JP2008194788A - 把持機構およびそれを備えたロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】把持対象物を安定的に把持可能であり、かつ、制御性に優れた把持機構およびそれを備えたロボットハンドを提供する。
【解決手段】ロボットハンド１は、把持機構２，３を備えている。把持機構２，３は、線状に延び可撓性を有する弾性収縮体４と、弾性収縮体４の軸方向に倣う様に設けられた伸縮不能な規制部材５とを備えている。弾性収縮体４は、筒状のチューブ１１と、チューブ１１の外周を覆う編組部材１２とを備えている。規制部材５は、複数のリンク部材６と各リンク部材６を連結する複数のピン７とを備えている。規制部材５には、伸縮不能なカバー２６が取り付けられており、弾性収縮体４の軸方向における少なくとも一部分は、規制部材５とカバー２６とにより包囲されている。圧力調整装置２０により、チューブ１１内部に加圧流体が供給されると、弾性収縮体４は収縮し、把持機構２，３が所定の方向に湾曲する。
【選択図】図１

Description

本発明は、把持機構およびそれを備えたロボットハンドに関するものである。

近年、重量物の運搬やレスキュー等の現場において作業員に代わって作業を行うため、または、医療の現場において義手等として使用するために、ロボットハンドの開発が進められている。ロボットハンドは、例えば、前者のような重量物を取り扱うような際には、堅固で大型のロボットハンドが作業員に代わって重量物を把持し、運搬等を行う。また、後者の義手等においては、例えば、小型で柔軟性の高いロボットハンドが人に代わって対象物を柔軟に把持し、目的の位置に移動させることが可能となる。

ところで、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、大型のロボットハンド１１０は、板状体１０１と、板状体１０１に取り付けられた一対の棒状体または板状体１０２により形成されることが多い（例えば、特許文献１参照）。この種のロボットハンド１１０では、一対の棒状体または板状体１０２の一方または両方を板状体１０１に対してスライド移動させ、両者の距離を縮めることにより把持対象物１００を把持する（図１０（ｂ）参照）。また、小型のロボットハンドとしては、図１０（ｃ），（ｄ）に示すように、弾性体１０３を用いたものがある（例えば、特許文献２参照）。当該ロボットハンド１１１は、弾性体１０３を予めＪ字状に形成し、内部に可撓性を有するチューブ１０４が配されている。当該チューブ１０４の内部に液体を供給するとチューブ１０４が直線状に変形し（図１０（ｃ）参照）、弾性体１０３も直線状に変形する。一方、チューブ１０４内部の液体を排出するとＪ字状の弾性体１０３の弾性力により元のＪ字状に復元する。これにより、把持対象物１００を把持することが可能となる。
特開平７−１３６９６０号公報 特開２００４−９０１９３号公報

しかしながら、特許文献１に示すようなロボットハンド１１０では、板状体１０２が把持対象物１００に沿わず、把持対象物１００は板状体１０２により二点で支持されることとなる。そのため、例えば、把持対象物１００が球形状の物体等である場合、安定的に把持することができないという問題があった。また、当該ロボットハンド１１０では支持点が少ないために荷重が分散しにくい。そのため、把持に際して大きな力が必要となるという問題もあった。

一方、特許文献２に示すようなロボットハンド１１１では、弾性体１０３を把持対象物１００に沿わせながら把持することが可能であるため、把持対象物１００を安定的に把持できるという利点がある。

ところで、上記ロボットハンド１１１では、弾性体１０３を直線状に変形する際には液体の圧力を利用し、一方、把持対象物１００を把持する際には、弾性体１０３が有する弾性力のみによって弾性体１０３を湾曲状態に復元させることとしている。ところが、弾性体１０３は使用により摩耗しやすく、経年の使用により弾性力の働く方向にばらつきが生じる場合がある。上記ロボットハンド１１１では、このような場合、弾性体１０３を所定の湾曲状態に復元させることができなくなり、把持対象物１００を上手く把持できなくなるという問題があった。また、弾性力のみによって把持させることとしているため、弾性力が低下すると弾性体１０３全体が湾曲し難くなる。このことによっても把持対象物１００を上手く把持できなくなるという問題があった。そのため、上記ロボットハンド１１１では、常時、画一的な動作をさせることが困難であり、制御性に欠けていた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、把持対象物を安定的に把持可能であり、かつ、制御性に優れた把持機構およびそれを備えたロボットハンドを提供することにある。

本発明に係る把持機構は、内部に流体が封入される筒状の弾性体と、前記弾性体の外周を覆い、前記弾性体の幅方向に伸張すると軸方向に収縮する網目状の編組部材とを有する弾性収縮体と、前記弾性体内部の流体の圧力を調整する圧力調整装置と、前記弾性収縮体の軸方向に倣う様に設けられ、前記弾性収縮体の軸方向の一端側および他端側に連結されており、伸縮不能かつ前記弾性収縮体の側が凹む様に屈曲可能または湾曲可能に構成された規制部材と、を備えたものである。

ここで、倣うとは、規制部材と弾性収縮体との幅方向における距離が所定の範囲内にあることを指す。また、「軸方向の一端側および他端側に連結され」は、それぞれの端部から中央部に向かってずれた位置に連結される場合を含む。

上記把持機構では、圧力調整装置を介した流体により弾性体内部が加圧されると、弾性体が幅方向に膨張し、これに伴い編組部材が幅方向に伸張する。編組部材は、幅方向に伸張すると軸方向に収縮力を発生させるように網目状に編み込まれている。そのため、弾性体は編組部材から軸方向に収縮する向きに力を受け収縮する。これにより、弾性収縮体全体が収縮することとなる。このとき、弾性収縮体の一端側および他端側に連結された規制部材は、伸縮不能であるため、弾性収縮体の収縮に伴い、弾性収縮体の側が凹む様に屈曲または湾曲する。また、規制部材は弾性収縮体に倣う様に設けられている。そのため、規制部材が弾性収縮体の側が凹む様に屈曲または湾曲すると、弾性収縮体は規制部材に従動し、弾性収縮体は規制部材と同方向へ湾曲することとなる。

このような動作により、上記把持機構によれば、弾性収縮体および規制部材を屈曲または湾曲させることができる。そのため、例えば、湾曲面を有する把持対象物に対し、弾性収縮体および規制部材を沿わせることができる。したがって、上記把持機構によれば、把持対象物を安定的に把持することができる。

また、上記把持機構によれば、圧力調整装置を用いて弾性体内部の流体の圧力を調整することにより、弾性収縮体および規制部材の湾曲度合を制御することができる。したがって、上記把持機構によれば、従来の弾性体の弾性力のみによって把持対象物を把持する把持機構のように、弾性体の摩耗により制御性が低下することがない。そのため、制御性に優れた把持機構を提供することができる。

前記把持機構は、前記弾性収縮体の前記規制部材と反対側の少なくとも一部分を覆うカバーを備えていることが好ましい。

ここで、上述の「覆う」には、カバーが弾性収縮体に接している状態だけでなく、離れている状態も含まれる。また、「少なくとも一部分を覆う」には、少なくとも一部分を一体的に覆っている状態だけでなく、断続的に覆っている状態も含まれる。

上記把持機構では、弾性収縮体が凹む側に上記カバーが設けられている。そのため、例えば、把持対象物が鋭利な物体である場合に、弾性収縮体が把持対象物により破損することを防止することができる。また、カバーを備えることにより把持機構としての強度が増すため、大重量の把持対象物を取り扱うことが可能となる。したがって、上記把持機構によれば、鋭利な物体や大重量の物体を取り扱うような場合においても、弾性収縮体を保護することができ、耐久性の向上を図ることができる。

前記カバーは複数のカバー部材を備えており、前記複数のカバー部材は、前記弾性収縮体が収縮していない状態において、前記弾性収縮体の軸方向に間隔を空けて配置されていることが好ましい。

上記把持機構では、複数のカバー部材によりカバーが構成され、複数のカバー部材は弾性収縮体の軸方向に間隔を空けて配置されている。そのため、上記把持機構によれば、カバーにより弾性収縮体を一体的に覆う場合に比べ、軽量化を図ることができる。したがって、上記把持機構によれば、カバーを設けて弾性収縮体を保護することとしても、把持機構全体の重量の著しい増加を防止することができる。

ところで、弾性収縮体が収縮すると、規制部材は弾性収縮体の側が凹む様に屈曲または湾曲し、これにより、弾性収縮体も規制部材と反対側が凹む様に湾曲する。このように湾曲することにより、弾性収縮体の規制部材と反対側の部分は、規制部材側よりも軸方向長さが短くなる。そのため、弾性収縮体が収縮していない状態において、上記複数のカバー部材が弾性収縮体の軸方向に間隔を空けて配置されていても、弾性収縮体が収縮するにつれて、その間隔は狭くなる。つまり、カバー部材は、弾性収縮体が湾曲するにつれて、弾性収縮体の軸方向に密に配置されることとなる。したがって、弾性収縮体が収縮していない状態において、カバー部材が間隔を空けて配置されていても、弾性収縮体の湾曲に伴ってカバー部材は密に配置されるため、弾性収縮体を保護することができる。

前記規制部材は、複数のリンク部材と前記複数のリンク部材を鎖状に連結する複数のピンとからなることが好ましい。

このことにより、上記規制部材は複数の屈曲点または湾曲点を有することとなる。そのため、上記把持機構によれば、把持機構と把持対象物とが複数点において接触した状態で把持対象物が把持されることとなる。これにより、把持対象物を把持する際、把持機構にかかる荷重が分散される。したがって、上記把持機構によれば、把持対象物をより安定的に把持することが可能となり、また、把持に際して必要とされる動力を軽減することができる。

前記カバーは前記規制部材に連結されており、前記規制部材と前記カバーとは、前記弾性収縮体の軸方向における少なくとも一部分を包囲していることが好ましい。

このことにより、弾性収縮体の少なくとも一部分は、規制部材とカバーとにより包囲されることとなる。そのため、弾性収縮体を保護することができ、耐久性の向上を図ることができる。

また、上記把持機構によれば、弾性収縮体の一部分が規制部材とカバーとにより包囲されているため、規制部材と弾性収縮体との幅方向における距離が所定の範囲内に規制されることとなる。このことにより、弾性収縮体は、規制部材の屈曲または湾曲に伴い、規制部材から所定距離以上離れることなく、規制部材と同方向に湾曲することとなる。したがって、上記把持機構によれば、規制部材とカバーとにより、弾性収縮体の湾曲方向を所定の方向に規制することができる。そのため、把持機構の制御性の向上を図ることができる。

前記規制部材は、複数のリンク部材と前記複数のリンク部材を鎖状に連結する複数のピンとからなり、前記複数のカバー部材はそれぞれ、前記複数のリンク部材に個別に連結されており、前記複数のリンク部材と前記複数のカバー部材とは、前記弾性収縮体の軸方向における少なくとも一部分を包囲していることが好ましい。

このことにより、弾性収縮体は、軸方向の複数箇所において、リンク部材とカバー部材とにより包囲されることとなる。そのため、弾性収縮体をより保護することができ、耐久性のさらなる向上を図ることができる。また、弾性収縮体の複数箇所がリンク部材とカバー部材とにより包囲されている。そのため、弾性収縮体と規制部材との距離は、軸方向の広範囲に渡って所定の範囲内に規制される。これにより、上記把持機構では、規制部材とカバーとにより、弾性収縮体の湾曲方向を所定の方向（規制部材が屈曲または湾曲する方向）に規制することができる。そのため、上記把持機構によれば、把持機構の制御性の向上を図ることができる。

前記把持機構は、前記弾性収縮体を複数備えており、独立して圧力制御ができるものであることが好ましい。

上記把持機構によれば、弾性収縮体を複数備えているため、把持力を高めることができる。また、複数の弾性収縮体のそれぞれに荷重を分散させることが可能となるため、弾性収縮体の摩耗を抑制することができる。さらに、上記把持機構では、弾性収縮体の動作を所定の方向に規制する規制部材を備えている。そのため、弾性収縮体を複数備えた場合であっても制御性の低下を招くことなく、把持対象物を安定的に把持することができる。

本発明に係るロボットハンドは、前記把持機構を複数備えたものである。

上記ロボットハンドによれば、前記把持機構を複数備えているため、より安定的に把持対象物を把持することが可能となる。また、例えば、第１の把持機構と第２の把持機構とを、屈曲または湾曲時に互いに対峙する側が凹む様に配置することで、把持対象物を２方向から支持することができる。そのため、このようなロボットハンドによれば、さらに安定的に把持対象物を把持させることができる。さらに、本発明に係る把持機構は制御性に優れたものであるため、上記把持機構を把持対象物に精度よく倣わせることが可能となる。したがって、上記ロボットハンドによれば、上記把持機構の倣い特性を活かして精度良く制御することが可能となる。

本発明に係るロボットハンドは、前記把持機構からなる一または二以上の第１把持機構と、前記把持機構からなり、前記第１把持機構よりも設置個数の多い第２把持機構と、を備え、前記第１把持機構は所定の第１の直線上に並ぶ二以上の前記弾性収縮体を備え、前記第２把持機構は、前記第１把持機構の前記弾性収縮体の本数よりも少ない本数の前記弾性収縮体を備え、前記第１把持機構は、前記第１の直線上に配置され、前記第２把持機構は、前記第１の直線に対して平行に延びる第２の直線上に配置され、前記第１把持機構は、屈曲または湾曲する際、前記第２の直線側が凹む様に配置され、前記第２把持機構は、屈曲または湾曲する際、前記第１の直線側が凹む様に配置されている。

上記ロボットハンドでは、第１の直線上に弾性収縮体の本数の多い第１把持機構を設置し、第２の直線上に弾性収縮体の本数が第１把持機構よりも少ない第２把持機構を、第１把持機構よりも多く設置することとしている。これにより、上記ロボットハンドによれば、把持対象物を把持する際、把持対象物にバランスよく力を付与することができる。したがって、把持対象物を安定的に把持することができる。

以上のように、本発明によれば、把持対象物を安定的に把持可能であり、かつ、制御性に優れた把持機構およびそれを備えたロボットハンドを提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るロボットハンド１は、把持機構２および把持機構３を備えている。把持機構２および把持機構３は板状のベース１０に固定されている。

把持機構２および把持機構３はそれぞれ、線状に延び可撓性を有する弾性収縮体４と、弾性収縮体４の軸方向に倣う様に設けられた伸縮不能な規制部材５とを備えている。把持機構２は弾性収縮体４を３本備えており、一方、把持機構３は弾性収縮体４を２本備えている。なお、把持機構２と把持機構３とは、弾性収縮体４の本数以外の構成については同様であるため、以下、把持機構２の構成についてのみ説明し、把持機構３については省略する。

図２は把持機構２の正面図、図３は把持機構２の背面図、図４は把持機構２の側面図である。図２および図３に示すように、把持機構２は弾性収縮体４を３本備えている。３本の弾性収縮体４は、鉛直方向に線状に延びている。

図５は弾性収縮体４を軸方向に切断した断面図である。図５に示すように、弾性収縮体４は、ゴム等の弾性体によって形成された筒状のチューブ１１と、ナイロン等によって形成された網目状の編組部材１２（図２〜図４参照）とを備えている。編組部材１２は、筒状に形成されており、チューブ１１の外周を覆っている。なお、本実施形態では、筒状のチューブ１１は円筒状に形成されているが、当該形状に限定されない。筒状のチューブは、外周面が角形状に形成されていてもよく、例えば、断面が五角形や六角形等であってもよい。

図６は、弾性収縮体４の側面図であり、図７（ａ），（ｂ）は編組部材１２の変化の様子を示す図である。図６および図７（ａ），（ｂ）に示すように、編組部材１２はナイロン等の糸状体を格子状に編み込むことにより形成されている。また、編組部材１２の各格子部では、４つの格子点１２ａにより菱形の隙間１２ｂが形成されている。そして、編組部材１２は、隙間１２ｂを形成する４つの格子点１２ａのうち、向かい合う２点がそれぞれチューブ１１の幅方向または軸方向に配列される様に、チューブ１１に巻き付けられている。

このような構成により、編組部材１２は、チューブ１１が径方向に膨張すると、チューブ１１から径方向外側向きの力を受けて、チューブ１１の幅方向に伸張する。編組部材１２は格子状に編み込まれているため、幅方向への伸張に伴い、軸方向に関して収縮する。このとき、隙間１２ｂの菱形（図７（ａ）参照）は、鉛直方向に押しつぶされた形状となる（図７（ｂ）参照）。このような編組部材１２の変形により、編組部材１２に覆われたチューブ１１は、編組部材１２から軸方向において収縮する向きの力を受けることとなる。

図３および図４に示すように、規制部材５は、複数の伸縮不能なリンク部材６を備えている。複数のリンク部材６は鉛直方向に配置され、上下に隣り合うリンク部材６どうしが互いに回動自在に鎖状に連結されている。鎖状に連結されたリンク部材６は規制部材５の左右側面を形成しており、弾性収縮体４の後方かつ左右側方に配置されている。また、規制部材５は、左側方に配置された鎖状の各リンク部材６と右側方に配置された鎖状の各リンク部材６とを連結する複数のピン７を備えている。このように、規制部材５は、複数のリンク部材６と複数のピン７とによりリンク機構を形成している。なお、本実施形態では、リンク部材６は、板状体によって形成されているが、リンク部材６の形状および数は何ら限定されない。例えば、棒状体や筺状体であってもよい。また、リンク部材６の数は本実施形態のものに限定されず、２以上であればいくつ用いてもよい。

また、図４に示すように、各リンク部材６の連結部には、リンク部材６の回転を所定の角度範囲に規制するストッパ６ａが設けられている。ストッパ６ａは、矩形の板状体からなり、各リンク部材６の連結部であって背面側（弾性収縮体４と反対側）に取り付けられている。これにより、ストッパ６ａは、鎖状のリンク部材６が、正面側（弾性収縮体４側）が凹形状となる様に、各々のリンク部材６の回転角度範囲を規制する。これにより、規制部材５は、弾性収縮体４側が凹む様にのみ屈曲可能または湾曲可能に構成される。なお、ストッパ６ａは、回転方向を規制するものであれば別部材ではなく、規制部材５やリンク部材６と一体化したものであってもよい。

また、規制部材５には、カバー２６が取り付けられている。カバー２６は、複数の平面視コの字状のカバー部材１６により形成されている。図２に示すように、カバー部材１６の一端側は弾性収縮体４の左側方に配置されたリンク部材６に固定され、カバー部材１６の他端側は弾性収縮体４の右側方に配置されたリンク部材６に固定されている。また、カバー部材１６は伸縮不能な部材により形成されており、規制部材５とカバー部材１６とは、弾性収縮体４の軸方向における少なくとも一部分を包囲している（図１参照）。そのため、弾性収縮体４は所定の距離以上規制部材５から離れることができない。つまり、規制部材５と弾性収縮体４との距離は、カバー部材１６により所定の範囲内に規制される。これにより、規制部材５が湾曲または屈曲すると、弾性収縮体４も共に湾曲することとなる。

図４に示すように、規制部材５は連結部材８と土台９を介して弾性収縮体４の両端部（上端および下端）に連結されている。本実施形態では、規制部材５の上端部と弾性収縮体４の上端部とは、規制部材５の上端部とチューブ１１の上端部とがそれぞれ連結部材８に固定されることにより連結されている。また、規制部材５の下端部と弾性収縮体４の下端部とは、規制部材５の下端部とチューブ１１の下端部とがそれぞれ土台９に固定されることにより連結されている。

上記構成により、規制部材５は、連結部材８および土台９を介して弾性収縮体４の両端部に連結されている。これにより、規制部材５は、弾性収縮体４の収縮動に連動して屈曲または湾曲することとなる。なお、規制部材５は連結部材８および土台９を介さずに直接弾性収縮体４と連結してもよく、また、他の部材を用いて連結することとしてもよい。さらに、規制部材５と弾性収縮体４とは両端部からそれぞれ中央側にずれた位置において連結されていてもよい。

図２に示すように、弾性収縮体４の上端部は、閉塞部材１４によって閉塞されている。一方、弾性収縮体４の下端部には、チューブ１１（図５参照）の内部に流体（例えば、水、空気、油等）を供給するための供給チューブ１５が接続されている。供給チューブ１５の他端部には、チューブ１１内部の流体の圧力を調整する圧力調整装置２０が接続されている。

圧力調整装置２０は、加圧した流体をチューブ１１内部に供給することにより、チューブ１１内部の流体の圧力を上昇させる。逆に、圧力調整装置２０は、チューブ１１内部の流体を供給チューブ１５を介して圧力調整装置２０側に排出させることにより、チューブ１１内部の流体の圧力を降下させる。

以上がロボットハンド１の構成である。次に、ロボットハンド１および各部の動作について説明する。

−弾性収縮体の動作−
まず、弾性収縮体４の動作について説明する。前述したように、圧力調整装置２０からチューブ１１内部に加圧された流体が供給されると、弾性体等により形成されたチューブ１１は径方向に膨張する。これにより、チューブ１１を覆う編組部材１２がチューブ１１の幅方向に引っ張られて伸張すると共に、軸方向に収縮する。このとき、編組部材１２はチューブ１１に対して軸方向に関して収縮する向きに力を加える。そのため、チューブ１１も軸方向に収縮し、弾性収縮体４全体が軸方向に収縮することとなる。

一方、圧力調整装置２０により、チューブ１１内部の流体が排出されると、チューブ１１内部の圧力が低下し、編組部材１２から縮径する方向に力を受けてチューブ１１は径方向に膨張した状態からもとの形状に復元される。このとき、編組部材１２の幅方向における長さも元の長さに戻り、それと共に、編組部材１２の軸方向における長さも元の長さに戻る。これにより、編組部材１２がチューブ１１に対して付勢していた軸方向に収縮する向きの力が消滅し、弾性収縮体４全体の軸方向長さも元の長さに戻ることとなる。

−把持機構の動作−
次に把持機構２の動作について図８を参照しつつ説明する。なお、把持機構３の動作は把持機構２の動作と同様であるため、説明を省略する。また、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、把持機構２の動作を模式的に示した図である。

前述のように、圧力調整装置２０からチューブ１１内部に加圧された流体が供給されることにより弾性収縮体４が収縮すると、連結部材８は弾性収縮体４に引っ張られる。これにより、連結部材８と土台９との距離が縮まる。このとき、規制部材５は伸縮不能であるため、複数のリンク部材６をそれぞれ回動させて屈曲する。また、このとき、規制部材５の各リンク部材の連結部にはストッパ６ａが設けられているため、規制部材５は、弾性収縮体４側が凹む様に屈曲する。

規制部材５が屈曲すると、弾性収縮体４も規制部材５に押されて湾曲する（図８（ｂ）参照）。なお、規制部材５と弾性収縮体４とは別素材によって形成されている。そのため、必ずしも同様に屈曲または湾曲する訳ではなく、例えば、弾性収縮体４が規制部材５から離れてしまうこと考えられる。しかし、把持機構２の規制部材５には、カバー部材１６が取り付けられている。そのため、弾性収縮体４が規制部材５から所定距離だけ離れると、弾性収縮体４はカバー部材１６に当接してそれ以上規制部材５から離れない様に規制される。したがって、規制部材５は弾性収縮体４に沿いつつ屈曲または湾曲することとなる。

このようにして、圧力調整装置２０により、弾性収縮体４のチューブ１１内部に加圧流体が供給されると、弾性収縮体４と規制部材５とを備えた把持機構２は、所定の方向に湾曲する（図８（ｂ）参照）。また、圧力調整装置２０により、さらに、チューブ１１内部に加圧流体を供給すると、弾性収縮体４はさらに収縮し、把持機構２はさらに湾曲することとなる（図８（ｃ）参照）。

なお、カバー部材１６は、弾性収縮体４が収縮していない状態において、軸方向に間隔を空けて配置されている（図８（ａ）参照）。しかし、弾性収縮体４が収縮すると、規制部材５は弾性収縮体４の側が凹む様に屈曲または湾曲し、これにより、弾性収縮体４も規制部材５と反対側が凹む様に湾曲する。このように湾曲することにより、弾性収縮体４の規制部材５と反対側の部分は、規制部材５側よりも軸方向長さが短くなる。そのため、弾性収縮体４が収縮するにつれて、カバー部材１６どうしの間隔は狭くなる。つまり、カバー部材１６は、弾性収縮体４が湾曲するにつれて、弾性収縮体４の軸方向に密に配置されることとなる（図８（ｃ）参照）。

一方、圧力調整装置２０により、チューブ１１内部の加圧流体を排出させると、弾性収縮体４の形状が復元する。これに伴い、連結部材８と土台９との距離は元の長さに戻る。これにより、屈曲していた規制部材５も元の直線形状に戻ることとなる（図８（ａ）参照）。

−ロボットハンドの動作−
次に、ロボットハンド１の動作について説明する。図９（ａ），（ｂ）は、ロボットハンド１が把持対象物１００を把持する際の動作の状態を模式的に示した図である。なお、図９では、ベース１０には把持対象物１００の形状にあわせて半円柱形状の溝１０ａが加工されているが、ベース１０の形状はいかなるものであってもよい。また、把持機構２，３は、それぞれの弾性収縮体４が規制部材５よりもベース１０の中央側に位置するように配置されていることとする。

図９（ａ）に示すように、圧力調整装置２０から把持機構２，３の各チューブ１１内部に流体が供給されていない場合、把持機構２，３は湾曲せず、直線形状に保たれる。

そして、例えば、上記の溝１０ａに把持対象物１００が挿入された後、圧力調整装置２０によって把持機構２，３の各チューブ１１内部に加圧流体を供給する。すると、把持機構２，３のそれぞれの弾性収縮体４が軸方向に収縮し、図９（ｂ）に示すように、把持機構２，３はそれぞれベース１０の中央側に向かって傾斜しつつ、把持対象物１００に倣うように湾曲する。これにより、把持対象物１００は、ベース１０および把持機構２，３によって安定的に把持される。

そして、例えば、ロボットハンド１全体を別の場所に移動させた後、圧力調整装置２０によって把持機構２，３の各チューブ１１内部に供給された加圧流体を外部へ排出する。これにより、各弾性収縮体４の軸方向長さは元の長さに戻り、把持機構２，３は直線形状に戻る。これにより、把持対象物１００は、ロボットハンド１から解放される。そのため、例えば、ベース１０を上下反転させる等の動作により、把持対象物１００をロボットハンド１から離脱させることができる。

以上のように、本ロボットハンド１の把持機構２，３では、圧力調整装置２０によりチューブ１１内部が加圧されると、チューブ１１が膨張し、これに伴い編組部材１２が幅方向に伸張する。編組部材１２は、幅方向に伸張すると軸方向に収縮力を発生させるように網目状に編み込まれている。そのため、チューブ１１は編組部材１２から軸方向に収縮する向きに力を受けて収縮する。これにより、弾性収縮体４全体が収縮する。このとき、弾性収縮体４の両端部に連結された規制部材５は、伸縮不能であるため、弾性収縮体４の収縮に伴い、弾性収縮体４側が凹む様に湾曲することとなる。また、規制部材５は弾性収縮体４に倣う様に設けられている。そのため、規制部材５が弾性収縮体４の側が凹む様に屈曲または湾曲すると、弾性収縮体４は規制部材５に従動し、弾性収縮体４は規制部材５と同方向へ湾曲することとなる。

このような動作により、上記把持機構２，３によれば、弾性収縮体４および規制部材５を屈曲または湾曲させることができる。そのため、例えば、湾曲面を有する把持対象物１００に対し、弾性収縮体４および規制部材５を沿わせることができる。したがって、本把持機構２，３によれば、把持対象物１００を安定的に把持することが可能となる。

また、上記把持機構２，３によれば、圧力調整装置２０を用いてチューブ１１内部の流体の圧力を調整することにより、弾性収縮体４および規制部材５の湾曲度合を制御することができる。したがって、本把持機構２，３によれば、従来のような弾性体の弾性力のみによって把持対象物１００を把持する把持機構のように、弾性体の摩耗により制御性が低下することがない。そのため、制御性に優れた把持機構２，３を提供することができる。

また、本ロボットハンド１の把持機構２，３は複数のカバー部材１６からなるカバー２６を備えている。そのため、例えば、把持対象物１００が鋭利な物体である場合に、弾性収縮体４が把持対象物１００により破損することを防止することができる。また、カバー２６を備えることにより把持機構としての強度が増すため、大重量の把持対象物１００を取り扱うことが可能となる。したがって、上記把持機構２，３によれば、鋭利な物体や大重量の物体を取り扱うような場合においても、弾性収縮体４を保護することができ、耐久性の向上を図ることができる。

また、カバー２６は、複数の平面視コの字状のカバー部材１６により形成されている。複数のカバー部材１６は、弾性収縮体４が収縮していない状態において、弾性収縮体４の軸方向に間隔を空けて配置されている。そのため、本把持機構２，３によれば、カバー２６により弾性収縮体４を一体的に覆う場合に比べ、軽量化を図ることができる。したがって、本把持機構２，３によれば、カバー２６を設けて弾性収縮体４を保護することとしても、把持機構２，３全体の重量の著しい増加を防止することができる。

弾性収縮体４が収縮する際、規制部材５と弾性収縮体４との距離の変動が所定の範囲内に規制される。つまり、弾性収縮体４は、規制部材５の湾曲と同方向に規制部材５の湾曲に従って湾曲することとなる。これにより、本把持機構２，３の規制部材５によれば、弾性収縮体４の湾曲方向を所定の方向に規制することができる。したがって、本発明によれば、制御性に優れた把持機構２，３を提供することができる。

ところで、弾性収縮体４が収縮すると、規制部材５は弾性収縮体４の側が凹む様に屈曲または湾曲し、これにより、弾性収縮体４も規制部材５と反対側が凹む様に湾曲する。このように湾曲することにより、弾性収縮体４の規制部材５と反対側の部分は、規制部材５側よりも軸方向長さが短くなる。そのため、弾性収縮体４が収縮していない状態において、複数のカバー部材１６が弾性収縮体４の軸方向に間隔を空けて配置されていても、弾性収縮体４が収縮するにつれて、その間隔は狭くなる。つまり、カバー部材１６は、弾性収縮体４が湾曲するにつれて、弾性収縮体４の軸方向に密に配置されることとなる。したがって、本実施形態のように、弾性収縮体４が収縮していない状態において、カバー部材１６が間隔を空けて配置されていても、弾性収縮体４の湾曲に伴ってカバー部材１６は密に配置されるため、弾性収縮体４を保護することができる。

本実施形態では、規制部材５は、複数のリンク部材６と複数のリンク部材６を鎖状に連結する複数のピン７とにより構成されている。このことにより、規制部材５は複数の屈曲点または湾曲点を有することとなる。そのため、本把持機構２，３によれば、把持機構２，３と把持対象物１００とが複数箇所において接触した状態で把持対象物１００が把持されることとなる。これにより、把持対象物１００を把持する際、把持機構２，３にかかる荷重が分散される。したがって、本把持機構２，３によれば、把持対象物１００をより安定的に把持することが可能となり、また、把持に際して必要とされる動力を軽減することができる。

また、本実施形態では、複数のリンク部材６と複数のカバー部材１６とは、弾性収縮体４の軸方向における少なくとも一部分を包囲している。このことにより、弾性収縮体４の少なくとも一部分は、リンク部材６とカバー部材１６とにより包囲されることとなる。そのため、弾性収縮体４を保護することができ、耐久性の向上を図ることができる。

さらに、本把持機構２，３によれば、弾性収縮体４は、軸方向の複数箇所においてリンク部材６とピン７とカバー部材１６とにより包囲されている。そのため、規制部材５と弾性収縮体４との幅方向における距離は、所定の範囲内に規制されることとなる。このことにより、弾性収縮体４は、規制部材５の屈曲または湾曲に伴い、規制部材５から所定距離以上離れることなく、規制部材５と同方向に湾曲することとなる。したがって、本把持機構２，３によれば、複数のリンク部材６と複数のピン７と複数のカバー部材１６とにより（規制部材５とカバー２６とにより）、弾性収縮体４の湾曲方向を所定の方向に規制することができる。そのため、把持機構２，３の制御性の向上を図ることができる。

本ロボットハンド１の把持機構２，３は、それぞれ弾性収縮体４を複数備えている。そのため、本把持機構２，３によれば、把持力を高めることができる。また、複数の弾性収縮体４のそれぞれに荷重を分散させることが可能となるため、弾性収縮体４の摩耗を抑制することができる。さらに、本把持機構２，３では、弾性収縮体４を複数備えているため、弾性収縮体４の一つが破損等した場合であっても、把持機構２，３を機能させることが可能となる。

ところで、本把持機構２，３は、弾性収縮体４の動作を所定の方向に規制する規制部材５を備えている。そのため、弾性収縮体４を複数備えた場合であっても、規制部材５によって複数の弾性収縮体４に所定の動作をさせることが可能となる。したがって、本把持機構２，３によれば、弾性収縮体４を複数備えていても、画一的な動作をさせることができ、把持対象物１００を安定的に把持することができる。

以上のような把持機構２，３を複数有するロボットハンド１によれば、より安定的に把持対象物１００を把持することが可能となる。また、本実施形態のように、把持機構２と把持機構３とを、屈曲または湾曲時に互いに対峙する側が凹むように配置することで、さらに安定的に把持対象物１００を把持させることができる。さらに、把持機構２，３は制御性に優れたものであるため、本ロボットハンド１を精度良く制御することが可能となる。

なお、本実施形態では、ロボットハンド１は把持機構２，３のような把持機構を複数備えている。そのため、例えば、把持機構の一つが故障した場合であっても、その他の把持機構によりロボットハンド１の把持機能を確保することができる。

また、把持機構の数は本実施形態のものに限定されない。例えば、１つでもよく、４つ以上備えていてもよい。また、把持機構２，３の配置に関しても、上記のものに限られず、例えば、全て同一の方向に湾曲するように配置してもよい。

さらに、本実施形態のロボットハンド１では、一方側に弾性収縮体４を３本備えた把持機構２を１つ設け、他方側に弾性収縮体４を２本備えた把持機構３を２つ設けている。そのため、把持対象物１００は、３箇所において支持されることとなる。したがって、本ロボットハンド１によれば、把持対象物１００を安定的に把持することが可能となる。

また、本実施形態のロボットハンド１では、一方側に弾性収縮体４の本数が多い把持機構２を設置し、他方側に弾性収縮体４の本数の少ない把持機構３を、弾性収縮体４の本数が多い把持機構２よりも多く設置することとしている。これにより、本ロボットハンド１によれば、把持対象物１００を把持する際、把持対象物１００にバランスよく力を付与することができる。したがって、把持対象物１００を安定的に把持することができる。

さらに、本実施形態では、把持機構２と把持機構３とは互いの湾曲方向に略直行する方向にずらして配置されていた。しかし、把持機構２と把持機構３とは湾曲方向に略直行する方向において同位置に配置されていてもよい。また、把持機構２どうし、または、把持機構３どうしを互いに対峙させ、互いの湾曲方向に略直行する方向において同位置に配置することとしてもよい。このように配置することによっても、上記効果と同様の効果を奏することができる。また、このような配置によれば、把持対象物１００にバランスよく力を付与することができるため、把持対象物１００をより安定的に把持することができる。

以上説明したように、本発明は、弾性収縮体を用いた把持機構およびそれを備えたロボットハンドについて有用である。

実施形態に係るロボットハンドの斜視図である。 把持機構の正面図である。 把持機構の背面図である。 把持機構の右側面図である。 弾性収縮体の側面断面図である。 弾性収縮体の側面図である。 （ａ），（ｂ）は編組部材の変化を示す図面である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は把持機構の動作の様子を示す図面である。 （ａ），（ｂ）はロボットハンドの動作の様子を示す図面である。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は従来のロボットハンドの動作の様子を示す図面である。

符号の説明

１ ロボットハンド
２、３ 把持機構
４ 弾性収縮体
５ 規制部材
６ リンク部材
７ ピン
８ 連結部材
９ 土台
１０ ベース
１１ チューブ（弾性体）
１２ 編組部材
１６ カバー部材
２０ 圧力調整装置
２６ カバー
１００ 把持対象物

Claims (9)

1. 内部に流体が封入される筒状の弾性体と、前記弾性体の外周を覆い、前記弾性体の幅方向に伸張すると軸方向に収縮する網目状の編組部材とを有する弾性収縮体と、
   前記弾性体内部の流体の圧力を調整する圧力調整装置と、
   前記弾性収縮体の軸方向に倣う様に設けられ、前記弾性収縮体の軸方向の一端側および他端側に連結されており、伸縮不能かつ前記弾性収縮体の側が凹む様に屈曲可能または湾曲可能に構成された規制部材と、を備えた把持機構。
2. 前記弾性収縮体の前記規制部材と反対側の少なくとも一部分を覆うカバーを備えている、請求項１に記載の把持機構。
3. 前記カバーは複数のカバー部材を備えており、
   前記複数のカバー部材は、前記弾性収縮体が収縮していない状態において、前記弾性収縮体の軸方向に間隔を空けて配置されている、請求項２に記載の把持機構。
4. 前記規制部材は、複数のリンク部材と前記複数のリンク部材を鎖状に連結する複数のピンとからなる、請求項１〜３のいずれか一つに記載の把持機構。
5. 前記カバーは前記規制部材に連結されており、
   前記規制部材と前記カバーとは、前記弾性収縮体の軸方向における少なくとも一部分を包囲している、請求項２または３に記載の把持機構。
6. 前記規制部材は、複数のリンク部材と前記複数のリンク部材を鎖状に連結する複数のピンとからなり、
   前記複数のカバー部材はそれぞれ、前記複数のリンク部材に個別に連結されており、
   前記複数のリンク部材と前記複数のカバー部材とは、前記弾性収縮体の軸方向における少なくとも一部分を包囲している、請求項３に記載の把持機構。
7. 前記弾性収縮体を複数備えており、独立して圧力制御ができる、請求項１〜６のいずれか一つに記載の把持機構。
8. 請求項１〜７のいずれか一つに記載の把持機構を複数備えた、ロボットハンド。
9. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の把持機構からなる一または二以上の第１把持機構と、
   請求項１〜６のいずれか一つに記載の把持機構からなり、前記第１把持機構よりも設置個数の多い第２把持機構と、を備え、
   前記第１把持機構は所定の第１の直線上に並ぶ二以上の前記弾性収縮体を備え、
   前記第２把持機構は、前記第１把持機構の前記弾性収縮体の本数よりも少ない本数の前記弾性収縮体を備え、
   前記第１把持機構は、前記第１の直線上に配置され、
   前記第２把持機構は、前記第１の直線に対して平行に延びる第２の直線上に配置され、
   前記第１把持機構は、屈曲または湾曲する際、前記第２の直線側が凹む様に配置され、
   前記第２把持機構は、屈曲または湾曲する際、前記第１の直線側が凹む様に配置されている、ロボットハンド。

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