JP2013240843A - Finger mechanism for robot hand, and robot hand provided with the finger mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ロボットハンド用の指機構及びこの指機構を備えるロボットハンドに関する。 The present invention relates to a finger mechanism for a robot hand and a robot hand equipped with the finger mechanism.
複数の指部の開閉を制御することで様々な把持対象物を把持するグリッパー型のロボットハンドが、例えば特許文献1に記載されている。
For example,
このような異なる大きさの把持対象物を把持可能なロボットハンドを小型化するためには、指部の開閉を駆動するモータを小型化する必要があるが、モータを小型化するとモータの出力が低下するため、ロボットハンドの把持力が小さくなってしまう。一方、モータの出力軸にラック・ピニオン噛み合い機構や遊星歯車機構などの減速機構を介して指部を接続することで、小型のモータを使用してもロボットハンドの把持力を高めることはできるものの、減速機構により指部の開閉速度が遅くなり、作業効率が低下してしまう。すなわち、小型化されるロボットハンドにおいて把持力の増加と指部の高速開閉とを両立することは困難であった。 In order to reduce the size of a robot hand capable of gripping objects of different sizes, it is necessary to reduce the size of the motor that drives opening and closing of the fingers. Since it decreases, the gripping force of the robot hand becomes small. On the other hand, the gripping force of the robot hand can be increased even if a small motor is used by connecting the fingers to the output shaft of the motor via a reduction mechanism such as a rack and pinion meshing mechanism or a planetary gear mechanism. The opening / closing speed of the finger portion is slowed by the deceleration mechanism, and the work efficiency is lowered. That is, it has been difficult to achieve both increase in gripping force and high-speed opening / closing of the finger portion in a robot hand to be miniaturized.
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、高い把持力と指部の高速開閉とを両立したロボットハンド用の指機構及びこの指機構を備える小型化可能なロボットハンドを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems. A finger mechanism for a robot hand that achieves both high gripping force and high-speed opening / closing of a finger portion, and a miniaturizable robot hand including the finger mechanism. The purpose is to provide.
この発明に係るロボットハンドの指機構は、筐体と、筐体に対して移動可能に設けられた可動部材と、可動部材内に設けられたモータと、モータの出力軸に接続されたピニオンギアと、筐体に固定されピニオンギアが噛み合うラックと、出力軸に固定され、モータの駆動により回動する指部と、モータの駆動によりピニオンギアがラックに噛み合いながら移動することで可動部材と共に指部が移動する。ピニオンギアがラックに噛み合いながら移動することにより、指部が回動して指部が開閉すると共に可動部材が移動して指部に把持力を与える。
指部は平行リンク機構を備えてもよい。
この発明に係るロボットハンドは、上記のロボットハンド用の指機構を複数備え、複数の指機構で把持対象物を把持する際に、指部が把持対象物に近づく方向へ回動すると、可動部材は、指部が把持対象物に近づく方向に移動する。
The finger mechanism of the robot hand according to the present invention includes a housing, a movable member provided to be movable with respect to the housing, a motor provided in the movable member, and a pinion gear connected to the output shaft of the motor. And a rack that is fixed to the housing and meshes with the pinion gear, a finger portion that is fixed to the output shaft and rotates by driving the motor, and the pinion gear that moves by meshing with the rack by driving the motor moves the finger together with the movable member. Department moves. When the pinion gear moves while meshing with the rack, the finger part rotates to open and close the finger part, and the movable member moves to give a gripping force to the finger part.
The finger portion may include a parallel link mechanism.
A robot hand according to the present invention includes a plurality of finger mechanisms for the robot hand described above, and when a plurality of finger mechanisms grip a gripping object, the movable member is rotated when the finger portion rotates in a direction approaching the gripping object. Moves in a direction in which the finger portion approaches the grasped object.
この発明によれば、ピニオンギアがラックに噛み合いながら移動することにより、指部が回動して指部が開閉すると共に可動部材が移動して指部に把持力を与えるので、高い把持力と指部の高速開閉とを両立することができる。 According to this invention, when the pinion gear moves while meshing with the rack, the finger part rotates to open and close the finger part and the movable member moves to give the finger part a gripping force. Both high-speed finger opening and closing can be achieved.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1に示されるように、ロボットハンド1は、直方体形状の筐体2を有している。筐体2の内部には、2つの可動部材であるギアボックス3a,3bが、後述する構成によって移動可能に設けられている。ギアボックス3a,3bにはそれぞれ、後述する構成によって回動可能に指部4a,4bが設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the
図2に示されるように、ギアボックス3a,3bの内部にはそれぞれ、超音波モータやDCモータのようなモータ5a,5bが設けられている。モータ5a,5bそれぞれの出力軸6a,6bにはそれぞれ、ピニオンギア7a,7bが接続されると共に指部4a,4bが固定されている。また、筐体2には、各ギアボックス3a,3b内のピニオンギア7a,7bがそれぞれ噛み合うラック8a,8bが固定されている。筐体2の内部において、ギアボックス3a,3b間に、隙間9が形成されている。
As shown in FIG. 2, motors 5a and 5b such as ultrasonic motors and DC motors are provided in the gear boxes 3a and 3b, respectively.
次に、この発明の実施の形態1に係る指機構を備えたロボットハンドの動作について説明する。
図2に示されるように、モータ5a,5bが駆動すると、ピニオンギア7a,7bは、モータ5a,5bの出力軸6a,6bによって矢印Aの方向に回転し、さらにラック8a,8bに噛み合いながら水平方向(矢印Bの方向)に移動する。また、モータ5a,5bの駆動に伴い、出力軸6a,6bに固定された指部4a,4bはそれぞれ、把持対象物Oに近づく方向(矢印Cの方向)に向かって回動する。一方、ラック8a,8bに対するピニオンギア7a,7bの水平方向の移動により、出力軸6a,6b及びモータ5a,5bとともにギアボックス3a,3bは、互いに近づく方向(矢印Dの方向)に移動する。これにより、指部4a,4bも互いに近づく方向、すなわち指部4a,4bが把持対象物Oに近づく方向に移動する。
Next, the operation of the robot hand provided with the finger mechanism according to the first embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 2, when the motors 5a and 5b are driven, the
この結果、図3に示されるように、把持対象物Oを指部4a,4b間で把持するロボットハンド1の把持動作が行われる。具体的には、指部4a,4bがそれぞれ閉じる動作(把持対象物Oに近づく方向へ回動する動作)を行うと共に、ギアボックス3a,3bが隙間9を小さくする方向に移動して指部4a,4b間の距離が小さくなる。これにより、指部4a,4bが把持対象物Oに近づく方向へ回動することによる回動方向の力と、モータ5a,5bの駆動に伴いギアボックス3a,3b(指部4a,4b)が互いに近づく方向に移動することによる水平方向の力とが加えられることとなる。
As a result, as shown in FIG. 3, the gripping operation of the
モータ5a,5bの回転方向を逆に、すなわちピニオンギア7a,7bを矢印Aとは反対方向に回転させることにより、指部4a,4bは開く動作(把持対象物Oから遠ざかる方向へ回動する動作)を行う。また、ピニオンギア7a,7bの回転に伴う水平方向の移動(矢印Bとは反対の方向)により、ギアボックス3a,3bは、互いに離れる方向(矢印Dとは反対の方向)に移動し、指部4a,4b間の距離が遠くなる。その結果、図2のように指部4a,4bが開いた非把持状態に戻る。
By rotating the motors 5a and 5b in the reverse direction, that is, by rotating the
すなわち、開閉動作を行う指部4a,4bには、出力軸6a,6bを介してモータ5a,5bの出力が伝わると共に、モータ5a,5bの出力によりラック8a,8bに対してピニオンギア7a,7bが水平方向に移動することに起因する力が伝わる。
In other words, the outputs of the motors 5a and 5b are transmitted to the fingers 4a and 4b that perform the opening and closing operations via the output shafts 6a and 6b, and the
上記構成において、例えば、モータ5a,5bとして小型の超音波モータ(トルク3.0kgf・cm,回転数速度100rpm)を用い、ピニオンギア7a,7bとして直径10mmのものを用いると、指部4a,4bの開閉速度は100rpmとなり、指部4a,4bによる把持力は60N程度となる。すなわち、小型の超音波モータを用いた場合であっても、減速比の大きな減速機構を設けることなく、ロボットハンド1の把持力を高めることができる。また、ロボットハンド1には、減速比の大きな減速機構を設けていないので、指部4a,4bの開閉速度を速くすることがない。
In the above configuration, for example, when a small ultrasonic motor (torque: 3.0 kgf · cm, rotation speed: 100 rpm) is used as the motors 5a, 5b, and the
このように、ピニオンギア7a,7bがラック8a,8bに噛み合いながら移動することにより、指部4a,4bが回動して指部4a,4bが開閉すると共にギアボックス3a,3bが移動して指部4a,4bに把持力を与えるので、高い把持力と指部4a,4bの高速開閉とを両立することができる。
Thus, when the
実施の形態1では、筐体2内に、2つのギアボックス3a,3bを設けていたが、この形態に限定するものではない。筐体2内に1つのギアボックスを設ける(したがって、指部は1本)と共にこの1本の指部に対向するように板のような固定部材等を設けて、この1本の指部とこの固定部材とによって把持対象物を把持する形態であってもよい。この場合、固定部材の形状は板状に限定されず、任意の形状、サイズであってもよい。
In the first embodiment, the two gear boxes 3a and 3b are provided in the
実施の形態1では、モータ5a,5bの出力軸6a,6bに接続されたピニオンギア7a,7bに指部4a,4bがそれぞれ固定されていたが、この形態に限定するものではない。図4に示されるように、減速機構である減速歯車31,32を介して、モータ5aの出力をピニオンギア7aに伝達する形態であってもよい。この場合には、減速歯車32とピニオンギア7aとが回転軸33を共有し、回転軸33に指部4aが固定されている。ここで、回転軸33は、減速歯車31,32を介して出力軸6aの回転をピニオンギア7aに伝達するので、モータ5aの出力軸を構成する。尚、図示しないが、モータ5bからピニオンギア7bまでの動力伝達途中に減速機構がある場合についても同じ構成である。
In the first embodiment, the finger portions 4a and 4b are respectively fixed to the pinion gears 7a and 7b connected to the output shafts 6a and 6b of the motors 5a and 5b. However, the present invention is not limited to this configuration. As shown in FIG. 4, the output of the motor 5 a may be transmitted to the pinion gear 7 a via the reduction gears 31 and 32 that are reduction mechanisms. In this case, the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係る指機構を備えたロボットハンドについて説明する。尚、以下の実施の形態において、図1〜4の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態2に係るロボットハンドは、実施の形態1に対して、指部4a,4bが平行リンクを有するようにしたものである。
Next, a robot hand provided with a finger mechanism according to
The robot hand according to
図5に示されるように、ロボットハンド10の指部4aは、2本の平行リンク4a1,4a2と、平行リンク4a1,4a2のそれぞれの先端部分に回動可能に接続された把持爪15aとを有している。ここで、平行リンク4a1,4a2及び把持爪15aは平行リンク機構を構成する。2本の平行リンク4a1,4a2のうちの一方の平行リンク4a1の一端が、モータ5aの出力軸6aに固定されている。他方の平行リンク4a2の一端には、平行リンク4a2の回動中心となる回転軸17aが設けられ、回転軸17aは、ギアボックス3aが移動する方向、すなわち水平方向(矢印Eの方向)に移動可能になっている。ロボットハンド10の他方の指部4bも、上記と同様の構成の、2本の平行リンク4b1,4b2と把持爪15bとからなる平行リンク機構を有している。その他の構成は、実施の形態1と同じである。
As shown in FIG. 5, the finger portion 4a of the
次に、この発明の実施の形態2に係る指機構を備えたロボットハンドの動作について説明する。
図5に示されるように、モータ5aが駆動すると、出力軸6aに固定された平行リンク4a1が把持対象物Oに近づく方向(矢印Cの方向)に回動する。また、平行リンク4a1の回動にともない、平行リンク4a1に接続された把持爪15aも、把持対象物Oに近づく方向(矢印C’の方向)に回動する。さらに、把持爪15aの回動にともない、把持爪15aに接続された平行リンク4a2も、回転軸17aを中心にして把持対象物Oに近づく方向(矢印C”の方向)に回動する。回転軸17aは、平行リンク4a2の回動にともない、指部4bの回転軸17bに近づく方向(矢印Eの方向)へ水平方向に移動する。指部4bの回動についても同様である。この結果、図6に示されるように、指部4a,4bは、2つの把持爪15a,15bが平行な状態のまま閉じていき、把持対象物Oを平行な把持爪15a,15b間に把持できるようになる。尚、指部4a,4bによる把持力は、実施の形態1で説明した動作と同じ動作によって与えられる。
Next, the operation of the robot hand provided with the finger mechanism according to
As shown in FIG. 5, when the motor 5a is driven, the parallel link 4a1 fixed to the output shaft 6a rotates in a direction approaching the grasped object O (direction of arrow C). As the parallel link 4a1 rotates, the gripping claws 15a connected to the parallel link 4a1 also rotate in the direction approaching the object to be gripped O (the direction of the arrow C ′). Further, along with the rotation of the gripping claw 15a, the parallel link 4a2 connected to the gripping claw 15a also rotates in the direction approaching the gripping object O (the direction of the arrow C ") around the rotation shaft 17a. As the parallel link 4a2 rotates, the shaft 17a moves in the horizontal direction in the direction approaching the
実施の形態2においても、ピニオンギア7a,7bがラック8a,8bに噛み合いながら移動することにより、指部4a,4bが回動して指部4a,4bが開閉すると共にギアボックス3a,3bが移動して指部4a,4bに把持力を与えるので、実施の形態1と同じ効果を得ることができる。また、実施の形態2では、指部4a,4bが回動する際、指部4a,4bそれぞれの把持爪15a,15bが平行な状態を維持することにより、把持対象物Oと把持爪15a,15bとの接触面積が大きくなるので、安定した把持が可能となる。
Also in the second embodiment, when the pinion gears 7a and 7b move while meshing with the racks 8a and 8b, the finger portions 4a and 4b rotate to open and close the finger portions 4a and 4b, and the gear boxes 3a and 3b Since it moves and gives a gripping force to the finger parts 4a and 4b, the same effect as the first embodiment can be obtained. In the second embodiment, when the finger portions 4a and 4b are rotated, the gripping
実施の形態2にも、実施の形態1の変形例、すなわち、筐体2内に1つのギアボックスを設けると共に指部に対向するように板のような固定部材等を設ける変形例や、減速機構を設ける変形例も適用可能である。
Also in the second embodiment, a modification of the first embodiment, that is, a modification in which one gear box is provided in the
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3に係る指機構を備えたロボットハンドについて説明する。
この発明の実施の形態3に係るロボットハンドは、実施の形態1に対して、複数のギアボックスの配置形態を変更したものである。
Next, a robot hand provided with a finger mechanism according to
The robot hand according to
図7に示されるように、ロボットハンド20は、1つのギアボックス23が設けられた筐体22を3つ有し、各筐体22は、筐体22の長手方向に対して並列に配置されている。3つの筐体22のうち、真ん中に配置された筐体22内のギアボックス23から延びる指部24は、他の筐体22内のギアボックス23から延びる2つの指部24とは反対方向に設けられている。各筐体22内において、ギアボックス23と、指部24とは反対側に設けられている筐体22の壁部22aとの間には、隙間29が形成され、筐体22内でギアボックス23が移動する際に、隙間29が大きくなったり小さくなったりする。その他の構成、特に、ギアボックス23内の構成は、実施の形態1と同じである。
As shown in FIG. 7, the
実施の形態1と同じ動作により、各指部24が回動すると共に各隙間29が小さくなるように各ギアボックス23が筐体22内で移動することで、3つの指部24によって図示しない把持対象物を把持することができる状態となる。把持対象物を放す時は、この動作とは逆の動作を行えばよい。
By the same operation as in the first embodiment, each
実施の形態3においても、ピニオンギア7a,7bがラック8a,8bに噛み合いながら移動することにより、各指部24が回動して各指部24が開閉すると共にギアボックス23が移動して指部24に把持力を与えるので、実施の形態1と同じ効果を得ることができる。また、実施の形態3では、各指部24が、非直線的に位置する3つの位置で把持対象物を把持するので、安定した把持が可能となる。
Also in the third embodiment, the pinion gears 7a and 7b move while meshing with the racks 8a and 8b, so that each
実施の形態3では、指部24が3つであったが、3つの指部の形態に限定するものではない。2本の指部の形態であっても、4本以上の指部の形態であってもよい。
In the third embodiment, the number of
実施の形態1〜3において、ギアボックス及び指部が複数設けられている場合、全てのギアボックス及び指部が同じように動作する必要はない。例えば、実施の形態1及び2において、ギアボックス3aが水平方向に移動しないと共に指部4aが回動しない状態で、ギアボックス3bが水平方向に移動すると共に指部4bが回動したり、ギアボックス3a,3bそれぞれの移動距離及び指部4a,4bそれぞれの回動角度が異なるように動作したりしてもよい。また、例えば、実施の形態3においても、3つのギアボックス23の移動距離及び3つの指部24の回動角度が異なるように動作してもよい。
In the first to third embodiments, when a plurality of gearboxes and finger portions are provided, it is not necessary that all gearboxes and finger portions operate in the same manner. For example, in the first and second embodiments, when the gear box 3a does not move in the horizontal direction and the finger portion 4a does not rotate, the gear box 3b moves in the horizontal direction and the finger portion 4b rotates, The movement distances of the boxes 3a and 3b and the rotation angles of the finger portions 4a and 4b may be different. For example, also in the third embodiment, the movement distances of the three
1,10,20 ロボットハンド、2,22 筐体、3a,3b,23 ギアボックス(可動部材)、4a,4b,24 指部、4a1,4a2,4b1,4b2 平行リンク(平行リンク機構)、5a,5b モータ、6a,6b 出力軸、7a,7b ピニオンギア、8a,8b ラック、15a,15b 把持爪(平行リンク機構)、33 回転軸(出力軸)、O 把持対象物。 1,10,20 Robot hand, 2,22 Case, 3a, 3b, 23 Gear box (movable member), 4a, 4b, 24 Finger part, 4a1, 4a2, 4b1, 4b2 Parallel link (parallel link mechanism), 5a , 5b Motor, 6a, 6b Output shaft, 7a, 7b Pinion gear, 8a, 8b Rack, 15a, 15b Holding claws (parallel link mechanism), 33 Rotating shaft (output shaft), O Holding object.
Claims (3)
前記筐体に対して移動可能に設けられた可動部材と、
前記可動部材内に設けられたモータと、
前記モータの出力軸に接続されたピニオンギアと、
前記筐体に固定され前記ピニオンギアが噛み合うラックと、
前記出力軸に固定され、前記モータの駆動により回動する指部と、
前記モータの駆動により前記ピニオンギアが前記ラックに噛み合いながら移動することで前記可動部材と共に前記指部が移動するロボットハンド用の指機構。 A housing,
A movable member provided movably with respect to the housing;
A motor provided in the movable member;
A pinion gear connected to the output shaft of the motor;
A rack fixed to the housing and meshed with the pinion gear;
A finger portion fixed to the output shaft and rotated by driving of the motor;
A finger mechanism for a robot hand in which the finger portion moves together with the movable member when the pinion gear moves while meshing with the rack by driving of the motor.
前記複数の指機構で把持対象物を把持する際に、前記指部が前記把持対象物に近づく方向へ回動すると、前記可動部材は、前記指部が前記把持対象物に近づく方向に移動するロボットハンド。 A plurality of finger mechanisms for the robot hand according to claim 1 or 2,
When gripping an object to be grasped by the plurality of finger mechanisms, when the finger part rotates in a direction approaching the object to be grasped, the movable member moves in a direction in which the finger part approaches the object to be grasped. Robot hand.
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