(57)【要約】【課題】簡素な構造からなり、少数のアクチュエーターで駆動することができるとともに、多様な目標物体に対応することができる把持装置を提供する。【解決手段】把持装置１は、グリッパーの対向する左右の２指がともに平行リンクで構成される。左右の指部２５、３５の把持面には、薄く細かい物体を捕捉するための爪部が、内側に向かって突出する爪部が、先端縁に沿ってそれぞれ形設されている。爪は、その断面が４５度程度の鋭角をなし、開閉方向の内側に向かって突設している。したがって、左右の指部２５、３５を閉成すると、爪の鋭角な先端が対象物体と接地面の間に潜り込むので、掴み易くなる。【選択図】  図７Ｃ
2011131341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部と、
前記ベース部の基軸を中心に開閉方向に回動可能に取り付けられた第１のリンクと、前記ベース部の前記基軸よりも前記開閉方向の外側に位置する補助軸を中心に前記開閉方向に回動可能に取り付けられた第２のリンクと、前記開閉方向の内側に把持面を持ち前記第１のリンク及び前記第２のリンクの各先端で回動可能に支持される指部からそれぞれなり、ほぼ左右対称となる左右の平行リンクと、
前記ベース部内に収容された、前記左右の平行リンクの各第１のリンクを各々の開閉方向に駆動する駆動部と、
を具備し、
前記の左右の指部の把持面の先端縁に沿って、前記開閉方向の内側に向かって突出する爪部がそれぞれ形設される把持装置。
【請求項２】
前記駆動部は、アクチュエーターと、前記アクチュエーターによる回転を前記左右の平行リンクの各基軸にほぼ均等に伝達する伝達部を備える、
請求項１に記載の把持装置。
【請求項３】
前記伝達部は、前記基軸を従動する最終段においてノンバックラッシュ・ギアが適用されたギア列からなる、
請求項２に記載の把持装置。
【請求項４】
前記指部及び前記爪部は、高分子化合物で製作されている、
請求項１に記載の把持装置。
【請求項５】
前記の左右の指部の各把持面は、共重合発泡体からなる滑り止め部からなる、
請求項１に記載の把持装置。
【請求項６】
前記平行リンクは、前記第１及び第２のリンクの回転に応じて前記指先の先端がほぼ円弧軌道を描く回転領域と、前記指部の先端の動作を水平動作に擬似できる擬似水平移動領域を有する、
請求項１に記載の把持装置。
【請求項７】
前記擬似水平移動領域の長さは、前記第１及び第２のリンクの長さと前記擬似水平領域において前記指先の先端が変化する許容高さの関係に基づいて決定される、
請求項６に記載の把持装置。
【請求項８】
前記左右の平行リンクの各第１のリンクは、前記開閉方向の内側に凹み形状をした把持面を備える、
請求項１に記載の把持装置。
【請求項９】
前記左右の平行リンクの各第１のリンクの把持面の下端縁に沿って、前記開閉方向の内側に向かって突出する内側爪がそれぞれ形設される、
請求項８に記載の把持装置。
【請求項１０】
前記内側爪は、高分子化合物で製作され、
前記左右の平行リンクの各第１のリンクの把持面は、共重合発泡体からなる滑り止め部からなる、
請求項９に記載の把持装置。
【請求項１１】
前記左右の平行リンクの各第２のリンクは、前記開閉方向の外側に凹み形状をした把持面を備える、
請求項１に記載の把持装置。
【請求項１２】
前記左右の平行リンクの開閉動作を利用して物体を把持する際の把持力を感知する感知手段をさらに備える、
請求項１に記載の把持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばロボット装置に搭載され、物体の移動や部材の組み立てなどに用いられる把持装置に係り、特に、簡素な構造からなり、少数のアクチュエーターで駆動することができるとともに、多様な目標物体に対応することができる把持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人的作業の代行を主な目的として、ロボットに関する研究開発が盛んに行なわれている。多くのロボットは、物体の移動や部材の組み立てなどの作業を実現するために、手部に把持装置を備えている。
【０００３】
把持装置は、多くの関節自由度を備えることにより複雑な作業が可能となるが、各関節を駆動するアクチュエーターの個数が増すため、アクチュエーター自身並びにこれを支えるフレームの重量が増加し、装置が大型化してしまう。また、アクチュエーターを動作させるための駆動回路や制御回路、配線も、アクチュエーターの個数に応じて増大し、さらに、複数の関節軸を同期して制御する必要があるため、駆動用のソフトウェアが複雑になってしまう。基本的には、１つのアクチュエーターで回転駆動や平行移動など単一の自由度しか実現できないことから、アクチュエーターの個数を少なくすると、多様な目標物体に対応することが困難になる。
【０００４】
例えば、板ばねと１つのアクチュエーターを用いた２指把持型ロボットハンドについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。このロボットハンドは、アクチュエーターのトルクが０でもばね力により物体を把持することができるが、常に内側の力が発生する、回転方向のみ把持できる、といった欠点がある。
【０００５】
また、根元の１つのアクチュエーターで、指中間関節及び、指根元関節をギア列により開閉させ、左右の指を同期的に開閉させるロボットハンドについて提案がなされているが（例えば、特許文献２を参照のこと）、動力をギア列で伝達するがゆえ、バックラッシュが問題となる。また、指に相当するリンクの回転方向でしか把持することができない。
【０００６】
また、差動歯車を用い、プーリーを介したワイヤーを用いて左右の指を同期的に開閉するロボットハンドについて提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。しかしながら、このロボットハンドは、動力をワイヤーで伝達するがゆえに、初期張力やワイヤー自身の伸びなどが問題になる。また、ベーベル・ギアを用いているため、バックラッシュや効率が問題となる。
【０００７】
また、グリッパーの対向する２指がともに平行リンクで構成される把持装置について提案がなされている（例えば、特許文献４、５を参照のこと）。このような把持装置によれば、各指の先端の爪にて、それぞれの把持面を互いにほぼ平行に保ったままで開閉して対象物を把持するので、対象物が箱状である場合にも、箱のサイズによらず、爪と箱との接触面積を大きく確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１０５１１６号公報
【特許文献２】特開２００８−４９４５６号公報
【特許文献３】特開２００７−６９２８６号公報
【特許文献４】特開２００５−２３８４００号公報
【特許文献５】特開２００５−２６１５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、例えばロボット装置に搭載され、物体の移動や部材の組み立てなどに用いることができる、優れた把持装置を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、簡素な構造からなり、少数のアクチュエーターで駆動することができるとともに、多様な目標物体に対応することができる、優れた把持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
ベース部と、
前記ベース部の基軸を中心に開閉方向に回動可能に取り付けられた第１のリンクと、前記ベース部の前記基軸よりも前記開閉方向の外側に位置する補助軸を中心に前記開閉方向に回動可能に取り付けられた第２のリンクと、前記開閉方向の内側に把持面を持ち前記第１のリンク及び前記第２のリンクの各先端で回動可能に支持される指部からそれぞれなり、ほぼ左右対称となる左右の平行リンクと、
前記ベース部内に収容された、前記左右の平行リンクの各第１のリンクを各々の開閉方向に駆動する駆動部と、
を具備し、
前記の左右の指部の把持面の先端縁に沿って、前記開閉方向の内側に向かって突出する爪部がそれぞれ形設される把持装置である。
【００１２】
本願の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の把持装置の駆動部は、アクチュエーターと、前記アクチュエーターによる回転を前記左右の平行リンクの各基軸にほぼ均等に伝達する伝達部で構成される。また、本願の請求項３に記載の発明によれば、伝達部は、前記基軸を従動する最終段においてノンバックラッシュ・ギアが適用されたギア列で構成される。
【００１３】
本願の請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の把持装置の指部及び爪部は、例えばショアＡ硬度が７０〜９０のウレタン素材などの高分子化合物で製作されている。
【００１４】
本願の請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の把持装置の左右の指部の各把持面は、例えばアクリル、ウレタン、ゴムの共重合発泡体からなる滑り止め部からなる。
【００１５】
本願の請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載の把持装置の平行リンクは、前記第１及び第２のリンクの回転に応じて前記指先の先端がほぼ円弧軌道を描く回転領域と、前記指部の先端の動作を水平動作に擬似できる擬似水平移動領域を有する。ここで、本願の請求項７に記載の発明によれば、擬似水平移動領域の長さは、前記第１及び第２のリンクの長さと前記擬似水平領域において前記指先の先端が変化する許容高さの関係に基づいて決定される。
【００１６】
本願の請求項８に記載の発明によれば、請求項１に記載の把持装置の左右の平行リンクの各第１のリンクは、前記開閉方向の内側に凹み形状をした把持面を備えている。ここで、本願の請求項９に記載の発明によれば、左右の平行リンクの各第１のリンクの把持面の下端縁に沿って、前記開閉方向の内側に向かって突出する内側爪がそれぞれ形設されている。また、本願の請求項１０に記載の発明によれば、内側爪は、例えばショアＡ硬度が７０〜９０のウレタン素材などの高分子化合物で製作される。また、左右の平行リンクの各第１のリンクの把持面は、例えばアクリル、ウレタン、ゴムの共重合発泡体からなる滑り止め部からなる。
【００１７】
本願の請求項１１に記載の発明によれば、請求項１に記載の把持装置の左右の平行リンクの各第２のリンクは、前記開閉方向の外側に凹み形状をした把持面を備えている。
【００１８】
本願の請求項１２に記載の発明によれば、請求項１に記載の把持装置の左右の平行リンクの開閉動作を利用して物体を把持する際の把持力を感知する感知手段をさらに備えている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ロボット装置に搭載され、物体の移動や部材の組み立てなどに用いることができる、優れた把持装置を提供することができる。
【００２０】
また、本発明によれば、簡素な構造からなり、少数のアクチュエーターで駆動することができるとともに、多様な目標物体に対応することができる、優れた把持装置を提供することができる。
【００２１】
本願の請求項１乃至３に係る発明によれば、把持装置は、１つの動力源により、左右双方の平行リンクを連動させることができる。したがって、左右双方の平行リンクは機構的に同期動作が可能である。また、部品点数が少ない簡素な構造であることから、安価に製作することが可能である。また、空間上の制約が少ないことから、各部品の剛性を高めることによって、ＭＴＢＦ（Ｍｅａｎ  Ｔｉｍｅ  Ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｆａｉｌｕｒｅ：平均故障間隔）が向上し、左右の各指部の先端の移動軌跡が単一動作となるため位置合わせのための制御が不要で高速且つ正確な動作が可能になる。また、簡素な構造で剛性が高いことから、軽い物体だけでなく、動力源が出力を維持することが可能な範囲で最大の重量となる重量物も把持することができる
【００２２】
また、本願の請求項１乃至３に係る発明によれば、左右の指部の把持面の先端縁に沿って、内側に向かって突出する爪がそれぞれ形設されているので、コインやカード、ヘアピンなどの床面に落ちている薄い物体を、好適に把持することができる。
【００２３】
また、本願の請求項４に係る発明によれば、左右の指部並びにこれらの先端縁に沿って形設された各爪部は、柔軟性、耐久性を持ち、把持状態を安定にするとともに、安全上の問題を解消することができる。
【００２４】
また、本願の請求項５に記載の発明によれば、把持面の滑り止めスポンジと、上記の指先の爪との組み合わせにより、高い把持性能を実現することができる。
【００２５】
また、本願の請求項６、７に記載の発明によれば、並進駆動及び回転駆動という２通りの駆動方法により多様な把持形態が可能になる。把持対象となる物体の形状や大きさに応じて、これらの駆動方法のうちいずれかを適宜利用すればよい。
【００２６】
また、本願の請求項８乃至１０に記載の発明によれば、左右の平行リンクの各第１のリンクが開閉方向の内側に凹み形状をした把持面をそれぞれ備えているので、両凹みで挟持するようにして、比較的サイズの大きな物体を安全把持することができる。
【００２７】
また、本願の請求項１２に記載の発明によれば、左右の平行リンクの開閉動作を利用して物体を把持する際の把持力を感知することができる。
【００２８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る把持装置１の全体構成を示した図（斜視図）である。
【図２】図２は、図１に示した把持装置１の、左右の２平行リンク２０、３０をベース部１０から取り外した分解図である。
【図３】図３は、図１に示した把持装置１のベース部１０内を斜視した図である。
【図４】図４は、図１に示した把持装置１のベース部１０内に収容される伝達部１２の側面図である。
【図５】図５は、図１に示した把持装置１の上面図（但し、左右の平行リンク２０、３０を閉じた状態）である。
【図６】図６は、図１に示した把持装置１の上面図（但し、左右の平行リンク２０、３０を開いた状態）である。
【図７Ａ】図７Ａは、把持装置１で床面上の物体を把持する様子を示した図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、把持装置１で床面上の物体を把持する様子を示した図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、把持装置１で床面上の物体を把持する様子を示した図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、把持装置１で床面上の物体を把持する様子を示した図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、把持装置１で床面上の物体を把持する様子を示した図である。
【図８】図８は、把持装置１の片指の動きと可動範囲を示した図である。
【図９】図９は、平行リンクの長さｒを一定とした場合の、許容高さｃと擬似水平移動領域の長さｘhの関係を示した図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、左右の平行リンク２０、３０の第１のリンク２２、３２が開閉方向の内側に凹みを持つ把持面を有するとともに、把持面の下端縁に沿って内側爪２６、３６がそれぞれ突設されている様子を示した図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、左右の平行リンク２０、３０の開閉方向の内側に有する凹みからなる把持面を利用して、ペットボトルを首部で把持している様子を示した図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、左右の平行リンク２０、３０の第２のリンク２４、３４が開閉方向の内側に凹みを持つ把持面を示した図である。
【図１１】図１１は、左右の各平行リンク２０、３０が十分開いた状態で、スライダー２７がベース部１０から出現した様子を示した図である。
【図１２】図１２は、左右の各平行リンク２０、３０が十分開いた状態で、フック２８がベース部１０から出現した様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら本発明に係る把持装置の実施形態について詳細に説明する。なお、下記の実施形態に係る把持装置は、例えばロボット・アームの手部に適用することができる。但し、本発明の適用対象はロボットに限定されず、また、本発明の要旨は特定のロボットに限定されるものではないので、本明細書ではロボット本体の説明を省略する。
【００３１】
まず、実施形態に係る把持装置の全体構成について図１を参照しながら説明する。図示の把持装置１は、グリッパーの対向する左右の２指がともに平行リンクで構成される。但し、図１は把持装置１の外観を斜視した図、図２は、左右の２平行リンク２０、３０をベース部１０から取り外した分解図、図３はベース部１０内を斜視した図、図４はベース部１０内に収容される伝達部１２の側面図、図５は把持装置１の上面図（但し、左右の平行リンク２０、３０を閉じた状態）、図６は把持装置１の上面図（但し、左右の平行リンク２０、３０を開いた状態）を、それぞれ示している。図６では、左右の平行リング２０、３０が擬似水平移動領域（後述）内で開いた状態であり、図示しないが、平行リング２０、３０は最大回転量θmax（後述）まで開くことができる。
【００３２】
図１に示すように、把持装置１は、ベース部１０と、ベース部１０に取り付けられた左右の平行リンク２０、３０を備えている。
【００３３】
図２に示すように、左の平行リンク２０は、ベース部１０に対し基軸２１を中心に開閉方向に回動可能に軸支された第１のリンク２２と、基軸２１よりも開閉方向の外側に位置する補助軸２３を中心に開閉方向に回動可能に軸支された第２のリンク２４と、第１のリンク２２及び第２のリンク２４の各先端でそれぞれ回動可能に支持される指部２５で構成される。図示の例では、第１のリンク２２は、基軸２１の軸方向に連接する２枚のリンク部材からなり、第２のリンク２４は、この２枚のリンク部材の間に挿設された１枚のリンク部材からなる。また、指部２５の開閉方向の内側は把持面となっている。
【００３４】
第１のリンク２２が基軸２１を中心に開閉方向に回動すると、これに連動して、第２のリンク２４が補助軸２３を中心に開閉方向に回動する。かかる回動動作を通して、ベース部１０、第１のリンク２２、第２のリンク２４、及び、指部２５が形成する平行四辺形を保つことから、指部２５の把持面のベース部１０に対する角度は一定である。
【００３５】
また、右の平行リンク３０は、ベース部１０に対し基軸３１を中心に開閉方向に回動可能に軸支された第１のリンク３２と、基軸３１よりも開閉方向の外側に位置する補助軸３３を中心に開閉方向に回動可能に軸支された第２のリンク３４と、第１のリンク３２及び第２のリンク３４の各先端でそれぞれ回動可能に支持される指部３５で構成される。図示の例では、第１のリンク３２は、基軸３１の軸方向に連接する２枚のリンク部材からなり、第２のリンク３４は、この２枚のリンク部材の間に挿設された１枚のリンク部材からなる。また、指部３５の開閉方向の内側は把持面となっている。
【００３６】
第１のリンク３２が基軸３１を中心に開閉方向に回動すると、これに連動して、第２のリンク３４が補助軸３３を中心に開閉方向に回動する。かかる回動動作を通して、ベース部１０、第１のリンク３２、第２のリンク３４、及び、指部３５が形成する平行四辺形を保つ。したがって、指部３５の把持面のベース部１０に対する角度は一定である。
【００３７】
左右の平行リンク２０、３０は、ほぼ左右対称的に構成されている。そして、左右の第１のリンク２２、３２が開閉方向に回動すると、これに伴って指部２５、３５も開閉方向に変位する。このとき、第１のリンク２２、３２の各々と平行リンクを構成する左右の第２のリンク２４、３４がそれぞれ連動して、ほぼ左右対称的に回動する。したがって、図６に示すように、対向する把持部２５、３５の把持面同士は平行リンク２０、３０の回転位置に関わらず平行を保つ。
【００３８】
ベース部１０は、モーターなど駆動源となるアクチュエーター１１、並びに、アクチュエーター１１の回転出力を左右の平行リンク２０、３０の基軸２１、３１（すなわち、第１のリンク２２、３２）に同じギア比で伝達する（すなわち、回転出力をほぼ均等に分岐する）ギア列からなる伝達部１２を収容する。ここで言うアクチュエーター１１は、具体的には、モーターと減速機を有したものとする。減速機として、平歯ギア列や遊星ギア、波動歯車減速装置などを用いることができる。また、アクチュエーター１１には、例えばロータリー・エンコーダーなどの角度検出センサー１３が取り付けられている。
【００３９】
ここで、アクチュエーター１１の回転出力を左右の平行リンク２０、３０に分岐する動作について、主に図４を参照しながら説明しておく。
【００４０】
アクチュエーター１１の出力軸に固定されたピニオンギア１４、第２ギア１５ａ、第３ギア１５ｂ、第４ギア１５ｃ、分岐ギア１６の順で噛合して、アクチュエーター１１の回転が減速される。分岐ギア１６の回転方向は、ピニオンギア１４すなわちアクチュエーター１１の回転方向と一致する。
【００４１】
従動ギア１８は、基軸２１を中心に回転可能に配置されるとともに、分岐ギア１７と噛合し、その回転方向は分岐ギア１６すなわちピニオンギア１４とは反対方向となる。また、従動ギア１９は、基軸３１を中心に回転可能に配置されるとともに、反転用アイドラギア１７に噛合している。この反転用アイドラギア１７が分岐ギア１６に噛合しており、従動ギア１９の回転方向は、分岐ギア１６すなわちピニオンギア１４の回転方向と一致する。なお、各従動ギア１８、１９にはノンバックラッシュ・ギアが適用されており、それぞれバックラッシュレスで回転が伝達される。
【００４２】
左の平行リンク２０の第１のリンク２２は従動ギア１８の回転に従って駆動し、右の平行リンク３０の第１のリンク３２は従動ギア１９の回転に従って駆動する。したがって、アクチュエーター１１が回転駆動すると、その回転出力は上記のように伝達部１２を介して分岐し、左右の平行リンク２０、３０をほぼ左右対称的に駆動する。そして、左右の第１のリンク２２、３２が開閉方向に回動すると、これに伴って指部２５、３５も開閉方向に変位する。このとき、第１のリンク２２、３２の各々と平行リンクを構成する左右の第２のリンク２４、３４がそれぞれ連動して回動するので、図５並びに図６に示すように、指部２５、３５の内側の把持面を互いにほぼ平行に保ちながら開閉する。
【００４３】
このように、本実施形態に係る把持装置１は、アクチュエーター１１という１つの動力源により、双方の平行リンク２０、３０を連動させることができる。したがって、双方の平行リンク２０、３０は機構的に同期動作が可能である。また、部品点数が少ない簡素な構造であることから、安価に製作することが可能である。また、空間上の制約が少ないことから、各部品の剛性を高めることによって、ＭＴＢＦが向上し、指部２５、３５の先端の移動軌跡が単一動作となるため位置合わせのための制御が不要で高速且つ正確な動作が可能になる。また、簡素な構造で剛性が高いことから、軽い物体だけでなく、アクチュエーター１１が出力を維持することが可能な範囲で最大の重量となる重量物も把持することができる。
【００４４】
続いて、本実施形態に係る把持装置１の把持動作について考察する。
【００４５】
平行リンクからなる左右の２指を図５、図６に示したような開閉動作させて、例えば床面に落ちている物体を把持する際、開成状態の２指で物体を挟み込むようにして各々の指先をともに床面に当接させた後、各々の指先を床面に摺るようにして左右２本の指部２５、３５を閉成していくことで、物体を把持することができる。
【００４６】
図７Ａ〜Ｅには、床面に落ちている、薄い物体を把持装置１の２指で把持する様子を示している。薄い物体の例として、コインやカード、ヘアピンなどを挙げることができる。
【００４７】
左右の指部２５、３５の把持面には、薄く細かい物体を捕捉するための爪部が、内側に向かって突出する爪部が、先端縁に沿ってそれぞれ形設されている。爪は、その断面が４５度程度の鋭角をなし、開閉方向の内側に向かって突設している。したがって、左右の指部２５、３５を閉成すると、爪の鋭角な先端が対象物体と接地面の間に潜り込むので、掴み易くなる。
【００４８】
ここで、爪部が金属製では、爪部の先端のみで物体を把持してしまうことがあり、物体との接触面が狭いなどの理由で、不安定な把持状態となる。また、爪部の先を硬い素材で鋭角に製作すると、人体を切りつけるなど安全上の問題もある。そこで、本実施形態では、左右の爪部を、ウレタン素材を用いて、それぞれ指部２５、３５と一体的に製作している。ウレタンは、ショアＡ硬度が７０〜９０と、金属に比べて柔軟であることから、安全性が高い。爪のショアＡ硬度を７０〜９０とすることで、柔軟性、耐久性が向上するとともに、重量物に対応できる、といった効果がある。
【００４９】
また、本実施形態では、左右の指部２５、３５の内側の把持面に滑り止めスポンジを貼設している。把持面の滑り止めスポンジと、上記の指先の爪との組み合わせにより、高い把持性能を実現することができる。ここで言う滑り止めスポンジは、好ましくは、細かい気泡が無数の吸盤のように働く特殊なスポンジであり、例えば、株式会社ミスミが販売する、アクリル、ウレタン、ゴムの共重合発泡体からなる滑り止めゴムシート「ＳＴＰＥＳ」を適用することができる。
【００５０】
図７Ｂに示すように、開成状態の２指部で物体を挟み込むようにして各々の指先をともに床面に当接させた後、各々の指先を床面に摺るようにして左右の指部を閉じていく。左右の爪部の先端が物体の底面に到達し、さらに閉じていくと、図７Ｃに示すように、各爪部の先端が少し撓って、物体の底面に食い込む。ここで、把持対象の物体が小さいと、図７Ｄに示すように、物体が４５度の傾斜からなる爪部の表面に沿って微小にせり上がる（但し、物体が大きいと、指部２５、３５の内側の把持面を用いて物体を直接支持することができる）。そして、物体の左右側面が指部の内側の滑り止めスポンジからなる把持面に接触すると、物体を確実に把持した状態となり、図７Ｅに示すように、物体を左右の指部２５、３５内側の把持面で挟持して、安全に持ち上げることができる。
【００５１】
把持装置１による上記（図７を参照のこと）のような把持動作の際、床面が制御上のコンプライアンス・アプローチ面となる。図５、図６に示したような２指の開閉動作に際して、指先位置の上下方向（若しくは、指の長さ方向）の変化が大きいと、これに伴ってベース部１０の位置が上下に変動することになる。例えば、把持装置１が多関節アームのエンドエフェクターとして適用されている場合、このような把持動作に伴って手首位置が上下に変動することになる。このため、把持動作には２指だけでなく、アームの手首位置が制御対象となり、演算処理が複雑化する。逆に言えば、把持動作に際して指先の上下方向の変化が小さく、水平動作に擬似することができれば、多関節アームの手首位置を固定し、２指のみが制御対象となる。すなわち、把持装置１の指先は、円弧軌道を描くが、直線移動に近似できる領域を大きくすることで、制御のための演算処理が簡素化する。
【００５２】
図８には、把持装置１の片指の動きと可動範囲を図解している。同図中、基軸に対する平行リンクの最大回転量をθmaxとし、かかる平行リンクの可動範囲における指先の水平方向の移動量をｘmaxとし、指先の上下方向のリーチをｙmaxとする。また、指先の動作を水平動作とし擬似できる程度の指先位置の上下方向（指の長さ方向）の許容高さをｃとし、許容高さｃ以内となる平行リンクの（垂直位置からの）回転量をφhとし、指先の擬似水平移動領域の長さをｘhとする。ここで言う許容高さｃは、例えば、多関節アームのコンプライアンスで吸収できる程度の指先の上下方向の変位量に相当する。
【００５３】
指先の上下方向の許容高さｃが決まれば、指先の先端の位置が水平方向に変位しないと擬似できる擬似水平移動領域の長さｘhを、下式（１）〜（３）に従って平行リンクのリンク長さｒから求めることができる。
【００５４】
【数１】
2011131341.tif 000003
【００５５】
許容高さｃは、例えば、実施形態に係る把持装置１をエンドエフェクターとして搭載する多関節アームが有する柔軟性、剛性、制御上のコンプライアンス、床面の柔軟性などのパラメータの影響を受ける。
【００５６】
許容高さｃは、例えば設計者の経験値に基づいて決定するようにしてもよい。また、多関節アームの手首の根元に短いスライド機構を設けるなどして、許容高さｃを機構的に設定するようにしてもよい。
【００５７】
上式（１）〜（３）、並びに、図８を参照すると、擬似水平移動領域の長さｘhを大きく取りたいときには、許容高さｃを大きくするか、又は、平行リンクの長さｒを大きくすればよい。但し、許容高さｃを大きく取ると、誤差としてアームへの撓みとなり負担がかかる。また、平行リンクの長さｒを大きく取ると、把持装置１全体のサイズが大きくなってしまう。したがって、ｃ／ｒが小さい方が、把持装置１全体を小さい図に保ちながら擬似水平移動領域の長さｘhを大きくするのに有利である、と結論することができる。平行リンクの長さｒを一定とした場合の、許容高さｃと擬似水平移動領域の長さｘhの関係を以下の表並びに図９に示しておく。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
平行リンクの回転領域のうち、正弦方向の変化が大きく余弦方向の変化が小さい領域を活用することで、擬似水平移動領域の長さｘhを確保することができる。
【００６０】
本実施形態では、左右の平行リンク２０、３０の第１のリンク２２、３２はそれぞれ、上方からみると、開閉方向の内側に凹みを有する略「く」の字の形状を備えている（図１０Ａを参照のこと）。したがって、左右の指部２５、３５の各把持面で物体を挟持するだけでなく、左右の第１のリンク２２、３２の内側の略「く」の字の凹みを利用して、比較的サイズの大きな物体を挟持することで、安全に把持できる。
【００６１】
また、左右の平行リンク２０、３０の第１のリンク２２、３２の内側の端縁に沿って、内側爪２６、３６がそれぞれ突設されている（図１０Ａを参照のこと）。左右の第１のリンク２２、３２の内側の略「く」の字の凹みを利用して、括れのある物体を把持する際には、内側爪２６、３６が物体の括れに係合することで、安全に把持することができる。物体並びにその括れの一例として、ペットボトルの首部を挙げることができる（図１０Ｂを参照のこと）。
【００６２】
内側爪２６、３６は、ショアＡ硬度が７０〜９０のウレタン素材で製作されており、柔軟性、耐久性が向上するとともに、重量物に対応することができる（同上）。また、第１のリンク２２、３２の開閉方向の内側の把持面には、例えば滑り止めスポンジが貼設されており、内側爪２６、３６との組み合わせにより、高い把持性能を実現することができる（同上）。
【００６３】
左右の平行リンク２０、３０の各第１のリンク２２、３２は、基軸２１、３１の軸方向に連接する２枚のリンク部材からなる。また、左右の平行リンク２０、３０の各第２のリンク２４、３４はそれぞれ、第１のリンク２２、３２を構成する２枚のリンク部材の間に挿設された１枚のリンク部材からなる（前述）。
【００６４】
図７Ａ〜Ｅに示したような、指部２５、３５の擬似水平移動領域を利用した把持動作は、平行リンク２０、３０の並進駆動を利用した動作として位置付けられる。他方、左右の第１のリンク２２、３２の内側の略「く」の字の凹みを利用した把持動作は、平行リンク２０、３０の回転駆動を利用した動作として位置付けられる。したがって、本実施形態に係る把持装置１は、アクチュエーター１１という１つの動力源により、双方の平行リンク２０、３０を連動させて、並進駆動及び回転駆動という２通りの駆動方法により多様な把持形態が可能になる。把持対象となる物体の形状や大きさに応じて、これらの駆動方法のうちいずれかを適宜利用すればよい。
【００６５】
また、本実施形態に係る把持装置１は、左右の平行リンク２０、３０を用いて物体を把持する際の把持力を感知する手段をさらに備えている。上述した、平行リンクの並進駆動並びに回転駆動をそれぞれ利用したし２通りの把持動作を行なう際の把持力を感知する方法として、以下の３例を挙げることができる。
【００６６】
（１）左右の第１のリンク部２２、３２の少なくとも一方、又は、左右の指部２５、３５の少なくとも一方の根元部に、歪みゲージを装着する。そして、物体を把持した際の歪みゲージの歪み量を計測し、その計測結果に基づいて把持力を感知する。
（２）左右の指部２５、３５（の把持面）に、導電性感圧ゴム、圧力センサーなどを装着し、これらのセンサー出力に基づいて把持力を感知する。
（３）把持した際のアクチュエーター１１の出力電流値に基づいて、把持力を感知する。
【００６７】
なお、歪みゲージは、抵抗部の変形量に応じて抵抗値が変化する抵抗体で構成される。上記（１）では、計測された歪みゲージの変形量を把持力に変換する。
【００６８】
また、導電性ゴムは、金属粉を混合したゴムからなり、力が印加されたときの変形量に応じて同電量が変化する。上記（２）では、計測された導電性ゴムの変形量を把持力に変換すればよい。
【００６９】
また、圧力センサーには、静電容量式、光学式、磁界変化式などの方式が挙げられる。このうち、静電容量式の圧力センサーは、対向して配置された２枚の静電板からなり、一方の静電板に力が印加されたときに他方の静電板の間隔が狭くなり、静電容量が変化する。上記（３）では、計測された静電容量の変化量を把持力に変換すればよい。
【００７０】
光学式の圧力センサーは、発光側と受光側の素子からなる。例えば、発光側から受光側への光の通路が力の印加により潰され、受光量が変化する。そして、上記（３）では、計測された受光量の変化を把持力に変換する。あるいは、対面する発行側と受光側との距離が力の印加により変化する。そして、上記（３）では、計測された距離の変化量を把持力に変換すればよい。
【００７１】
磁界変化式の圧力センサーは、変形に伴って磁界量が変化する磁性体材料からなる。そして、上記（３）では、力の印加による磁界量の変化量を計測し、これを把持力に変換すればよい。
【００７２】
左右の平行リンク２０、３０の第２のリンク２４、３４はそれぞれ、上方からみると、外側に凹みを持つ略「く」の字の形状を有するが、この凹みを把持面として利用することができる（図１０Ｃを参照のこと）。把持面には、例えば滑り止めスポンジが貼設されており、爪との組み合わせにより、高い把持性能を実現することができる（同上）。例えば、本実施形態に係る把持装置１を搭載した２本の多関節アームを複数本備えたロボットなどの機械装置において、隣接する２本のアームの対向する第２の平行リンクの略「く」の字の凹みを利用して物体を挟持する、という利用形態も考えられ、物体をより安全に把持することができる。
【００７３】
図９に示したように、本実施形態に係る把持装置１において、左右の各平行リンク２０、３０の最大回転量はθmaxに規定されているが、本発明の要旨は、この最大回転量θmaxが特定の角度に限定されるものではない。但し、左右の各平行リンク２０、３０がある所定の角度を超えて開いてしまうと、左右の指部２５、３５の把持面同士、あるいは第１のリンク２２、３２の内側の略「く」の字の凹み同士が対向しなくなり、把持性能を失うことは、容易に推測できよう。
【００７４】
これまで本実施形態に係る把持装置１に対して、このように左右の各平行リンク２０、３０が十分開いた状態になると、トレイとして活用できるスライダー２７や、フックがベース部１０から出現する、という変形例を挙げることができる。図１１には、左右の各平行リンク２０、３０が十分開いた状態で、スライダー２７がベース部１０から出現した様子を示している。また、図１２には、左右の各平行リンク２０、３０が十分開いた状態で、フック２８がベース部１０から出現した様子を示している。スライダー２７を用いれば、錠剤や粉といった、細かいものや形のない物をまとめて捕捉することができる。また、フック２８を用いれば、服のような柔軟物を引っ掛けて持つことができる。
【００７５】
各図に示したスライダー２７やフック２８は、左右の各平行リンク２０、３０の開閉状態に連動してベース部１０から出没するように構成されている。このような部品の出没動作は、カムなどの周知の連動機構によって実現することができる。左右の指部２５、３５の把持面同士、あるいは第１のリンク２２、３２の内側の略「く」の字の凹み同士で物体を挟持するような角度の範囲内では、スライダー２７やフック２８はベース部１０内に収容されるので、左右の平行リンク２０、３０を用いた上記の把持動作と干渉することはない。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００７７】
本発明に係る把持装置は、ロボット用ハンドの他、電子リーチャーや義手などに適用することができる。但し、本発明の適用対象はロボットに限定されず、また、本発明の要旨は特定のロボットに限定されるものではない。
【００７８】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【符号の説明】
【００７９】
１…把持装置
１０…ベース部
１１…アクチュエーター
１２…伝達部
１３…ロータリー・エンコーダー
１４…ピニオンギア
１５ａ…第２ギア
１５ｂ…第３ギア
１５ｃ…第４ギア
１６…分岐ギア
１７…反転アイドラギア
１８…従動ギア
１９…従動ギア
２０、３０…平行リンク
２１、３１…基軸
２２、３２…第１のリンク
２３、３３…補助軸
２４、３４…第２のリンク
２５、３５…指部
２６、３６…内側爪
２７…スライダー
２８…フック
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2011131341.tif 000019
【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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