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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
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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。
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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。
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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
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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
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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。
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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
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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。
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平行グリッパへの適用
Linear Guide
Parallel Jaws
Worm Gear
Symmetrical Ball Screw
(Pitch L)
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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
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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。
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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
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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
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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
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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）．
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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
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