JPH0126832B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 機械的把持装置の目的は他の多数の自動装置の
場合と同様、比較的簡単な繰返し動作を行なうこ
とである。故に、かかる装置の利点は、それらが
使用される工業的方法の速度に対して好適である
時に種種の操作段階を実施することができ、そし
て異なつた寸法及び形状のピースに関して操作す
ることができるという観点からそれらがより多様
であり且つ有効であればある程より大きい。

この点から、多目的型の機械的把持装置を開発
せんとするのが現在の傾向である。というのはか
かる装置は異なつた操作シーケンスを実施するこ
とができ、それ故に異なつた工業的プロセスに対
して或る容易さで適合させることができる。

機械的装置による目的物の把持は実質的に二段
階で行なわれ、第一段階は装置と目的物間の接近
及び接触から成り、第二段階は目的物に対する把
持装置の固定及びその把持から成る。

次いで把持動作は目的物の移動、そのアンロー
デイング機械加工等の如き他の動作が続く。

多目的機械把持装置は既に知られており、そし
てこれらのうち最も多様なものは形態学的形状及
び人間の手の動作プロセスを再現するそれらであ
るように思われる。

これらの装置は、二つの対向するフインガ及び
手掌として作用するように二つのフインガ間に配
置された中心プレートにより構成される。各フイ
ンガは関節でつながつた指節（phalanges）及び
フインガ先端として作用する把持要素を備えてい
る。指節の運動は一方はフインガを閉じるため他
方はフインガを開くために指節の関節に配置され
た反作用ばね及び適当なモータによつて動作され
たけん引ケーブルより制御される。ばねは人間の
手の指に対する延びている腱（tendons）の機能
を達成し、ケーブルは屈曲腱の機能を果たす。

把持されるべきピースは二つのフインガの把持
要素上及び手掌として作用するプレート上に載つ
ている。三つの接触点はピースに対してフインガ
及び手掌により作用される応作用力が把持の瞬間
に存在する面を規定する。結果として、外力、た
とえば重りが該面内にあり且つ該反作用力と共に
回転に対してバランスされる力系を形成する合力
を有するときピースの正確な持上げを許容する安
定な把持力が得られる。

その形状の故に、かかる装置は、それらが適当
な形状のピースに対してのみ且つ該ピースがフイ
ンガ及びプレートに対して適当に配置されると
き、安定な把持を達成することができるという意
味においてむしろ制限された応用分野を有する。

本発明の目的は、種々の形状のピースを把持す
ることができ且つそれに対するピースの配置とは
独立に動作することができる機械的手である。

故に、フインガと該フインガのための支持要素
とを具備し、各フインガはヒンジ手段により相互
に接続されたリンクの組と、各リンクが該フイン
ガに予め決められた静止形状（rest
configuration）をとらしめるために止め手段に
対して接触するまで各リンクを予め決められた方
向に隣接リンクに対して回転するように配置され
た予め負荷された（preloaded）弾性手段とによ
り構成され、各フインガの端部リンクは把持要素
を備えている機械的手であつて、該機械的手は、
各フインガのためのけん引ケーブルも具備し、該
ケーブルは該フインガの端部リンクに固定され、
そして該弾性手段により課せられた回転の方向と
反対の方向に回転することができる該フインガの
これらのリンクにより滑動可能に支持され、該機
械的手は該フインガけん引ケーブルに作用的に接
続された作動器手段も具備し、該作動器手段は該
ケーブルを、各フインガのリンクをそれらの静止
形状から変位させそしてそれらを該弾性手段によ
つて課けられた回転の方向と反対の方向に回転せ
しめて各フインガの把持要素を把持されるべきピ
ース上に静止（rest）させるために該作動器手段
は該ケーブルをけん引に付することができ、該作
動器手段はピースが該フインガの把持要素により
把持されているそれらの作用形状（working
configuration）に各フインガのリンクを保持す
るために該ケーブルをけん引下にロツキングする
ことができ、該作動器手段は、各フインガのリン
クが該弾性手段の作用下にそれらの静止位置へ戻
ることを可能とするために該ケーブルに対してけ
ん引力を最終的に打消すことができ、各フインガ
に対しては、関連ケーブルが受けるけん引力を感
知するためのセンサが設けられており、該機械的
手は該センサに作用的に接続された閾値比較器か
ら成る該作動器手段のための制御手段も具備し、
該閾値比較器手段は、予め決められた値のけん引
力が達成されるとき該作動器手段をけん引下に該
ケーブルにロツクせしめるようにした機械的手が
提供される。

好ましい態様に従えば、該機械的手は少なくと
も３個のフインガを具備し、各フインガのけん引
ケーブルはそれぞれの作動器に作用的に接続さ
れ、各作動器はそれぞれの閾値比較器によつて、
予め決められた値の相対的けん引力が達成される
とき関連フインガのケーブルをロツクするように
なつている。

本発明の特徴及び利点は、非限定実施例として
好ましい態様の実施例を示す添付図面第１図乃至
第７図から更に明らかである。

第１図において、プレート１３により支持され
た機械的手の３個のフインガは全体で１０，１１
及び１２により示される。各フインガは人間の手
の指の指節の機能を果たす４個の関節結合したリ
ンク（joineted links）により構成される。フイ
ンガ１０のリンクは１０１，１０２，１０３，１
０４により示される。フインガ１１のそれらは１
１１，１１２，１１３，１１４により示され、そ
してフインガ１２のこれらは１２１，１２２，１
２３，１２４により示される。フインガの構成は
フインガ１０が詳細に示されている第２図及び第
３図において更に明白に見ることができる。

端部リンク１０１は１４に対して中心リンク１
０２に対して旋回可能に取付けられ、そしてリン
ク１０１と固定された一端とリンク１０２と固定
された他端とを有する予め負荷された螺旋ばね１
５がピン１４に対して同心に配置されている。リ
ンク１０１はリンク１０２上の対応する突き出部
１７と係合する外部突き出部１６を備えている。
二つの該突き出部はリンク１０２に対してリンク
１０１の時計回り回転（第３図の場合に）のため
の制限止めとして作用する。

リンク１０２は１８にて内側リンク１０３に旋
回可能に取付けられ、そしてリンク１０２と固定
された一端とリンク１０３と固定された他端とを
有する予め負荷された螺旋ばね１９がピン１８と
同心に配置されている。リンク１０２はリンク１
０３上の対応する突き出部２１と係合する外部突
き出部２０を備えている。二つの該リンクはリン
ク１０３に対してリンク１０２の時計回り回転の
ための制限止めとして作用する。リンク１０３は
最も内側のリンク１０４に対して２２で旋回可能
に取付けられ、そしてリンク１０３と固定された
一端とリンク１０４と固定された他端とを有する
予め負荷された螺旋ばね２３がピン２２に対して
同心に配置されている。リンク１０３はリンク１
０４上の対応する突出部２５と係合する外部突出
部２４を備えている。二つの該突き出部はリンク
１０３の時計まわり回転のための制限止めとして
作用する。リンク１０４は、第１図に示されたプ
レート１３に固定されるフランジ２８と共に単一
体を形成するスターラツプ２７に対して２６にて
その曲り部（turn）において旋回可能に取付けら
れている。

リンク１０４と固定された一端とスターラツプ
２７と固定された他端とを有する予め負荷された
螺旋ばね２９がピン２６に対して同心に配置され
る。

リンク１０４はスターラツプ２７上の対応する
外部突出部３１と係合する他の外部突出部３０を
備えている。二つの該突き出部はスターラツプ２
７に対してリンク１０４の時計方向回転（第３図
の場合）のための制限止めとして作用する。

螺旋ばね１５，１９，２３及び２９は人間の手
の指の延びている腱の機能を果たす。ばね１５，
１９及び２３は時計方向（第３図）に向いた転向
作用をそれぞれのリンクに対して作用させ、他方
ばね２９は反時計まわり方向（やはり第３図）に
向けられた転向作用をリンク１０４に作用させ
る。ピン２６及びばね２９により構成されたカウ
ンタージヨイントは、人間の手の指の次の指節の
場合に起こる如く、リンク１０１，１０２及び１
０３が自由に回転する方向と反対の方向において
リンク１０４の伸展過度（hyper extension）が
得られることを可能とする。

螺旋ばね１５，１９，２３は、把持動作におけ
る迅速性と異なつた反作用によるフインガの大き
さを得るために第一ばねから第三ばねへと進んで
増加する剛性によつて異なつた特徴を有すること
ができる。

同じ理由で、ばねの予備負荷は異なることもで
き、特に予め負荷されたカンは第一ばねから第三
ばねへと進むにつれ増加することができる。該ば
ねは異なつたタイプであることもできる（板ば
ね、ゴムばね等）。

各フインガは人間の手の指先の機能を果たす把
持要素を備えている。第１図に示された通り、フ
インガ１０の把持要素３２はその端部リンク１０
１と固定され、その目的のため、把持要素３２の
対応する穴３５及び３６（第４図で示され得る）
と係合する接続要素が挿入されている穴３３及び
３４（第２図及び第３図に見られる）を通してリ
ンク１０１が設けられている。フインガ１１の把
持要素３７はその端部リンク１１１と固定され、
そしてフインガ１２の把持要素３８はその端部リ
ンク１２１と固定されている。

第４図に拡大して示された把持要素は第三の円
形アーク４１により接続された二つの円形アーク
３９及び４０により構成された多中心プロフイル
（polycentric profile）を有する。

把持要素はその表面に対する適当な摩擦係数を
確実にする特徴を有する適当な材料のカバー４５
で覆われている。

把持要素の特定の形状は、ピースの把持期間中
三つのフインガの把持要素は該ピースに作用する
外力（重りの如き）が該把持要素との接触点にお
ける反作用によりバランスせしめられる位置を該
ピースにとらしめるという意味において自己心合
せシステム（self−centering system）が得られ
ることを可能とした。把持要素の形状及び適当な
材料のカバーは安定な把持を確実にする。

各フインガは人間の手の指の屈曲腱の機能を果
たすけん引ケーブルを備えている。フインガ１０
のためのけん引ケーブル４２は第３図に見られる
付属物（appendix）４６においてその端部リン
ク１０１に固定されている。該ケーブル４２は付
属物（appendix）４７において該フインガ１０
の中心リンク１０２により滑動可能に支持され、
そして附属品４８において内側リンク１０３によ
つても滑動可能に支持される。

同様に、フインガ１１のためのけん引ケーブル
４３はその端部リンク１１１に固定され、そして
その中心リンク１１２及びその内側リンク１１３
によつて滑動可能に支持される。フインガ１２の
ためのけん引ケーブル４４はその端部リンク１２
１にも固定され、そしてその中心リンク１２２及
びその内側リンク１２３によつて滑動可能に支持
される。

プレート１３の適当な通路から現われるけん引
ケーブル４２，４３及び４４は４９，５０，５１
により示された片寄プーリ（deviation pulleys）
により滑動可能に支持され、そして第６図におい
て明らかに見られる５２，５３及び５４により示
されたそれぞれの駆動プーリに接続される。駆動
プーリ５２，５３及び５４はそれぞれのシヤフト
５５，５６，５７と固定され、それにはそれぞれ
のかさ歯車（bevel gear）５８，５９及び６０が
それぞれのかさピニオン（bevel pinion）６１，
６２，６３（第７図におけるケーブル４２のため
のトランスミツシヨン参照）と係合するようにキ
ー締めされる。かさピニオン６１，６２及び６３
は電気クラツチ−ブレーキユニツト６７，６８，
６９の出口シヤフト６４，６５及び６６にキー締
めされる。ユニツト６７，６８，６９は既知のタ
イプのものであるので（第１図の他第５，６及び
７図参照）詳細は示されていない。

クラツチ−ブレーキユニツトは、直立部７０，
７１及び７２によつてプレート１３にそれ自体接
続されているプレート９３に固定される。７３で
示されそして各々のブレーキ７４と嵌合した標準
電動機も又プレート９３に固定される。

ピニオン７６は電動機７３の出口シヤフト７５
にキー締めされ、そしてチエン７７によつてクラ
ツチ−ブレーキユニツト６７，６８，６９の入口
シヤフト８１，８２，８３にキー締めされた歯つ
きプーリ７８，７９，８０を駆動する。

けん引ケーブル４２，４３，４４はセンサに作
用されるけん引力を感知するためのセンサを備え
ている。それぞれ８４，８５，８６により示され
たセンサは第６図に見られる。該センサは、それ
ぞれのクラツチ−ブレーキユニツト６７，６８，
６９のブレーキの動作を制御する第１図に示され
た閾値比較器９０，９１及び９２に導体８７，８
８，８９により接続される。

片寄りプーリ４９のための支持体は９４及び９
５により示され、そしてシヤフト５５のための支
持体は９６により示される。片寄りプーリ５０の
ための支持体は９７及び９８によつて示され、そ
してシヤフト５６のための支持体は９９により示
される。最後に、片寄りプーリ５１のための支持
体は１００及び１０５により示されそしてシヤフ
ト５２のための支持体は１０６により示される。

ピースが把持されるために機械的手のフインガ
に渡されるとき、電動機７３が動作され、そして
そのシヤフトはピニオン７６及びチエン７７、歯
つきプーリ７８，７９，８０及びクラツチブレー
キユニツト６７，６８，６９の入口シヤフト８
１，８２，８３によつて駆動する。該ユニツトの
出口シヤフト６４，６５及び６６はそのクラツチ
によつて回転され、そしてけん引ケーブル４２，
４３，４４の駆動プーリ５２，５３，５４のシヤ
フト５５，５６，５７はかさ歯車対６１−５８，
６２−５９及び６３−６０によつて回転される。

ケーブルはそれらのプーリのまわりを巻くにつ
れて、それらはリンクジヨイントの螺旋ばね１
５，１９及び２３の作用に対してフインガ１０，
１１，１２のリンクに対するけん引作用を及ぼ
す。リンクはその静止形状から変位して把持要素
３２，３７及び３８を把持されるべきピースと接
触されるように機械的手の内部に向かつて回転す
る。ケーブルによつて及ぼされたけん引作用が増
加するにつれて、ピース上の把持要素により作用
される支持反作用はこれらの反作用がピースに対
して作用する重りの如き外力にバランスするまで
増加する。

螺旋ばねの剛性に関係してけん引力の或る値を
越えて、三つのフインガの最も内側のリンク１０
４，１１４及び１２４は他のリンク１０１，１０
２，１０３，１１１，１１２，１１３及び１２
１，１２２及び１２３が回転せしめられる方向と
反対の方向に回転することができる。個々のケー
ブルによつて作用されるけん引力は相対的センサ
によつて相対的閾値比較器により測定され、そし
て個個の把持要素、従つて相対的ケーブルのけん
引力が設定された閾値に達すると、閾値比較器は
クラツチブレーキユニツトのブレーキを動作せし
め、かくしてケーブルを停止し、そしてピースの
ための安定な支持体を確実にする作用形状におい
て関連フインガをロツクする。

すべての三つのフインガがその作用形状にロツ
クされるとき、電動機７３はそれぞれのブレーキ
７４によつてロツクされる。その作用形状におけ
るフインガをロツクする力閾値はすべての三つの
フインガに対する同じ値を有することができる
が、異なつた形状及び配置のピースに関して応用
の大きい柔軟性を機械的手に与えるために各フイ
ンガに対する異なつた値であることが好ましい。

ピースが手で取出されるべき場合は、三つのク
ラツチブレーキユニツトのブレーキは解放され、
そして関連クラツチによつて電動機は、反対方向
に回転することによつて、ケーブルをそれらのプ
ーリから巻きほどかせ、そして三つのフインガの
リンクはそれらのジヨイントにおける螺旋ねじの
戻り作用下にそれらの静止形状に戻る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う機械的手の斜視図、第２
図は第１図の手の指の部分断面正面図、第３図は
第２図のフインガの側面図、第４図は機械的手の
フインガの把持要素の側面図、第５図は第１図の
機械的手のフインガの作動器のシステムの部分正
面図、第６図は第５図の線−におけるフイン
ガ作動器システムの断面図、第７図は第５図の作
動器の一つの一部を形成するトランスミツシヨン
の部分図である。 図において、１０，１１，１２……フインガ、
１３……プレート、１４，１５，１８，１９，２
３，２９……螺旋ばね、３２，３７，３８……把
持要素、３９，４０……円形アーク、４２，４
３，４４……けん引ケーブル、４９，５０，５１
……片寄プーリ、５２，５３，５４……駆動プー
リ、６７，６８，６９……クラツチブレーキユニ
ツト、１０１，１０２，１０３，１０４，１１
１，１１２，１１３，１１４，１２１，１２２，
１２３……リンクである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個のフインガと、該フインガのための支
   持要素と、該フインガの各々のためのけん引ケー
   ブルと、該けん引ケーブルにそれぞれ接続された
   作動器と、該作動器のための制御手段とを具備
   し、 該フインガの各々は、ヒンジにより相互に接続
   されたリンクの組と、該リンクの各々が隣接リン
   クに対して予め決められた第１の回転方向に回転
   するように強制する複数個の第１の弾性手段と、
   該第１の弾性手段による該リンクの各々の隣接リ
   ンクに対するそれぞれの回転を制限する止め手段
   とを備えており、 該フインガの各々の最も内側のリンクが該支持
   要素にヒンジにより接続されており、 該フインガの各々の最も内側のリンクと該支持
   要素との間に、該最も内側のリンクを該支持要素
   に対して予め決められた第２の回転方向に回転す
   るように強制する第２の弾性手段と、該第２の弾
   性手段による該リンクの該支持要素に対する回転
   を制限する止め手段とを備えており、 該フインガの各々において、該第１の弾性手段
   により強制される上記第１の回転方向と、第２の
   弾性手段により強制される上記第２の回転方向と
   が反対であり、 該フインガの各々の最も外側のリンクは把持要
   素を備えており、 該けん引ケーブルは、それぞれの該フインガの
   最も外側のリンクに固定され、他のリンクにより
   滑動可能に支持されており、 該作動器が該けん引ケーブルをけん引すること
   によつて該リンクが該第１の弾性手段の弾性力に
   抗して回転せしめられ、そして最も内側のリンク
   は該第２の弾性手段に抗して回転せしめられ、こ
   のようにして、該把持要素をピースを把持する方
   向に強制し、 該作動器は、該けん引ケーブルをけん引力が加
   わつた状態において該けん引ケーブルをロツクし
   て、該フインガの各々のリンクを、ピースが該フ
   インガの把持要素により把持されている作用形状
   に保持し、 該作動器は、該けん引ケーブルに加えられたけ
   ん引力を解除することができ、 該制御手段が、該けん引ケーブルの各々に加え
   られたけん引力の大きさを感知するためのセンサ
   と、該センサに接続されてた閾値比較器を備えて
   おり、 該閾値比較器が該けん引ケーブルの各々に加え
   られたけん引力が各々の予め決められた大きさに
   達成したことを検知することによつて、該作動器
   によつて該けん引ケーブルの各々に加えられたけ
   ん引力を上記予め決められた値の各々に維持する
   ことを特徴とする機械的手。 ２ 少なくとも３個のフインガを具備し、各フイ
   ンガのけん引ケーブルはそれぞれの作動器に作用
   的に接続され、各作動器はそれぞれの閾値比較器
   によつて、予め決められた値の相対的けん引力が
   達成されるとき関連フインガのケーブルをロツク
   するようにした特許請求の範囲第１項記載の機械
   的手。 ３ 各フインガの作動器は該ケーブルのための駆
   動プーリ及び該プーリと駆動モータに作用的に接
   続されたクラツチ−ブレーキ部材により構成され
   ている特許請求の範囲第２項記載の機械的手。 ４ 各フインガは相互に旋回可能に取付けられた
   四つのリンクにより構成され、最も内側のリンク
   である第四番目のリンクは該支持要素に旋回可能
   に取付けられ、各フインガは、各々ピンに配置さ
   れそして一つのリンク及び隣接したリンクに堅固
   に接続されている３個の予め負荷された螺旋ばね
   を備え、該螺旋ばねは各リンクが止め手段に対し
   て接触するまで予め決められた方向に各リンクを
   隣接リンクに対して回転させることができ、各フ
   インガは、該第四番目のリンクを該支持要素に接
   触するピンに配置され且つ該第四番目のリンクを
   それが止め手段に対して接触するまで該予め決め
   られた方向とは反対の方向に回転させるような方
   法で該第四リンク及び該支持要素に堅固に接触さ
   れている第四番目の予め負荷された螺旋ばねを備
   えている特許請求の範囲第１項記載の機械的手。 ５ 該螺旋ばねは異なつた剛性を有し、剛性は端
   部リンクと係合したばねから内側リンクと係合し
   たばねに進むにつれて増加し、該ばねの予備負荷
   は異なつており、該予備負荷は端部リンクと係合
   したばねから内側リンクと係合したばねへと進む
   につれて増加する特許請求の範囲第４項記載の機
   械的手。 ６ 該把持要素の内側表面の縦断面形状が、該把
   持要素の外部に面している凸部を有する２つの円
   弧と、該２つの円弧に連結され且つ該把持要素の
   内部に面して凸部を有する１つの円弧によつて規
   定されている特許請求の範囲第１項記載の機械的
   手。 ７ 該把持要素は予め選ばれた摩擦係数及び予め
   選ばれた弾性度を有する適当な材料のカバーを備
   えている特許請求の範囲第６項記載の機械的手。