JPH01274989A

JPH01274989A - 把持ハンド

Info

Publication number: JPH01274989A
Application number: JP10624988A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Konase; 淳木名瀬
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1989-11-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は飽性な物体や小さな外力で傷付きやすい物体の
把持移動を行なう把持ハンドに関する。

（従来の技術）従来の把持力の制御可能な把持ハンドは把持ハンドに直
接モータなどの駆動源とこの駆動源の制御手段が設けら
れている。このような把持ハンドは飽性な又は小さな外
力で傷付きゃすい把持対象物を把持移動するために、こ
れらの把持対象物に合せた一定の力で把持する必要があ
るものであった。そのため、把持片に力覚センサを設け
、この力覚センサによって検出された検出信号に基づき
駆動源への駆動指令を制御するようになっている。とこ
ろが上述のような駆動源などが把持ハンド自身に一体に
設けられている把持ハンドでは把持部が大型であっては
把持部を把持対処物まで移動させる機構も大型化してし
まい、把持動作の高精度化に併せて、把持部の姿勢保持
という問題が生じていた。これに応じて把持部の小型化
、軽量化という課題が生じていた。

このような課題を解決するために従来一体部に設けられ
ていた把持ハンドを把持部と駆動源とに分離し、駆動力
のみを把持ハンドに伝達する伝達手段を設けることで把
持ハンドの小型軽量化を計っていた。

（発明が解決しようとする課題）上述のような駆動源と把持部を分離した把持ハンドでは
、駆動源より駆動力を把持部に伝達する伝達手段の生じ
る摩擦力が大きく、伝達効率を低下させていた。また、
伝達手段のバックラッシなどにより駆動力の伝達が遅れ
、力覚センサによるフィードバック制御が非常に不安定
になり、飽性な物体や小さな外力で傷つきやすい物体の
把持を行なう際に必要とされる高い精度を達成すること
が困難であった。

また、把持ハンドが把持対象物を把持するとき、力覚セ
ンサの検出信号が目標値を越えた場合、把持対象物が硬
質のものである場合には、把持力を制御する制御手段は
把持力の補正を行なうために把持片を開放方向に駆動す
るように駆動源に指令を送出し、把持対象物への把持力
を弱めてしまう。

この把持力を弱めた状態の力覚センサの検出信号に応じ
て制御手段は今度は把持方向へ駆動源を駆動させようと
する。このような制御が連続的に繰返されることにより
、把持ハンドは発振状態となり、把持対象物を把持する
ことが不安定又は不可能となるという不具合が生じてい
た。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）開閉自在な一対の把持片を有する把持部と、把持部側に
設けられた減速機構を介して駆動源の駆動力を把持部に
伝達する伝達手段と、上記把持片の少なくともいずれか
一方に設けられたひずみゲージと、このひずみゲージか
らの検出出力に基づき上記駆動源の駆動力を制御する制
御手段とを具備する把持ハンドである。また、把持片の
少なくともいずれか一方が柔軟性部である把持ノ＼ンド
を提供する。

（作用）把持部側に設けられた減速機構を介して駆動源の駆動力
を伝達することで、摩擦やバックラッシの影響を軽減で
きる。これにより把持部と駆動源を分離した状態でもル
ープゲインを高めることができ、高精度で高速の制御を
得ることができる。

また、把持片の少なくとも一方が柔軟性部であることに
より、把持力の制御中においても把持対象物の把持状態
を維持して発振状態になることを防止できる。

（実施例）この発明における一実施例を第１図乃至第６図を参照し
て説明する。ロボットの把持ハンドの基本的な構成とし
ては把持部１と、この把持部１を駆動する駆動源２と、
上記把持部１と駆動源２との間に設けられて駆動力を伝
達する駆動力伝達手段３とからなっている。

上記把持部１は側面視でＬ字状に形成されたベース４上
に支持されている。この把持部１は一対の把持片５．６
を有しており、これら一対の把持片５．６の基端側の中
途部は上記ベース４に対して軸方向を上下方向に向けら
れた支軸７によって回動自在に支持されている。

さらに、上記一対の把持片５．６の互いの基端部間には
水平方向の送りねじ８が設けられている。

この送りねじ８は両端部側がそれぞれ上記一対の把持片
５．６の板厚方向に貫通状態に設けられ、同貫通部分は
螺合状態になっている。ここで、送りねじ８は長手方向
の中央部を境界にして一方が順ねじ、他方が逆ねじにな
っており、この境界部分には上記送りねじ８を軸とする
プーリ８ａが結合されて連動機構９が構成されている。

つまり、プーリ８ａが正転および逆転することで、一対
の把持片５．６の先端部が近接する方向および離れる方
向に移動して、把持部１の把持状態と開放状態とに駆動
される。

ここで、上記プーリ８ａには上記駆動力伝達手段３とし
ての無端状のワイヤロープ１０の中途部が例えば２重に
巻掛けられている。そして、同ワイヤローブ１０は上記
ベース４の垂直板状部分を貫通して延長され、駆動源２
側に連結されている。

ここで駆動源２はＤＣサーボモータ１１であり、このＤ
Ｃサーボモータ１１の回転軸には同ＤＣサーボモータ１
１に結合された減速機１２の入力側が連結されている。

そして、上記減速機１２の前面かＬ字型に形成されたプ
レート状のベース１３に結合され、同減速機１２の出力
軸がベース１３に貫通されている。そして、この出力軸
に対して駆動側プーリ１４が結合されており、この駆動
側プーリ１４にはワイヤーローブ１０が巻掛けられてい
る。ここで、ワイヤローブ１０の中途部は上記駆動側ベ
ース１３の端部に形成された直立片に貫通状態に挿通さ
れており、また、上記把持部１側のベース４と、駆動源
２側のベース１３との間に位置するワイヤローブ１０に
はアウタチューブ１５によりカバーが施されている。ま
た、上記ベース１３には、同ベース１３の直立片を貫通
して延長され上記駆動側プーリ１４に巻掛けられたワイ
ヤローブ１０の中途部に対応する位置にコイルばねによ
って付勢されるテンショナー１６が設けられている。

このように形成されることで、上記ＤＣサーボモータ１
１が駆動されると、上記駆動側プーリ１４が回動する。

この駆動側プーリ１４の回動力はワイヤローブ１０の軸
方向の移動力として上記ねじ８の軸方向に、上記一対の
把持片５．６の基端部が駆動される。つまり、一対の把
持片５．６の先端部が把持方向および開放方向に駆動さ
れる。

ここで、上記連動機構９の送りねじ８のピッチ、および
プーリ８ａの直径は所定の減速比をもつように設定され
ている。

また、把持部１の一対の把持片５．６の中途部分の外側
面および内側面にはひずみゲージ１７．１７がそれぞれ
貼付けられている。これらのひずみゲージ１７．１７か
ら延出された図示しないリード線はひずみアンプ１８の
入力部に接続されており、このひずみアンプ１８の出力
側は制御装置１９に接続されている。この制御装置１９
内には上記ＤＣサーボモータ１１に電流を供給するサー
ボアンプ２０が設けられており、ＤＣサーボモータ１１
を駆動制御するようになっている。ここで、上記制御装
置１９は上記把持部１の把持状態を制御するものであり
、図示しない把持対象物を把持または開放するように制
御する。また、把持状態においては上記把持部１での把
持力を所定の値になるように制御する機能を有しており
、上記ひずみゲージ１７．１７で検出された値を上記ひ
ずみアンプ１８を介して検知し、この検出値が目標の値
になるように上記ＤＣサーボモータ１１をフィードバッ
ク制御するようになっている。

上述のように連動機構９を送りねじ８とプーリ８ａとで
構成し、これにより減速機能を持たせることで、ワイヤ
ローブ１０に加わる張力を１／（減速比）に軽減するこ
とができる。ここで、減速比は上記ワイヤーローブ１０
が送り移動された寸法と、一対の把持片５．６が送り移
動された寸法との比である。

また、ワイヤローブ１０のプーリ３ａ、１４に対する摩
擦力やアウターチューブ１５内で生じるバックラッシも
同様に１７（減速比）とすることができる。さらに、ワ
イヤローブ１０の延びは１／（減速比）２にすることが
できる。このような作用により高速で高精度な制御がで
きる。つまり、把持部１と駆動源２とを別体に設け、互
いに所定の距離離れた位置に配置して駆動力伝達手段３
により駆動力を伝達すると、摩擦やバックラッシのため
に制御装置１９のループゲインを高めることができず高
精度の制御ができなかったが、上記減速機能を有する連
動機構９を設けることにより摩擦やバックラッシの影響
を軽減できループゲインを高めることができ、高精度で
高速の制御を得ることができた。

また、上記把持部１の一対の把持片５．６の先端部から
、連動機構９が設けられた基端部までの間に柔軟性を有
する柔軟性部２１を設けることは、精度の高い把持力制
御に有効である。

例えば、第２図および第３図に示されるように一対の把
持片５．６の双方の先端部に、上記柔軟性部２１として
のコイルばね２２．２３を設けることで、柔軟性を与る
ことが考えられる。これらのコイルばね２２．２３は上
記把持片５．６の互いに対峙される部位に結合されてお
り、把持対象物を把持する際には、弾性を持って当接し
、所定の把持力に達するまでの間、上記把持対象物の保
持状態を維持できるように構成されている。つまり、把
持対象物が硬質の場合に、把持部１も同様に硬質である
と把持した直後に上記ひずみゲージ１７．１７の検出値
が目標値を越えてしまうことがあり、これを補正しよう
として把持部１が把持対象物を離してしまう現象を生じ
ることがあった。

そこで、上述のようにコイルばね２２．２３を設けると
弾性をもって把持対象物に当接できるので、把持直後に
ひずみゲージ１７．１７で検出された値が目標値よりも
大きく、これを補正するように把持部１が開放方向に駆
動されたとしても、コイルばね２２．２３の弾性変形に
より当接保持状態を維持できる。このような作用により
、把持部１が発振して把持対象物を把持できなくなるこ
とを防止できる。さらに、上記連動機構９の変位と把持
対象物に伝えられる力との間のばね定数が小さくなり、
上記駆動力伝達手段３において生じる摩擦力およびバッ
クラックの影響を減少させ、高速で高精度な制御ができ
る。

また、」二記柔軟性部２１は一対の把持片５．６の先端
から基端部の間に設けられていればよく、第４図のよう
に互いの把持片５．６の支軸７によって枢支された枢支
部よりも基端側に設けられていてもよい。図中に示され
た柔軟性部２１は連動機構９が設けられる基端部と上記
枢支部との間に位置する部分に板ばね２４．２５が設け
られて形成されている。これら板ばね２４．２５はそれ
ぞれの端部が上記把持片５．６に例えばねじによって一
体内に結合されており、上記連動機構９の変位と把持対
象物に伝えられる力との間のばね定数が小さくなり、上
記駆動力伝達手段３において生じる摩擦力およびバック
ラックの影響が減少し、また、把持対象物が硬質な場合
でも弾性をもって把持するので、把持力制御中において
も把持対象物の把持状態を維持できる。

また、第５図に示されるように一対の把持片５．６の先
端部に柔軟性部２１としての板ばね２６．２７の基端部
が例えばねじによって結合されているものでもよい。

このように把持片５．６の把持部分に板ばね２６．２７
を設けることにより、把持対象物に対して弾性的に当接
することで、グリップ１に振動を発生することを防止し
て、高精度および高速の把持力制御ができる。

さらに、第６図に示されるように柔軟性部２１は、一対
の把持片５．６の中途部に切欠２８．２９として形成さ
れたものでもよい。つまり、上記把持片５．６の中途部
に切欠２８．２９を形成することで、一部の剛性を低減
し、応力集中部分とすることで、把持力が加わったとき
に、この部分のみが大きく弾性変形されるように形成し
たものでもよい。

このような構造は上述と同様の効果を得ることができる
他に、製造工数や部品点数を低減することができる。ま
た、上記一対の把持片５．６の全体を柔軟性部２１とし
て形成してもよい。つまり一対の把持片の材質を弾性係
数の低い材質に変更したものでもよい。この場合、目標
把持力を越える力で把持対象物を把持した状態において
、上記一対の把持片が弾性変形される程度の材質である
ことが必要である。

上述したように構成されたロボットの把持ハンドは図示
しないロボットのアームに設ける場合に、上記把持部１
を上記アームの先端に設け、同アームに沿って上記駆動
力伝達手段３であるワイヤローブ１０を延長し、上記ア
ームの基端部に上記駆動源２を設けることができる。こ
れにより、ロボットのアームが支えなければならない重
量が減少され、同アーム部分を小型化できる。つまり、
従来同様の性能を有するロボットのアームを小型軽量化
できる。

なお、この発明は上記一実施例に限定されるものではな
い。例えば上記連動機構９はプーリ８ａとこれに一体的
に設けられた送りねじ８であるが、こに限定されず、減
速機能を有する連動機構９であ、ればよい。つまり、ウ
オームギヤやラック・ピニオン等の連動機構９でもよい
。これと同様に、連動機構９に対して駆動力を伝達する
駆動力伝達手段３もワイヤローブ１０に限定されず、例
えば回転シャフトや、油圧、空気圧等を利用したシリン
ダ等によって駆動力を伝達してもよい。

また、柔軟性部２１は一対の把持片５．６の双方に設け
られているが、これに限定されず、いずれか一方に設け
られていても上述と同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

把持部を構成する一対の把持片を開閉動作させる連動機
構に減速機能を持たせることによって駆動源を上記把持
部から離れた位置に設けても、高精度且つ高速の制御が
できるようになった。そして、上記把持部と駆動源との
分離により上記把持部を小型軽量化できる。

また、一対の把持片の少なくともいずれか一方に柔軟性
部を設けることで、硬質の把持対象物でも発振すること
なくまたは、安定に所定の把持力で把持することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１・図乃至第６図はこの発明における一実施例であり
、第１図はロボットの把持ハンドを示す斜視図、第２図
は把持部の一部に柔軟性部としてのコイルばねを設けた
例を示す平面図、第３図は第２図中に示される把持部の
先端部構造を示す斜視図、第４図は一対の把持片の基端
側に板ばねによって形成された柔軟性部が設けられた把
持部を示す平面図、第５図は一対の把持片の先端部に板
ばねがそれぞれ設けられた把持部の一部を示す平面図、
第６図は一対の把持片の中途部に切欠を形成することで
柔軟性部を設けた把持部の一部を示す斜視図である。１・・・把持部、２・・・駆動源、５・・・把持片、６
・・・把持片、９・・・連動機構、１７・・・ひずみゲ
ージ、１９・・・制御装置（制御手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）開閉自在な一対の把持片を有する把持部と、この
把持部側に設けられた減速機構を介して駆動源の駆動力
を上記把持部に伝達する伝達手段と、上記把持片の少な
くともいずれか一方に設けられたひずみゲージと、この
ひずみゲージからの検出出力に基づき上記駆動源の駆動
力を制御する制御手段とを具備することを特徴とする把
持ハンド。
（２）把持片の少なくともいずれか一方が柔軟性部であ
ることを特徴とする請求項１記載の把持ハンド。