JPH0230483A

JPH0230483A - 把持結合手段

Info

Publication number: JPH0230483A
Application number: JP17904988A
Authority: JP
Inventors: Akira Dobashi; 土橋　亮; Naoya Ezawa; 江沢　直也; Koji Yamawaki; 功次山脇; Kesatoshi Kuraoka; 倉岡　今朝年
Original assignee: National Space Development Agency of Japan; Hitachi Ltd
Current assignee: National Space Development Agency of Japan; Hitachi Ltd
Priority date: 1988-07-20
Filing date: 1988-07-20
Publication date: 1990-01-31
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JP2635112B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は２個の結合部材を結合する結合手段に係り、と
くに一方の結合部材で他方の結合部材を位置決めした状
態で固定把持し、かつ一方の結合部材から他方の結合部
材にトルクを伝達するのに好適な把持結合手段及びこれ
を用いたマニピュレタアームに関する。

〔従来の技術〕

従来の把持結合手段は、たとえば米国特許第４゜５４５
、７２３号公報に記載されているように、エンドエフェ
クタの先端の把持側結合部材に互いに反対方向に回動し
て開閉する一対のアゴ部と、これら一対のアゴ部の内側
対向面にそれぞれくの字形状をした凹面とを有し、一方
把持される側の結合部材の端面にＵ形状をした薄形金属
板と、この薄形金属板に両端部が固定され、一対のアゴ
部の凹面に対応するように菱形状をした連絡柱とを有し
、把持側結合部材の一対のアゴ部を開閉したとき、それ
ぞれの凹面にて把持される側の結合部材の連絡柱を両側
から介挿するように結合したり、離したりするものであ
った。

〔発明が解決１〜ようとする課題〕従来の把持結合手段にあっては、一対の結合部材の結合
時の位置決め、および把持側の結合部材から一方の結合
部材のトルクの供給について配慮がされておらなかった
。

すなわち、従来の把持結合手段にあっては、対の結合部
材の結合時、もし一対のアゴ部の幅と連絡柱の長さとが
路間−に形成されているとすれば、一対のアゴ部が薄形
金属板に当って連絡柱を把持することができず、薄形金
属板の先端（把持側結合材の方向）内側対向面が一対の
アゴ部のガイド機能を果さない場合がある。

仮に把持結合部材の一対のアゴ部で把持される側の結合
部材の連絡柱を把持できた場合に、アゴ部の開閉方向は
連絡柱によって位置決めされるとしても、その直角方向
の連絡柱の長手方向の動きを固定するための機構が設置
されていない。

そのため、一対の結合部材の位置合わせが困難であシ、
かつ固定把持できず、高精度の結合状態を維持すること
が困難であった。

これは、特に宇宙空間の如く動の無い三次元空間でマニ
ピーレータが作業を行なう場合に大きな問題となる。

すなわち、宇宙空間等で作業を行なう際は、作業の種類
に応じた専用のエンドエフェクタをマニピュレータアー
ムに結合して使用するが、その結合の作業が従来方式で
はなかなか困難な作業であった。

さらに、従来方式では、把持される側の結合部材の端面
は連絡柱によって多くのスペースを占有しているため、
把持側結合部材からのトルクの供給を受けるための機構
を設置することが困難であった。

これを詳述すると、従来のマニビュレータアムは、第７
図に示すように、マニピーレータアム７００とその先端
に取付けられた交換装置７１０から成り、対象物体を把
持する場合は専用エンドエフェクタＡ７２０を該交換装
置７１０に固定して所要の作業を行っていた。そして、
トルク供給等の特殊作業時には、−旦、該交換装置７１
０により該専用エンドエフェクタＡ７２０を外し、所定
の保管場所に設置した後、該交換装置７１０により、ト
ルク供給作業用の専用エンドエフヱクタＢ７３０を把持
、固定し、所定の作業を行なっていた。

この様に、従来の方式では交換装置７１０が必ず必要で
あり、作業内容に応じてこの交換装置に取シ付ける専用
エンドエフェクタを取９変えて使用する必要があった。

本発明の目的は、一対の結合部材の結合時の位置合せの
容易化と、固定把持およびトルクの伝達を可能とする把
持結合手段を提供することにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記目的を達成するため、本発明の把持結合手段におい
ては、三次元空間で結合する一対の把持結合部材に位置
合せ手段と把持固定手段とを有するものである。

また位置合せ手段は、一対の把持結合部材が結合された
とき、回転方向を固定するための回転停止手段を有する
ものである。

また位置合せ手段は、把持側結合部材を把持される側の
結合部材内にその中心に向って導かれながら容易に位置
合せするため、把持側結合部材の先端部外周面に先端に
行くのに伴なって径が漸次小さくなるように形成したテ
ーパ面と、把持される側の結合部材内忙上記テーバ面に
対応する形状に形成されたテーパ面とを係合するように
構成されたものである。

また把持固定手段は、一対の把持結合部材を把持固定す
るため、把持側結合部材に設置され、先端部を外方に移
動して把持される側の結合部材内を把持固定するように
構成されたものである。

また把持固定手段は、把持される側の結合部材内の形状
に関係なく、一対の把持結合部材を把持固定するため、
先端部に突起部を有し、この突起部を把持される側の結
合部材内対向位置に形成した凹部に係合するように構成
されたものである。

また把持固定手段は一対の把持結合部材が結合されたこ
とを検出するだめの手段を有するものである。

また、本発明の把持結合手段は、三次元空間に結合する
一対の把持結合部材に位置合せ手段と把持固定手段とト
ルク伝達手段とを有するものである。

また位置合せ手段は、把持側結合部材を把持される側の
結合部材内にその中心に向って導かれながら容易に位置
合せするため、把持側結合部材の先端部外周面に先端に
行くのに伴なって径が漸次小さくなるように形成したテ
ーパ面と　把持される側の結合部材内に上記テーパ面に
対応する形状に形成されたテーパ面とを係合するように
構成されたものである。

また把持固定手段は、把持される側の結合部制内の形状
に関係なく、一対の把持結合部材を把持固定するため、
先端部に突起部を有し、この突起部を把持される側の結
合部材内対向位置に形成した四部に係合するように構成
されたものである。

また把持固定手段は一対の把持結合部材が結合されたこ
とを検出するための手段を有するものである。

〔作用〕

上記のように構成された把持結合手段は、一対の把持結
合部材が結合したとき、位置合せ、および把持固定する
ことができる。

また、位置合せ手段は、回転停止手段を有するので、一
対の把持結合部材が結合時回転方向を固定することがで
きる。

また位置合せ手段は、把持側結合部材の先端部外周面に
先端に行くのに伴なって径が漸次小さくなるように形成
されたテーパ面と、把持される側の結合部材内に上記テ
ーパ面に対応する形状に形成されたテーパ面とを係合す
るように構成されたので、把持側結合部材は把持される
側の結合部材内に中心に向って導かれながら容易に位置
合せすることができる。

また、把持固定手段は、把持側結合部材に設置され、先
端部が外方に移動して把持される側の結合部材内を把持
固定するように構成されたので、一対の把持結合部材を
確実に把持固定することができる。

また、把持固定手段はその先端部に突起部を有し、この
突起部を把持される側の結合部材内の対向位置に形成し
た凹部に係合するように構成したので、把持される側の
結合部材内の形状に関係なく確実に把持固定することが
できる。

また把持固定手段は、結合検出手段を有するので、一対
の把持結合部材が結合したことを外部から容易に検出す
ることができる。結合部材が結合されたとき、回転方向
を固定することができる。

また一対の把持結合部材は、トルク伝達手段を有するの
で、把持側結合部材から把持される側の結合部材にトル
クを伝達することができる。

〔実施例〕以下、本発明の一実施例である把持結合手段を示す第１
図乃至第４図について説明する。

第１図、第３図および第４図において、１００は把持側
結合部材、２０Ｃｌは把持される側の結合部材である。

把持側結合部材１００は、底１０１ｂを有する円筒形部
１０１ａと、外周面が先端に行くのに伴って径が小さく
なるようにテーパ面１０１ｄを有する円錐形部１０１ｃ
とを有するケース１０１を設けている。このケース１０
１はテーパ面１０１ｄの円筒形部１０１ａとの境界部分
に円周方向に３個配置され断面が直角三角形状をしてそ
の斜面をテーパ面１０１ｄに固定され、他の二辺の端面
１１１ａ、１１１ｂをガイド面に形成された回転停止手
段１１０の突起部１１１を設け、内部には、底１０１ｂ
に固定された把持固定手段１２０を設けている。この把
持固定手段１２０は、底部１０１ｂに固定され次駆動モ
ータ１２１が駆動したとき、ブレーキ１２２および減速
機１２３を介してボールスクリュー１２４を回転する。

このボールスクリュー１２４は互いに異なる２方向のス
クリューで形成されているので回転するとこれに螺合す
るポールナツト１２７を介して２個のフィンガ１２５が
互いに接離する方向に移動する。なお、上記減速機１２
３は円錐形部ＩＤ１ｃの内周面に固定されているまた２
個のフィンガ１２５の先端部外側面には凸部を構成する
ピン１２６が固定されている。

上記ケース１０１内には、さら釦結合検出手段１３０の
１部が設けられている。この結合検出手段１３０の一部
は、ケーブル１６２にて図示しない制御手段に接続し先
端部がテーパ面１０１ｄに突出する電気コネクタ１３１
にて構成されている。

把持される側の結合部材２００は底２０１ｄを有する円
筒形状に形成され、その内部には、ケース１０１のテー
パ面１０１ｄに対応する形状に形成されたテーパ面２０
１ａと、このテーパ面２０１ａの先端部に接続する円筒
形状の把持面２０１ｂと、との把持面２０１ｂの一部に
形成されピン１２６を係合するピン溝２０１ｃとテーパ
面２０１ａの後端部円周方向に回転停止手段１１０の突
起部１１１を係合し、その突起部１１１の二辺の端面１
１１ａ、１１１ｂと係合することにより結合部材２００
の直角な２方向を位置合せする溝１１２を設けている。

また結合部材２００内には結合検出手段１３０の他の１
部が設けられている。この結合検出手段１３０の他の一
部は、ケーブル１３４にて制御手段に接続し、先端部が
電気コネクタ１３１と接離する電気コネクタ１３３にて
構成されている。

つぎに本実施例の把持結合手段の動作について第２図に
より説明する。

把持側結合部材１００が把持される側の結合部材２００
に接近するのに伴なって第２図（ａ）に示すように把持
側結合部材１００のテーバ面１０１ｄが把持される側の
結合部材２００のテーバ面２０１ａにそうて次第に中心
部に導かれ、同時に回転停止手段１１０の突起部１１１
が溝１１２内に案内される。

この時点で一対の把持結合部材１００．２００は、Ｘ、
Ｙ両方向の概略の位置合せと、Ｚ軸回りの動作が規制さ
れる。

さらに把持側結合部材１００が接近して第２区（ｂ）に
示すように両テーパ面１０１ｄ、２０１ａが結合し、回
転停止手段１１０の突起部１１１が溝１１２内に結合す
ると、一対の把持部材１００゜２００はＺ軸回りが完全
に規制される。この状態で把持固定手段１２０の駆動モ
ータ１２１が駆動すると、２個のフィンガ１２５が把持
面２０１ｂ内を互いに外方に移動して２個のビン１２６
がピン溝２０１ｃ内に係合してＺ軸方向を固定する。

このようにして一対の把持結合部材ｉｏ０＋２００は、
Ｘ＋　ｙ＋　ｚの６軸方向およびｘ＋ｙ、ｚ軸周りの連
動を位置決めおよび固定することができる。

このとき、一方では、両コネクタ１３１，１３３が接続
して電源および信号の受給が可能となる。

ついで、一対の把持結合部材１００，２００を切離する
場合には、把持固定手段１２０の駆動モータ１２１が上
記の場合と逆方向に回転すると、２個のフィンガ１２５
が互いに内方向に移動して２個のビン１２６がピン溝２
０１ｃ内より係合が解かれる。

しかるのち、把持側結合部材１００が外方に移動すると
、両テーパ面１１１ａ、２０１ａの結合が解かれて第２
図（ａ）に示す元の状態に復する。

つぎに本発明の他の一実施例である把持結合手段を示す
第５図について説明する。

第５図に示すように、本実施例の把持結合手段は、トル
ク伝達手段１４０を設けた場合でその他は第１図乃至第
４図に示す実施例と同一であるから、同一符号をもって
示す。とくにケース１０１の取付に便なるようにその形
状および大きさは同一に形成されている。

トルク伝達手段１４０は、ケース１０１の底１０１ｂに
固定された駆動モータ１４１が駆動したとき、ブレーキ
１４２および減速機１４５を介して先端部がテーバ面１
０１ｄより突出するトルク供給軸１４４が回転し、その
先端部に接離自在に接合し、把持される側の結合部材２
００内に回転自在に遊嵌するトルク伝達軸１４５が回転
する。

したがって本実施例においては、たとえば把持される側
の結合部材２００の端面に種々のエンドエフェクタを装
着する場合、このエンドエフェクタにトルクを供給する
ための動力源を把持される側の結合部材２００内に設置
する必要がないので、該結合部材２００を大幅に１Ｊｚ
型化、軽量化することができる。

つぎに、本発明のさらに他の一実施例である把持結合手
段を示す第６図について説明する。

第６図に示すように、本実施例の把持結合手段は、トル
ク伝達手段１４０′の駆動モータと把持固定手段１２０
の駆動モータとを共有する駆動モータ１４１′を設けた
場合を示す。

この駆動モータ１４１′は歯車１４６を介して歯車１４
７，１４８を回転させ、フィンガ駆動時には歯車１４８
に接続したクラッチ１４９を切り、歯車１４７に接続し
たクラッチ１２８を結合し、トルク供給時には歯車１４
７に接続したクラッチ１２８を切夛歯車１４８に接続し
たクラッチ１４９を結合することによってトルク伝達手
段１４ｏ′および把持固定手段１２０を交互に駆動させ
ることができる。

なお、本実施例においてもケース１０１の形状および大
きさは他の実施例と同一にし、ケース１０１の取付換を
容易にしている。

また各実施例においては１把持固定手段１２０に２個の
フィンガ１２５を設けた場合を示しているが、これに限
定されるものでなく、要は、先端部が内方から外方に移
動するものであればよいことは云うまでもないところで
ある。

最後Ｋ、第８図によシ、本発明の把持結合手段を用いた
マニピヱータアームの実施例について説明する。

第８図において，Ｂ００は６自由度を有するマニビーレ
ータアームであり、その先端には把持結合装置８１０が
取付けられている。対象物体を捕獲する場合は、該マニ
ビーレータアームにより該把持結合装置１８１０は所定
の位置、姿勢が与えられ、次いで該把持結合装置８１０
のフィンガによシ対象物を把持する。また、トルク供給
等の特殊作業時には、専用エンドエフェクタＣ４３，２
０を該把持結合装置８１０で把持して該マニピュレータ
アームの先端に固定し、所要の作業を遂行する。

この把持結合装＃８１０は、それ自身が対象物を把持す
るためのエンドエフェクタであると同時に、特殊作業時
に必要となる各種の専用エンドエフェクタの結合装置と
しての機能をあわせ持っている。

この様な把持結合装置を導入することにより、専用エン
ドエフェクタを把持、固定するための交換装置が不要と
なる。また、汎用の把持機能を有する把持結合装置が常
にマニピーレータアームの先端に固定されておシ、専用
エンドエフェクタの取付けは該把持結合装置の先端に固
定するため、従来アームに比べ運用性が格段に向上する
。さらに、従来方式に比べ、把持結合装置の分だけ専用
エンドエフェクタの保管スペースが小さくて済む等の効
果がある。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。

一対の把持結合部材に位置合せ手段と把持固定手段とを
有するので、一対の把持結合部材が結合したとき、位置
合せおよび把持固定することができる。

また一対の把持結合部材は、回転停止手段を有するので
、結合時回転方向を固定することができる。

また一対の把持結合部材は結合検出手段を有するので、
結合したことを外部から自動的に検出することができる
。

また把持側結合部材に設置された把持固定手段の先端部
を外方に移動して把持される側の結合部材内を把持固定
するので、一対の把持結合部材を確実に把持固定するこ
とができる。

また、把持固定手段はその先端部忙突起部を形成しこの
突起部を把持される側の結合部材内の対向位置に形成し
た凹部に係合するようにしたので、把持される側の結合
部材内の形状に関係なく確実に把持固定することができ
る。

ｉ九位置合せ手段は、把持側結合部材の先端部外周面を
先端に行くの圧伴なって径が漸次小さくなるように形成
されたテーパ面と、把持される側の結合部材内に上記テ
ーパ面に対応する形状に形成されたテーパ面と全係合す
るように構成されたので、把持側結合部材は、把持され
る側の結合部材内の中心に向って導かれ々から容易に位
置合せすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１因は本発明の一実施例である把持結合手段を示す断
面図、第２９（ａ）け第１図に示す一対の把持結合部材
が結合開始した状態を示す断面図、第２図（ｂ）は一対
の把持結合部材が結合した状態を示す断面図、第３図は
第１図に示す一対の把持結合部材の外観斜視図、第４図
は第３図のＡ矢視図、第５図は本発明の他の一実施例で
ある把持結合手段を示す断面図、第６図は本発明のさら
に他の一実施例である把持結合手段を示す断面図、第７
図ハ従来のマニピーレータアーム、第８区は本発明の把
持結合手段を用いたマニピュレータアームである。１００・・・把持側結合部材、１０１・・・ケース、１
１０・・・回転停止手段、１２０・・・把持固定手段、
１３０・・・結合検出手段、１４０・・・トルク伝達手
段、２００・・・把持される側の結合部材。

Claims

【特許請求の範囲】１、三次元空間で結合する一対の把持結合部材に、位置
合せ手段と把持固定手段とを設けたことを特徴とする把
持結合手段。２、位置合せ手段は、一対の把持結合部材が結合された
とき、回転方向を固定するための回転停止手段を有する
ことを特徴とする請求項１記載の把持結合手段。３、位置合せ手段は、把持側結合部材の先端部外周面に
先端に行くのに伴なって径が漸次小さくなるように形成
されたテーパ面と、把持される側の結合部材内に上記テ
ーパ面に対応する形状に形成されたテーパ面とを係合す
るように構成されていることを特徴とする請求項１もし
くは２記載の把持結合手段。４、把持固定手段は、把持側結合部材に設置され、先端
部が外方に移動して把持される側の結合部内を把持固定
するように構成されていることを特徴とする請求項１記
載の把持結合手段。５、把持固定手段は、先端部に突起部を有し、この突起
部を把持される側の結合部材内対向位置に形成した凹部
に係合するように構成されていることを特徴とする請求
項１もしくは４記載の把持結合手段。６、把持固定手段は、一対の把持結合部材が結合したこ
とを検出するための手段を有することを特徴とする請求
項１もしくは４もしくは５記載の把持結合手段。７、三次元空間で結合する一対の把持結合部材に、位置
合せ手段と、把持固定手段と、トルク伝達手段とを設け
たことを特徴とする把持結合手段。８、位置合せ手段は、一対の把持結合部材が結合された
とき、回転方向を固定するための回転停止手段を有する
ことを特徴とする請求項７記載の把持結合手段。９、位置合せ手段は、把持側結合部材の先端部外周面に
先端に行くのに伴なって径が漸次小さくなるように形成
されたテーパ面と、把持される側の結合部材内に上記テ
ーパ面に対応する形状に形成されたテーパ面とを係合す
るように構成されていることを特徴とする請求項７もし
くは８記載の把持結合手段。１０、把持固定手は、把持側結合部材に設置され、先端
部が外方に移動して把持される側の結合部内を把持固定
するように構成されていることを特徴とする請求項７記
載の把持結合手段。１１、把持固定手段は、先端部に突起部を有し、この突
起部を把持される側の結合部材内対向位置に形成した凹
部に係合するように構成されていることを特徴とする請
求項７もしくは１０記載の把持結合手段。１２、把持固定手段は、一対の把持結合部材が結合した
ことを検出するための手段を有することを特徴とする請
求項７もしくは１０もしくは１１記載の把持結合手段。１３、Ａ，Ｂ２つの部材を３次元空間において結合する
結合装置において、該Ａ部材は閉じることで他の物体を
挾むことができ、開くことで該Ｂ部材を結合することが
できる把持機構を有し、該Ｂ部材は、該把持機構が案内
されるべきガイド面と、前記把持機構が開くことで結合
する凹部を有することを特徴とする把持結合手段。１４、請求項１又は７又は１３記載の把持固定手段を先
端に有することを特徴とするマニピュレータアーム。