JP2021526978A - 自律的に包み込む把持工具 - Google Patents

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Abstract

把持工具は、グリッパと、少なくとも１つのスライダと、被加工物を把持するように構成された少なくとも１つの工具部材と、を備えている。工具部材の各々は、少なくとも１つのスライダにスライド可能に取り付けられたベースと、ベースに回動可能に接続された少なくとも１つの中間セグメントと、少なくとも１つの中間セグメントに回動可能に接続された遠位セグメントと、少なくとも１つのスライダに取り付けられた近位端および遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する内転用腱と、ベースに取り付けられた近位端および遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する外転用腱と、を含んでいる。少なくとも１つの工具部材は、少なくとも１つのジョーが被加工物に向かって移動する際に、被加工物を自律的に把持するように構成されるとともに、少なくとも１つのジョーが被加工物から離れるように移動する際に、非把持位置に自律的に戻る。

Description

本発明は、把持工具に関し、より詳細には、自動的に関節動作する（self-articulating）グリッパに関する。
グリッパは、一般に、原動機、たとえば電気モータまたは空気圧式ピストンにより、ともにまたは別々に移動されるジョーを備える機械装置である。工具は通常、ツールの表面と、把持される被加工物の１つまたは複数の表面との間にある程度等角での接触を提供するようにジョーに締結される。把持される被加工物に接触する位置まで、ジョーが、締結された工具を移動させると、ジョーが工具に対して力を与える。この力は、工具によって被加工物を保持するように伝達され、それにより、次いで、被加工物の位置を平行移動または回転させる場合がある。被加工物がのちに平行移動もしくは回転されるかまたは外力が被加工物に加えられた際に、被加工物と工具との間で相対移動が生じることを防止するために、工具が完全にまたは部分的に被加工物の輪郭を包み込む（encapsulate）ことが望ましいことが多い。
当技術分野では、把持される被加工物をより良好に包み込むように、被加工物の輪郭に対応する相補的な接触表面の輪郭を有する工具を構成することが知られている。この包み込み方法では通常、工具が、単一の形状の被加工物のみを把持するかまたは共通の表面の輪郭を共有する類似に成形された一連の被加工物を把持するのに適している。通常、次に把持することになる被加工物の形状に適合しない場合には、工具を取り外すとともに交換しなければならない。このことは、休止時間の不本意な増大、およびグリッパが一部をなす製造または材料の取扱い操作の処理量の低減に繋がる。
当技術分野で必要とされているものは、被加工物の形状に自動的に適合しかつ被加工物を把持する費用対効果が高いグリッパである。
本発明は、幅広い形状およびサイズの被加工物を包み込むように、把持される被加工物の輪郭に適合するように自律的に調整可能である把持工具を提供する。把持工具はさらに、工具が取り付けられるグリッパジョーの動作からのみ、調整に必要な原動力を得る。このようにして力を得ることにより、工具とグリッパとの間の接続が簡略化される。なぜならば、所望とおりに動作するためには、工具が、グリッパに機械的に締結されさえすればよいからである。そのようなシンプルな取付けにより、グリッパジョーのパターンに適合するように単に工具の取付けパターンを変更すれば、商用の複数のタイプのグリッパで工具を使用することが可能となる。
本発明の一形態は、グリッパ本体と、グリッパ本体に接続され、グリッパ本体に対して直線状にスライドする少なくとも１つのジョーとを有するグリッパと、少なくとも１つのジョーに接続された少なくとも１つのスライダと、被加工物を把持するように構成された少なくとも１つの工具部材とを備える把持工具を対象としている。工具部材の各々は、少なくとも１つのスライダにスライド可能に接続されたベースと、ベースに回動可能に接続された少なくとも１つの中間セグメントと、少なくとも１つの中間セグメントに回動可能に接続された遠位セグメントと、少なくとも１つのスライダに取り付けられた近位端および遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する内転用腱（テンドン）と、ベースに取り付けられた近位端および遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する外転用腱とを含んでいる。少なくとも１つの工具部材は、少なくとも１つのジョーが被加工物に向かって移動する際に、被加工物を自律的に把持するように構成されるとともに、少なくとも１つのジョーが被加工物から離れるように移動する際に、非把持位置に自律的に戻る。
本発明の別の形態は、グリッパ本体と、少なくとも１つの支点開閉型ジョー（angular jaw）とを有するグリッパと、少なくとも１つの支点開閉型ジョーに回転可能に接続された少なくとも１つのロータと、被加工物を把持するように構成された少なくとも１つの工具部材とを備える把持工具を対象としている。工具部材の各々は、少なくとも１つのロータに回動可能に接続されたベースと、ベースに回動可能に接続された少なくとも１つの中間セグメントと、少なくとも１つの中間セグメントに回動可能に接続された遠位セグメントと、少なくとも１つのロータに取り付けられた近位端および遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する内転用腱と、ベースに取り付けられた近位端および遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する外転用腱とを含んでいる。少なくとも１つの工具部材は、少なくとも１つの支点開閉型ジョーが被加工物に向かって回転する際に、被加工物を自律的に把持するように構成されるとともに、少なくとも１つの支点開閉型ジョーが被加工物から離れるように回転する際に、非把持位置に自律的に戻る。
本発明のさらに別の形態は、被加工物を把持するための方法であって、グリッパ本体と、グリッパ本体に移動可能に接続された少なくとも１つのジョーとを有するグリッパと、少なくとも１つのジョーに移動可能に接続された少なくとも１つのマウントと、被加工物を把持するように構成された少なくとも１つの工具部材であって、工具部材の各々が、少なくとも１つのマウントに移動可能に取り付けられたベースと、ベースに回動可能に接続された少なくとも１つの中間セグメントと、少なくとも１つの中間セグメントに回動可能に接続された遠位セグメントと、少なくとも１つのマウントに取り付けられた近位端および遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する内転用腱と、ベースに取り付けられた近位端および遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する外転用腱とを含む少なくとも１つの工具部材とを備えた把持工具を提供するステップを含む方法を対象としている。本方法は、ベースを少なくとも１つのジョーにより、被加工物によって移動不能にされるように移動させた際に、内転用腱によって被加工物を把持するステップと、ベースを少なくとも１つのジョーにより、被加工物から離れるように移動させた際に、外転用腱によって被加工物の把持を解除するステップと、も含んでいる。
本発明の利点は、把持工具のフィンガが、グリッパジョーの通常の操作の動作を介して自動的に関節動作し、多数の異なる形状に成形された被加工物を自律的に包み込むことである。
本発明の別の利点は、グリッパジョーの取付けパターンに適合するように単に把持工具のフィンガの取付けパターンを変更すれば、自動的に関節動作する把持工具のフィンガを複数のタイプのグリッパジョーに容易かつ効率的に取り付けることができることである。
添付の図面に関連して成される本発明の実施形態の以下の説明を参照することにより、本発明の上述の特徴および利点ならびに他の特徴および利点と、これらの特徴および利点を得る形態とが一層明瞭となり、また、本発明がより理解しやすくなる。
左右の工具部材を有する本発明に係る把持工具の実施形態の斜視図である。 図１の左側の工具部材の分解図である。 図１の左側の工具部材の正面図である。 図３の４−４線に沿った左側の工具部材の断面図である。 図３の５−５線に沿った左側の工具部材の断面図である。 図３の６−６線に沿った左側の工具部材の頂部の断面図である。 図１の把持工具の右側の工具部材の分解図である。 右側の工具部材の正面図である。 図８の９−９線に沿った右側の工具部材の断面図である。 図８の１０−１０線に沿った右側の工具部材の下側を示す断面図である。 筒状の被加工物の例を含む出発位置にある把持工具の側面図である。 図１１に示した被加工物を含む中間位置にある把持工具の側面図である。 把持工具が、図１１に示した被加工物を把持している包み込み位置にある把持工具の側面図である。 包み込み位置にある左側の工具部材の正面図である。 図１４の１５−１５線に沿った包み込み位置にある左側の工具部材の断面図である。 包み込み位置にある右側の工具部材の正面図である。 図１６の１７−１７線に沿った包み込み位置にある右側の工具部材の断面図である。 本発明に係る把持工具の別の実施形態の斜視図である。 本発明に係るグリッパの別の実施形態の斜視図である。 本発明に係るグリッパの別の実施形態の斜視図である。 本発明に係る支点開閉型ジョーの進路を有する、左右の工具部材を有する把持工具の別の実施形態の斜視図である。 図２１に示した把持工具の左側の工具部材の分解図である。 図２１に示した把持工具の右側の工具部材の分解図である。 包み込み位置にある図２１から図２３に示した把持工具の側面図である。
対応する参照符号は、複数の図面にわたって対応する部分を示している。本明細書において説明する複数の例証は本発明の実施形態を示しており、それらの例証は、いずれにせよ本発明の範囲を限定するものではない。
ここで図面、より具体的には図１を参照すると、平行開閉型ジョー（parallel jaw）の進路５０を有する例示的なグリッパ、たとえばＰＨＤ社によって製造されたＧＲＨシリーズのグリッパに取り付けられた把持工具の一実施形態が示されている。左側の工具部材１００は、ベース１０１を含む単一のグリッパ「フィンガ」で構成されている。このベース１０１には、一列の複数の同一の関節セグメント（articulated segment）１１０が取り付けられ、先端に関節遠位セグメント１２０が取り付けられている。スライダ１０２が、左側の工具部材１００をグリッパ５０の左側のジョー５１に、ねじ山付きの締結具（図示せず、図１１も参照されたい）によって取り付けている。右側の工具部材２００は、２つのグリッパフィンガが取り付けられたベース２０１で構成されている。これら２つのグリッパフィンガは、複数の同一の関節セグメント２１０を備え、先端に同一の関節遠位セグメント２２０が取り付けられている。スライダ２０２は、右側の工具部材２００をグリッパ５０の右側のジョー５２に、ねじ山付きの締結具（図示せず）によって取り付けている。本実施形態は、左右のフィンガに関して同様のフィンガ構成を示しているが、当業者には、左右のフィンガを備えた関節セグメントが、個数、全体の寸法、構成および物理的配置の点で図示のものと異なっていてもよいことが自明である。また、当然ながら、左右のフィンガは、互いに同様の構成である必要はなく、各工具部材に存在するフィンガの個数は、本発明の基本的な性質に影響することなく変更することができる。
ここで図２から図６を参照すると、左側の工具部材１００が示されている。スライダ１０２の側部から突き出ているリブが、ベース１０１に設けられた相補的なスロット内に入り込むように配置されており、それにより、ベース１０１がスライダに対して回転することを防止し、かつベース１０１が、スライダ１０２の長手軸線に沿う以外のすべての方向に移動することを制限している。スライダ１０２の前縁部の傾斜面は、グリッパ５０の左側のジョー５１に機械的に締結されたスライダが被加工物に向かって移動する際に、スライダの経路の外でスライダが接触し得る被加工物のあらゆる部分を持ち上げるように作用する。
左側の工具部材１００は、内転用腱１０４を備えていてよい。この内転用腱１０４は、スライダ１０２に接続された近位端と、遠位セグメント１２０に接続された遠位端とを有している。内転用腱１０４は、ケーブル１０４の形態であってよい。刻み目の付いた下側の筒状クリート１０３が、ケーブル１０４の近位端をスライダ１０２に機械的に締結していてよい。しかし、そのような機械式の取付けに対して付加的または代替的に、ケーブル１０４は、ケーブル１０４とスライダ１０２との間に塗布された適切な接着剤で取り付けられていてよい。ケーブル１０４は、任意の所望の材料で構成することができる。一実施形態では、ケーブル１０４はポリマーケーブルである。ポリマーケーブルは、従来のスチールケーブルに対し、疲労耐性および耐食性の向上、高い柔軟性、機械的な衝撃の分散の向上、ならびに低いコストという利点を提供する。
本体１０１に設けられた相補的な穴内に圧入されたピボットピン１０６によって支持されたプーリ１０５のセットは、ケーブル１０４の近位端が本体１０１に対するスライダ１０２の動作によって引っ張られた際に、ケーブル１０４が関節セグメント１１０の中心通路を通して引っ張られるように、ケーブル１０４の動作のルートを定めている。プーリ１０５はピボットピン１０６によって直接支持されるものとして図示されているが、当然ながら、プーリ１０５のサイズが、介在を許容するだけの十分な大きさである場合には、プーリとピンとの間に商用の適切なベアリングブッシング、ラジアルボールベアリング、またはニードルベアリングが介在してもよい。
ピボットピン１０７は、ベース１０１、セグメント１１０、およびセグメント１２０に設けられた相補的な穴を通って、共通のセグメント１１０をベース１０１に取り付け、互いに取り付け、かつ遠位セグメント１２０に取り付け、ベース１０１から外向きに拡がる、ピン留めされた一列の関節セグメントを形成する。セグメント１１０とセグメント１２０とはピボットピン１０７によって直接支持されるものとして図示されているが、当然ながら、セグメントのサイズが、介在を許容するだけの十分な大きさである場合には、各セグメントのピボット穴とピン１０７との間に商用の適切なベアリングブッシング、ラジアルボールベアリング、またはニードルベアリングが介在してもよい。
ケーブル１０４の上側の遠位端は、遠位セグメント１２０に対し、刻み目が付けられた上側の筒状クリート１０８で機械的に締結されていてよい。当然ながら、そのような機械的な取付けには、ケーブル１０４とセグメント１２０との間に塗布された適切な接着剤によって影響が与えられてもよい。ケーブル１０４は、同一の各セグメント１１０の中に配置されたプーリ１０９上を通っている。こうして、ケーブル１０４は、スライダ１０２と遠位セグメント１２０との間に適切に取り付けられ、セグメントのピボットピン１０７の一方側に配置された緊張した内転用腱１０４を効果的に形成する。プーリ１０９は、セグメント１１０に設けられた相補的な穴内に圧入されたピボットピン１０６によって直接支持されるものとして図示されているが、当然ながら、プーリ１０９のサイズが、介在を許容するだけの十分な大きさである場合には、プーリとピンとの間に商用の適切なベアリングブッシング、ラジアルボールベアリング、またはニードルベアリングが介在してもよい。
左側の工具部材１００は、外転用腱１１１を備えていてよい。外部ストリップ１１１が、ピボットピン１０７の反対側に位置する外転用腱１１１を効果的に形成していてよい。外部ストリップ１１１は、適切な弾性材料で構成されていてよい。ストリップ１１１の遠位端は、任意の所望の方法、たとえば熱による結合または接着剤による結合によって、遠位セグメント１２０に設けられた相補的な溝に取り付けられている。弾性ストリップ１１１の近位端は、本体１０１に設けられた相補的なスロット内に配置され、止めねじ１１２のクランプ動作または他の適切な熱による結合もしくは接着剤による結合によって本体１０１に取り付けられている。取り付けられた遠位端と、取り付けられた近位端との間のストリップ１１１の部分は、束縛されておらず、自在に伸長されるかまたは弛緩される。ストリップ１１１は、このストリップ１１１にテンションが生じるように、設置時に伸長される。このテンションは、遠位セグメント１２０をベース１０１に向けて引っ張るように作用する。この引張りにより、遠位セグメント１２０および共通のセグメント１１０内にトルクが発生する。このトルクは、各セグメントをピボットピン１０７に関して反時計回り（ＣＣＷ）に回転させるように作用する。当業者には、ストリップ１１１が、弾性ストリップと同じ機能を提供するように、１つまたは複数の引張りコイルばね、または適切なばねに取り付けられた柔軟であるが伸縮不能な引張り部材によって置き換えることができることが自明である。
共通のセグメント１１０の側部から突出するボス１１３が、本体１０１およびセグメント１１０に設けられた相補的なスロット１１４と係合して、ベース１０１にピン留めされたセグメント、およびセグメント列における連続してピン留めされた各セグメントの、前のセグメントに対するＣＣＷの回転の角度を制限する。したがって、スロット１１４内のボス１１３の作用によって制限されることで、各セグメントは、各セグメントが直線状で、互いに垂直に整列した位置を越えてピボット１０７を中心としてＣＣＷに回転できない。
外部のトルクの影響下での任意のセグメントの時計回り（ＣＷ）の回転は、ストリップ１１１をさらに伸長させ、結果として、ストリップによってＣＷに回転されたセグメントに加えられるトルクが増大する。こうして、ストリップ１１１は、外転用腱として機能する。この外転用腱は、セグメント１１０および１２０に対してピボットピン１０７を中心としてトルクを常に加え、これらセグメントを直線状の互いに垂直に整列した状態に戻す。セグメント１１０の中心通路を通る内転ケーブル１０４の下向きの動作により、セグメント１１０および１２０にＣＷのトルクが加えられる。このトルクにより、これらセグメントがピボットピン１０７を中心としてＣＷに回転し、外転ストリップ１１１がさらに伸長する。
セグメント１１０に設けられた相補的な凹部にパッド１１５が適切に結合されている。パッド１１５は所定の材料、たとえば適切なエラストマーまたはナノダイアモンドが含浸された金属基板で構成され、高い静止摩擦係数を有している。それにより、パッドと、このパッドが接触し得る、把持される被加工物の任意の表面との間に発生する摩擦力が向上する。
寸法２０は、最も近位側の共通のセグメント１１０をベース１０１に接続するピボットピン１０７の中心と、内転ケーブル１０４の中心線との間の垂直方向の距離を示している。寸法２１は、残りのセグメントのそれぞれのピボットピン１０７と、ケーブル１０４の中心線との間の垂直方向の距離を示している。寸法２２は、残りのセグメントのピボットピン１０７と、外転ストリップ１１１の中心線との間の垂直方向の距離を示している。内転ケーブル１０４のテンションによって様々なセグメントに加えられる、ピボットピン１０７を中心としてＣＷに作用するトルクは、ケーブルのテンションと、それぞれのピボットピンと内転ケーブル１０４の中心線との間の垂直方向の距離との積に等しい。類似して、外転ストリップ１１１のテンションによって様々なセグメントに加えられる、ピボットピン１０７を中心としてＣＣＷに作用するトルクは、ストリップのテンションと、それぞれのピボットピンと外転ストリップの中心線との間の垂直方向の距離との積に等しい。当業者には、引っ張られている場合のケーブル１０４のテンションが、ケーブルの長さ全体に沿って一定であり、それぞれのピボットピン１０７の中心と、ケーブルの中心線との間の垂直方向の距離のみを、ケーブル１０４によって任意の所与のセグメントに加えられるトルクを制御するために変化させる必要があることは明らかである。また、外転ストリップ１１１の局所的なテンションが、その場所におけるストリップの断面積の関数であり、それにより、ストリップの局所的なテンションが、ストリップの長さに沿ってストリップ１１１の断面積を選択的に変化させることによって制御することができることも明らかである。したがって、任意の所与のセグメントに作用する正味トルクは、ストリップ１１１の局所的な断面積、セグメントのそれぞれのピボットピン１０７と外転ストリップ１１１の中心線との間の距離、およびセグメントのそれぞれのピボットピン１０７と内転ケーブル１０４の中心線との間の距離を制御することによって選択することができる。また、各セグメントに作用する外部のトルクが存在しない場合、ＣＷの最も高い正味トルクが加えられるセグメントが、被加工物に向かって最初に回転することになり、残りの各セグメントが、ＣＷに加えられる正味トルクが低くなる順番で連続して回転することも明らかである。
クリート１０８は、内転ケーブル１０４の遠位端を遠位セグメント１２０に機械的に締結する。クリート１０８には、中心の円筒体１０８Ｃが備えられている。この円筒体１０８Ｃの外径には、直線状の刻み目、または摩擦を増大させる他の処理、たとえばナノダイアモンドが含浸された被覆が施されている。ボス１０８Ａおよび１０８Ｂは、中心の円筒体１０８Ｃの側面に位置している（図２）。
クリート１０８を遠位セグメント１２０に設置した後に、ボス１０８Ａの表面は、セグメント１２０内のクリートキャビティの相補的な表面１２０Ａに置かれる。一方、ボス１０８Ｂの表面は、同様に、相補的な表面１２０Ｂに置かれる。相補的なレリーフ１２０Ｃは、セグメント１２０内のクリートキャビティ１２０Ｃを形成して、クリート１０８の中心の円筒体１０８Ｃのいずれの部分も、セグメント１２０のあらゆる部分と接触することを防止する（図２および図６）。中心の円筒体１０８Ｃは、ケーブル１０４の表面に自在に接触する。ケーブル１０４は、中心の円筒体１０８Ｃの動作により、セグメント１２０の表面１２０Ｄに接触するように押圧される。角度２６は、表面１２０Ａおよび１２０Ｂと、セグメント１２０のケーブル接触表面１２０Ｄとによって形成される角度を示している。角度２６は、１０度〜３０度の範囲で狭く選択される。矢印２７は、クリート１０８を遠位セグメント１２０のクリートキャビティ１２０Ｃに設置するように、クリートの中心の円筒体１０８Ａに加えられる力を示している。ケーブル１０４が緊張した状態に維持される間、クリート１０８が凹部１２０Ｃの口内に案内されるにつれて、力２７が中心の円筒体１０８Ｃの軸線の左側に加えられる。これにより、円筒体１０８Ｃの表面が、ケーブル１０４の表面に対してＣＣＷに回転し、一方、表面１０８Ａおよび１０８Ｂは、それぞれ表面１２０Ａおよび１２０Ｂに対してスライドする。角度２６が鋭角である性質により、くさびの作用が生じる。この作用により、クリート１０８が凹部１２０Ｃ内に徐々に移動するにつれて、表面１２０Ａと表面１２０Ｂと表面１２０Ｄとの間の空間が減少する。このように空間が徐々に減少することにより、クリート１０８がケーブル１０４の表面に沿って回転するにつれて、ケーブル１０４が完全に表面１２０Ｄに挟まり、凹部１２０Ｃへのクリート１０８の進入が停止するまで、クリートの中心の円筒体１０８Ｃの表面と、セグメント１２０の表面１２０Ｄとの間でケーブル１０４が徐々に圧縮される。矢印２８は、ケーブルがスライダ１０２の動作によって引っ張られる際のケーブル１０４の外部のテンションの方向を示している（図２、図４、および図６）。矢印２８の方向に印加されるテンションにより、表面１０８Ａおよび１０８Ｂがそれぞれ表面１２０Ａおよび１２０Ｂに対して回転している状態で、クリート１０８がＣＷに回転する。これにより、ケーブル１０４が表面１２０Ｃに対し、円筒体１０８Ｃによってさらに圧縮される。こうして、矢印２８の方向でケーブル１０４に加えられる外部のあらゆるテンションは、ケーブル１０４を表面１２０Ｄに対して保持するためにクリート１０８によってケーブル１０４に加えられる挟持力を比例的に増大させるように作用する。
当然ながら、遠位セグメント１２０内にケーブル１０４の遠位端を保持するために、クリート１０８によって使用される同じくさびのメカニズムは、同様に、ケーブル１０４の近位端をスライダ１０２内に保持するために、下側クリート１０３によって使用される。
ここで図７から図１０を参照すると、右側の工具部材２００が示されている。スライダ２０２の側部から突き出ているリブが、ベース２０１に設けられた相補的なスロット内に入り込むように配置されており、それにより、ベース２０１がスライダに対して回転することを防止し、かつベース２０１が、スライダ２０２の長手軸線に沿う以外のすべての方向に移動することを制限している。スライダ２０２の前縁部の傾斜面は、グリッパ５０の右側のジョー５２に機械的に締結されたスライダが被加工物に向かって移動する際に、スライダの経路の外でスライダが接触し得る被加工物のあらゆる部分を持ち上げるように作用する。
ピボットピン２０７は、ベース２０１、セグメント２１０、およびセグメント２２０に設けられた相補的な穴を通って、共通のセグメント２１０をベース２０１に取り付け、互いに取り付け、かつ遠位セグメント２２０に取り付け、ベース２０１から外向きに拡がる、ピン留めされた二列の関節セグメントを形成する。セグメント２１０とセグメント２２０とはピボットピン２０７によって直接支持されるものとして図示されているが、当然ながら、セグメントのサイズが、介在を許容するだけの十分な大きさである場合には、各セグメントのピボット穴とピン２０７との間に商用の適切なベアリングブッシング、ラジアルボールベアリング、またはニードルベアリングが介在してもよい。
右側の工具部材２００は、内転用腱２０４を備えていてよい。この内転用腱２０４は、スライダ２０２に接続された近位側中心部と、遠位セグメント２２０に接続された遠位端とを有している。内転用腱２０４は、ケーブル２０４の形態であってよい。ケーブル２０４の近位側中心部は、プーリ２１６の周りに通されている。このプーリ２１６は、スライダ２０２に設けられた相補的な穴内に圧入されたピボットピン２０６によって支持されている。一実施形態では、ケーブル２０４はポリマーケーブルである。ポリマーケーブルは、従来のスチールケーブルに対し、疲労耐性および耐食性の向上、高い柔軟性、機械的な衝撃の分散の向上、ならびに低いコストという利点を提供する。本体２１０に設けられた相補的な穴内に圧入されたピボットピン２０６によって支持されたプーリ２０５は、ケーブル２０４の近位側中心部が本体２０１に対するスライダ２０２の動作によって引っ張られた際に、ケーブル２０４の各端部が二列のセグメントのうちの一方の関節セグメント２１０の中心通路を通して引っ張られるように、ケーブル２０４の動作のルートを定めている。プーリ２０５はピボットピン２０６によって直接支持されるものとして図示されているが、当然ながら、プーリ２０５のサイズが、介在を許容するだけの十分な大きさである場合には、プーリとピンとの間に商用の適切なベアリングブッシング、ラジアルボールベアリング、またはニードルベアリングが介在してもよい。
ケーブル２０４の各遠位端は、一方の列のセグメントの遠位セグメント２２０に対し、刻み目が付けられた筒状クリート２０８で機械的に締結することができる。当然ながら、そのような機械的な取付けには、ケーブル２０４とセグメント２２０との間に塗布された適切な接着剤によって影響が与えられてもよい。さらに、当然ながら、遠位セグメント１２０内にケーブル１０４の遠位端を保持するために、クリート１０８によって使用される同じくさびのメカニズムは、同様に、ケーブル２０４の各遠位端を遠位セグメント２２０内に保持するために、クリート２０８によっても使用される。
ケーブル２０４は、同一の各セグメント２１０の中に配置されたプーリ２０９上を通っている。こうして、ケーブル２０４の各側部は、スライダ２０２と遠位セグメント２２０との間に適切に取り付けられ、セグメントのピボットピン２０７の一方側に配置された緊張した内転用腱を効果的に形成する。プーリ２０９は、セグメント２１０に設けられた相補的な穴内に圧入されたピボットピン２０６によって直接支持されるものとして図示されているが、当然ながら、プーリ２０９のサイズが、介在を許容するだけの十分な大きさである場合には、プーリとピンとの間に商用の適切なベアリングブッシング、ラジアルボールベアリング、またはニードルベアリングが介在してもよい。
工具部材２００の二列のセグメントの各々が、把持される被加工物の輪郭に互いに個別に接触するとともに適合することができることが望ましい。そのように個別に適合することは、工具と被加工物との間の接触点の数を最大化することにより、複数の非対称な輪郭を有する被加工物を把持する際の助けになる。任意のセグメント列の関節動作は、その列が、把持される被加工物の輪郭に完全に適合した際に終了し、それに応じて、完全に適合したセグメント列に取り付けられたケーブル２０４の端部の動作を停止し、静止した状態にする。その後、図１０の矢印１７によって示すように、プーリ２１６を越えて横方向に移動するケーブル２０４の能力により、ケーブルの長さを実質的に自由端から固定端にシフトさせることができ、ケーブル２０４の自由端を、本体２０１に対して移動するスライダ２０２の動作によって引っ張り続けることができる。両方のセグメント列が被加工物に完全に適合すると、プーリ２１６を越えて横方向に移動するケーブル２０４の能力により、ケーブル２０４の２つの端部間のテンションを均一にする方法がさらに提供される。
適切な弾性材料によって構成されたストリップ２１１は、ピボットピン２０７の反対側に位置する外転用腱を効果的に形成している。ストリップ２１１の遠位端は、適切な手段、たとえば熱による結合または接着剤による結合によって、遠位セグメント２２０に設けられた相補的な溝に取り付けられている。弾性ストリップ２１１の近位端は、本体２０１に設けられた相補的なスロット内に配置され、止めねじ２１２のクランプ動作または他の適切な熱による結合もしくは接着剤による結合によって本体２０１に取り付けられている。取り付けられた遠位端と、取り付けられた近位端との間のストリップ２１１の部分は、束縛されておらず、自在に伸長されるかまたは弛緩される。ストリップ２１１は、このストリップにテンションが生じるように、設置時に伸長される。このテンションは、遠位セグメント２２０をベース２０１に向けて引っ張るように作用する。この引張りにより、遠位セグメント２２０および共通のセグメント２１０内にトルクが発生する。このトルクは、各セグメントをピボットピン２０７に関してＣＷに回転させるように作用する（図９）。当業者には、ストリップ２１１が、弾性ストリップと同じ機能を提供するように、１つまたは複数の引張りコイルばね、または適切なばねに取り付けられた柔軟であるが伸縮不能な引張り部材によって置き換えることができることが自明である。当然ながら、部材２００の向きは、図９と比べた場合に図７では逆向きになっている。
共通のセグメント２１０の側部から突出するボス２１３が、本体２０１およびセグメント２１０に設けられた相補的なスロット２１４と係合して、ベース２０１にピン留めされたセグメント、およびセグメント列における連続してピン留めされた各セグメントの、前のセグメントに対するＣＷの回転の角度を制限する。したがって、スロット２１４内のボス２１３の作用によって制限されることで、各セグメントは、各セグメントが直線状で、互いに垂直に整列した位置を越えてピボット２０７を中心としてＣＷに回転できない。
外部のトルクの影響下での任意のセグメントのＣＣＷの回転は、ストリップ２１１をさらに伸長させ、結果として、ストリップによってＣＣＷに回転されたセグメントに加えられるトルクが増大する。こうして、ストリップ２１１は、外転用腱として機能する。この外転用腱は、セグメント２１０および２２０に対してピボットピン２０７を中心としてトルクを常に加え、これらセグメントを直線状の互いに垂直に整列した状態に戻す。セグメント２１０の中心通路を通る内転ケーブル２０４の下向きの動作により、セグメント２１０および２２０にＣＣＷのトルクが加えられる。このようにトルクを加えることにより、これらセグメントがピボットピン２０７を中心としてＣＣＷに回転し、外転ストリップ２１１がさらに伸長する。
セグメント２１０に設けられた相補的な凹部にパッド２１５が適切に結合されている。パッド２１５は所定の材料、たとえば適切なエラストマーまたはナノダイアモンドが含浸された金属基板で構成され、高い静止摩擦係数を有している。それにより、パッドと、このパッドが接触し得る、把持される被加工物の任意の表面との間に発生する摩擦力が向上する。
寸法２３は、最も近位側の共通のセグメント２１０をベース２０１に接続するピボットピン１０７の中心と、内転ケーブル２０４の中心線との間の垂直方向の距離を示している。寸法２４は、残りのセグメントのそれぞれのピボットピン２０７と、ケーブル２０４の中心線との間の垂直方向の距離を示している。寸法２５は、残りのピボットピン２０７と、外転ストリップ２１１の中心線との間の垂直方向の距離を示している。部材１００と類似して、対応する外転ストリップ２１１の断面積と、ピボットピン２０７とストリップ２１１の中心線および外転ケーブル２０４の中心線との間の垂直方向の距離とを、各セグメント列の回転の順番を制御するように同様に選択することができる。
ここで図１１から図１３を参照すると、把持工具が一例の被加工物３０と係合する際の把持工具の連続的な動作が示されている。図１１では、左側のジョー５１と右側のジョー５２とがそれぞれ、左側の工具部材１００と右側の工具部材２００とを、筒状の被加工物３０に近づくように、矢印１２の方向と矢印１３の方向とに移動させる。この動作の間、左側の工具部材１００を備えたセグメントと、右側の工具部材２００を備えた各セグメントとはそれぞれ、伸長した弾性ストリップ１１１と弾性ストリップ２１１とのテンションにより、垂直に整列した直線状の状態に保持されている。すべてのセグメントが垂直方向に整列されている限り、ケーブル１０４および２０４は緊張したままである。これにより、スライダ１０２とベース１０１との間およびスライダ２０２とベース２０１との間のあらゆる相対移動が防止される。なぜならば、スライダとベースとの間の相対移動が、ピボットピン１０７を中心としたセグメントのＣＷの回転またはピボットピン２０７を中心としたセグメントのＣＣＷの回転を必要とするからである（図４および図９も参照されたい）。したがって、ベース１０１および２０１は、それぞれ矢印１４および矢印１５によって示すように、それぞれのスライダ１０２および２０２と関連して移動する。
図１２は、被加工物３０と最初に接触する瞬間の工具部材１００および２００を示している。セグメント１１０のパッド１１５が被加工物３０に接触すると、ピボットピン１０７によってともにピン留めされたセグメント１１０および遠位セグメント１２０によって形成されたフィンガが、静止した状態にされる。ベース１０１も、ピボットピン１０７によって確立された、ベース１０１へのピン留めされた接続を通して作用する、セグメント１１０の作用によって静止した状態にされる。しかし、スライダ１０２は、矢印１２によって示すように、スライダ１０２が締結されたジョー５１の影響下で移動自在なままである。類似して、セグメント２１０のパッド２１５が被加工物３０に接触すると、セグメント２１０、遠位セグメント２２０およびピボットピン２０７によって形成されたフィンガが、被加工物３０と接触することによって静止した状態にされる。ベース２０１も、ピボットピン２０７によって確立された、ベース２０１へのピン留めされた接続を通して作用する、セグメント２１０の作用によって静止した状態にされる。一方、スライダ２０２は、矢印１３によって示すように、ジョー５２の影響下で移動自在なままである。
ここで図１１から図１７を集合的に参照すると、被加工物３０を把持している工具部材１００および２００が示されている。ベース１０１が、被加工物３０に対して作用する、セグメント１１０、セグメント１２０およびピン１０７を含むセグメント列によって静止した状態にされると、スライダ１０２は、グリッパジョー５１の作用の下で、静止したベース１０１に対して移動し続ける。そのような相対動作により、プーリ１０５の周りに通された内転ケーブル１０４が、セグメント１１０の中心通路を通って下方に引っ張られる。ケーブル１０４の下向きの動作により、セグメント１１０および１２０にＣＷのトルクが加えられる。このようにトルクを加えることにより、これらセグメントがピボットピン１０７を中心として矢印１６の方向でＣＷに回転し、外転ストリップ１１１が伸長するとともに、セグメント１１０に結合されたパッド１１５および遠位セグメント１２０に結合されたストリップ１１１が、被加工物３０の表面に等角で接触する。
ベース２０１が、被加工物３０に接触している、セグメント２１０、セグメント２２０およびピン２０７を含むいずれかのセグメント列によって静止した状態にされると、スライダ２０２は、グリッパジョー５２の作用の下で、静止したベース２０１に対して移動し続ける。そのような相対動作により、プーリ２０５の周りに通された内転ケーブル２０４が、セグメント２１０の中心通路を通って下方に引っ張られる。ケーブル２０４の下向きの動作により、セグメント２１０および２２０にＣＣＷのトルクが加えられる。このようにトルクを加えることにより、これらセグメントがピボットピン２０７を中心として矢印１７の方向でＣＣＷに回転し、外転ストリップ２１１が伸長するとともに、セグメント２１０に結合されたパッド２１５および遠位セグメント２２０に結合されたストリップ２１１が、被加工物３０の表面に等角で接触する。
ここで図１５および図１７を参照すると、工具部材１００，２００が、作動した包み込み位置（encapsulating position）で示されている。小さい黒色の矢印は、動作の方向と、ケーブル１０４，２０４がセグメント１１０，２１０のそれぞれの中心通路を通して引っ張られた際に内転ケーブル１０４，２０４を動かす力となる対応するテンションの方向との両方を示している。
実施形態の一形態では、ストリップ１１１の断面積は、ストリップの長さに沿って一定に維持され、垂直方向の距離２２は、すべてのセグメントに関して一定に維持されている。一方、ベース１０１にピン留めされた最も近位のセグメント１１０に関する垂直方向の距離２０の値は、残りのセグメントに関する距離２１の値よりも大きいように選択される。ストリップ２１１の断面積は、ストリップ１１１の断面積に適合するように選択される。また、垂直方向の距離２３，２４，２５に関する値は、それぞれ、距離２０，２１，２２に関して選択された値に適合するように選択される。
この形態は、最も近位のセグメント１１０および２１０によって把持された被加工物に加えられる力を増大させるが、残りのセグメントによって被加工物に加えられる力を低減させる。セグメント列の近位端へ力の分布を集中させることにより、把持の間にフィンガ列によってスライダ１０２および２０２の周りに形成されるモーメントを低減させる利点が提供され、ベースとスライダとの間の反力と、この反力から生じる摩擦損失とが低減される。この摩擦損失は、グリッパの効率を低減させる。
実施形態の別の形態では、ストリップ１１１および２１１の断面積が、各ストリップの近位端から遠位端へ徐々に低減され、垂直方向の距離２２および２５はすべてのセグメントに関して等しく維持されている。最も近位のセグメントに関する垂直方向の距離２０および２３の値は、残りのセグメントに関する距離２１および２４の値に等しくされている。
この形態により、セグメント列が被加工物に接触した際に初めて、遠位セグメント１２０および２２０が回転し、それぞれのセグメント列の残りは、最も遠位のセグメントから最も近位のセグメントへ連続して回転する。遠位から近位への漸次的なこのような回転により、接触した被加工物をグリッパに向けて徐々に押圧する利点が提供され、それにより、把持された被加工物が、可能な限りグリッパの近くで静止する。
また、最も近位のセグメントに関する垂直方向の距離２０および２３の値を、残りのセグメントに関する距離２１および２４の値よりも小さいように選択することによって、遠位のセグメントから近位のセグメントへの漸次的な同様の回転を達成することができることも明らかとなる。ここで、距離２１および２４の局所的な値は、それぞれのセグメント列の各々で近位端から遠位端に向かって徐々に増大している。この内転ケーブルに対するピボットピンの間隔が近位から遠位へと徐々に増大することは、独立して実施することができるか、または外転ストリップ１１１および２１１の断面積が近位から遠位へと先細りにされることに関連して実施することができる。
ここで図１８を参照すると、把持工具の別の実施形態が示されている。この実施形態では、グリッパ５０上の工具部材１００と工具部材２００とが並置されている。この形態は、グリッパジョー５１（図示せず）および５２を閉じるよりむしろ開く際に把持を提供する。そのような把持形態は、被加工物が中空、たとえばパイプ、フープまたはトーラスであり、内側の開口から把持する必要がある場合に望ましい。
本発明の別の実施形態では、磁石がスライダ１０２および２０２に追加され、磁石検知スイッチがベース１０１および２０１に追加され、各スイッチがそれぞれのスライダのそれぞれのベースに対する位置を検出することを可能にしている。それぞれの各スライダとベースとの間の相対動作を検出することにより、各工具部材と、把持される被加工物との間の接触の開始を電気的に通信する所望の手段が提供される。これにより、グリッパジョー５１，５２が被加工物に向かって迅速に移動するが、次いで減速させて、より正確な把持、および／または被加工物との接触が検出されるまで把持力を制限すること、および／または操作上の考慮事項を向上させるために、所望の位置にあることが確認されることを許容するようにすることが可能になる。
ここで図１９および図２０を参照すると、左側の工具部材３００と右側の工具部材４００とを含む本発明の別の実施形態が示されている。セグメント列は、代表的な人間の指または親指の数、サイズ、形状および物理的プロポーションに類似するように選択されている。右側の工具部材３００は、ただ１つのセグメント列を備えており、一方、左側の工具部材４００は、２つまたはそれ以上のセグメント列を備えている。工具部材３００のセグメント列は、人間の指に類似するように近位セグメント３３０、中間セグメント３４０および遠位セグメント３５０を備えるように選択することもできるし、または人間の親指に類似するように近位セグメント３３０および遠位セグメント３５０のみを備えるように選択することもできる。工具部材４００の各セグメント列は、人間の指に類似するように近位セグメント４３０、中間セグメント４４０および遠位セグメント４５０を備えている。
ここで図２１から図２４を参照すると、支点開閉型ジョーの進路７０を有する例示的なグリッパ、たとえばＰＨＤ社によって製造されたＧＲＢシリーズのグリッパに取り付けられるように構成された本発明の別の実施形態が示されている。左側の工具部材５００は通常、ベース５０１を有する単一のフィンガを備えている。このベース５０１には、一列の複数の同一の関節セグメント５１０が取り付けられ、先端に関節遠位セグメント５２０が取り付けられている。ロータ５０２が、左側の工具部材５００をグリッパ７０の左側のジョー７１に、ねじ山付きの締結具７３（図２１には図示せず）によって取り付けている。右側の工具部材６００は通常、２つのフィンガが取り付けられたベース６０１を備えている。この２つのフィンガは、複数の同一の関節セグメント６１０を有し、先端に同一の関節遠位セグメント６２０が取り付けられている。ロータ６０２は、右側の工具部材６００をグリッパ７０の右側のジョー７２に、ねじ山付きの締結具７３（図２１には２つのうちの一方のみが示されている）によって取り付けている。本実施形態は、左右のフィンガに関して同様のフィンガ構成を示しているが、当業者には、左右のフィンガを備えた関節セグメントが、個数、全体の寸法、構成および物理的配置の点で図示のものと異なっていてもよいことが自明である。また、当然ながら、左右のフィンガは、互いに同様の構成である必要はなく、各工具部材に存在するフィンガの個数は、本発明の基本的な性質に影響することなく変更することができる。
ここで図２２を参照すると、左側の工具部材５００が示されている。ピン５１７が、ベース５０１に設けられた相補的な穴を通り、ロータ５０２に設けられた相補的な穴内に圧入されており、それにより、ロータ５０２に対してベース５０１が移動することを防止しつつ、ロータ５０２がベース５０１に対して回転することを可能にしている。ロータ５０２に設けられた相補的な皿穴により、ロータがねじ山付きの締結具７３（図２２には図示せず）によってグリッパ７０の左側のジョー７１に機械的に締結されることが可能となる。
左側の工具部材５００は、内転用腱５０４を備えていてよい。この内転用腱５０４は、ロータ５０２に接続された近位端と、遠位セグメント５２０に接続された遠位端とを有している。内転用腱５０４は、ケーブル５０４の形態であってよい。筒状クリート５１８が、ケーブル５０４をクリートプレート５１９に押し付けることにより、ケーブル５０４の近位端をロータ５０２に機械的に締結する。クリートプレート５１９の垂直な側部は、ロータ５０２に設けられた相補的なスロット内に配置されている。クリート５１８の筒状端部は、ロータ５０２に設けられた角度が付いた相補的なスロット内に適切に保持されている。こうして、ケーブル５０２は、プレート５１９に対するクリート５１８の動作により、摩擦によって保持された状態に維持される。当然ながら、そのような機械的な取付けには、ケーブルとロータとの間に塗布された適切な接着剤によって影響が与えられてもよい。一実施形態では、ケーブル５０４はポリマーケーブルである。ポリマーケーブルは、従来のスチールケーブルに対し、疲労耐性および耐食性の向上、高い柔軟性、機械的な衝撃の分散の向上、ならびに低いコストという利点を提供する。本体５０１に設けられた相補的な穴内に圧入されたピボットピン５２１によって支持されたプーリ５０５は、ケーブル５０４の近位端が本体５０１に対するロータ５０２の回転によって引っ張られた際に、ケーブル５０４が関節セグメント５１０の中心通路を通して引っ張られるように、ケーブル５０４の動作のルートを定めている。プーリ５０５はピボットピン５０６によって直接支持されるものとして図示されているが、当然ながら、プーリ５０５のサイズが、介在を許容するだけの十分な大きさである場合には、プーリとピンとの間に商用の適切なベアリングブッシング、ラジアルボールベアリング、またはニードルベアリングが介在してもよい。
ピボットピン５０７は、ベース５０１、セグメント５１０、およびセグメント５２０に設けられた相補的な穴を通って、共通のセグメント５１０をベース５０１に取り付け、互いに取り付け、かつ遠位セグメント５２０に取り付け、ベース５０１から外向きに拡がる、ピン留めされた一列の関節セグメントを形成する。セグメント５１０とセグメント５２０とはピボットピン５０７によって直接支持されるものとして図示されているが、当然ながら、セグメントのサイズが、介在を許容するだけの十分な大きさである場合には、各セグメントのピボット穴とピン５０７との間に商用の適切なベアリングブッシング、ラジアルボールベアリング、またはニードルベアリングが介在してもよい。
ケーブル５０４の遠位端は、遠位セグメント５２０に対し、刻み目が付けられた筒状クリート５０８で機械的に締結されている。しかし、当然ながら、そのような機械的な取付けには、ケーブルとセグメントとの間に塗布された適切な接着剤によって影響が与えられてもよい。ケーブル５０４は、同一の各セグメント５１０の中に配置されたプーリ５０９上を通っている。こうして、ケーブル５０４は、ロータ５０２と遠位セグメント５２０との間に適切に取り付けられ、セグメントのピボットピン５０７の一方側に配置された緊張した内転用腱を効果的に形成する。プーリ５０９は、セグメント５１０に設けられた相補的な穴内に圧入されたピボットピン５０６によって直接支持されるものとして図示されているが、当然ながら、プーリ５０９のサイズが、介在を許容するだけの十分な大きさである場合には、プーリとピンとの間に商用の適切なベアリングブッシング、ラジアルボールベアリング、またはニードルベアリングが介在してもよい。
適切な弾性材料によって構成されたストリップ５１１は、ピボットピン５０７の反対側に位置する外転用腱を効果的に形成している。ストリップ５１１の遠位端は、適切な手段、たとえば熱による結合または接着剤による結合によって、遠位セグメント５２０に設けられた相補的な溝に取り付けられている。弾性ストリップ５１１の近位端は、本体５０１に設けられた相補的なスロット内に配置され、止めねじ５１２のクランプ動作または他の適切な熱による結合もしくは接着剤による結合によって本体５０１に取り付けられている。取り付けられた遠位端と、取り付けられた近位端との間のストリップ５１１の部分は、束縛されておらず、自在に伸長されるかまたは弛緩される。ストリップ５１１は、このストリップにテンションが生じるように、設置時に伸長される。このテンションは、遠位セグメント５２０をベース５０１に向けて引っ張るように作用する。この引張りにより、遠位セグメント５２０および共通のセグメント５１０内にトルクが発生する。このトルクは、各セグメントをピボットピン５０７に関して反時計回り（ＣＣＷ）に回転させるように作用する。当然ながら、ストリップ５１１が、弾性ストリップと同じ機能を提供するように、１つまたは複数の引張りコイルばね、または適切なばねに取り付けられた柔軟であるが伸縮不能な引張材によって置き換えることができる。
共通のセグメント５１０の側部から突出するボス５１３が、本体５０１およびセグメント５１０に設けられた相補的なスロット５１４と係合して、ベース５０１にピン留めされたセグメント、およびセグメント列における連続してピン留めされた各セグメントの、前のセグメントに対するＣＣＷの回転の角度を制限する。したがって、スロット５１４内のボス５１３の作用によって制限されることで、各セグメントは、各セグメントが直線状で、互いに垂直に整列した位置を越えてピボット５０７を中心としてＣＣＷに回転できない。
外部のトルクの影響下での任意のセグメントの時計回り（ＣＷ）の回転は、ストリップ５１１をさらに伸長させ、結果として、ストリップによってＣＷに回転されたセグメントに加えられるトルクが増大する。こうして、ストリップ５１１は、外転用腱として機能する。この外転用腱は、セグメント５１０および５２０に対してピボットピン５０７を中心としてトルクを常に加え、これらセグメントを直線状の互いに垂直に整列した状態に戻す。セグメント５１０の中心通路を通る内転ケーブル５０４の下向きの動作により、セグメント５１０および５２０にＣＷのトルクが加えられる。このようにトルクを加えることにより、これらセグメントがピボットピン５０７を中心としてＣＷに回転し、外転ストリップ５１１がさらに伸長する。
セグメント５１０に設けられた相補的な凹部にパッド５１５が適切に結合されている。ベース５０１に設けられた相補的な凹部にパッド５２２が適切に結合されている。パッド５１５および５２２は所定の材料、たとえば適切なエラストマーまたはナノダイアモンドが含浸された金属基板で構成され、高い静止摩擦係数を有している。それにより、パッドと、このパッドが接触し得る、把持される被加工物の任意の表面との間に発生する摩擦力が向上する。
ケーブル１０４の遠位端をセグメント１２０に機械的に締結するクリート１０８に類似して、クリート５０８は、ケーブル５０４の遠位端をセグメント５２０に締結する。当然ながら、遠位セグメント１２０内にケーブル１０４の遠位端を保持するために、クリート１０８によって使用される同じくさびの動作は、同様に、ケーブル５０４の近位端をロータ５０２内に保持するために、クリート５１８によって使用される。
ここで図２３を参照すると、右側の工具部材６００が示されている。ピン６１７が、ベース６０１に設けられた相補的な穴を通り、ロータ６０２に設けられた相補的な穴内に圧入されており、それにより、ロータ６０２に対してベース６０１が移動することを防止しつつ、ロータがベースに対して回転することを可能にしている。ロータ６０２に設けられた相補的な皿穴により、ロータがねじ山付きの締結具７３（図２３には図示せず）によってグリッパ７０の右側のジョー７２に機械的に締結されることが可能となる。
ピボットピン６０７は、ベース６０１、セグメント６１０、およびセグメント６２０に設けられた相補的な穴を通って、共通のセグメント６１０をベース６０１に取り付け、互いに取り付け、かつ遠位セグメント６２０に取り付け、ベース６０１から外向きに拡がる、ピン留めされた二列の関節セグメントを形成する。セグメント６１０とセグメント６２０とはピボットピン６０７によって直接支持されるものとして図示されているが、当然ながら、セグメントのサイズが、介在を許容するだけの十分な大きさである場合には、各セグメントのピボット穴とピン６０７との間に商用の適切なベアリングブッシング、ラジアルボールベアリング、またはニードルベアリングが介在してもよい。
右側の工具部材６００は、内転用腱６０４を備えていてよい。この内転用腱６０４は、ロータ６０２に接続された近位端と、遠位セグメント６２０に接続された遠位端とを有している。内転用腱６０４は、ケーブル６０４の形態であってよい。ケーブル６０４の近位側中心部は、プーリ６１６の周りに通されている。このプーリ６１６は、ロータ６０２に設けられた相補的な穴内に圧入されたピボットピン６０６によって支持されている。一実施形態では、ケーブル６０４はポリマーケーブルである。ポリマーケーブルは、従来のスチールケーブルに対し、疲労耐性および耐食性の向上、高い柔軟性、機械的な衝撃の分散の向上、ならびに低いコストという利点を提供する。本体６１０に設けられた相補的な穴内に圧入されたピボットピン６２１によって支持されたプーリ６０５は、ケーブルの近位側中心部が本体６０１に対するロータ６０２の動作によって引っ張られた際に、ケーブル６０４の各端部が二列のセグメントのうちの一方の関節セグメント６１０の中心通路を通して引っ張られるように、ケーブル６０４の各端部の動作のルートを定めている。プーリ６０５および６１６はピボットピン６２１および６０６によってそれぞれ直接支持されるものとして図示されているが、当然ながら、プーリ６０５および／または６１６のサイズが、介在を許容するだけの十分な大きさである場合には、プーリとピンとの間に商用の適切なベアリングブッシング、ラジアルボールベアリング、またはニードルベアリングが介在してもよい。
ケーブル６０４の各遠位端は、一方の列のセグメントの遠位セグメント６２０に対し、刻み目が付けられた筒状クリート６０８で機械的に締結することができる。当然ながら、そのような機械的な取付けには、ケーブルとセグメントとの間に塗布された適切な接着剤によって影響が与えられてもよい。さらに、当然ながら、遠位セグメント５２０内にケーブル５０４の遠位端を保持するために、クリート５０８によって使用される同じくさびのメカニズムは、同様に、ケーブル６０４の各遠位端を遠位セグメント６２０内に保持するために、クリート６０８によっても使用される。
ケーブル６０４は、同一の各セグメント６１０の各々の中に配置されたプーリ６０９上を通っている。こうして、ケーブル６０４の各側部は、ロータ６０２と遠位セグメント６２０との間に適切に取り付けられ、セグメントのピボットピン６０７の一方側に配置された緊張した内転用腱を効果的に形成する。プーリ６０９は、セグメント６１０に設けられた相補的な穴内に圧入されたピボットピン６０６によって直接支持されるものとして図示されているが、当然ながら、プーリ６０９のサイズが、介在を許容するだけの十分な大きさである場合には、プーリとピンとの間に商用の適切なベアリングブッシング、ラジアルボールベアリング、またはニードルベアリングが介在してもよい。
工具部材６００の二列のセグメントの各々が、把持される被加工物の輪郭に互いに個別に接触するとともに適合することができることが望ましい場合がある。そのように個別に適合することは、工具と被加工物との間の接触点の数を最大化することにより、複数の非対称な輪郭を有する被加工物を把持する際の助けになる。任意のセグメント列の関節動作は、その列が、把持される被加工物の輪郭に完全に適合した際に終了し、それに応じて、完全に適合したセグメント列に取り付けられたケーブル６０４の端部の動作を停止し、静止した状態にする。その後、プーリ６１６を越えて横方向に移動するケーブル６０４の能力により、ケーブルの長さを実質的に自由端から固定端にシフトさせることができ、ケーブル６０４の自由端を、本体６０１に対して回転するロータ６０２の動作によって引っ張り続けることができる。両方のセグメント列が被加工物に完全に適合すると、プーリ６１６を越えて横方向に移動するケーブル６０４の能力により、ケーブル６０４の２つの端部間のテンションを均一にする方法がさらに提供される。
適切な弾性材料によって構成されたストリップ６１１は、ピボットピン６０７の反対側に位置する外転用腱を効果的に形成している。ストリップ６１１の遠位端は、任意の所望の締結具または接着剤、たとえば熱による結合または接着剤による結合によって、遠位セグメント６２０に設けられた相補的な溝に取り付けることができる。弾性ストリップ６１１の近位端は、本体６０１に設けられた相補的なスロット内に配置され、止めねじ６１２のクランプ動作または他の適切な熱による結合もしくは接着剤による結合によって本体６０１に取り付けられている。取り付けられた遠位端と、取り付けられた近位端との間のストリップ６１１の部分は、束縛されておらず、自在に伸長されるかまたは弛緩される。ストリップ６１１は、このストリップにテンションが生じるように、設置時に伸長される。このテンションは、遠位セグメント６２０をベース６０１に向けて引っ張るように作用する。この引張りにより、遠位セグメント６２０および共通のセグメント６１０内にトルクが発生する。このトルクは、各セグメントをピボットピン６０７に関してＣＷに回転させるように作用する。当業者には、ストリップ６１１が、弾性ストリップと同じ機能を提供するように、１つまたは複数の引張りコイルばね、または適切なばねに取り付けられた柔軟であるが伸縮不能な引張り部材によって置き換えることができることが自明である。
共通のセグメント６１０の側部から突出するボス６１３が、本体６０１およびセグメント６１０に設けられた相補的なスロット６１４と係合して、ベース６０１にピン留めされたセグメント、およびセグメント列における連続してピン留めされた各セグメントの、前のセグメントに対するＣＷの回転の角度を制限する。したがって、スロット６１４内のボス６１３の作用によって制限されることで、各セグメントは、各セグメントが直線状で、互いに垂直に整列した位置を越えてピボット６０７を中心としてＣＷに回転できない。
外部のトルクの影響下での任意のセグメントのＣＣＷの回転は、ストリップ６１１をさらに伸長させ、結果として、ストリップによってＣＣＷに回転されたセグメントに加えられるトルクが増大する。こうして、ストリップ６１１は、外転用腱として機能する。この外転用腱は、セグメント６１０および６２０に対してピボットピン６０７を中心としてトルクを常に加え、これらセグメントを直線状の互いに垂直に整列した状態に戻す。セグメント６１０の中心通路を通る内転ケーブル６０４の下向きの動作により、セグメント６１０および６２０にＣＣＷのトルクが加えられる。このようにトルクを加えることにより、これらセグメントがピボットピン６０７を中心としてＣＣＷに回転し、外転ストリップ６１１がさらに伸長する。当然ながら、部材６００の向きは、図２４と比べた場合に図２３では逆向きになっている。
セグメント６１０に設けられた相補的な凹部にパッド６１５が適切に結合されている。ベース６０１に設けられた相補的な凹部にパッド６２２が適切に結合されている。パッド６１５および６２２は所定の材料、たとえば適切なエラストマーまたはナノダイアモンドが含浸された金属基板で構成され、高い静止摩擦係数を有している。それにより、パッドと、このパッドが接触し得る、把持される被加工物の任意の表面との間に発生する摩擦力が向上する。
ここで特に図２４を参照すると、一例の筒状の被加工物３０を把持している工具部材５００および６００が示されている。ベース５０１が、被加工物３０とのパッド５２２の接触によって静止した状態にされると、ロータ５０２は、グリッパジョー７１の作用の下で、静止したベース５０１に対して矢印２９Ｌの方向に回転し続ける。そのような相対動作により、プーリ５０５の周りに通された内転ケーブル５０４が、セグメント５１０の中心通路を通って下方に引っ張られる。ケーブル５０４の下向きの動作により、セグメント５１０および５２０にＣＷのトルクが加えられる。このようにトルクを加えることにより、これらセグメントがピボットピン５０７を中心として矢印３１の方向でＣＷに回転し、外転ストリップ５１１が伸長されるとともに、セグメント５１０に結合されたパッド５１５および遠位セグメント５２０に結合されたストリップ５１１が、被加工物３０の表面に等角で接触する。
ベース６０１が、被加工物３０とのパッド６２２の接触によって静止した状態にされると、スライダ６０２は、グリッパジョー７２の作用の下で、静止したベース６０１に対して矢印２９Ｒの方向に回転し続ける。そのような相対動作により、プーリ６０５の周りに通された内転ケーブル６０４が、セグメント６１０の中心通路を通って下方に引っ張られる。ケーブル６０４の下向きの動作により、セグメント６１０および６２０にＣＣＷのトルクが加えられる。このようにトルクを加えることにより、これらセグメントがピボットピン６０７を中心として矢印３２の方向でＣＣＷに回転し、外転ストリップ６１１が伸長されるとともに、セグメント６１０に結合されたパッド６１５および遠位セグメント６２０に結合されたストリップ６１１が、被加工物３０の表面に等角で接触する。ケーブル５０４，６０４がセグメント５１０，６１０のそれぞれの中心通路を通して引っ張られる際に各内転ケーブル５０４，６０４を動かす力となるテンションは、下方に向けられている。
本発明を少なくとも１つの実施形態に関して説明してきたが、本発明は、本開示の精神および範囲内でさらに変更することができる。したがって、本願では、一般的な原理を利用して、本発明のあらゆる変化形態、用途または適用をカバーすることが意図されている。さらに、本願では、本発明が属する技術分野における周知または慣用の実施に含まれるものであって、添付の特許請求の範囲の限定に該当するような、本開示からの逸脱をカバーすることが意図されている。

Claims (20)

  1. 把持工具であって、
    グリッパ本体と、該グリッパ本体に接続され、該グリッパ本体に対して直線状にスライドする少なくとも１つのジョーとを有するグリッパと、
    前記少なくとも１つのジョーに接続された少なくとも１つのスライダと、
    被加工物を把持するように構成された少なくとも１つの工具部材であって、該工具部材の各々が、
    前記少なくとも１つのスライダにスライド可能に取り付けられたベースと、
    前記ベースに回動可能に接続された少なくとも１つの中間セグメントと、
    前記少なくとも１つの中間セグメントに回動可能に接続された遠位セグメントと、
    前記少なくとも１つのスライダに取り付けられた近位端および前記遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する内転用腱と、
    前記少なくとも１つのジョーが前記被加工物に近づくように移動する際に、前記少なくとも１つの工具部材が前記被加工物を自律的に把持するように構成されるとともに、前記少なくとも１つのジョーが前記被加工物から離れるように移動する際に、前記少なくとも１つの工具部材が非把持位置に自律的に戻るように、前記ベースに取り付けられた近位端および前記遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する外転用腱と、
    を含む、少なくとも１つの工具部材と、
    を備えた把持工具。
  2. 前記被加工物を把持する際に、前記ベースが、前記被加工物によって移動不能にされるように構成されており、前記少なくとも１つのスライダが、前記被加工物に向かって前記ベースに対してスライドするように構成されており、前記被加工物を把持するために、前記内転用腱にテンションが与えられ、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントを第１の方向に回転させる、請求項１記載の把持工具。
  3. 前記被加工物を把持する際に、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントが前記第１の方向に回転するにつれて、前記外転用腱が伸長され、前記非把持位置では、前記外転用腱が、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントを第２の方向に回転させるように構成されている、請求項２記載の把持工具。
  4. 前記ベースおよび前記少なくとも１つの中間セグメントの内部に配置された複数のプーリをさらに備え、前記プーリの各々が、前記内転用腱に接触するように構成されている、請求項１記載の把持工具。
  5. 前記内転用腱が、前記ベース、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントの内部に配置されている、請求項１記載の把持工具。
  6. 前記少なくとも１つのジョーが第１のジョーおよび第２のジョーを備えており、前記少なくとも１つのスライダが第１のスライダおよび第２のスライダを備えており、前記少なくとも１つの工具部材が第１の工具部材および第２の工具部材を備えている、請求項１記載の把持工具。
  7. 前記第１の工具部材が第１のフィンガの形態であり、前記第２の工具部材が、共通のベースを有する一対の第２のフィンガの形態であり、前記第２のフィンガの各々が、それぞれの少なくとも１つの中間セグメント、遠位セグメント、外転用腱および内転用腱を有している、請求項６記載の把持工具。
  8. 把持工具であって、
    グリッパ本体と、少なくとも１つの支点開閉型ジョーとを有するグリッパと、
    前記少なくとも１つの支点開閉型ジョーに回転可能に接続された少なくとも１つのロータと、
    被加工物を把持するように構成された少なくとも１つの工具部材であって、該工具部材の各々が、
    前記少なくとも１つのロータに回動可能に接続されたベースと、
    前記ベースに回動可能に接続された少なくとも１つの中間セグメントと、
    前記少なくとも１つの中間セグメントに回動可能に接続された遠位セグメントと、
    前記少なくとも１つのロータに取り付けられた近位端および前記遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する内転用腱と、
    前記少なくとも１つの支点開閉型ジョーが前記被加工物に向かって回転する際に、前記少なくとも１つの工具部材が前記被加工物を自律的に把持するように構成されるとともに、前記少なくとも１つの支点開閉型ジョーが前記被加工物から離れるように回転する際に、前記少なくとも１つの工具部材が非把持位置に自律的に戻るように、前記ベースに取り付けられた近位端および前記遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する外転用腱と、
    を含む、少なくとも１つの工具部材と、
    を備えた把持工具。
  9. 前記被加工物を把持する際に、前記ベースが、前記被加工物によって移動不能にされるように構成されており、前記少なくとも１つのロータが、前記被加工物に向かって前記ベースに対して回転するように構成されており、前記被加工物を把持するために、前記内転用腱にテンションが与えられ、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントを第１の方向に回転させる、請求項８記載の把持工具。
  10. 前記被加工物を把持する際に、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントが前記第１の方向に回転するにつれて、前記外転用腱が伸長され、前記非把持位置では、前記外転用腱が、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントを第２の方向に回転させるように構成されている、請求項９記載の把持工具。
  11. 前記ベースおよび前記少なくとも１つの中間セグメントの内部に配置された複数のプーリをさらに備え、前記プーリの各々が、前記内転用腱に接触するように構成されている、請求項８記載の把持工具。
  12. 前記内転用腱が、前記ベース、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントの内部に配置されている、請求項８記載の把持工具。
  13. 前記少なくとも１つの支点開閉型ジョーが第１の支点開閉型ジョーおよび第２の支点開閉型ジョーを備えており、前記少なくとも１つのロータが第１のロータおよび第２のロータを備えており、前記少なくとも１つの工具部材が第１の工具部材および第２の工具部材を備えている、請求項８記載の把持工具。
  14. 前記第１の工具部材が第１のフィンガの形態であり、前記第２の工具部材が、共通のベースを有する一対の第２のフィンガの形態であり、前記第２のフィンガの各々が、それぞれの少なくとも１つの中間セグメント、遠位セグメント、外転用腱および内転用腱を有している、請求項１３記載の把持工具。
  15. 被加工物を把持するための方法であって、
    グリッパ本体と、該グリッパ本体に移動可能に接続された少なくとも１つのジョーとを有するグリッパと、前記少なくとも１つのジョーに移動可能に接続された少なくとも１つのマウントと、前記被加工物を把持するように構成された少なくとも１つの工具部材であって、前記工具部材の各々が、前記少なくとも１つのマウントに移動可能に取り付けられたベースと、前記ベースに回動可能に接続された少なくとも１つの中間セグメントと、前記少なくとも１つの中間セグメントに回動可能に接続された遠位セグメントと、前記少なくとも１つのマウントに取り付けられた近位端および前記遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する内転用腱と、前記ベースに取り付けられた近位端および前記遠位セグメントに取り付けられた遠位端を有する外転用腱と、を含む、少なくとも１つの工具部材と、を備えた把持工具を提供するステップと、
    前記ベースを前記少なくとも１つのジョーにより、前記被加工物によって移動不能にされるように移動させた際に、前記内転用腱によって前記被加工物を把持するステップと、
    前記ベースを前記少なくとも１つのジョーにより、前記被加工物から離れるように移動させた際に、前記外転用腱によって前記被加工物の把持を解除するステップと、
    を含む、方法。
  16. 前記少なくとも１つのジョーが、前記グリッパ本体に対して直線状にスライドし、前記少なくとも１つのマウントが、少なくとも１つのスライダの形態であり、前記ベースが、前記少なくとも１つのスライダにスライド可能に接続されている、請求項１５記載の方法。
  17. 前記被加工物を把持する前記ステップにおいて、前記ベースが、前記被加工物によって移動不能にされるように構成されており、前記少なくとも１つのスライダが、前記被加工物に向かって前記ベースに対してスライドするように構成されており、前記被加工物を把持するために、前記内転用腱にテンションが与えられ、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントを第１の方向に回転させる、請求項１６記載の方法。
  18. 前記被加工物を把持する前記ステップにおいて、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントが前記第１の方向に回転するにつれて、前記外転用腱が伸長され、前記被加工物の把持を解除する前記ステップにおいて、前記外転用腱が、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントを第２の方向に回転させるように構成されている、請求項１７記載の方法。
  19. 前記少なくとも１つのジョーが、前記グリッパ本体に対して回転する少なくとも１つの支点開閉型ジョーの形態であり、前記少なくとも１つのマウントが、前記支点開閉型ジョーとともに回転する少なくとも１つのロータの形態であり、前記ベースが、前記少なくとも１つのロータに回動可能に接続されている、請求項１５記載の方法。
  20. 前記被加工物を把持する前記ステップにおいて、前記ベースが、前記被加工物によって移動不能にされるように構成されており、前記少なくとも１つのロータが、前記被加工物に向かって前記ベースに対して回転するように構成されており、前記被加工物を把持するために、前記内転用腱にテンションが与えられ、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントを第１の方向に回転させ、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントが前記第１の方向に回転するにつれて、前記外転用腱が伸長され、前記被加工物の把持を解除する前記ステップにおいて、前記外転用腱が、前記少なくとも１つの中間セグメントおよび前記遠位セグメントを第２の方向に回転させるように構成されている、請求項１９記載の方法。
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