(57)【要約】      （修正有）【課題】ロボットと組み合わせたハンド装置によりプラグを着脱する際、プラグサイズによらず、プラグの軸心を回転中心に一致させてプラグを把持するプラグ平行把持が可能なハンド装置を提供する。【解決手段】プラグ１の根元部を把持する複数の主クランプ２と、プラグの胴部を把持する複数の副クランプ１３と、両クランプ２、１３を開閉可能に保持するケーシング１５と、ケーシングに一側が直結されかつプラグ回転モータ９に他側が連結された回転軸５と、回転軸を軸受けで支持するとともにプラグ回転モータを搭載したハンドフレーム１０と、を有し、ハンドフレームが、ハンドスライド１１を介して前進・後退可能にロボットアーム３１に取り付けられているプラグ長手方向二点把持ハンド装置。【選択図】図１
2010240810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラグを着脱するハンド装置において、
前記プラグの根元部を把持する複数の主クランプと、
前記プラグの胴部を把持する複数の副クランプと、
両クランプを開閉可能に保持するケーシングと、
該ケーシングに一側が直結されかつプラグ回転モータに他側が連結された回転軸と、
該回転軸を軸受けで支持するとともに前記プラグ回転モータを搭載したハンドフレームと、を有し、前記ハンドフレームが、ハンドスライドを介して前進・後退可能にロボットアームに取り付けられていることを特徴とするプラグ長手方向二点把持ハンド装置。
【請求項２】
前記主クランプの開閉機構は、一側にクランプ爪を有しかつ他側にカム従動子を有する複数のクランプと、前記カム従動子と係合してなるカム溝を複数有しかつ回転軸の周りに旋回自在に支持された旋回円盤と、該旋回円盤を回転軸中心周りに旋回させる旋回駆動手段と、で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラグ長手方向二点把持ハンド装置。
【請求項３】
前記旋回円盤はその外周にギアを有し、前記旋回駆動手段がギアを有する複数の主クランプ開閉用ロータリアクチュエータとされ、ギア同士が噛み合う把持力伝達機構を有することを特徴とする請求項２に記載のプラグ長手方向二点把持ハンド装置。
【請求項４】
前記副クランプの開閉機構は、一側にクランプ爪を有しかつ他側に係合ピンを介して把持力を伝える長孔状の作用点を有し、さらに一側から他側に至る途中に支持ピンで支持される支点を有する複数のクランプと、前記係合ピンと連結された副クランプ開閉用エアシリンダと、で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラグ長手方向二点把持ハンド装置。
【請求項５】
前記主クランプのクランプ爪はローレット加工が施され、前記プラグに対する摩擦係数を高くしてなる一方、前記副クランプのクランプ爪は平坦に加工され前記プラグに対する摩擦係数を低くしてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラグ長手方向二点把持ハンド装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のプラグ長手方向二点把持ハンド装置によりプラグを着脱するに際し、まず複数の副クランプのクランプ爪を前記プラグの根元部よりも先端側の胴部に当接させ、前記プラグの軸心の傾きを矯正し、次いで複数の主クランプで前記プラグの根元部を、複数の副クランプで前記プラグの胴部を把持し、前記プラグの軸心を回転中心に一致させてから、前記プラグを回転させつつバーに対して前進・後退させることを特徴とするプラグ着脱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットと組み合わせたハンド装置により継目無鋼管用プラグ（以下、プラグともいう）を着脱する際、プラグサイズによらず、プラグの軸心を回転中心に一致させてプラグを把持するプラグ平行把持が可能なプラグ長手方向二点把持ハンド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
継目無鋼管の製造工程では、圧延工具としてプラグとそれを支えるバーが使用されている。図８（ａ）にはプラグ１の構造を示した。プラグはその内部に雌ねじと空洞を有し、この空洞にまで到達するよう、バー先端に固定した金物の雄ねじ部が挿入され、バーと連結される構造を有する。なお、図８（ｂ）には、プラグ１の装着状態を示した。
プラグサイズは、例えば全長Ｌ＝３００ｍｍ、根元外径Ｄ＝１００ｍｍで、その重量は３０ｋｇ前後である。このようなプラグの着脱作業を自動的に行う着脱装置が継目無鋼管の製造ラインに配置されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１のハンド装置は、図６に示すように、プラグの後端部に当接するクランプ爪２１Ａ、プラグの先端部を支持するばねコーン式のガイドブロック２４、プラグ回転およびトルクパターンを自在に変更可能なプラグ回転モータ２９、プラグを把持した状態でプラグを回転させつつケーシング２０を前進・後退させるハンドスライド２５、プラグ移動用シリンダ２８、およびハンドスライド２５を定位置に固定するスライドロック２６を備え、プラグ１とバーを自動調芯するフローティング機能を備えたロボット３０と組み合わせてなる。図６、図７中、３１はロボットアームを示す。
【０００４】
なお、スライドロック用シリンダ２７を作動させ、ケーシング２０の定位置に予め開けた小穴にスライドロック２６を差し入れ、ハンドスライド２５を固定した場合、ケーシング２０がロボットアーム３１に対して前進も後退もできないようにロックされる。図７には、従来のハンド装置によりプラグ１を把持した状態でプラグ１を回転させ、バーに対してケーシング２０を前進・後退させる着脱作業を行っている状態を示した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２３４５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載のハンド装置では、プラグサイズによりプラグの軸心とプラグの回転中心とが平行でなく、傾いた状態でプラグを把持してしまう場合があった。
たとえば、プラグをバーに装着した状態では、図８（ｂ）に示すように、プラグの構造上、バーの軸心に対してプラグ１の軸心が傾いているのが普通である。このプラグ１の軸心の傾きが大きいまま、プラグ１を把持してしまうと、プラグ脱工程のプラグ側とバー側のねじ同士を螺合する螺合過程で、プラグが回転中心の周りに振れ回る現象が発生する。このため、プラグ側とバー側のねじ山同士の「かじり」によってプラグを取り外せなくなる脱失敗が多いという傾向があった。なお、脱失敗は、大径プラグよりも小径プラグの方が多いという傾向があり、一方着失敗はその逆の傾向があった。
【０００７】
つまり、従来のハンド装置では、その構造上、プラグの軸心を回転中心に一致させてプラグを把持するプラグ平行把持ができず、プラグ交換失敗率が高いという欠点があった。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、ロボットと組み合わせたハンド装置によりプラグを着脱する際、プラグサイズによらず、プラグの軸心を回転中心に一致させてプラグを把持するプラグ平行把持が可能なハンド装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意検討し、クランプによるプラグ把持位置をプラグ長手方向の二箇所とし、複数の主クランプでプラグの根元部を把持し、複数の副クランプでそれよりも先端側のプラグの胴部を把持することで、上記課題を解決できるとの知見に基づいて、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
１．プラグを着脱するハンド装置において、前記プラグの根元部を把持する複数の主クランプと、前記プラグの胴部を把持する複数の副クランプと、両クランプを開閉可能に保持したケーシングと、該ケーシングに一側が直結されかつプラグ回転モータに他側が連結された回転軸と、該回転軸を軸受けで支持するとともに前記プラグ回転モータを搭載したハンドフレームと、を有し、前記ハンドフレームが、ハンドスライドを介して前進・後退可能にロボットアームに取り付けられていることを特徴とするプラグ長手方向二点把持ハンド装置。
２．前記主クランプの開閉機構は、一側にクランプ爪を有しかつ他側にカム従動子を有する複数のクランプと、前記カム従動子と係合してなるカム溝を複数有しかつ回転軸の周りに旋回自在に支持された旋回円盤と、該旋回円盤を回転軸中心周りに旋回させる旋回駆動手段と、で構成されていることを特徴とする上記１．に記載のプラグ長手方向二点把持ハンド装置。
３．前記旋回円盤はその外周にギアを有し、前記旋回駆動手段がギアを有する複数の主クランプ開閉用ロータリアクチュエータとされ、ギア同士が噛み合う把持力伝達機構を有することを特徴とする上記２．に記載のプラグ長手方向二点把持ハンド装置。
４．前記副クランプの開閉機構は、一側にクランプ爪を有しかつ他側に係合ピンを介して把持力を伝える長孔状の作用点を有し、さらに一側から他側に至る途中に支持ピンで支持される支点を有する複数のクランプと、前記係合ピンと連結された副クランプ開閉用エアシリンダと、で構成されていることを特徴とする上記１．〜３．のいずれかに記載のプラグ長手方向二点把持ハンド装置。
５．前記主クランプのクランプ爪はローレット加工が施され、前記プラグに対する摩擦係数を高くしてなる一方、前記副クランプのクランプ爪は平坦に加工され前記プラグに対する摩擦係数を低くしてなることを特徴とする上記１．〜４．のいずれかに記載のプラグ長手方向二点把持ハンド装置。
６．上記１．〜５．のいずれかに記載のプラグ長手方向二点把持ハンド装置によりプラグを着脱するに際し、まず複数の副クランプのクランプ爪を前記プラグの根元部よりも先端側の胴部に当接させ、前記プラグの軸心の傾きを矯正し、次いで複数の主クランプで前記プラグの根元部を、複数の副クランプで前記プラグの胴部を把持し、前記プラグの軸心を回転中心に一致させてから、前記プラグを回転させつつバーに対して前進・後退させることを特徴とするプラグ着脱方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ロボットと組み合わせたハンド装置によりプラグを着脱する際、プラグサイズによらず、プラグの軸心を回転中心に一致させてプラグを把持するプラグ平行把持が達成でき、これによってプラグ交換失敗率を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明例のプラグ長手方向二点把持ハンド装置の側面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図であり、主クランプのケーシングへの取り付け方の一例を示す。
【図３】図１のＹ−Ｙ断面図であり、本発明例の主クランプの開閉機構を説明するカム溝の配置図でもある。
【図４】本発明例の副クランプの開閉機構を説明する側面図である。
【図５】本発明例の主クランプの開閉機構の特性図である。
【図６】従来のプラグ着脱装置の構成を示す断面図である。
【図７】従来のプラグ着脱装置によるプラグ着脱作業を示す斜視図である。
【図８】（ａ）はプラグの構造を示す側面図、（ｂ）はプラグの装着状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明例のプラグ長手方向二点把持ハンド装置について図により説明する。図１は、本発明例のプラグ長手方向二点把持ハンド装置の側面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ断面図であり、主クランプ２のケーシング１５への取り付け方の一例を示す。
また、図３は、図１のＹ−Ｙ断面図であり、本発明例の主クランプ２の開閉機構を説明するカム溝３Ｂの配置図でもある。
【００１２】
この例では、プラグ１の根元部を把持する主クランプ２の数を３とし、それよりも先端側のプラグ１の胴部を把持する副クランプ１３の数も３とした。この主クランプ２と副クランプ１３とは、プラグ把持位置をプラグ長手方向二箇所とするために、複数の主クランプ２でプラグ１の根元部を把持するようにし、また、複数の副クランプ１３でそれよりも先端側のプラグ１の胴部を把持するようにした。なお、両クランプ２、１３は、回転軸５周りに交互に配置し、開閉隔可能にケーシング１５に取り付けた。両クランプ２、１３のケーシング１５への取り付け方は後述する（図２、図４参照）。なお、両クランプ２、１３とも開閉可能にケーシング１５に保持されているが、両クランプ２、１３の開閉機構は異なっている。両クランプ２、１３の好ましい開閉機構についても後述する。
【００１３】
ここで、両クランプ２、１３を保持するケーシング１５は回転軸５に直結され、この回転軸５の反ケーシング側がプラグ回転モータにギアで連結されている。ケーシング１５に一側が直結されかつ反ケーシング側がプラグ回転モータにギアで連結されている回転軸５は、ハンドフレーム１０の軸受けで受けられている。なお、プラグ回転モータとしてはプラグ回転用サーボモータ９が好適に用いられる。プラグ回転用サーボモータ９はハンドフレーム１０に搭載されている。
【００１４】
このように本発明例のハンド装置は、プラグ１の根元部を把持する複数の主クランプ２と、プラグ１の胴部を把持する複数の副クランプ１３と、両クランプ２、１３を開閉可能に保持したケーシング１５と、ケーシング１５に一側が直結されかつプラグ回転用サーボモータ９に他側が連結された回転軸５と、回転軸５を軸受けで支持するとともにプラグ回転用サーボモータ９を搭載したハンドフレーム１０と、を有し、ハンドフレーム１０が、ハンドスライド１１を介して前進・後退可能にロボットアーム３１に取り付けられているプラグ長手方向二点把持ハンド装置である。
【００１５】
なお、このハンド装置にはロボットアーム３１に取り付けるための、ロボット取り付けブラケット１２が設けてあり、それにプラグ移動用エアシリンダ７が固定されている。そこで、プラグ移動用エアシリンダ７を作動させ、ハンドフレーム１０を前進方向に押すか、あるいは後退方向に引っ張ることにより、両クランプ２、１３を保持するケーシング１５を前進・後退させることができる。また、プラグ回転用サーボモータ９で回転軸５をその回転中心周りに回転させてやれば、ケーシング１５が回転軸５に直結されているので、両クランプ２、１３で把持したプラグ１を同じ回転速度で回転できる。
【００１６】
このような構成のプラグ長手方向二点把持ハンド装置によれば、プラグを着脱するに際、複数の副クランプ１３のクランプ爪１３Ａをプラグ１の根元部よりも先端側の胴部に当接させ、プラグ１の軸心の傾きを矯正し、次いで複数の主クランプ２でプラグ１の根元部を、複数の副クランプ１３でプラグ１の胴部を把持し、プラグ１の軸心を回転中心に一致させてから、プラグ１を回転させつつバーに対して前進・後退させることができる。
【００１７】
このため、プラグサイズによらず、プラグの軸心を回転中心に一致させてプラグを把持するプラグ平行把持が達成できる。
なお、ハンドロック用エアシリンダ８がロボット取り付けブラケット１２に搭載されている。これはハンドフレーム１０およびケーシング１５が前進・後退できないようにハンド装置をロックするもので、このようなハンドロック機構は従来のハンド装置も具備している。
【００１８】
次に、ケーシング１５への両クランプ２、１３の取り付け方を図を参照しつつ説明する。
主クランプ２の取り付け方は、図１、図２に示したように、クランプ爪２Ａと反対側のカム従動子２Ｂを有する側を、スライドガイド６を介してケーシング１５へ取り付けることが好適である。スライドガイド６としては、レールとガイドブロックとを組み合わせた公知のＬＭガイドが好適に用いられる。ＬＭガイドのレールを回転軸５の軸中心方向に延びるようにケーシング１５に固定し、レールに案内されるガイドブロックの方を、カム従動子２Ｂを有する側に固定する。なお、カム従動子２Ｂを保持するシャフトがケーシング１５と干渉しないよう、レールに沿って長孔をケーシング１５に設けておく。
【００１９】
副クランプ１３のケーシング１５への取り付け方は、図１、図４に示した。開閉機構にリンクアーム機構を採用したので、支点となる支持ピン１７がケーシング１５に支持され、副クランプ開閉用エアシリンダ１４に連結された係合ピン１６を介して開閉可能にケーシング１５へ取り付けられている。
ここで、主クランプの開閉機構は、図１、図３に示したように、一側にクランプ爪２Ａを有しかつ他側にカム従動子２Ｂを有する複数の主クランプ２と、カム従動子２Ｂと係合してなるカム溝３Ｂを複数有しかつ回転軸５の周りに旋回自在に支持された旋回円盤３と、旋回円盤３を回転軸中心周りに旋回させる旋回駆動手段と、で構成されているカム機構を採用するのが好ましい。
【００２０】
このようなカム機構を採用した場合、複数の主クランプ２が回転軸中心Ｏに対して同じ移動量だけ平行移動するクランプ開閉機構が容易に構成でき、開閉機構にリンクアーム機構を採用した副クランプと併用することで、プラグサイズによらず、プラグの軸心を回転中心に一致させてプラグを把持するプラグ平行把持が容易に達成できるので好ましい。
以下、カム機構を採用した主クランプの開閉機構について図により説明する。
【００２１】
図３中、３は外周にギア３Ａを有しかつ複数のカム溝３Ｂを有する旋回円盤を示す。旋回円盤３の複数のカム溝３Ｂには、カム従動子２Ｂが係合されている。このカム従動子２Ｂは、たとえばカムローラであり、複数の主クランプ２のクランプ爪２Ａと反対側にシャフトを介して保持されている。旋回円盤３は、後述する適宜な旋回駆動手段、複数の主クランプ開閉用ロータリアクチュエータ４で回転軸中心Ｏ周りに旋回する。
【００２２】
なお、クランプの半径方向ストロークｓｔ（stroke）は主クランプの開限位置Ｐと主クランプの閉限位置Ｑとの半径方向距離の差であり、複数の主クランプの半径方向ストロークｓｔは同じ値である。開限位置Ｐとは、旋回円盤３の旋回に伴い、回転軸中心Ｏから最も半径方向に離れた位置にカム従動子２Ｂが来たときのクランプの位置である。この開限位置Ｐと回転軸中心Ｏを結ぶ直線を基準とし、旋回角度を定義する。旋回円盤３を角度αだけ旋回させると、カム溝に係合したカム従動子２Ｂが閉限位置Ｑに来る。この旋回円盤３の複数のカム溝は、旋回円盤３の旋回に伴い、それに係合するカム従動子２Ｂの軸中心Ｏからの半径方向位置が変わる回転対称な溝とされている。この回転対称な複数のカム溝を有する旋回円盤３を、複数の主クランプ開閉用ロータリアクチュエータ４で旋回させてやれば、複数の主クランプ２が、回転軸中心Ｏに対して同じ移動量だけ平行移動するクランプ開閉機構が容易に構成できる。その場合、旋回円盤３はその外周にギア３Ａを有し、旋回駆動手段４がギア４Ａを有する複数の主クランプ開閉用ロータリアクチュエータ４とされ、ギア同士が噛み合う把持力伝達機構を有することが、簡単な構造により十分な把持力を発揮できるので好ましい。このギア４Ａを有する主クランプ開閉用ロータリアクチュエータ４は、ケーシング１５に固定されている。
【００２３】
副クランプの開閉機構は、図１、４に示したように、一側にクランプ爪１３Ａを有しかつ他側に係合ピン１６を介して把持力を伝える長孔状の作用点を有し、さらに一側から他側に至る途中に支持ピン１７で支持される支点を有する副クランプ１３と、係合ピン１６と連結された副クランプ開閉用エアシリンダ１４と、で構成されている。
副クランプの開閉機構は、本発明例に限定されないが、リンクアーム機構を採用した方が、回転体として取り付けた副クランプ用エアシリンダ１４で複数の副クランプ１３を同時に開閉することができ、カム機構を採用した主クランプの開閉機構と併用する点で好ましい。
【００２４】
またさらに、プラグを着脱する際、プラグサイズによらず、プラグの軸心を回転中心に一致させてプラグを把持するプラグ平行把持効果を高めるには、主クランプ２のクランプ爪２Ａはローレット加工が施され、プラグ１に対する摩擦係数を高くしてなる一方、副クランプ１３のクランプ爪１３Ａは平坦に加工されプラグ１に対する摩擦係数を低くしてなることが好ましい。
【００２５】
ただし、プラグのたれさがりによってバーの軸心に対し、プラグの軸心が傾いているのを矯正するには、その下方から副クランプ１３のクランプ爪１３Ａを当接させるのが有効である。そのため、プラグ長手方向二点把持ハンド装置の軸受けにケーシング原点近接スイッチ１８を設け、プラグを副クランプ１３で把持する前に、副クランプ１３のある一つが確実にプラグ１の下方に位置するようにする。
【００２６】
以上説明したプラグ長手方向二点把持ハンド装置によりプラグを着脱する際、以下のプラグ着脱方法とすることで、プラグサイズによらず、プラグの軸心を回転中心に一致させてプラグを把持するプラグ平行把持が確実に行える。
まず複数の副クランプ１３のクランプ爪１３Ａをプラグ１の根元部よりも先端側の胴部に当接させ、プラグ１の軸心の傾きを矯正する。次いで複数の主クランプ２でプラグ１の根元部を、複数の副クランプ１３でプラグ１の胴部を把持し、プラグ１の軸心を回転中心に一致させてから、プラグ１を回転させつつバーに対して前進・後退させる。
【００２７】
このようなプラグ着脱方法が行えるプラグ長手方向二点把持ハンド装置により、従来のハンド装置に比べて、プラグ交換失敗率を下げることができる。以下、実施例により、プラグ交換失敗率が従来のハンド装置に比べて低下すること確認した。
【実施例】
【００２８】
主クランプおよび副クランプを保持するケーシングの直径が約５００ｍｍで、以下のプラグサイズのものを着脱することが可能なプラグ長手方向二点把持ハンド装置を設計・製作した。プラグサイズ：全長Ｌ＝３００ｍｍ前後、根元外径Ｄ＝１００ｍｍ前後、プラグ重量＝３０ｋｇ前後。
上記のプラグ長手方向二点把持ハンド装置をピアサー圧延ラインに設置した結果、従来のハンド装置を使用していた場合と比べ、プラグ交換失敗率が半減以下となった。
【符号の説明】
【００２９】
Ｌ  全長
Ｄ  根元外径
Ｏ  軸中心
α  角度
ｓｔ  主クランプの半径方向ストローク
Ｐ  クランプの開限位置
Ｑ  クランプの閉限位置
１  プラグ
２  主クランプ
２Ａ  クランプ爪
２Ｂ  カム従動子（カムローラ）
３  旋回円盤
３Ａ  ギア
３Ｂ  カム溝
４  主クランプ開閉用ロータリアクチュエータ（旋回駆動手段）
４Ａ  ギア
５  回転軸
６  主クランプ用スライドガイド（ＬＭガイド）
７  プラグ移動用エアシリンダ
８  ハンドロック用エアシリンダ
９  プラグ回転用サーボモータ
１０  ハンドフレーム
１１  ハンドスライド（ＬＭガイド）
１２  ロボット取り付けブラケット
１３  副クランプ
１４  副クランプ開閉用エアシリンダ
１５  ケーシング
１６  係合ピン
１７  支持ピン
１８  ケーシング原点近接スイッチ
２０  ケーシング
２１  リンクアーム部材
２１Ａ  クランプ爪
２２  溝付きスライドブロック
２３  クランプ用シリンダ
２４  ガイドブロック
２５  ハンドスライド
２６  スライドロック
２７  スライドロック用シリンダ
２８  プラグ移動用シリンダ
２９  プラグ回転モータ
３０  ロボット
３１  ロボットアーム
【図１】
2010240810.tif 000003
【図２】
2010240810.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010240810.tif 000008
【図７】
2010240810.tif 000009
【図８】
2010240810.tif 000010