JP5312207B2

JP5312207B2 - ロボットハンド装置

Info

Publication number: JP5312207B2
Application number: JP2009136531A
Authority: JP
Inventors: 裕介山本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-06-05
Also published as: JP2010280045A

Description

本発明は、２軸回りに指機構を動作させることができるロボットハンド装置に関する。

従来、ロボットに多種多様な作業を行わせることを目的として、人間の手を模倣したロボットハンド装置の研究開発が種々行われてきた。特に、人間の５指のうちの親指の機能を再現する場合には、例えば、手のひらを上に向けたときに、親指を高さ方向に回動させる軸と、親指を左右方向に回動させる軸の２つの軸が必要となる。

上記のようなロボットハンド装置としては、ベースに固定されたモータ、及びベースにより、モータの駆動軸に対し平行かつオフセットした第１軸周りに回動可能に支持され、制御軸が移動可能な第１案内経路を有する第１リンク部材と、モータの駆動軸に連結されると共に制御軸が支持され、モータの駆動軸の回動により制御軸を第１案内経路内で往復させる第２リンク部材と、第１リンク部材により、第１軸に交差した第２軸周りに回動可能に支持され、制御軸と直接または間接にリンク結合され、制御軸の動作により回動駆動される指リンク部材とを備えるものが知られている（特許文献１参照）。

このロボットハンド装置では、単一のモータで交差する２軸回りに指機構を動作させることができる。

特開２００６−１６７８３９号公報

上記の従来技術で、ベースは、第１案内経路の可動範囲内に第２案内経路を有する。第２リンク部材は、駆動軸に固着された回転体と、回転体に回動可能に支持され、制御軸が支持された連結リンクとから構成されている。第２案内経路は、制御軸が第１軸を中心に円周方向に案内される第１案内路と、第１軸を中心に径方向に案内される第２案内路とが連続して構成されている。制御軸は、第１案内路および第２案内路に対して摺動自在に構成されている。

以上の構成により、回転体が所定方向に回動することにより、連結リンクに設けられた制御軸が、案内長穴及び第２案内経路内をそれぞれ移動する。制御軸が第１案内路に案内されることにより、第１リンク部材が、ベースに対して固定軸を支点として回動し、制御軸が第２案内路に案内されることにより、指リンク部材が第１リンク部材に対し連結ピンを支点として、昇降部材及びアーム部材を介して回動される。

従来の技術では、単一のモータで交差する２軸回りに指機構を動作させるために、上記のような複雑な構造が必要であり、構成部品多くを組み立ても工数が多くなってコスト高になるという課題がある。

本発明は、構造が簡素であり単一のモータで２軸回りに指機構を動作させることができるロボットハンド装置を提供することを目的とする。

本発明のロボットハンド装置は、基部と、前記基部に固定されたモータと、前記モータの駆動軸に固定された基端部から延設される基端リンク部材、及び該基端リンク部材の先端部に回動自在に連結された先端リンク部材からなる指機構と、前記モータの駆動軸に設けられた第１軸を有する第１プーリと、前記先端リンク部材に設けられた第２軸を有する第２プーリと、前記基部に一端が固定され前記指機構の先端リンク部材に他端が固定されると共に前記第１プーリ及び前記第２プーリに掛け回されるワイヤとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、モータの駆動軸に指機構の基端部が固定されているので、モータの駆動軸が回転すると、駆動軸回りに同じ方向に指機構の基端部が回転する。モータの駆動軸には第１軸を有する第１プーリが設けられ、これにワイヤが掛け回されているので、モータの駆動軸が回転すると第１プーリでワイヤが引っ張られ、同ワイヤの他端が固定された先端リンク部材が、第２プーリの軸である第２軸を中心として回動する。これにより、先端リンク部材が基端リンク部材に対して曲がった状態となる。従って、指機構を単一のモータで２軸回りに回動作させることができる。

本発明のロボットハンド装置において、前記第２プーリの径は、前記第１プーリの径と同じかそれよりも大きいことが好ましい。

この好ましい形態によれば、指機構のうちの基端リンク部材がモータにより第１プーリを介して回動し、基端リンク部材の回動速度と同じかそれよりも遅い速度でモータとワイヤにより第２プーリが回動して、第２プーリを介して先端リンク部材が手のひらに相当する側である内側に曲がることで、比較的厚い物体を把持することができ、人間らしい指の動作を模した指機構の動作を実現することができる。

本発明のロボットハンド装置において、前記第１プーリの径と前記第２プーリの径との比を１：１から１：２の範囲に設定することが好ましい。

この好ましい形態によれば、第１プーリの径と第２プーリの径との比が１：１から１：２の範囲に設定される。このため、基端リンク部材がモータにより第１プーリを介して回動するとき、モータとワイヤにより第２プーリが基端リンク部材の回動速度と同じかそれより遅い速度で回動し、第２プーリを介して先端リンク部材が手のひらに相当する側である内側に曲がる。これにより、人間が把持するように指機構が物体を把持する動作を実現することができる。

特に、上記プーリの径の比が１：２の場合は、基端リンク部材がモータにより第１プーリを介して回動するとき、モータとワイヤにより第２プーリが基端リンク部材の回動速度の１／２の速度で回動し、第２プーリを介して先端リンク部材が手のひらに相当する側である内側に曲がることとなる。これにより、指機構は、基端部が曲がると共に先端部が１／２の速さで遅れて曲がる動作を行うので、人間が指を曲げるときの動作を実現することができる。

特に、１：１から１：２の範囲で、より人間らしい指の動作を模した指機構の動作を実現することができる比としては、２：３及びその近傍の値が好ましい。

本発明のロボットハンド装置において、前記第１プーリと前記第２プーリとの間で前記指機構に設けられ前記ワイヤの延びる方向を変換する方向変換プーリを備えることが好ましい。

この好ましい形態によれば、第１プーリと第２プーリとの間で方向変換プーリによりワイヤを方向変換させるので、移動するワイヤを指機構の曲がり具合に応じて案内することができる。

本発明に係るロボットハンド装置の一例を示す斜視図である。図１のロボットハンド装置の指機構を示す図であり、（ａ）は指機構が基部に対して水平な状態を示す斜視図、（ｂ）は指機構が基部に対して水平な状態から起立及び屈曲した状態に変化する第１中間状態を示す斜視図、（ｃ）は指機構が基部に対して水平な状態から起立及び屈曲した状態に変化する第２中間状態を示す斜視図、（ｄ）は指機構が基部に対して起立及び屈曲した最終状態を示す斜視図である。図１のロボットハンド装置の指機構の動作を示す図であり、（ａ）は指機構が起立及び屈曲する前の状態を示す斜視図、（ｂ）は指機構が起立及び屈曲した後の状態を示す斜視図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本実施形態では、人間の手のように構成されるロボットハンド装置の指機構のうちの親指の指機構に対して本発明を適用した例を説明する。

本発明のロボットハンド装置１０は、図１に示すように、人間の手のひらや手の甲の部分に相当するように内部に空間を有して形成されている基部１２、基部１２に固定されたモータ１４、モータ１４の駆動軸１４ａに基端部が固定され基部１２から延設される基部リンク部材１６と先端リンク部材１８からなる指機構２０、モータ１４の駆動軸１４ａに設けられた第１軸Ｐ１を有する第１プーリ２２、先端リンク部材１８に設けられた第２軸を有する第２プーリ２４、基部１２に一端が固定され指機構２０の先端リンク部材１８に他端が固定されると共に第１プーリ２２及び第２プーリ２４に掛け回されるワイヤ２６、及び第１プーリ２２と第２プーリ２４との間で指機構２０に設けられワイヤ２６の延びる方向を変換する第１方向変換プーリ２８及び第２方向変換プーリ３０からなる方向変換プーリを備えている。

尚、モータ１４は、モータ１４に固定されたハウジング３４でフレーム３６に固定されている。フレーム３６は、基部１２の内部に固定されている矩形状に形成されている基台３８に固定されている。

指機構２０は、基端部がモータ１４の駆動軸１４ａに固定され、図１において左方向に直方体を形成するように所定の距離延びてリンク基部４０を形成し、該リンク基部４０の先端部から屈曲して左上方向に直方体を形成するように所定の距離延びてリンク先部４２を形成している基端リンク部材１６と、この基端リンク部材１６の先端部に回動自在に連結され、左上方向に直方体を形成するように所定の距離延びている先端リンク部材１８とを有している。

基端リンク部材１６には、リンク基部４０の後部に上端面から下がっている段差面４４、及びリンク先部４２の先端部に前後壁４８，５０を有する切欠部５２が形成されている。

基端リンク部材１６のリンク基部４０の先端部には、リンク基部４０の段差面４４に対して垂直に固定された軸５４に回動自在に第１方向変換プーリ２８が設けられている。

基端リンク部材１６のリンク先部には、リンク先部４２の後面に対して垂直に固定された軸５８に回動自在に第２方向変換プーリ３０が設けられている。

基端リンク部材１６の切欠部５２には、前後壁４８，５０を貫通している軸６２に回動自在に第２プーリ２４が設けられている。

また、第２プーリ２４は、先端リンク部材１８の基端部に、基端リンク部材１６の切欠部６８の前後壁６４，６６を貫通している軸６２に回動自在に設けられている。

第１プーリ２２、第２プーリ２４、第１方向変換プーリ２８、及び第２方向変換プーリ３０は、軸が貫通して軸に対して回動自在に円筒状に形成されると共にワイヤ２２を案内できるように一方壁と他方壁との間に溝を有するように形成されている。

ワイヤ２６は、一端部が基台３８に固定されている一対の固定片７０，７０に固定されている円筒体７２に掛け回されて基台３８に固定されている。

本実施形態では、第１プーリ２２の径と第２プーリ２４の径との比は２：３に設定されている。従って、基端リンク部材１６がモータ１４により第１プーリ２２を介して回動するとき、第２プーリ２４は、基端リンク部材１６の回動速度より遅い２／３の速度でモータ１４とワイヤ２６により回動する。これにより、第２プーリ２４を介して先端リンク部材１８が手のひら側の内側に曲がるので、例えば、適度の厚さの物体を人間の親指と他の指で把持する場合のように、より人間らしい指の動作を模した指機構２０の動作を実現することができる。

次に、図２を参照して、本実施形態のロボットハンド装置１０が動作することができる状態について説明する。

第１動作状態は、図２（ａ）に示すように、指機構２０の基端リンク部材１６及び先端リンク部材１８が基部１２に対して水平な状態である。

第２動作状態は、図２（ｂ）に示すように、指機構２０の基端リンク部材１６が基部１２に対して水平な状態から所定の角度起立した状態であり、指機構２０の先端リンク部材１８が基部１２に対して水平な状態から所定の角度屈曲した状態である。

第３動作状態は、図２（ｃ）に示すように、指機構２０の基端リンク部材１６が第２動作状態から所定の角度起立した状態であり、指機構２０の先端リンク部材１８が第２動作状態から所定の角度屈曲した状態である。

第４動作状態は、図２（ｄ）に示すように、指機構２０の基端リンク部材１６が第３動作状態から所定の角度起立した最終状態であり、指機構２０の先端リンク部材１８が第３動作状態から所定の角度屈曲した最終状態である。

次に、図３を参照して、本実施形態のロボットハンド装置１０の動作について説明する。

初期状態として、ロボットハンド装置１０は、図３（ａ）に示すように、モータ１４が駆動されないでワイヤ２６が第１プーリ１６に巻かれなく、指機構２０の基端リンク部材１６及び先端リンク部材１８が基部１２に対して水平な状態になる。

次いで、ロボットハンド装置１０は、図３（ｂ）に示すように、モータ１４が右側面視で反時計回り方向に駆動され、指機構２０の基端リンク部材１６が、モータ１４の駆動軸１４ａの軸線Ｐ１の回りに回動し、基部１２に対して所定の角度起立した状態になると共に、モータ１４が右側面視で反時計回り方向に駆動してワイヤ２６が第１プーリ２２に巻かれ、指機構２０の先端リンク部材１８が、第２プーリ２４の軸線Ｐ２の回りに回動して所定の角度内側に屈曲される。

以上、本実施形態によれば、基部１２、基部１２に固定されたモータ１４、モータ１４の駆動軸１４ａに基端部が固定され基部１２から延設される基部リンク部材１６と先端リンク１８からなる指機構２０、モータ１４の駆動軸１４ａに設けられた第１軸Ｐ１を有する第１プーリ２２、先端リンク部材１８に設けられた第２軸Ｐ２を有する第２プーリ２４、基部１２に一端が固定され指機構２０の先端リンク部材１８に他端が固定されると共に第１プーリ２２及び第２プーリ２４に掛け回されるワイヤ２６、第１プーリ２２と第２プーリ２６との間で指機構２０に設けられワイヤ２６の延びる方向を変換する第１方向変換プーリ２８及び第２方向変換プーリ３０からなる方向変換プーリとを備えるため、モータ１４の駆動軸１４ａに指機構２０の基端部が固定されているので、モータ１４の駆動軸が１４ａ回転すると、駆動軸１４ａ回りに同じ方向に指機構２０の基端部が回転する。モータ１４の駆動軸１４ａには第１軸Ｐ１を有する第１プーリ２２が設けられワイヤ２６が掛け回されているので、モータ１４の駆動軸１４ａが回転すると第１プーリ２２でワイヤ２６が引っ張られ、先端リンク部材１８が第２プーリ２４の第２軸Ｐ２を中心として曲げられる。従って、単一のモータ１４で２軸回りに指機構２０が回動作させることができる。

また、第１プーリ２２と第２プーリ２４との間で指機構２０に設けられ、ワイヤ２６の延びる方向を変換する第１方向変換プーリ２８及び第２方向変換プーリ３０を備え、２つの方向変換プーリ２８及び３０によってワイヤ２６を方向変換させるので、移動するワイヤを指機構２０の曲がり具合に応じて案内することができる。

１０…ロボットハンド装置、１２…基部、１４…モータ、１４ａ…駆動軸、１６…基部リンク部材、１８…先端リンク部材、２０…指機構、２２…第１プーリ、２４…第２プーリ、２６…ワイヤ、２８…第１方向変換プーリ、３０…第２方向変換プーリ、３４…ハウジング、３６…フレーム、３８…基台、４０…リンク基部、４２…リンク先部、４４…段差面、４８，６４…前壁、５０，６６…後壁、５２，６８…切欠部、５４，５８，６４…軸、７０…固定片、７２…円筒体、Ｐ１，Ｐ２…軸線。

Claims

基部と、
前記基部に固定されたモータと、
前記モータの駆動軸に固定された基端部から延設される基端リンク部材、及び該基端リンク部材の先端部に回動自在に連結された先端リンク部材からなる指機構と、
前記モータの駆動軸に設けられた第１軸を有する第１プーリと、
前記先端リンク部材に設けられた第２軸を有する第２プーリと、
前記基部に一端が固定され前記指機構の先端リンク部材に他端が固定されると共に前記第１プーリ及び第２プーリに掛け回されるワイヤと
を備えることを特徴とするロボットハンド装置。
請求項１記載のロボットハンド装置において、
前記第２プーリの径は、前記第１プーリの径と同じかそれよりも大きいことを特徴とするロボットハンド装置。
請求項２記載のロボットハンド装置において、
前記第１プーリの径と前記第２プーリの径との比を１：１から１：２の範囲に設定したことを特徴とするロボットハンド装置。
請求項１〜３のいずれか１項記載のロボットハンド装置において、
前記第１プーリと前記第２プーリとの間で前記指機構に設けられ前記ワイヤの延びる方向を変換する方向変換プーリを備えることを特徴とするロボットハンド装置。