JP5164757B2 - Finger joint drive mechanism of robot hand - Google Patents
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本発明は、必要な速度およびトルクで指を動かすことのできる小型でコンパクトなロボットハンドの指関節駆動機構に関する。 The present invention relates to a finger joint drive mechanism for a small and compact robot hand that can move a finger at a required speed and torque.
ロボットハンドの指関節駆動機構は、回転アクチュエータの出力回転を減速歯車列あるいはベルト・プーリ式などの伝達機構を介して指関節軸に伝達し、指関節に取り付けた指を開閉方向に旋回させるようになっている。減速歯車列を用いる場合には傘歯車などが用いられており、このような機構は特許文献1に開示されている。
ここで、指を開いた状態から閉じた状態まで移動する動作においては、その動作の中で常に大きなトルクを必要とする訳ではない。一般には、指を閉じる状態においては物を把持するために大きなトルクが必要とされ、指を開く動作、あるいは開いた状態から閉じる方向に動作させる最初の段階などではトルクを必要とせず、動作速度が速い方がよい。換言すると、指が取り付けられている指関節軸は、有限回転の回転動作の中で常に所定のトルクを必要とするのではなく、ある角度の時に特に大きなトルクを必要とする場合が多く、また、そのときには速度は要求されない。 Here, in the operation of moving the finger from the open state to the closed state, a large torque is not always required in the operation. In general, a large torque is required to grip an object when the finger is closed, and no torque is required in the first stage of opening the finger or moving it from the open state to the closing direction. Is better. In other words, the finger joint shaft to which the finger is attached does not always require a predetermined torque in a finite rotation operation, but often requires a particularly large torque at a certain angle. , Then speed is not required.
本発明の課題は、この点に鑑みて、トルクを必要とする回転角度位置においては大きなトルクを発生でき、トルクを必要とした回転角度位置においては高速動作を行うことのできるようにした小型でコンパクトなロボットハンドの指関節駆動機構を提案することにある。 In view of this point, the problem of the present invention is a small size that can generate a large torque at a rotational angle position that requires torque and can perform high-speed operation at a rotational angle position that requires torque. The purpose is to propose a finger joint drive mechanism for a compact robot hand.
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関節駆動機構は、
回転アクチュエータと、
この回転アクチュエータによって回転駆動する駆動側歯車と、
前記駆動側歯車にかみ合っている従動側歯車と、
前記従動側歯車によって駆動される関節軸とを有し、
前記駆動側歯車および前記従動側歯車は非円形歯車であり、
前記回転アクチュエータは、出力軸と、この出力軸が回転自在の状態で中心を貫通して延びている筒状ハウジングとを備え、前記出力軸を回転しないように固定すると、前記筒状ハウジングから回転が出力されるものであり、
前記駆動側歯車は前記筒状ハウジングの外側に同心状に取り付けられていることを特徴としている。
In order to solve the above problem, the finger joint drive mechanism of the robot hand of the present invention is:
A rotary actuator;
A drive-side gear that is rotationally driven by the rotary actuator;
A driven gear meshing with the drive gear;
A joint shaft driven by the driven gear,
The drive-side gear and the driven gear Ri non-circular gear der,
The rotary actuator includes an output shaft and a cylindrical housing that extends through the center of the output shaft so that the output shaft is rotatable. When the output shaft is fixed so as not to rotate, the rotary actuator rotates from the cylindrical housing. Is output,
The drive side gear is concentrically attached to the outside of the cylindrical housing .
本発明のロボットハンドの指関節駆動機構において、In the finger joint drive mechanism of the robot hand of the present invention,
前記回転アクチュエータは、モータと減速機を同軸状態で連結した構成となっており、前記出力軸は前記減速機の出力軸であり、The rotary actuator has a configuration in which a motor and a speed reducer are connected in a coaxial state, and the output shaft is an output shaft of the speed reducer,
前記モータの回転軸の軸端部を回転自在の状態で支持し、前記出力軸が回転しないように固定されているフレームを有し、A frame that supports the shaft end of the rotation shaft of the motor in a freely rotatable state, and is fixed so that the output shaft does not rotate;
前記関節軸は、前記出力軸に平行に延び、前記フレームによって回転自在の状態で支持されており、The joint shaft extends parallel to the output shaft and is supported by the frame in a rotatable state.
前記従動側歯車は、前記関節軸に同軸に固定されている。The driven gear is fixed coaxially to the joint shaft.
このように、本発明では、回転アクチュエータの軸長を短くしてコンパクトな構成とするために、前記回転アクチュエータとして、出力軸と、この出力軸が回転自在の状態で中心を貫通して延びている筒状ハウジングとを備え、前記出力軸を回転しないように固定すると、前記筒状ハウジングから回転が出力されるものを用いて、前記駆動側歯車を前記筒状ハウジングの外側に同心状に取り付けてある。 Thus, in the present invention, in order to compact structure by reducing the axial length of the rotary actuator, as the rotary actuator, the output shaft, the output shaft extends through the center in a rotatable state The drive side gear is concentrically attached to the outside of the cylindrical housing by using a cylinder housing that rotates when the output shaft is fixed so as not to rotate. It is.
本発明のロボットハンドの指関節駆動機構では、楕円歯車などの非円形歯車を用いることにより、1回転内の所定の有限回転角度範囲内において、両歯車の回転角度位置に応じて減速比が変化する。したがって、トルクが必要な指の動作部分では回転力伝達機構の最終減速比を大きくして大きな力で物の把持などを行うことができ、トルクが要らない指の動作部分では最終減速比を小さくして高速で指を動作させることができる。 In the finger joint drive mechanism of the robot hand according to the present invention, the reduction ratio changes according to the rotation angle position of both gears within a predetermined finite rotation angle range within one rotation by using a non-circular gear such as an elliptical gear. To do. Therefore, it is possible to increase the final reduction ratio of the rotational force transmission mechanism at the finger movement part that requires torque, and to grip an object with a large force, and reduce the final reduction ratio at the finger movement part that does not require torque. And move your finger at high speed.
以下に、図面を参照して本発明を適用したロボットハンドの指関節駆動機構の実施の形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of a finger joint drive mechanism of a robot hand to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
図1(A)および(B)は、本実施の形態に係るロボットハンドの指関節駆動機構と同様な基本構成を備えた指関節駆動機構を示す説明図および歯車列を示す説明図である。指関節駆動機構1は、不図示のロボットハンドの掌などに取り付けられるフレーム2を備えている。フレーム2は例えばコの字状に折り曲げ形成されており、その左右の支持腕2a、2bの間に、回転自在の状態で関節軸3が架け渡されている。関節軸3には、指4の後端部が固定されており、指4は関節軸3から直交する方向に延びている。また、左右の支持腕2a、2bの間には、回転アクチュエータ5が配置されており、本例では回転アクチュエータ5が一方の支持腕2aに固定されており、その出力軸5aが関節軸3と平行に延びている。
FIGS. 1A and 1B are an explanatory diagram showing a finger joint driving mechanism having a basic configuration similar to the finger joint driving mechanism of the robot hand according to the present embodiment and an explanatory diagram showing a gear train. The finger joint drive mechanism 1 includes a
回転アクチュエータ5は、モータ5bと減速機5cを同軸状態に連結した構成となっており、出力軸5aの先端部には駆動側歯車6が同軸状態に固定されている。関節軸3における指4に隣接した部位には従動側歯車7が同軸状態に固定されており、この従動側歯車7が駆動側歯車6にかみ合っている。駆動側歯車6および従動側歯車7は非円形歯車であり、例えば、図1(B)に示すように楕円歯車を用いることができる。
The
図2(A)、(B)は指関節駆動機構1の動作を示す説明図である。図2(A)に示すように指4が例えば水平に延びている状態が開き位置であり、図2(B)に示すように指4が下方に直角に折れ曲がっている状態が閉じ位置(物の把持位置)であるとする。この場合には、開き位置から閉じ位置に向かう初動時にはトルクを必要とせず動作速度を必要とする。したがって、駆動側歯車6の長軸端の部分に、従動側歯車7の短軸端の部分がかみ合うように、両歯車の位相を設定しておけばよい。
2A and 2B are explanatory diagrams showing the operation of the finger joint drive mechanism 1. FIG. As shown in FIG. 2 (A), for example, the state in which the
この状態から指4を閉じ位置に向けて旋回させると、両歯車6、7からなる回転力伝達機構の最終減速比が徐々に大きくなり、これに伴ってトルクが増加し、指の動作速度が低下する。指4が閉じ位置に至ると、図2(B)に示すように、駆動側歯車6の短軸端の部分が従動側歯車7の長軸端の部分に噛み合った状態になる。指4を開く動作においては、逆に、最終減速比が徐々に小さくなり、これに伴ってトルクも徐々に減少し、指の動作速度が徐々に大きくなる。
When the
次に、図3は本発明の実施の形態に係る指関節駆動機構を示す説明図である。この図に示す指関節駆動機構1Aでは、駆動側歯車6が回転アクチュエータ5の減速機5cのハウジング5eの外側に同軸状態に固定されている。また、この駆動側歯車6にかみ合うように、従動側歯車7は、指4の後端部の位置において関節軸3に固定されている。
Next, FIG. 3 is an explanatory view showing the finger joint drive mechanism according to the embodiment of the present invention . In the finger
ここで、回転アクチュエータ5のモータ5bの回転軸5dの軸端部はフレーム2の一方の支持腕2aによって回転自在の状態で支持されている。これに対して、減速機5cの出力軸5aは他方の支持腕2bに回転しないように固定されている。減速機5cのハウジング5eは円筒状ハウジングであり、その中心に出力軸5aが貫通して延びている。減速機5cは、出力軸5aを回転しないように固定した場合には、ハウジング5eが減速回転出力要素として回転する形式のものである。
Here, the shaft end portion of the rotating
このように、ハウジング5eに駆動側歯車6を取り付けると、回転アクチュエータ5の軸長を短くでき、全体として、小型でコンパクトな指関節駆動機構を得ることができるという利点がある。
Thus, when the
なお、上記の例では、駆動側歯車6、従動側歯車7として楕円歯車を用いているが、これ以外の非円形歯車を用いることもできる。
In the above example, elliptical gears are used as the
1 指関節駆動機構
2 フレーム
2a、2b 支持腕
3 関節軸
4 指
5 回転アクチュエータ
5a 出力軸
5b モータ
5c 減速機
5d モータの回転軸
5e 減速機のハウジング
6 駆動側歯車
7 従動側歯車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Finger
Claims (2)
この回転アクチュエータ(5)によって回転駆動する駆動側歯車(6)と、
前記駆動側歯車(6)にかみ合っている従動側歯車(7)と、
前記従動側歯車(7)によって駆動される関節軸(3)とを有し、
前記駆動側歯車(6)および前記従動側歯車(7)は非円形歯車であり、
前記回転アクチュエータ(5)は、出力軸(5a)と、この出力軸(5a)が回転自在の状態で中心を貫通して延びている筒状ハウジング(5e)とを備え、前記出力軸(5a)を回転しないように固定すると、前記筒状ハウジング(5e)から回転が出力されるものであり、
前記駆動側歯車(6)は前記筒状ハウジング(5e)の外側に同心状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関節駆動機構(1)。 A rotary actuator (5) ;
A drive side gear (6) that is rotationally driven by the rotary actuator (5) ;
A driven gear (7) meshing with the drive gear (6) ;
A joint shaft (3) driven by the driven gear (7) ,
The driving-side gear (6) and said driven gear (7) is Ri non-circular gear der,
The rotary actuator (5) includes an output shaft (5a) and a cylindrical housing (5e) extending through the center in a state where the output shaft (5a) is rotatable, and the output shaft (5a). ) Is fixed so as not to rotate, rotation is output from the cylindrical housing (5e),
A finger joint drive mechanism (1) for a robot hand, wherein the drive gear (6) is concentrically attached to the outside of the cylindrical housing (5e ) .
前記回転アクチュエータ(5)は、モータ(5b)と減速機(5c)を同軸状態で連結した構成となっており、前記出力軸(5a)は前記減速機(5c)の出力軸であり、
前記モータ(5b)の回転軸(5d)の軸端部を回転自在の状態で支持し、前記出力軸(5a)が回転しないように固定されているフレーム(2)を有し、
前記関節軸(3)は、前記出力軸(5a)に平行に延び、前記フレーム(2)によって回転自在の状態で支持されており、
前記従動側歯車(7)は、前記関節軸(3)に同軸に固定されているロボットハンドの指関節駆動機構(1)。 The finger joint drive mechanism (1) of the robot hand according to claim 1,
The rotary actuator (5) has a configuration in which a motor (5b) and a speed reducer (5c) are connected in a coaxial state, and the output shaft (5a) is an output shaft of the speed reducer (5c),
A frame (2) that rotatably supports the shaft end of the rotating shaft (5d) of the motor (5b) and is fixed so that the output shaft (5a) does not rotate;
The joint shaft (3) extends parallel to the output shaft (5a) and is supported by the frame (2) in a rotatable state .
The driven gear (7) is a finger joint drive mechanism (1) of a robot hand fixed coaxially to the joint shaft (3).
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