JP6725649B2 - グリップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ベース部分と、グリップコンポーネントをグリップするためにベース部分に可動に配置されたグリップフィンガとを有する人間型のグリップ装置に関する。

人間型のグリップ装置は人間の手を模倣しており、人間の指に相当する可動のグリップフィンガの構造を有している。

このような種類のグリップ装置は、まず第１に、コンポーネントを受容し、保持し、置き換え、又は移動させる役目を果たす。比較的小型のグリップ装置によっては、比較的重いコンポーネントをグリップするのが困難であることが示されている。特に、そのためには比較的高いグリップ力が必要となる。他ならぬ人間型のグリッパでは、ある程度の重量を有し、重心がそれぞれのグリップフィンガの間の仮想線の範囲外に位置するコンポーネント、及び／又は取扱時にいっそう高い外力又は予測不能な外力が作用するコンポーネントを、それぞれのグリップフィンガの間で確実にグリップして取り扱うことが困難である。特に、たとえばキッチンロボットで適用される人間型のグリッパでは、たとえばフライパンや鍋のグリップが問題となることが判明している。たとえばパン切りナイフなどのグリップや、パンを切るためのその使用も問題がある。

さらに別のグリップ装置が特許文献１から公知である。このグリップ装置では、可動ではないフィンガがその自由端に吸引メカニズムを有しており、これによって、グリップされるべきコンポーネントを吸着により追加的に保持することができる。

特許文献２より、コンポーネントを保持するためにねじ止めによって取り付けられた磁化されるディスクを含む、人間型でないグリップ装置が公知である。

エンジンブロックを持ち上げて移動させるための人間型でないグリップ装置が、特許文献３から公知である。

米国特許出願公開第２０１２／０５９５１７Ａ１号明細書 フランス特許出願公開第２９７９５６４Ａ３号明細書 米国特許第５５８８７９４号明細書

本発明の課題は、上述した欠点への対処法を与える、冒頭に述べた種類の人間型のグリップ装置を提供することにある。

この課題は請求項１の構成要件を有するグリップ装置によって解決される。

したがってこのグリップ装置は、グリップフィンガに加えて、グリップフィンガから独立して操作可能であるクランプ装置を追加的に意図している。グリップフィンガによって、特に、クランプ装置と協同作用するための保持区域を意図しないことを特徴とするグリップコンポーネントをグリップすることができる。このような種類のグリップは、特に、比較的小さくて軽いコンポーネントについて好ましい。そして大きい、又は重いコンポーネントをグリップしようとするときは、グリップフィンガがコンポーネントに対して付勢するグリップ力はしばしば十分ではない。その場合にはクランプコンポーネントとして構成されるこのような種類のコンポーネントを、ベース部分に設けられたクランプ装置によってベース部分に固定し、取り扱うことができる。すなわちこのようなクランプコンポーネントは、ベース部分に設けられたクランプ装置と協同作用するのに適した保持区域を意図していることを特徴とする。したがって、取り扱われるべきコンポーネントに応じて、これをグリップ装置によりそれぞれのグリップフィンガの間でグリップすることができ、又は、クランプ装置によってベース部分に固定することができる。

本発明による人間型のグリップ装置は、特に、たとえばキッチンロボットなどのサービスロボットとの関連で適用することができる。このような種類のロボットによって鍋、フライパン、ナイフなどの対象物を取り扱うことができ、このことはグリップフィンガによって惹起することはできない。

このときクランプ装置は、特に、クランプ装置と保持区域とを介して力をベース部分へ伝達することができるように、保持区域と形状接合式に協同作用することができる。

このときクランプ装置は、ロック位置のときにベース部分へクランプコンポーネントを固定するために１つ又は複数の保持区域に後方係合するとともに、リリース位置のときにベース部分からクランプコンポーネントを外すために１つ又は複数の保持区域をリリースする、変位可能なロック部材を有していると好ましい。すなわち、このようなロック部材を設けることで、ベース部分へのそれぞれのクランプコンポーネントの機械的なロックを具体化することができ、これによって特に、比較的重いクランプコンポーネントも確実にグリップ装置によって取り扱うことができる。

このとき、ロック部材をロック位置ないしリリース位置へと押圧するばね部材が設けられ、及び／又はロック部材がリリース位置ないしロック位置へと可動である駆動手段が設けられていると好ましい。このとき特に、ロック部材がばね部材によってロック位置へと押圧されると好ましいことが判明している。このときリリース位置へのロック部材の操作は、特に機械式、電磁石式、空気圧式、及び／又は流体式に行うことができる。

ロック部材は、グリップ装置でクランプコンポーネントが固定されるときに、たとえばばね部材のばね力に抗して、まず保持区域によりロック位置からリリース位置へと押圧されるように構成されていると特別に好ましい。このとき、ロック部材は固定最終位置に達すると自動的にこのロック最終位置で係止され、又はスナップ止めされると好ましい。このことは、特にばね部材のばね力によって行うことができる。係止又はスナップ止めの場合、すでに述べたとおり、ロック部材はクランプコンポーネント側の保持区域に確実に後方係合できるという利点がある。

ベース部分でのクランプコンポーネントの確実な配置を追加的に保証するために、さらにロック部材は、ロック位置にあるときにクランプコンポーネントをベースコンポーネントに対して付勢するように構成されていると好ましい。そのためにベースコンポーネントは、クランプコンポーネントが正しい位置で当接することができる当接面を意図することができる。

クランプ装置それ自体がマグネットクランプ装置として構成されていてもよい。そしてベース部分での保持区域の固定は、磁力を通じて行うことができる。このことは、ベース部分にクランプコンポーネントが固定されるときに機械的に可動のコンポーネントを設けなくてすむという利点がある。

このとき、磁力は永久磁石によって提供され、ベース部分からクランプコンポーネントを外すために、磁力が電磁場によって補償されると好ましい。電磁場は、特に、ベース部分の内部又は表面に設けられた電磁石によって生成することができる。したがって、電磁石へ相応に通電をすることで、永久磁石により生成される磁場を中立化することができ、それによってクランプコンポーネントをベース部分から外すことができる。

さらに、クランプ装置は吸引クランプ装置として構成されていてよく、保持区域の固定は負圧又は正圧によって提供される力を通じて行われる。特に、クランプコンポーネントを固定するために、これが負圧によってベース部分に保持されることが考えられる。

さらにクランプ装置は、クランプをするために保持区域がまず、好ましくはクランプ装置を有しているベース部分の区域の表面に対して直交するように延びる直線に沿って動き、次いで回転軸を中心としてロック位置へと動くバヨネットクランプ装置として構成されることが考えられる。

クランプ装置それ自体は、特に、固定されたコンポーネントに設けられ、保持区域を有しているクランプ突起を収容するためのクランプ収容部を有することができる。その場合、クランプ突起がクランプコンポーネントを固定するためにクランプ収容部へ挿入されて、そこでロックされる。このロックは特に、前述したとおり、ロック部材を介して行うことができる。しかしながら、ロックは特に磁気式又は空気圧式でも可能である。

その一方で、クランプ装置が、固定されるべきクランプコンポーネントに設けられたクランプ収容部へ係合するためのクランプ突起を有することも考えられる。このことは特に、クランプコンポーネントがたとえば手動でも取り扱うことができるようにするために、突起を意図しないほうがよい場合に好ましい。その場合、クランプ突起はたとえば設けられるべきロック部材とともに、ベース部分に配置される。

その一方でクランプ装置が、固定されるべきクランプコンポーネントに設けられるクランプ収容部へ係合するためのクランプ突起を有することも考えられる。このことは特に、クランプコンポーネントがたとえば手動でも取り扱うことができるようにするために、突起を意図しないほうがよい場合に好ましい。その場合、クランプ突起はたとえば設けられるべきロック部材とともに、ベース部分に配置される。

冒頭に述べた課題は、本発明によるグリップ装置と、これに付属するクランプコンポーネントとを含むグリップシステムによっても解決され、クランプコンポーネントはクランプ装置と協同作用する保持区域を有している。すなわちこのシステムは、クランプコンポーネントを相応の保持区域を設けることによってグリップ装置に確実に固定し、これに接したまま取り扱うことができるという特徴がある。

本発明のその他の具体的事項や好ましい実施形態は以下の記載から読み取ることができ、該記載により、本発明のさまざまな実施形態が詳しく記述されて説明される。

本発明によるグリップ装置を示すさまざまな図面である。 本発明によるグリップ装置を示すさまざまな図面である。 クランプコンポーネントである。 図３に示すクランプコンポーネントの断面を固定最終位置で示す部分図である。 本発明による第２のグリップ装置とクランプコンポーネントである。 クランプコンポーネントが固定された図５のグリップ装置である。 キッチンナイフの形態のクランプコンポーネントである。 セントリックグリッパとしての本発明の第３のグリップ装置である。 図８にクランプ装置を個別部品図として示す図である。

図１及び２に示すグリップ装置１０は、人間の手が模倣された人間型のグリッパとして構成されている。ベース部分１２に、互いに平行に延びる全部で４つのグリップフィンガ１４が設けられていて、これらは互いに可動に配置された３つのフィンガ部材１６をそれぞれ有している。さらにベース部分１２は、人間の親指に相当するべき別のグリップフィンガ１８が設けられている。

ベース部分１２は、グリップフィンガ１８がベース部分１２に設けられている側に、手のひら区域２０を有している。図１及び２から明らかになるとおり、手のひら区域２０にはクランプ装置２２が設けられている。クランプ装置２２はクランプ突起として構成されており、すなわち、手のひら区域２０に設けられていて、これから突き出している。ここではクランプ装置２２は直方体のハウジング２４を含んでおり、その中に、互いに近づくように、及び互いに離れるように変位可能な２つのロック部材２６が設けられている。このときハウジング２４の中には、ロック部材２６を軸方向外方に向かって互いに離れるように押圧するばね部材が設けられている。したがってロック部材２６は、このばね部材のばね力に抗して、互いに近づくように動かすことができる。さらに、図示しない駆動手段が設けられていて、これによってロック部材を図１及び２に示すロック位置から、ロック部材が互いに近づくようにハウジング２４へ押し込まれるリリース位置へと動かすことができる。駆動手段は、たとえば電気式、機械式、空気圧式、又は流体式に操作可能であってよい。

図３には、グリップ装置１０によって取り扱われるべきクランプコンポーネント２８が示されている。このクランプコンポーネント２８は、クランプ装置２２と協同作用するために設けられたクランプ収容部の形態の保持区域３０を有している。保持区域３０は、ベース部分１２に固定された状態のとき、図に４に示すようにロック部材２６によって後方係合される２つの後方係合区域３２を含んでいる。

ロック部材２６は、ここでは手のひら区域２０と反対を向いているほうの上面において、楔状に構成され、これによってグリップ装置１０ないしクランプ装置２２が保持区域３０へと動いたときに、ばね部材のばね力に抗して図１及び２に示すロック位置から互いに近づくようにリリース位置へと押圧され、図４に示す固定位置に達するとばね初期応力に基づいて自動的にロック位置へと係止する。このようにしてクランプコンポーネント２８は、ベース部分１２に固定される。

クランプコンポーネント２８を外すために、すでに述べたとおり、ロック部材２６を駆動手段によって互いに近づくように動かすことができ、それによってロック部材がハウジング２４の中に押し込まれる。それに伴い、クランプ装置２２を保持区域３０から出るように動かすことができる。

クランプ装置２２の直方体の構成に基づき、及びこれに対応する保持区域３０の相補的な構成に基づき、クランプ装置と保持区域との間で形状接合が生じる。それにより、特にせん断力やモーメントを、グリップされるべきコンポーネントから確実に導出することができる。

図５及び６に示すグリップ装置４０はグリップ装置１０に対応しており、対応するコンポーネントには対応する符号が付されている。グリップ装置１０とは異なり、グリップ装置４０ではクランプ装置２２が磁石クランプ装置として構成されている。ここではクランプ装置２２は、クランプコンポーネント２８に設けられた強磁性の保持区域３０と協同作用する、比較的強い永久磁石を含んでいる。したがってベース部分１２でクランプコンポーネント２８を固定するために、クランプ収容部として構成された保持区域３０の中にクランプ装置２２が押し込まれる。そしてクランプコンポーネント２８の固定は磁力を通じて行われる。固定を外すために、クランプ装置２２又はベース部分１２に電磁石を設けることが考えられ、該電磁石によって、クランプコンポーネント２８がベース部分１２に固定される磁力を補償ないし中立化する電磁場を生成することができる。そしてクランプコンポーネント２８をグリップ装置１０から外すことができる。

図７には、ナイフとして構成されたクランプコンポーネント２８が示されている。実施形態に応じて、グリップ装置１０かグリップ装置４０のいずれかとクランプコンポーネント２８の固定のために協同作用する保持区域３０を、明らかに認めることができる。

図８には、３ジョー・セントリックグリッパとして構成されたさらに別のグリップ装置５０が示されている。ベース部分５２に、互いに近づくように、及び互いに離れるように移動可能な全部で３つのジョー５３が設けられていて、グリップコンポーネントをグリップするために、図示しないグリップフィンガをこれらのジョーに配置することができる。グリップ装置５０はベース部分５２に、クランプ収容部５６を含むクランプ装置５４を有している。このクランプ収容部５６の中に、図９に示すとおり、ロック部材６０によりロックされるクランプボルト５８を挿入することができる。

このときクランプボルト５８はクランプコンポーネントに配置することができ、クランプ装置５４と協同作用する、クランプコンポーネントの保持区域３０を形成する。

図８から明らかになるとおり、クランプ装置５４はベース部分５２においてセントリックに配置されている。クランプ収容部５４の中心長軸６２は、クランプジョー５３のそれぞれの運動軸の交点に位置する。

ばね部材６４及び相応のメカニズムを通じて、ロック部材６０が半径方向内側に向かってロック位置へと押圧される。クランプボルト５８がクランプ収容部５６へ挿入されると、ロック部材６０がクランプボルト５８により、ばね部材６４の力に抗して互いに離れるように動き、ロック位置でクランプボルト５８の後方係合区域３２に後方係合する。ロック部材６０をリリース位置へと変位させるために、特に、詳しくは説明しない空気圧式の駆動手段が設けられる。

グリップ装置１０，４０及び５０は、これらによって小さくて軽いコンポーネントをグリップできるだけでなく、比較的重い、又はかさ張るコンポーネントでも、クランプ装置２２，５４によってグリップ装置で確実に固定することができるという利点を有する。

Claims (8)

1. 手のひら区域（２０）を有するベース部分（１２）と、グリップコンポーネントをグリップするために前記ベース部分（１２）に可動に配置されたグリップフィンガ（１４）とを有する人間型のグリップ装置（１０，４０）において、
   前記グリップフィンガ（１４）はそれぞれ１つ又は複数のフィンガ部材（１６）から形成され、前記ベース部分（１２）でクランプコンポーネント（２８）を固定するために前記クランプコンポーネント（２８）に設けられた少なくとも１つの保持区域（３０）と協同作用する、前記グリップ装置（１０，４０，５０）の作動時に前記グリップフィンガ（１４）から独立して操作可能なクランプ装置（２２）が前記手のひら区域（２０）に追加的に設けられ、
   前記手のひら区域（２０）は前記手のひら区域（２０）に固定された前記クランプコンポーネント（２８）が当接する当接面を有するとともに、
   前記クランプ装置（２２）はロック部材（２６）を有し、前記ロック部材（２６）はロック位置にあるときに前記保持区域（３０）と係合して前記クランプコンポーネント（２８）を前記手のひら区域（２０）に対して付勢するように構成され、前記クランプコンポーネント（２８）は前記クランプ装置（２２）によって前記手のひら区域（２０）に固定されることを特徴とするグリップ装置。
2. 前記ロック部材（２６）は、ロック位置とリリース位置との間で変異可能であって、前記ロック位置のときに前記ベース部分（１２）へ前記クランプコンポーネント（２８）を固定するために保持区域（３０，３２）に後方係合するとともに、前記リリース位置のときに前記ベース部分（１２）から前記クランプコンポーネント（２８）を外すために前記保持区域（３０，３２）をリリースすることを特徴とする、請求項１に記載のグリップ装置（１０，４０）。
3. 前記ロック部材（２６）を前記ロック位置ないし前記リリース位置へと押圧するばね部材（６４）が設けられ、及び／又は前記ロック部材（２６）が前記リリース位置ないし前記ロック位置へと可動である駆動手段が設けられていることを特徴とする、請求項２に記載のグリップ装置（１０）。
4. 前記ロック部材（２６）は、前記グリップ装置（１０）で前記クランプコンポーネント（２８）が固定されるときにまず前記保持区域（３０，３２）によりロック位置からリリース位置へと押圧され、次いで固定最終位置に達するとロック位置で係止され、又はスナップ止めされるように構成されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載のグリップ装置（１０）。
5. 前記クランプ装置（５４）は、前記クランプコンポーネント（２８）に設けられるクランプ突起（５８）を収容するためのクランプ収容部（５６）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のグリップ装置（５０）。
6. 前記クランプ装置（２２）は前記クランプコンポーネント（２８）に設けられるクランプ収容部（３０）へ係合するためのクランプ突起（２４）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のグリップ装置（１０，４０）。
7. 前記クランプ装置（２２）は、前記クランプ装置（２２）と前記保持区域（３０）との間で力やモーメントを前記ベース部分へ伝達することができるように、前記保持区域（３０）と形状接合式に協同作用することを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のグリップ装置（１０，４０）。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のグリップ装置（１０，４０）とクランプコンポーネント（２８）とを含むグリップシステムにおいて、前記クランプコンポーネント（２８）は前記クランプ装置（２２）と協同作用する少なくとも１つの保持区域（３０，３２）を有しているグリップシステム。
   

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