JP2008261504A

JP2008261504A - クラッチ機構及びロボットハンドの指駆動機構

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Publication number: JP2008261504A
Application number: JP2008189785A
Authority: JP
Inventors: Koji Akiyama; 浩二秋山
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2008-10-30

Abstract

【課題】ロボットハンドの指駆動機構の駆動部を構成する歯車の歯や軸に過負荷が作用するのを防止する。
【解決手段】射出成形樹脂フェースギヤ５は、コイルスプリング９によって下方から弾性的に付勢されており、このコイルスプリング９のばね力を受けて第１歯車２０と噛み合っている。コイルスプリング９は、予め圧縮された状態で軸２２の外周側の穴２１内に収容されており、射出成形樹脂フェースギヤ５と第１歯車２０が所定の接触圧力で噛み合うように、その圧縮量（プリロード）が設定されている。ここで、コイルスプリング９は、第１歯車２０と射出成形樹脂フェースギヤ５との噛み合い部分に過負荷が作用し、射出成形樹脂フェースギヤ５を押し下げる方向に作用する力がプリロードよりも大きくなると、押し縮められる方向へ弾性変形し、射出成形樹脂フェースギヤ５の歯と第１歯車２０の歯の噛み合いを解除する。
【選択図】図７

Description

この発明は、フェースギヤを使用したクラッチ機構、及びこのクラッチ機構を使用したロボットハンドの指駆動機構に関するものである。

従来から、人間の代わりに各種作業や各種動作を行うように構成されたロボットハンドが開発されてきた。例えば、特許文献１に開示されたロボットハンドは、ロボットハンドの指を人間の指の動作に似せて作動させるため、ロボットハンドの指関節に相当する部分に、それぞれモータとそのモータの回転を減速する歯車減速機構とを備えている。
特開平１１−１５６７７８号公報（段落番号０００９〜００１２，図１〜４）

しかしながら、このようなロボットハンドの指には、作業の種類によっては想像以上の負荷が作用することがある。このような場合に、設計において想定した力よりも大きな力を歯車減速機構で受けるとすれば、歯車の歯の破損や歯車を支持する軸の損傷を生じたり、指の骨組み構造に損傷を生じる虞がある。

このような不具合を解消するためには、ロボットハンドの駆動部にクラッチ機構を設置し、設計値内の負荷が作用している状態では動力伝達を可能にする一方、設計値を越える過剰な負荷が作用した状態ではクラッチ機構の滑りにより動力伝達を遮断することが効果的である。

そこで、本発明は、構造が簡単でコンパクトなクラッチ機構及びこのクラッチ機構を備えたロボットハンドの指駆動機構を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、フェースギヤと、前記フェースギヤに噛み合う相手ギヤと、前記フェースギヤを前記相手ギヤの歯丈方向に向けて付勢する弾性変形可能な弾性力付与手段とを有するクラッチ機構に関するものである。この発明において、前記フェースギヤは、予めプリロードが付与された前記弾性力付与手段によって付勢されて前記相手ギヤの歯丈方向に弾性的に押し付けられ、前記相手ギヤとの噛み合い部分に前記プリロードよりも大きな負荷が作用すると、前記弾性力付与手段を弾性変形させて、前記相手ギヤとの噛み合いが解除される位置まで前記相手ギヤから離れる方向に移動するようになっている。

請求項２の発明は、人の指の動きに似た動きをする指部と、この指部を駆動する駆動部と、を備えたロボットハンドの指駆動機構に関するものである。そして、このロボットハンドの指駆動機構は、前記駆動部が複数のギヤからなり、この駆動部に前記請求項１の発明に係るクラッチ機構を備えたことを特徴としている。

本発明は、射出成形樹脂フェースギヤとこれに噛み合う相手ギヤとの噛み合い部に過負荷が作用すると、射出成形樹脂フェースギヤと相手ギヤとの噛み合い状態が解除されるようになっているため、過負荷の作用に起因する歯車の歯の破損や歯車の軸の損傷の発生を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。

（指駆動機構）
図１及び図２は、本実施の形態に係るロボットハンド１を構成する指駆動機構２を示すものであり、この指駆動機構２が５本の指のいずれか１指に対応するようになっている。このロボットハンド１の指駆動機構２は、モータ３の回転が遊星歯車装置４を介して射出成形樹脂フェースギヤ５に伝達され、この射出成形樹脂フェースギヤ５に形成された小径の平歯車（第２歯車）６から指部７の第３歯車であるセクタギヤ（扇形のギヤ）８に伝達されることにより、二点鎖線で示す指部７が動くようになっている。また、ロボットハンド１の指駆動機構２は、後に詳述するように、射出成形樹脂フェースギヤ５をコイルスプリング（弾性力付与手段）９によって下方から弾性的に付勢することにより、過負荷作用時に動力伝達を遮断するクラッチ機構Ｋを構成している。尚、モータ３からセクタギヤ８までの動力伝達を行う部分である駆動部１０と指部７とを区別して図示するため、指部７を二点鎖線で表してある。

（駆動部）
モータ３は、ハウジング１１の端部の空間１２に嵌合された状態で固定されており、その出力軸１３の先端に遊星歯車装置４の太陽歯車１４が固定されている。太陽歯車１４の周囲には３個の遊星歯車１５が等間隔で配置されており、この３個の遊星歯車１５が太陽歯車１４に噛み合うと共にハウジング１１の内周面に形成された固定内歯車１６に噛み合っている（図４参照）。また、この３個の遊星歯車１５は、ハウジング１１に回動可能に支持された可動内歯車１７に噛み合っている（図５参照）。そして、可動内歯車１７のボス部１８に形成された平歯車（第１歯車）２０が射出成形樹脂フェースギヤ５と噛み合っている（図６参照）。そして、このような太陽歯車１４，遊星歯車１５，固定内歯車１６及び可動内歯車１７によって遊星歯車装置４が構成されている。尚、可動内歯車１７の歯数は、固定内歯車１６の歯数と異なるように形成されている。そして、可動内歯車１７と固定内歯車１６との歯数差が小さいほど遊星歯車装置４の減速比が大きくなる。

射出成形樹脂フェースギヤ５は、図１，図２及び図７に示すように、ハウジング１１に固定された軸２２に回動可能に支持されている。そして、この射出成形樹脂フェースギヤ５に一体的に形成された平歯車（第２歯車）６は、指部７の第１骨部材２３に固定された第３歯車としてのセクタギヤ（扇形ギヤ）８に噛み合っている。また、この射出成形樹脂フェースギヤ５は、コイルスプリング９によって下方から弾性的に付勢されており、このコイルスプリング９のばね力を受けて第１歯車２０と噛み合っている。

コイルスプリング９は、予め圧縮された状態で軸２２の外周側の穴２１内に収容されており、射出成形樹脂フェースギヤ５と第１歯車２０が所定の接触圧力で噛み合うように、その圧縮量（プリロード）が設定されている。したがって、このコイルスプリング９は、射出成形樹脂フェースギヤ５を第１歯車２０側に付勢するばね力以上の力で押し込まれないかぎり、圧縮変形させられることがなく、射出成形樹脂フェースギヤ５と第１歯車２０の噛み合い状態を保持することができる。

一方、このコイルスプリング９は、図９に示すように、第１歯車２０と射出成形樹脂フェースギヤ５との噛み合い部分に過負荷が作用し、射出成形樹脂フェースギヤ５を押し下げる方向に作用する力（Ｆ２）が予め付与されたプリロード（ＦＶ）よりも大きくなると（Ｆ２＞ＦＶ）、押し縮められる方向へ弾性変形し、その弾性変形量が所定値以上になると射出成形樹脂フェースギヤ５の歯と第１歯車２０の歯の噛み合いが解除され、第１歯車２０と射出成形樹脂フェースギヤ５との間での動力伝達が遮断される（図８参照）。すなわち、コイルスプリング９，射出成形樹脂フェースギヤ５及び第１歯車２０によりクラッチ機構Ｋが構成されている。尚、Ｆ０は、第１歯車２０から射出成形樹脂フェースギヤ５に伝達される力である。また、Ｆ１は、第１歯車２０と射出成形樹脂フェースギヤ５との噛み合い部における斜面に垂直な方向の分力である。

このように駆動部１０のクラッチ機構Ｋは、射出成形樹脂フェースギヤ５がコイルスプリング９によって第１歯車２０に対して接・離可能に（噛み合うか、又は噛み合いを解除できるように）弾性的に支持されており、作動時に過負荷が作用すると、射出成形樹脂フェースギヤ５と第１歯車２０との噛み合い状態がコイルスプリング９の弾性変形によって解除されるため、各歯車（５，６，８，１４，１５，１６，１７，２０）の歯や各歯車の軸（１３，２２）に過負荷が作用するのを防止でき、過負荷の作用に起因する各歯車の歯の破損や各歯車の軸の損傷の発生を防止することができる。

（指部）
指部７は、ハウジング１１に固定された第１関節としての軸２４を中心として揺動する第１骨部材２３と、この第１骨部材２３の先端側（前記第１関節とは反対側）の第２関節としての軸２５を中心として揺動する第２骨部材２６と、この第２骨部材２６の先端側（前記第２関節とは反対側）の第３関節としての軸２７を中心として揺動する第３骨部材２８と、を有している。ここで、第２骨部材２６は、第２関節となる軸２５及び第３関節となる軸２７が突接された基板３０と、この基材３０の軸２５，２７にかしめ穴３１，３２を嵌合させた後にかしめ固定される押さえ板３３とからなり、これら基板３０と押さえ板３３との間に第１骨部材２３と第３骨部材２８の端部を揺動可能に収容している。

また、ハウジング１１には、第１リンク３４の一端側が軸３５を介して揺動可能に取り付けられている。この第１リンク３４の揺動中心となる軸３５は、モータ３の軸芯３６の延長上に位置している（図１参照）。そして、この第１リンク３４の他端側は、第２骨部材２６の基板３０から突出する軸３７に揺動可能に係合し、第１骨部材２３と第２骨部材２６の基板３０との間の空間内に収容されている。また、第２リンク３８の一端側は、第１関節としての軸２４と第２関節としての軸２５とを結ぶ線４０の延長上の第１骨部材２３から突出する軸４１に揺動可能に係合している（図１参照）。そして、この第２リンク３８の他端側は、第３骨部材２８から突出する軸４２に揺動可能に係合している。ここで、第１リンク３４の他端側の軸３７と第２リンク３８の一端側の軸４１は、第２関節としての軸２５と同心の円上に位置している。また、第１リンク３４は、第１関節としての軸２４と第２関節としての軸２５を結ぶ線４０を斜めに横切るように取り付けられている。また、第２リンク３８は、第２関節としての軸２５と第３関節としての軸２７を結ぶ線４３を斜めに横切るように取り付けられている。

また、図３に示すように、指部７は、第１骨部材２３がモータ３の軸芯３６から角度θ１傾けて取り付けられた状態において、第２骨部材２６がモータ３の軸芯３６から角度θ２（θ１＜θ２）傾き、第３骨部材２８がモータ３の軸芯３６から角度θ３（θ２＜θ３）傾くように構成されている。そして、第１骨部材２３が第１関節としての軸２４を揺動中心として角度αだけ時計回り方向に回動すると、第１リンク３４の他端側の軸位置がＡ１点からＡ２点に移動し、第２骨部材２６が軸２５を揺動中心として角度βだけ時計回り方向に回動する。その結果、第２リンク３８の他端側の軸位置がＢ１点からＢ２点に移動し、第３骨部材２８が軸２７を揺動中心として角度δだけ時計回り方向に回動する。すなわち、指部７は、第１骨部材２３が時計回り方向に回動するにしたがって、第２骨部材２６が第２関節としての軸２５を揺動中心として大きく回動し、第３骨部材２８が第３関節としての軸２７を揺動中心として大きく回動し、指先が（Ｐ１）の位置から（Ｐ２）の位置まで移動して、手の握り動作を行う。

一方、指先が（Ｐ２）の位置から（Ｐ１）の位置まで移動すると、第１骨部材２３が（Ｐ２）に示す状態から反時計回り方向へ角度αだけ回動することになり、手を開く動作が行われる。尚、指部７の可動範囲は、少なくとも、第１骨部材２３が図１の点線で示す位置から時計回り方向にほぼ９０°回動した位置までの範囲である。

以上のように構成された本実施の形態によれば、ロボットハンド１の指駆動機構２の作動中に過負荷が作用しても、コイルスプリング９が撓み変形することにより、射出成形樹脂フェースギヤ５と第１歯車２０の噛み合いを解除することができるため、駆動部１０の各構成部品に過剰な負荷が作用するようなことがなく、各歯車（５，６，８，１４，１５，１６，１７，２０）の歯の破損や各歯車の軸（１３，２２）の損傷を効果的に防止できると共に、指部７の骨組み構造の損傷を効果的に防止することができる。

尚、本実施の形態において、射出成形樹脂フェースギヤ５を第１歯車２０側に弾性的に付勢する弾性力付与手段は、上述のコイルスプリング９に限られず、コイルスプリング９と同様に弾性力を付与できるものであればよく、例えば、皿ばねや板ばね，ゴムパッド等でもよい。

また、本実施の形態において、射出成形樹脂フェースギヤ５及び第１歯車２０を金属製のフェースギヤと第１歯車に置き換えてもよい。

尚、上述の実施の形態において、射出成形樹脂フェースギヤ５を使用したクラッチ機構Ｋは、ロボットハンド１の指駆動機構２に適用する場合に限られず、様々な用途に使用される動力伝達装置に広く適用することができる。

本発明の実施の形態に係るロボットハンドの指駆動機構を示す図であって、一部分を破断して示す平面図である。図１のＥ−Ｅ線に沿って切断して示すロボットハンドの指駆動機構の縦断面図である。本発明の実施の形態に係るロボットハンドの指駆動機構の作動状態を示す図である。図１のＢ−Ｂ線に沿って切断して示すロボットハンドの指駆動機構の断面図である。図１のＣ−Ｃ線に沿って切断して示すロボットハンドの指駆動機構の断面図である。図１のＤ−Ｄ線に沿って切断して示すロボットハンドの指駆動機構の断面図である。本発明の実施の形態に係るクラッチ機構を示す断面図である。図７に示すクラッチ機構の作動状態図である。図７のクラッチ機構における力の作用状態を説明する図である。

符号の説明

１……ロボットハンド、２……指駆動機構、５……射出成形樹脂フェースギヤ、７……指部、９……コイルスプリング（弾性力付与手段）、１０……駆動部、２０……第１歯車（相手ギヤ）

Claims

フェースギヤと、前記フェースギヤに噛み合う相手ギヤと、前記フェースギヤを前記相手ギヤの歯丈方向に向けて付勢する弾性変形可能な弾性力付与手段とを有し、
前記フェースギヤは、予めプリロードが付与された前記弾性力付与手段によって付勢されて前記相手ギヤの歯丈方向に弾性的に押し付けられ、前記相手ギヤとの噛み合い部分に前記プリロードよりも大きな負荷が作用すると、前記弾性力付与手段を弾性変形させて、前記相手ギヤとの噛み合いが解除される位置まで前記相手ギヤから離れる方向へ移動する、
ことを特徴とするクラッチ機構。
人の指の動きに似た動きをする指部と、この指部を駆動する駆動部と、を備えたロボットハンドの指駆動機構において、
前記駆動部が複数のギヤからなり、この駆動部に前記請求項１に記載のクラッチ機構を備えたことを特徴とするロボットハンドの指駆動機構。