JP2008178968A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ロボットハンド全体を小型化するとともに、ケーブルの露出を無くしてケーブルの断線を防止し、外観を向上するとともに、ロボットハンドの作業経路上、障害物に引っ掛かるなどにより断線することがないロボットハンドの機構を提供する
【解決手段】複数のリンク９、１０、１１と、前記リンク９、１０、１１間を回転自在に接続する複数の関節軸３、４、５と、前記関節軸３、４、５を駆動する複数のアクチュエータ６、７、８と、前記アクチュエータ６、７、８に電流と信号を伝達する複数のケーブル１２とを有する少なくとも１つのロボットフィンガ１をベース２に配置したロボットハンドにおいて、少なくとも１対の関節軸３、４、５間について、前記関節軸３、４、５に弾性体３２の一端が取り付けられ、前記弾性体１５〜１８の他端が、前記関節軸３、４、５に対して相対的に回転する第２の関節軸３、４、５に取り付けられ、前記ケーブル１２が、前記弾性体３２にそって可動するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のロボットフィンガを有し、任意形状の物体を把持するロボットハンドに関する。

多種の小部品の組み立てなど器用な動作を行う産業用ロボットやサービスロボットのマニピュレータ先端には、人間と同様の多指多関節構造を持つロボットハンドが具備されている。一般的なロボットハンドの構成を図２に示す。図２（ａ）において２２はロボットハンド、２は図示しないマニピュレータに接続されるベース、１は前記ベース２に接続される複数のロボットフィンガである。ロボットフィンガ１は複数のリンクが関節軸を介して回動自在に接続された構成になっている。関節軸に設けられたアクチュエータを回転制御することでリンク間の相対角度を変化させ、図２（ｂ）のように把持対象物３３を把持することができるようになっている。
ロボットフィンガ１の詳細な構成を図３に示す。図３（ａ）はロボットフィンガ１の伸展状態での側面図、図３（ｂ）は上面図である。図３（ｃ）はロボットフィンガ１の屈曲状態での側面図である。第１関節軸３、第２関節軸４、第３関節軸５のアクチュエータにはそれぞれ電流やエアの供給およびセンサ信号の通信を目的とするケーブル１２が接続されており、前記ケーブル１２の他端は図示しない制御装置に接続されている。前記各アクチュエータを駆動することによりロボットフィンガ１は図３（ａ）に示すように伸展、および図３（ｃ）に示すように屈曲する。
一般的にロボットフィンガのケーブル１２は、図３（ａ）に示すように伸展時にリンクおよび関節軸の外部にたるみを持たせて配置されている。これは図１３（ｃ）に示すようにケーブル１２がリンクの外周に沿って屈曲された際に断線などの障害を防ぐためである。
また、ロボットハンド２２で把持対象物を把持する場合、各ロボットフィンガ１の関節軸のトルクが屈曲力となるため、関節軸のトルクの強弱によって把持能力が決定される。

一方でこのようにロボットフィンガ１の伸展時にケーブル１２にたるみがあると、ロボットアームの動作時に前記ケーブル１２が外部障害物と接触して断線するという問題点がある。また、ケーブル１２が存在するためにロボットハンド２２の外観が悪くなるという問題もある。
また、ロボットフィンガ１の屈曲力すなわちロボットハンド２２の把持力を強化するためにはトルクが大きいアクチュエータを適用する必要があり、ロボットハンド２２全体が大型化し重量も増すため、ロボットハンド２２を適用できるロボットやマニピュレータが限定されてしまう。

これらの問題に対して、従来の技術として２つの方法が提案されている。第１の方法としては、ロボットのアーム内部にケーブルを収容する際の処理方法として、ケーブルを弾性的に巻き回した状態でアーム内部に収容する水平多関節ロボットにおけるケーブルの処理方法が開示されている（例えば特許文献１）。
また、第２の方法としては、関節部に弾性体を配置することにより、アクチュエータが発生するトルクに加えて弾性体が平衡点へ復元しようとする力を利用することで把持力を向上させるロボットハンドが開示されている（例えば、特許文献２）。

第１の方法について説明する。図１３はロボットの構成を表す図である。図１３において、２１は水平多関節ロボットであり、図１３（ａ）は水平多関節ロボットの伸展時の側面図、図１３（ｂ）は上面図である。図１３（ｃ）は水平多関節ロボット２１の屈曲時の側面図である。ケーブル１２は第１関節軸３、第２関節軸４と図示しない制御装置とを接続しており、電流や信号を伝達する。また、各関節軸の回転軸には支持柱２０が固定されており、前記ケーブル１２は前記支持柱２０に弾性的に巻き回されている。
以上説明した構成で、前記ケーブル１２は各関節軸の回転に伴って支持柱２０周りに弾性的に伸縮される。このようにして水平多関節ロボット２１が図１４（ｃ）のように屈曲した状態でも前記ケーブル１２がリンク外部に露出せず、発塵や断線が防止できるのである。
次に第２の方法について説明する。図１４（ａ）はロボットハンドの伸展状態を表す図であり、図１４（ｂ）は屈曲状態を表す図である。２３は複数のリンクおよび関節部を持つロボットハンドである。図示しないケーブルが第１関節軸３、第２関節軸４、第３関節軸５の各アクチュエータと図示しない制御装置を接続しており、前記ケーブルは電流や信号を伝達する。また、弾性体３０はその両端が関節部をまたいで隣り合うリンクの屈曲内側表面に固定されており、関節部を覆っている。
以上説明した構成で、弾性体３０はロボットハンド２３が伸展した際に自然長よりも引き伸ばされ、かつ屈曲した際にたるみが生じるように調整されて各リンクに固定される。
このようにしてロボットハンド２３を伸展した状態から屈曲させる際に弾性体が把持力を付勢し、かつ把持対象物３３を掴む際に弾性体３０が把持対象物３３に接触することで、把持対象物３３を安定的にかつ握り潰さないように把持するのである。
特開平８−５７７９２号（第５−５頁、図１） 特開２００６−９９２号（第７−１０頁、図３）

従来のロボットは、関節軸毎にサーボモータおよびエンコーダを備えるものや、プーリとベルト等の伝達機構を備えて所望の回転角を伝達するものがある。何れの構造についても、先端に取り付ける関節にアクチュエータやセンサが取り付けられるために、配線が必要になる。ロボットの高機能化が進む中で、センサ数は増える一方で、そのために配線数も多くなってきている。その一方、ロボットハンドには、細かく軽量なもの、柔軟なものや硬く重量のあるものなど、多様なワークをハンドリングすることが要求されており、ハンドのフィンガーの形状は、あたかも人間の指のような形状が望まれている。さらに、ワークを取り出す経路上に障害物がある場合も想定されることから、障害物回避のために予測し得ない形状となる配線は致命的な問題であった。このような現状で考え合わせた時、ケーブル等の配線数は増える一方、ハンドのフィンガーの細径構造をとるための配線処理は大きな問題となってきている。
この点に鑑みると、従来の第１の方法においては関節軸に支持柱を固定するため、ロボットの関節部が大型化する。また、ロボットの関節数が増加するに従い支持柱を追加する必要があり、関節がさらに大型化するという問題があった。
また、従来の第２の方法においては、ロボットハンド２３が把持対象物３３を握り締める状態では弾性体３０は自然長であり、各関節軸を付勢しない。ロボットハンド２３の把持力を向上させるためにはトルクが大きい関節軸を適用する必要があり、ロボットハンド２３全体が大型化する。また、ケーブルの配置に関しては検討されていないため、ロボットハンドがワーク把持位置へ移動する際に、予期せぬ障害物にケーブルがひっかかったりして、断線するなどの問題が生じていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ロボットハンド全体を小型化するとともに、ケーブルの露出を無くしてケーブルの断線を防止し、外観を向上するとともに、ロボットハンドの作業経路上、障害物に引っ掛かるなどにより断線することがないロボットハンドの機構を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は次のように構成した。
請求項１に記載の発明は、複数のリンクと、前記リンク間を回転自在に接続する複数の関節軸と、前記関節軸を駆動する複数のアクチュエータと、前記アクチュエータに電流と信号を伝達する複数のケーブルとを有する少なくとも１つのロボットフィンガをベースに配置したロボットハンドにおいて、少なくとも１対の関節軸間について、前記関節軸に弾性体の一端が取り付けられ、前記弾性体の他端が、前記関節軸に対して相対的に回転する第２の関節軸に取り付けられ、前記ケーブルが、前記弾性体にそって可動するものである。
請求項２に記載の発明は、前記弾性体が、前記関節軸に取り付けられた弾性体固定部を介して取り付けられたものである。
請求項３に記載の発明は、前記弾性体が、前記ケーブルを貫通させる開口部を有するケーブル抑え部を備えたものである。
請求項４に記載の発明は、前記リンクが、前記弾性体、および前記ケーブルを収納する収納部を有するものである。
請求項５に記載の発明は、前記収納部が、前記リンクに凹部形状に形成されたものである。
請求項６に記載の発明は、複数のリンクと、前記リンク間を回転自在に接続する複数の関節軸と、前記関節軸を駆動する複数のアクチュエータと、前記アクチュエータに電流と信号を伝達する複数のケーブルとを有する少なくとも１つのロボットフィンガをベースに配置したロボットハンドにおいて、前記収納部に、両側壁を締結する柱状材を有するとともに、前記ケーブルを前記柱状材に少なくとも１回以上巻いて配設するものである。
請求項７に記載の発明は、前記柱状材の表面に摩擦係数の低い素材を備えたものである。
請求項８に記載の発明は、前記柱状材が、前記両側壁に固定された芯部材と、前記芯部材の周囲に回動自在な回転体と、前記回転体に固定されて前記ケーブルと接する中空円筒部材とからなるものである。
請求項９に記載の発明は、前記弾性体が板バネであるものである。
請求項１０に記載の発明は、前記板バネの復元力が、前記ロボットフィンガが最大伸長姿勢または最大屈曲姿勢のいずれか一方の姿勢の際に、前記関節軸の最大トルクと拮抗するものである。
請求項１１に記載の発明は、前記板バネの復元力が、前記ロボットフィンガが伸長姿勢または屈曲姿勢のいずれか一方の姿勢をする際に、前記関節軸のトルクに付加するように作用するものである。
請求項１２に記載の発明は、前記ケーブルはフラットケーブルであるとともに、前記関節軸の外周に固定されているものである。
請求項１３に記載の発明は、前記リンクに固定され、前記関節軸周辺で前記ケーブルを覆うケーブルカバーを有するものである。
請求項１４に記載の発明は、前記ケーブルカバーが、薄板の片持ち梁構造を形成されたものである。
請求項１５に記載の発明は、前記線状体が、前記ロボットフィンガが全伸張または全屈曲姿勢のいずれか一方の姿勢の際に、定常状態の長さを有し、ロボットフィンガの動作により復元力が作用するものである。
請求項１６に記載の発明は、前記線状体が、前記ロボットフィンガが全伸張または全屈曲姿勢のいずれか一方の姿勢の際に、定常状態の長さを有し、ロボットフィンガの動作により復元力が作用するものである。
請求項１７に記載の発明は、前記線状体の少なくとも一部が、伸縮性を有するコイル形状を形成されたものである。
請求項１８に記載の発明は、前記線状体の少なくとも一部が、伸縮性を有する折り曲げ形状に形成されたものである。
請求項１９に記載の発明は、前記線状体が、前記リンクと外皮部材の空間に配置されたものである。
請求項２０に記載の発明は、前記リンクと前記外皮部材の空間に流動性を有する充填剤が充填されたものである。
請求項２１に記載の発明は、前記外皮部材が、伸縮性を有する繊維材料や可撓性基材を備えた合成樹脂から形成されたものである。
請求項２２に記載の発明は、前記線状体の伸縮性を有する部分の外径寸法は、前記ロボットフィンガの外径寸法の１０％以下であるものである。
請求項２３に記載の発明は、複数のリンクと、前記リンク間を回転自在に接続する複数の関節軸と、前記関節軸を駆動する複数のアクチュエータと、前記アクチュエータに電流と信号を伝達する複数のケーブルとを有する少なくとも１つのロボットフィンガをベースに配置したロボットハンドにおいて、前記ケーブルが、少なくとも１つの前記リンクのいずれかの側面に長手方向に開口した軟部材を通って前記アクチュエータに接続されたものである。

請求項１乃至１４に記載の発明によると、ロボットフィンガの全可動領域で弾性体に沿って、ケーブルが可動するので、ワークを取り出したり、ハンドリングする際に思わぬ障害物があった際にもケーブルを引っ掛けたりして断線することがない。また、リンク部にケーブルや弾性体を保持する収納部を中ぐり形状で形成したことで、ロボットフィンガの剛性を低下させることなく、軽量化を図ることができ、ロボットハンドに潜在的に要望があった柔軟物から重量物までのあらゆるワークを取り扱うのに、各関節軸の自重による負荷を低減でき、ワークの取り扱いに使用できるアクチュエータ出力が大きくなるので、ワークの取り扱いの制御が容易になるなどの付加的効果が生じるものである。
また、請求項１５乃至２２に記載の発明によると、伸縮自在な線状体を用い、リンクに沿って可動するようにしたことで、ワークを取り出す経路上に障害物があった場合でも、ケーブルを引っ掛けたりすることがなく、断線するなどの問題も生じない。さらに、外皮部材を備え、充填剤が充填されることで、あたかも人間の指のような構造となり、特に、柔らかい部材をハンドリングする際には、ワークに損傷を与えることなく取り扱うことが可能となる。
また、請求項２３に記載の発明によると、リンク側面に軟部材を配置して、この軟部材の中にケーブルを通すことにより、ハンドリングする際に思わぬ障害物があった際にもケーブルを引っ掛けたりして断線することがない。また、障害物に衝突した場合においても、軟らかい部材で形成されているので、衝突の衝撃を吸収することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明のロボットハンドを構成するロボットフィンガの機構を表す図である。図１（ａ）はロボットフィンガの伸展時の側面図、図１（ｂ）は上面図である。図１（ｃ）はロボットフィンガ１の屈曲時の側面図である。図１において２は図示しないマニピュレータに接続されるベース、１はベース２に接続されるロボットフィンガである。ロボットフィンガ１は関節軸を介して複数のリンクが連結されて成り、各関節軸３，４，５を駆動することによりロボットフィンガ１を伸展および屈曲する。図１（ａ）記載のロボットフィンガ１において第１リンク９は第１関節軸３を介してベース２に接続されており、前記第１関節軸３は第１アクチュエータ６で駆動される。第２リンク１０は第２関節軸４を介して第１リンク９に接続されており、前記第２関節軸４は第２アクチュエータ７で駆動される。指先リンク１１は第３関節軸５を介して第２リンク１０に固定されており、前記第３関節軸５は第３アクチュエータ８で駆動される。ケーブル１２は一端は第１アクチュエータ６、第２アクチュエータ７、第３アクチュエータ８に接続されており、他端は図示しない制御装置に接続されている。ケーブル１２は制御装置と各アクチュエータ間で動力および信号を接続する。このような構成で前記制御装置が各アクチュエータを駆動制御することによりロボットフィンガ１を図１（ａ）のように伸展、また図１（ｃ）のように屈曲するのである。図２に示すロボットハンド２２はベース２に前記ロボットフィンガ１を複数配置したものである。図２では例として、２本のロボットフィンガが対向し、かつ屈曲しても干渉しないように配置している。このような構成で各ロボットフィンガ１を屈曲、伸展することでロボットハンド２２を開閉し、把持対象物３３を把持開放するのである。また、図２に示したようにロボットフィンガ１全体を把持対象物３３に接触させる把持方法だけでなく、ロボットフィンガ１の先端を使用して小さい物体をつまみあげたり、片方のロボットフィンガ１だけを使用してボタンを押したりするなど、多様な作業を実施する機能を有している。
本発明が従来例と異なる点は、以上説明した構成で各関節軸３，４，５に弾性体固定部１５，１６，１７，１８を設け、ロボットフィンガ１を屈曲させた状態で、隣り合うリンク間に弾性体を押し縮めた状態で固定した点、およびケーブル抑え部１４を介して前記弾性体にケーブル１２を固定し、各リンクに設けた収納部に収納した点である。
本実施例では図１を用いて、隣り合うリンクとして第２リンク１０と指先リンク１１を例として説明する。弾性体が板バネ３２であり、ケーブル抑え部１４は板バネ３２とケーブル１２が通るサイズのリング形状の部品であり、ケーブル１２は、ケーブル抑え部１４内をロボットフィンガ１の伸縮に伴って自在に移動することができる。図１において１７は第３弾性体固定部、１８は第４弾性体固定部である。前記第３弾性体固定部１７は第２リンク１０に固定されており、前記第４弾性体固定部１８は指先リンク１１に固定されている。３２は板バネであり、両端が前記第３弾性体固定部１７および第４弾性体固定部１８に固定されている。また、第２リンク１０は、板バネ３２、ケーブル抑え部１４およびケーブル１２が収められるように中ぐられた凹部を有する形状が形成されている。
本実施例では前記板バネ３２は、負荷がかからない状態では図１（ｄ）に示すような形状であり、図１（ｃ）に示すようにロボットフィンガ１が屈曲した姿勢でさらに板バネ３２が押し縮められて固定されている。これにより板バネ３２の復元力はロボットフィンガ１が図１（ｃ）に示すように屈曲した状態でもさらに屈曲方向に付勢する。さらに板バネ３２のバネ定数はロボットフィンガ１が図１（ａ）に示すように最大限伸展した姿勢で関節軸の最大トルクと拮抗するように選定されている。これにより、ロボットフィンガ１の屈曲力すなわちロボットハンド２２の把持力を向上することができ、アクチュエータのトルクでロボットハンドの開閉ができるため、同じ把持力を得るために必要なアクチュエータトルクが減少し、アクチュエータおよびロボットハンド全体を小型化できる。また、ケーブル抑え部１４はケーブル１２が板バネ３２に沿って稼動するように配置されており、ケーブル１２と板バネ３２は連れ動きする。収納部１３は第１リンク９および第２リンク１０内に設けられた空洞であり、各リンクの外側が開口部となっている。前記収納部１３は板バネ３２、ケーブル抑え部１４およびケーブル１２を収納できる大きさとなっている。
これらの構成で、板バネ３２はロボットフィンガ１が伸展するにつれて押し縮められ、中央部が図１（ａ）のようにロボットフィンガ１の内側に入り込む。これとともにケーブル抑え部１４およびケーブル１２もロボットフィンガ１の内側に引き込まれる。前記板バネ３２、ケーブル抑え部１４およびケーブル１２はロボットフィンガ１の全可動領域においてリンク内に収納されているため、ケーブル１２が外部障害物などに接触して断線することを防止でき、さらに外観を向上できる。また、以上の構成でさらにケーブル１２をフラットケーブルとし、ケーブルカバー１９で第２関節軸４、第３関節軸５周辺で露出したケーブル１２を覆うことで関節軸周辺でのケーブル１２の露出を最小にできるため、ケーブルの断線を防止するとともに外観を向上できる。ケーブルカバー１９の一端は、指先リンク１１に脱着可能にねじ等により固定されている。ケーブル１２が関節軸５の回転によりケーブルカバー１９に押し当てられても、ケーブルカバー１９は、薄板の片持ち梁構造となっているので、板厚方向には容易に変位し、ケーブル１２表面を傷つけることはなく、板幅方向には剛性が高いので、ケーブル１２が押し当てられる力でも捩れるような変形はしないものであり、ケーブルを保護することができる。
ここで、板バネ３２による付勢の方向はロボットフィンガ１を屈曲させる方向に限らず、ロボットフィンガ１を伸展させる方向に適用することもできる。
また、図１(ｅ)のように、以上の構成のように弾性体によりケーブル１２を固定する方法以外に、収納部１３に、両側壁を締結する柱状材３４を備えるとともに、余分なケーブル１２を柱状材３４に巻き回して配設することでもケーブル１２の露出をおさえ外観を向上させるとともに、断線を防止することができる。その際、柱３４の素材に剛性の高い金属等を用い、収納部１３の両側壁と柱３４を締結することで各リンクの剛性も向上させることができる。
また前記柱状材３４の表面に、摩擦係数の低い素材を用いることで柱状材３４とケーブル１２間にかかる摩擦を緩和することができ、ケーブル１２の長寿命化が図れる。
その他にも柱状材３４が両側壁に固定された芯部材３５と芯部材３５の周囲に回動可能な回転体３６と回転体３６に固定されてケーブルと接する中空円筒部材３７を備えることでも、柱状材３４とケーブル１２間に掛かる摩擦を緩和することができる。

図４は、本発明を使用したロボットハンド指部の構成図である。図４において、４１は基部、４２はリンク、４３は基部４１および各リンク４２を接続する回転駆動機構、４４は回転駆動機構を駆動させるために必要な電線でありコイル状に巻いた単芯電線の集合体で構成した線状体、４５はリンク４２および線状体４４を覆う外皮部材である。ここで線状体４４は、リンク４２と外皮部材４５との間の空間に均一に分散して配置されており、指部の外形は部分的に出っ張った部分がなく滑らかで、なおかつ指部が最小限の外形寸法になるように適度な空間的ゆとりを保ちながら外皮部材４５に覆われている。また、線状体４４は必要最小限の伸縮性を確保しつつ極力細いコイル外径で巻かれている。コイル外径は、サービスロボットのロボットハンドへの適用を鑑みると、指外径寸法の１０％以下であることが望ましい。尚、線状体４は駆動ワイヤなどの非電線であってもよい。
本発明が従来技術と異なる部分は、伸縮性のあるコイル状単芯電線の集合体をリンク２と外皮部材５との間の空間に均一に分散して配置した部分である。

図５において、指の関節が図に示すように曲がった時、領域４１１において線状体４４はリンク４２にフィットしたままの状態で必要な分だけ伸びる。この際、線状体４４は、コイル状にしたことで、指関節が全伸張した状態では線状体４４は縮み状態にあって定常形状を形成している。また、指関節が屈曲動作をすると、線状体４４は、各リンクに沿って復元力が発生した状態で伸びる。このために線状体４４は、各リンク４２に沿って一方向に伸び縮みを繰り返すことになる。また、指の外形寸法もほとんど変化しない。一方縮む側の領域４１２にも線状体４４を配置している場合には、あらかじめ領域４１２に配置されている線状体を引っ張り方向にテンションを掛けておき、関節を曲げたときに座屈しないように配置しておく。また、外皮部材４５も、伸縮性を持った繊維材料や可撓性基材を備えた合成樹脂などを用いることで、よりリンクにフィットさせて装着することができ、指の外形寸法をスリムにすることができる。

また、より線状体４４を一方向に伸び縮みさせたい場合には、リンク４２と外皮部材４５との間の空間に流動性のある充填剤６、例えば伸縮性のある繊維やゼリー状のシリコンなどを充填しておくことによって、線状体４４のずれ方向の動作を適度に拘束し、線のもつれ、挟み込み、切断などのトラブルを未然に防ぐことが可能となる。

図６は、本発明の第３実施例である。図６において、線状体４４は、図４の場合と同様に、リンク４２と外皮部材４５との間の空間に均一に分散して配置されており、指部の外形に部分的に出っ張った部分がなく滑らかで、なおかつ指部が最小限の外形寸法になるように適度な空間的ゆとりを保ちながら外皮部材４５に覆われている。ただし、本実施例における線状体４４は、指の関節近傍のみコイル状に巻かれており、それ以外の部分は直線状である。これにより、伸縮性を有しない部分の線状体の容積が小さくなり、その結果指部の外形寸法をより細くすることができる。本実施例は、リンクの長さが長いロボットにおいて特に有効であると考えられる。例えば、従来の産業用ロボットはアーム長が関節外径の３倍以上であるものが多く、そのような構成において効果が大きい。図７は、本実施例を採用した指においてその関節を曲げたときの様子を示したものである。図７からわかるように、関節の周辺のみ線状体４４に伸縮機能を与えておくだけで第２実施例と同様の効果を得ることができる。

図８ａは線状体４の第１例の側面図、図８ｂはその断面図である。４７は導体、４８は弾力性を持ちコイル形状に復元性を持たせるシースである。また、ケーブルの耐久性、耐熱性を高めるために導体の周りに熱可塑性フッ素樹脂などの絶縁体４９を１層巻くのが望ましい。コイル外径は必要な伸縮長を満たす範囲で最も細い径とし、シース４８も線状体のコイル形状に復元性を持たせるのに必要な最小限の肉厚で構成する。コイル外径は、ロボットアーム外形寸法の１０％以下であることが望ましい。

図９は線状体４４の第２例の側面図である。７は導体、５０は伸縮性の高い絶縁体である。絶縁体５０が大きく伸びても内部の導体はコイル状にまかれているため、絶縁体の伸びに応じて伸縮する。

図１０は線状体４の第３例の側面図である。４７は導体、４８は弾力性を備え形状復元性を有するシースである。断面構成は、図８ｂと同じである。線状体４４の形状は、必ずしもコイル状である必要はなく、図１０に示すようなジグザグ形状に折り曲げた形など、伸縮性を有するものであればどういう形状でもよい。

図１１は線状体４４の第４例の断面図である。４７は単芯導体、４８は弾力性を備え形状復元性を有するシース、４９は耐久性、耐熱性の高い熱可塑性フッ素樹脂などの絶縁体である。基本的に多芯ケーブルをコイル状に巻くと仕上り外径が大きくなるが、多芯ケーブルを構成する単芯電線の径が非常に小さい場合や、線状体４４の仕上り外径に対してアーム外形寸法が十分大きい場合などは、線状体４４は多芯ケーブルで構成されていてもよい。目安として、線状体４４の仕上り外径がアーム外径寸法の１０％以下のような場合に有効である。

図１２は、本発明のハンド装置がリンク側面および駆動手段に軟部材を備え、軟部材内部にケーブルを配線した状態である。前記リンク側面軟部材６４は、前記指駆動手段５３のケーブルを通す中空径を備えるとともに、前記リンク５７の側面にネジで固定され、前記指駆動手段側面軟部材６５は、前記指駆動手段５３のケーブルを通す中空径を備えるとともに、前記指駆動手段５３の側面に接着剤により固定される。また、指駆動手段５３fのケーブルは、リンク側面軟部材６４eの中空径内、指駆動手段側面軟部材６５eの中空径内、リンク側面軟部材６４dの中空径内を経由して、指制御手段６０へ接続される。指駆動手段５３eのケーブルは、リンク側面軟部材６４dの中空径内を経由して、指制御手段６０へ接続される。同様に、指駆動手段５３iのケーブルは、リンク側面軟部材６４hの中空径内、指駆動手段側面軟部材６５hの中空径内、リンク側面軟部材６４gの中空径内を経由して、指制御手段６０へ接続される。指駆動手段５３hのケーブルは、リンク側面軟部材６４gの中空径内を経由して、指制御手段６０へ接続される。
なお、前記リンク５７と前記リンク側面軟部材６４、および、前記指駆動手段５３と前記指駆動手段側面軟部材６５の固定方法は、上記固定の他に、接着剤による固定やネジによる固定など、指部の動きを妨げることなく固定できる手段であれば、他の手段でも良い。また、前記指駆動手段５３のケーブルが、前記リンク側面軟部材６４および指駆動手段側面軟部材６５の中空径を経由する場所は、前記指駆動手段５３e-f, ５３h-i,の回転中心線上が最もケーブルへの負担が少ないと思われるため、図１２にはそのように図示したが、他にケーブルへの負担が少なくなるように考慮された配置であれば、他の場所を経由させても良い。また、図１２にて示したケーブルの配線が他方側面である場合は、ケーブルが配線された側面に前記リンク側面軟部材６４および前記指駆動手段軟部材６５が設けられ、それらの内部にケーブルが通れば良い。
このように、そのケーブルが前記リンクおよび前記駆動手段の軟部材内を経由することにより、リンク機構が側面方向に動く時に、物体と指部が衝突した場合の緩衝材になるとともに、ケーブルの破損および人など衝突対象物体の損傷、物体へのケーブルの絡みつきを防ぐ事ができる。

本発明はロボットハンドに限らず、大型の多関節ロボットなどにも適用できる。

本発明のロボットハンドの一本の指であるロボットフィンガを示す図 本発明の多指多軸ロボットハンドの構成を示す図 一般的なロボットフィンガの構成を表す図 本発明の第２実施例を示すロボットハンド指部の側断面図および上面図 本発明の第２実施例を示すロボットハンド指部の側断面図 本発明の第３実施例を示すロボットハンド指部の側断面図 本発明の第３実施例を示すロボットハンド指部の側断面図 本発明の伸縮線状体第１例を示す図 本発明の伸縮線状体第２例の側面図 本発明の伸縮線状体第３例の側面図 本発明の伸縮線状体第４例の断面図 本発明の第４実施例を示す図 第１の従来の水平多関節ロボットの構成を表す図 第２の従来のロボットハンドの構成を表す図

符号の説明

１ ロボットフィンガ
２ ベース
３ 第１関節軸
４ 第２関節軸
５ 第３関節軸
６ 第１アクチュエータ
７ 第２アクチュエータ
８ 第３アクチュエータ
９ 第１リンク
１０ 第２リンク
１１ 指先リンク
１２ ケーブル
１３ 収納部
１４ ケーブル抑え部
１５ 第１弾性体固定部
１６ 第２弾性体固定部
１７ 第３弾性体固定部
１８ 第４弾性体固定部
１９ ケーブルカバー
２０ 支持柱
２１ 水平多関節ロボット
２２ ロボットハンド
２３ ロボットハンド
３０ 弾性体
３２ 板バネ
３３ 把持対象物

Claims (23)

1. 複数のリンクと、前記リンク間を回転自在に接続する複数の関節軸と、前記関節軸を駆動する複数のアクチュエータと、前記アクチュエータに電流と信号を伝達する複数のケーブルとを有する少なくとも１つのロボットフィンガをベースに配置したロボットハンドにおいて、
   少なくとも１対の関節軸間について、前記関節軸に弾性体の一端が取り付けられ、前記弾性体の他端が、前記関節軸に対して相対的に回転する第２の関節軸に取り付けられ、前記ケーブルが、前記弾性体にそって可動することを特徴とするロボットハンド。
2. 前記弾性体は、前記関節軸に取り付けられた弾性体固定部を介して取り付けられたことを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
3. 前記弾性体は、前記ケーブルを貫通させる開口部を有するケーブル抑え部を備えたことを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
4. 前記リンクは、前記弾性体、および前記ケーブルを収納する収納部を有することを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
5. 前記収納部は、前記リンクに凹部形状に形成されたことを特徴とする請求項４記載のロボットハンド。
6. 複数のリンクと、前記リンク間を回転自在に接続する複数の関節軸と、前記関節軸を駆動する複数のアクチュエータと、前記アクチュエータに電流と信号を伝達する複数のケーブルとを有する少なくとも１つのロボットフィンガをベースに配置したロボットハンドにおいて、
   収納部に、両側壁を締結する柱状材を有するとともに、前記ケーブルを前記柱状材に少なくとも１回以上巻いて配設することを特徴とするロボットハンド。
7. 前記柱状材の表面に摩擦係数の低い素材を備えたことを特徴とする請求項６記載のロボットハンド。
8. 前記柱状材は、前記両側壁に固定された芯部材と、前記芯部材の周囲に回動自在な回転体と、前記回転体に固定されて前記ケーブルと接する中空円筒部材とからなることを特徴とする請求項６記載のロボットハンド。
9. 前記弾性体は板バネであることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
10. 前記板バネの復元力は、前記ロボットフィンガが最大伸長姿勢または最大屈曲姿勢のいずれか一方の姿勢の際に、前記関節軸の最大トルクと拮抗することを特徴とする請求項９記載のロボットハンド。
11. 前記板バネの復元力は、前記ロボットフィンガが伸長姿勢または屈曲姿勢のいずれか一方の姿勢をする際に、前記関節軸のトルクに付加するように作用することを特徴とする請求項９記載のロボットハンド。
12. 前記ケーブルはフラットケーブルであるとともに、前記関節軸の外周に固定されていることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
13. 前記リンクに固定され、前記関節軸周辺で前記ケーブルを覆うケーブルカバーを有することを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
14. 前記ケーブルカバーは、薄板の片持ち梁構造を形成したことを特徴とする請求項１３記載のロボットハンド。
15. 複数のリンクと、前記リンク間を回転自在に接続する複数の関節軸と、前記関節軸を駆動する複数のアクチュエータと、前記アクチュエータに電流と信号を伝達する複数のケーブルとを有する少なくとも１つのロボットフィンガをベースに配置したロボットハンドにおいて、
    前記ケーブルは、伸縮性を有する線状体から形成されたことを特徴とするロボットハンド。
16. 前記線状体は、前記ロボットフィンガが全伸張または全屈曲姿勢のいずれか一方の姿勢の際に、定常状態の長さを有し、ロボットフィンガの動作により復元力が作用することを特徴とする請求項１５記載のロボットハンド。
17. 前記線状体の少なくとも一部が、伸縮性を有するコイル形状を形成されたことを特徴とする請求項１５記載のロボットハンド。
18. 前記線状体の少なくとも一部が、伸縮性を有する折り曲げ形状に形成されたことを特徴とする請求項１５記載のロボットハンド。
19. 前記線状体は、前記リンクと外皮部材の空間に配置されたことを特徴とする請求項１５記載のロボットハンド。
20. 前記リンクと前記外皮部材の空間に流動性を有する充填剤が充填されたことを特徴とする請求項１９記載のロボットハンド。
21. 前記外皮部材は、伸縮性を有する繊維材料や可撓性基材を備えた合成樹脂から形成されたことを特徴とする請求項１９記載のロボットハンド。
22. 前記線状体の伸縮性を有する部分の外径寸法は、前記ロボットフィンガの外径寸法の１０％以下であることを特徴とする請求項１５記載のロボットハンド。
23. 複数のリンクと、前記リンク間を回転自在に接続する複数の関節軸と、前記関節軸を駆動する複数のアクチュエータと、前記アクチュエータに電流と信号を伝達する複数のケーブルとを有する少なくとも１つのロボットフィンガをベースに配置したロボットハンドにおいて、
    前記ケーブルは、少なくとも１つの前記リンクのいずれかの側面に長手方向に開口した軟部材を通って前記アクチュエータに接続されたことを特徴とするロボットハンド。
    

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