JP4469925B2

JP4469925B2 - ロボットハンド及びロボットアーム

Info

Publication number: JP4469925B2
Application number: JP2009539330A
Authority: JP
Inventors: 安直岡▲崎▼; 正樹山本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2029-06-24
Also published as: CN101945739B; US20100207412A1; WO2009157190A1; JPWO2009157190A1; US8157305B2; CN101945739A

Description

本発明は、ロボットアーム等の機械装置の手先効果器に応用可能なロボットハンド及びロボットハンドを有するロボットアームに関する。

ロボットアームにより様々な作業を実現するために手先効果器として、作業対象となる物体等を把持することができるハンドが利用される。ハンドはロボットアームの手先に配設されるためロボットアームの負荷にできるだけならないよう小型・軽量であることが必要とされる。

こうした課題に対し、従来技術としては、図１１に示すように２本の可動指１０１，１０３と関節軸１０８，１１１に固定した回転可能な固定プーリー１２０、１２１と可動プーリー１４１、及び、固定プーリー１２０、１２１と可動プーリー１４１を介し２本の可動指１０１，１０３に固定されたワイヤ１２５を有し、可動プーリー１４１の並進運動を駆動することにより、ワイヤ１２５が牽引されて指１０１，１０３の開閉運動を駆動する単純な構造で軽量なハンドを開示している（特許文献１参照）。

特公平５−１９６号公報

上記特許文献１の構成では、握力を強くするための強力なアクチュエータは大きく重くなるため、軽量を保ったままハンド１４０すなわち可動指１０１，１０３の握力を高くするには、ハンド１４０の外部に強力なアクチュエータを配設し、外部より例えばワイヤ１４２で指１０１，１０３の開閉運動を駆動する構成を採る必要がある。

しかしながら、外部より指１０１，１０３の開閉運動を駆動する構成の場合、ハンド１４０とロボットアームの先端部の間（例えば１４３の位置）に力センサを設け、ハンド１４０に作用する外力に対しロボットアームを力制御しようとしても、外部より指１０１，１０３の開閉運動を駆動する駆動力が力センサに影響するため、正確な外力の測定が力センサでできず、力制御を精度良く行うことができないという課題がある。

本発明の目的は、上記従来の関節機構の課題を解決し、ハンド外部にアクチュエータを配設することができることから軽量かつ高握力でありながら、ハンドとロボットアームの先端部の間に力センサを設けても外部より指の開閉運動を駆動する駆動力が力センサに与える影響が少なく、力制御を容易に行うことができるロボットハンド及びロボットハンドを有するロボットアームを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の１つの態様によれば、ハンド取付ベース部と、
上記ハンド取付ベース部に配設された力センサーと、
上記力センサーの測定部に配設された指ベースと、
上記指ベースにおいて対向するように配設された１組の指と、
上記力センサー及び上記指ベース及び上記１組の指との間に隙間を設けて上記ハンド取付ベース部に配設された指駆動機構ベースと、
上記対向する１組の指にそれぞれ端部が接続されかつ上記端部から延びる経路が互いに対向するように上記指駆動機構ベースに配置されたワイヤを有し、上記ワイヤを相対する方向に同じ力で引くことにより上記対向する１組の指を開閉させる指駆動機構と、
上記ハンドの外部に配設されて上記指駆動機構を動作させるアクチュエータと、
を有することを特徴とするロボットハンドを提供する。本発明の別の態様によれば、上記態様に記載のロボットハンドの上記ハンド取付ベース部に先端部が取り付けられたロボットアームを提供する。

本発明によれば、指駆動機構のワイヤが引っ張られることにより発生する力は、指駆動機構ベースが受け持つとともに、ワイヤを相対する方向に同じ力で引くことにより上記発生する力が互いに打ち消し合うことになり、力センサーに影響しないため、ハンド外部にアクチュエータを配設することができる。このことから、軽量かつ高握力でありながら、ハンドとロボットアームの先端部の間に力センサを設けても、外部より指の開閉運動を駆動する駆動力が力センサに与える影響が少なく、力制御を容易に行うことができるハンドとすることができる。

本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。

図１Ａは、本発明の第１実施形態にかかるロボットハンドの概略構成を示す正面図である。図１Ｂは、図１Ａの本発明の上記第１実施形態にかかる上記ロボットハンドの概略構成を示す側面図である。図２Ａは、図１Ａの本発明の上記第１実施形態にかかる上記ロボットハンドの断面を示す、図１ＡのＡ−Ａ線断面図である。図２Ｂは、図１Ａの本発明の上記第１実施形態にかかる上記ロボットハンドの断面を示す、図１ＡのＢ−Ｂ線断面図である。図３は、図１Ａの本発明の上記第１実施形態にかかる上記ロボットハンドをロボットアームに取り付けた場合の応用例を示す図である。図４Ａは、図１ＡのＡ−Ａ線断面図において、図１Ａの本発明の上記第１実施形態にかかる上記ロボットハンドの開動作を説明する図である。図４Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ線断面図において、図１Ａの本発明の上記第１実施形態にかかる上記ロボットハンドの閉動作を説明する図である。図５Ａは、本発明の第２実施形態にかかるロボットハンドの概略構成を示す正面図である。図５Ｂは、図５Ａの本発明の上記第２実施形態にかかる上記ロボットハンドの概略構成を示す側面図である。図６Ａは、図５Ａの本発明の上記第２実施形態にかかる上記ロボットハンドの構成を示す、図５ＢのＣ−Ｃ断面図である。図６Ｂは、図５Ａの本発明の上記第２実施形態にかかる上記ロボットハンドの構成を示す、図６ＡのＤ−Ｄ断面図である。図７Ａは、図５Ａの本発明の上記第２実施形態にかかる上記ロボットハンドの開動作を説明する図である。図７Ｂは、図５Ａの本発明の上記第２実施形態にかかる上記ロボットハンドの閉動作を説明する図である。図８Ａは、図５Ａの本発明の上記第２実施形態にかかる上記ロボットハンドの構成による物体把持を説明する図である。図８Ｂは、図５Ａの本発明の上記第２実施形態にかかる上記ロボットハンドの構成による別の物体把持を説明する図である。図９Ａは、本発明の第３実施形態におけるロボットハンドの構造を示す断面図である。図９Ｂは、本発明の上記第３実施形態における上記ロボットハンドの構造を示す断面図である。図１０Ａは、本発明の変形例にかかる指構造を説明する図である。図１０Ｂは、本発明の上記変形例にかかる上記指構造を説明する図である。図１１は、従来のロボットハンドの構成を説明する図である。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。

本発明の第１態様によれば、ハンド取付ベース部と、
上記ハンド取付ベース部に配設された力センサーと、
上記力センサーの測定部に配設された指ベースと、
上記指ベースにおいて対向するように配設された１組の指と、
上記力センサー及び上記指ベース及び上記１組の指との間に隙間を設けて上記ハンド取付ベース部に配設された指駆動機構ベースと、
上記対向する１組の指にそれぞれ端部が接続されかつ上記端部から延びる経路が互いに対向するように上記指駆動機構ベースに配置されたワイヤを有し、上記ワイヤを相対する方向に同じ力で引くことにより上記対向する１組の指を開閉させる指駆動機構と、
上記ハンドの外部に配設されて上記指駆動機構を動作させるアクチュエータと、
を有することを特徴とするロボットハンドを提供する。

本発明の第２態様によれば、上記指駆動機構ベースは、上記指駆動機構の上記ワイヤの移動をガイドするワイヤガイド部を有することを特徴とする第１の態様に記載のロボットハンドを提供する。

本発明の第３態様によれば、上記指駆動機構は、上記アクチュエータに接続された回転軸に回転可能に支持されかつその回転軸の中心軸方向と交差する方向に上記回転軸と共に移動可能に上記指駆動機構ベースに支持された可動プーリーを備えて、上記対向する１組の指の同方向の運動を規制することなく上記ワイヤを相対する方向に同じ力で引くことにより、上記対向する１組の指の逆方向の運動を発生させることで上記対向する１組の指を開閉させるように構成されている第１の態様に記載のロボットハンドを提供する。

本発明の第４態様によれば、上記１組の指は、上記指ベースに対向して支持された一対の関節軸によりそれぞれ揺動可能に支持されるとともに、上記各関節軸と同軸の円弧形状である指関節軸円弧ガイド部を有し、上記指駆動機構ベースは、上記各関節軸と同軸の円弧形状である円弧ガイド溝を有し、上記ワイヤの端部は、上記１組の指のうちの１つの指に係止され、上記ワイヤは、当該指の上記指関節軸円弧ガイド部の円弧面に沿って掛け回され、上記指の上記指ベースと上記ハンドの上記ハンド取付ベース部との間にかかる力を測定する上記力センサーの測定面と平行でかつ上記ハンド取付ベース部の上記力センサーの取付面と平行に配置され、上記指と対向するもう１つの指を支持する上記関節軸と同軸の上記円弧ガイド溝へと掛け渡されることにより、上記ワイヤが、上記端部から延びる経路が互いに対向するように上記指駆動機構ベースに配置されることを特徴とする第２の態様に記載のロボットハンドを提供する。

本発明の第５態様によれば、上記指駆動機構は、上記ワイヤと、上記指駆動機構ベースにおいて同軸上にそれぞれ回転可能に固定された１組の第１固定プーリー及び第２固定プーリーと、上記アクチュエータに接続された回転軸に回転可能に支持されかつその回転軸の中心軸方向と交差する方向に上記回転軸と共に移動可能に上記指駆動機構ベースに支持された可動プーリーとを有し、上記ワイヤは、上記端部が上記対向する指の１つに接続されたのち、上記第１固定プーリーと上記可動プーリーと上記第２固定プーリーとを順番に経由し、上記端部とは別の端部が、上記対向するもう１つの指に接続され、上記アクチュエータが駆動して、上記可動プーリーの上記回転軸を上記指駆動機構ベースに対して上記回転軸の中心軸方向と交差する方向に移動させることで、上記１組の指を開閉させることを特徴とする第１〜３のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドを提供する。

本発明の第６態様によれば、上記指は、弓状に湾曲した形状、又は、先端部がＬ字状に湾曲した形状を有することを特徴とする第１〜５のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドを提供する。

本発明の第７態様によれば、第１〜６のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドの上記ハンド取付ベース部に先端部が取り付けられたロボットアームを提供する。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂは本発明の第１実施形態におけるロボットハンド２３の概略構成を示す図であり、図２Ａ及び図２Ｂは図１Ｂ中に矢印Ａ及び矢印Ｂでそれぞれ示したＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を示す図である。図３は、上記ロボットハンド２３がロボットアーム２４の先端部に取り付けた場合の応用例を示す図である。

１はハンド取付ベース部であり、ロボットアーム２４の先端部にロボットハンド２３を取り付けるための土台として機能する。

２は力センサーの一例である、ひずみゲージを利用した６軸力センサーであり、ハンド取付ベース部１に配設されている。６軸力センサー２は、ハンド取付ベース部１の表面の平面に面した取付面３と、取付面３とは反対側の測定面（測定部）（力作用面）４との間に働く力の計測が可能である。ハンド取付ベース部１の表面と、取付面３と、測定面４とは平行に配置されている。

５は下記の指６ａ、６ｂを揺動可能にそれぞれ支持するための土台として機能する指ベースであり、６軸力センサー２の測定面４に、図１Ｂに示すように、一対配設されている。

６ａ、６ｂは屈曲した形状（例えば、弓状に湾曲した形状、又は、先端部がＬ字状に湾曲した形状）を有する指であり、お互いに対向するように、かつ、指６ａ、６ｂの基端部が、指ベース５に支持された指関節軸７ａ、７ｂ回りに、それぞれ回転自在に一対の指ベース５にそれぞれ配設されている。上記指６ａは第１指であり、一対配置されている。上記指６ｂは第２指であり、一対の第１指６ａの中間の位置に対して対向するように配置されている（図１Ｂ参照）。

１２は、指６ａ、６ｂを開放方向に付勢する指開放バネであり、第１指６ａの基端部であって、指関節軸７ａよりも第２指６ｂ側の突起６ｃと、第２指６ｂの基端部であって、指関節軸７ｂよりも第１指６ａ側の突起６ｄとの間に架け渡されるようにして配置されている。この結果、常時は、指開放バネ１２のバネ力により、図２Ａにおいて第１指６ａは指関節軸７ａ回りに反時計方向に回転するとともに第２指６ｂは指関節軸７ｂ回りに時計方向に回転するようにそれぞれ付勢されて、第１指６ａの先端と第２指６ｂの先端とが互いに開く方向に付勢されている。

９は一対の指駆動機構ベースであり、指ベース５及び指６のいずれにも接することなく、言い換えれば、力センサー２及び上記指ベース５及び上記１組の指６（６ａ，６ｂ）との間に隙間Ｇをそれぞれ設けて、ハンド取付ベース部１に配設されている。指駆動機構ベース９は、それぞれ、関節軸７ａ，７ｂと同軸の円弧形状である円弧ガイド溝１１ａ，１１ｂを有しており、下記する指駆動機構の一例である２本の指駆動ワイヤ１３ａ，１３ｂ（又は、１本のワイヤ１３）の駆動を円滑に行うための土台として機能する。

１３ａ，１３ｂは指駆動機構の一例である２本の指駆動ワイヤであり、ワイヤガイド部の一例として機能する指駆動機構ベース９のガイド溝１０ａ、１０ｂに沿って摺動可能にそれぞれ配設されている。２本の指駆動ワイヤ１３ａ，１３ｂのそれぞれの一端部は、それぞれ、指６ａ、６ｂの基端部に形成された指関節軸円弧ガイド部８ａ、８ｂに、ピン１３ｃ，１３ｄにより固定されている。これらの指関節軸円弧ガイド部８ａ、８ｂは、関節軸７ａ，７ｂとそれぞれ同軸の円弧形状を有して指６ａ、６ｂの基端部に一体的に形成されている。なお、この明細書では、２本の指６ａ、６ｂと２本の指駆動ワイヤ１３ａ，１３ｂとの関係の説明を理解しやすくするため、２本の指駆動ワイヤ１３ａ，１３ｂとして説明し、それらの他端部同士が結合しているとして説明しているが、実際は、１本のワイヤ１３で構成するようにしてもよい。

第１指６ａを駆動する指駆動ワイヤ１３ａは、一端部が図２Ｂに示すように、ピン１３ｃにより指関節軸円弧ガイド部８ａに固定され、その一端部から、上記指関節軸円弧ガイド部８ａの円弧面に沿うように掛け回された後、６軸力センサー２の測定面４と平行に指駆動機構ベース９の円弧ガイド溝１１ｂへと渡され、指駆動ワイヤ１３ａの配置される方向を円弧ガイド溝１１ｂに沿って湾曲させながら９０°を変えるように配置されている。その後、ガイド溝１０ｂに沿って指駆動機構ベース９の側面を通り、指駆動機構ベース９を離れるように配置されている。

また、第２指６ｂを駆動する指駆動ワイヤ１３ｂは、一端部が図２Ａに示すように、ピン１３ｂにより指関節軸円弧ガイド部８ｂに固定され、その一端部から、上記指関節軸円弧ガイド部８ｂの円弧面に沿うように掛け回された後、６軸力センサー２の測定面４と平行に指駆動機構ベース９の円弧ガイド溝１１ａへと渡され、指駆動ワイヤ１３ｂの配置される方向を円弧ガイド溝１１ａに沿って湾曲させながら９０°変えるように配置されている。その後、ガイド溝１０ａに沿って指駆動機構ベース９の側面を通り、指駆動機構ベース９を離れるように配置されている。

このように配置する結果、後述するように、上記対向する１組の指６ａ，６ｂを開閉運動させる駆動力のベクトルが、上記対向する１組の指６ａ，６ｂが開閉運動する平面内において互いに対向するようになり、互いに打ち消し合う結果、合力が略ゼロとなるよう駆動されることになる。

なお、指関節軸円弧ガイド部８ａ，８ｂの円弧形状と円弧ガイド溝１１ａ，１１ｂの円弧形状とは、必ずしも、同じ半径である必要はなく、円周部の位置関係が指駆動ワイヤ１３ａ，１３ｂの張力が互いに打ち消し合うような関係になるようになっていればよい。また、円弧ガイド溝１１ａ，１１ｂはワイヤ１３ａ，１３ｂを曲げる役割を担うだけであるため、円弧ガイド溝１１ａと１１ｂの半径が異なっていてもよい。一方、指関節軸円弧ガイド部８ａと８ｂの円弧形状は径が異なると、第１指６ａと第２指６ｂを動かすトルクが互いに異なることになるため、第１指６ａと第２指６ｂの動作制御を簡単にするためには、同じ半径であることが望ましい。しかしながら、第１指６ａと第２指６ｂの動作制御が複雑になってもよい場合には、第１指６ａと第２指６ｂのトルクが異なっていてもよく、そのような場合でも、本発明の目的である、力センサ２への影響の除去は実現することはできる。

図３に示すように、２本の指駆動ワイヤ１３ａ，１３ｂは、ガイドチューブ２５ａ、２５ｂの内部を通りロボットアーム２４の２本のリンク２４ａ，２４ｂに沿って配設され、２本の指駆動ワイヤ１３ａ，１３ｂの他端部は、共に、１つの動滑車１４にかけられて結合されている。動滑車１４を回転自在に支持する回転軸部には、牽引ワイヤ１５の一端部が接続されている。牽引ワイヤ１５の一端部とは反対側の他端部には、アクチュエータの一例として機能するモーター１６ａによるワイヤ牽引機構１６が配設されている。すなわち、モーター１６ａの回転軸に回転円板１６ｂを固定し、回転円板１６ｂに牽引ワイヤ１５の他端部が固定され、モーター１６ａの回転軸を回転させることにより、牽引ワイヤ１５を回転円板１６ｂに巻取ることにより、牽引ワイヤ１５を引っ張るように構成している。牽引ワイヤ１５が引っ張られると、動滑車１４を介して、２本の指駆動ワイヤ１３ａ，１３ｂが同時に引っ張られることになる。

モーター１６ａの駆動制御は、ハンド２３の動作を制御する制御装置２９により制御している。

次に、第１実施形態のロボットハンド２３の動作について説明する。

ロボットハンド２３は、通常の状態では、指開放バネ１２のバネ力により、図４Ａに示す開状態となっている。ロボット制御装置２９の指令によりモーター１６ａを駆動してワイヤ牽引機構１６を動作させ、牽引ワイヤ１５が引っ張られると、動滑車１４も引っ張られ、指駆動ワイヤ１３ａ，１３ｂの結合部分（１本のワイヤ１３の場合には中間部）が動滑車１４の作用により動滑車１４側の両他端部が共に均等な力（同じ力）で引っ張られる。指駆動ワイヤ１３ａ，１３ｂの一端部（１本のワイヤ１３の場合には両端部）はそれぞれ指関節軸円弧ガイド部８ａ、８ｂにおいて第１指６ａと第２指６ｂに固定されているため、第１指６ａと第２指６ｂには牽引力が伝わり、この牽引力によるトルクが、指開放バネ１２のバネ力によるトルクに打ち勝つと、第１指６ａは指関節軸７ａに対し図４Ａの矢印Ｘで示す紙面右回りに（図４Ａにおいて指関節軸７ａ回りに時計方向に）回転運動し、第２指６ｂは指関節軸７ｂに対し図４の矢印Ｙで示す紙面左回りに（図４Ａにおいて指関節軸７ｂ回りに反時計方向に）回転運動し、ハンド２３は図４Ｂに示すように閉状態となり、把持対象物が第１指６ａと第２指６ｂとの間に位置していると、把持対象物を第１指６ａと第２指６ｂで挟み付けて物体のような把持対象物の把持が可能となる。

本発明の第１実施形態の構成によれば、指駆動ワイヤ１３ａ、１３ｂが力Ｆｖで引っ張られると指駆動ワイヤ１３ａ、１３ｂを通じて力が伝わり、円弧ガイド溝１１ａ、１１ｂに働く分布力Ｆｒａ、Ｆｒｂ（Ｆｒｂは図示せず）と指関節軸円弧ガイド部８ａ、８ｂに働く力Ｆｈａ、Ｆｈｂが発生する。この内、分布力Ｆｒａ、Ｆｒｂは指駆動機構ベース９（の円弧ガイド溝１１ａ，１１ｂ）が受け持つため、６軸力センサー２自体には力が作用せず、ワイヤ牽引機構１６による牽引力は、分布力Ｆｒａ、Ｆｒｂとしては６軸力センサー２に観測されない。また、力Ｆｈａ、Ｆｈｂについては、指関節軸円弧ガイド部８ａ、８ｂを通じて指関節軸７ａ，７ｂに伝わり、力Ｆｊａ、Ｆｊｂを発生させる。さらに、力Ｆｊａ、Ｆｊｂは、指駆動機構ベース９を通じて６軸力センサー２に力Ｆｓａ、Ｆｓｂを発生させる。しかしながら、力Ｆｓａ、Ｆｓｂは大きさが同じく反対方向であり、お互いに打ち消し合って合力が略０となるため、６軸力センサー２では観測されない。すなわち、上記対向する１組の指６ａ，６ｂを開閉運動させる駆動力のベクトルが、上記対向する１組の指６ａ，６ｂが開閉運動する平面内において互いに対向するようにすることで、互いに打ち消し合って合力が略０となるよう駆動されるため、矢印で示すＦｈａ、Ｆｈｂ方向の力は互いに打ち消し合い、６軸力センサー２に影響しない。

一方、図４Ａに示すように、第１指６ａの先端部に外力Ｆｅｘａが直接加わった場合、第１指６ａを通じて指関節軸７ａにも等価な力Ｆｅｘｊが伝わり、さらに指ベース５へと伝わるため、力Ｆｅｘｓとして６軸力センサー２により計測されることになる。また、第２指６ｂ又は把持した物体に外力が加わった場合でも同様に、第２指６ｂを通じて指関節軸７ｂにも等価な力Ｆｅｘｊが伝わり、さらに指ベース５へと伝わるため、外力Ｆｅｘｓとして６軸力センサー２により計測されることになる。

上記説明では、並進力での効果のみ説明したが、力Ｆｊａ、Ｆｊｂによって６軸力センサー２に発生するモーメントに関しても同様に打ち消し合うので、６軸力センサー２に影響しない。

以上のように、本発明の第１実施形態の構成によれば、ハンド２３の外部にアクチュエータ（一例としてモーター１６ａ）を配設することができることから、軽量かつ高握力でありながら、ハンド２３とロボットアーム２４の先端部の間に力センサ２を設けても、外部より第１指６ａと第２指６ｂの開閉運動を駆動する駆動力が、力センサ２に与える影響が少なく、力制御を容易に行うことができるハンド２３とすることができる。

（第２実施形態）
図５Ａ及び図５Ｂは本発明の第２実施形態におけるロボットハンド２３Ａの構造を示す全体図である。また、図６Ａ及び図６Ｂは図５ＢのＣ−Ｃ断面及び図６ＡのＤ−Ｄ断面を説明する図である。図５Ａ〜図６Ｂでは、図１Ａ〜図２Ｂに示す第１実施形態と同様の構成の部分は同じ番号を付して詳細については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図５Ａ〜図６Ｂにおいて、１７は第１固定プーリーであり、指駆動機構ベース９に支持された回転軸１８回りに回転可能なように指駆動機構ベース９に配設されている。

１９は第２固定プーリーであり、回転軸１８回りに回転可能なように指駆動機構ベース９に第１固定プーリー１７と同軸に配設されている。

２０は可動プーリーであり、スライド回転軸２１回りに回転可能に支持され、かつ、指駆動機構ベース９のスライドガイド溝２２に沿ってスライド回転軸２１が並進運動可能なように指駆動機構ベース９に配設されている。スライド回転軸２１には牽引ワイヤ１５の一端部が接続されており、牽引ワイヤ１５の牽引により、スライド回転軸２１が可動プーリー２０を回転可能に支持した状態で、スライドガイド溝２２に沿って移動可能となっている。

指駆動ワイヤ２８の一端部及び他端部は、それぞれ第１指６ａ、第２指６ｂの指関節軸円弧ガイド部８ａ、８ｂに固定ピン１３ｅ，１３ｆにより固定されている。指駆動ワイヤ２８は、一端部が固定ピン１３ｅにより指関節軸円弧ガイド部８ａに固定された後、指関節軸円弧ガイド部８ａの円弧面に沿うように掛け回された後、第１固定プーリー１７の外周に沿って約９０°曲げられて可動プーリー２０へと渡り、可動プーリー２０の外周に沿って約１８０°曲げられ、第２固定プーリー１９へと渡り、第２固定プーリー１９の外周に沿って約９０°曲げられる。その後、指関節軸円弧ガイド部８ｂの円弧面に沿うように掛け回されて、他端部が固定ピン１３ｆにより指関節軸円弧ガイド部８ｂ固定される。

次に、この第２実施形態にかかるロボットハンド２３Ａの動作について説明する。

ロボットハンド２３Ａは、通常の状態では、指開放バネ１２のバネ力により、図７Ａに示すように開状態となっている。ロボット制御装置２９の指令によりモーター１６ａを駆動してワイヤ牽引機構１６を動作させ、牽引ワイヤ１５が引っ張られると、可動プーリー２０が引っ張られる。可動プーリー２０は、スライド回転軸２１と共にスライドガイド溝２２に沿って指駆動機構ベース９に対して移動可能であるため、指駆動ワイヤ２８は、可動プーリー２０の移動作用により、指駆動ワイヤ２８の中間部が引っ張られて両端部が共に均等な力（同じ力）で引っ張られる。指駆動ワイヤ２８のそれぞれの端部は、指関節軸円弧ガイド部８ａ、８ｂにおいて固定ピン１３ｅ，１３ｆにより第１指６ａと第２指６ｂに固定されているため、第１指６ａ、第２指６ｂには牽引力が伝わり、この牽引力によるトルクが、指開放バネ１２のバネ力によるトルクに打ち勝つと、可動プーリー２０がスライド回転軸２１と共にスライドガイド溝２２に沿って移動し、第１固定プーリー１７が、図７Ａの矢印Ｒで示す右回転をし、第２固定プーリー１９が図７Ａの矢印Ｌで示す左回転をすることにより、指駆動ワイヤ２８の両端部が互いに接近する方向に動き、第１指６ａは指関節軸７ａに対し図７Ａの矢印Ｕで示す紙面右回りに（図７Ａにおいて指関節軸７ａ回りに時計方向に）回転運動し、第２指６ｂは指関節軸７ｂに対し図７Ａの矢印Ｖで示す紙面左回りに（図７Ａにおいて指関節軸７ｂ回りに反時計方向に）回転運動し、ハンド２３Ａは図７Ｂに示すように閉状態となり、把持対象物が第１指６ａと第２指６ｂとの間に位置していると、把持対象物を第１指６ａと第２指６ｂとで挟み付けて物体のような把持対象物の把持が可能となる。

例えば、図８Ａのように、把持対象物が円形断面の物体２６であれば、第１指６ａと第２指６ｂが物体２６と多点で接触することで、静力学的に安定した物体２６の把持が実現する。また、図８Ｂのように、把持対象物が非対称な形状の物体２７の場合でも、第１指６ａと第２指６ｂが物体２７と多点で接触することで、静力学的に安定する状態が存在し、物体２７の把持が実現する。

本発明の第２実施形態の構成によれば、指駆動ワイヤ２８の中間部が引っ張られることにより発生する矢印Ｆｖ方向の力は、第１固定プーリー１７及び第２固定プーリー１９を介して指駆動機構ベース９が受け持つため、６軸力センサー２自体には力が作用せず、ワイヤ牽引機構１６による牽引力は６軸力センサー２に影響しない。また、ワイヤ２８の矢印Ｆｈａ、Ｆｈｂ方向の力については、ワイヤ２８の一端部が指関節軸円弧ガイド部８ａから第１固定プーリー１７へと掛け渡され、他端部が反対に指関節軸円弧ガイド部８ｂから第２固定プーリー１９へと掛け渡されているため、Ｆｈａ、Ｆｈｂ方向の力は互いに打ち消し合い、６軸力センサー２に影響しない。

一方、第１指６ａ、第２指６ｂ、又は、把持物体に外力Ｆｅｘａが作用した場合には、安定して把持された把持物体と第１指６ａと第２指６ｂとは一体として機能するため、指関節軸７ａ、７ｂ及び指ベース５を通じて、外力Ｆｅｘｊは力センサー２に伝わり、力センサー２によってその外力Ｆｅｘｓが検出されることになる。

（第３実施形態）
図９Ａ及び図９Ｂは本発明の第３実施形態におけるロボットハンド２３Ｂの構造を示す断面図である。第３実施形態は、第２実施形態と同様に固定プーリと可動プーリーで構成される例であり、２つの固定プーリーの位置が第２実施形態とは異なる例である。図９Ａ及び図９Ｂでは、図６Ａに示す第２実施形態と同様の構成の部分は同じ番号を付して詳細については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図９Ａ及び図９Ｂにおいて、１７は第１固定プーリーであり、指駆動機構ベース９に支持された回転軸１８ａ回りに回転可能なように指駆動機構ベース９に配設されている。

１９は第２固定プーリーであり、回転軸１８ｂ回りに回転可能なように指駆動機構ベース９に配設されている。

第３実施形態の特徴は、第１固定プーリー１７と第２固定プーリー１９とが同軸でなく、それぞれ、指関節軸７ａ、７ｂの近傍に配設されている点である。このように、第１固定プーリー１７と第２固定プーリー１９とが離れた構造でも、第２実施形態と同様の効果を発揮することが可能である。

なお、上記実施形態では第１指６ａ及び第２指６ｂは指関節軸７ａ、７ｂにより揺動運動する構造としたが、これに限られるわけではなく、例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すようなリニアガイド機構による平行移動によって開閉運動する指構造であっても同様な効果を発揮することが可能である。上記リニアガイド機構は、一例として、レール１０１と、レール１０１沿いに摺動自在に組み付けられたスライダ１０２とで構成し、レール１０１側とスライダ１０２側とにそれぞれ凹部を備え、凹部間にまたがるようにボールベアリングを配置して、レール１０１に対してスライダ１０２を抜け止め保持されるように組み付けることができる。

なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明のロボットハンド及び上記ロボットハンドを有するロボットアームは、多関節ロボットアームで物体を把持するためのロボットハンド及び上記ロボットハンドを有するロボットアームとして有用である。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

Claims

ハンド取付ベース部と、
上記ハンド取付ベース部に配設された力センサーと、
上記力センサーの測定部に配設された指ベースと、
上記指ベースにおいて対向するように配設された１組の指と、
上記力センサー及び上記指ベース及び上記１組の指との間に隙間を設けて上記ハンド取付ベース部に配設された指駆動機構ベースと、
上記対向する１組の指にそれぞれ端部が接続されかつ上記端部から延びる経路が互いに対向するように上記指駆動機構ベースに配置されたワイヤを有し、上記ワイヤを相対する方向に同じ力で引くことにより上記対向する１組の指を開閉させる指駆動機構と、
上記ハンドの外部に配設されて上記指駆動機構を動作させるアクチュエータと、
を有するロボットハンド。
上記指駆動機構ベースは、上記指駆動機構の上記ワイヤの移動をガイドするワイヤガイド部を有する請求項１に記載のロボットハンド。
上記指駆動機構は、上記アクチュエータに接続された回転軸に回転可能に支持されかつその回転軸の中心軸方向と交差する方向に上記回転軸と共に移動可能に上記指駆動機構ベースに支持された可動プーリーを備えて、上記対向する１組の指の同方向の運動を規制することなく上記ワイヤを相対する方向に同じ力で引くことにより、上記対向する１組の指の逆方向の運動を発生させることで上記対向する１組の指を開閉させるように構成されている請求項１に記載のロボットハンド。
上記１組の指は、上記指ベースに対向して支持された一対の関節軸によりそれぞれ揺動可能に支持されるとともに、上記各関節軸と同軸の円弧形状である指関節軸円弧ガイド部を有し、上記指駆動機構ベースは、上記各関節軸と同軸の円弧形状である円弧ガイド溝を有し、上記ワイヤの端部は、上記１組の指のうちの１つの指に係止され、上記ワイヤは、当該指の上記指関節軸円弧ガイド部の円弧面に沿って掛け回され、上記指の上記指ベースと上記ハンドの上記ハンド取付ベース部との間にかかる力を測定する上記力センサーの測定面と平行でかつ上記ハンド取付ベース部の上記力センサーの取付面と平行に配置され、上記指と対向するもう１つの指を支持する上記関節軸と同軸の上記円弧ガイド溝へと掛け渡されることにより、上記ワイヤが、上記端部から延びる経路が互いに対向するように上記指駆動機構ベースに配置される請求項２に記載のロボットハンド。
上記指駆動機構は、上記ワイヤと、上記指駆動機構ベースにおいて同軸上にそれぞれ回転可能に固定された１組の第１固定プーリー及び第２固定プーリーと、上記アクチュエータに接続された回転軸に回転可能に支持されかつその回転軸の中心軸方向と交差する方向に上記回転軸と共に移動可能に上記指駆動機構ベースに支持された可動プーリーとを有し、上記ワイヤは、上記端部が上記対向する指の１つに接続されたのち、上記第１固定プーリーと上記可動プーリーと上記第２固定プーリーとを順番に経由し、上記端部とは別の端部が、上記対向するもう１つの指に接続され、上記アクチュエータが駆動して、上記可動プーリーの上記回転軸を上記指駆動機構ベースに対して上記回転軸の中心軸方向と交差する方向に移動させることで、上記１組の指を開閉させる請求項１〜３のいずれか１つに記載のロボットハンド。
上記指は、弓状に湾曲した形状、又は、先端部がＬ字状に湾曲した形状を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載のロボットハンド。
請求項１〜４のいずれか１つに記載のロボットハンドの上記ハンド取付ベース部に先端部が取り付けられたロボットアーム。