(57)【要約】  本発明の主題は、各部材が第２の長手方向端部でグリップ支持部（８′）及び対象物と接触することを意図した実質的に平坦なグリップ（１０′）を備える、第１の端で関節結合した２つの部材と、グリップ（１０′）の変位に際し応力を維持するように、少なくとも１つのグリップ支持部（８′）とグリップ（１０′）の間に配置された応力センサ（２６′）と、グリップ（１０′）をグリップ支持部（８′）に連結する変形可能な平行四辺形状の連結部（１４′）とを備え、センサの受感軸がグリップ（１０′）の面に直交するようにセンサ（２６′）が配向されている、マニピュレーティングロボット用グリッパである。
2010531239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端部において関節結合している２つの部材（４）であって、前記部材（４）それぞれが、第２の端部に設けられている顎部支持部（８、８′）と、対象物と接触するようになっている略平面の顎部（１０、１０′）とを備えている２つの前記部材と、
顎部（１０、１０′）の移動中に力を作用させるように、前記顎部支持部（８、８′）のうち少なくとも１つの顎部支持部と関連する前記顎部（１０、１０′）との間に配置されている力センサ（２６、２６′）と、
前記顎部（１０、１０′）を前記顎部支持部（８、８′）に連結している変形可能な平行四辺形状の連結部（１４、１４′）と、
を備えているマニピュレータロボット用グリッパにおいて、
前記センサ（２６、２６′）は、前記センサの感知する軸線が前記顎部（１０、１０′）の前記平面に対して直交するように配向されていることを特徴とするグリッパ。
【請求項２】
前記平行四辺形状の連結部（１４′）が、一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載のグリッパ。
【請求項３】
前記顎部支持部（８′）及び／又は前記顎部のベース（１０′）を形成するトレー（２４′）が、前記平行四辺形状の連結部（１４′）と共に一体成形で作られていることを特徴とする請求項２に記載のグリッパ。
【請求項４】
前記平行四辺形状の連結部が、前記顎部支持部及び前記顎部に関節結合している平行な連結ロッドを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のグリッパ。
【請求項５】
前記連結ロッド（１６′）が、前記連結ロッドの両端部（１６．１′、１６．２′）で前記顎部支持部（８′）及び前記顎部（１０′）に連結されているブレードの形態とされ、
前記板の前記両端部（１６．１′、１６．２′）が、前記顎部支持部（８′）及び前記顎部（１０′）に対して関節結合することができるように薄肉になっていることを特徴とする請求項２又は３と組み合わされた請求項４に記載のグリッパ。
【請求項６】
予負荷が、前記センサ（２６、２６′）に作用していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のグリッパ。
【請求項７】
前記センサ（２６）が、平行四辺形状の連結部（２４）と接触しており、
前記予負荷が、堅いいバネ（３０）によって、前記平行四辺形状の連結部（１４）の連結ロッド（１６）と前記顎部支持部（８）との間に作用していることを特徴とする請求項６に記載のグリッパ。
【請求項８】
前記センサ（２６′）が、前記顎部（１０′）と直接接触しており、
前記予負荷が、前記センサ（２６′）に対面している前記顎部（１０′）に取り付けられた圧力ネジ（３８）によって作用していることを特徴とする請求項６に記載のグリッパ。
【請求項９】
ボール（３２）が、前記センサ（２６′）と前記顎部（１０′）との間に挿入されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のグリッパ。
【請求項１０】
前記ボール（３２）が、前記圧力ネジ（３８）と接触している前記顎部（１０′）に取り付けられていることを特徴とする請求項８と組み合わせた請求項９に記載のグリッパ。
【請求項１１】
前記ボール（３２）が、前記ボール（３２）と前記顎部（１０′）との間に挿入されている発泡体から成るリング（３６）内に収容されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のグリッパ。
【請求項１２】
前記センサ（２６、２６′）が、ひずみゲージを備えた単軸式圧縮センサであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のグリッパ。
【請求項１３】
前記センサが、静電容量式センサ、磁気式センサ、又は圧電式センサであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のグリッパ。
【請求項１４】
少なくとも１つのカメラ（４０）と、
前記顎部同士の間に前記対象物が存在することを検出するための手段であって、例えば一方の前記顎部（１０′）内に固定されている発光ダイオード（４２）と前記発光ダイオード（４２）に対面している他方の前記顎部（１０′）内に固定されている受光ダイオード（４４）とによって形成されている前記手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のグリッパ。
【請求項１５】
２つの前記の顎部（１０，１０′）が、前記平行四辺形状の連結部（１４，１４′）に係合していることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のグリッパ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の少なくとも１つのグリッパを備えていることを特徴とするマニピュレータロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、把持精度を改善したマニピュレータロボット用グリッパ、及び少なくとも１つの該グリッパを備えているマニピュレータロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
マニピュレータロボットは、産業界及び日常生活において、特に障害者を支援するために益々使用されるようになっている。
【０００３】
これらマニピュレータロボットは、シャーシに関節結合されたアームの端部に関節結合された状態で取り付けられている少なくとも１つのグリッパを備えている。
【０００４】
大部分のロボット用グリッパは、力センサを備えていない機械式グリッパ又は電気機械式グリッパである。力は、機械式リモートマニピュレータの場合にはダイレクトフォースフィードバックによって、締付トルクを変更するためにモータ電流制御によって、又は把持力に起因する弾性変形を原因とする、グリッパを構成する部材の設定値に対する位置オフセットを測定するためにポテンショメータを利用することによって制御される。
【０００５】
グリッパが、対象物と接触するようになった瞬間を検出するための接触検出器と、把持された対象物が変形しないように把持力を制御するための力測定手段とを装備している場合がある。
【０００６】
特許文献１は、顎部内で並進運動するように自由に嵌合した押出し装置により形成された接触検出器を備え、接触が電気接触によって検出される関節結合したロボットアーム用のグリッパを開示している。しかし、このセンサは接触力の強度を測定せず、従って把持力を制御することはできない。顎部は連続した平行面で顎部を変位させる平行四辺形に取り付けられ、顎部は接触の検出及びこの力の測定において役割を果たさない。
【０００７】
圧縮可能な流体で満たされたセルを備えるグリッパも知られており、セルの変形を測定することで対象物の安全な把持に必要な把持力を決定する手段が提供され、かつ剪断力型センサが使用される。このグリッパは、グリッパが対象物と接触する瞬間を判断する捕捉的な接触検出器を必要とする。
【０００８】
さらに、グリッパの顎部のうちの１つのスライドボルトの後ろに直接配置される接触検出器として、単軸の圧力センサを使用する方法も知られている。センサの軸が顎部の表面に対してほぼ直交して配置されるように、センサが顎部に設置される。しかし、このセンサは、センサの圧縮領域に直交する方向に沿ってかけられた力だけを測定することができる。従ってその測定は、顎部が対象物と接触するときに把持される対象物によってかけられた力がセンサの軸と同軸のときにのみ信頼できる。
【０００９】
明らかに、このセンサはかけられた力のわずかなミスアライメントは許容することができ、次に力はセンサの軸及びこの軸に直交した軸に沿った成分へ分解される。もしミスアライメントが大き過ぎた場合は、大きい測定誤差を引き起こし、かつ直交成分の動径方向の力に抵抗するようには設計されていないセンサに損傷を与える危険性がある。
【００１０】
図１Ａ及び図１Ｂは、顎部１０４がセンサ１０６上に取り付けられているグリッパ１０２を示し、この組立体は力Ｆ１が顎部１０４に対し直交し、かつセンサ１０６のＸ軸を通過する場合にのみ適する。その他すべての場合には、顎部１０６にかけられる力Ｆ２及びＦ３がセンサ上に曲げモーメントを生成し、センサが損傷を受けることもあり得る。
【００１１】
さらに、グリッパ２０２が存在し、グリッパの顎部２０４は、図２Ａ及び２Ｂに示されるようにセンサ２０６上で誘導され、センサが寄生力すなわちモーメントに抵抗するのを防ぐ。顎部は、顎部２０４の表面に対して直交する軸を備え、かつ対象物と接触する面２０９に対向した面２０８上のセンサ２０６の本体の周りでスライドすることが可能な誘導装置２１１を含み、それにより顎部２０４の面２０９がセンサ２０６のＸ軸に対して直交して変位させられる。
【００１２】
この組立体はセンサの感部の寄生力を効果的に除去する。しかしこのセンサはセンサ軸に沿った成分を測定するだけであり、そのことは測定の精度及び感度に不利である。さらに、この誘導装置は測定感度を減少する顎部とセンサの間の寄生摩擦を生成する。
【００１３】
さらに、もし力Ｆ３がかけられると、つかえて動かなくなりセンサ２０６の並進運動及び作動を妨げる場合がある。
【００１４】
これらの力を除去又は少なくとも減少する１つの解決策は、センサの本体と顎部の間にボールスライド型の誘導システムを提供することであろうが、この組立体は複雑でありかつグリッパの容積に対して非常に大きい。
【００１５】
図３Ａ及び３Ｂは、２つの顎部３０４の各々が顎部支持部３１２の端３１１の周りで枢動するように自由に取り付けられ、センサ３０６が常に顎部支持部３１２及び顎部３０４の間に位置する、最先端技術による別の型のグリッパ３０２を示す。
【００１６】
摩擦はこの組立体内で非常に削減され、さらにバネ３１４が関節内の任意の間隙を補正するために提供される。
【００１７】
センサの感度はよいが、感度は顎部の上の対象物の接触点による。さらに、力の動径方向成分はセンサではなく関節によって抵抗され、従って、もし力がセンサ軸に対して傾斜していると精度は低くなる。
【００１８】
特許文献２は、顎部及び顎部支持部とそれぞれ嵌合される２つの部材を備え、顎部支持部が顎部と部材の間に挿入された板バネによって形成される、対象物を把持するためのグリッパを開示している。ひずみゲージが板バネに備えられ、かつひずみゲージは部材自体にも備えられ、これらのゲージは曲げがあると負荷される。ゲージは把持した対象物を正確に保持するのに必要な力の値を検出することが可能である。グリッパの感度は接触点による。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】欧州特許第０９７４４２１号明細書
【特許文献２】特開平０１−２１０２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従って、本発明の目的は、対象物との接触の検出感度に優れ、グリッパの顎部に対する力の方向にかかわらず接触力を測定する精度が高く、かつ検出及び測定の再現性に優れた、マニピュレータロボット用グリッパを作ることである。
【００２１】
本発明の別の目的は、接触検出器と、低コストで生産が容易である接触力測定装置とを備えたマニピュレータロボット用グリッパを作ることである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前述の目的は、２つの顎部及び顎部のそれぞれのための顎部支持部と、少なくとも１つの力センサと、支持部と顎部の間に設置された平行四辺形型の連結とを備え、センサが顎部支持部と顎部の間に配置され、センサがグリッパの把持軸と同軸の圧縮軸を有する、グリッパを使用することで遂行される。
【００２３】
従って、センサに損傷を与える恐れのあるセンサにかけられる曲げモーメントはなく、かつ摩擦は低く、このことにより測定は精密になる。さらに、顎部と当該対象物との間の接触点の位置は、測定される力の値に影響は与えない。
【００２４】
言いかえれば、連続した平行面で顎部の変位を遂行するように顎部を誘導し、従って曲げモーメントがセンサにかけられないようにすることができ、一方摩擦を減少し、力を測定させ、力が顎部にかけられる場所を独立させることができる手段が提供される。
【００２５】
従って、本発明による検出装置は、第１に顎部と対象物の間の接触を検出し、第２に把持力を測定し、この測定がグリッパの把持方向への圧縮力を予想することで得られる。この場合、この測定は圧縮力の方向とは独立している。
【００２６】
接触及びさらに接触力を検出するために単一のセンサを使用することで、グリッパを簡易化し、グリッパ内部でのその寸法を縮小し、グリッパのコストを削減することができる。
【００２７】
平行四辺形に顎部を嵌合させることで、同一の検出限界及び一定の感度を備えた検出装置に接触力の正常な結果を転送することができ、実際、顎部との接触点の位置及び力の方向にかかわらず、圧縮測定従って把持比率の線形性がある。
【００２８】
第１の実施例では、平行四辺形は直交ピンによって連結している４つの連結ロッドを使用して作られる。
【００２９】
第２の特別有利な実施例では、連結ロッドと連結ロッドの間の連結の間隙と摩擦を除去することができるように、平行四辺形は一体成形で作られる。
【００３０】
次に、本発明の主題は、それぞれの部材が第２の長手方向端部で顎部支持部及び対象物と接触するようになるほぼ平坦な顎部を含む、第１の端で関節結合した２つの部材と、顎部が変位させられるときに力が力センサに加わるように、少なくとも１つの顎部支持部と顎部の間に配置された力センサと、顎部支持部に顎部を連結する変形可能な平行四辺形状の連結部とを備え、センサの受感軸が顎部の面に直交するようにセンサが配向されている、マニピュレータロボット用のグリッパである。
【００３１】
「センサの受感軸」は、圧縮センサの場合のセンサの検出及び測定軸、言いかえれば圧縮表面に直交する圧縮軸を指す。
【００３２】
１つの特別有利な実施例では、平行四辺形は、間隙を除去することができ、従って測定精度を改善することができる一体成形で作られる。
【００３３】
顎部支持部及び／又はトレーも、平行四辺形と一体成形で顎部のベースを形成して作ることができ、そのことによりグリッパの生産を単純化させる。
【００３４】
この平行四辺形は顎部支持部及び顎部で関節結合した平行の連結ロッドを含むこともできる。
【００３５】
連結ロッドは、有利には板の形態で顎部支持部及び顎部にその端で連結され、板の端が顎部支持部及び顎部に対して関節結合できるように薄くなっている。
【００３６】
有利には、センサは予負荷されており、そのことでセンサ値ゼロに関する不確実性が除去される。一例において、センサは平行四辺形と接触しており、予負荷は平行四辺形の外周を連結する連結ロッドと顎部支持部の間のきついバネによって得られる。別の例において、センサは顎部と直接接触し、予負荷はセンサに対面する顎部の中に取り付けられた圧力ネジによって得られる。
【００３７】
側面の摩擦を除去するために、センサと顎部の間にボールを挿入することも可能である。このボールは、圧力ネジと接触する顎部に取り付けることができる。
【００３８】
有利には、ボールがつかえて動かなくなるのを防ぐために、ボールはボールと顎部の間に挿入された発泡体から成るリング内に収容される。
【００３９】
センサはひずみゲージを備えたコンパクトな単軸の圧縮センサによって形成されてもよい。静電容量型、磁気型、又は圧電型センサも使用することができる。
【００４０】
有利には、グリッパは、少なくとも１台のカメラと、例えば顎部に固定された発光ダイオード、及び第１のダイオードに対面する別の顎部に固定された受光ダイオードによって形成された、顎部の間の対象物の存在を検出する手段とを含んでもよい。その場合、このグリッパは高品質把持に使用することができる。
【００４１】
２つの顎部は平行四辺形状の連結部に嵌合されてもよく、この場合、検出及び力の測定はよりさらに改善する。
【００４２】
本発明の別の目的は、本発明による少なくとも１つのグリッパを備えるマニピュレータロボットである。
【００４３】
本発明は、以下の説明を読み添付の図面を参照すると一層よく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】最先端技術によるグリッパの例の側面図である。
【図１Ｂ】最先端技術によるグリッパの例の側面図である。
【図２Ａ】最先端技術によるグリッパの例の側面図である。
【図２Ｂ】最先端技術によるグリッパの例の側面図である。
【図３Ａ】最先端技術によるグリッパの例の側面図である。
【図３Ｂ】最先端技術によるグリッパの例の側面図である。
【図４】本発明によるグリッパの第１の実施例の側面図である。
【図５】顎部にかけられた力が示されている図４の詳細図である。
【図６】図５の拡大図である。
【図７】図４のグリッパの斜視図である。
【図８】図７の顎部部分の詳細な側面図である。
【図９】本発明の第２の実施例によるグリッパの斜視図である。
【図１０】図９の顎部部分の詳細図である。
【図１１】静止状態、及び歪んだ状態の本発明による組立体の側面図である。
【図１２】図１０の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図４〜図９は、本発明におけるグリッパ２の第１の実施例を表わす。該グリッパは、自身の静止状態において所定角度を形成している第１の端部を介して支持部６に関節結合し、且つ、互いに向かって移動可能な２つの部材４を備えている。
【００４６】
２つの部材の構造は類似しているので、一方の部材４のみについて詳述する。
【００４７】
図示の実施例では、部材４は２つの連結ロッド５を備えている。該連結ロッドは、第１の長手方向端部５．１を介して支持部６に関節結合しており、第２の長手方向端部５．２を介して顎部１０を担持する顎部支持部８に関節結合している。
【００４８】
次に、連結ロッド５の２つの第２の長手方向端部５．２の間の顎部支持部８によって形成されている連結ロッドは、連結ロッド５の２つの第１の長手方向端部５．１を連結している連結ロッドに対して平行な連続的な平面内において変位される。従って、顎部を顎部支持部８に対して適切に配向することによって変位可能となり、特に２つの顎部１０が、平行な平面内で互いに対して向かうように、又は離れるように移動可能となる。
【００４９】
単に支持部６に関節結合している高剛性な部材を使用することもできる。
【００５０】
本発明では、顎部１０が、平行四辺形１４を形成することによって顎部支持部８に関節結合されている。
【００５１】
平行四辺形１４は２対の平行な連結ロッド１６を含んでいるが、１対の平行な連結ロッドのみが図示されている。連結ロッドそれぞれが、第１の長手方向端部１６．１を介して顎部支持部８のフレーム１８に向かって、且つ、第１の端１６．１に対向している第２の長手方向端部１６．２を介して顎部１０のフレーム２０に向かって回転するように連結されている。フレーム１８，２０は、平行四辺形１４を形成するように平行になっている。
【００５２】
簡便のために、本明細書の以下の部分では、当該連結を平行四辺形と呼称するが、２対の連結ロッド１６とフレーム１８，２０とが、実際には任意の平行六面体を形成している。
【００５３】
図示の実施例では、顎部支持部８が、フレーム１８とフレーム１８に対して直交しているベース２２とによって形成されているブラケットの形状をしている。顎部は、側面から見ると、フレーム１８がＴ字の底部を形成していると共にトレー２４がＴ字の上部を形成しているＴ字状になっている。トレー２４は、把持すべき対象物（図示せず）と接触するように構成されている。
【００５４】
当該説明では、センサと接触するようになっている部分と、対象物と接触するようになっている部分とは区別されず、この組立体を“顎部”と示す。
【００５５】
部材４は、ベース２２と顎部１０の底部の自由端１８．１との間に配置されている力センサ２６をさらに備えている。通常、力センサ２６が顎部と顎部支持部８との間に挿入されているので、顎部と対象物との間に発生する接触力が力センサに作用する。
【００５６】
優位には、力センサが単軸ひずみゲージ式圧縮センサであり、力センサの軸線がトレー２４に対して略直交するように、力センサが顎部支持部８に取り付けられている。
【００５７】
この力センサの感度及び分解能は高い。センサの寸法も小さいので、グリッパ内部に設置するのに特に適している。力の測定に適している任意の他のセンサ、例えば容量センサ、磁気センサや圧電センサが使用可能であることは言うまでもない。
【００５８】
例えば、圧縮センサの測定範囲は０Ｎ〜１００Ｎまで様々である。このセンサは直径５ｍｍで高さ２．５ｍｍと非常に小さいので、グリッパの制限された容量の内側に設置するのに理想的である。
【００５９】
センサは、例えば顎部支持部又は部材に取付可能な独立した処理モジュールを備えている場合がある。
【００６０】
その剛性は、６．８×１０８Ｎ／ｍである。
【００６１】
力と変位との関係は以下の通りである。
【００６２】
【数１】
2010531239.tif 000003
【００６３】
従って、センサに作用する力Ｆ＝１００Ｎである場合には、ｘ＝１．６×１０−７ｍ、すなわち０．１６μｍである。
【００６４】
従って、変位は非常に小さい。
【００６５】
連結ロッド１６は、図面の紙面に対して直交しているピン２８を介して直立部材１８，２０に連結されている。
【００６６】
優位には、弾性手段３０が、センサの零付近における測定不確実性を解消するために予負荷がセンサ２６に作用するように設けられている。この予負荷は、例えば上述のセンサの場合には１Ｎ程度である。
【００６７】
弾性手段３０は、平行四辺形１４と顎部支持部８との間に、より具体的には連結ロッド１６とベース２２との間に緊張状態で設置されている。この弾性手段は、顎部支持部８上で平行四辺形を保持している。
【００６８】
図示の実施例では、弾性手段３０はコイルバネである。
【００６９】
優位には、バネ３０が僅かな予負荷を圧縮センサ２６に作用させる。従って、この予負荷が、零付近におけるセンサの測定不確実性を解消する。
【００７０】
平行四辺形状の連結部を挿入することによって、顎部のトレー上における接触点とは無関係に、同一の感度を得ることができる。
【００７１】
図５及び図６は、平行四辺形状の連結部１４に取り付けられた顎部１０を備えている単一部材を表わす。ここでは、力が顎部１０に作用している。
【００７２】
力Ｆは、把持すべき対象物との接触力である。
【００７３】
力Ｒは、圧縮センサ２６によって測定される反力である。
【００７４】
力Ｔ１，Ｔ２は、連結部の内部に作用する力である。
【００７５】
Ｘは、ＸＹ座標系において力Ｆがトレー２４に作用する点の横座標である。ここで、ＸＹ座標系の原点Ｏが顎部の底部に位置している。
【００７６】
αは、トレーと連結ロッド１６との間に形成される角度である。
【００７７】
ｅは、連結ロッド１６の２つの第２の長手方向端部１６．２を隔てている距離である。
【００７８】
本発明では、Ｒの値が、接触点とは無関係にＦの値に等しい。
【００７９】
釣り合い方程式は、ＸＹ座標系において以下のように記述することができる：
【００８０】
【数２】
2010531239.tif 000004
【００８１】
【数３】
2010531239.tif 000005
【００８２】
【数４】
2010531239.tif 000006
【００８３】
Ｘの値とは無関係に、方程式（Ｉ）を利用することによってＴ１がＴ２に等しいことを導出し、方程式（ＩＩ）を使用することによってＲがＦに等しいことを導出することができる。
【００８４】
本発明では、平行四辺形に必要な変形量は小さい。平行四辺形の最大変形量が、例えば０．０２μｍ〜０．２μｍであるセンサ２６の最大変形量に対応していれば良い。
【００８５】
図示の実施例では、各部材４が、平行四辺形状の連結部に取り付けられている顎部を備えている。しかしながら、各部材が、平行四辺形に関節結合されている単一の顎部が設けられているグリッパを備えており、他方の顎部が顎部支持部に堅固に取り付けられる場合がある。
【００８６】
グリッパは、例えばケーブル、プーリ、ベルト、及び当業者にとって既知のタイプの電動機から成るシステムによって動作する。従って、このシステムについては詳述しない。
【００８７】
この第１のモードは満足いくレベルであるが、連結ロッドが互いに関節結合されている地点、特にピンにおいて間隙が大きい場合には、接触点の位置とは無関係に、接触力Ｆと反力Ｒとが厳密に均等とはならない。
【００８８】
連結ロッドのピンを精密に調整することによって当該間隙を低減することができるが、このような調整がドライ摩擦トルク（dry friction torque）を発生させ、これに伴って接触センサ２６の感度を低減する場合がある。
【００８９】
その場合には、間隙をなくし且つ摩擦を解消するために、予め組み込まれているボールベアリングを利用することができる。
【００９０】
図９〜図１２に表わす第２の実施例では、上述の間隙及び摩擦が解消された平行四辺形状の連結部が設けられているので、接触測定の感度がより高く、その信頼性がより高くなっている。
【００９１】
第２の実施例では、変形可能な一体成形の平行四辺形状の連結部１４′が設けられているので、連結ロッド同士の連結には間隙がない。
【００９２】
第２の実施例では、間隙及び摩擦は、Ｆ＝Ｋｘ又はＭ＝ｃθの関係で知られている剛性に置き換えることができる。ここで、Ｋは、Ｎ／ｍを単位とする平行四辺形の剛性であり、ｃは、ｍＮ／ｒｄを単位とする角度剛性である。
【００９３】
このことは、図１０において特に明らかである。優位には単軸式である接触センサ２６′は、当該接触センサの軸線がトレー２４′に対して略直交するように、顎部支持部に取り付けられている。図示の実施例では、顎部支持部８′が、トレー２４′に対して平行な顎部支持部８′から突出しているプレート３１を備えている。
【００９４】
センサ２６′は、トレー２４′によって直接作用される圧力に抗する。
【００９５】
図示の実施例では、顎部支持部８′が、平行四辺形状の連結部１４′と共に一体成形されており、トレー２４′が、平行四辺形状の連結部１４′に付加されている。
【００９６】
平行四辺形１４′及び顎部支持部は、例えばステンレス鋼、アルミニウム合金、又は任意の他の金属材料から作られている。必要とされる変形量が小さいので、当該平行四辺形は、例えばプラスチック材料のような合成材料からでさえ作ることができる。
【００９７】
金属部品は、金属ブロックを機械加工することによって製造可能である。
【００９８】
プラスチック部品は注型成形によって直接製造可能であるので、大量に連続生産する場合にコストを低くすることができる。
【００９９】
材料は、グリッパが担持する設計負荷に従って選定される。
【０１００】
センサは、初期方向に位置している可動部品とフレームとの間に配置されている場合がある。
【０１０１】
顎部の外部における接触（又は衝突）の指標として予負荷の低減を利用可能である。
【０１０２】
第１の実施例と同一に構成され、センサ２６が同様に配置されている一体成形部品を製造することが想到されるだろう。
【０１０３】
同様に、第２の実施例の構成を再利用することによって、第１の実施例におけるグリッパを製造可能である。
【０１０４】
また、トレー、顎部支持部、及び連結部を一体に製造すること、又は平行四辺形状の連結部のみを一体に製造し、例えば溶接、接着、若しくはネジナット方式を利用することによって、顎部支持部及びトレーに平行四辺形状の連結部を固定することも可能である。
【０１０５】
この有利な一体成形された実施例は、既に述べたように、必要とされる変形が例えばＹ軸に沿って約０．０２μｍ〜約０．２μｍ程度と非常に小さいので、特に適切である。
【０１０６】
一体成形の平行四辺形１４′が２つのブレード状の連結ロッド１６′を備えており、他の２つの平行な連結ロッドに連結している連結ロッドの端部１６．１′及び１６．２′が、回動可能に連結していると共に平行四辺形状の変形を可能になるように薄肉になっている。
【０１０７】
ブレード状の連結ロッド１６′は、顎部の良好な捩り剛性と薄肉端部における曲げに対する良好な可撓性とを有しているので優位である。
【０１０８】
円又は四角の断面を有しているバー状の連結ロッドを備え、連結ロッドの断面を抗すべき捩り力に適応させることできる。
【０１０９】
さらに、特に図９に表わすように大きなブレードが設けられている場合があり、この場合には、単一のブレードが２つの平行な連結ロッドに置き換えられている。
【０１１０】
図１１は、顎部と、平行四辺形状の連結部１４′と、把持すべき対象物との接触に対応している変形状態にある顎部支持部とを備えているグリッパの端部を表わす。当該図面において、トレーは、グリッパの静止位置に対して平行な位置を維持している。
【０１１１】
Ｘ軸に沿ってトレーを移動させることによって、トレーと接触センサとの間に摩擦が発生するが、当該摩擦が測定感度を低減させることはない。当該摩擦の向きがＹ軸に沿って向いている測定すべき接触力の向きに対して直交しているからである。
【０１１２】
しかしながら、優位には、ボール３２が、接触センサとトレーとの間において寄生摩擦（prasite friction）の発生の危険性を防ぐように配設されている場合がある。その場合には、ボールの回転に起因して、摩擦が除去される。図示の実施例では、ボールがＹ軸に沿って形成されているトレーのボア３４に設置されている。
【０１１３】
ボールがボアの縁部と接触するようになった場合にボールがつかえて動かなくなることを防止するために、手段３６が設けられている。当該手段３６は、ボールの周囲とボアの表面との間に挿入されていると共に弾性を有している発泡体から成るワッシャによって形成されている場合がある。従って、ボール３２が穴３４の表面を圧迫しないので、Ｘ軸に沿ってつかえて動かなくならない。
【０１１４】
第１の実施例では、ボールとリングとが設けられている場合もある。
【０１１５】
第１の実施例のように、優位には、零における測定不確実性を解消するために、圧縮センサに僅かな予負荷を作用させるようになっている。測定範囲が１００Ｎであるセンサのための予負荷の大きさは、約１Ｎ〜約１０Ｎである。
【０１１６】
この僅かな予負荷は、平行四辺形に対するトレーの位置を調整することによって、平行四辺形の弾性から自然に得ることができる。
【０１１７】
顎部の把持側においてトレーに螺合されている圧力ネジ３８は、予負荷を作用させるために設けられており、圧縮センサの予負荷を増減させるために、程度に差はあるが、圧力ネジ３８がボア３４に取り付けられている。組立体が、顎部支持部、顎部、及び一体成形された平行四辺形の組立体から構成されている場合には、このことは特に魅力的である。
【０１１８】
予負荷の値が、力を測定するために考慮されるべきであり、測定値から減じられることに留意すべきである。
【０１１９】
第１の実施例と同様に、第２の実施例は、対象物及びその把持の最適な把持を可能にする２つの顎部が変形可能な平行四辺形に取り付けられ、当該平行四辺形が対象物の把持を最適化し且つそのような把持を可能とすることを説明している。しかしながら、単一の顎部のみが当該平行四辺形に設置されている場合があることは言うまでもない。
【０１２０】
本発明は、標準的な圧縮センサの使用を可能にする点において優位である。
【０１２１】
さらに、接触力の位置及び方向とは無関係に、力が常にセンサの軸線に沿って作用しているので、横方向の力が作用することによってセンサが損傷する恐れがない。
【０１２２】
センサによって測定される力は、センサ軸線に作用する合力ではなく、作用する力の法線成分のみである。この力が、対象物と顎部の間に作用するグリッパの法線方向における把持力である。切線方向の分力は、連結ロッドの張力及び圧縮力に抗する。力が顎部に対して平行にのみ作用する場合には、力センサは力を測定しない。
【０１２３】
さらに、既に述べたように、力の検出及び測定は接触点に関係しない。
【０１２４】
さらに、優位には、零値近傍における測定不確実性が接触センサに作用する予負荷によって解消される。
【０１２５】
第２の実施例も、圧縮センサの分解能と等しい高い分解能、及びひいては高い感度を有している。間隙が無く、ほぼすべての摩擦が解消されているからである。
【０１２６】
さらに、製造が、部品をほとんど必要としないので、非常に容易である。顎部、顎部支持部、及び平行四辺形を一体に製造することさえ可能である。
【０１２７】
グリッパの把持力もこのセンサで制御することができる。
【０１２８】
このようにして作られたグリッパ、特に顎部の組立体は、なんら高価な構成部品を必要とせず、その感度及び分解能は高い。さらに、このセンサは頑丈で非常にコンパクトであり、従って、ごくわずかにグリッパの開口部、言いかえればグリッパの２つの部材間の間隙を縮小するだけであり、非常に小さなグリッパと共に使用することができる。
【０１２９】
さらに、与えられた例において、グリッパは２台のカメラ４０、例えば把持される対象物を表示し、立体鏡により対象物がグリッパから離れている距離を測定するためにグリッパの上部に設置されたＣＣＤ型カメラと嵌合される。それぞれがグリッパの顎部１０′に設置された発光ダイオード４２とダイオード４２に対面する受光ダイオード４４とを備える光学的防壁も提供され、この防壁は対象物が２つの顎部１０′の間に到着するときに対象物を検出するのに有用であり、次に対象物は２つのダイオード４２と４４の間の光学ビームを遮断する。
【０１３０】
次に本発明によるグリッパの動作（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）について説明する。
【０１３１】
本発明によるグリッパで対象物を把持することが必要であるとき、対象物はグリッパを変位させるために使用されるカメラ４０によって表示される。次に、対象物が２つの顎部１０′の間にある場合、２つのダイオード４２と４４の間のビームは遮断され、対象物の存在が検出される。
【０１３２】
顎部１０′を対象物に近づけるようにグリッパが始動される。
【０１３３】
センサ２６′が、顎部１０′のうちの１つが対象物と接触する瞬間を検出する。もし顎部１０′のうちの１つだけが対象物と接触した場合、顎部１０′は対象物を両顎部１０′に対して中央位置に置くように変位させられる。実際、対象物が把持されるとき、把持される間に対象物が変位させられるのを防ぐように、２つの顎部１０′は対象物の縁から等しい距離にあることが望ましい。次に、それに続く接触検出は各顎部において実質上同時である。
【０１３４】
次に、２つの顎部１０′が対象物に接触しているとき、グリッパは対象物を把持し、同センサ２６′を使用する把持制御により把持された対象物の損傷を避けることができ、次に、徐々に把持を解放して、対象物をより丁重に下に置くことができる。
【符号の説明】
【０１３５】
２  グリッパ
４  部材
５  連結ロッド
５．１  端
５．２  端
６  支持部
８  顎部支持部
８′  顎部支持部
１０  顎部
１０′  顎部
１４  平行四辺形（状の連結部）
１４′  平行四辺形（状の連結部）
１６  連結ロッド
１６′  連結ロッド
１６．１  端
１６．１′  端
１６．２  端
１６．２′  端
１８  フレーム／直立部材
１８．１  端
２０  フレーム／直立部材
２２  ベース
２４  トレー
２４′  トレー
２６  力センサ
２６′  接触センサ／力センサ
２８  ピン
３０  弾性手段／バネ
３１  板
３２  ボール
３４  穴
３６  手段
３８  圧力ネジ
４０  カメラ
４２  発光ダイオード
４４  受信発行ダイオード
ｅ  距離
Ｆ  力
Ｒ    反力
Ｔ１  力
Ｔ２  力
α  角度
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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】
2010531239.tif 000019
【図１１】
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【図１２】
2010531239.tif 000021
【国際調査報告】
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2010531239.tif 000023
2010531239.tif 000024
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