JP4618727B2 - ロボットハンドの指ユニット - Google Patents

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Description

本発明はロボットハンドの指ユニットに関するものである。

ロボットハンドに用いる指ユニットは一般に多関節構造とされている。従来において、多関節指ユニットにおけるアクチュエータの回転出力軸から出力される回転を、これに直交する関節軸の回転運動に変換するために、ネジ及びラック・ピニオンの組み合せ、クランク機構、ウオームギヤ、ワイヤ及びシーブ方式等が採用されている。しかしながら、何れも関節部寸法が大きいなどの問題点がある。また、従来の指は、他の指と連動し関節の屈折も手の内側にのみ曲がるものが殆どであり、指同士の協調作業を行なわせる等、ロボットハンドの掌に応用して多様な動作を行なわせることが困難であった。

本願人は、かかる点に鑑みて、特許文献1において、人間の視覚認識から始まる身体器官の動作速度よりも、遥かに速く且つ正確に作動するロボットハンドに用いるのに適した指ユニットを提案している。
特開2004−122339号公報

本願発明は、上記の特許文献1に開示されているロボットハンドの指ユニットと同様な構成の指ユニットにおいて、その全長を短くするのに有利な構成を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のロボットハンドの指ユニットは、
第1回転アクチュエータ、第1指関節部、第1指リンク、第2指関節部および第2指リンクがこの順序に連結され、前記第1指リンクには第2回転アクチュエータが取り付けられており、
前記第1回転アクチュエータによって前記第1指リンクが前記第1指関節部の第1関節軸を中心として旋回し、
前記第2回転アクチュエータによって前記第2指リンクが前記第2指関節部の第2関節軸を中心として旋回し、
前記第1関節軸と前記第2関節軸は平行となるように配置されており、
前記第1回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線が第1指関節軸の第1関節軸線に直角に交差するように、当該第1回転アクチュエータが配置されており、
前記第2回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線が第2指関節軸の第2関節軸線に直角に交差するように、当該第2回転アクチュエータが配置されており、
前記第1関節軸線および前記第2関節軸線に直交する方向から見た場合に、前記第1回転アクチュエータ、前記第1指リンク、前記第2アクチュエータおよび前記第2指リンクは、これらの中心軸線が同一のユニット中心軸線上に位置するように配置されており、
前記第1関節軸線および前記第2関節軸線に平行な方向から見た場合に、前記第1指関節部の第1関節軸線と前記第2指関節部の第2関節軸線を結ぶ直線に対して、傾斜した姿勢となるように、前記第2回転アクチュエータが前記第1指リンクに取り付けられており、
前記第1関節部は、前記第1回転アクチュエータの回転出力軸の先端部に同軸状態に固定した第1駆動側傘歯車と、前記第1関節軸に同軸状態に固定され、前記第1駆動側傘歯車にかみ合っている第1従動傘歯車とを備えており、
前記第2関節部は、前記第2回転アクチュエータの回転出力軸の先端部に同軸状態に固定した第2駆動側傘歯車と、前記第2関節軸に同軸状態に固定され、前記第2駆動側傘歯車にかみ合っている第2従動傘歯車とを備えていることを特徴としている。

本発明のロボットハンドの指ユニットでは、第2回転アクチュエータを、第1指リンクに対して斜めに取り付けてある。第1指リンクに第2回転アクチュエータを同軸状態に取り付けた場合には、第1指リンクの長さを第2回転アクチュエータの長さより短くできない。本発明では、第2回転アクチュエータを斜めに取り付けてあるので、第1指リンクの長さを、第2回転アクチュエータの長さに制約されることなく、短くできる。よって、全長の短い指ユニットを実現できる。

次に、本発明のロボットハンドの指ユニットは、
前記第1回転アクチュエータが取り付けられている取付用フランジを備えており、
前記第1回転アクチュエータは、前記取付用フランジを貫通して前方に突出している回転出力軸を備えており、
前記第1関節部は、前記第1駆動側傘歯車と、前記取付用フランジの前面から前記第1駆動側傘歯車の両側位置を通って前方に張り出している一対の第1軸受ハウジングと、各第1軸受ハウジングに取り付けられている第1軸受と、これらの第1軸受によって両端が回転自在に支持され、前記第1回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線に対して直交する方向に配列されている前記第1関節軸と、前記第1従動側傘歯車とを備えており、
前記第1指リンクは、前記第1関節軸に後端部が固定され、当該第1関節軸に直交する方向に延びており、
前記第2回転アクチュエータは、前記第1指リンクの前端部に取り付けられて、当該第1指リンクの前端部を貫通して前方に突出している回転出力軸を備えており、
前記第2指関節部は、前記第2駆動側傘歯車と、前記第1指リンクの前端部から前記第2駆動側傘歯車の両側位置を通って前方に張り出している一対の第2軸受ハウジングと、各第2軸受ハウジングに取り付けられている第2軸受と、これらの第2軸受によって両端が回転自在に支持され、前記第2回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線に対して直交する方向に配列されている前記第2関節軸と、前記第2従動側傘歯車とを備えており、
前記第2指リンクは、前記第2関節軸に後端部が固定され、当該第2関節軸に直交する方向に延びており、
前記第1指関節部の回転中心と前記第2指関節部の回転中心を結ぶ直線に対して、傾斜した姿勢となるように、前記第2回転アクチュエータが前記第1指リンクに取り付けられていることを特徴としている。

本発明の指ユニットでは、傘歯車を用いて指関節部を構成し、回転アクチュエータの回転力を第1指リンクあるいは第2指リンクの旋回運動に変換している。傘歯車を用いることにより指関節部を小型でコンパクトに構成でき、しかも、第2回転アクチュエータを第1指リンクに対して斜めに取り付ける構成を簡単に採用できる。

本発明のロボットハンドの指ユニットでは、第1および第2指関節部の間に連結されている第1指リンクに、第2回転アクチュエータを斜めに取り付けてある。したがって、第1指リンクの長さを、第2回転アクチュエータの長さに制約されずに、短くすることができ、全長の短い指ユニットを実現できる。特に、多関節型の指ユニットの場合は、各回転アクチュエータを斜めに配置することにより全長の短い指ユニットを実現できる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した高速ロボットハンドの指ユニットを説明する。

図1は本実施の形態に係る高速ロボットハンドの指ユニットを示す斜視図であり、図2はその平面図であり、図3はその側面図である。

ロボットハンドの指ユニット1は、第1回転アクチュエータ2、第1指関節部3、第1指リンク4、第2指関節部5および第2指リンク6がこの順序に連結された構成となっており、第1指リンク4には第2回転アクチュエータ7が取り付けられている。第1回転アクチュエータ2によって第1指リンク4が第1指関節部3の第1関節軸線3aを中心として上下方向に所定の角度範囲内で旋回するようになっている。また、第2回転アクチュエータ7によって第2指リンク6が第2関節部5の第2間接軸線5aを中心として上下方向に所定の角度範囲内で旋回するようになっている。

指ユニット1は、図1〜3に示す状態が中立状態であり、この中立状態では、第1回転アクチュエータ2、第1指リンク4および第2指リンク6が同一のユニット中心軸線1a上に位置する。これに対して、第2回転アクチュエータ7は、第1指関節部3の回転中心と第2指関節部5の回転中心を結ぶ直線に対して、傾斜した姿勢となるように、第1指リンク4に取り付けられている。

図4(a)〜(d)は、指ユニット1の第1回転アクチュエータ2、第2指関節部3および第1指リンク4を示す斜視図、平面図、断面図および側面図である。図1〜図4を参照して、各部の構造を詳細に説明する。

まず、円柱状の第1回転アクチュエータ2は、その前端部分が取付用フランジ11の背面側に固定されており、当該取付用フランジ11を通って前方に回転出力軸21が突出している。

第1回転アクチュエータ2に連結されている第1指関節部3では、回転出力軸21の先端部に同軸状態に第1駆動側傘歯車31が固定されている。また、一対の軸受ハウジング32、33が、取付用フランジ11の前面の左右の端から、駆動側傘歯車31の側方位置を通って平行に張り出している。駆動側傘歯車31よりも前方に突出しているこれら軸受ハウジング32、33の先端部分には、同軸位置となるようにそれぞれボールベアリング34、35が取り付けられている。これらのボールベアリング34、35によって、左右の端が回転自在の状態で回転出力軸21の軸線方向に直交する方向、本例では水平に関節軸36が支持されている。この関節軸36におけるその軸線方向の一方の端には同軸状態で従動側傘歯車37が固定され、この従動側傘歯車37が駆動側傘歯車31に噛み合っている。関節軸36における軸線方向の中央位置には、連結軸38の後端部が固定されている。

連結軸38の前端部には第1指リンク4が連結固定されている。第1指リンク4には、たとえば、前方に所定の角度で傾斜している傾斜板部分41が形成され、ここに、第2回転アクチュエータ7が前向き状態で取り付けられ、その回転出力軸71が傾斜板部分41の円形開口部から前方に突出している。図3から分かるように、側方から見た場合において、第1および第2指関節部3および5の回転中心を結ぶ第1指リンク4の中心軸線4aに対して、第2回転アクチュエータ7の中心軸線7aが後側が上となるように斜めになっている。

このため、第1指リンク4の中心軸線4aに、第2回転アクチュエータ7の中心軸線7aが一致するように、第1指リンク4に第2回転アクチュエータ7を取り付けた場合に比べて、第1指リンク4を短くできる。すなわち、第1関節部3の回転中心(3a)から第2関節部5の回転中心(5a)までの長さを短くできる。

このように斜めに配置した第2回転アクチュエータ7の回転出力軸71に連結されている第2関節部5は、先に述べた第1関節部3と同一構造である。すなわち、回転出力軸71の先端部に同軸状態に駆動側傘歯車51が固定されている。また、一対の軸受ハウジング52、53が、第1指リンク4の傾斜板部分41の前面の左右の端から、駆動側傘歯車51の側方位置を通って平行に張り出している。駆動側傘歯車51よりも前方に突出しているこれら軸受ハウジング52、53の先端部分には、同軸位置となるようにそれぞれボールベアリング(図示せず)が取り付けられている。これらのボールベアリングによって、左右の端が回転自在の状態で回転出力軸71の軸線方向に直交する方向に延びる関節軸56が支持されている。この関節軸56におけるその軸線方向の端部分には同軸状態で従動側傘歯車57が固定され、この従動側傘歯車57が駆動側傘歯車51に噛み合っている。関節軸56における軸線方向の中央位置には、連結軸58の後端部が固定されている。

次に、連結軸58の前端部には、当該連結軸58と直交する状態で第2指リンク6が取り付けられている。第2指リンク6には例えば円筒状の指先部材などが取り付けられる。

なお、各指関節部3、5に用いている傘歯車31、37および傘歯車51、57は無背隙状態で組み付けられている。図4を参照して説明すると、第1指関節部3においては、その関節軸36の左右端を回転自在に支持しているボールベアリング34、35の外端面に、スプリング板39a、39bを取り付けてある。これらのスプリング板39a、39bは、関節軸36を傘歯車円錐中心方向に軸方向の偏移量を制限するための軸方向推力を加えるためのものである。同様に、指先側の第2指関節部5においても同様に機能するスプリング板(図示せず)を取り付けてある。

また、本例は指付け根側関節部および指先側関節部を備えた2関節の指ユニットであるが、3以上の関節部を備えた構成とすることも可能である。

このように構成したロボットハンドの指ユニット1では、第1回転アクチュエータ2の回転出力軸21の回転が一対の傘歯車31、37を介して関節軸36の回転運動に変換され、この関節軸36に連結軸38を介して連結されている第1指リンク4が、当該関節軸36を中心として上下に所定の角度範囲で旋回する。同様に、第2回転アクチュエータ7の回転出力軸71の回転が、一対の傘歯車51、57を介して、関節軸56の回転運動に変換され、この関節軸56に連結軸58を介して連結されている第2指リンク6が、当該関節軸56を中心として上下に所定の角度範囲で旋回する。第1および第2回転アクチュエータ2、7の駆動を制御することにより、図に示す直線状の中立状態から、各指リンク4、6を上下方向に個別に旋回させることができる。

また、第2回転アクチュエータ7は、第1指リンク4の中心軸線4aに対して上下方向に所定角度だけ傾斜した状態に取り付けられている。したがって、これらを同軸状態に配置する場合とは異なり、第1指リンク4を、第2回転アクチュエータ7の長さの制約を受けずに、短くすることができる。よって、全長の短い多関節指ユニットを実現できる。例えば、第2指リンク6および第2回転アクチュエータ7を、指関節部を介して、多段に連結して多関節指ユニットを構成すれば、全長の極めて短い多関節指ユニットを実現できる。

本発明を適用した高速ロボットハンドの指ユニットを示す斜視図である。 図1の指ユニットの平面図である。 図1の指ユニットの側面図である。 (a)は図1の指ユニットの第1回転アクチュエータ、第1指関節部および第1指リンクを示す斜視図であり、(b)はその平面図であり、(c)はその断面図であり、(d)はその側面図である。

符号の説明

1 ロボットハンドの指ユニット
1a 中心軸線
2 第1回転アクチュエータ
3 第1指関節部
4 第1指リンク
4a 中心軸線
5 第2指関節部
6 第2指リンク
7 第2回転アクチュエータ
7a 中心軸線
11 取付用フランジ
21、71 回転出力軸
31、51 駆動側傘歯車
32、33、52、53 軸受ハウジング
34、35、54、55 ボールベアリング
36、56 関節軸
37、57 従動側傘歯車
38、58 連結軸
41 傾斜板部分

Claims (2)

  1. 第1回転アクチュエータ、第1指関節部、第1指リンク、第2指関節部および第2指リンクがこの順序に連結され、前記第1指リンクには第2回転アクチュエータが取り付けられており、
    前記第1回転アクチュエータによって前記第1指リンクが前記第1指関節部の第1関節軸を中心として旋回し、
    前記第2回転アクチュエータによって前記第2指リンクが前記第2指関節部の第2関節軸を中心として旋回し、
    前記第1関節軸と前記第2関節軸は平行となるように配置されており、
    前記第1回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線が第1指関節軸の第1関節軸線に直角に交差するように、当該第1回転アクチュエータが配置されており、
    前記第2回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線が第2指関節軸の第2関節軸線に直角に交差するように、当該第2回転アクチュエータが配置されており、
    前記第1関節軸線および前記第2関節軸線に直交する方向から見た場合に、前記第1回転アクチュエータ、前記第1指リンク、前記第2アクチュエータおよび前記第2指リンクは、これらの中心軸線が同一のユニット中心軸線上に位置するように配置されており、
    前記第1関節軸線および前記第2関節軸線に平行な方向から見た場合に、前記第1指関節部の第1関節軸線と前記第2指関節部の第2関節軸線を結ぶ直線に対して、傾斜した姿勢となるように、前記第2回転アクチュエータが前記第1指リンクに取り付けられており、
    前記第1関節部は、前記第1回転アクチュエータの回転出力軸の先端部に同軸状態に固定した第1駆動側傘歯車と、前記第1関節軸に同軸状態に固定され、前記第1駆動側傘歯車にかみ合っている第1従動傘歯車とを備えており、
    前記第2関節部は、前記第2回転アクチュエータの回転出力軸の先端部に同軸状態に固定した第2駆動側傘歯車と、前記第2関節軸に同軸状態に固定され、前記第2駆動側傘歯車にかみ合っている第2従動傘歯車とを備えていることを特徴とするロボットハンドの指ユニット。
  2. 請求項1において、
    前記第1回転アクチュエータが取り付けられている取付用フランジを備えており、
    前記第1回転アクチュエータは、前記取付用フランジを貫通して前方に突出している回転出力軸を備えており、
    前記第1関節部は、前記第1駆動側傘歯車と、前記取付用フランジの前面から前記第1駆動側傘歯車の両側位置を通って前方に張り出している一対の第1軸受ハウジングと、各第1軸受ハウジングに取り付けられている第1軸受と、これらの第1軸受によって両端が回転自在に支持され、前記第1回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線に対して直交する方向に配列されている前記第1関節軸と、前記第1従動側傘歯車とを備えており、
    前記第1指リンクは、前記第1関節軸に後端部が固定され、当該第1関節軸に直交する方向に延びており、
    前記第2回転アクチュエータは、前記第1指リンクの前端部に取り付けられて、当該第1指リンクの前端部を貫通して前方に突出している回転出力軸を備えており、
    前記第2指関節部は、前記第2駆動側傘歯車と、前記第1指リンクの前端部から前記第2駆動側傘歯車の両側位置を通って前方に張り出している一対の第2軸受ハウジングと、各第2軸受ハウジングに取り付けられている第2軸受と、これらの第2軸受によって両端が回転自在に支持され、前記第2回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線に対して直交する方向に配列されている前記第2関節軸と、前記第2従動側傘歯車とを備えており、
    前記第2指リンクは、前記第2関節軸に後端部が固定され、当該第2関節軸に直交する方向に延びており、
    前記第1指関節部の回転中心と前記第2指関節部の回転中心を結ぶ直線に対して、傾斜した姿勢となるように、前記第2回転アクチュエータが前記第1指リンクに取り付けられていることを特徴とするロボットハンドの指ユニット。
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