JP2013180357A - ロボットハンド用フレーム、及びロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】 振動減衰特性を向上可能なロボットハンド用フレーム、及びロボットハンドを提供する。
【解決手段】 ロボットハンド１においては、ＣＦＲＰ層１１とＣＦＲＰ層１２との間に制振層１３を配置してなるフォーク１０を用いているので、振動減衰特性が向上される。特に、ロボットハンド１においては、フォーク１０に加えてフレーム２０においても、同様の構造を採用している。つまり、ロボットハンド１においては、ＣＦＲＰ層２１とＣＦＲＰ層２２との間、及びＣＦＲＰ層２２とＣＦＲＰ層２３との間に制振層２４及び制振層２５を配置してなるフレーム２０を用いている。このため、このロボットハンド１によれば、振動減衰特性がより一層向上される。
【選択図】図４

Description

本発明は、炭素繊維強化プラスチック層を備えるロボットハンド用フレーム、及びロボットハンドに関する。

従来、例えば特許文献１に記載のロボットハンドが知られている。特許文献１に記載のロボットハンドは、対象物を搬送する産業用ロボットのアーム先端に取り付けられるロボットハンドであって、対象物を支持する支持部（フォーク）と、その支持部を保持固定するホルダー部（フレーム）とを備えている。そして、そのロボットハンドのフォークは、互いに積層された第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層と、それらの炭素繊維強化プラスチック層の間に配置され、それらの炭素繊維強化プラスチック層を構成するマトリックス樹脂よりも低い剛性を有する柔軟性樹脂層とを備えている。

特開２００９−１６０６８５号公報

上述したように、特許文献１に記載のロボットハンドは、そのフォークにおいて、炭素繊維強化プラスチック層を用いることにより剛性を確保しつつ、炭素繊維強化プラスチック層の間に柔軟性樹脂層を配置することにより振動減衰特性の向上を図っている。このように、産業用ロボットのロボットハンドにあっては、搬送の対象物を確実に保持するために、剛性の確保と共に振動減衰特性の向上が望まれている。

本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、振動減衰特性を向上可能なロボットハンド用フレーム、及びロボットハンドを提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、対象物を搬送するためのロボットハンドにおいて、対象物が載置される複数のフォークを保持するフレームの振動減衰特性を向上することにより、ロボットハンド全体の振動減衰特性を向上可能であることを見出した。本発明は、そのような知見に基づいてなされたものである。

すなわち、本発明に係るロボットハンド用フレームは、対象物を搬送するためのロボットハンドに用いられ、対象物が載置される複数のフォークを保持する長尺管状のロボットハンド用フレームであって、長尺管状に形成された第１の炭素繊維強化プラスチック層と、長尺管状に形成され第１の炭素繊維強化プラスチック層の一端から他端にわたって延在するように第１の炭素繊維強化プラスチック層の内側に配置された第２の炭素繊維強化プラスチック層と、第１の炭素繊維強化プラスチック層と第２の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された第１の制振層と、を備え、第１の制振層は、第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層を構成するマトリックス樹脂の剛性よりも低い剛性の粘弾性材料からなる、ことを特徴とする。

このロボットハンド用フレームにおいては、第１の炭素繊維強化プラスチック層と第２の炭素繊維強化プラスチック層との間に、炭素繊維強化プラスチック層を構成するマトリックス樹脂よりも剛性の低い粘弾性材料からなる第１の制振層が配置されているので、振動減衰特性が向上される。したがって、このロボットハンド用フレームをロボットハンドに適用すれば、そのロボットハンド全体の振動減衰特性を向上することが可能となる。

本発明に係るロボットハンド用フレームにおいては、第１の炭素繊維強化プラスチック層における第１の制振層に接合する層の炭素繊維の配向方向と、第２の炭素繊維強化プラスチック層における第１の制振層に接合する層における炭素繊維の配向方向とは、当該ロボットハンド用フレームの長手方向に対して対称であるものとすることができる。このように、当該ロボットハンド用フレームの長手方向に対して炭素繊維の配向方向が互いに対称である炭素繊維強化プラスチック層の間に制振層を配置すれば、当該ロボットハンド用フレームの長手方向に沿っての捻れ振動を好適に減衰させることができる。

本発明に係るロボットハンド用フレームにおいては、粘弾性材料の貯蔵弾性率は、０．１ＭＰａ以上２５００ＭＰａ以下であるものとすることができる。このように、制振層を構成する粘弾性材料の貯蔵弾性率が、２５００ＭＰａ以下であれば十分な振動減衰特性が得られ、０．１ＭＰａ以上であれば剛性の低下が少ない。

本発明に係るロボットハンド用フレームにおいては、第１の制振層は、予め第１の制振層に貼着された樹脂フィルムを介して第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層に接合されており、樹脂フィルムは、第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層を構成するマトリックス樹脂と同一の材料からなるものとすることができる。この場合、各炭素繊維強化プラスチック層と制振層とを強固に接合することができる。

ここで、本発明に係るロボットハンドは、対象物を搬送するためのロボットハンドであって、上記のロボットハンド用フレームと、ロボットハンド用フレームに保持されており対象物が載置される長尺管状の複数のフォークと、を備え、複数のフォークは、それぞれ、長尺管状に形成され互いに積層された第３及び第４炭素繊維強化プラスチック層を有する、ことを特徴とする。このロボットハンドは、上記のロボットハンド用フレームを備えている。したがって、このロボットハンドによれば、振動減衰特性が向上される。

本発明に係るロボットハンドにおいては、複数のフォークは、それぞれ、第３の炭素繊維強化プラスチック層と第４の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された第２の制振層を有し、第２の制振層は、第３及び第４の炭素繊維強化プラスチック層を構成するマトリックス樹脂の剛性よりも低い剛性の粘弾性材料からなるものとすることができる。この場合、フレーム及びフォークの両方に制振層を設けることにより、ロボットハンド全体の振動減衰特性がより一層向上される。

本発明によれば、振動減衰特性を向上可能なロボットハンド用フレーム、及びロボットハンドを提供することができる。

本発明に係るロボットハンドの第１実施形態の構成を示す斜視図である。 図１に示された領域ＡＲ１の拡大図である。 図２に示されたIII−III線に沿ってのフォークの断面図である。 図２に示されたIV−IV線に沿ってのフレームの断面図である。 図１に示されたフレームの製造方法の一例を示す断面図である。 本発明に係るロボットハンドの第２実施形態におけるフレームの部分断面図である。 実施例及び比較例に係るロボットハンドの振動減衰特性の評価方法を説明するための模式図である。 比較例１に係るロボットハンドの振動減衰特性の評価結果を示すグラフである。 実施例１に係るロボットハンドの振動減衰特性の評価結果を示すグラフである。 実施例２に係るロボットハンドの振動減衰特性の評価結果を示すグラフである。 実施例３に係るロボットハンドの振動減衰特性の評価結果を示すグラフである。 実施例４に係るロボットハンドの振動減衰特性の評価結果を示すグラフである。

以下、本発明に係るロボットハンド用フレーム、及びロボットハンドの一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の図面中の寸法比率は、実際のものとは異なる場合がある。
［第１実施形態］

図１は、本発明に係るロボットハンドの第１実施形態の構成を示す斜視図である。図１に示されるロボットハンド１は、例えば、所定の対象物ＯＢを搬送するための産業用ロボットに用いられる。対象物ＯＢは、例えば、２．５ｍ×２．２ｍ程度の大きさのＬＣＤ（液晶ディスプレイ）基板等である。ロボットハンド１は、そのような対象物ＯＢが載置される複数（ここでは４つ）のフォーク１０と、フォーク１０の各々を保持するフレーム（ロボットハンド用フレーム）２０とを備えている。フォーク１０及びフレーム２０は長尺の矩形管状を呈している。

図２は、図１に示された領域ＡＲ１の拡大図である。図２に示されるように、フォーク１０は、その一端部１０ａをフレーム２０の開口２０ｈからフレーム２０の内部に挿入した状態において、ＳＵＳプレート等の金属板ＰＬを介してフレーム２０に固定されている。なお、ロボットハンド１においては、フォーク１０の本数を対象物ＯＢの寸法に応じて適宜変更することができる。また、そのフォーク１０の本数に応じて、フレーム２０の寸法を適宜変更することができる。

図３は、図１のIII−III線に沿ったフォークの模式的な断面図である。特に、図３の（ｂ）は、図３の（ａ）に示された領域ＡＲ２の拡大図である。図３に示されるように、フォーク１０は、炭素繊維強化プラスチック（以下「ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics」という）層（第３の炭素繊維強化プラスチック層）１１、及びＣＦＲＰ層（第４の炭素繊維強化プラスチック層）１２を有している。ＣＦＲＰ層１１，１２は、長尺の矩形管状を呈しており、互いに積層されている。ＣＦＲＰ層１１及びＣＦＲＰ層１２は、複数の炭素繊維プリプレグを積層することで構成されている。

また、フォーク１０は、制振層（第２の制振層）１３を有している。制振層１３は、ＣＦＲＰ層１１とＣＦＲＰ層１２との間に配置されている。特に、制振層１３は、フォーク１０の上壁部１０ａ及び下壁部１０ｂにおいてＣＦＲＰ層１１とＣＦＲＰ層１２との間に配置されており、フォーク１０の側壁部１０ｃ，１０ｄには配置されていない。制振層１３は、長尺の矩形状を呈しており、ＣＦＲＰ層１１，１２の一端から他端にわたって延在している。制振層１３は、ＣＦＲＰ層１１，１２を構成するマトリックス樹脂の剛性よりも低い剛性の粘弾性材料から構成される。制振層１３を構成する粘弾性材料については後述する。なお、４つのフォーク１０は、それぞれ、互いに同様の構成となっている。

ＣＦＲＰ層１１及びＣＦＲＰ層１２を構成するための炭素繊維プリプレグとしては、例えば、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグ（平織りプリプレグ）ＦＭＰ６１−２０２６Ａ（ＣＦ：東レ（株）製ＰＡＮ系２３０ＧＰａＣＦ（商品名：トレカＴ３００）、マトリックス樹脂：１３０℃硬化エポキシ、ＣＦ目付け（ＡＦＷ）：１９８ｇ／ｍ^２、樹脂含有率：４０．０重量％、プリプレグ厚さ（ＭＰＴ）：０．２３７ｍｍ）、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグ（一方向プリプレグ）Ｅ８０２６Ｃ−２５Ｎ（ＣＦ：日本グラファイトファイバー（株）製ピッチ系高弾性７８０ＧＰａＣＦ（商品名：グラノックＸＮ−８０）、マトリックス樹脂：１３０℃硬化エポキシ、ＣＦ目付け（ＡＦＷ）：２５０ｇ／ｍ^２、樹脂含有率：３１．４重量％、プリプレグ厚さ（ＭＰＴ）：０．２０９ｍｍ）、及び、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）炭素繊維プリプレグ（一方向プリプレグ）Ｂ２４Ｎ３５Ｃ１２５（ＣＦ：三菱レイヨン（株）製ＰＡＮ系２３０ＧＰａＣＦ（商品名パイロフィルＴＲ３０Ｓ）、マトリックス樹脂：１３０℃硬化エポキシ、ＣＦ目付け：１２５ｇ／ｍ^２、樹脂含有率：３５．０重量％、プリプレグ厚さ（ＭＰＴ）：０．１２６ｍｍ）等を用いることができる。

図４は、図２のIV−IV線に沿ったフレームの模式的な断面図である。特に、図４の（ｂ）は、図４の（ａ）に示された領域ＡＲ３の拡大図である。図４に示されるように、フレーム２０は、ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層）２１、ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層、第２の炭素繊維強化プラスチック層）２２、及び、ＣＦＲＰ層（第２の炭素繊維強化プラスチック層）２３を有している。

ＣＦＲＰ層２１は、長尺の矩形管状に形成されている。ＣＦＲＰ層２２は、長尺の矩形管状に形成されており、ＣＦＲＰ層２１の一端から他端にわたって延在するようにＣＦＲＰ層２１の内側に配置されている。ＣＦＲＰ層２３は、長尺の矩形管状に形成されており、ＣＦＲＰ層２２の一端から他端にわたって延在するようにＣＦＲＰ層２２の内側に配置されている。ＣＦＲＰ層２１〜２３は、複数の炭素繊維プリプレグを積層することで構成される。

また、フレーム２０は、制振層（第１の制振層）２４，２５を有している。制振層２４は、ＣＦＲＰ層２１とＣＦＲＰ層２２との間に配置されている。制振層２４は、長尺の矩形管状を呈しており、ＣＦＲＰ層２１，２２の一端から他端にわたって延在している。制振層２５は、ＣＦＲＰ層２２とＣＦＲＰ層２３との間に配置されている。制振層２５は、長尺の矩形管状を呈しており、ＣＦＲＰ層２２，２３の一端から他端にわたって延在している。制振層２４，２５は、ＣＦＲＰ層２１〜２３を構成するマトリックス樹脂の剛性よりも低い剛性の粘弾性材料から構成される。制振層２４，２５を構成する粘弾性材料については後述する。

ＣＦＲＰ層２１は制振層２４に接合された接合層２１ａを含む。ＣＦＲＰ層２２は制振層２４に接合された接合層２２ａと制振層２５に接合された接合層２２ｂとを含む。ＣＦＲＰ層２３は制振層２５に接合された接合層２３ｂを含む。図２に示されるように、接合層２１ａ，２２ｂの炭素繊維の配向方向Ｄ１と、接合層２２ａ，２３ｂの炭素繊維の配向方向Ｄ２とは、フレーム２０の所定の面内（例えば上面２０ｓ）においてフレーム２０の長手方向Ｄｘに対して互いに対称となっている（例えば、配向方向Ｄ１及び配向方向Ｄ２は、上面２０ｓ内において長手方向Ｄｘから４５°（−４５°）及び−４５°（４５°）となっている）。

ＣＦＲＰ層２１〜２３を構成する炭素繊維プリプレグとしては、上述したＦＭＰ６１−２０２６Ａ、及び、Ｂ２４Ｎ３５Ｃ１２５に加えて、例えば、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグ（一方向プリプレグ）Ｂ２４Ｎ３３Ｃ２６９（ＣＦ：三菱レイヨン（株）製ＰＡＮ系２３０ＧＰａＣＦ（商品名：パイロフィルＴＲ３０Ｓ）、マトリックス樹脂：１３０°硬化エポキシ、ＣＦ目付け：２６９ｇ／ｍ^２、樹脂含有率：３３．４重量％、プリプレグ厚さ（ＭＰＴ）：０．２６３ｍｍ）、及び、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグ（一方向プリプレグ）Ｅ６０２６Ｅ−２６Ｋ（ＣＦ日本グラファイトファイバー（株）製ピッチ系高弾性６００ＧＰａＣＦ（商品名：グラノックＸＮ−６０）、マトリックス樹脂：１３０°硬化エポキシ、ＣＦ目付け（ＡＷＦ）：２６０ｇ／ｍ^２、樹脂含有率：２７．５重量％）等を用いることができる。

上述した制振層１３、及び制振層２４，２５を構成する粘弾性材料は、２５℃における貯蔵弾性率が、０．１ＭＰａ以上２５００ＭＰａ以下の範囲であることが好ましく、０．１ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下の範囲であることがさらに好ましく、０．１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲であることが一層好ましい。制振層１３、及び制振層２４，２５を構成する粘弾性材料の貯蔵弾性率が２５００ＭＰａ以下であれば、十分な振動減衰特性を得ることができ、０．１ＭＰａ以上であれば、フォーク１０及びフレーム２０の剛性の低下が少なく、産業用部品として要求される性能を満たすことができる。

また、制振層１３、及び制振層２４，２５を構成する粘弾性材料は、炭素繊維プリプレグを熱硬化してフォーク１０及びフレーム２０を作製することから、その作製の際に発生する熱に対して安定であることが好ましい。さらに、制振層１３、及び制振層２４，２５を構成する粘弾性材料は、フォーク１０及びフレーム２０の各ＣＦＲＰ層との接着性に優れていることが好ましい。

以上の観点から、制振層１３、及び制振層２４，２５を構成する粘弾性材料は、例えば、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、及びエチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＰＤＭ）等のゴム、並びに、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、及び、柔軟鎖を持つポリマーであるゴムやエラストマー等を添加することによって弾性率を低くしたエポキシ樹脂等のＣＦＲＰに比べて柔軟な材料とすることができる。

このようなフレーム２０は、上述したような炭素繊維プリプレグ等を直方体状の芯材に巻きつけて積層した後に熱硬化することで作製することができる。特に、図５の（ａ）に示されるように、一の炭素繊維プリプレグ３０を、芯材４０の所定の部分Ｐ１においてオーバーラップさせるように芯材４０に巻き付けた場合には、図５の（ｂ）に示されるように、別の炭素繊維プリプレグ３１を、芯材４０の他の所定の部分Ｐ２においてオーバーラップさせるように芯材４０に巻き付ける等して、炭素繊維プリプレグのオーバーラップ箇所を重畳させないようにすれば、フレーム２０の厚みにばらつきが生じることを避けることができる。

また、図５の（ｃ）に示されるように、一の炭素繊維プリプレグ３２を、芯材４０の所定の部分Ｐ３において突き合わせるように芯材４０に巻き付けた場合には、図５の（ｄ）に示されるように、別の炭素繊維プリプレグ３３を、芯材４０の他の所定の部分Ｐ４において突き合わせるように芯材４０に巻き付ける等して、炭素繊維プリプレグの突き合わせ箇所をずらせば、フレーム２０の強度にばらつきが生じることを避けることができる。

以上説明したように、本実施形態に係るロボットハンド１によれば、フォーク１０において、ＣＦＲＰ層１１とＣＦＲＰ層１２との間に制振層１３を配置しているので、振動減衰特性が向上される。特に、本実施形態に係るロボットハンド１によれば、フレーム２０においても、ＣＦＲＰ層２１とＣＦＲＰ層２２との間、及びＣＦＲＰ層２２とＣＦＲＰ層２３との間に制振層２４及び制振層２５を配置しているので、振動減衰特性がより一層向上される。

また、フレーム２０においては、接合層２１ａの炭素繊維の配向方向と接合層２２ａの炭素繊維の配向方向とを、フレーム２０の長手方向に対して対称としている。また、接合層２２ｂの炭素繊維の配向方向と接合層２３ｂの炭素繊維の配向方向とを、フレーム２０の長手方向に対して対称としている。このため、このロボットハンド１によれば、フレーム２０の長手方向に沿っての捻れ振動を好適に減衰することができる。
［第２実施形態］

本発明に係るロボットハンドの第２実施形態は、フレーム２０に代えて図６に示されるフレーム（ロボットハンド用フレーム）５０を備える点で、第１実施形態に係るロボットハンド１と相違している。本実施形態に係るフレーム５０は、制振層の層数がフレーム２０と相違している。すなわち、第１実施形態に係るフレーム２０が２層の制振層を備えていたのに対して、第２実施形態に係るフレーム５０は、４層の制振層を備えている。

フレーム５０の構造について詳細に説明する。フレーム５０は、ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層）５１、ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層、第２の炭素繊維強化プラスチック層）５２、ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層、第２の炭素繊維強化プラスチック層）５３、ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層、第２の炭素繊維強化プラスチック層）５４、及び、ＣＦＲＰ層（第２の炭素繊維強化プラスチック層）５５を有している。

ＣＦＲＰ層５１は、長尺の矩形管状に形成されている。ＣＦＲＰ層５２は、長尺の矩形管状に形成されており、ＣＦＲＰ層５１の一端から他端にわたって延在するようにＣＦＲＰ層５１の内側に配置されている。ＣＦＲＰ層５３は、長尺の矩形管状に形成されており、ＣＦＲＰ層５２の一端から他端にわたって延在するようにＣＦＲＰ層５２の内側に配置されている。ＣＦＲＰ層５３は、長尺の矩形管状に形成されており、ＣＦＲＰ層５２の一端から他端いわたって延在するようにＣＦＲＰ層５２の内側に配置されている。

ＣＦＲＰ層５４は、長尺の矩形管状に形成されており、ＣＦＲＰ層５３の一端から他端にわたって延在するようにＣＦＲＰ層５３の内側に配置されている。ＣＦＲＰ層５５は、長尺の矩形管状に形成されており、ＣＦＲＰ層５４の一端から他端にわたって延在するようにＣＦＲＰ層５４の内側に配置されている。ＣＦＲＰ層５１〜５５は、ＣＦＲＰ層２１〜２３と同様にして、複数の炭素繊維プリプレグを積層することで構成される。

また、フレーム５０は、制振層（第１の制振層）５６〜５９を有している。制振層５６は、ＣＦＲＰ層５１とＣＦＲＰ層５２との間に配置されている。制振層５６は、長尺の矩形管状を呈しており、ＣＦＲＰ層５１，５２の一端から他端にわたって延在している。制振層５７は、ＣＦＲＰ層５２とＣＦＲＰ層５３との間に配置されている。制振層５７は、長尺の矩形管状を呈しており、ＣＦＲＰ層５２，５３の一端から他端にわたって延在している。制振層５８は、ＣＦＲＰ層５３とＣＦＲＰ層５４との間に配置されている。制振層５８は、長尺の矩形管状を呈しており、ＣＦＲＰ層５３，５４の一端から他端にわたって延在している。

制振層５９は、ＣＦＲＰ層５４とＣＦＲＰ層５５との間に配置されている。制振層５９は、長尺の矩形管状を呈しており、ＣＦＲＰ層５４，５５の一端から他端にわたって延在している。制振層５６〜５９は、制振層２４，２５と同様の材料から構成することができる。すなわち、制振層５６〜５９は、ＣＦＲＰ層５１〜５５を構成するマトリックス樹脂の剛性よりも低い剛性の粘弾性材料から構成することができる。

ＣＦＲＰ層５１は、制振層５６に接合された接合層５１ａを含む。ＣＦＲＰ層５２は、制振層５６に接合された接合層５２ａと、制振層５７に接合された接合層５２ｂとを含む。ＣＦＲＰ層５３は、制振層５７に接合された接合層５３ｂと、制振層５８に接合された接合層５３ｃとを含む。ＣＦＲＰ層５４は、制振層５８に接合された接合層５４ｃと、制振層５９に接合された接合層５４ｄとを含む。ＣＦＲＰ層５５は、制振層５９に接合された接合層５５ｄを含む。

ＣＦＲＰ層５１〜５５を構成する炭素繊維プリプレグとしては、上述したＣＦＲＰ層２１〜２３を構成する炭素繊維プリプレグと同様のものを用いることができる。ただし、接合層５１ａ，５２ｂ，５３ｃ，５４ｄの炭素繊維の配向方向と、接合層５２ａ，５３ｂ，５４ｃ，５５ｄの炭素繊維の配向方向とは、上述した接合層２１ａ，２２ｂと接合層２２ａ，２３ｂとのように、フレーム５０の所定の面内においてフレーム５０の長手方向に対して互いに対称となっている。

以上説明した第２実施形態に係るロボットハンドにおいても、第１実施形態に係るロボットハンド１と同様の理由から、振動減衰特性が向上される。特に、第２実施形態に係るロボットハンドによれば、フレームの制振層の数を増加させることにより、振動減衰特性をより一層向上することができる。

以上の実施形態は、本発明に係るロボットハンド用フレーム及びロボットハンドの一実施形態を説明したものである。したがって、本発明に係るロボットハンド用フレーム及びロボットハンドは、上述したものに限定されない。本発明に係るロボットハンド用フレーム及びロボットハンドは、特許請求の範囲に記した各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述したものを任意に変形したものとすることができる。

例えば、上述した各制振層（制振層１３，２４，２５，５６〜５９）は、予め各制振層に貼着された樹脂フィルムを介して各ＣＦＲＰ層（ＣＦＲＰ層１１，１２，２１〜２３，５１〜５５）に接合されていてもよい。その場合には、その樹脂フィルムを、各ＣＦＲＰ層を構成するマトリックス樹脂と同一の材料から構成すれば、各制振層と各ＣＦＲＰ層とを強固に接合することが可能となる。

また、フレーム２０，５０における制振層の層数は、所望するフレーム２０，５０の剛性と振動減衰特性との兼ね合いから、例えば１層〜１０層程度の範囲で任意に変更することができる。さらに、フォーク１０は、必ずしも制振層１３を備えていなくてもよい。

引き続いて、本発明に係るロボットハンドの実施例について説明する。本実施例においては、以下に示されるように比較例１、実施例１〜４のそれぞれに係るロボットハンドを準備し、その振動減衰特性を評価した。

比較例１に係るロボットハンドは、第１実施形態に係るロボットハンド１に対して、フォーク及びフレームが制振層を備えていない点で相違している。つまり、比較例１に係るロボットハンドは、下記表１に示されるように複数の炭素繊維プリプレグのみを積層して構成される４つのフォークと、下記表２に示されるように複数の炭素繊維プリプレグのみを積層して構成されるフレームとを備えている。

なお、以下の表において「角度」とは、フォークやフレームの長手方向に対する炭素繊維の配向角度（配向方向）を示している。例えば「角度」が「０°／９０°」であるとは、その炭素繊維プリプレグにおいて、フォークやフレームの長手方向に対して０°の角度でもって配向された炭素繊維と、９０°の角度でもって配向された炭素繊維とが平織りされていることを示している。

実施例１に係るロボットハンドは、第１実施形態に係るロボットハンド１に対して、フォークが制振層を備えていない点で相違している（換言すれば、実施例１に係るロボットハンドは、フレームのみが制振層を備えている）。つまり、実施例１に係るロボットハンドは上記表１に示されるように複数の炭素繊維プリプレグのみを積層して構成される４つのフォークと、下記表３に示されるように複数の炭素繊維プリプレグと２層の制振シート（制振層）とを積層して構成されるフレームとを備えている。なお、ここでは、制振シートとして、ＳＢＲシート（アスク工業株式会社製（商品名：アスナーシート、厚さ：０．１５ｍｍ））を用いた。

実施例２に係るロボットハンドは、第１実施形態に係るロボットハンド１と同様の構成を有している（換言すれば、実施例２に係るロボットハンドは、フォーク及びフレームが制振層を備えている）。つまり、実施例２に係るロボットハンドは、下記表４に示されるように複数の炭素繊維プリプレグと制振シートとを積層して得られる上下壁部と上記表１に示されるように複数の炭素繊維プリプレグのみを積層して得られる一対の側壁部とから構成される４つのフォークと、上記表３に示されるように複数の炭素繊維プリプレグと２層の制振シートとを積層して構成されるフレームとを備えている。

実施例３に係るロボットハンドは、第２実施形態に係るロボットハンドに対して、フォークが制振層を備えていない点で相違している（換言すれば、実施例３に係るロボットハンドは、フレームのみが制振層を備えている）。つまり、実施例３に係るロボットハンドは、上記表１に示されるように複数の炭素繊維プリプレグのみを積層して構成される４つのフォークと、下記表５に示されるように複数の炭素繊維プリプレグと４層の制振シートとを積層して構成されるフレームとを備えている。

実施例４に係るロボットハンドは、第２実施形態に係るロボットハンドと同様の構成を有している（換言すれば、実施例４に係るロボットハンドは、フォーク及びフレームが制振層を備えている）。つまり、実施例４に係るロボットハンドは、上記表４に示されるように複数の炭素繊維プリプレグと制振シートとを積層して得られる上下壁部と上記表１に示されるように複数の炭素繊維プリプレグのみを積層して得られる一対の側壁部とから構成される４つのフォークと、上記表５に示されるように複数の炭素繊維プリプレグと４層の制振シートとを積層して構成されるフレームとを備えている。

なお、実施例１〜４に係るロボットハンドのフレームにおいて、制振シートを挟んで制振シートに接合される一対の炭素繊維プリプレグは、その炭素繊維の配向角度が、例えば４５°と−４５°といったように、フレームの長手方向に対して対称となっている。

また、以上の比較例１、及び実施例１〜４においては、各表に示される順に（数字の降順に）炭素繊維プリプレグ等を直方体状の芯材に巻き付けて積層し、炭素繊維プリプレグの外側からＰＰやＰＥＴ等の熱収縮テープを巻き付けたり、アルミや鉄等の金属製の外型を押し当てた状態で真空バッグの中に入れることにより炭素繊維プリプレグ等を固定しながら熱硬化した後に、芯材を抜き取ることによって、厚さ約５ｍｍ程度の矩形管状のフレームを得た。

以上のようにして用意した比較例１、及び実施例１〜４に係る各ロボットハンドに対して振動減衰特性の評価を行った。ここでの振動減衰特性の評価方法は以下の通りである。すなわち、図７に示されるように、まず、中央２つのフォーク１０に予め２．７ｋｇｆのおもり６０吊り下げておき、その吊り下げ糸６１を切断することによって、各ロボットハンドに振動を与えた。その状態において、各ロボットハンドのフレーム２０の両端のたわみを、レーザ変位計７０によって測定した。

図８は、比較例１に係るロボットハンドの振動減衰特性の評価結果を示すグラフであり、図９は、実施例１に係るロボットハンドの振動減衰特性の評価結果を示すグラフであり、図１０は、実施例２に係るロボットハンドの振動減衰特性の評価結果を示すグラフであり、図１１は、実施例３に係るロボットハンドの振動減衰特性の評価結果を示すグラフであり、図１２は、実施例４に係るロボットハンドの振動減衰特性の評価結果を示すグラフである。

図８に示される評価結果と図９に示される評価結果とを比較すると、比較例１に係るロボットハンドよりも実施例１に係るロボットハンドの方が、フォーク先端たわみが速やかに減衰していることがわかる。すなわち、フレームに２層の制振シートを設けた実施例１に係るロボットハンドによれば、フォーク及びフレームに制振シートを設けていない比較例１に係るロボットハンドと比較して振動減衰特性が向上している。

また、図９に示される評価結果と図１０に示される評価結果とを比較すると、実施例１に係るロボットハンドよりも実施例２に係るロボットハンドの方が、フォーク先端たわみがより速やかに減衰していることがわかる。すなわち、フレームに２層の制振シートを設けた上にフォークにも制振シートを設けた実施例２に係るロボットハンドによれば、フレームのみに２層の制振シートを設けた実施例１に係るロボットハンドと比較して振動減衰特性がより向上している。

また、図８に示される評価結果と図１１に示される評価結果とを比較すると、比較例１に係るロボットハンドよりも実施例３に係るロボットハンドの方が、フォーク先端たわみが速やかに減衰していることがわかる。すなわち、フレームに４層の制振シートを設けた実施例３に係るロボットハンドによれば、フォーク及びフレームに制振シートを設けていない比較例１に係るロボットハンドと比較して振動減衰特性が向上している。特に、図９に示される評価結果と図１１に示される評価結果とを比較すると、実施例１に係るロボットハンドよりも実施例３に係るロボットハンドの方が、振動減衰特性が向上していることがわかる。すなわち、制振シートを２層から４層にすることにより、振動減衰特性がより向上していることがわかる。

さらに、図１１に示される評価結果と図１２に示される評価結果とを比較すると、実施例３に係るロボットハンドよりも実施例４に係るロボットハンドの方が、フォーク先端たわみがより一層速やかに減衰していることがわかる。すなわち、フレームに４層の制振シートを設けた上にフォークにも制振シートを設けた実施例４に係るロボットハンドによれば、フレームのみに４層の制振シートを設けた実施例３に係るロボットハンドと比較して振動減衰特性がより一層向上している。

以上の評価結果に鑑みると、ロボットハンドにおいて、フレームに制振層を設けることにより振動減衰特性が改善されることがわかった。一方で、フレームの制振層を２層から４層に増やすことにより、振動減衰特性がより改善されることがわかった。

１…ロボットハンド、１０…フォーク、１１…ＣＦＲＰ層（第３の炭素繊維強化プラスチック層）、１２…ＣＦＲＰ層（第４の炭素繊維強化プラスチック層）、１３…制振層（第２の制振層）、２０…フレーム（ロボットハンド用フレーム）、２１…ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層）、２２…ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層、第２の炭素繊維強化プラスチック層）、２３…ＣＦＲＰ層（第２の炭素繊維強化プラスチック層）、２４，２５…制振層（第１の制振層）、５０…フレーム（ロボットハンド用フレーム）、５１…ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層）、５２…ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層、第２の炭素繊維強化プラスチック層）、５３…ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層、第２の炭素繊維強化プラスチック層）、５４…ＣＦＲＰ層（第１の炭素繊維強化プラスチック層、第２の炭素繊維強化プラスチック層）、５５…ＣＦＲＰ層（第２の炭素繊維強化プラスチック層）、５６，５７，５８，５９…制振層（第１の制振層）、対象物ＯＢ。

Claims (6)

1. 対象物を搬送するためのロボットハンドに用いられ、前記対象物が載置される複数のフォークを保持する長尺管状のロボットハンド用フレームであって、
   長尺管状に形成された第１の炭素繊維強化プラスチック層と、
   長尺管状に形成され前記第１の炭素繊維強化プラスチック層の一端から他端にわたって延在するように前記第１の炭素繊維強化プラスチック層の内側に配置された第２の炭素繊維強化プラスチック層と、
   前記第１の炭素繊維強化プラスチック層と前記第２の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された第１の制振層と、を備え、
   前記第１の制振層は、前記第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層を構成するマトリックス樹脂の剛性よりも低い剛性の粘弾性材料からなる、ことを特徴とするロボットハンド用フレーム。
2. 前記第１の炭素繊維強化プラスチック層における前記第１の制振層に接合する層の炭素繊維の配向方向と、前記第２の炭素繊維強化プラスチック層における前記第１の制振層に接合する層における炭素繊維の配向方向とは、当該ロボットハンド用フレームの長手方向に対して対称である、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド用フレーム。
3. 前記粘弾性材料の貯蔵弾性率は、０．１ＭＰａ以上２５００ＭＰａ以下である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットハンド用フレーム。
4. 前記第１の制振層は、予め前記第１の制振層に貼着された樹脂フィルムを介して前記第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層に接合されており、
   前記樹脂フィルムは、前記第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層を構成するマトリックス樹脂と同一の材料からなる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットハンド用フレーム。
5. 対象物を搬送するためのロボットハンドであって、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットハンド用フレームと、
   前記ロボットハンド用フレームに保持されており前記対象物が載置される長尺管状の複数のフォークと、を備え、
   前記複数のフォークは、それぞれ、長尺管状に形成され互いに積層された第３及び第４の炭素繊維強化プラスチック層を有する、ことを特徴とするロボットハンド。
6. 前記複数のフォークは、それぞれ、前記第３の炭素繊維強化プラスチック層と前記第４の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された第２の制振層を有し、
   前記第２の制振層は、前記第３及び第４の炭素繊維強化プラスチック層を構成するマトリックス樹脂の剛性よりも低い剛性の粘弾性材料からなる、ことを特徴とする請求項５に記載のロボットハンド。

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