JP2003220589A - ロボットハンドの指関節機構及びそれを用いたロボットハンドの指関節機構ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成要素として小型軽量化で製造原価の
低減を図ることができ、各関節のガタを防止しながら高
精度の動作を行うことができるロボットハンドの指関節
機構を提供する。 【解決手段】手掌分割部４と、この手掌分割部４側から
順に第１関節６、第２関節８を介して連結されている第
１指部材１０及び第２指部材１２と、第１関節６近くの
手掌分割部４に固定されている第１リンク軸１４と、第
２関節８近くの第１指部材１０及び第２指部材１２に回
転自在に連結されている第２リンク軸１６と、第１及び
第２リンク軸１４，１６に両端部が回転自在に連結され
ている連動リンク１８と、第１関節６回りの第１指部材
１２の回動運動を行う駆動部２０を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットハンドの
指関節機構及びそれを用いたロボットハンドの指関節機
構ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】対象物をつかみ持つ機械装置としてロボ
ットハンドが知られており、例えば産業用ロボットハン
ドとして各種工場の生産ライン等で使用されている。従
来の産業用ロボットハンドは、例えば特開平06-91578号
公報に記載の装置のように特定形状の対象物をつかみ持
つ装置であり、取り扱い対象物の種類に制限があった。

【０００３】近年、各種工場の生産ライン等でのロボッ
トハンドの適用も多様化されており、不特定の対象物を
つかみ持つために、人間の指に似た指関節機構を複数本
備えた多指構造のロボットハンドの開発が進められてい
る。前記指関節機構の一般的な構造は、複数の関節に専
用の駆動手段を備えて各関節を独立に動作させること
で、不特定の対象物をつかみ持つようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した指関
節機構は、構成要素が多くて複雑であり、必然的に多指
構造のロボットハンドの重量が重くなってしまうという
問題がある。そして、人間の手程度の大きさのロボット
ハンドにするのが難しく、高価なものになってしまうと
いう問題もある。したがって、例えば玩具の手のような
ロボットハンドには適用することが難しい。

【０００５】また、従来の指関節機構は、関節部分にガ
タが生じやすく、動作時に振動や異音が発生しやすいと
いう問題がある。前述した特開平06-91578号公報には、
関節を構成している軸を、バネ力を利用して軸を支持し
ている部分に押しつけることでガタを防止する方法が開
示されている。しかし、バネ力によりガタを防止する方
法を、従来の指関節機構に適用すると、関節のガタを無
くすことはできるが、関節を動かしている駆動手段に、
バネ力による大きな負荷が加わって駆動力に影響を与え
てしまうという問題がある。また、指の動きによってバ
ネ力が変化するので、駆動手段の駆動力が変化してしま
うことで高精度につまみ持つことができないおそれもあ
る。

【０００６】そこで、本発明は、簡単な構成要素として
小型軽量化で製造原価の低減を図ることができるととも
に、各関節のガタを防止しながら高精度の動作を行うこ
とができるロボットハンドの指関節機構及びそれを用い
たロボットハンドの指関節機構ユニットを提供すること
を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】したがって、請求項１記
載のロボットハンドの指関節機構は、指基部と、この指
基部に設けた第１関節と、この第１関節に回転自在に連
結した第１指部材と、この第１指部材と第２関節を介し
て連結した第２指部材と、前記第１関節近くの前記指基
部に固定されている第１リンク軸と、前記第２関節近く
の前記第２指部材に回転自在に連結されている第２リン
ク軸と、前記第１及び第２リンク軸に両端部が回転自在
に連結されている連動リンクと、第１関節回りの前記第
１指部材の回動運動を行う駆動部とを備えている。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載のロボットハンドの指関節機構。において、前記第１
関節を、前記指基部に設けた関節用軸孔に関節軸を貫通
した構造とし、前記第２関節を、前記第１指部材及び前
記第２指部材に設けた関節用軸孔に関節軸を貫通した構
造とするとともに、前記第１リンク軸及び前記第２リン
ク軸に、各関節軸に各関節用軸孔の孔内周面の一部を常
に密接させておく関節ガタ防止手段を設けた。

【０００９】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載のロボットハンドの指関節機構において、前記関節ガ
タ防止手段を、前記第２指部材が前記指基部側に引っ張
られるようにバネ力が発生する前記第１リンク軸と前記
第２リンク軸との間に掛け渡したバネ部材で構成した。
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載のロボット
ハンドの指関節機構において、前記第２リンク軸は、前
記連動リンクの端部に形成した長孔形状のリンク孔に回
転自在に挿入されているようにした。

【００１０】さらに、請求項５記載のロボットハンドの
指関節機構ユニットは、請求項１乃至４の何れかに記載
のロボットハンドの指関節機構を複数並列に配置すると
ともに、各指関節機構の前記第１関節回りの前記第１指
部材の回動運動を同時に行う一つの駆動部を備えている
ユニットである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。図１に示すものは、本発明に係る指関節
機構２が伸びている状態を側面視で示したものであり、
図２に示すものは、指関節機構２を構成している部品を
示すものである。

【００１２】図１及び図２に示すように、指関節機構２
は、手掌分割部４と、この手掌分割部４側から順に第１
関節６、第２関節８を介して連結されている第１指部材
１０及び第２指部材１２と、第１関節６近くの手掌分割
部４に固定されている第１リンク軸１４と、第２関節８
近くの第２指部材１２に回転自在に連結されている第２
リンク軸１６と、第１及び第２リンク軸１４，１６に両
端部が回転自在に連結されている連動リンク１８と、第
１関節６回りの第１指部材１２の回動運動を行う駆動部
２０を備えている。第２指部材１２は、指先形状を有し
て爪１２ａが形成されている。

【００１３】第１関節６は、手掌分割部４および第１指
部材１０の一端側に形成した関節用軸孔４ａ，１０ａに
第１関節軸２２が貫通し、第１指部材１０が手掌分割部
４に対して第１関節軸２２の軸線回りに回転自在な関節
である。第２関節８は、第１指部材１０の他端側及び第
２関節部材１２の一端側に形成した関節用軸孔１０ｂ，
１２ｂに第２関節軸２４が貫通し、第２指部材１２が第
１指部材１０に対して第２関節軸２４の軸線回りに回転
自在な関節である。

【００１４】第１リンク軸１４は、手掌分割部４の関節
用軸孔４ａと同一方向に形成したリンク用軸孔４ｂ内に
嵌入固定され、第１関節軸２２と平行に配置されてい
る。この第１リンク軸１４の一端部が、連動リンク１８
の一端側に形成した円形状のリンク孔１８ａに回転自在
に挿入されている。第２リンク軸１６は、第２指部材１
２の関節用軸孔１２ｂと同一方向に形成したリンク用軸
孔１２ｃ内に回転自在に挿入され、第２関節軸２４と同
軸に配置されている。つまり、リンク用軸孔１２は、関
節用軸孔１２ｂに対して指関節機構２が曲がる側に形成
されている。この第２リンク軸１６の一端部が、連動リ
ンク１８の他端側に形成した長孔形状のリンク孔１８ｂ
に挿入され、リンク孔１８ｂの長手方向に移動自在に、
且つ、回転自在に配置されている。

【００１５】そして、第１リンク軸１４及び第２リンク
軸１６の間にコイルスプリング２６が掛け渡されてお
り、このコイルスプリング２６が縮もうとするバネ力を
第１リンク軸１４及び第２リンク軸１６に与えること
で、第２指部材１２を手掌分割部４側に引っ張る張力が
作用する構造となっている。駆動部２０は、手掌分割部
４側に固定したステッピングモータ２０ａと、このステ
ッピングモータ２０ａのモータ軸２０ｂに固定した回転
伝達歯車２０ｃとで構成されており、回転伝達歯車２０
ｃが、第１指部材１０の関節用軸孔１０ａ側の外周に形
成した被伝達歯車部１０ｃに噛み合っている。そして、
ステッピングモータ２０ａの駆動により発生した回転力
が回転伝達歯車２０ｃを介して被伝達歯車部１０ｃに所
定角度の回転として伝達されると、第１指部材１０が第
１関節６回りに回転運動を行う。

【００１６】図３は、上記構成の指関節機構２の動作を
示す図である。駆動部２０の駆動によって第１指部材１
０の被伝達歯車部１０ｃに符号Ａ方向の回転力が伝達さ
れると、第１指部材１０が、符号Ｋ１の軌跡を描きなが
ら第１関節６回りに回転していく。第１指部材１０が回
転していくと、手掌分割部４と第２指部材１２とに連結
している連動リンク１８が、符号Ｋ２の軌跡を描きなが
ら第１リンク軸１４回りに回転していく。連動リンク１
８が回転していくと、第２指部材１２が符号Ａ１方向の
第２関節８回りに回転していく。

【００１７】このように、駆動部２０から第１指部材１
０の被伝達歯車部１０ｃに符号Ａ方向の回転力が所定角
度まで伝達されると、第１関節６及び第２関節８回りに
回転した第１指部材１０及び第２指部材１２が、破線で
示すように、指が曲がった状態となる位置まで回転す
る。また、第１指部材１０及び第２指部材１２が曲がっ
た状態となっているときに、駆動部２０から第１指部材
１０の被伝達歯車部１０ｃに符号Ｂ方向の回転力が伝達
されると、第１関節８及び第２関節８回りに回転した第
１指部材１０及び第２指部材１２が、実線で示すよう
に、指が真っ直ぐになった状態まで回転する。

【００１８】ここで、第１リンク軸１４及び第２リンク
軸１６の間に掛け渡したコイルスプリング２６が、第２
指部材１２を手掌分割部４側に引っ張る張力を作用して
いるので、リンク軸穴１８ａ、１８ｂを構成している連
動リンクにリンク軸穴１８ａ、１８ｂの孔内周面の一部
が常に密接した状態となる。連動リンクのリンク軸穴１
８ｂは長円形状をしていて、衝撃力や過負荷力で指が逃
げたり、物体に追従させるために、連動リンク軸穴１８
ａが長円形状でも良く、１８ａ，１８ｂ共に長円形状で
ストロークを分担配分しても良い。更には、第２指部材
のリンク軸穴が長円形状で、コイルスプリング２６の第
２指側端部が、第２指部材１２に係止されていれば、同
様の効果を発揮させることが出来る。

【００１９】また、図４に示すように、指先形状を有し
ている第２指部材１２の腹側（爪１２ａを形成している
側に対して逆側の位置）に衝撃力、若しくは、過負荷力
Ｆが上向きに入力すると、第２指部材１２が第２関節軸
２４の回りを符号Ｃ方向に回転するが、第２リンク軸１
６がリンク孔１８ｂの長手方向にスライド移動すること
で伸張したコイルスプリング２６が衝撃力Ｆを吸収して
いく。そして、コイルスプリング２６が衝撃力Ｆを吸収
すると、コイルスプリング２６のバネ力により第２リン
ク軸がリンク孔１８ｂの元の位置にスライド移動し、第
２指部材１２が元の位置まで戻るようになっている。つ
まり、つかみ持った物体にコイルスプリング２６で与え
られる適正且つ必要な握力を持って追従把持させること
ができる。

【００２０】したがって、本実施形態の指関節機構２
は、第１指部材１０が第１関節６回りに回転すると同時
に連動リンク１８が回転し、この連動リンク１８の回転
に合わせて第２指部材１２が回転して指の動作を行うの
で、従来の多指構造のロボットハンドの指関節機構と比
較して構成要素が少なく簡単な構造となり、軽量化及び
小型化を図ることができる。このため、人間の手程度の
大きさのロボットハンドにするのが容易であり、製造原
価の低減を図ることができるので、人形の玩具の手とい
ったロボットハンドに容易に適用することができる。

【００２１】また、本実施形態では、第１リンク軸１４
及び第２リンク軸１６の間に掛け渡したコイルスプリン
グ２６のバネ力が、連動リンク１８の両端に構成してい
る第１リンク軸１４にリンク軸用孔１８ｂの孔内周面の
一部を常に密接した状態とし、第２リンク軸孔１８ｂを
構成している第２リンク軸１６にリンク軸孔１８ａ，１
８ｂの孔内周面の一部を常に密接した状態としているの
で、リンク部のガタを防止することができる。しかも、
コイルスプリング２６のバネ力は、第１指部材１０を回
転している駆動部２０の駆動に何等影響を与えていない
ので、駆動部２０のエネルギーロスを発生させることな
く、指関節機構２を高精度に動作させることができる。

【００２２】また、第２指部材１２の腹側に衝撃力若し
くは過負荷力Ｆ（図４参照）が入力しても、コイルスプ
リング２６が緩衝部材として機能し、第２指部材１２や
第２関節軸２４に衝撃力Ｆが直接作用しないので、衝撃
に強い指関節機構２を得ることができる。また、把持物
体に適正且つ必要な握力を持って追従する指関節機構を
提供することが出来る。

【００２３】さらに、図３に示すように、第１指部材１
０の回転半径Ｒ１と連動リンク１の回転半径Ｒ２の比を
所定の値に変化させることで、駆動部２０の角速度に対
して、指関節機構２の動きの角速度を変化させることが
できる。次に、図５に示すものは、複数の指関節機構２
Ａ，２Ｂ，２Ｃを備えたロボットハンドの指関節機構ユ
ニットの実施形態を示すものである。

【００２４】各指関節機構２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、第１関
節６Ａ，６Ｂ，６Ｃ、第２関節８Ａ，８Ｂ，８Ｃを介し
て連結されている第１指部材１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ及
び第２指部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを備えており、第
１指部材１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ及び第２指部材１２
Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、図示しない連動リンクにより連
動して複数の指のように動く構造となっている。

【００２５】本実施形態では、各第１関節６Ａ，６Ｂ，
６Ｃが、連動回転軸３０を介して一つの駆動部３２に連
結している。そして、駆動部３２の駆動によって連動回
転軸３０が符号Ｄ方向に回転すると、各指関節機構２
Ａ，２Ｂ，２Ｃは、破線で示す位置に同時に動き、連動
回転軸３０が符号Ｅ方向に回転すると、各指関節機構２
Ａ，２Ｂ，２Ｃが、実線で示す位置に同時に戻るように
なっている。

【００２６】上記構成のように、一つの駆動部３０で複
数の指関節機構２Ａ，２Ｂ，２Ｃを同時に動かすこと
で、多指構造のロボットハンドの軽量化及び小型化を図
ることができ、多指構造のロボットハンドの製造原価の
低減を図ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載のロ
ボットハンドの指関節機構によると、従来の多指構造の
ロボットハンドの指関節機構と比較して構成要素が少な
く簡単な構造となり、軽量化及び小型化を図ることがで
きる。したがって、人間の手程度の大きさのロボットハ
ンドにするのが容易であり、製造原価の低減化を図るこ
とができるので、玩具の手のようなロボットハンドに容
易に適用することができる。

【００２８】また、請求項２記載の発明によると、前記
第１関節及び前記第２関節に、各関節軸に各関節用軸孔
の孔内周面の一部を常に密接させておく関節ガタ防止手
段を設けたことから、動作時に振動や異音が発生しな
い。また、請求項３記載の発明によると、関節ガタ防止
手段を、第２指部材が前記指基部側に引っ張られるよう
にバネ力が発生する第１リンク軸と第２リンク軸との間
に掛け渡した簡便な構造のバネ部材で構成したので、さ
らに製造原価の低減化を図ることができる。また、バネ
部材のバネ力は、駆動部の駆動に何等影響を与えないの
で、駆動部のエネルギーロスを発生させることなく、指
関節機構を高精度に動作させることができる。

【００２９】また、請求項４記載の発明によると、第２
リンク軸は、連動リンクの端部に形成した長孔形状のリ
ンク孔に回転自在に挿入されてることから、若し、第２
指部材に衝撃力や過負荷力が入力しても、第２リンク軸
が長孔形状のリンク孔の長手方向にスライド移動するこ
とでバネ部材が衝撃力を吸収し、第２指部材や第２関節
に衝撃力が直接作用しないので、衝撃に強い指関節機構
を得ることができ、物体に追従して掴むことができる。

【００３０】さらに、請求項５記載のロボットハンドの
指関節機構ユニットによると、請求項１乃至４の何れか
に記載のロボットハンドの指関節機構を複数並列に配置
するとともに、各指関節機構の前記第１関節回りの前記
第１指部材の回動運動を同時に行う一つの駆動部を備え
ていることから、多指構造のロボットハンドの軽量化及
び小型化を図ることができるとともに、多指構造のロボ
ットハンドの製造原価の低減をさらに図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る指関節機構を示す側面図である。

【図２】図１の指関節機構を構成する部材を示す図であ
る。

【図３】指関節機構の動作を示す模式図である。

【図4】指関節機構の第２指部材に衝撃力が加わった状
態を示す図である。

【図５】複数の指関節機構を備えたロボットハンドの指
関節機構ユニットを示す模式図である。

【符号の説明】

２ 指関節機構 ４ 手掌分割部（指基部） ６ 第１関節 ８ 第２関節 １０ 第１指部材 １０ｂ，１２ｂ 関節用軸孔 １２ 第２指部材 １４ 第１リンク軸 １６ 第２リンク軸 １８ 連動リンク １８ｂ 長孔形状のリンク孔 ２０，３２ 駆動部 ２２ 第１関節軸 ２４ 第２関節軸 ２６ コイルスプリング（バネ部材)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指基部と、この指基部に設けた第１関節
   と、この第１関節に回転自在に連結した第１指部材と、
   この指基部と第２関節を介して連結した第２指部材と、
   前記第１関節近くの前記第１指部材に固定されている第
   １リンク軸と、前記第２関節近くの前記第２指部材に回
   転自在に連結されている第２リンク軸と、前記第１及び
   第２リンク軸に両端部が回転自在に連結されている連動
   リンクと、第１関節回りの前記第１指部材の回動運動を
   行う駆動部とを備えていることを特徴とするロボットハ
   ンドの指関節機構。
2. 【請求項２】 前記第１リンク軸を、前記指基部に設け
   た関節用軸孔に関節軸を貫通した構造とし、前記第２リ
   ンク軸を、前記第１指部材及び前記第２指部材に設けた
   関節用軸孔に関節軸を貫通した構造とするとともに、前
   記第１リンク軸及び前記第２リンク軸に、各リンク軸に
   各リンク軸用軸孔の孔内周面の一部を常に密接させてお
   く関節ガタ防止手段を設けたことを特徴とする請求項１
   記載のロボットハンドの指関節機構。
3. 【請求項３】 前記関節ガタ防止手段を、前記第２指部
   材が前記指基部側に引っ張られるようにバネ力が発生す
   る前記第１リンク軸と前記第２リンク軸との間に掛け渡
   したバネ部材で構成したことを特徴とする請求項２記載
   のロボットハンドの指関節機構。
4. 【請求項４】 前記第２リンク軸は、前記連動リンクの
   端部に形成した長孔形状のリンク孔に回転自在に挿入さ
   れていることを特徴とする請求項３記載のロボットハン
   ドの指関節機構。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４の何れかに記載のロボッ
   トハンドの指関節機構を複数並列に配置するとともに、
   各指関節機構の前記第１関節回りの前記第１指部材の回
   動運動を同時に行う一つの駆動部を備えていることを特
   徴とするロボットハンドの指関節機構ユニット。