JP7458626B2

JP7458626B2 - 伸縮体

Info

Publication number: JP7458626B2
Application number: JP2020076432A
Authority: JP
Inventors: 隆満田; 滉山田
Original assignee: Ritsumeikan Trust
Current assignee: Ritsumeikan Trust
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2024-04-01
Anticipated expiration: 2040-04-23
Also published as: JP2021171859A

Description

特許法第３０条第２項適用立命館大学びわこ・くさつキャンパスにて開催された２０１９年度修士論文公聴会にて、令和２年２月８日に発表した。

本発明は、伸縮体に関する。

従来の伸縮体として、例えば、非特許文献１に記載のようなものが知られている。この非特許文献１に記載の伸縮体は、グリッパであるが、このグリッパは、人の手を模したリンク機構で、関節を回転させて指で物体を掴むようにリンク機構を変形させて把持対象物を把持するというものである。

星野聖、以後直樹、筑波大学、旭川工業高等専門学校、「ヒト型多指ロボットハンド」、バイオメカニズム学会誌、Ｖｏｌ．３８、Ｎｏ．１（２０１４）

しかしながら、上記のようなグリッパは、複雑な幾何学的形状を有する把持対象物や、滑りやすい表面を有する把持対象物や、分離可能な複数の物体が集まった把持対象物等の場合には、当該把持対象物を確実に把持することができないという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、様々な把持対象物を確実に把持することができる伸縮体を提供することを目的としている。

上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に係る伸縮体は、伸縮体本体（１０）と、
前記伸縮体本体（１０）を収納可能な収納部（収納袋１１）と、を有し、
前記伸縮体本体（１０）は、弾性変形する多孔体（１０ａ）と、硬質部材（１０ｂ）とを伸縮方向に交互に配置することにより形成され、
前記収納部（収納袋１１）内部に存する流体が排出されると、前記収納部（収納袋１１）が収縮し、それに伴い、前記多孔体（１０ａ）も収縮することになるものの、前記多孔体（１０ａ）の収縮は、前記硬質部材（１０ｂ）によって、該硬質部材（１０ｂ）と平行な方向の変形が阻害される一方で、該硬質部材（１０ｂ）と垂直な方向が変形し、これによって、前記多孔体（１０ａ）の前記伸縮方向に平行な断面が凹形状となり、
前記多孔体（１０ａ）同士を連結するにあたって、接着剤を用いて連結させることで、前記接着剤を前記硬質部材（１０ｂ）として機能させることによって、前記多孔体（１０ａ）と、前記硬質部材（１０ｂ）とを伸縮方向に交互に配置させてなることを特徴としている。

請求項２に係る伸縮体は、伸縮体本体（１０）と、
前記伸縮体本体（１０）を収納可能な収納部（収納袋１１）と、を有し、
前記伸縮体本体（１０）は、弾性変形する多孔体（１０ａ）と、硬質部材（１０ｂ）とを伸縮方向に交互に配置することにより形成され、
前記収納部（収納袋１１）内部に存する流体が排出されると、前記収納部（収納袋１１）が収縮し、それに伴い、前記多孔体（１０ａ）も収縮することになるものの、前記多孔体（１０ａ）の収縮は、前記硬質部材（１０ｂ）によって、該硬質部材（１０ｂ）と平行な方向の変形が阻害される一方で、該硬質部材（１０ｂ）と垂直な方向が変形し、これによって、前記多孔体（１０ａ）の前記伸縮方向に平行な断面が凹形状となり、
前記伸縮体本体（１０）は、前記多孔体（１０ａ）と、前記硬質部材（１０ｂ）とを円周方向に配置させることによって、リング状に形成されてなることを特徴としている。

請求項１，２に係る発明によれば、収納部（収納袋１１）は、収納部（収納袋１１）内部に存する流体が排出されることにより収縮する。そして、この収納部（収納袋１１）内に収納されている伸縮体本体（１０）の多孔体（１０ａ）は、弾性変形可能であることから、収納部（収納袋１１）と共に収縮することとなる。この際、多孔体（１０ａ）及び収納部（収納袋１１）の収縮は、伸縮方向に交互に配置されている硬質部材（１０ｂ）によって、硬質部材（１０ｂ）と平行な方向の変形が阻害され、硬質部材（１０ｂ）と垂直な方向が変形し、これによって、多孔体（１０ａ）の伸縮方向に平行な断面が凹形状となる。それゆえ、多孔体（１０ａ）及び収納部（収納袋１１）の収縮する方向に合わせた形に伸縮体を形成するようにすれば、伸縮体を、把持対象物（Ｗ）に巻き付かせることが可能となる。これにより、把持対象物（Ｗ）がどのようなものであっても、伸縮体は、把持対象物（Ｗ）に巻き付くことが可能となるから、様々な把持対象物を確実に把持することができる。

また、請求項１に係る発明によれば、硬質部材（１０ｂ）は、接着剤であるから、伸縮体本体（１０）を製作する手間を軽減することができる。

一方、請求項２に係る発明によれば、伸縮体本体（１０）は、多孔体（１０ａ）と、硬質部材（１０ｂ）とを円周方向に配置させることによって、リング状に形成されているから、把持対象物（Ｗ）により巻き付くことが可能となり、様々な把持対象物をより確実に把持することができる。

本発明の一実施形態に係る伸縮体をロボットに取り付けた状態を示す正面図である。（ａ）は、同実施形態に係る伸縮体を用いて、把持対象物を把持しようとしている状態を示す正面図、（ｂ）は、同実施形態に係る伸縮体を用いて、把持対象物を把持している状態を示す正面図である。同実施形態に係る伸縮体を上から見た、横断面図である。同実施形態に係る伸縮体を説明するための説明図であり、（ａ）は、同実施形態に係る伸縮体の縦断面図、（ｂ）は、収縮した状態を示す同実施形態に係る伸縮体の縦断面図である。（ａ）は、他の実施形態に係る伸縮体を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）とは異なる他の実施形態に係る伸縮体を示す正面図である。

以下、本発明に係る伸縮体の一実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。

本実施形態に係る伸縮体は、例えば、図１に示すロボットＲに取り付けて使用される。このロボットＲは、図１に示すように、基台Ｒ１と、基台Ｒ１に取り付けられている第１回転ジョイントＲ２と、第１回転ジョイントＲ２に連結されている第１ロボットアームＲ３と、第１ロボットアームＲ３の先端部Ｒ３ａに取り付けられている第２回転ジョイントＲ４と、第２回転ジョイントＲ４に連結されている第２ロボットアームＲ５と、を有している。そして、図１に示すように、この第２ロボットアームＲ５の先端部Ｒ５ａには、略矩形状の固定部Ｒ６が取り付けられている。そしてさらに、この固定部Ｒ６には、一対のリンクアームＲ７，Ｒ８の一端部Ｒ７ａ，Ｒ８ａが取り付けられ、他端部Ｒ７ｂ、Ｒ８ｂには、それぞれ、一対の紐Ｒ９，Ｒ１０を介して、伸縮体１が取り付けられている。かくして、このようにして、本実施形態に係る伸縮体１は、図１に示すロボットＲに取り付けて使用されることとなる。なお、このロボットＲの制御は、図示しない制御装置を用いて行われることとなる。

伸縮体１は、図１～図３に示すように、リング状に形成されており、図３に示すように、リング状の伸縮体本体１０と、その伸縮体本体１０を内部に収納するリング状の収納袋１１と、収納袋１１の一端部１１ｂに設けられているエアーチューブ１２と、で構成されている。

伸縮体本体１０は、図３に示すように、略矩形状に形成され、空気などの流体を通すことができる多孔を有し弾性変形可能なスポンジ等からなる多孔体１０ａと、接着剤等の硬質部材１０ｂとを交互に重ね合わせることにより形成されている。すなわち、複数の多孔体１０ａを並列させ、並列させた多孔体１０ａと多孔体１０ａとの間に、硬質部材１０ｂをそれぞれ配置するようにしている。これにより、図３に示すような、リング状の伸縮体本体１０が形成されることとなる。

一方、収納袋１１は、空気等の流体を通さないポリエチレン等で形成されていると共に、図３に示すように、リング状に形成され、内部は空洞になっている。これにより、収納袋１１は、収納袋１１内部にリング状の伸縮体本体１０を収納できるようになっている。そして、図３に示すように、この収納袋１１の外周面１１ａの一端部１１ｂ（図示では、左端部）には、収納袋１１内に、空気を給排することができるエアーチューブ１２が取り付けられている。このエアーチューブ１２には、図示しない真空ポンプが取り付けられており、この真空ポンプによって、図４（ｂ）に示すように、収納袋１１の内部から、空気が排出されることとなる。これにより、図４（ｂ）に示すように、収納袋１１が収縮されると共に、多孔体１０ａが図４（ｂ）に示すように、凹部状に収縮することとなる。この際、多孔体１０ａは、空気などの流体を通すことができる多孔を有し弾性変形可能であることから、収納袋１１の収縮に伴い、全方向に収縮することとなる。しかしながら、並列させた多孔体１０ａと多孔体１０ａとの間に、硬質部材１０ｂがそれぞれ配置されていることから、多孔体１０ａ及び収納袋１１は、硬質部材１０ｂと平行な方向（図４では上下方向）の変形が阻害され、硬質部材１０ｂと垂直な方向（図４では左右方向）が変形することとなる。これにより、多孔体１０ａは、図４（ｂ）に示すように、凹部状に収縮することとなる。なお、図４（ａ）に示すように、エアーチューブ１２を介して、図示しないリリーフ弁が開放されると、空気が収納袋１１内に供給される。これにより、収納袋１１は、元の形状に戻ることとなるから、多孔体１０ａも元の形状に戻ることとなる。なお、図示しないリリーフ弁は、図示しないコンプレッサと、収納袋１１との間に設けられている。

かくして、上記のように構成される伸縮体１は、以下のように使用される。なお、以下に示す制御は、図示しない制御装置によって制御されるものである。

まず、図１及び図２に示す把持対象物Ｗ（図示では、ペットボトルを例示）を把持するにあたり、図２（ａ）に示すように、把持対象物Ｗ（図示では、ペットボトルを例示）の周囲を取り囲むことができるように、図１に示す第１ロボットアームＲ３及び第２ロボットアームＲ５を用いて、伸縮体１を移動させる。すなわち、伸縮体１は、図３に示すようなリング状であり、図４（ａ）に示すように、多孔体１０ａ及び収納袋１１は収縮しておらず、元の形状である。それゆえ、図１に示す第１ロボットアームＲ３及び第２ロボットアームＲ５を用いて、図１及び図２に示す把持対象物Ｗ（図示では、ペットボトルを例示）側に、伸縮体１を移動させると、図２（ａ）に示すように、把持対象物Ｗ（図示では、ペットボトルを例示）を、伸縮体１内に挿入することができる。これにより、把持対象物Ｗ（図示では、ペットボトルを例示）の周囲を、伸縮体１によって取り囲むことができることとなる。

次いで、図示しない真空ポンプによって、図４（ｂ）に示すように、収納袋１１の内部から、空気が排出されることとなる。この際、多孔体１０ａは、空気などの流体を通すことができる多孔を有し弾性変形可能であることから、全方向に収縮することとなる。しかしながら、並列させた多孔体１０ａと多孔体１０ａとの間に、硬質部材１０ｂがそれぞれ配置されていることから、多孔体１０ａ及び収納袋１１は、硬質部材１０ｂと平行な方向（図４では上下方向）の変形が阻害され、硬質部材１０ｂと垂直な方向（図４では左右方向）が変形することとなる。これにより、伸縮体本体１０及び収納袋１１は、長さ方向に収縮することとなるから、伸縮体１は、径方向に狭まることとなる。それゆえ、伸縮体１は、図２（ｂ）に示すように、把持対象物Ｗ（図示では、ペットボトルを例示）に巻き付くこととなる。なお、伸縮体１が、径方向に狭まる際、伸縮体１に取り付けられている一対のリンクアームＲ７，Ｒ８は、一対のリンクアームＲ７，Ｒ８の一端部Ｒ７ａ，Ｒ８ａを基点として、内方向（把持対象物Ｗに近づく方向）に移動することとなる。

かくして、このように、把持対象物Ｗ（図示では、ペットボトルを例示）に巻き付いた伸縮体１は、把持対象物Ｗ（図示では、ペットボトルを例示）を所定箇所に載置させるため、図１に示す第１ロボットアームＲ３及び第２ロボットアームＲ５にて、所定箇所に移動させられることとなる。しかして、所定箇所に移動させられた伸縮体１は、図４（ａ）に示すように、エアーチューブ１２を介して、図示しないリリーフ弁が開放されると、空気が収納袋１１内に供給され、もって、収納袋１１は、元の形状に戻り、多孔体１０ａも元の形状に戻ることとなる。これにより、長さ方向に収縮していた伸縮体本体１０は、元に戻ることとなるから、伸縮体１は、径方向に広がることとなる。それゆえ、把持対象物Ｗ（図示では、ペットボトルを例示）は、伸縮体１の巻き付きから解放され、図２（ａ）に示すような状態となるから、把持対象物Ｗ（図示では、ペットボトルを例示）を所定箇所に載置できることとなる。なお、伸縮体１が、径方向に広がる際、伸縮体１に取り付けられている一対のリンクアームＲ７，Ｒ８は、一対のリンクアームＲ７，Ｒ８の一端部Ｒ７ａ，Ｒ８ａを基点として、外方向（把持対象物Ｗから離れる方向）に移動することとなる。

しかして、以上説明した本実施形態によれば、収納袋１１は、収納袋１１内部に存する空気が排出されることにより収縮する。そして、この収納袋１１内に収納されている伸縮体本体１０の多孔体１０ａは、弾性変形可能であることから、収納袋１１と共に収縮することとなる。この際、多孔体１０ａ及び収納袋１１の収縮は、交互に重ね合わされている硬質部材１０ｂによって、硬質部材１０ｂと平行な方向の変形が阻害され、硬質部材１０ｂと垂直な方向が変形することとなる。それゆえ、多孔体１０ａ及び収納袋１１の収縮する方向に合わせた形に伸縮体１を形成するようにすれば、伸縮体１を、把持対象物Ｗに巻き付かせることが可能となる。これにより、把持対象物Ｗがどのようなものであっても、伸縮体１は、把持対象物Ｗに巻き付くことが可能となるから、様々な把持対象物を確実に把持することができる。

ところで、伸縮体１は、収納袋１１内部に存する空気が排出されることにより収縮することとなるから、伸縮体１に圧力センサや接触センサ等を取り付けておけば、把持対象物Ｗに対する伸縮体１の巻き付き方を緩めたい場合、把持対象物Ｗに伸縮体１が接触すると、図示しない真空ポンプを止めて伸縮体１の伸縮を停止させて、伸縮体１の収縮を停止させるか、又は、伸縮体１が元に戻らない程度に図示しないリリーフ弁を開放し、伸縮体１の収縮を停止させる制御が可能となる。また一方、把持対象物Ｗに対する伸縮体１の巻き付き方を強めたい場合、把持対象物Ｗに伸縮体１が接触しても、図示しない真空ポンプを止めず、伸縮体１を収縮させ続ける制御が可能となる。しかして、伸縮体１に圧力センサや接触センサ等を取り付けておくことにより、把持対象物Ｗに応じた制御が可能となる。

なお、本実施形態において示した形状等はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、本実施形態においては、硬質部材１０ｂとして接着剤を例示したが、接着剤に限らず、アクリル板等、硬質性のものであればどのようなものでも良い。しかしながら、硬質部材１０ｂとしては、接着剤が好ましい。伸縮体本体１０を製作する手間を軽減することができるためである。

また、本実施形態においては、伸縮体１をリング状にする例を示したが、それに限らず、把持対象物Ｗに巻き付くことができれば、どのような形状でも良い。例えば、図５（ａ）に示す伸縮体１Ａのように、複数の伸縮体１を上下多段に並べるようにし、複数の伸縮体１の外周面を伸縮部材１３Ａにて覆うようにしても良い。また、図５（ｂ）に示す伸縮体１Ｂのように、複数の伸縮体１を網目状に並べるようにし、複数の伸縮体１の外周面を伸縮部材１３Ａにて覆うようにしても良い。しかしながら、伸縮体１をリング状にした方が、把持対象物Ｗにより巻き付くことが可能となり、様々な把持対象物をより確実に把持することができるため、好ましい。

ところで、伸縮部材１３Ａは、径方向（鉛直方向と直交する方向）に伸縮性のある部材である。それゆえ、伸縮体１が図２（ｂ）に示すように収縮すれば、伸縮部材１３Ａも、収縮し、伸縮体１が図２（ａ）に示すように元に戻れば、伸縮部材１３Ａも、元に戻ることとなる。しかして、伸縮部材１３Ａを外周面で覆っても、伸縮体の機能を阻害しないこととなる。また、このように、複数の伸縮体１の外周面を径方向（鉛直方向と直交する方向）に伸縮性のある伸縮部材１３Ａにて覆うようにすれば、複数の伸縮体１の間から把持対象物Ｗが落下してしまう事態を低減させることができる。なお、この伸縮部材１３Ａは、径方向（鉛直方向と直交する方向）に伸縮するものであれば、網や、弾性膜等どのようなものでもよい。

一方、伸縮体１をリング状以外の形状にする際、複数の多孔体１０ａを並列させ、並列させた多孔体１０ａと多孔体１０ａとの間に、硬質部材１０ｂをそれぞれ配置するにあたり、多孔体１０ａを収縮させたい方向に応じて、多孔体１０ａと多孔体１０ａとの間の全面に硬質部材１０ｂを設けたり、多孔体１０ａと多孔体１０ａとの間の一部に硬質部材１０ｂを設けたり等の配置を工夫するようにすれば良い。

また一方、本実施形態においては、伸縮体１をロボットＲに取り付けるにあたって、一対のリンクアームＲ７，Ｒ８を用いる例を示したが、伸縮体１の広がり、狭まりを阻害するものでなければ、伸縮体１をロボットＲに取り付ける方法はどのようなものでも良い。

また一方、本実施形態においては、伸縮体１に空気を給排する例を示したが、それに限らず、水など、流体であれば、どのようなものでも良い。

ところで、本実施形態における伸縮体は、医療用身体固定具、アクチュエータ、グリッパ、バインダ等、何らかの物体（人等の生物を含む）を把持したい時に使用することが可能なものである。

１，１Ａ，１Ｂ伸縮体
１０伸縮体本体
１０ａ多孔体
１０ｂ硬質部材
１１収納袋（収納部）
１２エアーチューブ
Ｗ把持対象物
Ｒロボット

Claims

伸縮体本体と、
前記伸縮体本体を収納可能な収納部と、を有し、
前記伸縮体本体は、弾性変形する多孔体と、硬質部材とを伸縮方向に交互に配置することにより形成され、
前記収納部内部に存する流体が排出されると、前記収納部が収縮し、それに伴い、前記多孔体も全方向に収縮することになるものの、前記多孔体の収縮は、前記硬質部材によって、該硬質部材と平行な方向の変形が阻害される一方で、該硬質部材と垂直な方向が変形し、これによって、前記多孔体の前記伸縮方向に平行な断面が凹形状となり、
前記多孔体同士を連結するにあたって、接着剤を用いて連結させることで、前記接着剤を前記硬質部材として機能させることによって、前記多孔体と、前記硬質部材とを伸縮方向に交互に配置させてなる伸縮体。
伸縮体本体と、
前記伸縮体本体を収納可能な収納部と、を有し、
前記伸縮体本体は、弾性変形する多孔体と、硬質部材とを伸縮方向に交互に配置することにより形成され、
前記収納部内部に存する流体が排出されると、前記収納部が収縮し、それに伴い、前記多孔体も全方向に収縮することになるものの、前記多孔体の収縮は、前記硬質部材によって、該硬質部材と平行な方向の変形が阻害される一方で、該硬質部材と垂直な方向が変形し、これによって、前記多孔体の前記伸縮方向に平行な断面が凹形状となり、
前記伸縮体本体は、前記多孔体と、前記硬質部材とを円周方向に配置させることによって、リング状に形成されてなる伸縮体。