JP6808181B2 - ワーク保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数個の保持爪でワークを保持するワーク保持装置に関する。

従来、生産効率を向上させるため、生産ラインの各工程の少なくとも一部において、ロボットに作業を行わせる自動化が進められている。この場合、例えば、特許文献１に記載されるように、ワークを所定の場所から取り出して別の場所へと搬送するべく、ロボットにワーク把持装置（いわゆるロボットハンド）が取り付けられる。

特開２０１３−８５７号公報

従来のワーク把持装置は、平板形状材等の形状が単純なワークを把持することは可能であるものの、様々な形状のワークを把持することができるものではなかった。例えば、特許文献１のワーク把持装置は、異なるサイズのワークを把持できるように構成されているものの、異なる形状のワークを把持できるようには構成されていない。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、様々な形状や姿勢のワークを保持することが可能なワーク保持装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、ワークを保持するための複数個の保持爪を有するワーク保持装置において、
前記保持爪の各々に設けられ、該保持爪の一端を回動中心として該保持爪を回動させることで該保持爪の他端をワークに対して接近又は離間する方向に変位させることが可能であり、且つ案内手段が設けられた複数個の爪開閉手段と、
前記爪開閉手段の各々を個別に移動可能に保持した１個の保持部材と、
前記爪開閉手段を、前記保持爪と一体的に前記保持部材に位置決め固定するための位置決め固定手段と、
前記保持部材を、前記保持爪及び前記爪開閉手段と一体的に変位させることが可能な変位手段と、
を備え、
前記保持部材に２個の円弧状スリットが同心円状に形成され、
前記爪開閉手段は、前記位置決め固定手段の拘束から解放されて前記２個の円弧状スリット中の１個に沿って前記保持爪と一体的に移動可能となる一方、前記位置決め固定手段によって該円弧状スリットの形成範囲内に位置決め固定され、
前記案内手段は、前記２個の円弧状スリット中の残余の１個に沿って前記爪開閉手段と一体的に変位し、該爪開閉手段を案内することを特徴とする。

例えば、ある形状のワークを保持して変位手段の作用下に搬送した後、別の形状のワークを保持する場合、爪開閉手段を、ワークを保持することが可能な位置に移動させればよい。このように、本発明では、ワークの形状に応じて爪開閉手段の位置を変更することにより、様々な形状のワークを保持することが可能となる。

しかも、複数個の保持爪が個別に開閉する。従って、例えば、１個の保持爪を稼動させてワークを保持が容易な姿勢に変化させた後、残余の保持爪を稼動させてワークを保持することができる。このようにワークの姿勢を変化させることによっても、形状が相違するワークを保持することが可能である。勿論、爪開閉手段の移動、及び保持爪の個別開閉を併用するようにしてもよい。

保持爪には、ワークに磁着するマグネットグリッパを設けることが好ましい。この磁着により、ワークが保持爪から脱落することを防止することができるからである。

また、ワークに対して接近又は離間する方向に変位することが可能であるとともに、ワークに接近したときに該ワークに対して当接する当接部を設けることが好ましい。当接部をワークの一部に当接させることで、ワークの姿勢が安定する。換言すれば、ワークが揺動することが抑制される。このため、搬送したワークを所定の位置に所定の姿勢で受け渡すことが容易となる。

当接部にも、ワークに磁着するマグネットグリッパを設けるようにしてもよい。この場合、例えば、当接部のマグネットグリッパでワークを一旦磁着（保持）した後、該ワークを保持爪のマグネットグリッパに受け渡すことができる。従って、該ワークの姿勢を変化させることができる。

また、例えば、当接部のマグネットグリッパで複数個のワークを同時に磁着したとき、１個のワークのみを保持爪のマグネットグリッパに受け渡すこともできる。すなわち、搬送するワークを１個のみに選別することができる。

爪開閉手段を移動可能とするためには、例えば、保持部材にスリットを形成すればよい。そして、爪開閉手段をスリットに沿って移動させ、移動先で位置決め固定することにより、当該移動先で爪開閉手段の作用下に保持爪を開閉させることができるようになる。

この構成では、爪開閉手段が変位するときに該爪開閉手段を案内する案内手段を設けることが好ましい。これにより、爪開閉手段をスリットに沿って移動させることが容易となる。

保持爪の個数は、特に限定されるものではないが、３個又は４個であることが好ましい。この場合、ワークを十分に保持することができるとともに、保持爪の個数が過度に多くなることが回避されるのでコストが高騰することを回避することができるからである。

本発明によれば、爪開閉手段を移動可能にするとともに、保持爪を個別に開閉可能としている。すなわち、ワークの形状に応じて爪開閉手段及び保持爪を移動したり、保持爪を個別に開閉させたりすることができる。このため、様々な形状や姿勢のワークを保持して搬送することが可能である。

本発明の第１実施形態に係るワーク保持装置の要部概略斜視図である。 図１のワーク保持装置で第１ワークを保持した状態を示す要部概略斜視図である。 第１ワークを別の姿勢で保持した状態を示す要部概略模式図である。 本発明の第２実施形態に係るワーク保持装置の要部概略斜視図である。 図４のワーク保持装置を構成する第２マグネットグリッパで第２ワークを磁着した状態を示す要部概略模式図である。 図５に続いて第２ワークを解放した状態を示す要部概略模式図である。 第２マグネットグリッパで２個の第２ワークを磁着した状態を示す要部概略模式図である。 図７に続き、ロッドが上昇した場合を示す要部概略模式図である。 図８に続き、回動した保持爪が第２ワークに当接した場合を示す要部概略模式図である。 図９に続き、第２マグネットグリッパをＯＦＦ状態とする一方、第１マグネットグリッパをＯＮ状態として保持爪を元の位置に戻した場合を示す要部概略模式図である。 図１０に続き、第１マグネットグリッパをＯＦＦ状態として第２ワークを解放した場合を示す要部概略模式図である。

以下、本発明に係るワーク保持装置につき好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、第１実施形態に係るワーク保持装置１０ａの要部概略斜視図である。このワーク保持装置１０ａは、第１ワーク１２ａをはじめとする様々な形状のワークを保持して搬送することが可能である。

先ず、第１ワーク１２ａにつき概略説明する。該第１ワーク１２ａは、一端部に２本の円柱状突起１４が設けられるとともに、長尺な平坦部１６の一端に山折り部１８、他端に折曲部２０が形成され、且つ平坦部１６に貫通孔２２及び半円形状切欠２４、折曲部２０に別の貫通孔２６が形成されることで構成されている。第１ワーク１２ａは、例えば、山折り部１８を下方、折曲部２０を上方とする姿勢で図示しないストッカ内に収容されている。

ワーク保持装置１０ａは、変位手段（搬送手段）である図示しないロボットと、該ロボットの先端アーム３０に設けられて前記第１ワーク１２ａを保持する保持部３２ａとを備える。

保持部３２ａは、先端アーム３０に設けられた保持部材としての略円盤形状の支持盤３４と、爪開閉手段としての保持用シリンダ３６と、複数個（第１実施形態では３個）の保持爪３８とを有する。このうち、支持盤３４には、４本の内周側円弧スリット４０と、４本の外周側円弧スリット４２とが形成される。内周側円弧スリット４０は同一円周上に配置され、外周側円弧スリット４２は、別の同一円周上に配置される。前記円と前記別の円は、中心を共有する同心円である。

保持用シリンダ３６は、保持爪３８の各々を個別に開閉（回動）させるべく、保持爪３８の各々に個別に設けられる。すなわち、保持用シリンダ３６の個数は保持爪３８の個数と同一である。このため、３個の保持爪３８を、例えば、逐次的に開閉させること等が可能である。

保持用シリンダ３６の上端面には、２個の円筒状ボルト受部（図示せず）と、圧縮エアを供給・排気する給排チューブを接続するための２個の管継手５０とが設けられる。円筒状ボルト受部は、外周側円弧スリット４２の下方に位置するとともに、１個の管継手５０は内周側円弧スリット４０に対応して位置する。

円筒状ボルト受部のボルト穴には、抜け止めプレート４４に形成された通過孔に通されたボルト４６が螺合される。すなわち、ボルト４６は、通過孔及び外周側円弧スリット４２に挿通され、ボルト穴に進入している。前記抜け止めプレート４４が支持盤３４に堰止されることにより、ボルト４６の抜け止めがなされて保持用シリンダ３６が支持盤３４に位置決め固定される。図１では、３個の保持用シリンダ３６及び保持爪３８が互いに略１２０°で離間するように支持盤３４で保持している。外周側円弧スリット４２が同一円周上に位置しているので、保持爪３８同士も同一円周上に位置する。

また、内周側円弧スリット４０には前記管継手５０が進入する。管継手５０の一部は内周側円弧スリット４０から露呈し、後述するように、保持用シリンダ３６を変位させる際に内周側円弧スリット４０に沿って変位することで、該保持用シリンダ３６を案内する。すなわち、管継手５０は案内手段として機能する。

保持爪３８の一端部は前記保持用シリンダ３６に取り付けられ、他端部は、前記同心円の中心に向かう方向に折曲されている。保持爪３８の他端部が互いに最近接したとき、該保持爪３８が閉じて第１ワーク１２ａを把持する、いわゆるクランプ状態となる。保持爪３８の他端部は、矢印方向に沿って互いに離間するように回動することが可能であり、このとき、第１ワーク１２ａを解放する、いわゆるアンクランプ状態となる。

前記同心円の中心には、押接用シリンダ５２が配設される。該押接用シリンダ５２のロッド５４の先端には、当接部としての押子５６が設けられる。押子５６は、ロッド５４が前進（下降）したときには第１ワーク１２ａの折曲部２０に当接（押接）する一方で、ロッド５４が後退（上昇）したときには、第１ワーク１２ａから離間する。

第１実施形態に係るワーク保持装置１０ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

第１ワーク１２ａは、例えば、所定のワークストッカに収納されている。ロボットは、先端アーム３０を適宜動作させ、先端アーム３０を第１ワーク１２ａに近接させるとともに、第１ワーク１２ａの折曲部２０が前記同心円の中心、換言すれば、押子５６の略直下となるように位置合わせを行う。この際、保持爪３８同士は互いに離間したアンクランプ状態である。

この状態で、例えば、３個の保持用シリンダ３６が同時に付勢され、３個の保持爪３８の先端同士が第１ワーク１２ａに接近するように変位する。すなわち、３個の保持爪３８が閉じる。このとき、２個の保持爪３８は平坦部１６の一端面に当接し、残余の１個の保持爪３８はその裏面に当接する。以上により、図２に示すように保持爪３８がクランプ状態となって第１ワーク１２ａが保持爪３８に把持される。

必要に応じ、押接用シリンダ５２が作動してロッド５４が下降する。その結果、押子５６が折曲部２０に押接（当接）する。この押接に伴い、第１ワーク１２ａが上方から押圧されて該第１ワーク１２ａが揺動することが抑制される。すなわち、第１ワーク１２ａが安定した状態で堅牢に把持される。

次に、ロボットは先端アーム３０を適宜動作させ、保持部３２ａ及び第１ワーク１２ａを一体的に変位させる。これにより、第１ワーク１２ａが保持部３２ａとともに所定箇所に搬送される。その後、押接用シリンダ５２が作動してロッド５４が上昇することで押子５６が第１ワーク１２ａから離間するとともに、３個の保持用シリンダ３６が同時に作動することで３個の保持爪３８が同時に第１ワーク１２ａから離間する。すなわち、保持爪３８が開いてアンクランプ状態となり、第１ワーク１２ａが保持爪３８から解放される。

なお、保持爪３８のみで堅牢に保持可能なワークであるときには、押子５６をワークに押接させる必要は特にない。また、ワークの長手方向が水平方向に沿って延在する場合、保持爪３８を２個のみ示すとともに、該２個の保持爪３８、ロッド５４、押子５６を簡素化した図３に示すように、閉じた保持爪３８でワークを持ち上げるとともに、押子５６をワークの上端面に押接することでワークを保持するようにしてもよい。

また、ワークの形状に応じ、保持爪３８の位置を適切な箇所に変更することが可能である。すなわち、ボルト４６を弛緩させて保持用シリンダ３６を拘束から解放した後、該保持用シリンダ３６を支持盤３４の円周方向に沿って変位させる。この際、管継手５０が内周側円弧スリット４０に沿って変位することで、保持用シリンダ３６が案内される。このように、支持盤３４に内周側円弧スリット４０を形成するとともに、該内周側円弧スリット４０に管継手５０を変位可能に挿入することにより、保持用シリンダ３６を所定の位置に移動させることが容易となる。

ワークの形状や姿勢によっては、保持爪３８を個別に回動させる（閉じる）ようにしてもよい。この場合を、保持爪３８にマグネットグリッパを設けた第２実施形態として説明する。なお、第１実施形態において説明した構成要素に対応する構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４は、第２実施形態に係るワーク保持装置１０ｂの要部概略斜視図である。このワーク保持装置１０ｂは、図示しないストッカに収容された複数個の平板形状の第２ワーク１２ｂから１個を抜き出し、所定の箇所まで搬送するためのものである。

ワーク保持装置１０ｂは、変位手段（搬送手段）であるロボットと、該ロボットの先端アーム３０に設けられて前記第２ワーク１２ｂを保持する保持部３２ｂとを備える。

保持部３２ｂは、４本の内周側円弧スリット４０及び外周側円弧スリット４２が形成された支持盤３４と、４個の保持用シリンダ３６及び保持爪３８と、押接用シリンダ５２とを有する。保持用シリンダ３６は、抜け止めプレート４４及びボルト４６を介して支持盤３４に位置決め固定されている。

各保持爪３８の互いに対向する先端には、第１マグネットグリッパ６０がそれぞれ設けられる。第１マグネットグリッパ６０には圧縮エアを供給又は排出するための給排チューブ（図示せず）が接続され、圧縮エアが供給された際に第２ワーク１２ｂに対して磁着する一方、排出された際に第２ワーク１２ｂから離脱する。

また、押接用シリンダ５２のロッド５４の先端には、略円盤形状をなす第２マグネットグリッパ６２が設けられる。第２マグネットグリッパ６２も第１マグネットグリッパ６０と同様に、図示しない給排チューブを介して圧縮エアが供給された際に第２ワーク１２ｂに対して磁着する一方、排出された際に第２ワーク１２ｂから離脱する。以上の構成は周知であることから、第１マグネットグリッパ６０及び第２マグネットグリッパ６２の詳細な説明は省略する。

次に、第２実施形態に係るワーク保持装置１０ｂの作用効果について説明する。

ロボットは、先端アーム３０を適宜動作させ、先端アーム３０をストッカに近接させるとともに、複数枚並列された第２ワーク１２ｂ中の所定の１枚が、内周側円弧スリット４０、外周側円弧スリット４２で形成される同心円の中心、すなわち、第２マグネットグリッパ６２の略直下となるように位置合わせを行う。この際、保持爪３８同士は互いに離間したアンクランプ状態である。

この状態で、押接用シリンダ５２が作動してロッド５４が下降する。その結果、図５に示すように、第２マグネットグリッパ６２が第２ワーク１２ｂの上側面に当接する。なお、図５では保持爪３８を２個のみ示すとともに、該２個の保持爪３８、ロッド５４、第１マグネットグリッパ６０、第２マグネットグリッパ６２を簡素化した模式図として示しており、以降の図面も同様である。また、第１マグネットグリッパ６０、第２マグネットグリッパ６２は二重枠で示しており、第２ワーク１２ｂに近接する側の枠内にハッチングが付されているときはＯＮ状態であり、離間する側の枠内にハッチングが付されているときはＯＦＦ状態であることを表す。すなわち、前者の場合には第２ワーク１２ｂが第２マグネットグリッパ６２に磁着し、後者の場合には第２ワーク１２ｂが第２マグネットグリッパ６２から解放される。

図５に示す状態では、第２マグネットグリッパ６２がＯＮ状態である。従って、第２マグネットグリッパ６２に当接した第２ワーク１２ｂが磁着され、これにより第２ワーク１２ｂが第２マグネットグリッパ６２に保持される。

磁着された第２ワーク１２ｂの個数が１個であるときには、この状態のままで搬送を行えばよい。すなわち、ロボットは先端アーム３０を適宜動作させ、保持部３２ｂ及びワークを一体的に変位させる。これにより、ワークが保持部３２ｂとともに所定箇所に搬送される。その後、図６に示すように、第２マグネットグリッパ６２がＯＦＦ状態とされて第２マグネットグリッパ６２が第２ワーク１２ｂから離間するとともに、押接用シリンダ５２が作動してロッド５４が上昇する。以上により、第２ワーク１２ｂが第２マグネットグリッパ６２から解放される。

なお、図７に示すように第２マグネットグリッパ６２が複数個の第２ワーク１２ｂを磁着することがある。この場合、図８に示すように、ロッド５４が上昇した後、例えば、図９に示すように、保持用シリンダ３６が１個のみ作動し、１個の保持爪３８の第１マグネットグリッパ６０が、該第１マグネットグリッパ６０に対向する第２ワーク１２ｂの一主面に当接する。この時点で、第１マグネットグリッパ６０がＯＮ状態となる一方、第２マグネットグリッパ６２がＯＦＦ状態となる。

これに伴い、図１０に示すように、第１マグネットグリッパ６０が当接した第２ワーク１２ｂが、第２マグネットグリッパ６２の磁力による拘束から解放され、且つ第１マグネットグリッパ６０に磁着される。同時に、第１マグネットグリッパ６０が当接していない第２ワーク１２ｂは、第２マグネットグリッパ６２の磁力による拘束から解放され、保持部３２ｂから離脱する。その後、保持用シリンダ３６が作動し、閉じた保持爪３８が元の位置に戻るようにして開く。すなわち、第２ワーク１２ｂは、長手方向が水平方向に沿って延在する姿勢で第１マグネットグリッパ６０に保持される。

次に、ロボットは先端アーム３０を適宜動作させ、保持部３２ｂと、第１マグネットグリッパ６０に保持された第２ワーク１２ｂを一体的に変位させる。これにより、第２ワーク１２ｂが保持部３２ｂとともに所定箇所に搬送される。その後、図１１に示すように、第１マグネットグリッパ６０がＯＦＦ状態とされることに伴い、第２ワーク１２ｂが第１マグネットグリッパ６０から解放される。

このように、保持用シリンダ３６を各保持爪３８に設け、各保持爪３８を個別に開閉（回動）可能としたことにより、並列状態にある複数個の第２ワーク１２ｂの中から１個のみを分別して保持することが可能となる。すなわち、必要な個数の第２ワーク１２ｂのみを搬送することができる。

また、図５及び図１０から、第２ワーク１２ｂを異なった姿勢で搬送し得ることが分かる。このことから、ワークの形状が相違する場合、姿勢を適切に設定することで各々を搬送できることが理解される。必要に応じ、第１実施形態に準じて保持爪３８の位置を適切な箇所に変更するようにしてもよい。このようにして、第２実施形態に係るワーク保持装置１０ｂにおいても、様々な形状のワークを保持することが可能である。

本発明は、上記した第１実施形態及び第２実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、保持爪３８の個数は３個又は４個に限定されるものではなく、２個であってもよいし、４個以上であってもよい。

また、第１マグネットグリッパ６０や第２マグネットグリッパ６２、押接用シリンダ５２、押子５６を設けることは必須ではなく、これらを省略してワーク保持装置を構成するようにしてもよい。

１０ａ、１０ｂ…ワーク保持装置 １２ａ、１２ｂ…ワーク
３０…先端アーム ３２ａ、３２ｂ…保持部
３４…支持盤 ３６…保持用シリンダ
３８…保持爪 ４０…内周側円弧スリット
４２…外周側円弧スリット ４４…抜け止めプレート
５０…管継手 ５２…押接用シリンダ
５４…ロッド ５６…押子
６０…第１マグネットグリッパ ６２…第２マグネットグリッパ

Claims (5)

1. ワークを保持するための複数個の保持爪を有するワーク保持装置において、
   前記保持爪の各々に設けられ、該保持爪の一端を回動中心として該保持爪を回動させることで該保持爪の他端をワークに対して接近又は離間する方向に変位させることが可能であり、且つ案内手段が設けられた複数個の爪開閉手段と、
   前記爪開閉手段の各々を個別に移動可能に保持した１個の保持部材と、
   前記爪開閉手段を、前記保持爪と一体的に前記保持部材に位置決め固定するための位置決め固定手段と、
   前記保持部材を、前記保持爪及び前記爪開閉手段と一体的に変位させることが可能な変位手段と、
   を備え、
   前記保持部材に２個の円弧状スリットが同心円状に形成され、
   前記爪開閉手段は、前記位置決め固定手段の拘束から解放されて前記２個の円弧状スリット中の１個に沿って前記保持爪と一体的に移動可能となる一方、前記位置決め固定手段によって該円弧状スリットの形成範囲内に位置決め固定され、
   前記案内手段は、前記２個の円弧状スリット中の残余の１個に沿って前記爪開閉手段と一体的に変位し、該爪開閉手段を案内することを特徴とするワーク保持装置。
2. 請求項１記載のワーク保持装置において、前記保持爪に、前記ワークに磁着するマグネットグリッパが設けられていることを特徴とするワーク保持装置。
3. 請求項１又は２記載のワーク保持装置において、前記ワークに対して接近又は離間する方向に変位することが可能であるとともに、前記ワークに接近したときに該ワークに対して当接する当接部を有することを特徴とするワーク保持装置。
4. 請求項３記載のワーク保持装置において、前記当接部に、前記ワークに磁着するマグネットグリッパが設けられていることを特徴とするワーク保持装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のワーク保持装置において、前記保持爪の個数が３個又は４個であることを特徴とするワーク保持装置。

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