(57)【要約】      （修正有）【課題】把持状態にあるワークや非把持状態にあるフィンガーを誤って下面に衝突させた場合であっても、ワークやフィンガーに過度な力が加わらないワーク把持装置を提供する。【解決手段】フレーム２４と、少なくとも一対を互いに対面させて配置したワーク１５を把持する複数のフィンガー２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃと、フレーム２４に摺動可能に配設され、フィンガー２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃをワーク１５への接近及びワーク１５からの離間が可能なように支持する複数のフィンガー支持部材２６Ａとを備え、フレーム２４は、ハウジング２３に垂設された支柱２５に、垂直移動可能に支持されている構成をしている。【選択図】    図１
2004223675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
少なくとも一対を互いに対面させて配置したワークを把持する複数のフィンガーと、
前記フレームに摺動可能に配設され、前記フィンガーを前記ワークへの接近及び前記ワークからの離間が可能なように支持する複数のフィンガー支持部材とを備え、
前記フレームは、ハウジングに垂設された支柱に、垂直移動可能に支持されていることを特徴とするワーク把持装置。
【請求項２】
前記フィンガー支持部材と前記フレームとの間に配設され、前記フィンガーの各々を前記ワークに接近する方向に付勢するばね部材と、
前記フレーム上に回転可能に保持されたピニオンギアと、
前記フィンガー支持部材の各々に固設され、前記ピニオンギアに噛み合うラックギアと、
前記フレームに固設され、前記フィンガー支持部材の少なくとも一つに可動軸が連結され、前記フィンガーを前記ワークから離間する方向に移動させる電磁ソレノイドとを有する請求項１に記載のワーク把持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワーク把持装置に係わり、さらに詳しくは、複数のワークを一つずつワークを取り出し、他の部位に収納するためのワーク把持装置の改良に関している。
【０００２】
【従来の技術】
この種のワーク把持装置は、例えば、創薬用冷凍保管庫のピッキングロボットに組み込まれている。
【０００３】
創薬用冷凍保管庫は、保管エリアと、入出庫エリアと、ピッキングエリアとを備えている。保管エリアの保管用ラックおよび入出庫エリアの搬送用ラックは、ピッキングエリアに搬出され、ピッキングロボットがワークとしての試薬などを容れたチューブを保管用ラックから搬送用ラックへ、あるいは、搬送用ラックから保管用ラックへ移送している。ワーク把持装置は、チューブを把持する複数のフィンガーとフィンガーの開閉機構とを備え、フィンガーがチューブの回りに降りると、開閉機構がフィンガーを閉じ、チェーブを把持する。
【０００４】
このようなワーク把持装置の開閉機構として、ラックギアおよびピニオンギアによってフィンガーを開閉するものが提供されている。
【０００５】
ある開閉機構では平行配置された一対のラックギアとこれらのラックギアの間に配置され、且つ、各々のラックギアに噛み合う１つのピニオンギアとこのピニオンギアを回転させるロータリーソレノイドからなっている。フィンガーの各々は、ラックギアに取り付けられている。ワークの非把持は、ロータリーソレノイドによってピニオンギアを回転させ、ピニオンギアの回転によってラックギアを互いに逆方向に直線移動させ、フィンガーをワークから離間させることでなされている。ワークの把持は、ロータリソレノイドの作動を止め、ラックギアをコイルばねによって反対方向に移動させ、フィンガーをワークに圧着することでなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、他の開閉機構として、１つのピニオンギアの周囲に四つのラックギアを正方形配置したものが提供されている。ワークの把持は電動モータによってピニオンギアをある方向に回転し、ラックギアを直線移動させ、各々のラックギア上のフィンガーをワークに接近させることによってなされている。ワークの非把持は、電動モータによってピニオンギアを反対方向に回転させ、ラックギアを反対方向に直線移動させ、ラックギア上のフィンガーをワークから離間させることによってなされている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２８０６７５号公報
【特許文献２】
特開２０００−１５７９９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのワーク把持装置は、ロータリーソレノイドあるいは電動モータの回転中心軸が、ピニオンギアの回転中心軸と一致するように配置されている。つまり、ロータリーソレノイドあるいは電動モータが、フィンガーの上部に垂直に配置されるため、高さが大きくなり、ワークの把持部分を安定に支持するためには、把持機構を装置本体にしっかりと固定しておく必要があった。そのため、ワークの把持操作時に、誤って把持しているワークや非把持状態にあるフィンガーを下面に衝突させた場合、ワークやフィンガーに過度な力が加わり、ワークの破損や損傷、フィンガーが破損する等の問題が指摘されていた。
【０００９】
本発明の目的は、把持状態にあるワークや非把持状態にあるフィンガーを誤って下面に衝突させた場合であっても、ワークやフィンガーに過度な力が加わらない、改良されたワーク把持装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係るワーク把持装置は、フレームと、少なくとも一対を互いに対面させて配置したワークを把持する複数のフィンガーと、フレームに摺動可能に配設され、フィンガーをワークへの接近及びワークからの離間が可能なように支持する複数のフィンガー支持部材とを備え、フレームは、ハウジングに垂設された支柱に、垂直移動可能に支持されている構成をしている。
【００１１】
また、請求項２に係るワーク把持装置は、請求項１に係るワーク把持装置の構成に加えて、フィンガー支持部材とフレームとの間に配設され、フィンガーの各々をワークに接近する方向に付勢するばね部材と、フレーム上に回転可能に保持されたピニオンギアと、フィンガー支持部材の各々に固設され、ピニオンギアに噛み合うラックギアと、フレームに固設され、フィンガー支持部材の少なくとも一つに可動軸が連結され、フィンガーをワークから離間する方向に移動させる電磁ソレノイドとを有している。
【００１２】
【作用】
請求項１に係るワーク把持装置は、フレームと、少なくとも一対を互いに対面させて配置したワークを把持する複数のフィンガーと、フレームに摺動可能に配設され、フィンガーをワークへの接近及びワークからの離間が可能なように支持する複数のフィンガー支持部材とを備え、フレームが、ハウジングに垂設された支柱に、垂直移動可能に支持されているので、把持状態にあるワークや非把持状態にあるフィンガーを誤って下面に衝突させた場合に、フレームが上方に移動し、衝撃を吸収し、ワークやフィンガーへ過度な力が加わらない。
【００１３】
請求項２に係るワーク把持装置は、請求項１に係るワーク把持装置が奏する作用に加えて、フィンガー支持部材とフレームとの間に配設され、フィンガーの各々をワークに接近する方向に付勢するばね部材と、フレーム上に回転可能に保持されたピニオンギアと、フィンガー支持部材の各々に固設され、ピニオンギアに噛み合うラックギアと、フレームに固設され、フィンガー支持部材の少なくとも一つに可動軸が連結され、フィンガーをワークから離間する方向に移動させる電磁ソレノイドとを有する構成にしたため、ワーク把持機構の高さを小さくすることができ、ワーク把持機構の重心がフレーム上に存在する。そのため、フレームがハウジングに固定されていないにもかかわらず、ワーク把持動作時にぶれが生じたり、ワーク把持装置の移動中にフレームに振動が加わることがない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明のワーク把持装置の実施の形態としての実施例を以下に説明する。このワーク把持装置は、例えば創薬用冷凍保管庫に対するものである。
【００１５】
この創薬用冷凍保管庫は、図５に示すように、薬品を容れたチューブを分類して収容した多数の保管用ラック１０と、保管用ラック１０を収納する保管エリア１１と、搬送用ラック１２を収納する入出庫エリア１３と、保管用ラック１０から搬送用ラック１２にチューブを移送を行なうピッキングエリア１４とを備えている。
【００１６】
図６に示すように、チューブ１５はチューブ本体１６及びキャップ１７からなっている。チューブ本体１６は一端を開放された中空円筒状をなしているが、外周面１６Ａの直径が開口端から閉塞端に向かうほど小さく形成されている。このチューブ本体１６は、内部に試薬などを容れられ、キャップ１７によって密閉される。
【００１７】
保管用ラック１０（搬送用ラック１２）は、例えば、図１に示すように、チューブ１５の直径に関連するチューブ挿入穴Ｈを格子状に設けたものからなっている。チューブ１５は、キャップ１７を上部に位置させて、保管用ラック１０（搬送用ラック１２）に収納されている。
【００１８】
図５において、チューブのピッキングは、コンピュータ端末によって必要とする薬品の入ったチューブが指定されると、移載ロボット１８がターゲットとなるチューブを収納した保管用ラック１０を保管エリア１１からピッキングエリア１４に移動し、移載ロボット１９が入出庫エリア１３にある搬送用ラック１２をピッキングエリア１４に搬送し、ピッキングロボット２０がターゲットチューブを保管用ラック１０から搬送用ラック１２に移し変えたあと、移載ロボット１８が保管用ラック１０を保管エリア１１に、移載ロボット１９が搬送用ラック１２を入出庫エリア１３に搬送することでなされている。
【００１９】
本発明によるワーク把持装置２１は、ピッキングロボット２０のアームなどに装着され、保管用ラック１０に収納された所望のチューブ１５を把持し、搬送用ラック１２の所望位置に移動して、把持を解除し、ターゲットチューブを搬送用ラック１２に収納している。
【００２０】
このワーク把持装置２１は、図１および図２に示すように、フレーム２４を備えている。このフレーム２４は、ハウジング２３に垂設された支柱２５により支持されている。この支柱２５は、中空円筒状外管の内部をピストンが往復するシリンダー構造をしており、フレーム２４を垂直移動可能に支持している。そして、通常はフレームに取り付けられた把持機構の自重により、各支柱が延びきった状態でフレームを支持している。そして、把持状態にあるワークや非把持状態にあるフィンガーを誤って下面に衝突させた場合に、各支柱が縮み、フレームが上方に移動する。この支柱は、上述したフレームの自重のみで伸張しているシリンダー構造のものの他に、封入されたガスの圧力やスプリングによって、伸張方向に付勢されているガスダンパーやスプリングダンパーを用いることも可能である。また、支柱を直線案内レールにより形成し、このレールにコロガリ軸受け用ボールを介して係合するリニアモーションブロックをフレームに設けて、いわゆる直動案内装置により、フレームを垂直移動可能に支持することにより、防塵性や直線案内精度を高めることも可能である。
さらに、フレーム近傍にリミットスイッチを設置し、所定量以上、フレームが上方に移動した場合に、装置を停止させ、安全性を一層高めることも可能である。
【００２１】
フレーム２４の下面には図３及び図４に示すようにフィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄが配置されている。
【００２２】
フィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄは、図４によく示されているように、正方形配置されていると共に、直線移動案内２７Ａ〜２７Ｄを介在して、フレーム２４に取り付けられている。直線移動案内２７Ａ〜２７Ｄは、フレーム２４に固定されたガイドレールとフィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄに固定されたスライドとからなっている。
【００２３】
フィンガー２８Ａ〜２８Ｄは、一端をフィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄに固定されたＬ字形をなすブラケット２９Ａ〜２９Ｄの内端にボルト締結されている。フィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄの内端が囲む領域あるいは空間には、ピニオンギア３０が配置されている。ピニオンギア３０は、シャフトをフレーム２４に設けられた軸受に保持され、空転可能になっている。フィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄには、ピニオンギア３０に噛み合うラックギア３１Ａ〜３１Ｄが取り付けられている。ラックギア３１Ａ〜３１Ｄは、隣接するラックギア３１Ａ〜３１Ｄ同士が互いに直交するようにフィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄに配置され、フィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄの内側面側にボルト締結されている。
【００２４】
このため、フィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄの一つ、例えば、フィンガー支持部材２６Ａが摺動されると、ピニオンギア３０が回転し、残るフィンガー支持部材２６Ｂ〜２６Ｄが、ラックギア３１Ａ〜３１Ｄと一緒に矢印Ｘの方向に直線移動し、フィンガー２８Ａ〜２８Ｄの他端となる自由端が互いに接近する。またフィンガー支持部材２６Ａが反対方向に摺動されると、ピニオンギア３０がラックギア３１Ａによって反対方向に回転され、残余のフィンガー支持部材２６Ｂ〜２６Ｄが、ラックギア３１Ｂ〜３１Ｄと一緒に矢印Ｘと反対方向に摺動して、フィンガー２８Ａ〜２８Ｄの自由端が互いに離間する。
【００２５】
コイルばね３２Ａ〜３２Ｄは、両端をフィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄに固定されたポスト及びフレーム２４に固定されたポストに掛架されていて、フィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄの各々を常に矢印Ｘの方向に付勢し、フィンガー２８Ａ〜２８Ｄを常に閉じている。
【００２６】
フィンガー２８Ａ〜２８Ｄの開放は支持板２３，２４の間に配置された電磁ソレノイド３３によってなされている。電磁ソレノイド３３は、直線移動する可動軸３４を有しており、この可動軸３４がフィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄの摺動方向と平行となるように、フレーム２４に設置されている。
【００２７】
電磁ソレノイド３３の可動軸３４は、連動部材３５によって一つのフィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄに、例えば、フィンガー支持部材２６Ａのみに連結されている。連動部材３５は、逆Ｌ字状の部材からなっている。連動部材３５における曲がった端部は、可動軸３４の溝に嵌合されていると共に、可動軸３４にピン連結されている。反対側は、フレーム２４にある開口３６を貫通して、フィンガー支持部材２６Ａに向かって延びていると共に、延長端をフィンガー支持部材２６Ａの端部にボルト締結されている。
【００２８】
初期状態において、コイルばね３２Ａ〜３２Ｄは、フィンガー２８Ａ〜２８Ｄの自由端がチューブ１５の直径よりも小さなすき間を形成するように、また電磁ソレノイド３３の直線駆動ストロークは、フィンガー２８Ａ〜２８Ｄの自由端がチューブ１５の直径よりも大きなすき間を形成するように設定されている。このため、電磁ソレノイド３３が励磁されると、可動軸３４及び連動部材３５が、直線移動して、連動部材３５に連結されたフィンガー支持部材２６Ａが、コイルばね３２Ａに抗しつつ矢印Ｘと反対方向に摺動すると共に、フィンガー支持部材２６Ｂ〜２６Ｄがラックギア３１Ａ〜３１Ｄ及びピニオンギア３０によって摺動し、フィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄ上のフィンガー２８Ａ〜２８Ｄが互いに離間しチューブ１５が開放される。そして、電磁ソレノイド３３の励磁を停止すると、フィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄが、関係するコイルばね３２Ａ〜３２Ｄによって矢印Ｘで示す方向に摺動し、フィンガー２８Ａ〜２８Ｄが接近し、チューブ１５がフィンガー２８Ａ〜２８Ｄによって把持される。
【００２９】
このワーク把持装置は、ハウジング２３を創薬用冷凍保管庫に設置されたピッキングロボット２０のアームに固定され、電磁ソレノイド３３をピッキングロボット２０の電気制御装置に電気接続される。
【００３０】
ピッキングロボット２０のアームが、ワーク把持装置２１をターゲットチューブ１５の真上に移動すると、電気制御装置が電磁ソレノイド３３のコイルに電流を流して、フィンガー２８Ａ〜２８Ｄを離間させる。ピッキングロボット２０のアームがワーク把持装置２１をさらに下降させ、フィンガー２８Ａ〜２８Ｄの自由端がチューブ１５の周囲に位置すると、電気制御装置は、電磁ソレノイド３３に対する励磁を停止する。励磁が停止されると、フィンガー２８Ａ〜２８Ｄの先端がチューブ１５に向かって直線移動して、チューブ１５を把持する。ピッキングロボット２０のアームが上昇し、チューブ１５を保管用ラック１０から取り出し、アームの回転によって搬送用ラック１２に運ばれる。収納位置にチューブ１５が運ばれると、電磁ソレノイド３３が再び励磁される。フィンガー２８Ａ〜２８Ｄがチューブ１５から離間し、チューブ１５が搬送用ラック１２に収納される。
【００３１】
本発明によるワーク把持装置は、このように、電磁ソレノイド３３が、直線運動する可動軸３４を有し、この可動軸３４の移動方向とフィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄの摺動方向とが平行配置されていると共に、可動軸３４を連動部材３５によって一つのフィンガー支持部材２６Ａに連結されているため、従来の回転ソレノイドを使用したこの種の把持装置に比較して、フィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄと電磁ソレノイド３３との間の距離が小さく、把持装置全体がコンパクトである。そのため、把持装置全体の重心が、ほぼフレーム２４上に存在することになり、把持動作中あるいは把持装置の移動中に、把持部分（フィンガー部分）が、がたつくことがなくなり、より高精度の位置決め制御が可能になる。
【００３２】
フィンガー支持部材２６Ａは、電磁ソレノイド３３の可動軸３４に連動部材３５によって連結されているため、連動部材３５をフレーム２４などに支点をもつ梃子として構成することによって、電磁ソレノイドの小容量化を図れ、よりコンパクトなものにすることができる。
【００３３】
さらに、チューブ１５の把持が、一つのフィンガー支持部材２６Ａのみを摺動させることによって行なっているので、フィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄを摺動させるメカニズムが極めて簡単になるばかりか、電磁ソレノイド３３が、直線運動する可動軸３４をもつものであるため、安価に製造することができる。
【００３４】
しかも、把持力は、コイルばね３２Ａ〜３２Ｄによって創出され、つまりフィンガー２８Ａ〜２８Ｄがコイルばね３２Ａ〜３２Ｄによって常にチューブ１５を把持する状態となっているため、万一電気系統に異常が生じても、チューブ１５が搬送中に落下せず、試薬の破損や損傷などの事故がない。
【００３５】
なお、以上説明した実施例において、電磁ソレノイド３３は、フレーム２４におけるフィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄ、フィンガー２８Ａ〜２８Ｄなどを装着した側と反対側に配置され、フレーム２４を貫通する連動部材３５によって可動軸３４をフィンガー支持部材２６Ａに連結されているが、使用環境などに応じて、フレーム２４におけるフィンガー支持部材２６Ａ〜２６Ｄなどと同じ面に配置し、且つ、接続部材によって可動軸とフィンガー支持部材の一つとを連結して、より高さの低いものとしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１に係るワーク把持装置は、フレームと、少なくとも一対を互いに対面させて配置したワークを把持する複数のフィンガーと、フレームに摺動可能に配設され、フィンガーをワークへの接近及びワークからの離間が可能なように支持する複数のフィンガー支持部材とを備え、フレームが、ハウジングに垂設された支柱に、垂直移動可能に支持されているので、把持状態にあるワークや非把持状態にあるフィンガーを誤って下面に衝突させた場合に、ワークやフィンガーへ過度な力が加わらず、ワークやフィンガーの破損や損傷を確実に防止することができる。
【００３７】
請求項２に係るワーク把持装置は、請求項１に係るワーク把持装置が奏する効果に加えて、フィンガー支持部材とフレームとの間に配設され、フィンガーの各々をワークに接近する方向に付勢するばね部材と、フレーム上に回転可能に保持されたピニオンギアと、フィンガー支持部材の各々に固設され、ピニオンギアに噛み合うラックギアと、フレームに固設され、フィンガー支持部材の少なくとも一つに可動軸が連結され、フィンガーをワークから離間する方向に移動させる電磁ソレノイドとを有する構成にしたため、ワーク把持機構の高さを小さくすることができ、フレームがハウジングに固定されていないにもかかわらず、ワーク把持動作時やワーク把持装置の移動中にワーク把持部分がぶれたり、振動が加わることがなく、正確な位置決め操作が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワーク支持装置の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１に示すワーク把持装置の側面図である。
【図３】図１に示すワーク把持装置の下面から見た一部を破断された斜視図である。
【図４】図１に示すワーク把持装置の開閉機構の構成を示す説明図である。
【図５】図１に示すワーク把持装置をもつピッキングロボット及びこれを使用する創薬用冷凍保管庫の構成を示す説明図である。
【図６】図５に示す創薬用冷凍保管庫において使用される試料を容れるチューブの側面図である。
【符号の説明】
１０        ・・・  保管用ラック
１１        ・・・  保管エリア
１２        ・・・  搬送用ラック
１３        ・・・  入出庫エリア
１４        ・・・  ピッキングエリア
１５        ・・・  チューブ
１６        ・・・  チューブ本体
１６Ａ      ・・・  チューブ本体の外周面
１７        ・・・  キャップ
１８，１９  ・・・  移載ロボット
２０        ・・・  ピッキングロボット
２１        ・・・  ワーク把持装置
２３        ・・・  ハウジング
２４        ・・・  フレーム
２５        ・・・  支柱
２６Ａ〜２６Ｄ  ・・・  フィンガー支持部材
２７Ａ〜２７Ｄ  ・・・  直線移動案内
２８Ａ〜２８Ｄ  ・・・  フィンガー
２９Ａ〜２９Ｄ  ・・・  ブラケット
３０        ・・・  ピニオンギア
３１Ａ〜３１Ｄ  ・・・  ラックギア
３２Ａ〜３２Ｄ  ・・・  コイルばね
３３        ・・・  電磁ソレノイド
３４        ・・・  可動軸
３５        ・・・  連動部材
３６        ・・・  開口
Ｈ          ・・・  チューブラックのチューブ挿入穴
Ｘ          ・・・  フィンガー支持部材の移動方向
【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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