(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被把持物を両側から左右のパッドで挟んで吊り上げる把持装置であって、
前記被把持物の上方に配置され、該被把持物の把持に先駆けて上移動する支持体と、
前記支持体の左右両側にそれぞれ基部が第１、第２のピンと第３、第４のピンとを介して回動自在に連結され、先部が該基部より左右外側の下方位置に配置され、該それぞれの基部を中心として同期して回動する左右対称形状の斜め下向きの第１、第２の平行リンクと、
前記第１、第２の平行リンクの先部に第５、第６のピンと、第７、第８のピンを介してそれぞれ回動自在に連結された左右の連結部材と、
前記左右の連結部材の内側にあって、基部が前記左右の連結部材にそれぞれ第９、第１０のピンと第１１、第１２のピンを介して回動自在に連結され斜め上向きに保持された第３、第４の平行リンクと、
前記第３、第４の平行リンクの先部に第１３、第１４のピンと第１５、第１６のピンを介して回動自由にそれぞれ設けられ、垂直状態を維持しながら対向配置される前記左右のパッドとを有し、
更に、前記第３、第４の平行リンクの先部にそれぞれ設けられている前記左右のパッドは、前記被把持物を前記第３、第４の平行リンクが水平に対して３°以上３９°以下の範囲の上向き傾斜した状態で把持することを特徴とする把持装置。
【請求項２】
請求項１記載の把持装置において、前記第１、第２の平行リンクの回動を同期させる同期回動手段は、前記支持体の幅方向中央にあって上下方向に移動可能な昇降部材と、該昇降部材にそれぞれ先部が回動自在に連結され、基部が前記第１、第２の平行リンクの対称位置にそれぞれ回動自在に連結された左右の補助連結部材とを有することを特徴とする把持装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の把持装置において、斜め上向きに保持された前記第３、第４の平行リンクは、それぞれ上端部が前記支持体に固定されて長さ調整可能な左右の連結機構によって支持されていることを特徴とする把持装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の把持装置において、斜め上向きに保持された前記第３、第４の平行リンクは、それぞれ前記左右の連結部材と、前記第３、第４の平行リンクとの間に配置されたバネ部材によって支持されていることを特徴とする把持装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の把持装置において、前記左右のパッドの対向する内側面の下部には、把持された前記被把持物を下から抱える掛止つめが設けられていることを特徴とする把持装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の把持装置において、該把持装置はロボットアームの先部に設けられていることを特徴とする把持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な重さを有する柔軟物から高硬度物を把持できる把持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業界ではオートメーション化が進み、種々の分野に産業用ロボットが使用されている。そして、種々の分野で使用されている産業用ロボットが行う主な作業の一つに、ある特定位置に置かれた物体を別の特定位置に移動させる搬送作業がある。ここで、搬送作業を行う産業用ロボットの動作として重要になるのが把持動作であり、この把持動作を確実に行うために、物体を把持するロボットハンドの把持力（ロボットハンドに作用する物体からの反力）が目標把持力となるように制御している（例えば、特許文献１参照）。
また、ひとつの産業用ロボットを使用して重量の異なる物体を把持する場合、又は形状が複雑で柔軟な物体を把持する場合、物体が滑り始める際の滑りを検出したり、摩擦係数を検出したりして、把持力を高精度に制御している（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４５８８３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】前野隆司、外３名、「曲面状弾性体の内部ひずみ分布検出に基づく把持力制御法」、日本機械学会論文集（Ｃ編）、社団法人日本機械学会、１９９８年、第６４巻、第６２０号、ｐ．１２５８−１２６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、非特許文献１に記載されているように、把持力の制御、滑りの検出、摩擦係数の検出には、多くのセンサが必要であり、産業用ロボット（ロボットハンド）の構造が複雑になると共に、製造コストが高くなるという問題がある。また、産業用ロボット（ロボットハンド）の機構が複雑になるため、メンテナンスに多くの時間を要するという問題がある。更に、把持する物体が変わる度に、物体の性質（例えば、柔軟度、摩擦係数）に合わせてセンサを交換する必要があり、汎用性に欠けるという問題も生じる。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、センサを使用せず、簡単な構造で、様々な重さを有する柔軟物から高硬度物を把持することが可能な把持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的に沿う本発明に係る把持装置は、被把持物を両側から左右のパッドで挟んで吊り上げる把持装置であって、
前記被把持物の上方に配置され、該被把持物の把持に先駆けて上移動する支持体と、
前記支持体の左右両側にそれぞれ基部が第１、第２のピンと第３、第４のピンとを介して回動自在に連結され、先部が該基部より左右外側の下方位置に配置され、該それぞれの基部を中心として同期して回動する左右対称形状の斜め下向きの第１、第２の平行リンクと、
前記第１、第２の平行リンクの先部に第５、第６のピンと、第７、第８のピンを介してそれぞれ回動自在に連結された左右の連結部材と、
前記左右の連結部材の内側にあって、基部が前記左右の連結部材にそれぞれ第９、第１０のピンと第１１、第１２のピンを介して回動自在に連結され斜め上向きに保持された第３、第４の平行リンクと、
前記第３、第４の平行リンクの先部に第１３、第１４のピンと第１５、第１６のピンを介して回動自由にそれぞれ設けられ、垂直状態を維持しながら対向配置される前記左右のパッドとを有し、
更に、前記第３、第４の平行リンクの先部にそれぞれ設けられている前記左右のパッドは、前記被把持物を前記第３、第４の平行リンクが水平に対して３°以上３９°以下の範囲の上向き傾斜した状態で把持する。
【０００８】
本発明に係る把持装置において、前記第１、第２の平行リンクの回動を同期させる同期回動手段は、前記支持体の幅方向中央にあって上下方向に移動可能な昇降部材と、該昇降部材にそれぞれ先部が回動自在に連結され、基部が前記第１、第２の平行リンクの対称位置にそれぞれ回動自在に連結された左右の補助連結部材とを有することが好ましい。
【０００９】
本発明に係る把持装置において、斜め上向きに保持された前記第３、第４の平行リンクは、それぞれ上端部が前記支持体に固定されて長さ調整可能な左右の連結機構によって支持されていることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る把持装置において、斜め上向きに保持された前記第３、第４の平行リンクは、それぞれ前記左右の連結部材と、前記第３、第４の平行リンクとの間に配置されたバネ部材によって支持することもできる。
【００１１】
本発明に係る把持装置において、前記左右のパッドの対向する内側面の下部には、把持された前記被把持物を下から抱える掛止つめが設けられていることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る把持装置において、該把持装置はロボットアームの先部に設けることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る把持装置においては、左右のパッドが被把持物を間にして対向配置されるように支持体を被把持物の上方に配置した後、第１、第２の平行リンクを同期して左右の連結部材が近づくように回動させると、第３、第４の平行リンクの先部に設けられている左右のパッドの間隔が狭くなり、被把持物を両側から挟む。この状態で、支持体を上昇させると、第３、第４の平行リンクは、水平に対して３°以上３９°以下の範囲で上向き傾斜しているので、被把持物に対する把持力が大きくなって、被把持物を掴み上げることができる。即ち、左右のパッドからの押圧力をＦとし、パッドと被把持物の摩擦係数をμとし、被把持物の質量をｍとすると、２μＦ＞ｍｇ（ｇは重力の加速度）となるように、第３、第４の平行リンクの水平に対する傾斜角度が小さくなるので、被把持物は対となる左右のパッドによってより大きな押圧力（即ち、把持力）で把持される。
【００１４】
この場合、左右の連結部材、第３、第４の平行リンク、及び左右のパッドの片側機材質量と、第１、第２の平行リンクの傾斜角度、第３、第４の平行リンクの傾斜角度をそれぞれ設定して、被把持物に加える把持力の値を調整することで、被把持物に作用する押圧力（即ち、把持力）を最小把持力（即ち、被把持物を落下させない最小の押圧力、ｍｇ／２μ）の１．２〜１．５倍となるようにすることができる。これにより、センサを使用せず、簡単な構造で、実際に被把持物に加える実把持力を、常に被把持物を持ち上げるのに必要な最小の把持力の１．２〜１．５倍とすることができる。その結果、被把持物が、様々な重さを有する柔軟物から高硬度物であっても、被把持物の質量に応じた把持力を発生させて確実に持ち上げることができる。
【００１５】
本発明に係る把持装置において、第１、第２の平行リンクの回動を同期させる同期回動手段が、支持体の幅方向中央にあって上下方向に移動可能な昇降部材と、昇降部材にそれぞれ先部が回動自在に連結され、基部が第１、第２の平行リンクの対称位置にそれぞれ回動自在に連結された左右の補助連結部材とを有する場合、被把持物の上方に支持体を配置した状態で、被把持物に対して左右のパッドを同期させて移動（接近）させることができ、被把持物に対して左右のパッド間の距離を容易に調整することができる。
【００１６】
本発明に係る把持装置において、斜め上向きに保持された第３、第４の平行リンクが、それぞれ上端部が支持体に固定されて長さ調整可能な左右の連結機構によって支持されている場合、第３、第４の平行リンクの自重の作用の全部又は一部を除去することができ、第３、第４の平行リンクによる締め付け力の下限値を小さく設定でき、耐荷重の小さな被把持物（例えば、豆腐、トマト）の把持が可能になる。
【００１７】
本発明に係る把持装置において、斜め上向きに保持された第３、第４の平行リンクが、それぞれ左右の連結部材と、第３、第４の平行リンクとの間に配置されたバネ部材によって支持されている場合、第３、第４の平行リンクの自重の作用の全部又は一部を除去することができ、第３、第４の平行リンクによる締め付け力の下限値を小さく設定でき、耐荷重の小さな被把持物（例えば、豆腐、トマト）の把持が可能になる。
【００１８】
本発明に係る把持装置において、左右のパッドの対向する内側面の下部に、把持された被把持物を下から抱える掛止つめが設けられている場合、把持した被把持物を安定して保持することができる。
【００１９】
本発明に係る把持装置において、把持装置をロボットアームの先部に設ける場合、ロボットアームの機能を安価かつ容易に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る把持装置の説明図である。
【図２】変形例に係る左右のパッドの説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係る把持装置の作用を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る把持装置の説明図である。
【図５】実施例における被把持物の相関関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る把持装置１０は、図示しないロボットアームの先部に設けられており、載置台１１上に置かれた被把持物１２を両側から左右のパッド１３、１４で挟んで吊り上げるものである。この把持装置１０は、被把持物１２の上方に配置され、被把持物１２の把持に先駆けて上移動する支持体１５と、支持体１５の左右両側にそれぞれ基部が第１、第２のピン１６、１７と第３、第４のピン１８、１９とを介して回動自在に連結され、先部が基部より左右外側の下方位置に配置され、それぞれの基部を中心として同期して回動する左右対称形状の斜め下向きの第１、第２の平行リンク２０、２１と、第１、第２の平行リンク２０、２１の先部に第５、第６のピン２２、２３と、第７、第８のピン２４、２５を介してそれぞれ回動自在に連結された左右の連結部材２６、２７と、左右の連結部材２６、２７の内側にあって、基部が左右の連結部材２６、２７にそれぞれ第９、第１０のピン２８、２９と第１１、第１２のピン３０、３１を介して回動自在に連結され斜め上向きとなった第３、第４の平行リンク３２、３３と、第３、第４の平行リンク３２、３３の先部に第１３、第１４のピン３４、３５と第１５、第１６のピン３６、３７を介して回動自由にそれぞれ設けられ、垂直状態を維持しながら対向配置される左右のパッド１３、１４とを有している。更に、第３、第４の平行リンク３２、３３の先部にそれぞれ設けられている左右のパッド１３、１４は、被把持物１２を第３、第４の平行リンク３２、３３が水平に対して４０度未満の上向き傾斜した状態で把持している。以下、詳細に説明する。
【００２２】
支持体１５は、上部にロボットアームの先部に連結される図示しない連結手段を備えた、例えば、左右対称な形状の取付け固定部３８を有している。そして、取付け固定部３８の下側には、取付け固定部３８の幅方向両側に対向して第１、第２の平行リンク２０、２１の基部が回動可能に連結されている。
【００２３】
ここで、第１の平行リンク２０は、上下方向に間隔を設けて平行に対向配置された対となる板材３９、４０を、第２の平行リンク２１は、上下方向に間隔を設けて平行に対向配置された対となる板材４１、４２をそれぞれ備えている。なお、横又は縦に配置された板材３９〜４２は同一形状で、断面多角形又は円形の棒材であってもよい（以下の実施の形態における板材においても同じ）。そして、板材３９、４０の基部は、それぞれ第１、第２のピン１６、１７を介して取付け固定部３８の左下側に取付けられている。
また、板材４１、４２の基部は、それぞれ第３、第４のピン１８、１９を介して取付け固定部３８の右下側に取付けられている。なお、符号４３、４４、４５、４６は、取付け固定部３８に設けられた第１〜第４のピン１６〜１９の軸受けである。
【００２４】
更に、把持装置１０は、支持体１５の取付け固定部３８の幅方向中央にあって上下方向に移動可能な昇降部材４７と、昇降部材４７にそれぞれ先部が、例えば、第１の連結ピン４８を介して回動自在に連結され、基部が第１、第２の平行リンク２０、２１の板材３９、４１の対称位置にそれぞれ、例えば、第２、第３の連結ピン４９、５０を介して回動自在に連結された左右の補助連結部材の一例である連結ロッド５１、５２とを有する同期回動手段５３を備えている。そして、支持体１５は、取付け固定部３８の幅方向中央に取付けられ、その幅方向中央に上下方向に沿って凹溝５４が形成されたスライドレール５５を有し、昇降部材４７は凹溝５４内に上下方向に移動可能に収納されている。
これによって、被把持物１２の上方に支持体１５を配置し、昇降部材４７を上下して、第１、第２の平行リンク２０、２１を基部を中心として同期して回動させることができる。その結果、被把持物１２に対して左右のパッド１３、１４を同期させて移動させることが可能になって、被把持物１２に対して左右のパッド１３、１４間の距離を容易に調整することができる。
【００２５】
左右の連結部材２６、２７は、それぞれ板材又は棒材で構成されている。ここで、左の連結部材２６の上側は、第１の平行リンク２０の板材３９、４０の先部と、それぞれ第５、第６のピン２２、２３を介して回動自在にそれぞれ連結されている。また、右の連結部材２７の上側は、第２の平行リンク２１の板材４１、４２の先部と、それぞれ第７、第８のピン２４、２５を介して回動自在にそれぞれ連結されている。なお、符号５６、５７は、左の連結部材２６の上側に設けられた第５、第６のピン２２、２３の軸受け、符号５８、５９は、右の連結部材２７の上側に設けられた第７、第８のピン２４、２５の軸受けである。
【００２６】
第３の平行リンク３２は、上下方向に間隔を設けて平行に対向配置された対となる板材６０、６１を、第４の平行リンク３３は、上下方向に間隔を設けて平行に対向配置された対となる板材６２、６３をそれぞれ備えている。そして、板材６０、６１、６２、６３は同一形状である。そして、板材６０、６１の基部は、それぞれ第９、第１０のピン２８、２９を介して左の連結部材２６の下側にそれぞれ取付けられている。また、板材６２、６３の基部は、それぞれ第１１、第１２のピン３０、３１を介して右の連結部材２７の下側にそれぞれ取付けられている。なお、符号６４、６５は、左の連結部材２６の下側に設けられた第９、第１０のピン２８、２９の軸受け、符号６６、６７は、右の連結部材２７の下側に設けられた第１１、第１２のピン３０、３１の軸受けである。
【００２７】
更に、第３、第４の平行リンク３２、３３と左右の連結部材２６、２７との間にはそれぞれバネ部材の一例であるコイルバネ６８、６９が設けられ、第３、第４の平行リンク３２、３３がそれぞれ自重で回動するのを防止している。これによって、第３、第４の平行リンク３２、３３で左右のパッド１３、１４を被把持物１２に当接させて締め付けた際に、第３、第４の平行リンク３２、３３の自重の作用を締め付け力から除去することができ、第３、第４の平行リンク３２、３３による締め付け力の下限値が小さくなって耐荷重の小さな被把持物１２の把持が可能になる。
【００２８】
左のパッド１３は、上側に第３の平行リンク３２の板材６０、６１の先部が、それぞれ第１３、第１４のピン３４、３５を介して回動自在に連結されたパッド基材７０と、パッド基材７０の表面側に貼着され、被把持物１２の左側に当接する、例えばゴムスポンジで形成された凹凸状の把持面を備えた把持部７１を有している。また、右のパッド１４は、上側に第４の平行リンク３３の板材６２、６３の先部が、それぞれ第１５、第１６のピン３６、３７を介して回動自在に連結されたパッド基材７２と、パッド基材７２の表面側に貼着され、被把持物１２の右側に当接する、例えばゴムスポンジで形成された凹凸状の把持面を備えた把持部７３を有している。なお、パッド基材７０と把持部７１の間の貼着力は、被把持物１２の半分の重量が負荷された際に十分耐えられる強度となっている。また、パッド基材７２と把持部７３の間の貼着力は、被把持物１２の半分の重量が負荷された際に十分耐えられる強度となっている。なお、符号７４、７５は、パッド基材７０の上側に設けられた第１３、第１４のピン３４、３５の軸受け、符号７６、７７は、パッド基材７２の上側に設けられた第１５、第１６のピン３６、３７の軸受けである。
【００２９】
図２に、変形例に係る左右のパッド７８、７９を示す。
左右のパッド７８、７９では、第３の平行リンク３２の板材６０、６１の先部が、それぞれ第１３、第１４のピン３４、３５を介して回動自在に連結されるパッド基材８０の内側面の下部、第４の平行リンク３３の板材６２、６３の先部がそれぞれ第１５、第１６のピン３６、３７を介して回動自在に連結されるパッド基材８１の内側面の下部に、それぞれ被把持物１２を下から抱える掛止つめ８２、８３が設けられている。そして、パッド基材８０、８１の表面側には、それぞれ被把持物１２に当接する、例えばゴムスポンジで形成された凹凸状の把持面を備えた把持部８４、８５が貼着されている。これによって、左右のパッド７８、７９で被把持物１２を把持する際に、被把持物１２を下側から掛止することができ、把持した被把持物１２を更に安定して保持することができる。なお、掛止つめ８２、８３で被把持物１２の底面の左右両側を確実に掛止できるように、被把持物１２を載置する載置台８６は、少なくとも被把持物１２の底面の左右両側を露出させた状態で載置することが可能な形状であることが好ましい。
【００３０】
続いて、本発明の第１の実施の形態に係る把持装置１０の作用について、図１、図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明しながら、把持装置１０の設計方法について併せて説明する。なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）では、支持体１５の取付け固定部３８の幅方向中央にあって上下方向に移動可能な昇降部材４７、昇降部材４７と第１、第２の平行リンク２０、２１の板材３９、４１の対称位置とをそれぞれ連結する左右の連結ロッド５１、５２、昇降部材４７の移動をガイドするスライドレール５５の記載を省略している。
先ず、図１に示すように、スライドレール５５の凹溝５４内を移動する昇降部材４７を上下に移動させて、第１、第２の平行リンク２０、２１を内側の基部を中心として同期して回動させて、対向配置された左右のパッド１３、１４間の距離が質量ｍの被把持物１２の幅より大きくなるように調整した後、昇降部材４７を凹溝５４内で固定する。そして、図３（Ａ）に示すように、支持体１５が載置台１１に置かれた被把持物１２の上方に配置されるように支持体１５を位置決めした後、支持体１５を少し下降させて、左右のパッド１３、１４が載置台１１との間に隙間を有し、被把持物１２を間にして対向配置されるようにする。
【００３１】
次いで、昇降部材４７の固定を解除すると、第１、第２の平行リンク２０、２１の先部には、左右の連結部材２６、２７に作用する重力、第３、第４の平行リンク３２、３３に作用する重力、及び左右のパッド１３、１４に作用する重力が負荷されるので、同期回動手段５３により、第１、第２の平行リンク２０、２１は基部を中心として同期して回動する。これにより、被把持物１２の上方に支持体１５を配置した状態で、第１、第２の平行リンク２０、２１の先部に回動自在に連結された左右の連結部材２６、２７のそれぞれの内側にある第３、第４の平行リンク３２、３３を同期して被把持物１２に接近させることができる。なお、ここで昇降部材４７の上下位置を調整することによって、被把持物１２に対して左右のパッド１３、１４間の距離を容易に調整できる。即ち、図３（Ｂ）に示すように、第３、第４の平行リンク３２、３３の先部にそれぞれ設けられた左右のパッド１３、１４を被把持物１２の両側に僅少の隙間を有して配置又は軽く当接させることができる。
【００３２】
左右のパッド１３、１４を被把持物１２の両側に軽く当接させた後（又は近接配置した後）、支持体１５を上昇させると、支持体１５の上昇と共に、第１、第２の平行リンク２０、２１、左右の連結部材２６、２７、第３、第４の平行リンク３２、３３、及び左右のパッド１３、１４が一体で上昇する。このとき、図３（Ｃ）に示すように、左右のパッド１３、１４に連結されている第３、第４の平行リンク３２、３３が内側回動（図１において第３の平行リンク３２が時計方向に回動し、第４の平行リンク３３が反時計方向に回動することをいう）し、被把持物１２をパッド１３、１４が押圧する。これによって、左右のパッド１３、１４と被把持物１２との間に生じる摩擦力により第３、第４の平行リンク３２、３３は基部を中心として同期して更に内側回動する。ここで、左右のパッド１３、１４で被把持物１２を締め付けた際に、第３、第４の平行リンク３２、３３は水平に対して４０度未満の上向き傾斜状態となっているので、第３、第４の平行リンク３２、３３が回動した際に、左右のパッド１３、１４による被把持物１２に対する締め付け力を増加させることができ、締め付け力に伴って摩擦力も増加させることができる。
【００３３】
左右のパッド１３、１４と被把持物１２との間に生じる摩擦力（被把持物１２を保持する力）が増加して、摩擦力の合力が被把持物１２に作用する重力に一致した時点で、左右のパッド１３、１４と被把持物１２との間に発生していた滑りが消失し、被把持物１２を左右のパッド１３、１４で把持することができる。このとき、第１、第２の平行リンク２０、２１の水平に対する傾斜角度θ１、第３、第４の平行リンク３２、３３の水平に対する傾斜角度θ２はそれぞれ一義的に決まり、第１、第２の平行リンク２０、２１、左右の連結部材２６、２７、第３、第４の平行リンク３２、３３、左右のパッド１３、１４、及び被把持物１２は一体化する。更に、左右のパッド１３、１４、と第３、第４の平行リンク３２、３３のなす角度も一義的に決まるので、コイルバネ６８、６９と第３、第４の平行リンク３２、３３とのなす角度θ３も一義的に決まる。
【００３４】
ここで、第１、第２の平行リンク２０、２１、左右の連結部材２６、２７、第３、第４の平行リンク３２、３３、左右のパッド１３、１４、及び被把持物１２が一体化すると、被把持物１２に加わる総締め付け力（被把持物１２に加えられる把持力）Fliftは、第１、第２の平行リンク２０、２１による締め付け力F1と、第３、第４の平行リンク３２、３３による締め付け力F2と、第３、第４の平行リンク３２、３３の自重の作用を締め付け力から除去するコイルバネ６８、６９による負荷打消し力F3の総和となる。これにより、被把持物１２に加わる総締め付け力Fliftを、左右のパッド１３、１４と被把持物１２との間に生じる摩擦力、すなわち、被把持物１２の質量ｍに比例した大きさとすることができ、耐荷重の小さな被把持物１２に対しても締め付けが可能になる。
【００３５】
ここで、F１は、第１、第２の平行リンク２０、２１の質量、左右の連結部材２６、２７の質量、第３、第４の平行リンク３２、３３の質量、及び左右のパッド１９、２０の質量によって決定される片側機材質量ｘと、第１、第２の平行リンク２０、２１にかかる被把持物１２の半分の質量ｍ／２との総和に作用する重力（ｘ＋ｍ／２）ｇ並びに角度θ１を用いてF１＝（ｘ＋ｍ／２）ｇcosθ１sinθ１となる。また、F２は、第３、第４の平行リンク３２、３３にかかる被把持物１２の半分の重力ｍｇ／２と角度θ２を用いて、F２＝（ｍｇ／２）cosθ２sinθ２となる。更に、F３は、コイルバネ６８、６９のバネ定数ｋと、バネの伸びｓと、角度θ３を用いて、F３＝ｋｓcos（θ３−θ２）となる。
【００３６】
一般に、人が被把持物１２を手（指）で把持して持ち上げる場合、指と被把持物１２との間の摩擦係数μ及び被把持物１２の質量ｍが変化しても、被把持物１２を把持して持ち上げる際に必要な最低限の把持力（必要把持力）ｍｇ／（２μ）と、被把持物１２に加えられる把持力F０との間には、F０／（ｍｇ／（２μ））の値が１．2〜１．５となることが知られている。一方、左右のパッド１３、１４で被把持物１２を把持する場合、被把持物１２に加える把持力Fliftは、F１＋F２−F３から求まる算出把持力となるので、片側機材質量ｘ、角度θ１、θ２、θ３、バネ定数ｋ、左右のパッド１３、１４と被把持物１２の間の摩擦係数μの値をそれぞれ調整して、被把持物に加える算出把持力の値を調整することで、算出把持力／必要把持力の値を１．２〜１．５とすることができる。これにより、被把持物１２が、様々な重さを有する柔軟物から高硬度物であっても、センサを使用せず、簡単な構造で、被把持物１２の質量に応じた把持力を発生させて、被把持物１２を確実に持ち上げることができる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る把持装置８７について、図４を用いて説明する。ここで、第２の実施の形態に係る把持装置８７は、第１の実施の形態に係る把持装置１０と比較して、第３、第４の平行リンク３２、３３と左右の連結部材２６、２７との間にそれぞれコイルバネ６８、６９を設けて、上向きに保持された第３、第４の平行リンク３２、３３が自重で回動するのを防止する代わりに、第３、第４の平行リンク３２、３３が、それぞれ上端部が支持体１５に固定されて長さ調整可能な左右の連結機構８８、８９によって支持されて、上向きに保持された第３、第４の平行リンク３２、３３が自重で回動するのを防止することが特徴となっている。このため、左右の連結機構８８、８９に関してのみ説明し、第１の実施の形態に係る把持装置１０と同一の構成部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３８】
左の連結機構８８は、支持体１５の左側に基側が左取付けピン９０を介して回動可能に取付けられた左アクチュエータ９１と、左アクチュエータ９１の駆動ロッド９２に基部が接続され、先部が第３の平行リンク３２の板材６０に図示しないピンを介して回動自在に連結される左の懸垂紐９３とを有している。右の連結機構８９は、支持体１５の右側に基側が左取付けピン９４を介して回動可能に取付けられた右アクチュエータ９５と、右アクチュエータ９５の駆動ロッド９６に基部が接続され、先部が第４の平行リンク３３の板材６２に図示しないピンを介して回動自在に連結される右の懸垂紐９７とを有している。
このような構成とすることで、左右アクチュエータ９１、９５を操作して駆動ロッド９２、９６を移動させることで、第３、第４の平行リンク３２、３３の自重による回動を防止しながら、第１、第２の平行リンク２０、２１の回動に伴って第３、第４の平行リンク３２、３３を回動させて、被把持物１２に対して左右のパッド１３、１４間の距離を容易に調整する。即ち、第３、第４の平行リンク３２、３３の先部にそれぞれ設けられた左右のパッド１３、１４を被把持物１２の両側に僅少の隙間を有して配置又は軽く当接させることができる。
【００３９】
本発明の第２の実施の形態に係る把持装置８７の作用は、第１の実施の形態に係る把持装置１０と同一なので説明は省略する。
なお、第１、第２の平行リンク２０、２１、左右の連結部材２６、２７、第３、第４の平行リンク３２、３３、左右のパッド１３、１４、及び被把持物１２が一体化した際に被把持物１２に加わる総締め付け力（被把持物１２に加えられる把持力）Fliftは、第１、第２の平行リンク２０、２１による締め付け力F1（＝（ｘ＋ｍ／２）ｇcosθ１sinθ１）と、第３、第４の平行リンク３２、３３による締め付け力F2（＝（ｍｇ／２）cosθ２sinθ２）の総和から、左右の懸垂紐９３、９７による引張力F３を差し引いたもの、即ち、F1+F2−F３となる。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
様々な重さを有し、柔軟性の異なる（柔軟物から高硬度物までの）被把持物として、本、トマト、豆腐、ポテトチップスを設定し、これらの被把持物を把持して持ち上げる本発明に係る把持装置を製作した。ここで、本、トマト、豆腐、及びポテトチップスの各特性の相関関係を図５に示す。また、表１に、本、トマト、豆腐、及びポテトチップスの質量とサイズ（把持方向の幅）を示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
把持装置では、第１、第２の平行リンクによる締め付け力F1において、片側機材質量による締め付け力が加えられているので、重い素材を使用して把持装置を作製すると、被把持物を破壊する虞がある。従って、第１〜第４の平行リンクを形成する板材及び左右パッドのパッド基材には、厚さが１ｍｍのアルミニウム板を使用した。また、左右の連結部材には大きな荷重が負荷されると考えられるので、厚さ３ｍｍのアクリル板を使用した。更に、支持体と第１、第２の平行リンクとの連結、第１、第２の平行リンクと左右の連結部材との連結、左右の連結部材と第３、第４の平行リンクとの連結、及び第３、第４の平行リンクと左右のパッドとの連結には市販の蝶番を使用し、把持部には市販のゴムスポンジを使用した。
【００４３】
各部品のサイズは、被把持物のサイズを考慮して、第１、第２の平行リンクの板材は長さが１４０ｍｍ、幅が７０ｍｍ、第３、第４の平行リンクの板材は長さが１００ｍｍ、幅が８０ｍｍ、左右の連結部材は長さが１５０ｍｍ、幅が１００ｍｍ、パッド基材及び把持部の長さは１２０ｍｍ、幅が１００ｍｍとした。この結果、片側機材質量ｘの質量に作用する重力は２．８９Ｎになった。なお、把持装置を操作する場合、支持体及び同期回動手段は別途支持されており支持体及び同期回動手段に作用する重力が被把持物に加わることはない。このため、支持体はアクリルブロックで作製し、同期回動手段の昇降部材、連結ロッド、及びスライドレールは鋼で作製した。
【００４４】
コイルバネには、市販の引きバネを加工して作製した自然長２７ｍｍのものを使用した。なお、バネ定数ｋは、コイルバネの一端を固定し、他端をバネ秤を介して引っ張り、バネ秤の示す荷重とコイルバネの伸びｓとの関係を測定し、フックの法則を適用して求めた。得られたバネ定数ｋは、０．４５Ｎ／ｍｍであった。
【００４５】
ゴムスポンジと各被把持物との間の摩擦係数は、バネ秤と接続した被把持物をゴムスポンジの上に置き、バネ秤を介して引っ張って被把持物がゴムスポンジの上で滑り出す瞬間におけるバネ秤の示す荷重Ｐを測定することにより求めた。被把持物の質量をｍとしたとき、ゴムスポンジの上での垂直抗力はｍｇ、摩擦力は摩擦係数をμとしてμｍｇとなるので、被把持物が滑り出す瞬間ではＰがμｍｇと釣り合うことから、μはＰ／ｍｇとして求まる。各被把持物の摩擦係数の値を表２に示す。従って、把持装置に対する被把持物の摩擦係数μの範囲を０．３５〜０．７と設定した。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
角度θ１、θ２、θ３を決定する場合、第１、第２の平行リンクの傾斜角度θ１は、被把持物の幅と弾力で決まり、第３、第４の平行リンクの傾斜角度θ２及びコイルバネと第３、第４の平行リンク３２、３３とのなす角度θ３は、被把持物の質量ｍで決まる。このため、被把持物の質量ｍの範囲を０グラムを超え１６００グラム以下とし、被把持物の幅の範囲（把持装置の稼動範囲）を１〜１０ｃｍとして、片側機材質量ｘ、バネ定数ｋ、及び摩擦係数μの値を用いて
（ｘ＋ｍ／２）ｇcosθ１sinθ１＋（ｍｇ／２）cosθ２sinθ２−ｋｓcos（θ３−θ２）
から算出把持力を求め、得られた算出把持力と必要把持力との間に、算出把持力／必要把持力＝１．２〜１．５の把持条件が満たされるように角度θ１、θ２、θ３の範囲（最大角度及び最小角度）をそれぞれ求めると、角度θ１、θ２、θ３の範囲は、３０°≦θ１≦４８°、３°≦θ２≦３９°、４０°≦θ３≦５５°となる。そして、各被把持物毎の決定した把持装置の把持パラメータ（角度θ１、θ２、θ３及びコイルバネの伸びｓ）は、表３に示すようになる。
【００４８】
【表３】
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【００４９】
また、把持パラメータを用いて各被把持物毎に求めた算出把持力を表４に示す。なお、表４には、被把持物の質量ｍとゴムスポンジに対する摩擦係数μを用いて算出した必要把持力に対する算出把持力の比（算出把持力／必要把持力）の値（以下、把持可能条件定数と呼ぶ）を併せて示している。
【００５０】
【表４】
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【００５１】
表４に示すように、把持可能条件定数は本が１．１、トマトが１．３１、豆腐が１．２５となって、把持可能条件定数が１．２〜１．５の範囲内又は近傍の値となって、把持して持ち上げることが可能と判断される。一方、ポテトチップスでは、把持可能条件定数が１９８と大きくずれている。これは、算出把持力の一部を構成するF１に片側機材質量ｘによる締め付け力が含まれているため、最低把持力が１．４Ｎとなっているためである。なお、ポテトチップスの耐荷重は１．５Ｎ程度あるので、把持装置で破損させることなくポテトチップスを把持して持ち上げることが可能と考えられる。
【００５２】
本、トマト、豆腐、及びポテトチップスの各被把持物を載置台の上に静置し、把持装置で把持して持ち上げる操作を行い、持ち上げ時の滑り発生の有無を目視で確認した。そして、２回連続して持ち上げた際に滑りが発生していなければ把持成功と判定した。その結果、把持装置を用いて、全ての被把持物を把持して持ち上げられることが確認できた。
また、被把持物を把持して持ち上げた状態で、左右のパッドのいずれか一方のパッド基材の外側面にバネ秤を接続し、バネ秤を介してパッド基材を水平方向に引っ張り、被把持物が滑り出す瞬間のバネ秤の荷重を測定した。そして、測定された荷重の半分の値を被把持物の実測把持力とした。表５に、各被把持物に対して求めた必要把持力、算出把持力、及び実測把持力を示す。
【００５３】
【表５】
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【００５４】
表５に示されているように、算出把持力と実測把持力の間に大きな差はなく、設計段階で予想したとおりに被把持物を把持できた。また、実測把持力／必要把持力の比の値は、ポテトチップスの場合を除いて、ほぼ把持可能条件定数（１．２〜１．５）を満たしていることから、１５０グラム程度から１６００グラム程度の範囲内の重さを有する柔軟物から高硬度物までの被把持物に対して、本発明の把持装置が有用であることが確認できた。ただし、ポテトチップスのように数グラム程度の被把持物であっても、１．５N程度の把持力に破壊されずに耐えうるならば、把持可能であった。
【００５５】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、同期回動手段の有する左右の補助連結部材として、連結ロッドの代わりに連結紐（金属線材を含む）を使用することができる。
また、第３、第４の平行リンクを支持する左右の連結機構として、左右の懸垂紐の代わりに懸垂ロッドを使用することができる。更に、左右の連結機構とバネ部材とを併用することもできる。
更に、前記実施の形態では、第３、第４の平行リンクを支持するバネ部材として、コイルバネを用いたが、第３、第４の平行リンクと左右のパッドの自重をキャンセルするものであれば、その他のスプリングを含む弾性部材、回動機構を使用することもできる。
【符号の説明】
【００５６】
１０：把持装置、１１：載置台、１２：被把持物、１３：左のパッド、１４：右のパッド、１５：支持体、１６：第１のピン、１７：第２のピン、１８：第３のピン、１９：第４のピン、２０：第１の平行リンク、２１：第２の平行リンク、２２：第５のピン、２３：第６のピン、２４：第７のピン、２５：第８のピン、２６：左の連結部材、２７：右の連結部材、２８：第９のピン、２９：第１０のピン、３０：第１１のピン、３１：第１２のピン、３２：第３の平行リンク、３３：第４の平行リンク、３４：第１３のピン、３５：第１４のピン、３６：第１５のピン、３７：第１６のピン、３８：取付け固定部、３９、４０、４１、４２：板材、４３、４４、４５、４６：軸受け、４７：昇降部材、４８：第１の連結ピン、４９：第２の連結ピン、５０：第３の連結ピン、５１：左の連結ロッド、５２：右の連結ロッド、５３：同期回動手段、５４：凹溝、５５：スライドレール、５６、５７、５８、５９：軸受け、６０、６１、６２、６３：板材、６４、６５、６６、６７：軸受け、６８、６９：コイルバネ、７０：パッド基材、７１：把持部、７２：パッド基材、７３：把持部、７４、７５、７６、７７：軸受け、７８：左のパッド、７９：右のパッド、８０、８１：パッド基材、８２、８３：掛止つめ、８４、８５：把持部、８６：載置台、８７：把持装置、８８：左の連結機構、８９：右の連結機構、９０：左取付けピン、９１：左アクチュエータ、９２：駆動ロッド、９３：左の懸垂紐、９４：右取付けピン、９５：右アクチュエータ、９６：駆動ロッド、９７：右の懸垂紐
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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