JP5286947B2 - ロボット用ハンドおよびそれを備えたロボット - Google Patents
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Description
従来のロボットハンドは手指の骨格要素であるリンク材を回動自在に結合して関節を形成し、ほぼ平行に配置された示指、中指、環指及び小指と、それらの手指と対向するように配置された拇指を有し、それぞれの手指について前記関節となるリンク材の各回動支点を経由して牽引可能な可撓部材を繋設するとともに、該回動支点には各々ねじりバネを設けて手指の伸展方向に付勢してなり、前記可撓部材が、拇指を除き隣接する示指と中指、及び環指及び小指のそれぞれの指間に槓桿保持した動滑車を介在させ2指の各第一指部のリンク材の体部を始端または終端とする固定長の線条であって、該リンク材の各回動支点に自由回転プーリを軸支し、かつ、第二指骨部のリンク材の体部に設けた中間プーリを介して牽引可能に繋設したものであり、前記駆動源から発生する動力により前記動滑車の各保持位置を手首側又は手指側に往復移動させ、前記可撓部材を介して各手指を屈曲又は伸展方向に把持又は開放動作させる指関節駆動機構と、前記指関節駆動における前記可撓部材の張力を調整又は保持することにより、把持動作に係る各指関節が異径物を含む把持対象物の外形状に倣って包み込むように屈曲して把持力を維持する異径物把持機構を具備するものである。また、上記多指可動ロボットハンドにおいて、異径物を含む把持対象物に対して生体の把持動作に近い柔らかい挙動をするようにした多指可動ロボットハンドの把持制御方法であって、動滑車ユニットを駆動源から発生する動力により往復移動させ、手首側への移動に基づき動滑車を介した可撓部材を牽引し、ねじりバネの弾性力に抗しながらリンク材を手指の屈曲方向に掌握動作させて拇指を除く2本以上の指に把持力を発生させ、駆動停止又は移動停止に基づき把持状態を維持し、手指への移動に基づき前記可撓部材を弛緩又は送出し、前記ねじりバネの拘束を漸次開放し、前記リンク材を手指の伸展方向に復帰動作して前記2本以上の手指に復元力を発生させるように指関節を駆動するとともに、前記2本以上の手指と拇指を異径物を含む把持対象物に接触させて、前記指関節駆動における可撓部材の張力を調節または保持し、各指関節が把持対象物の外形状に倣って包み込むように屈曲させて把持力を付与又は維持し、伸展させて把持力を開放するための把持動作を制御するものである。
このような用途に用いられるロボットハンドには、掴んだ物品を落下させないことは当然であるが、さらには異なる形状の物品に対しても確実に把持できることが要求される。たとえば、人間の手では丸いものを掴むときは包み込むように把持するし、長尺物を掴むときには指を揃えて掴む動作をする。これに似せた動作ができることで確実な物品把持ができるようなロボットハンドが要望されていた。
このようなロボットハンドを実現しようとすると、これまでは複数のアクチュエータを組み合わせて実現しようとするが、消費電力を低く抑えることもバッテリー駆動を想定した場合、作業を継続的に進めるためには必要とされていた。
従来のロボットハンドは、1つの駆動源で2本以上の指を駆動する場合、トルクを指毎に制御できず、指同士が平行に配置されているため、物体を把持するときは指の間隔で把持する構造となっている。一方、物体によっては柔らかい部分や触ると破損しやすい部分などがあり、このような物体を把持すること不可能であった。また、把持をネジ要素の摩擦力で行う場合、摩擦力は回動支点に設けたねじりバネの反力に抗して物体を把持するため、把持力が小さくなるというような問題が生じ、確実な把持ができないといった問題が生じていた。
また、従来のロボットハンドは、指同士が平行に配置された構成しか取れないために、丸い物品を把持する際に形態を変更することができないために、確実な把持ができないといった問題も生じていた。
さらに、従来のロボットでは、把持している状態では、モータに通電した状態を維持する必要があり、電力消費が大きくなるといった問題も生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、簡便な構成で対象物を確実に把持するロボットハンドを提供することを目的とする。
本発明は、各関節を掌側に屈曲自在に連結し、かつ屈曲復帰手段を供えた複数個の可動指内に、可動指の伸張を誘導するワイヤを挿通すると共に、手首方向および手指方向に移動する手段を備え、前記移動手段にワイヤの片端を固定した、多指可動ロボット用のハンドにおいて、ハンドの掌部に前記移動手段の駆動源を設け、駆動源の動力が切断されている状態では、屈曲復帰手段により、ハンドが屈曲するものである。
また、本発明は、前記屈曲復帰手段は所定の対象物をハンドが把持した状態で駆動源の動力を切断しても少なくとも前記対象物が落下しない把持力を有するものである。
また、本発明は、前記屈曲復帰手段として、前記可動指の各関節にねじりバネを設けたものである。
また、本発明は、前記可動指の根元に指ベース部を設け、前記ハンド掌部に対する、前記指ベース部の取付け角度を変えることで、前記可動指の動作方向を任意に変更できるようにしたものである。
また、本発明は、前記可動指を示指、中指、環指の3指としたものである。
また、本発明は、前記可動指を拇指、中指、示指の3指としたものである。
また、本発明は、前記指ベース部には、ネジ部であるベース固定部が設けられており、前記指ベース部は、前記ベース固定部によって前記掌部にネジ固定されるものである。
また、本発明は、前記ベース固定部には、ナットが取付けられるものである。
また、本発明は、前記示指および前記環指は、各々の先端が前記中指へ傾くように、前記掌部に取り付けられるものである。
また、把持動作中に駆動源の電源が切断されても把持した状態を維持でき、駆動源に保持ブレーキを設ける必要がない。また、駆動源は可動指を伸展するために駆動され、ハンドリング対象物は、屈曲復帰手段による把持力のみで把持できることから、駆動dutyを下げることができ、駆動源の定格トルクも従来に比べ小さくできる。このため、駆動源を従来に比べ小形、軽量化できる。
また、屈曲復帰手段として、各関節にねじりバネを設けたので、可動指の屈曲角度に関わらずほぼ同一のトルクを発生でき、可動指も簡単な構造で実現できる。
また、把持対象物の形状に合せ、可動指の動作方向を調節できるので、産業用ロボットのハンドリング動作のような定型物のハンドリングにおいて確実に把持できるよう調整できるため、作業不良が減少し製品の品質を高めることができる。
図4はハンドが把持対象物11を把持した状態を示したものである。把持対象物11が大きな場合は可動指の屈曲は少ないため指同士の左右の間隔は広く、把持対象物11が小さいと指同士の左右の間隔が狭くなり、屈曲量だけでなく指の間隔も把持対象物11の大きさに合わせ変化する。本発明の技術分野はロボットハンドによる搬送、組立て作業であるが、このような用途の場合、ハンドの汎用性は要求されるものの、把持対象物11は頻繁に変わるものではないので、ロボットの設置時に把持時の指間隔を把持対象物11に合わせておけば良い。
図5は指ベース4の取付け部を示したものである。指ベース4のハンド掌部5との取付けはベース固定部9にて行う。ベース固定部9にはネジが切ってあり、ハンド掌部5にはタップが立てられている。ベース固定部9のネジをハンド掌部5のタップに取付けることで指ベース4はハンド掌部5に取付けられる。ベース固定部9のネジにはナット12が取付けられており、指ベース4の取付け角度が所定の角度となるようナット12で調整する。本例では中指21に対する示指22と環指24の取付け角度をそれぞれθ1、θ2としている。ベース固定部9のネジ部は中空穴13となっており、この中空穴13にワイヤ3を通して可動指先端へ力を伝達している。このような構造により中空穴13は指ベース4の回転中心となるため、取付け角θは可動指2の動作に影響することはない。図6は本発明の別の実施例を示したものである。本例は中指21、示指22、拇指23の3本の可動指でハンドを構成した例である。拇指23の駆動源1は他の駆動源1に対して直交した位置に配置されており、拇指23のワイヤ3はハンド掌部5に設けられたプーリ6を介して、拇指23に取付けられている。
2 可動指
3 ワイヤ
4 指ベース
5 ハンド掌部
6 プーリ
7 関節
8 コイルバネ
9 ベース固定部
10 ネジ要素
11 把持対象物
12 ナット
13 中空穴
21 中指
22 示指
23 拇指
24 環指
Claims (6)
- 各関節を掌側に屈曲自在に連結し、かつ屈曲復帰手段を供えた複数個の可動指内に、可動指の伸張を誘導するワイヤを挿通すると共に、手首方向および手指方向に移動する手段を備え、前記移動手段にワイヤの片端を固定した、多指可動ロボット用のハンドにおいて、
ハンドの掌部に前記移動手段の駆動源を設け、駆動源の動力が切断されている状態では、屈曲復帰手段により、ハンドが屈曲し、
前記屈曲復帰手段は所定の対象物をハンドが把持した状態で駆動源の動力を切断しても少なくとも前記対象物が落下しない把持力を有し、
前記屈曲復帰手段として、前記可動指の各関節にねじりバネを設け、
ネジ部であるベース固定部が設けられ、かつ、当該ベース固定部によって前記掌部にネジ固定される指ベース部を前記可動指の根元に設け、
前記掌部に対する、前記指ベース部の取付け角度を変えることで、前記可動指の動作方向を任意に変更できるようにしたことを特徴とする、多指可動ロボット用ハンド。 - 前記可動指を示指、中指、環指の3指としたことを特徴とする、請求項1に記載の多指可動ロボット用ハンド。
- 前記可動指を拇指、中指、示指の3指としたことを特徴とする、請求項1に記載の多指可動ロボット用ハンド。
- 前記ベース固定部には、ナットが取付けられることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の多指可動ロボット用ハンド。
- 前記示指および前記環指は、各々の先端が前記中指へ傾くように、前記掌部に取り付けられることを特徴とする、請求項2に記載の多指可動ロボット用ハンド。
- 請求項1〜5に記載の多指可動ロボット用ハンドを備えたロボット。
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