WO2024053293A1 - ロボットハンド - Google Patents

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WO2024053293A1
WO2024053293A1 PCT/JP2023/028187 JP2023028187W WO2024053293A1 WO 2024053293 A1 WO2024053293 A1 WO 2024053293A1 JP 2023028187 W JP2023028187 W JP 2023028187W WO 2024053293 A1 WO2024053293 A1 WO 2024053293A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
actuator
robot hand
root
cylinder
cylindrical
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/028187
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
俊吾 藤田
春樹 美濃島
信吾 大野
Original Assignee
株式会社ブリヂストン
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ブリヂストン filed Critical 株式会社ブリヂストン
Publication of WO2024053293A1 publication Critical patent/WO2024053293A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
    • B25J15/10—Gripping heads and other end effectors having finger members with three or more finger members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
    • B25J15/12—Gripping heads and other end effectors having finger members with flexible finger members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type

Definitions

  • the present disclosure relates to a robot hand.
  • a McKibben type actuator is known as a fluid pressure actuator, which has a rubber tube and a sleeve (woven with high-tensile fibers) that covers the outer surface of the rubber tube.
  • Such a McKibben-type fluid pressure actuator can change the length of the rubber tube and sleeve along the axial direction. Furthermore, by providing a restraining member in a part of the circumferential direction from one end to the other end in the axial direction of the rubber tube, the side of the fluid pressure actuator where the restraining member is not provided is contracted and deformed into a curve. A technique has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-88999).
  • the present disclosure aims to improve performance by easily changing the positional relationship between a plurality of finger actuators.
  • the robot hand of the first aspect includes a cylindrical root actuator in which one side of the cylinder wall contracts and curves in the cylinder axis direction in response to an increase in internal pressure within the cylinder, and the root actuator.
  • the base actuator has a plurality of separate support members disposed along the cylindrical axis direction of the base actuator, and the adjacent support members form an angle following the curved deformation of the base actuator.
  • a plurality of cylindrical finger actuators are attached to each other, and one side of the cylindrical circumference contracts and curves in the axial direction of the cylinder in response to an increase in the internal pressure within the cylinder.
  • the robot hand of the first aspect includes a root actuator, a frame member, and a finger actuator.
  • the root actuator and the finger actuator have a cylindrical shape, and one side of the cylindrical circumference contracts and curves in the axial direction of the cylinder in response to an increase in the internal pressure within the cylinder.
  • the frame member supports the root actuator and has a plurality of separate support members along the cylindrical axis direction of the root actuator, and adjacent support members follow the curved deformation of the root actuator to adjust the angle. Rotate relative to each other. Thereby, one ends of the plurality of finger actuators can change the mutual positional relationship. Therefore, it is possible to improve gripping performance by changing the positional relationship of the plurality of finger actuators depending on the position, shape, etc. of the object to be gripped.
  • the support member is connected to the adjacent support member by a pin member, and is rotatable relative to each other around the pin member.
  • adjacent support members can be moved relative to each other so as to form an angle following the curved deformation of the root actuator.
  • the cylindrical shaft of the root actuator is arranged so that the pin members of the frame member are connected to each other when viewed from the axial direction of the pin member. It is arranged at a position that coincides with the frame axis, which is an imaginary line connecting it, or on a curved inner side of the frame axis.
  • the relationship between the frame axis and the cylindrical axis of the root actuator as viewed from the axial direction of the pin member is set to a position where they match, or the cylindrical axis of the root actuator is curved inward from the frame axis.
  • the frame axis is arranged at a position overlapping with the root actuator when viewed from the axial direction of the pin member.
  • the deviation between the frame axis and the cylindrical axis of the root actuator is relatively small, so the frame member can smoothly follow the curved deformation of the root actuator.
  • a robot hand according to a fifth aspect is the robot hand according to any one of the first to fourth aspects, wherein one end of the root actuator is fixed to the frame member and the other end is a free end.
  • the other end is a free end, relative movement in the cylindrical axis direction with the frame member is allowed when the root actuator is curved and deformed, and the root actuator can be smoothly curved and deformed. can.
  • the performance of a robot hand can be improved by easily changing the positional relationship between a plurality of finger actuators.
  • FIG. 1 is a perspective view of a robot hand according to a first embodiment of the present disclosure. It is a front view of a root actuator.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the root actuator.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a finger actuator.
  • FIG. 2 is a perspective view of a frame member according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a front view of a frame member according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a plan view of a frame member according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a front view of the intermediate section member according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a plan view of the intermediate section member according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a perspective view of a robot hand according to a first embodiment of the present disclosure. It is a front view of a root actuator.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the root actuator
  • FIG. 2 is a front view of the one end joint member according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a plan view of the one end joint member according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view of the frame member according to the first embodiment of the present disclosure in a base curved state.
  • FIG. 2 is a plan view of a robot hand in an initial state and a curved state according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a plan view of the robot hand in a gripping state according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view of the robot hand in a gripping state according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a plan view showing how objects are gathered together using the robot hand of the present disclosure.
  • the same reference numerals are given to the same or equivalent components and parts.
  • the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.
  • the arrow X direction, the arrow Y direction, and the arrow Z direction in each drawing are directions that are orthogonal to each other.
  • the arrow X direction and the arrow Y direction indicate the horizontal direction
  • the arrow Z direction indicates the vertical direction.
  • FIG. 1 is a perspective view of a robot hand 10 according to a first embodiment of the present disclosure.
  • One end of the robot hand 10 (left side in FIG. 1) is attached to the tip of a robot arm (not shown).
  • the robot hand 10 according to the present disclosure includes a root actuator 20, a frame member 60 that supports the root actuator 20, and a plurality of finger actuators 40 (five in this embodiment).
  • Frame member 60 is bent by actuation of root actuator 20 .
  • the finger actuator 40 is further curved toward the inside in the bending direction of the curved frame member 60, and it is possible to apply force to a target object (not shown) to grip, push, or move it. .
  • the root actuator 20 is shown in FIGS. 2 and 3.
  • the root actuator 20 of the present disclosure is a so-called McKibben-type fluid pressure actuator that includes an actuator main body 22, a first sealing member 30A, and a second sealing member 30B.
  • the root actuator 20 has a cylindrical shape as a whole.
  • the actuator main body 22 includes a tube 24, a sleeve 26, and a restraining member 28.
  • the tube 24 has a cylindrical shape that can be expanded and contracted by elastic deformation, and expands and contracts according to changes in the pressure of the internal fluid.
  • the direction in which the tube 24 extends will hereinafter be referred to as the "cylindrical axis direction S.” That is, the direction of the arrow Y in each drawing in the first embodiment of the present disclosure coincides with the cylinder axis direction S of the root actuator 20.
  • the central axis of the tube 24 will hereinafter be referred to as "the central axis CL of the cylinder shaft.”
  • the tube 24 can be made of an elastic material such as butyl rubber.
  • Air can be used as the fluid supplied to the tube 24, in which case the root actuator 20 will be a pneumatic actuator.
  • the root actuator 20 when the root actuator 20 is hydraulically driven, it may be made of NBR (nitrile rubber), which has high oil resistance, or at least one selected from the group consisting of hydrogenated NBR, chloroprene rubber, and epichlorohydrin rubber. preferable.
  • the sleeve 26 has a cylindrical shape that covers the outer periphery of the tube 24.
  • the sleeve 26 is a stretchable structure in which fiber cords oriented in a predetermined direction are woven together, and the oriented cords intersect with the cylinder axis direction S at a predetermined angle ⁇ . Having such a shape, the sleeve 26 deforms like a pantograph that changes the angle ⁇ , and follows the contraction and expansion of the tube 24 while regulating the contraction and expansion.
  • the cord constituting the sleeve 26 it is preferable to use a fiber cord of aromatic polyamide (aramid fiber) or polyethylene terephthalate (PET).
  • aromatic polyamide aromatic polyamide
  • PET polyethylene terephthalate
  • the present invention is not limited to these types of fiber cords, and may also be cords of other high-strength fibers such as PBO fibers (polyparaphenylenebenzobisoxazole).
  • the restraining member 28 is provided between the tube 24 and the sleeve 26.
  • the restraint member 28 is shaped like a long plate, and its longitudinal direction is arranged along the cylindrical axis direction of the tube 24.
  • the restraint member 28 covers a part of the outer circumference of the tube 24 and is arranged from one end of the tube 24 to the other end. has been done.
  • the restraining member 28 is made of a material that does not expand/contract when pressurized, and can be bent and deformed in a direction in which the ends approach each other.
  • a so-called leaf spring can be used as the restraining member 28, a so-called leaf spring.
  • the dimensions of the leaf spring are determined depending on the size of the root actuator 20, the required gripping force, and the like.
  • the material of the leaf spring is not particularly limited, but typically any material such as metal such as stainless steel that is easily deformed and is resistant to compression may be used. Alternatively, it may be formed from a thin plate of carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • the first sealing member 30A includes a sealing connector 32, a locking ring 34, and a crimp member 36.
  • the sealed connector 32 has a lid portion 32A and an insertion portion 32B that are integrally molded.
  • the lid portion 32A has a columnar shape with a diameter larger than the outer diameter of the tube 24, and an insertion portion 32B is formed extending in the cylinder axis direction S from the center of one end side of the lid portion 32A.
  • the insertion portion 32B has a so-called bamboo saw shape and is inserted into one end of the tube 24 inside the sleeve 26.
  • a mounting portion 33 that opens on one side in the cylinder axis direction S (right side in FIG. 3) is formed on the opposite side of the lid portion 32A from the insertion portion 32B.
  • a mounting screw 33A opening in a direction perpendicular to the cylinder axis direction S is formed in the mounting portion 33.
  • a metal such as stainless steel can be suitably used, but the sealing member 30 is not limited to such a metal, and a hard plastic material or the like may also be used.
  • the sealed connector 32 has a flow path R.
  • the flow path R is formed extending in the cylinder axis direction S at the radial center of the insertion portion 32B, and communicates with the connection hole H on the side surface of the lid portion 32A.
  • An air supply hose (not shown) is connected to the connection hole H, and compressed air is supplied thereto.
  • the locking ring 34 has a ring shape and is disposed outside the sleeve 26 so as to sandwich the sleeve 26 between it and the insertion portion 32B, and locks the sleeve 26 to the sealing connector 32.
  • the sleeve 26 is folded back to the outer periphery via the locking ring 34.
  • materials such as metal, hard plastic, fiber, and rubber can be used.
  • the crimp member 36 is arranged to cover the outer circumference of the actuator body 22 where the insertion portion 32B is inserted, and crimps the actuator body 22 onto the sealing connector 32. Thereby, the actuator main body portion 22 is fixed to the sealed connector 32.
  • metals such as aluminum alloy, brass, and iron can be used.
  • the second sealing member 30B has the same shape as the first sealing member 30A, except that the sealing connector 32 does not have a flow path R compared to the first sealing member 30A, The insertion portion 32B is inserted into the other end of the tube 24 inside the sleeve 26.
  • the root actuator 20 is configured such that a first sealing member 30A on one end side is fixed to a one end fixing part 70, which will be described later, and a second sealing member 30B on the other end side is a free end. used.
  • the restraint member 28 is flexibly deformed, and the entire actuator main body 22 is curved, as shown by the double-dashed line in FIG.
  • the root actuator 20 is curved by contracting the curved inner wall 22A, which is one side of the cylinder side wall, in the cylinder axis direction in response to an increase in internal pressure within the cylinder.
  • the amount by which the root actuator 20 curves and deforms can be adjusted as appropriate by adjusting the air pressure within the main body of the actuator.
  • the finger actuator 40 is a so-called McKibben-type fluid pressure actuator that includes an actuator body 22, a first sealing member 30A, and a second sealing member 30B. Further, the actuator body portion 22 of the finger actuator 40 includes a tube 24, a sleeve 26, and a restraining member 28. That is, the finger actuator 40 includes substantially the same members as the root actuator 20.
  • the restraining member 28 is provided between the tube 24 and the sleeve 26.
  • the restraint member 28 is shaped like a long plate, and its longitudinal direction is arranged along the cylinder axis direction S of the tube 24. It is located.
  • the first sealing member 30A of the finger actuator 40 has a mounting portion 33 on one end side (upper side in FIG. 4).
  • the mounting portion 33 is formed with a mounting hole 33A that penetrates in the direction of arrow X (left-right direction in FIG. 4).
  • the other configuration and shape of the finger actuator 40 are the same as those of the root actuator 20 described above.
  • the finger actuator 40 can appropriately adjust the amount of bending deformation by adjusting the air pressure within the actuator body.
  • the finger actuator 40 has a mounting portion 33 fixed to a finger actuator fixing portion 80 of an intermediate section member 62B of a frame member 60, which will be described later, and is arranged to extend in the vertical direction, that is, the arrow Z direction. (See also Figure 14).
  • the arrow X direction is a bending direction that intersects the arrow Z direction.
  • the direction of the arrow Z also coincides with the direction of the cylinder axis of the finger actuator 40.
  • a plurality of finger actuators 40 are provided.
  • the number of finger actuators 40 provided is appropriately set by the robot hand 10, and is five in this embodiment as an example.
  • FIGS. 10 and 11 show the one end section member 62A.
  • the intermediate node member 62B has one end hinge portion 64A and the other end hinge portion 64B on both sides in the arrow Y direction (left and right sides in FIGS. 8 and 9), It is a member that tapers toward one side in the direction of arrow X (the lower side of the drawing in FIG. 9). Further, the intermediate node member 62B has a finger actuator fixing portion 80 formed on the other side in the arrow Z direction (lower side in FIG. 9) and a through hole 63 penetrating in the arrow Y direction.
  • the one end hinge portion 64A and the other end hinge portion 64B connect adjacent intermediate node members 62B to each other in a state in which a plurality of intermediate node members 62B are lined up in the direction of arrow Y. , are parts that are mutually rotatable around the shaft member 66.
  • the shaft member 66 is a pin member according to the present disclosure.
  • the one end hinge portion 64A is formed outside the other end hinge portion 64B in the direction of arrow Z (both ends of the intermediate node member 62B in the vertical direction).
  • the one end side hinge portion 64A has a shaft member through hole 66A that is a hole that penetrates in the direction of arrow Z.
  • the shaft member through hole 66A is an interference fit with the shaft member 66, and is held so that the shaft member 66 does not come off.
  • the other end side hinge portion 64B has a shaft member through hole 66B which is a hole penetrating in the direction of arrow Z and has a smaller diameter than the shaft member through hole 66A.
  • the shaft member through hole 66B has a clearance fit with the shaft member 66, and rotatably holds the shaft member 66.
  • the shaft member through hole 66A and the shaft member through hole 66B are Their centers overlap in the Z direction.
  • the shaft members 66 are inserted into the shaft member through holes 66A and 66B from the outside in the direction of the arrow Z, that is, from the upper and lower sides in the vertical direction, and the adjacent intermediate node members 62B arranged in the direction of the arrow Y are inserted into the shaft members. They are joined to each other so that they can rotate relative to each other around 66.
  • the shaft member 66 is a stepped cylindrical pin as shown in FIG. 5 . Further, it is desirable that the number of intermediate section members 62B can be increased or decreased as appropriate depending on the desired length of the frame member 60 or the number of finger actuators 40.
  • the finger actuator fixing part 80 is a part that fixes a finger actuator 40, which will be described later, on the other side of the intermediate section member 62B in the arrow Z direction.
  • This finger actuator fixing part 80 may have any shape as long as it can fix the finger actuator 40.
  • a hole penetrating in the direction of arrow X is formed, a fastener such as a screw is inserted into the mounting hole 43A of the finger actuator 40, and the mounting part 43 is joined to the finger actuator fixing part 80.
  • the other end of the finger actuator 40 (the other side in the direction of arrow Z) is a free end.
  • the finger actuators 40 are attached to the intermediate node member 62B at a distance from each other.
  • the center line CH of the through hole 63 is located on one side in the arrow X direction of the one end hinge portion 64A and the other end hinge portion 64B. Further, the diameter of the through hole 63 is larger than the diameter when the root actuator 20 is in operation, and has a shape that does not hinder the expansion of the root actuator 20.
  • the one-end joint member 62A has an other-end hinge portion 64B on the other end side in the direction of arrow Y (on the right side in FIGS. 10 and 11) when viewed from above.
  • This is a member having a window portion 74 on one side in the X direction.
  • the one-end joint member 62A is a member having a one-end fixing portion 70 penetrating in the direction of the arrow Y.
  • the other end hinge portion 64B of the one end node member 62A has the same shape as the other end hinge portion 64B of the intermediate node member 62B. That is, as shown in FIGS. 6 and 7, the other end hinge portion 64B of the one end node member 62A and the one end hinge portion 64A of the intermediate node member 62B are rotatable about the shaft member 66. Joined. Further, the window portion 74 exposes the connection hole H in a state where a root actuator 20 (described later) is attached to the fixing portion 70 at one end.
  • the one-end fixing portion 70 passes through a one-end insertion hole 70B into which one end of a root actuator 20 (described later) is inserted and one end of the one-end node member 62A in the direction of arrow Y. , one end side through hole 70A.
  • the center line CH of the one-end insertion hole 70B is centered on one side in the arrow X direction with respect to the other-end hinge portion 64B, similarly to the intermediate node member 62B. Further, the diameter of the one-end insertion hole 70B is larger than the diameter of the root actuator 20, which will be described later, and has a shape that does not hinder the expansion of the root actuator 20, which will be described later.
  • the one end through hole 70A is formed in line with the one end insertion hole 70B in the direction of the arrow Y, similar to the intermediate node member 62B, and the center line CH is on one side in the direction of the arrow X than the other end hinge part 64B. There is. Furthermore, the one end side through hole 70A has a smaller diameter than the mounting portion 33 of the root actuator 20, and a fixture 85 is a member that fixes one end of the root actuator 20 by screwing with the mounting screw 35A of the root actuator 20. is the part to be inserted.
  • the tip of the root actuator 20 protrudes from the through hole 63 of the intermediate node member 62B disposed on the other end side of the frame main body 62, and is a free end.
  • the intermediate section member 62B and the one end section member 62A are lined up in the direction of arrow Y when viewed from above.
  • the state in which the intermediate node member 62B and the one end node member 62A are lined up in the direction of arrow Y will be referred to as an "initial state" hereinafter.
  • neutral line C a virtual line obtained by arranging the one end hinge portion 64A and the other end hinge portion 64B of the intermediate node member 62B in the direction of the arrow Y in the initial state
  • neutral line C can be said to be a line in which the length of the one end side node member 62A and the other end side intermediate node member 62B in the direction of the arrow Y does not change in a state where the intermediate node members 62B rotate with respect to each other.
  • the neutral line C becomes the frame axis of the present disclosure.
  • the middle section member 62B and the one end section member 62A are made of a material that does not easily deform.
  • the material is not particularly limited, but polyamide resin can be suitably used. Further, as other examples of resin materials, ABS, polyurethane, polyester, polyethylene, etc. can be used. Furthermore, it may be formed of a metal material, and an alloy of aluminum and magnesium can be suitably used in consideration of lightness and strength.
  • the root actuator 20 passes through the through hole 63 in the intermediate node member 62B and becomes a free end protruding from the intermediate node member 62B on the other end side.
  • one end of the root actuator 20 is fixed such that the central axis CL of the cylinder shaft is offset to one side in the direction of the arrow X with respect to the neutral line C of the frame member 60. Further, when viewed from the direction of arrow Z, the neutral line C is arranged at a position overlapping the root actuator 20.
  • offset state refers to a state in which the neutral line C and the direction in which the cylinder axis of the root actuator 20 extends are not aligned on a straight line.
  • the offset amount (the distance between the neutral line C and the central axis CL of the cylinder shaft of the root actuator 20) is set as appropriate, and is set to 1 mm as an example.
  • the robot hand 10 is brought to an initial state, and the robot hand 10 is placed on the other side of the object 12 in the direction of the arrow X.
  • the root actuator 20 is deformed into a curve.
  • the frame member 60 also curves and deforms accordingly.
  • the adjacent intermediate joint members 62B of the frame member 60 (at the end, the one end fixed part 70 adjacent to the intermediate joint member 62B) are arranged such that the angle between them is smaller on one side with the shaft member 66 as the center. 14, and as a whole curves and deforms so that one side in the direction of arrow X is inward as shown by the two-dot chain line in FIG.
  • the frame member 60 deforms in a bending direction in which the side opposite to the neutral line C is on the inside, with the center axis CL of the root actuator 20 interposed therebetween.
  • One side in the direction of the arrow X is the curved inner side of the frame member 60, and can be said to be the "bending direction" in the present disclosure.
  • a state in which the frame member 60 is curved in accordance with the curvature of the root actuator 20 will be hereinafter referred to as a "root curved state.”
  • the relative positions of one ends of the five finger actuators 40 change, and from being lined up in a straight line (in the direction of arrow Y) to being lined up on a curved line.
  • the curvature of the frame member 60 can be adjusted by the pressure of compressed air supplied to the root actuator 20.
  • the robot arm is operated to appropriately transport the object 12 to a predetermined position.
  • the supply to the plurality of finger actuators 40 is stopped and returned to the curved state, and then the supply of compressed air to the root actuator 20 is stopped. Returned to initial state.
  • the robot hand 10 grasps one object
  • the robot hand 10 can also collect or move a plurality of objects 12.
  • three objects 12 located at separate positions can be brought together by setting the frame member 60 in the initial state to a base curved state.
  • one end and the other end of the root actuator 20 are connected to one end side of the frame member 60 extending in the cylinder axis direction S, and as the root actuator 20 deforms, it deforms in the direction of the arrow X. do.
  • the robot hand 10 is provided in which the positional relationship between the plurality of finger actuators 40 provided on the frame member 60 is made variable, and performance such as gripping is improved.
  • the frame members 60 are arranged in series in the direction of the arrow Y, and the intermediate joint members 62B adjacent in the cylinder axis direction S are rotatably joined to each other, and the base As the actuator 20 deforms, it deforms in the bending direction.
  • the central axis CL of the root actuator 20 is arranged on the inside of the curve from the neutral line C of the frame member 60 (corresponding to the frame axis of the present disclosure). It is possible to smoothly follow the curved deformation of the root actuator 20.
  • the neutral line C is preferably arranged at a position overlapping the root actuator 20 when viewed from the axial direction (Z direction) of the shaft member 66.
  • the tip of the root actuator 20 is a free end, relative movement in the axial direction S is allowed between the root actuator 20 and the frame member 60 when the root actuator 20 is curved and deformed, and the root actuator 20 can be moved smoothly. It can be deformed into a curve.

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Abstract

ロボットハンドは、筒内の内圧上昇に応じて筒周の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する筒状の根元アクチュエータと、根元アクチュエータを支持し、根元アクチュエータの筒軸方向に沿って各々別体とされた複数の支持部材を有し、隣り合う支持部材同士が根元アクチュエータの湾曲変形に追従して角度をなすように相対移動するフレーム部材と、フレーム部材に一端が固定され他端が自由端となるように根元アクチュエータの延出方向に離間して複数取り付けられ、筒内の内圧上昇に応じて筒周の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する筒状の指アクチュエータと、を備えている。

Description

ロボットハンド
　本開示は、ロボットハンド、に関する。
　従来、流体圧アクチュエータとして、ゴムチューブと、その外面を覆うスリーブ（高張力繊維を編み込んだもの）とを有する、マッキベン型のものが知られている。
　このようなマッキベン型の流体圧アクチュエータは、ゴムチューブ及びスリーブの軸方向に沿った長さを変化させることができる。また、ゴムチューブの軸方向における一端側から他端側に亘って、周方向の一部に拘束部材を設けることにより、流体圧アクチュエータの拘束部材が設けられていない側を収縮させ、湾曲変形させる技術が提案されている（特開２０２１－８８９９９号公報参照）。
　このような流体圧アクチュエータを複数用いて、湾曲度を調整しつつ物を把持することが可能である。また、複数の流体圧アクチュエータ同士を相対移動させて、様々な対象物の把持等に対応するための工夫が求められる。
　本開示は、上記事実に鑑みて、複数の指アクチュエータ同士の位置関係を容易に変化させて性能を向上させることを目的とする。
　上記目的を達成するために、第１の態様のロボットハンドは、筒内の内圧上昇に応じて筒壁の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する筒状の根元アクチュエータと、前記根元アクチュエータを支持し、前記根元アクチュエータの筒軸方向に沿って配置され各々別体とされた複数の支持部材を有し、隣り合う前記支持部材同士が前記根元アクチュエータの湾曲変形に追従して角度をなすように相対回転するフレーム部材と、前記筒軸方向と交差する方向に延出するように、前記支持部材に一端が固定され他端が自由端となるように前記根元アクチュエータの延出方向に離間して複数取り付けられ、筒内の内圧上昇に応じて筒周の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する筒状の指アクチュエータと、を備えている。
　第１の態様のロボットハンドは、根元アクチュエータ、フレーム部材、及び指アクチュエータを備えている。根元アクチュエータ及び指アクチュエータは、筒状とされており、筒内の内圧上昇に応じて筒周の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する。フレーム部材は、根元アクチュエータを支持し、根元アクチュエータの筒軸方向に沿って各々別体とされた複数の支持部材を有し、隣り合う支持部材同士が根元アクチュエータの湾曲変形に追従して角度をなすように相対回転する。これにより、複数の指アクチュエータの一端は、互いの位置関係を変化させることができる。したがって、把持対象物の位置や形状等に応じて、複数の指アクチュエータの位置関係を変えて、把持等の性能を向上させることができる。
　第２の態様のロボットハンドは、第１の態様のロボットハンドにおいて、前記支持部材は、隣り合う前記支持部材とピン部材で連結され、前記ピン部材を中心に互いに相対回転
可能である。
　第２の態様のロボットハンドによれば、ピン部材を中心に互いに相対回転させることにより、隣り合う支持部材同士を根元アクチュエータの湾曲変形に追従して角度をなすように相対移動させることができる。
　第３の態様のロボットハンドは、第１の態様または第２の態様のロボットハンドにおいて、前記根元アクチュエータの筒軸は、前記ピン部材の軸方向から見て、前記フレーム部材の前記ピン部材同士を結ぶ仮想線であるフレーム軸と一致する位置、または、前記フレーム軸よりも湾曲内側に配置されている。
　第３の態様のロボットハンドによれば、ピン部材の軸方向から見たフレーム軸と根元アクチュエータの筒軸との関係を、一致する位置、または、フレーム軸よりも根元アクチュエータの筒軸を湾曲内側に配置することにより、フレーム部材をスムーズに根元アクチュエータの湾曲変形に追従させることができる。
　第４の態様のロボットハンドは、第１～第３のいずれか１の態様のロボットハンドにおいて、前記フレーム軸は、前記ピン部材の軸方向から見て、前記根元アクチュエータと重なる位置に配置されている。
　第４の態様のロボットハンドによれば、フレーム軸と根元アクチュエータの筒軸とのずれが比較的小さいので、フレーム部材をスムーズに根元アクチュエータの湾曲変形に追従させることができる。
　第５の態様のロボットハンドは、第１～第４のいずれか１の態様のロボットハンドにおいて、前記根元アクチュエータは、一端が前記フレーム部材に固定され、他端が自由端である。
　第５の態様のロボットハンドでは、他端が自由端となっているので、根元アクチュエータの湾曲変形時にフレーム部材との筒軸方向の相対移動が許容され、根元アクチュエータをスムーズに湾曲変形させることができる。
　本開示によれば、複数の指アクチュエータ同士の位置関係を容易に変化させてロボットハンドの性能を向上させることができる。
本開示の第一実施形態に係るロボットハンドの斜視図である。 根元アクチュエータの正面図である。 根元アクチュエータの断面図である。 指アクチュエータの断面図である。 本開示の第一実施形態に係るフレーム部材の斜視図である。 本開示の第一実施形態に係るフレーム部材の正面図である。 本開示の第一実施形態に係るフレーム部材の平面図である。 本開示の第一実施形態に係る中間節部材の正面図である。 本開示の第一実施形態に係る中間節部材の平面図である。 本開示の第一実施形態に係る一端節部材の正面図である。 本開示の第一実施形態に係る一端節部材の平面図である。 本開示の第一実施形態に係るフレーム部材が根元湾曲状態となった斜視図である。 本開示の第一実施形態に係るロボットハンドの初期状態及び湾曲状態の平面図である。 本開示の第一実施形態に係るロボットハンドの把持状態の平面図である。 本開示の第一実施形態に係るロボットハンドの把持状態の斜視図である。 本開示のロボットハンドを用いて対象物を寄せ集める様子を示す平面図である。
　以下、本開示の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において、同一又は等価な構成要素及び部品には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、各図面における矢印Ｘ方向、矢印Ｙ方向及び矢印Ｚ方向は、それぞれ互いに直交する方向である。一例として、矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向は、水平方向を示し、矢印Ｚ方向は、鉛直方向を示す。
　［第一実施形態］
　図１は、本開示の第一実施形態に係るロボットハンド１０の斜視図である。ロボットハンド１０の一端側（図１における図面左側）は、図示しないロボットアームの先端に取り付けられている。本開示に係るロボットハンド１０は、根元アクチュエータ２０と、根元アクチュエータ２０を支持するフレーム部材６０と、複数の指アクチュエータ４０（本実施形態では５本）とを備える。フレーム部材６０は、根元アクチュエータ２０の作動により湾曲する。湾曲したフレーム部材６０の曲げ方向内側に向かって、指アクチュエータ４０がさらに湾曲し、図示しない対称物に力を作用させて、把持したり、押したり、移動させたりすることが可能とされている。
　図１から図１６を適宜参照しながら、ロボットハンド１０の具体的な構成を説明する。
　（根元アクチュエータ２０）
　図２および図３に、根元アクチュエータ２０を示す。本開示の根元アクチュエータ２０は、アクチュエータ本体部２２、第一封止部材３０Ａ、第二封止部材３０Ｂを備えている、所謂マッキベン型の流体圧アクチュエータである。根元アクチュエータ２０は、全体として筒状とされている。
　アクチュエータ本体部２２は、チューブ２４、スリーブ２６、及び拘束部材２８を有している。チューブ２４は、弾性変形による伸縮可能な円筒状であり、内部の流体の圧力変化によって膨張及び収縮する。チューブ２４の延びる方向を以後「筒軸方向Ｓ」とする。すなわち、本開示の第一実施形態における各図面の矢印Ｙ方向は、根元アクチュエータ２０の筒軸方向Ｓと一致する。また、チューブ２４における中心軸を以後、「筒軸の中心軸ＣＬ」とする。チューブ２４は、ブチルゴムなどの弾性材料によって構成することができる。チューブ２４へ供給する流体としては、空気を用いることができ、この場合には、根元アクチュエータ２０は空気式アクチュエータとなる。なお、根元アクチュエータ２０を油圧駆動とする場合には、耐油性が高いＮＢＲ（ニトリルゴム）、または水素化ＮＢＲ、クロロプレンゴム、及びエピクロロヒドリンゴムからなる群より選択される少なくとも一種とすることが好ましい。
　スリーブ２６は、チューブ２４の外周を覆う円筒状とされている。スリーブ２６は、所定方向に配向された繊維コードを編み込んだ伸縮性を有する構造体であり、配向されたコードが筒軸方向Ｓに対して所定の角度θで交差されている。スリーブ２６は、このような形状を有することによって、角度θを変えるパンタグラフのように変形し、チューブ２４の収縮及び膨張を規制しつつこの収縮及び膨張に追従する。
　スリーブ２６を構成するコードとしては、芳香族ポリアミド（アラミド繊維）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）の繊維コードを用いることが好ましい。但し、このような種類の繊維コードに限定されるものではなく、例えば、ＰＢＯ繊維（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）などの他の高強度繊維のコードでもよい。
　拘束部材２８は、チューブ２４とスリーブ２６との間に設けられている。拘束部材２８は、長尺板状とされ、長手方向がチューブ２４の筒軸方向に沿った方向に配置され、チューブ２４の外周の一部を覆い、チューブ２４の一端から他端に渡って配置されている。
　拘束部材２８は、加圧により膨張／収縮のない材料で形成されており、端部同士が近づく方向に撓み変形可能とされている。拘束部材２８としては、いわゆる、板バネ（leaf spring）を用いることができる。板バネの寸法は、根元アクチュエータ２０のサイズや要求される把持力などに応じて決定される。また、板バネの材料についても特に限定されないが、典型的には、ステンレス鋼などの金属など、撓み変形し易く、圧縮に強い材料であればよい。他に、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の薄板などによって形成されてもよい。
　第一封止部材３０Ａは、封止コネクタ３２、係止リング３４、及び圧着部材３６を有している。
　封止コネクタ３２は、一体成形された蓋部３２Ａ及び挿入部３２Ｂを有している。蓋部３２Ａは、チューブ２４の外径よりも大径とされた柱状とされ、蓋部３２Ａの一端側の中央から、挿入部３２Ｂが筒軸方向Ｓに延出形成されている。挿入部３２Ｂは、所謂タケノコ形状とされ、スリーブ２６の内側のチューブ２４の一端側に挿入される。蓋部３２Ａの挿入部３２Ｂと反対側には、筒軸方向Ｓの一方側（図３における図面右側）に開口する取付部３３が形成されている。取付部３３には、筒軸方向Ｓと直交する方向に開口する取付ネジ３３Ａが形成されている。封止部材３０としては、ステンレス鋼などの金属を好適に用い得るが、このような金属に限定されず、硬質プラスチック材料などを用いてもよい。
　図３に示されるように、封止コネクタ３２は、流路Ｒを有している。流路Ｒは、挿入部３２Ｂの径方向中央部に筒軸方向Ｓに延出形成されると共に、蓋部３２Ａの側面の接続孔Ｈと連通されている。接続孔Ｈには、空気供給ホース（不図示）が接続され、圧縮空気が供給される。
　係止リング３４は、リング状とされ、挿入部３２Ｂとの間にスリーブ２６を挟み込むように、スリーブ２６の外側に配置され、スリーブ２６を封止コネクタ３２に係止する。スリーブ２６は、係止リング３４を介して外周へ折り返される。係止リング３４としては、金属、硬質プラスチックや、繊維、ゴムなどの材料を用いることができる。
　圧着部材３６は、アクチュエータ本体部２２の外周で挿入部３２Ｂが挿入された部分を覆うように配置され、アクチュエータ本体部２２を封止コネクタ３２にかしめる。これにより、アクチュエータ本体部２２は、封止コネクタ３２に固定される。圧着部材３６としては、アルミニウム合金、真鍮、及び鉄などの金属を用いることができる。
　第二封止部材３０Ｂは、第一封止部材３０Ａと比べて、封止コネクタ３２に流路Ｒを有していないことを除いて、第一封止部材３０Ａと同一形状とされており、挿入部３２Ｂが、スリーブ２６の内側のチューブ２４の他端側に挿入される。
　＜根元アクチュエータの動作＞
　図１に示されるように、根元アクチュエータ２０は、一端側の第一封止部材３０Ａが後述する一端固定部７０に固定され、他端側の第二封止部材３０Ｂが自由端となるようにして使用される。
　空気供給ホースを介して接続部Ｈから圧縮空気を流入させると、根元アクチュエータ２０内の圧力が上昇する。内圧上昇により、チューブ２４が弾性変形して膨張し、スリーブ２６は角度θが大きくなるようにパンタグラフのように変形し、アクチュエータ本体部２２の長さが収縮する方向に力が作用する。このとき、アクチュエータ本体部２２の拘束部材２８が配置された外周側壁は収縮が規制されているため、アクチュエータ本体部２２は、筒軸方向Ｓからみて拘束部材２８が配置されていない側の外周壁（以下「湾曲内側壁２２Ａ」という）が収縮する。これにより、拘束部材２８が撓み変形し、図３のニ点鎖線で示されるように、アクチュエータ本体部２２の全体が湾曲する。根元アクチュエータ２０は、筒内の内圧上昇に応じて筒側壁の一方側である湾曲内側壁２２Ａが筒軸方向に収縮して湾曲する。
　一方、空気供給ホースから供給する空気の圧力を弱めると、根元アクチュエータ２０内から空気が流出し、内圧が低下する。内圧低下に応じて湾曲内側壁２２Ａの湾曲度が小さくなり、大気圧に戻ることで、アクチュエータ本体部２２の全体が直線状に戻る。
　なお、根元アクチュエータ２０は、アクチュエータの本体内の空気圧を調整されることにより、湾曲変形する量を適宜調整することが可能とされている。
　（指アクチュエータ４０）
　指アクチュエータ４０は、図４に示されるように、アクチュエータ本体部２２、第一封止部材３０Ａ、第二封止部材３０Ｂを備えている、所謂マッキベン型の流体圧アクチュエータである。また、指アクチュエータ４０のアクチュエータ本体部２２は、チューブ２４、スリーブ２６、及び拘束部材２８を有している。すなわち、指アクチュエータ４０は、根元アクチュエータ２０と略同様の部材を備えている。
　拘束部材２８は、チューブ２４とスリーブ２６との間に設けられている。拘束部材２８は、長尺板状とされ、長手方向がチューブ２４の筒軸方向Ｓに沿った方向に配置され、チューブ２４の外周の一部を覆い、チューブ２４の一端から他端に渡って配置されている。
　なお、指アクチュエータ４０の第一封止部材３０Ａは、一端側（図４における図面上側）に取付部３３を有している。取付部３３には、矢印Ｘ方向（図４における図面左右方向）に向かって貫通する取付穴３３Ａが形成されている。
　指アクチュエータ４０におけるその他の構成及び形状は、上述の根元アクチュエータ２０と同様である。
　指アクチュエータ４０は、空気供給ホースを介して接続孔Ｈから圧縮空気を流入させると、アクチュエータ本体内の圧力が上昇する。内圧上昇により、チューブ２４が弾性変形して膨張し、スリーブ２６は角度θが大きくなるようにパンタグラフのように変形し、アクチュエータ本体部２２の長さが収縮する方向に力が作用する。このとき、指アクチュエータ４０では、アクチュエータ本体部２２の拘束部材２８が配置された外周側壁は収縮が規制されているため、アクチュエータ本体部２２は、矢印Ｚ方向からみて拘束部材２８が配置されていない矢印Ｘ方向の一方側（図４における左側）の筒側壁（湾曲内側壁２２Ａ）が収縮する。これにより、拘束部材２８が撓み変形し、図４における二点鎖線で示されるように、アクチュエータ本体部２２の全体が湾曲する。
　一方、空気供給ホースから供給する空気の圧力を弱めると、指アクチュエータ４０内から空気が流出し、内圧が低下する。内圧低下に応じて湾曲内側壁２２Ａの湾曲度が小さくなり、大気圧に戻ることで、アクチュエータ本体部２２の全体が直線状に戻る。
　なお、指アクチュエータ４０は、アクチュエータの本体内の空気圧を調整されることにより、湾曲変形する量を適宜調整することが可能とされている。
　指アクチュエータ４０は、図１に示されるように、後述するフレーム部材６０の中間節部材６２Ｂにおける指アクチュエータ固定部８０に取付部３３が固定され、鉛直方向である矢印Ｚ方向に延びて配置される（図１４も参照）。言い換えれば、矢印Ｘ方向は、矢印Ｚ方向と交差する曲げ方向である。また、矢印Ｚ方向は、指アクチュエータ４０の筒軸方向とも一致する。
　なお、根元アクチュエータ２０及び指アクチュエータ４０がフレーム部材６０に取り付けられる様子については、後述する。
　指アクチュエータ４０は、図１に示されるように、複数設けられている。指アクチュエータ４０が設けられる個数は、ロボットハンド１０によって適宜設定されるが、一例として本実施形態では５つである。
　（フレーム部材６０）
　図５から図７は、本開示の第一実施形態に係るロボットハンド１０のフレーム部材６０を示す図である。また、フレーム部材６０は、支持部材としての複数の中間節部材６２Ｂと、一端側節部材６２Ａとを矢印Ｙ方向に並んで連節されて構成されたフレーム本体６２を有している。図８及び図９に中間節部材６２Ｂを、図１０及び図１１に一端側節部材６２Ａを示す。
　中間節部材６２Ｂは、図８及び図９に示される様に、矢印Ｙ方向の両側（図８及び図９における図面左右側）に一端側ヒンジ部６４Ａ及び他端側ヒンジ部６４Ｂを有し、矢印Ｘ方向の一方側（図９における図面下側）に向かって先細りする部材である。また、中間節部材６２Ｂは、矢印Ｚ方向の他方側（図９における下側）に形成された指アクチュエータ固定部８０と、矢印Ｙ方向に貫通する貫通孔６３を有している。
　一端側ヒンジ部６４Ａ及び他端側ヒンジ部６４Ｂは、図６及び図７に示されるように、複数の中間節部材６２Ｂが矢印Ｙ方向に並んでいる状態で、隣接する中間節部材６２Ｂ同士を、軸部材６６を中心として互いに回動可能とする部分である。軸部材６６は本開示のピン部材である。一端側ヒンジ部６４Ａは、他端側ヒンジ部６４Ｂよりも矢印Ｚ方向外側（中間節部材６２Ｂの上下方向の両端）に形成されている。本実施形態では一例として、一端側ヒンジ部６４Ａは、矢印Ｚ方向に貫通する孔である軸部材貫通孔６６Ａを有する。軸部材貫通孔６６Ａは、軸部材６６と締まりばめとされ、軸部材６６が脱着しないように保持する。また、他端側ヒンジ部６４Ｂは、軸部材貫通孔６６Ａよりも小径とされた、矢印Ｚ方向に貫通する孔である軸部材貫通孔６６Ｂを有する。軸部材貫通孔６６Ｂは、軸部材６６と隙間ばめとされており、軸部材６６を回動可能に保持する。
　また、図６及び図７に示されるように、一端側ヒンジ部６４Ａと他端側ヒンジ部６４Ｂとが矢印Ｚ方向に重ねられた状態では、軸部材貫通孔６６Ａ及び軸部材貫通孔６６Ｂは、互いの中心が矢印Ｚ方向に重なる。これにより、矢印Ｚ方向の外側、すなわち鉛直方向上側及び下側からそれぞれ軸部材６６が軸部材貫通孔６６Ａ、６６Ｂに挿入され、矢印Ｙ方向に並んだ隣り合う中間節部材６２Ｂ同士は、軸部材６６を中心に互いに相対回転可能に接合される。なお、軸部材６６は、図５に示されるように段付きの円柱形状とされたピンが適用される。また、中間節部材６２Ｂは、所望されるフレーム部材６０の長さ又は指アクチュエータ４０の個数に応じて、その個数を適宜増減可能とされていることが望ましい。
　指アクチュエータ固定部８０は、中間節部材６２Ｂの矢印Ｚ方向の他方側において後述する指アクチュエータ４０を固定する部分である。この指アクチュエータ固定部８０は、指アクチュエータ４０を固定可能とされていればどのような形状でもよい。本実施形態では一例として矢印Ｘ方向に貫通する穴が形成されており、指アクチュエータ４０の取付穴４３Ａにネジなどの締結具が挿入され、指アクチュエータ固定部８０に取付部４３が接合される。なお、指アクチュエータ４０の他端（矢印Ｚ方向の他方側）は、自由端とされている。また、指アクチュエータ４０は、それぞれ離間して中間節部材６２Ｂに取付けられる。
　なお、貫通孔６３の中心線ＣＨは、図８に示されるように、一端側ヒンジ部６４Ａ及び他端側ヒンジ部６４Ｂよりも矢印Ｘ方向の一方側とされている。また、貫通孔６３の直径は、根元アクチュエータ２０の作動時における直径よりも大きく、根元アクチュエータ２０の膨張を妨げない形状とされている。
　一端側節部材６２Ａは、図１０及び図１１に示される様に、上面視で矢印Ｙ方向の他端側（図１０及び図１１における図面右側）に他端側ヒンジ部６４Ｂを有し、矢印Ｘ方向の一方側に窓部７４を有する部材である。また、一端側節部材６２Ａは、矢印Ｙ方向に貫通する一端固定部７０を有する部材である。
　一端側節部材６２Ａの他端側ヒンジ部６４Ｂは、中間節部材６２Ｂの他端側ヒンジ部６４Ｂと同様の形状とされている。すなわち、図６及び図７に示されるように、一端側節部材６２Ａの他端側ヒンジ部６４Ｂと、中間節部材６２Ｂの一端側ヒンジ部６４Ａとは、軸部材６６を中心に回動可能に接合される。また、窓部７４は、後述する根元アクチュエータ２０が一端固定部７０に取り付けられた状態で、接続孔Ｈを露出させる。
　一端固定部７０は、図１０及び図１１に示されるように、後述する根元アクチュエータ２０の一端が挿入される一端側挿入孔７０Ｂと、一端側節部材６２Ａの矢印Ｙ方向の一端側を貫通する、一端側貫通孔７０Ａとされている。
　一端側挿入孔７０Ｂの中心線ＣＨは、中間節部材６２Ｂと同様に中心が他端側ヒンジ部６４Ｂよりも矢印Ｘ方向の一方側とされている。また、一端側挿入孔７０Ｂの直径は、後述する根元アクチュエータ２０の直径よりも大きく、後述するように根元アクチュエータ２０の膨張を妨げない形状とされている。
　一端側貫通孔７０Ａは、中間節部材６２Ｂと同様に一端側挿入孔７０Ｂと矢印Ｙ方向に並んで形成され、中心線ＣＨが他端側ヒンジ部６４Ｂよりも矢印Ｘ方向の一方側とされている。また、一端側貫通孔７０Ａは、根元アクチュエータ２０の取付部３３よりも直径が小さく、根元アクチュエータ２０の取付ネジ３５Ａと螺合することによって、根元アクチュエータ２０の一端を固定する部材である固定具８５が挿入される部分である。
　根元アクチュエータ２０の先端は、フレーム本体６２の他端側に配置された中間節部材６２Ｂの貫通孔６３から突出され、自由端とされている。
　なお、図７に示されるように、本開示の第一実施形態におけるフレーム部材６０において、中間節部材６２Ｂ及び一端側節部材６２Ａは、上面視で矢印Ｙ方向に並んでいる。本実施形態においては、中間節部材６２Ｂ、一端側節部材６２Ａが矢印Ｙ方向に並んでいる状態を、以後「初期状態」と称する。
　また、図７に示されるように初期状態において中間節部材６２Ｂの一端側ヒンジ部６４Ａ及び他端側ヒンジ部６４Ｂが矢印Ｙ方向に並ぶことによって得られる仮想的な線を、以後「中立線Ｃ」と称する。言い換えれば、中立線Ｃとは、中間節部材６２Ｂ同士が互いに回動した状態において、一端側節部材６２Ａと他端側中間節部材６２Ｂとの矢印Ｙ方向の長さが変化しない線ともいえる。中立線Ｃは、本開示のフレーム軸となる。
　なお、中間節部材６２Ｂ及び一端側節部材６２Ａは、容易に変形しない材料で形成されている。材料は、特に限定されないが、ポリアミド樹脂を好適に用いることができる。また、樹脂材料の場合の他の例として、ＡＢＳ、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン等を用いることができる。さらに、金属材料で形成してもよく、軽さと強度を考慮して、アルミニウムとマグネシウムの合金を好適に用いることができる。
　（初期状態におけるフレーム部材６０と根元アクチュエータ２０との配置）
　ここで、本開示の第一実施形態におけるフレーム部材６０と根元アクチュエータ２０の配置について説明する。本開示のフレーム部材６０は、初期状態において、根元アクチュエータ２０の一端側は、一端側節部材６２Ａが有する一端固定部７０に固定され、根元アクチュエータ２０の他端側は、一端側節部材６２Ａが有する一端固定部７０に固定される（図１４も参照）。このため、矢印Ｙ方向と、根元アクチュエータ２０の筒軸方向Ｓとが一致する。
　また、根元アクチュエータ２０は、中間節部材６２Ｂにおける貫通孔６３を通って、他端側の中間節部材６２Ｂから突出された自由端となる。上述の通り、根元アクチュエータ２０は、筒軸の中心軸ＣＬがフレーム部材６０における中立線Ｃに対して矢印Ｘ方向の一方側にオフセット状態となるように一端側が固定される。また、矢印Ｚ方向から見て、中立線Ｃは根元アクチュエータ２０と重なり合う位置に配置されている。
　なお、「オフセット状態」とは、中立線Ｃと根元アクチュエータ２０の筒軸との延びる方向とが、一直線上に並んでいない状態を指す。オフセット量（中立線Ｃと根元アクチュエータ２０の筒軸の中心軸ＣＬとの距離）は、適宜設定されるが、一例として１ｍｍとされている。
　＜ロボットハンド１０の動作＞
　続いて、図１３及び図１４を適宜参照しながら、本開示の第一実施形態に係るロボットハンド１０を備えたロボットアームにより対象物１２を搬送する様子を説明する。なお、図１３及び図１４において、根元アクチュエータ２０及び複数の指アクチュエータ４０に圧縮空気を供給する供給ホースは、図示を省略する。また、ロボットハンド１０が取り付けられるロボットアームは、図示を省略する。
　まず、図１４の実線で示されるように、ロボットハンド１０を初期状態とし、対象物１２に対して矢印Ｘ方向の他方側にロボットハンド１０を配置する。
　次に、根元アクチュエータ２０の接続孔Ｈに圧縮空気が供給されることにより、根元アクチュエータ２０が湾曲変形する。これにより、フレーム部材６０も追従するように湾曲変形する。このとき、フレーム部材６０の隣り合う中間節部材６２Ｂ同士（端部においては、中間節部材６２Ｂと隣り合う一端固定部７０）は、軸部材６６を中心に互いの角度が一方側で小さくなるように回動し、図１４の二点鎖線で示されるように全体として矢印Ｘ方向の一方側が内側となるように湾曲変形する。言い換えれば、フレーム部材６０が根元アクチュエータ２０の中心軸ＣＬを挟んで中立線Ｃと反対側を内側とする曲げ方向に変形する。矢印Ｘ方向の一方側は、フレーム部材６０の湾曲内側であり、本開示における「曲げ方向」であるといえる。なお、図１３に示されるように、根元アクチュエータ２０の湾曲に応じてフレーム部材６０が湾曲した状態を、以後「根元湾曲状態」と称する。
　フレーム部材６０が根元湾曲状態となることにより、５本の指アクチュエータ４０の一端部の相対位置は変化し、一直線上（矢印Ｙ方向）に並ぶ状態から湾曲線上に並ぶ状態となる。フレーム部材６０の曲率は、根元アクチュエータ２０へ供給する圧縮空気の圧力により調整することができる。
　続いて、フレーム部材６０が湾曲した状態において、指アクチュエータ４０の接続孔Ｈに圧縮空気を供給する。これにより、図１３に示されるように、指アクチュエータ４０が湾曲する。指アクチュエータ４０は、矢印Ｘ方向、すなわち曲げ方向の内側に向かって湾曲するため、ロボットハンド１０は、対象物１２を囲んで外側から包み込むように把持することが可能となる。なお、指アクチュエータ４０の湾曲によって対象物１２を把持する強さは、対象物１２の形状や重量等によって適宜設定される。
　そしてロボットハンド１０が対象物１２を把持した状態で、ロボットアームを動作させ、対象物１２を適宜所定の位置へ搬送する。なお、ロボットハンド１０は、対象物１２を搬送した後に複数の指アクチュエータ４０への供給が停止されて湾曲状態に戻され、その後に、根元アクチュエータ２０への圧縮空気の供給を停止されることで初期状態に戻される。
　なお、本実施形態では、一例として、ロボットハンド１０で、１個の対象物を把持する例を説明したが、ロボットハンド１０は、複数の対象物１２を寄せ集めたり、移動させたりすることにも好適に用いることができる。例えば、図１５に示されるように、離れた位置にある３個の対象物１２を、初期状態のフレーム部材６０を根元湾曲状態とすることにより、寄せ集めることができる。
　＜作用及び効果＞
　本実施形態におけるロボットハンド１０によれば、根元アクチュエータ２０の一端及び他端が筒軸方向Ｓに延びるフレーム部材６０の一端側に接続され、根元アクチュエータ２０の変形に伴って、矢印Ｘ方向に変形する。
　これにより、フレーム部材６０に設けられた複数の指アクチュエータ４０同士の位置関係を可変とし、把持等の性能を向上させたロボットハンド１０が提供される。
　また、本実施形態におけるロボットハンド１０によれば、フレーム部材６０が、矢印Ｙ方向に並んで連設されるとともに筒軸方向Ｓに隣り合う中間節部材６２Ｂ同士が回動可能に接合され、根元アクチュエータ２０の変形に伴って、曲げ方向に変形する。
　これにより、フレーム部材６０の中間節部材６２Ｂの個数を増減させることが可能となるため、フレーム部材６０が中間節部材６２Ｂにより構成されていない場合と比してロボットハンド１０の長さを増減させることができる。
　また、本実施形態におけるロボットハンド１０では、根元アクチュエータ２０の中心軸ＣＬがフレーム部材６０の中立線Ｃ（本開示のフレーム軸に対応）よりも湾曲内側に配置されているので、フレーム部材６０をスムーズに根元アクチュエータ２０の湾曲変形に追従させることができる。
　なお、中立線Ｃは、軸部材６６の軸方向（Ｚ方向）から見て、根元アクチュエータ２０と重なる位置に配置されていることが好ましい。このように配置することにより、中立線Ｃと根元アクチュエータの中心軸ＣＬとのずれが比較的小さくなり、フレーム部材６０をスムーズに根元アクチュエータ２０の湾曲変形に追従させることができる。
　また、本実施形態では、根元アクチュエータ２０の先端を自由端としているので、根元アクチュエータ２０の湾曲変形時にフレーム部材６０との間で、軸方向Ｓの相対移動が許容され、根元アクチュエータ２０をスムーズに湾曲変形させることができる。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態を説明したが、本開示の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　２０２２年９月９日に出願された日本国特許出願２０２２-１４４１９７号開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
　本明細書に記載されたすべての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記載された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。　

Claims (5)

  1. 　筒内の内圧上昇に応じて筒壁の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する筒状の根元アクチュエータと、
    　前記根元アクチュエータを支持し、前記根元アクチュエータの筒軸方向に沿って配置され各々別体とされた複数の支持部材を有し、隣り合う前記支持部材同士が前記根元アクチュエータの湾曲変形に追従して角度をなすように相対回転するフレーム部材と、
    　前記筒軸方向と交差する方向に延出するように、前記支持部材に一端が固定され他端が自由端となるように前記根元アクチュエータの延出方向に離間して複数取り付けられ、筒内の内圧上昇に応じて筒周の一方側が筒軸方向に収縮して湾曲する筒状の指アクチュエータと、
    　を備えた、ロボットハンド。
  2. 　前記支持部材は、隣り合う前記支持部材とピン部材で連結され、前記ピン部材を中心に互いに相対回転可能である、
    　請求項１に記載のロボットハンド。
  3. 　前記根元アクチュエータの筒軸は、前記ピン部材の軸方向から見て、前記フレーム部材の前記ピン部材同士を結ぶ仮想線であるフレーム軸と一致する位置、または、前記フレーム軸よりも湾曲内側に配置されている、請求項２に記載のロボットハンド。
  4. 　前記フレーム軸は、前記ピン部材の軸方向から見て、前記根元アクチュエータと重なる位置に配置されている、請求項３に記載のロボットハンド。
  5. 　前記根元アクチュエータは、一端が前記フレーム部材に固定され、他端が自由端である、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のロボットハンド。
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