JP6682074B2 - Gripping device - Google Patents
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Description
本発明は、把持対象物を挟むようにして把持する把持装置に関するものである。 The present invention relates to a gripping device that grips a gripping target while sandwiching the gripping target.
従来、この種の発明には、例えば特許文献1に記載されるもののように、複数の指体を備えたロボットハンドがある。このロボットハンドは、各指体を構成する複数のリンクや、隣接するリンク間のギアや減速機、モータ等を備え、前記モータの駆動によって各指体を曲げたり伸ばしたりするようにしている。
Conventionally, this type of invention includes a robot hand including a plurality of fingers, such as the one described in
ところで、前記従来技術によれば、複数の指体によって把持対象物を把持した場合、その把持状態を維持するには、前記モータへの電力供給を継続する必要がある。
そこで、従来構造の把持装置に対し、ブレーキ等の係止手段や、無通電位置保持機構などを具備して、無通電状態でも把持力を維持することが考えられる。
しかしながら、このような把持装置では、電力供給を遮断した後は、把持装置自体の弾性により把持対象物を把持しなければならず、十分な把持力を得るためには工夫を要する。
By the way, according to the conventional technique, when the object to be gripped is gripped by a plurality of fingers, it is necessary to continue supplying power to the motor in order to maintain the gripped state.
Therefore, it is conceivable that the gripping device having the conventional structure is provided with a locking means such as a brake or a non-energized position holding mechanism to maintain the gripping force even in the non-energized state.
However, in such a gripping device, after the power supply is cut off, the gripping object itself has to grip the object to be gripped by the elasticity of the gripping device itself, and a device is required to obtain a sufficient gripping force.
このような課題に鑑みて、本発明は、以下の構成を具備するものである。
複数の把持ユニットの間を開閉させて、これら把持ユニット間で把持対象物を把持したり解放したりする把持装置において、前記複数の把持ユニットのうちの少なくとも一つには、駆動源側から入力部に加わる駆動力を出力部に伝達可能であって且つ出力側から前記出力部に力が加わった際には前記出力部をロックする一方向動力伝達機構と、前記入力部に駆動力を付与する駆動源と、前記出力部の駆動力により受け部材を前記開閉の方向へ移動する動作部と、把持対象物に押圧されるように前記動作部における前記受け部材の閉方向側の部分に設けられた弾性体と、が具備され、前記把持ユニットのバックラッシュによる変位量と、予め設定された押圧力が前記弾性体よりも駆動源側に加わった際に生じる前記把持ユニットの弾性変形の量とを加えた変化量よりも大きく前記弾性体が弾性変形するように、前記弾性体の弾性率を設定し、(把持対象物を把持したときの前記弾性体の弾性変形量−振動による前記受け部材の位置変動)/前記弾性体の弾性率>把持対象物の把持に必要な把持力という条件と、前記把持力×前記弾性体の弾性率>前記動作部の移動分解能という条件との二つの条件を満たすようにしたことを特徴とする把持装置。
また、本発明の他例としては、以下の構成を具備する。
複数の把持ユニットの間を開閉させて、これら把持ユニット間で把持対象物を把持したり解放したりする把持装置において、前記複数の把持ユニットのうちの少なくとも一つには、駆動源側から入力部に加わる駆動力を出力部に伝達可能であって且つ出力側から前記出力部に力が加わった際には前記出力部をロックする一方向動力伝達機構と、前記入力部に駆動力を付与する駆動源と、前記出力部の駆動力により前記開閉の方向へ移動する動作部と、把持対象物に押圧されるように前記動作部の閉方向側の部分に設けられた弾性体と、が具備され、前記一方向動力伝達機構は、円柱状空間を有する収納室と、前記収納室に同軸状に回転するように収納された前記出力部と、前記出力部に対し同軸状に回転するように係合した前記入力部と、前記収納室の内周面と出力部の外周面との間に設けられた係合子と、前記係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備え、前記出力部の外周面に、前記一方側へ向かって前記収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面を形成し、前記入力部が前記一方側に対する他方側に回転した際に、前記入力部を前記係合子に当接した後に、同入力部を前記出力部に当接して前記出力部を押動するように構成され、さらに、前記一方向動力伝達機構の出力側には、雄ネジ状部材の回転により該雄ネジ状部材に螺合する雌ネジ状部材を軸方向へ進退させる他の動力伝達機構が設けられ、前記一方向動力伝達機構の前記出力部と前記他の動力伝達機構の前記雄ネジ状部材とを中心軸が平行になるように並設し、前記出力部の回転力を歯車により前記雄ネジ状部材に伝達し、前記雄ネジ状部材の回転に伴う前記雌ネジ状部材の進退により前記動作部を前記開閉の方向へ移動するようにしたことを特徴とする把持装置。
In view of such a problem, the present invention has the following configurations.
In a gripping device that opens and closes between a plurality of gripping units and grips or releases a gripping target between these gripping units, at least one of the plurality of gripping units receives an input from a drive source side. A one-way power transmission mechanism capable of transmitting a driving force applied to the output section to the output section and locking the output section when a force is applied to the output section from the output side, and applying a driving force to the input section A driving source, an operating unit that moves the receiving member in the opening and closing direction by the driving force of the output unit, and a portion of the operating unit on the closing direction side of the receiving member that is pressed by the object to be grasped. an elastic body which is, is provided, the amount of elastic deformation of said gripping units and the displacement amount of the backlash of the gripping unit, occurs when the preset pressure is applied to the drive source side than the elastic body The elastic modulus of the elastic body is set so that the elastic body elastically deforms more than the amount of change by adding (amount of elastic deformation of the elastic body when grasping an object to be grasped-the receiving member due to vibration). Position variation) / elastic modulus of the elastic body> grip force necessary for gripping an object to be gripped, and gripping force × elastic modulus of the elastic body> movement resolution of the operating unit. A gripping device characterized by satisfying the above condition .
Further, as another example of the present invention, the following configuration is provided.
In a gripping device that opens and closes between a plurality of gripping units and grips or releases a gripping target between these gripping units, at least one of the plurality of gripping units receives an input from a drive source side. A one-way power transmission mechanism capable of transmitting a driving force applied to the output section to the output section and locking the output section when a force is applied to the output section from the output side, and applying a driving force to the input section A driving source, an operating unit that moves in the opening and closing direction by the driving force of the output unit, and an elastic body that is provided in a portion on the closing direction side of the operating unit so as to be pressed by an object to be grasped. The one-way power transmission mechanism includes a storage chamber having a cylindrical space, the output unit accommodated in the storage chamber so as to rotate coaxially, and the output unit rotates coaxially with the output unit. The input part engaged with the front The engaging member provided between the inner peripheral surface of the storage chamber and the outer peripheral surface of the output portion, and a biasing member for biasing the engaging member to one side in the circumferential direction, the outer peripheral surface of the output portion. Forming a cam surface that gradually narrows between the inner peripheral surface of the storage chamber toward the one side, and when the input section rotates to the other side with respect to the one side, the input section is provided with the engagement element. Is configured to push the output part by abutting the input part on the output part after the contact with the output part of the one-way power transmission mechanism by the rotation of the male screw member. Another power transmission mechanism for axially advancing and retracting a female screw-shaped member screwed to the male screw-shaped member is provided, and the output portion of the one-way power transmission mechanism and the male screw-shaped member of the other power transmission mechanism are provided. And the members are arranged side by side so that their central axes are parallel to each other, and the rotational force of the output portion is applied to the male connector by a gear. Transmitted to Jo member, the gripping device, characterized in that the operating part by advancing and retracting of the female screw member due to rotation of the male threaded member is to move in the direction of the opening.
本発明は、以上説明したように構成されているので、駆動力が遮断された後であっても把持力を十分に維持することができる。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to maintain a sufficient gripping force even after the driving force is cut off.
本実施の形態の特徴の一つは、複数の把持ユニットの間を開閉させて、これら把持ユニット間で把持対象物を把持したり解放したりする把持装置において、前記複数の把持ユニットのうちの少なくとも一つには、駆動源側から入力部に加わる駆動力を出力部に伝達可能であって且つ出力側から前記出力部に力が加わった際には前記出力部をロックする一方向動力伝達機構と、前記入力部に駆動力を付与する駆動源と、前記出力部の駆動力により前記開閉の方向へ移動する動作部と、把持対象物に押圧されるように前記動作部の閉方向側の部分に設けられた弾性体と、が具備されている。
ここで、前記「複数の把持ユニット」には、これら複数の把持ユニットの全部がそれぞれ動作して、これら把持ユニット間が開閉するようにした態様や、これら複数の把持ユニットのうちの一部の把持ユニットのみが動作するとともに他の把持ユニットが不動に固定され、前記一部の把持ユニットと前記他の把持ユニットとの間が開閉するようにした態様等を含む。
また、前記「一方向動力伝達機構」には、回転運動により一方向へ駆動力を伝達する態様や、直線運動により一方向へ駆動力を伝達する態様、回転運動と直線運動の双方により駆動力を一方向へ伝達する態様等を含む。
前記構成によれば、前記駆動源の駆動力により前記把持ユニットを閉鎖動作させ、複数の把持ユニット間に把持対象物を把持した際、弾性体が把持ユニットの動作部と把持対象部との間に押圧されて弾性変形する。この後、前記駆動源の駆動力が遮断した場合には、一方向動力伝達機構により逆方向の動作が阻止され、前記弾性体の復元力により把持対象物を把持した状態が維持される。
One of the features of the present embodiment is a gripping device that opens and closes between a plurality of gripping units and grips or releases a gripping target object between these gripping units. At least one is a one-way power transmission capable of transmitting a driving force applied from the drive source side to the input part to the output part and locking the output part when a force is applied to the output part from the output side. A mechanism, a driving source that applies a driving force to the input unit, an operating unit that moves in the opening and closing direction by the driving force of the output unit, and a closing direction side of the operating unit that is pressed by an object to be grasped. And an elastic body provided at the portion of.
Here, in the "plurality of gripping units", a mode in which all of the plurality of gripping units operate to open and close between the gripping units and a part of the plurality of gripping units It includes a mode in which only the gripping unit operates and the other gripping unit is fixedly fixed, and the part of the gripping unit and the other gripping unit are opened and closed.
The "one-way power transmission mechanism" includes a mode in which a driving force is transmitted in one direction by a rotary motion, a mode in which a driving force is transmitted in one direction by a linear motion, and a driving force by both a rotary motion and a linear motion. Is included in one direction.
According to the above configuration, when the gripping unit is closed by the driving force of the driving source and the gripping target is gripped between the plurality of gripping units, the elastic body is provided between the operating unit of the gripping unit and the gripping target. It is pressed by and elastically deforms. After that, when the driving force of the driving source is cut off, the one-way power transmission mechanism prevents the operation in the opposite direction, and the restoring force of the elastic body keeps the object to be gripped.
他の特徴として、より効果的に弾性力を得るために、前記弾性体は、前記把持ユニットのバックラッシュによる変位量よりも大きく弾性変形するように形成されている。 As another feature, in order to obtain an elastic force more effectively, the elastic body is elastically deformed by a larger amount than a displacement amount of the grip unit due to backlash.
他の特徴として、より効果的に弾性力を得るために、前記弾性体は、予め設定された押圧力が前記弾性体よりも駆動源側に加わった際に生じる前記把持ユニットの弾性変形の量よりも大きく弾性変形するように形成されている。 As another feature, in order to obtain an elastic force more effectively, the elastic body is an amount of elastic deformation of the grip unit that occurs when a preset pressing force is applied to the drive source side of the elastic body. It is formed so as to be elastically deformed to a greater extent.
他の特徴として、前記一方向動力伝達機構は、円柱状空間を有する収納室と、前記収納室に同軸状に回転するように収納された前記出力部と、前記出力部に対し同軸状に回転するように係合した前記入力部と、前記収納室の内周面と出力部の外周面との間に設けられた係合子と、前記係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備え、前記出力部の外周面に、前記一方側へ向かって前記収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面を形成し、前記入力部が前記一方側に対する他方側に回転した際に、前記入力部を前記係合子に当接した後に、同入力部を前記出力部に当接して前記出力部を押動するように構成されている(図3及び図5参照)。 As another feature, the one-way power transmission mechanism includes a storage chamber having a columnar space, the output unit housed in the storage chamber so as to rotate coaxially, and the shaft rotating coaxially with the output unit. And the engaging member provided between the inner peripheral surface of the storage chamber and the outer peripheral surface of the output unit, and a biasing force that biases the engaging member to one side in the circumferential direction. A cam surface is provided on the outer peripheral surface of the output portion that gradually narrows between the output portion and the inner peripheral surface of the storage chamber toward the one side, and the input portion is provided on the other side with respect to the one side. Upon rotation, the input portion is brought into contact with the engaging element, and then the input portion is brought into contact with the output portion to push the output portion (see FIGS. 3 and 5). .
<具体的実施態様>
次に、上記特徴を有する具体的な実施態様について、図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る把持装置の一例を示す構造図である。
この把持装置Aは、ベース部材1と、該ベース部材1に支持された複数(図示例によれば二つ)の把持ユニット2とを備え、複数の把持ユニット2の間を開閉させて、これら把持ユニット2の間で把持対象物Bを把持したり解放したりする。
<Specific embodiment>
Next, specific embodiments having the above features will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a structural diagram showing an example of a gripping device according to the present invention.
This gripping device A includes a
ベース部材1は、その一端側と他端側に、それぞれ、後述する把持ユニット2の基端側の部分を有する。
このベース部材1は、例えば、筒状の中空部材や、枠状部材、長尺板状の部材、その他の構造の部材とすることが可能である。
The
The
各把持ユニット2は、該把持ユニット2の先端側で開閉方向へ移動する第1の動作部10と、第1の動作部10の閉方向側の部分に設けられた弾性体20と、第1の動作部10の基端側を回転可能に支持するとともにベース部材1に対し回動するように支持された第2の動作部30と、第1の動作部10を動作させるための駆動源42を有する第1の駆動源ユニット40と、第1の駆動ユニット40の駆動力を第1の動作部10に伝達する第1の動力伝達機構50と、第2の動作部30を動作させるための駆動源62を有する第2の駆動源ユニット60と、第2の駆動源ユニット60の駆動力を第2の動作部30に伝達する第2の動力伝達機構70とを具備している。
Each gripping unit 2 has a
第1の動作部10は、長尺状の一片部11aと該一片部11aに対し略へ字状に曲がって接続された短尺状の他片部11bとからなる可動アーム11と、前記一片部11aに略平行に設けられたパラレルリンク12と、これら可動アーム11及びパラレルリンク12の先端側に設けられた受け部材13とを具備している。
可動アーム11における基端側は、一片部11aと他片部11bの交差する部分が、第2の動作部30の先端側に回転自在に支持され、他片部11bの先端側が、後述する第1の動力伝達機構50の先端側に回転自在に支持されている。
また、パラレルリンク12の基端側は、第2の動作部30の先端側に回転自在に支持されている。
The
On the base end side of the
The base end side of the
受け部材13は、弾性体20を受ける面を平坦面状に形成するとともに、その逆側の部分が、一片部11aの先端部に回転自在に支持され、さらに、パラレルリンク12の先端部にも回転自在に支持されている。
この受け部材13、可動アーム11及びパラレルリンク12は、いわゆる平行クランク機構を構成しており、可動アーム11およびパラレルリンク12を第2の動作部30に対し回動させて、弾性体20を移動させた際に、その移動の前後の弾性体20の受け面が平行になるようにしている。
The receiving
The
また、弾性体20は、受け部材13の前記受け面に固定された平坦状の部材である。この弾性体20は、例えば、ニトリルゴムや、シリコン樹脂、ウレタン樹脂等、適宜な弾性を有し、且つ把持対象物Bを滑らせないように適宜な摩擦係数の材料が選定される。
この弾性体20は、把持ユニット2全体のバックラッシュによる変位量と、予め設定された一定の押圧力が弾性体20よりも駆動源側に加わった際に生じる把持ユニット2全体の弾性変形の量と、を加えた変化量よりも大きい必要最小限の弾性変形をするように、弾性率が適宜に設定されている。
前記バックラッシュは、可動アーム11やパラレルリンク12の前後の接続箇所や、後述する第1の動力伝達機構50の各接続箇所および歯車間等に生じる極僅かな隙間やがたつき等に起因するものである。
把持ユニット2の前記弾性変形の量とは、把持ユニット2を構成する各部材(前述した可動アーム11やパラレルリンク12等を含む)の全体の弾性変形の量である。前記各部材は、主に金属材料であるが、弾性的な撓みを含む若干の弾性変形をする。
また、前記「予め設定された一定の押圧力」とは、弾性体20を外した状態で左右の受け部材13間に把持対象物Bを把持した場合に、把持対象物Bが容易に滑り落ちることのない必要最小限の押圧力であり、予め実験または計算によって求められた一定の押圧力である。この押圧力は、予定される把持対象物Bの重量や形状、被把持部位の摩擦係数等に応じて、異なる値になる。
The
The
The backlash is caused by connection points before and after the
The amount of elastic deformation of the grip unit 2 is the total amount of elastic deformation of each member (including the
The "predetermined constant pressing force" means that the gripping target B easily slips down when the gripping target B is gripped between the left and right receiving
仮に第1の動作部10(例えば、ロボットの指)の移動分解能を0.1mmとし、弾性体20を省いた把持ユニット2を用いて、把持対象物Bを10Nの把持力で把持した際の把持ユニット2全体の弾性変形量が0.01mmである場合には、把持力(指先力)を調整するために逆方向へ指を移動すると、把持対象物Bは落下する。
しかしながら、受け部材13に弾性体20を取り付け、前記把持力(10N)を受けた場合に弾性変形量が1mmとなるように弾性体20を設計しておけば、把持力を10%刻みで調整可能となり、把持対象物Bの落下も防ぐことができる。
なお、把持装置(図示例によれば、把持装置A)が安定的に把持対象物を把持するためには、(把持対象物を把持したときの弾性体20の弾性変形量 - 振動による受け部材の位置変動)/ 弾性体20の弾性率 > 把持対象物Bの把持に必要な力、把持力 × 弾性体20の弾性率 > 第1の動作部10(例えば、ロボットの指)の移動分解能 の2つの条件を満たす必要がある。
また、把持力の調整可能分解能は、把持力×弾性体20の弾性率/動作部(図示例によれば、第1の動作部10)の移動分解能で計算できる。把持対象物Bを落下させずに把持力を調整可能とするためには、把持力の調整可能分解能を1未満にする必要があるが、弾性体20の弾性率を適切に設定することにより、安定的に把持対象物Bを把持し続けるとともに、把持力の調整可能分解能を調整することが可能となる。
また、当該把持装置Aでは、把持ユニット2全体の弾性変形量に加えバックラッシュも考慮して、上述したように弾性体20の弾性率を設定している。
If the grasping target 2 is grasped with a grasping force of 10 N using the grasping unit 2 in which the movement resolution of the first operation unit 10 (for example, the finger of the robot) is 0.1 mm and the
However, if the
Note that in order for the gripping device (according to the illustrated example, the gripping device A) to stably grip the gripping target, (the elastic deformation amount of the
Further, the adjustable resolution of the gripping force can be calculated by (gripping force) × (modulus of elasticity of elastic body 20) / (moving resolution of motion unit (
Further, in the gripping device A, the elastic modulus of the
また、第2の動作部30は、先端側に第1の動作部10の基端側を支持する長尺状の支持片部31と、該支持片部31の基端側に一体状に接続されるとともに略L字状に曲げられた形状の基片部32とを具備している。
In addition, the
支持片部31は、その先端側に、パラレルリンク12の基端側を回転自在に支持し、さらに先端側には、可動アーム11における一片部11aと他片部11bが交差する部分を回転自在に支持している。
そして、この支持片部31には、後述する第1の駆動源ユニット40及び第1の動力伝達機構50等が支持されている。
The
A first
基片部32は、支持片部31の基端側に接続された一片部32aと、後述する第2の動力伝達機構70に接続された他片部32bとなる略L字状に形成され、これら一片部32aと他片部32bの交差部分が、ベース部材1に対し支持ブラケット1a等を介して回転自在に支持されている。
The
また、第1の駆動源ユニット40は、円筒状のケース41内に、回転駆動力を発生する駆動源42と、該駆動源42の回転力を調整して伝達する調速機構43と、駆動源側から入力部44aに加わる駆動力を出力部44bに伝達可能であって且つ出力側(具体的には第1の動力伝達機構50側)から出力部44bに力が加わった際には出力部44bをロックする一方向動力伝達機構44とを具備している(図1及び図2参照)。
Further, the first
駆動源42は、出力軸42aを前方へ突出させた電動の回転式モータである。この駆動源42の具体例としては、回転角を制御するようにしたステッピングモータや、DCブラシレスモータ等が挙げられる。
The
調速機構43は、入力部44aの中心軸周りに複数配設され各々が自転する複数の第1の遊星歯車43aと、これら第1の遊星歯車43aに対し中央側から噛み合う太陽歯車43bと、該太陽歯車43bの軸方向の後端側に固定された支持回転体43cと、該支持回転体43cの後端面において中心軸周りに複数配設されそれぞれが自転する第2の遊星歯車43d(連接遊星歯車)と、第1及び第2の遊星歯車43a,43dに噛み合うケース41内周面の内歯車41bとを具備して、遊星歯車機構を構成している(図2及び図4参照)。
そして、この調速機構43は、駆動源42の出力軸42aから支持回転体43cに伝達される回転力を、予め設定された適宜な比率で減速し、一方向動力伝達機構44の入力部44aに伝達する。
The
The
一方向動力伝達機構44は、図2、図3および図5に示すように、ケース41の軸方向前端側の収納室41a内に、該収納室41aと同軸状に回転するように設けられた円形状の出力部44bと、出力部44bに対し同軸状に係合した円形状の入力部44aと、ケース41内周面と入力部44aの外周面との間に位置する一対の係合子44c,44dと、一方の係合子44cを周方向の一方側(図3によれば時計方向側)へ付勢するとともに他方の係合子44dを周方向の他方側(図3によれば反時計方向側)へ付勢する付勢部材44g(図示例によれば略Y字状の板バネ)とを具備してなる。
そして、この一方向動力伝達機構44は、調速機構43から、入力部44aに回転力を受けた際に、この回転力を出力部44bに伝達して出力部44bを回転させ、また、出力部44bに対し出力側(後述する第1の動力伝達機構50側)から回転力が加わった際には、該出力部44bを回転不能にロックする。
As shown in FIGS. 2, 3, and 5, the one-way
When the
詳細に説明すれば、入力部44aが、例えば、図5に示すように、反時計方向へ回転した場合には、入力部44aのブロック状の押圧伝達部44a1が、先ず一方の係合子44cに当接することで、該係合子44cと出力部44b外周側の傾斜状のカム面44eとの摩擦、および該係合子44cとケース41内周面との摩擦が小さくなり、その後で、押圧伝達部44a1が出力部44b外周側の凹部44b2内の側面に当接して出力部44bを押動するため、出力部44bが反時計方向へスムーズに回転する。
また、入力部44aに時計方向の回転力が加わった場合には、図示を省略するが、前述したのと逆方向への移動、当接、押動等によって、出力部44bが時計方向へスムーズに回転する。
More specifically, when the
Further, when a clockwise rotational force is applied to the
また、出力部44bに、その出力側(第1の動力伝達機構50側)から、例えば時計方向の回転力が加わった場合には、時計方向へ回転しようとする出力部44bの他方のカム面44fと収納室41a内周面との間に、他方の係合子44dが食い込むようにして強く押し付けられるため、出力部44bの時計方向への回転が阻まれる。
同様にして、出力部44bに、第1の動力伝達機構50側から、例えば反時計方向の回転力が加わった場合には、反時計方向へ回転しようとする出力部44bの一方のカム面44eと収納室41a内周面との間に、一方の係合子44cが食い込むようにして強く押し付けられるため、出力部44bの反時計方向への回転が阻まれる。
Further, when, for example, a clockwise rotational force is applied to the
Similarly, when a rotational force in the counterclockwise direction is applied to the
なお、この一方向動力伝達機構44は、例えば、再公表特許WO2013/133162号公報に開示される発明を用いることが可能である。
The one-way
また、第1の動力伝達機構50は、第1の駆動源ユニット40の回転力によって回転するように設けられた雄ネジ状部材51、雄ネジ状部材51に螺合する雌ネジ状部材52、雌ネジ状部材52の駆動力を可動アーム11へ伝達する駆動リンク53等を具備している。
Further, the first
雄ネジ状部材51は、外周面に雄ネジ状の螺旋溝を有する軸状の部材であり、軸受54及びブラケット等を介して第2の動作部30に対し回転自在且つ軸方向へ移動しないように支持されている。
この雄ネジ状部材51の後端側と、第1の駆動源ユニット40の出力部44bとの間には、出力部44bの回転力を雄ネジ状部材51へ伝達するように、複数の歯車55が設けられている。
The male screw-shaped
Between the rear end side of the male screw-shaped
雌ネジ状部材52は、内周面に雌ネジ状の螺旋溝を有するナット状の部材であり、雄ネジ状部材51の先端側の外周部に螺合している。
この雌ネジ状部材52は、雄ネジ状部材51の一方向の回転により前進し、同雄ネジ状部材51の他方向の回転により後退する。
これら雄ネジ状部材51及び雌ネジ状部材52は、周知のボールねじ機構又はすべりねじ機構によって構成することが可能である。なお、この機構は、雌ネジ状部材52に加わる軸方向の力によって雄ネジ状部材51が回転することのないように構成される。すなわち、この機構は、上記一方向動力伝達機構44と同様の機能を有する。
The female screw-shaped
The female screw-shaped
The
駆動リンク53は、一端側が雌ネジ状部材52に対し回転自在に支持されるとともに、他端側を可動アーム11の他片部11bに対し回転自在に接続した直線状の部材である。
The
また、第2の駆動源ユニット60は、第1の駆動源ユニット40と同構成のケース61、駆動源62、調速機構63、一方向動力伝達機構64等によって構成され、ベース部材1の一端から一方向動力伝達機構64の出力部を突出させるようにして、ベース部材1内に支持されている。
The second
第2の動力伝達機構70も、第1の動力伝達機構50と同構成の雄ネジ状部材71、雌ネジ状部材72、駆動リンク73、軸受74および複数の歯車75等から構成される。この第2の動力伝達機構70は、第2の駆動源ユニット60と略平行に並ぶようにベース部材1内に支持され、第2の駆動源ユニット60の駆動力を第2の動作部30に伝達するように、駆動リンク63の先端側を、第2の動作部30の他片部32bに回転自在に接続している。
The second
複数の把持ユニット2のうち、上述した把持ユニット2以外の把持ユニット2は、上記把持ユニット2と同構成である。図1に例示するように、複数の把持ユニット2は互いに線対称に配設される。
なお、複数の把持ユニット2の他例としては、非対称に配置した態様とすることも可能である。例えば、3つの把持ユニット2を角度120毎に配設した態様や、複数の把持ユニット2を人間の手指や腕等と同様に配設した態様等とすることも可能である。
Of the plurality of gripping units 2, the gripping units 2 other than the above-described gripping unit 2 have the same configuration as the gripping unit 2. As illustrated in FIG. 1, the plurality of grip units 2 are arranged line-symmetrically to each other.
Note that, as another example of the plurality of grip units 2, it is possible to adopt an aspect in which they are arranged asymmetrically. For example, it is possible to adopt a mode in which three grip units 2 are arranged at each angle 120, a mode in which a plurality of grip units 2 are arranged in the same manner as human fingers, arms, and the like.
次に、上記構成の把持装置Aについて、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
当該把持装置Aによって把持対象物Bを挟む際、二つの把持ユニット2について、それぞれ、駆動源42(モータ)に電力が供給され、該駆動源42が一方向へ回転する。
駆動源42の回転力は調速機構43によって調速され、一方向動力伝達機構44を介して第1の動力伝達機構50に伝達される。
第1の動力伝達機構50は、雄ネジ状部材51を回転させることで雌ネジ状部材52を前進させ、この前進に伴って前進する駆動リンク53が、可動アーム11の他片部11bを押し動かし、可動アーム11が回動する。この際、受け部材13により連結されたパラレルリンク12も同時に回動することになる。
Next, the characteristic effects of the gripping device A having the above configuration will be described in detail.
When sandwiching the gripping target B by the gripping device A, electric power is supplied to the driving sources 42 (motors) of the two gripping units 2, and the driving
The rotational force of the
The first
そして、この回動に伴い、一方の把持ユニット2の弾性体20と、他方の把持ユニット2の弾性体20とが、略平行状態のまま、これらの間の幅Wを狭め、左右の弾性体20の間に把持対象物Bが把持(挟持)される。弾性体20は、把持対象物Bに押圧されて弾性変形する。
駆動源42は、図示しない制御装置によって動作が制御される。
この制御装置は、例えば、電源、モータドライバ、演算増幅器等を含む制御回路等により構成されている。この制御装置は、把持ユニット2が把持対象物Bを把持する際の押圧力を、図示しない検知手段により駆動源42の負荷電流として検知する。
そして、前記制御装置は、通常の把持動作時においては、前記負荷電流値が予めプログラム設定している基準値を超えない範囲で、駆動源42が駆動することによって、把持対象物Bを把持する動作を行う。また、前記負荷電流値が前記基準値を超えたときには、駆動源42の供給電力を自動的に遮断する。
なお、前記検知手段は、駆動源42の負荷電流を検知するものではなく、トルクセンサ、圧力センサ或いは力覚センサなどを用いて前記押圧力を測定するものとし、この測定値が、予め適宜に設定した基準値を超えた場合に、駆動源42の供給電力を遮断するようにしてもよい。
With this rotation, the
The operation of the
This control device is composed of, for example, a power supply, a motor driver, a control circuit including an operational amplifier, and the like. This control device detects the pressing force when the gripping unit 2 grips the gripping target B as a load current of the
Then, during a normal gripping operation, the control device grips the gripping target B by driving the
The detection means does not detect the load current of the
前記電力遮断状態では、第1の動力伝達機構50及び一方向動力伝達機構44が逆方向の力を伝達せずに出力部44bをロックするため、受け部材13及び第1の動作部10が逆方向へ動作するようなことがない。このため、弾性体20が把持対象物Bに押圧されて弾性変形した状態が維持され、この結果、左右の弾性体20の間に把持対象物Bが把持された状態が維持される。
In the power cut-off state, since the first
そして、前記把持状態において、駆動源42を逆回転させるように該駆動源42に電力を供給すれば、駆動源42の逆方向の回転力が一方向動力伝達機構44及び第1の動力伝達機構50を介して第1の動作部10等に伝達されるため、第1の動作部10が逆方向へ回動し、左右の弾性体20の間から把持対象物Bが解放される。
なお、一方向動力伝達機構44及び第1の動力伝達機構50の作用により把持対象物Bを把持する際、把持力が目標値を超えてしまう場合がある。このような場合には、必要に応じて前記把持力を低減させるために、前記把持力を目標値に一致させるように駆動源42を逆回転させ、第1の動作部10を逆方向に回動させる。この時、仮に弾性体20がない場合には把持対象物Bを把持する力が急激に減少し、把持対象物Bを落下させてしまう恐れがあるが、本実施態様の把持装置Aでは、弾性体20を含む上記構成によって、回動量に対する把持力の変化を前述の通り緩やかにすることができ、その結果として、把持対象物Bを落下させることなく把持力を維持することが可能である。
Then, in the gripped state, if electric power is supplied to the
Note that when the object to be gripped B is gripped by the action of the one-way
また、第2の駆動源ユニット60の駆動源62を動作させれば、第2の動作部30を回動させることができ、この回動によって、弾性体20の把持面の角度を変えたり、把持可能な最大幅を変化させたり等することができる。
Further, by operating the
よって、上記構成の把持装置Aによれば、把持対象物Bを把持した後に、駆動力を遮断したとしても、弾性体20の弾性(復元力)及び摩擦等によって、把持対象物Bに対する把持力を十分に保持することができる。この結果、把持対象物Bに対する把持状態を維持する際の消費電力を大幅に軽減することができる。
また、把持対象物Bを把持した際に、把持ユニット2のバックラッシュや固有の弾性変形量等を含む必要最小限の弾性変形となるように、弾性体20の弾性率が設定されているため、高速に動作させた場合でも、把持の確実性が低下するようなことを防ぐことができる。
Therefore, according to the gripping device A having the above-described configuration, even if the driving force is cut off after gripping the gripping target B, the gripping force for the gripping target B by the elasticity (restoring force) and friction of the
In addition, the elastic modulus of the
なお、上記実施態様によれば、駆動源42,62として電動の回転式モータを用いたが、この駆動源の他例としては、エアー式の回転式モータや直動機構、出力軸を振動によって回転させたり直動させたりする機構、電磁ソレノイドによって出力軸を直動させるようにした機構、これらの機構を適宜に組み合わせた機構等とすることが可能である。
According to the above-described embodiment, the electric rotary motors are used as the
また、上記実施態様によれば、調速機構43として遊星歯車機構を用いたが、この調速機構の他例としては、複数の歯車を適宜に組み合わせた機構や、直動ねじ機構、ハーモニックドライブ(登録商標)を用いた機構、これらの機構を適宜に組み合わせた機構等とすることも可能である。
Further, according to the above-described embodiment, the planetary gear mechanism is used as the
また、上記実施態様によれば、弾性体20の復元力により第1の動作部10が逆方向へ動作しないように、一方向動力伝達機構44や第1の動力伝達機構50のボールねじ機構又はすべりねじ機構等を設けたが、同様の機能を有する他例としては、ウォームギア機構を用いた態様や、これらの機構を適宜に組み合わせた態様等とすることも可能である。
Further, according to the above-described embodiment, the ball screw mechanism of the one-way
また、上記実施態様によれば、特に好ましい具体例として、把持ユニット2のバックラッシュと固有の弾性変形量の合計の変化量を含むように弾性体20の弾性率を設定したが、他例としては、バックラッシュのみを含むように前記弾性率を設定したり、前記弾性変形量のみを含むように前記弾性率を設定することも可能である。
Further, according to the above embodiment, as a particularly preferable example, the elastic modulus of the
また、上記実施態様によれば、第1の動作部10、第1の駆動源ユニット40および第1の動力伝達機構50と、第2の動作部30、第2の駆動源ユニット60および第2の動力伝達機構70との二つの動作部分を具備するようにしたが、他例としては、いずれか一方の動作部分を省いたり、上記同様の構成によって動作部分を三以上設けたりすることも可能である。
Further, according to the above-described embodiment, the
また、上記実施態様によれば、二つの把持ユニット2が何れも動作する態様としたが、他例としては、一方の把持ユニット2を不動に固定された一体の部材とし、該部材と、動作可能な他の把持ユニット2との間で、把持対象物Bを把持する構成とすることも可能である。 In addition, according to the above-described embodiment, the two gripping units 2 operate, but as another example, one gripping unit 2 is an immovably fixed integral member, and It is also possible to adopt a configuration in which the gripping target B is gripped with another possible gripping unit 2.
また、上記実施態様によれば、二つの把持ユニット2の間で把持対象物Bを把持するようにしたが、他例としては、三以上の把持ユニット2の間で把持対象物Bを把持する態様や、人間の手指状に構成された複数の把持ユニット2の間で把持対象物Bを把持する態様等とすることも可能である。 Further, according to the above-described embodiment, the gripping target B is gripped between the two gripping units 2, but as another example, the gripping target B is gripped between three or more gripping units 2. It is also possible to adopt a mode or a mode in which the gripping target B is gripped between the plurality of gripping units 2 configured like a human finger.
また、本発明は上述した実施態様に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without changing the gist of the present invention.
1:ベース部材
2:把持ユニット
10:第1の動作部
20:弾性体
30:第2の動作部
40:第1の駆動源ユニット
41:ケース
41a:収納室
42,62:駆動源
43,63:調速機構
44,64:一方向動力伝達機構
44c,44d:係合子
44e,44f:カム面
44g:付勢部材
44a:入力部
44b:出力部
60:第2の駆動源ユニット
A:把持装置
B:把持対象物
1: Base member 2: Gripping unit 10: First operating unit 20: Elastic body 30: Second operating unit 40: First drive source unit 41:
Claims (2)
前記複数の把持ユニットのうちの少なくとも一つには、
駆動源側から入力部に加わる駆動力を出力部に伝達可能であって且つ出力側から前記出力部に力が加わった際には前記出力部をロックする一方向動力伝達機構と、
前記入力部に駆動力を付与する駆動源と、
前記出力部の駆動力により受け部材を前記開閉の方向へ移動する動作部と、
把持対象物に押圧されるように前記動作部における前記受け部材の閉方向側の部分に設けられた弾性体と、が具備され、
前記把持ユニットのバックラッシュによる変位量と、予め設定された押圧力が前記弾性体よりも駆動源側に加わった際に生じる前記把持ユニットの弾性変形の量とを加えた変化量よりも大きく前記弾性体が弾性変形するように、前記弾性体の弾性率を設定し、
(把持対象物を把持したときの前記弾性体の弾性変形量−振動による前記受け部材の位置変動)/前記弾性体の弾性率>把持対象物の把持に必要な把持力という条件と、
前記把持力×前記弾性体の弾性率>前記動作部の移動分解能という条件との二つの条件を満たすようにしたことを特徴とする把持装置。 In a gripping device that opens and closes between a plurality of gripping units and grips or releases a gripping target object between these gripping units,
At least one of the plurality of gripping units includes
A one-way power transmission mechanism capable of transmitting a driving force applied from the drive source side to the input part to the output part and locking the output part when a force is applied to the output part from the output side,
A drive source for applying a drive force to the input section,
An operating unit that moves the receiving member in the opening and closing direction by the driving force of the output unit;
An elastic body provided in a portion of the operating portion on the closing direction side of the receiving portion so as to be pressed by an object to be grasped ,
The displacement amount due to the backlash of the grip unit and the amount of elastic deformation of the grip unit generated when a preset pressing force is applied to the drive source side of the elastic body are larger than the change amount. Set the elastic modulus of the elastic body so that the elastic body elastically deforms,
(Amount of elastic deformation of the elastic body when grasping the object to be grasped-positional change of the receiving member due to vibration) / Elastic modulus of the elastic body> Gripping force required to grasp the object to be grasped,
The gripping device is configured to satisfy the following two conditions: gripping force × elasticity of elastic body> movement resolution of the operating unit .
前記複数の把持ユニットのうちの少なくとも一つには、
駆動源側から入力部に加わる駆動力を出力部に伝達可能であって且つ出力側から前記出力部に力が加わった際には前記出力部をロックする一方向動力伝達機構と、
前記入力部に駆動力を付与する駆動源と、
前記出力部の駆動力により前記開閉の方向へ移動する動作部と、
把持対象物に押圧されるように前記動作部の閉方向側の部分に設けられた弾性体と、が具備され、
前記一方向動力伝達機構は、円柱状空間を有する収納室と、前記収納室に同軸状に回転するように収納された前記出力部と、前記出力部に対し同軸状に回転するように係合した前記入力部と、前記収納室の内周面と出力部の外周面との間に設けられた係合子と、前記係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備え、前記出力部の外周面に、前記一方側へ向かって前記収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面を形成し、前記入力部が前記一方側に対する他方側に回転した際に、前記入力部を前記係合子に当接した後に、同入力部を前記出力部に当接して前記出力部を押動するように構成され、
さらに、前記一方向動力伝達機構の出力側には、雄ネジ状部材の回転により該雄ネジ状部材に螺合する雌ネジ状部材を軸方向へ進退させる他の動力伝達機構が設けられ、
前記一方向動力伝達機構の前記出力部と前記他の動力伝達機構の前記雄ネジ状部材とを中心軸が平行になるように並設し、前記出力部の回転力を歯車により前記雄ネジ状部材に伝達し、前記雄ネジ状部材の回転に伴う前記雌ネジ状部材の進退により前記動作部を前記開閉の方向へ移動するようにしたことを特徴とする把持装置。
In a gripping device that opens and closes between a plurality of gripping units and grips or releases a gripping target object between these gripping units,
At least one of the plurality of gripping units includes
A one-way power transmission mechanism capable of transmitting a driving force applied from the drive source side to the input part to the output part and locking the output part when a force is applied to the output part from the output side,
A drive source for applying a drive force to the input section,
An operating unit that moves in the opening and closing direction by the driving force of the output unit,
An elastic body provided in a portion on the closing direction side of the operation portion so as to be pressed by the object to be grasped,
The one-way power transmission mechanism includes a storage chamber having a columnar space, the output unit stored in the storage chamber so as to rotate coaxially, and the output unit engaged so as to rotate coaxially with the output unit. The input portion, an engagement element provided between the inner peripheral surface of the storage chamber and the outer peripheral surface of the output portion, and a biasing member that biases the engagement element to one side in the circumferential direction, On the outer peripheral surface of the output portion, a cam surface that gradually narrows between the inner peripheral surface of the storage chamber toward the one side is formed, and when the input portion rotates to the other side with respect to the one side, After contacting the input portion with the engagement element, the input portion is configured to contact the output portion to push the output portion,
Furthermore, on the output side of the one-way power transmission mechanism, another power transmission mechanism for axially advancing and retracting a female screw-shaped member screwed to the male screw-shaped member by rotation of the male screw-shaped member is provided,
The output portion of the one-way power transmission mechanism and the male screw-shaped member of the other power transmission mechanism are arranged side by side so that their central axes are parallel to each other, and the rotational force of the output portion is generated by the gear to the male screw shape. A gripping device which is transmitted to a member and is configured to move the operating portion in the opening / closing direction by advancing and retracting the female screw-shaped member as the male screw-shaped member rotates .
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