Title:
Modifiziertes magnetisches Fluid und Greifmechanismus und Greifvorrichtung unter Verwendung dieses modifizierten magnetischen Fluids
Kind Code:
T5
Abstract:

Es werden ein modifiziertes magnetisches Fluid 11, dessen Haltefestigkeit zu der Zeit, zu der es magnetisiert wird, durch Mischen eines nichtmagnetischen Pulvers 26 in ein magnetisches Fluid 27, das eine Basislösung und ferromagnetische feine Partikel 25 hat, erhöht ist, und ein Greifmechanismus 10 und eine Greifvorrichtung 30, in denen dieses modifizierte magnetische Fluid 11 verwendet wird, bereitgestellt, wobei die ferromagnetischen feinen Partikel 25 in einem verteilten Zustand in der Basislösung vorhanden sind, wobei das nichtmagnetische Pulver 26 eine größere Größe und ein geringeres spezifisches Gewicht als die ferromagnetischen feinen Partikel 25 hat.



Inventors:
Nishida, Takeshi (Fukuoka, Kitakyushu-shi, JP)
Okatani, Yuki (Fukuoka, Kitakyushu-shi, JP)
Kunimoto, Kenichi (Fukuoka, Kitakyushu-shi, JP)
Application Number:
DE112015001563T
Publication Date:
02/23/2017
Filing Date:
03/27/2015
Assignee:
Kyushu Institute of Technology (Fukuoka, Kitakyushu, JP)
Maeda Kiko Co., Ltd. (Yamaguchi, Shimonoseki-shi, JP)
International Classes:
Attorney, Agent or Firm:
VOSSIUS & PARTNER Patentanwälte Rechtsanwälte mbB, 81675, München, DE
Claims:
1. Modifiziertes magnetisches Fluid, das aufweist:
eine Haltefestigkeit zu der Zeit, zu der es magnetisiert wird, die durch Mischen eines nichtmagnetischen Pulvers in ein magnetisches Fluid erhöht ist, wobei das magnetische Fluid eine Basislösung und ferromagnetische feine Partikel hat, wobei die ferromagnetischen feinen Partikel in einem verteilten Zustand in der Basislösung vorhanden sind, wobei das nichtmagnetische Pulver eine größere Größe und ein geringeres spezifisches Gewicht als die ferromagnetischen feinen Partikel hat.

2. Modifiziertes magnetisches Fluid nach Anspruch 1, wobei das nichtmagnetische Pulver aus einem Glas-, Kunststoff- oder Keramikpulver besteht.

3. Modifiziertes magnetisches Fluid nach Anspruch 1, wobei das nichtmagnetische Pulver aus einem Kunststoffschaum besteht.

4. Modifiziertes magnetisches Fluid nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Partikelgröße des nichtmagnetischen Pulvers 2 mm oder weniger ist.

5. Modifiziertes magnetisches Fluid nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Anteil des magnetischen Fluids in dem modifizierten magnetischen Fluid in dem Bereich von 40 bis 80% liegt.

6. Modifiziertes magnetisches Fluid nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das magnetische Fluid ein MR-Fluid ist.

7. Greifmechanismus, der das modifizierte magnetische Fluid nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verwendet, der aufweist:
einen flexiblen Beutel, in dem das modifizierte magnetische Fluid aufgenommen ist, und
einen Elektromagneten, der auf einer Seite des Beutels angeordnet ist und fähig ist, das modifizierte Fluid in dem Beutel zu magnetisieren.

8. Greifmechanismus nach Anspruch 7, wobei der Elektromagnet einen Magnetpolabschnitt in einer Mitte des Elektromagneten, einen zylindrischen Jochabschnitt mit einer Unterseite, der den Magnetpolabschnitt umgibt, und eine um den Magnetpolabschnitt herum gewickelte Spule hat, und der Beutel, der mit dem modifizierten magnetischen Fluid gefüllt ist, in einem verschlossenen Zustand an einem offenen Ende des Jochabschnitts befestigt ist.

9. Greifmechanismus nach Anspruch 8, wobei ein Füllanteil des modifizierten magnetischen Fluids in dem Beutel 40 bis 70% ist.

10. Greifmechanismus nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Beutel eine halbkugelförmige Form mit einem Flansch hat.

11. Greifvorrichtung, die aufweist:
den Greifmechanismus nach einem der Ansprüche 7 bis 10, der an einer Spitzenseite eines Roboterarms befestigt ist.

12. Greifvorrichtung, die aufweist:
den Greifmechanismus nach einem der Ansprüche 7 bis 10, der an jedem der Halteabschnitte eines Roboters bereitgestellt ist, so dass sie zueinander entgegengesetzt sind, wobei die Halteabschnitte einen Abstand dazwischen haben, der gesteuert werden kann.

Description:
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein modifiziertes magnetisches Fluid, das eine weiter verbesserte Version eines magnetischen Fluids mit feinen Partikeln eines in einer Flüssigkeit verteilten ferromagnetischen Körper ist, und betrifft auch einen Greifmechanismus und eine Greifvorrichtung, die dieses modifizierte magnetische Fluid verwenden.

Hintergrundtechnik

Wie in der Nicht-Patentliteratur 1 gezeigt, ist ein magnetorheologisches Fluid (MR-Fluid), das aus einer gallertartigen Lösung besteht, in der ferromagnetische ultrafeine Partikel von 10 nm und einigen μm Größe unter Verwendung eines oberflächenaktiven Stoffes und ähnlichem stabil in einer Flüssigkeit verteilt sind, bekannt. Es wurde offenbart, dass dieses magnetorheologische Fluid für Dämpfer, Aktuatoren, Dichtungen und Kupplungen verwendet wird. In der Patentliteratur 1 wurde ein metallisches Pulver, das für ein magnetisches Fluid verwendet wird und aus einer Fe-basierten Legierung mit einer mittleren Partikelgröße von 0,1 bis 25 μm und einer maximalen Partikelgröße von 50 μm oder weniger ausgebildet ist, offenbart, und in der Patentliteratur 2 wurde eine magnetische Fluidzusammensetzung, die verteilte magnetische Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 0,1 bis 500 μm in einem ionischen Fluid, das Anionen und Kationen enthält, umfasst, offenbart. In der Patentliteratur 3 wurden eine Struktur und ein Herstellungsverfahren des derartigen magnetischen Fluids offenbart, und in der Patentliteratur 4 wurde auch eine Artikelgreifvorrichtung, in der dieses magnetische Fluid verwendet wird, vorgeschlagen.

In Bezug auf Greiforgane (Greifmechanismen) von Industrierobotern gibt es gemäß einer Vielfalt von Betriebsprozessen verschiedene Arten. Greiforgane, die zum Greifen von Objekten verwendet werden, werden namentlich Greifer genannt und es ist in den Betriebsprozessen der Industieroboter üblich, einen Greifer automatisch durch einen anderen Greifer zu ersetzen, der für eine Form und Haltung eines Objekts geeignet ist. Es erfordert jedoch komplizierte Berechnungen für die Betriebe zum Auswählen und Ersetzen durch geeignete Greifer, Greifpläne für das Greifen von Objekten durch die ausgewählten Greifer, Schätzen von Objekthaltungen vom Anfang bis zum Abschluss des Greifens und ähnliches, und diese Reihe von Betrieben bildeten einen Flaschenhals für effiziente Betriebe durch die Roboter. Zahlreiche Untersuchungen der Formen und Mechanismen von Greiforganen wurden bisher, und in den letzten Jahren durchgeführt, um die Betriebseffizienz durch Weglassen von Verfahren zur Haltungsbestimmung von Objekten, die gegriffen werden sollen, und für den Austausch von Greifern zu verbessern, und über Erfindungen eines Greiforgans (universeller Jamming-Greifer, auf den hier nachstehend einfach als der „Greifer” Bezug genommen wird), wie etwa den in der Nicht-Patentliteratur 2 Gezeigten, der Objekte mit verschiedenen Formen unter Verwendung von Unterdruck frei greift, wurde berichtet.

Eine allgemeine Beschreibung dieses Greifers 70 ist in 8 dargestellt. Der Greifer 70 hat ein Halteelement 71, das an einer Spitze eines Roboterarms befestigt werden soll, einen kugelförmigen Gummikörper 72, der an einem unteren Abschnitt des Halteelements 71 befestigt werden soll, einen Befestigungsring 73 zum abnehmbaren Befestigen des kugelförmigen Gummikörpers 72 an dem unteren Abschnitt des Halteelements 71, Kaffeebohnenpulver 74, das im Inneren des kugelförmigen Gummikörpers 72 aufgenommen werden soll, und eine nicht dargestellte Vakuumpumpe, die mit Auslassöffnungen 75 und 76 des Halteelements 71 verbunden werden soll. Wenn dieser Greifer 70 verwendet wird, werden Tätigkeiten, um 1) den kugelförmigen Gummikörper 72 eine Form eines Objekts kopieren zu lassen, nachdem der kugelförmige Gummikörper 72 gegen dass Objekt gedrückt wurde, 2) Freisetzen von Luft ins Innere des kugelförmigen Gummikörpers 72 durch Betätigen der Vakuumpumpe und Verfestigen des kugelförmigen Gummikörpers 72 mit Hilfe des Jamming-Phänomens und 3) Betätigen des Roboterarms, um das Objekt anzuheben, durchgeführt.

ReferenzlistePatentliteratur

  • Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 5660099 (Ansprüche 5 bis 9)
  • Patentliteratur 2: Japanisches Patent Nr. 5222296 (Anspruch 1)
  • Patentliteratur 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2006-505957
  • Patentliteratur 4: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2004-154909

Nichtpatentliteratur

  • Nicht-Patenliteratur 1: Fujita, Toyohisa und Kunio Shimada ”Characteristics and Applications of Magnetorheological Fluids.” Journal of the Magnetics Society of Japan, Band 27, Nr. 3, S. 91–100, 2003
  • Nicht-Patentliteratur 2: Amend, John R., Jr. Eric Brow,. Nicholas Rodenberg, Heinrich M. Jaeger und Hod Lipson ”A Positive Pressure Universal Gripper Based on the Jamming of Granular Material.” IEEE Transactions on Robotics, Band 28, Nr. 2, S. 341–350, April 2012

Zusammenfassung der ErfindungTechnisches Problem

Da die in der Nicht-Patentliteratur 1, der Patentliteratur 1 und der Patentliteratur 2 beschriebenen magnetischen Fluide Eisenpulver als feine Partikel eines ferromagnetischen Körpers verwenden, gibt es ein Problem in der Hinsicht, dass die relativen spezifischen Gewichte der magnetischen Fluide hoch werden. Außerdem gibt es auch ein Problem in der Hinsicht, dass Viskositäten und Scherfestigkeiten mit den herkömmlichen magnetischen Fluiden allein relativ gering sind, wenn sie magnetisiert werden. Der in der Nicht-Patentliteratur 2 beschriebene Greifer 70 hat Vorteile, dass er ein relativ leichtes Gewicht hat und fähig ist, Objekte leicht zu greifen. Jedoch gibt es Probleme in der Hinsicht, dass eine Greifkraft des Greifers 70 relativ schwach ist, und da das Jamming-Phänomen, das die Greifkraft bewirkt, relativ geringe Atmosphärendrücke, die von einem Unterdruckgenerator erzeugt werden, verwendet, ist es schwierig, den Greifer 70, wenn umgebende Atmosphärendrücke schwanken, an Orten unter hohen Drücken, wie etwa im Wasser, und in Umgebungen, in denen sich die Temperatur leicht ändert, und ähnlichen zu verwenden.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Gegebenheiten gemacht und ihre Aufgaben sind, ein modifiziertes magnetisches Fluid mit einem relativen spezifischen Gewicht, das geringer als das herkömmlicher magnetischer Fluide ist, und das eine hohe Greifkraft (Scherfestigkeit) hat, wenn es für Greifer und ähnliches verwendet wird, bereitzustellen, und einen Greifmechanismus und eine Greifvorrichtung bereitzustellen, in denen dieses modifizierte magnetische Fluid verwendet wird.

Lösung für das Problem

Um die vorangehende Aufgabe zu lösen, hat ein modifiziertes magnetisches Fluid gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zu der Zeit, zu der es magnetisiert wird, eine Haltefestigkeit, die durch Mischen eines nichtmagnetischen Pulvers in ein magnetisches Fluid erhöht ist, wobei das magnetische Fluid eine Basislösung und ferromagnetische feine Partikel hat, wobei die ferromagnetischen feinen Partikel in einem verteilten Zustand in der Basislösung vorhanden sind, wobei das nichtmagnetische Pulver eine größere Größe und ein geringeres spezifisches Gewicht als die ferromagnetischen feinen Partikel hat.

In dem Fall des modifizierten magnetischen Fluids gemäß dem ersten Aspekt wird bevorzugt, dass das nichtmagnetische Pulveraus einem Glas-, Kunststoff- oder Keramikpulver besteht. Außerdem wird in dem Fall des modifizierten magnetischen Fluids gemäß dem ersten Aspekt bevorzugt, dass das nichtmagnetische Pulver aus einem Kunststoffschaum besteht. Das nichtmagnetische Pulver löst sich offensichtlich nicht in der Basislösung des magnetischen Fluids oder reagiert damit. Es wird auch bevorzugt, dass das nichtmagnetische Pulver ein spezifisches Gewicht hat, das geringer als das der Basislösung (z. B. γ = 0,3 bis 0,8) ist, und dass das nichtmagnetische Pulver kugelförmig ist.

In dem Fall des modifizierten magnetischen Fluids gemäß dem ersten Aspekt wird bevorzugt, dass eine Partikelgröße des nichtmagnetischen Pulver 2 mm oder weniger ist. Außerdem wird in dem Fall des modifizierten magnetischen Fluids gemäß dem ersten Aspekt bevorzugt, dass ein Anteil des magnetischen Fluids in dem modifizierten magnetischen Fluid in dem Bereich von 40 bis 80% liegt. Ein MR-Fluid ist ebenfalls als das magnetische Fluid verwendbar.

Ein Greifmechanismus gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet das vorstehend beschriebene modifizierte magnetische Fluid gemäß dem ersten Aspekt und hat einen flexiblen Beutel, in dem das modifizierte magnetische Fluid aufgenommen ist, und einen Elektromagneten, der auf einer Seite des Beutels angeordnet ist und fähig ist, das modifizierte Fluid in dem Beutel zu magnetisieren.

In dem Fall des Greifmechanismus gemäß dem zweiten Aspekt wird bevorzugt, dass der Elektromagnet einen Magnetpolabschnitt in einer Mitte des Elektromagneten, einen zylindrischen Jochabschnitt mit einer Unterseite, der den Magnetpolabschnitt umgibt, und eine um den Magnetpolabschnitt herum gewickelte Spule hat, und dass der Beutel, der mit dem modifizierten magnetischen Fluid gefüllt ist, in einem verschlossenen Zustand an einem offenen Ende des Jochabschnitts befestigt wird.

In dem Fall des Greifmechanismus gemäß dem zweiten Aspekt wird bevorzugt, dass ein Füllanteil des modifizierten magnetischen Fluids in dem Beutel 40 bis 70% ist. Außerdem wird in dem Fall des Greifmechanismus gemäß dem zweiten Aspekt bevorzugt, dass der Beutel eine halbkugelförmige Form mit einem Flansch hat.

Ein Greifmechanismus gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat den vorstehend beschriebenen Greifmechanismus gemäß dem zweiten Aspekt, der an einer Spitzenseite eines Roboterarms befestigt ist. Außerdem hat eine Greifvorrichtung gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung den vorstehend beschriebenen Greifmechanismus gemäß dem zweiten Aspekt, der an jedem der Halteabschnitte eines Roboters bereitgestellt ist, so dass sie zueinander entgegengesetzt sind, wobei die Halteabschnitte einen Abstand dazwischen haben, der gesteuert werden kann.

Vorteilhafte Ergebnisse der Erfindung

Da in dem Fall des modifizierten magnetischen Fluids gemäß dem ersten Aspekt das nichtmagentische Pulver mit größerer Größe und geringerem spezifischen Gewicht als die ferromagnetischen feinen Partikel in das herkömmliche magnetische Fluid gemischt sind, wird ein gesamtes spezifisches Gewicht geringer als das des herkömmlichen magnetischen Fluids. Wenn dieses modifizierte magnetische Fluid magnetisiert wird, wirkt das große nichtmagnetische Pulver als ein Aggregat, was die Haltekraft und die Scherfestigkeit des modifizierten magnetischen Fluids zur Zeit der Magnetisierung verbessert.

Wenn in dem Fall des modifizierten magnetischen Fluids gemäß dem ersten Aspekt das nichtmagentische Pulver aus einem Glas-, Kunststoff- oder Keramikpulver ausgebildet wird, wird das Gewicht des nichtmagnetischen Pulvers sogar leichter, und das nichtmagnetische Pulver, das gleichmäßig gekörnt ist, kann leicht erhalten werden, was die physikalischen Eigenschaften des modifizierten magnetischen Fluids ausgeglichener denn je macht. Wenn das nichtmagnetische Pulver kugelförmig ist und wenn das nichtmagnetische Pulver aus einem Kunststoffschaum besteht, wird auch das spezifische Gewicht des modifizierten Fluids geringer, und die physikalischen Eigenschaften des modifizierten magnetischen Fluids werden ausgeglichen.

Da der Greifmechanismus gemäß dem zweiten Aspekt das vorstehend beschriebene modifizierte magnetische Fluid gemäß dem ersten Aspekt verwendet und die flexible Tasche hat, in der das modifizierte magnetische Fluid aufgenommen ist und der Elektromagnet auf einer Seite der Tasche angeordnet ist und fähig ist, das modifizierte magnetische Fluid in dem Beutel zu magnetisieren, kann der Beutel einen Teil oder ein ganzes Objekt greifen, während eine Form des Objekts aufrecht erhalten wird.

Wenn insbesondere in dem Fall des Greifmechanismus gemäß dem zweiten Aspekt der Füllanteil des modifizierten magnetischen Fluids in den Beutel zu 40 bis 70% gemacht wird, gibt es Hohlräume und Ausbauchungen auf einer Oberfläche des Beutels, was es leicht macht, Objekte in den Beutel einzupassen, und das Greifen beliebiger Objekte, deren Größen innerhalb eines gewissen Bereichs liegen, zulässt.

Da außerdem die Greifvorrichtung gemäß dem dritten Aspekt den vorstehend beschriebenen Greifmechanismus gemäß dem zweiten Aspekt hat, der an der Spitzenseite des Roboterarms befestigt ist, kann der Greifmechanismus frei bewegt werden, und die Haltung des Greifmechanismus kann gleichzeitig geändert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1(A) ist eine Perspektivansicht eines Greifmechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 1(B) ist eine Hauptquerschnittansicht des gleichen Greifmechanismus.

2(A) ist eine Perspektivansicht eines Elektromagneten des gleichen Greifmechanismus und 2(B) ist eine Querschnittansicht des Elektromagneten des gleichen Greifmechanismus.

3 ist eine Perspektivansicht einer Greifvorrichtung, in der der gleiche Greifmechanismus an einem Roboterarm eines Vielgelenkroboters befestigt ist.

4(A) ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Anteil eines magnetischen Fluids (MR-Fluid) in einem modifizierten magnetischen Fluid und der Greifkraft zeigt; und 4(B) ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Partikelgröße eines nichtmagnetischen Pulvers und der Haltekraft zeigt.

5(A) ist ein Erläuterungsdiagramm für Verhalten des modifizierten magnetischen Fluids; und 5(B) ist ein Erläuterungsdiagramm für Verhalten eines magnetischen Fluids gemäß einem herkömmlichen Beispiel.

6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Arten und Größen nichtmagnetischer Pulver und der Haltekraft zeigt.

7 ist eine Perspektivansicht einer anderen Greifvorrichtung, in der der gleiche Greifmechanismus und ein anderer Greifmechanismus, der der Gleiche wie der Greifmechanismus ist, entgegengesetzt zueinander angeordnet sind.

8 ist eine Querschnittansicht eines Greifmechanismus (Greifer) gemäß einem herkömmlichen Beispiel.

Beschreibung von Ausführungsformen

Als nächstes werden unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen Beschreibungen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Wie in 1(A) und 1(B) dargestellt, hat ein Greifmechanismus 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen flexiblen Beutel 12, in dem ein modifiziertes magnetisches Fluid 11 aufgenommen ist, und einen Elektromagneten 13, der auf einer Seite (in dieser Ausführungsform auf einer Oberseite) des Beutels 12 angeordnet ist und das modifizierte magnetische Fluid 11 in dem Beutel 12 magnetisiert.

Der Elektromagnet 13 hat, wie in 2(A) und 2(B) dargestellt, einen Magnetpolabschnitt 15, der in einer Mitte des Elektromagneten 13 angeordnet ist und aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, einen Jochabschnitt 16, der den Magnetpolabschnitt 15 umgibt und aus einem zylindrischen magnetischen Material mit einer Unterseite ausgebildet ist, eine Spule 17, die um den Magnetpolabschnitt 15 herum gewickelt ist, und einen Magnetpolplattenabschnitt 15a, der an einem offenen Ende des Magnetpolabschnitts 15 bereitgestellt ist und einen Durchmesser hat, der größer als der des Magnetpolabschnitts 15 ist. Der Beutel 12 ist aus einer ölbeständigen nichtmagnetischen und flexiblen Gummilage oder Kunststofflage, wie etwa Silikongummi, ausgebildet und hat einen halbkugelförmigen Abschnitt 18 und einen Flanschabschnitt 19, der integral an einem Ende des halbkugelförmigen Abschnitts 18 bereitgestellt ist, der eine halbkugelförmige Lage mit einem Flansch ist. Es wird bevorzugt, dass ein Durchmesser D des halbkugelförmigen Abschnitts 18 etwa 30 bis 80 mm ist. Da jedoch der bevorzugte Durchmesser D sich abhängig von Objekten, die gegriffen werden sollen, ändert, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese numerischen Werte beschränkt. Eine Dicke des Beutels 12 ist zum Beispiel etwa 0,3 bis 2 mm.

Der Beutel 12 ist mittels erster und zweiter Befestigungselemente 22 und 23, die den Flanschabschnitt 19 dazwischen halten, an einem unteren Abschnitt des Elektromagneten 13 bereitgestellt. Das heißt, das erste Befestigungselement 22 wird an ein unteres Ende des Jochabschnitts 16 geschraubt, und das erste Befestigungselement 22 und das zweite Befestigungselement 23 werden durch den Flanschabschnitt 19 durch mehrere Bolzen 24 miteinander verbunden. Der Beutel 12 wird dadurch in einem verschlossenen Zustand an einem offenen Ende des Jochabschnitts 16 befestigt.

In dem Beutel 12 ist das modifizierte magnetische Fluid 11 gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgenommen. Eine Menge des modifizierten magnetischen Fluids 11, das aufgenommen werden soll (Füllrate) liegt innerhalb des Bereichs von 40 bis 70% eines Zustands, in dem der halbkugelförmige Abschnitt 18 mit einem Radius R des Beutels 12 vollständig aufgeblasen ist (Volumen V = 2πR3/3). Wenn die Menge des modifizierten magnetischen Fluids 11 kleiner als dieser Bereich ist, ist eine Gesamtmenge des modifizierten magnetische Fluids 11 nicht ausreichend, und wenn die Menge des modifizierten magnetische Fluids 11 mehr als dieser Bereich ist, wird ein Greifraum des Beutels 12 klein, jedoch kann die Menge des modifizierten magnetische Fluids 11 abhängig von einer beabsichtigten Verwendung diesen Bereich überschreiten.

Das modifizierte magnetische Fluid 11 wird hergestellt, indem ein nichtmagnetisches Pulver in ein normales magnetisches Fluid gemischt wird, in dem ferromagnetische feine Partikel in einem verteilten Zustand in einer Basislösung vorhanden sind. Das normale magnetische Fluid ist, wie früher beschrieben, eine magnetische gallertartige Lösung, die aus ferromagnetischen feinen Partikeln, wie etwa Magnetit und Manganzinkferrit, einem oberflächenaktiven Stoff, der Oberflächen der ferromagnetischen feinen Partikel bedeckt, und einer Basislösung (z. B. Wasser, Isoparaffin, Alkylnaphthalen oder einer anderen Art von Öl) besteht. Die Durchmesser der ferromagnetischen feinen Partikel sind etwa 10 nm, von 10 nm bis 200 μm und bevorzugter etwa 100 bis 200 μm. Als das nichtmagnetische Pulver wurden in dieser Ausführungsform Partikel aus einem Polystyrenschaum, der ein Beispiel für Kunststoffschäume ist, die eine größere Größe und ein geringeres spezifisches Gewicht als die ferromagnetischen feinen Partikel haben, verwendet.

4(A) stellt die Haltekraft des Beutels 12 in dem Fall dar, in dem ein Volumenanteil zwischen dem magnetischen Fluid (ein MR-Fluid wurde verwendet) und dem nichtmagnetischen Pulver geändert wurde, und 4(B) stellt eine Beziehung zwischen der Größe des nichtmagnetischen Pulvers und der Greifkraft des Beutels 12 in dem Fall dar, in dem ein Verhältnis des magnetischen Fluids zu dem nichtmagnetischen Pulver 1:1 gemacht wurde. Hier ist das Volumen des nichtmagnetischen Pulvers ein scheinbares Volumen. Es ist aus 4(A) zu erkennen, dass die Haltekraft des modifizierten magnetischen Fluids hoch ist, wenn der Anteil des magnetischen Fluids in dem modifizierten magnetischen Fluid in dem Bereich von 40 bis 80% ist. Außerdem ist aus 4(B) zu erkennen, dass das modifizierte magnetische Fluid eine hohe Haltekraft hat, wenn die Partikelgröße des nichtmagnetischen Pulvers 2 mm oder weniger ist. Wie aus 4(B) zu erkennen, hat die Haltekraft ihren Maximalwert, wenn die Partikelgröße der nichtmagnetischen Pulvers 0,5 mm ist. Es kann jedoch überlegt werden, dass, wenn eine Partikelgröße eines nichtmagnetischen Pulvers größer als eine Größe ferromagnetischer feiner Partikel (z. B. fünfmal oder mehr, d. h. 50 nm oder größer) ist, das modifizierte magnetische Fluid eine ausreichende Greifkraft ausübt.

5(A) stellt einen nichtmagnetischen Feldzustand und einen magnetischen Feldzustand unter Verwendung des modifizierten magnetischen Fluids 11 dar. In dem nichtmagnetischen Feldzustand sind ein magnetisches Fluid 27 (ein gemischtes Fluid aus einer Basislösung und den ferromagnetischen feinen Partikeln 25) und ein nichtmagnetisches Pulver 26 frei gemischt. Jedoch verbinden sich die ferromagnetischen feinen Partikel 25 in dem magnetischen Feldzustand miteinander und das nichtmagnetische Pulver 26 wirkt als Aggregate, und es kann überlegt werden, dass die Haltefestigkeit und die Scherfestigkeit des modifizierten magnetischen Fluids 11 dadurch hoch werden.

Zum Vergleich sind in 5(B) Verhalten in dem nichtmagnetischen Feldzustand und dem magnetischen Feldzustand unter Verwendung des herkömmlichen magnetischen Fluids 27 dargestellt. In dem nichtmagnetischen Feldzustand bewegen sich die ferromagnetischen feinen Partikel 25 frei, und in dem magnetischen Feldzustand verbinden sich die ferromagnetischen Partikel 25 miteinander; da es jedoch nichts gibt, das als die Aggregate wirkt, kann gefolgert werden, dass eine Greiffestigkeit und eine Scherkraft des magnetischen Fluids 27 nicht hoch sind. 5(A) und 5(B) sind schematische Diagramme zur Erläuterung, und Dichten der ferromagnetischen Partikel 25 und des nicht magnetischen Pulvers 26 sind in der Realität höher.

6 stellt Greifkräfte in dem Fall dar, in dem Arten und Größen der nichtmagnetischen Pulver, die in einem modifizierten magnetischen Fluid (MR-Fluid) verwendet werden, geändert wurden. Nicabeads (Markenname, Kohlenstoffmikroperlen) mit 0,0221 mm hat eine hohe Haltekraft; jedoch zeigt auch Polystyrenschaum mit 0,5 mm eine ausreichende Greifkraft.

3 stellt eine Greifvorrichtung 30 dar, für die der vorstehend beschriebene Greifmechanismus 10 verwendet wird. Der Greifmechanismus 10 ist an einer Spitzenseite eines Roboterarms 32 eines Vielgelenkroboters 31 befestigt. Der Greifmechanismus 10 wird dadurch frei an bestimmte Positionen und verschiedene Winkel bewegt, um ein Objekt zu greifen. Das heißt, der Beutel 12 des Greifmechanismus 10 wird über das Objekt gelegt, ein Teil oder das ganze Objekt wird in eine Vertiefung in dem Beutel 12 eingepasst, der Elektromagnet 13 wird dann mit Energie gespeist und das modifizierte magnetische Fluid 11 wird magnetisiert. Es wird bevorzugt, dass der Elektromagnet 13 ein Magnet ist, der in einem Maß stark ist, das die ferromagnetischen feinen Partikel nicht magnetisch gesättigt macht (z. B. 0,05 bis 0,3 T). Jedoch sind abhängig von einer beabsichtigten Verwendung Magnetfelder, die von schwach bis stark reichen, anwendbar.

Da das modifizierte magnetische Fluid 11 dabei einen Greifzustand aufrecht erhält, können Objekte durch den Roboterarm 3 bewegt werden. Nach dem Bewegen eines Objekts in eine vorgegebene Position kann das Objekt durch Beenden der Energiespeisung des Elektromagneten 13 und Lockern der Form des Beutels 12 an der vorgegebenen Position angeordnet werden.

7 stellt eine Greifvorrichtung 36 dar, in der der Greifmechanismus 10 an jedem der Halteabschnitte 34 und 35 eines Roboters befestigt ist, so dass sie entgegengesetzt zueinander sind, wobei die Halteabschnitte 34 und 35 einen Abstand dazwischen haben, der mit Hilfe eines Motors, Hydraulikzylinder oder ähnlichem geändert werden kann. Durch Einschieben eines Objekts von beiden Seiten mit Hilfe der Beutel 12 der zwei Greifmechanismen 10 und Energiespeisen der Elektromagnete 13 kann das Objekt zwischen den entgegengesetzten Greifmechanismen 10 gehalten werden. In 7 zeigt die Zahl 37 einen Befestigungsflansch zum Befestigen der Greifvorrichtung 36 an einem Arm und ähnlichem des Roboters an, die Zahl 38 zeigt ein Gehäuse an und die Zahl 39 zeigt einen Bedienhandgriff an.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt und die Strukturen können innerhalb des Bereichs, der den Geist der vorliegenden Erfindung nicht ändert, geändert werden. Zum Beispiel wurde in der vorstehenden Ausführungsform ein Polystyrenschaum als das nichtmagnetische Pulver verwendet, jedoch sind ein Pulver anderer Art aus Kunststoffschaum, ungeschäumten Kunststoffen, Glas, Keramik (um genau zu sein Aggregatpartikel), Kohlenstoffpartikel und ähnliches ebenso als das nichtmagnetische Pulver verwendbar. Außerdem können Formen des Elektromagneten und des Beutels ebenfalls abhängig von der beabsichtigten Verwendung frei geändert werden.

Industrielle Anwendbarkeit

Das modifizierte magnetische Fluid gemäß der vorliegenden Erfindung kann neben dem vorstehend erwähnten Greifmechanismus für magnetische Fluiddichtungen (Drehwellendichtungen), Dämpfer, Lautsprecher, Sensoren, Trennung durch einen Unterschied im spezifischen Gewicht und ähnliches verwendet werden. Außerdem können der Greifmechanismus und die Greifvorrichtung für Trägermaschinen, Aktuatoren und ähnliche an besonderen Orten verwendet.

Bezugszeichenliste

  • 10: Greifmechanismus, 11: modifiziertes magnetisches Fluid, 12: Beutel, 13: Elektromagnet, 15: Magnetpolabschnitt, 15a: Magnetpolplattenabschnitt, 16: Jochabschnitt, 17: Spule, 18: halbkugelförmiger Abschnitt, 19: Flanschabschnitt, 22: erstes Befestigungselement, 23: zweites Befestigungselement, 24: Bolzen, 25: ferromagnetischen feine Partikel, 26: nichtmagnetisches Pulver 27, magnetisches Fluid, 30: Greifvorrichtung, 31: Vielgelenkvorrichtung, 32: Roboterarm, 34, 35: Halteabschnitt, 36: Greifvorrichtung, 37: Befestigungsflansch, 38: Gehäuse, 39: Bedienhandgriff