JP6646954B2 - 部品保持装置 - Google Patents

Description

この発明は、ロボットアームを用いる部品保持装置に関する。

例えば、特許文献１には、ロボットアームに取り付けたチャック機構で部品を保持し、部品を取り付け対象物に位置決めして取り付ける装置が記載されている。
この装置には、取り付け対象物に対する部品の位置決め誤差で生じた過大な外力を検知するための過負荷検知機構が設けられている。

なお、特許文献１に記載される過負荷検知機構は、第１の板、第２の板、ガイド、圧縮コイルばね、検知部材および近接スイッチから構成されている。
第１の板は、ロボットアームの手首部分に取り付けられ、第２の板は、チャック機構に連結された芯ずれ吸収機構に取り付けられる。ガイドは、第１の板の対向する端部に設けられた軸部を、第２の板の対向する端部に設けられた筒部に通して構成され、第１の板に対して第２の板を上下方向のみに摺動させる。近接スイッチは、圧縮コイルばねの圧縮量が規定値を超えて検知部材が接近すると出力信号がオンとなる。

取り付け対象物に対して部品の取り付け位置がずれていると、部品には、取り付け対象物から外力が加わる。この外力によって、第２の板が第１の板へ接近して圧縮コイルばねを圧縮させる。過大な外力によって第１の板と第２の板との間が狭まって検知部材が接近した場合に、近接スイッチが動作してロボットアームが緊急停止される。

特開平７−１８５９５９号公報

特許文献１に記載される過負荷検知機構では、ガイドと圧縮コイルばねが独立して設置されているので、これらを設置する箇所を別々に確保する必要があり、過負荷検知機構のサイズが常に大きくなるという課題があった。
例えば、特許文献１に記載されるように、過負荷検知機構がチャック機構よりも幅広であると、空間的な制約によって取り付け対象物まで部品を移動させることができず、この装置を使用できない場合がある。

また、ガイドと圧縮コイルばねが独立して設置されている場合、圧縮コイルばねの端部の取り付け位置によっては、圧縮コイルばねの軸線方向に正確に圧縮されない可能性がある。例えば、圧縮コイルばねの一方の端部を第１の板の中心部に取り付けたが、もう一方の端部が第２の板の中心部からずれた部位に取り付けられた場合、第１の板に対して第２の板を上方向に摺動させたときに圧縮コイルばねが途中で捩れて変形する可能性がある。
この場合、取り付け対象物からの外力を圧縮コイルばねの圧縮量として正確に検知することができない。

この発明は上記の課題を解決するもので、部品の取り付け位置ずれに起因した過負荷を正確に検知でき、かつ小型化を図ることができる部品保持装置を得ることを目的とする。

この発明に係る部品保持装置は、ロボットアームに取り付けられ、部品を保持する部品保持部と、ロボットアームと部品保持部との間に設けられ、部品保持部に保持された部品側の過負荷を検知する過負荷検知機構とを備える。過負荷検知機構は、筒部、軸部、軸保持部、スプリング部、検知対象部、検知部を備える。
筒部は、ロボットアームに取り付けられる。軸部は、部品保持部に一方の端部が取り付けられ、もう一方の端部側が筒部に通される。軸保持部は、筒部内で軸部を直線摺動可能に保持する。スプリング部は、筒部内に軸部を通して設けられる。検知対象部は、軸部に取り付けられて筒部内を軸部とともに移動可能である。検知部は、筒部に取り付けられ、軸部に加わるスプリング部のスプリング荷重に対抗した力による検知対象部の移動を検知する。

この発明によれば、筒部内で直線摺動する軸部に対して部品から加わるスプリング部のスプリング荷重に対抗した力による検知対象部の移動を過負荷として検知するので、部品の取り付け位置ずれに起因した過負荷を正確に検知できる。さらに、軸部とスプリング部が筒部内に同軸に設けられるので、これらを設置する箇所を別々に確保する必要がなく、過負荷検知機構のサイズの小型化を図ることができる。

この発明の実施の形態１に係る部品保持装置を示す図である。 過負荷検知機構の構成を示す断面図である。 部品が正常に取り付けられたときの過負荷検知機構を示す図である。 部品の取り付けに失敗したときの過負荷検知機構を示す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る部品保持装置１を示す図であり、部品保持装置１を側方からみた様子を示している。部品保持装置１は、図１に示すように、部品保持部４と過負荷検知機構３とを備えて構成される。部品保持部４は、過負荷検知機構３を介してロボットアーム２に取り付けられており、継ぎ手５からチューブ６を介して真空発生部７に連結されている。部品８は、真空発生部７が発生する真空によって部品保持部４に吸着保持される。部品保持部４に吸着保持された部品８は、ロボットアーム２によって部品９へ移動されて取り付けられる。

過負荷検知機構３では、部品保持部４に保持された部品８を介して加わる過負荷を、近接センサ１０を用いて検知する。近接センサ１０は、ロボットアーム２の動作を制御する制御装置１１が接続されている。
部品９に対して部品８の取り付け位置がずれていたことに起因して負荷となる力が発生すると、近接センサ１０が、この負荷を検知する。制御装置１１は、近接センサ１０から検知信号を入力すると、ロボットアーム２を緊急制御する。例えば、部品８を損傷させないように、ロボットアーム２を停止させる。

図２は、過負荷検知機構３の構成を示す断面図である。図２に示すように、過負荷検知機構３では、軸部３ｂに加わったスプリング部３ｄのスプリング荷重に対抗した力によるセットカラー３ｆの移動を過負荷として検知する。
その構成として、ホルダ３ａ、軸部３ｂ、軸保持部３ｃ、スプリング部３ｄ、Ｃリング３ｅ、セットカラー３ｆ、ねじ３ｇおよび近接センサ１０を備える。また、部品保持部４は、吸着ノズル４ａとノズル取り付け用のアダプタ４ｂを備える。

ホルダ３ａは、この発明における筒部を具体化したものであり、一方の端部がロボットアーム２に取り付けられている。ホルダ３ａには、筒穴３ａ−１、ねじ穴３ａ−２および取り付け穴３ａ−３が形成されている。ねじ穴３ａ−２と取り付け穴３ａ−３は、ホルダ３ａの外周部から筒穴３ａ−１まで貫通する穴である。

ロボットアーム２へのホルダ３ａの取り付けは、まず、ロボットアーム２に設けられたホルダ取り付け用のアダプタ２ａを筒穴３ａ−１に挿入する。そして、ねじ３ｇの先端部がアダプタ２ａの凹部２ａ−１の底面に当たるまでねじ穴３ａ−２にねじ入れる。これにより、ホルダ３ａは、ロボットアーム２に取り付けられる。また、取り付け穴３ａ−３には、近接センサ１０が挿入されて取り付けられる。

軸部３ｂは、部品保持部４に一方の端部が取り付け固定され、もう一方の端部側がホルダ３ａに挿入される。また、軸部３ｂは、軸保持部３ｃによってホルダ３ａ内で直線摺動可能に保持される。軸保持部３ｃは、ホルダ３ａの筒穴３ａ−１に圧入される。
なお、軸部３ｂとしてスプライン軸を使用し、軸保持部３ｃとしてスプラインナットを使用してもよい。この場合、スプラインナットによってスプライン軸が滑らかに直線摺動することから、部品８を介して加わる負荷の力が軸部３ｂの直線移動量にロスなく変換されて過負荷の検知精度を向上させることができる。

スプリング部３ｄは、ホルダ３ａ内で軸部３ｂを通して設けられるコイルばねであり、図２に示すように、アダプタ２ａとセットカラー３ｆとの間に配置されている。
Ｃリング３ｅは、ホルダ３ａの端部に嵌め込まれて、ホルダ３ａからの軸保持部３ｃの抜け止めとなっている。

セットカラー３ｆは、この発明における検知対象部を具体化したものであり、軸部３ｂに取り付けられる。なお、セットカラー３ｆは、軸部３ｂが貫通する軸穴を有した円筒状の部材であり、軸穴の内周面に軸部３ｂの外周面が摩擦固定される。
また、セットカラー３ｆは、スプリング部３ｄによって軸保持部３ｃの側に押し付けられている。このときのセットカラー３ｆの軸方向の位置が基準位置である。

近接センサ１０は、この発明における検知部を具体化したものであって、ホルダ３ａの取り付け穴３ａ−３に取り付けられて軸部３ｂに加わったスプリング部３ｄのスプリング荷重に対抗した力によるセットカラー３ｆの移動を検知する。近接センサ１０としては、例えば、磁気センサなどを用いることができる。

次に、過負荷検知機構３の検知原理について説明する。
図３は部品８が正常に取り付けられたときの過負荷検知機構３を示す図であり、図３（ａ）は過負荷検知機構３の断面図、図３（ｂ）はＡ部分の拡大図を示している。
図３（ａ）に示すように、部品８の凸部８ａを部品９の孔部９ａに挿入して取り付ける場合を示している。

凸部８ａが孔部９ａに対して正確に位置決めされると、部品８から過負荷検知機構３へ向かう力は発生しない。従って、軸部３ｂは、図３（ａ）中の上方向に摺動しない。
この状態において、セットカラー３ｆは、図３（ｂ）に示すように、スプリング部３ｄによって軸保持部３ｃに向けて付勢された基準位置にある。近接センサ１０は、この基準位置にセットカラー３ｆがあるときにオン状態になっている。

図４は、部品８の取り付けに失敗したときの過負荷検知機構３を示す図であり、図４（ａ）は過負荷検知機構３の断面図、図４（ｂ）はＡ部分の拡大図を示している。
図４（ａ）に示すように、凸部８ａが孔部９ａに対して位置ずれした場合、凸部８ａを孔部９ａに挿入することができない。このとき、ロボットアーム２からは凸部８ａを挿入する方向の力が加えられる。このため、凸部８ａが接触している孔部９ａの開口縁部から反力が発生し、この反力は、部品８および部品保持部４を介して軸部３ｂに伝達される。

前述した部品８の位置ずれに起因した反力がスプリング部３ｄのスプリング荷重よりも大きくなると、軸部３ｂは図４（ｂ）の上方向に摺動する。このとき、セットカラー３ｆは、軸部３ｂとともにスプリング部３ｄを圧縮させながら上方に移動する。これにより、セットカラー３ｆは基準位置から外れ、近接センサ１０がオフ状態となる。
すなわち、近接センサ１０をオン状態からオフ状態へ変化させるスプリング荷重を超えた力が、部品８側の過負荷として検知される。

なお、上記説明では、セットカラー３ｆが基準位置にあるときに近接センサ１０がオン状態となり、セットカラー３ｆが基準位置から外れるとオフ状態になる構成を示したが、これに限定されるものではない。
例えば、セットカラー３ｆが基準位置にあるときに近接センサ１０がオフ状態となり、セットカラー３ｆが基準位置から外れるとオン状態になるように構成してもよい。

また、部品保持部４が真空吸着で部品８を保持する場合を示したが、部品８を把持するチャック機構であってもよい。このように構成しても、上記と同様の効果を得ることができる。

ホルダ３ａは、ねじ３ｇを取り外すことで、部品保持部４とともにロボットアーム２から取り外し可能である。これにより、ホルダ３ａ内のスプリング部３ｄを容易に取り替えることができる。スプリング部３ｄのスプリング荷重は、過負荷検知の感度を決める因子の一つである。従って、過負荷検知の感度を変更することも容易である。

以上のように、実施の形態１に係る部品保持装置１は、ロボットアーム２に取り付けられ、部品８を保持する部品保持部４と、ロボットアーム２と部品保持部４との間に設けられ、部品保持部４に保持された部品８側の過負荷を検知する過負荷検知機構３を備える。過負荷検知機構３は、ホルダ３ａ、軸部３ｂ、軸保持部３ｃ、スプリング部３ｄ、セットカラー３ｆ、近接センサ１０を備えて構成される。
ホルダ３ａはロボットアーム２に取り付けられる筒状の部材である。軸部３ｂは、部品保持部４に一方の端部が取り付けられ、もう一方の端部側がホルダ３ａに通される。軸保持部３ｃは、ホルダ３ａ内で軸部３ｂを直線摺動可能に保持する。スプリング部３ｄは、ホルダ３ａ内に軸部３ｂを通して設けられる。セットカラー３ｆは、軸部３ｂに取り付けられてホルダ３ａ内を軸部３ｂとともに移動可能である。近接センサ１０は、ホルダ３ａに取り付けられ、軸部３ｂに加わったスプリング部３ｄのスプリング荷重に対抗した力によるセットカラー３ｆの移動を検知する。
このようにホルダ３ａ内で直線摺動する軸部３ｂに対して部品８から加わるスプリング部３ｄのスプリング荷重に対抗した力によるセットカラー３ｆの移動を過負荷として検知するので、部品８の取り付け位置ずれに起因した過負荷を正確に検知できる。
さらに、軸部３ｂとスプリング部３ｄがホルダ３ａ内に同軸に設けられるので、これらを設置する箇所を別々に確保する必要がなく、過負荷検知機構３のサイズの小型化を図ることができる。

また、実施の形態１に係る部品保持装置１において、軸部３ｂはスプライン軸であり、軸保持部３ｃは、スプライン軸を直線摺動可能に保持するスプラインナットである。
スプラインナットによって軸部３ｂの滑らかな直線摺動が可能となることから、部品８を介して加わる負荷の力が軸部３ｂの直線移動量にロスなく変換されて過負荷の検知精度を向上させることができる。

さらに、実施の形態１に係る部品保持装置１において、ホルダ３ａは、部品保持部４とともにロボットアーム２から取り外し可能である。
このように構成することで、ホルダ３ａ内のスプリング部３ｄを容易に交換することができる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 部品保持装置、２ ロボットアーム、２ａ，４ｂ アダプタ、２ａ−１ 凹部、３ 過負荷検知機構、３ａ ホルダ、３ａ−１ 筒穴、３ａ−２ ねじ穴、３ａ−３ 取り付け穴、３ｂ 軸部、３ｃ 軸保持部、３ｄ スプリング部、３ｅ Ｃリング、３ｆ セットカラー、３ｇ ねじ、４ 部品保持部、４ａ 吸着ノズル、５ 継ぎ手、６ チューブ、７ 真空発生部、８，９ 部品、８ａ 凸部、９ａ 孔部、１０ 近接センサ、１１ 制御装置。

Claims (3)

1. ロボットアームに取り付けられ、部品を保持する部品保持部と、前記ロボットアームと前記部品保持部との間に設けられて、前記部品保持部に保持された部品側の過負荷を検知する過負荷検知機構とを備えた部品保持装置であって、
   前記過負荷検知機構は、
   前記ロボットアームに取り付けられた筒部と、
   前記部品保持部に一方の端部が取り付けられ、もう一方の端部側が前記筒部に通された軸部と、
   前記筒部内で前記軸部を直線摺動可能に保持する軸保持部と、
   前記筒部内に前記軸部を通して設けられたスプリング部と、
   前記軸部に取り付けられて前記筒部内を前記軸部とともに移動可能な検知対象部と、
   前記筒部に取り付けられて、前記軸部に加わった前記スプリング部のスプリング荷重に対抗した力による前記検知対象部の移動を検知する検知部と
   を有することを特徴とする部品保持装置。
2. 前記軸部は、スプライン軸であり、
   前記軸保持部は、前記スプライン軸を直線摺動可能に保持するスプラインナットであることを特徴とする請求項１記載の部品保持装置。
3. 前記筒部は、前記部品保持部とともに前記ロボットアームから取り外し可能であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の部品保持装置。

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