JPH08174467A - ワーク保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の主たる目的は、ワークを相手部材に
嵌合させる際に両者間の芯ずれを吸収でき、かつコンパ
クトなワーク保持装置を提供することにある。 【構成】 ロボットのアーム先端部に設けられたワーク
保持装置１２は、フレーム４６，４７と、リング状の支
持ベース５０と、チャックユニット５１と、自動求芯機
構７０などを備えている。自動求芯機構７０は、ボール
７５やフローティング部材７６などからなる。フローテ
ィング部材７６は、ボール７５によって、水平方向に移
動自在に、かつ水平面内で回転できるように支持されて
いる。チャックユニット５１は、アクチュエータ５６を
内蔵したチャック駆動部５５と、アクチュエータ５６に
よって開閉駆動される爪部材５７を備えている。爪部材
５７は支持ベース５０の下方に延出している。チャック
駆動部５５は支持ベース５０の上にあって、フレーム４
６，４７の内側に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車のドライ
ブシャフトなどのスプライン軸に等速ジョイントを組付
ける作業をロボットによって行う場合などに好適なワー
ク保持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の駆動系を構成するドライブシャ
フトのスプライン軸に等速ジョイントを組付ける場合、
等速ジョイントの内輪に設けられたスプライン孔に対し
てスプライン軸を軸線方向から嵌合させる作業を行って
いる。この組付作業をロボットによって自動化するに
は、ロボットに装着されたワーク保持装置によって、ワ
ーク（等速ジョイント）を吊り下げた状態で保持すると
ともに、相手側のスプライン軸も垂直に立てた姿勢に
し、スプライン軸の真上から上記ワークを降下させるこ
とにより、スプライン孔をスプライン軸に対して軸線方
向に嵌合させる。

【０００３】従って両者を嵌合させるには、スプライン
軸の中心とスプライン孔の中心が互いに一致しているこ
とが必要である。両者の中心が少しでもずれていると、
スプライン軸の端面がスプライン孔の入口側の縁に引っ
掛かり、ロボットに過負荷がかかってロボットが停止す
る原因となる。

【０００４】このため、両者を組付ける際に互いの芯ず
れを吸収できるような自動求芯機構が知られている。例
えば図１２に示すワーク保持装置１のように、ロボット
のアーム先端部２に自動求芯機構３を介してチャックユ
ニット４を設けるようにしたものが提案されている。こ
の種の求芯機構３は、上下のベースプレート５，６の間
に設けられた弾性部材７によって、チャックユニット４
が水平方向に少し移動できるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような自動求芯
機構３を備えた従来のワーク保持装置１は、ロボットの
アーム先端部２とチャックユニット４との間に求芯機構
３が介在するため、アーム先端部２から爪部８の下端ま
での全長Ｌ1 は、求芯機構３の長さＬ2 とチャックユニ
ット４の長さＬ3 を加えた寸法となる。しかもワーク保
持装置１の重量は求芯機構３の重量とチャックユニット
４の重量を加えたものとなる。このため、アーム先端部
２から下の部分がかなり長くなるばかりでなく、チャッ
クユニット４の重心がアーム先端部２よりもかなり下の
方に位置することになる。

【０００６】このため、チャックユニット４の可搬重量
を十分にとることができず、また、アーム先端部２が旋
回する際にチャックユニット４の慣性モーメントがかな
り大きいことから、旋回速度を遅くする必要が生じ、作
業能率が著しく低下する。また、アーム先端部２から爪
部８の下端までの全長Ｌ1 が長いことにより、ロボット
の精度を確保することが困難になるばかりでなく、狭い
作業場所ではワーク保持装置１が周囲の機器と干渉する
可能性も大きくなり、設備のレイアウトの自由度が制約
を受ける原因となる。

【０００７】従って本発明の目的は、上述の問題を解消
し、ワークを相手部材に嵌合させる際に、両者の芯ずれ
を円滑に吸収することができるとともに、コンパクトな
ワーク保持装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を果たすために
開発された本発明のワーク保持装置は、ロボット先端部
に固定されるフレームと、上記フレームの下部に設けら
れた支持ベースと、上記支持ベースにボールによって水
平方向に移動自在に支持されたフローティング部材と、
上記フローティング部材に設けられかつ上記支持ベース
の下側に延出するワーク保持用の開閉可能な爪部材を有
するとともに上記爪部材を開閉させるためのチャック駆
動部を有していてこのチャック駆動部が上記支持ベース
上で上記フレームの内側に配されたチャックユニットと
を具備している。

【０００９】

【作用】上記フローティング部材は支持ベースに対して
水平方向にのみ移動できるように支持され、上下方向の
動きは実質的に拘束される。このため、ワークと相手部
材とを互いに軸線方向から嵌合させる際に、相手部材に
対してワークの中心が多少ずれていても、このワークは
求芯のための水平方向の移動が可能である。

【００１０】本発明では、自動求芯機能を果たすために
必要な支持ベースやフローティング部材あるいはボール
などが、チャックユニットの周りを囲むように環状に配
置されるため、このワーク保持装置の上下方向の全長は
実質的にチャックユニット自体の長さと同程度となり、
フローティング機能を備えていながらも装置全体のコン
パクト化と軽量化が図れるとともに、チャックユニット
の重心位置をロボット先端部に近付けることができ、爪
部材の下端からロボット先端部までの距離を可及的短く
することが可能である。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の一実施例について、図１から
図１１を参照して説明する。図２に示された作業用ロボ
ット１０は、水平多関節型のロボット本体１１と、ロボ
ット本体１１に装着されたワーク保持装置１２とを備え
ている。ロボット本体１１は、工場のフロア等に設置さ
れる基体１５と、この基体１５に垂直軸回りに旋回可能
に設けられた第１アーム１６と、第１アーム１６の先端
部分に垂直軸回りに回転可能に設けられた第２アーム１
７と、第２アーム１７の先端部分に設けられた昇降ユニ
ット１８などを備えている。

【００１２】昇降ユニット１８は、垂直方向に延びるロ
ッド状の昇降体２０と、昇降体２０の下端に設けられた
フランジ状のツール取付部２１と、昇降体２０を上下方
向に移動させる昇降駆動機構２２などからなり、ツール
取付部２１の下面側にワーク保持装置１２が装着されて
いる。昇降駆動機構２２は、アクチュエータ２３によっ
て昇降体２０を所望高さまで移動させる機能を有すると
ともに、昇降体２０を所望の圧力（荷重）で下方に付勢
できるようにもなっている。

【００１３】ワーク３０の一例は、バーフィールド形等
速ジョイント（いわゆるツェッパジョイント）である。
図１１等に示されるように、ワーク３０は、軸部３１を
有する椀形の外輪３２と、外輪３２の内側に収容された
ケージ３３と、内輪３４と、ケージ３３に保持された６
個の鋼球３５などからなる。内輪３４の中心部に内歯状
のスプライン孔３６が設けられており、このスプライン
孔３６に、相手部材の一例として、ドライブシャフト４
０のスプライン軸４１が軸線方向から嵌合もしくは圧入
されるようになっている。また、軸部３１には、周方向
に連続する小径な溝４２が設けられている。

【００１４】図１および図３等に示されるように、ワー
ク保持装置１２は、ボルト４５によってツール取付部２
１に固定される上部フレーム４６と、上部フレーム４６
に上端が固定されて下方に延びる複数本（図示例は３
本）の支柱フレーム４７と、支柱フレーム４７の下端に
固定されたリング状の支持ベース５０と、チャックユニ
ット５１などを備えている。

【００１５】チャックユニット５１は、上部側にチャッ
ク駆動部５５を備えている。チャック駆動部５５にはア
クチュエータ５６が収容されている。チャック駆動部５
５の下面側に、アクチュエータ５６によって開閉駆動さ
れる複数（図示例は３個）の爪部材５７が互いに向き合
うようにして、周方向に等間隔で設けられている。チャ
ック駆動部５５の下端に円板状の底壁５８が設けられて
いる。

【００１６】図示例のアクチュエータ５６は、流体圧シ
リンダによって上下方向に駆動される作動部６０と、作
動部６０に一端側が係合されたリンク６１と、リンク６
１の他端側が係合するスライダ６２などを有している。
スライダ６２は、チャック駆動部５５の底壁５８の径方
向に移動自在であり、スライダ６２の下面側に、ボルト
６３によって爪部材５７が固定されている。作動部６０
の上下運動はリンク６１を介してスライダ６２に伝達さ
れ、各スライダ６２が互いに同期して底壁５８の径方向
に移動することにより、爪部材５７が開閉するようにな
っている。

【００１７】図示例の爪部材５７は、チャック駆動部５
５の底壁５８の円周方向に１２０°ずつ等間隔で設けら
れている。各爪部材５７は、スライダ６２から下方に延
びる第１の爪部６５と、第１の爪部６５の内側にボルト
６６によって固定された第２の爪部６７を備えている。

【００１８】図１に示されるように、第１の爪部６５の
先端部分６５ａは、ワーク３０が直立した状態（外輪３
２を上に向けた姿勢）の時に、外輪３２の大径部分を下
側から支えることができるような形状に作られている。
第２の爪部６７は第１の爪部６５の内側に突出してお
り、図１０に示されるように、ワーク３０が倒立した状
態（軸部３１を上に向けた姿勢）の時に、軸部３１の溝
４２を挾持できるような形状の先端部分６７ａを有して
いる。

【００１９】支持ベース５０とチャックユニット５１と
の間に自動求芯機構７０が設けられている。自動求芯機
構７０は、チャックユニット５１の底壁５８にボルト７
２によって固定された円板状のフローティング基板７１
と、フローティング基板７１の下面側にボルト７３（図
５に示す）によって固定されたホルダ７４と、チャック
ユニット５１等の上下方向の荷重を支持する複数個のボ
ール（鋼球）７５などからなる。フローティング基板７
１とホルダ７４はフローティング部材７６を構成してい
る。

【００２０】上記フローティング部材７６は、後述する
ように支持ベース５０に対して実質的に上下方向の動き
は拘束されるが、水平方向には僅かな範囲（例えば±
０．５ｍｍ程度）自由に移動でき、かつ、水平面内での
回転も自由になっている。

【００２１】図４等に示されるように、ホルダ７４は、
支持ベース５０の下面側から見て周方向にほぼ３等分さ
れた形状となっており、各々が円弧状をなしている。図
５に示されるように、ホルダ７４の下部の外周側には鍔
状に突出する張出し部８０が設けられており、張出し部
８０の上側がボール収容部８１となっている。ボール収
容部８１は、ホルダ７４の外周側の円弧面に沿って水平
方向に延びている。

【００２２】上記ボール収容部８１には、支持ベース５
０の内面側に設けられた凸部８２が入り込んでおり、凸
部８２の上面側と下面側に、それぞれ、複数個のボール
７５が凸部８２に沿って１列ずつ回転自在に収容されて
いる。

【００２３】凸部８２は支持ベース５０の内周面側の円
弧に沿って周方向に連続しており、凸部８２の周方向両
端部の近傍に、それぞれ第１のストッパーピン８５と第
２のストッパーピン８６が設けられている。そして第１
のストッパーピン８０と第２のストッパーピン８１との
間に、複数のボール７５が僅かに遊びをもたせた状態で
回転自在に収容されている。

【００２４】図５に示されるように、第１のストッパー
ピン８５は、凸部８２に設けられた孔９０に上方から挿
入されており、ピン８５の上端部がフローティング基板
７１に設けられた凹部９１に入り込んでいる。この凹部
９１の内面９２とピン８５の外周面との間には、ピン８
５の径方向にフローティング基板７１が水平方向に例え
ば±０．５ｍｍ程度移動できるような隙間９３が確保さ
れている。支持ベース５０とフローティング部材７６と
の間にも、上記隙間９３と同程度の広さの隙間９４が確
保されている。

【００２５】上記のような隙間９３，９４を支持ベース
５０とフローティング部材７６との間に設け、かつ、回
転自在なボール７５によってフローティング部材７６を
支持することにより、支持ベース５０に対してフローテ
ィング部材７６が隙間９３，９４の分だけ水平方向に移
動自在でかつ水平面内での回転も自由となる。なお、凸
部８２の上側のボール７５はフローティング基板７１の
上方から加わる荷重を支持し、凸部８２の下側のボール
７５はフローティング部材７６が浮き上がることを防い
でいる。従ってこのフローティング部材７６は、実質的
に上下方向の動きが拘束される。

【００２６】上記ロボット１０の近傍に設けられた作業
ステージに、図８および図９に示す倒立機構１００が設
けられている。この倒立機構１００は、工場のフロア側
に固定される基体１０１と、この基体１０１に水平軸回
りに回転自在に設けられた回転ユニット１０２を備えて
いる。

【００２７】回転ユニット１０２は、回転形のアクチュ
エータ１０３と、ふたまたフォーク状の可動ベース１０
４などを含んでいる。可動ベース１０４は、アクチュエ
ータ１０３によって、図８に示す初期位置と、図９に示
す倒立位置とにわたって、水平軸回りに１８０°ずつ回
転させられる。

【００２８】また、可動ベース１０４と対向可能なクラ
ンプ部材１１０が設けられている。このクランプ部材１
１０は、アクチュエータ１１１によって、図８中に実線
で示す降下位置と２点鎖線で示す上昇位置とにわたって
往復移動できるようになっているとともに、旋回軸１１
２を中心として例えば９０°の範囲で旋回することによ
り、可動ベース１０４の真上に対向する位置と、可動ベ
ース１０４と対向しない退避位置にわたって移動できる
ようになっている。

【００２９】次に、上記構成のワーク保持装置１２を備
えたロボット１０の作用について説明する。ワーク３０
は、パレット等に設けられたワークホルダ１２０によっ
てロボット１０の近傍のワーク受取ステージまで搬送さ
れてくる。この時のワーク３０は、ワークホルダ１２０
によって、図１に示す直立の姿勢で保持されている。

【００３０】そしてチャックユニット５１の爪部材５７
が開いた状態で、ワーク３０の上方からワーク保持装置
１２が所定位置まで降下したのち、アクチュエータ５６
によって爪部材５７が閉じることにより、第１の爪部６
５によってワーク３０の外輪３２が挾持される。

【００３１】そののち、ワーク保持装置１２が上昇する
ことにより、ワークホルダ１２０からワーク３０が取り
出され、更に、ロボット１０のアーム１６，１７が水平
方向に所定角度旋回することによって、ワーク３０が前
述の作業ステージまで移送される。この作業ステージで
は、ワーク保持装置１２が所定位置まで降下することに
より、図８に示されるように、可動ベース１０４の上に
ワーク３０が降ろされる。その時、クランプ部材１１０
は、ワーク３０との干渉を避けるために、アクチュエー
タ１１１によって水平方向に９０°程度回動させられて
いる。

【００３２】可動ベース１０４の上にワーク３０が乗っ
たのち、ワーク保持装置１２が一時的に上昇するととも
に、アクチュエータ１１１によってクランプ部材１１０
がワーク３０の真上まで移動し、更に、アクチュエータ
１１１によってクランプ部材１１０がワーク３０に向っ
て降下する。こうして、可動ベース１０４とクランプ部
材１１０との間にワーク３０が挟まれる。

【００３３】そののち、アクチュエータ１０３が１８０
°回転することにより、図９に示すようにワーク３０の
姿勢が反転する。なお、この作業ステージにおいて、例
えばグリス供給機構（図示せず）によって、ワーク３０
の内部にグリースを注入する等の作業が実施される。

【００３４】上記のようにワーク３０が反転して倒立状
態になったのちに、ワーク保持装置１２が再び降下して
きて、今度は図１０に示されるように第２の爪部６７に
よってワーク３０の軸部３１の溝４２が挾持される。そ
してワーク保持装置１２が上昇し、アーム１６，１７が
所定角度旋回することにより、ワーク３０が組付ステー
ジのところまで搬送される。

【００３５】上記組付ステージにおいては、図１１に示
されるように、ワーク３０の真下に相手部材としてのシ
ャフト４０が垂直方向に保持されている。そしてワーク
保持装置１２が降下することにより、スプライン軸４１
に向かって、ワーク３０のスプライン孔３６が降下し、
ロボット１０の昇降駆動機構２２によってワーク３０が
所定荷重で下方に付勢される。この時、スプライン孔３
６がスプライン軸４１と丁度合致した位置にあれば、ワ
ーク３０が降下することによって、少なくともスプライ
ン軸４１の端部にスプライン孔３６の入口側が嵌合す
る。

【００３６】両者が嵌合する前に、スプライン孔３６の
中心Ｃ1 とスプライン軸４１の中心Ｃ2 とが互いに少し
ずれていたり、スプライン孔３６に対してスプライン軸
４１の回転方向の位置が僅かにずれている時には、スプ
ライン孔３６の入口部分に設けられている傾斜面（入口
側が広くなっている傾斜面）１３０と、スプライン軸４
１の端部のテーパ面１３１とが互いに滑りながらワーク
３０が降下することにより、フローティング部材７６が
水平方向に移動しつつ、スプライン孔３６の中心Ｃ1 と
スプライン軸４１の中心Ｃ2 とが合うようになる。この
ためワーク３０がスプライン軸４１に引っ掛かることが
なく、両者が円滑に嵌合でき、ロボット１０やワーク３
０に無理な負荷がかからない。

【００３７】なお、スプライン軸４１とスプライン孔３
６との回転方向の位置ずれが大きい場合には両者の嵌合
が不可能となるが、その場合には、両者が嵌合しなかっ
たことがロボット１０側のセンサによって検出されるこ
とによって、ワーク保持装置１２が再び上昇し、ワーク
３０がスプライン軸４１の歯のピッチ以内の角度だけ微
小回転させられたのち、再びワーク３０が降下させられ
る。以上の動作を１回ないし数回繰返すことにより、少
なくともスプライン軸４１の端部にスプライン孔３６が
嵌合する。そして必要に応じてプレス機械等の圧入設備
によって、ワーク３０をスプライン軸４１に対し所定位
置まで圧入する。

【００３８】上記実施例のワーク保持装置１２の爪部材
５７は、ワーク３０が直立状態の時に外輪３２をつかむ
第１の爪部６５と、ワーク３０が倒立状態の時に軸部３
１をつかむ第２の爪部６７を備えているため、ワーク３
０が直立および倒立のいずれの姿勢にあっても共通の爪
部材５７によってワーク３０を保持することができ、装
置の簡略化が図れる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、自動求芯機能を有する
ワーク保持装置をコンパクトに構成することができ、従
来のようにロボット先端部とチャックユニットとの間に
求芯機構を介在させたものに比較してロボット先端部か
らチャック下端までの距離を短縮できるとともに、重心
位置をロボット先端部に近付けることができる。このた
め、狭い作業場所などにおいて周囲の機器と干渉する可
能性が減少し、設備のレイアウトの自由度を高めること
ができる。また、可搬重量を十分にとることができる。
そしてロボット先端部を旋回させる際の慣性モーメント
が小さいため、旋回速度を下げる必要がなく、作業能率
を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のワーク保持装置とワークを
一部断面で示す側面図。

【図２】図１に示されたワーク保持装置を備えたロボッ
トの側面図。

【図３】図１に示されたワーク保持装置の斜視図。

【図４】図１中のａ−ａ線に沿う断面図。

【図５】図４中のｂ−ｂ線に沿う断面図。

【図６】図１に示されたワーク保持装置の一部を拡大し
て示す断面図。

【図７】図６中のｃ−ｃ線に沿う断面図。

【図８】ワークを反転させる機構の側面図。

【図９】図８に示されたワーク反転機構が反転した状態
の側面図。

【図１０】図１に示されたワーク保持装置がワークを倒
立姿勢で保持している様子を一部断面で示す側面図。

【図１１】ワークをスプライン軸に嵌合させる直前の状
態を示す断面図。

【図１２】従来の自動求芯機構を備えたワーク保持装置
の側面図。

【符号の説明】

１０…ロボット １２…ワーク保持
装置 １８…昇降ユニット ２１…ツール取付
部 ３０…ワーク ３６…スプライン
孔 ４０…シャフト（相手部材） ４１…スプライン
軸 ４６，４７…フレーム ５０…支持ベース ５１…チャックユニット ５５…チャック駆
動部 ５６…アクチュエータ ５７…爪部材 ６５…第１の爪部 ６７…第２の爪部 ７０…自動求芯機構 ７１…フローティ
ング基板 ７４…ホルダ ７５…ボール ７６…フローティング部材 １００…倒立機構

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボット先端部に固定されるフレームと、 上記フレームの下部に設けられた支持ベースと、 上記支持ベースにボールによって水平方向に移動自在に
   支持されたフローティング部材と、 上記フローティング部材に設けられかつ上記支持ベース
   の下側に延出するワーク保持用の開閉可能な爪部材を有
   するとともに上記爪部材を開閉させるためのチャック駆
   動部を有していてこのチャック駆動部が上記支持ベース
   上で上記フレームの内側に配されたチャックユニット
   と、 を具備したことを特徴とするワーク保持装置。
2. 【請求項２】上記支持ベースがリング状をなしており、
   この支持ベースと上記フローティング部材との間に、フ
   ローティング部材を水平方向に移動可能に支持する複数
   のボールが回転自在に収容され、かつ、上記支持ベース
   と上記フローティング部材との間に、上記支持ベースが
   水平方向に移動することを許容する隙間が設けられてい
   ることを特徴とする請求項１記載のワーク保持装置。
3. 【請求項３】上記支持ベースが円形の内面をもつリング
   状をなしており、この支持ベースの内面側にこの支持ベ
   ースの周方向に延びる凸部が設けられており、この凸部
   の上面と上記フローティング部材との間にボールが回転
   自在に収容され、かつ、上記凸部の下面と上記フローテ
   ィング部材との間にもボールが回転自在に収容されてい
   ることを特徴とする請求項１記載のワーク保持装置。
4. 【請求項４】上記チャックユニットは、上記フローティ
   ング部材の下側において互いに向かい合う複数の爪部材
   を備えており、各爪部材には、ワークの一端側の大径な
   部分をつかむ第１の爪部と、上記ワークが反転した状態
   においてワークの他端側の小径な部分をつかむ第２の爪
   部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のワ
   ーク保持装置。