密封型抓取器的制作方法

1.本发明涉及一种安装在工业用机器人手臂的前端部用来抓取工件使用的密封型抓取器。


背景技术：

2.用于抓取工件抓取器作为工业用机器人的手安装在手臂的前端部。这种抓取器通过柱塞与主爪联动来执行接合于主爪的爪的开闭(专利文件1)。
3.由于抓取器会使用在发生粉尘或使用水等液体的环境，为了防止粉尘或液体等异物进入到抓取器内部、以及防止油脂状物(grease)等泄漏到抓取器外部，抓取器会做成利用密封部件来密封抓取器内部和抓取器外部彼此的构造(专利文件2)。
4.作为密封型抓取器，已经提出有一种例如本技术图6所示的构造。在如上所述的引用文献2的卡盘装置中也具有本技术图6所示的构造。如本技术图6所示，传统的密封型抓取器主要由主爪11、抓取器本体20、活塞30、柱塞40、后盖50、以及前盖26等构成。密封型抓取器100的内部空间被隔板21a分割成背面侧的缸室25和正面侧的容纳室25c。即，在隔板21a的内周面上设置圆环沟槽，并在该沟槽内设置o形环密封部件。由此，缸室25与容纳室25c做成具有彼此形成密封空间的构造。
5.在主爪11的一侧设置卡合槽11a，并且相应地在柱塞40上设置放射状的伸出部41。通过卡合槽11a与伸出部41卡合，主爪11与柱塞40的轴向的移动连动而在径向上移动。
6.此外，卡合槽11a和伸出部41的截面以随着活塞30侧前进而逐渐离开中心轴j的方式倾斜。因此，在上述构成中，为了夹持工件的外周，需要使柱塞40向背面侧移动。
7.也就是说，通过向第2缸室25b供给空气，主爪11向径向内侧移动，以使密封型抓取器能够夹持工件的外周。此时，通过设置隔板21a，能够以预定的夹持力夹持工件。然而，若不存在上述隔板21a，且第2缸室25b与容纳室25c一体构成，当向第2缸室25b供给空气时，空气会对活塞30施加向背面侧移动的力，而此时，主爪11也会被空气推向径向的外侧方向。此处，空气推动主爪11的方向是与随着活塞30的移动而移动的主爪11的移动方向相反的方向。因此，若图6的构成的密封型的卡盘不具备隔板21a，当向第2缸室25b供给空气时，主爪11的操作性以及与主爪11连动的活塞30的操作性受损，存在无法获得预定的夹持力的隐患。因此，隔板21a是用来以预定的夹持力夹持工件的重要部件。
8.此外，在密封型抓取器100中，密封空间被隔板21a在轴向上3处设置第1缸室25a、第2缸室25b、以及容纳室25c。由此，当活塞30在轴向上向容纳室25c侧移动时，容纳室25c内的体积改变并产生正压。为了将压力释放到大气，在抓取器本体20上设置排气通道r3，以使空气从容纳室25c经由抓取器本体20排放到外部。
9.由于设置了隔板21a，因组装上的问题无法将活塞30与柱塞40一体成形，而是将他们分别成形。然后，再从背面侧向正面侧安装活塞30，并从正面侧向背面侧安装柱塞40，最后利用螺栓将它们各自可拆卸地紧固。
10.为了组装或拆卸活塞30和柱塞40，在抓取器本体20的正面侧和背面侧分别开口，并在各自的开口部位处，将后盖50和前盖26分别安装在抓取器本体20上。
11.此外，在它们彼此接触处，分别设置密封部件s3和密封部件s6，以保持密封状态。与之相同，在隔板21a的内径与杆部32(30)之间设置密封部件s4，在螺栓与活塞之间设置密封部件s5，利用该些密封部件使抓取器本体20的内部保持密封状态。现有技术文件专利文件
12.专利文件1：日本特开2018－58155号公报专利文件2：日本特开2016－120532号公报


技术实现要素：

(发明要解决的课题)
13.如上所述，主爪或活塞的操作性可能因密封型抓取器的形态而受到损害。此外，为了扩大机器人手臂的操作区域、使其在操作中不受干扰、或用来搬运大型工件等原因，需要这种密封型抓取器变薄。
14.鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种能够抑制操作性受损且可以实现薄型化。(用于解决课题的技术方案)
15.根据本发明提供一种密封型抓取器，其具备抓取器本体、多个主爪、柱塞、以及活塞，在所述抓取器本体的内部形成收容所述活塞且所述活塞可在轴向上滑动的缸室、以及引导各所述主爪可在径向上滑动的引导部，其中，所述轴向是沿所述抓取器本体的中心轴延伸的方向，所述径向是与所述中心轴垂直的方向，所述各主爪构成为一端侧可安装夹爪，另一端侧具备卡合部，所述活塞在所述轴向上将所述缸室划分为第1缸室和第2缸室，且所述活塞的前端设置有所述柱塞，所述柱塞具有与所述卡合部卡合的多个被卡合部，各所述被卡合部相对于所述柱塞的中央呈放射状配置，各所述卡合部与各所述被卡合部构成为从正面侧朝向背面侧分别以逐渐靠近所述中心轴的方式倾斜。
16.在本发明所涉及的密封型抓取器中，各所述卡合部和各所述被卡合部构成为从正面侧朝向背面侧分别以逐渐靠近所述中心轴的方式倾斜。由此，即使不具备传统技术中的隔板，依旧能够在向缸室供给空气时，抑制主爪受到彼此相反的力的作用。也就是说，本发明所涉及的密封型抓取器既可以抑制操作性受损又可以实现薄型化。
17.优选在密封型抓取器中具备抓取器本体、多个主爪、以及柱塞，所述抓取器本体的内部具有：收容向其一端侧沿轴向可滑动的活塞的缸室、以及向其另一端侧引导各主爪沿径向可滑动的引导部，此处，轴向是沿抓取器本体的中心轴延伸的方向，径向是与该中心轴垂直的方向，其中，所述抓取器本体具备封闭其一端侧的所述缸室的后盖，各所述主爪的一端安装有夹爪，另一端具备卡合部，所述活塞在轴向上将所述缸室划分为第1缸室和第2缸室，且在其前端设置所述柱塞，所述柱塞具有从中央呈放射状卡合于所述卡合部的多个被卡合部，各所述卡合部与各所述被卡合部分别设置成从正面侧朝向背面侧以逐渐靠近所述中心轴的方式倾斜，抓取器本体内与主爪的滑动部、抓取器本体内与活塞的滑动部、抓取器本体与后盖的嵌合部处分别设置密封部件，抓取器本体的内部被密封部件密封。
18.提供一种密封型抓取器，优选所述卡合部是凹状的卡合槽，所述被卡合部是凸状的伸出部。
19.提供一种密封型抓取器，优选所述活塞与所述柱塞是一体加工品。
20.提供一种密封型抓取器，优选所述抓取器本体是一体加工品。
21.提供一种密封型抓取器，优选进一步具备密封部件，所述抓取器本体具备后盖，所述后盖设置在所述抓取器本体的背面侧来封闭所述缸室，所述密封部件分别设置在所述抓取器本体与所述各主爪的滑动部、所述抓取器本体与所述活塞的滑动部、所述抓取器本体与所述后盖的嵌合部。
22.提供一种密封型抓取器，优选在所述抓取器本体的内部形成环状的突出部，在所述突出部上可滑动地设置有所述各主爪，所述活塞构成为在所述轴向上可滑动到与所述突出部接触的位置。
23.提供一种密封型抓取器，优选第2缸室配置在比第1缸室更靠近正面侧，所述突出部具有环状的周面，用于向第2缸室供排空气的空气供排通道在所述周面上开口。
附图说明
24.图1是从侧面看密封型抓取器整体的立体图。图2是从正面看密封型抓取器的概况图。图3是图2中i－i线的截面图，其表示的是主爪处于待机状态的情况。图4是表示主爪处于夹持状态的情况的、相当于图3的图。图5是如图3中的a－a所示箭头方向的图，其表示柱塞与主爪嵌合的状态，在该图中移除了如图3所示的抓取器本体20等。图6是现有技术的密封型抓取器的截面图。
具体实施方式
25.抓取器可用于产生粉尘或使用诸如水等液体的环境。为了防止粉尘或液体等异物进入抓取器内部或防止油脂状物等泄漏到抓取器外部，有一种密封型抓取器会使用密封部件，使其具有能够密封抓取器内部和抓取器外部彼此的构造。
26.在下文中，将使用附图具体说明密封型抓取器的优选实施方式。在该实施方式中，虽然具体举例说明了具有3个爪的密封型抓取器，但也可以优选组装具有2个爪的密封型抓取器、或具有4个以上爪的密封型抓取器。此外，本发明并不限定于以下实施方式，还可以在不偏离能够起到本发明的效果的范围内适当修改。应予说明，在以下说明中表达方向时，除非另外指明，将夹持工件的一侧称为“正面侧”，与其相反的一侧称为“背面侧”，将沿抓取器的中心轴j延伸的方向为“轴向”，与轴向垂直的方向称为“径向”。
27.1.密封型抓取器的示意性结构第1部分说明密封型抓取器1的示意性结构。图1～图4表示应用了本发明的密封型抓取器1。该密封型抓取器1主要应用在工业用机器人中，用来搬运和组装要由机床加工处理的工件。因此，在该实施方式中，以在工业用机器人的多关节机器人手臂2上所使用密封型抓取器1为例进行说明。
28.密封型抓取器1主要由爪10、抓取器本体20、活塞30、柱塞40、以及后盖50等构成。这种密封型抓取器1是凭借螺栓b1将抓取器本体20紧固在多关节机器人手臂2的前端部分而组装在工业用机器人上的。
29.在抓取器本体20的圆周方向上等间隔地配置有多个爪10(在图示的密封型抓取器1上为3个)，所述爪10可在径向上滑动，从而能够从内测或外侧夹持位于抓取器本体20中心部位的工件。
30.各爪10由收容于抓取器本体20的主爪11和安装在该主爪11上夹持工件的夹爪12构成。
31.2.主爪的构成第2部分说明主爪11的构成。应当注意，所述主爪11是被设计为薄、轻巧且具有高夹持力。各主爪11是由大致圆柱状的部件构成，在其长边方向的一端侧(径向的外侧)可拆卸地安装有夹爪12，另一端侧(中心轴j侧)卡合有柱塞40。
32.换而言之，各主爪11分别沿径向可移动地被收容在设置于后面将要描述的抓取器本体20内部的y形状的凹部23中，且其另一端侧卡合于柱塞40。即，在各主爪11的中心轴j侧的截面上贯穿形成如图5所示的正面呈大致t字形状的卡合槽11a(卡合部)，且形成在该卡合槽11a上卡合有柱塞40的伸出部41(被卡合部的一个例子)的状态。
33.此外，如图3和图4所示，该卡合槽11a的截面具有在朝向活塞30侧(从正面侧到背面侧)的方向上以逐渐接近中心轴j的方式倾斜地延伸的形状。在此应留意的是，该截面并不是随着向活塞30侧前进逐渐离开中心轴j的方式倾斜。
34.3.抓取器本体的构成第3部分说明抓取器本体20的构成。抓取器本体20由圆筒状的后主体21和配置在其后主体21正面侧(另一端侧)且正面呈大致三角形的前主体22构成，后盖50塞住后主体21背面侧的开口并用螺栓b2紧固构成缸体形状，使抓取器本体20形成密封状态。
35.后主体21和前主体22由铝材加工而成。前主体22是由中心部分(围绕中心轴j)形成圆形的开口部24且厚的大致三角形板状的部件组成，并且通过塞住圆筒状的后主体21正面侧的开口，形成为与后主体21一体加工成型的一体加工品。此外，在前主体22的开口部24侧的端面形成朝向中心轴j侧突出的环状的突出部24a。凭借该突出部24a，开口部24的外径比后主体21的内径小。
36.在前主体22的正面侧的内部贯穿形成有从中央向3个方向呈放射状延伸且截面呈圆形的凹部23(引导部的一个例子)，且该凹部23呈y形状，同时在各凹部23中分别可滑动地嵌合有主爪11。在与凹部23对应的前主体22的径向上的外侧方向上的内周面(滑动部的一个例子)上安装有密封部件s1，由此，主爪11与前主体22之间被密封。
37.此外，在抓取器本体20内部形成有缸室25，所述缸室25通过组装活塞30而被密封。活塞30是由具有与圆筒状的后主体21的内径大致相同的外径的圆板状的圆盘部31、以及在圆盘部31的中心竖立的杆部32一体地构成的。通过圆盘部31被收容于缸室25，活塞30被组装成可以沿着其中心轴j在抓取器本
体20自由滑动。
38.密封部件s2安装到与后主体21一起滑动的圆盘部31的外周面(滑动部的一个例子)，并密封了圆盘部31与后主体21之间的空间。此外，密封部件s3还安装在后主体21和后盖50的嵌合部，并密封了后主体21与后盖50之间的空间。由此，缸室25在密封的状态下被圆盘部31划分为背面侧的第1缸室25a和正面侧的第2缸室25b。
39.此外，在圆盘部31中，突出部24a作为前进端限制正面侧的移动，而后盖50作为后退端限制背面侧的移动。由此，圆盘部31能够在该限制范围内自由滑动。换而言之，活塞30在轴向上能够滑动至与突出部24a接触的位置。此外，在该限制范围内，柱塞40始终与主爪11卡合。
40.密封型抓取器1通过从抓取器本体20向缸室25供给空气来使活塞30沿中心轴j往复运动，从而使夹爪12抓持工件或解除抓持状态。换而言之，在抓取器本体20中，通过供排空气的空气供排通道r1形成在第1缸室25a，以及类似地将用来供排空气的空气供排通道r2形成在第2缸室25b，并将其各自与空气管道连接(未图示)。在此，空气供排通道r2是在突出部24a的环状的周面上开口。该环状的周面形成为圆筒状，并在轴向上延伸。由于空气供排通道r2在突出部24a的环状的周面开口，所以即使活塞30与突出部24a接触，空气供排通道r2也不会被活塞30封闭。
41.4.柱塞的构成第4部分说明柱塞40的构成。应当注意，该柱塞40与主爪11一样被设计成既薄又轻量化、且具有高夹持力。柱塞40是由y形状的部件组成，并具有3个伸出部41(被卡合部的一个例子)。伸出部41相对于柱塞40的中央呈放射状配置。换而言之，伸出部41是设计成从柱塞40的中央部呈放射状地伸出。为了与主爪11的卡合槽11a相对应，各伸出部41的截面是构成随着向活塞30侧前进以逐渐靠近中心轴j的方式倾斜地延伸的形状。此外，柱塞40的背面侧与杆部32的前端(正面侧)加工成一体的。应予说明，柱塞40可以形成为单独的主体，并且可以通过螺栓等紧固到杆部32而与活塞30成为一体。因此，柱塞40可以随着活塞30的滑动沿中心轴j往复运动。
42.5.密封型抓取器的操作第5部分说明密封型抓取器1的操作。当夹持工件的外周时，空气从外部的空气管道(未图示)经过空气供排通道r1供给到第1缸室25a。随之，活塞30向轴向正面侧移动。由于柱塞40与活塞30成为一体，柱塞40也会与活塞一体地向轴向正面侧移动。
43.柱塞40卡合于主爪11的卡合槽11a，并且该槽的截面具有朝向活塞30侧的方向以逐渐靠近中心轴j的方式倾斜延伸的形状，因此，伴随柱塞40的轴向正面侧的移动，主爪11向径向内侧(中心轴j侧)滑动。由此，固定在主爪11上的夹爪12也会向径向内侧移动，从而能够夹持工件的外周。
44.应予说明，此时的柱塞40和主爪11的卡合部位具有随着向活塞30侧前进以逐渐靠近中心轴j的方式倾斜延伸的形状，因此，在夹持工件时，向第1缸室25a侧供给有空气。
45.此外，工件的夹持力与受压面积构成比例关系。也就是说，在本实施方式中，当夹
持工件的外周时，空气是供给到第1缸室25a侧的，与空气供给到第2缸室25b侧相比，由于没有杆部32，相应地受压面积可以变大。
46.因此，通过在夹持工件时改变空气供给室，与传统方法相比，可以提高夹持力。
47.5.结语在常规构成(参照图6)中，柱塞40与主爪11的卡合部位的倾斜方向是与本实施方式相反的，因此，为了抓取工件需要向第2缸室25b供给空气。在此，为了需要使密封型抓取器变薄，可以考虑从图6的构成中移除隔板21a的方式来使密封型抓取器变薄。然而，当从图6的构成移除隔板21a后，当向第2缸室25b供给空气时，活塞30受到因空气造成的向背面侧移动的力的作用，而主爪11同时会被空气推向径向的外侧方向。但由于空气推动主爪11的方向与随活塞30的移动而移动的主爪11的移动方向相反，因此，若图6的构成的密封型抓取器不具备隔板21a，当空气供给到第2缸室25b时，主爪11的操作性以及与主爪11联动的活塞30的操作性受损，从而具有无法获得预定的抓握力的隐患。
48.根据本实施方式，柱塞40和主爪11的卡合部位做成具有从正面侧朝向背面侧以逐渐靠近中心轴j的方式倾斜延伸的形状。换而言之，在实施方式中的柱塞40和主爪11的卡合部位的倾斜方向是与常规的构成(参照图6)相比是相反的方向。因此，实施方式中的密封型抓取器1在抓取工件时，不是空气向第2缸室25b而是向第1缸室25a供给来实现的。其结果是，当抓取工件时，主爪11不会被空气推出，从而操作性不会受到空气的影响。
49.当解除工件的抓取时，空气供给到第2缸室25b，主爪11向外侧方向移动，从而解除工件的夹持。此时，活塞30被空气直接推动并试图向背面侧移动，但主爪11也被空气直接推向外侧方向。此时，主爪11被空气推动的方向是与伴随活塞30的移动主爪11的移动方向相同的。因此，能够抑制空气阻碍主爪11的动作，其结果是，也可以抑制与主爪11联动的活塞30的动作被阻碍。
50.如上所述，实施方式所涉及的密封型抓取器1，其柱塞40和主爪11的卡合部位的倾斜方向与传统构成(参照图6)相比是相反的，因此，在抓取工件或解除该抓取中的任一情况下，均能够抑制主爪11的操作性和活塞30的操作性受损的情况。
51.此外，根据实施方式，能够省略图6的隔板21a，密封型抓取器1内部密封的空间仅是第1缸室25a和第2缸室25b这两个。由此，可以缩短(或使其变薄)密封型抓取器1的轴向上的长度。此外，密封型抓取器搭载在机器人手臂上，当密封型抓取器是薄型时，则可以相应地扩大机器人手臂的可移动范围。在此，如上所述，实施方式中的密封型抓取器1不需要隔板21a，所以能够实现薄型化。因此，实施方式所涉及的密封型抓取器1可以抓持和搬运诸如在传统构成中因机器人手臂和密封型抓取器的干扰而无法抓持和搬运的尺寸较长的工件。
52.传统构成(参照图6)具备隔板21a，若在该传统构成中，柱塞40与活塞30不做成独立的个体的话，则无法将柱塞40和活塞30安装在抓取器本体20内。也就是说，当使用该传统构成时，操作者需要将将活塞30从抓取器本体20背面侧插入到抓取器本体20内，此外，还需要将柱塞40从抓取器本体20的正面侧插入到抓取器本体20内。另外，操作者还需要用螺栓连结柱塞40和活塞30。除此以外，为了操作者能够将柱塞40从抓取器本体20的正面侧插入到抓取器本体20内，需要在抓取器本体20的正面侧形成开放部，而该开放部还需要用前盖26将其塞住。
53.与此相比，在实施方式中，如上所述、采用不具备图6的隔板21a的构造。因此，即使柱塞40与活塞30不是各自独立的部件，依旧能够在抓取器本体20内收容柱塞40和活塞30。也就是说，操作者只需要打开抓取器本体20的背面侧(后盖50)，既可以将作为一体(整体)部件的柱塞40和活塞30插入到抓取器本体20内，从而能够在抓取器本体20内收容柱塞40和活塞30两者。
54.在该实施方式中，柱塞40和活塞30不是彼此独立的部件，因此可以相应地减少零件的数量。此外，在该实施方式中，不需要用来连结柱塞40与活塞30的螺栓，因此可以减少零件的数量。另外，在该实施方式中，不需要正面侧的前盖26或密封部件s6，从而可以减少零件的数量。
55.此外，在该实施方式中，如图6所示的前盖26和如图6所示的抓取器本体20并不是彼此独立的部件，而是采用一体成形的构成。因此，不需要在抓取器本体20上形成如上所述的开放部的作业、或将前盖26安装在抓取器本体20上的作业，从而能够减少制造密封型抓取器1的工时。此外，由于在前盖26与抓取器本体20之间部形成间隙，从而不但能够提高抓取器本体20的密闭性，还能够抑制异物进入到抓取器本体20内。
56.此外，通过具有2个密封空间，不需要加工排气通道r3，从而可以减少加工步骤的工时。
57.一般情况下，密封型抓取器配置在机器人手臂的前端侧，而当其重时力的力矩变大时，会造成运行成本变高，移动速度受到限制并且难以突然停止等的影响。因此，密封型抓取器被寄予轻量化的需求。如上所述，实施方式所涉及的密封型抓取器1不需要隔板21a，从而能够轻量化，以至于可以灵活地应对机器人侧的各种移动速度。
58.此外，由于密封型抓取器不仅可以抓取轻的工件，而且还可以抓取中的工件，因此需要强抓取力。根据本实施方式，由于在抓取工件的外周时用于供给空气的空间是第1缸室25a，因此可以确保较大的活塞30受压面积，从而你能够提供具有高抓取力的密封型抓取器。
59.应予说明，在本实施方式中，虽然密封部件(s1～s3)使用o形环，但不限于此，只要是密封抓取器本体20内部的密封部件即可，也可以是x形环等或者是使用聚硅氧烷橡胶等粘合来密封。
60.此外，还可以将密封部件s1设置在主爪11侧，或将密封部件s3设置在后主体21侧。
61.此外，主爪11是圆柱状的部件，但只要能够密封并不限于该形状。
62.此外，抓取器本体20的形状不限于该形状，只要是能够减小厚度实现轻量化即可。
63.此外，关于卡合部和被卡合部，卡合部可以是伸出部，被卡合部可以是卡合槽。(符号说明)
64.1，100：密封型抓取器，11：主爪，11a：卡合槽(卡合部的一个例子)，12：夹爪，20：抓取器本体，23：凹部(引导部的一个例子)，25：缸室，25a：第1缸室，25b：第2缸室，30：活塞，40：柱塞，41：伸出部(被卡合部的一个例子)，50：后盖，j：中心轴，s1～s4：密封部件。