JPH0418996B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 米国政府は米国空軍によつて与えられた契約第
F33615−78−Ｃ−5095に従つて本発明に対する
諸権利を有する。

本発明は、多様形状の物体を把持しうるととも
に異なる部品形状に対して容易かつ迅速な切換え
が可能な把持装置、特に、ロボツトのようなプロ
グラミングが可能な装置用の把持装置に関する。
この改良把持装置は磁性型ではなく、製造、輸
送、組立または検査装置用の部品の固定に用いう
るものである。

本発明の主要な目的と特徴は、単一の空気圧動
力源等を用いて３つの静的対向力と３つの静的対
向トルクをそれぞれ３つの直交方向において固形
物体に加える装置を提供することである。

本発明の他の目的は、上記の諸力の方向が把持
すべき物体の寸法によつて影響されないようにす
るために直線運動をなす操作機構を有する上記の
ような装置を提供することである。

本発明の他の目的は、物体を単安定式に把寺す
る、すなわち、物体を把持装置に対して単一の所
定相対位置につかせるように操作される上記のよ
うな把持装置を提供することである。

本発明の他の目的は、把持装置の部品の調整と
変更をなすことなく、少々の寸法上の差違以外は
同じくある多様な物体を把持する把持装置を提供
することである。

本発明の他の目的は、部品の互換と、寸法と形
状に依存する装置部品の位置の調整とによつて相
異なる寸法と形状の物体を把持する装置を提供す
ることである。

本発明の他の目的は、相異なる寸法と形状の物
体を収容するための互換可能かつ位置調整可能な
部品を有する把持装置を提供することであり、こ
れらの部品は、特定物体への依存性をもつことな
く一般性を有し、そして把持すべき各物体用の新
しい部品を設計する必要なしに、利用可能な把持
装置部品を用いて多数の物体を把持装置に把持さ
せうるような部品である。

本発明の他の目的は、部品が適時に１分以内に
相異なる寸法と形状の物体を収容するように互換
されうるような上述型式の装置を提供することで
ある。

上述の諸特徴を完備する万能把持装置は、１対
の着脱自在かつ互換可能なジヨー組立体を取付け
た操作機構を有する。両ジヨー組立体の把持ジヨ
ーは、多種の物体と部品の把持に適するように様
様に組合わせうる１組の一般用ジヨーから選ばれ
る。空気圧シリンダ等の動力源を操作機構に働か
せることにより、両ジヨー組立体の相対直線運動
が開位置と、物体が単安定式に把持される閉位置
との間に生ずる。３つの基本型の一般用ジヨーと
して、主として凹面および凹凸面用のノーズ形ジ
ヨーと、主として凸面用のＶ形ジヨーと、平面用
の多数レストボタン付きジヨーを用いる。これら
ジヨー型の互換性により、両ジヨー組立体は把持
すべき物体の様々な形状に適合しうる。

特定実施態様による操作機構は、基板と、１対
のスライドと、両スライドを装着し直線運動をも
たらす手段と、線形動力源とを有する。両ジヨー
組立体はそれぞれ両スライドに解放自在に固定さ
れ、各ジヨー組立体は、直角のジヨー装置ベース
と、把持ジヨーを装着ベースに調整自在に装着す
る１個以上のブラケツトと、ジヨー組立体をスラ
イドに正確に位置づける手段とを含む。ジヨー位
置を広範に調整しうることにより、ジヨー組立体
は既存の部品を用いて様々な寸法の物体を把持す
るように調整されうる。

本発明を例示するために、多様な寸法と形状の
タービン羽根の翼形部と根部の把持について詳述
する。

第１図〜第４図には把持装置の操作機構３０が
示され、基板３１を有する。この基板には２個の
ブロツク３２，３３が固定され、２本の平面棒３
４，３５を保持する。平面棒３４，３５には２個
のスライドブロツク３６，３７が装着され、両ス
ライドブロツクはそれらが平行棒にそつて軸方向
に滑動しうるように線形玉軸受を具備する。スラ
イド３６の下面にはアーム３８が取付けられ、ア
ームの一体部分である２個のＵリンク３９，４０
を有する。Ｕリンク３９，４０には空気圧シリン
ダ４１，４２の可動部がピン４３，４４によつて
取付けられ、両空気圧シリンダの静止部はトラニ
オンブロツク４５〜４８を介して基板３１に装着
されている。ホース取付具９５，９６において供
給される圧縮空気はＴ形通路９７と空気ホース４
１′，４２′を通つて流れる。この圧縮空気によつ
て空気圧シリンダ４１，４２が働いて棒３４，３
５にそうスライド３６の直線運動をひき起こす。
代替的に、動力源は油圧シリンダでもよい。

連結棒組立体４９の一端がアーム３８に固着さ
れ、他端はクランク５０に枢着されている。この
クランクは軸受５１を介して基板３１に取付けら
れている。クランク５０には第２の連結棒組立体
５２も枢着され、その他端は、スライドブロツク
３７に取付けたアーム５３に固定されている。従
つて、スライド３６，３７と連結棒４９，５２と
クランク５０は複式クランク・スライダ機構を構
成し、この機構は、両空気圧シリンダの作動時
に、両スライド３６，３７を棒３４，３５にそつ
て軸方向ただし逆向きに動かす。すなわち、空気
圧シリンダ４１，４２の作動により、スライド３
６の直線運動とともにスライド３７の同等の逆向
き直線運動が生ずる。把持ジヨー組立体が解放自
在に固定された両スライドブロツクの前記直線運
動は、把持装置をタービン羽根５６のような把寺
すべき物体に係合しかつそれから離脱させるのに
必要な直線運動をもたらす。

ジヨー組立体５４，５５をスライド３６，３７
に装着しやすくするために、各スライドには直径
と位置が正確な２個の穴５７，５８（第１図）を
設けてある。これらの穴はジヨー組立体の正確に
位置づけたピン５９，６０（第４図、第１５図）
を受入れ、ジヨー組立体の迅速だが正確な位置づ
けを可能にする。両スライド３６，３７の直立形
ねじ付きスタツド６１，６２とナツト６３，６４
を用いてジヨー組立体５４，５５を両スライドに
解放自在に固着する。スライド３６，３７の正確
な位置が検知され、そしてアナログ電気信号が発
せられる。アーム６５（第１図）がスライドブロ
ツク３６の端部と、直線運動変換器６６の可動部
とに固定されている。この変換器の静止部は基板
３１に固定され、従つて、把持装置の正確な位
置、特に正確な閉位置を機械、例えばタービン羽
根用の自動検査装置に利用しうる。

固形物体６７を予定位置に配置すなわち把持す
るためには、その物体にかかる合力は、それぞれ
が直交方向に作用する３対の対向直線力と、それ
ぞれが３つの直交方向に作用する３対の対向ねじ
りモーメント（トルク）でなければならない。こ
れを第５図に図解してある。これらの合力と合成
トルクは、工程中に物体にかかるあらゆる力また
はトルク、例えば、輸送中の慣性力、静止保持中
の重力、あるいは組立、機械加工または検査中に
物体にかかる外力より大きくなければならない。
これらの力のある種のものは摩擦によつて生じう
るということに注意されたい。

本発明の目的の一つは特定物体よりむしろ一般
形状の物体を把持することであるから、物体に力
を加えるジヨーの設計に際して一般形状に考慮を
払つた。このような一般用ジヨーの一つであるノ
ズ形ジヨー７０を第６図に示す。このジヨーは２
方向に曲率半径を有し、トロイドの一部の形をも
つ接触域を形成している。表面が滑らかに変形す
る物体との接触時には単一の接触点が解保され
る。ただしこれは、物体が凹形ではなくそして物
体の接触点における曲率半径がジヨーのそれより
小さい場合に言えることである。ノーズ形ジヨー
に完全な一般性を与えかついかなる半径の表面に
も単一の接触点を確保するためには、ジヨーの両
半径を無限小にしなければならない。しかしこれ
は実際的ではない。なぜなら、接触域が小さい
と、把持すべき物体に接触点において高い局所応
力が生じ、そしてほとんどの用途に要するジヨー
強度が得られないからである。２つの曲率半径を
選定することにより、特定の１組の把持すべき物
体に対する一般性と、応力および強度要件との間
の実際的な妥協をなしうる。物体７１の滑らかに
変化する表面に単一の力を加えるためのノーズ形
ジヨーの用例を第７ａ，７ｂ，７ｃ図に示す。こ
の一般型ジヨーの変形例を第８図に示す。この例
では直線ノーズ形ジヨー７２が丸い接触域を有す
る。

前述のような複数対の対向合力の条件を満たす
には、多くの場合複数対の力を互いに近接させて
与える必要がある。ジヨーによつて生ずる力は物
体の表面に対して常に垂直であるから、凹面の場
合、上記の対をなす力の方向は第９図の右側に２
本の矢印で示すように互いに未広がりになる。ジ
ヨー組立体において２個のノーズ形ジヨー７０を
背中合わせにして用いることにより、このような
末広の力方向が得られる。

ありふれた他種の表面、特にタービン羽根によ
く見られる表面は、第３図の羽根の拡大図である
第１０図に示すように凹形から凸形に滑らかに変
化する表面である。単一ジヨーを用いてこのよう
な凹凸形状に複数対の末広向力を与えるためにノ
ーズ形ジヨー７０，７２を用いうる。第１１ａ図
と第１１ｂ図では、寸法の相異なる２つのタービ
ン羽根がわん曲縁ノーズ形ジヨー７０と直縁ノー
ズ形ジヨー７２との間に単安定位置を占めるよう
に把持されている。同一のジヨーをある範囲の曲
率半径に対して用いることができ、従つて、その
範囲内で多様な物体に用いることができることに
注意されたい。この特徴は、次のような多様な物
体、すなわち、それらのすべてが特定部品型のも
のと考えられるが、物体ごとに少々の形状差があ
るように少々の寸法差を有する物体を把持するた
めに把持装置を用いるという見地から有用であ
る。しかし、このジヨーの適正曲率半径の範囲は
単一部品型の物体に通常存する公差よりはるかに
大きいので、このジヨーのさらに一般的な特徴
は、同じジヨーを広範に変わる公称曲率半径を有
する多様部品型にも用いうることがある。

部品把持の際に通常見られる他の一般形状は凸
面である。この表面形状についても、複数対の対
向合力（第５図）の条件を満たすには、多くの場
合２つの力を互いに近接させて与えることが必要
である。これを達成するには多くの場合ノーズ形
ジヨーを２個用いればよいが、第１２図に示すＶ
形ジヨー７３を用いる方がもつと便利である。把
持ジヨー７３は２つの接触域を有する。各接触域
は円筒の一部として形成され、両円筒の軸線は互
いに交差してＶ形をなす。このジヨーの用例を第
１３図に示す。この図は２つの力が３個のジヨー
の各各からだ円形プリズム７４に加えられる状態
を示す。ノーズ形ジヨ７０の場合のように、把持
されている物体の形状のわずかな変化、例えば、
プリズムの非線形性は、物体に与えられつつある
力の位置に影響を与えない。従つて、単安定把持
力が確保される。

部品把持の際に通常見られる他の一般形状は平
面である。本発明の一目的は把持装置になんらの
調整も施さずに少しの寸法差に対処することであ
るから、このジヨー型は、事実上平らでなく平ら
に近い物体を単安定式に把持しうる必要がある。

平らに近い表面を３個の球状レストボタンと接
触させることにより、把持すべき物体との単安定
接触が確保される。このような目的のための代表
的なレストボタン付きジヨー７５を第１４図に示
す。このジヨーは、球形レストボタン７８を位置
づけうる多数の穴７７を有する平らな装着板７６
からなる。この場合、球形頭部を有するソケツト
ボタンヘツドねじがレストボタンのために用いら
れ、そして穴７７はこれらのねじを装着板に固定
するためにねじ切りされている。装着板に多数の
穴を設けてあるのは、相異なる物体の寸法差に応
じてレストボタンの位置調整をなすためである。

上述のように、３つの把持ジヨー型として、第
６図に示した主として凹面または凹凸面用のノー
ズ形ジヨーと、第１２図に示した主として凸面用
のＶ形ジヨーと、第１４図に示した多数レストボ
タン付きジヨーとがある。この１組の一般用ジヨ
ーに対して適当な装着装置が必要である。様々な
物体寸法に適するためには、装着装置は把持ジヨ
ーの位置調整を可能にするものでなければならな
い。装着装置の基本要素は第１５図に示した直角
のジヨー装着ベース７９である。このベースの前
面は２つのキー溝８０を有し、各キー溝にはジヨ
ーとジヨーブラケツトとを装着するための３個の
ねじ穴８１が設けられている。このベースは、そ
れに装着した１個以上の把持ジヨーおよび調整ブ
ラケツトとともに、１個のジヨー組立体を構成す
る。ベース７９の底面には、スライド３６，３７
の穴にはめ込む２本のピン５９，６０が正確に位
置づけされている。このはめ込みにより、ジヨー
組立体５４，５５をスライドブロツクに迅速かつ
正確に位置づけしうる。ベースの底面の穴８２
は、ジヨー組立体をスライドに固定するためにス
ライド組立体に設けたスライドとナツト（要素６
１〜６４）を受入れる。第１６ａ図と第１６ｂ図
（第１７図も参照）には４個の部品の様々な組立
形状のうち２形状が示され、それぞれ１個のジヨ
ー組立体を構成している。これら４個の部品はジ
ヨー装着ベース７９、垂直調整ブラケツト８３、
水平調整ブラケツト８４および水平Ｖ形ジヨー８
５である。ブラケツト８３の背面にはダブテール
状のキーが設けられ、キー溝８０内を上下に滑動
する。ブラケツト８３は、上側を下にしまた右側
を上にしさらに図示のようにベース７９の２つの
キー溝８０のいずれかにおいて、ベース７９に固
定されうることに注意されたい。さらに、ブラケ
ツト８３をジヨー装着ベース７９に取付けるに当
たり、２つのキー溝の各々における３個の取付け
穴８１のうちの任意の穴を用いうる。そしてブラ
ケツト８３はそのねじ穴８６によつて６個の取付
け穴の各々において任意の高さに調整されうる。
組立形状のこれらの組合わせと各形状における諸
調整は、ジヨーの垂直方向における調整範囲を広
くしうる。同様に、水平方向に調整しうるブラケ
ツト８４が、３個の取付け穴の任意のものを用い
ることによつてブラケツト８３に取付けられ得、
そして溝穴８７の使用によつて各取付け穴内で調
整可能である。これはジヨーの水平方向における
位置調整の範囲を広くする。Ｖ形把持ジヨー８５
の対称性もまた、より多くの形状の使用を可能に
し、ジヨー位置の調整範囲をさらに広くする。第
１６ａ図において、Ｖ形ジヨー８５は、締結具８
８の左側において右側を上にし、また上側を下に
して装着され得、さらに締結具８８の右側におい
て右側を上にしまた上側を下にして装着され得
る。これら４種の方向決めのいずれにおいても、
ジヨーは水平方向に調整可能である。第１６ｂ図
においても同じことが言え、そしてＶ形ジヨー８
５の多くの可能位置の一つを示してある。この広
いジヨー位置調整範囲により、ジヨー組立体は既
存の部品を用いて様々な寸法の物体を把持するよ
うに調整され得、従つて、把持すべきほとんどの
型の物体に対して新しい部品を設計する必要がな
くなる。

多くのジヨー型はジヨー組立体において互換し
る。第１７図は第１６図におけるような水平Ｖ形
ジヨー８５を示す。第１８図は比較的小さな垂直
Ｖ形ジヨー８９を示す。多くの可能な形状の他の
例としてノーズ形ジヨー７０または７２（第６
図、第８図）をどちらかのＶ形ジヨーの代わりに
用いうる。

実際には、１個より多くの把持ジヨーを単一ジ
ヨー組立体に装着することが時々必要になる。例
えば、タービン翼形部は１個のジヨー組立体に２
個の水平Ｖ形ジヨーを、そして他のジヨー組立体
に１個の水平Ｖ形ジヨーを必要とする。これを実
際に第３図に示す。さらにジヨーの一つに第３の
調整方向を与えることも時々必要である。第１９
図はその一例を示す。ブラケツト９０は装着ベー
ス７９に接して前述と同様の仕方で垂直方向に調
整可能であり、そしてブラケツト９１はブラケツ
ト９０の頂部に固着されそして同様に水平方向に
調整可能である。Ｖ形ジヨー９２は他の２つの調
整方向に直交する方向に調整可能である。装着ベ
ース７９の両キー溝８０を利用して２個のジヨー
を同時にベース７９に装着しうることに注意され
たい。また、装着用部品の対称的な設計により、
装着ベース７９の両キー溝のどちらにも任意のジ
ヨーを装着しうる。第１９図では第２のジヨー８
５を第１７図内と同様に、ただし異なる垂直方向
位置に装着してある。要素８８はすべてねじ締結
具である。

第２０図は第１４図に示した平らなジヨーの代
表的な装着を示す。板９３はベース７９のキー溝
にはまり込むようにキー止めされそしてベース７
９の３対の穴のどれにでも装着され得、こうして
板９３の３つの相異なる高さが得られる。３個の
レストボタンの付いたジヨー７６は３対の穴の任
意の１対を用いて板９３に組付けられ、高さ調整
の可能性をさらに大きくする。ジヨー９４もまた
ジヨー７６と同様に球形レストボタン用の数個の
穴を有し、ベース７９の３対のねじ穴の任意の１
対に装着される。１対の平らなジヨー７６，９４
は、長方形の物体を受止める２個の直角の平らな
ジヨーを形成するようにベース７９に装着され
る。一例を第２１図に示す。タービン羽根９５の
根部が平らなジヨー７６，９４と、第６図に示し
たようなノーズ形ジヨー７０との間に把持されて
いる。ベースとブラケツト８３とジヨーは第１７
図におけるように配置されている。様々な部品寸
法に適合するこれらの２個の平らなジヨー７６，
９４の可能な組立形状の例を第２２図と第２３図
に示す。第２３図では、２個の多数レストボタン
付き平板形ジヨー７６が同一の垂直調整ブラケツ
ト９３に組付けられている。

実用に際し、１対のジヨー組立体が組立てられ
そして特定の部品型に合うように調整され、次い
で前述の操作機構３０に固定される。数対のジヨ
ー組立体が相異なる部品型のために再調整され
る。次いでこれらの数対は、各スライドブロツク
のナツト（例えば、スライド３６のナツト６３）
を外し、古い１対のジヨー組立体を除去した後新
しい１対のジヨー組立体を取付けることによつて
迅速に互換されうる。こうして把持装置を一つの
部品型から他の部品型に迅速に切換えうる。第３
図について説明すると、把持装置は手動で便利良
く装荷される。すなわち、タービン羽根５６のよ
うな物体が手で両ジヨー組立体５４，５５の間に
設置され、そして空気圧または油圧シリンダ４
１，４２が操作されて両ジヨー組立体が互いに近
寄つて物体と係合するように両組立体の直線運動
をひき起こす。タービン羽根の垂直方向位置は重
要ではない。というのは、正確な位置が光学的に
検知されるからである。これは１組の一般用ジヨ
ーの他の組合わせについても言えることである。
例えば、第１１ａ図と第１１ｂ図において、、紙
面に垂直なタービン羽根５６の位置が検知され
る。

この把持装置は、わずかな部品表面欠陥の自動
検査中の部品の取扱いに十分な精度を有する。タ
ービン羽根用のこのような一種の検査装置は、本
発明の譲受人に譲渡された1980年６月11日付の米
国特許出願第158372号「表面形状の無接触測定
（Non−contact Measurement of Surface
Profile）」に記載されている。

以上、本発明を好適実施例について詳述した
が、もちろん本発明の範囲において幾多の改変が
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はそれぞれ開位置にある操作機
構の平面図と側面図、第３図は閉位置にある操作
機構と、タービン羽根を把持するＶ型ジヨー組立
体の部分断面側面図、第４図は操作機構とジヨー
組立体の部分断面端面図、第５図は固形物体に作
用する３対の対向力と３対のねじりモーメントの
図、第６図はノーズ形ジヨーの斜視図、第７ａ，
７ｂ，７ｃ図は滑らかに変形する表面に力を加え
るノーズ型ジヨーの部分斜視図である。第８図は
直縁ノーズ形ジヨーを示す。第９図は末広方向力
を加える２個のノーズ形ジヨーを示す。第１０図
はタービン羽根を示す。第１１ａ図と第１１ｂ図
は相異なる寸法のタービン羽根を把持する２個の
ノーズ形ジヨーを示す。第１２図はＶ形ジヨーの
斜視図である。第１３図は凸縁物体を把持する３
個のＶ形ジヨーを示す。第１４図は３個のボタン
付きの平らなジヨーを示す。第１５図はジヨー組
立体装着ベースの斜視図である。第１６ａ図と第
１６ｂ図はＶ形ジヨー組立体を構成する４個の部
品の組体形状を示す。第１７図と第１８図はそれ
ぞれ水平および垂直Ｖ形ジヨー組立体の斜視図で
ある。第１９図は１個のジヨー組立体における２
個の水平Ｖ形ジヨーを示す。第２０図は代表的な
平板形ジヨー組立体の斜視図、第２１図は平板形
およびノーズ形ジヨー組立体間に把持されたター
ビン羽根の側面図である。第２２図と第２３図は
平板形ジヨー組立体の他の形状を示す。 ３０…操作機構、３１…基板、３２，３３…ブ
ロツク、３４，３５…平行棒、３６，３７…スラ
イドブロツク、３８，５３，６５…アーム、４
１，４２…空気圧シリンダ、４９，５２…連結棒
組立体、５０…クランク、５４，５５…ジヨー組
立体、５７，５８…穴、５９，６０…ピン、７０
…ノーズ形ジヨー、７２…直縁ノーズ形ジヨー、
７３…Ｖ形ジヨー、７５…レストボタン付きジヨ
ー、７６…装着平板、７７…穴、７８…レストボ
タン、７９…ジヨー装着ベース、８０…キー溝、
８１…ねじ穴、８３…垂直方向調整ブラケツト、
８４…水平方向調整ブラケツト、８５…水平Ｖ形
ジヨー、８９…垂直Ｖ形ジヨー、９０，９１…ブ
ラケツト、９２…Ｖ形ジヨー、９４…平板形ジヨ
ー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多種の物体を把持する把持装置が、各々が
   様々な寸法と形状の物体の把持に適する様に様々
   に組合わせうる１組の一般用ジヨーから選んだ少
   なくとも１個の把持ジヨーを有する１対のジヨー
   組立体と、 前記ジヨー組立体が着脱自在に且つ互換自在に
   装着され、該ジヨー組立体に開閉両位置間にわた
   つて相対直線運動をもたらす手段を有する操作機
   構とを含み、 各々のジヨー組立体が、複数個の穴をもつ装着
   ベースを有して、該装着ベース又は相互に調整自
   在に取付け可能な１個以上のブラケツトに複数の
   装着箇所をもたらし、更に該調整自在なブラケツ
   トに取付けられた一般用ジヨーの選ばれた少なく
   とも１つの把持ジヨーを有する把持装置。 ２ 特許請求の範囲１に記載の把持装置に於て、
   前記操作機構が、平面棒を支持した装着板、該平
   行棒に設けられた一対のスライド、該装着板と一
   方のスライドの間を連結する空気圧又は流体圧シ
   リンダを有し、両スライドを両連結棒にそつて、
   但し逆向きに動かす複式クランク・スライダ機構
   となる把持装置。 ３ 特許請求の範囲１に記載の把持装置に於て、
   前記把持ジヨーが種々に組合わせうる３つの基本
   型のジヨーからなる１組の一般用ジヨーから選ば
   れ、該基本型のジヨーはノーズ型ジヨー、Ｖ形ジ
   ヨー及び多数レストボタン付きジヨーである把持
   装置。 ４ 特許請求の範囲３に記載の把持装置に於て、
   前記ノーズ形ジヨーの２個背中合わせにして取付
   けて１つのジヨー組立体とした把持装置。 ５ 特許請求の範囲２に記載の把持装置に於て、
   各々のジヨー組立体が直角ジヨー装着ベースであ
   り、ピンと穴を有して該ジヨー組立体を前記スラ
   イドに正確に位置づける手段を有する把持装置。 ６ 特許請求の範囲５に記載の把持装置に於て、
   前記装着板に直線運動変換器が固定され、一方の
   スライドの正確な位置を検知する把持装置。