JP2024039554A - ロボットハンド - Google Patents
ロボットハンド Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024039554A JP2024039554A JP2022144197A JP2022144197A JP2024039554A JP 2024039554 A JP2024039554 A JP 2024039554A JP 2022144197 A JP2022144197 A JP 2022144197A JP 2022144197 A JP2022144197 A JP 2022144197A JP 2024039554 A JP2024039554 A JP 2024039554A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- actuator
- robot hand
- cylinder
- root
- frame member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 17
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 12
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 12
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 12
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 12
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 5
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 4
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 1
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 1
- 241001330002 Bambuseae Species 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 229920005549 butyl rubber Polymers 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 229920005558 epichlorohydrin rubber Polymers 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920001084 poly(chloroprene) Polymers 0.000 description 1
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
- B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
- B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
- B25J15/10—Gripping heads and other end effectors having finger members with three or more finger members
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
- B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
- B25J15/12—Gripping heads and other end effectors having finger members with flexible finger members
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
- F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
- F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Robotics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Actuator (AREA)
Abstract
【課題】複数の指アクチュエータ同士の位置関係を容易に変化させて把持性能を向上させる。【解決手段】ロボットハンド10は、筒内の内圧上昇に応じて筒周の一方側が筒軸方向Sに収縮して湾曲する筒状の根元アクチュエータ20と、根元アクチュエータ20を支持し、根元アクチュエータ20の筒軸方向Sに沿って各々別体とされた複数の支持部材を有し、隣り合う支持部材62同士が根元アクチュエータ20の湾曲変形に追従して角度をなすように相対移動するフレーム部材60と、フレーム部材60に一端が固定され他端が自由端となるように根元アクチュエータ20の延出方向に離間して複数取り付けられ、筒内の内圧上昇に応じて筒周の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する筒状の指アクチュエータ40と、を備えている。【選択図】図1
Description
本発明は、ロボットハンド、に関する。
従来、流体圧アクチュエータとして、ゴムチューブと、その外面を覆うスリーブ(高張力繊維を編み込んだもの)とを有する、マッキベン型のものが知られている。このようなマッキベン型の流体圧アクチュエータは、ゴムチューブ及びスリーブの軸方向に沿った長さを変化させることができる。また、ゴムチューブの軸方向における一端側から他端側に亘って、周方向の一部に拘束部材を設けることにより、流体圧アクチュエータの拘束部材が設けられていない側を収縮させ、湾曲変形させる技術が提案されている(特許文献1参照)。
このような流体圧アクチュエータを複数用いて、湾曲度を調整しつつ物を把持することが可能である。また、複数の流体圧アクチュエータ同士を相対移動させて、様々な対象物の把持等に対応するための工夫が求められる。
本開示は、上記事実に鑑みて、複数の指アクチュエータ同士の位置関係を容易に変化させて性能を向上させることを目的とする。
上記目的を達成するために、第1の態様のロボットハンドは、筒内の内圧上昇に応じて筒壁の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する筒状の根元アクチュエータと、前記根元アクチュエータを支持し、前記根元アクチュエータの筒軸方向に沿って配置され各々別体とされた複数の支持部材を有し、隣り合う前記支持部材同士が前記根元アクチュエータの湾曲変形に追従して角度をなすように相対回転するフレーム部材と、前記筒軸方向と交差する方向に延出するように、前記支持部材に一端が固定され他端が自由端となるように前記根元アクチュエータの延出方向に離間して複数取り付けられ、筒内の内圧上昇に応じて筒周の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する筒状の指アクチュエータと、を備えている。
第1の態様のロボットハンドは、根元アクチュエータ、フレーム部材、及び指アクチュエータを備えている。根元アクチュエータ及び指アクチュエータは、筒状とされており、筒内の内圧上昇に応じて筒周の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する。フレーム部材は、根元アクチュエータを支持し、根元アクチュエータの筒軸方向に沿って各々別体とされた複数の支持部材を有し、隣り合う支持部材同士が根元アクチュエータの湾曲変形に追従して角度をなすように相対回転する。これにより、複数の指アクチュエータの一端は、互いの位置関係を変化させることができる。したがって、把持対象物の位置や形状等に応じて、複数の指アクチュエータの位置関係を変えて、把持等の性能を向上させることができる。
第2の態様のロボットハンドは、第1の態様のロボットハンドにおいて、前記支持部材は、隣り合う前記支持部材とピン部材で連結され、前記ピン部材を中心に互いに相対回転可能である。
第2の態様のロボットハンドによれば、ピン部材を中心に互いに相対回転させることにより、隣り合う支持部材同士を根元アクチュエータの湾曲変形に追従して角度をなすように相対移動させることができる。
第3の態様のロボットハンドは、第1の態様または第2の態様のロボットハンドにおいて、前記根元アクチュエータの筒軸は、前記ピン部材の軸方向から見て、前記フレーム部材の前記ピン部材同士を結ぶ仮想線であるフレーム軸と一致する位置、または、前記フレーム軸よりも湾曲内側に配置されている。
第3の態様のロボットハンドによれば、ピン部材の軸方向から見たフレーム軸と根元アクチュエータの筒軸との関係を、一致する位置、または、フレーム軸よりも根元アクチュエータの筒軸を湾曲内側に配置することにより、フレーム部材をスムーズに根元アクチュエータの湾曲変形に追従させることができる。
第4の態様のロボットハンドは、第1~第3のいずれか1の態様のロボットハンドにおいて、前記フレーム軸は、前記ピン部材の軸方向から見て、前記根元アクチュエータと重なる位置に配置されている。
第4の態様のロボットハンドによれば、フレーム軸と根元アクチュエータの筒軸とのずれが比較的小さいので、フレーム部材をスムーズに根元アクチュエータの湾曲変形に追従させることができる。
第5の態様のロボットハンドは、第1~第4のいずれか1の態様のロボットハンドにおいて、前記根元アクチュエータは、一端が前記フレーム部材に固定され、他端が自由端である。
第5の態様のロボットハンドでは、他端が自由端となっているので、根元アクチュエータの湾曲変形時にフレーム部材との筒軸方向の相対移動が許容され、根元アクチュエータをスムーズに湾曲変形させることができる。
本開示によれば、複数の指アクチュエータ同士の位置関係を容易に変化させてロボットハンドの性能を向上させることができる。
以下、本開示の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において、同一又は等価な構成要素及び部品には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、各図面における矢印X方向、矢印Y方向及び矢印Z方向は、それぞれ互いに直交する方向である。一例として、矢印X方向及び矢印Y方向は、水平方向を示し、矢印Z方向は、鉛直方向を示す。
[第一実施形態]
図1は、本開示の第一実施形態に係るロボットハンド10の斜視図である。ロボットハンド10の一端側(図1における図面左側)は、図示しないロボットアームの先端に取り付けられている。本開示に係るロボットハンド10は、根元アクチュエータ20と、根元アクチュエータ20を支持するフレーム部材60と、複数の指アクチュエータ40(本実施形態では5本)とを備える。フレーム部材60は、根元アクチュエータ20の作動により湾曲する。湾曲したフレーム部材60の曲げ方向内側に向かって、指アクチュエータ40がさらに湾曲し、図示しない対称物に力を作用させて、把持したり、押したり、移動させたりすることが可能とされている。
図1は、本開示の第一実施形態に係るロボットハンド10の斜視図である。ロボットハンド10の一端側(図1における図面左側)は、図示しないロボットアームの先端に取り付けられている。本開示に係るロボットハンド10は、根元アクチュエータ20と、根元アクチュエータ20を支持するフレーム部材60と、複数の指アクチュエータ40(本実施形態では5本)とを備える。フレーム部材60は、根元アクチュエータ20の作動により湾曲する。湾曲したフレーム部材60の曲げ方向内側に向かって、指アクチュエータ40がさらに湾曲し、図示しない対称物に力を作用させて、把持したり、押したり、移動させたりすることが可能とされている。
図1から図16を適宜参照しながら、ロボットハンド10の具体的な構成を説明する。
(根元アクチュエータ20)
図2および図3に、根元アクチュエータ20を示す。本開示の根元アクチュエータ20は、アクチュエータ本体部22、第一封止部材30A、第二封止部材30Bを備えている、所謂マッキベン型の流体圧アクチュエータである。根元アクチュエータ20は、全体として筒状とされている。
図2および図3に、根元アクチュエータ20を示す。本開示の根元アクチュエータ20は、アクチュエータ本体部22、第一封止部材30A、第二封止部材30Bを備えている、所謂マッキベン型の流体圧アクチュエータである。根元アクチュエータ20は、全体として筒状とされている。
アクチュエータ本体部22は、チューブ24、スリーブ26、及び拘束部材28を有している。チューブ24は、弾性変形による伸縮可能な円筒状であり、内部の流体の圧力変化によって膨張及び収縮する。チューブ24の延びる方向を以後「筒軸方向S」とする。すなわち、本開示の第一実施形態における各図面の矢印Y方向は、根元アクチュエータ20の筒軸方向Sと一致する。また、チューブ24における中心軸を以後、「筒軸の中心軸CL」とする。チューブ24は、ブチルゴムなどの弾性材料によって構成することができる。チューブ24へ供給する流体としては、空気を用いることができ、この場合には、根元アクチュエータ20は空気式アクチュエータとなる。なお、根元アクチュエータ20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)、または水素化NBR、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26は、チューブ24の外周を覆う円筒状とされている。スリーブ26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筒軸方向Sに対して所定の角度θで交差されている。スリーブ26は、このような形状を有することによって、角度θを変えるパンタグラフのように変形し、チューブ24の収縮及び膨張を規制しつつこの収縮及び膨張に追従する。
スリーブ26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)などの他の高強度繊維のコードでもよい。
拘束部材28は、チューブ24とスリーブ26との間に設けられている。拘束部材28は、長尺板状とされ、長手方向がチューブ24の筒軸方向に沿った方向に配置され、チューブ24の外周の一部を覆い、チューブ24の一端から他端に渡って配置されている。
拘束部材28は、加圧により膨張/収縮のない材料で形成されており、端部同士が近づく方向に撓み変形可能とされている。拘束部材28としては、いわゆる、板バネ(leaf spring)を用いることができる。板バネの寸法は、根元アクチュエータ20のサイズや要求される把持力などに応じて決定される。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、撓み変形し易く、圧縮に強い材料であればよい。他に、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。
第一封止部材30Aは、封止コネクタ32、係止リング34、及び圧着部材36を有している。
封止コネクタ32は、一体成形された蓋部32A及び挿入部32Bを有している。蓋部32Aは、チューブ24の外径よりも大径とされた柱状とされ、蓋部32Aの一端側の中央から、挿入部32Bが筒軸方向Sに延出形成されている。挿入部32Bは、所謂タケノコ形状とされ、スリーブ26の内側のチューブ24の一端側に挿入される。蓋部32Aの挿入部32Bと反対側には、筒軸方向Sの一方側(図3における図面右側)に開口する取付部33が形成されている。取付部33には、筒軸方向Sと直交する方向に開口する取付ネジ33Aが形成されている。封止部材30としては、ステンレス鋼などの金属を好適に用い得るが、このような金属に限定されず、硬質プラスチック材料などを用いてもよい。
図3に示されるように、封止コネクタ32は、流路Rを有している。流路Rは、挿入部32Bの径方向中央部に筒軸方向Sに延出形成されると共に、蓋部32Aの側面の接続孔Hと連通されている。接続孔Hには、空気供給ホース(不図示)が接続され、圧縮空気が供給される。
係止リング34は、リング状とされ、挿入部32Bとの間にスリーブ26を挟み込むように、スリーブ26の外側に配置され、スリーブ26を封止コネクタ32に係止する。スリーブ26は、係止リング34を介して外周へ折り返される。係止リング34としては、金属、硬質プラスチックや、繊維、ゴムなどの材料を用いることができる。
圧着部材36は、アクチュエータ本体部22の外周で挿入部32Bが挿入された部分を覆うように配置され、アクチュエータ本体部22を封止コネクタ32にかしめる。これにより、アクチュエータ本体部22は、封止コネクタ32に固定される。圧着部材36としては、アルミニウム合金、真鍮、及び鉄などの金属を用いることができる。
第二封止部材30Bは、第一封止部材30Aと比べて、封止コネクタ32に流路Rを有していないことを除いて、第一封止部材30Aと同一形状とされており、挿入部32Bが、スリーブ26の内側のチューブ24の他端側に挿入される。
<根元アクチュエータの動作>
図1に示されるように、根元アクチュエータ20は、一端側の第一封止部材30Aが後述する一端固定部70に固定され、他端側の第二封止部材30Bが自由端となるようにして使用される。
図1に示されるように、根元アクチュエータ20は、一端側の第一封止部材30Aが後述する一端固定部70に固定され、他端側の第二封止部材30Bが自由端となるようにして使用される。
空気供給ホースを介して接続部Hから圧縮空気を流入させると、根元アクチュエータ20内の圧力が上昇する。内圧上昇により、チューブ24が弾性変形して膨張し、スリーブ26は角度θが大きくなるようにパンタグラフのように変形し、アクチュエータ本体部22の長さが収縮する方向に力が作用する。このとき、アクチュエータ本体部22の拘束部材28が配置された外周側壁は収縮が規制されているため、アクチュエータ本体部22は、筒軸方向Sからみて拘束部材28が配置されていない側の外周壁(以下「湾曲内側壁22A」という)が収縮する。これにより、拘束部材28が撓み変形し、図3のニ点鎖線で示されるように、アクチュエータ本体部22の全体が湾曲する。根元アクチュエータ20は、筒内の内圧上昇に応じて筒側壁の一方側である湾曲内側壁22Aが筒軸方向に収縮して湾曲する。
一方、空気供給ホースから供給する空気の圧力を弱めると、根元アクチュエータ20内から空気が流出し、内圧が低下する。内圧低下に応じて湾曲内側壁22Aの湾曲度が小さくなり、大気圧に戻ることで、アクチュエータ本体部22の全体が直線状に戻る。
なお、根元アクチュエータ20は、アクチュエータの本体内の空気圧を調整されることにより、湾曲変形する量を適宜調整することが可能とされている。
(指アクチュエータ40)
指アクチュエータ40は、図4に示されるように、アクチュエータ本体部22、第一封止部材30A、第二封止部材30Bを備えている、所謂マッキベン型の流体圧アクチュエータである。また、指アクチュエータ40のアクチュエータ本体部22は、チューブ24、スリーブ26、及び拘束部材28を有している。すなわち、指アクチュエータ40は、根元アクチュエータ20と略同様の部材を備えている。
指アクチュエータ40は、図4に示されるように、アクチュエータ本体部22、第一封止部材30A、第二封止部材30Bを備えている、所謂マッキベン型の流体圧アクチュエータである。また、指アクチュエータ40のアクチュエータ本体部22は、チューブ24、スリーブ26、及び拘束部材28を有している。すなわち、指アクチュエータ40は、根元アクチュエータ20と略同様の部材を備えている。
拘束部材28は、チューブ24とスリーブ26との間に設けられている。拘束部材28は、長尺板状とされ、長手方向がチューブ24の筒軸方向Sに沿った方向に配置され、チューブ24の外周の一部を覆い、チューブ24の一端から他端に渡って配置されている。
なお、指アクチュエータ40の第一封止部材30Aは、一端側(図4における図面上側)に取付部33を有している。取付部33には、矢印X方向(図4における図面左右方向)に向かって貫通する取付穴33Aが形成されている。
指アクチュエータ40におけるその他の構成及び形状は、上述の根元アクチュエータ20と同様である。
指アクチュエータ40は、空気供給ホースを介して接続孔Hから圧縮空気を流入させると、アクチュエータ本体内の圧力が上昇する。内圧上昇により、チューブ24が弾性変形して膨張し、スリーブ26は角度θが大きくなるようにパンタグラフのように変形し、アクチュエータ本体部22の長さが収縮する方向に力が作用する。このとき、指アクチュエータ40では、アクチュエータ本体部22の拘束部材28が配置された外周側壁は収縮が規制されているため、アクチュエータ本体部22は、矢印Z方向からみて拘束部材28が配置されていない矢印X方向の一方側(図4における左側)の筒側壁(湾曲内側壁22A)が収縮する。これにより、拘束部材28が撓み変形し、図4における二点鎖線で示されるように、アクチュエータ本体部22の全体が湾曲する。
一方、空気供給ホースから供給する空気の圧力を弱めると、指アクチュエータ40内から空気が流出し、内圧が低下する。内圧低下に応じて湾曲内側壁22Aの湾曲度が小さくなり、大気圧に戻ることで、アクチュエータ本体部22の全体が直線状に戻る。
なお、指アクチュエータ40は、アクチュエータの本体内の空気圧を調整されることにより、湾曲変形する量を適宜調整することが可能とされている。
指アクチュエータ40は、図1に示されるように、後述するフレーム部材60の中間節部材62Bにおける指アクチュエータ固定部80に取付部33が固定され、鉛直方向である矢印Z方向に延びて配置される(図14も参照)。言い換えれば、矢印X方向は、矢印Z方向と交差する曲げ方向である。また、矢印Z方向は、指アクチュエータ40の筒軸方向とも一致する。
なお、根元アクチュエータ20及び指アクチュエータ40がフレーム部材60に取り付けられる様子については、後述する。
指アクチュエータ40は、図1に示されるように、複数設けられている。指アクチュエータ40が設けられる個数は、ロボットハンド10によって適宜設定されるが、一例として本実施形態では5つである。
(フレーム部材60)
図5から図7は、本開示の第一実施形態に係るロボットハンド10のフレーム部材60を示す図である。また、フレーム部材60は、支持部材としての複数の中間節部材62Bと、一端側節部材62Aとを矢印Y方向に並んで連節されて構成されたフレーム本体62を有している。図8及び図9に中間節部材62Bを、図10及び図11に一端側節部材62Aを示す。
図5から図7は、本開示の第一実施形態に係るロボットハンド10のフレーム部材60を示す図である。また、フレーム部材60は、支持部材としての複数の中間節部材62Bと、一端側節部材62Aとを矢印Y方向に並んで連節されて構成されたフレーム本体62を有している。図8及び図9に中間節部材62Bを、図10及び図11に一端側節部材62Aを示す。
中間節部材62Bは、図8及び図9に示される様に、矢印Y方向の両側(図8及び図9における図面左右側)に一端側ヒンジ部64A及び他端側ヒンジ部64Bを有し、矢印X方向の一方側(図9における図面下側)に向かって先細りする部材である。また、中間節部材62Bは、矢印Z方向の他方側(図9における下側)に形成された指アクチュエータ固定部80と、矢印Y方向に貫通する貫通孔63を有している。
一端側ヒンジ部64A及び他端側ヒンジ部64Bは、図6及び図7に示されるように、複数の中間節部材62Bが矢印Y方向に並んでいる状態で、隣接する中間節部材62B同士を、軸部材66を中心として互いに回動可能とする部分である。軸部材66は本開示のピン部材である。一端側ヒンジ部64Aは、他端側ヒンジ部64Bよりも矢印Z方向外側(中間節部材62Bの上下方向の両端)に形成されている。本実施形態では一例として、一端側ヒンジ部64Aは、矢印Z方向に貫通する孔である軸部材貫通孔66Aを有する。軸部材貫通孔66Aは、軸部材66と締まりばめとされ、軸部材66が脱着しないように保持する。また、他端側ヒンジ部64Bは、軸部材貫通孔66Aよりも小径とされた、矢印Z方向に貫通する孔である軸部材貫通孔66Bを有する。軸部材貫通孔66Bは、軸部材66と隙間ばめとされており、軸部材66を回動可能に保持する。
また、図6及び図7に示されるように、一端側ヒンジ部64Aと他端側ヒンジ部64Bとが矢印Z方向に重ねられた状態では、軸部材貫通孔66A及び軸部材貫通孔66Bは、互いの中心が矢印Z方向に重なる。これにより、矢印Z方向の外側、すなわち鉛直方向上側及び下側からそれぞれ軸部材66が軸部材貫通孔66A、66Bに挿入され、矢印Y方向に並んだ隣り合う中間節部材62B同士は、軸部材66を中心に互いに相対回転可能に接合される。なお、軸部材66は、図5に示されるように段付きの円柱形状とされたピンが適用される。また、中間節部材62Bは、所望されるフレーム部材60の長さ又は指アクチュエータ40の個数に応じて、その個数を適宜増減可能とされていることが望ましい。
指アクチュエータ固定部80は、中間節部材62Bの矢印Z方向の他方側において後述する指アクチュエータ40を固定する部分である。この指アクチュエータ固定部80は、指アクチュエータ40を固定可能とされていればどのような形状でもよい。本実施形態では一例として矢印X方向に貫通する穴が形成されており、指アクチュエータ40の取付穴43Aにネジなどの締結具が挿入され、指アクチュエータ固定部80に取付部43が接合される。なお、指アクチュエータ40の他端(矢印Z方向の他方側)は、自由端とされている。また、指アクチュエータ40は、それぞれ離間して中間節部材62Bに取付けられる。
なお、貫通孔63の中心線CHは、図8に示されるように、一端側ヒンジ部64A及び他端側ヒンジ部64Bよりも矢印X方向の一方側とされている。また、貫通孔63の直径は、根元アクチュエータ20の作動時における直径よりも大きく、根元アクチュエータ20の膨張を妨げない形状とされている。
一端側節部材62Aは、図10及び図11に示される様に、上面視で矢印Y方向の他端側(図10及び図11における図面右側)に他端側ヒンジ部64Bを有し、矢印X方向の一方側に窓部74を有する部材である。また、一端側節部材62Aは、矢印Y方向に貫通する一端固定部70を有する部材である。
一端側節部材62Aの他端側ヒンジ部64Bは、中間節部材62Bの他端側ヒンジ部64Bと同様の形状とされている。すなわち、図6及び図7に示されるように、一端側節部材62Aの他端側ヒンジ部64Bと、中間節部材62Bの一端側ヒンジ部64Aとは、軸部材66を中心に回動可能に接合される。また、窓部74は、後述する根元アクチュエータ20が一端固定部70に取り付けられた状態で、接続孔Hを露出させる。
一端固定部70は、図10及び図11に示されるように、後述する根元アクチュエータ20の一端が挿入される一端側挿入孔70Bと、一端側節部材62Aの矢印Y方向の一端側を貫通する、一端側貫通孔70Aとされている。
一端側挿入孔70Bの中心線CHは、中間節部材62Bと同様に中心が他端側ヒンジ部64Bよりも矢印X方向の一方側とされている。また、一端側挿入孔70Bの直径は、後述する根元アクチュエータ20の直径よりも大きく、後述するように根元アクチュエータ20の膨張を妨げない形状とされている。
一端側貫通孔70Aは、中間節部材62Bと同様に一端側挿入孔70Bと矢印Y方向に並んで形成され、中心線CHが他端側ヒンジ部64Bよりも矢印X方向の一方側とされている。また、一端側貫通孔70Aは、根元アクチュエータ20の取付部33よりも直径が小さく、根元アクチュエータ20の取付ネジ35Aと螺合することによって、根元アクチュエータ20の一端を固定する部材である固定具85が挿入される部分である。
根元アクチュエータ20の先端は、フレーム本体62の他端側に配置された中間節部材62Bの貫通孔63から突出され、自由端とされている。
なお、図7に示されるように、本開示の第一実施形態におけるフレーム部材60において、中間節部材62B及び一端側節部材62Aは、上面視で矢印Y方向に並んでいる。本実施形態においては、中間節部材62B、一端側節部材62Aが矢印Y方向に並んでいる状態を、以後「初期状態」と称する。
また、図7に示されるように初期状態において中間節部材62Bの一端側ヒンジ部64A及び他端側ヒンジ部64Bが矢印Y方向に並ぶことによって得られる仮想的な線を、以後「中立線C」と称する。言い換えれば、中立線Cとは、中間節部材62B同士が互いに回動した状態において、一端側節部材62Aと他端側中間節部材62Bとの矢印Y方向の長さが変化しない線ともいえる。中立線Cは、本開示のフレーム軸となる。
なお、中間節部材62B及び一端側節部材62Aは、容易に変形しない材料で形成されている。材料は、特に限定されないが、ポリアミド樹脂を好適に用いることができる。また、樹脂材料の場合の他の例として、ABS、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン等を用いることができる。さらに、金属材料で形成してもよく、軽さと強度を考慮して、アルミニウムとマグネシウムの合金を好適に用いることができる。
(初期状態におけるフレーム部材60と根元アクチュエータ20との配置)
ここで、本開示の第一実施形態におけるフレーム部材60と根元アクチュエータ20の配置について説明する。本開示のフレーム部材60は、初期状態において、根元アクチュエータ20の一端側は、一端側節部材62Aが有する一端固定部70に固定され、根元アクチュエータ20の他端側は、一端側節部材62Aが有する一端固定部70に固定される(図14も参照)。このため、矢印Y方向と、根元アクチュエータ20の筒軸方向Sとが一致する。
ここで、本開示の第一実施形態におけるフレーム部材60と根元アクチュエータ20の配置について説明する。本開示のフレーム部材60は、初期状態において、根元アクチュエータ20の一端側は、一端側節部材62Aが有する一端固定部70に固定され、根元アクチュエータ20の他端側は、一端側節部材62Aが有する一端固定部70に固定される(図14も参照)。このため、矢印Y方向と、根元アクチュエータ20の筒軸方向Sとが一致する。
また、根元アクチュエータ20は、中間節部材62Bにおける貫通孔63を通って、他端側の中間節部材62Bから突出された自由端となる。上述の通り、根元アクチュエータ20は、筒軸の中心軸CLがフレーム部材60における中立線Cに対して矢印X方向の一方側にオフセット状態となるように一端側が固定される。また、矢印Z方向から見て、中立線Cは根元アクチュエータ20と重なり合う位置に配置されている。
なお、「オフセット状態」とは、中立線Cと根元アクチュエータ20の筒軸との延びる方向とが、一直線上に並んでいない状態を指す。オフセット量(中立線Cと根元アクチュエータ20の筒軸の中心軸CLとの距離)は、適宜設定されるが、一例として1mmとされている。
<ロボットハンド10の動作>
続いて、図13及び図14を適宜参照しながら、本開示の第一実施形態に係るロボットハンド10を備えたロボットアームにより対象物12を搬送する様子を説明する。なお、図13及び図14において、根元アクチュエータ20及び複数の指アクチュエータ40に圧縮空気を供給する供給ホースは、図示を省略する。また、ロボットハンド10が取り付けられるロボットアームは、図示を省略する。
続いて、図13及び図14を適宜参照しながら、本開示の第一実施形態に係るロボットハンド10を備えたロボットアームにより対象物12を搬送する様子を説明する。なお、図13及び図14において、根元アクチュエータ20及び複数の指アクチュエータ40に圧縮空気を供給する供給ホースは、図示を省略する。また、ロボットハンド10が取り付けられるロボットアームは、図示を省略する。
まず、図14の実線で示されるように、ロボットハンド10を初期状態とし、対象物12に対して矢印X方向の他方側にロボットハンド10を配置する。
次に、根元アクチュエータ20の接続孔Hに圧縮空気が供給されることにより、根元アクチュエータ20が湾曲変形する。これにより、フレーム部材60も追従するように湾曲変形する。このとき、フレーム部材60の隣り合う中間節部材62B同士(端部においては、中間節部材62Bと隣り合う一端固定部70)は、軸部材66を中心に互いの角度が一方側で小さくなるように回動し、図14の二点鎖線で示されるように全体として矢印X方向の一方側が内側となるように湾曲変形する。言い換えれば、フレーム部材60が根元アクチュエータ20の中心軸CLを挟んで中立線Cと反対側を内側とする曲げ方向に変形する。矢印X方向の一方側は、フレーム部材60の湾曲内側であり、本開示における「曲げ方向」であるといえる。なお、図13に示されるように、根元アクチュエータ20の湾曲に応じてフレーム部材60が湾曲した状態を、以後「根元湾曲状態」と称する。
フレーム部材60が根元湾曲状態となることにより、5本の指アクチュエータ40の一端部の相対位置は変化し、一直線上(矢印Y方向)に並ぶ状態から湾曲線上に並ぶ状態となる。フレーム部材60の曲率は、根元アクチュエータ20へ供給する圧縮空気の圧力により調整することができる。
続いて、フレーム部材60が湾曲した状態において、指アクチュエータ40の接続孔Hに圧縮空気を供給する。これにより、図13に示されるように、指アクチュエータ40が湾曲する。指アクチュエータ40は、矢印X方向、すなわち曲げ方向の内側に向かって湾曲するため、ロボットハンド10は、対象物12を囲んで外側から包み込むように把持することが可能となる。なお、指アクチュエータ40の湾曲によって対象物12を把持する強さは、対象物12の形状や重量等によって適宜設定される。
そしてロボットハンド10が対象物12を把持した状態で、ロボットアームを動作させ、対象物12を適宜所定の位置へ搬送する。なお、ロボットハンド10は、対象物12を搬送した後に複数の指アクチュエータ40への供給が停止されて湾曲状態に戻され、その後に、根元アクチュエータ20への圧縮空気の供給を停止されることで初期状態に戻される。
なお、本実施形態では、一例として、ロボットハンド10で、1個の対象物を把持する例を説明したが、ロボットハンド10は、複数の対象物12を寄せ集めたり、移動させたりすることにも好適に用いることができる。例えば、図15に示されるように、離れた位置にある3個の対象物12を、初期状態のフレーム部材60を根元湾曲状態とすることにより、寄せ集めることができる。
<作用及び効果>
本実施形態におけるロボットハンド10によれば、根元アクチュエータ20の一端及び他端が筒軸方向Sに延びるフレーム部材60の一端側に接続され、根元アクチュエータ20の変形に伴って、矢印X方向に変形する。
本実施形態におけるロボットハンド10によれば、根元アクチュエータ20の一端及び他端が筒軸方向Sに延びるフレーム部材60の一端側に接続され、根元アクチュエータ20の変形に伴って、矢印X方向に変形する。
これにより、フレーム部材60に設けられた複数の指アクチュエータ40同士の位置関係を可変とし、把持等の性能を向上させたロボットハンド10が提供される。
また、本実施形態におけるロボットハンド10によれば、フレーム部材60が、矢印Y方向に並んで連設されるとともに筒軸方向Sに隣り合う中間節部材62B同士が回動可能に接合され、根元アクチュエータ20の変形に伴って、曲げ方向に変形する。
これにより、フレーム部材60の中間節部材62Bの個数を増減させることが可能となるため、フレーム部材60が中間節部材62Bにより構成されていない場合と比してロボットハンド10の長さを増減させることができる。
また、本実施形態におけるロボットハンド10では、根元アクチュエータ20の中心軸CLがフレーム部材60の中立線C(本開示のフレーム軸に対応)よりも湾曲内側に配置されているので、フレーム部材60をスムーズに根元アクチュエータ20の湾曲変形に追従させることができる。
なお、中立線Cは、軸部材66の軸方向(Z方向)から見て、根元アクチュエータ20と重なる位置に配置されていることが好ましい。このように配置することにより、中立線Cと根元アクチュエータの中心軸CLとのずれが比較的小さくなり、フレーム部材60をスムーズに根元アクチュエータ20の湾曲変形に追従させることができる。
また、本実施形態では、根元アクチュエータ20の先端を自由端としているので、根元アクチュエータ20の湾曲変形時にフレーム部材60との間で、軸方向Sの相対移動が許容され、根元アクチュエータ20をスムーズに湾曲変形させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態を説明したが、本開示の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
10 ロボットハンド、12 対象物、20 根元アクチュエータ、40 指アクチュエータ、60 フレーム部材、62A、62B 節部材(支持部材)、63 貫通孔、64 ヒンジ部、66 軸部材(ピン部材)C 中立線(フレーム軸)、CH 中心線(筒軸)
Claims (5)
- 筒内の内圧上昇に応じて筒壁の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する筒状の根元アクチュエータと、
前記根元アクチュエータを支持し、前記根元アクチュエータの筒軸方向に沿って配置され各々別体とされた複数の支持部材を有し、隣り合う前記支持部材同士が前記根元アクチュエータの湾曲変形に追従して角度をなすように相対回転するフレーム部材と、
前記筒軸方向と交差する方向に延出するように、前記支持部材に一端が固定され他端が自由端となるように前記根元アクチュエータの延出方向に離間して複数取り付けられ、筒内の内圧上昇に応じて筒周の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する筒状の指アクチュエータと、
を備えた、ロボットハンド。 - 前記支持部材は、隣り合う前記支持部材とピン部材で連結され、前記ピン部材を中心に互いに相対回転可能である、
請求項1に記載のロボットハンド。 - 前記根元アクチュエータの筒軸は、前記ピン部材の軸方向から見て、前記フレーム部材の前記ピン部材同士を結ぶ仮想線であるフレーム軸と一致する位置、または、前記フレーム軸よりも湾曲内側に配置されている、請求項2に記載のロボットハンド。
- 前記フレーム軸は、前記ピン部材の軸方向から見て、前記根元アクチュエータと重なる位置に配置されている、請求項3に記載のロボットハンド。
- 前記根元アクチュエータは、一端が前記フレーム部材に固定され、他端が自由端である、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のロボットハンド。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022144197A JP2024039554A (ja) | 2022-09-09 | 2022-09-09 | ロボットハンド |
PCT/JP2023/028187 WO2024053293A1 (ja) | 2022-09-09 | 2023-08-01 | ロボットハンド |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022144197A JP2024039554A (ja) | 2022-09-09 | 2022-09-09 | ロボットハンド |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024039554A true JP2024039554A (ja) | 2024-03-22 |
Family
ID=90190911
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022144197A Pending JP2024039554A (ja) | 2022-09-09 | 2022-09-09 | ロボットハンド |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2024039554A (ja) |
WO (1) | WO2024053293A1 (ja) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5139938B2 (ja) * | 2008-09-25 | 2013-02-06 | 新明和工業株式会社 | アクチュエータ |
JP4592794B2 (ja) * | 2008-09-26 | 2010-12-08 | 株式会社東芝 | ロボットハンド |
JP6108529B2 (ja) * | 2013-03-07 | 2017-04-05 | セイコーエプソン株式会社 | ロボットハンド及びロボット装置 |
WO2015050852A1 (en) * | 2013-10-01 | 2015-04-09 | President And Fellows Of Harvard College | Manufacturing soft devices out of sheet materials |
WO2016201418A1 (en) * | 2015-06-11 | 2016-12-15 | Soft Robotics, Inc. | Modular robotic systems |
US10780591B2 (en) * | 2016-01-19 | 2020-09-22 | President And Fellows Of Harvard College | Soft robotic actuators and grippers |
-
2022
- 2022-09-09 JP JP2022144197A patent/JP2024039554A/ja active Pending
-
2023
- 2023-08-01 WO PCT/JP2023/028187 patent/WO2024053293A1/ja unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024053293A1 (ja) | 2024-03-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4664232A (en) | Brake device for robot arm | |
JP2021088999A (ja) | 流体圧アクチュエータ | |
US5083498A (en) | Bendable actuator | |
US5067390A (en) | Double-acting flexible wall actuator | |
WO2024053293A1 (ja) | ロボットハンド | |
EP3248739B1 (en) | Industrial robot | |
WO2024053292A1 (ja) | ロボットハンド | |
WO2024053294A1 (ja) | ロボットハンド | |
JP7349338B2 (ja) | 流体圧アクチュエータ | |
WO2024048299A1 (ja) | アクチュエータ湾曲内側長測定装置、アクチュエータ湾曲内側長測定方法 | |
WO2023171111A1 (ja) | ロボットハンド | |
WO2023171113A1 (ja) | ロボットハンド | |
JP2520103B2 (ja) | 湾曲自在なアクチユエ−タ | |
WO2023112458A1 (ja) | 把持装置 | |
WO2024127695A1 (ja) | 流体圧アクチュエータ | |
JP2024084595A (ja) | ロボットアーム、ハグロボット | |
WO2023112448A1 (ja) | アクチュエータカバー付き保持部材及びアクチュエータカバー | |
EP0163370B1 (en) | Actuator | |
WO2023171110A1 (ja) | 流体圧アクチュエータ | |
WO2023119809A1 (ja) | 把持装置 | |
JPS6048283A (ja) | ニユ−マチツク・アクチユエ−タ | |
WO2023112447A1 (ja) | 流体圧アクチュエータ | |
JP2023131051A (ja) | カバー付き流体圧アクチュエータ | |
JP2023090536A (ja) | 流体圧アクチュエータ | |
JP2023090572A (ja) | 流体圧アクチュエータおよびロボットハンド |