JP7406459B2 - グリッパ装置 - Google Patents

Description

本明細書では、油圧または空圧で駆動されるグリッパ装置を開示する。

従来から、物品を把持するための装置としてグリッパ装置が広く知られている。グリッパ装置は、複数のグリッパ爪を、互いに接近または離間させることで、物品を把持または把持解除する装置である。かかるグリッパ装置は、例えば、ロボットのエンドエフェクタとして利用される。

こうしたグリッパ装置として、油圧または空圧で駆動されるグリッパ装置がある（例えば特許文献１参照）。この場合、油圧または空圧で作動するシリンダを用いてグリッパ爪を進退させる。

特開平７－９６４８４号公報 特開２０１９－７６９７３号公報

ここで、一般にグリッパ装置は、重い物や異なるサイズの物も把持できるように、把持力およびストロークの双方が大きいことが望まれる。油圧または空圧のシリンダを駆動源とするグリッパ装置の場合、そのストロークは、シリンダの長さに依存する。また、グリッパ装置の把持力は、シリンダの受圧面積に依存する。ここで、当然ながら、シリンダの体積が同一であれば、受圧面積を大きくすれば、その分、ストロークが小さくなる。つまり、シリンダの体積が同一の場合、グリッパ装置の把持力を大きくすればストロークが小さくなり、ストロークを大きくすれば把持力が小さくなり、大把持力と大ストロークとの両立は困難であった。もちろん、シリンダの体積を増加させれば、大把持力と大ストロークとの両立は可能であるが、この場合、グリッパ装置全体の大型化、大重量化を招く。

そこで、本明細書では、大型化を避けつつ、大把持力および大ストロークの両立が可能なグリッパ装置を開示する。

本明細書で開示するグリッパ装置は、互いに連動して移動可能な複数のグリッパ爪と、複数の前記グリッパ爪それぞれに対応して設けられた複数の直動部と、前記複数の直動部の動きの同期をとる同期機構と、油圧または空圧により直進進退し、前記直動部または前記同期機構に駆動力を与える第一シリンダと、油圧または空圧により直進進退し、前記第一シリンダよりもストロークが小さく、前記第一シリンダよりも駆動力が大きい第二シリンダと、前記第二シリンダと前記同期機構を機械的に、連結および連結解除するクラッチを含む伝達機構と、を備える。

この場合、前記直動部は、対応する前記グリッパ爪と機械的に連結された直動体を含み、前記同期機構は、各直動体に１以上形成された爪側ラックと、前記爪側ラックに噛み合う１以上の同期用歯車と、を含んでもよい。

また、前記伝達機構および前記同期機構は、前記第二シリンダの駆動力を増幅して前記直動部に伝達してもよい。

また、前記クラッチは、前記第二シリンダが第一の向きに直進した場合に、前記同期機構と連結して前記第二シリンダの駆動力を前記同期機構に伝達し、前記第二シリンダが前記第一の向きと逆の第二の向きに直進した場合に前記同期機構との連結を解除するワンウェイクラッチであってもよい。

この場合、前記伝達機構は、前記第二シリンダと、常時、連結され、第二シリンダの進退に応じて回転する外輪と、前記外輪の軸方向端面に形成され、その周面がカム面として機能するポケットと、前記同期機構と、常時、連結され、前記ポケット内において前記外輪と同心配置された内輪と、前記カム面と前記外輪との間に配置され中継ローラであって、前記外輪が第一の回転方向に回転した際に前記カム面および前記外輪の双方に密着する連結状態となり、前記外輪が前記第一の回転方向と逆の第二の回転方向に回転した際に前記カム面および前記外輪の少なくとも一方から離間した解除状態となる中継ローラと、前記中継ローラを前記連結状態となる方向に付勢する付勢部材と、を備えたカム式ワンウェイクラッチを含んでもよい。

また、前記伝達機構は、前記第二シリンダと、常時、連結され、第二シリンダの進退に応じて回転する内輪と、前記内輪の軸方向端面に形成され、その周面がカム面として機能するポケットと、前記同期機構と、常時、連結され、前記内輪と同心配置された外輪と、前記カム面と前記外輪との間に配置され中継ローラであって、前記内輪が第一の回転方向に回転した際に前記カム面および前記外輪の双方に密着する連結状態となり、前記内輪が前記第一の回転方向と逆の第二の回転方向に回転した際に前記カム面および前記外輪の少なくとも一方から離間した解除状態となる中継ローラと、前記中継ローラを前記連結状態となる方向に付勢する付勢部材と、を備えたカム式ワンウェイクラッチを含んでもよい。

また、前記伝達機構は、前記第二シリンダと、常時、連結され、第二シリンダの進退に応じて揺動するレバーと、前記レバーと連結され、前記レバーの揺動に応じて揺動するラチェット爪と、前記同期機構と、常時、連結され、前記同期機構とともに動くラチェット歯車であって、前記ラチェット爪が第一の揺動方向に揺動した際には回転し、前記ラチェット爪が前記第一の揺動方向と逆の第二の揺動方向に揺動した際には回転しないラチェット歯車と、を備えたラチェット式ワンウェイクラッチを含んでもよい。

また、前記伝達機構は、前記同期機構と、常時、連結され、前記同期機構とともに動く出力側ホイールと、前記第二シリンダと、常時、連結され、前記第二シリンダの進退に応じて回転する入力側ホイールであって、軸方向に進出することで、前記出力側ホイールの少なくとも一部と周方向に係合する入力側ホイールと、前記入力側ホイールを軸方向に進退させるアクチュエータと、を備えた噛み合いクラッチを含んでもよい。

また、前記複数のグリッパ爪は、Ｎ≧３とした場合に、Ｎ個のグリッパ爪を含み、前記Ｎ個のグリッパ爪は、Ｎ個の辺で構成される多角形の辺に沿って進退可能であり、前記直動部は、対応する前記グリッパ爪と機械的に連結された直動体を含み、前記同期機構は、各直動体に形成された爪側ラックと、前記多角形の中心と同心に配され、Ｎ個の爪側ラック全てと、直接または間接的に同時に噛み合う第一同期用歯車と、を含んでもよい。

本明細書で開示するグリッパ装置によれば、大型化を避けつつ、大把持力および大ストロークの両立が可能となる。

グリッパ装置を前方から見た斜視図である。 グリッパ装置を後方から見た斜視図である。 グリッパ装置の駆動システムの構成を示す図である。 図１から表カバーを取り外した様子を示す模式図である。 図２から裏カバーを取り外した図である。 伝達機構の一部のみを取り出した斜視図である。 第二シリンダが完全収縮した状態の伝達機構の正面図である。 第二シリンダが図７の状態から伸長した状態の伝達機構の正面図である。 カム式ワンウェイクラッチの他の例を示す図である。 他のグリッパ装置の斜視図である。 図１０のグリッパ装置に搭載された同期機構の構成を示す図である。 第二シリンダが完全収縮した状態の図１１の伝達機構の正面図である。 第二シリンダが図１２の状態から伸長した状態の伝達機構の正面図である。 伝達機構の他の例を示す図である。 複数のグリッパ爪を有するグリッパ装置の斜視図である。 図１５のグリッパ装置に搭載された同期機構の構成を示す図である。

以下、図面を参照してグリッパ装置１０の構成について説明する。図１は、グリッパ装置１０を前方から見た斜視図であり、図２は、グリッパ装置１０を後方から見た斜視図である。また、図３は、グリッパ装置１０の駆動システムの構成を示す図である。このグリッパ装置１０は、ロボット（図示せず）のエンドエフェクタとして利用されるものである。グリッパ装置１０は、一対のグリッパ爪１２を有している。一対のグリッパ爪１２は、互いに接近または離間する方向に進退可能であり、一対のグリッパ爪１２が互いに接近することで、当該一対のグリッパ爪１２で物品を挟持できる。

このグリッパ爪１２の駆動源として、第一シリンダ１４（図１参照）および第二シリンダ１６（図２参照）が設けられている。第一シリンダ１４および第二シリンダ１６は、いずれも、空圧で駆動するエアシリンダである。グリッパ装置１０の利用時には、第一シリンダ１４および第二シリンダ１６は、それぞれ、図３に示すように、第一シリンダ駆動ユニット２０および第二シリンダ駆動ユニット２２に接続される。各シリンダ駆動ユニット２０，２２は、対応するシリンダ１４，１６を駆動するためのユニットであり、少なくともエアコンプレッサを有し、さらに、弁、空気タンク等を含んでもよい。こうしたシリンダ駆動ユニット２０，２２の駆動は、コントローラ１８により制御される。コントローラ１８は、プロセッサとメモリとを有したコンピュータであり、例えば、グリッパ装置１０が搭載されるロボットのコントローラを、グリッパ装置１０のコントローラ１８として用いてもよい。図３の構成から明らかなとおり、第一シリンダ１４および第二シリンダ１６は、互いに独立して駆動可能である。

また、本例では、第一シリンダ１４は、大ストロークである一方で、駆動力が小さい小型シリンダである。また、第二シリンダ１６は、第一シリンダ１４に比べて駆動力が大きいものの、そのストロークが、第一シリンダに比べて小さい。したがって、第二シリンダ１６も、ストロークを小さく抑えた小型シリンダである。

第一シリンダ１４の動きは、直動部３０ａ，３０ｂおよび同期機構３２を介して各グリッパ爪１２に伝達される。これについて、図４を参照して説明する。図４は、図１から表カバー４０を取り外した様子を示す模式図である。図４に示すように、直動部３０ａ，３０ｂは、グリッパ爪１２それぞれに対応して一つずつ設けられている。なお、直動部３０ａ，３０ｂについては、両者を区別しない場合には、添え字ａ，ｂを省略し、「直動部３０」と表記する。後述する外筒４４および直動体４２についても同様である。

各直動部３０は、外筒４４と、直動体４２と、を有している。直動体４２は、グリッパ爪１２の進退方向に長尺な筒状部材である。この直動体４２は、対応するグリッパ爪１２に機械的に連結されており、直動体４２が直動進退することで、グリッパ爪１２が直動進退する。二つの直動体４２は、後述する同期用歯車５０を挟んで、ほぼ１８０度回転対称の配置となっている。この直動体４２の周面には、進退方向に延びるスプライン溝４６が１以上形成されている。このスプライン溝４６には、後述する外筒４４のガイド突起（図示せず）が嵌り込んでおり、これにより、直動体４２の回転が防止され、直動体４２の移動方向が規制される。

また、直動体４２の周面には、さらに、進退方向に延びる爪側ラック４８も形成されている。この爪側ラック４８は、同期機構３２を構成するもので、同期用歯車５０と噛み合うラックである。また、二つの直動体４２のうち、一方の直動体４２ａには、第一シリンダ１４のピストン１４ａが機械的に連結されており、第一シリンダ１４の駆動に伴い、直進進退できる。

外筒４４は、固定部材（例えば表カバー４０等）に対して固定されており、グリッパ爪１２の進退に関わらず、位置固定となっている。この外筒４４の途中には、直動体４２の爪側ラック４８を同期用歯車５０に対して露出させるための開口が形成されている。また、外筒４４の内周面には、スプライン溝４６に係合するガイド突起（図示せず）が形成されている。

同期機構３２は、二つの直動体４２の動きの同期をとる。この同期機構３２は、二つの直動体４２に形成された爪側ラック４８と、当該爪側ラック４８に噛み合う同期用歯車５０と、を有している。同期用歯車５０は、図４に示すように、二つの直動部３０それぞれに形成された二つの爪側ラック４８に同時に噛み合う歯車である。かかる同期用歯車５０を設けることで、二つの直動体４２の動きが同期する。

具体的に、グリッパ爪１２の動きについて説明する。第一シリンダ１４の伸長に伴い、一つの直動体４２ａが図４の下方に直進した場合、この直動体４２ａに形成された爪側ラック４８も、図４の下方に直進することになる。その結果、当該爪側ラック４８に噛み合う、同期用歯車５０は、図４における反時計回り方向に回転する。同期用歯車５０が反時計回り方向に回転すると、他方の直動体４２ｂは、図４の上方に直進することになる。すなわち、第一シリンダ１４が伸長した場合、二つのグリッパ爪１２は、互いに離れる方向に移動し、グリッパ爪１２が開くことになる。第一シリンダ１４が収縮した場合には、上記と逆の動きとなり、二つのグリッパ爪１２は、互いに近づく方向に移動し、グリッパ爪１２が閉じることになる。

ここで、本例では、グリッパ爪１２および直動体４２で構成される可動体が二つ存在することになる。この二つの可動体の質量は、ほぼ同じであるため、互いがカウンターウェイトとして機能する。そのため、第一シリンダ１４の小さな駆動力でも、二つのグリッパ爪１２および二つの直動体４２を動かせることができる。ただし、第一シリンダ１４は、上述した通り、大ストロークではあるものの、その駆動力が小さい。そのため、第一シリンダ１４だけでは、グリッパ装置１０の把持力は小さくなり、重量物等をグリッパ装置１０で保持することが難しい。そこで、本例では、第二シリンダ１６と第二シリンダ１６の動きを伝達する伝達機構３４と、を設けている。

第二シリンダ１６は、上述した通り、第一シリンダ１４よりも小ストローク、大駆動力のエアシリンダである。伝達機構３４は、この第二シリンダ１６の駆動を、同期用歯車５０に伝達する。ただし、伝達機構３４は、第二シリンダ１６の駆動力を、第二シリンダ１６が、伸長した場合にのみ伝達し、収縮した場合には伝達しない、カム式ワンウェイクラッチ構造となっている。この伝達機構３４の構成について図５～図８を参照して説明する。図５は、図２から裏カバー５４を取り外した図である。また、図６は、伝達機構３４の一部のみを取り出した斜視図である。また、図７は、第二シリンダ１６が完全収縮した状態の伝達機構３４の正面図であり、図８は、第二シリンダ１６が図７の状態から伸長した状態の伝達機構３４の正面図である。

伝達機構３４は、可動ブロック５５と、外輪５８と、内輪６０と、中継ローラ６２と、ばねプランジャ７０（図５、図７では見えず、図６、図８参照）と、固定ピン７２と、を有している。可動ブロック５５は、第二シリンダ１６のピストン１６ａと常時連結され、当該ピストン１６ａとともに直進進退する。この可動ブロック５５の周面には、その進退方向に延びる入力ラック５６が形成されている。

外輪５８は、その外周面に歯車が形成された回転体である。この外輪５８は、入力ラック５６を介して、第二シリンダ１６と常時、機械的に連結されており、第二シリンダ１６の進退に応じて回転する。ここで、図５の例では、外輪５８は、第二シリンダ１６が伸長した場合に、反時計周り方向に、第二シリンダ１６が収縮した場合に、時計回り方向に回転する。以下では、この第二シリンダ１６が伸長した際の外輪５８の回転方向（すなわち、図５における反時計回り方向）を「第一の回転方向Ｒ１」、第二シリンダ１６が収縮した際の外輪５８の回転方向（すなわち、図５における時計回り方向）を「第二の回転方向Ｒ２」と呼ぶ。

外輪５８の軸方向端面には、凹部であるポケット６４が形成されている。このポケット６４の周面は、後述する中継ローラ６２の位置を規制するカム面６６として機能する。ポケット６４の外形は、軸方向視で略十字状である。そのため、内輪６０の外周面とカム面６６とで囲まれる空間は、四つの略矩形が９０度間隔で並ぶような形状となる。以下では、この略矩形の空間を「ポケット片６４ａ」と呼び、カム面６６と内輪６０の外周面との幅を「ポケット幅Ｄ」と呼ぶ。カム面６６は、ポケット幅Ｄが、第一の回転方向Ｒ１の端部から、第二の回転方向Ｒ２に進むにつれて、徐々に小さくなるように、傾いている。

ポケット６４内には、内輪６０および中継ローラ６２が配されている。内輪６０は、外輪５８と同心配置された回転体である。この内輪６０は、出力軸６１を介して、同期用歯車５０に常時、機械的に連結されている。そのため、内輪６０と同期用歯車５０は、常に同期して回転する。後述するように、内輪６０は、外輪５８が第一の回転方向Ｒ１に回転した場合、中継ローラ６２を介して外輪５８と連結され、外輪５８と同じ方向（すなわち第一の回転方向Ｒ１）に回転する。外輪５８および内輪６０が第一の回転方向Ｒ１に回転した場合、同期用歯車５０は、一対のグリッパ爪１２を閉じる方向（図４における時計回り方向）に回転する。

中継ローラ６２は、内輪６０の外周面とカム面６６との間に配置されるローラである。また、中継ローラ６２は、一つのポケット片６４ａに一つずつ、合計４つ設けられている。ここで、ポケット片６４ａの第一の回転方向Ｒ１側の端部付近におけるポケット幅Ｄは、中継ローラ６２の直径よりも十分に大きい。したがって、中継ローラ６２が、図７に示すように、第一の回転方向Ｒ１側の端部に位置している場合、中継ローラ６２は、カム面６６（ひいては外輪５８）および内輪６０の少なくとも一方と離間した状態となる。以下では、この中継ローラ６２が、外輪５８および内輪６０の少なくとも一方と離間する位置を「解除位置」と呼ぶ。

一方、ポケット片６４ａの周方向中心付近において、ポケット幅Ｄは、中継ローラ６２の直径よりも小さい。したがって、中継ローラ６２が、図８に示すように、ポケット片６４ａの周方向中心付近に位置すると、中継ローラ６２は、カム面６６（ひいては外輪５８）と内輪６０の双方に密着することなる。以下では、この中継ローラ６２が、外輪５８および内輪６０の双方に密着する位置を「連結位置」と呼ぶ。

ポケット片６４ａの第一の回転方向Ｒ１側の端面には、ばねプランジャ７０が埋め込まれている。このばねプランジャ７０は、中継ローラ６２を第二の回転方向Ｒ２、換言すれば、連結位置に進む方向に向かって付勢する。また、各ポケット片６４ａの底面には、カム孔６８が形成されており、このカム孔６８には、固定ピン７２が挿通されている。固定ピン７２は、固定部材（例えば裏カバー５４など）に固定されたピンである。固定ピン７２は、固定されているため、外輪５８の回転に伴い、この固定ピン７２と中継ローラ６２との相対位置関係が変化する。

次に、こうした伝達機構３４による動力の伝達について図７、図８を参照して説明する。図７に示すように、第二シリンダ１６が完全収縮した場合、固定ピン７２は、中継ローラ６２を、ばねプランジャ７０の付勢力に抗して、第一の回転方向Ｒ１に押圧する。このとき、中継ローラ６２は、解除位置にあり、カム面６６および内輪６０の外周面の少なくとも一方と離間する。したがって、この場合、外輪５８の回転は、内輪６０に伝達されず、内輪６０の回転は、外輪５８に伝達されない。その結果、図７の状態では、第一シリンダ１４の進退に伴い、同期用歯車５０が回転したとしても、内輪６０が回転するだけであり、外輪５８や可動ブロック５５は、影響を受けない。

一方、第二シリンダ１６が伸長した場合、外輪５８は、第一の回転方向Ｒ１に回転する。これに伴い、中継ローラ６２は、固定ピン７２から離れる方向に移動する。固定ピン７２と中継ローラ６２が離間することで、中継ローラ６２は、ばねプランジャ７０の付勢力により第二の回転方向Ｒ２に押し上げられる。この状態になれば、中継ローラ６２は、時計回り方向に公転する。この公転に伴い、中継ローラ６２は、連結位置へと移動する。中継ローラ６２が連結位置に到達すると、くさび作用により、中継ローラ６２は、内輪６０および外輪５８の双方に強固に密着し、自転を停止する。その結果、外輪５８の回転が、中継ローラ６２を介して内輪６０に伝達され、外輪５８は、内輪６０とともに第一の回転方向Ｒ１に回転する。

つまり、本例によれば、第二シリンダ１６が伸長した場合には、くさび効果が発生し、外輪５８の回転が、中継ローラ６２を介して、内輪６０に伝達される。ここで、内輪６０は、同期用歯車５０に常時連結されている。そのため、第二シリンダ１６が伸長した場合には、第二シリンダ１６の駆動力が、内輪６０、同期用歯車５０、直動体４２を介して、一対のグリッパ爪１２に、当該グリッパ爪１２を閉じる力として伝達される。そして、これにより、グリッパ爪１２の把持力を増加させることができる。

なお、図８の状態から第二シリンダ１６が収縮した場合、外輪５８は、第二の回転方向Ｒ２に回転し、中継ローラ６２は、反時計回り方向、すなわち、連結位置から離れる方向に公転する。その結果、中継ローラ６２と、カム面６６および外輪５８との摩擦抵抗が小さくなり、外輪５８の回転は、内輪６０に伝達されない。つまり、本例の構成によれば、第二シリンダ１６の伸長の動きは、内輪６０、ひいては、グリッパ爪１２に伝達されるが、第二シリンダ１６の収縮の動きは、グリッパ爪１２に伝達されない。また、第二シリンダ１６が、完全収縮した状態では、第一シリンダ１４の動きは、外輪５８に伝達されない。

次に、こうしたグリッパ装置１０の駆動制御について簡単に説明する。グリッパ爪１２を用いて物体を把持する場合、コントローラ１８は、予め、第二シリンダ１６を完全収縮させ、第二シリンダ１６とグリッパ爪１２との連結を解除しておく。その状態で、コントローラ１８は、第一シリンダ１４を伸長させて、一対のグリッパ爪１２を開かせる。ここで、第一シリンダ１４は、駆動力が小さいものの、ストロークが大きい。そのため、グリッパ爪１２の移動ストロークを大きくできる。

一対のグリッパ爪１２の間に、把持対象の物体が位置すれば、コントローラ１８は、第一シリンダ１４を収縮させ、一対のグリッパ爪１２を閉じる。そして、一対のグリッパ爪１２が物体に当接すれば、第一シリンダ１４の駆動を停止する。コントローラ１８は、このグリッパ爪１２が物体に当接する直前、または、当接した直後において、第二シリンダ１６の伸長を開始する。第二シリンダ１６が伸長することにより、外輪５８が第一の回転方向Ｒ１に回転し、中継ローラ６２が、外輪５８および内輪６０の双方に接触し、連結される。これにより、外輪５８の動きが、中継ローラ６２を介して外輪５８に伝達され、外輪５８の動きが、同期用歯車５０等を介して、グリッパ爪１２に伝達される。第二シリンダ１６は、第一シリンダ１４に比べて、駆動力が大きいため、当該第二シリンダ１６の力をグリッパ爪１２に伝達することで、大きな把持力が得られる。また、外輪５８の直径は、同期用歯車５０のピッチ円直径に比べて十分に大きく、外輪５８の回転力、ひいては、第二シリンダ１６の駆動力は、増幅されて、同期用歯車５０に伝達される。その結果、グリッパ装置１０の把持力をより増加できる。

以上の説明で明らかなとおり、本例では、大ストロークで小駆動力の第一シリンダ１４でグリッパ爪１２を開閉するとともに、把持力が必要な場合だけ、小ストロークで大駆動力の第二シリンダ１６の力をグリッパ爪１２に伝達している。その結果、大型のエアシリンダを用いることなく、大ストロークで、大把持力を有したグリッパ装置１０が得られる。そして、大きな把持力により、グリッパ爪１２と物体との間に大きな摩擦力が発生し、物品を滑らずに持つことが可能となる。

なお、上述の説明では、外輪５８が第二シリンダ１６に、内輪６０が同期機構３２と常時連結されているが、この連結関係は、逆でもよい。例えば、図９に示すように、内輪６０の中心に、軸方向紙面手前側に突出する入力歯車７４を形成しておき、この入力歯車７４に入力ラック５６を噛み合わせてもよい。この場合、外輪５８の中心に、軸方向紙面奥側に延びる出力軸６１を設け、この出力軸６１を同期用歯車５０に固着しておく。また、この場合、図９に示すように、内輪６０にポケット６４を形成し、このポケット６４のカム面６６に、ばねプランジャ７０を埋め込んでもよい。

次に、グリッパ装置１０の他の構成について説明する。図１０は、他のグリッパ装置１０の斜視図である。このグリッパ装置１０では、同期機構３２は、二つの同期用歯車７６，７８（図１０では、符号７６を省略、図１１参照）を有しており、また、伝達機構３４にラチェットを利用している。はじめに、同期機構３２の構成について説明する。図１１は、図１０のグリッパ装置１０に搭載された同期機構３２の構成を示す図である。図１、図２に示すグリッパ装置１０と同様に、このグリッパ装置１０も、二つの直動体４２ａ，４２ｂを有している。このうち、第一シリンダ１４と直接連結されている直動体４２ａには、爪側ラック４８が一つ形成されている。また、もう一つの直動体４２ｂには、当該直動体４２の中心軸を挟んで１８０度対称となる位置に爪側ラック４８が二つ形成されている。

同期機構３２は、各直動体４２に形成された爪側ラック４８と、二つの直動体４２ａ，４２ｂの間に配置される第一同期用歯車７６と、直動体４２ｂを挟んで第一同期用歯車７６の反対側に配置される第二同期用歯車７８と、を有している。第一同期用歯車７６は、二つの直動体４２ａ，４２ｂそれぞれに形成された二つの爪側ラック４８に同時に噛み合っており、二つの直動体４２ａ，４２ｂの動きの同期をとる。また、第二同期用歯車７８は、直動体４２ｂのもう一つの爪側ラック４８と噛み合っている。この第二同期用歯車７８は、伝達機構３４の出力軸６１に固定されており、当該出力軸６１とともに回転する。

次に、図１０のグリッパ装置１０に搭載されている伝達機構３４について参照して説明する。図１２，図１３は、伝達機構３４の構成を示す図である。伝達機構３４は、可動ブロック５５と、揺動レバー８０と、ラチェット爪８２と、ラチェット歯車８４と、を有している。可動ブロック５５は、第二シリンダ１６のピストン１６ａに直接、機械的に連結されており、ピストン１６ａとともに直進進退する。この可動ブロック５５の周面からは、可動ピン８６が立脚している。

揺動レバー８０は、出力軸６１と可動ピン８６との間に架け渡され、出力軸６１を中心として揺動可能なレバーである。この揺動レバー８０には、第一カム孔９０が、形成されており、この第一カム孔９０に可動ピン８６が挿通されている。第二シリンダ１６の駆動に伴い、可動ピン８６が昇降すると、揺動レバー８０は、当該可動ピン８６に押されて、出力軸６１を中心として揺動する。

ラチェット歯車８４は、その外周面に、鋸歯状の歯が形成されている。このラチェット歯車８４は、出力軸６１に固定されており、出力軸６１とともに回転する。また、上述した通り、出力軸６１には、第二同期用歯車７８も固定されている。したがって、ラチェット歯車８４が回転することで、第二同期用歯車７８も回転し、一対のグリッパ爪１２が直動する。なお、図示例では、一対のグリッパ爪１２は、ラチェット歯車８４が時計回り方向に回転することで閉じる方向に移動し、ラチェット歯車８４が反時計回り方向に回転することで開く方向に移動する。

揺動レバー８０の途中には、ラチェット爪８２が取り付けられている。ラチェット爪８２の末端は、ラチェット歯車８４の鋸歯状の歯に係合可能な歯止め８２ａとして機能する。このラチェット爪８２は、揺動レバー８０に設けられた回転軸８８を中心として、揺動レバー８０に対して揺動可能となっている。また、ラチェット爪８２の途中には、第二カム孔９２が形成されている。この第二カム孔９２には、固定部材（例えば裏カバー５４等）に固定された固定ピン７２が挿通されている。この第二カム孔９２と固定ピン７２との当接関係により、ラチェット爪８２の揺動方向が規定される。

より具体的に説明すると、図１２に示すように、第二シリンダ１６が完全収縮している場合、ラチェット爪８２は、歯止め８２ａが、ラチェット歯車８４と離間する位置および姿勢をとる。第二シリンダ１６が完全収縮した状態から伸長し始めると、ラチェット爪８２は、ラチェット歯車８４に徐々に近づく方向に揺動し、図１３に示すように歯止め８２ａがラチェット歯車８４の歯に係合する。その状態からさらに第二シリンダ１６が、伸長すると、ラチェット爪８２は、歯止め８２ａがラチェット歯車８４の周方向かつ時計回り方向に進むように揺動する。また、第二シリンダ１６が、完全伸長した状態から収縮した場合は、ラチェット爪８２は、上記とは逆の方向に揺動する。以下では、第二シリンダ１６が伸長した時のラチェット爪８２の揺動方向を「第一の揺動方向」と呼び、第二シリンダ１６が収縮した時のラチェット爪８２の揺動方向を「第二の揺動方向」と呼ぶ。

ここで、図１３から明らかな通り、ラチェット歯車８４の各歯９８は、第一辺９８ａと、第一辺９８ａよりも反時計回り方向に位置する第二辺９８ｂと、で構成されており、第一辺９８ａは、周方向に対する傾きが緩やかであるが、第二辺９８ｂは、周方向に対する傾きが急峻である。この場合、この歯９８に係合した歯止め８２ａが時計回り方向に動いた場合、すなわちラチェット爪８２が第一の揺動方向Ｓ１に揺動した場合、歯止め８２ａにより、第一辺９８ａが押圧されることになるため、ラチェット歯車８４は当該歯止め８２ａとともに時計回り方向に動く。一方、歯９８に係合した歯止め８２ａが反時計回り方向に動いた場合、すなわち、ラチェット爪８２が第二の揺動方向Ｓ２に揺動した場合、当該歯止め８２ａは、傾きが緩やかな第二辺９８ｂの表面を滑り、歯９８を乗り越える。その結果、歯止め８２ａが反時計回り方向に動いた場合には、ラチェット歯車８４は回転することなく静止した状態を維持する。つまり、本例では、ラチェット爪８２が第一の揺動方向Ｓ１に揺動すれば、ラチェット爪８２からラチェット歯車８４への動力伝達が可能となり、ラチェット爪８２が第二の揺動方向Ｓ２に揺動した場合には、ラチェット爪８２からラチェット歯車８４への動力伝達が切断されることになる。別の言い方をすれば、本例の伝達機構３４は、第二同期用歯車９６に、第二シリンダ１６が伸長したときの駆動力のみを伝達し、第一シリンダ１４が収縮した時の駆動力は伝達しない、ラチェット式ワンウェイクラッチとして機能する。

次に、こうした伝達機構３４による動力の伝達について説明する。図１２に示すように、第二シリンダ１６が完全収縮した場合、ラチェット爪８２は、ラチェット歯車８４と離間している。したがって、この場合、第二同期用歯車９６の回転は、ラチェット爪８２には伝達されない。その結果、図１２の状態では、第一シリンダ１４の進退に伴い、第二同期用歯車７８が回転したとしても、ラチェット歯車８４が回転するだけであり、ラチェット爪８２や揺動レバー８０は、影響を受けない。

一方、第二シリンダ１６が伸長した場合、ラチェット爪８２は、第一の揺動方向に揺動し、図１３に示すように、ラチェット歯車８４と係合する。この状態からさらに第二シリンダ１６が伸長すれば、ラチェット爪８２の歯止め８２ａは、ラチェット歯車８４の周方向かつ時計回り方向へと動く。これにより、第二シリンダ１６の駆動力が、ラチェット爪８２を介してラチェット歯車８４に伝達され、さらに、ラチェット歯車８４の動きが、第二同期用歯車７８等を介して、一対のグリッパ爪１２に、当該グリッパ爪１２を閉じる力として伝達される。そして、これにより、グリッパ爪１２の把持力を増加させることができる。また、揺動レバー８０の揺動半径は、第二同期用歯車７８のピッチ円直径に比べて十分に大きい。そのため、揺動レバー８０の揺動する力、ひいては、第二シリンダ１６の駆動力は、増幅されて、第二同期用歯車７８に伝達される。その結果、グリッパ装置１０の把持力をより増加できる。

図１３の状態から第二シリンダ１６が収縮し、ラチェット爪８２が、第二の揺動方向に揺動した場合には、上述した通り、ラチェット爪８２の歯止め８２ａは、ラチェット歯車８４の歯を乗り越えて動くため、ラチェット歯車８４には、第二シリンダ１６の駆動力は伝達されない。つまり、本例の構成によれば、第二シリンダ１６の伸長の動きは、ラチェット歯車８４、ひいては、グリッパ爪１２に伝達されるが、第二シリンダ１６の収縮の動きは、グリッパ爪１２に伝達されない。また、第二シリンダ１６が、完全収縮した状態では、第一シリンダ１４の動きは、ラチェット爪８２に伝達されない。また、こうしたグリッパ装置１０の駆動制御については、図１、図２に示したグリッパ装置１０と同様であるためここでの説明は省略する。

以上の説明から明らかな通り、図１０に示したグリッパ装置１０でも、大ストロークで小駆動力の第一シリンダ１４でグリッパ爪１２を開閉するとともに、把持力が必要な場合だけ、小ストロークで大駆動力の第二シリンダ１６の力をグリッパ爪１２に伝達している。その結果、大型のエアシリンダを用いることなく、大ストロークで、大把持力を有したグリッパ装置１０が得られる。

次に、グリッパ装置１０の他の構成について説明する。図１４は、他のグリッパ装置１０で用いられる伝達機構３４の斜視図である。上述のグリッパ装置１０の伝達機構３４は、ワンウェイクラッチを有していたが、図１４の伝達機構３４は、噛み合いクラッチを有している。具体的には、伝達機構３４は、アクチュエータ１００と、入力側ホイール１０２と、出力側ホイール１０４と、を有している。出力側ホイール１０４の中心からは、出力軸６１が軸方向に延びており、この出力軸６１が同期機構３２に機械的に連結されている。また、出力側ホイール１０４の軸方向端面からは、複数の噛み合い歯１０４ａが軸方向に立脚している。複数の噛み合い歯１０４ａは、図１４に示すように、周方向に間隔を開けて並んでいる。

入力側ホイール１０２は、出力側ホイール１０４と軸方向に対向配置されている。この入力側ホイール１０２の軸方向端面からは、噛み合い歯１０４ａに対応する噛み合い歯１０２ａが立脚している。この噛み合い歯１０２ａは、入力側ホイール１０２が、出力側ホイール１０４に接近すると、噛み合い歯１０４ａと噛み合う。換言すれば、入力側ホイール１０２は、軸方向に進出することで、出力側ホイール１０４の一部と周方向に係合し、出力側ホイール１０４とともに回転する。

また、入力側ホイール１０２の外周面には、歯車１０２ｂが形成されている。この歯車１０２ｂは、第二シリンダ１６とともに進退する入力ラック５６（図５参照）と噛み合っている。そして、入力ラック５６と歯車１０２ｂとが噛み合うことで、入力側ホイール１０２は、第二シリンダ１６の進退に連動して、回転する。

アクチュエータ１００は、入力側ホイール１０２を軸方向に進退させる。このアクチュエータ１００の構成は、特に限定されないが、図示例では、アクチュエータ１００は、軸方向に進退可能なピストン１００ａを有した空圧シリンダである。入力側ホイール１０２は、軸受等を介して、ピストン１００ａに回転可能に取り付けられている。アクチュエータ１００が、入力側ホイール１０２を進出させると、入力側ホイール１０２は、出力側ホイール１０４と周方向に係合する。これにより、第二シリンダ１６の進退運動が、入力側ホイール１０２、出力側ホイール１０４を介して、同期機構３２に伝達される。一方、アクチュエータ１００が、入力側ホイール１０２を後退させると、入力側ホイール１０２と出力側ホイール１０４との係合が解除される。そして、これにより、第二シリンダ１６の進退運動が同期機構３２に伝達されなくなる。なお、入力側ホイール１０２の進退により、入力ラック５６と歯車１０２ｂの噛み合いが外れることはない。

グリッパ装置１０を運用する際には、入力側ホイール１０２と出力側ホイール１０４との係合を解除した状態で、第一シリンダ１４を駆動して、グリッパ爪１２を閉じさせ、一対のグリッパ爪１２で物品を把持させる。その後、一対のグリッパ爪１２が物体に当接すれば、第一シリンダ１４の駆動を停止する。コントローラ１８は、グリッパ爪１２が物体に当接する直前、または、当接した直後において、アクチュエータ１００で入力側ホイール１０２を進出させるとともに、第二シリンダ１６を伸長させ、入力側ホイール１０２を回転させる。これにより、入力側ホイール１０２は、回転しつつ出力側ホイールに接近し、噛み合い歯１０２ａ，１０４ａが互いに噛み合う。そして、これにより、第二シリンダ１６の伸長の動きが、入力側ホイール１０２、出力側ホイール１０４、同期機構３２を介してグリッパ爪１２に伝達される。これにより、グリッパ爪１２に、大きな把持力が発生し、物品をより確実に把持できる。

物品の把持を解除する場合、コントローラ１８は、アクチュエータ１００で入力側ホイール１０２を後退させる。これにより、入力側ホイール１０２と出力側ホイール１０４との係合が解除され、第二シリンダ１６と同期機構３２との連結が解除される。この状態になれば、コントローラ１８は、第一シリンダ１４を駆動して、一対のグリッパ爪１２を開ければよい。

以上の説明から明らかな通り、図１４に示した伝達機構３４でも、大ストロークで小駆動力の第一シリンダ１４でグリッパ爪１２を開閉するとともに、把持力が必要な場合だけ、小ストロークで大駆動力の第二シリンダ１６の力をグリッパ爪１２に伝達している。その結果、大型のエアシリンダを用いることなく、大ストロークで、大把持力を有したグリッパ装置１０が得られる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、大ストロークで小駆動力の第一シリンダ１４でグリッパ爪１２を開閉するとともに、把持力が必要な場合だけ、小ストロークで大駆動力の第二シリンダ１６の力をグリッパ爪１２に伝達するのであれば、その他の構成は、適宜変更されてもよい。例えば、これまでの説明では、第一シリンダ１４を、直動体４２の外部に配置しているが、第一シリンダ１４は、直動体４２の内部に組み込んでもよい。かかる構成とすることで、グリッパ装置１０をより小型化できる。

また、これまでの説明では、グリッパ爪１２が二つの場合を例に挙げて説明したが、グリッパ爪１２の個数は、二つに限らず、三つ以上でもよい。図１５は、複数（図示例では３つ）のグリッパ爪１２を有するグリッパ装置１０の斜視図である。また、図１６は、図１５のグリッパ装置１０に搭載された同期機構３２の構成を示す図である。グリッパ爪１２の個数をＮとした場合、複数のグリッパ爪１２は、Ｎ個の辺で構成される多角形の互いに異なる辺に沿って直進進退する。図１５の例では、グリッパ爪１２の個数は三つであるため、当該三つのグリッパ爪１２は、３個の辺で構成される正多角形、すなわち、正三角形の互いに異なる辺に沿って直進進退する。また、各グリッパ爪１２には、直動部３０が連結されており、各直動部３０の直動体４２（図１６参照）には、同期機構３２を構成する爪側ラック４８が、形成されている。

同期機構３２は、さらに、正多角形の中心に配置された第一同期用歯車９４と、三つの第二同期用歯車９６と、を有している。第一同期用歯車９４は、伝達機構３４の出力軸６１に固定されており、出力軸６１とともに回転する。一方、第二同期用歯車９６は、それぞれ対応する爪側ラック４８および第一同期用歯車９４の双方に噛み合う。この第一、第二同期用歯車９４，９６により、複数のグリッパ爪１２の動きが同期される。

また、これまでの説明では、第二シリンダ１６が伸長する場合にのみ、その駆動力をグリッパ爪１２に伝達していたが、これは、逆でもよい。すなわち、伝達機構３４は、第二シリンダ１６が収縮する際の駆動力のみを伝達し、第二シリンダ１６が伸長する際の駆動力を伝達しない構成としてもよい。また、第一シリンダ１４は、直動体４２ではなく、同期用歯車５０に連結されてもよい。また、これまでの説明では、第一、第二シリンダ１４，１６を、空圧で進退するエアシリンダとしているが、第一、第二シリンダ１４，１６を、油圧で進退する油圧シリンダでもよい。さらに、伝達機構３４の構成は、必要に応じて、動力伝達を解除できるのであれば、適宜変更されてもよい。

１０ グリッパ装置、１２ グリッパ爪、１４ 第一シリンダ、１６ 第二シリンダ、１８ コントローラ、２０ 第一シリンダ駆動ユニット、２２ 第二シリンダ駆動ユニット、３０ 直動部、３２ 同期機構、３４ 伝達機構、４０ 表カバー、４２ 直動体、４４ 外筒、４６ スプライン溝、４８ 爪側ラック、５０ 同期用歯車、５４ 裏カバー、５５ 可動ブロック、５６ 入力ラック、５８ 外輪、６０ 内輪、６１ 出力軸、６２ 中継ローラ、６４ ポケット、６６ カム面、６８ カム孔、７０ ばねプランジャ、７２ 固定ピン、７６ 第一同期用歯車、７８ 第二同期用歯車、８０ 揺動レバー、８２ ラチェット爪、８４ ラチェット歯車、８６ 可動ピン、８８ 回転軸、９０ 第一カム孔、９２ 第二カム孔、９４ 第一同期用歯車、９６ 第二同期用歯車、９８ 歯、１００ アクチュエータ、１０２ 入力側ホイール、１０４ 出力側ホイール。

Claims (8)

1. 互いに連動して移動可能な複数のグリッパ爪と、
   複数の前記グリッパ爪それぞれに対応して設けられた複数の直動部と、
   前記複数の直動部の動きの同期をとる同期機構と、
   油圧または空圧により直進進退し、前記直動部または前記同期機構に駆動力を与える第一シリンダと、
   油圧または空圧により直進進退し、前記第一シリンダよりもストロークが小さく、前記第一シリンダよりも駆動力が大きい第二シリンダと、
   前記第二シリンダと前記同期機構を機械的に、連結および連結解除するクラッチを含む伝達機構と、
   を備え、
   前記クラッチは、前記第二シリンダが第一の向きに直進した場合に、前記同期機構と連結して前記第二シリンダの駆動力を前記同期機構に伝達し、前記第二シリンダが前記第一の向きと逆の第二の向きに直進した場合に前記同期機構との連結を解除するワンウェイクラッチである、
   ことを特徴とするグリッパ装置。
2. 請求項１に記載のグリッパ装置であって、
   前記伝達機構は、
   前記第二シリンダと、常時、連結され、第二シリンダの進退に応じて回転する外輪と、
   前記外輪の軸方向端面に形成され、その周面がカム面として機能するポケットと、
   前記同期機構と、常時、連結され、前記ポケット内において前記外輪と同心配置された内輪と、
   前記カム面と前記外輪との間に配置され中継ローラであって、前記外輪が第一の回転方向に回転した際に前記カム面および前記外輪の双方に密着する連結状態となり、前記外輪が前記第一の回転方向と逆の第二の回転方向に回転した際に前記カム面および前記外輪の少なくとも一方から離間した解除状態となる中継ローラと、
   前記中継ローラを前記連結状態となる方向に付勢する付勢部材と、
   を備えたカム式ワンウェイクラッチを含む、ことを特徴とするグリッパ装置。
3. 請求項１に記載のグリッパ装置であって、
   前記伝達機構は、
   前記第二シリンダと、常時、連結され、第二シリンダの進退に応じて回転する内輪と、
   前記内輪の軸方向端面に形成され、その周面がカム面として機能するポケットと、
   前記同期機構と、常時、連結され、前記内輪と同心配置された外輪と、
   前記カム面と前記外輪との間に配置され中継ローラであって、前記内輪が第一の回転方向に回転した際に前記カム面および前記外輪の双方に密着する連結状態となり、前記内輪が前記第一の回転方向と逆の第二の回転方向に回転した際に前記カム面および前記外輪の少なくとも一方から離間した解除状態となる中継ローラと、
   前記中継ローラを前記連結状態となる方向に付勢する付勢部材と、
   を備えたカム式ワンウェイクラッチを含む、ことを特徴とするグリッパ装置。
4. 請求項１に記載のグリッパ装置であって、
   前記伝達機構は、
   前記第二シリンダと、常時、連結され、第二シリンダの進退に応じて揺動するレバーと、
   前記レバーと連結され、前記レバーの揺動に応じて揺動するラチェット爪と、
   前記同期機構と、常時、連結され、前記同期機構とともに動くラチェット歯車であって、前記ラチェット爪が第一の揺動方向に揺動した際には回転し、前記ラチェット爪が前記第一の揺動方向と逆の第二の揺動方向に揺動した際には回転しないラチェット歯車と、
   を備えたラチェット式ワンウェイクラッチを含む、ことを特徴とするグリッパ装置。
5. 互いに連動して移動可能な複数のグリッパ爪と、
   複数の前記グリッパ爪それぞれに対応して設けられた複数の直動部と、
   前記複数の直動部の動きの同期をとる同期機構と、
   油圧または空圧により直進進退し、前記直動部または前記同期機構に駆動力を与える第一シリンダと、
   油圧または空圧により直進進退し、前記第一シリンダよりもストロークが小さく、前記第一シリンダよりも駆動力が大きい第二シリンダと、
   前記第二シリンダと前記同期機構を機械的に、連結および連結解除するクラッチを含む伝達機構と、
   を備え、
   前記伝達機構は、
   前記同期機構と、常時、連結され、前記同期機構とともに動く出力側ホイールと、
   前記第二シリンダと、常時、連結され、前記第二シリンダの進退に応じて回転する入力側ホイールであって、軸方向に進出することで、前記出力側ホイールの少なくとも一部と周方向に係合する入力側ホイールと、
   前記入力側ホイールを軸方向に進退させるアクチュエータと、
   を備えた噛み合いクラッチを含む、
   ことを特徴とするグリッパ装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のグリッパ装置であって、
   前記直動部は、対応する前記グリッパ爪と機械的に連結された直動体を含み、
   前記同期機構は、
   各直動体に１以上形成された爪側ラックと、
   前記爪側ラックに噛み合う１以上の同期用歯車と、
   を含む、ことを特徴とするグリッパ装置。
7. 請求項６に記載のグリッパ装置であって、
   前記伝達機構および前記同期機構は、前記第二シリンダの駆動力を増幅して前記直動部に伝達する、ことを特徴とするグリッパ装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のグリッパ装置であって、
   前記複数のグリッパ爪は、Ｎ≧３とした場合に、Ｎ個のグリッパ爪を含み、
   前記Ｎ個のグリッパ爪は、Ｎ個の辺で構成される多角形の辺に沿って進退可能であり、
   前記直動部は、対応する前記グリッパ爪と機械的に連結された直動体を含み、
   前記同期機構は、
   各直動体に形成された爪側ラックと、
   前記多角形の中心と同心に配され、Ｎ個の爪側ラック全てと、直接または間接的に同時に噛み合う第一同期用歯車と、
   を含む、ことを特徴とするグリッパ装置。