JP2011121162A - Robot finger unit with gripping function - Google Patents
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Abstract
Description
本件発明は、把持動作機能を備えるロボットフィンガーユニットに関するものであり、特にフィンガー動作の自由度と把持力が高いロボットフィンガーユニットに関するものである。 The present invention relates to a robot finger unit having a gripping operation function, and more particularly to a robot finger unit having a high degree of freedom of finger operation and a high gripping force.
従来の把持動作機能を備えるロボットハンドは複雑な機構を備えており、且つロボットハンドのフィンガーは、通常、特定の目的にあわせて設計される。そのため、異なる物体を把持するためにはロボットハンドのフィンガーを交換することになって、実際に使用する現場では大きな不便を感じている。また、フィンガー動作の自由度を高め、フィンガーをいろいろな方向に運動させるためには、フィンガーを駆動するモータ等の数を多くしなければならない。しかし、モータの数が多くなると、ロボットハンド全体の体積と質量が増加する。一方、ロボットハンドの体積や質量を減らすために、配置するモータの数を減らすと、フィンガー動作の自由度も小さくなる。さらに、小さなモータを選択した場合には、駆動能力が過小であると、フィンガーの把持力が不足する。従って、ロボットハンドの設計においては、体積が小さなままでフィンガー動作の自由度と把持力とを大きくすることが最大の目標であった。 A conventional robot hand having a gripping operation function has a complicated mechanism, and the fingers of the robot hand are usually designed for a specific purpose. For this reason, in order to grip a different object, the fingers of the robot hand are exchanged, and it is very inconvenient at the actual use site. Further, in order to increase the degree of freedom of finger operation and move the fingers in various directions, the number of motors that drive the fingers must be increased. However, as the number of motors increases, the volume and mass of the entire robot hand increases. On the other hand, if the number of motors to be arranged is reduced in order to reduce the volume and mass of the robot hand, the degree of freedom of finger operation is also reduced. Furthermore, when a small motor is selected, if the driving ability is too small, the gripping force of the fingers is insufficient. Therefore, in the design of the robot hand, the greatest goal was to increase the degree of freedom of finger movement and the gripping force while keeping the volume small.
本件発明の目的は、把持動作機能を備えるロボットハンド全体の体積が小さく、フィンガー動作の自由度と把持力が高いロボットフィンガーユニットを提供する。 An object of the present invention is to provide a robot finger unit in which the entire volume of a robot hand having a gripping operation function is small, and the degree of freedom of finger operation and the gripping force are high.
本件発明に係るロボットフィンガーユニット: 本件発明に係るロボットフィンガーユニットは把持動作機能を備えるロボットフィンガーユニットであって、ベースと、当該ベースに固定した、回転軸を備える駆動機構と、片端側を回転軸と平行に設置した平行車軸を介し、平行車軸を回転軸として回転運動可能にベースに設置した第1部材と、第1部材の他端側に、回転軸と垂直に設置した垂直車軸を介し、垂直車軸を回転軸として回転運動可能に第1部材と連結した第2部材と、垂直車軸に垂直車軸を回転軸として回転可能に設置した滑車と駆動ケーブルとを備え、駆動ケーブルは、回転軸に巻き付けて固定した片端部と第2部材に固定した他端部と滑車に巻き付けた中間部とを備えることを特徴としている。 Robot finger unit according to the present invention: The robot finger unit according to the present invention is a robot finger unit having a gripping operation function, and includes a base, a drive mechanism that is fixed to the base, and includes a rotation shaft, and a rotation shaft on one end side. Via a parallel axle installed in parallel with the first member installed on the base so as to be capable of rotational movement with the parallel axle as a rotation axis, and on the other end side of the first member via a vertical axle installed perpendicular to the rotation axis, A second member connected to the first member so as to be rotatable about a vertical axle as a rotation axis; a pulley installed on the vertical axle so as to be rotatable about the vertical axle as a rotation axis; and a drive cable. One end portion wound and fixed, the other end portion fixed to the second member, and an intermediate portion wound around the pulley are provided.
本件発明に係るロボットフィンガーユニットにおいては、第1部材と第2部材との間に、n+1(但し、nは1以上の整数)個の垂直車軸を介して連結したn個の中間部材を備えものであることも好ましい。 The robot finger unit according to the present invention includes n intermediate members connected via n + 1 (where n is an integer of 1 or more) vertical axles between the first member and the second member. It is also preferable.
本件発明に係るロボットフィンガーユニットは、駆動ケーブルが第1ケーブルと第2ケーブルとを備えるものであることも好ましい。 In the robot finger unit according to the present invention, the drive cable preferably includes a first cable and a second cable.
本件発明に係るロボットフィンガーユニットにおいては、n+1個の垂直車軸はそれぞれが第1滑車と第2滑車とを備え、第1ケーブルの中間部は第1滑車に回転方向1に沿って巻き付け、第2ケーブルの中間部は第2滑車に回転方向1とは異なる回転方向2に沿って巻き付けたものであることも好ましい。 In the robot finger unit according to the present invention, each of the n + 1 vertical axles includes a first pulley and a second pulley, and an intermediate portion of the first cable is wound around the first pulley along the rotational direction 1, It is also preferable that the middle part of the cable is wound around the second pulley along a rotational direction 2 different from the rotational direction 1.
本件発明に係るロボットフィンガーユニットにおいては、第2部材が、回転式張力調整部材と固定部材とを備え、第1ケーブル及び第2ケーブルのいずれか一方の他端部を回転式張力調整部材に巻き付けて固定し、第1ケーブル及び第2ケーブルのいずれか他方の他端部を固定部材に固定したものであることも好ましい。 In the robot finger unit according to the present invention, the second member includes a rotary tension adjusting member and a fixing member, and the other end of either the first cable or the second cable is wound around the rotary tension adjusting member. It is also preferable that the other end of either the first cable or the second cable is fixed to the fixing member.
本件発明に係るロボットフィンガーユニットは、回転式張力調整部材に巻き付けて固定した第1ケーブルの片端部及び第2ケーブルの片端部のいずれか一方を回転軸に時計回り方向に巻き付けて固定し、他端部を固定部材に固定した第1ケーブルの片端部及び第2ケーブルの片端部の他方を回転軸に反時計回り方向に巻き付けて固定したものであることも好ましい。 In the robot finger unit according to the present invention, either one end of the first cable or one end of the second cable that is wound and fixed around the rotary tension adjusting member is wound around the rotation axis in the clockwise direction and fixed. It is also preferable that one end of the first cable whose end is fixed to the fixing member and the other of the one end of the second cable are wound around the rotating shaft in a counterclockwise direction and fixed.
本件発明に係るロボットハンドは、駆動ケーブルと滑車を利用してロボットフィンガーユニットの屈曲動作を制御するため、物体を把持する際には、部材間に形成される角度は、把持する物体の形状に最適な角度になる。その結果、ロボットハンドの自由度が高まり、部材と物体との接触がより密接になる。 Since the robot hand according to the present invention controls the bending operation of the robot finger unit using a drive cable and a pulley, when gripping an object, the angle formed between the members is the shape of the object to be gripped. The optimal angle. As a result, the degree of freedom of the robot hand increases and the contact between the member and the object becomes closer.
本件発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を示し、図面を参照しつつ詳細に説明する。 In order that the objects, features, and advantages of the present invention will be more clearly understood, embodiments will be described below and described in detail with reference to the drawings.
図1に示すロボットハンド100は、ベース200と3セットのロボットフィンガーユニット300と3セットの駆動機構Dを備えている。ロボットフィンガーユニット300は、ベース200に、回転可能に接続している。駆動機構Dは、ベース200に接続しており、それぞれの駆動機構Dは、対応するロボットフィンガーユニット300に接続し、それぞれのロボットフィンガーユニット300を屈曲動作させて物体を把持するように駆動する。
A
ここで断っておくが、図1に示すロボットハンド100が備えているロボットフィンガーユニット300は3セットであるが、ベース200に接続するロボットフィンガーユニット300は、3セットに限定されるものではない。ロボットハンド100は、少なくとも2セットのロボットフィンガーユニット300を備えれば、物体を把持することができる。また、ロボットハンド100には、使用目的によってさらに複数のロボットフィンガーユニット300を増設することができる。その場合には、物体をより強固に把持することができる。
Here, although the
以下に各ロボットフィンガーユニット300の構成と駆動方式を説明する。図2及び図3に示す各ロボットフィンガーユニット300は、第1部材301と、第2部材302と、中間部材303と、2つの車軸Wと、2つ滑車400と、回転式張力調整部材500と、固定部材600とを備えている。
The configuration and driving method of each
まず、第1部材301は、ベース200に接続しており、中間部材303は、第1部材301と第2部材302の両方に接続している。車軸Wは、2つの隣接する部材を接続するために配置しており、第1部材301と中間部材303とは車軸Wを中心として回転可能であり、第2部材302と中間部材303も車軸Wを中心として回転可能である。
First, the
ここで断っておくが、この実施形態において、ロボットフィンガーユニット300は、第1部材301と、第2部材302と、中間部材303とを備えているが、これに限定されるものではない。ロボットハンド100は、少なくとも第1部材301と第2部材302とを備えていれば、物体を把持することができる。従って、中間部材303の配置を必須とするものではない。また、複数の中間部材303を備えることもでき、配置する中間部材303の数量は使用目的に合わせて決めれば良い。この時、核部材間に配置する車軸Wと滑車400の数も部材と部材との接続部分の数から決めれば良い。
In this embodiment, the
そして、図3に示す様に、滑車400は、第1滑車401と第2滑車402とを備え、第1滑車401と第2滑車402とはフリーホイールであり、各車軸Wに対してそれぞれ緩みがあるように設けられている。そして、回転式張力調整部材500と固定部材600とが第2部材302に配置されている。回転式張力調整部材500は、所定の方向に回転させるためには所定のトルクを必要とする部材である。また、駆動機構Dは、モータMと回転軸Aを備え、図1に示すようにモータMはベース200に接続し、回転軸AはモータMと接続している。回転軸Aは、モータMに駆動され、時計回り、又は反時計回りに回転する。ここで断っておくが、本実施形態の駆動機構DはモータMと回転軸Aで構成されているが、この構成に限定されるものではない。駆動機構Dは、電磁弁、ギヤ、又はその他の機構で構成することもできる。
As shown in FIG. 3, the
また、図4に示すように、ロボットフィンガーユニット300は、第1ケーブル701と第2ケーブル702とで構成される駆動ケーブル700を備えている。この第1ケーブル701の中間部は回転方向F1に沿って、2つの第1滑車401に巻き付けられ、第2ケーブル702の中間部は回転方向F2に沿って、2つの第2滑車402に巻き付けられている。そして、第1ケーブル701と第2ケーブル702とはそれぞれ片端部E1と他端部E2とを備えている。そして、第1ケーブル701の片端部E1と第2ケーブル702の片端部E1とは回転軸Aに反対方向に巻き付けられて固定される。また、第1ケーブル701の他端部E2は回転式張力調整部材500に巻き付けられて固定され、第2ケーブル702の他端部E2は固定部材600に固定される。
Further, as shown in FIG. 4, the
ここで断っておくが、第1ケーブル701の片端部E1と第2ケーブル702の片端部E1とは回転軸Aに反対方向に巻き付けられることから、回転軸Aが時計回りに回転した時、必ず、いずれか一方のケーブルを引っ張り、他方のケーブルを緩める。反時計回りにした場合もまた同様である。よって、第1ケーブル701と第2ケーブル702とを回転軸Aのどちらの方向に巻き付けるかに特段の制限はなく、第1ケーブル701と第2ケーブル702とが、互いに反対方向に向かって回転軸Aに巻き付けられた状態で固定されていれば良い。
Note that one end E1 of the
ロボットハンドが物体を把持する際には、例えば、モータMを駆動して回転軸Aを時計方向に回転させ、他端部を回転式張力調節部材に巻き付けて固定した第1ケーブル701を引っ張り、他端部を固定部材に固定した第2ケーブル702を緩める。このようにすれば、各ロボットフィンガーユニット300は互いに向き合う方向に屈曲動作するため、物体をロボットフィンガーユニット300の間に把持することができる。一方、モータMを逆方向に駆動して回転軸Aを反時計方向に回転させると、第1ケーブル701を緩め、第2ケーブル702を引っ張るため、各ロボットフィンガーユニット300は互いに向き合っている屈曲状態を解消する方向に動作し、物体を放出する。
When the robot hand grips an object, for example, the motor M is driven to rotate the rotating shaft A clockwise, the other end is wound around the rotary tension adjusting member, and the
さらに詳しく説明すると、駆動ケーブル700の中間部を巻き付ける滑車400はフリーホイールである。よって、駆動ケーブル700の張力を調整すれば、第1部材301、第2部材302と中間部材303の各部材で形成するロボットフィンガーユニット300の屈曲動作レベルを制御できる。具体的には、他端部を回転式張力調節部材に巻き付けて固定した第1ケーブル701を引っ張れば、中間部材303が第1部材301に対して車軸Wを中心に回転し、第2部材302が中間部材303に対して車軸Wを中心に回転する。この時、それぞれの部材は、把持する物体の形状に適応した角度まで回転する。より具体的には、中間部材303は第1部材301に対して車軸Wを中心に回転し、中間部材303が物体と接触すると、中間部材303はそれ以上回転しない。しかし、第2部材302は、第2部材302が物体と接触するまでさらに中間部材303に対して車軸Wを中心に回転する。言い換えれば、第2部材302が物体と接触するまで中間部材303に対して回転すると、第2部材302はそれ以上回転しない。しかし、中間部材303は、第1部材301と物体とが接触するまで、さらに第1部材301に対して車軸Wを中心に回転する。その結果、物体をロボットフィンガーユニット300の間にしっかり把持することができる。
More specifically, the
上述した記載をまとめると、本件発明に係るロボットハンド100は、駆動ケーブル700と滑車400を利用してロボットフィンガーユニット300の屈曲動作を制御するため、物体を把持する時、各部材間には、物体の形状に対して最適な把持角度が形成される。その結果、物体と各部材との接触がより密接になると同時に、ロボットハンドの動作の自由度が大きくなる。
To summarize the above description, the
以上、本件発明に係る好適な実施形態を例示したが、図又は説明書の説明では、類似又は同一の部分は、同一の符号を用いている。また、実施形態を示す図では、形状又は厚さをデフォルメしたり、表示を簡略化している。また、図に記載して説明している各構成要素については、本件発明を限定するものではない。従って、当業者であれば、本件発明に係る精神及び範囲を逸脱しない範囲で、多少の変更や修正を加えることが可能である。よって、本件発明が請求する権利の保護範囲は、特許請求の範囲を基準とする。 As mentioned above, although suitable embodiment which concerns on this invention was illustrated, in description of a figure or description, the same code | symbol is used for the same or same part. Moreover, in the figure which shows embodiment, shape or thickness is deformed or a display is simplified. Further, the present invention is not limited to each component described in the drawings. Accordingly, those skilled in the art can make some changes and modifications without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the protection scope of the rights claimed by the present invention is based on the claims.
100 ロボットハンド
200 ベース
300 ロボットフィンガーユニット
301 第1部材
302 第2部材
303 中間部材
400 滑車
401 第1滑車
402 第2滑車
500 回転式張力調整部材
600 固定部材
700 駆動ケーブル
701 第1ケーブル
702 第2ケーブル
A 回転軸
D 駆動機構
E1 片端部
E2 他端部
F1 回転方向1
F2 回転方向2
M モータ
W 垂直車軸
100
600 Fixing
D drive mechanism E1 one end E2 other end F1 rotation direction 1
F2 Rotation direction 2
M Motor W Vertical axle
Claims (6)
ベースと、当該ベースに固定した、回転軸を備える駆動機構と、片端側を当該回転軸と平行に設置した平行車軸を介し、当該平行車軸を回転軸として回転運動可能に当該ベースに設置した第1部材と、当該第1部材の他端側に、当該回転軸と垂直に設置した垂直車軸を介し、当該垂直車軸を回転軸として回転運動可能に当該第1部材と連結した第2部材と、当該垂直車軸に当該垂直車軸を回転軸として回転可能に設置した滑車と駆動ケーブルとを備え、
前記駆動ケーブルは、前記回転軸に巻き付けて固定した片端部と前記第2部材に固定した他端部と前記滑車に巻き付けた中間部とを備えることを特徴とするロボットフィンガーユニット。 A robot finger unit having a gripping operation function,
A base, a driving mechanism fixed to the base and provided with a rotating shaft, and a parallel axle having one end parallel to the rotating shaft and a parallel axle set as the rotating shaft to be capable of rotational movement. A first member, and a second member connected to the first member so as to be rotatable about the vertical axle as a rotation axis via a vertical axle installed perpendicularly to the rotation axis on the other end side of the first member; A pulley and a drive cable that are rotatably installed on the vertical axle as the rotation axis.
The robot cable unit according to claim 1, wherein the drive cable includes a first end portion wound around and fixed to the rotating shaft, a second end portion fixed to the second member, and an intermediate portion wound around the pulley.
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