JPH0663889A - 結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 他方の結合部材を小型化することができるこ
とである。また、三次元空間内において結合部材相互の
正確な位置決めを確実に行うことができると共に、大型
の電気的又は機械的な接合部材相互をも接合可能にする
ことである。 【構成】 一方の結合部材１００には、３本の爪１０２
が放射状に配され、３本の爪１０２は、それぞれが揺動
して開閉動作可能に設けられている。他方の結合部材２
００には、３本の爪１０２が閉じた状態でそれぞれ係合
する３つの係合部２０４が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】二つの部材を備え、両部材を結合
させる結合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の結合装置としては、例えば、特開
平１−１６９１２１号公報に記載されているものや、米
国特許４,５４５,７２３号公報に記載されているものが
ある。前者の結合装置は、一方の結合部材がリンク機構
を備えており、このリンク機構の一部を構成する爪が開
いて、他方の結合部材と結合するというものである。

【０００３】また、後者の結合装置は、一方の結合部材
には、一対の爪が設けられていると共に、この爪の側方
に外付けされた形で雌側のコネクタが設けられ、他方の
結合部材には、一方の結合部材の爪が把持する断面が菱
形状の結合柱が設けられていると共に、雄側のコネクタ
が設けられているものである。この結合装置は、結合部
材相互の位置決めをマニピュレータで取った上で、他方
の結合部材に設けられている結合柱を一方の結合部材の
爪で把持することで、両結合部材を結合すると共に、コ
ネクタ相互を結合している。また、この他、米国特許
４,１０５,２４１号のように、ロッドをロープでからめ
取るものなどもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、前者
の結合装置では、一方の結合部材の爪が開いた状態で他
方の結合部材と結合するため、他方の結合部材が大型化
すると共に、これが大型化するために他方の結合部材に
取付けられるペイロードなどの対象物として、小型のも
のを取り扱うことができないという問題点がある。

【０００５】また、後者の結合装置では、マニピュレー
タで位置決めを行っているものの、最終的には、一対の
爪、つまり２つの爪で連結柱を把持することで、相互の
位置決めが行われているため、三次元空間内において、
正確な位置決めを確実に行い、且つこの状態を維持する
ことができないという問題点がある。さらに、この結合
装置では、一対の爪に対して、その側方に外付けされる
形でコネクタが設けられているために、把持状態の爪か
らコネクタまでの距離が大きくなりがちで、コネクタ相
互の結合に必要なモーメント力が大きくなり、大型又は
複数のコネクタ相互等を結合にはあまり適さない。

【０００６】そこで、本発明の第一の目的は、他方の結
合部材を小型化することができ、この他方の部材に取付
けられるペイロードなどの対象物として、小型のものも
取り扱うことができる結合装置を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、三次元空間内において結
合部材相互の正確な位置決めを確実に行い、この状態を
維持することができると共に、大型又は複数の電気的又
は機械的な接合部材相互をも接合可能な結合装置を提供
することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の結合装置は、一方の結合部材には、３以上の爪が放射
状に配され、３以上の該爪は、その中心側の基部を基点
として、それぞれが揺動して開閉動作可能に設けられて
いると共に、３以上の前記爪を開閉動作させる爪開閉機
構が設けられ、他方の結合部材には、３以上の爪が閉じ
た状態でそれぞれ係合する３以上の係合部が形成されて
いることを特徴とするものである。

【０００８】なお、爪の閉動作とは、爪の基部を基点と
して、その先端側が揺動し、３以上の爪の先端部相互間
の距離が小さくなる動作である。

【０００９】ここで、前記結合装置の前記係合部のそれ
ぞれの周囲には、該係合部に、対応する前記爪を導くた
めの案内面が形成されていることが好ましい。さらに、
前記係合部が、前記爪が嵌まり込む溝を有している場合
には、該溝は、その幅が溝深さ方向に向かうに連れて狭
まるよう形成されていることが好ましい。

【００１０】また、前記一方の結合部材の放射状に配さ
れている３以上の前記爪の相互間に、電気的又は機械的
接続部材の一方を設け、前記他方の結合部材の３以上の
前記係合部の相互間で、前記電気的又は機械的接続部材
の一方が設けられている位置と対応する位置に、電気的
又は機械的接続部材の他方を設けてもよい。

【００１１】また、放射状に配されている３以上の前記
爪は、それぞれの前記基部相互間に所定距離有するよう
設けると共に、放射の中心部に電気的又は機械的接続部
材の一方を設け、前記他方の結合部材には、前記電気的
又は機械的な接続部材の一方が設けられている位置と対
応する位置に、電気的又は機械的接続部材の他方を設け
てもよい。

【００１２】

【作用】本発明によれば、一方の結合部材と他方の結合
部材とが結合した際には、３以上の爪は閉じた状態にな
っているので、この爪に係合する係合部を有する他方の
部材を小型化することができる。このため、他方の部材
に取付けられるペイロード等の対象物として、小型のも
のも取り扱うことができる。また、一方の結合部材に放
射状に設けられている３以上の爪と、他方の結合部材に
形成されている係合部で、相互の位置決め、及びこの状
態の維持が可能なので、三次元空間内においても、正確
な位置決めを確実に行うことができると共に、この状態
を維持することができる。また、３以上の爪を放射状に
配したことにより、爪相互間に電気的又は機械的な接続
部材を設けることができる。このため、閉状態の爪から
接続部材までの距離を小さくすることができ、接続部材
相互の結合に必要なモーメント力を小さくすることがで
きるので、比較的大きな電気的又は機械的接続部材相互
をも結合することができる。

【００１３】なお、米国特許４,５４５,７２３号公報に
記載されているものと本発明とを比較すると、単に爪の
数を増加させ、この爪を放射状に配しただけであるが、
この結果、本発明では、三次元空間内の正確な位置決め
及びこの状態の維持、大型の接続部材相互の接続が可能
となっている。ところで、一般的に、結合部材には、機
械的又は電気的接続部材が設けられていることが多く、
結合装置は、結合部材相互間を結合するのみならず、接
続部材相互をも接続する必要がある場合がほとんどであ
る。したがって、このような状況を考えてみた場合、本
発明において、先に説明した効果を得ることができるこ
とは、非常に重要なことと言える。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を用
いて説明する。図１及び図５に示すように、一方の結合
部材１００の先端部１０７側には、３本の爪１０２，１
０２，１０２が放射状に、且つその基端部相互間が所定
距離を有するように、配されている。この爪１０２の先
端側には、凹部１０８が形成されている。各爪１０２，
１０２，１０２は、その先端側が揺動可能に、その基端
部がピン１０１により支持されている。爪１０２の中央
部には、ピン１０３を介してリンク１０４の一端部が連
結されている。このリンク１０４の他端部には、ピン１
０５を介して前後（図１中、Ｚ方向）動可能に設けられ
ている押板１０６が連結されている。押板１０６の一部
には、ボールナット１１５が設けられており、これに前
後方向に伸びるスクリュー１１４が螺合している。スク
リュー１１４は、減速機１１３と連結されており、この
減速機１１３にはギア１１２，１１３を介して爪開閉動
作用モータ１１０が接続されている。

【００１５】一方の結合部材１００の先端中心部１０７
及び押板１０６の中心部には、他方の結合部材２００方
向へ貫通する貫通孔が形成されており、ここに、先端部
にソケットレンチ１２５が設けられているトルク伝達軸
１２４が回転可能に配されている。一方の結合部材１０
０内には、このトルク伝達軸１２４を回転駆動させる伝
達軸駆動用モータ１２０が設けられており、これがギア
１２１，１２２及び減速機１２３を介してトルク伝達軸
１２４と接続されている。

【００１６】放射状に配されている３本の爪１０２，１
０２，１０２の先端側の相互間には、外部と電力又は信
号の受け渡しをするための電気コネクタ１３０が設けら
れており、これにケーブル１３１が接続されている。一
方の結合部材１００は、これを三次元空間内において移
動させるマニピュレータ４００の先端部に取付けられて
いる。一方の結合部材１００のマニピュレータ４００側
には、力／トルクセンサ４１０が設けられている。この
力／トルクセンサ４１０は、前述した各種モータ１１
０，１２０やマニピュレータ４００の関節動作を制御す
る制御装置５００にセンサ４１０からの信号が入力する
ように、制御装置５００と信号線５１０で接続されてい
る。

【００１７】他方の結合部材２００は、図１〜図４に示
すように、中空円筒状のもので、その一方の結合部材１
００側には、一方の結合部材１００に放射状に配されて
いる３本の爪１０２，１０２，１０２が閉じた際に、こ
れらに係合する係合部２０４，２０４，２０４が形成さ
れている。係合部２０４は、爪１０２が嵌まり込む係合
溝２０２と、この底部に形成されている突起２０３とで
構成されている。係合溝２０２は、図３及び図４に示す
ように、その溝幅が、その溝口において爪１０２の幅よ
りも広く、その溝深さ方向に向かうに連れて狭まるよう
に形成されている。

【００１８】係合部２０４の一方の結合部材１００側の
周囲には、爪１０２を係合部２０４に導くための案内斜
面２０１が形成されている。放射状に配されている３つ
の係合部２０４，２０４，２０４の相互間には、一方の
結合部材１００の電気コネクタ１３０と接続する電気コ
ネクタ２２０が設けられている。この電気コネクタ２２
０は、ケーブル２２１が接続されている。中空円筒状の
他方の結合部材２００の中心部には、図１に示すよう
に、トルク伝達軸２１１が配されており、その一方の結
合部材１００側の端部にソケットレンチ１２５に嵌まり
込むボルトヘッド２１０が設けられている。他方の結合
部材２００のペイロード３００側には、弾性材３１０が
設けられており、ペイロード３００は、この弾性材３１
０を介して他方の結合部材２００と結合している。

【００１９】次に、本実施例の動作について説明する。
なお、以下の説明を容易にするため、一方の結合部材１
００の他方の結合部材２００に対する遠近方向をＺ方
向、このＺ方向に対して垂直な平面内における互いに垂
直な方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向とする。

【００２０】結合部材１００，２００相互の結合前は、
図１及び図５に示すように、爪１０２，１０２，１０２
は開いた状態になっている。結合部材１００，２００相
互を結合させるべく、まず、マニピュレータ４００を駆
動し、他方の結合部材２００に対する一方の結合部材１
００のＸ方向及びＹ方向の概略位置決めを行う。その
後、マニピュレータ４００をさらに駆動して、一方の結
合部材１００をＺ方向へ移動し、他方の結合部材２００
に近づけていく。一方の結合部材１００が他方の結合部
材２００に近づいてくると、一方の結合部材１００の爪
１０２の先端は、先ず、他方の結合部材２００の案内斜
面２０１に接触し、この案内斜面２０１に沿って移動し
て、係合溝２０２に導かれる。この際、制御装置５００
は、力／トルクセンサ４１０からの信号に基づき、マニ
ピュレータの動作を制御する。制御装置５００は、基本
的には、力／トルクセンサ４１０からの信号で示される
力／トルクが小さくなるような制御を実行する。

【００２１】次に、爪開閉動作用モータ１１０が駆動し
てスクリュー１１４が回転し、押板１０６がボールナッ
ト１１５と共に前方（他方の結合部材２００に近づく方
向）移動する。押板１０６の前方移動により、リンク１
０４及び爪１０２の中央部が前方に押し出されて、爪１
０２は、ピン１０１を基点として揺動し、爪１０２，１
０２，１０２は次第に閉じていく。係合溝２０２の溝幅
は、前述したように、溝口で広く、溝深さ方向に向かう
に連れて狭まっているので、爪１０２は、閉じるに従っ
て、無理なく所定の目的位置まで導かれる。このため、
他方の結合部材２００に対する一方の結合部材１００の
正確な位置決めが、無理なく実行される。図６に示すよ
うに、爪１０２が全閉状態となると、爪１０２は係合溝
２０２の底に接触し、爪１０２の凹部１０８と係合部２
０４の突起２０３とが係合する。なお、爪１０２の凹部
１０８と係合部２０４の突起２０３とは、結合部材１０
０，２００相互のＺ方向の移動を規制するものであるか
ら、例えば、爪１０２に突起を形成し、係合部２０４に
凹部を形成するなど、他の態様で、Ｚ方向の移動規制を
実現してもよい。この凹部１０８と突起２０３との係合
時点で、一方の結合部材１００は、他方の結合部材２０
０に対する、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の三方向、及びロール，ピ
ッチ，ヨーの三軸回わりの位置決めが完了する。また、
これと同時に電気コネクタ１３０，２２０相互の結合、
及びソケットレンチ１２５とボルトヘッド２１０との結
合が完了し、電力又は信号の授受が可能になると共に、
トルク伝達が可能となる。

【００２２】結合が完了して所定の作業を終了した後、
爪開閉動作用モータ１１０を逆回転することにより、結
合と逆の順序で結合が解除され、一方の結合部材１００
と他方の結合部材２００とが切離される。

【００２３】本実施例では、一方の結合部材１００の爪
１０２が閉じた状態で、他方の結合部材２００と結合す
るので、他方の結合部材２００が小型化し、小型のペイ
ロードでもハンドリングが可能となる。また、一方の結
合部材１００に放射状に設けられている３本の爪１０
２，１０２，１０２と、他方の結合部材２００に形成さ
れている係合部２０４，２０４，２０４で、相互の位置
決め、及びこの状態の維持を実行しているので、三次元
空間内においても、正確な位置決めを確実に行うことが
できると共に、この状態を維持することができる。

【００２４】また、電気接点群である電気コネクタ１３
０を放射状に配した３本の爪１０２，１０２，１０２相
互間に設けたので、閉状態の爪１０２から電気コネクタ
１３０までの距離を小さくすることができ、電気コネク
タ相互の結合に必要なモーメント力を小さくすることが
できる。この結果、比較的大きな電気コネクタ又は複数
の電気コネクタ相互をも結合することができる。放射状
に配した３本の爪１０２，１０２，１０２の放射の中心
に、Ｚ軸回りの回転力を伝達するトルク伝達軸１２４を
設けたので、回転力を伝達する際、各爪１０２，１０
２，１０２には、均等に負荷をかけることができる。し
たがって、放射中心以外にトルク伝達軸１２４を設けた
場合と比べて、１本の爪１０２にかかる負荷は小さくな
るので、比較的大きなトルクでも伝達することができ
る。さらに、伝達トルク軸１２４を設けた結果、駆動力
を必要とする各種ツールを他方の結合部材２００に装着
できるので作業内容が飛躍的に拡大する。また、例え
ば、作業台にペイロード３００を固定する場合、固定用
ラッチの締め上げ、解除のためのトルクを供給できるよ
うになるため、作業台の構造を簡単にすることができ
る。

【００２５】なお、本実施例において、３本の爪で位置
決め及び結合を行ったが、本発明は、これに限定される
ものではなく、４以上の爪を用いてもよい。また、本実
施例における３本の爪を開閉動作させる機構は、一例で
あって、他の機構によって開閉動作させるようにしても
よい。また、本実施例では、放射状に配された三本の爪
相互間に電気コネクタを設けたが、ここには電気コネク
タ以外の機械的なコネクタを設けてもよい。但し、機械
的コネクタが回転トルクを伝達するようなものである場
合には、前述した理由により、これを放射中心に設ける
ことが好ましい。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、３以上の爪が閉じた状
態で、一方の結合部材を他方の結合部材に結合させるこ
とができるので、他方の部材を小型化することができ
る。このため、他方の部材に取付けられるペイロード等
の対象物として、小型のものも取り扱うことができる。
また、一方の結合部材に放射状に設けられている３以上
の爪と、他方の結合部材に形成されている係合部で、相
互の位置決め、及びこの状態の維持が可能なので、三次
元空間内においても、正確な位置決めを確実に行うこと
ができると共に、この状態を維持することができる。ま
た、３以上の爪を放射状に配したことにより、爪相互間
に電気的又は機械的な接続部材を設けることができる。
このため、閉状態の爪から接続部材までの距離を小さく
することができ、電気コネクタ相互の結合に必要なモー
メント力を小さくすることができるので、比較的大きな
又は複数の電気的又は機械的接続部材相互をも結合する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の結合装置の断面図であ
る。

【図２】本発明に係る一実施例の他方の結合部材の全体
斜視図である。

【図３】図２におけるIII矢視図である。

【図４】図３におけるIＶ矢視図である。

【図５】本発明に係る一実施例の結合装置の結合前の状
態を示す説明図である。

【図６】本発明に係る一実施例の結合装置の結合時の状
態を示す説明図である。

【符号の説明】

１００…一方の結合部材、１０２…爪、１０４…リン
ク、１０６…押板、１０８…凹部、１２４，２１１…ト
ルク伝達軸、１２５…ソケットレンチ、１３０…一方の
電気コネクタ、２００…他方の結合部材、２０１…案内
斜面、２０２…係合溝、２０３…突起、２０４…係合
部、２１０…ボルトヘッド、２２０…他方の電気コネク
タ、３００…ペイロード、３１０…弾性材、４００…マ
ニピュレータ、４１０…力／トルクセンサ、５００…制
御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松枝 達夫 東京都港区浜松町二丁目４番１号 宇宙開 発事業団内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の結合部材と他方の結合部材相互を結
   合する結合装置において、 前記一方の結合部材には、 ３以上の爪が放射状に配され、３以上の該爪は、その中
   心側の基部を基点として、それぞれが揺動して開閉動作
   可能に設けられていると共に、３以上の前記爪を開閉動
   作させる爪開閉機構が設けられ、 前記他方の結合部材には、 ３以上の爪が閉じた状態でそれぞれ係合する３以上の係
   合部が形成されていることを特徴とする結合装置。
2. 【請求項２】３以上の前記係合部のそれぞれの周囲に
   は、該係合部に、対応する前記爪を導くための案内面が
   形成されていることを特徴とする請求項１記載の結合装
   置。
3. 【請求項３】前記係合部は、前記爪が嵌まり込む溝を有
   しており、 前記溝は、その幅が溝深さ方向に向かうに連れて狭まる
   よう形成されていることを特徴とする請求項１又は２記
   載の結合装置。
4. 【請求項４】前記一方の結合部材の放射状に配されてい
   る３以上の前記爪の相互間に、電気的又は機械的接続部
   材の一方が設けられ、 前記他方の結合部材の３以上の前記係合部の相互間で、
   前記電気的又は機械的接続部材の一方が設けられている
   位置と対応する位置に、電気的又は機械的接続部材の他
   方が設けられていることを特徴とする請求項１、２又は
   ３記載の結合装置。
5. 【請求項５】放射状に配されている３以上の前記爪は、
   それぞれの前記基部相互間に所定距離有するよう設けら
   れていると共に、放射の中心部に電気的又は機械的接続
   部材の一方が設けられ、 前記他方の結合部材には、前記電気的又は機械的な接続
   部材の一方が設けられている位置と対応する位置に、電
   気的又は機械的接続部材の他方が設けられていることを
   特徴とする請求項１、２、３又は４記載の結合装置。
6. 【請求項６】前記一方の結合部材は、力センサを有し、 前記一方の結合部材を移動させるマニピュレータと、前
   記力センサからの信号に基づき、該マニピュレータの動
   作を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする
   請求項１、２、３、４又は５記載の結合装置。