JPH05508351A - 油圧又は空気圧作動式の把持装置 - Google Patents

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】 油圧又は空気圧作動式の把持装置 本発明は、把持部品即ち保持部品が取付けられた油圧又は空気圧作動式の把持装 置即ち保持装置の構成に関する。−例として、この構成は、二つ又はそれ以上の 「ロボット指」を備えたいわゆる「ロボットハンド」の形態である。把持−保持 装置は、曲がった把持即ち保持状態から、伸ばした把持即ち保持されるべき対象 物に関する解放状態まで、又は伸ばした状態から曲がった状態まで調整自在であ る。

本発明は、把持装置即ち保持装置に一般的な用途があり、更に詳細には、技術分 野において種々の用途に適合できるロボットハンドにその用途がある。しかしな がら、本発明は、このような技術上の用途に限定されるものではなく、例えば手 が不自由であるか又は手がない人の義手として使用することができる。

これまで、このような把持装置即ち保持装置は、所望の把持−保持作動を行うの に電子−機械作動に基づいてきた。このような周知の装置（ビンセット等）は、 製造及び作動の両方について複雑であり且つ高価なものであり、従って人々が望 む程広範には受入れられなかった。

更に、このような装置は外部からの影響に特に敏感であり、従って比較的「汚い 」環境及び活性流体等によって装置が影響を受けるような環境には適しないとい うことに言及しなければならない。別の問題は、特に、把持即ち保持されるべき 対象物を注意深く又は優しく取り扱う必要がある場合、このような装置が把持面 から調整システムへのフィードバックのためのセンサに左右されるということに ある。

本発明の目的は、比較的簡単で信頼性のある解決策を提供することによって上述 の問題点をなくすことである。

構造及び作動態様が簡単であるため、この解決策を広範な分野に亘って適用する ことができる。特別なセンサを無くすことを目的とすると同時に、把持即ち保持 されるべき対象物に均等で制御された作用を及ぼすことを目的とする。

本発明によれば、全ての把持部分即ち保持部分が可撓性材料でできたケーシング 及び補剤要素を有し、この補剤要素の第１平面は可撓性であり、即ち、曲げ平面 は、把持即ち保持されるべき対象物に直角であるが、この第１平面に直角な第２ 平面内は比較的剛性であり、ケーシングは一つは幾つかの別体の内部圧力室を画 成し、これらの内部圧力室は、圧力媒体源の形態の共通の第１媒体源、及び圧力 解放源の形態の共通の第２媒体源に連結され、この連結は上述の室への圧力媒体 の供給又はこれらの室からの圧力媒体の除去を行うための取付けられた調整装置 を介して行われ、上述のケーシングの内側に嵌まった、又は把持即ち保持される べき対象物に向がって曲がったるケーシングの内側に配置された補則要素は、把 持−保持装置又は把持−保持部品の対応する曲げ又は伸ばしを行うため、上述の 室内の圧力媒体によって制御されて種々の多かれ少なかれ曲げられた又は伸ばさ れた位置に調節されるように構成されている、ことを特徴とする構成が提供され る。

本発明に関し、圧力媒体を収容した作用室に比較的軟質で可撓性のケーシング材 料を選択しているため、本発明は、皮膚、筋肉、等に関する限り人間の手の性質 を模倣する。そのため、構成を必要に応じて、環境に従って部分的に容易に適合 することができる。上述のケーシングの内側に可撓性の又は間接連結された補則 要素を使用することによって、関節、靭帯、鍵等になって、同じ方法で人間の手 の性質に似せることができる。そのため、構成を剛性及び強度に関して調整する ことができる。

本発明の構成を使用することによって、構造及び使用者の性質に関する解決策を 得ることができ、かなりの程度まで人間の手の構造及び作用に似せることができ る。

人間の手で把持、保持、又は持ち上げ作業を行う多くの場合には、各指が別々に 動くとか関節毎に一度に一つづつ動くとか問題となるのではなく、把持又は保持 されるべき対象物の大きさに合わせて調整された把持力で、各指と把持又は保持 されるべき対象物との間に多かれ少なかれ均等の絞り力を及ぼして指を共通の把 持体をなして一緒に動かすことが問題となるのである。かくして全ての指は、閉 （曲げた）状態に向かって一度に動かされるか或いは、閉状態から更に伸ばした 状態に向かって一度に遠ざけられる。同様の効果が本発明のロボットハンドを使 用して簡単な方法で得られる。ロボットハンドの閉運動では、ロボット指を曲げ ると、対象物に当たった部分の圧力が特定のレベルに達すると直ぐ、他のロボッ ト指の部分又はロボットハンドの他の部分の対応する運動によって調整される。

本発明によれば、均等に分配された絞り力が把持保持一部分の各々に及ぼされる ように、上述の圧力媒体が把持−保持部分の共通の作用圧力媒体であるのが好ま しい。

このようにして、人間の手を把持即ち保持されるべき対象物の周りで曲げたとき の作用に対応する効果を簡単な方法で得ることができる。

本発明によれば、把持即ち保持されるべき共通の対象物との係合に関して行われ る全ての可能な別々の運動を含む、把持−保持装置によって行われるべき全ての 運動について、共通の圧力媒体源を使用することができる。

更に、必要に応じて圧力を制御するのに、又は圧力室と圧力媒体源又は圧力解放 源との連結を逆転させるのに、簡単な共通の調整器（圧力調整装置）を使用する ことができる。

本発明による構成を、人間の手に似た又は全体に人間の手に似た形状を備えたゴ ムグローブに類似の、内部が補則された装置として設計することによって、取り 付けた（第１）室に圧力媒体を供給したときに多かれ少なかれ握った手のように 、及び取り付けた室から圧力媒体を除去したときに開いた手のように作用できる 扱い易い器具を得ることができる。装置の閉じたり開いたりする運動を補助する ため、第１室に関して第２室を使用することができ、同様に、第１室に圧力媒体 を満たしたときに圧力媒体を第２室から除去するか或いは圧力媒体を第１室から 除去したときに圧力媒体を第２室に供給することできる。

本発明の別の特徴は、添付図面に関連した以下の説明から明らかになるであろう 。

図面の簡単な説明 第１図は、人間の手に似せた把持装置即ち保持装置（ロボットハンド）に関して 図示した本発明による装置の概略図であり、 第２図は、第１図の装置の一部を構成する把持装置即ち保持部品（ロボットの指 部品）の第１の設計例を伸ばした状態で図示する部分断面側面図であり、第３図 は、部品を曲げた状態で図示する部分断面側面図であり、 第４図は、第２図による備品の断面図であり、第５図は、部品を曲げた状態で図 示する、保持部品の細部の変形態様の部分断面側面図であり、第６図、第７図、 及び第８図は、第２の設計例の外形及び断面を図示する第２図、第３図、及び第 ４図に対応する図である。

実施例 以下には、圧油を圧力媒体として使用する装置を説明するが、対応して適合させ た構成要素について、圧縮空気を圧力媒体として使用でき、その場合、はぼ同じ 利点が得られるということは理解されよう。

第１図では、圧力媒体源即ち圧力媒体リザーバ１０が、圧力調整装置１２への管 連結体１１及び圧力調整装置１２から四方向弁１４の入口１５まで延びる別の管 連結体１３を備えた状態で図示されている。弁１４には、リリーフ出口１６から 参照番号１０ａで示す圧力リリーフ源を通してリザーバ１０に戻る管連結体１７ が設けられている。更に、管連結体１９が第１弁出口１８から把持装置即ち保持 装置の第１作用室へ延びている。把持装置即ち保持装置は、五本のロボット指２ １ｂ−２１ｆを備えたロボットハンド２１の形態で図示しである。第２弁出口２ ２には、ロボットハンド２１の第２作用室２４に連結された管連結体２３が設け られている。圧力調整装置１２内の媒体の圧力を調整するホイール１２ａと、出 口１８及び２２への又はこれらの出口からの圧力媒体の供給、及びこれらの出口 及び隣接した室２０及び２４への及びこれらからの圧力媒体の両を制御するため のハンドル１４ａが設けられている。

第１図にロボットハンドケーシング２５を備えた状態で図示したロボットハンド ２１には、掌及び手の甲に似せた室区分２０ａと、互いに連通し且つ前記区分２ Ｏａとも連通する指に似せた五つの室区分２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２ Ｏｆも備えられている。室区分２０ａ−２Ｏｆ、即ち第１室２０の内側には、手 室区分２４ａ及び互いに連通し且つ区分２４ａとも連通した五つの措置区分２４ ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆを備えた第２室２４が設けられている。

弁１４を使用することによって、装置に、所望量の圧力媒体を一つの室、例えば 室２０に供給でき、この際、これと同時に、対応する量又はそこに、調整された 量の圧力媒体を第２室、即ち室２４から除去することができ、又はこの逆を行う ことができる。これによって、ロボットハンド２ユを必要に応じて伸ばしたり曲 げたりすることができる。ロボットハンド及びロボット指の個々の区分は、把持 即ち保持されるべき対象物の形状に合わせて調整されるように、即ち、ロボット ハンド及びロボット指の個々の区分を対象物の個々の局部的区分にあてて止める とき、個々の区分に作用する力が均等に分配されるように、別々に曲げることが できる。同様に、一方の室から圧力媒体を除去し、圧力媒体を他方の室に供給す ることによって、ロボットハンド及びロボット指が伸ばされる程度を調整するこ とができる。ロボットハンドの局部的区分が及ぼす実際の力は、調整装置１２で 補正的に制御することができる。

ロボットハンドを所望の通りに曲げたり伸ばしたりするためには、ロボットハン ドの局部的領域に特別な制御された補剤を施す必要がある。

このような補剤をロボット指と関連して以下に説明する。しかしながら、これを 詳細に図示することはしない。

種々のロボット指の補剤の延長でロボットハンドの手区分２０ａ、２４ａの掌に も補剤を施すのがよい。室区分２Ｑａ、２４ａの特定の領域を動かないように補 剤することもできる。この際、掌領域２０　ａ　ｓ　２４　ａの他の領域を指区 分に対応して、曲がるように補剤するのがよい。

第２図、第３図、及び第４図は、軟質及び可撓性の外側ケーシング２５′を示す 第１の設計例を図示する。ケーシング２５°は、比較的大きな容積を持つ長さ方 向第１室２０ｂと、小さな容積の長さ方向第２室２４ｂに長さ方向に分割される 。室２０ｂは、例えば、室２４ｂの容積の４倍乃至５倍の容積を持つのがよい。

上述の第１室２０ｂのケーシングの背部には軟質のベローズ形状ケーシング区分 ２５ａが備えられ、反対側には隔壁を形成する可撓性の軟質区分２５ｂが備えら れている。第２室２４、　ｂは、第１室２０ｂとケーシングの内側との間に配置 され、ここには可撓性ケーシング区分２５ｃが図示しである。図４に示すように 、ケーシング区分２５ａ、隔壁区分２５ｂ１及びケーシング区分２５Ｃは、連結 領域２５ｄを介して僅かな隙間ｂ”で互いに関連されている。

ケーシング区分２５ａ及び隔壁区分２５ｂは、ケーシング区分２５（の厚さの１ ／２以下、好ましくは１７３以下の厚さを有する。更に詳細には、ケーシング区 分２５′の厚さａ′は、ケーシング区分２５Ｃの幅ｂ°の１／１０乃至１／２０ の範囲内の厚さを有する。図示の設計例では、第２図に示すケーシング２５′は 、圧力が加わっている場合には、幅ｂ（ケーシング区分２５ｃの幅ｂ′にほぼ対 応する）を有し、この幅は、ケーシング１の長さの約１／４である。種々の設計 例では、上述の幅はケーシング１の長さの約１／３乃至１／１０の範囲内で変化 してもよい。比較的剛性であるが可撓性のケーシング区分２５（は、ケーシング １の長さの大部分に沿って延び、好ましくは、端縁区分及び側縁区分を除き、全 長及び全幅に亘って多かれ少なかれ均等な厚さを有する。端縁区分及び側縁区分 では、ケーシング区分２５ｃは、均等に減じる隔壁厚さを隣接したケーシング区 分への遷移部に形成する。比較的剛性で可撓性であるが曲げ平面Ｐ（第４図参照 ）を有する横方向ケーシング区分２５ｃによって補剤要素がケーシング２５°　 に形成される。この補剤要素は第４図に示すように上述の平面Ｐ（曲げ平面）で 曲げられるようになっているが、上述の平面Ｐに直角な方向には曲がらないよう になっている。

変形態様の設計では、第５図に示すように、ケーシング区分２５Ｃ゛にくびれ区 分２７ａ、２７ｂ、２７ｃが備えられ、これらの区分はケーシング区分２５ｃ゛ 長さの特定の区分に揺動接手を形成する。このような場合、くびれ区分に隣接し たケーシング区分２５ｃ′の領域２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄは比較的剛性 で最小の可撓性しか持たない。

第２図は、措置２０ｂが圧力解放位置をとる状態でケーシング区分２５ａを図示 し、このケーシング区分２５ａは軸線方向に萎んだ状態で図示しであるベローズ 区分を有する。この状態では措置２４ｂは最大に圧力負荷が加わった状態にあり 、隔壁２５ｂ及びケーシング区分２５（は長さ方向及び幅方向の両方向で最大に 延ばされている。

第３図は、圧力を措置２４ｂから解放した後の指区分２１ｂを図示し、隔壁区分 ２５ｂは圧力負荷が加わった措置２０ｂによってケーシング区分２５ｃに押付け られている。−二の状態では、第３図に示す可撓性ケーシング区分２５Ｃ，（又 は第５図に示す接合されたケーシング区分２５ｃ’　）は多かれ少なかれＣ字形 状、即ち指室２０ｂの充填の程度及び措置２４ｂの空になった程度によって決定 される曲線をなすように曲げられている。

ｍ４図は、措置２０ｂ及び措置２４ｂに中程度に負荷を加えた状態でケーシング ２５の断面を図示する。

この変形態様の設計は第２図乃至第５図に示す方法に対応する方法で寸法決めさ れ且つ形成されているが、第２図乃至第４図に示す隔壁２５ｂに対応する隔壁が 省略しであるため、ケーシング１２５は単一の措置１２０ｂで示しである。この 設計では、ケーシング区分１２５ａは横リブ３０及び膜形成中間区分３１が区分 毎に配置された状態で図示しである。この場合、第６図及び第７図に示すように 、第２図及び第３図に示すのに対応するベローズ様効果を得ることができるが、 リブ３０が安定した形態をとるときに半径方向膨張が区分３１だけで得られると いう点で異なっている。可撓性であるがさもなくば剛性のケーシング区分１２５ とリブ３０との間の相互作用効果により、第５図のケーシング区分２５ｃ゛のく びれ区分２７ａ、２７ｂ、２７ｃに示すのと同様の接手形成効果が得られる。第 ６図、第７図、及び第８図に示す設計例では、ケーシング区分１２５Ｃは、ケー シング区分１２５ｃに組み込んだり−フばね３２で特別に補剤されている。この ようなばねは、第８図に示すようにケーシング区分１２５Ｃの長さ及び幅の大部 分に亘って延びる。

上述の第２の設計例では、措置１２０ｂに負荷圧力を加える、又は措置１２０ｂ から圧力を解放するだけでケーシング１２５を曲げたり（第７図参照）延ばした り（第６図参照）することができる。これは、リーフばね３２のため、措置１２ ０ｂに負荷圧力を加えることによってケーシング区分１２５Ｃが図示の曲げを行 うことができ、措置１２０ｂから圧力を解放することによってケーシング区分を 第６図に示す位置に戻すようにするためである。

図示のようにリーフばね３２を取付ける、即ちケーシング区分１２５ｃに埋込む 代わりに、例えば、リーフばねの端部だけをケーシング区分１２５Ｃに取付け、 又は他の方法でリーフばねが措置１２０ｂの内側で自由に動けるようにすること ができる。このような場合、ばねが取付けられた箇所の間のケーシング区分１２ ５Ｃを軟質の壁材料、又は壁厚の薄いベローズ状の形態をとる壁材料を使用して 設計することができる。そのため、これは折り畳んだり折り目をつけたりするこ とができる。そのため裏打ち材料が必要とされる。

これについての具体的な設計例はここには図示してないが、所望の局部的剛性及 び強度、又は所望の局部的可撓性及び軟質を得るため、上述の解決策を種々の方 法で組み合わせることができるということは自明である。かくして、ここには、 一般的な技術上の適用性、及び義手としてのその用途に関して人間の手の動き及 び外観に似せる可能性が開示されている。

国際調査報告 ＋−１−−Ａ−−１−、、−−１１−Ｐｆ’：Ｔハｎ　８９１０００６３−一一 −ＪＩＭ＋参嘲−゛−−１＾幹−１ｍ＊１−・ＰＣＴ／）ＪＯ８９１０００６３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．把持部品即ち保持部品、即ち二つ又はそれ以上の「ロボット指」（２１ｂ、 ２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ）を備えたいわゆる「ロボットハンド」（２１ ）が取付けられ、前記ロボットハンドは、把持即ち保持されるべき対象物に関し て曲がった把持位置即ち保持位置（第３図、第５図、及び第７図参照）から延ば した解放位置（第２図及び第６図参照）まで又は延ばした解放位置から曲げた把 持位置即ち又は保持位置まで調整できる、油圧又は空気圧で作動する把持装置に おいて、各把持部品即ち保持部品が可撓性材料でできたケーシング（２５、１２ ５）と補剛要素（２５ｃ；１２５、３２）を有し、この補剛要素は、把持即ち保 持されるべき対象物にほぼ直角な第１平面（曲げ平面Ｐ）内で可撓性であるが、 この第１平面に直角な第２平面内で比較的剛性であり、 前記ケーシング（２５、１２５）は一つ（２０）又はそれ以上（２０、２４）の 別体の内部圧力室を画成し、これらの内部圧力室は、圧力媒体源（１０）の形態 の共通の第１媒体源、及び圧力解放源（１９）の形態の共通の第２媒体源に連結 され、この連結は上述の室への圧力媒体の供給又はこれらの室からの圧力媒体の 除去を行うための取付けられた調整装置（１２）を介して行われ、上述のケーシ ング（１２５）の内部、又は把持即ち保持されるべき対象物に面するケーシング （２５）の内側上に配置された前記補剛要素（２５ｃ；１２５、３２）は、把持 一保持装置（２１）又は把持−保持部品（２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２ １ｆ）の対応する曲げ又は伸ばしを行うため、上述の室内の圧力媒体によって制 御されて種々の多かれ少なかれ曲げられた又は伸ばされた位置に調節されるよう に構成されている、ことを特徴とする装置。 ２．上述の圧力媒体は、把持−保持部品（２１ｂ−２１ｆ）の各々に絞り力を及 ぼし且つ均等に分配するための、把持−保持部品（２１ｂ−２１ｆ）を含む把持 −保持装置（２１）の共通の作用圧力媒体である、ことを特徴とする請求項１に 記載の装置。 ３．把持−保持部品の背部に構成された第１ケーシング室（２０ｂ）、及び把持 −保持部品（２１ｂ）の反対側、即ち補剛要素（ケーシング区分２５ｃ）に構成 された第２ケーシング室（２４ｂ）は、交互に圧力媒体で満たしたり圧力媒体を 空にするため、上述の第１及び第２の媒体源の各々と関連して調整装置（１２） で制御される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。 ４．第２ケーシング室（２４ｂ）が第１ケーシング室（２０ｂ）と補剛要素（２ ５ｃ）との間に配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。 ５．把持−保持部品（２５ａで示す）の背区分が、把持即ち保持されるべき対象 物と係合するように構成されたその反対側（２５ｃで示す）よりも実質的に大き な長さを有する、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載 の装置。 ６．補剛要素は、第１ケーシング室と第２ケーシング室との間に隔壁を形成する 、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。 ７．補剛要素が二つの向き合った端部に取付けられ、補剛要素は、これらの二つ の向き合った端部間の領域でケーシングに関して或る程度曲がったり動いたりで きるようになっている、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一項 に記載の装置。 ８．補剛要素（２５ｃ；１２５ｃ、３２）がケーシングの二つの向き合った端部 、及びいずれにせよ、補剛要素の曲げ平面のいずれかの側でケーシングの二つの 向き合った側縁に取付けられ、更に、ケーシングの背区分上の側にも取付けられ ている、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の装置。 ９．ケーシングの背区分（２５ａ、１２５ａ）がべローズ形状になっている、こ とを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の装置。 １０．補剛要素が（２５ｃ′）が接手の形状である、ことを特徴とする請求項１ 乃至９のうちのいずれか一項に記載の装置。