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JP7151990B2 - Gripper device - Google Patents
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JP7151990B2 - Gripper device - Google Patents

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JP7151990B2 JP2018106057A JP2018106057A JP7151990B2 JP 7151990 B2 JP7151990 B2 JP 7151990B2 JP 2018106057 A JP2018106057 A JP 2018106057A JP 2018106057 A JP2018106057 A JP 2018106057A JP 7151990 B2 JP7151990 B2 JP 7151990B2
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Description

本発明は、変位-力変換装置を利用したグリッパ装置に関する。 The present invention relates to a gripper device utilizing a displacement-force transducer.

従来、鉄鋼等の磁性体へ吸着する際に、僅かなエネルギーで永久磁石の吸着と剥離とを切り替えるものとして、内部力補償型磁気吸着機構(Internally-Balanced Magnetic Unit)が提案されている(例えば、非特許文献1または2参照)。この機構は、永久磁石の吸着力Fが、吸着面に接近するほど急激に増大する非線形特性を有するため、この吸着力Fを、同等の特性を有する非線形バネの復元力Fで補償するものである。この機構では、永久磁石の内部力Finter(=F-F)が変位によらず0となるため、永久磁石は常に平衡状態となり、永久磁石の移動には力を要さない。なお、この機構では、永久磁石を吸着面に接触させることにより、非線形バネの反力Fが機構全体を対象面に押し付けるため、吸着状態にすることができる。また、永久磁石を吸着面から離すことにより、非線形バネの反力Fが小さくなるため、吸着面から剥離することができる。このように、永久磁石を小さい力で移動させるだけで、永久磁石の吸着状態を切り替えることができる。 Conventionally, an Internally-Balanced Magnetic Unit has been proposed as a device that switches between the attraction and detachment of a permanent magnet with a small amount of energy when it is attracted to a magnetic material such as steel (for example, , Non-Patent Documents 1 or 2). This mechanism has a nonlinear characteristic in which the attracting force Fm of the permanent magnet increases sharply as it approaches the attracting surface . It is something to do. In this mechanism, the internal force F inter (=F m −F r ) of the permanent magnets is 0 regardless of the displacement, so the permanent magnets are always in a balanced state and no force is required to move the permanent magnets. In this mechanism, by bringing the permanent magnet into contact with the attracting surface, the reaction force Fa of the nonlinear spring presses the entire mechanism against the target surface, so that the attracting state can be achieved. Further, by separating the permanent magnet from the attracting surface, the reaction force Fa of the non-linear spring becomes smaller, so that the permanent magnet can be separated from the attracting surface. In this manner, the attracting state of the permanent magnet can be switched simply by moving the permanent magnet with a small force.

なお、非特許文献1および2では、永久磁石の吸着力を補償する復元力を得るために、その永久磁石の逆特性を有する非線形バネを用いているが、その他にも、線形バネの逆特性を得るための構成として、非円形プーリとバネや錘とを用いる方法や、定荷重バネの幅や剛性を変位毎に調整する方法、カムやリンクを用いる方法などが提案されている。具体的には、非円形プーリを利用するものとして、ロボットアームの自重補償(例えば、非特許文献3参照)や、筋肉トレーニングマシン用の定荷重バネ(例えば、特許文献1参照)がある。また、逆特性バネに近い構造として、弦を引ききると操作力が微小となるコンパウンドボウが提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In Non-Patent Documents 1 and 2, in order to obtain a restoring force that compensates for the attracting force of the permanent magnet, a nonlinear spring having the opposite characteristic of the permanent magnet is used. As a configuration for obtaining this, a method using a non-circular pulley and a spring or a weight, a method adjusting the width and rigidity of a constant force spring for each displacement, a method using a cam or a link, etc. have been proposed. Specifically, non-circular pulleys are used in self-weight compensation for robot arms (see, for example, Non-Patent Document 3) and constant force springs for muscle training machines (see, for example, Patent Document 1). Also, as a structure similar to an inverse characteristic spring, a compound bow has been proposed in which the operation force is very small when the string is fully pulled (see, for example, Patent Document 2).

広瀬、今里、工藤、梅谷、「内部力補償型磁気吸着ユニット」、日本ロボット学会誌、1985年2月、Vol. 3、No. 1、p.10-19Hirose, Imazato, Kudo, Umetani, "Magnetic Attraction Unit with Internal Force Compensation", Journal of the Robotics Society of Japan, February 1985, Vol. 3, No. 1, p.10-19 鈴木、広瀬、「内部力補償型磁気吸着ッユニットのための非線形スプリングと機構の設計」、日本ロボット学会誌、2009年5月、Vol. 27、No. 4、p.460-469Suzuki, Hirose, "Nonlinear Spring and Mechanism Design for Internal Force Compensating Magnetic Attraction Unit", Journal of the Robotics Society of Japan, May 2009, Vol. 27, No. 4, p.460-469 遠藤、山田、矢島、尾形、広瀬、「非円形プーリ-バネ形による自重補償機構と4節平行リンク型アームへの適用」、日本ロボット学会誌、2010年1月、Vol. 28、No. 1、p.77-84Endo, Yamada, Yajima, Ogata, Hirose, "Self-weight Compensation Mechanism with Non-Circular Pulley-Spring Type and Application to Four-bar Parallel Link Arm", Journal of the Robotics Society of Japan, January 2010, Vol. 28, No. 1 , p.77-84

米国特許第4231568号明細書U.S. Pat. No. 4,231,568 米国特許第3486495号明細書U.S. Pat. No. 3,486,495

非特許文献1および2記載の内部力補償型磁気吸着機構は、永久磁石の吸着力を非線形バネの復元力で補償することにより、僅かなエネルギーで永久磁石を移動させて、その吸着と剥離とを切り替えるものであるが、永久磁石の変位(移動)を力に変換するものではなかった。また、非特許文献1および2以外にも、非常に小さいエネルギーによる変位を力に変換するものは存在しなかった。 The internal force compensation type magnetic attraction mechanism described in Non-Patent Documents 1 and 2 compensates for the attraction force of the permanent magnet with the restoring force of the non-linear spring, thereby moving the permanent magnet with a small amount of energy to achieve attraction and detachment. However, it did not convert the displacement (movement) of the permanent magnet into force. In addition to Non-Patent Documents 1 and 2, there has been nothing that converts displacement with very small energy into force.

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、非常に小さいエネルギーによる変位を力に変換することができる変位-力変換装置を利用したグリッパ装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a gripper device that utilizes a displacement-force conversion device capable of converting displacement with very small energy into force. .

本発明者等は、非特許文献1および2記載の内部力補償型磁気吸着機構の原理を拡張して一般化し、さらに検討を行った結果、本発明に想到した。すなわち、本発明に係るグリッパ装置は、対象物に力を作用可能に設けられた作用手段と、前記作用手段を支持する支持手段とを有する変位-力変換装置と、1対の把持部材とを有し、前記作用手段は、前記力の反力がかかると共に、前記反力の方向に沿って往復移動して、前記力の大きさを変更可能に設けられた操作部を有し、前記支持手段は、前記操作部の移動と共に変化する前記反力と釣り合う力を、前記操作部に作用させるよう前記操作部に接続されており、一方の把持部材は、前記対象物から成り、前記作用手段から作用する前記力により所定の方向に付勢されており、他方の把持部材は、前記支持手段に取り付けられ、前記一方の把持部材との間に被把持物を把持可能に、前記一方の把持部材の付勢方向側で前記一方の把持部材に対向するよう配置されていることを特徴とする。 The present inventors expanded and generalized the principle of the internal force compensation type magnetic adsorption mechanism described in Non-Patent Documents 1 and 2, and as a result of further studies, arrived at the present invention. That is, a gripper device according to the present invention comprises a displacement-force conversion device having action means provided to apply a force to an object, support means for supporting the action means, and a pair of gripping members. and wherein the action means has an operation part provided so as to be able to change the magnitude of the force by reciprocating along the direction of the reaction force while receiving the reaction force of the force, The support means is connected to the operation part so as to apply to the operation part a force that balances the reaction force that changes with the movement of the operation part , one of the gripping members is made of the object, and the action is performed. The other gripping member is attached to the supporting means so as to be able to grip an object to be gripped between the gripping member and the gripping member. It is characterized in that it is arranged so as to face the one gripping member on the urging direction side of the gripping member.

本発明に係る変位-力変換装置は、以下の原理により、変位を力に変換することができる。まず、図1に示すように、永久磁石に対応する要素「g(x)」と、その逆特性を有する非線形バネに対応する要素「-g(x)」とを直列に配置し、「g(x)」により対象物に力が作用しているとする。また、「-g(x)」は、「g(x)」とは反対側で、支持体に取り付けられ、常に「g(x)」と釣り合うようになっている。ここで、「g(x)」が作用手段に、「-g(x)」および支持体が支持手段に対応している。また、「g(x)」と「-g(x)」との釣り合い点が、操作部に対応している。また、「-g(x)」が「g(x)」の逆特性を有するとは、任意の操作部の位置に対して、「-g(x)」により操作部に作用する力が、「g(x)」により操作部に作用する力と同じ大きさで、向きが逆であることをいう。 The displacement-force conversion device according to the present invention can convert displacement into force according to the following principle. First, as shown in FIG. 1, an element "g(x)" corresponding to a permanent magnet and an element "-g(x)" corresponding to a nonlinear spring having the opposite characteristic are arranged in series. (x)” is acting on the object. Also, "-g(x)" is attached to the support on the side opposite "g(x)" so that it always balances "g(x)". Here, "g(x)" corresponds to the action means, and "-g(x)" and the support correspond to the support means. Also, the point of balance between "g(x)" and "-g(x)" corresponds to the operation section. Further, "-g(x)" having the inverse characteristic of "g(x)" means that the force acting on the operation unit due to "-g(x)" with respect to an arbitrary position of the operation unit is "g(x)" means that the magnitude of the force acting on the operation unit is the same, but the direction is opposite.

このとき、釣り合い点である操作部を、非常に小さいエネルギーで、「g(x)」と「-g(x)」との間を往復移動させることができるとともに、その操作部の変位(所定の位置からの移動距離)により、「g(x)」により対象物に作用する力を変化させることができる。このように、本発明に係る変位-力変換装置は、非常に小さいエネルギーによる操作部の変位を、対象物に作用する力に変換することができる。 At this time, the operation unit, which is the balance point, can be reciprocated between "g(x)" and "-g(x)" with very little energy, and the displacement of the operation unit (predetermined It is possible to change the force acting on the object by "g(x)" depending on the movement distance from the position of . In this way, the displacement-force conversion device according to the present invention can convert the displacement of the operation section with very small energy into force acting on the object.

本発明に係るグリッパ装置で、前記作用手段は、前記対象物に対して引く力を作用可能に設けられていることが好ましい。作用手段は、線形バネや、他の弾性体、磁石などであることが好ましい。例えば、前記作用手段は、長さに応じて両端に作用する力が変化する弾性体から成り、一端部が前記対象物に取り付けられ、他端部が前記操作部を成していてもよい。また、前記作用手段は、磁石から成り、一方の極を前記対象物側に向け、他方の極に前記操作部を有していてもよい。 In the gripper device according to the present invention, it is preferable that the action means is provided so as to be able to apply a pulling force to the object. Preferably, the action means are linear springs, other elastic bodies, magnets, or the like. For example, the action means may be made of an elastic body that changes the force acting on both ends according to its length, one end of which is attached to the object, and the other end of which serves as the operation portion. Further, the action means may be composed of a magnet, one pole may be directed toward the object, and the other pole may have the operation portion.

本発明に係るグリッパ装置は、本発明に係る変位-力変換装置を利用しているため、非常に小さいエネルギーで操作部を移動させるだけで、1対の把持部材の間で、大きな把持力を得ることができる。 Since the gripper device according to the present invention uses the displacement-force conversion device according to the present invention, a large gripping force can be generated between the pair of gripping members simply by moving the operating portion with very small energy. Obtainable.

本発明によれば、非常に小さいエネルギーによる変位を力に変換することができる変位-力変換装置を利用したグリッパ装置を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a gripper device that utilizes a displacement-to-force conversion device capable of converting displacement with very small energy into force.

本発明に係る変位-力変換装置の原理を示す正面図である。1 is a front view showing the principle of a displacement-force conversion device according to the present invention; FIG. 本発明の実施の形態の変位-力変換装置を示す正面図である。1 is a front view showing a displacement-force conversion device according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施の形態の変位-力変換装置の変形例を示す正面図である。FIG. 5 is a front view showing a modification of the displacement-force conversion device according to the embodiment of the present invention; 本発明の実施の形態のグリッパ装置を示す正面図である。It is a front view showing a gripper device of an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態の変位-力変換装置の、実験用の変形例を示す正面図である。FIG. 5 is a front view showing a modified example for experiments of the displacement-force transducer of the embodiment of the present invention; 図5に示す変位-力変換装置の、操作部の変位に対する操作力および発生力の関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the operating force and generated force with respect to the displacement of the operating portion of the displacement-force transducer shown in FIG. 5;

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図2および図3は、本発明の実施の形態の変位-力変換装置を示している。
図2に示すように、変位-力変換装置10は、作用手段11と支持手段12とを有している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below based on the drawings.
2 and 3 show a displacement-to-force transducer according to an embodiment of the invention.
As shown in FIG. 2, the displacement-force conversion device 10 has action means 11 and support means 12 .

作用手段11は、長さに応じて両端に作用する力が変化する、線形バネから成っている。作用手段11は、対象物1に対して引く力を作用可能に、一端が対象物1に取り付けられている。また、作用手段11は、他端に操作部11aを有している。操作部11aは、対象物1に作用する力の反力がかかると共に、反力の方向に沿って往復移動することにより、対象物1に作用する力の大きさを変更可能になっている。 The means of action 11 consist of a linear spring with a varying force acting on its ends depending on its length. One end of the action means 11 is attached to the object 1 so as to apply a pulling force to the object 1 . Also, the action means 11 has an operation portion 11a at the other end. The operation part 11a receives a reaction force of the force acting on the object 1 and reciprocates along the direction of the reaction force, thereby changing the magnitude of the force acting on the object 1. FIG.

支持手段12は、作用手段11を支持するよう設けられている。支持手段12は、操作部11aに接続されており、操作部11aに作用する反力と釣り合う力を、操作部11aに作用させるようになっている。すなわち、支持手段12は、作用手段11の線形バネの逆特性を有しており、操作部11aの移動と共に変化する反力と釣り合う力を、操作部11aに作用させるようになっている。 Support means 12 are provided to support the action means 11 . The support means 12 is connected to the operating portion 11a and applies a force to the operating portion 11a that balances the reaction force acting on the operating portion 11a. That is, the supporting means 12 has the opposite characteristic of the linear spring of the acting means 11, and acts on the operating portion 11a to balance the reaction force that changes with the movement of the operating portion 11a.

図2に示す具体的な一例では、支持手段12は、作用手段11の線形バネの逆特性を有し、長さに応じて両端に作用する力が変化する逆特性要素12aと、逆特性要素12aの一端が接続された支持体12bとを有している。支持手段12は、逆特性要素12aの他端が操作部11aに接続されており、操作部11aに作用する反力と釣り合う力を、操作部11aに作用可能になっている。 In a specific example shown in FIG. 2, the support means 12 has the reverse characteristic of the linear spring of the action means 11, and the reverse characteristic element 12a that changes the force acting on both ends according to the length, and the reverse characteristic element and a support 12b to which one end of 12a is connected. The other end of the reverse characteristic element 12a of the support means 12 is connected to the operation portion 11a, and a force that balances the reaction force acting on the operation portion 11a can be applied to the operation portion 11a.

なお、支持手段12は、線形バネの逆特性を有していればいかなる構成であってもよく、例えば、非特許文献3や、特許文献1、2に記載のように、非円形プーリとバネや錘とを用いる構成や、定荷重バネの幅や剛性を変位毎に調整する構成、カムやリンクを用いる構成などであってもよい。 Note that the support means 12 may have any configuration as long as it has the reverse characteristics of a linear spring. or a weight, a configuration in which the width and rigidity of a constant force spring are adjusted for each displacement, a configuration in which a cam or a link is used, or the like.

次に、作用について説明する。
図2に示すように、変位-力変換装置10は、操作部11aを作用手段11の側に移動させると、対象物1に作用する力が小さくなり、操作部11aを支持手段12の側に移動させると、対象物1に作用する力が大きくなる。このとき、操作部11aは、作用手段11の線形バネと支持手段12の逆特性要素12aとの釣り合い点であるため、非常に小さい力で操作部11aを往復移動させることができる。また、作用手段11として線形バネを利用しているため、対象物1に作用する力がゼロとなる位置からの操作部11aの変位と、対象物1に作用する力との間には線形の関係が得られる。このように、変位-力変換装置10は、非常に小さいエネルギーによる操作部11aの変位を、対象物1に作用する力に変換することができる。
Next, the action will be described.
As shown in FIG. 2, in the displacement-force conversion device 10, when the operating portion 11a is moved to the action means 11 side, the force acting on the object 1 is reduced, and the operating portion 11a is moved to the support means 12 side. When moved, the force acting on the object 1 increases. At this time, since the operating portion 11a is a balance point between the linear spring of the acting means 11 and the reverse characteristic element 12a of the supporting means 12, the operating portion 11a can be reciprocated with a very small force. Further, since a linear spring is used as the action means 11, there is a linear relationship between the displacement of the operation part 11a from the position where the force acting on the object 1 is zero and the force acting on the object 1. relationship is obtained. In this manner, the displacement-force conversion device 10 can convert the displacement of the operating portion 11a by very small energy into a force acting on the object 1. FIG.

なお、図3に示すように、変位-力変換装置10は、作用手段11が永久磁石から成り、一方の極を対象物1の側に向け、他方の極側に操作部11aを有していてもよい。このとき、支持手段12の逆特性要素12aは、作用手段11の永久磁石の逆特性を有する非線形バネの特性を有している。この場合にも、非常に小さい力で操作部11aを往復移動させることができ、その操作部11aの変位を、対象物1に作用する力に変換することができる。 As shown in FIG. 3, in the displacement-force conversion device 10, the action means 11 is made of a permanent magnet, one pole is directed toward the object 1, and the other pole has an operation portion 11a. may The inverse characteristic element 12 a of the support means 12 then has the characteristic of a non-linear spring having the inverse characteristic of the permanent magnet of the action means 11 . In this case as well, the operation portion 11a can be reciprocated with a very small force, and the displacement of the operation portion 11a can be converted into a force acting on the object 1. FIG.

図4は、本発明の実施の形態のグリッパ装置を示している。
図4に示すように、グリッパ装置20は、図2に示す変位-力変換装置10と、1対の把持部材21,22とを有している。
FIG. 4 shows a gripper device according to an embodiment of the invention.
As shown in FIG. 4, the gripper device 20 has the displacement-force conversion device 10 shown in FIG. 2 and a pair of gripping members 21,22.

変位-力変換装置10は、支持体12bがフレーム状を成し、内側に作用手段11、操作部11a、逆特性要素12aが配置されている。変位-力変換装置10は、作用手段11の一端が、フレーム状の支持体12bに設けられた貫通孔12cを通って、支持体12bの外側まで伸びている。 The displacement-force conversion device 10 has a frame-shaped support 12b, and an action means 11, an operation portion 11a, and an inverse characteristic element 12a are arranged inside. In the displacement-force conversion device 10, one end of the action means 11 passes through a through hole 12c provided in the frame-like support 12b and extends to the outside of the support 12b.

また、変位-力変換装置10は、第1送りネジ15と第1モータ16とナット17とを有している。第1送りネジ15は、支持体12bの内側に配置され、操作部11aの移動方向に沿うよう、一端が支持体12bに取り付けられている。第1モータ16は、第1送りネジ15を回転可能に、支持体12bの外側に取り付けられている。ナット17は、第1送りネジ15に螺合しており、操作部11aが取り付けられている。変位-力変換装置10は、第1モータ16により第1送りネジ15を回転させることにより、ナット17を介して操作部11aを第1送りネジ15に沿って往復移動可能になっている。 The displacement-force conversion device 10 also has a first feed screw 15 , a first motor 16 and a nut 17 . The first feed screw 15 is arranged inside the support 12b, and one end thereof is attached to the support 12b so as to extend along the moving direction of the operating portion 11a. The first motor 16 is attached to the outside of the support 12b so as to rotate the first feed screw 15. As shown in FIG. The nut 17 is screwed onto the first feed screw 15, and the operating portion 11a is attached thereto. By rotating the first feed screw 15 with the first motor 16 , the displacement-force conversion device 10 can reciprocate the operating portion 11 a along the first feed screw 15 via the nut 17 .

一方の把持部材21は、細長い板状を成し、一方の端部が作用手段11の一端に取り付けられており、他方の端部の表面に第1把持面21aを有している。一方の把持部材21は、作用手段11から作用する力により、作用手段11が引く方向に付勢されている。なお、一方の把持部材21は、図2の対象物1に対応している。 One gripping member 21 has an elongated plate shape, one end of which is attached to one end of the action means 11, and a first gripping surface 21a on the surface of the other end. One of the gripping members 21 is urged in the direction in which the acting means 11 is pulled by the force acting from the acting means 11 . One gripping member 21 corresponds to the object 1 in FIG.

他方の把持部材22は、第2送りネジ22aと細長い把持板22bと第2モータ22cとナット22dを有している。第2送りネジ22aは、操作部11aの移動方向に沿って支持体12bの外側に配置されている。把持板22bは、一方の端部の表面に第2把持面22eを有し、一方の把持部材21の付勢方向側で、第2把持面22eが第1把持面21aに対向するよう配置されている。把持板22bは、一方の端部に、第2送りネジ22aの一端が取り付けられている。第2モータ22cは、第2送りネジ22aを回転可能に、把持板22bの第2送りネジ22aとは反対側の面に取り付けられている。ナット22dは、第2送りネジ22aに螺合しており、支持体12bに取り付けられている。これにより、把持板22bは、一方の端部が第2送りネジ22aおよびナット22dを介して支持体12bに取り付けられている。他方の把持部材22は、第2モータ22cにより第2送りネジ22aを回転させることにより、一方の把持部材21の付勢方向に沿って、支持体12bに対して把持板22bを往復移動可能になっている。 The other gripping member 22 has a second feed screw 22a, an elongated gripping plate 22b, a second motor 22c and a nut 22d. The second feed screw 22a is arranged outside the support 12b along the moving direction of the operating portion 11a. The gripping plate 22b has a second gripping surface 22e on the surface of one end, and is arranged so that the second gripping surface 22e faces the first gripping surface 21a on the urging direction side of the gripping member 21 on one side. ing. One end of the second feed screw 22a is attached to one end of the gripping plate 22b. The second motor 22c is attached to the surface of the grip plate 22b opposite to the second feed screw 22a so as to rotate the second feed screw 22a. The nut 22d is screwed onto the second feed screw 22a and attached to the support 12b. Thereby, one end of the gripping plate 22b is attached to the support 12b via the second feed screw 22a and the nut 22d. The gripping plate 22b of the other gripping member 22 can be reciprocated with respect to the support 12b along the urging direction of the gripping member 21 by rotating the second feed screw 22a by the second motor 22c. It's becoming

変位-力変換装置10は、第1把持面21aと第2把持面22eとの間に被把持物2を把持可能になっている。変位-力変換装置10は、被把持物2を把持する際に、第2送りネジ22aで他方の把持部材22の位置を調節可能、かつ、第1送りネジ15で把持力を調整可能になっている。 The displacement-force conversion device 10 can grip the object 2 between the first gripping surface 21a and the second gripping surface 22e. When gripping the gripped object 2, the displacement-force conversion device 10 can adjust the position of the other gripping member 22 with the second feed screw 22a and adjust the gripping force with the first feed screw 15. ing.

次に、作用について説明する。
グリッパ装置20は、変位-力変換装置10を利用しているため、非常に小さいエネルギーで操作部11aを移動させるだけで、1対の把持部材21,22の間で、大きな把持力を得ることができる。また、その把持力の大きさを調整することもできる。
Next, the action will be described.
Since the gripper device 20 uses the displacement-force conversion device 10, a large gripping force can be obtained between the pair of gripping members 21 and 22 simply by moving the operating portion 11a with very small energy. can be done. Also, the magnitude of the gripping force can be adjusted.

グリッパ装置20は、第1送りネジ15により把持力の制御を行う変位-力変換装置10と、第2送りネジ22aによる被把持物2に対する高速な位置決め機構とを、直列に配置した構成となっている。グリッパ装置20は、作用手段11から作用する付勢力により一方の把持部材21が移動できるよう、第2送りネジ22aにより把持板22bの位置を調整して、支持体12bと一方の把持部材21,22との間隔(図4中の「b」)をあけた後、第1送りネジ15により把持力を調整して、第1把持面21aと第2把持面22eとの間に被把持物2を把持することができる。 The gripper device 20 has a configuration in which the displacement-force conversion device 10 that controls the gripping force by the first feed screw 15 and the high-speed positioning mechanism for the gripped object 2 by the second feed screw 22a are arranged in series. ing. The gripper device 20 adjusts the position of the gripping plate 22b by the second feed screw 22a so that the one gripping member 21 can be moved by the biasing force acting from the action means 11, and the support 12b and the one gripping member 21, 22 ("b" in FIG. 4), the gripping force is adjusted by the first feed screw 15, and the gripped object 2 is positioned between the first gripping surface 21a and the second gripping surface 22e. can be grasped.

なお、グリッパ装置20は、第2送りネジ22aにより、高速な位置決めが可能であるが、バックドライバビリティを有するため、把持力が高まると逆回転をおこす可能性がある。このため、図4に示すように、トルクダイオード23により、逆回転トルクをフレームへ逃がす構成を有していてもよい。また、直動部分にトルクダイオード23と同じ成分を持つ機構を設けてもよい。 The gripper device 20 can be positioned at high speed by the second feed screw 22a, but has back drivability, so there is a possibility that reverse rotation will occur when the gripping force increases. Therefore, as shown in FIG. 4, a torque diode 23 may be used to release reverse rotation torque to the frame. Also, a mechanism having the same component as the torque diode 23 may be provided in the direct acting portion.

このように、変位-力変換装置10は、図4に示すグリッパ装置20に利用することができるが、このようなロボット等のグリッパ機構に限らず、ワイヤ等の引張力に応じて剛性等の物理量の切換えが可能な切換機構、ブレーキ機構、内部構造にバネを用いる調圧バルブ機構などにも利用することができる。 As described above, the displacement-force conversion device 10 can be used in the gripper device 20 shown in FIG. It can also be used for a switching mechanism capable of switching physical quantities, a brake mechanism, a pressure regulating valve mechanism using a spring in its internal structure, and the like.

図5に示す変位-力変換装置10を用いて、操作部11aを移動させる力および対象物1に作用する力を測定する実験を行った。図5に示すように、変位-力変換装置10は、作用手段11に引張バネから成る線形バネを用い、支持手段12として、非特許文献3に従って、非円形プーリ31と円形プーリ32と錘33とを用いている。非円形プーリ31は、円形プーリ32と接続されており、回転角度を線形バネの変位に変換している。非円形プーリ31は、角度θと半径rとが比例関係になる形状を成し、θが0°~345°の範囲で、rが10~40mmとなるよう設けられている。これにより、支持手段12は、錘33(質量:m)により発生する荷重mgを、非円形プーリ31によって線形バネの逆特性に変換するようになっている。また、錘33は、1.27kgとした。 An experiment was conducted using the displacement-force conversion device 10 shown in FIG. As shown in FIG. 5, the displacement-force conversion device 10 uses a linear spring consisting of a tension spring as the action means 11, and as the support means 12, a non-circular pulley 31, a circular pulley 32, and a weight 33 according to Non-Patent Document 3. and A non-circular pulley 31 is connected with a circular pulley 32 to convert the angle of rotation into displacement of a linear spring. The non-circular pulley 31 has a shape in which the angle θ is proportional to the radius r, and is provided so that θ is in the range of 0° to 345° and r is 10 to 40 mm. Thereby, the support means 12 converts the load mg generated by the weight 33 (mass: m) into the reverse characteristic of a linear spring by the non-circular pulley 31 . Moreover, the weight 33 was 1.27 kg.

実験では、作用手段11と支持手段12との釣り合い点をb=0mmとし、その釣り合い点である操作部11aを移動させ、そのときの操作部11aの変位(線形バネの自然長を0とする)に対する、操作部11aを移動させる力(操作力)および対象物1に作用する力(発生力)の値を測定した。また、作用手段11の線形バネをあらかじめ10mm伸ばして、釣り合い点である操作部11aを10mmずらした位置(b=10mm)としたとき、および、作用手段11の線形バネをあらかじめ20mm伸ばして、釣り合い点である操作部11aを20mmずらした位置(b=20mm)としたときの、それぞれの操作部11aの変位に対する操作力および発生力の値も測定した。操作力は、リニアガイドで拘束したフォースゲージを用いて測定し、発生力は、線形バネの一端に取り付けたロードセルにより測定した。なお、bは、図4中の「b」に対応している。測定結果を、図6に示す。 In the experiment, the balance point between the action means 11 and the support means 12 was set to b=0 mm, and the operation part 11a, which is the balance point, was moved. ), the values of the force (operating force) for moving the operating portion 11a and the force (generated force) acting on the object 1 were measured. Further, when the linear spring of the action means 11 is stretched by 10 mm in advance and the operation part 11a, which is the balance point, is shifted by 10 mm (b=10 mm), and when the linear spring of the action means 11 is stretched by 20 mm in advance and balanced. The values of the operating force and the force generated with respect to the displacement of each operating portion 11a were also measured when the operating portion 11a, which is a point, was shifted by 20 mm (b=20 mm). The operating force was measured using a force gauge constrained by a linear guide, and the generated force was measured by a load cell attached to one end of a linear spring. Note that b corresponds to "b" in FIG. The measurement results are shown in FIG.

図6に示すように、発生力に比べて、非常に小さい力で操作部11aを移動可能であることが確認された。また、操作部11aの変位が大きくなるに従って、発生力も大きくなるのに対し、操作力はほとんど変化せず、小さいままであることが確認された。例えば、b=0、10、20mmのとき、それぞれ発生力の0.8%、11%、20%程度の力で、操作部11aを移動させることができ、発生力を制御できることが確認された。このことから、bが小さい方が、操作力を小さくできることがわかる。また、操作部11aを移動させるために必要な力は、ほぼ一定であるため、モータ等による制御が容易であることがわかる。 As shown in FIG. 6, it was confirmed that the operating portion 11a could be moved with a very small force compared to the generated force. Further, it was confirmed that as the displacement of the operating portion 11a increased, the generated force also increased, while the operating force hardly changed and remained small. For example, when b = 0, 10, and 20 mm, it was confirmed that the operating portion 11a could be moved with a force of about 0.8%, 11%, and 20% of the generated force, respectively, and the generated force could be controlled. . From this, it can be seen that the smaller b is, the smaller the operating force can be. Further, since the force required to move the operating portion 11a is substantially constant, it can be seen that control by a motor or the like is easy.

1 対象物
2 被把持物

10 変位-力変換装置
11 作用手段
11a 操作部
12 支持手段
12a 逆特性要素
12b 支持体

12c 貫通孔
15 第1送りネジ
16 第1モータ
17 ナット

20 グリッパ装置
21 (一方の)把持部材
21a 第1把持面
22 (他方の)把持部材
22a 第2送りネジ
22b 把持板
22c 第2モータ
22d ナット
22e 第2把持面
23 トルクダイオード

31 非円形プーリ
32 円形プーリ
33 錘
1 object 2 object to be grasped

REFERENCE SIGNS LIST 10 displacement-force transducer 11 action means 11a operating part 12 support means 12a reverse characteristic element 12b support

12c through hole 15 first feed screw 16 first motor 17 nut

20 gripper device 21 (one) gripping member 21a first gripping surface 22 (other) gripping member 22a second feed screw 22b gripping plate 22c second motor 22d nut 22e second gripping surface 23 torque diode

31 non-circular pulley 32 circular pulley 33 weight

Claims (4)

対象物に力を作用可能に設けられた作用手段と、前記作用手段を支持する支持手段とを有する変位-力変換装置と、
1対の把持部材とを有し、
前記作用手段は、前記力の反力がかかると共に、前記反力の方向に沿って往復移動して、前記力の大きさを変更可能に設けられた操作部を有し、
前記支持手段は、前記操作部の移動と共に変化する前記反力と釣り合う力を、前記操作部に作用させるよう前記操作部に接続されており、
一方の把持部材は、前記対象物から成り、前記作用手段から作用する前記力により所定の方向に付勢されており、
他方の把持部材は、前記支持手段に取り付けられ、前記一方の把持部材との間に被把持物を把持可能に、前記一方の把持部材の付勢方向側で前記一方の把持部材に対向するよう配置されていることを
特徴とするグリッパ装置。
a displacement-to-force conversion device having an action means capable of applying a force to an object and a support means for supporting the action means;
a pair of gripping members ;
The action means has an operation part that is applied with a reaction force of the force and that reciprocates along the direction of the reaction force so as to be able to change the magnitude of the force,
the support means is connected to the operation portion so as to apply a force to the operation portion that balances the reaction force that changes with movement of the operation portion ;
one gripping member comprises the object and is urged in a predetermined direction by the force acting from the action means;
The other gripping member is attached to the support means, and is opposed to the one gripping member on the urging direction side of the one gripping member so as to be able to grip an object to be gripped between the gripping member and the one gripping member. that it is placed
A gripper device characterized by:
前記作用手段は、前記対象物に対して引く力を作用可能に設けられていることを特徴とする請求項1記載のグリッパ装置2. The gripper device according to claim 1, wherein said action means is provided so as to apply a pulling force to said object. 前記作用手段は、長さに応じて両端に作用する力が変化する弾性体から成り、一端部が前記対象物に取り付けられ、他端部が前記操作部を成していることを特徴とする請求項1または2記載のグリッパ装置The action means is composed of an elastic body that changes the force acting on both ends according to its length, and has one end attached to the object and the other end serving as the operating portion. 3. Gripper device according to claim 1 or 2. 前記作用手段は、磁石から成り、一方の極を前記対象物側に向け、他方の極に前記操作部を有していることを特徴とする請求項1または2記載のグリッパ装置3. The gripper device according to claim 1, wherein said acting means comprises a magnet having one pole directed toward said object and having said operating portion on the other pole.
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