開閉両方向に力を出せる高速高把持力平行グリッパ東京工業大学大学院総合理工学研究科メカノマイクロ工学専攻小俣・高山研究室准教授高山俊男教授小俣透 1 従来技術とその問題点平行グリッパには電動式と空気圧式がある。 ○空気圧式は設備が大掛かりになる。またエネルギー効率が悪い。 ○電動式は高速動作させる場合には把持力が小さく、把持力を大きくさせると動作速度が遅くなる。 ○把持力を維持している間、電流を流し続けなければならず、効率が悪い。 2 新技術の特徴・従来技術との比較 • 高速駆動用モータと高トルク駆動用モータを使い分けて、両方の動作を実現。 • トグル機構により、電力消費することなく、把持力を維持。 • 通常のトグル機構は一方向にしか力を出せないが、機構的な工夫により開閉両方向に力を出す。 3 基本原理高速駆動モード M1 ウォームギヤ M2 モータ１モータ2 把持力増大モード M1 立体トグル機構 ○エネルギー消費0で把持 M2 大減速比のギヤ ○メカニカルロックしない ×トグル機構は片方向にしか大きな力を出せない 4 ３Ｄトグル機構通常のトグル機構３本の柱にかかる荷重は圧縮荷重のみモータの軸とリンクを固定リンクには曲げモーメント軸にはせん断力球面で力を受ける小型軽量で大きな力を出せる 5 下方向に力を出す場合モータ１でウォームを駆動して高速駆動 M1 (a) M2 スイッチスイッチ g M1 (b) T M2 M1 (c) M2 指がぶつかると，ウォームが後ろに後退し、台車がスイッチを押して動作を停止させる。（スイッチの位置は、把持対象物が硬い場合は gが小さく、柔らかい場合はgが大きくなるようにあらかじめ調整しておく。）モータ２でトグルを駆動して指をさらに押し込む。 6 上方向に力を出す場合 (d) M1 M2 (e) M1 M2 指が上に動く場合、トグルは同じ方向に押しているが、台車が逆方向に移動しているため、台車が押される方向は逆向きとなる。 (f) M1 M2 7 硬さが不明の場合の対処方法 (a) g M1 T (d) M1 M2 M2 g+n . dg (b) M1 (c) M2 n M1 M2 トグルが立ち上がりきれない場合(b)、いったんトグルを戻して、ウォームを少し逆転させ、隙間gを広げ(c) 、もう一度トグルを立て直す。トグルが立ち上がりきれるまで(d)繰り返す。 8 平行グリッパへの適用 Linear Guide Parallel Jaws Worm Gear Symmetrical Ball Screw (Pitch L) 9 繰り返し試行による把持の再現性 (a) Closing direction (b) Opening direction Times 1 2 3 4 5 Ave. Fout[N] 229.8 245.6 226.7 220.5 224.5 229.4 Times 1 2 3 4 5 Ave. Fout[N] 216.9 205.9 202.9 205.7 213.5 209.0 10 想定される用途 • 組立工場の部品の把持装置や、工作機械への材料の固定などに利用できる。 • 高速動作とトグル機構による高把持力動作は、射出成型装置の蓋等、大きなストロークを動かしてから固定する物に利用できる。 • 本原理を用いて高速高トルク切り替え可能なウィンチ等も開発可能である。 11 2モータ干渉駆動変速機 High speed drive High torque drive Worm Gear M1 A G1 M2 G2 Differential gear Ring gear 12 実用化に向けた課題 • 需要にあわせたサイズ、把持力のグリッパの作成 • 繰り返し動作試験による信頼性検証 • 磨耗する部品等の交換が容易な設計 13 企業への期待 • ロボットグリッパの市場をよく知る、企業との共同開発を希望 • グリッパ以外の使用目的の提案 14 本技術に関する知的財産権発明の名称：開閉両方向に力を出せる把持装置出願番号：特願2010-118809 登録番号特許第4581117号出願人：国立大学法人東京工業大学発明者：高山俊男他１名技術に関する高山俊男，牧田翔太，小俣透 “開閉両方向に力の出せる平行グリッパの開発” 詳細な説明日本機械学会論文集（C編），第76巻第772号 pp. 3542-3548（2010）． 15 お問い合わせ先（必須）東京工業大学産学連携推進本部産学連携コーディネーター三谷明男ＴＥＬ 03-5734-7634 ＦＡＸ 03-5734-7694 e-mail mitani＠sangaku.titech.ac.jp 16