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把持装置 - 特開2008−18489 | j-tokkyo
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【発明の名称】 把持装置
【発明者】 【氏名】高木 健

【氏名】小俣 透

【要約】 【課題】把持装置において、小型の低出力アクチュエータの使用によりフィンガーの動きの速度を高めつつその把持力を増大させるという2つの要求を同時満足させる。

【構成】把持装置は、屈曲動作可能な少なくとも1つのフィンガー(2)と、このフィンガーを屈曲動作させるべく屈曲駆動力をフィンガーに伝達する駆動ワイヤ(7)と、この駆動ワイヤに屈曲駆動力を及ぼす屈曲駆動機構(3、130、320)と、駆動ワイヤに屈曲駆動力よりも大きな把持力を及ぼす増力機構(5、140、330)とを具備する。屈曲駆動機構により駆動ワイヤに屈曲駆動力が及ぼされた後に増力機構により駆動ワイヤに把持力が及ぼされる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
屈曲動作可能な少なくとも1つのフィンガー(2)と、このフィンガーを屈曲動作させるべく屈曲駆動力を前記フィンガーに伝達する駆動ワイヤ(7)と、この駆動ワイヤに屈曲駆動力を及ぼす屈曲駆動機構(3、130、320)と、前記駆動ワイヤに前記屈曲駆動力よりも大きな把持力を及ぼす増力機構(5、140、330)とを具備し、前記屈曲駆動機構により前記駆動ワイヤに屈曲駆動力が及ぼされた後に前記増力機構により前記駆動ワイヤに把持力が及ぼされる把持装置。
【請求項2】
請求項1に記載の把持装置であって、前記増力機構(5)がプーリ組立体(54)を備え、このプーリ組立体が、回転自在に保持されたシャフト(51)と、このシャフト上に固着された偏心カム(54a)と、この偏心カムによって動作させられる環状プーリ(54c)とから成り、前記駆動ワイヤが前記フィンガーに屈曲駆動力を及ぼすように前記環状プーリを介して前記屈曲駆動機構に作動的に連結させられ、前記偏心カムを回転駆動することにより、前記駆動ワイヤに前記把持力を及ぼすように前記環状プーリが変位させられる把持装置。
【請求項3】
請求項1に記載の把持装置であって、前記屈曲駆動機構(130)が前記増力機構(140)に対して変位自在とされ、前記増力機構が前記屈曲駆動機構と係合する偏心カム組立体(142)を備え、この偏心カム組立体が前記増力機構を変位させて前記駆動ワイヤに前記把持力が及ぼされる把持装置。
【請求項4】
請求項1に記載の把持装置であって、前記増力機構(330)が前記屈曲駆動機構(320)に対して変位自在とされ、前記増力機構がプーリ組立体(331、332)を備え、前記駆動ワイヤが前記フィンガー(2)に屈曲駆動力を及ぼすように前記プーリ組立体のプーリ(332)を介して前記屈曲駆動機構に作動的に連結させられ、前記増力機構が前記プーリ組立体を変位させて前記駆動ワイヤに前記把持力が及ぼされる把持装置。
【請求項5】
請求項1から4までのいずれか1項に記載の把持装置であって、前記屈曲駆動機構(3、130、320)が、ねじ切りロッド(31、131、321)と、このねじ切りロッドに螺着された可動体(33、132、322)と、この可動体を非回転状態でガイドするガイドレール(34a、34b:133a、133b:323a、323b)とから成り、前記駆動ワイヤ(7)が前記可動体に連結されている把持装置。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は電動義手或いはロボットハンドとして利用し得る把持装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電動義手やロボットハンド等の把持装置では、少なくとも1つのフィンガーが設けられ、このフィンガーを屈曲動作させることにより物体の把持が行われる。このような場合、フィンガーが物体に向かって屈曲動作させられるときには、フィンガーの動きには或る程度の速度が要求されるだけでなく、フィンガーによって物体を把持するときには、物体の確実な把持を保証するために相当な把持力も要求される。これら双方の要求は大型の高出力アクチュエータの使用により応えることができるが、しかし把持装置に大型の高出力アクチュエータを組み込むことはスペース的に不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
そこで、上述したような把持装置には小型の低出力アクチュエータが使用されることになるが、しかしその場合には、フィンガーの速度とその把持力とは減速比においてトレードオフの関係にある。即ち、フィンガーの速度を速めるためには、減速比を小さくしなければならず、フィンガーの把持力を高めるためには減速比を大きくしなければならない。従って、フィンガーの動きの速度を高めつつその把持力を増大させるという2つの矛盾した要求を同時に満足させることはきわめて困難である。
【0004】
従って、本発明の目的は、義手やロボットハンド等の把持装置であって、小型の低出力アクチュエータの使用によりフィンガーの動きの速度を高めつつその把持力を増大させるという2つの要求を同時に満足させ得るように構成された新規な把持装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明による把持装置は、屈曲動作可能な少なくとも1つのフィンガーと、このフィンガーを屈曲動作させるべく屈曲駆動力をフィンガーに伝達する駆動ワイヤと、この駆動ワイヤに屈曲駆動力を及ぼす屈曲駆動機構と、駆動ワイヤに屈曲駆動力よりも大きな把持力を及ぼす増力機構とを具備する。屈曲駆動機構により駆動ワイヤに屈曲駆動力が及ぼされた後に増力機構により駆動ワイヤに把持力が及ぼされる把持装置。
【0006】
本発明の第1の局面にあっては、増力機構はプーリ組立体を備え、このプーリ組立体が、回転自在に保持されたシャフトと、このシャフト上に固着された偏心カムと、この偏心カムによって動作させられる環状プーリとから成り、駆動ワイヤがフィンガーに屈曲駆動力を及ぼすように環状プーリを介して屈曲駆動機構に作動的に連結させられ、偏心カムを回転駆動することにより、駆動ワイヤに把持力を及ぼすように環状プーリが変位させられる。
【0007】
本発明の第2の局面にあっては、屈曲駆動機構は増力機構に対して変位自在とされ、増力機構が屈曲駆動機構と係合する偏心カム組立体を備え、この偏心カム組立体が増力機構を変位させて駆動ワイヤに前記把持力が及ぼされる。
【0008】
本発明の第3の局面にあっては、増力機構は屈曲駆動機構に対して変位自在とされ、増力機構がプーリ組立体を備え、駆動ワイヤがフィンガーに屈曲駆動力を及ぼすようにプーリ組立体のプーリを介して屈曲駆動機構に作動的に連結させられ、増力機構がプーリ組立体を変位させて駆動ワイヤに把持力が及ぼされる。
【0009】
本発明において、好ましくは、屈曲駆動機構は、ねじ切りロッドと、このねじ切りロッドに螺着された可動体と、この可動体を非回転状態でガイドするガイドレールとから成り、駆動ワイヤ(7)は可動体に連結される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
次に、図1乃至図5を参照して、本発明による把持装置の第1の実施形態について説明する。
【0011】
先ず、図1を参照すると、本発明による把持装置は、矩形板として形成された掌部1と、この掌部1の一側辺に沿って設けられた4本のフィンガー2と、これらフィンガー2のそれぞれを個別に屈曲動作させるべく掌部1上に設けられた4つの屈曲駆動機構3と、これら屈曲駆動機構3を作動させるアクチュエータとしての電動モータ4と、4つの屈曲駆動機構3と協働して4本のフィンガー2に大きな把持力を与えるべく掌部1上に設けられた増力機構5と、この増力機構5を作動させるアクチュエータとしての電動モータ6とから構成される。なお、4本のフィンガー2は実質的に互いに同じ構成を持ち、また4つの駆動機構3も実質的に同じ構成を持つ。
【0012】
各フィンガー2とその該当屈曲駆動機構3との間には駆動ワイヤ7が張り渡され、この駆動ワイヤ7を介して屈曲駆動力が屈曲駆動機構3からフィンガー2に伝達され、また各駆動ワイヤ7はその該当フィンガー2に増力機構5から把持力を伝達するためにも使用される。
【0013】
図1において、参照符号8a、8b、8c及び8dのそれぞれは掌部1上に設置された取付板を示し、4つの電動モータ4は取付板8aによって保持され、電動モータ6は取付板8a及び8bによって保持される。また、取付板8aと取付板8cとの間には2つの屈曲駆動機構3のそれぞれの一部が組み込まれ、取付板8aと取付板8dとの間には残りの2つの屈曲駆動機構のそれぞれの一部が組み込まれる。
【0014】
図1において、参照符号9aは掌部1上に設置された一対の取付板を示し、また参照符号9bは一対の取付板9a間に配置されかつ掌部1上に設置された一対の取付ブロック片を示し、これら取付板9a及び取付ブロック片9bにより増力機構5が保持される。
【0015】
なお、後述の記載によって明らかにされるように、屈曲駆動機構3と増力機構5とが互いに協働するように、増力機構5の一部は屈曲駆動機構3によって共有される。即ち、屈曲駆動機構3及び増力機構5の一方の一部はその他方の一部を成すということができる。
【0016】
図1の4本のフィンガー2のうちの1つだけを抜き出して斜視図として示す図2を参照すると、フィンガー2は、掌部1上に固着された取付座21と、この取付座21に対して回転軸線A1の回りで回転自在に軸着された指片22と、この指片22に対して回転軸線A2の回りで回転自在に軸着された指片23と、この指片23に対して回転軸線A3の回りで回転自在に軸着された指片24とから構成される。取付座21に対する指片22の軸着部にはプーリ25が回転自在に設けられ、指片22に対する指片23の軸着部にはプーリ26が回転自在に設けられ、指片23に対する指片24の軸着部にはプーリ27が回転自在に設けられる。
【0017】
指片22は一対のリンク22a及び22bから成り、この一対のリンク22a及び22b間には短軸22c及び22dが設けられる。リンク22aの外側壁面からは突起22eが回動軸線A2に近接した個所で突出させられ、この突起22eは後述するように指片23の回転軸線A2の回りでの回転運動を制限するためのストッパとして機能する。
【0018】
指片23は一対のリンク23a及び23bから成り、この一対のリンク23a及び23b間には短軸23cが設けられる。リンク23bの内側壁面からは突起23dが回動軸線A3に近接した個所で突出させられ、この突起23dは後述するように指片24の回動軸線A3の回りでの回転運動を制限するためのストッパとして機能する。
【0019】
指片24は一対のリンク24a及び24bから成り、この一対のリンク24a及び24b間の片側には板状片24cが張り渡され、この板状片24c上には一対のリンク24a及び24b間でブロック片24dが固着される。
【0020】
取付座21に対する指片22の軸着部にはプーリ25に隣接してトーションばね28が装着され、その一方のアーム端部は取付座21の溝部に掛け止めされ、その他方のアーム端部は短軸22dに掛け止めされる。また、指片22に対する指片23の軸着部にはプーリ26に隣接してトーションばね28が装着され、その一方のアーム端部は短軸22cに掛け止めされ、その他方のアーム端部は短軸23cに掛け止めされる。更に、指片23に対する指片24の軸着部にはプーリ27に隣接してトーションばね28が装着され、その一方のアーム端部は短軸23cに掛け止めされ、その他方のアーム端部はブロック片24dに掛け止めされる。これらトーションばね28、28及び28の弾性作用により、フィンガー2に何等の外力が及ぼされないとき、その指片22、23及び24は図2に示すように一直線上に延びた状態に置かれる。
【0021】
図2に示すように、駆動ワイヤ7はプーリ25、26及び27のそれぞれ一回巻き付けられた後、その先端はブロック片24dに適宜固着される。かくして、駆動ワイヤ7がトーションばね28、28及び28の弾性力に抗して引っ張られると、指片22、23及び24はそれぞれの回転軸線A1、A2及びA3の回りで回転させられ、これによりフィンガー2は屈曲動作させられることになる。フィンガー2の屈曲動作時、指片23の回転運動は突起即ちストッパ22eによって制限され、同様に指片24の回転運動は突起即ちストッパ23dによって制限される。
【0022】
図1の4つの屈曲駆動機構3のうちの1つの一部だけを抜き出して斜視図として示す図3を参照すると、屈曲駆動機構3は、電動モータ4の出力シャフトに連結されたねじ切りロッド31と、このねじ切りロッド31の先端部を回転自在に軸支する軸受32と、ねじ切りロッド31に螺着された可動体33とから成る。図1を参照して既に説明したように、電動モータ4は取付板8aに適宜保持され、一方軸受32は取付板8c若しくは8dに適宜保持される。即ち、ねじ切りロッド31は取付板8aと取付板8c若しくは8dとの間に延在させられる。
【0023】
図1を再び参照すると、取付板8aと取付板8c若しくは8dとの間には、一対の側方ガイドレール34aと、中央ガイドレール34bとが掌部1上に敷設される。各屈曲駆動機構3には、一対の側方ガイドレール34aの一方と中央ガイドレール34bとがその構成要素として包含される。換言すれば、中央ガイドレール34bは取付板8aと取付板8c若しくは8dとの間に設けられた2つの互いに隣接する屈曲駆動機構3によって共有される。各屈曲駆動機構3の可動体33はその該当側方ガイドレール34aとその該当中央ガイドレール34bとの間に非回転状態でかつ摺動自在に収容される。かくして、各電動モータ4の駆動によりねじ切りロッド31が回転させられると、可動体33はそのねじ切りロッド31に沿って移動させられることになる。
【0024】
図1の増力機構5を抜き出して斜視図として示す図4を参照すると、増力機構5は、一対の取付板9a間に張り渡されかつ適当な軸受によって回転自在に支持されたシャフト51と、このシャフト51上に固着されたベベル歯車52と、このベベル歯車52と噛み合いかつ電動モータ6の出力シャフトに装着されたベベル歯車53と、シャフト51上に設けられた4つのプーリ組立体54とから成る。即ち、電動モータ6の回転駆動力はベベル歯車53からベベル歯車52に伝えられ、これによりシャフト51が回転駆動させられる。なお、図4には図示されていないが、各取付板9a側に隣接する2つのプーリ組立体54の間には取付ブロック9b(図1参照)が設けられ、シャフト51はこれら取付ブロック9bによっても回転自在に保持される。
【0025】
なお、4つのプーリ組立体54は互いに実質的に同じ構成を持ち、これらプーリ組立体54のそれぞれは上述した4つの屈曲駆動機構3の1つと共有される。即ち、各屈曲駆動機構3はその構成要素の一部として該当プーリ組立体54を包含する。
【0026】
図4のプーリ組立体の1つを抜き出して分解斜視図として示す図5を参照すると、プーリ組立体54は円板部材54aから成り、この円板部材54aにはシャフト51(図4参照)を挿通させるための偏心孔54aが形成され、円板部材54aはシャフト51上で適宜固定される。プーリ組立体54は、更に、円板部材54aを受け入れる環状ベアリング54bと、この環状ベアリング54bを受け入れる環状プーリ54cとから成り、環状ベアリング54bにより環状プーリ54cは円板部材54aに対して回転自在とされる。
【0027】
要するに、図4に示すように、円板部材54aはその偏心孔54aにシャフト51を挿通させて所定位置に適宜固定され、このとき円板部材54aは偏心カムとして機能し、環状プーリ54cはカムフォロワとして機能し、4つの偏心カム54aは互いに同一の位相を取るようにシャフト51上に配置される。
【0028】
なお、円板部材54aの外周面或いは環状プーリ54cの内周面に適当なベアリング要素例えばボールベアリング要素或いはローラベアリング要素等を組み込んでもよく、この場合には環状ベアリング54bは省くことができる。
【0029】
図1を再び参照すると、4本のフィンガー2の駆動ワイヤ7のそれぞれはプーリ組立体54の環状プーリ54cに半周だけ巻き付けられ、その先端部は取付板8c若しくは8dを貫通させられて該当可動体33に連結させられる。
【0030】
次に、図6及び図7を参照して、以上で述べた把持装置の第1の実施形態の作動について説明する。なお、図6及び図7はプーリ組立体54の動作を説明するための動作説明図であり、説明の便宜のために、偏心カム54a及び環状プーリ54cにはそれぞれの回転角度位置を明示する指標Ia及びIcが付されると共にシャフト51の中心に原点を持つ直交座標系X−Yが設定される。
【0031】
先ず、図6の(A)を参照すると、把持装置が初期状態に置かれた際の可動体33及びプーリ組立体54が図示される。把持装置の初期状態では、可動体33は取付板8c若しくは8dに最も接近した初期位置に置かれ、このとき4本のフィンガー2は一直線状に延ばされた状態に置かれる(図1参照)。一方、プーリ組立体54においては、偏心カム54a及び環状プーリ54cはそれらの指標Ia及びIcがX軸に沿って互いに整列するような初期回転位置を取る。
【0032】
次に、図6の(B)に示すように、電動モータ4の駆動により、可動体33が初期位置からガイドレール34a及び34bに沿って取付板8a側に移動させられると、駆動ワイヤ7がトーションばね28、28及び28の弾性力に抗してプーリ組立体54側に引っ張られ、これによりフィンガー2が屈曲動作させられると共に環状プーリ54cが環状体54bの回りで初期回転位置(図6の(A))から時計方向にほぼ45度の角度だけ回転させられる。
【0033】
次に、図6の(C)に示すように、電動モータ4の駆動により、可動体33が更に取付板8a側に向かって移動させられて、フィンガー2が屈曲動作が更に進むと共に環状プーリ54cが環状体54bの回りで初期回転位置(図6の(A))から時計方向に90度強の角度まで回転させられる。このときフィンガー2が被把持物体に当接したとすると、そのフィンガー2に対応する電動モータ4の駆動が強制的に停止され、このとき電動モータ4には過剰な電流が流れ、この過剰電流を検出することにより電動モータ4の電源がオフされる。全ての電動モータ4の電源がオフされると、増力機構5の電動モータ6がシャフト51を時計方向に回転させるように駆動される。
【0034】
次に、図7の(A)に示すように、シャフト51の時計方向の回転により、偏心カム54aが初期位置(図6の(C))から環状体54b内で時計方向に45度弱だけ回転させられると、この偏心カム54aの回転に伴なって、環状体54b及び環状プーリ54cは取付板8c若しくは8dから遠のくように変位され、このとき偏心カム54aの増力作用によりフィンガー2で把持された物体には駆動ワイヤ7を介して大きな張力即ち把持力が及ぼされる。
【0035】
図7の(B)に示すように、電動モータ6の駆動によりシャフト51が更に時計方向に回転させられて、偏心カム54aが初期位置(図6の(C))から環状体54b内で時計方向に90度まで回転させられると、環状体54b及び環状プーリ54cは取付板8c若しくは8dから最も遠のく位置まで変位され、このときフィンガー2によって把持された物体には駆動ワイヤ7を介して最大の把持力が及ぼされる。
【0036】
次に、図8を参照して、偏心カム54aの回転駆動時の力の釣り合いについて説明する。なお、図8の(A)は図6の(C)に対応する図であり、図8の(B)は図7の(A)に対応する図である。
【0037】
偏心カム54aが図8の(A)に示す初期位置から図8の(B)に示す位置まで時計方向に回転角度Δθだけトルクτで回転させられたとき、環状プーリ54cはΔxだけ変位させられる。このとき仮想仕事を考えると、以下の式が成り立つ。
τ・Δθ=2T・Δx
ここで、Tは駆動ワイヤ7に及ばされる張力である。
【0038】
上記式を張力Tについて纏めると、以下のようになる。
T=(Δθ/Δx)・(τ/2)
ここで、θ→π/2のとき、Δθ→0となり、従って、T→∞となる。
【0039】
かくして、駆動ワイヤ7には非常に大きな張力即ち把持力を及ぼし得ることが分かる。勿論、実際に得られる張力Tの大きさについては、フィンガー2を構成する構成部品や駆動ワイヤ7等の弾性変形のために制限されることになる。
【0040】
以上述べたような把持装置の構成によれば、フィンガー2の屈曲動作自体には大きな負荷が掛からないので、電動モータ4は低出力タイプの小型のものを使用し得ると共にフィンガー2の屈曲動作を高速で行うことができる。一方、フィンガー2の屈曲動作により被把持物体にフィンガー2が当接した後には、増力機構5が作動され、これにより大きな把持力が得られることになる。また、増力機構5により大きな把持力が得られるので、電動モータ6も低出力タイプの小型のものを使用することができる。
【0041】
次に、図9乃至図12を参照して、本発明による把持装置の第2の実施形態について説明する。なお、図9は本発明による把持装置の第2の実施形態を示す部分平面図であり、図10は図9のX−X線に沿う部分断面図であり、図11は図9のXI−XI線に沿う断面図であり、図12は図9のXII−XII線に沿う断面図である。
【0042】
先ず、図9を参照すると、掌部1の一部だけが図示されているが、上述した第1の実施形態の場合と同様に、掌部1にはその一側辺に沿って図1に示すような4本のフィンガー2が設けられる。
【0043】
図10、図11及び図12を参照すると、第2の実施形態では、掌部1上にはガイドレール11及び12が敷設され、これらガイドレール11及び12はフィンガー(2)の長さ方向に沿って延在させられる。ガイドレール11及び12にはそれぞれ可動枠体110及び120が摺動自在に設置され、これら可動枠体110及び120はそれぞれのガイドレール11及び12に沿って移動することができる。
【0044】
詳述すると、可動枠体110は矩形状底部板111と、この矩形状底部板111の両端辺、即ちガイドレール11の長さ方向に沿う両端辺から一体的に直立した直立壁部112及び113とから成り、また可動枠体112も矩形状底部板121と、この矩形状底部板121の両端辺、即ちガイドレール12の長さ方向に沿う両端辺から一体的に直立した直立壁部122及び123とから成る。図11に示すように、矩形状底部板111の底面にはガイドレール11に摺動自在に係合させられた一対の摺動シュー114が設けられ、また図12に示すように、矩形状底部板121の裏面にはにはガイドレール12に摺動自在に係合させられた一対の摺動シュー124が設けられ、これによりガイドレール11及び12のそれぞれに沿う可動枠体110及び120の摺動移動が可能となる。
【0045】
再び図9を参照すると、第2の実施形態では、可動枠体110及び120のそれぞには、2つのフィンガー(2)をそれぞれ屈曲駆動させるための屈曲駆動機構130が2つずつ搭載され、これら計4つの屈曲駆動機構130の各々は直立壁部113又は123に支持された電動モータ4により駆動させられ、これにより4本のフィンガー(2)の屈曲動作が後述するように行われることになる。なお、4つの屈曲駆動機構130は互いに実質的に同じ構成を持つものである。
【0046】
詳述すると、各屈曲駆動機構130は、電動モータ4の出力シャフトに連結されかつ直立壁部112及び113或いは直立壁部122及び123間で回転自在に軸支されたねじ切りロッド131と、このねじ切りロッド131に螺着された可動体132とから成る。また、各屈曲駆動機構130は、矩形状底部板111又は121の一方の側辺に沿って敷設された一対のガイドレール133a及び133bから成り、各可動体132はその一対のガイドレール133a及び133bの間に非回転状態でかつ摺動自在に収容される。上述した第1の実施形態と同様に、各可動体132には駆動ワイヤ7が連結され、かくして各電動モータ4の駆動により、ねじ切りロッド131が回転させられると、可動体132はそのねじ切りロッド131に沿って移動させられ、これにより該当フィンガー(2)の屈曲動作が行われることになる。
【0047】
4つの屈曲駆動機構130と協働して4本のフィンガー2に大きな把持力を与えるべく掌部1上には増力機構140が設けられ、この増力機構140は、掌部1上に可動枠体110及び120の直立壁部112又は122側に沿って一直線上に設置された4つの取付板150a、150b、150c及び150dによって保持される。
【0048】
詳述すると、図9及び図10に示すように、増力機構140は、取付板150a、150b、150c及び150dによって回転自在に軸支されたシャフト141と、このシャフト141上に設けられた2つの偏心カム組立体142とを具備する。2つの偏心カム組立体142の一方は取付板150a及び150bの間に配置されて可動枠体110の直立壁部112と係合させられ、またその他方は取付板150c及び150dの間に配置されて可動枠体120の直立壁部122と係合させられる。増力機構140は、掌部1上で可動枠体110及び120間に設けられた電動モータ6によって駆動させられ、この電動モータ6は、掌部1上に設置された取付板160に片持ち梁の態様で保持される。電動モータ6による増力機構140の駆動のために、増力機構140は、電動モータ6の出力シャフトに装着されたベベル歯車143と、このベベル歯車144と噛み合いかつシャフト141に装着されたベベル歯車144とを具備する。即ち、電動モータ6が駆動されると、シャフト141はベベル歯車143及び144により回転駆動させられることになる。
【0049】
図11及び図12に示すように、各偏心カム組立体142はロール部材142aから成り、このロール部材142aにはシャフト141を挿通させるための偏心孔が形成され、ロール部材142aはシャフト141上で適宜固定される。各偏心カム組立体142は、更に、ロール部材142aを受け入れる円筒状ベアリング142bと、この円筒状ベアリング142bを受け入れる円筒状部材142cとから成り、円筒状ベアリング142bにより円筒状部材142cはロール部材142aに対して回転自在とされる。
【0050】
要するに、上述したような偏心カム組立体142において、ロール部材142aは偏心カムとして機能し、円筒状部材142cはカムフォロワとして機能し、2つの偏心カム142aは互いに同一の位相を取るようにシャフト141上に配置される。
【0051】
なお、ロール部材142aの外周面或いは円筒状部材142cの内周面に適当なベアリング要素例えばボールベアリング要素或いはローラベアリング要素等を組み込んでもよく、この場合には円筒状ベアリング142bは省くことができる。
【0052】
次に、図13を参照して、以上で述べた把持装置の第2の実施形態の作動について説明する。なお、図13の(A)、(B)及び(C)はそれぞれ図12に対応した断面図である。
【0053】
先ず、図13の(A)を参照すると、第2の実施形態において、把持装置が初期状態に置かれた際の可動体132及び偏心カム組立体142が図示される。把持装置の初期状態では、可動体132は直立壁部122に最も接近した初期位置に置かれ、このとき4本のフィンガー(2)は一直線状に延ばされた状態に置かれる(図1参照)。なお、4本のフィンガー(2)は一直線状に延ばされた状態に置かれるているとき、駆動ワイヤ7のそれぞれにはそのフィンガー(2)に組み込まれたトーションばね(28、28及び28)のために適度な張力が与えられ、このため可動枠体110及び120の直立壁部112及び122のそれぞれは偏心カム組立体142の円筒状部材142cに弾性的に当接された状態に置かれる。
【0054】
一方、図13の(A)の初期状態あっては、偏心カム組立体142では、偏心カム142aはシャフト141が可動枠体110及び120の直立壁部112及び122に最も接近するような初期位置を取る。
【0055】
次に、図13の(B)に示すように、電動モータ4の駆動により、可動体132が初期位置からガイドレール133a及び133bに沿って直立壁部113若しくは123側に移動させられると、駆動ワイヤ7がトーションばね(28、28及び28)の弾性力に抗して引っ張られ、これによりフィンガー(2)が屈曲動作させられる。フィンガー(2)が屈曲動作中に、フィンガー(2)が被把持物体に当接したとすると、そのフィンガー(2)に対応する電動モータ4の駆動が強制的に停止され、このとき電動モータ4には過剰な電流が流れ、この過剰電流を検出することにより電動モータ4の電源がオフされる。全ての電動モータ4の電源がオフされると、増力機構142の電動モータ6がいずれかの方向に回転駆動させられる。
【0056】
図13の(C)に示すように、電動モータ6の回転駆動によりシャフト141が回転されせられ、これにより偏心カム142aが初期位置から180度まで回転させられると、可動枠体110及び120は共に偏心カム組立体142から遠のくように変位され、このとき偏心カム142aの増力作用によりフィンガー(2)で把持された物体には駆動ワイヤ7を介して大きな張力即ち把持力が及ぼされる。
【0057】
上述した第1の実施形態の場合と同様に、図9乃至図12に示す第2の実施形態でも、フィンガー(2)の屈曲動作自体には大きな負荷が掛からないので、電動モータ4は低出力タイプの小型のものを使用し得ると共にフィンガー(2)の屈曲動作を高速で行うことができる。一方、フィンガー(2)の屈曲動作により被把持物体にフィンガー(2)が当接した後には、増力機構142が作動され、これにより大きな把持力が得られることになる。また、増力機構142により大きな把持力が得られるので、電動モータ6も低出力タイプの小型のものを使用することができる。
【0058】
次に、図14乃至図16を参照して、本発明による把持装置の第3の実施形態について説明する。なお、図14は本発明による把持装置の第3の実施形態を示す部分平面図であり、図15は図14のXV−XV線に沿う立面図であり、図16は図14のXVI−XVI線に沿う断面図であり、図17は図14のXVII−XVII線に沿う断面図である。
【0059】
先ず、図14を参照すると、掌部1の一部だけが図示されているが、上述した第1の実施形態の場合と同様に、掌部1にはその一側辺に沿って図1に示すような4本のフィンガー2が設けられる。掌部1上には取付板310a、310b、310c及び310dが設置され、取付板310a及び310bはフィンガー(2)の長さ方向に沿って互いに整列するように配置され、同様に取付板310c及び310dもフィンガー(2)の長さ方向に沿って互いに整列するように配置される。
【0060】
第3の実施形態では、取付板310a及び310bには、2つのフィンガー(2)をそれぞれ屈曲駆動させるための2つの屈曲駆動機構320が設けられ、同様に取付板310c及び310dにも2つのフィンガー(2)をそれぞれ屈曲駆動させるための2つの屈曲駆動機構320が設けられる。取付板310a及び310bに設けられた屈曲駆動機構320は、取付板310aに支持された電動モータ4により駆動させられ、これにより該当フィンガー(2)の屈曲駆動が行われる。同様に、取付板310c及び310dに設けられた屈曲駆動機構320は、取付板310cに支持された電動モータ4により駆動させられ、これにより該当フィンガー(2)の屈曲駆動が後述するように行われる。なお、これら屈曲駆動機構320は互いに実質的に同じ構成を持つものである。
【0061】
詳述すると、各屈曲駆動機構320は、電動モータ4の出力シャフトに連結されかつ取付板310a又は310cと取付板310b又は310d間で回転自在に軸支されたねじ切りロッド321と、このねじ切りロッド321に螺着された可動体322とから成る。
【0062】
また、取付板310a又は310cと取付板310b又は310d間には、一対の側方ガイドレール323aと、中央ガイドレール323bとが掌部1上に敷設される。各屈曲駆動機構320には、一対の側方ガイドレール323aの一方と中央ガイドレール323bとがその構成要素として包含される。換言すれば、中央ガイドレール323bは取付板310a又は310cと取付板310b又は310dと間に設けられた2つの互いに隣接する屈曲駆動機構310によって共有される。各屈曲駆動機構310の可動体322はその該当側方ガイドレール323aとその該当中央ガイドレール323bとの間に非回転状態でかつ摺動自在に収容される。かくして、各電動モータ4の駆動によりねじ切りロッド321が回転させられると、可動体322はそのねじ切りロッド321に沿って移動させられることになる。
【0063】
また、第3の実施形態では、増力機構330が取付板310b及び310dに沿って設けられ、この増力機構330は取付板310b及び310dに対して前後方向に移動自在となったプーリ組立体を備え、このプーリ組立体は可動ビーム状部材331と、この可動ビーム状部材331に回転自在に組み込まれた4つのプーリ332とから成る。
【0064】
詳述すると、図14及び図15に示すように、可動ビーム状部材331には4つの可動体332のそれぞれの移動経路に一致した溝部が形成され、これら溝部のぞれぞれにプーリ332が回転自在に収容される。即ち、可動ビーム状部材331の各端面側からその端面に隣接した2つの溝部を通過するように孔が形成され、この孔に挿通させられたシャフト上にプーリ332が回転自在に装着される。
【0065】
図14乃至17に示すように、可動ビーム状部材331を取付板310b及び310dに対して前後方向に移動自在とするために、掌部1上には一対のガイドレール13及び14が敷設され、これらガイドレール13及び14はフィンガー(2)の長さ方向に沿って延在させられる。一方、可動ビーム状部材331の底面にはガイドレール13及び14のそれぞれに摺動自在に係合させられる摺動シュー333及び334が取り付けられ(図15、図16及び図17参照)、これにより取付板310b及び310dに対する可動ビーム状部材331の前後方向の移動が可能となる。
【0066】
図14及び図16に示すように、増力機構330は電動モータ6によって駆動され、この電動モータ6は、掌部1上で取付板310b及び310dの間に設置された取付板340に片持ち梁の態様で保持される。増力機構330は電動モータ6の出力シャフトに装着されたねじ部材335を備え、このねじ部材335は可動ビーム状部材331の中央部に形成されたねじ孔に螺着される(図16参照)。即ち、ねじ部材335が電動モータ6により回転させられると、ねじ部材335の回転運動がガイドレール13及び14に沿う可動ビーム状部材331の並進運動に変換させられる。かくして、可動ビーム状部材331は取付板310b及び310dに対して前後方向に移動し得ることになる。
【0067】
上述した第1の実施形態の場合と同様に、第3の実施形態でも、プーリ332は屈曲駆動機構320と増力機構330とによって共有されて互いに協働するようになっている。即ち、4つのプーリ332は4つの屈曲駆動機構320のそれぞれの構成の一部を成すと共に増力機構330の一部を成すということができる。
【0068】
図14及び図17に示すように、フィンガー(2)から延びる駆動ワイヤ7は、その該当プーリ332に半周だけ巻き付けられ、次いで取付板310b若しくは310dを貫通させられて該当可動体322に連結させられる。
【0069】
次に、図18を参照して、以上で述べた把持装置の第3の実施形態の作動について説明する。なお、図18の(A)、(B)及び(C)はそれぞれ図17に対応した断面図である。
【0070】
先ず、図18の(A)を参照すると、第3の実施形態において、把持装置が初期状態に置かれた際の可動体322及び可動ビーム状部材331が図示される。即ち、把持装置の初期状態では、可動体322は取付板310b若しくは310dに最も接近した初期位置に置かれ、このとき4本のフィンガー(2)は一直線状に延ばされた状態に置かれる(図1参照)。一方、可動ビーム状部材331は取付板310b及び310dに最も接近した位置に置かれる。
【0071】
次に、図18の(B)に示すように、電動モータ4の駆動により可動体132が初期位置からガイドレール323a及び323bに沿って取付板310a若しくは310c側に移動させられると、駆動ワイヤ7がトーションばね(28、28及び28)の弾性力に抗して引っ張られ、これによりフィンガー(2)が屈曲動作させられる。フィンガー(2)が屈曲動作中に、フィンガー(2)が被把持物体に当接したとすると、そのフィンガー(2)に対応する電動モータ4の駆動が強制的に停止され、このとき電動モータ4には過剰な電流が流れ、この過剰電流を検出することにより電動モータ4の電源がオフされる。全ての電動モータ4の電源がオフされると、増力機構330の電動モータ6が回転駆動させられる。
【0072】
図18の(C)に示すように、電動モータ6の回転駆動により可動ビーム状部材331が取付板310a及び310dから遠のくように移動させられ、このときねじ部材335の増力作用によりフィンガー(2)で把持された物体には駆動ワイヤ7を介して大きな張力即ち把持力が及ぼされる。
【0073】
上述した第1及び第2の実施形態の場合と同様に、図14乃至図17に示す第3の実施形態でも、フィンガー(2)の屈曲動作自体には大きな負荷が掛からないので、電動モータ4は低出力タイプの小型のものを使用し得ると共にフィンガー(2)の屈曲動作を高速で行うことができる。一方、フィンガー(2)の屈曲動作により被把持物体にフィンガー(2)が当接した後には、増力機構330が作動され、これにより大きな把持力が得られることになる。また、増力機構330により大きな把持力が得られるので、電動モータ6も低出力タイプの小型のものを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0074】
【図1】本発明による把持装置の第1の実施形態を示す斜視図である。
【図2】図1のフィンガーの1つを抜き出して示す斜視図である。
【図3】図1の屈曲駆動機構の1つの一部を抜き出して示す斜視図である。
【図4】図1の増力機構を抜き出して示す斜視図である。
【図5】図4のプーリ組立体の分解斜視図である。
【図6】図1の把持装置の動作説明図である。
【図7】図1の把持装置の動作説明図である。
【図8】図1の把持装置の作用効果を説明する説明図である。
【図9】本発明による把持装置の第2の実施形態を示す部分平面図である。
【図10】図9のX−X線に沿う断面図である。
【図11】図9のXI−XI線に沿う断面図である。
【図12】図9のXII−XII線に沿う断面図である。
【図13】図9の把持装置の動作説明図である。
【図14】本発明による把持装置の第3の実施形態を示す部分平面図である。
【図15】図14のXV−XV線に沿う立面図である。
【図16】図14のXVI−XVI線に沿う断面図である。
【図17】図14のXVII−XVII線に沿う断面図である。
【図18】図14の把持装置の動作説明図である。
【符号の説明】
【0075】
1:掌部
2:フィンガー
21:取付座
22・23・24:指片
22a・22b:リンク
22c・22d:短軸
22e:突起
22e25・36・27:プーリ
23a・23b:リンク
23c:短軸
23d:突起
24a・24b:リンク
24c:板状片
24d:ブロック片
28・28・28:トーションばね
3:屈曲駆動機構
31:ねじ切りロッド
32:軸受
33:可動体
34a:側方ガイドレール
34b:中央ガイドレール
4:電動モータ
5:増力機構
51:シャフト51
52・53:ベベル歯車
54:プーリ組立体
54a:円板部材(偏心カム)
54a:偏心孔
54b:環状体
54c:環状プーリ
6:電動モータ
7:駆動ワイヤ
8a・8b・8c・8d:取付板
9a:取付板
9b:取付ブロック片
【出願人】 【識別番号】304021417
【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学
【出願日】 平成18年7月12日(2006.7.12)
【代理人】 【識別番号】100100011
【弁理士】
【氏名又は名称】五十嵐 省三


【公開番号】 特開2008−18489(P2008−18489A)
【公開日】 平成20年1月31日(2008.1.31)
【出願番号】 特願2006−191445(P2006−191445)