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JP5522439B2 - Gripping device - Google Patents

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JP5522439B2
JP5522439B2 JP2009227628A JP2009227628A JP5522439B2 JP 5522439 B2 JP5522439 B2 JP 5522439B2 JP 2009227628 A JP2009227628 A JP 2009227628A JP 2009227628 A JP2009227628 A JP 2009227628A JP 5522439 B2 JP5522439 B2 JP 5522439B2
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grasped
gripping device
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gripping
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弘之 宮本
裕哲 青松
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Kyushu Institute of Technology NUC
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Description

本発明は、様々な重さを有する柔軟物から高硬度物を把持できる把持装置に関する。 The present invention relates to a gripping device that can grip a high-hardness object from a flexible object having various weights.

近年、産業界ではオートメーション化が進み、種々の分野に産業用ロボットが使用されている。そして、種々の分野で使用されている産業用ロボットが行う主な作業の一つに、ある特定位置に置かれた物体を別の特定位置に移動させる搬送作業がある。ここで、搬送作業を行う産業用ロボットの動作として重要になるのが把持動作であり、この把持動作を確実に行うために、物体を把持するロボットハンドの把持力(ロボットハンドに作用する物体からの反力)が目標把持力となるように制御している(例えば、特許文献1参照)。
また、ひとつの産業用ロボットを使用して重量の異なる物体を把持する場合、又は形状が複雑で柔軟な物体を把持する場合、物体が滑り始める際の滑りを検出したり、摩擦係数を検出したりして、把持力を高精度に制御している(例えば、非特許文献1参照)。
In recent years, automation has progressed in industry, and industrial robots are used in various fields. One of the main operations performed by industrial robots used in various fields is a transfer operation of moving an object placed at a specific position to another specific position. Here, the gripping operation is important as the operation of the industrial robot that performs the transfer work. In order to perform this gripping operation reliably, the gripping force of the robot hand that grips the object (from the object acting on the robot hand) Is controlled so as to be the target gripping force (see, for example, Patent Document 1).
Also, when gripping an object with a different weight using one industrial robot, or when gripping a flexible object with a complicated shape, it detects the slip when the object starts to slip, or detects the friction coefficient. In other words, the gripping force is controlled with high accuracy (see, for example, Non-Patent Document 1).

特開2003−245883号公報JP 2003-245883 A

前野隆司、外3名、「曲面状弾性体の内部ひずみ分布検出に基づく把持力制御法」、日本機械学会論文集(C編)、社団法人日本機械学会、1998年、第64巻、第620号、p.1258−1265Takashi Maeno, 3 others, “Gripping Force Control Method Based on Detection of Internal Strain Distribution of Curved Elastic Body”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (C), Japan Society of Mechanical Engineers, 1998, Vol. 64, 620 No., p. 1258-1265

しかしながら、特許文献1、非特許文献1に記載されているように、把持力の制御、滑りの検出、摩擦係数の検出には、多くのセンサが必要であり、産業用ロボット(ロボットハンド)の構造が複雑になると共に、製造コストが高くなるという問題がある。また、産業用ロボット(ロボットハンド)の機構が複雑になるため、メンテナンスに多くの時間を要するという問題がある。更に、把持する物体が変わる度に、物体の性質(例えば、柔軟度、摩擦係数)に合わせてセンサを交換する必要があり、汎用性に欠けるという問題も生じる。 However, as described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, many sensors are required for gripping force control, slip detection, and friction coefficient detection. There is a problem that the structure becomes complicated and the manufacturing cost increases. Moreover, since the mechanism of an industrial robot (robot hand) becomes complicated, there is a problem that a long time is required for maintenance. Furthermore, each time the object to be gripped changes, it is necessary to replace the sensor in accordance with the properties of the object (for example, flexibility, coefficient of friction), resulting in a problem of lack of versatility.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、センサを使用せず、簡単な構造で、様々な重さを有する柔軟物から高硬度物を把持することが可能な把持装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a gripping device that can grip a high-hardness object from a flexible object having various weights with a simple structure without using a sensor. Objective.

前記目的に沿う本発明に係る把持装置は、被把持物を両側から左右のパッドで挟んで吊り上げる把持装置であって、
前記被把持物の上方に配置され、該被把持物の把持に先駆けて上移動する支持体と、
前記支持体の左右両側にそれぞれ基部が第1、第2のピンと第3、第4のピンとを介して回動自在に連結され、先部が該基部より左右外側の下方位置に配置され、該それぞれの基部を中心として同期して回動する左右対称形状の斜め下向きの第1、第2の平行リンクと、
前記第1、第2の平行リンクの先部に第5、第6のピンと、第7、第8のピンを介してそれぞれ回動自在に連結された左右の連結部材と、
前記左右の連結部材の内側にあって、基部が前記左右の連結部材にそれぞれ第9、第10のピンと第11、第12のピンを介して回動自在に連結され斜め上向きに保持された第3、第4の平行リンクと、
前記第3、第4の平行リンクの先部に第13、第14のピンと第15、第16のピンを介して回動自由にそれぞれ設けられ、垂直状態を維持しながら対向配置される前記左右のパッドとを有し、
更に、前記第3、第4の平行リンクの先部にそれぞれ設けられている前記左右のパッドは、前記被把持物を前記第3、第4の平行リンクが水平に対して3°以上39°以下の範囲の上向き傾斜した状態で把持する。
A gripping device according to the present invention that meets the above-described object is a gripping device that lifts a gripped object from both sides with left and right pads,
A support body that is disposed above the object to be grasped and moves up prior to grasping the object to be grasped;
Base portions are respectively connected to the left and right sides of the support body through first, second pins and third and fourth pins so as to be rotatable, and a tip portion is disposed at a lower position on the left and right outside of the base portion. First and second parallel links having diagonally downwards and symmetrically rotating around the respective bases synchronously;
Left and right connecting members rotatably connected to the front portions of the first and second parallel links via fifth and sixth pins and seventh and eighth pins, respectively.
A base is located inside the left and right connecting members, and a base is pivotally connected to the left and right connecting members via ninth and tenth pins and eleventh and twelfth pins, respectively, and held obliquely upward. 3, a fourth parallel link;
The left and right sides are provided at the front ends of the third and fourth parallel links via the thirteenth and fourteenth pins and the fifteenth and sixteenth pins, respectively, so as to freely rotate and are arranged facing each other while maintaining a vertical state. With a pad of
Further, the left and right pads respectively provided at the tip portions of the third and fourth parallel links are arranged so that the object to be grasped is 3 ° or more and 39 ° with respect to the horizontal of the third and fourth parallel links . Grab in the state of tilting upward in the following range .

本発明に係る把持装置において、前記第1、第2の平行リンクの回動を同期させる同期回動手段は、前記支持体の幅方向中央にあって上下方向に移動可能な昇降部材と、該昇降部材にそれぞれ先部が回動自在に連結され、基部が前記第1、第2の平行リンクの対称位置にそれぞれ回動自在に連結された左右の補助連結部材とを有することが好ましい。 In the gripping device according to the present invention, the synchronous rotation means for synchronizing the rotations of the first and second parallel links is an elevating member at the center in the width direction of the support body and movable in the vertical direction. Preferably, the elevating member has left and right auxiliary connecting members each having a front portion rotatably connected thereto and a base portion rotatably connected to symmetrical positions of the first and second parallel links.

本発明に係る把持装置において、斜め上向きに保持された前記第3、第4の平行リンクは、それぞれ上端部が前記支持体に固定されて長さ調整可能な左右の連結機構によって支持されていることが好ましい。 In the gripping device according to the present invention, the third and fourth parallel links held obliquely upward are supported by left and right coupling mechanisms whose upper ends are fixed to the support body and the length thereof can be adjusted. It is preferable.

本発明に係る把持装置において、斜め上向きに保持された前記第3、第4の平行リンクは、それぞれ前記左右の連結部材と、前記第3、第4の平行リンクとの間に配置されたバネ部材によって支持することもできる。 In the gripping device according to the present invention, the third and fourth parallel links held obliquely upward are springs disposed between the left and right connecting members and the third and fourth parallel links, respectively. It can also be supported by a member.

本発明に係る把持装置において、前記左右のパッドの対向する内側面の下部には、把持された前記被把持物を下から抱える掛止つめが設けられていることが好ましい。 In the gripping device according to the present invention, it is preferable that a latching pawl for holding the gripped object from below is provided at a lower portion of the inner side surfaces of the left and right pads facing each other.

本発明に係る把持装置において、該把持装置はロボットアームの先部に設けることができる。 In the gripping device according to the present invention, the gripping device can be provided at the tip of the robot arm.

本発明に係る把持装置においては、左右のパッドが被把持物を間にして対向配置されるように支持体を被把持物の上方に配置した後、第1、第2の平行リンクを同期して左右の連結部材が近づくように回動させると、第3、第4の平行リンクの先部に設けられている左右のパッドの間隔が狭くなり、被把持物を両側から挟む。この状態で、支持体を上昇させると、第3、第4の平行リンクは、水平に対して3°以上39°以下の範囲で上向き傾斜しているので、被把持物に対する把持力が大きくなって、被把持物を掴み上げることができる。即ち、左右のパッドからの押圧力をFとし、パッドと被把持物の摩擦係数をμとし、被把持物の量をmとすると、2μF>mg(gは重力の加速度)となるように、第3、第4の平行リンクの水平に対する傾斜角度が小さくなるので、被把持物は対となる左右のパッドによってより大きな押圧力(即ち、把持力)で把持される。 In the gripping device according to the present invention, the first and second parallel links are synchronized after the support is disposed above the object to be gripped so that the left and right pads are opposed to each other with the object to be gripped therebetween. When the left and right connecting members are rotated so as to approach each other, the distance between the left and right pads provided at the tip portions of the third and fourth parallel links becomes narrow, and the object to be grasped is sandwiched from both sides. When the support is raised in this state, the third and fourth parallel links are inclined upward in the range of 3 ° to 39 ° with respect to the horizontal, so that the gripping force on the object to be gripped increases. Thus, the object to be grasped can be picked up. That is, the pressing force from the left and right pad and F, the coefficient of friction of the pad and the object to be grasped as a mu, when the mass of the object to be grasped and m, 2μF> mg (g is the acceleration of gravity) so that Since the inclination angle with respect to the horizontal of the third and fourth parallel links becomes small, the object to be grasped is grasped with a greater pressing force (ie, grasping force) by the paired left and right pads.

この場合、左右の連結部材、第3、第4の平行リンク、及び左右のパッドの片側機材質量と、第1、第2の平行リンクの傾斜角度、第3、第4の平行リンクの傾斜角度をそれぞれ設定して、被把持物に加える把持力の値を調整することで、被把持物に作用する押圧力(即ち、把持力)を最小把持力(即ち、被把持物を落下させない最小の押圧力、mg/2μ)の1.2〜1.5倍となるようにすることができる。これにより、センサを使用せず、簡単な構造で、実際に被把持物に加える実把持力を、常に被把持物を持ち上げるのに必要な最小の把持力の1.2〜1.5倍とすることができる。その結果、被把持物が、様々な重さを有する柔軟物から高硬度物であっても、被把持物の質量に応じた把持力を発生させて確実に持ち上げることができる。 In this case, the one-side equipment mass of the left and right connecting members, the third and fourth parallel links, and the left and right pads, the tilt angles of the first and second parallel links, and the tilt angles of the third and fourth parallel links And adjusting the value of the gripping force applied to the object to be gripped, the pressing force (that is, the gripping force) acting on the object to be gripped is reduced to the minimum gripping force (that is, the minimum that does not cause the object to be gripped to fall). The pressing force can be set to 1.2 to 1.5 times the mg / 2μ). As a result, the actual gripping force actually applied to the object to be gripped with a simple structure without using a sensor is always 1.2 to 1.5 times the minimum gripping force required to lift the object to be gripped. can do. As a result, even if the object to be gripped is a soft object having various weights to a high-hardness object, it can be reliably lifted by generating a gripping force corresponding to the mass of the object to be gripped.

本発明に係る把持装置において、第1、第2の平行リンクの回動を同期させる同期回動手段が、支持体の幅方向中央にあって上下方向に移動可能な昇降部材と、昇降部材にそれぞれ先部が回動自在に連結され、基部が第1、第2の平行リンクの対称位置にそれぞれ回動自在に連結された左右の補助連結部材とを有する場合、被把持物の上方に支持体を配置した状態で、被把持物に対して左右のパッドを同期させて移動(接近)させることができ、被把持物に対して左右のパッド間の距離を容易に調整することができる。 In the gripping device according to the present invention, the synchronous rotation means for synchronizing the rotations of the first and second parallel links is provided at the center of the support in the width direction and is movable in the vertical direction. Supporting above the object to be grasped when the front part has a left and right auxiliary connecting member that is pivotally connected and the base part is pivotally connected to the symmetrical position of the first and second parallel links. With the body disposed, the left and right pads can be moved (approached) in synchronization with the object to be grasped, and the distance between the left and right pads can be easily adjusted with respect to the object to be grasped.

本発明に係る把持装置において、斜め上向きに保持された第3、第4の平行リンクが、それぞれ上端部が支持体に固定されて長さ調整可能な左右の連結機構によって支持されている場合、第3、第4の平行リンクの自重の作用の全部又は一部を除去することができ、第3、第4の平行リンクによる締め付け力の下限値を小さく設定でき、耐荷重の小さな被把持物(例えば、豆腐、トマト)の把持が可能になる。 In the gripping device according to the present invention, when the third and fourth parallel links held obliquely upward are respectively supported by left and right coupling mechanisms whose upper ends are fixed to the support body and the lengths can be adjusted, All or a part of the action of the weight of the third and fourth parallel links can be removed, the lower limit value of the tightening force by the third and fourth parallel links can be set small, and the object to be gripped has a small load resistance (For example, tofu and tomato) can be gripped.

本発明に係る把持装置において、斜め上向きに保持された第3、第4の平行リンクが、それぞれ左右の連結部材と、第3、第4の平行リンクとの間に配置されたバネ部材によって支持されている場合、第3、第4の平行リンクの自重の作用の全部又は一部を除去することができ、第3、第4の平行リンクによる締め付け力の下限値を小さく設定でき、耐荷重の小さな被把持物(例えば、豆腐、トマト)の把持が可能になる。 In the gripping device according to the present invention, the third and fourth parallel links held obliquely upward are supported by spring members disposed between the left and right connecting members and the third and fourth parallel links, respectively. In this case, all or part of the action of the weight of the third and fourth parallel links can be removed, the lower limit of the tightening force by the third and fourth parallel links can be set small, and the load resistance Of small objects to be grasped (for example, tofu and tomato).

本発明に係る把持装置において、左右のパッドの対向する内側面の下部に、把持された被把持物を下から抱える掛止つめが設けられている場合、把持した被把持物を安定して保持することができる。 In the gripping device according to the present invention, when a latching claw for holding the gripped object from below is provided at the lower part of the opposing inner surface of the left and right pads, the gripped object is stably held. can do.

本発明に係る把持装置において、把持装置をロボットアームの先部に設ける場合、ロボットアームの機能を安価かつ容易に向上させることができる。 In the gripping device according to the present invention, when the gripping device is provided at the tip of the robot arm, the function of the robot arm can be easily improved at low cost.

本発明の第1の実施の形態に係る把持装置の説明図である。It is explanatory drawing of the holding | gripping apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 変形例に係る左右のパッドの説明図である。It is explanatory drawing of the right-and-left pad which concerns on a modification. (A)、(B)、(C)は本発明の第1の実施の形態に係る把持装置の作用を示す説明図である。(A), (B), (C) is explanatory drawing which shows the effect | action of the holding | gripping apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る把持装置の説明図である。It is explanatory drawing of the holding | gripping apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 実施例における被把持物の相関関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the correlation of the to-be-held object in an Example.

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る把持装置10は、図示しないロボットアームの先部に設けられており、載置台11上に置かれた被把持物12を両側から左右のパッド13、14で挟んで吊り上げるものである。この把持装置10は、被把持物12の上方に配置され、被把持物12の把持に先駆けて上移動する支持体15と、支持体15の左右両側にそれぞれ基部が第1、第2のピン16、17と第3、第4のピン18、19とを介して回動自在に連結され、先部が基部より左右外側の下方位置に配置され、それぞれの基部を中心として同期して回動する左右対称形状の斜め下向きの第1、第2の平行リンク20、21と、第1、第2の平行リンク20、21の先部に第5、第6のピン22、23と、第7、第8のピン24、25を介してそれぞれ回動自在に連結された左右の連結部材26、27と、左右の連結部材26、27の内側にあって、基部が左右の連結部材26、27にそれぞれ第9、第10のピン28、29と第11、第12のピン30、31を介して回動自在に連結され斜め上向きとなった第3、第4の平行リンク32、33と、第3、第4の平行リンク32、33の先部に第13、第14のピン34、35と第15、第16のピン36、37を介して回動自由にそれぞれ設けられ、垂直状態を維持しながら対向配置される左右のパッド13、14とを有している。更に、第3、第4の平行リンク32、33の先部にそれぞれ設けられている左右のパッド13、14は、被把持物12を第3、第4の平行リンク32、33が水平に対して40度未満の上向き傾斜した状態で把持している。以下、詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention.
As shown in FIG. 1, a gripping device 10 according to a first embodiment of the present invention is provided at a tip portion of a robot arm (not shown), and holds an object to be gripped 12 placed on a mounting table 11 on both sides. From the left and right pads 13 and 14, it is lifted. The gripping device 10 is disposed above the object to be gripped 12 and moves upward prior to gripping the object to be gripped 12, and bases on the left and right sides of the support 15 are first and second pins, respectively. 16 and 17 and third and fourth pins 18 and 19 are connected to each other in a freely rotatable manner, and the tip portion is disposed at a lower position on the left and right outside of the base portion, and is rotated around each base portion in synchronization. The first and second parallel links 20 and 21 obliquely downward in the left-right symmetric shape, the fifth and sixth pins 22 and 23 at the front portions of the first and second parallel links 20 and 21, and the seventh The left and right connecting members 26 and 27 are connected to each other through the eighth pins 24 and 25, respectively, and the inner side of the left and right connecting members 26 and 27 has a base portion on the left and right connecting members 26 and 27. 9th and 10th pins 28 and 29 and 11th and 12th pins 30, respectively. The third and fourth parallel links 32 and 33 that are pivotally connected to each other through 1 and obliquely upward, and the thirteenth and fourteenth pins at the tips of the third and fourth parallel links 32 and 33 34 and 35 and 15th and 16th pins 36 and 37 are provided to freely rotate, and have left and right pads 13 and 14 that face each other while maintaining a vertical state. Further, the left and right pads 13 and 14 provided at the front portions of the third and fourth parallel links 32 and 33 respectively hold the object 12 with respect to the third and fourth parallel links 32 and 33 horizontally. And gripping in an inclined state of less than 40 degrees. Details will be described below.

支持体15は、上部にロボットアームの先部に連結される図示しない連結手段を備えた、例えば、左右対称な形状の取付け固定部38を有している。そして、取付け固定部38の下側には、取付け固定部38の幅方向両側に対向して第1、第2の平行リンク20、21の基部が回動可能に連結されている。 The support 15 has, for example, a mounting and fixing portion 38 having a symmetrical shape, for example, provided with connecting means (not shown) connected to the front portion of the robot arm. And the base part of the 1st, 2nd parallel links 20 and 21 is connected to the lower side of the attachment fixing | fixed part 38 facing the both sides of the width direction of the attachment fixing | fixed part 38 so that rotation is possible.

ここで、第1の平行リンク20は、上下方向に間隔を設けて平行に対向配置された対となる板材39、40を、第2の平行リンク21は、上下方向に間隔を設けて平行に対向配置された対となる板材41、42をそれぞれ備えている。なお、横又は縦に配置された板材39〜42は同一形状で、断面多角形又は円形の棒材であってもよい(以下の実施の形態における板材においても同じ)。そして、板材39、40の基部は、それぞれ第1、第2のピン16、17を介して取付け固定部38の左下側に取付けられている。
また、板材41、42の基部は、それぞれ第3、第4のピン18、19を介して取付け固定部38の右下側に取付けられている。なお、符号43、44、45、46は、取付け固定部38に設けられた第1〜第4のピン16〜19の軸受けである。
Here, the first parallel link 20 is provided with a pair of plate members 39 and 40 that are arranged opposite to each other in parallel in the vertical direction, and the second parallel link 21 is provided in parallel with a space in the vertical direction. A pair of opposing plate members 41 and 42 are provided. In addition, the board | plate materials 39-42 arrange | positioned horizontally or vertically may be the same shape, and a cross-sectional polygonal or circular rod may be sufficient (the same also in the board | plate material in the following embodiment). The base portions of the plate members 39 and 40 are attached to the lower left side of the attachment fixing portion 38 via the first and second pins 16 and 17, respectively.
Further, the base portions of the plate members 41 and 42 are attached to the lower right side of the attachment fixing portion 38 via the third and fourth pins 18 and 19, respectively. Reference numerals 43, 44, 45, and 46 are bearings for the first to fourth pins 16 to 19 provided in the attachment fixing portion 38.

更に、把持装置10は、支持体15の取付け固定部38の幅方向中央にあって上下方向に移動可能な昇降部材47と、昇降部材47にそれぞれ先部が、例えば、第1の連結ピン48を介して回動自在に連結され、基部が第1、第2の平行リンク20、21の板材39、41の対称位置にそれぞれ、例えば、第2、第3の連結ピン49、50を介して回動自在に連結された左右の補助連結部材の一例である連結ロッド51、52とを有する同期回動手段53を備えている。そして、支持体15は、取付け固定部38の幅方向中央に取付けられ、その幅方向中央に上下方向に沿って凹溝54が形成されたスライドレール55を有し、昇降部材47は凹溝54内に上下方向に移動可能に収納されている。
これによって、被把持物12の上方に支持体15を配置し、昇降部材47を上下して、第1、第2の平行リンク20、21を基部を中心として同期して回動させることができる。その結果、被把持物12に対して左右のパッド13、14を同期させて移動させることが可能になって、被把持物12に対して左右のパッド13、14間の距離を容易に調整することができる。
Furthermore, the gripping device 10 has a lifting member 47 that is movable in the vertical direction at the center in the width direction of the mounting and fixing portion 38 of the support 15, and a tip portion of each of the lifting members 47, for example, a first connecting pin 48. The base part is connected to the symmetrical positions of the plate members 39 and 41 of the first and second parallel links 20 and 21, respectively, for example, via the second and third connection pins 49 and 50, respectively. Synchronous rotation means 53 having connecting rods 51 and 52, which are examples of left and right auxiliary connecting members that are rotatably connected, is provided. The support 15 has a slide rail 55 that is attached to the center of the attachment fixing portion 38 in the width direction and that has a groove 54 formed in the center in the width direction along the vertical direction. It is accommodated in the inside so as to be movable in the vertical direction.
As a result, the support body 15 is disposed above the object to be grasped 12, the elevating member 47 is moved up and down, and the first and second parallel links 20 and 21 can be rotated synchronously around the base. . As a result, the left and right pads 13 and 14 can be moved synchronously with respect to the object 12 and the distance between the left and right pads 13 and 14 can be easily adjusted with respect to the object 12. be able to.

左右の連結部材26、27は、それぞれ板材又は棒材で構成されている。ここで、左の連結部材26の上側は、第1の平行リンク20の板材39、40の先部と、それぞれ第5、第6のピン22、23を介して回動自在にそれぞれ連結されている。また、右の連結部材27の上側は、第2の平行リンク21の板材41、42の先部と、それぞれ第7、第8のピン24、25を介して回動自在にそれぞれ連結されている。なお、符号56、57は、左の連結部材26の上側に設けられた第5、第6のピン22、23の軸受け、符号58、59は、右の連結部材27の上側に設けられた第7、第8のピン24、25の軸受けである。 The left and right connecting members 26 and 27 are each made of a plate material or a bar material. Here, the upper side of the left connecting member 26 is rotatably connected to the front portions of the plate members 39 and 40 of the first parallel link 20 via the fifth and sixth pins 22 and 23, respectively. Yes. Further, the upper side of the right connecting member 27 is rotatably connected to the tip portions of the plate members 41 and 42 of the second parallel link 21 via the seventh and eighth pins 24 and 25, respectively. . Reference numerals 56 and 57 are bearings of the fifth and sixth pins 22 and 23 provided on the upper side of the left connecting member 26, and reference numerals 58 and 59 are the upper ends of the right connecting member 27. 7 and bearings of the eighth pins 24 and 25.

第3の平行リンク32は、上下方向に間隔を設けて平行に対向配置された対となる板材60、61を、第4の平行リンク33は、上下方向に間隔を設けて平行に対向配置された対となる板材62、63をそれぞれ備えている。そして、板材60、61、62、63は同一形状である。そして、板材60、61の基部は、それぞれ第9、第10のピン28、29を介して左の連結部材26の下側にそれぞれ取付けられている。また、板材62、63の基部は、それぞれ第11、第12のピン30、31を介して右の連結部材27の下側にそれぞれ取付けられている。なお、符号64、65は、左の連結部材26の下側に設けられた第9、第10のピン28、29の軸受け、符号66、67は、右の連結部材27の下側に設けられた第11、第12のピン30、31の軸受けである。 The third parallel link 32 is a pair of plate members 60 and 61 that are arranged in parallel with a gap in the vertical direction, and the fourth parallel link 33 is arranged in parallel with a gap in the vertical direction. A pair of plate members 62 and 63 are provided. And plate material 60, 61, 62, 63 is the same shape. The base portions of the plate members 60 and 61 are attached to the lower side of the left connecting member 26 via the ninth and tenth pins 28 and 29, respectively. The base portions of the plate members 62 and 63 are respectively attached to the lower side of the right connecting member 27 via eleventh and twelfth pins 30 and 31, respectively. Reference numerals 64 and 65 are bearings for the ninth and tenth pins 28 and 29 provided on the lower side of the left connecting member 26, and reference numerals 66 and 67 are provided on the lower side of the right connecting member 27. This is a bearing for the eleventh and twelfth pins 30 and 31.

更に、第3、第4の平行リンク32、33と左右の連結部材26、27との間にはそれぞれバネ部材の一例であるコイルバネ68、69が設けられ、第3、第4の平行リンク32、33がそれぞれ自重で回動するのを防止している。これによって、第3、第4の平行リンク32、33で左右のパッド13、14を被把持物12に当接させて締め付けた際に、第3、第4の平行リンク32、33の自重の作用を締め付け力から除去することができ、第3、第4の平行リンク32、33による締め付け力の下限値が小さくなって耐荷重の小さな被把持物12の把持が可能になる。 Further, coil springs 68 and 69, which are examples of spring members, are provided between the third and fourth parallel links 32 and 33 and the left and right connecting members 26 and 27, respectively, and the third and fourth parallel links 32. , 33 are prevented from rotating by their own weight. Thus, when the left and right pads 13 and 14 are brought into contact with the object to be grasped 12 and tightened by the third and fourth parallel links 32 and 33, the weights of the third and fourth parallel links 32 and 33 are reduced. The action can be removed from the tightening force, and the lower limit value of the tightening force by the third and fourth parallel links 32 and 33 becomes small, and the object 12 with a small load resistance can be gripped.

左のパッド13は、上側に第3の平行リンク32の板材60、61の先部が、それぞれ第13、第14のピン34、35を介して回動自在に連結されたパッド基材70と、パッド基材70の表面側に貼着され、被把持物12の左側に当接する、例えばゴムスポンジで形成された凹凸状の把持面を備えた把持部71を有している。また、右のパッド14は、上側に第4の平行リンク33の板材62、63の先部が、それぞれ第15、第16のピン36、37を介して回動自在に連結されたパッド基材72と、パッド基材72の表面側に貼着され、被把持物12の右側に当接する、例えばゴムスポンジで形成された凹凸状の把持面を備えた把持部73を有している。なお、パッド基材70と把持部71の間の貼着力は、被把持物12の半分の重量が負荷された際に十分耐えられる強度となっている。また、パッド基材72と把持部73の間の貼着力は、被把持物12の半分の重量が負荷された際に十分耐えられる強度となっている。なお、符号74、75は、パッド基材70の上側に設けられた第13、第14のピン34、35の軸受け、符号76、77は、パッド基材72の上側に設けられた第15、第16のピン36、37の軸受けである。 The left pad 13 has a pad base material 70 in which the tip portions of the plate members 60 and 61 of the third parallel link 32 are rotatably connected via the thirteenth and fourteenth pins 34 and 35, respectively. A gripping portion 71 having an uneven gripping surface made of, for example, a rubber sponge is attached to the front surface side of the pad base material 70 and comes into contact with the left side of the object to be gripped 12. Further, the right pad 14 has a pad base material in which the top portions of the plate members 62 and 63 of the fourth parallel link 33 are rotatably connected via the fifteenth and sixteenth pins 36 and 37, respectively. 72 and a gripping portion 73 having a concavo-convex gripping surface formed of, for example, a rubber sponge, which is attached to the front surface side of the pad base material 72 and abuts on the right side of the object to be gripped 12. In addition, the sticking force between the pad base material 70 and the gripping portion 71 is sufficiently strong to withstand when half the weight of the object to be gripped 12 is loaded. Moreover, the sticking force between the pad base material 72 and the gripping portion 73 has a strength that can be sufficiently withstood when half the weight of the object to be gripped 12 is loaded. Reference numerals 74 and 75 are bearings of the thirteenth and fourteenth pins 34 and 35 provided on the upper side of the pad base material 70, and reference numerals 76 and 77 are fifteenth and fifteenth provided on the upper side of the pad base material 72. This is a bearing for the sixteenth pins 36 and 37.

図2に、変形例に係る左右のパッド78、79を示す。
左右のパッド78、79では、第3の平行リンク32の板材60、61の先部が、それぞれ第13、第14のピン34、35を介して回動自在に連結されるパッド基材80の内側面の下部、第4の平行リンク33の板材62、63の先部がそれぞれ第15、第16のピン36、37を介して回動自在に連結されるパッド基材81の内側面の下部に、それぞれ被把持物12を下から抱える掛止つめ82、83が設けられている。そして、パッド基材80、81の表面側には、それぞれ被把持物12に当接する、例えばゴムスポンジで形成された凹凸状の把持面を備えた把持部84、85が貼着されている。これによって、左右のパッド78、79で被把持物12を把持する際に、被把持物12を下側から掛止することができ、把持した被把持物12を更に安定して保持することができる。なお、掛止つめ82、83で被把持物12の底面の左右両側を確実に掛止できるように、被把持物12を載置する載置台86は、少なくとも被把持物12の底面の左右両側を露出させた状態で載置することが可能な形状であることが好ましい。
FIG. 2 shows left and right pads 78 and 79 according to a modification.
In the left and right pads 78, 79, the tip portions of the plate members 60, 61 of the third parallel link 32 are connected to the pad base member 80 so as to be rotatable through thirteenth and fourteenth pins 34, 35, respectively. The lower part of the inner side surface of the pad base material 81 to which the lower part of the inner side surface and the tip parts of the plate members 62 and 63 of the fourth parallel link 33 are rotatably connected via the fifteenth and sixteenth pins 36 and 37, respectively. Further, latching pawls 82 and 83 for holding the object 12 from below are provided. Further, on the surface side of the pad bases 80 and 81, gripping portions 84 and 85 each having a concavo-convex gripping surface made of, for example, a rubber sponge are attached to be in contact with the object 12 to be gripped. As a result, when the object to be grasped 12 is grasped by the left and right pads 78 and 79, the object to be grasped 12 can be hooked from the lower side, and the grasped object to be grasped 12 can be held more stably. it can. Note that the mounting table 86 on which the object to be grasped 12 is placed is at least both the left and right sides of the bottom surface of the object to be grasped 12 so that the right and left sides of the bottom surface of the object to be grasped 12 can be reliably retained by the latching claws 82 and 83. It is preferable that it is a shape which can be mounted in the state which exposed.

続いて、本発明の第1の実施の形態に係る把持装置10の作用について、図1、図3(A)〜(C)を用いて説明しながら、把持装置10の設計方法について併せて説明する。なお、図3(A)〜(C)では、支持体15の取付け固定部38の幅方向中央にあって上下方向に移動可能な昇降部材47、昇降部材47と第1、第2の平行リンク20、21の板材39、41の対称位置とをそれぞれ連結する左右の連結ロッド51、52、昇降部材47の移動をガイドするスライドレール55の記載を省略している。
先ず、図1に示すように、スライドレール55の凹溝54内を移動する昇降部材47を上下に移動させて、第1、第2の平行リンク20、21を内側の基部を中心として同期して回動させて、対向配置された左右のパッド13、14間の距離が質量mの被把持物12の幅より大きくなるように調整した後、昇降部材47を凹溝54内で固定する。そして、図3(A)に示すように、支持体15が載置台11に置かれた被把持物12の上方に配置されるように支持体15を位置決めした後、支持体15を少し下降させて、左右のパッド13、14が載置台11との間に隙間を有し、被把持物12を間にして対向配置されるようにする。
Subsequently, the operation of the gripping device 10 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 3A to 3C, and the design method of the gripping device 10 will also be described. To do. 3A to 3C, the lifting member 47, the lifting member 47 and the first and second parallel links that are movable in the vertical direction at the center in the width direction of the mounting and fixing portion 38 of the support 15 are shown. Description of the left and right connecting rods 51 and 52 that connect the symmetrical positions of the plate materials 39 and 41 of the 20 and 21 and the slide rail 55 that guides the movement of the elevating member 47 is omitted.
First, as shown in FIG. 1, the elevating member 47 that moves in the groove 54 of the slide rail 55 is moved up and down to synchronize the first and second parallel links 20 and 21 around the inner base. Then, the elevating member 47 is fixed in the concave groove 54 after adjusting the distance between the left and right pads 13 and 14 arranged opposite to each other so as to be larger than the width of the object 12 having mass m. Then, as shown in FIG. 3A, after positioning the support 15 so that the support 15 is disposed above the object 12 placed on the mounting table 11, the support 15 is slightly lowered. Thus, the left and right pads 13 and 14 have a gap with the mounting table 11 and are arranged to face each other with the object 12 to be gripped therebetween.

次いで、昇降部材47の固定を解除すると、第1、第2の平行リンク20、21の先部には、左右の連結部材26、27に作用する重力、第3、第4の平行リンク32、33に作用する重力、及び左右のパッド13、14に作用する重力が負荷されるので、同期回動手段53により、第1、第2の平行リンク20、21は基部を中心として同期して回動する。これにより、被把持物12の上方に支持体15を配置した状態で、第1、第2の平行リンク20、21の先部に回動自在に連結された左右の連結部材26、27のそれぞれの内側にある第3、第4の平行リンク32、33を同期して被把持物12に接近させることができる。なお、ここで昇降部材47の上下位置を調整することによって、被把持物12に対して左右のパッド13、14間の距離を容易に調整できる。即ち、図3(B)に示すように、第3、第4の平行リンク32、33の先部にそれぞれ設けられた左右のパッド13、14を被把持物12の両側に僅少の隙間を有して配置又は軽く当接させることができる。 Next, when the fixing of the elevating member 47 is released, gravity acting on the left and right connecting members 26 and 27, the third and fourth parallel links 32, Since the gravity acting on 33 and the gravity acting on the left and right pads 13 and 14 are loaded, the first and second parallel links 20 and 21 rotate synchronously around the base by the synchronous rotation means 53. Move. Accordingly, the left and right connecting members 26 and 27 that are rotatably connected to the front portions of the first and second parallel links 20 and 21 in a state where the support 15 is disposed above the object 12 to be grasped, respectively. The third and fourth parallel links 32 and 33 on the inner side of the object can be synchronized with the object to be grasped 12. Here, by adjusting the vertical position of the elevating member 47, the distance between the left and right pads 13, 14 with respect to the object to be grasped 12 can be easily adjusted. That is, as shown in FIG. 3B, the left and right pads 13 and 14 provided at the tip portions of the third and fourth parallel links 32 and 33 are provided with a small gap on both sides of the object 12 to be grasped. Can be arranged or lightly abutted.

左右のパッド13、14を被把持物12の両側に軽く当接させた後(又は近接配置した後)、支持体15を上昇させると、支持体15の上昇と共に、第1、第2の平行リンク20、21、左右の連結部材26、27、第3、第4の平行リンク32、33、及び左右のパッド13、14が一体で上昇する。このとき、図3(C)に示すように、左右のパッド13、14に連結されている第3、第4の平行リンク32、33が内側回動(図1において第3の平行リンク32が時計方向に回動し、第4の平行リンク33が反時計方向に回動することをいう)し、被把持物12をパッド13、14が押圧する。これによって、左右のパッド13、14と被把持物12との間に生じる摩擦力により第3、第4の平行リンク32、33は基部を中心として同期して更に内側回動する。ここで、左右のパッド13、14で被把持物12を締め付けた際に、第3、第4の平行リンク32、33は水平に対して40度未満の上向き傾斜状態となっているので、第3、第4の平行リンク32、33が回動した際に、左右のパッド13、14による被把持物12に対する締め付け力を増加させることができ、締め付け力に伴って摩擦力も増加させることができる。 After the left and right pads 13 and 14 are lightly brought into contact with both sides of the object to be grasped 12 (or after being placed close to each other), when the support 15 is raised, the first and second parallels are raised along with the rise of the support 15. The links 20 and 21, the left and right connecting members 26 and 27, the third and fourth parallel links 32 and 33, and the left and right pads 13 and 14 are integrally raised. At this time, as shown in FIG. 3C, the third and fourth parallel links 32 and 33 connected to the left and right pads 13 and 14 are pivoted inward (in FIG. 1, the third parallel link 32 is This means that the fourth parallel link 33 rotates counterclockwise), and the pads 13 and 14 press the object to be grasped 12. As a result, the third and fourth parallel links 32 and 33 further rotate inwardly around the base by the frictional force generated between the left and right pads 13 and 14 and the object 12 to be grasped. Here, when the object to be grasped 12 is tightened with the left and right pads 13 and 14, the third and fourth parallel links 32 and 33 are in an upward inclined state of less than 40 degrees with respect to the horizontal. When the third and fourth parallel links 32 and 33 are rotated, the tightening force of the left and right pads 13 and 14 against the object 12 can be increased, and the frictional force can be increased with the tightening force. .

左右のパッド13、14と被把持物12との間に生じる摩擦力(被把持物12を保持する力)が増加して、摩擦力の合力が被把持物12に作用する重力に一致した時点で、左右のパッド13、14と被把持物12との間に発生していた滑りが消失し、被把持物12を左右のパッド13、14で把持することができる。このとき、第1、第2の平行リンク20、21の水平に対する傾斜角度θ、第3、第4の平行リンク32、33の水平に対する傾斜角度θはそれぞれ一義的に決まり、第1、第2の平行リンク20、21、左右の連結部材26、27、第3、第4の平行リンク32、33、左右のパッド13、14、及び被把持物12は一体化する。更に、左右のパッド13、14、と第3、第4の平行リンク32、33のなす角度も一義的に決まるので、コイルバネ68、69と第3、第4の平行リンク32、33とのなす角度θも一義的に決まる。 When the frictional force generated between the left and right pads 13, 14 and the object to be grasped 12 (force for holding the object to be grasped 12) increases and the resultant force of the frictional force coincides with the gravity acting on the object to be grasped 12. Thus, the slip generated between the left and right pads 13 and 14 and the object to be grasped 12 disappears, and the object to be grasped 12 can be grasped by the left and right pads 13 and 14. At this time, the inclination angle θ 1 with respect to the horizontal of the first and second parallel links 20, 21 and the inclination angle θ 2 with respect to the horizontal of the third and fourth parallel links 32, 33 are uniquely determined, respectively, The second parallel links 20 and 21, the left and right connecting members 26 and 27, the third and fourth parallel links 32 and 33, the left and right pads 13, 14 and the object to be grasped 12 are integrated. Further, since the angle formed by the left and right pads 13 and 14 and the third and fourth parallel links 32 and 33 is also uniquely determined, the coil springs 68 and 69 and the third and fourth parallel links 32 and 33 are formed. The angle θ 3 is also uniquely determined.

ここで、第1、第2の平行リンク20、21、左右の連結部材26、27、第3、第4の平行リンク32、33、左右のパッド13、14、及び被把持物12が一体化すると、被把持物12に加わる総締め付け力(被把持物12に加えられる把持力)Fliftは、第1、第2の平行リンク20、21による締め付け力F1と、第3、第4の平行リンク32、33による締め付け力F2と、第3、第4の平行リンク32、33の自重の作用を締め付け力から除去するコイルバネ68、69による負荷打消し力F3の総和となる。これにより、被把持物12に加わる総締め付け力Fliftを、左右のパッド13、14と被把持物12との間に生じる摩擦力、すなわち、被把持物12の質量mに比例した大きさとすることができ、耐荷重の小さな被把持物12に対しても締め付けが可能になる。 Here, the first and second parallel links 20 and 21, the left and right connecting members 26 and 27, the third and fourth parallel links 32 and 33, the left and right pads 13 and 14, and the object to be grasped 12 are integrated. Then, the total tightening force applied to the object to be grasped 12 (gripping force applied to the object to be grasped 12) F lift is equal to the tightening force F 1 by the first and second parallel links 20 and 21 and the third and fourth. This is the sum of the tightening force F 2 by the parallel links 32 and 33 and the load canceling force F 3 by the coil springs 68 and 69 for removing the action of the weight of the third and fourth parallel links 32 and 33 from the tightening force. Thus, the total fastening force F lift applied to the object to be grasped 12 is set to a magnitude proportional to the frictional force generated between the left and right pads 13 and 14 and the object to be grasped 12, that is, the mass m of the object to be grasped 12. Therefore, it is possible to tighten the object 12 having a small load resistance.

ここで、Fは、第1、第2の平行リンク20、21の質量、左右の連結部材26、27の質量、第3、第4の平行リンク32、33の質量、及び左右のパッド19、20の質量によって決定される片側機材質量xと、第1、第2の平行リンク20、21にかかる被把持物12の半分の質量m/2との総和に作用する重力(x+m/2)g並びに角度θを用いてF=(x+m/2)gcosθsinθとなる。また、Fは、第3、第4の平行リンク32、33にかかる被把持物12の半分の重力mg/2と角度θを用いて、F=(mg/2)cosθsinθとなる。更に、Fは、コイルバネ68、69のバネ定数kと、バネの伸びsと、角度θを用いて、F=kscos(θ−θ)となる。 Here, F 1 is the mass of the first and second parallel links 20 and 21, the mass of the left and right connecting members 26 and 27, the mass of the third and fourth parallel links 32 and 33, and the left and right pads 19. , Gravity acting on the sum of the one-side equipment mass x determined by the mass of 20 and the mass m / 2 of the half of the object 12 to be gripped on the first and second parallel links 20 and 21 (x + m / 2) g and with an angle theta 1 becomes F 1 = (x + m / 2) gcosθ 1 sinθ 1. Further, F 2 is F 2 = (mg / 2) cos θ 2 sin θ 2 using gravity mg / 2 of half of the object 12 to be gripped on the third and fourth parallel links 32 and 33 and the angle θ 2. It becomes. Further, F 3 becomes F 3 = kscos (θ 3 −θ 2 ) using the spring constant k of the coil springs 68 and 69, the spring extension s, and the angle θ 3 .

一般に、人が被把持物12を手(指)で把持して持ち上げる場合、指と被把持物12との間の摩擦係数μ及び被把持物12の質量mが変化しても、被把持物12を把持して持ち上げる際に必要な最低限の把持力(必要把持力)mg/(2μ)と、被把持物12に加えられる把持力Fとの間には、F/(mg/(2μ))の値が1.2〜1.5となることが知られている。一方、左右のパッド13、14で被把持物12を把持する場合、被把持物12に加える把持力Fliftは、F+F−Fから求まる算出把持力となるので、片側機材質量x、角度θ、θ、θ、バネ定数k、左右のパッド13、14と被把持物12の間の摩擦係数μの値をそれぞれ調整して、被把持物に加える算出把持力の値を調整することで、算出把持力/必要把持力の値を1.2〜1.5とすることができる。これにより、被把持物12が、様々な重さを有する柔軟物から高硬度物であっても、センサを使用せず、簡単な構造で、被把持物12の質量に応じた把持力を発生させて、被把持物12を確実に持ち上げることができる。 In general, when a person grips and lifts the object to be grasped 12 with his / her hand (finger), the object to be grasped is changed even if the friction coefficient μ between the finger and the object to be grasped 12 and the mass m of the object to be grasped 12 change. 12 minimum gripping force required to lift grips a and (required gripping force) mg / (2μ), between the gripping force F 0 applied to the object to be grasped 12, F 0 / (mg / It is known that the value of (2μ) is 1.2 to 1.5. On the other hand, when the object to be grasped 12 is grasped by the left and right pads 13, 14, the grasping force F lift applied to the object to be grasped 12 is a calculated grasping force obtained from F 1 + F 2 −F 3. , Angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , spring constant k, value of the friction coefficient μ between the left and right pads 13, 14 and the object to be grasped 12, and the value of the calculated grasping force applied to the object to be grasped By adjusting, the value of the calculated gripping force / required gripping force can be set to 1.2 to 1.5. As a result, even if the object to be grasped 12 is a soft object having various weights to a high hardness object, a gripping force corresponding to the mass of the object to be grasped 12 is generated with a simple structure without using a sensor. Thus, the object to be grasped 12 can be reliably lifted.

次に、本発明の第2の実施の形態に係る把持装置87について、図4を用いて説明する。ここで、第2の実施の形態に係る把持装置87は、第1の実施の形態に係る把持装置10と比較して、第3、第4の平行リンク32、33と左右の連結部材26、27との間にそれぞれコイルバネ68、69を設けて、上向きに保持された第3、第4の平行リンク32、33が自重で回動するのを防止する代わりに、第3、第4の平行リンク32、33が、それぞれ上端部が支持体15に固定されて長さ調整可能な左右の連結機構88、89によって支持されて、上向きに保持された第3、第4の平行リンク32、33が自重で回動するのを防止することが特徴となっている。このため、左右の連結機構88、89に関してのみ説明し、第1の実施の形態に係る把持装置10と同一の構成部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 Next, a gripping device 87 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, as compared with the gripping device 10 according to the first embodiment, the gripping device 87 according to the second embodiment has third and fourth parallel links 32 and 33 and left and right connecting members 26, Instead of preventing the third and fourth parallel links 32 and 33 held upward from rotating by their own weight, coil springs 68 and 69 are provided between the third and fourth parallel links 32 and 33, respectively. The links 32 and 33 are supported by left and right connecting mechanisms 88 and 89 whose upper ends are fixed to the support 15 and the lengths thereof are adjustable, respectively, and the third and fourth parallel links 32 and 33 held upward. It is characterized in that it is prevented from rotating by its own weight. For this reason, only the left and right coupling mechanisms 88 and 89 will be described, and the same components as those in the gripping apparatus 10 according to the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

左の連結機構88は、支持体15の左側に基側が左取付けピン90を介して回動可能に取付けられた左アクチュエータ91と、左アクチュエータ91の駆動ロッド92に基部が接続され、先部が第3の平行リンク32の板材60に図示しないピンを介して回動自在に連結される左の懸垂紐93とを有している。右の連結機構89は、支持体15の右側に基側が左取付けピン94を介して回動可能に取付けられた右アクチュエータ95と、右アクチュエータ95の駆動ロッド96に基部が接続され、先部が第4の平行リンク33の板材62に図示しないピンを介して回動自在に連結される右の懸垂紐97とを有している。
このような構成とすることで、左右アクチュエータ91、95を操作して駆動ロッド92、96を移動させることで、第3、第4の平行リンク32、33の自重による回動を防止しながら、第1、第2の平行リンク20、21の回動に伴って第3、第4の平行リンク32、33を回動させて、被把持物12に対して左右のパッド13、14間の距離を容易に調整する。即ち、第3、第4の平行リンク32、33の先部にそれぞれ設けられた左右のパッド13、14を被把持物12の両側に僅少の隙間を有して配置又は軽く当接させることができる。
The left coupling mechanism 88 has a base connected to a left actuator 91 rotatably attached to the left side of the support 15 via a left mounting pin 90 and a drive rod 92 of the left actuator 91, and a tip is connected to the left actuator 91. A left suspension strap 93 is rotatably connected to the plate member 60 of the third parallel link 32 via a pin (not shown). The right coupling mechanism 89 has a base connected to the right actuator 95 rotatably attached to the right side of the support 15 via a left mounting pin 94 and a drive rod 96 of the right actuator 95, and a tip is connected to the right actuator 95. A right suspension strap 97 is rotatably connected to the plate member 62 of the fourth parallel link 33 via a pin (not shown).
By adopting such a configuration, by operating the left and right actuators 91 and 95 to move the drive rods 92 and 96, while preventing the third and fourth parallel links 32 and 33 from rotating due to their own weight, The distance between the left and right pads 13 and 14 with respect to the object to be grasped 12 by rotating the third and fourth parallel links 32 and 33 with the rotation of the first and second parallel links 20 and 21. To adjust easily. That is, the left and right pads 13 and 14 provided at the front portions of the third and fourth parallel links 32 and 33 are arranged or slightly brought into contact with both sides of the object 12 with a slight gap. it can.

本発明の第2の実施の形態に係る把持装置87の作用は、第1の実施の形態に係る把持装置10と同一なので説明は省略する。
なお、第1、第2の平行リンク20、21、左右の連結部材26、27、第3、第4の平行リンク32、33、左右のパッド13、14、及び被把持物12が一体化した際に被把持物12に加わる総締め付け力(被把持物12に加えられる把持力)Fliftは、第1、第2の平行リンク20、21による締め付け力F1(=(x+m/2)gcosθsinθ)と、第3、第4の平行リンク32、33による締め付け力F2(=(mg/2)cosθsinθ)の総和から、左右の懸垂紐93、97による引張力Fを差し引いたもの、即ち、F1+F2−Fとなる。
Since the operation of the gripping device 87 according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the gripping device 10 according to the first embodiment, description thereof is omitted.
The first and second parallel links 20 and 21, the left and right connecting members 26 and 27, the third and fourth parallel links 32 and 33, the left and right pads 13 and 14, and the object to be grasped 12 are integrated. The total tightening force applied to the object to be grasped 12 (gripping force applied to the object to be grasped 12) F lift is the tightening force F 1 (= (x + m / 2) gcosθ by the first and second parallel links 20 and 21. 1 sinθ 1 ) and the sum of the fastening force F 2 (= (mg / 2) cosθ 2 sinθ 2 ) by the third and fourth parallel links 32 and 33, the tensile force F 3 by the left and right suspension strings 93 and 97 That is, F 1 + F 2 −F 3 .

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
様々な重さを有し、柔軟性の異なる(柔軟物から高硬度物までの)被把持物として、本、トマト、豆腐、ポテトチップスを設定し、これらの被把持物を把持して持ち上げる本発明に係る把持装置を製作した。ここで、本、トマト、豆腐、及びポテトチップスの各特性の相関関係を図5に示す。また、表1に、本、トマト、豆腐、及びポテトチップスの質量とサイズ(把持方向の幅)を示す。
Next, examples carried out for confirming the effects of the present invention will be described.
Books that have various weights and have different flexibility (from soft to high hardness) such as books, tomatoes, tofu, and potato chips, and hold and lift these objects A gripping device according to the invention was manufactured. Here, the correlation of each characteristic of this book, tomato, tofu, and potato chips is shown in FIG. Table 1 shows the mass and size (width in the gripping direction) of the book, tomato, tofu, and potato chips.

Figure 0005522439
Figure 0005522439

把持装置では、第1、第2の平行リンクによる締め付け力F1において、片側機材質量による締め付け力が加えられているので、重い素材を使用して把持装置を作製すると、被把持物を破壊する虞がある。従って、第1〜第4の平行リンクを形成する板材及び左右パッドのパッド基材には、厚さが1mmのアルミニウム板を使用した。また、左右の連結部材には大きな荷重が負荷されると考えられるので、厚さ3mmのアクリル板を使用した。更に、支持体と第1、第2の平行リンクとの連結、第1、第2の平行リンクと左右の連結部材との連結、左右の連結部材と第3、第4の平行リンクとの連結、及び第3、第4の平行リンクと左右のパッドとの連結には市販の蝶番を使用し、把持部には市販のゴムスポンジを使用した。 In the gripping device, the tightening force F 1 due to the first and second parallel links is applied with the tightening force due to the mass of the one-side equipment, so if the gripping device is made using a heavy material, the object to be gripped is destroyed. There is a fear. Therefore, an aluminum plate having a thickness of 1 mm was used for the plate material forming the first to fourth parallel links and the pad base material of the left and right pads. Further, since it is considered that a large load is applied to the left and right connecting members, an acrylic plate having a thickness of 3 mm was used. Furthermore, the connection between the support and the first and second parallel links, the connection between the first and second parallel links and the left and right connection members, and the connection between the left and right connection members and the third and fourth parallel links. A commercially available hinge was used for connecting the third and fourth parallel links to the left and right pads, and a commercially available rubber sponge was used for the gripping portion.

各部品のサイズは、被把持物のサイズを考慮して、第1、第2の平行リンクの板材は長さが140mm、幅が70mm、第3、第4の平行リンクの板材は長さが100mm、幅が80mm、左右の連結部材は長さが150mm、幅が100mm、パッド基材及び把持部の長さは120mm、幅が100mmとした。この結果、片側機材質量xの質量に作用する重力は2.89Nになった。なお、把持装置を操作する場合、支持体及び同期回動手段は別途支持されており支持体及び同期回動手段に作用する重力が被把持物に加わることはない。このため、支持体はアクリルブロックで作製し、同期回動手段の昇降部材、連結ロッド、及びスライドレールは鋼で作製した。 As for the size of each component, the plate material of the first and second parallel links is 140 mm in length, the width is 70 mm, and the plate materials of the third and fourth parallel links are lengths in consideration of the size of the object to be grasped. The length of the left and right connecting members was 150 mm, the width was 100 mm, the length of the pad base material and the grip portion was 120 mm, and the width was 100 mm. As a result, the gravity acting on the mass of the one-side equipment mass x was 2.89N. When operating the gripping device, the support and the synchronous rotation means are separately supported, and gravity acting on the support and the synchronous rotation means is not applied to the object to be gripped. For this reason, the support was made of an acrylic block, and the elevating member, the connecting rod, and the slide rail of the synchronous rotation means were made of steel.

コイルバネには、市販の引きバネを加工して作製した自然長27mmのものを使用した。なお、バネ定数kは、コイルバネの一端を固定し、他端をバネ秤を介して引っ張り、バネ秤の示す荷重とコイルバネの伸びsとの関係を測定し、フックの法則を適用して求めた。得られたバネ定数kは、0.45N/mmであった。 A coil spring having a natural length of 27 mm produced by processing a commercially available tension spring was used. The spring constant k was determined by fixing one end of the coil spring and pulling the other end through a spring balance, measuring the relationship between the load indicated by the spring balance and the elongation s of the coil spring, and applying the Hooke's law. . The obtained spring constant k was 0.45 N / mm.

ゴムスポンジと各被把持物との間の摩擦係数は、バネ秤と接続した被把持物をゴムスポンジの上に置き、バネ秤を介して引っ張って被把持物がゴムスポンジの上で滑り出す瞬間におけるバネ秤の示す荷重Pを測定することにより求めた。被把持物の質量をmとしたとき、ゴムスポンジの上での垂直抗力はmg、摩擦力は摩擦係数をμとしてμmgとなるので、被把持物が滑り出す瞬間ではPがμmgと釣り合うことから、μはP/mgとして求まる。各被把持物の摩擦係数の値を表2に示す。従って、把持装置に対する被把持物の摩擦係数μの範囲を0.35〜0.7と設定した。 The coefficient of friction between the rubber sponge and each object to be grasped is determined by placing the object to be grasped connected to the spring balance on the rubber sponge and pulling it through the spring balance so that the object to be grasped slides on the rubber sponge. It calculated | required by measuring the load P which a spring balance shows. When the mass of the object to be gripped is m, the vertical drag on the rubber sponge is mg, and the frictional force is μmg where the friction coefficient is μ. Therefore, P is balanced with μmg at the moment when the object to be gripped slides. μ is determined as P / mg. Table 2 shows the values of the friction coefficients of the objects to be grasped. Therefore, the range of the friction coefficient μ of the object to be grasped with respect to the grasping device is set to 0.35 to 0.7.

Figure 0005522439
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角度θ、θ、θを決定する場合、第1、第2の平行リンクの傾斜角度θは、被把持物の幅と弾力で決まり、第3、第4の平行リンクの傾斜角度θ及びコイルバネと第3、第4の平行リンク32、33とのなす角度θは、被把持物の質量mで決まる。このため、被把持物の質量mの範囲を0グラムを超え1600グラム以下とし、被把持物の幅の範囲(把持装置の稼動範囲)を1〜10cmとして、片側機材質量x、バネ定数k、及び摩擦係数μの値を用いて
(x+m/2)gcosθsinθ+(mg/2)cosθsinθ−kscos(θ−θ
から算出把持力を求め、得られた算出把持力と必要把持力との間に、算出把持力/必要把持力=1.2〜1.5の把持条件が満たされるように角度θ、θ、θの範囲(最大角度及び最小角度)をそれぞれ求めると、角度θ、θ、θの範囲は、30°≦θ≦48°、3°≦θ≦39°、40°≦θ≦55°となる。そして、各被把持物毎の決定した把持装置の把持パラメータ(角度θ、θ、θ及びコイルバネの伸びs)は、表3に示すようになる。
When determining the angles θ 1 , θ 2 , and θ 3 , the inclination angle θ 1 of the first and second parallel links is determined by the width and elasticity of the object to be grasped, and the inclination angles of the third and fourth parallel links. The angle θ 3 formed by θ 2 and the coil spring and the third and fourth parallel links 32 and 33 is determined by the mass m of the object to be grasped. For this reason, the mass m of the object to be grasped is set to be greater than 0 grams and 1600 grams or less, the width range of the object to be grasped (operating range of the grasping device) is 1 to 10 cm, the one-side equipment mass x, the spring constant k, And (x + m / 2) gcosθ 1 sinθ 1 + (mg / 2) cosθ 2 sinθ 2 −kscos (θ 3 −θ 2 )
The calculated gripping force is obtained from the angle θ 1 , θ so that the gripping condition of calculated gripping force / required gripping force = 1.2 to 1.5 is satisfied between the calculated gripping force and the required gripping force. 2 and θ 3 ranges (maximum angle and minimum angle) are obtained, the angles θ 1 , θ 2 , and θ 3 ranges are 30 ° ≦ θ 1 ≦ 48 °, 3 ° ≦ θ 2 ≦ 39 °, 40 ° ≦ θ 3 ≦ 55 °. Table 3 shows the gripping parameters (angles θ 1 , θ 2 , θ 3 and coil spring elongation s) of the gripping device determined for each object to be gripped.

Figure 0005522439
Figure 0005522439

また、把持パラメータを用いて各被把持物毎に求めた算出把持力を表4に示す。なお、表4には、被把持物の質量mとゴムスポンジに対する摩擦係数μを用いて算出した必要把持力に対する算出把持力の比(算出把持力/必要把持力)の値(以下、把持可能条件定数と呼ぶ)を併せて示している。 Table 4 shows the calculated gripping force obtained for each object to be gripped using the gripping parameters. Table 4 shows the ratio of the calculated gripping force to the required gripping force calculated using the mass m of the object to be gripped and the friction coefficient μ with respect to the rubber sponge (calculated gripping force / required gripping force) (hereinafter referred to as grippable). Also called a conditional constant).

Figure 0005522439
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表4に示すように、把持可能条件定数は本が1.1、トマトが1.31、豆腐が1.25となって、把持可能条件定数が1.2〜1.5の範囲内又は近傍の値となって、把持して持ち上げることが可能と判断される。一方、ポテトチップスでは、把持可能条件定数が198と大きくずれている。これは、算出把持力の一部を構成するFに片側機材質量xによる締め付け力が含まれているため、最低把持力が1.4Nとなっているためである。なお、ポテトチップスの耐荷重は1.5N程度あるので、把持装置で破損させることなくポテトチップスを把持して持ち上げることが可能と考えられる。 As shown in Table 4, the grippable condition constants are 1.1 for books, 1.31 for tomatoes, 1.25 for tofu, and within or near the range of grippable condition constants of 1.2 to 1.5 It is determined that it can be gripped and lifted. On the other hand, in the case of potato chips, the graspable condition constant is greatly different from 198. This is because the F 1 constituting a part of the calculation gripping force includes clamping force by one gear mass x, because the minimum grasping force is in the 1.4 N. In addition, since the load resistance of the potato chips is about 1.5 N, it is considered that the potato chips can be held and lifted without being damaged by the holding device.

本、トマト、豆腐、及びポテトチップスの各被把持物を載置台の上に静置し、把持装置で把持して持ち上げる操作を行い、持ち上げ時の滑り発生の有無を目視で確認した。そして、2回連続して持ち上げた際に滑りが発生していなければ把持成功と判定した。その結果、把持装置を用いて、全ての被把持物を把持して持ち上げられることが確認できた。
また、被把持物を把持して持ち上げた状態で、左右のパッドのいずれか一方のパッド基材の外側面にバネ秤を接続し、バネ秤を介してパッド基材を水平方向に引っ張り、被把持物が滑り出す瞬間のバネ秤の荷重を測定した。そして、測定された荷重の半分の値を被把持物の実測把持力とした。表5に、各被把持物に対して求めた必要把持力、算出把持力、及び実測把持力を示す。
The objects to be grasped, such as books, tomatoes, tofu, and potato chips, were placed on a mounting table, held and lifted by a gripping device, and the presence or absence of slippage during lifting was visually confirmed. If no slip occurred when lifted twice consecutively, it was determined that the gripping was successful. As a result, it was confirmed that all the objects to be grasped could be grasped and lifted using the grasping device.
In addition, while holding and lifting the object to be grasped, a spring balance is connected to the outer surface of one of the left and right pad base materials, and the pad base material is pulled horizontally through the spring scale, The load of the spring balance at the moment when the grasped object started to slide was measured. Then, a half value of the measured load was set as an actually measured gripping force of the object to be gripped. Table 5 shows the required gripping force, the calculated gripping force, and the actually measured gripping force obtained for each object to be gripped.

Figure 0005522439
Figure 0005522439

表5に示されているように、算出把持力と実測把持力の間に大きな差はなく、設計段階で予想したとおりに被把持物を把持できた。また、実測把持力/必要把持力の比の値は、ポテトチップスの場合を除いて、ほぼ把持可能条件定数(1.2〜1.5)を満たしていることから、150グラム程度から1600グラム程度の範囲内の重さを有する柔軟物から高硬度物までの被把持物に対して、本発明の把持装置が有用であることが確認できた。ただし、ポテトチップスのように数グラム程度の被把持物であっても、1.5N程度の把持力に破壊されずに耐えうるならば、把持可能であった。 As shown in Table 5, there was no significant difference between the calculated gripping force and the actually measured gripping force, and the object to be gripped could be gripped as expected at the design stage. In addition, the value of the ratio of actually measured gripping force / required gripping force almost satisfies the grippable condition constant (1.2 to 1.5) except in the case of potato chips, so about 150 grams to 1600 grams. It has been confirmed that the gripping device of the present invention is useful for objects to be gripped from a soft material having a weight within a certain range to a hard material. However, even a to-be-gripped object such as potato chips could be gripped if it could withstand a gripping force of about 1.5 N without being destroyed.

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、同期回動手段の有する左右の補助連結部材として、連結ロッドの代わりに連結紐(金属線材を含む)を使用することができる。
また、第3、第4の平行リンクを支持する左右の連結機構として、左右の懸垂紐の代わりに懸垂ロッドを使用することができる。更に、左右の連結機構とバネ部材とを併用することもできる。
更に、前記実施の形態では、第3、第4の平行リンクを支持するバネ部材として、コイルバネを用いたが、第3、第4の平行リンクと左右のパッドの自重をキャンセルするものであれば、その他のスプリングを含む弾性部材、回動機構を使用することもできる。
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the configuration described in the above-described embodiment, and the matters described in the scope of claims. Other embodiments and modifications conceivable within the scope are also included.
For example, a connecting string (including a metal wire) can be used instead of the connecting rod as the left and right auxiliary connecting members of the synchronous rotation means.
Moreover, a suspension rod can be used instead of the left and right suspension straps as the left and right coupling mechanisms that support the third and fourth parallel links. Further, the left and right coupling mechanisms and the spring member can be used in combination.
Further, in the above embodiment, the coil spring is used as the spring member for supporting the third and fourth parallel links. However, as long as the weights of the third and fourth parallel links and the left and right pads are canceled. Other elastic members including a spring and a rotation mechanism can also be used.

10:把持装置、11:載置台、12:被把持物、13:左のパッド、14:右のパッド、15:支持体、16:第1のピン、17:第2のピン、18:第3のピン、19:第4のピン、20:第1の平行リンク、21:第2の平行リンク、22:第5のピン、23:第6のピン、24:第7のピン、25:第8のピン、26:左の連結部材、27:右の連結部材、28:第9のピン、29:第10のピン、30:第11のピン、31:第12のピン、32:第3の平行リンク、33:第4の平行リンク、34:第13のピン、35:第14のピン、36:第15のピン、37:第16のピン、38:取付け固定部、39、40、41、42:板材、43、44、45、46:軸受け、47:昇降部材、48:第1の連結ピン、49:第2の連結ピン、50:第3の連結ピン、51:左の連結ロッド、52:右の連結ロッド、53:同期回動手段、54:凹溝、55:スライドレール、56、57、58、59:軸受け、60、61、62、63:板材、64、65、66、67:軸受け、68、69:コイルバネ、70:パッド基材、71:把持部、72:パッド基材、73:把持部、74、75、76、77:軸受け、78:左のパッド、79:右のパッド、80、81:パッド基材、82、83:掛止つめ、84、85:把持部、86:載置台、87:把持装置、88:左の連結機構、89:右の連結機構、90:左取付けピン、91:左アクチュエータ、92:駆動ロッド、93:左の懸垂紐、94:右取付けピン、95:右アクチュエータ、96:駆動ロッド、97:右の懸垂紐
10: grasping device, 11: mounting table, 12: object to be grasped, 13: left pad, 14: right pad, 15: support, 16: first pin, 17: second pin, 18: first 3 pins, 19: fourth pin, 20: first parallel link, 21: second parallel link, 22: fifth pin, 23: sixth pin, 24: seventh pin, 25: 8th pin, 26: left connecting member, 27: right connecting member, 28: 9th pin, 29: 10th pin, 30: 11th pin, 31: 12th pin, 32: 1st pin 3 parallel links, 33: 4th parallel link, 34: 13th pin, 35: 14th pin, 36: 15th pin, 37: 16th pin, 38: mounting fixing part, 39, 40 , 41, 42: plate material, 43, 44, 45, 46: bearing, 47: lifting member, 48: first connecting pin, 49: second Connection pin, 50: third connection pin, 51: left connection rod, 52: right connection rod, 53: synchronous rotation means, 54: concave groove, 55: slide rail, 56, 57, 58, 59: Bearing, 60, 61, 62, 63: Plate material, 64, 65, 66, 67: Bearing, 68, 69: Coil spring, 70: Pad base material, 71: Holding part, 72: Pad base material, 73: Holding part, 74, 75, 76, 77: bearing, 78: left pad, 79: right pad, 80, 81: pad base material, 82, 83: latching pawl, 84, 85: gripping part, 86: mounting table, 87: gripping device, 88: left coupling mechanism, 89: right coupling mechanism, 90: left mounting pin, 91: left actuator, 92: drive rod, 93: left suspension strap, 94: right mounting pin, 95: Right actuator, 96: Drive rod, 97: Right Pendant string

Claims (6)

被把持物を両側から左右のパッドで挟んで吊り上げる把持装置であって、
前記被把持物の上方に配置され、該被把持物の把持に先駆けて上移動する支持体と、
前記支持体の左右両側にそれぞれ基部が第1、第2のピンと第3、第4のピンとを介して回動自在に連結され、先部が該基部より左右外側の下方位置に配置され、該それぞれの基部を中心として同期して回動する左右対称形状の斜め下向きの第1、第2の平行リンクと、
前記第1、第2の平行リンクの先部に第5、第6のピンと、第7、第8のピンを介してそれぞれ回動自在に連結された左右の連結部材と、
前記左右の連結部材の内側にあって、基部が前記左右の連結部材にそれぞれ第9、第10のピンと第11、第12のピンを介して回動自在に連結され斜め上向きに保持された第3、第4の平行リンクと、
前記第3、第4の平行リンクの先部に第13、第14のピンと第15、第16のピンを介して回動自由にそれぞれ設けられ、垂直状態を維持しながら対向配置される前記左右のパッドとを有し、
更に、前記第3、第4の平行リンクの先部にそれぞれ設けられている前記左右のパッドは、前記被把持物を前記第3、第4の平行リンクが水平に対して3°以上39°以下の範囲の上向き傾斜した状態で把持することを特徴とする把持装置。
A gripping device that lifts the object to be gripped from both sides with left and right pads,
A support body that is disposed above the object to be grasped and moves up prior to grasping the object to be grasped;
Base portions are respectively connected to the left and right sides of the support body through first, second pins and third and fourth pins so as to be rotatable, and a tip portion is disposed at a lower position on the left and right outside of the base portion. First and second parallel links having diagonally downwards and symmetrically rotating around the respective bases synchronously;
Left and right connecting members rotatably connected to the front portions of the first and second parallel links via fifth and sixth pins and seventh and eighth pins, respectively.
A base is located inside the left and right connecting members, and a base is pivotally connected to the left and right connecting members via ninth and tenth pins and eleventh and twelfth pins, respectively, and held obliquely upward. 3, a fourth parallel link;
The left and right sides are provided at the front ends of the third and fourth parallel links via the thirteenth and fourteenth pins and the fifteenth and sixteenth pins, respectively, so as to freely rotate and are arranged facing each other while maintaining a vertical state. With a pad of
Further, the left and right pads respectively provided at the tip portions of the third and fourth parallel links are arranged so that the object to be grasped is 3 ° or more and 39 ° with respect to the horizontal of the third and fourth parallel links . A gripping device for gripping in an inclined state in the following range .
請求項1記載の把持装置において、前記第1、第2の平行リンクの回動を同期させる同期回動手段は、前記支持体の幅方向中央にあって上下方向に移動可能な昇降部材と、該昇降部材にそれぞれ先部が回動自在に連結され、基部が前記第1、第2の平行リンクの対称位置にそれぞれ回動自在に連結された左右の補助連結部材とを有することを特徴とする把持装置。 The holding device according to claim 1, wherein the synchronous rotation means for synchronizing the rotation of the first and second parallel links is a lifting member that is movable in the vertical direction at the center in the width direction of the support, Left and right auxiliary connecting members each having a tip portion rotatably connected to the elevating member and a base portion rotatably connected to symmetrical positions of the first and second parallel links. Gripping device. 請求項1又は2記載の把持装置において、斜め上向きに保持された前記第3、第4の平行リンクは、それぞれ上端部が前記支持体に固定されて長さ調整可能な左右の連結機構によって支持されていることを特徴とする把持装置。 3. The holding apparatus according to claim 1, wherein the third and fourth parallel links held obliquely upward are supported by left and right coupling mechanisms whose upper ends are fixed to the support body and the lengths thereof can be adjusted. A gripping device characterized by being made. 請求項1又は2記載の把持装置において、斜め上向きに保持された前記第3、第4の平行リンクは、それぞれ前記左右の連結部材と、前記第3、第4の平行リンクとの間に配置されたバネ部材によって支持されていることを特徴とする把持装置。 3. The gripping device according to claim 1, wherein the third and fourth parallel links held obliquely upward are disposed between the left and right connecting members and the third and fourth parallel links, respectively. A gripping device supported by a spring member formed. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の把持装置において、前記左右のパッドの対向する内側面の下部には、把持された前記被把持物を下から抱える掛止つめが設けられていることを特徴とする把持装置。 The gripping device according to any one of claims 1 to 4, wherein a latching pawl for holding the gripped object to be gripped from below is provided at a lower portion of the opposing inner surface of the left and right pads. A gripping device characterized by that. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の把持装置において、該把持装置はロボットアームの先部に設けられていることを特徴とする把持装置。 The gripping device according to any one of claims 1 to 5, wherein the gripping device is provided at a tip portion of a robot arm.
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