JPH0866888A - ロボットハンドのフィンガ駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型・軽量化を図るとともに、不用意な損傷
を防止し、且つ、配線を簡単にすることが可能なロボッ
トハンドのフィンガ駆動機構を提供すること。 【構成】 ケースと、ケースに対して離間した場所に配
置されたモータユニットより延長されケース内に挿入配
置された駆動軸７と、ケース内に配置され駆動軸７に固
着された駆動軸ベベルギヤ９と、ケース内に軸部材１５
により支持された状態で配置され駆動軸ベベルギヤ９に
夫々噛合するとともに駆動軸ベベルギヤ９の回転により
相互に逆向きに回転する一対のフィンガ駆動用ベベルギ
ヤ１１ａ、１１ｂと、ケース内にその基端部を収容され
るとともに軸部材１５により支持された状態で配置され
一対のフィンガ駆動用ベベルギヤ１１ａ、１１ｂの回転
により回転して開閉動作をする一対のフィンガ２１ａ、
２１ｂとを具備して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、各種ゲーム機
に使用されるロボットハンドのフィンガ駆動機構に係
り、特に、小型・軽量化、各構成部品の不用意な損傷の
防止、電気配線の簡略化を図ることができるように工夫
したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、各種ゲーム機に使用されるロボ
ットハンドは、図９乃至図１２に示すような構成になっ
ている。まず、一対のフィンガ１０１ａ、１０１ｂがあ
り、これら一対のフィンガ１０１ａ、１０１ｂは、支点
ピン１０３ａ、１０３ｂを中心にして回動可能に取り付
けられている。一方、図１０に示すように、モータユニ
ット１０５が配置されていて、このモータユニット１０
５の出力軸の回転を、図９に示すように、カム１０７に
取り付けられたクランクピン１０９によって、リンクガ
イド１１１に支持されたリンク１１３を介して駆動ピン
１１５に伝達するようになっている。それによって、駆
動ピン１１５が前後（図９中の上下方向）に移動し、上
記一対のフィンガ１０１ａ、１０１ｂを開閉させるもの
である。

【０００３】上記一対のフィンガ１０１ａ、１０１ｂの
開閉を検出するために、開閉夫々のリミット位置にリン
ク１１３によって作動するリミットスイッチ１１７ａ、
１１７ｂが設けられている。これらの機構は、カバー１
１９、１２１によって覆われている。

【０００４】又、ロボットハンドにはタッチセンサが設
けられており、このタッチセンサの検出部は、図１１乃
至図１５に示すように構成されている。すなわち、絶縁
材料製のカバー１２１の表面に這わせてある複数の接点
用ワイヤ１２３と、この接点用ワイヤ１２３に対して僅
かに離間した外側にワーク１２５が接触すると柔軟に変
形するフレキシブル印刷配線基板１２７が設置されてい
る。上記フレキシブル印刷配線基板１２７の内周面に
は、図１４に示すような導体を露出した配線パターン１
２９が設けられている。そして、ワーク１２５が上記フ
レキシブル印刷配線基板１２７に接触すると、図１５に
示すように、フレキシブル印刷配線基板１２７が内周方
向に変形し、それによって、配線パターン１２９が接点
用ワイヤ１２３と接触・導通し、それによって、ワーク
１２５の検出となすものである。尚、図１２に示すよう
に、上記接点用ワイヤ１２３の両端は電極用プレート１
２２に接続されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成による
と次のような問題があった。まず、カバー１１９、１２
１よりなるケース内に、モータユニット１０５を内蔵す
る構成になっているために、装置が大型化するとともに
大重量化してしまい、図９、図１０に示すフィンガ部全
体を移動させるための機械系に大きな負荷が作用してし
まうという問題があった。又、一対のフィンガ１０１
ａ、１０１ｂの開閉動作は、１本の駆動ピン１１５の前
後方向への往復動によるものであって、機構的に遊びが
ないとともに、基本的に、左右同期してしか動作できな
い構成になっている。そのため、一対のフィンガ１０１
ａ、１０１ｂの何れか一方が障害物等のために開閉でき
なくなってしまうと、他方のフィンガ１０１ｂ、１０１
ａも同期した位置で停止してしまうという問題があっ
た。又、この種のロボットハンドの場合は、ワーク１２
５が円環状のタッチセンサの可撓側接点に触れて接点が
作動する範囲をタッチセンサの検出範囲と称すると、こ
の検出範囲がフィンガ１０１ａ、１０１ｂの全体に及ん
でいない構成になっている。すなわち、図１５に示すよ
うな状態でワーク１２５が当接した場合には、これを検
出するとはできるが、タッチセンサの作動に関わりのな
い部分はタッチセンサの検出範囲外であるとしていたた
め、例えばフィンガ１０１ａ、１０１ｂの先端部が移動
中や開閉動作中に障害物に衝突した場合等には、それを
検出することはできなかった。そして、そのような場合
に、ロボットハンドを移動させるための図示しないアク
チュエータやフィンガ１０１ａ、１０１ｂの開閉用のモ
ータユニット１０５の駆動を停止させることができず、
機構部を不用意に破損させてしまうという問題があっ
た。これに対しては、そのような事態を検出するセンサ
を別途取り付けることが考えられるが、そのような取付
けは極めて困難なことであった。又、従来の構成におい
ては、タッチセンサ以外にリミットスイッチ１１７ａ、
１１７ｂを取り付ける構成になっているので、配線が複
雑になってしまうという問題もあった。

【０００６】本発明は従来のものの上記課題（問題点）
を解決するためになされたもので、その目的とするとこ
ろは、小型・軽量化を図るとともに、不用意な損傷を防
止し、且つ、配線を簡単にすることが可能なロボットハ
ンドのフィンガ駆動機構を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
本願発明によるロボットハンドのフィンガ駆動機構は、
ケースと、上記ケースに対して離間した場所に配置され
たモータユニットより延長され上記ケース内に挿入配置
された駆動軸と、上記ケース内に配置され駆動軸に固着
された駆動軸ベベルギヤと、上記ケース内に軸部材によ
り支持された状態で配置され上記駆動軸ベベルギヤに夫
々噛合するとともに駆動軸ベベルギヤの回転により相互
に逆向きに回転する一対のフィンガ駆動用ベベルギヤ
と、上記ケース内にその基端部を収容されるとともに上
記軸部材により支持された状態で配置され上記一対のフ
ィンガ駆動用ベベルギヤの回転により回転して開閉動作
とする一対のフィンガを具備したことを特徴とするもの
である。その際、上記一対のフィンガは基端部にフィン
ガドラムを備えており、このフィンガドラムを弾性部材
によりフィンガ駆動用ベベルギヤに押圧した状態で設置
されていて、常時はフィンガ駆動用ベベルギヤの回転に
よってフィンガドラムも追従して回転し、フィンガに回
転を制止する制止力が作用した場合には、フィンガ駆動
用ベベルギヤとフィンガドラムとの間に滑りが発生し、
フィンガ駆動用ベベルギヤのみが回転して、フィンガド
ラムは停止しているように構成することが考えられる。
又、円弧状を成し小空隙で対向配置され、剛性のある接
点と可撓性のある接点の一対の接点を有し、外力により
上記両接点の離接が行われるタッチセンサを備え、上記
フィンガの所定箇所にはピンが弾性部材を介して取り付
けられていて、フィンガの正常な開放動作時には上記ピ
ンが別途設けられたストッパに当接することによりそれ
以上の開放動作が規制され、フィンガが障害物に衝突す
る等によって異常に開放されようとした場合には、上記
ピンがストッパに当接した後さらに弾性部材を変形させ
ながら開放され、それによって、上記タッチセンサの各
接点を接触させることにより該異常を検知するようにす
ることが考えられる。

【０００８】

【作用】すなわち、請求項１に係るロボットハンドのフ
ィンガ駆動機構の場合には、離間した場所に配置された
モータユニットが駆動すると、駆動軸が適宜の方向に回
転する。この駆動軸の回転により駆動軸ベベルギヤが回
転し、それによって、一対のフィンガ駆動用ベベルギヤ
が相互に逆向きに回転する。これによって、一対のフィ
ンガの開閉動作が実現されるものである。又、請求項２
に係るロボットハンドのフィンガ駆動機構の場合には、
常時はフィンガ駆動用ベベルギヤの回転によってフィン
ガドラムも摩擦によって追従して回転し、それによっ
て、一対のフィンガの開閉動作が行われる。これに対し
て、障害物等によってフィンガに回転を制止する制止力
が作用した場合には、フィンガ駆動用ベベルギヤはその
まま回転を継続していくのに対して、フィンガドラムは
フィンガ駆動用ベベルギヤに対して滑ることになる。そ
れによって、フィンガ駆動用ベベルギヤのみが回転し
て、フィンガドラムは停止することになる。又、請求項
３に係るロボットハンドのフィンガ駆動機構の場合に
は、フィンガの正常な開放動作が行われている場合に
は、ピンが別途設けられたストッパに当接することによ
りそれ以上の開放動作が規制される。つまり、駆動軸を
介して伝達されるフィンガ駆動力が、弾性部材の弾性力
よりも小さく設定されているために、ピンがストッパに
当接すると、それ以上のフィンガの開放動作が停止され
ることになる。これに対して、フィンガが障害物に衝突
する等によって異常に開放されようとした場合には、上
記ピンがストッパに当接した後さらに弾性部材を変形さ
せながら開放動作が継続されることになる。それによっ
て、フィンガに設けられた突起がフレキシブル印刷配線
基板の端部に連結された金具に当接してこれを移動さ
せ、上記フレキシブル印刷配線基板を変形させることに
なり、それによって、異常を電気的な信号によって検知
するものである。

【０００９】

【実施例】以下、図１乃至図８を参照して本発明の一実
施例を説明する。まず、ケース１があり、このケース１
は、取付板３とこの取付板３に取り付けられたカバー５
ａ、５ｂとから構成されている。このような構成をなす
ケース１内に、ロボットハンド部の機構部が内蔵されて
いる。但し、この実施例の場合には、従来のようにケー
ス１内にモータユニットを内蔵する構成にはなっておら
ず、遠隔地に図示しないモータユニットを配置してい
る。そして、モータユニットの駆動力を駆動軸７の回転
として上記ロボットハンドの機構部に伝達するようにし
ている。

【００１０】以下、ロボットハンドの機構部について詳
細に説明していく。図２及び図３に示すように、駆動軸
７の先端には駆動軸ベベルギヤ９が固着されていて、こ
の駆動軸ベベルギヤ９には、一対のフィンガ駆動用ベベ
ルギヤ１１ａ、１１ｂが噛合している。上記一対のフィ
ンガ駆動用ベベルギヤ１１ａ、１１ｂは、中間部に円板
１３を固着した軸部材としての支持軸１５に対して、上
記円板１３を挟んで対称になるような配置で取り付けら
れている。そして、駆動軸ベベルギヤ９が回転すると、
上記一対のフィンガ駆動用ベベルギヤ１１ａ、１１ｂが
夫々逆方向に回転するようになっている。

【００１１】一対のフィンガ駆動用ベベルギヤ１１ａ、
１１ｂと円板１３との間には、フィンガドラム１７ａ、
１７ｂと弾性材としてのコイルスプリング１９ａ、１９
ｂが夫々介挿されている。上記フィンガドラム１７ａ、
１７ｂはＬ字フィンガ２１ａ、２１ｂを一体に備えてい
るものである。そして、上記フィンガドラム１７ａ、１
７ｂは、コイルスプリング１９ａ、１９ｂのスプリング
力によって、フィンガ駆動用ベベルギヤ１１ａ、１１ｂ
に押し付けられている。つまり、フィンガ駆動用ベベル
ギヤ１１ａ、１１ｂが回転すると、摩擦力によって、フ
ィンガドラム１７ａ、１７ｂも追従して回転するように
なっている。

【００１２】例えば、駆動軸７が図３において左回りに
回転したと仮定すると、駆動軸ベベルギヤ９が同方向に
回転し、それによってフィンガ駆動用ベベルギヤ１１ａ
が右回りに回転し、フィンガ駆動用ベベルギヤ１１ｂが
左回りに回転する。これらフィンガ駆動用ベベルギヤ１
１ａ、１１ｂの回転により、コイルスプリング１９ａ、
１９ｂにより押し付けられている一対のフインガードラ
ム１７ａ、１７ｂも、摩擦によって夫々フィンガ駆動用
ベベルギヤ１１ａ、１１ｂと同方向に回転する。それに
よって、一対のＬ字フィンガ２１ａ、２１ｂが開閉する
ことになる。

【００１３】又、一対のＬ字フィンガ２１ａ、２１ｂが
閉成して、カバー５ａ、５ｂに設けられたガイド溝の端
に当接したり、或いは、ワークや障害物に当接すると、
それら当接による制止力が摩擦力を上回ることになり、
フィンガ駆動用ベベルギヤ１１ａ、１１ｂと、フィンガ
ドラム１７ａ、１７ｂ間が滑ることになる。それによっ
て、Ｌ字フィンガ２１ａ、２１ｂのそれ以上の閉成動作
は停止することになる。この実施例においては、このよ
うな機構を利用するとともに駆動時間を管理することに
より、開閉検出のためのリミットスイッチを不要にして
いるものである。つまり、従来は開閉夫々のリミットを
リミットスイッチにより検出するようにしていたが、本
実施例の場合には、上記したような機構により、リミッ
トスイッチを装着しないので、例えばフィンガの進行方
向に把持すべきワークも無く障害物も無い時は当然に機
械的にスイッチが作動しないので、スイッチを作動する
位置を電気的に設定する必要が生じ、詳細は省略する
が、その手段としてフィンガの進行速度と把持動作速度
に関連した時間設定をする。所定量以上の開閉動作が行
われた場合には、フィンガ駆動用ベベルギヤ１１ａ、１
１ｂと、フィンガドラム１７ａ、１７ｂが滑ることによ
り、それ以上の開閉動作が停止されることになる。

【００１４】次に、本実施例におけるタッチセンサの構
成を、図４乃至図８を参照して説明する。まず、既に説
明したＬ字フィンガ２１ａは文字通りＬ字型をしてお
り、その角部には、図６に示すように突起３１が突設さ
れている。尚、Ｌ字フィンガ２１ａの短い方の腕を短尺
腕２１ａＳとし、長い方の腕を長尺腕２１ａＬとする。
又、Ｌ字フィンガ２１ａの短尺腕２１ａＳには孔３３が
穿孔されている。上記孔３３内には、弾性部材としての
コイルスプリング３４を介してピン３５が挿入されてい
る。尚、図示しない他方のＬ字フィンガ２１ｂも同様に
構成されている。

【００１５】一方、図４、図７に示すように、タッチセ
ンサの検出素子である一方の剛性接点を構成する接点用
ワイヤ４５は、円弧状を成す接点保持部材４５ａ表面に
配設されて円弧状態が確保され、他方の可撓性接点を形
成するフレキシブル印刷配線基板３７はほぼ１８０度に
曲げたＵ字形に形成され、フレキシブル印刷配線基板３
７の両端は、２個のＬ字金具３９ａ、３９ｂの片腕に結
合されている。上記２個のＬ字金具３９ａ、３９ｂは、
その角部を支点としてカバー５ａ、５ｂが取り付けられ
ていて、コイルスプリング４１ａ、４１ｂによって位置
決めされている。そして、一対のフィンガ２１ａ、２１
ｂが開いて、Ｌ字金具３９ａ、３９ｂの別の片腕がＬ字
フィンガ２１ａ、２１ｂの突起３１に押されることによ
り、Ｌ字金具３９ａ、３９ｂが支点４３ａ、４３ｂを中
心にして回動する。それによって、フレキシブル印刷配
線基板３７を変形させ、配線パターンが接点用ワイヤ４
５に接触するようになっている。尚、上記接点用ワイヤ
４５の両端は、図４、図７に示すように、電極用プレー
ト４０に接続されている。

【００１６】又、図７に示すように、Ｌ字フィンガ２１
ａの角部に挿入してあるピン３５は、Ｌ字フィンガ２１
ａが開くと、カバー５ａに固着されているＬ字フィンガ
２１ａに対する機械的ストッパ４７に当接するようにな
っている。尚、通常動作である駆動軸７から伝達される
動力では、コイルスプリング３４の作用により、Ｌ字フ
ィンガ２１ａの突起３１は、Ｌ字金具３９ａの他方の片
腕に達することはない。そして、Ｌ字フィンガ２１ａの
突起３１がＬ字金具３９ａに達し、フレキシブル印刷配
線基板３７を変形させるのは、Ｌ字フィンガ２１ａにコ
イルスプリング３４のスプリング力以上の外力が直接作
用した場合であり、それによって、障害物に衝突する等
の異常事態を検知することができる。

【００１７】上記作用をさらに詳しく説明すると、ま
ず、通常動作時には、図７に示すように、Ｌ字フィンガ
２１ａ側に取り付けられたピン３５がストッパ４７に当
接することにより、それ以上の動作は規制される。つま
り、Ｌ字フィンガ２１ａとフィンガドラム１７ａとの摩
擦力による駆動力よりも、ピン３５を付勢しているコイ
ルプリング３４のスプリング力の方が大きいために、ピ
ン３５がストッパ４７に当接するとそれ以上動作させる
ことができないようになっているものである。これに対
して、Ｌ字フィンガ２１ａが障害物等に衝突してＬ字フ
ィンガ２１ａを開放させようとする外力が作用した場合
には、図８に示すように、ピン３５がストッパ４７に当
接した後も、コイルスプリング３４を圧縮させることに
より、その動作が継続されることになる。そして、Ｌ字
フィンガ２１ａの突起３１がＬ字金具３９ａに当接して
これを回動させ、それによって、フレキシブル印刷配線
基板３７を変形させることになる。これによって、それ
が電気的に検知され、異常発生を知ることができる。
尚、Ｌ字フィンガ２１ｂの側においても同様の構成にな
っている。

【００１８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によるロボッ
トハンドのフィンガ駆動機構によると次のような効果を
奏することができる。 （１）まず、従来のように、モータユニットがケース内
に収容されておらず、ケースとは離間した場所に配置さ
れていて、それに連結された駆動軸のみがケース内に配
置されているので、ケース内の構成が大幅に小型化さ
れ、且つ、軽量化されることになる。したがって、これ
を移動させる機械系に対する負荷も大幅に軽減されるも
のである。 （２）駆動軸ベベルギヤ、一対のフィンガ駆動用ベベル
ギヤによって、一対のフィンガを開閉させるようにして
おり、且つ、一対のフィンガ駆動用ベベルギヤに対して
一対のフィンガドラムが適宜滑るような構成にしている
ので、何れか一方のフィンガが障害物によって動作不能
になっても、他方のフィンガには何ら影響を与えること
はない。又、動作不能時に大きな負荷が作用するような
こともないので、不用意な損傷を未然に防止することが
できる。 （３）又、従来使用していたリミットスイッチが不要に
なったので、それだけ電気配線の本数が減少することに
なる。 （４）タッチセンサは、その検出範囲がフィンガ全体に
及ぶように構成されているので、フィンガの先端が障害
物等に衝突したような場合にも、これを確実に検出する
ことができる。それによって、各駆動部を適宜停止させ
るようにすれば、各構成部品の不用意な損傷を未然に防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図でロボットハンドの
上面図である。

【図２】本発明の一実施例を示す図でロボットハンドの
側断面図である。

【図３】本発明の一実施例を示す図でロボットハンドの
機構を示す分解斜視図である。

【図４】本発明の一実施例を示す図でロボットハンドの
上断面図である。

【図５】本発明の一実施例を示す図でロボットハンドの
側面図である。

【図６】本発明の一実施例を示す図でＬ字フィンガの一
部を拡大して示す分解斜視図である。

【図７】本発明の一実施例を示す図でタッチセンサの機
構を示す上面図である。

【図８】本発明の一実施例を示す図でタッチセンサが動
作したときの様子を示す上面図である。

【図９】従来例を示す図でロボットハンドの上断面図で
ある。

【図１０】従来例を示す図でロボットハンドの側断面図
である。

【図１１】従来例を示す図でタッチセンサの部分を示す
上断面図である。

【図１２】従来例を示す図で図１１のＸＩＩ部を拡大し
て示す図である。

【図１３】従来例を示す図でタッチセンサの機構を示す
一部側断面図である。

【図１４】従来例を示す図でタッチセンサに使用するフ
レキシブル印刷配線基板の構成を示す平面図である。

【図１５】従来例を示す図でタッチセンサによるワーク
検出時の様子を示す上面図である。

【符号の説明】

１：ケース ７：駆動軸 ９：駆動軸ベベルギヤ １１ａ、１１ｂ：フィンガ駆動用ベベルギヤ １５：支持軸（軸部材） １７ａ、１７ｂ：フィンガドラム １９ａ、１９ｂ：コイルスプリング（弾性部材） ２１ａ、２１ｂ：Ｌ字フィンガ ３１：Ｌ字フィンガの突起 ３４：コイルスプリング（弾性部材） ３５：ピン ３７：フレキシブル印刷配線基板 ３９ａ、３９ｂ：Ｌ字金具（金具） ４７：ストッパ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケースと、上記ケースに対して離間した
   場所に配置されたモータユニットより延長され上記ケー
   ス内に挿入配置された駆動軸と、上記ケース内に配置さ
   れ駆動軸に固着された駆動軸ベベルギヤと、上記ケース
   内に軸部材により支持された状態で配置され上記駆動軸
   ベベルギヤに夫々噛合するとともに駆動軸ベベルギヤの
   回転により相互に逆向きに回転する一対のフィンガ駆動
   用ベベルギヤと、上記ケース内にその基端部を収容され
   るとともに上記軸部材により支持された状態で配置され
   上記一対のフィンガ駆動用ベベルギヤの回転により回転
   して開閉動作をする一対のフィンガを具備したことを特
   徴とするロボットハンドのフィンガ駆動機構。
2. 【請求項２】 請求項１記載のロボットハンドのフィン
   ガ駆動機構において、上記一対のフィンガは基端部にフ
   ィンガドラムを備えており、このフィンガドラムを弾性
   部材によりフィンガ駆動用ベベルギヤに押圧した状態で
   設置されていて、常時はフィンガ駆動用ベベルギヤの回
   転によってフィンガドラムも摩擦により追従して回転
   し、フィンガに回転を制止する制止力が作用した場合に
   は、フィンガ駆動用ベベルギヤとフィンガドラムとの間
   に滑りが発生し、フィンガ駆動用ベベルギヤのみが回転
   して、フィンガドラムは停止するように構成されている
   ことを特徴とするロボットハンドのフィンガ駆動機構。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載のロボットハ
   ンドのフィンガ駆動機構において、 円弧状を成し小空隙で対向配置され、剛性のある接点と
   可撓性のある接点の一対の接点を有し、外力により上記
   両接点の離接が行われるタッチセンサを備え、 上記フィンガの所定箇所にはピンが弾性部材を介して取
   り付けられていて、フィンガの正常な開放動作時には上
   記ピンが別途設けられたストッパに当接することにより
   それ以上の開放動作が規制され、フィンガが障害物に衝
   突する等によって異常に開放されようとした場合には、
   上記ピンがストッパに当接した後さらに弾性部材を変形
   させながら開放され、それによって、上記タッチセンサ
   の各接点を接触させることにより該異常を検知するよう
   にしたことを特徴とするロボットハンドのフィンガ駆動
   機構。