JP2023165035A - Driving mechanism of robot hand having multiple fingers and robot hand - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の指を有するロボットハンドの駆動機構及び当該駆動機構を備えたロボットハンドに関する。 The present invention relates to a drive mechanism for a robot hand having a plurality of fingers, and a robot hand equipped with the drive mechanism.
駆動源としての1つのアクチュエータにより複数の指を動作させるロボットハンドが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のロボットハンドでは、指の基節、中節および末節を含む複数のリンクで2つの四節リンク機構が構築されており、1つのアクチュエータで複数の指を駆動すると共に、各指においては3つの関節を中心にその基節、中節および末節が回転駆動可能となっている。
2. Description of the Related Art A robot hand that operates a plurality of fingers using one actuator as a drive source is known (for example, see Patent Document 1). In the robot hand described in
特許文献1に示されているようなロボットハンドでは、指の3つの節を7つのリンクからなる2つの四節リンク機構で駆動させる構成を採用していることから、指単体で、その基節、中節および末節のそれぞれが別個に対象物の形状に合わせて相対的に自由に動くことができる。これにより、対象物の太さが均一であれば、ひとつのアクチュエータでも確実に把持することができる。
The robot hand as shown in
しかしながら、当該ロボットハンドは、対象物の太さが軸方向で大きく変化するなど、対象物の形状が不均一な異径対象物の場合、あるいは、対象物に対し、ロボットハンドを正確に位置決めできない状況下において、複数指を駆動した際、全ての指の基節、中節および末節のそれぞれが別個に対象物の形状に合わせて相対的に独立して動くことができないため、対象物を精度よく把持することができない。こうした実情から、対象物の形状にかかわらず、対象物の高精度かつ安定的な把持を実現する駆動機構及びロボットハンドが望まれている。 However, the robot hand cannot accurately position the robot hand with respect to the object, or when the object has a different diameter and the shape is uneven, such as when the thickness of the object changes greatly in the axial direction. Under certain circumstances, when moving multiple fingers, the proximal, middle, and distal phalanges of all fingers cannot move relatively independently according to the shape of the object, so it is difficult to accurately move the object. Unable to grasp well. Under these circumstances, there is a need for a drive mechanism and a robot hand that can grasp an object with high precision and stability, regardless of the shape of the object.
本発明の一態様に係る駆動機構は、3本の指を有し、1つのアクチュエータの駆動力を伝達することにより物品を把持させる、ロボットハンドの指の駆動機構であって、アクチュエータと各指それぞれとを接続する駆動力伝達装置を有し、3本の指は、ロボットハンドの本体における掌面の一端側の中央に配置された第1指と、掌面の他端側に間隔を開けて配置された第2指と第3指により構成され、駆動力伝達装置は、アクチュエータの駆動力が伝達される駆動側ケースと、駆動側ケースの一端側に設けられ、第1指に駆動力を伝達する第1指側シャフトと、駆動側ケースの他端側に設けられたサイドシャフトとを含む第1差動装置と、サイドシャフトに伝達された駆動力が伝達される従動側ケースと、従動側ケースの一端側に設けられ、第2指に駆動力を伝達する第2指側シャフトと、従動側ケースの他端側に設けられ、第3指に駆動力を伝達する第3指側シャフトとを含む第2差動装置と、を有している。 A drive mechanism according to one aspect of the present invention is a drive mechanism for the fingers of a robot hand that has three fingers and grips an article by transmitting the driving force of one actuator. The three fingers are arranged at the center of one end of the palm surface of the main body of the robot hand, and the first finger is spaced apart from the other end of the palm surface. The driving force transmission device includes a driving side case to which the driving force of the actuator is transmitted, and a driving force transmission device provided at one end side of the driving side case, and transmitting the driving force to the first finger. a first differential device including a first finger-side shaft that transmits the driving force and a side shaft provided on the other end side of the driving-side case; a driven-side case to which the driving force transmitted to the side shaft is transmitted; A second finger side shaft provided at one end of the driven case and transmitting the driving force to the second finger; and a third finger side provided at the other end of the driven case and transmitting the driving force to the third finger. and a second differential device including a shaft.
本発明の一態様に係るロボットハンドは、上記の駆動機構と、3本の指それぞれに対応づけられ、各指における複数の関節の関節角を検出する3つの関節角センサと、アクチュエータの出力軸の回転角に対応する入力回転角を検出するモータ軸センサと、3つの関節角センサと、モータ軸センサと、各部の寸法情報(幾何学的関係)と、駆動力伝達装置の減速比に基づいて、駆動機構が正常に稼働しているか否かを判定する制御部と、を有し、制御部は、モータ軸センサによる検出値、及び第1指に対応づけられた関節角センサによる検出値を用い、駆動側ケースの回転角と第1指側シャフトの回転角とから得られるサイドシャフトの回転角に基づいて、従動側ケースの回転角を示す第1回転角データを求め、第2指に対応づけられた関節角センサによる検出値から得られる第2指側シャフトの回転角と、第3指に対応づけられた関節角センサによる検出値から得られる第3指側シャフトの回転角とを用いて、従動側ケースの回転角を示す第2回転角データを求め、第1回転角データと第2回転角データに基づいて、駆動機構が正常に稼働しているか否かを判定するものである。 A robot hand according to one aspect of the present invention includes the above drive mechanism, three joint angle sensors that are associated with each of the three fingers and detect joint angles of a plurality of joints in each finger, and an output shaft of an actuator. Based on the motor shaft sensor that detects the input rotation angle corresponding to the rotation angle of and a control unit that determines whether the drive mechanism is operating normally, the control unit detecting a value detected by the motor shaft sensor and a value detected by the joint angle sensor associated with the first finger. Based on the rotation angle of the side shaft obtained from the rotation angle of the drive side case and the rotation angle of the first finger side shaft, first rotation angle data indicating the rotation angle of the driven side case is obtained, and The rotation angle of the second finger side shaft obtained from the detection value by the joint angle sensor associated with the third finger, and the rotation angle of the third finger side shaft obtained from the detection value of the joint angle sensor associated with the third finger. is used to obtain second rotation angle data indicating the rotation angle of the driven side case, and based on the first rotation angle data and second rotation angle data, it is determined whether the drive mechanism is operating normally. It is.
また、本発明の一態様に係る駆動機構は、3本の指を有し、1つのアクチュエータの駆動力を伝達することにより物品を把持させる、ロボットハンドの指の駆動機構であって、アクチュエータから伝達される駆動力を振り分ける差動装置を含み、アクチュエータと各指それぞれとを接続する駆動力伝達装置を有し、3本の指は、ロボットハンドの本体における掌面の一端側中央に配置された第1指と、掌面の他端側に間隔を開けて配置された第2指及び第3指と、により構成され、差動装置は、アクチュエータの駆動力が伝達されるケースと、ケースの一端側に設けられ、第2指に駆動力を伝達する第2指側シャフトと、ケースの他端側に設けられ、第3指に駆動力を伝達する第3指側シャフトと、一端がケースに固定され、他端が第2指側シャフトに固定された第1捻りバネと、一端がケースに固定され、他端が第3指側シャフトに固定された第2捻りバネと、を有するものである。 Further, a drive mechanism according to one aspect of the present invention is a finger drive mechanism of a robot hand that has three fingers and grips an article by transmitting the driving force of one actuator. It includes a differential device that distributes the transmitted driving force, and has a driving force transmission device that connects the actuator and each finger, and the three fingers are arranged at the center of one end side of the palm surface of the main body of the robot hand. The differential device includes a first finger, a second finger, and a third finger, which are spaced apart from each other on the other end of the palm surface. A second finger side shaft provided at one end side and transmitting the driving force to the second finger; a third finger side shaft provided at the other end side of the case and transmitting the driving force to the third finger; A first torsion spring fixed to the case and having the other end fixed to the second finger side shaft; and a second torsion spring having one end fixed to the case and the other end fixed to the third finger side shaft. It is something.
本発明に係る駆動機構によれば、アクチュエータから伝達される駆動力が差動装置を介して3本の指に振り分けられるため、対象物の形状にかかわらず、高精度かつ安定的に対象物を把持させることができる。そして、当該駆動機構を備えたロボットハンドによれば、異径対象物であっても、精度よく安定的に把持することができる。 According to the drive mechanism according to the present invention, the driving force transmitted from the actuator is distributed to the three fingers via the differential device, so that the object can be driven with high precision and stability regardless of the shape of the object. It can be held. According to the robot hand equipped with the drive mechanism, even objects with different diameters can be accurately and stably gripped.
以下、図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。
[実施例1]
図1は、本発明の実施例1に基づくロボットハンド1の斜め上方からみた全体図であり、図2は、図1とは逆方向から見たロボットハンド1の全体図である。図3~図7はワークW1(対象物W1)を把持する際の動作を示す正面図である。
図1と図2において、ロボットハンド1は、2本の指2(2A、2B)をそれぞれ駆動して作業対象を把持等する作業を行うように、ベースフレーム5を介して図示しないロボット本体側に取り付けられている。なお、このロボットハンド1は、例えば、人型ロボットやアーム型ロボット等に搭載されて、他のロボットと連携するなどして、スムーズな各種作業を実現する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
[Example 1]
FIG. 1 is an overall view of a
In FIGS. 1 and 2, the
2本の指2(2A、2B)は、1つのアクチュエータの駆動力を伝達することにより、指腹に相当する対向面が近づいたり遠ざかったりすることにより機能するように構成されている。 The two fingers 2 (2A, 2B) are configured to function by moving opposing surfaces corresponding to finger pads toward or away from each other by transmitting the driving force of one actuator.
電動モータ等のアクチュエータ11は、遊星歯車を内蔵して減速等の機能を有する伝達装置11Tを介して伝達シャフト31を駆動回転させることにより駆動力を出力するようになっている。アクチュエータ11は、ベースフレーム5に固定されている。
伝達シャフト31の先端には、駆動ギア31Gが同軸上で一体回転するように固定されている。なお、減速等が不要の場合は、伝達装置11Tを介さずに、直接アクチュエータ11の出力軸の先端に、駆動ギア31Gが同軸に一体回転するように固定してもよい。
駆動ギア31Gに、差動装置41においてリングギアの役割をなす従動ギア33Gが噛み合うことで、アクチュエータ11の駆動力がディファレンシャルケース42に伝達されるようになっている。
The
A
差動装置41は、ディファレンシャルケース42、その内部に配置された図示しないピニオンギア、同じく図示しないサイドギア、サイドシャフト51、61から構成されている。また、差動装置41は、ベースフレーム5に対して、軸方向には不動で自由回転可能に軸支されている。
サイドシャフト51は図示しないサイドギアに、サイドシャフト61は図示しない別のサイドギアにそれぞれ相対回転不能に一体形成あるいは固定されている。
サイドシャフト51とサイドシャフト61の回転軸は同軸になるように配置され、ディファレンシャルケース42ならびに、ベースフレーム5に対して、その回転軸の軸方向には不動であるが、回転軸周りに回転可能に軸支されている。
The
The
The rotation axes of the
また、図1および図2に示されるように、従動ギア33Gは、その回転軸がサイドシャフト51の回転軸ならびにサイドシャフト61の回転軸と同軸になるように、ディファレンシャルケース42に相対回転不能に固定されている。
このような構成により、アクチュエータ11の出力が、伝達シャフト31、駆動ギア31G、従動ギア33Gを介して、ディファレンシャルケース42まで伝達される構成になっている。
なお、実施例1では、アクチュエータ11の出力をディファレンシャルケース42まで伝達するために、駆動ギア31Gと従動ギア33Gを用いた伝達機構を用いているが、他の伝達機構でも構わない。例えば、伝達シャフト31の先端に駆動プーリを同軸に一体回転するように固定し、従動プーリをサイドシャフト51の回転軸ならびにサイドシャフト61の回転軸と同軸になるようにディファレンシャルケース42に相対回転不能に固定し、伝達ベルトを駆動プーリと従動プーリを共に巻き掛けることにより、アクチュエータ11の出力をディファレンシャルケース42まで伝達する伝達機構を用いてもよい。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the driven
With this configuration, the output of the
In the first embodiment, a transmission mechanism using the
ディファレンシャルケース42の内部に配置された図示しないピニオンギアと図示しないサイドギアが噛み合うことで、ディファレンシャルケース42に対して、サイドシャフト51(1つ目のサイドギア)とサイドシャフト61(別のサイドギア)との間に差動運動が発生する。
実施例1の差動装置41は、図示しないピニオンギアと図示しないサイドギアにベベルギアを用いた一般的な差動装置で構成されている。なお、サイドシャフト51とサイドシャフト61との間に差動運動を発生させるものであれば、例えば、発明者らが特願2019-182275号で提案したような、ピニオンギアとサイドギアに対し、3次元曲線によって互いに動きが拘束されたギアを用いた差動装置を用いてもよい。
By meshing a pinion gear (not shown) disposed inside the
The
ここで、図1に示すように、サイドシャフト61の先端には、駆動プーリ61Pが同軸上で一体回転するように固定されており、同様に、図2に示すように、サイドシャフト51の先端には、駆動プーリ51Pが同軸上で一体回転するように固定されている。
指2A、2Bに、駆動プーリ51P、61Pからの駆動力を伝達する伝達装置21A、21Bは、差動装置41を介して駆動力を出力するサイドシャフト51、61、これらに同軸上に固定された駆動プーリ51P、61P、伝達ベルト52、62、従動プーリ53P、63P、これらに同軸上に固定されたねじ軸22A、22B、ねじナット23A、23Bにより構成されている。ねじ軸22A、22Bは、差動装置41の指側出力軸であり、これにより、ねじ軸22を介して、入力側から出力軸に駆動力を伝達できるが、ねじナット23により、出力軸に作用する外力や負荷力が入力軸に伝達されない、セルフロック機構を構成している。
すなわち、図1から図7に示すセルフロック機構付伝達装置21においては、その入力軸であるねじ軸22を正転および逆転の両方向に回転させることで、リニアガイド24に沿ってねじナット23を正方向および反対方向の両方向に直線運動を生成できるが、ねじナット23を正方向および反対方向の両方向に直進運動を生成するような外力や負荷力を加えても、ねじナット23は動かず、ねじ軸22も回転させることができない。なお、実施例1では、ねじ軸22に台形ねじを使用している。
Here, as shown in FIG. 1, a
The
That is, in the self-locking transmission device 21 shown in FIGS. 1 to 7, the screw nut 23 is rotated along the linear guide 24 by rotating the screw shaft 22, which is the input shaft, in both forward and reverse directions. Although it is possible to generate linear motion in both the forward and reverse directions, the screw nut 23 does not move even if an external force or load force is applied that would cause the screw nut 23 to move in a straight line in both the forward and reverse directions. The screw shaft 22 also cannot be rotated. In addition, in Example 1, a trapezoidal screw is used for the screw shaft 22.
ねじ軸22Aの先端には、従動プーリ53Pが同軸上で一体回転するように固定されており、伝達ベルト52を駆動プーリ51Pと従動プーリ53Pを共に巻き掛けることにより、アクチュエータ11の出力をねじ軸22Aまで伝達し、ねじナット23Aと一体の指2Aの直線運動を生成するように構成している。
同様に、ねじ軸22Bの先端には、従動プーリ63Pが同軸上で一体回転するように固定されており、伝達ベルト62を駆動プーリ61Pと従動プーリ63Pを共に巻き掛けることにより、アクチュエータ110の出力をねじ軸22Bまで伝達し、ねじナット23Bと一体の指2Bの直線運動を生成するように構成している。
なお、ねじ軸22Aとねじ軸23Bは互いに逆ねじで構成されている。
このような構成により、無負荷状態時には、サイドシャフト51とサイドシャフト61が、ディファレンシャルケース42と相対的な位置関係を維持したまま回転駆動され、アクチュエータ11の回転運動は、指2Aと指2Bの開閉運動として生成される。
A driven
Similarly, a driven
Note that the
With this configuration, in the no-load state, the
図3から図5を用いて、実施例1のハンド1による対象物把持動作について説明する。
なお、これらの図は、いずれも対象物W1を把持する前後の姿勢を示す正面図である。
図3は、対象物W1を把持する前の姿勢を示す正面図で、無負荷状態を示している。図3の状態で、アクチュエータ11を駆動すると、サイドシャフト51とサイドシャフト61が、ディファレンシャルケース42と相対的な位置関係を維持したまま回転駆動され、前述のように指2Aと指2Bの開閉運動が生成される。
図4は、図3の状態から、指2Aと指2Bが閉じる動作となるようにアクチュエータ11を駆動し、指2Aが対象物W1に接触した状態を示す正面図である。この図4の状態で、更に指2Aと指2Bが閉じる動作となるようにアクチュエータ11を駆動すると、サイドシャフト51の回転運動は停止し、サイドシャフト61はディファレンシャルケース42の回転運動の2倍の速さで回転運動を行う。すなわち、指2Aの直線運動(閉じる動作)は生成されず、指2Bの直線運動(閉じる動作)のみが生成される。
図5は、指2Aの直線運動(閉じる動作)は生成されず、指2Bの直線運動(閉じる動作)のみが生成された状態から、指2Bが対象物W1に接触した状態を示す正面図である。これにより、ハンド1による対象物W1の把持が実現されている。
The object grasping operation by the
Note that these figures are front views showing the postures before and after gripping the object W1.
FIG. 3 is a front view showing the posture before gripping the object W1, and shows a no-load state. When the
FIG. 4 is a front view showing a state in which the
FIG. 5 is a front view showing a state in which the
図3から図5に示す挙動から分かるように、対象物W1が、把持前に指2Aと指2Bの中央に位置していなくとも、あるいは、対象物W1の形状が不均一な異径対象物であっても、差動装置41によりサイドシャフト51、61に差動動作が生成され、接触側の指が停止し、非接触側の指が急速に対象物に近接するため、確実な把持動作を実現できることが分かる。
一般に、ロボットが視覚認識(カメラを用いた認識など)や環境認識(レーダを用いた認識など)により対象物の位置を認識して把持する場合、これらの認識には誤差があり、安定した把持時に影響が与える場合がある。このような場合でも、実施例1のロボットハンド1では、対象物の認識位置誤差の影響を受けずに安定した把持が実現できる。
As can be seen from the behavior shown in FIGS. 3 to 5, even if the object W1 is not located at the center of the
In general, when a robot grasps the position of an object by visual recognition (e.g. recognition using a camera) or environmental recognition (recognition using radar etc.), there are errors in these recognitions and it is difficult to grasp the object stably. It can sometimes have an impact. Even in such a case, the
対象物W1をロボットハンド1で把持して高速に対象物W1を高速に搬送する作業(目的の位置で急減速する作業)時では、停止時に対象物W1には慣性力が作用し、この慣性力がロボットハンド1への外力となる。また、重心位置が不定の対象物(例えば、容器に液体と空気が入った対象物で、液体が動くと重心位置が変わる対象物)や動体(例えば、動物)を把持する作業時でも、把持した物品自体の重心位置が動くことにより発生する外力が、ロボットハンド1に作用する。
本実施例1では、差動装置41よりも出力側(指2がある側)に、セルフロック機構付伝達装置21を設けたことにより、ロボットハンド1に外力(例えば、図5に矢印で示した外力)が作用しても、サイドシャフト51、61に差動運動が発生することはなく、指2Aと指2Bで確実な把持が実現される。
When the object W1 is gripped by the
In the first embodiment, by providing the transmission device 21 with a self-locking mechanism on the output side (the side where the
ここで、セルフロック機構付伝達装置21を設けていない場合について、説明する。
図44および図45は、実施例1のセルフロック機構付伝達装置21を、セルフロック機構無の直動装置221A、B(例えば、ボールねじを用いた駆動装置)に置き換えた場合の対象物W1把持の姿勢を示している。
図44は、対象物W1を把持した姿勢を示している。
Here, a case where the transmission device 21 with a self-locking mechanism is not provided will be described.
44 and 45 show a target object W1 when the transmission device 21 with a self-locking mechanism of
FIG. 44 shows a posture in which the object W1 is gripped.
図44において、ロボットハンド1に矢印Aの方向の外力が作用すると、セルフロック機能が無い為、その外力により、ディファレンシャルケース42がアクチュエータ11により回転しないように制御されていても、サイドシャフト51、61に差動運動が発生し、図45に示すように、把持している対象物W1の位置や姿勢が把持中に変化してしまう。
これに対し、セルフロック機構付伝達装置21を用いれば、例えば、ロボットアームが対象物W1を把持した状態で、矢印Aの方向に高速移動させ、目標位置で瞬時に停止させ、矢印Aの方向に大きな慣性力が作用した場合でも、セルフロック機構付伝達装置21により、対象物W1の位置や姿勢の変動を防止することができる。
In FIG. 44, when an external force is applied to the
On the other hand, if the transmission device 21 with a self-locking mechanism is used, for example, the robot arm can move the object W1 at high speed in the direction of arrow A while gripping it, instantly stop it at the target position, and move the object W1 in the direction of arrow A. Even when a large inertial force acts on the object W1, the self-locking transmission device 21 can prevent the position and posture of the object W1 from changing.
以上のように、本発明の実施例1では、1つのアクチュエータ11の駆動力を、差動装置41でサイドシャフト51、61に分配し、そしてセルフロック機構付伝達装置21A、21Bを駆動する構成を採用したことにより、対象物の認識位置誤差の影響を受けずに安定した把持が実現できるだけでなく、ロボットハンド1に作用する外力に対しても安定した把持を実現できる。
また、図5に示すように、ロボットハンド1は、指2(指2Aと指2B)の直線運動位置を制御部1Cが取得して、対象に応じた駆動を実現して把持等する最適作業を行うようになっている。なお、本実施例では、ロボットハンド1に制御部1Cを設置して動作を統括制御する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、ロボットハンド1を設置されているロボット本体側に統括制御される形態に適用してもよい。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the driving force of one
In addition, as shown in FIG. 5, the
ロボットハンド1の制御部1Cは、メモリ1M内に格納されている制御プログラムを実行する中央演算素子、所謂、CPU(Central Processing Unit)により構成されている。制御部1Cは、そのメモリ1M内に予め設定されている各種パラメータや後述する角度センサなどの取得する各種センサ情報等に基づいて、例えば、アクチュエータ11の正逆駆動を制御することにより、例えば、ワークW1を作業対象として、最適条件で把持等する作業を実行するようになっている。
具体的には、ロボットハンド1の制御部1Cは、アクチュエータ11の駆動出力軸の回転角を検出するエンコーダ11Eが接続されている。制御部1Cは、そのエンコーダ11Eの検出情報に基づいて、差動装置41の入力回転角でもあるディファレンシャルケース42の回転角を検出している。なお、ディファレンシャルケース42の回転角は、エンコーダ11Eで検出したアクチュエータ11の駆動出力軸の回転角に、伝達装置11Tの減速比と、駆動ギア31Gと従動ギア33Gによる減速比に基づいて検出すればよい。
The
Specifically, the
また、ねじ軸22Aの片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット53rmが同軸上で一体回転するように固定されている。加えて、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド53rhは、そのねじ軸22Aを回転自在に支持している部材に設置されて読取用マグネット53rmの周りに位置し、制御部1Cに接続されている。
制御部1Cは、読取ヘッド53rhの検出する読取用マグネット53rmの相対回転情報に基づき、ねじ軸22Aのリード(ねじ軸22の1回転に伴い、ナット23がリニアガイド24に沿って進む距離)に基づいて、指2Aの位置(並進位置)を直接検出取得する。
なお、本実施例では、指側出力センサとして、ねじ軸22Aの回転角を検出して指2Aの位置を取得する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、差動装置41の出力軸であるサイドシャフト51の片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット53rm’を同軸上で一体回転するように固定し、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド53rh’を、そのサイドシャフト51を回転自在に支持している部材に設置されて読取用マグネット53rm’の周りに位置し、サイドシャフト51の回転角を検出し、その検出した回転情報に基づき、駆動プーリ51Pと従動プーリ53Pと伝達ベルト52による減速比、ねじ軸22Aのリード(ねじ軸22の1回転に伴い、ナット23がリニアガイド24に沿って進む距離)に基づいて、指2Aの位置(並進位置)を直接検出取得する形態に適用してもよい。また、ナット23Aに、位置センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット53rm”を一体に固定し、位置センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド53rh”を、そのナット23Aを並進自在に支持している部材に設置されて読取用マグネット53rm”の並進移動する周りに位置し、ナット23Aの位置(並進位置)を検出し、その検出した位置(並進位置)に基づき、指2Aの位置(並進位置)を直接検出取得する形態に適用してもよい。
Further, a reading magnet 53rm, which is one component of the rotation sensor element, is fixed to the outer surface of one side of the
The
In this embodiment, a case where the finger-side output sensor detects the rotation angle of the
同様に、ねじ軸22Bの片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット63rmが同軸上で一体回転するように固定されている。加えて、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド63rhは、そのねじ軸22Bを回転自在に支持している部材に設置されて読取用マグネット63rmの周りに位置し、制御部1Cに接続されている。制御部1Cは、読取ヘッド63rhの検出する読取用マグネット63rmの相対回転情報に基づき、ねじ軸22Bのリードに基づいて、指2Bの位置(並進位置)を直接検出取得する。
なお、本実施例では、指側出力センサとして、ねじ軸22Bの回転角を検出して指2Bの位置を取得する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、差動装置41の出力軸であるサイドシャフト61の片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット63rm’を同軸上で一体回転するように固定し、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド63rh’を、そのサイドシャフト61を回転自在に支持している部材に設置されて読取用マグネット63rm’の周りに位置し、サイドシャフト61の回転角を検出し、その検出した回転情報に基づき、駆動プーリ61Pと従動プーリ63Pと伝達ベルト62による減速比、ねじ軸22Bのリード(ねじ軸22の1回転に伴い、ナット23がリニアガイド24に沿って進む距離)に基づいて、指2Bの位置(並進位置)を直接検出取得する形態に適用してもよい。また、ナット23Bに、位置センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット63rm”を一体に固定し、位置センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド63rh”を、そのナット23Bを並進自在に支持している部材に設置されて読取用マグネット63rm”の並進移動する周りに位置し、ナット23Bの位置(並進位置)を検出し、その検出した位置(並進位置)に基づき、指2Bの位置(並進位置)を直接検出取得する形態に適用してもよい。
Similarly, a reading magnet 63rm, which is one component of the rotation sensor element, is fixed to the outer surface of one side of the
In this embodiment, a case where the finger side output sensor detects the rotation angle of the
加えて、制御部1Cは、検出取得した指2Aの位置と指2Bの位置より、ワークの把持状況を判断している。
具体的には、制御部1Cからの指令で、アクチュエータ11を駆動しているにもかかわらず、指2Aの位置と指2Bの位置が変化しない場合は、「対象物把持の可能性有」と判断している。メモリ1M内に予め設定している把持対象物情報(ワークWの形状、ワークWを想定どおり把持した時の指2Aと指2Bの想定位置間隔)と取得情報を比較参照し、ワークWの把持状況を判断している。
In addition, the
Specifically, if the position of the
図5から図7に示すワークW1は、いずれも同じ対象物で、ロボットハンド1の正面(図5から図7を図示した視点方向)から見て長方形断面を持つ対象物である。図5は、ワークW1の短辺方向で把持している図を示しており、図6は、ワークW1の長辺辺方向で把持している図を示しており、図7は、ワークW1の(長方形断面の)対角線方向で把持している図を示している。
制御部1Cの指令により、ワークW1を短辺方向で把持する作業を実現する場合、メモリ1M内に、ワークW1を短辺方向で把持した際の指2Aと指2Bの想定位置間隔を格納しておく。そして、検出取得した指2Aの位置と指2Bの位置から算出する指2Aと指2Bの位置間隔とメモリ1M内に予め設定した想定位置間隔を比較し、その比較結果が一致すれば、図5に示すように、制御部1Cは短辺方向でワークW1を把持していると判断する。
比較結果が一致しない場合は、制御部1Cは短辺方向でワークW1を把持していない(図6や図7に示す把持状況など、図5に示す把持状況ではない)と判断し、把持作業をやり直す。
The work W1 shown in FIGS. 5 to 7 is the same object, and has a rectangular cross section when viewed from the front of the robot hand 1 (the viewpoint direction in which FIGS. 5 to 7 are illustrated). 5 shows the workpiece W1 being gripped in the short side direction, FIG. 6 shows the workpiece W1 being gripped in the long side direction, and FIG. 7 shows the workpiece W1 being gripped in the long side direction. The diagram shows gripping in a diagonal direction (of a rectangular cross section).
When the workpiece W1 is to be gripped in the short side direction according to a command from the
If the comparison results do not match, the
更に、制御部1Cは、エンコーダ11Eの検出情報、読取ヘッド53rhの検出する読取用マグネット53rmの相対回転情報、読取ヘッド63rhの検出する読取用マグネット63rmの相対回転情報により、ロボットハンド1の駆動機構のシステム検証をしている。
すなわち、前述のように、制御部1Cは、そのエンコーダ11Eの検出情報に基づいて、差動装置41の入力回転角でもあるディファレンシャルケース42の回転角を検出している。
また、制御部1Cは、読取ヘッド53rhの検出する読取用マグネット53rmの相対回転情報に基づき、駆動プーリ51Pと従動プーリ53Pと伝達ベルト52による減速比に基づいて、サイドシャフト51の回転角を検出取得する。
加えて、制御部1Cは、読取ヘッド63rhの検出する読取用マグネット63rmの相対回転情報に基づき、駆動プーリ61Pと従動プーリ63Pと伝達ベルト62による減速比に基づいて、サイドシャフト61の回転角を検出取得する。
Further, the
That is, as described above, the
Further, the
In addition, the
検出取得したサイドシャフト51の回転角、サイドシャフト61の回転角、ディファレンシャルケース42の回転角が、許容誤差(センサの分解能やセンサ検出精度誤差)に基づいて次式(1)を満たせば、制御部1Cはロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していると判断する。
(サイドシャフト51の回転角+サイドシャフト61の回転角)÷2
=ディファレンシャルケース42の回転角・・・・・(1)
If the detected rotation angle of the
(Rotation angle of
=Rotation angle of
しかしながら、伝達装置11Tや駆動ギア31Gや従動ギア33Gや差動装置41のガタやギア歯摩耗による歯飛び、駆動プーリ51Pと伝達ベルト52と従動プーリ53Pによるベルト伝達機構のベルト伸びや脱調、駆動プーリ61Pと伝達ベルト62と従動プーリ63Pによるベルト伝達機構のベルト伸びや脱調、回転角センサ(11E、53rh、53rm、63rh、63rm)の取付緩みや故障などが発生すると、対象物把持の有無の状態にかかわらず、上記式(1)を満たさなくなる。
このような場合、制御部1Cはロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していていないと判断する。
また、セルフロック機構付伝達装置21のガタやナット23と指2の取付緩みなどが発生すると、対象物の寸法情報(幾何学的関係)が予め分かっている既知対象物を想定どおりに把持させた場合においても、検出取得した指2Aの位置と指2Bの位置から算出する指2Aと指2Bの位置間隔とメモリ1M内に予め設定した想定位置間隔が一致しなくなる。
このような場合も、制御部1Cはロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していていないと判断する。
However, play in the
In such a case, the
In addition, if the self-locking transmission device 21 becomes loose or the nut 23 and the
Even in such a case, the
[実施例2]
図8~図31は、本発明の実施例2に基づくロボットハンド1を示す図である。実施例1と比較すると、セルフロック機構付伝達装置と、各指が備えている関節の有無で相違している。
具体的には、実施例1では、ねじ軸22とねじナット23から構成されるセルフロック機構付伝達装置21を用いているが、実施例2では、円筒ウォーム26とウォームホイール27より構成されるセルフロック機構付伝達装置25を用いている。
また、実施例1の指2(2A、2B)には関節は無いが、実施例2の指2(2A、2B、2C)には中手指節間関節112や近位指節間関節122や遠位指節間関節132等の関節を有する指となっており、加えて実施例2の指2(2A、2B、2C)は1つの駆動力源で複数の関節を稼働させ、各指を構成する節をワークWの外面に沿うよう馴染ませる劣駆動機構で構成されている。
[Example 2]
8 to 31 are diagrams showing a
Specifically, in the first embodiment, a transmission device 21 with a self-locking mechanism is used, which is composed of a screw shaft 22 and a screw nut 23, but in the second embodiment, it is composed of a cylindrical worm 26 and a
Further, the fingers 2 (2A, 2B) of Example 1 have no joints, but the fingers 2 (2A, 2B, 2C) of Example 2 have a metacarpophalangeal joint 112, a proximal interphalangeal joint 122, The fingers have joints such as the distal interphalangeal joint 132, and in addition, the fingers 2 (2A, 2B, 2C) of Example 2 operate multiple joints with one driving force source, and each finger is It is composed of an underdrive mechanism that allows the constituent nodes to fit along the outer surface of the workpiece W.
図8~図11において、ロボットハンド1は、3本の指2(2A、2B、2C)をそれぞれ駆動して作業対象を把持等する作業を行うように、手首109を介して、図示しないロボット本体側に取り付けられている。なお、このロボットハンド1は、例えば、人型ロボットやアーム型ロボット等に搭載されて、他のロボットと連携するなどして、スムーズな各種作業を実現する。
ロボットハンド1は、手首109に取り付けられる掌(ロボットハンド本体)105の掌面106内の3箇所に指2が配置されて作業対象を把持等するようになっており、掌面106の一端辺106aの両端側に指2B、2Cが配置されて、反対側端辺106bの中央に指2Aが配置されている。この指2A~2Cは、それぞれの基節111、中節121および末節131が掌面106の端辺106a、106bの間に向かって接近する方向に相対回転することにより、作業対象を把持等することができるようにレイアウトされている。
In FIGS. 8 to 11, the
The
3本の指2(2A、2B、2C)は、1つのアクチュエータ11から発生する動力で駆動され、いずれも同じ構造で構成している。また、3本の指2(2A、2B、2C)は、中手指節間関節112、近位指節間関節122、遠位指節間関節132を備え、1つのアクチュエータからの駆動力を各指の駆動リンク114に伝達することで、各指の動きが発生するように構成している。各指の構造は同じ構成であることから、指を構成する部位の符号に関しては特に断りがない限り同じ符号を用いている。なお、指2Aの部位なのか、指2Bの部位なのか、指2Cの部位なのか、明確にどの指の部位であるかを示す必要がある場合には、指を見分けるための符号*Aや*Bや*Cを付与している。例えば、指2Aの駆動リンク114は駆動リンク114Aのように記載している。
The three fingers 2 (2A, 2B, 2C) are driven by power generated from one
指2は、基節111の一端側が掌105の掌面106側(同一面、内側あるいは外側のいずれでもよい)に配置されている中手指節間関節112に相対回転自在に連結支持されて、その基節111の他端側と中節121の一端側とが近位指節間関節122に相対回転自在に連結支持されて、その中節121の他端側と末節131の一端側とが遠位指節間関節132に相対回転自在に連結支持されて、その末節131の他端側が後述する指先139として機能する。
この指2は、基節111をリンクとして含む基側四節リンク機構103と、中節121および末節131をリンクとして含む末側四節リンク機構104とを備えて(図12を参照)、1つのアクチュエータ11の駆動力を伝達されることにより、その基節111、中節121および末節131のそれぞれを相対回転させることにより機能するように構築されている。
The
This
基側四節リンク機構103および末側四節リンク機構104は、後述するように、それぞれ、4つのリンクが3角形に近似する台形になるように配置されて、個々のリンクが相対的に回転自在に連結されている。
基側四節リンク機構103は、基節111に対する対辺側に基側中継リンク113が配置されて、その基節111および基側中継リンク113の指元(掌面106)側が駆動リンク114により連結されるとともに、その指先139側が基側中間リンク115により連結されている。基節111は、指元側が駆動リンク114の端部と中手指節間関節112により回転自在に連結されて、指先139側が基側中間リンク115の端部と近位指節間関節122により回転自在に連結されている。基側中継リンク113は、指元側が駆動リンク114の端部と第1連結軸116により回転自在に連結されて、指先139側が基側中間リンク115の端部と第2連結軸117により回転自在に連結されている。
As will be described later, the proximal four-
In the proximal four-
末側四節リンク機構104は、中節121に対する対辺側に末側中継リンク123が配置されて、その中節121および末側中継リンク123の指元側が末側中間リンク125により連結されるとともに、その指先139側が末節131により連結されている。中節121は、指元側が末側中間リンク125の端部と近位指節間関節122により回転自在に連結されて、指先139側が末節131の端部と遠位指節間関節132により回転自在に連結されている。末側中継リンク123は、指元側が末側中間リンク125の端部と第3連結軸126により回転自在に連結されて、指先139側が末節131の端部と第4連結軸127により回転自在に連結されている。
In the distal four-
基側中間リンク115および末側中間リンク125は、概略3角形の板状に形成されている中間リンク板120(図18を参照)の1つの頂部に位置する近位指節間関節122を共通利用して基節111および中節121の端部が回転自在に連結されているとともに、その中間リンク板120の3角形における他の2つの頂部に位置する第2連結軸117および第3連結軸126に基側中継リンク113および末側中継リンク123の端部がそれぞれ回転自在に連結されることにより機能するように構築されている。
すなわち、中間リンク板120は、近位指節間関節122および第2、第3連結軸117、126の3箇所の相対的な位置関係を固定して、これらの間の基側中間リンク115および末側中間リンク125の相対的な姿勢を保持したまま、その近位指節間関節122を中心にして回転自在に連結状態を維持している。このため、中間リンク板120は、その第2、第3連結軸117、126の間においても、相対的な位置関係を保持したまま近位指節間関節122を中心にして回転するリンクを備えることになり、第2、第3連結軸117、126に回転自在に連結されている基側中継リンク113、基側中間リンク115、末側中間リンク125、および末側中継リンク123を連動させるように動作を伝達する。
The proximal
That is, the
末節131は、両端側の遠位指節間関節132および第4連結軸127の2箇所の間隔を維持しつつ中節121および末側中継リンク123の指先139側を回転自在に連結するとともに、その遠位指節間関節132から中節121の延長方向に離隔する形状の指先139を第4連結軸127に対する相対的な位置関係も固定したまま相対回転可能にすることにより、その指先139を指先として機能させるようになっている。すなわち、遠位指節間関節132、第4連結軸127および指先139の3箇所の相対的な位置関係が固定されたまま回転可能に構築されている。
The distal joint 131 rotatably connects the
そして、指2の駆動機構を構成するリンクのモデル図(12図参照)に示すように、基側四節リンク機構103においては、指2の長さの一部となる基節111と基側中継リンク113が同等の長さに形成されて、指2の中手指節間関節112付近の厚さとなる駆動リンク114に対して基側中間リンク115が半分以下で1/3程度の短尺に形成されている。同様に、末側四節リンク機構104においては、指2の長さの一部となる中節121と末側中継リンク123が同等の長さに形成されて、指2の近位指節間関節122付近の厚さとなる末側中間リンク125に対して末節131が半分以下で1/3程度の短尺に形成されている。
As shown in the model diagram of the links constituting the drive mechanism for finger 2 (see Figure 12), in the proximal four-
このため、指2をできるだけ延伸させた姿勢にしたときに、基側四節リンク機構103においては、基側中継リンク113と基側中間リンク115とができるだけ直線的に連続する姿勢になって、その基側中継リンク113と基側中間リンク115との間を回転自在に連結する第2連結軸117がそれらの両端側の近位指節間関節122と第1連結軸116の間の線分L1(後述の第1仮想リンク119)に外側で接近することにより、全体で概略3角形に近似する形状を形成するように作製されている。末側四節リンク機構104においては、末側中継リンク123と末節131とができるだけ直線的に連続する姿勢になって、その末側中継リンク123と末節131との間を回転自在に連結する第4連結軸127がそれらの両端側の第3連結軸126と遠位指節間関節132との間の線分L2(後述の第2仮想リンク129)に外側で接近することにより、全体で概略3角形に近似する形状を形成するように作製されている。
Therefore, when the
この構成により、基側四節リンク機構103においては、基節111などに動きを制限する負荷が加えられない場合には、アクチュエータ11により回転する駆動リンク114と一体に相対的な連結姿勢(リンク形状)を維持したまま中手指節間関節112を中心にして回転することができる。この基側四節リンク機構103は、例えば、基節111が作業対象に突き当たるなどして動きを停止させる制限負荷が掛かった場合には、停止する基節111に対して中手指節間関節112を中心に回転する駆動リンク114に連動して基側中継リンク113が指先139側に移動することを許容するように基側中間リンク115(末側中間リンク125)が近位指節間関節122を中心にして回転する。この基側四節リンク機構103は、基側中間リンク115が駆動リンク114の半分以下の短尺に形成されているので、基側中継リンク113の指先139側の末側中間リンク125を大きく回転させることができ、近位指節間関節122での回転範囲を大きくすることができる。なお、本実施例では、基側中間リンク115を駆動リンク114の半分以下の寸法に作製しているが、駆動リンク114が基側中間リンク115より長ければ上述の機能を発揮させることができることはいうまでもない。
With this configuration, in the proximal four-
このとき、末側四節リンク機構104においては、基側四節リンク機構103と同様に、中節121などに動きを制限する負荷が加えられない場合には、近位指節間関節122を中心にして回転する基側中間リンク115と一体の末側中間リンク125と相対的な連結姿勢(リンク形状)を維持したままその近位指節間関節122を中心にして回転することができる。この末側四節リンク機構104は、例えば、中節121が作業対象に突き当たるなどして動きを停止させる制限負荷が掛かった場合には、停止する中節121に対して近位指節間関節122を中心に回転する末側中間リンク125に連動して末側中継リンク123が指先139側に移動することを許容するように末節131が遠位指節間関節132を中心にして回転する。
At this time, in the distal four-
この末側四節リンク機構104でも、末節131が末側中間リンク125の半分以下の短尺に形成されているので、末側中継リンク123の指先139側の末節131を大きく回転させることができ、遠位指節間関節132での回転範囲を大きくすることができる。なお、本実施例では、末節131を末側中間リンク125の半分以下の寸法に作製しているが、末側中間リンク125が末節131より長ければ上述の機能を達成できることはいうまでもない。
これにより、末節131は、遠位指節間関節132を中心にして相対的な位置関係(姿勢)の固定されている指先139を回転させて作業対象に突き当てることができ、基節111および中節121と共に作業対象を把持する状態にすることができる。
Also in this distal four-
Thereby, the
具体的には、基節111は、図13に示すように、中間フレーム111Fにより連結固定されている一対の基節プレート111Pの両端側に軸穴111a、111bがそれぞれ形成されて構成されている。中節121は、図14に示すように、中間フレーム121Fにより連結固定されている一対の中節プレート121Pの両端側に支持シャフト121S1、121S2が軸として機能するようにそれぞれ固定されて構成されている。末節131は、図15に示すように、指先フレーム131Fにより連結固定されている一対の末節プレート131Pの一端側に軸穴131aがそれぞれ形成されているとともに、その指先フレーム131Fに一端側が連結固定されている支持プレート131Sの他端側に軸穴131bが形成されて構成されている。
Specifically, as shown in FIG. 13, the base joint 111 is configured by forming
また、駆動リンク114は、図16に示すように、駆動リンクプレート114Pの両端側に軸穴114a、114bがそれぞれ形成されて構成されている。基側中継リンク113は、図17に示すように、中間フレーム113Fにより連結固定されている一対の基側中継リンクプレート113Pの両端側に軸穴113a、113bがそれぞれ形成されて構成されている。基側中間リンク115と末側中間リンク125とは、図18に示すように、上述する中間リンク板120の3角形の各頂部に軸穴120a、120b、120cがそれぞれ形成されて構成されている。末側中継リンク123は、図19に示すように、中間フレーム123Fにより連結固定されている一対の末側中継リンクプレート123Pの両端側に軸穴123a、123bがそれぞれ形成されて構成されている。
Further, as shown in FIG. 16, the
詳細には、一対の基節プレート111Pの一端側は、軸穴111aに後述する差動装置41の指側出力軸である連結シャフト114Sが差し込まれて回転自在に支持されている(図16参照)。これにより、基節111の一端側は、中手指節間関節112(軸穴111aおよび連結シャフト114S)により相対回転自在に連結されている。
また、一対の駆動リンクプレート114Pの一端側は、軸穴114aに後述する連結シャフト114Sが差し込まれて固定されている。これにより、駆動リンク114の一端側は、中手指節間関節112(軸穴114aおよび連結シャフト114S)により一体回転するように連結されている。
Specifically, one end side of the pair of
Furthermore, a connecting
図14に示すように、一対の中節プレート121Pの一端側は、基節プレート111Pの他端側の間に位置するように幅狭の離間距離に形成されて、その間に支持シャフト121S1が固定されており、その支持シャフト121S1の両端部が一端側の外面から突出している。一対の基節プレート111Pの他端側は、軸穴111bに中節プレート121Pの支持シャフト121S1の両端部が嵌め込まれて回転自在に支持されている。基節プレート111Pと同様に、中間リンク板120の一端側頂部は、軸穴120aに中節プレート121Pの支持シャフト121S1が差し込まれて回転自在に支持されている。これにより、基節111の他端側、中節121の一端側、および、基側中間リンク115と末側中間リンク125の一端側は、近位指節間関節122(軸穴111b、120aおよび支持シャフト121S1)により相対回転自在に連結されている。
As shown in FIG. 14, one end of the pair of
また、一対の中節プレート121Pの他端側は、末節プレート131Pの一端側を間に位置させるように基節プレート111Pと同等の離間距離に形成されて、その間に支持シャフト121S2が固定されている。一対の末節プレート131Pの一端側は、軸穴131aに中節プレート121Pの支持シャフト121S2が差し込まれて回転自在に支持されている。これにより、中節121の他端側および末節131の一端側は、遠位指節間関節132(軸穴131aおよび支持シャフト121S2)により相対回転自在に連結されている。
Further, the other end side of the pair of
図17に示す、基側中継リンクプレート113P両端に形成された軸穴113a、113bと、図16に示す駆動リンクプレート114Pの他端側に形成された軸穴114bと図18に示す中間リンク板120の基側頂部に形成された軸穴120bとは、第1連結軸116および第2連結軸117の連結シャフト116S、117S(図17参照)がそれぞれ差し込まれて相対回転自在に連結されている。これにより、基側中継リンク113の両端側と駆動リンク114の他端側および基側中間リンク115の他端側とは、第1連結軸116および第2連結軸117(軸穴113a、113bおよび連結シャフト116S、117S)により相対回転自在に連結されている。
図19に示す末側中継リンクプレート123P両端側に形成された軸穴123a、123bと、図18に示す中間リンク板120の末側頂部に形成された軸穴120c、図15に示す支持プレート131Sの軸穴131bとは、第3連結軸126および第4連結軸127の連結シャフト126S、127S(図19参照)がそれぞれ差し込まれて相対回転自在に連結されている。これにより、末側中継リンク123の両端側と末側中間リンク125の他端側および末節131の他端側とは、第3連結軸126および第4連結軸127(軸穴123a、123bおよび連結シャフト126S、127S)により相対回転自在に連結されている。
ところで、図15に示す一対の末節プレート131Pの間に位置する指先フレーム131Fは、軸穴131a側の一端側から他端側に向かって離隔するほど徐々に薄くなる先細り形状に形成されて、指先139として好適に機能するように作製されている。支持プレート131Sは、軸穴131bの形成されている他端側から離隔する一端側がその指先フレーム131Fの一面側にネジ止め固定されている。これにより、末節131は、両端側の軸穴131a、131bの一方または双方を中心に相対回転自在に連結されて、末側四節リンク機構104を形成するリンクのひとつとして機能する。
By the way, the
そして、図10に示すように、近位指節間関節122および遠位指節間関節132には、基節プレート111Pおよび中節プレート121Pが、また、中節プレート121Pおよび末節プレート131Pが、それぞれ概略直線的に延伸する姿勢になるように弾性力を付与する、所謂、捻りバネ(弾性部材)141、142が支持シャフト121S1、121S2(図14参照)のそれぞれの周りに位置するように設置されている。この捻りバネ141、142は、例えば、基節プレート111Pに対して中節プレート121Pが、また、中節プレート121Pに対して末節プレート131Pが無負荷状態から互いに接近する方向に回転したときに延伸姿勢に戻す方向に付勢する弾性力を付与するように設置されている。
As shown in FIG. 10, the proximal interphalangeal joint 122 and the distal interphalangeal joint 132 include a
また、これら捻りバネ141、142の周りには、図13~図15に示すように、回転のし過ぎを制限するストッパとして機能する突き当て面111t1、121t1、121t2、131t2がそれぞれ配置されている。突き当て面111t1は、図13に示すように、基節プレート111Pの軸穴111bから離隔する長手方向端面の逆回転方向の片側に形成されており、回転方向の片側が円形に形成されて回転を許容するように形成されているのに対して、その逆回転方向側に位置して角形に形成されることにより対面側に突き当たって逆回転を制限するように機能する。突き当て面121t2は、図14に示すように、中節プレート121Pの軸穴121aの近傍で基節プレート111Pの突き当て面111t1に対面する対向面に形成されて、その突き当て面111t1に突き当たってその逆回転を制限するように機能する。また、突き当て面121t1は、同様に、図14に示すように、中節プレート121Pの軸穴121bから離隔する長手方向端面の逆回転方向の片側に形成されており、回転方向の片側が円形に形成されて回転を許容するように形成されているのに対して、その逆回転方向側に位置して角形に形成されることにより対面側に突き当たって逆回転を制限するように機能する。突き当て面131t2は、図15に示すように、末節プレート131Pの軸穴131aの近傍で中節プレート121Pの突き当て面121t1に対面する対向面に形成されて、その突き当て面121t1に突き当たってその逆回転を制限するように機能する。
Furthermore, as shown in FIGS. 13 to 15, abutment surfaces 111t1, 121t1, 121t2, and 131t2 are arranged around these torsion springs 141 and 142, respectively, to function as stoppers to limit excessive rotation. . As shown in FIG. 13, the abutment surface 111t1 is formed on one side in the reverse rotation direction of the longitudinal end face away from the
突き当て面111t1、121t2および突き当て面121t1、131t2は、基節プレート111P、中節プレート121Pおよび中節プレート131Pのそれぞれが互いに接近する状態から近位指節間関節122および遠位指節間関節132を中心にして捻りバネ141、142の弾性力により延伸姿勢に戻る方向に回転して、その延伸姿勢からさらに回転しようとする際に、互いに突き当たるように形成されている。これにより、基節プレート111P、中節プレート121Pおよび中節プレート131Pは、延伸姿勢から回転し過ぎることが制限されることにより、その延伸姿勢に戻った状態で維持することができ、指2の反り返りを確実に防止することができる。すなわち、捻りバネ141、142と突き当て面111t1、121t1、121t2、131t2とが姿勢保持手段を構成している。
The abutment surfaces 111t1, 121t2 and the abutment surfaces 121t1, 131t2 move from the state in which the
なお、突き当て面111t1、121t1、121t2、131t2の形状は、本実施例2で採用する図13~図15に示す形状に限定されるものではない。
すなわち、実施例2では、基節111の近位指節間関節122付近に突き当て面111t1を面状で設け、中節121の近位指節間関節122付近に突き当て面121t2を面状で設けている。基節111と中節121が延伸姿勢からさらに回転しようとする際に、面状の突き当て面111t1と面状の突き当て面121t2が互いに突き当たるように形成されている。面状で互いに突き当たる形状とすることにより大きな力を受けることが可能な程度の強度を有するストッパとして構成されて設置されている。
Note that the shapes of the abutment surfaces 111t1, 121t1, 121t2, and 131t2 are not limited to the shapes shown in FIGS. 13 to 15 employed in the second embodiment.
That is, in the second embodiment, the abutting surface 111t1 is provided in a planar shape near the proximal interphalangeal joint 122 of the
同様に、中節121の遠位指節間関節132付近に突き当て面121t1を面状で設け、末節131の遠位指節間関節132付近に突き当て面131t2を面状で設けている。中節121と末節131が延伸姿勢からさらに回転しようとする際に、面状の突き当て面121t1と面状の突き当て面131t2が互いに突き当たるように形成されている。面状で互いに突き当たる形状とすることにより大きな力を受けることが可能な程度の強度を有するストッパとして構成されて設置されている。
これにより、指2は、例えば、図8~図10に示すような無負荷時に、基節プレート111P、中節プレート121Pおよび末節プレート131Pがほぼ直線的に延伸する姿勢で待機することができる。
Similarly, a planar abutting surface 121t1 is provided near the distal interphalangeal joint 132 of the
Thereby, the
さらに、図8~図10では、掌105の掌面106内に配置されている指2の中手指節間関節112における一対の基節プレート111Pは、それぞれ一端側の軸穴111aに連結シャフト114Sが相対回転自在に差し込まれて支持されている。これに対して、その中手指節間関節112における駆動リンクプレート114Pは、その基節プレート111Pの間に位置して一端側の軸穴114aに連結シャフト114Sが差し込まれることにより回転可能に支持されつつ、それぞれアクチュエータ11の駆動力を受け取ってその連結シャフト114S(軸穴114a)を中心に正逆回転されて駆動するようになっている。
Furthermore, in FIGS. 8 to 10, a pair of
指2の駆動リンクプレート114Pは、図8~図10および図16に示すように、一端側の軸穴114aを軸心とする外周側にウォームホイール27が固定されているとともに、その軸穴114aに連結シャフト114Sが相対回転不能に固定されている。
これに対して、アクチュエータ11は、遊星歯車を内蔵して減速等の機能を有する伝達装置11Tを介して伝達シャフト31を回転駆動させることにより駆動力を出力するようになっており、その伝達シャフト31の先端に駆動プーリ31Pが同軸上で一体回転するように固定されている。
As shown in FIGS. 8 to 10 and 16, the
On the other hand, the
指2Aの駆動リンクプレート114Pのウォームホイール27に噛み合う円筒ウォーム26は、軸心に伝達シャフト157が同軸に一体回転するように固定されており、この伝達シャフト157の反対側端部には、従動プーリ33Pが同軸に一体回転するように固定されている。伝達ベルト32は、駆動プーリ31Pと従動プーリ33Pを共に巻き掛けられており、アクチュエータ11の出力を伝達シャフト157まで伝達している。
The cylindrical worm 26 that engages with the
これにより、指2Aの中手指節間関節112Aでは、アクチュエータ11の駆動力を円筒ウォーム26Aおよびウォームホイール27Aを介して、減速伝達されて駆動リンクプレート114PAが正逆回転される。指2Aの駆動リンクプレート114PAは、図9~図11および図16に示すように、一端側の軸穴114aAを軸心とする外周側にウォームホイール27Aが固定されて、アクチュエータ11の駆動力が伝達されるとともに、その軸穴114aAには連結シャフト114SAが差し込まれて相対回転不能に固定されている。なお、本実施例では、後述するように駆動リンクプレート114Pの回転角を検出するため連結シャフト114Sを駆動リンクプレート114Pに対して相対回転不能に固定するが、駆動リンクプレート114Pの回転角の検出が不要な場合には相対回転可能に支持するようにしてもよい。
As a result, at the metacarpophalangeal joint 112A of the
指2Bの駆動リンクプレート114PBは、図9~図11および図16に示すように、指2Aと同様に、一端側の軸穴114aBを軸心とする外周側にウォームホイール27Bが固定されて、指2A、2Cとは別経路でアクチュエータ11の駆動力が伝達されるとともに、その軸穴114aBには指2A、2Cとは別個の連結シャフト114SBが差し込まれて相対回転不能に固定されている。なお、指2Aと同様に、本実施例では、後述するように駆動リンクプレート114Pの回転角を検出するため連結シャフト114Sを駆動リンクプレート114Pに対して相対回転不能に固定するが、駆動リンクプレート114Pの回転角の検出が不要な場合には相対回転可能に支持するようにしてもよい。
As shown in FIGS. 9 to 11 and 16, the drive link plate 114PB of the
具体的には、アクチュエータ11の駆動力が、伝達シャフト157まで駆動伝達される経路に関しては、指2Aと同様であるが、伝達シャフト157まで駆動伝達された駆動力が、指2Bまで駆動伝達される経路が異なる。
すなわち、伝達シャフト157の軸方向中央部には、駆動ギア34Gが同軸に一体回転するように固定されている。
駆動ギア34Gに、差動装置41を構成するリングギアの役割をなす従動ギア36Gが噛み合うことで、アクチュエータ11の駆動力がディファレンシャルケース42に伝達されるようになっている。
Specifically, the path through which the driving force of the
That is, the
差動装置41は、ディファレンシャルケース42、その内部に配置された図示しないピニオンギア、同じく図示しないサイドギア、サイドシャフト51、61から構成されている。また、差動装置41は、アクチュエータ11の駆動力が伝達された際に駆動回転されるように、ロボットハンド1の図示しないフレームに対して、掌105の内部で、軸方向には不動で自由回転可能に軸支されている。
サイドシャフト51は図示しないサイドギアに、サイドシャフト61は図示しない別のサイドギアにそれぞれ相対回転不能に一体形成あるいは固定されている。
サイドシャフト51とサイドシャフト61の回転軸は同軸になるように配置され、ディファレンシャルケース42ならびに、ロボットハンド1のフレーム(図示せず)に対して、その回転軸の軸方向には不動であるが、回転軸周りに回転可能に軸支されている。
The
The
The rotation axes of the
また、図10および図11に示されるように、従動ギア36Gは、その回転軸がサイドシャフト51の回転軸ならびにサイドシャフト61の回転軸と同軸になるように、ディファレンシャルケース42に相対回転不能に固定されている。
このような構成により、アクチュエータ11の出力が、駆動プーリ31P、伝達ベルト32、従動プーリ33P、伝達シャフト157、駆動ギア34G、従動ギア36Gを介して、ディファレンシャルケース42まで伝達される構成になっている。
なお、本実施例では、アクチュエータ11の出力をディファレンシャルケース42まで伝達するために、駆動ギア34Gと従動ギア36Gを用いた伝達機構を用いているが、他の伝達機構でも構わない。
例えば、伝達シャフト157の軸方向中央部に駆動プーリを同軸に一体回転するように固定し、従動プーリをサイドシャフト51の回転軸ならびにサイドシャフト61の回転軸と同軸になるようにディファレンシャルケース42に相対回転不能に固定し、伝達ベルトを駆動プーリと従動プーリを共に巻き掛けることにより、アクチュエータ11の出力をディファレンシャルケース42まで伝達する伝達機構を用いてもよい。
Further, as shown in FIGS. 10 and 11, the driven
With this configuration, the output of the
In this embodiment, a transmission mechanism using a
For example, a driving pulley is fixed to the axial center of the
ディファレンシャルケース42の内部に配置された図示しないピニオンギアと図示しないサイドギアが噛み合うことで、ディファレンシャルケース42に対して、サイドシャフト51(1つ目のサイドギア)とサイドシャフト61(別のサイドギア)との間に差動運動が発生する。
本実施例の差動装置41は、図示しないピニオンギアと図示しないサイドギアに、例えば、前述のように、特願2019-182275号で提案しているような、互いの動きが3次元曲線によって拘束されたギアを用いた差動装置で構成されている。なお、サイドシャフト51とサイドシャフト61との間に差動運動が発生する差動装置であれば、本実施例1に示したように、図示しないピニオンギアと図示しないサイドギアにベベルギアを用いた一般的な差動装置を用いても良い。
By meshing a pinion gear (not shown) disposed inside the
In the
サイドシャフト51の先端には、駆動プーリ51Pが同軸上で一体回転するように固定され、伝達ベルト52が従動プーリ53Pと共に巻き掛けられている。この従動プーリ53Pは、軸心に伝達シャフト177が同軸に一体回転するように固定されている。この伝達シャフト177の反対側端部には、円筒ウォーム26Bが同軸に一体回転するように固定されている。この円筒ウォーム26Bには、一端側の軸穴114aBに連結シャフト114SBが差し込まれている駆動リンクプレート114PBのウォームホイール27Bが噛み合うことで、正逆回転されるようになっている。
A driving
これにより、指2Bの中手指節間関節112Bでは、同一のアクチュエータ11の駆動力が伝達シャフト157まで駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が差動装置41のサイドシャフト51に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が駆動プーリ51Pと伝達ベルト52と従動プーリ53Pからなるベルト伝達機構を介して伝達シャフト177に駆動伝達され、更には円筒ウォーム26Bおよびウォームホイール27Bを介して減速伝達されて駆動リンクプレート114PBが正逆回転される。すなわち、指2Bの駆動に関しては、伝達シャフト31、157、177、円筒ウォーム26B、ウォームホイール27B、駆動プーリ31P、51P、従動プーリ33P、53P、伝達ベルト32、52、駆動ギア34G、従動ギア36G、差動装置41、およびサイドシャフト51がアクチュエータ11の駆動力を伝達する駆動力伝達装置を構成している。
As a result, in the metacarpophalangeal joint 112B of the
指2Cの駆動リンクプレート114PCは、図9~図11および図16に示すように、指2A、2Bと同様に、一端側の軸穴114aCを軸心とする外周側にウォームホイール27Cが固定されて、指2A、2Bとは別経路でアクチュエータ11の駆動力が伝達されるとともに、その軸穴114aCには指2A、2Bとは別個の連結シャフト114SCが差し込まれて相対回転不能に固定されている。なお、指2A、2Bと同様に、本実施例では、後述するように駆動リンクプレート114Pの回転角を検出するため連結シャフト114Sを駆動リンクプレート114Pに対して相対回転不能に固定するが、駆動リンクプレート114Pの回転角の検出が不要な場合には相対回転可能に支持するようにしてもよい。
As shown in FIGS. 9 to 11 and 16, the drive link plate 114PC of the
具体的には、アクチュエータ11の駆動力が、差動装置41(従動ギア36G、ディファレンシャルケース42)まで駆動伝達される経路に関しては、指2Bと同様である。が、差動装置41(従動ギア36G、ディファレンシャルケース42)まで駆動伝達された駆動力が、指2Cまで駆動伝達される経路が異なる。
サイドシャフト61の先端には、駆動プーリ61Pが同軸上で一体回転するように固定され、伝達ベルト62が従動プーリ63Pと共に巻き掛けられている。この従動プーリ63Pは、軸心に伝達シャフト187が同軸に一体回転するように固定されており、この伝達シャフト187の反対側端部には、円筒ウォーム26Cが同軸に一体回転するように固定されている。この円筒ウォーム26Cには、一端側の軸穴114aCに連結シャフト114SCが差し込まれている駆動リンクプレート114PCのウォームホイール27Cが噛み合って正逆回転されるようになっている。
Specifically, the path through which the driving force of the
A driving
これにより、指2Cの中手指節間関節112Cでは、同一のアクチュエータ11の駆動力が差動装置41(従動ギア36G、ディファレンシャルケース42)まで駆動伝達される。駆動伝達された駆動力が差動装置41のサイドシャフト61に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が駆動プーリ61Pと伝達ベルト62と従動プーリ63Pからなるベルト伝達機構を介して伝達シャフト187に駆動伝達され、更には円筒ウォーム26Cおよびウォームホイール27Cを介して減速伝達されて駆動リンクプレート114PCが正逆回転される。すなわち、指2Cの駆動に関しては、伝達シャフト31、157、187、円筒ウォーム26C、ウォームホイール27C、駆動プーリ31P、61P、従動プーリ33P、63P、伝達ベルト32、62、駆動ギア34G、従動ギア36G、差動装置41、およびサイドシャフト61がアクチュエータ11の駆動力を伝達する駆動力伝達装置を構成している。
As a result, the driving force of the
そして、ロボットハンド1は、指2A~2Cの基節111、中節121、末節131の相対的な屈曲状態を制御部1Cが取得して、対象に応じた駆動を実現して把持等する最適作業を行うようになっている。なお、本実施例では、ロボットハンド1に制御部1Cを設置して動作を統括制御する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、ロボットハンド1を設置されているロボット本体側に統括制御される形態に適用してもよいことはいうまでもない。
Then, in the
ロボットハンド1の制御部1Cは、メモリ1M内に格納されている制御プログラムを実行する中央演算素子、所謂、CPU(Central Processing Unit)により構成されている。制御部1Cは、そのメモリ1M内に予め設定されている各種パラメータや後述する角度センサなどの取得する各種センサ情報等に基づいて、例えば、アクチュエータ11の正逆駆動を制御することにより、例えば、図22、図23に示すような円柱形状のワークW1を作業対象として、最適条件で把持等する作業を実行するようになっている。
The
このロボットハンド1の制御部1Cは、中手指節間関節112と近位指節間関節122との作動状況を後述するセンサ素子により直接検出取得するとともに、遠位指節間関節132の作動状況については取得したセンサ情報やメモリ1M内に格納されている各部の寸法情報(幾何学的関係)を用いて算出取得するようになっている。
具体的には、連結シャフト114Sの一端側には、図16下方に示すように、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット114rmが埋め込まれている。図9や図10に示すように、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド114rhは、その連結シャフト114Sを回転自在に支持して中手指節間関節112として機能させる掌105側の部材に設置されて読取用マグネット114rmの周りに位置し、制御部1Cに接続されている。制御部1Cは、読取ヘッド114rhの検出する読取用マグネット114rmの相対回転から図12に示す指2のリンクモデルにおける掌105側の基準位置Rからの駆動リンクプレート114Pの相対回転角112αを直接検出取得する。なお、図11において、制御部1Cに接続するセンサ線(制御部1Cと読取ヘッド114rh間のセンサ線)は一点鎖線で図示している。
なお、本実施例では、指側出力センサとして、読取ヘッド114rhの検出する読取用マグネット114rmの相対回転から図12に示す指2のリンクモデルにおける掌105側の基準位置Rからの駆動リンクプレート114Pの相対回転角112αを直接検出取得する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、伝達シャフト157、177、187の片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネットを同軸上で一体回転するように固定し、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッドを、その伝達シャフト157、177、187を回転自在に支持している部材に設置されて読取用マグネットの周りに位置し、伝達シャフト157、177、187の回転角を検出し、その検出した回転情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置25(25A、25B、25C)による減速比に基づいて、相対回転角112αを検出取得する形態に適用してもよい。また、伝達シャフト(177、187)の回転角の検出に代わり、差動装置41のサイドシャフト(51、61)の回転角を検出し、その検出した回転情報に基づき、駆動プーリ(51P、61P)と伝達ベルト(52、62)と従動プーリ(53P、63P)で構成されるベルト伝達機構の減速比、ならびにセルフロック機構付伝達装置25(25A、25B、25C)による減速比に基づいて、相対回転角112αを検出取得する形態に適用してもよい。
The
Specifically, as shown in the lower part of FIG. 16, a reading magnet 114rm, which is one component of the rotation sensor element, is embedded in one end of the
In this embodiment, as a finger-side output sensor, the
また、基節プレート111Pの一端側には、図13に示すように、駆動リンクプレート114Pと一体回転する連結シャフト114Sを差し込まれて相対回転自在に支持する軸穴111aの片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット111rmが埋め込まれて突起状に突出している。
図9、図10に示すように、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド111rhは、その連結シャフト114Sを回転自在に支持して中手指節間関節112として機能させる掌105側の部材に設置されて読取用マグネット111rmの周りに位置し、制御部1Cに接続されている。制御部1Cは、読取ヘッド111rhの検出する読取用マグネット111rmの相対回転から図12に示す指2のリンクモデルにおける掌105側の基準位置Rからの基節プレート111Pの相対回転角112βを直接検出取得する。なお、図11において、制御部1Cに接続するセンサ線(制御部1Cと読取ヘッド111rh間のセンサ線)も一点鎖線で図示している。
In addition, as shown in FIG. 13, on one end side of the
As shown in FIGS. 9 and 10, the reading head 111rh, which is the other component of the rotation sensor element, is a member on the
さらに、中節プレート121Pの一端側には、図14に示すように、支持シャフト121S1の片側端部が外面から突出して、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット121rmが埋め込まれている。図9や図10に示すように、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド121rhは、その支持シャフト121S1の片側端部が回転自在に嵌め込まれる基節プレート111Pの他端側の軸穴111b周りに位置し、制御部1Cに接続されている。制御部1Cは、読取ヘッド121rhの検出する読取用マグネット121rmの相対回転から基節プレート111Pに対する中節プレート121Pの相対回転角122αを直接取得する。なお、図11において、制御部1Cに接続するセンサ線(制御部1Cと読取ヘッド121rh間のセンサ線)も一点鎖線で図示している。
Furthermore, as shown in FIG. 14, one end of the support shaft 121S1 protrudes from the outer surface of one end of the
このようにして、ロボットハンド1の制御部1Cは、図12に示すように、読取ヘッド114rhの検出する読取用マグネット114rmの回転情報に基づいて駆動リンクプレート114Pの指2における基準位置Rからの中手指節間関節112(軸穴111a、114a)周りでの回転角112αを直接取得し、また、読取ヘッド111rhの検出する読取用マグネット111rmの回転情報に基づいて基節プレート111Pの指2における基準位置Rからの中手指節間関節112周りでの回転角112βを直接取得し、さらに、読取ヘッド121rhが検出する読取用マグネット121rmの回転情報に基づいて基節プレート111Pに対する中節プレート121Pの近位指節間関節122(軸穴111b、121a)周りでの回転角122αを直接取得している。
In this way, as shown in FIG. 12, the
これに対して、制御部1Cは、中節プレート121Pに対する末節プレート131Pの遠位指節間関節132(軸穴121b、131a)周りにおける回転角132γを算出取得している。
具体的には、まず、この制御部1Cは、中手指節間関節112周りにおいて、駆動リンクプレート114Pの基準位置Rからの回転角112αを、基節プレート111Pの基準位置Rからの回転角112βから減算することにより、基節プレート111Pと駆動リンクプレート114Pとの間の回転角112γを算出取得する。
On the other hand, the
Specifically, first, the
次いで、制御部1Cは、その基節プレート111Pと駆動リンクプレート114P(以下では、プレートという文言を省略する場合もある)との間の算出回転角112γと、基節111のリンク長(既定の基節プレート111Pの軸穴111a、111b間距離、以下同様のため省略)と、駆動リンク114のリンク長とから、第1仮想リンク119(軸穴111b、114b間の線分L1)の長さを算出取得する。
次いで、制御部1Cは、算出した第1仮想リンク119の長さと、基節111のリンク長と、駆動リンク114のリンク長とから、その第1仮想リンク119と基節111との間の近位指節間関節122周りにおける回転角122βを算出取得する。
Next, the
Next, the
次いで、同様に、制御部1Cは、算出した第1仮想リンク119の長さと、基側中継リンク113のリンク長と、中間リンク板120における基側中間リンク115のリンク長とから、その第1仮想リンク119と基側中間リンク115との間の近位指節間関節122周りにおける回転角122γを算出取得する。
制御部1Cは、第1仮想リンク119と基節111との間の算出回転角122βと、その第1仮想リンク119と基側中間リンク115との間の算出回転角122γと、中間リンク板120の基側中間リンク115および末側中間リンク125の間の近位指節間関節122周りにおける固定角122δと、基節プレート111Pと中節プレート121Pの間の近位指節間関節122周りにおける検出回転角122αとから、中節121および末側中間リンク125の間の近位指節間関節122周りにおける回転角122εを算出取得する。
Next, similarly, the
The
次いで、制御部1Cは、中節121および末側中間リンク125の間の算出回転角122εと、中節121のリンク長と、中間リンク板120における末側中間リンク125のリンク長とから、第2仮想リンク129(軸穴120c、121b間の線分L2)の長さを算出取得する。
制御部1Cは、算出した第2仮想リンク129の長さと、中節121のリンク長と、中間リンク板120における末側中間リンク125のリンク長とから、その第2仮想リンク129と中節121との間の遠位指節間関節132(軸穴121b、131a)周りにおける回転角132αを算出取得する。
Next, the
The
次いで、制御部1Cは、同様に、算出した第2仮想リンク129の長さと、末側中継リンク123のリンク長と、末節131のリンク長とから、その第2仮想リンク129と末節131との間の遠位指節間関節132周りにおける回転角132βを算出取得する。
Next, the
次いで、制御部1Cは、第2仮想リンク129と中節121との間の算出回転角132αと、第2仮想リンク129と末節131との間の算出回転角132βと、末節プレート131Pの軸穴131aから支持プレート131Sの他端側の軸穴131bまでのリンクとして機能する末節131およびその末節プレート131Pの軸穴131aから指先フレーム131Fの他端側の指先139の先端139eまでの指先リンクの間の軸穴131a周りにおける固定角133αとからその指先リンクと中節121(中節プレート121P)の延長線121Eとの間の遠位指節間関節132における回転角132γを算出取得する。
Next, the
このようにして、このロボットハンド1の制御部1Cは、読取用マグネット111rm、114rm、121rmおよび読取ヘッド111rh、114rh、121rhから、駆動リンク114の回転角112αや、基節111および中節121の回転角112β、122α(中手指節間関節112および近位指節間関節122の関節角)を直接検出取得するのに加えて、センサ素子を特に設置することなく、基側四節リンク機構103および末側四節リンク機構104の構成要素の寸法や角度等の幾何学的情報を用いて、遠位指節間関節132の関節角として、末節131と一体の指先139の回転角132γを算出取得することができる。すなわち、ロボットハンド1では、センサ素子の設置数を少なくして、コスト低減と共に、設置スペースを削減して小型化を図ることができる。
In this way, the
そして、このロボットハンド1の制御部1Cは、メモリ1M内の制御プログラムを実行して各種設定パラメータや各種センサ情報等に基づいてアクチュエータ11の正逆駆動を制御することにより各種作業を最適条件で実行する。
ところで、指2は、作業対象のワークWの存在しない無負荷時には、図8~図10および図20に示すように、中節121が基節111に対して、末節131(指先139)がその中節121に対して、捻りバネ141、142の弾性力により付勢されている。このため、基節111、中節121および末節131は、ほぼ直線的に延伸する姿勢にされて基側四節リンク機構103および末側四節リンク機構104の形状が維持される。
The
By the way, when the
また、このロボットハンド1は、基節111、中節121および末節131のいずれにも負荷が加えられることなく、各指2A~2Cの指先139が掌面106の中央付近の仮想鉛直平面106V(図21を参照)に接近して、その仮想鉛直平面106Vを挟んで交互の隣接位置で向かい合う際に、その仮想鉛直平面106Vに指先139の指腹139sが全面接触する姿勢を取るように設定されている。
これにより、ロボットハンド1は、アクチュエータ11が正逆駆動されてウォームホイール27と円筒ウォーム26との噛合位置に応じて駆動リンク114が中手指節間関節112を中心に駆動回転されることにより、指2A~2Cが機能する。このロボットハンド1は、指2A~2Cの指先139が大きく互いに離間する姿勢から始動し、その指先139が互いに接近する方向に動作されることによって、基節111、中節121および末節131が中手指節間関節112、近位指節間関節122および遠位指節間関節132で適宜に屈曲して作業対象のワークWを把持する作業などを実行することができる。
Furthermore, in this
As a result, the
以下、実施例2により、様々な形状のワークW2を把持する際の動作を説明する。
例えば、指2は、作業対象のワークW2が円柱形状の対象物(図46(a)参照)を把持する際には、図22~図25に図示するように、動作する。
まず、作業対象のワークW2が掌面106の端辺106a、106b間の中央付近に位置するように保持してロボットハンド1を駆動させることにより、図22に示すように、指2A~2Cの全体で把持することになる。この場合、指2A~2Cは、図20に示す無負荷状態のまま、上述するように、指先139同士が互いに接近する方向に、基節111、中節121および末節131の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される。すると、指2A~2Cは、掌面106の中央付近に位置するワークW2に、基節111と、中節121と、末節131の指先139とが順次に突き当たってそれ以上の回転が制限されることにより把持することになる。
Hereinafter, according to a second embodiment, operations when gripping workpieces W2 of various shapes will be described.
For example, when gripping a cylindrical workpiece W2 (see FIG. 46(a)), the
First, by driving the
なお、このワークW2は円柱形状で指2A~2Cが同時に同様に動作して把持する作業を行うことため、以下では、指2Aに関して図面を用いてその動作を説明する。
まず、ロボットハンド1の指2Aは、図20に示す無負荷の待機状態からアクチュエータ11の駆動力により円筒ウォーム26が回転されてウォームホイール27との噛合位置が変動するのに連れて、駆動リンク114が中手指節間関節112を中心に回転することによって、図23に示すように、基節111がワークW2に突き当たってそれ以上の回転が制限される。そのまま、指2Aは、その駆動リンク114が中手指節間関節112を中心にさらに回転されることによって、基側四節リンク機構103が変形されつつ、図24に示すように、基側中継リンク113が指先139側にスライドされて、中間リンク板120(基側中間リンク115と末側中間リンク125)と中節121が捻りバネ141の弾性力に抗して近位指節間関節122を中心に回転される。すると、指2Aは、末側四節リンク機構104の形状を維持したまま、その中節121がワークW2に突き当たってそれ以上の回転が制限される。このとき、中間リンク板120(基側中間リンク115と末側中間リンク125)と中節121が近位指節間関節122を中心に限界まで回転された後には、その中節121がワークW2に突き当たる前でも、後述するように、末側中継リンク123のスライドと共に、捻りバネ142の弾性力に抗する末節131の相対回転が開始されることになる。
Note that this workpiece W2 has a cylindrical shape and the
First, the
このロボットハンド1は、中節121がワークW2に突き当たるなどした後にも、駆動リンク114や中間リンク板120が中手指節間関節112や近位指節間関節122を中心に回転することによって、図25に示すように、中節121の回転制限に伴って末側中継リンク123が指先139側にスライドされる。この後に、指2Aは、末節131が捻りバネ142の弾性力に抗して遠位指節間関節132を中心に回転されて、末側四節リンク機構104が変形されつつ、指先139がその遠位指節間関節132を中心に回転されることにより、その指先139の指腹139sをワークW2に突き当てた状態に変移されて、それ以上の回転が制限されて把持する状態が維持される。
In this
このように、本実施例の指2A~2Cを搭載するロボットハンド1にあっては、1つのアクチュエータ11の駆動力によって基節111、中節121および末節131を作業対象のワークW2の円柱形状に応じて順次に回転させることができ、末節131の指先139までをワークW2の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークW2(円柱形状対象物)を最適状態で把持することができる。
In this way, in the
また、例えば、図21に戻って、作業対象のワークWがシート状の場合には、掌面106の端辺106a、106b間の中央付近の仮想鉛直平面106Vに一致させるようにそのワークWを保持してロボットハンド1を駆動させることにより、指2A~2Cは、図20に示す指の無負荷姿勢のまま、上述するように、指先139同士が互いに接近する方向に、基節111、中節121および末節131の直線的な延伸姿勢のまま回転される。すると、その指2A~2Cは、その仮想鉛直平面106Vに位置するシート状のワークWに指先139の指腹139sを全面接触させる状態に変移されて、それ以上の回転が制限されて把持する状態が維持される。すなわち、ロボットハンド1は、指2の指先139でシート状のワークWを挟んで把持することができる。
For example, returning to FIG. 21, when the workpiece W to be worked on is sheet-like, the workpiece W is moved so as to match the virtual
また、例えば、指2は、作業対象のワークW3が円錐形状の対象物(図46(b)参照)を把持する際には、図26~図31に図示するように、動作する。
まず、作業対象のワークW3が掌面106の端辺106a、106b間の中央付近に位置するように保持してロボットハンド1を駆動させることにより、図26に示すように、指2A~2Cの全体で把持することになる。この場合、指2A~2Cは、図20に示す無負荷状態のまま、上述するように、指先139同士が互いに接近する方向に、基節111、中節121および末節131の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される。すると、指2A~2Cは、掌面106の中央付近に位置するワークW3に、異なる姿勢で(各指2の中手指節間関節112の関節角、近位指節間関節122の関節角、遠位指節間関節132の関節角が異なる状態で)、各指2の基節111と、中節121と、末節131の指先139とが順次に突き当たってそれ以上の回転が制限されることにより把持することになる。
Further, for example, when the workpiece W3 to be worked on grasps a conical object (see FIG. 46(b)), the
First, by driving the
なお、このワークW3は円錐形状で指2A~2Cが異なる姿勢で動作して把持する作業を行うことになるが、指2の基節111、中節121および末節131を作業対象のワークWの形状に応じて順次に回転させ、末節131の指先139までをワークWの外面に馴染むように沿わさせる動作原理に関しては、ワークW2(円柱形状対象物、図46(a)参照)の時と変わりないので、説明は省略する。
Note that this workpiece W3 has a conical shape, and the
本発明の実施例2では、前述のように、アクチュエータ11の駆動力が駆動リンク114(駆動リンクプレート114P)まで駆動伝達される経路は、指2A、2B、2Cで、別経路で伝達されている。また、指2Bと指2Cの駆動伝達経路には、差動装置41が介在するため、各指を駆動する駆動リンク114(駆動リンクプレート114P)の回転角[112α]が異なる角度となりながら作業が実行できる構成になっている。そのため、図27~図31に破線で示すように各指の駆動リンク(114A、114B、114C)の姿勢が異なる姿勢をとるとともに、指2A~2Cが異なる姿勢で動作してワークW3を把持することができる。
In the second embodiment of the present invention, as described above, the drive force of the
円錐形状のワークW3(対象物W3)の把持状態の姿勢を示す図26~図31を用いて、より詳細に説明する。
図26はその斜視図で、図27はその側面図である。図28は、図27とは逆方向から見た円錐形状のワークW3(対象物W3)の把持状態の姿勢を示す側面図である。図29~図31は、図28に示す側面図において、手前の指(2B)とワークW3(対象物W3)が接する部分で対象物のみを断面描画した側面図、中央の指(2A)とワークW3(対象物W3)が接する部分で対象物のみを断面描画した側面図、奥の指(2C)とワークW3(対象物W3)が接する部分で対象物のみを断面描画した側面図である。
This will be explained in more detail with reference to FIGS. 26 to 31, which show the postures of the conical workpiece W3 (object W3) in a gripped state.
FIG. 26 is a perspective view thereof, and FIG. 27 is a side view thereof. FIG. 28 is a side view showing the gripping state of the conical workpiece W3 (object W3) as seen from the opposite direction to FIG. 27. FIG. 29 to 31 are side views in which only the object is drawn in cross section at the part where the front finger (2B) and the workpiece W3 (object W3) touch in the side view shown in FIG. 28, and the center finger (2A) and This is a side view in which only the cross section of the object is drawn at the part where the workpiece W3 (object W3) contacts, and a side view in which only the cross section of the object is drawn at the part where the back finger (2C) and the workpiece W3 (object W3) are in contact. .
図29は、手前の指(2B)の基節111Bが円錐形状のワークW3(対象物W3)に接触し、続く中節121Bが円錐形状のワークW3(対象物W3)に接触し、続く指先139Bが円錐形状のワークW3(対象物W3)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。図29に示すように、手前の指(2B)においては、その基節111B、中節121Bおよび末節131B(指先139B)までをワークW3の一端側付近の太い径部位の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークW3(円錐形状対象物、図46(b)参照)を最適状態で把持することができる。 In FIG. 29, the proximal joint 111B of the front finger (2B) contacts the conical workpiece W3 (object W3), the following middle joint 121B contacts the conical workpiece W3 (object W3), and the following fingertip 139B is a side view showing the posture when the conical workpiece W3 (target object W3) is brought into contact with the conical workpiece W3 and gripping is completed. FIG. As shown in FIG. 29, the finger (2B) in the front has its proximal joint 111B, middle joint 121B, and distal joint 131B (fingertip 139B) along the outer surface of the thick diameter part near one end of the workpiece W3. As a result, the workpiece W3 (cone-shaped object, see FIG. 46(b)) can be gripped in an optimal state.
また、図30は、中央の指(2A)の基節111Aが円錐形状のワークW3(対象物W3)に接触し、続く中節121Aが円錐形状のワークW3(対象物W3)に接触し、続く指先139Aが円錐形状のワークW3(対象物W3)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。図30に示すように、中央の指(2A)においても、その基節111A、中節121Aおよび末節131A(指先139A)までをワークW3の中間付近の中程度の太さの部位の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークW3(円錐形状対象物、図46(b)参照)を最適状態で把持することができる。
Further, in FIG. 30, the proximal joint 111A of the central finger (2A) contacts the conical workpiece W3 (object W3), and the following middle joint 121A contacts the conical workpiece W3 (object W3), FIG. 13 is a side view showing a posture when a
加えて、図31は、奥の指(2C)の基節111Cが円錐形状のワークW3(対象物W3)に接触し、続く中節121Cが円錐形状のワークW3(対象物W3)に接触し、続く指先139Cが円錐形状のワークW3(対象物W3)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。図示のとおり、奥の指(2C)においても、その基節111C、中節121Cおよび末節131C(指先139C)までをワークW3の他端側付近の細い径部位の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークW3(円錐形状対象物、図46(b)参照)を最適状態で把持することができる。 In addition, FIG. 31 shows that the proximal joint 111C of the back finger (2C) contacts the conical workpiece W3 (object W3), and the following middle joint 121C contacts the conical workpiece W3 (object W3). , is a side view showing the posture when the subsequent fingertip 139C comes into contact with the conical workpiece W3 (object W3) and gripping is completed. As shown in the figure, the back finger (2C) is also made to fit its proximal joint 111C, middle joint 121C, and terminal joint 131C (fingertip 139C) along the outer surface of the narrow diameter part near the other end of the workpiece W3. , the workpiece W3 (cone-shaped object, see FIG. 46(b)) can be gripped in an optimal state.
このように、本実施例の指2A~2Cを搭載するロボットハンド1にあっては、1つのアクチュエータ11の駆動力を各指2まで伝達駆動するとともに、指2Bと指2Cの駆動伝達経路に差動装置41を介在させたことによって、円錐形状を有するワークWに対しても、各指の基節111、中節121および末節131を、各指が接触する作業対象のワークW3の形状に応じて順次に回転させることができ、各指の末節131の指先139までをワークW3の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークW3(円錐形状対象物、図46(b)参照)を最適状態で把持することができる。
In this way, in the
なお、アクチュエータ11を駆動し把持したワークWを放す際は、把持時にワークWの外面に馴染んだ節の順番とは逆に、節がワークから離れていく。具体的には、先ず指先139(末節131)がワークWから離れ、次に中節121がワークWから離れ、最後に基節111がワークWから離れ、そして基節111、中節121および末節131の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される。
Note that when the
ワークW3(円錐形状対象物、図46(b)参照)などを把持し、指2A~2Cが異なる姿勢で把持したワークWを放す場合は、直線的な延伸姿勢の指2A~2Cの姿勢が一致しないで動作することがある。例えば、直線的な延伸姿勢の指2Bが直線的な延伸姿勢の指2Aから離れているにも関わらず、直線的な延伸姿勢の指2Cが直線的な延伸姿勢の指2Aに近い位置になる姿勢になることがある。そのような場合においても、指2Aと指2B(2C)が互いに遠ざかる(指が開く)方向にアクチュエータ11を駆動することで、直線的な延伸姿勢の指2の姿勢が揃う構成を採用している。
When gripping a workpiece W3 (cone-shaped object, see FIG. 46(b)) or the like, and releasing the workpiece W gripped by the
具体的には、図16に示すように、駆動リンク114には、過度の回転を制限するストッパとして機能する突き当て面114t1が配置されている。この突き当て面114t1は、駆動リンクプレート114Pの軸穴114a(中手指節間関節112の軸)から少し離隔する側面の基側四節リンク機構103の外側に略角形に形成されることにより対面側に突き当たって逆回転を制限するように機能する。また、突き当て面106t1は、図8、図22、図26に示すように、中手指節間関節112の軸から少した隔離された掌106の面上に、駆動リンクプレート114Pの突き当て面114t1に対面する対向面に形成されて、その突き当て面114t1に突き当たってその逆回転を制限するように機能する。
Specifically, as shown in FIG. 16, the
指2Bの突き当て面114t1Bと突き当て面106t1Bの突き当りが、指2Cの突き当て面114t1Cと突き当て面106t1Cの突き当りよりも先に起きた場合には、差動装置41のサイドシャフト51の回転運動が停止する。サイドシャフト51の回転運動が停止したことにより、指2Bの駆動も停止する。また、サイドシャフト51の回転運動が停止したことにより、サイドシャフト61はディファレンシャルケース42の回転運動の2倍の速さで回転運動をし、指2Cの突き当て面114t1Cと突き当て面106t1Cの突き当った時に、指2Cの駆動も停止する。
この停止と同時に、指2Aの突き当て面114t1Aと突き当て面106t1Aの突き当りも起き、指2Aの駆動も停止する。
If the abutting surface 114t1B of the
Simultaneously with this stop, the abutment surface 114t1A of the
この逆で、指2Cの突き当て面114t1Cと突き当て面106t1Cの突き当りが、指2Bの突き当て面114t1Bと突き当て面106t1Bの突き当りよりも先に起きた場合には、差動装置41のサイドシャフト61の回転運動が停止する。サイドシャフト61の回転運動が停止したことにより、指2Cの駆動も停止する。また、サイドシャフト61の回転運動が停止したことにより、サイドシャフト51はディファレンシャルケース42の回転運動の2倍の速さで回転運動をし、指2Bの突き当て面114t1Bと突き当て面106t1Bの突き当った時に、指2Bの駆動も停止する。
この停止と同時に、指2Aの突き当て面114t1Aと突き当て面106t1Aの突き当りも起き、指2Aの駆動も停止する。
このような構成により、ワークWを放し再度把持する場合においても、図20に示すような指2が直線的な延伸姿勢から把持を再開することができる。
On the contrary, if the abutting surface 114t1C of the
Simultaneously with this stop, the abutment surface 114t1A of the
With such a configuration, even when releasing the workpiece W and gripping it again, the
本実施例2のロボットハンド1では、図9~図11に示すように、1つのアクチュエータ11の駆動力を、指2(2A、2B、2C)を駆動する駆動リンク114(114A、114B、114C)まで駆動伝達する経路に、円筒ウォーム26(26A、26B、26C)とウォームホイール27(27A、27B、27C)を用いている。この円筒ウォーム26(26A、26B、26C)とウォームホイール27(27A、27B、27C)により、セルフロック機構付伝達装置25(25A、25B、25C)を構成している。このセルフロック機構付伝達装置は、実施例1のセルフロック機構付伝達装置21(21A、21B)で説明したように、入力側から出力軸に駆動力を伝達できるが、出力軸に作用する外力や負荷力が入力軸に伝達されない機能を備えている。
なお、本実施例2では、円筒ウォーム26とウォームホイール27より構成されるセルフロック機構付伝達装置25を用いているが、本実施例1で用いたねじ軸22とねじナット23から構成されるセルフロック機構付伝達装置21を実施例2に用いている構成でもよい。
In the
In the second embodiment, a transmission device 25 with a self-locking mechanism is used, which is composed of a cylindrical worm 26 and a
対象物W(W2、W3)をロボットハンド1で把持して高速に対象物Wを高速に搬送する作業(目的の位置で急減速する作業)時では、停止時に対象物Wには慣性力が作用し、この慣性力がロボットハンド1への外力となる。また、重心位置が不定の対象物(例えば、容器に液体と空気が入った対象物で、液体が動くと重心位置が変わる対象物)や動体(例えば、動物)を把持する作業時でも、重心位置が動くことによる外力が、ロボットハンド1に作用する。
実施例2では、差動装置41よりも出力側(指2がある側)に、セルフロック機構付伝達装置25B、25Cを設けたことにより、ロボットハンド1に外力が作用しても、サイドシャフト51、61に差動運動が発生することはなく、指2Bと指2Cで確実な把持が実現される。また、セルフロック機構付伝達装置25Aを設けたことにより、ロボットハンド1に外力が作用しても、指2Aで確実な把持が実現される。
When the object W (W2, W3) is gripped by the
In the second embodiment, since the self-locking
加えて、ロボットハンド1の制御部1Cは、図11で説明したように、読取ヘッド114rhの検出する読取用マグネット114rmの回転情報に基づいて駆動リンクプレート114Pの指2における基準位置Rからの中手指節間関節112(軸穴111a、114a)周りでの回転角112α、読取ヘッド111rhの検出する読取用マグネット111rmの回転情報に基づいて基節プレート111Pの指2における基準位置Rからの中手指節間関節112周りでの回転角112β、読取ヘッド121rhが検出する読取用マグネット121rmの回転情報に基づいて基節プレート111Pに対する中節プレート121Pの近位指節間関節122(軸穴111b、121a)周りでの回転角122αを直接取得し、また、中節プレート121Pに対する末節プレート131Pの遠位指節間関節132(軸穴121b、131a)周りにおける回転角132γを算出取得している。
また、制御部1Cは、取得したこれらの回転角情報、ならびに、基側四節リンク機構103および末側四節リンク機構104の構成要素の寸法や角度等の幾何学的情報を用いて、各指2(2A、2B、2C)の指の姿勢を取得している。
加えて、制御部1Cは、検出取得した各指2(2A、2B、2C)の指の姿勢より、ワークの把持状況を判断している。
In addition, as explained in FIG. 11, the
Further, the
In addition, the
具体的には、制御部1Cからの指令で、アクチュエータ11を駆動しているにも関わらず、各指2(2A、2B、2C)の姿勢が変化しない場合は、「対象物把持の可能性有」と判断している。メモリ1M内に予め設定している把持対象物情報(ワークWの形状、ワークWを想定通り把持した時の指2の想定姿勢)と取得情報を比較参照し、ワークWの把持状況判断をしている。
例えば、制御部1Cの指令により、ワークW3(円錐形状対象物)を把持する作業を実現する場合、メモリ1M内に、ワークW3(円錐形状対象物)を把持した際の各指2(2A、2B、2C)の想定姿勢を格納しておく。そして、検出取得した各指2(2A、2B、2C)の姿勢とメモリ1M内に予め設定した想定姿勢を比較し、その比較結果が一致すれば、制御部1CはワークW3(円錐形状対象物)を把持している(図26に示す状況で把持している)と判断する。
比較結果が一致しない場合は、制御部1CはワークW3(円錐形状対象物)を把持していない(図22に示す把持状況など、図26に示す把持状況ではない)と判断し、把持作業をやり直す。
Specifically, if the posture of each finger 2 (2A, 2B, 2C) does not change even though the
For example, when a command from the
If the comparison results do not match, the
加えて、実施例2のロボットハンド1の制御部1Cは、図11に示すようにアクチュエータ11の駆動出力軸の回転角を検出するエンコーダ11Eが接続されている。このエンコーダ11Eの情報、読取ヘッド114rh(114rhA、114rhB、114rhC)の検出する読取用マグネット114rm(114rmA、114rmB、114rmC)の回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート114P(114PA、114PB、114PC)の中手指節間関節112(112A、112B、112C)周りでの回転角112α(112αA、112αB、112αC)の情報より、ロボットハンド1の駆動機構のシステム検証をしている。
In addition, the
具体的には、制御部1Cは、エンコーダ11Eの情報に基づき、伝達装置11Tの減速比、駆動プーリ31Pと伝達ベルト32と従動プーリ33Pで構成されるベルト伝達機構の減速比、駆動ギア34Gと伝達ギア36Gで構成される歯車伝達機構の減速比を考慮し、ディファレンシャルケース42の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、42r1と定義する。
制御部1Cは、指2Aの読取ヘッド114rhAの検出する読取用マグネット114rmAの回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート114PAの中手指節間関節112A周りでの回転角112αAの情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置25Aの減速比、駆動ギア34Gと伝達ギア36Gで構成される歯車伝達機構の減速比を考慮し、ディファレンシャルケース42の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、42r2と定義する。
Specifically, the
The
制御部1Cは、また、指2Bの読取ヘッド114rhBの検出する読取用マグネット114rmBの回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート114PBの中手指節間関節112B周りでの回転角112αBの情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置25Bの減速比、駆動プーリ51Pと伝達ベルト52と従動プーリ53Pで構成されるベルト伝達機構の減速比を考慮し、サイドギア51の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、51r3と定義する。
The
さらに、制御部1Cは、指2Cの読取ヘッド114rhCの検出する読取用マグネット114rmCの回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート114PCの中手指節間関節112C周りでの回転角112αCの情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置25Cの減速比、駆動プーリ61Pと伝達ベルト62と従動プーリ63Pで構成されるベルト伝達機構の減速比を考慮し、サイドギア61の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、61r3と定義する。
Further, the
また、制御部1Cは、検出したサイドギア51の回転角51r3と検出したサイドギア61の回転角61r3に基づき、式(2)のようにその平均値を算出し、ディファレンシャルケース42の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、42r3と定義する。
ディファレンシャルケース42の回転角42r3
=(サイドシャフト51の回転角+サイドシャフト61の回転角)÷2・・・(2)
Further, the
Rotation angle 42r3 of
=(Rotation angle of
制御部1Cは、3方式で検出したディファレンシャルケース42の回転角(42r1、42r2、42r3)の値を比較し、許容誤差(センサの分解能やセンサ検出精度誤差)に基づいて全て等しければ、ロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していると判断する。
しかしながら、3方式で検出したディファレンシャルケース42の回転角(42r1、42r2、42r3)の値を比較し、許容誤差(センサの分解能やセンサ検出精度誤差)を考慮しても等しくなければ、ロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していないと判断する。
The
However, if the values of the rotation angles (42r1, 42r2, 42r3) of the
例えば、42r2の値と42r3の値が等しく、42r1の値だけが異なる結果の場合は、伝達装置11Tのガタやギア歯摩耗による歯飛び、駆動プーリ31Pと伝達ベルト32と従動プーリ33Pによるベルト伝達機構のベルト伸びや脱調、回転角センサ(11E)の取付緩みや故障などが発生し、ロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していないと判断する。
例えば、42r1の値と42r3の値が等しく、42r2の値だけが異なる結果の場合は、セルフロック機構付伝達装置25Aのガタやギア歯摩耗による歯飛び、回転角センサ(114rhA、114rmA)の取付緩みや故障などが発生し、ロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していないと判断する。
For example, if the value of 42r2 and the value of 42r3 are equal and only the value of 42r1 is different, it may be due to backlash in the
For example, if the values of 42r1 and 42r3 are the same and only the value of 42r2 is different, there may be looseness in the self-locking
一方、42r1の値と42r2の値が等しく、42r3の値だけが異なる結果の場合は、セルフロック機構付伝達装置25B、25Cや差動装置41や駆動ギア34Gと従動ギア36Gで構成される歯車伝達装置のガタやギア歯摩耗のガタやギア摩擦摩耗による歯飛び、駆動プーリ51Pと伝達ベルト52と従動プーリ53Pによるベルト伝達機構のベルト伸びや脱調、駆動プーリ61Pと伝達ベルト62と従動プーリ63Pによるベルト伝達機構のベルト伸びや脱調、回転角センサ(114rhB、114rmB、114rhC、114rmC)の取付緩みや故障などが発生し、ロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していないと判断する。
On the other hand, if the value of 42r1 is equal to the value of 42r2 and only the value of 42r3 is different, the self-locking
加えて、ロボットハンド1の制御部1Cは、図11で説明したように、読取ヘッド111rhの検出する読取用マグネット111rmの回転情報に基づいて基節プレート111Pの指2における基準位置Rからの中手指節間関節112周りでの回転角112β、読取ヘッド121rhが検出する読取用マグネット121rmの回転情報に基づいて基節プレート111Pに対する中節プレート121Pの近位指節間関節122(軸穴111b、121a)周りでの回転角122αを直接取得し、また、中節プレート121Pに対する末節プレート131Pの遠位指節間関節132(軸穴121b、131a)周りにおける回転角132γを算出取得している。すなわち、複数の関節を備えた指2の中手指節間関節112、近位指節間関節122、遠位指節間関節132の関節角を取得している。
指2を構成する基側四節リンク機構103のガタ、末側四節リンク機構104のガタ、回転角センサ(111rhA、111rmA、121rhA、121rmA、111rhB、111rmB、121rhB、121rmB、111rhC、111rmC、121rhC、121rmC)の取付緩みや故障などが発生すると、対象物の寸法情報(幾何学的関係)が予め分かっている既知対象物を想定どおりに把持させた場合においても、検出取得した各指2(2A、2B、2C)の姿勢とメモリ1M内に予め設定した想定姿勢が一致しなくなる。
このような場合も、制御部1Cはロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していていないと判断する。
In addition, as explained in FIG. 11, the
Backlash in the proximal four-
Even in such a case, the
[実施例3]
図32~図34は、実施例3に基づくロボットハンド1を示す図である。実施例2と比較して使用する差動装置41’が相違している。
具体的には、実施例3で用いている差動装置41’は、実施例2の差動装置41の構成に、捻りバネ46、47を付加し、実施例2における差動装置41の差動動作に制限を持たせている。
本実施例3のロボットハンド1で、ワークWを把持する作業を行う際、指2の基節111、中節121および末節131を作業対象のワークWの形状に応じて順次に回転させ、末節131の指先139までをワークWの外面に馴染むように把持する動作が実現される点や、その動作原理や動作挙動に関しては、実施例2と同様であるので、説明は省略する。
[Example 3]
32 to 34 are diagrams showing the
Specifically, the differential device 41' used in the third embodiment has torsion springs 46 and 47 added to the configuration of the
When the
実施例3で用いている差動装置41’は、ディファレンシャルケース42に対するサイドシャフト51、61の相対姿勢が後述する初期姿勢(両サイドシャフト51、61に負荷が作用していない時にある状態の姿勢)に維持されるように構成されている。
具体的には、図32~図34に示すように、捻りバネ46、47がサイドシャフト51、61のそれぞれの周りに位置するように設置されている。また、捻りバネ46は、一端がディファレンシャルケース42に固定され、他端がサイドシャフト51に固定されている。更に、捻りバネ47は、一端がディファレンシャルケース42に固定され、他端がサイドシャフト61に固定されている。すなわち、捻りバネ46、47は、ディファレンシャルケース42とサイドシャフト51、61の相対運動差により捻じれ量が変化するように配置している。
In the differential device 41' used in the third embodiment, the relative posture of the
Specifically, as shown in FIGS. 32 to 34, torsion springs 46 and 47 are installed around
また、両ディファレンシャルシャフト51、61に負荷が作用していない時は、捻りバネ46、47が互いに自然状態に戻ろうとする力が均衡する姿勢(初期姿勢)に維持されるように構成されている。
このような構成にすることで、実施例3の差動装置41’では、サイドシャフト51とサイドシャフト61の間に差動運動を生成させつつも、差動動作に制限を持たせ、ディファレンシャルケース42に対するサイドシャフト51、61の相対姿勢が初期姿勢に維持されるようになっている。
Further, when no load is applied to both
With such a configuration, the differential device 41' of the third embodiment generates differential motion between the
差動装置41の差動動作に制限を持たせた差動装置41’を用いたことで、ワークWを放す際の挙動が、実施例2の挙動と一部相違している。
すなわち、アクチュエータ11を駆動し把持したワークWを放す際、把持時にワークWの外面に馴染んだ節の順番とは逆に、節がワークから離れていく点は、実施例2と同じである。また、先ず指先139(末節131)がワークWから離れ、次に中節121がワークWから離れ、最後に基節111がワークWから離れ、そして基節111、中節121および末節131の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される点も同じである。
しかし、指2A、指2B、指2Cが全て直線的な延伸姿勢でその姿勢が揃うタイミングで実施例2とは相違する。
By using the differential device 41' that limits the differential operation of the
That is, as in the second embodiment, when the
However, this embodiment differs from the second embodiment in the timing at which the
実施例2では、先述のように各指2(2A、2B、2C)の突き当て面114t1(114t1A、114t1B、114t1C)と突き当て面106t1(106t1A、106t1B、106t1C)の突き当たりが全て突き当たった時点で、指2A、指2B、指2Cが全て直線的な延伸姿勢でその姿勢が揃う。
これに対し、実施例3では、差動装置41の差動動作に制限を持たせた差動装置41’を用いたことで、全ての指2の節がワークWから離れた時点で、指2A、指2B、指2Cが全て直線的な延伸姿勢でその姿勢が揃う。揃った後も、更にアクチュエータ11を指2が開くように駆動すると、基節111、中節121および末節131の直線的な延伸姿勢のまま回転が継続される。各指2(2A、2B、2C)の突き当て面114t1(114t1A、114t1B、114t1C)と突き当て面106t1(106t1A、106t1B、106t1C)の突き当たりが同時に起き、指2(2A、2B、2C)の駆動も停止する。
In
On the other hand, in
実施例3のロボットハンド1においても、実施例2と同様に、1つのアクチュエータ11の駆動力を、指2(2A、2B、2C)を駆動する駆動リンク114(114A、114B、114C)まで駆動伝達する経路に、円筒ウォーム26(26A、26B、26C)とウォームホイール27(27A、27B、27C)を用いている。この円筒ウォーム26(26A、26B、26C)とウォームホイール27(27A、27B、27C)により、セルフロック機構付伝達装置25(25A、25B、25C)を構成している。
このように、実施例3では、実施例2と同様、差動装置41よりも出力側(指2がある側)に、セルフロック機構付伝達装置25B、25Cを設けたことにより、ロボットハンド1に外力が作用しても、サイドシャフト51、61に差動運動が発生することはなく、指2Bと指2Cで確実な把持が実現される。また、セルフロック機構付伝達装置25Aを設けたことにより、ロボットハンド1に外力が作用しても、指2Aで確実な把持が実現される。
なお、実施例3のワークWの把持状況判断ならびに駆動機構のシステム検証に関しても、実施例2と同様であり、説明を省略する。
Similarly to the second embodiment, in the
As described above, in the third embodiment, as in the second embodiment, the
Note that the determination of the gripping state of the workpiece W and the system verification of the drive mechanism in the third embodiment are also the same as in the second embodiment, and the description thereof will be omitted.
以上のように、本実施例3の駆動機構は、3本の指(2A、2B、2C)を有し、アクチュエータ11の駆動力を伝達することにより物品を把持させるものである。当該駆動機構は、アクチュエータ11から伝達される駆動力を振り分ける差動装置41を含み、アクチュエータ11と各指それぞれとを接続する駆動力伝達装置を有している。3本の指は、ロボットハンド1の本体における掌面(106)の一端側中央に配置された第1指(2A)と、掌面の他端側に間隔を開けて配置された第2指(2B)と第3指(2C)により構成されている。差動装置41は、アクチュエータ11の駆動力が伝達されるケース(ディファレンシャルケース42)と、ケースの一端側に設けられ、第2指に駆動力を伝達する第2指側シャフト(サイドシャフト51)と、ケースの他端側に設けられ、第3指に駆動力を伝達する第3指側シャフト(サイドシャフト61)と、を有している。さらに、差動装置41は、一端がケースに固定され、他端が第2指側シャフトに固定された第1捻りバネ(46)と、一端がケースに固定され、他端が第3指側シャフトに固定された第2捻りバネ(47)と、を有している。よって、本実施例3の駆動機構によれば、第2指側シャフトと第3指側シャフトとの間の差動運動に、両サイドの捻りバネの弾性力が作用するため、ロボットハンド1の3本の指を対象物の形状に合わせて動作させることができる。すなわち、1つのアクチュエータのみで、異径対象物に対してもその形状に適した指や関節の動きを実現するとともに、ロボットハンドの移動に伴い発生する慣性力や把持する物品の重心位置変動により外力が発生しても、把持位置を変動させることなく安定した物品把持を持続させることが可能となる。
As described above, the drive mechanism of the third embodiment has three fingers (2A, 2B, 2C) and grips the article by transmitting the drive force of the
[実施例4]
図35~図43は、本発明の実施例4に基づくロボットハンド1を示す図である。実施例4と実施例2と比較すると、差動装置を複数設ける点で相違する。実施例2では、差動装置41の1台の差動装置を用いているのに対し、実施例4では、差動装置41と差動装置71の2台の差動装置を用いている。
実施例4で用いている差動装置41と差動装置71、ならびに実施例2で用いている差動装置41は、サイドシャフト51、61の長さに相違はあるものの、ほぼ同様の構成であり、差動装置41、71に関する説明は省略する。
[Example 4]
35 to 43 are diagrams showing a
The
また、実施例4のロボットハンド1においても、ワークWを把持する作業を行う際、指2の基節111、中節121および末節131を作業対象のワークWの形状に応じて順次に回転させ、末節131の指先139までをワークWの外面に馴染むように把持する動作が実現される点や、その動作原理や動作挙動に関しては、実施例2と同様であり、説明は省略する。
実施例4の構成概略は、図35~図37に示すように、アクチュエータ11の駆動力が、伝達シャフト157ならびに差動装置41まで駆動伝達される経路に、差動装置71が介在されている。
Also, in the
As shown in FIGS. 35 to 37, the configuration of the fourth embodiment is such that a
また、実施例4では、採用している差動装置の台数は、1つのアクチュエータ11で駆動する指2の本数:3(本)よりも1つ少ない数:2(台)としている。
このような構成を採用することで、指2Aの駆動伝達経路には差動装置71が介在し、指2Bと指2Cの駆動伝達経路には差動装置41、71が介在するため、各指を駆動する駆動リンク114(駆動リンクプレート114P)の回転角[112α]をアクチュエータ11の出力回転角とは完全に独立して回転駆動しながら作業が実行できる構成になっている。
すなわち、各指を駆動する駆動リンク114(駆動リンクプレート114P)の回転角[112α]が、全ての指2(2A、2B、2C)に関して、アクチュエータ11の出力回転角の関数で一義的に定められることがないようにしている。
Further, in the fourth embodiment, the number of differential devices employed is 2 (devices), which is one less than the number of
By adopting such a configuration, the
That is, the rotation angle [112α] of the drive link 114 (drive
以下、実施例2の駆動伝達経路と比較した相違点を中心に実施例4を説明する。
アクチュエータ11は、遊星歯車を内蔵して減速等の機能を有する伝達装置11Tを介して伝達シャフト31を回転駆動させることにより駆動力を出力するようになっており、その伝達シャフト31の先端に、駆動ギア31Gが同軸上で一体回転するように固定されている。従動ギア33Gは、駆動ギア31Gに噛み合う位置に配置されて従動回転されるように掌105の内部に回転自在に支持されている。
従動ギア33Gは、差動装置71を構成するリングギアの役割をなすようにディファレンシャルケース72が同軸に一体回転するように固定されている。これにより、アクチュエータ11の駆動力がディファレンシャルケース72に伝達されるようになっている。
The fourth embodiment will be described below, focusing on the differences compared to the drive transmission path of the second embodiment.
The
The driven
差動装置71は、ディファレンシャルケース72、その内部に配置された図示しないピニオンギア、同じく図示しないサイドギア、サイドシャフト81、91から構成されている。また、差動装置71は、アクチュエータ11の駆動力が伝達された際に駆動回転されるように、ロボットハンド1の図示しないフレームに対して、掌105の内部で、軸方向には不動で自由回転可能に軸支されている。
サイドシャフト81の先端には、駆動ギア81Gが同軸上で一体回転するように固定されている。従動ギア83Gは、駆動ギア81Gに噛み合う位置に配置されて従動回転されるように掌105の内部に回転自在に支持され、この従動ギア83Gは、軸心に伝達シャフト157が同軸に一体回転するように固定されている。
この伝達シャフト157の反対側端部には、円筒ウォーム26Aが同軸に一体回転するように固定されている。この円筒ウォーム26Aには、一端側の軸穴114aAに連結シャフト114SAが差し込まれている駆動リンクプレート114PAのウォームホイール27Aが噛み合って正逆回転されるようになっている。
The
A
A
これにより、指2Aの中手指節間関節112Aでは、アクチュエータ11の駆動力が駆動ギア31Gと従動ギア33Gからなる歯車伝達機構に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が差動装置71のサイドシャフト81に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が駆動ギア81Gと従動ギア83Gからなる歯車伝達機構を介して伝達シャフト157に駆動伝達され、更には円筒ウォーム26Aおよびウォームホイール27Aを介して減速伝達されて駆動リンクプレート114PAが正逆回転される。
すなわち、指2Aの駆動に関しては、伝達シャフト31、157、円筒ウォーム26A、ウォームホイール27A、駆動ギア31G、81G、従動ギア33G、83G、差動装置71、およびサイドシャフト81がアクチュエータ11の駆動力を伝達する駆動力伝達装置を構成している。
As a result, in the metacarpophalangeal joint 112A of the
That is, regarding the drive of the
サイドシャフト91の先端には、駆動ギア91Gが同軸上で一体回転するように固定されている。中間ギア92Gは、駆動ギア91Gと従動ギア93Gに噛み合う位置に配置されて従動回転されるように掌105の内部に回転自在に支持されている。中間ギア92と噛み合う従動ギア93Gは、結果、駆動ギア91Gにより従動回転されるように掌105の内部に回転自在に支持され、この従動ギア93Gは、軸心に差動装置41のディファレンシャルケース42が同軸に一体回転するように固定されている。
差動装置41のサイドシャフト51、61から、指2B、2Cを駆動する駆動リンク114B、114C(駆動リンクプレート114PB、114PC)までの駆動伝達経路は、実施例2と同じである。
A
The drive transmission path from the
これにより、指2Bの中手指節間関節112Bでは、アクチュエータ11の駆動力が駆動ギア31Gと従動ギア33Gからなる歯車伝達機構に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が差動装置71のサイドシャフト91に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が駆動ギア91Gと中間ギア92Gと従動ギア93Gからなる歯車伝達機構を介して差動装置41のサイドシャフト51に駆動伝達される。伝達された駆動力が駆動プーリ51Pと伝達ベルト52と従動プーリ53Pからなるベルト伝達機構を介して伝達シャフト177に駆動伝達され、更には円筒ウォーム26Bおよびウォームホイール27Bを介して減速伝達されて駆動リンクプレート114PBが正逆回転される。
すなわち、指2Bの駆動に関しては、伝達シャフト31、177、円筒ウォーム26B、ウォームホイール27B、駆動プーリ51P、従動プーリ53P、伝達ベルト52、駆動ギア31G、91G、従動ギア33G、93G、中間ギア92G、差動装置41、71およびサイドシャフト51、91がアクチュエータ11の駆動力を伝達する駆動力伝達装置を構成している。
As a result, in the metacarpophalangeal joint 112B of the
That is, regarding the drive of the
また、指2Cの中手指節間関節112Cでは、アクチュエータ11の駆動力が駆動ギア31Gと従動ギア33Gからなる歯車伝達機構に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が差動装置71のサイドシャフト91に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が駆動ギア91Gと中間ギア92Gと従動ギア93Gからなる歯車伝達機構を介して差動装置41のサイドシャフト61に駆動伝達され、その駆動伝達された駆動力が駆動プーリ61Pと伝達ベルト62と従動プーリ63Pからなるベルト伝達機構を介して伝達シャフト187に駆動伝達され、更には円筒ウォーム26Cおよびウォームホイール27Cを介して減速伝達されて駆動リンクプレート114PCが正逆回転される。
すなわち、指2Cの駆動に関しては、伝達シャフト31、187、円筒ウォーム26C、ウォームホイール27C、駆動プーリ61P、従動プーリ63P、伝達ベルト62、駆動ギア31G、91G、従動ギア33G、93G、中間ギア92G、差動装置41、71およびサイドシャフト61、91がアクチュエータ11の駆動力を伝達する駆動力伝達装置を構成している。
Further, in the metacarpophalangeal joint 112C of the
That is, regarding the drive of the
これにより、実施例4においても、ロボットハンド1は、アクチュエータ11が正逆駆動されてウォームホイール27と円筒ウォーム26との噛合位置に応じて駆動リンク114が中手指節間関節112を中心に駆動回転されることにより、指2A~2Cが機能する。このロボットハンド1は、指2A~2Cの指先139が大きく互いに離間する姿勢から始動し、その指先139が互いに接近する方向に動作されることによって、基節111、中節121および末節131が中手指節間関節112、近位指節間関節122および遠位指節間関節132で適宜に屈曲して作業対象のワークWを把持する作業などを実行することができる。
Accordingly, in the fourth embodiment, the
また、例えば、指2は、作業対象のワークW4が異径形状の対象物(図46(c)参照)を把持する際には、図38~図43に図示するように、動作する。
まず、作業対象のワークW4が掌面106の端辺106a、106b間の中央付近に位置するように保持してロボットハンド1を駆動させることにより、図38に示すように、指2A~2Cの全体で把持することになる。この場合、指2A~2Cは、図20に示す無負荷状態のまま、上述するように、指先139同士が互いに接近する方向に、基節111、中節121および末節131の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される。すると、指2A~2Cは、掌面106の中央付近に位置するワークW4に、異なる姿勢で(各指2の中手指節間関節112の関節角、近位指節間関節122の関節角、遠位指節間関節132の関節角が異なる状態で)、各指2の基節111と、中節121と、末節131の指先139とが順次に突き当たってそれ以上の回転が制限されることにより把持することになる。
なお、このワークW4は異径形状で指2A~2Cが異なる姿勢で動作して把持する作業を行うことになるが、指2の基節111、中節121および末節131を作業対象のワークWの形状に応じて順次に回転させ、末節131の指先139までをワークWの外面に馴染むように沿うことを可能にする動作原理に関しては、ワークW2(円柱形状対象物、図46(a)参照)やワークW3(円錐形状対象物、図46(b)参照)の時と同様であるので説明は省略する。
Further, for example, when the
First, by driving the
Note that this workpiece W4 has a different diameter shape and the
本発明の実施例4では、前述のように、アクチュエータ11の駆動力が駆動リンク114(駆動リンクプレート114P)まで駆動伝達される経路は、指2A、2B、2Cで、別経路で伝達されている。また、指2Aの駆動伝達経路には、差動装置71が介在し、指2Bと指2Cの駆動伝達経路には、差動装置41、71が介在するため、各指を駆動する駆動リンク114(駆動リンクプレート114P)の回転角[112α]をアクチュエータ11の出力回転角とは完全に独立して回転駆動しながら作業が実行できる構成になっている。そのため、図39~図43に破線で示すように各指の駆動リンク(114A、114B、114C)の姿勢が異なる姿勢をとるとともに、指2A~2Cが異なる姿勢で動作してワークW4を把持することができる。
In the fourth embodiment of the present invention, as described above, the drive force of the
異径形状のワークW4(対象物W4)の把持状態の姿勢を示す図である図38~図43を用いて、より詳細に説明する。
図38はその斜視図、図39はその側面図、そして図40は、図39とは逆方向から見た異径形状のワークW4(対象物W4)の把持状態の姿勢を示す側面図である。
また、図41~図43は、図40に示す側面図において、それぞれ、手前の指(2B)とワークW4(対象物W4)が接する部分で対象物のみを断面描画した側面図、中央の指(2A)とワークW4(対象物W4)が接する部分で対象物のみを断面描画した側面図、奥の指(2C)とワークW4(対象物W4)が接する部分で対象物のみを断面描画した側面図である。
This will be explained in more detail with reference to FIGS. 38 to 43, which are diagrams showing the postures of the gripped workpiece W4 (object W4) having a different diameter shape.
FIG. 38 is a perspective view thereof, FIG. 39 is a side view thereof, and FIG. 40 is a side view showing the posture of a workpiece W4 (target object W4) having a different diameter shape when viewed from the opposite direction to that in FIG. 39. .
In addition, FIGS. 41 to 43 are a side view in which only the object is drawn in cross section at the part where the front finger (2B) and the workpiece W4 (object W4) touch, and a side view of the center finger in the side view shown in FIG. (2A) A side view in which only the object is drawn in cross section at the part where it touches the workpiece W4 (object W4), a cross-section drawing in which only the object is drawn at the part where the finger in the back (2C) and the workpiece W4 (object W4) touch. FIG.
図41は、手前の指(2B)の基節111Bが異径形状のワークW4(対象物W4)に接触し、続く中節121Bが異径形状のワークW4(対象物W4)に接触し、続く指先139Bが異径形状のワークW4(対象物W4)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。
図41に示すように、手前の指(2B)においては、その基節111B、中節121Bおよび末節131B(指先139B)までをワークW4の一端側付近の太い径部位の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークW4(異径形状対象物、図46(c)参照)を最適状態で把持することができる。
In FIG. 41, the proximal joint 111B of the front finger (2B) contacts a workpiece W4 (object W4) with a different diameter shape, and the following middle joint 121B contacts a workpiece W4 (object W4) with a different diameter shape, FIG. 13 is a side view showing a posture when the subsequent fingertip 139B comes into contact with a workpiece W4 (object W4) having a different diameter shape and gripping is completed.
As shown in FIG. 41, the finger (2B) at the front has its proximal joint 111B, middle joint 121B, and distal joint 131B (fingertip 139B) along the outer surface of the thick diameter part near one end of the workpiece W4. As a result, the workpiece W4 (object having a different diameter shape, see FIG. 46(c)) can be gripped in an optimal state.
また、図42は、中央の指(2A)の基節111Aが異径形状のワークW4(対象物W4)に接触し、続く中節121Aが異径形状のワークW4(対象物W4)に接触し、続く指先139Aが異径形状のワークW4(対象物W4)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。図42に示すように、中央の指(2A)においても、その基節111A、中節121Aおよび末節131A(指先139A)までをワークW4の中間付近のくびれて最も細くなった部位の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークW4(異径形状対象物、図46(c)参照)を最適状態で把持することができる。
Further, in FIG. 42, the proximal joint 111A of the central finger (2A) contacts the workpiece W4 (object W4) with a different diameter shape, and the following middle joint 121A contacts the workpiece W4 (object W4) with a different diameter shape. 139A is a side view showing the posture when the
加えて、図43は、奥の指(2C)の基節111Cが異径形状のワークW4(対象物W4)に接触し、続く中節121Cが異径形状のワークW4(対象物W4)に接触し、続く指先139Cが異径形状のワークW4(対象物W4)に接触し把持が完了した時の姿勢を示す側面図である。図43に示すように、奥の指(2C)においても、その基節111C、中節121Cおよび末節131C(指先139C)までをワークW4の他端側付近の細い径部位の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークW4(異径形状対象物、図46(c)参照)を最適状態で把持することができる。 In addition, in FIG. 43, the proximal joint 111C of the back finger (2C) contacts the workpiece W4 (object W4) with a different diameter shape, and the following middle joint 121C contacts the workpiece W4 (object W4) with a different diameter shape. FIG. 13 is a side view showing the posture when the fingertips 139C that continue to contact and grip a workpiece W4 (target object W4) having a different diameter shape are completed. As shown in FIG. 43, for the finger at the back (2C), its base joint 111C, middle joint 121C, and end joint 131C (fingertip 139C) are arranged so that they fit into the outer surface of the narrow diameter part near the other end of the workpiece W4. The workpiece W4 (object having a different diameter shape, see FIG. 46(c)) can be gripped in an optimal state by making the workpiece W4 lie along the gripper.
図42を参照して、実施例2との相違をさらに説明すると、図30と比較すれば明らかなように、手前の指(2B)と奥の指(2C)が各節をワークWの外面に馴染むように沿わさせて駆動が停止した状態、すなわち、差動装置41への駆動伝達が停止した状態においても、差動装置71のサイドシャフト81への駆動伝達がアクチュエータ11により行われる。これにより、中央の指(2A)が駆動されるため、ワークWの中間部位がワークW3(円錐形状対象物、図46(b)参照)よりも細いワークW4(異径形状対象物、図46(c)参照)であっても、中央の指(2A)の各節をワークWの外面に馴染むように沿わさせることが可能である。
To further explain the difference from
このように、本実施例の指2A~2Cを搭載するロボットハンド1にあっては、1つのアクチュエータ11の駆動力を指2(2A、2B、2C)まで伝達駆動するとともに、指2Aの駆動伝達経路に差動装置71を介在させ、指2Bと指2Cの駆動伝達経路に差動装置41、71を介在させたことによって、異径形状を有するワークWに対しても、各指の基節111、中節121および末節131を、各指が接触する作業対象のワークW4の形状に応じて順次に回転させることができ、各指の末節131の指先139までをワークW4の外面に馴染むように沿わさせて、そのワークW4(異径形状対象物、図46(c)参照)を最適状態で把持することができる。
In this way, in the
すなわち、本実施例4の駆動機構は、3本の指(2A、2B、2C)を有し、アクチュエータ11の駆動力を伝達することにより物品を把持させるものであり、アクチュエータ11と各指それぞれとを接続する駆動力伝達装置を有している。3本の指は、ロボットハンドの本体における掌面(106)の一端側の中央に配置された第1指(2A)と、掌面の他端側に間隔を開けて配置された第2指(2B)と第3指(2C)により構成されている。駆動力伝達装置は、アクチュエータ11の駆動力が伝達される駆動側ケース(ディファレンシャルケース72)と、駆動側ケースの一端側に設けられ、第1指に駆動力を伝達する第1指側シャフト(サイドシャフト81)と、駆動側ケースの他端側に設けられたサイドシャフト(91)とを含む第1差動装置(71)と、サイドシャフトに伝達された駆動力が伝達される従動側ケース(ディファレンシャルケース42)と、従動側ケースの一端側に設けられ、第2指に駆動力を伝達する第2指側シャフト(サイドシャフト51)と、従動側ケースの他端側に設けられ、第3指に駆動力を伝達する第3指側シャフト(サイドシャフト61)とを含む第2差動装置(41)と、を有している。よって、本実施例4の駆動機構によれば、図46(b)に例示するような円錐形状対象物だけでなく、図46(c)に例示するような異径形状対象物についても、精度よく安定的に把持させることができる。つまり、1つのアクチュエータのみで、異径対象物に対してもその形状に適した指や関節の動きを実現するとともに、ロボットハンドの移動に伴い発生する慣性力や把持する物品の重心位置変動により外力が発生しても、把持位置を変動させることなく安定した物品把持を持続させることが可能となる。
That is, the drive mechanism of the fourth embodiment has three fingers (2A, 2B, 2C) and grips an article by transmitting the driving force of the
なお、アクチュエータ11を駆動し把持したワークWを放す際は、実施例2と同様に、把持時にワークWの外面に馴染んだ節の順番とは逆に、節がワークから離れていく。具体的には、先ず指先139(末節131)がワークWから離れ、次に中節121がワークWから離れ、最後に基節111がワークWから離れ、そして基節111、中節121および末節131の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される。
また、ワークW4(異径形状対象物、図46(c)参照)などを把持し、指2A~2Cが異なる姿勢で把持したワークWを放す場合は、直線的な延伸姿勢の指2A~2Cの姿勢が一致しないで動作することがある。例えば、直線的な延伸姿勢の指2Bが直線的な延伸姿勢の指2Aから離れているにも関わらず、直線的な延伸姿勢の指2Cが直線的な延伸姿勢の指2Aに近い位置になる姿勢になることがある。そのような場合においても、指2A、2B、2Cが互いに遠ざかる(指が開く)方向にアクチュエータ11を駆動することで、直線的な延伸姿勢の指2の姿勢が揃うように構成されている。
Note that when the
Furthermore, when gripping a workpiece W4 (object having a different diameter shape, see FIG. 46(c)), etc., and releasing the workpiece W gripped by the
その原理は、実施例2と同じく、各指の突き当て面114t1と突き当て面106t1が突き当たることで実現される。
突き当て面114t1と突き当て面106t1が一番最初に突き当たった指への駆動伝達力は、その駆動伝達経路に介在した差動装置により駆動が停止し、二番目に突き当たった指への駆動伝達力に関しても、その駆動伝達経路に介在した差動装置により駆動が停止する。最後の指の突き当て面114t1と突き当て面106t1が突き当たるとその指への駆動が停止し、アクチュエータ11による駆動が停止する。
このような構成により、ワークWを放し再度把持する場合においても、図20に示すような指2が直線的な延伸姿勢から把持を再開することができる。
The principle is realized by the abutment surface 114t1 of each finger abutting against the abutment surface 106t1, as in the second embodiment.
The drive force transmitted to the first finger that abuts the abutment surface 114t1 and the abutment surface 106t1 is stopped by a differential device interposed in the drive transmission path, and the drive is transmitted to the finger that abuts the second finger. As for power, the drive is stopped by a differential device interposed in the drive transmission path. When the abutment surface 114t1 of the last finger abuts against the abutment surface 106t1, the drive to that finger stops, and the drive by the
With such a configuration, even when releasing the workpiece W and gripping it again, the
実施例4のロボットハンド1においても、実施例2と同様に、1つのアクチュエータ11の駆動力を、指2(2A、2B、2C)を駆動する駆動リンク114(114A、114B、114C)まで駆動伝達する経路に、円筒ウォーム26(26A、26B、26C)とウォームホイール27(27A、27B、27C)を用いている。この円筒ウォーム26(26A、26B、26C)とウォームホイール27(27A、27B、27C)により、セルフロック機構付伝達装置25(25A、25B、25C)を構成している。
実施例4では、差動装置71よりも出力側(指2がある側)に、セルフロック機構付伝達装置25Aを設け、差動装置41よりも出力側(指2がある側)に、セルフロック機構付伝達装置25B、25Cを設けたことにより、ロボットハンド1に外力が作用しても、サイドシャフト81、91に差動運動が発生することはなく、またサイドシャフト51、61に差動運動が発生することはなく、指2A、2B、2Cで確実な把持が実現される。
Similarly to the second embodiment, in the
In the fourth embodiment, the self-locking
実施例4のワークの把持状況判断に関しては、実施例2と同様でありであり、その説明を省略する。
また、実施例4においても、実施例2と同様、ロボットハンド1の制御部1Cは、アクチュエータ11の図示しない駆動出力軸の回転角を検出するエンコーダ11Eが接続されている。このエンコーダ11Eの情報、読取ヘッド114rh(114rhA、114rhB、114rhC)の検出する読取用マグネット114rm(114rmA、114rmB、114rmC)の回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート114P(114PA、114PB、114PC)の中手指節間関節112(112A、112B、112C)周りでの回転角112α(112αA、112αB、112αC)の情報より、ロボットハンド1の駆動機構のシステム検証をしている。
The determination of the gripping status of the workpiece in the fourth embodiment is the same as that in the second embodiment, and the explanation thereof will be omitted.
Also in the fourth embodiment, as in the second embodiment, the
具体的には、制御部1Cは、エンコーダ11Eの情報に基づき、伝達装置11Tの減速比、駆動ギア31Gと従動ギア33Gで構成される歯車伝達機構の減速比を考慮し、ディファレンシャルケース72の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、72r4と定義する。
また、制御部1Cは、指2Aの読取ヘッド114rhAの検出する読取用マグネット114rmAの回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート114Aの中手指節間関節112A周りでの回転角112αAの情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置25Aの減速比、駆動ギア81Gと伝達ギア83Gで構成される歯車伝達機構の減速比を考慮し、サイドシャフト81の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、81r4と定義する。
Specifically, the
The
制御部1Cは、検出したディファレンシャルケース72の回転角(72r4)と検出したサイドシャフト81の回転角(81r4)に基づき、次の式(3)でサイドシャフト91の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、91r4と定義する。
サイドシャフト91の回転角
= ディファレンシャルケース72の回転角×2
- サイドシャフト81の回転角・・・・・・(3)
The
Rotation angle of
- Rotation angle of
更に、制御部1Cは、検出したサイドシャフト91の回転角(91r4)に基づき、駆動ギア91Gと伝達ギア93Gで構成される歯車伝達機構の減速比を考慮し、ディファレンシャルケース42の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、42r4と定義する。
また、制御部1Cは、指2Bの読取ヘッド114rhBの検出する読取用マグネット114rmBの回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート114Bの中手指節間関節112B周りでの回転角112αBの情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置25Bの減速比、駆動プーリ51Pと伝達ベルト52と従動プーリ53Pで構成されるベルト伝達機構の減速比を考慮し、サイドギア51の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、51r5と定義する。
Further, the
The
更に、制御部1Cは、指2Cの読取ヘッド114rhCの検出する読取用マグネット114rmCの回転情報に基づいて取得される駆動リンクプレート114Cの中手指節間関節112C周りでの回転角112αCの情報に基づき、セルフロック機構付伝達装置25Cの減速比、駆動プーリ61Pと伝達ベルト62と従動プーリ63Pで構成されるベルト伝達機構の減速比を考慮し、サイドギア61の回転角を検出している。この検出角を、説明の便宜上、61r5と定義する。
また、制御部1Cは、検出したサイドギア51の回転角51r5と検出したサイドギア61の回転角61r5に基づき、次式のようにその平均値を算出し、ディファレンシャルケース42の回転角を検出している。式(4)に示すように、この検出角を、説明の便宜上、42r5と定義する。
ディファレンシャルケース42の回転角42r5
=(サイドシャフト51の回転角+サイドシャフト61の回転角)÷2
・・・・・・(4)
Further, the
Further, the
Rotation angle 42r5 of
=(Rotation angle of
・・・・・・(4)
制御部1Cは、2方式で検出したディファレンシャルケース42の回転角(42r4、42r5)の値を比較し、許容誤差(センサの分解能やセンサ検出精度誤差)に基づいて等しければ、ロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していると判断する。
一方、2方式で検出したディファレンシャルケース42の回転角(42r4、42r5)の値を比較し、許容誤差(センサの分解能やセンサ検出精度誤差)を考慮しても等しくなければ、ロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していないと判断する。
The
On the other hand, when the values of the rotation angle (42r4, 42r5) of the
具体的には、42r4の値と42r5の値が異なる結果の場合は、伝達装置11Tや、セルフロック機構付伝達装置25(25A、25B、25C)や、差動装置41、71や、駆動ギア31Gや従動ギア33Gで構成される歯車伝達装置や、駆動ギア81Gや従動ギア83Gで構成される歯車伝達装置や、駆動ギア91Gや中間ギア92Gと従動ギア93Gで構成される歯車伝達装置のガタやギア歯摩耗による歯飛び、駆動プーリ51Pと伝達ベルト52と従動プーリ53Pによるベルト伝達機構や、駆動プーリ61Pと伝達ベルト62と従動プーリ63Pによるベルト伝達機構のベルト伸びや脱調、回転角センサ(11E、114rhA、114rmA、114rhB、114rmB、114rhC、114rmC)の取付緩みや故障などが発生し、ロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していないと判断する。
Specifically, if the values of 42r4 and 42r5 are different, the
加えて、ロボットハンド1の制御部1Cは、実施例2と同様に、複数の関節を備えた指2の中手指節間関節112、近位指節間関節122、遠位指節間関節132の関節角を取得している。
指2を構成する基側四節リンク機構103のガタ、末側四節リンク機構104のガタ、回転角センサ(111rhA、111rmA、121rhA、121rmA、111rhB、111rmB、121rhB、121rmB、111rhC、111rmC、121rhC、121rmC)の取付緩みや故障などが発生すると、対象物の寸法情報(幾何学的関係)が予め分かっている既知対象物を想定どおりに把持させた場合においても、検出取得した各指2(2A、2B、2C)の姿勢とメモリ1M内に予め設定した想定姿勢が一致しなくなる。
このような場合も、制御部1Cはロボットハンド1の駆動機構のシステムが正常に稼働していていないと判断する。
In addition, similarly to the second embodiment, the
Backlash in the proximal four-
Even in such a case, the
以上の実施例では、アクチュエータからの駆動力を指に伝達する伝達装置として、セルフロック機構を備えたセルフロック機構付伝達装置を用いたが、例えば、ロボットハンドの移動に伴い発生する慣性力、あるいは把持する物品の重心位置変動により発生する外力を検出して、電磁アクチュエータにより指の開閉を抑止するもの等、種々の機構を採用することができる。 In the above embodiments, a self-locking mechanism-equipped transmission device was used as a transmission device for transmitting the driving force from the actuator to the fingers. Alternatively, various mechanisms can be employed, such as one that detects an external force generated by a change in the center of gravity of the object to be gripped, and uses an electromagnetic actuator to suppress the opening and closing of the fingers.
1……ロボットハンド
1C……制御部
1M……メモリ
2、2A、2B、2C……指
5……ベースフレーム
11……アクチュエータ
11E……エンコーダ
11T……伝達装置
21、21A、21B……セルフロック機構付伝達装置
22、22A、22B……ねじ軸[例:台形ねじ]
23、23A、23B……ねじナット
24、24A、24B……リニアガイド
25、25A、25B、25C……セルフロック機構付伝達装置
26、26A、26B、26C……円筒ウォーム
27、27A、27B、27C……ウォームホイール
31……伝達シャフト
31P……駆動プーリ
32……伝達ベルト
33P……従動プーリ
31G、34G……駆動ギア
33G、36G……従動ギア
41、71……差動装置
42、72……ディファレンシャルケース
46、47……捻りバネ
51、61、81、91……サイドシャフト
51P……駆動プーリ
52……伝達ベルト
53P……従動プーリ
53rh、63rh……読取ヘッド
61P……駆動プーリ
62……伝達ベルト
63P……従動プーリ
81G、91G……駆動ギア
83G、93G……従動ギア
92……シャフト
92G……中間ギア
103……基側四節リンク機構
104……末側四節リンク機構
105……掌
106……掌面
106V……仮想鉛直平面
109……手首
110……アクチュエータ
110E……エンコーダ
110T……伝達装置
111……基節
111rh、121rh……読取ヘッド
111rm、121rm……読取用マグネット
111t1、121t1、121t2、131t2……突き当て面
112……中手指節間関節
113……基側中継リンク
114……駆動リンク
114rh……読取ヘッド
114rm……読取用マグネット
115……基側中間リンク
(116……第1連結軸)
(117……第2連結軸)
119、129……仮想リンク
120……中間リンク板
121……中節
122……近位指節間関節
123……末側中継リンク
125……末側中間リンク
(126……第3連結軸)
(127……第4連結軸)
131……末節
132……遠位指節間関節
139……指先
L1、L2……線分
W1、W2、W3、W4……ワーク
221、221A、221B……直動装置(セルフロック機構無)
222、222A、222B……ねじ軸[例:ボールねじ]
223、223A、223B……ボールねじナット
224、224A、224B……リニアガイド
1...
23, 23A, 23B...
103... Proximal four-
(116...first connection shaft)
(117...second connection shaft)
119, 129...
(126...Third connection shaft)
(127...4th connection shaft)
131... Distal joint 132... Distal interphalangeal joint 139... Fingertips L1, L2... Line segments W1, W2, W3, W4... Work
221, 221A, 221B...Linear motion device (no self-locking mechanism)
222, 222A, 222B...screw shaft [example: ball screw]
223, 223A, 223B...
Claims (3)
前記アクチュエータと各指それぞれとを接続する駆動力伝達装置を有し、
3本の前記指は、
前記ロボットハンドの本体における掌面の一端側の中央に配置された第1指と、前記掌面の他端側に間隔を開けて配置された第2指と第3指により構成され、
前記駆動力伝達装置は、
前記アクチュエータの駆動力が伝達される駆動側ケースと、前記駆動側ケースの一端側に設けられ、前記第1指に駆動力を伝達する第1指側シャフトと、前記駆動側ケースの他端側に設けられたサイドシャフトとを含む第1差動装置と、
前記サイドシャフトに伝達された駆動力が伝達される従動側ケースと、前記従動側ケースの一端側に設けられ、前記第2指に駆動力を伝達する第2指側シャフトと、前記従動側ケースの他端側に設けられ、前記第3指に駆動力を伝達する第3指側シャフトとを含む第2差動装置と、を有する駆動機構。 A finger drive mechanism of a robot hand that has three fingers and grips an article by transmitting the driving force of one actuator,
a driving force transmission device connecting the actuator and each finger,
The three fingers are
The robot hand is composed of a first finger placed in the center on one end side of the palm surface of the main body of the robot hand, and a second finger and a third finger placed at a distance from each other on the other end side of the palm surface,
The driving force transmission device includes:
a drive-side case to which the driving force of the actuator is transmitted; a first finger-side shaft provided at one end of the drive-side case and transmitting the driving force to the first finger; and the other end of the drive-side case. a first differential device including a side shaft provided in the
a driven side case to which the driving force transmitted to the side shaft is transmitted; a second finger side shaft provided on one end side of the driven side case and configured to transmit the driving force to the second finger; and the driven side case. A drive mechanism comprising: a second differential device including a third finger side shaft provided on the other end side and transmitting driving force to the third finger.
前記アクチュエータから伝達される駆動力を振り分ける差動装置を含み、前記アクチュエータと各指それぞれとを接続する駆動力伝達装置を有し、
3本の前記指は、
前記ロボットハンドの本体における掌面の一端側中央に配置された第1指と、前記掌面の他端側に間隔を開けて配置された第2指と第3指により構成され、
前記差動装置は、
前記アクチュエータの駆動力が伝達されるケースと、
前記ケースの一端側に設けられ、前記第2指に駆動力を伝達する第2指側シャフトと、
前記ケースの他端側に設けられ、前記第3指に駆動力を伝達する第3指側シャフトと、
一端が前記ケースに固定され、他端が前記第2指側シャフトに固定された第1捻りバネと、
一端が前記ケースに固定され、他端が前記第3指側シャフトに固定された第2捻りバネと、を有する駆動機構。 A finger drive mechanism of a robot hand that has three fingers and grips an article by transmitting the driving force of one actuator,
A driving force transmission device including a differential device that distributes the driving force transmitted from the actuator, and a driving force transmission device connecting the actuator and each finger,
The three fingers are
The robot hand is composed of a first finger placed at the center of one end side of the palm surface of the main body of the robot hand, and a second finger and a third finger placed apart from each other on the other end side of the palm surface,
The differential device is
a case to which the driving force of the actuator is transmitted;
a second finger-side shaft provided at one end of the case and transmitting driving force to the second finger;
a third finger side shaft provided on the other end side of the case and transmitting driving force to the third finger;
a first torsion spring having one end fixed to the case and the other end fixed to the second finger-side shaft;
A drive mechanism including a second torsion spring having one end fixed to the case and the other end fixed to the third finger side shaft.
3本の前記指それぞれに対応づけられ、各指における複数の関節の関節角を検出する3つの関節角センサと、
前記アクチュエータの出力軸の回転角に対応する入力回転角を検出するモータ軸センサと、
3つの前記関節角センサと、前記モータ軸センサと、各部の寸法情報(幾何学的関係)と、前記駆動力伝達装置の減速比に基づいて、前記駆動機構が正常に稼働しているか否かを判定する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記モータ軸センサによる検出値、及び前記第1指に対応づけられた前記関節角センサによる検出値を用い、前記駆動側ケースの回転角と前記第1指側シャフトの回転角とから得られる前記サイドシャフトの回転角に基づいて、前記従動側ケースの回転角を示す第1回転角データを求め、
前記第2指に対応づけられた前記関節角センサによる検出値から得られる前記第2指側シャフトの回転角と、前記第3指に対応づけられた前記関節角センサによる検出値から得られる前記第3指側シャフトの回転角とを用いて、前記従動側ケースの回転角を示す第2回転角データを求め、
前記第1回転角データと前記第2回転角データに基づいて、前記駆動機構が正常に稼働しているか否かを判定するものである、ロボットハンド。
The drive mechanism according to claim 1;
three joint angle sensors that are associated with each of the three fingers and detect joint angles of a plurality of joints in each finger;
a motor shaft sensor that detects an input rotation angle corresponding to the rotation angle of the output shaft of the actuator;
Whether or not the drive mechanism is operating normally based on the three joint angle sensors, the motor shaft sensor, dimensional information (geometric relationships) of each part, and the reduction ratio of the drive force transmission device. a control unit that determines the
The control unit includes:
Using the detection value by the motor shaft sensor and the detection value by the joint angle sensor associated with the first finger, the rotation angle of the drive-side case and the rotation angle of the first finger-side shaft is used. Determining first rotation angle data indicating the rotation angle of the driven side case based on the rotation angle of the side shaft,
the rotation angle of the second finger-side shaft obtained from the detection value by the joint angle sensor associated with the second finger; and the rotation angle obtained from the detection value by the joint angle sensor associated with the third finger. Using the rotation angle of the third finger side shaft, obtain second rotation angle data indicating the rotation angle of the driven side case,
The robot hand is configured to determine whether or not the drive mechanism is operating normally based on the first rotation angle data and the second rotation angle data.
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