本發(fā)明涉及對使強(qiáng)磁性體的微粒分散在液體中的磁性流體進(jìn)一步進(jìn)行改良的改性磁性流體、使用了該改性磁性流體的把持機(jī)構(gòu)以及把持裝置。

背景技術(shù)：

如非專利文獻(xiàn)1所示，公知有由在液體中使用10nm、幾μm尺寸的強(qiáng)磁性超細(xì)微粒作為表面活性劑等而極其穩(wěn)定地分散的膠體溶液構(gòu)成的磁性流體(MR流體)。而且，公開了將該磁性流體用于阻尼器、致動器、密封件、離合器。另外，在專利文獻(xiàn)1中公開了在磁性流體中使用的由平均粒徑是0.1～25μm、最大粒徑是50μm以下的Fe基合金形成的金屬粉末，在專利文獻(xiàn)2中公開了在包含陰離子、陽離子的離子性流體中包含平均粒徑是0.1～500μm的分散的磁性微粒的磁性流體組合物。

在專利文獻(xiàn)3中公開了這樣的磁性流體的結(jié)構(gòu)以及其制造方法，在專利文獻(xiàn)4中提出了使用了該磁性流體的物品的把持裝置。

另外，工業(yè)用機(jī)器人的手端操作裝置(把持機(jī)構(gòu))結(jié)合各種操作工序而存在各種結(jié)構(gòu)。特別地將用于物體把持的手端操作裝置稱為機(jī)械爪，向?qū)ο蟮男螤罨蜃藙輰?yīng)的適當(dāng)機(jī)械爪的自動更換是在工業(yè)用機(jī)器人的操作工序中很普遍的。但是，為了進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械爪的選定或更換操作、基于所選定的機(jī)械爪的對象的把持計劃、從把持開始到完成為止的對象的姿勢估計等而需要復(fù)雜的計算，這些一系列的操作成為機(jī)器人進(jìn)行的高效率的操作的瓶頸。到當(dāng)前為止，正在進(jìn)行與手端操作裝置的形狀或機(jī)構(gòu)、把持計劃相關(guān)的數(shù)量較多的研究，近年來，為了省略把持物體的姿勢識別和機(jī)械爪的更換的工序而提高操作效率，報告了如非專利文獻(xiàn)2所示的使用真空將各種形狀物自如地把持的手端操作裝置(萬能夾鉗，以下簡稱為“機(jī)械爪”)的發(fā)明。

該機(jī)械爪70的概略如圖8所示，機(jī)械爪70具有：支承部件71，其安裝于機(jī)器人手臂的前部；橡膠球體72，其安裝于支承部件71的下部；緊固環(huán)73，其將橡膠球體72能夠拆卸地安裝于支承部件71的下部；咖啡豆的粉74，其收納于橡膠球體72內(nèi)；以及未圖示的真空泵，其與支承部件71的排氣孔75、76連接。當(dāng)使用該機(jī)械爪70時，進(jìn)行1)使對象物以橡膠球體72為目標(biāo)，使橡膠球體72仿照對象物的形狀、2)使真空泵工作而放掉橡膠球體72內(nèi)的空氣，通過擠緊(jamming)現(xiàn)象使橡膠球體72固化、3)操作機(jī)器人手臂上提對象物的操作。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利第5660099號公報(權(quán)利要求5～9)

專利文獻(xiàn)2：日本專利第5222296號公報(權(quán)利要求1)

專利文獻(xiàn)3：日本特表2006-505957號公報

專利文獻(xiàn)4：日本特開2004-154909號公報

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：藤田豐久、島田幫雄、《MR流體の特性とその応用》、日本應(yīng)用磁氣學(xué)會雜志、Vol.27,.No3,2003、p91－100

非專利文獻(xiàn)2：Amend、Brown、Rodenberg、Jaeger、Lipson、《粉體ジャミングを基にした正圧ユニバーサルグリッパ》、Transactions on Robotics，2012年4月(Amend,J.R.,Jr.,Brown,E.,Rodenberg,N.,Jaeger,H.,Lipson,H.,"A Positive Pressure Universal Gripper Based on the Jamming of Granular Material,"IEEE Transactions on Robotics,vol.28,pp.341-350,Apr.2012.)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

但是，記載于非專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2的磁性流體因?yàn)樽鳛閺?qiáng)磁性體的微粒而使用鐵粉等金屬磁性體，因此存在磁性流體的相對比重變大的問題。另外，有在僅靠以往的磁性流體進(jìn)行磁化的情況下的磁性流體的粘性和剪切強(qiáng)度比較小的問題。

記載于非專利文獻(xiàn)2的機(jī)械爪70具有重量也比較輕、能夠簡單地把持對象物的優(yōu)點(diǎn)，但把持力比較小，而且因?yàn)楫a(chǎn)生把持力的擠緊現(xiàn)象利用由真空發(fā)生器產(chǎn)生的低氣壓，因此在周圍的氣壓變動的情況下或在水中等壓力較高的地方、氣溫容易變化的環(huán)境等中，存在不容易使用的問題。

本發(fā)明就是鑒于所涉及的情況而完成的，其目的在于提供相對比重比以往的磁性流體小、在使用了機(jī)械爪等的情況下把持力(剪切強(qiáng)度)較大的改性磁性流體，以及提供使用了該改性磁性流體的把持機(jī)構(gòu)和把持裝置。

用于解決課題的手段

沿著所述目的的第1發(fā)明的改性磁性流體在具有基液和以分散狀態(tài)存在于該基液中的強(qiáng)磁性體微粒的磁性流體中混入如下的非磁性粉體，提高磁化時的保持強(qiáng)度，該非磁性粉體的尺寸比所述強(qiáng)磁性體微粒的尺寸大且比該強(qiáng)磁性體微粒的比重小。

在第1發(fā)明的改性磁性流體中，所述非磁性粉體優(yōu)選由玻璃、塑料或者陶瓷的粉末構(gòu)成。而且，在第1發(fā)明的改性磁性流體中，優(yōu)選所述非磁性粉體由發(fā)泡塑料構(gòu)成。此外，所述非磁性粉體當(dāng)然不溶于磁性流體的基液也不進(jìn)行反應(yīng)。另外，非磁性粉體優(yōu)選比基液的比重小(例如，γ＝0.3～0.8)，是球狀。

而且，在第1發(fā)明的改性磁性流體中，優(yōu)選所述非磁性粉體的粒徑是2mm以下。

另外，在第1發(fā)明的改性磁性流體中，優(yōu)選該改性磁性流體中的所述磁性流體的比例在40％～80％的范圍內(nèi)。而且，作為所述磁性流體也能夠使用MR流體。

第2發(fā)明的把持機(jī)構(gòu)使用以上記載的第1發(fā)明的改性磁性流體，具有：收納有所述改性磁性流體的具有柔性的袋體；和配置于該袋體的一側(cè)而能夠向所述袋體施加磁場的電磁鐵。

在第2發(fā)明的把持機(jī)構(gòu)中，優(yōu)選所述電磁鐵具有中央的磁極部、位于其周圍的有底圓筒狀的磁軛部以及卷繞于所述磁極部的線圈，在所述磁軛部的敞開端以密封狀態(tài)安裝有所述袋體，在所述袋體中填充有所述改性磁性流體。

在第2發(fā)明的把持機(jī)構(gòu)中，優(yōu)選所述改性磁性流體對于所述袋體的填充率是40％～70％。

另外，在第2發(fā)明的把持機(jī)構(gòu)中，優(yōu)選所述袋體為帶凸緣的半球狀。

第3發(fā)明的把持裝置將以上說明的第2發(fā)明的把持機(jī)構(gòu)安裝于機(jī)器人手臂的前側(cè)。另外，第4發(fā)明的把持裝置將以上說明的第2發(fā)明的把持機(jī)構(gòu)分別設(shè)置在能夠控制間隔的機(jī)器人的夾持部而使其對置。

發(fā)明效果

第1發(fā)明的改性磁性流體因?yàn)樵谝酝拇判粤黧w中混入比強(qiáng)磁性體微粒的尺寸大且比強(qiáng)磁性體微粒的比重小的非磁性粉體，因此整體的比重比以往的磁性流體小。而且，當(dāng)向該改性磁性流體施加磁場時，尺寸較大的非磁性粉體作為骨料發(fā)揮作用，改性磁性流體的磁化時的保持力、剪切強(qiáng)度變大。

在第1發(fā)明的改性磁性流體中，在由玻璃、塑料或者陶瓷的粉末構(gòu)成非磁性粉體的情況下，能夠使非磁性粉體變輕并且能夠容易獲得粒整齊的非磁性粉體，能夠使改性磁性流體的物理性質(zhì)更均勻化。

另外，在使非磁性粉體成為球狀的情況下，在由發(fā)泡塑料構(gòu)成非磁性粉體的情況下，進(jìn)一步減輕改性磁性流體的比重，物理性質(zhì)也均勻化。

第2發(fā)明的把持機(jī)構(gòu)使用以上所述的第1發(fā)明的改性磁性流體，因?yàn)榫哂惺占{有改性磁性流體的具有柔性的袋體、配置于袋體的一側(cè)而能夠向袋體施加磁場的電磁鐵，因此能夠?qū)ο笪锏囊徊糠只蛘呷勘３制湫螤疃殉帧?/p>

尤其，在第2發(fā)明的把持機(jī)構(gòu)中，在使改性磁性流體對于袋體的填充率為40％～70％的情況下，因?yàn)槟軌蛟诖w的表面形成凹凸，因此容易嵌入對象物，若尺寸在一定的范圍內(nèi)，則能夠把持任意的對象物。

而且，第3發(fā)明的把持裝置因?yàn)閷⒁陨险f明的第2發(fā)明的把持機(jī)構(gòu)安裝于機(jī)器人手臂的前側(cè)，因此使把持機(jī)構(gòu)自由地活動并且能夠改變其姿勢。

附圖說明

圖1(A)是本發(fā)明的一個實(shí)施例的把持機(jī)構(gòu)的立體圖，(B)是該把持機(jī)構(gòu)的主剖視圖。

圖2(A)是該把持機(jī)構(gòu)的電磁鐵的立體圖，(B)是該把持機(jī)構(gòu)的電磁鐵的剖視圖。

圖3是將該把持機(jī)構(gòu)安裝于多關(guān)節(jié)機(jī)器人的機(jī)器人手臂的把持裝置的立體圖。

圖4(A)是示出改性磁性流體中的磁性流體(MR流體)的比例與把持力的關(guān)系的曲線圖，(B)是示出非磁性粉體的微粒尺寸與保持力的關(guān)系的曲線圖。

圖5(A)是改性磁性流體的操作說明圖，(B)是以往例的磁性流體的操作說明圖。

圖6是示出非磁性粉體的種類和尺寸與保持力的關(guān)系的曲線圖。

圖7是對置地配置該把持機(jī)構(gòu)的其它把持裝置的立體圖。

圖8是以往例的把持機(jī)構(gòu)(機(jī)械爪)的剖視圖。

具體實(shí)施方式

接著，參照附圖對使本發(fā)明具體化的實(shí)施例進(jìn)行說明。如圖1(A)、(B)所示，本發(fā)明的一個實(shí)施例的把持機(jī)構(gòu)10具有：袋體12，其收納有改性磁性流體11，且具有柔性；以及電磁鐵13，其配置于袋體12的一側(cè)(在本實(shí)施例中是上側(cè))，并向袋體12施加磁場。

如圖2(A)、(B)所示，電磁鐵13具有：磁極部15，其由配置于中央的磁性材料構(gòu)成；磁軛部16，其由位于磁極部15的周圍的有底圓筒狀的磁性材料構(gòu)成；線圈17，其卷繞于磁極部15；以及磁極板部15a，其設(shè)置于磁極部15的敞開端，且直徑比磁極部15大。袋體12由硅橡膠等耐油性、非磁性且具有柔性的橡膠片或者塑料片構(gòu)成，該袋體12具有半球部18和與半球部18的端部一體地設(shè)置的凸緣部19，成為帶凸緣的半球狀片。半球部18的直徑D優(yōu)選是30mm～80mm左右，但由于根據(jù)所把持的對象物而不同，因此本發(fā)明不限于該數(shù)字。此外，袋體12的厚度例如是0.3mm～2mm左右。

而且，袋體12通過夾持凸緣部19的第1、第2安裝部件22、23設(shè)置于電磁鐵13的下部。即，第1安裝部件22螺旋緊固于磁軛部16的下端，第1安裝部件22與第2安裝部件23隔著凸緣部19而用多個螺栓24連結(jié)。由此，袋體12以密封狀態(tài)安裝于磁軛部16的敞開端。

在袋體12中收納有本發(fā)明的一個實(shí)施例的改性磁性流體11。改性磁性流體11的收納量(填充率)成為使袋體12的半徑R的半球部18充分膨脹的狀態(tài)(體積V＝2πR³/3)的40％～70％的范圍。在改性磁性流體11的量比該范圍少的情況下，改性磁性流體11的整體量不足，在改性磁性流體11的量比該范圍多的情況下，袋體12的把持空間變少，但改性磁性流體11的量也能夠根據(jù)用途而超過該范圍。

改性磁性流體11是通過在通常的磁性流體中混合非磁性粉體來制造的，在通常的磁性流體中，強(qiáng)磁性體微粒以分散狀態(tài)存在于基液中。通常的磁性流體如前述所述那樣是由磁鐵礦、錳鋅鐵氧體等強(qiáng)磁性體微粒和覆蓋其表面的表面活性劑、基液(例如水、異鏈烷烴、烷基萘或者其它的油)構(gòu)成的磁性膠體液。強(qiáng)磁性體微粒的直徑是10nm左右，10nm～200μm，更優(yōu)選是100μm～200μm左右。

非磁性粉體的尺寸比強(qiáng)磁性體微粒大且比重較小，在本實(shí)施例中，使用了作為發(fā)泡塑料的一例的發(fā)泡聚苯乙烯的粒子。

在圖4(A)中示出改變了磁性流體(使用了MR流體)與非磁性粉體的容積比例的情況下的袋體12的保持力，在圖4(B)中示出在使磁性流體與非磁性粉體的比例為1比1的情況下的非磁性粉體的尺寸與袋體12的把持力之間的關(guān)系。在此，非磁性粉體的容積是表觀容積。通過圖4(A)得知，當(dāng)改性磁性流體中的磁性流體的比例處于40％～80％的范圍內(nèi)時，改性磁性流體的保持力較大。另外，根據(jù)圖4(B)得知，非磁性粉體的粒徑在2mm以下時具有較大的保持力。

圖4(B)示出當(dāng)非磁性粉體的粒徑是0.5mm時保持力為最大值，若比強(qiáng)磁性體微粒的直徑大(例如5倍以上即50nm以上)，則可以認(rèn)為發(fā)揮充分的把持力。

在圖5(A)中示出使用了改性磁性流體11的非磁場狀態(tài)和磁場狀態(tài)。在未施加磁場的狀態(tài)下，磁性流體27(基液與強(qiáng)磁性體微粒25的混合液)與非磁性粉體26自由地混合，若施加磁場，則強(qiáng)磁性體微粒25接合，非磁性粉體26作為骨料發(fā)揮作用，可以認(rèn)為該保持強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度變大。

在圖5(B)中，為了進(jìn)行比較而示出在使用了以往的磁性流體27的情況下的非磁場狀態(tài)與磁場狀態(tài)的舉動。在非磁場狀態(tài)下，強(qiáng)磁性體微粒25自由地移動，在磁場狀態(tài)下，強(qiáng)磁性體微粒25連接，因?yàn)椴蛔鳛楣橇习l(fā)揮作用，因此估計為磁性流體27的把持強(qiáng)度或剪切力不大。

此外，圖5(A)、(B)是用于說明的示意圖，實(shí)際上，強(qiáng)磁性體微粒25、非磁性粉體26的密度更密。

在圖6中示出改變了使用了磁性流體(MR流體)的改性磁性流體的非磁性粉體的種類和尺寸的情況下的把持力。示出碳微球(商標(biāo)名，ニカビーズ)0.0221mm具有較強(qiáng)的保持力，即使是發(fā)泡聚苯乙烯0.5mm也有充分的把持力。

圖3示出使用了如以上所說明的把持機(jī)構(gòu)10的把持裝置30，在多關(guān)節(jié)機(jī)器人31的機(jī)器人手臂32的前側(cè)安裝有把持機(jī)構(gòu)10。由此，使把持機(jī)構(gòu)10自由地改變特定的位置、角度進(jìn)行移動來把持對象物。即，使把持機(jī)構(gòu)10的袋體12覆蓋在對象物上，使對象物的一部分或者全部進(jìn)入袋體12的凹坑，對電磁鐵13通電來磁化改性磁性流體11。此外，電磁鐵13優(yōu)選強(qiáng)磁性體微粒是不磁性飽和程度的較強(qiáng)磁鐵(例如，0.05～0.3T)，并根據(jù)用途而能夠從較弱的磁場到較強(qiáng)的磁場都能夠應(yīng)用。

由此，改性磁性流體11因?yàn)槟軌虮３职殉譅顟B(tài)，因此能夠用機(jī)器人手臂32使對象物移動。在使對象物移動到規(guī)定的場所后，解除電磁鐵13的通電，使袋體12的形狀恢復(fù)自由，能夠?qū)ο笪镏糜谝?guī)定的位置。

在圖7中示出在能夠用馬達(dá)或者液壓缸等改變間隔的機(jī)器人的夾持部34、35上分別安裝把持機(jī)構(gòu)10使把持機(jī)構(gòu)10對置的把持裝置36。使用把持機(jī)構(gòu)10的袋體12從兩側(cè)夾持對象物，對電磁鐵13通電，從而能夠?qū)ο笪锉３衷诔蓪Φ陌殉謾C(jī)構(gòu)10之間。在圖7中，37表示將把持裝置36安裝于機(jī)器人手臂等的安裝凸緣，38表示外殼，39表示操作把手。

本發(fā)明不限于前述的實(shí)施例，能夠在不變更本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)變更其結(jié)構(gòu)。例如，在所述實(shí)施例中，作為非磁性粉體而使用了發(fā)泡聚苯乙烯，但能夠使用其它的發(fā)泡塑料、非發(fā)泡塑料、玻璃、陶瓷的粉末(準(zhǔn)確地說是集合微粒)、碳微粒等。

另外，也能夠根據(jù)用途自由地改變電磁鐵的形狀、袋體的形狀。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明的改性磁性流體除了前述那樣的把持機(jī)構(gòu)之外，也能夠用于磁性流體密封件(旋轉(zhuǎn)軸的密封件)、阻尼器、揚(yáng)聲器、傳感器、比重差分離等。另外，把持機(jī)構(gòu)和把持裝置能夠在工廠那樣的特殊的場所用于輸送機(jī)、致動器等。

標(biāo)號說明

10：把持機(jī)構(gòu)；11：改性磁性流體；12：袋體；13：電磁鐵；15：磁極部；15a：磁極板部；16：磁軛部；17：線圈；18：半球部；19：凸緣部；22：第1安裝部件；23：第2安裝部件；24：螺栓；25：強(qiáng)磁性體微粒；26：非磁性粉體；27：磁性流體；30：把持裝置；31：多關(guān)節(jié)機(jī)器人；32：機(jī)器人手臂；34、35：夾持部；36：把持裝置；37：安裝凸緣；38：外殼；39：操作把手。