特開 2024-82161 把持機構及びその把持機構の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024082161

(43)【公開日】2024-06-19

(54)【発明の名称】把持機構及びその把持機構の制御方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20240612BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 U

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022195923

(22)【出願日】2022-12-07

(71)【出願人】

【識別番号】522477573

【氏名又は名称】ＴＨＫプレシジョン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100180264

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 貴大

(72)【発明者】

【氏名】古田 淳

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS09

3C707DS01

3C707ES03

3C707ES10

3C707ET03

3C707EU11

3C707EU17

3C707HS29

3C707KS30

3C707KS34

3C707KV06

3C707KW04

3C707KX08

3C707LV10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】微細な対象物であっても破損させることがなく、把持する際に対象物が移動することがない把持機構の制御方法を提供する。
【解決手段】対向する２本のアーム１ａ，１ｂの開閉動作によって対象物１８を挟む把持機構２０であって、それぞれのアームの先端位置に備えられている把持部１４ａ，１４ｂと、それぞれのアームを独立して開閉方向に動かすことができるアームを変位させる手段と、それぞれのアームについてアームの変位量を計測する手段と、それぞれの把持部が対象物に接触したときにそれぞれの把持部にかかる荷重を計測する手段と、を有する把持機構。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対向する２本のアームの開閉動作によって対象物を挟む把持機構であって、それぞれの前記アームの先端位置に備えられている把持部と、それぞれの前記アームを独立して開閉方向に動かすことができるアームを変位させる手段と、それぞれの前記アームについてアームの変位量を計測する手段と、それぞれの前記把持部が対象物に接触したときにそれぞれの前記把持部にかかる荷重を計測する手段と、を有することを特徴とする把持機構。

【請求項2】

前記アームを変位させる手段として、前記アームの一部に圧電バイモルフを備えていることを特徴とする請求項１に記載の把持機構。

【請求項3】

前記アームの変位量を計測する手段が、前記圧電バイモルフに貼付された歪みゲージを有することを特徴とする請求項２に記載の把持機構。

【請求項4】

それぞれの前記アームの一部分が弾性体で形成されており、それぞれの前記荷重を計測する手段が、前記アームの弾性体部分に貼付された歪みゲージを有することを特徴とする請求項１に記載の把持幾構。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載の把持機構を用いた把持機構の制御方法であって、
前記アームを変位させる手段によって対象物にそれぞれの前記把持部を近づける工程と、２本の前記アームのうち先に対象物に接触した前記把持部にかかる第１の接触荷重を前記荷重を計測する手段によって計測する工程と、前記第１の接触荷重が所定の値になったときに、対象物に接触している方の前記アームの位置を保持する工程と、後から対象物に接触した前記把持部にかかる第２の接触荷重を前記荷重を計測する手段によって計測する工程と、前記第２の接触荷重が所定の値になったときに、後で対象物に接触した方の前記アームの位置を保持する工程と、それぞれの前記アームを変位させる手段によって２本の前記アームを同時に変位させ、対象物を把持する把持力を前記荷重を計測する手段によって計測する工程と、前記第1の接触荷重と前記第２の接触荷重とを等しく保ちつつ、２本の前記アームを変位させて前記把持力が所定の力になるまで加重する工程と、を有することを特徴とする把持機構の制御方法。

【請求項6】

前記荷重を計測する手段と前記アームを変位させる手段とによって、前記把持部にかかる荷重をフィードバック制御することを特徴とする請求項５に記載の把持機構の制御方法。

【請求項7】

前記アームを変位させる手段と前記アームの変位量を計測する手段とによって、前記アームの変位をフィードバック制御することを特徴とする請求項５に記載の把持機構の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主に半導体製造分野やバイオテクノロジー分野におけるプローブの接触検出、試料の把持などを行う把持機構及びその把持機構の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

積層型圧電素子に電圧を印加して変位させ、その変位を拡大して対象物を挟持する把持機構は、一般的に用いられている（特許文献１参照）。図８は、従来の把持機構の一例である。従来の把持機構１００は拡大機構になっており、一カ所の積層型圧電素子１０４に電圧を印加すると積層型圧電素子１０４には十数ミクロンの変位が生じるが、この拡大機構によりアーム１０５ａ，１０５ｂの先端にある把持部１０６ａ，１０６ｂでは支点１０１ａ，１０１ｂを中心に数百ミクロンの回転変位Ｊ，Ｋが得られる。拡大機構の拡大率は支点１０１ａ，１０１ｂと力点１０２ａ，１０２ｂ、支点１０１ａ，１０１ｂと作用点１０３ａ，１０３ｂとの距離の比、またアーム１０５ａ，１０５ｂの長さによって決定される。そして、積層型圧電素子１０４に電圧を印加すると把持部１０６ａ，１０６ｂが開き、把持したい対象物１８を把持部１０６ａ，１０６ｂの間に配置し、積層型圧電アクチュエータ１０４の印加電圧を取り除くと把持部１０６ａ，１０６ｂが閉じるため、対象物１８を把持することができる。なお、把持力は、アーム１０５ａ，１０５ｂと対象物１８の剛性にほぼ依存する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－２３６９７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

半導体製造やバイオテクノロジーの分野においては、ますます微細化が進んでおり、製造、修理、試験、分析等において微細な対象物を把持する要求が高まっている。

【0005】

しかし、従来の把持機構では把持力の制御が難しく、微細な対象物を破損させやすいという問題がある。また、微細な対象物は、その確認のために高倍率な顕微鏡下で作業することが多いのだが、顕微鏡の視野は狭く、把持する際に対象物が移動してしまうと、対象物が視野から外れてしまうという問題もある。

【0006】

このような実情に鑑み、本発明は、対象物と把持部の接触荷重を計測し、把持力を制御できる把持機構を提供することを目的とする。そして、把持力を所定の力に設定することにより、対象物を破損せずに把持することができる。また、２本のアームを独立して制御可能なので、把持部が対象物にわずかに接触したあと、２本のアームから対象物に等しい接触荷重を与えることができるため、対象物をほとんど移動させることなく把持することを可能にする把持機構の制御方法も提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の把持機構は、対向する２本のアームによって対象物を挟む把持機構であって、それぞれのアームの先端位置に備えられている把持部と、それぞれのアームを独立して開閉方向に動かすことができるアームを変位させる手段と、それぞれのアームについてアームの変位量を計測する手段と、それぞれの把持部が対象物に接触したときにそれぞれの把持部にかかる荷重を計測する手段と、を有することとする。

【0008】

ここで、前記アームを変位させる手段として、アームの一部に圧電バイモルフを備えていることにしたり、前記アームの変位量を計測する手段が、圧電バイモルフに貼付された歪みゲージを有することにしたりしてもよい。

【0009】

さらに、それぞれのアームの一部分が弾性体で形成されており、それぞれの前記荷重を計測する手段が、アームの弾性体部分に貼付された歪みゲージを有することにしてもよい。

【0010】

また、上記の把持機構を用いた把持機構の制御方法であって、前記アームを変位させる手段によって対象物にそれぞれの把持部を近づける工程と、２本のアームのうち先に対象物に接触した把持部にかかる第１の接触荷重を前記荷重を計測する手段によって計測する工程と、第１の接触荷重が所定の値になったときに、対象物に接触している方のアームの位置を保持する工程と、後から対象物に接触した把持部にかかる第２の接触荷重を前記荷重を計測する手段によって計測する工程と、第２の接触荷重が所定の値になったときに、後で対象物に接触した方のアームの位置を保持する工程と、それぞれの前記アームを変位させる手段によって２本のアームを同時に変位させ、対象物を把持する把持力を前記荷重を計測する手段によって計測する工程と、第1の接触荷重と第２の接触荷重とを等しく保ちつつ、２本のアームを変位させて把持力が所定の力になるまで加重する工程と、を有する把持機構の制御方法にするとよい。

【0011】

ここで、前記荷重を計測する手段と前記アームを変位させる手段とによって、把持部にかかる荷重をフィードバック制御することにしてもよいし、前記アームを変位させる手段と前記アームの変位量を計測する手段とによって、アームの変位をフィードバック制御することにしてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明の把持機構によれば、２本のアームの変位と把持部の接触荷重とを計測し、一方の把持部が対象物に接触した時点でそのアームの変位を保持し、さらに他方の把持部が対象物に接触した時点でそのアームの変位も保持し、その後２本のアームを同時に変位させて、それぞれの把持部と対象物との接触荷重をほぼ等しく保ちながら所定の把持力になるように加重することができるので、微細な対象物であっても破損することがなく、把持する際に対象物が移動することもない、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の把持機構の第１の実施例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図2】バイモルフの構造を説明する図である。

【図3】歪みゲージにより、（ａ）変位センサ出力及び（ｂ）荷重センサ出力を得る方法を説明する図である。

【図4】本発明による制御系を説明する図である。

【図5】（ａ）は従来の把持機構、（ｂ）は本発明の把持機構の概念を説明する図である。

【図6】本発明の把持機構の第２の実施例を示す図である。

【図7】本発明の把持機構の第３の実施例の平面図である。

【図8】従来の把持機構の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

【0015】

図１は、本発明の把持機構の第１の実施例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。この把持機構２０は、対向する２本のアーム１ａ，１ｂの開閉動作によって対象物１８を挟む構造となっている。以下、把持機構２０の詳細を説明する。

【0016】

アーム１ａ，１ｂは互いに対向するように配置され、アーム１ａ，１ｂの基端側が支持部３で固定されており、それぞれのアーム１ａ，１ｂの先端位置には、対象物１８を挟み持つ把持部１４ａ，１４ｂが備えられている。また、それぞれのアーム１ａ，１ｂを独立して開閉方向に動かすことができるアームを変位させる手段を備えている。ここでは、アームを変位させる手段として、アーム１ａ，１ｂの一部が圧電バイモルフ２ａ，２ｂとなっている。

【0017】

図２は、バイモルフの構造を説明する図であって、圧電バイモルフ２ａを抜き出したものである。なお、圧電バイモルフ２ｂの構造及び動作原理は圧電バイモルフ２ａと同様であるので、以下、圧電バイモルフ２ａを用いて説明する。圧電バイモルフ２ａは、図２に示すように３枚の電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃの間に２枚の圧電セラミックスの薄板１５ａ，１５ｂを挟んで貼り合わせた構成となっている。また、圧電セラミックスの薄板１５ａ，１５ｂは、それぞれ矢印Ａ，Ｂのように分極処理されている。そして、圧電セラミックスの薄板１５ａ，１５ｂにドライバにより電圧１７ａ，１７ｂを印加すると、圧電セラミックスの薄板１５ａは矢印Ｃの向きに伸び、圧電セラミックスの薄板１５ｂは矢印Ｄの向きに縮むため、圧電バイモルフ２ａには、屈曲変位Ｅが生じることになる。このような圧電バイモルフ２ａ，２ｂの機能によって、アーム１ａ，１ｂは、それぞれ独立して開閉動作を行うことができる。

【0018】

また、それぞれのアームを変位させる手段（ここでは、圧電バイモルフ２ａ，２ｂ）は、アームの変位量を計測する手段を備えている。ここでは、アームの変位量を計測する手段として、圧電バイモルフ２ａ，２ｂに歪みゲージ４ａ，５ａ，６ａ，７ａ，４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂを貼付して、歪みの測定からアーム１ａ，１ｂの変位量を求めることとしている。歪みゲージ４ａ，５ａ，６ａ，７ａ，４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂは、アーム１ａ，１ｂの圧電バイモルフ２ａ，２ｂの長手方向に沿って１本のアームに対して２箇所の位置にそれぞれ対向して貼付されている。

【0019】

また、それぞれの把持部１４ａ，１４ｂが対象物１８に接触したときに、それぞれの把持部１４ａ，１４ｂにかかる荷重を計測する手段（ここでは、荷重計測部９ａ，９ｂ）が設けられている。ここでは、把持部１４ａ，１４ｂと圧電バイモルフ２ａ，２ｂの間に弾性体で形成された起歪部８ａ，８ｂが設けられ、この起歪部８ａ，８ｂの対向面に歪みゲージ１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが貼付されている。なお、歪みゲージ１０ａ，１１ａ、１０ｂ、１１ｂは、歪みの感度方向に、歪みゲージ１２ａ，１３ａ，１２ｂ，１３ｂは感度方向に直交する方向に貼り付けられている。なお、荷重を計測する手段によって計測された荷重は、それぞれの把持部が対象物に接触したときの荷重を接触荷重とし、両方の把持部で対象物を挟んだときの荷重を把持力と呼ぶこととする。

【0020】

圧電バイモルフ２ａのサイズの具体例としては、幅５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍで、１５０Ｖの電圧を印加すると把持部１４ａには矢印Ｆの方向に約４００μｍの屈曲変位が生じる。屈曲変位が生じると歪みゲージ４ａ，６ａには屈曲変位に比例した正の歪み、歪みゲージ５ａ，７ａには負の歪みが発生する。

【0021】

図３は、歪みゲージにより、（ａ）変位センサ出力及び（ｂ）荷重センサ出力を得る方法を説明する図である。歪みゲージ４ａ，５ａ，６ａ，７ａでブリッジ回路３０ａを組み、ブリッジアンプ３２ａで増幅することによって、圧電バイモルフ２ａの屈曲変位の変位センサ出力３１ａが得られ、それと比例した把持部の変位Ｆを計測することができる。具体的には、歪みゲージのサイズは６ｍｍ×３ｍｍ、ゲージ率は２、ブリッジアンプの増幅率は４０００倍で圧電バイモルフ２ａが４００μｍ変位したとき、約８Ｖの変位センサ出力３１ａが得られる。

【0022】

同様に圧電バイモルフ２ｂに１５０Ｖの電圧を印加すると把持部１４ｂには矢印Ｇの方向に約４００μｍの屈曲変位が生じる。屈曲変位が生じると歪みゲージ４ｂ，６ｂには屈曲変位に比例した正の歪み、歪みゲージ５ｂ，７ｂには負の歪みが発生する。図３に示すように、歪みゲージ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂでブリッジ回路３０ｂを組み、ブリッジアンプ３２ｂで増幅することによって、圧電バイモルフ２ｂの屈曲変位の変位センサ出力３１ｂが得られ、それと比例した把持部の変位Ｇを計測することができる。

【0023】

起歪部８ａには歪みゲージ１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａが貼り付けられている。把持部１４ａに荷重がかかると起歪部８ａに荷重に比例した弾性変形が生じるため、歪みゲージ１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａには荷重に比例した歪みが測定される。図３に示すように、歪みゲージ１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａでブリッジ回路４０ａを組み、ブリッジアンプ４２ａで増幅することによって荷重センサ出力４１ａが得られ、把持部１４ａにかかった荷重を計測することができる。具体例として、歪みゲージのサイズ６×３ｍｍ、ゲージ率は２、ブリッジ回路４０ａの増幅率は約１０００倍、把持部に１Ｎの荷重がかかったとき約８Ｖの荷重センサ出力４１ａが得られる。同様に起歪部８ｂには歪みゲージ１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが貼り付けられている。把持部１４ｂに荷重がかかると起歪部８ｂに荷重に比例した弾性変形が生じるため、歪みゲージ１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂには荷重に比例した歪みが測定される。図３に示すように、歪みゲージ１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂでブリッジ回路４０ｂを組み、ブリッジアンプ４２ｂで増幅することによって荷重センサ出力４１ｂが得られ、把持部１４ｂにかかった荷重を計測することができる。

【0024】

図４は、本発明による制御系を説明する図である。圧電バイモルフ２ａはドライバ５１ａによって駆動され、変位センサ出力３１ａと圧電バイモルフ２ａの間にはＰＩＤ制御部５２ａによるクローズドフィードバック制御が行われ、荷重センサ出力４１ａによって把持部１４ａに生じる接触荷重又は把持力を計測して、アームの制御系５０ａに入力することで、所定の接触荷重又は把持力が得られるように、屈曲変位Ｆに応じた位置指令電圧５３ａをアームの制御系５０ａから出力することができる。

【0025】

同様に圧電バイモルフ２ｂはドライバ５１ｂによって駆動され、変位センサ出力３１ｂと圧電バイモルフ２ｂの間にはＰＩＤ制御部５２ｂによるクローズドフィードバック制御が行われ、把持部１４ｂの屈曲変位Ｇに応じた位置指令電圧５３ｂを出力することにより屈曲変位Ｇの位置決めが可能である。また荷重センサ出力４１ｂによって把持部１４ｂに生じる接触荷重又は把持力を計測することができる。

【0026】

対象物１８を２つのアーム１ａ，１ｂのほぼ中央に配置し、圧電バイモルフ２ａ，２ｂに位置指令電圧５３ａ，５３ｂを徐々に大きくなるように与えると屈曲変位Ｆ，Ｇにより把持部１４ａ、１４ｂが対象物１８に接触する。このとき対象物１８が２つのアーム１ａ，１ｂに対して中心からずれた位置にあったとすると、２つのアーム１ａ、１ｂのうちどちらかの把持部１４ａ，１４ｂが先に接触する。以下、先にアーム１ａの把持部１４ａが対象物１８に接触したとして説明する。なお、先に接触する把持部１４ａの接触荷重を第１の接触荷重とし、後で接触する把持部１４ｂの接触荷重を第２の接触荷重とする。具体的には、接触荷重の所定の値を２０μＮに設定しておき、アーム１ａの屈曲変位Ｆにより把持部１４ａと対象物１８が接触し、荷重センサ出力４１ａによって計測された第１の接触荷重が２０μＮに相当する値になると位置指令電圧５３ａをその電圧に保持する。屈曲変位Ｆは変位センサ出力３１ａによってフィードバック制御されているため、正確にその位置を保持することができる。このときアーム１ｂは、まだ対象物１８には接触していないので、続けてアーム部１ｂに屈曲変位Ｇを与えて対象物１８と把持部１４ｂが接触するまで位置指令電圧５３ｂによってアーム１ｂを変位させる。そして、把持部１４ｂの第２の接触荷重が所定の値の２０μＮに達したら位置指令電庄５３ｂをその電圧に保持する。屈曲変位Ｇは変位センサ出力３１ｂによってフィードバック制御されているため、正確にその位置を保持することができる。

【0027】

こうすることによって、対象物１８はアーム１ａ、１ｂによって所定の値２０μＮの接触荷重で挟まれた状態になっており、互いの接触荷重は小さいので、把持するまで対象物１８はほとんど移動することがない。このあと、予め設定された把持力、具体的には所定の力１ｍＮに相当する荷重センサ出力４１ａ，４１ｂが得られるまで、位置指令電圧５３ａ、５３ｂを同時に出力させ、対象物１８を把持させる。対象物はアーム部１ａ，１ｂによって２０μＮの小さな接触荷重で接触させた後、アーム１ａ、１ｂをほぼ同時に屈曲変位させて把持するため、対象物１８に把持力が１ｍＮになるまで加重されている間にも、対象物１８が移動することがない。

【0028】

もちろん荷重センサ出力４１ａ，４１ｂが、ほぼ等しい値を維持するように位置指令電圧５３ａ，５３ｂをアームの制御系５０ａ，５０ｂから出力させることにより、把持部１４ａ、１４ｂの把持力が均等に維持するように、アーム１ａの変位Ｆとアーム１ｂの変位Ｇを制御できることは言うまでも無い。

【0029】

図５は、（ａ）は従来の把持機構、（ｂ）は本発明の把持機構の概念を説明する図である。図５（ａ）に示す従来の把持機構では把持部１９と把持部２０の間に対象物１８の中心をＨの位置に配置して、把持部１９と把持部２０を対象物１８に向かって変位させるのだが、対象物１８が把持部１９と把持部２０の中央にないと、把持部２０と対象物１８が接したあと、対象物１８が把持部２０に押され、把持した時点の対象物１８の中心は、把持部１９と把持部２０の把持前の中心Ｉの位置に移動してしまう。

【0030】

これに対して、図５（ｂ）に示す本発明による把持機構では、把持部２０が対象物１８とわずかに接触した時点でその位置を保持し、続いて把持部１９が対象物１８とわずかに接触した時点でその位置を保持し、その後２つの把持部１９と把持部２０が同時に所定の把持力になるまで変位するので、対象物には均等に把持力が加重されるため、対象物１８の中心は元の中心位置Ｈからほとんど移動することなく把持することができる。そうすると本発明による把持機構を用いると、高倍率な顕微鏡下で作業するときにも、対象物が移動して視野からはずれてしまうことなく把持することができる。

【0031】

図６は、本発明の把持機構の第２の実施例を示す図である。この把持機構は図１の実施例と同様の構成である。アーム１ａはスイッチ５５ａによって変位センサ出力３１ａと圧電バイモルフ２ａをＰＩＤ制御部５２ａによる変位Ｆのフィードバック制御に切り替え、スイッチ５６ａによって位置指令電圧５３ａに応じた変位Ｆが得られるようにする。位置指令電圧５３ａにより対象物１８と把持部１４ａが所定の接触荷重で接触し、変位Ｆを保持することは第１の実施例で述べたのと同様である。対象物１８と把持部１４ａが接触した後、スイッチ５５ａによって荷重センサ出力４１ｂと圧電バイモルフ２ａをＰＩＤ制御部５２ａによる荷重のフィードバック制御に切り替え、スイッチ５６ａによって荷重指令電圧５４ａに応じた把持力が得られるようにする。荷重指令電圧５４ａに応じた接触荷重又は把持力をＰＩＤ制御５２ａによるフィードバック制御により維持されるため、接触荷重と把持力がより安定して維持することが可能になる。アーム１ｂも同様にスイッチ５５ｂによって変位センサ出力３１ｂと圧電バイモルフ２ｂをＰＩＤ制御部５２ｂによる変位Ｇのフィードバック制御に切り替え、スイッチ５６ｂによって位置指令電圧５３ｂに応じた変位Ｇが得られるようにする。位置指令電圧５３ｂにより対象物１８と把持部１４ｂが所定の接触荷重で接触し、変位Ｇを保持することは第１の実施例で述べたのと同様である。対象物１８と把持部１４ｂが接触した後、スイッチ５５ｂによって荷重センサ出力４１ｂと圧電バイモルフ２ｂをＰＩＤ制御部５２ｂによる荷重のフィードバック制御に切り替え、スイッチ５６ｂによって荷重指令電圧５４ｂに応じた把持力が得られるようにする。荷重指令電圧５４ｂに応じた接触荷重又は把持力をＰＩＤ制御５２ｂによるフィードバック制御により維持されるため、接触荷重や把持力がより安定して維持することが可能になる。

【0032】

ここまでは、アームを変位させる手段として圧電バイモルフを使用し、アームの変位量を計測する手段として歪みゲージ、荷重を計測する手段として歪みゲージを用いたものを例示したが、本発明はこれらの手段に限定するものではなく、これら以外の手段を用いることも可能であるので、以下に説明する。

【0033】

図７は、本発明の把持機構の第３の実施例の平面図である。この把持機構２０では、アーム１ａ，１ｂの長軸方向に電圧の印加により変位可能な積層型圧電アクチュエータ６０ａ，６０ｂをアーム１ａ，１ｂの一部に組み込むことで、アームを変位させる手段として用い、てこの原理による拡大機構６１ａ，６１ｂによって、アーム１ａ，１ｂの先端に設けた把持部１４ａ，１４ｂが開閉して対象物１８を把持する機構となっている。アーム１ａ，１ｂ及び拡大機構６０ａ，６０ｂは、それぞれが対称に配置され、支持部３に固定されている。把持部１４ａ，１４ｂは、剛性が十分に大きいアーム１ａ，１ｂの先端付近で二股に分かれて設けられている。

【0034】

アームの変位量を計測する手段としては、アーム１ａ，１ｂの側面に静電容量式変位センサ６２ａ，６２ｂを配置し、アーム１ａ，１ｂが動いたときに、アーム１ａ，１ｂの側面と静電容量式変位センサ６２ａ，６２ｂのプローブとのギャップが変化することで、静電容量が変化し変位を計測することができる。

【0035】

荷重を計測する手段としては、アーム１ａ，１ｂの先端付近にロードセル６３ａ，６３ｂを把持部１４ａ，１４ｂに接触するように埋め込んでいる。

【0036】

この第３の実施例は、アームを変位させる手段を積層型圧電アクチュエータ６０ａ，６０ｂ、変位を計測する手段を静電容量式変位センサ６２ａ，６２ｂ、荷重を計測する手段をロードセル６３ａ，６３ｂに置き換えただけなので、制御方法は第１の実施例と同様でよい。

【0037】

なお、アームを変位させる手段としては、アーム１ａ，１ｂの長手方向に伸縮できればよいので、超音波モータ、ステッピングモータ、リニアモータ等を用いてもよい。また、変位を計測する手段としては、渦電流式変位センサ、差動トランス式変位センサ等の変位センサであってもよい。さらに、荷重を計測する手段としては、ロードセルの替わりに静電容量式変位センサなどの非接触式の変位センサを用いて、荷重が加わったときの把持部１４ａ，１４ｂの弾性変位を計測し、把持部１４ａ，１４ｂの片持ちばねの剛性から荷重を求めることもできる。

【0038】

以上より、本発明の把持機構及びその制御方法を用いれば、微細な対象物であっても破損することがなく、また、把持する際に対象物が移動することを防止することができるので、安全かつ安定して、把持作業を行うことが可能となる。

【符号の説明】

【0039】

１ａ，１ｂ アーム
２ａ，２ｂ 圧電バイモルフ
３ 支持部
４ａ，４ｂ 歪みゲージ
５ａ，５ｂ 歪みゲージ
６ａ，６ｂ 歪みゲージ
７ａ，７ｂ 歪みゲージ
８ａ，８ｂ 起歪部
９ａ，９ｂ 荷重計測部
１０ａ，１０ｂ 歪みゲージ
１１ａ，１１ｂ 歪みゲージ
１２ａ，１２ｂ 歪みゲージ
１３ａ，１３ｂ 歪みゲージ
１４ａ，１４ｂ 把持部
１５ａ，１５ｂ 圧電セラミックの薄板
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 電極
１７ａ，１７ｂ 電圧源
１８ 対象物
２０ 把持機構
３０ａ，３０ｂ ブリッジ回路
３１ａ，３１ｂ 変位センサ出力
３２ａ，３２ｂ ブリッジアンプ
４０ａ，４０ｂ ブリッジ回路
４１ａ，４１ｂ 荷重センサ出力
４２ａ，４２ｂ ブリッジアンプ
５０ａ，５０ｂ アームの制御部
５１ａ，５１ｂ ドライバ
５２ａ，５２ｂ ＰＩＤ制御部
５３ａ，５３ｂ 位置指令電圧
５４ａ，５４ｂ 荷重指令電圧
５５ａ，５５ｂ スイッチ
５６ａ，５６ｂ スイッチ
６０ａ，６０ｂ 積層型圧電アクチュエータ
６１ａ，６１ｂ 拡大機構
６２ａ，６２ｂ 静電容量式変位センサ
６３ａ，６３ｂ ロードセル
１００ 従来の把持機構
１０１ａ，１０１ｂ 支点
１０２ａ，１０２ｂ 力点
１０３ａ，１０３ｂ 作用点
１０４ 積層型圧電素子
１０５ａ，１０５ｂ アーム
１０６ａ，１０６ｂ 把持部
Ａ，Ｂ 圧電バイモルフの分極方向
Ｃ，Ｄ 圧電バイモルフの変位
Ｅ 圧電バイモルフの屈曲変位
Ｆ，Ｇ 把持部の変位
Ｈ 対象物の中心
Ｉ 二つの把持部の中心
Ｊ，Ｋ 回転変位

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】