JPH0448592B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は加圧流体の吸排により半径方向に膨径
変形し、軸線方向に収縮力を生起す弾性収縮体を
用いた、対象物を柔らかく把持できる軽量なハン
ド機構に関するものである。

従来技術とその問題 今日、義手を含めロボツトハンドの普及は目ざ
ましいものがある。これは制御装置及び関連機器
の発達に伴い、従来は手作業で行なわなければな
らなかつた作業を機械化、あるいは自動化できる
ようになつたこと、宇宙空間や原子炉のような直
接に人間が作業できない環境に起因する要求の増
大によるものである。

このようなロボツトハンドを動力源に着目して
分類すると、電気式と、気圧式と油圧式とに分け
ることができる。なお機械式のものもあるが、同
一の動きしかできないためその利用範囲は限定さ
れている。

電気式のロボツトハンドは、関連機器が豊富で
ありシステムの構成や制御系の設計が容易である
反面サーボモータを利用するものが多く装置が高
いものとなる。また減速装置を必要とするため、
ハンドの大きさが限定される他、過負荷が作用す
ると発熱しやすく火炎の恐れがある。さらには、
電力を利用するから、スパークの発生を避けるこ
とはできず、爆発生雰囲気の中では使用できない
という問題があつた。

油圧式のロボツトハンドは、電気式、気圧式の
ものに比べ大出力であり、回転運動も直線運動も
得られると言う利点がある。しかし動力源の占有
面積が大きく配管が複雑であつて高価である上、
作動油の漏洩による周囲への汚染と言う問題があ
る。又、発熱の問題も無視できない。

発明の目的 これに対し、気圧式のロボツトハンドは、大き
な操作力を得ることはできないが、過負荷に対し
ても安全性が大きく発熱の心配がなく、上述した
２方式のものに比べ価格的に有利である。本発明
のロボツトハンドは気圧式のこのような利点を損
うことなく、軽量で簡潔な構造をした、かつ柔ら
かく対象物を把持できる、空気圧シリンダを用い
ない新規なロボツトハンドを提供するにある。

発明の構成 この目的を達成するために、本発明のロボツト
ハンドは、ヒンジ継手にて連結さたフインガ部材
と、この連結されたフインガ部材の自由端に一端
が連結さ、連結されたフインガ部材の固定端に他
端が連結され吸排口より加圧流体を導入すること
によつて膨径変形し軸線方向に収縮力を生起する
弾性収縮体と、フインガ部材の継手部分に配設さ
れその継手部分における弾性収縮体の膨径変形を
抑止するバンド部材と、加圧流体を弾性収縮体か
ら排出する際にフインガ部材を初期位置に復帰さ
せる弾性手段とを具えることを特徴とする。

また、上述の弾性収縮体と、同様に加圧流体を
導入することにより軸線方向に伸長力を生起する
弾性伸長体とを互いに平行に接して配列し接合し
た掴み部材のその一端を保持部材に連結し、この
掴み部材に加圧流体を導入することにより、弾性
収縮体を内側にして湾曲自在に構成したことを特
徴とする。

実施例 以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明のロボツトハンドを手のひらの
側からみた図である。２は人間の手のひらに相当
する保持部材であり、本実施例では手のひらに類
似した形状をしている。４はフインガ部材であ
り、合成樹脂あるいは金属で形成し、ヒンジ継手
６によつて連結することによりフインガ部材は継
手の軸のまわりに自由に回動できる。更にこのヒ
ンジ継手６は、第２図にその一部を示したよう
に、フインガ部材４が継手６を中心に変位した時
に、フインガ部材を初期位置に復帰させる作用を
有する弾性手段７、本実施例ではコイルばねを具
える。好適には、フインガ部材４の少なくともど
ちらか１個の継手端部をチユーブ状に形成しコイ
ルばねを内蔵する構成とする。

フインガ部材４を上述した様に適当な数だけ連
結し、その一端を保持部材２にヒンジ連結する。

次にこの連結されたフインガ部材に沿つて弾性
収縮体８を配設し、その一端を連結したフインガ
部材端部１０に弾性収縮体８の端部に設けたアイ
又はクレビス１２を用いてピン連結する。同じく
アイ又はクレビス１２を用いて弾性収縮体８の他
端を保持部材２にピン連結する。ここで弾性収縮
体８は、吸排口１４を介して加圧流体を導入する
ことにより半径方向に膨張しつつ、軸方向に収縮
力を生起するものである。

この弾性収縮体８をバンド部材１６によつてフ
インガ部材の継手部分に固定する。バンド部材１
６としては、弾性収縮体８が膨径変形する際にこ
の膨径変形を抑止するものであれば良く、金属製
としても良いが、弾性収縮体と頻繁に接触するも
のであるから弾性収縮体を損傷するものは好まし
くない。好適には、弾性収縮体の表面層よりは硬
度の低いものを用いるのが良く、例えば繊維層で
補強され、ほとんど伸長しないよう形成されたゴ
ム状弾性体を用いる。勿論合成樹脂製としても良
い。上述のように構成したロボツトハンドを第３
図に示す。なお連結したフインガ部材端部１０
は、図示の如くそのままでも良いが、外周に例え
ば、ゴムやスポンジなどの弾性体（図示せず）層
を貼着し対象物をガロボツトハンガが把持した際
に対象物を損傷しないようにするのが良い。

次にこのように構成したロボツトハンドの作動
を説明する。

加圧流体を導入するまでは、弾性手段７により
各フインガ部材４は初期位置にある。ここで吸排
口１４を介して加圧流体を弾性収縮体８内に導入
すると、弾性収縮体８は軸線方向に収縮力を発生
する。ところでフインガ部材４はヒンジ継手６に
より回動可能に結合されているから、この収縮力
によりロボツトハンドは第４図に示すように屈曲
する。また、弾性収縮体８は継手部分に固定した
バンド部材１６により継手部分での膨径運動が抑
止されているので、バンド部材間の間で、第４図
に示すごとく膨脹し変形する。従つて対象物を把
持する際に、まずこの膨脹した部分が対象物に接
触する。なお弾性収縮体は、有機又は無機質高張
力繊維類を耐張強化素子とする編組構造をもつて
外周を補強されたゴム又はゴム状弾性材料より形
成されているから、対象物を損傷することはな
く、軟らかく把持することができる。また把持す
る面が滑りにくい編組み構造をしているので確実
に対象物を掴むことができる。

次に例えば、ロボツトハンドが対象物を所望位
置に運んだならば、吸排口を介して弾性収縮体内
より加圧流体を排出させると、弾性収縮体自身の
復元力と継手部に設けた弾性手段の復元力とによ
つてフインガ部材は初期位置に復帰する。

従つて第１図に示す様に連結したフインガ部材
を複数本又は人間の手の如く５本とし、それぞれ
連結されたフインガ部材の屈曲の度合、又は連結
されたフインガ部材長さを適宜変えたロボツトハ
ンドを用いれば凹凸形状した対象物であつても確
実に包み込むようにして掴むことができる。勿論
１本の連結したフインガ部材より成るロボツトハ
ンドであつても良いことは明らかである。

第５図に本発明のロボツトハンドの別の実施例
を示す。本実施例は、上述した実施例と異なり、
ヒンジ継手により連結された比較的剛性の高いフ
インガ部材に代わり、吸排口を介して加圧流体を
導入することにより軸線方向に収縮力を生起する
弾性収縮体８及び軸線方向に伸長力を生起する弾
性伸長体１８を互いに平行に接して配列し、接触
部分２０を接合したロボツトハンドの一部であ
る。

なお、第１〜４図と同一符号の付された要素は
同一の用をなす。

両弾性体８，１８の一端に設けたクレビス１２
を用い、両弾性体を保持部材に連結する。連結は
ビン連結とすれば両弾性体が変形する際、余分な
力が両弾性体の端部に作用しないで具合が良い。
両弾性体８，１８を接触部分２０において互いに
接合するものとする。接合に際しては接触部全長
に亘り、適当な接着剤を用いて接合する。しかし
適当な間隔で接着しても良い。この様にして形成
した掴み部材に適当な間隔ででバンド部材１６を
周設する。既述した如く、バンド部材１６は、掴
み部材の膨径変形を抑止するものであれば、金属
性のものであつても良いが、掴み部材と頻繁に接
触するものであるため、好適にはほとんど伸長し
ないよう繊維で補強したゴム状弾性体、又は合成
樹脂製とする。

この掴み部材に吸排口１４を介し、加圧流体を
供給すると、掴み部材は接合部を中立面として第
６図に示すように弾性収縮体８を内側にして屈曲
する。これは加圧流体の導入により、弾性収縮体
８は収縮力を、弾性伸長体１８は伸張力をそれぞ
れ生起するからである。この時掴み部材は、バン
ド部材１６をあたかも関節のようにして屈曲し、
弾性収縮体８の膨脹部分は把持しようとする対象
物に接触する。更に加圧流体を掴み部材、すなわ
ち両弾性体８，１８に供給すれば、掴み部材は一
層大きく屈曲し、対象物をさらにしつかりと把持
する。しかもすでに述べたように弾性収縮体表面
は編組構造をしているので確実に対象物を把持で
きる。

これとは逆に、掴み部材に供給された加圧流体
を吸排口１４を介して排出すれば両弾性体の復元
力により掴み部材は第５図に示す状態に復帰す
る。勿論バンド部材１６を周設しなくとも良いが
屈曲の度合いが一定になり、特に径の大きなもの
を把持するのに適している。したがつてこのよう
に形成した掴み部材を具備するロボツトハンド
は、人間の手が行なう掴む動作にかなり類似した
動作を行なう。

これは上記２実施例に共通するものであるが弾
性収縮体の具える特性によるものである。すなわ
ち、弾性収縮体の生起する軸線方向の収縮力Ｆ
と、軸線方向の収縮率εとの関係は第７図に示す
関係があり、収縮率εの増加につれて、収縮率Ｆ
が指数関数的に減少する。これは、収縮率が小さ
い時にはフインガ部材を屈曲させるために大きな
力が作用し、収縮率がある程度大きくなると、加
圧流体の供給量又は排出量を若干増減しても収縮
力Ｆは大きく変化しないことを意味している。そ
れゆえ、把持作業が容易にかつ安全に行なえるこ
とになる。

なお、第５図に示す実施例では、弾性収縮体８
及び弾性伸長体１８の接合部分が両弾性体８，１
８の軸線に対し、平行に位置しているが、両弾性
体８，１８を互いに巻回するよう構成すれば、フ
インガ部先端に回動運動を与えることもできる。
このように本実施例のロボツトハンドは種々の変
形及び変更が可能となる。

発明の効果 上述したように本発明のロボツトハンドは、加
圧流体を導入することにより膨径変形する弾性収
縮体の収縮力を利用する構成であるため、油圧シ
リンダ、空気シリンダ、電動モータなどを利用す
るものに比して、機械的な損失が少なく、駆動装
置と把持部分とを一体に形成するのでロボツトハ
ンド自体の重量を従来のロボツトハンドに比して
格段に軽量することができる。さらに、把持部分
が弾性に富んでいるから対象物を損傷することが
なく、人間が誤まつて接触しても負傷することの
ない安全性の高いロボツトハンドである。加えて
加圧流体として圧縮空気を用いれば、周囲への汚
染やスパークによる引火の問題のない実用性の高
いロボツトハンドである。しかも把持力の制御が
容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のロボツトハンドの好適な実
施例を示す全体的な平面図、第２図は、第１図に
示すロボツトハンドの一部斜視図、第３図は、第
１図においてＡ−Ａ線に沿つて見た図、第４図
は、第３図に示すフインガ部の作動を示す説明
図、第５図は、本発明のロボツトハンドの他の好
適な実施例を示す平面図、第６図は、第５図に示
す実施例の作動を示す説明図、第７図は、本発明
のロボツトハンドに用いる弾性収縮体の収縮力と
収縮率との関係を示す図である。 ２…保持部材、４…フインガ部材、６…継手、
７…弾性手段、８…弾性収縮体、１０…フインガ
部端部、１２…クレビス、１４…吸排口、１６…
バンド部材、１８…弾性伸長体、２０…接触部
分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヒンジ継手にて連結され一端を保持部材に結
   合したフインガ部材と、吸排口を介して加圧流体
   を導入することによつて膨径変形し軸線方向に収
   縮力を生起する弾性収縮体と、前記フイング部材
   の継手部分に配設され前記継手部分における前記
   弾性収縮体の膨径変形を抑止するバンド部材と、
   前記加圧流体を前記弾性収縮体から排出する際に
   前記フインガ部材を初期位置に復帰させる弾性手
   段とを具え、前記弾性収縮体の一端を前記連結さ
   れたフインガ部材の一端に連結し、前記弾性収縮
   体の他端を前記連結されたフインガ部材の他端に
   連結し、前記加圧流体を吸排することにより前記
   フインガ部材を屈曲させ、又は前記初期位置に復
   帰させることを特徴とするロボツトハンド。 ２ 前記弾性手段は前記ヒンジ継手の軸に配設し
   たねじりばねである特許請求の範囲第１項に記載
   のロボツトハンド。 ３ 吸排口より加圧流体を導入することによつて
   膨径変形し軸線方向に収縮力を生起する弾性収縮
   体及び軸線方向に伸長力を生起する弾性伸長体を
   互いに平行に接して配列し接合した掴み部材を具
   え、前記掴み部材の一端を保持部材に連結し、前
   記掴み部材への前記加圧流体の吸排により前記弾
   性収縮体を内側にして湾曲自在に構成したことを
   特徴とするロボツトハンド。 ４ 前記掴み部材は、離間して周設され、前記掴
   み部材の膨径変形を抑止するバンド部材を具える
   特許請求の範囲第３項に記載のロボツトハンド。