机械手的制作方法

本发明涉及机械手。

背景技术：

以往，nc加工机中的作为工件(对象物)的固定方式而使用的螺纹板由于采用特殊的方法，因此难以实现工件的装卸自动化。因此，在将工件相对于螺纹板设置时，作业人员通过手工作业将工件向螺纹板安装。另外，作业人员通过目视确认工件相对于螺纹板的落座。目前，为了大幅改善作业人员的作业效率，正在推进能够实现工件设置的自动化的机器人的开发。

随着机器人的自动化的发展的推进，在将工件落座于螺纹板后产生的工件的空转成为了问题。即，如果在工件被机械手把持的状态下随着加工机侧的旋转而进行空转，则有时会在工件的外周面产生划伤、变形等。

在专利文献1中，公开了利用超声波对由机械手抓住的工件的滑动进行检测的方法。该机械手部通过对安装于基部的2根手指进行开闭来抓住工件，从超声波换能器朝向工件发送超声波，并接收来自该工件的反射波，从而对工件的滑动进行检测。具体而言，根据发送和接收脉冲的时间差对基部与工件的距离进行测定，根据该测定结果与上次的测定结果之差对工件的相对位移(滑动)进行检测。

专利文献1：日本特开昭58-69652号公报

但是，在工件呈圆筒形状的情况下，即使工件旋转，基部与工件的距离也不会发生变化，因此难以准确地对工件的相对位移(滑动)进行检测。因此，期望即使是圆筒形状的工件也能够准确地对落座后的滑动进行检测的机械手。

技术实现要素：

本发明的一个方式鉴于上述问题点，其目的之一在于，提供能够准确地对圆筒形状的对象物的滑动进行检测并且能够实现工件相对于加工机的自动提供的机械手。

根据本发明的第1方式，提供了一种机械手，其对圆筒形状的对象物进行把持，该机械手具有：基座部，其具有与所述对象物对置的基座面，该基座部能够绕第1旋转轴线旋转，该第1旋转轴线沿与所述基座面垂直的方向延伸；把持机构，其设置于所述基座部，对所述对象物进行把持；滑动检测机构，其对所述对象物相对于所述把持机构的滑动进行检测；以及通知部，其通知所述滑动检测机构的检测结果，所述把持机构具有通过在与所述第1旋转轴线交叉的方向上进行开闭而对所述对象物进行把持的至少两个把持部，在所述把持部上设置有所述滑动检测机构。

根据本发明的一个方式，提供能够准确地对圆筒形状的对象物的滑动进行检测并且能够实现对象物相对于加工机的自动提供的机械手。

附图说明

图1是示出在一个实施方式的机械手中对工件进行把持的状态的情形的立体图。

图2是示出在一个实施方式的机械手中对工件进行把持的状态的情形的侧视图。

图3是示出在一个实施方式的机械手中对工件进行把持的状态的情形的主视图。

图4是示出一个实施方式的机械手的结构的立体图。

图5是用于说明在被一个实施方式的机械手把持的状态下对在机械手与工件之间产生的工件的滑动进行检测的动作的图。

标号说明

10、100：机械手；11：基座部；11a：基座面；11c：中心；13：气动卡盘把持机构(把持机构)；15：滑动检测机构；19：伸缩机构；33、36：爪部；36a：爪；51：辊；51a：辊51的外周面；200a：工件200的外周面；52：滑动检测传感器(通知部)；53：检测销；131：第1把持部(把持部)；132：第2把持部(把持部)；200：工件(对象物)；200c：工件200的端面；d1：辊51的直径；d2：工件200的直径；o1：中心轴线(基座部11的中心轴线)；o2：旋转轴线(辊51的旋转轴线)。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对本发明的实施方式的转子和马达进行说明。另外，本发明的范围不限于以下的实施方式，可以在本发明的技术思想的范围内任意地变更。另外，在以下的附图中，为了易于理解各结构，有时使实际的构造与各构造中的比例尺和数量等不同。

图1是示出在一个实施方式的机械手100中对工件(对象物)200进行把持的状态的情形的立体图。图2是示出在一个实施方式的机械手100中对工件200进行把持的状态的情形的侧视图。图3是示出在一个实施方式的机械手100中对工件200进行把持的状态的情形的主视图。图4是示出一个实施方式的机械手100的结构的立体图。图5是用于说明在被一个实施方式的机械手100把持的状态下对在机械手100与工件200之间产生的滑动进行检测的动作的图。

另外，在附图中，适当示出xyz坐标系来作为三维正交坐标系。在xyz坐标系中，x轴方向是与图1所示的中心轴线o1、旋转轴线o2的轴向平行的方向。z轴方向是与x轴方向垂直的方向、是图1的上下方向。y轴方向是与x轴方向和z轴方向这两个方向垂直的方向。

另外，只要没有特别说明，将与中心轴线o1、旋转轴线o2平行的方向(x轴方向)简称为“轴向”，将以中心轴线o1、旋转轴线o2为中心的径向简称为“径向”，将以中心轴线o1、旋转轴线o2为中心的周向、即绕中心轴线o1、旋转轴线o2的方向简称为“周向”。

图1和图2所示的本实施方式的机械手100是安装于未图示的臂的机械手，对作为对象物的工件200进行把持，并向规定的地方提供。本实施方式的机械手100例如在将工件200相对于nc加工机提供或排出时使用。

机械手100安装于未图示的臂的前端。机械手100以使圆筒形状的工件200的中心轴线j与该机械手100的中心轴线o1大致一致的状态对工件200进行把持。

如图1、图2、图3、图4所示，机械手100构成为至少具有基座部11、气动卡盘把持机构(把持机构)13、伸缩机构19、滑动检测机构15、滑动检测传感器(通知部)52。机械手100的动作例如由对臂和nc加工机进行驱动的控制单元(未图示)进行控制。

本实施方式中的气动卡盘把持机构13是本发明的“把持机构”的一例，卡盘的种类可以适当变更。

(基座部)

基座部11至少具有：接头部11j(图1、图4)，其用于与未图示的臂连接；以及平面状的板部件11k(图3)，其呈三角形状。板部件11k与接头部11j对置地设置。板部件11k在与接头部11j相反的一侧具有基座面11a，基座面11a的中心11c(图3)与中心轴线o1一致。基座面11a与作为把持对象的工件200的一个端面200c(图2)对置。

(伸缩机构)

伸缩机构19设置于基座部11。在本实施方式中，例如具有3个伸缩机构19。伸缩机构19整体呈圆柱形状，沿中心轴线o1与基座面11a垂直地延伸。

如图3和图4所示，伸缩机构19构成为至少具有伸缩支承部41、弹性部(未图示)以及伸缩部42。

在本实施方式中，3个伸缩机构19在以中心轴线o1为中心的同心圆上以相等的间隔配置。在从图4所示的轴向观察时，伸缩机构19分别配置于呈三角形状的基座面11a的3个角部。配置于各角部的3个伸缩机构19的各个伸缩部42的前端面42a配置于能够与作为把持对象的工件200的端面200c(图2)接触的位置。

伸缩支承部41插入到设置在板部件11k的贯通孔11g内而被固定。配置于伸缩支承部41的内侧的弹性部是能够在中心轴线o1的轴向上伸缩的部件。作为弹性部，例如采用弹簧等。

伸缩部42设置为能够相对于固定在板部件11k的伸缩支承部41移动。伸缩部42例如安装于上述的弹性部的前端，追随着弹性部的伸缩动作而沿中心轴线o1的轴向(图4中的箭头a所示的方向)移动。伸缩部42被以收缩于伸缩支承部41内的状态进行收纳的弹性部始终向远离基座面11a的方向(+x侧)施力。在各伸缩机构19中，弹性部作用于伸缩部42的作用力(弹力)彼此相等。

在气动卡盘时，与工件200的端面200c抵接的各伸缩机构19利用受到上述弹性部的作用力的伸缩部42向+x方向压入工件200的端面200c。

(气动卡盘把持机构)

气动卡盘把持机构13设置于基座部11。如图3和图4所示，气动卡盘把持机构13例如具有3个用于对工件200进行把持的把持部31。把持部31的数量不限于3个，只要具有至少2个以上的把持部31即可。如图3和图4所示，多个把持部31在以中心轴线o1为中心的同心圆上以相等的间隔配置，各自的至少一部分与上述板部件11k的基座面11a在轴向上对置。

如图3和图4所示，气动卡盘把持机构13具有一个第1把持部(把持部)131和两个第2把持部(把持部)132。第1把持部131和第2把持部132、132在气动卡盘进行动作时，沿基座面11a向与中心轴线o1垂直的方向同时进行开闭移动。

这里，对于气动卡盘把持机构13的“开闭”如下进行定义。在本实施方式中，将所有的把持部131、132、132朝向中心轴线o1相互接近的状态设为“关闭状态：夹紧状态”，将相互远离中心轴线o1的状态设为“打开状态：解除夹紧状态”。

如图3和图4所示，第1把持部131具有第1基部32、第1爪部33以及多个螺钉34。第1基部32由正方形状的板状部件构成。第1爪部33通过切削加工等而成型为l字形状。如图4所示，在第1爪部33的第1部分33a设置有用于配置滑动检测机构15的一部分的开口33c，在第1爪部33的第2部分33b设置有多个螺纹孔(未图示)。在各螺纹孔中插入有用于将第1爪部33固定于第1基部32的上述螺钉34，第1爪部33被螺钉紧固于第1基部32的一面32a侧而被固定。

如图3和图4所示，第2把持部132、132分别具有第2基部35、第2爪部36以及多个螺钉34。第2基部35是扇形状的板状部件，在该第2基部35的一面35a(与板部件11k相反的一侧的面)设置有第2爪部36。

如图4所示，第2爪部36具有：爪36a，其沿中心轴线o1的轴向延伸；以及固定部36b，其沿与中心轴线o1垂直的方向(以下也称为径向)扩展。在从图3所示的轴向观察时，爪36a呈圆弧形状，在内侧具有与工件200的外周面200a接触的接触面36c。在从轴向观察时，接触面36c是正圆的1/4左右的弯曲面，并且具有与工件200的外周面200a的曲率大致相等的曲率。

由此，接触面36c的大致整体与工件200的外周面200a接触。只要增加2个第2把持部132中的、各接触面36c相对于工件200的外周面200a的接触面积，则能够与第1把持部131一起稳定地对工件200进行把持。

如图4所示，固定部36b是从爪36a的端部向径向外侧呈扇形状扩展的部分。在从轴向观察时，固定部36b呈与第2基部35的外形的一部分一致的形状。

这样的第2爪部36被插入于设置在固定部36b的螺纹孔(未图示)中的螺钉34紧固于第2基部35的一面35a侧。

如图3所示，在从中心轴线o1观察气动卡盘把持机构13时，第1把持部131位于板部件11k的上边侧，第2把持部132、132分别位于板部件11k的除了上边11k1之外的其他2个边11k2、11k2侧。第1把持部131和第2把持部132、132在气动卡盘把持机构13进行开闭动作时，相对于板部件11k的各边11k1、11k2、11k2向各把持部131、132、132分别交叉的方向(图3中的箭头b所示的方向)移动。

气动卡盘把持机构13例如具有：气缸(未图示)，其使第1把持部131移动；以及联动构造(未图示)，其将第1把持部131的运动传递至第2把持部132、132。由此，通过驱动气缸使第1把持部131移动，从而使第2把持部132、132与此连动而移动。

在气动卡盘把持机构13中，对工件200进行把持的力能够在工件200相对于机械手100落座之前或之后进行变化。

(滑动检测机构)

滑动检测机构15对工件200相对于气动卡盘把持机构13的滑动进行检测。如图3和图4所示，滑动检测机构15设置于上述第1把持部131，与第1把持部131一起移动。

滑动检测机构15至少具有辊51和滑动检测传感器52。并且，如图4所示，滑动检测机构15具有传感器安装部55和安装罩56。

辊51绕图3和图4所示的旋转轴线o2旋转。辊51配置于第1把持部131的开口33c(图4)内。辊51的旋转轴线o2与机械手100的中心轴线o1平行。

如图3所示，在气动卡盘把持机构13对工件200进行把持时，辊51与工件200的外周面200a接触，与其他把持部132、132的爪36a、36a一起对工件200进行支承。即，辊51也作为第1把持部131的爪而发挥功能。

辊51在其外周面51a与工件200的外周面200a接触的状态下，能够追随着工件200的旋转而旋转。如图5所示，辊51的旋转轴线o2与工件200的中心轴线j平行，因此工件200的旋转方向(图5中的箭头c所示的方向)与辊51的旋转方向(图5中的箭头d所示出的方向)彼此相反。这里，辊51在仅与工件200接触的状态下不容易旋转。

如图2所示，辊51的直径d1比工件200的直径d2小。在本实施方式中，辊51的外周例如相当于工件200的外周的1/5。

辊51例如优选为由不容易受到在安装工件200的nc加工装置中使用的切削油的影响的材料构成。在本实施方式中，采用聚缩醛(pom)。

如图3和图4所示，在辊51的外周面51a设置有至少一个能够由滑动检测传感器52进行检测的检测销53。检测销53具有规定的长度，沿与旋转轴线o2垂直的方向延伸。

滑动检测传感器52例如是光电传感器。滑动检测传感器52朝向检测销53照射检测光，并接收该检测光的反射光，由此能够对检测销53进行检测。具有检测销53的辊51追随着工件200的旋转，因此通过对检测销53进行检测能够间接地对辊51的旋转进行检测。

另外，滑动检测传感器52也作为本发明的通知部而发挥功能，将辊51的旋转检测结果通知给控制单元。

如图4所示，滑动检测传感器52经由传感器安装部55而安装于第1把持部131。通过将滑动检测传感器52安装于传感器安装部55，使滑动检测传感器52相对于第1把持部131定位。

安装罩56以包围滑动检测传感器52的周围的方式固定于传感器安装部55。利用安装罩56包覆滑动检测传感器52的周围，由此能够不受外光的影响地对检测销53进行高精度的检测。该滑动检测机构15与第1把持部131一起移动。

对机械手100的动作进行控制的控制单元根据在滑动检测机构15中检测出的滑动信息，对图5所示的螺纹板300侧的旋转进行控制。

＜机械手的动作＞

接下来，对本实施方式的机械手100的动作进行说明。

首先，对在搬送用的托盘内排列的多个工件200中的1个工件200进行把持，并从托盘内向规定的基台上取出(步骤1)。收纳在托盘中的多个圆筒形状的工件200以使各自的开口朝向上下竖立的状态排列。

在步骤1中，控制单元例如使臂移动而使机械手100向把持对象的工件200的上方移动。接着，驱动气动卡盘把持机构13的气缸，使气动卡盘把持机构13中的3个把持部13以打开的方式移动。使气动卡盘把持机构13为打开状态的机械手100接近所对置的工件200，在设置于气动卡盘把持机构13的3个伸缩支承部41接近或接触工件200的端面200c的状态下，再次驱动气缸，使3个把持部13以关闭的方式移动。此时，3个伸缩支承部41全部可以不与工件200的端面200c接触。

这样，对1个作为对象的工件200进行把持并从托盘内取出。然后，控制单元使机械手100向基台上移动，使气动卡盘把持机构13的3个把持部13打开而成为打开状态，从而将正在把持的工件200放置在基台上。

接下来，利用机械手100再次重新把持在基台上取出的工件200(步骤2)。

在步骤2中，控制单元在保持气动卡盘把持机构13为打开状态的状态下，使3个伸缩机构19全部与工件200的端面200c抵接。各伸缩机构19一边受到来自工件200的反作用力而沿旋转轴线o的轴向收缩，一边将工件200向基台侧按压。由此，工件200的端面200c与机械手10的基座面11a平行。在使3个伸缩机构19与工件200抵接的状态下，控制单元再次使气动卡盘把持机构13的3个把持部13关闭而成为关闭状态，对工件200进行把持。

此时，设置于第1把持部131的滑动检测机构15的辊51的外周面51a处于与工件200的外周面200a接触的状态。利用设置于第1把持部131的滑动检测机构15的辊51和其他第2把持部132、132的爪36a、36a对工件200进行把持。

接下来，控制单元驱动臂，将机械手100所把持的工件200安装于nc加工机的螺纹板300(步骤3)。

在步骤3中，控制单元使对工件200进行把持的机械手100移动，使工件200与螺纹板300对置。然后，通过使加工机侧的主轴旋转，使设置于工件200的内侧的内螺纹200e(图5)与螺纹板300侧的外螺纹300e螺合，将工件200安装于螺纹板300。

当工件200落座于螺纹板300时，工件200不会相对于螺纹板300旋转。但是，螺纹板300侧的旋转在工件200落座之后继续进行，因此落座后的工件200有时在被机械手100把持的状态下随着螺纹板300的旋转而进行空转。

因此，控制单元在工件200相对于螺纹板300的安装动作中，在滑动检测机构15中对辊51的旋转进行监视(步骤4)。控制单元优选为至少在利用气动卡盘把持机构13对工件200进行把持的时刻开始滑动检测机构15对检测销53的检测。即，同时执行上述的步骤3和步骤4。

在本实施方式中，控制单元如果在滑动检测机构15中检测到两次检测销53，则判断为在机械手100与工件200之间产生滑动。

这里，检测到两次检测销53的原因是，在工件200相对于螺纹板300落座后，在被机械手100把持的状态下，准确地检测到在与机械手100之间产生的工件200的空转。即，如果在检测开始时检测销53已经进入到滑动检测传感器52的检测区域，则在工件200不产生旋转的阶段检测到检测销53，也认为工件200相对于螺纹板300的安装没有结束。

因此，在工件200可靠地落座于加工机侧的螺纹板300的状态下，需要对在机械手100与工件200之间产生的滑动进行检测。因此，在本实施方式中，在第二次检测到检测销53时，判断为在机械手100与工件200之间产生了滑动。

控制单元在滑动检测机构15中检测到在机械手100与工件200之间产生的滑动的情况下，根据该检测结果进行控制。具体而言，当检测到两次检测销53时，将该检测结果从滑动检测传感器52向控制单元反馈。控制单元根据来自滑动检测传感器52的通知，停止加工机侧的旋转。由此，能够保持落座后的工件200被机械手100把持的状态，而不会追随着螺纹板300的旋转而联动地转动。

像以上所说明的那样，根据本实施方式的机械手100，即使是在绕轴旋转时外形不容易发生变化的圆筒形状的工件200，也能够准确地对在落座后的工件200与机械手100之间产生的滑动进行检测。

另外，通过将在机械手100与工件200之间产生滑动的情况从滑动检测传感器52通知给控制单元，能够停止螺纹板300侧的旋转。由此，能够快速停止在落座于螺纹板300后的工件200与机械手100之间产生的滑动，从而能够防止在工件200的外周面200a产生伤、变形。由此，能够大幅减少不合格品的产生，实现品质的稳定化。

另外，以往通过作业人员的手工作业来进行工件200相对于nc加工机的螺纹板300的安装作业，但利用本实施方式的机械手100，能够使工件200相对于nc加工机的螺纹板300的安装作业(提供)自动化，从而能够提高作业效率。并且，还能够使工件200相对于螺纹板300的拆卸作业(排出)自动化，因此能够进一步提高作业效率。

另外，在本实施方式中，由于辊51的直径d1比工件200的直径d2小，因此能够在工件200旋转一周之前检测到上述滑动。即，由于辊51的转速比工件200的转速高，因此即使是在机械手100与工件200之间产生的微小滑动也能够进行检测。由此，在落座后能够在较早的阶段检测到在机械手100与工件200之间产生的滑动，从而能够防止在被机械手100把持的工件200的周向上产生较大的伤。

另外，在本实施方式中，设置于辊51的检测销53仅为1个，但也可以在辊51的周向上设置多个检测销53。在像上述那样检测销53仅为1个的情况下，也要考虑到检测销53从一开始进入到滑动检测传感器52的检测区域的情况，因此在本实施方式中，通过滑动检测传感器52检测两次设置于辊51的1个检测销53，从而对工件200的旋转进行检测。在该情况下，为了对1个检测销53进行两次检测，需要使辊51旋转一周。

因此，例如也可以采用如下方法：通过在辊51的外周面51a沿周向设置多个检测销53，在辊51旋转一周之前对第二个检测销53进行检测。如果采用该方法，则能够在滑动检测传感器52中在检测到两个检测销53的时刻对工件200的旋转进行检测。因此，能够在更早的阶段检测到在落座后的工件200与机械手100之间产生的滑动。由此，能够快速地对在机械手100与工件200之间产生的滑动实施对策，从而能够高效地防止在外周面200a产生划伤、变形等。

另外，以往通过作业人员的目视来确认工件200相对于螺纹板300的落座，但在本实施方式的机械手100中，能够通过对辊51(工件200)的旋转进行检测来机械地确认工件200相对于螺纹板300的落座。辊51的旋转是在工件200相对于螺纹板300落座之后开始的。因此，通过对辊51的旋转进行检测，能够可靠地使工件200相对于螺纹板300落座。

由此，优选为，在工件200的落座完成之后在尽可能早的阶段检测到在与机械手100之间产生的工件200的滑动，像上述那样在辊51设置多个检测销53在提高检测精度方面是非常有效的。

另外，不仅能够通过增加检测销53的数量，还可以通过调整辊51相对于工件200的大小的比例来提高检测精度。

另外，通过将滑动检测机构15设置于气动卡盘把持机构13的把持部31，能够节省空间。

并且，在本实施方式的机械手100中，使气动卡盘把持机构13的3个把持部31向与中心轴线o1交叉的方向进行开闭，以从径向外侧抓住工件200的方式进行把持，因此能够不使工件200产生划伤、变形，而可靠地对工件200进行把持。

另外，使3个把持部31向与中心轴线o1交叉的方向进行开闭，对工件200进行把持，由此能够在使工件200的中心接近基座部11的中心的状态下进行把持。在本实施方式中，通过重新抓住进行了一次把持后的工件200，能够使工件200的中心轴线j与基座部11的中心轴线o1大致一致。由此，例如可以准确地进行工件200相对于nc加工机的螺纹板300的定位，使工件200的提供稳定

另外，在本实施方式的机械手100中，像上述那样暂时将收纳于搬送用的托盘内的工件200向基台上取出，通过设置于基座部11的3个伸缩机构19，能够以使工件200的端面200c与机械手100的基座面11a平行的状态对工件200进行把持。通过确保工件200的平面，能够使工件200侧的内螺纹顺畅地与螺纹板300侧的外螺纹300e螺合，从而例如能够可靠且准确地实施工件200向nc加工机的安装作业。

以上，对本发明的实施方式和变形例进行了说明，但实施方式中的各结构以及它们的组合等只是一例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行结构的附加、省略、置换以及其他变更。另外，本发明不受实施方式限定。

上述的实施方式的机械手100例如搭载于nc车床等加工装置，但该机械手100的用途没有特别限定。

另外，在上述的实施方式的机械手100中，例举了三指气动卡盘构造并进行了说明，但对工件200进行把持的构造不限于此。

例如，在把持部31的数量仅为2个的情况下，优选为，在一个把持部31设置滑动检测机构15，另一个把持部31例如具有在从轴向观察时呈半圆弧形状的接触面36c。通过采用这样的把持构造，即使把持部31的数量较少，也能够增加与工件200的外周面200a接触的面积，因此能够稳定地对工件200进行把持。

另外，例如也可以采用如下结构：将防滑部件设置于第2把持部132的接触面36c，提高与工件200之间的摩擦系数，从而抑制落座后的工件200的滑动。

另外，在上述的实施方式中，采用在辊51的外周面51a设置检测销53的结构，但也可以采用代替检测销53而设置凸轮的结构。