JP2681193B2

JP2681193B2 - ロボットハンド

Info

Publication number: JP2681193B2
Application number: JP63137141A
Authority: JP
Inventors: 秀幸美濃和
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1988-06-03
Filing date: 1988-06-03
Publication date: 1997-11-26
Anticipated expiration: 2012-11-26
Also published as: JPH01306190A

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は指ユニットを用いたロボットハンドに関し、
特に指ユニットの数と配置等を選択することで種々な把
持機能を有するロボットハンド容易に構成できるように
したものである。

B.発明の概要本発明は、指の基端部をユニット本体に回動自在に結
合すると共にユニット本体に回転自在に入力軸を設け、
入力軸に指の基端部を連動連結することで指ユニットを
構成し、この指ユニットを２以上組み合わせて駆動手段に連動
連結することにより、種々の作業に適する種々のロボッ
トハンドを容易に構成できるものである。

C.従来の技術従来、マニプレータ等のロボットにおけるロボットハ
ンドは、ハンド本体に２本以上の指の基端部を対向的に
取り付け、各々の指を駆動手段に連動連結して構成され
ている。

D.発明が解決しようとする課題ところが、１つのロボットハンドでできる作業の種類
は限られたものであり、このために作業の種類に応じた
多種類のロボットハンドを用意しなければならない。従
って、各ロボットハンド毎に構造が異なるために、各々
個別に設計制作しなければならず、多くの労力と費用と
を必要とし、柔軟な対応が出来ないものであった。

そこで本発明は、このような課題を解決したロボット
ハンドを提供することを目的とする。

E.課題を解決するための手段本発明に用いる指ユニットは、指の基端部をユニット
本体に回動自在に設けると共にユニット本体に入力軸を
設け、入力軸に指の基端部を連動連結して構成する。ま
た、指ユニットは、少なくとも１つの入力歯車を入力軸
に備えて構成する。

本発明におけるロボットハンドは、複数の指ユニット
を組み合わせて構成するものであり、組み合わせの形態
としては、複数の指ユニットを並設し且つ対向配置してロボット
ハンドを構成する。この場合の並設状態は、各指ユニッ
トの指を揃えて並べる場合、及び各々の指を少しづつず
らせて並べる場合がある。

また、対向状態は、指ユニット群を平行に、不平行
に、又はこれを組み合わせる場合がある。

複数の指ユニットの相互間に中間歯車を具備するスペ
ースギヤを設けてロボットハンドを構成する。

が該当する。

F.作用単位指ユニットを組み合わせてロボットハンドを構成
するもので、把持物に対応した種々の形態のロボットハ
ンドを容易に構成することが出来る。

G.実施例以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

（ａ）指ユニットの構成まず、指ユニットの構成を第１図，第２図に示す。

図のように、ユニット本体１の上部にピン２を介して
第１指３の基端部が回動自在に結合され、第１指３の先
端部には第２指４の中央部がピン２を介して回動自在に
結合されている。そして、ユニット本体１における第１
指３の結合部とは離れた位置にピン２を介して補助指５
の基端部が回動自在に結合されており、第２図（ａ）に
示すように補助指５に形成した長孔30に第１指３を挿通
することで、第１指３と補助指５と交差させた状態で、
補助指５の先端部が第２指４の基端部にピン２を介して
回動自在に結合されている。

ユニット本体１の内部には、第１軸６と第２軸７とが
回転自在に支持され、双方が定トルク伝達手段29を介し
て連結されている。定トルク伝達手段29は以下のように
構成されている。

すなわち、第１軸６の中空部6aには、孔８が円周方向
へ等間隔に複数形成されており、一方、第２軸７には第
２軸７の軸心と交差する方向に孔９が穿設されている。
この孔９内には、２ケの鋼球10がスプリング11を介在し
て収納されており、夫々の鋼球10がスプリング11の弾性
力によって孔８側へ常時押圧され、ボールクラッチを構
成している。

第１軸６には本実施例では２つの入力歯車が固定され
ている。即ち、ユニット本体１の内部における第１軸６
には第１入力歯車12が一体に設けてあり、また、ユニッ
ト本体１の外部における第１軸６の端部には第２入力歯
車13が固定して設けてある。なお、この第１及び第２入
力歯車は、少なくともどちらか一つ設けてあれば良く、
この入力歯車は、指ユニット16の相互間を連動連結する
場合及び駆動源と連結する際に使用するものである。

第２軸７の中間位置にはウォーム14が形成され、第１
指３の基端部に設けたウォームホイール15と噛み合って
いる。

指ユニット16は、上述したように構成されており、こ
の指ユニット16を用いたロボットハンドを説明する便宜
上、以後は指ユニット16を第２図（ｂ）に示す略図でも
って説明する。また入力歯車は第１入力歯車12で代表し
て説明する。なお、第１入力歯車12上に描かれた矢印
は、第１図中、第１指３を反時計方向へ回動させる場合
の回転方向を示すものとする。

（ｂ）指ユニットの作用次に、指ユニット16の作用について説明する。第１入
力歯車12が駆動されると、第１軸６の回転運動が定トル
ク伝達手段29を介して第２軸７へ伝わり、更にウォーム
14,ウォームホイール15を介して第１指３へと伝わる。
第１指３がピン２を中心として反時計方向へ回動する
と、第２指４の基端部が補助指５を介して回動自在に支
持されていることから、回動するにつれて第２指４がし
だいに図中の鉛直方向へ向くようになり、逆に時計方向
へ回動すると図中の水平方向へ向くようになる。つま
り、人間の指の動きと類似した動きをする。

第２指４がワークをつかんだのちにも第１軸６に駆動
力が加わるが、第１指３へ伝わるトルク抵抗が一定値以
上になると定トルク伝達手段29の働きにより、第１軸６
は空転することになる。これは、第２軸７のトルク抵抗
が小さいときにはスプリング11の付勢力で鋼球10が孔８
へ押圧されているため第１軸６から第２軸７へ回転力が
伝わるが、第２軸７の回転が阻止されてトルク抵抗が大
きくなるとスプリング11の付勢力よりも大きな力で鋼球
10が第２軸７の中心へ向かって押し戻されるからであ
る。

なお、第２軸４がワークを掴んだのちに駆動手段を回
転をたとえ止めたとしても、ウォームホイール15からウ
ォーム14を回転させることはできないので、掴んだワー
クの重量によって第２指４が開いてワークを落としてし
まうようなことはない。

（ｃ）ロボットハンドの構成と作用ロボットハンドの第１実施例を第３図（ａ），（ｂ）
に示す。第１実施例のロボットハンドはワークを２方向
から掴むものである。すなわち第３図（ａ）に示すよう
に、ハンド本体17が矩形状に形成され、指ユニット16を
３個並べた一対の指群が駆動歯車18を介して図中の上下
に対向して並べて固定され、隣合う指ユニット16の第１
入力歯車12どうしを噛み合せている。そしてハンド本体
17の中央部の駆動歯車18には、図示省略した駆動手段が
連動連結されており、しかも、駆動歯車18が図中上下の
中央の指ユニット16における第１入力歯車12と噛み合っ
てロボットハンドを構成している。

斯かるロボットハンドによれば、駆動歯車18が所定の
方向へ回転すると、駆動歯車18に連動連結された各指ユ
ニット16の第１入力歯車12が同時に回転する。すると、
各指ユニット16では、ピン２を中心として第１指３が第
１図中の反時計方向へ回動し、その結果、第３図（ｂ）
に示すようにロボットハンド20がワーク19を掴む。な
お、各指ユニット16のふぞろい、又はワークの形状等に
よっては、第２指４が掴もうとするワーク19へ早く到着
するものと遅く到着するものとがあろうが、各指ユニッ
ト16は各々定トルク伝達手段29を備えているので、指ユ
ニットを破損することなく安全確実にワークを掴むこと
ができる。なお、駆動歯車18を他の方向へ回転させれば
夫々第２指４が開くことになる。

ロボットハンドの第２実施例を第４図（ａ），（ｂ）
に示す。第２実施例はワークを３方向から掴むものであ
る。すなわち第４図（ａ）に示すようにハンド本体17が
Ｔ字形状に形成され、２個の指ユニット16で構成した指
群が駆動歯車18の図中の左右に一対配置されるとともに
駆動歯車18の図中の下に１個の指ユニット16が配置され
ている。これらは、ハンド本体17に固定され、夫々の指
ユニット16における第１入力歯車12が駆動歯車18と噛み
合っている。

斯かるロボットハンドによれば、第４図（ａ）中、下
方の第２指４が第４図（ｂ）に示すようにワーク19の下
方への滑り脱落を阻止できるので、ワーク19をロボット
ハンド20で掴んだ状態でワーク19の上端部に嵌合孔など
へ押し込むような使用に適する。

ロボットハンドの第３実施例を第５図（ａ），（ｂ）
に示す。第３実施例は、ワークを周囲から掴むものであ
る。すなわち、このロボットハンド20は駆動歯車18の周
囲に90゜毎に４個の指ユニット16を配置してユニット本
体17に固定したものである。

斯かるロボットハンド20によれば、第５図（ｂ）に示
すようにワークをその周囲から均等に掴むことができる
こととなり、例えばロボットハンド20でドライバ24等を
にぎる場合や、バルブを開閉する場合等に適する。

ロボットハンドの第4,第５実施例を第６図，第７図に
示す。これらの実施例は、駆動歯車18の周囲に配置する
指ユニット16の数を３個又は６個にしたほかは第３実施
例と同じなので、その構成及び作用の説明は省略する。

次に、本発明で用いるスペースギヤの構成を、第８図
（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。このスペースギヤ
25はスペース本体26と、スペース本体26内に回転自在に
支持される連結軸31に固着された中間歯車28とで構成さ
れる。スペースギヤ25は、指群を構成して隣り合う一方
の指ユニット16と他方の指ユニット16とを相互に離して
配置したときに、一方の指ユニット16から他方の指ユニ
ット16へ駆動力を伝えるために用いられ、双方の指ユニ
ット16間に介在される。なお、スペースギヤ25は、説明
の便宜上、以後は第８図（ｂ）に示す略図でもって表示
するものとする。

スペースギヤ25を用いたロボットハンドの実施例を第
７実施例〜第９実施例として以下に説明する。

まず、第７実施例を第９図（ａ），（ｂ）に基づいて
説明する。図のように、駆動歯車18の図中の上方には２
個の隣合う指ユニット16間にスペースギヤ25を介在させ
た一方の指群が配置され、下方にはスペースギヤ25を３
個の隣合う指ユニット16間に介在させた他方の指群が配
置され、夫々の指群はハンド本体17に固定されている。
そして、駆動歯車18が、上部のスペースギヤ25の中間歯
車28及び下部の指ユニット16の第１入力歯車12と噛み合
っている。

斯かるロボットハンド20によれば、上下の第２指４ど
うしが相互に向き合わないで図中の左右方向へ向かって
交互配置となっているので、例えば第９図（ｂ）に示す
ように外径寸法の小さい棒状のワーク19を掴むのに適し
ている。

ロボットハンドの第８実施例を第10図に示す。このロ
ボットハンドは、中央の駆動歯車18の図中上下方向位置
に各々指ユニット16を配置し、スペースギヤ25を介して
図中上下方向の位置に各々指ユニット16を配置したもの
を前記駆動歯車18の図中左右方向の両側に各々配置し、
且つ対向する３つの各指ユニット16を各々段階的にずら
せて構成したものである。

ロボットハンドの第９実施例を第11図に示す。このロ
ボットハンドは、駆動歯車18の図中上下方向位置に各々
指ユニット16を配置し、この両指ユニット16に並設すと
共に次第に広がる方向に段階的にずらせてスペースギヤ
25と共に指ユニット16を設けて構成したものである。

第8,第９実施例のロボットハンドを用いると、特殊な
形状のワークを把持することができる。

ロボットハンドの第10実施例を第12図（ａ），
（ｂ），（ｃ）と第13図と第14図とに示す。なお、この
実施例における指ユニットは、第１図における第２入力
歯車13を具備しているものを組み合わせて構成したもの
である。このロボットハンド20は、第12図（ｃ）に示す
ように３個の指ユニット16からなる指群と１個の指ユニ
ット16からなる指群とを対向させて配置するとともに、
第12図（ａ）に示すように第１軸６の軸心に沿う方向へ
３個の指ユニット16を段階的にずらし、第12図（ａ）中
の中間の指ユニット16における第１入力歯車12を駆動歯
車18と噛み合わせ、３個の指ユニット16間では一方の指
ユニット16の第１入力歯車12と他方の指ユニット16の第
２入力歯車13とが噛み合うようにしたものである。

斯かるロボットハンド20によれば、指ユニット16が第
１軸６の軸心に沿う方向へ段階的にずらして配置されて
いるので、第13図に示すようにハンマ22における柄21の
設定角度を手首23の回動によって図中のθで示す範囲に
設定することができる。従って、ハンマ22による作業の
作業性がよい。

第14図に示すように、連結軸31に更に中間歯車27を設
けるとともに、中間歯車27,28間の間隔を第1,第２入力
歯車12,13間の間隔と同一に設定した他のスペースギヤ3
2を設ける。一方、第12図（ａ）中の隣り合う各指ユニ
ット16を、第10図，第11図で示すように指ユニット16が
並ぶ方向と第１軸の軸心に沿う方向との双方に直角な方
向へ段階的にずらすとともにその段差空間に第14図のス
ペースギヤ32を介在させれば、隣り合う指ユニット16を
二方向へ段階的にずらしたロボットハンドを得ることが
できる。

H.発明の効果以上説明したように本発明によればロボットハンドに
よれば、指の基端部をユニット本体に結合するとともに
ユニット本体に回転自在に入力軸を設け，入力軸に指の
基端部を連動連結して指ユニットを構成することでユニ
ット化したので、駆動手段の駆動力が入力軸へ伝わると
いう要件さえ満たせばハンド本体に指ユニットを配設す
ることでロボットハンドを構成することができる。従っ
て、指ユニットの数と配置等を変えるだけで種々の作業
に適したロボットハンドを容易に得ることができ、機能
の異なるロボットハンドを作る場合、従来のように零か
ら設計，製造する必要はなく、労力と時間との節約にな
る。また、指ユニットの故障に対しては、予め準備され
ている他の指ユニットと交換することで容易かつ迅速な
処置が可能である。

指ユニットを用いた各ロボットハンドについては以下
のような効果がある。

隣り合う入力歯車どうしが噛み合うように１又は２以
上の指ユニットを一方向へ並べてなる一対の指群を、駆
動歯車を挟んで対向させて構成したロボットハンドは、
長尺のワークを確実に掴むことができる。

一対の指群が対向しない方向のいずれか一方側にも指
ユニットを配置して構成したロボットハンドでは、ワー
クを掴んだ場合の一端を押さえることができ、ワークの
長さ方向へのずべりを防止できる。

指群を対向させて各指群における隣り合う指ユニット
間にスペースギヤを介在させ、指ユニットとスペースギ
ヤとが向き合うようにして構成したロボットハンドでは
対向的に配置された指どうしが衝突することがなく、細
い長尺のワークを掴むことができる。

対向する指群における指ユニットが並ぶ方向と入力軸
の軸心に沿う方向との双方に直角な方向へ隣り合う指ユ
ニットを段階的にずらし、段差空間にスペースギヤを介
在させたロボットハンドでは、複雑な形状のワークを掴
む場合に適する。

一対の指群のうちの少なくとも一方における指ユニッ
トを入力軸の軸心に沿う方向へ段階的にずらして構成し
たロボットハンドでは、ロボットハンドと一定と角度を
なす状態でワークを掴むことが必要な場合に対処するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図は本発明による指ユニットの実施例に係
り、第１図は指ユニットの構成図、第２図（ａ）は指ユ
ニットの斜視図、第２図（ｂ）は指ユニットの略図、第
３図〜第14図はロボットハンドの実施例を示すもので、
第３図は第１実施例に係り、第３図（ａ）は指ユニット
の配置図、第３図（ｂ）は作用説明図、第４図は第２実
施例に係り、第４図（ａ）は指ユニットの配置図、第４
図（ｂ）は作用説明図、第５図は第３実施例に係り、第
５図（ａ）は指ユニットの配置図、第５図（ｂ）は作用
説明図、第６図は第４実施例を示す指ユニットの配置
図、第７図は第５実施例を示す指ユニットの配置図、第
８図はスペースギヤに係り、第８図（ａ）は断面図、第
８図（ｂ）は略図、第９図は第７実施例に係り、第９図
（ａ）は指ユニットの配置図、第９図（ｂ）は作用説明
図、第10図は第８実施例を示す指ユニットの配置図、第
11図は第９実施例を示す指ユニットの配置図、第12図〜
第14図は第10実施例に係り、第12図（ａ）は平面図、第
12図（ｂ）は正面図、第12図（ｃ）は右側面図、第13図
は作用説明図、第14図はスペースギヤの断面図である。１……ユニット本体、３……第１指、４……第２指、５
……補助指、６……第１軸、７……第２軸、12……第１
入力歯車、13……第２入力歯車、16……指ユニット、17
……ハンド本体、18……駆動歯車、20……ロボットハン
ド、25,32……スペースギヤ、26……スペース本体、27,
28……中間歯車。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ユニット本体に指の基端部を回動自在に結
合するとともに、ユニット本体に回転自在に支持した入
力軸を前記指の基端部に連動連結し、前記入力軸には少
なくともひとつの入力歯車を設けて指ユニットを構成
し、前記指ユニットを複数並設すると共に各入力歯車相
互を噛合して指群を構成し、該指群を一対ほど対向配置
してハンド本体に設け、前記一対の各指群における指ユニットの入力歯車に噛合
する駆動歯車を前記ハンド本体に設け、該駆動歯車に連動連結した駆動手段を設けて構成したこ
とを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】請求項１のロボットハンドにおいて、具備する一対の指群の可動方向と直交する方向に可動す
る請求項１の別個の指ユニットを、当該指ユニットの入
力歯車に駆動歯車を噛合させてハンド本体に設けて構成
したロボットハンド。
【請求項３】請求項１の指ユニットを複数用いると共に
隣接する指ユニット間に両者を連動連結するスペースギ
ヤを設け、該スペースギヤはスペース本体に回動自在な
少なくとも１つの中間歯車を備えて構成したことを特徴
とするロボットハンド。
【請求項４】請求項３のロボットハンドにおいて、回転自在な中間歯車を具備するスペースギヤと指ユニッ
トとを交互に並設すると共に隣接するスペースギヤの中
間歯車と指ユニットの入力歯車とを噛合して指群を構成
し、該指群を一対ほど対向配置してハンド本体に設けると共
に対向する一対の指群におけるスペースギヤと指ユニッ
トとが相互に向き合うように配設し、前記一対の各指群における中間歯車及び入力歯車のいず
れかの歯車に噛合する駆動歯車を前記ハンド本体に設
け、該駆動歯車に連動連結した駆動手段を設けて構成したロ
ボットハンド。
【請求項５】請求項３のロボットハンドにおいて、スペースギヤを介して指ユニットを一対設けると共にス
ペースギヤの中間歯車と指ユニットの入力歯車とを噛合
して単位指体を構成し、該単位指体を段階的にずらせて複数並設すると共に隣接
する単位指体における中間歯車と入力歯車とを各々噛合
させてハンド本体に設け、前記複数のスペースギヤのうちのいずれかを駆動歯車と
したロボットハンド。
【請求項６】請求項３のロボットハンドにおいて、指を外側にし且つユニット本体を内側にして複数の指ユ
ニットを２列に対向配置し、対向する指ユニット間の間
隔を順次大きく構成すると共に各指ユニットの入力歯車
にスペースギヤの中間歯車を噛合させてユニット本体に
設け、前記複数のスペースギヤのうちのいずれかを駆動歯車と
したロボットハンド。
【請求項７】入力軸が第１及び第２入力歯車を具備する
請求項１の指ユニットを複数並設し、隣接する一方の指
ユニットの第２入力歯車と他方の指ユニットの第１入力
歯車とを噛合することにより複数の指ユニットの並設方
向における位置を順次ずらしてハンド本体に設けて構成
したことを特徴とするロボットハンド。