JPH0911171A - 結合装置およびマニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で重量を小さくし、確実に結合すること
ができるようにし、第１の結合部材と第２の結合部材の
完了前に機械的被結合部材または電気的被結合部材が結
合するのを防止する。 【構成】 第１の結合部材１００の端板１０７の外部の
各指１０２の基部近傍に凹部１４０を設け、凹部１４０
の幅を間口方向から奥行方向に向かって小さくし、また
凹部１４０の幅を結合部材１００の内部に向かって小さ
くし、第２の結合部材２００に凹部１４０に係合すべき
凸部２０４を設け、凸部２０４の幅を根元方法に向かっ
て大きくし、また凸部２０４の幅を結合部材２００の内
部に向かって小さくし、凸部２０４に指１０２が係合す
べきスリット２０２を設け、スリット２０２の幅を結合
部材２００の軸方向結合部側に向かって小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は２つの部材を結合する
結合装置、たとえば宇宙用マニピュレータの先端を結合
する結合装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の結合装置（特開平１−１６
９１２１号公報）を示す断面図である。図に示すよう
に、第１の結合部材１の内部にリンク駆動モータ２が設
けられ、リンク駆動モータ２の出力軸にギア３が取り付
けられ、結合部材１の内部に減速機４が設けられ、減速
機４の入力軸にギア５が設けられ、ギア３とギア５とが
噛み合っている。また、減速機４の出力軸にネジ６が取
り付けられ、ネジ６にボールナット８が螺合され、ボー
ルナット８に押板７が取り付けられ、押板７にピン１０
によってリンク９が回動可能に取り付けられ、結合部材
１の端板１１にピン１３によって指１２が回動可能に取
り付けられ、リンク９と指１２とがピン１４によって回
動可能に取り付けられている。また、結合部材１の内部
に伝達駆動モータ１５が設けられ、伝達駆動モータ１５
の出力軸にギア１６が取り付けられ、結合部材１の内部
に減速機１７が設けられ、減速機１７の入力軸にギア１
８が設けられ、ギア１６とギア１８とが噛み合ってお
り、減速機１７の出力軸にトルク伝達軸１９が取り付け
られ、端板１１に電気コネクタ２１が取り付けられ、電
気コネクタ２１にケーブル２０が接続されている。ま
た、第２の結合部材３０の内部に案内斜面３１が設けら
れ、結合部材３０の内部に案内溝３２が設けられ、結合
部材３０に指１２が係合すべきスリット３３が設けら
れ、結合部材３０に設けられた孔をトルク伝達軸３４が
貫通し、結合部材３０に電気コネクタ３６が取り付けら
れ、電気コネクタ３６にケーブル３５が接続されてい
る。

【０００３】この結合装置においては、指１２が閉じた
状態で結合部材１を結合部材３０に近付けると、指１２
が案内斜面３１に案内されて、指１２が結合部材３０の
内部に案内される。この状態で、リンク駆動モータ２を
作動すると、ネジ６が回転し、押板７が図７紙面左方に
移動するから、指１２が開き、指１２が案内溝３２によ
ってスリット３３に係合すべき位置に案内され、指１２
がスリット３３に係合し、トルク伝達軸１９とトルク伝
達軸３４とが結合されるとともに、電気コネクタ２１と
電気コネクタ３６とが結合される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この結合装置において
は、指１２が案内斜面３１、案内溝３２に接触しながら
案内され、結合開始時の結合部材１、３０の位置姿勢ず
れの補正が行なわれるから、結合時に加わる荷重は全て
指１２および指１２を駆動させる機構に作用するので、
指１２などに過大な負荷が作用する。このため、指１２
などがこのような過大な負荷に対して破損するのを回避
するためには、指１２、指１２を駆動させる機構を大型
化しなければならないため、結合装置が大型になるとと
もに重量が大きくなる。また、指１２が案内溝３２に案
内されるには、結合部材１を結合部材３０に接触してい
ることが必要で、結合時に指１２を開く動作以外に結合
部材１を結合部材３０に押し付ける動作が必要であり、
しかも結合部材３０の中心近くで指１２が案内されるか
ら、指１２の生み出す力による結合部材１の結合軸回り
の回転モーメントが小さく、大きな回転反力があった場
合には、初期の位置姿勢ずれが指１２の開く動作により
補正できず、確実に結合することができない。さらに、
結合開始時に結合装置１と結合部材３０との位置姿勢ず
れがない場合、指１２が閉じて結合が完了していない状
態でも、トルク伝達軸１９とトルク伝達軸３４とが結合
され、電気コネクタ２１と電気コネクタ３６とが結合さ
れてしまい、何らかの故障により結合完了前に機械的信
号または電気的信号が結合部材１から結合部材３０へ伝
達されたとき、結合が完了していないことに関連する不
具合が生ずる。

【０００５】また、図７に示した結合装置の結合部材１
を有するマニピュレータにおいては、結合部材１の重量
が大きいから、駆動手段等を大型にしなければならな
い。

【０００６】この発明は上述の課題を解決するためにな
されたもので、小型で重量が小さく、少ない操作量で、
また確実に結合することができる結合装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】また、第１の結合部材と第２の結合部材の
機械的被結合部材または電気的被結合部材が結合完了前
には結合しない結合装置を提供することを目的とする。

【０００８】さらに、駆動手段等を小型にすることがで
きるマニピュレータを提供することを目的とする。

【０００９】

【発明を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明においては、第１の結合部材に回動可能に
指が設けられ、上記指を回動する指開閉機構が設けら
れ、第２の結合部材に上記指が係合すべきスリットが設
けられた結合装置において、上記第１の結合部材、上記
第２の結合部材のどちらか一方に凹部を設け、上記第１
の結合部材、上記第２の結合部材の他方に上記凹部に係
合すべき凸部を設ける。

【００１０】この場合、上記スリットの幅を上記第２の
結合部材の軸方向結合部側に向かって小さくする。

【００１１】また、上記凸部の幅を根元方向に向かって
大きくする。

【００１２】また、上記第１の結合部材に第１の機械的
被結合部材または第１の電気的被結合部材が設けられ、
上記第２の結合部材に第２の機械的被結合部材または第
２の電気的被結合部材を設ける。

【００１３】また、上記第１の結合部材に軸方向移動可
能に上記第１の機械的被結合部材を設け、上記第１の結
合部材と上記第１の機械的被結合部材との間にバネを設
け、上記指に上記指が上記スリットに係合しない状態で
上記第１の機械的被結合部材を押える突起を設ける。

【００１４】また、上記第１の結合部材に軸方向移動可
能に上記第１の電気的被結合部材を設け、上記第１の結
合部材と上記第１の電気的被結合部材との間にバネを設
け、上記指が上記スリットに係合しない状態で上記第１
の電気的被結合部材を押える突起を上記指に設ける。

【００１５】また、マニピュレータに上記結合装置の上
記第１の結合部材を設ける。

【００１６】この場合、上記第１の結合部材の状態を検
出する状態検出手段と、上記状態検出手段の検出信号に
基づいて駆動手段を制御する制御手段とを設ける。

【００１７】

【作用】この結合装置においては、指などに過大な負荷
が作用することがないから、指、指を駆動させる機構を
大型化する必要がなく、また指を回動する前に指をスリ
ットに係合すべき位置に位置決めできる。

【００１８】また、スリットの幅を第２の結合部材の軸
方向結合部側に向かって小さくしたときには、指とスリ
ットとの位置合わせを厳密に行なわなくとも、指をスリ
ットに係合することができる。また、第２の結合部材の
側面のスリットによって指がガイドされるから、第１の
結合部材と第２の結合部材とを指の開動作の間中接触さ
せておく必要はないので、結合時の操作量が軽減され
る。

【００１９】また、凸部の幅を根元方向に向かって大き
くしたときには、凸部と凹部との位置合わせを厳密に行
なわなくとも、凸部と凹部と係合することができる。

【００２０】また、第１の結合部材に軸方向移動可能に
第１の機械的被結合部材を設け、第１の結合部材と第１
の機械的被結合部材との間にバネを設け、指がスリット
に係合しない状態で第１の機械的被結合部材を押える突
起を指に設けたときには、結合が完了するまでは突起が
第１の機械的被結合部材を押える。

【００２１】また、第１の結合部材に軸方向移動可能に
第１の電気的被結合部材を設け、第１の結合部材と第１
の電気的被結合部材との間にバネを設け、指がスリット
に係合しない状態で第１の電気的被結合部材を押える突
起を指に設けたときには、結合が完了するまでは突起が
第１の電気的被結合部材を押える。

【００２２】また、マニピュレータにおいては、第１の
結合部材の重量が小さい。

【００２３】また、第１の結合部材の状態を検出する状
態検出手段と、状態検出手段の検出信号に基づいて駆動
手段を制御する制御手段とを設けたときには、駆動手段
等に過大な力が作用するのを防止することができる。

【００２４】

【実施例】図１はこの発明に係る結合装置を示す斜視
図、図２は図１に示した結合装置、マニピュレータの一
部を示す断面図である。図に示すように、第１の結合部
材１００の内部にリンク駆動モータ１１０が設けられ、
リンク駆動モータ１１０の出力軸にギア１１１が取り付
けられ、結合部材１００の内部に減速機１１３が設けら
れ、減速機１１３の入力軸にギア１１２が設けられ、ギ
ア１１１とギア１１２とが噛み合っている。また、減速
機１１３の出力軸にネジ１１４が取り付けられ、ネジ１
１４にボールナット１１５が螺合され、ボールナット１
１５に押板１０６が取り付けられ、押板１０６にピン１
０５によってリンク１０４が回動可能に取り付けられ、
結合部材１００の端板１０７にピン１０１によって３本
の指１０２が回動可能に取り付けられ、３本の指１０２
は放射状に設けられ、リンク１０４と指１０２とがピン
１０１によって回動可能に取り付けられ、リンク駆動モ
ータ１１０、減速機１１３、ネジ１１４、ボールナット
１１５、押板１０６、リンク１０４等により指１０２を
回動する指開閉機構を構成している。また、結合部材１
００の内部に伝達駆動モータ１２０が設けられ、伝達駆
動モータ１２０の出力軸にギア１２１が取り付けられ、
結合部材１００の内部に減速機１２３が設けられ、減速
機１２３の入力軸にギア１２２が設けられ、ギア１２１
とギア１２２とが噛み合っており、減速機１２３の出力
軸にトルク伝達軸１２４が取り付けられ、トルク伝達軸
１２４にキー１２７により軸方向移動可能にソケットレ
ンチ１２５が取り付けられ、トルク伝達軸１２４とソケ
ットレンチ１２５との間にバネ１２６が設けられ、指１
０２が閉じた状態すなわち指１０２がネジ１１４とほぼ
平行な状態でソケットレンチ１２５をバネ１２６に抗し
て押える突起１０９が指１０２に設けられ、端板１０７
の外部の各指１０２の基部近傍に凹部１４０が設けら
れ、凹部１４０の幅は間口方向から奥行方向に向かって
すなわち図２紙面左方に向かって小さくなっており、ま
た凹部１４０の幅は結合部材１００の内部に向かって小
さくなっている。また、第２の結合部材２００に設けら
れた孔をトルク伝達軸２０３が貫通し、トルク伝達軸２
０３にボルトヘッド２０５が設けられ、結合部材２００
に凹部１４０に係合すべき凸部２０４が設けられ、凸部
２０４の幅は根元方向に向かってすなわち図２紙面右方
に向かって大きくなっており、また凸部２０４の幅は結
合部材２００の内部に向かって小さくなっている。ま
た、凸部２０４に指１０２が係合すべきスリット２０２
が設けられ、スリット２０２の幅は結合部材２００の軸
方向結合部側に向かってすなわち図２紙面左方に向かっ
て小さくなっている。また、結合部材１００は力トルク
センサ４１０を介してマニピュレータ４００に取り付け
られ、力トルクセンサ４１０は信号線５１０を介して制
御装置５００に接続され、制御装置５００は力トルクセ
ンサ４１０の検出信号に基づいてマニピュレータ４００
の駆動手段を制御する。

【００２５】つぎに、図１、図２に示した結合装置の結
合動作について説明する。まず、図３に示すように、結
合部材２００を弾性材３０１を介してペイロード３００
に取り付け、指１０２を最も閉じた状態にする。この状
態では、突起１０９がソケットレンチ１２５をバネ１２
６に抗して押えている。つぎに、マニピュレータ４００
を駆動し、結合部材２００に対する結合部材１００の軸
に垂直な方向の概略位置決めを行なう。その後、マニピ
ュレータ４００を更に駆動して、結合部材１００を軸方
向へ移動し、結合部材１００を結合部材２００に近づけ
ていくと、図４に示すように、凹部１４０の先端が凸部
２０４の上部に接触し、これに沿って移動する。この
際、制御装置５００は基本的には力トルクセンサ４１０
からの検出信号に基づき、検出される力とモーメントと
が小さくなるような制御を実行し、マニピュレータ４０
０を動作させる。さらに、結合部材１００を軸方向に結
合部材２００に近づけていくと、凹部１４０が凸部２０
４に沿って挿入されるように３軸回りおよび軸に平行な
２方向の正確な位置決めが行なわれ、図５に示すよう
に、結合部材１００の端板１０７が結合部材２００の先
端に当たった時点で挿入動作が完了し、この時点で３軸
方向および３軸回りの位置決めが実現される。以上のよ
うな方法で三次元的に正確な位置決めが実現されるたの
ち、リンク駆動モータ１１０を作動してネジ１１４を回
転すると、押板１０６が結合部材２００に近づく方向に
移動し、リンク１０４が前方に押し出されて、図６に示
すように、指１０２はピン１０１を基点として回動し、
指１０２はスリット２０２に係合した状態まで開いて行
く。そして、指１０２の全開状態で、結合部材１００、
２００相互の正確な位置決め状態の維持ができるように
なる。この状態では、ソケットレンチ１２５が突起１０
９から開放されるから、ソケットレンチ１２５がバネ１
２６によって押されて突出し、ソケットレンチ１２５と
ボルトヘッド２０５とが結合されるから、伝達駆動用モ
ータ１２０を作動して、トルク伝達軸２０３を回転する
ことができる。

【００２６】なお、図４に示す状態においてリンク駆動
モータ１１０を駆動させて指１０２を開き、指１０２が
スリット２０２に引っかかることにより、結合部材２０
０を引き込み、その過程で凹部１４０と凸部２０４およ
び指１０２とスリット２０２により３次元的に正確な位
置決めを実現し、指１０２の全開状態で３次元的に正確
な位置決めが終了するという順序でもよい。

【００２７】また、結合が完了後に所定の作業を終了し
たのち、リンク駆動モータ１１０を逆回転すると、結合
と逆の順序で結合が解除され、結合部材１００と結合部
材２００とが分離される。指１０２が閉じるときに、指
１０２の有する突起１０９がソケットレンチ１２５を押
し付け、ソケットレンチ１２５がボルトヘッド２０５か
ら離れる方向に動かされる。

【００２８】図１、図２に示した結合装置においては、
結合部材１００を結合部材２００に近づけたときに、指
１０２は結合部材２００に接触しないから、指１０２な
どに過大な負荷が作用することがないので、指１０２、
指１０２を駆動させる機構を大型化する必要がないた
め、結合装置は小型で重量が小さくなる。また、指１０
２を回動する前に指１０２をスリット２０２に係合すべ
き位置に位置決めできるから、結合時に指１０２を結合
部材２００に押し付ける必要がなく、また結合部材１０
０と結合部材２００とを確実に結合することができる。
また、スリット２０２の幅を結合部材２００の軸方向結
合部側に向かって小さくしているから、指１０２とスリ
ット２０２との位置合わせを厳密に行なわなくとも、指
１０２をスリット２０２に係合することができるので、
操作が容易である。この場合、指１０２は結合部材２０
０の半径方向外側部で結合部材２００に接触するから、
指１０２の生み出す力による結合部材１００の結合軸回
りの回転モーメントが大きいので、大きな回転反力があ
ったとしても、指１０２の開く動作により初期の位置姿
勢ずれを補正することができ、結合部材１００と結合部
材２００とを確実に結合することができる。また、凸部
２０４の幅を根元方向に向かって大きくしているから、
凸部２０４と凹部１４０との位置合わせを厳密に行なわ
なくとも、凸部２０４と凹部１４０とを係合することが
できるから、操作が容易である。また、従来において
は、たとえば６自由度マニピュレータによって結合部材
１と結合部材３０との接触を行なわせる場合、６自由度
全てを制御する必要があり、加えて指開の動作が加わる
から、計７自由度の制御が必要である。これに対して、
この発明では、結合部材１００と結合部材２００との接
触の必要がないから、マニピュレータ４００の制御は不
要であり、指開の１自由度の制御だけですむ。また、結
合が完了するまでは突起１０９がソケットレンチ１２５
を押えることができるから、結合部材１００と結合部材
２００との結合完了前にはソケットレンチ１２５とボル
トヘッド２０５とが結合しない。

【００２９】また、マニピュレータにおいては、結合部
材１００の重量が小さいから、マニピュレータ４００の
駆動手段等を小型にすることができる。また、力トルク
センサ４１０からの検出信号に基づき制御装置５００に
よりマニピュレータ４００の駆動手段を制御するしてい
るから、駆動手段等に過大な力が作用するのを防止する
ことができるので、マニピュレータ４００を小型にする
とともに、マニピュレータ４００の重量を小さくするこ
とができる。

【００３０】なお、上述実施例においては、第１、第２
の機械的被結合部材としてソケットレンチ１２５、ボル
トヘッド２０５を用いたが、他の第１、第２の機械的被
結合部材を用いてもよく、また電気コネクタ等の第１、
第２の電気的被結合部材を用いてもよい。また、上述実
施例においては、３本の指１０２で結合を行なったが、
指の本数はこれに限定されるものではない。また、上述
実施例においては、凹部１４０、凸部２０４を３個設け
たが、凹部、凸部の個数はこれに限定されるものではな
い。また、上述実施例における指１０２を開閉動作させ
る指開閉機構は一例であって、他の機構によって開閉動
作させるようにしてもよい。また、上述実施例において
は、結合部材１００を状態検出手段である力トルクセン
サ４１０を介してマニピュレータ４００に取り付け、力
トルクセンサ４１０を信号線５１０を介して制御手段で
ある制御装置５００に接続し、制御装置５００により力
トルクセンサ４１０の検出信号に基づいてマニピュレー
タ４００の駆動手段を制御したが、結合部材１００の状
態を検出する他の状態検出手段を設け、状態検出手段の
検出信号に基づいて駆動手段を制御する他の制御手段を
設けてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る結
合装置においては、指などに過大な負荷が作用すること
がないから、指、指を駆動させる機構を大型化する必要
がないので、小型で重量が小さくなり、また指を回動す
る前に指をスリットに係合すべき位置に位置決めできる
から、結合時に指を第２の結合部材に押し付ける必要が
なく、また確実に結合することができる。

【００３２】また、スリットの幅を第２の結合部材の軸
方向結合部側に向かって小さくしたときには、指とスリ
ットとの位置合わせを厳密に行なわなくとも、指をスリ
ットに係合することができるから、操作が容易である。

【００３３】また、凸部の幅を根元方向に向かって大き
くしたときには、凸部と凹部との位置合わせを厳密に行
なわなくとも、凸部と凹部と係合することができるか
ら、操作が容易である。

【００３４】また、第１の結合部材に軸方向移動可能に
第１の機械的被結合部材を設け、第１の結合部材と第１
の機械的被結合部材との間にバネを設け、指がスリット
に係合しない状態で第１の機械的被結合部材を押える突
起を指に設けたときには、結合が完了するまでは突起が
第１の機械的被結合部材を押えるから、第１の結合部材
と第２の結合部材との結合完了前には第１、第２の機械
的被結合部材が結合しない。

【００３５】また、第１の結合部材に軸方向移動可能に
第１の電気的被結合部材を設け、第１の結合部材と第１
の電気的被結合部材との間にバネを設け、指がスリット
に係合しない状態で第１の電気的被結合部材を押える突
起を指に設けたときには、結合が完了するまでは突起が
第１の電気的被結合部材を押えるから、第１の結合部材
と第２の結合部材との結合完了前には第１、第２の電気
的被結合部材が結合しない。

【００３６】また、マニピュレータにおいては、第１の
結合部材の重量が小さいから、駆動手段等を小型にする
ことができる。

【００３７】また、第１の結合部材の状態を検出する状
態検出手段と、状態検出手段の検出信号に基づいて駆動
手段を制御する制御手段とを設けたときには、駆動手段
等に過大な力が作用するのを防止することができるか
ら、小型で重量を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る結合装置を示す分解斜視図であ
る。

【図２】図１に示した結合装置、マニピュレータの一部
を示す断面図である。

【図３】図１、図２に示した結合装置の動作説明図であ
る。

【図４】図１、図２に示した結合装置の動作説明図であ
る。

【図５】図１、図２に示した結合装置の動作説明図であ
る。

【図６】図１、図２に示した結合装置の動作説明図であ
る。

【図７】従来の結合装置を示す断面図である。

【符号および記号の説明】

１００…第１の結合部材 １０２…指 １０４…リンク １０６…押板 １０９…突起 １１０…リンク駆動モータ １１３…減速機 １１４…ネジ １１５…ボールナット １２５…ソケットレンチ １２６…バネ １４０…凹部 ２００…第２の結合部材 ２０２…スリット ２０４…凸部 ２０５…ボルトヘッド ４００…マニピュレータ ４１０…力トルクセンサ ５００…制御装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の結合部材に回動可能に指が設けら
   れ、上記指を回動する指開閉機構が設けられ、第２の結
   合部材に上記指が係合すべきスリットが設けられた結合
   装置において、上記第１の結合部材、上記第２の結合部
   材のどちらか一方に凹部を設け、上記第１の結合部材、
   上記第２の結合部材の他方に上記凹部に係合すべき凸部
   を設けたことを特徴とする結合装置。
2. 【請求項２】上記スリットの幅を上記第２の結合部材の
   軸方向結合部側に向かって小さくしたことを特徴とする
   請求項１に記載の結合装置。
3. 【請求項３】上記凸部の幅を根元方向に向かって大きく
   したことを特徴とする請求項１または２に記載の結合装
   置。
4. 【請求項４】上記第１の結合部材に第１の機械的被結合
   部材または第１の電気的被結合部材が設けられ、上記第
   ２の結合部材に第２の機械的被結合部材または第２の電
   気的被結合部材が設けられていることを特徴とする請求
   項１、２または３に記載の結合装置。
5. 【請求項５】上記第１の結合部材に軸方向移動可能に上
   記第１の機械的被結合部材を設け、上記第１の結合部材
   と上記第１の機械的被結合部材との間にバネを設け、上
   記指が上記スリットに係合しない状態で上記第１の機械
   的被結合部材を押える突起を上記指に設けたことを特徴
   とする請求項４に記載の結合装置。
6. 【請求項６】上記第１の結合部材に軸方向移動可能に上
   記第１の電気的被結合部材を設け、上記第１の結合部材
   と上記第１の電気的被結合部材との間にバネを設け、上
   記指が上記スリットに係合しない状態で上記第１の電気
   的被結合部材を押える突起を上記指に設けたことを特徴
   とする請求項４に記載の結合装置。
7. 【請求項７】請求項１、２、３、４、５または６に記載
   の結合装置の上記第１の結合部材を有することを特徴と
   するマニピュレータ。
8. 【請求項８】上記第１の結合部材の状態を検出する状態
   検出手段と、上記状態検出手段の検出信号に基づいて駆
   動手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする
   請求項７に記載のマニピュレータ。