JP3930325B2

JP3930325B2 - Robot hand

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Publication number: JP3930325B2
Application number: JP2002005795A
Authority: JP
Inventors: 秀一川崎; 文雄寺崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2022-01-15
Also published as: JP2003211383A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロボットハンドに関し、各関節間のリンクを折曲するための動力伝達を精度良く行うことができるようにした機構である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、宇宙での作業や各種プラントで用いられる作業ロボットのマニピュレータとして、ワイヤ駆動型の多関節マニピュレータが提案されている。この種のマニピュレータの一例を図１１により説明する。図１１（ａ）はその斜視図であり、ワイヤ・プーリ系で構成された関節を複数連結したマニピュレータであり、任意形状の物体を柔軟に把持することができる構成である。
【０００３】
同図（ａ）に示すように、各関節は、回転軸１と、該回転軸１に設けられて自由に回転可能な２個のプーリ（締め込みプーリ２及び緩めプーリ３）とで構成されている。各締め込みプーリ２のそれぞれには、締め込みワイヤ４が一巻きずつ巻かれており、この締め込みワイヤ４の先端は、指の先端位置に固定され、また、末端は駆動装置５に巻かれている。このようにして、指の先端から駆動装置５までの間が、各締め込みプーリ２を介して締め込みワイヤ４で連結されている。
【０００４】
また、各緩めプーリ３のそれぞれは、前記締め込みワイヤ４とは逆方向に巻かれた緩めワイヤ６によって指の先端からバネ７まで連結されている。そして、締め込みワイヤ４を駆動装置５で巻き取ることにより、各関節が回転してマニピュレータが曲がるようになっている。緩めワイヤ６とバネ７は、曲がったマニピュレータを元の状態に復帰させる際に利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種の多関節マニピュレータは、少ないアクチュエータで数多くの関節を駆動することができ、例えば図１１（ｂ）に示すような複雑形状を有する把持対象物８の周りに巻きつけて把持することが可能である。しかし、これはマニピュレータが把持対象物８と接触して何らかの拘束条件が発生したときに、その拘束条件を利用して受動的に形状を変えるものであった。したがって、拘束条件が発生していない状態では、例えば先端の関節から先に回転してしまい。マニピュレータの動作が予測できなかった。この場合、例えばマニピュレータの各指の根元位置よりも先端位置に近い把持対象物を把持するような場合、指の先端部分が他の部分より早めに折曲してしまい、把持対象物に触れることなく空振りして把持できないといった問題が生じる恐れがあった。
【０００６】
そこで、本発明の出願人は、上記の問題を解決するワイヤ駆動型の多関節マニピュレータを提案し、特許出願も了している。本発明は、この先行技術を改良したものであるので、まず、この先行技術に係るワイヤ駆動多関節マニピュレータについて、図６〜図１０によりその概要を説明する。
【０００７】
図６は先行技術に係る多関節マニピュレータを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）はその平面図である。図示のように、マニピュレータは４本の指Ｇと、これら指Ｇを支持する本体Ｈとを備えて構成され、各指Ｇは（ａ）に示すように、ａ方向に曲がることにより、これらの間に位置する把持対象物（図示省略）を把持可能としている。
【０００８】
図７は指の内部の正面図、図８は図７におけるＥ−Ｅ断面図である。これら図７，図８において、指Ｇは４本のリンク１１，１２，１３，１４を回転軸１８を用いて各関節１５，１６，１７で互いに回動可能に連結し、これらリンク１１〜１４をワイヤ駆動で折曲させるワイヤ・プーリ系の駆動機構を構成している。
【０００９】
即ち、この指Ｇは、前記リンク１１〜１４と、これらリンク１１〜１４において互いに隣接するリンク間を連結して前記各関節１５〜１７を構成する回転軸１８と、各リンク１１〜１４を伸展させる緩め機構１９と、各リンク１１〜１４を各関節１５〜１７において折曲させる締め込み機構２０とを備えて構成されており、一方向のみに折曲し、他方向には真っ直ぐ以上に曲がらないようになっている。
【００１０】
各リンク１１〜１４は、その長手方向断面形状がコ字状になしており、その断面形状が指Ｇの根元から先端にかけて先細りとなっている。これらリンク１１〜１４の隣接部分は、互いに重なり合い、この重なり部分に前記回転軸１８が貫通固定されている。
【００１１】
緩め機構１９は、各回転軸１８に対して回転自在に取り付けられた緩めプーリ１９ａ〜１９ｃと、これら緩めプーリ１９ａ〜１９ｃを一巻きづつし、その一端がリンク１４の先端部分に固定され、他端が引っ張りバネ１９ｄに接続された緩めワイヤ１９ｅと、前記引っ張りバネ１９ｄとを備えて構成されている。この緩め機構１９によれば、引っ張りバネ１９ｄが緩めワイヤ１９ｅに対して引っ張り力を作用させるので、各リンク１１〜１４を前記他方向に引っ張って伸展させるようになっている。
【００１２】
締め込み機構２０は、各回転軸１８に対して一体に固定された締め込みプーリ２０ａ〜２０ｃと、これら締め込みプーリ２０ａ〜２０ｃを一巻きづつし、その一端がリンク１４の先端部分に固定され、他端が回転駆動機構２０ｄ（モータ）に接続された締め込みプーリ２０ｅと、前記回転駆動機構２０ｄとを備えて構成されている。この締め込み機構２０によれば、回転駆動機構２０ｄが締め込みワイヤ２０ｅを巻き取ることで、前記緩め機構１９の引っ張り力に抵抗して指Ｇを前記一方向に折曲させるようになっている。
【００１３】
３０は各リンク１１〜１４間で連動を行う機構であり、この連動機構３０について図９，図１０に基づいて説明する。図９（ａ）は図７における連動機構３０の主要部を示す正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ断面図である。図９において、リンク１２には、その両端に連結された他のリンク１１，１３との間の各関節１５，１６の位置に、指Ｇを折曲する際に他のリンク１１，１３とそれぞれ一体になって回動する連動プーリ２４，２５が接続されている。即ち、プーリ２４とリンク１１、プーリ２５とリンク１３とは後述する摩擦クラッチを介して、それぞれ一体的に固定されている。
【００１４】
これら連動プーリ２４，２５間に、連動ベルト２８が８の字状にたすき掛けされている。なお、「連動ベルト」とは、線径の細いワイヤから線径の太いベルトまで含めて、環状に構成された紐、全般を指し示すものである。また、図８に示すように、連動プーリ２４とリンク１１との間には、摩擦クラッチ３４が挟み込まれ、連動プーリ２５とリンク１３との間には、後述の摩擦クラッチ３５が挟み込まれている。
【００１５】
同様に、リンク１２からリンク１３を介してリンク１４に伝搬する連動動作も、図８に示すように、連動プーリ２６，２７と連動ベルト３３と後述の摩擦クラッチ３６，３７とによってなされるようになっている。
【００１６】
以上説明の連動プーリ２４〜２７と、連動ベルト２８，３３と、摩擦クラッチ３４〜３７とによって前記連動機構３０が構成されている。
【００１７】
摩擦クラッチ３４，３５（摩擦クラッチ機構）は、詳細図示省略するが、それぞれ、リンク１１，１３に対して固定されたラチェット機構であり、図１０（ａ）に示すようにリンク１１，１３を折曲させる一方向に回転された場合には、各リンク１１，１３のそれぞれに対して連動プーリ２４，２５を固定し、図９（ａ）に示すように各リンク１１，１３を伸展させる他方向に回転させた場合には、前記固定を解除するようになっている。
【００１８】
摩擦クラッチ３６，３７（摩擦クラッチ機構）も同様の構成を有しており、それぞれ、リンク１２，１４に対して固定されたラチェット機構であり、リンク１２，１４を折曲させる一方向に回転された場合には、各リンク１２，１４のそれぞれに対して連動プーリ２６，２７を固定し、各リンク１２，１４を伸展させる他方向に回転させた場合には、前記固定を解除するようになっている。
【００１９】
また、各連動プーリ２４，２５との間の摩擦面は、これらの間の摩擦が所定値以上となった場合に相対的な滑りを許可するようになっている。そして、前記摩擦面及び前記摩擦クラッチ３４，３５により、関節１５，１６を折曲させるのに要する負荷が所定値を越えた場合に、これらリンク１１，１３と連動プーリ２４，２５との間の接合を解除するためのトルクリミッタ手段が構成されている。
【００２０】
同様に、各連動プーリ２６，２７との間の摩擦面も、これらの間の摩擦が所定値以上となった場合に相対的な滑りを許可するようになっている。そして、前記摩擦面及び前記摩擦クラッチ３６，３７により、関節１６，１７を折曲させるのに要する負荷が所定値を越えた場合に、これらリンク１２，１４と連動プーリ２６，２７との間の接合を解除するためのトルクリミッタ手段が構成されている。
【００２１】
図１０はワイヤ駆動多関節マニピュレータの指の連動機構を説明する図であり、（ａ）は拘束条件のない状態における関節の曲がりを示し、（ｂ）は拘束条件が生じた場合の関節の曲がり方を示している。図１０（ａ）において、回転駆動機構を起動して指Ｇを折曲させ、把持対象物を把持する場合には、例えば、この指Ｇの一部をなすリンク１２に把持対象物Ｑが接触すると、このリンク１２は、把持対象物Ｑによる動作の規制を受けるので、これ以上曲がることができなくなり、この関節１５を折曲させるのに要する負荷が所定値を越えようとする。すると、この関節１５におけるトルクリミッタ手段が、リンク１１と連動プーリ２４との間の接合を解除する。
【００２２】
すなわち、連動プーリ２４と摩擦面が滑って両者の接続を解くので、連動プーリ２４が更なる回転を接続でき、その隣の連動プーリ２５に対して連動ベルト２８を介して連動動作が確実に伝達されていく。これにより、把持対象物Ｑに接触していない他のリンク１３は、そのまま曲がり続けるようになる。したがって、各関節１５，１６の動作を規制しながらも、従来のワイヤ・プーリ系の駆動機構と同様の動作も確保することができるようになる。また、リンク１１，１３を伸展させる場合には、摩擦クラッチ３４，３５が連動プーリ２４とリンク１１，１３との間の固定を解除するので、スムーズに伸展できるようになっている。
【００２３】
なお、以上の説明においては、リンク１１からリンク１２を介してリンク１３への連動の詳細について主に説明したが、リンク１２からリンク１３を介してリンク１４への連動も、同様に行われる。したがって、指Ｇを曲げるための連動動作は、連動プーリ２４〜２７と、これら連動プーリ２４〜２７間にたすき掛けされた連動ベルト２８，３３とにより、リンクからその隣のリンクへと次々に伝搬されていくので、それぞれの関節１５〜１７が予め設定された動作に基づいて曲がっていく。したがって、例えば把持対象物を把持する場合において、従来のように、各関節の動きが予測できずに指の先端側が早く曲がってしまい、把持対象物を掴み損ねるといった問題を生じることがない。
【００２４】
以上説明の構成を有するワイヤ駆動多関節マニピュレータの一連の動作について次にまとめて説明する。
【００２５】
まず、前記回転駆動機構２０ｄを起動させて締め込みワイヤ２０ｅを巻き取ることにより、真っ直ぐな伸展状態にあった各リンク１２〜１４が、各関節１５〜１７において折曲していく。この時の各連動プーリ２４〜２７は、互いにたすきがけにかけた連動ベルト２８，３３によって連結されているので、一方の連動プーリが回転すると、もう一方の連動プーリは逆方向に回転するようになる。さらに、この時の各連動プーリ２４〜２７とその外側にある各リンク１１〜１４とは、摩擦クラッチ３４〜３７によってそれぞれ結合されているので、一方の関節の回転連動動作はもう一方の関節に伝達されるようになる。
【００２６】
また、連動プーリ２４〜２７と連動ベルト２８，３３間が摩擦で結合していることと、連動プーリ２４〜２７及び各リンク１１〜１４間に摩擦クラッチ機構３４〜３７を設けたことにより、ワイヤ・プーリ系の駆動機構の特徴が損なわれることはないようになっている。具体的に言うと、締め込み動作時において連動プーリ２４〜２７及び各リンク１１〜１４間が結合している場合、各関節１５〜１７の回転連動動作が伝達されていき、連動プーリ２４〜２７の各半径が同じであれば、互いに逆方向に同じ角度だけ動作する。結果として各関節１５〜１７は同じ角度だけ回転する。
【００２７】
前記回転駆動機構２０ｄによる締め込みをさらに続けて、図１０（ｂ）で示したように把持対象物Ｑに接触した場合は、従来のワイヤ・プーリ系の駆動機構のように複雑形状のまわりに巻きつく特性を発揮するため、関節１５が回転できないのに対して、関節１６は回転し続けようとする。したがって、関節１５及び関節１６の間で連動動作を伝達しても連動プーリ２４，２５が回転することができず、設定値を超えた場合に、連動プーリ２４と連動ベルト２８が滑り始める。このため、上記のワイヤ駆動多関節マニピュレータは、従来の技術で説明した図１１のように把持対象物にそって変形し、巻きつくことができる。
【００２８】
上記に説明のワイヤ駆動多関節マニピュレータにおいては、回転駆動機構として連動プーリ２４，２５，２６，２７と連動ベルト２８，３３を用いているが、ベルト２８，３３により動力を伝達している。ベルト連動方式ではベルトの伸びや、撓み、ゆるみ、あるいは滑り等が生じ、かならずしも正確な回転力の伝達ができるとは限らない。特にリンク１２，１３が長い場合には連動ベルトも長くなって上記のような不具合の原因となるので、ベルトによる回転力の伝達を確実ならしめる更なる改良が望まれていた。
【００２９】
そこで本発明は、宇宙空間や地上プラントの作業用ロボットに用いられる多関節マニピュレータにおいて、各関節に連結されるリンクを連動させて駆動させる回転駆動機構の回転力の伝達をベルト方式から回転軸を用いる方式として、各リンク間の動力伝達を確実に行うことができるようにした多関節マニピュレータの駆動機構を提供することを課題としてなされたものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の手段を提供する。
【００３１】
（１）複数のリンクを関節において回動可能に連結し、同関節の回転軸にはそれぞれプーリを設けて前記各リンクをワイヤで連結して折曲させると共に、各リンクが折曲する際に各リンクが連動して所定の角度だけ回動するようにするための連動機構を前記各関節間に設けて構成されたロボットハンドにおいて、複数ある前記連動機構の一部を、関節間のリンクに長手方向へ伸びる軸を配設し、同軸の両端に設けられた軸側歯車が、リンクの関節の回転軸に取付けられた歯車に噛み合い、前記関節間の回転を伝達させる回転軸連動機構としたことを特徴とするロボットハンド。
【００３２】
（２）前記連動機構は、各関節間のすべてが前記回転軸連動機構で構成されていることを特徴とする（１）記載のロボットハンド。
【００３３】
（３）前記回転軸連動機構は、第１のリンクと第２のリンクを連結する関節における回転軸を中心に前記第１のリンクと一体的に回転する後方の歯車と、前記第２のリンクと第３のリンクを連結する関節における回転軸を中心に前記第３のリンクと一体的に回転する前方の歯車と、前記第２のリンクの長手方向に沿って同リンクに回転自在に取付けられた軸であって、一端が前記前方の歯車に連結して回転し、他端が前記後方の歯車に連結して同軸の回転を前記両歯車間で伝達する回転軸とを備えて構成されることを特徴とする（１）又は（２）記載のロボットハンド。
【００３４】
本発明の（１）においては、複数のリンクを折曲げる場合には各リンクを連結している関節に設けられたプーリを介してリンク先端部に固定されたワイヤを引くことにより、各リンクを各関節において回動させ折曲げることができる。この時、各リンクが各関節において所定の角度で均一に回動するように関節間に連動機構が設けられている。連動機構は、先行技術に係る多関節マニピュレータでは、プーリとワイヤからなる連動機構であり、このような機構では関節間が長くなるとワイヤがゆるんだり、撓みが生じ、又、場合によっては滑りも生じてしまう恐れがある。本発明の（１）では、連動機構がワイヤに代えてリンクの長手方向に配設した軸を用い、軸を回転することにより関節間で動力を伝達するので、リンク折曲げのための動力連動機構が正確になされ、ロボットハンドの信頼性が向上するものである。
【００３５】
本発明の（２）では、連動機構がすべて回転する軸で構成されるので、上記（１）の発明がより正確になされる。
【００３６】
本発明の（３）では、連結機構が、前方、前方の歯車、これら歯車間に連結し、歯車が固定されているリンクの回動に伴う回転を第１のリンクから第３のリンクへ伝達する回転する軸で構成されているので、簡単な機構で実用的な連結機構が容易に実現できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の第１形態に係るロボットハンドを示し、（ａ）は断面図であり、先行技術の図８に対応する図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。これら図において、本発明の実施の第１形態では、図７，図８の先行技術に係る連動プーリ２４，２５、連動ベルト２８に代えて、歯車４４，４５、軸側歯車４１，４２、回転軸４０、支持ブラケット４３を設けた構造であり、その他の構造、作用は図６〜図１０に示すものと同じであるので、回転駆動機構の１９，２０，１９ａ〜１９ｄ，２０ａ〜２０ｄを省略して図示したものである。
【００３８】
図示のように、リンク１１，１２の関節１５の回転軸１８には、摩擦クラッチ３４を介してリンク１２と一体的に回転する歯車４４が取付けられている。又、リンク１２，１３の関節１６の回転軸１８には、摩擦クラッチ３５を介してリンク１３と一体的に回転する歯車４５が取付けられている。摩擦クラッチ３４，３５は図８において説明した先行技術に係る摩擦クラッチと同じ構造、作用を有するものであるので、その説明は省略する。
【００３９】
リンク１２の壁面には支持ブラケット４３が取付けられ、支持ブラケット４３には回転軸４０が回転自在にリンク１２の面と平行になるように伸びて支持されている。回転軸４０の両端には軸側歯車４１，４２が取付けられ、回転軸４０と一体的に回転する。一方の軸側歯車４１は、図３で後述するように歯車４４の歯面４４ａと噛み合い、又、他方の軸側歯車４２は、歯車４５の歯面４５ａと噛み合っている。
【００４０】
歯車４４，４５の歯面４４ａ，４５ａは、後述するようにそれぞれカサ歯車を形成しており、これらに噛み合う軸側歯車４１，４２も、それぞれカサ歯車を形成した歯面４１ａ，４２ａを有し、互いに連結することにより回転軸１８を中心とした歯車４４，４５の回転力は、回転軸１８と直交する方向の回転軸４０の回転力として変換され、回転軸４０の回転力は同様に軸側歯車４２を介して関節１６の歯車４５の回転力として伝達される。
【００４１】
図２は本発明の実施の第１形態における連動機構を説明する図であり、リンク１１が摩擦クラッチ３４を介して歯車４４と一体的に回転し、これに伴ってリンク１２に取付けられた回転軸４０の一端の軸側歯車４１が相対的に回転して、角度を９０度変換した軸を中心とした回転を得て回転軸４０を回転させる。回転軸４０が回転すると他端の軸側歯車４２が回転し、歯車４５を同様に歯車４４とは逆方向に回転させる。歯車４５は摩擦クラッチ３５を介してリンク１３と一体的に固定されているので、リンク１３をリンク１２に対して図示のように回転させる。
【００４２】
図３は図１における連動機構の拡大詳細図である。図示のように、リンク１１には摩擦クラッチ３４が、先行技術で説明したように一体的に取付けられている。摩擦クラッチ３４には、先行技術での連動プーリ２４と同じく歯車４４が一体的に取付けられ、リンク１１と共に回動し、所定の負荷以上になると摩擦クラッチ３４と歯車４４の結合を解除する構成は、先行技術と同じである。
【００４３】
歯車４４はカサ歯車を有した歯面４４ａを有し、又、軸側歯車４１にもカサ歯車を有した歯面４１ａを備えており、両歯面４４ａと４１ａとは互いに噛み合い、その結果、関節１５の回転軸１８を中心とした歯車４４の回転は、回転軸１８と直交する回転軸４０の回転として伝達される。回転軸４０は回転自在にリンク１２の壁面に支持ブラケット４３で支持され、その回転を軸側歯車４２から歯車４５へ伝える。軸側歯車４２、歯車４５も同様にカサ歯車の歯面４２ａ，４５ａを有し、これらが互いに噛み合って回転軸４０の回転を、これと直交する歯車４５の回転として伝達することができる。
【００４４】
上記に説明した実施の第１形態によれば、先行技術と同じように（図７，図８参照）、回転駆動機構２０ｄを作動させて締め込みワイヤ２０ｅを巻き取り、直線状態にあった各リンク１２〜１４を各関節１５〜１７において折曲させる。この時には各歯車４４，４５は回転軸４０と軸側歯車４１，４２で連結されており、又、連動プーリ２６，２７も連動ベルト３３で連結されている。リンク１１に対してリンク１２が折曲すると、図３で示したようにリンク１１と歯車４４とは摩擦クラッチ３４を介して一体的に回転するので、リンク１２に対して歯車４４が回転し、その回転は、リンク１２に取付けられた軸側歯車４１、回転軸４０及び軸側歯車４２の回転として伝達される。この回転軸４０の回転は軸側歯車４２により歯車４５へ伝えられ、歯車４５を歯車４４とは逆方向へ回転させる。歯車４５は摩擦クラッチ３５を介して同様にリンク１３に一体的に固定されているので、歯車４５の回転はリンク１３を図２に示すように回動させる。
【００４５】
この時、連動プーリ２６，２７は、先行技術と同じく互いにたすきがけされた連動ベルト３３により連結されており、又、連動プーリ２６は摩擦クラッチ３６を介してリンク１２へ、連動プーリ２７は摩擦クラッチ３７を介してリンク１４へ、それぞれ接続されて一体的に回転するので、一方の連動プーリがリンクと一体となって回転すると、もう一方の連動プーリは逆回転して一方のリンクを回動させる。
【００４６】
従って、締め込み動作時において、歯車４４，４５、回転軸４０とでリンク１１，１２，１３の関節１５，１６が連動し、又リンク１２，１３，１４の関節１６，１７は連動プーリ２６，２７、連動ベルト３３でそれぞれ連動し、回転動作が連動して伝達されてゆき、歯車４４，４５、連動プーリ２６，２７の各回転半径が同じであれば、互いに逆方向へ同じ角度だけ動作させることができる。結果として各関節を同じ角度だけリンクを回転させることができる。なお、回転軸４０による回転力の伝達を歯車４４と歯車４５とで異なる回転となるようにすれば、関節１５と１６とで異なる角度でリンクを折曲させることもできる。
【００４７】
図４は本発明の実施の第２形態に係る多関節マニピュレータの駆動機構を示し、（ａ）は断面図であり、図１（ａ）に対応する図である。（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視図である。図において、本実施の第２形態においては、図１に示す実施の第１形態における連動プーリ２６，２７、連動ベルト３３も、歯車４６，４７、回転軸５０、軸側歯車５１，５２、支持ブラケット５３に代えた構成としたものであり、その他の構成は図１〜図３に示す実施の第１形態と同じである。
【００４８】
即ち、図において、関節１６の回転軸１８には歯車４６が回転自在に設けられ、摩擦クラッチ３６を介してリンク１２に一体的に固定されており、又、関節１７の回転軸１８にも摩擦クラッチ３７を介してリンク１４と一体的に固定された歯車４７が取付けられている。摩擦クラッチ３６，３７は図８において説明した先行技術に係る摩擦クラッチと同じ構造、作用を有するものである。
【００４９】
リンク１３の壁面には支持ブラケット５３が取付けられ、支持ブラケット５３には回転軸５０が回転自在にリンク１３と平行して取付けられている。回転軸５０の両端には軸側歯車５１，５２が取付けられ回転軸５０と一体的に回転する。一方の軸側歯車５１は、歯車４６と噛み合い、他方の軸側歯車５２は歯車４７と噛み合っており、歯車４６の回転を歯車４６の回転軸と直交する方向の回転として回転軸５０へ伝達し、更に歯車５２へ歯車５１とは逆方向の回転として伝達するものである。
【００５０】
（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視図であり、図１（ｂ）と同じ構成であるので説明は省略する。図５は図４（ａ）におけるＤ−Ｄ矢視図であり、連動機構の拡大詳細図である。図において、リンク１２には、先行技術と同じく摩擦クラッチ３６が一体的に取付けられ、摩擦クラッチ３６には歯車４６が一体的に取付けられ、リンク１２と共に回動し、所定の負荷以上となると、摩擦クラッチ３６と歯車の結合を解除する構成は実施の第１形態と同じである。
【００５１】
歯車４６はカサ歯車を有した歯面４６ａを有し、又、軸側歯車５１にもカサ歯車を有した歯面５１ａを備えており、両歯面４６ａと５１ａとは互いに噛み合い、その結果、関節１６の回転軸１８を中心とした歯車４６の回転は、回転軸１８と直交する回転軸５０の回転として伝達される。回転軸５０は回転自在にリンク１３の壁面に支持ブラケット５３で支持され、その回転を軸側歯車５２から歯車４７へ伝える。軸側歯車５１，５２も同様にカサ歯車の歯面５１ａ，５２ａを有し、これらが互いに噛み合って回転軸５０の回転をこれと直交する歯車４７の回転として伝達することができる。
【００５２】
上記の実施の第２形態においては、先行技術の例と同じように、回転駆動機構２０ｄを起動して、締め込みワイヤ２０ｅを巻き取り、直線状態にあった各リンク１２〜１４を各関節１５〜１７において折曲させると、歯車４４，４５は回転軸４０で、歯車４６，４７は回転軸５０でそれぞれ連結されており、上記の実施の第１形態と同様に、一方の歯車がリンクと共に回動すると歯車の回転は他方の歯車を逆方向に回転させ、他方の歯車に一体的に取付けられているリンクを回動させることができる。
【００５３】
上記の実施の第１形態においては、先行技術に係る連動機構の一組の連動プーリ２４，２５及び連動ベルト２８のみを歯車４４，４５、回転軸４０による回転伝達機構に代えたので、リンクの長い部分の動力伝達がワイヤのゆるみや撓み、伸び等がなくなり、確実な回転力の伝達がなされるようになり、又、実施の第２形態においては、更に、連動プーリ２６，２７及び連動ベルト３３も回転軸５０による回転力に代え、全部の連結機構が回転軸の回転で動力伝達を行うので、より精度良く、回転力の伝達が可能となるものである。
【００５４】
【発明の効果】
本発明のロボットハンドは、（１）複数のリンクを関節において回動可能に連結し、同関節の回転軸にはそれぞれプーリを設けて前記各リンクをワイヤで連結して折曲させると共に、各リンクが折曲する際に各リンクが連動して所定の角度だけ回動するようにするための連動機構を前記各関節間に設けて構成されたロボットハンドにおいて、前記連動機構の一部には、関節間のリンクに長手方向へ伸びる軸を配設し、同軸を前記関節の回転に連動して回転させることにより前記関節間の回転を伝達させる回転軸連動機構を設けたことを特徴としている。
【００５５】
上記構成においては、先行技術の多関節マニピュレータの連動機構では、プーリとワイヤからなっているが、関節間が長くなるとワイヤがゆるんだり、撓みが生じ、又、場合によっては滑りも生じてしまう恐れがある。本発明の（１）では、連動機構がワイヤに代えてリンクの長手方向に配設した軸を用い、軸を回転することにより関節間で動力を伝達するので、リンク折曲げのための動力連動機構が正確になされ、マニピュレータの信頼性が向上する。
【００５６】
本発明の（２）では、連動機構がすべて回転する軸で構成されるので、上記（１）の発明がより正確になされる。
【００５７】
本発明の（３）では、連結機構が、前方、前方の歯車、これら歯車間に連結し、歯車が固定されているリンクの回動に伴う回転を第１のリンクから第３のリンクへ伝達する回転する軸で構成されているので、簡単な機構で実用的な連結機構が容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係るロボットハンドを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。
【図２】本発明の実施の第１形態に係る連動機構を説明する図である。
【図３】図１における連動機構部分の拡大詳細図である。
【図４】本発明の実施の第２形態に係るロボットハンドを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視図である。
【図５】図４におけるＤ−Ｄ矢視図であり、連動機構部分の拡大詳細図である。
【図６】先行技術に係る多関節マニピュレータを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平正図である。
【図７】先行技術に係る多関節マニピュレータの指部の正面図である。
【図８】図７におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図９】先行技術に係る連動機構を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ断面図である。
【図１０】先行技術に係る多関節マニピュレータの指の連動機構を示し、（ａ）は拘束のない状態、（ｂ）は拘束のある場合を示す説明図である。
【図１１】従来のワイヤ駆動多関節マニピュレータを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は把持状態を示す図である。
【符号の説明】
１１〜１４リンク
１５〜１７関節
１８回転軸
２４〜２７連動プーリ
２８，３３連動ベルト
３４〜３７摩擦クラッチ
４０回転軸
４１，４２、５１，５２軸側歯車
４３，５３支持ブラケット
４４，４５，４６，４７歯車[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a robot hand, which is a mechanism capable of accurately performing power transmission for bending a link between joints.
[0002]
[Prior art]
In recent years, wire-driven multi-joint manipulators have been proposed as manipulators for work robots used in space and in various plants. An example of this type of manipulator will be described with reference to FIG. FIG. 11A is a perspective view thereof, which is a manipulator in which a plurality of joints constituted by a wire / pulley system are connected, and is capable of flexibly gripping an object having an arbitrary shape.
[0003]
As shown in FIG. 2A, each joint is composed of a rotating shaft 1 and two pulleys (tightening pulley 2 and loosening pulley 3) provided on the rotating shaft 1 and freely rotatable. ing. Each tightening pulley 2 is wound with a tightening wire 4 one by one. The tip of the tightening wire 4 is fixed at the tip of the finger, and the end is wound around the driving device 5. ing. In this way, the distance from the tip of the finger to the driving device 5 is connected by the tightening wires 4 via the respective tightening pulleys 2.
[0004]
Each of the loosening pulleys 3 is connected from the tip of the finger to the spring 7 by a loosening wire 6 wound in a direction opposite to the tightening wire 4. And by winding up the fastening wire 4 with the drive device 5, each joint rotates and a manipulator bends. The loosening wire 6 and the spring 7 are used when returning the bent manipulator to its original state.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
This type of multi-joint manipulator can drive a large number of joints with a small number of actuators. For example, the multi-joint manipulator can be wound around a gripping object 8 having a complicated shape as shown in FIG. It is. However, when the manipulator comes into contact with the grasped object 8 and some constraint condition occurs, the shape is passively changed using the constraint condition. Therefore, in a state where the constraint condition is not generated, for example, the tip joint rotates first. Manipulator movement could not be predicted. In this case, for example, when a gripping object closer to the tip position than the base position of each finger of the manipulator is gripped, the tip of the finger is bent earlier than the other part, and the gripping object is touched. There was a possibility that the problem that it could not be gripped by emptying occurred.
[0006]
Therefore, the applicant of the present invention has proposed a wire-driven multi-joint manipulator that solves the above-mentioned problems, and has also filed a patent application. Since the present invention is an improvement of this prior art, first, the outline of the wire-driven articulated manipulator according to this prior art will be described with reference to FIGS.
[0007]
FIG. 6 shows an articulated manipulator according to the prior art, in which (a) is a front view and (b) is a plan view thereof. As shown in the figure, the manipulator includes four fingers G and a main body H that supports these fingers G. Each finger G is bent in the direction a as shown in FIG. A gripping object (not shown) positioned between them can be gripped.
[0008]
7 is a front view of the inside of the finger, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 7 and 8, the finger G connects the four links 11, 12, 13, and 14 to each other at the joints 15, 16, and 17 using the rotation shaft 18, and these links 11 to 14 are connected to each other. The wire / pulley system drive mechanism is configured to bend the wire by wire drive.
[0009]
That is, the finger G extends the links 11 to 14, the rotary shaft 18 that constitutes the joints 15 to 17 by connecting the links 11 to 14 adjacent to each other, and the links 11 to 14. And a tightening mechanism 20 that bends the links 11 to 14 at the joints 15 to 17, and bends in only one direction and bends more than straight in the other direction. There is no such thing.
[0010]
Each of the links 11 to 14 has a U-shaped longitudinal cross-sectional shape, and the cross-sectional shape is tapered from the base of the finger G to the tip. Adjacent portions of the links 11 to 14 are overlapped with each other, and the rotating shaft 18 is fixed through the overlapping portion.
[0011]
The loosening mechanism 19 includes loose pulleys 19a to 19c that are rotatably attached to the respective rotation shafts 18, one turn of the loose pulleys 19a to 19c, one end of which is fixed to the distal end portion of the link 14, and the like. A loosening wire 19e having an end connected to a tension spring 19d and the tension spring 19d are provided. According to the loosening mechanism 19, the tension spring 19d exerts a pulling force on the loosening wire 19e, so that the links 11 to 14 are pulled and extended in the other direction.
[0012]
The tightening mechanism 20 includes tightening pulleys 20 a to 20 c that are integrally fixed to the respective rotation shafts 18, and the tightening pulleys 20 a to 20 c are wound one by one, and one end thereof is fixed to the tip portion of the link 14. The other end is connected to a rotation drive mechanism 20d (motor), and includes a tightening pulley 20e and the rotation drive mechanism 20d. According to the tightening mechanism 20, the rotary drive mechanism 20d winds the tightening wire 20e, so that the finger G is bent in the one direction while resisting the pulling force of the loosening mechanism 19. .
[0013]
Reference numeral 30 denotes a mechanism for interlocking between the links 11 to 14, and the interlock mechanism 30 will be described with reference to FIGS. Fig.9 (a) is a front view which shows the principal part of the interlocking mechanism 30 in FIG. 7, (b) is FF sectional drawing in (a). In FIG. 9, the link 12 is connected to the other links 11 and 13 when the finger G is bent at the positions of the joints 15 and 16 between the links 11 and 13 connected to both ends thereof. The interlocking pulleys 24 and 25 that rotate together are connected. That is, the pulley 24 and the link 11 and the pulley 25 and the link 13 are integrally fixed via a friction clutch described later.
[0014]
Between these interlocking pulleys 24 and 25, an interlocking belt 28 is struck in the shape of figure 8. The “interlocking belt” refers to a string formed in an annular shape, including a wire having a small wire diameter to a belt having a large wire diameter. Further, as shown in FIG. 8, a friction clutch 34 is sandwiched between the interlocking pulley 24 and the link 11, and a friction clutch 35 described later is sandwiched between the interlocking pulley 25 and the link 13. .
[0015]
Similarly, the interlocking operation propagating from the link 12 to the link 14 via the link 13 is also performed by the interlocking pulleys 26 and 27, the interlocking belt 33, and friction clutches 36 and 37 described later, as shown in FIG. It has become.
[0016]
The interlocking mechanism 30 is constituted by the interlocking pulleys 24 to 27, the interlocking belts 28 and 33, and the friction clutches 34 to 37 described above.
[0017]
Although not shown in detail, the friction clutches 34 and 35 (friction clutch mechanisms) are ratchet mechanisms fixed to the links 11 and 13, respectively, and the links 11 and 13 are folded as shown in FIG. When rotated in one direction to bend, the interlocking pulleys 24 and 25 are fixed to the links 11 and 13, respectively, and the other directions in which the links 11 and 13 are extended as shown in FIG. When it is rotated, the fixing is released.
[0018]
The friction clutches 36 and 37 (friction clutch mechanism) have the same configuration, and are ratchet mechanisms fixed to the links 12 and 14 respectively, and are rotated in one direction to bend the links 12 and 14. In this case, the interlocking pulleys 26 and 27 are fixed to the links 12 and 14, respectively, and when the links 12 and 14 are rotated in the other direction, the fixing is released. ing.
[0019]
Moreover, the friction surface between each interlocking pulleys 24 and 25 permits relative sliding when the friction between them becomes a predetermined value or more. When the load required to bend the joints 15 and 16 by the friction surface and the friction clutches 34 and 35 exceeds a predetermined value, the link between the links 11 and 13 and the interlocking pulleys 24 and 25. Torque limiter means for releasing the joining is configured.
[0020]
Similarly, the friction surfaces between the interlocking pulleys 26 and 27 permit relative sliding when the friction between them becomes a predetermined value or more. When the load required to bend the joints 16 and 17 by the friction surface and the friction clutches 36 and 37 exceeds a predetermined value, the link between the links 12 and 14 and the interlocking pulleys 26 and 27. Torque limiter means for releasing the joining is configured.
[0021]
10A and 10B are diagrams for explaining the finger interlocking mechanism of the wire-driven multi-joint manipulator. FIG. 10A shows the bending of the joint when there is no constraint condition, and FIG. 10B shows the bending of the joint when the constraint condition occurs. Shows the direction. In FIG. 10A, when the rotation drive mechanism is activated to bend the finger G and grip the target object, for example, the target object Q contacts the link 12 that forms part of the finger G. Then, since the link 12 is restricted by the movement of the grasped object Q, it cannot bend any more, and the load required to bend the joint 15 tends to exceed a predetermined value. Then, the torque limiter means in the joint 15 releases the connection between the link 11 and the interlocking pulley 24.
[0022]
That is, since the interlocking pulley 24 and the friction surface slip and the connection between them is released, the interlocking pulley 24 can connect further rotation, and the interlocking operation is reliably transmitted to the adjacent interlocking pulley 25 via the interlocking belt 28. It will be done. As a result, the other links 13 that are not in contact with the grasped object Q continue to bend as they are. Therefore, it is possible to ensure the same operation as that of the conventional wire / pulley drive mechanism while restricting the operation of the joints 15 and 16. Further, when the links 11 and 13 are extended, the friction clutches 34 and 35 release the fixation between the interlocking pulley 24 and the links 11 and 13, so that the links 11 and 13 can be extended smoothly.
[0023]
In the above description, the details of the link from the link 11 to the link 13 via the link 12 have been mainly described, but the link from the link 12 to the link 14 via the link 13 is performed in the same manner. Therefore, the interlocking operation for bending the finger G is successively propagated from one link to the adjacent link by the interlocking pulleys 24 to 27 and the interlocking belts 28 and 33 strung between the interlocking pulleys 24 to 27. Therefore, the joints 15 to 17 are bent based on a preset operation. Therefore, for example, when gripping a gripping object, the movement of each joint cannot be predicted, and the finger tip bends quickly and the gripping object cannot be gripped.
[0024]
Next, a series of operations of the wire-driven articulated manipulator having the above-described configuration will be described together.
[0025]
First, by activating the rotary drive mechanism 20d and winding up the tightening wire 20e, the links 12-14 that have been in a straight extension state are bent at the joints 15-17. At this time, each of the interlocking pulleys 24 to 27 is connected by the interlocking belts 28 and 33 applied to each other so that when one interlocking pulley rotates, the other interlocking pulley rotates in the opposite direction. . Further, since the interlocking pulleys 24 to 27 at this time and the links 11 to 14 on the outside thereof are respectively coupled by the friction clutches 34 to 37, the rotation interlocking operation of one joint is performed on the other joint. Be transmitted.
[0026]
Further, the interlocking pulleys 24 to 27 and the interlocking belts 28 and 33 are frictionally coupled, and the friction clutch mechanisms 34 to 37 are provided between the interlocking pulleys 24 to 27 and the links 11 to 14, thereby・ The characteristics of the drive system of the pulley system are not impaired. Specifically, when the interlocking pulleys 24 to 27 and the links 11 to 14 are coupled during the tightening operation, the rotation interlocking operation of the joints 15 to 17 is transmitted, and the interlocking pulleys 24 to 27 are transmitted. If the radii are the same, they operate in the opposite directions by the same angle. As a result, each joint 15-17 rotates by the same angle.
[0027]
When the rotary drive mechanism 20d continues to be tightened and comes into contact with the grasped object Q as shown in FIG. 10 (b), around the complicated shape as in the conventional drive mechanism of the wire / pulley system. Since the joint 15 cannot rotate in order to exhibit the winding property, the joint 16 tries to continue to rotate. Therefore, even if the interlocking operation is transmitted between the joint 15 and the joint 16, the interlocking pulleys 24 and 25 cannot rotate, and when the set value is exceeded, the interlocking pulley 24 and the interlocking belt 28 start to slip. For this reason, the above-described wire-driven articulated manipulator can be deformed and wound along the grasped object as shown in FIG. 11 described in the related art.
[0028]
In the wire-driven multi-joint manipulator described above, the interlocking pulleys 24, 25, 26, and 27 and the interlocking belts 28 and 33 are used as the rotational drive mechanism, but the power is transmitted by the belts 28 and 33. In the belt interlocking system, the belt is stretched, bent, loosened, slipped, etc., and it is not always possible to accurately transmit the rotational force. In particular, when the links 12 and 13 are long, the interlocking belt becomes long and causes the above-described problems. Therefore, further improvement for ensuring the transmission of the rotational force by the belt has been desired.
[0029]
Therefore, the present invention provides a multi-joint manipulator used in a working robot in outer space or on a ground plant to transmit the rotational force of a rotational drive mechanism that drives a link connected to each joint in conjunction with a belt system. An object of the present invention is to provide a driving mechanism for an articulated manipulator that can reliably transmit power between links.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides the following means in order to solve the aforementioned problems.
[0031]
(1) When a plurality of links are rotatably connected at a joint, pulleys are provided on the rotation shafts of the joints, the links are connected by wires, and the links are bent. In a robot hand configured by providing an interlocking mechanism between the joints so that each link is interlocked and rotated by a predetermined angle, There are multiple Part of the interlocking mechanism The The shaft between the joints is arranged with a shaft extending in the longitudinal direction, and is coaxial The shaft side gears provided at both ends mesh with the gears attached to the rotation shaft of the link joint, Rotating shaft interlocking mechanism for transmitting rotation between the joints age Robot hand characterized by that.
[0032]
(2) The robot hand according to (1), wherein all of the interlocking mechanisms are configured by the rotation axis interlocking mechanism.
[0033]
(3) The rotating shaft interlocking mechanism includes a rear gear that rotates integrally with the first link around a rotating shaft in a joint that connects the first link and the second link, and the second link. And a front gear that rotates integrally with the third link around a rotation axis in a joint that connects the third link, and is rotatably attached to the link along the longitudinal direction of the second link. A rotary shaft that has one end connected to the front gear and rotates, and the other end connected to the rear gear and transmits a coaxial rotation between the two gears. The robot hand according to (1) or (2), wherein
[0034]
In (1) of the present invention, when a plurality of links are bent, each link is pulled by pulling a wire fixed to the link tip through a pulley provided at a joint connecting the links. Each joint can be turned and bent. At this time, an interlocking mechanism is provided between the joints so that each link rotates uniformly at a predetermined angle at each joint. In the articulated manipulator according to the prior art, the interlocking mechanism is an interlocking mechanism composed of a pulley and a wire. In such a mechanism, when the distance between the joints becomes long, the wire loosens, bends, and sometimes slips. There is a risk that. In (1) of the present invention, the interlocking mechanism uses a shaft disposed in the longitudinal direction of the link instead of the wire, and power is transmitted between the joints by rotating the shaft. The mechanism is made accurate and the reliability of the robot hand is improved.
[0035]
In (2) of the present invention, since the interlocking mechanism is entirely composed of a rotating shaft, the invention of (1) is made more accurate.
[0036]
In (3) of the present invention, the connection mechanism is connected to the front and front gears and the gears connected to each other, and the rotation associated with the rotation of the link to which the gears are fixed is transmitted from the first link to the third link. Therefore, a practical coupling mechanism can be easily realized with a simple mechanism.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. 1A and 1B show a robot hand according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view corresponding to FIG. 8 of the prior art, and FIG. The figure, (c) is a BB arrow line view in (a). In these drawings, in the first embodiment of the present invention, gears 44 and 45, shaft side gears 41 and 42, rotations are used instead of the interlocking pulleys 24 and 25 and the interlocking belt 28 according to the prior art of FIGS. Since the shaft 40 and the support bracket 43 are provided, and the other structures and operations are the same as those shown in FIGS. 6 to 10, the rotary drive mechanisms 19, 20, 19a to 19d, and 20a to 20d are omitted. This is shown in the figure.
[0038]
As illustrated, a gear 44 that rotates integrally with the link 12 is attached to the rotation shaft 18 of the joint 15 of the links 11 and 12 via a friction clutch 34. A gear 45 that rotates integrally with the link 13 via a friction clutch 35 is attached to the rotary shaft 18 of the joint 16 of the links 12 and 13. The friction clutches 34 and 35 have the same structure and operation as the friction clutch according to the prior art described in FIG.
[0039]
A support bracket 43 is attached to the wall surface of the link 12, and the rotary shaft 40 is supported by the support bracket 43 so as to be rotatable and parallel to the surface of the link 12. Shaft side gears 41 and 42 are attached to both ends of the rotating shaft 40 and rotate integrally with the rotating shaft 40. One shaft-side gear 41 meshes with the tooth surface 44 a of the gear 44 as will be described later with reference to FIG. 3, and the other shaft-side gear 42 meshes with the tooth surface 45 a of the gear 45.
[0040]
The tooth surfaces 44a and 45a of the gears 44 and 45 form a bevel gear, as will be described later, and the shaft side gears 41 and 42 that mesh with these also have tooth surfaces 41a and 42a that form a bevel gear, respectively. By connecting them together, the rotational force of the gears 44 and 45 around the rotational shaft 18 is converted as the rotational force of the rotational shaft 40 in the direction orthogonal to the rotational shaft 18. This is transmitted as a rotational force of the gear 45 of the joint 16 via the side gear 42.
[0041]
FIG. 2 is a diagram for explaining the interlocking mechanism according to the first embodiment of the present invention, in which the link 11 rotates integrally with the gear 44 via the friction clutch 34, and the rotation attached to the link 12 accordingly. The shaft-side gear 41 at one end of the shaft 40 rotates relatively to obtain rotation about the shaft whose angle is converted by 90 degrees, and rotates the rotating shaft 40. When the rotating shaft 40 rotates, the shaft-side gear 42 at the other end rotates, and the gear 45 is similarly rotated in the opposite direction to the gear 44. Since the gear 45 is fixed integrally with the link 13 via the friction clutch 35, the link 13 is rotated with respect to the link 12 as shown in the figure.
[0042]
FIG. 3 is an enlarged detailed view of the interlocking mechanism in FIG. As shown, a friction clutch 34 is integrally attached to the link 11 as described in the prior art. A gear 44 is integrally attached to the friction clutch 34 in the same manner as the interlocking pulley 24 in the prior art. The gear 44 rotates together with the link 11 and releases the coupling between the friction clutch 34 and the gear 44 when a predetermined load is exceeded. The same as the prior art.
[0043]
The gear 44 has a tooth surface 44a having a bevel gear, and the shaft side gear 41 is also provided with a tooth surface 41a having a bevel gear, and both the tooth surfaces 44a and 41a mesh with each other. The rotation of the gear 44 around the rotation shaft 18 of the joint 15 is transmitted as the rotation of the rotation shaft 40 orthogonal to the rotation shaft 18. The rotating shaft 40 is rotatably supported by the support bracket 43 on the wall surface of the link 12, and transmits the rotation from the shaft side gear 42 to the gear 45. Similarly, the shaft side gear 42 and the gear 45 have tooth surfaces 42a and 45a of the bevel gear, and these mesh with each other so that the rotation of the rotating shaft 40 can be transmitted as the rotation of the gear 45 orthogonal thereto.
[0044]
According to the first embodiment described above, as in the prior art (see FIGS. 7 and 8), the rotary drive mechanism 20d is operated to wind the tightening wire 20e, and each linear state The links 12 to 14 are bent at the joints 15 to 17. At this time, the gears 44 and 45 are connected by the rotary shaft 40 and the shaft side gears 41 and 42, and the interlocking pulleys 26 and 27 are also connected by the interlocking belt 33. When the link 12 is bent with respect to the link 11, the link 11 and the gear 44 rotate together via the friction clutch 34 as shown in FIG. 3, so the gear 44 rotates with respect to the link 12, The rotation is transmitted as rotation of the shaft side gear 41, the rotation shaft 40 and the shaft side gear 42 attached to the link 12. The rotation of the rotary shaft 40 is transmitted to the gear 45 by the shaft side gear 42, and the gear 45 is rotated in the direction opposite to the gear 44. Similarly, the gear 45 is integrally fixed to the link 13 via the friction clutch 35. Therefore, the rotation of the gear 45 rotates the link 13 as shown in FIG.
[0045]
At this time, the interlocking pulleys 26 and 27 are connected to each other by the interlocking belt 33, which is separated from each other as in the prior art. The interlocking pulley 26 is connected to the link 12 via the friction clutch 36, and the interlocking pulley 27 is a friction clutch. 37, each link pulley 14 is connected to the link 14 and rotates integrally. Therefore, when one interlocking pulley rotates together with the link, the other interlocking pulley reversely rotates to rotate one link. .
[0046]
Accordingly, during the tightening operation, the joints 15 and 16 of the links 11, 12, and 13 are interlocked with the gears 44 and 45 and the rotary shaft 40, and the joints 16 and 17 of the links 12, 13, and 14 are interlocked with the interlocking pulley 26, 27, the interlocking belt 33 is interlocked, and the rotational operation is transmitted in an interlocking manner. If the rotational radii of the gears 44, 45 and the interlocking pulleys 26, 27 are the same, they are operated in the opposite directions by the same angle. be able to. As a result, the link can be rotated by the same angle for each joint. In addition, if the transmission of the rotational force by the rotating shaft 40 is made to rotate differently between the gear 44 and the gear 45, the link can be bent at different angles between the joints 15 and 16.
[0047]
FIG. 4 shows a drive mechanism of an articulated manipulator according to a second embodiment of the present invention, where (a) is a cross-sectional view and corresponds to FIG. 1 (a). (B) is a CC arrow line view in (a). In the figure, in the second embodiment, the interlocking pulleys 26 and 27 and the interlocking belt 33 in the first embodiment shown in FIG. 1 are also connected to the gears 46 and 47, the rotary shaft 50, the shaft side gears 51 and 52, and the support. The structure is replaced with the bracket 53, and the other structure is the same as that of the first embodiment shown in FIGS.
[0048]
In other words, in the drawing, a gear 46 is rotatably provided on the rotary shaft 18 of the joint 16 and is integrally fixed to the link 12 via the friction clutch 36, and is also frictionally applied to the rotary shaft 18 of the joint 17. A gear 47 fixed integrally with the link 14 is attached via a clutch 37. The friction clutches 36 and 37 have the same structure and operation as the friction clutch according to the prior art described in FIG.
[0049]
A support bracket 53 is attached to the wall surface of the link 13, and a rotating shaft 50 is rotatably attached to the support bracket 53 in parallel with the link 13. Shaft side gears 51 and 52 are attached to both ends of the rotating shaft 50 and rotate integrally with the rotating shaft 50. One shaft-side gear 51 meshes with the gear 46, and the other shaft-side gear 52 meshes with the gear 47, and the rotation of the gear 46 is transmitted to the rotation shaft 50 as rotation in a direction orthogonal to the rotation axis of the gear 46. Further, the rotation is transmitted to the gear 52 as rotation in the direction opposite to that of the gear 51.
[0050]
(B) is a CC arrow view in (a), and since it is the same structure as FIG.1 (b), description is abbreviate | omitted. FIG. 5 is a DD arrow view in FIG. 4A and is an enlarged detail view of the interlocking mechanism. In the figure, a friction clutch 36 is integrally attached to the link 12 as in the prior art, and a gear 46 is integrally attached to the friction clutch 36 and rotates together with the link 12 so that when a predetermined load is exceeded, The configuration for releasing the coupling between the friction clutch 36 and the gear is the same as in the first embodiment.
[0051]
The gear 46 has a tooth surface 46a having a bevel gear, and the shaft side gear 51 is also provided with a tooth surface 51a having a bevel gear, and both the tooth surfaces 46a and 51a mesh with each other. The rotation of the gear 46 around the rotation shaft 18 of the joint 16 is transmitted as the rotation of the rotation shaft 50 orthogonal to the rotation shaft 18. The rotation shaft 50 is rotatably supported on the wall surface of the link 13 by a support bracket 53, and transmits the rotation from the shaft side gear 52 to the gear 47. Similarly, the shaft side gears 51 and 52 have tooth surfaces 51a and 52a of the bevel gears, which can mesh with each other and transmit the rotation of the rotating shaft 50 as the rotation of the gear 47 orthogonal thereto.
[0052]
In the second embodiment, as in the prior art example, the rotational drive mechanism 20d is activated to wind up the fastening wire 20e, and the links 12 to 14 in a straight state are connected to the joints 15 respectively. ˜17, the gears 44 and 45 are connected to the rotary shaft 40, and the gears 46 and 47 are connected to the rotary shaft 50, respectively. As in the first embodiment, one gear is connected to the link. When it rotates, the rotation of the gear rotates the other gear in the opposite direction, and the link integrally attached to the other gear can be rotated.
[0053]
In the first embodiment described above, since only the pair of interlocking pulleys 24 and 25 and the interlocking belt 28 of the interlocking mechanism according to the prior art are replaced with the rotation transmission mechanism using the gears 44 and 45 and the rotating shaft 40, Power transmission in a long part eliminates loosening, bending, elongation, etc. of the wire, so that reliable rotational force can be transmitted. In the second embodiment, the interlocking pulleys 26 and 27 and the interlocking belt are further provided. 33 also replaces the rotational force by the rotational shaft 50, and all the coupling mechanisms transmit power by the rotation of the rotational shaft, so that the rotational force can be transmitted with higher accuracy.
[0054]
【The invention's effect】
In the robot hand of the present invention, (1) a plurality of links are rotatably connected at joints, pulleys are provided on the rotation shafts of the joints, the links are connected by wires, and the links are bent. In a robot hand configured to provide a linkage mechanism between the joints so that each link is linked and rotated by a predetermined angle when the link is bent, a part of the linkage mechanism includes In addition, a shaft extending in the longitudinal direction is disposed in the link between the joints, and a rotation shaft interlocking mechanism for transmitting the rotation between the joints by rotating the coaxial in conjunction with the rotation of the joint is provided. .
[0055]
In the above structure, the interlocking mechanism of the articulated manipulator of the prior art consists of a pulley and a wire. However, if the distance between the joints becomes long, the wire may loosen, bend, or possibly slip. There is. In (1) of the present invention, the interlocking mechanism uses a shaft disposed in the longitudinal direction of the link instead of the wire, and power is transmitted between the joints by rotating the shaft. The mechanism is made accurate and the reliability of the manipulator is improved.
[0056]
In (2) of the present invention, since the interlocking mechanism is entirely composed of a rotating shaft, the invention of (1) is made more accurate.
[0057]
In (3) of the present invention, the connection mechanism is connected to the front and front gears and the gears connected to each other, and the rotation associated with the rotation of the link to which the gears are fixed is transmitted from the first link to the third link. Therefore, a practical coupling mechanism can be easily realized with a simple mechanism.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a robot hand according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating an interlocking mechanism according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged detail view of the interlocking mechanism portion in FIG. 1;
4A and 4B show a robot hand according to a second embodiment of the present invention, where FIG. 4A is a cross-sectional view, and FIG. 4B is a view taken along the line CC in FIG.
5 is a DD arrow view in FIG. 4 and is an enlarged detail view of the interlocking mechanism portion.
6A and 6B show an articulated manipulator according to the prior art, in which FIG. 6A is a front view and FIG.
FIG. 7 is a front view of a finger portion of an articulated manipulator according to the prior art.
8 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG.
9A and 9B show an interlocking mechanism according to the prior art, in which FIG. 9A is a plan view and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line FF in FIG.
FIGS. 10A and 10B are diagrams illustrating a finger interlocking mechanism of an articulated manipulator according to the prior art, in which FIG. 10A is an unconstrained state, and FIG.
11A and 11B show a conventional wire-driven articulated manipulator, where FIG. 11A is a perspective view, and FIG. 11B is a diagram showing a gripping state.
[Explanation of symbols]
11-14 links
15-17 joints
18 Rotating shaft
24-27 Interlocking pulley
28,33 Interlocking belt
34-37 Friction clutch
40 axis of rotation
41, 42, 51, 52 Shaft side gear
43, 53 Support bracket
44, 45, 46, 47 Gears

Claims

A plurality of links are rotatably connected at the joints, pulleys are provided on the rotation shafts of the joints, the links are connected by wires, and the links are bent when the links are bent. in robot hand the configured provided between each joint interlocking mechanism for interlocking to so as to rotate by a predetermined angle, a portion of a plurality of the interlocking mechanism, the longitudinal link joint disposed to extend shaft, characterized in that the shaft-side gear provided at both ends of the coaxial meshes with a gear attached to the rotation axis of the link of the joint, and a rotation shaft interlocking mechanism for transmitting the rotation between the joint A robot hand.

2. The robot hand according to claim 1, wherein all of the interlocking mechanisms are configured by the rotating shaft interlocking mechanism between the joints.

The rotating shaft interlocking mechanism includes a rear gear that rotates integrally with the first link around a rotating shaft in a joint that connects the first link and the second link, the second link, and the third link. A front gear that rotates integrally with the third link around a rotation axis in a joint that connects the links, and a shaft that is rotatably attached to the link along the longitudinal direction of the second link. And one end connected to the front gear and rotated, and the other end connected to the rear gear and a rotation shaft for transmitting a coaxial rotation between the two gears. The robot hand according to claim 1 or 2.