JP4584898B2 - 電動グリッパ - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転をカム機構で直線運動に変換して把持部材（爪やフィンガやチャック等）を開閉させる電動グリッパ（電動ハンドとも言われている）に関する。

本出願人は、特許文献１（特開２００５−５９１１８号公報）に記載されているように、ワークへの把持力がカム部材の位置に拘わらず一定になるようにするため、すなわち、把持部材への推力がカム部材の回転角に関係なく常に一定になるようにするため、カム部材のカム溝の曲線形状を、その一端が回転中心に近いところから始まってアルキメデスの渦巻き曲線を描きながら回転中心に近づくことなく遠ざかり、他端が回転中心より最も遠いところで終わる曲線としたものを既に提案している。

このようなカム溝形状としたカム部材を用いて推力の一定化を図るほか、さらに、減速比及び把持部材のストロークの両方についても充分に確保するため、次のような２つの形態の試作をした。

図６〜図９は第１の形態の試作品で、平歯車でもある一対のカム部材５１ａ・５１ｂを用いてこれらを同一平面上に個別に軸支し、そのそれぞれのカム溝５２ａ・５２ｂの曲線形状を上記のようなアルキメデスの渦巻き曲線とし、これらカム部材５１ａ・５１ｂが２つの従動歯車となるように、それよりも小径の１つの駆動歯車５３に噛み合わせて減速するようにしたものである。

駆動歯車５３は、モータ台板５４上に設置されたステッピングモータ５５のモータ軸５６に固定されている。ステッピングモータ５５はエンコーダ５７を付設しており、それと共にモータカバー５８で覆われている。

一対のカム部材５１ａ・５１ｂは、モータ台板５４とレール台板５９との間において、それぞれのベアリング６０ａ・６０ｂによりモータ台板５４に回転自在に軸支されている。駆動歯車５３は、これらカム部材５１ａ・５１ｂの間においてその双方と噛み合っている。

レール台板５９には、モータ台板５４とは反対側の面に案内溝６１が形成され、この案内溝６１に一対の把持部材６２ａ・６２ｂが直線摺動自在に嵌合されている。これら把持部材６２ａ・６２ｂには、これらに軸をそれぞれ植設したカムフォロア６３ａ・６３ｂが備えられ、これらカムフォロア６３ａ・６３ｂは、一対のカム部材５１ａ・５１ｂのカム溝５２ａ・５２ｂにそれぞれ摺動自在に嵌合している。レール台板５９には、カムフォロア６３ａ・６３ｂの軸をそれぞれ貫通させる長孔６４ａ・６４ｂが設けられている。

しかし、この第１の形態の試作品では、一対の把持部材６２ａ・６２ｂに対して一対のカム部材５１ａ・５１ｂを設け、そのそれぞれにカム溝５２ａ・５２ｂを設けるとともに、これらカム部材５１ａ・５１ｂを共通の駆動歯車５３に対する従動歯車として減速する構造であるため、一対の把持部材６２ａ・６２ｂのストロークを長くするには、カム溝５２ａ・５２ｂの渦巻き曲線の長さを長くする必要があり、そうすると渦巻きの巻き数が増えて、カム部材５１ａ・５１ｂの外径を大きくせざるを得ない。各カム部材５１ａ・５１ｂの外径が増大すると、装置全体のサイズがそれらを合わせた大きさ分だけ増えることになるので、第１の形態では、一対の把持部材６２ａ・６２ｂのストロークを充分に確保する上で難点があった。

次に、図１０〜図１３は第２の形態の試作品で、カム部材７１を１つにして、これに一対のカム溝７２ａ・７２ｂを、カム部材７１の回転中心を基準とする点対称の二重の渦巻き曲線（アルキメデスの渦巻き曲線）となるように形成し、また、ステッピングモータ７３からの回転を既製の減速機７４を介して減速してからカム部材７１に伝達するようにしたものである。

ステッピングモータ７３のモータ軸は減速機７４の入力軸と直結されている。減速機７４はモータ台板７５上に設置されて、ステッピングモータ７３及びそれに付属のエンコーダ７６と共にモータカバー７７で覆われている。

カム部材７１は、モータ台板７５とレール台板７８との間において減速機７４の出力軸７９に固定されている。

レール台板７８には、一対の把持部材８０ａ・８０ｂを案内する２本の角棒状レール８１・８１が平行に設けられている。一対の把持部材８０ａ・８０ｂは、それに付設したスライドガイド８２をレール８１・８１に嵌合させることにより、これらレール８０・８０から外れることなくこれらに沿って直線摺動する。

一対の把持部材８０ａ・８０ｂにはピン状のカムフォロア８３ａ・８３ｂが植設され、これらカムフォロア８３ａ・８３ｂは、レール台板７８の同一線上に設けられた案内溝８４ａ・８４ｂをそれぞれ貫通して、カム部材７１の一対のカム溝７２ａ・７２ｂにそれぞれ摺動自在に嵌合している。

この第２の形態の試作品によると、カム部材７１を１つにして、これに一対のカム溝７２ａ・７２ｂを、カム部材７１の回転中心を基準とする点対称の二重の渦巻き曲線となるように形成しているので、一対の把持部材８０ａ・８０ｂのストロークを確保する上では問題はなく、また、既製の減速機７４で減速比も大きくできるが、その回転角精度を高くするには、遊星歯車等を用いた減速比の高い減速機を用いなければならなく、既製の減速機を用いるとしても、その費用が高くつく問題があった。
特開２００５−５９１１８号公報

本発明の課題は、把持部材のストロークを充分に確保できるに加え、精密な既製の減速機を用いなくとも、単純な構造で減速比も大きく確保できる電動グリッパを安価に提供できるようにすることにある。

請求項１に係る本発明の電動グリッパは、モータと、該モータにて回転される駆動歯車と、この駆動歯車とは別にベアリングにて回転自在に軸支された１つのカム部材と、平行な２本のレールに沿って直線摺動する２個の把持部材とで構成され、前記１つのカム部材に、前記２個の把持部材のそれぞれのカムフォロアを摺動自在に嵌合させる２個のカム溝がカム部材の回転中心を基準とする点対称の二重の渦巻き曲線に形成され、また、該カム部材が前記駆動歯車とで減速機構を構成する従動歯車を兼ねるように、該カム部材の外周に、駆動歯車と噛み合う歯が形成され、１つのカム部材が駆動歯車に従動して減速回転すると、複数の把持部材の各カムフォロアが１つのカム部材の各カム溝に沿って摺動し、２個の把持部材がレールに沿って同時に直線摺動するようになっているものである。

請求項２に係る発明は、カム部材を挟んだ一方側にベアリングとモータを並設し、反対側に複数の把持部材を配設し、前記モータを前記２本のレールの間に配設した部品配置構造を特徴とする。

請求項３に係る発明は、各カム溝が、カム部材の回転中心を中心とするアルキメデスの渦巻き曲線に沿って形成された、カム形状を特徴とする。

本発明によれば、複数の把持部材のための２個のカム溝を１つのカム部材に形成し、このカム部材を、モータにて回転される駆動歯車に対する従動歯車として減速するので、把持部材のストロークを充分に確保できるのに加え、精密な既製の減速機を用いなくとも、単純な構造で減速比も大きく確保できる。また、上記のような効果を奏する電動グリッパを小型化して提供できる。

請求項２に係る発明によれば、カム部材を挟んだ一方側にベアリングとモータを並設し、反対側に複数の把持部材を配設したので、装置全体の高さを低く抑えることができる。

請求項３に係る発明によれば、カム溝を、カム部材の回転中心を中心とするアルキメデスの渦巻き曲線に沿って形成したので、モータの回転角と把持部材の位置関係が線形となり、モータの回転トルクによって生ずる把持部材の推力が回転角によって変化せず、どの位置でも一定の推力が得られる。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図５に本発明の一実施例を示す。この電動グリッパでは、円形板である一枚のカム部材１を用いる。このカム部材１の下面には、図２に示すように、一対のカム溝２ａ・２ｂが、カム部材１の中心Ｏに近い点対称の２点を起点として、どこでも中心Ｏを基準とした点対称の二重の渦巻き状となるように、しかも、それぞれがアルキメデスの渦巻き曲線に沿って中心Ｏに近づくことなく形成されている。これらカム溝２ａ・２ｂは、上下に貫通することなく同じ深さで形成されている。また、カム部材１の周面には、それ自身が減速のための従動歯車にもなるように、歯３が全周に形成されている。

このカム部材１は、上下に組み合わせたモータ台板４とレール台板５との間において、モータ台板４上のベアリング（ボールベアリング）６に中心を軸支され、また、モータ台板４上のステッピングモータ７からの回転（正転及び逆転）を、これらモータ台板４とレール台板５との間で減速して伝達される。

すなわち、カム部材１は、レール台板５の上面に形成された円形凹所８内に配置して、その上からモータ台板４で覆われている。ベアリング６とステッピングモータ７とは、モータ台板４上に並置して仕切り壁付きのカバー９にて覆われている。ステッピングモータ７にはエンコーダ１０が付設されている。ベアリング６には、凹所８内まで延びるカム軸１１が軸受けされている。カム部材１は、その中心孔１２にカム軸１１の下端部を嵌合させたうえ、カム軸１１の鍔部１３にネジ１４でネジ止めしてカム軸１１に固定されている。

ステッピングモータ７のモータ軸１５には駆動歯車１６が固定されている。この駆動歯車１６は、凹所８の突出凹部１７内に位置してカム部材１の歯３と噛み合っている。駆動歯車１６は、従動歯車でもあるカム部材１に比べてはるかに小径であるため、カム部材１には、ステッピングモータ７からの回転が高い減速比をもって伝達される。

一方、モータ台板４上とは反対側、つまり、レール台板５の下面には、２本の棒状レール１８・１８が平行に付設され、これらレール１８・１８にスライドガイド１９をそれぞれ嵌合させることにより、矩形ブロックである一対の把持部材２０ａ・２０ｂが、これらレール１８・１８に沿って直線摺動するように装着されている。一対の把持部材２０ａ・２０ｂにはピン状のカムフォロア２１ａ・２１ｂが植設されている。これらカムフォロア２１ａ・２１ｂは、レール台板５の同一線上に設けられた案内溝２２ａ・２２ｂをそれぞれ貫通して、カム部材１の一対のカム溝２ａ・２ｂにそれぞれ摺動自在に嵌合している。一対の把持部材２０ａ・２０ｂには、図示していないが、把持するワークに応じた把持爪などを取り付けるようになっている。

この電動グリッパは上記のような構造であるため、ステッピングモータ７が回転すると、その回転が駆動歯車１６によりカム部材１を従動歯車としてこれに高い減速比で伝達される。カム部材１が図２において反時計方向に回転すると、その一対のカム溝２ａ・２ｂも同時に反時計方向に回転するので、一対のカムフォロア２１ａ・２１ｂが案内溝２２ａ・２２ｂに沿って互いに接近するように駆動され、一対の把持部材２０ａ・２０ｂが平行なレール１８・１８に沿って互いに接近摺動する。

一対のカム溝２ａ・２ｂは、カム部材１の回転中心Ｏに最も近い一端から、最も遠い他端へとアルキメデスの渦巻き曲線に沿って形成されているので、前出の特許文献１に解説されているように、カム部材１の回転角と一対の把持部材２０ａ・２０ｂの位置関係が線形となり、ステッピングモータ７の回転トルクによって生ずる一対の把持部材２０ａ・２０ｂの推力が回転角によって変化せず、どの位置でも一定の推力でワークを把持することができる。

カム部材１が図２において時計方向に回転すると、その一対のカム溝２ａ・２ｂも同時に時計方向に回転するので、一対のカムフォロア２１ａ・２１ｂが案内溝２２ａ・２２ｂに沿って互いに離隔するように駆動され、一対の把持部材２０ａ・２０ｂがレール１８・１８に沿って互いに離隔摺動する。

上記の実施例では、カム部材１に一対のカム溝２ａ・２ｂを形成して、一対の把持部材２０ａ・２０ｂを同時に直線摺動させるようにしたが、カム部材１に３個以上のカム溝を形成して、３個以上の把持部材を同時に直線摺動させるようにすることもできる。また、駆動源はステッピングモータに限らない。

本発明の一実施例の垂直断面図で、把持部材の摺動方向に沿った断面である。 同じく下から見た水平断面図である。 図１とは直交する方向の垂直断面図である。 同実施例の上面図である。 同実施例の下面図である。 本発明と比較するために試作した第１の形態の試作品の垂直断面図で、把持部材の摺動方向に沿った断面である。 同上における一対のカム部材と駆動歯車の関係を示す平面図である。 同試作品の下面図である。 図７とは直交する方向の垂直断面図である。 本発明と比較するために試作した第２の形態の試作品の垂直断面図で、把持部材の摺動方向に沿った断面である。 同上におけるカム部材とレール台板の関係を示す平面図である。 図７とは直交する方向の垂直断面図である。 同試作品の下面図である。

符号の説明

１ カム部材
２ａ・２ｂ カム溝
３ 歯
４ モータ台板
５ レール台板
６ ベアリング
７ ステッピングモータ
８ 凹所
９ カバー
１０ エンコーダ
１１ カム軸
１２ 中心孔
１３ 鍔部
１４ ネジ
１５ モータ軸
１６ 駆動歯車
１７ 突出凹部
１８ レール
１９ スライドガイド
２０ａ・２０ｂ 把持部材
２１ａ・２１ｂ カムフォロア
２２ａ・２２ｂ 案内溝

Claims (3)

1. モータと、該モータにて回転される駆動歯車と、この駆動歯車とは別にベアリングにて回転自在に軸支された１つのカム部材と、平行な２本のレールに沿って直線摺動する２個の把持部材とで構成され、前記１つのカム部材に、前記２個の把持部材のそれぞれのカムフォロアを摺動自在に嵌合させる２個のカム溝がカム部材の回転中心を基準とする点対称の二重の渦巻き曲線に形成され、また、該カム部材が前記駆動歯車とで減速機構を構成する従動歯車を兼ねるように、該カム部材の外周に、駆動歯車と噛み合う歯が形成され、１つのカム部材が駆動歯車に従動して減速回転すると、複数の把持部材の各カムフォロアが１つのカム部材の各カム溝に沿って摺動し、２個の把持部材がレールに沿って同時に直線摺動するようになっていることを特徴とする電動グリッパ。
2. カム部材を挟んだ一方側にベアリングとモータを並設し、反対側に複数の把持部材を配設し、前記モータを前記２本のレールの間に配設したことを特徴とする請求項１に記載の電動グリッパ。
3. 各カム溝が、カム部材の回転中心を中心とするアルキメデスの渦巻き曲線に沿って形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動グリッパ。

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