JP2017154247A - 低加力のための精密制御可能なグリッパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デリケートなワークピースをクランプするための、低加力の精密制御グリッパ装置を提供すること。【解決手段】グリッパ装置はベースと、該ベースの上に位置するガイドと、第１及び第２の顎部材とを含む。ガイドトラックに沿って近位位置と遠隔位置との間で移動するように顎部材を取り付けるために第１及び第２のボールベアリングスライドが顎部材に関連付けられている。第１及び第２の低摩擦空気圧アクチュエータが設けられている。機械的連結部は各アクチュエータを顎部材のうちの少なくとも１つに接続する。プーリーとワイヤロープとの組立体は第１及び第２の顎部材を接続して、反対方向に同時に動かす。アクチュエータを１つずつ作動させるバルブ手段が設けられている。第１のアクチュエータの作動によって顎部材が１つの方向に同時に動かさる。第２のアクチュエータの作動によって顎部材が反対方向に同時に動かされる。【選択図】図１

Description

本発明はグリッパに関し、より具体的にはデリケートな（delicate）部品を保持するように設計された、空気圧式のデュアルアクチュエータを有するグリッパに関する。

グリッパ装置は、ワークピースを保持するか又はクランプするのに用いられる機械装置である。グリッパは、ワークピースを機械加工するか、他の部品と共に組み立てるか、試験するか、パッケージ化するか、搬送するか又は他の方法で処理しなければならない多種多様な用途で用いられる。グリッパは、ベースの表面にある１つ以上のガイドに沿って動かすことが可能な対向する顎部材（jaw members）又は同様の部品を含むことが多い。

顎部材は互いに近づき離れるように動かされる。顎部材はお互いの方に移動してワークピースを動かないよう保持し、ワークピースを加工できるようにする。ワークピースの加工が完了した後、顎部材は互いに離れてワークピースを解放する。

顎部材は、顎部材に機械的に連結された多種多様な種類のアクチュエータによって動かされ得る。モータ等のアクチュエータは電気的に駆動可能である。内部ピストンを備える水圧シリンダ又は空気圧シリンダ等のアクチュエータは流体駆動が可能である。アクチュエータは、アクチュエータの種類に応じて様々な種類の機械的連結部を用いて顎部材に連結できる。電気駆動アクチュエータは、ラックアンドピニオン型アセンブリにより顎部材に連結できる。流体駆動アクチュエータは、可撓性のフィラメント、ケーブル又はロープ等の連結要素により顎部材に接続できる。

一部のグリッパは、顎部材を互いに近づけるか又は遠ざけるためにリバーシブルモータ等の１つのアクチュエータを用いる。他のグリッパは流体駆動アクチュエータとバネとの組み合わせを用いる。そのような場合、アクチュエータが活性化されて顎部材が一方向に動かされるとバネが圧縮され、アクチュエータが非活性化されると顎部材はバネにより逆方向に動かされる。対立する流体駆動アクチュエータを用いることも知られているが、流体駆動アクチュエータのバランスが適切に取られていないと、顎部材が異なる速度及び／又は異なる力で独自に動かされる。

特定種類のアクチュエータの選択、及びアクチュエータを顎部材に連結する機械的連結部の構成の選択はグリッパ装置の特性を決定し、係る選択はグリッパ装置と共に用いられる特性種類のワークピース及びワークピースがグリッパ装置でクラップされるときにワークピースに対して行われる特定種類の作業によって決まることが多い。

顎部材が同じ速度で閉じる及び／又は顎部材が同じ量の力をかけるのが望ましい場合には、アクチュエータと顎部材との間の連結部に同期機構が組み込まれ得る。同期機構の構成は選択されるアクチュエータの種類及びグリッパ装置によって得られるべき結果によって左右される。

例えば、特許文献１には、電気モータを顎部材に接続する増力機構であるラックアンドピニオン連結部が開示されている。特許文献２には顎部材の速度及び顎部材によって加えられる力を制御する同期機構を備えるグリッパが開示されている。

米国特許第８９０５４５２号明細書 米国特許第６５９８９１８号明細書

しかしながら、従来のグリッパ装置に内在する課題のうちの１つは、コンピュータチップやガラス製の壊れやすい部品等のデリケートなワークピースを効果的に保持するのに用いることができない点である。これは、ワークピースにかかる力が非常に小さくなるように、またそれと同時にワークピースに対して作業が行われるときにワークピースが動くのが防止されるようワークピースをしっかりクランプできるように従来のグリッパを精密に制御することが摩擦によって妨げられるからである。

したがって、本発明の主たる目的は、低加力（low force applications）のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、デリケートな部品と共に用いられるように設計された、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、２つの非常に低摩擦なアクチュエータを含む、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、アクチュエータが空気圧で駆動される、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、アクチュエータが別々に駆動される、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、アクチュエータが反対方向に駆動される、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、顎部材が共通のガイドレールに沿って動く、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、顎部材がボールベアリングスライド上のガイドレールに沿って動く、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、ワイヤロープとプーリーとの組立体によりアクチュエータが顎部材に連結される、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、離間されたプーリーの間で延在する環状のワイヤロープを連結アセンブリが含む、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、各顎部材がロープの異なる位置で連結アセンブリワイヤロープに接続される、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、アクチュエータを顎部材に連結する機械的連結部がずれを補償するためにたわみ継手（flexible joint）を含む、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、顎部材が内壁により定義される凹部内に位置し、該内壁が、顎部材がそれらの遠隔位置に到達するときに顎部材が壁と接触するのを防止する顎部材に関連する停止機構を含む、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、長く有用な寿命のために互いに協働するシンプルな機械部品で構成される、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、比較的安価で且つ容易に組立可能な部品で形成される、低加力のための精密制御グリッパ装置を提供することである。

上記の目的は、ワークピースをクランプするためのグリッパ装置に関する本発明により実現される。当該装置は、ベースと、該ベースの上に位置するガイドと、該ガイドに沿って近位位置と遠隔位置との間を移動できるように取り付けられる第１及び第２の顎部材とを含む。第１及び第２の空気圧アクチュエータは、第１及び第２のアクチュエータを第１及び第２の顎部材のうちの少なくとも１つに接続するための手段として設けられている。第１及び第２の顎部材を接続して反対方向に同時に動かすための手段が設けられている。第１のアクチュエータの作動によって顎部材が１つの方向に同時に動かされ、第２のアクチュエータの作動によって顎部材が反対方向に同時に動かされるように第１及び第２のアクチュエータのそれぞれを１つずつ別々に作動させるための手段も設けられている。

前記装置はボールベアリングスライドを含み、顎部材のうちの少なくとも１つはガイドに沿って移動するために該ボールベアリングスライドの上に取り付けられている。

顎部材連結手段は、離間された第１及び第２のプーリーと、該プーリーの間で延在する環状のワイヤロープとを含む。第１及び第２のプーリーは、ベースに対する回転動作のために別々に取り付けられている。環状のワイヤロープは、ガイドの平面と実質的に平行な面内に位置している。

アクチュエータ接続手段は第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータを第１の顎部材に接続する機械的連結部をさらに含む。

前記装置は、機械的連結部を環状ワイヤロープに接続するための手段及び第２の顎部材を環状ワイヤロープに接続するための手段も含む。第１及び第２の顎部材は異なる位置で環状ワイヤロープに接続されている。

第１及び第２のアクチュエータは非常に低摩擦の空気圧駆動アクチュエータである。各アクチュエータはガラス内面及びピストンを備えるシリンダを含む。加圧された空気がピストンを取り囲むとともに部分的な空気軸受として機能する。

アクチュエータはフレキシブルピストンロッドを備えるピストンを含む。機械的連結部はフレキシブルピストンロッドによって形成されるたわみ継手を含む。

顎部材が遠隔位置に到達するときに、顎部材が位置するベースの凹部の内壁に顎部材が接触するのを防止するために停止機構が設けられている。

アクチュエータ作動手段は圧縮空気源と、第１のアクチュエータ又は第２のアクチュエータのいずれかを圧縮空気源に接続するバルブとを含む。

本発明の別の態様によれば、デリケートなワークピースをグリップするための低力グリッパ装置が提供される。当該装置はベースと、該ベースの上に位置するガイドと、第１及び第２の顎部材とを含む。ガイドに沿って近位位置と遠隔位置との間で移動できるように顎部材を取り付けるために、顎部材に関連付けられる第１及び第２のボールベアリングスライド手段が設けられている。第１及び第２のアクチュエータのそれぞれを第１及び第２の顎部材のうちの少なくとも１つに接続する機械的連結部として第１及び第２の低摩擦空気圧アクチュエータが設けられている。プーリーとワイヤロープとの組立体（pulley and wire rope assembly）は第１及び第２の顎部材を接続して反対方向に同時に動かす。第１のアクチュエータの作動によって顎部材が１つの方向に同時に動かされ、第２のアクチュエータの作動によって顎部材が反対方向に同時に動かされるように第１及び第２のアクチュエータを１つずつ作動させるバルブ手段が設けられている。

プーリーとワイヤロープとの組立体は離間された第１及び第２のプーリーと、該プーリーの間で延在する環状のワイヤロープとを含む。第１及び第２のプーリーは、ベースに対する回転動作のために別々に取り付けられている。環状のワイヤロープは、ガイドの平面と実質的に平行な面内に位置している。

前記装置は、機械的連結部を環状ワイヤロープに接続するための手段と、他方の顎部材を環状ワイヤロープに接続するための手段とをさらに含む。第１及び第２の顎部材は異なる位置で環状ワイヤロープに接続されている。

各アクチュエータはガラス内面及びピストンを備えるシリンダを含み、該シリンダ内では加圧された空気がピストンを取り囲むとともに部分的な空気軸受として機能する。

各アクチュエータは機械的連結部に接続されてたわみ継手を形成するフレキシブルピストンロッドを含む。

顎部材が遠隔位置に到達するときに、顎部材が位置するベースの凹部の内壁に顎部材が接触するのを防止するために停止機構が設けられている。

これらの目的及び以下で出現し得る他の目的のために、本発明は、添付の図面（同様の参照符号は同様の部分を示す）を参照しながら、下記の明細書で詳細に説明するとともに、添付の特許請求の範囲に記載される精密制御可能なグリッパ装置に関する。
図１は、本発明のグリッパ装置の構成要素の分解図である。 図２は、グリッパ装置の一部を形成する空気圧式アクチュエータのうちの１つの分解図である。 図３は、空調システムの概略図である。 図４は、グリッパ装置の上部を示す平面図である。 図５Ａは、顎部材が遠隔位置にある場合の図４の線５Ａに沿ったグリッパ装置の断面図である。 図５Ｂは、顎部材が近接位置にある場合の図４の線５Ａに沿ったグリッパ装置の断面図である。

部品が分解状態のグリッパ装置を示す図１ならびにグリッパ装置の断面を示す図５Ａ及び図５Ｂから分かるように、本発明のグリッパ装置はベース１０を含む。ベース１０は凹部１２を定義し、凹部１２内には凹部１２を上側及び下側部分に分割する上部１６を備える部材１４を含むグリッパ装置の他の部品が受容される。

部材１４の上部１６はトラック１８のための台として機能する。トラック１８は顎部材２０及び２２の動作のためのガイドとして機能する。部材１４は、第１及び第２のプーリー２４、２６も支持する。プーリーの間で延在する連続した環状のワイヤロープ２８はプーリー２４、２６と共に、顎部材を反対方向に同時に動かすための顎部材を接続するための手段を形成する。

トラック１８は、ネジ３２によって上部１６の平面状の中間部分に固定される細長部３０の上面に固定される。プーリー２４、２６はシャフト３４、３６を中心に回転するために部材３０の底面からぶらさがっている。

顎部材２０及び２２は、ガイドトラック１８に沿って近位位置と遠隔位置との間を低摩擦で移動するように取り付けられている。各顎部材２０、２２はスライド３８、４０の上部に固定されている。スライド３８、４０のそれぞれは概ね逆「Ｕ」字状である。各スライドの下向き側の内面は、ガイドトラック１８の各側の外面にある溝４２内に延びる一連のボールベアリングを備える。スライド３８、４０とトラック１８とをボールベアリングで接続することで、スライドに接続される顎部材を最小限の摩擦でガイドトラックに沿って動かすことができる。

第１及び第２の低摩擦空気圧アクチュエータ４４、４６は顎部材を動かすために設けられている。アクチュエータは、圧縮空気のタンク又はコンプレッサであり得る圧縮空気源４８からの圧縮空気によって作動される。

図３に示すように、圧縮空気源４８はバルブ５０の入口に接続されている。バルブ５０は２つの出口を有し、２つの出口のうちの一方がアクチュエータ４４に接続され、２つの出口のうちの他方がアクチュエータ４６に接続されている。バルブ５０は、グリッパ制御部５２からの指令信号に従って、アクチュエータ４４、４６のうちの選択された方に圧縮空気源４８を接続することが可能な任意の従来のバルブであり得る。

バルブ５０は、指令信号により制御されるソレノイドによって２つの位置の間を移動する、１つの溝を有する内部スライド部を有し得る。第１の位置では、空気源はアクチュエータ４４に接続される。第２の位置では、空気源はアクチュエータ４６に接続される。空気源は、両方のアクチュエータに同時に接続されることはない。

アクチュエータ４４及び４６はベース１０の凹部１２内で部材１４の下に位置している。図２から分かるように、各アクチュエータは中空状のガラスシリンダ５４を含み、中空状のガラスシリンダ５４内にグラファイトピストン５６が位置している。各ピストン５６は、ピストンの前側の中央開口に受容されるコネクタ６０から外方に延びるピストンロッド５８を有する。各ピストンロッドはフレキシブルワイヤ部６２を有し、フレキシブルワイヤ部６２は、自身が接続される部分と共にたわみ継手を形成する。フレキシブルロッドはピストン側の荷重を低減するために製造上のばらつきに起因するずれに適合し、その結果低摩擦がもたらされる。

コネクタ６４は各アクチュエータのフレキシブルワイヤ部６２の端に固定されている。各アクチュエータのコネクタ６４は、概して参照符号６６を付す機械的連結部に取り付けられる。連結部６６は、互いに離間するとともにそれぞれが開口を有する第１及び第２の垂直アーム７０、７２を備える金属平面体６８を有する。アーム７０、７２の開口は、それぞれアクチュエータ４４及び４６のピストンロッドのコネクタ６４を受容するように適合されている。ピストンロッドのワイヤ部６２は屈曲できるため、摩耗に起因するアクチュエータと連結部とのずれが自動的に補償される。

連結体６８は上部に部分７４も有する。部分７４は、部分７４とブラケット７６との間で捕えられるワイヤロープ２８に固定されるように適合されている。顎部材２２に取り付けられる直角ブラケット７８は部分８０と協働して、顎部材２２をワイヤロープ２８に固定する。顎部材２０、２２は顎部材が同時に反対方向に動くようにワイヤロープ２８沿いの異なる位置に固定される。そのため、１つのアクチュエータが圧縮空気源に接続されることによって作動された場合、顎部材はワークピースをクランプするために、互いに近接する位置へと１つの方向に移動する。他方のアクチュエータが圧縮空気源に接続されると、顎部材は互いに離れた位置へと反対方向に移動してワークピースを解放する。

図２で最も分かり易く示すように、バルブ５０を通じて圧縮空気源４８に接続されるアクチュエータの後壁は、ピストンの移動経路の最端を定義する止め具とし機能する環状部材８４に取り囲まれた中央開口８２を有する。

グリッパ装置は、図５Ａで最も分かり易く示すように、顎部材が遠隔位置に到達したときに凹部１２を定義する、顎部材２０及び２２がベース１０の内壁に接触するのを防止する停止機構を備える。停止機構は、拡大ネジ頭８８とバンパー９０として機能するウレタンチューブ部とを備えるネジを含む。バンパー９０はネジ頭８８に隣接する位置でネジ８６に受けられる。ネジ８６は、顎部材２２のボア９４内にネジの端部が延びた状態で顎部材２０のボア９２に延びている。図２はこれらの部分の分解図を示す。

図５Ａのグリッパ装置の断面図は、顎部材２０のボア９２が大径部９２ａを含むことを示す。大径部９２ａ内にネジ８６の頭８８及び隣接するバンパー９０が受容される。ネジ８６の本体は、ネジの雄ネジが顎部材２２のボア９４の雌ネジと係合した状態で顎部材２０の小径ボア部９２ｂに延びている。

図５Ｂに示すように、顎部材２０及び２２が近位位置にある場合、ネジ８６のネジ頭８８はボア部９２ａの左手側の端部の方に位置する。図５Ａに示すように、顎部材が遠隔位置の方に移動すると、ネジ頭８８はボア９２ａの右手側の端部の方に移動する。顎部材が遠隔位置に到達すると、ネジ頭８８と、ボア部９２ａの右手側の端部を定義する壁との間に位置するバンパー９０は、ネジ頭のさらなる移動を停止する機能を果たす。これは顎部材の最も遠位の位置を定義する。

顎部材２２のボア９４内で受容されるネジ８６の端部の程度を変更するためにネジ８６を回転させることによって、遠隔位置においてベースの凹部１２の内壁に顎部材が接触しないように顎部材の最も遠位の位置を定義できる。バンパー９０は、顎部材が遠隔位置に到達したときに顎部材がベース部に衝突しないようにネジ頭８８とボア部９２ａの壁との間の衝撃を緩和する機能を果たす。

なお、上述した好ましい実施形態は、ピストンを１つの方向に動かすためにピストンの一方側に圧縮空気が供給される単動アクチュエータを用いて構成されている。したがって、顎部材は両方の方向において同じ力で作用する。しかしながら、当業者であれば、顎部材が各方向で異なる力を加えるように単動アクチュエータを双動アクチュエータに置き換えることができる。

本発明は、デリケートなワークピースをクランプするための、ベースと、前記ベースの上に位置するガイドと、第１及び第２の顎部材とを含む低力、低摩擦のグリッパ装置に関することが分かる。前記ガイドに沿って近位位置と遠隔位置との間で移動するように顎部材を取り付けるために第１及び第２のボールベアリングスライドが顎部材に関連付けられている。第１及び第２の低摩擦空気圧アクチュエータが設けられている。各アクチュエータを顎部材のうちの少なくとも１つに接続するために機械的連結部が設けられている。プーリーとワイヤロープとの組立体は第１及び第２の顎部材を接続して、図５Ａに図示する遠隔位置と図５Ｂに示す近位位置との間で同時に反対方向に動かす。前記第１のアクチュエータの作動によって前記顎部材が１つの方向に同時に動かされ、前記第２のアクチュエータの作動によって前記顎部材が異なる方向に同時に動かされるように前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータを１つずつ作動させるバルブ手段が設けられている。

説明のための本発明の好ましい実施形態を１つだけ開示してきたが、多くの修正及び変更が加えられ得ることは明らかである。下記の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内に含まれるそれらの修正及び変更の全てを網羅することを意図している。

１０ ベース
１２ 凹部
１４ 部材
１６ 上部
１８ トラック
２０、２２ 顎部材
２４、２６ プーリー
２８ ワイヤロープ
３０ 細長部
３２ ネジ
３４、３６ シャフト
３８、４０ スライド
４２ 溝
４４、４６ アクチュエータ
４８ 圧縮空気源
５０ バルブ
５２ グリッパ制御部
５４ ガラスシリンダ
５６ グラファイトピストン
５８ ピストンロッド
６０ コネクタ
６２ フレキシブルワイヤ部
６４ コネクタ
６６ 連結部
６８ 金属平面体
７０、７２ アーム
７４ 部分
７６ ブラケット
７８ 直角ブラケット
８０ 部分
８２ 中央開口
８４ 環状部材
８６ ネジ
８８ ネジ頭
９０ バンパー
９２、９４ ボア

Claims (10)

1. デリケートなワークピースをクランプするための低力グリッパ装置であって、
   ベースと、
   前記ベースの上に位置するガイドと、
   第１及び第２の顎部材と、
   前記ガイドに沿って近位位置と遠隔位置との間で移動できるように前記顎部材を取り付けるために前記顎部材に関連付けられる第１及び第２のボールベアリングスライド手段と、
   第１及び第２の低摩擦空気圧アクチュエータと、
   各前記第１及び第２のアクチュエータを前記第１及び第２の顎部材のうちの少なくとも１つに接続する機械的連結部と、
   前記第１及び第２の顎部材を接続して反対方向に同時に動かすためのプーリーとワイヤロープとの組立体と、
   前記第１のアクチュエータの作動によって前記顎部材が１つの方向に同時に動かされ、前記第２のアクチュエータの作動によって前記顎部材が反対方向に同時に動かされるように前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータを１つずつ作動させるバルブ手段と、
   を含む装置。
2. 前記プーリーとワイヤロープとの組立体は、離間された第１及び第２のプーリーと、該プーリーの間で延在する環状のワイヤロープとを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記アクチュエータのうちの少なくとも１つは、ガラス内面を有するシリンダとピストンとを含み、該シリンダ内では加圧された空気が前記ピストンを取り囲むとともに部分的な空気軸受として機能する、請求項１に記載の装置。
4. 前記アクチュエータのうちの少なくとも１つは、関連する機械的連結部と共にたわみ継手を形成するフレキシブルピストンロッドを備えるピストンを含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記顎部材の前記遠隔位置を定義する停止手段をさらに含む、請求項１に記載の装置。
6. 前記停止手段はネジ頭及び端部を含むネジを含み、前記ネジ頭は、前記端部が前記顎部材のうちの一方内に受容された状態で、他方の顎部材のボア内で摺動可能に受容される、請求項５に記載の装置。
7. 前記ネジ頭と前記ボアの端部との間に位置するバンパー部材をさらに含む、請求項６に記載の装置。
8. ボールベアリングスライドをさらに含み、前記顎部材のうちの少なくとも１つは前記ガイドに沿って移動するために前記ボールベアリングスライドの上に取り付けられている、請求項１に記載の装置。
9. 前記第１及び第２のプーリーは、前記ベースに対する回転動作のために別々に取り付けられている、請求項２に記載の装置。
10. 前記環状のワイヤロープは、前記ガイドの平面と実質的に平行な面内に位置する、請求項２に記載の装置。

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