JP6937418B2 - 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。

特許文献１には、爪部材を備えたロボットハンドが記載されている。爪部材には、カムの駆動によって揺動するようにカムフォロアが形成されている。
特許文献２には、特許文献１のようなロボットハンドのカムとカムフォロアの位置精度を向上しようとする技術が開示されている。

特許第６３４２５６７号公報 特許第６６６３０５８号公報

爪部材を取付ける位置精度が良くない場合には、カムとカムフォロアの接触状態が変化し過大なガタや不転といった不具合が発生する可能性がある。

そこで本発明は、爪部材の取付位置精度を向上してカムとカムフォロアの間のバックラッシ量が適切となるロボットハンドを提供することを目的とする。

上記目的は、駆動源により駆動されるカムと、前記カムを収容したブラケットと、前記カムに当接するカムフォロアを有し前記カムの駆動に応じて所定の軸周りに揺動する爪部材と、前記爪部材を前記ブラケットに対して前記揺動可能に支持する支軸部と、前記支軸部を回転可能に保持すると共に、前記カム側に移動可能に前記ブラケットに保持された軸保持部材と、前記カムフォロアが前記カムに向けて押圧されるように、前記軸保持部材を前記カム側に押圧する調整ネジと、前記軸保持部材を前記調整ネジに向けて押圧する板バネと、を備えたロボットハンドによって達成できる。

カムとカムフォロアの距離を適切に調整することが可能となり、爪部材の位置精度が向上したロボットハンドを提供できる。

図１は、ロボットハンドの斜視図である。 図２Ａ〜図２Ｄは、爪部材の外観図である。 図３は、ブラケットの拡大斜視図である。 図４は、カムの拡大斜視図である。 図５は、ロボットハンドの要部底面図である。 図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。 図７は、要部底面斜視図である。 図８は、要部上面斜視図である。 図９は、要部底面斜視図（ベアリング正面）である。 図１０は、要部底面斜視図（板バネ正面）である。 図１１は、特許文献２の図３および図６を引用したものであり、付されている番号は本発明の他の図面の番号とは一致しないものがある。

図１は、ロボットハンド１の斜視図である。図１には、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を示している。ロボットハンド１は、モータ３、ブラケット１０、アタッチメント２０、及び爪部材３０ａ〜３０ｃを含む。モータ３は、爪部材３０ａ〜３０ｃを開閉するための駆動源であり、例えばステッピングモータであるが、これに限定されない。図１では、モータ３の図示を簡略化してある。

ブラケット１０は、モータ３の先端側に取り付けられている。爪部材３０ａ〜３０ｃは、ブラケット１０に揺動可能に保持されている。爪部材３０ａ〜３０ｃは、Ｚ方向に平行な中心軸心Ａ１を中心として等角度間隔に配置されている。爪部材３０ａ〜３０ｃは、同一形状の部材であるが説明の便宜上異なる符号を付している。ブラケット１０の先端側の中心にはアタッチメント２０が取り付けられている。アタッチメント２０は、中心軸心Ａ１が通過するように開口２２が形成されている。開口２２には、例えばカメラや、エアー吸引噴出装置等を実装することができる。

図２Ａ〜図２Ｄは、爪部材３０ａの外観図である。爪部材３０ａの基端には、後述するカム４０が係合するカムフォロア３３が二股状に形成されている。また、爪部材３０ａの基端には、爪部材３０ａが揺動する方向を含む平面に対して垂直な方向に貫通した貫通孔が設けられており、この貫通孔に支軸３５が摺動不能に嵌合している。爪部材３０ａのから突出した支軸３５の両端にはそれぞれベアリング３８が取り付けられている。このような機構により、爪部材３０ａは、揺動軸心Ａ２周りに所定範囲を揺動可能にブラケット１０に保持される。ベアリング３８は、軸保持部材の一例である。

図３は、ブラケット１０の拡大斜視図である。ブラケット１０からはアタッチメント２０は取り外されている。ブラケット１０の先端には、中心軸心Ａ１を中心として放射状に延びた３つのスリットからなるスリット開口１２が形成されている。アタッチメント２０は、スリット開口１２を塞ぐようにブラケット１０に取り付けられる。

また、詳しくは後述するが、ブラケット１０には、爪部材３０ａのベアリング３８をＺ方向で所定範囲だけ移動可能に保持する保持空間１８ａが形成されている。爪部材３０ｂ及び３０ｃについても同様に、それぞれ保持空間１８ｂ及び１８ｃが形成されている。また、ブラケット１０には、爪部材３０ａを挟むように２つの螺合孔１７ａが形成されている。この螺合孔１７ａは中心軸心Ａ１の方へＸＺ平面に沿っており、螺合孔１７ａの中心と中心軸心Ａ１とは概ね４５°の角度となる。
同様にブラケット１０には、爪部材３０ｂを挟むように２つの螺合孔１７ｂ（図３では見えないが大凡の位置を示している）が形成され、爪部材３０ｃを挟むように２つの螺合孔１７ｃが形成されている。

図４は、カム４０の拡大斜視図である。カム４０は、ブラケット１０内に収容され、基部４１、立体カム部４３ａ〜４３ｃを含む。基部４１は、円板状に形成され、中心に開口４２が形成されている。立体カム部４３ａ〜４３ｃは、基部４１の一方の面から立ち上がるように形成されている。立体カム部４３ａは、開口４２側から基部４１の外周側に延びるように略円弧状に延びている。爪部材３０ａの二股状のカムフォロア３３が立体カム部４３ａを挟むように係合する。ここで、立体カム部４３ａ〜４３ｃは、それぞれ、開口４２近傍に位置した一端４３ａ１〜４３ｃ１と、基部４１の外周縁近傍に位置した他端４３ａ２〜４３ｃ２とを有している。カム４０の回転に応じて爪部材３０ａのカムフォロア３３は、一端４３ａ１から他端４３ａ２の間を摺動し、これにより爪部材３０ａは揺動する。爪部材３０ｂ及び３０ｃについても同様である。

爪部材３０ａ〜３０ｃのカムフォロア３３がそれぞれ立体カム部４３ａ〜４３ｃの一端４３ａ１〜４３ｃ１で係合する場合、爪部材３０ａ〜３０ｃは開状態となり、他端４３ａ２〜４３ｃ２で係合する場合には閉状態となる。尚、カム４０は、モータ３により中心軸心Ａ１を中心として所定範囲を回転駆動され、基部４１には符号は付していないがモータ３の出力部材に固定するためのネジ孔が設けられている。

図５は、ロボットハンド１の要部底面図である。図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。ブラケット１０は、略円筒状に形成されており、ブラケット１０内の内部空間にカム４０が収容されている（図６ではカム４０及びカムフォロアがカムと係合する形状を省略している）。なお、カムとカムフォロアの関係は特許文献１で詳細に記載されているので本明細書では省略する。

ベアリング３８は板バネ９０によってブラケット１０へ押し付けるように押圧されている。また、螺合孔１７ａには調整ネジ２０ａが螺合していて、調整ネジ２０ａはベアリング３８に当接している。結果としてベアリング３８は、板バネ９０の押圧と調整ネジ２０ａによる押圧およびブラケット１０からの反力との合力を以って付勢されていることになる。
この調整ネジの位置を変更することでベアリング３８のＺ方向位置を調整することができる。中心軸心Ａ１に対し約４５°の角度を以って押圧することにより、調整ネジによるＺ方向の調整が穏やか（調整ネジ２０ａの位置の変化に対するベアリング３８のＺ方向位置の変動が過敏でない）となる。また、板バネ９０を用いることによりブラケット１０内部で省スペース化が可能となり、ロボットハンド機構の小型化も可能となる。

図７は、ブラケット１０を底側からみた斜視図である。内部構造を分かりやすくするためブラケット１０は透明にしてある。爪部材３０ａ〜３０ｃは根元のみとしている。１つの板バネ９０は２つのベアリング３８を押圧している。１つの爪部材は２つのベアリング３８によって所定範囲を揺動可能にブラケット１０に保持されるので、１つの爪部材は２つの板バネ９０によって押圧されていることになる。板バネ９０がベアリング３８と接する位置や板バネ９０の形状は、爪部材が扱う負荷と精度によって適宜設計が可能である。このように、押圧は板バネと調整ネジによって実現される。

図８は、ブラケット１０を上側からみた斜視図である。図７と同様に内部構造を分かりやすくするためブラケット１０は透明にしてある。爪部材３０ａ〜３０ｃは根元のみとしている。
爪部材３０ａの両脇に螺合孔１７ａが２つ設けられており、調整ネジ２０ａがそれぞれの螺合孔に螺合している。これら２つの調整ネジ２０ａは、爪部材３０ａの回動の軸である支軸３５を保持している２つのベアリング３８をそれぞれ押圧している。

図１，図３，図８で明らかなように、螺合孔１７ａはブラケット１０の上外縁に位置しており、調整ネジ２０ａを回す作業が容易となるようにしている。また螺合孔１７ａはブラケット１０の上外縁から中心軸心Ａ１へおよそ４５°の角度となるように設けられている。上述の板バネ９０を用いるために好適である上、爪部材３０ａが一番閉じた状態において調整ネジが回しやすい（ドライバーなどの工具と爪部材３０ａとが干渉しにくい）ようになっている。他の螺合孔１７ｂ・１７ｃにも同様に調整ネジ２０ｂ・２０ｃが螺合しており、同様に好適である。

次に、板バネの詳細について図９および図１０を参照しながら説明する。
図９は、ブラケット１０を底側からみた斜視図であり、爪部材３０ａのベアリング３８ａ１および３８ａ２が正面になるようにしたものである。図１０は、ブラケット１０を底側からみた斜視図であり、板バネ９０ｙが正面になるようにしたものである。図９と図１０は同じ構造のものについての斜視図であるが正面となる箇所を変えたものである。図９および図１０は内部構造を分かりやすくするためブラケット１０と爪部材３０ａ〜３０ｃは透明にしてある。爪部材３０ａ〜３０ｃは根元のみとしている。
図９および図１０では、それまでの図面でベアリング３８と総称していたものを各個別にベアリング３８ａ１〜ｃ２とし、同様に板バネ９０と総称していたものを板バネ９０ｘ〜９０ｚとしている。加えて板バネ９０ｘ〜９０ｚをブラケット１０に固定するネジをそれぞれ止めネジ９１ｘ〜９１ｚとしている。

図９において、爪部材３０ａをブラケット１０に保持する２つのベアリングはベアリング３８ａ１とベアリング３８ａ２である。爪部材３０ａに対して底面視で逆時計回転方向にあるのが板バネ９０ｚであり、板バネ９０ｚは止めネジ９１ｚでブラケット１０に固定される。同様に、爪部材３０ａに対して底面視で時計回転方向にあるのが板バネ９０ｘであり、これをブラケット１０に固定するのが止めネジ９１ｘである。爪部材３０ｂおよび爪部材３０ｃについても同様であるので説明を省略する。
板バネ９０ｘ〜９０ｚは同一の形状をしている。長手方向の中央に固定用の孔が設けられ、それぞれ止めネジ９１ｘ〜９１ｚによってブラケット１０に固定される。板バネ９０ｘ〜９０ｚはそれぞれ止めネジ９１ｘ〜９１ｚを中心に片持ち梁が両側へ伸びる構造となっている。このように、板バネ９０ｘ〜９０ｚには２つの片持ち梁があり、それぞれの端部のうち１つを端部１とし、もう一方を端部２とする。図９においては底面視で時計回転方向の上流側を端部１とし下流側を端部２としている。板バネ９０ｘの端部１は端部９０ｘ１とし板バネ９０ｘの端部２は端部９０ｘ２としている。板バネ９０ｙおよび板バネ９０ｚも同様である。
爪部材３０ａのベアリング３８ａ１は板バネ９０ｚの端部２である端部９０ｚ２により押圧され、爪部材３０ａのベアリング３８ａ２は板バネ９０ｘの端部１である端部９０ｘ１により押圧される。このように爪部材３０ａの２つのベアリングは板バネ９０ｚと板バネ９０ｘの２つの板バネのそれぞれの一端で押圧されている。他の爪部材３０ｂおよび爪部材３０ｃも同様であり、それぞれ隣接する板バネの端部で押圧されている。

図１０は図９と同じ構造のものについての斜視図であるが、板バネ９０ｙが正面となるようにしてある。前記の通り板バネ９０ｙは止めネジ９１ｙを中心にして端部９０ｙ１と端部９０ｙ２とを備えており、片持ち梁を両側へ伸ばした構造となっている。端部９０ｙ１は底面視で逆時計回転方向にある爪部材３０ｂのベアリング３８ｂ２を押圧しており、端部９０ｙ２は底面視で時計回転方向にある爪部材３０ｃのベアリング３８ｃ１を押圧している。
板バネ９０ｙをブラケット１０に固定する止めネジ９１ｙは、「底面視で時計回転方向の上流側にある爪部材３０ｂのベアリング３８ｂ２」と「底面視で時計回転方向の下流側にある爪部材３０ｃのベアリング３８ｃ１」とに、中心軸線Ａ１を中心とした円周上において挟まれる箇所に位置することになる。
このように、板バネ９０ｙの持つ２つの端部は、それぞれ異なる２つの爪部材のベアリングを押圧している。他の板バネ９０ｘおよび板バネ９０ｚについても同様であるので説明を省略する。

ここで、本発明の板バネの意義について説明する。
図１１は、従来技術の構造を示す目的で特許文献２の図面を引用したものであり、左側の斜視図は特許文献２の図３であり、右側の断面図は特許文献２の図６である。付されている番号は本発明の他の図面の番号とは一致しないものがある。
従来技術では、特許文献１に開示されているロボットハンドにおいてはカムの組み付け精度が考慮されておらず、特許文献２で開示されているロボットハンドにおいてはカムの組み付け精度向上のため調整ネジを使用する方法が採用されている。図１１（特許文献２）において、カムフォロアを支持するベアリング３８はブラケット１０において３方向から支持されている。すなわち図１１左側（斜視図）の保持空間１８ａ内に図１１右側（断面図）のベアリング３８が保持されるため、中心軸線Ａ１に対して径方向外側・径方向内側・中心軸線Ａ１方向爪先側においてブラケット１０がベアリング３８を支持することになる。支持していない方向（中心軸線Ａ１方向爪先の逆側）への軸受荷重をブラケット１０が支えることは本来できないのであるが、実際には同方向への軸受荷重が発生するため、荷重はブラケットとカムフォロアの摺動部へのモーメント荷重として負担されることになり、剛性面（局所的な応力）や耐久面（摺動部の摩耗）などで課題が内在しているといえる。

本発明では、ブラケットおよび調整ネジで負担することができない荷重を板バネで負担するとともに、調整ネジでのベアリング位置調整を可能とし、上述の課題を解決しようとするものである。
しかしながら、本発明の属する技術（特許文献１）のような回転カム式のロボットハンドは、カムとカムフォロアとブラケットの関係性が繊細であるうえに小型軽量であることを特徴としており、これらの特徴に影響が及ばないよう対策を施すことが求められる。
そのため、ロボットハンドの長手方向（中心軸線Ａ１方向、Ｚ方向）の寸法の増加が僅少もしくは皆無となる本発明の板バネのような省スペース性の高い部材が好適なのである。
さらに本発明の板バネは、前記の通り『板バネを固定する止めネジが「底面視で時計回転方向の上流側にある爪部材のベアリング」と「底面視で時計回転方向の下流側にある爪部材のベアリング」とに中心軸線を中心とした円周上において挟まれる箇所に位置する』という構造としているため、止めネジのネジ孔を設ける空間を確保しやすいことから従来の回転カム式ロボットハンドの構造に対する変更が容易であり、さらに板バネの端部１と端部２がカムとカムフォロアの係合に干渉しないため、カムとカムフォロアの関係性にも影響を与えないという効果を得られるのである。
また、本発明の板バネはプレス加工で安価に大量生産することができることから低廉な費用に対して著しい効果を得られるため、経済性に優れることも特徴となる。
このようなことより、本発明の板バネを採用することによって、小型軽量を特徴とした回転カム式ロボットハンドにおいて荷重負担の課題を解決し、ロボットハンド本来の長所を損なうことなく効果を発揮することができるのである。

［その他］
図２に示したように、支軸３５は、爪部材３０ａとは別体であるが、これに限定されず、爪部材３０ａと一体に設けられていてもよい。

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、変形・変更が可能である。

１ ロボットハンド
１０ ブラケット
１７ａ〜１７ｃ 螺合孔
２０ａ〜２０ｃ 調整ネジ
３０ａ〜３０ｃ 爪部材
３３ カムフォロア
３５ 支軸
３８ ベアリング
３８ａ１〜３８ｃ２ ベアリング
４０ カム
４３ａ〜４３ｃ 立体カム部
９０ 板バネ
９０ｘ〜９０ｚ 板バネ
９０ｘ１〜９０ｚ１ 端部１（板バネの一端）
９０ｘ２〜９０ｚ２ 端部２（板バネの一端で端部１の逆端）
９１ｘ〜９１ｚ 止めネジ

Claims (4)

1. 駆動源により駆動されるカムと、
   前記カムを収容したブラケットと、
   前記カムに当接するカムフォロアを有し前記カムの駆動に応じて所定の軸周りに揺動する爪部材と、
   前記爪部材を前記ブラケットに対して前記揺動可能に支持する支軸部と、
   前記支軸部を回転可能に保持すると共に、前記カム側に移動可能に前記ブラケットに保持された軸保持部材と、
   前記カムフォロアが前記カムに向けて押圧されるように、前記軸保持部材を前記カム側に押圧する調整ネジと、
   前記軸保持部材を前記調整ネジに向けて押圧する板バネと、を備えたロボットハンド。
2. 前記ブラケットは、前記軸保持部材に向けて延びた螺合孔を有し、
   前記板バネが前記軸保持部材を押圧する押圧力は、前記螺合孔に螺合する前記調整ネジによって調整可能となっている、請求項１のロボットハンド。
3. 前記爪部材は、前記カムの駆動に応じて開閉するように複数設けられており、
   前記支軸部、前記軸保持部材、及び前記調整ネジは、複数の前記爪部材のそれぞれに対応して設けられており、
   前記板バネは、隣接する前記爪部材のそれぞれの隣接する前記軸保持部材を押圧する、請求項１又は２のロボットハンド。
4. 前記板バネは、当該板バネが押圧する、隣接する前記軸保持部材の間の部位が、前記ブラケットに固定されており、前記ブラケットに固定された前記部位から互いに反対側に延びるように形成されている、請求項３のロボットハンド。

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