記ツール部は、前記ワークの姿勢を９０°変更する、請求項１又は２に記載のエンドエフェクタ。
前記ツール部は、圧力により前記ワークを採取するノズルを有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンドエフェクタ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンドエフェクタであって、
多関節ロボットのアーム先端に装着される装着部、を備えたエンドエフェクタ。
前記ラックは、前記第２ピニオンギヤの回転に伴い前記ツール部が回動する方向の反対側に配設されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンドエフェクタ。
前記ラックは、前記エンドエフェクタが鉛直方向に位置する状態で上方へ移動すると前記ツール部が鉛直方向から水平方向へ向けて回動する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンドエフェクタ。