(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの内歯車が形成された天板と、
モータにより回転されて前記天板の前記２つの内歯車と噛合した状態で滑ることなく自転しながら移動する２つの動円歯車と、
前記内歯車および前記動円歯車のピッチ円周上の一点であり、当該動円歯車のピッチ円半径となる位置に取り付けられた把持部材と
を備えた電動グリッパ装置において、
前記把持部材は、
ハイポトロコイドの原理に基づき、ピッチ円半径ｒｃでなる前記内歯車に対してピッチ円半径ｒｍの前記動円歯車が滑ることなく自転しながら移動するとき、前記動円歯車のピッチ円半径となる位置の定点Ｐに取り付けられた前記把持部材の描く軌跡の方程式の媒介変数ｘ、ｙが次式（１）、（２）で表され、かつ、次式（３）を満たしている
ことを特徴とする電動グリッパ装置。
【数１】
0005976610.tif 000006
【数２】
0005976610.tif 000007
ｒｍ＝ｒｄ＝ｒｃ／２…………………………………………………………………（３）
ｒｄ：定点Ｐと動円歯車の中心との距離
θ：動円歯車の回転角
【請求項２】
前記２つの動円歯車は、前記モータのモータ軸を介して回転される２つの減速歯車に固定された状態で前記２つの減速歯車の回転とともに前記２つの内歯車と噛合した状態で滑ることなく自転しながら回転移動する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動グリッパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製品の自動組立、部品搬送、検査工程等において、ワークを把持して位置決や測長等を行うためのモータ駆動による電動グリッパ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動グリッパ装置においては、モータによって正逆回転されるカム部材と、レールに沿って直線摺動する一対の把持部材とを備え、一対の把持部材のそれぞれのカムフォロア（駆動ピン）をカム部材に摺動自在に嵌合させる一対のカム溝が当該カム部材に螺旋状に形成され、モータによるカム部材の正逆回転により一対の把持部材がレールに沿って互いに接近・離隔摺動するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の電動グリッパ装置におけるカム部材のカム溝は、モータの回転トルクによって生ずる把持部材の推力がどの位置でも一定となるように、アルキメデスの渦巻き線に沿う螺旋状に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２６５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１の電動グリッパ装置においては、モータによるカム部材の回転運動を把持部材のカムフォロア（駆動ピン）における直線運動に変換したときの当該把持部材のストローク範囲が当該カム部材の半径に制限されているので短く、このストローク範囲を長くするにはカム部材の半径を大きくしなければならず、その場合には装置全体が大型化してしまうという問題があった。
【０００６】
また、特許文献１の電動グリッパ装置においては、カム部材、カムフォロアおよび把持部材を直線摺動させるためのガイドが必要であるため、その構成が複雑化および大型化するという問題があった。
【０００７】
本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、大型化することなく簡易な構成でありながら把持部材のストローク範囲を長くすることのできる電動グリッパ装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、２つの内歯車が形成された天板と、モータにより回転されて前記天板の前記２つの内歯車と噛合した状態で滑ることなく自転しながら移動する２つの動円歯車と、前記内歯車および前記動円歯車のピッチ円周上の一点であり、当該動円歯車のピッチ円半径となる位置に取り付けられた把持部材とを備えた電動グリッパ装置において、前記把持部材は、ハイポトロコイドの原理に基づき、ピッチ円半径ｒｃでなる前記内歯車に対してピッチ円半径ｒｍの前記動円歯車が滑ることなく自転しながら移動するとき、前記動円歯車のピッチ円半径となる位置の定点Ｐに取り付けられた前記把持部材の描く軌跡の方程式の媒介変数ｘ、ｙが次式（１）、（２）で表され、かつ、次式（３）を満たしているようにする。
【数１】
0005976610.tif 000002
【数２】
0005976610.tif 000003
ｒｍ＝ｒｄ＝ｒｃ／２……………………………………………………………………（３）
ｒｄ：定点Ｐと動円歯車の中心との距離
θ：動円歯車の回転角
【０００９】
請求項２の発明において、前記２つの動円歯車は、前記モータのモータ軸を介して回転される２つの減速歯車に固定された状態で前記２つの減速歯車の回転とともに前記２つの内歯車と噛合した状態で滑ることなく自転しながら回転移動するようにする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、動円歯車ピッチ円半径となる位置の定点Ｐに取り付けられた把持部材の描く軌跡がｘ軸上を直線状に移動することになり、かつ、そのための構成としてカム部材、カムフォロア、ガイドを用いることがないので、大型化することなく簡易な構成でありながら把持部材のストローク範囲を長くすることができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、内歯車、動円歯車、減速歯車のように歯車だけの簡易な構成により把持部材を直線状に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ハイポトロコイド曲線の原理の説明に供する略線図である。
【図２】ハイポトロコイド曲線の定点を軌跡が直線となるときの条件の説明に供する略線図である。
【図３】ハイポトロコイド曲線において動円の回転角θと媒介変数ｘとの関係を表したグラフである。
【図４】ハイポトロコイド曲線において媒介変数ｘ、ｙの関係を表したグラフである。
【図５】動円の定点Ｐの軌跡を示すグラフである。
【図６】ハイポトロコイド機構を用いた電動グリッパ装置の全体構成を示す断面図である。
【図７】ハイポトロコイド機構の構成を示す略線図である。
【図８】ハイポトロコイド機構における動円の動きの軌跡を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
＜ハイポトロコイドの原理＞
最初に、本願発明の電動グリッパ装置において把持部材の直線運動を実現するためのハイポトロコイドの原理について説明する。
【００１５】
一般に、円が直線上を滑らないで転がるとき，その円周上の定点が描く軌跡を「サイクロイド」と呼び、この定点が円周上ではなく、円の内部にあった場合に得られるハイポトロコイド曲線や、円の外部にあった場合に得られるエピトロコイド曲線を総称して「トロコイド曲線」と呼ぶ。
【００１６】
具体的には、図１に示されるように、ハイポトロコイドは半径ｒｃの外円Ｃ０に対して半径ｒｍの動円Ｃ１が内接しながら滑ることなく転がるとき、動円Ｃ１の中心から伸びた腕（固定）の先端点Ｐ（定点）が描く軌跡であり、その軌跡の方程式は、次式（１）、（２）の媒介変数ｘ、ｙにより表される。ここで、ｒｄは定点Ｐと動円Ｃ１の中心との距離であり、θは動円Ｃ１の回転角である。
【００１７】
【数３】
0005976610.tif 000004
【数４】
0005976610.tif 000005
【００１８】
また図２に示すように、外円Ｃ０の半径ｒｃ、動円Ｃ１の半径ｒｍ、動円Ｃ１の中心から定点Ｐまでの距離ｒｄが、次式（３）の関係を満たすとき、定点Ｐが描く軌跡の方程式における媒介変数ｘ、ｙは、次式（４）、（５）によって表される。
【００１９】
ｒｍ＝ｒｄ＝ｒｃ／２…………………………………………………………………（３）
ｘ＝ｒｃ・ｃｏｓθ……………………………………………………………………（４）
ｙ＝０……………………………………………………………………………………（５）
【００２０】
すなわち、（３）式が満たされる場合、例えばｒｃ＝１、ｒｍ＝０．５、ｒｄ＝０．５の関係が成立する場合、動円Ｃ１の回転角θと媒介変数ｘとの関係は、図３に示されるようになり、媒介変数ｘが「−１．０」〜「＋１．０」の範囲で変化し、媒介変数ｘと媒介変数ｙとの関係は、図４に示されるようにｘ軸上を「−１．０」〜「＋１．０」まで直線状に変化する一方、ｙ軸上は「０」に固定される。すなわち定点Ｐは、ｘ軸上を直線状に移動することになる。
【００２１】
従って、ハイポトロコイドにおいて半径ｒｃの外円Ｃ０に対して半径ｒｍの動円Ｃ１が内接しながら滑ることなく転がり（動円Ｃ１が自転しながら移動するとき）、動円Ｃ１の中心から伸びた腕（固定）の定点Ｐが描く軌跡の方程式（（１）式および（２）式）が（３）式を満たす場合、図５に示すように、定点Ｐは動円Ｃ１の移動に伴ってｘ軸に沿って直線状に移動することになるので、その定点Ｐの位置に電動グリッパ装置の一方の把持部材を位置付けるように取り付ける。
【００２２】
＜電動グリッパ装置の全体構成＞
上述した原理に基づいて把持部材が取り付けられた電動グリッパ装置の全体構成を図６乃至図８を用いて説明する。
【００２３】
電動グリッパ装置１は、ステッピングモータ（以下、これをモータと呼ぶ。）２を有し、当該モータ２がモータ台板３に取り付けられており、当該モータ２のモータ軸２ａの先端には駆動歯車２ｂが形成され、当該駆動歯車２ｂに対して２個の減速歯車４Ｌ、４Ｒが噛合されている。
【００２４】
２個の減速歯車４Ｌ、４Ｒは駆動歯車２ｂよりも大径でなり、駆動歯車２ｂを中心としてｘ軸方向の互いに１８０度離れた対称位置に配置されている。減速歯車４Ｌ、４Ｒは減速歯車軸４Ｌａ、４Ｒａに固定されており、当該減速歯車軸４Ｌａ、４Ｒａがモータ台板３に対しベアリング５Ｌ、５Ｒを介して回転自在に支持されている。従って、２個の減速歯車４Ｌ、４Ｒは減速歯車軸４Ｌａ、４Ｒａを回転中心としてモータ２のモータ軸２ａの回転とともに駆動歯車２ｂを介して回転する。
【００２５】
モータ台板３のモータ２の反対側には、２つの外歯車構造の動円歯車９Ｌ、９Ｒと噛合する内歯車１１Ｌａ、１１Ｒａの形成された天板１１が当該モータ台板３の端部に固定されている。なお、モータ台板３と天板１１との間には２個の減速歯車４Ｌ、４Ｒが配置されている。動円歯車９Ｌ、９Ｒは、把持部材ホルダ７Ｌ、７Ｒにおける減速歯車４Ｌ、４Ｒ側の端部の外周面に固定されている。
【００２６】
把持部材ホルダ７Ｌ、７Ｒは、ホルダ軸７Ｌａ、７Ｒａを有し、当該ホルダ軸７Ｌａ、７Ｒａに対し把持部材ホルダ７Ｌ、７Ｒがベアリング８Ｌ、８Ｒを介して回転自在に支持されているとともに、当該ホルダ軸７Ｌａ、７Ｒａが減速歯車４Ｌ、４Ｒと一体に固定されている。
【００２７】
ここで、減速歯車４Ｌ、４Ｒの中心軸４Ｌｂ、４Ｒｂと同一である天板１１の内歯車１１Ｌａ、１１Ｒａの中心１１Ｌｂ、１１Ｒｂからｘ軸方向のピッチ円半径ｒｃ／２となる位置に把持部材ホルダ７Ｌ、７Ｒのホルダ軸７Ｌａ、７Ｒａが固定されており、天板１１の内歯車１１Ｌａ、１１Ｒａと動円歯車９Ｌ、９Ｒとがピッチ円周上で噛合されている。
【００２８】
さらに、把持部材ホルダ７Ｌ、７Ｒのホルダ軸７Ｌａ、７Ｒａの中心７Ｌｂ、７Ｒｂからモータ軸２ａに向かって距離ｒｄだけ離れた位置には、把持部材１２Ｌ、１２Ｒが把持部材ホルダ７Ｌ、７Ｒに対して回転摺動自在に支持されている。すなわち動円歯車９Ｌ、９Ｒの中心からピッチ円半径ｒｍと同一の距離ｒｄだけ離れた定点Ｐの位置に把持部材１２Ｌ、１２Ｒが支持されていることになり、上述した（３）式が満たされる。
【００２９】
この場合、天板１１におけるピッチ円半径ｒｃの内歯車１１Ｌａ、１１Ｒａがハイポトロコイドにおける外円Ｃ０に相当し、ピッチ円半径ｒｍの動円歯車９Ｌ、９Ｒが動円Ｃ１に相当し、動円歯車９Ｌ、９Ｒの中心から距離ｒｄだけ離れたピッチ円周上の位置が動円Ｃ１の定点Ｐに相当し、かつ、上述した（３）式の関係を満たすため、動円Ｃ１の定点Ｐの位置に取り付けられた把持部材１２Ｌ、１２Ｒの移動する軌跡がｘ軸上の直線となる。
【００３０】
＜電動グリッパ装置の動作＞
このような構成の電動グリッパ装置１の把持部材１２Ｌ、１２Ｒがワークを保持または解放するための開閉動作について図７および図８を用いて説明するが、ここでは便宜上、把持部材１２Ｌについてのみ説明する。なお、把持部材１２Ｌ、１２Ｒの動作は互いに反対方向である以外共通である。
【００３１】
電動グリッパ装置１におけるモータ２のモータ軸２ａが図中時計回り方向へ回転されると、モータ軸２ａの駆動歯車２ｂを介して減速歯車４Ｌが図中反時計回り方向へ回転される。このとき、減速歯車４Ｌと一体になった動円歯車９Ｌが天板１１の内歯車１１Ｌａに噛合した状態で滑ることなく図中時計回り方向へ自転しながら、全体として図８に示すようにｘ軸方向中心のモータ軸２ａと最も離れたｘ軸方向の外方（図中左側）へ向かって反時計回り方向へ移動される。
【００３２】
このとき動円歯車９Ｌの定点Ｐの位置に取り付けられた把持部材１２Ｌは、当該動円歯車９Ｌの定点ＰがＸ軸上を直線的に移動する軌跡と同様、電動グリッパ装置１のモータ軸２ａから最も離れたｘ軸方向の外方（図中左側）へ向かって直線的に移動する。
【００３３】
同時に、動円歯車９Ｒの定点Ｐの位置に取り付けられた把持部材１２Ｒも、当該動円歯車９Ｒの定点ＰがＸ軸上を直線的に移動する軌跡と同様、電動グリッパ装置１のモータ軸２ａから最も離れたｘ軸方向の外方（図中右側）へ向かって直線的に移動する。これにより把持部材１２Ｌおよび１２Ｒは、互いにモータ軸２ａから最も離れたｘ軸方向の外方に位置付けられ、すなわち、これからワークを把持する準備が完了する。
【００３４】
この場合、把持部材１２Ｌは、天板１１の内歯車１１Ｌａの直径分にわたって直線的に移動するストローク範囲Ｓｔ（図８）を有している。従って、従来の把持部材のストローク範囲がカム部材の半径に制限されている場合に比べて、内歯車１１Ｌａの直径分に近い十分な長さのストローク範囲Ｓｔで把持部材１２Ｌが直線的に移動することができる。
【００３５】
その後、把持部材１２Ｌがモータ軸２ａから最も離れたｘ軸方向の外方（図中左側）へ移動させられた状態（把持部材１２Ｌおよび１２Ｒが互いに最大限離れた位置）において、モータ２のモータ軸２ａが図中反時計回り方向へ回転されると、モータ軸２ａの駆動歯車２ｂを介して減速歯車４Ｌが時計回り方向へ回転される。このとき、減速歯車４Ｌと一体になった動円歯車９Ｌが天板１１の内歯車１１Ｌａに噛合した状態で滑ることなく図中反時計回り方向へ自転しながら、全体として図８に示すようにモータ軸２ａに向かって時計回り方向へ移動される。
【００３６】
このとき動円歯車９Ｌの定点Ｐの位置に取り付けられた把持部材１２Ｌは、当該動円歯車９Ｌの定点ＰがＸ軸上を直線的に移動する軌跡と同様、電動グリッパ装置１のモータ軸２ａと最も離れたｘ軸方向の外方からｘ軸方向の中心のモータ軸２ａへ向かって直線的に移動する。
【００３７】
同時に、動円歯車９Ｒの定点Ｐの位置に取り付けられた把持部材１２Ｒも、当該動円歯車９Ｒの定点ＰがＸ軸上を直線的に移動する軌跡と同様、電動グリッパ装置１のモータ軸２ａと最も離れたｘ軸方向の外方からｘ軸方向の中心のモータ軸２ａ側へ向かって直線的に移動する。これにより把持部材１２Ｌおよび１２Ｒは、モータ軸２ａに最も接近した状態に位置付けられることが可能となる。
【００３８】
このように電動グリッパ装置１では、従来のようにカム部材、カムフォロアおよび把持部材を直線摺動させるためのガイド等を必要とすることのない簡易かつ小型の構成でありながら、従来よりも長いストローク範囲Ｓｔで把持部材１２Ｌおよび１２Ｒを直線的に移動させることができる。
【００３９】
＜他の実施の形態＞
なお、上述した実施の形態においては、モータ２のモータ軸２ａの駆動歯車２ｂと噛合された減速歯車４Ｌおよび４Ｒを介して動円歯車７Ｌおよび７Ｒを天板１１の内歯車１１Ｌａおよび１１Ｒｂに噛合させた状態で滑ることなく自転しながら移動させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、動円歯車７Ｌおよび７Ｒを減速歯車４Ｌおよび４Ｒを介することなく、モータにより動円歯車７Ｌおよび７Ｒを天板１１の内歯車１１Ｌａおよび１１Ｒｂに噛合させた状態で滑ることなく自転しながら移動させるようにしても良い。
【符号の説明】
【００４０】
１…電動グリッパ装置、２…モータ、２ａ…モータ軸、２ｂ…駆動歯車、３…モータ台板、４Ｌ、４Ｒ…減速歯車、４Ｌａ、４Ｒａ…減速歯車軸、５Ｌ、５Ｒ…ベアリング、７Ｌ、７Ｒ…把持部材ホルダ、７Ｌａ、７Ｒａ…ホルダ軸、８Ｌ、８Ｒ…ベアリング、９Ｌ、９Ｒ…動円歯車、１１…天板、１２Ｌ、１２Ｒ…把持部材。
【図１】
0005976610.tif 000008
【図２】
0005976610.tif 000009
【図３】
0005976610.tif 000010
【図４】
0005976610.tif 000011
【図５】
0005976610.tif 000012
【図６】
0005976610.tif 000013
【図７】
0005976610.tif 000014
【図８】
0005976610.tif 000015