(57)【要約】【課題】簡単な構成で正確な把持力で把持対象物を把持することを可能とし、さらに、同じ位置で物体を把持することを可能とする。【解決手段】把持装置本体１０１が、歯車１０４の回転に連動して回転する回転部材１１８と、回転部材１１８と同軸に配置された、カム部材１０５と一体に形成された回転部材１１９と、を有している。また、把持装置本体１０１が、回転部材１１８と回転部材１１９とを連結し、回転部材１１８の回転運動を回転部材１１９に伝達する弾性部材１１４１〜１１４４を有している。回転部材１１８に磁束発生源１１５、回転部材１１９に磁電変換素子１１６を設けることにより、回転部材１１９に対する回転部材１１８の相対的な回転に伴う弾性部材１１４１〜１１４４の弾性変形量を検出する。【選択図】図３
2014094445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉動作により把持対象物の把持及び把持解放が可能な複数の把持爪と、
回転軸を回転駆動する回転駆動部と、
前記回転軸の回転に連動して回転する第１回転部材と、
前記第１回転部材と同軸に配置された第２回転部材と、
前記第１回転部材と前記第２回転部材とを連結し、前記第１回転部材の回転運動を前記第２回転部材に伝達する弾性部材と、
前記第２回転部材の回転運動を前記複数の把持爪の開閉動作に変換する変換機構と、
前記第２回転部材に対する前記第１回転部材の相対的な回転に伴う前記弾性部材の弾性変形量を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする把持装置。
【請求項２】
前記検出部の検出結果を把持力に換算し、前記把持力が目標把持力となるように前記回転駆動部を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の把持装置。
【請求項３】
前記変換機構は、
前記把持爪の基端に設けられた軸部材と、
前記軸部材が摺動自在に嵌合する円弧状のカム溝が形成され、前記第２回転部材と一体に回転するカム部材と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の把持装置。
【請求項４】
前記第２回転部材と前記カム部材とが一体に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の把持装置。
【請求項５】
前記変換機構は、
前記把持爪の基端に設けられたラックギアと、
前記ラックギアに噛み合い、前記第２回転部材と一体に回転するピニオンギアと、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の把持装置。
【請求項６】
前記把持爪は、前記弾性部材よりも高い剛性の剛体で形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の把持装置。
【請求項７】
前記検出部は、
前記第１回転部材及び前記第２回転部材のうち一方の回転部材に設けられた磁束発生源と、
前記第１回転部材及び前記第２回転部材のうち他方の回転部材に設けられた磁電変換素子と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の把持装置。
【請求項８】
前記検出部は、前記弾性部材の歪量を検出する歪ゲージであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の把持装置。
【請求項９】
前記検出部は、
前記第１回転部材及び前記第２回転部材のうち一方の回転部材に設けられた静電容量センサと、前記第１回転部材及び前記第２回転部材のうち他方の回転部材に設けられた壁面と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の把持装置。
【請求項１０】
前記検出部は、
前記第１回転部材及び前記第２回転部材のうち一方の回転部材に設けられた光電センサと、前記第１回転部材及び前記第２回転部材のうち他方の回転部材に設けられたリニアスケールと、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の把持装置。
【請求項１１】
多関節のロボットと、
前記ロボットに設けられた、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の把持装置と、を備えたことを特徴とするロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の把持爪を互いに移動させて物体を把持する把持装置、及び把持装置を備えたロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
把持装置は、複数の把持爪を有し、例えば、部品の組立を行う組立装置などに用いられる。把持装置は、多関節のロボットに取り付けられ、物体を把持し、搬送や組みつけを行うものである。これら把持爪の駆動には、ステッピングモータやサーボモータ等の電動アクチュエータが用いられる。アクチュエータから得られた回転運動を、ラックギアやカム、ボールねじ等の動力伝達機構を介して直動運動に変換することで、複数の把持爪を移動させて物体を把持する。
【０００３】
従来の把持装置では、把持対象物である物体を所定の把持力で把持する際に、例えばサーボモータを用いた把持装置では、モータを駆動させる電流を所定の値に制御することで把持力を制御する方法が一般的であった。
【０００４】
しかし、この方法では、把持力を直接検出していないため、動力伝達機構の摩擦等の影響により繰り返しで作業を行う際に、電流が所定の値に制御されていても、安定して同じ把持力を出すことは困難であった。さらに、長時間使用していると、経時変化により動力伝達機構の摩擦が変化し、大きくなることがある。そのため、アクチュエータの駆動電流と把持力との関係が初期値から変化してしまい、長期間精度よく把持力を制御することが困難であった。
【０００５】
この問題を解決する対策として、把持爪に力覚センサを搭載し、把持爪に加わる把持力を計測する方法がある。
【０００６】
しかし、力覚センサは把持爪に加わった把持力による把持爪の変位やひずみを検出するものであるため、把持爪を高い剛性で作ることが難しい。そのため、力覚センサにより変位を検出可能な程度に弾性変形する部材で把持爪を形成すると、把持爪毎の剛性のばらつきの影響で、物体を把持した際の把持力毎の変位量にばらつきが生じ、常に同じ位置で物体を把持することができないという問題が生じる。
【０００７】
この問題を解決するために、２本の把持爪をそれぞれ別のモータで駆動し、力覚センサを搭載した一方の把持爪で把持力を制御し、他方の把持爪で物体の把持位置を決めるという提案がなされている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−８１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、把持力制御を行う把持爪と把持物の位置決めを行う把持爪とをそれぞれ独立して駆動させるために、少なくとも２つのアクチュエータが必要になる。しかも、構造が複雑になるばかりか、把持装置の重量が増加し、把持装置の大型化、コストアップという問題が生じる。
【００１０】
また、力覚センサを把持爪に内蔵する必要があるため、把持爪に力覚センサを内蔵するための容積を持たせる必要がある。そのため、把持爪を設計する際に把持爪の大きさや形状が内蔵する力覚センサに拘束されてしまう。これは、ロボット装置を小型化するために１つの把持装置で多数の工程の組立を行わせようとする際に大きな障害となる。
【００１１】
そこで、本発明は、簡単な構成で正確な把持力で把持対象物を把持することが可能で、さらに、同じ位置で物体を把持することが可能な把持装置及びロボット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】
【００１２】
本発明の把持装置は、開閉動作により把持対象物の把持及び把持解放が可能な複数の把持爪と、回転軸を回転駆動する回転駆動部と、前記回転軸の回転に連動して回転する第１回転部材と、前記第１回転部材と同軸に配置された第２回転部材と、前記第１回転部材と前記第２回転部材とを連結し、前記第１回転部材の回転運動を前記第２回転部材に伝達する弾性部材と、前記第２回転部材の回転運動を前記複数の把持爪の開閉動作に変換する変換機構と、前記第２回転部材に対する前記第１回転部材の相対的な回転に伴う前記弾性部材の弾性変形量を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転駆動部が把持爪を互いに移動させ、把持爪で把持対象物を把持した際には、把持力に対応する弾性変形量で弾性部材に弾性変形が生じ、第２回転部材に対して第１回転部材が相対的に回転する。このときの弾性部材の弾性変形量を検出部が検出することで、把持力を求めることができる。これにより、把持力を求めるために把持爪の弾性変形量を検出する必要がないので、把持爪に歪みゲージ等の力覚センサを内蔵させる必要もない。更に、把持爪の剛性を高くすることができるので、各把持爪の撓みのばらつきを抑制することができ、把持対象物を把持したときの把持対象物の位置がばらつくのを抑制することができる。したがって、従来のように、各把持爪を独立して駆動しなくてもよく、装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】第１実施形態に係る把持装置の把持装置本体を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う把持装置本体の断面図である。
【図４】把持爪でワークを把持したときの把持装置本体の要部を示す説明図である。
【図５】コントローラの制御動作を示す説明図である。
【図６】第２実施形態に係る把持装置の把持装置本体を示す断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線に沿う把持装置本体の断面図である。
【図８】把持爪でワークを把持したときの把持装置本体の要部を示す説明図である。
【図９】第３実施形態に係る把持装置の把持装置本体を示す断面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ線に沿う把持装置本体の断面図である。
【図１１】把持爪でワークを把持したときの把持装置本体の要部を示す説明図である。
【図１２】第４実施形態に係る把持装置の把持装置本体の要部を示す説明図である。
【図１３】第５実施形態に係る把持装置の把持装置本体の要部を示す説明図である。
【図１４】第６実施形態に係る把持装置の把持装置本体の要部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す説明図である。ロボット装置５００は、多関節のロボットであるロボットアーム６００と、ロボットアーム６００の先端６００Ａに取り付けられた把持装置１００と、を備えている。ロボットアーム６００は、複数のリンク部材が関節で連結されたものであり、基端が基台に固定されている。
【００１７】
把持装置１００は、把持装置本体１０１と、把持装置本体１０１に内蔵された制御部としてのコントローラ４０１と、を備えており、コントローラ４０１は、メインコントローラ４５０からの指令に基づいて把持装置本体１０１の動作を制御する。
【００１８】
図２は、本発明の第１実施形態に係る把持装置の把持装置本体を示す断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う把持装置本体の断面図である。
【００１９】
把持装置本体１０１は、図２に示すように、筐体１１３と、開閉動作により把持対象物であるワークＷ（図１）の把持及び把持解放が可能な複数（本第１実施形態では２つ）の把持爪１１２１，１１２２とを備えている。また、把持装置本体１０１は、回転軸１０３と、回転軸１０３を回転駆動することで把持爪１１２１，１１２２を開閉駆動する回転駆動部としての減速機付きモータ１０２と、モータ１０２の回転運動を直線運動に変換する変換機構１２０と、を備えている。
【００２０】
変換機構１２０は、２つの可動台１０７１，１０７２と、２つの軸部材１０８１，１０８２と、２つの円筒状のカムフォロア１０９１，１０９２と、カム部材１０５と、レール１１０とを有している。
【００２１】
把持爪１１２１，１１２２の基端には、可動台１０７１，１０７２がそれぞれ締結され、更に可動台１０７１，１０７２には、軸部材１０８１，１０８２がそれぞれ固定されている。軸部材１０８１，１０８２には、カムフォロア１０９１，１０９２がそれぞれ圧入されている。
【００２２】
カム部材１０５は、円板状であり、中心に回転軸１１７が固定されている。カム部材１０５には、図３に示すように、カムフォロア１０９１，１０９２（つまり、軸部材１０８１，１０８２）がそれぞれ摺動自在に嵌合される２つの円弧状のカム溝１０６１，１０６２が形成されている。図２に示すように、回転軸１１７の外周には、ベアリング１１１が設けられており、カム部材１０５は、ベアリング１１１を介して筐体１１３に回転自在に支持されている。
【００２３】
モータ１０２に連結された回転軸１０３には、歯車１０４が設けられており、図３に示すように、歯車１０４に噛合する外歯が形成された第１回転部材としての回転部材１１８が筐体１１３内に配置されている。この回転部材１１８は、モータ１０２により回転駆動された回転軸１０３の回転運動が歯車１０４を介して伝達され、回転軸１０３の回転と連動して回転する。
【００２４】
この回転部材１１８は、リング状に形成されており、回転部材１１８の内側には、回転部材１１８と同軸に配置され、カム部材１０５と一体に形成された第２回転部材としての回転部材１１９が設けられている。具体的には、カム部材１０５の外周に回転部材１１９が一体に形成されている。これにより、カム部材１０５は、回転部材１１９と共に回転軸１１７（図２）を中心に一体に回転する。
【００２５】
回転部材１１８の内周面と回転部材１１９の外周面とは、複数（本実施形態では、４つ）の弾性部材１１４１，１１４２，１１４３，１１４４で連結されている。回転部材１１８の回転運動がこれら弾性部材１１４１〜１１４４を介して回転部材１１９に伝達される。これら弾性部材１１４１〜１１４４は、回転部材１１８，１１９の周方向に等間隔に配置されている。これら弾性部材１１４１〜１１４４は、把持爪１１２１，１１２２によりワークＷを把持した際の把持力に応じた弾性変形量で弾性変形する剛性のものである。
【００２６】
つまり、弾性部材１１４１〜１１４４は、モータ１０２が発生させた駆動力により、回転部材１１９に対する回転部材１１８の回転方向、即ち捩じれ方向に弾性変形を生じさせるように形成されている。
【００２７】
ここで、把持爪１１２１，１１２２は、ワークＷを把持した際に弾性部材１１４１〜１１４４が弾性変形するように、弾性部材１１４１〜１１４４よりも高い剛性の剛体で形成されている。これにより、把持爪１１２１，１１２２を剛性の高い部材で形成したことで、各把持爪１１２１，１１２２はワークＷを把持した際にほとんど撓まず、また、撓んだとしても撓み量（弾性変形量）が小さいので撓みのばらつきが抑制される。したがって、把持爪１１２１，１１２２でワークＷを把持したときのワークＷの位置（座標）がばらつくのを抑制することができ、従来のように、各把持爪を独立して駆動しなくてもよく、把持装置１００の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００２８】
なお、本実施形態では弾性部材１１４１〜１１４４を板ばね状に形成しているが、この形状に限定するものではなく、捩じれが生じるのであれば形状も板ばね状でなくともよい。また、弾性部材１１４１〜１１４４の個数も、４つに限らず、３つ以上（少なくとも３つ）、即ち複数であればよい。
【００２９】
以上の構成により、モータ１０２が回転軸１０３を回転駆動することで、歯車１０４に噛合する回転部材１１８が回転し、この回転部材１１８の回転運動が、弾性部材１１４１〜１１４４を介して回転部材１１９と一体となったカム部材１０５に伝達される。これにより、カム部材１０５が回転軸１１７を中心に回転する。
【００３０】
カム部材１０５が回転することで、可動台１０７１，１０７２から延びている軸部材１０８１，１０８２に取り付けられたカムフォロア１０９１，１０９２が、それぞれカム部材１０５に形成されたカム溝１０６１，１０６２に沿って摺動する。これにより、可動台１０７１，１０７２は、レール１１０に沿って直線摺動し、可動台１０７１，１０７２に取り付けられた把持爪１１２１，１１２２が、それぞれ±Ｘ１、±Ｘ２方向に直線移動し、ワークＷの把持及び把持解放が可能となる。このように、変換機構１２０は、回転部材１１９の回転運動を直線運動に変換して複数の把持爪１１２１，１１２２を開閉動作させる。
【００３１】
本第１実施形態では、把持装置本体１０１は、図３に示すように、例えば永久磁石等の磁束発生源１１５と、ホール素子等の磁電変換素子１１６とを有する検出部１２５を備えている。磁束発生源１１５は、回転部材１１８，１１９のうち一方の回転部材、本第１実施形態では、回転部材１１８の内周面に設けられている。また、磁電変換素子１１６は、回転部材１１８，１１９のうち他方の回転部材、本第１実施形態では、回転部材１１９の外周面に設けられている。磁束発生源１１５と磁電変換素子１１６とは、回転部材１１８と回転部材１１９との間に相対的な回転がない場合に正対している。
【００３２】
弾性部材１１４１〜１１４４に生じた捩じれ方向の弾性変形により、回転部材１１９と回転部材１１８との間に相対的な回転が生じた場合、磁束発生源１１５と磁電変換素子１１６との間に相対的に変位が生じ、磁電変換素子１１６を通る磁束密度が変化する。
【００３３】
これにより、磁電変換素子１１６は、弾性部材１１４１〜１１４４に生じた弾性変形量、即ち回転部材１１９に対する回転部材１１８の相対的な回転角度（回転量）に比例した電圧を、図１に示すコントローラ４０１へ出力する。このように、検出部１２５は、弾性部材１１４１〜１１４４に生じた捩じれ方向の弾性変形量、即ち弾性部材１１４１〜１１４４の弾性変形による回転部材１１９に対する回転部材１１８の相対的な回転量を検出する。
【００３４】
なお第１実施形態では、磁束発生源１１５を回転部材１１８の内周面、磁電変換素子１１６を回転部材１１９の外周面に設けているが、これに限らず、磁束発生源１１５を回転部材１１９の外周面、磁電変換素子１１６を回転部材１１８の内周面に設けてもよい。
【００３５】
図４は、把持爪１１２１，１１２２でワークＷを把持したときの把持装置本体１０１の要部を示す説明図であり、図４の一点鎖線Ｃ１及び一点鎖線Ｃ２はそれぞれ、磁束発生源１１５及び磁電変換素子１１６の中心線を示している。
【００３６】
把持爪１１２１，１１２２を互いに移動させてワークＷを把持させた時、把持爪１１２１，１１２２がワークＷに接触することで、把持爪１１２１，１１２２はそれ以上移動しなくなり、カム部材１０５の回転、即ち回転部材１１９の回転が停止する。しかし、モータ１０２はカム部材１０５を回転させようと駆動力を発生させるために、図４に示すように、弾性部材１１４１〜１１４４に捩じれ方向に弾性変形が生じ、回転部材１１８が回転部材１１９に対して相対的に回転する。この時、弾性変形により磁束発生源１１５と磁電変換素子１１６との間に相対的に変位Ｅが生じ、磁電変換素子１１６が変位量に比例した電圧を出力することで、弾性部材１１４１〜１１４４に生じた捩じれ方向の弾性変形量を検出する。
【００３７】
図５は、コントローラ４０１の制御動作を示す説明図である。コントローラ４０１は、検出部１２５の検出結果、即ち磁電変換素子１１６の出力電圧の入力を受け、出力電圧の値を把持爪１１２１，１１２２によるワークＷの把持力に換算する。コントローラ４０１は、メインコントローラ４５０からの目標把持力の入力を受け、演算した把持力と目標把持力との差分を算出し、この差分に基づいて、モータ１０２を目標把持力にするのに必要な電流値を算出し、駆動電流をモータ１０２へ供給する。このように、コントローラ４０１は、把持爪１１２１，１１２２の把持力が目標把持力となるようにモータ１０２を制御する。
【００３８】
以上、本第１実施形態によれば、モータ１０２が把持爪１１２１，１１２２を互いに移動させ、把持爪１１２１，１１２２でワークＷを把持した際には、把持力に対応する弾性変形量で弾性部材１１４１〜１１４４に捩じれ方向の弾性変形が生じる。この弾性変形量を検出部１２５が検出することで、コントローラ４０１は正確な把持力を求めることができ、把持爪１１２１，１１２２による把持力を正確に目標把持力にすることができる。これにより、従来のように、把持力を求めるために把持爪の弾性変形量を検出する必要がないので、把持爪１１２１，１１２２に歪みゲージ等の力覚センサを内蔵させる必要もない。したがって、把持爪１１２１，１１２２の大きさや形状に拘束条件を持たせず、自由に把持爪１１２１，１１２２を設計できる。
【００３９】
また、各把持爪１１２１，１１２２及び把持爪１１２１，１１２２へ力を伝える伝達経路の剛性差が少ない。このため、異なる把持力でも同じ把持位置で把持ができ、把持位置を決めるための別の回転駆動部も必要なく、同一のモータ１０２で把持爪１１２１，１１２２を駆動することができるので、装置の小型化及び軽量化が図れる。このように、把持装置１００が小型化及び軽量化されるので、ロボットアーム６００の動作が安定し、組立作業等、あらゆる作業が容易となる。
【００４０】
さらに、磁束発生源１１５及び磁電変換素子１１６を、カム部材１０５の回転軸１１７から離れた位置に配置できるため、より大きな変位を得ることができ、把持力検出の分解能をより高く得ることができる。
【００４１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る把持装置について説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係る把持装置の把持装置本体を示す断面図であり、図７は、図６のＢ−Ｂ線に沿う把持装置本体の断面図である。
【００４２】
本第２実施形態では、把持装置は、把持装置本体２０１と、上記第１実施形態と同様、制御部としてのコントローラ４０１（図１参照）とを備えている。
【００４３】
把持装置本体２０１は、図６に示すように、筐体２１３と、開閉動作により把持対象物であるワークＷ（図１）の把持及び把持解放が可能な複数（本第２実施形態では２つ）の把持爪２１２１，２１２２とを備えている。また、把持装置本体２０１は、回転軸２０３と、回転軸２０３を回転駆動することで把持爪２１２１，２１２２を開閉駆動する回転駆動部としての減速機付きモータ２０２と、モータ２０２の回転運動を直線運動に変換する変換機構２２０と、を備えている。
【００４４】
変換機構２２０は、２つの可動台２０７１，２０７２と、２つの軸部材２０８１，２０８２と、２つの円筒状のカムフォロア２０９１，２０９２と、カム部材２０５と、レール２１０とを有している。
【００４５】
把持爪２１２１，２１２２の基端には、可動台２０７１，２０７２がそれぞれ締結され、更に可動台２０７１，２０７２には、軸部材２０８１，２０８２がそれぞれ固定されている。軸部材２０８１，２０８２には、カムフォロア２０９１，２０９２がそれぞれ圧入されている。
【００４６】
カム部材２０５は、リング状に形成されている。カム部材２０５には、図７に示すように、カムフォロア２０９１，２０９２（つまり、軸部材２０８１，２０８２）がそれぞれ摺動自在に嵌合される２つの円弧状のカム溝２０６１，２０６２が形成されている。図６及び図７に示すように、カム部材２０５の外周には、ベアリング２１１が設けられており、カム部材２０５は、ベアリング２１１を介して筐体２１３に回転自在に支持されている。
【００４７】
モータ２０２に連結された回転軸２０３には、図７に示すように、第１回転部材としての回転部材２１８が固定されている。この回転部材２１８は、モータ２０２により回転駆動された回転軸２０３の回転運動が直接伝達され、回転軸２０３の回転と連動して回転する。
【００４８】
この回転部材２１８は、リング状に形成されている。回転部材２１８の内側には、回転軸２０３が嵌入され、回転部材２１８の外側には、回転部材２１８と同軸に配置され、カム部材２０５と一体に形成された第２回転部材としての回転部材２１９が設けられている。具体的には、カム部材２０５の内周に回転部材２１９が一体に形成されている。これにより、カム部材２０５は、回転部材２１９と共に回転軸２０３を中心に一体に回転する。
【００４９】
回転部材２１８の外周面と回転部材２１９の内周面とは、複数（本実施形態では、４つ）の弾性部材２１４１，２１４２，２１４３，２１４４で連結されている。回転部材２１８の回転運動がこれら弾性部材２１４１〜２１４４を介して回転部材２１９に伝達される。これら弾性部材２１４１〜２１４４は、回転部材２１８，２１９の周方向に等間隔に配置されている。これら弾性部材２１４１〜２１４４は、把持爪２１２１，２１２２によりワークＷを把持した際の把持力に応じた弾性変形量で弾性変形する剛性のものである。
【００５０】
つまり、弾性部材２１４１〜２１４４は、モータ２０２が発生させた駆動力により、回転部材２１９に対する回転部材２１８の回転方向、即ち捩じれ方向に弾性変形を生じさせるように形成されている。
【００５１】
ここで、把持爪２１２１，２１２２は、ワークＷを把持した際に弾性部材２１４１〜２１４４が弾性変形するように、弾性部材２１４１〜２１４４よりも高い剛性の剛体で形成されている。これにより、把持爪２１２１，２１２２を剛性の高い部材で形成したことで、各把持爪２１２１，２１２２はワークＷを把持した際にほとんど撓まず、また、撓んだとしても撓み量（弾性変形量）が小さいので撓みのばらつきが抑制される。したがって、把持爪２１２１，２１２２でワークＷを把持したときのワークＷの位置（座標）がばらつくのを抑制することができ、従来のように、各把持爪を独立して駆動しなくてもよく、把持装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００５２】
なお、本実施形態では弾性部材２１４１〜２１４４を板ばね状に形成しているが、この形状に限定するものではなく、捩じれが生じるのであれば形状も板ばね状でなくともよい。また、弾性部材２１４１〜２１４４の個数も、４つに限らず、３つ以上（少なくとも３つ）、即ち複数であればよい。
【００５３】
以上の構成により、モータ２０２が回転軸２０３を回転駆動することで、回転部材２１８が回転し、この回転部材２１８の回転運動が、弾性部材２１４１〜２１４４を介して回転部材２１９と一体となったカム部材２０５に伝達される。これにより、カム部材２０５が回転軸２０３を中心に回転する。
【００５４】
カム部材２０５が回転することで、可動台２０７１，２０７２から延びている軸部材２０８１，２０８２に取り付けられたカムフォロア２０９１，２０９２が、それぞれカム部材２０５に形成されたカム溝２０６１，２０６２に沿って摺動する。これにより、可動台２０７１，２０７２は、レール２１０に沿って直線摺動し、可動台２０７１，２０７２に取り付けられた把持爪２１２１，２１２２が、それぞれ±Ｘ１、±Ｘ２方向に直線移動し、ワークＷの把持及び把持解放が可能となる。このように、変換機構２２０は、回転部材２１９の回転運動を直線運動に変換して複数の把持爪２１２１，２１２２を開閉動作させる。
【００５５】
本第２実施形態では、把持装置本体２０１は、図７に示すように、例えば永久磁石等の磁束発生源２１５と、ホール素子等の磁電変換素子２１６とを有する検出部２２５を備えている。磁束発生源２１５は、回転部材２１８，２１９のうち一方の回転部材、本第２実施形態では、回転部材２１９の内周面に設けられている。また、磁電変換素子２１６は、回転部材２１８，２１９のうち他方の回転部材、本第２実施形態では、回転部材２１８の外周面に設けられている。磁束発生源２１５と磁電変換素子２１６とは、回転部材２１８と回転部材２１９との間に相対的な回転がない場合に正対している。
【００５６】
弾性部材２１４１〜２１４４に生じた捩じれ方向の弾性変形により、回転部材２１９と回転部材２１８との間に相対的な回転が生じた場合、磁束発生源２１５と磁電変換素子２１６との間に相対的に変位が生じ、磁電変換素子２１６を通る磁束密度が変化する。
【００５７】
これにより、磁電変換素子２１６は、弾性部材２１４１〜２１４４に生じた弾性変形量、即ち回転部材２１９に対する回転部材２１８の相対的な回転角度（回転量）に比例した電圧を、コントローラ４０１（図１参照）へ出力する。このように、検出部２２５は、弾性部材２１４１〜２１４４に生じた捩じれ方向の弾性変形量、即ち弾性部材２１４１〜２１４４の弾性変形による回転部材２１９に対する回転部材２１８の相対的な回転量を検出する。
【００５８】
なお第２実施形態では、磁束発生源２１５を回転部材２１９の内周面、磁電変換素子２１６を回転部材２１８の外周面に設けているが、これに限らず、磁束発生源２１５を回転部材２１８の外周面、磁電変換素子２１６を回転部材２１９の内周面に設けてもよい。
【００５９】
図８は、把持爪２１２１，２１２２でワークＷを把持したときの把持装置本体２０１の要部を示す説明図であり、図８の一点鎖線Ｃ２１及び一点鎖線Ｃ２２はそれぞれ、磁束発生源２１５及び磁電変換素子２１６の中心線を示している。
【００６０】
把持爪２１２１，２１２２を互いに移動させてワークＷを把持させた時、把持爪２１２１，２１２２がワークＷに接触することで、把持爪２１２１，２１２２はそれ以上移動しなくなり、カム部材２０５の回転、即ち回転部材２１９の回転が停止する。しかし、モータ２０２はカム部材２０５を回転させようと駆動力を発生させるために、図８に示すように、弾性部材２１４１〜２１４４に捩じれ方向に弾性変形が生じ、回転部材２１８が回転部材２１９に対して相対的に回転する。この時、弾性変形により磁束発生源２１５と磁電変換素子２１６との間に相対的に変位Ｆが生じ、磁電変換素子２１６が変位量に比例した電圧を出力することで、弾性部材２１４１〜２１４４に生じた捩じれ方向の弾性変形量を検出する。これにより、コントローラ４０１（図１参照）は、把持力を制御できる。
【００６１】
以上、本第２実施形態によれば、モータ２０２が把持爪２１２１，２１２２を互いに移動させ、把持爪２１２１，２１２２でワークＷを把持した際には、把持力に対応する弾性変形量で弾性部材２１４１〜２１４４に捩じれ方向の弾性変形が生じる。この弾性変形量を検出部２２５が検出することで、コントローラ４０１（図１参照）は正確な把持力を求めることができ、把持爪２１２１，２１２２による把持力を正確に目標把持力にすることができる。これにより、従来のように、把持力を求めるために把持爪の弾性変形量を検出する必要がないので、把持爪２１２１，２１２２に歪みゲージ等の力覚センサを内蔵させる必要もない。したがって、把持爪２１２１，２１２２の大きさや形状に拘束条件を持たせず、自由に把持爪２１２１，２１２２を設計できる。
【００６２】
また、各把持爪２１２１，２１２２及び把持爪２１２１，２１２２へ力を伝える伝達経路の剛性差が少ない。このため、異なる把持力でも同じ把持位置で把持ができ、把持位置を決めるための別の回転駆動部も必要なく、同一のモータ２０２で把持爪２１２１，２１２２を駆動することができるので、装置の小型化及び軽量化が図れる。このように、把持装置が小型化及び軽量化されるので、ロボットアームの動作が安定し、組立作業等、あらゆる作業が容易となる。
【００６３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る把持装置について説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係る把持装置の把持装置本体を示す断面図であり、図１０は、図９のＣ−Ｃ線に沿う把持装置本体の断面図である。図１１は、把持爪でワークを把持したときの把持装置本体の要部を示す説明図である。
【００６４】
上記第１及び第２実施形態では変換機構が、カム溝が形成されたカム部材とカム部材のカム溝に嵌合するカムフォロアを有して構成されている場合について説明したが、第３実施形態では、変換機構が、ラックアンドピニオン機構である場合について説明する。
【００６５】
本第３実施形態では、把持装置は、把持装置本体３０１と、上記第１実施形態と同様、制御部としてのコントローラ４０１（図１参照）とを備えている。
【００６６】
把持装置本体３０１は、図９に示すように、筐体３１３と、開閉動作により把持対象物であるワークＷ（図１）の把持及び把持解放が可能な複数（本第３実施形態では２つ）の把持爪３１２１，３１２２とを備えている。また、把持装置本体３０１は、回転軸３０３と、回転軸３０３を回転駆動することで把持爪３１２１，３１２２を開閉駆動する回転駆動部としての減速機付きモータ３０２と、モータ３０２の回転運動を直線運動に変換する変換機構３２０と、を備えている。
【００６７】
変換機構３２０は、２つの可動台３０７１，３０７２と、２つのラックギア３０９１，３０９２と、２つのレール３１０１，３１０２と、ピニオンギア３０６と、を有している。把持爪３１２１，３１２２の基端には、可動台３０７１，３０７２がそれぞれ締結され、更に可動台３０７１，３０７２には、ラックギア３０９１，３０９２がそれぞれ固定されている。ラックギア３０９１，３０９２には、ピニオンギア３０６が噛合している。
【００６８】
モータ３０２に連結された回転軸３０３には、歯車３０４が設けられており、図１０に示すように、歯車３０４に噛合する外歯が形成された第１回転部材としての回転部材３１８が筐体３１３内に配置されている。この回転部材３１８は、モータ３０２により回転駆動された回転軸３０３の回転運動が歯車３０４を介して伝達され、回転軸３０３の回転と連動して回転する。
【００６９】
この回転部材３１８は、リング状に形成されており、回転部材３１８の内側には、回転部材３１８と同軸に配置された第２回転部材としての回転部材３１９が設けられている。
【００７０】
回転部材３１９は、円板状であり、中心に回転軸３１７が固定されている。回転軸３１７の外周には、ベアリング３１１が設けられており、回転部材３１９は、ベアリング３１１を介して筐体３１３に回転自在に支持されている。
【００７１】
ピニオンギア３０６は、回転部材３１９と同軸上に回転部材３１９に固定されており、回転部材３１９と共に回転軸３１７を中心に一体に回転する。
【００７２】
回転部材３１８の内周面と回転部材３１９の外周面とは、複数（本実施形態では、４つ）の弾性部材３１４１，３１４２，３１４３，３１４４で連結されている。回転部材３１８の回転運動がこれら弾性部材３１４１〜３１４４を介して回転部材３１９に伝達される。これら弾性部材３１４１〜３１４４は、回転部材３１８，３１９の周方向に等間隔に配置されている。これら弾性部材３１４１〜３１４４は、把持爪３１２１，３１２２によりワークＷを把持した際の把持力に応じた弾性変形量で弾性変形する剛性のものである。
【００７３】
つまり、弾性部材３１４１〜３１４４は、モータ３０２が発生させた駆動力により、回転部材３１９に対する回転部材３１８の回転方向、即ち捩じれ方向に弾性変形を生じさせるように形成されている。
【００７４】
ここで、把持爪３１２１，３１２２は、ワークＷを把持した際に弾性部材３１４１〜３１４４が弾性変形するように、弾性部材３１４１〜３１４４よりも高い剛性の剛体で形成されている。これにより、把持爪３１２１，３１２２を剛性の高い部材で形成したことで、各把持爪３１２１，３１２２はワークＷを把持した際にほとんど撓まず、また、撓んだとしても撓み量（弾性変形量）が小さいので撓みのばらつきが抑制される。したがって、把持爪３１２１，３１２２でワークＷを把持したときのワークＷの位置（座標）がばらつくのを抑制することができ、従来のように、各把持爪を独立して駆動しなくてもよく、把持装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００７５】
なお、本実施形態では弾性部材３１４１〜３１４４を板ばね状に形成しているが、この形状に限定するものではなく、捩じれが生じるのであれば形状も板ばね状でなくともよい。また、弾性部材３１４１〜３１４４の個数も、４つに限らず、３つ以上（少なくとも３つ）、即ち複数であればよい。
【００７６】
以上の構成により、モータ３０２が回転軸３０３を回転駆動することで、歯車３０４に噛合する回転部材３１８が回転し、この回転部材３１８の回転運動が、弾性部材３１４１〜３１４４を介して回転部材３１９に固定されたピニオンギア３０６に伝達される。これにより、ピニオンギア３０６が回転軸３１７を中心に回転する。
【００７７】
ピニオンギア３０６が回転することで、ピニオンギア３０６に噛み合ったラックギア３０９１，３０９２が直線移動する。これにより、可動台３０７１，３０７２は、レール３１０１，３１０２に沿って直線摺動し、可動台３０７１，３０７２に取り付けられた把持爪３１２１，３１２２が、それぞれ±Ｘ１、±Ｘ２方向に直線移動し、ワークＷの把持及び把持解放が可能となる。このように、変換機構３２０は、回転部材３１９の回転運動を直線運動に変換して複数の把持爪３１２１，３１２２を開閉動作させる。
【００７８】
本第３実施形態では、把持装置本体３０１は、図１０に示すように、例えば永久磁石等の磁束発生源３１５と、ホール素子等の磁電変換素子３１６とを有する検出部３２５を備えている。磁束発生源３１５は、回転部材３１８，３１９のうち一方の回転部材、本第３実施形態では、回転部材３１８の内周面に設けられている。また、磁電変換素子３１６は、回転部材３１８，３１９のうち他方の回転部材、本第３実施形態では、回転部材３１９の外周面に設けられている。磁束発生源３１５と磁電変換素子３１６とは、回転部材３１８と回転部材３１９との間に相対的な回転がない場合に正対している。
【００７９】
弾性部材３１４１〜３１４４に生じた捩じれ方向の弾性変形により、回転部材３１９と回転部材３１８との間に相対的な回転が生じた場合、磁束発生源３１５と磁電変換素子３１６との間に相対的に変位が生じ、磁電変換素子３１６を通る磁束密度が変化する。
【００８０】
これにより、磁電変換素子３１６は、弾性部材３１４１〜３１４４に生じた弾性変形量、即ち回転部材３１９に対する回転部材３１８の相対的な回転角度（回転量）に比例した電圧を、コントローラ４０１（図１参照）へ出力する。このように、検出部３２５は、弾性部材３１４１〜３１４４に生じた捩じれ方向の弾性変形量、即ち弾性部材３１４１〜３１４４の弾性変形による回転部材３１９に対する回転部材３１８の相対的な回転量を検出する。
【００８１】
なお第３実施形態では、磁束発生源３１５を回転部材３１８の内周面、磁電変換素子３１６を回転部材３１９の外周面に設けているが、これに限らず、磁束発生源３１５を回転部材３１９の外周面、磁電変換素子３１６を回転部材３１８の内周面に設けてもよい。
【００８２】
次に、図１１において、一点鎖線Ｃ３１及び一点鎖線Ｃ３２はそれぞれ、磁束発生源３１５及び磁電変換素子３１６の中心線を示している。
【００８３】
把持爪３１２１，３１２２を互いに移動させてワークＷを把持させた時、把持爪３１２１，３１２２がワークＷに接触することで、把持爪３１２１，３１２２はそれ以上移動しなくなり、ピニオンギア３０６の回転、即ち回転部材３１９の回転が停止する。しかし、モータ３０２はピニオンギア３０６を回転させようと駆動力を発生させるために、図１１に示すように、弾性部材３１４１〜３１４４に捩じれ方向に弾性変形が生じ、回転部材３１８が回転部材３１９に対して相対的に回転する。この時、弾性変形により磁束発生源３１５と磁電変換素子３１６との間に相対的に変位Ｇが生じ、磁電変換素子３１６が変位量に比例した電圧を出力することで、弾性部材３１４１〜３１４４に生じた捩じれ方向の弾性変形量を検出する。これにより、コントローラ４０１（図１参照）は、把持力を制御できる。
【００８４】
以上、本第３実施形態によれば、モータ３０２が把持爪３１２１，３１２２を互いに移動させ、把持爪３１２１，３１２２でワークＷを把持した際には、把持力に対応する弾性変形量で弾性部材３１４１〜３１４４に捩じれ方向の弾性変形が生じる。この弾性変形量を検出部３２５が検出することで、コントローラ４０１（図１参照）は正確な把持力を求めることができ、把持爪３１２１，３１２２による把持力を正確に目標把持力にすることができる。これにより、従来のように、把持力を求めるために把持爪の弾性変形量を検出する必要がないので、把持爪３１２１，３１２２に歪みゲージ等の力覚センサを内蔵させる必要もない。したがって、把持爪３１２１，３１２２の大きさや形状に拘束条件を持たせず、自由に把持爪３１２１，３１２２を設計できる。
【００８５】
また、各把持爪３１２１，３１２２及び把持爪３１２１，３１２２へ力を伝える伝達経路の剛性差が少ない。このため、異なる把持力でも同じ把持位置で把持ができ、把持位置を決めるための別の回転駆動部も必要なく、同一のモータ３０２で把持爪３１２１，３１２２を駆動することができるので、装置の小型化及び軽量化が図れる。このように、把持装置が小型化及び軽量化されるので、ロボットアームの動作が安定し、組立作業等、あらゆる作業が容易となる。
【００８６】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る把持装置について説明する。図１２は、本発明の第４実施形態に係る把持装置の把持装置本体の要部を示す説明図である。図１２（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る把持装置の把持装置本体の要部を示す平面図である。また、図１２（ｂ）は本発明の第４実施形態に係る把持装置の把持装置本体の要部を示す斜視図である。
【００８７】
カム部材５０５には、カムフォロア１０９１，１０９２（図２参照）がそれぞれ摺動自在に嵌合される２つの円弧状のカム溝５０６１，５０６２が形成されている。第１回転部材であるリング状の回転部材５１８の内側には、回転部材５１８と同軸に配置され、カム部材５０５と一体に形成された第２回転部材である回転部材５１９が配置されている。回転部材５１８と回転部材５１９とは、周方向に等間隔に配置された複数（４つ）の弾性部材５１４１〜５１４４で連結されている。
【００８８】
本第４実施形態では、把持装置本体１０１（図１参照）は、図１２（ｂ）に示すように、検出部として、弾性部材５１４（例えば弾性部材５１４３）の歪量を検出する歪ゲージ５１５を備えている。歪ゲージ５１５は弾性部材５１４１〜５１４４の少なくとも１つに貼られ、弾性部材の歪量に応じ抵抗値が変化する。歪ゲージ５１５の抵抗値の変化をコントローラ４０１（図５参照）で電圧に変換することで弾性部材５１４３の歪量に比例した電圧を得ることができる。このように、本第４実施形態の把持装置は把持力を検出し、コントローラ４０１で把持力をコントロールできる。
【００８９】
弾性部材５１４３の変形検出に歪ゲージ５１５を使用することで、把持力に応じた回転部材の変位を検出する検出部を安価に製作できるという利点がある。
【００９０】
なお、本第４実施形態では本発明の第１実施形態の回転部材を例に説明しているが、第２実施形態及び第３実施形態の回転部材にも適用できる。
【００９１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る把持装置について説明する。図１３は、本発明の第５実施形態に係る把持装置の把持装置本体の要部を示す平面図である。
【００９２】
カム部材６０５には、カムフォロア１０９１，１０９２（図２参照）がそれぞれ摺動自在に嵌合される２つの円弧状のカム溝６０６１，６０６２が形成されている。第１回転部材であるリング状の回転部材６１８の内側には、回転部材６１８と同軸に配置され、カム部材６０５と一体に形成された第２回転部材である回転部材６１９が配置されている。回転部材６１８と回転部材６１９とは、周方向に等間隔に配置された複数（４つ）の弾性部材６１４１〜６１４４で連結されている。
【００９３】
本第５実施形態では、把持装置本体１０１（図１参照）は、図１３に示すように、静電容量センサ６１５と、回転部材６１８に設けられた壁面６１６とを有している。静電容量センサ６１５は前記壁面６１６に対し適当な間隔を開け設置され、弾性部材６１４１〜６１４４が変形することにより生じた静電容量センサ６１５と前記壁面６１６の距離Ｄの変化を静電容量センサ６１５で検出し、コントローラ４０１へ出力する。このように、本第５実施形態の把持装置は把持力を検出し、コントローラ４０１で把持力をコントロールできる。
【００９４】
このように、検出部に静電容量センサ６１５を使用することで、回転部材自体を測定でき構成が簡単なため、組み立てが容易であり安価で製作できるという利点がある。また、非接触で検出できるため経時変化にも強いという利点がある。
【００９５】
なお、本第５実施形態では本発明の第１実施形態の回転部材を例に説明しているが、第２実施形態及び第３実施形態の回転部材にも適用できる。
【００９６】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に係る把持装置について説明する。図１４は、本発明の第６実施形態に係る把持装置の把持装置本体の要部を示す説明図である。図１４（ａ）は、本発明の第６実施形態に係る把持装置の把持装置本体の要部を示す平面図である。また、図１４（ｂ）は本発明の第６実施形態に係る把持装置の把持装置本体の検出部を示す詳細図である。
【００９７】
カム部材７０５には、カムフォロア１０９１，１０９２（図２参照）がそれぞれ摺動自在に嵌合される２つの円弧状のカム溝７０６１，７０６２が形成されている。第１回転部材であるリング状の回転部材７１８の内側には、回転部材７１８と同軸に配置され、カム部材７０５と一体に形成された第２回転部材である回転部材７１９が配置されている。回転部材７１８と回転部材７１９とは、周方向に等間隔に配置された複数（４つ）の弾性部材７１４１〜７１４４で連結されている。
【００９８】
本第６実施形態では、把持装置本体１０１（図１参照）は、検出部として、図１４（ｂ）に示すように、光電センサ７１５と、リニアスケール７１６とを有している。光電センサ７１５は、回転部材７１８、７１９のうち一方の回転部材、本第６実施形態では回転部材７１８の内周面に設けられている。また、リニアスケール７１６は、回転部材７１８、７１９のうち他方の回転部材、本第６実施形態では回転部材７１９の内周面に設けられている。弾性部材に７１４１〜７１４４に生じた捩じれ方向の弾性変形により、回転部材７１９と回転部材７１８との間に相対的な回転が生じた場合、この回転角度を光電センサ７１５が読み取る。このように、本第５実施形態の把持装置は把持力を検出し、コントローラ４０１で把持力をコントロールできる。この場合、光電センサ７１５は反射型の光電センサを使用するほうが簡単に構成できるため好ましい。
【００９９】
このように、検出部に光電センサ７１５を使用することで、熱等の外乱要因に強く高精度に検出でき、さらに、回転部材が磁性体または非金属でも変位検出部に影響をおよぼさず、材料を選ばずに製作できるという利点がある。また、非接触で検出できるため経時変化にも強いという利点がある。
【０１００】
なお、本第６実施形態では本発明の第１実施形態の回転部材を例に説明しているが、第２実施形態及び第３実施形態の回転部材にも適用できる。
【０１０１】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で可能である。
【０１０２】
上記実施形態では、把持装置が２つの把持爪を備えている場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、把持爪が２つ以上であればいくつでも構わない。例えば、３本の把持爪が等間隔に配置された把持装置でも同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
また、上記実施形態では、制御部としてのコントローラが把持装置本体に設けられている場合について説明したが、例えばメインコントローラがコントローラの機能を有していてもよく、把持装置は、コントローラが省略されていてもよい。
【０１０４】
また、上記実施形態では、変換機構がカム部材を用いた機構あるいはラックアンドピニオン機構の場合について説明したが、これに限定するものではない。例えばボールねじを用いた機構のものであっても本発明は適用可能である。
【０１０５】
また、上記実施形態では、変換機構が回転運動を直線運動に変換するものであったが、直線運動に限定するものでなく、複数の把持爪の開閉動作に変換できるものであればよい。例えば、各把持爪が中心軸まわりに周方向に移動しながら半径方向に移動して、開閉動作するように変換するものであってもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１００…把持装置、１０２…モータ（回転駆動部）、１０３…回転軸、１０５…カム部材、１１２１，１１２２…把持爪、１１４１，１１４２，１１４３，１１４４…弾性部材、１１５…磁束発生源、１１６…磁電変換素子、１１８…回転部材（第１回転部材）、１１９…回転部材（第２回転部材）、１２０…変換機構、１２５…検出部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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