JP2005169602A - ロボット関節構造 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに連結されたアームに揺動運動を与える際に、かかる揺動を大きな力で行うことが可能であると共に、例えばロボットフィンガを構成した場合に大きな把持力を発揮することができ、しかも構造が簡単で且つコンパクトなロボット関節構造を提供する。
【解決手段】中空部１１を有する基端側部材と、この基端側部材の中空部開口を塞ぐようにして配置されると共にヒンジ２を介して該基端側部材と揺動自在に連結された先端側部材と、前記基端側部材の中空部１１内を進退して前記先端側部材を押し引きするドライブロッド１２と、このドライブロッド１２を軸方向にのみ直線移動自在に保持すると共に前記基端側部材の中空部１１内に固定された案内部材１３と、前記基端側部材の中空部１１内に配置されると共に前記ドライブロッド１２を軸方向へ移動させるリニア超音波モータ２１とから構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットの腕関節や指関節等に適用される関節構造に係り、詳細には、対象物等を把持した際に該関節に作用する反力を小型且つ簡易な構造で負荷するための改良に関する。

特開平５−９２３７７号公報 特開平１０−２１７１５８号公報 特開２００２−１１３６８１号公報

従来、この種のロボットの関節構造としては、特開平５−９２３７７号公報に開示されるように、アームを駆動するモータの回転軸を該アームの揺動運動の中心軸と平行に設けたものが知られている。この関節構造では、基端側部材である第１アームの先端に先端側部材である第２アームを旋回自在に軸支して関節部を構成する一方、この関節部における揺動運動の中心軸上にモータを設け、かかるモータの回転運動を平歯車等で構成された減速機構を介して第１アーム若しくは第２アームに伝達して、モータの回転方向及び回転量に応じた揺動運動をこれらアームの間に与えている。

この従来の関節構造は、モータの回転軸が揺動運動の中心軸と平行に設けられていることから、構造的には非常に簡易なものとなっているが、アームを駆動するためのモータや減速機構が関節部の外側に大きく張り出してしまうため、関節部をコンパクトに構成することができない。このため、堅牢さやメインテナンス性を重視する大型の産業用ロボット等の関節構造としては適しているものの、メカニカルハンドにおける指構造等、小型の関節構造には不向きであった。

一方、その他のロボットの関節構造としては、特開平１０−２１７１５８号公報や特開２００２−１１３６８１号公報に開示されるように、第１アームと第２アームとの間をリンク機構で揺動自在に接続すると共に、かかるリンク機構の一部にボールねじを用い、かかるボールねじをモータで回転させることによって前記第１アームを第２アームに対して揺動させるようにしたものが知られている。例えば前者の特開平１０−２１７１５８号公報に開示される関節構造では、基端側の第１アームに対して先端側の第２アームが揺動自在に軸支されているが、第２アームには該アームと略平行にねじ軸が設けられており、このねじ軸は第２アームに搭載されたモータによって回転駆動されるように構成されている。また、上記ねじ軸にはナット部材が螺合しており、このナット部材には第１アームから延びるリンクプレートの端部が回転自在に結合している。これにより、前記記モータを回転させると、ねじ軸に螺合するナット部材が該ねじ軸上をモータの回転方向及び回転量に応じて移動するが、このナット部材には前記リンクプレートの端部が結合されていることから、ナット部材の移動に応じた押圧力又は引っ張り力がリンクプレートから第２アームに対して作用し、これによって第２アームが第１アームに対して揺動運動を生じるようになっている。

この特開平１０−２１７１５８号公報に開示される関節構造では、ねじ軸の回転に伴うナット部材の移動によってリンクプレートが押し引きされ、これによって第１アームに対して第２アームを揺動させることになるが、かかる揺動運動の際にリンクプレートに作用する引っ張り力又は押圧力の方向は前記ナット部材の移動方向とは合致していない。この
ため、第２アームが揺動運動を行う際にはねじ軸に対して曲げモーメントが作用してしまい、ねじ軸の軸径を太くする等して該ねじ軸の剛性を高めなくては第２アームの揺動に対して充分な力を与えることができないという問題点がある。

また、この関節構造を用いて物品を把持するメカニカルハンドのロボットフィンガを構成した場合、物品を把持した際に発生する反力がリンクプレートを介してねじ軸に曲げモーメントとして作用するので、やはりねじ軸の剛性を充分に確保しなくては、ロボットフィンガが充分な把持力を発揮できないことになってしまう。しかし、曲げモーメントに対するねじ軸の剛性を高めると、関節構造そのものの大型化、重量化に繋がり、小型軽量なロボットフィンガを構成することができないといった問題点がある。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、互いに連結されたアームに揺動運動を与える際に、かかる揺動を大きな力で行うことが可能であると共に、例えばロボットフィンガを構成した場合に大きな把持力を発揮することができ、しかも構造が簡単で且つコンパクトなロボット関節構造を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明のロボット関節構造は、中空部を有する基端側部材と、この基端側部材の中空部開口を塞ぐようにして配置されると共にヒンジを介して該基端側部材と揺動自在に連結された先端側部材と、前記基端側部材の中空部内を進退して前記先端側部材を押し引きするドライブロッドと、このドライブロッドを軸方向にのみ直線移動自在に保持すると共に前記基端側部材の中空部内に固定された案内部材と、前記基端側部材の中空部内に配置されると共に前記ドライブロッドを軸方向へ移動させるリニア超音波モータとから構成されている。

このような技術的手段において、前記リニア超音波モータとしては、圧電素子を備えたステータと、このステータによって位置方向へ進退駆動されるスライダとから構成されたものであれば、これらステータ及びスライダの具体的構造は如何なるものであつても差し支えない。前記ドライブロッドをその軸方向へ移動させるに当たっては、リニア超音波モータのスライダをドライブロッドに固定するようにしても良いし、かかるドライブロッドそのものをスライダとし、前記ステータをドライブロッドの一面に接触させるように構成しても良い。

また、前記ドライブロッドを直線移動自在に保持する案内部材としては、ドライブロッドに作用する曲げモーメントを負荷可能なものであれば良い。もっとも、ドライブロッドを円滑に直線移動させながらも曲げモーメントに対する負荷能力を高めるといった観点からすれば、かかるドライブロッドを断面略矩形状に形成すると共にその両側面には軸方向に沿ってボール転走溝を形成し、案内府部材にはドライブロッドの各ボール転走溝と対向する負荷転走溝を設け、多数のボールがこれらボール転走溝と負荷転走溝との間で荷重を負荷しながら転走するように構成するのが好ましい。

このようなロボット関節構造によれば、基端側部材の中空部内に設けられたリニア超音波モータを駆動すると、前記ドライブロッドが前記中空部内で進退し、基端側部材と揺動自在に連結された先端側部材が前記ドライブロッドの進退に応じて揺動することになる。先端側部材の揺動量はドライブロッドの進退量に応じたものとなるから、リニア超音波モータによるドライブロッドの進退量を調整しさえすれば、先端側部材を基端側部材に対して任意量だけ揺動させることが可能となる。

このとき、ドライブロッドに対しては軸方向の押圧力又は引っ張り力以外に曲げモーメ
ントが作用することになるが、基端側部材の中空部内に固定された案内部材は前記ドライブロッドを軸方向にのみ直線移動自在に保持しているので、前記曲げモーメントはこの案内部材によって負荷されることになる。従って、ドライブロッドは曲げモーメントの作用下であっても、前記リニア超音波モータによる駆動力を受けて円滑に進退することができ、簡易且つ小型な構成であっても、先端側部材を基端側部材に対して大きな力で揺動させることができるものである。

また、先端側部材に対して外力が作用した場合も、前記ドライブロッドに対して曲げモーメントが作用することになるが、前述の如く案内部材は該曲げモーメントを負荷しながらドライブロッドの軸方向への自在な移動を支承していることから、前記外力を充分に負荷することが可能となる。このため、例えば本発明の関節構造を繰り返し連続させることによって、多関節のロボットフィンガを構成した場合、物品を把持する際にその反力が各関節構造に作用したとしても、かかる反力を充分に負荷することができ、その分だけ大きな把持力で物品を掴むことが可能となる。

更に、ドライブロッドを軸方向へ移動させるリニア超音波モータは、通常、圧電素子を備えたステータと、このステータによって一方向への進退運動を与えられるスライドプレートとから構成され、これらステータとスライドプレートとが接触した状態にある。このため、ステータの圧電素子に印加する電圧をオフにした場合であっても自己保持力が発揮され、スライドプレートをステータに対して一定位置に保持しておくことが可能である。従って、前記ドライブロッドによって先端側部材を所定量だけ揺動させた後、リニア超音波モータへの電源供給を切断しても、ドライブロッドは移動することなく一定位置に保持され、先端側部材を固定することが可能となる。すなわち、本発明の関節構造を用いてロボットフィンガを構成すれば、物品を把持させた後に電源供給を遮断しても、物品の把持状態をそのまま維持することができ、省エネルギ化を図ることができる。

以下に、添付図面を用いて本発明のロボット関節構造を詳細に説明する。
図１は本発明を適用したメカニカルハンドのロボットフィンガの第１実施例を示すものである。このロボットフィンガ１は３つの関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を有しており、各関節が後述するリニア超音波モータの駆動に応じて自在に屈曲するように構成されている。図中の実線は各関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を曲げた状態を示すものであり、二点鎖線は各関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を延ばした状態を示すものである。

このロボットフィンガ１は、メカニカルハンドの本体Ｍに固定された第１フィンガ１０と、第１関節Ｃ１を介して前記第１フィンガ１０に連結された第２フインガ２０と、第２関節Ｃ２を介して第２フィンガ２０に連結された第３フィンガ３０と、第３関節Ｃ３を介して第３フィンガ３０に連結された先端フィンガ４０とから構成されており、各関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に本発明の構造が適用されている。

前記第１フィンガ１０と第２フィンガ２０との間、第２フインガ２０と第３フィンガ３０との間、第３フィンガ３０と先端フィンガ４０との間はヒンジ２によって夫々連結されており、各フィンガが互いに隣接するフィンガに対して自在に揺動しうるように連結されている。第１フィンガ１０、第２フィンガ２０及び第３フィンガ３０は貫通する中空部１１を有して夫々が略筒状に形成されており、かかる中空部１１内にはこれを貫通するようにしてドライブロッド１２が設けられている。尚、各フィンガの間には塵芥の侵入を防止するための蛇腹カバー３が設けられている。

第１フィンガ１０を例にとって説明すると、前記ドライブロッド１２は案内部材１３に保持されて、前記中空部１１内を軸方向（長手方向）にのみ移動自在であり、その先端は
第１フィンガ１０に隣接する第２フィンガ２０と連結されている。第２フィンガ２０の第１フィンガ１０寄りの端部には前記ドライブロッド１２の貫通方向を横切るようにして長孔１４が形成されており、第１フィンガ１０を貫通するドライブロッド１２の先端部に立設されたピン１５が前記長孔１４に係合している。このため、ドライブロッド１２を軸方向へ移動させると、その移動量に応じて、第２フィンガ２０が第１フィンガ１０に対して前記ヒンジ２を中心とした揺動運動を行うことになる。このとき、ドライブロッド１２の先端部に立設されたピン１５は第２フィンガ２０の揺動量に応じて前記長孔１４内をスライドする。

図２及び図３に示すように、前記中空部１１は断面略矩形状に形成されており、前記案内部材１３は中空部１１の内壁にねじ止めされている。この案内部材１３は前記ドライブロッド１２を軸方向へのみ移動自在に保持するものであれば良く、ドライブロッド１２と案内部材１３の組み合わせとしては、例えば軌道レールとスライドブロックから構成された公知の直線案内装置を使用することができる。図４は公知の直線案内装置の一例を示すものである。ドライブロッド１２としての軌道レール５０は断面略矩形状に形成されており、その両側面には長手方向に沿ってボール５１が転走するボール転走溝５２が形成されている。一方、案内部材１３としてのスライドブロック５３は凹溝を有してチャネル状に形成されており、前記凹溝内に軌道レール５０が遊嵌している。また、このスライドブロック５３の凹溝の内側面には軌道レール５０のボール転走溝５２と対向する負荷転走溝が形成されており、多数のボール５１が軌道レール５０のボール転走溝５２とスライドブロック５３の負荷転走溝との間を転走しながら、軌道レール５０とスライドブロック５３との間に作用する荷重を負荷するようになっている。更に、スライドプロック５３には前記ボール５１の無限循環路が形成されており、前記ボール５１がこの無限循環路を循環することにより、スライドブロック５３に対して軌道レール５０が軸方向へ無限に移動可能となっている。従って、このような直線案内装置のスライドブロック５３を前記案内部材１３として第１フィンガ１０の中空部１１の内壁に固定することにより、ドライブロッド１２としての軌道レール５０を前記中空部１１内で進退自在に保持することができるものである。

一方、第１フィンガ１０の中空部１１内にはリニア超音波モータ２１が設けられており、このリニア超音波モータ２１に駆動信号を供給することで前記ドライブロッド１２が軸方向へ進退するように構成されている。このリニア超音波モータ２１は、圧電素子を備えたステータ２２と、このステータ２２が圧接するスライドプレートとから構成されている。この実施例ではステータ２２が直接ドライブロッド１２に圧接しており、かかるドライブロッド１２がスライドプレートとして機能している。

図５は前記ステータ２２の一例を示すものである。図５に示すステータ２２は、絶縁基板２３上に圧電セラミクスからなる駆動脚２４を４脚備えており、これら駆動脚の先端部が前記ドライブロッド１２に接触している。各駆動脚２４は絶縁シート２５を介して一対の圧電セラミクス２６ａ，２６ｂを貼り合わせ、それによってバイモルフを構成したものであり、絶縁シート２５の両側に位置した圧電セラミクス２６ａ，２６ｂに対する電圧の印加タイミングをずらすことにより、各駆動脚２４を圧電セラミクス２６ａ，２６ｂの貼り合わせ方向へ自在に屈曲させることができるようになっている。このステータ２２としては、例えば、ピエゾモータ社製のピエゾレッグズ（商品名）を利用することができる。

図６は前記駆動脚２４がドライブロッド１２を搬送する様子を描いたものである。前記圧電セラミクス２６ａ，２６ｂは電圧の印加によって伸長するが、図６（ａ）に示すように、駆動脚２４を構成する一対の圧電セラミクス２６ａ，２６ｂのうち、一方の圧電セラミクス２６ａに対して電圧を印加すると、かかる駆動脚２４は電圧が印加された圧電セラミクス２６ａとは反対の方向へ屈曲し、その先端がドライブロッド１２に接触することに
なる。次に、両方の圧電セラミクス２６ａ，２６ｂに対して電圧を印加すると、図６（ｂ）に示すように、駆動脚２４は伸長しながら屈曲状態から復元し、かかる駆動脚２４はドライブロッド１２を搬送する。また、最初に電圧が印加された圧電セラミクス２６ａに対する電圧の印加を停止すると、図６ （ｃ）に示すように、駆動脚２４は分図（ａ）の状態とは反対方向へ屈曲することになり、ドライブロッド１２は更に搬送されることになる。そして、両方の圧電セラミクス２６ａ，２６ｂに対する電圧の印加を中止すると、図６（ｄ）に示すように、駆動脚２４は本来の形状に縮まりながらその屈曲状態を解消するので、かかる駆動脚２４の先端部はドライブロッド１２から離間する。従って、分図（ａ）〜（ｄ）を繰り返すことにより、ドライブロッド１２を一方向へ搬送することができる。また、駆動脚２４を構成する一対の圧電セラミクス２６ａ，２６ｂに対する電圧の印加順序を変更することにより、ドライブロッド１２を逆方向へも搬送することができる。更に、一つの駆動脚２４でドライブロッド１２を搬送した場合には、かかるドライブロッド１２が間欠的に搬送されることになるが、この実施例のステータ２２には４つの駆動脚２４が設けられているので、これらの駆動脚２４に対する電圧印加の位相をずらすことにより、ドライブロッド１２を間断なく連続的に一方向へ移動させることが可能となる。

図３に示すように、第１フィンガ１０の中空部１１には前記ステータ２２を保持するための凹溝３１がドライブロッド１２の移動方向と平行に設けられており、ステータ２２はこの凹溝３１内に保持されてドライブロッドと対向している。また、ステータ２２の駆動脚２４がドライブロッド１２に対して滑るのを防止するため、前記第１フィンガ１０の外側には前記凹溝３１内に配置されたステータ２２をドライブロッド１２へ向けて押圧する予圧スプリング３２が設けられている。この予圧スプリング３２は一対の脚部３２ａ，３２ａを備えてチャネル状に形成されると共に、これら脚部３２ａが第１フィンガ１０を貫通して凹溝３１内のステータ２２の絶縁基板２３に当接するようになっている。また、この予圧スプリング３２は第１フィンガ１０に対して調整ねじ３３によってねじ止めされており、かかる調整ねじ３３の締結量を変更することにより、予圧スプリング３２がステータ２２をドライブロッド１２に向けて付勢する力を調整することができるようになっている。

すなわち、この実施例における第１フィンガ１０の中空部１１内では、ドライブロッド１２を保持している案内部材１３と前記リニア超音波モータ２１のステータ２２が互いに対向するようにして配置され、かかるステータ２２を案内部材１３へ向けて付勢することにより、ステータ２２の駆動脚２４が案内部材１３によって移動自在に保持されたドライブロッド１２に圧接するようになっている。尚、前記ステータ２２は第１フィンガ１０の凹溝３１内に配置された後、かかる凹溝３１内を移動することがないように固定されている。

このような第１関節Ｃ１の構造では、第１フィンガ１０の中空部１１に収容されたリニア超音波モータ２１のステータ２２に対して駆動信号を印加すると、かかるステータ２２の駆動脚２４が図６に示したようにドライブロッド１２を搬送し、ドライブロッド１２が案内部材１３に支承された状態で軸方向へ移動する。ドライブロッド１２が第１フィンガ１０の中空部１１から突出すると、その突出量に応じて第２フインガ２０が押圧され、かかる第２フィンガ２０はヒンジ２を中心として回転する。これにより、第２フィンガ２０が第１フィンガ１０に対して屈曲した状態が作り出される。また、ドライブロッド１２が第１フィンガ１０の中空部１１内に後退すると、第２フィンガ２０は第１フィンガ１０に向けて引き戻されるようにして回転し、かかる第２フィンガ２０は第１フィンガ１０と一直線上に並ぶ。

第２フィンガ２０を第１フィンガ１０と回転自在連結するヒンジ２は、第１フィンガ１０の中空部１１の開口縁に位置すると共にステータ２２が保持された凹溝３１の縁部に位
置しており、中空部１１を挟んでスライドロッド１２の案内部材１３と反対側に位置している。このため、スライドロッド１２の先端に設けられたピン１５が第２フィンガ２０の長孔１４に係合している位置からヒンジ２までの距離を大きめに設定することができ、その分だけ、スライドロッド１２を進退させた際に、第２フィンガ２０に対して大きな回転トルクを与えることができるようになっている。

第２フィンガ２０、第３フィンガ３０に対しても第１フィンガ１０と全く同じ構造が適用されている。すなわち、その中空部１１の内壁面には案内部材１３が固定されると共に、中空部１１を挟んで案内部材１３と対向する位置にはリニア超音波モータ２１のステータ２２が配置され、案内部材１３によって軸方向へ移動自在に保持されたドライブロッド１２を前記ステータ２２によって任意に進退させることができるようになっている。これにより、第３フィンガ３０を第２フィンガ２０に対して自在に屈曲又は伸展させ、更に、先端フィンガ４０を第３フィンガ３０に対して自在に屈曲又は伸展させることができるものである。尚、各フィンガ２０，３０に取り付けられた部品については図１中に第１フィンガ１０に取り付けられた部品と同一符号を付し、ここでの詳細な説明は省略する。

そして、以上のように第１フィンガ１０、第２フィンガ２０、第３フインガ３０及び先端フインガ４０をヒンジ２によって連結した本実施例のロボットフィンガ１によれば、各フィンガに内蔵されたリニア超音波モータ２１によってドライブロッド１２を進退させることにより、第１関節Ｃ１、第２関節Ｃ２及び第３関節Ｃ３を自在に屈曲させることができ、このようなロボットフィンガ１を複数本同時に操作することによって、対象物を把持する等の作業を行うことが可能となる。

そのようなロボットフィンガ１の使用に当たっては、第１フィンガ１０、第２フィンガ２０、第３フインガ３０に内蔵されたリニア超音波モータ２１を別個独立に駆動することにより、各関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を個別に屈曲又は伸展させることができ、種々の形状の対象物を的確に把持することが可能となる。

また、対象物を把持すると、その反力が各関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に作用することになり、かかる反力はドライブロッド１２に対して曲げモーメントとして作用するが、かかるドライブロッド１２として直線案内装置の軌道レール５０を、このドライブロッド１２の軸方向への移動を支承する案内部材１３として多数のボール５１を介して前記軌道レール５０に組み付けられたスライダ５３を用いれば、ドライブロッド１２に作用する曲げモーメントを負荷しながら、かかるドライブロッド１２を軸方向へ円滑に案内することができ、把持力の反力を確実に負荷しながら各関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の屈曲又は伸展運動を行わせることが可能となる。

更に、前記リニア超音波モータ２１はステータ２２の駆動脚２４が常にドライブロッド１２に圧接していることから、ステータ２２の各駆動脚２４に対する電圧印加を遮断した場合、ドライブロッド１２は進退することなくその位置を保持することになるので、一旦、各関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を屈曲又は伸展させた後は、ステータ２２に対する電圧印加を断つことにより、その屈曲状態又は伸展状態を維持することが可能である。従って、直流モータを使用してロボットフィンガを構成する場合と比較して、極めて省エネルギなロボットフィンガ１を製作することができるものである。

図７は、本発明を適用したロボットフィンガの第２実施例を示すものである。このロボットフィンガ１００も第１実施例と同様に３つの関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を有しており、各関節がリニア超音波モータの駆動に応じて自在に屈曲するように構成されている。分図（ａ）は各関節を延ばした状態、分図（ｂ）は第１関節Ｃ１のみを屈曲させた状態、分図（ｃ）は関節Ｃ２及びＣ３を屈曲させた状態を示すものである。

このロボットフィンガ１００は、メカニカルハンドの本体に固定される第１フィンガ６０と、第１関節Ｃ１を介して前記第１フィンガ６０に連結された第２フインガ７０と、第２関節Ｃ２を介して第２フィンガ７０に連結された第３フィンガ８０と、第３関節Ｃ３を介して第３フィンガ８０に連結された先端フィンガ９０とから構成されており、各関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に本発明の構造が適用されている。

前記第１フィンガ６０と第２フィンガ７０との間、第２フインガ７０と第３フィンガ８０との間、第３フィンガ８０と先端フィンガ９０との間は、第１実施例と同様、ヒンジ２ａ，２ｂ，２ｃによって夫々連結されており、各フィンガが互いに隣接するフィンガに対して自在に揺動しうるように連結されている。また、第１フィンガ６０、第２フィンガ７０及び第３フィンガ８０はこれを貫通する中空部を有して夫々が略筒状に形成されている。

但し、第１フィンガ６０と第２フィンガ７０を連結するヒンジ２ａ、及び第３フィンガ８０と先端フィンガ９０とを連結するヒンジ２ｃは、ロボットフィンガ１００の屈曲側に位置しているが、第２フィンガ７０と第３フィンガ８０を連結するヒンジ２ｂはロボットフィンガ１００の進展側、すなわちヒンジ２ａ，２ｃと反対側に設けられている。

一方、前記第１実施例では第１フィンガ１０、第２フィンガ２０、第３フィンガ３０の夫々に対してドライブロッド１２を設けると共に、各フィンガ内のドライブロッド１２の一端を隣接するフィンガの端部に対して連結するように構成したが、この第２実施例では第１フィンガ６０と第３フィンガ８０の中空部内にのみドライブロッド６１，６２を設けた。そして、第１フィンガ６０内のドライブロッド６１についてはその一端のみを第２フィンガ７０に連結したが、第３フィンガ８０内のドライブロッド６２については、その一端を第２フィンガ７０に、他端を先端フィンガ９０に連結するように構成した。その結果、第２フィンガ７０内にはドライブロッドを設けていない。

第１フィンガ６０及び第３フィンガ８０の中空部内に設けられたドライブロッド６１，６２は、前記第１実施例と同一の案内部材１３によって軸方向へのみ移動自在に支承されており、また、前記第１実施例と同一のリニア超音波モータ２１によって軸方向へ任意に移動させることができるようになっている。更に、各ドライブロッド６１，６２の端部と第２フィンガ７０及び先端フィンガ９０の連結構造も前記第１実施例と同一である。従って、第１実施例と同一の構造については図７中に同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

そして、この第２実施例のロボットフィンガ１００の使用に当たっては、第１フィンガ６０に内蔵されたリニア超音波モータ２１を駆動して、ドライブロッド６１を進退させると、図７（ｂ）に示すように、関節Ｃ１が独立して屈曲又は伸展する。これに対し、第３フィンガ８０に内蔵したリニア超音波モータ２１を駆動して、ドライブロッド６２を先端フィンガ９０に向けて進出させると、図７ （ｃ）に示すように、先端フィンガ９０が第３フィンガ８０から離間する方向へ押圧され、関節Ｃ３が屈曲し、更にこれと同時に、ドライブロッド６２が第２フィンガ７０を第３フィンガ８０へ引き付けるので、第３フィンガ８０が第２フィンガ７０に対して屈曲することになる。また、図７（ｃ）の状態からドライブロッド６２を第３フィンガ８０内に引き戻すと、関節Ｃ３が伸展し、更にこれと同時に、ドライブロッド６２が第２フィンガ７０を第３フィンガ８０から離間させるので、関節Ｃ２を伸展させることができる。すなわち、第３フィンガ８０内のリニア超音波モータ２１を駆動すると、関節Ｃ２と関節Ｃ３を同時に屈曲又は伸展させることができるのである。

これにより、この第２実施例のロボットフィンガ１００によれば、第２フィンガ７０内に駆動手段を設けていないにも拘らず、この第２フィンガ７０と第３フィンガ８０とを連結する関節Ｃ２を屈曲又は伸展させることができ、ロボットフィンガ１００全体の重量を軽減化し、第１フィンガ６０内のドライブロッド６１に作用する曲げモーメントの軽減を図ることができるものである。

尚、前記実施例ではメカニカルハンドのロボットフィンガに本発明の関節構造を適用した例を説明してきたが、本発明はこれに限らず、例えばメカニカルハンドを所定の位置に送り込むためのロボットアームの関節構造にも適用することが可能である。

本発明を適用したロボットフィンガの第１実施例を示す断面図である。 第１実施例に係る第１フィンガの断面図である。 第１実施例に係る第１フィンガを示す斜視図である。 第１実施例に係るドライブロッド及び案内部材として使用可能な直線案内装置の一例を示す斜視図である。 第１実施例に係るリニア超音波モータのステータを示す斜視図である。 第１実施例に係るステータの駆動脚の動きのサイクルを示す説明図である。 本発明を適用したロボットフィンガの第２実施例を示す断面図である。

符号の説明

１…ロボットフィンガ、２…ヒンジ、１０…第１フィンガ、１１…中空部、１２…ドライブロッド、１３…案内部材、２０…第２フィンガ、２１…リニア超音波モータ、２２…ステータ、３０…第３フィンガ、４０…先端フィンガ

Claims (8)

1. 中空部を有する基端側部材と、この基端側部材の中空部開口を塞ぐようにして配置されると共にヒンジを介して該基端側部材と揺動自在に連結された先端側部材と、前記基端側部材の中空部内を進退し、前記先端側部材を押し引きするドライブロッドと、このドライブロッドを軸方向にのみ直線移動自在に保持すると共に前記基端側部材の中空部内に固定された案内部材と、前記基端側部材の中空部内に配置されると共に前記ドライブロッドを軸方向へ移動させるリニア超音波モータとから構成されることを特徴とするロボット関節構造。
2. 前記ドライブロッドは断面略矩形状に形成され、両側面には軸方向に沿ってボール転走溝が夫々形成される一方、前記案内部材にはドライブロッドの各ボール転走溝と対向する負荷転走溝が設けられ、多数のボールがこれらボール転走溝と負荷転走溝との間で荷重を負荷しながら転動することを特徴とする請求項１記載のロボット関節構造。
3. 前記案内部材とリニア超音波モータは基端側部材の中空部内に互いに対向するように配置され、前記リニア超音波モータのステータは前記ドライブロッドに向けて付勢されていることを特徴とする請求項１記載のロボット関節構造。
4. 前記リニア超音波モータのステータは一対の圧電アクチュエータを貼り合わせてなる駆動脚を前記ドライブロッドの軸方向に沿って複数備え、各駆動脚の先端をドライブロッドに繰り返し接触させることを特徴とする請求項３記載のロボット関節構造。
5. 前記超音波モータのステータをドライブロッドに向けて押圧する付勢力の調整手段が設けられていることを特徴とする請求項３記載のロボット関節構造。
6. 前記基端側部材と先端側部材とを連結するヒンジは、前記基端側部材の中空部の開口縁で且つ中空部を挟んで前記案内部材と対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項３記載のロボット関節構造。
7. 前記先端側部材にも前記基端側部材と同じく中空部を設け、かかる中空部内に前記ドライブロッド、案内部材及びリニア超音波モータを配置することによって請求項１記載のロボット関節構造を繰り返し設けたことを特徴とするロボットフィンガ構造。
8. 中空部を有する基端側部材と、この基端側部材の中空部開口を塞ぐようにして配置されると共にヒンジを介して該基端側部材と揺動自在に連結された一対の先端側部材及び後端側部材と、前記基端側部材の中空部内を進退し、両端が前記先端側部材及び後端側部材に夫々連結されたドライブロッドと、このドライブロッドを軸方向にのみ直線移動自在に保持すると共に前記基端側部材の中空部内に固定された案内部材と、前記基端側部材の中空部内に配置されると共に前記ドライブロッドを軸方向へ移動させるリニア超音波モータとから構成されることを特徴とするロボット関節構造。

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