(57)【要約】  本発明に係るロボットハンドは、基台（２）に複数の指機構（３，４）を設けてなり、該複数の指機構（３，４）が互いの指先部（１９，２０）を接離させるよう動作する構成のロボットハンド（１）であって、複数の指機構（３，４）の少なくとも１つが、基台（２）に支持される基端部を中心にして回転駆動される原動節（２１）と、基端部が基台（２）に揺動可能に連結された従動節（２２）と、基端部が原動節（２１）の先端部に揺動可能に連結されて中央部が従動節（２２）の先端部に揺動可能に連結された中間節（２３）とを備えるチェビシェフリンク機構によって構成され、該中間節（２３）の先端部に指先部（１９，２０）が設けられている。
2010007795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台に複数の指機構を設けてなり、該複数の指機構が互いの指先部を接離させるよう動作する構成のロボットハンドであって、
前記複数の指機構の少なくとも１つが、
前記基台に支持される基端部を中心にして回転駆動される原動節と、
基端部が前記基台に揺動可能に連結された従動節と、
基端部が前記原動節の先端部に揺動可能に連結されて中央部が前記従動節の先端部に揺動可能に連結された中間節と、を備えるチェビシェフリンク機構によって構成され、
該中間節の先端部に前記指先部が設けられることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
チェビシェフリンク機構によって構成された前記指機構の前記指先部の移動軌跡をチェビシェフリンク機構として中間節が取り得る周状の移動軌跡のうちの直線部分に対応せしめるべく、前記原動節が所定角度範囲内で回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記原動節が、前記中間節の基端部を挟み込む一対のリブ部を有し、該一対のリブ部によって前記中間節の基端部が両側から支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
チェビシェフリンク機構によって構成された前記指機構が更に、
前記従動節と前記中間節との連結部に介在する関節部材と、
前記従動節と平行に配されて前記基台と前記関節部材とに揺動可能に連結された第１平行節と、
前記中間節の先端部に揺動可能に連結されて前記指先部をなす把持部材と、
前記中間節と平行に配されて前記関節部材と前記把持部材とに揺動可能に連結された第２平行節と
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記従動節、前記中間節及び前記第１平行節の少なくとも１つが、前記関節部材を挟み込む一対の側壁部を有し、該一対の側壁部によって前記関節部材が両側から支持されていることを特徴とする請求項４に記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記中間節及び前記第２平行節の少なくとも１つが、前記把持部材を挟み込む一対の側壁部を有し、該一対の側壁部によって前記把持部材が両側から支持されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のロボットハンド。
【請求項７】
前記把持部材が、前記中間節の先端部から、他の前記指機構が配置されている側に向けて延在することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のロボットハンド。
【請求項８】
少なくとも２つの前記指機構が前記チェビシェフリンク機構によって構成され、
少なくとも前記原動節の各々が、回転軸方向に投影したときに所定の回転角度範囲内で互いに重なるよう回転軸方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のロボットハンド。
【請求項９】
前記原動節の各々に対する回転駆動力を出力する少なくとも２つのモータを備え、
前記各指機構の原動節の回転軸が互いに平行に配され、
前記各モータが、前記基台に対して回転軸方向に関して同じ側に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のロボットハンド。
【請求項１０】
前記基台は、ロボットアームを連結するためのステー部を有し、
前記各モータが、前記ステー部の延在している方向と同じ側に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基台に複数の指機構を設けてなるロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンドは、互いの指先部が接離するよう動作する複数の指機構を備え、指先部の相互間隔が縮小することによってワークを把持することができる。例えば特許文献１に開示されるように、従来の指機構として、単純回転式、平行リンク式及びリニア式等が知られている。【０００３】
図９Ａに示す単純回転式の指機構９００は、基端部が基台９０１に枢支された一対の揺動節９１１を備え、各揺動節９１１の先端部が指先部９１５をなしている。図示しないモータにより各揺動節９１１が揺動すると、指先部９１５の相互間隔が変化する。【０００４】
図９Ｂに示す平行リンク式の指機構９２０は、共に基端部が基台９２１に枢支された原動節９３１及び従動節９３２を備え、原動節９３１及び従動節９３２の先端部は共に把持部材９３３に枢支されている。従動節９３２は原動節９３１と平行に延び、把持部材９３３が指先部９３５をなしている。図示しないモータにより原動節９３１が揺動すると、従動節９３２が共に揺動して指先部９３５の相互間隔が変化する。【０００５】
図９Ｃに示すリニア式の指機構９４０は、一端部に右ネジが切られて他端部に左ネジが切られたボールネジ９５１を備え、該ボールネジ９５１の各端部には一対の直動節９５２が回転不能に螺合しており、該直動節９５２の先端部が指先部９５５をなしている。ボールネジ９５１は基台９４１に設けられたベアリング９４２により回転可能に支持され、カップリング部材９４３を介して基台９４１の外側面に取り付けられたモータ９４４に連結されている。モータ９４４によりボールネジ９５１が回転駆動されると、直動節９５２がボールネジ９５１上を直動して指先部９５５の相互間隔が変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−６２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
単純回転式及び平行リンク式は、指先部の相互間隔の最大値よりも基台のサイズを小さくすることができる点で有利である。これによりロボットハンド全体が小型化されうる。【０００８】
図１０は図９Ｂに示す指機構を利用したワークの把持動作の説明図である。図１０に示すように、平行リンク式の指機構９２０は上記利点を有するが、指先部９３５の相互間隔が変化したときに指先部９３５の高さが変化する。このため、嵩の薄いワーク９７０を把持する際、指先部９３５が支持面９７１に近付き過ぎた場合にはワーク９７０の支持面９７１に衝突し、衝突を避けるべく指先部９３５を支持面９７１から離した場合にはワーク９７０の空把持が生じるおそれがある。これらを同時に避けるには指先部９３５の支持面９７１に対するクリアランスを適切にすべくロボットを駆動制御する必要があり、ワークの把持を容易に行うことができないという課題がある。【０００９】
また、単純回転式においては、ワークを把持すべく揺動節を動作して指先部の相互間隔を縮めると、指先部の高さと共に基台に対する指先部の姿勢も変化する。このため、平行リンク式と同じような問題が生じる。【００１０】
これに対し、リニア式は、指先部の相互間隔に関わらず指先部の高さや姿勢を一定に保持することができる点で有利である。これにより、ワークを把持するのが容易になる。しかし、図９Ｃに示すように、リニア式では、構造上、指先部の相互間隔の最大値よりも基台のサイズが大きくなるのを避けることができない。このため、ロボットハンド全体の大型化を招く。【００１１】
そこで、本発明は、ロボットハンドを小型化することを目的とし、さらにはワークを容易に把持可能なロボットハンドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るロボットハンドは、基台に複数の指機構が設けられ、該複数の指機構が互いの指先部を接離させるよう動作する構成のロボットハンドであって、前記複数の指機構の少なくとも１つが、前記基台に支持される基端部を中心にして回転駆動される原動節と、基端部が前記基台に揺動可能に連結された従動節と、基端部が前記原動節の先端部に揺動可能に連結されて中央部が前記従動節の先端部に揺動可能に連結された中間節と、を備えるチェビシェフリンク機構によって構成され、該中間節の先端部に前記指先部が設けられることを特徴としている。【００１３】
本構成によれば、指先部の移動軌跡がチェビシェフリンク機構の中間節の先端部の移動軌跡に従う。チェビシェフリンク機構の原理によれば、基台に支持されている原動節の基端部と従動節の基端部との間の距離よりも大きい範囲で指先部が移動し、指先部の相互間隔の最大値を基台のサイズよりも大きくすることができる。したがって、ロボットハンド全体を小型化することができる。なお、チェビシェフリンク機構は４つの節を備える機構であるが、本構成によれば、原動節及び従動節の各基端部と連結された基台が残り１つの節として機能する。【００１４】
チェビシェフリンク機構によって構成された前記指機構の前記指先部の移動軌跡を、チェビシェフリンク機構として中間節が取り得る周状の移動軌跡のうち、直線部分に対応せしめるべく、前記原動節が所定角度範囲内で回転可能に構成されていることが好ましい。本構成によれば、指先部の相互間隔に関わらず、指先部の高さが変化しなくなる。したがって、ワークの把持を容易に行うことができる。【００１５】
前記原動節が、前記中間節の基端部を挟み込む一対のリブ部を有し、該一対のリブ部によって前記中間節の基端部が両側から支持されていることが好ましい。かかる構成によれば、中間節の先端側に作用する回転軸方向の荷重を支持する強度を高めることができる。【００１６】
チェビシェフリンク機構によって構成された前記指機構が更に、前記従動節と前記中間節との連結部に介在する関節部材と、前記従動節と平行に配されて前記基台と前記関節部材とに揺動可能に連結された第１平行節と、前記中間節の先端部に揺動可能に連結されて前記指先部をなす把持部材と、前記中間節と平行に配されて前記関節部材と前記把持部材とに揺動可能に連結された第２平行節とを備えていることが好ましい。本構成によれば、関節部材は第１平行節により拘束されてその姿勢を変化させずに動作し、把持部材は第２平行節により拘束されてその姿勢を変化させずに動作する。つまり、この指機構は、チェビシェフリンク機構に平行リンク機構を組み合わせた構造を有する。本構成に従えば、この把持部材に指先部が形成されるため、指先部の相互間隔に関わらず指先部の姿勢が変化しなくなる。したがって、ワークの把持を容易に行うことができる。【００１７】
前記従動節、前記中間節及び前記第１平行節の少なくとも１つが、前記関節部材を挟み込む一対の側壁部を有し、該一対の側壁部によって前記関節部材が両側から支持されていることが好ましい。かかる構成によれば、関節部材に対して先端側に延びる節に作用する回転軸方向の荷重を支持する強度を高めることができる。また、前記中間節及び前記第２平行節の少なくとも１つが、前記把持部材を挟み込む一対の側壁部を有し、該一対の側壁部によって前記把持部材が両側から支持されていることが好ましい。かかる構成によれば、把持部材の先端側で作用する回転軸方向の荷重を支持する強度を高めることができる。【００１８】
前記把持部材が、前記中間節の先端部から、他の前記指機構が配置されている側に向けて延在していることが好ましい。かかる構成によれば、把持部材の肉厚を大きくしたり、指機構同士の配置間隔を小さくしなくても、指先部の相互間隔の最小値を小さくすることができ、幅の小さいワークを把持することができるようになる。【００１９】
少なくとも２つの前記指機構が前記チェビシェフリンク機構によって構成され、少なくとも前記原動節の各々が、回転軸方向に投影したときに所定の回転角度範囲内で互いに重なるよう回転軸方向にずれて配置されていてもよい。かかる構成によれば、２個の指機構を両方ともチェビシェフリンク機構によって構成する場合において、原動節の相互間隔が小さくなり、ロボットハンド全体を小型化することができる。【００２０】
該原動節の各々に対する回転駆動力を出力する少なくとも２つのモータを備え、前記各指機構の原動節の回転軸が互いに平行に配され、前記各モータが、前記基台に対して同じ側に配置されていてもよい。かかる構成によれば、モータを集約して配置することができ、ロボットハンド全体の小型化に資する。【００２１】
前記基台は、ロボットアームを連結するためのステー部を有し、前記各モータが、前記ステー部の延在している方向と同じ側に配置されていてもよい。かかる構成によれば、ロボットアームを取り付けるための構造とモータとを集約して配置することができ、ロボットハンド全体の小型化に資する。【００２２】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように本発明によれば、ロボットハンドを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明に係る指機構に利用されるチェビシェフリンク機構の説明図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの平面図である。
【図４】図４は、図３のIV−IV線に沿って示すロボットハンドを正面視で示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの動作説明図であって、ワーク把持の準備段階であって指先部の相互間隔が最大の状態を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの動作説明図であって、ワークを把持すべく指先部の相互間隔を縮めた状態を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの動作説明図であって、指先部の相互間隔が最小の状態を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第２実施形態に係るロボットハンドの動作説明図であって、ワーク把持の準備段階であって指先部の相互間隔が最大の状態を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の第２実施形態に係るロボットハンドの動作説明図であって、両指先部によってワークが把持された状態であって指先部の相互間隔が最小の状態を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態に係るロボットハンドを適用した細胞自動培養装置の概要図である。
【図８】図８は、図７に示す細胞自動培養装置に適用されたロボットハンドの摺動部位の周辺を示す斜視図である。
【図９Ａ】図９Ａは、トグル式の指機構を備えた従来のロボットハンドの説明図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、平行リンク式の指機構を備えた従来のロボットハンドの説明図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、リニア式の指機構を備えた従来のロボットハンドの説明図である。
【図１０】図１０は、図９Ｂに示す平行リンク式の指機構を備えた従来のロボットハンドの動作説明図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、リニア式の指機構を備えた従来のロボットハンドの説明図であって、その直動軸が収容されている状態を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、リニア式の指機構を備えた従来のロボットハンドの説明図であって、その直動軸が露出している状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照しつつ本発明に係る実施の形態について説明する。
【００２６】
［チェビシェフリンク機構］
まず、図１に基づいて本発明に係る指機構に適用される公知のチェビシェフリンク機構について説明する。チェビシェフリンク機構８００は、原動節８０１、固定節８０２、従動節８０３及び中間節８０４の４つの節を備え、原動節８０１の基端８１１に回転駆動力が入力されることによって動作する。固定節８０２は、原動節８０１の基端８１１に対する従動節８０３の基端８１２の位置を固定する。原動節８０１の基端８１１と従動節８０３の基端８１２とはそれぞれ、固定節８０２に揺動可能に連結されている。中間節８０４の基端８１３は原動節８０１の先端８１４に揺動可能に連結され、従動節８０３の先端８１５は中間節８０４の中央に揺動可能に連結されている。つまり、中間節８０４は、従動節８０３との連結部に対して原動節８０１と連結される基端側に延在する基端側延在部８０５と、その反対側に延在する先端側延在部８０６とを有し、この先端側延在部８０６の先端が中間節８０４の先端８１６をなしている。
【００２７】
原動節８０１の長さを「１」とすれば、固定節８０２の長さが「２」、従動節８０３の長さが「２．５」、中間節８０４の長さが「５」となる。また、中間節８０４の基端側延在部８０５の長さは先端側延在部８０６の長さと等しく、各延在部８０５，８０６の長さは「２．５」となる。
【００２８】
図示のように、固定節８０２が水平かつ下側に配され、従動節８０３が原動節８０１に対して向かって右側に配された場合を想定する。実線で示すように原動節８０１が固定節８０２に対して上向きに起立しているとき、中間節８０４の先端８１６は原動節８０１の基端８１１から水平方向に最も離れる。原動節８０１の長さを「１」とすると、この原動節８０１の基端８１１と中間節８０４の先端８１６との間の水平距離が「４」となり、固定節８０２の長さの２倍となる。原動節８０１がこの起立状態から反時計回りに回転すると、中間節８０４自体は姿勢を変化させるものの、中間節８０４の先端８１６は左方に直線的に移動する。この移動は二点鎖線で示すように原動節８０１が下向きに垂下する状態となるまで行われ、この垂下状態において原動節８０１の基端８１１と中間節８０４の先端８１６との間の水平距離が０となる。原動節８０１がさらに回転して原動節８０１が再び起立状態となるまでの間、中間節８０４の先端８１６は、原動節８０１の基端８１１との間の水平距離を大きくさせながら曲線的に移動する。
【００２９】
このようにチェビシェフリンク機構８００では、原動節８０１が１回転する間に中間節８０４の先端８１６がある面内で周状の移動軌跡８１０に沿って移動する。上記起立状態の原動節８０１の回転角度を０度とし、反時計回りの回転方向を正の回転方向とすると、原動節８０１の回転運動に応じた中間節８０４の先端の移動の軌跡８１０は、この回転角度が０度と１８０度の間において固定節８０２の延在方向と略平行に延びる直線となっている。
【００３０】
［第１実施形態］
図２は本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの斜視図、図３はその平面図である。図２及び図３に示すロボットハンド１は、基台２と、複数個（本実施形態では２個）の指機構３，４とを備えている。以降の説明では、指機構３，４の指先部１９，２０が対向し且つ移動する方向を左右方向としている。
【００３１】
基台２は、平板状のベース部材５に支持部材６が接合されてなる。支持部材６は、断面Ｕ状に形成され、ベース部材５に接合される底壁７と、底壁７から垂直に起立する一対の側壁８，９とを有している。ベース部材５は、支持部材６に対して奥側へ延在するステー部１０を有し、このステー部１０の底面には図示しないロボットアームが連結される。
【００３２】
奥側の側壁９は、その長手方向中央部が奥側へ突出している。この突出部９ａの外面には、各指機構３，４を駆動する２個のモータ１１，１２が左右に並ぶようにして固定されている。各モータ１１，１２は例えばサーボモータ等から構成されており、互いのハウジングの側面が左右に密着している。モータ１１，１２は図示しない制御装置により正逆自在に回転するよう駆動制御される。また、この図示しない制御装置により、モータ１１，１２は所望の回転位置に停止されるよう制御され得る。
【００３３】
このように両モータ１１，１２は、基台２の奥側で集約されるよう配置されている。このため、一方のモータを手前側の側壁８に取り付けて他方のモータを奥側の側壁９に取り付ける場合と比べ、ハンド全体を小型化することができる。しかも、両モータ１１，１２はステー部１０が延びる奥側の側壁９に固定され、平面視でステー部１０と重なっている。このように、各モータ１１，１２はロボットアームを取り付けるための構造と共に集約されて配置されており、ハンド全体を小型化することができる。
【００３４】
図３に示すように、各モータ１１，１２の出力軸は、側壁９の突出部９ａの内側に形成される凹部内に収容されたカップリング部材１３，１４を介し、側壁８，９の相互間を側壁８，９の垂直方向に延びる回転軸１５，１６に連結されている。各回転軸１５，１６の手前側の端部は、手前側の側壁８に内蔵されたベアリング１７，１８によって回転可能に支持されている。
【００３５】
各指機構３，４は、この回転軸１５，１６と、基台２の側壁８，９とにより支持されている。各指機構３，４は、互いに同じ部品から構成され、回転軸１５，１６間でベース部材５に対して垂直に延びる軸を中心にした１８０度回転対称の関係にある。
【００３６】
各指機構３，４の付け根部分は側壁８，９の間の空間内に配置され、各指機構３，４の指先部１９，２０は基台２に対して突出するよう配置され、互いに左右に対向している。
【００３７】
指機構３，４は、モータ１１，１２が駆動して回転軸１５，１６が回転することにより、その回転方向に応じて各指先部１９，２０が互いに離接するよう動作する。この動作を実現すべく、本実施形態の指機構３，４にはそれぞれ、上述したチェビシェフリンク機構が応用されている。
【００３８】
図４は図３のIV−IV線に沿って示す断面図であり、側壁８，９の間の内部構造を正面視で示している。以下、図２乃至図４を参照して指機構３，４の構成について説明する。
【００３９】
指機構３，４は、チェビシェフリンク機構の要素である原動節２１、従動節２２及び中間節２３を備えている。
【００４０】
図３，図４に示す原動節２１の基端部は円筒状に形成され、各原動節２１の基端部には対応する回転軸１５，１６が挿し通されている。各原動節２１は対応する回転軸１５，１６に固定され、該回転軸１５，１６と一体に回転する。原動節２１は、先端部をなす一対のリブ部２４を有している。なお、図３における原動節２１内の点線はリブ部２４の基端を区画する輪郭線である。このリブ部２４の外面と基端部の側面とは、同一面を形成している。これらリブ部２４の相互間には、中間節２３の基端部が挟み込まれている。中間節２３の基端部の両側面には、回転軸１５の軸方向と平行に突出するピン２５が設けられており、このピン２５は、リブ部２４に内蔵されたベアリング２６によって回転可能に支持されている。このように、中間節２３の基端部は、その両側から原動節２１の先端部に揺動可能に連結されている。また、中間節２３の基端部はリブ部２４によって両側から支持されている。このため、中間節２３の先端側で受けた回転軸方向の荷重の支持強度が高くなり、ロボットハンド１の耐久性が向上する。
【００４１】
従動節２２の基端部は円筒状に形成され、その軸長は側壁８，９の相互間隔とほぼ等しくなっている。この基端部の両側面には回転軸方向と平行に突出するピン２７（図４参照）が設けられており、このピン２７は側壁８，９の左右方向の端部に内蔵されたベアリング２８（図２，図３参照）によって回転可能に支持されている。このように、従動節２２の基端部は、基台２の側壁８，９に揺動可能に連結されている。また、この従動節２２の基端部の位置は、原動節２１の基端部に対して側壁８，９を介して固定されている。すなわち、このロボットハンド１では、基台２の側壁８，９がチェビシェフリンク機構の要素の１つをなす固定節として機能している。
【００４２】
従動節２２の中間部分は断面Ｕ状に形成され、基端部の外周面から滑らかに繋がって延びる平板状のベース部２９と、基端部の側面から一体的に延びる一対の側壁部３０，３１とを有している。ベース部２９の幅は、基端部の軸長に等しく、側壁部３０，３１はベース部２９の縁から垂直に折れ曲がるようにして設けられている。
【００４３】
中間節２３は、原動節２１と連結される基端部から延在する基端側延在部３２と、基端側延在部３２に連設された先端側延在部３３とを有している。
【００４４】
後述する理由から、図３に示すように、左側の指機構３の原動節２１は、一対の側壁８，９の間で奥側にオフセットされ、右側の指機構４の原動節２１は一対の側壁８，９の間で手前側にオフセットされている。このため、左側の指機構３の基端側延在部３２は側壁８，９間の奥側を概ね左方に延在し、右側の指機構４の基端側延在部３２は側壁８，９間の手前側を概ね右方に延在している。図２及び図４に示すように、基端側延在部３２は、原動節２１が回転したときに原動節２１の基端部外面と干渉しないよう、原動節２１の基端部の外面の曲率と同じ程度の曲率で弓状に湾曲している。
【００４５】
先端側延在部３３は断面Ｕ状に形成されており、基端側延在部３２に連なる平板状のベース部３４と、ベース部３４の側縁から垂直に折れ曲がるようにして設けられた一対の側壁部３５，３６とを有している。左側の指機構３においては、一対の側壁部３５，３６のうち奥側の側壁部３５の外面が、基端側延在部２６の外面と同一面を形成しており、これら側壁部３５と基端側延在部３２とが一体的に延びている。ベース部３５は、これら側壁部３５及び基端側延在部３２から手前側に延在しており、この延在方向がベース部３５の幅方向となる。右側の指機構４においては、これら奥側と手前側との関係が逆になり、手前側の側壁部３５と基端側延在部３２とが一体的に延びている。
【００４６】
この中間節２３の中央部は、従動節２２の先端部と揺動可能に連結されている。より具体的には、従動節２２の先端部では、ベース部３２が基端側へ矩形状に切り欠かれ、一対の側壁部３０，３１が回転軸方向に対向している。この切り欠きによって形成された従動節２２の側壁部３０，３１の相互間に、中間節２３の一対の側壁部３５，３６が配置されている。外側に配置された従動節２２の側壁部３０，３１には、ベアリング３７が内蔵されている。内側に配置された中間節２３の側壁部３５，３６の相互間には、関節部材３８が挟み込まれている。この関節部材３８の両側面には回転軸方向と平行に突出するピン３９が設けられており、このピン３９は中間節２３の側壁部３５，３６を貫通してベアリング３７に回転可能に支持される。
【００４７】
このように、従動節２２の先端部と中間節２３の中央部との間には関節部材３８が介在し、従動節２２の先端部と中間節２３の中央部とは、互いに揺動可能に連結され、またこの関節部材３８に対して揺動可能に連結されている。また、関節部材３８は、従動節２２の側壁部３０，３１及び中間節２３の側壁部３５，３６によって両側から支持されている。このため、例えば中間節２３の先端側延在部３３のように関節部材３８に対して先端側の節に作用する回転軸方向の荷重の支持強度が高くなり、ロボットハンド１の耐久性が向上する。
【００４８】
関節部材３８は、従動節２２及び中間節２３との連結部に対してクランク状に屈曲する屈曲部４０を有している。左側の指機構３の屈曲部４０はこの連結部に対して奥側に屈曲し、右側の指機構４の屈曲部４０は連結部に対して手前側に屈曲している。
【００４９】
この屈曲部４０と基台２との間には、従動節２２と平行に延びる第１平行節４１が跨っている。この「平行」の概念は、第１平行節４１の基端部の揺動支点と第１平行節４１の先端部の揺動支点とを結ぶ直線が、従動節２２の基端部の揺動支点と従動節２２の先端部の揺動支点とを結ぶ直線に対して平行であることを意図し、第１平行節４１における揺動支点間の形状が、従動節２２における揺動支点間の形状と一致していなくてもよいものとしている。
【００５０】
第１平行節４１の基端部の両側面には回転軸方向と平行に突出するピン４２が設けられており、このピン４２は側壁８，９に内蔵されたベアリング４３によって回転可能に支持されている。このベアリング４３は、回転軸１５，１６を支持するベアリング１６，１７と、従動節２２の基端部を支持するベアリング２８との間に配置されている。第１平行節４１は先端部をなす二股の側壁部４４，４５を有し、関節部材３８の屈曲部４０はこの一対の側壁部４４，４５の間に挟み込まれている。屈曲部４０の両側面には回転軸１５，１６の軸方向に突出するピン４７が設けられており、このピン４７は側壁部４４，４５に内蔵されたベアリング４８によって回転可能に支持されている。
【００５１】
このように、第１平行節４１の基端部は基台２に揺動可能に連結され、第１平行節４１の先端部は関節部材３８に揺動可能に連結されている。関節部材３８の屈曲部４０は、第１平行節４１の側壁部４４，４５によって両側から支持されている。このため、例えば中間節２３の先端側延在部３３のように関節部材３８に対して先端側の節に作用する回転軸方向の荷重を支持する強度が高くなり、ロボットハンド１の耐久性が向上する。
【００５２】
これら従動節２２及び第１平行節４１は平行リンク機構を構成している。つまり、従動節２２が揺動すると第１平行節４１がともに揺動し、関節部材３８は従動節２２の先端部の移動軌跡に沿って移動するが、関節部材３８の基台２に対する姿勢は変化しない。
【００５３】
このとき、第１平行節４１は、従動節２２に対して原動節２１の配置されている側に配置されている。このため、平行リンク機構を設けるにあたり、基台２の左右方向の寸法が大型化せず、ハンド全体を小型化することができる。
【００５４】
なお、第１平行節４１により両側から挟み込まれた屈曲部４０は平面視において中間節２３の基端側延在部３２と重なるよう配置されている。また、この基端側延在部３２は、第１平行節４１に対して左右に離れた原動節２１と従動節２２の先端部との間において、第１平行節４１の側壁部４４，４５の相互間を通り抜けるようにして延在している。この構造により、第１平行節４１を従動節２２及び原動節２１の間に配置し、且つ関節部材３８の屈曲部４０を両側から支持する構造を設けた場合に、中間節２３と第１平行節４１との干渉を避けることができる。
【００５５】
中間節２３の先端側延在部３３は、この関節部材３８に対して先端側に向けて延在している。中間節２３の先端部では、ベース部３４が基端側に矩形状に切り欠かれており、一対の側壁部３５，３６が回転軸方向に対向している。これら側壁部３５，３６の相互間には、把持部材４９の基部が挟み込まれている。把持部材４９の基部の両側面には回転軸方向に突出するピン５０が設けられ、このピン５０は先端側延在部３３の側壁部３５，３６に内蔵されたベアリング５１によって回転可能に支持されている。
【００５６】
このように、中間節２３（先端側延在部３３）の先端部は、把持部材４９に揺動可能に連結されている。また、把持部材４９の基部は、中間節２３の側壁部３５，３６によって両側から支持されている。このため、把持部材４９の先端部に作用する回転軸方向の荷重を支持する強度が高くなり、ロボットハンド１の耐久性が向上する。
【００５７】
この把持部材４９と関節部材３８との間には、中間節２３と平行に延びる第２平行節５２が跨っている。ここでの「平行」の概念は、第２平行節５２の基端部の揺動支点と第２平行節５２の先端部の揺動支点とを結ぶ直線が、中間節２３の中間部の揺動支点と中間節２３の先端部の揺動支点とを結ぶ直線に対して平行であることを意図し、第２平行節５２における揺動支点間の形状が、中間節２３における揺動支点間の形状と一致していなくてもよいものとしている。
【００５８】
第２平行節５２は断面Ｕ状に形成され、平板状のベース部５３と、ベース部５３の縁から垂直に折れ曲がるようにして設けられる一対の側壁部５４，５５とを有する。ベース部５３の幅は先端側延在部３３の幅と略等しい。第２平行節５２の基端部においては、ベース部５３が先端側に矩形状に切り欠かれており、一対の側壁部５４，５５が対向している。この基端部の側壁部５４，５５の相互間には関節部材３８が挟み込まれている。関節部材３８の両側面には回転軸１５，１６の軸方向に平行に突出するピン５６が設けられており、このピン５６が側壁部５４，５５の基端部に内蔵されたベアリング５７に回転可能に支持されている。また、第２平行節５２の先端部においては、ベース部５３が基端側に矩形状に切り欠かれており、一対の側壁部５４，５５が対向している。この側壁部５４，５５の先端部の相互間には把持部材４９が挟み込まれている。把持部材４９の両側面には回転軸１５，１６の軸方向と平行に突出するピン５８が設けられており、このピン５８は側壁部５４，５５の先端部に内蔵されたベアリング５９によって回転可能に支持されている。
【００５９】
このように、第２平行節５２の基端部は関節部材３８に揺動可能に連結され、第２平行節５２の先端部は把持部材４９に揺動可能に連結されている。また、関節部材３８は、第２平行節５２の側壁部５４，５５によって両側から支持されている。このため、例えば中間節２３の先端側延在部３３のように関節部材３８に対して先端側の節に作用する回転軸方向の荷重を支持する強度が高くなり、ロボットハンド１の耐久性が向上する。同様に把持部材４９は、第２平行節５２の側壁部５４，５５によって両側から支持されている。このため、把持部材４９の先端部に作用する回転軸方向の荷重を支持する強度が高くなり、ロボットハンド１の耐久性が向上する。
【００６０】
これら中間節２３の先端側延在部３３及び第２平行節５２は平行リンク機構を構成している。つまり、中間節２３が揺動すると第２平行節５２がともに揺動し、把持部材４９が中間節２３の先端部の移動軌跡に沿って移動するが、把持部材４９の関節部材３８に対する姿勢、すなわち基台２に対する姿勢が変化することはない。
【００６１】
この第２平行節５２は、中間節２３の先端側延在部３３に対して、他方の指機構が配設されている側に配置されている。すなわち、例えば左側の第２平行節５２は中間節２３の先端側延在部３３に対して右側に配置されている。また、第２平行節５２の先端部の揺動支点は、中間節２３の先端部の揺動支点に対し、基台２から遠ざかる側に配置されている。このため、把持部材４９の基部は、中間節２３との連結部に対し、基台２から遠ざかると共に他方の指機構に近付く方向に延在している。この構成により、後述するよう指先部１９，２０の相互間隔の最小値Ｌ４を小さくすることができる。
【００６２】
把持部材４９の先端部は、このように延在する把持部材４９の基部に連設され、先端側延在部３３及び第２平行節５２から突出するよう配置されている。把持部材４９の先端部には、その左右内側をベース部材５に対して垂直に延びる平坦な把持面６０が形成されている。本実施形態では、中間節２３の先端部に取り付けられて把持部材４９の先端部が、指機構３の指先部１９，２０を形成しており、左右に対向する把持面６０の左右方向距離が指先部１９，２０の相互間隔となっている。
【００６３】
上記のとおり原動節２１と従動節２２と中間節２３とはチェビシェフリンク機構を構成している。すなわち、原動節２１の回転中心と原動節２１の先端部の揺動支点との直線距離を１としたとき、原動節２１の回転中心と従動節２２の基端部の揺動支点との間の直線距離が２、従動節２２の基端部の揺動支点と従動節２２の先端部の揺動支点との間の直線距離が２．５、中間節２３の基端部の揺動支点と中間節２３の先端部の揺動支点との間の直線距離が５となっている。また、従動節２２の中間節２３に対する揺動支点は、中間節２３の基端部の揺動支点と中間節２３の先端部の揺動支点との結線上に位置し、該結線の中点となっている。このように、本実施形態の指機構３，４は、チェビシェフリンク機構をベースにして構成され、更に２つの平行リンク機構が組み合わされて構成されたものとなっている。
【００６４】
以下、図５Ａ−図５Ｃに基づき、上記ロボットハンド１の動作を説明する。
【００６５】
図５Ａに示すように、ワーク７０が所定の支持台７１の上面に支持されているものとする。このワーク７０の把持に際しては、まず、不図示のロボットアームを駆動してロボットハンド１を支持台７１の上面近くに移動させ、指先部１９，２０が支持台７１に衝突しないようクリアランスを介して指先部１９，２０を支持台７１の上面に対向させる。このとき、指先部１９，２０の相互間隔が最大値Ｌ１をとるよう、各指機構３，４の原動節２１，２１が予め起立状態となっている。
【００６６】
この起立状態とは、原動節２１のリブ部２４が回転軸１５，１６に対してベース部材５の配設側とは反対側に起立した状態である。この起立状態においては、従動節２２及び第１平行節４１の先端部も同様にして起立し、また、中間節２３の先端部が原動節２１に対して左右方向に最も離れた場所に位置する。このときのピン２５の中心（すなわち原動節２１の回転中心）と中間節２３の先端部の揺動支点との間の左右方向距離は、ピン２５の中心（すなわち原動節２１の回転中心）と従動節２２の基端部の揺動支点との間の左右方向距離の２倍となる。
【００６７】
ここで、基台２の左右方向寸法Ｌ２としては、原動節２１の回転中心と従動節２２の基端部の揺動支点との間の寸法だけでなく、左右の原動節２１の回転中心間の寸法Ｌ３や、従動節２３の基端部を支持するためのベアリング２８（図２乃至図４参照）を内蔵するために必要な寸法が確保される。このため、基台２の左右方向寸法Ｌ２は原動節２１の回転中心と従動節２２の基端部の揺動支点との間の寸法を単純に２倍した長さよりも大きくなるのは避けられない。また、把持部材４９自体には肉厚があり、更に本実施形態の把持部材４９は中間節２３の先端部の揺動支点から互いに近付く方向に延在している。このため、原動節２１の回転中心から把持面６０までの左右方向距離は、原動節２１の回転中心から中間節の先端部の揺動支点までの左右方向距離よりも小さくなっている。
【００６８】
このような状況を考慮しても、チェビシェフリンク機構によって構成されたこの指機構３，４においては、原動節２１を起立状態としたときに、把持面６０を基台２の左右両端部に対して左右外側に位置させることができる。このため、指先部１９，２０の相互間隔の最大値Ｌ１が、基台２の左右方向寸法Ｌ２よりも大きくなり、ハンド１全体を小型化することができる。なお、図示例では、指先部１９，２０の相互間隔の最大値Ｌ１が、基台２の左右方向寸法Ｌ２の１．３倍程度となっている。
【００６９】
このような状態から、各モータ１１，１２（図２，図３参照）が駆動され、回転軸１５，１６と共に原動節２１が回転駆動される。このとき、それぞれ起立している原動節２１は、互いの先端部が近付く方向に回転する。すなわち、自身の指先部１９，２０から遠ざかる方向に回転する。
【００７０】
この方向に回転すると、図５Ｂに示すように、チェビシェフリンク機構の要素をなす中間節２３の先端部は、図１に示した周状の移動軌跡８１０のうちの直線部分８１１に沿って、基台２からの高さを変化させることなく原動節２１が設けられている側へと直線的に移動する。この中間節２３の先端部に連結された把持部材４９は、把持面６０がベース部材５に対して垂直に延びている姿勢を保持したまま、中間節２３の先端部の移動軌跡に沿って直線的に移動する。つまり、本実施形態の各指先部１９，２０は、基台２に対する高さ及び姿勢が変化することなく相互間隔が変化する。このため、ワーク７０を把持する際に、指先部１９，２０が支持台７１に衝突するおそれやワークの空把持が生じるおそれを低減することができる。
【００７１】
左右の原動節２１は、先端部が互いに近付くように回転したとき、所定の回転角度範囲において正面視で互いに重なる。つまり、左右の原動節２１の回転中心間の寸法Ｌ３が、原動節２１の回転中心と原動節２１の先端部の揺動支点との直線距離の２倍よりも小さくなっている。なお、図３に示すと共に前述したように、原動節２１は側壁８，９の間で回転軸方向にずれて配置されているため、左右の原動節２１が互いに干渉することはない。このように左右の原動節２１が所定角度範囲で互いに重なるように配置されることにより、２つの指機構３，４が左右方向に集約されて配置され、ハンド１全体を小型化することができる。
【００７２】
なお、指機構３，４を回転軸方向にずらして配置しているため、側壁８，９の間の間隔を大きくすることができる。この大きくなったスペースを利用することにより、中間節２３の基端部や関節部材３８を両側から支持する構造を無理なく配置することができる。また、図３に示されるように、原動節２１の回転軸方向のずれは、中間節２３のベース部３４や従動節２２のベース部２９に幅をもたせることによって解消されており、このため、互いの把持部材４９の把持面６０は軸方向にずれることなく左右に対向する。また、従動節２２及び中間節２３は、幅広のベース部２９，３４を有することができるため、その剛性を確保することができる。
【００７３】
そして、ワーク７０の各側面に左右の把持面６０を当接させ、互いの把持面６０からワーク７０に所定の押圧力が作用する状態でモータ１１，１２（図２及び図３参照）を停止する。これによりロボットハンド１はワーク７０を把持した状態となり、不図示のロボットアームを駆動することによってワーク７０を支持台７１から別の場所へ搬送することができる。なお、上記のように把持面６０は軸方向にずれることなく対向しているため、ワーク７０を把持する確実性が高くなっている。
【００７４】
図５Ｃには、指先部１９，２０の相互間隔を最小にした状態を示している。このとき、原動節２１の先端部は、図５Ａに示す起立状態から１８０度回転し、回転軸１５，１６に対してベース部材５に向かって垂下した状態となる。
【００７５】
ここで、底壁７には開口７ａが形成され、ベース部材５にはこの開口７ａと連通する開口５ａが形成されている。このため、原動節２１が垂下状態となっても、原動節２１の先端部がこれら開口５ａ，７ａ内に位置するようになり底壁７と干渉するのを避けることができる。このように指機構３，４と基台２との干渉を考慮することなく基台２に指機構３，４が組み付けられるようになるため、回転軸１５，１６を支持するベアリングを収容するための孔の加工や、ロボットハンド１の組立が煩雑になるのを防ぐことができる。
【００７６】
この垂下状態において、中間節２３の先端部の揺動支点と中間節２３の基端部の揺動支点との結線上に原動節２１の回転中心が位置し、中間節２３の先端部と原動節２１の回転中心との左右方向距離は０となる。
【００７７】
前述したように把持部材４９の基部は互いに近付く方向に傾斜して延びている。このため、左右の原動節２１の回転中心が左右に離れていても、指先部１９，２０をなす把持部材４２の把持面４９の対向間隔をこの回転中心間の距離Ｌ３よりも小さくすることができる。従って、指先部１９，２０の相互間隔の最小値Ｌ４は、原動節２１の回転中心間の距離Ｌ３よりも小さくなり、幅の小さいワークも把持することができるようになる。
【００７８】
また、指先部１９，２０の相互間隔の最小値Ｌ４は、把持部材４９の先端部の肉厚を大きくすることによって小さくすることができる。本実施形態では、この相互間隔の最小値Ｌ４が略０となるよう把持部材４９の肉厚が設定されている。略０とは、例えば１ｍｍ程度の寸法である。その一方で、左右の原動節２１が所定角度範囲において正面視で互いに重なるように配置され、これにより原動節２１の回転中心間の距離Ｌ３が可及的に小さくなっている。このため、指先部１９，２０の相互間隔の最小値Ｌ４を小さくするにあたって、把持部材４９の肉厚を過度に大きくする必要性がなく、ロボットハンド１の軽量化及び低コスト化に資するものとなっている。
【００７９】
［第２実施形態］
次に図６Ａ及び図６Ｂに基づいて本発明の第２実施形態に係るロボットハンドについて説明する。第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８０】
図６Ａに示すように、このロボットハンド１０１は、基台１０２に２つの指機構１０３，１０４が設けられている。一方の指機構１０３は、固定節１２１、従動節１２２及び中間節１２３を備えたチェビシェフリンク機構によって構成され、基台２がチェビシェフリンク機構の要素の一つである固定節として機能する。各節の連結構造、及び各節の長さ比は、図１に示すものと同様であるため、詳細説明を省略する。原動節１２１の基端部には、基台１０２に取り付けられた不図示のモータの出力軸が連結され、このモータが出力する回転駆動力が原動節１２１の基端部に入力されるようになっている。他方の指機構１０４は、その基端部が基台２に固定された固定節１３１からなる。この固定節１３１は基台２に対して動作しないため、この固定節１３１を駆動するための駆動源もこのロボットハンド１０１には設けられていない。
【００８１】
指機構１０３の指先部１１３は、中間節１２３の先端部によって形成され、指機構１０４の指先部１１４は、固定節１３１の先端部によって形成されている。
【００８２】
図６Ａには、支持台１７１の上面に支持された丸太状のワーク１７０が示されている。このようなワーク１７０を把持する際、ロボットハンド１０１の指先部１１３，１１４を支持台１７１の上面に近づける。このとき、指機構１０３の原動節１２１は基台２側に延びる垂下状態となる。この垂下状態においては、中間節１２３の先端部と原動節１２１の回転中心の左右方向距離は０となり、指先部１１３，１１４の相互間隔が最大の状態となる。
【００８３】
次に、不図示のモータを駆動し、原動節１２１を他方の指機構１０４から遠ざかる側に回転させる。この方向に原動節１２１が回転すると、チェビシェフリンク機構の要素をなす中間節１２３の先端部は、図１に示した周状の移動軌跡のうち直線部分８１１に沿って、基台１０２に対する高さを変化させることなく、原動節１２１の回転中心から遠ざかる側に直線的に移動する。これにより、指先部１１３，１１４の相互間隔が縮まる。このとき、中間節１２３の基台２に対する姿勢は、原動節１２１の回転角度、すなわち指先部１１３，１１４の相互間隔の変化に応じて変化する。
【００８４】
図６Ｂには、指先部１１３，１１４の相互間隔が最小になった状態を示している。このとき、原動節１２１は図６Ａに示す垂下状態から１８０度回転し、基台１０２から遠ざかる方向に起立した状態となる。
【００８５】
このように原動節１２１が回転する間に、指先部１１３，１１４の相互間隔は狭くなる。この過程では、指先部１１３の姿勢が変化して中間節１２３の延在方向が固定節１３１の延在方向に対して傾斜し、固定節１３１と中間節１２３との内側には先端側に向かって先細りとなる把持空間１４０が形成される。円形の外形をなすワーク１７０は、このような先細りの把持空間１４０の先端側に支持され、転がるのを規制された状態となる。このように本構成例のロボットハンド１０１においては、断面円形のワーク１７０であっても容易に把持することができるようになる。しかも、基台１０２に対する指先部１１３の高さは変化しないため、ワーク１７０を把持する際に指先部１１３，１１４が支持台１７１に衝突するおそれやワーク１７０の空把持が生じるおそれを低減することができる。
【００８６】
このように本実施形態は、第１実施形態と異なり、指先部１１３を形成する中間節１２３の先端部と原動節１２１の回転中心との左右方向距離が０のときに、指先部１１３、１１４の相互間隔が最大になり、中間節１２３の先端部が原動節１２１の回転中心から最も遠ざかるときに、指先部１１３，１１４の相互間隔が最小となっている。この構成においても、指先部１１３の移動軌跡を、チェビシェフリンク機構の要素をなす中間節の先端部が取り得る周状の移動軌跡のうち直線部分に対応せしめているため、指先部１１３の基台２に対する高さが変化することなく指先部１１３，１１４の相互間隔を変化させることができる。このため、嵩の小さいワークであっても容易に把持することができる。
【００８７】
上記のとおり、本発明に係るロボットハンドは、平行リンク機構を備えていなくともよく、また、複数の指機構のうちの少なくとも１つがチェビシェフリンク機構によって構成されていればよい。
【００８８】
［本発明の適用例］
次に、図７及び図８に基づいて第１実施形態のロボットハンド１を実用に供する際の具体的な態様について説明する。
【００８９】
図７に示す細胞自動培養装置２００は、医薬分野や生物分野での試験に際してクリーンで無菌の環境下で細胞を培養する作業を実施するための装置であり、この培養作業の実施のため、無菌チャンバ内にロボットシステム２０１及びピペッタ２０２を装備している。無菌チャンバ内には、この他にも例えば遠沈管、フラスコ２０３、ピペット２０４及びシャーレ２０５といった培養作業に必要な種々の器具が配置される。
【００９０】
ロボットシステム２０１は、ロボットアーム２０１ａの先端部に本発明の第１実施形態に係るロボットハンド１を取り付けてなり、上記種々の器具のハンドリングやピペッタ２０２の操作を行う。このロボットハンド１によってフラスコ２０３やシャーレ２０５等の器具を把持し、この把持された器具をロボットアーム２０１ａの動作によりチャンバ内で移動させることができる。
【００９１】
ピペッタ２０２はピペット作業を行うための専用器具の一例であり、ロボットハンド１に着脱可能に保持されるロボット接続部２０６と、ロボット接続部２０６に固定されたピストン部２０７と、ピストン部２０７に連設されたピペット挿入部２０８とを有し、ピペット挿入部２０８にはピペット２０４が鉛直に延びるようにして取り付けられる。
【００９２】
ピペッタ２０２はピペット作業を行わないときには、無菌チャンバ内に設けられたピペッタ置き具（図示せず）に保持される。他方、ロボットハンド１にはロボット接続部２０６を着脱可能に装着するためのアダプタ２１１が設けられている。ロボットシステム２０１は、自身の動作によりアダプタ２１１をピペッタ置き具に保持されたピペッタ２０２のロボット接続部２０６に近付けて、アダプタ２１１にロボット接続部２０６を装着させることができる。このようにピペッタ２０２がアダプタ２１１に装着された状態でロボットシステム２０１のロボットアーム２０１ａを動作させると、ロボットハンド１と共にピペッタ２０２を移動させることができる。また、このロボットアーム２０１ａの動作により、ピペット挿入部２０８に取り付けられているピペット２０４をチャンバ内で移動させることができる。そして、ロボットシステム２０１は、アダプタ２１１に装着されたピペッタ２０２をピペッタ置き具に保持させ、ロボット接続部２０６からアダプタ２１１が遠ざかるようにしてロボットアーム２０１ａを動作させることにより、ピペッタ２０２をロボットハンド１から取り外すことができる。
【００９３】
この細胞自動培養装置２００においては、ピストン部２０７の動作をロボットハンド１によって操作するようになっている。このロボットハンド１の指先部１９には操作片２０９が取り付けられており、この操作片２０９は指先部１９の外側、具体的にはベース部材５に固定されたピペッタ２０２が配置されている側に配置されている。
【００９４】
指先部１９，２０の相互間隔を遠ざけるように動作させると、この操作片２０９によってピストン部２０７が押されて直動する。このロボットハンド１は、指先部１９，２０の相互間隔に関わらず指先部１９，２０の高さが変化しないので、ピストン部２０７の動作中にその動作方向の法線方向にピストン部２０７とロボットハンド１とが相対変位しないようにすることができる。これにより、ピストン部２０７の動作中にピストン部２０７とロボットハンド１との相対位置がずれて動作不良となることを避けることができる。また、ロボットハンド１とピストン部２０７との相対位置がずれないため、ロボットハンド１が移動するときにピストン部２０７との間で摺動が生じず、ピストン部２０７及びロボットハン１ドからの発塵を避けることができる。
【００９５】
このように、本実施形態ではロボットハンド１の指先部が姿勢を変えることなく直動することに着眼し、ロボットハンド１に装着された器具の操作を該指先部の直動を利用して行うようにしている。このような直線的な推力によって操作される器具であれば、ピペッタ２０２に限らずその他の器具をロボットハンド１に装着してこれをロボットハンド１により操作することも可能である。複数の器具を一つのロボットハンド１で操作可能とするため、これら器具には、前述したようにロボットハンド１のアダプタ２１１に対して着脱可能に装着される同一構造のロボット接続部が設けられているとよい。
【００９６】
細胞自動培養装置２００には各種機器が高密度で配置されるため、ロボットシステム２０１は小型であることが配置の自由度の面で特に有利となる。このロボットハンド１は前述しているとおり小型化が可能であるため、かかる細胞自動培養装置２００に好適に適用することができる。
【００９７】
また、このロボットシステム２０１は、クリーンで無菌の環境下で作業を行うため、クリーン対応であること、及び滅菌対応であることが必要となる。ロボットシステム２０１をクリーン対応とするためには発塵を抑制する必要があり、かかる発塵は例えば関節部分などの摺動部位において生じ得る。また、滅菌対応の一例としてガス滅菌を適用することが考えられる。このガス滅菌とは、滅菌性を有するガスの雰囲気内に設置することにより滅菌対象の表面を滅菌する方法である。但し、ガス滅菌に用いられるガスは、例えば過酸化水素蒸気のように腐食性を有する場合がある。
【００９８】
ここで、図９Ｃ、図１１Ａ，図１１Ｂに示す従来のリニア式のロボットハンドにおいては、前述したように大型化を招くという問題のほか、作業環境に露出する部分及び露出する部分に触れる部分全体の滅菌や発塵の抑制が困難であるという問題もある。
【００９９】
つまり、図９Ｃを参照すると、ボールネジ９５１と直動節９５２との接触部分には滅菌用のガスが到達せず、滅菌されない。すると、直動節９５２が移動すると滅菌されていない部分が作業空間に露出することにより作業空間が汚染される。直動節９５２を移動させつつ滅菌を行うことでボールネジ９５１全体を滅菌することも考えられるが、直動節９５２のボールネジ９５１との接触部分は常にボールネジ９５１と接触しているため滅菌用のガスを到達させることができない。また、ボールネジ９５１と直動節９５２との摺動によって塵が発生するおそれがあり、かかる塵がロボットハンド９４０の動作等に伴って作業環境中に飛散する可能性がある。
【０１００】
図１１Ａ及び図１１Ｂには、それぞれ指先部９７５を構成する２つの節９６１，９６２のうちの一方をエアシリンダ等のアクチュエータ９６３によって直動させることにより指先部を互いに離接させる構成のリニア式のロボットハンド９６０を示している。つまり、アクチュエータ９６３はハウジング９６４と、その軸線方向に移動してハウジング９６４に対して進退する直動軸９６５とを有し、この直動軸９６５の先端部に直動節９６２が取り付けられている。この場合、通常はアクチュエータ９６３のハウジング９６４の内部空間の気密性を保持するため、直動軸９６５の出入口９６６がシールされる。よって、ハウジング９６４の内部空間には滅菌用のガスが到達せず、滅菌されることはない。
【０１０１】
すると、図１１Ａに示すようにワークの把持作業前において直動軸９６５がハウジング９６４に収容された状態においては、ハウジング９６４の内部空間に残存している菌に汚染されるおそれがある。その後、図１１Ｂに示すようにワークの把持作業のため直動軸９６５をハウジング９６４外へと移動させると、直動軸９６５のうち作業環境に露出する部分から、ハウジング９６４の内部空間に残存していた菌が飛散していく可能性がある。これを避けるべく内部空間を予め滅菌対応とすることも考えられるが、そうすればアクチュエータ９６３を特殊仕様とする必要があり、高コスト化の問題が生じ得る。また、出入口９６６のシールとして接触式シールを用いた場合、直動軸９６５と接触式シールの摺動により発塵する場合がある。すると、かかる塵が直動軸９６５と共に移動し、作業環境中に飛散する可能性がある。
【０１０２】
このように、従来のリニア式のロボットハンドにおいては、作業環境に露出したりしなかったりする部分が存在することによって、発塵の抑制や滅菌が困難であるという技術的課題を生じさせるものとなっている。他方、本発明に係るロボットハンド１は回転関節による駆動を行うものであるため、かかる課題を解決可能である。
【０１０３】
図８には当該課題解決のためにより有用となる具体的構造を示している。図８に示すように、本発明に係るロボットハンド１において発塵の可能性がある摺動部位として、関節部材３８が想定される。この関節部材３８にシール構造を使用することにより、滅菌されるべき部分とそうでない部分とを分けることができ、ロボットシステム２０１による作業中に作業環境に露出する部分及びこの露出する部分に触れる部分の全体をガス滅菌によって滅菌することができる。このシール構造の具体的態様としては、図８にクロスハッチングにより示すカバー型シール２１０のほかにも、パッキン、Ｏリング、ラビリンスなど、任意の要素や構造を採用することができる。さらに、ベアリング５７に低発塵タイプを使用することにより、より効果的に発塵を抑制することができる。また、モータ１１，１２（図２参照）にカバーを設けることにより、モータからの発塵が周囲に飛散するおそれがなく、また、モータを腐食性の高い材料で製造するなどして特殊仕様とする必要がなくなる。
【０１０４】
以上のように、本発明に係るロボットハンドは、医薬分野や生物分野において特に好適に利用可能であるが、これ以外にも食品分野や電子部品分野のようにクリーンで無菌の環境下で運用されるロボットハンドとして好適に利用される。もちろん、本発明に係るロボットハンドは、このような環境下での適用に限定されるものではない。
【０１０５】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、複数の指機構を備えるロボットハンドに広く適用可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  ロボットハンド
２  基台
３，４  指機構
１１，１２  モータ
１５，１６  回転軸
１９，２０  指先部
２１  原動節
２２  従動節
２３  中間節
３８  関節部材
４１  第１平行節
４９  把持部材
５２  第２平行節
１０１  ロボットハンド
１０２  基台
１０３，１０４  指機構
１１３，１１４  指先部
１２１  原動節
１２２  従動節
１２３  中間節
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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