JP2008178939A - ロボットハンド - Google Patents
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Abstract
【課題】寸法範囲の広い把持対象物体を、安定して容易に把持することができるロボットハンドを提供すること。
【解決手段】本発明に係るロボットハンドは、回転軸を中心に回転可動な1又は2以上の指関節を有する複数の指部3と、複数の指部3を支持する掌部1とを有し、複数の指部2は、各指関節11の回転軸が平行に配置され、掌部1は、少なくとも2つの板状形状の掌板部1a、1bを備え、掌板部1a、1bはその一方の端部にて指関節11の回転軸と平行配置された回転軸を有する掌関節2を介して回転可動に連結され、その他方の端部にて指関節11を介して複数の指部3に連結されるものである。
【選択図】図1
【解決手段】本発明に係るロボットハンドは、回転軸を中心に回転可動な1又は2以上の指関節を有する複数の指部3と、複数の指部3を支持する掌部1とを有し、複数の指部2は、各指関節11の回転軸が平行に配置され、掌部1は、少なくとも2つの板状形状の掌板部1a、1bを備え、掌板部1a、1bはその一方の端部にて指関節11の回転軸と平行配置された回転軸を有する掌関節2を介して回転可動に連結され、その他方の端部にて指関節11を介して複数の指部3に連結されるものである。
【選択図】図1
Description
本発明は、物体を把持するロボットハンドに関する。
物体を把持するロボットハンドは、通常、掌に対して駆動可能に接続された指部材を用いて物体を把持する。
産業用、家庭用など、ロボットハンドが把持する物体(又は、その把持部分)の形状は直方体や板状、円柱(棒)などが主なものである。これらの把持対象物体は、略平行な対向面により挟んで把持することで安定して把持が可能となるものの、把持対象物体の寸法は一定の大きさに限られるものではなく、ロボットハンドは広い寸法範囲において把持が可能であることが望まれる。
産業用、家庭用など、ロボットハンドが把持する物体(又は、その把持部分)の形状は直方体や板状、円柱(棒)などが主なものである。これらの把持対象物体は、略平行な対向面により挟んで把持することで安定して把持が可能となるものの、把持対象物体の寸法は一定の大きさに限られるものではなく、ロボットハンドは広い寸法範囲において把持が可能であることが望まれる。
他方、従来より、ロボットハンドにより物体を把持する技術が種々提案されている。例えば特許文献1には、複数の指より構成されるロボットハンドが開示されている。
また、例えば特許文献2には、3本以上の指と対向する1本の指により構成されるロボットハンドであって、その3本指を掌関節で連結して対向する1本指とのなす角度を可変とする技術が開示されている。
特開平11−156778号公報
特公平6−30862号公報
しかしながら、特許文献1に開示されたロボットハンドは、指の付け根間距離が一定のものである。このため、広い寸法範囲において物体を把持可能とするためには、指関節の動作角度範囲を増大させる必要があるが、指関節をそのように動作させる機構の実現は難しい。
また、特許文献2に開示されたロボットハンドは、指の付け根間距離も変化するため、上述の指関節の動作角度範囲を増大させる必要性はやや改善されるものの、ロボットハンド全体の可動軸(関節)が多く機構全体として複雑であるため、適当な寸法のロボットハンドで大きな把持力を備えることが困難である。
さらに、この公報に開示されたロボットハンドの指は板状の掌部材によって支持されておらず、物体を把持した場合において接触する面積が小さなものである。このため、例えば円柱などの把持対象物体の回転及び滑りを防止するには不十分であり、物体を安定して把持することができないものである。
さらに、この公報に開示されたロボットハンドの指は板状の掌部材によって支持されておらず、物体を把持した場合において接触する面積が小さなものである。このため、例えば円柱などの把持対象物体の回転及び滑りを防止するには不十分であり、物体を安定して把持することができないものである。
すなわち、従来のロボットハンドでは、把持可能な寸法範囲を広くするため、指関節の動作角度範囲を増大する必要性が生じ、機構が複雑になるという問題点がある。
さらには、把持対象物体と接触する面積が不十分なため、安定して把持することができないという問題点がある。
さらには、把持対象物体と接触する面積が不十分なため、安定して把持することができないという問題点がある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、広い寸法範囲において把持対象物体を安定して容易に把持することができるロボットハンドを提供することを目的とする。
本発明に係るロボットハンドは、回転軸を中心に回転可動な1又は2以上の指関節を有する複数の指部と、前記複数の指部を支持する掌部とを有し、前記複数の指部は、前記各指関節の前記回転軸が平行に配置され、前記掌部は、少なくとも2つの板状形状の掌板部を備え、前記掌板部はその一方の端部にて前記指関節の前記回転軸と平行配置された回転軸を有する掌関節を介して回転可動に連結され、その他方の端部にて前記指関節を介して前記複数の指部に連結されるものである。
本発明においては、掌板部が掌関節の回転軸を中心に回転することで、対向する指部の付け根間の距離が可変となり、指関節の動作角度範囲を増大させずに、広い寸法範囲において把持対象物体を容易に把持することができる。
さらには、掌部が板状であることから、把持対象物体の表面に対して垂直に面接触することができる。従って、把持対象物体の回転及び滑りを防止することができ、安定して把持することができる。
さらには、掌部が板状であることから、把持対象物体の表面に対して垂直に面接触することができる。従って、把持対象物体の回転及び滑りを防止することができ、安定して把持することができる。
他方、本発明に係るロボットハンドは、回転軸を中心に回転可動な1又は2以上の指関節を有する複数の指部と、前記複数の指部を支持する掌部とを有し、前記複数の指部は、前記各指関節の前記回転軸が平行に配置され、前記掌部は、少なくとも2つの板状形状の掌板部を備え、前記掌板部はその一方の端部にて前記指関節の前記回転軸と平行配置された回転軸を有する掌関節を介して回転可動に連結され、その他方の端部にて前記指関節を介して前記複数の指部に連結されるものであって、前記掌関節の回転軸に対して直交する方向の前記指部の付け根間の距離Lが最大となる距離を最大離間距離LMAXとし、最小となる距離を最小離間距離LMINとした場合、前記指関節間の距離Mのうち最も大きな距離MMAXが
MMAX≦LMAX−LMIN
を満足するものである。
MMAX≦LMAX−LMIN
を満足するものである。
本発明においては、掌板部が掌関節の回転軸を中心に回転することで、対向する指部の付け根間の距離Lが可変となり、指関節の動作角度範囲を増大させずに、広い寸法範囲において把持対象物体を容易に把持することができる。
さらには、掌部が板状であることから、把持対象物体の表面に対して垂直に面接触することができる。従って、把持対象物体の回転及び滑りを防止することができ、安定して把持することができる。
さらには、掌部が板状であることから、把持対象物体の表面に対して垂直に面接触することができる。従って、把持対象物体の回転及び滑りを防止することができ、安定して把持することができる。
さらにまた、掌関節の動作域を指関節間の距離との関係において適切に定めることで、ロボットハンドが指関節の根本部分を使用して把持できない把持幅をなくすことができるため、ロボットハンドは一定以上の大きさの寸法の把持対象物体を常に指関節の根本部分を使用して把持することができる。
すなわち、ロボットハンドは指関節の根本部分を使用して把持することで、一定の把持力を維持したまま安定して把持することができる。
そしてまた、一定の把持力で安定して把持することができるため、寸法の制約が大きい指関節のアクチュエータについて、より寸法の小さな低動力のものを用いて実現することができる。
すなわち、ロボットハンドは指関節の根本部分を使用して把持することで、一定の把持力を維持したまま安定して把持することができる。
そしてまた、一定の把持力で安定して把持することができるため、寸法の制約が大きい指関節のアクチュエータについて、より寸法の小さな低動力のものを用いて実現することができる。
また、前記指部は、前記指関節の回転を抑制するロック機構をさらに備えるようにしてもよい。
これにより、把持対象物体を指関節の根本部分を使用して把持する場合には、必要な把持力の大半を掌関節による把持力で満足することができる。
従って、出力の大きなモータを掌関節の一箇所に配置してやれば指関節のアクチュエータはより寸法の小さな低動力のもので足り、指部を小さくするなどの望ましい大きさにし易くなる。
従って、出力の大きなモータを掌関節の一箇所に配置してやれば指関節のアクチュエータはより寸法の小さな低動力のもので足り、指部を小さくするなどの望ましい大きさにし易くなる。
また、前記掌部は、前記指部を前記掌関節の軸方向と平行な方向に変位させる変位機構をさらに備えるようにしてもよい。
これにより、把持対象物体の大きさ・形状に応じて指部を変位させることにより、広い寸法範囲において把持対象物体をより安定して把持することができる。
また、指部を変位させることで、把持対象物体を把持しやすい所望の位置に配置させることができるため、指部を回転させて把持する場合に比べて、より容易に把持することができる。
また、指部を変位させることで、把持対象物体を把持しやすい所望の位置に配置させることができるため、指部を回転させて把持する場合に比べて、より容易に把持することができる。
本発明によれば、広い寸法範囲において把持対象物体を安定して容易に把持することができるロボットハンドを提供することができる。
発明の実施の形態1.
まず、図1を用いて、本発明の実施の形態1に係るロボットハンドの構成について説明する。このロボットハンドは、指3a、3b、3cから構成される指部3と、掌板部1a及び1bから構成される掌部1とを備えている。
まず、図1を用いて、本発明の実施の形態1に係るロボットハンドの構成について説明する。このロボットハンドは、指3a、3b、3cから構成される指部3と、掌板部1a及び1bから構成される掌部1とを備えている。
指3aは掌板部1aの端部に配置され、指3b及び指3cは掌板部1bの端部にそれぞれ対向して配置される。掌板部1aの端部に配置された指3aは、掌板部1bの端部に配置された指3b及び指3cに対向して配置される。
指3a、3b、3cの指関節(図示せず)の回転軸はそれぞれ互いに平行に配置される。指3a、3b、3cは、各指関節(図示せず)が回転軸を中心に回転することにより、物体を把持することができる。6a、6b、6cは、指3a、3b、3cの指関節間の距離をそれぞれ示す。
板状の形状を有する掌板部1a及び1bは、その一方の端部が指3a、3b、3cの根本に位置する指関節(図示せず)を介して指3a、3b、3cに連結され、その他方の端部が指関節(図示せず)の回転軸と平行に配置される回転軸を有する掌関節2を介して互いに連結され、掌板部1a及び1bが掌関節2の回転軸2cを中心に回転するように構成されている。すなわち、掌関節2の回転軸2cに対して垂直な方向において、指3aの付け根と指3b及び指3cの付け根間が離間する。
指3a、3b、3cの指関節(図示せず)の回転軸はそれぞれ互いに平行に配置される。指3a、3b、3cは、各指関節(図示せず)が回転軸を中心に回転することにより、物体を把持することができる。6a、6b、6cは、指3a、3b、3cの指関節間の距離をそれぞれ示す。
板状の形状を有する掌板部1a及び1bは、その一方の端部が指3a、3b、3cの根本に位置する指関節(図示せず)を介して指3a、3b、3cに連結され、その他方の端部が指関節(図示せず)の回転軸と平行に配置される回転軸を有する掌関節2を介して互いに連結され、掌板部1a及び1bが掌関節2の回転軸2cを中心に回転するように構成されている。すなわち、掌関節2の回転軸2cに対して垂直な方向において、指3aの付け根と指3b及び指3cの付け根間が離間する。
これにより、対向する指部の付け根間の距離5が可変となり、指関節(図示せず)の動作角度範囲を増大させずに、広い寸法範囲において把持対象物体を容易に把持することができる。
さらには、掌部1は板状の掌板部1a及び1bを有し、把持対象物体の表面に対して垂直に面接触することができる。従って、把持対象物体の回転及び滑りを防止することができ、安定して把持することができる。
さらには、掌部1は板状の掌板部1a及び1bを有し、把持対象物体の表面に対して垂直に面接触することができる。従って、把持対象物体の回転及び滑りを防止することができ、安定して把持することができる。
図2は、図1に示したロボットハンドの具体的な構成を説明するための図であって、ロボットハンドの構成を示す断面図である。
指3a、3b、3cはいずれも同一構造であり、それぞれ少なくとも一つ以上の指関節11を介して連結した構造となっている。
指関節11を駆動するアクチュエータとしての指駆動機構10は指用モータ及び減速機からなる。指3a、3b、3cは、指用モータからの動力を減速機により調整して伝達し、モータ軸と直交する指関節11の関節軸を回転させることができる。
指3a、3b、3cはいずれも同一構造であり、それぞれ少なくとも一つ以上の指関節11を介して連結した構造となっている。
指関節11を駆動するアクチュエータとしての指駆動機構10は指用モータ及び減速機からなる。指3a、3b、3cは、指用モータからの動力を減速機により調整して伝達し、モータ軸と直交する指関節11の関節軸を回転させることができる。
掌板部1a及び1bを連結する掌関節2は、掌関節2の回転軸が指関節11の回転軸に対して平行となるように配置される。掌部1は掌関節2を介して手首に相当する基部4に固定され、掌関節2を回転させるための掌駆動機構12及び関節連動機構13が基部4に内蔵されている。
掌関節2を駆動するアクチュエータとしての掌駆動機構12は掌用モータ及び減速機からなる。掌板部1a及び1bは、掌駆動機構12による動力を組み合わせギアからなる関節連動機構13を介して伝達し、モータ軸と直交する掌関節2の関節軸を回転させることができる。
掌関節2を駆動するアクチュエータとしての掌駆動機構12は掌用モータ及び減速機からなる。掌板部1a及び1bは、掌駆動機構12による動力を組み合わせギアからなる関節連動機構13を介して伝達し、モータ軸と直交する掌関節2の関節軸を回転させることができる。
尚、各駆動機構のモータとしては、例えばDCサーボモータが採用されるが、これに限定されず、小型・軽量で高出力なモータであればよい。
また、各駆動機構の減速機としては、例えば遊星歯車機構からなる減速機が採用されるが、これに限定されず、少ない歯車数で大きな減速比及び大きな伝達動力が期待できる減速機であればよい。
また、各駆動機構の減速機としては、例えば遊星歯車機構からなる減速機が採用されるが、これに限定されず、少ない歯車数で大きな減速比及び大きな伝達動力が期待できる減速機であればよい。
図3は、図2に示したロボットハンドが把持対象物体を把持する際の把持形態と把持幅の関係を示す図である。
ロボットハンドは、指関節11及び掌関節2を回転させることにより、ロボットハンドの指3a、3b、3c及び掌板部1a、1bを回転させることができる。
すなわち、図3に示すように把持形態を変化させることにより、ロボットハンドが把持可能な把持幅を変化させることができる。
ロボットハンドは、指関節11及び掌関節2を回転させることにより、ロボットハンドの指3a、3b、3c及び掌板部1a、1bを回転させることができる。
すなわち、図3に示すように把持形態を変化させることにより、ロボットハンドが把持可能な把持幅を変化させることができる。
例えば、ロボットハンドの指関節11だけを回転させることにより、把持形態301において把持可能な把持幅から、把持形態302において把持可能な把持幅へと連続的に変化させることができる。
また、ロボットハンドの掌関節2だけを回転させることにより、把持形態302において把持可能な把持幅から、把持形態303において把持可能な把持幅へと連続的に変化させることができる。
同様にして、ロボットハンドの掌関節2だけを回転させることにより、把持形態304から把持形態305に示す場合、及び把持形態306から把持形態307に示す場合についても把持幅を連続的に変化させることができる。
同様にして、ロボットハンドの掌関節2だけを回転させることにより、把持形態304から把持形態305に示す場合、及び把持形態306から把持形態307に示す場合についても把持幅を連続的に変化させることができる。
さらに、把持形態302から把持形態303、把持形態304から把持形態305、把持形態306から把持形態307へと把持幅をそれぞれ変化させる際には、例えば図6(a)や(b)などに示すように把持対象物体を指関節11の根本部分を使用して把持することができる。
後述するように、掌関節2の動作域を指関節11間の距離との関係において適切に定めることにより、把持形態303において把持可能な把持幅を、把持形態304において把持可能な把持幅と等しいか又は大きくさせることができる。同様にして、把持形態305において把持可能な把持幅についても、把持形態306において把持可能な把持幅と等しいか又は大きくさせることができる。
これにより、ロボットハンドが指関節11の根本部分を使用して把持できない把持幅をなくすことができるため、ロボットハンドは一定以上の大きさの寸法の把持対象物体を常に指関節11の根本部分を使用して把持することができる。
これにより、ロボットハンドが指関節11の根本部分を使用して把持できない把持幅をなくすことができるため、ロボットハンドは一定以上の大きさの寸法の把持対象物体を常に指関節11の根本部分を使用して把持することができる。
すなわち、ロボットハンドは把持対象物体の寸法範囲に応じて、把持幅を小さなものから大きなものへと連続的に変更することができると共に、一定以上の大きさの寸法の把持対象物体を常に指関節11の根本部分を使用して把持することができる。
次に、掌関節2の動作域を指関節11間の距離との関係において定めることについて、図4乃至9を用いて以下に説明する。
図4に示すように、掌関節2の回転軸に対して垂直な方向において、指部3の付け根間の距離Lが最大となる距離を最大離間距離LMAXとし、最小となる距離を最小離間距離LMINとした場合において、指関節11間の距離Mのうち最も大きな距離MMAXが以下の関係式(1)を満足するように構成する。
MMAX≦LMAX−LMIN 式(1)
図4に示すように、掌関節2の回転軸に対して垂直な方向において、指部3の付け根間の距離Lが最大となる距離を最大離間距離LMAXとし、最小となる距離を最小離間距離LMINとした場合において、指関節11間の距離Mのうち最も大きな距離MMAXが以下の関係式(1)を満足するように構成する。
MMAX≦LMAX−LMIN 式(1)
式(1)の条件を満足するように構成されたロボットハンドは、ロボットハンドが指関節の根本部分を使用して把持できない把持幅をなくすことができるため、ロボットハンドは一定以上の大きさの寸法の把持対象物体を常に指関節の根本部分を使用して把持することができると共に、指部3又は掌板部1全体を把持対象物体に密着させることができる。
すなわち、ロボットハンドは指関節の根本部分を使用して把持することで、一定の把持力を維持したまま安定して把持することができる。以下に詳細を説明する。
すなわち、ロボットハンドは指関節の根本部分を使用して把持することで、一定の把持力を維持したまま安定して把持することができる。以下に詳細を説明する。
図5乃至9に示す具体例を用いて、関係式(1)を満足するように構成されたロボットハンドが物体を把持する場合の把持幅と把持力の関係について説明する。
図5は、上述した関係式(1)を満足するように構成されたロボットハンドの具体例を示す側面図である。
掌関節2から、指部3の付け根の指関節11aまでの距離505は例えば35mmとする。掌関節2が回転軸を中心に回転可能な動作角度範囲501を、掌関節2が回転軸を中心に回転することで掌板部1a及び1bが離間し、掌関節2の回転軸に対して直交する方向に配置した状態から、掌板部1a及び1bが近接する方向に向かって0°〜60°となるように構成する。
すなわち、指部3の付け根間の距離Lは、最大離間距離LMAXが70mmとなり、最小離間距離LMINが35mmとなる。
掌関節2から、指部3の付け根の指関節11aまでの距離505は例えば35mmとする。掌関節2が回転軸を中心に回転可能な動作角度範囲501を、掌関節2が回転軸を中心に回転することで掌板部1a及び1bが離間し、掌関節2の回転軸に対して直交する方向に配置した状態から、掌板部1a及び1bが近接する方向に向かって0°〜60°となるように構成する。
すなわち、指部3の付け根間の距離Lは、最大離間距離LMAXが70mmとなり、最小離間距離LMINが35mmとなる。
指関節11間の距離Mは例えば35mmとする。掌関節2が回転軸を中心に回転可能な動作角度範囲502を、指部3の付け根の指関節11aについては、掌関節2の回転軸に対して直交する方向から、掌関節2に向かって指部3が回転する方向に0°〜120°とし、その他の指部3の指関節11の動作角度範囲503については、掌関節2が回転軸を中心に回転することで掌板部1a及び1bが水平となった方向に対して指部3が直交する方向から、掌関節2に向かって指部3が回転する方向に−30°〜120°となるようにそれぞれ構成する。
ここで、各関節のトルクについては、指関節11のトルクを40Ncm(40N×1cm)、掌関節2のトルクを180Ncm(40N×(3.5+1)cm)となるように構成する。
図6は、図5に示したロボットハンドが直方体形状を有する把持対象物体101を把持する様子を示した図である。
ここで、把持対象物体は直方体形状を有し、その寸法は140mm以下であるものを想定する。
把持状態は、モーメントなどに安定な、多点での把持を前提とし、掌板部1a及び1bの端部より10mmの位置を把持力の作用点とする。
ここで、把持対象物体は直方体形状を有し、その寸法は140mm以下であるものを想定する。
把持状態は、モーメントなどに安定な、多点での把持を前提とし、掌板部1a及び1bの端部より10mmの位置を把持力の作用点とする。
図6(a)及び(b)に示すように、指関節11の根本部分を使用して直方体101の物体を把持することで、より安定して物体を把持することができる。
一方、図6(c)に示すように指関節11の根本部分を使用して把持できない場合には、不安定な状態で把持することになってしまう。
従って、ロボットハンドが把持対象物体101を把持する場合には、ロボットが把持できる寸法範囲において、常に指関節11の根本部分を使用して把持可能となるように構成されていることが望ましい。
一方、図6(c)に示すように指関節11の根本部分を使用して把持できない場合には、不安定な状態で把持することになってしまう。
従って、ロボットハンドが把持対象物体101を把持する場合には、ロボットが把持できる寸法範囲において、常に指関節11の根本部分を使用して把持可能となるように構成されていることが望ましい。
図7は、図5に示したロボットハンドが、直方体形状の把持対象物体を把持する際の把持力の変化を示す図である。
ロボットハンドが把持対象物体を把持する際の把持幅が35〜140mmの範囲112においては、例えば把持形態114〜119に示すようにして、直方体形状を有する把持対象物体を常に指関節11の根本部分を使用して把持することができる。
これによって、ロボットハンドは一定の把持力(ここでは指関節11の根本で発生させることが可能な40N)を維持したまま把持対象物体を把持することができる。
尚、把持幅が0〜35mmの範囲111においては、把持対象物体の寸法範囲が小さいためその質量が軽く、大きな把持力を必要とせずに小さな把持力で把持することができる。従って、指関節11の根本部分を使用して把持できなくとも実用上の問題は小さい。
ロボットハンドが把持対象物体を把持する際の把持幅が35〜140mmの範囲112においては、例えば把持形態114〜119に示すようにして、直方体形状を有する把持対象物体を常に指関節11の根本部分を使用して把持することができる。
これによって、ロボットハンドは一定の把持力(ここでは指関節11の根本で発生させることが可能な40N)を維持したまま把持対象物体を把持することができる。
尚、把持幅が0〜35mmの範囲111においては、把持対象物体の寸法範囲が小さいためその質量が軽く、大きな把持力を必要とせずに小さな把持力で把持することができる。従って、指関節11の根本部分を使用して把持できなくとも実用上の問題は小さい。
一方、図8は、図5に示したロボットハンドについて、掌関節2が回転可能に構成されていない場合において、ロボットハンドが把持対象物体を把持する際の把持力の変化を示す図である。すなわち、図5に示した掌関節2が回転可能な動作角度範囲が0°である場合を示し、掌部1に掌関節2を備えていない従来のロボットハンドと同一の構成を有するものである。
把持幅がN1=70mm、N2=105mm、N3=140mmにおいては、それぞれ把持形態124、125、126に示すように把持対象物体を指関節11の根本部分を使用して把持することができるが、それ以外の把持幅においては、指関節11の根本部分を使用して把持することができないため、安定した把持力で把持対象物体を把持することができない。
尚、把持幅が35〜70mmまでの範囲においては、把持対象物体を指関節11の根本部分を使用して把持することができないため一定の把持力で安定して把持することはできないものの、把持対象物体の両側から2本の指部を接触させて把持することができるため、他の把持幅範囲に比較して安定して把持することができる。
把持幅がN1=70mm、N2=105mm、N3=140mmにおいては、それぞれ把持形態124、125、126に示すように把持対象物体を指関節11の根本部分を使用して把持することができるが、それ以外の把持幅においては、指関節11の根本部分を使用して把持することができないため、安定した把持力で把持対象物体を把持することができない。
尚、把持幅が35〜70mmまでの範囲においては、把持対象物体を指関節11の根本部分を使用して把持することができないため一定の把持力で安定して把持することはできないものの、把持対象物体の両側から2本の指部を接触させて把持することができるため、他の把持幅範囲に比較して安定して把持することができる。
さらに、図9は、図5に示したロボットハンドについて、上述の式(1)を満足するように構成されていない場合において、把持対象物体を把持する際の把持力の変化を示す図である。すなわち、図5に示した掌関節2が回転可能な動作角度範囲501を、掌関節2が回転軸を中心に回転することで掌板部1a及び1bが離間し、掌関節2の回転軸に対して直交する方向に配置した状態から、掌板部1a及び1bが近接する方向に向かって0°〜30°となるように構成する場合を示し、上述の式(1)を満足していないものである。
把持幅の範囲131、132、133においては、一定の把持力(ここでは40N)を維持したまま把持対象物体を把持することができるものの、それ以外の把持幅については、指関節11の根本部分を使用して把持することができないため、把持対象物体を一定の把持力で安定して把持することができない。
把持幅の範囲131、132、133においては、一定の把持力(ここでは40N)を維持したまま把持対象物体を把持することができるものの、それ以外の把持幅については、指関節11の根本部分を使用して把持することができないため、把持対象物体を一定の把持力で安定して把持することができない。
尚、本実施形態においては掌関節2が一つの場合を説明したが、掌関節2の数はこれに限定されず、例えば図10に示すように2つの掌関節2a及び2bを使用してもよい。
これにより、広い寸法範囲において把持対象物体をより柔軟に把持することができる。
さらには、把持対象物体の形状に応じて掌部1が面接触する面積をより柔軟に調整することができるため、より安定して把持することができる。
これにより、広い寸法範囲において把持対象物体をより柔軟に把持することができる。
さらには、把持対象物体の形状に応じて掌部1が面接触する面積をより柔軟に調整することができるため、より安定して把持することができる。
また、本実施形態においては指の本数が3本である場合を説明したが、指の本数はこれに限定されず、例えば図11に示すように4本の指を使用してもよい。
例えばロボットハンドがリモコンを把持しながらスイッチを押すなどの操作をする場合には、指本数を増やすことでより安定して動作を実行することができる。
また、本実施形態においては指3aが指3b及び3cに対向して配置され、配置される指の本数の比率が1:2となる場合を説明したが、指の配置比率はこれに限定されず、例えば4本以上の指について、図11(a)に示すように2:2としてもよいし、図11(b)に示すように1:3となるように構成してもよい。
例えばロボットハンドがリモコンを把持しながらスイッチを押すなどの操作をする場合には、指本数を増やすことでより安定して動作を実行することができる。
また、本実施形態においては指3aが指3b及び3cに対向して配置され、配置される指の本数の比率が1:2となる場合を説明したが、指の配置比率はこれに限定されず、例えば4本以上の指について、図11(a)に示すように2:2としてもよいし、図11(b)に示すように1:3となるように構成してもよい。
また、本実施形態においては各指の指関節11の数が2つである場合を説明したが、各指の指関節11はこれに限定されず、例えば図12に示すように3つ以上の指関節11を備えてもよい。
図12に示すように、指関節11の数を増やすことで、広い寸法範囲においてより柔軟に指関節11の根本部分を使用して把持対象物体を把持することができる。
図12に示すように、指関節11の数を増やすことで、広い寸法範囲においてより柔軟に指関節11の根本部分を使用して把持対象物体を把持することができる。
また、指部3は、指関節11の回転を抑制するロック機構をさらに備えるようにしてもよい。ロック機構としては、例えばラチェットなどを採用することができ、図13に示すように指関節11に備えられたロック機構(図示せず)により、把持対象物体101を把持した状態で、指関節11の回転を90度となる状態で固定させることができる。
これにより、把持対象物体を指関節11の根本部分を使用して把持する場合には、必要な把持力の大半を掌関節2による把持力で満足することができる。
従って、出力の大きなモータを掌関節2の一箇所に配置してやれば指関節11のアクチュエータはより寸法の小さな低動力のもので足り、指部3を小さくするなどの望ましい大きさにし易くなる。
従って、出力の大きなモータを掌関節2の一箇所に配置してやれば指関節11のアクチュエータはより寸法の小さな低動力のもので足り、指部3を小さくするなどの望ましい大きさにし易くなる。
発明の実施の形態2.
上述の実施形態では、掌部1に支持される指3a、3b、3cが、掌板部1a及び1bに対してそれぞれ固定されたものを示したが、掌部1は、指部3を掌関節2の軸方向と平行な方向に変位させる変位機構をさらに備えるようにしてもよい。変位機構としては、例えばスライドレールなどを採用することができ、掌板部1a及び1bの端部に設けられた変位機構により指部3が揺動可能に支持される。
上述の実施形態では、掌部1に支持される指3a、3b、3cが、掌板部1a及び1bに対してそれぞれ固定されたものを示したが、掌部1は、指部3を掌関節2の軸方向と平行な方向に変位させる変位機構をさらに備えるようにしてもよい。変位機構としては、例えばスライドレールなどを採用することができ、掌板部1a及び1bの端部に設けられた変位機構により指部3が揺動可能に支持される。
例えば、小さな物体を把持する場合には、図14(a)に示すように、指3a、3b、3cの内、指3a及び指3bにより把持するようにしてもよいし、同図14(b)に示すように、指3cを変位させ、指3a、3b、3cにより把持するようにしてもよい。また、大きな物体を把持する場合には、同図14(c)に示すように、指3aを変位させ、指3a、3b、3cにより把持するようにしてもよい。
これにより、把持対象物体の大きさ・形状に応じて指部3を変位させることにより、広い寸法範囲において把持対象物体をより安定して把持することができる。
また、指部3を変位させることで、把持対象物体を把持しやすい所望の位置に配置させることができるため、指部3を回転させて把持する場合に比べて、より容易に把持することができる。
また、指部3を変位させる手段としては、実施例に示す変位機構に限定されるものではなく、指部3を回動させてその位置を変化させるものであってもよい。
また、指部3を変位させることで、把持対象物体を把持しやすい所望の位置に配置させることができるため、指部3を回転させて把持する場合に比べて、より容易に把持することができる。
また、指部3を変位させる手段としては、実施例に示す変位機構に限定されるものではなく、指部3を回動させてその位置を変化させるものであってもよい。
発明の実施の形態3.
上述の実施形態では、指関節11及び掌関節2の回転動作を行うための駆動機構10及び12を各関節に備えたものを示したが、これらの駆動機構は、ロボットハンドの基部4や、これを連結する腕体などに設けるようにしてもよい。
図15に示すように、各関節には、これと一体に回転するプーリ21が同軸に備えられている。プーリ21に巻回しされたワイヤ22により、ロボットハンドの外部に設けられた駆動機構からの動力がプーリに伝達される。
尚、ワイヤに代えて、タイミングベルトを用いて動力伝達を行ってもよい。
これにより、指部3及び掌部1を小さくするなどの望ましい大きさにし易くなる。
上述の実施形態では、指関節11及び掌関節2の回転動作を行うための駆動機構10及び12を各関節に備えたものを示したが、これらの駆動機構は、ロボットハンドの基部4や、これを連結する腕体などに設けるようにしてもよい。
図15に示すように、各関節には、これと一体に回転するプーリ21が同軸に備えられている。プーリ21に巻回しされたワイヤ22により、ロボットハンドの外部に設けられた駆動機構からの動力がプーリに伝達される。
尚、ワイヤに代えて、タイミングベルトを用いて動力伝達を行ってもよい。
これにより、指部3及び掌部1を小さくするなどの望ましい大きさにし易くなる。
1 掌部
1a、1b 掌板部
2 掌関節
2c 回転軸
3 指部
3a、3b、3c 指
5 指部の付け根間距離
6 指関節間の距離
4 基部
10 指駆動機構
11 指関節
12 掌駆動機構
13 関節連動機構
301〜307 把持形態
501 掌関節回転動作角度範囲
502、503 指関節回転動作角度範囲
505 掌関節から指関節までの距離
21 プーリ
20 ワイヤ
1a、1b 掌板部
2 掌関節
2c 回転軸
3 指部
3a、3b、3c 指
5 指部の付け根間距離
6 指関節間の距離
4 基部
10 指駆動機構
11 指関節
12 掌駆動機構
13 関節連動機構
301〜307 把持形態
501 掌関節回転動作角度範囲
502、503 指関節回転動作角度範囲
505 掌関節から指関節までの距離
21 プーリ
20 ワイヤ
Claims (4)
- 回転軸を中心に回転可動な1又は2以上の指関節を有する複数の指部と、
前記複数の指部を支持する掌部とを有し、
前記複数の指部は、前記各指関節の前記回転軸が平行に配置され、
前記掌部は、少なくとも2つの板状形状の掌板部を備え、
前記掌板部はその一方の端部にて前記指関節の前記回転軸と平行配置された回転軸を有する掌関節を介して回転可動に連結され、その他方の端部にて前記指関節を介して前記複数の指部に連結されるロボットハンド。 - 回転軸を中心に回転可動な1又は2以上の指関節を有する複数の指部と、
前記複数の指部を支持する掌部とを有し、
前記複数の指部は、前記各指関節の前記回転軸が平行に配置され、
前記掌部は、少なくとも2つの板状形状の掌板部を備え、
前記掌板部はその一方の端部にて前記指関節の前記回転軸と平行配置された回転軸を有する掌関節を介して回転可動に連結され、その他方の端部にて前記指関節を介して前記複数の指部に連結されるものであって、
前記掌関節の回転軸に対して直交する方向の前記指部の付け根間の距離Lが最大となる距離を最大離間距離LMAXとし、最小となる距離を最小離間距離LMINとした場合、
前記指関節間の距離Mのうち最も大きな距離MMAXが
MMAX≦LMAX−LMIN
を満足するロボットハンド。 - 前記指部は、前記指関節の回転を抑制するロック機構をさらに備えることを特徴とする
請求項1又は2項記載のロボットハンド。 - 前記掌部は、前記指部を前記掌関節の軸方向と平行な方向に変位させる変位機構をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のロボットハンド。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007014082A JP2008178939A (ja) | 2007-01-24 | 2007-01-24 | ロボットハンド |
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JP2007014082A JP2008178939A (ja) | 2007-01-24 | 2007-01-24 | ロボットハンド |
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---|---|
JP2008178939A true JP2008178939A (ja) | 2008-08-07 |
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