JP5929215B2 - ロボットハンド及びロボット装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットハンド及びロボット装置に関する。
従来、産業用ロボットアーム等の先端に取り付けて、物体を把持又は開放することで所定の作業を行うロボットハンドに関わり、より詳しくは、工具を把持して部品の組み付け等の作業を行う一方で、微小な部品を把持して精度良く配置する多機能なロボットハンドが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には、差動歯車機構及び受動素子としてスプリングを用いることで、把持物体(対象物)の形状変化等があっても確実かつ安定して把持することができ、外乱に対して充分な順応性を有するロボットハンドの技術が開示されている。
特開昭60−25686号公報
しかしながら、従来のロボットハンド及びロボット装置では、以下のような問題があった。
すなわち、特許文献1に記載のロボットハンドでは、受動素子は指全体を開くか又は閉じる機能を有しているのみであり、対象物に対して指部が馴染むことで接点を多くするといった機能を有していない。そのため、ロボットハンドに含まれる2本の指部では、対象物に対して多くの点で接することができず、安定した状態で把持することが困難であるという問題があった。
また、指部の相対的な位置を変更することができないため、例えば球形の物体を包み込むように把持させることや、薄い板状の物体を指部を対向させて把持させるなどといった多様な把持形態を実現することが不可能であり、その点で改善の余地があった。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、簡素に低コストで異種形状や寸法違いを含む多種の対象物に対して様々なハンドの把持姿勢により把持することが可能なロボットハンド及びロボット装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係るロボットハンドでは、3以上の指部と、該3以上の指部のそれぞれの基端を支持する支持部と、前記指部のうち少なくとも2以上の指部を、該指部が前記支持部に支持されている位置を中心にして周回移動させる周回移動部と、を備えたロボットハンドであって、前記2以上の指部は、該指部が前記支持部に支持されている位置を中心にして、前記ロボットハンドのハンド軸回りの周方向に180度以上の範囲で周回可能であり、前記周回移動部は、前記2以上の指部のそれぞれに前記支持部を介して接続する指回転軸と、該指回転軸に回転動力を伝達する動力部と、を有し、該動力部は前記支持部よりも下方に配置されていることを特徴としている。
本発明では、対象物の形状に応じて、周回可能な2以上の指部をそれぞれ略ハンド軸回りの周方向に180度以上の大きな周方向の範囲内で周回させることができ、各指部の対象物を把持する方向を適宜変更することができる。例えば、周回移動部により2以上の指部を揃えた指位置とすることか可能となるので、双腕のそれぞれにロボットハンドを設けることで、それら双腕のハンドで(両手で)直方体などの対象物を挟み込んで安定した姿勢で把持させて作業をさせることができる。
また、例えば、対象物が球体の場合は、各指部が対象物を包み込むよう(各指部が対象物を中心に均等に配置されるよう)に変更することができる。一方、対象物が棒状部材の場合は、各指部が対象物を挟み込むよう(各指部が対象物を介して対向するよう)に変更することもできる。このような指部の開閉動作を行う向きの変更によって、球体や棒状部材を安定して把持することができる。
このように従来では不可能な把持形態を実施することが可能となり、多様な把持形態を実現することができる。
このロボットハンドによれば、指回転軸に回転動力を伝達する動力部を、支持部よりも下方における周回移動する指部に干渉しないスペースに配置することができる。そして、指部における根元位置(基端位置)の限られたスペースの動力部を配置する場合に比べて、大出力の駆動モーターを本ロボットハンドに装備することが可能となり、周方向に移動する指部の周回範囲を大きく確保することができる。
また、重量の大きな周回移動部の動力部をロボットハンド全体の根元に近い位置に配置することで、ロボットハンドの重量バランスや重心をその根元部分に位置させることができることから、ロボットハンドに作用するモーメントを小さくすることが可能となる。そのため、マニピュレーターの制御が容易になり、制御の安定性が増し、ロボットハンドにおける把持精度を向上させることができる。
また、本発明のロボットハンドでは、前記周回移動部は、ウォームギアと、該ウォームギアを回転させる駆動モーターと、前記ウォームギアに噛合する1つのウォームホイールと、前記ウォームホイールの回転に連動するとともに、ハンド軸に平行する指回転軸回りに回転して前記2以上の指部を同期させた状態で周回させる回転軸用平歯車と、前記ウォームホイールから前記回転軸用平歯車に回転動力を伝達する伝達用平歯車と、を備えていることが好ましい。
このロボットハンドによれば、1つのウォームホイールで複数の回転軸用平歯車を同期させた状態で回転させる伝達構造であり、これにより2以上の指部の指位置を変えることができる。例えば、2つのウォームホイールを用いてそれぞれに対応する指部に回転動力を伝達させている従来の場合には、製作の際にウォームギアの噛み合いを考慮し2つのウォームギアを高精度で位置決めする必要があったが、本発明のロボットハンドでは1つのウォームホイールを用いるので上記製作時の高精度な位置決めが不要となり、製作時間を短縮することができ、さらには動作不良を低減することができる。
さらに、ウォームギアに噛合するウォームホイールを1つとし、その他の伝達部を平歯車(回転軸用平歯車や伝達用平歯車)としたことで、ウォームホイールによる遊び量が小さくなり、周回移動部としてのガタツキを低減することができ、対象物に対してより高精度で安定的に把持することができる。
また、本発明に係るロボットハンドでは、複数の前記回転軸用平歯車が同一ピッチの歯形状をなしていることが好ましい。
この場合、複数の回転軸用平歯車が同一回転数において互いに同じ角度で回転するので、これら回転軸用平歯車に接続される複数の指部も同様に同一回転数において互いに同じ角度で回転するため、対象物の姿勢制御が容易となる。
また、回転軸用平歯車が同じ回転数で回転した場合に、複数の回転軸用平歯車同士で回転角度が異なる構成に比べて、装置構成を簡素化することができる。
また、本発明に係るロボットハンドでは、2つの前記回転軸用平歯車の間に配置され、それぞれの該回転軸用平歯車に回転動力を伝達する同期用平歯車が設けられていてもよい。
この場合、回転軸用平歯車同士が直接噛合することがなく、両回転軸用平歯車同士を離間を設けて配置した場合であっても、同期用平歯車によって一方の回転軸用平歯車から他方の回転軸用平歯車に回転を伝達することが可能となる。そのため、指部を周回させる指回転軸の配置にかかる制約が少なくなるという利点がある。
また、本発明に係るロボットハンドでは、前記指部は、周方向の移動が規制された固定位置の前記第1指部と、互いに異なる方向に周回可能な前記第2指部および第3指部と、からなる3つの指部により構成されており、前記第2指部および前記第3指部は、前記第1指部に対向する第1指位置から前記第1指部に対して周方向に近接して並列する第2指位置までの範囲を周回可能であることが好ましい。
本発明では、第2指部と第3指部が互いに周方向に近づく方向もしくは遠ざかる方向に回転し、3つの指部で対象物を所定の位置で安定して把持することができる。この場合、第1指位置に配置される第2指部と第3指部とが同じ回転数で回転した際に、第2指部が回転する回転角度と第3指部が回転する回転角度とは互いに等しくなり、第1指部に対する第2指部、第3指部の周方向の位置が等しい距離となるので、対象物に対してより安定的に把持することができる。
また、本発明に係るロボット装置では、上述したロボットハンドを多軸アームに備えたことを特徴としている。
本発明では、簡素に低コストで異種形状や寸法違いを含む多種の対象物を把持することが可能なロボット装置を提供することができる。
また、本発明に係るロボット装置では、多軸アームが複数設けられていることが好ましい。
このロボット装置によると、双腕のそれぞれにロボットハンドを設けることで、それら双腕のハンドで対象物を挟み込んで把持させて作業をさせることができる。このように従来では不可能な把持形態を実施することが可能となり、多様な把持形態を実現することができる。
本発明の第1の実施の形態によるロボットハンドの全体構成を示す斜視図である。 同じくロボットハンドの全体構成を示す斜視図であって、指部を揃えた状態の図である。 図1において、3つの指部を均等に開いた状態の平面図である。 図3に示すロボットハンドの側面図である。 図1に示すロボットハンドの側面図である。 ロボットハンドにおける回転機構の全体構成を示す斜視図である。 図6に示す回転機構を上方から見た平面図である。 図7に示すA−A線矢視図であって、回転機構の側面図である。 図6に示す回転機構を下方から見た平面図である。 本発明の第2の実施の形態によるロボット装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明の第3の実施の形態によるロボット装置の全体構成を示す斜視図である。 第3の実施の形態の変形例によるロボット装置の全体構成を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態によるロボットハンド及びロボット装置について、図面に基づいて説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
(第1の実施の形態)
図1および図2に示すように、本第1の実施の形態によるロボットハンド1は、例えば工具や部品などの対象物を把持する産業用ロボットの把持装置として用いられる。なお、ロボットハンド1としては、産業ロボットに限られず、他の用途(宇宙関連、医薬関連、食品関連、遊具など)に用いても構わない。
具体的にロボットハンド1は、3つの指部10A、10B、10C(第1指部10A、第2指部10B、第3指部10C)と、これら指部10A〜10Cを支持する支持部20と、支持部20を駆動する駆動部30と、を備えて概略構成されている。
ここで、3つの指部10A〜10Cの基端部が位置する共通の平面(後述する支持板)に対して直交するとともに、指部10Aの回転中心軸線をハンド軸Oといい、このハンド軸Oに沿って指部10A〜10C、支持部20、駆動部30がその順で配置されている。また、ハンド軸O方向に沿って指部10A〜10Cの先端側を上側、駆動部30側を下側といい、ハンド軸Oに直交する方向を径方向といい、ハンド軸Oを中心に周回する方向を周方向(図3に示す矢印E方向)という。なお、本実施の形態では、ハンド軸O付近を中心に周回するものも統一して「周回」という。例えば、第2指部10B、第3指部10Cの周回中心はハンド軸Oとはずれているが、この場合も周回という。
3つの指部10A〜10Cは、それぞれ駆動部30の開閉機構30Aによって開閉動作可能に設けられ、その開閉動作に伴う全開状態および全閉状態において、それぞれの指先端10aの位置が図3に示す平面視でハンド軸Oを中心とした同心円上に位置している。なお、正確には、指部10A〜10Cはそれぞれの回転中心が異なるため、ハンド軸Oを中心とした同心円上ではないが、本実施の形態では同心円上とみなす。また、3つの指部10A〜10Cのうち第1指部10Aは周方向Eに移動せず固定されており、第2指部10Bおよび第3指部10Cは駆動部30の周回移動部30Bによって周方向Eに移動可能に設けられている。
第2指部10Bおよび第3指部10Cの周回する範囲は、それぞれ第1指部10Aに対向する第1指位置P1から第1指部10Aに近接して配列する第2指位置P2までの180度以上の範囲(図3に示す符号θの範囲)を周回可能である。ここで、前記「対向する」は、厳密に対向している状態と、概ね対向している状態の両方を含むものとする。
つまり、第2指部10Bの周回範囲θ1(θ)は、3つの指部10A〜10Cの基端部(指部の先端と反対側の根元の部分)が配置される面と交差する面であって、第2指部10Bの中心線(第2指部10Bの長手方向に沿う線)を含む面に沿って第2指部10Bが周回する範囲である。一方、第3指部10Cの周回範囲θ2(θ)は、3つの指部10A〜10Cの基端部が配置される面と交差する面であって、第3指部10Cの中心線(第3指部10Cの長手方向に沿う線)を含む面に沿って第3指部10Cが周回する範囲である。なお、図3において、周回範囲θ1、θ2を移動する第2指部10Bおよび第3指部10Cを二点鎖線で示しており、それぞれ180度以上となっている。
指部10A〜10Cは、対象物を把持する部分である。各指部10A〜10Cは、対象物に接触する接触部材11と、関節部12と、接触部材11を回転可能に支持する支持部材13と、接触部材11と支持部材13との間に介装されている弾性部材14と、を備えている。
接触部材11は、指部10A〜10Cが閉じる方向へ屈曲している。接触部材11は、屈曲部11aを有するように略L字型に形成された剛性部材である。この屈曲部11aには貫通穴(図示略)が形成されており、この貫通穴に両端が支持部材13に固定された軸状の関節部12が挿通された構成となっている。これにより、接触部材11は、関節部12を中心にして回転可能になっている。なお、これに限らず、支持部材13の屈曲部11aに重なる部分に貫通穴が形成されており、この貫通穴に中央部が接触部材11の屈曲部11aに固定された軸状の関節部12の両端部が挿通された構成であっても、接触部材11は関節部12を中心に回転可能となる。
接触部材11には、対象物に接触する部分をなす複数(3つ)の接触部(第1接触部11A、第2接触部11B、および第3接触部11C)が設けられている。第1接触部111Aは、接触部材11のうち先端部分(爪部分に相当)に位置している。第2接触部11Bは、接触部材11のうち屈曲部11aから第1接触部11Aまでの間に設けられ、第1接触部11Aを一体的に設けている。第3接触部11Cは、接触部材11のうち屈曲部11aから第1接触部11A側とは反対の端部までの間(屈曲部11aに対して指部の基端側)に設けられている。
接触部材11と支持部材13とは、関節部12よりも各指部10A〜10Cの基端側の位置において例えば圧縮バネからなる弾性部材14によって接続されている。具体的には、接触部材11の第3接触部11Cには弾性部材14の一端が接続されており、支持部材13には弾性部材14の他端が接続されている。
そのため、接触部材11は、第2接触部11B側と第3接触部11Cとがそれぞれ別個に、関節部12を中心として対象物に接する方向に回転可能(開閉可能)に設けられている。つまり、第2接触部11Bと第3接触部11Cとによってなす角度は変えることが可能となっている。
ここで、指部10A〜10Cには、接触部材11の回転を規制するストッパー15が設けられている。ストッパー15は、例えば第2接触部11Bの反対側の面(指部の開閉方向で開く方向側の面)の基端から支持部材13の上端面に沿うように突出している。このストッパー15は、例えば接触部材11が関節部12を基準に所定角度以上回転しないように回転角度(接触部材11が関節部12を中心として回転する場合の回転角度)を規制する機能を有している。例えば弾性部材14が自然長の場合においては、ストッパー15が支持部材13の上端面13aに接触した状態になっている。
支持部20は、上部連結基板21と、下部連結基板22と、第1指部10Aの第1支持部材13Aを連結支持するとともに、第2指部10Bの第2支持部材13Bおよび第3指部10Cの第3支持部材13Cに周回移動部30Bよる回転動力を伝達する固定リンク23と、第1指部10Aの第1支持部材13Aを開閉可能に支持するとともに、第2指部10Bの支持部材13Bおよび第3指部10Cの第3支持部材13Cを回転可能かつ開閉可能に支持する連結リンク24と、を備えている。
各指部10A〜10Cの支持部材13A〜13Cは、接触部材11を関節部12を介して屈曲部11aで回転可能に支持するとともに、固定リンク23の関節部23aによって対象物に接する方向に回転可能(開閉可能)に支持されている。また、これらの支持部材13A〜13Cは、前記関節部23aよりも基端部側において連結リンク24の第1関節部24aに連結されており、この支持リンク24の上下動によって第1関節部24aの位置が変位し、これにより第1関節部24aを中心にして支持部材13が回転可能となっている。
固定リンク23は、駆動部30と各指部10A〜10Cの支持部材13とを連結する剛性部材である。具体的に固定リンク23は、第1指部10Aに設けられる第1固定リンク23Aと、第2指部10B、第3指部10Cのそれぞれに設けられる第2固定リンク23B、第3固定リンク23Cとからなる。
これら固定リンク23A〜23Cは、支持部材13を、関節部23aを介して回転可能な状態で支持している。例えば、固定リンク23の支持部材13と重なる部分には貫通穴(図示略)が形成されており、この貫通穴に両端が支持部材13に固定された軸状の関節部23aが挿通された構成となっている。これにより、支持部材13は関節部23aを中心に回転可能になっている。なお、これに限らず、支持部材13の固定リンク23と重なる部分に貫通穴が形成されており、この貫通穴に中央部が固定リンク23に固定された軸状の関節部23aの両端部が挿通された構成であっても、支持部材13は関節部23aを中心に回転可能となる。
第1固定リンク23Aの基端は、上部連結基板21に固定されている。第2固定リンク23Bと第3固定リンク23Cの基端は、それぞれ後述する駆動部30の指回転軸324A、324Bに軸支されている。
図4および図5に示すように、連結リンク24は、連結板241と連結部材242とが第2関節部24b回りに回転可能に設けられ、連結板241と支持部材13の基端とが第1関節部24a回りに回転可能に設けられ、連結部材242の関節部24bとは反対側の基端24cが下部連結基板22上に支持されている。連結リンク24は、第1指部10Aに設けられる第1連結リンク24Aと、第2指部10B、第3指部10Cのそれぞれに設けられる第2連結リンク24B、第3連結リンク24Cとからなる。
第1連結リンク24Aは、連結部材242の関節部24bが設けられた側とは反対側の部分が、駆動部30のボールナット312(後述する)に固定されている。
第2連結リンク24Bおよび第3連結リンク24Cは、下部連結基板22を挿通する駆動部30の指回転軸324A、324Bに軸支され、この回転軸回りに回転可能に取り付けられている。
図1および図2に示すように、駆動部30は、3つの指部10A〜10Cを同調させて開閉動作させるための開閉機構30Aと、第2指部10Bおよび第3指部10Cを同時に周方向に回転させるための周回移動部30Bと、を有している。開閉機構30Aおよび周回移動部30Bの主要部は、下部連結基板22よりも下方においてハンド軸Oに直交する方向に板面を有する駆動基板31に配置されている。
なお、駆動部30は、例えば円筒状の図示しないカバー体に収容されている。
図2および図5に示すように、開閉機構30Aは、ハンド軸O上で駆動基板31に対して軸回りに回転可能に支持されたボールネジのネジ軸311(図6参照)と、このネジ軸311に螺合してこのネジ軸311に沿って上下に移動するボールナット312と、駆動基板31を貫通したネジ軸311の下端に同軸に設けられたプーリー313(図4、図5および図8)と、プーリー313にベルト等を介して回転を伝達する第1駆動モーター314と、を有している。ボールナット312は、上述した下部連結基板22に一体的に設けられている。
すなわち、図5に示すように、第1駆動モーター314よりプーリー313に回転が伝達されると、プーリー313とともにネジ軸311が回転し、これによりボールナット312に一体に設けられた下部連結基板22が昇降する。そして、下部連結基板22に基端が設けられている連結リンク24の連結部材242が昇降すると、連結板241の関節部24aの位置が径方向に変位し、これにより指部10A〜10Cの支持部材13が関節部24aを中心にして回転して開閉動作が行われる構成となっている。
図6〜図8に示すように、周回移動部30Bは、ウォームギア321と、ウォームギア321を回転させる第2駆動モーター322と、ウォームギア321の回転に連動し、ハンド軸Oに平行する回転軸C1、C2を中心に回転し、互いに異なる方向に回転するとともに、図3に示す第2指部10Bおよび第3指部10Cを周回させる一対の同形状の回転軸用平歯車323(323A、323B)と、これら回転軸用平歯車323A、323Bのそれぞれより上方に延びる指回転軸324A、324Bと、ウォームギア321から一対の回転軸用平歯車323A、323Bに回転動力を伝達する伝達用平歯車325と、を備えて概略構成されている。
ウォームギア321は円柱形状であって、側面の曲面部に螺旋状の歯を有している。
ここで、周回移動部30Bにおいて、指回転軸324A、324Bを除いた部分を図4、図5に示す「動力部G」といい、この動力部Gが支持部20よりも下方に配置されている。
一対の回転軸用平歯車323のうち一方の第1回転軸用平歯車323Aには指回転軸324A、上部連結基板21、下部連結基板22、第2固定リンク23B、第2連結リンク24Bを介して第2指部10Bが設けられ、第1回転軸用平歯車323Aとは異なる方向に回転する他方の第2回転軸用平歯車323Bには指回転軸324B、上部連結基板21、下部連結基板22、第3固定リンク23C、第3連結リンク24Cを介して第3指部10Cが設けられ、第2指部10Bと第3指部10Cとは、第2駆動モーター322が回転することにより互いに周方向に近づく方向もしくは遠ざかる方向に回転する。つまり、第2指部10Bおよび第3指部10Cは、上述した第1指位置P1と第2指位置P2との間で周回可能となっている。
第2駆動モーター322とウォームギア321とは、それぞれ駆動基板31上に配置され、それぞれの回転軸C3、C4が互いに水平方向に向けて、かつ平行に設けられている。ウォームギア321には、その回転軸C4上にプーリー327が同軸に設けられ、このプーリー327に第2駆動モーター322の回転が伝達される。
さらに、駆動基板31上には、ウォームギア321に噛合し、その回転軸C4と直交する上下方向の軸を中心(回転軸C5)に回転するウォームホイール328が設けられている。ウォームホイール328の回転軸C5の下端には、駆動基板31の下方に配置される第1伝達用平歯車325Aが同軸に設けられている。そして、第1伝達用平歯車325Aに噛合し、これとは異なる方向に回転する第2伝達用平歯車325Bが設けられ、この第2伝達用平歯車325Bと同軸で駆動基板31上に第3伝達用平歯車325Cが設けられている。第3伝達用平歯車325Cには、これとは異なる方向に回転する第1回転軸用平歯車323Aが噛合されている。
ウォームホイール328は円盤形状であって、側面の曲面部に円弧状の歯を有している。
第1回転軸用平歯車323Aと第2回転軸用平歯車323Bとは、それぞれ同一ピッチの歯形状をなし、互いの間隔が一定に保持された状態で駆動基板31に回転可能に支持され、それら回転軸C1、C2がボールネジのネジ軸311を挟んで対称位置に配置されている。
第1回転軸用平歯車323Aと第2回転軸用平歯車323Bとの間には、一対の同形状の同期用平歯車326A、326Bが設けられている。つまり、第1回転軸用平歯車323Aが第1同期用平歯車326Aに噛合し、この第1同期用平歯車326Aに噛合する第2同期用平歯車326Bが第2回転軸用平歯車323Bに噛合し、これにより第1回転軸用平歯車323Aの回転が第2回転軸用平歯車323Bに連動して伝達される。
一対の同期用平歯車326A、326Bが同じ回転数で回転した場合に、第1回転軸用平歯車323Aと第2回転軸用平歯車323Bが回転する方向は互いに異なるが回転角度は互いに等しくなる。そのため、指回転軸324A、324Bも互いに異なる方向に同一回転数で回転するので、それぞれに設けられる第2指部10B、第3指部10Cも互いに異なる方向に同じ角度で回転する。
なお、第2指部10Bと第3指部10Cとで回転軸用平歯車323のピッチを異ならせることで、第1回転軸用平歯車323Aと第2回転軸用平歯車323Bとが同じ回転数で回転した場合に、第1回転軸用平歯車323Aが回転して第2指部10Bが回転する回転角度と第2回転軸用平歯車323Aが回転して第3指部10Cが回転する回転角度とを互いに異ならせることもできる。この構成によれば、非対称物などの特殊な形状を把持することも可能となる。
第2指部10B、第3指部10Cを周回させる場合、駆動部30の周回移動部30Bにおいて、先ず第2駆動モーター322を駆動させると、これにベルト等で連結されたプーリー327が回転軸C4回りに回転する。そして、プーリー327と同軸に設けられているウォームギア321が回転軸C4回りに回転し、その回転がハンド軸Oに平行する方向の回転軸C5を中心に回転するウォームホイール328に伝達される。さらに、このウォームホイール328と同軸に設けられる第1伝達用平歯車325Aから、第2伝達用平歯車325B、第3伝達用平歯車325Cの順で回転が伝達され、その第3伝達用平歯車325Cに噛合する第1回転軸用平歯車323Aが回転する。
さらに、第1回転軸用平歯車323Aの回転は、一対の同期用平歯車326A、326Bを介して第2回転軸用平歯車323Bに伝達される。このとき、一方の第1回転軸用平歯車323Aは図7の上面視で右回転(矢印F1方向)する場合、他方の第2回転軸用平歯車323Bは左回転(矢印F2方向)となり、互いに異なる回転方向となる。そして、これら第1回転軸用平歯車323Aおよび第2回転軸用平歯車323Bと同軸に設けられる指回転軸324A、324Bもそれぞれ回転軸用平歯車に連動して右回転(矢印F1方向)、左回転(矢印F2方向)となる。そして、指回転軸324A、324Bとともに、第2指部10Bと第3指部10Cが周回する。
次に、開閉機構30Aの作用について説明する。
図5に示すように、第1駆動モーター314とプーリー313とはベルト等で連結されており、第1駆動モーター314の駆動によりプーリー313が回転すると、このプーリー313と同軸に設けられハンド軸Oに沿って延在するボールネジのネジ軸311が回転し、これによりボールナット312がネジ軸311に沿って上下方向に移動する。このとき、ボールナット312に一体的に設けられている下部連結基板22も同時にネジ軸311に対して相対的に上下に運動する。そして、指部10A〜10Cは下部連結基板22上支持されているので、下部連結基板22の上下移動に伴って連結リンク24を介して指部10A〜10Cが連動して開閉動作を行うようになっている。つまり、指部10A〜10Cは、それぞれ支持部材13の基端部が連結リンク24を介して下部連結基板22に取り付けられている。このため、連結リンク24が上下に運動すると、各指部10A〜10Cは関節部24aを中心に一体として回転する。例えば連結リンク24が下方に移動すると、指部10A〜10Cがハンド軸Oに近づく方向に同期して移動する。また、連結リンク24が上方に移動すると、指部10A〜10Cがハンド軸Oから遠ざかる方向に同期して移動する。
次に、上述したロボットハンド1の作用について詳細に説明する。
図1〜図5に示すように、本ロボットハンド1では、対象物の形状に応じて、周回可能な2つの指部10B、10Cをそれぞれ略ハンド軸O回りの周方向に180度以上の大きな周方向の範囲内で周回させることができ、各指部10A〜10Cの対象物を把持する方向を適宜変更することができる。例えば、周回移動部30Bにより3つの指部10A〜10Cを揃えた指位置とすることか可能となるので、双腕のそれぞれにロボットハンド1を設けることで、それら双腕のハンドで(両手で)直方体などの対象物を挟み込んで安定した姿勢で把持させて作業をさせることができる。
また、例えば、対象物が球体の場合は、各指部10A〜10Cが対象物を包み込むよう(各指部10A〜10Cが対象物を中心に均等に配置されるよう)に変更することができる。一方、対象物が棒状部材の場合は、各指部10A〜10Cが対象物を挟み込むよう(各指部10A〜10Cが対象物を介して対向するよう)に変更することもできる。このような指部10A〜10Cの開閉動作を行う向きの変更によって、球体や棒状部材を安定して把持することができる。
このように従来では不可能な把持形態を実施することが可能となり、多様な把持形態を実現することができる。
また、このロボットハンド1によれば、指回転軸324A、324Bに回転動力を伝達する動力部を、支持部20よりも下方における周回移動する指部に干渉しないスペースに配置することができる。そして、指部10A〜10Cにおける根元位置(基端位置)の限られたスペースの動力部を配置する場合に比べて、大出力の駆動モーターを本ロボットハンド1に装備することが可能となり、周方向に移動する第2指部10B、第3指部10Cの周回範囲を180°と大きく確保することができる。
また、重量の大きな周回移動部30Bの動力部をロボットハンド1全体の根元に近い位置に配置することで、ロボットハンド1の重量バランスや重心をその根元部分に位置させることができることから、ロボットハンド1に作用するモーメントを小さくすることが可能となる。そのため、マニピュレーターの制御が容易になり、制御の安定性が増し、ロボットハンド1における把持精度を向上させることができる。
また、このロボットハンド1によれば、1つのウォームホイール328で2つ回転軸用平歯車323A、324Bを同期させた状態で回転させる伝達構造であり、これにより2つの指部10B、10Cの指位置を変えることができる。例えば、2つのウォームホイールを用いてそれぞれに対応する指部に回転動力を伝達させている従来の場合には、ロボットのハンドを製作する際にウォームギアの噛み合いを考慮し2つのウォームギアを高精度で位置決めする必要があったが、本ロボットハンド1では1つのウォームホイール328を用いるので上記製作時の高精度な位置決めが不要となり、製作時間を短縮することができ、さらには動作不良を低減することができる。
さらに、ウォームギア321に噛合するウォームホイール328を1つとし、その他の伝達部を平歯車(回転軸用平歯車323や伝達用平歯車325)としたことで、ウォームホイール328による遊び量が小さくなり、周回移動部30Bとしてのガタツキを低減することができ、対象物に対してより高精度で安定的に把持することができる。
また、2つの回転軸用平歯車323A、323Bが同一回転数において互いに同じ角度で回転するので、これら回転軸用平歯車323A、323Bに接続される2つの指部10B、10Cも同様に同一回転数において互いに同じ角度で回転するため、対象物の姿勢制御が容易となる。
また、回転軸用平歯車が同じ回転数で回転した場合に、複数の回転軸用平歯車同士で回転角度が異なる構成に比べて、装置構成を簡素化することができる。
さらに、回転軸用平歯車323A、323B同士が直接噛合することがなく、両回転軸用平歯車323A、323B同士を離間を設けて配置した場合であっても、同期用平歯車326A、326Bによって第1回転軸用平歯車323Aから第2回転軸用平歯車323Bに回転を伝達することが可能となる。そのため、指部10B、10Cを周回させる指回転軸324A、324Bの配置にかかる制約が少なくなるという利点がある。
さらにまた、第2指部10Bと第3指部10Cが互いに周方向に近づく方向もしくは遠ざかる方向に回転し、3つの指部10A〜10Cで対象物を所定の位置で安定して把持することができる。この場合、第1指位置P1に配置される第2指部10Bと第3指部10Cとが同じ回転数で回転した際に、第2指部10Bが回転する回転角度と第3指部10Cが回転する回転角度とは互いに等しくなり、第1指部10Aに対する第2指部10B、第3指部10Cの周方向の位置が等しい距離となるので、対象物に対してより安定的に把持することができる。
上述した本実施の形態によるロボットハンド及びロボット装置では、簡素に低コストで異種形状や寸法違いを含む多種の対象物に対して様々なハンドの把持姿勢により把持することが可能になる。
次に、本発明のロボットハンド及びロボット装置による他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第1の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第1の実施の形態と異なる構成について説明する。
(第2の実施の形態)
図10に示すように、ロボット装置4は、例えば産業用ロボットアームとして用いられる。ロボット装置4は、取付部40、第1リンク41、第2リンク42、第3リンク43、第4リンク44、第5リンク45及び第6リンク46を有する多軸アームに設けられている。
取付部40は、例えば床部や壁部、天井部などに取り付けられる部分である。第1リンク41〜第6リンク46は、例えば取付部40から順に直列に接続されている。そして、本ロボット装置4は、取付部40と第1リンク41、およびリンク同士が接続部(関節4a、4b、4c、4d、4e、4f)で回転可能に連結されている。第1リンク41〜第6リンク46のそれぞれが回転可能に設けられているため、それぞれのリンクを関節4a〜4fで適宜回転させることで、ロボットアーム全体としての複合的な動作が可能になっている。
第6リンク46は、ロボット装置4の先端部分である。この第6リンク46の先端部に、上記第1の実施の形態に記載のロボットハンド1が取り付けられている。
本第2の実施の形態のロボット装置4によれば、簡素に低コストで異種形状や寸法違いを含む多種の対象物を把持することが可能なロボット装置を提供することができる。
本第2の実施の形態では6つの関節を有するロボット装置の例を示したが、関節の数はこれに限らず1以上あれば良い。7つまたはそれ以上の関節を有する、アームの動きに冗長性を持たせたロボット装置であってもよい。
(第3の実施の形態)
図11に示すように、第3の実施の形態によるロボット装置5は、上述した第2の実施の形態による多軸アーム(ロボット装置4)を複数(ここでは2つ)設けた双腕ロボットである。この場合、双腕のそれぞれにロボットハンド1を設けることで、それら双腕のハンドで対象物Mを挟み込んで把持させて作業をさせることができる。このように従来では不可能な把持形態を実施することが可能となり、多様な把持形態を実現することができる。
また、図12の変形例に示すように、ロボット装置5Aの胴体部51に設けられた2つの多軸アーム(ロボット装置4)のそれぞれにロボットハンド1を設ける構成としてもよい。さらに、各多軸アーム4を第1リンク41〜第7リンク47を有する7軸アームにして、それぞれにロボットハンド1を設ければ、人間が2本の腕と手を使って一つの大きなものを持つのと同様のアームの動きと把持形態を実現することができる。本ロボット装置5Aは、6つの接続部(関節4a、4b、4c、4d、4e、4f)のうち符号4bと4cの関節の間に回転軸4gを設けることにより7軸アームを構成している。
なお、図12において、ロボット装置5Aは、底部に車輪53を備えるとともに図示しない制御装置を収容した本体部52に前記胴体部51が支持されており、車輪53によって移動可能となっている。
これにより、図11および図12に示す本第3の実施の形態では、1つのアーム(ロボットハンド1)では把持できなかった大きな対象物を把持することができる。また、箱の中の物体を、箱と物体との隙間に指部を差し込んで2つのアーム(ロボット装置4)で把持する場合、従来の3本指ハンドでは隙間が狭い場合にはすべての指部を隙間に差し込むことができなかったが、本第3の実施の形態では指先を揃えて隙間に差し込むことができるので、従来のハンドに比べてより多い本数の指部でしっかりと把持することができる。
以上、本発明によるロボットハンド及びロボット装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では3つの指部10A〜10Cを設けた構成としているが、3つであることに限定されることはなく、要は3つ以上の指部があって、そのうちの少なくとも2つ以上の指部が周回可能に設けられていれば良いのである。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
1 ロボットハンド
4、5、5A ロボット装置
10A 第1指部
10B 第2指部
10C 第3指部
11 接触部材
20 支持部
21 上部連結基板
22 下部連結基板
23 固定リンク
24 連結リンク
30 駆動部
30A 開閉機構
30B 周回移動部
31 駆動基板
311 ネジ軸
312 ボールナット
321 ウォームギア
322 第2駆動モーター
323A、323B 回転軸用平歯車
324A、324B 指回転軸
325A〜325C 伝達用平歯車
326A、326B 同期用平歯車
O ハンド軸
P1 第1指位置
P2 第2指位置

Claims (7)

  1. 3以上の指部と、
    該3以上の指部のそれぞれの基端を支持する支持部と、
    前記指部のうち少なくとも2以上の指部を、該指部が前記支持部に支持されている位置を中心にして周回移動させる周回移動部と、
    を備えたロボットハンドであって、
    前記2以上の指部は、該指部が前記支持部に支持されている位置を中心にして、前記ロボットハンドのハンド軸回りの周方向に180度以上の範囲で周回可能であり、
    前記周回移動部は、前記2以上の指部のそれぞれに前記支持部を介して接続する指回転軸と、該指回転軸に回転動力を伝達する動力部と、を有し、
    該動力部は前記支持部よりも下方に配置されていることを特徴とするロボットハンド。
  2. 前記周回移動部は、
    ウォームギアと、
    該ウォームギアを回転させる駆動モーターと、
    前記ウォームギアに噛合する1つのウォームホイールと、
    前記ウォームホイールの回転に連動するとともに、ハンド軸に平行する指回転軸回りに回転して前記2以上の指部を同期させた状態で周回させる回転軸用平歯車と、
    前記ウォームホイールから前記回転軸用平歯車に回転動力を伝達する伝達用平歯車と、
    を備えていることを特徴とする請求項に記載のロボットハンド。
  3. 複数の前記回転軸用平歯車が同一ピッチの歯形状をなしていることを特徴とする請求項に記載のロボットハンド。
  4. 2つの前記回転軸用平歯車の間に配置され、それぞれの該回転軸用平歯車に回転動力を伝達する同期用平歯車が設けられていることを特徴とする請求項2又は3に記載のロボットハンド。
  5. 前記指部は、周方向の移動が規制された固定位置の前記第1指部と、互いに異なる方向に周回可能な前記第2指部および第3指部と、からなる3つの指部により構成されており、
    前記第2指部および前記第3指部は、前記第1指部に対向する第1指位置から前記第1指部に対して周方向に近接して並列する第2指位置までの範囲を周回可能であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のロボットハンド。
  6. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の前記ロボットハンドを多軸アームに備えたことを特徴とするロボット装置。
  7. 前記多軸アームが複数設けられていることを特徴とする請求項に記載のロボット装置。
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