WO2024053294A1 - ロボットハンド - Google Patents

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WO2024053294A1
WO2024053294A1 PCT/JP2023/028188 JP2023028188W WO2024053294A1 WO 2024053294 A1 WO2024053294 A1 WO 2024053294A1 JP 2023028188 W JP2023028188 W JP 2023028188W WO 2024053294 A1 WO2024053294 A1 WO 2024053294A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
actuator
frame member
robot hand
root
curved
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/028188
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English (en)
French (fr)
Inventor
俊吾 藤田
春樹 美濃島
信吾 大野
聡 吉泉
賢 間淵
毅 宮崎
Original Assignee
株式会社ブリヂストン
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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 WO2024053294A1 publication Critical patent/WO2024053294A1/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
    • 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 book is about robot hands.
  • 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 a frame member that is arranged along a cylinder axis direction to support the root actuator, has an expandable portion that expands and contracts in accordance with the curved deformation of the root actuator, and that curves and deforms in accordance with the curved deformation of the root actuator; , a plurality of base actuators are installed spaced apart in the extending direction of the base actuator so that one end is fixed to the frame member and the other end is a free end so as to extend in a direction intersecting the cylinder axis; It includes a cylindrical finger actuator whose one side of the cylindrical circumference contracts and curves in the axial direction of the cylinder in response to an increase in internal pressure.
  • 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 is arranged along the cylindrical axis direction of the root actuator to support the root actuator, has an extensible part that expands and contracts following the curved deformation of the root actuator, and is curved and deformed to follow the curved deformation of the root actuator. do.
  • the frame member has a plurality of finger actuators spaced apart in the direction of extension of the base actuator such that one end is fixed and the other end is a free end so as to extend in a direction intersecting the cylindrical axis of the base actuator. Multiple units are installed.
  • the root actuator is supported by the frame member and curves in response to an increase in internal pressure.
  • the frame member follows the curved deformation of the root actuator by expanding or contracting the expandable portion.
  • one ends of the plurality of finger actuators can change the mutual positional relationship. Therefore, the positional relationship of the plurality of finger actuators can be changed depending on the position, shape, etc. of the object to improve performance such as gripping and movement.
  • the robot hand according to a second aspect is the robot hand according to the first aspect, in which the frame member has a support section member provided at each of the attachment positions of the plurality of finger actuators, and the extensible parts The support joint members are connected to each other.
  • the finger actuators are arranged on the support joint members, and the support joint members are connected to each other by the telescopic portion, so that the support position and the position of the telescopic portion can be shifted in the direction of the cylinder axis, resulting in balance.
  • the base actuator can be operated easily.
  • the telescopic portion is constituted by a leaf spring that curves following the curved deformation of the root actuator.
  • the telescopic portion can be easily constructed using a leaf spring.
  • a fourth aspect of the robot hand is the robot hand of any one of the first to third 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.
  • a robot hand according to a fifth aspect is the robot hand according to any one of the first to fourth aspects, in which the frame member is integrally molded.
  • the frame member can be easily formed integrally.
  • performance can be improved by easily changing the positional relationship between a plurality of finger actuators.
  • FIG. 2 is a perspective view of the robot hand according to the first embodiment, viewed from the inside of a curve.
  • FIG. 2 is a perspective view of the robot hand according to the first embodiment, viewed from the inside of a curve. It is a partially exploded perspective view of a root actuator.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the root actuator.
  • FIG. 3 is a plan view of the finger actuator.
  • FIG. 3 is a top view showing the operating state of the robot hand according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of a support section member that is a part of the frame member, viewed from the inside of the curve.
  • FIG. 3 is a perspective view of a support section member that is a part of the frame member, viewed from the outside of the curve.
  • FIG. 2 is a perspective view of the robot hand (after operation) according to the first embodiment, seen from the inside of the curve.
  • FIG. 7 is a perspective view of the robot hand (before operation) according to the second embodiment, seen from the inside of the curve.
  • FIG. 7 is a top view of the robot hand (before operation) according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view of the robot hand (after operation) according to the second embodiment, seen from the inside of the curve.
  • FIG. 7 is a top view of the robot hand (after operation) according to the second embodiment.
  • First embodiment> 1 and 2 are perspective views 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 includes an actuator main body 22 and sealing members 30A and 30B (see FIG. 4).
  • the root actuator 20 has a cylindrical shape as a whole.
  • the actuator main body portion 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 axial direction when compressed air is not supplied to the tube 24 and the tube 24 is straight is defined as the "axial direction S.”
  • the axis of the tube 24 when the root actuator 20 is curved will be referred to as the "curving axis SR.”
  • 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.
  • NBR nitrile rubber
  • 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, and the oriented cords intersect with the axial 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 restraining member 28 is shaped like a long plate, and its longitudinal direction is arranged along the axial direction S of the tube 24.
  • the restraining member 28 covers a part of the outer periphery 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 sealing member 30A includes a sealing connector 32, a locking ring 34, and a caulking 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 larger diameter than the outer diameter of the tube 24, and an insertion portion 32B is formed extending in the axial direction S from the center of one end side of the lid portion 32A.
  • a fixing hole 32C for fixing to a frame member 60, which will be described later, is formed on the opposite side of the lid section 32A from the insertion section 32B.
  • 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 metal such as stainless steel can be suitably used, but it 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 to extend in the axial direction S at the radial center of the insertion portion 32B, and communicates with the connection portion C on the side surface of the lid portion 32A.
  • An air supply hose (not shown) is connected to the connection portion C, 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.
  • the locking ring 34 can be made of metal, hard plastic, fiber, rubber, or other materials.
  • the caulking member 36 is arranged to cover the portion of the outer periphery of the actuator body 22 into which the insertion portion 32B is inserted, and caulks the actuator body 22 to the sealing connector 32. Thereby, the actuator main body portion 22 is fixed to the sealed connector 32.
  • the caulking member 36 metals such as aluminum alloy, brass, and iron can be used.
  • the sealing member 30B has a sealing connector 32, a locking ring 34, and a caulking member 36 similar to the sealing member 30A. However, the fixed hole 32C, the connecting portion C, and the flow path R are not formed in the sealed connector 32.
  • the root actuator 20 is used such that the sealing member 30A on one end side is fixed to a fixing part 67, which will be described later, and the sealing member 30B on the other end side is a free end.
  • the actuator main body 22 When compressed air flows in from the connection part C via the air supply hose, the pressure inside the root actuator 20 increases. Due to the increase in internal pressure, the tube 24 is elastically deformed and expanded, the sleeve 26 is deformed like a pantograph so that the angle ⁇ becomes larger, and a force is applied in a direction that causes the length of the actuator body 22 to contract. At this time, since the contraction of the outer peripheral side wall of the actuator main body 22 on which the restraining member 28 is arranged is regulated, the actuator main body 22 has an outer peripheral wall ( (hereinafter referred to as "curved inner wall 22A”) contracts.
  • curved inner wall 22A an outer peripheral wall
  • the restraining member 28 is deflected and deformed, and the entire actuator main body 22 is curved, as shown by the double-dashed line in FIG.
  • the curved inner wall 22A which is one side of the cylinder side wall, contracts in the axial direction S and curves as the internal pressure inside the cylinder increases.
  • the five finger actuator 40 has the same configuration as the root actuator 20, and includes an actuator main body 22H and sealing members 30AH and 30BH.
  • An actuator main body 22H corresponding to the actuator main body 22 includes a tube 24H, a sleeve 26H, and a restraining member 28H.
  • all the constituent members of the base actuator 20 will be indicated by adding H to the end of the reference numeral of each constituent member.
  • the fixing hole 32CH is formed of a pair of holes.
  • the sealing member 30BH has an R-shaped tip.
  • the frame member 60 includes a plurality of support joint members 61 (10 pieces in this embodiment), and the support joint members 61 are connected in the axial direction S to the root actuator 20. It is configured to follow. Since the cylindrical axis directions of the root actuator 20 and the frame member 60 substantially match, the axial direction of the frame member 60 is also referred to as the axial direction S.
  • a fixing portion 67 is provided at one end of the frame member 60 in the axial direction S, and a tip support base 68 is provided at the other end.
  • the frame member 60 is integrally formed of a resin material.
  • the resin material is not particularly limited, but polyamide resin can be suitably used.
  • resin materials ABS, polyurethane, polyester, polyethylene, etc.
  • resin materials ABS, polyurethane, polyester, polyethylene, etc.
  • it may be formed of a material other than resin or a metal material, and an alloy of aluminum and magnesium can be suitably used in consideration of lightness and strength.
  • resin material and metal material it is preferable that they can be integrally molded using a 3D printer or the like.
  • each support segment member 61 is integrally formed and includes an annular portion 62, a support portion 63, a guide portion 64, and a hinge member 65.
  • the annular portion 62 has a cylindrical shape, and the root actuator 20 can be inserted into the cylinder.
  • the curved inner side of the root actuator 20 inserted through the frame member 60 will be referred to as the "curved inner side RI”, and the curved outer side will be referred to as the “curved outer side RO".
  • the side of the support section member 61 to which the finger actuator 30 is attached is referred to as the "lower side", and the opposite side thereof is referred to as the "upper side”.
  • the cylindrical axis direction of each support joint member 61 is referred to as "axial direction S0.”
  • the axial direction S0 substantially coincides with the axial direction S when the root actuator 20 is non-curved (straight).
  • the direction along the curved inner side RI and the curved outer side RO is indicated by an arrow X in the figure.
  • An intermediate opening 62A is formed in the intermediate portion of the annular portion 62 in the axial direction S0.
  • the intermediate opening 62A opens upward.
  • Both outer ends of the annular portion 62 in the axial direction S0 are cut out diagonally when viewed from above so that the length in the axial direction S0 becomes shorter toward the inside of the curve from a hinge member 65, which will be described later.
  • a bottom portion 62B having a flat lower surface is formed on the opposite side (lower side) of the intermediate opening 62A of the annular portion 62, and a mounting hole 62C is formed in the bottom portion 62B.
  • a hinge member 65 is integrally provided on the curved outer side RO of the annular portion 62.
  • the hinge member 65 has a telescopic portion 65A and a connecting portion 65B.
  • the connecting portion 65B extends downward so as to be flush with and continuous with the curved outer RO wall of the annular portion 62, the curved inner RI surface is flat, and the curved outer RO surface is aligned in the cylinder axis direction. It has an R-shape in which the thickness at the center is thicker.
  • the extensible portion 65A is formed of a plate spring having a semi-cylindrical shape in which the direction perpendicular to the axial direction S0 is the axial direction (hereinafter referred to as "axial direction Z"), and due to elastic deformation, it can be connected to one end in the circumferential direction. The other end can be extended in the direction of separation.
  • the extensible portion 65A is elastically deformable so that the curvature of the arc viewed from the axial direction Z becomes smaller (the degree of curvature becomes smaller).
  • the extendable portion 65A is fixed to the ends of the adjacent connecting portions 65B, and connects the connecting portions 65B of the adjacent support section members 61 to each other. Thereby, the hinge member 65 is relatively movable around the expandable portion 65A so that the angle between the adjacent connecting portions 65B on the curved inner side RI side changes.
  • a support portion 63 is provided below the bottom portion 62B of the annular portion 62.
  • the support portion 63 is plate-shaped, and a pair of attachment holes 63A are formed at positions corresponding to the attachment holes 62C.
  • one end side of the support part 63 in the cylinder axis direction is cut out diagonally so that the curved outer side RO becomes longer in the axial direction S0 when viewed from below, and overlaps with the connecting part 65B of the adjacent support joint member 61. It extends in the axial direction S0 so as to.
  • the overlapping portion is in contact with the bottom 62B of the annular portion 42 of the adjacent support section member 61, and supports the bottom 62B from below.
  • one end side of the support part 63 in the axial direction S0 is disposed apart from the connection part 65B by an amount that protrudes from the connection part 65B of the elastic part 65A toward the curved inner side RI, and is spaced apart from the connection part 65B in the cylinder axis direction.
  • An engaging portion 63B is formed on the curved outer side RO on one end side.
  • the engaging portion 63B has a concave shape obtained by cutting out the curved outer side RO of the support portion 63 at one end in the axial direction S0, and is engaged with the expandable portion 65A.
  • one end side of the support portion 63 in the axial direction S0 will be referred to as the "support convex end 63C", and the other end side will be referred to as the "other support end 63D”.
  • a guide portion 64 is provided inside the upper part of the annular portion 62.
  • the guide portion 64 has a pin shape, and its longitudinal direction is arranged along the axial direction S.
  • the guide portion 64 extends so as to overlap the annular portion 62 of the support section member 61 adjacent to one side in the axial direction S0, and comes into contact with the inner side of the upper wall of the adjacent support section member 61. 61 also move relative to each other while being in contact with the inside of the upper wall. That is, in the adjacent support section members 61, the support section member 61 on one side is supported from below by the guide section 64 of the support section member 61 on the other side.
  • the plurality of support joint members 61 are continuously arranged in the axial direction S, and are connected to each other by the expandable portion 65A to constitute the frame member 60.
  • a fixing portion 67 is provided at one end of the frame member 60.
  • the fixing portion 67 is arranged so as to close the opening in the cylinder axis direction of the support section member 61 on the one end side.
  • a fixing pin 67A is inserted into the fixing hole 32C of the root actuator 20, and the base end side of the root actuator 20 is fixed to the frame member 60.
  • a tip support stand 68 is provided on the other end side of the frame member 60.
  • the tip support stand 68 has a pedestal part 68A extending from the bottom part 62B of the support segment member 61 disposed at the other end, and a pedestal connecting part 68B connected to the extendable part 65A of the support segment member 61. There is.
  • the root actuator 20 is inserted into the annular portion 62 of the frame member 60, and its base end side (sealing member 30A side) is fixed to a fixing portion 67 on one end side.
  • the tip end side (sealing member 30B side) of the root actuator 20 is placed on the pedestal portion 68A of the tip support stand 68.
  • One end of the root actuator 20 is a free end, and the root actuator 20 is movable in the axial direction S within the frame member 60.
  • the finger actuator 40 has its proximal end (sealing member 30AH side) attached to the support portion 63 of the frame member 60.
  • a pair of fixing holes 32CH are formed in the sealing member 30AH of the finger actuator 40, and a fixing screw (not shown) is inserted through the mounting hole 62C of the bottom part 62B and the pair of mounting holes 63A formed in the support part 63. ).
  • the tip of the finger actuator 40 (on the sealing member 30BH side) is a free end.
  • the restraining member 28H of the finger actuator 40 is arranged on the curved outer side RO.
  • An air supply hose (not shown) is connected to each connection portion CH of the five finger actuators 40.
  • compressed air is introduced from the connection CH via the air supply hose, the pressure within the finger actuator 40 increases. Then, the finger actuator 40 curves and deforms so that the curved inner side RI becomes the inner side due to the increase in internal pressure.
  • the robot hand 10 When grasping the object OB, the robot hand 10 is moved to the vicinity of the object OB, and compressed air is supplied to the base actuator 20 via the air supply hose. Thereby, the root actuator 20 curves and deforms in accordance with the internal pressure so that the curved inner side RI becomes the inner side.
  • the relative positions of the proximal ends of the five finger actuators 40 change, from being lined up in a straight line (axial direction S) to being lined up on a curved line (curving axis SR).
  • compressed air is supplied to the finger actuator 40 via the air supply hose.
  • the gripping source actuator 40 curves and deforms in accordance with the internal pressure so that the curved inner side RI becomes the inner side.
  • the pressure of the compressed air supplied through the air supply hose is adjusted, and as shown in FIG. can be grasped.
  • the relative positions of one ends of the plurality of finger actuators 40 can be easily moved using the root actuator 20. Thereby, performance can be improved depending on the position, shape, etc. of the target object.
  • the finger actuator 40 is arranged on the support joint member 61, and the support joint members 61 are connected to each other by the telescopic portion 65A, so that it is possible to shift the support position and the position of the telescopic portion 65A in the axial direction S.
  • the base actuator 20 can be operated in a well-balanced manner.
  • the telescopic portion 65A is formed of a leaf spring, the telescopic portion 655A can be easily configured. Further, by using a resin material, the expandable portion 65A can be easily manufactured as a part of the support section member 61. Furthermore, the restoring force of the leaf spring applies force to the base actuator 20 in the direction to eliminate the curvature, so after the gripping operation is finished and the compressed air is discharged, the base actuator 20 is returned to its original straight state. It can be returned smoothly.
  • 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.
  • each support joint member 61 in the frame member 60 has the support convex end 63C of the support portion 63 and the guide portion 64, and when the frame member 60 is curved and deformed, the adjacent support joint member 61 is Move relative while supporting. Therefore, it is possible to suppress twisting (a state in which the distal end and the proximal end are separated from the same plane to opposite sides) when the frame member 60 is deformed in a curved manner.
  • the robot hand 10 grasps one object OB has been described, but the robot hand 10 can also gather or move a plurality of objects OB. It can also be suitably used.
  • the robot hand 70 of this embodiment includes a base actuator 20, five finger actuators 40, and a frame member 72.
  • the root actuator 20 and the five finger actuators 40 the same ones as in the first embodiment can be used.
  • the frame member 72 includes a plurality of support joint members 73 (five in this embodiment), and the support joint members 73 are connected in the axial direction S by a leaf spring elastic member 75, so that the support joint members 73 are connected to the frame member 72 along the root actuator 20. 72 are configured.
  • a fixing portion 77 is provided at one end of the frame member 72 in the axial direction S.
  • the frame member 72, including the leaf spring extensible member 75, is integrally formed of a resin material.
  • the resin 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.
  • it may be formed of a material other than resin or a metal material, and an alloy of aluminum and magnesium can be suitably used in consideration of lightness and strength. In both cases of resin material and metal material, it is preferable that they can be integrally molded using a 3D printer or the like.
  • An insertion hole 74 through which the root actuator 20 is inserted is formed in the support section member 73.
  • a connecting portion 76 is formed on the curved outer side RO of the support section member 73, a thin wall portion 79 is formed on the curved inner side RI, and a mounting portion 78 is formed below the insertion hole 74.
  • the connecting portion 76 is provided on the curved outer RO side of the insertion hole 74, and both ends in the axial direction S are connected to the leaf spring extensible member 75.
  • the thin portion 79 has a shorter length in the axial direction S than the connecting portion 76, and is tapered from the curved outer side RO side toward the curved inner side RI.
  • the plate spring extensible member 75 has an arc shape in which the plate surface protrudes toward the curved outer side RO in an initial state, and is elastically deformable so that both ends of the arc are separated.
  • the finger actuator 40 has its base end side (sealing member 30AH side) attached to the attachment portion 78 of the frame member 72.
  • the tip of the finger actuator 40 (on the sealing member 30BH side) is a free end.
  • the restraining member 28H of the finger actuator 40 is arranged on the curved outer side RO.
  • the base end side (sealing member 30A side) of the root actuator 20 is inserted into the insertion hole 74 and fixed to the fixing part 77 with a jig 77A.
  • the distal end side (sealing member 30B side) of the root actuator 20 is inserted into the insertion hole 74 of the support segment member 73 disposed at the distalmost side, and is a free end.
  • the root actuator 20 is movable in the axial direction S within the frame member 72.
  • the robot hand 70 When grasping an object to be grasped, the robot hand 70 is moved near the object to be grasped, and compressed air is supplied to the base actuator 20 via the air supply hose. Thereby, the root actuator 20 curves and deforms in accordance with the internal pressure so that the curved inner side RI becomes the inner side.
  • the relative positions of the proximal end portions of the five finger actuators 40 change, from being lined up in a straight line to being lined up on a curved line.
  • compressed air is supplied to the finger actuator 40 via the air supply hose.
  • the gripping source actuator 40 curves and deforms in accordance with the internal pressure so that the curved inner side RI becomes the inner side.
  • the object to be gripped can be gripped by the force associated with the curvature.
  • the relative positions of one ends of the plurality of finger actuators 40 can be easily moved using the root actuator 20. Thereby, the gripping performance can be improved depending on the position, shape, etc. of the object to be gripped.

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Abstract

ロボットハンドは、筒内の内圧上昇により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の筒軸方向に沿って配置されて根元アクチュエータを支持し、根元アクチュエータの湾曲変形に追従して伸縮する伸縮部を有するフレーム部材と、筒軸と交差する方向に延出するように、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、筒内の内圧上昇により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や移動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の筒軸方向に沿って配置されて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湾曲変形に追従して伸縮する伸縮部を有し、前記根元アクチュエータの湾曲変形に追従して湾曲変形するフレーム部材と、前記筒軸と交差する方向に延出するように、前記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の筒軸方向に沿って配置されて根元アクチュエータを支持し、根元アクチュエータの湾曲変形に追従して伸縮する伸縮部を有し、根元アクチュエータの湾曲変形に追従して湾曲変形する。また、フレーム部材には、複数の指アクチュエータが、根元アクチュエータの筒軸と交差する方向に延出するように、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ている。
　根元アクチュエータは、内圧上昇に応じて、フレーム部材に支持され湾曲する。フレーム部材は、伸縮部が伸長又は収縮により、根元アクチュエータの湾曲変形に追従する。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、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、把持や移動など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、前記フレーム部材は、複数の前記指アクチュエータの取付位置に各々設けられた支持節部材を有し、前記伸縮部は、隣り合う前記支持節部材同士を連結する。
　第２の態様のロボットハンドでは、支持節部材に指アクチュエータを配置し、この支持節部材同士を伸縮部で連結するので、支持位置と伸縮部の位置を筒軸方向にずらすことができ、バランス良く根元アクチュエータを作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、前記伸縮部は、前記根元アクチュエータの湾曲変形に追従して湾曲する板バネにより構成されている。
　第３の態様のロボットハンドでは、板バネにより、簡易に伸縮部を構成することができる。
　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４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。
　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、前記フレーム部材は一体成形されている。
　第５の態様のロボットハンドによれば、フレーム部材を一体的に簡易に形成することができる。
　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性能を向上させることができる。
第１実施形態に係るロボットハンドを湾曲内側から見た斜視図である。 第１実施形態に係るロボットハンドを湾曲内側から見た斜視図である。 根元アクチュエータの一部分解斜視図である。 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平面図である。 第１実施形態に係るロボットハンドの動作状態を示す上面図である。 フレーム部材の一部である支持節部材を湾曲内側から見た斜視図である。 フレーム部材の一部である支持節部材を湾曲外側から見た斜視図である。 第１実施形態に係るロボットハンド（動作後）を湾曲内側から見た斜視図である。 第２実施形態に係るロボットハンド（動作前）を湾曲内側から見た斜視図である。 第２実施形態に係るロボットハンド（動作前）の上面図である。 第２実施形態に係るロボットハンド（動作後）を湾曲内側から見た斜視図である。 第２実施形態に係るロボットハンド（動作後）の上面図である。
　以下、図面を参照して本開示の技術を実現する実施形態を詳細に説明する。
　なお、作用、機能が同じ働きを担う構成要素及び処理には、全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明を適宜省略する場合がある。また、本開示は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
　＜第１実施形態＞
　図１及び図２は、本開示の第１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。
　＜根元アクチュエータ２０＞
　図３に示されるように、根元アクチュエータ２０は、アクチュエータ本体部２２、封止部材３０Ａ、３０Ｂ（図４参照）を備えている。根元アクチュエータ２０は、全体として筒状とされている。
　図４にも示されるように、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に圧縮空気が供給されず、チューブ２４が直線状のときの軸方向を「軸方向Ｓ」とする。後述するように、根元アクチュエータ２０が湾曲したときの、チューブ２４の軸を「湾曲軸ＳＲ」と称する。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。
　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。
　封止部材３０Ａは、封止コネクタ３２ 、係止リング３４、及びかしめ部材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、蓋部３２Ａの一端側の中央から、挿入部３２Ｂが軸方向Ｓに延出形成されている。蓋部３２Ａの挿入部３２Ｂと反対側には、後述するフレーム部材６０へ固定するための固定孔３２Ｃが形成されている。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。封止部材３０Ａ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４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の径方向中央部で軸方向Ｓに延出形成されると共に、蓋部３２Ａの側面の接続部Ｃと連通されている。接続部Ｃ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。
　かしめ部材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。かしめ部材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。
　封止部材３０Ｂは、封止部材３０Ａと同様の、封止コネクタ３２ 、係止リング３４、及びかしめ部材３６を有している。但し、封止コネクタ３２には、固定孔３２Ｃ、接続部Ｃ及び流路Ｒは形成されていない。
　＜根元アクチュエータの動作＞
　根元アクチュエータ２０は、一端側の封止部材３０Ａが後述する固定部６７に固定され、他端側の封止部材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Ｃ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、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４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が軸方向Ｓ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。
　＜指アクチュエータ＞
　図５に示されるように、５本の指アクチュエータ４０は、根元アクチュエータ２０と同様の構成を有し、アクチュエータ本体部２２Ｈ、封止部材３０ＡＨ、３０ＢＨを備えている。アクチュエータ本体部２２に対応するアクチュエータ本体部２２Ｈは、チューブ２４Ｈ、スリーブ２６Ｈ、及び拘束部材２８Ｈを有している。以下、いずれの構成部材も、根元アクチュエータ２０の各構成の符号の末尾にＨを付したもので示される。
　なお、封止コネクタ３２Ｈには、後述するフレーム部材６０へ指アクチュエータ４０を固定するための一対の固定孔３２ＣＨが形成されている。固定孔３２ＣＨは、一対の孔で形成されている。また、封止部材３０ＢＨは、先端がＲ形状とされている。
　＜フレーム部材＞
　図１、図２に示されるように、フレーム部材６０は、複数の支持節部材６１（本実施形態では１０個）を備え、支持節部材６１が軸方向Ｓに連結されて、根元アクチュエータ２０に沿うように構成されている。根元アクチュエータ２０及びフレーム部材６０の筒軸方向は略一致するため、フレーム部材６０の軸方向についても軸方向Ｓと称する。フレーム部材６０の軸方向Ｓの一端側には、固定部６７が設けられ、他端側には、先端支持台６８が設けられている。フレーム部材６０は、樹脂材料により一体的に形成されている。樹脂材料は、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、樹脂以外の材料、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。樹脂材料、金属材料のいずれの場合にも、３Ｄプリンタ等で一体成形することができることが好ましい。
　図７、図８に示されるように、個々の支持節部材６１は一体的に形成され、環状部６２、支持部６３、ガイド部６４、及びヒンジ部材６５を備えている。
　環状部６２は、筒状とされ、筒内に根元アクチュエータ２０を挿通可能とされている。以下、フレーム部材６０に挿通された根元アクチュエータ２０の湾曲内側を「湾曲内側ＲＩ」といい、湾曲外側を「湾曲外側ＲＯ」という。また、支持節部材６１の指アクチュエータ３０が取り付けられる側を「下側」と称し、その反対側を「上側」と称する。また、個々の支持節部材６１の筒軸方向を「軸方向Ｓ０」と称する。軸方向Ｓ０は、根元アクチュエータ２０が非湾曲状（直線状）の時には、軸方向Ｓと略一致している。また、湾曲内側ＲＩ及び湾曲外側ＲＯに沿った方向を、図中に矢印Ｘで示している。
　環状部６２の軸方向Ｓ０の中間部には、中間開口６２Ａが形成されている。中間開口６２Ａは、上側に開口している。環状部６２の軸方向Ｓ０の両外端は、後述するヒンジ部材６５から湾曲内側に向かって軸方向Ｓ０の長さが短くなるように、上側から見て斜めに切り欠かれている。環状部６２の中間開口６２Ａと反対側（下側）には、下面が平坦状の底部６２Ｂが形成されており、底部６２Ｂには、取付孔６２Ｃが形成されている。
　環状部６２の湾曲外側ＲＯには、ヒンジ部材６５が一体的に設けられている。ヒンジ部材６５は、伸縮部６５Ａ及び連結部６５Ｂを有している。連結部６５Ｂは、環状部６２の湾曲外側ＲＯ壁から面一で連続するように下側へ延出されており、湾曲内側ＲＩの面が平坦状とされ、湾曲外側ＲＯの面が筒軸方向の中央の厚みが厚くなるＲ状とされている。
　伸縮部６５Ａは、軸方向Ｓ０と直交する方向が軸方向（以下「軸方向Ｚ」と称する）となる半筒形状とされた板バネで形成されており、弾性変形により、周方向の一端と他端が離れる方向に伸張可能とされている。言い換えると、伸縮部６５Ａは、その軸方向Ｚから見た弧の曲率が小さくなるように（湾曲度合いが小さくなるように）弾性変形可能とされている。伸縮部６５Ａは、隣り合う連結部６５Ｂ同士の端部に固定され、隣り合う支持節部材６１の連結部６５Ｂ同士を連結している。これにより、ヒンジ部材６５は、伸縮部６５Ａを中心にして、隣り合う連結部６５Ｂ同士の、湾曲内側ＲＩ側で成す角度が変化するように相対移動可能となっている。
　環状部６２の底部６２Ｂの下側には、支持部６３が設けられている。支持部６３は板状とされており、取付孔６２Ｃに対応する位置に一対の取付孔６３Ａが形成されている。また、支持部６３の筒軸方向の一端側は、下側から見て、湾曲外側ＲＯが軸方向Ｓ０に長くなるように斜めに切り欠かれ、隣り合う支持節部材６１の連結部６５Ｂと重複するように軸方向Ｓ０に延出されている。当該重複部分は、隣り合う支持節部材６１の環状部４２の底部６２Ｂに当接され、底部６２Ｂを下側から支持している。また、支持部６３の軸方向Ｓ０の一端側は、伸縮部６５Ａの連結部６５Ｂからの湾曲内側ＲＩへの突出分、連結部６５Ｂと離隔して配置されており、支持部６３の筒軸方向の一端側の湾曲外側ＲＯには、係合部６３Ｂが形成されている。係合部６３Ｂは、支持部６３の軸方向Ｓ０の一端側の湾曲外側ＲＯを切り欠いた凹状とされており、伸縮部６５Ａが係合されている。以下、支持部６３の軸方向Ｓ０の一端側を「支持凸端６３Ｃ」と称し、他端側を「支持他端６３Ｄ」と称する。
　環状部６２の上部内側には、ガイド部６４が設けられている。ガイド部６４は、ピン状とされ、長手方向が軸方向Ｓに沿って配置されている。ガイド部６４は、一方側に隣り合う支持節部材６１の環状部６２と軸方向Ｓ０に重複するように延出されており、隣り合う支持節部材６１の上壁内側に当接し、支持節部材６１同士の相対移動の時にも、上壁内側に当接されつつ移動する。すなわち、隣り合う支持節部材６１は、一方側の支持節部材６１が他方側の支持節部材６１のガイド部６４により下側から支持されている。
　複数の支持節部材６１は、軸方向Ｓに連続して並び、伸縮部６５Ａにより互いに連結されてフレーム部材６０を構成している。図１及び図２に示されるように、フレーム部材６０の一端側には、固定部６７が設けられている。固定部６７は、一端側の支持節部材６１の筒軸方向の開口を塞ぐように配置されている。固定部６７には、固定用のピン６７Ａが根元アクチュエータ２０の固定孔３２Ｃへ挿入され、根元アクチュエータ２０の基端部側がフレーム部材６０に固定される。
　フレーム部材６０の他端側には、先端支持台６８が設けられている。先端支持台６８は、他端に配置された支持節部材６１の底部６２Ｂから延出された台座部６８Ａ、及び、支持節部材６１の伸縮部６５Ａと連結された台座連結部６８Ｂを有している。
　根元アクチュエータ２０は、フレーム部材６０の環状部６２に挿入され、基端側（封止部材３０Ａ側）は一端側の固定部６７に固定されている。根元アクチュエータ２０の先端側（封止部材３０Ｂ側）は、先端支持台６８の台座部６８Ａ上に載置されている。根元アクチュエータ２０の一端側は自由端とされており、根元アクチュエータ２０はフレーム部材６０内で軸方向Ｓに移動可能とされている。
　指アクチュエータ４０は、フレーム部材６０の支持部６３に基端側（封止部材３０ＡＨ側）が取り付けられている。指アクチュエータ４０の封止部材３０ＡＨには、一対の固定孔３２ＣＨが形成されており、底部６２Ｂの取付孔６２Ｃ及び支持部６３に形成された一対の取付孔６３Ａを介して、固定ねじ（不図示）を用いて固定されている。指アクチュエータ４０の先端（封止部材３０ＢＨ側）は自由端とされている。指アクチュエータ４０の拘束部材２８Ｈは、湾曲外側ＲＯに配置されている。
　５本の指アクチュエータ４０の各々の接続部ＣＨには、空気供給ホース（不図示）が接続されている。空気供給ホースを介して接続部ＣＨから圧縮空気を流入させると、指アクチュエータ４０内の圧力が上昇する。そして、指アクチュエータ４０は、内圧上昇により、湾曲内側ＲＩが内側となるように湾曲変形する。
　次に、本実施形態のロボットハンド１０の動作について説明する。
　対象物ＯＢを把持する際には、ロボットハンド１０を対象物ＯＢの近傍に移動させ、空気供給ホースを介して、根元アクチュエータ２０へ圧縮空気を供給する。これにより、根元アクチュエータ２０は、内圧に応じて湾曲内側ＲＩが内側になるように湾曲変形する。
　当該湾曲変形によりフレーム部材６０は、各々の環状部６２の湾曲内側ＲＩに力が作用し、図６及び図９に示されるように、ヒンジ部材６５は、伸縮部６５Ａを中心にして、隣り合う連結部６５Ｂ同士の角度が小さくなるように変形する。このとき、伸縮部６５Ａは、弾性変形により、周方向の一端と他端が離れる方向に伸張する。また、隣り合う支持部６３の、支持凸端６３Ｃと支持他端６３Ｄの間の角度が小さくなると共に、支持凸端６３Ｃの上面が隣り合う支持部６３の底部６２Ｂを支持しつつ相対移動する。さらに、ガイド部６４は、隣り合う支持節部材６１の上壁内側に当接されつつ相対移動する。このようにして、フレーム部材６０は、根元アクチュエータ２０の湾曲変形に追従して湾曲変形する。
　フレーム部材６０の湾曲変形により、５本の指アクチュエータ４０の基端部の相対位置は変化し、一直線上（軸方向Ｓ）に並ぶ状態から湾曲線上（湾曲軸ＳＲ）に並ぶ状態となる。この状態で、空気供給ホースを介して、指アクチュエータ４０へ圧縮空気を供給する。これにより、把持用元アクチュエータ４０は、内圧に応じて湾曲内側ＲＩが内側になるように湾曲変形する。
　空気供給ホースを介して供給する圧縮空気の圧力を調整し、図９に示すように、複数の指アクチュエータ４０の先端部の間に対象物ＯＢを挟み、当該湾曲に伴う力により、対象物１２を把持することができる。
　本実施形態のロボットハンド１０によれば、複数の指アクチュエータ４０の一端の相対位置を、根元アクチュエータ２０を用いて容易に移動させることができる。これにより、対象物の位置や形状等に応じて、性能を向上させることができる。
　また、本実施形態では、支持節部材６１に指アクチュエータ４０を配置し、この支持節部材６１同士を伸縮部６５Ａで連結するので、支持位置と伸縮部６５Ａの位置を軸方向Ｓにずらすことができ、バランス良く根元アクチュエータ２０を作動させることができる。
　また、本実施形態では、伸縮部６５Ａを板バネで形成しているので、簡易に伸縮部６５５Ａを構成することができる。また、樹脂材料を用いることにより、伸縮部６５Ａを支持節部材６１の一部として、容易に製造することができる。さらに、板バネの復元力により、根元アクチュエータ２０へ湾曲が解消される方向へ力を作用させるので、把持等の動作を終えて圧縮空気を流出させた後、根元アクチュエータ２０を元の直線状態にスムーズに戻すことができる。
　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。
　また、本実施形態では、フレーム部材６０における個々の支持節部材６１が、支持部６３の支持凸端６３Ｃ及びガイド部６４を有し、フレーム部材６０の湾曲変形時に、隣接する支持節部材６１を支持しつつ相対移動する。したがって、フレーム部材６０の湾曲変形時における、ねじれ（先端と基端が同一平面から反対側へ離れるような状態）を抑制することができる。
　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ＯＢ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ＯＢ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。
　＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態のロボットハンド７０について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
　図１０及び図１１に示されるように、本実施形態のロボットハンド７０は、根元アクチュエータ２０、５本の指アクチュエータ４０、及びフレーム部材７２を備えている。根元アクチュエータ２０及び５本の指アクチュエータ４０については、第１実施形態と同一のものを用いることができる。
　フレーム部材７２は、複数の支持節部材７３（本実施形態では５個）を備え、支持節部材７３が板バネ伸縮部材７５により軸方向Ｓに連結されて、根元アクチュエータ２０に沿うようにフレーム部材７２が構成されている。フレーム部材７２の軸方向Ｓの一端側には、固定部７７が設けられている。フレーム部材７２は、板バネ伸縮部材７５も含めて、樹脂材料により一体的に形成されている。樹脂材料は、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、樹脂以外の材料、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。樹脂材料、金属材料のいずれの場合にも、３Ｄプリンタ等で一体成形することができることが好ましい。
　支持節部材７３には、根元アクチュエータ２０を挿通する挿通孔７４が形成されている。支持節部材７３の湾曲外側ＲＯには連結部７６が形成され、湾曲内側ＲＩには薄肉部７９が形成され、挿通孔７４の下側には、取付部７８が形成されている。
　連結部７６は、挿通孔７４の湾曲外側ＲＯ側に設けられ、軸方向Ｓの両端が板バネ伸縮部材７５と連結されている。薄肉部７９は、連結部７６よりも軸方向Ｓの長さが短く、湾曲外側ＲＯ側から湾曲内側ＲＩへ向けて先細りとなるようになっている。板バネ伸縮部材７５は、初期状態で板面が湾曲外側ＲＯへ突出する弧状とされており、弧の両端が離れるように弾性変形可能とされている。
　指アクチュエータ４０は、フレーム部材７２の取付部７８に基端側（封止部材３０ＡＨ側）が取り付けられている。指アクチュエータ４０の先端（封止部材３０ＢＨ側）は自由端とされている。指アクチュエータ４０の拘束部材２８Ｈは、湾曲外側ＲＯに配置されている。
　根元アクチュエータ２０の基端側（封止部材３０Ａ側）は、挿通孔７４に挿入され、固定部７７に治具７７Ａにより固定されている。根元アクチュエータ２０の先端側（封止部材３０Ｂ側）は、最も先端側に配置された支持節部材７３の挿通孔７４に挿通されており、自由端とされている。根元アクチュエータ２０はフレーム部材７２内で軸方向Ｓに移動可能とされている。
　次に、本実施形態のロボットハンド７０の動作について説明する。
　把持対象物を把持する際には、ロボットハンド７０を把持対象物の近傍に移動させ、空気供給ホースを介して、根元アクチュエータ２０へ圧縮空気を供給する。これにより、根元アクチュエータ２０は、内圧に応じて湾曲内側ＲＩが内側になるように湾曲変形する。
　当該湾曲変形によりフレーム部材７２は、薄肉部７９に力が作用し、支持節部材７３が湾曲に追従する位置に移動するように板バネ伸縮部材７５が弾性変形により伸張する。これにより、フレーム部材７２は、根元アクチュエータ２０の湾曲変形に追従して湾曲変形する（図１２、図１３参照）。
　フレーム部材７２の湾曲変形により、５本の指アクチュエータ４０の基端部の相対位置は変化し、一直線上に並ぶ状態から湾曲線上に並ぶ状態となる。この状態で、空気供給ホースを介して、指アクチュエータ４０へ圧縮空気を供給する。これにより、把持用元アクチュエータ４０は、内圧に応じて湾曲内側ＲＩが内側になるように湾曲変形する。
　空気供給ホースを介して供給する圧縮空気の圧力を調整し、複数の指アクチュエータ４０の先端部の間に把持対象物を挟み、当該湾曲に伴う力により、把持対象物を把持することができる。
　本実施形態のロボットハンド７０でも、複数の指アクチュエータ４０の一端の相対位置を、根元アクチュエータ２０を用いて容易に移動させることができる。これにより、把持対象物の位置や形状等に応じて、把持性能を向上させることができる。
　２０２２年９月９日に出願された日本国特許出願２０２２-１４４１９６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の筒軸方向に沿って配置されて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湾曲変形に追従して伸縮する伸縮部を有し、前記根元アクチュエータの湾曲変形に追従して湾曲変形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. 　前記フレーム部材は、複数の前記指アクチュエータの取付位置に各々設けられた支持節部材を有し、
    　前記伸縮部は、隣り合う前記支持節部材同士を連結する、
    　請求項１に記載のロボットハンド。
  3. 　前記伸縮部は、前記根元アクチュエータの湾曲変形に追従して湾曲する板バネにより構成されている、請求項２に記載のロボットハンド。
  4. 　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に記載のロボットハンド。
  5. 　前記フレーム部材は一体成形されている、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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