JP2009291874A - Joint device, robot arm, and finger unit - Google Patents

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JP2009291874A JP2008147149A JP2008147149A JP2009291874A JP 2009291874 A JP2009291874 A JP 2009291874A JP 2008147149 A JP2008147149 A JP 2008147149A JP 2008147149 A JP2008147149 A JP 2008147149A JP 2009291874 A JP2009291874 A JP 2009291874A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Imamura
Futoshi Kobayashi
Tadashi Maeda
Kazuhiro Sasabe
Hidenori Shirasawa
Takao Tanaka
信昭 今村
正 前田
太 小林
高穂 田中
秀則 白沢
和宏 笹部
Original Assignee
Advanced Materials Processing Inst Kinki Japan
Kansai Electric Power Co Inc:The
財団法人近畿高エネルギー加工技術研究所
関西電力株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a joint device, a robot arm and a finger unit can prevent a speed reducer from being damaged by releasing an external force acting on the speed reducer even when an excessive force exceeding an allowable external torque acts on the speed reducer assembled in the joint device of a robot.
SOLUTION: A joint member J includes a harmonic drive H having a wave generator 31 rotated around a predetermined axis P by the output of a motor M assembled in link members L transmitted thereto through a transmission mechanism T, a flexible spline 32 having an inner peripheral section joined to the outer peripheral section of the wave generator 31, and a circular spline 34 having, on the inner peripheral section, a tooth section 38 meshed with a tooth section 37 formed on the outer peripheral section of the flexible spline 32. The flexible spline 32 is connected to one link member L1 through a torque limiting mechanism R, and the circular spline 34 is connected to the other link member L2.
COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、一対のリンク部材を所定軸心周りに回転する関節部材を介して連結した関節装置、関節装置を用いたロボットアーム、及び、フィンガーユニットに関する。 The present invention is a joint device which is connected via a joint member that rotates a pair of link member about a predetermined axis, a robot arm with a joint device, and a finger unit.

生産現場において利用されている産業用ロボットの把持装置(以下、「ハンド」とも記す。)にはプライヤのような開閉機構で対象物を掴む形態のメカニカルグリッパが多用されているが、多くの場合、対象物を把持するために相対的に運動する二つのリンクまたは三爪チャックのような三リンクを有する機構で構成されている。 Gripping device of the industrial robot, which is used in the production site (hereinafter, also referred to as "hand".) The Although mechanical grippers form gripping an object with the opening and closing mechanism such as pliers are often used, in many cases , and a mechanism having three links such as two links or Santsume chuck relative movement for gripping an object.

このようなメカニカルグリッパは高度な制御を必要とせず、機械的に開閉するために、確実な繰り返し動作が保証されているが、把持動作を機械的に実現することから、生産現場の定められた位置・姿勢に整列された既知形状の対象物に対しては確実な把持を保証するが、鋳造部品やプレス成形部品のような様々な曲面を持つ複雑形状の部品を適切に把持することが困難であり、バラ積み部品等のように対象物の置かれた位置・姿勢、或いは対象物の形や寸法が少しでも異なると、最早一つのメカニカルグリッパでは対応できない。 Such mechanical grippers do not require a high degree of control, in order to mechanically open and close, but reliable repeated operation is guaranteed, since the mechanically realized gripping operation, a defined production site for the object of known shape aligned in position and posture ensure reliable gripping, but difficult to properly grasp the part of the complex shape having a variety of curved surfaces such as cast parts and press-molded parts , and the position and orientation placed the objects as bulk components, etc., or the shape and dimensions of the object are different even slightly, it can not cope with longer one mechanical gripper.

そのため、生産現場では、視覚センサを導入して複雑な形状認識処理によって部品の位置・姿勢を測定してメカニカルグリッパで把持可能な把持点を決定したり、対象物の形状・寸法の種類に応じて複数のメカニカルグリッパを準備して、対象物に応じてその都度グリッパを交換するといった多大なコストを必要とする複雑なロボットシステムの導入を余儀なくされている。 Therefore, in the production site, or to determine the grippable gripping point by a mechanical gripper measure the position and orientation of the component by a complex shape recognition process by introducing a visual sensor, depending on the type of shape and dimensions of the object Te by preparing a plurality of mechanical grippers, have been forced to introduce complex robotic systems that require a great deal of costs such exchanges in each case gripper in accordance with the object.

一方、人は複数の関節を持つ5本の指からなる手で複雑な作業を器用に実行することができる。 Meanwhile, a person may perform complex tasks dexterity by hand consisting of five fingers having a plurality of joints. 人の手のような構造ならびに形状を持ち、人の手と同様の運動制御機能を有したユニバーサルなロボットハンドを実現することができるならば、ロボットは、人間と同様、一つのハンド機構で様々な複雑作業を器用に行うことが可能になる。 Has a structure and shape as a human hand, if it is possible to realize a universal robot hand having the same motor control functions and the human hand, the robot, like humans, a variety in one hand mechanism it is possible to perform such a complex task dexterity. また、ロボットに合わせてその都度開発していた特殊作業工具は必要でなくなり、ロボットは、従来、人が使用してきた汎用作業工具を用いて作業を行うことも可能となる。 In addition, special work tool that has been developed in each case in accordance with the robot is no longer necessary, the robot, the prior art, it is also possible to carry out the work using a general-purpose tool that people have used.

このような背景の下、人間の手のような機構と人間の手のような巧みな作業機能を有したロボットハンドを実現すべく、人間の手を模した複数の関節を備えた複数の指から構成されるユニバーサルロボットハンドが研究開発されてきた。 Against this background, in order to realize a robot hand having a slick work function, such as mechanisms and human hand, such as the human hand, a plurality of fingers having a plurality of joints of the human hand simulating Universal robot hand consists of have been research and development.

このようなロボットハンドとして、特許文献1には、図11に示すように、人間の手と類似した運動ができるロボットハンド構造、即ち、四関節J100,J200,J300,J400備えた指を複数本配置し、各関節を駆動するモータを内蔵したロボットハンドにおいて、各指の根本側の第一関節J100と第二関節J200の軸が1点で直交し、その二つの関節を独立に駆動できるように1つの指について二つのモータを掌に設けたことを特徴とするロボットハンドが提案されている。 Such robot hand, Patent Document 1, as shown in FIG. 11, the robot hand structure capable similar motion with a human hand, i.e., a plurality of four joints J100, J200, J300, J400 with fingers placement and, in a robot hand with a built-in motor for driving each joint, so that the first joint J100 with the axis of the second joint J200 the root side of each finger are orthogonal at a point, can be driven independently the two joints robot hand, characterized in that a two motors on the palm have been proposed for one finger.

上述の文献には、第三関節J300用のモータM300と駆動連結された4節リンク機構Lを介して第四関節J400の軸を駆動することで、一つのモータにより第三関節J300と第四関節J400を同時に同じ方向に回転可能な構成、及び、指先に力覚センサS100を備えた構成が提案されている。 The above-mentioned literature, by driving the shaft of the fourth joint J400 via a third joint J300 4 bar linkage L motor M300 and drivingly connected for, by one of the motor and the third joint J300 fourth rotatable structure at the same time in the same direction joints J400, and configurations with force sensor S100 the fingertips have been proposed.

しかし、関節で連結されるリンクL300、L400に対して、モータM300からギア式の減速機構を介してリンクL300を駆動するとともに減速機構からさらにリンクやワイヤー等の駆動伝動機構、ここでは4節リンク機構Lを介してリンクL400を駆動するごとき構成を採用する場合には、減速機構によるギアのバックラッシュや駆動伝動機構による機械的遊びによるガタの発生のために正確な指の動作制御が困難となるばかりか、モータから減速機構を経て駆動伝動機構に動力を伝達するために駆動伝達機構は多大のトルクを伝達することが必要となり駆動伝達機構の大型化、延いてはロボットハンドの大型化を招くという問題があった。 However, the link L300, L400 which are articulated further link or a wire of the driving transmission mechanism from the deceleration mechanism drives the link L300 via a reduction mechanism of the gear-type motor M300, 4-node link here when employing the such drives constituting the link L400 through mechanism L is backlash or drive transmission mechanism of the gear by the speed reduction mechanism is difficult to control the operation of accurate finger for backlash caused by mechanical play by consisting only either size of the drive transmission mechanism drive transmission mechanism becomes necessary to transmit a great deal of torque to transmit power to a drive transmission mechanism via a reduction mechanism from the motor, the size of and hence the robot hand there is a problem that cause is.

そこで、本願発明者らは、特許文献2に示すように、駆動系の機械的ガタを効果的に除去するとともに、力覚等のセンシング系の実装上の工夫を施すことにより、人の指のごとき微妙な動作を実現することが可能な関節装置、関節装置を用いたコンパクト設計が可能なロボットフィンガー、及び、ユニバーサルロボットハンドを提供することを目的とした関節装置を提案している。 Accordingly, the present inventors, as shown in Patent Document 2, while effectively removing the mechanical backlash of the driving system, by devising on the implementation of the sensing system of ChikaraSatoshito, the human finger such capable of realizing a delicate operation joint device, compact design robotic fingers with joint device, and proposes a joint device for the purpose of providing a universal robot hand.

具体的には、図12に示すように、一方のリンク部材L101に固定したフレクスプラインと、その回転軸心と交差する方向に延出形成した薄肉部を他方のリンク部材L202に固定したサーキュラスプラインとを備えてなるハーモニックドライブ減速機H101を関節部材に組み込み、基端側リンク部材L101に収容したモータ(アクチュエータ)M101の出力を基端側のウェーブジェネレータに伝達する第一の伝動機構T101と、モータM101の出力を第一の伝動機構T101及び基端側リンク部材L101に隣接するリンク部材L202に収容した伝達シャフトS101を介して基端側のウェーブジェネレータに隣接する関節部材に組み込んだハーモニックドライブ減速機H202のウェーブジェネレータに伝達する第二の伝 Specifically, as shown in FIG. 12, the circular spline fixed and flexible spline fixed to one link member L101, a thin portion which is extending formed in a direction crossing the axis of rotation to the other link member L202 a first transmission mechanism T101 for transmitting a harmonic drive reducer H101 made comprising bets incorporated into the joint member, the output of the motor (actuator) M101 accommodated in proximal link member L101 to the wave generator of the proximal, harmonic drive reducer via a transmission shaft S101 which contains the link member L202 incorporating the joint member adjacent to the wave generator of the base end side adjacent the output of the motor M101 to the first transmission mechanism T101 and the proximal link member L101 second heat to propagate to the wave generator of the machine H202 機構T202を備えた関節装置である。 A joint device having a mechanism T202.
特開平11−156778号公報 JP 11-156778 discloses 特開2007−152528号公報 JP 2007-152528 JP

上述したように、関節装置の駆動機構として、アクチュエータからの動力を減速機を介して関節軸へ伝達してリンクを駆動する方式を採用すると、減速機によって増力することができるため、小さな出力のアクチュエータでも関節リンクを駆動するために必要な大きな動力が得られるという利点を持つ。 As described above, as the driving mechanism of the joint device, the power from the actuator through a reduction gear employing a method of driving the link is transmitted to the joint axis, it is possible to energizing the reduction gear, the smaller output also the actuator has the advantage that large power can be obtained required to drive the articulation link.

アクチュエータとして、取扱いの容易さからDCモータなどの電気モータが多く使用されているが、電気モータは一般に高速回転・低トルクであるためロボットの関節機構では高減速比の減速機を介して使用することが必要となる。 As an actuator, the electric motor such as a DC motor ease of handling are widely used, the electric motor is generally in the robot joint mechanism for a high-speed rotation and low torque using via a reduction gear of high reduction ratio it is necessary.

こうしたアクチュエータ及び減速機から構成される関節駆動機構はバックドライバビリティ(関節軸からアクチュエータ出力軸を動かすこと)に劣るため、環境から駆動リンクへ外部トルクが作用すると、そのほとんどが減速機の構造へ作用することとなる。 Such actuators and joint drive mechanism composed of reduction gear Backdrivability for poor (from the joint axis to move the actuator output shaft), to act the external torque from the environment to the drive link, mostly to the structure of the reduction gear so that the act.

そのため、ロボットアームやロボットフィンガー等に用いられる関節装置に使用される減速機は、外部トルクに対して十分な構造強度を有することが必要となる。 Therefore, reduction gear for use in joint device for use in a robot arm or a robot finger or the like, it is necessary to have sufficient structural strength to the external torque.

しかも、ロボットの関節装置はその運動の高速化ならびに機構の軽量化の必要から、より小型軽量で高減速比の減速機を限られたスペースにコンパクトに配置するように設計することが要求される。 Moreover, the joint system of the robot from the need for weight reduction of the speed and mechanism of its motion, is required to be designed to be placed compactly in a high reduction ratio reducer limited space in a smaller lighter .

しかし、小型軽量で高減速比の減速機を得ようとすると、その歯型形状を小さくしなければならず、出力軸に作用する外部トルクに対して十分な構造強度を得ることは困難となる。 However, in order to obtain a reduction gear of high reduction ratio is small and light, it is necessary to reduce the tooth shape, it is difficult to obtain sufficient structural strength to the external torque acting on the output shaft .

従って、ロボットアーム等の運転に際しては、環境から関節リンク機構へ作用する力が減速機出力軸の許容外部トルクの範囲内に収まるように、限定して使用することが要求されるという問題があった。 Therefore, in the operation of such a robot arm, so that the force acting from the environment to the articulation link mechanism falls within the allowable external torque of the speed reducer output shaft, there is a problem that the use is required only to It was.

本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、ロボットの関節装置に組み込まれた減速機に許容外部トルクを超える過大な力が作用した場合でも、減速機に作用する外力を開放して減速機の破損を防止することができる関節装置、ロボットアーム、及び、フィンガーユニットを提供する点にある。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, even when an excessive force exceeding the allowable external torque to the reducer incorporated in the joint device of the robot is applied, reducer by opening the external force acting on the reducer joint device which can prevent damage, the robot arm, and is to provide an finger unit.

上述の目的を達成するため、本発明による関節装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項1に記載した通り、一対のリンク部材を所定軸心周りに回転する関節部材を介して連結した関節装置であって、前記関節部材に、一方のリンク部材に組み付けられたモータの出力が伝動機構を介して伝達され前記所定軸心周りに回転するウェーブジェネレータと、前記ウェーブジェネレータの外周部と接合する内周部を備えたフレクスプラインと、前記フレクスプラインの外周部に形成された歯部と噛合する歯部が内周部に形成されたサーキュラスプラインとからなるハーモニックドライブ減速機構を備え、前記フレクスプラインがトルク制限機構を介して一方のリンク部材に固定されるとともに、前記サーキュラスプラインが他方のリ To achieve the above object, a first characteristic feature of the joint device according to the present invention, as described in claim 1 of the document in the claims, the joint member to rotate the pair of the link member about the predetermined axis a joint device which is connected via, to the joint member, and wave generator output of the motor is assembled to the one link member is rotated to the predetermined axis about is transmitted through a transmission mechanism, wherein the wave generator a flexspline having an inner peripheral portion to be bonded to the outer peripheral portion of the flexspline of the outer peripheral portion formed teeth for teeth and meshing consists of a circular spline which is formed on the inner peripheral portion harmonic drive reducer mechanism the provided, together with the flexspline is fixed to one of the link member via a torque limiting mechanism, the circular spline and the other Li ク部材に直接または間接的に固定されている点にある。 In that it is directly or indirectly fixed to the click member.

上述の特徴構成によれば、モータの出力が伝動機構を介してハーモニックドライブ減速機構を構成するウェーブジェネレータに伝達されると、フレクスプラインを介してサーキュラスプラインに伝達されるので、サーキュラスプラインと固定された他方のリンク部材は、フレクスプラインと固定された一方のリンク部材に対してウェーブジェネレータの回転軸心周りに、相対的に回転することになる。 According to a feature configuration described above, when the output of the motor is transmitted to the wave generator constituting a harmonic drive reduction mechanism via the transmission mechanism, since it is transmitted to the circular spline via the flexspline is fixed and the circular spline and the other link member, the rotation axis around the wave generator to one of the link member fixed with flexspline would be relatively rotated. 前記モータにより前記関節部材を介して他方のリンク部材に付与される回転トルクと逆方向に、前記トルク制限機構による保持トルクより大きな外力が付与されると、前記トルク制限機構により前記関節部材が前記回転トルクと逆方向へ回転して、ハーモニックドライブ減速機構にかかる外部トルクが開放されるので、関節装置の破損を防止することがきる。 Through the joint member by the motor rotational torque and the reverse direction is applied to the other link member, when the large external force than the holding torque by said torque limiting mechanism is applied, the joint member is the by the torque limiting mechanism rotating the rotational torque in the opposite direction, since the external torque is opened according to the harmonic drive reduction gear mechanism, kill is possible to prevent breakage of the joint device.

同第二の特徴構成は、同請求項2に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記トルク制限機構は、一方のリンク部材に固定された環状の受圧体と、転動軸心が前記受圧体の径方向対して所定の角度で傾斜した姿勢で前記受圧体の周方向に沿って配列された複数のローラと、各ローラを所定間隔で転動自在に保持する環状の保持体と、前記ローラを挟み前記受圧体と対向配置された環状の加圧体とを備え、前記フレクスプラインの延出軸に外嵌された環状の回転摩擦機構と、前記延出軸と前記受圧体とを前記加圧体を介して直接または間接的に所定の締付力で締付固定する固定機構を備えている点にある。 The second feature structure, as described in the claim 2, in addition to the first characterizing feature described above, the torque limiting mechanism includes a pressure receiving ring fixed to one of the link members, Utatedojiku a plurality of rollers hearts are arranged along the circumferential direction of the pressure receiving body in a posture inclined at a predetermined angle against a radial direction of the pressure receiving member, holding the annular retaining the rollers rollably at predetermined intervals body and, a pressure member of the pressure receiving body and oppositely disposed annular sandwiching said roller, said a fitted on an annular rotary friction mechanism extending axis of the flexspline, the extension Dejiku and the pressure receiving there a body that it includes a fixing mechanism for fixing fastening directly or indirectly predetermined fastening force through the pressure body.

上述の構成によれば、フレクスプラインの延出軸の軸方向に固定機構により所定の締付力で締付固定した状態で一対のリンク部材を相対的に回転させると、各ローラが受圧体及び加圧体に接しながら転動する。 According to the above configuration, when the relative rotation of the pair of link members in a state of being fastened at a predetermined fastening force by the fixing mechanism in the axial direction of the extension axis of the flexspline, the rollers are pressure receiving body and to roll while in contact with the pressing member. 各ローラは延出軸の回転軌道に対して所定角度だけ傾斜した方向に転動しようとするのを保持体で規制されながら延出軸の回転軌道に沿って移動するため、各ローラと受圧体及び加圧体との間に前記延出軸の軸方向の締付力に比例した摩擦力が発生する。 Since the rollers move along the rotation orbit of the shaft extending while being restricted by the holder from attempting to rolling in the direction inclined by a predetermined angle with respect to the rotation trajectory of the extension shaft, the roller and the pressure receiving body and frictional force proportional to the tightening force in the axial direction of the extended Dejiku between the pressure body is generated. その際、各ローラは、転動しながら滑り摩擦を発生させるので、静摩擦は発生せずに常に動摩擦による安定した抵抗力が得られる。 At that time, the rollers, so to generate a sliding friction while rolling, static friction is stable resistance force by always dynamic friction without generating is obtained. 従って、固定機構により延出軸の軸方向の締付力を適切に設定することにより、一対のリンク部材に対する許容外部トルクを適切に調整することができる。 Therefore, by appropriately setting the fastening force in the axial direction of the extension shaft by fixing mechanism, it is possible to appropriately adjust the allowable external torque to the pair of link members.

同第三の特徴構成は、同請求項3に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、前記固定機構による前記延出軸と前記受圧体との間の締付力を動的に調整するアクチュエータを備えている点にある。 The third feature structure, as described in the claim 3, in addition to the second characterizing feature of the above-described dynamically clamping force between the extended Dejiku and the pressure receiving body by said fixing mechanism in that it includes an actuator for adjusting.

上述の構成によれば、関節装置の用いられる環境により適宜トルク制限機構の許容外部トルクを動的に調整することができる。 According to the above configuration, it is possible to dynamically adjust the allowable external torque appropriate torque limiting mechanism by the environment used articulated device.

同第四の特徴構成は、同請求項4に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記モータにより前記関節部材を介して他方のリンク部材に付与される回転トルクと逆方向に、前記トルク制限機構による保持トルクより大きな外力が付与されると、前記トルク制限機構により前記関節部材が前記回転トルクと逆方向へ回転するように構成され、前記一対のリンク部材が直線状に位置する特異姿勢で姿勢保持されるように、一方のリンク部材にストッパ機構を設けている点にある。 The fourth characterizing feature of the can, as noted in the claim 4, in addition the first above the third one characteristic feature of the, through the joint member is applied to the other link member by said motor that the rotational torque in the opposite direction, when a large external force than the holding torque by said torque limiting mechanism is applied, the said joint member by a torque limiting mechanism is configured to rotate to the rotational torque opposite direction, of the pair as the link member is posture held by the singular positioned linearly, in that there is provided a stopper mechanism on one of the link members.

上述の構成によれば、前記モータにより前記関節部材を介して他方のリンク部材に付与される回転トルクと逆方向に、前記トルク制限機構による保持トルクより大きな外力が付与されると、前記トルク制限機構により前記関節部材が前記回転トルクと逆方向へ回転して、ハーモニックドライブ減速機構を破損から保護するとともに、リンク部材がストッパ機構に当接し特異姿勢となることで、各構成部材の剛性で前記大きな外力を支持することができる。 According to the above configuration, through the joint member by the motor rotational torque and the reverse direction is applied to the other link member, when the large external force than the holding torque by said torque limiting mechanism is applied, the torque limit by rotating the joint member to the rotating torque and the opposite direction by a mechanism, to protect the harmonic drive reduction mechanism from breakage, the link member that is in contact with specific posture stopper mechanism, the rigid of the components it is possible to support the large external force.

本発明によるロボットアームの特徴構成は、同請求項5に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成を備えた関節装置が組み込まれた点にある。 Characteristic feature of the robot arm according to the present invention, as described in the claim 5 is that a joint device which includes a fourth one of characteristic constitution from the first described above has been incorporated.

上述の構成によれば、ロボットアームの関節に上述の関節装置を組み込むことにより、駆動リンクに過大な外力が作用した際に高減速比のハーモニックドライブ減速機を保護するとともにメカニカルストッパの位置まで回転して機構的に大きな外力の支持が可能な特異姿勢を自ら採らせることができる。 According to the configuration described above, the rotation by incorporating the above-described joint device on the joint of the robot arm, to the position of the mechanical stopper with excessive external force to the drive link to protect a harmonic drive reducer of high reduction ratio when acted can themselves take the mechanical support can be specific orientation of the large external force was. このことにより幅広いレンジにわたって外界との力学的相互作用に対応することが可能なロボットアームを実現することができる。 It is possible to realize a robot arm that can correspond to the mechanical interaction with the outside world over a wide range by this.

本発明によるフィンガーユニットの特徴構成は、同請求項6に記載した通り、ユニバーサルロボットハンドに用いられ、複数の関節装置を備えたフィンガーユニットであって、上述の第一から第四の何れかの特徴構成を備えた関節装置が組み込まれた点にある。 Characteristic feature of the finger unit according to the invention, as described in the claim 6, used in universal robot hand, a finger unit having a plurality of joint device, from the first of the above-described fourth either It lies in the joint device having the characteristic configuration built.

上述の構成によれば、各関節装置に組み込まれたハーモニックドライブにトルク制限機構の保持トルクを超える過大な力が作用した場合には、機械的にハーモニックドライブに作用する外力を開放してハーモニックドライブの破損を防止することができる。 According to the above arrangement, when an excessive force exceeding the holding torque of each joint device's built-in torque limiting mechanism to the harmonic drive is applied, the harmonic drive to open the external force acting on the mechanical harmonic drive it is possible to prevent the damage. つまり、より人に近い関節装置、ロボットアーム、及び、フィンガーユニットを実現することができる In other words, the joint device closer to the human, the robot arm, and it is possible to realize a finger unit

以上説明した通り、本発明によれば、ロボットの関節装置に組み込まれた減速機に許容外部トルクを超える過大な力が作用した場合でも、減速機に作用する外力を開放して減速機の破損を防止することができる関節装置、ロボットアーム、及び、フィンガーユニットを提供することができるようになった。 As described above, according to the present invention, even when an excessive force exceeding the allowable external torque to the reducer incorporated in the joint device of the robot is applied, damage to the reduction gear by opening the external force acting on the reducer joint device, the robot arm can be prevented, and it has become possible to provide a finger unit.

以下に本発明による関節装置、ロボットアーム、及び、フィンガーユニットの実施の形態を説明する。 Joint device according to the present invention will now robot arm, and, an embodiment of the finger unit.

図1に示すように、関節装置1は、一対のリンク部材L1,L2と、一対のリンク部材L1,L2を軸心P周りに回転する関節部材Jと、一方のリンク部材L1に固定された軸心Pと直交する方向に回転軸を有するエンコーダ内蔵のモータMと、伝動機構Tを備え、リンク部材L1の一端に固定されたモータMの出力が伝動機構Tを介してリンク部材L1の他端に軸支された関節部材Jに伝達され、関節部材Jが軸心P周りに回転することで、関節部材Jに接続されたリンク部材L2がリンク部材L1に対して相対的に回転するように構成されている。 As shown in FIG. 1, the joint device 1 comprises a pair of link members L1, L2, and joint member J to rotate the pair of link members L1, L2 around the axis P, which is fixed to one of the link members L1 a motor M of the encoder built having an axis of rotation in a direction perpendicular to the axis P, the other transmission mechanism comprises a T, the link members L1 output of the motor M fixed to one end of the link member L1 via a transmission mechanism T It is transmitted to the axially supported by joint member J in the end, by the joint member J is rotated about the axis P, so that the link member L2 connected to the joint member J is rotated relative to the link member L1 It is configured. リンク部材L1の他端側には、リンク部材L2がリンク部材L1に対して直線状に位置する特異姿勢で姿勢保持されるようにストッパ機構13がネジ14により固着されている。 The other end of the link member L1, the stopper mechanism 13 as the link member L2 is the posture held by singular positioned linearly relative to the link member L1 is fixed by screws 14.

伝動機構Tは、小径のベベルギアG1と、ベベルギアG1と噛合する大径のベベルギアG2と、平歯車G3と、平歯車G3と噛合する平歯車G4で構成されている。 Transmission mechanism T includes a small-diameter bevel gear G1, a bevel gear G2 of large diameter which bevel gear G1 meshed, a spur gear G3, is composed of a spur gear G4 to spur gear G3 engaged. ベベルギアG1はモータMの出力軸に嵌入連結され、ベベルギアG2は平歯車G3の回転軸に止めねじ15で嵌入固定され、平歯車G4の回転軸には関節部材Jが連結されている。 Bevel gear G1 is inserted connected to an output shaft of the motor M, the bevel gear G2 is fitted fixed in set screw 15 to the axis of rotation of the spur gear G3, the rotational axis of the spur gear G4 are connected joints member J.

関節部材Jは、ハーモニックドライブ減速機構(以下、「ハーモニックドライブ」と記す。)Hと、トルク制限機構Rで構成されている。 Joint member J is harmonic drive reduction mechanism (hereinafter referred. To as "harmonic drive") and H, are composed of a torque limiting mechanism R.

ハーモニックドライブHは、楕円状のカムとその外周に嵌めたベアリングにより構成された入力部としてのウェーブジェネレータ31と、薄肉カップ状の金属弾性体で開口部の外周に歯部が形成された回転部としてのフレクスプライン32と、リング状の剛体内周にフレクスプライン32と同ピッチでその歯数がフレクスプライン32の歯部より二枚多い歯部が形成された出力部としてのサーキュラスプライン34で構成されている。 Harmonic drive is H, the wave generator 31 as an input portion constituted by a fitting bearings on the outer periphery thereof with elliptical shaped cam, rotating part teeth on the outer periphery of the opening in the thin cup-shaped metal elastic body is formed flex spline 32, composed of a circular spline 34 as an output unit for the number of teeth in the ring-shaped rigid body in the same pitch as the flexspline 32 on circumference two more teeth than the teeth of the flexspline 32 is formed as It is. ウェーブジェネレータ31は、伝動機構Tの平歯車G4の回転軸に止めねじ16で嵌入固定され、フレクスプライン32のカップ底面部には固定部としての延出軸33が固着され、延出軸33はサーキュラスプライン34にベアリング35を介して支持され、サーキュラスプライン34の外周にはケーシング36が固着され、ケーシング36にはリンク部材L2が接続されている。 The wave generator 31 is fixedly fitted in setscrew 16 to the axis of rotation of the spur gear G4 of the transmission mechanism T, the cup bottom of the flexspline 32 extending Dejiku 33 as a fixed portion is fixed, extending Dejiku 33 the circular spline 34 is supported via a bearing 35, the outer periphery of the circular spline 34 fixed casing 36, the casing 36 is connected with the link member L2. 尚、サーキュラスプライン34の外周に直接リンク部材L2を接続する場合は、ケーシング36は必ずしも備える必要はない。 In the case of connecting a direct link member L2 on the outer periphery of the circular spline 34, the casing 36 need not necessarily include.

図2に示すように、モータMの出力が伝動機構Tを介してウェーブジェネレータ31に伝達され、図中破線矢印で示される方向に回転すると、それに伴ないフレクスプライン32が弾性変形し、フレクスプライン32の外周部に形成された歯部37と、歯部37と噛合するサーキュラスプライン34の内周部に形成された歯部38との噛み合い位置が順次移動しながら、フレクスプライン32に対してサーキュラスプライン34が図中実線矢印で示される方向に相対的に回転する。 As shown in FIG. 2, the output of the motor M is transmitted to the wave generator 31 via a transmission mechanism T, rotates in the direction indicated by the broken line in the drawing the arrow, it accompanied not flexspline 32 is elastically deformed, the flexspline 32 teeth 37 formed on the outer periphery of, while moving engagement position sequentially between the teeth 38 formed on the inner peripheral portion of the circular spline 34 meshing with the teeth 37, the circular relative flexspline 32 spline 34 relatively rotates in the direction indicated by the solid line in the drawing arrows. 歯部37の歯数は、歯部38の歯数より二枚少ないので、これによりモータMからの出力が減速されることとなる。 Number of teeth of the toothing 37, so two fewer than the number of teeth of the toothing 38, so that this by the output from the motor M is decelerated.

トルク制限機構Rは、軸心P方向の締付力に応じた回転摩擦が得られる回転摩擦機構40と、回転摩擦機構40を所定の締付力で締付固定する固定機構50を備えている。 Torque limiting mechanism R includes a rotating friction mechanism 40 rotational friction according to the tightening force of the axis P direction can be obtained, the fixing mechanism 50 for fixing fastening a rotary friction mechanism 40 at a predetermined tightening force .

回転摩擦機構40は、図3(a),(b),(c)に示すように、転動軸心bが軸心Pと垂直方向aに対して所定の傾斜角度θで転動自在に且つ受圧体41の回転軌道に沿って保持体43に保持された複数のローラ42が、受圧体41と加圧体45の対向面間に所定の締付力で挟持されている。 Rotational friction mechanism 40, FIG. 3 (a), (b), (c), the Utatedojikukokoro b is rollably relative axis P perpendicular direction a at a predetermined inclination angle θ and a plurality of rollers 42 held by the holding member 43 along the rotation orbit of the pressure receiving body 41 is sandwiched by a predetermined tightening force between the facing surfaces of the pressure receiving body 41 and the pressing body 45. 複数のローラ42は転動軸心b方向に一様に延びる円柱形状をなし、後述する保持体43に形成された保持孔44により受圧体41の周方向に等間隔で転動自在に配列されている。 A plurality of rollers 42 forms a cylindrical shape extending uniformly in the rolling axial direction b, rollably arranged at equal intervals in the circumferential direction of the pressure receiving body 41 by a retaining hole 44 formed in the holding member 43 to be described later ing. また、各ローラ42の両端面は保持体43との摩擦を少なくするために凸球面状に形成されている。 Further, both end faces of the rollers 42 is formed in a convex spherical shape in order to reduce the friction between the holding member 43. 尚、受圧体41及び加圧体45はローラ42との当接面が平面に形成されていればよく、その形状は円環状に限られない。 Incidentally, the pressure receiving member 41 and the pressure body 45 may be abutting surfaces of the roller 42 is only be formed in a planar, the shape is not limited to the annular shape.

保持体43は、軸心P方向の厚みがローラ42の外径よりも小さく形成されている。 Holding member 43, the axis P direction of the thickness is smaller than the outer diameter of the roller 42. 保持体43にはローラ42を保持する複数の保持孔44が形成され、各保持孔44にはローラ42が転動自在に収容されている。 The holding member 43 is formed with a plurality of holding holes 44 for holding the rollers 42, the roller 42 is rollably accommodated in each holding hole 44. また、各保持孔44は、図3(c)に示すようにローラ42の転動軸心bが受圧体41の径方向aに対して所定の角度θだけ傾斜するように形成されている。 Also, each holding hole 44, rolling axial b of roller 42 as shown in FIG. 3 (c) is formed so as to incline by a predetermined angle θ relative to the radial direction a of the pressure receiving member 41.

従って、図3(d)に示すように、受圧体41及び加圧体45を軸心P方向に加圧した状態で回転させると、ローラ42が受圧体41及び加圧体45に接しながら転動し、これに追従して保持体43も回転する。 Accordingly, as shown in FIG. 3 (d), rotating the receiving member 41 and the pressure body 45 in a pressurized state in the axial direction P, the roller 42 is in contact therewith the pressure receiving member 41 and the pressure body 45 rolling dynamic and, retainer 43 is also rotated following thereto. その際、各ローラ42は、受圧体41及び加圧体45の回転軌道に対して角度θだけ傾斜した方向に転動しようとするのを保持体43で規制されながら受圧体41及び加圧体45の回転軌道に沿って移動するため、各ローラ42と受圧体41及び加圧体45との間には軸心P方向の荷重に比例した摩擦力が発生する。 At that time, the rollers 42, the pressure receiving member 41 and to try to rolling in the direction inclined by an angle θ with respect to the rotation trajectory of the pressure member 45 is restricted by the holding member 43 while the pressure receiving member 41 and the pressure body for movement along a rotational orbit of 45, the frictional force proportional to the load of the axis P direction is generated between each roller 42 and the pressure receiving body 41 and the pressure body 45.

つまり、上述の摩擦力を上回る回転トルクにより初めて受圧体41及び加圧体45は相対的に回転するのである。 That is, the first pressure receiving member 41 and the pressure body 45 by the rotational torque exceeding the frictional force described above is to rotate relatively.

上述の回転摩擦装置40がフレクスプライン32の延出軸33に外嵌され、固定機構50として延出軸33に筒状体55を外嵌固定し、その周囲おねじを形成し、バネ座金53を介してナット51が螺着することで、受圧体41と加圧体45が軸心P方向に所定の締付力で締付固定される。 Rotational friction device 40 described above is fitted to the extension Dejiku 33 flexspline 32, the cylindrical body 55 in the extending shaft 33 fitted and fixed to form the peripheral external thread as fixing mechanism 50, spring washer 53 nut 51 via the by screwing, the pressure receiver 41 and the pressing body 45 is fastened at a predetermined tightening force in the axial direction P. ナット51は止めねじ52により任意の締付力となるように延出軸33に固定できる。 Nut 51 can be fixed to the extension shaft 33 so that with any clamping force by a set screw 52. このように、ナット51の締付力によって、受圧体41及び加圧体45の相対的な回転運動に軸心P方向の荷重に比例した任意の保持トルクを付与することができ、しかも止めねじ51により締付力を調整固定することにより、トルク制限機構Rの保持トルクを極めて容易に制御することができる。 Thus, the tightening force of the nut 51, it is possible to impart any holding torque proportional to the load of the axis P direction to the relative rotational movement of the pressure receiving body 41 and the pressure body 45, moreover setscrew by adjusting fixing the tightening force by 51, it can be very easily controlled holding torque of the torque limiting mechanism R. 尚、延出軸33の外周におねじを形成し、ナット51と噛合させる場合は、筒状体55は必ずしも備える必要はない。 Incidentally, a male screw formed on the outer periphery of the extension Dejiku 33, the case of the nut 51 engaged, the tubular body 55 need not necessarily include.

尚、固定機構50として、ナット51、止めねじ52、バネ座金53により出力軸33と受圧体41との間の締付力を固定する構成に限らず、前記締付力を動的に調整するアクチュエータを備えてもよい。 As the fixing mechanism 50, a nut 51, set screw 52 is not limited to the structure for fixing the clamping force between the output shaft 33 and the pressure receiving body 41 by a spring washer 53, dynamically adjusts the force the tightening the actuator may be provided. このようなアクチュエータとしては超音波モータ、圧電素子、エアシリンダ等を用いることができる。 As such a actuator can be used an ultrasonic motor, a piezoelectric element, an air cylinder or the like.

超音波モータを用いる場合は、延出軸33に回転摩擦装置40を外嵌し、超音波モータを構成する圧電セラミック、ステータを外嵌し、その後延出軸33に形成したおねじと噛合するめねじが形成されたロータを外嵌するように構成にすればよい。 When using an ultrasonic motor, fitted around the rotational friction device 40 in the extension Dejiku 33, the piezoelectric ceramic constituting the ultrasonic motor, fitted around the stator, the external thread engaged squid formed subsequently rolled Dejiku 33 it may be a configuration such that fitted the screw is formed rotor. 前記圧電セラミックにより発生させた超音波振動を利用してステータにたわみ波動を発生させ、その進行波を利用してロータを回転させると、前記ロータは回転に伴ない延出軸33に沿って軸心P方向に移動するので、回転摩擦機構40の軸心P方向の締付力を任意に調整することができる。 The use of ultrasonic vibration generated by a piezoelectric ceramic to generate a wave bending the stator, when the rotor is rotated by utilizing the traveling wave, the rotor along a companion without extending Dejiku 33 to the rotating shaft since moves in mind the direction P, it is possible to arbitrarily adjust the tightening force in the axial direction P of the rotational friction mechanism 40.

圧電素子を用いる場合は、バネ座金53に替えて、またはバネ座金53を介してナット51及び回転摩擦機構40の間に圧電素子を挟持するように構成にすればよい。 When using a piezoelectric element may be in place of the spring washer 53, or through a spring washer 53 a piezoelectric element between the nut 51 and the rotational friction mechanism 40 configured so as to sandwich. 前記圧電素子に電圧を加えることで、前記圧電素子自体の厚みが変位するので回転摩擦機構40の軸心P方向の締付力を任意に調整することができる。 Wherein by applying a voltage to the piezoelectric element, wherein it may piezoelectric element itself having a thickness of arbitrarily adjusting the tightening force in the axial direction P of the rotational friction mechanism 40. Because the displacement.

エアシリンダを用いる場合は、バネ座金53に替えて、またはバネ座金53を介してナット51及び回転摩擦機構40の間にエアシリンダを挟持するように構成にすればよい。 When using the air cylinder, it is sufficient to configure so instead the spring washer 53, or through a spring washer 53 for holding the air cylinder between the nut 51 and the rotational friction mechanism 40. 前記エアシリンダに外部から注入する空気圧を調整することで、回転摩擦機構40の軸心P方向の締付力を任意に調整することができる。 Wherein by adjusting the air pressure to be injected into the air cylinder from the outside, it is possible to arbitrarily adjust the tightening force in the axial direction P of the rotational friction mechanism 40.

上述の構成により、関節装置1は、モータMを一方向に回転駆動することにより、その出力が伝動機構Tを介してハーモニックドライブHのウェーブジェネレータ31を駆動し、フレクスプライン32はトルク制限機構Rを介してリンク部材L1へ固定されているため、サーキュラスプライン34が軸心P周りに回転し、リンク部材L2はリンク部材L1に対して相対的に回転(以下、「正回転」と記す。)することとなる。 The construction described above, the joint device 1, by rotating the motor M in one direction, to drive the wave generator 31 of the harmonic drive H output thereof through a transmission mechanism T, the flexspline 32 is a torque limiting mechanism R because it is fixed to the link member L1 via a circular spline 34 is rotated about the axis P, the link member L2 are rotated relative to the link member L1 (hereinafter, referred to as "normal rotation".) and thus to. モータMを逆方向に回転駆動することにより、リンク部材L2は、正回転とは逆方向に回転(以下、「負回転」と記す。)することとなる。 By rotating the motor M in the reverse direction, the link member L2 are rotated in the opposite direction to the forward rotation (hereinafter, referred. To as "negative rotation") so that the to.

ここで、モータMにより関節部材Jを介してリンク部材L2に付与される回転トルクと逆方向に、トルク制限機構Rによる保持トルクより大きな外力が付与されると、回転摩擦機構40の受圧体41と加圧体45が相対的に回転しはじめ、外力に伴なって出力軸33が回転トルクと逆方向へ回転(以下、「逆回転」と記す。)するので、前記外力がハーモニックドライブHを破損する虞が回避されるのである。 Here, the rotational torque in the opposite direction is imparted by the motor M through a joint member J the link member L2, the larger external force than the holding torque by a torque limiting mechanism R is applied, the pressure receiving body of the rotating friction mechanism 40 41 Introduction pressure member 45 is relatively rotated, the rotation output shaft 33 is accompanied to the external force to the rotational torque in the opposite direction (hereinafter referred. to as "reverse rotation") so that the external force is a harmonic drive H than is fear is avoided damage.

正回転時には、リンク部材L2が逆回転し続け、ストッパ機構13に当接すると、リンク部材L1,12が直線状に位置する特異姿勢となり、外力を支持することとなる。 During forward rotation, the link member L2 continues to reverse rotation, contacts the stopper mechanism 13, so that the link member L1,12 becomes singular positioned linearly, to support the external force. 負回転時には、リンク部材L2が逆回転し続け、リンク部材L1と当接し外力を支持することとなる。 During the negative rotation, it continued reverse rotation link member L2 becomes the be supported with link members L1 abuts external force.

関節部材Jには軸心P周りのリンク部材L2のリンク部材L1に対する回転角度を検出するエンコーダを内装することが可能である。 The joint member J can be furnished an encoder for detecting the rotation angle with respect to the link member L1 of the link member L2 around the axis P. リンク部材L2の回転角度は、正回転及び負回転時、つまりモータMによる回転に伴なって回転するときは、モータMに備えられたエンコーダにより回転角度は検出できる。 Rotation angle of the link member L2 is at a positive rotation and negative rotation, i.e. when rotated with the rotation by the motor M is rotated angle by the encoder provided to the motor M can be detected. モータMと逆回転時には、モータMに備えられたエンコーダと関節部材Jに備えたエンコーダによって、リンク部材L2の回転角度が検出できるようになる。 When the motor M and the reverse rotation, the encoder with the encoder and the joint member J provided in the motor M, the rotation angle of the link member L2 will be able to detect. つまり、リンク部材L2に付与される回転トルクと逆方向に、トルク制限機構Rによる保持トルクより大きな外力が付与され、リンク部材L2が外力により回転トルクと逆方向へ回転していることを検出できる。 That is, rotational torque in the opposite direction is applied to the link member L2, large external force than the holding torque by a torque limiting mechanism R is given, it can be detected that the link member L2 are rotated in the rotational torque in the opposite direction by an external force .

尚、ストッパ機構13にリンク部材L2と当接したことを検出する接触センサを備え、リンク部材L2がリンク部材L1と直線状に位置する特異姿勢でとなったことを検出し、モータMに備えられたエンコーダと関節部材Jに備えられたエンコーダにより検出される回転角度をリセットするように構成してもよい。 Incidentally, comprising a contact sensor for detecting that a link member L2 in contact with the stopper mechanism 13 detects that the link member L2 becomes singular position located link members L1 and straight, with a motor M it may be configured to reset the rotational angle detected by the resulting encoder and joint member J encoder provided in the.

次に、上述の関節装置をユニバーサルロボットハンドのフィンガーユニットの関節に用いた構成を説明する。 Next, a configuration using the above-described joint device on the joint of the finger units of the universal robot hand.

図4(a)に示すように、ユニバーサルロボットハンドUは、人間の掌に対応する基体60と、人間の手の母指(第一指)、示指(第二指)、中指(第三指)、薬指(第四指)、小指(第五指)に対応する五本のフィンガーユニット(以下、「指体」とも記す。)F1,F2,F3,F4,F5とから構成されている。 As shown in FIG. 4 (a), a universal robot hand U includes a base 60 that corresponds to the human palm, thumb (first finger) of the human hand, index finger (second finger), middle (third finger ), ring finger (fourth finger), little finger (fifth finger) to the corresponding five pieces of finger units (hereinafter, and a also referred to as "finger member".) F1, F2, F3, F4, F5 Prefecture.

各指体Fは、夫々複数のリンク部材Lと、リンク部材Lを所定の軸心周りに回転する複数の関節部材Jを介して連結した複数の関節装置で構成される。 Each finger member F includes a plurality of joint device which is connected via a respective plurality of link members L, a plurality of joint members J to rotate the link member L around a predetermined axis.

指体F2は、図4(b)に示すように、基体60に一端が接続されたリンク部材L21の他端に第一軸心P21周りに回転可能な第一関節部材J21が接続され、第一関節部材J21にリンク部材L22の一端が接続され、リンク部材L22の他端に第一軸心P21と直交する第二軸心P22周りに回転可能な第二関節部材J22が接続され、第二関節部材J22にリンク部材L23の一端が接続され、リンク部材L23の他端に第二軸心P22と平行な第三軸心P23周りに回転可能な第三関節部材J23が接続され、第三関節部材J23にリンク部材L24の一端が接続され、リンク部材L24の他端に第三軸心P23と平行な第四軸心P24周りに回転可能な第四関節部材J24が接続され、第四関節部材J24に指先を構成するリン Finger body F2, as shown in FIG. 4 (b), the first joint member J21 rotatable first axis P21 around is connected to the other end of the link member L21 whose one end is connected to the substrate 60, the one joint member J21 is one end of a link member L22 is connected, the second axis rotatable about P22 second joint member J22 perpendicular to the first axis P21 is connected to the other end of the link member L22, the second It is connected to one end of the link member L23 to the joint member J22, third joint member J23 rotatable second axis P22 and the third axis P23 around parallel is connected to the other end of the link member L23, the third joint is connected to one end of the link member L24 members J23, fourth joint member J24 rotatable third shaft center P23 and the fourth axis P24 around parallel is connected to the other end of the link member L24, the fourth joint member phosphorus that make up the fingertip to J24 部材L25が接続され構成されている。 Members L25 is constituted connected. 尚、指体F3,F4,F5も同様の構成である。 Incidentally, a finger member F3, F4, F5 same configuration.

第一関節部材J21の回転により指体F2,F3,F4,F5の間隔が広がりまたは狭まるように変位し、第二関節部材J22から第四関節部材J24の回転により対象物を把持しまたは開放するように変位可能に構成されている。 Rotation of the first joint member J21 displaced so that the distance finger body F2, F3, F4, F5 spread or narrowed, to grasp the object or released from the second joint member J22 by rotation of the fourth joint member J24 It is displaceably configured.

指体F1は、図4(c)に示すように、基体60に一端が接続されたリンク部材L11の他端に第一軸心P11周りに回転可能な第一関節部材J11が接続され、第一関節部材J11にリンク部材L12の一端が接続され、リンク部材L12の他端に第一軸心P11と直交する第二軸心P12周りに回転可能な第二関節部材J12が接続され、第二関節部材J12にリンク部材L13の一端が接続され、リンク部材L13の他端に第一軸心P12と平行な第三軸心P13周りに回転可能な第三関節部材J13が接続され、第三関節部材J13にリンク部材L14の一端が接続され、リンク部材L14の他端に第一軸心P12と平行な第四軸心P14周りに回転可能な第四関節部材J14が接続され、第四関節部材J14に指先を構成するリン Finger body F1, as shown in FIG. 4 (c), the first joint member J11 rotatable first axis P11 around is connected to the other end of the link member L11 whose one end is connected to the substrate 60, the one end of the joint member J11 to the link member L12 is connected, the second axis P12 second joint member rotatable about J12 orthogonal to the first axis P11 is connected to the other end of the link member L12, the second It is connected to one end of the link member L13 to the joint member J12, third joint member J13 rotatable third axis P13 around parallel to the first axis P12 is connected to the other end of the link member L13, the third joint is connected to one end of the link member L14 members J13, fourth joint member J14 rotatable fourth axis P14 around parallel to the first axis P12 is connected to the other end of the link member L14, the fourth joint member phosphorus that make up the fingertip to J14 部材L15が接続され構成されている Are components L15 is connected

第一関節部材J11を回転し、指体F1を指体F2と対向配置にすることで指体F1と指体F2間で対象物を挟持可能となる。 Rotating the first joint member J11, thereby enabling clamping the object between the finger member F1 and the finger body F2 by the finger member F1 to faces the finger member F2. 尚、前記指体F3,F4,F5は指体F2と平行に配列されているので、指体F1は指体F3,F4,F5とも対向配置され、指体F1と指体F3,F4,F5の間でも対象物を挟時可能である。 Since the finger member F3, F4, F5 are arranged parallel to the finger body F2, the finger member F1 is disposed opposite both finger member F3, F4, F5, finger body F1 and the finger member F3, F4, F5 it is possible Kyoji an object in between. また、指体F2,F3,F4,F5の第一関節部材Jの各軸心Pは平行であるため、指体F2,F3,F4,F5の夫々の間での挟持も可能である。 Further, since the axial center P of the first joint member J of a finger body F2, F3, F4, F5 are parallel, sandwiching between the respective finger member F2, F3, F4, F5 are possible.

各指体F1,F2,F3,F4,F5は基本的に同一構造であるので、以下、代表として指体F2について説明する。 Since each finger member F1, F2, F3, F4, F5 are basically the same construction, is described below finger member F2 as a representative. 図5(a),(b)に示すように、リンク部材L21に固定されたモータM21の出力が伝動機構T21を介して関節部材J21のハーモニックドライブH21に伝達されリンク部材L22(L22a,22b)を回転させ、リンク部材L22に固定されてたモータM22の出力が伝動機構T22を介して関節部材J22のハーモニックドライブH22に伝達されリンク部材L23(L23a,23b)を回転させ、リンク部材23に内装されたモータM23の出力が伝動機構T23を介して関節部材J23のハーモニックドライブH23に伝達されリンク部材L24(L24a,L24b)を回転させるように構成されている。 FIG. 5 (a), the (b), the link output of the motor M21 which is fixed to the member L21 is transmitted to the harmonic drive H21 joints member J21 via a transmission mechanism T21 link member L22 (L22a, 22b) the rotated to rotate the link link output of the motor M22 which is fixed to the member L22 is transmitted to the harmonic drive H22 joints member J22 via a transmission mechanism T22 member L23 (L23a, 23b), interior to the link member 23 is the output of the motor M23 is being configured to rotate the transmission mechanism T23 is transmitted to the harmonic drive H23 joints member J23 via the link member L24 (L24a, L24b). 尚、リンク部材L22a及びL22bはモータM22に対して夫々固定されるので、機械的に一体とみなし、リンク部材L22a,L22bを特に区別することなくリンク部材L22と表現する。 The link member L22a and L22b so are respectively fixed to the motor M22, mechanically regarded To integrally link member L22a, expressed as link members L22 without particularly distinguished L22b. リンク部材L23,L24も同様である。 Link members L23, L24 is similar.

モータM23の出力は伝動機構T23及び伝動機構T24を介してリンク部材24に接続された関節部材J24のハーモニックドライブH24に伝達され、指先を構成するリンク部材L25を回転するように構成されている。 The output of the motor M23 is transmitted to the harmonic drive H24 joints members J24 which is connected to the link member 24 via a transmission mechanism T23 and the transmission mechanism T24, and is configured to rotate the link member L25 that constitute the fingertip.

従って、モータM22,M23を一方向に回転駆動することにより、伝動機構T22,T23,T24を介してハーモニックドライブ,H22,H23,H24が回転され、関節部材J22,J23,J24の夫々が軸心P22,P23,P24周りで対象物に対して把持方向に揺動駆動され、モータM22,M2,M23を逆方向に回転駆動することにより、関節部材J22,J23,J24の夫々が軸心P22,P23,P24周りで開放方向に揺動駆動されるフィンガーユニットF2となる。 Accordingly, by rotationally driving the motor M22, M23 in one direction, transmission mechanism T22, T23, harmonic drive through T24, H22, H23, H24 is rotated, the joint member J22, J23, J24 each is axial P22, P23, P24 around is swung in the gripping direction relative to the object, the motor M22, M2, by rotating drive M23 in opposite directions, the joint member J22, J23, J24 each is axis P22, P23, the finger unit F2, which is driven to swing in the opening direction around P24.

次に、フィンガーユニットF2の把持動作の一例について詳述する。 Next, it will be described in detail an example of the gripping action of the fingers unit F2. 図6(a)に示すように、フィンガーユニットF2を把持対象物90に対向させ、モータM22,23を一方向に回転させると、関節部材J22,J23,J24が把持方向に回転駆動される。 As shown in FIG. 6 (a), are opposed to the finger unit F2 on the grasped object 90, when the motor is rotated M22,23 in one direction, the joint member J22, J23, J24 is rotated in the gripping direction. 基端側の関節部材J22に接続されたリンク部材L23に把持対象物90が当接すると、把持対象物90からの反力を受け、その強さが保持トルク以上になるとトルク制限機構R22がモータM22による回転トルクをハーモニックドライブH22に伝達しなくなる。 When grasped object 90 to the link member L23 that is connected to the joint member J22 proximal abuts, receives a reaction force from the grasped object 90, the torque limiting mechanism R22 when its strength is equal to or higher than the holding torque motor the rotational torque by M22 no longer transmitted to the harmonic drive H22. つまり、リンク部材L23はリンク部材L21に対して回転しない。 That is, the link member L23 does not rotate relative to the link member L21. このとき、モータM22による回転駆動力によりリンク部材L23は対象物に一定の接触力で接触し続けることになる。 At this time, the link members L23 by the rotational driving force by the motor M22 will continue to contact with a constant contact force on the object. 関節部材J23,J24及びリンク部材L24,L25に関しても同様の動作が繰り返されることで、対象物に対して複数点で接当支持することができるようになるのである。 By repeated the same operations with regard joint member J23, J24 and the link members L24, L25, it become to be able to contact those supported at a plurality of points to the object. このときの状態が図6(b)に示されている。 This state is shown in Figure 6 (b).

図6(b)に示される状態からモータM22,23を逆方向に回転させると、関節部材J22,J23,J24が把持対象物90を開放する方向に回転駆動され、リンク部材Lが各関節装置に備えられたストッパ機構に当接するまで回転し、フィンガーユニットF2は特異姿勢となる。 When from the state shown in FIG. 6 (b) rotating the motor M22,23 in the reverse direction, the joint member J22, J23, J24 is rotated in the direction to open the grasped object 90, the link member L is the joint device rotated until it abuts against the stopper mechanism provided in the finger unit F2 becomes singular. このときの状態が図6(a)に示される。 This state is shown in Figure 6 (a).

つまり、モータM22,M23を正方向に回転させることにより実行される上述の把持動作の後に、モータM22,M23を逆方向に回転させることにより、逆方向に回転する関節部材J22,J23,J24に連動してリンク部材L23,L24,L25が逆方向に回転駆動され、対象物に接当しているリンク部材L23,L24,L25が把持対象物90から離間する。 That is, the motor M22, M23 after the aforementioned gripping operation performed by rotating in the forward direction, by rotating the motor M22, M23 in the reverse direction, the joint member J22, J23, J24 that rotate in opposite directions conjunction with the link members L23, L24, L25 is rotated in the reverse direction, the link is brought into contact with the object member L23, L24, L25 is separated from the grasped object 90. その後、ストッパ機構によりリンク部材L23,L24,L25の回転が所定位置で阻止されるので、トルク制限機構Rが作動して、モータM22,M23の出力がリンク部材Lに伝達されず、一定の初期姿勢に確実に復帰させることができるようになるのである。 Thereafter, the rotation of the link member L23, L24, L25 by the stopper mechanism is blocked in a predetermined position, and actuating the torque limiting mechanism R, the output of the motor M22, M23 is not transmitted to the link member L, constant initial it's becomes possible to reliably return the attitude.

尚、各関節部材Jのトルク制限機構Rの保持トルクは、同じ値に設定してもよく、また、フィンガーユニットF及びユニバーサルロボットハンドUの用いられる環境に応じて、夫々個別の強さに設定してもよい。 The holding torque of the torque limiting mechanism R of each joint member J may be set to the same value, also depending on the environment for use of the finger unit F, and a universal robot hand U, set respectively separate strength it may be.

次に、フィンガーユニットF2による把持動作時に、障害物等による外力91がある場合についてその一例を説明する。 Then, during the gripping operation by the finger unit F2, describing one example for the case where there is an external force 91 due to an obstacle or the like.

図6(a)に示すように、フィンガーユニットF2を把持対象物90に対向させ、モータM22,23を一方向に回転させると、関節部材J22,J23,J24が把持方向に回転駆動される。 As shown in FIG. 6 (a), are opposed to the finger unit F2 on the grasped object 90, when the motor is rotated M22,23 in one direction, the joint member J22, J23, J24 is rotated in the gripping direction. このとき、図7(a)に示すように、把持対象物90の付近に障害物等があり、リンク部材L24にトルク制限機構R24の保持トルク以上の外力91が働くと、トルク制限機構R24はモータM23の回転トルクをリンク部材L25に伝達しなくなる。 At this time, as shown in FIG. 7 (a), there are obstacles in the vicinity of the grasped object 90, when an external force 91 above the holding torque of the torque limiting mechanism R24 to the link member L24 acts, the torque limiting mechanism R24 is no longer transmit the rotation torque of the motor M23 to the link member L25. 関節部材J23は外力により、モータM23による回転トルクと逆方向に回転し、図7(b)に示すように、リンク部材L24はリンク部材L23のストッパ機構に当接するまで逆回転することになる。 Joint member J23 by an external force, to rotate the rotational torque in the opposite direction by the motor M23, as shown in FIG. 7 (b), the link member L24 will be rotated in the reverse direction until it abuts against the stopper mechanism of the link members L23. このようにして、関節部材J23のハーモニックドライブH23は破損の虞を回避できるのである。 In this way, it is the harmonic drive H23 joints member J23 is possible to avoid the risk of breakage.

さらに、フィンガーユニットのリンク部材の関節側端部に力覚センサを備えることで、指体にかかる歪を検出することができる。 Further, by providing the force sensor in the joint-side end portion of the link member finger unit, it is possible to detect the strain exerted on the finger member. 力覚センサとしては、ストレインゲージ式圧力センサや圧電素子等の任意の歪検出素子を用いることができる。 The force sensor may be any strain detection element such as a strain gauge type pressure sensor or a piezoelectric element.

また、フィンガーユニットのリンク部材の中央部に触覚センサを備えることでフィンガーユニットが把持対象物に接触したことを検出できる。 Further, it can be detected that the finger unit is brought into contact with the gripping target by providing a tactile sensor in the center of the link member of the finger unit.

上述のように、フィンガーユニットのリンク部材に力覚センサ及び触覚センサを備えることで、挟持対象物の形状がどのような形においても、指体の姿勢制御及び圧力制御が可能となり、その具体的構成は特開2006−198748号公報に記載されているように適宜構成することが可能である。 As described above, by providing the force sensor and the tactile sensor to the link member of the finger unit, in any way the shape of the clamping object, enables the attitude control and pressure control of the finger thereof, a specific configuration can be appropriately configured as described in JP-a-2006-198748.

尚、上述のフィンガーユニットやユニバーサルロボットハンドの構造については基本的な要素のみの説明であり、実際に設計する際には、本発明の作用効果が奏される範囲で種々の変更が許容されるものである。 Incidentally, the structure of the above-mentioned finger unit and universal robot hand is an explanation of only the basic components, in actual design, various modifications within the scope effects of the present invention is exerted is allowed it is intended. 例えば、フィンガーユニットを弾性を有する樹脂カバー体で被覆し、把持対象物を衝撃から保護できるように構成することが可能である。 For example, covered with a resin cover body having a resilient finger unit, a grasped object can be configured to be protected from the impact.

従って、上述のフィンガーユニットFを備えたユニバーサルロボットハンドUによれば、対象物の形状や大きさが多少変わるものであっても、またバラ積み部品等のように対象物の置かれた位置・姿勢が夫々異なるものであっても適切に把持動作することができる。 Therefore, according to the universal robot hand U having a finger unit F described above, even those shape and size of the object vary slightly, and the position-placed of the object as bulk components, such as orientation can be properly gripping operation even respectively different. さらに、フィンガーユニットFに備えられた力覚センサ及び触覚センサからの情報に基づいて、アクチュエータにより関節部材Jの締付力を動的に調整することで、把持対象物に応じて柔軟に対応することができる。 Furthermore, based on information from the force sensor and the tactile sensor provided in the finger unit F, the clamping force of the joint member J by dynamically adjusted by an actuator, be flexible depending on the grasped object be able to. しかも、フィンガーユニットが把持等の動作中に、障害物等によりトルク制限機構による保持トルクより大きな外力が付与されると、回転摩擦機構の受圧体と加圧体が相対的に回転しはじめ、前記外力に伴なって出力軸が回転トルクと逆方向へ回転するので、前記外力がハーモニックドライブHを破損する虞が回避され、リンク部材がストッパ機構に当接し、一対のリンク部材が特異姿勢となった状態では、より大きな外力を支持することができるのである。 Moreover, during operation of the finger unit is gripped etc., when large external force than the holding torque by a torque limiting mechanism by an obstacle or the like is applied, initially the pressure receiver and pressing body of rotational friction mechanism is relatively rotated, the the output shaft is accompanied to an external force to rotate the rotational torque in the opposite direction, the external force can be avoided a risk of damaging the harmonic drive H, the link member is in contact with the stopper mechanism, a pair of link members is a singular the state, it is possible to support a larger force.

上述の関節装置は、ユニバーサルロボットハンドのフィンガーユニットに限らず、ロボットアームの関節にも用いることができる。 Above joint device is not limited to the finger unit of the universal robot hand, it can also be used for joint of the robot arm. この場合も、関節装置がリンク部材を回転させるときに、当該関節装置に備えられたトルク制限機構による保持トルクより大きな外力が付与されると、回転摩擦機構の受圧体と加圧体が相対的に回転しはじめ、外力に伴なって出力軸が回転トルクと逆方向へ回転するので、前記外力がハーモニックドライブ減速機構を破損する虞が回避されリンク部材がストッパ機構に当接し、一対のリンク部材が特異姿勢となった状態では、ハーモニックドライブによる保持トルクより大きな外力を支持することができるのである。 Again, when the joint device rotates the link member, when the large external force than the holding torque by a torque limiting mechanism provided in the joint device is applied, the pressure receiving member and the pressure member of the rotating friction mechanism relative because rotated initially, the output shaft is accompanied to an external force to rotate the rotational torque in the opposite direction to, fear is avoided link member to which the external force is broken the harmonic drive reduction mechanism contacts the stopper mechanism, a pair of link members in a state in which becomes singular, it is possible to support the large external force than the holding torque due to the harmonic drive.

このように、フィンガーユニット及びユニバーサルロボットハンドUは高度な制御を必要とせず、機械的に開閉するために確実な繰り返し動作が保証され、把持動作を機械的に実現することから、鋳造部品やプレス成形部品のような様々な曲面を持つ複雑形状の部品を適切に把持することができ、バラ積み部品等のように把持対象物の置かれた位置・姿勢、或いは把持対象物の形や寸法が少しでも異なる場合でも把持動作が行えるようになり、各関節装置に組み込まれたハーモニックドライブにトルク制限機構の保持トルクを超える過大な力が作用した場合には、機械的にハーモニックドライブに作用する外力を開放してハーモニックドライブの破損を防止することができる。 Thus, the finger unit and the universal robot hand U does not require a high degree of control is ensured mechanically reliable repeated operation for opening and closing the gripping operation from be mechanically realized, cast parts or press parts of complex shape having a variety of curved surfaces, such as molded parts can be properly grasped, the position and orientation placed the gripping target as bulk components, etc., or the shape and dimensions of the gripping target is able to operate gripping action even if different at all, when an excessive force exceeding the holding torque of each joint device's built-in torque limiting mechanism to the harmonic drive is applied, the external force acting on the mechanical harmonic drive it is possible that the open to prevent damage to the harmonic drive. つまり、より人に近い関節装置、ロボットアーム、及び、フィンガーユニットを実現することができるようになるのである。 In other words, the joint device closer to the human, the robot arm, and is the it is possible to realize a finger unit.

以下に本発明による関節装置、ロボットアーム、及び、フィンガーユニットの別の実施の形態を説明する。 Joint device according to the present invention will now robot arm, and, illustrating another embodiment of a finger unit.

上述の実施形態では、リンク部材L1の他端側に、リンク部材L2がリンク部材L1に対して直線状に位置する特異姿勢で姿勢保持されるようにストッパ機構13がネジ14により固着されている構成について説明したが、ストッパ機構はこれに限られず、ストッパ機構としての板状体を、リンク部材L1の上端部からリンク部材L2の方向へ延出配置し、リンク部材L2とストッパ機構が当接することで、リンク部材L2の逆方向への回転を所定位置で阻止するように構成するものであってもよく、その具体的構成は適宜変更することができる。 In the embodiment described above, the other end of the link member L1, the stopper mechanism 13 as the link member L2 is the posture held by singular positioned linearly relative to the link member L1 is fixed by screws 14 configuration has been described, the stopper mechanism is not limited to this, the plate-like body as a stopper mechanism, extending arranged from the upper end of the link member L1 in the direction of the link member L2, the link member L2 and the stopper mechanism abuts it is may be one configured to prevent rotation in the opposite direction of the link member L2 at a predetermined position, its specific structure can be appropriately changed.

上述の実施形態では、回転摩擦機構40は、転動軸心bが軸心Pの垂直方向a対して所定の角度θ傾斜した構成について説明したが、転動軸心bが軸心Pの垂直方向aとのなす角度は得に限定するものではなく適宜設定されるものであり、その具体的構成は特開平08−074843号公報に記載されているように適宜構成することが可能である。 In the above embodiment, the rotation friction mechanism 40, Utatedojikukokoro b but is described for the case where a sloped a predetermined angle θ against the vertical direction a of the axis P, the vertical Utatedojikukokoro b is the axis P the angle between the direction a is what is set appropriately not limited to obtained, its specific structure is capable of appropriately configured as described in JP-a-08-074843.

上述の実施形態では、トルク制限機構に回転摩擦機構を用いたものを説明したが、トルク制限機構としてはこれに限るものではなく、公知のトルクリミッタで構成することも可能である。 In the above embodiment has been described that using a rotating friction mechanism to the torque limiting mechanism is not limited to this as a torque limiting mechanism, it can be configured in a known torque limiter.

上述の実施形態では、アクチュエータとしてモータについて明示しなかったがアクチュエータとしては、エアモータ、電磁モータ、油圧モータ、電磁回転ソレノイド、パワーシリンダ等の直動アクチュエータ等、適宜使用することができることはいうまでもない。 In the above embodiment, as has been not explicitly actuator for a motor as an actuator, an air motor, electromagnetic motor, a hydraulic motor, an electromagnetic rotary solenoid, linear actuator such as a power cylinder, to say it can be appropriately used Absent.

上述の実施形態では、伝動機構としてベベルギア及び平歯車によりモータの出力を関節部材に伝達する構成について説明したが、これもそのように限定するものではなく、プーリとタイミングベルト、ギアートレイン、コントロールワイヤ、ベルト、チェーン等の無限回転機構等公知の伝動機構を採用することができる。 In the embodiment described above, the output of the bevel gear and motor by spur gear as transmission mechanism configuration has been described to transmit to the joint member, which is also not limited to that, pulleys and timing belts, gear trains, control wire , it can be adopted belt, an endless rotating mechanism such as a known transmission mechanism such as a chain.

例えば、図8(a)に示すような、小径のベベルギアG10とそれに噛合する大径のベベルギアG20を介してモータMの出力をハーモニックドライブHに伝達する伝動機構であったり、図8(b)に示すように、小径のベベルギアG30に小径のベベルギアG40が噛合し、ベベルギアG40を平歯車W10、アイドル平歯車W20、平歯車W30を介してモータMの出力をハーモニックドライブHに伝達する伝動機構であってもよい。 For example, as shown in FIG. 8 (a), or a transmission mechanism for transmitting the output of the motor M to the harmonic drive H through the large-diameter bevel gear G20 to bevel gear G10 meshing therewith of small diameter, and FIG. 8 (b) as shown in, engages the small-diameter bevel gear G40 to the small-diameter bevel gear G30, bevel gears G40 spur gear W10, idle spur gear W20, the output of the motor M via a spur gear W30 in transmission mechanism for transmitting the harmonic drive H it may be. 上述の構成を採用することによって、関節部材Jの径を小さく構成することが可能となる。 By employing the above configuration, it is possible to construct small diameter of the joint member J.

同様に、図8(c)に示すように、平歯車W10,W30及びアイドル平歯車W20の代わりにタイミングプーリ・ベルトBを用いた場合も関節部材Jを小さくすることが可能となる。 Similarly, as shown in FIG. 8 (c), it is possible also to reduce the joint member J in the case of using a timing pulley belt B instead of the spur gear W10, W30 and idle spur gear W20.

何れの場合にも、関節部材Jを小さくすることができるため、関節装置1を小さくすることが可能となる。 In either case, it is possible to reduce the joint member J, it is possible to reduce the joint device 1.

上述の実施形態では、関節装置の関節部分に組み込む減速機構として、高減速比のハーモニックドライブ減速機構を備えた構成について説明したが、減速機構としてはハーモニックドライブ減速機構に限定するものではなく、適宜、関節駆動機構の構成を変更することにより遊星歯車減速機構、サイクロ減速機(登録商標、以下同じ)等の減速機構を備えて構成することが可能である。 In the above embodiment, as the deceleration mechanism incorporated into the joint portion of the joint device has been described configuration with a harmonic drive reduction mechanism of a high reduction ratio, not limited to the harmonic drive reduction mechanism as the reduction mechanism, as appropriate , the planetary gear reduction mechanism by changing the configuration of the joint drive mechanism, cyclo drive (registered trademark) can be configured with a speed reduction mechanism, and the like.

つまり、本発明による関節装置は、一対のリンク部材を所定軸心周りに回転する関節部材を介して連結した関節装置であって、前記関節部材に、一方のリンク部材に組み付けられたモータの出力が伝動機構を介して伝達され前記所定軸心周りに回転する入力部と、前記入力部の外周部と接合する回転部を備えた固定部と、前記回転部に形成された歯部と噛合する歯部が内周部に形成された出力部とからなる減速機構を備え、前記固定部がトルク制限機構を介して一方のリンク部材に固定されるとともに、前記出力部が他方のリンク部材に直接または間接的に固定されて構成されていればよい。 In other words, the joint device according to the present invention is a joint device which is connected via a joint member that rotates a pair of link member about the predetermined axis, said articulation member, an output of the motor is assembled on one of the link members to There meshes with the fixed portion, and a tooth portion formed on said rotary part having a rotating portion that joins an input section is transmitted through a transmission mechanism to rotate about the predetermined axis, an outer peripheral portion of the input section comprising a reduction mechanism toothing consisting output portion formed on the inner peripheral portion, together with the fixing portion is fixed to one link member via a torque limiting mechanism, wherein the output unit is directly to the other link member or it may be composed are indirectly fixed.

以下、関節装置の別実施形態として、減速機構として遊星歯車減速機構を用いた関節装置2の構成について説明する。 Hereinafter, another embodiment of the joint device, the following describes the configuration of the joint device 2 using the planetary gear reduction mechanism as the reduction mechanism. なお、図1(b)に示す関節装置1と同じ構成については同じ符号を付し説明を省略する。 Incidentally, the description thereof is omitted denoted by the same reference numerals for the same configuration as the joint device 1 shown in FIG. 1 (b).

図9(a)に示すように、遊星歯車減速機構Yは、入力部としての太陽歯車70と、太陽歯車70と噛合する回転部としての複数の遊星歯車71と、遊星歯車71を保持する固定部としての遊星キャリア72と、出力部としての外輪歯車73で構成され、図9(b)に示すように、太陽歯車70が伝動機構Tの平歯車G4の回転軸に止めねじ16で嵌入固定され、遊星キャリア72に延出軸74が固着され、延出軸74がトルク制限機構Rを介してリンク部材L1に固定される。 As shown in FIG. 9 (a), the planetary gear reduction mechanism Y includes a sun gear 70 as an input portion, a plurality of planetary gears 71 as a rotary portion which meshes with the sun gear 70, fixed for holding the planetary gears 71 a planet carrier 72 as a part, consists of a ring gear 73 as an output portion, as shown in FIG. 9 (b), fitted with screws 16 fastened to the axis of rotation of the spur gear G4 of the sun gear 70 is transmission mechanism T is, extending shaft 74 is fixed to the planet carrier 72, extending Dejiku 74 is fixed to the link member L1 via a torque limiting mechanism R. 外輪歯車73の外周にはケーシング36が固着され、ケーシング36にはリンク部材L2が接続され関節部材J2が構成される。 The outer periphery of the ring gear 73 is fixed casing 36, the joint member J2 link member L2 is connected is formed in the casing 36. 尚、外輪歯車73の外周に直接リンク部材L2を接続する場合は、ケーシング36は必ずしも備える必要はなく、伝達機構Tの構成も上述の図8に示すように適宜選択される。 In the case of connecting the outer periphery to the direct link member L2 of the ring gear 73, the casing 36 need not necessarily include, also selected as appropriate as shown in FIG. 8 of the above structure of the transmission mechanism T.

モータMの出力が伝動機構Tを介して太陽歯車70に伝達されると、遊星歯車の71の回転軸は遊星キャリア72により支持されているので、太陽歯車70の回転は、遊星歯車71に伝達され、遊星歯車71の回転が外輪歯車73に伝達され、リンク部材L2は、リンク部材L1に対して相対的に回転することとなる。 When the output of the motor M is transmitted to the sun gear 70 via the transmission mechanism T, the rotational shaft of the planetary gear 71 is supported by the planetary carrier 72, rotation of the sun gear 70 is transmitted to the planetary gears 71 is, the rotation of the planetary gear 71 is transmitted to the ring gear 73, the link member L2 becomes possible to rotate relative to the link member L1.

ここで、モータMにより関節部材J2を介してリンク部材L2に付与される回転トルクと逆方向に、トルク制限機構Rによる保持トルクより大きな外力が付与されると、トルク制限機構の受圧体41と加圧体45が相対的に回転しはじめ、外力に伴なって出力軸74が回転トルクと逆方向へ回転し、前記外力が遊星歯車減速機構Yを破損する虞が回避されるのである。 Here, the rotational torque in the opposite direction is imparted by the motor M via a joint member J2 in the link member L2, the larger external force than the holding torque by a torque limiting mechanism R is applied, the pressure receiving body 41 of the torque limiting mechanism Introduction pressing body 45 is rotated relative to the rotation output shaft 74 is accompanied to the external force to the rotational torque in the opposite direction, the external force is the possibility is avoided that damaged the planetary gear reduction mechanism Y.

なお、図9(c)に示すように、遊星キャリア73に受圧体41を固定し、受圧体41に出力軸74を備えてトルク制限機構を構成してもよく、具体的な構成は適宜設計される。 Incidentally, as shown in FIG. 9 (c), the pressure receiving member 41 fixed to the planet carrier 73 may constitute a torque limiting mechanism includes an output shaft 74 to the pressure receiving body 41, the specific configuration is suitably designed It is.

さらに別の実施形態として、関節部材を構成する減速機構としてサイクロ減速機を用いた関節装置3の構成について説明する。 In yet another embodiment, the following describes the configuration of the joint device 3 using the Cyclo Drive as the deceleration mechanism constituting a joint member. なお、図1(b)に示す関節装置1と同じ構成については同じ符号を付し説明を省略する。 Incidentally, the description thereof is omitted denoted by the same reference numerals for the same configuration as the joint device 1 shown in FIG. 1 (b).

図10(a)に示すように、サイクロ減速機Cは、入力部としての偏心カム80と、偏心カム80を挿通する開口が中央部に形成された回転部としての曲線板81と、固定部としての複数の内ピン82と、出力部としての複数の外ピン83を備え、曲線板81には各内ピン82と噛合する内ピンと同数の内ピン用開口85が形成され、さらに外周はエピトロコイド曲線面が形成され外ピン83と噛合するように構成されている。 As shown in FIG. 10 (a), Cyclo Drive C is an eccentric cam 80 as an input portion, a curved plate 81 of the rotating portion having an opening formed in a central portion for inserting the eccentric cam 80, the fixed portion a plurality of inner pins 82 as comprising a plurality of outer pins 83 serving as the output portion, the curved plates 81 are pins and the same number of inner pins opening 85 is formed within which meshes with the inner pin 82, further circumference epi It is configured to trochoid curve surface meshes and is outside the pin 83 is formed.

偏心カム80が伝動機構Tの平歯車G4の回転軸に嵌入固定され、曲線板81中央部開口に偏心カム80が挿通される。 The eccentric cam 80 is fixedly fitted to the rotary shaft of the spur gear G4 of the transmission mechanism T, the eccentric cam 80 is inserted through the curved plate 81 central opening. 複数の内ピン82は内ピン保持部材84に所定間隔で固定され夫々が曲線板81の内ピン用開口85に挿通される。 A plurality of inner pins 82 are each fixed at predetermined intervals on the inner pin holding member 84 is inserted into the inner pin opening 85 of the curved plate 81. 内ピン保持部材84に出力軸86が固定され、トルク制限機構Rを介してリンク部材L1に固定される。 Output shaft 86 is fixed to an inner pin holding member 84 is secured to the link member L1 via a torque limiting mechanism R. さらに、曲線板81の外周に形成されたエピトロコイド曲線面に沿って外ピン83を保持する外ピン保持部材87にケーシング36が固着され、ケーシングに36にリンク部材L2が接続される。 Further, the fixed casing 36 to the outer pin holding member 87 for holding the outer pins 83 along the epitrochoid curve surface formed on the outer periphery of the curved plate 81, the link member L2 is connected to the 36 to the casing. 尚、外ピン保持部材87の外周に直接リンク部材L2を接続する場合は、ケーシング36は必ずしも備える必要はなく、伝達機構Tの構成も上述の図8に示すように適宜選択される。 In the case of connecting the outer periphery to the direct link member L2 of the outer pin holding member 87, the casing 36 need not necessarily comprise the structure of the transmission mechanism T is also selected as appropriate as shown in FIG. 8 described above.

モータMの出力が伝動機構Tを介して偏心カム80に伝達されると、偏心カム80の偏心回転とともに曲線体81が偏心運動し、エピトロコイド曲線面が順次外ピン83と噛合しながらリンク部材L2をリンク部材L1に対して相対的に回転させることとなる。 When the output of the motor M is transmitted to the eccentric cam 80 through a transmission mechanism T, the curve 81 is eccentrically with eccentric rotation of the eccentric cam 80, epitrochoid curve surface sequentially outer pins 83 engaged while the link member L2 so that the relatively rotating against the link member L1. このとき内ピン82及び内ピン保持部材84は、トルク制限機構Rを介してリンク部材L1に固定されているので回転しない。 In this case the inner pin 82 and the inner pin holding member 84 does not rotate because it is fixed to the link member L1 via a torque limiting mechanism R.

ここで、モータMにより関節部材J3を介してリンク部材L2に付与される回転トルクと逆方向に、トルク制限機構Rによる保持トルクより大きな外力が付与されると、トルク制限機構Rの受圧体41と加圧体45が相対的に回転しはじめ、外力に伴なって出力軸86が回転トルクと逆方向へ回転し、前記外力がサイクロ減速機Cを破損する虞が回避されるのである。 Here, the rotational torque in the opposite direction is imparted by the motor M via a joint member J3 to the link member L2, the larger external force than the holding torque by a torque limiting mechanism R is applied, the pressure receiving member of the torque limiting mechanism R 41 When the pressing body 45 is rotated relative to the beginning, to rotate the output shaft 86 is accompanied to the external force to the rotational torque in the opposite direction, the external force is the risk of damaging the cyclo Drive C is avoided.

なお、図10(c)に示すように、内ピン保持部材84に受圧体45を固定し、受圧体45に出力軸86を備えてトルク制限機構を構成してもよく、具体的な構成は適宜選択される。 Incidentally, as shown in FIG. 10 (c), the pressure receiving body 45 is fixed to the inner pin holding member 84, may be configured a torque limiting mechanism includes an output shaft 86 to the pressure receiving body 45, the specific configuration is It is appropriately selected.

上述の実施形態では、三個の関節装置で一個のフィンガーユニットを構成するものを説明したが、フィンガーユニットを構成する関節装置の数は特に限定するものではなく、一個の関節装置でフィンガーユニットを構成するものであってもよい。 In the embodiment described above, three of the have been described what constitutes a single finger units joint device, the number of joint device constituting the finger unit is not particularly limited, the finger unit by a single joint device a constitute may. さらには、ユニバーサルロボットハンドを構成するフィンガーユニットの数及びロボットアームを構成する関節装置の数も特に限定するものではない。 Furthermore, the number of joint device constituting the number and robotic arm of the finger units constituting the universal robot hand is also not limited particularly.

上述の実施形態で説明した関節装置の具体的構造は一実施形態に過ぎず、本発明の範囲がこれによって制限されるものではなく、同様の作用効果を奏する範囲において適宜構成を変更することも可能である。 Specific structure of the joint device described in the above embodiments is merely an example, not intended scope of the invention be limited thereby, also modify the appropriate configuration to the extent that the same effects possible it is.

(a)は本発明による関節装置の正面図、(b)は関節装置の側断面図 (A) is a front view of the joint device according to the present invention, (b) is a side sectional view of the joint device 本発明によるハーモニックドライブの回転動作説明図 Rotation operation explanatory diagram of a harmonic drive according to the invention トルク制限機構として回転摩擦機構の説明図で、(a)は分解斜視図、(b)は要部説明図、(c)はローラ群の配置姿勢の説明図、(d)は作用説明図 In illustration of rotational friction mechanism as the torque limiting mechanism, (a) shows the exploded perspective view, (b) is an explanatory view showing main components, (c) is an explanatory view of the arrangement orientation of the rollers, (d) the effect illustration (a)は本発明によるユニバーサルロボットハンドの概略図、(b)は示指(第二指)に対応するフィンガーユニットの概略説明図、(c)は母指(第一指)に対応するフィンガーユニットの概略説明図 (A) is a schematic view of a universal robot hand according to the present invention, (b) the index finger schematic illustration of finger units corresponding to a (second finger), (c) the finger units corresponding to the hallux (first finger) schematic illustration of (a)は本発明によるフィンガーユニットの平面図、(b)は同正面図 (A) is a plan view of the finger unit according to the invention, (b) is a front view thereof 本発明によるフィンガーユニットの動作説明図で、(a)は初期姿勢の説明図、(b)は把持姿勢の説明図 In operation explanatory diagram of the finger unit according to the invention, (a) shows the illustration of an initial position, (b) is an explanatory view of a gripping attitude 本発明によるフィンガーユニットの動作説明図で、(a)は把持動作中に外力が働いたことの説明図、(b)は外力により特異姿勢となることの説明図 In operation explanatory diagram of the finger unit according to the invention, (a) illustrates that the external force is exerted during the gripping operation, (b) is an explanatory view of becoming a specific posture by external force (a)は別実施形態の説明図、(b)は別実施形態の説明図、(c)は別実施形態の説明図 (A) is an explanatory view of another embodiment, (b) illustration of another embodiment, (c) is an explanatory view of another embodiment 別実施形態の説明図で(a)は、遊星歯車減速機構の説明図、(b)は関節装置の断面図、(c)は関節装置の概略図 In illustration of another embodiment (a) is an explanatory view of a planetary gear reduction mechanism, (b) is a sectional view of the joint device, (c) is a schematic view of a joint device 別実施形態の説明図で(a)は、サイクロ減速機の説明図、(b)は関節装置の断面図、(c)は関節装置の概略図 In illustration of another embodiment (a) is a diagram depicting the cyclo speed reducer, (b) is a sectional view of the joint device, (c) is a schematic view of a joint device 従来技術によるロボットハンドの構成図 Block diagram of the robot hand according to the prior art 従来技術によるロボットハンドの構成図 Block diagram of the robot hand according to the prior art

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1:関節装置2:関節装置3:関節装置13:ストッパ機構14:ネジ15:止めねじ16:止めねじ31:ウェーブジェネレータ32:フレクスプライン33:延出軸34:サーキュラスプライン35:ベアリング36:ケーシング37:歯部38:歯部40:回転摩擦機構41:受圧体43:保持体42:ローラ45:加圧体44:保持孔50:固定機構51:ナット52:止めねじ53:バネ座金60:基体70:太陽歯車71:遊星歯車72:遊星キャリア7 1: joint device 2: joint device 3: joint device 13: stopper mechanism 14: Screw 15: setscrew 16: setscrew 31: wave generator 32: flexspline 33: extending Dejiku 34: circular spline 35: bearing 36: casing 37: teeth 38: tooth portion 40: rotating friction device 41: pressure receiving body 43: holding member 42: roller 45: pressurizer 44: holding hole 50: fixing mechanism 51: nut 52: setscrew 53: spring washer 60: substrate 70: sun gear 71: planetary gear 72: planet carrier 7
73:外輪歯車74:延出軸80:偏心カム81:曲線板82:内ピン83:外ピン84:内ピン保持部材85:内ピン用開口86:出力軸87:外ピン保持部材90:把持対象物91:外力B:タイミングプーリ・ベルトC:サイクロ減速機F1:母指(第一指) 73: ring gear 74: extending Dejiku 80: eccentric cam 81: curved plate 82: the inner pin 83: outer pin 84: the inner pin holding member 85: inner pin opening 86: output shaft 87: outer pin holding member 90: gripping object 91: the external force B: timing pulley belt C: cyclo Drive F1: thumb (first finger)
F2:示指(第二指) F2: the index finger (second finger)
F3:中指(第三指) F3: middle finger (third finger)
F4:薬指(第四指) F4: ring finger (the fourth finger)
F5:小指(第五指) F5: little finger (fifth finger)
G1:ベベルギアG2:ベベルギアG3:平歯車G4:平歯車G10:ベベルギアG20:ベベルギアG30:ベベルギアG40:ベベルギアH:ハーモニックドライブH21:ハーモニックドライブH22:ハーモニックドライブH24:ハーモニックドライブJ:関節部材J2:関節部材J3:関節部材J11:第一関節部材J12:第二関節部材J13:第三関節部材J14:第四関節部材J21:第一関節部材J22:第二関節部材J23:第三関節部材J24:第四関節部材L1:リンク部材L2:リンク部材L11:リンク部材L12:リンク部材L13:リンク部材L14:リンク部材L15:リンク部材L21:リンク部材L22(L22a,22b):リンク部材L23(L23a,23b):リンク部材L24(L24 G1: bevel gear G2: bevel gear G3: spur gear G4: spur gear G10: bevel gear G20: bevel gear G30: bevel gear G40: bevel gear H: Harmonic Drive H21: Harmonic Drive H22: Harmonic Drive H24: Harmonic Drive J: joint member J2: joint member J3: joint member J11: first joint member J12: second joint member J13: third joint member J14: fourth joint member J21: first joint member J22: second joint member J23: third joint member J24: fourth joint member L1: the link member L2: link members L11: link member L12: link member L13: link member L14: link member L15: link member L21: link member L22 (L22a, 22b): the link member L23 (L23a, 23b): link member L24 (L24 ,L24b):リンク部材L25:リンク部材P:軸心P11:第一軸心P12:第二軸心P13:第三軸心P14:第四軸心P21:第一軸心P22:第二軸心P23:第三軸心P24:第四軸心R:トルク制限機構M:モータM21:モータM22:モータM23:モータT:伝動機構T21:伝動機構T22:伝動機構T23:伝動機構T24:伝動機構U:ユニバーサルロボットハンドW10:平歯車W20:アイドル平歯車W30:平歯車Y:遊星歯車減速機構a:径方向b:転動軸心θ:角度 , L24b): link member L25: link member P: axial P11: First axis P12: Second axis P13: Third axis P14: fourth axis P21: First axis P22: Second axis P23: third axis P24: fourth axis R: torque limiting mechanism M: motor M21: motor M22: motor M23: motor T: transmission mechanism T21: transmission mechanism T22: transmission mechanism T23: transmission mechanism T24: transmission mechanism U : Universal robot hand W10: spur gear W20: idle spur gear W30: spur gear Y: planetary gear reduction mechanism a: radial b: Utatedojikukokoro theta: angle

Claims (6)

  1. 一対のリンク部材を所定軸心周りに回転する関節部材を介して連結した関節装置であって、 A joint device which is connected via a joint member that rotates a pair of link member about the predetermined axis,
    前記関節部材に、一方のリンク部材に組み付けられたモータの出力が伝動機構を介して伝達され前記所定軸心周りに回転するウェーブジェネレータと、前記ウェーブジェネレータの外周部と接合する内周部を備えたフレクスプラインと、前記フレクスプラインの外周部に形成された歯部と噛合する歯部が内周部に形成されたサーキュラスプラインとからなるハーモニックドライブ(登録商標、以下同じ)減速機構を備え、前記フレクスプラインがトルク制限機構を介して一方のリンク部材に固定されるとともに、前記サーキュラスプラインが他方のリンク部材に直接または間接的に固定されている関節装置。 The articulation member comprises a wave generator the output of the motor is assembled to the one link member is rotated to the predetermined axis about is transmitted through a transmission mechanism, the inner peripheral portion to be bonded to the outer peripheral portion of said wave generator comprising a flexspline, the flex outer peripheral portion formed teeth and teeth for meshing consists of a circular spline which is formed on the inner peripheral portion harmonic drive spline (registered trademark, hereinafter the same) speed reduction mechanism, wherein with flexspline is fixed to one of the link member via a torque limiting mechanism, the circular spline joint is directly or indirectly fixed to the other link member device.
  2. 前記トルク制限機構は、一方のリンク部材に固定された環状の受圧体と、転動軸心が前記受圧体の径方向に対して所定の角度で傾斜した姿勢で前記受圧体の周方向に沿って配列された複数のローラと、各ローラを所定間隔で転動自在に保持する環状の保持体と、前記ローラを挟み前記受圧体と対向配置された環状の加圧体とを備え、前記フレクスプラインの延出軸に外嵌された環状の回転摩擦機構と、前記延出軸と前記受圧体とを前記加圧体を介して直接または間接的に所定の締付力で締付固定する固定機構を備えている請求項1記載の関節装置。 The torque limiting mechanism, one of the link member which is fixed to the annular pressure receiving member, along with the attitude of the rolling axial is inclined at a predetermined angle with respect to the radial direction of the pressure receiving member in a circumferential direction of the pressure receiving body comprising a plurality of rollers arranged, an annular holding member for rollably held by the rollers predetermined intervals, and a pressure member of the pressure receiving body and oppositely disposed annular pinch the rollers Te, the flex and fitted on an annular rotary friction mechanism extending shaft splines fixed to fastened the extension Dejiku and said pressure receiving body directly or indirectly predetermined fastening force through the pressure body joint device according to claim 1, characterized in that a mechanism.
  3. 前記固定機構による前記延出軸と前記受圧体との間の締付力を動的に調整するアクチュエータを備えている請求項2記載の関節装置。 The joint device according to claim 2, characterized in that an actuator for dynamically adjusting the clamping force between the extended Dejiku by the fixing mechanism and the pressure receiving body.
  4. 前記モータにより前記関節部材を介して他方のリンク部材に付与される回転トルクと逆方向に、前記トルク制限機構による保持トルクより大きな外力が付与されると、前記トルク制限機構により前記関節部材が前記回転トルクと逆方向へ回転するように構成され、前記一対のリンク部材が直線状に位置する特異姿勢で姿勢保持されるように、一方のリンク部材にストッパ機構を設けている請求項1から3の何れかに記載の関節装置。 Through the joint member by the motor rotational torque and the reverse direction is applied to the other link member, when the large external force than the holding torque by said torque limiting mechanism is applied, the joint member is the by the torque limiting mechanism is configured to rotate the rotational torque in the opposite direction such that said pair of link members is the posture held by singular positioned linearly, from claim 1, the one link member is provided with a stopper mechanism 3 joint device according to any one of.
  5. 請求項1から4の何れかに記載の関節装置が組み込まれたロボットアーム。 Robot arm joint device is incorporated according to any of claims 1 to 4.
  6. ユニバーサルロボットハンドに用いられ、複数の関節装置を備えたフィンガーユニットであって、請求項1から4の何れかに記載の関節装置が組み込まれたフィンガーユニット。 Used in universal robot hand, a finger unit having a plurality of joint device, the finger unit joint device is incorporated according to any of claims 1 to 4.
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