JP2002273673A - ピックアンドプレース装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カムを用いたＰＰＵであって、高速作動、繰
り返し精度の高さおよび耐久性を維持して、簡単にスト
ロークを変更できる構成。 【解決手段】 カム４の回転にともなうレバー１１の回
動でＸアーム３１をスライドさせる構成であって、一端
を軸支したストローク可変ガイド２０を有し、このガイ
ド２０に前記のレバー１１に設けたリニアガイドレール
１５を移動するリニアガイドブロック１６を係合し、レ
バー１１の回動によって移動するリニアガイドブロック
１６でＸアーム３１を移動させる。ストローク可変ガイ
ド２０の傾斜角度を変更することにより、Ｘアーム３１
のストロークを調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動組立て機に
用いられ、ワークをフィーダーなどから組み立て冶具へ
供給するなどの作業を行なう装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークをフィーダーから取り上げ(ピッ
ク)て、搬送し、組み立て冶具へ供給(プレース)する装
置、いわゆるピックアンドプレース装置(以下、ＰＰＵ
という)は、電子機器の組み立て装置などにおいて用い
られている。なお、ＰＰＵはワーク供給のためばかりで
なく、梱包や製品取り出しのための移転・排出ユニット
としても用いられている。

【０００３】このようなＰＰＵは、さまざまな分野で用
いられているが、最近ではユーザー側の変化が早く、ま
た、細分化されつつあり、このためＰＰＵ製品の改良や
タイプチェンジが頻繁に発生している。しかし、ＰＰＵ
は取り扱うワークに応じて専用機とされるのが普通であ
るため、ワークにサイズ変更が生じたり、ワークの配置
に変更があると、これらの変更がわずかなものであって
も、トッププレートに装着したチャックを丸ごと作り替
えたり、ＰＰＵのカムを交換してストロークを変更した
りする、大掛かりな改造となってしまう。

【０００４】取り扱うワークにサイズ変更などＰＰＵで
は対処しにくい事態が予測される場合には、スカラ型ロ
ボット・単軸ロボットを使用することもあるが、ロボッ
トは複合動作のため高速な作業には高価なスカラ型ロボ
ットを採用しなければならない。また、ロボットは一般
に単純作業を行うには未だ繰り返し精度が低いとか、サ
イクルタイムが遅いとか、ロボット自体のコストが高い
あるいは配置スペースが大きいなどの難点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】カムとレバーおよびス
ライド部材からなる構造を主構成とするＰＰＵにおい
て、高速作動、繰り返し精度の高さおよび耐久性を維持
して、簡単にストローク（トッププレートの移動範囲）
を変更できる構成の提供を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ＰＰＵとして、ベースプ
レート、Ｘアーム、カムおよびレバーを備えさらに、ス
トローク可変ガイドを備える。これらは、それぞれベー
スプレートに取り付ける。ベースプレートは厚手の頑丈
な鋼板であり、各部材の支点軸、回動軸を軸支し、ま
た、Ｘアームのガイド部を提供したり、あるいはモータ
ーや位置検出装置の取り付け部となる。

【０００７】Ｘアームは、直線ガイドのスライダーであ
り、先端部にワークを取り扱うためのチャックを装着す
るトッププレートを設ける。直角座標におけるＸ軸スラ
イダー（左右移動）、Ｚ軸スライダー（上下移動）ある
いはＹ軸スライダー（前後移動）がその代表的なもので
ある。カムは、レバーを回動するためのものであり、こ
の発明に関してはどのようなタイプのカムでも良いが、
ＰＰＵでは、外周をカム面とした板カムを用いることが
多い。板カムはＸ軸、Ｚ軸などに応じて配置され、ベー
スプレートに取り付けたモータによって駆動される。カ
ムの回転位置は位置検出装置で把握され、ワークを扱う
チャックの開閉作動タイミングなどに利用される。

【０００８】レバーは、カムの回転による外周径の変化
をＸアームに伝達するためのもので、カムによって移動
される側である駆動側アームと変位をＸアームに伝達す
る従動側アームを一体に有し、支点軸でベースプレート
に軸支されている。このレバーはカムの回転にともなっ
て支点軸を中心に所定角度間を往復回動する。レバーの
従動側アームにはアームの長手方向に沿ってリニアガイ
ドレールを固定し、これにリニアガイドブロックを取り
付けてある。すなわち、リニアガイドブロックはレバー
の従動側アームを長手方向へ移動可能である。そして、
リニアガイドブロックは、Ｘアームにおけるスライダー
の基部へ回転可能に連結してある。実際には前記のＸア
ームとその直線ガイドとの間に戻りスプリングを配置し
ておいて、その付勢でスライダーの基部を常時リニアガ
イドブロックのローラーに当接させた構造（すなわち、
回転可能に連結）とすることが多い。

【０００９】ストローク可変ガイドは基端をベースプレ
ートへ回動可能に軸支した直線のレール形あるいは溝形
のガイド部材であり、前記のレバーに取り付けたリニア
ガイドブロックが回転可能に係合して案内される。レバ
ーに設けたリニアガイドレールに案内されるガイドブロ
ックは、Ｘアームと回転可能に連結すると共に、ストロ
ーク可変ガイドにも回転可能に係合していることにな
る。なお、ストローク可変ガイドは、先端を基端よりも
レバーにおける従動側アームの回動軌跡の内側としてあ
り、ガイド方向であるガイド軸線がＸアームの直線移動
方向に対して傾斜している。ストローク可変ガイドの支
点軸は基端側でも先端側でもよいが、基端から先端への
方向は同じとする。ストローク可変ガイドのガイド方向
に沿った軸線（ガイド軸線）は、レバーにおける従動側
アームに設けたリニアガイドレールのガイド方向に沿っ
た軸線（レバー軸線）と交差し、リニアガイドブロック
は常にこれら軸線の交点に位置することになる。

【００１０】カムが回転し、レバーが回動するとリニア
ガイドブロックが移動し、Ｘアームを移動させる。移動
範囲（ストローク）は、ストローク可変ガイドの角度に
よって異なる。すなわち、基端側を支点軸としていると
き、レバーが回動して従動側アームの先端が最も前方に
移動した位置（前進端）にあるとき、従動側アームのレ
バー軸線とストローク可変ガイドのガイド軸線との交点
がレバーの支点軸に近いほど、基点側から先端側へのＸ
アームのストロークが小さくなる。この変化を利用して
ワークのサイズ変更に対応してＰＰＵのストローク調整
を行うことができる。その際、ＰＰＵの他の構造や周辺
機器の変更は本質的なものではなく、単なる調整程度で
済む。支点軸が先端側にあるときは、先端側から基端側
へＸアームのストロークが小さくなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１〜６は、この発明によるＰＰ
Ｕ１の構造を概略で示している。図において、左右がＸ
軸方向、上下がＺ軸方向とする。また、このＰＰＵ１で
は、Ｘ軸方向のストロークだけを調節できる構造となっ
ている。べースプレート２は、ＰＰＵ１における機枠の
一部を構成するものであり、基板３から垂直に、かつ、
面を平行に立設してある（図２）。ベースプレート２
ａ、２ｂのほぼ中央部にＸ軸板カム４、Ｚ軸板カム５を
軸支している。ベースプレート２ａ、２ｂの上方には駆
動モータ６を取り付け、出力軸７、ギア８ａ、８ｂ、９
を介してＸ軸板カム４、Ｚ軸板カム５を駆動している。
なお、Ｘ軸板カム４、Ｚ軸板カム５は同一のカム駆動軸
１０に固定してあって、共にベースプレート２と平行な
面で回転する。

【００１２】符号１１はＸ軸レバーで、駆動側アーム１
２と従動側アーム１３を備えたクランク形をしており
（図１、３）、クランクの頂点部を支点軸ｓ１でベース
プレート２へ回転可能に軸支している。支点軸ｓ１の位
置はカム回転軸１０の右上約４５°の位置である。駆動
側アーム１２の先端部はカムフォロアとなってローラー
１４を取り付けてあり、ローラー１４でＸ軸板カム４の
周面に接している。従動側アーム１３には、アーム１３
の長手方向で先端部から支点軸ｓ１へ近づく側へ、リニ
アガイドレール１５（図３）を固定すると共にこれにリ
ニアガイドブロック１６をスライド自在に取り付けてあ
る。図１では、Ｘ軸レバー１１が往復回動の後退端（右
端）にあって、ローラー１４はＸ軸板カム４においてカ
ム駆動軸１０中心からの距離がもっとも小さな個所に位
置し、また、従動側アーム１３はほぼ垂直となってい
る。

【００１３】符号１７はＺ軸レバーであり（図１、
４）、後端をＸ軸レバー１１と同じ支点軸ｓ１へ回転可
能に取り付け、中間部にローラー１８を取り付けてこの
部分をＺ軸板カム５の周面に接するカムフォロアとし、
さらに、前端にローラー１９を取り付けてＺ軸レバー１
７の従動側としてある。図１において、Ｚ軸レバー１７
は上下往復動の上端位置にある。なお、この実施形態は
Ｘ軸方向のストロークを調整できることを示そうとする
ものなので、Ｚ軸スライド機構は図において簡略に示す
にとどめ、図においてＺ軸方向の移動は上端位置に固定
している。

【００１４】ベースプレート２にはさらに、ストローク
可変ガイド２０の基端を支点軸ｓ２で回動可能に軸支し
ている（図３、５）。したがって、ストローク可変ガイ
ド２０は支点軸ｓ２を中心に先端を回動してガイド軸線
ａ（ａ１−ａ１、ａ２−ａ２）の角度を変更することが
可能である。変更するための機構は種々であるが、この
実施形態では（図５、６）、背面側のベースプレート２
ａの内側にネジ固定ブロック２１とナットブロック２２
を取り付けて、これらに調整ネジ２３を垂直に通し、そ
の下端部に調整ブロック２４を取付け、調整ネジ２３を
回動可能としてある。調整ブロック２４は、全体として
内側を向いた凹形でベースプレート２ａに設けた上下方
向のガイド長孔２５（図５）に嵌りこんで上下方向に移
動が可能である。調整ブロック２４は、内側にストロー
ク可変ガイド２０の中間部を把持している。

【００１５】把持の態様は、ストローク可変ガイド２０
を下方からプリセットバネ２６で押し上げる一方、スト
ローク可変ガイド２０の上面を前記の調整ネジ２３の下
端へ当接して挟み込む構造である。ガイド長孔２５の外
面には、板ワッシャ２７をあてがい、その上から固定用
ネジ２８を調整ブロック２４に差込みストローク可変ガ
イド２０をベースプレート２ａへ固定している。調整ネ
ジ２３の上端部はスパナ掛け部２９に形成され、ベース
プレート２ａの上辺よりも突出して配置してある。すな
わち、ストローク可変ガイド２０の傾斜は、ネジ固定ブ
ロック２１による調整ネジ２３の拘束を解くと共に、固
定用ネジ２８も緩めておき、スパナ掛け部９を利用して
調整ネジ２３をナットブロック２２に対して回動するこ
とにより行う。調整ネジ２３の回動によって、調整ブロ
ック２４と共にストローク可変ガイド２０の傾斜が支点
軸Ｓ２を中心に変化する。傾斜の設定が終わったら、ネ
ジ固定ブロック２１を締め込んで調整ネジ２３の回動を
拘束し、又、固定用ねじ２８を締め込んで、ストローク
可変ガイド２０の傾斜を固定する。図３に示すガイド軸
線ａ１−ａ１とａ２−ａ２の角度範囲が調整できる範囲
である。

【００１６】ストローク可変ガイド２０は溝形のガイド
で、Ｘ軸レバー１１における前記リニアガイドブロック
１６に設けたフォロアローラー３０（その中心を軸点ｓ
３とする）が係合している。なお、Ｘ軸レバー１１の従
動側アーム１３が後退端にあるとき、フォロアローラー
３０はストローク可変ガイド２０の支点軸ｓ２と同じ位
置にある（図３）。すなわち、ストローク可変ガイド２
０の支点軸ｓ２は、Ｘ軸レバー１１が後退端にあると
き、その従動側アーム１３の下部右側にあり、ガイド軸
線ａ（ａ１−ａ１又はａ２−ａ２）はリニアガイドにお
けるレバー軸線ｂ−ｂと交差した横方向となっている。

【００１７】符号３１はＸアームで、Ｘ軸ガイド３２に
案内されて左右方向へ移動が可能である。Ｘアーム３１
の後端には垂直なエンドプレート３３を固定してあり、
これに、前記のリニアガイドブロック１６へさらに設け
た押圧ローラー３４が当接している（図１、図４）。押
圧ローラー３４は、前記のフォロアローラー３０と同軸
に配置してある。したがって、押圧ローラー３４の位置
は常にフォロアローラー３０の位置と一致する。

【００１８】Ｘ軸ガイド３２とＸアーム３１との間に
は、Ｘアーム３１を常時後方へ押圧するコイルスプリン
グ３５を取り付けてある。なお、Ｘ軸ガイド３２はＺア
ーム３６の下端部に固定してあり、Ｚ軸板カム５の回転
でＺアーム３６が上下移動することにより、上下に移動
する。このＺ軸板カム５によるＸアーム３１の上下移動
とＸ軸板カム４による左右移動は、これらの板カム４、
５の回転により、所定のタイミングで行われ、Ｘアーム
３１の先端に取り付けたトッププレートのチャックがピ
ックアンドプレースの門形運動やＬ形運動を行う。

【００１９】Ｘアーム３１のＸ軸方向の作動について説
明する。今、Ｘ軸板カム４の回転位置は、図３のよう
に、カム駆動軸１０からの距離がもっとも小さな後退端
位置にあり、ストローク可変ガイド２０は、前端を上方
とした軸線ａ１−ａ１の位置（図３）にある。Ｘアーム
３１はコイルスプリング３５に押されてエンドプレート
３３がＸ軸レバー１１の従動側アーム１３に設けたリニ
アガイドブロック１６の押圧ローラー３４に接してい
る。後退端位置なので、リニアガイドブロック１６に設
けた前記の押圧ローラー３４とストローク可変ガイド２
０の溝に係合したフォロアローラー３０の軸点ｓ３は、
ストローク可変ガイド２０の支点軸s２に一致してい
る。

【００２０】駆動モーター６によってＸ軸板カム４が回
転すると、Ｘ軸レバー１１は、支点軸s１を中心に右回
転して従動側アーム１３を前方へ移動する。これにとも
ない、従動側アーム１３におけるリニアガイドブロック
１６のフォロアローラー３０はガイド軸線ａ１−ａ１に
沿って移動すると同時にレール軸線ｂ−ｂに沿って移動
し、この場合、全体として前方上方へ移動する。この作
動によって、リニアガイドブロック１６に設けてある押
圧ローラー３４が前方上方へ移動し、エンドプレート３
３を押してＸアーム３１をコイルスプリング３５を圧縮
しながら前方へ押出す。なお、Ｘアーム３１はＺ軸側の
Ｘ軸ガイド３２に案内されているので、水平に移動し、
リニアガイドブロック１６はストローク可変ガイド２０
のガイド軸線ａ１ーａ１を前方上方へ移動する。すなわ
ち、押圧ローラー３４はエンドプレート３３の上方へ転
動しながらＸ軸スライダー３１を前方へ押圧する。

【００２１】そして、Ｘ軸板カム４が約１２０°回転す
るとＸ軸レバー１１の駆動側アーム１２におけるローラ
ー１４はカム駆動軸１０からの距離がもっとも大きい位
置に達し、Ｘ軸レバー１１のリニアガイドブロック１６
は前進端位置に達する（図７、８）。Ｘ軸アーム３１も
前進端位置に達するが、このとき、前記の後退端からの
移動量（水平方向直線距離）は、支点軸ｓ２とフォロア
ローラー３０の軸点ｓ３間の水平距離Ｌ１である。な
お、この実施形態によると、Ｘ軸板カム４のカム周面構
造はカム駆動軸１０からの距離が等しい部分が長く、Ｘ
アーム３１が前進端あるいは後退端にとどまっている期
間は比較的長い。その期間は、いずれもＸ軸板カム４の
回転角度で約１２０°である。

【００２２】次に、ストローク可変ガイド２０の角度を
調整した場合の作動について説明する。図６において、
固定用ネジ２８とネジ固定ブロック２１を緩めて調整ネ
ジ２３を回動し、調整ブロック２４を押し下げる。これ
により、図２においてストローク可変ガイド２０を、支
点軸ｓ２を中心に前端を下方へ回動し、軸線ａ２の位置
に固定する。ストローク可変ガイド２０は支点軸ｓ２か
ら前方下方へと傾斜する。

【００２３】この状態でＸ軸板カム４が回転すると、前
記と同様にＸ軸レバー１１は支点軸s１を中心に回動し
て、図９、図１０に示す前端位置となる。しかし、この
ときリニアガイドブロック１６のフォロアローラー３０
の軸点ｓ３は、Ｘ軸レバー１０におけるリニアガイドレ
ール１５の先端近くまで移動するので、前進端位置にお
いて、支点軸ｓ２とフォロアローラー３０の軸点ｓ３間
の水平距離Ｌ２は、前記の水平距離Ｌ１よりも明らかに
大きい。すなわち、ストローク可変ガイド２０の角度を
軸線ａ１ーａ１から軸線ａ２ーａ２へ変えることによっ
てＸ軸スライダー３１のストロークをＬ２とＬ１の差分
だけ大きくすることができた。

【００２４】ここで、軸線ａ１−ａ１、ａ２−ａ２の角
度がストローク可変ガイド２０が取り得る角度の最大と
最小だとすると、軸線ａ１−ａ１、ａ２−ａ２の角度の
間でＸアーム３１のストロークを任意に調整できること
を意味する。このように、Ｘアーム３１のストロークを
簡単に、しかも手動にて調整することができる。

【００２５】なお、以上の説明は後退端を定点としてＸ
アーム３１の前進端を変更することによりストロークを
調整したが、ストローク可変ガイド２０をベースプレー
ト２ａ、２ｂへ軸支する支点軸ｓ２の位置を反対位置と
したり、Ｘ軸レバー１１の形状を変えることで前進端を
定点とし、後退端を調整する構造とすることもできる。
Ｚ軸スライド機構に関しても同様にしてストロークの調
整を可能な構造とすることができる。さらに、手動とし
ているストローク可変ガイド２０の角度調整を、サーボ
モータやステッピングモータで行わせることにより、ワ
ークの供給位置が毎回変更になっていくパレットへの排
出や１部品多点供給など、ロボットが使用されるような
システムにも活用することができる。以上の説明におい
て、上下、左右、先端、基端などの方向を持つ用語は説
明の都合上で定めたもので、実際ではＰＰＵ１の使用状
態によって変わる相対的なものである。

【００２６】

【発明の効果】カムとレバーおよびＸアームからなる構
造を主構成とするＰＰＵにおいて、部品を取り替えるこ
となくストロークを簡単に調整できるので、ワークサイ
ズの変更、ワーク位置の変更に対して簡単に対応できる
ＰＰＵとすることができる。ストロークの調整を行うた
めの構造が簡単で、耐久性が高く、また、部品点数が少
ないので、位置繰り返し精度が高く、コストも低減する
ことができる。カムとレバーおよびＸアームからなる構
造を主構成とするので、コンパクトでサイクルタイムが
短く、作動の確実なＰＰＵとできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】概略で機構を示す正面図

【図２】板カムとその駆動系統を示した一部断面による
側面図

【図３】ストローク可変の機構を説明するための正面図

【図４】リニアガイドブロックに関連する構造を説明す
るための一部断面による側面図

【図５】ストローク可変ガイドの調整構造を示す正面図

【図６】ストローク可変ガイドの調整構造を説明するた
めの一部断面による側面図

【図７】ストローク小のとき、Ｘ軸スライダーが前進端
位置にある状態を示す正面図

【図８】ストローク小に設定されているときのストロー
ク可変機構の正面図（前進端位置）

【図９】ストローク大のとき、Ｘ軸スライダーが前進端
位置にある状態を示す正面図

【図１０】ストローク大に設定されているときのストロ
ーク可変機構の正面図（前進端位置）

【符号の説明】

１ ＰＰＵ ２ａ、２ｂ ベースプレート ３ 基板 ４ Ｘ軸板カム ５ Ｚ軸板カム ６ 駆動モータ ７ 出力軸 ８ａ、８ｂ ギア ９ ギア １０ カム駆動軸 １１ Ｘ軸レバー １２ 駆動側アーム １３ 従動側アーム １４ ローラー １５ リニアガイドレール １６ リニアガイドブロック １７ Ｚ軸レバー １８ ローラー １９ ローラー ２０ ストローク可変ガイド ２１ ネジ固定ブロック ２２ ナットブロック ２３ 調整ネジ ２４ 調整ブロック ２５ ガイド長孔 ２６ プリセット用バネ ２７ 板ワッシャ ２８ 固定用ネジ ２９ スパナ掛け部 ３０ フォロアローラー ３１ Ｘアーム ３２ Ｘ軸ガイド ３３ エンドプレート ３４ 押圧ローラー ３５ コイルスプリング ３６ Ｚアーム ａ１−ａ１、ａ２−ａ２ ガイド軸線 ｓ１ 支点軸（Ｘ軸レバー） ｓ２ 支点軸（ストローク可変ガイド） ｓ３ 軸点（フォロアローラー）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｈ 25/16 Ｆ１６Ｈ 25/16 Ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カムと、直線移動するＸアームと、カム
   に対する駆動側アームとＸアームに対する従動側アーム
   を有する回動レバー及びストローク可変ガイドを備え、
   カムの回転による前記駆動側アームの変位をレバーの従
   動側アーム他端でＸアームに伝達する機構を有するピッ
   クアンドプレース装置であって、ストローク可変ガイド
   は、先端を基端よりもレバーにおける従動側アームの回
   動軌跡の内側として、ガイド方向であるガイド軸線をＸ
   アームの直線移動方向に対して傾斜してあり、前記従動
   側アームの他端とＸアームとの連結点を従動側アームの
   長手方向と同時にストローク可変ガイドのガイド軸線に
   沿って移動可能としてあることを特徴としたピックアン
   ドプレース装置。
2. 【請求項２】 カムの回転により、Ｘアーム先端のトッ
   ププレートを左右へ移動する機構を備えたピックアンド
   プレース装置であって、ベースプレートの面と平行に左
   右方向へスライド可能なＸアームと、ベースプレートに
   軸支しモーターにより回転するカムと、ベースプレート
   に軸支した支点軸を中心にベースプレートの面と平行に
   左右へ回動するレバー及び基端の支点軸を中心にベース
   プレートと平行な面内で回動するストローク可変ガイド
   を備え、ストローク可変ガイドは、前記の支点軸を中心
   に回動させ固定することによってガイド方向を示すガイ
   ド軸線の傾斜角度を選択可能にするとともに、前記のガ
   イド軸線を前記レバーにおける従動側アームの長手方向
   に沿ったレバー軸線と交差させて配置してあり、 前記レバーの従動側アームにレバー軸線に沿ったリニア
   ガイドレールを取り付け、これにリニアガイドブロック
   を上下移動可能に装着し、Ｘアームとリニアガイドブロ
   ックとを、左右方向の移動を拘束するが上下方向の移動
   を許容した回動可能な状態で連結すると共に、ストロー
   ク可変ガイドとリニアガイドブロックとを回動可能に、
   かつ、ガイド軸線に沿って移動可能に連結してあること
   を特徴としたピックアンドプレース装置。
3. 【請求項３】 ＸアームをＺ軸方向へ移動させるＺアー
   ム機構を設け、Ｘアームの先端に設けたトッププレート
   をＸ方向とＺ方向の移動を組み合わせた作動とすること
   を特徴とした請求項２に記載のピックアンドプレース装
   置。