JP7367338B2 - 工作物把持装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作物を把持する工作物把持装置に関する。

従来より、工作物を加工する加工ラインでは、工作物の搬送方向に沿って種々の加工装置が配置されている。工作物は、加工装置に搬入されると当該加工装置での加工が施されて搬出され、次の加工装置に搬入される。加工装置への工作物の搬入と、加工装置からの工作物の搬出には、ロボットが用いられ、当該ロボットには、工作物の把持と、把持した工作物の解放と、が可能な把持爪（いわゆるチャック）を備えた工作物把持装置が設けられている。

例えば、特許文献１には、把持爪を支持する基部に一方の電極を設け、把持爪に他方の電極を設け、当該電極を用いて、工作物を把持爪にて把持した際、工作物の外径を計測することができる計測機能付きチャック装置が記載されている。特許文献１に記載のチャック装置（工作物把持装置）は、工作物（ワーク）の外周に沿った仮想円に沿って配置された３つの把持爪（チャック用可動爪部）を有し、把持爪を仮想円の径方向内方に移動させて工作物を把持し、把持爪を仮想円の径方向外方に移動させて把持している工作物を解放している。

特開２０１０－２４０８３３号公報

例えば従来の加工ラインにおいて、工作物の外周を切削する加工装置が配置されている場合、当該加工装置に搬入された時点の工作物の外周形状が円錐台状であり、当該加工装置で加工されて搬出された時点の工作物の外周形状が円筒状となる場合がある。この場合、搬入の際には円錐台状の工作物の外周を把持爪にて把持し、搬出の際には円筒状の工作物の外周を把持爪にて把持しなければならない。

上記のような場合、把持爪の把持面を、円錐台状の工作物の外周面と面接触するように調整すると、円筒状の工作物の場合に把持面と工作物とが点接触（または線接触）となり、安定した把持ができない可能性がある。また把持爪の把持面を、円筒状の工作物の外周面と面接触するように調整すると、円錐台状の工作物の場合に把持面と工作物とが点接触（または線接触）となり、安定した把持ができない可能性がある。従ってこのような加工装置の場所では、円錐台状の工作物を把持する把持爪を備えた工作物把持装置と、円筒状の工作物を把持する把持爪を備えた工作物把持装置と、の双方をロボットの先端に設けたり、円錐台状の工作物を把持するロボットと、円筒状の工作物を把持するロボットと、の２機のロボットを配置させたりしている。

特許文献１に記載のチャック装置（工作物把持装置）では、把持爪は仮想円の径方向内方または径方向外方に移動するのみである。従って、円錐台状の工作物を円筒状の工作物に加工する加工装置への搬入と搬出を行うためには、円錐台状の工作物を把持する把持爪を備えたチャック装置と、円筒状の工作物を把持する把持爪を備えたチャック装置と、の双方をロボットの先端に設けるか、円錐台状の工作物を把持するロボットと、円筒状の工作物を把持するロボットと、の２機のロボットを配置させる必要がある。これでは、ロボットの構造が複雑になりロボットサイズを１サイズ大きくしたり、２機のロボットを配置する広いスペースが必要となったりするので、コストやレイアウト寸法上好ましくない。

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、外形が円錐台状の工作物と外形が円筒状の工作物のいずれの工作物であっても工作物の外周面と面接触して適切に把持することができる把持爪を有する工作物把持装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の発明は、把持対象の工作物の外周に沿った仮想円の周方向に沿って配置された複数の爪ユニットと、それぞれの前記爪ユニットを前記仮想円の径方向外方あるいは径方向内方に同時に移動させる駆動装置と、前記爪ユニットに対して前記仮想円の接線方向に略平行な把持爪旋回軸線を有して前記把持爪旋回軸線回りに旋回可能となるように前記爪ユニットに支持され、前記仮想円の内径側に設けられた把持面にて前記工作物を把持する把持爪と、を有する、工作物把持装置である。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る工作物把持装置であって、前記爪ユニットには、把持爪姿勢維持機構が設けられており、前記把持爪姿勢維持機構は、変形と復元が可能な弾性部材を有しており、前記把持爪が前記工作物を把持していない場合では、復元した前記弾性部材によって、前記把持爪の前記把持爪旋回軸線回りの旋回位置を所定旋回位置に戻し、前記把持爪が前記工作物を把持している場合では、前記弾性部材が変形して、前記把持爪の前記把持面が接触している前記工作物の表面である工作物被把持面に沿って前記把持爪旋回軸線回りに前記把持爪が旋回することを許容する、工作物把持装置である。

次に、本発明の第３の発明は、上記第１の発明または第２の発明に係る工作物把持装置であって、前記爪ユニットには、工作物押出機構が設けられており、前記工作物押出機構は、前記工作物を前記把持爪にて把持する前に前記仮想円の面に直交する仮想軸線の方向に沿って前記爪ユニットを前記工作物に押し付けた際に前記工作物とは反対の方向である被押込方向に押し込まれ、前記把持爪にて把持している前記工作物を解放した際に前記被押込方向とは反対の方向に前記工作物を押し出す、工作物把持装置である。

次に、本発明の第４の発明は、上記第１の発明～第３の発明のいずれか１つに係る工作物把持装置であって、それぞれの前記爪ユニットは、前記駆動装置によって前記仮想円の径方向外方あるいは径方向内方に移動する可動部と、前記可動部と固定部に挟まれるように配置されたアダプタと、前記可動部に対して前記アダプタを固定する前記固定部と、を有し、前記アダプタに前記把持爪が設けられている、工作物把持装置である。

次に、本発明の第５の発明は、上記第４の発明に係る工作物把持装置であって、前記アダプタには、アダプタ側基準面と、位置決め凹部と、が設けられており、前記可動部には、前記アダプタ側基準面と対向して接する可動部側基準面と、前記位置決め凹部に嵌合するボールプランジャと、が設けられており、前記固定部には、前記可動部に対して前記アダプタを押し付けて固定するアダプタ押付機構が設けられている、工作物把持装置である。

次に、本発明の第６の発明は、上記第５の発明に係る工作物把持装置であって、前記アダプタ押付機構は、偏心カムを有している、工作物把持装置である。

第１の発明によれば、把持爪は、爪ユニットに対して、仮想円の接線方向に平行な旋回軸線回りに旋回可能であるので、外形が円錐台状の工作物と外形が円筒状の工作物のいずれの工作物であっても工作物の外周面と面接触して適切に把持することができる把持爪を実現できる。

第２の発明によれば、工作物の把持直前において、旋回軸線回りに旋回可能とされた把持爪の方向が、重力等にて旋回限界位置となって適切な方向を向いていない場合や、複数の把持爪のそれぞれが異なる方向に旋回しているような場合を回避して、把持直前の把持爪の方向を、安定した方向（所定旋回位置の方向）に維持することができる。また工作物を把持している場合に弾性部材が変形して旋回した把持爪の方向を、工作物を解放した後では弾性部材の復元によって適切な方向に自動的に戻すことができる。そして、変形と復元が可能な弾性部材を用いることで、把持爪姿勢維持機構を、非常にシンプルな構造で実現することができる。

第３の発明によれば、工作物押出機構は、工作物を把持する際に工作物を押し出すための力を蓄えておき、把持している工作物を解放する際に蓄えていた力を用いて工作物を押し出す。これにより、把持している工作物を解放する際、加工装置に工作物を押し付け密着させることができる。

それぞれの爪ユニットを仮想円の径方向外方あるいは径方向内方に同時に移動させる移動距離は、駆動装置によって決まっており、かつ、あまり大きな距離ではない。従って、種々の径の工作物を加工ラインで加工する場合、把持対象の工作物の径に応じた把持爪に交換しなければならない場合がある。第４の発明によれば、可動部への把持爪（把持爪を有するアダプタ）の着脱が容易であるので、把持対象の工作物の径に応じて把持爪を交換する作業時間をより短縮化することができる。

第５の発明によれば、可動部に対してアダプタを位置決めする位置決め機構を、アダプタ側基準面と可動部側基準面、及び、位置決め凹部とボールプランジャにて、シンプルな構造で実現することができる。

第６の発明によれば、可動部に対して位置決めされたアダプタを固定するアダプタ押付機構を、偏心カムにて、シンプルな構造で実現することができる。

工作物の搬送方向に沿って複数の加工装置及びロボットが配置された加工ラインの例を説明する斜視図である。 ロボットの外観の例を説明する図である。 図２におけるIII方向から見た図であり、ロボットの先端に設けられた工作物把持装置の正面図である。 図３のIV方向から見た図であり、工作物把持装置の側面図である。 爪ユニットにおける可動部、固定部、アダプタ、把持爪の外観の例を説明する側面図である。 爪ユニットにおける可動部、固定部、アダプタの外観の例を説明する斜視図である。 図５においてVII方向から見た図である。 旋回軸線回りに旋回する把持爪と、把持爪の所定旋回位置と、変形と復元する弾性部材と、を説明する図である。 図８におけるIX－IX断面図である。 工作物把持装置にて工作物を把持する順序を説明する図であり、工作物を把持する前、かつ、工作物把持装置が工作物に接触する前の状態を説明する図である。 図１０に示す状態から、工作物把持装置が工作物に押し付けられた状態を説明する図である。 図１１に示す状態から、工作物把持装置が工作物を把持した状態を説明する図である。 図１２に示す状態から、工作物把持装置が工作物を解放した状態を説明する図である。 外形が円錐台状の工作物を把持した状態の例を説明する図である。 外形が円筒状の工作物を把持した状態の例を説明する図である。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。なお、図中にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されている場合、各軸は互いに直交しており、Ｚ軸方向は鉛直上方に向かう方向を示し、Ｘ軸方向とＹ軸方向は水平方向を示している。

●［加工ラインの例（図１）］
図１は、工作物を加工する加工ライン１の例を示している。加工ライン１には、搬送装置Ｃ１、Ｃ２、加工装置Ｓ１、Ｓ２、自走式のロボットＲ等が配置されている。加工装置Ｓ１、Ｓ２は、前後方向に移動するコラム９０と、コラム９０に対して上下方向に移動する主軸頭９１と、工作物が取り付けられて鉛直軸線回りに旋回して左右方向に移動する工作物テーブル９２と、を備えている。工作物テーブル９２は、工作物を内径把持もしくは外径把持する図略のチャック装置を備えている。

搬送装置Ｃ１にて工作物位置Ｗ１に搬送されてきた工作物は、ロボットＲによって把持されて、加工装置Ｓ１の工作物テーブル９２のチャック装置にて工作物位置Ｗ２に内径把持される。例えば工作物位置Ｗ１、Ｗ２の工作物は、鋳物であり、抜き勾配が形成されており、外形が円錐台状とされている。

工作物が工作物位置Ｗ２に内径把持されると、加工装置Ｓ１の工作物テーブル９２が鉛直軸線回りに１８０［°］旋回して工作物がコラム９０の側とされ、コラム９０が前方向に移動し、主軸頭９１が上下方向に移動し、工作物テーブル９２が左右方向に移動することによって、工作物の外周の切削加工が行なわれる。工作物の切削加工が終了すると、コラム９０が後方に移動し、工作物テーブル９２が鉛直軸線回りに１８０［°］旋回して工作物がロボットＲの側となる。

例えば加工装置Ｓ１は、工作物の外周を切削する加工装置であり、円錐台状の工作物の外周を切削して円筒状にする。この場合、ロボットＲは、工作物位置Ｗ１から工作物位置Ｗ２へと工作物を把持して搬送する場合では、円錐台状の外形の工作物を把持し、工作物位置Ｗ２から工作物位置Ｗ３へと工作物を把持して搬送する場合では、円筒状の外形の工作物を把持することになる。

工作物位置Ｗ２に載置された外形が円筒状の工作物は、ロボットＲによって把持されて、加工装置Ｓ２の工作物位置Ｗ３へと搬送される。加工装置Ｓ２の工作物位置Ｗ３へ搬送された工作物は、加工装置Ｓ２の工作物テーブル９２のチャック装置によって外径把持される。工作物が工作物位置Ｗ３に外径把持されると、加工装置Ｓ２の工作物テーブル９２が鉛直軸線回りに１８０［°］旋回して工作物がコラム９０の側とされ、コラム９０が前方向に移動し、主軸頭９１が上下方向に移動し、工作物テーブル９２が左右方向に移動することによって、工作物の内周の切削加工が行なわれる。工作物の切削加工が終了すると、コラム９０が後方に移動し、工作物テーブル９２が鉛直軸線回りに１８０［°］旋回して工作物がロボットＲの側となる。加工後の工作物は加工装置Ｓ２の工作物位置Ｗ３に配置されている。加工装置Ｓ２にて加工されて工作物位置Ｗ３に配置された工作物は、ロボットＲによって把持されて、搬送装置Ｃ２の工作物位置Ｗ４に載置される。

例えば加工装置Ｓ２は、円筒状の工作物の内壁面を加工する加工装置である。この場合、ロボットＲは、工作物位置Ｗ２から工作物位置Ｗ３へと工作物を把持して搬送する場合では、円筒状の外形の工作物を把持し、工作物位置Ｗ３から工作物位置Ｗ４へと工作物を把持して搬送する場合も、円筒状の外形の工作物を把持することになる。

本実施の形態にて説明する工作物把持装置７０は、上記の例におけるロボットＲの先端に取り付けられており、外形が円錐台状の工作物、外形が円筒状の工作物、のいずれの工作物であっても、工作物の外周面と面接触して工作物を適切に把持できる把持爪を有している。

●［ロボットＲの外観（図２）］
次に図２を用いて、ロボットＲの外観等について説明する。ロボットＲは、左右方向に自走する６軸のロボットである。ロボットＲは、案内部Ｔ１（図１参照）、支持部１０、ベース部１１、第１アーム部２１、第２アーム部２２、第３アーム部２３、第１手首部２４、第２手首部２５、工作物把持装置７０等を有している。

案内部Ｔ１（図１参照）は、加工装置Ｓ１、Ｓ２（図１参照）の前面の床面において、左右方向に延びるように立設されている。支持部１０は、案内部Ｔ１（図１参照）に左右方向に移動可能に案内支持され、案内部Ｔ１の図略のラックに噛み合うピニオンと、ピニオンを回転駆動するサーボモータを有している。

ベース部１１は、支持部１０に対して鉛直方向のロボット旋回軸線Ｊ１回りに旋回するようになっている。そしてベース部１１の先端部には、ベース部１１に対してロボット旋回軸線Ｊ１に直交する方向と平行なロボット旋回軸線Ｊ２回りに旋回可能となるように第１アーム部２１の一方端が接続されている。そして第１アーム部２１の他方端には、第１アーム部２１に対してロボット旋回軸線Ｊ２に平行なロボット旋回軸線Ｊ３回りに旋回可能となるように第２アーム部２２の一方端が接続されている。

第２アーム部２２の他方端には、第２アーム部２２に対してロボット旋回軸線Ｊ３に直交する方向と平行なロボット旋回軸線Ｊ４回りに旋回可能となるように第３アーム部２３の一方端が接続されている。そして第３アーム部２３の他方端には、第３アーム部２３に対してロボット旋回軸線Ｊ４に直交する方向と平行なロボット旋回軸線Ｊ５回りに旋回可能となるように第１手首部２４の一方端が接続されている。

第１手首部２４の他方端には、第１手首部２４に対してロボット旋回軸線Ｊ５に直交する把持装置旋回軸線Ｊ６回りに旋回可能となるように第２手首部２５の一方端が接続されている。そして第２手首部２５の他方端の側には、工作物把持装置７０が設けられている。なお、図２では、各アーム部等をそれぞれのロボット旋回軸線回り、把持装置旋回軸線回りに旋回させる旋回モータ等の記載を省略している。

工作物把持装置７０は、複数の爪ユニット７２と、駆動装置７１と、それぞれの爪ユニット７２に設けられて工作物を把持する把持爪７３と、を有している。

●［工作物把持装置７０の外観（図３、図４）］
次に図３及び図４を用いて、工作物把持装置７０の外観等について説明する。図３に示すように、爪ユニット７２は、第２手首部２５の外周面に設けられており、把持対象の工作物の外周に沿った仮想円Ｖ１の周方向に沿って等間隔で配置されている。なお、本実施の形態の説明では、３つの爪ユニット７２を有する工作物把持装置７０にて説明する。

駆動装置７１は、第２手首部２５の一端に取り付けられており、圧縮エア等によって駆動されるシリンダ７１Ａと、３つの爪ユニット７２をスライドさせる３つのスライダ７１Ｂとを有する。シリンダ７１Ａのピストンの動きは、カム機構により３つのスライダ７１Ｂに伝達されるように構成されている。そして３つのスライダ７１Ｂにそれぞれの爪ユニット７２が取り付けられ、駆動装置７１は、それぞれの爪ユニット７２を仮想円Ｖ１の径方向外方あるいは径方向内方に同時に移動させる。

それぞれの把持爪７３は、それぞれの爪ユニット７２に対して仮想円Ｖ１の接線方向に略平行な把持爪旋回軸線ＪＵ１～ＪＵ３を有して、把持爪旋回軸線ＪＵ１～ＪＵ３回りに旋回可能となるように、それぞれの爪ユニット７２に支持されている。そして、それぞれの把持爪７３は、仮想円Ｖ１の内径側に設けられた把持面７３Ｍにて工作物Ｗを把持可能である（図４参照）。

それぞれの爪ユニット７２は、図３及び図４に示すように、可動部７４、アダプタ７５、固定部７６を有している。以降では、図３において把持爪旋回軸線ＪＵ１を有する爪ユニット７２の詳細を説明し、把持爪旋回軸線ＪＵ２、ＪＵ３を有する爪ユニットは同様であるので説明を省略する。

●［可動部７４、アダプタ７５、固定部７６の構造（図４～図９）］
可動部７４は、図５に示すように、駆動装置７１によって仮想円Ｖ１（図３参照）の径方向外方（図５中のＦ３方向）あるいは径方向内方（図５中のＦ２方向）に移動する。また可動部７４には、図５及び図６に示すように、固定部７６が設けられる。

可動部７４には、図５及び図６に示すように、アダプタ７５のアダプタアーム部７５Ｆを挿通するための挿通空間７４Ｓが形成されている。また図４～図６に示すように、アダプタアーム部７５Ｆを挿通空間７４Ｓに挿通した際に、可動部７４においてアダプタアーム部７５Ｆのアダプタ側基準面７５Ｍと対向して接する位置には、可動部側基準面７４Ｍが形成されている。また図４～図６に示すように、アダプタアーム部７５Ｆを挿通空間７４Ｓに挿通した際に、可動部７４においてアダプタアーム部７５Ｆに形成された位置決め凹部７５Ｐと対向する位置には、挿通空間７４Ｓ内に突出してアダプタアーム部７５Ｆの側に付勢されたボールプランジャ７４Ｐが設けられている。可動部側基準面７４Ｍとアダプタ側基準面７５Ｍにて、可動部７４に対するアダプタ７５の位置を位置決めする位置決め機構Ｍ３が構成されており、位置決め凹部７５Ｐと当該位置決め凹部７５Ｐに嵌合するボールプランジャ７４Ｐにて、可動部７４に対するアダプタ７５の位置を位置決めする位置決め機構Ｍ４が構成されている。

また図６に示すように、可動部７４に設けられる固定部７６の位置に対してアダプタアーム部７５Ｆの側には、挿通空間７４Ｓに挿通されたアダプタアーム部７５Ｆを固定部７６の側に露出させる押付開口部７４Ｋが開口されている。そして押付開口部７４Ｋの近傍には、偏心カム７６Ａのカム軸を挿通するためのカム軸穴７４Ｈが形成されている。固定部７６は、図６に示すように偏心カム７６Ａと押付部材７６Ｂを有しており、図６に示す押付部材７６Ｂの長穴には、偏心カム７６Ａのカム軸が挿通され、当該カム軸は可動部７４のカム軸穴７４Ｈに挿通されてナット７６Ｃにて固定され、図５に示すように固定部７６が配置される。カム軸穴７４Ｈに固定部７６（偏心カム７６Ａと押付部材７６Ｂ）が配置されると、押付部材７６Ｂは、図６に示す押付開口部７４Ｋに配置される。

アダプタ７５のアダプタアーム部７５Ｆは、図５及び図６に示す挿通空間７４Ｓに挿通されると、図４に示すように、固定部７６と可動部７４に挟まれた状態となる。そして上述したように、アダプタアーム部７５Ｆは、図５及び図６に示すアダプタ側基準面７５Ｍと可動部側基準面７４Ｍ、位置決め凹部７５Ｐとボールプランジャ７４Ｐ、によって可動部７４に対する位置が位置決めされる（図４参照）。偏心カム７６Ａは偏心しているので、図４に示した状態から偏心カム７６Ａを時計回り方向に回転させていくと、偏心カム７６Ａは押付部材７６Ｂをアダプタアーム部７５Ｆに押し付けていき、アダプタアーム部７５Ｆを可動部７４に強固に固定する。このように、カム軸穴７４Ｈに取り付けられたカム軸７６Ａと押付部材７６Ｂにてアダプタ押付機構Ｍ５が構成されている。

また、図４及び図５に示すように、アダプタアーム部７５Ｆには、押出付勢部材７５Ａ、押出支持部材７５Ｂ、押出部材７５Ｃを有する工作物押出機構Ｍ２が設けられている。押出部材７５Ｃは、押出支持部材７５Ｂによって、把持装置旋回軸線Ｊ６（図３に示すように仮想円Ｖ１の面に直交する仮想軸線に相当）に沿う方向に往復移動可能に支持されている（案内されている）。また押出部材７５Ｃは、把持装置旋回軸線Ｊ６に沿って把持爪７３に近づく方向へと、弾性部材等によって付勢された押出付勢部材７５Ａによって付勢されている。この付勢によって、工作物を把持していない場合では、押出部材７５Ｃとアダプタアーム部７５Ｆとの間には、図５に示すように、隙間ΔＨが形成されている。

図７は、図５における把持爪７３の周囲をＶＩＩ方向から見た図である。また図８は、図５における把持爪７３の周囲の拡大図であり、図９は、図８におけるＩＸ－ＩＸ断面図である。図５及び図７～図９に示すように、アダプタアーム部７５Ｆには、把持爪支持部７５Ｅが固定されており、把持爪支持部７５Ｅに対して把持爪７３は、把持爪旋回軸線ＪＵ１回りに旋回可能となるように支持されている。把持爪７３は、把持する工作物と対向する側に、工作物の外周面と面接触する把持面７３Ｍを有している。把持面７３Ｍは、図３に示すように、仮想円Ｖ１の径に対応する円弧形状とされている。また把持爪７３における把持面７３Ｍとは反対の側には、凹状とされた被支持凹部７３Ａが形成されている。図５及び図７～図９に示すように、被支持凹部７３Ａには弾性部材７５Ｄが挿通されている。そして図７及び図９に示すように、弾性部材７５Ｄは、把持爪支持部７５Ｅに対して姿勢が可変となるように支持されている。そして弾性部材７５Ｄは、図９に示すように、つば７５ＤＡにて抜けることが防止されている。

弾性部材７５Ｄは、変形と復元が可能な弾性体で形成されており、図７に示すように、姿勢も可変とされている。このため、弾性部材７５Ｄは、例えば、外力が印加されていない状態（工作物を把持していない状態）では、図５、図７、図９に示す位置及び形状が維持され、把持爪旋回軸線ＪＵ１回りに旋回可能に支持された把持爪７３を、図５に示す所定旋回位置に維持する。また図８において実線にて示す把持爪７３が所定旋回位置であり、例えば外形が円筒面の工作物に対して把持面７３Ｍが面接触するように所定旋回位置が設定されている。つまり、把持面７３Ｍが、把持装置旋回軸線Ｊ６（図３に示す仮想円Ｖ１の面に直交する仮想軸線）と平行となるように所定旋回位置が設定されている。把持爪７３は、図８において二点鎖線にて示すように、把持爪旋回軸線ＪＵ１回りに、実線にて示す所定旋回位置から、時計回り方向及び反時計回り方向に、旋回角度θで旋回可能である。この把持爪７３の旋回によって、工作物の外形が円錐台状であっても、円筒状であっても、工作物の外形に沿って把持爪７３が旋回できるので、把持爪７３の把持面７３Ｍを、工作物の外周面に面接触させることができる。

●［工作物把持装置７０にて、外形が円錐台状の工作物を把持する様子と、把持した工作物を解放した様子（図１０～図１３）］
以上に説明した構造を有する工作物把持装置７０を用いて、外形が円錐台状の工作物を把持する様子と、当該工作物を解放する様子について、図１０～図１３を用いて説明する。

図１０～図１３は、図１において工作物位置Ｗ１に載置されている外形が円錐台状の工作物Ｗを、ロボットＲの工作物把持装置７０にて把持して、工作物位置Ｗ２まで搬送して工作物位置Ｗ２にて工作物Ｗを解放した場合の様子を示している。

図１０は、工作物位置Ｗ１に載置されている工作物Ｗに対して、工作物把持装置７０を接近させた状態であって、工作物把持装置７０が工作物Ｗに接触する前の状態を示している。この状態では、可動部７４は、径方向外方（図１３に示すＦ３の方向）に移動されている。また、工作物把持装置７０が工作物Ｗに接触していないので、押出部材７５Ｃは、押出付勢部材７５Ａによって工作物Ｗの方向に付勢されており、押出部材７５Ｃとアダプタアーム部７５Ｆとの間には隙間ΔＨが形成されている。また把持爪７３も工作物Ｗに接触していないので、所定旋回位置に保持されている。なお、この場合の所定旋回位置は、外形が円筒状の工作物の外周面に対して、把持爪７３の把持面７３Ｍが平行となる旋回位置であり、把持面７３Ｍが把持装置旋回軸線Ｊ６（図３に示す仮想円Ｖ１の面に直交する仮想軸線に相当）と平行となる旋回位置に設定されている。なお、図１０の状態は、工作物Ｗの外周面と把持面７３Ｍとの間には隙間ΔＲが形成されている例を示している。

図１１は、図１０に示した状態から、把持装置旋回軸線Ｊ６に沿って工作物把持装置７０を工作物Ｗの方向（図１１中のＦ１の方向）に移動させ、工作物把持装置７０を工作物Ｗに押し付けた状態を示している。この状態では、押出部材７５Ｃ（及び押出付勢部材７５Ａと押出支持部材７５Ｂ）が工作物Ｗによって工作物Ｗとは反対の側（Ｆ１の方向とは反対の側）に押し込まれ、図１０に示す隙間ΔＨが無くなる。この場合、押出部材７５Ｃ（及び押出付勢部材７５Ａと押出支持部材７５Ｂ）を工作物Ｗの反対の側に押し込んだ力は、押出付勢部材７５Ａに蓄えられている。図１１に示すように、工作物Ｗを把持爪７３にて把持する前に、仮想円Ｖ１（図３参照）の面に直交する仮想軸線（把持装置旋回軸線Ｊ６）の方向に沿って爪ユニット７２を工作物Ｗに押し付けた際に、工作物Ｗとは反対の方向である被押込方向（図１１に示すＦ１とは反対の方向）に、押出付勢部材７５Ａ、押出支持部材７５Ｂ、押出部材７５Ｃ（すなわち、工作物押出機構）が押し込まれる。

図１２は、図１１に示した状態から、駆動装置７１にて可動部７４を径方向内方（図１２中のＦ２の方向）に移動させ、工作物Ｗを把持爪７３にて把持した状態を示している。この状態では、押出付勢部材７５Ａ、押出支持部材７５Ｂ、押出部材７５Ｃは、押し込まれた状態が維持され、把持爪７３の把持面７３Ｍが、工作物Ｗの外周面と面接触している。また工作物Ｗの外形が円錐台状であるので、把持爪７３は、角度θ１で傾斜した工作物Ｗの外周面と把持面７３Ｍとが面接触するように、把持爪旋回軸線ＪＵ１回りに自動的に旋回する。把持爪７３が旋回すると、弾性部材７５Ｄは、被支持凹部７３Ａによって変形され、姿勢も変化する。この図１２に示した把持状態にて、工作物Ｗは、図１に示す工作物位置Ｗ１から工作物位置Ｗ２へと搬送される。

図１３は、図１２に示した状態から、駆動装置７１にて可動部７４を径方向外方（図１３に示すＦ３の方向）に移動させて、把持爪７３を工作物Ｗから離間させ、工作物Ｗを解放した状態を示している。この状態では、把持爪７３と工作物Ｗとの間には、図１１と同様の隙間ΔＲが形成されている。工作物Ｗを解放したときには、押出付勢部材７５Ａに蓄えられていた力が開放され、押出部材７５Ｃが工作物Ｗを爪ユニット７２から離間する方向（被押込方向とは反対の方向）に押し出す。また、変形及び姿勢が変えられていた弾性部材７５Ｄが、変形から復元するとともに姿勢が戻り、把持爪７３を所定旋回位置へと自動的に旋回させる。

●［外形が円錐台状の工作物を把持した状態（図１４）と、外形が円筒状の工作物を把持した状態（図１５）］
図１５は、外形が円筒状の工作物Ｗを把持している状態の例を示している。例えば図１において、ロボットＲが、工作物位置Ｗ３の工作物を、工作物位置Ｗ４へと搬送する際の工作物の把持状態を示している。外形が円筒状の工作物Ｗを把持した場合、把持爪７３の所定旋回位置（把持装置旋回軸線Ｊ６と把持面７３Ｍとが平行となる旋回位置）からの旋回の角度θ２はほとんどゼロである。従って、弾性部材７５Ｄは変形せず、姿勢も変化しない。つまり、工作物Ｗを把持しているときも、工作物Ｗを解放したときも、把持爪７３の旋回位置は、所定旋回位置に維持される。

図１４は、図１２における把持爪７３の周囲の拡大図であり、外形が円錐台状の工作物Ｗを把持している状態の例を示している。外形が円錐台状の工作物Ｗを把持した場合、把持爪７３は、工作物Ｗの外周面の傾斜の角度θ１に沿って、所定旋回位置（把持装置旋回軸線Ｊ６と把持面７３Ｍとが平行となる旋回位置）から自動的に角度θ１で旋回し、把持面７３Ｍが工作物Ｗの外周面に面接触する。このとき、弾性部材７５Ｄは被支持凹部７３Ａによって変形され、姿勢も変化する。

つまり、外形が円錐台状の工作物Ｗを把持した場合、弾性部材７５Ｄ（把持爪姿勢維持機構）は、被支持凹部７３Ａによって変形されて（姿勢も変化されて）、把持爪７３の把持面７３Ｍが接触している工作物の表面である工作物被把持面（外周面）に沿って把持爪旋回軸線ＪＵ１回りに把持爪７３が旋回することを許容する。

そして、工作物Ｗを解放して把持爪７３が工作物Ｗを把持していない場合では、変形から復元（姿勢も復元）した弾性部材７５Ｄが、把持爪７３の把持爪旋回軸線ＪＵ１回りの旋回位置を所定旋回位置（把持装置旋回軸線Ｊ６と把持面７３Ｍとが平行となる旋回位置）へと自動的に戻す。

●［本願の効果］
以上に説明したように、本実施の形態にて説明した工作物把持装置７０は、把持爪７３が把持爪旋回軸線ＪＵ１回りに旋回可能とされているので、外形が円筒状の工作物、外形が円錐台状の工作物、のいずれであっても、工作物の外周面に把持面７３Ｍを面接触させて、工作物を適切に把持することができる。

また、弾性部材７５Ｄと被支持凹部７３Ａにて構成された把持爪姿勢維持機構Ｍ１を有することで、工作物を把持していない状態では、把持爪７３の旋回位置を安定的に所定旋回位置に維持または復元し、工作物を把持した状態では、把持爪７３の把持爪旋回軸線ＪＵ１（ＪＵ２、ＪＵ３）回りの旋回を適切に許容することができる。

また、押出付勢部材７５Ａ、押出支持部材７５Ｂ、押出部材７５Ｃにて構成された工作物押出機構Ｍ２を有することで、把持していた工作物を解放する際、加工装置に工作物を押し付けて密着させることができる。

また、アダプタ７５のアダプタアーム部７５Ｆのアダプタ側基準面７５Ｍ及び位置決め凹部７５Ｐと、可動部７４の可動部側基準面７４Ｍ及びボールプランジャ７４Ｐと、にて構成される位置決め機構Ｍ３、Ｍ４を有することで、可動部７４に対してアダプタ７５を取り付けた際（または交換した際）の位置決めを、容易かつ短時間で行うことができる。さらに、位置決めしたアダプタ７５を可動部７４に強固に固定するために、偏心カム７６Ａと押付部材７６Ｂにて構成されたアダプタ押付機構Ｍ５を有することで、偏心カム７６Ａを旋回させるだけで固定と解放が容易であるので、アダプタ７５の取り付けまたは交換を、非常に容易に、かつ、短時間で行うことができる。

本発明の、工作物把持装置７０は、本実施の形態で説明した構成、構造、形状、外観等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、把持爪姿勢維持機構Ｍ１（弾性部材７５Ｄと被支持凹部７３Ａ）、工作物押出機構Ｍ２（押出付勢部材７５Ａと押出支持部材７５Ｂと押出部材７５Ｃ）、位置決め機構Ｍ３（可動部側基準面７４Ｍとアダプタ側基準面７５Ｍ）、位置決め機構Ｍ４（ボールプランジャ７４Ｐと位置決め凹部７５Ｐ）、アダプタ押付機構Ｍ５（偏心カム７６Ａと押付部材７６Ｂ）等を省略してもよい。

また、把持爪姿勢維持機構Ｍ１（弾性部材７５Ｄと被支持凹部７３Ａ）、工作物押出機構Ｍ２（押出付勢部材７５Ａと押出支持部材７５Ｂと押出部材７５Ｃ）、位置決め機構Ｍ３（可動部側基準面７４Ｍとアダプタ側基準面７５Ｍ）、位置決め機構Ｍ４（ボールプランジャ７４Ｐと位置決め凹部７５Ｐ）、アダプタ押付機構Ｍ５（偏心カム７６Ａと押付部材７６Ｂ）の形状や構造、構成等は、本実施の形態にて説明した形状、構造、構成等に限定されるものではなく、種々の構造や構成等とすることができる。

本実施の形態の説明では、把持爪７３の所定旋回位置を、把持面７３Ｍが把持装置旋回軸線Ｊ６と平行となる位置とした例を説明したが、把持面７３Ｍが把持装置旋回軸線Ｊ６に対して所定傾斜角度で傾斜する位置を所定旋回位置としてもよい。

１ 加工ライン
１０ 支持部
１１ ベース部
２１ 第１アーム部
２２ 第２アーム部
２３ 第３アーム部
２４ 第１手首部
２５ 第２手首部
７０ 工作物把持装置
７１ 駆動装置
７１Ａ シリンダ
７１Ｂ スライダ
７２ 爪ユニット
７３ 把持爪
７３Ａ 被支持凹部（把持爪姿勢維持機構）
７３Ｍ 把持面
７４ 可動部
７４Ｈ カム軸穴
７４Ｋ 押付開口部
７４Ｍ 可動部側基準面（位置決め機構）
７４Ｐ ボールプランジャ（位置決め機構）
７４Ｓ 挿通空間
７５ アダプタ
７５Ａ 押出付勢部材（工作物押出機構）
７５Ｂ 押出支持部材（工作物押出機構）
７５Ｃ 押出部材（工作物押出機構）
７５Ｄ 弾性部材（把持爪姿勢維持機構）
７５Ｅ 把持爪支持部
７５Ｆ アダプタアーム部
７５Ｍ アダプタ側基準面（位置決め機構）
７５Ｐ 位置決め凹部（位置決め機構）
７６ 固定部
７６Ａ 偏心カム（アダプタ押付機構）
７６Ｂ 押付部材（アダプタ押付機構）
Ｃ１、Ｃ２ 搬送装置
Ｊ１～Ｊ５ ロボット旋回軸線
Ｊ６ 把持装置旋回軸線（仮想軸線）
ＪＵ１、ＪＵ２、ＪＵ３ 把持爪旋回軸線
Ｍ１ 把持爪姿勢維持機構
Ｍ２ 工作物押出機構
Ｍ３ 位置決め機構
Ｍ４ 位置決め機構
Ｍ５ アダプタ押付機構
Ｒ ロボット
Ｓ１、Ｓ２ 加工装置
Ｖ１ 仮想円
Ｗ 工作物
Ｗ１～Ｗ４ 工作物位置
ΔＨ、ΔＲ 隙間

Claims (5)

1. 把持対象の工作物の外周に沿った仮想円の周方向に沿って配置された複数の爪ユニットと、
   それぞれの前記爪ユニットを前記仮想円の径方向外方あるいは径方向内方に同時に移動させる駆動装置と、
   前記爪ユニットに対して前記仮想円の接線方向に略平行な把持爪旋回軸線を有して前記把持爪旋回軸線回りに旋回可能となるように前記爪ユニットに支持され、前記仮想円の内径側に設けられた把持面にて前記工作物を把持する把持爪と、
   を有し、
   前記爪ユニットには、把持爪姿勢維持機構が設けられており、
   前記把持爪姿勢維持機構は、
   変形と復元が可能な弾性部材を有しており、
   前記把持爪が前記工作物を把持していない場合では、復元した前記弾性部材によって、前記把持爪の前記把持爪旋回軸線回りの旋回位置を所定旋回位置に戻し、
   前記把持爪が前記工作物を把持している場合では、前記弾性部材が変形して、前記把持爪の前記把持面が接触している前記工作物の表面である工作物被把持面に沿って前記把持爪旋回軸線回りに前記把持爪が旋回することを許容し、
   前記爪ユニットには、工作物押出機構が設けられており、
   前記工作物押出機構は、
   前記工作物を前記把持爪にて把持する前に前記仮想円の面に直交する仮想軸線の方向に沿って前記爪ユニットを前記工作物に押し付けた際に前記工作物とは反対の方向である被押込方向に押し込まれ、
   前記把持爪にて把持している前記工作物を解放した際に前記被押込方向とは反対の方向に前記工作物を押し出す、
   工作物把持装置。
2. 把持対象の工作物の外周に沿った仮想円の周方向に沿って配置された複数の爪ユニットと、
   それぞれの前記爪ユニットを前記仮想円の径方向外方あるいは径方向内方に同時に移動させる駆動装置と、
   前記爪ユニットに対して前記仮想円の接線方向に略平行な把持爪旋回軸線を有して前記把持爪旋回軸線回りに旋回可能となるように前記爪ユニットに支持され、前記仮想円の内径側に設けられた把持面にて前記工作物を把持する把持爪と、
   を有し、
   前記爪ユニットには、把持爪姿勢維持機構が設けられており、
   前記把持爪姿勢維持機構は、
   変形と復元が可能な弾性部材を有しており、
   前記把持爪が前記工作物を把持していない場合では、復元した前記弾性部材によって、前記把持爪の前記把持爪旋回軸線回りの旋回位置を所定旋回位置に戻し、
   前記把持爪が前記工作物を把持している場合では、前記弾性部材が変形して、前記把持爪の前記把持面が接触している前記工作物の表面である工作物被把持面に沿って前記把持爪旋回軸線回りに前記把持爪が旋回することを許容し、
   それぞれの前記爪ユニットは、
   前記駆動装置によって前記仮想円の径方向外方あるいは径方向内方に移動する可動部と、
   前記可動部と固定部に挟まれるように配置されたアダプタと、
   前記可動部に対して前記アダプタを固定する前記固定部と、
   を有し、
   前記アダプタに前記把持爪が設けられている、
   工作物把持装置。
3. 請求項１に記載の工作物把持装置であって、
   それぞれの前記爪ユニットは、
   前記駆動装置によって前記仮想円の径方向外方あるいは径方向内方に移動する可動部と、
   前記可動部と固定部に挟まれるように配置されたアダプタと、
   前記可動部に対して前記アダプタを固定する前記固定部と、
   を有し、
   前記アダプタに前記把持爪が設けられている、
   工作物把持装置。
4. 請求項２または３に記載の工作物把持装置であって、
   前記アダプタには、
   アダプタ側基準面と、位置決め凹部と、が設けられており、
   前記可動部には、
   前記アダプタ側基準面と対向して接する可動部側基準面と、前記位置決め凹部に嵌合するボールプランジャと、が設けられており、
   前記固定部には、
   前記可動部に対して前記アダプタを押し付けて固定するアダプタ押付機構が設けられている、
   工作物把持装置。
5. 請求項４に記載の工作物把持装置であって、
   前記アダプタ押付機構は、偏心カムを有している、
   工作物把持装置。

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