JP6657826B2 - 把持装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット等に用いられる把持装置に関する。

従来、モータの出力軸に固定されたピニオンギアと、ピニオンギアの回転に伴い移動する一対のラックと、一対のラックと一対の可動部との各々を連結する連結部材と、を備える把持装置がある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、ピニオンギア及びラックが、把持装置の本体内部に収納され、上板により覆われている。

特開２００１−３４１０９１

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、上記連結部材が上板の外部まで延ばされており、連結部材に可動部が連結されている。そして、可動部が、ガイドブロックに移動可能に組み付けられ、ガイドブロック上を移動する。このため、特許文献１に記載のものでは、可動部と、可動部をガイドするガイドブロックとが外部に露出しており、把持装置の安全性を高める上で未だ改善の余地を有している。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、より安全性を高めることのできる把持装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

第１の手段は、把持装置であって、アクチュエータと、前記アクチュエータにより回転させられるピニオンギアと、前記ピニオンギアと噛み合って、前記ピニオンギアの回転により往復動させられるラックと、前記ラックの前記往復動をガイドするガイド機構と、前記アクチュエータ、前記ピニオンギア、前記ラック、及び前記ガイド機構を内部に収納し、開口が形成されたケースと、前記ラックに連結され、前記開口から前記ケースの外部に露出する露出部と、前記露出部に連結され、把持対象物を把持する把持部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、アクチュエータによりピニオンギアが回転させられ、ピニオンギアと噛み合うラックが、ピニオンギアの回転により往復動させられる。ラックの往復動は、ガイド機構によりガイドされる。そして、ケースの外部に露出する露出部がラックに連結され、把持対象物を把持する把持部が露出部に連結されている。このため、ラックの往復動に伴って把持部が往復動させられ、把持部により把持対象物が把持される。

ここで、アクチュエータ、ピニオンギア、ラック、及びガイド機構が、ケースの内部に収納されている。そして、ケースに形成された開口から露出部がケースの外部に露出しており、露出部に把持部が連結されている。このため、把持装置において、ピニオンギアや、ラック、ラックの往復動をガイドするガイド機構が、ケースの外部に露出しておらず、より安全性を高めることができる。なお、露出部と把持部とが、１つの部材により一体で形成されていてもよい。

第２の手段では、前記ピニオンギア及び前記ラックの少なくとも一部が、前記開口に面しており、前記ピニオンギア及び前記ラックの前記開口に面する部分が、カバーで覆われている。

上記構成によれば、ピニオンギア及びラックの少なくとも一部が、開口に面している。このため、開口からケース内部に異物が侵入し、ピニオンギアやラックに異物が噛み込まれるおそれがある。この点、上記構成によれば、ピニオンギア及びラックの開口に面する部分が、カバーで覆われている。したがって、開口からケース内部に異物が侵入したとしても、ピニオンギアやラックに異物が噛み込まれることを抑制することができる。

具体的には、第３の手段のように、前記露出部は、前記カバーよりも前記開口側に配置されているといった構成を採用することができる。こうした構成によれば、ピニオンギア及びラックの開口に面する部分をカバーで覆いつつ、ケースの外部に露出する露出部をラックの往復動に伴って往復動させることができる。
より具体的には、第４の手段のように、前記露出部は、前記カバーよりも前記開口側において、前記開口から露出した状態で前記開口に沿って往復動させられるといった構成を採用することができる。

第５の手段では、前記ガイド機構は、前記ピニオンギアに対して、前記ピニオンギアの軸線方向に垂直な方向に配置されている。

上記構成によれば、ガイド機構は、ピニオンギアに対して、ピニオンギアの軸線方向に垂直な方向に配置されている。このため、ガイド機構が、ピニオンギアに対して、ピニオンギアの軸線方向に配置されている構成と比較して、把持装置においてピニオンギアの軸線方向の長さを短くすることができる。その結果、把持装置の重心を把持部と反対側へ寄せることができ、把持装置をロボット等に取り付けた際の慣性モーメントを減少させることができる。

第６の手段では、前記ケースの所定面は、矩形状で、且つ角が丸く形成されており、前記開口は、前記所定面において前記角を除く部分に両端まで延びるように形成されており、前記ガイド機構は、前記所定面の一辺に沿って両端の前記角の間で往復動させられる可動部を備え、前記ラックは、前記所定面の前記角を除く部分の両端の間で往復動させられる。

上記構成によれば、ケースの所定面は、矩形状で、且つ角が丸く形成されているため、把持装置の外形を丸くすることができる。一方、開口は、所定面において角を除く部分に両端まで延びるように形成されている。このため、角の丸い矩形状の所定面の範囲内において、開口から露出する露出部の移動距離を長くすることができる。

そして、ガイド機構は、所定面の一辺に沿って両端の角の間で往復動させられる可動部を備えている。一方、ラックは、所定面の角を除く部分の両端の間で往復動させられる。このため、角の丸い矩形状の所定面の範囲内において、可動部を往復動させつつ、ラックの長さを長くすることができる。したがって、把持装置の外形を丸くしつつ、把持部のストロークを長くすることができる。

第７の手段では、前記把持部は、往復動された際に、前記所定面の広がり方向において、前記所定面の範囲内に収まるように形成されている。

上記構成によれば、把持部は、往復動された際に、所定面の広がり方向において、所定面の範囲内に収まるように形成されている。このため、把持部も含めて、把持装置の外形の纏まりをよくすることができる。

ロボットハンドの斜視図。 把持部を取り外したロボットハンドの斜視図。 ロボットハンドの断面図。 蓋及びギアカバーを取り外したロボットハンドの正面図。 図４のロボットハンドの斜視図。 図４のロボットハンドにギアカバーを取り付けた状態を示す正面図。

以下、一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、多関節ロボットのアームの先端に取り付けられて、ワーク（すなわち把持対象物）を把持するロボットハンドに具体化している。

図１に示すように、ロボットハンド１０（把持装置に相当）は、本体１１、蓋１２、一対の把持部１３等を備えている。本体１１及び蓋１２により、ロボットハンド１０の外形は角を丸くした直方体状に構成されている。蓋１２の所定面１２ａは、矩形状で、且つ角が丸く形成されている。把持部１３の高さ方向の幅は、所定面１２ａの高さ方向の幅よりも小さくなっている。一対の把持部１３の間隔が最も広くなった状態において、横方向における一対の把持部１３の両端の間隔は、所定面１２ａの横方向の幅よりも小さくなっている。すなわち、把持部１３は、往復動された際に、所定面１２ａの広がり方向において、所定面１２ａの範囲内に収まるように形成されている。そして、一対の把持部１３の間隔が変更されることで、一対の把持部１３によりワークの把持及び開放が行われる。なお、本体１１及び蓋１２により、ケースが構成されている。

図２は、把持部１３を取り外したロボットハンド１０の斜視図である。蓋１２には、開口１２ｂが形成されている。開口１２ｂは、所定面１２ａの高さ方向において中央に形成されている。開口１２ｂは、所定面１２ａの横方向において両端まで延びるように形成されている。すなわち、開口１２ｂは、所定面１２ａにおいて角１２ｃを除く部分に両端まで延びるように形成されている。

ロボットハンド１０において、把持部１３を取り外した状態では、把持部１３を駆動する構成のうち取付部２１（露出部に相当）のみが、開口１２ｂから本体１１及び蓋１２の外部に露出している。高さ方向において、取付部２１の幅は開口１２ｂの幅よりも小さくなっている。取付部２１において、開口１２ｂから露出した部分には、複数のねじ穴２１ａが形成されている。そして、ねじにより取付部２１に把持部１３が取り付けられ（連結され）ている。把持部１３が移動させられる際に、取付部２１は開口１２ｂに沿って移動させられる。

図３は、ロボットハンド１０の断面図である。ロボットハンド１０は、プレート１４、モータ（図示略）、ピニオンギア３１、ラック４１、ガイド機構５０、ギアカバー６１等を備えている。アクチュエータ、ピニオンギア３１、ラック４１、及びガイド機構５０は、本体１１及び蓋１２の内部に収納されている。本体１１には、プレート１４が取り付けられている。プレート１４は、アームの先端等に固定される。

モータ（アクチュエータに相当）は、本体１１に固定されている。モータの出力軸には、ピニオンギア３１が取り付けられている。ピニオンギア３１は、モータの回転に伴って回転させられる。なお、モータの出力軸に、減速機等を介してピニオンギア３１が取り付けられていてもよい。その場合は、モータ及び減速機等により、アクチュエータが構成される。

ピニオンギア３１には、ラック４１が噛み合わされている（図４，５参照）。ラック４１は、ピニオンギア３１の回転により往復動させられる。ラック４１の往復動は、ガイド機構５０によりガイドされる。

ガイド機構５０は、直線状に延びるレール５１と、レール５１に沿って移動する可動部５２とを備えている。レール５１は、ねじ５３により本体１１に固定されている。レール５１は、ロボットハンド１０の横方向に延びるように配置されている。可動部５２は、レール５１に摺動可能に取り付けられている。ガイド機構５０は、ピニオンギア３１に対して、ピニオンギア３１の軸線方向に垂直な方向に配置されている。ラック４１は、可動部５２に取り付けられている。これにより、ラック４１は、レール５１に沿って直線移動させられる。ラック４１及びガイド機構５０は、ピニオンギア３１を挟んで一対設けられている。

可動部５２は、蓋１２の上記所定面１２ａの一辺（具体的には上下辺）に沿って両端の角１２ｃ（本体１１の角１１ｃに対応）の間で往復動させられる（図４参照）。ラック４１は、所定面１２ａの角１２ｃを除く部分（具体的には高さ方向の中央付近）の両端の間で往復動させられる。ラック４１は、角１２ｃ（角１１ｃ）に対応する部分が斜めに切断された形状となっている。

ピニオンギア３１及びラック４１の噛み合い部分は、蓋１２の開口１２ｂに面している。このため、開口１２ｂからロボットハンド１０の内部に侵入した異物が、ピニオンギア３１やラック４１に噛み込まれることを防止すべく、ギアカバー６１が取り付けられている（図６参照）。ギアカバー６１（カバーに相当）は、ピニオンギア３１及びラック４１の歯を覆っている。

ラック４１には、上記取付部２１が取り付けられ（連結され）ている。取付部２１は、ギアカバー６１よりも開口１２ｂ側に配置されている（図６参照）。そして、図２に示すように、本体１１に蓋１２が取り付けられている。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。
・モータ、ピニオンギア３１、ラック４１、及びガイド機構５０が、本体１１及び蓋１２の内部に収納されている。そして、蓋１２に形成された開口１２ｂから取付部２１が本体１１及び蓋１２の外部に露出しており、取付部２１に把持部１３が連結されている。このため、ロボットハンド１０において、ピニオンギア３１や、ラック４１、ラック４１の往復動をガイドするガイド機構５０が、本体１１及び蓋１２の外部に露出しておらず、より安全性を高めることができる。

・ピニオンギア３１及びラック４１の歯が、開口１２ｂに面している。このため、開口１２ｂから本体１１及び蓋１２内部に異物が侵入し、ピニオンギア３１やラック４１に異物が噛み込まれるおそれがある。この点、ピニオンギア３１及びラック４１の歯が、ギアカバー６１で覆われている。したがって、開口１２ｂから本体１１及び蓋１２内部に異物が侵入したとしても、ピニオンギア３１やラック４１に異物が噛み込まれることを抑制することができる。

・取付部２１は、ギアカバー６１よりも開口１２ｂ側に配置されている。このため、ピニオンギア３１及びラック４１の歯をギアカバー６１で覆いつつ、本体１１及び蓋１２の外部に露出する取付部２１をラック４１の往復動に伴って往復動させることができる。

・ガイド機構５０は、ピニオンギア３１に対して、ピニオンギア３１の軸線方向に垂直な方向に配置されている。このため、ガイド機構が、ピニオンギア３１に対して、ピニオンギア３１の軸線方向に配置されている構成と比較して、ロボットハンド１０においてピニオンギア３１の軸線方向の長さを短くすることができる。その結果、ロボットハンド１０の重心を把持部１３と反対側へ寄せることができ、ロボットハンド１０をロボットに取り付けた際の慣性モーメントを減少させることができる。

・蓋１２の所定面１２ａは、矩形状で、且つ角１２ｃが丸く形成されているため、ロボットハンド１０の外形を丸くすることができる。一方、開口１２ｂは、所定面１２ａにおいて角１２ｃを除く部分に両端まで延びるように形成されている。このため、角１２ｃの丸い矩形状の所定面１２ａの範囲内において、開口１２ｂから露出する取付部２１の移動距離を長くすることができる。

・ガイド機構５０は、所定面１２ａの一辺に沿って両端の角１２ｃ（角１１ｃ）の間で往復動させられる可動部５２を備えている。一方、ラック４１は、所定面１２ａの角１２ｃを除く部分の両端の間で往復動させられる。このため、角１２ｃの丸い矩形状の所定面１２ａの範囲内において、可動部５２を往復動させつつ、ラック４１の長さを長くすることができる。したがって、ロボットハンド１０の外形を丸くしつつ、把持部１３のストロークを長くすることができる。

・把持部１３は、往復動された際に、所定面１２ａの広がり方向において、所定面１２ａの範囲内に収まるように形成されている。このため、把持部１３も含めて、ロボットハンド１０の外形の纏まりをよくすることができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・把持部１３が、蓋１２の所定面１２ａの広がり方向において、所定面１２ａの範囲外まで延びている構成を採用することもできる。

・所定面１２ａの形状は、角１２ｃの丸くされた矩形状に限らず、楕円形や、円形、矩形状を採用することもできる。

・ギアカバー６１がピニオンギア３１のみを覆う構成を採用することもできる。また、ギアカバー６１を省略することもできる。

・ガイド機構５０において、レール５１と可動部５２との間にベアリングを備えていてもよい。

・取付部２１と把持部１３とが、１つの部材により一体で形成されていてもよい。その場合は、１つの部材において、開口１２ｂから露出する部分が露出部に相当し、ワークを把持する部分が把持部に相当する。

・一対の把持部１３の一方が固定されており、他方のみが移動する構成を採用することもできる。

１０…ロボットハンド（把持装置）、１１…本体、１１ｃ…角、１２…蓋、１２ａ…所定面、１２ｂ…開口、１２ｃ…角、１３…把持部、２１…取付部（露出部）、３１…ピニオンギア、４１…ラック、５０…ガイド機構、５１…レール、５２…可動部、６１…ギアカバー（カバー）。

Claims (6)

1. アクチュエータと、
   前記アクチュエータにより回転させられるピニオンギアと、
   前記ピニオンギアと噛み合って、前記ピニオンギアの回転により往復動させられるラックと、
   前記ラックの前記往復動をガイドするガイド機構と、
   前記アクチュエータ、前記ピニオンギア、前記ラック、及び前記ガイド機構を内部に収納し、開口が形成されたケースと、
   前記ラックに連結され、前記開口から前記ケースの外部に露出する露出部と、
   前記露出部に連結され、把持対象物を把持する把持部と、
   を備え、
   前記ケースの所定面は、矩形状で、且つ角が丸く形成されており、
   前記開口は、前記所定面において前記角を除く部分に両端まで延びるように形成されており、
   前記ガイド機構は、前記所定面の一辺に沿って両端の前記角の間で往復動させられる可動部を備え、
   前記ラックは、前記所定面の前記角を除く部分の両端の間で往復動させられることを特徴とする把持装置。
2. 前記ピニオンギア及び前記ラックの少なくとも一部が、前記開口に面しており、
   前記ピニオンギア及び前記ラックの前記開口に面する部分が、カバーで覆われている請求項１に記載の把持装置。
3. 前記露出部は、前記カバーよりも前記開口側に配置されている請求項２に記載の把持装置。
4. 前記露出部は、前記カバーよりも前記開口側において、前記開口から露出した状態で前記開口に沿って往復動させられる請求項３に記載の把持装置。
5. 前記ガイド機構は、前記ピニオンギアに対して、前記ピニオンギアの軸線方向に垂直な方向に配置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の把持装置。
6. 前記把持部は、往復動された際に、前記所定面の広がり方向において、前記所定面の範囲内に収まるように形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の把持装置。

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