JP2023088662A

JP2023088662A - 把持装置

Info

Publication number: JP2023088662A
Application number: JP2021203536A
Authority: JP
Inventors: 信吾大野; Shingo Ono; 仁安井; Hitoshi Yasui; 行紀中北; Yukinori Nakakita
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2023-06-27
Also published as: WO2023112458A1

Abstract

【課題】収縮時に湾曲（カール）する流体圧アクチュエータを用いつつ、対象物をより確実に把持できる把持装置を提供する。【解決手段】把持装置1は、収縮時に湾曲する流体圧アクチュエータ10を複数用いた把持装置である。把持装置1の底面視において、流体圧アクチュエータ10の先端部は、流体圧アクチュエータ10それぞれが収縮すると、他の流体圧アクチュエータ10と先端部とオーバラップする。【選択図】図１

Description

本開示は、収縮時に湾曲（カール）する流体圧アクチュエータを用いた把持装置に関する。

従来、気体または液体を用いてチューブを膨張及び収縮させる流体圧アクチュエータとして、空気圧によって膨張、収縮するゴム製のチューブと、チューブの外周面を覆うスリーブとを有する構造（いわゆるマッキベン型）が広く用いられている。

このようなマッキベン型の流体圧アクチュエータには、収縮時に湾曲（カール）する構造も知られている（特許文献１参照）。具体的には、特許文献１には、このような流体圧アクチュエータを複数用いることによって、対象物（ワークを呼ばれてもよい）を把持する把持装置が開示されている。

特開2021-088999号公報

しかしながら、上述したような流体圧アクチュエータを用いた把持装置には、次のような問題がある。具体的には、対象物の形状などによっては、カールした流体圧アクチュエータの先端部から対象物がこぼれ落ちやすい。

そこで、以下の開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、収縮時に湾曲（カール）する流体圧アクチュエータを用いつつ、対象物をより確実に把持できる把持装置の提供を目的とする。

本開示の一態様は、収縮時に湾曲する流体圧アクチュエータ（流体圧アクチュエータ10）を複数用いた把持装置（例えば、把持装置1）であって、前記流体圧アクチュエータは、ソフトアクチュエータであり、前記チューブの外周面を覆うスリーブ（スリーブ120）とを含み、前記把持装置の底面視において、前記流体圧アクチュエータの先端部（先端部300）は、前記流体圧アクチュエータそれぞれが収縮すると、他の前記流体圧アクチュエータと先端部とオーバラップする。

上述した把持装置によれば、収縮時に湾曲（カール）する流体圧アクチュエータを用いつつ、対象物をより確実に把持できる。

図１は、図１（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る把持装置1の概略斜視図及び把持装置1を含むロボットアーム２の概略正面図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、把持装置1の概略側面図及び概略底面図である。図３は、流体圧アクチュエータ10の側面図である。図４は、アクチュエータ本体部100の径方向D_Rに沿った断面図である。図５は、流体圧アクチュエータ10の挙動の説明図である。図６（ａ）及び（ｂ）は、把持装置1Aの概略側面図及び概略底面図である。図７（ａ）及び（ｂ）は、把持装置1Bの概略側面図及び概略底面図である。図８（ａ）及び（ｂ）は、把持装置1Cの概略側面図及び概略底面図である。図９（ａ）及び（ｂ）は、把持装置1Dの概略側面図及び概略底面図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。なお、同一の機能や構成には、同一または類似の符号を付して、その説明を適宜省略する。

（１）把持装置の全体概略構成
図１（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る把持装置1の概略斜視図及び把持装置1を含むロボットアーム２の概略正面図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、把持装置1の概略側面図及び概略底面図である。なお、図１及び図２は概略図であり、流体圧アクチュエータ10の形状などは、簡略化して示されている。

把持装置1は、収縮時に湾曲（カール）する流体圧アクチュエータ10を複数用いる。把持装置1は、複数の流体圧アクチュエータ10（湾曲可能で柔軟性を有するソフトアクチュエータ）を用いて対象物W（ワークを呼ばれてもよい）を把持することができる。把持装置1は、ロボット用ハンドなどとして用いられてもよく、ロボットアーム２に含まれてよい。

把持装置1では、２本流体圧アクチュエータが対向するように設けられている。具体的には、２本の流体圧アクチュエータ10を収縮させることによって、２本の流体圧アクチュエータ10が対象物Wを把持、言い換えると、対象物Wを抱え込むことができる。図１及び図２は、流体圧アクチュエータ10が湾曲した状態を示している。

流体圧アクチュエータ10は、取付台座20に設けられた取付部30に取り付けられる。取付台座20は、図示しないアームまたは支柱などによって支持されてもよい。

把持装置1の底面視（図２（ｂ）参照）において、流体圧アクチュエータの先端部300は、流体圧アクチュエータそれぞれが収縮すると、他の流体圧アクチュエータと先端部300とオーバラップする。

図２（ｂ）に示すように、流体圧アクチュエータのそれぞれは、把持装置1の底面視において、流体圧アクチュエータの軸方向D_AX（図３参照）に沿った直線L1が、他の流体圧アクチュエータの軸方向に沿った直線L2との交差を回避するように設けられる。つまり、流体圧アクチュエータの先端部300は、収縮しても対向する流体圧アクチュエータの先端部300と干渉しないように設けられる。

取付部30、言い換えると流体圧アクチュエータの基端部200（図１において不図示、図３参照）の位置は、流体圧アクチュエータの軸方向D_AXにおいて、対向する流体圧アクチュエータの基端部200の位置からオフセットしている。

上述したように、把持装置1では、２本の流体圧アクチュエータが対向するように設けられているが、把持装置を構成する流体圧アクチュエータの本数は、特に限定されない。対象物Wの形状やサイズにもよるが、把持装置を構成する流体圧アクチュエータの本数は、２本以上、４本以下であることが好ましい。

（２）流体圧アクチュエータの概略構成
図３は、本実施形態に係る流体圧アクチュエータ10の側面図である。図４は、アクチュエータ本体部100の径方向D_Rに沿った断面図である。

流体圧アクチュエータ10は、アクチュエータ本体部100、基端部200及び先端部300を有する。

アクチュエータ本体部100は、チューブ110とスリーブ120とによって構成される。アクチュエータ本体部100には、接続口211aを介して流体が流入する。

アクチュエータ本体部100は、基本的な特性として、チューブ110内への流体の流入によって、アクチュエータ本体部100の軸方向D_AXにおいて収縮し、径方向D_Rにおいて膨張する。また、アクチュエータ本体部100は、チューブ110から流体の流出によって、アクチュエータ本体部100の軸方向D_AXにおいて膨張し、径方向D_Rにおいて収縮する。このようなアクチュエータ本体部100の形状変化によって、流体圧アクチュエータ10は、アクチュエータとしての機能を発揮する。

本実施形態では、このような基本的な特性を有するマッキベン型の流体圧アクチュエータを用いつつ、軸方向D_AXの圧縮を拘束する（規制または制限すると呼んでもよい、以下同）拘束部材150（図３において不図示、図４，５など参照）を設けることによって、軸方向D_AXに直交する直交方向、つまり、径方向D_Rに湾曲（カール）することができる。

流体圧アクチュエータ10の駆動に用いられる流体は、空気などの気体、または水、鉱物油などの液体のどちらでもよいが、特に、流体圧アクチュエータ10は、アクチュエータ本体部100に高い圧力が掛かる油圧駆動にも耐え得る高い耐久性を有し得る。

接続口211aは、流体圧アクチュエータ10の駆動圧力源、具体的には、気体や液体のコンプレッサと接続されたホース（管路）を取り付けられる。接続口211aを介して流入した流体は、通過孔（不図示）を通過してアクチュエータ本体部100の内部、具体的には、チューブ110の内部に流入する。

チューブ110は、流体の圧力によって膨張及び収縮する円筒状の筒状体である。チューブ110は、流体による収縮及び膨張を繰り返すため、ブチルゴムなど弾性材料によって構成される。また、流体圧アクチュエータ10を油圧駆動とする場合には、耐油性が高いNBR（ニトリルゴム）、またはクロロプレンゴム、及びエピクロロヒドリンゴムからなる群より選択される少なくとも一種とすることが好ましい。

スリーブ120は、円筒状であり、チューブ110の外周面を覆う。スリーブ120は、所定方向に配向された繊維コードを編み込んだ伸縮性を有する構造体であり、配向されたコードが交差することによって菱形の形状が繰り返されている。スリーブ120は、このような形状を有することによって、パンタグラフ変形し、チューブ110の収縮及び膨張を規制しつつ追従する。

スリーブ120を構成するコードとしては、芳香族ポリアミド（アラミド繊維）やポリエチレンテレフタラート（PET）の繊維コードを用いることが好ましい。但し、このような種類の繊維コードに限定されるものではなく、例えば、PBO繊維（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）などの高強度繊維のコードでもよい。

また、本実施形態では、チューブ110とスリーブ120との間には、拘束部材150が設けられる。

拘束部材150、軸方向D_AXには圧縮せず、径方向D_R（撓み方向と呼んでもよい）に沿ってのみ変形可能である。つまり、拘束部材150は、軸方向D_AXに沿った圧縮に対して抵抗し、軸方向D_AXに直交する直交方向（径方向D_R）に変形可能である。

換言すると、拘束部材150は、軸方向D_AXに沿って変形し難く、径方向D_Rに沿って撓める特性を有している。なお、変形可能とは、湾曲、或いはカール可能と言い換えてもよい。

また、拘束部材150は、拘束部材150が設けられているチューブ110の外周上の位置において、径方向D_R外側へのチューブ110（及びスリーブ120）の膨張を拘束（規制）する機能も有している。

本実施形態では、拘束部材150は、スリーブ120の内側、具体的には、スリーブ120の径方向内側の空間において、軸方向D_AXの一端側から他端側に亘って設けられる。また、本実施形態では、拘束部材150は、板バネ（leaf spring）を用いて形成される。

板バネの寸法は、流体圧アクチュエータ10のサイズ、及び必要とされる発生力などに応じて選択されればよく、特に限定されない。また、板バネの材料についても特に限定されないが、典型的には、ステンレス鋼などの金属など、曲げ易く、圧縮に強い材料であればよい。例えば、拘束部材150は、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の薄板などによって形成されてもよい。CFRPは、金属に比べて塑性変形をし難いため、流体圧アクチュエータ10が湾曲後、元の真っ直ぐな状態に戻りやすい。

基端部200は、取付台座20の取付部30（図２（ａ）及び（ｂ）参照）側に位置する。基端部200には、上述した接続口211aが形成される。基端部200には、アクチュエータ本体部100の軸方向D_AXにおける一方の端部を封止する機構を備えられてよい。

先端部300は、取付台座20の取付部30の反対側に位置する。先端部300には、アクチュエータ本体部100の軸方向D_AXにおける他方の端部を封止する機構を備えられてよい。

なお、基端部200及び先端部300に備えられるアクチュエータ本体部100の封止機構は、例えば、特開2021-088999号公報に開示されている流体圧アクチュエータと同様としてよい。また、先端部300には、対象物Wを把持する際の滑り止めを目的として、ゴム製のサックなどが被されてもよい。

（３）流体圧アクチュエータ10の挙動
図５は、流体圧アクチュエータ10の挙動の説明図である。図５に示されている流体圧アクチュエータ10は、基端部200側が固定されており、先端部300側は自由に移動できる状態である。つまり、基端部200側が固定端であり、先端部300側が自由端である。

上述したように、流体圧アクチュエータ10の内部に流体が流入すると、軸方向D_AXに収縮しようとするが、拘束部材150が設けられているため、軸方向D_AXに沿った収縮が拘束（規制）される。

つまり、板バネなどの硬質な部材によって形成された拘束部材150が、背骨のような役割を果たし、拘束部材150が設けられているチューブ110及びスリーブ120の外周上の位置と反対側（図５における下側）において、径方向D_R外側に膨張することによって、軸方向D_AXにおける流体圧アクチュエータ10の寸法が短くなり、方向D1に沿って流体圧アクチュエータ10（具体的には、アクチュエータ本体部100）が撓む。なお、方向D1は、可撓方向と呼んでもよい。また、流体圧アクチュエータ10が方向D1に撓むことを認識し易くするため、拘束部材150が設けられている位置を示すマークM（図３参照）が設けられていてもよい。

拘束部材150は、ゴム製のチューブ110と、スリーブ120との間に設けられ、軸方向D_AXにおける圧縮に対して抵抗し、に直交する直交方向（径方向D_R）に沿って変形できる部材であり、アクチュエータ本体部100の周方向における一部に配置される。

つまり、アクチュエータ本体部100への流体の流入（加圧）によって、アクチュエータ本体部100（マッキベン）が軸方向D_AXに沿って収縮しようとすると、拘束部材150の部分は圧縮剛性が高いため、拘束部材150が配置された部分は収縮することができない。一方、その他のアクチュエータ本体部100の部分は収縮しようとするため、直交方向（径方向D_R）に沿った曲げ方向の力が発生し、拘束部材150を背面として湾曲する。

（４）変更例
次に、把持装置1の変更例について説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は、把持装置1Aの概略側面図及び概略底面図である。

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、把持装置1Aでは、把持装置1と同様に、取付部30、つまり、流体圧アクチュエータの基端部200（図３参照）の位置は、流体圧アクチュエータの軸方向D_AXにおいて、対向する流体圧アクチュエータの基端部200の位置からオフセットしている。

但し、把持装置1Aでは、把持装置1の底面視において、取付台座20を基準として、流体圧アクチュエータが傾いた状態で設けられてよい。把持装置1Aによれば、流体圧アクチュエータの可撓方向を工夫することによって、装置に小型化に貢献し得る。

図７（ａ）及び（ｂ）は、把持装置1Bの概略側面図及び概略底面図である。また、図８（ａ）及び（ｂ）は、把持装置1Cの概略側面図及び概略底面図である。把持装置1Bでは、３本の流体圧アクチュエータが用いられ、把持装置1Cでは、４本の流体圧アクチュエータが用いられる。上述したように、把持装置を構成する流体圧アクチュエータの本数は、特に限定されないが、流体圧アクチュエータのそれぞれは、他の流体圧アクチュエータの少なくとも何れかと対向するように設けられる。

図９（ａ）及び（ｂ）は、把持装置1Dの概略側面図及び概略底面図である。把持装置1Dでは、３本の流体圧アクチュエータが互いに交差（オーバラップ）するように設けられる。

具体的には、流体圧アクチュエータそれぞれの取付部30、つまり、基端部200は、把持装置1Dの底面視において、円周上に等間隔（等角度）に設けられてよい。基端部200は、中心から同一半径を有する円周上に設けられてもよい。

流体圧アクチュエータそれぞれの先端部300は、流体圧アクチュエータが収縮すると、当該円周を形成する円弧の中心からオフセットした位置に向かう。このため、流体圧アクチュエータそれぞれの先端部300は、干渉することなく、互いに交差できる。

（５）作用・効果
上述した実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。具体的には、上述した変更例を含む把持装置によれば、流体圧アクチュエータの先端部300は、流体圧アクチュエータそれぞれが収縮すると、他の流体圧アクチュエータと先端部300とオーバラップする。

このため、カールした流体圧アクチュエータの先端部300から対象物Wがこぼれ落ち難い。すなわち、上述した把持装置によれば、収縮時に湾曲（カール）する流体圧アクチュエータを用いつつ、対象物Wをより確実に把持できる。

さらに、流体圧アクチュエータのそれぞれは、把持装置1の底面視において、流体圧アクチュエータの軸方向D_AX（図３参照）に沿った直線L1が、他の流体圧アクチュエータの軸方向に沿った直線L2との交差を回避するように設けられる。このため、流体圧アクチュエータの先端部300は、収縮しても対向する流体圧アクチュエータの先端部300と干渉せず、流体圧アクチュエータ同士の十分なオーバラップ領域を確保できる。

また、把持装置1Dでは、流体圧アクチュエータそれぞれの基端部200は、把持装置1Dの底面視において、円周上に設けられ、流体圧アクチュエータそれぞれの先端部300は、流体圧アクチュエータが収縮すると、当該円周を形成する円弧の中心からオフセットした位置に向かう。このため、流体圧アクチュエータそれぞれの先端部300は、干渉することなく、互いに交差できるため、対象物Wがこぼれ落ちをより確実に防止できる。

（６）その他の実施形態
以上、実施形態について説明したが、当該実施形態の記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。

上述した実施形態では、拘束部材150を用いて流体圧アクチュエータの可撓性が確保されていたが、流体圧アクチュエータは、別の構造によって可撓性が確保されてもよい。例えば、流体圧アクチュエータの周囲に一部をベローズ状にした可撓性の枠材を設けることによって、流体圧アクチュエータが収縮すると、ベローズ部分を内側にして流体圧アクチュエータが湾曲するようにしてもよい。

以上、本開示について詳細に説明したが、当業者にとっては、本開示が本開示中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本開示は、請求の範囲の記載により定まる本開示の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。したがって、本開示の記載は、例示説明を目的とするものであり、本開示に対して何ら制限的な意味を有するものではない。

1, 1A, 1B, 1C, 1D 把持装置
2 ロボットアーム
10 流体圧アクチュエータ
20 取付台座
30 取付部
100 アクチュエータ本体部
110 チューブ
120 スリーブ
150 拘束部材
200 基端部
211a 接続口
300 先端部
W 対象物

Claims

収縮時に湾曲する流体圧アクチュエータを複数用いた把持装置であって、
前記流体圧アクチュエータは、ソフトアクチュエータであり、
前記把持装置の底面視において、前記流体圧アクチュエータの先端部は、前記流体圧アクチュエータそれぞれが収縮すると、他の前記流体圧アクチュエータと先端部とオーバラップする把持装置。
前記流体圧アクチュエータは、
流体の圧力によって膨張及び収縮する円筒状のチューブと、
所定方向に配向された繊維コードを編み込んだ伸縮性を有する構造体であり、前記チューブの外周面を覆うスリーブと
を含む請求項１に記載の把持装置。
前記流体圧アクチュエータのそれぞれは、前記把持装置の底面視において、前記流体圧アクチュエータの軸方向に沿った直線が、他の前記流体圧アクチュエータの軸方向に沿った直線との交差を回避するように設けられる請求項１に記載の把持装置。
前記流体圧アクチュエータそれぞれの基端部は、前記把持装置の底面視において、円周上に設けられ、
前記流体圧アクチュエータそれぞれの先端部は、前記流体圧アクチュエータが収縮すると、前記円周を形成する円弧の中心からオフセットした位置に向かう請求項１に記載の把持装置。
前記流体圧アクチュエータの本数は、２本以上、４本以下である請求項１乃至４の何れか一項に記載の把持装置。
前記流体圧アクチュエータは、前記スリーブの内側において、前記チューブの軸方向における一端側から他端側に亘って設けられる拘束部材を備える請求項２に記載の把持装置。