JP6948647B2 - A robot hand with a finger drive mechanism and a finger having the drive mechanism. - Google Patents
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Description
本発明は、複数の節を有する指が対象物に応じた動きをすることのできるロボットハンドの指の駆動機構、および、その駆動機構を具備する指を備えるロボットハンドに関する。 The present invention relates to a finger drive mechanism of a robot hand capable of allowing a finger having a plurality of nodes to move according to an object, and a robot hand including a finger having the drive mechanism.
複数の節を有する多関節の指を動作させて機能するロボットハンドには、駆動源として関節数と同数のアクチュエータを搭載することにより、複雑な動きを実現することが行われている。しかし、複数のアクチュエータを搭載するのでは小型化するのが困難であり、また、把持などする対象物に応じて個々の関節を最適に動作させるために、駆動制御が複雑になる。 A robot hand that functions by operating articulated fingers having a plurality of nodes is equipped with the same number of actuators as the number of joints as a drive source to realize complicated movements. However, it is difficult to reduce the size by mounting a plurality of actuators, and the drive control becomes complicated in order to optimally operate each joint according to an object to be gripped or the like.
このことから、多関節の指を備えるロボットハンドでも、駆動源として1つのアクチュエータを搭載して対象物に適した把持等の動作を実現する駆動機構が、例えば、特許文献1などに開示されている。この特許文献1に記載の駆動機構では、指の基節、中節および末節を含む6つのリンクで2つの四節リンク機構を構築することによって、1つのアクチュエータで、中手指節間関節、近位指節間関節および遠位指節間関節の3つの関節を中心にその基節、中節および末節を回転駆動可能にする構成が採用されている。この構成により、小型化を実現しつつ、対象物の形状に合わせて基節、中節および末節を動作させて把持することが実現されている。 For this reason, even in a robot hand having articulated fingers, a drive mechanism that mounts one actuator as a drive source and realizes an operation such as gripping suitable for an object is disclosed in, for example, Patent Document 1. There is. In the drive mechanism described in Patent Document 1, by constructing two quadrupedal link mechanisms with six links including the proximal phalanx, the middle phalanx, and the distal phalanx of the finger, one actuator can be used to connect the proximal interphalangeal joint. A configuration is adopted in which the proximal, middle and distal phalanx can be rotationally driven around the three joints, the interphalangeal joint and the distal interphalangeal joint. With this configuration, it is possible to operate and grip the proximal phalanx, the middle phalanx, and the terminal phalanx according to the shape of the object while realizing miniaturization.
しかしながら、この特許文献1に記載のようなロボットハンドの指の駆動機構にあっては、指の基節、中節および末節を6つのリンクからなる2つの四節リンク機構で駆動させる構成を採用するために、その基節、中節および末節のそれぞれが別個に対象物の形状に合わせて相対的に自由に動くことができない。このことから、このロボットハンドでは、動きに制約のある範囲内で把持等する作業を行う必要があり、対象物に適した好適な動作で作業をすることができない、という課題があった。 However, the finger drive mechanism of the robot hand as described in Patent Document 1 adopts a configuration in which the proximal phalanx, middle phalanx and end phalanx of the finger are driven by two four-node link mechanisms consisting of six links. Therefore, each of its proximal phalanx, middle phalanx, and terminal phalanx cannot move relatively freely according to the shape of the object. For this reason, with this robot hand, it is necessary to perform work such as gripping within a range in which movement is restricted, and there is a problem that the work cannot be performed with a suitable movement suitable for the object.
そこで、本発明は、指の基節、中節および末節の作業対象の形状に適した動きを1つのアクチュエータで実現することにより、小型化しつつ対象物に対する最適な動きを実現するロボットハンドの指の駆動機構を提供することを目的としている。 Therefore, according to the present invention, the finger of the robot hand realizes the optimum movement with respect to the object while reducing the size by realizing the movement suitable for the shape of the work object of the proximal phalanx, the middle phalanx and the end phalanx of the finger with one actuator. It is intended to provide a drive mechanism for.
上記課題を解決するロボットハンドの指の駆動機構の発明の一態様は、ロボットハンド本体側の基節と、指先側の末節と、前記基節および前記末節の間の中節とを有して、1つのアクチュエータの駆動力が伝達されることにより機能する、ロボットハンドの指の駆動機構であって、前記基節を前記ロボットハンド本体に相対回転自在に連結する中手指節間関節と、前記基節および前記中節を相対回転自在に連結する近位指節間関節と、前記中節および前記末節を相対回転自在に連結する遠位指節間関節とを備えて、前記基節と、前記中手指節間関節に一端側を回転自在に連結されて前記アクチュエータにより回転される駆動リンクと、前記近位指節間関節に一端側を回転自在に連結されている基側中間リンクと、前記駆動リンクの他端側に配置されている第1連結軸および前記基側中間リンクの他端側に配置されている第2連結軸に両端側を回転自在に連結されている基側中継リンクとにより構成される基側四節リンク機構と、前記中節と、前記末節と、前記近位指節間関節に一端側を回転自在に連結されている末側中間リンクと、前記末側中間リンクの他端側に配置されている第3連結軸および前記末節の他端側に配置されている第4連結軸に両端側を回転自在に連結されている末側中継リンクとにより構成される末側四節リンク機構と、前記基節、前記中節および前記末節に対する無負荷時に該基節、該中節および該末節の互いの相対的な姿勢を所定に保持する姿勢保持手段とを具備し、前記基側中間リンクおよび前記末側中間リンクは、前記第2連結軸と前記第3連結軸との間の間隔が固定されることにより、相対的な位置関係を維持したまま一端側を共通の前記近位指節間関節により回転自在に支持され、前記末節は、前記遠位指節間関節と、前記第4連結軸と、前記中節から離隔する位置の指先とがそれぞれ異なる3箇所に配置されて相対的な位置関係が固定されている。 One aspect of the invention of the finger drive mechanism of the robot hand that solves the above problems has a proximal phalanx on the main body side of the robot hand, a distal phalanx on the fingertip side, and an intermediate phalanx between the proximal phalanx and the distal phalanx. An intermediate phalanx joint, which is a driving mechanism for the fingers of a robot hand that functions by transmitting the driving force of one actuator, and connects the proximal phalanx to the main body of the robot hand so as to be relatively rotatable. The proximal phalanx and the distal phalanx are provided with a proximal phalanx joint that rotatably connects the proximal phalanx and the intermediate phalanx, and a distal phalanx joint that rotatably connects the proximal phalanx and the distal phalanx. A drive link rotatably connected to the intermediate phalanx joint at one end and rotated by the actuator, and a proximal intermediate link rotatably connected to the proximal phalanx joint at one end. A base-side relay link whose both ends are rotatably connected to a first connecting shaft arranged on the other end side of the drive link and a second connecting shaft arranged on the other end side of the base-side intermediate link. The proximal phalanx link mechanism composed of the above, the intermediate phalanx, the distal phalanx, the distal intermediate link rotatably connected to the proximal phalanx joint at one end, and the distal intermediate. It is composed of a third connecting shaft arranged on the other end side of the link and a terminal relay link rotatably connected to both ends of the fourth connecting shaft arranged on the other end side of the end node. It is provided with a distal phalanx link mechanism and a posture holding means for holding a predetermined relative posture of the proximal phalanx, the intermediate phalanx and the distal phalanx when no load is applied to the proximal phalanx, the intermediate phalanx and the distal phalanx. However, the base-side intermediate link and the terminal-side intermediate link have one end side while maintaining a relative positional relationship by fixing the distance between the second connecting shaft and the third connecting shaft. It is rotatably supported by the common proximal interphalangeal joint, and the distal phalanx is different from the distal interphalangeal joint, the fourth connecting axis, and the fingertip at a position separated from the intermediate phalanx. It is placed at a location and the relative positional relationship is fixed.
上記課題を解決するロボットハンドの発明の一態様は、上記の駆動機構を備える前記指を少なくとも2組以上備えるロボットハンドであって、前記アクチュエータの駆動力を前記指毎の前記駆動リンクに伝達して機能させる伝達機構を備えている。 One aspect of the invention of the robot hand that solves the above-mentioned problems is a robot hand having at least two or more sets of the fingers provided with the above-mentioned drive mechanism, and the driving force of the actuator is transmitted to the drive link for each finger. It is equipped with a transmission mechanism that allows it to function.
このように本発明の一態様によれば、基節、駆動リンク、基側中間リンクおよび基側中継リンクにより構成される基側四節リンク機構と、中節、末節、末側中間リンクおよび末側中継リンクにより構成される末側四節リンク機構とを備え、基側中間リンクおよび末側中間リンクが相対的な位置関係を維持したまま一端側を共通にして回転自在に支持されて、末節に対する指先の相対的な位置関係が所定に固定されつつ、駆動リンクが1つのアクチュエータの駆動力を伝達されて回転される。 As described above, according to one aspect of the present invention, the proximal phalanx link mechanism composed of the proximal phalanx, the driving link, the proximal intermediate link and the proximal relay link, and the proximal phalanx, the distal segment, the distal intermediate link and the distal link. It is equipped with a terminal four-node link mechanism composed of side relay links, and the proximal intermediate link and the terminal intermediate link are rotatably supported with one end side in common while maintaining the relative positional relationship. The drive link is rotated by transmitting the driving force of one actuator while the relative positional relationship of the fingertip with respect to the fingertip is fixed in a predetermined manner.
この構成により、基側中間リンクおよび末側中間リンクの他端側の間を別個のリンクとして機能させることができ、制限を受けることなく基節、中節および末節を順次に回転させて、末節の指先まで対象物に沿わせることができる。 This configuration allows the base, middle and end nodes to function as separate links between the base intermediate link and the other end of the end intermediate link, allowing the proximal, middle and end nodes to rotate in sequence without restriction. You can follow the object up to your fingertips.
したがって、対象物の形状に応じた指の基節、中節および末節の動きを1つのアクチュエータで実現することができ、小型化しつつ対象物に対する最適な動きを実現するロボットハンドの指の駆動機構を提供することができる。 Therefore, the movement of the proximal phalanx, the middle phalanx, and the end phalanx according to the shape of the object can be realized by one actuator, and the finger drive mechanism of the robot hand that realizes the optimum movement with respect to the object while being miniaturized. Can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図1〜図24は本発明の一実施形態に係る指の駆動機構を搭載するロボットハンドを示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 24 are views showing a robot hand equipped with a finger drive mechanism according to an embodiment of the present invention.
図1〜図3において、ロボットハンド100は、3本の指101(101A、101B、101C)をそれぞれ駆動して作業対象を把持等する作業を行うように、手首109を介して不図示のロボット本体側に取り付けられている。なお、このロボットハンド100は、例えば、人型ロボットやアーム型ロボット等に搭載されて、他のロボットと連携するなどして、スムーズな各種作業を実現する。
In FIGS. 1 to 3, the
ロボットハンド100は、手首109に取り付けられる掌(ロボットハンド本体)105の掌面106内の3箇所に指101が配置されて作業対象を把持等するようになっており、掌面106の一端辺106aの両端側に指101A、101Cが配置されて、反対側端辺106bの中央に指101Bが配置されている。この指101A〜101Cは、それぞれの基節111、中節121および末節131が掌面106の端辺106a、106bの間に向かって接近する方向に相対回転することにより、作業対象を把持等することができるようにレイアウトされている。
In the
指101は、基節111の一端側が掌105の掌面106側(同一面、内側あるいは外側のいずれでもよい)に配置されている中手指節間関節112に相対回転自在に連結支持されて、その基節111の他端側と中節121の一端側とが近位指節間関節122に相対回転自在に連結支持されて、その中節121の他端側と末節131の一端側とが遠位指節間関節132に相対回転自在に連結支持されて、その末節131の他端側が後述する指先139として機能する。
The
この指101は、基節111をリンクとして含む基側四節リンク機構103と、中節121および末節131をリンクとして含む末側四節リンク機構104とを備えて(図4を参照)、1つのアクチュエータ110の駆動力を伝達されることにより、その基節111、中節121および末節131のそれぞれを相対回転させることにより機能するように構築されている。
The
基側四節リンク機構103および末側四節リンク機構104は、後述するように、それぞれ、4つのリンクが3角形に近似する台形になるように配置されて、個々のリンクが相対的に回転自在に連結されている。
As will be described later, the base four-
基側四節リンク機構103は、基節111に対する対辺側に基側中継リンク113が配置されて、その基節111および基側中継リンク113の指元(掌面106)側が駆動リンク114により連結されるとともに、その指先139側が基側中間リンク115により連結されている。基節111は、指元側が駆動リンク114の端部と中手指節間関節112により回転自在に連結されて、指先139側が基側中間リンク115の端部と近位指節間関節122により回転自在に連結されている。基側中継リンク113は、指元側が駆動リンク114の端部と第1連結軸116により回転自在に連結されて、指先139側が基側中間リンク115の端部と第2連結軸117により回転自在に連結されている。
In the proximal
末側四節リンク機構104は、中節121に対する対辺側に末側中継リンク123が配置されて、その中節121および末側中継リンク123の指元側が末側中間リンク125により連結されるとともに、その指先139側が末節131により連結されている。中節121は、指元側が末側中間リンク125の端部と近位指節間関節122により回転自在に連結されて、指先139側が末節131の端部と遠位指節間関節132により回転自在に連結されている。末側中継リンク123は、指元側が末側中間リンク125の端部と第3連結軸126により回転自在に連結されて、指先139側が末節131の端部と第4連結軸127により回転自在に連結されている。
In the terminal four-
基側中間リンク115および末側中間リンク125は、概略3角形の板状に形成されている中間リンク板120(図10を参照)の1つの頂部に位置する近位指節間関節122を共通利用して基節111および中節121の端部が回転自在に連結されているとともに、その中間リンク板120の3角形における他の2つの頂部に位置する第2連結軸117および第3連結軸126に基側中継リンク113および末側中継リンク123の端部がそれぞれ回転自在に連結されることにより機能するように構築されている。すなわち、中間リンク板120は、近位指節間関節122および第2、第3連結軸117、126の3箇所の相対的な位置関係を固定して、これらの間の基側中間リンク115および末側中間リンク125の相対的な姿勢を保持したまま、その近位指節間関節122を中心にして回転自在に連結状態を維持している。このため、中間リンク板120は、その第2、第3連結軸117、126の間においても、相対的な位置関係を保持したまま近位指節間関節122を中心にして回転するリンクを備えることになり、第2、第3連結軸117、126に回転自在に連結されている基側中継リンク113、基側中間リンク115、末側中間リンク125、および末側中継リンク123を連動させるように動作を伝達する。
The
末節131は、両端側の遠位指節間関節132および第4連結軸127の2箇所の間隔を維持しつつ中節121および末側中継リンク123の指先139側を回転自在に連結するとともに、その遠位指節間関節132から中節121の延長方向に離隔する形状の指先139を第4連結軸127に対する相対的な位置関係も固定したまま相対回転可能にすることにより、その指先139を指先として機能させるようになっている。すなわち、遠位指節間関節132、第4連結軸127および指先139の3箇所の相対的な位置関係が固定されたまま回転可能に構築されている。
The
そして、図4に指101の駆動機構を構成するリンクのモデル図を示すように、基側四節リンク機構103においては、指101の長さの一部となる基節111と基側中継リンク113が同等の長さに形成されて、指101の中手指節間関節112付近の厚さとなる駆動リンク114に対して基側中間リンク115が半分以下で1/3程度の短尺に形成されている。同様に、末側四節リンク機構104においては、指101の長さの一部となる中節121と末側中継リンク123が同等の長さに形成されて、指101の近位指節間関節122付近の厚さとなる末側中間リンク125に対して末節131が半分以下で1/3程度の短尺に形成されている。
Then, as shown in FIG. 4 as a model diagram of the link constituting the drive mechanism of the
このため、指101をできるだけ延伸させた姿勢にしたときに、基側四節リンク機構103においては、基側中継リンク113と基側中間リンク115とができるだけ直線的に連続する姿勢になって、その基側中継リンク113と基側中間リンク115との間を回転自在に連結する第2連結軸117がそれらの両端側の近位指節間関節122と第1連結軸116の間の線分L1(後述の第1仮想リンク119)に外側で接近することにより、全体で概略3角形に近似する形状を形成するように作製されている。末側四節リンク機構104においては、末側中継リンク123と末節131とができるだけ直線的に連続する姿勢になって、その末側中継リンク123と末節131との間を回転自在に連結する第4連結軸127がそれらの両端側の第3連結軸126と遠位指節間関節132との間の線分L2(後述の第2仮想リンク129)に外側で接近することにより、全体で概略3角形に近似する形状を形成するように作製されている。
Therefore, when the
この構成により、基側四節リンク機構103においては、基節111などに動きを制限する負荷が加えられない場合には、アクチュエータ110により回転する駆動リンク114と一体に相対的な連結姿勢(リンク形状)を維持したまま中手指節間関節112を中心にして回転することができる。この基側四節リンク機構103は、例えば、基節111が作業対象に突き当たるなどして動きを停止させる制限負荷が掛かった場合には、停止する基節111に対して中手指節間関節112を中心に回転する駆動リンク114に連動して基側中継リンク113が指先139側に移動することを許容するように基側中間リンク115(末側中間リンク125)が近位指節間関節122を中心にして回転する。この基側四節リンク機構103は、基側中間リンク115が駆動リンク114の半分以下の短尺に形成されているので、基側中継リンク113の指先139側の末側中間リンク125を大きく回転させることができ、近位指節間関節122での回転範囲を大きくすることができる。なお、本実施形態では、基側中間リンク115を駆動リンク114の半分以下の寸法に作製しているが、駆動リンク114>基側中間リンク115の寸法に作製することにより十分に機能させることができることは言うまでもない。
With this configuration, in the proximal
このとき、末側四節リンク機構104においては、基側四節リンク機構103と同様に、中節121などに動きを制限する負荷が加えられない場合には、近位指節間関節122を中心にして回転する基側中間リンク115と一体の末側中間リンク125と相対的な連結姿勢(リンク形状)を維持したままその近位指節間関節122を中心にして回転することができる。この末側四節リンク機構104は、例えば、中節121が作業対象に突き当たるなどして動きを停止させる制限負荷が掛かった場合には、停止する中節121に対して近位指節間関節122を中心に回転する末側中間リンク125に連動して末側中継リンク123が指先139側に移動することを許容するように末節131が遠位指節間関節132を中心にして回転する。この末側四節リンク機構104でも、末節131が末側中間リンク125の半分以下の短尺に形成されているので、末側中継リンク123の指先139側の末節131を大きく回転させることができ、遠位指節間関節132での回転範囲を大きくすることができる。なお、本実施形態では、末節131を末側中間リンク125の半分以下の寸法に作製しているが、末側中間リンク125>末節131の寸法に作成することにより十分に機能させることができることは言うまでもない。
At this time, in the distal
すると、末節131は、遠位指節間関節132を中心にして相対的な位置関係(姿勢)の固定されている指先139を回転させて作業対象に突き当てることができ、基節111および中節121と共に作業対象を把持する状態にすることができる。
Then, the
具体的には、基節111は、図5に示すように、中間フレーム111Fにより連結固定されている一対の基節プレート111Pの両端側に軸穴111a、111bがそれぞれ形成されて構成されている。中節121は、図6に示すように、中間フレーム121Fにより連結固定されている一対の中節プレート121Pの両端側に支持シャフト121S1、121S2が軸として機能するようにそれぞれ固定されて構成されている。末節131は、図7に示すように、指先フレーム131Fにより連結固定されている一対の末節プレート131Pの一端側に軸穴131aがそれぞれ形成されているとともに、その指先フレーム131Fに一端側が連結固定されている支持プレート131Sの他端側に軸穴131bが形成されて構成されている。
Specifically, as shown in FIG. 5, the
また、駆動リンク114は、図8に示すように、駆動リンクプレート114Pの両端側に軸穴114a、114bがそれぞれ形成されて構成されている。基側中継リンク113は、図9に示すように、中間フレーム113Fにより連結固定されている一対の基側中継リンクプレート113Pの両端側に軸穴113a、113bがそれぞれ形成されて構成されている。基側中間リンク115と末側中間リンク125とは、図10に示すように、上述する中間リンク板120の3角形の各頂部に軸穴120a、120b、120cがそれぞれ形成されて構成されている。末側中継リンク123は、図11に示すように、中間フレーム123Fにより連結固定されている一対の末側中継リンクプレート123Pの両端側に軸穴123a、123bがそれぞれ形成されて構成されている。
Further, as shown in FIG. 8, the
詳細には、一対の基節プレート111Pの一端側は、軸穴111aに後述する連結シャフト114Sが差し込まれて回転自在に支持されている。これにより、基節111の一端側は、中手指節間関節112(軸穴111aおよび連結シャフト114S)により相対回転自在に連結されている。
Specifically, one end side of the pair of
また、一対の駆動リンクプレート114Pの一端側は、軸穴114aに後述する連結シャフト114Sが差し込まれて固定されている。これにより、駆動リンク114の一端側は、中手指節間関節112(軸穴114aおよび連結シャフト114S)により一体回転するように連結されている。
Further, one end side of the pair of
一対の中節プレート121Pの一端側は、基節プレート111Pの他端側の間に位置するように幅狭の離間距離に形成されて、その間に支持シャフト121S1が固定されており、その支持シャフト121S1の両端部が一端側の外面から突出している。一対の基節プレート111Pの他端側は、軸穴111bに中節プレート121Pの支持シャフト121S1の両端部が嵌め込まれて回転自在に支持されている。基節プレート111Pと同様に、中間リンク板120の一端側頂部は、軸穴120aに中節プレート121Pの支持シャフト121S1が差し込まれて回転自在に支持されている。これにより、基節111の他端側、中節121の一端側、および、基側中間リンク115と末側中間リンク125の一端側は、近位指節間関節122(軸穴111b、120aおよび支持シャフト121S1)により相対回転自在に連結されている。
One end side of the pair of
また、一対の中節プレート121Pの他端側は、末節プレート131Pの一端側を間に位置させるように基節プレート111Pと同等の離間距離に形成されて、その間に支持シャフト121S2が固定されている。一対の末節プレート131Pの一端側は、軸穴131aに中節プレート121Pの支持シャフト121S2が差し込まれて回転自在に支持されている。これにより、中節121の他端側および末節131の一端側は、遠位指節間関節132(軸穴131aおよび支持シャフト121S2)により相対回転自在に連結されている。
Further, the other end side of the pair of
基側中継リンクプレート113Pの両端側の軸穴113a、113bと、駆動リンクプレート114Pの他端側および中間リンク板120の基側頂部の軸穴114b、120bとは、第1連結軸116および第2連結軸117の連結シャフト116S、117Sがそれぞれ差し込まれて相対回転自在に連結されている。これにより、基側中継リンク113の両端側と駆動リンク114の他端側および基側中間リンク115の他端側とは、第1連結軸116および第2連結軸117(軸穴113a、113bおよび連結シャフト116S、117S)により相対回転自在に連結されている。
The shaft holes 113a and 113b on both ends of the base
末側中継リンクプレート123Pの両端側の軸穴123a、123bと、中間リンク板120の末側頂部および支持プレート131Sの軸穴131bとは、第3連結軸126および第4連結軸127の連結シャフト126S、127Sがそれぞれ差し込まれて相対回転自在に連結されている。これにより、末側中継リンク123の両端側と末側中間リンク125の他端側および末節131の他端側とは、第3連結軸126および第4連結軸127(軸穴123a、123bおよび連結シャフト126S、127S)により相対回転自在に連結されている。
The shaft holes 123a and 123b on both ends of the terminal
ところで、一対の末節プレート131Pの間の指先フレーム131Fは、軸穴131a側の一端側から他端側に向かって離隔するほど徐々に薄くなる先細り形状に形成されて、指先139として好適に機能するように作製されている。支持プレート131Sは、軸穴131bの形成されている他端側から離隔する一端側がその指先フレーム131Fの一面側にネジ止め固定されている。これにより、末節131は、両端側の軸穴131a、131bの一方または双方を中心に相対回転自在に連結されて、末側四節リンク機構104の一リンクとして機能する。
By the way, the
そして、近位指節間関節122および遠位指節間関節132には、基節プレート111Pおよび中節プレート121Pが、また、中節プレート121Pおよび末節プレート131Pが、それぞれ概略直線的に延伸する姿勢になるように弾性力を付与する、所謂、捻りバネ(弾性部材)141、142が支持シャフト121S1、121S2のそれぞれの周りに位置するように設置されている。この捻りバネ141、142は、例えば、基節プレート111Pに対して中節プレート121Pが、また、中節プレート121Pに対して末節プレート131Pが無負荷状態から互いに接近する方向に回転したときに延伸姿勢に戻す方向に付勢する弾性力を付与するように設置されている。
The proximal interphalangeal joint 122 and the distal interphalangeal joint 132 have the
また、これら捻りバネ141、142の周りには、図5〜図7に示すように、回転のし過ぎを制限するストッパとして機能する突き当て面111t1、121t1、121t2、131t2がそれぞれ配置されている。突き当て面111t1は、図5に示すように、基節プレート111Pの軸穴111bから離隔する長手方向端面の逆回転方向の片側に形成されており、回転方向の片側が円形に形成されて回転を許容するように形成されているのに対して、その逆回転方向側に位置して角形に形成されることにより対面側に突き当たって逆回転を制限するように機能する。突き当て面121t2は、図6に示すように、中節プレート121Pの軸穴121aの近傍で基節プレート111Pの突き当て面111t1に対面する対向面に形成されて、その突き当て面111t1に突き当たってその逆回転を制限するように機能する。また、突き当て面121t1は、同様に、図6に示すように、中節プレート121Pの軸穴121bから離隔する長手方向端面の逆回転方向の片側に形成されており、回転方向の片側が円形に形成されて回転を許容するように形成されているのに対して、その逆回転方向側に位置して角形に形成されることにより対面側に突き当たって逆回転を制限するように機能する。突き当て面131t2は、図7に示すように、末節プレート131Pの軸穴131aの近傍で中節プレート121Pの突き当て面121t1に対面する対向面に形成されて、その突き当て面121t1に突き当たってその逆回転を制限するように機能する。
Further, as shown in FIGS. 5 to 7, abutting surfaces 111t1, 121t1, 121t2, 131t2, which function as stoppers for limiting excessive rotation, are arranged around the torsion springs 141 and 142, respectively. .. As shown in FIG. 5, the abutting surface 111t1 is formed on one side of the longitudinal end surface separated from the
突き当て面111t1、121t2および突き当て面121t1、131t2は、基節プレート111P、中節プレート121Pおよび中節プレート131Pのそれぞれが互いに接近する状態から近位指節間関節122および遠位指節間関節132を中心にして捻りバネ141、142の弾性力により延伸姿勢に戻る方向に回転して、その延伸姿勢からさらに回転しようとする際に、互いに突き当たるように形成されている。これにより、基節プレート111P、中節プレート121Pおよび中節プレート131Pは、延伸姿勢から回転し過ぎることが制限されることにより、その延伸姿勢に戻った状態で維持することができ、指101の反り返りを確実に防止することができる。すなわち、捻りバネ141、142と突き当て面111t1、121t1、121t2、131t2とが姿勢保持手段を構成している。
The abutting surfaces 111t1, 121t2 and the abutting surfaces 121t1, 131t2 are located between the proximal interphalangeal joint 122 and the distal interphalangeal joint from the state where the
なお、突き当て面111t1、121t1、121t2、131t2の形状は、本実施形態で採用する図5〜図7に示す形状に限定されるものではない。本発明の実施形態では、詳細には、図示するように、基節111の近位指節間関節122付近に突き当て面111t1を面状で設け、中節121の近位指節間関節122付近に突き当て面121t2を面状で設けている。基節111と中節121が延伸姿勢からさらに回転しようとする際に、面状の突き当て面111t1と面状の突き当て面121t2が互いに突き当たるように形成されている。面状で互いに突き当たる形状とすることにより大きな力を受けることが可能な程度の強度を有するストッパとして構成されて設置されている。同様に、本発明の実施形態では、図示するように、中節121の遠位指節間関節132付近に突き当て面121t1を面状で設け、末節131の遠位指節間関節132付近に突き当て面131t2を面状で設けている。中節121と末節131が延伸姿勢からさらに回転しようとする際に、面状の突き当て面121t1と面状の突き当て面131t2が互いに突き当たるように形成されている。面状で互いに突き当たる形状とすることにより大きな力を受けることが可能な程度の強度を有するストッパとして構成されて設置されている。
The shapes of the abutting surfaces 111t1, 121t1, 121t2, and 131t2 are not limited to the shapes shown in FIGS. 5 to 7 adopted in the present embodiment. In the embodiment of the present invention, as shown in detail, the abutting surface 111t1 is provided in the vicinity of the proximal interphalangeal joint 122 of the
これにより、指101は、例えば、図13〜図15に示すような無負荷時に、基節プレート111P、中節プレート121Pおよび末節プレート131Pがほぼ直線的に延伸する姿勢で待機することができる。
As a result, the
さらに、図1〜図3に戻って、掌105の掌面106内に配置されている指101A〜101C毎の中手指節間関節112における一対の基節プレート111Pは、それぞれ一端側の軸穴111aに連結シャフト114Sが相対回転自在に差し込まれて支持されている。これに対して、その中手指節間関節112における駆動リンクプレート114Pは、その基節プレート111Pの間に位置して一端側の軸穴114aに連結シャフト114Sが差し込まれることにより回転可能に支持されつつ、それぞれアクチュエータ110の駆動力を受け取ってその連結シャフト114S(軸穴114a)を中心に正逆回転されて駆動するようになっている。
Further, returning to FIGS. 1 to 3, the pair of
指101Aの駆動リンクプレート114Pは、図1〜図3および図8に示すように、一端側の軸穴114aを軸心とする外周側にウォームホイール114Wが固定されているとともに、その軸穴114aに連結シャフト114S1が相対回転不能に固定されている。
As shown in FIGS. 1 to 3 and 8, the
これに対して、アクチュエータ110は、遊星歯車を内蔵して減速等の機能を有する伝達装置110Tを介して伝達シャフト151を回転駆動させることにより駆動力を出力するようになっており、その伝達シャフト151の先端に、指101Aの駆動リンクプレート114Pのウォームホイール114Wに噛み合う円筒ウォーム151Wが同軸回転するように固定されている。
On the other hand, the
これにより、指101Aの中手指節間関節112では、アクチュエータ110の駆動力を円筒ウォーム151Wおよびウォームホイール114Wを介して直接、減速伝達されて駆動リンクプレート114Pが正逆回転されるとともに、その駆動リンクプレート114Pの軸穴114aに差し込まれて固定されている連結シャフト114S1が一体回転される。
As a result, in the middle finger internodal joint 112 of the
指101Cの駆動リンクプレート114Pは、図1〜図3および図12に示すように、指101Aのようにウォームホイール114Wが固定されることなく、軸穴114aに指101Aと共通の連結シャフト114S1が差し込まれて相対回転不能に固定されている。
As shown in FIGS. 1 to 3 and 12, the
これにより、指101Cの中手指節間関節112では、同一のアクチュエータ110の駆動力が指101Aと共通の連結シャフト114S1を介して一体回転するように伝達されて、駆動リンクプレート114Pが等速に正逆回転される。
As a result, in the middle
指101Bの駆動リンクプレート114Pは、図1〜図3および図8に示すように、指101Aと同様に、一端側の軸穴114aを軸心とする外周側にウォームホイール114Wが固定されて、指101A、101Cとは別経路でアクチュエータ110の駆動力が伝達されるとともに、その軸穴114aには指101A、101Cとは別個の連結シャフト114S2が差し込まれて相対回転不能に固定されている(本実施形態では、後述するように回転角を検出するために固定するが、自由回転可能な場合には相対回転可能に支持するようにしてもよい)。
As shown in FIGS. 1 to 3 and 8, the
これに対して、アクチュエータ110は、伝達シャフト151の先端側の円筒ウォーム151Wとは別に、その円筒ウォーム151Wと伝達装置110Tとの間に駆動プーリ151Pが相対回転不能に固定されて伝達ベルト153が従動プーリ154Pと共に巻き掛けられている。従動プーリ154Pは、指101A近傍下部の駆動プーリ151Pから指101Cの近傍下部側の離隔位置に配置されて伝達ベルト153により従動回転されるように掌105の内部に回転自在に支持されている。また、従動プーリ154Pには、伝達ギア151Gが同軸に一体回転するように固定されており、その伝達ギア151Gには、中継ギア155が噛み合ってアクチュエータ110の駆動力が駆動プーリ151Pおよび伝達ベルト153を介して伝達されるようになっている。この中継ギア155は、軸心に伝達シャフト157が同軸に一体回転するように固定されており、この伝達シャフト157の反対側端部には、円筒ウォーム157Wが同軸に一体回転するように固定されている。この円筒ウォーム157Wには、一端側の軸穴114aに連結シャフト114S2が差し込まれている駆動リンクプレート114Pのウォームホイール114Wが噛み合って正逆回転されるようになっている。
On the other hand, in the
これにより、指101Bの中手指節間関節112では、同一のアクチュエータ110の駆動力が駆動プーリ151Pと伝達ベルト153から円筒ウォーム157Wおよびウォームホイール114Wを介して間接的に減速伝達されて駆動リンクプレート114Pが正逆回転される。すなわち、伝達シャフト151、157、円筒ウォーム151W、157W、ウォームホイール114W、駆動プーリ151P、従動プーリ154P、伝達ベルト153、伝達ギア151G、および中継ギア155がアクチュエータ110の駆動力を伝達する伝達機構を構成している。
As a result, in the middle
そして、ロボットハンド100は、指101A〜101Cの基節111、中節121、末節131の相対的な屈曲状態を制御部100Cが取得して、対象に応じた駆動を実現して把持等する最適作業を行うようになっている。なお、本実施形態では、ロボットハンド100に制御部100Cを設置して動作を統括制御する場合を一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、ロボットハンド100を設置されているロボット本体側に統括制御される形態に適用してもよいことはいうまでもない。
Then, in the
ロボットハンド100の制御部100Cは、メモリ100M内に格納されている制御プログラムを実行する中央演算素子、所謂、CPU(Central Processing Unit)により構成されている。制御部100Cは、そのメモリ100M内に予め設定されている各種パラメータや後述する角度センサなどの取得する各種センサ情報等に基づいて、例えば、アクチュエータ110の正逆駆動を制御することにより、例えば、図16に示すような円柱状のワークW1を作業対象として、最適条件で把持等する作業を実行するようになっている。
The
このロボットハンド100の制御部100Cは、中手指節間関節112と近位指節間関節122との作動状況を後述するセンサ素子により直接検出取得するとともに、遠位指節間関節132の作動状況については取得したセンサ情報やメモリ100M内に格納されている各部の寸法情報(幾何学的関係)を用いて算出取得するようになっている。
The
具体的には、ロボットハンド100の制御部100Cは、アクチュエータ110の不図示の駆動出力軸の回転角を検出するエンコーダ110Eが接続されている。制御部100Cは、そのエンコーダ110Eの検出情報に基づいて図4に示す指101のリンクモデルにおける掌105側の基準位置Bからの駆動リンクプレート114Pの相対回転角112αを直接検出取得する。なお、この駆動リンクプレート114Pの相対回転角112αは、伝達装置110Tによる減速比を考慮して検出すればよい。
Specifically, the
また、基節プレート111Pの一端側には、図5に示すように、駆動リンクプレート114Pと一体回転する連結シャフト114S1、114S2を差し込まれて相対回転自在に支持する軸穴111aの片側外面に、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット111rmが埋め込まれて突起状に突出している。図2や図3に示すように、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド111rhは、その連結シャフト114S1、114S2を回転自在に支持して中手指節間関節112として機能させる掌105側の部材に設置されて読取用マグネット111rmの周りに位置し、制御部100Cに接続されている。制御部100Cは、読取ヘッド111rhの検出する読取用マグネット111rmの相対回転から図4に示す指101のリンクモデルにおける掌105側の基準位置Bからの基節プレート111Pの相対回転角112βを直接検出取得する。なお、図2や図3において、制御部100Cに接続するセンサ線は、読取ヘッド111rhの1系統のみを一点鎖線で図示しており、他の系統は割愛している。
Further, as shown in FIG. 5, connecting shafts 114S1 and 114S2 that rotate integrally with the
さらに、中節プレート121Pの一端側には、図6に示すように、支持シャフト121S1の片側端部が外面から突出して、回転センサ素子の一方の構成要素である読取用マグネット121rmが埋め込まれている。図2や図3に示すように、回転センサ素子の他方の構成要素である読取ヘッド121rhは、その支持シャフト121S1の片側端部が回転自在に嵌め込まれる基節プレート111Pの他端側の軸穴111b周りに位置し、制御部100Cに接続されている。制御部100Cは、読取ヘッド121rhの検出する読取用マグネット121rmの相対回転から基節プレート111Pに対する中節プレート121Pの相対回転角122αを直接取得する。
Further, as shown in FIG. 6, one end of the support shaft 121S1 projects from the outer surface on one end side of the
このようにして、ロボットハンド100の制御部100Cは、図4に示すように、アクチュエータ110のエンコーダ110Eのセンサ情報に基づいて駆動リンクプレート114Pの指101における基準位置Bからの中手指節間関節112(軸穴111a、114a)周りでの回転角112αを直接取得し、また、読取ヘッド111rhの検出する読取用マグネット111rmの回転情報に基づいて基節プレート111Pの指101における基準位置Bからの中手指節間関節112周りでの回転角112βを直接取得し、さらに、読取ヘッド121rhが検出する読取用マグネット121rmの回転情報に基づいて基節プレート111Pに対する中節プレート121Pの近位指節間関節122(軸穴111b、121a)周りでの回転角122αを直接取得している。
In this way, as shown in FIG. 4, the
これに対して、制御部100Cは、中節プレート121Pに対する末節プレート131Pの遠位指節間関節132(軸穴121b、131a)周りにおける回転角132γを算出取得している。
On the other hand, the
詳細に、まず、この制御部100Cは、中手指節間関節112周りにおいて、駆動リンクプレート114Pの基準位置Bからの回転角112αを、基節プレート111Pの基準位置Bからの回転角112βから減算することにより、基節プレート111Pと駆動リンクプレート114Pとの間の回転角112γを算出取得する。
Specifically, first, the
次いで、制御部100Cは、その基節プレート111Pと駆動リンクプレート114P(以下では、プレートという文言を省略する場合もある)との間の算出回転角112γと、基節111のリンク長(既定の基節プレート111Pの軸穴111a、111b間距離、以下同様のため省略)と、駆動リンク114のリンク長とから、第1仮想リンク119(軸穴111b、114b間の線分L1)の長さを算出取得する。
Next, the
次いで、制御部100Cは、算出した第1仮想リンク119の長さと、基節111のリンク長と、駆動リンク114のリンク長とから、その第1仮想リンク119と基節111との間の近位指節間関節122周りにおける回転角122βを算出取得する。
Next, the
次いで、同様に、制御部100Cは、算出した第1仮想リンク119の長さと、基側中継リンク113のリンク長と、中間リンク板120における基側中間リンク115のリンク長とから、その第1仮想リンク119と基側中間リンク115との間の近位指節間関節122周りにおける回転角122γを算出取得する。
Next, similarly, the
次いで、制御部100Cは、第1仮想リンク119と基節111との間の算出回転角122βと、その第1仮想リンク119と基側中間リンク115との間の算出回転角122γと、中間リンク板120の基側中間リンク115および末側中間リンク125の間の近位指節間関節122周りにおける固定角122δと、基節プレート111Pと中節プレート121Pの間の近位指節間関節122周りにおける検出回転角122αとから、中節121および末側中間リンク125の間の近位指節間関節122周りにおける回転角122εを算出取得する。
Next, the
次いで、制御部100Cは、中節121および末側中間リンク125の間の算出回転角122εと、中節121のリンク長と、中間リンク板120における末側中間リンク125のリンク長とから、第2仮想リンク129(軸穴120c、121b間の線分L2)の長さを算出取得する。
Next, the
次いで、制御部100Cは、算出した第2仮想リンク129の長さと、中節121のリンク長と、中間リンク板120における末側中間リンク125のリンク長とから、その第2仮想リンク129と中節121との間の遠位指節間関節132(軸穴121b、131a)周りにおける回転角132αを算出取得する。
Next, the
次いで、制御部100Cは、同様に、算出した第2仮想リンク129の長さと、末側中継リンク123のリンク長と、末節131のリンク長とから、その第2仮想リンク129と末節131との間の遠位指節間関節132周りにおける回転角132βを算出取得する。
Next, the
次いで、制御部100Cは、第2仮想リンク129と中節121との間の算出回転角132αと、第2仮想リンク129と末節131との間の算出回転角132βと、末節プレート131Pの軸穴131aから支持プレート131Sの他端側の軸穴131bまでのリンクとして機能する末節131およびその末節プレート131Pの軸穴131aから指先フレーム131Fの他端側の指先139の先端139aまでの指先リンクの間の軸穴131a周りにおける固定角133αとからその指先リンクと中節121(中節プレート121P)の延長線121Eとの間の遠位指節間関節132における回転角132γを算出取得する。
Next, the
このようにして、このロボットハンド100の制御部100Cは、エンコーダ110Eや読取用マグネット111rm、121rmおよび読取ヘッド111rh、121rhから、駆動リンク114の回転角112αや、基節111および中節121の回転角112β、122α(中手指節間関節112および近位指節間関節122の関節角)を直接検出取得するのに加えて、センサ素子を特に設置することなく、基側四節リンク機構103および末側四節リンク機構104の構成要素の寸法や角度等の幾何学的情報を用いて、遠位指節間関節132の関節角として、末節131と一体の指先139の回転角132γを算出取得することができる。すなわち、ロボットハンド100では、センサ素子の設置数を少なくして、コスト低減と共に、設置スペースを削減して小型化を図ることができる。
In this way, the
そして、このロボットハンド100の制御部100Cは、メモリ100M内の制御プログラムを実行して各種設定パラメータや各種センサ情報等に基づいてアクチュエータ110の正逆駆動を制御することにより各種作業を最適条件で実行する。
Then, the
ところで、このロボットハンド100は、基節111、中節121および末節131のいずれにも負荷が加えられることなく、各指101A〜101Cの指先139が掌面106の中央付近の仮想鉛直平面106V(図19を参照)に接近して、その仮想鉛直平面106Vを挟んで交互の隣接位置で向かい合う際に、その仮想鉛直平面106Vに指先139の指腹139sが全面接触する姿勢を取るように設定されている。
By the way, in this
これにより、ロボットハンド100は、アクチュエータ110が正逆駆動されてウォームホイール114Wと円筒ウォーム151W、157Wとの噛合位置に応じて駆動リンク114が中手指節間関節112を中心に駆動回転されることにより、指101A〜101Cが同調して機能する。このロボットハンド100は、指101A〜101Cの指先139が大きく互いに離間する姿勢から始動し、その指先139が互いに接近する方向に動作されることによって、基節111、中節121および末節131が中手指節間関節112、近位指節間関節122および遠位指節間関節132で適宜に屈曲して作業対象のワークWを把持する作業などを実行することができる。
As a result, in the
例えば、指101は、作業対象のワークWの存在しない無負荷時には、例えば、図13〜図15に指101Aを一例にして図示するように動作する。まず、指101Aは、無負荷時には、中節121が基節111に対して、末節131(指先139)がその中節121に対して、捻りバネ141、142の弾性力により付勢されている。このため、基節111、中節121および末節131は、ほぼ直線的に延伸する姿勢にされて基側四節リンク機構103および末側四節リンク機構104の形状が維持される。
For example, the
ロボットハンド100の指101Aは、図13に示すように、駆動リンク114がウォームホイール114Wと円筒ウォーム151Wとの待機時の噛合位置に保持されて、他の指101Bの指先139から大きく離隔する待機姿勢に保持される。この指101Aは、その待機姿勢から始動されると、アクチュエータ110の駆動力により円筒ウォーム151Wが回転されてウォームホイール114Wとの噛合位置が変動するのに連れて、駆動リンク114が中手指節間関節112を中心に回転する。すると、指101Aは、図14に示すように、指101Bの指先139に接近する方向に回転されて、基節111、中節121および末節131が直線的な延伸姿勢のまま、図15に示すように、掌面106に対して平行姿勢で対面する位置で停止される。このロボットハンド100は、図15に示す状態を取ることにより、後述する図23に示すように、指101A〜101Cを収容する停止状態にすることができるようになっている。
As shown in FIG. 13, the
また、例えば、指101は、作業対象の細めの円柱状のワークW1を把持する際には、図16〜図18に図示するように、動作する。なお、このワークW1は円柱形状で指101A、101Cが同時に同様に動作して把持する作業を行うことになるが、指101Aを図示する図面を用いてその動作を説明する。
Further, for example, the
まず、ロボットハンド100の指101Aは、図13に示す無負荷の待機状態からアクチュエータ110の駆動力により円筒ウォーム151Wが回転されてウォームホイール114Wとの噛合位置が変動するのに連れて、駆動リンク114が中手指節間関節112を中心に回転することによって、図16に示すように、基節111がワークW1に突き当たってそれ以上の回転が制限される。そのまま、指101Aは、その駆動リンク114が中手指節間関節112を中心にさらに回転されることによって、基側四節リンク機構103が変形されつつ、図17に示すように、基側中継リンク113が指先139側にスライドされて、中間リンク板120(基側中間リンク115と末側中間リンク125)と中節121が捻りバネ141の弾性力に抗して近位指節間関節122を中心に回転される。すると、指101Aは、末側四節リンク機構104の形状を維持したまま、その中節121がワークW1に突き当たってそれ以上の回転が制限される。このとき、中間リンク板120(基側中間リンク115と末側中間リンク125)と中節121が近位指節間関節122を中心に限界まで回転された後には、その中節121がワークW1に突き当たる前でも、後述するように、末側中継リンク123のスライドと共に、捻りバネ142の弾性力に抗する末節131の相対回転が開始されることになる。
First, the
このロボットハンド100は、中節121がワークW1に突き当たるなどした後にも、駆動リンク114や中間リンク板120が中手指節間関節112や近位指節間関節122を中心に回転することによって、図18に示すように、中節121の回転制限に伴って末側中継リンク123が指先139側にスライドされる。この後に、指101Aは、末節131が捻りバネ142の弾性力に抗して遠位指節間関節132を中心に回転されて、末側四節リンク機構104が変形されつつ、指先139がその遠位指節間関節132を中心に回転されることにより、その指先139の指腹139sをワークW1に突き当てた状態に変移されて、それ以上の回転が制限されて把持する状態が維持される。
In this
また、例えば、図19に図示するように、作業対象のワークWがシート状の場合には、掌面106の端辺106a、106b間の中央付近の仮想鉛直平面106Vに一致させるようにそのワークWを保持してロボットハンド100を駆動させることにより、指101A〜101Cは、図13に示す無負荷状態のまま、上述するように、指先139同士が互いに接近する方向に、基節111、中節121および末節131の直線的な延伸姿勢のまま回転される。すると、その指101A〜101Cは、その仮想鉛直平面106Vに位置するシート状のワークWに指先139の指腹139sを全面接触させる状態に変移されて、それ以上の回転が制限されて把持する状態が維持される。すなわち、ロボットハンド100は、指101の指先139でシート状のワークWを挟んで把持することができる。
Further, for example, as shown in FIG. 19, when the work W to be worked is in the shape of a sheet, the work is aligned with the virtual
さらに、例えば、指101は、作業対象の厚板状のワークW2を把持する際には、図20および図21に図示するように、動作する。
Further, for example, the
まず、例えば、図20に図示するように、作業対象のワークW2が掌面106の端辺106a、106b間の中央付近に位置するように保持してロボットハンド100を駆動させることにより、指101A〜101Cは、図13に示す無負荷状態のまま、上述するように、指先139同士が互いに接近する方向に、基節111、中節121および末節131の直線的な延伸姿勢のまま回転される。すると、指101A〜101Cは、その掌面106の中央付近に位置するワークW2に中節121の他端側が突き当たってそれ以上の回転が制限される。
First, for example, as shown in FIG. 20, the work W2 to be worked is held so as to be located near the center between the
この指101A〜101Cは、中節121がワークW2に突き当たった後にも、駆動リンク114が中手指節間関節112を中心にさらに回転されることによって、基側四節リンク機構103が変形されつつ、中間リンク板120が近位指節間関節122を中心に回転されて、末側中継リンク123が指先139側にスライドされる。すると、指101A〜101Cは、図21に示すように、末節131が捻りバネ142の弾性力に抗して遠位指節間関節132を中心に回転されて、末側四節リンク機構104が変形されつつ、指先139がその遠位指節間関節132を中心に回転される。これにより、指101A〜101Cは、末節131の指先139の指腹139sをワークW2に対面させて突き当てた状態に変移されて、それ以上の回転が制限されて把持する状態が維持される。このとき、ロボットハンド100の指101は、基節プレート111Pと中節プレート121Pの突き当て面111t1、121t2が互いに突き当って基節111および中節121を一体化された節とみなすことができ、アクチュエータ110の駆動力が中節121の回転に浪費されてしまうことなく、効率よくワークW2を把持する作業にあてることができる。
In the
また、例えば、ロボットハンド100は、作業対象のワークW3が中節121の長さよりも大径で指101の1本では把持することができない円柱の場合には、図22に図示するように、動作する。
Further, for example, in the case of the
まず、作業対象のワークW3が掌面106の端辺106a、106b間の中央付近に位置するように保持してロボットハンド100を駆動させることにより、図16〜図18で説明するワークW1の場合と同様に動作して、指101A〜101Cの全体で把持することになる。この場合、指101A〜101Cは、図13に示す無負荷状態のまま、上述するように、指先139同士が互いに接近する方向に、基節111、中節121および末節131の直線的な延伸姿勢のまま回転が開始される。すると、指101A〜101Cは、掌面106の中央付近に位置するワークW3に、基節111と、中節121と、末節131の指先139とが順次に突き当たってそれ以上の回転が制限されることにより把持することになる。
First, in the case of the work W1 described with reference to FIGS. 16 to 18, the work W3 to be worked is held so as to be located near the center between the
詳細には、まず、ロボットハンド100の指101A〜101Cは、図13に示す無負荷状態の基節111、中節121および末節131が直線的な延伸姿勢のまま回転され、基節111がワークW3に突き当たってそれ以上の回転が制限されると、中節121が捻りバネ141の弾性力に抗して近位指節間関節122を中心に回転される。この後に、その指101A〜101Cの中節121がワークW3に突き当たってそれ以上の回転が制限されると、さらに、末節131が捻りバネ142の弾性力に抗して遠位指節間関節132を中心に回転される。すると、その指101A〜101Cの末節131(指先139)がその遠位指節間関節132を中心に回転されて、その指先139の指腹139sをワークW3に突き当てた状態に変移されて、それ以上の回転が制限されて把持する状態が維持される。
Specifically, first, the
これにより、ロボットハンド100は、基側四節リンク機構103と、末側四節リンク機構104とを1つのアクチュエータ110の駆動力によって別個に変形させるように駆動させることにより、作業対象のワークWの形状に応じて基節111と、中節121と、末節131とを順次に回転させることができ、末節131の指先139までを沿わせる状態にして、そのワークWを把持することができる。
As a result, the
ところで、ロボットハンド100の制御部100Cは、例えば、停止命令があったときに、図23に示すように、無負荷の状態のままアクチュエータ110を駆動させて、基節111、中節121および末節131の直線的な延伸姿勢のまま、掌面106に対して平行姿勢で対面するホーム状態まで回転させて停止させるようになっている。これにより、指101A〜101Cが外的環境に干渉して損傷してしまうことを極力少なくすることができる。
By the way, for example, when a stop command is given, the
このロボットハンド100は、掌105の掌面106の4隅に、指101A〜101Cをホーム状態にしたときに、その基側中継リンク113や末側中継リンク123の最も突出する部位よりも設置面の掌面106から離隔する大きさ(高さ)のリブ(突出部材)191が配置されている。
When the
これにより、ロボットハンド100は、指101A〜101Cをホーム状態に収容して停止させた場合には、図24に示すように、指101A〜101Cの基側中継リンク113や末側中継リンク123などに装置外の部材EX等が突き当たって損傷させてしまうことを未然に回避することができる。
As a result, when the
このように、本実施形態の指101A〜101Cを搭載するロボットハンド100にあっては、1つのアクチュエータ110の駆動力によって基節111、中節121および末節131を作業対象のワークWの形状に応じて順次に回転させることができ、末節131の指先139までをワークWの外面に馴染むように沿わさせて、そのワークWを最適状態で把持することができる。
As described above, in the
したがって、作業対象のワークWの形状に応じて指101の基節111、中節121および末節131を1つのアクチュエータ110で最適駆動させることができ、小型化しつつワークWに対する最適な動きを実現することができる。
Therefore, the
本実施形態では、中手指節間関節112および近位指節間関節122に読取用マグネット111rm、121rmと読取ヘッド111rh、121rhとを設置して、基節111および中節121の相対回転角(関節角)をセンサ情報として制御部100Cに直接検出取得させ、末節131の相対回転角(関節角)は基側四節リンク機構103および末側四節リンク機構104の寸法形状を用いて算出取得する場合を一例にして説明するが、これに限るものではない。例えば、遠位指節間関節132にもセンサを設置して直接検出取得するようにしてもよいが、センサの設置制限や部品コスト等を勘案すると、本実施形態の方が好適である。
In the present embodiment, the reading
また、本実施形態では、基節111の基節プレート111P側に、読取ヘッド121rhと、読取用マグネット121rmとを設置する一例を説明するが、これに限るものではない。その他の態様としては、これに代えて、例えば、図25〜図27に図示するように、中節121の中節プレート121Pの外側にセンサ用プレート121P2を増設して、回転センサ素子の一方の構成要素である読取ヘッド121rhを設置するとともに、回転センサ素子の他方の構成要素である読取用マグネット121rmは、中間リンク板120の軸穴120aに差し込む支持シャフト121S1をそのセンサ用プレート121P2まで延長して検出可能に埋め込むようにしてもよい。この場合にも、上述実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
Further, in the present embodiment, an example in which the reading head 121rh and the reading magnet 121rm are installed on the
また、本実施形態では、基節111、中節121、末節131を延伸姿勢に保持する姿勢保持手段として、捻りバネ141、142と突き当て面111t1、121t1、121t2、131t2を設置する一例を説明するが、これに限るものではない。その他の態様としては、これに代えて、例えば、その基節111、中節121、末節131のそれぞれが延伸姿勢から回転し過ぎてしまうことを制限する手段(ストッパ)として、図28に図示するように、基節プレート111Pや中節プレート121Pの長手方向端部の外周面に突起111u1、121u1を形成するとともに、その突起111u1、121u1に突き当たってその回転のし過ぎを制限する突起121u2、131u2を中節プレート121Pや末節プレート131Pの側面に形成するようにしてもよい。この場合には、同様の作用効果を得ることができる。
Further, in the present embodiment, an example will be described in which the torsion springs 141 and 142 and the abutting surfaces 111t1, 121t1, 121t2 and 131t2 are installed as the posture holding means for holding the
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。 Although embodiments of the present invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that modifications may be made without departing from the scope of the invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.
100……ロボットハンド
100C……制御部
100M……メモリ
101、101A、101B、101C……指
103……基側四節リンク機構
104……末側四節リンク機構
105……掌
106……掌面
106V……仮想鉛直平面
109……手首
110……アクチュエータ
110E……エンコーダ
110T……伝達装置
111……基節
111rh、121rh……読取ヘッド
111rm、121rm……読取用マグネット
111t1、121t1、121t2、131t2……突き当て面
112……中手指節間関節
113……基側中継リンク
114……駆動リンク
114W……ウォームホイール
115……基側中間リンク
119、129……仮想リンク
120……中間リンク板
121……中節
122……近位指節間関節
123……末側中継リンク
125……末側中間リンク
131……末節
132……遠位指節間関節
139……指先
141、142……捻りバネ
151、157……伝達シャフト
151G……伝達ギア
151P……駆動プーリ
151W、157W……円筒ウォーム
153……伝達ベルト
154P……従動プーリ
155……中継ギア
L1、L2……線分
W、W1、W2、W3……ワーク
100 ...
Claims (7)
前記基節を前記ロボットハンド本体に相対回転自在に連結する中手指節間関節と、前記基節および前記中節を相対回転自在に連結する近位指節間関節と、前記中節および前記末節を相対回転自在に連結する遠位指節間関節とを備えて、
前記基節と、前記中手指節間関節に一端側を回転自在に連結されて前記アクチュエータにより回転される駆動リンクと、前記近位指節間関節に一端側を回転自在に連結されている基側中間リンクと、前記駆動リンクの他端側に配置されている第1連結軸および前記基側中間リンクの他端側に配置されている第2連結軸に両端側を回転自在に連結されている基側中継リンクとにより構成される基側四節リンク機構と、
前記中節と、前記末節と、前記近位指節間関節に一端側を回転自在に連結されている末側中間リンクと、前記末側中間リンクの他端側に配置されている第3連結軸および前記末節の他端側に配置されている第4連結軸に両端側を回転自在に連結されている末側中継リンクとにより構成される末側四節リンク機構と、
前記基節、前記中節および前記末節に対する無負荷時に該基節、該中節および該末節の互いの相対的な姿勢を所定に保持する姿勢保持手段とを具備し、
前記基側中間リンクおよび前記末側中間リンクは、前記第2連結軸と前記第3連結軸との間の間隔が固定されることにより、相対的な位置関係を維持したまま一端側を共通の前記近位指節間関節により回転自在に支持され、
前記末節は、前記遠位指節間関節と、前記第4連結軸と、前記中節から離隔する位置の指先とがそれぞれ異なる3箇所に配置されて相対的な位置関係が固定され、
さらに、前記基側四節リンク機構および前記末側四節リンク機構において、前記指の長さの一部となる、前記基節および前記中節に対して前記基側中継リンクおよび前記末側中継リンクはそれぞれ同等の長さを有し、前記指の厚さの一部となる、前記基側中間リンクは前記駆動リンクよりも短尺に形成されているとともに、前記末節は前記末側中間リンクよりも短尺に形成されており、
前記指が延伸する姿勢の際に、前記基側四節リンク機構は前記第2連結軸が前記近位指節間関節および前記第1連結軸の間の線分に接近する外側に位置し、前記末側四節リンク機構は前記第4連結軸が前記遠位指節間関節および前記第3連結軸の間の線分に接近する外側に位置する、ロボットハンドの指の駆動機構。 A robot hand that has a proximal phalanx on the main body side of the robot hand, a distal phalanx on the fingertip side, and a middle phalanx between the proximal phalanx and the distal phalanx, and functions by transmitting the driving force of one actuator. It ’s a finger drive mechanism.
The intermediate interphalangeal joint that connects the proximal phalanx to the robot hand body in a relative rotatable manner, the proximal interphalangeal joint that connects the proximal phalanx and the intermediate phalanx in a relative rotatable manner, the intermediate phalanx and the terminal phalanx. With a distal interphalangeal joint that connects the relative rotatably,
A drive link that is rotatably connected to the proximal interphalangeal joint at one end and rotated by the actuator, and a group that is rotatably connected to the proximal interphalangeal joint at one end. Both ends are rotatably connected to the side intermediate link, the first connecting shaft arranged on the other end side of the drive link, and the second connecting shaft arranged on the other end side of the base intermediate link. A base-side four-section link mechanism composed of a base-side relay link and
The intermediate phalanx, the distal phalanx, the distal intermediate link rotatably connected to the proximal interphalangeal joint on one end side, and the third connection arranged on the other end side of the distal interphalangeal link. A terminal interphalangeal link mechanism composed of a shaft and a terminal relay link rotatably connected to both ends of a fourth connecting shaft arranged on the other end side of the terminal segment.
It is provided with a posture holding means for holding a predetermined relative posture of the proximal phalanx, the intermediate phalanx and the distal phalanx when no load is applied to the proximal phalanx, the intermediate phalanx and the distal phalanx.
The base-side intermediate link and the end-side intermediate link share one end side while maintaining a relative positional relationship by fixing the distance between the second connecting shaft and the third connecting shaft. Rotatably supported by the proximal interphalangeal joint
The distal phalanx is arranged at three locations where the distal interphalangeal joint, the fourth connecting axis, and the fingertip at a position separated from the intermediate phalanx are different from each other, and the relative positional relationship is fixed .
Further, in the proximal phalanx link mechanism and the distal phalanx link mechanism, the proximal relay link and the distal relay to the proximal phalanx and the intermediate phalanx, which are a part of the length of the finger. Each of the links has the same length and becomes a part of the thickness of the finger. The proximal intermediate link is formed shorter than the driving link, and the distal phalanx is formed from the distal intermediate link. Is also formed short,
In the extended position of the finger, the basal quadruped link mechanism is located on the outside where the second connecting shaft approaches the line between the proximal interphalangeal joint and the first connecting shaft. The distal four-node link mechanism is a finger driving mechanism of a robot hand located on the outside where the fourth connecting shaft approaches the line between the distal interphalangeal joint and the third connecting shaft.
前記検出手段は、前記部材間の角度を検出するセンサ素子と、当該センサ素子の検出情報および予め取得可能な前記部材の寸法に応じた幾何学的関係を用いて前記部材間の角度を算出する演算素子と、により構成されている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のロボットハンドの指の駆動機構。 A detection means for detecting the angle between the members that rotatably support the middle interphalangeal joint, the proximal interphalangeal joint, and the distal interphalangeal joint is provided.
The detection means calculates the angle between the members by using the sensor element that detects the angle between the members, the detection information of the sensor element, and the geometric relationship according to the dimensions of the member that can be acquired in advance. The drive mechanism for a finger of a robot hand according to any one of claims 1 to 3 , which is composed of an arithmetic element.
前記アクチュエータの駆動力を前記指毎の前記駆動リンクに伝達して機能させる伝達機構を備える、ロボットハンド。 A robot hand having at least two or more pairs of fingers having the drive mechanism according to any one of claims 1 to 4.
A robot hand comprising a transmission mechanism that transmits the driving force of the actuator to the driving link for each finger to function.
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