JP2010247294A - ロボットハンド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 人間の手のように種々の手の動作表現をすることができるロボットハンド装置を提供する。
【解決手段】 ロボットハンド装置１０は、基部１２から延設される複数の指機構１４と、指機構１４を作動させるために指機構１４に対してタペット機構１６を介して連結される第１回動ローラ１８及び第２回動ローラ２０と、第１回動ローラ１８に対して動力を伝達する第１駆動モータ２２と、第２回動ローラ２０に対して動力を伝達する第２駆動モータ２４とを備える。第１回動ローラ１８と第２回動ローラ２０とは、同軸に配置されると共に個別に回動自在に構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の指機構を有したロボットハンド装置に関する。

従来、上記のようなロボットハンド装置としては、基部から延設される４本の指機構、及び各指機構を作動させる１つのモータを備えているものが知られている（特許文献１参照）。このロボットハンド装置には、各指機構を作動させるために各指機構に連結される４つの回動ローラ、及び各回動ローラに対してモータからの動力を異なるタイミングで伝達するように構成される動力伝達機構が設けられている。

このロボットハンド装置では、小指から順に折り曲げていくというような人間らしい把持動作を行うことができる。

特開２００６−１６７８３１号公報

しかしながら、上記の従来技術では、手の表現として４指と親指を開閉する動作のみであり、人間の手のように種々の手の動作表現をすることができなかった。

本発明は、人間の手のように種々の手の動作表現をすることができるロボットハンド装置を提供することを目的とする。

本発明のロボットハンド装置は、基部から延設される複数の指機構と、前記指機構を作動させるために前記指機構に対して伝達機構を介して連結される第１回動ローラ及び第２回動ローラと、前記第１回動ローラに対して動力を伝達する第１駆動モータと、前記第２回動ローラに対して動力を伝達する第２駆動モータとを備え、前記第１回動ローラと前記第２回動ローラとは、同軸に配置されると共に個別に回動自在に構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、各指機構は、第１駆動モータにより駆動され伝達機構を介して連結される第１回動ローラにより作動され、又は、第２駆動モータにより駆動され伝達機構を介して連結される第２回動ローラにより作動され、第１回動ローラと前記第２回動ローラとは、同軸に配置されると共に個別に回動自在となるように構成されているため、省スペースで人間の手のように種々の手の動作表現をすることができる。

本発明のロボットハンド装置において、前記第１回動ローラは、人差し指及び小指に対応する前記指機構を作動させ、前記第２回動ローラは、中指及び薬指に対応する前記指機構を作動させることが好ましい。

この好ましい形態によれば、第１駆動モータ及び第２駆動モータを正転及び逆転することにより、効率よく人間の手のように種々の手の動作表現をすることができる。

また、本発明のロボットハンド装置において、前記伝達機構は、前記第１回動ローラ及び第２回動ローラに設けられたカムの回転運動をタペット機構による直線運動に変換して前記指機構を作動させることが好ましい。

この好ましい形態によれば、第１回動ローラ及び第２回動ローラに設けられたカムの回転運動をタペット機構による直線運動に変換することにより、滑らかに指機構を作動させることができる。

また、本発明のロボットハンド装置において、前記伝達機構は、前記第１回動ローラ及び第２回動ローラに設けられたカムの回転運動をワイヤ及びプーリによる直線運動に変換して前記指機構を作動させることが好ましい。

この好ましい形態によれば、前記第１回動ローラ及び第２回動ローラに設けられたカムの回転運動をワイヤ及びプーリによる直線運動に変換することにより、滑らかに指機構を作動させることができる。

また、本発明のロボットハンド装置において、前記第１回動ローラの一方側に設けられた第１カム及び他方側に設けられた第２カム、並びに、前記第２回動ローラの一方側に設けられた第３カム及びの他方側に設けられた第４カムは、前記指機構を作動させて少なくとも７通りの手の動作表現ができるように形成されていることが好ましい。

この好ましい形態によれば、第１回動ローラ及び第２回動ローラが第１駆動モータ又は第２駆動モータにより正転又は逆転されることにより、指機構は、少なくとも７通りの手の動作表現をすることができる。

本発明に係るロボットハンド装置の第１実施形態を示す斜視図である。 第１実施形態の指機構を示す図であり、（ａ）は指機構が直立した状態を示す側面図、（ｂ）は指機構が屈曲した状態を示す側面図である。 第１実施形態の指機構により可能である手の動作表現を示す図であり、（ａ）は４本の指機構の直立及び屈曲で可能である手の動作表現を示す図である。（ｂ）は４本の指機構により可能である手の動作表現を示す模式図である。 第１実施形態のカムの形状を示す図である。 本発明に係るロボットハンド装置の第２実施形態を示す斜視図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本実施形態では、人間の手のように構成されるロボットハンド装置の指機構のうちの４本の指機構に対して本発明を適用した例を説明する。

[第１実施形態]
本発明の第１実施形態のロボットハンド装置１０は、図１に示すように、人間の手のひらや手の甲の部分に相当する基部１２、基部１２の一端縁から略同一方向に延設される４本の指機構１４、指機構１４を作動させるために指機構１４にタペット機構（伝達手段）１６を介して連結される第１回動ローラ１８及び第２回動ローラ２０、第１回動ローラ１８に対して動力を伝達する第１駆動モータ２２、並びに、第２回動ローラ２０に対して動力を伝達する第２駆動モータ２４を備えている。

基部１２は、人間の手のひらの部分を構成するためにケース状に形成される不図示の手掌部と、人間の手の甲の部分を構成するためにケース状に形成される手甲部１２ａとで構成されている。手掌部と手甲部１２ａとで形成される空間内に、タペット機構１６、第１回動ローラ１８、第２回動ローラ２０、第１駆動モータ２２、及び第２駆動モータ２４等が収容されている。

指機構１４は、図２（ａ）に示すように、３つの節間部材２６，２８，３０と、これらの節間部材２６，２８，３０同士や、根元側の節間部材２６と基部１２に固定されるフレームＦとを回動自在に連結する関節部材３２，３４，３６と、根元側の節間部材２６の動作に連動させて、その先の節間部材２８，３０を順次動作させるためのリンクアーム３８，４０とで主に構成されている。尚、以下の説明においては、便宜上、３つの節間部材２６，２８，３０を根元側から順に、根元部材２６、中間部材２８、指先部材３０ともいい、３つの関節部材３２，３４，３６を、根元側から順に第３関節部材３２、第２関節部材３４、第１関節部材３６ともいい、２つのリンクアーム３８，４０を、根元側から順に、第１リンクアーム３８、第２リンクアーム４０ともいう。また、以下の説明では、小指に相当する指機構１４のみを説明することとし、その他の人差し指、中指、薬指に相当する指機構１４については小指の機構と多少大きさが異なるだけで同様の構造となるのでその説明は省略することとする。

根元部材２６は、側面視で長方形の両端を半円状に形成したような形状となる部材であり、その基端部２６ａがフレームＦに固定された第３関節部材３２に回動自在に連結されると共に、その先端部２６ｂに第２関節部材３４を介して中間部材２８が回動自在に連結されている。また、根元部材２６には、その第３関節部材３６の近傍における手のひら側の適所にピンＰ１を介してタペット機構１６が連結されている。また、根元部材２６には、両端部２６ａ，２６ｂに、後記する第１リンクアーム３８に回動自在に連結される固定ピンＰ２およびピンＰ３を逃げるための逃げ溝２６ｃ，２６ｄが適宜形成されている。更に、根元部材２６には、その先端部２６ｂの手の甲側の適所に、ピンＰ４を介して第２リンクアーム４０が回動自在に連結されている。

中間部材２８は、その外形が根元部材２６と略同様の形状となる部材であり、その基端部２８ａが第２関節部材３４を介して根元部材２６に回動自在に連結されると共に、その先端部２８ｂに第１関節部材３６を介して指先部材３０が回動自在に連結されている。また、中間部材２８には、その第２関節部材３４の近傍における手のひら側の適所に、ピンＰ３を介して第１リンクアーム３８が回動自在に連結されている。

指先部材３０は、その外形が根元部材２６と略同様の形状となる部材であり、その基端部３０ａが第１関節部材３６を介して中間部材２８に回動自在に連結されている。また、指先部材３０には、その第１関節部材３６の近傍における手のひら側の適所に、ピンＰ５を介して第２リンクアーム４０が回動自在に連結されている。

第１リンクアーム３８は、フレームＦと中間部材２８とに回動自在に連結される部材であり、図２（ｂ）に示すように、タペット機構１６によって根元部材２６が引っ張られて（矢印Ａ１）、根元部材２６が回動すると（矢印Ａ２）、これに応じて固定ピンＰ２を中心に回動して（矢印Ａ３）、ピンＰ３を介して中間部材２２を引っ張るように作用している（矢印Ａ４）。

第２リンクアーム４０は、根元部材２６と指先部材３０とに回動自在に連結される部材であり、前記したように第１リンクアーム３８で中間部材２８が引っ張られて（矢印Ａ４）、中間部材２８が回動すると（矢印Ａ５）、これに応じてピンＰ４を中心に回動して（矢印Ａ６）、ピンＰ５を介して指先部材３０を引っ張って（矢印Ａ７）、指先部材３０を回動させるように作用している（矢印Ａ８）。

尚、指機構１４を折り曲げた状態から伸ばすときには、矢印Ａ１〜Ａ８の向きが全て逆になるように、指機構１４が動作するようになっている。

再び図１において、タペット機構１６は、後述する第１回動ローラ１８及び第２回動ローラ２０と一体に回転するカム５２に当接して、第１回動ローラ１８及び第２回動ローラ２０の回動運動を直進運動に変換するものである。

タペット機構１６は、上記カム５２に当接して直進運動するスライダ４２と、スライダ４２をカム５２に押し付けるスプリング４４と、スライダ４２の先端部に設けられスライダ４２の直進運動を、フレームＦに突設された回転中心軸４６ａを中心として回動する運動に変換する第３リンクアーム４６と、一端部が第３リンクアーム４６に回動自在に連結され他端部が根元部材２６の基端部２６ａにピンＰ１で回動自在に連結された第４リンクアーム４８を備えている。

タペット機構１６は、スライダ４２がカム５２の底面に当接している場合に指機構１４が直立し、スライダ４２がカム５２の頂面に当接している場合に指機構１４が屈曲するように構成されている。

第１回動ローラ１８は、指機構１４のうち人差し指及び小指に対応する指機構１４を作動させるためのものであり、第２回動ローラ２０は、指機構１４のうち中指及び薬指に対応する指機構１４を作動させるためのものである。

第１回動ローラ１８は第１駆動モータ２２でベルト伝達されて回動駆動され、第２回動ローラ２０は第２駆動モータ２４でベルト伝達されて回動駆動される。

第１回動ローラ１８と第２回動ローラ２０とは、同軸に配置されると共に個別に回動自在に構成されている。具体的には、第１回動ローラ１８の外周に円筒状に形成された第２回動ローラ２０が設けられる。

第１回動ローラ１８には、右端部に第１カム５０及び左端部に第２カム５２が設けられている。第２回動ローラ２０には、第１カム５０と第２カム５２との間で右側に第３カム５４及び左側に第４カム５６が設けられている。

次に、図３を参照して、本実施形態の４本の指機構１４で示すことができる手の動作表現について説明する。

第１動作表現は、人差し指に対応する指機構１４が屈曲しており、中指に対応する指機構１４が屈曲しており、薬指に対応する指機構１４が屈曲しており、及び小指に対応する指機構が屈曲している表現である。この場合は、ジャンケンにおける「グー」を表現している。

第２動作表現は、人差し指に対応する指機構１４が直立しており、中指に対応する指機構１４が屈曲しており、薬指に対応する指機構１４が屈曲しており、及び小指に対応する指機構が屈曲している表現である。この場合は、数数えの「１」又は指差しを表現している。

第３動作表現は、人差し指に対応する指機構１４が直立しており、中指に対応する指機構１４が直立しており、薬指に対応する指機構１４が屈曲しており、及び小指に対応する指機構が屈曲している表現である。この場合は、数数えの「２」又はジャンケンの「チョキ」を表現している。

第４動作表現は、人差し指に対応する指機構１４が直立しており、中指に対応する指機構１４が直立しており、薬指に対応する指機構１４が直立しており、及び小指に対応する指機構が屈曲している表現である。この場合は、数数えの「３」を表現している。

第５動作表現は、人差し指に対応する指機構１４が直立しており、中指に対応する指機構１４が直立しており、薬指に対応する指機構１４が直立しており、及び小指に対応する指機構が直立している表現である。この場合は、数数えの「４」又はジャンケンの「パー」を表現している。

第６動作表現は、人差し指に対応する指機構１４が屈曲しており、中指に対応する指機構１４が屈曲しており、薬指に対応する指機構１４が屈曲しており、及び小指に対応する指機構が直立している表現である。この場合は、指切りを表現している。

第７動作表現は、人差し指に対応する指機構１４が屈曲しており、中指に対応する指機構１４が直立しており、薬指に対応する指機構１４が直立しており、及び小指に対応する指機構が直立している表現である。この場合は、「ＯＫ」を表現している。

次に、図４を参照して、第１カム（人差し指カム）５０、第２カム（小指カム）５２、第３カム（中指カム）５４、及び第４カム（薬指カム）５６の形状について説明する。尚、全てのカムについてカムの外接円の半径が最大となる組み合わせとなる位置を基準とする。

第１カム５０は、−Ｘ軸とカムの交点がカムの頂面（基準点）であり、７２°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であり、１４４°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であり、２１６°時計回り方向に回転した位置がカムの頂面であり、及び２８８°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であるように形成されている。

第２カム５２は、−Ｘ軸とカムの交点がカムの頂面（基準点）であり、７２°時計回り方向に回転した位置がカムの頂面であり、１４４°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であり、２１６°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であり、及び２８８°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であるように形成されている。

第３カム５４は、−Ｘ軸とカムの交点がカムの頂面（基準点）であり、７２°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であり、１４４°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であり、２１６°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であり、及び２８８°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であるように形成されている。

第４カム５６は、−Ｘ軸とカムの交点がカムの頂面（基準点）であり、７２°時計回り方向に回転した位置がカムの頂面であり、１４４°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であり、２１６°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であり、及び２８８°時計回り方向に回転した位置がカムの底面であるように形成されている。

従って、第１動作表現の状態から第１回動ローラ１８及び第２回動ローラ２０を左側面視で時計回り方向に回転（正転）、及び反時計方向に回転(逆転)することにより図３に示すように他の６動作表現をすることができる。

第２動作表現は、第１回動ローラ１８を７２°逆転すると共に第２回動ローラ２０をそのままの状態にした場合に表現される。

第３動作表現は、第１回動ローラ１８を７２°逆転すると共に第２回動ローラ２０を７２°逆転にした場合に表現される。

第４動作表現は、第１回動ローラ１８を７２°逆転すると共に第２回動ローラ２０を７２°正転にした場合に表現される。

第５動作表現は、第１回動ローラ１８を７２°正転すると共に第２回動ローラ２０を７２°正転にした場合に表現される。

第６動作表現は、第１回動ローラ１８を１４４°正転すると共に第２回動ローラ２０をそのままの状態にした場合に表現される。

第７動作表現は、第１回動ローラ１８を１４４°正転すると共に第２回動ローラ２０を７２°正転にした場合に表現される。

本実施形態のロボットハンド装置１０によれば、指機構１４は、第１駆動モータ２２により駆動されタペット機構１６を介して連結される第１回動ローラ１８により作動され、又は、第２駆動モータ２４により駆動されタペット機構１６を介して連結される第２回動ローラ２０により作動され、第１回動ローラ１８と第２回動ローラ２０とは、同軸に配置されると共に個別に回動自在となるように構成されているため、省スペースで滑らかに指機構が作動されて人間の手のように種々の動作表現をすることができる。

また、本実施形態のロボットハンド装置１０によれば、第１回動ローラ１８は、人差し指及び小指に対応する指機構１４を作動させ、第２回動ローラ２０は、中指及び薬指に対応する指機構１４を作動させるため、第１駆動モータ２１及び第２駆動モータ２２を正転又は逆転させることにより、効率よく人間の手のように種々の動作表現をすることができる。

また、本実施形態のロボットハンド装置１０によれば、第１回動ローラ１８の右端部に設けられた第１カム及び左端部に設けられた第２カム、並びに、第２回動ローラ２０の右側に設けられた第３カム及びの左側に設けられた第４カムは、第１回動ローラ１８及び第２回動ローラ２０が第１駆動モータ２２又は第２駆動モータ２４により正転又は逆転されることにより、指機構は、少なくとも７通りの手の動作表現がすることができる。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。尚、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付してその説明を省略する。本発明の第２実施形態のロボットハンド装置１００は、第１実施形態のロボットハンド装置１０が、第１回動ローラ１８及び第２回動ローラ２０に設けられたカムの回転運動をタペット機構１６による直線運動に変換して指機構１４を作動させているのに対して、第１回動ローラ１０２及び第２回動ローラ１０４に設けられたカムの回転運動をワイヤ１０６及びプーリ１０８（伝達機構）による直線運動に変換して指機構１４を作動させるものである。

ロボットハンド装置１００には、手掌部と手甲部１０ａとで形成される空間内に、第１回動ローラ１０２、第２回動ローラ１０４、プーリ１０８、第３回動ローラ１１０、第１駆動モータ２２、及び第２駆動モータ２４等が収容されている。

第１回動ローラ１０２は、第１実施形態における第１回動ローラ１８に対応するものである。第２回動ローラ１０４は、第１実施形態における第２回動ローラ２０に対応するものである。

第３回動ローラ１１０は、第１回動ローラ１０２及び第２回動ローラ１０４に対して指機構１４側であって略平行に設けられている。

第１回動ローラ１０２は、指機構１４のうち人差し指及び小指に対応する指機構１４を作動させるためのものであり、第２回動ローラ１０４は、指機構１４のうち中指及び薬指に対応する指機構１４を作動させるためのものである。

第１回動ローラ１０２は第１駆動モータ２０でベルト伝達されて回動駆動され、第２回動ローラ１０４は第２駆動モータ２２でベルト伝達されて回動駆動される。

第１回動ローラ１０２と第２回動ローラ１０４とは、同軸に配置されると共に個別に回動自在となるように構成されている。具体的には、第１回動ローラ１０２の外周に円筒状に形成された第２回動ローラ１０４が設けられる。

第１回動ローラ１０２には、右端部に第１カム５０及び左端部に第２カム５２が設けられている。第２回動ローラ１０４には、第１カム５０と第２カム５２との間で右側に第３カム５４及び左側に第４カム５６が設けられている。

次に、第１回動ローラ１０２及び第２回動ローラ１０４の回動をプーリ１０８に伝達する構造について説明する。尚、以下の説明では、小指に相当する指機構１４に対応するプーリ１０８に回動を伝達する構造のみを説明することとし、その他の人差し指、中指、薬指に相当する指機構１４に対応するプーリ１０８に回動を伝達する構造については、小指に相当する指機構１４に対応するプーリ１０８に回動を伝達する構造におけるカムが異なるだけで同様の構造となるのでその説明は省略することとする。

第１回動ローラ１０２の第２カム５２の位置に対向する第３回動ローラ１１０の位置には、第２カム５２の回動が伝達されるカムフォロワ１１２が設けられている。カムフォロワ１１２には第１ドライブギア１１４が同軸に固定されている。第３回動ローラ１１０の第１ドライブギア１１４の位置に対向する第１回動ローラ１０２の位置には、第１ドライブギアの回動が伝達される第１フォロワギア１１６が設けられている。第１フォロワギア１１６には第２ドライブギア１１８が同軸に固定されている。第１回動ローラ１０２の第２ドライブギア１１８の位置に対向する第３回動ローラ１１０の位置には、第２ドライブギア１１８の回動が伝達される第２フォロワギア１２０が設けられている。第２フォロワギア１２０にはプーリ１０８が同軸に固定されている。

プーリ１０８には、ワイヤ１０６の一端が固定され指機構１４の表面から裏面にかけて掛け回されてワイヤ１０６の他端が固定されている。

プーリ１０８が左側面視で時計回り方向に回転することによりワイヤ１０６が巻き取られ指機構１４が屈曲する。一方、プーリ１０８が反時計回り方向に回転することによりワイヤ１０６が巻き取られ指機構１４が直立する。

本実施形態によれば、指機構１４は、第１駆動モータ２２により駆動されワイヤ１０６及びプーリ１０８を介して連結される第１回動ローラ１０２により作動され、又は、第２駆動モータ２４により駆動されワイヤ１０６及びプーリ１０８を介して連結される第２回動ローラ１０４により作動され、第１回動ローラ１０２と第２回動ローラ１０４とは、同軸に配置されると共に相互に回動自在となるように構成されているため、省スペースで滑らかに指機構１４が作動されて人間の手のように種々の動作表現をすることをすることができる。

１０…ロボットハンド装置、１２…基部、１２ａ…手甲部、１４…指機構、１６…タペット機構、１８…第１回動ローラ、２０…第２回動ローラ、２２…第１駆動モータ、２４…第２駆動モータ、２６…根元部材、２６ａ…基端部、２６ｂ…先端部、２６ｃ，２６ｄ…逃げ溝、２８…中間部材、３０…指先部材、３２…第３関節部材、３４…第２関節部材、３６…第１関節部材、３８…第１リンクアーム、４０…第２リンクアーム、４２…スライダ、４４…スプリング、４６…第３リンクアーム、４６ａ…回転中心軸、４８…第４リンクアーム、５０…第１カム、５２…第２カム、５４…第３カム、５６…第４カム、１００…ロボットハンド装置、１０２…第１回動ローラ、１０４…第２回動ローラ、１０６…ワイヤ、１０８…プーリ、１１０…第３回動ローラ、１１２…カムフォロワ、１１４…第１ドライブギア、１１６…第１フォロワギア、１１８…第２ドライブギア、１２０…第２フォロワギア、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５…ピン、Ｆ…フレーム。

Claims (5)

1. 基部から延設される複数の指機構と、
   前記指機構を作動させるために前記指機構に対して伝達機構を介して連結される第１回動ローラ及び第２回動ローラと、
   前記第１回動ローラに対して動力を伝達する第１駆動モータと、
   前記第２回動ローラに対して動力を伝達する第２駆動モータとを備え、
   前記第１回動ローラと前記第２回動ローラとは、同軸に配置されると共に個別に回動自在に構成されていることを特徴とするロボットハンド装置。
2. 請求項１記載のロボットハンド装置において、
   前記第１回動ローラは、人差し指及び小指に対応する前記指機構を作動させ、前記第２回動ローラは、中指及び薬指に対応する前記指機構を作動させることを特徴とするロボットハンド装置。
3. 請求項１又は２記載のロボットハンド装置において、
   前記伝達機構は、前記第１回動ローラ及び第２回動ローラに設けられたカムの回転運動をタペット機構による直線運動に変換して前記指機構を作動させることを特徴とするロボットハンド装置。
4. 請求項１又は２記載のロボットハンド装置において、
   前記伝達機構は、前記第１回動ローラ及び第２回動ローラに設けられたカムの回転運動をワイヤ及びプーリによる直線運動に変換して前記指機構を作動させることを特徴とするロボットハンド装置。
5. 請求項３又は４記載のロボットハンド装置において、
   前記第１回動ローラの一方側に設けられた第１カム及び他方側に設けられた第２カム、並びに、前記第２回動ローラの一方側に設けられた第３カム及びの他方側に設けられた第４カムは、前記指機構を作動させて少なくとも７通りの手の動作表現ができるように形成されていることを特徴とするロボットハンド装置。