特許 7474509 平行グリッパ式把持装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-17

(45)【発行日】2024-04-25

(54)【発明の名称】平行グリッパ式把持装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20240418BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020141810

(22)【出願日】2020-08-25

(65)【公開番号】P2022037589

(43)【公開日】2022-03-09

【審査請求日】2023-07-27

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100100011

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 省三

(72)【発明者】

【氏名】服部 太樹

(72)【発明者】

【氏名】小俣 透

【審査官】尾形 元

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－２８９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３６２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２４６５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４７０７０１３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主フレームと、
前記主フレームに対称的に移動可能な互いに対向した第１、第２の指部と
を具備する平行グリッパ式把持装置であって、
前記各第１、第２の指部は、
グリッパ及び該グリッパを前記主フレームに対して摺動可能に支持するための指用フレームを具備し、
前記グリッパは、
第１の把持面幅を有する第１の把持面を固定した第１の指ラックと、
前記第１の把持面に平行に隣接し、前記第１の把持面幅と異なる第２の把持面幅を有する第２の把持面を固定した第２の指ラックと、
前記指用フレームに固定され、前記第１、第２の指ラックの間に該第１、第２の指ラックの歯に噛み合うように設けられ、モータによって能動的に回転する能動ピニオン及び前記第１、第２の指ラックの少なくとも一方の走行によって受動的に回転する受動ピニオンと
を具備し、
前記能動ピニオン及び前記受動ピニオンの協働により前記第１の指ラックの移動方向と前記第２の指ラックの移動方向とを互いに逆方向とした平行グリッパ式把持装置。

【請求項2】

さらに、前記指用フレームの前記受動ピニオン側に固定され、前記第１、第２の指ラックを停止させるための第１、第２のストッパを具備する請求項１に記載の平行グリッパ式把持装置。

【請求項3】

前記第１、第２の指ラックは磁性体によって構成され、
前記各第１、第２のストッパは永久磁石を有する請求項２に記載の平行グリッパ式把持装置。

【請求項4】

前記第１、第２の指ラックの長さをａ、ｂとし、
前記能動ピニオンと前記受動ピニオンとの距離をＬ_１とし、
前記第１、第２のストッパの位置を同一とし、前記受動ピニオンと前記第１、第２のストッパとの距離をＬ_２とした場合、
Ｌ_２≦ａ≦Ｌ_１＋Ｌ_２、Ｌ_１≦ａ
Ｌ_２≦ｂ≦Ｌ_１＋Ｌ_２、Ｌ _１ ≦ｂ
ａ＋ｂ≧２Ｌ_１＋Ｌ_２
を満足する請求項２に記載の平行グリッパ式把持装置。

【請求項5】

さらに、前記主フレームの前方及び後方に設けられた前方補助板及び後方補助板を具備し、
前記前方補助板、後方補助板の高さは前記第１、第２の把持面の交差高さ以上かつ前記第１、第２の把持面の最高高さ以下である請求項１に記載の平行グリッパ式把持装置。

【請求項6】

前記第１、第２の把持面の把持面幅の大きい一方に把持対象物の台座を挿入するための穴を設けた請求項１に記載の平行グリッパ式把持装置。

【請求項7】

前記主フレームは送りねじを具備し、
前記指用フレームは前記送りねじに嵌め込まれる送りねじナットを具備する請求項１に記載の平行グリッパ式把持装置。

【請求項8】

前記送りねじは前記能動ピニオンと前記受動ピニオンとの間に位置する請求項７に記載の平行グリッパ式把持装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は種々の把持対象物の把持が可能な平行グリッパ式把持装置に関する。

【背景技術】

【0002】

第１の従来の平行グリッパ式把持装置は平行な第１、第２のグリッパ（指部）を有し、第１、第２のグリッパを開閉することにより把持対象物を把持する。この場合、第１、第２のグリッパの各長さは共に固定長である（参照：特許文献１）。これにより、小型軽量かつ高把持力の平行グリッパ式把持装置を実現する。

【0003】

しかしながら、上述の第１の従来の平行グリッパ式把持装置は、汎用性が低い。たとえば、大きな平行な第１、第２のグリッパを有する平行グリッパ式把持装置は大きな把持対象物を把持するのに適するが、平行グリッパ式把持装置は狭い空間に収容された小さな把持対象物を把持できない。他方、小さな平行な第１、第２のグリッパを有する平行グリッパ式把持装置は狭い空間に収容された小さな把持対象物を把持するのに適するが、大きな把持対象物の把持には適さない。

【0004】

第２の従来の平行グリッパ式把持装置は、主台座と、主台座上に対称的に移動可能に設けられた第１、第２の台座と、各第１、第２の台座上に設けられ、互いに対向する把持面を有する第１、第２のグリッパとを具備し、第１のグリッパは、第１の台座上に設けられ、伸縮可能に設けられ、大きな把持面幅たとえば３２ｍｍを有する第１の大指部と、第１の大指部に隣接して伸縮可能に設けられ、小さな把持面幅たとえば１８ｍｍを有する第１の小指部とを備え、第２のグリッパは、第２の台座上に設けられ、伸縮可能に設けられ、大きな把持面幅たとえば３２ｍｍを有する第２の大指部と、第２の大指部に隣接して伸縮可能に設けられ、小さな把持面幅たとえば１８ｍｍを有する第２の小指部とを備えている（参照：特許文献２の図１～図７）。この場合、第１、第２の大指部が縮小状態にあっては、第１、第２の大指部及び第１、第２の小指部の同時伸縮モードとなり、第１、第２の大指部と第１、第２の小指部とが同時に上下に同一方向に移動する。このとき、把持面幅は３２ｍｍ＋１８ｍｍ＝５０ｍｍと大きくなる（参照：特許文献２の図３の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ））。他方、第１、第２の大指部が所定伸長状態に到達すると、第１、第２の小指部単独伸縮モードとなり、第１、第２の小指部のみが上下に移動する。このとき、把持面幅は１８ｍｍと小さくなる（参照：特許文献２の図３の（Ｃ）、（Ｄ））。

【0005】

上述の第２の従来の平行グリッパ式把持装置によれば、第１、第２のグリッパの把持面幅を調整でき、従って、先端部の把持面幅が大きいたとえば５０ｍｍのときに大きい把持対象物を把持でき、先端部の把持面幅が小さいたとえば１８ｍｍのときに小さい把持対象物を把持できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－１５９４１１号公報

【文献】特開２０２０－２８９２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上述の第２の従来の平行グリッパ式把持装置における小指部単独伸縮モードにあっては、平行グリッパ式把持装置の全高は、第１、第２の大指部と第１、第２の小指部との同時上昇量、第１、第２の大指部の高さ、及び第１、第２の小指部の高さのほぼ和となり（参照：特許文献２の図３の（Ｄ）、（Ｇ））、結果として、指部が過度に長くなり、従って、支点に生じるモーメントが増大し、小指部単独伸縮状態における第１、第２の台座から最遠方の小指部の把持力が低下し、しかも、小指部の把持の場合、狭い空間に到達できないという課題がある。また、大きな把持力が要求される大指部の把持の場合、大指部の先端までの距離は小指部の先端までの距離より小さいが、この場合でも、支点に生じるモーメントが増大し、把持力が制限されるという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述の課題を解決するために、本発明に係る平行グリッパ式把持装置は、主フレームと、主フレームに対称的に移動可能な互いに対向した第１、第２の指部とを具備する平行グリッパ式把持装置であって、各第１、第２の指部は、グリッパ及びグリッパを主フレームに対して摺動可能に支持するための指用フレームを具備し、グリッパは、第１の把持面幅を有する第１の把持面を固定した第１の指ラックと、第１の把持面に平行に隣接し、第１の把持面幅と異なる第２の把持面幅を有する第２の把持面を固定した第２の指ラックと、指用フレームに固定され、第１、第２の指ラックの間に第１、第２の指ラックの歯に噛み合うように設けられ、モータによって能動的に回転する能動ピニオン及び第１、第２の指ラックの少なくとも一方の走行によって受動的に回転する受動ピニオンとを具備し、能動ピニオン及び受動ピニオンの協働により第１の指ラックの移動方向と第２の指ラックの移動方向とを互いに逆方向としたものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、能動ピニオン及び受動ピニオンの協働によって第１、第２の指ラックの移動方向が互い逆方向となるので、第１、第２の指ラックを含む第１、第２の指部の最大高さはほぼ第１、第２の指ラックの長さの和に相当し、結果として、第１、第２の指部の短くなり、従って、支点に生じるモーメントが減少し、第１、第２の指部の最遠方の把持面の把持力が増大する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る平行グリッパ式把持装置の第１の実施の形態を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は概略断面図である。

【図2】図１の主フレーム１の詳細を示す斜視図である。

【図3】図１の左指用フレームの詳細を示す斜視図である。

【図4】図１の左グリッパ及び左指用フレームの詳細を示し、（Ａ）－１は把持面付きの把持面側斜視図、（Ａ）－２は把持面を取外した把持面側斜視図、（Ｂ）は把持面付きの非把持面側斜視図である。

【図5】図４の指部の組立を説明するための斜視図であって、（Ａ）は小指部の組立を示し、（Ｂ）は大指部の組立を示す。

【図6】図４の平行グリッパ式把持装置のラック・ピニオン機構の動作を説明するための図である。

【図7】図４の小指ラックの長さ、大指ラックの長さ、能動ピニオンと受動ピニオンとの距離、及び受動ピニオンの高さを説明するための図である。

【図8】図１の平行グリッパ式把持装置のピッキング能力評価を説明するための図である。

【図9】図１の平行グリッパ式把持装置のロバスト能力評価を説明するための図である。

【図10】本発明に係る平行グリッパ式把持装置の第２の実施の形態を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図である。

【図11】図１０の平行グリッパ式把持装置のロバスト能力評価の例を説明するための図である。

【図12】図１０の平行グリッパ式把持装置のロバスト能力評価の他の例を説明するための図である。

【図13】図１の平行グリッパ式把持装置のマニピュレーション能力評価を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は本発明に係る平行グリッパ式把持装置の実施の形態を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は概略断面図である。

【0012】

図１において、口の字状の主フレーム１には、左グリッパ２－Ｌ及びその支持部材としての左指用フレーム３－Ｌよりなる左指部ＬＦと、右グリッパ２－Ｒ及びその支持部材としての右指用フレーム３－Ｒよりなる右指部ＲＦとが対向して左右対称に移動するように嵌込まれている。図１の（Ａ）の平行グリッパ式把持装置はたとえば縦８０．５ｍｍ×横２０５ｍｍ×小指大指交差時高さ１４４ｍｍのサイズで、重さたとえば１．５ｋｇである。

【0013】

図１の（Ｂ）に示すように、主フレーム１のベアリングホルダ１１Ｌ、１１Ｒに送りねじ１２を通し、この送りねじ１２には左グリッパ２－Ｌ及び右グリッパ２－Ｒが左指用フレーム３－Ｌ及び右指用フレーム３－Ｒの送りねじナット３１によって予め嵌込まれている。このとき、送りねじ１２は左右ねじであり、その中央にてねじ加工方向が逆となっている。従って、送りねじナット３１は送りねじ１２の回転を左グリッパ２－Ｌ及び右グリッパ２－Ｒの開閉動作に変換できる。この場合、送りねじ１２は左グリッパ２－Ｌ及び右グリッパ２－Ｒの把持面に近づけて配置できるので、支点のモーメントが小さくなり、左グリッパ２－Ｌと右グリッパ２－Ｒとの把持力の大きくできる。また、送りねじ１２の一端にはカップリング１３を介して開閉用モータ（たとえばステッピングモータ）１４が接続されている。従って、開閉用モータ１４によって送りねじ１２を回転駆動させると、左グリッパ２－Ｌ及び右グリッパ２－Ｒは左指用フレーム３－Ｌ及び右指用フレーム３－Ｒによって左右対称に移動する。この結果、たとえば送りねじ１２が１回転すると、左グリッパ２－Ｌと右グリッパ２－Ｒとの間隔は４ｍｍ変動する。この場合、たとえば左グリッパ２－Ｌ及び右グリッパ２－Ｒの開閉ストロークを６０ｍｍとすれば、送りねじナット３１の送りねじ１２上の移動距離はたとえば５９．８ｍｍである。また、各指用モータ２７は左グリッパ２－Ｌ及び右グリッパ２－Ｒを駆動するものである。開閉用モータ１４及び２つの指用モータ２７は左グリッパ２－Ｌ及び右グリッパ２－Ｒの長さ／位置を検出するスライド式エンコーダ（図示せず）の出力に基づいてたとえばマイクロコンピュータを含む制御ユニット４によって制御される。

【0014】

図２は図１の主フレーム１の詳細を示す斜視図、図３は図１の左指用フレーム３－Ｌの詳細を示す斜視図である。尚、図１の右指用フレーム３－Ｒは図３に示す左指用フレーム３－Ｌと対称な同一構成を有する。

【0015】

図３の左指用フレーム３－Ｌの１対のガイドブロック接合部３２は図２に示す１対のガイドブロック１５Ｌに固定され、詳細図示しない右指用フレーム３－Ｒの１対のガイドブロック接合部は図２に示す１対のガイドブロック１５Ｒに固定される。この結果、ガイドブロック１５Ｌ、１５Ｒが１対のガイドレール１６を摺動することにより左グリッパ２－Ｌ及び右グリッパ２－Ｒは左指用フレーム３－Ｌ及び右指用フレーム３－Ｒによって左右対称に移動することができる。また、図１の（Ｂ）のカップリング１３は図２の主フレーム１のベアリングホルダ１１Ｒの外側に設けられた樹脂製の開閉用モータカバー１７内に収容される。

【0016】

図４は図１の左グリッパ２－Ｌ及び左指用フレーム３－Ｌの詳細を示し、（Ａ）－１は把持面付きの把持面側斜視図、（Ａ）－２は把持面を取外した把持面側斜視図、（Ｂ）は把持面付きの非把持面側斜視図である。尚、右グリッパ２－Ｒも左グリッパ２－Ｌと対称的な同一構造を有する。また、図５は図４の指部の組立を説明するための斜視図であって、（Ａ）は小指部（２１、２２）の組立を示し、（Ｂ）は大指部（２３、２４）の組立を示す。

【0017】

図４において、左グリッパ２－Ｌは、小指部としてたとえば把持面幅Ｗ＝６ｍｍ、厚さＴ＝１．５ｍｍ、伸縮ストロークＳｔ＝４７ｍｍの小指把持面２１（図６の（Ｉ）参照）を固定する小指ラック２２を有し、小指ラック２２は図５の（Ａ）に示すごとく左指用フレーム３－Ｌのガイドレール３３ａ上を摺動するガイドブロック３３ｂに固定される。この場合、小指把持面２１のサイズは小指ラック２２のサイズとはほぼ同一である。また、左グリッパ２－Ｌは、大指部としてたとえば把持面幅Ｗ＝４０ｍｍ、厚さＴ＝３．５ｍｍ、伸縮ストロークＳｔ＝５０ｍｍの大指把持面２３（図６の（Ｇ）参照）を固定する大指ラック２４を有し、大指ラック２４は図５の（Ｂ）に示すごとく左指用フレーム３－Ｌのガイドブロック３４ａ上を摺動するガイドレール３４ｂに固定される。この場合、大指把持面２３の上部の幅は大指ラック２４の上部の幅より大きいが、大指把持面２３の中央部及び下部の幅は大指ラック２４の中央部及び下部の幅とほぼ同一にして小さくし、送りねじ１２を通すようにしている。また、大指把持面２３には後述の台座用の穴２３ａ（図１２参照）が形成されている。小指把持面２１と大指把持面２３とは互いに隣接し右指部ＲＦに対面しており、また、小指ラック２２と大指ラック２４とは平行である。尚、小指把持面２１及び大指把持面２３の表面の少なくとも把持対象物が接触する部分には厚さ１ｍｍ程度の摩擦増大用ゴムシートが貼り付けられている。また、伸縮ストロークとは該当把持面の小指／大指交差時高さから最高到達高さまでの距離を指す。

【0018】

モジュールが同一である小指ラック２２及び大指ラック２４の間には、能動ピニオン２５及び受動ピニオン２６が設けられ、小指ラック２２及び大指ラック２４は能動ピニオン２５及び受動ピニオン２６の両方に噛み合うように上下平行に配置されている。この場合、能動ピニオン２５は、図中、上に位置し、図３の左指用フレーム３－Ｌの穴３５に回転可能に固定され、指用モータ（たとえばＲＣサーボモータ）２７によって能動的に回転する。左指用モータ２７と能動ピニオン２５との間は、プーリ２８ａ、２８ｂ、ベルト２９によって接続される。他方、受動ピニオン２６は、図中、下に位置し、図３の左指用フレーム３－Ｌの穴３６に回転自由に固定され、小指ラック２２及び大指ラック２４の少なくとも一方の走行を受けて受動的に回転する。能動ピニオン２５と受動ピニオン２６との間を送りねじ１２が通過している。

【0019】

左指用フレーム３－Ｌの下部に設けられたストッパ３７及び３８は小指ラック２２及び大指ラック２４の下死点位置（又は上死点位置）を規定する。小指ラック２２及び大指ラック２４が磁性体で構成されている場合、ストッパ３７、３８は永久磁石で構成される。特に、平行グリッパ式把持装置が上下逆状態のときに、永久磁石によって構成されたストッパ３７、３８は、ストッパ３７、３８によって上部に保持された小指ラック２２又は大指ラック２４が重力で誤って落下して能動ピニオン２５と噛み合わないように作用する。

【0020】

このように、左グリッパ２－Ｌ及び右グリッパ２－Ｒの把持面幅の変更は小指ラック２２と大指ラック２４とを１つの指用モータ２７によって駆動することにより実現できる。尚、指用モータ２７は左指用フレーム３－Ｌの指用モータカバー３９内に収容される。

【0021】

図６は図４の平行グリッパ式把持装置のラック・ピニオン機構の動作を説明するための図である。図６においては、説明簡略化のために、ラックとピニオンとの噛み合いはラックの先端がピニオンの中心の高さに到達したときに開始するものとする。

【0022】

始めに、図６の（Ａ）を参照すると、小指ラック２２は受動ピニオン２６のみと噛み合って停止しており、大指ラック２４は最高到達位置で能動ピニオン２５と噛み合っている。この場合の大指ラック２４の最高到達位置は図示しないスライド式エンコーダによって確認できる。尚、この状態での左グリッパ２－Ｌの状態は図６の（Ｇ）に示され、左グリッパ２－Ｌの把持面幅は大指把持面２３の把持面幅４０ｍｍである。この状態で能動ピニオン２５を時計回りに回転させると、大指ラック２４のみが能動ピニオン２５の回転によって下降する。

【0023】

次に、図６の（Ｂ）を参照すると、矢印で示すごとく、大指ラック２４の下端が受動ピニオン２６との噛み合い始める。この結果、受動ピニオン２６も時計回りに回転して小指ラック２２が上昇し始める。

【0024】

次に、図６の（Ｃ）を参照すると、矢印で示すごとく、小指ラック２２の上端が能動ピニオン２５との噛み合い始める。この結果、能動ピニオン２５及び受動ピニオン２６の時計回りの回転によって小指ラック２２の上昇及び大指ラック２４の下降が持続する。尚、この状態での左グリッパ２－Ｌの状態は図６の（Ｈ）に示され、左グリッパ２－Ｌの把持面幅は小指把持面２１及び大指把持面２３によって５２．５ｍｍとなる。

【0025】

次に、図６の（Ｄ）を参照すると、矢印で示すごとく、大指ラック２４の上端と能動ピニオン２５との噛み合いが離脱し始める。この結果、能動ピニオン２５及び受動ピニオン２６の時計回りの回転によって小指ラック２２の上昇は持続し、大指ラック２４の下降も受動ピニオン２６の時計回りの回転によって持続する。

【0026】

次に、図６の（Ｅ）を参照すると、矢印で示すごとく、小指ラック２２の下端と受動ピニオン２６との噛み合いが離脱し始める。この結果、能動ピニオン２５のみの時計回りの回転によって小指ラック２２の上昇は持続し、大指ラック２４の下降も受動ピニオン２６によって持続するが、大指ラック２４の下降はストッパ位置で停止する。

【0027】

最後に、図６の（Ｆ）を参照すると、小指ラック２２は、能動ピニオン２５の時計回りの回転のみによって上昇し、小指ラック２２は最高到達位置で停止する。この場合の小指ラック２２の最高到達位置は図示しないスライド式エンコーダによって確認できる。この状態での左グリッパ２－Ｌの状態は図６の（Ｉ）に示され、左グリッパ２－Ｌの把持面幅は小指把持面２１の６ｍｍである。

【0028】

図６によれば、能動ピニオン２５を時計回りに回転させることにより受動ピニオン２６を協働させ、小指ラック２２はストッパ位置より上昇すると共に、大指ラック２４は下降してストッパ位置に向う。逆に、能動ピニオン２５を反時計回りに回転させることにより受動ピニオン２６の協働により、大指ラック２４はストッパ位置より上昇すると共に、小指ラック２２は下降してストッパ位置に向う。つまり、小指ラック２２の移動方向と大指ラック２４の移動方向とが逆方向となるので、指部の最大高さは小さくなる。

【0029】

図７は図４の小指ラック２２の長さ、大指ラック２４の長さ、能動ピニオン２５と受動ピニオン２６との距離及び受動ピニオン２６の高さを説明するための図である。

【0030】

図７の（Ａ）に示すように，小指ラック２２の長さをａ、大指ラック２４の長さをｂとする。この場合、ラック２２、２４の切り替え動作を実現するために、各ラック２２、２４の長さａ、ｂに関して次の条件（i）、（ii）、（iii）が必要である。
(i) ストッパ位置で停止中、受動ピニオン２６とのみ噛み合える長さである。
(ii) 走行中、能動ピニオン２５と受動ピニオン２６の両方と噛み合える長さである。
(iii) 一方のラックがピニオン２５、２６と噛み合った際、もう一方のラック２２、２４も噛み合っている。
簡略化のために、ラックとピニオンの噛み合いは各ピニオン高さで成立すると近似的に考えると、条件(i)、(ii)を満たすためには、各ラック長さａ、ｂ、能動ピニオン２５／受動ピニオン２６間距離Ｌ_１、受動ピニオン２６の高さＬ_２の間で、式（１）、（２）を成立させる必要がある。
Ｌ_２≦ａ≦Ｌ_１+Ｌ_２ 、Ｌ_１≦ａ （１）
Ｌ_２≦ｂ≦Ｌ_１+Ｌ_２ 、Ｌ_１≦ｂ （２）

【0031】

条件(iii)を満たすために、図７の（Ｃ）に示す小指ラック２２と大指ラック２４との交差するラック交差高さｈを考える。ｈが能動ピニオン２５の高さＬ_１+Ｌ_２以上であれば、条件(iii)は満たされる。図７の（Ｂ）に示すように、大指ラック２４の下端が受動ピニオン２６の高さａまで降りてきた瞬間に小指ラック２２が動き始めるために、小指ラック２２の上端と大指ラック２４の上端のラック交差高さｈは式（３）で与えられる。
ｈ＝（ａ＋ｂ＋Ｌ_２）／２ （３）
この場合、図７の（Ｃ）から、式（４）が与えられる。
ｈ≧Ｌ_１＋Ｌ_２ （４）
従って、式（３）、（４）から
（ａ＋ｂ＋Ｌ_２）／２≧Ｌ_１＋Ｌ_２
∴ ａ＋ｂ≧２Ｌ_１＋Ｌ_２ （５）
以上より、各ラック長さａ、ｂ、ピニオン間距離Ｌ_１、受動ピニオン２６の高さＬ_２は、式（１）、（２）、（５）を満たされれば、ラック・ピニオン機構による指の伸縮動作およびサイズの切り替え動作を実現できる。また、図７の（Ａ）、（Ｄ）に示すごとく、指部の最大高さＨは、小指ラック２２の長さａと大指ラック２４の長さｂとの和ａ＋ｂに依存し、正確には、図示しないが、把持面２１及び把持面２３も考慮した高さである。従って、指部の高さは、第２の従来形に比較して、著しく小さくなり、この結果、支点に生じるモーメントが減少し、最遠方の把持面２１及び把持面２３の把持力が増大する。

【0032】

図８は図１の平行グリッパ式把持装置のピッキング能力評価を説明するための図である。尚、ピッキング能力とはサイズ及び配置スペースに応じて特定の１つの把持対象物を把持、運搬、配置する能力のことである。

【0033】

図８の（Ａ）－１、（Ａ）－２、（Ａ）－３は、ばら積みねじを把持対象物とする。すなわち、ばら積み容器８１にばら積みされたねじＭ２．５、長さ１２ｍｍのねじの２８×２８ｍｍ^２の小型容器８２の中に移し替える場合を示す。始めに、図８の（Ａ）－１に示すごとく、把持面幅６ｍｍの小指をばら積みねじの中に差込み、小指間を狭めることにより１つのねじを把持した。この場合、細い小指では反力に耐え切れずに折れてしまう事態を考え、指用モータ２７の制御系のゲインを零にして小指を差込んだ場合の小指の破損を回避した。この結果、図８の（Ａ）－２に示すごとく、小指を差込んで閉じることにより１つのねじを取出して運搬した。最後に、図８の（Ａ）－３に示すごとく、小型容器８２に小指を干渉させることなく、ねじを小型容器８２内に配置した。

【0034】

図８の（Ｂ）－１、（Ｂ）－２、（Ｂ）－３は、長さ１００ｍｍのタイミングベルトを把持対象物とする。始めに、図８の（Ｂ）－１に示すごとく、把持面幅６ｍｍの小指をタイミングベルトの内側に入れ、小指間を広げることによりタイミングベルトを把持した。この場合も、指用モータ２７の制御系のゲインを零にして小指の破損を回避した。次に、図８の（Ｂ）－２に示すごとく、タイミングベルトを運搬した。最後に、図８の（Ｂ）－３に示すごとく、タイミングベルトを所定位置に配置した。

【0035】

図８の（Ｃ）－１、（Ｃ）－２、（Ｃ）－３は、８ｋｇのダンベルを把持対象物とする。始めに、図８の（Ｃ）－１に示すごとく、把持面幅４０ｍｍの大指を閉じることでダンベルを把持した。次いで、図８の（Ｃ）－２に示すごとく、ダンベルを運搬した。最後に、図８の（Ｃ）－３に示すごとく、ダンベルを所定位置に配置した。

【0036】

このように、把持面幅の異なる小指、大指を切替えることによりピッキング能力を発揮できた。

【0037】

図９は図１の平行グリッパ式把持装置のロバスト能力評価を説明するための図である。尚、ロバスト能力とは把持対象物に外力が加わっても安定した把持、運搬、配置を継続する能力のことである。

【0038】

図９は図１の平行グリッパ式把持装置で２３０ｇのスパナ９を把持する場合を示す。通常、スパナは、持ち手が薄く、側面が丸まっている上に平行でないので、把持が難しい対象物と言える。すなわち、始めに、図９の（Ａ）に示すごとく、把持幅４０ｍｍの大指を閉じることでスパナ９を把持した。次いで、図９の（Ｂ）に示すごとく、スパナ９を吊上げた。このとき、大指の把持面が図中奥側に偏ってしまい、スパナの重心が接点より手前側にあるために、図９の（Ｃ）に示すごとく、吊上げ中又は運搬途中でスパナ９がスパナヘッド側が垂れ下がってしまった。つまり、図１の平行グリッパ式把持装置はそのままではスパナ９をロバストに把持できないことが分った。

【0039】

図１０は本発明に係る平行グリッパ式把持装置の第２の実施の形態を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図である。

【0040】

図１０においては、図１の平行グリッパ式把持装置の構成に対して補助板５、６を主フレーム１の前方側、後方側に付加してある。補助板５、６の対象物押付面５ａ、６ａの高さは把持面（図４の２１、２３参照）の交差高さ以上とする。これにより、大指で対象物把持物を把持して引込む際に対象把持物の伸長してくる小指との衝突を防止する。また、補助板５、６の高さは把持面の最大高さ(図示せず)以下である。尚、補助板５、６は主フレーム１と一体で構成してもよい。

【0041】

図１１は図１０の平行グリッパ式把持装置で２３０ｇのスパナ９を把持する場合を示す。始めに、図１１の（Ａ）に示すごとく、把持面幅４０ｍｍの大指を閉じることでスパナ９を把持した。次いで、図１１の（Ｂ）に示すごとく、スパナ９を補助板５、６の対象物押付面５ａ、６ａに接触するまで吊り上げた。尚、このとき、スパナ９は伸長してくる小指に接触することはない。従って、スパナ９は２つの大指及び補助板５、６の対象物押付面５ａ、６ａによって３つの方向から拘束され、いわゆる３面把持状態となる。最後に、図１１の（Ｃ）に示すごとく、スパナ９を運搬した。この場合、スパナ９のヘッドに５５０ｇの重りをぶら下げたが、その状態でもスパナ９は落下しなかった。このように、スパナ９に対する３面把持による外力によってロバスト把持能力が向上した。

【0042】

図１２も図１０の平行グリッパ式把持装置で２３０ｇのスパナ９を把持する場合を示す。この場合、スパナ９を受ける台座１０を準備し、予め大指（把持面２３）に設けられた台座１０受けの穴２３ａを利用する。

【0043】

始めに、図１２の（Ａ）に示すごとく、台座１０を載置し、その上にスパナ９を載置した。次いで、図１２の（Ｂ）に示すごとく、把持面幅４０ｍｍの大指で台座１０を把持した。この状態で大指を狭めて台座１０を大指の穴２３ａに差込む。次いで、図１２の（Ｃ）に示すごとく、スパナ９を補助板５、６の対象物押付面５ａ、６ａに接触するまで吊り上げた。尚、このとき、スパナ９は伸長して小指に接触することはない。従って、スパナ９は２つの大指、補助板５、６の対象物押付面５ａ、６ａ及び台座１０によって４方向から拘束され、いわゆる４面把持状態となる。最後に、図１２の（Ｄ）に示すごとく、スパナ９を運搬した。この場合、スパナ９のヘッド２２００ｇの重りをぶらさげたが、その状態でもスパナ９は落下しなかった。このように、スパナ９に対する４面把持による外力によってロバスト把持能力がさらに向上した。

【0044】

図１３は図１の平行グリッパ式装置のマニピュレーション能力評価を説明するための図である。尚マニピュレーション能力とは把持対象物を把持したままその姿勢を任意に操作できる能力のことである。

【0045】

始めに、図１３の（Ａ）に示すごとく、台座１０を載置し、その上に２３０ｇのレンチ１１を載置した。次いで、図１３の（Ｂ）に示すごとく、左大指を伸長させかつ右大指を縮小させた状態でレンチ１１を把持した。次いで、図１３の（Ｃ）に示すごとく、レンチ１１を吊り上げた。最後に、図１３の（Ｄ）に示すごとく、左大指を縮小させかつ右大指を伸長させることによりレンチ１１をその軸方向に回転させた。このように、左大指、右大指の伸縮機能によってマニピュレーション能力を発揮できた。尚、レンチ１１はそのヘッド側が重いので、ロバスト能力が低下することもあるが、その場合、上述の３面把持又は４面把持を採用すればよい。

【0046】

尚、上述の実施の形態においては、小指ラック２２の長さａ及び大指ラック２４の長さｂはａ＜ｂであるが、ａ＝ｂ又はａ＞ｂであってもよい。

【0047】

尚、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲でいかなる変更にも適用できる。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本発明は産業用マニピュレータ等に利用できる。

【符号の説明】

【0049】

１：主フレーム
１１Ｌ、１１Ｒ：ベアリングホルダ
１２：送りねじ
１３： カップリング
１４：開閉用モータ
１５Ｌ、１５Ｒ：ガイドブロック
１６：ガイドレール
１７：開閉用モータカバー
２－Ｌ：左グリッパ
２－Ｒ：右グリッパ
２１：小指把持面
２２：小指ラック
２３：大指把持面
２３ａ：台座用穴
２４：大指ラック
２５：能動ピニオン
２６：受動ピニオン
２７：指用モータ
２８ａ、２８ｂ：プーリ
２９：ベルト
３－Ｌ：左指用フレーム
３－Ｒ：右指用フレーム
３１：送りねじナット
３２：ガイドブロック接合部
３３ａ：ガイドレール
３３ｂ：ガイドブロック
３４ａ：ガイドブロック
３４ｂ：ガイドレール
３５、３６：穴
３７、３８：ストッパ
３９：指用モータカバー
４：制御ユニット
５、６：補助板
５ａ、６ａ：対象物押付面
９：スパナ
１０：台座
１１：レンチ
ＬＦ：左指部
ＲＦ：右指部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】