(57)【要約】【課題】  低出力なモータを用いながら、強い把持力で高速に物品を把持できるグリッパーを提供することを目的とする。【解決手段】  引き伸ばされた状態から復元する際に、把持部材１及び２を閉じる方向に強制揺動する把持用弾発部材５と、馬力と速度との積が把持用弾発部材５の弾性復元力と復元速さの積より小さい駆動部１０と、駆動部１０の駆動力を増幅して把持用弾発部材５を引き伸ばす増幅部９と、把持用弾発部材５が引き伸ばされた状態で、その復元を阻止するようロックし、外部からの制御によりロック解除可能である係止部材１１とを備え、ロックが解除されると、把持用弾発部材５の復元力により把持機構が強い把持力で高速に物品の把持を行う。【選択図】  図１
2007038363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のクランプジョーを備え、それの開閉により物品の把持と、把持解除とを行う把持機構と、
前記把持機構に連結されていて、緊張状態から復元する際に復元力が前記クランプジョーへ伝達して、クランプジョーを閉じる方向に強制揺動する弾発部材と、
馬力と速度との積が、前記弾発部材の弾性復元力と復元速さの積より小さく、前記弾発部材が復元状態にあるとき、外部からの指示に基づいて、弾発部材を緊張状態に状態遷移させる低速高馬力駆動機構と、
弾発部材が緊張状態に遷移されたとき、その復元を阻止するようロックし、外部からの指示によりロック解除可能であるロック機構とを備え、
ロックが解除されると、弾発部材の弾性復元力により把持機構が強い把持力で高速に物品の把持を行うことを特徴とするグリッパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品を把持するグリッパーの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な分野でロボットが利用されているが、その多くの用途でロボットが物品を把持する機構が必要とされている。そこで、モータ等の駆動力によりクランプジョーを揺動させることで物品を把持するグリッパーが用いられる（例えば、特許文献１）。
グリッパーは、用途に応じて様々な形状、機能が求められるが、ロボットアームに組み込むという制約から、小型化や構造の簡易化が必須であり、低出力な小型モータの使用が一般的である。そこで、グリッパーの把持力の強化、把持の高速化には、モータの駆動力をギア等で増幅したり高速化することとなる。
【特許文献１】特開2000-225590号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ギア等を用いた駆動力の増幅は、把持力と把持速度とのトレードオフをもたらすという問題がある。ロボットの利用分野は、今後ますます増えることが予測され、用途によっては、グリッパーに強力且つ高速な把持性能が求められる場面も考えられる。
本発明はかかる問題に鑑み、低出力なモータを用いながら、強い把持力で高速に物品を把持できるグリッパー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】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明に係るグリッパーは、一対のクランプジョーを備え、それの開閉により物品の把持と、把持解除とを行う把持機構と、前記把持機構に連結されていて、緊張状態から復元する際に復元力が前記クランプジョーへ伝達して、クランプジョーを閉じる方向に強制揺動する弾発部材と、馬力と速度との積が、前記弾発部材の弾性復元力と復元速さの積より小さく、前記弾発部材が復元状態にあるとき、外部からの指示に基づいて、弾発部材を緊張状態に状態遷移させる低速高馬力駆動機構と、弾発部材が緊張状態に遷移されたとき、その復元を阻止するようロックし、外部からの指示によりロック解除可能であるロック機構とを備え、ロックが解除されると、弾発部材の弾性復元力により把持機構が強い把持力で高速に物品の把持を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
上記の構成により、本発明に係るグリッパーは、低出力なモータの駆動力をギア等で増幅する機構を低速高馬力駆動機構とすることで、強力、且つ高速に復元する弾発部材を引き伸ばし、弾発部材の復元力、復元速度により高速高馬力で物品の把持を行うことができる。
従って、低出力なモータを用いながら、強い把持力で高速に物品を把持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るグリッパー１００の一部を切り欠いた図である。グリッパー１００は、ハウジング２０の内部に、把持部材１、把持部材２、開放用弾発部材３、ブロック部材４、把持用弾発部材５、連結紐６、プーリ７、連結紐８、増幅部９、駆動部１０、係止部材１１、係止用弾発部材１２、連結紐１３、プーリ１４、増幅部１５、及び駆動部１６を有する。
【０００７】
把持部材１は、顎部１ａと切欠部１ｂと取付部１ｃとから一体的に形成されており、切欠部１ｂに支持軸２０ａの挿通孔が穿設されており、顎部１ａの側面に引留ピン１ｄが突設されている。把持部材２は、顎部２ａと切欠部２ｂと取付部２ｃとから一体的に形成されており、切欠部２ｂに支持軸２０ａの挿通孔が穿設されており、取付部２ｃの側面に引留ピン２ｄが突設されている。また、把持部材１及び２は、切欠部１ｂと切欠部２ｂとの挿通孔へ、ハウジング２０に突設された支持軸２０ａを挿入することにより、ハウジング２０に揺動自在に軸支された把持機構を形成する。
【０００８】
開放用弾発部材３は、コイルスプリングから形成されており、把持部材１の引留ピン１ｄと把持部材２の引留ピン２ｄとの間に張架され、その弾性力が顎部１ａ、２ａが離間するように作用する。
ブロック部材４は、ハウジング２０に突設されたガイドレール２０ｂによって、図の左右方向へ移動自在に支持されている。
【０００９】
把持用弾発部材５は、コイルスプリングから形成されており、ハウジング２０に突設された固定爪２０ｃと固定爪２０ｃに正対するブロック部材４の左側面との間に張架され、その両端部が固定爪２０ｃ及びブロック部材４に固定されている。把持用弾発部材５のコイルスプリングは、所謂、引っ張りバネであり、その弾性力はブロック部材４を図の左方に引き戻す向きに作用する。
【００１０】
連結紐６は、把持機構の把持部材１、２とブロック部材４とを連結するＹ字形状の紐であり、把持機構と連結する一端は分枝６ａ及び６ｂに分岐し、それぞれの分枝が取付部１ｃ、２ｃの端部に固定され、ブロック部材４と連結する一端はブロック部材４において把持用弾発部材５が固定された面と対向する右側面に固定されている。連結紐６は、プーリ７を介して把持機構とブロック部材４とに架け渡されており、ブロック部材４が図の左方にスライドすることで取付部１ｃ、２ｃを互いに引き寄せ、顎部１ａ、２ａを当接させる。ここで、把持用弾発部材５のコイルスプリングが、開放用弾発部材３のコイルスプリングよりも強いため、連結紐８に張力が働かず、且つ、ブロック部材４に係止部材１１が当接していない状態では、把持用弾発部材５によりブロック部材４が左方に引き戻され、顎部１ａ、２ａが当接し把持機構が閉じた状態で安定する。
【００１１】
プーリ７は、ハウジング２０に突設された支持軸により、回動自在に軸支された滑車である。
連結紐８は、一端がブロック部材４において連結紐６が固定された面と同じ側面に固定され、他端が巻取ローラ９ａにより巻き取られている。
増幅部９、駆動部１０は、連結紐８を介して把持用弾発部材５を引き伸ばす低速高馬力駆動機構を構成する。低速高馬力駆動機構において、連結紐８を引く馬力と速度との積は、把持用弾発部材５の弾性復元力と復元速さの積より小い。
【００１２】
増幅部９は、巻取ローラ９ａ及び増幅ローラ９ｂから形成されており、駆動部１０の駆動により得られたトルクを増幅して連結紐８を巻き取る。
駆動部１０は、外部から供給される電流の向きにより回転方向が逆転する直流モータであり、巻取ローラ９ａで連結紐８を巻き取ることにより把持用弾発部材５を引き伸ばす外力を供給する。
【００１３】
係止部材１１は、ハウジング２０に突設されたガイドレール２０ｄによって、図の上下方向へ移動自在に支持されており、ブロック部材４が係止部材１１の右側面よりも右方にスライドした状態で、係止部材１１は図の上方にスライドすることで、ブロック部材４の左側面と当接し、把持用弾発部材５を引き伸ばした状態でブロック部材４を係止することができる。
【００１４】
係止用弾発部材１２は、コイルスプリングから形成されており、ハウジング２０に突設された固定爪２０ｅと固定爪２０ｅに正対する係止部材１１の下面との間に配設され、その両端部が固定爪２０ｅ及び係止部材１１に固定されている。係止用弾発部材１２のコイルスプリングは、所謂、圧縮バネであり、その弾性力は係止部材１１を図の上方に押し上げる向きに作用する。
【００１５】
連結紐１３は、一端が係止部材１１において係止用弾発部材１２が固定された面と同じ面に固定され、プーリ１４を介して、他端が増幅部１５のローラにより巻き取られている。
プーリ１４は、ハウジング２０に突設された支持軸により、回動自在に軸支された滑車である。
【００１６】
増幅部１５、駆動部１６は、係止部材１１をブロック部材４との当接位置から移動させ係止を解除させる解除用駆動機構を構成する。
増幅部１５は、駆動部１６の駆動により得られたトルクを増幅して連結紐１３を巻き取る。
駆動部１６は、外部から供給される電流の向きにより回転方向が逆転する直流モータであり、増幅部１５で連結紐１３を巻き取ることにより係止用弾発部材１２を圧縮する駆動力を供給する。以上が本実施形態に係るグリッパー１００の構成についての説明である。
＜動作＞
次に本実施形態に係るグリッパー１００において物品を把持する動作について図２〜図５を参照して説明する。グリッパー１００の動作は、駆動部１０及び１６への電流供給により制御される。
【００１７】
図２は、始動可能な待機状態のグリッパー１００を模式的に示す図である。図２の状態では係止部材１１がブロック部材４に当接して係止することで、把持用弾発部材５が引き伸ばされた状態で維持され、把持部材１、及び２からなる把持機構の顎は、開放用弾発部材３の弾性力により離間している。このため連結紐６には、開放用弾発部材３が把持機構の顎部を離間させることによる、張力のみがかかっている。一方、連結紐８には、ブロック部材４と巻取ローラ９ａとの間に弛み８ａがある。この弛みの量は、把持機構の顎が閉じる位置までブロック部材４が左方にスライドしたときに、連結紐８に張力が生じるように調節されている。
【００１８】
グリッパー１００は、このような状態から、係止部材１１が図の下方に引き下ろされることで始動する。図３はグリッパー１００が待機状態から始動し、物品Ｘを把持する様子を模式的に示す図である。係止部材１１を下方に引き下ろすためには、図３に示すように、増幅部１５が連結紐１３を巻き取る向きに回転するよう、駆動部１６へ電流を供給する。これによりブロック部材４との係止が外れ、把持用弾発部材５が引き伸ばされた状態から急速に縮み、ブロック部材４が図の左方に引かれる。このとき、把持用弾発部材５の弾性力が開放用弾発部材３の弾性力を上回るため、ブロック部材４と連結紐６を介して把持用弾発部材５に連結された把持部材１、及び２の取付部が互いに引き寄せられ、把持機構の顎が高速高馬力で閉じて物品の把持を行う。尚、外部からの駆動部１６へ電流供給は、係止部材１１による係止解除後に停止する。
【００１９】
物品Ｘを把持した状態から、把持機構を開放するためには、巻取ローラ９ａが連結紐８を巻き取る向きに回転するよう、駆動部１０へ電流を供給する。図４は、グリッパー１００が物品Ｘを把持した状態から把持機構を開放する様子を模式的に示す図である。巻取ローラ９ａで連結紐８を巻き上げると、ブロック部材４が連結紐８に引かれて図の右方に移動することで、把持用弾発部材５が引き伸ばされると共に、ブロック部材４に固定されたれ連結紐６の張力が低下する。この結果、開放用弾発部材３の弾性力が連結紐６の張力を上回り、開放用弾発部材３の復元力により各把持部材の顎部が揺動し、これらが離間する。ここでさらに、ブロック部材４が係止部材１１との係止位置より右側に移動した後、増幅部１５が連結紐１３を繰り出す向きに回転するように、外部から駆動部１６へ電流を供給する。これにより、連結紐１３の張力が緩み、係止部材１１が係止用弾発部材１２の弾性力によって、図の上方に押し上げられることで、係止部材１１がブロック部材４を当接係止する位置へ移動する。尚、駆動部１６への電流供給は、係止部材１１が当接して係止する位置へ移動した後に停止する。
【００２０】
グリッパー１００が開放した状態から、再び始動可能な待機状態となるためには、連結紐８に弛みを持たせる必要がある。図５は、グリッパー１００が開放後に再び始動可能な待機態勢へ遷移する様子を模式的に示す図である。図５に示すの状態では、図４に示す状態で駆動部１０へ供給していた電流を反転させ、巻取ローラ９ａが連結紐８を繰り出す向きに回転するように、電流を供給する。巻取ローラ９ａから連結紐８が繰り出されると、把持用弾発部材５の弾性力によりブロック部材４が図の左方へ移動するが、係止部材１１が図４での動作で上方に押し上げられているため、ブロック部材４は係止部材１１との当接係止位置まで移動すると、係止部材１１により係止される。この後さらに、把持機構の顎部が閉じる位置までブロック部材４が左方にスライドできる量の弛み８ａが繰り出されると、駆動部１０へ電流供給を停止する。この結果、グリッパー１００は、再び図２に示す待機状態へと遷移する。以上が本実施形態に係るグリッパー１００において物品を把持する動作についての説明である。
【００２１】
以上、本実施形態によれば、準備段階で低速度ではあるが馬力の大きな駆動部１０へ電力を供給して把持用弾発部材５を引き伸ばし、引き伸ばした把持用弾発部材５の弾性復元力と復元速さとにより、高速高馬力で物品の把持を行うことができる。
また、把持機構の顎を開く向きに弾性力が作用する開放用弾発部材３を備えることにより、低速高馬力駆動機構及びロック機構のみを外部から制御することで、把持機構の開閉を制御することができる。
＜変形例＞
尚、本発明を上記の実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施形態に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
【００２２】
（１）上記実施形態では、開放用弾発部材３、及び把持用弾発部材５を引っ張りバネ、係止用弾発部材１２を圧縮バネで構成したが、これらは他の弾性体を用いて構成してもよい。例えば、開放用弾発部材３、把持用弾発部材５をゴム紐により形成してもよい。
あるいは、図６に示すように、弾性体が圧縮状態から復元する復元力により把持部材の顎を閉じる構成としてもよい。図６に示すグリッパー２００は、図１のグリッパー１００において、ブロック部材４及び把持用弾発部材５を、ブロック部材２０１及び把持用弾発部材２０２に置き換えた構成である。
【００２３】
ブロック部材２０１には、固定爪２０ｃと正対する左側面に、把持用弾発部材２０２の一端、連結紐６の一端、及び連結紐８の一端が取り付けられている。
把持用弾発部材２０２は、固定爪２０ｃとブロック部材２０１の左側面との間に配置され、その両端部が固定爪２０ｃ及びブロック部材２０１に固定されている。ここで、把持用弾発部材２０２は所謂圧縮バネであり、圧縮された状態では、その弾性力はブロック部材２０１を図の右方に押し戻す向きに作用する。駆動部１０の駆動により連結紐６が巻き取られることで、ブロック部材２０１が図の左方にスライドし、把持用弾発部材２０２が押し縮められる。また、グリッパー２００では係止部材１１は、ブロック部材２０１の右側面と当接して係止することで、把持用弾発部材２０２を圧縮された状態で維持する。
【００２４】
このような変形例では、圧縮バネである把持用弾発部材２０２が圧縮状態から伸長する復元力により、物品を高速高馬力で把持することができる。
（２）上記実施形態では、把持用弾発部材５の弾性力によりブロック部材４が高速に左方へスライドする際に、増幅部９、駆動部１０からなる低速高馬力駆動機構が、把持用弾発部材５の復元に負荷を及ぼすことがないように、待機中は連結紐８に弛みを持たせるとした。しかし、低速高馬力駆動機構が、把持用弾発部材５の復元に負荷を及ぼすことがない構成であれば、他の構成としてもよい。
【００２５】
例えば、増幅ローラ９ｂを、駆動部１０のトルクを巻取ローラ９ａへ伝達する位置（以下、伝達位置）から駆動部１０のトルクを巻取ローラ９ａへ伝達しない位置（以下、非伝達位置）へ移動自在な構成とすることで、増幅部９において所謂クラッチ機構を設けることでも実施可能である。
このような構成では、増幅ローラ９ｂを伝達位置にした状態で連結紐８を巻き上げ、ブロック部材４を係止した後、増幅ローラ９ｂを非伝達位置へ移動させる動作で、図５に示した駆動部１０の反転動作を代替することができる。これにより、グリッパー１００が開放した状態から、再び始動可能な待機状態となるために要する時間を、より短縮することができる。
【００２６】
（３）上記実施形態では、駆動部１６の駆動により連結紐１３を巻き上げることで、係止部材１１によるロックを解除する構成としが、ロックの解除には、必ずしも高い馬力を必要としない。例えば、係止部材１１の下面を鉄等の誘磁体で形成し、固定爪２０ｅの上面に電磁石を設けることで、電磁石のＯＮ／ＯＦＦを切り替えにより係止部材１１を上下にスライドさせ、ロックを解除する構成としてもよい。
【００２７】
（４）上記実施形態、及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、ロボットアームに組み込まれるグリッパーとして適用でき、特に、ロボットアームの構造的な制約から低出力な小型モータを使用する場面で、強い把持力で高速に物品を把持する機能が要求される用途で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るグリッパー１００の一部を切り欠いた図。
【図２】始動可能な待機状態のグリッパー１００を模式的に示す図。
【図３】グリッパー１００が待機状態から始動し、物品Ｘを把持する様子を模式的に示す図。
【図４】グリッパー１００が物品Ｘを把持した状態から開放する様子を模式的に示す図。
【図５】グリッパー１００が開放後に再び始動可能な待機態勢へ遷移する様子を模式的に示す図。
【図６】本発明に係るグリッパーの変形例を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１    把持部材
１ａ  顎部
１ｂ  切欠部
１ｃ  取付部
１ｄ  引留ピン
２    把持部材
２ａ  顎部
２ｂ  切欠部
２ｃ  取付部
２ｄ  引留ピン
３    開放用弾発部材
４    ブロック部材
５    把持用弾発部材
６    連結紐
７    プーリ
８    連結紐
９    増幅部
９ａ  巻取ローラ
９ｂ  増幅ローラ
１０    駆動部
１１    係止部材
１２    係止用弾発部材
１３    連結紐
１４    プーリ
１５    増幅部
１６    駆動部
２０    ハウジング
２０ａ  支持軸
２０ｂ  ガイドレール
２０ｃ  固定爪
２０ｄ  ガイドレール
２０ｅ  固定爪
１００    グリッパー
２００    グリッパー
２０１    ブロック部材
２０２    把持用弾発部材
【図１】
2007038363.tif 000003
【図２】
2007038363.tif 000004
【図３】
2007038363.tif 000005
【図４】
2007038363.tif 000006
【図５】
2007038363.tif 000007
【図６】
2007038363.tif 000008