JPH0152157B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物体の存在によつて生ずる流体の圧力
の変化を検出してその物体を把握する動作をする
装置に関する。

ロボツトやマニピユレータなどにおいては、物
体を把握し保持する動作は各種の作業をそれらに
よつて行なう上に共通の重要な操作となつてい
る。このため各種の方式の物体把握装置が開発さ
れ使用されている。

これらは外見上、さまざまな作動原理にもとづ
く装置が使用されているが、基本的にはすべて、
センサとアクチユエータの別個の装置の組合せに
よつて行われているという点では変りがない。す
なわち、把握保持しようとする物体の存在及びそ
の位置をセンサーで検出して、その情報に応じて
別個の把握装置に指令を出してそれを駆動して物
体をつかむという方式であり、基本的には、人間
が眼でみてその観察結果に基いて手でつかむとい
うやり方の変形であると考えることができる。

本願発明の動作原理と作動形式は、これらの一
般の物体把握の行程をとるものと異なり、物体を
把握する装置がそのまま物体の存在を検出するセ
ンサーとしての役割りを兼ねている点に特色を有
する。

本願発明の動力源は流体圧である。一般に流体
圧を利用して把握動作を行なう場合の利点はその
圧力を変えることにより、把握力を比較的容易に
所望の値に選ぶことができることにあるが、従来
の流体圧利用の把握装置は、単に密閉されたベロ
ーのような弾性隔壁の可動端面間に対象物体をは
さむだけであつて、その動作が行われる際には、
外部にあるセンサーからの把握すべき対象物体に
ついての検出情報に基いて発せられる指令を受け
て動作が開始される。

本願発明にあつては、このような把握装置とは
別個に設置されたセンサーからの指令をうけて動
作するのではなく、対象物体を把握する機構を兼
ねた検出部材の機能によりその存在を知り、それ
に応じて前記検出部材それ自身がのびて対象物体
を把握保持するものである。その動作は、いわゆ
る食虫植物の行なう捕促動作と外見上は同じよう
であつて、或る一定領域内に物体が入つてくる
と、その物体の存在を感じとつてそれを捕えてつ
かむという動作である。

本願発明の要易は、一定の距離をへだてて相対
して設けられた２つの固定壁の両方に、それぞれ
伸縮可能な弾性隔壁を有する室を間隔をおいて対
峙して設け、これら対峙室の両方の対峙先端端面
に小孔を設け、また、該対峙室が対峙後端側で配
管により連通し、さらにこの連通部分が一つの絞
り口を経過して流体の供給口に接続されることを
特徴とする流体式のつかみ装置、にある。

本発明の動作に基本となつているのは、前記絞
り口と前記２つの弾性隔壁の可動端に設けられた
２つの小孔からなる流体回路と、前記２つの小孔
がそれぞれ前記２つの弾性隔壁の可動端に設けら
れたことによつて形成されるフイードバツク機構
が組合わされたことによつて行なわれる動作であ
る。このフイードバツク機構は、通常のそれが負
のフイードバツク機構であるのに対し、正のフイ
ードバツク機構である。

すなわち、絞り口ならびに、２つの小孔とその
対峙端面からなる前記流体回路は、通常ノズルフ
ラツパ系と呼ばれているものと同様の回路で、例
えば小孔が取付けられた弾性隔壁が固定隔壁であ
るとすると、小孔とその対峙端面とのすき間の大
きさの和に応じた流体圧が小孔と絞り口との間の
室に生ずる。従つて、２つの小孔に対峙する端面
の一つまたは両方が変位するとすると、そのすま
間の和の値が変化するので、それに応じた流体圧
変化が小孔と絞り口との間に生ずることにより、
小孔に対峙する端面の変位を、小孔と絞り口との
間の室の圧力変化に変える変換作用を行うことが
できる。

本発明においては、２つの小孔と絞り口との間
の室の一部を弾性隔壁で形成し、かつ変換作用を
行う小孔を弾性隔壁の可動端に形成している。こ
のようにすることによつて、小孔が設けられてい
る弾性隔壁が前記流体回路に正のフイードバツク
作用を行う。具体的には小孔のいずれかに対峙す
る端面が小孔に近づくと、小孔と絞り口との間の
室の圧力が上昇する。その結果、小口の設けられ
た前記弾性隔壁が伸長し、２つの小孔がその対峙
端面の方向に変位し、さらに小孔と絞り口の間の
室の圧力が上昇する。対峙端面が遠ざかる場合に
は、前記と逆の作用が生ずる。

このような動作を効果的に行なうようにするた
めには、小孔を設けた端面をもつ弾性隔壁の圧力
―変位変換率（弾性隔壁内に導入される圧力変化
に対する可動端面の変位の割合）を、小孔が設け
られている弾性隔壁を固定壁であるとしたときの
小孔と絞り口から形成される流体回路の変換特性
に対応して或る一定値以上の値になるように選べ
ばよい。このように構成すると、正のフイードバ
ツク作用が効果的になり、小孔を有する可動端と
その対峙端面との間のすき間の合計値がある値以
下になるとき、小孔と絞り口の間の室の圧力が急
激に上昇して対峙端面に対して小孔が密接するに
いたる。

このようになると、流体の小孔からの２つの外
部への出口が塞がれた状態となるため、前記小孔
と絞り口との間の室の圧力はこの装置に外部から
配管を通じて絞り口を通じて供給される流体圧力
と等しくなり、これに対応する力で、小孔の形成
されている弾性隔壁の２つの相対する端面はそれ
ぞれの対峙端面を押す。これら２つの小孔を有す
る端面の対峙端面が、小孔の間に挿入された物体
の表裏二面を構成するとすれば、この物体は小孔
を有する前記端面によつて一定の力で保持把握さ
れることになる。

以下本発明の流体把握装置を図面を用いて具体
的に説明する。

第１図は本願発明の一実施態様を示す断面図、
第２、第３図及び第４図は第１図で示された流体
式把握装置の動作状態を説明するための主要可動
部分の相対位置の変化を示す断面図、第５図は本
願発明の他の実施態様を示す断面図である。

第１図において、固定壁１及び２のおのおのに
ベローのような伸縮可能な弾性隔壁３および４が
とりつけられている。弾性隔壁３の一端は５にお
いて、弾性隔壁４の一端は６において、それぞれ
固定壁１及び２に固定されている。弾性隔壁３の
他の一端および弾性隔壁４の他の一端はそれぞれ
小孔７，８を有する端面９，１０となつている。
端面９と１０の形状は、弾性隔壁３および４の伸
長によつて、端面９と１０の間に挿入された物体
と接觸したときに、挿入された物体の、端面９及
び１０の対峙表面となる部分が小孔７及び８を密
閉するようなもので、第１図では平面で示されて
いるが、他の形状とすることもできる。弾性隔壁
３の内側の室１１は弾性隔壁１２と分岐管１５，
１６を通じて連通していると共に、固定の絞り口
１３に通じていて１３を通つて外部からの流体供
給口１４に通じている。

この装置を使用するに際しては、予め把握対象
の厚みに応じて端面９と端面１０の間隔が設定さ
れた後、一定圧力の流体が供給口１４から供給さ
れて作動状態に入る。以後装置に供給口１４から
流体圧を加えていない状態を作動前の状態と呼ぶ
ものとする。

始めに装置の端面９と１０の間に物体が存在し
ない場合を考えると、第１図で流体供給口１４か
ら供給される流体は絞り口１３を通つて分岐管１
５と１６に分れて弾性隔壁３及４の内部の室１１
及び１２に入つてから小口７と８から大気に流出
する。ここで小口７及び８はその口径が絞り口１
３に比べて大きく作られていて、その流体回路抵
抗は絞り口１３のそれと比較して十分小さい。こ
のため、室１１とこれと連通している室１２の圧
力は外気に近い低い一定の圧力となる。弾性隔壁
３及び４はこの圧力によつて伸長するが、該室内
圧が微小のため、その伸長量はごく僅かであり、
予め設定された端面９と１０の間隔はほとんど変
化せず、前記低い一定の圧力はそのためほとんど
変らない。

つぎに、端面９と１０の間に第２図で示される
ように物体１７が挿入された場合を考える。ここ
で１８は端面９に対峙する物体１７の表面、１９
は端面１０に対峙する物体１７の表面である。

この場合、分岐管１５から室１１に入つた流体
は小口７を通つて端面９と表面１８のすき間から
大気に流出し、分岐管１６より室１２に入つた流
体は小口８より端面１０と表面１９のすき間から
大気に流出する。この状態の流体回路は、いわゆ
る２つの検出ノズルをもつ空気マイクロメータ、
またはノズルフラツパ機構と同類のもので、連通
した室１１及び１２の圧力は、端面９とその対峙
表面１８とのすま間と、端面１０とその対峙する
表面１９とのすき間との合計値に対応した値とな
る。室１１と室１２は連通しているためこれらの
圧力は等しいので室１１の圧力で室１１及び１２
の圧力を以後代表させるものとする。この圧力値
は物体７が挿入される以前の室１１の圧力より高
いので、その圧力に比例して弾性隔壁３及び４は
伸長し、端面９は表面１８に、端面１０１０は表
面１９に近づく。その結果これら端面９と表面１
８とのすき間ならびに端面１０と表面１９とのす
き間は共に減少し、これに応じてこれら２つのす
き間の合計値も減少する。したがつてこの減少し
たすき間の合計値に応じて室１１の圧力が上昇し
さらに前記すき間の合計値を減少させることにな
る。

このような作用は、弾性隔壁３と４の可動端面
に小口７と８がそれぞれ設けられていることによ
つて生ずる前記正のフイードバツク効果に基くも
のである。この作用による端面９と１０の変位は
弾性隔壁が伸長することに対するフツクの法則に
基く復元的弾性力に抗して行われるものである
が、物体７の厚みが作動前に設定した端面９と１
０の間隔に対して或る一定値以上の場合には、前
記正のフイードバツクによる作用が前記弾性隔壁
の復元的弾性力に勝つて端面９は表面１８と、端
面１０は表面１９と第３図のように密接するに至
る。このような密接状態が生ずると小口７及び小
口８からの空気の流出がなくなるので、室１１の
圧力は供給口１４から供給される一定の高い流体
圧まで上昇する。この結果、弾性隔壁３及び４は
更に伸長しようとして物体の表面１８及び１９を
端面９及び１０がそれぞれ押して平衡し、端面１
９と端面１０による物体１７の把握および保持が
行われる。この場合、把握力は供給口１４に加え
られる供給流体圧に比例するが、作動前の端面９
と１０の間の設定間隔に関係し、この間隔を小さ
くとるほど大きくなる。

上記のような端面９と１０による物体７に対す
る把握動作は、前記のように物体７の厚みが前記
作動前の端面９と１０の間の設定間隔に対して前
記一定値以下の場合に行われ、物体７の厚みが前
記一定値より小さいときは行われない。これは、
前記正のフイードバツク作用に基づく端面９及び
１０の物体の表面１８及び１９の方向への移動が
端面９と表面１８及び端面１０と表面１９が共に
密接する至らないうちに前記弾性隔壁の伸長に抗
する弾性力のために止まるためである。すなわ
ち、端面９及び端面１０を物体方向に向つて動か
す前記フイードバツク作用に基く力が、前記弾性
隔壁の伸長に抗する弾性力と丁度吊合つた位置で
端面９と１０が静止する。第４図はこの状態を表
わし、端面９と１０の位置は、物体が挿入される
以前の占めていた位置２１，２２より物体側に移
動してはいるが、把握動作は行われない。以上の
べたごとく、端面９と１０の間に物体が挿入され
たとき、端面９及び１０のそれぞれに対峙する物
体表面とのすき間の合計値の作動前の値が、一定
値以上であれば把握動作が行なわれず、該一定値
以下のとき把握動作が行われることになるが、こ
のことは把握動作が選択的に行なわれうることを
意味する。すなわち、対象とする物体の厚みが一
定値以上のものに対して把握動作を行ない、対象
とする物体の厚みが前記一定値以下のものに対し
ては把握動作を行わないという選別的動作をこの
装置が行いうることを示している。

第３図の把握動作が行われている状態は、端面
９と１０が、弾性隔壁３および４の圧力変換率に
供給口に加えられる流体圧を乗じた長さまで前記
弾性隔壁が伸びて変位すべきところを物体７の表
面で止められている状態と考えることができる。

従つて、前記圧力変換率に流体圧を乗じた長さ
が前記作動前における端面９と１０の間の設定間
隔より物体の幅を減じた値より十分大きくなるよ
うに装置の構成を行えば、把握状態における端面
９，１０と物体間の接合する力すなわち把握力は
十分大きく維持され、物体７に対する安定な保持
が行なわれることになる。

なお、第１図において、部材２０は常時閉じて
いる開閉弁で、把握保持状態を解除するためつけ
られているものである。第３図で示されている把
握状態でこの開閉弁を開くと、室１１の圧力は大
気圧に下り、弾性隔壁３と４が縮小して隔壁３と
４は作動前の状態にもどつて端面９と１０は物体
１７より離れ、把握状態が解除される。

なお、第１図で示された装置の種々に変形した
ものが適当な工夫によつて作られる。例えば、第
１図では弾性隔壁３及び４としてベローが使用さ
れているが、これをゴムや金属合金などでできて
いる弾性膜で置き換えてもよく、その方が扁平に
出来るので、設置場所のスペース等の関係でその
方が都合のよい場合もある。なお、第４図は弾性
隔壁として２枚の弾性薄膜を使用した。本願発明
の他の実施態様の断面図である。なお、第４図で
示す装置の各部分は、形状は異るが第１図の各部
分と同じ機能をもつ部材に対しては、第１図のそ
れに対応する同一番号で指示されている。

本願発明の流体式把握装置は、従来の空気圧作
動や油圧作動の把握装置が外部からの別の装置に
センサーからの指令によつて作動するのに対し、
センサーと把握する部分が一体となつて作動する
ので他の装置の助けを必要としないという大きな
利点がある。用途としては、特に紙やプラスチツ
ク、ゴムなどの軟質材料の導板の把握保持、移動
などに特に適しているが、これらに対して従来行
なわれてきた方式より少い部品で構成できるとい
う利点のほか、別装置のセンサを用い難いような
せまい場所で使えるなどの特色をもつ。

また、この装置では、把握が行なわれると絞り
口と２つの小孔の間の室の圧力が供給圧に急上昇
するので、この圧力変化を把握動作が行われたこ
との確認に使用できるほか、この圧力を別装置に
導くことによつてそれを把握動作と同期して制御
することができるなど、ロボツト、マニピユレー
タの構成装置として応用範囲が広い。

実施例 第１図の構造をもつ装置で、隔壁３及び４とし
て、外径15mm、長さ15mm、コンプライアンス
246μm／Ｎ、受圧面積2.68cm²の同形の２つの燐青
銅製ベローを使用し、小口７と８を内径2.5mmの
円孔とし、絞り口１３に口径0.82mmのオリフイス
を使用し、供給口１４より５〜50KPaの種々の
大きさの一定空気圧を供給して実験したところ、
紙、プラスチツク、金属等の板片に対し、それぞ
れ設計通りの把握力で把握動作が行われうること
が確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様の流体式把握装置
の断面図。第２、第３及び第４図は第１図で示さ
れた装置の動作状態を説明するための主要可動部
分の相対位置の変化を表わす断面図。第５図は、
本発明の他の実施態様である流体式把握装置の断
面図である。 １及び２：固定壁、３及び４：弾性隔壁、５及
び６：弾性隔壁の端部、７及び８：小孔、９及び
１０：端面、１１及び１２：室、１３：絞り口、
１４：供給口、１５及び１６：分岐管、１７：物
体、１８及び１９：物体の表面、２０：開閉弁、
２１及び２２：物体を挿入する前の端面９及び１
０の位置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一定の距離をへだてて相対峙して設けた２つ
   の固定壁の両方に、それぞれ伸縮可能な弾性隔壁
   を有する室を間隔をおいて対峙して設け、これら
   対峙室の両方の対峙先端端面に小孔を設け、ま
   た、該対峙室が対峙後端側で配管により連通し、
   さらにこの連通部分が一つの絞り口を経過して流
   体の供給口に接続されることを特徴とする流体式
   把握装置。