JP2024039555A - ロボットハンド - Google Patents

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や移動などの性能を向上させる。【解決手段】ロボットハンド１０は、筒軸方向Ｓに収縮する根元アクチュエータ２０と、筒軸方向Ｓに延び、根元アクチュエータ２０が固定されるフレーム部材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の筒軸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矢印Ｘ方向の一方側に湾曲する筒状の指アクチュエータ４０と、を備え、フレーム部材６０は、一端固定部７０及び他端固定部７２の筒軸方向Ｓに沿った間隔が保たれる中立線Ｃと、根元アクチュエータ２０の筒軸とがオフセット状態で並び、根元アクチュエータ２０の収縮に伴って、根元アクチュエータ２０の筒軸を挟んで中立線Ｃと反対側を内側とする曲げ方向に向かって湾曲変形する。【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）。

特開２０２１－０８８９９９号公報

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把持や移動などの性能を向上させることを目的とする。

第一態様のロボットハンドは、筒内の内圧上昇に応じて筒軸方向に収縮する根元アクチュエータと、前記筒軸方向に延び、前記根元アクチュエータの一端が固定される一端固定部及び前記根元アクチュエータの他端が固定される他端固定部を有するフレーム部材と、前記フレーム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筒軸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側壁の一方側が前記筒軸方向と交差する交差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、前記フレーム部材は、前記一端固定部及び前記他端固定部の間隔が保たれる中立線と、前記根元アクチュエータの筒軸とがオフセット状態で並び、前記根元アクチュエータの筒軸を挟んで前記中立線と反対側を内側とする曲げ方向に向かって湾曲変形する。

このロボットハンドによれば、根元アクチュエータの一端及び他端が筒軸方向に延びるフレーム部材の一端側及び他端側に接続され、根元アクチュエータの変形に伴って、根元アクチュエータを挟んで中立線と反対側を内側とする曲げ方向に変形する。

これにより、フレーム部材に設けられた複数の指アクチュエータ同士の位置関係を可変としたロボットハンドが提供される。

第二態様のロボットハンドは、第一態様に記載のロボットハンドにおいて、前記フレーム部材は、前記筒軸方向に並んで連設されるとともに回動可能に接合された複数の節部材を有し、前記指アクチュエータは、前記節部材に取り付けられている。

このロボットハンドによれば、フレーム部材が、筒軸方向に並んで連設されるとともに筒軸方向に隣り合う節部材同士を回動可能に接合され、根元アクチュエータの変形に伴って、曲げ方向に変形する。

これにより、フレーム部材の節部材の個数を増減させることが可能となるため、フレーム部材が節部材により構成されていない場合と比してロボットハンドの長さを増減させることができる。

第三態様のロボットハンドは、第一態様に記載のロボットハンドにおいて、前記フレーム部材は、前記筒軸方向に延びる板状部と、前記板状部から前記曲げ方向に向かって突出する複数の突出部とを有し、前記根元アクチュエータは、前記複数の突出部を亘って一端固定部及び他端固定部に接続されている。

このロボットハンドによれば、根元アクチュエータが筒軸方向に延びる板状部から突出する複数の突出部に亘って接続され、根元アクチュエータの変形に伴って、曲げ方向に変形する。これにより、フレーム部材が筒軸方向に延びる板状部を有していない場合と比して簡易な構成でロボットハンドを製造することができる。

第四態様のロボットハンドは、第一態様から第三態様のいずれか一態様に記載のロボットハンドにおいて、前記曲げ方向に向かって湾曲変形した前記フレーム部材を、前記筒軸方向に復元させるサポート部材をさらに備える。

このロボットハンドによれば、湾曲変形したフレーム部材を、筒軸方向に延びる形状に復元させるサポート部材を備えており、フレーム部材が根元アクチュエータの収縮に伴って湾曲変形した場合に、サポート部材によって筒軸方向に延びる形状に復元される。

これにより、ロボットハンドがサポート部材を有していない場合と比して、ロボットハンドのフレーム部材を速やかに筒軸方向に延びる形状に復元させることができる。

第五態様のロボットハンドは、第四態様に記載のロボットハンドにおいて、前記サポート部材は、前記曲げ方向に向かって湾曲変形した前記フレーム部材を、前記曲げ方向とは反対側に向かって変形させる付勢部材である。

このロボットハンドによれば、曲げ方向に向かって変形したフレーム部材を、曲げ方向とは反対側に向かって変形させる付勢部材を備えている。

これにより、付勢部材を有していない場合と比して、曲げ方向に向かって変形したフレーム部材を速やかに反対側に向かって変形させるロボットハンドが提供される。

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把持や移動などの性能を向上させることができる。

本開示の第一実施形態に係るロボットハンドの斜視図である。 根元アクチュエータの正面図である。 根元アクチュエータの断面図である。 指アクチュエータの断面図である。 本開示の第一実施形態に係るフレーム部材の斜視図である。 本開示の第一実施形態に係るフレーム部材の正面図である。 本開示の第一実施形態に係るフレーム部材の平面図である。 本開示の第一実施形態に係る中間節部材の平面図である。 本開示の第一実施形態に係る中間節部材の正面図である。 本開示の第一実施形態に係る一端節部材の平面図である。 本開示の第一実施形態に係る一端節部材の正面図である。 本開示の第一実施形態に係るフレーム部材が根元湾曲状態となった斜視図である。 本開示の第一実施形態に係るロボットハンドの初期状態及び根元湾曲状態の平面図である。 本開示の第一実施形態に係るロボットハンドの把持状態の平面図である。 本開示の第一実施形態に係るロボットハンドの把持状態の斜視図である。 本開示のロボットハンドを用いて対象物を寄せ集める様子を示す平面図である。 本開示の第二実施形態に係るフレーム部材の初期状態の平面図である。 本開示の第三実施形態に係るフレーム部材の初期状態の正面図である。 本開示の第三実施形態に係るフレーム部材の初期状態の平面図である。

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から図１４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。

＜構成＞
（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。

アクチュエータ本体部２２は、チューブ２４、及びスリーブ２６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。

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六角柱状とされ、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２０単体の動作（後述するフレーム部材６０なしの動作）としては、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部２２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変形し、アクチュエータ本体部２２の長さＬ０が収縮する方向に力が作用する。これによりアクチュエータ本体部２２が収縮するため、図３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の全体が長さＬ１となるように収縮する。

なお、根元アクチュエータ２０は、アクチュエータ本体部２２内の空気圧を調整されることにより、収縮変形する量を適宜調整することが可能とされている。言い換えれば、根元アクチュエータ２０におけるアクチュエータ本体部２２の全体の長さは、Ｌ０からＬ１までの間で可変とされている。

（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、図４にも示されるように、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に拘束部材２８をさらに備えたものといえる。

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。

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。

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４３を有している。取付部４３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４３Ａが開けられている。

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では、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変形し、アクチュエータ本体部２２の長さＬ２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。

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の節部材６２における指アクチュエータ固定部８０に取付部４３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１２及び図１３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。

また、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、節部材６２の一例である、複数の中間節部材６２Ｂと、一端側節部材６２Ａと、他端側節部材６２Ｃとが矢印Ｙ方向に並んで連節されている。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に示されるように、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８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。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を中心に回動可能に接合される。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、節部材６２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（図１３も参照）。

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、後述する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。

他端側節部材６２Ｃは、上面視で矢印Ｙ方向の一端側（図１０及び図１１における図面左側）に一端側ヒンジ部６４Ａを有し、他端側節部材６２Ｃは、矢印Ｙ方向に貫通する他端側固定部を有する部材である。すなわち、他端側節部材６２Ｃは、一例として、一端側節部材６２Ａを矢印Ｙ方向に面対称形状とであると共に、他端側ヒンジ部６４Ｂに代えて一端側ヒンジ部６４Ａを有する部材とされている。

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、一端側節部材６２Ａ及び他端側節部材６２Ｃ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及び他端側節部材６２Ｃ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、Ｚ方向から見て、初期状態において節部材６２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、節部材６２同士が互いに回動した状態において、一端側節部材６２Ａと他端側節部材６２Ｃとの矢印Ｙ方向の長さが変化しない線ともいえる。

そして、本実施形態における一端側節部材６２Ａ、中間節部材６２Ｂ及び他端側節部材６２Ｃが軸部材６６により接合された状態では、それぞれ軸部材６６を中心に回動することにより図１２に示されるように湾曲する。

なお、中間節部材６２Ｂ、一端側節部材６２Ａ及び他端側節部材６２Ｃ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１３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、図１から図１１に示されるように、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、他端側節部材６２Ｃの他端側固定部に接続される。上述の通り、中間節部材６２Ｂにおける貫通孔６３及び他端側固定部の貫通孔６３の中心線ＣＨは、ヒンジ部６４に対して矢印Ｘ方向の一方側とされている。すなわち、本開示の第一実施形態において、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固定される。

また言い換えれば「オフセット状態」とは、Ｚ方向から見て、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。

なお、本開示のロボットハンド１０において、根元アクチュエータ２０におけるアクチュエータ本体部２２の中心軸が、フレーム部材６０に対してオフセット状態とされていれば、根元アクチュエータ２０の一部がヒンジ部６４よりも矢印Ｘ方向の他方側に位置していてもよい。

＜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。

まず、図１３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が収縮し、フレーム部材６０には矢印Ｘ方向の一方側が収縮する方向に力が作用する。

ここで、根元アクチュエータ２０は、その中心軸ＣＬが、フレーム部材６０においてヒンジ部６４よりも矢印Ｘ方向の一方側にオフセット状態で配置されている。このため、中立線Ｃにおいて一端固定部７０と他端固定部７２との間隔が保たれながら根元アクチュエータ２０が収縮することにより、フレーム部材６０には、根元アクチュエータ２０が固定された両端部分に、矢印Ｘ方向の一方側への力が作用する。これにより、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、他端側節部材６２Ｃ）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１３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１４に示されるように、根元アクチュエータ２０の収縮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、異なる中間節部材６２Ｂに各々取り付けられた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に圧縮空気が供給される。これにより、図１４及び図１５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根元湾曲状態に戻された後に、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１６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の一端側及び他端側に接続され、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に隣り合う節部材６２同士を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の節部材６２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が節部材６２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。

＜変形例＞
上述の説明では、フレーム部材６０は、軸部材６６によって回動可能に接続するヒンジ部６４によって連節されていたが、本実施形態に係るフレーム部材６０は、これに限らない。例えば、軸部材６６に限らず、矢印Ｘ方向に向かって湾曲変形が可能とされた付勢部材９２によって、フレーム全体を湾曲可能とされていてもよい。この場合においても、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たロボットハンド１０が提供される。

また、上述の説明では、フレーム部材６０は、ヒンジ部６４が矢印Ｙ方向に並ぶとされていたが、本実施形態に係るヒンジ部６４の並び方は、これに限らない。例えば、ヒンジ部６４が初期状態において湾曲していた場合においても、ヒンジ部６４よりもフレーム部材６０の湾曲方向の内側に根元アクチュエータ２０が配置されていれば、根元アクチュエータ２０の収縮に伴ってフレーム部材６０を湾曲させることができる。

また、上述の説明では、フレーム部材６０が湾曲する方向と、指アクチュエータ４０が湾曲する方向とが、同じ矢印Ｘ方向の一方側とされていたが、これに限らず、例えば指アクチュエータ４０の湾曲方向を矢印Ｘ方向の他方側としてもよい。この場合、指アクチュエータ４０は、筒形状の対象物１２を、筒の内側から把持することができる。

また、上述の説明では、一端側節部材６２Ａがフレーム部材６０における矢印Ｙ方向の最も一方側に設けられ、他端側節部材６２Ｃが矢印Ｙ方向の最も他方側に設けられていたが、本実施形態におけるフレーム部材６０は、これに限らない。例えば、フレーム部材６０に連接する節部材６２において、根元アクチュエータ２０がフレーム部材６０の矢印Ｙ方向の最も外側の節部材６２とは異なる他の節部材６２に取付けられていてもよい。この場合においても、根元アクチュエータ２０が取り付けられた範囲においてフレーム部材６０を湾曲させることが可能となる。

［第二実施形態］
続いて、本開示に係るロボットハンド１０の第二実施形態を説明する。なお、第二実施形態において、第一実施形態のロボットハンド１０と同様の構成については、同一の符号を用い、具体的な説明を省略する場合がある。

＜構成＞
図１７は、本開示の第二実施形態に係るロボットハンド１０の初期状態を示す平面図である。本実施形態におけるロボットハンド１０は、付勢部材９２をさらに備えている。

付勢部材９２は、一例として、矢印Ｙ方向に延びるフレーム部材６０における矢印Ｘ方向の他方側に配置されているゴム部材である。付勢部材９２は、湾曲状態にあるフレーム部材６０が直線状となる方向へ力を作用させる（付勢する）。このときにフレーム部材６０へ作用する力は、フレーム部材６０の湾曲変形を阻害しないように充分小さい力に設定される。付勢部材９２の一例としてゴム部材を用いる場合には、フレーム部材６０の湾曲変形により直線状態から湾曲状態へ弾性変形したゴム部材の復元力がフレーム部材６０に作用する。

その他の構成は、第一実施形態におけるロボットハンド１０と同様である。

＜ロボットハンド１０の動作＞
本実施形態におけるロボットハンド１０では、フレーム部材６０は、初期状態から湾曲状態となる際に、付勢部材９２に抗しつつ変形する。そして、フレーム部材６０が湾曲状態の時に、付勢部材９２により曲げ方向とは反対側に付勢されている。このため、湾曲状態のフレーム部材６０における根元アクチュエータ２０への圧縮空気の供給が停止された際に、フレーム部材６０は、初期状態へ速やかに戻される。

言い換えれば、付勢部材９２は、曲げ方向に向かって湾曲変形したフレーム部材６０を、初期状態に復元させるサポート部材の一例であるといえる。
＜作用及び効果＞
本実施形態におけるロボットハンド１０では、湾曲変形したフレーム部材６０を、筒軸方向Ｓに延びる形状に復元させる付勢部材９２を備えており、フレーム部材６０が根元アクチュエータ２０の収縮に伴って湾曲変形した場合に、付勢部材９２によって筒軸方向Ｓに延びる形状に復元される。また言い換えれば、本実施形態におけるロボットハンド１０では、曲げ方向に向かって変形したフレーム部材６０を、曲げ方向とは反対側に向かって変形させる付勢部材９２を備えている。

これにより、ロボットハンド１０が付勢部材９２を有していない場合と比して、ロボットハンド１０のフレーム部材６０を速やかに筒軸方向Ｓに延びる形状に復元させることができる。また言い換えれば付勢部材９２を有していない場合と比して、曲げ方向に向かって変形したフレーム部材６０を速やかに反対側に向かって変形させるロボットハンド１０が提供される。

なお、上述の説明では、付勢部材９２は、フレーム部材６０の曲げ方向の外側に配置されたゴム部材とされていたが、曲げ方向に向かって変形したフレーム部材６０を、曲げ方向とは反対側に向かって変形させることが可能とされていればこれに限らない。

例えば、フレーム部材６０において、矢印Ｘ方向の他方側において、一端側節部材６２Ａと他端側節部材６２Ｃとを繋ぐ引張バネを設けてもよい。この場合、フレーム部材６０の湾曲変形に伴ってフレーム部材６０の中立線Ｃの他方側において引張バネが引き延ばされることにより、フレーム部材６０には、矢印Ｘ方向の他方側が収縮する方向に付勢される。この場合においても、根元湾曲状態に変形したフレーム部材６０を速やかに反対側に向かって変形させるロボットハンド１０が提供される。

また例えば、フレーム部材６０において、矢印Ｘ方向の一方側の間隙において、矢印Ｙ方向に並ぶ中間節部材６２Ｂ同士に挟まれるように圧縮バネを設けてもよい。この場合、フレーム部材６０における中間節部材６２Ｂの矢印Ｘ方向の一方側では、フレーム部材６０の湾曲変形に伴って圧縮バネが挟まれて圧縮されることにより、フレーム部材６０には、矢印Ｘ方向の一方側が延びる方向に付勢される。この場合においても、根元湾曲状態に変形したフレーム部材６０を速やかに反対側に向かって変形させるロボットハンド１０が提供される。

また、その他の付勢部材９２としては、板バネ、針バネ等が挙げられる。これらの付勢部材９２によっても、根元湾曲状態に変形したフレーム部材６０を速やかに反対側に向かって変形させるロボットハンド１０が提供される。

また、その他のサポート部材として、フレーム部材６０の中心線ＣＨよりも曲げ方向の外側に根元アクチュエータ２０と同様に流体圧により収縮する他のアクチュエータを設けることが挙げられる。

また、第一実施形態、第二実施形態、又はこれらの変形例について、採用可能なものについては、その採用を妨げられない。

［第三実施形態］
続いて、本開示に係るロボットハンド１０の第四実施形態を説明する。なお、第四実施形態において、第一実施形態から第二実施形態のロボットハンド１０と同様の構成については、同一の符号を用い、具体的な説明を省略する場合がある。

＜構成＞
図１８は、本開示の第三実施形態に係るロボットハンド１０の初期状態の平面図であり、図１９は、本開示の第三実施形態に係るロボットハンド１０の初期状態の正面図である。本実施形態に係るロボットハンド１０のフレーム部材６０は、矢印Ｙ方向に延びる板状部９４と、板状部９４から矢印Ｘ方向に向かって突出する複数の突出部９６とを有する。

板状部９４は、図１８及び図１９に示されるように、矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に長さを有し、矢印Ｙ方向に延びて形成された、板状部９４の部分である。なお、板状部９４は、矢印Ｘ方向の長さ（厚さ）は、矢印Ｚ方向の長さよりも短い。すなわち、本実施形態における板状部９４は、矢印Ｙ方向及び矢印Ｚ方向への曲げには抵抗するが、矢印Ｘ方向には曲がりやすい形状とされている。

本実施形態に係る突出部９６は、図１８にも示されるように、複数の中間突出部９６Ｂと、一端側突出部９６Ａと、他端側突出部９６Ｃとが矢印Ｙ方向に並んで板状部９４から一端側（Ｘ方向）へ突出している。

中間突出部９６Ｂは、第一実施形態に係る中間節部材６２Ｂと同様に、矢印Ｙ方向及び矢印Ｚ方向に長さを有すると共に矢印Ｘ方向の一方側（図１９における図面下側）に向かって先細となる略三角柱状を呈する部分である。なお、本実施形態においては、中間突出部９６Ｂにおいて、指アクチュエータ取付部９８は、矢印Ｚ方向の他方側に向かって開口したねじ部とされている。

一端側突出部９６Ａは、第一実施形態に係る一端側節部材６２Ａと同様に、矢印Ｙ方向及び矢印Ｚ方向に長さを有すると共に矢印Ｘ方向の一方側（図１７における図面左側）に向かって先細となる略三角柱状を呈する部材である。また、一端側突出部９６Ａは、一端固定部７０を有している。なお、指アクチュエータ取付部９８の形状は、中間突出部９６Ｂと同様である。

他端側突出部９６Ｃは、第一実施形態に係る他端側節部材６２Ｃと同様に、矢印Ｙ方向及び矢印Ｚ方向に長さを有すると共に矢印Ｘ方向の一方側に向かって先細となる略三角柱状を呈する部材である。また、他端側突出部９６Ｃは、他端固定部７２を有している。なお、指アクチュエータ取付部９８の形状は、中間突出部９６Ｂと同様である。

なお、本実施形態に係る板状部９４、中間突出部９６Ｂ、一端側突出部９６Ａ、他端側突出部９６Ｃは、容易に変形しない材料で形成されていれば、材料を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。金属材料で形成してもよい。また、突出部９６は、板状部９４から突出して形成されていれば、板状部９４と一体的に形成されていてもよく、板状部９４とは別体として形成され、一体的に接合されていてもよい。

なお、本実施形態における指アクチュエータ４０の第一封止部材３０Ａは、根元アクチュエータ２０の第一封止部材３０Ａと同様の形状とされている。また、本実施形態における、フレーム部材６０と、根元アクチュエータ２０との配置は、第一実施形態と同様である。

＜ロボットハンド１０の動作＞
続いて、本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。

本実施形態においては、根元アクチュエータは、フレーム部材６０において板状部９４よりも矢印Ｘ方向の一方側にオフセット状態で配置されている。このため、本開示における根元アクチュエータ２０が収縮することにより、フレーム部材６０は、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。

すなわち、本実施形態においては、板状部９４は、本開示の第一実施形態に係る中立線Ｃを有する部材である。

以後の湾曲変形後の動作は、第一実施形態に係るロボットハンド１０と同様である。

＜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が筒軸方向Ｓに延びる板状部９４から突出する複数の突出部９６に亘って接続され、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が筒軸方向Ｓに延びる板状部９４を有していない場合と比して簡易な構成でロボットハンド１０を製造することができる。

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、２２ アクチュエータ本体部、２４ チューブ、２６ スリーブ、２８ 拘束部材、３０ 封止部材、３２ 封止コネクタ、３３ 取付部、３４ 係止リング、３６ 圧着部材、４０ 指アクチュエータ、４３ 取付部、６０ フレーム部材、６２ 節部材、６３ 貫通孔、６４ ヒンジ部、６６ 軸部材、７０ 一端固定部、７２ 他端固定部、７４ 窓部、８０ 指アクチュエータ固定部、８５ 固定具、９２ 付勢部材、９４ 板状部、９８ 指アクチュエータ固定部、９６ 突出部、３０Ａ 第一封止部材、３０Ｂ 第二封止部材、Ｃ 中立線、ＣＨ 中心線

Claims (5)

1. 筒内の内圧上昇に応じて筒軸方向に収縮する根元アクチュエータと、
   前記筒軸方向に延び、前記根元アクチュエータの一端が固定される一端固定部及び前記根元アクチュエータの他端が固定される他端固定部を有するフレーム部材と、
   前記フレーム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筒軸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側壁の一方側が前記筒軸方向と交差する交差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、
   前記フレーム部材は、前記一端固定部及び前記他端固定部の前記筒軸方向に沿った間隔が保たれる中立線と、前記根元アクチュエータの筒軸とがオフセット状態で並び、前記根元アクチュエータの収縮に伴って、前記根元アクチュエータの筒軸を挟んで前記中立線と反対側を内側とする曲げ方向に向かって湾曲変形する、
   ロボットハンド。
2. 前記フレーム部材は、前記筒軸方向に並んで連設されるとともに回動可能に接合された複数の節部材を有し、
   前記指アクチュエータは、前記節部材に取り付けられている、
   請求項１に記載の、ロボットハンド。
3. 前記フレーム部材は、前記筒軸方向に延びる板状部と、前記板状部から前記曲げ方向に向かって前記筒軸方向に間隔を有しながら突出する複数の突出部とを有し、
   前記根元アクチュエータは、前記複数の突出部を亘って一端固定部及び他端固定部に接続されている、
   請求項１に記載の、ロボットハンド。
4. 前記曲げ方向に向かって湾曲変形した前記フレーム部材を、前記筒軸方向に延びる形状に復元させるサポート部材をさらに備える、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の、ロボットハンド。
5. 前記サポート部材は、前記曲げ方向に向かって湾曲変形した前記フレーム部材を、前記曲げ方向とは反対側に向かって変形させる付勢部材である、
   請求項４に記載のロボットハンド。