(57)【要約】【課題】小型化及び軽量化を図ることができる流体圧伝達装置を提供する。【解決手段】流体圧伝達装置は、高圧駆動流体圧シリンダ７５と、複数の低圧駆動流体圧シリンダ７１〜７４と、各低圧駆動流体圧シリンダ７１〜７４に低圧側流体圧伝達路６１〜６４を介して夫々接続される複数の流動流体圧シリンダ５１〜５４と、高圧駆動流体圧シリンダ７５に接続される高圧側流体圧伝達路６５とを備える。高圧側流体圧伝達路６５は、各低圧側流体圧伝達路６１〜６４に流路切換弁９１〜９４を介して接続される。各流路切換弁９１〜９４は、低圧駆動流体圧シリンダ７１〜７４と従動流体圧シリンダ５１〜５４とを接続させる低圧路状態と、高圧駆動流体圧シリンダ７５と従動流体圧シリンダ５１〜５４とを接続させる高圧路状態とに切換自在に構成される。【選択図】図２
2011064216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧用駆動源によりシリンダ本体内で進退されるピストンを有し、該高圧用駆動源により前記ピストンが前進することにより、前記シリンダ本体内で高圧の流体圧を発生させる高圧駆動流体圧シリンダと、
低圧用駆動源によりシリンダ本体内で進退されるピストンを有し、該低圧用駆動源により前記ピストンが前進することにより、前記シリンダ本体内で前記高圧駆動流体圧シリンダよりも低圧の流体圧を発生させる複数の低圧駆動流体圧シリンダと、
該各低圧駆動流体圧シリンダに低圧側流体圧伝達路を介して夫々接続される複数の流動流体圧シリンダと、
前記高圧駆動流体圧シリンダに接続される高圧側流体圧伝達路とを備え、
該高圧側流体圧伝達路は、前記各低圧側流体圧伝達路に流路切換弁を介して接続され、
該各流路切換弁は、前記低圧駆動流体圧シリンダの流体圧が前記従動流体圧シリンダに作用することを許容すると共に前記高圧駆動流体圧シリンダの流体圧が前記従動流体圧シリンダに作用することを阻止する低圧路状態と、前記低圧駆動流体圧シリンダの流体圧が前記従動流体圧シリンダに作用することを阻止すると共に前記高圧駆動流体圧シリンダの流体圧が前記従動流体圧シリンダに作用することを許容する高圧路状態とに切換自在であることを特徴とする流体圧伝達装置。
【請求項２】
請求項１記載の流体圧伝達装置において、前記各流路切換弁はコントローラにより前記低圧路状態と前記高圧路状態とが切り換えられ、
前記コントローラは、全ての前記流路切換弁を前記低圧路状態とする低圧モードと、全ての前記流路切換弁を前記高圧路状態とする高圧モードとに切り換えることを特徴とする流体圧伝達装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の流体圧伝達装置を用いたロボットハンド装置であって、
該ロボットハンド装置は関節部で屈伸自在な複数の指機構を備え、
前記従動流体圧シリンダのピストンの進退に伴い、前記指機構の関節部が屈伸することを特徴とするロボットハンド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動流体圧シリンダと従動流体圧シリンダとを備える流体圧伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人間の手を模した複数の指機構と、各指機構が接続されたハンド本体とを備えるロボットハンド装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のハンド装置の指機構は、流体圧伝達装置により屈伸される。この流体圧伝達装置は、ハンド本体内に設けられた複数の従動流体圧シリンダと、ハンド本体の外部に設けられ、各従動流体圧シリンダに流体圧伝達管を介して夫々接続された複数の駆動流体圧シリンダとを備える。
【０００３】
モータ等の駆動源により駆動流体圧シリンダで流体圧を発生させると、当該駆動流体圧シリンダに接続された従動流体圧シリンダに当該流体圧が付与される。そして、従動流体圧シリンダのピストンが進退し、このピストンに連結された指機構の関節の構成部品たる可動部材が可動する。このようにして、従動流体圧シリンダのピストンの進退により、指機構の関節の屈伸動作が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１２６９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の駆動流体圧シリンダと従動流体圧シリンダと流体圧伝達管とで構成される流体圧伝達装置では、精密な動作を要求される関節等に用いられる従動流体圧シリンダには、これに対応する１つの駆動流体圧シリンダが接続される。
【０００６】
この従動流体圧シリンダが複数設けられているものにおいては、当該従動流体圧シリンダに要求される最大圧力及び最大速度に対応できる内径の駆動流体圧シリンダや適切な最大出力を得られる駆動源を用いる必要がある。このため、精密な動作が要求される関節等に用いられる従動流体圧シリンダの数の増加に比例して、流体圧伝達装置全体が大型化し軽量化が図れなくなってしまう。
【０００７】
本発明は、小型化及び軽量化を図ることができる流体圧伝達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】
【０００８】
［１］上記目的を達成するため、本発明は、高圧用駆動源によりシリンダ本体内で進退されるピストンを有し、該高圧用駆動源により前記ピストンが前進することにより、前記シリンダ本体内で高圧の流体圧を発生させる高圧駆動流体圧シリンダと、低圧用駆動源によりシリンダ本体内で進退されるピストンを有し、該低圧用駆動源により前記ピストンが前進することにより、前記シリンダ本体内で前記高圧駆動流体圧シリンダよりも低圧の流体圧を発生させる複数の低圧駆動流体圧シリンダと、該各低圧駆動流体圧シリンダに低圧側流体圧伝達路を介して夫々接続される複数の流動流体圧シリンダと、前記高圧駆動流体圧シリンダに接続される高圧側流体圧伝達路とを備え、該高圧側流体圧伝達路は、前記各低圧側流体圧伝達路に流路切換弁を介して接続され、該各流路切換弁は、前記低圧駆動流体圧シリンダの流体圧が前記従動流体圧シリンダに作用することを許容すると共に前記高圧駆動流体圧シリンダの流体圧が前記従動流体圧シリンダに作用することを阻止する低圧路状態と、前記低圧駆動流体圧シリンダの流体圧が前記従動流体圧シリンダに作用することを阻止すると共に前記高圧駆動流体圧シリンダの流体圧が前記従動流体圧シリンダに作用することを許容する高圧路状態とに切換自在であることを特徴とする。
【０００９】
［２］又、本発明においては、各流路切換弁はコントローラにより低圧路状態と高圧路状態とが切り換えられ、コントローラは、全ての流路切換弁を低圧路状態とする低圧モードと、全ての流路切換弁を高圧路状態とする高圧モードとに切り換えるようにすることが好ましい。
【００１０】
本発明によれば、各従動流体圧シリンダを夫々１つの低圧駆動流体圧シリンダで比較的速い速度で作動させることができる低圧モードと、全ての従動流体圧シリンダを１つの高圧駆動流体威圧シリンダで比較的強い力（トルク）で作動させることができる高圧モードとに切り換えることができる。そして、各従動流体圧シリンダのピストンが連結される可動部材の迅速な作動が求められている場合には、低圧モードで可動部材を素早く作動させることができる。又、各可動部材に大きい可動力（トルク）が求められている場合には、高圧モードで可動部材を強い力で作動させることができる。こにれより、本発明の流体圧伝達装置によれば、可動部材の素早い動作と、力強い動作とを切り換えることができる。
【００１１】
そして、高出力のモータ等の駆動源を用いるなどして、高圧力を発生させる高圧駆動流体圧シリンダを、従動流体圧シリンダの数だけ用意することなく、一つの高圧駆動流体圧シリンダと複数の流路切換弁を設けるだけで、各従動流体圧シリンダを比較的強い力（トルク）で作動させることができるため、低圧駆動流体圧シリンダのピストンを進退させる低圧用駆動源を最大出力が比較的小さいものを用いることができる。
【００１２】
これにより、流体圧伝達装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００１３】
又、本発明の流体圧伝達装置は、例えば、関節部で屈伸自在な複数の指機構を備え、従動流体圧シリンダのピストンの進退に伴い、指機構の関節部が屈伸するロボットハンド装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の流体圧伝達装置を適用するロボットハンド装置を示す説明図。
【図２】実施形態の流体圧伝達装置の低圧モードを示す説明図。
【図３】実施形態のロボットハンド装置の把持状態を示す説明図。
【図４】実施形態の流体圧伝達装置の高圧モードを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜４を参照して、本発明の実施形態の流体圧伝達装置を用いたロボットハンド装置を説明する。図１に示すように、ロボットハンド装置１は、第１指機構２と、第２指機構３と、両指機構２，３が連結される基部４とを備える。両指機構２，３は、基部４に設けられた回動軸４ａ，４ｂに回動自在に軸支された指基部材２１，３１と、指基部材２１，３１に設けられた回動軸２１ａ，３１ａに回動自在に軸支された指先部材２２，３２とを備える。
【００１６】
基部４には、第１と第２の２つの従動流体圧シリンダ５１，５２が設けられている。各従動流体圧シリンダ５１，５２は、基部４の外面（手の甲側）に固定されたシリンダ本体５１ａ，５２ａと、シリンダ本体５１ａ，５２ａの内部を摺動自在なピストン５１ｂ，５２ｂと、ピストン５１ｂ，５２ｂに図示省略した球面ジョイントを介して揺動自在に連結されたロッド５１ｃ，５２ｃとを備えている。
【００１７】
第１従動流体圧シリンダ５１のロッド５１ｃは、第１指機構２の指基部材２１の基端部であって回動軸４ａよりも外側の部分に、揺動自在に連結されている。第２従動流体圧シリンダ５２のロッド５２ｃは、第２指機構３の指基部材３１の基端部であって回動軸４ｂよりも外側の部分に、揺動自在に連結されている。
【００１８】
第１指機構２の指基部材２１には、第３従動流体圧シリンダ５３が設けられている。第３従動流体圧シリンダ５３は、指基部材２１の外側面に固定されたシリンダ本体５３ａと、シリンダ本体５３ａの内部を摺動自在なピストン５３ｂと、ピストン５３ｂに図示省略した球面ジョイントを介して揺動自在に連結されたロッド５３ｃとを備えている。
【００１９】
第３従動流体圧シリンダ５３のロッド５３ｃは、第１指機構の指先部材２２の基端部であって回動軸２１ａよりも外側の部分に、揺動自在に連結されている。
【００２０】
第２指機構３の指基部材３１には、第４従動流体圧シリンダ５４が設けられている。第４従動流耐圧シリンダ５４は、指基部材３１の外側面に固定されたシリンダ本体５４ａと、シリンダ本体５４ａの内部を摺動自在なピストン５４ｂと、ピストン５４ｂに図示省略した球面ジョイントを介して揺動自在に連結されたロッド５４ｃとを備えている。
【００２１】
第４従動流体圧シリンダ５４のロッド５４ｃは、第２指機構の指先部材３２の基端部であって回動軸３１ａよりも外側の部分に、揺動自在に連結されている。
【００２２】
次に図２及び図３を参照して、実施形態のロボットハンド装置１に用いられる流体圧伝達装置を説明する。図２に示すように、各従動流体圧シリンダ５１〜５４には、低圧側流体圧伝達路６１〜６４を介して、ロボットハンド装置１の外部に配置された第１〜第４低圧駆動流体圧シリンダ７１〜７４が夫々接続されている。
【００２３】
各低圧駆動流体圧シリンダ７１〜７４は、シリンダ本体７１ａ〜７４ａと、シリンダ本体７１ａ〜７４ａの内部を摺動自在なピストン７１ｂ〜７４ｂと、ピストン７１ｂ〜７４ｂに連結されるボールネジ７１ｃ〜７４ｃとを備えている。各ボールネジ７１ｃ〜７４ｃには、従動プーリ８１ａ〜８１ｄが螺合されている。
【００２４】
各低圧駆動流体圧シリンダ７１〜７４の後方には、最大駆動力が比較的小さい低圧用駆動源たる低出力モータＭ１〜Ｍ４が配置されている。各低出力モータＭ１〜Ｍ４の回転軸には、駆動プーリ８２ａ〜８２ｄが固定されている。従動プーリ８１ａ〜８１ｄと駆動プーリ８２ａ〜８２ｄには、ベルト８３ａ〜８３ｄが巻き掛けられている。
【００２５】
そして、低出力モータＭ１〜Ｍ４の回転駆動力が、駆動プーリ８２ａ〜８２ｄ、ベルト８３ａ〜８３ｄ、従動プーリ８１ａ〜８１ｄを介してボールネジ７１ｃ〜７４ｃの進退運動に変換され、ピストン７１ｂ〜７４ｂがシリンダ本体７１ａ〜７４ａの内部で進退される。このようにして、低圧駆動流体圧シリンダ７１〜７４は、比較的低圧の流体圧を発生させる。
【００２６】
各低圧側流体伝達路６１〜６４は、夫々流路切換弁９１〜９４を介して高圧側流体伝達路６５に接続されている。高圧側流体伝達路６５には、高圧駆動流体圧シリンダ７５が接続されている。高圧駆動流体圧シリンダ７５は、シリンダ本体７５ａと、シリンダ本体７５ａの内部を摺動自在なピストン７５ｂと、ピストン７５ｂに連結されるボールネジ７５ｃとを備えている。ボールネジ７５ｃには、従動プーリ８１ｅが噛合されている。
【００２７】
高圧駆動流体圧シリンダ７５の後方には、最大駆動力が低圧用モータＭ１〜Ｍ４よりも大きい高圧用駆動源たる高出力モータＭ５が配置されている。高出力モータＭ５の回転軸には、駆動プーリ８２ｅが固定されている。従動プーリ８１ｅと駆動プーリ８２ｅとには、ベルト８３ｅが巻き掛けられている。
【００２８】
そして、高出力モータＭ５の回転駆動力が、駆動プーリ８２ｅ、ベルト８３ｅ、従動プーリ８１ｅを介してボールネジ７５ｃの進退運動に変換され、ピストン７５ｂがシリンダ本体７５ａの内部で進退される。このようにして、高圧駆動流体圧シリンダ７５は、低圧駆動流体圧シリンダ７１〜７４よりも高圧の流体圧を発生させる。
【００２９】
各低圧側流体伝達路６１〜６４と高圧側流体伝達路６５の接続部に設けられた各流路切換弁９１〜９４は、低圧駆動流体圧シリンダ７１〜７４とこれに対応する従動流体圧シリンダ５１〜５４とを連通させると共に、高圧駆動流体圧シリンダ７５と従動流体圧シリンダとの連通を断つ低圧路状態（図２参照）と、低圧駆動流体圧シリンダ７１〜７４と従動流体圧シリンダ５１〜５４との連通を断つと共に、高圧駆動流体圧シリンダ７５と従動流体圧シリンダ５１〜５４とを連通させる高圧路状態（図３参照）とに切換自在に構成されている。
【００３０】
各モータＭ１〜Ｍ５及び各流路切換弁９１〜９４は、ロボットハンド装置１の基部４の内面（手の平側の面）、指基部材２１，３１及び指先部材２２，３２の内側面に設けられた圧力センサ（図示省略）で検出される圧力に基づいて、図外のコントローラにより制御される。又、コントローラは、全ての流路切換弁９１〜９４を低圧路状態に切り換える低圧モード（図２参照）と、全ての流路切換弁９１〜９４を高圧路状態に切り換える高圧モード（図３参照）とを前記圧力センサの検出圧に基づいて、適宜切り換える。
【００３１】
各従動流体圧シリンダ５１〜５４のピストン５１ｂ〜５４ｂは、接続された駆動流体圧シリンダ７１〜７５のピストン７１ｂ〜７５ｂの進退に伴って進退する。これにより、両指機構２，３の指基部材２１，３１及び指先部材２２，３２が回動軸４ａ，４ｂ，２１ａ，３１ａを軸に屈伸自在に回動する。
【００３２】
次に、実施形態の流体圧伝達装置の作動を、ロボットハンド装置１により、図１及び図４に示す対象物Ｗを把持する場合を例に説明する。先ず、コントローラは、各指機構２，３が対象物Ｗを適切に把持できる状態（位置）となっているか否かを前記圧力センサの検出値に基づいて判断する。
【００３３】
図１のように、第２指機構３の圧力センサが対象物Ｗとの接触を検出していない場合には、コントローラは、流路切換弁９１〜９４を低圧モードに切り換えて、図２に示す状態とする。そして、低出力モータＭ１〜Ｍ４を適宜制御して、ロボットハンド装置１の各圧力センサからの検出値が、対象物Ｗを把持するのに適切な状態（指機構の姿勢や位置）となるようにする。このとき、対象物Ｗからの反力は略０に等しいため、低圧駆動流体圧シリンダ７１〜７４を用いて従動流体圧シリンダ５１〜５４を作動させても、比較的素早い作動が可能であり、素早く適切な状態とすることができる。
【００３４】
ロボットハンド装置１の各圧力センサからの検出値が、対象物Ｗを把持するのに適切な状態（指機構の姿勢や位置）となった場合には、コントローラは、流路切換弁９１〜９４を高圧モードに切り換えて、高出力モータＭ５を制御することにより、図４に示すように、ロボットハンド装置１で対象物Ｗを把持させる。
【００３５】
この場合、高圧駆動流体圧シリンダ７５は、４つの従動流体圧シリンダ５１〜５４に接続されることとなるため、各従動流体圧シリンダ５１〜５４のピストン５１ｂ〜５４ｂの作動速度は遅くなる。しかしながら、各指機構２，３が対象物Ｗと接触状態にあるときには、ピストン５１ｂ〜５４ｂの速い作動は要求されず、各指機構２，３（特に、指先部材２２，３２は対象物Ｗの重量を支えるため、第３及び第４従動流体圧シリンダ５３，５４に比較的高い流体圧が要求される。）の対象物Ｗを把持する為に必要なトルクのみが要求される。
【００３６】
実施形態の流体圧伝達装置を用いたロボットハンド装置１によれば、低出力モータＭ１〜Ｍ４を用いる低圧モードにより、素早く指機構２，３の対象物Ｗに対する位置決めを行い、高出力モータＭ５を用いる高圧モードにより、指機構２，３で対象物Ｗを力強く把持させることができる。
【００３７】
従って、全ての従動流体圧シリンダ５１〜５４用の高出力モータを設ける必要がなく、流体伝達装置の機能性を低下させることなく、小型化及び軽量化を図ることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…ロボットハンド装置、２…第１指機構、２１…指基部材、２１ａ…回動軸、２２…指先部材、３…第２指機構、３１…指基部材、３１ａ…回動軸、３２…指先部材、４…基部、４ａ，４ｂ…回動軸、５１…第１従動流体圧シリンダ、５１ａ…シリンダ本体、５１ｂ…ピストン、５１ｃ…ロッド、５２…第２従動流体圧シリンダ、５２ａ…シリンダ本体、５２ｂ…ピストン、５２ｃ…ロッド、５３…第３従動流体圧シリンダ、５３ａ…シリンダ本体、５３ｂ…ピストン、５３ｃ…ロッド、５４…第４従動流体圧シリンダ、５４ａ…シリンダ本体、５４ｂ…ピストン、５４ｃ…ロッド、６１〜６４…低圧側流体圧伝達路、６５…高圧側流体圧伝達路、７１〜７４…低圧駆動流体圧シリンダ、７１ａ〜７４ａ…シリンダ本体、７１ｂ〜７４ｂ…ピストン、７１ｃ〜７４ｃ…ボールネジ、７５…高圧駆動流体圧シリンダ、７５ａ…シリンダ本体、７５ｂ…ピストン、７５ｃ…ボールネジ、８１ａ〜８１ｅ…従動プーリ、８２ａ〜８２ｅ…駆動プーリ、８３ａ〜８３ｅ…ベルト、９１〜９４…流路切換弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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