JP7493213B1 - エンドエフェクタ及びロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石を用いながら、エンドエフェクタの高さ方向の厚みを抑えたエンドエフェクタを提供する。【解決手段】エンドエフェクタ１は、吸着部４０の被押圧突起４１Ｂを有する揺動部４１に永久磁石４３を支柱ボルトによって固定し、吸着部４０揺動範囲を規制する揺動規制部３０Ｄ及び吸着部４０を傾斜状態から起立状態に戻す起立規制部３０Ｅを有するガイド部３０に吸着部４０を揺動可能に設置し、変位部２０の押圧傾斜２３Ｅに被押圧突起４１Ｂを押圧させて吸着部４０を揺動規制部３０Ｄまで傾斜させ、永久磁石４３を傾斜離間させてから起立規制部３０Ｅによって被吸着物から離間させる。【選択図】図１

Description

本発明は、エンドエフェクタ及びロボット装置に関する。

産業用ロボットのアームの末端にはエンドエフェクタが取り付けられる。特によく用いられるエンドエフェクタには、作業対象物品であるワークを把持し、把持したワークを移動させ、移動させたワークを解放するという、物品把持用のエンドエフェクタである。

物品把持用のエンドエフェクタの把持方法には、マニピュレータによって物品を挟むことにより把持するもの、陰圧のエアによって吸着するもの、静電気によって物品を吸着するもの、磁力によって物品を吸着するものなどがある。これらのうち、磁力によって物品を吸着するエンデエフェクタは、製造コストを低く押させることができるというメリットがある。

従来の永久磁石を用いる磁力式エンドエフェクタは、ワークを解放する際に、ワークを吸着する磁束の向きの反対方向に力を加え、永久磁石を引き離していた（例えば、特許文献１）。

従って、ワークから永久磁石を引き離すソレノイドやリンクなどの機構を、永久磁石を挟んでワークの対向方向に配置する必要があり、エンドエフェクタの高さ方向の厚みが厚くなっていた。エンドエフェクタの高さ方向の厚みが厚くなると、例えば複数の収容段を有する棚などにワークを収容している場合、エンドエフェクタと棚板とが物理干渉を起こして棚からワークを取り出すことができない。

特許第７１０７７７２号公報

本発明が解決しようとする課題は、永久磁石を用いながら、エンドエフェクタの高さ方向の厚みを抑えたエンドエフェクタを提供することである。

なお、上記の「背景技術」、および「発明が解決しようとする課題」に記載した内容は、本発明をするに至った契機（きっかけ）を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、また、本発明の技術的範囲の限定解釈を許容するものでもない（平成１７年（行ケ）第１００４２号、及び出願日における特許庁審査基準第ＩＩ部第２章 第２節３．２．１参照。）。

本発明は、厚み方向に貫通するベース部揺動孔を有し、ロボット装置のアームに駆動リンクを有する駆動部を介して固定されるベース部と、正面及び背面に被押圧突起を一つずつ有し、底面が平面状をなし、側面に曲面を有する揺動部、前記ベース部揺動孔に挿通され、前記揺動部に永久磁石を固定する支柱ボルト、及び前記永久磁石を被吸着物の方向に付勢する弾性体を備える吸着部と、正面視の上端部に開放し、前記吸着部の揺動範囲を規制する揺動規制部、及び前記揺動規制部の上端部に設けられ、前記吸着部を傾斜状態から起立状態に戻す起立規制部を有する揺動規制溝を備え、側面視の手前側から奥側に向かって切り欠かれ、前記揺動部を揺動可能に支持する揺動平面を形成する揺動受溝、及び前記揺動受溝と底面とを連通するガイド部揺動孔を有し、前記ベース部に前記ベース部揺動孔と前記ガイド部揺動孔が連通するように固定されるガイド部と、前記被押圧突起を位置決めする位置決凹部、前記位置決凹部の端部から０°より大きく、９０°より小さい角度θ１を付けて上方に立ち上がり、前記被押圧突起を押圧して前記吸着部を前記揺動規制部まで傾斜させて前記永久磁石を前記被吸着物から傾斜離間させ、前記起立規制部を介して前記吸着部を起立させる押圧傾斜、及び前記押圧傾斜の前記位置決凹部の反対側端部に配置され、前記被押圧突起を押し上げて前記吸着部を上方に変位させ、前記永久磁石を前記被吸着物から離間させる離間変位部を有する変位作動部を備え、前記駆動リンクの変位によって変位する変位部と、を備えるエンドエフェクタを提供する。

本発明によれば、永久磁石を用いながら、エンドエフェクタの高さ方向の厚みを抑えたエンドエフェクタを提供することができる。

本実施形態のエンドエフェクタを備えるロボット装置の構成を示す模式図である。 エンドエフェクタの分解側面図である。 揺動部の３面図である。 ガイド部の３面図である。 作動部の３面図である。 ベース部の３面図である。 エンドエフェクタのワークの解放動作を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタ１及びロボット６装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態のエンドエフェクタ１を備えるロボット装置６の構成を示す模式図である。

図１（Ａ）に示すように、ロボット装置６は、ロボット装置本体部６１と、制御装置６５と、アーム６２と、エンドエフェクタ１と、を備える。

ロボット装置本体部６１は、内部にロボット装置６の動作を制御する演算装置を有する制御装置６５を備える。ロボット装置本体部６１はさらに、複数の関節を有するアーム６２が設けられる。

アーム６２は、先端部にエンドエフェクタ１が、エンドエフェクタ１を作動させる駆動リンク６４を有する駆動部６３を介して固定される。

図１（Ｂ）は、本実施形態のエンドエフェクタ１を示す側面図である。図１（Ｂ）に示すように、エンドエフェクタ１は、ベース部１０と、変位部２０と、ガイド部３０と、吸着部４０と、を備える。

ベース部１０は、一端が駆動部６３に固定され、他端が側面視においてほぼ直角に屈曲し、屈曲部位より先端部において直線状に延伸する支持部１３を有する。

変位部２０は、一端が駆動リンク６４に接続され、駆動リンク６４によって伝達部回動ピン２２を回動の中心として矢印Ｘ１に示す支持部１３の延伸方向前後方向に回動する伝達リンク２１と、伝達リンク２１の他端に一端が接続され、伝達リンク２１の回動によって支持部１３の矢印Ｘ２に示す延伸方向前後方向に直線状に変位する作動部２３と、ベース部１０に固定されるガイド部３０と、一端がガイド部３０に揺動可能に設置され、他端にワークＷを吸着する永久磁石４３を有する吸着部４０と、を備える。

ガイド部３０及び吸着部４０は、ワークＷの形状や重量に応じて必要な数だけ設置することができる。図１に示す例においては、ガイド部３０及び吸着部４０は、矢印Ｘ２に示す延伸方向前後方向に二つ配置されている。

図２は、エンドエフェクタ１の分解側面図である。図２に示すように、エンドエフェクタ１は、先ず、ガイド部３０がベース部１０にベース部１０の締結孔１０Ａを介して締結タップ孔３０Ｂに締結ボルト３１をねじ込むことにより固定される。

次に、支柱ボルト４２が永久磁石４３、磁石ケース４４、締め付けナット４５、及び弾性体であるコイルスプリング４６の順にガイド部３０の下方からガイド部揺動孔３０Ａに挿通される。そして、伝達リンク２１が伝達リンクピン２１Ｂによって回動可能に係止された作動部２３がベース部１０の上方からベース部１０に設置される。さらに、支柱ボルト４２がベース部１０のベース部揺動孔１０Ｂ、揺動部４１の揺動部締結孔４１Ａに挿通され、端部が締結ナット４７によって締結される。

最後に、伝達リンク２１の伝達リンク回動孔２１Ａ及びベース部１０の回動支持部１１のベース部回動孔１１Ａに伝達部回動ピン２２がワッシャ２２Ａを介して挿通され、伝達リンク２１がベース部１０に回動可能に係止される。

図３は、揺動部４１の３面図である。図３（Ｓ）は揺動部４１の正面図、図３（Ａ）は揺動部４１の図３（Ｓ）Ａ矢視図、図３（Ｂ）は揺動部４１の図３（Ｓ）Ｂ矢視図である。

図３に示すように、揺動部４１は、図３（Ｓ）に示す正面視が円の中心より下方を直径より短い第１直線と、円の中心より上方を第１直線より長く、第１直線と平行な直径より短い第２直線により区画した形状をなす。揺動部４１は正面及び背面に被押圧突起４１Ｂを一つずつ有する。

正面に設置される被押圧突起４１Ｂは、正面手前側に向かって中心軸が延伸する円柱形状をなし、端部に被押圧突起４１Ｂの中心軸を円の中心とする円周状に設けられるリング４８を嵌め込む溝部４１Ｃを備える。また、背面に設置される被押圧突起４１Ｂは、背面奥側に向かって中心軸が延伸する円柱形状をなし、端部に被押圧突起４１Ｂの中心軸を円の中心とする円周状に設けられるリング４８を嵌め込む溝部４１Ｃを備える。正面に設置される被押圧突起４１Ｂと背面に設置される被押圧突起４１Ｂは同形状である。

揺動部４１は、図３（Ａ）に示す平面視が、上辺と下辺が平行な直線と、左右の直線によって区画される形状をなす。揺動部４１は、平面視において正面の被押圧突起４１Ｂの中心軸と背面の被押圧突起４１Ｂの中心軸の延長線が重複する部分の中央に、揺動部４１を平面視において手前側から奥側に向かって貫通する揺動部締結孔４１Ａを有する。揺動部締結孔４１Ａは内側面に支柱ボルト４２をねじ込むタップ４１Ｄが切られる。

揺動部４１は、図３（Ｂ）に示す側面視において、手前側から奥側に向かって切りかかれ、締結ナット４７を支持する平面を形成する支持溝４１Ｅを有する。支持溝４１Ｅの深さは、締結ナット４７の高さと同じかより深い。

図４は、ガイド部３０の３面図である。図４（Ｓ）はガイド部３０の正面図、図４（Ａ）はガイド部３０の図４（Ｓ）Ａ矢視図、図４（Ｂ）はガイド部３０の図４（Ｓ）Ｂ矢視図、図４（Ｃ）は図４（Ｓ）の破線円Ｃ１部分の拡大図である。

図４（Ｓ）及び図４（Ａ）に示すように、ガイド部３０には、上端部に開放する揺動規制溝３０Ｇと、図４（Ｂ）に示す側面視において、手前側から奥側に向かって切り欠かれ、揺動部４１を揺動可能に支持する揺動平面を形成する揺動受溝３０Ｈと、揺動受溝３０Ｈとガイド部３０の底面とを連通するガイド部揺動孔３０Ａと、揺動規制溝３０Ｇとガイド部３０の底面とを連通し、締結ボルト３１がねじ込まれる締結タップ孔３０Ｂと、が設けられる。

図４（Ｓ）に示すように、ガイド部３０の揺動規制溝３０Ｇは、図４（Ｓ）の左側面側に凹み、吸着部４０の揺動範囲を規制する揺動規制部３０Ｄと、揺動規制部３０Ｄの上端部に設けられる起立規制部３０Ｅと、を有する。ガイド部３０の揺動規制溝３０Ｇの右側面は、揺動規制溝３０Ｇの底面付近から鉛直方向上方に延びる平面をなす。

揺動規制部３０Ｄは、揺動規制溝３０Ｇの右側面端部から揺動規制部３０Ｄの再左端の幅である揺動幅Ｗ２は揺動規制溝３０Ｇの開口部の開口幅Ｗ３より広い。開口幅Ｗ３は、被押圧突起４１Ｂの断面円の直径である断面直径Ｗ１よりも広い。

揺動規制部３０Ｄは、揺動規制溝３０Ｇの深さＤ１が被押圧突起４１Ｂの断面直径Ｗ１よりも深い。

図４（Ｂ）に示すように、ガイド部３０は、揺動規制溝３０Ｇの両側壁にリング４８が往復通過するリング溝３０Ｃを有する。リング溝３０Ｃは、最深部が揺動平面より深い。

図５は、作動部２３の３面図である。図５（Ｓ）は作動部２３の正面図、図５（Ａ）は作動部２３の図５（Ｓ）Ａ矢視図、図５（Ｂ）は作動部２３の図５（Ｓ）Ｂ矢視図、図５（Ｃ）は図５（Ｓ）の破線円Ｃ２部分の拡大図である。

図５（Ｓ）、図５（Ａ）、及び図５（Ｂ）に示すように、作動部２３は、作動部２３の伝達リンク２１側端部に設けられる作動部回動孔２３Ｃに、伝達リンク２１の他端に挿通される伝達リンクピン２１Ｂが挿通され、伝達リンク２１に対して回動可能に係止される。

作動部２３は、一対の作動部２３が平面矩形状の作動部連結部２３Ｂを挟むように、板状の部材によって平面状に形成され、作動部連結部２３Ｂの両端の作動部２３が変位作動部２３Ａを上になるように下方に折り曲げられて形成される。

図５（Ｃ）に示すように、変位作動部２３Ａは、平坦な基準面部２３Ｆよりも揺動部４１の被押圧突起４１Ｂの断面直径Ｗ１の１／２よりも浅く、被押圧突起４１Ｂの位置決めに十分な深さＨ２を有し、被押圧突起４１Ｂの断面直径Ｗ１の１／２よりも短い位置決幅Ｗ４を有する位置決凹部２３Ｄを有する。また、変位作動部２３Ａは、位置決凹部２３Ｄの端部から作動部２３の伝達リンク２１の反対側に向かって０°より大きく、９０°より小さい角度θ１を付けて上方に立ち上がり、位置決凹部２３Ｄからの高さが被押圧突起４１Ｂの断面直径Ｗ１よりも低い傾斜高Ｈ１を有する押圧傾斜２３Ｅを有する。さらに、変位作動部２３Ａは、押圧傾斜２３Ｅの位置決凹部２３Ｄの反対側端部に、平坦な離間変位部２３Ｇを有する。

図６は、ベース部１０の３面図である。図６（Ｓ）はベース部１０の正面図、図６（Ａ）はベース部１０の図６（Ｓ）Ａ矢視図、図６（Ｂ）はベース部１０の図６（Ｓ）Ｂ矢視図である。

図６（Ｓ）、図６（Ａ）、及び図６（Ｂ）に示すように、ベース部１０は、ベース部１０の延伸方向に長い長円状のベース部揺動孔１０Ｂと、ベース部揺動孔１０Ｂを囲むように配置される４つの締結孔１０Ａを一組として、吸着部４０の設置数と同じ組数だけ設けられる。ベース部揺動孔１０Ｂと締結孔１０Ａの組は、吸着部４０が互いに物理干渉を起こさないように間隔をあけて設けられる。

回動支持部１１は、ベース部１０の幅方向に貫通するベース部回動孔１１Ａを有し、ベース部１０の正面視上方に立ち上がる屈曲部位に設けられる。

図７は、エンドエフェクタ１のワークＷの解放動作を示す図である。図７（Ａ）はエンドエフェクタ１がワークＷを吸着している状態を示す図であり、図７（Ｂ）は吸着部４０が傾斜した状態を示す図であり、図７（Ｃ）はエンドエフェクタ１がワークＷを解放した状態を示す図である。

図７（Ａ）に示すように、位置決凹部２３Ｄの底部に吸着部４０の被押圧突起４１Ｂが嵌り込む状態のとき、コイルスプリング４６によってワークＷの方向に向かって付勢される磁石ケース４４の永久磁石４３がワークＷに達してワークＷを吸着する。そして、揺動部４１の下底面がガイド部３０の揺動受溝３０Ｈの上面に面接触するため、吸着部４０は直立状態により安定する。

ロボット装置６の制御装置６５からエンドエフェクタ１の駆動部６３に解放動作の指示が送信されると、駆動部６３は駆動リンク６４を動作させて変位部２０を矢印Ｘ３に示す解放動作方向に変位させる。

図７（Ｂ）に示すように、被押圧突起４１Ｂが押圧傾斜２３Ｅによって解放動作方向に押圧されると、吸着部４０は傾斜を開始する。そして、吸着部４０は被押圧突起４１Ｂが揺動規制部３０Ｄに達するまで傾斜する。このとき、吸着部４０は揺動部４１の側面の曲面が揺動受溝３０Ｈの上面を転がるように変位するため、容易に傾斜される。

そして、吸着部４０が傾斜すると、ワークＷに面接触していた磁石ケース４４の永久磁石４３が、磁石ケース４４の端部を支点とし、被押圧突起４１Ｂの押圧傾斜２３Ｅとの接触点を力点として永久磁石４３が「梃の原理」により斜めに離間する。永久磁石４３が斜めに離間すると、永久磁石４３が面接触した状態から接触面に対して垂直方向に引き離すのに比べて少ない力によって永久磁石４３をワークＷから離間することができる。

図７（Ｃ）に示すように、被押圧突起４１Ｂが押圧傾斜２３Ｅによってさらに押圧されると、吸着部４０は被押圧突起４１Ｂが起立規制部３０Ｅによって矢印Ｘ３に示す解放動作方向とは逆の方向に戻されることにより、傾斜状態から起立状態に戻される。そして、被押圧突起４１Ｂが押圧傾斜２３Ｅによってさらに押圧されると、被押圧突起４１Ｂが離間変位部２３Ｇの上方に達し、永久磁石４３はワークＷから完全に離間して解放動作が終了する。

ワークＷの吸着は、ロボット装置６の制御装置６５からエンドエフェクタ１の駆動部６３に上記の逆の動作の指示がなされることにより実現される。

以上述べたように、本実施形態のエンドエフェクタ１は、厚み方向に貫通するベース部揺動孔１０Ｂを有し、ロボット装置６のアーム６２に駆動リンク６４を有する駆動部６３を介して固定されるベース部１０と、正面視の上端部に開放し、吸着部４０の揺動範囲を規制する揺動規制部３０Ｄ、及び揺動規制部３０Ｄの上端部に設けられ、吸着部４０を傾斜状態から起立状態に戻す起立規制部３０Ｅを有する揺動規制溝３０Ｇを備え、側面視の手前側から奥側に向かって切り欠かれ、揺動部４１を揺動可能に支持する揺動平面を形成する揺動受溝３０Ｈ、及び揺動受溝３０Ｈとガイド部３０の底面とを連通するガイド部揺動孔３０Ａを有し、ベース部１０にベース部揺動孔１０Ｂとガイド部揺動孔３０Ａが連通するように固定されるガイド部３０と、ガイド部３０の揺動平面の上部に配置され、正面及び背面に被押圧突起４１Ｂを一つずつ有し、底面が平面状をなし、側面に曲面を有する揺動部４１、ベース部揺動孔１０Ｂ及びガイド部揺動孔３０Ａに挿通され、揺動部４１に永久磁石４３を固定する支柱ボルト４２、及び永久磁石４３をガイド部３０から被吸着物であるワークＷの方向に付勢する弾性体であるコイルスプリング４６を備える吸着部４０と、被押圧突起４１Ｂを位置決めする位置決凹部２３Ｄ、位置決凹部２３Ｄの端部から０°より大きく、９０°より小さい角度θ１を付けて上方に立ち上がり、被押圧突起４１Ｂを押圧して吸着部４０を揺動規制部３０Ｄまで傾斜させて永久磁石４３を被吸着物であるワークＷから傾斜離間させ、起立規制部３０Ｅを介して吸着部４０を起立させる押圧傾斜２３Ｅ、及び押圧傾斜２３Ｅの位置決凹部２３Ｄの反対側端部に配置され、被押圧突起４１Ｂを押し上げて吸着部４０を上方に変位させ、永久磁石４３を被吸着物であるワークＷから離間させる離間変位部２３Ｇを有する変位作動部２３Ａを備え、駆動リンク６４の変位によって変位する変位部２０と、を備える。

従って、本実施形態によれば、永久磁石４３を用いながら、エンドエフェクタ１の高さ方向の厚みを抑えたエンドエフェクタ１を提供することができるという効果がある。

１ エンドエフェクタ
１０ ベース部
１０Ａ 締結孔
１０Ｂ ベース部揺動孔
１１ 回動支持部
１１Ａ ベース部回動孔
１３ 支持部
２０ 変位部
２１ 伝達リンク
２１Ａ 伝達リンク回動孔
２１Ｂ 伝達リンクピン
２２ 伝達部回動ピン
２３ 作動部
２３Ａ 変位作動部
２３Ｂ 作動部連結部
２３Ｃ 作動部回動孔
２３Ｄ 位置決凹部
２３Ｅ 押圧傾斜
２３Ｆ 基準面部
２３Ｇ 離間変位部
３０ ガイド部
３０Ａ ガイド部揺動孔
３０Ｂ 締結タップ孔
３０Ｃ リング溝
３０Ｄ 揺動規制部
３０Ｅ 起立規制部
３０Ｇ 揺動規制溝
３０Ｈ 揺動受溝
３１ 締結ボルト
４０ 吸着部
４１ 揺動部
４１Ａ 揺動部締結孔
４１Ｂ 被押圧突起
４１Ｃ 溝部
４１Ｄ タップ
４１Ｅ 支持溝
４２ 支柱ボルト
４３ 永久磁石
４４ 磁石ケース
４５ 締め付けナット
４６ コイルスプリング
４７ 締結ナット
４８ リング
６ ロボット装置
６１ ロボット装置本体部
６２ アーム
６３ 駆動部
６４ 駆動リンク
６５ 制御装置
Ｗ ワーク

Claims (2)

1. 厚み方向に貫通するベース部揺動孔を有し、ロボット装置のアームに駆動リンクを有する駆動部を介して固定されるベース部と、
   正面及び背面に被押圧突起を一つずつ有し、底面が平面状をなし、側面に曲面を有する揺動部、前記ベース部揺動孔に挿通され、前記揺動部に永久磁石を固定する支柱ボルト、及び前記永久磁石を被吸着物の方向に付勢する弾性体を備える吸着部と、
   正面視の上端部に開放し、前記吸着部の揺動範囲を規制する揺動規制部、及び前記揺動規制部の上端部に設けられ、前記吸着部を傾斜状態から起立状態に戻す起立規制部を有する揺動規制溝を備え、側面視の手前側から奥側に向かって切り欠かれ、前記揺動部を揺動可能に支持する揺動平面を形成する揺動受溝、及び前記揺動受溝と底面とを連通するガイド部揺動孔を有し、前記ベース部に前記ベース部揺動孔と前記ガイド部揺動孔が連通するように固定されるガイド部と、
   前記被押圧突起を位置決めする位置決凹部、前記位置決凹部の端部から０°より大きく、９０°より小さい角度θ１を付けて上方に立ち上がり、前記被押圧突起を押圧して前記吸着部を前記揺動規制部まで傾斜させて前記永久磁石を前記被吸着物から傾斜離間させ、前記起立規制部を介して前記吸着部を起立させる押圧傾斜、及び前記押圧傾斜の前記位置決凹部の反対側端部に配置され、前記被押圧突起を押し上げて前記吸着部を上方に変位させ、前記永久磁石を前記被吸着物から離間させる離間変位部を有する変位作動部を備え、前記駆動リンクの変位によって変位する変位部と、
   を備えるエンドエフェクタ。
2. 請求項１に記載のエンドエフェクタを前記アームの先端部に備えるロボット装置。
   

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