JP6513118B2

JP6513118B2 - 指機構およびマニピュレータ

Info

Publication number: JP6513118B2
Application number: JP2017068115A
Authority: JP
Inventors: 山田　賢; 賢山田
Original assignee: ダブル技研株式会社
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP2018167375A

Description

本発明は、指機構とこの指機構を用いたロボットのアーム先端に装着するマニピュレータに関する。

部品を掴んで移送したり回転させたりする指機構を備えたロボットが特許文献１〜４に開示されている。

特許文献１には、人間の基節骨、中節骨及び末節骨のそれぞれに相当する３本の指プレートの端部を回動自在に連結し、またこれら指プレートに沿って回転プレート及び駆動ロッドからなるリンク機構を配置し、リンク機構をモータなどの駆動装置で押出し或は牽引動作をさせることで、前記連結する指プレートを回動させて指に開閉動作を行わせるようにした人間型ハンドが開示されている。

特許文献２には、タイヤの回転方向角度位置を変更するための装置として、半径方向に調整可能な複数のグリッパフィンガを有するマニピュレータ装置が開示され、前記グリッパフィンガはリリンク機構によって開閉動作を行うような構造になっている。

特許文献３には、ロボットアームの先端に複数の指を備えた多指ハンドが設けられ、制御部からの指令でアームの先端部の加速度、速度または移動距離をコントロールするとともに、指ごとに位置制御または力センサの出力に応じた力制御を行うようにしたマニピュレータ装置が開示されている。

特許文献４には、遠位関節と、中間関節と、近位関節とを含む多関節を備えた劣駆動型指を含み、それぞれの関節と連通したブレーキサブシステムが、個別にこれら関節のロックおよびロック解除を選択的に行うとともに関節がロックされる一方で複数の関節がロック解除されるように、個別かつ選択的に指の関節をロックできる内容が開示されている。

特許第４４６２７４２号公報特開２０１１−２４０４７９号公報特開２０１０−０６９５８４号公報特許２０１７−０３５７８０号公報

上記特許文献１〜４は、リンク機構を介して基節骨、中節骨あるいは末節骨に相当する部材に回動動作を行わせているが、指を広げた状態から指を閉じ方向に動かして、目的物を把持するまでの時間については考慮されていない。

ロボットは通常決められた動作を繰り返して行う場合が多く、部品などを移し替えるような場合には、タクトタイムが短い方が単位時間当たりにこなす仕事量が多くなり有利である。

マニピュレータが決まった大きさの物だけを把持する場合には、初めから最適なストローク量を設定した設計が行えるが、どのような大きさの物であっても、指が完全に開いた状態から把持動作をスタートすると１回の把持動作で把持するまでの時間がかかることになり、この動作を多数回繰り返す場合には、仕事の効率が悪くなる。

したがって、汎用性のあるマニピュレータとするには、把持する物の大きさが予め分かっている時は、当該把持する物の大きさに合わせて指を少し閉じた状態にし、物を把持するまでの時間が短時間で行えるものが望まれる。

上記の課題を解消するため本発明に係る指機構は、連結する複数の骨部材を複数のリンク部材からなるリンク機構によって前記連結部を中心として回動せしめるようにし、前記複数のリンク部材のうち少なくとも１つはロッド状をなすとともに外部からの信号によって自らの長さを可変とできる構成とした。

前記可変長とされたロッド状リンク部材は、ステッピングモータまたはシリンダユニットを組み込むことで長さを可変とすることが考えられる。また、指機構を複数本用いてマニピュレータとする場合には、１つの駆動源からの動力によって同時に開閉せしめることが可能となる。

本発明に係る指機構およびこの指機構を組み合わせて構成されるマニピュレータによれば、物を掴む動作を行う際に、最も小さい開閉動作で済むため、１回の仕事に要する時間を最短にすることができ、作業時間の大幅な短縮を行うことができる。

特に、一連の作業の途中で把持する物の大きさが代わるような場合であっても、いちいちリンクを交換するなどの手間をかけずに、無線信号を送信するだけでリンクを所定長にすることができるので、作業効率が大幅に向上する。

本発明に係る指機構のリンクを伸ばした時の初期状態を示す図。ステッピングモータの一例を示す図。指機構のリンクを縮めた時の初期状態を示す図。駆動部材を駆動して指を縮めた状態を説明した図。本発明に係る指機構を利用したマニピュレータの一例を示す図。

本発明に係る指機構は複数の骨部材１０とこの骨部材を回動させるリンク機構２０と駆動部材３０から構成される。

骨部材１０は人の指の中手骨に相当する第１骨部材１１と、基端部が前記第１部材１１の先端に回動自在に連結される基節骨に相当する第２骨部材１２と、基端部が前記第２骨部材の先端に回動自在に連結される中節骨に相当する第３骨部材１３と、基端部が前記第３部材の先端に回動自在に連結される末節骨に相当する第４骨部材１４とを備えている。

前記第２骨部材１２の内側部には物を把持する際に当該物を傷付けないためのパッド１５が取り付けられ、第４骨部材の先端にも同様のパッド１６が取り付けられている。

前記第１骨部材１１の先端にはブラケット１７が設けられ、このブラケット１７の後方には前記駆動部材３０が取り付けられている。図示例では駆動部材３０としてロッド３１に沿って摺動子３２がスライドする直動アクチュエータを示したが、これ以外にも何らかの動作をリンク機構２０に伝えるものであればよい。

リンク機構２０は第１リンク部材２１、第２リンク部材２２、第３リンク部材２３及び第４リンク部材２４からなる。

第１リンク部材２１は基端部が前記摺動子３２に連結され、先端部が前記ブラケット１７に回動自在に取り付けられた三角形状の第２リンク部材２２の回動中心からオフセットされた位置に枢着されている。

三角形状の第２リンク部材２２の回動中心及び第１リンク部材２１との枢着点の両方からオフセットされた三角形の頂点近傍には第３リンク部材２３の基端部が枢着され、この第３リンク部材２３の先端部は第３骨部材１３の基端部で第２骨部材との連結部からオフセットされた位置に枢着されている。

第４リンク部材２４の基端部は前記第３骨部材１３の長さ方向の基端部寄りの位置に枢着され、第４リンク部材２４の先端部は第４骨部材１３の基端部で第３骨部材との連結部からオフセットされた位置に枢着されている。

前記第１リンク部材２１には、図２に示すように、ステッピングモータ２５が組み込まれ、外部からの指令信号を受けてステッピングモータ２５の回転軸に取付けた雄ネジ部材２６の回転でこれと螺合する筒状雌ネジ部材２７が移動し、第１リンク部材１が伸縮する。第１リンク部材２１はステッピングモータ２５を１本のロッド状をなすように組み付けているため、指機構に余分な出っ張りを生じることがない。

第１リンク部材１を縮めた場合、図３に示すように、摺動子３２の位置はそのままで、三角形状の第２リンク部材２２が図において反時計方向に回動し、第３リンク部材２３によって第３骨部材１３が押され、第２骨部材１２よりも先の部分が第２リンク部材２２の回動中心を中心として反時計方向に回動する。そしてこの位置が第１リンク部材２１を縮めた状態での初期位置となる。

この状態から駆動部材３０を駆動して、摺動子３２を後方に移動させる。すると更に三角形状の第２リンク部材２２が反時計方向に回動し、同時に第３リンク部材２３押し動作によって第３骨部材１３が回動し、また第３骨部材１３の回動を受けて第４骨部材１４が第３骨部材１３との連結部を中心として反時計方向に回動することで、図４示すようなパッド把持状態となる。

図１に示す状態を初期状態とするよりも図３に示す状態を初期状態とした方が、図４に示す把持状態となるまでの時間が短縮される。尚、把持する物の大きさが大きくなった場合にはステッピングモータ２５を駆動して第１リンク部材２１の長さを長くすることで対処する。ステッピングモータ２５を駆動の駆動は予めプログラムに組み込んでおくこともできるが、必要な時に無線信号でステッピングモータ２５を制御することも可能である。

上記実施例では１本の指機構のパッド１５、１６間で物を巻き込むように保持する例を示したが、複数の指機構で物を把持するようにしてもよい。

図５は複数の指機構で物を把持する例の初期状態を示している。この実施例では第１骨部材に相当する部分をなくして共有のベースプレート４０とし、このベースプレート４０の中央部に駆動部材３０を配置し、駆動部材の摺動子３２から側方にアーム３３を伸ばし、このアーム３３の先端にガイドロッド３４に取付けられた副摺動子３５に連結し、更に副摺動子３５に各指機構の第１リンク部材２１の基端部を連結している。

以上において、駆動部材３０を駆動すると、各指機構の第１リンク部材２１は副摺動子３５を介して同時に等量牽引され、閉じ動作を行い、中央に置かれた物を把持する。

把持の対象物が大きいものから小さい物に変更になった場合には、外部からの信号によってステッピングモータ２５を駆動し初期位置をある程度指が閉じ状態となった状態に設定する。この設定により完全に開いた状態ではなくある程度閉じた状態がスタート時点となるので把持完了までの時間を短縮することができる。

図示例では、第１リンク部材２１の長さを可変としたが、これ以外のリンク部材の長さを可変としてもよい。

本発明に係る指機構はロボットアーム先端に取り付けるマニピュレータだけでなく５本指の人間型ハンドとしても使用することができる。

１０…骨部材、１１…第１骨部材、１２…第２骨部材、１３…第３骨部材、１４…第４骨部材、１５、１６…パッド、２０…リンク機構、２１…第１リンク部材、２２…第２リンク部材、２３…第３リンク部材、３０…駆動部材、３１…ロッド、３２…摺動子、３３…アーム、３４…ガイドロッド、３５…副摺動子。

Claims

連結する複数の骨部材と、この骨部材を回動させる複数のリンク部材と、この複数のリンク部材を駆動する駆動部材からなる指機構において、前記複数のリンク部材は駆動部材からの駆動力を受けて指機構を開閉するとともに複数のリンク部材のうちの１つは指機構の初期位置を決める機能を有し、この初期位置を決める機能を有するリンクはロッド状をなすとともに外部からの信号によって自らの長さを可変とされていることを特徴とする指機構。
請求項１に記載の指機構において前記可変長とされたロッド状リンク部材は、ステッピングモータまたはシリンダユニットを組み込むことで長さを可変としていることを特徴とする指機構。
請求項１または２に記載の指機構を複数本組み合わせて構成され且つ１つの駆動源からの動力によって同時に複数の指機構を開閉することを特徴とするマニピュレータ。