JP2019155502A - ハンドおよびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】把持力を高精度に制御することができるハンドおよびロボットを提供すること。【解決手段】ハンドは、第１アームおよび第２アームと、前記第１アームおよび前記第２アームの先端の間隔を変更する開閉機構と、有する。また、前記開閉機構は、前記第１アームと係合し、前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位可能な被駆動部と、前記被駆動部を前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位させる圧電アクチュエーターと、を有する。そして、前記被駆動部が前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位すると、前記第１アームの先端部が前記第２アームの先端部に対して接近または離間するように変位する。【選択図】図２

Description

本発明は、ハンドおよびロボットに関するものである。

特許文献１には、上端が固定されたピンセット状になった２本の指と、２本の指を外側から押圧するレリーズと、レリーズを駆動するパルスモーターと、を有し、レリーズにより２本の指を弾性変形させることにより、２本の指を接近させたり離間させたりすることのできるハンドが記載されている。

特開昭５９−５９３８０号

しかしながら、パルスモーターによってレリーズを駆動する機構では、ハンドの小型化および軽量化が困難であるし、２本の指の先端部の位置や２本の指による把持力を高精度に制御することが困難という課題があった。

本発明の適用例に係るハンドは、第１アームおよび第２アームと、
前記第１アームおよび前記第２アームの先端の間隔を変更する開閉機構と、
を有し、
前記開閉機構は、
前記第１アームと係合し、前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位可能な被駆動部と、
前記被駆動部を前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位させる圧電アクチュエーターと、
を有し、
前記被駆動部が前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位すると、前記第１アームの先端部が前記第２アームの先端部に対して接近または離間するように変位することを特徴とする。

本発明の第１実施形態に係るハンドを示す平面図である。 図１のハンドが有する被駆動部を示す平面図である。 被駆動部を図２と反対側から示す平面図である。 図２および図３中のＡ−Ａ線断面図である。 図１のハンドの動作を説明するための平面図である。 図１のハンドの動作を説明するための平面図である。 図１のハンドが有する圧電モーターを示す平面図である。 図７の圧電モーターが有する圧電モジュールを示す斜視図である。 図７の圧電モジュールが有する圧電アクチュエーターを示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係るハンドを示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係るハンドを示す平面図である。 図１１のハンドを図１１と反対側から示す平面図である。 図１１のハンドの動作を説明するための平面図である。 本発明の第４実施形態に係るハンドを示す平面図である。 図１４のハンドを図１４と反対側から示す平面図である。 図１４のハンドの動作を説明するための平面図である。 本発明の第５実施形態に係るハンドを示す平面図である。 図１７のハンドを図１７と反対側から示す平面図である。 図１７のハンドの動作を説明するための平面図である。 本発明の第６実施形態に係るハンドを示す平面図である。 図２０のハンドを図２０と反対側から示す平面図である。 図２０および図２１中のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第７実施形態に係るハンドを示す平面図である。 本発明の第８実施形態に係るハンドを示す平面図である。 図２４のハンドが有する被駆動部を示す平面図である。 被駆動部を図２５と反対側から示す平面図である。 図２４のハンドの動作を説明するための平面図である。 図２４中のＣ−Ｃ線断面図である。 第１アームが有する接続部を示す平面図である。 図２９に示す接続部の作用を説明するための平面図である。 図２９に示す接続部の作用を説明するための平面図である。 本発明の第９実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

以下、本発明のハンドおよびロボットを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係るハンドについて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るハンドを示す平面図である。図２は、図１のハンドが有する被駆動部を示す平面図である。図３は、被駆動部を図２と反対側から示す平面図である。図４は、図２および図３中のＡ−Ａ線断面図である。図５および図６は、それぞれ、図１のハンドの動作を説明するための平面図である。図７は、図１のハンドが有する圧電モーターを示す平面図である。図８は、図７の圧電モーターが有する圧電モジュールを示す斜視図である。図９は、図７の圧電モジュールが有する圧電アクチュエーターを示す平面図である。

なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、各軸の矢印方向先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｘ軸方向マイナス側を「先端」、Ｘ軸方向プラス側を「基端」とも言う。

図１に示すハンド１は、例えば、ロボット等に接続して用いられ、対象物を把持したり、把持した対象物をリリースしたりすることができる。ハンド１は、基台２と、基台２に回動可能に接続された第１アーム３および第２アーム４と、第１アーム３および第２アーム４を開閉させる開閉機構５と、基台２および開閉機構５を覆う外装７と、を有する。このようなハンド１では、開閉機構５の駆動によって第１アーム３および第２アーム４の先端部同士が接近・離間し、これにより、対象物を把持したり、リリースしたりすることができる。また、ハンド１は、外装７を介してロボット等に接続される。以下、ハンド１について詳細に説明する。

第１、第２アーム３、４は、Ｚ軸方向に重なって配置されている。また、第１、第２アーム３、４は、それぞれ、その基端部においてピンＰによって基台２に回動可能に接続されている。そのため、第１、第２アーム３、４は、基台２に対してピンＰにより形成された回動軸Ｊまわりに回動可能である。

第１アーム３は、基台２に回動可能に接続されたアーム本体３１と、アーム本体３１の先端部に固定された爪部３２とを有する。同様に、第２アーム４は、基台２に回動可能に接続されたアーム本体４１と、アーム本体４１の先端部に固定された爪部４２とを有する。爪部３２、４２は、対象物を把持する部分であり、アーム本体３１、４１からその先端側へ突出して設けられている。

また、アーム本体３１、４１は、硬質である。これに対して、爪部３２、４２は、弾性を有する。爪部３２、４２が弾性変形することにより、対象物に過度な把持力が加わることを抑制することができ、また、対象物との接触時の衝撃が緩和されて対象物の破損を抑制することもできる。なお、爪部３２、４２は、例えば、樹脂材料で構成され、ヤング率が１Ｇｐａ以下となっている。ただし、これに限定されず、爪部３２、４２もアーム本体３１、４１と同様に硬質であってもよい。

また、開閉機構５は、基台２に対してＸ軸方向に移動可能な被駆動部５１と、被駆動部５１をＸ軸方向に移動させる圧電モーター５２と、基台２に対する被駆動部５１の位置を検出する位置検出部５６と、制御装置（図示せず）と、を有する。このような開閉機構５では、圧電モーター５２が駆動すると、その駆動力が被駆動部５１を介して第１アーム３および第２アーム４に伝わり、爪部３２、４２が開閉する。また、位置検出部５６での検出結果は、制御装置にフィードバックされ、制御装置は、フィードバックされた検出結果に基づいて圧電モーター５２の駆動を制御する。これにより、爪部３２、４２の開閉動作を精度よく制御することができる。

被駆動部５１は、第１、第２アーム３、４の先端部と基端部との間（爪部３２、４２と回動軸Ｊとの間）に位置している。このように、被駆動部５１を第１、第２アーム３、４の先端部と基端部との間に配置することにより、スペースを有効活用することができ、ハンド１の小型化を図ることができる。また、被駆動部５１は、Ｚ軸方向に厚さを有する板状をなし、アーム本体３１、４１の間に挟まれるように位置している。また、被駆動部５１は、スライドガイド５９を介して基台２に支持されており、これにより、基台２に対してＸ軸方向に移動可能となっている。

また、図２に示すように、被駆動部５１は、第１アーム３側（Ｚ軸方向プラス側）の主面５１ａに設けられ、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に対して傾斜した方向に延在する有底の長孔で構成されたガイド部５１１を有する。また、図３に示すように、被駆動部５１は、第２アーム４側（Ｚ軸方向マイナス側）の主面５１ｂに設けられ、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に対して傾斜した方向に延在する有底の長孔で構成されたガイド部５１２を有する。ガイド部５１１は、その先端部が基端部よりもＹ軸方向マイナス側に位置するように傾斜し、ガイド部５１２は、その先端部が基端部よりもＹ軸方向プラス側に位置するように傾斜している。すなわち、ガイド部５１１、５１２は、その傾きが互いに逆向きとなっている。

このような被駆動部５１に対して、図２および図４に示すように、第１アーム３のアーム本体３１は、被駆動部５１側に突出する凸部で構成された係合部３１１を有する。そして、係合部３１１がガイド部５１１に挿入されることにより、ガイド部５１１と係合部３１１とが係合している。同様に、図３および図４に示すように、第２アーム４のアーム本体４１は、被駆動部５１側に突出する凸部で構成された係合部４１１を有する。そして、係合部４１１がガイド部５１２に挿入されることにより、ガイド部５１２と係合部４１１とが係合している。

このような構成では、被駆動部５１が先端側（Ｘ軸方向マイナス側）に移動すれば、係合部３１１がガイド部５１１にガイドされてＹ軸方向プラス側に移動し、係合部４１１がガイド部５１２にガイドされてＹ軸方向マイナス側に移動する。そのため、図５に示すように、爪部３２、４２を開くように、第１、第２アーム３、４が回動軸Ｊまわりに反対向きに回動する。反対に、被駆動部５１が基端側（Ｘ軸方向プラス側）に移動すれば、係合部３１１がガイド部５１１にガイドされてＹ軸方向マイナス側に移動し、係合部４１１がガイド部５１２にガイドされてＹ軸方向プラス側に移動する。そのため、図６に示すように、爪部３２、４２を閉じるように、第１、第２アーム３、４が回動軸Ｊまわりに反対向きに回動する。このように、被駆動部５１をＸ軸方向に移動するだけで、爪部３２、４２の開閉動作を行うことができる。そのため、ハンド１の構成が簡単なものとなる。

ここで、被駆動部５１のＸ軸方向への単位移動距離に対する第１アーム３の回動角θ１と第２アーム４の回動角θ２とは、等しいことが好ましい。これにより、爪部３２、４２を対称的に回動させることができ、対象物を把持し易くなる。なお、回動角θ１、θ２が等しいとは、θ１とθ２とが一致する場合の他、例えば、製造上生じ得る誤差等、±１０％程度の誤差を含む意味である。ただし、これに限定されず、回動角θ１、θ２は、互いに異なっていてもよい。

また、本実施形態では、係合部３１１がアーム本体３１と一体化されているが、これに限定されず、例えば、係合部３１１がアーム本体３１と別体として形成され、アーム本体３１に対してＺ軸まわりに回動可能に接続されていてもよい。同様に、係合部４１１がアーム本体４１と別体として形成され、アーム本体４１に対してＺ軸まわりに回動可能に接続されていてもよい。このように、係合部３１１、４１１をアーム本体３１、４１に対して回動可能とすることにより、被駆動部５１がＸ軸方向に移動したときの、ガイド部５１１、５１２と係合部３１１、４１１との摺動抵抗を低減することができる。そのため、よりスムーズな爪部３２、４２の開閉動作が可能となる。

また、例えば、本実施形態とは逆に、被駆動部５１に係合部３１１、４１１が設けられ、アーム本体３１にガイド部５１１が設けられ、アーム本体４１にガイド部５１２が設けられていてもよい。また、本実施形態のガイド部５１１、５１２は、Ｘ軸に対する傾きが延在方向の全域でほぼ等しいストレート状となっているが、これに限定されず、例えば、延在方向の途中で湾曲または屈曲し、Ｘ軸に対する傾きが互いに異なる部分を有していてもよい。

また、図１に示すように、被駆動部５１は、第１、第２アーム３、４に対してＹ軸方向マイナス側に位置する部分を有し、当該部分には、Ｘ軸方向に延在する摺動部５１３が設けられている。摺動部５１３は、圧電モーター５２との摩擦力を高めるために設けられており、例えば、アルミナ、ジルコニア等の高純度のセラミックスで構成されている。ただし、摺動部５１３は、省略してもよい。言い換えると、被駆動部５１が摺動部５１３を兼ねていてもよい。

図７に示すように、圧電モーター５２は、基台２に固定され、摺動部５１３に押し付けられた圧電モジュール５３を有する。このような圧電モーター５２では、圧電モジュール５３を駆動（振動）させることにより、被駆動部５１が基台２に対してＸ軸方向に移動する。一方、圧電モジュール５３の駆動（振動）が停止しているときは、圧電モジュール５３が摺動部５１３に押し付けられた状態となり、これらの間に生じる摩擦力によって被駆動部５１が基台２に対して固定される。そのため、第１、第２アーム３、４をそのままの姿勢で保持することができる。

このように、被駆動部５１の駆動源として圧電モーター５２を用いることにより、ブレーキ機構等を別途搭載しなくても、第１、第２アーム３、４をそのままの姿勢で保持することができる。そのため、ハンド１の構成が簡単なものとなる。また、ハンド１の小型化および低コスト化を図ることもできる。また、前述したように、圧電モーター５２は、被駆動部５１に向けて押圧されているため、圧電モーター５２と被駆動部５１との間のがたつきが抑えられる。そのため、圧電モーター５２によれば、例えば、パルスモーターと比べて被駆動部５１のＸ軸方向の移動を高精度にかつ微細に制御することができる。したがって、対象物を把持する際の把持力（爪部３２、４２で挟み込む力）を高精度に制御することができる。よって、対象物を適切な把持力で把持することができ、例えば、把持力が大きすぎて対象物が破損したり、把持力が小さすぎで対象物がハンド１から落下したりすることを効果的に抑制することができる。

図８に示すように、圧電モジュール５３は、複数の圧電アクチュエーター５４が積層してなる積層体５４０と、積層体５４０を摺動部５１３に向けて付勢する付勢部５５と、を有する。また、図９に示すように、圧電アクチュエーター５４は、振動部５４１と、振動部５４１を支持する支持部５４２と、振動部５４１と支持部５４２とを接続する一対の接続部５４３と、振動部５４１の先端部に設けられ、摺動部５１３に振動部５４１の駆動力を伝達する伝達部５４４と、を有する。

振動部５４１には５つの圧電素子５４１ａ、５４１ｂ、５４１ｃ、５４１ｄ、５４１ｅが設けられており、これら各圧電素子５４１ａ、５４１ｂ、５４１ｃ、５４１ｄ、５４１ｅに所定の駆動信号を印加することにより、振動部５４１が振動し（伝達部５４４が楕円運動し）、被駆動部５１が基台２に対してＸ軸方向に移動する。

以上、圧電モーター５２について説明したが、圧電モーター５２の構成としては、圧電アクチュエーター５４を有していれば、特に限定されない。例えば、圧電モジュール５３の数が２以上であってもよいし、積層体５４０が有する圧電アクチュエーター５４の数が１〜３または５以上であってもよい。また、圧電アクチュエーター５４は、振動部５４１および伝達部５４４を有していれば、支持部５４２および接続部５４３が省略されていてもよい。

位置検出部５６は、基台２に対する被駆動部５１の位置（相対的な位置関係）を検出する。位置検出部５６としては、被駆動部５１の位置を検出できれば、特に限定されないが、本実施形態では、リニアエンコーダーを用いている。図１に示すように、位置検出部５６は、被駆動部５１に設けられ、格子目盛を有するスケール５６１と、基台２に固定された発光素子５６２および受光素子５６３と、を有する。そして、発光素子５６２がスケール５６１に向けて光を出射し、受光素子５６３がスケール５６１で反射された光を受光する。格子目盛は、例えば、光反射部と光吸収部（光透過部）とがＸ軸方向に交互に並んだ構成となっており、スケール５６１がＸ軸方向へ移動すると、それに伴って受光素子５６３からパルス状の信号が出力される。そして、このパルス状の信号に基づいて、基台２に対する被駆動部５１の位置を検出することができ、基台２に対する被駆動部５１の位置に基づいて、爪部３２、４２の開き量（離間距離）を検出することができる。

なお、本実施形態では、位置検出部５６として、所謂「反射型」のリニアエンコーダーを用いているが、これに限定されず、所謂「透過型」のリニアエンコーダーを用いてもよい。

以上、ハンド１について説明した。このようなハンド１は、前述したように、第１アーム３および第２アーム４と、第１アーム３および第２アーム４の先端の間隔を変更する開閉機構５と、を有する。また、開閉機構５は、第１アーム３と係合し、第１アーム３および第２アーム４に対して変位可能な被駆動部５１と、被駆動部５１を第１アーム３および第２アーム４に対して変位させる圧電アクチュエーター５４と、を有する。そして、被駆動部５１が第１アーム３および第２アーム４に対して変位すると、第１アーム３の先端部（爪部３２）が第２アーム４の先端部（爪部４２）に対して接近または離間するように変位する。

このような構成によれば被駆動部５１を変位させるだけで、爪部３２、４２の開閉動作を行うことができる。そのため、ハンド１の構成が簡単なものとなる。また、圧電アクチュエーター５４によれば、圧電アクチュエーター５４と被駆動部５１との間のがたつきを抑えることができる。そのため、例えば、パルスモーターと比べて被駆動部５１の変位を高精度にかつ微細に制御することができる。したがって、対象物を把持する際の把持力（爪部３２、４２で挟み込む力）を高精度に制御することができる。よって、対象物を適切な把持力で把持することができ、例えば、把持力が大きすぎて対象物が破損したり、把持力が小さすぎで対象物がハンド１から落下したりすることを効果的に抑制することができる。

また、前述したように、第１アーム３および第２アーム４は、第１アーム３の基端部および第２アームの基端部に設けられた回動軸Ｊに対して回動可能に配置されている。これにより、第１アーム３の先端部と第２アーム４の先端部との開閉動作を簡単に行うことができる。

また、前述したように、第１アーム３は、その先端部と基端部との間において被駆動部５１と係合している。すなわち、係合部３１１が第１アーム３の先端部と基端部との間に位置している。これにより、スペースを有効活用でき、ハンド１の小型化を図ることができる。

また、前述したように、第１アーム３の先端部と第２アーム４の先端部とが並ぶ方向をＹ軸方向（第１方向）とし、Ｙ軸方向に交差（本実施形態では直交）する方向をＸ軸方向（第２方向）としたとき、被駆動部５１は、第１アーム３および第２アーム４に対してＸ軸方向に移動可能である。そして、第１アーム３および被駆動部５１の一方（本実施形態では被駆動部５１）には、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に対して傾斜した方向に延在するガイド部５１１が設けられ、他方（本実施形態では第１アーム３）には、ガイド部５１１と係合する係合部３１１が設けられている。このような構成とすることにより、開閉機構５の構成が簡単なものとなる。

また、前述したように、被駆動部５１は、第２アーム４と係合している。そして、被駆動部５１が第１アーム３および第２アーム４に対して変位すると、第１アーム３の先端部（爪部３２）と第２アーム４の先端部（爪部４２）とが接近または離間するように変位する。これにより、第１アーム３だけが変位する構成と比べて、爪部３２、４２をより広く広げることができるため、より大きい対象物を把持できるようになる。

なお、ハンド１の構成は、上述した構成に限定されない。例えば、本実施形態では、被駆動部５１が第１、第２アーム３、４と係合しているが、これに限定されず、被駆動部５１が第１アーム３だけと係合していてもよい。この場合、第２アーム４を基台２に固定し、第１アーム３だけを回動軸Ｊまわりに回動させることにより、爪部３２、４２の開閉動作を行えばよい。

また、例えば、第１、第２アーム３、４が外装７を兼ねていてもよい。これにより、第１、第２アーム３、４を閉じれば、それと共に外装７が小さくなるため、より狭い領域へもハンド１を挿入することができる。また、ハンド１の軽量化を図ることもできる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るハンドについて説明する。

図１０は、本発明の第２実施形態に係るハンドを示す平面図である。

本実施形態に係るハンド１は、力検出部６が追加されていること以外は、前述した第１実施形態のハンド１と同様である。以下の説明では、第２実施形態のハンド１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１０では、前述した第１実施形態と同様の構成について同一符号を付している。

図１０に示すように、本実施形態のハンド１は、第１、第２アーム３、４に加わる外力を検出する力検出部６を有する。また、力検出部６は、第１力検出部６１と、第２力検出部６２と、第３力検出部６３１、６３２とを有する。第１力検出部６１は、基台２と外装７との間に挟まれており、第１、第２アーム３、４に作用するＸ軸方向の力Ｆｘを受けることができる。そのため、第１力検出部６１は、力Ｆｘを検出することができる。また、第２力検出部６２は、基台２と外装７との間に挟まれており、第１、第２アーム３、４に作用するＹ軸方向の力Ｆｙを受けることができる。そのため、第２力検出部６２は、力Ｆｙを検出することができる。

また、第３力検出部６３１は、アーム本体３１と爪部３２との間に挟まれている。このような第３力検出部６３１は、爪部３２に作用する力を受けることができ、この力を検出する。なお、前述したように、爪部３２が弾性を有するため、爪部３２に作用する力が第３力検出部６３１に伝わり易い。さらには、第３力検出部６３１の基端側には、アーム本体３１と爪部３２とが離間して形成された空間Ｓ１が形成されている。このような空間Ｓ１を形成することにより、爪部３２がさらに弾性変形し易くなり、爪部３２に作用する力が第３力検出部６３１により伝わり易くなる。

また、第３力検出部６３２は、アーム本体４１と爪部４２との間に挟まれている。このような第３力検出部６３２は、爪部４２に作用する力を受けることができ、この力を検出する。なお、前述したように、爪部４２が弾性を有するため、爪部４２に作用する力が第３力検出部６３２に伝わり易い。さらには、第３力検出部６３２の基端側には、アーム本体４１と爪部４２とが離間して形成された空間Ｓ２が形成されている。このような空間Ｓ２を形成することにより、爪部４２がさらに弾性変形し易くなり、爪部４２に作用する力が第３力検出部６３２により伝わり易くなる。

このような第１力検出部６１、第２力検出部６２および第３力検出部６３１、６３２の構成としては、受けた力を検出することができれば、特に限定されない。例えば、力を受けることにより変形し、その変形によって抵抗値が変化し、その抵抗値変化に基づいて受けた力を検出する構成であってもよいし、受けた力に応じた起電力を発生し、発生した起電力に基づいて受けた力を検出する構成であってもよい。

以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の構成を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るハンドについて説明する。

図１１は、本発明の第３実施形態に係るハンドを示す平面図である。図１２は、図１１のハンドを図１１と反対側から示す平面図である。図１３は、図１１のハンドの動作を説明するための平面図である。

本実施形態に係るハンド１は、第１、第２アーム３、４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のハンド１と同様である。以下の説明では、第３実施形態のハンド１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１ないし図１３では、前述した第１実施形態と同様の構成について同一符号を付している。

図１１に示すように、アーム本体３１は、基部３１２と、基部３１２と基台２とを接続する一対のリンク３１３、３１４とを有する。リンク３１３、３１４は、平行に設けられており、その先端部において基部３１２と回動可能に接続され、基端部において基台２と回動可能に接続されている。また、基部３１２には爪部３２が固定されていると共に、係合部３１１が形成されている。

同様に、図１２に示すように、アーム本体４１は、基部４１２と、基部４１２と基台２とを接続する一対のリンク４１３、４１４とを有する。リンク４１３、４１４は、平行に設けられており、その先端部において基部４１２と回動可能に接続され、基端部において基台２と回動可能に接続されている。また、基部４１２には爪部４２が固定されていると共に、係合部４１１が形成されている。

このような第１、第２アーム３、４は、リンク機構を有するため、図１３に示すように、被駆動部５１がＸ軸方向へ移動すると、爪部３２、４２がその姿勢（Ｘ軸に対する傾き）を一定に保ちつつ変位する。つまり、本実施形態では、爪部３２、４２が互いに姿勢を一定に保ちつつ開閉する。そのため、対象物を把持し易くなる。

以上のように、本実施形態では、第１アーム３の先端部（爪部３２）は、第２アーム４の先端部（爪部４２）に対する姿勢を保ったまま、第２アーム４の先端部（爪部４２）に対して変位する。そのため、対象物を把持し易くなる。

以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るハンドについて説明する。

図１４は、本発明の第４実施形態に係るハンドを示す平面図である。図１５は、図１４のハンドを図１４と反対側から示す平面図である。図１６は、図１４のハンドの動作を説明するための平面図である。

本実施形態に係るハンド１は、第１、第２アーム３、４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のハンド１と同様である。以下の説明では、第４実施形態のハンド１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１４ないし図１６では、前述した第１実施形態と同様の構成について同一符号を付している。

図１４および図１５に示すように、アーム本体３１、４１は、それぞれ、その基端部において基台２に固定されている。また、アーム本体３１、４１は、それぞれ、Ｙ軸方向に弾性変形可能である。このような構成では、図１６に示すように、被駆動部５１のＸ軸方向への移動によって、アーム本体３１、４１がＹ軸方向に弾性変形し、これにより、爪部３２、４２が開閉する。

以上のように、本実施形態では、第１アーム３は、弾性変形可能であり、第１アーム３が弾性変形することにより、第１アーム３の先端部（爪部３２）が第２アーム４の先端部（爪部４２）に対して変位する。このような構成によれば、爪部３２、４２の開閉動作を簡単に行うことができる。

以上のような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係るハンドについて説明する。

図１７は、本発明の第５実施形態に係るハンドを示す平面図である。図１８は、図１７のハンドを図１７と反対側から示す平面図である。図１９は、図１７のハンドの動作を説明するための平面図である。

本実施形態に係るハンド１は、第１、第２アーム３、４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のハンド１と同様である。以下の説明では、第５実施形態のハンド１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１７ないし図１９では、前述した第１実施形態と同様の構成について同一符号を付している。

図１７に示すように、アーム本体３１は、基部３１２と、基部３１２と基台２とを接続する一対の梁３１５、３１６とを有する。梁３１５、３１６は、その先端部において基部３１２に固定され、基端部において基台２に固定されている。そして、基部３１２には爪部３２が固定されていると共に、係合部３１１が形成されている。また、梁３１５、３１６は、それぞれ、Ｙ軸方向に弾性変形可能であり、平行ばねを構成している。

同様に、図１８に示すように、アーム本体４１は、基部４１２と、基部４１２と基台２とを接続する一対の梁４１５、４１６とを有する。梁４１５、４１６は、その先端部において基部４１２に固定され、基端部において基台２に固定されている。そして、基部４１２には爪部４２が固定されていると共に、係合部４１１が形成されている。また、梁４１５、４１６は、それぞれ、Ｙ軸方向に弾性変形可能であり、平行ばねを構成している。

このような構成では、図１９に示すように、被駆動部５１がＸ軸方向へ移動すると、梁３１５、３１６がＹ軸方向に弾性変形し、それに伴って爪部３２が変位し、梁４１５、４１６がＹ軸方向に弾性変形し、それに伴って爪部４２が変位する。前述したように、梁３１５、３１６が平行ばねであるため、爪部３２は、その姿勢（Ｘ軸に対する傾き）を一定に保ちつつ変位し、同様に、梁４１５、４１６が平行ばねであるため、爪部４２は、その姿勢（Ｘ軸に対する傾き）を一定に保ちつつ変位する。つまり、爪部３２、４２は、互いに姿勢を一定に保ちつつ開閉する。そのため、対象物を把持し易くなる。

以上のような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係るハンドについて説明する。

図２０は、本発明の第６実施形態に係るハンドを示す平面図である。図２１は、図２０のハンドを図２０と反対側から示す平面図である。図２２は、図２０および図２１中のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施形態に係るハンド１は、開閉機構５の構成が異なること以外は、前述した第４実施形態のハンド１と同様である。以下の説明では、第６実施形態のハンド１に関し、前述した第４実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２０ないし図２２では、前述した第４実施形態と同様の構成について同一符号を付している。

図２０に示すように、アーム本体３１、４１は、それぞれ、基台２に固定されている。また、アーム本体３１、４１は、それぞれ、Ｙ軸方向に弾性変形可能である。

また、図２０に示すように、被駆動部５１は、アーム本体３１とアーム本体４１との間に位置し、基台２に対してＺ軸まわりに回動可能な円盤状の基部５１６を有する。そして、基部５１６の第１アーム３側の主面５１６ａには偏心部５１７が設けられている。また、図２１に示すように、基部５１６の第２アーム４側の主面５１６ｂには偏心部５１８が設けられている。偏心部５１７、５１８は、それぞれ、円形であり、その中心が基部５１６の回動軸Ｊ１からずれている。また、偏心部５１７、５１８は、互いに同じ形状であり、回動軸Ｊ１まわりに１８０°ずれて配置されている。そして、図２２に示すように、偏心部５１７の外周面にアーム本体３１に設けられた係合部３１１が当接（係合）しており、偏心部５１８の外周面にアーム本体４１に設けられた係合部４１１が当接（係合）している。

このような構成では、被駆動部５１が回動軸Ｊ１まわりに回動すると、偏心部５１７、５１８とアーム本体３１、４１との当接点がＹ軸方向に移動し、それに伴って、アーム本体３１、４１がＹ軸方向に弾性変形することにより、爪部３２、４２が開閉する。

また、基部５１６の外周面には摺動部５１３が設けられており、この摺動部５１３に圧電モーター５２が押し付けられている。圧電モーター５２を駆動（振動）させることにより、被駆動部５１が基台２に対して回動軸Ｊ１まわりに回動し、爪部３２、４２が開閉する。一方、圧電モーター５２の駆動（振動）が停止しているときは、圧電モーター５２が摺動部５１３に押し付けられた状態となり、これらの間に生じる摩擦力によって被駆動部５１が基台２に対して固定され、爪部３２、４２の位置が固定される。

また、位置検出部５６としてロータリーエンコーダーが用いられている。図２１に示すように、位置検出部５６は、基部５１６の主面５１６ｂに設けられ、格子目盛を有する環状のスケール５６１と、基台２に固定された発光素子５６２および受光素子５６３と、を有する。

以上のように、第１アーム３の先端部（爪部３２）と第２アーム４の先端部（爪部４２）とが並ぶ方向をＹ軸方向（第１方向）としたとき、被駆動部５１は、回動可能に設けられている基部５１６と、基部５１６に設けられ、基部５１６の回動軸Ｊ１に対して偏心して設けられている偏心部５１７と、を有し、偏心部５１７が第１アーム３と係合している。このような構成とすることにより、開閉機構５の構成が簡単なものとなる。

以上のような第６実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係るハンドについて説明する。

図２３は、本発明の第７実施形態に係るハンドを示す平面図である。

本実施形態に係るハンド１は、開閉機構５の構成が異なること以外は、前述した第６実施形態のハンド１と同様である。以下の説明では、第７実施形態のハンド１に関し、前述した第６実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２３では、前述した第６実施形態と同様の構成について同一符号を付している。

図２３に示すように、開閉機構５は、さらに、被駆動部５１と圧電モーター５２との間に位置し、圧電モーター５２の駆動力を被駆動部５１に伝達する伝達機構５８を有する。被駆動部５１および伝達機構５８は、ウォームギア構造となっている。つまり、被駆動部５１の基部５１６が、ウォームホイール（歯車）で構成され、伝達機構５８が、基部５１６（ウォームホイール）に噛合し、基台２に対して回動可能なウォーム５８１（ねじ）で構成されている。また、ウォーム５８１にはローター５８２が固定されており、このローター５８２に圧電モーター５２が接続されている。そのため、圧電モーター５２の駆動によってウォーム５８１が回動軸Ｊ２まわりに回動すると、基部５１６が回動軸Ｊ１まわりに回動し、それに伴って爪部３２、４２が開閉する。

このような伝達機構５８によれば、例えば、ウォーム５８１のリード角（進み角）を小さくすることにより、セルフロック機能が発現し、基部５１６（ウォームホイール）側からウォーム５８１側への回動の伝達が非常に困難になる。そのため、外力による爪部３２、４２の不本意な変位を効果的に抑制することができ、爪部３２、４２の位置精度が向上する。

以上のように、本実施形態のハンド１は、被駆動部５１と圧電モーター５２（圧電アクチュエーター５４）との間に配置され、圧電モーター５２の駆動力を被駆動部５１に伝達する伝達機構５８を有する。そして、伝達機構５８は、被駆動部５１に噛合するウォーム５８１を有している。このような伝達機構５８を追加することにより、外力による爪部３２、４２の不本意な変位を効果的に抑制することができ、爪部３２、４２の位置精度が向上する。

以上のような第７実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第８実施形態＞
次に、本発明の第８実施形態に係るハンドについて説明する。

図２４は、本発明の第８実施形態に係るハンドを示す平面図である。図２５は、図２４のハンドが有する被駆動部を示す平面図である。図２６は、被駆動部を図２５と反対側から示す平面図である。図２７は、図２４のハンドの動作を説明するための平面図である。図２８は、図２４中のＣ−Ｃ線断面図である。図２９は、第１アームが有する接続部を示す平面図である。図３０および図３１は、それぞれ、図２９に示す接続部の作用を説明するための平面図である。

本実施形態に係るハンド１は、第１、第２アーム３、４の構成および開閉機構５の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のハンド１と同様である。以下の説明では、第８実施形態のハンド１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２４ないし図３１では、それぞれ、前述した第１実施形態と同様の構成について同一符号を付している。

図２４および図２５に示すように、アーム本体３１は、基部３１２と、基部３１２と基台２とを接続する梁３１５とを有する。梁３１５は、その先端部において基部３１２に固定され、基端部において基台２に固定されている。そして、基部３１２には係合部３１１が設けられていると共に、爪部３２が固定されている。また、梁３１５は、Ｙ軸方向に弾性変形可能である。同様に、図２６が示すように、アーム本体４１は、基部４１２と、基部４１２と基台２とを接続する梁４１５とを有する。梁４１５は、その先端部において基部４１２に固定され、基端部において基台２に固定されている。そして、基部４１２には係合部４１１が設けられていると共に、爪部４２が固定されている。また、梁４１５は、Ｙ軸方向に弾性変形可能である。

また、基台２は、Ｘ軸方向に延びるスライドガイド５９を有する。そして、このスライドガイド５９に被駆動部５１が支持されていると共に、被駆動部５１がスライドガイド５９に沿ってＸ軸方向に移動可能となっている。

また、図２５に示すように、被駆動部５１は、第１アーム３側（Ｚ軸方向プラス側）の主面５１ａに設けられ、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に対して傾斜した斜面で構成されたガイド部５１１を有する。そして、このガイド部５１１に係合部３１１が当接（係合）している。また、図２６に示すように、被駆動部５１は、第２アーム４側（Ｚ軸方向マイナス側）の主面５１ｂに設けられ、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に対して傾斜した斜面で構成されたガイド部５１２を有する。そして、このガイド部５１２に係合部４１１が当接（係合）している。なお、ガイド部５１１、５１２は、その傾きが互いに逆である。

このような構成では、被駆動部５１が基端側（Ｘ軸方向プラス側）に移動すれば、係合部３１１がガイド部５１１にガイドされてＹ軸方向マイナス側に移動し、係合部４１１がガイド部５１２にガイドされてＹ軸方向プラス側に移動する。そのため、図２７に示すように、爪部３２、４２が閉じるように、第１、第２アーム３、４が梁３１５、４１５を弾性変形させつつ回動軸Ｊまわりに反対向きに回動する。

ここで、図２８に示すように、アーム本体３１の基部３１２は、開閉機構５（特に、被駆動部５１および圧電モーター５２）のＺ軸方向プラス側を覆うように設けられた第１部分３１２Ａと、開閉機構５のＹ軸方向プラス側を覆うように設けられた第２部分３１２Ｂと、を有する。一方、アーム本体４１の基部４１２は、開閉機構５のＺ軸方向マイナス側を覆うように設けられた第１部分４１２Ａと、開閉機構５のＹ軸方向マイナス側を覆うように設けられた第２部分４１２Ｂと、を有する。すなわち、基部３１２、４１２は、開閉機構５の周囲を覆うように形成されており、外装７を兼ねている。これにより、第１、第２アーム３、４を閉じれば、それと共に外装７が小さくなるため、より狭い領域へもハンド１を挿入することができる。また、ハンド１の軽量化を図ることもできる。

また、図２９に示すように、第１アーム３は、基部３１２と爪部３２との間に、これらを接続する接続部材３３を有している。接続部材３３は、基端部において基部３１２に固定された基体３３１と、基体３３１の先端側に位置し、爪部３２が固定された爪部固定部３３２と、基体３３１と爪部固定部３３２との間に位置し、これらを接続する接続部３３３と、基体３３１と空隙Ｇを隔てて対向配置された応力伝達部３３４と、基体３３１と応力伝達部３３４の先端部同士を接続する接続部３３５と、を有する。

また、基体３３１と応力伝達部３３４との間の空隙Ｇには、第３力検出部６３１が設けられている。また、応力伝達部３３４には、第３力検出部６３１を押圧する押圧部材３３６が設けられており、第３力検出部６３１を与圧している。押圧部材３３６は、例えば、ねじで構成されており、締め込み量を調整することにより、第３力検出部６３１への与圧の大きさを調整することができる。

このような構成によれば、例えば、爪部３２の先端で対象物を押圧するような動作を行った場合等、図３０に示すように爪部３２にＸ軸方向プラス側への応力が加わった際には、接続部材３３が矢印に示すように変形し、空隙Ｇのギャップが広がるように応力伝達部３３４が変位するため、第３力検出部６３１に加わる力が減少する。一方、例えば、爪部３２、４２で対象物を把持する動作を行った場合等、図３１に示すように、爪部３２にＹ軸方向プラス側への応力が加わった際には、接続部材３３が矢印に示すように変形し、空隙Ｇのギャップが狭くなるように応力伝達部３３４が変位するため、第３力検出部６３１に加わる力が増大する。

したがって、例えば、爪部３２の先端で対象物を押圧する動作により加わる力と、対象物Ｗを把持する動作の際に爪部３２に加わる力と、を判別することができると共に、それらの力を精度よく検出することができる。なお、第２アーム４も、第１アーム３と同様に、基部４１２と爪部４２との間に、これらを接続する接続部材４３を有している。接続部材４３は、接続部材３３と同様の構成であるため、その説明を省略する。

以上のような第８実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第９実施形態＞
次に、本発明の第９実施形態に係るロボットについて説明する。

図３２は、本発明の第９実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

図３２に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ロボット１０００は、ロボット本体１１００と、ロボット本体１１００に装着されているハンド１と、を有する。

ロボット本体１１００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１１１０（第１部材）と、ベース１１１０に回動自在に連結されたアーム１１２０（第２部材）と、アーム１１２０に回動自在に連結されたアーム１１３０と、アーム１１３０に回動自在に連結されたアーム１１４０と、アーム１１４０に回動自在に連結されたアーム１１５０と、アーム１１５０に回動自在に連結されたアーム１１６０と、アーム１１６０に回動自在に連結されたアーム１１７０と、これらアーム１１２０、１１３０、１１４０、１１５０、１１６０、１１７０の駆動を制御する制御装置１１８０と、を有する。また、アーム１１７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット本体１１００に実行させる作業に応じたエンドエフェクターとして、ハンド１が装着される。

以上、ロボット１０００について説明した。このようなロボット１０００は、前述したように、ハンド１を有している。したがって、ロボット１０００は、第１アーム３および第２アーム４と、第１アーム３および第２アーム４の先端の間隔を変更する開閉機構５と、を有する。また、開閉機構５は、第１アーム３と係合し、第１アーム３および第２アーム４に対して変位可能な被駆動部５１と、被駆動部５１を第１アーム３および第２アーム４に対して変位させる圧電アクチュエーター５４と、を有する。そして、被駆動部５１が第１アーム３および第２アーム４に対して変位すると、第１アーム３の先端部（爪部３２）が第２アームの先端部（爪部４２）に対して接近または離間するように変位するハンド１を有する。

このような構成によれば、被駆動部５１を変位させるだけで爪部３２、４２の開閉動作を行うことができる。そのため、ロボット１０００の構成が簡単なものとなる。また、圧電アクチュエーター５４によれば、圧電アクチュエーター５４と被駆動部５１との間のがたつきを抑えることができる。そのため、例えば、パルスモーターと比べて被駆動部５１の変位を高精度にかつ微細に制御することができる。したがって、対象物を把持する際の把持力（爪部３２、４２で挟み込む力）を高精度に制御することができる。よって、対象物を適切な把持力で把持することができ、例えば、把持力が大きすぎて対象物が破損したり、把持力が小さすぎで対象物がロボット１０００から落下したりすることを効果的に抑制することができる。

以上、本発明のハンドおよびロボットを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸がそれぞれ直交しているが、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、交差していればよく、直交していなくてもよい。

１…ハンド、２…基台、３…第１アーム、３１…アーム本体、３１１…係合部、３１２…基部、３１２Ａ…第１部分、３１２Ｂ…第２部分、３１３、３１４…リンク、３１５、３１６…梁、３２…爪部、３３…接続部材、３３１…基体、３３２…爪部固定部、３３３…接続部、３３４…応力伝達部、３３５…接続部、３３６…押圧部材、４…第２アーム、４１…アーム本体、４１１…係合部、４１２…基部、４１２Ａ…第１部分、４１２Ｂ…第２部分、４１３、４１４…リンク、４１５、４１６…梁、４２…爪部、４３…接続部材、５…開閉機構、５１…被駆動部、５１ａ、５１ｂ…主面、５１１、５１２…ガイド部、５１３…摺動部、５１６…基部、５１６ａ、５１６ｂ…主面、５１７、５１８…偏心部、５２…圧電モーター、５３…圧電モジュール、５４…圧電アクチュエーター、５４０…積層体、５４１…振動部、５４１ａ〜５４１ｅ…圧電素子、５４２…支持部、５４３…接続部、５４４…伝達部、５５…付勢部、５６…位置検出部、５６１…スケール、５６２…発光素子、５６３…受光素子、５８…伝達機構、５８１…ウォーム、５８２…ローター、５９…スライドガイド、６…力検出部、６１…第１力検出部、６２…第２力検出部、６３１、６３２…第３力検出部、７…外装、１０００…ロボット、１１００…ロボット本体、１１１０…ベース、１１２０〜１１７０…アーム、１１８０…制御装置、Ｊ、Ｊ１、Ｊ２…回動軸、Ｐ…ピン、Ｓ１、Ｓ２…空間、Ｇ…空隙

Claims (10)

1. 第１アームおよび第２アームと、
   前記第１アームおよび前記第２アームの先端の間隔を変更する開閉機構と、
   を有し、
   前記開閉機構は、
   前記第１アームと係合し、前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位可能な被駆動部と、
   前記被駆動部を前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位させる圧電アクチュエーターと、
   を有し、
   前記被駆動部が前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位すると、前記第１アームの先端部が前記第２アームの先端部に対して接近または離間するように変位することを特徴とするハンド。
2. 前記第１アームおよび前記第２アームは、前記第１アームの基端部および前記第２アームの基端部に設けられた回動軸に対して回動可能に配置されている請求項１に記載のハンド。
3. 前記第１アームの先端部は、前記第２アームの先端部に対する姿勢を保ったまま、前記第２アームの先端部に対して変位する請求項１に記載のハンド。
4. 前記第１アームは、弾性変形可能であり、
   前記第１アームが弾性変形することにより、前記第１アームの先端部が前記第２アームの先端部に対して変位する請求項１に記載のハンド。
5. 前記第１アームは、その先端部と基端部との間において前記被駆動部と係合している請求項２に記載のハンド。
6. 前記第１アームの先端部と前記第２アームの先端部とが並ぶ方向を第１方向とし、
   前記第１方向に交差する方向を第２方向としたとき、
   前記被駆動部は、前記第１アームおよび前記第２アームに対して前記第２方向に移動可能であり、
   前記第１アームおよび前記被駆動部の一方には、前記第１方向および前記第２方向に対して傾斜した方向に延在するガイド部が設けられ、他方には、前記ガイド部と係合する係合部が設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のハンド。
7. 前記第１アームの先端部と前記第２アームの先端部とが並ぶ方向を第１方向としたとき、
   前記被駆動部は、
   回動可能に設けられている基部と、
   前記基部に設けられ、前記基部の回動軸に対して偏心して設けられている偏心部と、を有し、
   前記偏心部が前記第１アームと係合している請求項１ないし５のいずれか１項に記載のハンド。
8. 前記被駆動部と前記圧電アクチュエーターとの間に配置され、前記圧電アクチュエーターの駆動力を前記被駆動部に伝達する伝達機構を有し、
   前記伝達機構は、前記被駆動部に噛合するウォームを有している請求項１ないし７のいずれか１項に記載のハンド。
9. 前記被駆動部は、前記第２アームと係合し、
   前記被駆動部が前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位すると、前記第１アームの先端部と前記第２アームの先端部とが接近または離間するように変位する請求項１ないし８のいずれか１項に記載のハンド。
10. 第１アームおよび第２アームと、
    前記第１アームおよび前記第２アームの先端の間隔を変更する開閉機構と、
    を有し、
    前記開閉機構は、
    前記第１アームと係合し、前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位可能な被駆動部と、
    前記被駆動部を前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位させる圧電アクチュエーターと、
    を有し、
    前記被駆動部が前記第１アームおよび前記第２アームに対して変位すると、前記第１アームの先端部が前記第２アームの先端部に対して接近または離間するように変位するハンドを有することを特徴とするロボット。

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