JP5301934B2 - ロボットハンドの駆動機構 - Google Patents

Description

この発明は、ロボットハンドの駆動機構、特に、モータの回転力が減速機を介して入力されるロボットハンドの駆動機構に関する。

従来、産業用ロボットのハンド部（所謂、ロボットハンド）としては、例えばグリッパと称されるものなど、特定の単一ワークを取り扱い対象とした専用ハンドが主流を占めてきたが、近年では、ユーザの使用現場での取り扱いワークの多様化などに起因して、多種類のワークに対応できる汎用ハンドのニーズが高まっている。
かかる汎用ハンドの一種として、対象ワークのサイズや形状に合わせて各指部や各爪部の形態をそれぞれ変化させることができる、所謂、電動多軸ハンドが知られている。このタイプのハンドでは、多くの場合、ワークに対する把持力を微細に調整することも可能である。

しかしながら、電動多軸ハンドの場合、各指部や各爪部の形態をそれぞれ変化可能とするために多くの電動モータが必要とされ、これらモータは指部や爪部またはその近傍に配置されることになるので、ロボットハンドを設計する際にはこのモータの配置が大きな制約となり、また、不可避的にハンドが大型化するという難点がある。

例えば、指部の関節部分に直接にモータを取り付けた場合には、狭隘作業が求められる指部においてモータが出っ張ることになり、必要とされる作業を行う上で大きな妨げとなる。このため、例えば、特許文献１では、パラレルリンク機構を採用すること等により、モータを指部からある程度離間したベース部（例えばハンドの拳部）に配置し、指部のスリム化を図ることが提案されている。

かかる構成によれば、確かに、指部はスリム化され狭隘作業が阻害されることもなくなるのであるが、反面、ベース部（拳部）の重厚化を招くこととなり、また、モータを一箇所（ベース部：拳部）に集中配置するために、コネクタの配置スペースや中継ケーブルの案内スペースなども十分に確保する必要があり、ハンド全体としては、やはり大型化を免れることは困難である。

ところで、自在に曲げ変形或いは撓み変形が可能で、このように変形した状態でも回転力を伝達できる動力伝達手段として、所謂フレキシブルシャフトは公知である。かかるフレキシブルシャフトを動力伝達手段に採用することにより、動力源であるモータを、動力使用要素から十分に離間して配置することが可能になる。このフレキシブルシャフトをロボットアーム等の動力伝達に適用することが、従来、試みられている。

例えば、特許文献２には、複数の回転駆動源（モータ）をロボット本体に配置する一方、これらモータの駆動力を伝達するためのフレキシブルシャフトをロボットアームの内部に挿入し、フレキシブルシャフトを介してロボットアームのアーム駆動機構を作動させるようにした構成が開示されている。また、特許文献３には、駆動源（モータ）をロボットアーム内に配置し、アーム内に挿入したフレキシブルシャフトを介して、モータの駆動力をロボットの手首に伝達するようにした構成が開示されている。更に、特許文献４には、一種のフレキシブルシャフトとしてのワイヤをロボットハンドに用いることが提案されている。
特開２００５−２０５５１９号公報 実開昭６１−１２６９２号公報 特開昭５８−１０２６９４号公報 特開昭６０−２４２９９１号公報

しかしながら、前記特許文献２，３，４に開示された構成は何れも、フレキシブルシャフトをロボットアームや手首の駆動に適用することを前提としたもので、このような用途では、ａ）フレキシブルシャフトでは余り大きな荷重に耐えられない、ｂ）フレキシブルシャフトは捩れ剛性が低いのでアーム先端に無視し得ない位置誤差が生じる、ｃ）フレキシブルシャフト交換時にアームの自重を保持できない、等の問題があり、実用化にはほど遠いのが現状である。

また、特許文献４に開示された構成は、フレキシブルシャフト（ワイヤ）をロボットハンドの駆動に適用することを念頭に置いたものではあるが、あくまでもロボットハンドの減速機出力軸の大トルクをワイヤで指部に伝達して駆動するものであり、ワイヤに高い張力が繰り返し作用する結果、ワイヤの疲労寿命が著しく短くなるという問題がある。従って、実用に耐え得るものとは言い難い。

この発明は、以上の技術的課題に鑑みてなされたもので、自在に曲げ変形或いは撓み変形した状態でも回転力を伝達できるフレキシブルシャフトを用いることにより、設計自由度が高く、且つ、十分に実用性のあるロボットハンドの駆動機構を提供することを目的とする。

このため、本発明に係るロボットハンドの駆動機構は、モータの回転力が減速機を介して入力されるロボットハンドの駆動機構であって、モータの回転力は、ガイドチューブで外周が覆われたフレキシブルシャフトを介して、減速機の入力軸要素に伝達されるように構成され、前記減速機の入力軸要素および／または前記モータの出力軸と前記フレキシブルシャフトとがカップリングにて連結され、前記フレキシブルシャフトが軸受により回転自在に支承されており、前記減速機の入力軸要素とガイドチューブとフレキシブルシャフトとが一体的に取り扱い可能なユニットを構成し、該ユニットは前記ロボットハンドに対し一体として着脱可能である、ことを特徴としたものである。
この構成では、モータの回転力をフレキシブルシャフトによって減速機の入力軸要素に伝達することにより、モータの動力で駆動される指部や爪部等の駆動対象（動力使用要素）から離間した箇所にモータを配置することが可能になり、従来に比して、ロボットハンドの設計自由度が高まる。
また、この構成では、カップリングを用いたことにより、減速機の入力軸要素および／またはモータの出力軸とフレキシブルシャフトとを、簡便かつ確実に連結することができる。しかも、フレキシブルシャフトが軸受により回転自在に支承されることにより、入力側から伝わるフレキシブルシャフトの振動または出力側の負荷によるフレキシブルシャフトの振動や撓み等が緩和され、フレキシブルシャフトとガイドチューブとが擦れ合うことにより生じる摩耗も低減される。更に、この構成では、減速機の入力軸要素とガイドチューブとフレキシブルシャフトとで形成したユニットをロボットハンドに対し一体として着脱でき、ロボットハンドの組立や、その後のフレキシブルシャフトのメインテナンスを行う際には、その作業性が大いに向上する。

特に、前記モータは、ロボットハンドを保持するロボットアームに取り付けられることが好ましい。
モータをロボットアームに取り付けることにより、ロボットハンドのコンパクト化が可能となる。特に、多数のモータが必要とされることが多い電動多軸ハンドの場合には、とりわけ大きなコンパクト化の効果が得られる。

この場合において、特に、フレキシブルシャフトは、具体的には、ロボットアームの手首部の内部を挿通していることが、より好ましい。
フレキシブルシャフトをロボットアームの手首部の内部を挿通させることにより、手首部の外側でフレキシブルシャフトを取り回す場合に比して、外部の部品や部材等との干渉を有効に回避でき、フレキシブルシャフトの配索の簡素化も図ることができる。また、見映えも向上する。

尚、以上の場合において、モータの出力側の連結要素とガイドチューブとフレキシブルシャフトとで一体的に取り扱い可能なユニットを構成し、該ユニットをモータの出力側に対し一体として着脱可能とすることが、より好ましい。この場合には、モータの出力側の連結要素とガイドチューブとフレキシブルシャフトとで形成したユニットをモータに対し一体として着脱でき、ロボットハンドの組立や、その後のフレキシブルシャフトのメインテナンスを行う際には、その作業性が大いに向上する。

また、以上の場合において、減速機の入力軸要素とフレキシブルシャフトの両方が軸受により回転自在に支承されていることが好ましい。
この構成では、減速機の入力軸要素とフレキシブルシャフトの両方が軸受に支承されているので、ロボットハンドの組立時に、両者の芯合わせ作業を容易かつ精度良く行える。また、フレキシブルシャフトが軸受により回転自在に支承されることで、出力側の負荷によるフレキシブルシャフトの振動や撓み等が緩和され、フレキシブルシャフトとガイドチューブとが擦れ合うことにより生じる摩耗も低減される。

また更に、以上の場合において、フレキシブルシャフトの出力側の端部の外周に金属製の筒体が固着され、この筒体が減速機の入力軸要素に対しセットビスを用いて固定されているようにしてもよい。
この構成では、フレキシブルシャフトの出力側の端部の外周に固着した金属製の筒体を、減速機の入力軸要素に対しセットビスを用いて固定することで、フレキシブルシャフトの出力側の端部を減速機の入力軸要素に対して、より確実で堅固に固定される。

また更に、以上の場合において、フレキシブルシャフトの出力側の端部にエンコーダが取り付けられ、該エンコーダの検出値に基づいて前記モータの回転が制御されることが好ましい。
この構成では、エンコーダをフレキシブルシャフトの出力側の端部に配設したことにより、自在に曲げ変形或いは撓み変形した状態でも回転力を伝達できる（つまり柔軟性のある）フレキシブルシャフトを用いた場合に生じ得るフレキシブルシャフトの捩れの影響を受けることなく、モータの動力で駆動される駆動対象（動力使用要素）の姿勢を検出することができる。そして、前記エンコーダの検出信号に基づき、フレキシブルシャフトの捩れによる制御の遅れをも考慮に入れながら、モータの回転を制御し前記動力使用要素の制御を行うことができる。

また更に、以上の場合において、ロボットハンドに、当該ロボットハンドの動力使用要素の位置を検出するカメラが取り付けられ、該カメラの撮像データに基づいて前記モータの回転が制御されるようにしてもよい。
この構成においても、ロボットハンドの動力使用要素の位置を検出するカメラを設けたことにより、自在に曲げ変形或いは撓み変形した状態でも回転力を伝達できる（つまり柔軟性のある）フレキシブルシャフトを用いた場合に生じ得るフレキシブルシャフトの捩れの影響を受けることなく、モータの動力で駆動される指部や爪部等の動力使用要素の位置を検出することができる。そして、前記カメラの撮像データに基づき、フレキシブルシャフトの捩れによる制御の遅れをも考慮に入れながら、モータの回転を制御し前記動力使用要素の制御を行うことができる。

また更に、以上の場合において、モータと減速機との間に、モータ回転力の伝達方向を変換する剛体より成る動力伝達機構を設けることもできる。
この構成では、フレキシブルシャフトのみでは不可能な急角度での動力伝達方向の変化も可能となる。尚、かかるモータ回転力の伝達方向を変換する剛体より成る動力伝達機構としては、例えば、ベベルギヤ（傘歯車）機構が挙げられる。

本発明によれば、モータの回転力は、自在に曲げ変形或いは撓み変形した状態でも回転力を伝達できるフレキシブルシャフトを介して、ロボットハンドの減速機の入力軸要素に伝達されるので、モータの動力で駆動される駆動対象（動力使用要素）から離間した箇所にモータを配置することができ、ロボットハンドの設計自由度を大いに高めることができる。この場合、フレキシブルシャフトは、モータから減速機の入力軸要素への動力伝達に用いられるものであり、減速機出力軸の大トルクを動力使用要素に伝達する従来のように、フレキシブルシャフトに高い張力が作用することはなく、実用性を阻害するような早期寿命の問題を招来することもない。また、フレキシブルシャフトは、その外周がガイドチューブで覆われていることにより、その自在な動作が円滑にガイドされ、また、周囲の部品あるいは部材との直接の干渉や周囲の塵埃等の異物の侵入からも保護される。
また、カップリングを用いたことにより、減速機の入力軸要素および／またはモータの出力軸とフレキシブルシャフトとを、簡便かつ確実に連結することができる。しかも、フレキシブルシャフトが軸受により回転自在に支承されることにより、入力側から伝わるフレキシブルシャフトの振動または出力側の負荷によるフレキシブルシャフトの振動や撓み等が緩和され、フレキシブルシャフトとガイドチューブとが擦れ合うことにより生じる摩耗も低減される。更に、本発明によれば、減速機の入力軸要素とガイドチューブとフレキシブルシャフトとで形成したユニットをロボットハンドに対し一体として着脱でき、ロボットハンドの組立や、その後のフレキシブルシャフトのメインテナンスを行う際には、その作業性が大いに向上する。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るロボットアームに保持されたロボットハンドの構成を概略的に示す正面図である。図２は、前記ロボットハンドに伝達される回転力を発生させるモータとフレキシブルシャフトとの結合構造を示す説明図である。図３は、前記ロボットハンドとフレキシブルシャフトとの結合構造を示す断面図である。また、図４は前記図３の要部を拡大して示す拡大断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るロボット装置では、ロボットアーム２の所定部位に、当該ロボットアーム２の一部を構成する手首部４が装着され、このロボットアーム２の手首部４にロボットハンド１０が取り付けられている。前記手首部４は、軸線Ｌ４を中心にしてロボットアーム２に対し回転可能に装着され、その端部に取付板５を備えている。ロボットハンド１０は、その主要な構成要素の少なくとも大部分を搭載する基台部１１を備え、該基台部１１の底壁部１１ｂが前記取付板５に固定されることにより、ロボットアーム２の手首部４に堅固に保持されている。

ロボットハンド１０の前記基台部１１は、底壁部１１ｂの両端にそれぞれ立設された一対の縦壁部（第１縦壁部１１ａ及び第２縦壁部１１ｃ）を備え、両縦壁１１ａ，１１ｃ間に、後述する減速機２０（図３参照）の出力軸要素２７，２８に連接された第１駆動軸１５が底壁部１１ｂと略平行に伸長している。この第１駆動軸１５の途中部に、ロボットハンド１０の指部および／または爪部（共に不図示）に連係する第２駆動軸１６が取り付けられている。

図３に示すように、前記縦壁部１１ａ，１１ｃのうち手首部４により近い側（図３における左側）の第１縦壁部１１ａには、ロボットハンド１０の円筒状の本体部１２が組み込まれ、該筒状本体部１２の内部には減速機２０が収容されている。この減速機２０は、ロボットハンド１０の駆動源としての電動モータ３０（図２参照）の出力軸３０ｓから伝達された動力（回転）を減速して出力するもので、従来公知のものと同様の減速機構２６を備えたものである。減速機２０の減速機構２６自体の構成は本発明の要旨とするところではないので、その内部構造の図示および詳細な説明等は省略する。尚、かかる減速機２０としては、例えば、所謂ハーモニックドライブ（登録商標）と称される波動歯車減速機構、或いは遊星歯車減速機構や特殊歯形減速機構、更には、伝動歯車群や伝動ベルトを用いた減速機構などによって実現される種々の公知の構造のものが適用可能である。本実施形態では、減速機２０として、例えばハーモニックドライブ方式の減速機構を備えたものを使用する場合について説明する。

筒状本体部１２の手首部４に近い側（図３における左側）の端部の内側には、減速機２０の入力軸要素として筒状の入力軸２１が配置されている。前記筒状本体部１２の端部内周には軸受Ｊ１が組み込まれており、入力軸２１は、この軸受Ｊ１を介して筒状本体部１２に対し回転自在に支承されている。
また、筒状本体部１２の手首部４に近い側の開口はカバー部材１４によって覆われており、該カバー部材１４は、複数のボルト部材Ｂ１により、筒状本体部１２に対して着脱可能に取り付けられている。

一方、筒状本体部１２の手首部４から遠い側（図３における右側）には、軸受機構Ｊ３を介して減速機２０の出力軸要素（出力軸２７及び出力リング体２８）が回転自在に支承され、この出力軸要素２７，２８の出力リング体２８に、取付フランジ１５ｆを介して前記第１駆動軸１５が締結固定されている。この第１駆動軸１５の端末側は、手首部４から遠い側の第２縦壁部１１ｃに組み込まれた軸受Ｊ４により、回転自在に支承されている。尚、筒状本体部１２の手首部４から遠い側の開口は、第１駆動軸１５の取付フランジ１５ｆによって覆われている。

本実施形態では、ロボットハンド１０の駆動源としての電動モータ３０（図２参照）からの動力（回転力）をロボットハンド１０に伝達するために、自在に曲げ変形或いは撓み変形が可能で、このように変形した状態でも回転力を伝達できる動力伝達手段である所謂フレキシブルシャフトＳを用いている。

また、本実施形態に係るフレキシブルシャフトＳは、その外周がガイドチューブＧで覆われている。フレキシブルシャフトＳの外周をガイドチューブＧで覆うことにより、フレキシブルシャフトＳの自在な動作が円滑にガイドされ、また、周囲の部品あるいは部材とフレキシブルシャフトＳとの直接の干渉を防止できる。更に、周囲の塵埃等の異物の侵入からも保護できる。
このガイドチューブＧとしては、例えば金属や樹脂あるいはゴムなど、種々の材質のものが適用可能であるが、フレキシブルシャフトＳに対するガイド特性や保護特性、更には耐久性などの観点から、薄板ステンレス鋼製の所謂フレキシブルチューブを用いることが好ましい。

前記フレキシブルシャフトＳのロボットハンド１０側の端部は、図４に詳しく示されるように、前記カバー部材１４に設けられた貫通孔１４ｈを挿通した上で、入力軸２１の内周部に所定の締め代をもって嵌合固定されている。
尚、この代わりに、フレキシブルシャフトＳの出力側（ロボットハンド１０側）の端部の外周に金属製の筒体を固着し、この筒体を減速機２０の入力軸要素２１に対しセットビスを用いて固定するようにしてもよい。かかる構成を採用することにより、フレキシブルシャフトＳの出力側の端部を、減速機２０の入力軸要素２１に対しより確実で堅固に固定することができる。

また、カバー部材１４の貫通孔１４ｈの減速機２０側の端部には、小型の軸受Ｊ５が組み込まれており、フレキシブルシャフトＳはこの軸受Ｊ５により回転自在に支承されている。前述のように、減速機２０の入力軸２１は、その外周部を軸受Ｊ１によって支持されているので、減速機２０の入力軸要素（入力軸２１）とフレキシブルシャフトＳの両方が軸受Ｊ１，Ｊ５により回転自在に支承されていることになる。

このように、減速機２０の入力軸要素２１とフレキシブルシャフトＳの両方が軸受Ｊ１，Ｊ５に支承された構成とすることにより、ロボットハンド１０の組立時に、両者の芯合わせ作業を容易かつ精度良く行うことができる。また、フレキシブルシャフトＳが軸受Ｊ５により回転自在に支承されることにより、出力側の負荷によるフレキシブルシャフトＳの振動や撓み等が緩和され、フレキシブルシャフトＳとガイドチューブＧとが擦れ合うことにより生じる摩耗も低減することが可能になる。

一方、フレキシブルシャフトＳのモータ３０側の端部は、図２に示されるように、一対の連結要素が組み合わされてなる所謂カップリング３２（軸継手）を介してモータ３０の出力軸３０ｓと連結されている。周知のように、前記カップリング３２は、同軸上に配列された２本の軸部材を比較的簡便かつ確実に連結するもので、かかるカップリング３２としては、従来公知の種々の構造のものを用いることができる。
このように、カップリング３２を用いたことにより、モータ３０の出力軸３０ｓとフレキシブルシャフトＳとを、簡便かつ確実に連結することができる。尚、かかるカップリング３２を、減速機２０の入力軸要素２１とフレキシブルシャフトＳとの間の結合に用いることもできる。

モータ３０を固定するモータベース３４には、フレキシブルシャフトＳを保持するためのシャフトホルダ３６が、複数のボルト部材Ｂ２によりモータベース３４に対し着脱可能に取り付けられている。フレキシブルシャフトＳのモータ３０側の端部は、前記シャフトホルダ３６に設けられた貫通孔３６ｈを挿通した上で、カップリング３２の内周部に所定の締め代をもって嵌合固定されている。

シャフトホルダ３６の貫通孔３６ｈのカップリング３２側の端部には、例えば複列の小型軸受Ｊ６が組み込まれており、フレキシブルシャフトＳはこの軸受Ｊ６により回転自在に支承されている。
このように、フレキシブルシャフトＳの端部が軸受Ｊ６により回転自在に支承されることにより、入力側から伝わるフレキシブルシャフトＳの振動や撓み等が緩和され、フレキシブルシャフトＳとガイドチューブＧとが擦れ合うことにより生じる摩耗も低減される。

尚、前述のロボットハンド１０及びロボットアーム２を有するロボット装置は、例えばマイクロコンピュータを主要部として構成された制御ユニット８（図２参照）を備えており、前記モータ３０は、この制御ユニット８に対して信号授受可能に接続され、この制御ユニット８からの制御信号に応じて駆動制御されるようになっている。

以上のように、自在に曲げ変形或いは撓み変形した状態でも回転力を伝達できる前記フレキシブルシャフトＳを動力伝達手段に採用することにより、動力源であるモータ３０を、動力使用要素（ロボットハンド１０の指部や爪部）から十分に離間して配置することが可能になる。

本実施形態では、より好ましくは、モータ３０は、ロボットハンド１０を保持するロボットアーム２の適所に配設されている。
このように、モータ３０をロボットアーム２に取り付けることにより、ロボットハンド１０のコンパクト化が可能となる。特に、多数のモータが必要とされることが多い電動多軸ハンドの場合には、とりわけ大きなコンパクト化の効果が得られる。

この場合において、フレキシブルシャフトＳは、具体的には、ロボットアーム２及びその手首部４の内部にそれぞれ形成された中空部２Ｈ，４Ｈ（図１における破線表示参照）を挿通して配索されている。
このように、フレキシブルシャフトＳをロボットアーム２の手首部４の内部４Ｈを挿通させることにより、手首部４の外側でフレキシブルシャフトＳを取り回す場合に比して、外部の部品や部材等との干渉を有効に回避でき、フレキシブルシャフトＳの配索の簡素化も図ることができる。また、見映えも向上する。

以上、説明したように、本実施形態によれば、モータ３０の回転力は、自在に曲げ変形或いは撓み変形した状態でも回転力を伝達できるフレキシブルシャフトＳを介して、ロボットハンド１０の減速機２０の入力軸要素２１に伝達されるので、モータ３０の動力で駆動される指部や爪部等の駆動対象（動力使用要素）から離間した箇所にモータ３０を配置することができ、ロボットハンド１０の設計自由度を大いに高めることができる。この場合、フレキシブルシャフトＳは、モータ３０から減速機２０の入力軸要素２１への動力伝達に用いられるものであり、減速機出力軸２７の大トルクを動力使用要素に伝達する従来のように、フレキシブルシャフトＳに高い張力が作用することはなく、実用を阻害するような早期寿命の問題を招来することもない。

また、ロボットハンド１０の駆動力の伝達にフレキシブルシャフトＳを適用した結果、例えばハンド１０が周囲の部材や部品等の障害物にぶつかった場合などには、ロボットハンド１０の他の駆動系構成要素に比して一般に強度が低く外力の作用で破断し易いフレキシブルシャフトＳが一種のメカニカルヒューズの役割を果たし、他の駆動系やロボットハンド１０自体が大きなダメージを受けることを回避することも可能である。

モータ３０からの動力をロボットハンド１０に伝達するために、自在に曲げ変形或いは撓み変形した状態でも回転力を伝達できる動力伝達手段であるフレキシブルシャフトＳを用いた場合、長期間の使用に伴ってフレキシブルシャフトＳの交換あるいは修理等のメインテナンスが必要であるが、このようなフレキシブルシャフトＳのメインテナンスを行う際やフレキシブルシャフトＳのロボットハンド１０への初期組付時の作業は、ロボットハンド１０及び／又はロボットアーム２への組付状態のままで行おうとすれば、かなり煩雑で狭隘な作業となり、なかなかの困難を伴うものである。

そこで、本実施形態では、減速機２０の入力軸要素２１とガイドチューブＧとフレキシブルシャフトＳとで一体的に取り扱い可能なユニットを構成し、該ユニットをロボットハンド１０に対し一体として着脱可能とすることができるようにしている。
すなわち、前述のように、フレキシブルシャフトＳのロボットハンド１０側の端部を挿通させたカバー部材１４は、複数のボルト部材Ｂ１により、ロボットハンド１０の筒状本体部１２に対して着脱可能に取り付けられているので、フレキシブルシャフトＳのメインテナンスが必要な場合には、前記ボルト部材Ｂ１を螺脱することにより、カバー部材１４を筒状本体部１２から容易に取り外すことができる。

このカバー部材１４の取り外し動作に伴って、軸受Ｊ５の内周部に嵌合されたフレキシブルシャフトＳと、該フレキシブルシャフトＳが内周部に嵌合した入力軸２１と、該入力軸２１の外周部を支承する軸受Ｊ１とが、一体的に減速機２０の内部から取り外される。このカバー部材１４の取り外しに際しては、入力軸２１の外周部を支承する軸受Ｊ１の外周部とロボットハンド１０の筒状本体部１２の内周部との間の嵌合力を越える抜脱力をカバー部材１４に加えればよい。尚、この代わりに、軸受Ｊ１の内周部と入力軸２１の外周部との間で取り外しができるように構成することも可能である。

本実施形態では、このようにカバー部材１４の取り外し動作に伴って入力軸２１を減速機２０の内部から取り外し可能とするために、減速機２０の第１段目ギヤと第２段目ギヤ（共に不図示）とは、その噛み合わせ及び相対位置に関して、第１段目ギヤをその回転軸線に沿って抜脱する方向を第１段目ギヤの抜き方向と称すれば、その抜き方向に第２段目ギヤが存在しないように設定されている。従って、入力軸２１を減速機２０の内部から取り外す際に、入力軸２１に連結された第１段目ギヤが第２段目ギヤと干渉して、その抜脱動作が阻害されることはない。

以上のようにしてカバー部材１４をロボットハンド１０の筒状本体部１２から取り外した後に、比較的広い作業環境で、フレキシブルシャフトＳの端部を減速機２０の入力軸２１の内周部および軸受Ｊ５の内周部から若干の無理抜きを行って抜脱することにより、容易にフレキシブルシャフトＳの端部を取り外して当該フレキシブルシャフトＳの交換あるいは修理等のメインテナンスを行うことができる。この場合には、フレキシブルシャフトＳの端部を取り外す際の作業の自由度が高く、良好な作業性を確保することができる。メインテナンスを終えた後、カバー部材１４をロボットハンド１０の筒状本体部１２に取り付ける際には、以上と逆の動作となる。

以上のように構成したことにより、減速機２０の入力軸要素２１とガイドチューブＧとフレキシブルシャフトＳとで形成したユニットをロボットハンド１０に対し一体として着脱でき、ロボットハンド１０の組立や、その後のフレキシブルシャフトＳのメインテナンスを行う際には、その作業性が大いに向上する。

また、フレキシブルシャフトＳのモータ３０側の端部においては、前述のように、フレキシブルシャフトＳのモータ３０側の端部を挿通させたシャフトホルダ３６は、複数のボルト部材Ｂ２により、モータ３０のモータベース３４に対して着脱可能に取り付けられているので、フレキシブルシャフトＳのメインテナンスが必要な場合には、前記ボルト部材Ｂ２を螺脱し、且つカップリング３２の入力側連結要素３２ａと出力側連結要素３２ｂとの締結を解除することにより、シャフトホルダ３６をモータベース３４から容易に取り外すことができる。

このシャフトホルダ３６の取り外し動作に伴って、カップリング３２の出力側連結要素３２ｂと、軸受Ｊ６の内周部に嵌合されたフレキシブルシャフトＳ及びガイドチューブＧとが、一体的にモータ出力軸３０ｓから（つまり、カップリング３２の出力側連結要素３２ｂから）取り外される。

このようにしてシャフトホルダ３６をモータベース３４から取り外した後に、比較的広い作業環境で、フレキシブルシャフトＳの端部をカップリング３２の出力側連結要素３２ｂの内周部および軸受Ｊ６の内周部から若干の無理抜きを行って抜脱することにより、フレキシブルシャフトＳの端部を取り外して当該フレキシブルシャフトＳの交換あるいは修理等のメインテナンスを行うことができる。この場合においても、フレキシブルシャフトＳの端部を取り外す際の作業の自由度が高く、良好な作業性を確保することができる。メインテナンスを終えた後、シャフトホルダ３６をモータベース３４に取り付ける際には、以上と逆の動作となる。

この場合には、カップリング３２の出力側連結要素３２ｂと、軸受の内周部に嵌合されたフレキシブルシャフトＳ及びガイドチューブＧとで形成したユニットをモータ出力軸３０ｓに対し一体として着脱でき、ロボットハンド１０の組立や、その後のフレキシブルシャフトＳのメインテナンスを行う際には、その作業性が大いに向上する。

尚、フレキシブルシャフトＳをロボットアーム２や手首部４の中空部２Ｈ，４Ｈを挿通させるレイアウトでも中空部２Ｈ，４Ｈに十分なスペースの余裕がある場合や、フレキシブルシャフトＳを手首部４の外側で取り回すように配索した場合など、フレキシブルシャフトＳの配索経路や配索状況によっては、或いは、前記カバー部材１４やシャフトホルダ３６の大きさによっては、減速機２０の入力軸要素２１から、ガイドチューブＧ及びフレキシブルシャフトＳ、更にはカップリング３２の出力側連結要素３２ｂに至るまでを、一体的に取り扱い可能なユニットを構成することも可能である。
この場合には、ロボットハンド１０の組立や、その後のフレキシブルシャフトＳのメインテナンスを行う際の作業性が、更に大きく向上することになる。

尚、モータ３０からの動力をロボットハンド１０に伝達する動力伝達手段としてフレキシブルシャフトＳを用いた場合、自在に曲げ変形或いは撓み変形した状態でも回転力を伝達できる反面、動力伝達時の回転遅れに伴ってフレキシブルシャフトＳに捩れが生じ、これに起因してモータ３０の動力で駆動される駆動対象（動力使用要素：指部や爪部）の位置誤差が生じることが考えられる。ロボットハンド１０の出力端（指部や爪部）の場合、一般に、これら出力端の位置制御よりも、出力端での把持力などの力制御がより重要であるとされているが、前記のような位置誤差はできるだけ抑制されることが望ましいのは当然である。

かかる観点から、本実施形態では、より好ましくは、フレキシブルシャフトＳの出力側の端部（例えば、減速機入力軸２１の近傍）に、前記制御ユニット８に対し信号授受可能に接続されたエンコーダ（不図示）を配設し、このエンコーダの検出信号に基づいてロボットハンド１０の現在姿勢を把握するようにしている。

このように、エンコーダをフレキシブルシャフトＳの出力側の端部に配設したことにより、フレキシブルシャフトＳの捩れの影響を受けることなく、ロボットハンド１０の姿勢を検出することができる。そして、前記エンコーダの検出信号に基づき、フレキシブルシャフトＳの捩れによる制御の遅れをも考慮に入れながら、モータ３０の回転を制御しロボットハンド１０の制御を行うことができる。

また、前記エンコーダの適用に代えて、或いはこれに加えて、ロボットハンド１０に、当該ロボットハンド１０の出力端（指部や爪部）の位置を検出するために、前記制御ユニット８に対し信号授受可能に接続されたカメラ（例えばＣＣＤカメラ：不図示）を取り付けておき、このカメラの撮像データに基づいて、ロボットハンド１０の指部や爪部の位置を把握するようにしてもよい。
この場合においても、フレキシブルシャフトＳの捩れの影響を受けることなく、ロボットハンド１０の出力端（指部や爪部）の位置を検出することができる。そして、前記カメラの撮像データに基づき、フレキシブルシャフトＳの捩れによる制御の遅れをも考慮に入れながら、モータ３０の回転を制御しロボットハンド１０の制御を行うことができる。

前述の第１の実施形態では、モータ３０からの動力をロボットハンド１０に伝達する動力伝達手段としてフレキシブルシャフトＳを用いているので、モータ３０からの動力の伝達方向を急角度（例えば９０度など）で変換することは一般に極めて困難であるが、モータ３０と減速機２０との間に、剛体より成る動力伝達機構を設けることによって、モータ３０からの動力の伝達方向を急角度で変換することが可能である。

次に、このような急角度での動力伝達方向の変換を対応可能とした本発明の第２の実施形態について説明する。尚、以下の説明において、第１の実施形態おける場合と同様の構成を備え同様の作用をなすものについては、同一の符号を付し、それ以上の説明は省略する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るロボットハンドとフレキシブルシャフトとの結合構造を示す断面図である。この図に示すように、第２の実施形態に係るロボットハンド５０では、筒状本体部５２の入力側（図５における下側）の開口は略筒状のハウジング体５６で覆われている。尚、筒状本体部５２には、当該ロボットハンド５０をロボットアーム２の手首部４の適所に取り付けるために、取付フランジ部５２ｆが一体的に形成されている。

本実施形態では、前記ハウジング体５６の内部に、剛体より成る動力伝達機構として、従来公知のベベルギヤ（傘歯車）セットＫ１，Ｋ２が収容されている。
該ベベルギヤセットＫ１，Ｋ２は、入力ギヤとしての第１ベベルギヤＫ１と出力ギヤとしての第２ベベルギヤＫ２とで構成され、両ベベルギヤＫ１，Ｋ２の回転軸線が互いに直交するように組み合わせて用いられる。つまり、第１ベベルギヤＫ１から入力された動力は、９０度方向変換されて第２ベベルギヤＫ２から出力され、急角度での動力伝達方向の変換に好適に対応することができる。

この第２ベベルギヤＫ２は、その出力軸５３が減速機２０の入力軸５１と同軸上に配列されるように、ハウジング体５６内に組み付けられている。すなわち、ハウジング体５６の反減速機側（図５における下側）に設けた開口に軸受Ｊ１２が組み込まれており、この軸受Ｊ１２の内周部に、第２ベベルギヤＫ２のギヤ本体の外周部が所定の締め代をもって嵌合固定されている。尚、これに加えて、セットビス５４を用いて、第２ベベルギヤＫ２の出力軸５３と減速機２０の入力軸５１とを、より強固に結合するようにしてもよい。

一方、ハウジング体５６の側部（図５における右側部）に設けた開口には軸受Ｊ１１が組み込まれており、この軸受Ｊ１１の内周部に、第１ベベルギヤＫ１のギヤ本体の外周部が所定の締め代をもって嵌合固定されている。この第１ベベルギヤＫ１及び軸受Ｊ１１の外方（図５における右側方）は、フレキシブルシャフトＳを導入するためのアダプタ５７で覆われている。

フレキシブルシャフトＳのロボットハンド５０側の端部は、前記アダプタ５７に設けられた貫通孔５７ｈを挿通した上で、第１ベベルギヤＫ１のギヤ本体の内周部に所定の締め代をもって嵌合固定されている。本実施形態では、フレキシブルシャフトＳが結合された第１ベベルギヤＫ１が、減速機２０の入力軸要素の役割を果たしている。
尚、フレキシブルシャフトＳの端部を、前述のように第１ベベルギヤＫ１のギヤ本体の内周部に嵌合固定する代わりに、或いはこれに加えて、フレキシブルシャフトＳの出力側（ロボットハンド５０側）の端部の外周に金属製の筒体を固着し、この筒体を第１ベベルギヤＫ１のギヤ本体に対しセットビスを用いて、より強固に固定するようにしてもよい。

また、アダプタ５７の貫通孔５７ｈの第１ベベルギヤＫ１側の端部には、例えば複列の小型軸受Ｊ１３が組み込まれており、フレキシブルシャフトＳはこの軸受Ｊ１３により回転自在に支承されている。前述のように、第１ベベルギヤＫ１は、そのギヤ本体の外周部を軸受Ｊ１１によって支持されているので、減速機２０の入力軸要素（第１ベベルギヤＫ１）とフレキシブルシャフトＳの両方が軸受Ｊ１１，Ｊ１３により回転自在に支承されていることになる。

このように、減速機２０の入力軸要素Ｋ１とフレキシブルシャフトＳの両方が軸受Ｊ１１，Ｊ１３に支承された構成とすることにより、ロボットハンド５０の組立時に、両者の芯合わせ作業を容易かつ精度良く行うことができる。また、フレキシブルシャフトＳが軸受Ｊ１３により回転自在に支承されることにより、出力側の負荷によるフレキシブルシャフトＳの振動や撓み等が緩和され、フレキシブルシャフトＳとガイドチューブＧとが擦れ合うことにより生じる摩耗も低減することが可能になる。

前記アダプタ５７は、ハウジング体５６への取付のためのフランジ部５７ｆを備えており、このフランジ部５７ｆが複数のボルト部材Ｂ１１で固定されることにより、ハウジング体５６に対して着脱可能に取り付けられている。
すなわち、フレキシブルシャフトＳのロボットハンド５０側の端部を挿通させたアダプタ５７は、複数のボルト部材Ｂ１１により、ロボットハンド５０のハウジング体５６に対して着脱可能に取り付けられているので、フレキシブルシャフトＳのメインテナンスが必要な場合には、前記ボルト部材Ｂ１１を螺脱することにより、アダプタ５７をハウジング体５６から容易に取り外すことができる。

このアダプタ５７の取り外し動作に伴って、軸受Ｊ１３の内周部に嵌合されたフレキシブルシャフトＳと、該フレキシブルシャフトＳが内周部に嵌合した第１ベベルギヤＫ１と、該第１ベベルギヤＫ１のギヤ本体の外周部を支承する軸受Ｊ１１とが、一体的にハウジング体５６の内部から取り外される。このアダプタ５７の取り外しに際しては、第１ベベルギヤＫ１のギヤ本体の外周部を支承する軸受Ｊ１１の外周部とハウジング体５６の側部開口の内周部との間の嵌合力を越える抜脱力をアダプタ５７に加えればよい。尚、この代わりに、軸受Ｊ１１の内周部と第１ベベルギヤＫ１のギヤ本体の外周部との間で取り外しができるように構成することも可能である。

この場合、第１ベベルギヤＫ１をギヤ本体の回転軸線に沿って抜脱する方向（図５における右方）を第１ベベルギヤＫ１の抜き方向と称すれば、その抜き方向に第２ベベルギヤＫ２は存在しておらず、従って、第１ベベルギヤＫ１の抜脱動作が第２ベベルギヤＫ２によって阻害されることはない。

このようにしてアダプタ５７をロボットハンド５０のハウジング体５６から取り外した後に、第１の実施形態における場合と同様に、比較的広い作業環境で、フレキシブルシャフトＳの端部を第１ベベルギヤＫ１のギヤ本体の内周部および軸受Ｊ１３の内周部から若干の無理抜きを行って抜脱することにより、容易にフレキシブルシャフトＳの端部を取り外して当該フレキシブルシャフトＳの交換あるいは修理等のメインテナンスを行うことができる。すなわち、フレキシブルシャフトＳ１のメインテナンスに関しても、第１の実施形態における場合と同様の作用効果を得ることができるのである。

以上、説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、前述の第１の実施形態における場合と同様の作用効果を奏することができ、しかも、モータ３０と減速機２０との間に、モータ回転力の伝達方向を変換する剛体より成る動力伝達機構として、第１ベベルギヤＫ１と第２ベベルギヤＫ２とで構成されたベベルギヤセットＫ１，Ｋ２を配置したことにより、フレキシブルシャフトＳのみでは不可能な急角度（９０度）での動力伝達方向の変換にも、好適に対応することができるのである。

尚、以上の各実施形態でロボットハンド１０，５０等に組み込まれた種々の軸受Ｊ１〜Ｊ５，Ｊ１１〜Ｊ１３としては、例えば玉軸受等の転がり軸受を好適に用いることができるが、これに限定されるものでは決してなく、例えば他のタイプの転動体が組み込まれた転がり軸受、更には、所謂メタル軸受等の滑り軸受けなど、他の種々のタイプの軸受も支障なく用いることができる。

また、以上の各実施形態では、ロボットハンド１０，５０に動力（回転力）を供給するモータ３０はロボットアーム２の適所に配置されるようになっていたが、本発明は、かかるモータ配置に限定されるものではなく、モータ３０の動力で駆動される指部や爪部等の駆動対象（動力使用要素）から離間した箇所であればよく、スペースの余裕さえあれば、例えばロボットハンドの拳部などに配置するようにしてもよい。

このように、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、変更および改良等がなされるものであることは、いうまでもない。

本発明は、モータの回転力が減速機を介して入力されるロボットハンドの駆動機構に関し、自在に曲げ変形或いは撓み変形した状態でも回転力を伝達できるフレキシブルシャフトを用いることにより、設計自由度が高く、且つ、十分に実用性のあるロボットハンドの駆動機構を実現することができ、例えば、溶接ロボットや組立ロボット等の種々のロボットについて、そのロボットハンドの駆動機構として、有効に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係るロボットアームに保持されたロボットハンドの構成を概略的に示す正面図である。 前記ロボットハンドに伝達される回転力を発生させるモータとフレキシブルシャフトとの結合構造を示す説明図である。 前記ロボットハンドとフレキシブルシャフトとの結合構造を示す断面図である。 前記図３の要部を拡大して示す拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るロボットハンドとフレキシブルシャフトとの結合構造を示す断面図である。

符号の説明

２ ロボットアーム
４ 手首部
４Ｈ （手首部の）中空部
８ 制御ユニット
１０，５０ ロボットハンド
２０ 減速機
２１，５１ （減速機の）入力軸
３０ 電動モータ
３０ｓ （モータの）出力軸
３２ カップリング
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１１ ボルト部材
Ｇ ガイドチューブ
Ｊ１〜Ｊ５，Ｊ１１〜Ｊ１３ 軸受
Ｋ１ 第１ベベルギヤ
Ｋ２ 第２ベベルギヤ
Ｓ フレキシブルシャフト

Claims (8)

1. モータの回転力が減速機を介して入力されるロボットハンドの駆動機構であって、
   前記モータの回転力は、ガイドチューブで外周が覆われたフレキシブルシャフトを介して、前記減速機の入力軸要素に伝達されるように構成され、
   前記減速機の入力軸要素および／または前記モータの出力軸と前記フレキシブルシャフトとがカップリングにて連結され、前記フレキシブルシャフトが軸受により回転自在に支承されており、
   前記減速機の入力軸要素とガイドチューブとフレキシブルシャフトとが一体的に取り扱い可能なユニットを構成し、該ユニットは前記ロボットハンドに対し一体として着脱可能である、
   ことを特徴とするロボットハンドの駆動機構。
2. 前記モータは、前記ロボットハンドを保持するロボットアームに取り付けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンドの駆動機構。
3. 前記フレキシブルシャフトは、前記ロボットアームの手首部の内部を挿通している、ことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンドの駆動機構。
4. 前記減速機の入力軸要素と前記フレキシブルシャフトの両方が軸受により回転自在に支承されている、ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のロボットハンドの駆動機構。
5. 前記フレキシブルシャフトの出力側の端部の外周に金属製の筒体が固着され、この筒体が前記減速機の入力軸要素に対しセットビスを用いて固定されている、ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のロボットハンドの駆動機構。
6. 前記フレキシブルシャフトの出力側の端部にエンコーダが取り付けられ、該エンコーダの検出値に基づいて前記モータの回転が制御される、ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のロボットハンドの駆動機構。
7. 前記ロボットハンドに、当該ロボットハンドの動力使用要素の位置を検出するカメラが取り付けられ、該カメラの撮像データに基づいて前記モータの回転が制御される、ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のロボットハンドの駆動機構。
8. 前記モータの出力軸と前記フレキシブルシャフトとを連結する前記カップリングよりも出力側に、モータ回転力の伝達方向を変換する剛体より成る動力伝達機構が設けられており、該動力伝達機構の出力要素は前記減速機の入力軸を一体に回転駆動し、前記動力伝達機構の入力要素が前記減速機の入力軸要素の役割を果たす、ことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載のロボットハンドの駆動機構。

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