(57)【要約】構造が簡単であり、汎用性に優れる指構造体、把持装置、ロボットハンド、及び産業用ロボットを提供する。第１の指節部６０と第２の指節部６２とが列状に並べて設けられた指本体５２と、第１の指節部６０及び第２の指節部６２の対面する端部同士を所定の間隔をあけて連結する、端部の面方向の一側に配置された連結部５４と、端部同士の間を密閉する、弾性変形可能な皮膜としての指部３４と、指本体５２の基端側に設けられた第１の指節部６０を介して、端部と指部３４内面で囲まれた関節室６４へ通じる流路５６と、を備えることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
列状に配置された複数の指節部を有する指本体と、
複数の前記指節部のうち対面する端部同士を所定の間隔をあけて連結する、前記端部の面方向の一側に配置された連結部と、
前記端部同士の間を密閉する、弾性変形可能な皮膜と、
前記指本体の基端側に設けられた前記指節部を介して、前記端部と前記皮膜内面で囲まれた関節室へ通じる流路と、
を備えることを特徴とする指構造体。
【請求項２】
前記皮膜は、前記指本体の先端及び外周を覆っていることを特徴とする請求項１記載の指構造体。
【請求項３】
前記端部同士の間隔は、前記面方向の一側よりも他側の方が大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の指構造体。
【請求項４】
前記指本体は、前記指節部として、基端から先端に向かって第１の指節部と中間指節部と第２の指節部とを順に有し、
前記流路として、前記第１の指節部を介して、前記第１の指節部と前記中間指節部との間の前記関節室としての第１の関節室へ通じる第１の流路と、前記中間指節部を介して、前記中間指節部と前記第２の指節部との間の前記関節室としての第２の関節室へ通じる第２の流路と、
を備え、
前記第２の流路の流路断面積は、前記第１の流路の流路断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の指構造体。
【請求項５】
掌部と、前記掌部の周囲に突出して設けられた複数の指部とを有する把持本体と、
前記指部内に設けられ、列状に配置された複数の指節部を有する指本体と、
複数の前記指節部のうち対面する端部同士を所定の間隔をあけて連結する、前記端部の面方向の一側に配置された連結部と、
前記指部の基端側に設けられた前記指節部を介して、前記端部と前記指部内面で囲まれた関節室へ通じる流路と、
を備えることを特徴とする把持装置。
【請求項６】
前記把持本体は、袋状に形成されていることを特徴とする請求項５記載の把持装置。
【請求項７】
前記流路に接続された配管を備えることを特徴とする請求項６記載の把持装置。
【請求項８】
前記把持本体を保持し、前記掌部の厚み方向への変形を許容し、かつ、前記掌部の外周の収縮を防ぐ形状保持部を備えることを特徴とする請求項６又は７記載の把持装置。
【請求項９】
前記把持本体は、中央に前記掌部が設けられ、前記掌部の周囲に前記指部を支持する指部支持体を有することを特徴とする請求項５記載の把持装置。
【請求項１０】
前記掌部にカメラが設けられていることを特徴とする請求項９記載の把持装置。
【請求項１１】
前記把持本体は、前記指部を前記指部支持体に着脱自在に連結する着脱部材を有することを特徴とする請求項９又は１０記載の把持装置。
【請求項１２】
前記指部支持体は、複数の継手部材を組み合わせて形成され、
前記複数の継手部材のうちのいずれかが前記着脱部材と着脱自在に接続することを特徴とする請求項１１記載の把持装置。
【請求項１３】
請求項５〜１２のいずれか１項記載の把持装置を設けたことを特徴とする産業用ロボット。
【請求項１４】
掌部と、
前記掌部を厚さ方向に変形させることにより前記掌部に向かって倒れる構造体を着脱自在とし、前記掌部の周囲に設けられた複数の着脱部材と、
前記着脱部材が形成された側と反対側の、前記掌部の外縁を囲む位置に形成され、ケースに接続される接続部と、
前記掌部と前記接続部の間に設けられ、前記掌部の外縁から当該掌部の厚さ方向に所定の長さを有し、前記掌部より変形しにくい高強度部と
を備えるロボットハンド。
【請求項１５】
前記着脱部材の少なくとも１つに設けられた前記構造体を備える請求項１４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、指構造体、把持装置、ロボットハンド、及び産業用ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の指部でワークを把持する把持装置は、工場で製品を生産するための産業用ロボットのハンドとして利用される他、家庭やオフィス、病院等の様々な作業環境において人間の作業を支援するロボットに利用されている。このように様々な用途に用いられる把持装置には、多種多様なワークを器用に把持する汎用性が求められている。【０００３】
例えば、特許文献１には、屈曲自在な指部が複数設けられた把持装置が記載されている。この指部は、複数の骨材が列状に配置されており、骨材同士の間隔を変えるための空気圧アクチュエータが骨材の表面の一側に設けられ、骨材の表面の他側が連結部材で連結されている。各指部は、骨材の他側の表面を互いに向き合わせた状態で、基端が固定部に固定される。各指部は、空気圧アクチュエータが伸長することにより、上記他側へ向かって閉じるように折り曲げられる。【０００４】
特許文献２に記載の把持装置は、板状の骨材と、この骨材の表面の一側に積層された配管部材と、さらにその上に積層された屈曲変形部材とを有する複数の指部を備えている。骨材は、列状に配置された複数の骨材本体部と、骨材本体部同士を連結するヒンジ部とにより形成される。配管部材は、空圧駆動源に連結された配管を有する。屈曲変形部材は、配管部材と協同して空圧動作室を形成する。空圧動作室は、配管を介して空圧駆動源から圧縮空気が流入することにより膨張する。上記のように構成された指部は、空圧動作室が膨張することにより、他側へ向かってヒンジ部で屈曲する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００４／０００５０８号
【特許文献２】国際公開第２００５／０００５３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１，２に記載される把持装置は、一定の汎用性はあるものの、部品点数が多く、構造が非常に複雑であるため、これらの複雑さが導入を困難にする要因となっている。【０００７】
本発明は、構造が簡単であり、汎用性に優れる指構造体、把持装置、ロボットハンド、及び産業用ロボット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】
【０００８】
本発明に係る指構造体は、列状に配置された複数の指節部を有する指本体と、複数の前記指節部のうち対面する端部同士を所定の間隔をあけて連結する、前記端部の面方向の一側に配置された連結部と、前記端部同士の間を密閉する、弾性変形可能な皮膜と、前記指本体の基端側に設けられた前記指節部を介して、前記端部と前記皮膜内面で囲まれた関節室へ通じる流路と、を備えることを特徴とする。【０００９】
本発明に係る把持装置は、掌部と、前記掌部の周囲に突出して設けられた複数の指部とを有する把持本体と、前記指部内に設けられ、列状に配置された複数の指節部を有する指本体と、複数の前記指節部のうち対面する端部同士を所定の間隔をあけて連結する、前記端部の面方向の一側に配置された連結部と、前記指部の基端側に設けられた前記指節部を介して、前記端部と前記指部内面で囲まれた関節室へ通じる流路と、を備えることを特徴とする。【００１０】
本発明に係る産業用ロボットは、上記把持装置を設けたことを特徴とする。【００１１】
本発明に係るロボットハンドは、掌部と、前記掌部を厚さ方向に変形させることにより前記掌部に向かって倒れる構造体を着脱自在とし、前記掌部の周囲に設けられた複数の着脱部材と、前記着脱部材が形成された側と反対側の、前記掌部の外縁を囲む位置に形成され、ケースに接続される接続部と、前記掌部と前記接続部の間に設けられ、前記掌部の外縁から当該掌部の厚さ方向に所定の長さを有し、前記掌部より変形しにくい高強度部とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の指構造体、把持装置、及び産業用ロボットによれば、複数の指節部の対面する端部を囲む関節室の圧力を増減することにより指本体が屈曲するので、構造が簡単であり、汎用性に優れる。
本発明のロボットハンドによれば、掌部を厚さ方向に変形させることによって把持動作をすることができ、また、構造体を着脱することができるので、構造が簡単であり、汎用性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の把持装置を適用した産業用ロボットの例を示す模式図である。
【図２】把持装置の構成を示す斜視図である。
【図３】把持装置及び指構造体の構成を示す部分端面図である。
【図４】把持装置の使用状態を示す部分端面図である。
【図５】把持装置の使用状態を示す斜視図である。
【図６】指部の硬度を６０とした指構造体の変形量のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】指部の硬度を９０とした指構造体の変形量のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】指構造体の変形例を示す縦断面図であり、連結部の連結部分が幅広に形成された場合である。
【図９】指構造体の変形例を示す縦断面図であり、指節部の端部に傾斜面と曲面とが形成された場合である。
【図１０】指構造体の変形例を示す縦断面図であり、第１の指節部の傾斜面と第２の指節部の傾斜面とが非対称の場合である。
【図１１】指構造体の変形例を示す縦断面図であり、複数箇所で屈曲する場合である。
【図１２】複数箇所で屈曲する指構造体の屈曲状態を示す縦断面図である。
【図１３】指構造体の変形例を示す縦断面図であり、複数方向に屈曲する場合である。
【図１４】複数方向に屈曲する指構造体の屈曲状態を示す縦断面図である。
【図１５】指構造体の変形例を示す縦断面図であり、指部とは別途に皮膜を備える場合である。
【図１６】指部とは別途に皮膜を備えた指構造体の屈曲状態を示す縦断面図である。
【図１７】第２実施形態の把持装置の例を示す模式図である。
【図１８】複数の継手部材を組み合わせて形成される指部支持体を示す断面図である。
【図１９】第３実施形態のロボットハンドの例を示す模式図である。
【図２０】図２０Ａは変形例（１）の指部、図２０Ｂは変形例（２）の指部、図２０Ｃは変形例（３）の指部を示す模式図である。
【図２１】第３実施形態の変形例（１）に係るロボットハンドの例を示す模式図である。
【図２２】第３実施形態の変形例（２）に係るロボットハンドの例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について詳細に説明する。
（全体構成）
図１に、本実施形態に係る把持装置１０を適用した産業用ロボット１２の構成を示す。産業用ロボット１２は、直交ロボットであって、レール１４と、レール１４に沿って移動する移動体１６と、移動体１６に固定されたエアシリンダ１８とを備える。レール１４は、図中Ｙ軸方向に移動可能に設けられている。
【００１５】
エアシリンダ１８は、シリンダーチューブ１９と、シリンダーチューブ１９に対し進退可能に設けられたピストンロッド２０とを有する。シリンダーチューブ１９には、エアシリンダ用配管２１、２２が設けられている。当該エアシリンダ用配管２１、２２を通じて気体が給排気されることにより、ピストンロッド２０がシリンダーチューブ１９に対し進退可能となっている。ピストンロッド２０の先端に把持装置１０が取り付けられている。
【００１６】
産業用ロボット１２は、水平な基台２３上に置かれたワークＷを、把持装置１０で把持すると共に、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に移動することができる。
【００１７】
把持装置１０は、ピストンロッド２０に連結されたケース３０と、ケース３０に固定された把持本体３２とを備える。ケース３０側が上側（図中Ｚ方向側）であり、把持本体３２側が下側（図中Ｚ方向とは反対側）である。把持装置１０の詳細は別の図面を用いて後述する。
【００１８】
ケース３０には、把持本体３２の内部と通じる外部配管２４、２５が接続されている。外部配管２４は、図示しないが例えば切換弁を介して、加圧ポンプと三方弁に接続されている。外部配管２５は、図示しないが例えば三方弁に接続されている。外部配管２４に接続される三方弁と外部配管２５に接続される三方弁は別個のものである。各三方弁は、真空ポート、給排気ポート、大気解放ポートを有し（いずれも図示なし）、真空ポートが真空ポンプに、給排気ポートが把持装置１０に、大気解放ポートが外部に接続される。加圧ポンプ、真空ポンプ、三方弁、及び切換弁は、図示しないが例えばコントローラと電気的に接続しており、このコントローラにより制御される。外部配管２４内に気体が流通することにより後述する掌部３３が変形し、外部配管２５内に気体が流通することにより後述する複数の指部３４が変形する。本実施形態では、複数の指部３４をそれぞれ個別に変形させるために、指部３４ごとに外部配管２５が設けられている。図１においては、図面簡略化のために１つの外部配管２５のみ図示し、その他の外部配管２５は図示を省略している。
【００１９】
把持本体３２は、ケース３０の下方に設けられている。把持本体３２は、気密性と弾性とを有する材料で形成されている。把持本体３２は、復元力を有する材料で形成されることが好ましい。把持本体３２の材料としては、例えば、天然ゴムや合成ゴムなどが用いられる。把持本体３２の硬度は、用途に応じて適宜設計してよい。把持本体３２の硬度は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｋ６２５３に準拠し、タイプＡデュロメーターで測定される。把持本体３２の硬度は６０〜９０程度であるのが好ましく、本実施形態では、把持本体３２の硬度は６０である。
【００２０】
図２に示すように、把持本体３２は、掌部３３と、掌部３３の周囲に突出して設けられた複数の指部３４とを有する。掌部３３は、円盤状をなしている。指部３４は、柱状をなしている。指部３４は、掌部３３と一体に形成されている。指部３４同士の間には、所定の間隔が設けられている。本実施形態では、５つの指部３４が設けられている。指部３４の外形形状は、適宜選択することができ、例えば、円柱、三角柱、四角柱、円錐、三角錐、四角錐、円錐台、四角錐台、板状などでもよい。各指部３４の外径形状は、全て同一でもよいし、一部または全てが異なってもよい。
【００２１】
把持装置１０について、図３を参照しながら具体的に説明する。図３は、説明の都合上、指部３４が上下方向に伸びた状態で作図している。把持本体３２は、上側が開口した袋状をしており、この開口がケース３０により塞がれている。把持本体３２の厚みは、本実施形態では１ｍｍとしているが、適宜設計してよい。
【００２２】
ケース３０は、ピストンロッド２０に連結されており、支持体３８と一体化されている。図３に示すケース３０は一例であり、ケースの構成はこれに限られず、適宜設計してよい。
【００２３】
ケース３０は、ケース本体３６と、支持体３８とを有する。ケース本体３６は、円盤状であって、外部配管２４が接続される第１の継手部４２と、外部配管２５が接続される第２の継手部４３とを有する。第１の継手部４２と第２の継手部４３は、ケース本体３６に形成された複数の貫通穴（図示なし）にそれぞれ設けられる。第１の継手部４２は、一端が外部配管２４を介して把持本体３２の外部に通じ、他端が把持本体３２の内部に通じている。
【００２４】
第２の継手部４３は、一端が外部配管２５を介して把持本体３２の外部に通じ、他端が後述の内部配管６６に接続される。本実施形態では、図示しないが、上記第１の継手部４２と、５つの第２の継手部４３とがピストンロッド２０を囲むように設けられている。
【００２５】
支持体３８は、把持本体３２を支持する支持部３８ａと、支持部３８ａの上端に設けられたフランジ部３８ｂと、支持部３８ａの下端に設けられた円盤部３８ｃとを有する。本実施形態では、支持体３８は、支持部３８ａとフランジ部３８ｂと円盤部３８ｃが一体に形成されたものである。支持体３８は、別体で作られた支持部３８ａとフランジ部３８ｂと円盤部３８ｃを、接着剤などを用いて接着することにより形成してもよい。支持体３８は、加圧または減圧により変形しない程度の硬質な材料で形成される。支持体３８の材料としては、例えば硬質な樹脂や金属などが用いられる。
【００２６】
支持部３８ａは、把持本体３２内に収容され、外周面で把持本体３２を支持する。支持部３８ａに対する把持本体３２の取り付け方法としては、例えば、支持部３８ａの外周面の周方向全域に接着剤を塗布し、この接着剤を介して、把持本体３２を支持部３８ａに接着させる方法が用いられる。これにより、把持本体３２の支持部３８ａからの脱落と、支持部３８ａの外周面と把持本体３２の内面の間での気体の流通とが防止される。支持部３８ａの外径を把持本体３２の開口径よりも若干大きくし、把持本体３２の弾性を利用して、支持部３８ａの外周面と把持本体３２の内面が密着するように取り付けてもよい。支持部３８ａの形状は、本実施形態では円筒状であるが、これに限られず適宜設計してよい。上記把持本体３２の弾性を利用した取り付け方法を用いる場合は、支持部３８ａが円筒状に形成されていることが好ましい。
【００２７】
フランジ部３８ｂは、支持部３８ａの径方向の外側に向けて突出しており、図示しないパッキンを介してケース本体３６の下面に、図示しない締結手段、例えばねじを用いて固定される。
【００２８】
円盤部３８ｃの中央には開口部４１が形成されている。開口部４１は、支持部３８ａと把持本体３２の間で気体を流通させるためのものである。開口部４１には、後述の内部配管６６が通される。開口部４１を形成する位置は、円盤部３８ｃの中央に限られず適宜設計してよい。
【００２９】
ケース３０の下方には、掌部３３の外周面の形状を保持する高強度部としての形状保持部４６が設けられている。形状保持部４６は、円盤部３８ｃと掌部３３の間に形成された内部空間４４に配置されている。この形状保持部４６により、掌部３３の厚み方向（図３における上下方向）への変形が許容され、かつ、掌部３３の厚み方向と直交する方向への変形が規制される。形状保持部４６は、加圧または減圧により変形しない程度に硬質な材料で形成される。形状保持部４６の材料としては、例えば硬質な樹脂や金属などが用いられる。形状保持部４６の材料としては、必ずしも一種の材料である必要はなく、異種材料を組み合わせた複合材料でもよい。
【００３０】
形状保持部４６は、上方に変形した掌部３３を受け入れるガイド穴４８と、掌部３３の外周面を保持する保持面４９とを有する円筒状部材である。ガイド穴４８は、掌部３３に対応する、形状保持部４６の中央に設けられる。ガイド穴４８の大きさは、適宜設計してよいが、掌部３３と略同じ大きさであることが好ましい。ガイド穴４８の形状は、円形状や多角形状など適宜選択することができ、この例では円形状としている。保持面４９は、形状保持部４６の外周面である。保持面４９は、掌部３３の外周面を保持できる大きさに形成される。保持面４９は、形状保持部４６が軸方向の先端に向けて先細りとなるように、外側に向かって凸状に湾曲している。形状保持部４６の先端は、後述する第１の指節部６０の基端部６０ｂと接触する。形状保持部４６の先端には、当該先端における欠けなどの破損や指本体５２への負荷を抑制するために、例えば面取り加工により曲面が形成されている。面取り加工は、形状保持部４６の先端を削り、角面や丸面とする加工が適用できる。
【００３１】
形状保持部４６は、同心円状に配置された複数のリング体を有する。複数のリング体は、軸方向に移動可能、かつ、着脱自在である。複数のリング体のうち、最も内側に配置されたリング体の穴がガイド穴４８である。形状保持部４６は、複数のリング体を適宜組み合わせることにより、ガイド穴４８の大きさや、外形の大きさを変更することができる。したがって、リング体を適宜選択することにより、把持本体３２の外周面の大きさや掌部３３の大きさを、目的とする大きさに調整することができる。本実施形態では、形状保持部４６は、２個のリング体４６ａ，４６ｂを有し、リング体４６ａがリング体４６ｂよりも内側に配置されている。図３ではリング体４６ａの先端に曲面が形成されているが、これに加え、リング体４６ｂの先端に曲面を形成してもよい。
【００３２】
把持装置１０は、屈曲自在な指構造体５０Ａを備える。指構造体５０Ａは、複数の指節部が列状に並べて設けられた指本体５２と、複数の指節部のうち対面する端部の面方向の一側に設けられた連結部５４と、上記端部同士の間を密閉する指部３４と、基端側の指節部に設けられた流路５６とを有する。上記指部３４は、本実施形態では弾性変形可能な皮膜として機能する。本実施形態の場合、指構造体５０Ａは、指部３４の数に合わせて５つ設けられており、これらは全て同一の構成である。以下、１つの指構造体５０Ａのみについて説明し、他の４つの指構造体５０Ａについては説明を省略する。
【００３３】
指本体５２は、指部３４内に収容され、先端及び外周が指部３４の内面により覆われている。指本体５２は、把持本体３２よりも硬質な材料により形成される。指本体５２の材料としては、例えば樹脂やゴムなどが用いられる。指本体５２の材料は、一種の材料でもよいし、異種材料を組み合わせた複合材料でもよい。
【００３４】
指本体５２は、複数の指節部として、基端から先端に向かって、第１の指節部６０と第２の指節部６２とを順に有する。図３において、上側（Ｚ方向側）が指本体５２の基端であり、下側（Ｚ方向とは反対側）が指本体５２の先端である。したがって、第１の指節部６０の先端部６０ａと第２の指節部６２の基端部６２ａは対面している。先端部６０ａと基端部６２ａの間には所定の間隔が設けられている。本実施形態の指節部は柱状をなしている。指節部の外形形状は、適宜設計することができ、例えば、円柱、三角柱、四角柱、円錐、三角錐、四角錐、円錐台、四角錐台、板状などでもよい。第１の指節部６０の基端部６０ｂの形状は、例えば曲面形状や平面形状など適宜設計することができ、本実施形態では保持面４９の湾曲に合わせた曲面形状としている。第１の指節部６０の基端部６０ｂは、保持面４９と把持本体３２の内面の間に設けられ、保持面４９と面接触する。このため、保持面４９と把持本体３２の内面の間には空間が生じない。
【００３５】
先端部６０ａと基端部６２ａの間の間隔は、端部の面方向の一側よりも他側の方が大きい。「端部の面方向」は、先端部６０ａの面方向または基端部６２ａの面方向である。「一側」は、掌部３３に対し外側である。「他側」は、掌部３３に対し内側である。図３に示す指構造体５０Ａにおいては、この指構造体５０Ａの幅方向である紙面左右方向の左側が一側であり、右側が他側である。
【００３６】
先端部６０ａと基端部６２ａとの一方または両方の端部は、指構造体５０Ａの幅方向に対して傾斜している。すなわち、先端部６０ａと基端部６２ａの間の間隔は、他側に向かうほど徐々に大きくなっている。本実施形態では、先端部６０ａと基端部６２ａの両方が傾斜している。先端部６０ａと基端部６２ａは、後述の連結部５４の中央を通り、かつ、指構造体５０Ａの幅方向に平行な直線Ｌに対し、対称に傾斜している。指部３４が上下方向に伸びた状態において、先端部６０ａと基端部６２ａとのなす角θは、ワークＷの大きさや用途に応じて適宜設計してよい。本実施形態の場合、角θは９０度である。
【００３７】
指本体５２は、第１の指節部６０の外周面と指部３４の内面が密着した状態で、指部３４内に収容されることが好ましい。例えば、第１の指節部６０の外周を指部３４の内周よりも若干大きくし、指部３４の弾性を利用して、第１の指節部６０の外周面と指部３４の内面が密着するように取り付けてもよい。指本体５２の位置ずれ防止の観点では、第２の指節部６２の外周面と指部３４の内面も密着させることがより好ましい。
【００３８】
連結部５４は、指本体５２を掌部３３の内側へ屈曲させるために、掌部３３に対し、より外側、すなわち一側に配置されている。連結部５４は、先端部６０ａと基端部６２ａを所定の間隔をあけて連結する。
【００３９】
連結部５４は、本実施形態では第１の指節部６０及び第２の指節部６２と一体に形成されている。指構造体５０Ａの幅方向における連結部５４の長さは、指構造体５０Ａが屈曲可能な程度の長さであることが好ましい。指構造体５０Ａの屈曲の容易性の観点では、上記連結部５４の長さは短い方が好ましい。連結部５４は、第１の指節部６０及び第２の指節部６２と別体に設けてもよい。連結部５４が別体で設けられる場合は、連結部５４を例えばヒンジ状に形成し、軸を掌部３３の接線方向に合わせることが好ましい。連結部５４は、第１の指節部６０と第２の指節部６２を上下方向に離す力を与えるばねとしての機能を有するものでもよい。
【００４０】
流路５６は、指部３４の基端側に設けられた指節部、すなわち第１の指節部６０に形成される。流路５６は、第１の指節部６０を介して、先端部６０ａと基端部６２ａと指部３４の内面により囲まれた関節室６４へ通じている。この流路５６を介して関節室６４内の気体が流通する。流路５６は、本実施形態では、第１の指節部６０の基端部６０ｂから先端部６０ａまで貫通する円形状の貫通孔である。流路５６の直径は、本実施形態では３ｍｍとしているが、第１の指節部６０の外径、材質、固さなどに応じて適宜設計してよい。指構造体５０Ａの屈曲の容易性の観点では、流路５６の直径は大きいことが好ましい。貫通孔の形状は、円形状に限られず、楕円形状や多角形状でもよい。流路５６は、貫通孔に限られない。例えば、第１の指節部６０の表面に関節室６４まで通じる溝を設け、この溝と指部３４の内面により囲まれた部分を流路として用いてもよい。
【００４１】
流路５６には内部配管６６の一端が接続される。内部配管６６の一端は、流路５６内に挿入されている。内部配管６６の外周面と流路５６の内周面の間で気体が流通することを防止するために、例えば接着剤を用いて内部配管６６と流路５６を接着させてもよい。内部配管６６を流路５６に挿入する代わりに、内部配管６６と流路５６を接続する継手部材を別途設けてもよい。内部配管６６は、開口部４１を介して、他端が第２の継手部４３に接続される。内部配管６６により、流路５６と外部配管２５が接続される。本実施形態では、５つの内部配管６６が設けられており、各内部配管６６が５つの指構造体５０Ａの流路５６のそれぞれに接続されている。内部配管６６は、特許請求の範囲に記載の「配管」に対応する。
【００４２】
（動作及び効果）
上記のように構成された把持装置１０が設けられた産業用ロボット１２の動作及び効果について説明する。産業用ロボット１２は、ピストンロッド２０がシリンダーチューブ１９内に退避し、エアシリンダ１８が収縮した状態を原点とする。把持装置１０は、初期状態では、外部配管２４と外部配管２５が各三方弁を介して大気解放ポートに接続され、把持本体３２の内部空間４４の圧力と関節室６４の圧力が大気圧である。
【００４３】
産業用ロボット１２は、移動体１６がレール１４に沿って移動することで、基台２３上に置かれたワークＷの鉛直線上に把持装置１０を位置決めする（図１）。次いで、産業用ロボット１２は、シリンダーチューブ１９からピストンロッド２０が進出することにより、指部３４がワークＷの側面に到達するまで、エアシリンダ１８を伸長させる。
【００４４】
次いで各三方弁は、大気解放ポートが遮断され、給排気ポートが真空ポートと繋がった状態に切り替えられる。把持装置１０は、外部配管２４を介して内部空間４４の気体が吸引され、内部空間４４の圧力が例えば−０．０３ＭＰａ以下に減圧される。
【００４５】
把持本体３２は、形状保持部４６により掌部３３の外周面の形状が保持された状態を維持する。そうすると、図４に示すように、掌部３３は、形状保持部４６のガイド穴４８に吸い込まれるようにして、厚み方向に変形する。指部３４は、掌部３３の中心へ引っ張られ、形状保持部４６の先端と第１の指節部６０の基端部６０ｂとの接触部分を支点として、掌部３３へ向かって基端から倒れるように変形する。
【００４６】
把持装置１０は、外部配管２５と内部配管６６とを介して関節室６４内の気体が吸引され、関節室６４内の圧力が例えば−０．０１ＭＰａ以下に減圧される。指構造体５０Ａは、指部３４のうち、先端部６０ａと基端部６２ａの間を密閉している部分が関節室６４内に入り込むように弾性変形し、連結部５４で屈曲する。
【００４７】
この結果、指部３４がワークＷ表面に接触する。本実施形態の場合、図５に示すように、５つの指部３４が円柱形状のワークＷの側面に接触することにより、ワークＷが把持される。
【００４８】
次いで、産業用ロボット１２は、ピストンロッド２０をシリンダーチューブ１９内に退避させてエアシリンダ１８を収縮することにより、ワークＷを基台２３から持ち上げる。さらに、産業用ロボット１２は、移動体１６の移動とレール１４の移動により、ワークＷを水平方向へ移動させる。
【００４９】
その後、産業用ロボット１２は、シリンダーチューブ１９からピストンロッド２０が進出することにより、ワークＷが基台２３に接触するまでエアシリンダ１８を伸長させる。次いで、各三方弁は、真空ポートが遮断され、給排気ポートが大気解放ポートと繋がった状態に切り替えられる。外部配管２４を介して内部空間４４へ気体が流入し、内部空間４４の圧力が大気圧に戻る。掌部３３は、ガイド穴４８から押し出され元の状態に戻る。掌部３３が元の状態に戻るのに伴い、指部３４は、基端から起き上がる。
【００５０】
外部配管２５と内部配管６６を介して関節室６４内へ気体が流入し、関節室６４内の圧力が大気圧に戻る。指構造体５０Ａは、指部３４のうち、先端部６０ａと基端部６２ａの間を密閉している部分が関節室６４外へ向かって弾性変形し、伸びた状態に戻る。この結果、指部３４がワークＷを手放す。
【００５１】
次いで、産業用ロボット１２は、ピストンロッド２０をシリンダーチューブ１９内に退避させ、エアシリンダ１８を収縮することにより、把持装置１０をワークＷから離す。以上のようにして、産業用ロボット１２は、基台２３上に置かれたワークＷを把持装置１０で把持し、所望の位置へ移動することができる。
【００５２】
上記のように、把持装置１０は、圧力を増減させる関節室６４が、先端部６０ａと基端部６２ａと連結部５４とを含むので、構造が簡単である。しかも、把持装置１０は、指部３４が掌部３３の内側へ向かって屈曲するので、多種多様なワークＷを器用に把持することが可能であり、汎用性に優れる。
【００５３】
指構造体５０Ａは、把持装置１０への適用が特に有効であるが、把持装置１０の他、例えばボタン等を押圧する押圧装置やワークを引っかけるフック装置などにも適用可能である。さらに、蓋付きの箱において、箱本体と蓋の接続部分に指構造体５０Ａを適用し、屈曲を利用して蓋の開閉を行うようにしてもよい。このように、指構造体５０Ａは、様々な用途に用いることができる。したがって、指構造体５０Ａは、構造が簡単であり、汎用性に優れる。
【００５４】
把持装置１０は、外部配管２４が加圧ポンプに接続されている場合は、内部空間４４が加圧される。この場合は、把持本体３２は、掌部３３が周縁方向、すなわち、掌部３３の外側へ向かって引っ張られ、各々の指部３４が掌部３３の外側へ向かって基端から倒れるように弾性変形する。このように、把持装置１０は、ワークＷの大きさに合わせて指部３４を開くことができるので、汎用性により優れる。
【００５５】
把持装置１０は、外部配管２４のみに気体を流通させる場合は、各々の指部３４が掌部３３の内側へ向かって基端から倒れるように弾性変形する。一方、把持装置１０は、外部配管２５のみに気体を流通させる場合は、各々の指部３４が掌部３３の内側へ向かって屈曲するように弾性変形する。このように、把持装置１０は、各々の指部３４をワークＷの形状や大きさ等に合わせて変形させることができるので、汎用性により優れる。
【００５６】
把持装置１０は、内部空間４４の圧力を変えるタイミングと関節室６４内の圧力を変えるタイミングを制御することにより、掌部３３と指部３４を段階的に変形させることができるので、汎用性により優れる。
【００５７】
把持装置１０は、内部空間４４の圧力と関節室６４内の圧力との一方または両方の圧力を変えることにより、指部３４の変形量と把持力とが調整可能である。したがって、把持装置１０は、ワークＷの大きさ、硬さ、重さなどに合わせて把持力を変えることができるので、汎用性により優れる。
【００５８】
把持装置１０は、指部３４の先端が下向きの状態だけでなく、横向きや上向きの状態であってもよい。したがって、把持装置１０は、基台２３上のワークＷを持ち上げるだけでなく、垂直な壁面や、天井に吊り下げられたワークＷを把持することができるので、汎用性により優れる。
【００５９】
把持装置１０は、複数の指構造体５０Ａのうちのいずれかが破損した場合は、破損した指構造体５０Ａのみを新しい指構造体５０Ａに交換することができる。このため、破損していない指構造体５０Ａや把持本体３２などは、交換せずに利用することができる。
【００６０】
指本体５２及び連結部５４は、複数の指部３４のうちのいずれかに配置されていればよい。指本体５２及び連結部５４が配置されていない指部３４には、例えば樹脂やゴムなどで形成された弾性部材を充填することが好ましい。指本体５２は、掌部３３の変形の容易性の観点から、当該指本体５２の基端が指部３４内に収まるように配置されることが好ましい。指本体５２の基端が指部３４外、すなわち内部空間４４に突出する場合は、掌部３３が厚み方向に変形し難くなるからである。
【００６１】
形状保持部４６の保持面４９が外側に向かって凸状に湾曲していることにより、掌部３３が保持面４９に接触しながら厚さ方向に変形するので、指部３４は、連続的、かつ、ゆるやかに変形する。したがって、把持装置１０は、柔らかくワークＷを把持することができる。因みに、形状保持部の保持面が湾曲していない把持装置では、指部は座屈するように変形する。
【００６２】
第１の指節部６０の基端部６０ｂで保持面４９と把持本体３２の内面の間を埋めることにより、減圧時における把持本体３２の部分的な凹みを防止することができる。したがって、把持装置１０は、より安定的に指部３４を弾性変形させることができると共に、把持本体３２の耐久性を向上することができる。
【００６３】
（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
【００６４】
第１の指節部６０の外周面の周方向全域に接着剤を塗布し、この接着剤を介して、第１の指節部６０を指部３４に接着させてもよい。これにより、指本体５２の指部３４内での位置ずれと、第１の指節部６０の外周面と指部３４の内面の間での気体の流通とがより確実に防止される。
【００６５】
把持本体３２は、１種の材料で形成してもよいし、複数の異なる材料で形成された膜を積層して形成してもよい。把持本体３２は、部分的に異なる材料で形成してもよい。把持本体３２の厚みは、一定でなくてもよく、厚肉部又は薄肉部を設けてもよい。例えば、指部３４のうち、先端部６０ａと基端部６２ａの間を密閉する部分を薄肉部とすることにより、指構造体５０Ａの屈曲の容易性が向上する。
【００６６】
形状保持部４６には、内部配管６６を通すための貫通穴が形成されていてもよい。この場合、内部配管６６は、形状保持部４６に形成された貫通穴内を通って、流路５６と接続することができる。
【００６７】
上記実施形態では先端部６０ａと基端部６２ａとのなす角θが９０度の場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、角θは、６０度や３０度でもよい。角θを変えることにより、指構造体の最大の変形量が調整可能である。
【００６８】
上記実施形態では把持本体３２の硬度、すなわち皮膜としての指部３４の硬度が６０の場合について説明したが、これに代えて、指部３４の硬度を例えば９０や３０などとしてよい。
【００６９】
図６は、指部３４の硬度が６０であり、角θが９０度、６０度、３０度である３つの指構造体について、真空度に対する変形量のシミュレーションを実施した結果である。図７は、指部３４の硬度が９０であり、角θが９０度、６０度、３０度である３つの指構造体について、真空度に対する変形量のシミュレーションを実施した結果である。各シミュレーションは有限要素法により実施した。シミュレーションでは、第１の指節部に対して第２の指節部が屈曲するように第１の指節部を固定し、関節室６４内の真空度を変えながら、第２の指節部の先端側に定めた測定点の位置を算出する。指構造体の変形量は、屈曲前後の各測定点間の距離であり、指構造体の幅方向（図３における紙面左右方向）の成分のみを持つものとする。
【００７０】
これらのシミュレーションの結果によれば、指部３４の硬度が低い指構造体は、真空度に応じて滑らかに変形する傾向にあることがわかる（図６参照）。一方、指部３４の硬度が高い指構造体は、所定の真空度以上では略変形せず、所定の真空度未満の場合に変形する傾向にあることがわかる（図７参照）。したがって、指部３４の硬度を変えることにより、指構造体の曲がり易さを調整することができる。
【００７１】
上記実施形態では、屈曲の容易性の観点から、指構造体５０Ａの幅方向における連結部５４の長さを短くしているが、図８に示す指構造体５０Ｂのように、耐久性の観点から、第１の指節部７２と第２の指節部７４を連結する連結部７０の長さを長くしてもよい。連結部７０の長さは、図８に示す指構造体５０Ｂの幅方向である紙面左右方向の長さである。指構造体５０Ｂは、第１の指節部７２と第２の指節部７４との位置ずれがより確実に防止されるため、屈曲する方向にばらつきが生じることが確実に防止される。
【００７２】
図９に示す指構造体５０Ｃのように、第１の指節部７６の先端部７６ａの外縁と第２の指節部７８の基端部７８ａの外縁のそれぞれに対し、面取り加工を行ってもよい。面取り加工として平面加工や曲面加工などが可能であり、指構造体５０Ｃでは、曲面加工により凸形状の曲面７９が形成されている。指構造体５０Ｃは、屈曲時に指部３４の内面が曲面７９と面接触するため、指部３４の破裂がより確実に防止される。曲面７９の曲率または曲率半径は適宜設計してよい。曲面７９は、球面でもよいし、非球面でもよい。曲面７９は、第１の指節部７６と第２の指節部７８の対面する端部の一方にのみ形成されていてもよい。
【００７３】
複数の指節部の対面する端部は、上記のような傾斜面や曲面を有するものに限られず、例えば、縦断面が凹形状や多角形状となるようにしてもよい。
【００７４】
図１０に示す指構造体５０Ｄのように、第１の指節部８０の先端部８０ａと、第２の指節部８２の基端部８２ａとが、直線Ｌに対して非対称に傾斜してもよい。すなわち、先端部８０ａと直線Ｌとのなす角θ１と、基端部８２ａと直線Ｌとのなす角θ２とが異なっていてもよい。図１０ではθ１＞θ２としているが、これに代えて、θ１＜θ２としてもよい。
【００７５】
図１１に示す指構造体５０Ｅのように屈曲する箇所を２箇所設けてもよい。指構造体５０Ｅは、第１の指節部６０と第２の指節部６２の間に中間指節部８４を有する指本体８７と、第１の指節部６０と中間指節部８４を連結する第１の連結部８８と、中間指節部８４と第２の指節部６２を連結する第２の連結部８９と、第１の指節部６０に設けられた第１の流路９０と、中間指節部８４に設けられた第２の流路９１と、を備える。
【００７６】
第１の連結部８８は、第１の指節部６０と中間指節部８４の対面する端部の面方向の一側に配置されている。第２の連結部８９は、中間指節部８４と第２の指節部６２の対面する端部の面方向の一側に配置されている。第１の連結部８８と第２の連結部８９の構成については、連結部５４と同様であるため説明を省略する。
【００７７】
先端部６０ａと中間指節部８４の基端部８４ａとの間の間隔は、上記一側よりも他側の方が大きい。具体的には、先端部６０ａと基端部８４ａは、第１の連結部８８の中央を通り、かつ、図１１における指構造体５０Ｅの幅方向に平行な直線Ｌ１に対して傾斜している。すなわち、先端部６０ａと基端部８４ａの間隔は、他側に向かうほど徐々に大きい。
【００７８】
中間指節部８４の先端部８４ｂと基端部６２ａとの間の間隔は、上記一側よりも他側の方が大きい。具体的には、先端部８４ｂと基端部６２ａは、第２の連結部８９の中央を通り、かつ、図１１における指構造体５０Ｅの幅方向に平行な直線Ｌ２に対して傾斜している。すなわち、先端部８４ｂと基端部６２ａの間隔は、他側に向かうほど徐々に大きい。
【００７９】
指本体８７の先端及び外周は、指部３４により覆われている。したがって、指部３４は、先端部６０ａと基端部８４ａの間を密閉し、かつ、先端部８４ｂと基端部６２ａの間を密閉する。
【００８０】
第１の流路９０は、第１の指節部６０を介して、先端部６０ａと基端部８４ａと指部３４内面により囲まれた第１の関節室９２へ通じている。第２の流路９１は、中間指節部８４を介して、先端部８４ｂと基端部６２ａと指部３４内面により囲まれた第２の関節室９３へ通じている。この例では、第１、第２の流路９０、９１は円形状の貫通孔である。第１の流路９０には、図１１では省略しているが上記内部配管６６が接続される。
【００８１】
第２の流路９１の流路断面積は、第１の流路９０の流路断面積よりも小さい。この例では、第２の流路９１の直径は、第１の流路９０の直径よりも小さい。
【００８２】
上記のように構成された指構造体５０Ｅは、初期状態において、第１の関節室９２の圧力と第２の関節室９３の圧力が大気圧であり、上下方向に伸びた状態とされる（図１１参照）。
【００８３】
次いで、外部配管２５及び内部配管６６に接続されている三方弁の大気解放ポートが遮断され、給排気ポートが真空ポートと繋がった状態に切り替えられる。図１２に示すように、第１の関節室９２内の気体が第１の流路９０を介して吸引され、かつ、第２の関節室９３内の気体が第１の流路９０と第２の流路９１と第１の関節室９２を介して吸引される。このとき、単位時間において、第２の関節室９３内から流出する気体の量が第１の関節室９２内から流出する気体の量よりも少ない。このため、第２の連結部８９は、第１の連結部８８よりも遅れて変形する。図１２では、第１の関節室９２と第２の関節室９３のそれぞれから流出する気体を矢線で表し、流出する気体の量の違いを矢印の大きさで表している。第１の流路９０と第２の流路９１の各流路断面積を調整することにより、第１の連結部８８で変形するタイミングと第２の連結部８９で変形するタイミングを適宜変更することができる。
【００８４】
上記のように、指構造体５０Ｅは、ワークＷの外形に沿って複数箇所で屈曲するので、ワークＷの把持の安定性と、汎用性とにより優れる。
【００８５】
第２の流路９１の流路断面積と第１の流路９０の流路断面積との比率は適宜設計してよい。この比率を調整することにより、第１、第２の連結部８８、８９のそれぞれで屈曲させる速度の調整が可能である。
【００８６】
第１の連結部８８と第２の連結部８９を設ける位置は適宜設計してよい。例えば、図１３に示す指構造体５０Ｆのように、第１の連結部８８を一側に配置し、第２の連結部８９を他側に配置してもよい。指構造体５０Ｆは、指構造体５０Ｅと比較して、第２の連結部８９を設けた位置が異なることに加え、第２の流路９１が第１の指節部６０及び中間指節部８４に設けられ、第１の流路９０にチューブ９４が通され、第２の流路９１にチューブ９５が通されている点で異なる。チューブ９４の外周面と第１の流路９０の内周面の間で気体が流通することを防止するために、各面を接着剤などで接着することが好ましい。チューブ９５の外周面と第２の流路９１の内周面の間で気体が流通することを防止するために、各面を接着剤などで接着することが好ましい。各チューブ９４、９５は、指構造体５０Ｆの屈曲を妨げない程度に可撓性を有する。各チューブ９４、９５には、内部配管（図示なし）がそれぞれ接続される。
【００８７】
図１４に示すように、指構造体５０Ｆは、第１の関節室９２内の気体と第２の関節室９３内の気体がそれぞれ独立に吸引される。指構造体５０Ｆは、第１の連結部８８と第２の連結部８９の各箇所で独立に屈曲することができるため、汎用性により優れる。指構造体５０Ｆは、上記各箇所での屈曲により長さ方向へ伸縮するため、この伸縮を利用してボタン等を押圧することができる。
【００８８】
図１５に示す指構造体５０Ｇのように、指部３４とは別途で皮膜９６を設け、この皮膜９６により、先端部６０ａと基端部６２ａの間を密閉してもよい。皮膜９６は、気密性と弾性とを有する材料で形成され、弾性変形可能である。皮膜９６の材料としては、例えば、天然ゴムや合成ゴムなどが用いられる。皮膜９６の厚みは適宜設計してよいが、この例では１ｍｍとしている。皮膜９６は、指本体５２の先端及び外周を覆ってもよい。皮膜９６は、例えば、第１の指節部６０及び第２の指節部６２の外周面に設けられた皮膜取付部９７に取り付けられる。皮膜取付部９７は、皮膜９６の厚みに応じた深さを有する凹形状であることが好ましい。この例では、皮膜取付部９７の深さは１ｍｍである。
【００８９】
図１６に示すように、指構造体５０Ｇは、先端部６０ａと基端部６２ａと皮膜９６内面により囲まれた関節室６４内の気体が吸引されることにより、皮膜９６が関節室６４内に入り込むように弾性変形し、連結部５４で屈曲する。
【００９０】
指構造体５０Ｇは、指部３４とは別途で設けられた皮膜９６により関節室６４が密閉されているため、把持本体３２の破裂などにより穴があいた場合であっても関節室６４からの気体の漏れが防止され、屈曲した状態が保持される。
【００９１】
指構造体５０Ｇは、皮膜９６により関節室６４が密閉されているため、把持本体３２への取り付けが容易である。
【００９２】
皮膜９６は、皮膜取付部９７に取り付ける代わりに、先端部６０ａ及び基端部６２ａの各傾斜面に対し、例えば接着剤などを用いて取り付けてもよい。
【００９３】
把持装置１０は、上記指構造体５０Ａ〜５０Ｇを適宜組み合わせて用いてもよい。把持装置１０は、指部３４の外周面に爪部を設けることとしてもよい。爪部は、合成樹脂製の板状部材や、円錐状部材、サック状の部材を用いることができる。
【００９４】
ケース３０には、ワークＷを撮影するカメラ、把持したワークＷの重量を測定する重量計、ワークＷと把持本体３２の間の距離を測定する近接センサなどを設けてもよい。
【００９５】
掌部３３の大きさ、指部３４の長さや数などは、用途に合わせ適宜変えてもよい。
【００９６】
第２の継手部４３と内部配管６６は、個別に変形させようとする指部３４の数に応じて設けてもよい。なお、第２の継手部４３と内部配管６６を設けずに、内部空間４４と流路５６の間で気体の流通を許容することにより、掌部３３と指部３４を内部空間４４の圧力の増減に連動して変形させてもよい。
【００９７】
形状保持部４６は、１個のリング体を有するものでもよいし、３個以上のリング体を有するものでもよい。形状保持部４６は、円筒状部材に限られず、枠状部材、例えばガイド穴４８を有する多角柱でもよい。形状保持部４６の外形形状は、長円形、楕円形、多角形など適宜選択することができ、把持本体３２や支持体３８の外形形状に合わせてもよい。
【００９８】
形状保持部４６は、当該形状保持部４６の外径とガイド穴４８の内径の比が１．０：０．９３〜１．０：０．５であることが好ましい。例えば、形状保持部４６の外径が８０ｍｍの場合、ガイド穴４８の内径が６０〜７０ｍｍの範囲であれば、指部３４は、掌部３３の中心に向かってより確実に弾性変形する。
【００９９】
形状保持部４６の先端の位置は、当該形状保持部４６の径方向における第１の指節部６０の基端部６０ｂの中心位置よりも外側に位置することが好ましい。これにより、形状保持部４６の先端と第１の指節部６０の基端部６０ｂとの接触部分は、形状保持部４６の径方向における第１の指節部６０の基端部６０ｂの中心位置よりも外側に位置する。この結果、指部３４は、上記の接触部分を支点として、掌部３３の中心に向かって容易に弾性変形する。
【０１００】
上記実施形態では形状保持部４６の保持面４９と把持本体３２の内面の間に生じる空間を第１の指節部６０の基端部６０ｂで埋めているが、形状保持部４６を工夫して上記の空間が生じないようにしてもよい。例えば、第１の指節部６０に対応する位置に、指部３４へ向かって突出した突起を有する形状保持部（図示なし）を用いてもよい。このような突起を有する形状保持部を把持本体３２内に組み付けると、突起の先端が基端部６０ｂに接触すると共に側面が把持本体３２の内面に密着し、上記の空間が生じないので、減圧時における把持本体３２の部分的な凹みを防止することができる。
【０１０１】
［第２実施形態］
上記第１実施形態の把持装置１０は、掌部３３と指部３４が一体に形成された袋状の把持本体３２を備えているが、図１７に示す第２実施形態の把持装置１００は、掌部１０１と指部１０２が別体に形成された把持本体１０４Ａを備える。指部１０２は、掌部１０１と別体で形成されていること以外は、上記第１実施形態の指部３４と同じ構成を有している。すなわち、指部１０２は、本図では図示を省略しているが、内部に指本体５２と連結部５４と流路５６が設けられている。このため、第２実施形態の指構造体５０Ｈは、指本体５２、連結部５４、皮膜としての指部１０２、及び、流路５６を備える。以下、上記第１実施形態と同じ部材等については、同符号を付して説明を省略する。
【０１０２】
把持装置１００は、この例では２つの指部１０２を有する。２つの指部１０２は、掌部１０１を挟んで、互いに所定の間隔をあけて配置されている。この例では、２つの指部１０２は、掌部１０１の中心を通り且つ上下方向に向かう中心軸Ｃに対して、対称に配置されている。把持装置１００では、掌部１０１が硬質な樹脂や金属などで形成されており、掌部１０１を変形させずに、指部１０２のみを変形させることによりワークＷを把持する。
【０１０３】
把持本体１０４Ａは、中央に掌部１０１が設けられ、掌部１０１の周囲に指部１０２を支持する指部支持体１０６を有する。指部支持体１０６の外形形状は、例えば真円形、長円形、楕円形、多角形など適宜選択することができる。指部支持体１０６は、この例では掌部１０１と一体に形成されている。指部支持体１０６は、掌部１０１の周囲の部分に、指部１０２を取り付けるための取付孔１０６ａを有する。取付孔１０６ａは、指部支持体１０６を上下方向に貫通している。取付孔１０６ａは、例えば雌ねじ部を有する。
【０１０４】
把持本体１０４Ａは、指部１０２を指部支持体１０６に着脱自在に連結する着脱部材１０７を有する。着脱部材１０７は、一端が流路５６と連結し、他端が取付孔１０６ａと連結する。着脱部材１０７は、例えば両端に雄ねじ部を有する。着脱部材１０７は、取付孔１０６ａに対して下側から取り付けられ、流路５６と取付孔１０６ａを接続する。この場合の流路５６は雌ねじ部を有することが好ましい。着脱部材１０７としては、例えば、管用テーパーねじや管用平行ねじを用いることができる。気密性を確保するため、着脱部材１０７には、管用テーパーねじの場合はシールテープを用いることが好ましく、管用平行ねじの場合はパッキンやメタルシールを用いることが好ましい。
【０１０５】
指部支持体１０６の上面には、外部配管２５と接続する継手部１０８が設けられている。継手部１０８は、一端が外部配管２５と連結し、他端が取付孔１０６ａと連結する。継手部１０８は、取付孔１０６ａに対して上側から取り付けられる。これにより、外部配管２５と流路５６が、指部支持体１０６、着脱部材１０７、及び継手部１０８を介して接続される。継手部１０８としては、例えば、外部配管２５がワンタッチで着脱されるワンタッチ継手を用いることができる。
【０１０６】
把持装置１００は、掌部１０１にカメラ１０５が設けられており、このカメラ１０５によって、指部１０２がワークＷを把持する様子を撮影する。カメラ１０５は、掌部１０１の中心位置に配置して、指部支持体１０６に固定されている。カメラ１０５は、レンズ（図示省略）の光軸が中心軸Ｃと一致している。指部支持体１０６の指部１０２とは反対側に設けられたフレーム１１２は、フランジプレート１１０を介してピストンロッド２０に連結している。カメラ１０５には、図示しない画像処理装置と接続するコード１１４が設けられている。画像処理装置では、カメラ１０５で撮影された画像の画像認識や、画像認識の結果に基づいた把持動作の解析等が行われる。
【０１０７】
上記のように、把持装置１００は、着脱部材１０７を指部支持体１０６に連結することにより、掌部１０１と指部１０２を一体化することができる。また、着脱部材１０７の連結を解除することにより、掌部１０１から指部１０２を分離することができる。これにより、指部１０２の交換を容易に行うことができる。把持装置１００は、指部支持体１０６の取付孔１０６ａの位置や数を変えるだけで把持動作に必要な指部１０２のレイアウトを簡単に変更できるので、設計の自由度が高い。
【０１０８】
把持装置１００は、掌部１０１にカメラ１０５が設けられているので、把持動作を妨げずにワークＷを撮影することができる。特に、カメラ１０５が掌部１０１の中心位置に配置されていることにより、カメラ１０５でワークＷの位置を認識した後に、把持位置の微調整をする必要がなく、また、位置ずれを解消するキャリブレーションを行う必要もない。
【０１０９】
着脱部材１０７として空圧用のワンタッチ継手とそれに対応した部材を用いてもよい。を用いてもよい。ワンタッチ継手を用いることにより、剛性のある機械的な接続と流路の確保とをワンタッチで同時に行うことができる。
【０１１０】
図１８に示す把持本体１０４Ｂは、把持本体１０４Ａの指部支持体１０６の代わりに、複数の継手部材を組み合わせて形成される指部支持体１２０を有する。指部支持体１２０は、継手部材の組み合わせ方によって任意の形状に組み立てることができる。図１８に示す指部支持体１２０は一例である。
【０１１１】
本実施形態では、指部支持体１２０は、複数の継手部材として、管継手１２１ａ，１２１ｂとブロック継手１２２ａ，１２２ｂを有する。管継手１２１ａ，１２１ｂとブロック継手１２２ａ，１２２ｂは、互いに着脱自在に接続する。本実施形態の場合、中央に配置されたブロック継手１２２ｂが掌部に相当する。
【０１１２】
管継手１２１ａ，１２１ｂは、管用テーパーねじや管用平行ねじなどを有する。管継手１２１ｂは、管継手１２１ａよりも長く形成されている。
【０１１３】
ブロック継手１２２ａ，１２２ｂは、気体を流通させる通路を有する。ブロック継手１２２ａの通路は、Ｌ字状に形成されている。ブロック継手１２２ｂの通路は、Ｔ字状に形成されている。通路の形状は、Ｌ字状やＴ字状の他、Ｙ字状、十字状など、適宜選択してよい。ブロック継手１２２ａ，１２２ｂの外形形状は、適宜選択することができ、例えば多面体や球体等とすることができる。ブロック継手１２２ａ，１２２ｂは、ユニバーサルタイプのものでもよい。
【０１１４】
指部支持体１２０は、管継手１２１ａ，１２１ｂとブロック継手１２２ａ，１２２ｂの組み合わせにより、例えば、エルボ形状やティー形状等、様々な形状の継手を含むように組み立てることができる。
【０１１５】
指部支持体１２０は、複数の継手部材のうちのいずれかが着脱部材１０７と着脱自在に接続する。この例では、指部支持体１２０は、ブロック継手１２２ａが着脱部材１０７と接続する。ブロック継手１２２ａと着脱部材１０７は、互いに着脱自在である。ブロック継手１２２ａは、管継手１２１ｂを介してブロック継手１２２ｂと接続する。ブロック継手１２２ｂは、管継手１２１ａと接続する。管継手１２１ａは、図示していないが外部配管２５と接続される。これにより外部配管２５と流路５６が接続される。
【０１１６】
上記のように、指部支持体１２０は、管継手１２１ａ，１２１ｂとブロック継手１２２ａ，１２２ｂの組み合わせによって任意の形状に組み立てることができるので、指部１０２のレイアウトの自由度を向上させる。また、指部支持体１２０がマニホールドの代わりになるので、指部１０２のレイアウトに合わせた専用のマニホールドを準備する必要がなく、マニホールド作製の手間を削減することができる。
【０１１７】
指部支持体１２０は、気密性が確保されるように、管継手１２１ａ，１２１ｂとブロック継手１２２ａ，１２２ｂの間にシールテープ、パッキン、メタルシール等を用いることが好ましい。
【０１１８】
指部支持体１２０は、継手部材として、ワンタッチ継手や外部配管２５に挿入される挿入部を有するバーブタイプの継手部材等を用いてもよい。
【０１１９】
上記実施形態では、産業用ロボット１２として直交ロボットの例を示したが、本発明はこれに限らず、スカラロボット、垂直多関節ロボットなどに適用することができる。すなわち把持装置１０、１００は、産業用ロボットによってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心に回転しても、ワークＷを把持すると共に、把持した状態を維持することができる。
【０１２０】
［第３実施形態］
次に第３実施形態に係るロボットハンドについて、図面を参照して説明する。上記実施形態と同じ部材等については、同符号を付して説明を省略する。図１９に示すロボットハンド２００Ａは、ケース３０と、把持本体２０２Ａと、構造体としての指部２０６Ａとを備える。本図に示す指部２０６Ａは、内部配管のない柱状である。
【０１２１】
把持本体２０２Ａは、掌部３３の周囲に設けられた複数、例えば５個の着脱部材２０４Ａを有する。着脱部材２０４Ａは、指部２０６Ａを着脱自在に把持本体２０２Ａに固定する。本図に示す着脱部材２０４Ａは、ボルトであり、頭部が基端部６０ｂに一体成形されており、先端の雄ねじが掌部３３の表面から突出している。掌部３３から突出する基端部６０ｂの長さは適宜選択することができる。
【０１２２】
指部２０６Ａは、着脱部材２０４Ａと連結される受け部２０８と、当該受け部２０８と一体的に形成された指本体２１０とを有する。受け部２０８は、ボルトの雄ねじがねじ込まれる雌ねじが形成されている。指本体２１０は、中実であり、把持本体２０２Ａよりも硬質な材料により形成される。指本体２１０の材料としては、例えば樹脂やゴムなどが用いられる。指本体２１０の材料は、一種の材料でもよいし、異種材料を組み合わせた複合材料でもよい。
【０１２３】
ロボットハンド２００Ａは、着脱部材２０４Ａを把持本体２０２Ａに連結することにより、掌部３３と指部２０６Ａを一体化することができる。また、着脱部材２０４Ａと受け部２０８との連結を解除することにより、把持本体２０２Ａから指部２０６Ａを分離することができる。これにより、指部２０６Ａの交換を容易に行うことができる。ロボットハンド２００Ａは、指部２０６Ａの位置や数を変えるだけで指部２０６Ａのレイアウトを簡単に変更できるので、設計の自由度が高い。
【０１２４】
外部配管２４を介して内部空間４４の気体が吸引されると、形状保持部４６によって掌部３３の外周面の形状が維持されながら、掌部３３は、形状保持部４６のガイド穴４８に吸い込まれるようにして、厚み方向に変形する。指部２０６Ａは、掌部３３の中心へ引っ張られ、形状保持部４６の先端と基端部６０ｂとの接触部分を支点として、掌部３３へ向かって基端から倒れるように変形する。
【０１２５】
本実施形態の場合、指部２０６Ａは、着脱部材２０４Ａを介して把持本体２０２Ａに着脱自在に固定することができる。したがってロボットハンド２００Ａは、用途に応じて、取り付ける指部２０６Ａの数を選択することで、所望の動作をすることができる。ロボットハンド２００Ａは、掌部３３を厚さ方向に変形させることによってワークを把持することができ、しかも指部２０６Ａを着脱自在に固定できるので、構造が簡単で、汎用性に優れる。
【０１２６】
ロボットハンド２００Ａの動作は、ワークを把持する動作に限定されない。指部２０６Ａが装着されたロボットハンドの全体を、図示しないカバーで覆ってもよい。カバーで覆うことによって、指部２０６Ａと把持本体２０２Ａの間の隙間に異物が入り込むことを防止することができる。また、指部２０６Ａが装着されない着脱部材２０４Ａに、図示しないカバーを装着してもよい。
【０１２７】
着脱部材２０４Ａは、雌ねじでもよい。この場合、指部２０６Ａの受け部２０８に雄ねじを設ける。着脱部材２０４Ａを雌ねじとすることによって、把持本体２０２Ａから雄ねじが突出しない。着脱部材を雌、受け部を雄とすることによって、指部２０６Ａを装着しない場合、表面に突出する突起が小さいため、使い勝手が向上する。
【０１２８】
着脱部材２０４Ａは、ボルトに限定されず、例えば、空圧用のワンタッチ継手とそれに対応した部材を用いてもよい。図示しないが、着脱部材として基端部６０ｂに固定され掌部３３側に突出した穴付シャフトを適用してもよい。当該穴付シャフトは半径方向に開口した穴を有する。この場合、指部２０６Ａの受け部２０８には、シャフトを受け入れる穴と、固定ピンを半径方向に挿入する挿入穴とが形成される。上記穴にシャフトを挿入し、挿入穴を通じてシャフトの穴に固定ピンを挿入することによって、指部２０６Ａを把持本体２０２Ａに固定することができる。また、着脱部材２０４Ａは指部２０６Ａの外側に設置する構造のものでもよい。
【０１２９】
構造体は、中空であってもよいし、把持本体２０２Ａよりも軟質の材料で形成されてもよい。構造体を中空とした場合、構造体に内部配管（図４の符号６６）を連結し、構造体内圧を内部空間４４の内圧と別にしても良い。構造体内の空気が自由に移動することによって、ワークの形状に合わせて構造体を変形しやすくすることができる。また、内部配管を通じて構造体内を減圧してもよい。構造体は、柱状の指部２０６Ａに限定されない。例えば、図２０Ａに示すように、先端が一方向に曲がった形状の指本体２１２を有する指部２０６Ｂを適用することができる。指部２０６Ｂは掌部３３の中心へ先端を向けて取り付けられることによって、より小さいワークをより確実に把持することができる。また図２０Ｂに示すように、一方向に曲がった先端に球状体２１６が形成された指本体２１４を有する指部２０６Ｃを適用してもよい。さらに、図２０Ｃに示すように、電球状の指本体２１８を有する指部２０６Ｄを用いてもよい。指部の外形形状は、適宜選択することができ、例えば、円柱、三角柱、四角柱、円錐、三角錐、四角錐、円錐台、四角錐台、板状などでもよい。各指部の外径形状は、全て同一でもよいし、一部または全てが異なってもよい。構造体は、ヘラ形状の部材や、フォーク形状の部材などでもよい。把持本体に装着した構造体は、接着剤などによって把持本体に固定してもよい。
【０１３０】
（変形例（１））
次に本実施形態の第１変形例に係るロボットハンドについて、図面を参照して説明する。図２１に示すロボットハンド２００Ｂは、ケース３０と、把持本体２０２Ｂと、構造体としての指構造体５０Ｈとを備える。把持本体２０２Ｂに設けられた着脱部材２０４Ｂは管継手であり、一端が指構造体５０Ｈの流路５６と連結し、他端が内部配管６６と連結する。着脱部材２０４Ｂの一端は、掌部３３の表面から突出しており、例えば、管用テーパーねじや管用平行ねじを用いることができる。気密性を確保するため、着脱部材２０４Ｂには、管用テーパーねじの場合はシールテープを用いることが好ましく、管用平行ねじの場合はパッキンやメタルシールを用いることが好ましい。着脱部材２０４Ｂの他端は、基端部６０ｂに一体成形されている。
【０１３１】
着脱部材２０４Ｂとして空圧用のワンタッチ継手とそれに対応した部材を用いてもよい。ワンタッチ継手を用いることにより、剛性のある機械的な接続と流路の確保とをワンタッチで同時に行うことができる。
【０１３２】
外部配管２４を介して内部空間４４の気体が吸引されると、形状保持部４６によって掌部３３の外周面の形状が維持されながら、掌部３３は、形状保持部４６のガイド穴４８に吸い込まれるようにして、厚み方向に変形する。指構造体５０Ｈは、掌部３３の中心へ引っ張られ、形状保持部４６の先端と基端部６０ｂとの接触部分を支点として、掌部３３へ向かって基端から倒れるように変形する。
【０１３３】
ロボットハンド２００Ｂは、外部配管２５と内部配管６６とを介して関節室６４内の気体が吸引され、関節室６４内の圧力が例えば−０．０１ＭＰａ以下に減圧される。指構造体５０Ｈは、指部１０２のうち、先端部６０ａと基端部６２ａの間を密閉している部分が関節室６４内に入り込むように弾性変形し、連結部５４で屈曲する。ロボットハンド２００Ｂは、指構造体５０Ｈを備えるから、上記第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３４】
（変形例（２））
次に本実施形態の第２変形例に係るロボットハンドについて、図面を参照して説明する。図２２に示す把持本体２０２Ｃは、掌部３３と、掌部３３の周囲に突出して設けられた複数の指部２０６Ａとを有する。指部２０６Ａが形成された側と反対側の、掌部３３の外縁を囲む位置に接続部２２０が一体に形成されている。接続部２２０は筒状であって、本図の場合、上端に円形の開口を有する。把持本体２０２Ｃは、掌部３３から接続部２２０に向かって外側に突出する向きに湾曲した外周面２２２を有する。把持本体２０２Ｃの開口は、ケース３０によって密閉されている。
【０１３５】
ケース本体３６の中央には、貫通穴２２４が設けられている。当該貫通穴２２４に、アクチュエータとして動力シリンダー２２６が固定されている。動力シリンダー２２６は、シリンダーチューブ２２７と、シリンダーチューブ２２７に対し進退可能に設けられたピストンロッド２２９とを有する。シリンダーチューブ２２７には、図示しない配管が設けられている。当該配管を通じて、動力源として気体又は油などの液体が供給、排出されることによって、ピストンロッド２２９がシリンダーチューブ２２７に対し進退可能となっている。ピストンロッド２２９の先端は、掌部３３の裏面に固定された支持プレート２３１に接続されている。
【０１３６】
把持本体２０２Ｃは、接続部２２０と掌部３３の間に、掌部３３より厚さ方向に変形しにくい高強度部２２８を備える。高強度部２２８は、掌部３３や接続部２２０と一体に形成されている。高強度部２２８は、支持体３８と接触する基端２３０、及び、基端２３０から前記指部２０６Ａ側に離れており前記掌部３３に接続される先端２３２を有する。高強度部２２８は、掌部３３に比べ変形しにくいが、完全な剛体ではなく、掌部３３の中心へ向かって基端２３０を支点にして微視的に変形する。
【０１３７】
基端２３０は、掌部３３の外縁から掌部３３の厚さ方向に離れた位置、すなわち掌部３３から接続部２２０の上部開口側へ離れた位置に設けられている。本実施形態の場合、基端２３０は、ケース３０の底面２３４の外周部に接触する接触面２３６を有する。高強度部２２８は、接触面２３６に連続した掌部３３の中心側に、内部空間４４に接する内周面２３８を有する。掌部３３の内側は、略平坦な内面２４０と、当該内面２４０の周囲に設けられた外側に凸となる曲面２４２とを有する。内周面２３８と、掌部３３の内面２４０は、曲面２４２で接続されている。ケース３０の底面２３４と、掌部３３の内面の間には、厚さ方向に変形した掌部３３を受け入れる内部空間４４が形成されている。
【０１３８】
高強度部２２８の先端２３２は、内周面２３８と曲面２４２の間に配置されている。先端２３２は、掌部３３が厚さ方向へ変形する場合の支点となる。
【０１３９】
高強度部２２８は、掌部３３の周囲を囲むように接続部２２０の形状に合わせて形成されており、本図の場合、環状である。接触面２３６は、高強度部２２８の上面である。ケース３０の底面２３４の外周部が、高強度部２２８の接触面２３６に接触する。
【０１４０】
高強度部２２８は、掌部３３及び指部２０６Ａと一体に形成されており、掌部３３の厚さ方向の変形に合わせ微視的に変形する。これにより、指部２０６Ａが、掌部３３の変形によって連続的、かつ、ゆるやかに変形する。したがってロボットハンド２００Ｃは、柔らかくワークＷを把持することができる。因みに高強度部２２８を有しない把持本体では、指部は座屈するように変形する。
【０１４１】
ピストンロッド２３９をシリンダーチューブ２２７内に退避させ、動力シリンダー２２６を収縮する。ロボットハンド２００Ｃは、高強度部２２８より掌部３３の外周面２２２の形状が保持された状態を維持する。そうすると掌部３３が、高強度部２２８の内部空間４４に吸い込まれるようにして厚さ方向に変形する。
【０１４２】
掌部３３が厚さ方向へ変形するのに伴い、指部２０６Ａが掌部３３の中心へ引っ張られる。そうすると指部２０６Ａは、掌部３３へ向かって倒れるように弾性変形する。上記のようにロボットハンド２００Ｃは、動力シリンダー２２６を収縮することによって、ワークを把持する。
【０１４３】
本変形例の場合、高強度部を備える場合について説明したが、本発明はこれに限らず、高強度部にかえて形状保持部を備えることとしてもよい。
【０１４４】
アクチュエータが動力シリンダーである場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、アクチュエータはねじを備えた機構を適用してもよい。図示しないが、ケース本体３６に設けられた雌ねじに締め込まれたねじの一端を、支持プレート２３１に回転自在に固定し、ねじの他端をモータに連結する。当該ねじを回転させることによって、掌部３３を厚さ方向に変形させることができる。
【０１４５】
アクチュエータとして、モータ、ラック、ピニオンを用いてもよい。ラックをケース本体３６の貫通穴２２４から通して一端を支持プレート２３１に固定し、モータによってピニオンを回転駆動する。ピニオンの回転運動をラックの直線運動に変換することによって、掌部３３を厚さ方向に変形させることができる。
【０１４６】
アクチュエータとして、電磁石を利用してもよい。ケース本体３６に設けられた電磁石と、当該電磁石に電力を供給する直流電源とを備える。支持プレート２３１は、強磁性体、例えば鉄で形成されている。電力が供給されることによって電磁石が磁化し、磁力が発生する。当該磁力によって、電磁石に支持プレート２３１が引きつけられ、掌部３３を厚さ方向の内側に変形させ、指部２０６Ａを閉じることができる。一方、電力の供給を停止すると、磁力が失われる。そうすると、掌部３３が自重によって厚さ方向の外側に変形し、指部２０６Ａを開くことができる。支持プレート２３１とケース本体３６の間にコイルばねを設けてもよい。コイルばねが掌部３３を厚さ方向の外側に押し出すことによって、より素早く指部２０６Ａを開くことができる。
【０１４７】
上記第１〜第３実施形態、及び各変形例は、適宜組み合わせて適用してもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１４８】
１０、１００  把持装置
１２  産業用ロボット
３２、１０４Ａ、１０４Ｂ、２０２Ａ〜２０２Ｃ  把持本体
３３、１０１  掌部
３４、１０２、２０６Ａ、２０６Ｂ  指部
４２  第１の継手部
４３  第２の継手部
５０Ａ〜５０Ｈ  指構造体
５２、８７、２１０、２１２、２１４、２１８  指本体
５４、７０  連結部
５６  流路
６０、７２、７６、８０  第１の指節部
６２、７４、７８、８２  第２の指節部
６４  関節室
６６  内部配管
８４  中間指節部
８８  第１の連結部
８９  第２の連結部
９０  第１の流路
９１  第２の流路
９２  第１の関節室
９３  第２の関節室
９６  皮膜
１０５  カメラ
１０６、１２０  指部支持体
１０７、２０４Ａ、２０４Ｂ  着脱部材
１２１ａ、１２１ｂ  管継手（継手部材）
１２２ａ、１２２ｂ  ブロック継手（継手部材）
２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ  ロボットハンド
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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