JPH0661714B2 - Robot hand - Google Patents

Robot hand

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JPH0661714B2
JPH0661714B2 JP22119985A JP22119985A JPH0661714B2 JP H0661714 B2 JPH0661714 B2 JP H0661714B2 JP 22119985 A JP22119985 A JP 22119985A JP 22119985 A JP22119985 A JP 22119985A JP H0661714 B2 JPH0661714 B2 JP H0661714B2
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JP
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actuator
robot hand
shape memory
sma
piezoelectric
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真司 神田
次人 丸山
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ロボット用ハンドであって、大きな動きの大まかな制御
を、所定温度以上に加熱すると予め記憶している形状に
戻る形状記憶合金からなる形状記憶アクチュエータで行
い、前記形状記憶アクチュエータが行えない小さな動き
の微妙な制御を、所定電圧を印加すると一定方向に変形
する圧電素子からなる圧電型アクチュエータで動作させ
ることにより、簡易で小型のアクチュエータで粗制御と
微調整を迅速に、しかも正確に行うことが可能となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] In a robot hand, rough control of large movements is performed by a shape memory actuator made of a shape memory alloy that returns to a previously stored shape when heated above a predetermined temperature, The delicate control of small movements that cannot be performed by the shape memory actuator is operated by a piezoelectric actuator composed of a piezoelectric element that deforms in a certain direction when a predetermined voltage is applied, so that coarse control and fine adjustment can be performed with a simple and small actuator. It becomes possible to perform it quickly and accurately.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、制御部からの命令にてアクチュエータを制御
し、物体の把握,運搬,開放を行うロボット用ハンドに
係り、特に小型のアクチュエータで粗制御と微調整を迅
速に、しかも正確に行うロボット用ハンドに関する。
The present invention relates to a robot hand that controls an actuator according to a command from a control unit and grasps, conveys, and releases an object, and particularly a robot that uses a small actuator to perform rough control and fine adjustment quickly and accurately. For hand.

あらゆる産業界で省力化機器として期待されているロボ
ットの知能化、或いは自律化を目指す上で、ヒトの筋肉
のようなパワーウエイト比に優れ、しかも柔軟性に富む
小型,軽量,多自由度アクチュエータの開発が望まれて
いる。
A compact, lightweight, multi-degree-of-freedom actuator that excels in power-to-weight ratio like human muscles and is highly flexible when aiming for intelligent or autonomous robots that are expected to be labor-saving devices in all industries. Development is desired.

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by conventional technology and invention]

第3図はロボット用ハンドの従来例を説明する構成図、
第4図は形状記憶合金を用いた従来例を説明する図、第
5図は圧電素子を用いた従来例を説明する図をそれぞれ
示す。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a conventional example of a robot hand,
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional example using a shape memory alloy, and FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional example using a piezoelectric element.

第3図は従来実施しているロボット用ハンドの各種タイ
プを示し、第3図(A)はギァ32とその力を矢印方向に
変換するラック31とで構成した例、第3図(B)はモー
タ43の力をウォームギャ41とウォームホイール42とで矢
印方向に変換するように構成した例、第3図(C)はギ
ャ付きモータ51の力を送りネジ機構52で矢印方向に変換
するように構成した例をそれぞれ示す。
FIG. 3 shows various types of conventional robot hands, and FIG. 3 (A) is an example composed of a gear 32 and a rack 31 for converting its force in the arrow direction, FIG. 3 (B). Is an example in which the force of the motor 43 is converted in the direction of the arrow by the worm gear 41 and the worm wheel 42. FIG. 3C shows that the force of the motor 51 with gear is converted in the direction of the arrow by the feed screw mechanism 52. Examples of the above configurations are shown below.

第3図の実施例はいずれの場合も、ロボット用ハンド3
〜5の制御をギァ32,ウォームホイール42及び送りネジ
機構52等の機構部分を用いた変換機能によりエネルギー
の伝達を行っている。従って、ロボット用ハンドの小型
化には限度があり、しかも物体の把握において微妙な把
握力の調整が実現しがたい。
In any case, the embodiment of FIG.
Energy is transmitted to the controls 5 to 5 by a conversion function using mechanical parts such as the gear 32, the worm wheel 42, and the feed screw mechanism 52. Therefore, there is a limit to downsizing of the robot hand, and it is difficult to finely adjust the grasping force when grasping an object.

これらの解決策の1つとして、アクチュエータ61を形状
記憶合金(以下SMA と称する)を用いて実施している例
を第4図に示す。
As one of these solutions, an example in which the actuator 61 is implemented by using a shape memory alloy (hereinafter referred to as SMA) is shown in FIG.

SMA は予め形状記憶処理をしてあり、或る温度(これを
逆変態開始温度と称する)以下の温度でどのような形態
にしても、所定温度(これを逆変態終了温度と称する)
以上に加熱すると完全に記憶した元の形に戻る性質を有
するものである。
The SMA has undergone shape memory processing in advance, and at any temperature below a certain temperature (this is called the reverse transformation start temperature), the specified temperature (this is called the reverse transformation end temperature)
It has the property of returning to its original memorized form when heated above.

又、SMA には再変形の有無、及びその変形挙動の違いか
ら一方向型,二方向型(可逆型),全方位型の3種類の
タイプがあり、特にロボット用ハンドに用いられている
のは、現在のところ一方向型に限られている。
In addition, there are three types of SMA, one-way type, two-way type (reversible type), and omnidirectional type, depending on the presence or absence of re-deformation and the difference in its deformation behavior. Especially, it is used for robot hands. Is currently limited to one-way types.

尚、一方向型の場合は、加熱−冷却のみで所定形状間を
可逆的に往復することが出来ないので、SMA の加熱時の
回復力が冷却変形時に要する力を数倍以上上回ることを
利用し、再変形用のバイアス力として補助バネ62等を組
合わせて用いる。
In the case of the one-way type, since it is not possible to reversibly reciprocate between the prescribed shapes by only heating and cooling, it is used that the recovery force during heating of the SMA exceeds the force required for cooling deformation by several times or more. Then, the auxiliary spring 62 or the like is used in combination as a biasing force for re-deformation.

第4図に示す例は左右に配置されたコイル型形状記憶合
金61に、中央部に配置された2つの補助バネ62を左右の
それぞれのコイル型形状記憶合金61に対応させたもので
ある。尚、板バネ63の先端の斜線部分は把握した物体を
表す。
In the example shown in FIG. 4, the coil-shaped shape memory alloys 61 arranged on the left and right are made to correspond to the two auxiliary springs 62 arranged at the central portion so as to correspond to the respective coil-shaped shape memory alloys 61 on the left and right. The hatched portion at the tip of the leaf spring 63 represents the grasped object.

このアクチュエータ61の制御の場合、加熱時の動作は通
電すること等によって、迅速な動作が可能であるが、冷
却変形時の動作は補助バネ62を用いても強制冷却を行わ
ないと迅速な動作が出来ない。しかも、強制冷却をする
と小型化の実現が困難となる。
In the case of the control of this actuator 61, the heating operation can be performed quickly by energizing it, etc., but the cooling deformation operation can be performed quickly even if the auxiliary spring 62 is not used for forced cooling. I can't. Moreover, forced cooling makes it difficult to realize miniaturization.

又、温度制御を行うことから微妙な制御に不向きであ
る。一方、第5図に示すように圧電素子に通電した時の
たわみ力や伸び力を用いて、アクチュエータ71を形成す
る場合、微妙な制御には適しているが、SMA を用いたア
クチュエータ61のように大きな変位を得ることが困難等
の諸問題点がある。
Moreover, since temperature control is performed, it is not suitable for delicate control. On the other hand, as shown in FIG. 5, when the actuator 71 is formed by using the bending force and the extension force when the piezoelectric element is energized, it is suitable for delicate control, but like the actuator 61 using the SMA. There are various problems such as difficulty in obtaining a large displacement.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

第1図は本発明の実施例を説明する図を示す。本実施例
のロボット用ハンド1はSMA を用いたアクチュエータ11
と、圧電素子を用いたアクチュエータ12とを組合わせて
ロボット用ハンド1を構成している。
FIG. 1 shows a diagram for explaining an embodiment of the present invention. The robot hand 1 of this embodiment is an actuator 11 using SMA.
And the actuator 12 using a piezoelectric element are combined to form the robot hand 1.

尚、本実施例は、SMA を用いたアクチュエータ11の冷却
変形時のバイアス力として補助バネ13を、物体を把握し
た時の検出用にセンサ14を備えている。
In this embodiment, the auxiliary spring 13 is provided as a bias force when the actuator 11 using the SMA is cooled and deformed, and the sensor 14 is provided for detection when grasping an object.

〔作用〕[Action]

大きな動きの大まかな制御を所定温度以上に加熱すると
記憶した形状に戻るSMA を用いたアクチュエータで行
い、前記SMA を用いたアクチュエータが行えない小さな
動きの微妙な制御を所定電圧を印加すると一定方向に変
形する圧電素子からなる圧電素子を用いたアクチュエー
タで行わせるように構成することにより、小型化したア
クチュエータで大きな動きの大まかな調整と、小さな動
きの微調整を迅速に、しかも正確に行うことが可能とな
る。
Rough control of large movement is performed with an actuator using SMA that returns to a memorized shape when heated above a predetermined temperature, and delicate control of small movement that cannot be performed by the actuator using SMA is applied in a certain direction when a predetermined voltage is applied. By configuring the actuator using a piezoelectric element made of a deformable piezoelectric element, a small actuator can be used to roughly adjust large movements and finely adjust small movements quickly and accurately. It will be possible.

又、この構成にすると、把持物体を微妙に把持したまま
ロボット本体を移動させることなしに、SMA の伸び、縮
みを利用してハンド自身で物体を図面に向かって左右方
向に移動させることも可能となる。
With this configuration, it is also possible to use the SMA extension and contraction to move the object in the horizontal direction toward the drawing without moving the robot body while slightly grasping the object to be grasped. Becomes

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の要旨を第1図,第2図に示す実施例により
具体的に説明する。
The gist of the present invention will be specifically described below with reference to the embodiments shown in FIGS.

第2図は本発明の他の実施例を説明する図を示す。尚、
全図を通じて同一符号は同一対象物を示す。
FIG. 2 shows a diagram for explaining another embodiment of the present invention. still,
The same reference numerals denote the same objects throughout the drawings.

第1図に示す本実施例は、SMA を用いたアクチュエータ
11と、通電した場合に発生する圧電素子のたわみにより
把持力を調整するバイモルフ型圧電素子のアクチュエー
タ12とを組合わせた場合である。
This embodiment shown in FIG. 1 is an actuator using SMA.
This is a case where 11 is combined with an actuator 12 of a bimorph-type piezoelectric element that adjusts the gripping force by the deflection of the piezoelectric element generated when electricity is applied.

一方、第2図はSMA を用いたアクチュエータ21と、通電
した場合に発生する圧電素子の伸びを板バネ24を用いて
テコである程度拡大することにより、ハンドの先端部分
の把持力を調整する積層型圧電素子のアクチュエータ22
とを組合わせた場合である。尚、本実施例でも物体を把
握した時の検出用センサ25を板バネ24に付加している。
On the other hand, FIG. 2 shows an actuator 21 using an SMA, and a laminate for adjusting the gripping force of the tip portion of the hand by expanding the expansion of the piezoelectric element generated when energized with a leaf spring 24 to some extent. Type piezoelectric actuator 22
This is the case when and are combined. In this embodiment as well, the sensor 25 for detecting when an object is grasped is added to the leaf spring 24.

第1図の実施例、第2図の実施例の第1のアクチュエー
タ11,21 共に、コイル状に変形させたSMA を用いてお
り、大きな動きはこのSAM の伸びで行う。一旦、物体の
把持をセンサ14,25 が検知すると、SMA がこの状態を保
持するように制御部(図示してない)から制御される。
Both the first actuators 11 and 21 of the embodiment shown in FIG. 1 and the embodiment shown in FIG. 2 use SMA deformed into a coil shape, and a large movement is performed by the expansion of this SAM. Once the sensors 14 and 25 detect gripping of the object, the control unit (not shown) controls the SMA so as to maintain this state.

一方、SMA が行えない小さな動きの微妙な制御は圧電素
子を用いた第2のアクチュエータ12,22 に行わせる。例
えば、壊れやすい物体を把持する時等、かるく把持する
までは第1のアクチュエータ11,21 に動作させ、その後
の微妙な把持力の調節は第2のアクチュエータ12,22 に
行わせる。
On the other hand, delicate control of small movements that cannot be performed by SMA is performed by the second actuators 12 and 22 using piezoelectric elements. For example, when gripping a fragile object, the first actuators 11 and 21 are operated until lightly gripped, and then the second actuators 12 and 22 are made to finely adjust the gripping force.

尚、上述の場合は2つのアクチュエータの組合わせによ
る制御のため、SMA の冷却変形時に特別の強制冷却を必
要としないため、より小型化が図れる。
In the above case, since control is performed by combining two actuators, special forced cooling is not required when the SMA is cooled and deformed, so that the size can be further reduced.

又、SMA を用いた第1のアクチュエータ11,21 では大き
な開閉幅を取ることが出来、圧電素子を用いた第2のア
クチュエータ12,22 では微妙な把持力の調整が可能とな
る。
In addition, the first actuators 11 and 21 using SMA can have a large opening and closing width, and the second actuators 12 and 22 using piezoelectric elements can finely adjust the gripping force.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のような本発明によれば、ロボット用ハンドの開閉
を迅速に制御出来ると共に、大きな開閉から微妙な把持
力の調整も出来るロボット用ハンドがより小型化にして
実現出来ると共に、ロボット本体を移動することなし
に、把持物体を微妙に把持したまま、ある程度移動出来
る等と言う効果がある。
According to the present invention as described above, it is possible to quickly control the opening and closing of the robot hand and realize a robot hand that can be adjusted from a large opening and closing to a delicate gripping force in a more compact size and move the robot body. There is an effect that it is possible to move to a certain extent while holding a grasped object delicately without doing so.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例を説明する図、 第2図は本発明の他の実施例を説明する図、 第3図はロボット用ハンドの従来例を説明する構成図、 第4図は形状記憶合金を用いた従来例を説明する図、 第5図は圧電素子を用いた従来例を説明する図、 をそれぞれ示す。 図において、 1〜7はロボット用ハンド、 11,21,61はSMA 、12,22,71は圧電素子、 13,23,62は補助バネ、14,25 はセンサ、 24,63,72は板バネ、31はラック、 32はギャ、41はウォームギャ、 42はウォームホイール、43はモータ、 51はギャボックス付きモータ、 52は送りネジ機構、 をそれぞれ示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a conventional example of a robot hand. FIG. 4 is a configuration diagram, FIG. 4 is a diagram illustrating a conventional example using a shape memory alloy, and FIG. 5 is a diagram illustrating a conventional example using a piezoelectric element. In the figure, 1 to 7 are robot hands, 11,21,61 are SMAs, 12,22,71 are piezoelectric elements, 13,23,62 are auxiliary springs, 14,25 are sensors, and 24,63,72 are plates. A spring, 31 is a rack, 32 is a gear, 41 is a worm gear, 42 is a worm wheel, 43 is a motor, 51 is a motor with a gear box, and 52 is a feed screw mechanism.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】制御部からの命令にてアクチュエータを制
御し、物体の把握,運搬,開放を行うロボット用ハンド
(1) であって、 所定温度以上に加熱すると予め記憶している形状に戻る
形状記憶合金からなる形状記憶アクチュエータ(11)と、 所定電圧を印加すると一定方向に変形する圧電素子から
なる圧電型アクチュエータ(12)とを設け、 前記形状記憶アクチュエータ(11)と、前記圧電型アクチ
ュエータ(12)とを組合わせ、前記ロボット用ハンド(1)
の大きな動きの粗制御を前記形状記憶アクチュエータ(1
1)で、小さな動きの微細制御を前記圧電型アクチュエー
タ(12)で行うことを特徴とするロボット用ハンド。
1. A robot hand for controlling an actuator according to a command from a control unit to grasp, transport, and release an object.
(1) A piezoelectric type comprising a shape memory actuator (11) made of a shape memory alloy that returns to a previously stored shape when heated to a predetermined temperature or higher, and a piezoelectric element that deforms in a certain direction when a predetermined voltage is applied. An actuator (12) is provided, the shape memory actuator (11) and the piezoelectric actuator (12) are combined, and the robot hand (1)
The coarse control of the large movement of the shape memory actuator (1
A robot hand, characterized in that in 1), fine control of small movements is performed by the piezoelectric actuator (12).
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JPH0653007U (en) * 1992-12-25 1994-07-19 多摩川精機株式会社 Chuck device

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JPS6279987A (en) 1987-04-13

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