DE112013005465T5

DE112013005465T5 - Roboterhand

Info

Publication number: DE112013005465T5
Application number: DE112013005465.5T
Authority: DE
Inventors: Masaki Nagatsuka; Yoshimasa Endo
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: WO2014077018A1; US9643323B2; KR101600250B1; KR20150074204A; JP5690318B2; CN104781053B; JP2014097546A; US20160263748A1; DE112013005465B4; CN104781053A

Abstract

Es wird eine Roboterhand bereitgestellt, die in der Lage ist, in einer Weise ähnlich wie eine menschliche Hand einen Gegenstand zu ergreifen und den ergriffenen Gegenstand zu betätigen, und die es ermöglicht, die Anzahl von Aktuatoren zu verringern. Diese Roboterhand ist ausgestattet mit: einem ersten Aktuator (31), der eine Antriebskraft so auf ein erstes Fingerglied (11) ausübt, dass sich das erste Fingerglied (11) relativ zu einem Basisabschnitt (1) dreht; und einem zweiten Aktuator (32), der eine Antriebskraft so auf ein zweites Fingerglied (12) und/oder ein drittes Fingerglied (13) ausübt, dass sich das zweite Fingerglied (12) relativ zu dem ersten Fingerglied (11) dreht und sich das dritte Fingerglied (13) relativ zu dem zweiten Fingerglied (12) dreht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Roboterhand, die mehrere Gelenke aufweist und in der Lage ist, einen Gegenstand zu ergreifen und den ergriffenen Gegenstand wie ein menschlicher Finger zu betätigen.
Hintergrund der Technik
Als Roboterhand, die mehrere Gelenke wie ein menschlicher Finger aufweist, ist eine Roboterhand bekannt, die einen Basisabschnitt, der dem Rücken einer menschlichen Hand entspricht, ein erstes Fingerglied, das einem proximalen Glied eines Fingers entspricht, ein zweites Fingerglied, das einem Zwischenglied eines Fingers entspricht, und ein drittes Fingerglied beinhaltet, das einem distalen Glied eines Fingers entspricht. Das erste Fingerglied ist drehbar mit dem Basisabschnitt verbunden. Das zweite Fingerglied ist drehbar mit dem ersten Fingerglied verbunden. Das dritte Fingerglied ist drehbar mit dem zweiten Fingerglied verbunden.
Wenn eine Roboterhand einen Gegenstand ergreift, wird der Gegenstand von dem Finger umschlungen. Um den Gegenstand mit einem Finger zu umschlingen, sind das erste Fingerglied, das zweite Fingerglied und das dritte Fingerglied so gestaltet, dass sie nacheinander gebeugt werden. Als typische Roboterhand ist eine Roboterhand bekannt, die so gestaltet ist, dass ein zweites Fingerglied mit einem ersten Fingerglied ineinandergreifend gebeugt wird, wenn das erste Fingerglied gebeugt wird, und ein drittes Fingerglied mit dem zweiten Fingerglied ineinandergreifend gebeugt wird, wenn das zweite Fingerglied gebeugt wird. Bei einer Antriebsquelle zum Beugen des Fingers handelt es sich um einen Motor oder einen Aktuator wie zum Beispiel einen Linearaktuator. Die Antriebsquelle übt eine Antriebskraft so auf das erste Fingerglied aus, dass das erste Fingerglied relativ zu dem Basisabschnitt gebeugt wird. Wenn das erste Fingerglied gebeugt wird, werden nacheinander das zweite Fingerglied und das dritte Fingerglied gebeugt.
Eine typische Roboterhand nach dem Stand der Technik ist in der Lage, einen Gegenstand fest zu „ergreifen”, hat jedoch Schwierigkeiten damit, den Gegenstand zu „betätigen”. „Ergreifen” bezieht sich darauf, dass ein Gegenstand fest gehalten wird, wohingegen „Betätigen” sich darauf bezieht, dass zum Beispiel eine Maschine betätigt wird, um sie zu aktivieren. Wenn zum Beispiel einem Roboter eine Aufgabe übertragen wird, eine Schraube mithilfe eines elektrischen Schraubendrehers festzuziehen, muss die Roboterhand den Griff des elektrischen Schraubendrehers fest halten (ergreifen) und den Auslöser des elektrischen Schraubendrehers ziehen (betätigen). Eine typische Roboterhand nach dem Stand der Technik hält den Griff eines elektrischen Schraubendrehers hervorragend fest, hat jedoch Schwierigkeiten damit, den Auslöser des elektrischen Schraubendrehers zu ziehen.
Als Roboterhand, die das Problem löst, hat der Anmelder eine Roboterhand mit einem Finger vorgeschlagen, in dem ein kleiner Aktuator in jedes Gelenk des Fingers eingebaut ist (siehe Patentliteratur 1). In dieser Roboterhand ist ein erster Aktuator in ein erstes Gelenk zwischen einem Basisabschnitt und einem ersten Fingerglied eingebaut. Ein zweiter Aktuator ist in ein zweites Gelenk zwischen dem ersten Fingerglied und einem zweiten Fingerglied eingebaut. Ein dritter Aktuator ist in ein drittes Gelenk zwischen dem zweiten Fingerglied und einem dritten Fingerglied eingebaut. Die in der Patentliteratur 1 beschriebene Roboterhand ist in der Lage, das erste bis dritte Fingerglied unabhängig zu beugen, und ist folglich in der Lage, einen Gegenstand zu ergreifen und den ergriffenen Gegenstand zu betätigen.
Liste der Zitate
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2002-113.681 A

Übersicht über die Erfindung
Technisches Problem
Bei der in der Patentliteratur 1 beschriebenen Roboterhand besteht jedoch ein Problem darin, dass es schwierig ist, eine Fingerspitzenkraft (Drehmoment) und einen Beugungswinkel eines Fingers (Hub) ähnlich denjenigen eines Menschen mit einem Aktuator einer Größe zu erzielen, der in jedem Gelenk des Fingers untergebracht werden kann. Da ein Aktuator für jedes Gelenk bereitgestellt wird, besteht ein Problem darin, die Anzahl von Aktuatoren zu erhöhen.
In dieser Hinsicht besteht ein Ziel der Erfindung darin, eine Roboterhand bereitzustellen, die in der Lage ist, wie eine menschliche Hand einen Gegenstand zu ergreifen und den ergriffenen Gegenstand zu betätigen, und die die Anzahl von Aktuatoren verringern kann.
Lösung des Problems
Um das obige Problem zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Roboterhand bereit, die beinhaltet: einen Basisabschnitt; ein erstes Fingerglied, das drehbar mit dem Basisabschnitt verbunden ist; ein zweites Fingerglied, das drehbar mit dem ersten Fingerglied verbunden ist; ein drittes Fingerglied, das drehbar mit dem zweiten Fingerglied verbunden ist; ein Hilfsglied, das ein Drehen des zweiten Fingergliedes relativ zu dem ersten Fingerglied mit einem Drehen des dritten Fingergliedes relativ zu dem zweiten Fingerglied ineinandergreifen lässt; einen ersten Aktuator, der eine Antriebskraft so auf das erste Fingerglied ausübt, dass sich das erste Fingerglied relativ zu dem Basisabschnitt dreht; und einen zweiten Aktuator, der eine Antriebskraft so auf das zweite Fingerglied und/oder das dritte Fingerglied ausübt, dass sich das zweite Fingerglied relativ zu dem ersten Fingerglied dreht und sich das dritte Fingerglied relativ zu dem zweiten Fingerglied dreht.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann (1) zum Beispiel, wenn der zweite Aktuator in einem Zustand angetrieben wird, in dem der erste Aktuator angehalten ist, eine Fingerspitze (das zweite Fingerglied und das dritte Fingerglied) allein gebeugt werden, ohne die Basis (das erste Fingerglied) des Fingers zu beugen. Des Weiteren kann (2) zum Beispiel, wenn der erste Aktuator und der zweite Aktuator gleichzeitig mit im Wesentlichen derselben Geschwindigkeit angetrieben werden, die Basis (das erste Fingerglied) allein gebeugt werden, ohne die Fingerspitze (das zweite Fingerglied und das dritte Fingerglied) zu beugen. In diesem Fall wirkt ein Drehmoment auf den Finger, das zwei Aktuatoren entspricht. Des Weiteren kann (3) zum Beispiel, wenn der erste Aktuator und der zweite Aktuator gleichzeitig angetrieben werden, wobei die Geschwindigkeit des zweiten Aktuators höher als die des ersten Aktuators ist, die Basis (das erste Fingerglied) des Fingers wie auch die Fingerspitze (das zweite Fingerglied und das dritte Fingerglied) gebeugt werden. Dies ermöglicht einen Vorgang, mit dem auf dieselbe Weise wie von einer menschlichen Hand ein Gegenstand ergriffen und der ergriffene Gegenstand betätigt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Finger einer Roboterhand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestreckt ist;
2 ist eine Draufsicht auf eine Roboterhand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Seitenansicht einer Roboterhand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Seitenansicht einer Roboterhand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5(A) bis 5(F) stellen Bewegungsdiagramme einer Roboterhand gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar; und
6 stellt ein weiteres Beispiel für einen ersten und einen zweiten Aktuator einer Roboterhand gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Roboterhand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Finger der Roboterhand der vorliegenden Ausführungsform ausgestreckt ist. 2 stellt eine Draufsicht auf die Roboterhand dar, wohingegen 3 und 4 Seitenansichten der Roboterhand darstellen. Die Roboterhand der Ausführungsform weist drei Gelenke entsprechend denjenigen eines menschlichen Fingers auf und ist in der Lage, einen Gegenstand geschickt und vorsichtig zu betätigen. Üblicherweise wird die Roboterhand in Kombination mit anderen Fingern so verwendet, dass eine gelenkige mehrfingrige Hand gestaltet wird.
Zunächst wird eine Gesamtgestaltung der Roboterhand beschrieben. Die Roboterhand ist mit einem Basisabschnitt 1, der dem Rücken einer menschlichen Hand entspricht, einem ersten Fingerglied 11, das einem proximalen Glied eines Fingers entspricht, einem zweiten Fingerglied 12, das einem Zwischenglied eines Fingers entspricht, und einem dritten Fingerglied 13 ausgestattet, das einem distalen Glied eines Fingers entspricht. Das erste Fingerglied 11 weist einen proximalen Abschnitt auf, der über eine erste Welle 21 drehbar mit dem Basisabschnitt 1 verbunden ist. Das zweite Fingerglied 12 weist einen proximalen Abschnitt auf, der über eine zweite Welle 22 drehbar mit einem distalen Abschnitt des ersten Fingergliedes 11 verbunden ist. Das dritte Fingerglied 13 weist einen proximalen Abschnitt auf, der über eine dritte Welle 23 drehbar mit einem distalen Abschnitt des zweiten Fingergliedes 12 verbunden ist. Die erste bis dritte Welle 21, 22 und 23 entsprechen einem metacarpalen Interphalangealgelenk, einem proximalen Interphalangealgelenk bzw. einem distalen Interphalangealgelenk eines menschlichen Fingers. Die erste bis dritte Welle 21, 22 und 23 sind parallel zueinander.
Ein Hilfsglied 2 weist einen Endabschnitt, der über eine Verbindungswelle 3 drehbar mit dem ersten Fingerglied 11 verbunden ist, und den anderen Endabschnitt auf, der über eine Verbindungswelle 4 drehbar mit dem dritten Fingerglied 13 verbunden ist (siehe 3 und 4). Das Hilfsglied 2 hat eine Funktion, das Drehen des zweiten Fingergliedes 12 relativ zu dem ersten Fingerglied 11 mit dem Drehen des dritten Fingergliedes 13 relativ zu dem zweiten Fingerglied 12 ineinandergreifen zu lassen. Das erste Fingerglied 11, das zweite Fingerglied 12, das dritte Fingerglied 13 und das Hilfsglied 2 bilden eine viergelenkige Drehgelenkkette, in der die vier Glieder sämtlich durch Drehpaare verkettet sind. Unter der Annahme, dass das erste Fingerglied 11 feststehend ist, wird dem dritten Fingerglied 13 nur eine gewisse eingeschränkte Bewegung ermöglicht.
Wie in 1 dargestellt, übt ein erster Aktuator eine Antriebskraft so auf das erste Fingerglied 11 aus, dass sich das erste Fingerglied 11 relativ zu dem Basisabschnitt 1 dreht. Bei dem ersten Aktuator handelt es sich um einen ersten Linearaktuator 31 mit einem Körper 31a und einer Welle 31b (siehe 2), die sich relativ zu dem Körper 31a linear bewegt. Der Körper 31a des ersten Linearaktuators 31 wird durch den Basisabschnitt 1 um eine Mittelachse L1 drehbar gestützt. Die Welle 31b des ersten Linearaktuators 31 ist drehbar so mit dem ersten Fingerglied 11 verbunden, dass eine Antriebskraft auf das erste Fingerglied 11 ausgeübt werden kann. Wenn der erste Linearaktuator 31 eine Antriebskraft auf das erste Fingerglied 11 ausübt, dreht sich das erste Fingerglied 11 relativ zu dem Basisabschnitt 1. Wenn das erste Fingerglied 11 relativ zu dem Basisabschnitt 1 gedreht wird, dreht sich der Körper 31a des ersten Linearaktuators 31 um die Mittelachse L1 relativ zu dem Basisabschnitt 1.
Ein zweiter Aktuator übt eine Antriebskraft so auf das zweite Fingerglied 12 aus, dass sich das zweite Fingerglied 12 relativ zu dem ersten Fingerglied 11 dreht. Bei dem zweiten Aktuator handelt es sich um einen zweiten Linearaktuator 32 mit einem Körper 32a und einer Welle 32b, die sich relativ zu dem Körper 32a linear bewegt. Der erste Linearaktuator 31 weist dieselbe Größe wie der zweite Linearaktuator 32 auf. Der Körper 32a des zweiten Linearaktuators 32 wird durch den Basisabschnitt 1 um die Mittelachse L1 drehbar gestützt. Die Welle 32b des zweiten Linearaktuators 32 ist drehbar mit einem proximalen Abschnitt eines Arbeitsgliedes 5 verbunden. Das Arbeitsglied 5 weist einen distalen Abschnitt auf, der drehbar mit dem zweiten Fingerglied 12 verbunden ist. Wenn der zweite Linearaktuator 32 eine Antriebskraft auf das zweite Fingerglied 12 ausübt, dreht sich das zweite Fingerglied 12 relativ zu dem ersten Fingerglied 11. Damit ineinandergreifend, dreht sich das dritte Fingerglied 13 relativ zu dem zweiten Fingerglied 12. Des Weiteren dreht sich der Körper 32a des zweiten Linearaktuators 32 um die Mittelachse L1 relativ zu dem Basisabschnitt 1.
5(A) bis 5(F) stellen Bewegungsdiagramme der Roboterhand dar. Gemäß der wie oben beschrieben gestalteten Roboterhand kann (1) zum Beispiel, wenn der zweite Linearaktuator 32 in einem Zustand angetrieben wird, in dem der erste Linearaktuator 31 angehalten ist, die Fingerspitze (das zweite Fingerglied 12 und das dritte Fingerglied 13) allein gebeugt werden, ohne die Basis (das erste Fingerglied 11) des Fingers zu beugen (5(C) über 5(B) bis 5(A)). Mit anderen Worten, wenn das erste Fingerglied 11 einen Winkel relativ zu dem Basisabschnitt 1 aufrechterhält, kann das zweite Fingerglied 12 relativ zu dem ersten Fingerglied 11 gedreht werden, und das dritte Fingerglied 13 kann relativ zu dem zweiten Fingerglied 12 gedreht werden.
Des Weiteren kann (2) zum Beispiel, wenn der erste Linearaktuator 31 und der zweite Linearaktuator 32 gleichzeitig mit im Wesentlichen derselben Geschwindigkeit angetrieben werden, die Basis (das erste Fingerglied 11) allein gebeugt werden, ohne die Fingerspitze (das zweite Fingerglied 12 und das dritte Fingerglied 13) zu beugen (5(C) über 5(D) bis 5(E)). In diesem Fall kann der Finger mit einem Drehmoment beaufschlagt werden, das eine Summe des Drehmoments des ersten und des zweiten Linearaktuators 31 und 32 ist.
Des Weiteren kann (3) zum Beispiel, wenn der erste Linearaktuator 31 und der zweite Linearaktuator 32 gleichzeitig angetrieben werden, wobei die Geschwindigkeit des zweiten Linearaktuators 32 höher als die des ersten Linearaktuators 31 ist, die Basis (das erste Fingerglied 11) des Fingers wie auch die Fingerspitze (das zweite Fingerglied 12 und das dritte Fingerglied 13) gebeugt werden (5(C) bis 5(F)).
Im Folgenden wird eine Struktur jedes Teils der Roboterhand beschrieben. Wie in 1 dargestellt, handelt es sich in der folgenden Beschreibung bei einer Richtung, in der sich der ausgestreckte Finger erstreckt, um eine Vorwärts-Rückwärts-Richtung, und bei einer Richtung senkrecht zu dem ausgestreckten Finger handelt es sich um eine Rechts-und-Links-Richtung.
Der Basisabschnitt 1 beinhaltet einen Boden 1a und ein Paar Stützwände 1b und 1c, die von den Enden des Bodens 1a in der Rechts-und-Links-Richtung vertikal aufgebaut sind. Das Paar Stützwände 1b und 1c ist mit einer Zwischenwand 1d dazwischen ausgestattet. Der Körper 31a des ersten Linearaktuators 31 wird zwischen der Stützwand 1b und der Zwischenwand 1d drehbar gestützt. Der Körper 32a des zweiten Linearaktuators 32 wird zwischen der Zwischenwand 1d und der Stützwand 1c drehbar gestützt. Die Mittelachse L1 zum Drehen des ersten Linearaktuators 31 relativ zu dem Basisabschnitt 1 ist mit der Mittelachse L1 zum Drehen des zweiten Linearaktuators 32 relativ zu dem Basisabschnitt 1 ausgerichtet.
Mithilfe von Kugelgewindetrieben ermöglichen der erste und der zweite Linearaktuator 31 und 32 den jeweiligen Wellen, sich relativ zu den jeweiligen Körpern linear zu bewegen. Die Wellen 31b und 32b weisen jeweilige Außenumfangsflächen auf, in denen Gewinde ausgebildet sind. Die Körper 31a und 32a sind mit Spindelmuttern verbunden, die mit den Gewinden der jeweiligen Wellen 31b und 32b in Gewindeeingriff zu bringen sind. An den Körper 31a und 32a sind Motoren 31c bzw. 32c zum Drehen und Antreiben der Spindelmuttern montiert. Wenn die Spindelmuttern durch die Motoren 31c und 32c gedreht und angetrieben werden, werden die Wellen 31b und 32b in einer axialen Richtung linear bewegt.
An dem Basisabschnitt 1 sind ein erstes Antriebsteil 33 und ein zweites Antriebsteil angeordnet, die eine elektrische Leistung bereitstellen, die zum Steuern der Motoren des ersten Linearaktuators 31 und des zweiten Linearaktuators 32 geeignet ist (1 stellt lediglich das erste Antriebsteil 33 dar, das zweite Antriebsteil ist jedoch unterhalb des zweiten Linearaktuators 32 angeordnet). Das erste Antriebsteil 33 und das zweite Antriebsteil sind jeweils mit einem Leistungswandler wie zum Beispiel einem PWM(Pulsweitenmodulations)-Wechselrichter, der die elektrische Leistung dem Motor zuführt, und einer Steuereinheit ausgestattet, die den Leistungswandler auf der Grundlage der Daten von einer Befehlseinrichtung höherer Ordnung wie zum Beispiel einem Operationsmanipulator und Sensoren steuert, die im Folgenden beschrieben werden. Das erste Antriebsteil 33 und das zweite Antriebsteil führen eine Synchronsteuerung aus, wobei entweder der erste oder der zweite Linearaktuator 31 oder 32 eine Hauptachse ist und der andere eine angetriebene Achse ist.
Die Welle 31b des ersten Linearaktuators 31 ist über eine erste Anpassungseinheit 35 drehbar mit dem ersten Fingerglied 11 verbunden. Die erste Anpassungseinheit 35 beinhaltet einen Körper 35a, der an dem ersten Fingerglied 11 befestigt ist, und ein Paar Wellenstützen 35b, die von dem Körper 35a in zwei auseinandergeführt werden. Das Paar Wellenstützen 35b stützt eine Verbindungswelle 28 drehbar. Die Verbindungswelle 28 ist mit der Welle 31b (siehe 2) des ersten Linearaktuators 31 verbunden.
Die Welle 32b des zweiten Linearaktuators 32 ist über eine zweite Anpassungseinheit 36 drehbar mit dem Arbeitsglied 5 verbunden. Die zweite Anpassungseinheit 36 beinhaltet einen Körper 36a, der mit der Welle 32b des zweiten Linearaktuators 32 verbunden ist, und ein Paar Verbindungsabschnitte 36b, die von den Enden des Körpers 36a in der Rechts-und-Links-Richtung nach vorn herausragen und dabei in zwei auseinandergeführt werden. Das Paar Verbindungsabschnitte 36b ist mit einer Verbindungswelle 37 ausgestattet. Die Verbindungswelle 37 ist drehbar mit einem proximalen Abschnitt des Arbeitsgliedes 5 verbunden.
Der Basisabschnitt 1 weist ein vorderes Ende auf, das einen u-förmigen Querschnitt hat. Das vordere Ende des Basisabschnitts 1 beinhaltet ein Paar Stützwände 1e, die von einer ersten Welle 21 so überbrückt werden, dass sie das erste Fingerglied 11 drehbar stützt. An dem Basisabschnitt 1 ist ein Sensor 38 montiert (siehe 3). Der Sensor 38 ist zum Beispiel durch einen sechsachsigen Kraftsensor gestaltet, der in Echtzeit gleichzeitig eine Kraft und ein Drehmoment in Richtungen X, Y und Z erkennt.
Wie in 1 dargestellt, weist das erste Fingerglied 11 einen u-förmigen Querschnitt auf. Das erste Fingerglied 11 beinhaltet einen Boden und ein Paar Seitenwände 11a, die von den Enden des Bodens in der Rechts-und-Links-Richtung vertikal aufgebaut sind. Das Paar Seitenwände 11a des ersten Fingergliedes 11 ist zwischen das Paar Stützwände 1e in dem distalen Abschnitt des Basisabschnitts 1 gepasst. Das Paar Seitenwände 11a des ersten Fingergliedes 11 weist distale Abschnitte auf, die mit der zweiten Welle 22 ausgestattet sind. Das zweite Fingerglied 12 wird durch die zweite Welle 22 drehbar gestützt (siehe 3). An dem ersten Fingerglied 11 ist ein Sensor 39 montiert (siehe 3), der zum Beispiel durch einen sechsachsigen Kraftsensor gestaltet ist.
Das zweite Fingerglied 12 weist einen u-förmigen Querschnitt auf. Das zweite Fingerglied 12 beinhaltet einen Boden und ein Paar Seitenwände 12a, die von den Enden des Bodens in der Rechts-und-Links-Richtung vertikal aufgebaut sind. Das Paar Seitenwände 12a des zweiten Fingergliedes 12 ist zwischen das Paar Seitenwände 11a des ersten Fingergliedes 11 gepasst. Das Paar Seitenwände 12a des zweiten Fingergliedes 12 weist distale Abschnitte auf, die mit der dritten Welle 23 ausgestattet sind. Das dritte Fingerglied 13 wird durch die dritte Welle 23 drehbar gestützt. Das Paar Seitenwände 12a des zweiten Fingergliedes 12 weist proximale Abschnitte auf, die mit einer Verbindungswelle 6 ausgestattet sind. Die Verbindungswelle 6 ist mit einem distalen Abschnitt des Arbeitsgliedes 5 verbunden (siehe 4). Das Paar Seitenwände 12a ist so mit entsprechenden Ausnehmungen 12b ausgebildet, dass eine Beeinträchtigung der Verbindungswelle 4 vermieden wird (siehe 4).
Das dritte Fingerglied 13 weist einen u-förmigen Querschnitt auf. Das dritte Fingerglied 13 beinhaltet einen Boden und ein Paar Seitenwände 13a, die von den Enden des Bodens in der Rechts-und-Links-Richtung vertikal aufgebaut sind. Das Paar Seitenwände 12a des zweiten Fingergliedes 11 ist innerhalb des Paares Seitenwände 13a des dritten Fingergliedes 13 gepasst. Das Paar Seitenwände 13a des dritten Fingergliedes 13 weist proximale Abschnitte auf, die mit der Verbindungswelle 4 ausgestattet sind. Das Hilfsglied 2 ist drehbar mit der Verbindungswelle 4 verbunden. An dem dritten Fingerglied 13 ist ein Sensor 40 montiert (siehe 3), der zum Beispiel durch einen sechsachsigen Kraftsensor gestaltet ist.
Das Arbeitsglied 5 ist in einer Plattenform ausgebildet, die in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung langgestreckt ist. Das Arbeitsglied 5 weist einen proximalen Abschnitt auf, der drehbar mit der Verbindungswelle 28 der Anpassungseinheit 36 verbunden ist. Der distale Abschnitt des Arbeitsgliedes 5 ist drehbar mit der Verbindungswelle 6 des zweiten Fingergliedes 12 verbunden.
Das Hilfsglied 2 ist in einer Plattenform ausgebildet, die in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung langgestreckt ist. Das Hilfsglied 2 weist einen proximalen Abschnitt auf, der drehbar mit der Verbindungswelle 3 (siehe 3) des ersten Fingergliedes 11 verbunden ist. Das Hilfsglied 2 weist einen distalen Abschnitt auf, der mit der Verbindungswelle 4 (siehe 3) des dritten Fingergliedes 13 verbunden ist.
Bisher ist die Gestaltung der Roboterhand der vorliegenden Ausführungsform beschrieben worden. Die Roboterhand der vorliegenden Ausführungsform weist die folgenden vorteilhaften Wirkungen auf. Die Körper 31a und 32a des ersten Linearaktuators 31 bzw. des zweiten Linearaktuators 32 zum Bewegen des Fingers sind an dem Basisabschnitt 1 angeordnet. Da ihm dementsprechend eine Kraft (Gelenkdrehmoment) mit einem ähnlichen Ausmaß wie demjenigen eines menschlichen Fingers verliehen wird, kann die Größe des Fingers auf eine Größe verringert werden, die derjenigen eines menschlichen Fingers entspricht. Des Weiteren können der erste und der zweite Linearaktuator 31 und 32 geschützt werden, wenn das erste bis dritte Fingerglied 11, 12 und 13 gegen einen Gegenstand stoßen oder in Wasser getaucht werden.
Die Mittelachse L1 zum Drehen des ersten Linearaktuators 31 relativ zu dem Basisabschnitt 1 ist mit der Mittelachse L1 zum Drehen des zweiten Linearaktuators 32 relativ zu dem Basisabschnitt 1 ausgerichtet angeordnet. Dies erleichtert die Steuerung des ersten und des zweiten Linearaktuators 31 und 32.
Der zweite Linearaktuator 32 übt über das Arbeitsglied 5 eine Antriebskraft auf das zweite Fingerglied 12 aus. Dementsprechend kann der zweite Linearaktuator 32 an dem Basisabschnitt 1 angeordnet werden, der von dem zweiten Fingerglied 12 beabstandet ist.
Das Hilfsglied 2 ist drehbar so mit dem ersten Fingerglied 11 und dem dritten Fingerglied 13 verbunden, dass eine Verkettung des Drehens des ersten Fingergliedes 11 mit dem Drehen des dritten Fingergliedes 13 ermöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, sondern kann wie folgt innerhalb eines Rahmens, der den Gedanken der vorliegenden Erfindung nicht verändert, zu verschiedenen Ausführungsformen modifiziert werden.
Bei der obigen Ausführungsform weist der Finger der Roboterhand drei Gelenke auf. Der Finger der Roboterhand kann jedoch vier Gelenke aufweisen. In diesem Fall ist ein viertes Fingerglied drehbar mit einem distalen Abschnitt des dritten Fingergliedes verbunden. Dann ist ein zweites Hilfsglied drehbar so mit dem zweiten Fingerglied und dem vierten Fingerglied verbunden, dass das Drehen des dritten Gliedes relativ zu dem zweiten Glied mit dem Drehen des vierten Gliedes relativ zu dem dritten Fingerglied ineinandergreift.
Bei der obigen Ausführungsform sind das erste bis dritte Fingerglied 11, 12 und 13 und das Hilfsglied 2 durch Drehpaare so verkettet, dass sie eine viergelenkige Drehgelenkkette ausbilden. Es kann jedoch zumindest eines der vier Drehpaare durch ein Gleitpaar ersetzt werden.
Bei der obigen Ausführungsform wird eine Antriebskraft von dem zweiten Linearaktuator 32 über das Arbeitsglied 5 auf das zweite Fingerglied 12 ausgeübt. Die Antriebskraft kann jedoch von dem zweiten Linearaktuator direkt auf das zweite Fingerglied ausgeübt werden. Alternativ kann die Antriebskraft von dem zweiten Linearaktuator über das Arbeitsglied auf das Hilfsglied ausgeübt werden. Alternativ kann die Antriebskraft von dem zweiten Linearaktuator über das Arbeitsglied auf das dritte Fingerglied ausgeübt werden.
Bei der obigen Ausführungsform werden der erste und der zweite Linearaktuator 31 und 32, die an dem Basisabschnitt 1 bereitgestellt werden, als Antriebsquelle zum Bewegen des Fingers verwendet. Es können jedoch ein erster und ein zweiter Rotationsmotor 41 und 42 verwendet werden, die jeweilige Drehzahlminderer aufweisen, wie in 6 dargestellt, die an dem Basisabschnitt 1 bereitgestellt werden. In diesem Fall beinhalten der erste und der zweite Rotationsmotor 41 und 42, die Drehzahlminderer aufweisen, Abtriebswellen 41a und 42a, die mit einem daran befestigten Hebel 43 ausgestattet sind. Der erste Rotationsmotor 41, der einen Drehzahlminderer aufweist, dreht das erste Fingerglied 11 über den Hebel 43. Der zweite Rotationsmotor 42, der einen Drehzahlminderer aufweist, dreht das zweite Fingerglied 12 über den Hebel 43.
Bei der obigen Ausführungsform werden der erste und der zweite Linearaktuator 31 und 32, die an dem Basisabschnitt 1 bereitgestellt werden, als Antriebsquelle zum Bewegen des Fingers verwendet. Es kann jedoch ein erster Rotationsmotor an einer Position bereitgestellt werden, die dem metacarpalen Interphalangealgelenk einer menschlichen Hand entspricht, so dass sichergestellt wird, dass sich das erste Glied relativ zu dem Basisabschnitt dreht. Alternativ kann ein zweiter Rotationsmotor an einer Position bereitgestellt werden, die dem proximalen Interphalangealgelenk einer menschlichen Hand entspricht, so dass sichergestellt wird, dass sich das zweite Glied relativ zu dem ersten Glied dreht.
Die obige Ausführungsform verwendet den ersten und den zweiten Linearaktuator 31 und 32, die Kugelgewindetriebe verwenden. Anstelle des ersten und des zweiten Linearaktuators 31 und 32, die Kugelgewindetriebe verwenden, können jedoch Pneumatik- oder Hydraulikzylinder, Linearmotoren, Aktuatoren aus künstlichen Muskeln oder dergleichen verwendet werden.
Bei der obigen Ausführungsform werden die erste bis dritte Welle 21, 22 und 23 wie auch die Verbindungswellen 3 und 4 in jeweilige Bohrungen gepasst, die den Durchmessern der Wellen entsprechen. Die Wellen können jedoch in entsprechende Langlöcher gepasst werden. In diesem Fall ist es erforderlich, Federn bereitzustellen, die die erste bis dritte Welle 21, 22, 23 wie auch die Verbindungswellen 3 und 4 in einer Längsrichtung so zu Enden jeweiliger Langlöcher drängen, dass dem ersten bis dritten Fingerglied 11, 12 und 13 nur eine eingeschränkte Bewegung ermöglicht wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Roboterhand der vorliegenden Erfindung kann als Endeffektor eines Roboters wie zum Beispiel eines humanoiden Roboters oder eines Industrieroboters verwendet werden. Außerdem kann die Roboterhand der vorliegenden Erfindung als künstliche Hand anstelle einer menschlichen Hand verwendet werden.
Die vorliegende Patentschrift basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-250.491 , die am 14. November 2012 eingereicht wurde. Sämtliche Inhalte der Anmeldung sind hierin eingeschlossen.
Bezugszeichenliste

1: Basisabschnitt
2: Hilfsglied
5: Arbeitsglied
11: Erstes Fingerglied
12: Zweites Fingerglied
13: Drittes Fingerglied
21: Erste Welle
22: Zweite Welle
23: Dritte Welle
31: Erster Linearaktuator (erster Aktuator)
31a: Körper des ersten Linearaktuators
31b: Welle des ersten Linearaktuators
32: Zweiter Linearaktuator (zweiter Aktuator)
32a: Körper des zweiten Linearaktuators
32b: Welle des zweiten Linearaktuators
L1: Mittelachse

Claims

Roboterhand, die umfasst: einen Basisabschnitt; ein erstes Fingerglied, das drehbar mit dem Basisabschnitt verbunden ist; ein zweites Fingerglied, das drehbar mit dem ersten Fingerglied verbunden ist; ein drittes Fingerglied, das drehbar mit dem zweiten Fingerglied verbunden ist; ein Hilfsglied, das ein Drehen des zweiten Fingergliedes relativ zu dem ersten Fingerglied mit einem Drehen des dritten Fingergliedes relativ zu dem zweiten Fingerglied ineinandergreifen lässt; einen ersten Aktuator, der eine Antriebskraft so auf das erste Fingerglied ausübt, dass sich das erste Fingerglied relativ zu dem Basisabschnitt dreht; und einen zweiten Aktuator, der eine Antriebskraft so auf das zweite Fingerglied und/oder das dritte Fingerglied ausübt, dass sich das zweite Fingerglied relativ zu dem ersten Fingerglied dreht und sich das dritte Fingerglied relativ zu dem zweiten Fingerglied dreht.
Roboterhand nach Anspruch 1, wobei der erste Aktuator und der zweite Aktuator an dem Basisabschnitt angeordnet sind.
Roboterhand nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem ersten Aktuator um einen ersten Linearaktuator mit einem Körper und einer Welle handelt, die sich relativ zu dem Körper linear bewegt, es sich bei dem zweiten Aktuator um einen zweiten Linearaktuator mit einem Körper und einer Welle handelt, die sich relativ zu dem Körper linear bewegt, und der Körper des ersten Linearaktuators und der Körper des zweiten Linearaktuators an dem Basisabschnitt angeordnet sind.
Roboterhand nach Anspruch 3, wobei der Körper des ersten Linearaktuators durch den Basisabschnitt drehbar gestützt wird, der Körper des zweiten Linearaktuators durch den Basisabschnitt drehbar gestützt wird, und eine Mittelachse zum Drehen des ersten Linearaktuators relativ zu dem Basisabschnitt im Wesentlichen mit einer Mittelachse zum Drehen des zweiten Linearaktuators relativ zu dem Basisabschnitt ausgerichtet ist.
Roboterhand nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Roboterhand des Weiteren ein Arbeitsglied umfasst, das drehbar mit der Welle des zweiten Linearaktuators verbunden ist und dabei drehbar mit dem zweiten Fingerglied oder dem Hilfsglied verbunden ist, und der zweite Linearaktuator über das Arbeitsglied eine Antriebskraft auf das zweite Fingerglied ausübt.
Roboterhand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Hilfsglied drehbar mit dem ersten Fingerglied verbunden ist und dabei drehbar mit dem dritten Fingerglied verbunden ist.