JP7384381B2

JP7384381B2 - 電動グリッパ

Info

Publication number: JP7384381B2
Application number: JP2019181738A
Authority: JP
Inventors: 英明佐藤
Original assignee: Key Safety Systems Japan KK
Current assignee: Key Safety Systems Japan KK
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2023-11-21
Anticipated expiration: 2039-10-01
Also published as: JP2021053786A

Description

本発明は、ワーク等の部材を把持する電動グリッパに係り、特に把持される部材の位置を検出し得る電動グリッパに関する。

従来、モータの回転を左右ネジ部を有するネジ軸に伝達し、該ネジ軸の左右ネジ部にそれぞれ左右のナット部を螺合し、これらナット部材に連結した把持部を直線方向に緩動自在に支持した電動グリッパは存在する（特許文献１）。該電動グリッパは、モータの回転により１対の把持部を互いに近接するように移動して、異なるワークを同一軸心位置で把持し得る。

また、上述と同様に、モータで回転されるネジ軸の左右ネジ部に把持部をスライド自在に支持したロボット装置用モジュールが提案されている（特許文献２）。該ロボット装置用モジュールは、モータにサーボモータを用い、左右の把持部（ジョー）を任意の位置で停止したり、左右の把持部を高速度で駆動して、ワークを把持する寸前で把持部の動きを減速させることにより、ワークに対する衝撃を与えずに把持することが可能となる。

また、該ロボット装置用モジュールは、駆動用の上記サーボモータに連動して位置検出用のエンコーダが設けられており、把持部がワークを把持する際に、把持部の位置を検出することができる。

特開昭５６－１３４１９２号公報特開平６－１１４７６０号公報

上記特許文献１の電動グリッパは、ナット部と把持部との間に緩衝バネが介在しており、把持部がワークを把持する状態では左右のナット部に配置された各緩衝バネがそれぞれ圧縮され、把持衝撃を緩和することが可能であるが、把持部がワークを把持した状態では、左右のナット部とそれぞれの把持部との間の緩衝バネの圧縮度が相違し、ワークの工作機械への供給位置又は取出し位置の精度が十分ではない。

また、上記特許文献２のロボット装置用モジュールは、サーボモータの制御によりワークに対する衝撃を緩和することが可能であるが、サーボモータの設定、特にサイズの異なるワークの場合又は把持位置、解放位置が一定でない場合、その制御操作が面倒であり、工作機械へのワークの供給又は取出し等の通常の電動グリッパとして使用することは困難である。

また、位置検出用エンコーダをサーボモータに直結連結して設けているため、該エンコーダは、モータと把持部との間の伝動誤差、例えばモータとネジ軸との間のギヤのバックラッシュ、左右ネジ部とナット部との螺合隙間の影響を受けて、高い精度で検出することはできず、精度の高い把持部の位置決め制御は、困難である。

そこで、本発明は、比較的簡単な構成でもって、衝撃荷重を緩和して、高精度の把持部の把持を可能とし、もって上述した課題を解決した電動グリッパを提供することを目的とする。

本発明は、モータ（１０）の回転を、左ネジ部（１２ａ）及び右ネジ部（１２ｂ）を有するネジ軸（１２）に伝動し、前記左ネジ部及び右ネジ部に直動案内される左ナット部（１４ａ）及び右ナット部（１４ｂ）を螺合して、前記左ナット部及び右ナット部にそれぞれ把持部（７，７）を設けた電動グリッパ（１）において、
ケース（２）に、前記モータ（１０）及び前記ネジ軸（１２）を平行に配置し、
前記モータ（１０）の出力軸（１０ａ）と前記ネジ軸（１２）とを、前記ケース（２）の一側方に配置した伝動経路（Ｄ）で連動し、
前記伝動経路（Ｄ）に、相対回転可能に支持された２個の部材（２５）（２６）を隣接して配置し、前記２個の部材に形成したピン孔（２５ａ）（２６ａ）にピン（２７）を嵌挿して連結し、
前記２個の部材は、前記モータ（１０）の出力軸（１０ａ）に固定されたギヤカップリング（２５）と前記ネジ軸に設けられたギヤ（１８）に噛合するギヤ（２６）とからなり、
前記ピン（２７）とピン孔（２６ａ）との連結部分に前記把持部（７，７）が被把持部材を把持する把持力より大きな衝撃荷重（Ｋ）を吸収する緩衝部材（２９）を介在する、ことを特徴とする。

前記ピン（２７）の一方のピン孔（２６ａ）部分に環状ゴム製の緩衝部材（２９）（２９_２）を被嵌して、前記衝撃荷重により該緩衝部材が前記ピン（２７）と一方のピン孔（２６ａ）との間で変形して、該衝撃荷重を吸収してなる。

前記環状ゴム製の緩衝部材がＯリング（２９）である。

前記左ナット部（１４ａ）及び右ナット部（１４ｂ）のいずれか一方にスケール（２０）を固定し、前記モータ（１０）及びネジ軸（１２）を収納するケース（２）に、前記スケール（２０）を検出し得るエンコーダ（２１）を配置してなる。

前記モータ（１０）を前記ケース（２）の上側に配置し、前記ネジ軸（１２）を前記ケース（２）の下側に配置し、
前記ケース（２）の上側に配置した前記モータ（１０）を上ケース（３）に挟込むようにして、該モータを設置し、
前記ケース（２）の前記ネジ軸（１２）の下方にレール（１６）を配置し、前記左ナット部（１４ａ）及び右ナット部（１４ｂ）に、それぞれ前記レール（１６）に係合して直動案内するリニアガイド（１７ａ）（１７ｂ）を固定してなる。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより特許請求の範囲の記載に何等影響を及ぼすものではない。

請求項１に係る本発明によると、電動モータからネジ軸への伝動経路に、把持力より大きな衝撃荷重を吸収する緩衝部材を介在したので、比較的簡単な構成であって、把持部が被把持部材を把持する際又は把持部がエンド部材に衝接する際に生ずる瞬間的な衝撃荷重を上記緩衝部材が変形することにより吸収することができる。これにより、把持部に作用する衝撃荷重が緩和され、被把持部材を滑らかに把持することができ、かつ伝動経路における回転伝動力の衝撃吸収であるので、サーボモータ等の高度の制御を必要とする複雑で高価なモータを用いることなく、ＤＣモータ等の通常のモータを用いて、把持部の把持位置は、高い精度で保持され、かつワーク等の被把持部材及びギヤ等の伝動部材に作用する衝撃荷重は低減されて、高精度の把持部による把持を長期間に亘って維持することができる。

また、隣接する２個の部材をピンで連結し、該ピンとピン孔との連結部分に前記緩衝部材を介在するので、緩衝部材をコンパクトに配置して、電動グリッパの小型化を図ることができる。
更に、モータ及びネジ軸を平行に配置し、モータ出力軸とネジ軸とを伝動経路で連動したので、全体で略々長方形のコンパクトな構成からなり、かつ上記緩衝部材を介在する２個の部材を、モータ出力軸に固定されたギヤカップリングと隣接するギヤとしたので、ネジ軸の長さを確保することができる。

請求項２に係る本発明によると、ピンと一方のピン孔部分に環状ゴム製の緩衝部材を被嵌する簡単な構成でもって、衝撃荷重を該環状ゴム製の緩衝部材の弾性変形により吸収することができる。

請求項３に係る本発明によると、緩衝部材がＯリングであるので、シール部材として一般的なＯリングを緩衝部材に適用して、該Ｏリングがピンへの装着及びピン孔への嵌挿が容易であることが相俟って、大幅なコストダウン及び組立て性の向上を図ることができ、かつＯリングは、相当の厚さを有し、衝撃荷重を高い割合で吸収することができる。

請求項４に係る本発明によると、左右ナット部の一方にスケールを固定し、該スケールをケースに配置したエンコーダで検出するので、一方のナット部の直動移動位置を直接エンコーダで監視することができ、伝動経路のバックラッシュやヒステリシスの影響を受けずに、正確に把持部材位置を検出することができ、かつ一方のナット部の検出により、ネジ軸で一体化されている他方のナット部の位置も認識でき、比較的簡単な構成でもって、電動グリッパの高い精度での位置決め制御が可能となる。

請求項５に係る本発明によると、ケースの上側にモータを載置し、該モータをケースと上ケースで挟込むようにして設置したので、モータの組付けや交換を容易に行うことができる。また、ケースの下側にネジ軸を配置し、該ネジ軸の下側にレールを配置して、該レールにナット部に一体のリニアガイドを係合して、左右ナット部を直動案内するので、レールは、上記直動案内の外、ネジ軸のグリースを収納するカバーを兼用することが可能となる。

本発明に係る電動グリッパの全体を示す図で、（Ａ）及び（Ｂ）は異なる方向からみた斜視図。電動グリッパの中央断面図。電動グリッパ全体の分解斜視図。電動グリッパの主要部を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は側面図。電動グリッパのモータ及びモータからの出力部分を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は分解斜視図。把持部がワークを把持する際の把持力を示す図で、（Ａ）は緩衝部材がない場合を示し、（Ｂ）は緩衝部材がある場合を示す。緩衝部材を変更したモータの出力部分を示す斜視図。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。電動グリッパ１は、図１に示すように、ケース２に、上ケース３が固定されると共にカバー５及び側面カバー６が固定されて、全体で略々長方形からなり、下方に２本の把持部７，７が突出している。

電動グリッパ１は、図２及び図３に示すように、ケース２上面のモータ収納部２ａと上ケース３下面のモータ収納部３ａとの間に、可撓性シート９，９を介在してギヤ付きＤＣモータからなるモータ１０が挟み込まれるように収納され、該モータ１０は、上ケース３をケース２にボルトで固定することにより配置される。ケース２下部の両側に延びる支持部２ｂ，２ｃにベアリング１１，１３を介してネジ軸１２が回転自在に支持されている。ネジ軸１２は、巻方向の異なる左ネジ部（又は右ネジ部）１２ａと右ネジ部（又は左ネジ部）１２ｂとを左右に有し、これら左ネジ部１２ａと右ネジ部１２ｂにそれぞれ左ナット部１４ａ及び右ナット部１４ｂが螺合している。また、上記ネジ軸１２一端の支持部２ｂの外側にはギヤ１８が一体に固定されている。

図３及び図４に示すように、ケース２の左右支持部２ｂ，２ｃ下端に下部プレート１５が固定されており、該下部プレートの上面にはレール１６が一体に固定されている。上記左ナット部１４ａ及び右ナット部１４ｂの下面にはリニアガイド１７ａ，１７ｂがそれぞれ固定されており、リニアガイド１７ａ，１７ｂは、それぞれレール１６の両側面の凹溝に係合して、レールに沿う直動方向に移動自在に支持されている。上記左右のナット部１４ａ，１４ｂの両側面には前記把持部７，７のプレート部７ａ，７ａがなべ小ネジにより一体に固定されており、これら把持部７，７は、下方に延びてワーク等の被把持部材を把持し又は解放し得る。

一方（左側）のナット部１４ｂの一側上部にはスケールホルダ１９を介してスケール２０が一体に固定される。また、ケース２の上記スケール２０が位置する側にはリニアエンコーダ２１が配置されており、該リニアエンコーダ２１は、上記スケール２０を検出して、一方のナット部１４ｂの位置、従って左右対称に移動し得る両把持部７，７の位置及び間隔を検出し得る。

図５に示すように、前記モータ１０の出力軸１０ａにはギヤカップリング２５が相対回転不能に支持されており、また、該ギヤカップリング２５の外側に延びるスリーブ２５ｃにはギヤ２６が回転自在に支持されており、これらギヤカップリング２５及びギヤ２６はスナップリング２８により出力軸１０ａに抜止めされて支持されている。円板状のギヤカップリング２５には等間隔、例えば１８０度間隔でピン孔２５ａ，２５ａが形成されており、またギヤ２６にも同様なピン孔２６ａ，２６ａが形成されている。ギヤカップリング２５及びギヤ２６の整列したピン孔２５ａ，２６ａにピン２７，２７が貫通、支持される。ピン２７は、段付の異径ピンからなり、その大径部がギヤ２６のピン孔２６ａ，２６ａに嵌合する。該大径部には環状の凹溝２７ａが形成されており、該凹溝２７ａに、環状でゴム製の緩衝部材を構成するＯリング２９が被嵌されている。

従って、モータ１０の回転は、伝動経路Ｄであるギヤカップリング２５からピン２７及びＯリング２９を介してギヤ２６に伝達され、ギヤ２６に把持部７からの衝撃荷重が作用した場合、Ｏリング２９が圧縮変形して一時的に該衝撃荷重を吸収する。ギヤ２６は、前記ネジ軸１２に連結されたギヤ１８に噛合しており、モータ１０の回転は、ギヤ２６，１８を介してネジ軸１２に伝達される。エンコーダ２１及びモータ１０は、リード線を介して中継基材３０に連結され、１つのコネクタにまとめてケーブルに接続される。

なお、Ｏリング等からなる緩衝部材は、上記ギヤカップリング２５及びギヤ２６を連結するピン２７に被嵌、配置されるものに限らず、伝動経路Ｄを構成する、隣接して相対回転する２個の部材に配置すればよく、例えばモータ出力軸１０ａとギヤ（伝動部材）２６との間、ギヤ（伝動部材）１８とネジ軸１２との間等の伝動経路のどこでもよい。

本電動グリッパ１は、上述した構成に基づき、ＤＣモータ１０の回転がギヤカップリング２５、ピン２７及びＯリング２９を介してギヤ２６に伝達され、更にギヤ１８を介してネジ軸１２に伝達されて該ネジ軸１２を回転する。該ネジ軸１２の左ネジ部１２ａ及び右ネジ部１２ｂに螺合している左右のナット部１４ａ，１４ｂは、リニアガイド１７ａ，１７ｂがレール１６に案内されることにより互いに異なる方向に直線移動する。例えば、左右のナット部１４ａ，１４ｂが互いに接近する方向に移動することにより、把持部７，７は、ワークを把持する。

該把持部７，７がワークを把持する際、図６（Ａ）に示すように、把持部がワークに当接して移動が停止する状態になるまでに、上記モータ１０から把持部７に伝達する慣性力により、実際の把持力より大きな衝撃荷重Ｋが瞬間的に作用する。前記緩衝部材を構成するＯリング２９がない場合、該衝撃荷重Ｋが把持部７，７、及びモータ１０及び該モータからの伝達経路Ｄに作用する。本実施の形態にあっては、モータ１０からピン２７及びＯリング２９を介してギヤ２６にトルク伝達する際、Ｏリング２９が弾性変形することにより、上記衝撃荷重Ｋは、吸収されて緩和され、図６（Ｂ）に示すように、把持位置から把持状態まで、把持力は滑らかに移行する。

把持部７，７によるワークの把持を解放する際にはモータ１０を逆方向に回転する。これにより、左右のナット部１４ａ，１４ｂ及び把持部７，７は、互に離間する方向に移動し、把持部によるワークの把持を解放する。更に、左右のナット部１４ａ，１４ｂが離れる方向に移動し、ナット部が支持部２ｂ，２ｃ（ケース２）に当接する。この際も、上記ワーク把持時と同様に衝撃荷重Ｋが作用するが、該衝撃荷重は、緩衝部材（Ｏリング）２９に吸収されて緩和され、ナット部１４ａ，１４ｂは滑らかに停止する。

前記把持部７，７にワークを把持する際、一方のナット部１４ｂのスケール２０をエンコーダ２１が検出することにより、一方の把持部７の位置を直接的に検出する。該一方の把持部７の位置により他方の把持部の位置も認知され、把持部７，７の把持位置を検出できる。該エンコーダ２１による位置検出は、把持部７と一体のナット部１４ｂを直接検出するので、伝動部材等の機械的バックラッシュやヒステリシスの影響を受けずに、正確な位置検出が可能である。電動グリッパ１は、該エンコーダ２１による位置検出により、精度の高い位置決め制御を行い得る。

前記モータ１０は、ケース２のモータ収納部２ａと上ケース３のモータ収納部３ａとの間に挟み込むことにより保持される。従って、モータの組付けや交換を容易に行うことができる。また、ナット部１４ａ，１４ｂは、ネジ軸１２下方に取付けた下部プレート１５に設けたレール１６に直動案内される。従って、該下部プレート１５及びレール１６は、ネジ軸１２部分のグリースを受けるグリースカバーとして機能する。

図７は、緩衝部材を変更した実施の形態を示す。ギヤカップリング２５に装着したピン２７に、Ｏリングに代えて円筒形のゴムブシュ２９_２を被嵌する。該ゴムブシュ２９_２をギヤ２６のピン孔２６ａに被嵌して、ギヤ２６及びギヤカップリング２５をスナップリング２８により抜止め支持する。

従って、本実施の形態にあっても、衝撃荷重に対してゴムブシュ２９_２が弾性変形することにより吸収、緩和され、把持部７，７は、滑らかにワークを把持し、またケース２に当接して停止する。

なお、緩衝材は、上記Ｏリング２９又はゴムブシュ２９_２に限らず、ピン自体に弾性をもたせてもよく、またピン孔にゴムブシュなどの弾性部材を嵌合、固定してもよい。更に、緩衝部材は、ギヤカップリング２５等にばねを介在した相対回転部分を設けるもの等の他のものでもよく、更にその配置は、モータ１０からネジ軸１２への伝動経路Ｄのどこでもよい。更に、ギヤカップリングを設けずに、ギヤ等の伝動部材、又はギヤ（伝動部材）と軸との連結部分に緩衝部材を配置してもよい。

前記ネジ部１２ａ，１２ｂ及びナット部１４ａ，１４ｂは、通常の送りネジに限らず、ボールネジでもよく、またギヤ１８，２６は、ギヤ（歯車）に限らず、チェーン及びスプロケット等の他の伝動装置でもよい。

１電動グリッパ
２ケース
３上ケース
７把持部
１０（ギヤ付きＤＣ）モータ
１０ａ出力軸
１２ネジ軸
１２ａ左ネジ部
１２ｂ右ネジ部
１４ａ左ナット部
１４ｂ右ナット部
１６レール
１７ａ，１７ｂリニアガイド
１８ギヤ
２０スケール
２１エンコーダ
２５，２６２個の部材（ギヤカップリング、ギヤ）
２５ａ，２６ａピン孔
２７ピン
２９，２９_２緩衝部材（Ｏリング、ゴムブシュ）
Ｄ伝動経路
Ｋ衝撃荷重

Claims

モータの回転を、左ネジ部及び右ネジ部を有するネジ軸に伝動し、前記左ネジ部及び右ネジ部に直動案内される左ナット部及び右ナット部を螺合して、前記左ナット部及び右ナット部にそれぞれ把持部を設けた電動グリッパにおいて、
ケースに、前記モータ及び前記ネジ軸を平行に配置し、
前記モータの出力軸と前記ネジ軸とを、前記ケースの一側方に配置した伝動経路で連動し、
前記伝動経路に、相対回転可能に支持された２個の部材を隣接して配置し、前記２個の部材に形成したピン孔にピンを嵌挿して連結し、
前記２個の部材は、前記モータの出力軸に固定されたギヤカップリングと前記ネジ軸に設けられたギヤに噛合するギヤとからなり、
前記ピンとピン孔との連結部分に前記把持部が被把持部材を把持する把持力より大きな衝撃荷重を吸収する緩衝部材を介在する、
ことを特徴とする電動グリッパ。
前記ピンの一方のピン孔部分に環状ゴム製の緩衝部材を被嵌して、前記衝撃荷重により該緩衝部材が前記ピンと一方のピン孔との間で変形して、該衝撃荷重を吸収してなる、
請求項１記載の電動グリッパ。
前記環状ゴム製の緩衝部材がＯリングである、
請求項２記載の電動グリッパ。
前記左ナット部及び右ナット部のいずれか一方にスケールを固定し、前記モータ及びネジ軸を収納するケースに、前記スケールを検出し得るエンコーダを配置してなる、
請求項１ないし３のいずれか１項記載の電動グリッパ。
前記モータを前記ケースの上側に配置し、前記ネジ軸を前記ケースの下側に配置し、
前記ケースの上側に配置した前記モータを上ケースに挟込むようにして、該モータを設置し、
前記ケースの前記ネジ軸の下方にレールを配置し、前記左ナット部及び右ナット部に、それぞれ前記レールに係合して直動案内するリニアガイドを固定してなる、
請求項１乃至４のいずれか１項記載の電動グリッパ。