JP4355781B2

JP4355781B2 - 把持装置

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Publication number: JP4355781B2
Application number: JP2006191445A
Authority: JP
Inventors: 健高木; 透小俣
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2026-07-12
Also published as: JP2008018489A

Description

本発明は電動義手或いはロボットハンドとして利用し得る把持装置に関する。

電動義手やロボットハンド等の把持装置では、少なくとも１つのフィンガーが設けられ、このフィンガーを屈曲動作させることにより物体の把持が行われる。このような場合、フィンガーが物体に向かって屈曲動作させられるときには、フィンガーの動きには或る程度の速度が要求されるだけでなく、フィンガーによって物体を把持するときには、物体の確実な把持を保証するために相当な把持力も要求される。これら双方の要求は大型の高出力アクチュエータの使用により応えることができるが、しかし把持装置に大型の高出力アクチュエータを組み込むことはスペース的に不可能である。

そこで、上述したような把持装置には小型の低出力アクチュエータが使用されることになるが、しかしその場合には、フィンガーの速度とその把持力とは減速比においてトレードオフの関係にある。即ち、フィンガーの速度を速めるためには、減速比を小さくしなければならず、フィンガーの把持力を高めるためには減速比を大きくしなければならない。従って、フィンガーの動きの速度を高めつつその把持力を増大させるという２つの矛盾した要求を同時に満足させることはきわめて困難である。

従って、本発明の目的は、義手やロボットハンド等の把持装置であって、小型の低出力アクチュエータの使用によりフィンガーの動きの速度を高めつつその把持力を増大させるという２つの要求を同時に満足させ得るように構成された新規な把持装置を提供することである。

本発明による把持装置は、少なくとも１つのフィンガーと、フィンガーを屈曲動作させるための駆動ワイヤと、駆動ワイヤに第１の張力を及ぼしてフィンガーに第１の力を伝達するための屈曲駆動機構と、屈曲駆動機構を作動させるアクチュエータとしての第１の駆動モータと、駆動ワイヤに第１の張力より大きな第２の張力を及ぼしてフィンガーに第１の力より大きい第２の力を伝達するための増力機構と、増力機構を作動させるアクチュエータとしての第２の駆動モータとを具備し、第１の駆動モータの駆動の停止を検出して第１の駆動モータをオフにすると共に第２の駆動モータをオンにして駆動させ、これにより、駆動ワイヤに及ぼす張力を屈曲駆動機構による第１の張力から増力機構による第２の張力に変化させたようにしたものである。

本発明の第１の局面にあっては、増力機構がプーリ組立体を備え、このプーリ組立体が、回転自在に保持されたシャフトと、このシャフト上に固着された偏心カムと、この偏心カムによって動作させられる環状プーリとから成り、駆動ワイヤが駆動ワイヤに第１の張力を及ぼすように環状プーリを介して屈曲駆動機構に作動的に連結させられ、偏心カムを回転駆動することにより、駆動ワイヤに第２の張力を及ぼすように環状プーリが変位させられる

本発明の第２の局面にあっては、増力機構が屈曲駆動機構と係合する偏心カム組立体を備え、この偏心カム組立体が屈曲駆動機構を変位させて駆動ワイヤに第２の張力が及ぼされる。

本発明の第３の局面にあっては、増力機構がプーリ組立体を備え、駆動ワイヤが駆動ワイヤに第１の張力を及ぼすようにプーリ組立体のプーリを介して屈曲駆動機構に作動的に連結させられ、増力機構がプーリ組立体を変位させて駆動ワイヤに第２の張力が及ぼされる。

本発明において、好ましくは、屈曲駆動機構は、ねじ切りロッドと、このねじ切りロッドに螺着された可動体と、この可動体を非回転状態でガイドするガイドレールとから成り、駆動ワイヤは可動体に連結される。

次に、図１乃至図５を参照して、本発明による把持装置の第１の実施形態について説明する。

先ず、図１を参照すると、本発明による把持装置は、矩形板として形成された掌部１と、この掌部１の一側辺に沿って設けられた４本のフィンガー２と、これらフィンガー２のそれぞれを個別に屈曲動作させるべく掌部１上に設けられた４つの屈曲駆動機構３と、これら屈曲駆動機構３を作動させるアクチュエータとしての４つの電動モータ４と、４つの屈曲駆動機構３と協働して４本のフィンガー２に大きな把持力を与えるべく掌部１上に設けられた増力機構５と、この増力機構５を作動させるアクチュエータとしての電動モータ６とから構成される。なお、４本のフィンガー２は実質的に互いに同じ構成を持ち、また４つの駆動機構３も実質的に同じ構成を持つ。

各フィンガー２とその該当屈曲駆動機構３との間には駆動ワイヤ７が張り渡され、この駆動ワイヤ７を介して屈曲駆動力が屈曲駆動機構３からフィンガー２に伝達され、また各駆動ワイヤ７はその該当フィンガー２に増力機構５から把持力を伝達するためにも使用される。

図１において、参照符号８ａ、８ｂ、８ｃ及び８ｄのそれぞれは掌部１上に設置された取付板を示し、４つの電動モータ４は取付板８ａによって保持され、電動モータ６は取付板８ａ及び８ｂによって保持される。また、取付板８ａと取付板８ｃとの間には２つの屈曲駆動機構３のそれぞれの一部が組み込まれ、取付板８ａと取付板８ｄとの間には残りの２つの屈曲駆動機構のそれぞれの一部が組み込まれる。

図１において、参照符号９ａは掌部１上に設置された一対の取付板を示し、また参照符号９ｂは一対の取付板９ａ間に配置されかつ掌部１上に設置された一対の取付ブロック片を示し、これら取付板９ａ及び取付ブロック片９ｂにより増力機構５が保持される。

なお、後述の記載によって明らかにされるように、屈曲駆動機構３と増力機構５とが互いに協働するように、増力機構５の一部は屈曲駆動機構３によって共有される。即ち、屈曲駆動機構３及び増力機構５の一方の一部はその他方の一部を成すということができる。

図１の４本のフィンガー２のうちの１つだけを抜き出して斜視図として示す図２を参照すると、フィンガー２は、掌部１上に固着された取付座２１と、この取付座２１に対して回転軸線Ａ１の回りで回転自在に軸着された指片２２と、この指片２２に対して回転軸線Ａ２の回りで回転自在に軸着された指片２３と、この指片２３に対して回転軸線Ａ３の回りで回転自在に軸着された指片２４とから構成される。取付座２１に対する指片２２の軸着部にはプーリ２５が回転自在に設けられ、指片２２に対する指片２３の軸着部にはプーリ２６が回転自在に設けられ、指片２３に対する指片２４の軸着部にはプーリ２７が回転自在に設けられる。

指片２２は一対のリンク２２ａ及び２２ｂから成り、この一対のリンク２２ａ及び２２ｂ間には短軸２２ｃ及び２２ｄが設けられる。リンク２２ａの外側壁面からは突起２２ｅが回動軸線Ａ２に近接した個所で突出させられ、この突起２２ｅは後述するように指片２３の回転軸線Ａ２の回りでの回転運動を制限するためのストッパとして機能する。

指片２３は一対のリンク２３ａ及び２３ｂから成り、この一対のリンク２３ａ及び２３ｂ間には短軸２３ｃが設けられる。リンク２３ｂの内側壁面からは突起２３ｄが回動軸線Ａ３に近接した個所で突出させられ、この突起２３ｄは後述するように指片２４の回動軸線Ａ３の回りでの回転運動を制限するためのストッパとして機能する。

指片２４は一対のリンク２４ａ及び２４ｂから成り、この一対のリンク２４ａ及び２４ｂ間の片側には板状片２４ｃが張り渡され、この板状片２４ｃ上には一対のリンク２４ａ及び２４ｂ間でブロック片２４ｄが固着される。

取付座２１に対する指片２２の軸着部にはプーリ２５に隣接してトーションばね２８_１が装着され、その一方のアーム端部は取付座２１の溝部に掛け止めされ、その他方のアーム端部は短軸２２ｄに掛け止めされる。また、指片２２に対する指片２３の軸着部にはプーリ２６に隣接してトーションばね２８_２が装着され、その一方のアーム端部は短軸２２ｃに掛け止めされ、その他方のアーム端部は短軸２３ｃに掛け止めされる。更に、指片２３に対する指片２４の軸着部にはプーリ２７に隣接してトーションばね２８_３が装着され、その一方のアーム端部は短軸２３ｃに掛け止めされ、その他方のアーム端部はブロック片２４ｄに掛け止めされる。これらトーションばね２８_１、２８_２及び２８_３の弾性作用により、フィンガー２に何等の外力が及ぼされないとき、その指片２２、２３及び２４は図２に示すように一直線上に延びた状態に置かれる。

図２に示すように、駆動ワイヤ７はプーリ２５、２６及び２７のそれぞれ一回巻き付けられた後、その先端はブロック片２４ｄに適宜固着される。かくして、駆動ワイヤ７がトーションばね２８_１、２８_２及び２８_３の弾性力に抗して引っ張られると、指片２２、２３及び２４はそれぞれの回転軸線Ａ１、Ａ２及びＡ３の回りで回転させられ、これによりフィンガー２は屈曲動作させられることになる。フィンガー２の屈曲動作時、指片２３の回転運動は突起即ちストッパ２２ｅによって制限され、同様に指片２４の回転運動は突起即ちストッパ２３ｄによって制限される。

図１の４つの屈曲駆動機構３のうちの１つの一部だけを抜き出して斜視図として示す図３を参照すると、屈曲駆動機構３は、電動モータ４の出力シャフトに連結されたねじ切りロッド３１と、このねじ切りロッド３１の先端部を回転自在に軸支する軸受３２と、ねじ切りロッド３１に螺着された可動体３３とから成る。図１を参照して既に説明したように、電動モータ４は取付板８ａに適宜保持され、一方軸受３２は取付板８ｃ若しくは８ｄに適宜保持される。即ち、ねじ切りロッド３１は取付板８ａと取付板８ｃ若しくは８ｄとの間に延在させられる。

図１を再び参照すると、取付板８ａと取付板８ｃ若しくは８ｄとの間には、一対の側方ガイドレール３４ａと、中央ガイドレール３４ｂとが掌部１上に敷設される。各屈曲駆動機構３には、一対の側方ガイドレール３４ａの一方と中央ガイドレール３４ｂとがその構成要素として包含される。換言すれば、中央ガイドレール３４ｂは取付板８ａと取付板８ｃ若しくは８ｄとの間に設けられた２つの互いに隣接する屈曲駆動機構３によって共有される。各屈曲駆動機構３の可動体３３はその該当側方ガイドレール３４ａとその該当中央ガイドレール３４ｂとの間に非回転状態でかつ摺動自在に収容される。かくして、各電動モータ４の駆動によりねじ切りロッド３１が回転させられると、可動体３３はそのねじ切りロッド３１に沿って移動させられることになる。

図１の増力機構５を抜き出して斜視図として示す図４を参照すると、増力機構５は、一対の取付板９ａ間に張り渡されかつ適当な軸受によって回転自在に支持されたシャフト５１と、このシャフト５１上に固着されたベベル歯車５２と、このベベル歯車５２と噛み合いかつ電動モータ６の出力シャフトに装着されたベベル歯車５３と、シャフト５１上に設けられた４つのプーリ組立体５４とから成る。即ち、電動モータ６の回転駆動力はベベル歯車５３からベベル歯車５２に伝えられ、これによりシャフト５１が回転駆動させられる。なお、図４には図示されていないが、各取付板９ａ側に隣接する２つのプーリ組立体５４の間には取付ブロック片９ｂ（図１参照）が設けられ、シャフト５１はこれら取付ブロック片９ｂによっても回転自在に保持される。

なお、４つのプーリ組立体５４は互いに実質的に同じ構成を持ち、これらプーリ組立体５４のそれぞれは上述した４つの屈曲駆動機構３の１つと共有される。即ち、各屈曲駆動機構３はその構成要素の一部として該当プーリ組立体５４を包含する。

図４のプーリ組立体の１つを抜き出して分解斜視図として示す図５を参照すると、プーリ組立体５４は円板部材５４ａから成り、この円板部材５４ａにはシャフト５１（図４参照）を挿通させるための偏心孔５４ａ_１が形成され、円板部材５４ａはシャフト５１上で適宜固定される。プーリ組立体５４は、更に、円板部材５４ａを受け入れる環状ベアリング５４ｂと、この環状ベアリング５４ｂを受け入れる環状プーリ５４ｃとから成り、環状ベアリング５４ｂにより環状プーリ５４ｃは円板部材５４ａに対して回転自在とされる。

要するに、図４に示すように、円板部材５４ａはその偏心孔５４ａ_１にシャフト５１を挿通させて所定位置に適宜固定され、このとき円板部材５４ａは偏心カムとして機能し、環状プーリ５４ｃはカムフォロワとして機能し、４つの偏心カム５４ａは互いに同一の位相を取るようにシャフト５１上に配置される。

なお、円板部材５４ａの外周面或いは環状プーリ５４ｃの内周面に適当なベアリング要素例えばボールベアリング要素或いはローラベアリング要素等を組み込んでもよく、この場合には環状ベアリング５４ｂは省くことができる。

図１を再び参照すると、４本のフィンガー２の駆動ワイヤ７のそれぞれはプーリ組立体５４の環状プーリ５４ｃに半周だけ巻き付けられ、その先端部は取付板８ｃ若しくは８ｄを貫通させられて該当可動体３３に連結させられる。

次に、図６及び図７を参照して、以上で述べた把持装置の第１の実施形態の作動について説明する。なお、図６及び図７はプーリ組立体５４の動作を説明するための動作説明図であり、説明の便宜のために、偏心カム５４ａ及び環状プーリ５４ｃにはそれぞれの回転角度位置を明示する指標Ｉａ及びＩｃが付されると共にシャフト５１の中心に原点を持つ直交座標系Ｘ−Ｙが設定される。

先ず、図６の（Ａ）を参照すると、把持装置が初期状態に置かれた際の可動体３３及びプーリ組立体５４が図示される。把持装置の初期状態では、可動体３３は取付板８ｃ若しくは８ｄに最も接近した初期位置に置かれ、このとき４本のフィンガー２は一直線状に延ばされた状態に置かれる（図１参照）。一方、プーリ組立体５４においては、偏心カム５４ａ及び環状プーリ５４ｃはそれらの指標Ｉａ及びＩｃがＸ軸に沿って互いに整列するような初期回転位置を取る。

次に、図６の（Ｂ）に示すように、電動モータ４の駆動により、可動体３３が初期位置からガイドレール３４ａ及び３４ｂに沿って取付板８ａ側に移動させられると、駆動ワイヤ７がトーションばね２８_１、２８_２及び２８_３の弾性力に抗してプーリ組立体５４側に引っ張られ、これによりフィンガー２が屈曲動作させられると共に環状プーリ５４ｃが環状体５４ｂの回りで初期回転位置（図６の（Ａ））から時計方向にほぼ45度の角度だけ回転させられる。

次に、図６の（Ｃ）に示すように、電動モータ４の駆動により、可動体３３が更に取付板８ａ側に向かって移動させられて、フィンガー２が屈曲動作が更に進むと共に環状プーリ５４ｃが環状体５４ｂの回りで初期回転位置（図６の（Ａ））から時計方向に90度強の角度まで回転させられる。このときフィンガー２が被把持物体に当接したとすると、そのフィンガー２に対応する電動モータ４の駆動が強制的に停止され、このとき電動モータ４には過剰な電流が流れ、この過剰電流を検出することにより電動モータ４の電源がオフされる。全ての電動モータ４の電源がオフされると、増力機構５の電動モータ６がシャフト５１を時計方向に回転させるように駆動される。

次に、図７の（Ａ）に示すように、シャフト５１の時計方向の回転により、偏心カム５４ａが初期位置（図６の（Ｃ））から環状体５４ｂ内で時計方向に45度弱だけ回転させられると、この偏心カム５４ａの回転に伴なって、環状体５４ｂ及び環状プーリ５４ｃは取付板８ｃ若しくは８ｄから遠のくように変位され、このとき偏心カム５４ａの増力作用によりフィンガー２で把持された物体には駆動ワイヤ７を介して大きな張力即ち把持力が及ぼされる。

図７の（Ｂ）に示すように、電動モータ６の駆動によりシャフト５１が更に時計方向に回転させられて、偏心カム５４ａが初期位置（図６の（Ｃ））から環状体５４ｂ内で時計方向に90度まで回転させられると、環状体５４ｂ及び環状プーリ５４ｃは取付板８ｃ若しくは８ｄから最も遠のく位置まで変位され、このときフィンガー２によって把持された物体には駆動ワイヤ７を介して最大の把持力が及ぼされる。

次に、図８を参照して、偏心カム５４ａの回転駆動時の力の釣り合いについて説明する。なお、図８の（Ａ）は図６の（Ｃ）に対応する図であり、図８の（Ｂ）は図７の（Ａ）に対応する図である。

偏心カム５４ａが図８の（Ａ）に示す初期位置（θ=0）から図８の（Ｂ）に示す位置まで時計方向に回転角度Δθだけトルクτで回転させられたとき、環状プーリ５４ｃはΔｘだけ変位させられる。このとき仮想仕事を考えると、以下の式が成り立つ。
τ・Δθ＝2Ｔ・Δｘ
ここで、Ｔは駆動ワイヤ７に及ばされる張力である。

上記式を張力Ｔについて纏めると、以下のようになる。
Ｔ＝(Δθ/Δｘ)・(τ/2)
ここで、θ→π/2のとき、Δｘ→０となり、従って、Ｔ→∞となる。

かくして、駆動ワイヤ７には非常に大きな張力即ち把持力を及ぼし得ることが分かる。勿論、実際に得られる張力Ｔの大きさについては、フィンガー２を構成する構成部品や駆動ワイヤ７等の弾性変形のために制限されることになる。

以上述べたような把持装置の構成によれば、フィンガー２の屈曲動作自体には大きな負荷が掛からないので、電動モータ４は低出力タイプの小型のものを使用し得ると共にフィンガー２の屈曲動作を高速で行うことができる。一方、フィンガー２の屈曲動作により被把持物体にフィンガー２が当接した後には、増力機構５が作動され、これにより大きな把持力が得られることになる。また、増力機構５により大きな把持力が得られるので、電動モータ６も低出力タイプの小型のものを使用することができる。

次に、図９乃至図１２を参照して、本発明による把持装置の第２の実施形態について説明する。なお、図９は本発明による把持装置の第２の実施形態を示す部分平面図であり、図１０は図９のX−X線に沿う部分断面図であり、図１１は図９のXI−XI線に沿う断面図であり、図１２は図９のXII−XII線に沿う断面図である。

先ず、図９を参照すると、掌部１の一部だけが図示されているが、上述した第１の実施形態の場合と同様に、掌部１にはその一側辺に沿って図１に示すような４本のフィンガー２が設けられる。

図１０、図１１及び図１２を参照すると、第２の実施形態では、掌部１上にはガイドレール１１及び１２が敷設され、これらガイドレール１１及び１２はフィンガー（２）の長さ方向に沿って延在させられる。ガイドレール１１及び１２にはそれぞれ可動枠体１１０及び１２０が摺動自在に設置され、これら可動枠体１１０及び１２０はそれぞれのガイドレール１１及び１２に沿って移動することができる。

詳述すると、可動枠体１１０は矩形状底部板１１１と、この矩形状底部板１１１の両端辺、即ちガイドレール１１の長さ方向に沿う両端辺から一体的に直立した直立壁部１１２及び１１３とから成り、また可動枠体１１２も矩形状底部板１２１と、この矩形状底部板１２１の両端辺、即ちガイドレール１２の長さ方向に沿う両端辺から一体的に直立した直立壁部１２２及び１２３とから成る。図１１に示すように、矩形状底部板１１１の底面にはガイドレール１１に摺動自在に係合させられた一対の摺動シュー１１４が設けられ、また図１２に示すように、矩形状底部板１２１の裏面にはにはガイドレール１２に摺動自在に係合させられた一対の摺動シュー１２４が設けられ、これによりガイドレール１１及び１２のそれぞれに沿う可動枠体１１０及び１２０の摺動移動が可能となる。

再び図９を参照すると、第２の実施形態では、可動枠体１１０及び１２０のそれぞには、２つのフィンガー（２）をそれぞれ屈曲駆動させるための屈曲駆動機構１３０が２つずつ搭載され、これら計４つの屈曲駆動機構１３０の各々は直立壁部１１３又は１２３に支持された電動モータ４により駆動させられ、これにより４本のフィンガー（２）の屈曲動作が後述するように行われることになる。なお、４つの屈曲駆動機構１３０は互いに実質的に同じ構成を持つものである。

詳述すると、各屈曲駆動機構１３０は、電動モータ４の出力シャフトに連結されかつ直立壁部１１２及び１１３或いは直立壁部１２２及び１２３間で回転自在に軸支されたねじ切りロッド１３１と、このねじ切りロッド１３１に螺着された可動体１３２とから成る。また、各屈曲駆動機構１３０は、矩形状底部板１１１又は１２１の一方の側辺に沿って敷設された一対のガイドレール１３３ａ及び１３３ｂから成り、各可動体１３２はその一対のガイドレール１３３ａ及び１３３ｂの間に非回転状態でかつ摺動自在に収容される。上述した第１の実施形態と同様に、各可動体１３２には駆動ワイヤ７が連結され、かくして各電動モータ４の駆動により、ねじ切りロッド１３１が回転させられると、可動体１３２はそのねじ切りロッド１３１に沿って移動させられ、これにより該当フィンガー（２）の屈曲動作が行われることになる。

４つの屈曲駆動機構１３０と協働して４本のフィンガー２に大きな把持力を与えるべく掌部１上には増力機構１４０が設けられ、この増力機構１４０は、掌部１上に可動枠体１１０及び１２０の直立壁部１１２又は１２２側に沿って一直線上に設置された４つの取付板１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ及び１５０ｄによって保持される。

詳述すると、図９及び図１０に示すように、増力機構１４０は、取付板１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ及び１５０ｄによって回転自在に軸支されたシャフト１４１と、このシャフト１４１上に設けられた２つの偏心カム組立体１４２とを具備する。２つの偏心カム組立体１４２の一方は取付板１５０ａ及び１５０ｂの間に配置されて可動枠体１１０の直立壁部１１２と係合させられ、またその他方は取付板１５０ｃ及び１５０ｄの間に配置されて可動枠体１２０の直立壁部１２２と係合させられる。増力機構１４０は、掌部１上で可動枠体１１０及び１２０間に設けられた電動モータ６によって駆動させられ、この電動モータ６は、掌部１上に設置された取付板１６０に片持ち梁の態様で保持される。電動モータ６による増力機構１４０の駆動のために、増力機構１４０は、電動モータ６の出力シャフトに装着されたベベル歯車１４３と、このベベル歯車１４４と噛み合いかつシャフト１４１に装着されたベベル歯車１４４とを具備する。即ち、電動モータ６が駆動されると、シャフト１４１はベベル歯車１４３及び１４４により回転駆動させられることになる。

図１１及び図１２に示すように、各偏心カム組立体１４２はロール部材１４２ａから成り、このロール部材１４２ａにはシャフト１４１を挿通させるための偏心孔が形成され、ロール部材１４２ａはシャフト１４１上で適宜固定される。各偏心カム組立体１４２は、更に、ロール部材１４２ａを受け入れる円筒状ベアリング１４２ｂと、この円筒状ベアリング１４２ｂを受け入れる円筒状部材１４２ｃとから成り、円筒状ベアリング１４２ｂにより円筒状部材１４２ｃはロール部材１４２ａに対して回転自在とされる。

要するに、上述したような偏心カム組立体１４２において、ロール部材１４２ａは偏心カムとして機能し、円筒状部材１４２ｃはカムフォロワとして機能し、２つの偏心カム１４２ａは互いに同一の位相を取るようにシャフト１４１上に配置される。

なお、ロール部材１４２ａの外周面或いは円筒状部材１４２ｃの内周面に適当なベアリング要素例えばボールベアリング要素或いはローラベアリング要素等を組み込んでもよく、この場合には円筒状ベアリング１４２ｂは省くことができる。

次に、図１３を参照して、以上で述べた把持装置の第２の実施形態の作動について説明する。なお、図１３の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ図１２に対応した断面図である。

先ず、図１３の（Ａ）を参照すると、第２の実施形態において、把持装置が初期状態に置かれた際の可動体１３２及び偏心カム組立体１４２が図示される。把持装置の初期状態では、可動体１３２は直立壁部１２２に最も接近した初期位置に置かれ、このとき４本のフィンガー（２）は一直線状に延ばされた状態に置かれる（図１参照）。なお、４本のフィンガー（２）は一直線状に延ばされた状態に置かれるているとき、駆動ワイヤ７のそれぞれにはそのフィンガー（２）に組み込まれたトーションばね（２８_１、２８_２及び２８_３）のために適度な張力が与えられ、このため可動枠体１１０及び１２０の直立壁部１１２及び１２２のそれぞれは偏心カム組立体１４２の円筒状部材１４２ｃに弾性的に当接された状態に置かれる。

一方、図１３の（Ａ）の初期状態あっては、偏心カム組立体１４２では、偏心カム１４２ａはシャフト１４１が可動枠体１１０及び１２０の直立壁部１１２及び１２２に最も接近するような初期位置を取る。

次に、図１３の（Ｂ）に示すように、電動モータ４の駆動により、可動体１３２が初期位置からガイドレール１３３ａ及び１３３ｂに沿って直立壁部１１３若しくは１２３側に移動させられると、駆動ワイヤ７がトーションばね（２８_１、２８_２及び２８_３）の弾性力に抗して引っ張られ、これによりフィンガー（２）が屈曲動作させられる。フィンガー（２）が屈曲動作中に、フィンガー（２）が被把持物体に当接したとすると、そのフィンガー（２）に対応する電動モータ４の駆動が強制的に停止され、このとき電動モータ４には過剰な電流が流れ、この過剰電流を検出することにより電動モータ４の電源がオフされる。全ての電動モータ４の電源がオフされると、増力機構１４２の電動モータ６がいずれかの方向に回転駆動させられる。

図１３の（Ｃ）に示すように、電動モータ６の回転駆動によりシャフト１４１が回転されせられ、これにより偏心カム１４２ａが初期位置から１８０度まで回転させられると、可動枠体１１０及び１２０は共に偏心カム組立体１４２から遠のくように変位され、このとき偏心カム１４２ａの増力作用によりフィンガー（２）で把持された物体には駆動ワイヤ７を介して大きな張力即ち把持力が及ぼされる。

上述した第１の実施形態の場合と同様に、図９乃至図１２に示す第２の実施形態でも、フィンガー（２）の屈曲動作自体には大きな負荷が掛からないので、電動モータ４は低出力タイプの小型のものを使用し得ると共にフィンガー（２）の屈曲動作を高速で行うことができる。一方、フィンガー（２）の屈曲動作により被把持物体にフィンガー（２）が当接した後には、増力機構１４２が作動され、これにより大きな把持力が得られることになる。また、増力機構１４２により大きな把持力が得られるので、電動モータ６も低出力タイプの小型のものを使用することができる。

次に、図１４乃至図１６を参照して、本発明による把持装置の第３の実施形態について説明する。なお、図１４は本発明による把持装置の第３の実施形態を示す部分平面図であり、図１５は図１４のXV−XV線に沿う立面図であり、図１６は図１４のXVI−XVI線に沿う断面図であり、図１７は図１４のXVII−XVII線に沿う断面図である。

先ず、図１４を参照すると、掌部１の一部だけが図示されているが、上述した第１の実施形態の場合と同様に、掌部１にはその一側辺に沿って図１に示すような４本のフィンガー２が設けられる。掌部１上には取付板３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ及び３１０ｄが設置され、取付板３１０ａ及び３１０ｂはフィンガー（２）の長さ方向に沿って互いに整列するように配置され、同様に取付板３１０ｃ及び３１０ｄもフィンガー（２）の長さ方向に沿って互いに整列するように配置される。

第３の実施形態では、取付板３１０ａ及び３１０ｂには、２つのフィンガー（２）をそれぞれ屈曲駆動させるための２つの屈曲駆動機構３２０が設けられ、同様に取付板３１０ｃ及び３１０ｄにも２つのフィンガー（２）をそれぞれ屈曲駆動させるための２つの屈曲駆動機構３２０が設けられる。取付板３１０ａ及び３１０ｂに設けられた屈曲駆動機構３２０は、取付板３１０ａに支持された電動モータ４により駆動させられ、これにより該当フィンガー（２）の屈曲駆動が行われる。同様に、取付板３１０ｃ及び３１０ｄに設けられた屈曲駆動機構３２０は、取付板３１０ｃに支持された電動モータ４により駆動させられ、これにより該当フィンガー（２）の屈曲駆動が後述するように行われる。なお、これら屈曲駆動機構３２０は互いに実質的に同じ構成を持つものである。

詳述すると、各屈曲駆動機構３２０は、電動モータ４の出力シャフトに連結されかつ取付板３１０ａ又は３１０ｃと取付板３１０ｂ又は３１０ｄ間で回転自在に軸支されたねじ切りロッド３２１と、このねじ切りロッド３２１に螺着された可動体３２２とから成る。

また、取付板３１０ａ又は３１０ｃと取付板３１０ｂ又は３１０ｄ間には、一対の側方ガイドレール３２３ａと、中央ガイドレール３２３ｂとが掌部１上に敷設される。各屈曲駆動機構３２０には、一対の側方ガイドレール３２３ａの一方と中央ガイドレール３２３ｂとがその構成要素として包含される。換言すれば、中央ガイドレール３２３ｂは取付板３１０ａ又は３１０ｃと取付板３１０ｂ又は３１０ｄと間に設けられた２つの互いに隣接する屈曲駆動機構３１０によって共有される。各屈曲駆動機構３１０の可動体３２２はその該当側方ガイドレール３２３ａとその該当中央ガイドレール３２３ｂとの間に非回転状態でかつ摺動自在に収容される。かくして、各電動モータ４の駆動によりねじ切りロッド３２１が回転させられると、可動体３２２はそのねじ切りロッド３２１に沿って移動させられることになる。

また、第３の実施形態では、増力機構３３０が取付板３１０ｂ及び３１０ｄに沿って設けられ、この増力機構３３０は取付板３１０ｂ及び３１０ｄに対して前後方向に移動自在となったプーリ組立体を備え、このプーリ組立体は可動ビーム状部材３３１と、この可動ビーム状部材３３１に回転自在に組み込まれた４つのプーリ３３２とから成る。

詳述すると、図１４及び図１５に示すように、可動ビーム状部材３３１には４つの可動体３３２のそれぞれの移動経路に一致した溝部が形成され、これら溝部のぞれぞれにプーリ３３２が回転自在に収容される。即ち、可動ビーム状部材３３１の各端面側からその端面に隣接した２つの溝部を通過するように孔が形成され、この孔に挿通させられたシャフト上にプーリ３３２が回転自在に装着される。

図１４乃至１７に示すように、可動ビーム状部材３３１を取付板３１０ｂ及び３１０ｄに対して前後方向に移動自在とするために、掌部１上には一対のガイドレール１３及び１４が敷設され、これらガイドレール１３及び１４はフィンガー（２）の長さ方向に沿って延在させられる。一方、可動ビーム状部材３３１の底面にはガイドレール１３及び１４のそれぞれに摺動自在に係合させられる摺動シュー３３３及び３３４が取り付けられ（図１５、図１６及び図１７参照）、これにより取付板３１０ｂ及び３１０ｄに対する可動ビーム状部材３３１の前後方向の移動が可能となる。

図１４及び図１６に示すように、増力機構３３０は電動モータ６によって駆動され、この電動モータ６は、掌部１上で取付板３１０ｂ及び３１０ｄの間に設置された取付板３４０に片持ち梁の態様で保持される。増力機構３３０は電動モータ６の出力シャフトに装着されたねじ部材３３５を備え、このねじ部材３３５は可動ビーム状部材３３１の中央部に形成されたねじ孔に螺着される（図１６参照）。即ち、ねじ部材３３５が電動モータ６により回転させられると、ねじ部材３３５の回転運動がガイドレール１３及び１４に沿う可動ビーム状部材３３１の並進運動に変換させられる。かくして、可動ビーム状部材３３１は取付板３１０ｂ及び３１０ｄに対して前後方向に移動し得ることになる。

上述した第１の実施形態の場合と同様に、第３の実施形態でも、プーリ３３２は屈曲駆動機構３２０と増力機構３３０とによって共有されて互いに協働するようになっている。即ち、４つのプーリ３３２は４つの屈曲駆動機構３２０のそれぞれの構成の一部を成すと共に増力機構３３０の一部を成すということができる。

図１４及び図１７に示すように、フィンガー（２）から延びる駆動ワイヤ７は、その該当プーリ３３２に半周だけ巻き付けられ、次いで取付板３１０ｂ若しくは３１０ｄを貫通させられて該当可動体３２２に連結させられる。

次に、図１８を参照して、以上で述べた把持装置の第３の実施形態の作動について説明する。なお、図１８の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ図１７に対応した断面図である。

先ず、図１８の（Ａ）を参照すると、第３の実施形態において、把持装置が初期状態に置かれた際の可動体３２２及び可動ビーム状部材３３１が図示される。即ち、把持装置の初期状態では、可動体３２２は取付板３１０ｂ若しくは３１０ｄに最も接近した初期位置に置かれ、このとき４本のフィンガー（２）は一直線状に延ばされた状態に置かれる（図１参照）。一方、可動ビーム状部材３３１は取付板３１０ｂ及び３１０ｄに最も接近した位置に置かれる。

次に、図１８の（Ｂ）に示すように、電動モータ４の駆動により可動体３３２が初期位置からガイドレール３２３ａ及び３２３ｂに沿って取付板３１０ａ若しくは３１０ｃ側に移動させられると、駆動ワイヤ７がトーションばね（２８_１、２８_２及び２８_３）の弾性力に抗して引っ張られ、これによりフィンガー（２）が屈曲動作させられる。フィンガー（２）が屈曲動作中に、フィンガー（２）が被把持物体に当接したとすると、そのフィンガー（２）に対応する電動モータ４の駆動が強制的に停止され、このとき電動モータ４には過剰な電流が流れ、この過剰電流を検出することにより電動モータ４の電源がオフされる。全ての電動モータ４の電源がオフされると、増力機構３３０の電動モータ６が回転駆動させられる。

図１８の（Ｃ）に示すように、電動モータ６の回転駆動により可動ビーム状部材３３１が取付板３１０ａ及び３１０ｄから遠のくように移動させられ、このときねじ部材３３５の増力作用によりフィンガー（２）で把持された物体には駆動ワイヤ７を介して大きな張力即ち把持力が及ぼされる。

上述した第１及び第２の実施形態の場合と同様に、図１４乃至図１７に示す第３の実施形態でも、フィンガー（２）の屈曲動作自体には大きな負荷が掛からないので、電動モータ４は低出力タイプの小型のものを使用し得ると共にフィンガー（２）の屈曲動作を高速で行うことができる。一方、フィンガー（２）の屈曲動作により被把持物体にフィンガー（２）が当接した後には、増力機構３３０が作動され、これにより大きな把持力が得られることになる。また、増力機構３３０により大きな把持力が得られるので、電動モータ６も低出力タイプの小型のものを使用することができる。

本発明による把持装置の第１の実施形態を示す斜視図である。図１のフィンガーの１つを抜き出して示す斜視図である。図１の屈曲駆動機構の１つの一部を抜き出して示す斜視図である。図１の増力機構を抜き出して示す斜視図である。図４のプーリ組立体の分解斜視図である。図１の把持装置の動作説明図である。図１の把持装置の動作説明図である。図１の把持装置の作用効果を説明する説明図である。本発明による把持装置の第２の実施形態を示す部分平面図である。図９のX−X線に沿う断面図である。図９のXI−XI線に沿う断面図である。図９のXII−XII線に沿う断面図である。図９の把持装置の動作説明図である。本発明による把持装置の第３の実施形態を示す部分平面図である。図１４のXV−XV線に沿う立面図である。図１４のXVI−XVI線に沿う断面図である。図１４のXVII−XVII線に沿う断面図である。図１４の把持装置の動作説明図である。

符号の説明

１：掌部
２：フィンガー
２１：取付座
２２・２３・２４：指片
２２ａ・２２ｂ：リンク
２２ｃ・２２ｄ：短軸
２２ｅ：突起
２２ｅ２５・３６・２７：プーリ
２３ａ・２３ｂ：リンク
２３ｃ：短軸
２３ｄ：突起
２４ａ・２４ｂ：リンク
２４ｃ：板状片
２４ｄ：ブロック片
２８_１・２８_２・２８_３：トーションばね
３：屈曲駆動機構
３１：ねじ切りロッド
３２：軸受
３３：可動体
３４ａ：側方ガイドレール
３４ｂ：中央ガイドレール
４：電動モータ
５：増力機構
５１：シャフト５１
５２・５３：ベベル歯車
５４：プーリ組立体
５４ａ：円板部材（偏心カム）
５４ａ_１：偏心孔
５４ｂ：環状体
５４ｃ：環状プーリ
６：電動モータ
７：駆動ワイヤ
８ａ・８ｂ・８ｃ・８ｄ：取付板
９ａ：取付板
９ｂ：取付ブロック片

Claims

少なくとも１つのフィンガー（２）と、
該フィンガーを屈曲動作させるための駆動ワイヤ（７）と、
該駆動ワイヤに第１の張力を及ぼして前記フィンガーに第１の力を伝達するための屈曲駆動機構（３、１３０、３２０）と、
該屈曲駆動機構を作動させるアクチュエータとしての第１の駆動モータ（４）と、
前記駆動ワイヤに前記第１の張力より大きな第２の張力を及ぼして前記フィンガーに前記第１の力より大きい第２の力を伝達するための増力機構（５）と、
該増力機構を作動させるアクチュエータとしての第２の駆動モータ（６）と
を具備し、
前記第１の駆動モータの駆動の停止を検出して前記第１の駆動モータをオフにすると共に前記第２の駆動モータをオンにして駆動させ、これにより、前記駆動ワイヤに及ぼす張力を前記屈曲駆動機構による前記第１の張力から前記増力機構による前記第２の張力に変化させた把持装置。
請求項１に記載の把持装置であって、前記増力機構（５）がプーリ組立体（５４）を備え、このプーリ組立体が、回転自在に保持されたシャフト（５１）と、このシャフト上に固着された偏心カム（５４ａ）と、この偏心カムによって動作させられる環状プーリ（５４ｃ）とから成り、前記駆動ワイヤが該駆動ワイヤに前記第１の張力を及ぼすように前記環状プーリを介して前記屈曲駆動機構に作動的に連結させられ、前記偏心カムを回転駆動することにより、前記駆動ワイヤに前記第２の張力を及ぼすように前記環状プーリが変位させられる把持装置。
請求項１に記載の把持装置であって、前記増力機構が前記屈曲駆動機構と係合する偏心カム組立体（１４２）を備え、この偏心カム組立体が前記屈曲駆動機構を変位させて前記駆動ワイヤに前記第２の張力が及ぼされる把持装置。
請求項１に記載の把持装置であって、前記増力機構がプーリ組立体（３３１、３３２）を備え、前記駆動ワイヤが該駆動ワイヤに前記第１の張力を及ぼすように前記プーリ組立体のプーリ（３３２）を介して前記屈曲駆動機構に作動的に連結させられ、前記増力機構が前記プーリ組立体を変位させて前記駆動ワイヤに前記第２の張力が及ぼされる把持装置。
請求項１から４までのいずれか１項に記載の把持装置であって、前記屈曲駆動機構（３、１３０、３２０）が、ねじ切りロッド（３１、１３１、３２１）と、このねじ切りロッドに螺着された可動体（３３、１３２、３２２）と、この可動体を非回転状態でガイドするガイドレール（３４ａ、３４ｂ：１３３ａ、１３３ｂ：３２３ａ、３２３ｂ）とから成り、前記駆動ワイヤ（７）が前記可動体に連結されている把持装置。