JPH0810523Y2

JPH0810523Y2 - ロボット用グリッパ装置

Info

Publication number: JPH0810523Y2
Application number: JP1989046312U
Authority: JP
Inventors: オーベビョルンソントーレイフ
Original assignee: ベックマンインスツルメンツインコーポレーテッド
Priority date: 1988-04-22
Filing date: 1989-04-21
Publication date: 1996-03-29
Anticipated expiration: 2004-04-21
Also published as: JPH01156889U; EP0338673A1; DE68903025D1; DE68903025T2; EP0338673B1

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、各種の工作物を取り扱うためにロボットの
アームに取り付けることができるグリッパ装置に関し、
特に補助的な自由度を有するロボット用グリッパ装置に
関する。

（従来の技術）米国特許第4,627,654号の明細書には、円形の工作物
または支持プレートを含む円形の穴を有する工作物を把
持するように適合されたグリッパと、共通の軸線に向け
て集中する面に配置された複数の平行リンクとが記載さ
れている。各平行リンクは、前記共通の軸線に平行な方
向へ軸ピストンにより移動されかつ前記共通の軸線に平
行な第１のアームと、該第１のアームの移動に応答して
伸縮可能に支持体の各端部に配置された複数のローラを
備える第２のアームとを含む。伸縮可能の第２のアーム
は、該第２のアームが伸長されるときまたは収縮される
とき、工作物を締め付ける複数のフィンガーを備える。

米国特許第4,566,845号の明細書には、取り扱うべき
物品を握るように配置される一対のフィンガーを有する
グリッパが記載されている。各フィンガーは、支持体
と、物品に接触する接触プレートとにより形成されてい
る。このグリッパは、スピンドルの軸線の周りの回転移
動と、接触プレートの並進運動と、接触プレートのその
軸線の周りの回転運動とを含むいくつかの自由度を備え
ている。圧縮可能の並進運動を測定する検出器は、三つ
の運動に応じて目的物の力に関係する変形に対応した情
報を発生する。

上記の両装置は、ロボットに融通性を与える自由度を
有するグリッパの例である。各ロボットの必要性は、個
々に考慮しなければならない。

円筒状ロボットは、水平のアームを支持する支持基板
に設けられた垂直なシャフトを備える。ロボットアーム
の端部には、各種の端部作動体すなわちハンドが取り付
けられる。ロボットアームは、テーブル上のまたは他の
作業空間の各種の位置に作用するために、垂直なシャフ
トに沿う上下移動、垂直なシャフトの周りの回転または
伸縮をすることができる。作業空間の目的物をロボット
ハンドで把持するために、目的物に関して把持要素の方
向付けをすることがロボットのために必要である。人の
肩、肘および手首のように構成された継手を有する、人
間に似たロボットは、目的物の把持に好適な方向へハン
ドを向けるに充分な自由度を有する。これに対し、円筒
状ロボットは、三つの自由度を備えていない。人間に似
たロボットは、大きな融通性または正確さのために余分
な自由度を必要とする。

従来の多くのグリッパは、それらがロボットアームを
介して駆動されるから、その有用性が制限されるという
問題を有する。これは、グリッパが電気的および機械的
な機能のために特定のロボットアームとつり合う継手を
有することを必要とする。換言すれば、グリッパとロボ
ットとの結合が面倒である。

（解決しようとする課題）本考案の目的は、作業空間で種々の方向に向く目的物
をハンドすなわちグリッパで把持するようにグリッパと
ロボットとの結合のための単純なインターフェースでも
って、ロボットがすでに備えている自由度に対し付加的
な自由度と充分な正確さとを有しかつロボットアームの
種類に無関係なロボット用ハンド装置すなわちロボット
用グリッパ装置を提供することにある。

（解決手段、作用、効果）上記目的は、ロボットアームの作業端部に取り付ける
ことができるハンドハウジングすなわちグリッパハウジ
ングを備え、また、ハンドすなわちグリッパの側で駆動
されかつロボットアーム自体に備えられた自由度に対し
付加的な１以上の自由度を有するロボット用グリッパ装
置により達成される。グリッパ装置をそれ自体の内部か
ら駆動させることにより、本考案のロボット用グリッパ
装置は、それ自体、ロボットであり、またロボットに取
り付けられるロボットである。グリッパ装置の枢軸線は
ハウジングに配置された電動機により制御され、ハウジ
ングは該ハウジング内の新たな継手を通して枢軸運動を
するように、枢軸継手に固定された関係におかれてい
る。枢軸線すなわちＺ軸線に沿うハウジングの並進運動
は、ハウジング内の他の電動機により制御される。

本考案の、ロボットアームの端部に取付け可能のグリ
ッパ装置は、フレームと、該フレームに取り付けられか
つ１以上のロボット運動を実行する手段と、前記フレー
ムを前記ロボットアームの末端部に取り付ける取付ベー
スとを含み、前記フレームには電動機手段が配置されて
おり、前記取付ベースと前記フレームとは枢軸継手によ
り結合されており、前記電動機手段は前記取付ベースが
組み付けられる前記ロボットアームの長手軸線を横切る
前記枢軸継手に関して前記フレームおよび前記電動機手
段の両者を同時に回転させ、前記取付ベースは、前記枢
軸継手において前記フレームの回転を生じさせるために
前記ロボットアームと前記フレームとの間が非機械的結
合となって前記フレームが前記ロボットアームによる制
御と無関係に回転することができるように、前記ロボッ
トアームの端部に取り付けられている。

本考案のグリッパ装置は、また、ハウジングから伸び
かつ各種の工作物すなわち目的物を把持するように適合
された対向する二つのフィンガーグループと、ハウジン
グ内に配置されてフィンガーグループを相寄り相離れる
方向へ移動させるようにラックおよびピニオンと共同す
る第２の電動機とを含む。枢軸運動のための一つの電動
機と、把持のための他の一つの電動機とは、ロボットア
ームとは別に作動させることができ、また、サーボモー
タまたはステップモータとすることができる。フィンガ
ーグループは、二つのフィンガーを有する第１のグルー
プと、単一のフィンガーを有する第２のグループとを含
み、円形および四角形の円板状の目的物を把持する手段
を提供する。

本考案の、ロボットアームの先端に取り付けられるグ
リッパ装置によれば、取付ベースとをロボットアームの
長手軸線を横切る枢軸継手により結合し、フレームと電
動機手段とが当該電動機手段により枢軸継手に関して同
時に回転されるようにフレームに電動機手段を配置した
から、ロボット自体が備えている自由度のほかにさらに
不可的な自由度を有するとともに、充分な正確さを有す
るにもかかわらず、動力をロボットからグリッパに機械
的に伝達する必要がなく、グリッパ装置とロボットとの
インターフェースが非常に単純になる、という利点があ
る。

（実施例）第１図を参照するに、本考案のロボット用メカニカル
ハンドすなわちグリッパは、取付ベースの一部として作
用するマウント14に枢軸的に連結されたフレームの一部
として作用するハウジング12を含む。マウント14は、容
易に取り外すことができる連結手段により、背部に点線
で示すロボットアーム16にフランジ部で機械的に取り付
けることができる。ハウジング12は、矢印22で示すよう
に、継手18を通る枢軸線20の周りに回転可能である。こ
の枢軸的回転すなわち枢軸運動は、ロボットグリッパが
作業空間に多様に方向つけられた目的物に作用すること
を許す。一対のバーまたはプレート24および26はハウジ
ング12から伸びており、また、第１および第２のロッド
28および30はそれぞれプレート24および26から下方へ伸
びている。第１のロッド28の先端部には親指体すなわち
メカニカルフィンガー32が配置されており、第２のロッ
ド30の先端部には一対の手指体すなわちメカニカルフィ
ンガー34,36が配置されている。プレート24、ロッド28
およびフィンガー32は第１のフィンガーグループを構成
し、プレート26、ロッド30およびフィンガー34,36は第
２のフィンガーグループを構成する。両フィンガーグル
ープは、対応するプレート24,26がハウジング12の内外
方向へ移動されることにより、ハウジング12に対して伸
縮される。矢印38は、両フィンガーグループが互いに離
れるようにハウジング12から伸長される方向を示す。同
時に、矢印40は、両フィンガーグループが互いに近づく
ようにハウジング12内へ収縮される方向を示す。各フィ
ンガーは、作業空間の工作物42を把持するための凹み44
または他の手段を備える。両フィンガーグループの運動
は、マウント14に対するハウジング12の枢軸運動ととも
に、ロボットアームと調整されるが、異なる制御用チャ
ンネルを使用する。ハウジング12に導かれている複数の
ワイヤ46は、マウント14を介してロボットアーム16に付
けるか、ロボットアーム16と共同しない外部源に付ける
ことができる。複数のワイヤ46は、電力と制御信号とを
与え、また、位置情報をロボットアーム16または外部源
に伝達する。

第２図を参照するに、ハウジング12は、継手18,48で
マウント14に枢軸的に取付けられている。マウント14
は、ハウジング12内を伸びて継手18,48で終るブラケッ
ト50を有する。サーボモータおよびステップモータのい
ずれかとすることができる第１のモータ52は、ハウジン
グ12に継手18,48の枢軸を中心とする枢軸運動を生じさ
せるように、歯車ケージ54内の歯車を作動させる。継手
18,48間の垂直軸線の周りの枢軸運動は、θ軸線の自由
度を規定する。ポテンショメータ56は、行われている枢
軸運動の実際の値を示す位置検出器として使用される。
モータ52はワイヤ46を介して命令と電力とを受ける。

ハウジング12内には、歯車ケージ60内の歯車62を作動
させる第２のモータ58が収容されている。ピニオンすな
わちピニオンギヤ66は、歯車ケージ60内の歯車62に連結
されており、また、ピニオンギヤ66に関して互いに反対
の側に配置された一対のラック68,70と噛合している。
ラック68,70のそれぞれは切込み72を有し、該切込みは
対応するプレート24または26から突出するピン74の周り
に適合されている。プレート24,26は、ハウジング12の
ベース80内に維持されており、また、複数のねじ78によ
りベース80に固定されたバックプレート76により支持さ
れている。モータ58の作動に応答するピニオンギヤ66に
よる回転ラック68,70を互いに逆方向へ移動させ、それ
によりピニオンギヤの回転方向に応じてプレート24,26
をハウジング12から外方へ伸長させまたはハウジング12
内へ収縮させる。ポテンショメータ64は、ピニオンギヤ
66の回転量したがうプレート24,26の伸縮量を測定する
ように、歯車ケージ60とピニオンギヤ66とに関連して配
置されている。すでに述べたように、プレート24,26の
伸縮は、ロッド28,30と、フィンガー32,34,36のグルー
プとに同様の伸縮を生じさせる。

ハウジング全体は、他のモータにより、第２図に矢印
Ｚで示すように、取付点に関して上げ下げすることがで
きるように作られている。この付加的な自由度は、枢軸
線と平行のＺ方向への運動であり、枢軸の周りの枢軸運
動によりなされる角度的運動を補足の高さ補正に役立
つ。このモータは、上記した第１のモータと同じように
制御される。Ｚ自由度は、たとえばロボットがＺ運動の
自由度をすでに処理しているとしても、付加的な自由度
であると考察される。

第３図〜第８図を参照するに、ロボットグリッパのハ
ウジング12は、持上げるべき目的物に関して自身の方向
つけをするように、継手18,48を経る枢軸線20を中心に
角度的に回転する。これを第３図に矢印22とマウント14
の想像位置15とにより示す。第３図からはマウント14が
回転されるように見えるが、実際にはマウント14はロボ
ットアームに固定されており、ハウジング12が回転す
る。枢軸運動に加えて、グリッパは、また、目的物を持
上げるためにフィンガーグループを伸縮させる。第５図
および第７図を参照するに、ピニオンギヤ66は、ピニオ
ンギヤ66が反時計方向へ回転されるとき、ラック68,70
が矢印71で示す方向へ移動されるように、ラック68,70
と噛合している。ピニオンギヤ66が逆方向へすなわち時
計方向へ回転されるとき、ラック68,70は矢印71と反対
の方向へ移動される。プレート24,26がピン74を介して
ラック68,70に取り付けられているから、ピニオンギヤ6
6の回転は、プレート24,26に取り付けられたフィンガー
のグループを相離れる方向または相寄る方向へ移動させ
る。

第３図、第６図、第７図および第８図に示すように、
マウント14は、これを指定されたロボットアームに取り
付けるためのノブのような複数の付属物82を含む。この
ような付属物は、電力または制御信号をロボットアーム
とグリッパ間で伝達する電気的な相互接続手段84（第８
図）を有する。しかし、本考案においては、電気的な相
互接続手段は、グリッパ内の複数の枢軸運動要素が外部
コントローラに対しまたは独立したデータ用チャンネル
を有する同じコントローラに対し電気的接続部を有する
ロボットアームに対し無関係に作動するから、オプショ
ンである。グリッパの枢軸運動の制御は、主ロボットの
運動と調和されねばならないが、枢軸運動はロボットに
付加的な融通性を与える補助の枢軸運動として設計され
る。

本考案は、ロボットアームの自由度に加えて、グリッ
パ自体にいくつかの自由度を与える。これらの付加的な
自由度により、主ロボットで役立つ比較的粗い制御と異
なる非常に精密な制御をすることができる。グリッパが
伸長されたアームの端部でその位置のために曲げモーメ
ントをしばし受けることから、このように精密に制御す
ることは好ましい。このため、本考案のグリッパは、少
ない自由度を有する複数のシリンドリカルロボットおよ
び多くの自由度を有する人間に似たロボットを含む各種
のロボットアームに使用することができる。本考案は、
第１のロボットのアームの末端部に取り付けられた第２
のロボットとみなすことができる。また、一つのフィン
ガーグループの単一のフィンガー32および他のフィンガ
ーグループの一対のフィンガー34,36を有する第１図の
フィンガー構造体は、各種の寸法および形状の目的物を
持ち上げることができるグリッパにする。図示のグリッ
パは、特に、第１図に示す目的物42のような矩形の平板
状の目的物および円形の平板状の目的物を持ち上げるの
に好適である。

本考案において、ロボットの手首は、アーム部とみな
され、グリッパとみなすことはできない。本考案は、ロ
ボットの手首または他の部材の自由度に付加的な自由度
を与える。

【図面の簡単な説明】

第１図は点線で示すロボットアームに取り付けることが
できるとともに複数のフィンガー手段で工作物を握るこ
とができる本考案のロボット用グリッパ装置の斜視図、
第２図は第１図のグリッパ装置をそのフィンガー手段を
外しかつ一部を破断して示す斜視図、第３図はフィンガ
ー手段を外した第１図のグリッパ装置の平面図、第４図
はフィンガーン手段を外した第１図のグリッパ装置の正
面図、第５図はフィンガー手段を外した第１図のグリッ
パ装置の部分的な底面図であって第３図とともに本考案
のグリッパ装置が可能の運動を示す図、第６図はフィン
ガー手段を外した第１図のグリッパの左側面図、第７図
はフィンガー手段を外した第１図のグリッパ装置の底面
図、第８図はフィンガー手段を外した第１図のグリッパ
装置の背面図である。 12:ハウジング、14:マウント、16:ロボットアーム、18,
48:継手、20:枢軸線、24,26:プレート、28,30:バー、3
2,34,36:フィンガー、42:目的物、44:凹所、50:ブラケ
ット、52,58:モータ、62:ギヤ、66:ピニオンギヤ、68,7
0:ラック、72:切込み、74:ピン。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ロボットアームの端部に取付け可能のグリ
ッパ装置であって、フレームと、該フレームに取り付け
られかつ１以上のロボット運動を実行する手段と、前記
フレームを前記ロボットアームの末端部に取り付ける取
付ベースとを含み、前記フレームには電動機手段が配置
されており、前記取付ベースと前記フレームとは枢軸継
手により結合されており、前記電動機手段は前記取付ベ
ースが組み付けられる前記ロボットアームの長手軸線を
横切る前記枢軸継手に関して前記フレームおよび前記電
動機手段の両者を同時に回転させ、前記取付ベースは、
前記枢軸継手において前記フレームの回転を生じさせる
ために前記ロボットアームと前記フレームとの間が非機
械的結合となって前記フレームが前記ロボットアームに
よる制御と無関係に回転することができるように、前記
ロボットアームの端部に取り付けられている、ロボット
用グリッパ装置。
【請求項２】前記ロボット運動を実行する手段は目的物
を把持する手段を含む、実用新案登録請求の範囲第
（１）項に記載のグリッパ装置。
【請求項３】前記電動機手段は前記フレーム中の所定の
位置に取り付けられた複数の電動機であってそれぞれが
前記ロボットアームと共同作用のために前記ロボットア
ームと別個に制御可能の複数の電動機を含み、各電動機
は前記ロボットアームと共同した自由度に対し補足的で
異なる前記フレームの補助の自由度と共同し、前記自由
度の１つは前記枢軸継手により規定される枢軸線に関す
る前記回転であり、前記複数の電動機は第１および第２
の電動機を含み、前記第１の電動機は前記ロボットアー
ムによる制御と無関係に前記枢軸線に関して前記フレー
ムを枢軸的に支持するための前記枢軸線に対して固定関
係に配置されており、前記ロボット運動を実行する手段
は、目的物を把持するために前記フレームから伸びる手
段と、前記ロボットアームと無関係に前記把持する手段
を作動させる手段であって前記第２の電動機と共同す
る、前記フレームに配置された手段とを含む、実用新案
登録請求の範囲第（１）項または第（２）項に記載のグ
リッパ装置。
【請求項４】前記電動機はステップモータである、実用
新案登録請求の範囲第（３）項に記載のグリッパ装置。
【請求項５】前記把持する手段は工作物の取り扱いに適
合された２つの対向するフィンガーグループを含み、前
記第２の電動機は前記２つの対向するフィンガーグルー
プを反対方向に移動させることができるように前記作動
させる手段に固定関係に配置されている、実用新案登録
請求の範囲第（３）項または第（４）項に記載のグリッ
パ装置。
【請求項６】前記作動させる手段は、前記第２の電動機
に関係して回転可能に配置されたピニオンギヤと、それ
ぞれの前記対向するフィンガーグループに機械的に連結
された２つのラックとを含み、前記ラックは前記対向す
るフィンガーグループを前記ピニオンギヤの回転に応答
して反対方向に移動させるべく前記ピニオンギヤの対応
する側と歯合する、実用新案登録請求の範囲第（５）項
に記載のグリッパ装置。
【請求項７】前記対向するフィンガーグループは、２つ
のフィンガーの第１のグループと、該第１のグループと
対向する親指の機能を有する第２のグループとを含む、
実用新案登録請求の範囲第（５）項または第（６）項に
記載のグリッパ装置。
【請求項８】前記フレームの他の補助的自由度は前記枢
軸線に沿う移動であり、前記ロボットグリッパは、さら
に、前記フレームに配置された手段であって前記フレー
ムを移動させる前記複数の電動機の１つと共同しかつ前
記ロボットアームの運動と無関係に前記枢軸線に平行に
前記フレームを移動させるために前記複数の電動機の１
つと共同する手段を含む、実用新案登録請求の範囲第
（４）項〜第（７）項のいずれか１項に記載のグリッパ
装置。
【請求項９】前記取付ベースは、前記ロボットアームに
機械的に取り付けることができるマウントと、該マウン
トに取り付けられかつ前記フレーム中に伸びるブラケッ
トとを含み、前記ブラケットは前記枢軸継手において前
記フレームを枢軸運動可能に支持する、実用新案登録請
求の範囲第（１）項〜第（８）項のいずれか１項に記載
のグリッパ装置。