JP3317821B2 - マニピュレータの把持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば宇宙空間
において各種構造物を構築するのに用いられるマニピュ
レータの把持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の宇宙開発の分野においては、宇宙
空間に人間が常駐可能な宇宙航行体、いわゆる宇宙ステ
ーションを建設する構想がある。このような宇宙ステー
ション建設構想にあっては、建設物質の運搬等を人間に
変わって実行するマニピュレータを用いたマニピュレー
タシステムが有効であるとされている。このようなマニ
ピュレータシステムに用いるマニピュレータにあって
は、そのエンドファクタとして、被把持体を保持するた
めの把持装置が備えられる。この把持装置としては、被
把持物を把持する複数、例えば２本、または３本の指が
リンク機構を介してマニピュレータ基部に配設され、リ
ンク機構には、ボールスクリュー機構が連結される。そ
して、このボールスクリュー機構には、回転駆動モータ
の回転力が伝達され、回転駆動モータからの回転力を直
線運動に変換してリンク機構に伝達する。リンク機構
は、ボールスクリュー機構の駆動に連動して作動され、
指の開閉駆動を行って被把持物の把持・把持解除を実行
する。

【０００３】ところが、上記マニピュレータの把持装置
では、使用環境が地上環境と異なる極限環境であり、し
かも、マニピュレータシステムの各種の運用における作
業性を考慮した場合、精度的、性能的に満足のゆくもの
でなかった。

【０００４】具体的には、被把持体の把持状態におい
て、高保持力／高トルクを実現したうえで、信頼性の高
い高精度な解放動作を実現して、マニピュレータシステ
ムの安全な運用に寄与し得るようにすることである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のマニピュレータの把持装置では、保持解放動作の信
頼性の点で満足のゆくものでなかった。この発明は上記
の事情に鑑みてなされたもので、高保持力／高トルクを
実現して、信頼性の高い把持解放動作を実現し得るよう
にしたマニピュレータの把持装置を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の取っ
手及び複数の係合案内部が交互に配置された被把持体
と、 マニピュレータ基部に取付けられ、先端に内径方
向に傾斜した複数の係止部及把持案内部が前記被把持体
の取っ手及び係合案内部に対応して設けられた筒状体
と、一端が前記筒状体内に回動自在に支持されるもので
あって、他端に前記筒状体の外径方向側に突出され前記
係止部に対向配置される係止爪を有し、中間部の内径方
向側に把持解放用案内部を有する複数の指と、この複数
の指を前記筒状体の内径方向の解放位置に移動付勢する
付勢手段と、この複数の指の前記案内部にそれぞれ移動
自在に摺動され、前記複数の指の一端方向に移動した状
態で、前記複数の指が前記付勢手段により前記解放位置
に移動するのを許容し、且つ前記複数の指の他端方向に
移動した状態で、前記複数の指を前記付勢手段の付勢力
に抗して前記筒状体の外径方向の把持位置に回動付勢す
る複数の把持解放用駆動ローラと、この複数の駆動ロー
ラを前記複数の指の案内部に沿って移動させるものであ
って、前記複数の指の一端方向に移動させて該指の係止
爪の前記被把持体の取っ手からの解放を許容し、前記複
数指の他端方向に移動させて該指の係止爪を前記付勢手
段の付勢力に抗して前記把持位置に回動付勢させ、前記
被把持体の取っ手を前記筒状体の係止部に圧接して把持
する把持解放駆動部とを備えてマニピュレータの把持装
置を構成した。

【０００７】上記構成によれば、駆動ローラが指の案内
部に沿って移動されると、該指は、その案内部に沿って
駆動ローラが一端方向に移動されると、付勢手段の付勢
力により、該指の係止爪が内径方向に移動付勢されるこ
とにより、被把持体の取っ手から離間されて保持を解放
し、駆動ローラが、その案内部の他端方向に移動される
と、その係止爪が付勢手段の付勢力に抗して外径方向に
移動付勢され、取っ手と係止部の双方に係止爪が圧接さ
れることにより、該係止爪が被把持体の取っ手を前記筒
状体の係止部に圧接して把持し、被把持体を保持する。
これにより、係止爪の回転支持部を介してロードパスが
形成され、指自体の回転支持部への外力の付与が殆ど防
止することができて、高保持及び高トルクでの把持が可
能となり、信頼性の高い把持解放動作が実現される。

【０００８】また、この発明は、被回転部に対応して複
数の取っ手及び複数の係合案内部が交互に配置された被
把持体と、マニピュレータ基部に取付けられ、先端に内
径方向に傾斜した複数の係止部及び把持案内部が前記被
把持体の取っ手及び係合案内部に対応して設けられた筒
状体と、一端が前記筒状体内に回動自在に支持されるも
のであって、他端に前記筒状体の外径方向側に突出され
前記係止部に対向配置される係止爪を有し、中間部の内
径方向側に把持解放用案内部を有する複数の指と、この
複数の指を前記筒状体の内径方向の解放位置に移動付勢
する付勢手段と、この複数の指の前記案内部にそれぞれ
移動自在に摺動され、前記複数の指の一端方向に移動し
た状態で、前記複数の指が前記付勢手段により前記解放
位置に移動するのを許容し、且つ前記複数の指の他端方
向に移動した状態で、前記複数の指を前記付勢手段の付
勢力に抗して前記筒状体の外径方向の把持位置に回動付
勢する複数の把持解放用駆動ローラと、この複数の駆動
ローラを前記複数の指の案内部に沿って移動させるもの
であって、前記複数の指の一端方向に移動させて該指の
係止爪の前記被把持体の取っ手からの解放を許容し、前
記複数指の他端方向に移動させて該指の係止爪を前記付
勢手段の付勢力に抗して前記把持位置に回動付勢させ、
前記被把持体の取っ手を前記筒状体の係止部に圧接して
把持する把持解放駆動部と、前記複数の駆動ローラと一
体的に移動自在に設けられ、前記駆動ローラの司る前記
把持位置において、前記被把持体の被回転部に回転力伝
達可能に係合され、前記駆動ローラの司る解放位置で前
記被把持体の被回転部から離脱される回転操作部と、こ
の回転操作部を回転駆動して前記被把持体の被回転部を
回転駆動する回転駆動手段とを備えてマニピュレータの
把持装置を構成した。

【０００９】上記構成によれば、駆動ローラが指の案内
部に沿って移動されると、該指は、その案内部に沿って
駆動ローラが一端方向に移動されると、付勢手段の付勢
力により、該指の係止爪が内径方向に移動付勢されるこ
とにより、被把持体の取っ手から離間されて保持を解放
し、駆動ローラが、その案内部の他端方向に移動される
と、その係止爪が付勢手段の付勢力に抗して外径方向に
移動付勢されることにより、該係止爪が被把持体の取っ
手を前記筒状体の係止部に圧接して把持し、被把持体を
保持する。そして、把持状態において、その回転操作部
が被把持体の被回転部に係合され、その回転操作によ
り、被把持体の被回転部の回転操作が可能となる。これ
により、係止爪の回転支持部を介してロードパスが形成
され、指自体の回転支持部への外力の付与が殆ど防止す
ることができて、高保持及び高トルクでの把持が可能と
なり、このような信頼性の高い高精度な把持状態におい
て安定した回転作業が実現される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。図１はこの発明
の一実施の形態に係るマニピュレータの把持装置を示す
もので、マニピュレータ基部１０には、筒状体が取付け
られる。この筒状体には、把持駆動用モータを備えた回
転駆動機構部９が配設される。この回転駆動機構部９に
は、減速機構部１２を介してボール螺子１３の一端が回
転力伝達可能に結合される。このボール螺子１３は、筒
状体１１に支持板１１ａ及び軸受１４を介して回転自在
に支持され、その所定の位置には、ナット部材１５が矢
印Ａ，Ｂ方向に移動自在に螺合される。このナット部材
１５には、連結棒１６の一端が結合され、この連結棒１
６の他端には、ローラ金具１７が結合される。

【００１１】ローラ金具１７には、３個の駆動ローラ１
８が放射状に取付けられ（図２参照）、これら駆動ロー
ラ１８の間には、例えば四角穴を有する回転駆動用ソケ
ット部材１９が回転自在に取付けられる。ソケット部材
１９の回転軸には、歯車２０が嵌着され、この歯車２０
には、ウオーム歯車２１が歯合される。ウオーム歯車２
１は、その回転軸の中間部が上記支持板１１ａに軸受２
２を介して回転自在に支持され、その端部は、駆動モー
タ、減速機構等を備えた回転駆動機構部２３に回転駆動
自在に結合される。

【００１２】また、上記筒状体１１の先端には、所定の
間隔を採って３個の係止部２４が内径方向に突出して形
成され、この係止部２４間には、把持案内部２５が後述
する被把持体３０に対応して略円錐形状に設けられる。
また、筒状体１１内には、３本の指２６が係止部２４に
対応して配設される。指２６は、一端が筒状体１１内に
回動自在に支持され、その他端には、筒状体１１の外径
方向に突出した係止爪２６ａが形成される。そして、指
２６の内径方向側の中間部には、把持解放用案内部２６
ｂが上記駆動ローラ１８に対応して設けられる。この案
内部２６ｂは、駆動ローラ１８の矢印Ａ方向の移動に連
動して、該駆動ローラ１８により筒状体１１の外径方向
に回動付勢され、駆動ローラ１８のＢ方向の移動に連動
して内径方向への移動を許容するカム構造に形成され
る。

【００１３】さらに、筒状体１１には、解放付勢用のば
ね部材２７が上記指２６に対応してそれぞれ取付けられ
る。このばね部材２７は、指部材２６を上記内径方向に
移動付勢する。

【００１４】上記被把持体３０は、その背面が例えば図
示しない宇宙搭載機器等に取付けられ、その正面には、
凹状の挿入部３０ａが設けられる。そして、この挿入部
３０ａの周囲部には、３個の取っ手３０ｂが筒状体１１
の係止部２４に対応して所定の間隔に形成され、この取
っ手３０ｂ間には、係合案内部３０ｃが上記筒状体１１
の把持案内部２５に対応して略逆円錐形状に設けられる
（図３参照）。また、被把持体３０の挿入部３０ａの略
中央には、被回転部３０ｄが上記ソケット部材１９に対
応して形成される。この被回転部３０ｄは、上記宇宙搭
載機器（図示せず）内のハンドル部等の図示しない被回
転操作部に連結される。

【００１５】上記構成において、マニピュレータを用い
て被把持体３０を把持する場合には、先ず、図３に示す
ように筒状体１１の把持案内部２５を被把持体３０の挿
入部３０ａの係合案内部３０ｃに対向させて挿入する。
この際、筒状体１１は、その把持案内部２５が被把持体
３０の係合案内部３０ｃに案内されて被把持体３０の挿
入部３０ａに挿入され、指２６が取っ手３０ｂに対向さ
れる。ここで、回転駆動機構部９が駆動されると、その
回転力が減速機構部１２、ボール螺子１３を介してナッ
ト部材１５に伝達され、ナット部材１５が矢印Ａ方向に
移動される。すると、これに連動して、ローラ金具１７
及び駆動ローラ１８が同方向に移動され、該駆動ローラ
１８が指２６の案内部２６ｂに摺動される。ここで、指
２６は、駆動ローラ１８により、その一端を中心として
筒状体１１の外径方向にばね部材２７の付勢力に抗して
回動され、その係止爪２６ａで被把持体３０の取っ手３
０ｂを係止する。この際、指２６の係止爪２６ａは、図
４に示すように取っ手３０ｂを筒状体１１の係止部２４
に圧接して、いわゆる予圧状態で被把持体３０を保持
し、ここに指２６と取っ手３０ｂ及び筒状体１１とでロ
ードパスが構成されて、把持動作を完了する。このた
め、ロードパスは、指２６の回転支持部２６ｃを通らな
い。

【００１６】同時に、ローラ金具１８は、ソケット部材
１９を矢印Ａ方向に移動して、被把持体３０の被回転部
３０ｄに係合する。ここで、ソケット部材１９は、回転
駆動機構部２３が回転駆動されると、その回転力がウオ
ーム歯車２１及び歯車２０を介して伝達され、その回転
方向に応じて被把持体３０の被回転部３０ｄを回転駆動
し、所望の作業が実行される。

【００１７】また、上記把持動作状態において、把持解
放を行う場合には、回転駆動機構部９が反転駆動され
る。すると、その回転力が減速機構部１２、ボール螺子
１３を介してナット部材１５に伝達され、ナット部材１
５が矢印Ｂ方向に移動され、これに連動して、ローラ金
具１７及び駆動ローラ１８が同方向に移動され、該駆動
ローラ１８が指２６の案内部２６ｂに沿って初期位置方
向に摺動される。ここで、指２６は、ばね部材２７によ
りそれぞれ反転され、その係止爪２６ａが被把持体３０
の取っ手３０ｂから離間され、把持を解放する。

【００１８】この際、ソケット部材１９は、ローラ金具
２８の矢印Ｂ方向の移動に連動して被把持体３０の被回
転部３０ｄから離脱され、ここにマニピュレータが作動
されて筒状体１１が矢印Ｂ方向に引き抜く如く離間され
て、筒状体１１の指２６及び把持案内部２５が被把持体
３０の挿入部３０ａから離脱されて解放動作が完了され
る。

【００１９】このように、上記マニピュレータの把持装
置は、筒状体１１内に係止爪２６ａ及び案内部２６ｂを
有する３本の指２６を回動自在に配設して、この指２６
の案内部２６ｂに対して直線移動される駆動ローラ１８
を摺動させ、この駆動ローラ１８の司る摺動位置に応じ
て指の開閉を行うようにすると共に、その把持状態にお
いて、指２６の係止爪２６ａが係止部２４に接触し、さ
らに被把持体３０の取っ手３０ｂを筒状体１１の係止部
２４に圧接して被把持体３０の把持を行うように構成し
た。

【００２０】これによれば、指２６による把持状態にお
いて、高保持及び高トルクでの保持が行われて、指２６
自体への外力の付与を殆ど防止することが可能となり、
この信頼性の高い高精度な把持状態が実現される。

【００２１】また、駆動ローラ１８に連動して移動され
る回転操作用のソケット部材１９を被把持体３０の被回
転部３０ｄに対向して設け、その把持状態において、ソ
ケット部材１９を被把持体３０の被回転部３０ｄに係合
するようにして、被把持体３０側の回転操作を行うよう
に構成した。

【００２２】これによれば、指２６自体への外力の付与
が殆ど防止することができて、高保持及び高トルクでの
保持が可能となり、信頼性の高い高精度な把持状態にお
いて安定した回転作業が可能となる。

【００２３】なお、上記実施の形態では、回転駆動機構
部９の回転運動を直線運動に変換するのに、ボール螺子
１３を用いて構成したが、これに限ることなく、その
他、各種の構成が可能である。

【００２４】また、上記実施の形態では、３本の指２６
を用いた指構造に適用した場合で説明したが、これに限
ることなく、２本以上の指構造のものにおいても適用す
ることが可能である。よって、この発明は上記実施の形
態に限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論のことであ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、高保持力／高トルクを実現して、信頼性の高い把持
解放動作を実現し得るようにしたマニピュレータの把持
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態に係るマニピュレータ
の把持装置を示した図。

【図２】図１の指側を示した図。

【図３】図１の把持状態を示した図。

【図４】図１の指と被把持体との把持解放状態における
外観を示した図。

【符号の説明】

９，２３…回転駆動機構部。 １０…マニピュレータ基部。 １１…筒状体。 １１ａ…支持板。 １２…減速駆動機構部。 １３…ボール螺子。 １４，２２…軸受。 １５…ナット部材。 １６…連結棒。 １７…ローラ金具。 １８…駆動ローラ。 １９…ソケット部材。 ２０…歯車。 ２１…ウオーム歯車。 ２４…係止部。 ２５…把持案内部。 ２６…指。 ２６ａ…係止爪。 ２６ｂ…案内部。 ２７…ばね部材。 ３０…被把持体。 ３０ａ…挿入部。 ３０ｂ…取っ手。 ３０ｃ…係合案内部。 ３０ｄ…被回転部。

フロントページの続き (72)発明者 稲場 典康 茨城県つくば市千現２丁目１番１号 宇 宙開発事業団筑波宇宙センター内 (72)発明者 西田 信一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝小向工場内 審査官 田村 耕作 (56)参考文献 特開 平１−169121（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−201891（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−25793（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−30483（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 15/04 B25J 15/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の取っ手及び複数の係合案内部が交
   互に配置された被把持体と、 マニピュレータ基部に取付けられ、先端に内径方向に傾
   斜した複数の係止部及把持案内部が前記被把持体の取っ
   手及び係合案内部に対応して設けられた筒状体と、 一端が前記筒状体内に回動自在に支持されるものであっ
   て、他端に前記筒状体の外径方向側に突出され前記係止
   部に対向配置される係止爪を有し、中間部の内径方向側
   に把持解放用案内部を有する複数の指と、 この複数の指を前記筒状体の内径方向の解放位置に移動
   付勢する付勢手段と、 この複数の指の前記案内部にそれぞれ移動自在に摺動さ
   れ、前記複数の指の一端方向に移動した状態で、前記複
   数の指が前記付勢手段により前記解放位置に移動するの
   を許容し、且つ前記複数の指の他端方向に移動した状態
   で、前記複数の指を前記付勢手段の付勢力に抗して前記
   筒状体の外径方向の把持位置に回動付勢する複数の把持
   解放用駆動ローラと、 この複数の駆動ローラを前記複数の指の案内部に沿って
   移動させるものであって、前記複数の指の一端方向に移
   動させて該指の係止爪の前記被把持体の取っ手からの解
   放を許容し、前記複数指の他端方向に移動させて該指の
   係止爪を前記付勢手段の付勢力に抗して前記把持位置に
   回動付勢させ、前記被把持体の取っ手を前記筒状体の係
   止部に圧接して把持する把持解放駆動部とを具備したマ
   ニピュレータの把持装置。
2. 【請求項２】 被回転部に対応して複数の取っ手及び複
   数の係合案内部が交互に配置された被把持体と、マニピ
   ュレータ基部に取付けられ、先端に内径方向に傾斜した
   複数の係止部及び把持案内部が前記被把持体の取っ手及
   び係合案内部に対応して設けられた筒状体と、 一端が前記筒状体内に回動自在に支持されるものであっ
   て、他端に前記筒状体の外径方向側に突出され前記係止
   部に対向配置される係止爪を有し、中間部の内径方向側
   に把持解放用案内部を有する複数の指と、 この複数の指を前記筒状体の内径方向の解放位置に移動
   付勢する付勢手段と、この複数の指の前記案内部にそれ
   ぞれ移動自在に摺動され、前記複数の指の一端方向に移
   動した状態で、前記複数の指が前記付勢手段により前記
   解放位置に移動するのを許容し、且つ前記複数の指の他
   端方向に移動した状態で、前記複数の指を前記付勢手段
   の付勢力に抗して前記筒状体の外径方向の把持位置に回
   動付勢する複数の把持解放用駆動ローラと、 この複数の駆動ローラを前記複数の指の案内部に沿って
   移動させるものであって、前記複数の指の一端方向に移
   動させて該指の係止爪の前記被把持体の取っ手からの解
   放を許容し、前記複数指の他端方向に移動させて該指の
   係止爪を前記付勢手段の付勢力に抗して前記把持位置に
   回動付勢させ、前記被把持体の取っ手を前記筒状体の係
   止部に圧接して把持する把持解放駆動部と、 前記複数の駆動ローラと一体的に移動自在に設けられ、
   前記駆動ローラの司る前記把持位置において、前記被把
   持体の被回転部に回転力伝達可能に係合され、前記駆動
   ローラの司る解放位置で前記被把持体の被回転部から離
   脱される回転操作部と、この回転操作部を回転駆動して
   前記被把持体の被回転部を回転駆動する回転駆動手段と
   を具備したマニピュレータの把持装置。
3. 【請求項３】 前記複数の指は、３本以上であることを
   特徴とする請求項１又は２記載のマニピュレータの把持
   装置。