JPH04135193A - マイクログリッパ - Google Patents

マイクログリッパ

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JPH04135193A
JPH04135193A JP2417176A JP41717690A JPH04135193A JP H04135193 A JPH04135193 A JP H04135193A JP 2417176 A JP2417176 A JP 2417176A JP 41717690 A JP41717690 A JP 41717690A JP H04135193 A JPH04135193 A JP H04135193A
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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】
［０００１］
【産業上の利用分野】
本発明は自動操縦グリッパに関し、特に小型の物体を取
り扱うために使用するマイクログリッパに関する。 ［０００２］
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】自動
操縦マニピュレータは特殊な環境での製造及び材料運搬
の分野でますます重要になっている。特に、ロボット式
マニピュレータは小型の物体の取扱いを含む極めて繊細
な工程で頻繁に使用されてきている。その用途には超小
型電子部品の検査及び製造、生物医学工程及び微小部位
手術が含まれる。これらの用途では繊細であると同時に
信頼性が極めて高いマニピュレータが必要である。 ［０００３］ 物体を掴むためにロボットのアーム等と共に使用するた
めの多くの装置と機構がこれまで設計されてきた。これ
らの装置は基本的に幾つかの種類の設計に区分できる。 そのうちで特に重要であるのはロボットのフィンガが物
体を取り扱う、小型物体用のマニピュレータである。一
つの種類のマニピュレータは平行なｇ路又はアーチ状の
経路を移動するように設計された一対のフィンガを備え
ている。 しかし、この種の設計では静電摩擦のために触感上の精
度が損失される。第２の種類の設計はピンセット型の機
構に基づいている。この種類の設計は静電摩擦に伴う問
題をある程度解消できるが、尖端のほぼ平行な運動を得
るために長いアームが必要である。長いアームと尖端の
精密な制御は困難である。 ［０００４］ 第１の種類のグリッパはピアソン氏の米国特許明細書第
４．８０８．８９８号に記載されており、一対のフィン
ガが入力信号によって作動的に制御されるグリッパ・シ
ステムが開示されている。フィンガは開位置から閉位置
へと平行な経路を互いに反対側に移動する。フィンガを
移動させるためにモータ及びラック及びピニオン仕掛け
が使用されている。モータの駆動軸がサーボ情報を提供
する。この種類のグリッパは大きい物体に最適なもので
ある。 ［０００５］ 第２の種類のグリッパはへイザーマン氏への米国特許明
細書第４．６１０．４７５号及び４．６６６、１９８号
に開示されている。基本的にここに開示されているグリ
ッパはビンセット又はプライヤの設計に基づいている。 ［０００６］ 従来源のグリッパ設計の上記の限界に鑑み、本発明はフ
ィンガの触感上の精度と平行移動を改良したマイクログ
リッパを提供することを目的としている。 本発明は掴み力を検出する装置を備えたグリッパを提供
することを別の目的としている。 ［０００７］
【課題を解決するための手段】
上記の目的はレバーに取り付けた平行四辺形のバネを組
み合わせて使用したグリッパの設計によって達成された
。レバーにはレバーがそこを中心に撓むことができる部
位を設けることによって、静電摩擦の問題が解消された
。レバーはアクチュエータ装置と、平行四辺形のバネの
自由端に接続され、レバーの横移動がバネの自由端の側
方運動に変換されるようにされている。バネの自由端の
反対側には支持フレームに固定された固定端がある。グ
リッパのフィンガはバネの自由端に取り付けることがで
きる。一般に物体を掴み、放すために一対のフィンガを
操作するには一対のバネとレバーが一致して作動するが
、対抗作用する対向支持体があればバネとレバーの組合
せは一組しか必要ではない。 ［０００８］ レバーとバネは互いに重なるように組合せられる。すな
わち、レバーとバネの力の平衡を保ち、又、捩じれ力を
除去するために、サンドイッチ型の設計が採用されてい
る。間に一つのレバーを挟んだ２個のバネ、又は間にバ
ネを挟んだ２個のレバーを使用する。それによって部材
の間に平衡のとれた力を加えることができる。部材の横
の強度が充分である場合にはサンドイッチ型の設計は必
要ではない。 ［０００９ル バーとバネの構成は運動掌上はレバーがバネの自由端の
回転軸とほぼ一致する撓み点を有するようにされる。自
由端上の移動点は回転軸を有するアーチによって説明さ
れる。上記の構成のバネとレバーが作動するには、レバ
ーはバネの自由端の回転軸の近傍に撓み点を有している
ことが必要である。 ［００１０１ 本発明は微量の力の制御にも関しているので、グリッパ
に使用するフィンガの尖端には力検出装置を備えてもよ
い。これはフィンガの尖端内に光学検出装置を有する片
持梁を形成することによって達成される。光学検出装置
は梁部に取り付けられ、光ファイバ・ケーブルの反対側
に位置するミラーを備えている。光ファイバ・ケーブル
から放肘される光線はミラーに当たり、ケーブルに帰還
する。片持梁が曲がると、ミラーが多かれ少なかれ光フ
ァイバ・ケーブルに向けられるので、梁を曲げた力の量
に応じて光線がケーブルへと再反射する。このようにし
てグリップ力のレンジを測定することができる。片持梁
の曲がりは操作者が視覚的に検出することもでき、加え
る力の量を操作者に示すことができる。片持ビームの撓
みを観察するのに顕微鏡を利用してもよい。 ［００１１］ 本発明の利点は平行四辺形のバネによってフィンガの平
行移動が達成されることである。それによってグリッパ
は広範なサイズの物体を掴むことができる。もう一つの
利点はレバーとバネが軸着ではなく撓むので、静電摩擦
による繊細な触感上の制御に関する問題点を大幅に解消
できることである。従って、物体に加える力を各レンジ
にわたって無段階的に変更することができる。このよう
にして極めて繊細な工程を達成することができる。もう
一つの重要な利点は、本発明のグリッパは極めて小型に
製造できることである。 ［００１２］
【実施例】
図１及び図２を参照すると、マイクログリッパ１０を示
している。マイクログリッパ１０は、支持フレーム１２
とベロー形アクチュエータ１４とを有している。ベロー
形アクチュエータ１４は圧力容器１５とへロー１７とを
含んでいる。空気は経路１９を通って圧力容器１５に注
入・排出される。圧電材料を含む形式のような別の種類
のアクチュエータを使用してもよい。ベロー形アクチュ
エータ１４はレバー１６と平行四辺形のバネ１８のリン
ク仕掛けと連動して、フィンガ２０．２２を開閉する。 ベロー１７は支持フレーム１２によって支持され、一方
、圧力容器１５はレバー１６に連結され、圧力容器１５
内の圧力が変化すると圧力容器１５が支持フレーム１２
に対して移動するようにされている。 ［００１３］ レバー１６は放電加工（ＥＤＭ）技術を利用して種々の
金属から製造できる。放電加工工程によって本発明の部
品をミリメートル単位の寸法にすることができ、装置全
体の長さも１センチ未満にすることができる。更に、半
導体産業で公知のポリシリコン材料及びエツチング技術
を利用して、レバー及びマイクログリッパの他の部品を
形成することもできる。それによって、数ミリメートル
以下の極めて小型のグリッパの製造も可能であろう。図
１ａ及び２ａは別の装置から切り離したレバー１６を示
している。レバーは３箇所の撓み点２４．２６及び２８
を有している。撓み点２４は支持フレーム１２に対して
固定されている。撓み点２６及び２８は四節リンク機構
内でピボット・ピンのように動作する。このようにして
、撓み点２８が横運動すると、撓み点２６の側方運動が
引き起こされる。この運動によってバネ１８が曲がった
り、真っ直ぐになったりする。 ［００１４］ 図１及び図２に戻ると、平行四辺形のバネ１８は支持フ
レーム１２に取り付けられた固定端３０を備えている。 固定端３０の反対側は自由端３２である。固定端３０と
自由端３２との間には２個の金属リボン３４がある。バ
ネ１８は公知の金属加工技術のいずれでも製造できる。 更にバネを金属線の周囲にプラスチック成形して製造す
ることもでき、その場合、プラスチックがバネの自由端
と固定端を形成する。平行四辺形のバネの特徴は、リボ
ン３４が湾曲している間、端部は互いに平行に保たれる
ことである。このようにしてバネ１８の自由端に連結さ
れたレバー１６かへロー形アクチュエータ１４によって
移動されるとき、自由端は固定端と平行状態が保たれ、
互いに平行に移動する。フィンガ２０及び２２を自由端
３２に取り付けるために、螺子３６又はその他の取り付
は部材を使用できる。 ［００１５］ レバー１６とバネ１８のリンク機構を組み立てる際、バ
ネ１８はグリッパが完全な開状態にある時にバネ１８が
曲がらない状態になるように構成される。一方レバー１
６は撓んだ状態にある。しかし、グリッパが完全な閉状
態にある場合は、レバー１６は撓まない状態にあり、一
方、バネ１８は曲がっている。一般に、バネ力はグリッ
パを開位置の方向に偏位させる。アクチュエータ１４を
ベローとして実施した場合もバネとして動作する。従っ
て、平行四辺形のバネ１８のパイアスカで丁度可能な範
囲よりも大きい範囲でグリッパのニュートラル位置が開
くように、アセンブリにバイアスを掛けることが可能で
ある。実際に、ニュートラル位置は平行四辺形のバネの
ニュートラル位置を越えた範囲まで開くことができる。 ［００１６］ 図３を参照にすると、バネ１８が２個のレバー１６の間
に挟着された本発明の実施例を示している。レバー１６
は同時に作動し、双方ともバネ１８の自由端に連結され
ている。この構成によってレバー１６を介してバネ１８
に平衡した力を加えることが可能である。レバー１６は
アーム２１を介して圧力容器１５に連結されている。 ［００１７］ 前述の通り、部材の強度が充分である場合はサンドイッ
チ型の設計は必ずしも必要ではない。図３ａは単一のバ
ネ１８とレバー１６を有するグリッパを示している。こ
の形式のグリッパはサンドイッチ型のものよりも小型に
できる。 ［００１８］ あるいは図４に示すように、２個のバネ１８がレバー１
６を挾む構成によっても平衡した力を加えることができ
る。この構成の利点はグリップ用の領域が広がる２個の
フィンガがあることである。あるいはフィンガ２０の端
を組み合わせて単一の尖端を形成してもよい。 ［００１９］ 図５は力検出装置を有するフィンガ２０の尖端を示して
いる。尖端は片持ビーム部４０を設けて形成され、そこ
にミラー４２を取り付けるようにされている。ミラーは
光ファイバ・ケーブル４４の反対側に配置され、光ファ
イバ・ケーブル４４から発された光線がミラー４２によ
って光ファイバ・ケーブル４４の端４６へと再反射する
ようにされている。ビーム４０に力が加わっていない場
合は、ミラー４２は光ファイバ・ケーブルの端４６の面
積のおよそ１／２の領域に向けられる。フィンガ２０に
よって掴まれた物体に力が加わると、梁は撓んでより多
くのミラー４２が光ファイバ・ケーブル４４に向けられ
るようになる。それによって光ファイバ・ケーブル４４
に反射する光線の量が増加する。 ［００２０］ 図６は検出装置の概略図であり、ＬＥＤ光源５０力飄光
線を分光体５４へと向ける光ファイバ・ケーブル５２と
光学的に連結されている。そこで分光された光線の一部
が前述したように、光ファイバ・ケーブル４４によって
フィンガ２０の尖端に搬送される。ミラー４２で反射し
た光線はケーブル４４に沿って分光体５４に戻り、そこ
で分光された光線の一部は光ファイバ・ケーブル５６に
よって光検出器５８へと搬送される。光検出器５８は受
光した光エネルギを電圧に変換し、それが出力電圧（ｖ
ｏ、ｔ）を生成する演算増幅器６０へと送られる。出力
電圧（ｖｏｕｔ）はフィンガ２０の尖端の片持梁部４０
に加えられる力の量を表すように校正可能である。この
ようにして、グリッパ内の物体に加わる力を正確に測定
・制御することが可能である。 ［００２１］
【発明の効果】 本発明は以上説明してきた如きものなので、マイクログ
リッパにおいて従来のように静電摩擦を起こしたり、フ
ィンガのアームを長くしたりすることなく、フィンガの
平行移動を可能とし、触感上の精度を向上する効果があ
る。また、掴み力を検出する装置を備えたことにより、
フィンガに適切な掴み力を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るマイクログリッパの開状態における正面図
である。
【図１ａｌ レバーの屈曲状態における正面図である。 【図２】 本発明に係るマイクログリッパの閉状態における正面図
である。
【図２ａｌ レバーの否屈曲状態における正面図である。 【図３】 本発明に係るマイクログリッパの側面図である。
【図３ａｌ 第３図の変形例を示す側面図である。 【図４】 本発明の他の実施例の側面図である。
【図５】 フィンガーの一部を破断して力検出装置を表わした側面
図である。
【図６】 力検出装置の回路図である。
【符号の説明】
１０：マイクログリッパ １２：支持フレーム １４：ベロー形アクチュエータ １６：レバー １８：バネ ２０： フィンガー ２４． ２６． ２８：撓み点 ４０：片持梁 ４２：ミラー ４４：光ファイバ・ケーブル ４６：端
【書類芯】
【図１】 図面
【図１ａｌ 【図２ａｌ 【図３ａｌ 【図４】
【図５】
【図６】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自由端と、支持フレームに連結された反対側の固定端を
    備え、上記自由端がある回転軸に対し回動し、固定端と
    ほぼ平行を保ってなる平行四辺形バネと、上記自由端の
    近傍で上記平行四辺形バネに連結され、上記自由端の回
    転軸とほぼ一致する撓み点を有し、そして端部を上記支
    持フレームに固定したレバーと、上記レバーの動きに沿
    って平行四辺形バネの自由端を撓ませるために上記レバ
    ーに連結されたアクチュエータと、 からなることを特徴とするマイクログリッパ。
  2. 【請求項２】 支持フレームと、 該支持フレームに対して動作するため支持フレームに固
    定されたアクチュエータと、 上記支持フレームにしっかりと固定された撓み点を含む
    複数の撓み点を備え、上記支持フレームに固定されると
    共に、上記アクチュエータに連係してアクチュエータの
    作動時に、互いに離れる側へ撓む一対のレバーと、支持
    フレームに固定された固定端と、ある回転軸に対し回動
    する固定端と反対側の自由端を備え、上記自由端の近傍
    で上記レバーに連結され、上記自由端の回転軸が上記レ
    バーの固定された撓み点とほぼ一致するように互いを配
    置して連結し、レバーとの連結が自由端の平行運動を与
    えるように共働して動作する一対の平行四辺形バネと、 上記各平行四辺形バネの自由端に固定されたフィンガー
    と、とからなることを特徴とするマイクログリッパ。
  3. 【請求項３】 支持フレームと、 該支持フレームに対して動作するため支持フレームに固
    定されたアクチュエータと、 上記支持フレームにしっかりと固定された撓み点を含む
    複数の撓み点を備え、上記支持フレームに固定されると
    共に、上記アクチュエータに連係してアクチュエータの
    作動時に、互いに離れる側へ撓む一対のレバーと、支持
    フレームに固定された固定端と、ある回転軸に対し回動
    する固定端と反対側の自由端を備え、上記自由端の近傍
    で上記レバーに連結され、上記自由端の回転軸が上記レ
    バーの固定された撓み点とほぼ一致するように互いを配
    置し、レバーとの連結が自由端の平行運動を与えるよう
    に共働して動作する一対の平行四辺形バネと、 上記各平行四辺形バネの自由端に固定され、少なくとも
    一方に、ミラーを取付けた片持梁を備え、さらにミラー
    と光学的な対応関係でフィンガー内に配置された光ファ
    イバ・ケーブルと、片持梁の撓みによって光ファイバ・
    ケーブルに向けられるミラーの領域を変化させるように
    配置されたミラーとを備えたフィンガーと光ファイバ・
    ケーブルに光学的に連係して、上記ミラーに光を向ける
    ように配置された光源と、 上記ミラーからの反射光を受け、光エネルギーを信号に
    変換して片持梁に加わる力を表す光検出装置へ上記反射
    光を送る光学系と、からなることを特徴とするマイクロ
    ・グリツパ。
  4. 【請求項４】 加えられた力によって曲げ可能な片持梁を備えた本体と
    、上記片持梁に取付けられたミラーと、 その端部を本体に沿わせ、かつミラーに対しずらした状
    態で位置付け、片持梁の撓みによって光線が照射するミ
    ラーの領域を変化させるように配置された光ファイバ・
    ケーブルと、 上記光ファイバ・ケーブルに光学的に連係して、上記ミ
    ラーに光を向けるように配置された光源と、 少なくとも上記ミラーから光ファイバ・ケーブルに反射
    された光を、光エネルギーを信号に変換して片持梁に加
    わる力を表す光検出装置へ送る光学系と、からなること
    を特徴とする力検出装置。
  5. 【請求項５】 掴む力を加えることにより曲げ可能な片持梁を含み、掴
    み面を尖端に備えたフィンガ本体と、 掴み面と反対側の片持梁の面に取付けたミラーと、その
    端部をフィンガ本体に沿わせ、かつミラーに対しずらし
    た状態で位置付け、片持梁の撓みによって光線が照射す
    るミラーの領域を変化させるように配置された光ファイ
    バ・ケーブルと、 上記光ファイバ・ケーブルに光学的に連係して、上記ミ
    ラーに光を向けるように配置された光源と、 上記ミラーから光ファイバ・ケーブルに反射された光を
    分光し、該分光した光を、光エネルギーを信号に変換し
    て片持梁に加わる力を表す光検出装置へ送る分光体と、 からなることを特徴とするロボットのグリッパに用いる
    フィンガー。
JP41717690A 1990-01-02 1990-12-28 マイクログリッパ Expired - Fee Related JP3213010B2 (ja)

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