WO2020004223A1

WO2020004223A1 - 把持装置

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Publication number: WO2020004223A1
Application number: PCT/JP2019/024505
Authority: WO
Inventors: 謙澤田; 澤辺　孝夫
Original assignee: 株式会社コマザワ技研; ミネベアミツミ株式会社
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2020-01-02
Also published as: TW202005763A; JP2020001102A

Abstract

実施形態の把持装置（１０）は、把持部（２０）と、駆動部（３０）と、固定部（４０）とを備える。把持部（２０）は、移動可能に構成される複数の爪部（２１ａ、２１ｂ）を有し、ワークを把持する。駆動部（３０）は、複数の爪部（２１ａ、２１ｂ）を駆動する。固定部（４０）は、把持部（２０）および駆動部（３０）の間で把持部（２０）および駆動部（３０）を支持する支持部（４１）を有し、把持部（２０）および駆動部（３０）を移動機構（１）に固定する。。

Description

把持装置

　本発明は、把持装置に関する。

　従来、生産コスト削減や品質安定化のため、生産ラインの自動化が進められており、ロボットによる自動化は、その汎用性から多くの生産ラインに導入されている。かかるロボットにおいてワークを把持する把持装置は、複数の爪部を有する把持部と、かかる複数の爪部を駆動する駆動部とを備える。そして、ロボットアームの先端部に駆動部と把持部とがこの順に直列に取り付けられている。

特開２０１６－１４４８６３号公報

　しかしながら、従来の技術では、把持されたワークから伝達されるさまざまな力のモーメントに把持装置が耐えられるようにするために、把持部のみならず駆動部の剛性も高める必要があった。このように、駆動部の取り付けの際に駆動力の発生に必要な剛性よりも高い剛性が求められることから、必要な剛性を確保するため駆動部の寸法や重量が増加する場合があった。したがって、従来の技術では、把持装置の寸法や重量が増加する恐れがあった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、寸法や重量を低減することができる把持装置を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る把持装置は、把持部と、駆動部と、固定部とを備える。把持部は、移動可能に構成される複数の爪部を有し、ワークを把持する。駆動部は、前記複数の爪部を駆動する。固定部は、前記把持部および前記駆動部の間で前記把持部および前記駆動部を支持する支持部を有し、前記把持部および前記駆動部を移動機構に固定する。

　本発明の一態様によれば、把持装置の寸法や重量を低減することができる。

図１は、実施形態に係るロボットの説明図である。図２は、実施形態に係る把持装置の構成を示す正面図である。図３は、実施形態に係る把持装置の構成を示す側面図である。図４は、実施形態に係る固定部の構成を示す斜視図である。図５は、実施形態に係る把持装置の駆動機構を説明するための図（１）である。図６は、実施形態に係る把持装置の駆動機構を説明するための図（２）である。図７は、実施形態に係るカムの構成を示す斜視図である。図８は、実施形態の変形例１に係る把持装置の構成を示す側面図である。図９は、実施形態の変形例２に係る把持装置の構成を示す側面図である。

　以下、実施形態に係る把持装置について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により把持装置の用途が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

＜ロボットの概要＞
　最初に、実施形態に係る把持装置１０が取り付けられるロボット１の概要について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係るロボット１の説明図である。ロボット１は、把持装置１０を所望の位置に移動させる移動機構の一例である。

　なお、把持装置１０を所望の位置に移動させる移動機構はロボットに限られず、たとえばリニアアクチュエータなどであってもよい。

　ロボット１は、関節部（ロボットモジュールともいう）３を複数備えるいわゆる多関節ロボットであり、たとえば、製品の組立ラインや製造ラインに設置される。なお、図１には、説明の便宜上、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を示している。かかる直交座標系は、他の図においても示している場合がある。

　ロボット１は、ベース部２と、複数の関節部３と、複数のアーム部４と、把持装置１０とを備える。なお、図１には、ロボット１が、６つの関節部３と、２つのアーム部４とを備える例を示している。

　６つの関節部３は、ロボット１における動力伝達の上流側となるベース部２から下流側となる把持装置１０までの間に、第１関節部３Ａ、第２関節部３Ｂ、第３関節部３Ｃ、第４関節部３Ｄ、第５関節部３Ｅ、第６関節部３Ｆの順に配置される。また、２つのアーム部４は、ロボット１における動力伝達の上流側に第１アーム部４Ａが配置され、下流側に第２アーム部４Ｂが配置される。

　ベース部２は、第１関節部３Ａを支持することで、ロボット１を全体的に支持する。６つの関節部３のうち、第１関節部３Ａは、ベース部２に対して仮想軸である軸ＡＸ１の軸まわりに回転する。第１関節部３Ａは、Ｘ－Ｙ平面において回転（旋回ともいう）する。第２関節部３Ｂは、第１関節部３Ａに連結され、第１関節部３Ａに対して軸ＡＸ２の軸まわりに回転する。

　また、第２関節部３Ｂは、第１アーム部４Ａの一端部と連結される。第３関節部３Ｃは、第１アーム部４Ａの他端部と連結される。第４関節部３Ｄは、第３関節部３Ｃに連結され、第３関節部３Ｃに対して仮想軸である軸ＡＸ３の軸まわりに回転する。また、第４関節部３Ｄは、第２アーム部４Ｂの一端部と連結され、第２アーム部４Ｂに対して仮想軸である軸ＡＸ４の軸まわりに回転する。

　第５関節部３Ｅは、第２アーム部４Ｂの他端部と連結される。第６関節部３Ｆは、第５関節部３Ｅに連結され、第５関節部３Ｅに対して仮想軸である軸ＡＸ５の軸まわりに回転する。第６関節部３Ｆには、把持装置１０が連結される。把持装置１０は、軸ＡＸ６の軸まわりに回転する。

　把持装置１０は、ロボット１の先端部に位置する第６関節部３Ｆに取り付けられ、部品などのワークを把持する。かかる把持装置１０の構成については後述する。

　なお、６つの関節部３によるロボット１の回転構成は上記に限定されない。ロボット１は、たとえば、第２関節部３Ｂと第１アーム部４Ａとの間や、第４関節部３Ｄと第２アーム部４Ｂとの間が回転可能に構成されてもよい。

　また、６つの関節部３は、図示しない回転アクチュエータをそれぞれ備える。ロボット１は、かかる回転アクチュエータによって多軸動作を行うことができる。

＜把持装置の構成＞
　つづいて、実施形態に係る把持装置１０の構成について、図２～図４を参照しながら説明する。図２は、実施形態に係る把持装置１０の構成を示す正面図であり、図３は、実施形態に係る把持装置１０の構成を示す側面図である。

　図２および図３に示すように、把持装置１０は、把持部２０と、駆動部３０と、固定部４０と、エンコーダ５０とを備える。把持部２０は、部品などのワークを把持する。把持部２０は、爪部２１ａ、２１ｂと、爪保持部２２ａ、２２ｂと、レール２３ａ、２３ｂと、レール保持部２４とを有する。

　爪部２１ａ、２１ｂは、それぞれ所定の方向に移動可能に構成され、ワークを挟み込むことでかかるワークを把持する。なお、図２および図３では、爪部２１ａ、２１ｂの形状を先端部が徐々に細くなるような形状で図示しているが、爪部２１ａ、２１ｂの形状はかかる形状に限られず、把持されるワークの種類に応じて適宜変更されてもよい。

　爪保持部２２ａは爪部２１ａを保持し、爪保持部２２ｂは爪部２１ｂを保持する。爪保持部２２ａ、２２ｂは、それぞれ爪部２１ａ、２１ｂとともに所定の方向に移動可能に構成される。レール２３ａ、２３ｂは、それぞれ所定の方向に延在する。たとえば、レール２３ａおよびレール２３ｂは略平行に並んで延在する。

　レール保持部２４は、平板状の基部２４ａと、かかる基部２４ａから略垂直に延びる一対の壁部２４ｂとを有する。そして、かかる一対の壁部２４ｂでレール２３ａ、２３ｂをそれぞれ保持する。なお、把持部２０の詳細な構成については後述する。

　駆動部３０は、爪部２１ａ、２１ｂを駆動する。駆動部３０は、モータ３１と、シャフト３２（図５参照）とを有する。モータ３１は、爪部２１ａ、２１ｂを駆動する駆動力を発生させる。シャフト３２は、モータ３１で発生させた駆動力を把持部２０に伝達する。

　なお、実施形態ではモータ３１の種類は問わないが、たとえば、ＨＢステッピングモータやＤＣモータなどを用いることができる。また、駆動部３０による爪部２１ａ、２１ｂの駆動機構の詳細については後述する。

　固定部４０は、上述の把持部２０および駆動部３０をロボット１の第６関節部３Ｆに固定する。図４に示すように、固定部４０は略コの字形状を有し、支持部４１と、連結部４２と、梁部４３とを有する。図４は、実施形態に係る固定部４０の構成を示す斜視図である。固定部４０は、たとえば、金属ブロックを削り出すことにより製造することができる。

　支持部４１は、略平板状であり、把持部２０および駆動部３０の間でかかる把持部２０および駆動部３０を支持する。たとえば、支持部４１は、一方の面側（図２および図３ではＺ軸負方向側）で把持部２０のレール保持部２４を支持し、他方の面側（図２および図３ではＺ軸正方向側）で駆動部３０を支持する。

　連結部４２は、略平板状であり、ロボット１の第６関節部３Ｆに連結される。たとえば、図４に示すように、連結部４２における所定の位置にねじ孔４２ａが形成され、かかるねじ孔４２ａを用いてネジやボルトなどで螺合することにより、連結部４２を第６関節部３Ｆに連結することができる。連結部４２は、たとえば、支持部４１と略平行で向かい合う位置に設けられる。

　梁部４３は、略平板状であり、支持部４１と連結部４２とをつないでいる。梁部４３は、たとえば、支持部４１および連結部４２と略垂直である。

　このように、実施形態の把持装置１０では、固定部４０を介して把持部２０がロボット１に固定されている。すなわち、実施形態では、把持部２０が駆動部３０を介さずにロボット１に固定されている。

　これにより、駆動力発生機構である駆動部３０で本来必要のない範囲まで剛性を高めることなく、固定部４０の剛性を十分に高めることにより、把持装置１０の剛性を確保することができる。したがって、実施形態によれば、駆動部３０の寸法や重量を低減することができることから、把持装置１０の寸法や重量を低減することや、把持部２０と駆動部３０とエンコーダ５０との接合構造を簡素化することができる。

　また、実施形態では、駆動部３０の剛性を別途高める必要がなくなることから、仕様を変更することなく既存のモータ３１をそのまま用いることができる。したがって、実施形態によれば、把持装置１０の製造コストを低減することができる。

　また、実施形態では、把持装置１０が略コの字形状を有し、支持部４１と略平行で向かい合う位置に連結部４２が設けられる。これにより、ロボット１における第６関節部３Ｆの構造を特に変えることなく、軸ＡＸ６（図１参照）の軸上に把持装置１０を取り付けることができる。

　把持装置１０の構成についての説明を続ける。エンコーダ５０は、モータ３１の回転位置を検出する。エンコーダ５０は、固定部４０の支持部４１よりモータ３１側に設けられる。たとえば、エンコーダ５０は、モータ３１に対して支持部４１の反対側に設けられる。

　なお、実施形態ではエンコーダ５０の種類は問わないが、たとえば、光学式エンコーダや磁気式エンコーダなどを用いることができる。かかるエンコーダ５０の用途については後述する。

＜把持装置の駆動機構＞
　つづいて、把持装置１０の駆動機構の詳細について、図５～図７を参照しながら説明する。図５および図６は、実施形態に係る把持装置１０の駆動機構を説明するための図（１）、（２）である。なお、図５および図６では、理解の容易のため、爪部２１ａ、２１ｂと、レール保持部２４と、固定部４０との図示を省略している。

　図５および図６に示すように、把持部２０は、上述の各部材に加え、スライド移動部２５ａ、２５ｂと、ピン２６ａ、２６ｂと、カム２７とを有する。図６に示すように、スライド移動部２５ａは、レール２３ａにガイドされてスライド移動可能に構成され、スライド移動部２５ｂは、レール２３ｂにガイドされてスライド移動可能に構成される。

　すなわち、スライド移動部２５ａは、レール２３ａの延在方向に沿ってスライド移動し、スライド移動部２５ｂは、レール２３ｂの延在方向に沿ってスライド移動する。

　また、スライド移動部２５ａには爪保持部２２ａが固定され、スライド移動部２５ｂには爪保持部２２ｂが固定される。また、図５に示すように、ピン２６ａは爪保持部２２ａに固定され、ピン２６ｂは爪保持部２２ｂに固定される。

　したがって、爪保持部２２ａおよびピン２６ａはスライド移動部２５ａと一体でスライド移動し、爪保持部２２ｂおよびピン２６ｂはスライド移動部２５ｂと一体でスライド移動する。

　カム２７は、モータ３１からの駆動力をピン２６ａ、２６ｂに伝達する。図７は、実施形態に係るカム２７の構成を示す斜視図である。図７に示すように、カム２７は略円板状であり、渦巻き状の曲孔２７ａ、２７ｂと、円孔２７ｃとが形成される。曲孔２７ａ、２７ｂは、旋回するにつれてカム２７の中心から徐々に遠ざかる（または近づく）ように形成される。円孔２７ｃは、カム２７の中心に形成される。

　そして、図５に示すように、カム２７の曲孔２７ａにピン２６ａが摺動可能に挿通され、曲孔２７ｂにピン２６ｂが摺動可能に挿通される。また、円孔２７ｃにモータ３１から延びるシャフト３２が挿通され、シャフト３２にカム２７が固定される。

　かかるシャフト３２は、モータ３１で発生させた駆動力で回転する。したがって、カム２７は、シャフト３２を介してモータ３１の駆動力で回転する。

　ここで、モータ３１でカム２７を所定の回転方向Ｒ１に回転させた場合、渦巻き状の曲孔２７ａ、２７ｂにガイドされたピン２６ａ、２６ｂには、カム２７の中心に近づく方向に力が加わる。

　ここで、ピン２６ａはスライド移動部２５ａと一体でレール２３ａに沿ってスライド移動可能に構成されている。これにより、ピン２６ａは、カム２７の中心に近づく方向かつレール２３ａの延在方向である所定の方向Ｄ１に移動する。

　さらに、ピン２６ａは爪保持部２２ａに固定されていることから、爪保持部２２ａおよび図示しない爪部２１ａは、上述の方向Ｄ１と同じ方向である方向Ｄ２に移動する。

　同様に、ピン２６ｂはスライド移動部２５ｂと一体でレール２３ｂに沿ってスライド移動可能に構成されている。これにより、ピン２６ｂは、カム２７の中心に近づく方向かつレール２３ｂの延在方向である所定の方向Ｄ３に移動する。

　さらに、ピン２６ｂは爪保持部２２ｂに固定されていることから、爪保持部２２ｂおよび図示しない爪部２１ｂは、上述の方向Ｄ３と同じ方向である方向Ｄ４に移動する。

　そして、レール２３ａとレール２３ｂとはたがいに略平行に配置されていることから、駆動部３０は、カム２７を回転方向Ｒ１に回転させることにより、爪部２１ａ、２１ｂをそれぞれ近づく方向である方向Ｄ２、Ｄ４に移動させることができる。また逆に、駆動部３０は、カム２７を回転方向Ｒ１とは反対方向に回転させることにより、爪部２１ａ、２１ｂをそれぞれ遠ざかる方向に移動させることができる。

　ここまで説明した機構により、実施形態では、モータ３１を回転させて爪部２１ａ、２１ｂの距離を適宜制御することにより、かかる爪部２１ａ、２１ｂでワークを把持することができる。

　また、実施形態では、エンコーダ５０によりモータ３１の回転位置を検出することができることから、かかるエンコーダ５０の情報に基づいて、爪部２１ａ、２１ｂの距離や速度を正確に制御することができる。なお、爪部２１ａ、２１ｂの距離や速度を正確に制御する必要がない場合には、エンコーダ５０を省略してもよい。

　また、実施形態では、モータ３１が支持部４１とエンコーダ５０との間に設けられる。これにより、ワークから把持部２０に応力が加わった際に、かかる応力は支持部４１を介して固定部４０で吸収されることから、かかる応力によりエンコーダ５０が振動することを抑制することができる。したがって、実施形態によれば、エンコーダ５０の検出精度を向上させることができる。

＜変形例＞
　つづいて、実施形態の各種変形例について、図８および図９を参照しながら説明する。なお、以降の説明においては、上述の実施形態と共通の構成については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

　図８は、実施形態の変形例１に係る把持装置１０の構成を示す側面図である。かかる変形例１では、固定部４０の構造が実施形態と異なる。変形例１の固定部４０は略Ｌ字形状を有し、連結部４２が支持部４１と略垂直に配置される。そして、変形例１では、把持装置１０の側方に設けられる連結部４２を用いて、把持装置１０が第６関節部３Ｆの側部に取り付けられる。

　かかる変形例１の固定部４０は、屈曲する部位を少なくすることができることから、必要な剛性をより容易に確保することができる。したがって、変形例１によれば、固定部４０の寸法や重量を低減することができることから、把持装置１０の寸法や重量をさらに低減することができる。また、変形例１によれば、把持部２０と駆動部３０とエンコーダ５０との接合構造をさらに簡素化することができる。

　図９は、実施形態の変形例２に係る把持装置１０の構成を示す側面図である。変形例２の固定部４０は平板状であり、支持部４１の外周側に連結部４２が略面一で配置される。そして、変形例２では、第６関節部３Ｆの先端部に凹部３ａを形成し、かかる凹部３ａに駆動部３０およびエンコーダ５０を収容することにより、第６関節部３Ｆの先端部に把持装置１０を取り付けることができる。

　かかる変形例２の固定部４０は、屈曲する部位をなくすことができることから、必要な剛性をさらに容易に確保することができる。したがって、変形例２によれば、固定部４０の寸法や重量をさらに低減することができることから、把持装置１０の寸法や重量をさらに低減することができる。また、変形例２によれば、把持部２０と駆動部３０とエンコーダ５０との接合構造をさらに簡素化することができる。

　また、変形例２では、軸ＡＸ６（図１参照）の軸上に凹部３ａを形成することにより、かかる軸ＡＸ６の軸上に把持装置１０を取り付けることができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、上記の実施形態では２つの爪部２１ａ、２１ｂでワークを把持する例について示したが、爪部の数は２つに限られず、３つ以上であってもよい。

　また、上記の実施形態では、削り出しにより固定部４０を製造する例について示したが、固定部４０は金属板を板金することにより製造されてもよい。この場合、固定部４０に絞りや折り曲げを形成することにより、固定部４０に必要な剛性を容易に確保することができる。

　また、上記の実施形態では、固定部４０を略コの字形状すなわち３面の構造体で構成した場合と、略Ｌ字形状すなわち２面の構造体で構成した場合と、平板状すなわち１面の構造体で構成した場合とについて示した。しかしながら、固定部４０はかかる１～３面の構造体で構成される場合に限られず、たとえば、４面や５面の構造体で構成されてもよい。

　以上のように、実施形態に係る把持装置１０は、把持部２０と、駆動部３０と、固定部４０とを備える。把持部２０は、移動可能に構成される複数の爪部２１ａ、２１ｂを有し、ワークを把持する。駆動部３０は、複数の爪部２１ａ、２１ｂを駆動する。固定部４０は、把持部２０および駆動部３０の間で把持部２０および駆動部３０を支持する支持部４１を有し、把持部２０および駆動部３０を移動機構（ロボット１）に固定する。これにより、把持装置１０の寸法や重量を低減することができる。

　また、実施形態に係る把持装置１０において、駆動部３０は、モータ３１を有する。そして、把持装置１０は、モータ３１の回転位置を検出するエンコーダ５０をさらに備える。これにより、爪部２１ａ、２１ｂの距離や速度を正確に制御することができる。

　また、実施形態に係る把持装置１０において、モータ３１は、支持部４１とエンコーダ５０との間に設けられる。これにより、エンコーダ５０の検出精度を向上させることができる。

　また、実施形態に係る把持装置１０において、固定部４０は、略コの字形状を有する。これにより、ロボット１における第６関節部３Ｆの構造を特に変えることなく、軸ＡＸ６の軸上に把持装置１０を取り付けることができる。

　また、実施形態に係る把持装置１０において、固定部４０は、略Ｌ字形状を有する。これにより、把持装置１０の寸法や重量をさらに低減することができる。

　また、実施形態に係る把持装置１０において、固定部４０は、平板状である。これにより、把持装置１０の寸法や重量をさらに低減することができる。

　また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

　１　ロボット，１０　把持装置，２０　把持部，２１ａ，２１ｂ　爪部，３０　駆動部，３１　モータ，３２　シャフト，４０　固定部，４１　支持部，４２　連結部，４３　梁部，５０　エンコーダ

Claims

　移動可能に構成される複数の爪部を有し、ワークを把持する把持部と、
　前記複数の爪部を駆動する駆動部と、
　前記把持部および前記駆動部の間で前記把持部および前記駆動部を支持する支持部を有し、前記把持部および前記駆動部を移動機構に固定する固定部と、
　を備える把持装置。
　前記駆動部は、モータを有し、
　前記モータの回転位置を検出するエンコーダをさらに備える
　請求項１に記載の把持装置。
　前記モータは、前記支持部と前記エンコーダとの間に設けられる
　請求項２に記載の把持装置。
　前記固定部は、略コの字形状を有する
　請求項１～３のいずれか一つに記載の把持装置。
　前記固定部は、略Ｌ字形状を有する
　請求項１～３のいずれか一つに記載の把持装置。
　前記固定部は、平板状である
　請求項１～３のいずれか一つに記載の把持装置。