JP2577375B2 - ハンド駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、不定形物品などを把持するために適用され
るロボット等のハンド駆動装置に関する。

［従来の技術］ 近年、産業用ロボットの普及が進み、定形物品以外の
不定形物品も取り扱いできるようなロボット等のハンド
駆動装置が実用化されている。

従来、この種のハンド駆動装置は、エアーシリンダの
ような駆動手段により動かされる複数の指部を有した構
成となっており、これら指部をエアーシリンダから送ら
れる圧縮空気の力により開閉するようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、圧縮空気の力により指部を開閉するよ
うにした場、把持力の調整および制御が難しく、軟らか
い不定形物品を確実に把持できないばかりでなく、エア
ーシリンダのような大掛かりな構造物を必要とするた
め、ハンド駆動装置自体が大型化し、かつ重くなるとい
った問題がある。

本発明は、このような事情にもとづいてなされたもの
で、その目的は、指部の動きが円滑となり、把持力の調
整および制御を確実かつ容易に行なえ、軟らかい不定形
物品を確実に把持できるとともに、小形化および軽量化
を図れるハンド駆動装置を得ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、被把持物を把持
する複数の指部を有し、これら指部を駆動するハンド駆
動装置を前提としている。

そして、このハンド駆動装置は、 上記各指部に設けられ、これら指部を回動可能に支持
する関節手段と； この関節手段を支点として上記指部を上記被把持物か
ら遠ざかる方向へ付勢するコイル状の指開放用ばねと； 形状記憶合金にて構成され、加熱されることにより上
記関節手段を支点に上記指部を上記指開放用ばねの付勢
力に抗して上記被把持物に近づく方向へ付勢するコイル
状の指閉じ用ばねと； この指閉じ用ばねを加熱するための加熱手段と；を備
えており、 上記夫々の関節手段に上記指開放用ばねおよび指閉じ
用ばねが一式つづ収められ、上記指開放用ばねは、上記
指閉じ用ばねの内側に同軸状に挿通配置されているとと
もに、上記各指部は、上記指開放用ばねと上記指閉じ用
ばねとの付勢力の差にもとづいて上記関節手段を軸中心
として対称に回動されることを特徴としている。

［作 用］ このような構成によれば、指部は、関節手段を軸中心
に対称に回動するので、指部の回動範囲が広くなり、被
把持物を把持し易くなる。しかも、従来の圧縮空気の力
により指部の開閉を行なうものに比べて、把持力の調整
および制御を確実かつ容易に行なえるとともに、関節手
段を軸中心とする指部の動きが自然に近い円滑なものと
なり、軟らかい不定形物品でも確実に把持することがで
きる。

また、エアーシリンダのような大掛かりな構造物が不
用となるとともに、形状記憶合金にて構成された指閉じ
用ばねは、コイル状をなしているので、ワイヤ状のもの
に比べて全長を長くすることなく収縮方向への変位量を
十分に確保することができる。それとともに、その指閉
じ用ばねの内側に同じくコイル状の指開放用ばねが同軸
状に収められているため、これらばねの収容スペースを
コンパクトなものとすることができ、その分、ハンド駆
動装置自体の小形・軽量化が可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、ハンド駆動装置１を示すものであり、この
ハンド駆動装置１は、ハンド本体２と、このハンド本体
２に互いに対向するように取り付けられた第１および第
２の指部3,4とを備えており、これら指部3,4により被把
持物５を把持するようになっている。

第１の指部３は、人間の親指の如く二つの指部材3a,3
bと、これら指部材3aと3bおよび指部材3bとハンド本体
２とを回動可能に連結する二つの関節部6,6を有してい
る。第２の指部４は、人間の中指の如く三つの指部材4
a,4b,4cと、これら指部材4a〜4cおよび指部材4cとハン
ド本体２とを回動可能に連結する三つの関節部６…とを
有している。第１および第２の指部3,4の関節部６…に
は、夫々後述する駆動手段７…が配置されており、上記
指部材3a,3bおよび4a〜4cは、関節部６…を中心に回動
されるようになっている。

次に、第２図を参照して指部材3aを回動させる駆動手
段７について説明する。なお、その他の指部材3bおよび
4a〜4cを回動させるための駆動手段７は、上記指部材3a
の駆動手段７と同様な構成を有するため、個々の説明を
省略する。

すなわち、上記駆動手段７は、指開放用ばね８と、形
状記憶合金からなる指閉じ用ばね９と、この指閉じ用ば
ね９を必要に応じて加熱する加熱手段20とを備えた構成
となっている。

上記指開放用ばね８および指閉じ用ばね９は、夫々引
張りコイルばねにて構成されている。そして、第２図に
示すように、これらばね8,9は、互いに同軸状、すなわ
ち、指閉じ用ばね９の内側に指開放用ばね８を同軸状に
挿通した状態で配置されている。指開放用ばね８の一端
部8aおよび指閉じ用ばね９の一端部9aは、指部材3bに突
設されたばね係止ピン10に係止されている。指開放用ば
ね８の他端部8bは、リードワイヤ11を介して指部材3aに
突設されたばね固定ピン12に固定されている。指閉じ用
ばね９の他端部9bは、リードワイヤ13を介して指部材3a
に突設されたばね固定ピン14に固定されている。

なお、同軸状に挿通配置された指開放用ばね８と指閉
じ用ばね９との間には、ガイド筒15が介在されており、
このガイド筒15は、上記ばね8,9の伸縮動作が互いに干
渉し合うのを防止している。

第２図に示すように、リードワイヤ11,13の中途部
は、関節部６に形成されたワイヤガイド部6aにより案内
されており、このワイヤガイド部6aは、リードワイヤ1
1,13が互いに干渉し合うのを防止している。

また、形状記憶合金からなる上記指閉じ用ばね９は、
記憶形状が収縮状態に設定されており、常温で伸長した
状態となっているものが加熱されると、元の記憶形状に
戻るべく収縮するようになっている。

さらに、指閉じ用ばね９の両端部を固定するための上
記ピン10,14には、図示しない給電線が接続されてい
る。そのため、指閉じ用ばね９は、電気的に導通された
状態にあり、必要に応じて指閉じ用ばね９に直流電流を
流すことにより、この指閉じ用ばね９が加熱されるよう
になっている。

このような加熱手段20により加熱される指閉じ用ばね
９の付勢力は、非加熱状態、すなわち、指閉じ用ばね９
が伸長した状態においては、指開放用ばね８の付勢力よ
りも小さく、加熱状態、すなわち、指閉じ用ばね９が収
縮した状態においては、指開放用ばね８の付勢力よりも
大きくなるように設定されている。

指閉じ用ばね９が非加熱状態（伸長した状態）にあっ
ては、指開放用ばね８の付勢力（収縮力）の方が指閉じ
用ばね９の付勢力（収縮力）よりも強いため、第２図の
破線矢印ａとは逆の方向にリードワイヤ11が引かれた状
態となる。そのため、指部材3aは、第２図の二点鎖線で
示すように、第２の指部４から遠ざかる方向に位置され
た状態となる。

これに対し、指閉じ用ばね９に通電され、この指閉じ
用ばね９が加熱されると、指閉じ用ばね９は、元の記憶
形状に戻るべく収縮し、上記リードワイヤ13を指開放用
ばね８の付勢力（収縮力）に抗して実線矢印ｂの方向に
引張る。そのため、指部材3aは、関節部６を支点として
第２の指部４に近づく方向に回動され、第２図の実線位
置に変位した状態に保持される。

なお、その他の指部材3bおよび4a〜4cも、上記指部材
3aと同様に作動する。

このような構成のハンド駆動装置１にあっては、被把
持物５を把持する時のように第１および第２の指部3,4
を閉じる場合には、形状記憶合金製の指閉じ用ばね９…
に電流を流して、この指閉じ用ばね９…を加熱収縮させ
れば良く、また、第１および第２の指部3,4を開く時に
は、指閉じ用ばね９…への電流の供給を遮断すれば良
い。

指閉じ用ばね９…への電流の供給が遮断されると、指
閉じ用ばね96…の温度が低下し、指開放用ばね８…の付
勢力が指閉じ用ばね９…の付勢力を上回った時に上記第
１および第２の指部3,40が開く。

また、第１図に示すように、関節部６…を介して連結
された状態にある各指部材3a,3bおよび4a〜4cの表面に
は、夫々圧力センサ16が設けられている。圧力センサ16
は、被把持物５と第１および第２の指部3,4とが接触し
た時の圧力に応じて指閉じ用ばね９…への通電時間を制
御するためのもので、この圧力センサ16の存在により、
被把持物５が軟らかく不定形であっても確実に把持でき
るようになっている。

このように本発明のハンド駆動装置１においては、第
１および第２の指部3,4の駆動手段７を、第１および第
２の指部3,4を開く方向に常時付勢する指開放用ばね８
と、形状記憶合金により構成され、加熱されることによ
り上記第１および第２の指部3,4を指開放用ばね８の付
勢力に抗して閉じる方向に付勢する指閉じ用ばね９と、
この指閉じ用ばね９を加熱する加熱手段20とを備える構
成としたから、従来のようにエアーシリンダなどを用い
て圧縮空気の力により指の開閉を行なうものに比べて、
把持力の調整および制御を確実かつ容易に行なうことが
でき、軟らかい不定形物品を確実に把持することができ
る。

しかも、上記エアーシリンダのような大掛かりな構造
物が不用となるとともに、加熱時の元の記憶形状に復帰
する指閉じ用ばね９は、コイル状をなしているので、ワ
イヤ状のものに比べて全長を長くすることなく収縮方向
への変位量を十分に確保することができる。したがっ
て、従来に比べてハンド駆動装置１自体の小形・軽量化
が可能となる。

また、上記構成によると、第１および第２の指部3,4
は、二つあるいはそれ以上の関節部６を有するため、不
定形のものでも把持状態が安定する。しかも、第１およ
び第２の指部3,4の関節部６…毎に指開放用ばね８と指
閉じ用ばね９が一式づつ収められているため、関節部６
…を支点とする指部材3a,3bおよび4a〜4cの動きがより
自然に近い円滑なものとなり、被把持物５を確実に把持
できる。

さらに、指開放用ばね８および指閉じ用ばね９は、夫
々コイルばねにて構成され、この指閉じ用ばね９の内側
に指開放用ばね８が同軸状に挿通配置されているため、
これらばね8,9をコンパクトに配置することができる。
そのため、大きな収容スペースを必要とせず、この点で
もハンド駆動装置１の小形・軽量化に寄与する その上、指閉じ用ばね９を加熱する加熱手段20にして
も、上記指閉じ用ばね９に直接電流を流して加熱するも
のであるため、別にヒータ等を設ける必要はなく、より
低コスト化およびコンパクト化が可能となる。そして、
この加熱手段20は、第１および第２の指部3,4の表面に
設けられた圧力センサ16…の検知圧力の大小に応じて加
熱時間が制御されるので、微妙な把持力の調整が可能と
なり、軟らかい被把持物５でも確実に把持することがで
きる。

なお、上記実施例においては、第１および第２の二本
の指部を有するハンド駆動装置について説明したが、指
部の数や関節部の数は、上記実施例に限定されないこと
は勿論である。

また、本発明に係るハンド駆動装置は、物を把持する
以外に他のアクチュエータの駆動源としても応用でき
る。

その他、本発明は上記実施例に制約されず、本発明の
要旨を変えない範囲で種々変形して実施可能なことは勿
論である。

［発明の効果］ 以上詳述した本発明によれば、従来のエアーシリンダ
などを用いて圧縮空気の力により指の開閉を行なうもの
に比べて、把持力の調整および制御を確実かつ容易に行
なえるとともに、関節手段を軸中心とする指部の動きが
より自然に近い円滑なものとなり、軟らかい不定形物品
でも確実に保持することができる。

しかも、エアーシリンダのような大掛かりな構造物が
不用となるとともに、加熱時に元の記憶形状に復帰する
指閉じ用ばねは、コイル状をなしているので、ワイヤ状
のものに比べて全長を長くすることなく収縮方向への変
位量を十分に確保することができる。それとともに、こ
の指閉じ用ばねの内側に同じくコイル状の指開放用ばね
が同軸状に挿通配置されているため、これらばねをコン
パクトに配置することができ、大きな収容スペースを必
要としない。したがって、従来に比べてハンド駆動装置
自体の小形・軽量化が可能となるといった利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、 第１図は、ハンド駆動装置の構成説明図、 第２図は、ハンド駆動装置の要部の構成を概略的に示す
説明図である。 １……ハンド駆動装置、3,4……指部（第１の指部、第
２の指部） ５……被把持物、６……関節手段（関節部）、 ８……指開放用ばね、９……指閉じ用ばね、 20……加熱手段。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被把持物を把持する複数の指部を有し、こ
   れら指部を駆動するハンド駆動装置において、 上記各指部に設けられ、これら指部を回動可能に支持す
   る関節手段と； この関節手段を支点として上記指部を上記被把持物から
   遠ざかる方向へ付勢するコイル状の指開放用ばねと； 形状記憶合金にて構成され、加熱されることにより上記
   関節手段を支点に上記指部を上記指開放用ばねの付勢力
   に抗して上記被把持物に近づく方向へ付勢するコイル状
   の指閉じ用ばねと； この指閉じ用ばねを加熱するための加熱手段と；を具備
   し、 上記夫々の関節手段に上記指開放用ばねおよび指閉じ用
   ばねが一式つづ収められ、上記指開放用ばねは、上記指
   閉じ用ばねの内側に同軸状に挿通配置されているととも
   に、上記各指部は、上記指開放用ばねと上記指閉じ用ば
   ねとの付勢力の差にもとづいて上記関節手段を軸中心と
   して対称に回動されることを特徴とするハンド駆動装
   置。
2. 【請求項２】上記各指部は、複数の関節手段を有してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のハンド
   駆動装置。