JP2006082140A

JP2006082140A - Robot hand

Info

Publication number: JP2006082140A
Application number: JP2004266415A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Takasu; 高巣周平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2006-03-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive robot hand light in weight, simple in structure and high in general versatility. <P>SOLUTION: This robot hand is structured so as to fix exchangeable fingers 6 of L-letter shape, or eccentric shaft or spiral shape on rotary shafts of respective planetary gears free to remove by fixing a sun gear 3 on an output shaft 2 of a motor 1 and the planetary gears 4 to be engaged with this sun gear in such a way as to surround the sun gear. It is possible to detect holding force by inserting a torque sensor between the output shaft of the motor and the sun gear and detecting reaction force generated when the finger fixed on the rotary shaft of the planetary gear holds an article. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ロボットのアームの先端に取り付けて、物品を把持するロボットハンドに関する。 The present invention relates to a robot hand that is attached to the tip of a robot arm and grips an article.

従来の本発明に近いロボットハンドは、例えば特開平０５−２０８３９１において、図９に示されるように、基部端面１１３の半径方向に複数、例えば３本のガイド溝１１７に沿って摺動する基部端面に垂直な３個の回転軸１２０と、それぞれの回転軸に対し、クランク状フィンガー１１４を具え、それぞれのフィンガーには弾性部材がそのほぼ半周に固着されている。 A conventional robot hand similar to the present invention has a base end surface that slides along a plurality of, for example, three guide grooves 117 in the radial direction of the base end surface 113 as shown in FIG. The rotary shafts 120 are perpendicular to each other, and a crank-like finger 114 is provided for each of the rotary shafts, and an elastic member is fixed to each of the fingers on almost half of its circumference.

そして、図１０に示すように回転軸１２０がこれを回転させる軸回転モータ１１８の軸１１９と軸心が一致しかつ同期して回転するように結合されている。軸回転モータ１１８は摺動台１２１上に固定されている。摺動台１２１はその下部に斜め溝１２６が形成されたカム機構１２２を持ち、これは送りモータ１２３と軸心が一致し、この送りモータと同期して回転する送りねじ１２４に螺合した送りナット１２５に結合した構造となっている。 As shown in FIG. 10, the rotating shaft 120 is coupled so that the shaft 119 of the shaft rotating motor 118 for rotating the rotating shaft 120 coincides with the shaft center and rotates synchronously. The shaft rotation motor 118 is fixed on the slide base 121. The slide table 121 has a cam mechanism 122 having a slant groove 126 formed in the lower part thereof, which is aligned with the feed motor 123 and is screwed into a feed screw 124 that rotates in synchronization with the feed motor. The structure is coupled to the nut 125.

従って送りモータの回転にともなって、送りねじが回転し送りナットが上下動すると、これに結合したカム機構を持つ摺動台が水平方向に摺動する。そして、軸回転モータの回転によりクランク状フィンガーが旋回し、フィンガー上に固着された弾性部材が物品に当たってこれを把持する。
特開平０５−２０８３９１豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー Vol.28 No.1 Accordingly, as the feed motor rotates, when the feed screw rotates and the feed nut moves up and down, a slide base having a cam mechanism coupled thereto slides in the horizontal direction. Then, the crank-shaped finger turns by the rotation of the shaft rotation motor, and the elastic member fixed on the finger hits and holds the article.
JP 05-208391 Toyota Central R & D Review Vol.28 No.1

上記の従来例は、把持用フィンガーの動きが直線と旋回の自由度を持つため、かなり複雑な形状の物品まで把持することができるが、構造が複雑な上、各回転軸ごとに２個のモータが必要で、例えばフィンガー３個の場合６個のモータが必要となり、ロボットハンドの重量が重くなるとともに、把持動作の制御も複雑になり大きな制御装置および複雑な制御ソフトを必要とし、高価になる。また、把持力の検出が困難である。 In the conventional example described above, since the movement of the gripping fingers has a straight line and a degree of freedom of rotation, it is possible to grip an article of a fairly complicated shape, but the structure is complicated, and two pieces are provided for each rotating shaft. A motor is required. For example, in the case of 3 fingers, 6 motors are required, and the weight of the robot hand increases, and the control of the gripping operation becomes complicated, requiring a large control device and complicated control software, and is expensive. Become. Moreover, it is difficult to detect the gripping force.

本発明の目的は、上記した従来技術の持つ課題を解決し、軽量で簡単な構造の汎用性の高い安価なロボットハンドを提供することである。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide an inexpensive robot hand having a lightweight and simple structure and high versatility.

この目的は、本発明のロボットハンドを１台のモータの出力軸に太陽歯車を固定し、この歯車にかみ合う遊星歯車を、この太陽歯車を取り囲むように配置し、それぞれの遊星歯車の回転軸には、Ｌ字状、あるいは偏心軸、またはスパイラル状の交換可能なフィンガーを取り外し自由に固定できる構造とすることにより達成される。 This object is achieved by fixing the sun gear to the output shaft of one motor of the robot hand of the present invention, and arranging planetary gears meshing with the gears so as to surround the sun gear, Is achieved by adopting a structure in which an L-shaped, eccentric shaft, or spiral interchangeable finger can be removed and fixed freely.

さらに、モータの出力軸と太陽歯車の間にトルクセンサを挿入し、遊星歯車の回転軸に固定したフィンガーが物品を把持するときに発生する反力をトルクとして検出することにより、把持力を検出することができる。 In addition, a torque sensor is inserted between the motor output shaft and the sun gear, and the gripping force is detected by detecting the reaction force generated when the finger fixed to the rotating shaft of the planetary gear grips the article as torque. can do.

本発明のロボットハンドは、１台のモータで複数のフィンガーを動作して、物品を把持できるので、小型軽量化が可能で安価にできる効果がある。 Since the robot hand of the present invention can grip an article by operating a plurality of fingers with a single motor, it is possible to reduce the size and weight and to reduce the cost.

１台のモータの出力軸に太陽歯車を固定し、この歯車にかみ合う遊星歯車を、この太陽歯車を取り囲むように配置し、それぞれの遊星歯車の回転軸には、フィンガーを取り外し自由に固定できる構造とした。 A sun gear is fixed to the output shaft of one motor, planetary gears meshing with the gears are arranged so as to surround the sun gear, and fingers can be removed and fixed freely on the rotation shafts of the planetary gears. It was.

以下本発明の実施例を図面に基づき説明する。図１は第１の実施例のロボットハンドの構成を示す構造図である。モータ１の出力軸２に太陽歯車３が固定されている。この太陽歯車とかみ合う３個の遊星歯車４がこの周り配置されている。それぞれの遊星歯車が固定されている回転軸５が下方に伸びて、その先端側には物品把持用のＬ字状フィンガー６が交換可能に固定さた構造となっている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a structural diagram showing the configuration of the robot hand of the first embodiment. A sun gear 3 is fixed to the output shaft 2 of the motor 1. Three planetary gears 4 meshing with the sun gear are arranged around this. A rotating shaft 5 to which each planetary gear is fixed extends downward, and an L-shaped finger 6 for gripping an article is fixed to be exchangeable at the tip side.

動作は、ロボットハンドのＬ字状フィンガー６を開いた状態で、把持する物品９の上方より接近し、モータ１が回転すると太陽歯車３が回転して、回転力が遊星歯車４に伝達され、回転軸５が回って、Ｌ字状フィンガー６が旋回して図２に示すように物品を把持する。物品の確認は、下部プレート７に取り付けた物体検出センサー１１により行うことができる。物体検出センサーとしては、渦電流形の近接センサー、あるいは反射型の光電センサー、静電容量型センサー、超音波センサーなどを用いることが出来る。 In the state where the L-shaped finger 6 of the robot hand is opened, the sun gear 3 is rotated when the motor 1 rotates, approaching from above the article 9 to be gripped, and the rotational force is transmitted to the planetary gear 4. The rotating shaft 5 rotates and the L-shaped finger 6 turns to hold the article as shown in FIG. The confirmation of the article can be performed by the object detection sensor 11 attached to the lower plate 7. As the object detection sensor, an eddy current type proximity sensor, a reflective photoelectric sensor, a capacitive sensor, an ultrasonic sensor, or the like can be used.

図３は第２の実施例で、物品を把持するフィンガーを上記実施例１のロボットハンドにおけるＬ字状フィンガーの代わりに、薄板フィンを軸の周りに螺旋状に巻き付けた螺旋状フィンガー１６を回転軸５に固定したものである。フィンガーを螺旋状にしているため、これが回転することにより、物品を上方に引き込んで保持することが出来る。この螺旋状フィンガーは柔らかく壊れやすい物品の保持に適する。 FIG. 3 shows a second embodiment in which a finger for gripping an article is rotated by a spiral finger 16 in which a thin plate fin is wound around an axis in place of the L-shaped finger in the robot hand of the first embodiment. It is fixed to the shaft 5. Since the fingers are spiral, the article can be pulled upward and held by rotating the fingers. This helical finger is suitable for holding soft and fragile articles.

図４は第３の実施例で、物品を把持するフィンガーを上記実施例１のロボットハンドにおけるＬ字状フィンガーの代りに、殻状フィンガー２６を回転軸５に固定したものである。図５に示すように、このフィンガーは閉じたとき物品を完全に包み込むことが可能で、粒状の物体を保持し運搬するときに適する。 FIG. 4 shows a third embodiment in which a shell-shaped finger 26 is fixed to the rotary shaft 5 instead of the L-shaped finger in the robot hand of the first embodiment. As shown in FIG. 5, the fingers can fully enclose the article when closed, and are suitable for holding and transporting granular objects.

図６は第４の実施例のロボットハンドの構成を示す構造図である。モータ１の出力軸２に太陽歯車としてかさ歯車１３が固定されている。この太陽歯車とかみ合う３個の遊星歯車としてかさ歯車２４がこの周り配置されている。したがって、それぞれの遊星かさ歯車２４が固定されている回転軸２５が放射状に広がり、その先端側には固定された物品把持用のくの字状フィンガー２７aも放射状に広がって、フィンガーを開いたときのフィンガーの位置が、フィンガーが閉じた状態２７ｂの時より高くなっている。このロボットハンドでは、水平方向から物品への接近が可能である。従って、上方が閉じられた空間での作業に適する。 FIG. 6 is a structural diagram showing the configuration of the robot hand of the fourth embodiment. A bevel gear 13 is fixed to the output shaft 2 of the motor 1 as a sun gear. A bevel gear 24 is arranged around these planetary gears that mesh with the sun gear. Therefore, when the rotary shaft 25 to which each planetary bevel gear 24 is fixed spreads radially, and the fixed-shaped finger-shaped fingers 27a for gripping the article also spread radially at the tip side thereof, and the fingers are opened. The finger position is higher than that in the closed state 27b. With this robot hand, it is possible to approach the article from the horizontal direction. Therefore, it is suitable for work in a space where the upper part is closed.

図７は第５の実施例のロボットハンドの構成を示す歯車伝達系の構成図である。これは実施例１のロボットハンドにおいて、モータ１の出力軸２の固定された太陽歯車３に噛み合う遊星歯車４、４’と該遊星歯車に噛み合う第２遊星歯車１４、１４’からなり、遊星歯車の回転軸５にフィンガー３６、３６’が、第２遊星歯車の回転軸１５、１５’にフィンガー３７、３７’が固定されている。 FIG. 7 is a configuration diagram of a gear transmission system showing the configuration of the robot hand of the fifth embodiment. In the robot hand according to the first embodiment, this is composed of planetary gears 4 and 4 'meshing with the sun gear 3 fixed to the output shaft 2 of the motor 1 and second planetary gears 14 and 14' meshing with the planetary gear. Fingers 36 and 36 ′ are fixed to the rotation shaft 5, and fingers 37 and 37 ′ are fixed to the rotation shafts 15 and 15 ′ of the second planetary gear.

この場合、太陽歯車３の回転に伴って、遊星歯車４および第２遊星歯車１４が回転するが、遊星歯車と第２遊星歯車の回転方向は互いに逆向きであるため、遊星歯車の回転軸５、５’に固定されたフィンガー３６、３６’と第２遊星歯車の回転軸１５、１５’に固定されたフィンガー３７，３７’が互いに逆向きに回転して、４本のフィンガーが物品３９を把持する。この構造のロボットハンドは図７に示すような長尺の物品の把持に適する。 In this case, as the sun gear 3 rotates, the planetary gear 4 and the second planetary gear 14 rotate. However, since the rotation directions of the planetary gear and the second planetary gear are opposite to each other, the planetary gear rotation shaft 5 is rotated. The fingers 36 and 36 'fixed to 5' and the fingers 37 and 37 'fixed to the rotating shafts 15 and 15' of the second planetary gear rotate in opposite directions, and the four fingers Hold it. The robot hand having this structure is suitable for holding a long article as shown in FIG.

図８は第６の実施例のロボットハンドの構成を示す構造図である。これは実施例１のロボットハンドにおいて、モータ１の出力軸２の途中に回転型のトルクセンサ１０を介して太陽歯車３が固定された構造となっている。トルクセンサとしては、構造は図示しないが、例えば特開平９−２８０９７３に記載されているトルクセンサが使用できる。 FIG. 8 is a structural diagram showing the configuration of the robot hand of the sixth embodiment. In the robot hand according to the first embodiment, the sun gear 3 is fixed to the output shaft 2 of the motor 1 via a rotary torque sensor 10. The structure of the torque sensor is not shown, but for example, a torque sensor described in JP-A-9-280973 can be used.

動作は、上記した実施例１と同様に、モータ１が回転すると太陽歯車３が回転して、回転力が遊星歯車４に伝達され、回転軸５が回って、Ｌ字状フィンガー６が旋回して物品を把持する。このときモータの回転はトルクセンサ１０を介して伝達されるので、Ｌ字状フィンガー６の受ける反力はトルクとして、回転軸５に伝わり、さらに遊星歯車４、太陽歯車３へ伝わる。太陽歯車３は３個の遊星歯車４がかみ合っているので、太陽歯車３には３個のＬ字状フィンガーの合力が作用する。この力はモータ出力軸へ伝達されるため、トルクセンサ１０によりトルクとして検出でき、この検出トルクから伝達系に依存した簡単な換算式を使って把持力を知ることができる。また、トルクセンサは各遊星歯車の回転軸にも挿入することができ、それぞれのフィンガーの反力を検出することができる。 As in the first embodiment described above, when the motor 1 rotates, the sun gear 3 rotates, the rotational force is transmitted to the planetary gear 4, the rotating shaft 5 rotates, and the L-shaped finger 6 turns. Hold the article. At this time, since the rotation of the motor is transmitted via the torque sensor 10, the reaction force received by the L-shaped finger 6 is transmitted as torque to the rotating shaft 5 and further to the planetary gear 4 and the sun gear 3. Since the sun planetary gear 3 is engaged with the three planetary gears 4, the resultant force of the three L-shaped fingers acts on the sun gear 3. Since this force is transmitted to the motor output shaft, it can be detected as a torque by the torque sensor 10, and the gripping force can be known from this detected torque using a simple conversion formula depending on the transmission system. Moreover, the torque sensor can be inserted also into the rotating shaft of each planetary gear, and the reaction force of each finger can be detected.

本発明は、ロボットアームの先端に取り付けて、物品を把持する装置に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in an apparatus that is attached to the tip of a robot arm and holds an article.

本発明のロボットハンド要部断面図Cross section of the main part of the robot hand of the present invention 本発明のロボットハンド把持状態における要部断面図Cross-sectional view of main parts in the robot hand gripping state of the present invention 本発明のロボットハンド第２実施例の斜視図The perspective view of 2nd Example of the robot hand of this invention 本発明のロボットハンド第３施例の斜視図The perspective view of the robot hand 3rd Example of this invention 本発明のロボットハンド第３実施例の底面図Bottom view of the third embodiment of the robot hand of the present invention 本発明のロボットハンド第４実施例の斜視図The perspective view of 4th Example of the robot hand of this invention 本発明のロボットハンド第５実施例の歯車伝達系の断面図Sectional drawing of the gear transmission system of 5th Example of the robot hand of this invention 本発明のロボットハンド第６実施例の斜視図A perspective view of a robot hand according to a sixth embodiment of the present invention. 従来のロボットハンド要部斜視図Conventional robot hand main part perspective view 従来のロボットハンドの駆動部正面図Conventional robot hand drive unit front view

Explanation of symbols

１、２１モータ
２、２２モータ出力軸
３太陽歯車
４遊星歯車
５、１５，２５旋回軸
６Ｌ字状フィンガー
７、２７上部プレート
８、２８下部プレート
９，１９、２９物品
１０トルクセンサ
１１物体検出センサ
１４第２遊星歯車
１６螺旋状フィンガー
２３太陽かさ歯車
２４遊星かさ歯車
２６殻状フィンガー
３くの字状フィンガー

1, 21 Motor 2, 22 Motor output shaft 3 Sun gear 4 Planetary gear 5, 15, 25 Rotating shaft 6 L-shaped finger 7, 27 Upper plate 8, 28 Lower plate 9, 19, 29 Article
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Torque sensor 11 Object detection sensor 14 2nd planetary gear 16 Spiral finger 23 Sun bevel gear 24 Planetary bevel gear 26 Shell-shaped finger 3 Spider-shaped finger

Claims

A sun gear 3 coupled to the output shaft 2 of the motor 1, a plurality of planetary gears 4 disposed around the sun gear 3 while meshing with the sun gear 3, and fingers fixed to the rotating shaft 5 of the planetary gear 4 in a replaceable manner A robot hand consisting of six.

A sun gear 3 coupled to the output shaft 2 of the motor 1, a plurality of planetary gears 4 disposed around the sun gear 3 while meshing with the sun gear 3, a second planetary gear 14 meshing with the planetary gear 4, and the planetary gear A robot hand comprising a finger 6 fixed to the rotary shaft 5 of the fourth planetary gear 14 and the rotary shaft 15 of the second planetary gear 14 in a replaceable manner.

3. The robot hand according to claim 1, wherein a shaft of a torque sensor is coupled to an output shaft of the motor and a sun gear is fixed to the shaft of the torque sensor.