JP2021092253A - Actuator, holding mechanism, and multi-fingered robot hand - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、２点間の距離を変更するためのアクチュエータ、折り曲げ機構、及び多指ロボットハンドに関するものである。 The present invention relates to an actuator for changing the distance between two points, a bending mechanism, and a multi-finger robot hand.
例えばロボットアームなどのエンドエフェクタとして用いられる多指ロボットハンドなどには、関節を折り曲げるための折り曲げ機構が用いられている。折り曲げ機構としては、互いに接続された２つの節間に設けられ、一方の節の一点と他方の節の一点との２点間の距離を変更するため構造を有するものがある。例えば、２点間の距離を規定するためのワイヤと、２点間の距離をワイヤにより規定された距離に保持するためのばねとを利用した構造が知られている。 For example, in a multi-finger robot hand used as an end effector of a robot arm or the like, a bending mechanism for bending a joint is used. Some bending mechanisms are provided between two nodes connected to each other and have a structure for changing the distance between two points of one point of one node and one point of the other node. For example, a structure using a wire for defining a distance between two points and a spring for holding the distance between two points at a distance defined by a wire is known.
なお、以下の特許文献１には、電動機によりボールねじを駆動させ、ボールねじに接続されているワイヤがねじれた際のテンションを調整することが開示されている。
The following
近年、種々の機器についての小型化の要請に伴って、機器に用いられるアクチュエータやそれを用いた機構の小型化が望まれている。例えば、上述のような多指ロボットハンドに用いられるような折り曲げ機構については、指の各節が細いことが望まれている。そのため、比較的狭いスペースに用いることができるアクチュエータが必要とされている。 In recent years, with the demand for miniaturization of various devices, miniaturization of actuators used in the devices and mechanisms using the same has been desired. For example, in the bending mechanism used for the multi-finger robot hand as described above, it is desired that each node of the finger is thin. Therefore, there is a need for an actuator that can be used in a relatively narrow space.
ところで、このようなアクチュエータにおいて、変位量やトルクを正確に調節することが困難である場合があった。例えば、上述のようにワイヤとばねとを用いて２点間の距離を変更する折り曲げ構造は、ワイヤ、ばね、滑車等で構成されるものであり、比較的狭いスペースに配置することができる。しかしながら、ワイヤの緩みやたるみが生じることが原因となり、正確な変位量を得たり、正確なトルクを発生させたりすることが困難である場合があった。 By the way, in such an actuator, it may be difficult to accurately adjust the displacement amount and torque. For example, as described above, the bending structure for changing the distance between two points using a wire and a spring is composed of a wire, a spring, a pulley, or the like, and can be arranged in a relatively narrow space. However, it may be difficult to obtain an accurate displacement amount or generate an accurate torque due to loosening or slackening of the wire.
本第一の発明のアクチュエータは、第１の端部と第２の端部とを有し、駆動源から第１の端部に加えられたトルクを第２の端部に伝達可能なワイヤと、螺旋状の溝を有する雄ねじ部を外周面に有し第２の端部に加えられるトルクが伝達されて雄ねじ部のねじ軸周りに回転する回転部材と、雄ねじ部の溝に対応する溝を有する雌ねじ部を有し雄ねじ部に雌ねじ部がはまるように回転部材に取り付けられる螺合部材とを有する送りねじ機構とを備え、ワイヤの回転に伴って回転部材が回転することにより、螺合部材がねじ軸に沿って変位する、アクチュエータである。 The actuator of the first invention has a first end portion and a second end portion, and is a wire capable of transmitting the torque applied to the first end portion from the drive source to the second end portion. A rotating member having a male threaded portion having a spiral groove on the outer peripheral surface and rotating around the screw axis of the male threaded portion by transmitting torque applied to the second end, and a groove corresponding to the groove of the male threaded portion. It is provided with a feed screw mechanism having a female screw portion having a female screw portion and a screw member having a screw member attached to the rotating member so that the female screw portion fits into the male screw portion. Is an actuator that is displaced along the screw axis.
かかる構成により、変位量やトルクの調整が容易であって比較的狭いスペースに配置可能なアクチュエータを提供することができる。 With such a configuration, it is possible to provide an actuator that can easily adjust the displacement amount and torque and can be arranged in a relatively narrow space.
また、本第二の発明のアクチュエータは、第一の発明に対して、第２の端部が接続される駆動軸と、回転部材と同軸に接続されており駆動軸の回転に伴って回転する従動軸とを有し、駆動軸と従動軸との芯ずれを許容可能な軸継手をさらに備える、アクチュエータである。 Further, with respect to the first invention, the actuator of the second invention is connected coaxially with the drive shaft to which the second end is connected and the rotating member, and rotates with the rotation of the drive shaft. It is an actuator that has a driven shaft and further includes a shaft joint that can tolerate misalignment between the drive shaft and the driven shaft.
かかる構成により、軸継手により、送りねじ機構へのワイヤを介したトルクの伝達をスムーズに行うことができる。 With such a configuration, the shaft joint can smoothly transmit torque to the feed screw mechanism via the wire.
また、本第三の発明の折り曲げ機構は、第一又は二の発明に係るアクチュエータと、回転部材をねじ軸周りに回転可能に保持する回転部材保持機構と、回転部材保持機構をねじ軸に垂直な第１回転軸周りに回転可能に保持する第１部品と、第１部品に対して第１回転軸に平行な第２回転軸周りに回転可能である第２部品とを備え、第２部品は、螺合部材を、第１回転軸に平行な第３回転軸周りに第２部品に対して回転可能となるように保持する、折り曲げ機構である。 Further, the bending mechanism of the third invention includes the actuator according to the first or second invention, the rotating member holding mechanism for rotatably holding the rotating member around the screw axis, and the rotating member holding mechanism perpendicular to the screw axis. A second component having a first component that is rotatably held around the first rotation axis and a second component that is rotatable around a second rotation axis that is parallel to the first rotation axis with respect to the first component. Is a bending mechanism that holds the screwing member around a third rotation axis parallel to the first rotation axis so as to be rotatable with respect to the second component.
かかる構成により、第１部品に対して第２部品を適切に折り曲げることができるコンパクトな折り曲げ機構を提供することができる。 With such a configuration, it is possible to provide a compact bending mechanism capable of appropriately bending the second component with respect to the first component.
また、本第四の発明の折り曲げ機構は、第三の発明に対して、第２部品に対して第３回転軸に平行な第４回転軸周りに回転可能である第３部品と、螺合部材と共に第３回転軸周りに第２部品に対して回転する第１輪と第１輪の回転に伴って第３部品と共に第４回転軸周りに回転する第２輪とを有する伝達機構とをさらに備える、折り曲げ機構である。 Further, the bending mechanism of the fourth invention is screwed with the third component which is rotatable around the fourth rotation axis parallel to the third rotation axis with respect to the second component. A transmission mechanism having a first wheel that rotates around a third rotation axis with a member with respect to a second component and a second wheel that rotates around a fourth rotation axis with a third component as the first wheel rotates. It is a bending mechanism further provided.
かかる構成により、１つのアクチュエータを用いて第３部品を第２部品に対して回転させることができる。 With such a configuration, one actuator can be used to rotate the third component with respect to the second component.
また、本第五の発明の多指ロボットハンドは、基部に取り付けられた２以上の指部を有する多指ロボットハンドであって、２以上の指部のうち少なくとも１つは、基部側に配置された第１節と、第１節よりも指先側になるように第１節に接続された第２節と、第２節よりも指先側になるように第２節に接続された第３節と、第１節が第１部材となり第２節が第２部材となるように、又は、第２節が第１部材となり第３節が第２部材となるように設けられた、第三又は四の発明に係る折り曲げ機構とを有する、多指ロボットハンドである。 Further, the multi-finger robot hand of the fifth invention is a multi-finger robot hand having two or more fingers attached to a base, and at least one of the two or more fingers is arranged on the base side. The first section, the second section connected to the first section so as to be on the fingertip side of the first section, and the third section connected to the second section so as to be on the fingertip side of the second section. The third section is provided so that the section and the first section become the first member and the second section becomes the second member, or the second section becomes the first member and the third section becomes the second member. Alternatively, it is a multi-finger robot hand having a bending mechanism according to the fourth invention.
かかる構成により、多指ロボットハンドの指部を正確に折り曲げたり伸ばしたりすることができる。 With such a configuration, the fingers of the multi-finger robot hand can be accurately bent and stretched.
本発明によるアクチュエータは、変位量やトルクの調整が容易であって比較的狭いスペースに配置可能なものである。 The actuator according to the present invention can be easily arranged in a relatively narrow space because the displacement amount and torque can be easily adjusted.
以下、折り曲げ機構を用いた多指ロボットハンド等の実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of a multi-finger robot hand or the like using a bending mechanism will be described with reference to the drawings.
なお、以下の説明において、図面において示される座標は、各図において共通している。座標のＸ方向は、多指ロボットハンドの指部の各節（基部側の第１節から先端側の第４節）が延びている場合において指部の先端側を向く方向である。第１節から第４節に向かう方向がＸ軸において正となっている。座標のＺ方向は、指部の各節間の関節を折り曲げ可能な、Ｘ方向に対して垂直な方向である。各節が延びている場合から各節を折り曲げた場合に第４節が位置する方向がＺ軸において負となっている。Ｙ方向は、指部の各節間の関節を折り曲げ不能であってＸ方向に対して垂直な方向、すなわちＸＺ平面に対して垂直な方向である。なお、Ｘ方向を前後方向（原点から見てＸ軸で正となる方向が前）ということがあり、Ｙ方向を幅方向ということがあり、Ｚ方向を上下方向（原点から見てＺ軸で正となる方向が下）ということがある。
In the following description, the coordinates shown in the drawings are common to each figure. The X direction of the coordinates is the direction toward the tip end side of the finger portion when each node of the finger portion of the multi-finger robot hand (the first segment on the base side to the fourth segment on the tip side) extends. The direction from
多指ロボットハンドの指部について、基部側の第１節から先端側の第４節に向かう方向を「先端方向」又は「指先方向」といい、その反対の方向を「基端方向」ということがある。すなわち、指部の各節の長手方向が水平であるとき、先端方向は前であり、基端方向は後である。 Regarding the fingers of a multi-finger robot hand, the direction from the first section on the base side to the fourth section on the tip side is called the "tip direction" or "fingertip direction", and the opposite direction is called the "base end direction". There is. That is, when the longitudinal direction of each node of the finger is horizontal, the tip direction is the front and the proximal direction is the back.
以下において、このように各方向を示して各部の形状や位置関係を説明することがあるが、これらはあくまで説明の便宜のために定義したものであって、本発明に係る多指ロボットハンドやその指部の使用時における向きや姿勢などを限定するものではない。 In the following, the shape and positional relationship of each part may be described by indicating each direction in this way, but these are defined only for convenience of explanation, and the multi-finger robot hand according to the present invention and the like. It does not limit the orientation or posture of the finger when it is used.
（実施の形態） (Embodiment)
本実施の形態において、多指ロボットハンド１は、アクチュエータ１０により駆動される折り曲げ機構５を用いた指部４を有する。アクチュエータ１０は、ワイヤ１１からのトルクが伝達されて駆動される送りねじ機構１２を備える。アクチュエータ１０は、駆動源９であるモータの出力軸に結合されるワイヤ１１が送りねじ機構１２の雄ねじと接続されていることにより、モータの出力軸の回転をワイヤ１１を介して雄ねじに伝達させ、回転運動を直線運動へと変換する。
In the present embodiment, the
折り曲げ機構５は、アクチュエータ１０を用いて第２部品４２を第１部品４１に対して回転させる。本実施の形態において、折り曲げ機構５は、指部４において、第１部品４１としての第１節４ａに対して第２部品４２としての第２節４ｂを回転させるために用いられている。また、折り曲げ機構５は、指部４において、第１部品４１としての第２節４ｂに対して第２部品４２としての第３節４ｃを回転させるために用いられている。なお、本実施の形態において、折り曲げ機構５は、伝達機構７０により、第２部品４２としての第３節４ｃに対して第３部品４３としての第４節４ｄをも回転させることができるが、これに限られない。
The
なお、本実施の形態において、多指ロボットハンド１は、ワイヤ１１の端部と送りねじ機構１２との間に軸継手１５を備えているが、軸継手１５は用いられていなくてもよい。
In the present embodiment, the
以下、このように構成された折り曲げ機構５を用いた指部４を有する多指ロボットハンド１について説明する。
Hereinafter, the
図１は、本発明の実施の形態の１つにおける指部４を有する多指ロボットハンド１の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a
図１に示されるように、多指ロボットハンド１は、手首部２、基部３、折り曲げ機構５を用いた指部４、及び駆動源９を備える。多指ロボットハンド１は、例えば、ロボットアーム等においてエンドエフェクタとして取り付けられて用いられるマニピュレータであるが、これに限られない。例えば、ヒューマノイド型のロボットの手として用いられるものであってもよい。多指ロボットハンド１は、５本の指（親指、人差し指、中指、薬指、小指）を有しているが、指の数や位置、形状等は、これに限られない。
As shown in FIG. 1, the
手首部２は、例えば、多指ロボットハンド１を他の装置に取り付ける際にジョイントとして用いられるものである。なお、多指ロボットハンド１は、手首部２を有しておらず、上位となる腕部（例えば、ロボットアームの前腕部など）に固定されているものであったり、容易には着脱不能に取り付けられているものであってもよい。
The
基部３は、多指ロボットハンド１の指部４等が取り付けられる部位であり、例えば手のひら部分である。なお、多指ロボットハンド１は手のひら部分が設けられていなくてもよく、その場合は、基部３は、指部４の第１節４ａが取り付けられている部分であると解釈することができる。
The
指部４は、基部３に取り付けられている。本実施の形態において、指部４は、多指ロボットハンド１における５本の指のうち１本の指であって、より詳しくは、中指に相当する指として取り付けられているものであるが、これに限られない。多指ロボットハンド１における他の複数の指が指部４と同様の構造を有していてもよいし、そうではなくてもよい。本実施の形態において、指部４からは２本のワイヤ１１が基部３を通るように延びており、その一方の端部である第１の端部１１ａが手首部２に位置している。そのほか、折り曲げ機構５を用いた指部４の詳細については、後述する。
The
駆動源９は、後述のように指部４を駆動するために用いられるものであり、例えば出力軸を回転させる小型のモータである。より詳しくは、駆動源９は、例えばステッピングモータやその他のサーボモータであるが、モータの種類はこれに限られない。
The
図２は、同指部４を示す斜視図である。図３は、同指部４の底面図である。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。
FIG. 2 is a perspective view showing the
図３において、指部４の底面図についてのＣ−Ｃ線断面図、Ｄ−Ｄ線断面図、Ｅ−Ｅ線断面図が合わせて示されている。
In FIG. 3, a sectional view taken along line CC, a sectional view taken along line DD, and a sectional view taken along line EE for the bottom view of the
これらの図に示されるように、本実施の形態において、指部４は、４つの節４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、２組のアクチュエータ１０（一方をアクチュエータ１０Ａと呼び、他方をアクチュエータ１０Ｂと呼ぶことがある）及び回転部材保持機構２０と、伝達機構７０とを有している。すなわち、指部４は、基端部から先端部（指先）にかけて、第１節４ａ、第２節４ｂ、第３節４ｃ、第４節４ｄを有している。第１節４ａ、第２節４ｂ、第３節４ｃ、第４節４ｄは、それぞれ、樹脂により形成された外壁を本体として有しているが、これに限られない。例えば、梁状のフレームや棒状部材などにより本体が構成されていてもよいし、金属製の外壁を有していてもよい。
As shown in these figures, in the present embodiment, the
第１節４ａは、基部３側に配置されており、本実施の形態においては、基部３に固定されている。第２節４ｂは、第１節４ａよりも指先側になるように、第１ジョイント６ａを介して第１節４ａに接続されている。第３節４ｃは、第２節４ｂよりも指先側になるように、第２ジョイント６ｂを介して第２節４ｂに接続されている。第４節４ｄは、第３節４ｃよりも指先側になるように、第３ジョイント６ｃを介して第３節４ｃに接続されている。
なお、指部４は、それぞれアクチュエータ１０を用いた２組の折り曲げ機構５を用いているといえる。各折り曲げ機構５は、アクチュエータ１０、回転部材保持機構２０、第１部品４１、第１回転軸３１、第２部品４２、第２回転軸３２、第３回転軸３３を備える。また、このうち１つの折り曲げ機構は、さらに、第３部品４３、第４回転軸３４、及び伝達機構７０を備える。
It can be said that the
折り曲げ機構５は、第１回転軸３１と第３回転軸３３との間の２軸間の距離を変更可能に配置されたアクチュエータ１０を用いて、第２部品４２を第１部品４１に対して、第２回転軸３２を回転中心として回転させる。
The
すなわち、本実施の形態において、１つの折り曲げ機構５は、指部４において、第１部品４１としての第１節４ａに対して、第２部品４２としての第２節４ｂを、第２回転軸３２としての第１ジョイント６ａを中心に回転させる。このように折り曲げ機構５に関連付けて指部４の構造を捉えた場合、第１節４ａに設けられた第１支持軸８ａを第１回転軸３１と捉え、第２節４ｂに設けられた第２支持軸８ｂを第３回転軸３３と捉えて、アクチュエータ１０が第１回転軸３１と第３回転軸３３との２軸間の距離を変更するといえる。
That is, in the present embodiment, one
また、他の１つの折り曲げ機構５は、指部４において、第１部品４１としての第２節４ｂに対して、第２部品４２としての第３節４ｃを、第２回転軸３２としての第２ジョイント６ｂを中心に回転させる。このように折り曲げ機構５に関連付けて指部４の構造を捉えた場合、第２節４ｂに設けられた第３支持軸８ｃを第１回転軸３１と捉え、第３節４ｃに設けられた第４支持軸８ｄを第３回転軸３３と捉えて、アクチュエータ１０が第１回転軸３１と第３回転軸３３との２軸間の距離を変更するといえる。また、この場合、折り曲げ機構５は、第１輪７１及び第２輪７２を有する伝達機構７０により、第２部品４２としての第３節４ｃに対して、第３部品４３としての第４節４ｄをも、第４回転軸３４としての第３ジョイント６ｃを中心に回転させるように構成されているといえる。図３において各部の符号に沿えて括弧で示された符号は、上述のように折り曲げ機構５に関連付けて指部４の構造を捉えた場合における、折り曲げ機構５の構成要素の符号である。
Further, in the other one
指部４を折り曲げ機構５として捉えると上述のように説明することができるが、以下においては、指部４の各部位の構成について説明する。
The
本実施の形態において、２つのアクチュエータ１０は、それぞれ、ワイヤ１１、送りねじ機構１２、軸継手１５を備える。
In the present embodiment, the two
ワイヤ１１は、駆動源９に接続された第１の端部１１ａと、軸継手１５に接続される第２の端部１１ｂとを有している。ワイヤ１１は、駆動源９から第１の端部１１ａに加えられたトルクを第２の端部１１ｂに伝達可能である。
The
軸継手１５は、ワイヤ１１と送りねじ機構１２との間に配置されている。軸継手１５は、本実施の形態において、ワイヤ１１から加えられるトルクを送りねじ機構１２に伝達可能であって他の方向には回転自由度を有するジョイント構造を有するマイクロカップリングである。なお、軸継手１５は、例えばその他の構造のカップリングなど、他種の構造を有していてもよい。
The shaft joint 15 is arranged between the
本実施の形態において、軸継手１５は、駆動軸１５１と従動軸１５２とを備え、駆動軸１５１と従動軸１５２との芯ずれを許容可能に構成されている。駆動軸１５１には、ワイヤ１１の第２の端部１１ｂが接続されており、駆動軸１５１にワイヤ１１からのトルクが伝達される。従動軸１５２は、後述する送りねじ機構１２の回転部材１２１と同軸に接続されている。従動軸１５２は、駆動軸１５１に接続されており、ワイヤ１１から駆動軸１５１に伝達されたトルクにより、駆動軸１５１とともに回転する。
In the present embodiment, the shaft joint 15 includes a
送りねじ機構１２は、回転部材１２１と、螺合部材１２３とを備える。
The
回転部材１２１は、螺旋状の溝（ねじ溝）を有する雄ねじ部１２２を外周面に有している。螺合部材１２３は、雄ねじ部１２２の溝に対応する溝（ねじ溝）を有する雌ねじ部１２４を備える。雄ねじ部１２２は、例えば、ねじ軸であり、雌ねじ部１２４は、例えば、ねじ軸に螺合するナットである。螺合部材１２３は、雄ねじ部１２２に雌ねじ部１２４がはまるようにして回転部材１２１に取り付けられている。なお、送りねじ機構１２は、雌ねじ部１２４と雄ねじ部１２２との間に、溝部を転動可能なボールが配置された、ボールねじ等であってもよい。
The rotating
回転部材保持機構２０は、回転部材１２１を、雄ねじ部１２２のねじ軸周りに回転可能に保持する。換言すると、回転部材１２１は、回転部材保持機構２０に対して、変位不能であって、雄ねじ部１２２のねじ軸周り以外の方向には回転不能な状態で保持される。
The rotating
次に、本実施の形態において、第２節４ｂに対して第３節４ｃを回転させるアクチュエータ１０（以下、アクチュエータ１０Ａと呼ぶ）について説明する。
Next, in the present embodiment, the actuator 10 (hereinafter, referred to as the
このアクチュエータ１０Ａのうち、螺合部材１２３の先端部（回転部材１２１が取り付けられている側とは反対側の端部）は、第３節４ｃに対して、第４支持軸８ｄを中心に回転可能に保持されている。すなわち、図３のＤ−Ｄ線断面図に示されるように、第４支持軸８ｄは、例えば第３節４ｃに対して回転可能なシャフトであり、第４支持軸８ｄが螺合部材１２３の先端部を貫通するように構成されている。螺合部材１２３は、第４支持軸８ｄに対して固定されており、第４支持軸８ｄとともに回転する。第４支持軸８ｄは、幅方向が長手方向となるように配置されている。すなわち、螺合部材１２３の先端部は、第３節４ｃに対して、雄ねじ部１２２のねじ軸に垂直な回転軸周りに回転可能に保持されている。
Of the
また、回転部材１２１は、回転部材保持機構２０によって、第２節４ｂに対して保持されている。回転部材保持機構２０は、回転部材１２１を、第２節４ｂに対して、雄ねじ部１２２のねじ軸に垂直な第３支持軸８ｃ周りに回転可能に保持する。例えば、第３支持軸８ｃは、回転部材保持機構２０から幅方向に突出するシャフト状の軸部（図示せず）が第２節４ｂのケーシングに設けられた軸受（図示せず）により保持されている構造を有している。回転部材保持機構２０は、第３支持軸８ｃを中心にして、第２節４ｂに対して回転可能である。そのため、回転部材１２１が、第２節４ｂに対して雄ねじ部１２２のねじ軸に垂直な回転軸周りに回転可能な状態で保持される。
Further, the rotating
なお、本実施の形態においては、図４に示されるように、回転部材保持機構２０は、回転部材１２１の一部を周方向に囲む保持部本体２０１と、保持部本体２０１の内周面と回転部材１２１の外周面との間に配置された軸受２０２とを有している。回転部材１２１は、保持部本体２０１のうち螺合部材１２３側の一部に当接する、他の部位よりも大きい外径の外周面を有する大径部１２６を有している。また、回転部材１２１は、保持部本体２０１よりも軸継手１５側に嵌め込まれる抜止部材（例えば、止め輪や、スナップリング等であるが、これに限られない）１２８を有している。これにより、回転部材保持機構２０により、回転部材１２１が、回転部材保持機構２０に対して周方向にのみ回転可能であって変位不能に保持されている。なお、回転部材保持機構２０の構造はこれに限られず、大径部１２６や抜止部材１２８の位置が異なったりしてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the rotating
ここで、図３のＥ−Ｅ線断面図に示されるように、第２ジョイント６ｂは、幅方向両側部のそれぞれにおいて、第３節４ｃ側に固定された軸部を有している。第２ジョイント６ｂの軸部に対して軸受Ｍを介して回転自在に第２節４ｂの指先側の部位が嵌め込まれている。これにより、第２節４ｂに対して第３節４ｃが回転可能になっている。
Here, as shown in the cross-sectional view taken along the line EE of FIG. 3, the second joint 6b has a shaft portion fixed to the
アクチュエータ１０Ａの第２節４ｂに対する回転軸である第３支持軸８ｃと、アクチュエータ１０Ａの第３節４ｃに対する回転軸である第４支持軸８ｄと、第２ジョイント６ｂとは、それぞれ、互いに平行である。本実施の形態において、各軸は、Ｙ軸に対して平行である。
The
なお、図３のＤ−Ｄ線断面図に示されるように、第４支持軸８ｄには、伝達機構７０の第１輪７１が固定されている。第１輪７１は、周方向に並ぶ歯を有する歯車である。第１輪７１は、第４支持軸８ｄとともに、第４支持軸８ｄを中心に回転する。すなわち、第１輪７１は、螺合部材１２３の回転に伴って回転する。
As shown in the cross-sectional view taken along the line DD of FIG. 3, the
また、図３のＣ−Ｃ線断面図に示されるように、第３ジョイント６ｃには、伝達機構７０の第２輪７２が固定されている。第２輪７２は、周方向に並ぶ歯を有する歯車であって、第１輪７１と噛み合っている。すなわち、第２輪７２は、第１輪７１の回転に伴って、第３ジョイント６ｃを中心に回転する。本実施の形態において、第３ジョイント６ｃは、第４節４ｄ側に固定された軸部を有している。すなわち、第２輪７２の回転に伴って、第４節４ｄが第３ジョイント６ｃを中心に回転する。
Further, as shown in the cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 3, the
次に、本実施の形態において、第１節４ａに対して第２節４ｂを回転させるアクチュエータ１０（以下、アクチュエータ１０Ｂと呼ぶ）について説明する。
Next, in the present embodiment, the actuator 10 (hereinafter, referred to as the actuator 10B) that rotates the
このアクチュエータ１０Ｂのうち、螺合部材１２３の先端部（回転部材１２１が取り付けられている側とは反対側の端部）は、第２節４ｂに対して、第２支持軸８ｂを中心に回転可能に保持されている。第２支持軸８ｂは、例えば第２節４ｂに対して回転可能なシャフトであり、第２支持軸８ｂが螺合部材１２３の先端部を貫通するように構成されている。螺合部材１２３が第２支持軸８ｂに対して固定されているか否かは問わない。第２支持軸８ｂは、幅方向が長手方向となるように配置されている。すなわち、螺合部材１２３の先端部は、第２節４ｂに対して、雄ねじ部１２２のねじ軸に垂直な回転軸周りに回転可能に保持されている。
Of the
また、アクチュエータ１０Ａと同様に、アクチュエータ１０Ｂの回転部材１２１も、回転部材保持機構２０によって、第１節４ａに対して保持されている。すなわち、回転部材保持機構２０は、回転部材１２１を、第１節４ａに対して、雄ねじ部１２２のねじ軸に垂直な第１支持軸８ａ周りに回転可能に保持する。アクチュエータ１０Ｂについての回転部材保持機構２０による回転部材１２１の具体的な保持方法は、アクチュエータ１０Ａについてのそれと同様であってもよいし、異なっていてもよい。
Further, similarly to the
第１ジョイント６ａは、第２ジョイント６ｂと同様に、幅方向両側部のそれぞれにおいて、第２節４ｂ側に固定された軸部を有している。第１ジョイント６ａの軸部に対して軸受を介して回転自在に第１節４ａの指先側の部位が嵌め込まれている。これにより、第１節４ａに対して第２節４ｂが回転可能になっている。
Like the second joint 6b, the first joint 6a has a shaft portion fixed to the
アクチュエータ１０Ｂの第１節４ａに対する回転軸である第１支持軸８ａと、アクチュエータ１０Ａの第２節４ｂに対する回転軸である第２支持軸８ｂと、第１ジョイント６ａとは、それぞれ、互いに平行である。本実施の形態において、各軸は、Ｙ軸に対して平行である。
The
このようにして、アクチュエータ１０Ａが第２節４ｂと第３節４ｃとに、それぞれ回転可能に保持されており、第２ジョイント６ｂを中心に、第２節４ｂに対して第３節４ｃが回転可能になっている。アクチュエータ１０Ａにおいて、ワイヤ１１からのトルク（すなわち、駆動源９によりワイヤ１１に加えられたトルク）によって回転部材１２１が螺合部材１２３に対して回転すると、第３支持軸８ｃと第４支持軸８ｄとの２軸間の距離（Ｙ軸方向から見て、２点間の距離）が小さくなったり大きくなったりする。これに伴って、第２ジョイント６ｂを中心に、第２節４ｂに対して、第３節４ｃが回転する。
In this way, the
同様に、アクチュエータ１０Ｂが第１節４ａと第２節４ｂとに、それぞれ回転可能に保持されており、第１ジョイント６ａを中心に、第１節４ａに対して第２節４ｂが回転可能になっている。アクチュエータ１０Ｂにおいて、ワイヤ１１からのトルクによって回転部材１２１が螺合部材１２３に対して回転することにより、第１支持軸８ａと第２支持軸８ｂとの２軸間の距離が小さくなったり大きくなったりする。これに伴って、第１ジョイント６ａを中心に、第１節４ａに対して、第２節４ｂが回転する。
Similarly, the
すなわち、図５に示されるように、例えば指部４の各節４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄがＸ方向に並んでいる場合を想定する。この場合において、第３支持軸８ｃと第４支持軸８ｄとの２軸間の距離が寸法Ｄ１１であって、第１支持軸８ａと第２支持軸８ｂとの２軸間の距離が寸法Ｄ２１であるとする。このような状態から、アクチュエータ１０Ａとアクチュエータ１０Ｂとのそれぞれにおいて、ワイヤ１１が回転して、送りねじ機構１２の回転部材１２１が螺合部材１２３に対してねじ込まれると、例えば次のようになる。
That is, as shown in FIG. 5, for example, it is assumed that the
図６は、同指部４の動作を説明する側面図である。
FIG. 6 is a side view illustrating the operation of the
図６において、説明のため、指部４の各節４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの本体についての断面が示されている。
In FIG. 6, for the sake of explanation, cross sections of the main bodies of the
図６に示されるように、送りねじ機構１２の回転部材１２１が螺合部材１２３に対してねじ込まれると、第３支持軸８ｃと第４支持軸８ｄとの２軸間の距離が、寸法Ｄ１１よりも短い寸法Ｄ１２となり、第１支持軸８ａと第２支持軸８ｂとの２軸間の距離が、寸法Ｄ２１よりも短い寸法Ｓ２２となる。このようにそれぞれの送りねじ機構１２の支持軸間の距離が短くなるのに伴って、第１ジョイント６ａを中心に第１節４ａに対して第２節４ｂが回転し、第２ジョイント６ｂを中心に第２節４ｂに対して第３節４ｃが回転する。
As shown in FIG. 6, when the rotating
ここで、このように第２ジョイント６ｂを中心に第２節４ｂに対して第３節４ｃが回転する場合、第３節４ｃに対して、アクチュエータ１０Ａの螺合部材１２３が回転することとなる。この場合において、第４支持軸８ｄに固定されている第１輪７１は、螺合部材１２３とともに、第３節４ｃに対して回転する。そうすると、第１輪７１の回転に伴って、第２輪７２が第３ジョイント６ｃを中心に回転することにより、第４節４ｄが第３ジョイント６ｃを中心に第３節４ｃに対して回転する。本実施の形態においては、伝達機構７０が互いに噛み合う第１輪７１と第２輪７２とで構成されているため、Ｚ方向において、第３節４ｃが第２節４ｂに対して下に回転する場合には、第４節４ｄも第３節４ｃに対して下に回転する。したがって、１つのアクチュエータ１０Ａにより、第３節４ｃと第４節４ｄとの２つの部材を、前段の部材に対して変位させることができる。
Here, when the
なお、このときの第３節４ｃに対する第４節４ｄの回転角度は、第３節４ｃに対する第１輪７１の回転角と、伝達機構７０の減速比とに応じた角度となる。すなわち、伝達機構７０の減速比を調整することで、第３節４ｃが第２節４ｂに対して回転する際の第３節４ｃに対する第４節４ｄの回転角度を、用途等に応じた所望の角度に設定することができる。
The rotation angle of the
以上説明したように、本実施の形態においては、送りねじ機構１２をワイヤ１１で駆動させることができるアクチュエータ１０が、折り曲げ機構５に用いられている。したがって、駆動源９から離れた位置において、送りねじ機構１２を適切に駆動させることができる。そのため、アクチュエータ１０を比較的狭いスペースに納めて用いることができる。各部品が折り曲げ機構５の動作により変位するような折り曲げ機構５の機構設計や部品配置を用意に行うことができる。また、駆動源９から離れた位置にある送りねじ機構１２まで、少数の部品でトルクを伝達することが可能である。したがって、送りねじ機構１２の製造コストを低減することができ、また、折り曲げ機構５を容易に製造することができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、アクチュエータ１０では、駆動源９からのトルクがワイヤ１１を介して送りねじ機構１２に伝達され、送りねじ機構１２における直線運動させる力となる。そのため、駆動源９によるトルクの大きさを調整することにより、第１部品４１に対して第２部品４２を折り曲げる際の力（この力もトルクと呼ぶことがある）を容易にかつ高精度に調整することができる。また、ワイヤ１１の回転量を調整することにより、第１部品４１に対して第２部品４２を折り曲げる際の変位量（第１部品４１に対する第２部品４２の回転角度）を容易にかつ高精度に調整することができる。なお、第２部品４２を第２回転軸３２周りのいずれの方向に回転させる場合においても、トルク及び変位量を容易にかつ高精度に調整可能である。
Further, in the
従来、例えばワイヤと滑車とを用いて、ワイヤの押し引きによって、ロボットハンドの指の動きを実現することが知られている。しかしながら、このような従来の構造では、ワイヤの緩みやたるみが原因で、指の曲げ角度が正確ではないとか、必要な大きさの指の把持力を発生させることができないなどの問題があった。これに対し、本実施の形態において、上述のような特長を有する折り曲げ機構５を多指ロボットハンド１の指部４として用いる場合には、比較的細い指部４で、高い精度で繊細な動作を行うことができる多指ロボットハンド１を実用化することができる。指部４の変位に応じて撓むことができるワイヤ１１を用いているので、指部４から離れた位置に駆動源９を配置することができ、かつ、指部４の可動範囲を広く確保することができる。
Conventionally, it has been known that the movement of a finger of a robot hand is realized by pushing and pulling a wire by using, for example, a wire and a pulley. However, in such a conventional structure, there are problems that the bending angle of the finger is not accurate and the gripping force of the finger of a required size cannot be generated due to the looseness and slack of the wire. .. On the other hand, in the present embodiment, when the
なお、アクチュエータ１０には、軸継手１５が用いられている。したがって、送りねじ機構１２へのワイヤ１１を介したトルクの伝達を適切に、スムーズに行うことができる。折り曲げ機構５において各構成要素の姿勢が変化してもより広い範囲でワイヤ１１の姿勢をトルク伝達可能な状態で維持することができるので、折り曲げ機構５による部品の可動範囲をさらに広く確保することができる。
A shaft joint 15 is used for the
なお、上述の実施の形態において、伝達機構７０は、第１輪７１と第２輪７２とが互いに噛み合う歯車であるものであるが、伝達機構の構成はこれに限られない。すなわち、伝達機構は、第１輪と、第１輪の回転に伴って第２輪とを含むものであればよい。
In the above-described embodiment, the
図７は、本実施の形態の一変形例に係る折り曲げ機構３０５の構成を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a
図７においては、実施の形態の変形例に係る折り曲げ機構３０５の概略構造が示されている。すなわち、図７の上段に示されるように、折り曲げ機構３０５は、アクチュエータ１０と、回転部材１２１を保持する回転部材保持機構２０と、第１部品４１と、第２部品４２と、第３部品４３と、伝達機構３７０とを備えている。第２部品４２は第１部品４１に第２回転軸３２を中心に回転可能に接続されている。また、第３部品４２は、第２部品４２に、第４回転軸３４を中心に回転可能に接続されている。回転部材保持機構２０は第１部品４１に第１回転軸３１を中心に回転可能に保持されている。螺合部材１２３は、第２部品４２に、第３回転軸３３を中心に回転可能に保持されている。
FIG. 7 shows a schematic structure of the
本変形例において、伝達機構３７０は、螺合部材１２３とともに第３回転軸３３周りに第２部品に４２対して回転する第１輪３７１と、第３部品４３と共に第４回転軸３４周りに回転する第２輪３７２と、柔軟性を有する環状部材３７３とを有している。環状部材３７３は、第１輪３７１の外周と第２輪３７２の外周に掛けられている。第１輪３７１が回転すると、環状部材３７３が回転することに伴って第２輪７２も回転する。なお、伝達機構３７０は、環状部材３７３としてゴム製のベルトを用いたものであってもよいし、チェーンを用いたものであってもよい。第１輪３７１及び第２輪３７２は、それぞれ、外周部に歯を有するものであってもよいし、有していないものであってもよい。
In this modification, the
折り曲げ機構３０５がこのように構成された伝達機構３７０を有しているため、アクチュエータ１０の動作に伴って第２部品４２が第１部材４１に対して回転するのに伴って、第３部材４３が第２部材４２に対して回転する。すなわち、例えば、図７の下段に示されるように、第１回転軸３１と第３回転軸３３との間の距離が小さくなるようにアクチュエータ１０が動作して螺合部材１２３が第２部品４２に対して回転すると、それに伴って第２輪３７２が第１輪３７１と共に回転する。この場合、第２回転軸３２を中心とする第２部品４２の第１部材４１に対する回転方向（図７において反時計回り）と、第４回転軸３４を中心とする第３部品４３の第２部品４２に対する回転方向（図７において時計回り）とは逆方向になる。なお、本変形例においても、伝達機構３７０の減速比（例えば、第１輪３７１の径寸法と第２輪７２の径寸法との比率）を適宜設定することで、第３部材４３の回転角度を適宜設定することができる。
Since the
このように構成された折り曲げ機構３０５においても、上述の実施の形態と同様の効果を得られる。
Even in the
（その他） (Other)
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものである。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made, and these are also included in the scope of the present invention.
例えば、伝達機構は、第１輪から第２輪までのトルクの伝達経路中に、他の歯車等の滑車や、伝達ベルト等の環状部材を有しているものであってもよい。 For example, the transmission mechanism may have a pulley such as another gear or an annular member such as a transmission belt in the torque transmission path from the first wheel to the second wheel.
折り曲げ機構は、多指ロボットハンドの指部に限られず、他の用途において用いられていてもよい。例えば、複数の節のうち一の節を他の一の節に対して折り曲げるようなロボットアームを駆動させる機構として用いることもできる。 The bending mechanism is not limited to the finger portion of the multi-finger robot hand, and may be used for other purposes. For example, it can be used as a mechanism for driving a robot arm that bends one of a plurality of nodes with respect to the other node.
また、アクチュエータは、折り曲げ機構のほか、種々の機器を動作させるための駆動源として用いることもできる。例えば、樹脂等を吐出するノズルを複数の軸において変位させながら成形を行ういわゆる３Ｄプリンタのような工作機械において、ノズルを変位させるためのねじ軸を有する駆動部を駆動させるための機構にアクチュエータを用いることにより、駆動部から離れた位置にモータ等の駆動源を配置することができる。また、例えば、医療用途や工業用途で用いられる内視鏡などにおいてプローブの先端部において処置具や工具を動作させる機構としてアクチュエータを用いることで、トルクの調整や、処置具や工具を動作させる量の調整を、容易にかつ正確に行うことができるようになる。 In addition to the bending mechanism, the actuator can also be used as a drive source for operating various devices. For example, in a machine tool such as a so-called 3D printer that performs molding while displacementing a nozzle for discharging resin or the like on a plurality of shafts, an actuator is used as a mechanism for driving a drive unit having a screw shaft for displacement of the nozzle. By using it, a drive source such as a motor can be arranged at a position away from the drive unit. Further, for example, in endoscopes used in medical applications and industrial applications, by using an actuator as a mechanism for operating a treatment tool or tool at the tip of a probe, torque can be adjusted or an amount for operating the treatment tool or tool. Can be easily and accurately adjusted.
なお、上述の実施の形態のうち、一部の構成要素や機能が省略されていたり、他の構成要素が追加されていたりしてもよい。指部を構成する節の数は４より多くても少なくてもよい。また、１つの指部に１つのアクチュエータのみが設けられていてもよいし、３以上のアクチュエータが用いられていてもよい。換言すると、１つの指部に上述の折り曲げ機構が１つのみ用いられていても、３以上用いられていてもよい。１つの指部に２以上の折り曲げ機構が設けられている場合において、一の折り曲げ機構における一の回転軸と他の一の折り曲げ機構における一の回転軸とは、互いに平行でなくてもよい。 In the above-described embodiment, some components and functions may be omitted, or other components may be added. The number of nodes that make up the finger may be greater than or less than four. Further, only one actuator may be provided on one finger, or three or more actuators may be used. In other words, only one of the above-mentioned bending mechanisms may be used for one finger, or three or more of the above-mentioned bending mechanisms may be used. When two or more bending mechanisms are provided on one finger, one rotation axis in one bending mechanism and one rotation axis in the other bending mechanism do not have to be parallel to each other.
以上のように、本発明にかかるアクチュエータは、トルクの調整が容易であって比較的狭いスペースに配置して用いることができ、アクチュエータ等として有用である。 As described above, the actuator according to the present invention is useful as an actuator or the like because the torque can be easily adjusted and it can be arranged and used in a relatively narrow space.
１ 多指ロボットハンド、２ 手首部、３ 基部、４ 指部、４ａ 第１節、４ｂ 第２節、４ｃ 第３節、４ｄ 第４節、５，３０５ 折り曲げ機構、９ 駆動源、１０，１０Ａ，１０Ｂ アクチュエータ、１１ ワイヤ、１１ａ 第１の端部、１１ｂ 第２の端部、１２ 送りねじ機構、１５ 軸継手、２０ 回転部材保持機構、３１ 第１回転軸、３２ 第２回転軸、３３ 第３回転軸、３４ 第４回転軸、４１ 第１部品、４２ 第２部品、４３ 第３部品、７０，３７０ 伝達機構、７１ 第１輪、７２ 第２輪、１２１ 回転部材、１２２ 雄ねじ部、１２３ 螺合部材、１２４ 雌ねじ部、１２６ 大径部、１２８ 抜止部材、１５１ 駆動軸、１５２ 従動軸、２０１ 保持部本体、２０２ 軸受、３７３ 環状部材 1 Multi-finger robot hand, 2 wrist, 3 base, 4 fingers, 4a 1st section, 4b 2nd section, 4c 3rd section, 4d 4th section, 5,305 bending mechanism, 9 drive source, 10,10A , 10B actuator, 11 wire, 11a 1st end, 11b 2nd end, 12 feed screw mechanism, 15 shaft joint, 20 rotating member holding mechanism, 31 1st rotating shaft, 32 2nd rotating shaft, 33rd 3 rotating shaft, 34 4th rotating shaft, 41 1st part, 42 2nd part, 43 3rd part, 70,370 transmission mechanism, 71 1st wheel, 72 2nd wheel, 121 rotating member, 122 male screw part, 123 Screwing member, 124 female threaded part, 126 large diameter part, 128 retaining member, 151 drive shaft, 152 driven shaft, 201 holding part body, 202 bearing, 373 annular member
Claims (5)
螺旋状の溝を有する雄ねじ部を外周面に有し前記第２の端部に加えられるトルクが伝達されて前記雄ねじ部のねじ軸周りに回転する回転部材と、前記雄ねじ部の溝に対応する溝を有する雌ねじ部を有し前記雄ねじ部に前記雌ねじ部がはまるように前記回転部材に取り付けられる螺合部材とを有する送りねじ機構とを備え、
前記ワイヤの回転に伴って前記回転部材が回転することにより、前記螺合部材が前記ねじ軸に沿って変位する、アクチュエータ。 A wire having a first end and a second end and capable of transmitting torque applied to the first end from a drive source to the second end.
A rotating member having a male screw portion having a spiral groove on the outer peripheral surface and rotating around the screw axis of the male screw portion by transmitting torque applied to the second end portion corresponds to the groove of the male screw portion. A feed screw mechanism having a female screw portion having a groove and a screw member attached to the rotating member so that the female screw portion fits into the male screw portion is provided.
An actuator in which the screwing member is displaced along the screw axis by rotating the rotating member with the rotation of the wire.
前記回転部材を前記ねじ軸周りに回転可能に保持する回転部材保持機構と、
前記回転部材保持機構を前記ねじ軸に垂直な第１回転軸周りに回転可能に保持する第１部品と、
前記第１部品に対して前記第１回転軸に平行な第２回転軸周りに回転可能である第２部品とを備え、
前記第２部品は、前記螺合部材を、前記第１回転軸に平行な第３回転軸周りに前記第２部品に対して回転可能となるように保持する、折り曲げ機構。 The actuator according to claim 1 or 2,
A rotating member holding mechanism that rotatably holds the rotating member around the screw axis,
A first component that rotatably holds the rotating member holding mechanism around a first rotating shaft perpendicular to the screw axis, and a first component.
A second component that is rotatable around a second rotation axis parallel to the first rotation axis is provided with respect to the first component.
The second part is a bending mechanism that holds the screwing member around a third rotation axis parallel to the first rotation axis so as to be rotatable with respect to the second part.
前記螺合部材と共に前記第３回転軸周りに前記第２部品に対して回転する第１輪と前記第１輪の回転に伴って前記第３部品と共に前記第４回転軸周りに回転する第２輪とを有する伝達機構とをさらに備える、請求項３に記載の折り曲げ機構。 A third component that is rotatable around a fourth rotation axis parallel to the third rotation axis with respect to the second component.
A second wheel that rotates around the third rotation axis together with the screwing member with respect to the second component and a second wheel that rotates around the fourth rotation axis together with the third component as the first wheel rotates. The bending mechanism according to claim 3, further comprising a transmission mechanism having a ring.
前記２以上の指部のうち少なくとも１つは、
前記基部側に配置された第１節と、
前記第１節よりも指先側になるように前記第１節に接続された第２節と、
前記第２節よりも指先側になるように前記第２節に接続された第３節と、
前記第１節が前記第１部材となり前記第２節が前記第２部材となるように、又は、前記第２節が前記第１部材となり前記第３節が前記第２部材となるように設けられた、請求項３又は４に記載の折り曲げ機構とを有する、多指ロボットハンド。 A multi-finger robot hand with two or more fingers attached to the base
At least one of the two or more fingers
The first section arranged on the base side and
The second section connected to the first section so as to be on the fingertip side of the first section, and
The third section connected to the second section so as to be on the fingertip side of the second section, and
The first section becomes the first member and the second section becomes the second member, or the second section becomes the first member and the third section becomes the second member. A multi-finger robot hand having the bending mechanism according to claim 3 or 4.
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|---|---|---|---|---|
| CN113319837A (en) * | 2021-06-29 | 2021-08-31 | 北京因时机器人科技有限公司 | Metamorphic mechanism, mechanical finger and mechanical dexterous hand |
-
2019
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| CN113319837B (en) * | 2021-06-29 | 2022-08-16 | 北京因时机器人科技有限公司 | Metamorphic mechanism, mechanical finger and mechanical dexterous hand |
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