JPH07314369A

JPH07314369A - 結合装置

Info

Publication number: JPH07314369A
Application number: JP6118518A
Authority: JP
Inventors: Naoya Ezawa; 直也江沢; 徹也 ▲梁▼井; Tetsuya Yanai; Mitsushige Oda; 光茂小田
Original assignee: National Space Development Agency of Japan; Hitachi Ltd
Current assignee: National Space Development Agency of Japan; Hitachi Ltd
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-05
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JP2566379B2

Abstract

(57)【要約】【目的】あまり大型化させずに、結合部材と被結合部
材との結合強度を向上させる。【構成】結合部材100は、ケーシング130と、揺動動可
能にピン102,106を介してケーシング130に取付けられて
いる複数の結合爪101及び複数の結合維持爪105と、複数
の結合爪101及び複数の結合維持爪105をそれぞれ揺動さ
せる爪駆動機構とを備えている。被結合部材200は、結
合爪101の先端部及び結合維持爪105の先端部が係合する
爪係合孔201が形成されているケーシング230を備えてい
る。被結合部材200のケーシング230には、両部材100,20
0が対向し合っている結合直前の状態において結合部材1
00のケーシング130が位置する方向へ突出した凸部233が
形成され、結合部材100のケーシング130には、被結合部
材200のケーシング230の凸部233に係合可能な凹部133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】本発明は、二つの部材を備え、こ
れらの部材相互を結合す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があ
る。この結合装置は、結合部材に、爪とこの爪を駆動す
る爪駆動機構とが設けられており、爪駆動機構で爪を開
いて、被結合部材を把持している。そして、結合中にお
いては、爪駆動機構を構成する一の部材を電磁ブレーキ
等で固定することによって、結合部材と被結合部材との
結合を維持するというものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな結合装置では、結合状態時において、結合装置に外
力が掛かると、その外力が爪及びその駆動機構に集中的
に掛かる。そのため、大きな外力が掛かっても破損しな
いようにするため、結合部材の爪及び該爪を駆動する爪
駆動機構の構成部品等、さらには爪が係合する被結合部
材の被係合部等を大型化すると、装置全体が大型化して
しまうという問題点がある。このように結合装置が大型
化すると、単に、結合装置の移動等が不便になるばかり
か、この結合装置を先端部に搭載するマニピュレータも
大型化してしまう。このことは、特に、宇宙で結合装置
を使用する場合、これらを宇宙に打ち上げる際に大きな
問題となる。

【０００４】そこで、本発明は、このような従来の問題
点に着目して、大型化することなく、結合状態時におけ
る強度を高めることができる結合装置を提供することを
目的とする。

【０００５】

【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、一方の結合部材は、ケーシングと、先端
部が揺動可能にピンを介して該ケーシングに取付けられ
ている複数の結合爪及び複数の結合維持爪と、複数の該
結合爪及び複数の該結合維持爪をそれぞれ揺動させる爪
駆動機構とを備え、他方の被結合部材は、複数の前記結
合爪の先端部が係合する結合爪被係合部及び複数の前記
結合維持爪の先端部が係合する結合維持爪被係合部が形
成されているケーシングを備え、前記結合部材の前記ケ
ーシングと前記被結合部材の前記ケーシングとのうち、
一方のケーシングには、両部材が対向し合っている結合
直前の状態において他方のケーシングが位置する方向へ
突出した凸部が形成され、該他方のケーシングには、該
一方のケーシングの該凸部に係合可能な凹部が形成され
ていることを特徴とするものである。

【０００６】ここで、前記結合装置の被結合部材は、前
記結合部材が該被結合部材へ近づく方向へ相対移動して
いる際、及び前記結合部材の前記結合爪が揺動している
際、該結合爪の先端部が接触すると、該結合爪を次第に
前記結合爪被係合部へ導く案内部材を備えていることが
好ましい。

【０００７】また、前記結合装置において、両部材が結
合した際に、前記結合維持爪を前記ケーシングに留めて
おく前記ピンと該結合維持爪が係合する前記結合維持爪
被係合部とを結ぶ線が、前記凸部が突出している方向と
平行になるよう、該ピン及び該結合維持爪被係合部が設
けられていることが好ましい。

【０００８】また、前記爪駆動機構は、複数のリンク部
材を有し、複数の前記結合爪の先端部が揺動するよう、
複数の該リンク部材が相互にピンを介して連結され、且
つ複数の該結合爪の一部が複数の該リンク部材のうちい
ずれかのリンク部材にピンを介して連結されているリン
ク機構と、前記リンク機構を構成する複数のリンク部材
のうち、いずれかの特定リンク部材の一部に、前記結合
維持爪の一部が接触する方向へ、該結合維持爪を付勢す
る付勢部材とを有し、互いに接触し合う前記維持結合爪
の前記一部と前記特定リンク部材の前記一部とのうちい
ずれか一方には、該特定リンク部材の動作により該結合
維持爪の先端部が揺動するよう、カム面が形成されてい
るものであってもよい。

【０００９】また、前記結合装置は、前記結合部材と前
記被結合部材とのうち、少なくとも一方に、両者の結合
が完了したことを検知する結合検知手段を備えていても
よい。

【００１０】

【作用】結合部材と被結合部材とがある程度接近した時
点で、爪駆動機構を駆動し、結合爪及び結合維持爪を揺
動させる。これらの爪が揺動して、それぞれ対応する被
係合部に係合し、且つ一方のケーシングに形成されてい
る凸部が他方のケーシングに形成されている凹部に嵌ま
り込むと、両部材の結合が完了する。

【００１１】両部材が結合した後、両部材を離そうとす
る外力がかかった場合、この外力は、結合爪とその被係
合部、結合維持爪とその被係合部、及びケーシングの凹
部と凸部にかかる。従って、本発明では、この外力を、
結合爪とその被係合部のみならず、結合維持爪とその被
係合部、及びケーシングの凹部と凸部で受けるので、両
部材の結合強度を高めることができる。

【００１２】ところで、一方のケーシングの凸部は、他
方のケーシングの方向に突出しているため、この突出方
向（以下、Ｚ方向とする。）の外力に抗することができ
ないが、このＺ方向以外の外力に抗することはできる。
このため、結合爪とその被係合部、結合維持爪とその被
係合部は、Ｚ方向の外力のみを受ければよい。また、結
合爪にかかる外力のうち、そのピンとその被係合部とを
結ぶ線の方向の力は、ピンを介して、結合部材のケーシ
ングにかかる。同様に、結合維持爪にかかる外力のう
ち、そのピンとその被係合部とを結ぶ線の方向の力は、
ピンを介して、結合部材のケーシングにかかる。すなわ
ち、結合時に外力がかかっても、結合爪及び結合維持爪
はＺ方向の外力のみを受ければよく、しかも、Ｚ方向の
みの外力のうち、多くの力が各爪のピンを介して結合部
材のケーシングにかかり、僅かに残った力のみがこれら
の爪を揺動させる爪駆動機構にかかる。このため、爪駆
動機構は、外力に抗する強度をほとんど考慮する必要は
なく、爪駆動機構の小型化を図ることができる。この結
果、結合維持爪を追加して結合強度を高めても、装置全
体の大型化を防ぐことができる。

【００１３】なお、結合維持爪のピンとその被係合部と
を結ぶ線の方向が、一方のケーシングの凸部の突出方
向、つまりＺ方向と平行な方向であれば、結合維持爪に
かかるＺ方向の力のすべてがピンを介してケーシングに
かかるので、結合維持爪を揺動させる爪駆動機構には、
ほとんど外力がかからなくなる。

【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。まず、本発明に係る第１の実施例の結合
装置について、図１〜図１５を用いて説明する。

【００１５】本実施例の結合装置は、図１及び図２に示
すように、結合部材１００と、被結合部材２００とを備
えている。結合部材１００は、中空円筒状のケーシング
１３０と、３本の結合爪１０１，１０１，１０１と、３
本の結合維持爪１０５，１０５，１０５と、これらの爪
１０１，１０５を開閉動作させる爪駆動機構１１０と、
トルク伝達軸１２２と、このトルク伝達軸１２２を回転
させるトルク伝達機構１２０と、外部に信号及び電力の
受送信を行うためのコネクタ１５０と、結合状態を把握
するための結合状態検出手段とを備えている。

【００１６】ケーシング１３０は、中空円筒状のケーシ
ング本体１３１と、その両端を塞ぐ端板１３２，１３４
とを有して構成されている。先端側端板１３２の外周に
は、ケーシング１３０の中心軸と平行な方向（以下、こ
の方向をＺ方向、このＺ方向に垂直な平面内において互
いに垂直な方向をＸ方向及びＹ方向とする。）で且つ
(−)Ｚ方向に凹んでいる凹部１３３が３つ形成されてい
る。

【００１７】３本の結合爪１０１，１０１，１０１は、
図３に示すように、ケーシング１３０の先端側に、この
ケーシング１３０の中心軸を中心として、放射状に配さ
れている。また、３本の結合維持爪１０５，１０５，１
０５も、ケーシング１３０の中心軸を中心として、放射
状に配されている。３本の結合維持爪１０５，１０５，
１０５は、ケーシング１３０の中心軸から各結合爪１０
１，１０１，１０１の方向線上に、配されている。結合
爪１０１は、略Ｌ型を成し、その一方の端部（以下、先
端部とする。）が揺動してケーシング１３０の中心軸か
ら遠ざかったり近づいたり、すなわち、開閉動作可能
に、その角に相当する部分がピン１０２で先端側端板１
３２に連結されている。また、結合維持爪１０５も、そ
の先端部が揺動してケーシング１３０の中心軸から遠ざ
かったり近づいたり、すなわち、開閉動作可能に、その
基端部がピン１０６でケーシング本体１３１に連結され
ている。なお、結合爪１０１のピン１０２及び結合維持
爪１０５のピン１０６は、それぞれ、ピン支持部材１０
３，１０７を介して、先端側端板１３２、ケーシング本
体１３１に連結されている。結合維持爪１０５は、相互
の間隔が一定距離離れている二枚の爪形成板１０５ｘ，
１０５ｘで構成されている。結合爪１０１の幅は、結合
維持爪１０５を構成する二枚の爪形成板１０５ｘ，１０
５ｘの相互間隔よりも僅かに小さい。すなわち、結合維
持爪１０５及び結合爪１０１は、結合維持爪１０５が閉
じ、且つ結合爪１０１が開いた状態において、結合爪１
０１が結合維持爪１０５の爪形成板１０５ｘ，１０５ｘ
間に入り込めるよう、構成されている。

【００１８】爪１０１，１０５を開閉動作させる爪駆動
機構１１０は、図２に示すように、結合爪１０１の他方
の端部とピン１０４を介して連結されているリンク１１
１と、このリンク１１１とピン１１２を介して連結され
ケーシング１３０の中心軸に対して平行な方向に移動可
能に設けられているプレート１１３と、このプレート１
１３に固定されているボールナット１１４と、このボー
ルナット１１４に螺合し且つケーシング１３０の中心軸
に対して平行な方向に伸びているネジ軸１１５と、この
ネジ軸１１５を回転させる駆動モータ１２６と、駆動モ
ータ１２６の回転力をネジ軸１１５に伝達する一方で遮
断するクラッチ１１７と、ネジ軸１１５を回転不能に拘
束する電磁ブレーキ１１６と、結合維持爪１０５を開状
態から閉状態の方向に付勢するコイルバネ（付勢部材）
１１５ａとを有して構成されている。駆動モータ１２６
の出力軸とクラッチ１１７の入力軸とは、ギヤ１１８，
１１９を介して接続されている。プレート１１３の外周
部で、ケーシング１３０の中心軸から各結合爪１０１，
１０１，１０１の方向線上には、突起１１３ａ，１１３
ａ，１１３ａが形成されている。結合維持爪１０５に
は、プレート１１３のＺ方向への移動に伴って、結合維
持爪１０５がピン１０６を中心として揺動するよう、プ
レート１１３の突起１１３ａに接するカム面１０８が形
成されている。結合維持爪１０５を閉状態の方向へ付勢
するコイルバネ１１５ａは、結合維持爪１０５のカム面
１０８がプレート１１３の突起１１３ａに常に接した状
態にしておく役目も担っている。

【００１９】円筒状のケーシング１３０の中心軸には、
トルク伝達軸１２２が回転可能に設けられている。トル
ク伝達軸１２２の先端部は、ケーシング１３０の先端側
端板１３２から突出している。この先端部には、ソケッ
トレンチ１２１が設けられている。トルク伝達機構１２
０は、前述した爪駆動機構１１０の駆動モータ１２６
と、駆動モータ１２６の回転力をトルク伝達軸１２２に
伝達する一方で遮断するクラッチ１２４と、減速機１２
３とを有して構成されている。駆動モータ１２６の出力
軸とクラッチ１２４の入力軸とは、ギヤ１２５，１１９
を介して接続されている。これら爪駆動機構１１０及び
トルク伝達機構１２０は、コイルバネ１１５ａを除き、
全て、ケーシング１３０内に設けられている。

【００２０】コネクタ１５０は、ケーシング本体１３１
の外周面にブラケット１５２を介して取付けられてい
る。コネクタ１５０及びブラケット１５２は、コネクタ
カバー１５３で覆われている。コネクタ１５０には、こ
こに電力又は信号を送るためのケーブル１５１が接続さ
れている。

【００２１】結合状態検出手段は、爪駆動機構１１０の
プレート１１３の位置から結合爪１０１の開閉状態を検
出する爪開閉状態検出用マイクロスイッチ１４０と、結
合部材が被結合部材に結合可能な状態において両者が接
触したことを検知する接触検知用マイクロスイッチ１４
５とを有している。爪開閉状態検出用マイクロスイッチ
１４０は、結合爪１０１を閉状態にすべく(＋)Ｚ方向に
最も前進したプレート１１３を検出する閉状態検出プロ
ーブ１４１と、結合爪１０１を開状態にすべくＺ方向に
最も後退したプレート１１３を検出する開状態検出プロ
ーブ１４２とを備えている。接触検知用マイクロスイッ
チ１４５は、先端側端板１３２から、(＋)Ｚ方向に突出
した接触検知プローブ１４６を備えている。

【００２２】以上において説明した結合部材１００は、
図２に示すように、６軸力／トルクセンサ３０１を介し
て、マニピュレータ３００の先端部に固定されている。
駆動モータ１２６や電磁ブレーキ１１６や各クラッチ１
１７，１２４を駆動させる電力は、このマニピュレータ
３００の電源（図示されていない。）が使用される。ま
た、駆動モータ１２６、各クラッチ１１７，１２４、電
磁ブレーキ１１６への制御信号も、マニピュレータ３０
０の動作を制御する制御装置（図示されていない。）か
ら送信される。

【００２３】被結合部材２００は、図１及び図２に示す
ように、結合爪１０１，１０１，１０１の先端部及び結
合維持爪１０５，１０５，１０５の先端部が嵌まり込む
３つの爪係合孔２０１，２０１，２０１が形成されてい
る中空円筒状のケーシング２３０と、３つの結合爪１０
１，１０１，１０１をそれぞれ爪係合孔２０１，２０
１，２０１に導く案内部材２３５と、ボルトヘッド２２
１が先端に形成されているトルク伝達軸２２２とを有し
て構成されている。

【００２４】ケーシング２３０は、中空円筒状のケーシ
ング本体２３１と、ケーシング本体２３１の一方の端部
を塞ぐペイロード側端板２３２とを有して構成されてい
る。ペイロード側端板２３２の外周部には、ボルト孔が
穿設されている。ケーシング２３０は、このボルト孔に
ボルトを通して締め上がることにより、ペイロード４０
０に固定される。中空円筒状のケーシング本体２３１に
は、その内側から外側へ貫通した爪係合孔２０１が形成
されている。この爪係合孔２０１は、結合維持爪１０５
の幅とほぼ同じに幅に形成されている。ケーシング本体
２３１の先端側には、(−)Ｚ方向に突出し、結合部材１
００の凹部１３３，１３３，１３３に係合可能な凸部２
３３，２３３，２３３が３つ形成されている。

【００２５】中空円筒状のケーシング２３０内には、案
内部材２３５が設けられている。案内部材２３５は、
(＋)Ｚ方向へ向かうに連れて次第にケーシング２３０の
中心軸に近づく案内面２３６，２３６，２３６と、案内
面２３６から(＋)Ｚ方向へ凹み且つケーシング２３０の
中心軸近傍から各爪係合孔２０１，２０１，２０１まで
放射方向に伸びている案内溝２３７，２３７，２３７と
が形成されている。案内面２３６，２３６，２３６及び
案内溝２３７，２３７，２３７は、図４に示すように、
結合部材１００の３つの結合爪１０１，１０１，１０１
に対応して、それぞれ、３つ形成されている。案内溝２
３７の溝幅は、ケーシング２３０の中心部近傍が結合爪
１０１の幅より大きく、爪係合孔２０１に向かうに連れ
て小さくなり、爪係合孔２０１につながる部分ではほぼ
結合爪１０１の幅と同じ大きさになっている。

【００２６】トルク伝達軸２２２は、ケーシング２３０
の中心軸上に配されている。このトルク伝達軸２２２の
ボルトヘッド２２１は、結合部材１００のトルク伝達軸
１２２のソケットレンチ１２１に嵌まり込む大きさ及び
形状に形成されている。なお、トルク伝達軸２２２のボ
ルトヘッド２２１は、ケーシング２３０内に配されてい
るが、このトルク伝達軸２２２の回転力を必要とする部
位は、ペイロード４００内に設けられている。

【００２７】次に、本実施例の結合装置の動作について
説明する。結合部材１００と被結合部材２００との結合
前においては、図２に示すように、結合爪１０１は閉状
態で、結合維持爪１０５は閉状態である。また、爪駆動
機構１１０のプレート１１３は、最前位置に位置してい
る。最前位置に位置しているプレート１１３と爪開閉状
態検出用マイクロスイッチ１４０の閉状態検出用プロー
ブ１４１とは、接触しており、これにより、結合爪１０
１が閉状態で、結合維持爪１０５が閉状態であることが
把握できる。爪駆動機構１１０の電磁ブレーキ１１６は
連結状態で、ネジ軸１１５は回転できない。なお、爪駆
動機構１１０のネジ軸１１５が回転できない関係上、プ
レート１１３が動かないので、結合爪１０１も閉状態の
まま維持される。また、爪駆動機構１１０のクラッチ１
１７及びトルク伝達機構１２０のクラッチ１２４は、解
放状態で、駆動モータ１２６の回転力をネジ軸１１５や
トルク伝達軸１２２に伝達できない状態になっている。

【００２８】両部材１００，２００を結合させる際に
は、直接又はテレビカメラを用いて間接的に両部材１０
０，２００の位置関係を見て、マニピュレータ３００を
駆動し、図５に示すように、結合部材１００を被結合部
材２００に近づけて行く。結合部材１００が被結合部材
２００に接近してくると、まず、結合部材１００の結合
爪１０１が被結合部材２００の案内面２３６に接触す
る。結合爪１０１と案内面２３６とが接触したまま、結
合部材１００を(＋)Ｚ方向に移動させると、結合部材１
００が案内面２３６に沿って移動し、結合部材１００の
中心軸と被結合部材２００の中心軸とが次第に近づいて
くる。そして、図６に示すように、結合爪１０１が被結
合部材２００の案内溝２３７に嵌まり込むと、結合部材
１００の中心軸と被結合部材２００の中心軸とは、ほぼ
一致する。

【００２９】結合部材１００が(＋)Ｚ方向にさらに移動
すると、図７に示すように、接触検知用マイクロスイッ
チ１４５の接触検知プローブ１４６が、被結合部材２０
０の案内部材２３５の端面と接触し、マイクロスイッチ
１４５がＯＮになる。マイクロスイッチ１４５がＯＮに
なると、爪駆動機構１１０の電磁ブレーキ１１６が解放
状態になり、クラッチ１１７が連結状態になり、その
後、直ちに駆動モータ１２６が駆動し始める。駆動モー
タ１２６が駆動すると、その回転力は、ギヤ１１９，１
１８、クラッチ１１７を介して、ネジ軸１１５に伝えら
れ、ネジ軸１１５は回転する。ネジ軸１１５が回転し始
めると、これに螺合しているボールナット１１４、及び
ボールナット１１４が固定されているプレート１１３
は、最前位置から次第に後退し始める。プレート１１３
が後退し始めると、結合爪１０１の他方の端部がリンク
１１１により(−)Ｚ方向に引かれ、結合爪１０１の先端
部は開き始める。また、コイルバネ１１５ａにより閉じ
る方向に付勢されている結合維持爪１０５は、プレート
１１３の後退により、閉じ始める。

【００３０】結合爪１０１が被結合部材２００の案内溝
２３７に沿って開いて行くと、結合爪１０１は爪係合孔
２０１に入り込む。結合爪１０１が爪係合孔２０１に入
り込んだ状態で、結合爪１０１が更に開くと、被結合部
材２００が結合部材１００に引き寄せられ、被結合部材
２００の凸部２３３が結合部材１００の凹部１３３に係
合し始める。結合爪１０１が完全に開状態になると、図
８に示すように、被結合部材２００の凸部２３３は結合
部材１００の凹部１３３に完全に係合し、結合部材１０
０と被結合部材２００との結合が完了する。この際、結
合維持爪１０５も完全に閉状態になり、爪係合孔２０１
に嵌まり込む。また、被結合部材２００のボルトヘッド
２２１が結合部材１００のソケットレンチ１２１に嵌ま
り込む。さらに、爪開閉状態検出用マイクロスイッチ１
４０の開状態検出プローブ１４２に爪駆動機構１１０の
プレート１１３が接触し、爪開閉状態検出用マイクロス
イッチ１４０がＯＮになる。

【００３１】爪開閉状態検出用マイクロスイッチ１４０
がＯＮになると、駆動モータ１２６が一旦停止した後、
爪駆動機構１１０のクラッチ１１７が切られ、電磁ブレ
ーキ１１６が連結状態になると共に、トルク伝達機構１
２０のクラッチ１２４が連結状態になる。そして、再
び、駆動モータ１２６が駆動し始め、この回転力が、ギ
ヤ１１９，１２５、クラッチ１２４を介して、トルク伝
達軸１２２に伝えられ、トルク伝達軸１２２は回転す
る。この結果、このトルク伝達軸１２２のソケットレン
チ１２１に嵌まり込んでいる被結合部材２００のトルク
伝達軸２２２は回転し、回転力が結合部材１００からペ
イロード４００に伝えられる。

【００３２】両部材１００，２００の結合状態時におい
て、この結合を解除しようとする外力がかかったとす
る。この場合、図１４に示すように、Ｘ軸力Ｆｘ，Ｙ軸
力Ｆｙは、Ｚ方向に突出している被結合部材２００の凸
部２３３と、Ｚ方向に凹んでいる結合部材１００の凹部
１３３とで受けられる。また、Ｘ軸回りの捩り力Ｍｘ
は、Ｙ方向の力Ｍｘｙ及びＺ方向の力Ｍｘｚに分解で
き、Ｙ軸回りの捩り力Ｍｙは、Ｚ方向の力Ｍｙｚ及びＸ
方向の力Ｍｙｘに分解でき、Ｚ軸回りの捩り力Ｍｚは、
Ｘ方向の力Ｍｚｘ及びＹ方向の力Ｍｚｙに分解できる。
このため、各軸回りの捩り力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚのうち、
Ｍｘｙ，Ｍｙｘ，Ｍｚｘ，Ｍｚｙは、Ｘ方向の力又はＹ
方向の力であるから、これらの力も凸部２３３及び凹部
１３３で受けることができる。すなわち、Ｚ軸方向に平
行でない力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｘｙ，Ｍｙｘ，Ｍｚｘ，Ｍｚ
ｙは、凸部２３３が形成されている被結合部材２００の
ケーシング２３０及び凹部１３３が形成されている結合
部材１００のケーシング１３０で受けることができる。
従って、各種外力に対して結合状態を維持するために、
結合維持爪１０５が受けなければならない力は、Ｚ軸方
向に平行な、Ｚ軸力Ｆｚ、Ｘ軸回りの捩り力Ｍｘうちの
力Ｍｘｚ、及びＹ軸回りの捩り力Ｍｙうちの力Ｍｙｚの
みである。これらのＺ軸方向に平行な力Ｆｚ，Ｍｘｚ，
Ｍｙｚは、結合維持爪１０５を揺動させようとする力で
はなく、結合維持爪１０５のピン１０６にかかる力であ
るから、爪駆動機構１１０にはかからず、ピン１０６を
介してケーシング１０３にかかる力である。結局、各種
外力が結合部材１００又は被結合部材２００に働いて
も、最終的には、結合部材１００のケーシング１３０及
び被結合部材２００のケーシング２３０で各種外力を受
けることになり、爪駆動機構１１０には、外力はかから
ない。

【００３３】なお、ここで、重要なことは、結合時にお
いて、結合維持爪１０５のピン１０６と爪係合孔２０１
とを結んだ線が、凸部２３３の突出方向と平行である、
つまり、Ｚ軸と平行であることである。例えば、図１５
に示すように、結合維持爪１０５’のピン１０６’と爪
係合孔２０１’とを結んだ線がＺ軸と平行でないとす
る。この場合、結合維持爪１０５’にかかる力ＦがＺ軸
方向に平行な力であっても、その力Ｆは、ピン方向に向
かう軸力ｆ₁とこの力ｆ₁に垂直な回転力ｆ₂とに分解さ
れるため、この回転力ｆ₂により、結合維持爪１０５’
を揺動させようとする力が働き、爪駆動機構１１０に外
力の一部ｆ₂がかかってしまうからである。

【００３４】また、本実施例では、結合維持爪１０５と
爪駆動機構１１０のプレート１１３とは、結合維持爪１
０５が完全開状態及びそれに近い状態のときのみ接触
し、結合維持爪１０５が完全閉状態及びそれに近い状態
のときには接触していない。このため、結合維持爪１０
５が閉状態である結合時に外力がかかっても、この外力
は、結合維持爪１０５を介して爪駆動機構１１０にまっ
たくかからないと言える。

【００３５】従って、本実施例では、結合強度を上げる
ために、結合維持爪１０５を追加したものの、これに伴
って、爪駆動機構１１０までも強度上げるために爪駆動
機構１１０の構成部材を大型化する必要が無い。故に、
結合装置をほとんど大型化させることなく、結合強度を
高めることができる。

【００３６】結合完了後、所定の作業が終了したなら
ば、トルク伝達機構１２０のクラッチ１２４を切り、爪
駆動機構１１０の電磁ブレーキ１１６を解放し、爪駆動
機構１１０のクラッチ１１７を連結して、駆動モータ１
２６を逆回転することにより、結合時と逆の順序で結合
が解除され、結合部材１００と被結合部材２００とは切
り離される。

【００３７】ところで、両部材１００，２００の結合の
最終段階において、被結合部材２００の円筒状のケーシ
ング２３０の内側から結合爪１０１、及び外側から結合
維持爪１０５を、それぞれ、被結合部材２００の一つの
爪係合孔２０１に同時に係合させることは難しい。そこ
で、本実施例では、図９に示すように、結合爪１０１が
完全な開状態になり、爪係合孔２０１の結合部材側端面
２０１ａに接触している場合でも、完全な閉状態になっ
た結合維持爪１０５の係合接触面１０５ａと爪係合孔２
０１の結合部材側端面２０１ａとの間に僅かな間隙ｄ₁
があるようにして、結合維持爪１０５が爪係合孔２０１
に嵌まり込み易くしている。すなわち、本実施例では、
結合爪１０１が完全な開状態になり、且つ結合維持爪１
０５が完全な閉状態になった際において、結合爪１０１
の係合接触面１０１ａよりも結合維持爪１０５の係合接
触面１０５ａが、僅かに(＋)Ｚ方向に位置するよう、結
合爪１０１及び結合維持爪１０５を形成すると共に配置
している。

【００３８】しかし、このままの状態では、結合時にお
いて結合装置に外力がかかると、結合維持爪１０５の存
在意義がなくなり、この外力の一部が結合爪１０１にか
かり、爪駆動機構１１０が破損又は結合が解除されてし
まう恐れがある。そこで、結合維持爪１０５が爪係合孔
２０１に完全に嵌まり込んだ後、図１０に示すように、
駆動モータ１２６を僅かに逆転させて、結合爪１０１を
僅かに閉じ、爪係合孔２０１の結合部材側端面２０１ａ
と結合爪１０１の係合接触面１０１ａとの間隔ｄ₂を、
爪係合孔２０１の結合部材側端面２０１ａと結合維持爪
１０５の係合接触面１０５ａとの間隔ｄ₁よりも大きく
する。この状態で、Ｚ方向に両結合部材１００，２００
を離そうとする外力がかかると、図１１に示すように、
結合部材１００と被結合部材２００とは僅かに離れて
（この距離はｄ₁である。）、爪係合孔２０１の結合部
材側端面２０１ａと結合爪１０１の係合接触面１０１ａ
との間隔がｄ₃（＝ｄ₂−ｄ₁）になり、爪係合孔２０１
の結合部材側端面２０１ａと結合維持爪１０５の係合接
触面１０５ａとが接触するようになる。この結果、結合
状態において外力がかかっても、この外力のうち、Ｚ方
向成分の力を結合維持爪１０５で受けることができるよ
うになる。なお、外力のうち、Ｚ方向成分以外の力は、
前述したように、ケーシング２３０，１３０の凸部２３
３及び凹部１３３が受ける。

【００３９】本実施例では、結合維持爪１０５は、その
ほとんどの部分がケーシング１３０の外部に位置してい
る。特に、結合維持爪１０５の先端部は、結合前の段階
において、開状態であるから、ケーシング１３０から外
方向に突出した状態になっている。このため、図１２に
示すように、結合部材１００を被結合部材２００に近づ
けている際、結合維持爪１０５の先端部が被結合部材２
００のケーシング２３０の先端部２３１ａに接触してし
まうことがある。この時、結合維持爪１０５には、被結
合部材２００のケーシング２３０から、結合維持爪１０
５をより開状態にしようとする、予期しない力Ｆがかか
る。しかしながら、結合維持爪１０５は、そのカム面１
０８と爪駆動機構１１０のプレート１１３とが接触して
いるために、閉状態の方向へはプレート１１３が移動し
ないかぎり、移動できないが、開状態の方向へは、単に
コイルバネ１１５ａの弾性力を受けるだけであるから、
開状態の方向へ移動可能である。従って、結合部材１０
０を被結合部材２００に近づけている際、結合維持爪１
０５が被結合部材２００のケーシング２３０に接触して
も、結合維持爪１０５は開状態の方向へ逃げることがで
きるので、結合維持爪１０５や被結合部材２００のケー
シング２３０の破損を防ぐことができる。

【００４０】また、結合部材１００を被結合部材２００
に結合させるために、結合爪１０１を開き、結合維持爪
１０５を閉じている際中に、図１３に示すように、結合
維持爪１０５の先端部が爪係合孔２０１に入らず、被結
合部材２００のケーシング２３０の外周面２３１ｂに接
触してしまうことがある。この時も、結合維持爪１０５
には、被結合部材２００のケーシング２３０から、結合
維持爪１０５をより開状態にしようとする、予期しない
力がかかる。しかし、前述した場合と同様、結合維持爪
１０５は開状態の方向へ逃げることができるので、結合
維持爪１０５や被結合部材２００のケーシング２３０の
破損を防ぐことができる。また、被結合部材２００の凸
部２３３が結合部材１００の凹部１３３に係合し、結合
維持爪１０５の先端部が爪係合孔２０１に嵌まり込むこ
とが可能な位置に至れば、結合維持爪１０５は、コイル
バネ１１５ａにより、閉状態の方向へ付勢されているの
で、閉状態の方向へ揺動し、爪係合孔２０１に嵌まり込
むことができる。従って、結合維持爪１０５の先端部が
爪係合孔２０１に入らず、被結合部材２００のケーシン
グ２３０の外周面２３１ｂに接触してしまっても、最終
的に、結合維持爪１０５の先端部は爪係合孔２０１に嵌
まり込み、何ら問題なく、結合を完了させることができ
る。

【００４１】結合維持爪１０５は、爪駆動機構１１０の
プレート１１３がある位置に位置している際、このプレ
ート１１３の位置に対応した位置に位置することになる
ものの、その位置に固定的に位置するよう、プレート１
１３と完全に連結されていない。このため、以上説明し
たように、ケーシング２３０と接触した際においても、
結合維持爪１０５の破損を回避することができる。ま
た、結合維持爪１０５がプレート１１３と完全に連結さ
れていないことにより、結合維持爪１０５にかかる外力
は、爪駆動機構１１０に伝わらないので、外力から爪駆
動機構１１０を保護することもできる。

【００４２】なお、本実施例では、結合部材１００のケ
ーシング１３０に凹部１３３を形成し、被結合部材２０
０のケーシング２３０に凸部２３３を形成したが、結合
部材１００のケーシング１３０に凸部を形成し、被結合
部材２００のケーシング２３０に凹部を形成してもよ
い。また、本実施例において、爪開閉状態検出用マイク
ロスイッチ１４０は、爪駆動機構１１０のプレート１１
３の位置から結合爪１０１の開閉状態を間接的に検出す
るものであるが、直接、結合爪１０１の揺動角度を検出
するものであってもよい。

【００４３】次に、本発明に係る結合装置の第２の実施
例について、図１６〜図１９を用いて説明する。本実施
例の結合装置は、結合部材１００は第１の実施例と同様
のもので、被結合部材５００は第１の実施例のものにコ
ネクタ５５０を設けたものである。

【００４４】本実施例の被結合部材５００は、図１６に
示すように、結合部材１００の結合爪１０１，１０１，
１０１の先端部及び結合維持爪１０５，１０５，１０５
の先端部が嵌まり込む３つの爪係合孔５０１，５０１，
５０１が形成されている中空円筒状のケーシング５３０
と、３つの結合爪１０１，１０１，１０１をそれぞれ爪
係合孔５０１，５０１，５０１に導く案内部材５３５
と、ボルトヘッド５２１が先端に形成されているトルク
伝達軸５２２と、結合部材１００のコネクタ１５０に接
続可能なコネクタ５５０と、このコネクタ５５０を移動
させるコネクタ移動機構５６０とを有して構成されてい
る。コネクタ５５０には、ここから電力又は信号を取り
込むためのケーブル５５１が接続されている。なお、同
図における符号のうち、下２桁が第１の実施例の被結合
部材２００の構成要素を示す符号の下２桁と同一のもの
は、基本的に第１の実施例のものと同一である。従っ
て、係るものに関しては、説明を省略する。

【００４５】ケーシング５３０は、中空円筒状のケーシ
ング本体５３１と、ケーシング本体５３１の一方の端部
を塞ぐペイロード側端板５３２と、ケーシング本体５３
１内に設けられている中間板５３４を有して構成されて
いる。案内部材５３５は、この中間板５３４よりも先端
側のケーシング本体５３１内に設けられている。

【００４６】コネクタ移動機構５６０は、トルク伝達軸
５２２の端部に固定されている第１平歯車５６１と、こ
れに係合している第２平歯車５６２と、この第２平歯車
５６２が端部に固定されＺ方向に平行に配されているネ
ジ軸５６４と、このネジ軸５６４に螺合しているボール
ナット５６３と、Ｚ方向に伸びているリニアガイドレー
ル５６７と、このリニアガイドレール５６７に沿ってＺ
方向に移動可能に設けられているリニアガイドベアリン
グ５６６と、このリニアガイドベアリング５６６とボー
ルナット５６３とを連結する第１ブラケット５６５と、
リニアガイドベアリング５６６とコネクタ５５０とを連
結する第２ブラケット５６８とを有して構成されてい
る。

【００４７】ネジ軸５６４及びこれに螺合しているボー
ルナット５６３は、中空円筒状のケーシング本体５３１
内に配されている。第１歯車５６１及び第２歯車５６２
は、ケーシング本体５３１内のペイロード側端板５３２
と中間板５３４との間に配されている。コネクタ５５
０、第２ブラケット５６８、リニアガイドレール５６
７、及びリニアガイドベアリング５６６は、円筒状のケ
ーシング５３０の外周側に配されており、これらはコネ
クタカバー５５３で覆われている。ケーシング本体５３
１には、ケーシング本体５３１内に配されているボール
ナット５６３とケーシング本体５３１外に配されている
リニアガイドベアリング５６７とを連結する第１ブラケ
ット５６５がＺ方向に移動可能に、切欠き５３１ａが形
成されている。

【００４８】次に、本実施例の結合装置の動作について
説明する。なお、本実施例においても、結合部材１００
と被結合部材５００とが結合完了するまでの動作は、第
１の実施例と同様なので、以下では、それ以降の動作に
ついて説明する。

【００４９】図１７は、結合部材１００と被結合部材５
００との結合完了状態を示している。この状態から、結
合部材１００の爪駆動機構１１０のクラッチ１１７を切
り、爪駆動機構１１０の電磁ブレーキ１１６を連結状態
にすると共に、トルク伝達機構１２０のクラッチ１２４
を連結状態にする。そして、駆動モータ１２６を駆動さ
せ、トルク伝達軸１２２を回転させる。

【００５０】結合部材１００のトルク伝達軸１２２が回
転すると、このトルク伝達軸１２２に結合した被結合部
材５００のトルク伝達軸５２２が回転する。被結合部材
５００のトルク伝達軸５２２が回転すると、第１歯車５
６１、第２歯車５６２、及びネジ軸５６４が回転し、図
１８に示すように、ボールナット５６３が(−)Ｚ方向に
平行移動する。この結果、ボールナット５６３に第１ブ
ラケット５６５を介して連結されているリニアガイドベ
アリング５６６も(−)Ｚ方向に移動すると共に、このリ
ニアガイドベアリング５６６に第２ブラケット５６８を
介して連結されているコネクタ５５０も(−)Ｚ方向に移
動する。このコネクタ５５０は、最終的に、図１９に示
すように、結合部材１００のコネクタ１５０に接続され
る。

【００５１】以上のように、本実施例では、結合部材１
００と被結合部材５００とが結合完了した後に、被結合
部材５００のコネクタ５５０を移動させて、結合部材１
００のコネクタ１５０と接続している。このため、両部
材１００，５００の結合した際に両コネクタ１５０，５
５０も接続完了できるよう、両コネクタ１５０，５５０
を固定的に配置しておき、両部材１００，５００の結合
時に両コネクタ１５０，５５０も接続させる場合と異な
り、結合爪１０１にかかる荷重が小さくなり、駆動モー
タ１２６の負荷も小さくすることができる。

【００５２】なお、結合部材１００のコネクタ１５０と
被結合部材５００のコネクタ５５０との接続／切り離し
状態の検知は、結合部材１００の駆動モータ１２６の累
積回転角度で検知する方法や、マイクロスイッチを被結
合部材５００に装着してボールナット５６３又はリニア
ガイドベアリング５６６の位置を検知する方法のいずれ
によっても可能である。また、本実施例では、被結合部
材５００側に、移動可能なコネクタ５５０とこれを移動
させるコネクタ移動機構５６０を設けたが、被結合部材
５００側のコネクタを固定的に設け、結合部材１００側
に、移動可能なコネクタとこれを移動させるコネクタ移
動機構を設けてもよい。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、両部材が結合した後、
両部材を離そうとする外力が結合装置にかかった場合、
この外力を、結合爪とその被係合部のみならず、結合維
持爪とその被係合部、及びケーシングの凹部と凸部で受
けるので、両部材の結合強度を高めることができる。

【００５４】また、一方のケーシングの凸部と他方のケ
ーシングの凹部は、凸部の突出方向以外の外力に抗する
ことができるため、結合爪とその被係合部、及び結合維
持爪とその被係合部は、凸部の突出方向の外力のみを受
ければよい。従って、これらの爪を揺動する爪駆動機構
は、外力に抗する強度をほとんど考慮する必要はなく、
爪駆動機構の小型化を図ることができる。この結果、結
合維持爪を追加して結合強度を高めても、装置全体の大
型化を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例の結合装置の斜視図
である。

【図２】本発明に係る第１の実施例の結合装置の断面図
（結合前の状態）である。

【図３】本発明に係る第１の実施例の結合部材の正面図
である。

【図４】本発明に係る第１の実施例の被結合部材の正面
図である。

【図５】本発明に係る第１の実施例の結合装置の断面図
（結合部材が被結合部材に接近している状態）である。

【図６】本発明に係る第１の実施例の結合装置の断面図
（結合部材の中心軸が被結合部材の中心軸に一致しつつ
ある状態）である。

【図７】本発明に係る第１の実施例の結合装置の断面図
（結合爪及び結合維持爪が揺動中の状態）である。

【図８】本発明に係る第１の実施例の結合装置の断面図
（結合完了の状態）である。

【図９】本発明に係る第１の実施例の結合装置の要部断
面図（結合完了直前の状態）である。

【図１０】本発明に係る第１の実施例の結合装置の要部
断面図（結合完了の状態）である。

【図１１】本発明に係る第１の実施例の結合装置の要部
断面図（結合完了後に外力がかかった状態）である。

【図１２】本発明に係る第１の実施例の結合装置の要部
断面図（結合部材が被結合部材に接近中の際に、結合爪
がケーシングの先端部に接触した状態）とである。

【図１３】本発明に係る第１の実施例の結合装置の要部
断面図（結合維持爪が揺動中にケーシングの外周面に接
触した状態）である。

【図１４】本発明に係る第１の実施例の結合装置に各種
外力がかかった場合に、凹部及び凸部が受ける外力を示
す説明図ある。

【図１５】結合維持爪にかかる外力を説明するための説
明図である。

【図１６】本発明に係る第２の実施例の被結合部材の断
面図である。

【図１７】本発明に係る第２の実施例の結合装置の断面
図（結合完了直後の状態）である。

【図１８】本発明に係る第２の実施例の結合装置の断面
図（被結合部材のコネクタが移動中の状態）である。

【図１９】本発明に係る第２の実施例の結合装置の断面
図（コネクタ相互が接続された状態）である。

【符号の説明】

１００…結合部材、１０１…結合爪、１０５…結合維持
爪、１０６…（結合維持爪の）ピン、１０８…カム面、
１１０…爪駆動機構、１１１…リンク、１１３…プレー
ト、１１４…ボールナット、１１５…ネジ軸、１１５ａ
…コイルバネ（付勢部材）、１１６…電磁ブレーキ、１
１７，１２４…クラッチ、１２３…減速機、１２０…ト
ルク伝達機構、１２１…ソケットレンチ、１２２…（結
合部材の）トルク伝達軸、１２６…駆動モータ、１３０
…（結合部材の）ケーシング、１３１…（結合部材の）
ケーシング本体、１３２…（結合部材の）先端側端板、
１３３…凹部、１４０…爪開閉状態検出用マイクロスイ
ッチ、１４１…閉状態検出プローブ、１４２…開状態検
出プローブ、１４５…接触検知用マイクロスイッチ、１
５０…（結合部材の）コネクタ、２００，５００…被結
合部材、２０１，５０１…爪係合孔、２２１，５２１…
ボルトヘッド、２２２，５２２…（被結合部材の）トル
ク伝達軸、２３０，５３０…（被結合部材の）ケーシン
グ、２３５，５３５……案内部材、２３６，５３６…案
内面、２３７，５３７…案内溝、３００…マニピュレー
タ、４００…ペイロード、５５０…（被結合部材の）コ
ネクタ、５６０…コネクタ移動機構、５６１…第１平歯
車、５６２…第２平歯車、５６３…ボールナット、５６
４…ネジ軸、５６６…リニアガイドベアリング、５６７
…リニアガイドレール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小田光茂東京都港区浜松町二丁目４番１号世界貿易センタービル21階宇宙開発事業団内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結合部材と被結合部材とを備え、該結合部
材と該被結合部材とを結合する結合装置において、前記結合部材は、ケーシングと、先端部が揺動可能にピンを介して該ケー
シングに取付けられている複数の結合爪及び複数の結合
維持爪と、複数の該結合爪及び複数の該結合維持爪をそ
れぞれ揺動させる爪駆動機構とを備え、前記被結合部材は、複数の前記結合爪の先端部が係合する結合爪被係合部及
び複数の前記結合維持爪の先端部が係合する結合維持爪
被係合部が形成されているケーシングを備え、前記結合部材の前記ケーシングと前記被結合部材の前記
ケーシングとのうち、一方のケーシングには、両部材が
対向し合っている結合直前の状態において他方のケーシ
ングが位置する方向へ突出した凸部が形成され、該他方
のケーシングには、該一方のケーシングの該凸部に係合
可能な凹部が形成されていることを特徴とする結合装
置。
【請求項２】前記被結合部材は、前記結合部材が該被結
合部材へ近づく方向へ相対移動している際、及び前記結
合部材の前記結合爪が揺動している際、該結合爪の先端
部が接触すると、該結合爪を次第に前記結合爪被係合部
へ導く案内部材を備えていることを特徴とする請求項１
記載の結合装置。
【請求項３】両部材が結合した際において、前記結合維
持爪を前記ケーシングに留めておく前記ピンと該結合維
持爪が係合する前記結合維持爪被係合部とを結ぶ線が、
前記凸部が突出している方向と平行になるよう、該ピン
及び該結合維持爪被係合部が設けら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。
【請求項４】前記爪駆動機構は、複数のリンク部材を有し、複数の前記結合爪の先端部が
揺動するよう、複数の該リンク部材が相互にピンを介し
て連結され、且つ複数の該結合爪の一部が複数の該リン
ク部材のうちいずれかのリンク部材にピンを介して連結
されているリンク機構と、前記リンク機構を構成する複数のリンク部材のうち、い
ずれかの特定リンク部材の一部に、前記結合維持爪の一
部が接触する方向へ、該結合維持爪を付勢する付勢部材
と、を有し、互いに接触し合う前記結合維持爪の前記一部と前記特定
リンク部材の前記一部とのうちいずれか一方には、該特
定リンク部材の動作により該結合維持爪の先端部が揺動
するよう、カム面が形成さ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。
【請求項５】前記結合部材と前記被結合部材とのうち、
少なくとも一方に、両者の結合が完了したことを検知す
る結合検知手段を備え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。
【請求項６】前記結合検知手段は、前記結合部材に設け
られ、前記結合爪の位置を検出する爪状態センサと、該
結合部材と前記被結合部材とが結合可能な状態において
両部材が接触しているか否かを検出する接触センサとを
有していることを特徴とする請求項５記載の結合装置。
【請求項７】前記結合部材は、回転可能に配されている
トルク伝達軸と、該トルク伝達軸を回転させるトルク伝
達機構とを備え、前記被結合部材は、前記結合部材と結合した際に、前記
トルク伝達軸と係合可能な位置に回転可能に配されてい
るトルク伝達軸を備えていることを特徴とする請求項
１、２、３、４、５又は６記載の結合装置。
【請求項８】前記結合部材は、電力及び／又は所定の信
号を受送信するためのコネクタを備え、前記被結合部材は、前記結合部材と結合した際に前記コ
ネクタと接続可能で、電力及び／又は所定の信号を受送
信するためのコネクタを備えていることを特徴とする請
求項１、２、３、４、５、６又は７記載の結合装置。
【請求項９】請求項１、２、３、４、５、６、７又は８
記載の結合装置と、動作可能なマニピュレータアームとを備え、前記結合装置の前記結合部材が、前記マニピュレータア
ームの先端に取付けられていることを特徴とする結合用
マニピュレータ。