CN1293090A

CN1293090A - 电动机械手

Info

Publication number: CN1293090A
Application number: CN00130461A
Authority: CN
Inventors: 高梨精二; 宫地博; 神田浩一郎
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2001-05-02
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: KR100392463B1; DE10048673A1; DE10048673B4; JP4131360B2; JP2001113486A; CN1166499C; TW478988B; KR20010050878A; US6345815B1

Abstract

在与步进马达的输出轴连动的驱动侧部件和与爪部件连动的从动侧部件之间,夹设弹簧机构,在爪部件的开放动作时,上述驱动侧部件与从动侧部件直接接合,来自输出轴的驱动力被直接传递给爪部件;当上述爪部件握持工作时,上述驱动侧部件与从动侧部件通过弹簧机构接合,这样,来自输出轴的驱动力通过该弹簧机构弹性地传递给爪部件,这样,在上述爪部件握持工件时,使步进马达缓冲地过旋转。

Description

电动机械手

本发明涉及用电动马达驱动爪部件开闭的电动机械手，上述爪部件进行工件的握持。更具体地说，涉及采用步进马达的电动机械手。

作为为了加工或运送等握持各种工件的机械手，用电动马达驱动爪部件的开闭是公知的技术。该电动机械手中，采用脉冲驱动的步进马达作为驱动源时，根据驱动脉冲的脉冲数，用微小的幅度对上述爪部件阶段地进行开闭控制，这样，可进行与握持物的大小相应的开闭动作。

采用该步进马达时，根据驱动马达的驱动脉冲数设定的爪部件的开启宽度，要与工件的握持部分宽度一致，或者若干增多驱动脉冲的数，使爪部件的开启宽度比工件的宽度稍小，并且，要一边使设在爪部件上的工件握持用配件挠曲、一边进行握持动作。

但是，工件的大小通常不是一定的，因此，要与工件相应地调节驱动马达的驱动脉冲数，但对于大小不一定的工件进行该调节是困难的。另外，如果设在爪部件上的工件握持用配件不挠曲、或者超过其挠曲范围进行握持动作时，会产生驱动脉冲与步进马达之间的同步不能保持的失步现象。引起电动机械手的动作不良。

本发明是鉴于上述问题而作出的，其技术课题是，在采用步进马达的电动机械手中，防止因上述脉冲失步产生的动作不良，确保与工件宽度对应的爪部件的握持宽度，可切实地将对象物握持住。

为了解决上述课题，本发明的电动机械手备有缓冲机构，在用一对爪部件握持工件时，该缓冲机构使步进马达在设定的脉冲数范围内缓冲地过旋转。

上述缓冲机构备有：与上述步进马达的输出轴连动的驱动侧部件、与爪部件连动的从动侧部件、夹在该两部件之间的弹簧机构。在爪部件的开放动作时，上述驱动侧部件与从动侧部件直接接合，来自输出轴的驱动力直接传递到爪部件。上述爪部件握持工件时，上述驱动侧部件与从动侧部件通过弹簧机构接合，这样，来自输出轴的驱动力通过该弹簧机构弹性地传递给爪部件。

具有上述构造的电动机械手中，即使在上述爪部件握持工件后，步进马达的输出轴也可弹性地过旋转，所以，通过预先把驱动该步进马达的脉冲数设定在上述过旋转的范围内，就不会出现在步进马达与驱动脉冲之间因失步产生的动作不良，可切实地握持住工件。

根据本发明的一具体的实施例，上述变换机构具有：安装在步进马达输出轴上的旋转轴、与该旋转轴螺合并借助该旋转轴的往复旋转在轴线方向直线地前进后退的驱动部件、把从该驱动部件通过传动轴传递的直线运动变换为上述一对爪部件的开闭运动的开闭机构。在上述驱动部件与传动轴之间夹设着上述弹簧机构，这样，由这些驱动部件、传动轴和弹簧机构形成上述缓冲机构。

更具体地说，上述驱动部件，在前端侧具有中空的缓冲箱，上述传动轴的基端部可滑动一定距离地收容在该缓冲箱内，在形成于该传动轴上的锷部与缓冲箱之间夹设着上述弹簧机构。

根据本发明的另一实施例，上述变换机构具有：安装在步进马达输出轴上的小齿轮、切割出与该小齿轮啮合的齿条的一对驱动部件、夹在各驱动部件与爪部件之间并把该驱动部件的运动传递给爪部件而使该爪部件开闭的一对传动部件。通过在上述驱动部件与传动部件之间夹设着上述弹簧机构，由这些驱动部件、传动部件和弹簧机构形成上述缓冲机构。

更具体地说，上述各传动部件可滑动一定距离地收容在圆筒形的上述驱动部件的内部，同时，借助从该传动部件伸出的驱动销与上述爪部件连接，并且，在该传动部件与驱动部件之间夹设着上述弹簧机构，该弹簧机构将传动部件朝握持方向弹压。

根据本发明的另一实施例，上述变换机构具有：安装在上述步进马达输出轴上的旋转部件、安装在该旋转部件上的凸轮部件、形成在该凸轮部件上的基本半圆形的一对凸轮槽、驱动销，该驱动销安装在上述一对爪部件上并与上述凸轮槽之一嵌合，借助上述凸轮部件的旋转在该凸轮槽内滑动，使上述爪部件开闭。上述旋转部件包含基台部和安装台，该基台部固定在上述输出轴上，该安装台仅可相对旋转一定角度地组装在该基台部上。上述凸轮部件安装在该安装台上，在该安装台与基台部之间夹设着上述弹簧机构，这样，由这些基台部、安装台和弹簧机构形成上述的缓冲机构。

更具体地说，上述旋转部件的基台部具有杆，并且，安装台具有上述弹簧机构和弹簧座。当上述基台部朝一个方向旋转时，上述杆与安装台直接相接，这样，基台部的旋转力直接传递给该安装台。当上述基台部朝反方向旋转时，上述杆通过上述弹簧座与安装台相接，这样，基台部的旋转力通过上述弹簧机构弹性地被传递。

图1是表示本发明电动机械手之第1实施例构造的断面图。

图2是说明上述第1实施例的动作的要部断面图。

图3是表示本发明电动机械手之第2实施例构造的断面图。

图4是第2实施例的俯视图。

图5是表示把第2实施例中的爪部件卸下状态的断面图。

图6是第2实施例的正视图。

图7是表示本发明电动机械手之第3实施例构造的断面图。

图8是第3实施例的侧断面图。

图9是图7中的A-A线断面图。

图10是图7中的B-B线断面图。

图11是图9中的C-C线断面图。

图1和图2表示本发明的第1实施例。该第1实施例的电动机械手1备有：设在机械手本体2上的可正反转步进马达3、借助该步进马达3的驱动而作开闭动作的一对爪部件4、4、把上述步进马达3的驱动力变换为爪部件4、4的开闭运动的变换机构5。上述步进马达3的旋转量根据驱动脉冲的脉冲数被控制。上述一对爪部件4、4导向地支承在机械手本体2的一端，在与上述步进马达3的输出轴3a的轴线直交的方向可开闭。

收容在机械手本体2内的上述变换机构5备有：安装在上述步进马达3输出轴3a前端的旋转轴6、设在该旋转轴6前端的螺纹部6a、用基端侧的螺纹孔7a螺合在该螺纹部6a上的驱动部件7、把该驱动部件7的轴方向变移变换为上述一对爪部件4、4的开闭动作的开闭机构8、夹设在上述驱动部件7与开闭机构8之间并把驱动部件7的驱动力传递给开闭机构8的传动轴9。

上述驱动部件7，在其外周面具有沿轴线方向延伸的直动槽7b，设在机械手本体2上的防旋转销2a插入该直动槽7b内，防止其旋转，在该状态下，当旋转轴6和螺纹部6a旋转时，沿着旋转轴6的轴方向直线地前后动。

上述开闭机构8具有略L字形弯曲的一对杆11、11。这些各杆11的中间弯曲部由支承销12可旋转地支承在机械手本体2上，杆11的基端部分别与传动轴9前端的驱动销10接合，杆11的前端部分别与爪部件4接合。在图1中，当传动轴9向右动时，上述杆11、11的前端绕各支承销12朝关闭方向旋转，一对爪部件4将工件W握持在它们之间。

上述传动轴9，可滑动地收容在螺合在驱动部件7前端部的缓冲箱14内，该缓冲箱14，与上述驱动部件7一体地可沿轴线方向滑动地收容在上述机械手本体2内。上述传动轴9在该缓冲箱14内，借助夹设在缓冲箱14与锷部9a之间的弹簧15，被朝着驱动部件7侧、即朝着使爪部件4进行握持动作的方向弹压。在该传动轴9上，在前进端设有与缓冲箱14止挡的台阶部9b，借助该台阶部9b，可在上述缓冲箱14内沿轴线方向仅移动被驱动部件7规定的距离S。

上述传动轴9与驱动部件7及缓冲箱14一起移动到图1所示前进位置时，爪部件4、4开放，松开工件W。当上述传动轴9与驱动部件7及缓冲箱14一起朝图1右方向后退时，上述爪部件4、4闭合，将工件W挟在它们之间，当驱动部件7及缓冲箱14再后退时，弹簧15被压缩，由该弹簧15的弹力产生挟持力。

因此，由与步进马达3输出轴3a连动的驱动侧部件即上述驱动部件7及缓冲箱14、与爪部件4、4连动的从动侧部件即上述传动轴9、以及夹设在该两部件之间的上述弹簧15，构成缓冲机构。该缓冲机构在上述爪部件4、4握持工件时，使上述步进马达3在设定的脉冲数范围内缓冲地过旋转。

具有上述构造的第1电动机械手中，要使爪部件4、4朝开方向动作时，驱动步进马达3，使旋转轴6朝正方向旋转，使与该旋转轴6的螺纹部6a螺合着的驱动部件7以及与该驱动部件7连接着的缓冲箱14沿轴线方向前进到图1所示位置，这样，传动轴9前进，使一对杆11、11的前端朝开方向旋转。图1表示该开动作状态。这时，通过预先设定步进马达3的驱动限度，不产生脉冲的失步问题。

要使上述爪部件4、4朝闭合方向动作时，使上述步进马达3反转，使旋转轴6反转，使驱动部件7和缓冲箱14如图2所示地后退。这样，传动轴9后退，使一对杆11、11的前端朝闭合方向旋转，所以，上述爪部件4、4闭合，把工件W挟持在其间。即使在挟持后，驱动部件7及缓冲箱14也被步进马达3后退若干，其后退的部分被弹簧15的压缩吸收，随着压缩，弹簧15产生弹力，该弹力使爪部件4、4产生挟持力。

这样，上述爪部件4、4握持工件W时，传动轴9虽然不能再后退，但是，由于上述弹簧15的存在，驱动部件7和缓冲箱14还可以后退一定距离S，所以，在该范围内，步进马达3可以与脉冲间不产生失步地动作。因此，在上述距离S的范围内，把驱动步进马达3的脉冲数设定在压缩上述弹簧15可得到的范围内，可以不出现因脉冲失步产生的动作不良，可切实地握持住工件。

另外，如果驱动步进马达3的脉冲数超过了上述距离S的范围，由于缓冲箱14碰到传动轴9的台阶部9b，所以，缓冲箱14的移动被抑制，可能会因脉冲数的失步而产生动作不良。

图3至图6表示本发明电动机械手的第2实施例。该第2实施例的电动机械手21备有：设在机械手本体22上的步进马达23、直线地作开闭动作的一对爪部件24、24、把上述步进马达23输出轴23a的旋转力变换为上述爪部件24、24的开闭运动的齿条·小齿轮式变换机构25。上述一对爪部件24、24，分别可移动地支承在相互平行地设于机械手本体22上的一对导引件24a、24a上，沿着这些导引件24a、24a相互朝相反方向同步地变移，这样，在与上述输出轴23a的轴线直交的方向开闭。

上述变换机构25具有小齿轮26、略圆筒形驱动部件27、27、齿条27a、27a、一对传动部件29、29。小齿轮26在机械手本体22内，安装在上述步进马达23的输出轴23a上。驱动部件27、27挟着该小齿轮26地相互对称地被设置。齿条27a、27a是在驱动部件27、27的侧面上切出的，并与上述小齿轮26啮合。一对传动部件29、29将上述各驱动部件27、27分别与对应的爪部件24、24连接。

上述各传动部件29如图5所示，可滑动地配设在对应的驱动部件27内，使安装在其上的驱动销30与爪部件24接合，这样，与各爪部件24连接。另外，在上述传动部件29与驱动部件27之间，确保着该传动部件29能朝爪部件24的开闭方向移动一定距离S的间隙，并且，设有将该传动部件29朝闭合爪部件24的方向弹压的弹簧35。

因此，该第2实施例中，由与输出轴23a连动的驱动侧部件即上述驱动部件27、27、与爪部件24、24连动的从动侧部件即上述传动部件29、29、以及夹设在该两部件间的上述弹簧35，构成缓冲机构。

另外，图中，36是设在驱动部件27上的位置检测用磁铁，37是检测该磁铁36接近的非接触式开关的安装槽。

具有上述构造的第2实施例的电动机械手中，要使爪部件24、24开放时，驱动步进马达23使小齿轮26正转，这样，使齿条27a、27a与该小齿轮26啮合着的驱动部件27、27相互远离地移动到图5位置时，这些驱动部件27、27的移动通过传动部件29、29和驱动销30、30传递到各爪部件24、24，所以爪部件24、24开放。这时，通过预先设定步进马达的驱动限度，可不产生脉冲失步的问题。

要使上述爪部件24、24闭合时，用上述步进马达23使小齿轮26反转，使驱动部件27、27朝相互接近的方向移动。这样，与这些驱动部件27、27一起，上述传动部件29、29也变移。所以，爪部件24、24相互朝闭合的方向变移，把工件W挟在其间。虽然在挟持后驱动部件27、27也移动若干，但其移动的部分被弹簧35的压缩吸收，随着压缩弹簧35产生弹力，该弹力使爪部件24、24产生挟持力。

这样，该第2实施例中也同样地，上述爪部件24、24握持工件W时，传动轴29虽然不能再后退，但是由于上述弹簧35的存在，驱动部件27可以再移动一定距离S，所以，在该范围内，步进马达23与脉冲间不产生失步地动作。因此，在上述距离S的范围内，把驱动步进马达23的脉冲数预先设定在压缩上述弹簧35可得到的范围内，就不会因脉冲失步而产生动作不良，可切实握持住工件。

图7至图11表示本发明电动机械手的第3实施例。该第3实施例的电动机械手41备有：设在机械手本体42上的步进马达43、被该步进马达43驱动而直线地开闭的一对爪部件44、44、把该步进马达43的驱动力变换为爪部件44的开闭运动的凸轮式变换机构45。

上述一对爪部件44、44，其基端部分别可滑动地嵌合在T形断面的导槽42a、42a内，沿着该导槽42a、42a开闭，该导槽42a、42a设在机械手本体42上。

上述变换机构45备有旋转部件46、圆板状凸轮部件49、一对凸轮槽49a、49a、驱动销50、50。旋转部件46安装在步进马达43的输出轴43a上。凸轮部件49设在该旋转部件46的上面。一对凸轮槽49a、49a对称地形成在该凸轮部件49的上面。驱动销50、50分别安装在上述一对爪部件44、44的下面，并且与各凸轮槽49a、49a嵌合。

上述凸轮槽49a、49a如图10所示呈半圆形，它们的曲率中心位于通过凸轮部件49旋转中心的直线上，并且挟着该旋转中心、在相反侧等距离的偏倚位置相互呈闭合状。

上述旋转部件46如图7和图9所示，备有基台部47和安装台48。基台部47固定在上述输出轴43a上。安装台48可相对转动地组装在该基台47上。在该安装台48上安装着上述凸轮部件49。另外，在上述基台部47上设有杆51、51，当该基台部47朝图9中顺时针方向旋转时，这些杆51、51直接与安装台48相接触，这样，基台部47的旋转力直接传递给该安装台48。当上述基台部47朝反时针方向旋转时，上述各杆51的前端与支承座53相接触该支承座53通过弹簧支承在安装台48的弹簧导引件52上，将弹簧55压缩，利用其弹力使安装台48旋转。上述弹簧导引件52的作用是，用杆51的前端通过支承座53压缩了弹簧55时，相对于杆51设定一定旋转角限度的止挡件功能。

因此，上述安装台48相对于基台部47能以一定的角度朝爪部件44的开闭方向转动，并且，被弹簧55朝着使爪部件44进行握持动作的方向弹压，当爪部件44、44被朝着松开工件的方向驱动时，与基台部47一起被驱动；当握持工件时，通过上述弹簧55爪部件44、44被驱动，由该弹簧55的弹力保持工件的握持状态。

因此，该第3实施例中，由与输出轴43a连动的驱动侧部件即上述基台部48及杆51、51、与爪部件44、44连动的从动侧部件即上述安装台48、以及夹在该两部件之间的上述弹簧55构成缓冲机构。

另外，该电动机械手如图8所示，具有用于检测爪部件44位置的位置检测部件56。该位置检测部件56固定在一方的驱动销50上，并且可朝垂直于图面的方向移动，在其端部安装着位置检测用磁铁57，用配置在传感器安装槽58内的位置检测传感器可检测出该磁铁57，该安装槽58设在机械手本体42上。

具有上述构造的第3实施例电动机械手中，在使一对爪部件44、44作开启动作时，驱动步进马达43，使旋转部件46的基台部47朝图9中顺时针方向转动，杆51、51使安装台48及固定在其上的凸轮部件49同方向旋转，与各凸轮槽49a、49a嵌合的一对驱动销50、50分别朝各凸轮槽49a、49a的外侧端移动，所以，爪部件44、44相互朝相反方向直线驱动而开放。这时，通过预先设定步进马达的驱动限度，可不产生脉冲失步问题。

要使上述一对爪部件44、44作闭合动作时，使步进马达43反转。这时，基台部47的旋转力从杆51、51通过支承座53和弹簧55传递给安装台48。借助凸轮部件49的旋转，驱动销50、50在凸轮槽49a、49a内移动到其内侧端，所以，上述爪部件44、44作闭合动作。在爪部件44、44握持了工件后，即使基台部47被步进马达43驱动而朝闭合爪部件44、44的方向旋转若干，其旋转也被弹簧55吸收，爪部件44、44对工件的握持状态得以保持。另外，上述工件握持时，安装台48虽然不能旋转，但是，由于上述弹簧55的存在，基台部47仍旋转一定的角度，一直旋转到支承座53碰到弹簧导引件52的前端为止。所以，在该范围内，步进马达43可不产生脉冲失步地驱动。

因此，把驱动步进马达43的脉冲数预先设定在压缩上述弹簧55的范围内，可不产生因脉冲失步的动作不良，可切实地握持住工件。

根据上述的本发明电动机械手，即使采用步进马达，也能防止脉冲失步产生的动作不良，确保与工件宽度对应的爪部件的握持宽度，可切实地握持工件。

Claims

1．电动机械手，其特征在于，备有：用于握持工件的可开闭的一对爪部件、根据驱动脉冲的脉冲数旋转量被控制的步进马达、把该步进马达的输出轴的往复运动变换为上述爪部件的开闭运动的变换机构、缓冲机构；该缓冲机构在上述爪部件握持工件时，在设定的脉冲数范围内使上述步进马达缓冲地过旋转；

上述缓冲机构具有与上述输出轴连动的驱动侧部件、与爪部件连动的从动侧部件、夹在两部件间的弹簧机构；在爪部件的开放动作时，上述驱动侧部件和从动侧部件直接接合，来自输出轴的驱动力被直接传递到爪部件；上述爪部件握持工件时，上述驱动侧部件和从动侧部件通过弹簧机构接合，来自输出轴的驱动力通过该弹簧机构弹性地传递给爪部件。

2．如权利要求1所述的电动机械手，其特征在于，上述变换机构具有旋转轴、驱动部件和开闭机构；上述旋转轴安装在步进马达的输出轴上，前端具有螺纹部；上述驱动部件与该旋转轴的螺纹部螺合，并借助该旋转轴的往复运动沿轴线方向直线地前进后退；上述开闭机构把从驱动部件通过传动轴传递的直线运动变换为上述一对爪部件的开闭运动；在上述驱动部件与传动轴之间夹设着上述弹簧机构，由这些驱动部件、传动轴和弹簧机构形成上述缓冲机构。

3．如权利要求2所述的电动机械手，其特征在于，上述驱动部件在前端侧具有中空的缓冲箱，上述传动轴的基端部可滑动一定距离地收容在该缓冲箱内，在形成在该传动轴上的锷部与缓冲箱之间设有将该传动轴向后退方向弹压的上述弹簧机构。

4．如权利要求2所述的电动机械手，其特征在于，上述开闭机构具有呈略L字形的一对杆，这些杆的中间部用销可转动地支承着，前端部分别与爪部件接合，基端部分别与上述传动轴的前端接合，借助该传动轴的前进后退，上述各杆转动，使一对爪部件开闭。

5．如权利要求1所述的电动机械手，其特征在于，上述变换机构备有小齿轮、一对驱动部件和一对传动部件；上述小齿轮安装在步进马达的输出轴上；上述一对驱动部件挟着该小齿轮相互对称地配设着，在该一对驱动部件上切割出分别与该小齿轮啮合的齿条；上述一对传动部件夹在各驱动部件与爪部件之间，把该驱动部件的运动传递给爪部件，使该爪部件开闭；在上述驱动部件与传动部件之间夹设着上述弹簧机构，由这些驱动部件、传动部件和弹簧机构形成上述缓冲机构。

6．如权利要求5所述的电动机械手，其特征在于，上述各传动部件分别可滑动一定距离地收容在圆筒形的上述驱动部件内部，并且，借助从该传动部件伸出的驱动销与上述爪部件连接，在该传动部件与驱动部件之间夹设着上述弹簧机构，该弹簧机构将传动部件朝着握持方向弹压。

7．如权利要求1所述的电动机械手，其特征在于，上述变换机构备有旋转部件、凸轮部件、略半圆形的一对凸轮槽、驱动销；上述旋转部件安装在步进马达的输出轴上；上述凸轮部件安装在该旋转部件上；上述一对凸轮槽形成在该凸轮部件上；上述驱动销安装在上述一对爪部件上，分别与上述凸轮槽之一嵌合，借助上述凸轮部件的旋转，在该凸轮槽内滑动，使上述爪部件开闭；上述旋转部件含有基台部和安装台，该基台部固定在上述输出轴上，该安装部可相对旋转一定角度地组装在该基台部上；在该安装台上安装着上述凸轮部件，在安装台与基台部之间夹设着上述弹簧机构，由这些基台部、安装台和弹簧机构形成上述的缓冲机构。

8．如权利要求7所述的电动机械手，其特征在于，上述旋转部件的基台部具有杆，上述安装台具有上述弹簧机构和弹簧座，当上述基台部朝一个方向旋转时，上述杆直接与安装台相接，这样，基台部的旋转力被直接传递给该安装台；当上述基台部朝相反方向旋转时，上述杆通过上述弹簧座与安装台相接，这样，基台部的旋转力通过上述弹簧机构弹性地被传递。