JP2002018764A - ロボット把持機構 - Google Patents

ロボット把持機構

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JP2002018764A
JP2002018764A JP2000206893A JP2000206893A JP2002018764A JP 2002018764 A JP2002018764 A JP 2002018764A JP 2000206893 A JP2000206893 A JP 2000206893A JP 2000206893 A JP2000206893 A JP 2000206893A JP 2002018764 A JP2002018764 A JP 2002018764A
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Shuichi Kawasaki
秀一 川崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 宇宙ステーションの船外や船内で作業するロ
ボット把持機構に関し、宇宙機器やシートトラック、ハ
ンドレールの把持を可能にし、把持部のクッション効果
を持たせる。 【解決手段】 作業ロボットの多機能アーム10の先端
に取付けられる把持機構20の本体は四角形状の6面体
で対向する側面に2本の上下方向の溝23を設け、2本
の把持アーム21,22を回動可能に設ける。又、他の
対向する側面には中央部で上下方向の溝25を設け、補
助把持アーム24を設ける。又、本体中心には上下動可
能なピストン部材40を設ける。4本の把持アーム2
1,22には凹部29を設け、凹部29に膨脹体28を
設け、物体を把持する際には膨脹させて膨らませアーム
と物体間の接触部にクッション効果を持たせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙飛行体船内、
船外、月、火星等の衛星上で、又は宇宙空間で作業を行
うロボットあるいは地球での海中や原子力発電等でのロ
ボットに適用され、ロボットの作業アーム先端に装着す
る作業ロボット用アーム先端部による把持機構に関す
る。
【0002】
【従来の技術】現在計画されている宇宙ステーション等
有人宇宙船の有人モジュール本体の表面には、ハンドレ
ールがモジュール本体の船内外周囲各所に設けられてお
り、作業員がこのハンドレールを把持してハンドレール
を伝わり保守、点検、機器の交換を行う。又、船内外の
機器には持ち運び用のハンドホールドが取付けられてお
り、作業員がこれを把持して運搬する。
【0003】特に、宇宙ステーションの有人モジュール
の船内においては、各種の実験を行うために、作業員が
実験装置や機器を搬送したり、ラックへ装着、取外し、
等が行なわれている。図7は有人モジュールの船内の構
造の概要を示し、(a)は船内の側面図、(b)はその
B部の詳細を示す図である。(a)において、有人モジ
ュール本体100内部には実験用の多数のラック101
が配列しており、又、作業員が作業中に把持するための
ハンドレール103が設けられている。(b)は(a)
におけるB部の詳細図で、ラックの側面を示している。
ラック101には直線、曲線の帯状の機器固定用の溝又
はレール、又はシートトラック102が取付けられ、こ
のシートトラック102には、長手方向に穴を連続して
形成し、この穴に各種の実験装置や機器103,104
を取付け用の部材を差し込み、固定し、支持することが
できる。又は微小重力下における、種々の機器又は作業
員の固定用アダプタが設置されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のように現状で計
画されているモジュール、又は人工衛星等の宇宙空間で
の作業は宇宙服を装着した作業員による作業が主力であ
り、安全上の問題等の面より人間に代わる機械化が望ま
れている。又、宇宙空間でのロボットとしては種々提案
されているが、単一のアームからなるものや、双腕ロボ
ット等も計画されているが、いずれも固定式であり、宇
宙ステーションのモジュール本体の船外での点検や構造
物の交換、船内での機器の操作や取付け、取外し、等を
目的としたロボットは実現していないのが現状である。
【0005】そこで、本発明の出願人は、宇宙ステーシ
ョンのモジュール本体の船内、船外での点検や機器の交
換を目的とした作業ロボットについて種々提案してお
り、その一例を図8により示す。図8において、81は
従来例で説明のM/Dシールドであり、M/Dシールド
81には2個所にTハンドルソケット82が設けられて
いる。又、M/Dシールド81には2個所にTハンドル
ソケット82が設けられている。又、M/Dシールド8
1の四隅にはM/Dシールドをモジュール本体に固定す
るための4個のボルト穴83が明けられており、ボルト
85によりモジュール本体に取付けられている。
【0006】又、モジュール本体の周囲には構造用のフ
ランジが軸方向に取付けられており、このビームには所
定のピッチで作業用ソケット86が設けられている。こ
の作業用ソケット86は、作業員が宇宙ステーション外
でモジュール本体周囲を保守、点検する際に持参する作
業台等の治具を固定するためのもので、治具側の止め具
を挿入して固定するためのソケットである。作業ロボッ
トは、この作業用ソケット86やボルト85の頭、Tハ
ンドルソケット82、ハンドレール、ハンドホールド等
を利用して自己の位置を固定し、移動するものである。
【0007】図8において、1は本体であり、下面四隅
には4本の多機能アーム10,11,12,13が設け
られている。多機能アーム10は連結部10a,10
b,10cで連結されて三次元方向に自由に回動可能で
あり、同様に、多機能アーム11は連結部11a,11
b,11cで、多機能アーム12は連結部12a,12
b,12cで、又、多機能アーム13も連結部13a,
13b,13cでそれぞれ連結され、4本のアーム1
0,11,12,13を伸縮自在に変化させて自由に移
動できる構成である。なお、多機能アームは図では4本
の例で説明したが、必ずしも4本でなくても良く、2,
3本、あるいは4本以上でも良い。
【0008】各アーム10,11,12,13の連結部
10c,11c,12c,13cには操作具2が連結さ
れている。操作具2には側面にカメラ3とライト4又は
レーザ照射装置等の視覚装置が取付けられ、図示省略の
制御装置によりライト4を点灯し、カメラ3又はレーザ
照射装置等の視覚装置の映像を取り込んでデータ処理
し、状況監視及び位置の確認を行う。操作具2は作業用
ソケット86を把持し、又、M/Dシールド81の四隅
にあるボルトの頭を把持するアーム先端部を備え、又は
ボルトを外し、アームを固定するためのネジアーム先端
部、等が装着されている。
【0009】上記に説明した作業ロボットにおいては、
操作具2で宇宙空間において各種の形状大きさのボルト
や大小の作業用ソケット、あるいはハンドレール等を把
持しなければならない。そのためには作業の目的、場所
に応じて把持部の形状や大きさに適合する操作具に交換
して作業しなければならず、操作具も各種形状、大きさ
のものを準備しなければならない。
【0010】そこで、本発明では、宇宙ステーションの
船外はもちろん、特に有人モジュールの船内において先
端把持機構(アーム先端部)を備えることにより、シー
トトラック、ハンドレール、ハンドホールド、各種アダ
プタ等を把持することのできる作業ロボット用アーム先
端部による把持機構を提供することを課題としてなされ
たものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の(1),(2)の手段を提供する。
【0012】(1)作業ロボットのアーム先端に取付け
られる把持機構であって、同把持機構は任意形状のブロ
ックで形成される本体と、同本体の側面のうち対向する
側面にそれぞれ一端が取付けられ、先端がそれぞれ開閉
可能な把持部、ハンド又は指部と、同把持部、ハンド又
は指部の内側のアームに取付けられた膨脹体と、同膨脹
体内にガス又は空気を流出入させる手段と、同手段のガ
ス又は空気の流出入を制御する制御手段とを備えて構成
され、同制御装置は前記把持部、ハンド又は指部が物体
を把持する場合にはガス又は空気を流入させて前記膨脹
体を膨らませて前記把持部、ハンド又は指部が前記膨脹
体を介して前記物体を把持するようにせしめ、前記把持
部、ハンド又は指部が前記物体を離すと前記膨脹体から
ガス又は空気を吸引するように前記流出入手段を制御す
ることを特徴とするロボット把持機構。
【0013】(2)前記ガス又は空気に代えて液体を用
いることを特徴とする(1)記載のロボット把持機構。
【0014】(3)前記ガス又は空気に代えて固体潤滑
を用いることを特徴とする(1)記載のロボット把持機
構。
【0015】(4)前記ガス又は空気に代えてコロイド
状流体を用いることを特徴とする(1)記載のロボット
把持機構。
【0016】本発明の(1)においては、把持部、ハン
ド又は指部で物体を把持する場合には、制御装置はガス
又は空気の流出入手段を制御して膨脹体にガス又は空気
を流入させる。膨脹体は密閉した袋状でガス又は空気が
流入すると容易に膨らみ、突出する。このため把持部、
ハンド又は指部が物体表面を把持する場合には、その接
触は膨脹して膨らんだ膨脹体を介して物体と接触するの
で、物体の接触面又はアーム先端部の損傷を防止するこ
とができ、ロボットでの作業の信頼性が向上するもので
ある。
【0017】本発明の(2)、(3)、(4)では、ガ
ス又は空気の代りに液体、固体潤滑体、コロイド状流体
等を用いるので、把持機構の構造の適用性が広まり、使
用環境により適宜作動媒体を選んでロボットの把持機構
が設計できるので、応用範囲が拡大されるものである。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の実
施の第1形態に係るロボット把持機構を示し、(a)は
正面図、(b)は、その側面図であり、図8に説明した
作業ロボットの多機能アーム10,11,12,13の
先端の操作具の代わりに用いられるものである。
【0019】図1において、本発明のアーム先端部によ
る把持機構は図では説明の都合上、図8で示す作業ロボ
ットの多機能アーム10に装着した例で代表して説明す
るが、すべての図8以外のあらゆるロボットのアームの
先端に装着されることが可能なものである。
【0020】図1において、把持機構20は多機能アー
ム10に回動自在の連結部を介して接続されている。本
体の対向する側面には、それぞれ上下方向に伸びる溝2
3が平行に2本設けられており、これら溝23には、把
持部、ハンド又は指部21aと21bとを連結した把持
部、ハンド又は指部21、又、把持部22aと22bと
を連結した把持部、ハンド又は指部22の端部が摺動可
能に係合している。把持部、ハンド又は指部21,22
は対向する面で、それぞれ構成され、各把持部21,2
2の上端の連結部26は溝23内に連結して上下動可能
であり、図示してない本体内部の駆動機構により上下方
向にスライドする構成である。
【0021】又、把持部、ハンド又は指部21は連結部
26に把持部21aが、把持部21aの先端に把持部2
1bが連結部27を介して接続され、それぞれ連結部2
6,27で回動し、屈曲可能(把持部、ハンド又は指部
22も同様)となっている。把持部、ハンド又は指部2
1,22の上下動、及び屈曲の制御は図示していないロ
ボットの制御装置により、端部を上下方向に移動させる
機構及び連結部26,27の軸をそれぞれ制御して回転
させ、屈曲させる。
【0022】把持部、ハンド又は指部21が取付けられ
た面と直交する他の一対の面には、溝25が設けられて
おり、この溝25には、一対の補助把持部、ハンド又は
指部24が上下動可能に係合している。この補助把持
部、ハンド又は指部24は上部において溝25内へ連結
され、上下に移動可能であり、かつ端部を中心として先
端が内側へ向って回動可能となっており、把持部、ハン
ド又は指部21,22と同様に制御装置により制御され
る。
【0023】本体の中心部には、又、上下動可能なピス
トン部材40が組込まれており、内部のピストン部材4
0は図示省略するが、突出することにより宇宙ステーシ
ョンのモジュール外表面のソケット等の穴に先端が挿入
され、先端部のラッチ機構を出しソケットに先端を固定
し、把持機構を動かないようにして作業ロボットの多機
能アーム10を固定するためのものである。
【0024】28は膨脹体であり、ガスや空気により拡
張して膨脹する密閉した袋体からなり、各把持部、ハン
ド又は指部21,22の本体と対向する面に取付けられ
ている。この膨脹体28は各把持部で把持対象物を把持
する際には、後述するように内部にガス又は空気を充満
して拡張させ、対象物と接触する把持部とハンドレール
等把持対象の間の滑りを防ぐと共に把持部又は対象物を
保護するものである。
【0025】図2は上記に説明した本発明の実施の第1
形態に係るロボット把持機構の把持部の操作を示す図
で、(a)は把持部、ハンド又は指部21,22を溝に
沿って下降させた状態を示し、(b)は把持部、ハンド
又は指部に加えて、更に補助把持部、ハンド又は指部2
4も溝25に沿って下降させた状態を示している。この
ように、物体を把持する場合には、把持部、ハンド又は
指部21,22、補助把持部、ハンド又は指部24は共
に、必要に応じて下降させ、アームを屈曲させて物体を
把持するものである。
【0026】図3は本発明の実施の第1形態に係るロボ
ット把持機構の全体の構成図であり把持部、ハンド又は
指部21(21の先端部を代表して説明するが、他のア
ームにも同様に取付けられる)には長手方向に沿って凹
部29が形成されており、凹部29には膨脹体28の側
面が取付けられ、他の側面が拡張時に表面へ突出するよ
うになっている。70は制御装置であり、膨脹体28に
ガス又は空気を流出入させるように制御するものであ
る。42は加圧装置であり、ガスを加圧して切換えバル
ブ41を介して配管50へ供給するもの、43は吸引装
置であり、配管51、切換えバルブ41を介して配管5
0からガスを吸引するものである。44はガスタンク
で、不活性ガス、空気等の貯蔵タンクである。これら7
0,41〜44はロボット本体1内に装備され、配管5
0により多機能アーム10内を通り、各把持部、ハンド
又は指部21,22の膨脹体28に接続されている。な
お、この配管50は多機能アーム10が移動体であるの
でフレキシブルチューブ等屈折可能な配管から構成され
る。
【0027】上記の構成の実施の第1形態において、把
持部、ハンド又は指部21,22で対象物を把持する場
合には、制御装置70は切換えバルブ41を配管50と
加圧装置42が接続するように切換え、同時に加圧装置
42を所定時間作動させる。これによりガス又は空気は
図中実線の矢印で示すように、ガスタンク44から切換
えバルブ41、配管50を通り膨脹体28に送られ、膨
脹体28を膨らませる。膨脹体28は膨らむことにより
把持対象の物体と把持部の接触部との間のクッションの
役目をし、両者が接触して傷等が付くのを防止する。
【0028】又、把持部、ハンド又は指部21,22が
物体から離れると、制御装置70は切換えバルブ41を
配管50と吸引装置43とが接続するように制御し、同
時に吸引装置43を作動させてガス又は空気を図中点線
の矢印で示すように、配管50、切換えバルブ41、配
管51を通りガスタンク44へ吸引させる。これにより
膨脹体28内のガスは吸引されて膨脹体28は凹部29
内へ縮小して収納される。本膨張体の膨張機能が失われ
た場合も、把持機能は確保される。
【0029】上記のように本発明の実施の第1形態にお
いては、把持部、ハンド又は指部で物体を把持する際に
は、制御装置70は切換えバルブ41を切換え、加圧装
置42を作動させ把持部、ハンド又は指部の膨脹体28
を膨らませるので、物体と把持部との間にはクッション
効果が生じ、物体と把持部との接触面を保護するととも
に接触面が大きくなり把持対象に対し滑りにくくするこ
とができ、又、把持を外すと吸引装置43を作動させて
膨脹体28内のガスを抜き、これを凹部29内に収納さ
せるので膨張体の機能が失われる場合でも支障とはなら
ず、ロボットでの物体の把持の信頼性が向上するもので
ある。
【0030】図4は本発明の実施の第2形態に係るロボ
ット把持機構を示し、(a)は把持部、ハンド又は指
部、補助把持部、ハンド又は指部を収納した状態の正面
図、(b)は把持部をすべて下降させた状態の正面図で
ある。本実施の第2形態においては、把持部、ハンド又
は指部21,22は単一の把持部からなる把持機構30
としたものであり、従って、図1に示す実施の第1形態
と比べると連結部27を不要とするものである。又、膨
脹体28も各把持部、ハンド又は指部21,22に1ヶ
所のみ設けられている簡単な構成としたものであり、そ
の他の構成は図1,図2に示すものと同じであるので詳
しい説明は省略する。
【0031】上記構成の実施の第2形態においても、実
施の第1形態と同様の作用を奏し、同様の効果が得られ
ると共に、把持機構30は簡略な構造としたので、アー
ムの屈曲の制御は連結部26のみとなり、制御が簡単と
なる利点を有するものである。
【0032】図5は本発明の実施の第1形態に係るロボ
ット把持機構による各種の把持の状態を示す正面図であ
り、(a)は四角形状の6面体の物体90を把持する場
合を示し、把持部、ハンド又は指部21,22はすべて
下降させておき、アームで物体90を把持すると共に、
各把持部、ハンド又は指部21,22のすべての膨脹体
28を膨らませて物体90の両側面を膨脹体28を介し
て把持する例である。
【0033】又、図5(b)は同じく物体90を把持す
る例であるが、把持部、ハンド又は指部は一方の側の把
持部、ハンド又は指部21のみを下降させ、他方の把持
部、ハンド又は指部22は途中まで下降させておき、把
持部、ハンド又は指部21の下方の把持部を内側に折り
曲げて把持部、ハンド又は指部21では上,下の膨脹体
28を膨らませ、把持部、ハンド又は指部22では下方
の把持部の膨脹体28のみを膨らませ、それぞれ物体9
0を把持する例である。
【0034】又、図5(c)ではレール92を把持する
例であり、各把持部、ハンド又は指部21,22はすべ
て下降させておき、下部の把持部を内側に曲げてレール
を囲み、膨脹体28を膨らませてレール92を把持する
例である。なお、図4に示す実施の第2形態に係る把持
機構においても説明は省略するが同様の要領で物体の把
持が可能なものである。又、本発明の把持機構は図5
(a),(b),(c)に示した以外の形態でも把持
部、ハンド又は指部の上下動、把持部の屈曲等を種々組
合せれば、あらゆる形状の物体の把持を可能とするもの
である。
【0035】図6は本発明の実施の第1形態に係る把持
機構によりハンドレール端部を把持する場合を示し、
(a)は正面図、(b)は(a)におけるA−A矢視図
である。(a)において、まず、把持機構21,22を
図2で説明したように下降させる。次に、連結部27を
中心に把持部、ハンド又は指部21,22のそれぞれの
先端部を回動させてアーム先端でハンドレール端部91
の左右両側を把持する。
【0036】同時に、把持部、ハンド又は指部21,2
2の下端の把持部の膨脹体28を膨脹させて膨らませ膨
脹体28でアーム先端部とハンドレール端部間の接触に
クッション効果を持たせる。これによりアーム先端やハ
ンドレール端部を過度の接触や押圧力を回避し、損傷、
滑動を防止することができる。
【0037】次に、補助把持部、ハンド又は指部24も
下降させて同様にその先端部を回動させ、ハンドレール
端部91の前後方向の端面に当然させるが、前後方向で
は一方の端部の面のみでも把持可能であり、内側の面に
はレールが取付けられて把持できないので、補助把持
部、ハンド又は指部24は一方の側のみ下降させ、他方
は、そのまま上方の位置を保持させることができる。下
降した一方の補助把持部、ハンド又は指部24は、その
先端部を回動させてハンドレール端部91の面に当接さ
せ押さえるので、ハンドレール91の把持が確実になさ
れる。
【0038】なお、図示省略するが、図4に示す実施の
第2形態においても、図6に示す実施の第1形態と同様
に補助把持部、ハンド又は指部24を用いてハンドレー
ル端部91を把持でき、実施の第1形態と同様の効果が
得られるものである。
【0039】
【発明の効果】本発明のロボット把持機構は、(1)作
業ロボットのアーム先端に取付けられる把持機構であっ
て、同把持機構は任意形状のブロックで形成される本体
と、同本体の側面のうち対向する側面にそれぞれ一端が
取付けられ、先端がそれぞれ左右に開閉可能な把持部、
ハンド又は指部と、同把持部、ハンド又は指部の内側の
把持に取付けられた膨脹体と、同膨脹体内にガス又は空
気を流出入させる手段と、同手段のガス又は空気の流出
入を制御する制御装置とを備えて構成され、同制御装置
は前記把持部、ハンド又は指部が物体を把持する場合に
はガスは空気を流入させて前記膨脹体を膨らませて前記
把持部、ハンド又は指部が前記膨脹体を介して前記物体
を把持するようにせしめ、前記把持部、ハンド又は指部
が前記物体を離すと前記膨脹体からガス又は空気を吸引
するように前記流出入手段を制御することを特徴として
いる。
【0040】上記の構成により、膨脹体はガス又は空気
が流入すると容易に膨らみ、凹部より突出する。このた
め把持部、ハンド又は指部が物体表面を把持する場合に
は、その接触は膨脹して膨らんだ膨脹体を介して物体と
接触するので、物体の接触面又はアーム先端部の損傷を
防止すると共に滑動を防止することができ、ロボットで
の作業の信頼性が向上するものである。
【0041】本発明の(2)〜(4)では、ガス又は空
気の代りに液体、固体潤滑、コロイド状流体を用いるの
で、把持機構の構造の適用性が広まり、使用環境により
適宜作動媒体を選んでロボットの把持機構が設計できる
ので、応用範囲が拡大されるものである。又、前記ガス
又は空気に代えて固体潤滑やコロイド状流体等も用いる
こともできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態に係るロボット把持機
構を示し、(a)は正面図、(b)は側面図である。
【図2】本発明の実施の第1形態に係るロボット把持機
構を示し、(a)は把持部、ハンド又は指部を下降した
状態、(b)は更に、補助把持部、ハンド又は指部も下
降した状態の正面図である。
【図3】本発明の実施の第1形態に係るロボット把持機
構の全体構成図である。
【図4】本発明の実施の第2形態に係るロボット把持機
構を示し、(a)は把持部、ハンド又は指部を上昇して
収納した状態の正面図、(b)は把持部、ハンド又は指
部と補助把持部、ハンド又は指部を下降させた状態の正
面図である。
【図5】本発明の実施の第1形態に係るロボット把持機
構の把持の状態を示し、(a),(b),(c)はそれ
ぞれ各種の異なる把持の状態を示す正面図である。
【図6】本発明の実施の第1形態に係るロボット把持機
構でハンドレールを把持した状態を示し、(a)は正面
図、(b)は側面図である。
【図7】宇宙ステーションの有人モジュール船内の構造
を示し、(a)は側面図、(b)は(a)におけるB部
拡大詳細図である。
【図8】宇宙空間で作業するロボットの一例を示す斜視
図である。
【符号の説明】 10 多機能アーム 20,30 把持機構 21,22,31,32 把持部、ハンド又は指部 23,25 溝 26,27 連結部 24 補助把持部、ハンド又は指
部 28 膨脹体 29 凹部 40 ピストン部材 41 切換えバルブ 42 加圧装置 43 吸引装置 44 ガスタンク 50,51 配管 70 制御装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 作業ロボットのアーム先端に取付けられ
    る把持機構であって、同把持機構は任意形状のブロック
    で形成される本体と、同本体の側面のうち対向する側面
    にそれぞれ一端が取付けられ、先端がそれぞれ開閉可能
    な把持部、ハンド又は指部と、同把持部、ハンド又は指
    部の内側のアームに取付けられた膨脹体と、同膨脹体内
    にガス又は空気を流出入させる手段と、同手段のガス又
    は空気の流出入を制御する制御装置とを備えて構成さ
    れ、同制御装置は前記把持部、ハンド又は指部が物体を
    把持する場合にはガス又は空気を流入させて前記膨脹体
    を膨らませて前記把持部、ハンド又は指部が前記膨脹体
    を介して前記物体を把持するようにせしめ、前記把持
    部、ハンド又は指部が前記物体を離すと前記膨脹体から
    ガス又は空気を吸引するように前記流出入手段を制御す
    ることを特徴とするロボット把持機構。
  2. 【請求項2】 前記ガス又は空気に代えて液体を用いる
    ことを特徴とする請求項1記載のロボット把持機構。
  3. 【請求項3】 前記ガス又は空気に代えて固体潤滑を用
    いることを特徴とする請求項1記載のロボット把持機
    構。
  4. 【請求項4】 前記ガス又は空気に代えてコロイド状流
    体を用いることを特徴とする請求項1記載のロボット把
    持機構。
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