JPWO2019235151A1 - 把持装置及び弾性体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
基部４と、基部４の先端に設けられた弾性体５と、を複数備えて対象物を把持する把持部３を含んで構成されており、弾性体５は、ラティス構造の本体部６を有し、複数の弾性体５は、対象物Ａ側の面が向かい合うようにして配置され、把持部３は、複数の基部４の拡縮動作によって対象物Ａを把持する把持装置。これにより、対象物の形状のばらつきや、把持部の位置制御のばらつきを吸収するとともに十分な摩擦力を有し、対象物を安定的に把持できる。
Description
本発明は、把持装置及び弾性体の製造方法に関する。
産業用ロボットやサービスロボット、ドローン等を始めとする各種のロボットには、その重要な機能として、対象物を把持する把持装置が備えられている。従来、このような把持装置としては、例えばチャック型の把持部を備える把持装置や、リンク機構を有する多指型の把持装置などが知られている。
ところで、把持装置のうち対象物に接触する把持部には、金属や硬質樹脂が採用される場合があるが、その場合、摩擦係数が低く、ある程度の力をかけて把持する必要がある。一方、力を過剰にかけてしまうと対象物が破損するため、適度な力での把持が求められる。つまり、把持部に対して十分な摩擦力を持たせつつ、対象物を破損させない範囲で把持力を制御する必要がある。ところが、対象物の形状のばらつきや、把持部の位置制御のばらつきが大きい場合は、把持力の制御が困難であった。
リンク機構を有する多指型の把持装置の場合は、対象物との接触面積を増やして把持することで、対象物の形状のばらつきや、把持部の位置制御のばらつきに対応できるが、機構が複雑であり、メンテナンス性や重量増が課題となる場合があった。
そこで、近年、チャック型の把持部に対して弾性体を被覆させることで、対象物の形状のばらつきや、把持部の位置制御のばらつきを吸収することが提案されている（例えば特許文献１参照。）。
ところで、把持装置のうち対象物に接触する把持部には、金属や硬質樹脂が採用される場合があるが、その場合、摩擦係数が低く、ある程度の力をかけて把持する必要がある。一方、力を過剰にかけてしまうと対象物が破損するため、適度な力での把持が求められる。つまり、把持部に対して十分な摩擦力を持たせつつ、対象物を破損させない範囲で把持力を制御する必要がある。ところが、対象物の形状のばらつきや、把持部の位置制御のばらつきが大きい場合は、把持力の制御が困難であった。
リンク機構を有する多指型の把持装置の場合は、対象物との接触面積を増やして把持することで、対象物の形状のばらつきや、把持部の位置制御のばらつきに対応できるが、機構が複雑であり、メンテナンス性や重量増が課題となる場合があった。
そこで、近年、チャック型の把持部に対して弾性体を被覆させることで、対象物の形状のばらつきや、把持部の位置制御のばらつきを吸収することが提案されている（例えば特許文献１参照。）。
対象物の形状のばらつきや、把持部の位置制御のばらつきを吸収するために、把持部を被覆する弾性体には適度な柔軟性と、適度な厚みを持たせる必要がある。ところが、弾性体はそもそも加工性が低いし、弾性体を構成する材料の物性を対象物ごとにカスタマイズするのも現実的ではない。
本発明の課題は、対象物の形状のばらつきや、把持部の位置制御のばらつきを吸収するとともに十分な摩擦力を有し、対象物を安定的に把持できるようにすることである。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
基部と、前記基部の先端に設けられた弾性体と、を複数備えて対象物を把持する把持部を含んで構成されており、
前記弾性体は、ラティス構造の本体部を有し、
複数の前記弾性体は、前記対象物側の面が向かい合うようにして配置され、
前記把持部は、複数の前記基部の拡縮動作によって前記対象物を把持する把持装置である。
基部と、前記基部の先端に設けられた弾性体と、を複数備えて対象物を把持する把持部を含んで構成されており、
前記弾性体は、ラティス構造の本体部を有し、
複数の前記弾性体は、前記対象物側の面が向かい合うようにして配置され、
前記把持部は、複数の前記基部の拡縮動作によって前記対象物を把持する把持装置である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の把持装置において、前記弾性体は、前記本体部における前記対象物側の前記面に設けられて前記対象物に接触する表面層を有する。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の把持装置において、前記表面層には凹凸パターンが形成されている。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の把持装置において、前記弾性体は、当該弾性体を前記基部に装着させるための装着部を有する。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の把持装置において、前記本体部が持つ弾性には異方性があり、第一方向には弾性変形しやすく、前記第一方向とは異なる第二方向には弾性変形しにくくなるように設定されている。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の把持装置において、前記弾性体は、前記対象物の外形に沿った形状に形成されている。
請求項７に記載の発明は、請求項２又は３を引用する請求項４に記載の把持装置において、前記本体部と前記表面層と前記装着部は一体形成されている。
請求項８に記載の発明は、対象物を把持する把持装置のうち前記対象物に接触する部位に設けられ、かつ、セル構造の本体部を有する弾性体を、積層造形法によって製造する弾性体の製造方法である。
本発明によれば、対象物の形状のばらつきや、把持部の位置制御のばらつきを吸収するとともに十分な摩擦力を有し、対象物を安定的に把持できる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の技術的範囲を以下の実施形態および図示例に限定するものではない。
図１に、本実施形態におけるロボットのアームにおける先端部に装備される把持装置１の全体構成を示す。
図１に示すように、把持装置１は、駆動部２と、この駆動部２によって拡縮動作を行うように構成された複数の把持部３と、を含んで構成されており、複数の把持部３によって、把持の対象となる物品（以下、対象物Ａ）を挟み込んで把持するように構成されている。
なお、本実施形態における複数の把持部３の数は、二つ（一対）とされているが、三つ以上であってもよい。
図１に示すように、把持装置１は、駆動部２と、この駆動部２によって拡縮動作を行うように構成された複数の把持部３と、を含んで構成されており、複数の把持部３によって、把持の対象となる物品（以下、対象物Ａ）を挟み込んで把持するように構成されている。
なお、本実施形態における複数の把持部３の数は、二つ（一対）とされているが、三つ以上であってもよい。
駆動部２としては、複数の把持部３を互いに接近させたり離間させたりすることが可能な公知の適宜の拡縮機構が用いられる。また、駆動部２は、拡縮機構によって拡縮動作（図１における左右方向への移動動作）を行い、かつ、把持部３が取り付けられる被取付部２ａ，２ｂを備えている。被取付部２ａ，２ｂの数は、複数の把持部３の数に対応しているものとする。
本実施形態においては、例えば、エア駆動形のロータリアクチュエータを使用して、一対の円弧状のカム溝を形成した回転カムを正転及び逆転駆動し得るように構成し、それらのカム溝に係合したそれぞれの係合ピンを拡縮動作方向に形成した直線状のガイド溝に沿って誘導することにより、それぞれの係合ピンに連係した被取付部２ａ，２ｂを介して把持部３を拡縮駆動するように構成することができる。ただし、これに限られるものではなく、複数の把持部３を拡縮駆動できるものであればよいものとする。
本実施形態においては、例えば、エア駆動形のロータリアクチュエータを使用して、一対の円弧状のカム溝を形成した回転カムを正転及び逆転駆動し得るように構成し、それらのカム溝に係合したそれぞれの係合ピンを拡縮動作方向に形成した直線状のガイド溝に沿って誘導することにより、それぞれの係合ピンに連係した被取付部２ａ，２ｂを介して把持部３を拡縮駆動するように構成することができる。ただし、これに限られるものではなく、複数の把持部３を拡縮駆動できるものであればよいものとする。
把持部３は、基部４と、基部４の先端（図１中では下端）に設けられた弾性体５と、を備えている。
なお、把持装置１に設けられる各把持部３は同様に構成されており、取り付けられる対象（被取付部２ａ，２ｂ）だけが異なるものとする。
なお、把持装置１に設けられる各把持部３は同様に構成されており、取り付けられる対象（被取付部２ａ，２ｂ）だけが異なるものとする。
基部４は、駆動部２における被取付部２ａ，２ｂに対し、例えばネジやビスなどの取付材（図示せず）によって取り付けられて固定される取付部４ａと、弾性体５が装着される被装着部４ｂと、を有している。
取付部４ａは、被装着部４ｂに比して厚さ寸法が長く設定されている。すなわち、被装着部４ｂよりも取付部４ａの方が厚みがある状態になっている。
そして、複数の基部４は、駆動部２における被取付部２ａ，２ｂに取り付けられることによって被取付部２ａ，２ｂと共に拡縮動作し、このような複数の基部４の拡縮動作によって対象物Ａを把持できるようになっている。
なお、本実施形態においては、被取付部２ａ，２ｂと基部４を別々のものとしたが、一体形成されるものとしてもよい。
取付部４ａは、被装着部４ｂに比して厚さ寸法が長く設定されている。すなわち、被装着部４ｂよりも取付部４ａの方が厚みがある状態になっている。
そして、複数の基部４は、駆動部２における被取付部２ａ，２ｂに取り付けられることによって被取付部２ａ，２ｂと共に拡縮動作し、このような複数の基部４の拡縮動作によって対象物Ａを把持できるようになっている。
なお、本実施形態においては、被取付部２ａ，２ｂと基部４を別々のものとしたが、一体形成されるものとしてもよい。
弾性体５は、把持装置１によって対象物Ａを把持するときに、実際に対象物Ａに接触する部分であり、基部４における被装着部４ｂに装着されている。また、弾性体５は、例えばポリウレタンエラストマーなどの樹脂によって積層造形されており、対象物Ａに対する摩擦力を発揮できるようになっている。
複数の把持部３のそれぞれにおける弾性体５は、対象物Ａ側の面（後述する表面層７の表面）が向かい合うようにして配置される。より平易に説明すると、例えば対象物Ａが球体であって当該対象物Ａを把持した場合に、平面視において、弾性体５の対象物Ａ側の面が対象物Ａの中心（軸心）に向かい、かつ隣り合う弾性体５との間隔が略等しくなるように配置される。しかしながら、対象物Ａの形状は球体には限られないため、どのような形状の対象物Ａであってもバランスよく把持できるように、複数の弾性体５は、見当違いな向きに配置されるのではなく、各弾性体５における対象物Ａ側の面が、対象物Ａが有る方向に確実に向かうようにして配置される。また、高さ方向における弾性体５の位置は、図示しない位置制御装置によって適宜制御されるものとする。すなわち、高さ方向における弾性体５の位置は、対象物Ａを把持したときに対象物Ａが落下しないような位置取りで配置される。
そして、このような弾性体５は、図２〜図６に示すように、本体部６と、表面層７と、装着部８と、を有している。また、これら本体部６と表面層７と装着部８は一体形成されている。
そして、このような弾性体５は、図２〜図６に示すように、本体部６と、表面層７と、装着部８と、を有している。また、これら本体部６と表面層７と装着部８は一体形成されている。
本体部６は、図２，図３に示すようにラティス構造とされている。本体部６は、対象物Ａを把持した際に弾性変形する（図６参照。）。
ラティス構造である本体部６は、複数のフレーム材からなる立方体フレーム状（又は直方体フレーム状）の単位構成要素が、弾性体５が基部４に装着された場合の厚み方向（厚）と幅方向（幅）と高さ方向（高）に複数並べられたような構成となっている。
なお、このような本体部６における単位構成要素の形状は、いわゆる体心立方格子構造に近いものとなっている。ただし、これに限られるものではなく、トラス構造をベースとしたその他の単位構成要素を採用してもよい。
ラティス構造である本体部６は、複数のフレーム材からなる立方体フレーム状（又は直方体フレーム状）の単位構成要素が、弾性体５が基部４に装着された場合の厚み方向（厚）と幅方向（幅）と高さ方向（高）に複数並べられたような構成となっている。
なお、このような本体部６における単位構成要素の形状は、いわゆる体心立方格子構造に近いものとなっている。ただし、これに限られるものではなく、トラス構造をベースとしたその他の単位構成要素を採用してもよい。
単位構成要素を構成する複数のフレーム材には、図４に示すように、四本の第一フレーム材６ａと、八本の第二フレーム材６ｂと、四本の第三フレーム材６ｃと、が含まれる。
第一フレーム材６ａは、Ｘ方向及びＹ方向に間隔を空けて配置されてＺ方向に延びるフレーム材である。
第二フレーム材６ｂは、Ｘ方向及びＹ方向に配置され、四本の第一フレーム材６ａの一端部間と他端部間をそれぞれ接続するフレーム材である。
第三フレーム材６ｃは、第一フレーム材６ａと第二フレーム材６ｂからなる角部同士の対角線に沿って配置されるとともに当該角部同士を接続し、中心で互いに交差するフレーム材である。
このような単位構成要素が、厚み方向と幅方向と高さ方向に複数並べられて本体部６が形成される場合、隣接する単位構成要素における第一フレーム材６ａと第二フレーム材６ｂは、隣接する単位構成要素同士で共有されるものとする。
第一フレーム材６ａは、Ｘ方向及びＹ方向に間隔を空けて配置されてＺ方向に延びるフレーム材である。
第二フレーム材６ｂは、Ｘ方向及びＹ方向に配置され、四本の第一フレーム材６ａの一端部間と他端部間をそれぞれ接続するフレーム材である。
第三フレーム材６ｃは、第一フレーム材６ａと第二フレーム材６ｂからなる角部同士の対角線に沿って配置されるとともに当該角部同士を接続し、中心で互いに交差するフレーム材である。
このような単位構成要素が、厚み方向と幅方向と高さ方向に複数並べられて本体部６が形成される場合、隣接する単位構成要素における第一フレーム材６ａと第二フレーム材６ｂは、隣接する単位構成要素同士で共有されるものとする。
なお、本実施形態における本体部６は、上記のようなラティス構造とされているが、ラティス構造に替えて、ハニカムやフォーム等のようなラティス構造以外のセル構造を採用してもよいものとする。
つまり、本実施形態における本体部６は、上記のようなラティス構造とされているが、広義に解釈すれば、本体部６を構成する材（本実施形態においては各フレーム材６ａ，６ｂ，６ｃを指す。）間が空いていて「疎」の状態になっているものを好適に採用することができる。要するに、本体部を構成する材と材との間に隙間を形成できる構造を有した単位構成要素からなる本体部が好適に採用され、反対に、いわゆる中実な状態で、「密（ソリッド）」な状態とされた本体部は採用されないものとする。
より詳細に説明すると、本体部を構成する単位構成要素間や単位構成要素そのものに隙間を形成でき（上記のような中実な状態「密（ソリッド）」ではなく）、これによって弾性体５が十分な柔軟性と摩擦力を発揮し、安定的な対象物Ａの把持を実現可能なものであれば、本実施形態における弾性体５の本体部として好適に採用することができる。そのため、本実施形態の本体部６は、ラティス構造（トラス構造）やハニカム構造でもよいし、フォーム（泡）状でもよいし、隣り合う単位構成要素間に隙間を形成可能な表面構造を有する単位構成要素からなる構造でもよい。また、隣り合う単位構成要素の形状には規則性があってもよいし、不規則性があってもよい。
つまり、本実施形態における本体部６は、上記のようなラティス構造とされているが、広義に解釈すれば、本体部６を構成する材（本実施形態においては各フレーム材６ａ，６ｂ，６ｃを指す。）間が空いていて「疎」の状態になっているものを好適に採用することができる。要するに、本体部を構成する材と材との間に隙間を形成できる構造を有した単位構成要素からなる本体部が好適に採用され、反対に、いわゆる中実な状態で、「密（ソリッド）」な状態とされた本体部は採用されないものとする。
より詳細に説明すると、本体部を構成する単位構成要素間や単位構成要素そのものに隙間を形成でき（上記のような中実な状態「密（ソリッド）」ではなく）、これによって弾性体５が十分な柔軟性と摩擦力を発揮し、安定的な対象物Ａの把持を実現可能なものであれば、本実施形態における弾性体５の本体部として好適に採用することができる。そのため、本実施形態の本体部６は、ラティス構造（トラス構造）やハニカム構造でもよいし、フォーム（泡）状でもよいし、隣り合う単位構成要素間に隙間を形成可能な表面構造を有する単位構成要素からなる構造でもよい。また、隣り合う単位構成要素の形状には規則性があってもよいし、不規則性があってもよい。
表面層７は、図１，図２等に示すように、本体部６における対象物Ａ側の面（本体部６の厚さ方向一端面）に設けられて対象物Ａに接触する部位を指している。
本実施形態における表面層７は、薄板状に形成されており、本体部６における対象物Ａ側の面の略全面を被覆した状態となっている。
このような表面層７は、例えば図６に示すように、対象物Ａを把持した際に本体部６と共に弾性変形する。すなわち、本体部６及び表面層７は、柔軟性を持っている。
本実施形態における表面層７は、薄板状に形成されており、本体部６における対象物Ａ側の面の略全面を被覆した状態となっている。
このような表面層７は、例えば図６に示すように、対象物Ａを把持した際に本体部６と共に弾性変形する。すなわち、本体部６及び表面層７は、柔軟性を持っている。
装着部８は、図５Ａ，図５Ｂに示すように、当該装着部８を有する弾性体５を、基部４の被装着部４ｂに装着させるための部位を指している。装着部８は、本体部６における対象物Ａ側とは反対側の面（本体部６の厚さ方向他端面）に設けられている。
本実施形態における装着部８は、高さ方向に貫通する角筒状に形成されており、基部４の被装着部４ｂに対して外挿できるようになっている。換言すれば、基部４の被装着部４ｂを、角筒状に形成された装着部８の貫通孔に対して差し込むことができ、これにより、弾性体５を基部４に装着させることができる。
なお、図５Ａに示すように、装着部８の貫通孔内側面には、基部４側に突出する滑り止め部８ａが形成されている。この滑り止め部８ａは、基部４の被装着部４ｂにおける外側面に接して滑り止めとして機能し、装着部８（すなわち、弾性体５）を被装着部４ｂから外れにくくすることができる。基部４の被装着部４ｂにおける外側面には、滑り止め部８ａに合致する凹部（図示せず）が形成されていてもよい。また、滑り止め部８ａは、貫通孔内側面に複数形成されていてもよい。
本実施形態における装着部８は、高さ方向に貫通する角筒状に形成されており、基部４の被装着部４ｂに対して外挿できるようになっている。換言すれば、基部４の被装着部４ｂを、角筒状に形成された装着部８の貫通孔に対して差し込むことができ、これにより、弾性体５を基部４に装着させることができる。
なお、図５Ａに示すように、装着部８の貫通孔内側面には、基部４側に突出する滑り止め部８ａが形成されている。この滑り止め部８ａは、基部４の被装着部４ｂにおける外側面に接して滑り止めとして機能し、装着部８（すなわち、弾性体５）を被装着部４ｂから外れにくくすることができる。基部４の被装着部４ｂにおける外側面には、滑り止め部８ａに合致する凹部（図示せず）が形成されていてもよい。また、滑り止め部８ａは、貫通孔内側面に複数形成されていてもよい。
以上のように構成された弾性体５は、基部４の被装着部４ｂに装着され、被取付部２ａ，２ｂの動作に伴って複数の基部４が対象物Ａを把持する方向に動作した際に対象物Ａに接触して弾性変形し、十分な摩擦力を発揮する。
なお、本実施形態における把持装置１は、図示しない位置制御装置によって、対象物Ａに対する弾性体５の位置を制御できるようになっている。また、対象物Ａの位置や形状を検出するセンサーを適宜併用してもよい。
なお、本実施形態における把持装置１は、図示しない位置制御装置によって、対象物Ａに対する弾性体５の位置を制御できるようになっている。また、対象物Ａの位置や形状を検出するセンサーを適宜併用してもよい。
なお、図６に示すように、本体部６が持つ弾性には異方性があり、第一方向（図６の矢印Ｙ１で示す方向）には弾性変形しやすく、第一方向とは異なる第二方向（図６の矢印Ｙ２で示す方向）には弾性変形しにくくなるように設定されている。
ここで、第一方向とは、弾性体５が基部４に装着された状態における本体部６の厚み方向を指しており、第二方向とは、弾性体５が基部４に装着された状態における本体部６の高さ方向（上下方向又は対象物Ａ側の面における面方向）を指している。つまり、対象物Ａを把持した場合に、本体部６は厚み方向に弾性変形して潰れるようになっているが、高さ方向には弾性変形しにくくなっており、把持した対象物Ａの落下を防ぐことができるようになっている（上記面方向の場合は、対象物Ａが軸周りに回転することも防ぐことができる。）。
図７Ａ，図７Ｂには、第一フレーム材６ａと第二フレーム材６ｂからなる単位構成要素が、厚み方向と幅方向と高さ方向に複数並べられて形成された本体部６Ａが示されているが、このような本体部６Ａは、せん断応力が弱い状態となっている。一方、本実施形態における本体部６は、図７Ｂに示す本体部６Ａに比して、せん断応力が強い状態となっている。
換言すれば、本実施形態における本体部６は、横弾性係数／縦弾性係数の比が大きく、図７Ｂに示す本体部６Ａは、横弾性係数／縦弾性係数の比が小さい。
本実施形態においては、本体部６が、以上のような特性を持っているため、対象物Ａの安定的な把持が実現できるようになっている。
ここで、第一方向とは、弾性体５が基部４に装着された状態における本体部６の厚み方向を指しており、第二方向とは、弾性体５が基部４に装着された状態における本体部６の高さ方向（上下方向又は対象物Ａ側の面における面方向）を指している。つまり、対象物Ａを把持した場合に、本体部６は厚み方向に弾性変形して潰れるようになっているが、高さ方向には弾性変形しにくくなっており、把持した対象物Ａの落下を防ぐことができるようになっている（上記面方向の場合は、対象物Ａが軸周りに回転することも防ぐことができる。）。
図７Ａ，図７Ｂには、第一フレーム材６ａと第二フレーム材６ｂからなる単位構成要素が、厚み方向と幅方向と高さ方向に複数並べられて形成された本体部６Ａが示されているが、このような本体部６Ａは、せん断応力が弱い状態となっている。一方、本実施形態における本体部６は、図７Ｂに示す本体部６Ａに比して、せん断応力が強い状態となっている。
換言すれば、本実施形態における本体部６は、横弾性係数／縦弾性係数の比が大きく、図７Ｂに示す本体部６Ａは、横弾性係数／縦弾性係数の比が小さい。
本実施形態においては、本体部６が、以上のような特性を持っているため、対象物Ａの安定的な把持が実現できるようになっている。
本実施形態における本体部６は、上記のように、図７Ｂに示す本体部６Ａとは異なり、第三フレーム材６ｃが用いられている。そのため、せん断応力が強く、横弾性係数／縦弾性係数の比が大きい状態となっており、これにより、異方性のある弾性を持った状態となっている。裏を返せば、本体部６の弾性は、第三フレーム材６ｃの有無や用いられる数、配置の仕方等によって調節できることとなる。
また、弾性体５には、対象物Ａを把持したときに、摩擦が発生するとともに対象物Ａが変形・破損しない把持力範囲がある。
ここで、セル構造体では圧縮変形時に、応力と歪みの関係がほぼ一定となるプラトー段階を持つことが知られている。まず、低応力時にフレーム材（フレーム材６ａ，６ｂ，６ｃ）の曲げ変形による線形弾性段階、次にフレーム材の座屈によるプラトー段階、最終的にはフレーム材同士が接触し、構成材料そのものを圧縮するために応力が急上昇する緻密化段階がある（参考文献１参照。）。
例えば上記のようなソリッド（「密」）な状態とされた本体部を採用した場合には、摩擦が発生するとともに対象物Ａが変形・破損しない把持力範囲が狭く、対象物Ａの安定的な把持が実現しにくい。
本実施形態においては、上記のようなプラトー段階を上記の把持力範囲に持たせた状態となっており、把持部３の位置制御ばらつきや対象物Ａの形状ばらつきを吸収することができ、十分な摩擦を持ちつつ、対象物Ａを破損させない範囲の力で安定した把持状態が得られるようになっている。また、弾性体５は、上記のようにポリウレタンエラストマーなどの樹脂によって積層造形されてなるものであるが、積層造形ではラティス構造（セル構造）の作製が容易であり、このラティス構造設計による圧縮応答特性の制御により、安定した把持を実現する把持部３を提案することができる。
［参考文献１］Gibson LJ, Ashby MF. Cellular solids: structures and properties,2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 1997
ここで、セル構造体では圧縮変形時に、応力と歪みの関係がほぼ一定となるプラトー段階を持つことが知られている。まず、低応力時にフレーム材（フレーム材６ａ，６ｂ，６ｃ）の曲げ変形による線形弾性段階、次にフレーム材の座屈によるプラトー段階、最終的にはフレーム材同士が接触し、構成材料そのものを圧縮するために応力が急上昇する緻密化段階がある（参考文献１参照。）。
例えば上記のようなソリッド（「密」）な状態とされた本体部を採用した場合には、摩擦が発生するとともに対象物Ａが変形・破損しない把持力範囲が狭く、対象物Ａの安定的な把持が実現しにくい。
本実施形態においては、上記のようなプラトー段階を上記の把持力範囲に持たせた状態となっており、把持部３の位置制御ばらつきや対象物Ａの形状ばらつきを吸収することができ、十分な摩擦を持ちつつ、対象物Ａを破損させない範囲の力で安定した把持状態が得られるようになっている。また、弾性体５は、上記のようにポリウレタンエラストマーなどの樹脂によって積層造形されてなるものであるが、積層造形ではラティス構造（セル構造）の作製が容易であり、このラティス構造設計による圧縮応答特性の制御により、安定した把持を実現する把持部３を提案することができる。
［参考文献１］Gibson LJ, Ashby MF. Cellular solids: structures and properties,2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 1997
ラティス構造（セル構造）の弾性体５は、上記のようにポリウレタンエラストマーなどの樹脂を用い、積層造形法によって製造されている。
ここで、積層造形法とは、立体モデルの３次元形状データをスライスして複数のスライスデータを生成し、各スライスデータを基に造形材料を順次積層することによって３次元物体（立体物）を作製する造形方法である。このような積層造形法には、光造形法、粉末焼結法、シート堆積法、樹脂押し出し法、インクジェット方式、電子写真方式等がある。本実施形態における弾性体５は、任意の積層造形法によって製造されている。
このような積層造形法によって弾性体５を製造すれば、本体部６と表面層７と装着部８の一体化が容易となる。
ここで、積層造形法とは、立体モデルの３次元形状データをスライスして複数のスライスデータを生成し、各スライスデータを基に造形材料を順次積層することによって３次元物体（立体物）を作製する造形方法である。このような積層造形法には、光造形法、粉末焼結法、シート堆積法、樹脂押し出し法、インクジェット方式、電子写真方式等がある。本実施形態における弾性体５は、任意の積層造形法によって製造されている。
このような積層造形法によって弾性体５を製造すれば、本体部６と表面層７と装着部８の一体化が容易となる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、基部４の先端に設けられた弾性体５を構成する本体部６がラティス構造とされているので、例えば本体部６がソリッドの状態に形成される場合に比して十分な柔軟性を有し、弾性変形しやすい状態となる。このような本体部６を有する複数の弾性体５が、拡縮動作する基部４の先端に設けられ、対象物Ａ側の面が向かい合うようにして配置されているので、対象物Ａを把持したときに、対象物Ａの形状や位置にばらつきがあっても、それを吸収して十分な摩擦力を発揮できるように弾性変形し、対象物Ａを安定的に把持できる。
また、弾性体５は、本体部６における対象物Ａ側の面に設けられて対象物Ａに接触する表面層７を有するので、本体部６における対象物Ａ側の面を被覆して保護でき、本体部６の耐久性を高めることができる。
また、弾性体５は、当該弾性体５を基部４に装着させるための装着部８を有するので、例えば装着部８がない弾性体５を基部４に装着させようとする場合に比して、弾性体５を基部４に装着させやすくなる。さらに、装着部８によって弾性体５を基部４に装着できるため、例えばネジやビス等を使用しないワンタッチでの容易な装着作業が可能となる。しかも、ネジやビス等によって装着部８を基部４に部分的に固定するのではなく、装着部８を基部４に対して全体的に固定することが可能となるため、弾性体５の基部４に対する装着安定性を向上させることができる。
また、本体部６が持つ弾性には異方性があり、第一方向Ｙ１には弾性変形しやすく、第一方向とは異なる第二方向Ｙ２には弾性変形しにくくなるように設定されているので、対象物Ａを把持したときに、対象物Ａを把持しやすくなり、対象物Ａの落下がしにくくなる。そのため、安定的な対象物Ａの把持に貢献できる。
さらに、対象物Ａを把持したときに本体部６が第一方向Ｙ１に十分に弾性変形するので把持精度を向上させることができる。すなわち、対象物Ａを狙いどおりに把持して、対象物Ａを狙いどおりの位置に置くことができる。
さらに、対象物Ａを把持したときに本体部６が第一方向Ｙ１に十分に弾性変形するので把持精度を向上させることができる。すなわち、対象物Ａを狙いどおりに把持して、対象物Ａを狙いどおりの位置に置くことができる。
また、本体部６と表面層７と装着部８は一体形成されているので、それぞれ別に製造して一体化するよりも製造しやすい。さらに、本体部６と表面層７と装着部８とがそれぞれ別体である場合よりも取り扱いがしやすい。
また、対象物Ａを把持する把持装置１のうち対象物Ａに接触する部位に設けられ、かつ、セル構造の本体部６を有する弾性体５を、積層造形法によって製造するので、対象物Ａに適した形状の弾性体５を製造することができる。また、たとえ形状が複雑な弾性体５であったとしても、弾性体５をいっぺんに、しかも容易に製造できる。
〔変形例〕
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下、変形例について説明する。以下に挙げる変形例は可能な限り組み合わせてもよい。
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下、変形例について説明する。以下に挙げる変形例は可能な限り組み合わせてもよい。
〔変形例１〕
本変形例における本体部１６は、図８に示すように、六角形筒状体の単位構成要素１６ａが、弾性体５が基部４に装着された場合の厚み方向及び高さ方向に複数並べられたような構成となっている。
単位構成要素１６ａは、幅方向に延びる六つの板状体によって構成され、一つの内角が１２０度とされた一定な六角形の断面を有している。
このような単位構成要素１６ａが、厚み方向及び高さ方向に複数並べられて本体部１６が形成される場合、隣接する単位構成要素１６ａにおける板状体は、隣接する単位構成要素１６ａ同士で共有されるものとする。
すなわち、上記の実施形態における本体部６はラティス構造とされていたが、本変形例における本体部１６は、ラティス構造とは異なるセル構造であるハニカム構造とされている。
本変形例における本体部１６は、図８に示すように、六角形筒状体の単位構成要素１６ａが、弾性体５が基部４に装着された場合の厚み方向及び高さ方向に複数並べられたような構成となっている。
単位構成要素１６ａは、幅方向に延びる六つの板状体によって構成され、一つの内角が１２０度とされた一定な六角形の断面を有している。
このような単位構成要素１６ａが、厚み方向及び高さ方向に複数並べられて本体部１６が形成される場合、隣接する単位構成要素１６ａにおける板状体は、隣接する単位構成要素１６ａ同士で共有されるものとする。
すなわち、上記の実施形態における本体部６はラティス構造とされていたが、本変形例における本体部１６は、ラティス構造とは異なるセル構造であるハニカム構造とされている。
また、ハニカム構造の本体部１６の場合、対象物Ａ側の面が凹凸に形成されることになるが、このような凹凸は、摩擦係数を高めるために敢えてそのままの状態で弾性体５を形成するようにしてもよいし、凹凸を無くして表面層７を設けるようにしてもよい。
本変形例によれば、例えば本体部１６がソリッドの状態に形成される場合に比して十分な柔軟性を有し、弾性変形しやすい状態となる。このような本体部１６を有する複数の弾性体５が、拡縮動作する基部４の先端に設けられ、対象物Ａ側の面が向かい合うようにして配置されているので、対象物Ａを把持したときに、対象物Ａの形状や位置にばらつきがあっても、それを吸収して十分な摩擦力を発揮できるように弾性変形し、対象物Ａを安定的に把持できる。
また、本変形例のようなハニカム構造の本体部１６の場合、図８中の幅方向（すなわち、単位構成要素１６ａの延在方向）には極めて弾性変形しにくい状態となっている。そのため、例えば図８に示す方向とは異なる向きにするなどして、必要に応じて本体部１６の向きを変更してもよいものとする。
また、本変形例のようなハニカム構造の本体部１６の場合、図８中の幅方向（すなわち、単位構成要素１６ａの延在方向）には極めて弾性変形しにくい状態となっている。そのため、例えば図８に示す方向とは異なる向きにするなどして、必要に応じて本体部１６の向きを変更してもよいものとする。
〔変形例２〕
上記の実施形態においては、表面層７は、表面（対象物Ａ側の面を指す。）に凹凸がなく平滑な状態に形成されていたが、本変形例においては、表面層２７，３７，４７，５７に凹凸パターンが形成されている。
上記の実施形態においては、表面層７は、表面（対象物Ａ側の面を指す。）に凹凸がなく平滑な状態に形成されていたが、本変形例においては、表面層２７，３７，４７，５７に凹凸パターンが形成されている。
図９Ａ，図９Ｂに示す表面層２７の凹凸パターンは、表面層２７の表面に形成された複数のスタッド２７ａである。これら複数のスタッド２７ａは、格子状に配列されている。
このような表面層２７は、本体部２６のうち対象物Ａ側の面に設けられて弾性体２５を構成している。
このような表面層２７は、本体部２６のうち対象物Ａ側の面に設けられて弾性体２５を構成している。
図１０Ａ，図１０Ｂに示す表面層３７の凹凸パターンは、表面層３７の表面に形成された複数の凸条３７ａである。複数の凸条３７ａは、互いに間隔を空けて配置されており、隣り合う凸条３７ａ間は凹溝３７ｂとなっている。すなわち、凸条３７ａと凹溝３７ｂとが連続して交互に表れるパターンとなっている。
このような表面層３７は、本体部３６のうち対象物Ａ側の面に設けられて弾性体３５を構成している。
このような表面層３７は、本体部３６のうち対象物Ａ側の面に設けられて弾性体３５を構成している。
図１１Ａ，図１１Ｂに示す表面層４７の凹凸パターンは、表面層４７の表面に形成された複数の円形凸条４７ａである。複数の円形凸条４７ａは、互いに間隔を空けて、かつ同心円状に配置されており、隣り合う円形凸条４７ａ間は円形凹溝４７ｂとなっている。すなわち、円形凸条４７ａと円形凹溝４７ｂとが連続して交互に表れるパターンとなっている。
このような表面層４７は、本体部４６のうち対象物Ａ側の面に設けられて弾性体４５を構成している。
このような表面層４７は、本体部４６のうち対象物Ａ側の面に設けられて弾性体４５を構成している。
図１２Ａ，図１２Ｂに示す表面層５７の凹凸パターンは、表面層５７の表面に粗面化処理が施された状態である。すなわち、表面層５７の表面は“ざらざら”な状態となっている。
このような表面層５７は、本体部５６のうち対象物Ａ側の面に設けられて弾性体５５を構成している。
このような表面層５７は、本体部５６のうち対象物Ａ側の面に設けられて弾性体５５を構成している。
本変形例によれば、表面層２７，３７，４７，５７に凹凸パターンが形成されているので、本体部２６，３６，４６，５６における対象物Ａ側の面を被覆して保護でき、本体部２６，３６，４６，５６の耐久性を高めることができるだけでなく、摩擦係数を高めることができるので、安定的な対象物Ａの把持に貢献できる。
〔変形例３〕
上記の実施形態においては、弾性体５が、全体的に直方体状に形成されていたが、本変形例においては、弾性体６５，７５が、対象物Ａの外形に沿った形状に形成されている。
上記の実施形態においては、弾性体５が、全体的に直方体状に形成されていたが、本変形例においては、弾性体６５，７５が、対象物Ａの外形に沿った形状に形成されている。
図１３Ａ，図１３Ｂに示す弾性体６５によって把持される対象物は、弾性体６５に向かって突出する突出部（図示せず。）を備えており、弾性体６５は、当該突出部の外形に沿って形成された凹部６５ａを備えた状態となっている。
より詳細に説明すると、弾性体６５を構成する本体部６６のうち対象物側の面が、突出部に対応して凹んだ状態に形成されている。すなわち、本体部６６は、側面視した場合において凹字形となるように形成されている。
また、本体部６６における対象物側の面に設けられる表面層６７は、本体部６６における対象物側の面の形状に対応して凹状に設けられており、本体部６６における対象物側の面を被覆している。
より詳細に説明すると、弾性体６５を構成する本体部６６のうち対象物側の面が、突出部に対応して凹んだ状態に形成されている。すなわち、本体部６６は、側面視した場合において凹字形となるように形成されている。
また、本体部６６における対象物側の面に設けられる表面層６７は、本体部６６における対象物側の面の形状に対応して凹状に設けられており、本体部６６における対象物側の面を被覆している。
図１４Ａ，図１４Ｂに示す弾性体７５によって把持される対象物は、弾性体７５に向かって突出する球面部（図示せず。）を備えており、弾性体７５は、当該球面部の外形に沿って形成された窪み部７５ａを備えた状態となっている。
より詳細に説明すると、弾性体７５を構成する本体部７６のうち対象物側の面が、対象物の球面部に対応して窪んだ状態に形成されている。
また、本体部７６における対象物側の面に設けられる表面層７７は、本体部７６における対象物側の面の形状に対応して窪み状に設けられており、本体部７６における対象物側の面を被覆している。
より詳細に説明すると、弾性体７５を構成する本体部７６のうち対象物側の面が、対象物の球面部に対応して窪んだ状態に形成されている。
また、本体部７６における対象物側の面に設けられる表面層７７は、本体部７６における対象物側の面の形状に対応して窪み状に設けられており、本体部７６における対象物側の面を被覆している。
本変形例によれば、弾性体６５，７５が、対象物の外形に沿った形状に形成されているので、対象物を把持したときに、弾性体６５，７５が対象物に適合し、対象物を安定的に把持することができる。
なお、対象物の形状が複雑であったとしても、弾性体６５，７５を積層造形法によって製造すれば、弾性体６５，７５を、対象物の外形に沿った形状に形成することができるので好ましい。
なお、対象物の形状が複雑であったとしても、弾性体６５，７５を積層造形法によって製造すれば、弾性体６５，７５を、対象物の外形に沿った形状に形成することができるので好ましい。
〔変形例４〕
上記の実施形態においては、装着部８が、高さ方向に貫通する角筒状に形成され、基部４を差し込むことができるようになっていたが、本変形例における装着部８８は、図１５Ａ，図１５Ｂに示すように、ベース部８８ａと、このベース部８８ａから突出する複数の柱状部８８ｂと、を備えた構成となっている。また、基部８４における被装着部８４ｂには、複数の柱状部８８ｂが差し込まれる複数の貫通孔が形成されている。すなわち、被装着部８４ｂに形成された複数の貫通孔に対し、装着部８８が備える複数の柱状部８８ｂを差し込むことによって、弾性体８５を基部８４に装着できるようになっている。
上記の実施形態においては、装着部８が、高さ方向に貫通する角筒状に形成され、基部４を差し込むことができるようになっていたが、本変形例における装着部８８は、図１５Ａ，図１５Ｂに示すように、ベース部８８ａと、このベース部８８ａから突出する複数の柱状部８８ｂと、を備えた構成となっている。また、基部８４における被装着部８４ｂには、複数の柱状部８８ｂが差し込まれる複数の貫通孔が形成されている。すなわち、被装着部８４ｂに形成された複数の貫通孔に対し、装着部８８が備える複数の柱状部８８ｂを差し込むことによって、弾性体８５を基部８４に装着できるようになっている。
基部８４における取付部８４ａは、上記の実施形態における取付部４ａと同様に構成されているが、被装着部８４ｂは、段差部８４ｃよりも先端側の部位における厚さ寸法が短く設定されている。そして、この厚さ寸法が短く設定された部位が、装着部８８が装着される位置となっている。このように被装着部８４ｂを薄く形成することによって把持部８３全体の軽量化を図ることができるだけでなく、複数の柱状部８８ｂの長さを抑えることができる利点がある。
弾性体８５における本体部８６及び表面層８７は、上記の実施形態における本体部６及び表面層７と同様に構成されている。
装着部８８におけるベース部８８ａは、表面層８７よりも厚みのある矩形板状体とされており、本体部８６とは反対側の面に複数の柱状部８８ｂが一体形成されている。
複数の柱状部８８ｂは、本変形例においては四本であり、ベース部８８ａの四隅に対応して配置されている。また、複数の柱状部８８ｂの突出方向先端には、抜け止め部８８ｃが一体形成されている。
抜け止め部８８ｃは、先端に向かうにつれて徐々に細くなるように形成されており、被装着部８４ｂに形成された貫通孔に対して、差し込みやすく、抜けにくい状態になっている。
装着部８８におけるベース部８８ａは、表面層８７よりも厚みのある矩形板状体とされており、本体部８６とは反対側の面に複数の柱状部８８ｂが一体形成されている。
複数の柱状部８８ｂは、本変形例においては四本であり、ベース部８８ａの四隅に対応して配置されている。また、複数の柱状部８８ｂの突出方向先端には、抜け止め部８８ｃが一体形成されている。
抜け止め部８８ｃは、先端に向かうにつれて徐々に細くなるように形成されており、被装着部８４ｂに形成された貫通孔に対して、差し込みやすく、抜けにくい状態になっている。
本変形例によれば、装着部８８における複数の柱状部８８ｂを、被装着部８４ｂにおける複数の貫通孔に差し込むことで弾性体８５を基部８４に装着できるので、弾性体８５を左右方向（水平方向）に装着でき、弾性体８５が基部８４から脱落することを防ぐことができる。
本発明に係る把持装置及び弾性体の製造方法は、対象物の形状のばらつきや、把持部の位置制御のばらつきを吸収するとともに十分な摩擦力を有し、対象物を安定的に把持するものであるから、産業上の利用可能性が高い。
１ 把持装置
２ 駆動部
２ａ 被取付部
２ｂ 被取付部
３ 把持部
４ 基部
４ａ 取付部
４ｂ 被装着部
５ 弾性体
６ 本体部
６Ａ 本体部
６ａ 第一フレーム材
６ｂ 第二フレーム材
６ｃ 第三フレーム材
７ 表面層
８ 装着部
８ａ 滑り止め部
１６ 本体部
１６ａ 単位構成要素
２７ 表面層
２７ａ スタッド
３７ 表面層
３７ａ 凸条
３７ｂ 凹溝
４７ 表面層
４７ａ 円形凸条
４７ｂ 円形凹溝
５７ 表面層
６５ 弾性体
６５ａ 凹部
６６ 本体部
６７ 表面層
７５ 弾性体
７５ａ 窪み部
７６ 本体部
７７ 表面層
８４ 基部
８４ｂ 被装着部
８４ｃ 段差部
８５ 弾性体
８８ 装着部
８８ａ ベース部
８８ｂ 柱状部
８８ｃ 抜け止め部
Ａ 対象物
Ｙ１ 矢印
Ｙ２ 矢印
２ 駆動部
２ａ 被取付部
２ｂ 被取付部
３ 把持部
４ 基部
４ａ 取付部
４ｂ 被装着部
５ 弾性体
６ 本体部
６Ａ 本体部
６ａ 第一フレーム材
６ｂ 第二フレーム材
６ｃ 第三フレーム材
７ 表面層
８ 装着部
８ａ 滑り止め部
１６ 本体部
１６ａ 単位構成要素
２７ 表面層
２７ａ スタッド
３７ 表面層
３７ａ 凸条
３７ｂ 凹溝
４７ 表面層
４７ａ 円形凸条
４７ｂ 円形凹溝
５７ 表面層
６５ 弾性体
６５ａ 凹部
６６ 本体部
６７ 表面層
７５ 弾性体
７５ａ 窪み部
７６ 本体部
７７ 表面層
８４ 基部
８４ｂ 被装着部
８４ｃ 段差部
８５ 弾性体
８８ 装着部
８８ａ ベース部
８８ｂ 柱状部
８８ｃ 抜け止め部
Ａ 対象物
Ｙ１ 矢印
Ｙ２ 矢印
Claims (8)
- 基部と、前記基部の先端に設けられた弾性体と、を複数備えて対象物を把持する把持部を含んで構成されており、
前記弾性体は、ラティス構造の本体部を有し、
複数の前記弾性体は、前記対象物側の面が向かい合うようにして配置され、
前記把持部は、複数の前記基部の拡縮動作によって前記対象物を把持する把持装置。 - 前記弾性体は、前記本体部における前記対象物側の前記面に設けられて前記対象物に接触する表面層を有する請求項１に記載の把持装置。
- 前記表面層には凹凸パターンが形成されている請求項２に記載の把持装置。
- 前記弾性体は、当該弾性体を前記基部に装着させるための装着部を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の把持装置。
- 前記本体部が持つ弾性には異方性があり、第一方向には弾性変形しやすく、前記第一方向とは異なる第二方向には弾性変形しにくくなるように設定されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の把持装置。
- 前記弾性体は、前記対象物の外形に沿った形状に形成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の把持装置。
- 前記本体部と前記表面層と前記装着部は一体形成されている請求項２又は３を引用する請求項４に記載の把持装置。
- 対象物を把持する把持装置のうち前記対象物に接触する部位に設けられ、かつ、セル構造の本体部を有する弾性体を、積層造形法によって製造する弾性体の製造方法。
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