JP5164757B2 - Robot hand of the finger joint drive mechanism - 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 is a compact capable of moving a finger at the required speed and torque of the compact robot hand about a finger joint drive mechanism.

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。 Finger joint drive mechanism of the robot hand, the output rotation of the rotary actuator via a transmission mechanism such as a reduction gear train or a belt-and-pulley type is transmitted to the finger joint shaft, so as to pivot the finger mounted on the finger joint to the opening and closing direction It has become. 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。 And the like bevel gear is used for the case of using a reduction gear train, such a mechanism is disclosed in Patent Document 1.
特開2007−185733号公報 JP 2007-185733 JP

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。 Here, in the operation of moving to a closed state from the opened fingers, not requiring a very large torque in its operation. 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。 Generally, in a state of closing the fingers is required large torque to grip an object, without the need for torque at such initial stage of operating in a closing direction from the state operation, or to open open the fingers, the operation speed better faster. 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。 In other words, the finger joint shaft a finger is attached, limited rotation not always than requiring a predetermined torque in a rotation of, often require especially large torque at a certain angle, also , the speed is not required at that time.

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。 An object of the present invention, in view of this point, can generate a large torque in the rotation angle position that requires torque, small that as capable of performing high-speed operation in the rotational angular position that required torque It is to propose a finger joint drive mechanism of the 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、 In order to solve the above problems, finger joint drive mechanism of the robot hand of the present invention,
回転アクチュエータと、 A rotary actuator,
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、 A drive-side gear driven rotated by the rotary actuator,
前記駆動側歯車にかみ合っている従動側歯車と、 A driven gear that is engaged with the driving-side gear,
前記従動側歯車によって駆動される関節軸とを有し、 And a joint shaft driven by said driven gear,
前記駆動側歯車および前記従動歯車は非円形歯車であり、 The drive-side gear and the driven gear Ri non-circular gear der,
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、 The rotary actuator includes an output shaft, the output shaft and a cylindrical housing extending through the center in a rotatable state is fixed so as not to rotate the output shaft, the rotation from the cylindrical housing It is those but to be output,
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。 The driving-side gear is characterized in that mounted coaxially outside 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 which connects the motor and reduction gear coaxial state, the output shaft is an output shaft of the reduction gear,
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、 Supporting the shaft end portion of the rotation shaft of the motor in a free state rotation, it has a frame in which the output shaft is fixed against rotation,
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 axis extending parallel to said output shaft is supported in a rotatable state by the frame,
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 axis.

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 and a tubular housing are, when fixed so as not to rotate the output shaft, using what rotation is outputted from the cylindrical housing, mounted coaxially with the drive-side gear on the outside of the cylindrical housing and Aru.

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。 The finger joint drive mechanism of the robot hand of the present invention, by using a non-circular gears, such as elliptical gears, in a predetermined limited rotation angle range in one rotation, the speed reduction ratio is changed in accordance with the rotation angle position of the two gears to. 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。 Therefore, in the operation part of the torque is required finger makes it possible, for example gripping of an object with great force by increasing the final reduction ratio of the rotational force transmission mechanism, reduce the final drive ratio in the operating portion of the finger that does not need the torque it is possible to operate the 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 the finger joint drive mechanism of the robot hand according to the present invention 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。 Figure 1 (A) and (B) is an explanatory diagram showing an explanatory view and a gear train showing the finger joint drive mechanism having the same basic configuration as the finger joint drive mechanism of a robot hand according to the present embodiment. 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。 Finger joint drive mechanism 1 comprises a frame 2 attached to such palm of a robot hand (not shown). 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。 Frame 2 is formed by bending, for example, U-shaped, the support arms 2a of the left and right, between 2b, the joint axis 3 is bridged by a rotatable state. 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。 The joint axis 3, the rear end portion of the finger 4 is fixed, the finger 4 extends in a direction perpendicular to the joint axis 3. 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。 Further, left and right support arms 2a, between 2b, there is disposed a rotary actuator 5, and the rotary actuator 5 is fixed to one of the support arms 2a in the present embodiment, the output shaft 5a is a joint axis 3 extend in parallel.

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。 Rotary actuator 5 has a structure in which connecting motor 5b and the reduction gear 5c coaxially, the distal end portion of the output shaft 5a drive side gear 6 is fixed coaxially. 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。 At a site adjacent to the finger 4 in the joint shaft 3 is driven gear 7 is fixed coaxially, the driven gear 7 is engaged to the drive side gear 6. 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。 Drive-side gear 6 and the driven side gear 7 are non-circular gears, for example, can be used elliptical gears, as shown in FIG. 1 (B).

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。 Figure 2 (A), (B) is an explanatory diagram showing the operation of the finger joint drive mechanism 1. 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。 The position open state in which the finger 4 is for example, extends horizontally as shown in FIG. 2 (A), closed state in which the finger 4 as shown in FIG. 2 (B) is bent at a right angle to the lower position (the object and a gripping position). 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。 In this case, it requires the operating speed without the need for torque at the time of initial toward the closed position from the open position. 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。 Therefore, the portion of the major axis end of the driving-side gear 6, as part of the short axis end of the driven gear 7 is engaged, it is sufficient to set the phase of both gears.

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。 When toward the closed position the finger 4 is pivoted from the state, the final reduction ratio of the rotational force transmitting mechanism consisting of gears 6 and 7 gradually increases, the torque increases with this, the operating speed of the finger descend. 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。 Reaches the finger 4 is closed position, as shown in FIG. 2 (B), a state where part of the short axis end of the drive-side gear 6 is engaged with the portion of the major axis end of the driven gear 7. 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。 In the operation of opening the fingers 4, conversely, final reduction ratio gradually decreases, along with this also gradually decreases the torque, the operation speed of the finger gradually increases.

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。 Next, FIG. 3 is an explanatory view showing the finger joint drive mechanism according to an embodiment of the present invention. 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5 の外側に同軸状態に固定されている。 In the finger joint drive mechanism 1A shown in this figure, the drive-side gear 6 is fixed coaxially on the outside of the housing 5 e of the reduction gear 5c of the rotary actuator 5. 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。 Further, to engage with the driving-side gear 6, a driven side gear 7 is fixed to the joint shaft 3 at the position of the rear end portion of the finger 4.

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。 Here, the axial end portion of the rotary shaft 5d of the motor 5b of the rotary actuator 5 is supported by freely state rotation by one of the support arms 2a of the frame 2. 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。 In contrast, the output shaft 5a of the reduction gear 5c is fixed against rotation to the other support arm 2b. 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。 Housing 5e of the speed reducer 5c is a cylindrical housing, an output shaft 5a in its center extending therethrough. 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。 Reducer 5c, when fixing the output shaft 5a so as not to rotate is of the type housing 5e is rotated as the reduced rotation output element.

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 mounting the drive-side gear 6 in the housing 5e, can shorten the axial length of the rotary actuator 5, as a whole, there is an advantage that small and it is possible to obtain a compact finger joint drive mechanism.

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, the drive-side gear 6, is used an elliptic gear as a driven side gear 7, it is also possible to use a non-circular gears other than this.

(A)は本発明を適用した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であり、(B)は駆動側歯車および従動側歯車を示す説明図である。 (A) is an explanatory view showing the finger joint drive mechanism having the same basic configuration as the finger joint drive mechanism of the robot hand according to the present invention, (B) is an explanatory view showing a driving side gear and driven side gear it is. 図1の指関節駆動機構の動作を示す説明図である。 Is an explanatory view showing an operation of a finger joint drive mechanism FIG. 本発明の実施の形態に係る指関節駆動機構示す説明図である。 The finger joint drive mechanism according to the embodiment of the present invention. FIG.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

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 1 knuckle driving mechanism 2 frame 2a, 2b supporting arm third joint shaft 4 fingers 5 rotate actuator 5a output shaft 5b motor 5c reduction gear 5d motor rotation shaft 5e reducer housing 6 driven side gear 7 driven gear

Claims (2)

  1. 回転アクチュエータ(5)と、 A rotary actuator (5),
    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、 A drive-side gear for rotating (6) by the rotary actuator (5),
    前記駆動側歯車(6)にかみ合っている従動側歯車(7)と、 Driven gear which is meshed with the driving-side gear (6) and (7),
    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、 Said driven gear (7) by driven joint axis (3) and has,
    前記駆動側歯車(6)および前記従動歯車(7)は非円形歯車であり、 The driving-side gear (6) and said driven gear (7) is Ri non-circular gear der,
    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、 The rotary actuator (5) includes an output shaft (5a), and a cylindrical housing the output shaft (5a) extends through the center in a rotatable state (5e), the output shaft (5a ) When fixed so as not to rotate, which rotation is outputted from the cylindrical housing (5e),
    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) The driving-side gear (6) the cylindrical housing (5e) robot hand, characterized in that mounted coaxially to the outside of the finger joint drive mechanism (1).
  2. 請求項1に記載のロボットハンドの指関節駆動機構(1)において、 In the finger joint drive mechanism of the robot hand according to claim 1 (1),
    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、 The rotary actuator (5) is an output shaft of the motor (5b) and reduction gear (5c) has a configuration which is connected in a coaxially, the output shaft (5a) is the speed reducer (5c),
    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、 The motor support (5b) of the rotating shaft axial ends of (5d) in free state rotation, has a frame (2) to said output shaft (5a) is secured against rotation,
    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 The joint shaft (3) extends parallel to said output shaft (5a), is supported in a rotatable state by the frame (2),
    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)。 Said driven gear (7) is finger joint drive mechanism of the robot hand which is fixed coaxially to the joint axis (3) (1).
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