JP2010172970A

JP2010172970A - Multi-finger hand and manipulator device

Info

Publication number: JP2010172970A
Application number: JP2009015163A
Authority: JP
Inventors: Kokutaku Furuno; 克拓古野
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-08-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a manipulator including a multi-finger part. <P>SOLUTION: An amplifier circuit for driving an actuator and a control circuit is incorporated inside fingers 1, 2, 3 of the multi-finger part, and a high-order control device is incorporated in a palm part. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、多指によって物を把持する多指ハンドシステムおよびそれを用いたロボット用の多指ハンドおよびマニピュレータ装置に関する。 The present invention relates to a multi-finger hand system that grips an object with multiple fingers, and a multi-finger hand and a manipulator device for a robot using the multi-finger hand system.

従来のマニピュレータ装置は、マニピュレータのアクチュエータ制御用のサーボアンプを多指部の指の内部に内蔵していた（例えば、特許文献１参照）。
また、マニピュレータのアクチュエータ制御用のサーボアンプをまとめて多指ハンドの掌に相当する部分に内蔵したものもある。（例えば、特許文献２参照）。
図１０において、１０６、１０７、１０８は多指部のアクチュエータである。このアクチュエータは、指先から１０６、１０７、１０８の順に配置される。
１２１、１２２、１２３はアクチュエータの駆動用のアンプ回路である。このアンプ回路は、アクチュエータとアクチュエータケーブル１１５によって接続される。アンプ回路１２１、１２２はリジッドフレキシブル基板１１０とコネクタ１２５、１２７で接続される。
リジッドフレキシブル基板１１０は、制御ケーブル１０５およびコネクタ１１３によって、サーボ制御装置１０４と接続される。
サーボ制御装置１０４は、制御回路１２８と電源回路１３２、アンプ回路１２３を内蔵している。制御回路１２８には、アンプ回路へつながる制御信号１２９、１３０、１３１が接続される。また、上位の制御装置からの通信ケーブル１１４が接続される。
電源回路１３２には、アンプ回路への電源出力１３４が接続されている。アンプ回路１２１と１２２への制御信号１２９、１３０と電源出力１３４は、制御ケーブル１０５で一旦リジッドフレキシブル基板１１０にコネクタ１１３で接続される。その後、リジッドフレキシブル基板１１０内でアンプ１２１、アンプ１２２に分離されコネクタ１２５、１２７を介して接続される。
このようにアンプ１２１、１２２は、制御ケーブル１０５とリジッドフレキシブル基板１１０を介してサーボ制御装置１０４から分離して配置される。
多指部の指の動作を制御する場合、図示しない上位の制御装置で各指の動作制御のパターンを生成し、それを通信ケーブル１１４によってサーボ制御装置１０４にシリアル通信の信号として送る。サーボ制御装置１０４では通信ケーブル１１４によって送られた制御パターンの信号を制御回路１２８で受信し、それから各指の各アクチュエータの動作制御の信号を生成する。制御回路１２８で生成された各アクチュエータの動作制御の信号は制御信号１２９、１３０、１３１を介して各アクチュエータを駆動するアンプ回路１２１、１２２およびアンプ回路１２３に伝送され、アンプ回路が制御される。
このように、従来のマニピュレータ装置は、指の制御用の複数のサーボアンプ基板を多指部の指の内部に格納しているのである。
特願２００８−０５５８０８（第１１頁、図２）特開２００７−１６０４８４号公報（第８頁、図１） A conventional manipulator device incorporates a servo amplifier for controlling the actuator of the manipulator in the fingers of the multifinger portion (see, for example, Patent Document 1).
In addition, some servo amplifiers for controlling the actuators of the manipulator are integrated in a portion corresponding to the palm of a multi-fingered hand. (For example, refer to Patent Document 2).
In FIG. 10, reference numerals 106, 107, and 108 denote multi-finger actuators. The actuators are arranged in the order of 106, 107, and 108 from the fingertip.
Reference numerals 121, 122, and 123 denote amplifier circuits for driving the actuator. This amplifier circuit is connected to the actuator by an actuator cable 115. The amplifier circuits 121 and 122 are connected to the rigid flexible substrate 110 by connectors 125 and 127.
The rigid flexible substrate 110 is connected to the servo control device 104 by a control cable 105 and a connector 113.
The servo control device 104 includes a control circuit 128, a power supply circuit 132, and an amplifier circuit 123. Control signals 129, 130, 131 connected to the amplifier circuit are connected to the control circuit 128. In addition, a communication cable 114 from a host control device is connected.
A power output 134 to the amplifier circuit is connected to the power circuit 132. The control signals 129 and 130 and the power output 134 to the amplifier circuits 121 and 122 are once connected to the rigid flexible substrate 110 with the connector 113 by the control cable 105. Thereafter, the amplifier 121 and the amplifier 122 are separated in the rigid flexible substrate 110 and are connected via the connectors 125 and 127.
As described above, the amplifiers 121 and 122 are arranged separately from the servo control device 104 via the control cable 105 and the rigid flexible substrate 110.
When controlling the operation of the fingers of the multi-finger part, an operation control pattern of each finger is generated by a higher-level control device (not shown), and this is transmitted as a serial communication signal to the servo control device 104 via the communication cable 114. In the servo control device 104, the control circuit 128 receives a control pattern signal sent by the communication cable 114, and then generates an operation control signal for each actuator of each finger. The operation control signals of the actuators generated by the control circuit 128 are transmitted to the amplifier circuits 121 and 122 and the amplifier circuit 123 that drive the actuators via the control signals 129, 130, and 131, thereby controlling the amplifier circuit.
As described above, the conventional manipulator device stores a plurality of servo amplifier boards for finger control in the fingers of the multi-finger portion.
Japanese Patent Application No. 2008-055808 (page 11, FIG. 2) JP 2007-160484 A (page 8, FIG. 1)

従来のマニピュレータ装置は、指の制御用の複数のサーボアンプ基板を多指部の指の内部に内蔵しており、サーボ制御装置からアンプ回路への通信にシリアル通信を使用している。サーボ制御装置からアンプ回路への通信が１対１であるため、アンプ回路の数だけ通信ケーブルが必要となる。このため、掌に相当するサーボ制御装置と多指部の接続および取り付け構造が複雑となる。
また、指の本数を増設する場合、シリアル通信のポート数に限度があるため、容易に増設することができず、指をモジュール化するのが困難であった。
さらに、複数の多指部を制御するための上位の制御装置をマニピュレータの外部に別途配置する必要があり、マニピュレータの周辺装置が大きくなるという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、サーボ制御装置の一部である制御回路を指内部に配置することで、指を構成する各アンプ回路への通信ケーブルを集約し、サーボ制御装置と多指部の接続および取り付け構造を容易にすることができるマニピュレータ装置を提供することを目的とする。 A conventional manipulator device incorporates a plurality of servo amplifier boards for finger control inside a multi-finger finger, and uses serial communication for communication from the servo control device to the amplifier circuit. Since there is a one-to-one communication from the servo controller to the amplifier circuit, as many communication cables as the number of amplifier circuits are required. This complicates the connection and attachment structure between the servo control device corresponding to the palm and the multifinger portion.
Further, when the number of fingers is increased, there is a limit to the number of serial communication ports. Therefore, the number of fingers cannot be easily increased, and it is difficult to modularize the fingers.
Furthermore, it is necessary to separately arrange a higher-level control device for controlling a plurality of multi-finger portions outside the manipulator, and there is a problem that peripheral devices for the manipulator become large.
The present invention has been made in view of such problems, and by arranging a control circuit that is a part of the servo control device inside the finger, the communication cables to each amplifier circuit constituting the finger are consolidated. Another object of the present invention is to provide a manipulator device capable of facilitating the connection and attachment structure between the servo control device and the multi-finger portion.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、掌部と複数の指部とを備えた多指ハンドであって、前記指部は、前記掌部に設けられた第４の節と、前記第４の節の先端に設けられた第３の節と、前記第３の節の先端に設けられた第２の節と、前記第２の節の先端に設けられた第１の節と、を備え、前記第１乃至第３の節がそれぞれ節に内蔵された第１乃至第３のアクチュエータによって独立して駆動可能な多指ハンドにおいて、前記掌部に設けられた上位制御装置と、前記掌部に設けられ、電源を供給する電源部と、前記第４の節に設けられ、前記上位制御装置からの指令に従って前記アクチュエータを制御する制御部と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記第２の節の外殻を形成するケース部に設けられた、前記第１および第２のアクチュエータをそれぞれ駆動する第１および第２のアンプ部を備え、前記制御部および前記電源部は、前記第１および第２のアンプ部に対し、前記指部の外部に設けられたケーブルを介して、それぞれアクチュエータ制御信号の伝送および駆動電源の供給を行うことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記第１および第２のアンプ部は、アンプ回路が実装されたプリント基板と、前記プリント基板を固定するモジュールケースと、を備え、前記アンプ回路の発熱部品は、前記モジュールケースに設けられた熱伝導シートに接触し、前記モジュールケースは、前記ケース部に外側から固定されることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記ケース部の内部に前記ケーブルが接続される信号分配手段を備え、前記アクチュエータ制御信号および駆動電源は、前記信号分配手段を介して前記第１および第２のアンプ部に分配されることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記信号分配手段は、前記第１および第２のアンプ部にそれぞれ対応して接続される第１および第２のリジッド基板と前記第１および第２のリジッド基板を互いに電気的に接続するフレキシブルプリント基板とを備えたリジッドフレキシブル基板であることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記第２の節の内部に、前記第２のアクチュエータの回転を前記第１の節に伝達するための、複数の側面で構成される多角柱形状のリンク部材を備え、前記第１および第２のリジッド基板は、前記リンク部材の異なる側面にそれぞれ固定されることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、前記第１および第２のリジッド基板は、それぞれ前記第１および第２のアンプ部に対応して接続されるコネクタ部を備え、前記アンプ部を前記ケースに外側から固定すると、前記コネクタ部で前記リジッド基板と前記アンプ部が電気的に接続されることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、前記第２の節の外殻を形成するケース部および前記リンク部材は、同一数の側面で構成される多角柱形状であり、前記第１および第２のリジッド基板は、前記リンク部材の異なる前記側面にそれぞれ固定され、前記第１および第２のアンプ部は、前記第１および第２のリジッド基板の固定された前記リンク部材の側面の外側に位置する前記ケース部の側面に外側から固定されることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８いずれかに記載の多指ハンドを備えたことを特徴とするものである。 In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 is a multi-fingered hand including a palm portion and a plurality of finger portions, wherein the finger portion includes a fourth node provided in the palm portion, and the fourth node. A third node provided at the tip of the second node, a second node provided at the tip of the third node, and a first node provided at the tip of the second node, In a multi-fingered hand in which the first to third nodes can be independently driven by the first to third actuators built in the nodes, respectively, a host control device provided in the palm part, and provided in the palm part A power supply unit that supplies power; and a control unit that is provided in the fourth node and controls the actuator in accordance with a command from the host control device.
The invention according to claim 2 includes first and second amplifier parts that are provided in a case part that forms the outer shell of the second node, and that drive the first and second actuators, respectively. The control unit and the power supply unit transmit actuator control signals and supply driving power to the first and second amplifier units via cables provided outside the finger units, respectively. It is a feature.
According to a third aspect of the present invention, each of the first and second amplifier units includes a printed circuit board on which an amplifier circuit is mounted, and a module case that fixes the printed circuit board. The module case is in contact with a heat conductive sheet provided in the module case, and the module case is fixed to the case portion from the outside.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided signal distribution means for connecting the cable to the inside of the case portion, and the actuator control signal and the drive power source are the first and second signals via the signal distribution means. It is characterized by being distributed to the amplifier section.
According to a fifth aspect of the present invention, the signal distribution means includes first and second rigid boards and the first and second rigid boards connected to the first and second amplifier sections, respectively. It is a rigid flexible board | substrate provided with the flexible printed circuit board which electrically connects mutually.
The invention according to claim 6 is a polygonal column-shaped link member comprising a plurality of side surfaces for transmitting the rotation of the second actuator to the first node inside the second node. The first and second rigid boards are respectively fixed to different side surfaces of the link member.
According to a seventh aspect of the present invention, each of the first and second rigid boards includes a connector portion connected to correspond to the first and second amplifier portions, respectively, and the amplifier portion is outside the case. When fixed from above, the rigid board and the amplifier part are electrically connected by the connector part.
According to an eighth aspect of the present invention, the case portion forming the outer shell of the second node and the link member have a polygonal column shape including the same number of side surfaces, and the first and second rigids The boards are respectively fixed to the different side surfaces of the link member, and the first and second amplifier sections are located outside the side surfaces of the link member to which the first and second rigid boards are fixed. It is fixed from the outside to the side surface of the case portion.
The invention described in claim 9 is characterized by including the multi-fingered hand described in any one of claims 1 to 8.

請求項１、２、９に記載の発明によると、アクチュエータの制御用のアンプ回路および制御回路を掌に相当する筐体ではなく指に設けているので、多指部を共通の指モジュールとして扱うことができ、製造コスト、メンテナンス性を向上させることができる。
請求項３、４、９に記載の発明によると、アンプ回路および制御回路を指のケースに固定することで振動に強くすることができる。また、アンプ回路および制御回路の発熱部とケース間に熱伝導シートを設けることによりアンプ回路および制御回路の熱をケースに放熱することができる。
請求項５、６、７、８、９に記載の発明によると、指に内蔵される回路の接続に強固なリジッド部と柔軟なフレキシブル部を持つリジッドフレキシブル基板を使用して指のリンク部にリジッドフレキシブル基板を固定することにより、機械的に強固で指の構造に対応して固定できる。 According to the first, second, and ninth aspects of the invention, the amplifier circuit for controlling the actuator and the control circuit are provided on the finger instead of the casing corresponding to the palm, so that the multi-finger portion is handled as a common finger module. It is possible to improve manufacturing costs and maintainability.
According to the third, fourth, and ninth aspects of the present invention, the amplifier circuit and the control circuit can be made strong against vibration by being fixed to the finger case. Further, by providing a heat conductive sheet between the heat generating portions of the amplifier circuit and the control circuit and the case, the heat of the amplifier circuit and the control circuit can be radiated to the case.
According to the invention described in claims 5, 6, 7, 8, and 9, a rigid flexible substrate having a rigid portion and a flexible portion is used to connect a circuit built in the finger to the link portion of the finger. By fixing the rigid flexible substrate, it is mechanically strong and can be fixed corresponding to the structure of the finger.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明のマニピュレータ装置の構成図であって、（ａ）はその構成の側面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ方向から見た平面図である。図において多指部１は、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの節から構成されている。また、多指部２は、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの節から構成されている。また、多指部３は、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの節から構成されている。それぞれの節の間には節駆動用のアクチュエータが内蔵されている。節１ｄ、２ｄ、３ｄは、筐体４に固定されている。
４は掌に相当する筐体である。多指部と筐体４は、節１ｄ、２ｄ、３ｄで接続されている。また、節１ｃ、２ｃ、３ｃには節１ｄ、２ｄ、３ｄからの制御ケーブル５ｂがそれぞれ接続されている。また節１ｂ、２ｂ、３ｂには節１ｃ、２ｃ、３ｃからの制御ケーブル５ａがそれぞれ接続されている。 1A and 1B are configuration diagrams of a manipulator device according to the present invention, in which FIG. 1A is a side view of the configuration, and FIG. 1B is a plan view viewed from the direction of arrow A in FIG. In the figure, the multifinger portion 1 is composed of nodes 1a, 1b, 1c, and 1d. The multi-finger portion 2 is composed of nodes 2a, 2b, 2c, and 2d. The multi-finger portion 3 is composed of nodes 3a, 3b, 3c, and 3d. An actuator for driving the node is built in between each node. The nodes 1d, 2d, and 3d are fixed to the housing 4.
Reference numeral 4 denotes a housing corresponding to a palm. The multi-finger portion and the housing 4 are connected by nodes 1d, 2d, and 3d. Further, the control cables 5b from the nodes 1d, 2d and 3d are connected to the nodes 1c, 2c and 3c, respectively. Also, the control cables 5a from the nodes 1c, 2c and 3c are connected to the nodes 1b, 2b and 3b, respectively.

図２は本発明のマニピュレータ装置の指１本あたりの構成を示すブロック図であり、（ａ）は全体構成を示す図、（ｂ）は制御回路の構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a configuration per finger of the manipulator device of the present invention, (a) is a diagram showing the overall configuration, and (b) is a block diagram showing a configuration of the control circuit.

図２（ａ）において、６、７、８は多指部のアクチュエータであり、指先から６、７、８の順に配置される。アクチュエータ６は、節１ａ（２ａ、３ａ）を駆動する。アクチュエータ７は、節１ｂ（２ｂ、３ｂ）を駆動する。アクチュエータ８は、節１ｃ（２ｃ、３ｃ）を駆動する。２１、２２、２３はアクチュエータの駆動用のアンプ回路であり、アクチュエータ６、７、８とアクチュエータケーブル１５で接続される。
アンプ回路２１、２２は、リジッドフレキシブル基板４８とコネクタ２５を介して接続される。リジッドフレキシブル基板４８は、制御ケーブル５ａとコネクタ１３を介してリジッドフレキシブル基板４９に接続される。アンプ回路２３はリジッドフレキシブル基板４９とコネクタ２５を介して接続される。リジッドフレキシブル基板４９は制御ケーブル５ｂとコネクタ１３を介してリジッドフレキシブル基板５０に接続される。制御回路２８はリジッドフレキシブル基板５０とコネクタ２０を介して接続される。リジッドフレキシブル基板５０はコネクタ２４を介してシリアルバス通信信号１４によって上位制御装置１９と接続される。
このコネクタ２４を着脱することにより、節１ｄは、容易に筐体４から着脱することができるようになっている。すなわち、多指部１は、容易に筐体４から着脱することができる。従って、多指部１〜３を共通の指モジュールとして扱うことができる。故障時やメンテナンス時は、指モジュールを交換するだけでよいので、製造コスト、メンテナンス性を向上させることができる。 In FIG. 2A, reference numerals 6, 7, and 8 denote multi-finger actuators arranged in the order of 6, 7, and 8 from the fingertip. The actuator 6 drives the node 1a (2a, 3a). The actuator 7 drives the node 1b (2b, 3b). The actuator 8 drives the node 1c (2c, 3c). Reference numerals 21, 22, and 23 denote amplifier circuits for driving the actuator, and the actuators 6, 7, and 8 are connected to the actuator cable 15.
The amplifier circuits 21 and 22 are connected to the rigid flexible board 48 via the connector 25. The rigid flexible board 48 is connected to the rigid flexible board 49 via the control cable 5 a and the connector 13. The amplifier circuit 23 is connected to the rigid flexible substrate 49 via the connector 25. The rigid flexible board 49 is connected to the rigid flexible board 50 via the control cable 5b and the connector 13. The control circuit 28 is connected to the rigid flexible board 50 via the connector 20. The rigid flexible board 50 is connected to the host controller 19 by the serial bus communication signal 14 through the connector 24.
By attaching and detaching this connector 24, the node 1 d can be easily attached and detached from the housing 4. That is, the multi-finger part 1 can be easily detached from the housing 4. Therefore, the multi-finger portions 1 to 3 can be handled as a common finger module. At the time of failure or maintenance, it is only necessary to replace the finger module, so that manufacturing cost and maintainability can be improved.

アンプ回路２１、２２の制御信号２９、３０は、リジッドフレキシブル基板４９およびリジッドフレキシブル基板５０を経由して制御回路２８と接続されている。この制御回路２８の詳細を、図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）は、制御回路２８の構成を示すブロック図である。図２（ｂ）において、制御回路２８は、アクチュエータを制御するＣＰＵ１６と、アンプ回路と通信を行うための制御ＬＳＩ１７と、上位制御装置と通信を行うための通信ＬＳＩ１８とで少なくとも構成される。制御ＬＳＩ１７は、アンプ回路２１、２２、２３とそれぞれシリアル通信によって１対１で接続される。通信ＬＳＩ１８は、上位制御装置１９とシリアルバス通信によって接続される。 Control signals 29 and 30 of the amplifier circuits 21 and 22 are connected to the control circuit 28 via a rigid flexible board 49 and a rigid flexible board 50. Details of the control circuit 28 are shown in FIG. FIG. 2B is a block diagram showing the configuration of the control circuit 28. 2B, the control circuit 28 includes at least a CPU 16 that controls the actuator, a control LSI 17 that communicates with the amplifier circuit, and a communication LSI 18 that communicates with the host controller. The control LSI 17 is connected to the amplifier circuits 21, 22, and 23 on a one-to-one basis by serial communication. The communication LSI 18 is connected to the host controller 19 by serial bus communication.

図２（ａ）において、４はマニピュレータ装置の掌に相当する筐体であり、上位制御装置１９と電源回路３２が内蔵されている。
電源回路３２からは制御回路およびアンプ回路への電源出力３４が出力されている。この電源出力３４はコネクタ２４を介して、リジッドフレキシブル基板５０へ接続される。その後、このリジッドフレキシブル基板５０で分岐され、制御回路２８およびリジッドフレキシブル基板４９へ接続される。同様にリジッドフレキシブル基板４９およびリジッドフレキシブル基板４８でも分岐され、それぞれアンプ回路２１、２２、２３へ接続される。 In FIG. 2A, reference numeral 4 denotes a housing corresponding to the palm of the manipulator device, in which the host control device 19 and the power supply circuit 32 are incorporated.
The power supply circuit 32 outputs a power supply output 34 to the control circuit and the amplifier circuit. The power output 34 is connected to the rigid flexible substrate 50 via the connector 24. Thereafter, the branch is made by the rigid flexible board 50 and connected to the control circuit 28 and the rigid flexible board 49. Similarly, the rigid flexible board 49 and the rigid flexible board 48 are also branched and connected to the amplifier circuits 21, 22, and 23, respectively.

多指部の指の動作を制御する場合、上位制御装置１９で各指の動作制御のパターンを生成し、それをシリアルバス通信信号１４によって制御回路２８に信号として送る。制御回路２８ではシリアルバス通信信号１４によって送られた制御パターンの信号を通信ＬＳＩ１８で受信し、ＣＰＵ１６にて各指の各アクチュエータの動作制御の信号を生成する。ＣＰＵ１６で生成された各アクチュエータの動作制御の信号は、制御ＬＳＩ１７より制御信号２９、３０、３１によって各アクチュエータを駆動するアンプ回路２１、２２、２３に伝送され、アンプ回路によりアクチュエータ６、７、８を駆動する。 When controlling the movement of the fingers of the multi-finger part, the higher-level control device 19 generates a movement control pattern for each finger, and sends it as a signal to the control circuit 28 by the serial bus communication signal 14. In the control circuit 28, the communication LSI 18 receives the control pattern signal sent by the serial bus communication signal 14, and the CPU 16 generates an operation control signal for each actuator of each finger. A signal for controlling the operation of each actuator generated by the CPU 16 is transmitted from the control LSI 17 to the amplifier circuits 21, 22, and 23 that drive the actuators by the control signals 29, 30, and 31, and the actuators 6, 7, and 8 are driven by the amplifier circuit. Drive.

図３は、図１の多指部１の節１ｂの構成を示す図である。（ａ）は節の側面からの透視図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａからの透視図、（ｃ）は（ａ）のＢ-Ｂ´間の断面図である。なお、多指部１の節１ｃもリジッドフレキシブル基板とアンプ回路の配置については基本的に同じ構造である。ただし、アクチュエータとアンプはそれぞれ一つだけである点が相違する。なお、多指部２と３も同じ構成である。
アクチュエータ６の固定子６ｂとアクチュエータ７の回転子７ａ間はリンク１１で接続されている。矩形断面のリンク１１の周囲にはリジッドフレキシブル基板４８がコの字型に曲げた形で固定され（図３（ｃ））、リジッドフレキシブル基板４８とアンプ回路を内蔵したアンプモジュール９がコネクタ２５で接続される。アンプモジュール９のコネクタ２６にはアクチュエータからのアクチュエータケーブル１５が接続される。リジッドフレキシブル基板のコネクタ１３にはリジッドフレキシブル基板４９からの制御ケーブル５ａが接続される。このようにアンプ回路は指の節の内部に配置される。 FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the node 1b of the multi-finger portion 1 of FIG. (A) is a perspective view from the side of the node, (b) is a perspective view from the arrow A of (a), and (c) is a cross-sectional view between BB ′ of (a). The node 1c of the multi-finger portion 1 has basically the same structure with respect to the arrangement of the rigid flexible substrate and the amplifier circuit. However, the difference is that there is only one actuator and one amplifier. The multi-finger portions 2 and 3 have the same configuration.
A link 11 connects the stator 6 b of the actuator 6 and the rotor 7 a of the actuator 7. A rigid flexible board 48 is fixed in the shape of a U-shape around the rectangular cross-section link 11 (FIG. 3C), and the amplifier module 9 including the rigid flexible board 48 and the amplifier circuit is connected to the connector 25. Connected. The actuator cable 15 from the actuator is connected to the connector 26 of the amplifier module 9. The control cable 5a from the rigid flexible board 49 is connected to the connector 13 of the rigid flexible board. Thus, the amplifier circuit is arranged inside the finger node.

図４はアンプモジュールの指の節への取り付けを示す構造図である。（ａ）は側面からの透視図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａからの透視図である。
節１ｂのケース１２は側面及び上面の一部がくりぬいてあり、そのくりぬいた部分にアンプモジュール９がそれぞれはめ込まれる。 FIG. 4 is a structural diagram showing attachment of the amplifier module to a finger node. (A) is a perspective view from the side, (b) is a perspective view from the arrow A of (a).
In the case 12 of the node 1b, a part of the side surface and the upper surface is hollowed, and the amplifier modules 9 are fitted into the hollowed portions.

図５はアンプモジュールの詳細な構成を示す図である。（ａ）はアンプモジュールの断面図、（ｂ）は矢視Ａから見た図である。なお、図中、ケース１２は、指の節の外殻を形成するフレームであり、アンプモジュール９を構成するものではない。
アンプモジュール９のモジュールケース３５には指の節のケース１２のくりぬいた部分と接合するような外形である。アンプモジュール９には、固定用貫通ネジ穴３９が設けられている。この固定用貫通ネジ穴３９の位置は、ケース１２に設けられた固定ネジ穴４０の位置に合致する。アンプモジュール９は、固定用貫通ネジ穴３９からケースの固定用ネジ穴４０にネジを通して固定される。
アンプモジュール９のモジュールケース３５にはアンプ回路２１の外形と合致する収納スペースがあり、そのスペースにアンプ回路２１が収納される。アンプ回路２１の収納後、アンプ回路の抜け防止のため固定用の固定板３８が、モジュールケースに設けられたネジ穴４１にネジを通して固定される。
アンプ回路２１の発熱部３７とモジュールケース３５の間には熱伝導シート３６が設けられ、発熱部３７の熱は、モジュールケース３５に放熱される。モジュールケース３５と節のケース１２の接合部には、熱伝導用のグリスを塗布され、モジュールケース３５からの熱は、節のケース１２全体に伝導される。 FIG. 5 is a diagram showing a detailed configuration of the amplifier module. (A) is sectional drawing of an amplifier module, (b) is the figure seen from arrow A. FIG. In the figure, a case 12 is a frame that forms an outer shell of a finger node, and does not constitute the amplifier module 9.
The module case 35 of the amplifier module 9 has an external shape so as to be joined to the hollowed portion of the case 12 of the finger joint. The amplifier module 9 is provided with a fixing through screw hole 39. The position of the fixing through screw hole 39 matches the position of the fixing screw hole 40 provided in the case 12. The amplifier module 9 is fixed through a screw from the fixing through screw hole 39 to the fixing screw hole 40 of the case.
The module case 35 of the amplifier module 9 has a storage space that matches the outer shape of the amplifier circuit 21, and the amplifier circuit 21 is stored in that space. After the amplifier circuit 21 is housed, a fixing plate 38 for fixing is fixed through a screw in a screw hole 41 provided in the module case in order to prevent the amplifier circuit from coming off.
A heat conductive sheet 36 is provided between the heat generating portion 37 of the amplifier circuit 21 and the module case 35, and the heat of the heat generating portion 37 is radiated to the module case 35. The joint between the module case 35 and the node case 12 is coated with grease for heat conduction, and the heat from the module case 35 is conducted to the entire node case 12.

図６はリンク１１へのリジッドフレキシブル基板４８の固定を示す構成図である。（ａ）は節の側面からの透視図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａからの透視図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ´間の断面図である。
リジッドフレキシブル基板４８は、コネクタが実装される強度が必要な部分はリジッド構造となっている。また、リジッドフレキシブル基板４８は、リンク１１に巻きつけるため柔軟さが必要な部分はフレキシブル構造となっている。具体的には、図６（ｃ）に示す４８ａ、４８ｂ、４８ｃはリジッド構造である。一方、４８ｄ、４８ｅはフレキシブル構造である。リジッドフレキシブル基板４８のリジッド構造部には固定用ネジ貫通穴４２が設けられ、リンク１１には固定用ネジ穴４３が設けられている。リジッドフレキシブル基板４８は、貫通穴４２を通してネジ穴４３にネジで固定される。 FIG. 6 is a configuration diagram showing fixing of the rigid flexible board 48 to the link 11. (A) is a perspective view from the side of the node, (b) is a perspective view from the arrow A in (a), and (c) is a cross-sectional view between BB ′ in (a).
The rigid flexible board 48 has a rigid structure at a portion where the strength for mounting the connector is required. Further, since the rigid flexible substrate 48 is wound around the link 11, a portion that needs to be flexible has a flexible structure. Specifically, 48a, 48b and 48c shown in FIG. 6C have a rigid structure. On the other hand, 48d and 48e are flexible structures. The rigid structure portion of the rigid flexible substrate 48 is provided with a fixing screw through hole 42, and the link 11 is provided with a fixing screw hole 43. The rigid flexible substrate 48 is fixed to the screw holes 43 through the through holes 42 with screws.

図７はリジッドフレキシブル基板４８の詳細な構造を示す図であり、基板を展開した状態を示す。リジッドフレキシブル基板のリジッド構造部４８ａ、４８ｂ、４８ｃは、フレキシブル構造部４８ｄ、４８ｅを介して接続されている。基板上にはアンプモジュール接続用コネクタ２５と制御ケーブル接続用コネクタ１３、固定用ネジ貫通穴４２が設けられている。また、図示しないが基板上にはコネクタ１３からコネクタ２５への制御信号及び電源出力の接続用パターンが設けられている。
リジッドフレキシブル基板４９、５０も同様の構造である。 FIG. 7 is a diagram showing a detailed structure of the rigid flexible substrate 48, and shows a state where the substrate is unfolded. The rigid structure portions 48a, 48b, and 48c of the rigid flexible substrate are connected via flexible structure portions 48d and 48e. On the substrate, an amplifier module connector 25, a control cable connector 13, and a fixing screw through hole 42 are provided. Although not shown, a pattern for connecting a control signal and a power output from the connector 13 to the connector 25 is provided on the substrate.
The rigid flexible substrates 49 and 50 have the same structure.

図８は多指部１の節１ｄの構成を示す図である。（ａ）は節の側面からの透視図、（ｂ）は（ａ）のＢ-Ｂ´間の断面図である。
多指部２と３も同じ構成である。アクチュエータ８の回転子８ａはリンク１１で保持されるよう構成されている。リンク１１の周囲にはリジッドフレキシブル基板５０がコの字型に曲げた形で固定され、リジッドフレキシブル基板５０と制御回路を内蔵した制御モジュール４４がコネクタ２０で接続される。リジッドフレキシブル基板のコネクタ１３にはリジッドフレキシブル基板４９への制御ケーブル５ｂが接続される。このように制御回路は指の節の内部に配置される。
また、ケース１２には、固定用貫通穴４５が設けてあり、筐体４に取り付けられる。また、コネクタ２４は、ケース１２に設けた穴４６より筐体４へ直接接続される。 FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the node 1 d of the multi-finger portion 1. (A) is a perspective view from the side surface of a node, (b) is sectional drawing between BB 'of (a).
The multi-finger portions 2 and 3 have the same configuration. The rotor 8 a of the actuator 8 is configured to be held by the link 11. A rigid flexible board 50 is fixed around the link 11 in a U-shape, and the rigid flexible board 50 and a control module 44 incorporating a control circuit are connected by a connector 20. A control cable 5b to the rigid flexible board 49 is connected to the connector 13 of the rigid flexible board. In this way, the control circuit is arranged inside the finger node.
The case 12 is provided with a fixing through hole 45 and is attached to the housing 4. The connector 24 is directly connected to the housing 4 through a hole 46 provided in the case 12.

図９は制御モジュールの詳細な構成を示す図である。（ａ）は制御モジュールの断面図、（ｂ）は矢視Ａから見た図である。
制御モジュール４４のモジュールケース３５には指の節のケース１２のくりぬいた部分と接合するような外形である。制御モジュール４４には、ケース１２に設けられた固定ネジ穴４０に合致する位置に固定用貫通ネジ穴３９が設けられている。制御モジュール４４は、固定用貫通ネジ穴３９からケースの固定用ネジ穴４０にネジを通して固定される。制御モジュール４４のモジュールケース３５には制御回路２８の外形と合致する収納スペースがあり、そのスペースに制御回路２８が収納される。制御回路２８の収納後、アンプ回路の抜け防止のため固定用の固定板３８が、モジュールケースに設けられたネジ穴４１にネジを通して固定される。
制御回路２８の発熱部３７とモジュールケース３５の間には熱伝導シート３６が設けられ、発熱部３７の熱は、モジュールケース３５に放熱される。モジュールケース３５と節のケース１２の接合部には、熱伝導用のグリスを塗布され、モジュールケース３５からの熱は、節のケース１２全体に伝導される。 FIG. 9 is a diagram showing a detailed configuration of the control module. (A) is sectional drawing of a control module, (b) is the figure seen from arrow A. FIG.
The module case 35 of the control module 44 has such an external shape as to be joined to the hollowed portion of the case 12 of the finger joint. The control module 44 is provided with a fixing through screw hole 39 at a position matching the fixing screw hole 40 provided in the case 12. The control module 44 is fixed through a screw from the fixing through screw hole 39 to the fixing screw hole 40 of the case. The module case 35 of the control module 44 has a storage space that matches the outer shape of the control circuit 28, and the control circuit 28 is stored in that space. After the control circuit 28 is housed, a fixing plate 38 for fixing is fixed through a screw in a screw hole 41 provided in the module case in order to prevent the amplifier circuit from coming off.
A heat conductive sheet 36 is provided between the heat generating part 37 and the module case 35 of the control circuit 28, and the heat of the heat generating part 37 is radiated to the module case 35. The joint between the module case 35 and the node case 12 is coated with grease for heat conduction, and the heat from the module case 35 is conducted to the entire node case 12.

なお、リンク１１は、矩形断面であったが、これに限らず、多角形断面であっても良い。更には、リジッドフレキシブル基板のリジッド構造部が、リンク周囲に取り付けられる面を少なくとも備えていれば良い。 In addition, although the link 11 was a rectangular cross section, not only this but a polygon cross section may be sufficient. Furthermore, the rigid structure portion of the rigid flexible substrate may be provided with at least a surface to be attached around the link.

このように、アンプ回路および制御回路を指の内部に配置する機構を備えるため、掌に相当する筐体内の配置スペースを削減できる。また、これによりマニピュレータの外部に別途配置する必要があった上位の制御装置を掌に相当する筐体に搭載することができ、マニピュレータの周辺装置の配置スペースを削減することができる。
さらに、上位制御装置から指への制御信号を集約することができ、指と上位制御装置を内蔵する筐体と接続が容易になり、指をモジュール化することが容易になる。また、上位制御装置から指への制御信号をシリアルバス信号としたことで、指の増設が容易となる。 In this manner, since the amplifier circuit and the control circuit are provided with a mechanism for disposing the inside of the finger, the disposition space in the housing corresponding to the palm can be reduced. In addition, this makes it possible to mount a higher-level control device that had to be separately arranged outside the manipulator in a casing corresponding to a palm, and to reduce the arrangement space for peripheral devices of the manipulator.
Furthermore, it is possible to collect control signals from the host control device to the finger, and it becomes easy to connect the finger to the housing incorporating the host control device, and it becomes easy to modularize the finger. Further, since the control signal from the host controller to the finger is a serial bus signal, it is easy to add a finger.

なお、節を駆動するアクチュエータの配置は上記実施例に限定されるものではない。すなわち、たとえば、節１ｂ（２ｂ、３ｂ）を駆動するアクチュエータが、節１ｂ側ではなく、節１ｃ側に設けられていても良い。 The arrangement of the actuator for driving the node is not limited to the above embodiment. That is, for example, the actuator that drives the node 1b (2b, 3b) may be provided on the node 1c side instead of the node 1b side.

本発明のマニピュレータ装置の構成図Configuration diagram of manipulator device of the present invention 本発明のマニピュレータ装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the manipulator apparatus of this invention 本発明のマニピュレータ装置の指の側断面図Side sectional view of finger of manipulator device of the present invention 本発明のマニピュレータ装置のアンプモジュールの取付けを示す構造図Structural drawing showing attachment of amplifier module of manipulator device of the present invention 本発明のマニピュレータ装置のアンプモジュールの構造図Structure diagram of amplifier module of manipulator device of the present invention 本発明のマニピュレータ装置のリジッドフレキシブル基板の取付けを示す構造図Structural drawing showing attachment of rigid flexible board of manipulator device of the present invention 本発明のマニピュレータ装置のリジッドフレキシブル基板の構造図Structure diagram of rigid flexible substrate of manipulator device of the present invention 本発明のマニピュレータ装置の指の側断面図Side sectional view of finger of manipulator device of the present invention 本発明のマニピュレータ装置のアンプモジュールの構造図Structure diagram of amplifier module of manipulator device of the present invention 従来のマニピュレータ装置の構造図Structure diagram of conventional manipulator device

１、２、３多指部
１ａ、２ａ、３ａ節
１ｂ、２ｂ、３ｂ節
１ｃ、２ｃ、３ｃ節
１ｄ、２ｄ、３ｄ節
４筐体（掌部）
５ａ、５ｂ制御ケーブル
６、７、８アクチュエータ
６ａ、７ａ、８ａ回転子
６ｂ、７ｂ、８ｂ固定子
９アンプモジュール
１１リンク
１２ケース
１３、２０、２４、２５、２６コネクタ
１４シリアルバス通信信号
１５アクチュエータケーブル
１６ＣＰＵ
１７制御ＬＳＩ
１８通信ＬＳＩ
１９上位制御装置
２１、２２、２３アンプ回路
２８制御回路
２９、３０、３１制御信号
３２電源回路
３３電源ケーブル
３４電源出力
３５モジュールケース
３６熱伝導シート
３７発熱部
３８固定板
３９、４１、４２、４５、４６貫通穴
４０、４３固定用ネジ穴
４４制御モジュール
４８、４９、５０リジッドフレキシブル基板（信号分配手段）
１０４サーボ制御装置
１０５制御ケーブル
１０６、１０７、１０８アクチュエータ
１１０リジッドフレキシブル基板
１１１フィン
１１３、１２５、１２６、１２７コネクタ
１１４通信ケーブル
１１５アクチュエータケーブル
１２１、１２２、１２３アンプ回路
１２８制御回路
１２９、１３０、１３１制御信号
１３２電源回路
１３３電源ケーブル
１３４電源出力 1, 2, 3 Multifinger 1a, 2a, 3a Node 1b, 2b, 3b Node 1c, 2c, 3c Node 1d, 2d, 3d Node 4 Case (palm)
5a, 5b Control cable 6, 7, 8 Actuator 6a, 7a, 8a Rotor 6b, 7b, 8b Stator 9 Amplifier module 11 Link 12 Case 13, 20, 24, 25, 26 Connector 14 Serial bus communication signal 15 Actuator cable 16 CPU
17 Control LSI
18 Communication LSI
19 Host controller
21, 22, 23 Amplifier circuit 28 Control circuit 29, 30, 31 Control signal 32 Power circuit 33 Power cable 34 Power output 35 Module case 36 Heat conduction sheet 37 Heat generating part 38 Fixing plate 39, 41, 42, 45, 46 Through hole 40, 43 Fixing screw hole 44 Control module 48, 49, 50 Rigid flexible substrate (signal distribution means)
104 Servo control device 105 Control cable 106, 107, 108 Actuator 110 Rigid flexible board 111 Fin 113, 125, 126, 127 Connector 114 Communication cable 115 Actuator cable 121, 122, 123 Amplifier circuit 128 Control circuit 129, 130, 131 Control signal 132 power circuit 133 power cable 134 power output

Claims

A multi-fingered hand with a palm and a plurality of fingers,
The finger portion includes a fourth node provided at the palm portion, a third node provided at the tip of the fourth node, and a second node provided at the tip of the third node. And a first node provided at the tip of the second node, and the first to third nodes can be independently driven by first to third actuators incorporated in the nodes, respectively. In a multi-fingered hand,
A host controller provided in the palm;
A power supply unit provided on the palm and supplying power;
A multi-fingered hand provided in the fourth node, comprising: a control unit that controls the actuator in accordance with a command from the host control device.

Provided with a first amplifier section and a second amplifier section for driving the first actuator and the second actuator, respectively, provided in a case section forming the outer shell of the second node;
The control unit and the power supply unit transmit actuator control signals and supply driving power to the first and second amplifier units via cables provided outside the finger units, respectively. The multi-fingered hand according to claim 1, wherein:

The first and second amplifier units include a printed circuit board on which an amplifier circuit is mounted, and a module case for fixing the printed circuit board,
3. The multi-fingered hand according to claim 2, wherein the heat-generating component of the amplifier circuit contacts a heat conductive sheet provided in the module case, and the module case is fixed to the case portion from the outside. .

A signal distribution means for connecting the cable to the inside of the case portion;
4. The multi-fingered hand according to claim 3, wherein the actuator control signal and the drive power supply are distributed to the first and second amplifier units via the signal distribution unit. 5.

The signal distribution means is a flexible print that electrically connects the first and second rigid boards and the first and second rigid boards connected to the first and second amplifier sections, respectively. The multi-fingered hand according to claim 4, wherein the multi-finger hand is a rigid flexible substrate including a substrate.

A polygonal column-shaped link member composed of a plurality of side surfaces for transmitting the rotation of the second actuator to the first node inside the second node,
The multi-fingered hand according to claim 5, wherein the first and second rigid substrates are respectively fixed to different side surfaces of the link member.

The first and second rigid boards each include a connector portion connected to correspond to the first and second amplifier portions, respectively.
The multi-fingered hand according to claim 6, wherein when the amplifier part is fixed to the case from the outside, the rigid board and the amplifier part are electrically connected by the connector part.

The case portion forming the outer shell of the second node and the link member have a polygonal column shape configured by the same number of side surfaces,
The first and second rigid boards are respectively fixed to different side surfaces of the link member;
The first and second amplifier units are fixed from the outside to the side surface of the case unit located outside the side surface of the link member to which the first and second rigid boards are fixed. The multi-fingered hand according to claim 5.

A manipulator device comprising the multifinger hand according to claim 1.