(57)【要約】　　　（修正有）【課題】１つの駆動源により把持部の駆動および指部材の開閉を行い、かつ、安定したワークの把持開放を実現するマニプレータを提供する。【解決手段】複数の指部材１０を有する把持部１と、流体圧シリンダ装置３と、シリンダ装置３の２往復の伸縮動作により６つの状態を実現させるカム機構２と、カム機構２の動作を指部材１０に伝達すると共に、当該指部材１０を閉および開の双方において保持させる動力伝達機構５０とを備える。カム機構２は、シリンダ装置３の第１回目の伸縮動作と、シリンダ装置３の第２回目の伸縮動作とで、動力伝達機構５０への出力を制御する制御手段４を有し、シリンダ装置３の第１回目の伸縮動作により、第１の状態から第４の状態までを順に実行し、シリンダ装置３の第２回目の伸縮動作により、第４の状態から第６の状態を経て第１の状態までを順に実行する。【選択図】　　　　図４
2004130488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の指部材を有する把持部と、
流体圧シリンダ装置と、
前記シリンダ装置の２往復の伸縮動作により下記の６つの状態Ｓ１〜Ｓ６を実現させるカム機構と、
前記カム機構の動作を前記指部材に伝達すると共に、当該指部材を閉および開の双方において保持させる動力伝達機構とを備え、
前記カム機構は、前記シリンダ装置の第１回目の伸縮動作と、前記シリンダ装置の第２回目の伸縮動作とで、前記動力伝達機構への出力を制御する制御手段を有し、
前記シリンダ装置の第１回目の伸縮動作により、下記の状態Ｓ１からＳ４までを順に実行し、
前記シリンダ装置の第２回目の伸縮動作により、下記の状態Ｓ４からＳ６を経てＳ１までを順に実行するマニプレータ
待機状態Ｓ１：前進端位置Ｐｆ　から把持部が後退した後退位置Ｐｂ　において、指部材が開いてワークを把持していない状態、
把持準備完了状態Ｓ２：ワークを把持できる前進端位置Ｐｆ　まで把持部が前進した位置において、指部材が完全に開いている状態、
把持状態Ｓ３：ワークを把持できる前進端位置Ｐｆ　まで把持部が前進した位置において、指部材が閉じてワークを把持している状態、
一時退避状態Ｓ４：前記把持状態Ｓ３で把持したワークを把持したまま、把持部が前記後退位置Ｐｂ　まで後退した状態、
開放準備完了状態Ｓ５：前記一時退避状態Ｓ４で把持していたワークを把持したまま、前記把持部が前記前進端位置Ｐｆ　まで前進した状態、
開放状態Ｓ６：前記開放準備完了状態Ｓ５で把持していたワークを、前記前進端位置Ｐｆ　において、指部材が開くことで手放した状態。
【請求項２】
請求項１において、
前記動力伝達機構は第１および第２ラックを有し、
前記カム機構はレバーを有し、
該レバーは中立位置ＰＮ　と、第１ラックを押す第１押位置ＰＬ　と、前記中立位置ＰＮ　と、第２ラックを押す第２押位置ＰＲ　とに順次移動して、前記一対のラックを交互に前進・後退させることで、前記指部材に開閉を行わせるマニプレータ。
【請求項３】
請求項１もしくは２において、
前記カム機構は、カム溝を有し、該カム溝は前記レバーの動作を案内する主溝、第１分岐溝および第２分岐溝を有する略Ｙ字型に形成され、
前記制御手段は、前記シリンダ装置の第１回目の伸縮動作の際には、前記レバーが前記主溝および前記第１分岐溝に沿って往復動するように制御し、前記シリンダ装置の第２回目の伸縮動作の際には、前記レバーが前記主溝および前記第２分岐溝に沿って往復動するように制御するマニプレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの把持開放を行うマニプレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
ワークの把持開放を行う従来のマニプレータにおいては、把持部を支持する支持体の駆動を行う駆動装置および指部材の開閉を行う駆動装置の２つの駆動装置を設けていたので、油空圧配管あるいは電気配線上の問題が発生するだけでなく、２つの駆動装置を連係させて作動させなければならなかったから、サイクルタイムが長くなるという問題を抱えていた。
【０００４】
かかる問題を解決するマニプレータとして、駆動源として外部動力を利用した把持装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、支持体の駆動動作を利用して指部材の開閉を行う装置も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、これらの発明においては、ワークの把持状態を保持しているロック機構を解除するため、ワークの開放位置にロック解除部材を予め設けておく必要があった。
また、把持部が後退位置からワークの把持位置まで前進する途中で、指部材が閉じてゆくので、把持するワークの大きさに対し把持部が大型化する。
さらに、把持部の前進端付近で指部材が開くので、ワークを開放する際にワークが若干落下するのは避けられない。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭４９−１４１５６５号公報　（第６−９頁、第３−４図）
【０００６】
【特許文献２】
特開昭５７−３９９１２号公報　（第２−３頁、第２−３図）
【０００７】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、１つの駆動源により把持部の移動および指部材の開閉を行い、かつ、安定したワークの把持開放を実現するマニプレータを提供することである。
【０００８】
【発明の概要】
前記目的を達成するための本発明のマニプレータの構成および動作の概要を図１〜図４を用いて説明する。
構成の概要：
図１（ａ）において、本マニプレータは、複数の指部材１０を有する把持部１と、流体圧シリンダ装置（たとえば、エアシリンダ装置）３と、カバー７とを備えている。前記シリンダ装置３は、シリンダ３１とロッド３２とからなる。前記カバー７は、図４（ａ）に示すカム機構２の上を覆っており、該カム機構２は、前記シリンダ装置３の２往復の伸縮動作により後述する６つの状態Ｓ１〜Ｓ６を実現させる。
また、図４（ａ）に示すように、前記把持部１には、動力伝達機構５０が設けられており、該動力伝達機構５０は、前記カム機構２の動作を前記指部材１０に伝達すると共に、当該指部材１０を閉および開の双方において保持させる。
【０００９】
動作の概要：
まず、本マニプレータは、ワークの待機場所において、前記シリンダ装置３の第１回目の伸縮動作により、下記の状態Ｓ１からＳ４までを順に実行し、ワークを把持する。
なお、以下の説明において、前進が下降となるように、後退が上昇となるように本マニプレータを用いることも可能である。
【００１０】
待機状態Ｓ１；
図１（ａ）に示すように、前記シリンダ装置３のロッド３２は伸張しており、前記把持部１は、前進端位置Ｐｆ　から後退した後退位置Ｐｂ　にある。この際、指部材１０は開いており、ワークを把持していない。
なお、前記カム機構２は図４（ａ）に示すレバー５を有しているが、当該待機状態Ｓ１においては、前記レバー５は後述する中立位置ＰＮ　に位置しており、前記カバー７に隠れていて外側からは見えない状態にある。
【００１１】
把持準備完了状態Ｓ２；
図１（ｂ）に示すように、前記待機状態Ｓ１から前記シリンダ装置３のロッド３２が収縮すると、ワークを把持できる前進端位置Ｐｆ　まで把持部１が前進方向Ｆに前進する。この際、前記レバー５の先端部５ａが前記カバー７から突出して、図４（ａ）に示す前記動力伝達機構５０の第１ラック５１に近接する。把持部１の指部材１０は完全に（最大限に）開いている。
【００１２】
把持状態Ｓ３；
前記動作に続いて、図２（ａ）に示すように、前記把持準備完了状態Ｓ２から前記シリンダ装置３のロッド３２が更に収縮すると、前記レバー５が第１押位置ＰＬ　まで移動して第１ラック５１を押す。これにより、前記前進端位置Ｐｆ　において指部材１０が閉じられる。この際、第１ラック５１と入れ替わりに前記動力伝達機構５０の第２ラック５２が把持部１から後退方向Ｂに向って突出する。把持部１は前記前進端位置Ｐｆ　で停止したまま移動せず、前記指部材１０によりワークを把持する。
【００１３】
一時退避状態Ｓ４；
図２（ｂ）に示すように、前記把持状態Ｓ３から前記シリンダ装置３のロッド３２が伸張すると、前記把持状態Ｓ３で把持したワークを把持したまま、把持部１が前記前進端位置Ｐｆ　から前記後退位置Ｐｂ　まで後退方向Ｂに後退する。この際、前記レバー５も共に後退し、中立位置ＰＮ　に再び移動する。
【００１４】
この後、前記一時退避状態Ｓ４を保持したまま、ワークをマニプレータ本体と共に移送する。当該ワークの移送位置において、本マニプレータは、前記シリンダ装置３の第２回目の伸縮動作により、前記一時退避状態Ｓ４から下記の状態Ｓ５およびＳ６を経て前記待機状態Ｓ１までを順に実行し、ワークを開放する。
【００１５】
開放準備完了状態Ｓ５；
図３（ａ）に示すように、前記一時退避状態Ｓ４から前記シリンダ装置３のロッド３２が収縮すると、前記一時退避状態Ｓ４で把持していたワークを把持したまま、把持部１が後退位置Ｐｂ　から前記前進端位置Ｐｆ　まで前進方向Ｆに前進する。この際、前記レバー５の先端部５ａは、前記カバー７から前記第２ラック５２に向って突出し、該第２ラック５２に近接する。
【００１６】
開放状態Ｓ６；
前記動作に続いて、図３（ｂ）に示すように、前記開放準備完了状態Ｓ５から前記シリンダ装置３のロッド３２が更に収縮すると、前記レバー５が後述する第２押位置ＰＲ　まで移動して第２ラック５２を押す。これにより、前進端位置Ｐｆ　において指部材１０が開かれる。この際、第２ラック５２と入れ替わりに前記第１ラック５１が把持部１から後退方向Ｂに向って突出する。把持部１は前記前進端位置Ｐｆ　において停止したまま移動せず、把持していたワークを指部材１０が開くことで手放す。　その後、前記シリンダ装置３がロッド３２を伸張させて、待機状態Ｓ１に戻る。
【００１７】
本発明においては、以上の６つの状態Ｓ１〜Ｓ６を１つのサイクルとして、当該サイクルを間欠的に繰り返すことで、ワークの把持および開放を行う。
なお、「間欠的に繰り返す」とは、ワークの待機場所において前記状態Ｓ１〜Ｓ４を実行してワークを把持した後に、マニプレータ自体をワークの移送位置まで移送させてから、該移送位置において前記状態Ｓ４〜Ｓ１を実行することを意味する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、前記発明の概要で説明した機能・動作を実現する具体的な構造の一実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ）に示す本マニプレータは、たとえば、ロボットハンド等の先端に固定され、把持部１に設けた一対の指部材１０を開閉してワークの把持を行うものである。
【００１９】
図４（ｂ）に示すように、本マニプレータのフレーム１００には、第１直動部材１０１、第２直動部材１０２、前記カム機構２が設けられている。前記カム機構２の上には、前記シリンダ装置３が固定部材１０３を介して固定されている。前記第１直動部材１０１と前記第２直動部材１０２とは、緩衝バネ８を介して連結されている。前記第１直動部材１０１の前進方向Ｆ側には、前記把持部１が固設されている。一方、前記第２直動部材１０２の後退方向Ｂ側には前記シリンダ装置３のロッド３２の先端が取り付けられている。
なお、前記第１直動部材１０１および第２直動部材１０２は、それぞれ直動ガイドを備えており、前記フレーム１００に沿って前後に直動する。
【００２０】
カム機構２
図４（ａ）に示すように、カム機構２は、カムプレート２５およびレバー５などを有している。前記レバー５は、ピン５ｃを有する板棒状に形成されている。前記レバー５の後端部５ｂは、前記第２直動部材１０２に揺動可能に連結されている。前記カムプレート２５には、カム溝２０および円弧孔２４が形成されている。該カム溝２０は、前記ピン５ｃに嵌合し、前記レバー５の動作を案内する後述の主溝２３、第１分岐溝２１および第２分岐溝２２を有する略Ｙ字型に形成されている。前記カム溝２０と前記レバー５との間には、前記カム溝２０に対して、前記レバー５のピン５ｃの移動経路を変更制御するための制御手段４が設けられている。
【００２１】
制御手段４
図４（ａ）の制御手段４は、記憶部材４１および閉路部材４２を有している。前記記憶部材４１および閉路部材４２は、揺動中心Ｏのまわりに互いに揺動可能に設けられている。
前記記憶部材４１は、その先端部に前記円弧孔２４に嵌合する係合ピン４１ａを有している。後述するように、記憶部材４１は前記レバー５のピン５ｃの押動により、前記円弧孔２４に沿って揺動することで前記レバー５の動作を機械的に記憶する。
前記閉路部材４２は、図示しない復帰バネにより、前記記憶部材４１に対して一定の相対位置関係を保つように付勢されている。そのため、前記閉路部材４２は、前記記憶部材４１の揺動に追随して前記揺動中心Ｏのまわりに揺動する。これにより、後述するように、前記第１分岐溝２１および第２分岐溝２２への前記ピン５ｃの移動経路の切り換えを行う。
【００２２】
動力伝達機構５０
図４（ｂ）に示すように、把持部１には、動力伝達機構５０が設けられている。該動力伝達機構５０は、第１ラック５１、第２ラック５２、ピニオン（アイドラー）７１、ウォームホイール７２およびウォーム７３を備えている。
前記ウォーム７３は、前記ウォームホイール７２に対して貫設されており、前記ウォーム７３の両端にはそれぞれ、前記指部材１０が螺合している。ウォーム７３のネジ山は、前記ウォームホイール７２を挟んで互いに逆ネジとなるように形成されている。そのため、前記指部材１０は、ウォームホイール７２を中心として対称的に動き、これにより、指部材１０の開閉動作が行われる。
このように、指部材１０の開閉動作は前記ウォーム７３の回転により行われているので、指部材１０は外力に対する開閉動作の不可逆性を有している。
【００２３】
つぎに、本マニプレータの動作を実現するカム機構の動作について説明する。以下の説明においては、前記６つの状態Ｓ１〜Ｓ６に対応するレバー５のピン５ｃの位置をそれぞれ、Ｐ１〜Ｐ６で表わす。
図５および図６は前記カム機構２の動作を示す。
【００２４】
シリンダ装置３の第１回目の伸縮動作における動作：
図５（ａ）に示す待機状態Ｓ１において、記憶部材４１は第１分岐溝２１を覆うように設けられており、閉路部材４２は第２分岐溝２２を塞いでいる。前記シリンダ装置３が収縮すると、レバー５のピン５ｃがカム溝２０の主溝２３から第１分岐溝２１に沿って、Ｐ１の位置から二点鎖線で示すＰ２の位置まで移動される。このシリンダ装置３の収縮動作によって、把持部１が図１（ａ）に示す後退位置Ｐｂ　から図１（ｂ）に示す前進端位置Ｐｆ　に移動し、把持準備完了状態Ｓ２となる。
【００２５】
前記把持準備完了状態Ｓ２から前記シリンダ装置３が更に収縮すると、前記ピン５ｃが記憶部材４１を押動してＰ３の位置に移動する。前記記憶部材４１は、図５（ｂ）に示すように、前記円弧孔２４に沿って揺動中心Ｏのまわりに揺動し、第２分岐溝２２を覆う。一方、閉路手段４２は、復帰バネにより前記記憶部材４１と一定の形状を保つように付勢されているから、揺動中心Ｏのまわりに揺動して前記第１分岐溝２１を塞ぐ。この際、レバー５の先端部５ａは、前記第１ラック５１を押す第１押位置ＰＬ　まで移動して、第１ラック５１を押し込む。これにより、把持部１に設けられている指部材１０が閉じられ、図２（ａ）の把持状態Ｓ３となる。
【００２６】
ところで、把持状態Ｓ３においては、前記第２直動部材１０２は前進方向Ｆに移動しているが、第１直動部材１０１はストッパ１０１ａによりフレーム１００に係止されているので前進しない。そのため、緩衝バネ８が収縮して前記第２直動部材１０２の移動距離を吸収している。
なお、前記把持状態Ｓ３においては、前述のように、指部材１０が外力などにより開かれようとされても、ウォーム７３が回転しない不可逆性を備えているので、ワークの把持状態を維持することができる。
【００２７】
前記把持状態Ｓ３から前記シリンダ装置３が伸張すると、図５（ｃ）に示すように、ピン５ｃが前記閉路部材４２を押し退けて第１分岐溝２１から主溝２３に沿って後退する。この際、ピン５ｃは閉路部材４２に設けられた復帰バネのバネ力に抗して閉路部材４２を押動させる。そのため、図５（ｄ）に示すように、ピン５ｃが通過すると、前記閉路部材４２は前記第１分岐溝２１を塞ぐ状態に復帰する。前記ピン５ｃは、Ｐ４の位置まで移動するので、レバー５が中立位置ＰＮ　に移動し、図２（ｂ）の一時退避状態Ｓ４となる。
【００２８】
シリンダ装置３の第２回目の伸縮動作における動作：
前記シリンダ装置３が２回目の伸縮動作を行うと、１回目の伸縮動作の際と同様に、前記ピン５ｃが図６（ａ）〜図６（ｄ）に示すように移動する。この際、図６（ａ）に示すように、記憶部材４１は、ピン５ｃの１回目の往復動の経路を自身が揺動することにより記憶しており、かつ、閉路部材４２は第１分岐溝２１を塞いでいる。したがって、２回目の往復動の際には、前記ピン５ｃは主溝２３から第２分岐溝２２に沿って移動される。前記シリンダ装置３の収縮により、Ｐ４の位置からＰ５の位置を経て、Ｐ６の位置までピン５ｃが移動されると、レバー５の先端部５ａは、前記第２ラック５２を押す第２押位置ＰＲ　に移動して、第２ラック５２を押し込む。これにより、図３（ｂ）に示す開放状態Ｓ６となる。その他の動作は、第１回目の往復動における動作と同様であり、同一部分に同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【００２９】
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。
たとえば、動力伝達機構は、必ずしもラックと歯車を組み合わせた機構で構成する必要はなく、カム機構の動作を指部材の開閉に変換する機構であればよい。動力伝達機構としては、前記ラックと歯車を組み合わせた機構の他に、たとえば、クランク機構やカム機構を用いてもよい。
また、必要に応じて指部材にダンパやクッション等の緩衝部材を設けるようにしてもよい。
したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマニプレータによれば、１つのシリンダ装置により把持部の移動動作および指部材の開閉動作の双方を行うことができるので、外形がコンパクトになる。しかも、指部材の開閉が把持部の前進端において行われるので、ワークの把持および開放を安定して行うことができ、かつ、把持部を小型化できる。
また、動力伝達機構により指部材を開および閉の双方において保持できるので、ワークが移送時に落下するおそれがない。
【００３１】
また、カム機構が有するレバーにより、一対のラックを交互に前進・後退させることで、指部材のセルフロックを解除して開閉動作を行うことができるから、外部にロック解除部材を予め設ける必要がなくラインレイアウトの自由度が高い。
【００３２】
また、カム機構に制御手段を設けることにより機械的にレバーの移動経路を変更するようにしたことで、電気的なシーケンサを必要とせず、そのため、制御が著しく簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるマニプレータの待機状態および把持準備完了状態を示す概略斜視図である。
【図２】同マニプレータの把持状態および一時退避状態を示す概略斜視図である。
【図３】同マニプレータの開放準備完了状態および開放状態を示す概略斜視図である。
【図４】同マニプレータの一部を破断して示す平面図および側面図である。
【図５】シリンダ装置の第１回目の伸縮動作により行われるカム機構の動作を示す平面図である。
【図６】シリンダ装置の第２回目の伸縮動作により行われるカム機構の動作を示す平面図である。
【符号の説明】
１：把持部
１０：指部材
２：カム機構
２０：カム溝
３：流体圧シリンダ装置
４：制御手段
４１：記憶部材
４２：閉路部材
５：レバー
５ｃ：ピン
５０：動力伝達機構
５１：第１ラック
５２：第２ラック
Ｐｆ　：前進端位置
Ｐｂ　：後退位置
Ｆ：前進方向
Ｂ：後退方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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