JP2009018390A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】小型化および低コスト化を可能とするロボットハンドを提供する。
【解決手段】ロボットハンド１は、ベース２と、フィンガー６〜８と、それぞれ同構成からなる一軸スライダー３〜５とを備える。そして、一軸スライダー３は、位置制御部３１と、従動支持部３２２とを備えている。位置制御部３１は、一方向に延伸するレール３１１と、レール３１１に沿って移動可能にレール３１１に支持される移動部３１２と、レール３１１における移動部３１２の位置を制御する駆動部３１３とを有する位置制御部３１とを有し、従動支持部３２２は、移動部３１２に従動し、フィンガー６が取り付けられ、フィンガー６を支持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットハンドに関するものである。

ロボットハンドは、フィンガー（指に相当する部分）を動作させることで、対象物を把持または解放する。ロボットハンドは、例えば、製造ライン等における対象物（ワーク）の搬送等に用いられる。

ここで、ロボットハンドには、例えば、特開２００６−２５５８０５号公報（特許文献１）に開示されているように、フィンガーを一方向に位置制御可能とする位置制御機構を有するものがある。これにより、フィンガーの動作の自由度が大きくなっている。
特開２００６−２５５８０５号公報

ところで、ロボットハンドは、対象物を把持した際、当該把持による負荷を受ける。例えば、ロボットハンドが対象物を把持した際、フィンガーを支持する部分には、把持によるモーメントがかかる。詳細には、フィンガーを支持する部分が支持点、フィンガーと対象物との接触点が作用点となり、支持点にモーメントが発生する。フィンガーを支持する部分の強度（許容負荷モーメント等）が乏しい場合、フィンガーの脱落、支持部分の変形・破損、および、スライド動作不良等の不具合が発生する虞がある。

ここで、特許文献１のロボットハンドの構成では、フィンガーの位置制御を行う部分に把持による負荷（モーメント等）がかかる。つまり、特許文献１のロボットハンドにおいて、上記不具合を発生させないためには、フィンガーの位置制御を行う部分が、当該負荷に対抗できる強度（許容負荷モーメント等）を有し且つ位置制御できるように設計されなければならない。従って、必然的に、フィンガーの位置制御を行う部分は大型化し、ロボットハンドの小型化が困難であった。

また、特許文献１のロボットハンドの構成では、想定された対象物を把持した際に受ける負荷に対応できるよう、フィンガーの位置制御を行う部分をロボットハンド専用に設計、製造しなければならない。従って、設計および製造に多大なコストがかかってしまい、コスト面においても問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型化および低コスト化を可能とするロボットハンドを提供することを目的とする。

本発明のロボットハンドは、ベースと、ベースに対して指定動作を行うフィンガーと、フィンガーを支持すると共にベースに取り付けられフィンガーを一方向に位置制御可能な一軸スライダーとを備えるロボットハンドであって、一軸スライダーは、位置制御部と、従動支持部とを備えることを特徴とする。位置制御部は、一方向に延伸する案内部と、案内部に沿って移動可能に案内部に支持される移動部と、案内部における移動部の位置を制御する駆動部とを有する。従動支持部は、移動部に従動し、フィンガーが取り付けられ、当該フィンガーを支持する。なお、指定動作とは、例えば、対象物を把持、解放する動作等である。

本発明のロボットハンドによれば、フィンガーの位置制御を行う部分（位置制御部）とは別の部分、すなわち、従動支持部によってフィンガーが支持されている。つまり、フィンガーが対象物を把持した際にかかる負荷モーメントは、従動支持部が負担する。これにより、位置制御部は、単に移動部の位置制御ができるものであればよく、許容負荷モーメントは小さくてもよい。つまり、位置制御部は、上記負荷に対する強度を必要としない分、大幅な小型化が可能となる。

本発明のロボットハンドでは、フィンガーに対する位置制御機能と、支持機能とを別手段とすることにより、位置制御部の大幅な小型化が可能となり、全体としてよりコンパクトなロボットハンドを実現することができる。

さらに、上記のように、位置制御部は、単に移動部の位置制御ができるものであればよい。つまり、位置制御部は、ロボットハンド専用に設計および製造されたものでなく、例えば、一般の電気機器（プリンタ等）に用いられる汎用のスライダー（電動スライダー、電動アクチュエータ等）であってもよい。また、従動支持部においても、移動部に従動し負荷に対する十分な強度を有していればよく、例えば、駆動源を有さない単なるスライド機構を従動支持部として用いることもできる。

すなわち、位置制御機能と支持機能とを別手段とすることで、各手段を簡素化でき、その結果、大幅なコスト削減が可能となる。本発明によれば、ロボットハンドの小型化および低コスト化を実現することができる。

また、本発明のロボットハンドでは、位置制御部によりフィンガーの位置を制御することができるため、フィンガー動作の自由度は確保されている。つまり、フィンガーに把持動作させる駆動源は、自由度の高いモータであっても、構成がシンプルなエアシリンダ等であってもよい。さらに、把持に対する従動支持部の強度（許容負荷モーメント等）も自由に設定することができ、多種多様な対象物を把持可能にすることは容易に設計できる。例えば、数ｋｇの対象物を把持したい場合、当該負荷に耐えうる強度の従動支持部を備えるよう設計すればよい。すなわち、本発明のロボットハンドでは、設計が容易となり、且つ、設計自由度も向上する。

ここで、本発明のロボットハンドは、フィンガーが、エアシリンダを駆動源とする場合に好適である。モータを駆動源とするフィンガーは、位置制御が容易であるが、高コストである。そこで、本発明が上記構成を有するため、エアシリンダを駆動源とすれば、低コストで位置制御可能なロボットハンドとなる。つまり、位置制御部および従動支持部を有する本発明の構成による上記効果が、より顕著に発揮される。ここでの駆動源は、例えば、フィンガーを屈曲動作させる駆動源である。

さらに、エアシリンダを駆動源とすれば、モータに比べて、複雑な制御および配線の必要がなく、構成が簡素化され、省スペース化も可能となる。従って、本発明のロボットハンドにおいて、小型化および低コスト化が可能となる。

本発明のロボットハンドによれば、ロボットハンドの小型化および低コスト化が可能となる。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態のロボットハンド１について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、ロボットハンド１を示す図である。図２は、図１のロボットハンド１を上から見た図である。図３は、図１のロボットハンド１を左から見た図である。ただし、図３において、フィンガー６〜８は模式的に表されている。

図１〜図３に示すように、ロボットハンド１は、ベース２と、一軸スライダー３〜５と、フィンガー６〜８とを備えている。ベース２は、平板部２１と、枠状部２２とを有している。平板部２１は、略長方形の平板であり、表面にはその長手方向に平行に延びる４つの貫通孔２１１〜２１４が設けられている。枠状部２２は、略長方形の枠状となっており、平板部２１の端部から上方に延在し、平板部２１を支持している。

一軸スライダー３は、電動リニアスライダー３１（本発明における「位置制御部」に相当する）と、リニアガイド３２と、伝達プレート３３とを備えている。電動リニアスライダー３１は、レール３１１（本発明における「案内部」に相当する）と、移動部３１２と、駆動部３１３とを有している。レール３１１は、一方向（図１、２の左右方向）に延伸する一軸のレール部材である。レール３１１の軸直交断面は、中央が上方に突出した凸形状となっている。当該突出部分の両側面には、レール３１１の延伸方向に沿って延びるレール溝（図示せず）が形成されている。レール３１１は、ベース２の平板部２１上の貫通孔２１１と貫通孔２１２の間に設置されている。レール３１１の延伸方向は、貫通孔２１１、２１２の延伸方向と同方向となっている。

移動部３１２は、断面が略凹形状で、当該凹形状の開口端には突起が形成されている。この突起がレール３１１のレール溝に挿入されており、移動部３１２とレール３１１が上下方向に係合している。つまり、移動部３１２は、レール３１１の上方部分に配置され、レール３１１に沿って移動可能にレール３１１に支持されている。

駆動部３１３は、レール３１１の一端に設けられている。駆動部３１３は、ボールねじ（図示せず）や磁力等により、移動部３１２を駆動させると共に、移動部３１２の位置決めを可能とする。つまり、駆動部３１３は、レール３１１上における移動部３１２の位置制御を行う。

リニアガイド３２（本発明における「従動支持部」に相当する）は、ガイドレール３２１と、従動部３２２とを備えている。ガイドレール３２１は、レール３１１と同方向に延伸する一軸のレール部材である。ガイドレール３２１の軸直交断面は、略「工」字形状となっている。つまり、ガイドレール３２１の側面には、ガイドレール３２１の延伸方向に沿って延びるレール溝（図示せず）が形成されている。ガイドレール３２１は、ベース２の平板部２１下面側の貫通孔２１１と貫通孔２１２の間に設置されている。ガイドレール３２１の延伸方向は、貫通孔２１１、２１２およびレール３１１の延伸方向と同方向となっている。つまり、ガイドレール３２１は、平板部２１を介したレール３１１のちょうど下方位置に配置されている。

従動部３２２は、断面が略凹形状で、当該凹形状の開口端には突起が形成されている。この突起がガイドレール３２１のレール溝に挿入されており、従動部３２２とガイドレール３２１が上下方向に係合している。つまり、従動部３２２は、ガイドレール３２１の下方部分に配置され、ガイドレール３２１に沿って移動可能にガイドレール３２１に支持されている。従動部３２２の下面には、後述するフィンガー６が取り付けられている。

伝達プレート３３は、全体として略コ字形状であり、上面プレート３３１と、側面プレート３３２、３３３とからなっている。上面プレート３３１は、長方形のプレートであり、長手方向とレール３１１の延伸方向とが直交するように移動部３１２の上面に取り付けられている。上面プレート３３１の長手方向幅は、移動部３１２の一辺より大きくなっている。

側面プレート３３２、３３３は、長方形のプレートであり、上面プレート３３１の長手方向の両端部にそれぞれ取り付けられている。つまり、側面プレート３３２は上面プレート３３１の一辺から垂直下方に延伸し、側面プレート３３３は上面プレート３３１の上記一辺に対向する他辺から垂直下方に延伸している。そして、側面プレート３３２は、貫通孔２１１に挿入されており、側面プレート３３３は、貫通孔２１２に挿入されている。つまり、側面プレート３３２、３３３は、それぞれ貫通孔２１１、２１２の延伸方向に移動可能となっている。これら対向する側面プレート３３２、３３３の間には、電動リニアスライダー３１とリニアガイド３２が配置されている。そして、側面プレート３３２、３３３の下方内面（対向する面の下方側）には、後述するフィンガー６が取り付けられている。

一軸スライダー４、５の構成については、一軸スライダー３と同構成となっているため、説明は省略する。なお、一軸スライダー４におけるリニアガイドをリニアガイド４２、従動部を従動部４２２とし、一軸スライダー５におけるリニアガイドをリニアガイド５２、従動部を従動部５２２とする。また、一軸スライダー４は、貫通孔２１２と貫通孔２１３の間に設置されており、一軸スライダー５は、貫通孔２１３と貫通孔２１４の間に設置されている。各一軸スライダー３〜５は、平板部２１上で互いに平行に配置されている。

フィンガー６〜８は、図１の手前から奥に向かって、フィンガー６、フィンガー７、フィンガー８の順に配置されている。つまり、一軸スライダー３にフィンガー６、一軸スライダー４にフィンガー７、一軸スライダー５にフィンガー８がそれぞれ対応する。

フィンガー６〜８は、それぞれ同構成からなっている。フィンガー６は、上端部分（後述する基節部６１）が従動部３２２に固定されている。そして、当該上端部分の側面には、側面プレート３３２、３３３が取り付けられている。同様に、フィンガー７は一軸スライダー４の従動部４２２に、フィンガー８は一軸スライダー５の従動部５２２にそれぞれ取り付けられている。ただし、フィンガー７については、フィンガー６、８と左右対称に取り付けられている。フィンガー６〜８の詳細については、後述する。

ここで、一軸スライダー３の動作について説明する。電動リニアスライダー３１において、移動部３１２は、駆動部３１３によりレール３１１上で位置制御される。ここで、例えば、移動部３１２が左方へ駆動されると、同時に、伝達プレート３３は移動部３１２に従動して左方に移動する。そして、伝達プレート３３が左方に移動すると同時に、それに従動し、フィンガー６が左方に移動する。このとき、フィンガー６が固定されている従動部３２２は、フィンガー６に従動し、ガイドレール３２１に沿って左方に移動する。つまり、従動部３２２は、移動部３１２に従動して移動する。

上記のように、電動リニアスライダー３１は、伝達プレート３３を介して、フィンガー６の左右方向の位置を制御する。そして、フィンガー６は、移動部３１２に従動する従動部３２２を備えるリニアガイド３２に支持されている。一軸スライダー４、５も、同様に動作する。

ここで、フィンガー６の構成について、図１および図４を参照して説明する。図４は、図１のフィンガー６を詳細に示す図である。なお、フィンガー７、８については、フィンガー６と同構成であるため、説明を省略する。

図１および図４に示すように、フィンガー６は、基節部６１と、中節部６２と、末節部６３と、ヒンジピン９１〜９６とを有している。基節部６１は、基節本体６１１と、長アーム６１２と、エアシリンダ６１３とからなっている。基節本体６１１は、その上面が従動部３２２の下面に固定されている。つまり、基節部６１は、従動部３２２に固定されている。そして、基節本体６１１には、側面プレート３３２、３３３が取り付けられている。なお、基節本体６１１と側面プレート３３２、３３３とは、左右方向に係合するような構成でもよい。

長アーム６１２は、基節本体６１１と一体に形成されており、基節本体６１１の右方部分から略右下方向に延伸している。エアシリンダ６１３は、シリンダ本体６１３ａと、可動ロッド６１３ｂとを有している。エアシリンダ６１３は、シリンダ本体６１３ａが左方、可動ロッド６１３ｂが右方となるように配置されている。可動ロッド６１３ａは、シリンダ本体６１３に対して一方向（左右方向）に駆動する。そして、ヒンジピン９１により、シリンダ本体６１３ａの左端が基節本体６１１の左端にヒンジ結合されている。つまり、エアシリンダ６１３は、ヒンジピン９１を中心に回動可能に基節本体６１１に支持されている。

中節部６２は、中節本体６２１と、エアシリンダ６２２と、短アーム６２３とからなっている。中節本体６２１の左中央部分は、ヒンジピン９２により長アーム６１２の先端とヒンジ結合されている。つまり、中節本体６２１は、ヒンジピン９２を中心に回動可能に基節部６１に支持されている。

短アーム６２３は、中節本体６２１と一体に形成されており、中節本体６２１の左上部分から略左上方向に延伸している。つまり、短アーム６２３は、中節本体６２１の上端よりも上方に位置している。短アーム６２３は、長アーム６１２よりも短く形成されている。短アーム６２３は、ヒンジピン９３により可動ロッド６１３ｂの先端とヒンジ結合されている。

エアシリンダ６２２は、シリンダ本体６２２ａと、可動ロッド６２２ｂとを有している。エアシリンダ６２２は、シリンダ本体６２２ａが上方、可動ロッド６２２ｂが下方となるように配置されている。可動ロッド６２２ｂは、シリンダ本体６２２ａに対して一方向（上下方向）に駆動する。シリンダ本体６２２ａの上方端部は、ヒンジピン９４により中節本体６２１の右上部分にヒンジ結合されている。

末節部６３は、右上部分がヒンジピン９５により可動ロッド６２２ｂの先端とヒンジ結合されている。末節部６３の左上部分は、ヒンジピン９６により中節本体６２１の下方部分にヒンジ結合されている。

ここで、フィンガー６の動作について説明する。まず、基節部６１に対する中節部６２の動作について説明する。エアシリンダ６１３において可動ロッド６１３ｂが右方へ駆動されると、中節部６２は、ヒンジピン９２を中心に回動する。詳細には、可動ロッド６１３ｂに連動し、短アーム６２３が右方へ移動しようとする。このとき、中節部６２がヒンジピン９２により長アーム６１２に軸支されているため、短アーム６２３は、ヒンジピン９２を中心とした円軌道に沿って右方へ移動する。つまり、ヒンジピン９３の位置は、右方に移動する際、上下する。

このとき、エアシリンダ６１３は、シリンダ本体６１３ａがヒンジピン９１により回動可能に支持されているため、短アーム６２３の上下動に連動してヒンジピン９１を中心に回動する。つまり、エアシリンダ６１３がヒンジピン９１により一軸支持（枢支）されているため、中節部６２の回動軌跡（円軌道）を許容することができる。

そして、末節部６３は、中節部６２がヒンジピン９２を中心に回動するのに連動し左方に移動する。その後、エアシリンダ６１３において可動ロッド６１３ｂが左方へ駆動されると、中節部６２がヒンジピン９２を中心に上記逆方向に回動し、末節部６３は右方に移動する。

次に、中節部６２に対する末節部６３の動作について説明する。エアシリンダ６２２において可動ロッド６２２ｂが下方へ駆動されると、末節部６３はヒンジピン９６を中心に回動し、末節部６３の先端が左方へ移動する。その後、可動ロッド６２２ｂが上方へ駆動されると、末節部６３はヒンジピン９６を中心に上記逆方向に回動し、末節部６３の先端が右方へ移動する。

中節部６２に対する末節部６３の動作においても、基節部６１に対する中節部６２の動作同様、エアシリンダ６２２がヒンジピン９４により一軸支持されているため、エアシリンダ６２２がヒンジピン９４を中心に回動でき、末節部６３の回動軌跡（円軌道）を許容することができる。

ここで、例えば、エアシリンダ６１３において、シリンダ本体６１３ａを２点以上で支持する場合、ヒンジピン９１付近に長孔（回転スライド機構）を設けなければ屈曲動作させることができない。しかし、上記フィンガー６では、長孔を設けなくても屈曲動作可能となり、構成の簡素化が可能となる。さらに、長孔を設けない分、可動部分が少ないのでフィンガー６の耐久性は向上する。例えば、繰り返し動作の衝撃は緩和される。

上記のように、フィンガー６は、ベース２に対して屈曲動作（把持、解放動作）を行うことができる。例えば、フィンガー６、８とフィンガー７の間に対象物（ワーク）が配置するよう、各電動リニアスライダーにより各フィンガー６〜８を位置決めする。そして、エアシリンダを駆動させて、フィンガー６、８の中節部および末節部が左方に屈折し、フィンガー７の中節部および末節部が右方に屈折することで、ロボットハンド１は対象物を把持する。

以上、ロボットハンド１によれば、電動リニアスライダー３１によりフィンガー６が位置制御され、リニアガイド３２の従動部３２２にフィンガー６が固定されている。つまり、フィンガー６〜８が対象物（ワーク）を把持する際、各フィンガー６〜８にかかる負荷モーメントは、各フィンガー６〜８を支持する部分、すなわち、リニアガイド３２、４２、５２にかかる。つまり、負荷モーメントは、電動リニアスライダー３１ではなく、リニアガイド３２が負担する。つまり、位置制御機能と、支持機能とが別手段となる。

この結果、位置制御機構の簡素化および大幅な小型化が可能となり、全体としてよりコンパクトなロボットハンドを実現することができる。さらに、電動リニアスライダーは、本実施形態のように市販製品（超小型電動アクチュエータ：ＩＡＩ製）でよく、ロボットハンド専用に設計および製造する必要がない。また、従動部を有するリニアガイドにおいても、一般機器用の市販製品（ＬＭガイド：ＴＨＫ製）でよい。すなわち、ロボットハンド１によれば、ロボットハンドの小型化および低コスト化を実現することができる。

また、ロボットハンド１では、各電動リニアスライダーによりフィンガー６〜８の位置を制御することができるため、フィンガー動作の自由度は確保されている。さらに、把持に対するリニアガイド３２、４２、５２の強度も自由に設定することができ、多種多様な対象物を把持可能にすることは容易に設計できる。すなわち、ロボットハンド１では、設計が容易となり、且つ、設計自由度も向上する。

また、フィンガー６〜８の駆動源がエアシリンダであるため、駆動源がモータであるものに比べ、上記効果が顕著となり、さらなる小型化および低コスト化が可能となる。さらに、エアシリンダ６１３、６２２が一軸支持（枢支）されることにより、構成が簡素化され、低コスト化が可能となる。そして、強度および耐久性を向上させることもできる。

また、フィンガー６の上記構成を発明として抽出すると、フィンガーは、従動支持部に取り付けられた基節部と、基節部の一枢支点で枢支された中節部と、中節部の一枢支点で枢支された末節部と、基節部の他の一枢支点と中節部の他の一枢支点で枢支された第一エアシリンダと、中節部の他の一枢支点と末節部の他の一枢支点で枢支された第二エアシリンダとを備えることを特徴とする。これにより、上記のような効果を発揮させることができる。

なお、本発明は、ロボットハンド１に限られるものではない。例えば、伝達プレート３３の側面プレート３３２、３３３を、フィンガー６（基節本体６１１）にではなく、従動部３２２に取り付けたものでもよい。この場合、従動部３２２は、伝達プレート３３を介して移動部３１２に従動し、上記同様の効果を発揮する。つまり、伝達プレートは、電動リニアスライダーの動力をフィンガーまたは従動部に伝達する伝達手段（連結手段）であればよい。また、伝達プレート３３と従動部３２２とが一体となっているものでもよい。また、フィンガーの数は、上記以外に複数あってもよく、そのうちの１本または数本のフィンガーがベース２に固定されているものでもよい。

ロボットハンド１を示す図である。 図１のロボットハンド１を上から見た図である。 図１のロボットハンド１を左から見た図である。 図１のフィンガー６を詳細に示す図である。

符号の説明

１：ロボットハンド、
２：ベース、 ３、４、５：一軸スライダー、
３１：電動リニアスライダー、 ３１１：レール、 ３１２：移動部、
３１３：駆動部、
３２、４２、５２：リニアガイド、 ３２１：ガイドレール、
３２２、４２２、５２２：従動部、
３３：伝達プレート、
６、７、８：フィンガー、
６１：基節部、 ６２：中節部、 ６３：末節部、 ６１３、６２２：エアシリンダ

Claims (2)

1. ベースと、前記ベースに対して指定動作を行うフィンガーと、前記フィンガーを支持すると共に前記ベースに取り付けられ前記フィンガーを一方向に位置制御可能な一軸スライダーとを備えるロボットハンドであって、
   前記一軸スライダーは、
   前記一方向に延伸する案内部と前記案内部に沿って移動可能に前記案内部に支持される移動部と前記案内部における前記移動部の位置を制御する駆動部とを有する位置制御部と、
   前記移動部に従動し、前記フィンガーが取り付けられ、前記フィンガーを支持する従動支持部と、
   を備えることを特徴とするロボットハンド。
2. 前記フィンガーは、エアシリンダを駆動源とする請求項１に記載のロボットハンド。

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