JP6792851B2

JP6792851B2 - Robot hand and flying robot

Info

Publication number: JP6792851B2
Application number: JP2016097190A
Authority: JP
Inventors: 塚越　秀行; 秀行塚越; アシュリダメートリ
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2020-12-02
Anticipated expiration: 2036-05-13
Also published as: JP2017202561A

Description

本発明は、ロボットハンドに関する。 The present invention relates to a robot hand.

人の手の代わりにさまざまな物体を把持あるいは固定するロボットハンドが、産業用ロボットなどさまざまな分野で用いられている。工場などで使用される産業用ロボットは、対象物の形状が決められているため、それに取り付けられるロボットハンドは、特定の対象物を把持するのに最適な形状、構造を有する。 Robot hands that grip or fix various objects instead of human hands are used in various fields such as industrial robots. Since the shape of an object is determined for an industrial robot used in a factory or the like, the robot hand attached to the industrial robot has an optimum shape and structure for gripping a specific object.

特開２００７−１５５１１１号公報JP-A-2007-155111

一方で、災害地などで使用されるロボットやドローンに取り付けるロボットハンドには、さまざまな形状、構造、剛性を有する対象物を把持する汎用性が要求される。 On the other hand, robot hands used in disaster areas and robot hands attached to drones are required to have versatility for gripping objects having various shapes, structures, and rigidity.

本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、汎用性の高いロボットハンドの提供にある。 The present invention has been made in such a situation, and one of the exemplary purposes of the embodiment is to provide a highly versatile robot hand.

本発明のある態様は、ロボットハンドに関する。ロボットハンドは、複数Ｍ個（Ｍは二以上の整数）の関節を有し、第１平面内で可動である第１フィンガーと、複数Ｎ個（Ｎは、Ｎ≧Ｍの整数）の関節を有し、第２平面内で可動である第２フィンガーと、第１フィンガーおよび第２フィンガーそれぞれを、Ｌ個（１≦Ｌ≦Ｍ）の範囲に分け、第１フィンガーと第２フィンガーの同じ範囲に含まれる関節を一括して制御する駆動手段と、を備える。 One aspect of the present invention relates to a robot hand. The robot hand has a plurality of M joints (M is an integer of two or more), and has a first finger that is movable in the first plane and a plurality of N joints (N is an integer of N ≧ M). The second finger, which has and is movable in the second plane, and each of the first finger and the second finger are divided into a range of L (1 ≦ L ≦ M), and the same range of the first finger and the second finger. It is provided with a driving means for collectively controlling the joints included in the above.

この態様によると、２本のフィンガーをフィンガーごとではなく、範囲ごとに制御する。これにより２本のフィンガーを、対象物に対して実質的に対称に動かすことができ、さまざまな対象物を安定的に把持することが可能となる。 According to this aspect, the two fingers are controlled not for each finger but for each range. As a result, the two fingers can be moved substantially symmetrically with respect to the object, and various objects can be stably gripped.

言い換えれば駆動手段は、第１フィンガーのＭ個の関節と第２フィンガーのＮ個の関節それぞれを、Ｌ個（１≦Ｌ≦Ｍ）のグループに割り当て、第１フィンガーと第２フィンガーの同じグループに属する関節を一括して制御する。 In other words, the driving means assigns each of the M joints of the first finger and the N joints of the second finger to a group of L (1 ≦ L ≦ M), and the same group of the first finger and the second finger. Control the joints that belong to.

第１フィンガーおよび第２フィンガーそれぞれの各関節のトルクは、第１フィンガーと第２フィンガーそれぞれと対象物との間に生ずる接触圧が均一化されるように設計されてもよい。
これにより、対象物の１カ所に力が集中するのを防止でき、対象物の変形、ダメージを抑制できる。 The torque of each joint of the first finger and the second finger may be designed so that the contact pressure generated between each of the first finger and the second finger and the object is made uniform.
As a result, it is possible to prevent the force from concentrating on one place of the object, and it is possible to suppress deformation and damage of the object.

駆動手段は、各フィンガーにおいて、先端に近い関節ほど低いトルクを発生させてもよい。これにより、各フィンガーが対象物に及ぼす接触圧を、先端から根元まで均一化することができ、対象物を安定的に把持することが可能となる。 The driving means may generate a lower torque at each finger as the joint is closer to the tip. As a result, the contact pressure exerted by each finger on the object can be made uniform from the tip to the root, and the object can be gripped stably.

Ｌ＝２であってもよい。２本のフィンガーの先端部分と、２本のフィンガーの根元部分を独立して、２自由度で制御することで、より多様な物体を把持する汎用性が提供される。 L = 2 may be set. By independently controlling the tip portion of the two fingers and the root portion of the two fingers with two degrees of freedom, versatility for gripping a wider variety of objects is provided.

第１フィンガー、第２フィンガーは、弾性体であってもよい。弾性体である第１フィンガーの背面には、Ｍ個の関節に対応する箇所にＭ個の溝が形成されてもよい。弾性体である第２フィンガーの背面には、Ｎ個の関節に対応する箇所にＮ個の溝が形成されてもよい。駆動手段は、加圧に応じて断面方向に膨張可能な第１チューブ、第２チューブ、第３チューブ、第４チューブ、ならびに第１圧力源、第２圧力源を含んでもよい。第１チューブは、少なくとも一部が第１フィンガーの第１範囲（グループ）に属する関節に対応する溝に沿っている。第２チューブは、少なくとも一部が第２フィンガーの第１範囲に含まれる関節に対応する溝に沿っている。第３チューブは少なくとも一部が第１フィンガーの第２範囲に含まれる関節に対応する溝に沿っている。第４チューブは少なくとも一部が第２フィンガーの第２範囲に含まれる関節に対応する溝に沿っている。第１圧力源は、第１チューブおよび第２チューブの圧力を制御する。第２圧力源は、第３チューブおよび第４チューブの圧力を制御する。流体圧を用いることで、装置を軽量化することができる。 The first finger and the second finger may be elastic bodies. On the back surface of the first finger, which is an elastic body, M grooves may be formed at locations corresponding to the M joints. On the back surface of the second finger, which is an elastic body, N grooves may be formed at locations corresponding to the N joints. The driving means may include a first tube, a second tube, a third tube, a fourth tube, and a first pressure source and a second pressure source that can expand in the cross-sectional direction in response to pressurization. The first tube is along a groove corresponding to a joint, at least in part, belonging to the first range (group) of the first finger. The second tube is along a groove corresponding to a joint that is at least partially contained in the first range of the second finger. The third tube is at least partially along the groove corresponding to the joint contained in the second range of the first finger. The fourth tube is at least partially along the groove corresponding to the joint contained in the second range of the second finger. The first pressure source controls the pressure in the first tube and the second tube. The second pressure source controls the pressure in the third tube and the fourth tube. By using the fluid pressure, the weight of the device can be reduced.

Ｌ＝１であってもよい。第１フィンガー、第２フィンガーは、弾性体であってもよい。弾性体である第１フィンガーの背面には、Ｍ個の関節に対応する箇所Ｍ個の溝が形成されてもよい。弾性体である第２フィンガーの背面には、Ｎ個の関節に対応する箇所にＮ個の溝が形成されてもよい。駆動手段は、加圧に応じて断面方向に膨張可能な第５チューブ、第６チューブ、ならびに、第３圧力源を含んでもよい。第５チューブは少なくとも一部が第１フィンガーのＭ個の溝に沿って設けられ、第６チューブは少なくとも一部が第２フィンガーのＮ個の溝に沿っている。第３圧力源は、第５チューブおよび第６チューブの圧力を制御する。
流体圧を用いることで、装置を軽量化することができる。 L = 1 may be set. The first finger and the second finger may be elastic bodies. On the back surface of the first finger, which is an elastic body, M grooves corresponding to M joints may be formed. On the back surface of the second finger, which is an elastic body, N grooves may be formed at locations corresponding to the N joints. The driving means may include a fifth tube, a sixth tube, and a third pressure source that can expand in the cross-sectional direction in response to pressurization. The fifth tube is at least partly provided along the M grooves of the first finger, and the sixth tube is at least partly along the N grooves of the second finger. The third pressure source controls the pressure of the fifth tube and the sixth tube.
By using the fluid pressure, the weight of the device can be reduced.

先端に近い関節の溝ほど、対応するチューブとの接触面積が小さくてもよい。チューブと溝の接触面積に応じて、関節の発生トルクを設計できる。 The closer the joint groove is to the tip, the smaller the contact area with the corresponding tube may be. The torque generated by the joint can be designed according to the contact area between the tube and the groove.

駆動手段は、第１平面と第２平面のなす角度を制御可能であってもよい。これによりさらに多様な形状の対象物を把持することが可能となる。 The driving means may be able to control the angle formed by the first plane and the second plane. This makes it possible to grip objects of various shapes.

ロボットハンドは、第１フィンガーと第２フィンガーの間に設けられており、溝が形成されるベース部分を備えてもよい。駆動手段は、加圧に応じて断面方向に膨張可能であり、少なくとも一部がベース部分の溝に沿っている第７チューブと、第７チューブの圧力を制御する第４圧力源と、を備えてもよい。これによりベース部分が変形可能となり、第１平面と第２平面のなす角度を変化させることができる。 The robot hand is provided between the first finger and the second finger, and may include a base portion on which a groove is formed. The driving means is expandable in the cross-sectional direction in response to pressurization, and includes a seventh tube, which is at least partially along the groove of the base portion, and a fourth pressure source that controls the pressure of the seventh tube. You may. As a result, the base portion can be deformed, and the angle formed by the first plane and the second plane can be changed.

駆動手段は、各チューブ内を挿通するガイド部材をさらに備えてもよい。 The driving means may further include a guide member that is inserted through each tube.

本発明の別の態様は、飛行ロボットに関する。飛行ロボットは、マルチコプターと、マルチコプターに取り付けられた上述のいずれかのロボットハンドと、を備えてもよい。 Another aspect of the invention relates to a flying robot. The flying robot may include a multicopter and any of the robot hands described above attached to the multicopter.

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたものもまた、本発明の態様として有効である。 An arbitrary combination of the above components is also effective as an aspect of the present invention.

本発明のある態様によれば、汎用性の高いロボットハンドが提供できる。 According to an aspect of the present invention, a highly versatile robot hand can be provided.

実施の形態に係るロボットハンドを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the robot hand which concerns on embodiment. 図２（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係るロボットハンドの動作を示す図である。2 (a) to 2 (d) are diagrams showing the operation of the robot hand according to the embodiment. ロボットハンドが対象物に及ぼす力を説明する図である。It is a figure explaining the force exerted on an object by a robot hand. 第１構成例に係るロボットハンドを示す図である。It is a figure which shows the robot hand which concerns on 1st configuration example. 偏平チューブの正面図および平面図である。It is a front view and a plan view of a flat tube. 図６（ａ）、（ｂ）は、図４のロボットハンドの動作を説明する図である。6 (a) and 6 (b) are diagrams for explaining the operation of the robot hand of FIG. 第２構成例に係るロボットハンドを示す図である。It is a figure which shows the robot hand which concerns on the 2nd configuration example. 図８（ａ）、（ｂ）は、図７のロボットハンドの動作を説明する図である。8 (a) and 8 (b) are diagrams for explaining the operation of the robot hand of FIG. 7. 図９（ａ）、（ｂ）は、第３構成例に係るロボットハンドを示す図である。9 (a) and 9 (b) are views showing a robot hand according to a third configuration example. 図９のロボットハンドの動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the robot hand of FIG. 第４構成例に係るロボットハンドを示す図である。It is a figure which shows the robot hand which concerns on 4th configuration example. 第２フィンガーを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 2nd finger. ロボットハンドを備える飛行ロボットを示す図である。It is a figure which shows the flying robot provided with a robot hand. 図１４（ａ）、（ｂ）は、関節の変形例を示す図である。14 (a) and 14 (b) are views showing examples of joint deformation.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on preferred embodiments. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings shall be designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. Further, the embodiment is not limited to the invention but is an example, and all the features and combinations thereof described in the embodiment are not necessarily essential to the invention.

また図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。 Further, the dimensions (thickness, length, width, etc.) of each member described in the drawings may be appropriately enlarged or reduced for ease of understanding. Furthermore, the dimensions of the plurality of members do not necessarily represent the magnitude relationship between them, and even if one member A is drawn thicker than another member B on the drawing, the member A is the member B. It can be thinner than.

図１は、実施の形態に係るロボットハンド１０を模式的に示す図である。ロボットハンド１０は、ベース部１２、第１フィンガー２０、第２フィンガー３０、駆動手段４０を備える。ベース部１２は、手および腕に相当する部分と把握できる。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a robot hand 10 according to an embodiment. The robot hand 10 includes a base portion 12, a first finger 20, a second finger 30, and a driving means 40. The base portion 12 can be grasped as a portion corresponding to a hand and an arm.

第１フィンガー２０は、複数Ｍ個（Ｍは二以上の整数）の関節２２＿１〜２２＿Ｍを有し、第１平面内で可動である。第２フィンガー３０は、複数Ｎ個（Ｎは、Ｎ≧Ｍの整数）の関節３２＿１〜３２＿Ｎを有し、第２平面内で可動である。ここでは理解の容易化のため、大１平面と第２平面は同一平面（図１の紙面）であるとする。 The first finger 20 has a plurality of M joints (M is an integer of two or more) 22_1 to 22_M and is movable in the first plane. The second finger 30 has a plurality of N joints (N is an integer of N ≧ M) 32_1 to 22_N and is movable in the second plane. Here, for ease of understanding, it is assumed that the large 1 plane and the 2nd plane are the same plane (paper surface in FIG. 1).

このロボットハンド１０は、人間の親指と人差し指の２本を模したものとすることができる。この場合、第１フィンガー２０は親指に対応し、第２フィンガー３０は人差し指に対応する。またＭ＝２、Ｎ＝３とすることができる。 The robot hand 10 can imitate two human thumbs and index fingers. In this case, the first finger 20 corresponds to the thumb and the second finger 30 corresponds to the index finger. Further, M = 2 and N = 3 can be set.

駆動手段４０は、第１フィンガー２０および第２フィンガー３０はそれぞれ、Ｌ個（１≦Ｌ≦Ｍ）の範囲に分割されており、第１フィンガー２０と第２フィンガー３０の同じ範囲に含まれる関節２２，３２を一括して制御する。 In the driving means 40, the first finger 20 and the second finger 30 are each divided into a range of L (1 ≦ L ≦ M), and the joints included in the same range of the first finger 20 and the second finger 30. 22 and 32 are collectively controlled.

言い換えれば、第１フィンガー２０のＭ個の関節と第２フィンガー３０のＮ個の関節それぞれは、Ｌ個（１≦Ｌ≦Ｍ）のグループＧ１〜ＧＭに割り当てられている。図１の例ではＧ＝２であり、第１グループＧ１には、第１フィンガー２０の第１関節２２＿１と第２フィンガー３０の第１関節３２＿１、第２関節３２＿２が属し、第２グループＧ２には、第１フィンガー２０の第２関節２２＿２と第２フィンガー３０の第３関節３２＿３が属している。 In other words, the M joints of the first finger 20 and the N joints of the second finger 30 are each assigned to L (1 ≦ L ≦ M) groups G1 to GM. In the example of FIG. 1, G = 2, and the first joint 22_1 of the first finger 20 and the first joint 32_1 and the second joint 32_2 of the second finger 30 belong to the first group G1 and belong to the second group G2. The second joint 22_2 of the first finger 20 and the third joint 32_3 of the second finger 30 belong to.

駆動手段４０は、第１フィンガー２０と第２フィンガー３０の同じグループに属する関節を一括して制御する。この例では、第１グループＧ１の３つの関節２２＿１、３２＿１、３２＿２がまとめて制御され、第２グループＧ２の２つの関節２２＿２、３２＿３がまとめて制御される。 The driving means 40 collectively controls joints belonging to the same group of the first finger 20 and the second finger 30. In this example, the three joints 22_1, 32_1, and 32_2 of the first group G1 are collectively controlled, and the two joints 22_2, 32_3 of the second group G2 are collectively controlled.

すなわち駆動手段４０は、２本のフィンガーを、フィンガーごとではなく、グループごとに制御する。これにより２本のフィンガーの中央で対象物を保持できるため、アクチュエータの可動範囲を有効に活用でき、そのうえ力学的バランスを保ちやすくなる。その結果、フィンガーを個別に制御する場合に比べて、本実施の形態の方が、対象物を把持する成功率が高まる。 That is, the driving means 40 controls the two fingers not for each finger but for each group. As a result, the object can be held at the center of the two fingers, so that the movable range of the actuator can be effectively utilized, and the mechanical balance can be easily maintained. As a result, the success rate of gripping the object is higher in the present embodiment than in the case where the fingers are individually controlled.

以上がロボットハンド１０の基本構成である。続いてその動作を説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係るロボットハンド１０の動作を示す図である。図２（ａ）には、ロボットハンド１０を開いた状態が示される。このロボットハンド１０は、Ｌ＝１であり、すべての第１フィンガー２０および第２フィンガー３０のすべての関節が一斉に曲げ伸ばしする。各関節の発生トルクは、オープンループで制御される。図２（ｂ）〜（ｄ）は、対象物として、卵、ドアノブ、鍵を把持し、あるいは摘んだ状態が示される。 The above is the basic configuration of the robot hand 10. Next, the operation will be described. 2 (a) to 2 (d) are diagrams showing the operation of the robot hand 10 according to the embodiment. FIG. 2A shows a state in which the robot hand 10 is opened. In this robot hand 10, L = 1, and all the joints of all the first fingers 20 and the second fingers 30 bend and stretch at the same time. The torque generated by each joint is controlled by an open loop. 2 (b) to 2 (d) show a state in which an egg, a doorknob, and a key are grasped or picked as objects.

このように、実施の形態に係るロボットハンド１０によれば、さまざまな形状、堅さ、構造を有する対象物を把持することができる。 As described above, according to the robot hand 10 according to the embodiment, it is possible to grip an object having various shapes, hardness, and structures.

続いて、ロボットハンド１０が発生する力について説明する。図３は、ロボットハンド１０が対象物２に及ぼす力を説明する図である。ここでは円柱状の対象物２を例とする。第１フィンガー２０と第２フィンガー３０が対象物２に及ぼす接触圧（もしくは力）Ｆ１〜Ｆ５は均一化されることが好ましい。
Ｆ１≒Ｆ２≒Ｆ３≒Ｆ４≒Ｆ５ …（１） Subsequently, the force generated by the robot hand 10 will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining the force exerted by the robot hand 10 on the object 2. Here, a columnar object 2 is taken as an example. It is preferable that the contact pressures (or forces) F1 to F5 exerted by the first finger 20 and the second finger 30 on the object 2 are made uniform.
F1 ≒ F2 ≒ F3 ≒ F4 ≒ F5 ... (1)

具体的には、式（１）を満たすように、第１フィンガー２０の関節２２＿１、２２＿２のトルクτ_１１、τ_１２および第２フィンガー３０の関節３２＿１、３２＿２、３２＿３のトルクτ_２１、τ_２２、τ_２３が設計されている。各関節の距離ｘと、力Ｆを規定すれば、各関節に必要なトルクτは一義的に求めることができる。具体的には均一な力Ｆを発生するために、駆動手段４０は、先端に近い関節ほど低いトルクを発生させる。すなわち以下の関係が成り立っている。
τ_１１＜τ_１２
τ_２１＜τ_２２＜τ_２３
これにより、各フィンガーと対象物の間に生ずる接触圧を、先端から根元まで均一化することができ、対象物を安定的に把持することが可能となる。 Specifically, the torques τ ₁₁ , τ ₁₂ of the joints 22_1 and 22_2 of the first finger 20 and the torques τ ₂₁ , τ ₂₂ of the joints 32_1, 32_2 and 32_3 of the second finger 30 so as to satisfy the equation (1). τ ₂₃ is designed. If the distance x of each joint and the force F are specified, the torque τ required for each joint can be uniquely obtained. Specifically, in order to generate a uniform force F, the driving means 40 generates a lower torque at the joint closer to the tip. That is, the following relationship holds.
τ ₁₁ <τ ₁₂
τ ₂₁ <τ ₂₂ <τ ₂₃
As a result, the contact pressure generated between each finger and the object can be made uniform from the tip to the root, and the object can be gripped stably.

続いて、ロボットハンド１０の構成例を説明する。 Subsequently, a configuration example of the robot hand 10 will be described.

（第１構成例）
図４は、第１構成例に係るロボットハンド１０ａを示す図である。第１構成例では、Ｍ＝２、Ｎ＝３である。またグループ数Ｌ＝１であり、２本のフィンガーのすべての関節が一括して制御可能となっている。ベース部分１２、第１フィンガー２０および第２フィンガー３０は、発泡ウレタンなどの復元力を有する弾性体５０であってもよい。ベース部分１２、第１フィンガー２０、第２フィンガー３０は、１個の弾性体５０として一体に形成されてもよい。 (First configuration example)
FIG. 4 is a diagram showing a robot hand 10a according to the first configuration example. In the first configuration example, M = 2 and N = 3. Further, the number of groups L = 1, and all the joints of the two fingers can be controlled collectively. The base portion 12, the first finger 20 and the second finger 30 may be an elastic body 50 having a restoring force such as urethane foam. The base portion 12, the first finger 20, and the second finger 30 may be integrally formed as one elastic body 50.

第１フィンガー２０の関節２２＿１，２２＿２に対応する部分には、溝５２＿１，５２＿２が設けられる。一般化すると任意のＭ個の関節に対応する箇所に、Ｍ個の溝５２が形成される。溝５２は、第１フィンガー２０の背面側に形成される。 Grooves 52_1, 52_2 are provided in the portions of the first fingers 20 corresponding to the joints 22_1 and 22_2. Generalized, M grooves 52 are formed at locations corresponding to any M joints. The groove 52 is formed on the back surface side of the first finger 20.

同様に、第２フィンガー３０の関節３２＿１，３２＿２，３２＿３に対応する部分には、溝５４＿１，５４＿２，５４＿３が設けられる。一般化すると任意のＮ個の関節に対応する箇所に、Ｎ個の溝５４が形成される。溝５４は、第２フィンガー３０の背面側に形成される。 Similarly, grooves 54_1, 54_2, 54_3 are provided in the portion of the second finger 30 corresponding to the joints 32_1, 32_2, 32_3. Generalized, N grooves 54 are formed at locations corresponding to any N joints. The groove 54 is formed on the back surface side of the second finger 30.

駆動手段４０ａは、流体圧アクチュエータであり、第５チューブ６０、第６チューブ６２および第３圧力源６４を備える。第５チューブ６０は、第１フィンガー２０の背面に、Ｍ（＝２）個の溝５２＿１〜５２＿２に沿うように設けられる。第５チューブ６０および第６チューブ６２は、偏平チューブで構成される。偏平チューブは、先端側の一端が閉じられており、後端側の他端から内部流路を加圧することにより、断面方向に変形する。 The drive means 40a is a fluid pressure actuator and includes a fifth tube 60, a sixth tube 62, and a third pressure source 64. The fifth tube 60 is provided on the back surface of the first finger 20 along M (= 2) grooves 52_1 to 52_2. The fifth tube 60 and the sixth tube 62 are composed of flat tubes. The flat tube has one end on the front end side closed and deforms in the cross-sectional direction by pressurizing the internal flow path from the other end on the rear end side.

図５は、偏平チューブ７０の正面図および平面図である。上段は、圧力がゼロの状態（Ｐ＝０）の形状を、下段は加圧した状態（Ｐ＞０）の形状を示す。偏平チューブ７０は無加圧状態で断面がフラットであり、内部流路７２を加圧すると丸くなる性質を有する。偏平チューブ７０の内部には、糸などのガイド部材７４を挿通しておくことが望ましい。これにより、偏平チューブ７０が折れ曲がった箇所においても、空気などの流体の流路を確保することができる。 FIG. 5 is a front view and a plan view of the flat tube 70. The upper row shows a shape in a state where the pressure is zero (P = 0), and the lower row shows a shape in a pressurized state (P> 0). The flat tube 70 has a flat cross section in a non-pressurized state, and has a property of being rounded when the internal flow path 72 is pressurized. It is desirable to insert a guide member 74 such as a thread inside the flat tube 70. As a result, it is possible to secure a flow path for a fluid such as air even at a position where the flat tube 70 is bent.

図４に戻る。偏平チューブ７０である第５チューブ６０は、溝５２以外の部分で変形しないように拘束することが望ましい。同様に第６チューブ６２も、溝５４以外の部分で変形しないように拘束することが望ましい。拘束部材７６は、糸であってもよいし、ゴムバンド、結束バンド、角カン、あるいはバックルであってもよい。 Return to FIG. It is desirable that the fifth tube 60, which is the flat tube 70, be restrained so as not to be deformed in a portion other than the groove 52. Similarly, it is desirable that the sixth tube 62 is also restrained so as not to be deformed in a portion other than the groove 54. The restraining member 76 may be a thread, a rubber band, a binding band, a square can, or a buckle.

第３圧力源６４は、第５チューブ６０、第６チューブ６２それぞれの根元側と接続され、第５チューブ６０、第６チューブ６２それぞれの内部流路の圧力を制御する。第３圧力源６４は、空気や窒素などの流体圧を制御するポンプであってもよい。第５チューブ６０と第６チューブ６２は一体に構成されてもよい。 The third pressure source 64 is connected to the root side of each of the fifth tube 60 and the sixth tube 62, and controls the pressure in the internal flow path of each of the fifth tube 60 and the sixth tube 62. The third pressure source 64 may be a pump that controls a fluid pressure such as air or nitrogen. The fifth tube 60 and the sixth tube 62 may be integrally configured.

第１フィンガー２０の先端には爪２４が取り付けられ、第２フィンガー３０の先端には爪３４が取り付けられる。また指の腹および手の平に相当する面には、シリコンやゴムなどの滑りの止め部材を貼付けてもよい。 A claw 24 is attached to the tip of the first finger 20, and a claw 34 is attached to the tip of the second finger 30. Further, a non-slip member such as silicon or rubber may be attached to the pad of the finger and the surface corresponding to the palm.

以上がロボットハンド１０ａの構成である。続いてその動作を説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、図４のロボットハンド１０ａの動作を説明する図である。図６（ａ）には、１個の関節５２の変形が示される。左側の非加圧状態において、関節は、弾性体５０の復元力によって伸びた状態を維持している。右側に示す加圧状態では、第５チューブ６０が溝５２において膨張し、弾性体５０の復元力に抗う力Ｆを溝５２の側壁に及ぼす。この力Ｆが、関節２２のトルクτとなる。 The above is the configuration of the robot hand 10a. Next, the operation will be described. 6 (a) and 6 (b) are views for explaining the operation of the robot hand 10a of FIG. FIG. 6A shows the deformation of one joint 52. In the non-pressurized state on the left side, the joint is maintained in a stretched state by the restoring force of the elastic body 50. In the pressurized state shown on the right side, the fifth tube 60 expands in the groove 52 and exerts a force F against the restoring force of the elastic body 50 on the side wall of the groove 52. This force F becomes the torque τ of the joint 22.

図６（ｂ）には、加圧状態におけるロボットハンド１０ａが示される。第３圧力源６４によって、第５チューブ６０、第６チューブ６２を同時に加圧することにより、第１フィンガー２０の関節２２＿１〜２２＿２および第２フィンガー３０の関節３２＿１〜３２＿３においてトルクτが一斉に発生し、ロボットハンド１０ａが握り動作が実現できる。 FIG. 6B shows the robot hand 10a in a pressurized state. By simultaneously pressurizing the fifth tube 60 and the sixth tube 62 by the third pressure source 64, torque τ is simultaneously generated at the joints 22_1 to 22_2 of the first finger 20 and the joints 32_1 to 22_3 of the second finger 30. , The robot hand 10a can realize the gripping operation.

ロボットハンド１０ａは、弾性体とチューブで構成されるため、きわめて軽量である。また空気圧アクチュエータを用いることで、モータなどを用いた構成に比べてさらに軽量化することができる。 Since the robot hand 10a is composed of an elastic body and a tube, it is extremely lightweight. Further, by using the pneumatic actuator, the weight can be further reduced as compared with the configuration using a motor or the like.

また、２本のフィンガーの同一グループに属する、言い換えれば対称に位置する関節を、加圧経路を共有した流体圧アクチュエータで駆動することにより、軽量化と弁操作の簡便化を図れる。 Further, by driving the joints belonging to the same group of two fingers, in other words, symmetrically located, with a fluid pressure actuator sharing a pressurizing path, weight reduction and simplification of valve operation can be achieved.

（第２構成例）
図７は、第２構成例に係るロボットハンド１０ｂを示す図である。第２構成例では、図１と同様にＭ＝２、Ｎ＝３であり、グループ数Ｌ＝２となっている。図１に示したように、第１グループＧ１には第１フィンガー２０の関節２２＿１および第２フィンガー３０の関節３２＿１，３２＿２が属しており、第２グループＧ２には第１フィンガー２０の関節２２＿２および第２フィンガー３０の関節３２＿３が属する。つまり２本のフィンガー２０，３０の先端部分と、２本のフィンガー２０，３０の根元部分を独立して、２自由度で制御することで、より多様な物体を把持する汎用性が提供される。 (Second configuration example)
FIG. 7 is a diagram showing a robot hand 10b according to a second configuration example. In the second configuration example, M = 2 and N = 3 and the number of groups L = 2 as in FIG. As shown in FIG. 1, the joints 22_1 of the first finger 20 and the joints 32_1 and 32_2 of the second finger 30 belong to the first group G1, and the joints 22_1 of the first finger 20 and the joints 22_2 of the first finger 20 belong to the second group G2. The joint 32_3 of the second finger 30 belongs to. That is, by independently controlling the tip portions of the two fingers 20 and 30 and the root portions of the two fingers 20 and 30 with two degrees of freedom, versatility for gripping a wider variety of objects is provided. ..

第１構成例と同様に、ベース部分１２、第１フィンガー２０および第２フィンガー３０は、発泡ウレタンなどの復元力を有する弾性体５０であり、一体に形成してもよい。 Similar to the first configuration example, the base portion 12, the first finger 20 and the second finger 30 are elastic bodies 50 having a restoring force such as urethane foam, and may be integrally formed.

駆動手段４０ｂは、第１チューブ８１、第２チューブ８２、第３チューブ８３、第４チューブ８４、第１圧力源８５、第２圧力源８６を備える。第１チューブ８１〜第４チューブ８４は、図５に示す偏平チューブ７０を用いることができる。 The drive means 40b includes a first tube 81, a second tube 82, a third tube 83, a fourth tube 84, a first pressure source 85, and a second pressure source 86. As the first tube 81 to the fourth tube 84, the flat tube 70 shown in FIG. 5 can be used.

第１チューブ８１は、第１フィンガー２０の第１グループＧ１に属する関節２２＿１に対応する溝５２＿１に沿って設けられ、溝５２＿１において、加圧に応じて断面方向に膨張する。第２チューブ８２は、第２フィンガー３０の第１グループＧ１に属する関節３２＿１，３２＿２に対応する溝５４＿１，５４＿２に沿って設けられ、各溝において、加圧に応じて断面方向に膨張する。 The first tube 81 is provided along the groove 52_1 corresponding to the joint 22_1 belonging to the first group G1 of the first finger 20, and expands in the groove 52_1 in the cross-sectional direction in response to pressure. The second tube 82 is provided along the grooves 54_1, 54_2 corresponding to the joints 32_1, 32_2 belonging to the first group G1 of the second finger 30, and expands in the cross-sectional direction in each groove in response to pressure.

第３チューブ８３は、第１フィンガー２０の第２グループＧ２に属する関節２２＿２に対応する溝５２＿２に沿って設けられ、各溝において、加圧に応じて断面方向に膨張する。第４チューブ８４は、第２フィンガー３０の第２グループＧ２に属する関節３２＿３に対応する溝５４＿３に沿って設けられ、各溝において、加圧に応じて断面方向に膨張する。 The third tube 83 is provided along the groove 52_2 corresponding to the joint 22_2 belonging to the second group G2 of the first finger 20, and in each groove, expands in the cross-sectional direction in response to pressure. The fourth tube 84 is provided along the groove 54_3 corresponding to the joint 32_3 belonging to the second group G2 of the second finger 30, and in each groove, the fourth tube 84 expands in the cross-sectional direction in response to pressure.

第１圧力源８５は、第１チューブ８１および第２チューブ８２の圧力Ｐ_１を制御する。第２圧力源８６は、第３チューブ８３および第４チューブ８４の圧力Ｐ_２を制御する。 The first pressure source 85, controls the pressure _{P 1} of the first tube 81 and second tube 82. The second pressure source 86, controls the pressure _{P 2} of the third tube 83 and fourth tube 84.

以上がロボットハンド１０ｂの構成である。続いてその動作を説明する。
図８（ａ）、（ｂ）は、図７のロボットハンド１０ｂの動作を説明する図である。図８（ａ）は、第１チューブ８１、第２チューブ８２のみを加圧した状態を示す。図８（ｂ）は、第３チューブ８３、第４チューブ８４のみを加圧した状態を示す。 The above is the configuration of the robot hand 10b. Next, the operation will be described.
8 (a) and 8 (b) are views for explaining the operation of the robot hand 10b of FIG. 7. FIG. 8A shows a state in which only the first tube 81 and the second tube 82 are pressurized. FIG. 8B shows a state in which only the third tube 83 and the fourth tube 84 are pressurized.

このようにロボットハンド１０ｂでは、２本のフィンガーの先端部分と根元部分を独立して制御できるため、ロボットハンド１０ａよりも、多様な対象物の把持が可能となる。 As described above, since the tip portion and the root portion of the two fingers can be independently controlled by the robot hand 10b, it is possible to grip various objects as compared with the robot hand 10a.

（第３構成例）
図９（ａ）、（ｂ）は、第３構成例に係るロボットハンド１０ｃを示す図である。図９（ａ）は側面図であり、図９（ｂ）は平面図である。図９（ａ）のロボットハンド１０ｃの側面図と、図７のロボットハンド１０ｂの側面図は同様である。 (Third configuration example)
9 (a) and 9 (b) are views showing the robot hand 10c according to the third configuration example. 9 (a) is a side view and FIG. 9 (b) is a plan view. The side view of the robot hand 10c of FIG. 9A and the side view of the robot hand 10b of FIG. 7 are similar.

図９（ｂ）に示すようにロボットハンド１０ｃは、弾性体５０であるベース部分１２には、溝５６が形成されている。溝５６は、溝５２や５４と直交する向きに形成されている。駆動手段４０ｃは、第７チューブ８７と、第４圧力源８８をさらに備える。第７チューブ８７は、ベース部分１２の溝５６において、加圧に応じて断面方向に膨張可能である。第４圧力源８８は、第７チューブ８７の圧力を制御する。 As shown in FIG. 9B, in the robot hand 10c, a groove 56 is formed in the base portion 12 which is an elastic body 50. The groove 56 is formed in a direction orthogonal to the grooves 52 and 54. The drive means 40c further includes a seventh tube 87 and a fourth pressure source 88. The seventh tube 87 can be expanded in the cross-sectional direction in the groove 56 of the base portion 12 in response to pressure. The fourth pressure source 88 controls the pressure of the seventh tube 87.

以上がロボットハンド１０ｃの構成である。続いてその動作を説明する。図１０は、図９のロボットハンド１０ｃの動作を説明する図である。図１０には、第７チューブ８７のみを加圧した状態が示される。第７チューブ８７を加圧することにより、第１フィンガー２０が可動である第１平面Ｓ１と、第２フィンガー３０が可動である第２平面Ｓ２のなす角度θを変化させることができる。これにより、さらなる自由度が提供され、ロボットハンド１０ａや１０ｂよりも多様な対象物の把持が可能となる。 The above is the configuration of the robot hand 10c. Next, the operation will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating the operation of the robot hand 10c of FIG. FIG. 10 shows a state in which only the seventh tube 87 is pressurized. By pressurizing the seventh tube 87, the angle θ formed by the first plane S1 in which the first finger 20 is movable and the second plane S2 in which the second finger 30 is movable can be changed. This provides additional degrees of freedom and allows for gripping more diverse objects than the robot hands 10a and 10b.

なお、第７チューブ８７および第４圧力源８８は、第１構成例のロボットハンド１０ａに追加してもよい。 The seventh tube 87 and the fourth pressure source 88 may be added to the robot hand 10a of the first configuration example.

（第４構成例）
第１から第３の構成例では、ロボットハンドが握った状態から伸ばした状態に戻る際に、弾性体５０の復元力を利用した。第４構成例では、復元力をアクチュエータにより制御可能である。 (Fourth configuration example)
In the first to third configuration examples, the restoring force of the elastic body 50 was used when the robot hand returned from the gripped state to the extended state. In the fourth configuration example, the restoring force can be controlled by the actuator.

図１１は、第４構成例に係るロボットハンド１０ｄを示す図である。このロボットハンド１０ｄは、第１〜第３構成例に係るロボットハンドに加えて、第８チューブ８９および第５圧力源９０を備える。 FIG. 11 is a diagram showing a robot hand 10d according to a fourth configuration example. The robot hand 10d includes an eighth tube 89 and a fifth pressure source 90 in addition to the robot hands according to the first to third configuration examples.

第８チューブ８９は、非加圧状態において柔軟性を有し、加圧状態において真っ直ぐに戻ろうとする性質を有する。第８チューブ８９は、弾性体５０の手の平側に貼付けられている。第５圧力源９０は、第８チューブ８９に対する加圧を制御する。 The eighth tube 89 has the property of being flexible in the non-pressurized state and tending to return straight in the pressurized state. The eighth tube 89 is attached to the palm side of the elastic body 50. The fifth pressure source 90 controls the pressurization of the eighth tube 89.

第４構成例によれば、アクチュエータによって手を伸ばす力を発生できるため、アクチュエータの動作を速めることができる。 According to the fourth configuration example, since the actuator can generate a force to reach out, the operation of the actuator can be accelerated.

続いて、関節のトルクについて説明する。第１から第４構成例において、各関節のトルクは、溝とチューブとの接触面積に依存する。図１２は、第２フィンガー３０を示す斜視図である。図６（ａ）に示されるチューブ６０が弾性体５０に及ぼす力Ｆは、チューブ６０が発生する圧力と接触面積の積であるから、接触面積に応じて力Ｆが設計でき、ひいては関節の発生トルクτを設計できる。 Next, the torque of the joint will be described. In the first to fourth configuration examples, the torque of each joint depends on the contact area between the groove and the tube. FIG. 12 is a perspective view showing the second finger 30. Since the force F exerted by the tube 60 on the elastic body 50 shown in FIG. 6A is the product of the pressure generated by the tube 60 and the contact area, the force F can be designed according to the contact area, and eventually joints are generated. The torque τ can be designed.

つまり図３に示すように、均一な接触圧を発生させるためには、先端に近い関節の溝ほど、溝とチューブとの接触面積が小さくなればよい。チューブの幅が一定である場合、接触面積は、溝の深さに比例する。したがって先端に近い関節の溝ほど、深さを浅くすればよい。
ｄ１＜ｄ２＜ｄ３
第１フィンガー２０についても同様である。 That is, as shown in FIG. 3, in order to generate a uniform contact pressure, the contact area between the groove and the tube should be smaller as the joint groove is closer to the tip. If the width of the tube is constant, the contact area is proportional to the depth of the groove. Therefore, the closer the joint groove is to the tip, the shallower the depth may be.
d1 <d2 <d3
The same applies to the first finger 20.

（用途）
図１３は、ロボットハンド１０を備える飛行ロボット１００を示す図である。飛行ロボット１００は、マルチコプター１０２と、上述のロボットハンド１０を備える。上述のようにロボットハンド１０は、多様な形状、構造、堅さを有する対象物を安定的に把持できる。 (Use)
FIG. 13 is a diagram showing a flying robot 100 including a robot hand 10. The flying robot 100 includes a multicopter 102 and the robot hand 10 described above. As described above, the robot hand 10 can stably grip an object having various shapes, structures, and rigidity.

またロボットハンド１０は軽量に構成することができるため、小型のマルチコプター１０２への取り付けが可能となる。 Further, since the robot hand 10 can be constructed to be lightweight, it can be attached to a small multicopter 102.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described above based on the embodiments. It is understood by those skilled in the art that this embodiment is an example, and that various modifications are possible for each of these components and combinations of each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such a modification will be described.

図１４（ａ）、（ｂ）は、関節の変形例を示す図である。図１４（ａ）に示すように、弾性体９２に形成された溝９４の内部で、チューブ９６を複数回、折り返してもよい。これにより、関節の変位量を大きくすることができる。 14 (a) and 14 (b) are views showing examples of joint deformation. As shown in FIG. 14A, the tube 96 may be folded back a plurality of times inside the groove 94 formed in the elastic body 92. As a result, the amount of displacement of the joint can be increased.

図１４（ｂ）に示すように、チューブ９６を、フィンガーの側面に沿って配置し、溝９４に対して側面から挿入してもよい。 As shown in FIG. 14B, the tube 96 may be arranged along the side surface of the finger and inserted into the groove 94 from the side surface.

実施の形態では、駆動手段４０の動力源として、流体圧を用いた空気圧アクチュエータを説明したが、本発明はそれに限定されない。たとえば形状記憶合金を用いたアクチュエータ（バイオメタルともいう）、モータと回転運動を変換する機構の組み合わせであってもよいし、その他の公知のアクチュエータを用いてもよい。 In the embodiment, a pneumatic actuator using fluid pressure has been described as a power source for the driving means 40, but the present invention is not limited thereto. For example, an actuator using a shape memory alloy (also referred to as biometal), a combination of a motor and a mechanism for converting rotational motion may be used, or other known actuators may be used.

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments merely indicate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many modifications and arrangement changes are permitted without departing from the ideas of the present invention.

１０…ロボットハンド、１２…ベース部分、２０…第１フィンガー、２２…関節、２４…爪、３０…第２フィンガー、３２…関節、３４…爪、４０…駆動手段、５０，５０…弾性体、５２，５４…溝、６０…第５チューブ、６２…第６チューブ、６４…第３圧力源、７０…偏平チューブ、７２…内部流路、７４…ガイド部材、８１…第１チューブ、８２…第２チューブ、８３…第３チューブ、８４…第４チューブ、８５…第１圧力源、８６…第２圧力源、８７…第７チューブ、８８…第４圧力源、８９…第８チューブ、９０…第５圧力源、９２…弾性体、９４…溝、９６…チューブ。 10 ... Robot hand, 12 ... Base part, 20 ... 1st finger, 22 ... Joint, 24 ... Claw, 30 ... 2nd finger, 32 ... Joint, 34 ... Claw, 40 ... Driving means, 50, 50 ... Elastic body, 52, 54 ... Groove, 60 ... 5th tube, 62 ... 6th tube, 64 ... 3rd pressure source, 70 ... Flat tube, 72 ... Internal flow path, 74 ... Guide member, 81 ... 1st tube, 82 ... No. 2 tubes, 83 ... 3rd tube, 84 ... 4th tube, 85 ... 1st pressure source, 86 ... 2nd pressure source, 87 ... 7th tube, 88 ... 4th pressure source, 89 ... 8th tube, 90 ... Fifth pressure source, 92 ... elastic body, 94 ... groove, 96 ... tube.

Claims

A first finger that has multiple M joints (M is an integer of two or more) and is movable in the first plane,
A second finger having a plurality of N joints (N is an integer of N ≧ M) and movable in the second plane,
It is a robot hand that has
A first elastic body constituting the first finger, wherein M first grooves are formed at locations on the surface corresponding to the M joints.
A second elastic body constituting the second finger, wherein N second grooves are formed at locations on the surface corresponding to the N joints.
L (1 ≤ L ≤ M) first tube and
L second tubes and
The L pressure sources, the i-th (1 ≦ i ≦ L) pressure source, are the L-th pressure source that controls the pressure of the i-th first tube and the i-th second tube.
With
The M first groove and the N second groove are each divided into L groups.
The i-th first tube is provided in the direction across the groove along the i-th group among the M first grooves.
The i-th second tube is a robot hand characterized in that it is provided in a direction across the groove along the i-th group among the N second grooves .

In each finger, a robot hand according to claim 1, characterized in that to generate a low torque as the joint closer to the tip.

The robot hand according to claim 1 or 2 , wherein L = 2.

L = 1 der Turkey and robot hand according to claim 1 or 2, characterized in.

The robot hand according to any one of claims 1 to 4, wherein the groove of the joint closer to the tip has a smaller contact area with the corresponding tube.

The robot hand according to any one of claims 1 to 5 , wherein the angle formed by the first plane and the second plane can be controlled.

A base portion provided between the first finger and the second finger and formed with a groove,
A third tube that is expandable in the cross-sectional direction in response to pressurization and is provided at least in a direction across the groove along the groove of the base portion .
With an additional pressure source that controls the pressure in the third tube,
The robot hand according to claim 6 , further comprising .

The robot hand according to any one of claims 1 to 6, further comprising a guide member that inserts the first tube and the inside of the second tube .

With a multicopter,
The robot hand according to any one of claims 1 to 8 attached to the multicopter.
A flying robot characterized by being equipped with.