特許 7265842 エンドエフェクタ及びワーク加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-19

(45)【発行日】2023-04-27

(54)【発明の名称】エンドエフェクタ及びワーク加工方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/00 20060101AFI20230420BHJP

【ＦＩ】

B25J15/00 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018114080

(22)【出願日】2018-06-15

(65)【公開番号】P2019217554

(43)【公開日】2019-12-26

【審査請求日】2021-06-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000154901

【氏名又は名称】株式会社北川鉄工所

(74)【代理人】

【識別番号】100187838

【弁理士】

【氏名又は名称】黒住 智彦

(74)【代理人】

【識別番号】100205589

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 和将

(74)【代理人】

【識別番号】100194478

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 文彦

(72)【発明者】

【氏名】三島 淳司

【審査官】臼井 卓巳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０５５４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－０６１４８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０２－１１６１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２２８７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０６６５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２９６４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４５２３１００（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １５／００－１９／０２

Ｂ２３Ｂ ３９／０４

Ｂ２３Ｑ １１／００

Ｇ０１Ｎ ２１／８６

Ｈ０１Ｌ ２１／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットアームの終端部に取り付けられた状態でワークに加工を行うエンドエフェクタであって、
ワークに加工を行う工具を保持するための工具保持手段と、
工具保持手段に保持された工具をワークに当接する加工位置へと送る工具送り手段と、
ワークにおける被加工部の近傍を保持するためのワーク保持手段と
を備え、
工具保持手段とワーク保持手段とが共通のハウジングに支持されるとともに、
ワーク保持手段が、
ワークにおける、工具保持手段側に当接する第一のクランプ爪と、
ワークにおける、工具保持手段とは反対側に当接する第二のクランプ爪と、
第一のクランプ爪と第二のクランプ爪との双方を近づく向きに移動させることにより、第一のクランプ爪と第二のクランプ爪とでワークがクランプされた状態とするクランプ爪駆動手段と、
ハウジングに対する第二のクランプ爪の位置をロックするブレーキ手段と
を備えたものとされることにより、
工具がワークに加工を施すワーク加工時において、ワークから工具を介して工具保持手段に伝わる加工反力と、工具からワークを介してワーク保持手段に伝わる加工力とが、エンドエフェクタ内で相殺されるようにした
ことを特徴とするエンドエフェクタ。

【請求項2】

第一のクランプ爪に、加工位置へと送られる工具を挿通させるための工具挿通孔が設けられた請求項１記載のエンドエフェクタ。

【請求項3】

第二のクランプ爪における、第一のクランプ爪に対向する側に設けられたエア送出口に対してエアを供給するエア供給手段と、
エア送出口に供給されるエアの圧力を検知するエア圧力検知手段と、
エア圧力検知手段が検知したエアの圧力によって、ワーク保持手段にワークが保持されているか否かを判別するワーク保持判別手段と
を備えた請求項２記載のエンドエフェクタ。

【請求項4】

第一のクランプ爪における工具挿通孔と、第二のクランプ爪におけるエア送出口とが、工具送り手段による工具送り方向で重なる位置に配された請求項３記載のエンドエフェクタ。

【請求項5】

請求項１～４いずれか記載のエンドエフェクタをロボットアームの終端部に取り付けてワークの加工を行うワーク加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットアームの終端部に取り付けられるエンドエフェクタと、このエンドエフェクタを用いてワークに加工を行うワーク加工方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

多関節ロボット（ロボットアーム）に代表される産業用ロボットは、工場の自動化に欠かせない存在となっている。ロボットアームは、人間の腕のように、その終端部（先端部）を高い自由度で三次元的に移動させることができる。ロボットアームは、ワークの移送や姿勢変更等に用いられるほか、ワークに加工を施す際にも用いられる。通常、ロボットアームの終端部には、「エンドエフェクタ」と呼ばれる装置が取り付けられる。

【0003】

このエンドエフェクタは、ロボットアームで行う作業に応じて、別の種類のものに交換される。例えば、ロボットアームでワークの移送や姿勢変更等を行う場合には、グリッパ型や多指ハンド型のエンドエフェクタをロボットアームに取り付け、ロボットアームでワークに穿孔加工を行う場合には、ドリル型のエンドエフェクタをロボットアームに取り付け、ロボットアームでワークにフライス加工を行う場合には、エンドミル型のエンドエフェクタをロボットアームに取り付けるといった具合である。特許文献１の図１における穿孔装置１や、特許文献２の図５におけるエンドエフェクタ５９は、ドリル型のエンドエフェクタに該当するもの（特許文献１の段落００２５及び特許文献２の段落００２１を参照。）となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－２２６７６５号公報

【文献】特開２００８－１１０４３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ロボットアームは、その始端部（基端部）と終端部（先端部）との間に複数の関節が介在するため、終端部の移動の自由度が高く、汎用性に優れるという利点を有している。しかし、ロボットアームは、その関節の多さから、機械的な剛性が低いという欠点も有している。このため、ロボットアームの終端部に取り付けたエンドエフェクタでワークに加工を施す場合には、ワークからエンドエフェクタに及ぼされる加工反力（エンドエフェクタがワークに及ぼした加工力の反力）によって、エンドエフェクタの位置がぶれてしまい、加工精度が低下しやすい傾向にある。

【0006】

したがって、ロボットアームに取り付けたエンドエフェクタによって、精度が要求される加工を施す場合には、試験加工を事前に行ってそのときのエンドエフェクタのぶれ具合を調べ、本加工の際には、そのぶれ具合を考慮した加工パラメータに設定しなおす必要がある。ところが、加工反力に起因するエンドエフェクタのぶれ具合は、ワークの形態や材質によって変化する。よって、上記の試験加工は、ワークの種類が切り替わるたびに実行する必要があり、時間と手間を要する。加えて、試験加工は、本加工と同じワークを用いて行う必要があるため、試験加工でワークが消費されるこの手法は、非経済的である。ワークが高価な材料である場合には、特に非経済的になる。

【0007】

この点、上記の特許文献２の図５におけるエンドエフェクタ５９は、同文献の図１に示されるように、それに装着されたドリル２６（工具）でワークＷ１に穿孔（加工）を行う際に、基台２４側（ドリル２６側）に設けたドリルブッシュ２９を、ワークＷ１側に設けた位置決めブッシュ３５と嵌合させることで、ドリル２６の先端に生じる加工反力でドリル２６がワークＷ１から逃げないようにしている（同文献の段落０００９を参照。）。

【0008】

しかし、特許文献２の上記の方法では、ワークＷ１に加工を行うたびに、ドリルブッシュ２９と位置決めブッシュ３５とを嵌合させる必要がある。このため、加工を繰り返すうちに、ドリルブッシュ２９や位置決めブッシュ３５に摩耗が生じ、加工精度が低下する虞がある。加えて、特許文献２の上記の方法では、ワークＷ１における加工する場所ごとに位置決めブッシュ３５を設ける必要がある。このため、加工箇所が多い場合には、位置決めブッシュ３５も多く設ける必要があるし、それらの加工態様が異なる場合には、その加工態様に応じた複数種類の位置決めブッシュ３５を用意しておく必要がある。また、ワークＷ１が切り替わる場合には、そのワークＷ１に応じた位置決めブッシュ３５を用意しておく必要もある。このため、特許文献２の上記の方法も、経済性に優れているとは言い難い。

【0009】

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、エンドエフェクタに装着された工具に加工反力が加わっても、エンドエフェクタの位置がぶれにくくして、加工精度を維持することができるエンドエフェクタを提供するものである。また、このエンドエフェクタを用いてワークに加工を行うワーク加工方法を提供することも本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題は、
ロボットアームの終端部に取り付けられた状態でワークに加工を行うエンドエフェクタであって、
ワークに加工を行う工具を保持するための工具保持手段と、
工具保持手段に保持された工具をワークに当接する加工位置へと送る工具送り手段と、
ワークを保持するためのワーク保持手段と
を備えるとともに、
工具保持手段とワーク保持手段とが共通のハウジングに支持されることにより、
工具がワークに加工を施すワーク加工時において、ワークから工具を介して工具保持手段に伝わる加工反力と、工具からワークを介してワーク保持手段に伝わる加工力とが、エンドエフェクタ内で相殺されるようにした
ことを特徴とするエンドエフェクタ
を提供することによって解決される。

【0011】

本発明のエンドエフェクタにおいては、
ワーク保持手段を、
ワークの一側に当接する第一のクランプ爪と、
ワークの他側に当接する第二のクランプ爪と、
第一のクランプ爪と第二のクランプ爪とを近づく向きに相対的に移動させることにより、第一のクランプ爪と第二のクランプ爪とでワークがクランプされた状態とするクランプ爪駆動手段と、
を備えたものとして、
第一のクランプ爪に、加工位置へと送られる工具を挿通させるための工具挿通孔を設ける
ことも好ましい。

【0012】

このときには、
第二のクランプ爪における、第一のクランプ爪に対向する側に設けられたエア送出口に対してエアを供給するエア供給手段と、
エア送出口に供給されるエアの圧力を検知するエア圧力検知手段と、
エア圧力検知手段が検知したエアの圧力によって、ワーク保持手段にワークが保持されているか否かを判別するワーク保持判別手段と
を備えることが好ましい。

【0013】

またこのときには、第一のクランプ爪における工具挿通孔と、第二のクランプ爪におけるエア送出口とを、工具送り手段による工具送り方向で重なる位置に配することが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

以上のように、エンドエフェクタに、工具保持手段や工具送り手段だけでなく、ワーク保持手段も設けて、工具保持手段とワーク保持手段とを共通のハウジングに支持することによって、ワークから工具を介して工具保持手段に伝わる加工反力と、工具からワークを介してワーク保持手段に伝わる加工力とが、エンドエフェクタ内で相殺されるようにすることが可能になる。上記の加工力と上記の加工反力とは、作用反作用の法則により、逆向きで大きさが等しくなる。このため、ワーク加工時のエンドエフェクタは、加工力や加工反力が及ぼされていない場合と同様の状態であるとみなすことができる。したがって、上記の加工力や上記の加工反力が、エンドエフェクタからロボットアームの終端部に伝わらないようにして、エンドエフェクタの位置のぶれを抑えることが可能になる。よって、ワークの加工精度を維持することが可能になる。

【0015】

また、第一のクランプ爪に、加工位置へと送られる工具を挿通させるための工具挿通孔を設けることによって、ワークにおける工具で加工される部分（被加工部）の周辺を第一のクランプ爪で押さえることが可能になる。このため、ワークが変形しやすい材質である場合でも、ワーク加工時におけるワークの変形を最小限に抑え、加工精度を維持することが可能になる。加えて、ワークが繊維強化複合材である場合には、層間剥離等の加工不良が生じやすいところ、ワークにおける被加工部の周辺を第一のクランプ爪で押さえることによって、このような加工不良がワークに生じにくくすることも可能になる。

【0016】

さらに、第一のクランプ爪における工具挿通孔と、第二のクランプ爪におけるエア送出口とを工具送り方向で重なる位置に配することで、エア供給手段からエア送出口に供給されるエア（ワーク保持手段にワークが保持されているか否かの検出に用いられるエア）を有効に活用することが可能になる。すなわち、工具挿通孔とエア送出口とを、工具送り方向で重なる位置に配すると、工具（ドリル等）による加工（穿孔等）でワークが貫通したとき（ワークに貫通孔が加工されたとき）には、エア送出口に供給されたエアが上記の貫通孔と工具挿通孔とを通じて第一のクランプ爪の外面側に抜けるようになるため、エア送出口に供給されるエアの圧力が低下する。この圧力の低下をエア圧力検知手段で検知するようにすれば、ワークの加工完了を検出することが可能になる。加えて、上記の貫通孔や工具挿通孔を通り抜けるエアによって、工具を冷却することや、工具やワークに付着した加工屑を除去することも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ワーク保持手段にワークを保持させる前のエンドエフェクタを示した図である。

【図2】ワーク保持手段にワークを保持させた後のエンドエフェクタを示した図である。

【図3】工具がワークに当接したときのエンドエフェクタを示した図である。

【図4】ワークに貫通孔が加工されたときのエンドエフェクタを示した図である。

【図5】ワーク保持手段によるワークの保持を解除した後のエンドエフェクタを示した図である。

【図6】エア供給手段、エア圧力検知手段及びワーク保持判別手段を示したブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

１．エンドエフェクタの概要
本発明のエンドエフェクタの好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。図１は、ワーク保持手段４０にワーク３００を保持させる前のエンドエフェクタ１を示した図である。図２は、ワーク保持手段４０にワーク３００を保持させた後のエンドエフェクタ１を示した図である。図３は、工具１００がワーク３００に当接したときのエンドエフェクタ１を示した図である。図４は、ワーク３００に貫通孔３０１が加工されたときのエンドエフェクタ１を示した図である。図５は、ワーク保持手段４０によるワーク３００の保持を解除した後のエンドエフェクタ１を示した図である。図１～図４においては、エンドエフェクタ１の一部を、工具の軸線Ｌ_１を含む平面で切断した断面図で示している。

【0019】

本実施態様のエンドエフェクタ１は、図１に示すように、ロボットアーム２００の終端部（先端部）に取り付けて使用するものとなっており、工具保持手段１０と、工具駆動手段２０と、工具送り手段３０と、ワーク保持手段４０と、ハウジング５０とを備えたものとなっている。このエンドエフェクタ１は、図１～５に示す段階を経て、ワーク３００に所定の加工を施すものとなっている。

【0020】

すなわち、
［段階１］ ロボットアーム２００を駆動して、エンドエフェクタ１を図１に示すワーク３００の位置（ワーク保持手段４０の第一のクランプ爪４１と第二のクランプ爪４２との隙間内にワーク３００が挿入される位置）に移動させる。
［段階２］ 図２に示すように、ワーク保持手段４０でワーク３００を保持（図２の例では、ワーク保持手段４０における第一のクランプ爪４１と第二のクランプ爪４２とでワーク３００を挟持）した状態とする。
［段階３］ 工具送り手段３０を駆動して工具１００をワーク３００側に送り、図３に示すように、工具１００をワーク３００に当接する位置（加工開始位置）まで移動させる。
［段階４］ 工具送り手段３０を駆動したままで工具１００をワーク３００側に押し付けながら、工具駆動手段２０を駆動して、ワーク３００に所定の加工（図４の例ではワーク３００に貫通孔３０１を穿孔加工）をする。
［段階５］ 図５に示すように、ワーク保持手段４０によるワーク３００の保持を解除して、ワーク３００を取り出す。
という段階を経て、ワーク３００に所定の加工を施すものとなっている。

【0021】

以下、本実施態様のエンドエフェクタ１を構成する各部材について、詳しく説明する。

【0022】

２．工具保持手段
工具保持手段１０は、エンドエフェクタ１に工具１００を保持させるためのものとなっている。本実施態様のエンドエフェクタ１は、工具１００としてドリルを保持するものとなっており、ワーク３００に貫通孔３０１（図５）を加工（穿孔）するものとなっている。工具保持手段１０に保持させる工具１００の種類は、ドリルに限定されず、エンドミルやドライバー等とすることもできる。工具１００をエンドミルとすれば、ワーク３００にフライス加工を施すことができるし、工具１００をドライバーとすれば、ワーク３００にネジ止め加工を施すことができる。このように、工具保持手段１０に保持させる工具１００は、ワーク３００に行う加工に応じて適宜変更することができる。

【0023】

工具保持手段１０は、所望の工具１００を保持できるのであれば、その具体的な機構は限定されない。工具保持手段１０としては、チャック式のものや、螺合式のものや、クランプ式のもの等が例示される。工具１００を、ドリルやエンドミルやドライバー等、回転駆動される軸状のものとする場合には、コレットチャックを工具保持手段１０として好適に採用することができる。コレットチャックは、軸状の工具１００の外周部を大きな面積で把持する構造であるため、軸状の工具１００をしっかりと固定することができるだけでなく、工具１００の外周部に加わる圧力を分散して工具１００を傷つきにくくすることも可能である。本実施態様のエンドエフェクタ１においても、工具保持手段１０としてコレットチャックを採用している。

【0024】

３．工具駆動手段
工具駆動手段２０は、工具１００を駆動するためのものとなっている。既に述べたように、本実施態様のエンドエフェクタ１では、工具１００としてドリルを装着するところ、工具駆動手段２０は、ドリル１００を回転駆動（より厳密には、ドリル１００を保持する工具保持手段１０を回転駆動）するためのものとなっている。図３に示すように、ドリル１００をワーク３００に当接させ、ドリル１００をワーク３００に押し付けながら工具駆動手段２０を駆動すると、ドリル１００が回転し、ワーク３００に穿孔加工が施される。本実施態様のエンドエフェクタ１のように、工具１００を回転駆動する場合には、工具駆動手段２０として、ステッピングモータやサーボモータ等のモータを好適に用いることができる。

【0025】

４．工具送り手段
工具送り手段３０は、工具保持手段１０に保持された工具１００をワーク３００に当接する加工位置（図３を参照）へと送るためのものとなっている。すなわち、ロボットアーム２００は、エンドエフェクタ１を、図１に示す位置（ワーク保持手段４０でワーク３００を保持できる位置）まで移動させるものの、その後、図２に示すように、ワーク保持手段４０がワーク３００を保持した状態となるため、エンドエフェクタ１は、ワーク３００に対して相対的に動くことができない状態となる。このため、ロボットアーム２００を動作させることによっては、ワーク３００に対して工具１００を相対的に移動させることができない。この点、工具送り手段３０は、ワーク保持手段４０に対して工具保持手段１０を相対的に移動させることによって、工具保持手段１０に保持された工具１００を加工位置に送るものとなっている。

【0026】

工具送り手段３０の具体的な機構は、工具１００の種類によっても異なり、特に限定されない。本実施態様のエンドエフェクタ１のように、工具１００としてドリルを用いる場合には、ドリル１００の先端部をワーク３００に対して押し付ける必要がある。このため、工具送り手段３０は、工具１００をその軸線Ｌ_１に平行な方向にスライドできる機構のものとされる。このような機構としては、例えば、ボールネジ機構が挙げられる。ボールネジ機構は、大きなトルクを出力することができるだけでなく、位置決め精度が高く、本発明のエンドエフェクタ１における工具送り手段３０として好適に用いることができる。本実施態様のエンドエフェクタ１でも、工具送り手段３０としてボールネジ機構を採用している。

【0027】

すなわち、図１に示すように、工具送り手段３０を、モータ３１と、ネジ軸３２と、ナット部材３３とで構成している。モータ３１は、ステッピングモータやサーボモータ等が用いられる。ネジ軸３２は、その外周部にネジ溝が切られている。このネジ軸３２は、モータ３１が回転駆動されるとその軸線Ｌ_２を中心として回転するようになっている。ナット部材３３は、その一側（図１では右端側）をネジ軸３２に螺合されており、その他側（図１では左端側）を工具１００側の部材（本実施態様のエンドエフェクタ１においては、工具駆動手段２０のケース）に固定されている。

【0028】

このため、モータ３１が回転駆動されてネジ軸３２が回転すると、ナット部材３３がネジ軸３２の軸線Ｌ_２に平行な方向（工具１００の軸線Ｌ_１に平行な方向）にスライドすることにより、工具駆動手段２０、工具保持手段１０及び工具１００が、ナット部材３３とともに工具１００の軸線Ｌ_１に平行な方向にスライドするようになっている。ネジ軸３２が軸線Ｌ_２を中心として一方に回転すると、工具１００は、ワーク３００に近づく向きにスライドし、ネジ軸３２が軸線Ｌ_２を中心として他方に回転すると、工具１００は、ワーク３００から遠ざかる向きにスライドする。

【0029】

工具駆動手段２０の外周部は、ハウジング５０に設けられたガイド孔５１に挿入された状態となっている。このため、ネジ軸３２が軸線Ｌ_２を中心に回転して、ナット部材３３に回転力が加わっても、工具駆動手段２０を含む工具１００側の部材は、ネジ軸３２に共回りしないようになっている。これにより、モータ３１及びネジ軸３２の回転運動が、工具１００の軸線Ｌ_１に平行な方向の直線運動に変換されるようになっている。

【0030】

ところで、工具１００として、エンドミル等を用いることができることについては、既に述べた通りであるが、工具１００をエンドミルとした場合、工具１００は、軸線Ｌ_１に平行な方向だけでなく、軸線Ｌ_１に垂直な方向に移動させる方法もある。

【0031】

５．ワーク保持手段
ワーク保持手段４０は、ワーク３００を保持するためのものとなっている。本発明のエンドエフェクタ１は、上記の工具保持手段１０や工具駆動手段２０や工具送り手段３０に加えて、このワーク保持手段４０もエンドエフェクタ１自身に設けたことを最大の特徴とするものとなっている。これにより、図３に示すように、工具１００でワーク３００に加工を施す際（ワーク加工時）に、ワーク３００から工具１００を介して工具保持手段１０に伝わる加工反力Ｆ_２と、工具１００からワーク３００を介してワーク保持手段４０に伝わる加工力Ｆ_１とを、エンドエフェクタ１内で相殺させることができるようになっている。

【0032】

すなわち、ワーク加工時において、工具保持手段１０には、加工反力Ｆ_２が加わるため、工具保持手段１０は、図３における紙面上側に移動しようとする。一方、ワーク加工時において、ワーク保持手段４０には、加工力Ｆ_１が加わるため、ワーク保持手段４０は、図３における紙面下側に移動しようとする。ところが、工具保持手段１０とワーク保持手段４０とは、ハウジング５０等を介して互いに連結された状態となっており、その連結された部分では、加工反力Ｆ_２に起因する図３の紙面上向きの力と、加工力Ｆ_１に起因する図３の紙面下向きの力との双方が加わるようになっている。既に述べたように、加工反力Ｆ_２と加工力Ｆ_１は、逆向きで大きさが等しくなる。このため、エンドエフェクタ１には、見掛け上、加工反力Ｆ_２や加工力Ｆ_１が加わっていないとみなすことができる。

【0033】

換言すると、本実施態様のエンドエフェクタ１では、加工反力Ｆ_２を、エンドエフェクタ１に加わる外力ではなく、エンドエフェクタ１内で加工力Ｆ_１に相殺される内力とみなすことができる。したがって、工具１００をワーク３００に対して強い力で押し付けても（加工力Ｆ_１を強くして加工反力Ｆ_２が強くなっても）、その加工反力Ｆ_２がロボットアーム２００の終端部には伝わりにくく、ロボットアーム２００に撓みや揺れ等が生じにくくなっている。よって、ワーク加工時におけるエンドエフェクタ１の位置のぶれを抑えて、ワーク３００を高い加工精度で加工することができるようになっている。加えて、本実施態様のエンドエフェクタ１を用いると、ロボットアーム２００の機械的な剛性がそれ程要求されなくなるため、ロボットアーム２００を、重量の小さな小型のもので置き換えることもできる。このため、省スペース化を図るだけでなく、ロボットアーム２００導入のイニシャルコストを抑えることもできる。

【0034】

ワーク保持手段４０の具体的な機構は、ワーク３００の形態等によっても異なり、特に限定されない。ワーク保持手段４０としては、クランプ式のものや、チャック式のものや、螺合式のもの等が例示される。本実施態様のエンドエフェクタ１においては、図１に示すように、ワーク保持手段４０を、第一のクランプ爪４１と、第二のクランプ爪４２と、クランプ爪駆動手段４３とで構成している。

【0035】

第一のクランプ爪４１は、ワーク３００の一側（図１の上側）に当接してワーク３００を一側から押さえるものとなっている。第二のクランプ爪４２は、ワーク３００の他側（図１の下側）に当接してワーク３００を他側から抑えるものとなっている。クランプ爪駆動手段４３は、第一のクランプ爪４１と第二のクランプ爪４２とを近づく向きに相対的に移動させることにより、第一のクランプ爪４１と第二のクランプ爪４２とでワーク３００がクランプ（挟持）された状態とするものとなっている。

【0036】

ところで、ワーク３００が樹脂板や金属薄板である場合には、工具１００から加工力を受けたワーク３００に撓み等の変形が生じてしまい、加工精度が低下する虞がある。また、ワーク３００が繊維強化複合材である場合には、層間剥離等の加工不良が生じる虞がある。このように、変形や加工不良が生じやすいワーク３００に加工を施す場合でも、ワーク３００の被加工部（工具１００で加工される部分）の近傍をワーク保持手段４０で均等に保持するようにすれば、上記の不具合が生じにくくすることができる。

【0037】

この点、本実施態様のエンドエフェクタ１では、図２及び図３に示すように、第一のクランプ爪４１に、加工位置へと送られる工具１００を挿通させるための工具挿通孔４１ａを設けており、ワーク３００の被加工部の周囲を第一のクランプ爪４１で押さえる（第一のクランプ爪４１における工具挿通孔４１ａの周囲でワーク３００を押さえる）ことができるようにしている。これにより、ワーク加工時におけるワーク３００の被加工部の変形を最小限に抑えて加工精度を維持するだけでなく、ワーク３００に層間剥離等の加工不良が生じないように、ワーク３００の被加工部の近傍を均等にしっかりと押さえることが可能となっている。

【0038】

また、本実施態様のエンドエフェクタ１においては、ワーク保持手段４０にワーク３００が保持されているか否かを判別できるようにするため、以下の構成を採用している。すなわち、図２に示すように、第二のクランプ爪４２における、第一のクランプ爪４１に対向する側にエア送出口４２ａを設けている。このエア送出口４２ａからは、第二のクランプ爪４２の内部に設けられたエア流路４２ｂを流れるエアが送出されるようになっている。エア流路４２ｂを流れるエアは、図６に示すように、エア供給手段６０から供給されるようになっている。エア流路４２ｂには、エア圧力検知手段７０が設けられており、エア圧力検知手段７０は、ワーク保持判別手段８０に接続されている。図６は、エア供給手段６０、エア圧力検知手段７０及びワーク保持判別手段８０を示したブロック図である。

【0039】

エア供給手段６０は、既に述べたように、エア流路４２ｂにエアを供給するためのものとなっている。エア供給手段６０としては、コンプレッサ等が例示される。エア供給手段６０は、小型で軽量なものであれば、ロボットアーム２００の終端部（先端部）にエンドエフェクタ１とともに取り付けることができる。しかし、エア供給手段６０の重量が大きい場合には、ロボットアーム２００の終端部にかかる重量が大きくなり、ロボットアーム２００の関節にかかる負荷が大きくなる虞がある。また、エア供給手段６０は、振動を発生しやすいものであるところ、この振動がワーク３００の加工精度に悪影響を及ぼす虞もある。

【0040】

このため、エア供給手段６０は、ロボットアーム２００に取り付けないようにする（ロボットアーム２００とは独立した別の箇所に設ける）ことが好ましい。この場合には、エア供給路４２ｂを、エンドエフェクタ１から延長して設けるとともに、その延長した部分を、ゴムチューブ等の可撓性を有する素材で形成し、その可撓性を有する部分を、エア供給手段６０に接続するようにすると、エア供給手段６０の振動がエンドエフェクタ１やロボットアーム２００に伝わらないようにすることができる。エア供給路４２ｂにおける延長した部分は、ロボットアーム２００の終端部から垂れ下がった状態に設けると、その垂れ下がった部分がワーク３００の加工等の邪魔になる虞があるため、ロボットアーム２００に沿わせた状態で取り付けることが好ましい。

【0041】

エア圧力検知手段７０は、エア供給路４２ｂを通じてエア送出口４２ａに供給されるエアの圧力を検知するためのものとなっている。エア圧力検知手段７０は、各種のエア用の圧力センサを用いることができる。エア圧力検知手段７０が検知したエアの圧力は、ワーク保持判別手段８０に入力されるようになっている。

【0042】

ワーク保持判別手段８０は、エア圧力検知手段７０が検知したエアの圧力から、ワーク保持手段４０にワーク３００が保持されているか否かを判別するものとなっている。すなわち、図２に示すように、ワーク保持手段４０にワーク３００が保持されている場合には、エア送出口４２ａがワーク３００によって塞がれた状態となるため、エア流路４２ｂを流れるエアの圧力は高くなる。一方、図１に示すように、ワーク保持手段４０にワーク３００が保持されていない場合には、エア送出口４２ａがワーク３００によって塞がれておらず、エア送出口４２ａに達したエアは、エア送出口４２ａから外部へと抜け出ることができる。このため、エア流路４２ｂを流れるエアの圧力は低くなる。

【0043】

したがって、エア流路４２ｂを流れるエアの圧力が所定値よりも低い場合には、ワーク保持手段４０にワーク３００が保持されていないと判断し、エア流路４２ｂを流れるエアの圧力が所定値よりも高い場合には、ワーク保持手段４０にワーク３００が保持されていると判断することによって、ワーク保持手段４０にワーク３００が保持されているか否かを高い精度で判別することができる。ワーク保持判別手段８０は、通常、コンピュータ（プログラマブルコントローラやパソコン等）で駆動されるプログラムや、所望の動作を行うように設計された電子回路等で実現される。

【0044】

ただし、図２に示すように、ワーク保持手段４０にワーク３００が保持されているにもかかわらず、エア送出口４２ａとワーク３００との隙間からエアが漏れることがあると、ワーク保持の判別制度が低下する。この点、本実施態様のエンドエフェクタ１では、図２に示すように、第二のクランプ爪４２におけるエア送出口４２ａの周囲に、ゴムやエラストマー等の弾性素材を環状に形成した気密リング４２ｃを取り付けており、エア送出口４２ａとワーク３００との隙間からエアが漏れないようにしている。この気密リング４２ｃは、第二のクランプ爪４２でワーク３００が傷つかないようにする緩衝材（緩衝リング）としての機能も発揮する。このため、第一のクランプ爪４１における工具挿通孔４１ａの周囲にも、気密リング４２ｃ（緩衝リング）と同様の緩衝リング４１ｃを取り付けている。

【0045】

ところで、第二のクランプ爪４２に設けたエア送出口４２ａは、上述したように、ワーク保持手段４０におけるワーク３００の保持の有無を判別することを目的として設けたものではあるが、このエア送出口４２ａの配置に工夫を施すことで、エア送出口４２ａに供給されるエアを別の用途でも有効に活用することが可能になる。具体的には、第二のクランプ爪４２におけるエア送出口４２ａを、図１に示すように、第一のクランプ爪４１における工具挿通孔４１ａと工具送り方向（軸線Ｌ_１の方向）で重なる位置に設けると、エア送出口４２ａに供給されるエアで、ワーク３００に対する加工の完了を検知することや、工具１００の冷却することや、工具１００やワーク３００に付着した加工屑を除去することも可能になる。

【0046】

すなわち、図３に示すように、ワーク３００の加工が完了していないときには、エア送出口４２ａがワーク３００によって塞がれた状態となるため、エア流路４２ｂを流れるエアの圧力は高くなる。一方、図４に示すように、ワーク３００の加工が完了したとき（ワーク３００に対する貫通孔３０１の加工が完了したとき）には、エア送出口４２ａに達したエアは、ワーク３００の貫通孔３０１や第一のクランプ爪４１の工具挿通孔４１ａを通じて第一のクランプ爪４１の外面側へ抜け出るようになる。このため、エア流路４２ｂを流れるエアの圧力は低くなる。

【0047】

したがって、ワーク保持手段４０にワーク３００が保持された状態で工具送り手段３０を駆動して工具１００をワーク３００に送った後に、エア流路４２ｂを流れるエアの圧力（上記のワーク保持判別で用いたエア圧力検知手段７０で検知することができる。）が所定値よりも低くなったときには、ワーク３００に対する貫通孔３０１の加工が完了したと判別することができる。この判別（加工完了判別手段）は、上記のワーク保持判別手段８０と同様、通常、コンピュータ（プログラマブルコントローラやパソコン等）で駆動されるプログラムや、所望の動作を行うように設計された電子回路等で実現される。このように、エア送出口４２ａと工具挿通孔４１ａとを工具送り方向で重なる位置に設けると、エア送出口４２ａに供給されるエアで、ワーク３００に対する加工の完了を検知することが可能になる。

【0048】

また、ワーク３００に対する貫通孔３０１の加工が完了して、エア送出口４２ａに達したエアが、ワーク３００の貫通孔３０１や第一のクランプ爪４１の工具挿通孔４１ａを通り抜ける際には、その通り抜けるエアによって、工具１００が冷却されるし、工具１００やワーク３００に付着した加工屑が除去される。このように、エア送出口４２ａと工具挿通孔４１ａとを工具送り方向で重なる位置に設けると、エア送出口４２ａに供給されるエアで、工具１００の冷却することや、工具１００やワーク３００に付着した加工屑を除去することも可能になる。

【0049】

クランプ爪駆動手段４３は、所望のワーク３００を第一のクランプ爪４１と第二のクランプ爪４２とで挟持できるものであれば、特に限定されない。クランプ爪駆動手段４３としては、動かない第一のクランプ爪４１に対して第二のクランプ爪４２を移動させるものや、動かない第二のクランプ爪４２に対して第一のクランプ爪４１を移動させるものや、第一のクランプ爪４１と第二のクランプ爪４２との双方を移動させるもののいずれであってもよい。このように、２つの部材を互いに近づける向きに移動させる機構としては、ピストン機構やリンク機構等が例示される。本実施態様のエンドエフェクタ１において、クランプ爪駆動手段４３は、ピストン機構のなかでも２つのピストンを用いる「二重ピストン機構」を用いており、第一のクランプ爪４１と第二のクランプ爪４２との双方を移動させるものとなっている。

【0050】

具体的には、図１に示すように、第一のクランプ爪４１に直接的又は間接的に固定されて第一のクランプ爪４１と一体的に移動するように構成された第一のピストン４３ａと、第二のクランプ爪４２に直接的又は間接的に固定されて第二のクランプ爪４２と一体的に移動するように構成された第二のピストン４３ｂとを用いている。第一のピストン４３ａ及び第二のピストン４３ｂは、ハウジング５０に設けられたシリンダー部５２の内側に収容されており、シリンダー部５２の軸線Ｌ_３上で同心となるように配されている。第二のピストン４３ｂは、第一のピストン４３ａの内部を挿通されて、第一のピストン４３ａから一側（図１の紙面上側）に突き出た状態に設けられている。

【0051】

第一のピストン４３ａの一側の端部には、第一フランジ部４３ａ_１が設けられており、第二のピストン４３ｂにおける、第一のピストン４３ａから一側に突き出た部分には、第二フランジ部４３ｂ_１が設けられている。第一フランジ部４３ａ_１は、第一フランジ部４３ａ_１の他側（図１の紙面下側）に配された第一付勢部材４３ｃによって、一側（図１の紙面上側）に付勢された状態となっている。一方、第二のピストン４３ｂの第二フランジ部４３ｂ_１は、第二フランジ部４３ｂ_１の一側（図１の紙面上側）に配された第二付勢部材４３ｄによって、他側（図１の紙面下側）に付勢された状態となっている。このため、第一フランジ部４３ａ_１と第二フランジ部４３ｂ_１は、互いに近づく向きに付勢された状態となっている。ただし、第一フランジ部４３ａ_１及び第二フランジ部４３ｂ_１は、それが最も近づいたときでも、その間に隙間αが形成されるようになっている。

【0052】

このクランプ爪駆動手段４３は、図１に示すように、第一のクランプ爪４１及び第二のクランプ爪４２がワーク３００から離れており、ワーク保持手段４０によってワーク３００が保持されていない状態から、上記の隙間αにエアを供給して隙間αの圧力を高めることで、第一フランジ部４３ａ_１を、第一付勢部材４３ｃの付勢力に抗って他側（図１の紙面下側）に移動させるとともに、第二フランジ部４３ｂ_１を、第二付勢部材４３ｄの付勢力に抗って一側（図１の紙面上側）に移動させるものとなっている。これにより、図２に示すように、第一のクランプ爪４１は、他側（図１の紙面下側）に移動する第一フランジ部４３ａ_１とともに他側に移動して、ワーク３００の一側に当接し、第二のクランプ爪４２は、一側（図１の紙面上側）に移動する第二フランジ部４３ｂ_１とともに一側に移動して、ワーク３００の他側に当接するようになる。このとき、第一のクランプ爪４１と第二のクランプ爪４２とでワーク３００が挟持された状態となっている。

【0053】

このように、二重ピストン機構を採用して第一のクランプ爪４１と第二のクランプ爪４２との双方を移動させてワーク３００を挟持することで、ロボットアーム２００を駆動してエンドエフェクタ１を移動させ、図１に示すように、ワーク保持手段４０における第一のクランプ爪４１と第二のクランプ爪４２との隙間にワーク３００を位置させる際に、当該隙間におけるどの場所にワーク３００が入ったとしても（当該隙間における、第一のクランプ爪４１に近い箇所にワーク３００が入った場合と、第二のクランプ爪４２に近い箇所にワーク３００が入った場合のいずれであっても）、ワーク３００を、適度な力で無理なく第一のクランプ爪４１と第二のクランプ爪４２とで挟持することが可能になる。

【0054】

第一のクランプ爪４１と第二のクランプ爪４２とでワーク３００が挟持されて、ワーク３００の挟持が確認された後、信号やタイマー等により、ブレーキ手段４３ｅが、第一のピストン４３ａ又は第二のピストン４３ｂの位置をロックするようになっている。このように、第一のピストン４３ａ又は第二のピストン４３ｂの位置をロックすることで、第一のクランプ爪４１に対して第二のクランプ爪４２が相対的に開かないようにし、ワーク加工時に、第一のクランプ爪４１及び第二のクランプ爪４２によるワーク３００の挟持が解除されないようにすることが可能となっている。ブレーキ手段４３ｅは、第一のピストン４３ａ又は第二のピストン４３ｂの位置をロックできるものであれば、特に限定されない。本実施態様のエンドエフェクタ１においては、それにエアを供給すると第二のピストン４３ｂの外周部を把持して第二のピストン４３ｂの位置をロックするシャフトクランパーをブレーキ手段４３ｅとして用いている。

【0055】

以上では、ワーク保持手段４０によるワーク３００を挟持する方向が、工具送り方向（工具１００の軸線Ｌ_１の方向）に平行である場合を例に挙げて説明した。しかし、ワーク３００を挟持する方向は、工具送り方向に平行である必要はない。ワーク３００を挟持する方向は、工具送り方向に対して傾斜していてもよいし、工具送り方向に対して垂直であってもよい。この場合、工具１００からワーク３００に加えられる加工力Ｆ_１は、第一のクランプ爪４１とワーク３００との間に生ずる摩擦力や、第二のクランプ爪４２とワーク３００との間に生ずる摩擦力の形で、ワーク保持手段４０に伝わることになる。これらの摩擦力が加工力Ｆ_１に負けない限り（加工力Ｆ_１が、第一のクランプ爪４１とワーク３００との間の最大静止摩擦力や、第二のクランプ爪４２とワーク３００との間の最大静止摩擦力を超えない限り）、ワーク３００はワーク保持手段４０に保持された状態を維持し、上述した加工反力Ｆ_２と加工力Ｆ_１との相殺作用が奏される。

【0056】

６．ハウジング
ハウジング５０は、工具保持手段１０、工具駆動手段２０及び工具送り手段３０で構成される工具１００側の部材群（工具側ユニット）と、ワーク保持手段４０とを支持するものとなっている。既に述べたように、本発明のエンドエフェクタ１は、ワーク３００から工具１００を介して工具保持手段１０に伝わる加工反力Ｆ_２（図３）と、工具１００からワーク３００を介してワーク保持手段４０に伝わる加工力Ｆ_１（図３）とを、エンドエフェクタ１内で相殺させることにより、加工反力Ｆ_２によるワーク３００の加工精度の低下を抑えるものであるところ、本実施態様のエンドエフェクタ１では、加工反力Ｆ_２が加わる工具側ユニットと、加工力Ｆ_１が加わるワーク保持手段４０とを、共通のハウジング５０で支持することにより、加工反力Ｆ_２（図３）と加工力Ｆ_１とがより相殺されやすくしている。

【符号の説明】

【0057】

１ エンドエフェクタ
１０ 工具保持手段
２０ 工具駆動手段
３０ 工具送り手段
３１ モータ
３２ ネジ軸
３３ ナット部材
４０ ワーク保持手段
４１ 第一のクランプ爪
４１ａ 工具挿通孔
４１ｃ 緩衝リング
４２ 第二のクランプ爪
４２ａ エア送出口
４２ｂ エア流路
４２ｃ 気密リング（緩衝リング）
４３ クランプ爪駆動手段
４３ａ 第一のピストン
４３ａ_１ 第一フランジ部
４３ｂ 第二のピストン
４３ｂ_１ 第二フランジ部
４３ｃ 第一付勢部材
４３ｄ 第二付勢部材
４３ｅ ブレーキ手段
５０ ハウジング
５１ ガイド孔
５２ シリンダー部
６０ エア供給手段
７０ エア圧力検知手段
８０ ワーク保持判別手段
１００ ドリル（工具）
２００ ロボットアーム
３００ ワーク
３０１ 貫通孔
Ｆ_１ 加工力
Ｆ_２ 加工反力
Ｌ_１ 工具の軸線
Ｌ_２ ネジ軸の軸線
Ｌ_３ シリンダー部の軸線
α 第一フランジ部と第二フランジ部との隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】