JP2018202540A - 撓み式フィンガ及び撓み式フィンガを有するロボットハンド - Google Patents

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Abstract

【課題】極めて軽量でありながら多種多様な対象物を把持することが可能なロボットハンドを提供すること、及び、そのようなロボットハンドに採用されるフィンガを提供すること。【解決手段】本発明は、両側に撓み変形可能な中央板状弾性部材と、前記中央板状弾性部材の基端部を保持する保持部材と、前記中央板状弾性部材の先端部の一側に接続され当該先端部を当該一側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記一側に撓ませる一側引っ張り部材と、前記中央板状弾性部材の前記先端部の他側に接続され当該先端部を当該他側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記他側に撓ませる他側引っ張り部材と、前記一側引っ張り部材による引っ張りと前記他側引っ張り部材による引っ張りとの一方のみを選択的に作用させる駆動機構と、を備えたことを特徴とする撓み式フィンガである。【選択図】図2

Description

本発明は、撓み式フィンガ、及び、例えば一対の撓み式フィンガを有するロボットハンドに関する。
近年、人材不足等のために、各種の生産現場に小型ロボットを導入することが検討ないし実践されている。特に、軟らかい食材を取り扱う弁当等の生産現場においても、小型ロボットの導入が検討されている。
例えば米国特許第6,234,300号の図5、図7A〜図8Bには、軟らかいフルーツ等を把持する装置が開示されている。これらの装置は、対向するフィンガ(グリッパ)同士を近接させることで、対象物を把持することができる。把持力は、コイルバネ等によって適宜に調節可能で、その結果として軟らかいフルーツ等を把持することができる。
米国特許第6,234,300号明細書
ロボットハンドは、一般的に、ロボットアームに取り付けられて使用される。そして、ロボットアームには、それが支持できる重量に制限がある。このため、ロボットハンドの重量が大きいと、当該ロボットハンドによって把持可能な対象物の重量も小さくなる。従って、ロボットハンドには軽量化が求められるが、前掲した特許文献1の装置は軽量化の実現が容易でない。
その他のタイプのロボットハンドも、様々な技術分野において開発されているが、軽量化を最大限に実現するべく、把持可能な対象物を限定して特定の対象物(ワーク)に対して専用に開発されたものが多い。
一方で、弁当等の生産現場では、多種多様な食材を共通のロボットハンドで把持することが好ましい。このため、そのような要望に適うロボットハンドの開発が期待されている。
本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、極めて軽量でありながら多種多様な対象物を把持することが可能なロボットハンドを提供すること、及び、そのようなロボットハンドに採用されるフィンガを提供することである。
本発明は、両側に撓み変形可能な中央板状弾性部材と、前記中央板状弾性部材の基端部を保持する保持部材と、前記中央板状弾性部材の先端部の一側に接続され当該先端部を当該一側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記一側に撓ませる一側引っ張り部材と、前記中央板状弾性部材の前記先端部の他側に接続され当該先端部を当該他側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記他側に撓ませる他側引っ張り部材と、前記一側引っ張り部材による引っ張りと前記他側引っ張り部材による引っ張りとの一方のみを選択的に作用させる駆動機構と、を備えたことを特徴とする撓み式フィンガである。
本発明によれば、構成がシンプルで、部品点数も少数であるため、軽量化及び/または小型化を図ることが容易である。また、両側に撓み変形可能な中央板状弾性部材を主要な構成要素としているため、フィンガとしての可動域を広くすることも容易である。更に、中央板状弾性部材が弾性を有することによって、軟らかい対象物を含む多種多様な対象物を把持することが可能であり、また、不所望の過大な負荷を受けた場合でも当該負荷を効果的に逃がすことができ、フィンガや対象物の損傷の発生を抑制できる。
好ましくは、前記一側引っ張り部材及び前記他側引っ張り部材の各々は、前記保持部材を貫通しており、前記駆動機構は、前記保持部材に関して、前記中央板状弾性部材とは反対の側に設けられている。
この場合、保持部材に関して中央板状弾性部材と同じ側には駆動機構が存在しないため、フィンガとしての可動域を広くすることが、より一層容易である。
更にこの場合、前記一側引っ張り部材及び前記他側引っ張り部材の各々が、平坦で幅広な部材であって、前記保持部材には、前記一側引っ張り部材及び前記他側引っ張り部材の各々が貫通するためのスリット状開口が設けられていることが好ましい。
一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々を平坦で幅広な部材とする場合、一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々と中央板状弾性部材とを概ね重なるような相対位置に配置して、幅方向に延びる領域を介して互いを接続しておくことにより、中央板状弾性部材を引っ張って撓ませる作用をより安定化させることができる。更に、保持部材に一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々が貫通するためのスリット状開口が設けられていることにより、一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々の動作軌道を安定化できるため、フィンガの動作を安定化させることができる。
また、前記一側引っ張り部材も、板状弾性部材から構成されており、前記他側引っ張り部材も、板状弾性部材から構成されており、前記駆動機構は、前記一側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記一側において前記基端部の側に引っ張る際に、前記他側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記一側に押しやるようになっており、前記駆動機構は、前記他側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記他側において前記基端部の側に引っ張る際に、前記一側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記他側に押しやるようになっていることが好ましい。
このような場合、一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の引っ張りの作用と押しやりの作用とが相俟って、フィンガの動作をより一層安定化させることができる。
また、前記駆動機構は、回動軸回りに回動する回動部材を有しており、前記一側引っ張り部材及び前記他側引っ張り部材は、前記回動軸を挟んで対向するように、前記回動部材に接続されていることが好ましい。
この場合、簡易な構成でありながら、一側引っ張り部材をして中央板状弾性部材を一側において基端部の側に引っ張り、且つ、他側引っ張り部材をして中央板状弾性部材を一側に押しやる動作と、他側引っ張り部材をして中央板状弾性部材を他側において基端部の側に引っ張り、且つ、一側引っ張り部材をして中央板状弾性部材を他側に押しやる動作とを、確実に選択的に作用させることができる。
あるいは、本発明は、一側に撓み変形可能な中央板状弾性部材と、前記中央板状弾性部材の基端部を保持する保持部材と、前記中央板状弾性部材の先端部の前記一側に接続され当該先端部を前記一側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記一側に撓ませる一側板状弾性部材と、前記中央板状弾性部材の前記先端部の他側に接続され、前記一側板状弾性部材が前記中央板状弾性部材を前記一側において前記基端部の側に引っ張る際に前記中央板状弾性部材を前記一側に押しやる他側板状弾性部材と、前記一側板状弾性部材による引っ張り及び前記他側板状弾性部材による押しやりを同時に作用させる駆動機構と、を備えたことを特徴とする撓み式フィンガである。
本発明によっても、構成がシンプルで、部品点数も少数であるため、軽量化及び/または小型化を図ることが容易である。また、一側に撓み変形可能な中央板状弾性部材を主要な構成要素としているため、フィンガとしての可動域を十分に確保することができる。更に、中央板状弾性部材が弾性を有することによって、軟らかい対象物を含む多種多様な対象物を把持することが可能であり、また、不所望の過大な負荷を受けた場合でも当該負荷を効果的に逃がすことができ、フィンガや対象物の損傷の発生を抑制できる。また、各板状弾性部材を概ね重なるような相対位置に配置して、幅方向に延びる領域を介して互いを接続しておくことにより、中央板状弾性部材を撓ませる作用をより安定化させることができる。更に、一側板状弾性部材による引っ張りの作用と他側板状弾性部材による押しやりの作用とが協働することにより、フィンガとしての安定した動作を提供することができる。
本発明においても、好ましくは、前記一側板状弾性部材及び前記他側板状弾性部材の各々は、前記保持部材を貫通しており、前記駆動機構は、前記保持部材に関して、前記中央板状弾性部材とは反対の側に設けられている。
この場合、保持部材に関して中央板状弾性部材と同じ側には駆動機構が存在しないため、フィンガとしての可動域を確保することが、より一層容易である。
更にこの場合、前記保持部材には、前記一側板状弾性部材及び前記他側板状弾性部材の各々が貫通するためのスリット状開口が設けられていることが好ましい。
この場合、一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々の動作軌道を安定化できるため、フィンガの動作を安定化させることができる。
また、本発明は、以上のような特徴を備えた撓み式フィンガを備えたロボットハンドである。すなわち、本発明は、例えば一対の撓み式フィンガを備えたロボットハンドであって、各撓み式フィンガは、両側に撓み変形可能な中央板状弾性部材と、前記中央板状弾性部材の基端部を保持する保持部材と、前記中央板状弾性部材の先端部の一側に接続され当該先端部を当該一側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記一側に撓ませる一側引っ張り部材と、前記中央板状弾性部材の前記先端部の他側に接続され当該先端部を当該他側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記他側に撓ませる他側引っ張り部材と、前記一側引っ張り部材による引っ張りと前記他側引っ張り部材による引っ張りとの一方のみを選択的に作用させる駆動機構と、有しており、前記一対の撓み式フィンガの駆動機構は、互いに協働して、一方の撓み式フィンガの一側引っ張り部材による引っ張り時に他方の撓み式フィンガの他側引っ張り部材による引っ張りが行われ、且つ、他方の撓み式フィンガの一側引っ張り部材による引っ張り時に一方の撓み式フィンガの他側引っ張り部材による引っ張りが行われるようになっていることを特徴とするロボットハンドである。
本発明によれば、構成がシンプルで、部品点数も少数であるため、軽量化及び/または小型化を図ることが容易である。また、両側に撓み変形可能な中央板状弾性部材を主要な構成要素としているため、ロボットハンドとしての可動域を広くすることも容易である。更に、一対の撓み式フィンガの駆動機構が協働して一対の中央板状弾性部材を共に外側または内側に撓ませることによって、軟らかい対象物を含む多種多様な対象物を把持することが可能である一方、不所望の過大な負荷を受けた場合には当該負荷を効果的に逃がすことができ、ロボットハンドや対象物の損傷の発生を抑制できる。
本発明において、好ましくは、前記一対の撓み式フィンガの保持部材は、共通の部材から構成されており、前記一対の撓み式フィンガの一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々は、前記保持部材を貫通しており、前記一対の撓み式フィンガの駆動機構は、前記保持部材に関して、前記一対の撓み式フィンガの中央板状弾性部材とは反対の側に設けられている。
この場合、保持部材に関して中央板状弾性部材と同じ側には駆動機構が存在しないため、ロボットハンドとしての可動域を広くすることが、より一層容易である。
また、この場合、更に好ましくは、前記一対の撓み式フィンガの一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々は、平坦で幅広な部材であり、前記保持部材には、前記一対の撓み式フィンガの一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々が貫通するためのスリット状開口が設けられている。
各撓み式フィンガにおいて、一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々を平坦で幅広な部材とする場合、一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々と中央板状弾性部材とを概ね重なるような相対位置に配置して、幅方向に延びる領域を介して互いを接続しておくことにより、中央板状弾性部材を引っ張って撓ませる作用をより安定化させることができる。更に、保持部材に一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々が貫通するためのスリット状開口が設けられていることにより、一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々の動作軌道を安定化できるため、各撓み式フィンガの動作、ひいてはロボットハンドの動作を安定化させることができる。
この場合、前記一対の撓み式フィンガの一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々は、いずれも板状弾性部材状部材から構成されており、各撓み式フィンガにおいて、前記駆動機構は、前記一側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記一側において前記基端部の側に引っ張る際に、前記他側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記一側に押しやるようになっており、前記駆動機構は、前記他側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記他側において前記基端部の側に引っ張る際に、前記一側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記他側に押しやるようになっていることが好ましい。
このような場合、各撓み式フィンガにおいて、一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の引っ張りの作用と押しやりの作用とが相俟って、各撓み式フィンガの動作、ひいてはロボットハンドの動作をより一層安定化させることができる。
この場合、更に、各撓み式フィンガにおいて、前記駆動機構は、回動軸回りに回動する回動部材を有しており、前記一側引っ張り部材及び前記他側引っ張り部材は、前記回動軸を挟んで対向するように、前記回動部材に接続されており、前記一対の撓み式フィンガの回動部材が、互いに協働するようになっていることが好ましい。
この場合、各撓み式フィンガにおいて、簡易な構成でありながら、一側引っ張り部材をして中央板状弾性部材を一側において基端部の側に引っ張り、且つ、他側引っ張り部材をして中央板状弾性部材を一側に押しやる動作と、他側引っ張り部材をして中央板状弾性部材を他側において基端部の側に引っ張り、且つ、一側引っ張り部材をして中央板状弾性部材を他側に押しやる動作とを、確実に選択的に作用させることができる。
あるいは、本発明は、一対の撓み式フィンガを備えたロボットハンドであって、各撓み式フィンガは、内側に撓み変形可能な中央板状弾性部材と、前記中央板状弾性部材の基端部を保持する保持部材と、前記中央板状弾性部材の先端部の前記内側に接続され当該先端部を前記内側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記内側に撓ませる内側板状弾性部材と、前記中央板状弾性部材の前記先端部の外側に接続され、前記内側板状弾性部材が前記中央板状弾性部材を前記内側において前記基端部の側に引っ張る際に前記中央板状弾性部材を前記内側に押しやる外側板状弾性部材と、前記内側板状弾性部材による引っ張り及び前記外側板状弾性部材による押しやりを同時に作用させる駆動機構と、を有しており、前記一対の撓み式フィンガの保持部材は、共通の部材から構成されており、前記一対の撓み式フィンガの駆動機構は、互いに協働して、一方の撓み式フィンガの内側引っ張り部材による引っ張り時に他方の撓み式フィンガの内側引っ張り部材による引っ張りが行われるようになっていることを特徴とするロボットハンドである。
本発明によっても、構成がシンプルで、部品点数も少数であるため、軽量化及び/または小型化を図ることが容易である。また、一側に撓み変形可能な中央板状弾性部材を主要な構成要素としているため、ロボットハンドとしての可動域を十分に確保することができる。更に、一対の撓み式フィンガの駆動機構が協働して一対の中央板状弾性部材を内側へと撓ませることによって、軟らかい対象物を含む多種多様な対象物を外側から把持することが可能であり、また、不所望の過大な負荷を受けた場合でも当該負荷を効果的に逃がすことができ、ロボットハンドや対象物の損傷の発生を抑制できる。また、各板状弾性部材を概ね重なるような相対位置に配置して、幅方向に延びる領域を介して互いを接続しておくことにより、中央板状弾性部材を撓ませる作用をより安定化させることができる。更に、内側板状弾性部材による引っ張りの作用とび外側板状弾性部材の押しやりの作用とが協働することにより、ロボットハンドとしての安定した動作を提供することができる。
あるいは、本発明は、一対の撓み式フィンガを備えたロボットハンドであって、各撓み式フィンガは、外側に撓み変形可能な中央板状弾性部材と、前記中央板状弾性部材の基端部を保持する保持部材と、前記中央板状弾性部材の先端部の前記外側に接続され当該先端部を前記外側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記外側に撓ませる外側板状弾性部材と、前記中央板状弾性部材の前記先端部の内側に接続され、前記外側板状弾性部材が前記中央板状弾性部材を前記外側において前記基端部の側に引っ張る際に前記中央板状弾性部材を前記外側に押しやる内側板状弾性部材と、前記外側板状弾性部材による引っ張り及び前記内側板状弾性部材による押しやりを同時に作用させる駆動機構と、を有しており、前記一対の撓み式フィンガの保持部材は、共通の部材から構成されており、前記一対の撓み式フィンガの駆動機構は、互いに協働して、一方の撓み式フィンガの外側引っ張り部材による引っ張り時に他方の撓み式フィンガの外側引っ張り部材による引っ張りが行われるようになっていることを特徴とするロボットハンドである。
本発明によっても、構成がシンプルで、部品点数も少数であるため、軽量化及び/または小型化を図ることが容易である。また、一側に撓み変形可能な中央板状弾性部材を主要な構成要素としているため、ロボットハンドとしての可動域を十分に確保することができる。更に、一対の撓み式フィンガの駆動機構が協働して一対の中央板状弾性部材を外側へと撓ませることによって、軟らかい対象物を含む多種多様な対象物を内側から把持することが可能であり、また、不所望の過大な負荷を受けた場合でも当該負荷を効果的に逃がすことができ、ロボットハンドや対象物の損傷の発生を抑制できる。また、各板状弾性部材を概ね重なるような相対位置に配置して、幅方向に延びる領域を介して互いを接続しておくことにより、中央板状弾性部材を撓ませる作用をより安定化させることができる。更に、外側板状弾性部材による引っ張りの作用と内側板状弾性部材の押しやりの作用とが協働することにより、ロボットハンドとしての安定した動作を提供することができる。
本発明の撓み式フィンガ(両側撓み式フィンガ)によれば、構成がシンプルで、部品点数も少数であるため、軽量化及び/または小型化を図ることが容易である。特に、両側に撓み変形可能な中央板状弾性部材を主要な構成要素としているため、フィンガとしての可動域を広くすることも容易である。更に、中央板状弾性部材が弾性を有することによって、軟らかい対象物を含む多種多様な対象物を把持することが可能であり、また、不所望の過大な負荷を受けた場合でも当該負荷を効果的に逃がすことができ、フィンガや対象物の損傷の発生を抑制できる。
あるいは、本発明の別の撓み式フィンガ(片側撓み式フィンガ)によれば、一側に撓み変形可能な中央板状弾性部材を主要な構成要素としているため、フィンガとしての可動域を十分に確保することができる。更に、中央板状弾性部材が弾性を有することによって、軟らかい対象物を含む多種多様な対象物を把持することが可能であり、また、不所望の過大な負荷を受けた場合でも当該負荷を効果的に逃がすことができ、フィンガや対象物の損傷の発生を抑制できる。また、各板状弾性部材を概ね重なるような相対位置に配置して、幅方向に延びる領域を介して互いを接続しておくことにより、中央板状弾性部材を撓ませる作用をより安定化させることができる。更に、一側板状弾性部材による引っ張りの作用と他側板状弾性部材の押しやりの作用とが協働することにより、フィンガとしての安定した動作を提供することができる。
また、本発明のロボットハンドによれば、構成がシンプルで、部品点数も少数であるため、軽量化及び/または小型化を図ることが容易である。また、両側に撓み変形可能な中央板状弾性部材を主要な構成要素としているため、ロボットハンドとしての可動域を広くすることも容易である。更に、一対の撓み式フィンガの駆動機構が協働して一対の中央板状弾性部材を撓ませることによって、軟らかい対象物を含む多種多様な対象物を把持することが可能である一方、不所望の過大な負荷を受けた場合には当該負荷を効果的に逃がすことができ、ロボットハンドや対象物の損傷の発生を抑制できる。
あるいは、本発明の別のロボットハンドによれば、一側に撓み変形可能な中央板状弾性部材を主要な構成要素としているため、ロボットハンドとしての可動域を十分に確保することができる。更に、一対の撓み式フィンガの駆動機構が協働して一対の中央板状弾性部材を内側または外側へと撓ませることによって、軟らかい対象物を含む多種多様な対象物を外側または内側から把持することが可能であり、また、不所望の過大な負荷を受けた場合でも当該負荷を効果的に逃がすことができ、ロボットハンドや対象物の損傷の発生を抑制できる。また、各板状弾性部材を概ね重なるような相対位置に配置して、幅方向に延びる領域を介して互いを接続しておくことにより、中央板状弾性部材を撓ませる作用をより安定化させることができる。更に、内側または外側板状弾性部材による引っ張りの作用と外側または内側板状弾性部材の押しやりの作用とが協働することにより、ロボットハンドとしての安定した動作を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る撓み式フィンガの縦断面図である。 図1の撓み式フィンガが湾曲した(撓んだ)状態を示す断面図である。 図1の撓み式フィンガを2つ備えたロボットハンドの原理を示す斜視図であって、各撓み式フィンガが内側に湾曲した(撓んだ)状態を示している。 図1の撓み式フィンガを2つ備えたロボットハンドの原理を示す斜視図であって、各撓み式フィンガが外側に湾曲した(撓んだ)状態を示している。 板状の対象物を把持した状態の図3に対応する斜視図である。 筒状の対象物を把持した状態の図4に対応する斜視図である。 ロボットアームに支持された状態での、本発明の一実施形態に係るロボットハンドの概略正面図である。 図7のロボットハンド及びツールチェンジャの概略斜視図である。 図7のロボットハンドの概略斜視図である。 図7のロボットハンドにおけるシリンダの動作を説明する概略図である。 図7のロボットハンドの変形例を説明する概略図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る撓み式フィンガ10の縦断面図であり、図2は、図1の撓み式フィンガ10が湾曲した(撓んだ)状態を示す断面図である。
図1に示すように、本実施形態の撓み式フィンガ10は、主たる構成要素として、両側に撓み変形可能な中央板状弾性部材11を有している。本実施形態の中央板状弾性部材11は、一例として、0.09mm厚の炭素鋼から構成されており、そのヤング率は2.0×105N/mm2であって、その長さ(図1の上下方向の寸法)は85mmであり、その幅(図1の紙面上下方向の寸法)は25mmである(バネ定数は1.48×10-3N/mmとなっている)。
図1に示すように、中央板状弾性部材11の基端部(図1の上端部)11pは、樹脂製の5mm厚程度の板状の保持部材12によって保持されている。本実施形態では、中央板状弾性部材11が板状の保持部材12に対して垂直な方向に延びるように、基端部11pが保持部材12に固定されている。
中央板状弾性部材11の先端部(図1の下端部)11dは、その両面に、補強部材13a、13bが接着されている。補強部材13a、13bの各々は、一例として、樹脂製の5mm厚程度の板状の部材で、平面視で25mm×25mm程度の正方形であるが、図1に示すように、先端は傾斜面状にカットされている。
そして、中央板状弾性部材11の先端部11dの一側(図1の右側)には、一側の補強部材13aを介して、先端部11dを当該一側において基端部11pの側に引っ張ることで中央板状弾性部材11を一側に撓ませる一側引っ張り部材14aの先端部が接着されている。
一側引っ張り部材14aは、保持部材12に形成されたスリット状開口12aを通過して、当該一側引っ張り部材14aの基端部が回動軸15回りに回動する回動部材16に接続されている。回動部材16は、一側引っ張り部材14aによる引っ張りと後述する他側引っ張り部材14bによる引っ張りとの一方のみを選択的に作用させる駆動機構として設けられている。
対称的に、中央板状弾性部材11の先端部11dの他側(図1の左側)には、他側の補強部材13bを介して、先端部11dを当該他側において基端部11pの側に引っ張ることで中央板状弾性部材11を他側に撓ませる他側引っ張り部材14bの先端部が接着されている。
他側引っ張り部材14bも、保持部材12に形成されたスリット状開口12bを通過して、当該他側引っ張り部材14bの基端部が回動軸15を挟んで一側引っ張り部材14aの基端部と対称の位置において回動部材16に接続されている。一側引っ張り部材14aの基端部と他側引っ張り部材14bの基端部との間の間隔は、例えば50mmである。
本実施形態では、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bの各々は、平坦で幅広の板状弾性部材である。具体的には、一例として、中央板状弾性部材11と同様の0.09mm厚の炭素鋼から構成されており、そのヤング率は2.0×105N/mm2であり、その長さ(図1の上下方向の寸法)は110mmであり、その幅(図1の紙面上下方向の寸法)は25mmである。
このように、本実施形態の撓み式フィンガ10は、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bとして板状弾性部材を採用しているため、一側引っ張り部材14aが中央板状弾性部材11を一側において基端部11pの側に引っ張る際に、他側引っ張り部材14bが中央板状弾性部材11を一側に押しやるようになっている。また、同様に、他側引っ張り部材14bが中央板状弾性部材11を他側において基端部11pの側に引っ張る際に、一側引っ張り部材14aが中央板状弾性部材11を他側に押しやるようになっている。
なお、スリット状開口12a、12bの各々は、その厚み(図1の左右方向の寸法)が5mm程度であり、その幅(図1の紙面上下方向の寸法)が27mm程度であり、スリット状開口12a、12b間の間隔が30mm程度である。
なお、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bは、対称な状態(図1の状態)において、それぞれ基端部から先端部に向かう方向で全長の33〜66%に相当する領域で(特に好ましくは45〜55%に相当する領域で)スリット状開口12a、12bを貫通していることが好ましい。更に、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bは、対称な状態(図1の状態)において、スリット状開口12a、12bの箇所で屈曲していないことが好ましいが、150°〜180°程度の屈曲であれば許容される。
次に、以上のように構成された撓み式フィンガ10の作用について説明する。
図2に示すように、回動部材16が反時計回りに30°程度回動することによって、一側引っ張り部材14aが中央板状弾性部材11を一側において基端部11pの側に引っ張る。また、これと同時に、他側引っ張り部材14bが中央板状弾性部材11を一側に押しやる。これにより、図2に示すように、中央板状弾性部材11が一側に撓まされる。この撓み変形を、フィンガの動きとして利用することができる。
回動部材16が図2の位置から時計回りに回動して図1の位置に戻る時、他側引っ張り部材14bが中央板状弾性部材11を他側において基端部11pの側に引っ張り、且つ、中央板状弾性部材11の弾性も作用して、当該中央板状弾性部材11は自然状態(図1の状態)に戻ろうとする。これにより、中央板状弾性部材11、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bは図1の状態に戻る。
図示は省略されているが、図2と対称的に、回動部材16が図1の位置から時計回りに30°程度回動することによって、他側引っ張り部材14bが中央板状弾性部材11を他側において基端部11pの側に引っ張る。また、これと同時に、一側引っ張り部材14aが中央板状弾性部材11を他側に押しやる。これにより、中央板状弾性部材11が他側に撓まされる。この撓み変形も、フィンガの動きとして利用することができる。
この場合も、回動部材16が反時計回りに回動して図1の位置に戻る時、一側引っ張り部材14aが中央板状弾性部材11を一側において基端部11pの側に引っ張り、且つ、中央板状弾性部材11の弾性も作用して、当該中央板状弾性部材11は自然状態(図1の状態)に戻ろうとする。これにより、中央板状弾性部材11、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bは図1の状態に戻る。
以上のような本実施形態の撓み式フィンガ10によれば、構成がシンプルで、部品点数も少数であるため、軽量化及び/または小型化を図ることが容易である。
また、両側に撓み変形可能な中央板状弾性部材11を主要な構成要素としているため、フィンガとしての可動域を広くすることが容易である。特に、本実施形態では、保持部材12に関して中央板状弾性部材11と反対の側に駆動機構としての回動部材16が設けられているため、フィンガとしての可動域を広くすることが、より一層容易である。
もっとも、少なくとも本件出願の時点では、保持部材12に関して中央板状弾性部材11と同じ側に何らかの駆動機構を配置する構成も、本発明の範囲から除外されない。
また、本実施形態の撓み式フィンガ10によれば、中央板状弾性部材11が弾性を有することによって、軟らかい対象物を含む多種多様な対象物を把持することが可能である。具体的には、重量100g程度の軟らかい弁当用の食材や、重量600g程度の軟らかい弁当トレイなどを、効果的に把持することが可能である。
また、本実施形態の撓み式フィンガ10によれば、中央板状弾性部材11が弾性を有することによって、不所望の過大な負荷を受けた場合でも当該負荷を効果的に逃がすことができる。従って、当該撓み式フィンガ10や対象物の損傷の発生を抑制することができる。
また、本実施形態の撓み式フィンガ10によれば、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bの各々を平坦で幅広な部材とし、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bの各々と中央板状弾性部材11とを概ね重なるような相対位置に配置して、幅方向に延びる領域に亘って補強部材13a、13bを介して互いを接続しているため、中央板状弾性部材11を引っ張って撓ませる作用をより安定化させることができる。更に、保持部材12に一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bの各々が貫通するためのスリット状開口12a、12bが設けられていることにより、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bの各々の動作軌道を安定化できるため、撓み式フィンガ10の動作をより一層安定化させることができる。
もっとも、少なくとも本件出願の時点では、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bの各々が1本の紐部材からなる構成や、互いに離間した複数本の紐部材(例えば等間隔に整列された態様が好ましい)からなる構成も、本発明の範囲から除外されない。
また、本実施形態の撓み式フィンガ10によれば、一側引っ張り部材14aも他側引っ張り部材14bも板状弾性部材から構成されており、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bの引っ張りの作用と押しやりの作用とが協調するようになっている。このため、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bの引っ張りの作用と押しやりの作用とが相俟って、撓み式フィンガ10としての動作がより一層安定化されている。
もっとも、少なくとも本件出願の時点では、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bが、それ自体では形状を維持しない柔軟材料、例えば布地や薄膜ゴムなど、からなる構成も、本発明の範囲から除外されない。
また、本実施形態の撓み式フィンガ10によれば、回動部材16が、一側引っ張り部材14aによる引っ張りと他側引っ張り部材14bによる引っ張りとの一方のみを選択的に作用させる駆動機構として採用されているため、簡易な構成でありながら、当該選択的な作用を確実に実施させることができる。
なお、本実施形態の撓み式フィンガ10は、中央板状弾性部材11が一側にしか撓まないように修正ないし変更されてもよい。この場合の撓み式フィンガは、広い概念では、一側に撓み変形可能な中央板状弾性部材11と、中央板状弾性部材11の基端部11pを保持する保持部材12と、中央板状弾性部材11の先端部11dの一側に接続され当該先端部11dを当該一側において基端部11pの側に引っ張ることで中央板状弾性部材11を一側に撓ませる一側引っ張り部材14aと、一側引っ張り部材14aによる引っ張りを作用させる駆動機構16と、を備えたことを特徴とする撓み式フィンガである。
あるいは、この場合の撓み式フィンガは、一側に撓み変形可能な中央板状弾性部材11と、中央板状弾性部材11の基端部11pを保持する保持部材12と、中央板状弾性部材11の先端部11dの一側に接続され当該先端部11dを一側において基端部11pの側に引っ張ることで中央板状弾性部材11を一側に撓ませる一側板状弾性部材14aと、中央板状弾性部材11の先端部11dの他側に接続され、一側板状弾性部材14aが中央板状弾性部材11を一側において基端部11pの側に引っ張る際に中央板状弾性部材11を一側に押しやる他側板状弾性部材14bと、一側板状弾性部材14aによる引っ張り及び他側板状弾性部材14bによる押しやりを同時に作用させる駆動機構16と、を備えたことを特徴とする撓み式フィンガである。
このように抽出できる撓み式フィンガにおいても、構成がシンプルで、部品点数も少数であるため、軽量化及び/または小型化を図ることが容易である。また、一側に撓み変形可能な中央板状弾性部材11を主要な構成要素としているため、フィンガとしての可動域を十分に確保することができる。更に、中央板状弾性部材11が弾性を有することによって、軟らかい対象物を含む多種多様な対象物を把持することが可能であり、また、不所望の過大な負荷を受けた場合でも当該負荷を効果的に逃がすことができ、フィンガや対象物の損傷の発生を抑制できる。また、各板状弾性部材11、14a、14bを概ね重なるような相対位置に配置して、幅方向に延びる領域に亘って補強部材13a、13bを介して互いが接続されているため、中央板状弾性部材11を撓ませる作用をより安定化させることができる。更に、一側板状弾性部材14aによる引っ張りの作用と他側板状弾性部材14bによる押しやりの作用とが協働することにより、フィンガとしての安定した動作を提供することができる。
次に、図3及び図4は、図1及び図2を用いて説明した撓み式フィンガ10を2つ備えたロボットハンド20の原理を示す斜視図であって、図3は各撓み式フィンガ10が内側に湾曲した(撓んだ)状態を示しており、図4は各撓み式フィンガ10が外側に湾曲した(撓んだ)状態を示している。
図3及び図4に示すように、当該ロボットハンド20においては、2つの撓み式フィンガ10が対となって向かい合っている。
また、図3及び図4に示すように、一対の撓み式フィンガ10の保持部材12は、共通の部材から構成されており、一対の撓み式フィンガ10の一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bの各々は、当該共通の保持部材12を貫通しており、一対の撓み式フィンガ10の駆動機構としての回動部材16は、保持部材12に関して、一対の撓み式フィンガ10の中央板状弾性部材11とは反対の側に設けられている。また、一対の回動部材16は、保持部材12に固定された側壁部材17によって回動軸15回りに回動可能に支持されている。
そして、一対の撓み式フィンガ10の駆動機構としての回動部材16は、互いに協働して、一方の撓み式フィンガ10の一側(図3及び図4の右側)引っ張り部材14aによる引っ張り時に他方の撓み式フィンガ10の他側(図3及び図4の左側)引っ張り部材14bによる引っ張りが行われ、且つ、他方の撓み式フィンガ10の一側引っ張り部材14aによる引っ張り時に一方の撓み式フィンガ10の他側引っ張り部材14bによる引っ張りが行われるように、同期回転可能となっている。すなわち、一対の撓み式フィンガ10の中央板状弾性部材11が、図3に示すように同時に内側に撓むことが可能で、且つ、図4に示すように同時に外側に撓むことが可能となっている。
図3及び図4に示す一対の中央板状弾性部材11の撓み変形を利用して、ロボットハンド20は多種多様な対象物を効果的に把持することができる。例えば図5に示すように、板状の対象物を把持することができ、また、例えば図6に示すように、筒状の対象物を内側から把持することもできる。
次に、図7は、ロボットアーム30に支持された状態での、本発明の一実施形態に係るロボットハンド20の概略正面図であり、図8は、図7のロボットハンド20及びツールチェンジャ35の概略斜視図であり、図9は、図7のロボットハンド20の概略斜視図であり、図10は、図7のロボットハンド20におけるシリンダ機構25の動作を示す概略図である。
図7乃至図9に示すように、ロボットハンド20は、ツールチェンジャ(アダプタチャックの一種)35を介してロボットアーム30に支持されるようになっている。より詳細には、保持部材12から立ち上がる側壁部材17に固定されたツールチェンジャ35が、ロボットアーム30の先端部に着脱可能に構成されている。
また、図7乃至図9に示すロボットハンド20では、一対の回動部材16が、シリンダ機構25の動作を利用して回動するようになっている。具体的には、図10に示すように、シリンダ機構25の上昇によって、一対のスライドリンクアーム26を介して、一対の回動部材16が互いに逆向きに同時に30°程度回動するようになっており、シリンダ25が下降して元の位置に戻ることによって、同様に一対のスライドリンクアーム26を介して、一対の回動部材16も元の位置に戻るようになっている。
シリンダ機構25に対する制御信号は、例えばロボットアーム30によるロボットハンド20の位置決め制御と連動して、ロボットアーム30の制御部(不図示)から供給される得る。この場合、ロボットハンド20の移動と、一対の撓み式フィンガ10による把持ないし開放と、を自動制御(連動制御)することができる。
ロボットアーム30は、一般には、2kg程度までの重量を支持することができる。そして、本実施形態によるロボットハンド20は、シリンダ機構25及びツールチェンジャ35を含めて500g程度までの軽量化を実現できる。従って、把持可能な対象物の重量として、1.5kg程度を確保することができる。
そして、前述の通り、撓み式フィンガ10の中央板状弾性部材11が弾性を有することによって、本実施形態のロボットハンド20は、軟らかい対象物を含む多種多様な対象物を把持することができる。例えば、重量100g程度の軟らかい弁当用の食材や、重量600g程度の軟らかい弁当トレイなどを、同一のロボットハンド20で効果的に把持することができる。
なお、シリンダ機構25を用いる代わりに、図11に示すように、一対の回動部材16のそれぞれに対応するモータ27を用いて駆動してもよい。この場合、一対のモータ27が、ロボットアーム30の制御部から供給される制御信号によって同期制御されることが好ましい。
また、以上の各実施形態において、撓み式フィンガ10の先端部に、フック等の適宜の爪部材を取り付けることも可能である。一方、撓み式フィンガ10が補強部材13a、13bを有することは、必須ではなく、中央板状弾性部材11と一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bとが直接的に接着等されてもよい。
また、以上の各実施形態において、中央板状弾性部材11、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bは、0.09mm厚の炭素鋼から構成されているが、当該板厚ないし当該材料に限定されない。もっとも、炭素鋼が採用される場合には、柔軟な変形と十分な復元力とのバランスから、その板厚は0.05〜0.15mm程度が好ましい。あるいは、中央板状弾性部材11、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bは、炭素鋼ではなく樹脂製であってもよく、例えば0.5mm厚のポリプロピレン(ヤング率は2.0×103N/mm2)から構成され得る。更に、中央板状弾性部材11、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bは、互いに異なる材料によって形成されてもよい。
中央板状弾性部材11、一側引っ張り部材14a及び他側引っ張り部材14bの寸法についても、特に限定されない。例えば、それらの幅については、15〜40mm程度から選択され得て、中央板状弾性部材11の長さについては、50mm〜120mm程度から選択され得る。
また、ロボットハンド20における一対の撓み式フィンガ10の配置間隔についても、用途に合わせて適宜に選択され得る。更には、3以上の撓み式フィンガ10を1つのロボットハンド20に搭載することも可能である。
10 撓み式フィンガ
11 中央板状弾性部材(炭素鋼製)
12 保持部材
12a スリット状開口(一側)
12b スリット状開口(他側)
13a 補強部材(一側)
13b 補強部材(他側)
14a 一側引っ張り部材(樹脂製の板状弾性部材)
14b 他側引っ張り部材(樹脂製の板状弾性部材)
15 回動軸(一対)
16 回動部材(一対)
17 側壁部材
20 ロボットハンド
25 シリンダ機構
26 スライドリンクアーム(一対)
27 モータ(一対)
30 ロボットアーム
35 ツールチェンジャ

Claims (15)

  1. 両側に撓み変形可能な中央板状弾性部材と、
    前記中央板状弾性部材の基端部を保持する保持部材と、
    前記中央板状弾性部材の先端部の一側に接続され当該先端部を当該一側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記一側に撓ませる一側引っ張り部材と、
    前記中央板状弾性部材の前記先端部の他側に接続され当該先端部を当該他側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記他側に撓ませる他側引っ張り部材と、
    前記一側引っ張り部材による引っ張りと前記他側引っ張り部材による引っ張りとの一方のみを選択的に作用させる駆動機構と、
    を備えたことを特徴とする撓み式フィンガ。
  2. 前記一側引っ張り部材及び前記他側引っ張り部材の各々は、前記保持部材を貫通しており、
    前記駆動機構は、前記保持部材に関して、前記中央板状弾性部材とは反対の側に設けられている
    ことを特徴とする請求項1に記載の撓み式フィンガ。
  3. 前記一側引っ張り部材及び前記他側引っ張り部材の各々は、平坦で幅広な部材であり、
    前記保持部材には、前記一側引っ張り部材及び前記他側引っ張り部材の各々が貫通するためのスリット状開口が設けられている
    ことを特徴とする請求項2に記載の撓み式フィンガ。
  4. 前記一側引っ張り部材も、板状弾性部材から構成されており、
    前記他側引っ張り部材も、板状弾性部材から構成されており、
    前記駆動機構は、前記一側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記一側において前記基端部の側に引っ張る際に、前記他側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記一側に押しやるようになっており、
    前記駆動機構は、前記他側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記他側において前記基端部の側に引っ張る際に、前記一側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記他側に押しやるようになっている
    ことを特徴とする請求項3に記載の撓み式フィンガ。
  5. 前記駆動機構は、回動軸回りに回動する回動部材を有しており、
    前記一側引っ張り部材及び前記他側引っ張り部材は、前記回動軸を挟んで対向するように、前記回動部材に接続されている
    ことを特徴とする請求項4に記載の撓み式フィンガ。
  6. 一側に撓み変形可能な中央板状弾性部材と、
    前記中央板状弾性部材の基端部を保持する保持部材と、
    前記中央板状弾性部材の先端部の前記一側に接続され当該先端部を前記一側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記一側に撓ませる一側板状弾性部材と、
    前記中央板状弾性部材の前記先端部の他側に接続され、前記一側板状弾性部材が前記中央板状弾性部材を前記一側において前記基端部の側に引っ張る際に前記中央板状弾性部材を前記一側に押しやる他側板状弾性部材と、
    前記一側板状弾性部材による引っ張り及び前記他側板状弾性部材による押しやりを同時に作用させる駆動機構と、
    を備えたことを特徴とする撓み式フィンガ。
  7. 前記一側板状弾性部材及び前記他側板状弾性部材の各々は、前記保持部材を貫通しており、
    前記駆動機構は、前記保持部材に関して、前記中央板状弾性部材とは反対の側に設けられている
    ことを特徴とする請求項6に記載の撓み式フィンガ。
  8. 前記保持部材には、前記一側板状弾性部材及び前記他側板状弾性部材の各々が貫通するためのスリット状開口が設けられている
    ことを特徴とする請求項7に記載の撓み式フィンガ。
  9. 一対の撓み式フィンガを備えたロボットハンドであって、
    各撓み式フィンガは、
    両側に撓み変形可能な中央板状弾性部材と、
    前記中央板状弾性部材の基端部を保持する保持部材と、
    前記中央板状弾性部材の先端部の一側に接続され当該先端部を当該一側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記一側に撓ませる一側引っ張り部材と、
    前記中央板状弾性部材の前記先端部の他側に接続され当該先端部を当該他側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記他側に撓ませる他側引っ張り部材と、
    前記一側引っ張り部材による引っ張りと前記他側引っ張り部材による引っ張りとの一方のみを選択的に作用させる駆動機構と、
    有しており、
    前記一対の撓み式フィンガの駆動機構は、互いに協働して、
    一方の撓み式フィンガの一側引っ張り部材による引っ張り時に他方の撓み式フィンガの他側引っ張り部材による引っ張りが行われ、且つ、
    他方の撓み式フィンガの一側引っ張り部材による引っ張り時に一方の撓み式フィンガの他側引っ張り部材による引っ張りが行われるようになっている
    ことを特徴とするロボットハンド。
  10. 前記一対の撓み式フィンガの保持部材は、共通の部材から構成されており、
    前記一対の撓み式フィンガの一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々は、前記共通の保持部材を貫通しており、
    前記一対の撓み式フィンガの駆動機構は、前記保持部材に関して、前記一対の撓み式フィンガの中央板状弾性部材とは反対の側に設けられている
    ことを特徴とする請求項9に記載のロボットハンド。
  11. 前記一対の撓み式フィンガの一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々は、平坦で幅広な部材であり、
    前記保持部材には、前記一対の撓み式フィンガの一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々が貫通するためのスリット状開口が設けられている
    ことを特徴とする請求項10に記載のロボットハンド。
  12. 前記一対の撓み式フィンガの一側引っ張り部材及び他側引っ張り部材の各々は、いずれも板状弾性部材状部材から構成されており、
    各撓み式フィンガにおいて、
    前記駆動機構は、前記一側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記一側において前記基端部の側に引っ張る際に、前記他側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記一側に押しやるようになっており、
    前記駆動機構は、前記他側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記他側において前記基端部の側に引っ張る際に、前記一側引っ張り部材をして前記中央板状弾性部材を前記他側に押しやるようになっている
    ことを特徴とする請求項11に記載のロボットハンド。
  13. 各撓み式フィンガにおいて、
    前記駆動機構は、回動軸回りに回動する回動部材を有しており、
    前記一側引っ張り部材及び前記他側引っ張り部材は、前記回動軸を挟んで対向するように、前記回動部材に接続されており、
    前記一対の撓み式フィンガの回動部材が、互いに協働するようになっている
    ことを特徴とする請求項12に記載のロボットハンド。
  14. 一対の撓み式フィンガを備えたロボットハンドであって、
    各撓み式フィンガは、
    内側に撓み変形可能な中央板状弾性部材と、
    前記中央板状弾性部材の基端部を保持する保持部材と、
    前記中央板状弾性部材の先端部の前記内側に接続され当該先端部を前記内側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記内側に撓ませる内側板状弾性部材と、
    前記中央板状弾性部材の前記先端部の外側に接続され、前記内側板状弾性部材が前記中央板状弾性部材を前記内側において前記基端部の側に引っ張る際に前記中央板状弾性部材を前記内側に押しやる外側板状弾性部材と、
    前記内側板状弾性部材による引っ張り及び前記外側板状弾性部材による押しやりを同時に作用させる駆動機構と、
    を有しており、
    前記一対の撓み式フィンガの保持部材は、共通の部材から構成されており、
    前記一対の撓み式フィンガの駆動機構は、互いに協働して、
    一方の撓み式フィンガの内側引っ張り部材による引っ張り時に他方の撓み式フィンガの内側引っ張り部材による引っ張りが行われるようになっている
    ことを特徴とするロボットハンド。
  15. 一対の撓み式フィンガを備えたロボットハンドであって、
    各撓み式フィンガは、
    外側に撓み変形可能な中央板状弾性部材と、
    前記中央板状弾性部材の基端部を保持する保持部材と、
    前記中央板状弾性部材の先端部の前記外側に接続され当該先端部を前記外側において前記基端部の側に引っ張ることで前記中央板状弾性部材を前記外側に撓ませる外側板状弾性部材と、
    前記中央板状弾性部材の前記先端部の内側に接続され、前記外側板状弾性部材が前記中央板状弾性部材を前記外側において前記基端部の側に引っ張る際に前記中央板状弾性部材を前記外側に押しやる内側板状弾性部材と、
    前記外側板状弾性部材による引っ張り及び前記内側板状弾性部材による押しやりを同時に作用させる駆動機構と、
    を有しており、
    前記一対の撓み式フィンガの保持部材は、共通の部材から構成されており、
    前記一対の撓み式フィンガの駆動機構は、互いに協働して、
    一方の撓み式フィンガの外側引っ張り部材による引っ張り時に他方の撓み式フィンガの外側引っ張り部材による引っ張りが行われるようになっている
    ことを特徴とするロボットハンド。
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