JP6682074B2 - 把持装置 - Google Patents
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Description
そこで、従来構造の把持装置に対し、ブレーキ等の係止手段や、無通電位置保持機構などを具備して、無通電状態でも把持力を維持することが考えられる。
しかしながら、このような把持装置では、電力供給を遮断した後は、把持装置自体の弾性により把持対象物を把持しなければならず、十分な把持力を得るためには工夫を要する。
複数の把持ユニットの間を開閉させて、これら把持ユニット間で把持対象物を把持したり解放したりする把持装置において、前記複数の把持ユニットのうちの少なくとも一つには、駆動源側から入力部に加わる駆動力を出力部に伝達可能であって且つ出力側から前記出力部に力が加わった際には前記出力部をロックする一方向動力伝達機構と、前記入力部に駆動力を付与する駆動源と、前記出力部の駆動力により受け部材を前記開閉の方向へ移動する動作部と、把持対象物に押圧されるように前記動作部における前記受け部材の閉方向側の部分に設けられた弾性体と、が具備され、前記把持ユニットのバックラッシュによる変位量と、予め設定された押圧力が前記弾性体よりも駆動源側に加わった際に生じる前記把持ユニットの弾性変形の量とを加えた変化量よりも大きく前記弾性体が弾性変形するように、前記弾性体の弾性率を設定し、(把持対象物を把持したときの前記弾性体の弾性変形量−振動による前記受け部材の位置変動)/前記弾性体の弾性率>把持対象物の把持に必要な把持力という条件と、前記把持力×前記弾性体の弾性率>前記動作部の移動分解能という条件との二つの条件を満たすようにしたことを特徴とする把持装置。
また、本発明の他例としては、以下の構成を具備する。
複数の把持ユニットの間を開閉させて、これら把持ユニット間で把持対象物を把持したり解放したりする把持装置において、前記複数の把持ユニットのうちの少なくとも一つには、駆動源側から入力部に加わる駆動力を出力部に伝達可能であって且つ出力側から前記出力部に力が加わった際には前記出力部をロックする一方向動力伝達機構と、前記入力部に駆動力を付与する駆動源と、前記出力部の駆動力により前記開閉の方向へ移動する動作部と、把持対象物に押圧されるように前記動作部の閉方向側の部分に設けられた弾性体と、が具備され、前記一方向動力伝達機構は、円柱状空間を有する収納室と、前記収納室に同軸状に回転するように収納された前記出力部と、前記出力部に対し同軸状に回転するように係合した前記入力部と、前記収納室の内周面と出力部の外周面との間に設けられた係合子と、前記係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備え、前記出力部の外周面に、前記一方側へ向かって前記収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面を形成し、前記入力部が前記一方側に対する他方側に回転した際に、前記入力部を前記係合子に当接した後に、同入力部を前記出力部に当接して前記出力部を押動するように構成され、さらに、前記一方向動力伝達機構の出力側には、雄ネジ状部材の回転により該雄ネジ状部材に螺合する雌ネジ状部材を軸方向へ進退させる他の動力伝達機構が設けられ、前記一方向動力伝達機構の前記出力部と前記他の動力伝達機構の前記雄ネジ状部材とを中心軸が平行になるように並設し、前記出力部の回転力を歯車により前記雄ネジ状部材に伝達し、前記雄ネジ状部材の回転に伴う前記雌ネジ状部材の進退により前記動作部を前記開閉の方向へ移動するようにしたことを特徴とする把持装置。
ここで、前記「複数の把持ユニット」には、これら複数の把持ユニットの全部がそれぞれ動作して、これら把持ユニット間が開閉するようにした態様や、これら複数の把持ユニットのうちの一部の把持ユニットのみが動作するとともに他の把持ユニットが不動に固定され、前記一部の把持ユニットと前記他の把持ユニットとの間が開閉するようにした態様等を含む。
また、前記「一方向動力伝達機構」には、回転運動により一方向へ駆動力を伝達する態様や、直線運動により一方向へ駆動力を伝達する態様、回転運動と直線運動の双方により駆動力を一方向へ伝達する態様等を含む。
前記構成によれば、前記駆動源の駆動力により前記把持ユニットを閉鎖動作させ、複数の把持ユニット間に把持対象物を把持した際、弾性体が把持ユニットの動作部と把持対象部との間に押圧されて弾性変形する。この後、前記駆動源の駆動力が遮断した場合には、一方向動力伝達機構により逆方向の動作が阻止され、前記弾性体の復元力により把持対象物を把持した状態が維持される。
次に、上記特徴を有する具体的な実施態様について、図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る把持装置の一例を示す構造図である。
この把持装置Aは、ベース部材1と、該ベース部材1に支持された複数(図示例によれば二つ)の把持ユニット2とを備え、複数の把持ユニット2の間を開閉させて、これら把持ユニット2の間で把持対象物Bを把持したり解放したりする。
このベース部材1は、例えば、筒状の中空部材や、枠状部材、長尺板状の部材、その他の構造の部材とすることが可能である。
可動アーム11における基端側は、一片部11aと他片部11bの交差する部分が、第2の動作部30の先端側に回転自在に支持され、他片部11bの先端側が、後述する第1の動力伝達機構50の先端側に回転自在に支持されている。
また、パラレルリンク12の基端側は、第2の動作部30の先端側に回転自在に支持されている。
この受け部材13、可動アーム11及びパラレルリンク12は、いわゆる平行クランク機構を構成しており、可動アーム11およびパラレルリンク12を第2の動作部30に対し回動させて、弾性体20を移動させた際に、その移動の前後の弾性体20の受け面が平行になるようにしている。
この弾性体20は、把持ユニット2全体のバックラッシュによる変位量と、予め設定された一定の押圧力が弾性体20よりも駆動源側に加わった際に生じる把持ユニット2全体の弾性変形の量と、を加えた変化量よりも大きい必要最小限の弾性変形をするように、弾性率が適宜に設定されている。
前記バックラッシュは、可動アーム11やパラレルリンク12の前後の接続箇所や、後述する第1の動力伝達機構50の各接続箇所および歯車間等に生じる極僅かな隙間やがたつき等に起因するものである。
把持ユニット2の前記弾性変形の量とは、把持ユニット2を構成する各部材(前述した可動アーム11やパラレルリンク12等を含む)の全体の弾性変形の量である。前記各部材は、主に金属材料であるが、弾性的な撓みを含む若干の弾性変形をする。
また、前記「予め設定された一定の押圧力」とは、弾性体20を外した状態で左右の受け部材13間に把持対象物Bを把持した場合に、把持対象物Bが容易に滑り落ちることのない必要最小限の押圧力であり、予め実験または計算によって求められた一定の押圧力である。この押圧力は、予定される把持対象物Bの重量や形状、被把持部位の摩擦係数等に応じて、異なる値になる。
しかしながら、受け部材13に弾性体20を取り付け、前記把持力(10N)を受けた場合に弾性変形量が1mmとなるように弾性体20を設計しておけば、把持力を10%刻みで調整可能となり、把持対象物Bの落下も防ぐことができる。
なお、把持装置(図示例によれば、把持装置A)が安定的に把持対象物を把持するためには、(把持対象物を把持したときの弾性体20の弾性変形量 - 振動による受け部材の位置変動)/ 弾性体20の弾性率 > 把持対象物Bの把持に必要な力、把持力 × 弾性体20の弾性率 > 第1の動作部10(例えば、ロボットの指)の移動分解能 の2つの条件を満たす必要がある。
また、把持力の調整可能分解能は、把持力×弾性体20の弾性率/動作部(図示例によれば、第1の動作部10)の移動分解能で計算できる。把持対象物Bを落下させずに把持力を調整可能とするためには、把持力の調整可能分解能を1未満にする必要があるが、弾性体20の弾性率を適切に設定することにより、安定的に把持対象物Bを把持し続けるとともに、把持力の調整可能分解能を調整することが可能となる。
また、当該把持装置Aでは、把持ユニット2全体の弾性変形量に加えバックラッシュも考慮して、上述したように弾性体20の弾性率を設定している。
そして、この支持片部31には、後述する第1の駆動源ユニット40及び第1の動力伝達機構50等が支持されている。
そして、この調速機構43は、駆動源42の出力軸42aから支持回転体43cに伝達される回転力を、予め設定された適宜な比率で減速し、一方向動力伝達機構44の入力部44aに伝達する。
そして、この一方向動力伝達機構44は、調速機構43から、入力部44aに回転力を受けた際に、この回転力を出力部44bに伝達して出力部44bを回転させ、また、出力部44bに対し出力側(後述する第1の動力伝達機構50側)から回転力が加わった際には、該出力部44bを回転不能にロックする。
また、入力部44aに時計方向の回転力が加わった場合には、図示を省略するが、前述したのと逆方向への移動、当接、押動等によって、出力部44bが時計方向へスムーズに回転する。
同様にして、出力部44bに、第1の動力伝達機構50側から、例えば反時計方向の回転力が加わった場合には、反時計方向へ回転しようとする出力部44bの一方のカム面44eと収納室41a内周面との間に、一方の係合子44cが食い込むようにして強く押し付けられるため、出力部44bの反時計方向への回転が阻まれる。
この雄ネジ状部材51の後端側と、第1の駆動源ユニット40の出力部44bとの間には、出力部44bの回転力を雄ネジ状部材51へ伝達するように、複数の歯車55が設けられている。
この雌ネジ状部材52は、雄ネジ状部材51の一方向の回転により前進し、同雄ネジ状部材51の他方向の回転により後退する。
これら雄ネジ状部材51及び雌ネジ状部材52は、周知のボールねじ機構又はすべりねじ機構によって構成することが可能である。なお、この機構は、雌ネジ状部材52に加わる軸方向の力によって雄ネジ状部材51が回転することのないように構成される。すなわち、この機構は、上記一方向動力伝達機構44と同様の機能を有する。
なお、複数の把持ユニット2の他例としては、非対称に配置した態様とすることも可能である。例えば、3つの把持ユニット2を角度120毎に配設した態様や、複数の把持ユニット2を人間の手指や腕等と同様に配設した態様等とすることも可能である。
当該把持装置Aによって把持対象物Bを挟む際、二つの把持ユニット2について、それぞれ、駆動源42(モータ)に電力が供給され、該駆動源42が一方向へ回転する。
駆動源42の回転力は調速機構43によって調速され、一方向動力伝達機構44を介して第1の動力伝達機構50に伝達される。
第1の動力伝達機構50は、雄ネジ状部材51を回転させることで雌ネジ状部材52を前進させ、この前進に伴って前進する駆動リンク53が、可動アーム11の他片部11bを押し動かし、可動アーム11が回動する。この際、受け部材13により連結されたパラレルリンク12も同時に回動することになる。
駆動源42は、図示しない制御装置によって動作が制御される。
この制御装置は、例えば、電源、モータドライバ、演算増幅器等を含む制御回路等により構成されている。この制御装置は、把持ユニット2が把持対象物Bを把持する際の押圧力を、図示しない検知手段により駆動源42の負荷電流として検知する。
そして、前記制御装置は、通常の把持動作時においては、前記負荷電流値が予めプログラム設定している基準値を超えない範囲で、駆動源42が駆動することによって、把持対象物Bを把持する動作を行う。また、前記負荷電流値が前記基準値を超えたときには、駆動源42の供給電力を自動的に遮断する。
なお、前記検知手段は、駆動源42の負荷電流を検知するものではなく、トルクセンサ、圧力センサ或いは力覚センサなどを用いて前記押圧力を測定するものとし、この測定値が、予め適宜に設定した基準値を超えた場合に、駆動源42の供給電力を遮断するようにしてもよい。
なお、一方向動力伝達機構44及び第1の動力伝達機構50の作用により把持対象物Bを把持する際、把持力が目標値を超えてしまう場合がある。このような場合には、必要に応じて前記把持力を低減させるために、前記把持力を目標値に一致させるように駆動源42を逆回転させ、第1の動作部10を逆方向に回動させる。この時、仮に弾性体20がない場合には把持対象物Bを把持する力が急激に減少し、把持対象物Bを落下させてしまう恐れがあるが、本実施態様の把持装置Aでは、弾性体20を含む上記構成によって、回動量に対する把持力の変化を前述の通り緩やかにすることができ、その結果として、把持対象物Bを落下させることなく把持力を維持することが可能である。
また、把持対象物Bを把持した際に、把持ユニット2のバックラッシュや固有の弾性変形量等を含む必要最小限の弾性変形となるように、弾性体20の弾性率が設定されているため、高速に動作させた場合でも、把持の確実性が低下するようなことを防ぐことができる。
2:把持ユニット
10:第1の動作部
20:弾性体
30:第2の動作部
40:第1の駆動源ユニット
41:ケース
41a:収納室
42,62:駆動源
43,63:調速機構
44,64:一方向動力伝達機構
44c,44d:係合子
44e,44f:カム面
44g:付勢部材
44a:入力部
44b:出力部
60:第2の駆動源ユニット
A:把持装置
B:把持対象物
Claims (2)
- 複数の把持ユニットの間を開閉させて、これら把持ユニット間で把持対象物を把持したり解放したりする把持装置において、
前記複数の把持ユニットのうちの少なくとも一つには、
駆動源側から入力部に加わる駆動力を出力部に伝達可能であって且つ出力側から前記出力部に力が加わった際には前記出力部をロックする一方向動力伝達機構と、
前記入力部に駆動力を付与する駆動源と、
前記出力部の駆動力により受け部材を前記開閉の方向へ移動する動作部と、
把持対象物に押圧されるように前記動作部における前記受け部材の閉方向側の部分に設けられた弾性体と、が具備され、
前記把持ユニットのバックラッシュによる変位量と、予め設定された押圧力が前記弾性体よりも駆動源側に加わった際に生じる前記把持ユニットの弾性変形の量とを加えた変化量よりも大きく前記弾性体が弾性変形するように、前記弾性体の弾性率を設定し、
(把持対象物を把持したときの前記弾性体の弾性変形量−振動による前記受け部材の位置変動)/前記弾性体の弾性率>把持対象物の把持に必要な把持力という条件と、
前記把持力×前記弾性体の弾性率>前記動作部の移動分解能という条件との二つの条件を満たすようにしたことを特徴とする把持装置。 - 複数の把持ユニットの間を開閉させて、これら把持ユニット間で把持対象物を把持したり解放したりする把持装置において、
前記複数の把持ユニットのうちの少なくとも一つには、
駆動源側から入力部に加わる駆動力を出力部に伝達可能であって且つ出力側から前記出力部に力が加わった際には前記出力部をロックする一方向動力伝達機構と、
前記入力部に駆動力を付与する駆動源と、
前記出力部の駆動力により前記開閉の方向へ移動する動作部と、
把持対象物に押圧されるように前記動作部の閉方向側の部分に設けられた弾性体と、が具備され、
前記一方向動力伝達機構は、円柱状空間を有する収納室と、前記収納室に同軸状に回転するように収納された前記出力部と、前記出力部に対し同軸状に回転するように係合した前記入力部と、前記収納室の内周面と出力部の外周面との間に設けられた係合子と、前記係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備え、前記出力部の外周面に、前記一方側へ向かって前記収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面を形成し、前記入力部が前記一方側に対する他方側に回転した際に、前記入力部を前記係合子に当接した後に、同入力部を前記出力部に当接して前記出力部を押動するように構成され、
さらに、前記一方向動力伝達機構の出力側には、雄ネジ状部材の回転により該雄ネジ状部材に螺合する雌ネジ状部材を軸方向へ進退させる他の動力伝達機構が設けられ、
前記一方向動力伝達機構の前記出力部と前記他の動力伝達機構の前記雄ネジ状部材とを中心軸が平行になるように並設し、前記出力部の回転力を歯車により前記雄ネジ状部材に伝達し、前記雄ネジ状部材の回転に伴う前記雌ネジ状部材の進退により前記動作部を前記開閉の方向へ移動するようにしたことを特徴とする把持装置。
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