JP7122198B2 - フローティング装置 - Google Patents

Description

本発明は、フローティング装置に関する。

従来から、ロボットハンドのグリッパーをロボットアームのアームに対してフローティング支持するフローティング装置が公知である。

特許文献１には、ロボットハンドにおける工具が、Ｘ軸（第一軸）及びＸ軸に直交するＹ軸（第二軸）周りにそれぞれ回動可能な状態でエアシリンダーにより支持されるフローティング機構が開示されている。

特開平１０－３３７６６２号公報

特許文献１に開示されている技術では、上部フローティング機構及び下部フローティング機構により、工具がＸ軸及びＹ軸周りにそれぞれ回動可能な状態を実現している。しかし、この技術では、工具がＸ軸及びＹ軸周りにそれぞれ回動可能な状態を実現するために、多数のエアシリンダーを必要とするため、フローティング装置全体の構造が複雑となり得ると共に、フローティング装置全体の重量が増加し得る。

そこで、本発明は、構造の簡素化及び軽量化を図ることができるフローティング装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るフローティング装置は、ロボットハンドのグリッパーが装着されるグリッパー側支持部材と、ロボットハンドのアームに装着されるアーム側支持部材と、グリッパー側支持部材とアーム側支持部材との間を連結する連結支持部材とを備える。フローティング装置は、グリッパー側支持部材と連結支持部材との間に配設される一対の第一弾性体と、アーム側支持部材と連結支持部材との間に配設される一対の第二弾性体とを備える。一対の第一弾性体及び一対の第二弾性体は、一対の第一弾性体同士を結ぶ第一仮想線と一対の第二弾性体同士を結ぶ第二仮想線とが平面視において交差するように配設され、第一弾性体の弾性係数は、第二弾性体の弾性係数よりも小さい。
また、本発明の一態様に係るフローティング装置は、ロボットハンドのグリッパーが装着されるグリッパー側支持部材と、ロボットハンドのアームに装着されるアーム側支持部材と、グリッパー側支持部材とアーム側支持部材との間を連結する連結支持部材とを備える。フローティング装置は、グリッパー側支持部材と連結支持部材との間に配設される一対の第一弾性体と、アーム側支持部材と連結支持部材との間に配設される一対の第二弾性体とを備える。一対の第一弾性体及び一対の第二弾性体は、一対の第一弾性体同士を結ぶ第一仮想線と一対の第二弾性体同士を結ぶ第二仮想線とが平面視において交差するように配設され、第一弾性体及び第二弾性体は、ゴム材により形成される。

本発明の一態様に係るフローティング装置によれば、構造の簡素化及び軽量化を図ることができる。

本発明の実施形態に係るフローティング装置の斜視図である。 本発明の実施形態に係るフローティング装置の概略的な側面図である。 本発明の実施形態に係るフローティング装置の概略的な平面図である。 変形例に係るフローティング装置の斜視図である。 変形例に係るフローティング装置の斜視図である。 変形例に係るフローティング装置の斜視図である。 変形例に係るフローティング装置の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１から図３に示すように、フローティング装置１０は、グリッパー側支持部材１２と、アーム側支持部材１３と、連結支持部材１４とから構成される三層部材１１を備える。グリッパー側支持部材１２は、ロボットハンド１のグリッパー２が装着され、アーム側支持部材１３は、ロボットハンド１のアーム（固定アーム）３に装着される。連結支持部材１４は、グリッパー側支持部材１２とアーム側支持部材１３との間を連結する。三層部材１１を構成する各部材（グリッパー側支持部材１２、アーム側支持部材１３及び連結支持部材１４）は、板状部材により形成される。

三層部材１１を構成する各板状部材（グリッパー側支持部材１２、アーム側支持部材１３及び連結支持部材１４）の材質は、特に限定はされず、金属材料であってもよく、合成樹脂材料であってもよい。また、三層部材１１を構成する板状部材（グリッパー側支持部材１２、アーム側支持部材１３及び連結支持部材１４）の材質は、全ての板状部材が共に同じ材質であってもよく、各板状部材が別々の材質であってもよい。本実施形態では、三層部材１１を構成する板状部材（グリッパー側支持部材１２、アーム側支持部材１３及び連結支持部材１４）の材質は、全ての板状部材が共に鉄系材料である。

本実施形態では、フローティング装置１０の先端部側から、グリッパー側支持部材１２、連結支持部材１４、アーム側支持部材１３の順に配置されている（図１及び図２参照）。

グリッパー側支持部材１２に、各種ワークを保持するためのグリッパー２が固定される。グリッパー２は、例えば、ブラケット１５、ボルト及びナット等を用いてグリッパー側支持部材１２に固定される。グリッパー２の種類は、特に限定はされず、マグネットグリッパー（電磁石又は永久磁石）であってもよく、エアグリッパー（真空）であってもよく、メカニカルグリッパーであってもよい。本実施形態では、グリッパー２は、永久磁石がグリッパー本体（シリンダー）４の内部で摺動するマグネットグリッパーが用いられる。なお、図１中において、符号５は、マグネットグリッパーのシリンダー４の内部にエアを供給するエア供給パイプを示す。

グリッパー側支持部材１２と連結支持部材１４との間に、一対の第一弾性体２０，２０が配設され、アーム側支持部材１３と連結支持部材１４との間には、一対の第二弾性体２１，２１と、一対の柱状部材２２，２２とが配設される。

一対の第一弾性体２０，２０及び一対の第二弾性体２１，２１は、一対の第一弾性体２０，２０同士を結ぶ第一仮想線Ｘと一対の第二弾性体２１，２１同士を結ぶ第二仮想線Ｙとが平面視において交差するように配設される（図３参照）。本実施形態では、一対の第一弾性体２０，２０及び一対の第二弾性体２１，２１は、一対の第一弾性体２０，２０同士を結ぶ第一仮想線Ｘと一対の第二弾性体２１，２１同士を結ぶ第二仮想線Ｙとが平面視において９０°で交差（直交）するように配設される。第一仮想線Ｘと第二仮想線Ｙとが交差する角度θ（図３参照）は、９０°に近い方がフローティング装置１０の揺動幅を大きくとることが可能になるので好ましい。

本実施形態では、一対の第一弾性体２０，２０及び一対の第二弾性体２１，２１の位置関係は、三層部材１１を構成する各板状部材（グリッパー側支持部材１２、アーム側支持部材１３及び連結支持部材１４）の最も外側（外縁側）に位置するように配設される。しかしながら、一対の第一弾性体２０，２０及び一対の第二弾性体２１，２１は、三層部材１１を構成する各板状部材における最も外側の位置への配置に限定はされず、あくまで第一仮想線Ｘと第二仮想線Ｙとが交差する位置関係にあればよい。

グリッパー側支持部材１２と連結支持部材１４と第一弾性体２０とによるフローティング支持により、グリッパー２は一対の第一弾性体２０，２０同士を結ぶ軸線（第一仮想線Ｘ）を中心に回動（揺動）することが可能になる（図３参照）。また、連結支持部材１４とアーム側支持部材１３と第二弾性体２１とによるフローティング支持により、グリッパー２は一対の第二弾性体２１，２１同士を結ぶ軸線（第二仮想線Ｙ）を中心に回動（揺動）することが可能になる（図３参照）。さらに、一対の第一弾性体２０，２０及び一対の第二弾性体２１，２１による垂直軸線Ｚに沿った伸縮により、グリッパー２は垂直軸線Ｚに沿った方向に上下動（揺動）することが可能になる（図３参照）。

本実施形態では、グリッパー側支持部材１２と連結支持部材１４と第一弾性体２０とは、ボルト３０及びナット３１等を用いて連結される（図１参照）。

また、本実施形態では、連結支持部材１４とアーム側支持部材１３と第二弾性体２１とは、ボルト３４及びナット３５等を用いて連結される（図１参照）。

ロボットハンド１全体の高さを低くするために、フローティング装置１０全体の高さを低くすることが好ましい。ロボットハンド１全体の高さを低くすることにより、例えば金型内の狭い空間内における作業が要求されるような場合においてもロボットハンド１（フローティング装置１０）を使用することが可能になる。フローティング装置１０全体の高さを低くするために、三層部材１１を構成する各板状部材は、グリッパー２を挿通可能な開口部１２ｈ，１３ｈ，１４ｈを有する枠状に形成し、グリッパー２を開口部１２ｈ，１３ｈ，１４ｈの内側に配置する（図７参照）。

枠状に形成する板状部材は、少なくとも連結支持部材１４であればよい。しかしながら、フローティング装置１０の軽量化のために、三層部材１１を構成する全ての板状部材（グリッパー側支持部材１２、アーム側支持部材１３及び連結支持部材１４）を、枠状に形成してもよい（図７参照）。

ロボットハンド１全体の高さをさらに低くするために、フローティング装置１０全体の高さをさらに低くすることが好ましい。フローティング装置１０全体の高さをさらに低くするためには、グリッパー側支持部材１２を連結支持部材１４とアーム側支持部材１３との間に配置する（図５参照）。この場合、フローティング装置１０の先端部側から、連結支持部材１４、グリッパー側支持部材１２、アーム側支持部材１３の順に配置される（図５参照）。

このように板状部材を配置しても、一対の第一弾性体２０，２０同士の間の距離並びに一対の第二弾性体２１，２１同士の間の距離は、フローティング装置１０の先端部側から、グリッパー側支持部材１２、連結支持部材１４、アーム側支持部材１３の順に配置した場合（図１、図４、図６及び図７参照）と同じにすることができ、フローティング装置１０としての性能に差異はない。

三層部材１１を構成する各板状部材（グリッパー側支持部材１２、アーム側支持部材１３及び連結支持部材１４）の形状（外形形状）は、丸板形状であってもよく、角板形状であってもよい。角板形状とする場合、板状部材の形状は四角形以上の角板形状であるほうがよい。本実施形態では、グリッパー側支持部材１２及び連結支持部材１４の形状が角板形状（正四角形の枠状）とされており、アーム側支持部材１３の形状がバー形状とされている（図１参照）。そして、本実施形態では、三層部材１１は、一対の柱状部材２２，２２、一対の第一弾性体２０，２０及び一対の第二弾性体２１，２１を用いて連結されている（図１及び図２参照）。

フローティング装置１０の性能は、第一弾性体２０及び第二弾性体２１による垂直軸線Ｚに沿った伸縮にも起因して発揮される。すなわち、第一弾性体２０及び第二弾性体２１による垂直軸線Ｚに沿った伸縮が、グリッパー２がワークと最初に接触したときの衝撃を緩和する緩衝機構としての役目もしている。そのため、第一弾性体２０の弾性係数を第二弾性体２１の弾性係数よりも小さくする（すなわち、第一弾性体２０を第二弾性体２１よりも柔らかくする）ことにより、グリッパー２がワークと最初に接触したときの衝撃をより緩和することができるようにしている。

また、第一弾性体２０及び第二弾性体２１の働きにより、グリッパー２はワークとの接触がないときには自動的に定位置（すなわち、図１に示す状態）に復帰する。

第一弾性体２０及び第二弾性体２１は、例えば、ゴム材又はスプリング（コイルスプリング）等を用いることができる。本実施形態では、第一弾性体２０及び第二弾性体２１は、ゴム材を用いている。ゴム材を第一弾性体２０及び第二弾性体２１として用いている理由は、ゴム材の方がスプリングよりも振動の減衰性（制振性）が高いからである。このため、グリッパー２がワークと接触したときに、マグネットグリッパーがワークを中途半端に吸着しても、ゴム材の制振性によりワークの落下を防止することが可能になる。

アーム側支持部材１３に、アーム３に対してアーム側支持部材１３を回動可能に装着するためのベアリング２３が配設される。アーム側支持部材１３の中心部分にベアリング２３を配設することにより、フローティング装置１０全体が垂直軸線Ｚを中心に回動することが可能になる（図３参照）。このようにすることにより、グリッパー２がワークに接触したときに、マグネットグリッパーの吸着面がワークの接触面により馴染んでより吸着し易くなり、ワークを確実に吸着することが可能になる。特に、マグネットグリッパーの吸着面とワークの接触面とが成す角度が比較的大きく、ベアリング２３がない場合にワークを吸着し難いような状態であっても、ワークを比較的容易に吸着することが可能になる。

以下に、本実施形態による作用効果を説明する。

（１）フローティング装置１０は、グリッパー側支持部材１２と、アーム側支持部材１３と、これらのグリッパー側支持部材１２とアーム側支持部材１３との間を連結する連結支持部材１４とを備える。フローティング装置１０は、グリッパー側支持部材１２と連結支持部材１４との間に配設される一対の第一弾性体２０，２０と、アーム側支持部材１３と連結支持部材１４との間に配設される一対の第二弾性体２１，２１とを備える。一対の第一弾性体２０，２０及び一対の第二弾性体２１，２１は、一対の第一弾性体２０，２０同士を結ぶ第一仮想線Ｘと一対の第二弾性体２１，２１同士を結ぶ第二仮想線Ｙとが平面視において交差するように配設される（図３参照）。

グリッパー側支持部材１２と連結支持部材１４と第一弾性体２０とによるフローティング支持により、グリッパー２は一対の第一弾性体２０，２０同士を結ぶ軸線（第一仮想線Ｘ）を中心に回動（揺動）することが可能になる（図３参照）。また、連結支持部材１４とアーム側支持部材１３と第二弾性体２１とによるフローティング支持により、グリッパー２は一対の第二弾性体２１，２１同士を結ぶ軸線（第二仮想線Ｙ）を中心に回動（揺動）することが可能になる（図３参照）。このため、マグネットグリッパーの吸着面はワークの接触面の形状に追従して揺動し、種々の形状のワークに対応することができ、種々のワークに対する段取り替えが不要となる。

以上要するに、本実施形態に係るフローティング装置１０によれば、構造の簡素化及び軽量化を図ることができる。

（２）グリッパー側支持部材１２、アーム側支持部材１３及び連結支持部材１４の内、少なくとも連結支持部材１４は、グリッパー２を挿通可能な開口部１４ｈを有して枠状に形成される。

このように少なくとも連結支持部材１４を枠状に形成することにより、グリッパー２を連結支持部材１４（開口部１４ｈ）の内側に配置することができ、フローティング装置１０全体の高さを低くすることが可能になる。フローティング装置１０全体の高さを低くすることにより、例えば金型内の狭い空間内における作業が要求されるような場合においてもフローティング装置１０を使用することが可能になる。また、三層部材１１を構成する各板状部材を枠状に形成することにより、フローティング装置１０の軽量化を図ることもでき、ロボットハンド１の耐荷重が小さい場合でもフローティング装置１０を適用することが可能になる。

（３）第一弾性体２０の弾性係数は、第二弾性体２１の弾性係数よりも小さい。

第一弾性体２０の弾性係数を第二弾性体２１の弾性係数よりも小さくする（すなわち、第一弾性体２０を第二弾性体２１よりも柔らかくする）ことにより、グリッパー２がワークと最初に接触したときの衝撃をより緩和することが可能になる。

（４）第一弾性体２０及び第二弾性体２１は、ゴム材により形成される。

振動の減衰性（制振性）が比較的高いゴム材を第一弾性体２０及び第二弾性体２１として用いることにより、グリッパー２がワークを保持したときに、ゴム材の制振性によりグリッパー２からのワークの落下を防止することが可能になる。

（５）アーム側支持部材１３に、アーム３に対してアーム側支持部材１３を回動可能に装着するためのベアリング２３が配設される。

アーム側支持部材１３の中心部分にベアリング２３を配設することにより、フローティング装置１０全体が垂直軸線Ｚを中心に回動することが可能になる（図３参照）。

［変形例］
次に、変形例に係るフローティング装置について説明する。

図４に示すフローティング装置１０Ａでは、フローティング装置１０Ａの先端部側から、グリッパー側支持部材１２、連結支持部材１４、アーム側支持部材１３の順に配置される。また、グリッパー側支持部材１２の形状が角板形状（正四角形の板状）とされ、連結支持部材１４の形状が開口部１４ｈを有する枠状に形成され、アーム側支持部材１３の形状がバー形状とされる。

図５に示すフローティング装置１０Ｂでは、フローティング装置１０Ｂの先端部側から、連結支持部材１４、グリッパー側支持部材１２、アーム側支持部材１３の順に配置される。また、連結支持部材１４は、グリッパー２を挿通可能な開口部１４ｈを有する枠状に形成される。グリッパー側支持部材１２の形状が角板形状（長方形の板状）とされ、アーム側支持部材１３の形状がバー形状とされる。そして、連結支持部材１４（開口部１４ｈ）の内側に、グリッパー２が配置される。

図６に示すフローティング装置１０Ｃでは、フローティング装置１０Ｃの先端部側から、グリッパー側支持部材１２、連結支持部材１４、アーム側支持部材１３の順に配置される。また、グリッパー側支持部材１２、連結支持部材１４及びアーム側支持部材１３の形状は全て、角板形状（正四角形の板状）とされる。

図７に示すフローティング装置１０Ｄでは、フローティング装置１０Ｄの先端部側から、グリッパー側支持部材１２、連結支持部材１４、アーム側支持部材１３の順に配置される。また、グリッパー側支持部材１２、連結支持部材１４及びアーム側支持部材１３は、グリッパー２を挿通可能な開口部１２ｈ，１４ｈ，１３ｈを有する枠状に形成される。そして、グリッパー側支持部材１２（開口部１２ｈ）及び連結支持部材１４（開口部１４ｈ）の内側に、グリッパー２が配置される。

ところで、本発明のフローティング装置は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

１ ロボットハンド
２ グリッパー
３ アーム
１０ フローティング装置
１２ グリッパー側支持部材
１３ アーム側支持部材
１４ 連結支持部材
２０ 第一弾性体
２１ 第二弾性体
２３ ベアリング
Ｘ 第一仮想線
Ｙ 第二仮想線

Claims (4)

1. ロボットハンドのグリッパーが装着されるグリッパー側支持部材と、
   前記ロボットハンドのアームに装着されるアーム側支持部材と、
   前記グリッパー側支持部材と前記アーム側支持部材との間を連結する連結支持部材と、
   前記グリッパー側支持部材と前記連結支持部材との間に配設される一対の第一弾性体と、
   前記アーム側支持部材と前記連結支持部材との間に配設される一対の第二弾性体とを備え、
   前記一対の第一弾性体及び前記一対の第二弾性体は、前記一対の第一弾性体同士を結ぶ第一仮想線と前記一対の第二弾性体同士を結ぶ第二仮想線とが平面視において交差するように配設され、
   前記第一弾性体の弾性係数は、前記第二弾性体の弾性係数よりも小さい、フローティング装置。
2. ロボットハンドのグリッパーが装着されるグリッパー側支持部材と、
   前記ロボットハンドのアームに装着されるアーム側支持部材と、
   前記グリッパー側支持部材と前記アーム側支持部材との間を連結する連結支持部材と、
   前記グリッパー側支持部材と前記連結支持部材との間に配設される一対の第一弾性体と、
   前記アーム側支持部材と前記連結支持部材との間に配設される一対の第二弾性体とを備え、
   前記一対の第一弾性体及び前記一対の第二弾性体は、前記一対の第一弾性体同士を結ぶ第一仮想線と前記一対の第二弾性体同士を結ぶ第二仮想線とが平面視において交差するように配設され、
   前記第一弾性体及び前記第二弾性体は、ゴム材により形成される、フローティング装置。
3. 前記グリッパー側支持部材、前記アーム側支持部材及び前記連結支持部材の内、少なくとも前記連結支持部材は、前記グリッパーを挿通可能な開口部を有して枠状に形成される、請求項１又は２に記載のフローティング装置。
4. 前記アーム側支持部材に、前記アームに対して前記アーム側支持部材を回動可能に装着するためのベアリングが配設される、請求項１から３のいずれか一項に記載のフローティング装置。

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