JPH03196987A - ハンド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、中心孔を有する例えばディスク等のワークを
シャフト周りに自動挿入する場合に使用するハンド装置
に関する。

（従来の技術） この種ワークの自動挿入用ハンド装置として、従来、産
業用ロボットのアーム等の被制御体に磁力吸着用の電磁
石や真空吸着用の吸盤、或いはワーク把持用の掴み爪等
を有するワーク保持具を装着してなり、このワーク保持
具により吸着又は掴んだワークをシャフトに強制的に挿
入するようにしたものが一般に使用されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、例えば半導体等の製造分野で利用されるクリ
ーンルーム等、空気にクリーン度の要求される場所で上
記従来のハンド装置を使用する場合、ワークの自動挿入
工程におけるワークとシャフトとの接触が問題となる。

すなわち、ワーク保持具によるワークの吸着位置や掴み
位置が適正位置からずれている場合、或いは被制御体の
位置決め精度に誤差がある場合には、シャフトの軸心に
対しワークの中心を一致させることは難しく、この不一
致状態での挿入により、シャフトとワークとの間に接触
が起きる。そして、この接触が弱接触であってもいわゆ
るかじりにより磨耗粉が発生するので、製品に悪影響を
及ぼすこととなる。従って、ワークの挿入時には、その
強制的な挿入をできる限り避けてワークを強接触させな
いようにするとともに、弱接触をも検出しながら挿入す
るようにし、接触抵抗の度合が所定以上に上昇したとき
には、自動挿入を中断するようにしたバックアップシス
テムが要求される。

しかし、実際には、このような接触を検出する方法とし
て、吸着手段や把持手段にロードセル等を付設し、その
ロードセル等により検出された接触抵抗が所定以上にな
ると、ワークの組付けを強制的に停止して、挿入の不適
を回避するものしかなく、この方法では、ワークとシャ
フトとの強接触しか検出できないので、検出した時点で
は既に強接触していることとなり、磨耗粉の発生は免れ
得ない。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は
、ワークのシャフトへの挿入の際に、ワークのシャフト
に対する弱接触を検出する手段を講じて、ワーク挿入に
伴う塵の発生を可及的に低減し、ハンド装置をクリーン
ルーム等で使用できるようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、請求項（１）に係る発明
では、中心孔を有するワークをワーク保持具により保持
して自重でシャフトに挿入するようにするとともに、そ
の挿入の際、そのワークのワーク保持具に対する相対変
位量を検出し、その相対変位量が大きいときには、それ
はワークがシャフトに接触していることに起因して生じ
たものであると見做して、ワークの自動挿入を停止する
ようにする。

すなわち、この発明では、駆動手段により上下を含む２
次元方向に移動可能な被制御体と、該被制御体にフロー
ティング機構を介して水平方向に遊動可能に支持された
ハンド本体と、該１１ンド本体に上下動可能に支持され
、下方に突出付勢された対シャフト用の芯出し具と、該
芯出し具の周りに同心状に配設され、かつ上記ハンド本
体に上下動可能に支持され、外力によりワークを上下に
変位可能に保持するワーク保持具と、該ワーク保持具に
保持されたワークのシャフトへの挿入時、ワークのワー
ク保持具に対する上下の相対変位量を検出する変位量検
出手段と、該変位量検出手段により検出されたワークの
相対変位量が所定値を越えたときに上記被制御体の移動
が停止するように駆動手段を制御する制御手段とを設け
たことを特徴としている。

（作用） 上記の構成により、請求項（１）に係る発明では、ワー
クをシャフトに挿入する場合、先ず、駆動手段の作動に
より被制御体が下降移動して、ワーク保持具がその下端
部でワークを保持する。尚、この保持状態は、ワークが
ワーク保持具に対して外力により上下に相対変位可能な
状態である。そして、その状態でワーク保持具が上昇し
た後、被制御体がシャフト上方に移動する。次いで、被
制御体が下降移動して芯出し具によりハンド本体及びワ
ーク保持具のシャフトに対する芯出しが行われ、さらに
被制御体の下降移動に伴ってワークが自重でシャフトの
周りに挿入される。このとき、ワークのワーク保持具と
の上下の相対変位量が変位量検出手段によって検出され
、ワークがシャフトに接触していないときには、ワーク
は抵抗なくスムーズにシャフトに挿入されるので、上記
相対変位量は変化しない。しかし、ワークがシャフトに
少しでも接触すると、その抵抗によりワークがワーク保
持具に対して上下に変位する。その相対変位量が所定以
上に変化すれば、制御手段により駆動手段が作動停止さ
れて、上記被制御体の移動が停止する。従って、ワーク
の挿入時のシャフトとの接触を正確に検出して、その検
出時に挿入動作が停止されるので、両者の接触に伴う磨
耗粉の発生を極力回避できることとなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図〜第３図は本発明の実施例に係る／＼ンド装置Ａ
の全体構成を示す。このノ１ンド装置Ａは、第２図及び
第３図に示すように、上下方向の軸心を持ったシャフト
Ｂに対し、中心孔Ｗ１を有するワークとしてのディスク
Ｗを挿入するためのもので、シャフトＢには大径のディ
スク挿入部Ｂ１と該ディスク挿入部Ｂ１の上側に同心状
に連続する小径の軸受嵌装部Ｂ２とが形成されている。

また、上記軸受嵌装部Ｂ２外周には軸受嵌合溝８３が形
成され、この嵌合溝Ｂ３にはディスク挿入部Ｂ１よりも
小さい外径を有する軸受Ｃが嵌合されている。そして、
ディスクＷ（ワーク）はシャフトＢ上方からその中心孔
Ｗ１に上記軸受Ｃを潜らせながらディスク挿入部Ｂｌの
外周に挿入される。

第１図〜第３図において、１は水平及び上下の３次元方
向に移動可能な被制御体で、これは駆動手段を構成する
例えば図外の産業用ロボットのアーム先端に取り付けら
れている。上記被制御体１にはハンド本体３がフローテ
ィング機構２を介して水平方向に移動可能に吊下げ支持
されている。

このハンド本体３は上方に開放された有底円筒状の上側
部４と、該上側部４の底部から一体に垂下する筒部４ａ
に上端にて上側部４と同心状にかつ一体的に接合され、
上方に開放された有底円筒状の下側部５とからなり、上
記上側部４の上端には半径方向外側に張り出したフラン
ジ４ｂが形成されていて、ハンド本体３はこのフランジ
４ｂにてフローティング機構２に取り付けられている。

上記ハンド本体３の上側部４内底面にはその中心位置に
上下方向のシリンダ軸線を有する芯出し具付勢用のエア
シリンダ６が取り付けられ、このシリンダ６のピストン
ロッド６ａは上側部４底壁に貫通形成したロッド挿通孔
７を挿通してその下方（筒部４ａ内）に延びている。ま
た、下側部５の底壁中心部には中心孔８が貫通形成され
、この中心孔８にはボールスプラインからなるスライダ
装置９が取り付けられている。このスライダ装置９は、
下側部５底壁にボルト締結されたスプラインナツト９ａ
と、該スプラインナツト９ａに摺動可能にかつ回転不能
に挿通支持され、上記シリンダ６のピストンロッド６ａ
の軸線上を通るスプライン軸９ｂとを備えてなり、上記
スプライン軸９ｂの上端はジヨイント１１を介して上記
シリンダ６のピストンロッド６ａ下端に連結されている
一方、スプライン軸９ｂの下端にはハンド本体３の下側
部５底壁と略同径の円柱状芯出し具１２が締結固定され
ている。従って、上記芯出し具１２はスライダ装置９に
よりハンド本体３に対し上下動可能に支持され、かつシ
リンダ６の伸長圧により常時下方に付勢されている。上
記芯出し具１２の下面には２段構造の凹部１３が形成さ
れており、この凹部１３の下側段部１３ａに上記シャフ
トＢの軸受Ｃを嵌入することにより、シャフトＢに対し
ハンド本体３及び後述するワーク保持具１７を芯出しす
るようにしている。

また、芯出し具１２の周縁部には上下方向に貫通するセ
ンサ取付孔１４が形成され、この取付孔１４の下端は凹
部１３の下側段部１３ａ上面に開口している。また、セ
ンサ取付孔１４には静電容量型のハイドセンサ１５が取
り付けられている。

このハイドセンサ１５は、四部１３の下側段部１３ａに
シャフトＢの軸受Ｃが完全に嵌り込んだときにそのこと
を検出するものである。尚、この／％イトセンサ１５の
信号ラインは上記ノ＼ンド本体３の下側部５底壁、上側
部４の筒部４ａ及び底壁を摺動可能に貫通する保護管１
６内に挿通されている。

上記芯出し具１２の周囲には略円筒状のワーク保持具１
７が芯出し具１２と同心状に配設されている。すなわち
、このワーク保持具１７は中心孔１９を有し、この中心
孔１９には上記芯出し具１２（ハンド本体３の下側部５
底壁）が配設されている。ワーク保持具１７の上端にお
いて円周方向の３等分位置にはそれぞれガイド棒２０，
２０゜・・・の下端が取付固定されている。この各ガイ
ド棒２０は上記ハンド本体３の上側部４底壁ないし筒部
４ａを摺動可能に貫通し、その上端は上記エアシリンダ
６周りに配設したリング２１に固定されており、３本の
ガイド棒２０．　２０．・・・及びリング２１によりワ
ーク保持具１７がハンド本体３に支持されている。そし
て、ハンド本体３の上側部４内底而の周辺部には上下方
向のシリンダ軸線を有するワーク保持具昇降用のエアシ
リンダ２２が取り付けられ、このシリンダ２２のピスト
ンロッド２２ａは上方に延び、その上端は上記リング２
１に連結固定されており、シリンダ２２の伸縮によりワ
ーク保持具１７を上昇端位置及び下降端位置の間で上下
動させるようにしている。

また、ワーク保持具１７の下端にはディスクＷを非接触
状態で吸引保持する３つ以上の吸引装置２７、　２７．
・・・が円周方向に等角度間隔をあけて配設されている
。この各吸引装置２７は、ワーク保持具１７の下端に形
成されかつ下方に開口するチャンバ２８と、該チャンバ
２８内の中心に配置され、下面にエア吹出口（図示せず
）が開口する吸引部３０とを備えてなり、上記吸引部３
０はエア吹出管３１を介して図外のエア供給源に接続さ
れており、エア供給源からのエアを吸引部３０から吹き
出させることで、ディスクＷをエアのベルヌーイ効果に
より非接触状態で吸引保持するようにしている。

また、ワーク保持具１７の壁部上端には円環状の吸引通
路２３が形成され、この吸引通路２３は連通路２３ａを
介して上記各吸引装置２７のチャンバ２８に連通してい
る。また、ワーク保持具１７の上端には上記吸引通路２
３に連通ずる吸引管２４が気密状に螺合締結され、この
吸引管２４は吸引ポンプ等の吸引源（図示せず）に接続
されており、吸引装置２７の吸引部３０からチャンバ２
８内に吹き出されたエアを吸引通路２３ないし吸引管２
４を介してエア吸引源に吸引して回収することにより、
数匹を防止するようにしている。

上記ハンド本体３の筒部４ａ外周面にはその円周方向の
３等分位置にハンド本体３の半径方向に延びるシリンダ
軸心を有するエアシリンダ３２゜３２、・・・が取り付
けられ、この各シリンダ３２のピストンロッド３２ａは
ハンド本体３の外側に向かい、その先端にはガイドロッ
ド３３．３３により案内される吊下げ棒２５が吊下げ支
持されており、シリンダ３２の伸縮により吊下げ棒２５
をワーク保持具１７の中心に対し進退させるようにして
いる。また、上記各吊下げ棒２５の下部は上記ワーク保
持具１７の外周側方に位置し、その下端部には、ワーク
保持具１７の吸引装置２７，２７゜・・・により吸引保
持されたディスクＷの外周縁に当接可能な板ばねからな
る開閉爪３４が取り付けられており、ディスクＷをワー
ク保持具１７で吸弓保持して搬送するとき、各シリンダ
３２を収縮させて吊下げ棒２５を前進させることで、デ
ィスクＷの外周縁に開閉爪３４を当接させてディスクＷ
の水平方向の移動（遊動）を規制するようにしている。

さらに、上記各吸引装置２７にはチャンツク２８の上壁
を貫通してその内部に臨むノ１イトセンサ３５か配設さ
れている。このｌ＼イトセンサ３５は上記ハイドセンサ
１５と同様の静電容量型のもので、各吸引装置２７によ
り吸引保持したディスクＷのワーク保持具１７に対する
高さ位置（相対距離）を検出し、その相対高さ位置が適
正範囲から外れると信号を出力する。この実施例では、
このハイドセンサ３５が、ディスクＷのワーク保持具１
７に対する上方への相対変位量を検出する変位量検出手
段を構成している。

第１図に示すように、上記両ハイドセンサ１５゜３５の
各出力信号はロボットを作動制御するための制御装置３
７に入力されている。この制御装置３７は本発明でいう
制御手段を構成するものでＣＰＵを内蔵している。ここ
で、制御装置３７においてディスクＷを搬送、シャフト
Ｂに挿入するときの制御手順について第４図により説明
すると、先ず、ステップＳ１でハイドセンサ３５の出力
信号の変化を判定する。この判定は、搬送中にディスク
Ｗが落下したか、或いは挿入中にディスクＷがシャフト
Ｂに接触してワーク保持具１７に対し上下に相対変位し
、その相対変位量が適正範囲を越えたか否かを判定する
ものである。そして、ハイドセンサ３５の出力信号に変
化がなければ、ディスクＷは落下もせず、適正範囲を越
えた変位もしていないので、ステップＳ２のようにディ
スクＷの搬送及びシャフトＢへの挿入を実行する。反対
に、ハイドセンサ３５の出力信号に変化があれば、ステ
ップＳ３のようにディスクＷの搬送或いは挿入を強制停
止するとともに、警報等の警告をする。

次に、上記実施例の作動について説明する。

ハンド装置Ａの作動開始時、第１図に示す如く、シリン
ダ６には一定の伸長圧力がかけられていて、この伸長圧
力により芯出し具１２に下方に向かう付勢力が付与され
ている。また、シリンダ２２は収縮状態にあって、ワー
ク保持具１７は下降端位置にあり、その各吸引装置２７
の吸引部３０下端面がハンド装置Ａの最下端位置に位置
付けられている。さらに、各シリンダ３２は伸長状態に
あって、吊下げ棒２５下端の開閉爪３４はワーク保持具
１７の中心に対し後退した開き位置にある。

上記状態から先ず、被制御体１がワーク搭載台り上方で
下降移動してハンド本体３全体が下降し、上記各吸引装
置２７の吸引部３ｏ下端面がワーク搭載台り上のディス
クＷ（ワーク）に接近すると、エア供給源から供給され
たエアが上記各吸引装置２７の吸引部３０から吹き出さ
れ、この吸引部３０からの吹出エアのベルヌーイ効果に
よりディスクＷがワーク保持具１７（吸引装置２７）に
一定間隔をあけた非接触状態で持ち上げられて保持され
る。

この後、シリンダ２２が伸長してワーク保持具１７が上
昇端位置に上昇するとともに、上記各シリンダ３２が収
縮して吊下げ棒２５がワーク保持具１７の中心に向かっ
て前進し、その下端の開閉爪３４が上記ディスクＷの外
周に当接する閉じ状態となる。そして、その状態で第２
図に示すように、被制御体１が移動してディスクＷがシ
ャフトＢ上方に搬送される。

その際、上記ディスクＷは各吸引装置２７に非接触状態
で吸引保持されているため、通常の状態では慣性等によ
り水平方向に飛び出したり、ぶれたりする虞れがある。

が、この実施例では、ディスクＷの外周縁には開閉爪３
４が当接しているので、ディスクＷが搬送に伴って遊動
するのは開閉爪３４により規制され、よって上記不具合
は生じない。

また、ディスクＷは各吸引装置２７の吸引部３０により
非接触状態で保持されるので、ディスクＷのワーク保持
具１７自体との接触がなく、摩耗粉の発生低減に寄与す
ることができる。

ディスクＷがシャフトＢ上方に搬送された後、被制御体
１が下降移動する。そして、第３図に示すように、芯出
し具１２の四部１３の下側段部１３ａにシャフトＢの軸
受Ｃが完全に嵌合し、それを示す信号がハイドセンサ１
５から出力されると、芯出しが完了する。この後、上記
各シリンダ３２の伸長により吊下げ捧２５下端の開閉爪
３４が後退して開き、次いで、被制御体１がさらに下降
移動してディスクＷがシャフトＢのディスク挿入部８１
周りに嵌挿される。

その際、ディスクＷはワーク保持具１７の吸引装置２７
，２７．・・・により非接触状態で保持されているので
、ディスクＷはその自重で挿入されることとなる。よっ
てシャフトＢとの接触が僅かであってもワーク保持具１
７に対し敏感に変位することとなり、検出精度を高める
ことができる。

また、シリンダ６に一定の伸長圧力がかけられているた
め、芯出し具１２がシャフトＢの軸受Ｃを押え付ける力
は一定となり、シャフトＢを安定して保持することがで
きる。

尚、ディスクＷの搬送、挿入中にもしディスクＷが落下
したり、或いはディスクＷのシャフトＢへの挿入中に接
触を生じ、適正範囲を越えて上下変位した場合は、ハイ
ドセンサ３５からの信号の変化を制御装置３７が受けて
、ロボットの作動が停止するとともに、その旨警告され
る。

そして、第３図で仮想線にて示す如く、ワーク保持具１
７の下降端位置で被制御体ｌの下降移動が停止し、その
後、上記各吸引装置２７の吸引部３０からのエア吹出し
が停止して、吸引装置２７によるディスクＷの保持がな
くなり、ディスクＷはシャフトＢの段部上に落下する。

以上で１枚のディスクＷについての挿入工程が終了する
。以後、各ディスクＷについて上記と同様の動作が繰り
返され、複数のディスクＷ、Ｗ、・・・がシャフトＢに
挿入される。

したがって、この実施例では、上記の如（、ディスクＷ
のシャフトＢとの接触があると、弱接触であってもそれ
が異常であれば、ハイドセンサ３５により信号が出力さ
れ、挿入作業が停止するので、両者の接触に伴う磨耗粉
の発生を極力防止することができる。

上記実施例では、ディスクＷをワーク保持具１７におけ
る各吸引装置２７の吸引部３０により非接触状態で吸引
保持するようにしたが、ワーク保持具１７を第５図に示
すように変更してもよい。

すなわち、第５図は本発明の他の実施例を示しく尚、第
１図と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な
説明は省略する）、ワーク保持具１７′は、各ガイド棒
２０下端に取り付けられた３つの保持具本体１８　ａ、
　　１８　ａ、・・・と、該６保持具本体１８ａの外端
部に上端にて揺動可能に軸支され、閉じ状態（図示の状
態）で下端にディスクＷの外周縁を下方から抱え込むよ
うに係合する支持爪１８ｂとで構成され、支持爪１８ｂ
は図示しない駆動装置により駆動される。また、上記各
保持具本体１８ａにハイドセンサ３５が取り付けられて
いる。

したがって、この実施例では、ディスクＷの保持前の状
態では、ワーク保持具１７の各支持爪１８ｂは開いてお
り、この支持爪１８ｂを閉じることでディスクＷはワー
ク保持具１７に支持され、その状態でシャフトＢ上方に
搬送される。そして、ディスクＷのシャフトＢの挿入時
、上記実施例と同様に、両者の接触がハイドセンサ３５
により検出され、異常接触のときにはディスクＷの挿入
が停止される。よって、この実施例でも、上記実施例と
同様の作用効果を奏することができる。

尚、本発明は、上記実施例の如きディスク界以外のワー
クをシャフトＢに挿入する場合についても適用できるの
は勿論のことである。

また、ハイドセンサ３５の代りに、エア吹出管３１の途
中において吸引部３０から吹き出されるエアの吹出流量
を測定する流量センサを配管し、これによりディスクＷ
とワーク保持具１７との相対変位量を間接的に検出する
ようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）に係る発明によると
、中心孔を有するワークをハンド装置により芯出しして
シャフトに自動挿入する場合、ワークをその自重で挿入
するべくし、しかもその挿入時にワーク保持具に保持し
たワークのワーク保持具に対する上下への相対変位量を
検出し、その変位量が適正範囲を越えたときをワークが
シャフトに異常接触したと判断して、ワークの挿入を強
制停止するようにしたことにより、ワークのシャフトと
の異常接触を敏感に検出できるし、また接触に伴う磨耗
粉の発生を極力回避できる。よってタリン度が要求され
るクリーンルーム等であってもハンド装置を支障なく使
用することができるという実用上優れた効果を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はディスクの吸
引保持前の状態を示すハンド装置の断面図、第２図はデ
ィスクを保持して搬送する状態を示す第１図相当図、第
３図はディスクの挿入状態を示す第１図相当図、第４図
は制御装置での制御手順を示すフローチャート図である
。第５図は他の実施例の要部を示す断面図である。 Ａ・・・ハンド装置 １・・・被制御体 ２・・・フローティング機構 ３・・・ハンド本体 ６・・・芯出し具付勢用シリンダ １２・・・芯出し具 １７．１７’・・・ワーク保持具 １８ｂ・・・支持爪 ２２・・・ワーク保持具昇降用シリンダ２７・・・吸引
装置 ３２・・・シリンダ ３５・・・ハイドセンサ（変位量検出手段）３７・・・
制御装置（制御手段） Ｂ・・・シャフト Ｃ・・・軸受 Ｗ・・・ディスク（ワーク） Ｗｌ・・・中心孔 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）中心孔を有するワークを保持してシャフト周りに
   挿入するハンド装置であって、 駆動手段により上下を含む２次元方向に移動可能な被制
   御体と、該被制御体にフローティング機構を介して水平
   方向に遊動可能に支持されたハンド本体と、該ハンド本
   体に上下動可能に支持され、下方に突出付勢された対シ
   ャフト用の芯出し具と、該芯出し具の周りに同心状に配
   設され、かつ上記ハンド本体に上下動可能に支持され、
   外力によりワークを上下に変位可能に保持するワーク保
   持具と、該ワーク保持具に保持されたワークのシャフト
   への挿入時、ワークのワーク保持具に対する上下の相対
   変位量を検出する変位量検出手段と、該検出手段により
   検出されたワークの相対変位量が所定値を越えたときに
   上記被制御体の移動が停止するように駆動手段を制御す
   る制御手段とを備えてなることを特徴とするハンド装置
   。