JPS58160089A - メカニカルハンドの把持力制御装置 - Google Patents

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】 この発明は、ロボットにおけるメカニカルハンドの把持
力制御装置に関するものである。

近年、特に製造加工業分野では、例えば人間の上肢の運
動機能に類似した機能等を有して、自律的に行動し得る
産業用ロボットの開発が盛んである。

そして、この産業用ロボットにおいては、例えば握る。

掴む、挾むなどの把持機能を有する人間の手に相当する
メカニカルハンドが必要不可欠なため、このメカニカル
ハンドの開発も非常に盛んである。

ところで、このようなメカニカルハンドの把持力制御装
置は、従来メカニカルハンドの把持部を開閉するモータ
を、指令信号と前記把持部の把持面に取り付けた圧覚セ
ンサからの出力信号との偏差量に応じて駆動制御するこ
とによって、前記把持部の把持力を所定値に保つような
構成となっていた。

しかしながら、このような従来のメカニカルハンドの把
持力制御装置でに、物品を把持している間中モータに電
流を流し続けて（・るため、モータ及びサーボアンプ等
が発熱１〜てしまって、長時間運転ができなくなるばか
りか、その発熱によりモータ及びサーボアンプの寿命が
低下する等の欠点があった。

また、サーボコントローラを用いているため、高価とな
るばかりか、制御が複雑である等の欠点も有する。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、構成及
び制御が簡便で且つ所要把持力が簡単に得られ、しかも
モータ等が発熱することがなし・メカニカルノ・ンドの
把持力制御装置を提供することを目的とする。

そのため、この発明によるメカニカルレノ・ンドの把持
力制御装置は、モータによって開閉駆動されろ対になっ
た把持部を有するメカニカルノ・ンドの把持部が物体を
把持して、その把持部の把持面に設けた圧覚センサから
予め定めた基準圧覚データと等しい圧覚データが得られ
た時点で、前記モータへの通電を遮断し、それ以降は、
前記把持部に設けた把持部の開閉方向に弾性変形可能な
弾性部材による把持した物体への弾性復元力と、その弾
性復元力（反力）による把持部の開閉を阻止する戻り防
止手段とによって、物体に力・力・る把持力を一定に保
つようにする。

以下、この発明の実施例を添付図面を参照しながら説明
する。

第１図及び第２図は、夫々この発明の一実施ｆｌ］を示
すメカニカルノ・ンドの正面図及び下面図である。

両図において、メカニカルノ・ンド１＆ま、ｆｌＪえば
ロボットのアームの先端にメカニカルノ・ンド１を取ね
付ける取付盤２ａを有する基部２と、ノ・ンド本体６と
、矢示Ａ、Ｂ方向に互（・に開閉する２本のフィンガか
らなる把持部４，５等によって構成されている。

先ず、）・ンド本体６は、基部２に固着したフ゛ラケッ
ト６と、このブラケット６の立上り部６ａ。

６３間の中央に回転自在に横架されたボールネジ７と、
このボールネジ７（第２図）の両ａに夫々横架したガイ
ド用ロッド８，８と、ブラケット６の裏面に取り付けた
減速機付ＤＣモータ９と、このモータ９の出力軸９ａ及
びブラケット６の一方の立上り部６ａから突き抜けたボ
ールネジ７の一端部に夫々固着したグー！Ｊ１０，１０
’間に張装したベルト１１とによって構成されている。

なお、ボールネジ７は、中央の支持体１２を境にネジ切
り方向を反対にしである。ただし、両者のピッチは等し
い。

次に、把持部４は、支持体１２の図面左側のボールネジ
７に螺合すると共に、ガイド用ロッド８に摺動自在に嵌
合した第１のキャリッジ１６と、ボールネジ７及びガイ
ド用ロッド８，８に夫々摺動自在に嵌合した第２のキャ
リッジ１４と、ボールネジ７及びガイド用ロッド８に夫
々介挿され、各々の両端部を夫々第１．第２のキャリッ
ジ１６゜１４に固定した把持部４，５の開閉方向（矢示
Ａ。

Ｂ方向）に弾性変形可能な弾性部材であるコイルスプリ
ング１５．１５と、第２のキャリッジ１４に固着したフ
ィンガ基部１６と、フィンガ基部１６に固着した把持面
１７ａを有する爪部１７とによって構成されている。

また、把持部５は、支持体１２の図面右側のボールネジ
７に螺合すると共に、ガイド用ロッド８に摺動自在に嵌
合したキャリッジ１８と、このキャリッジ１８に固着し
たフィンガ基部１９と、フィンガ基部１９に爪部１７と
互いに対向するように固着した爪部２０と、爪部２０の
把持面２０ａに取り付けた例えば感圧導電ゴムをフレキ
シブルプリント基板からなる２枚の電極で挾んで構成し
た圧覚センサ２１とによって構成されている。

したがって、上記のように構成したメカニカルハンド１
では、モータ９を時計方向又は反時計方向に回転させる
ことによって、把持部４，５を矢示Ａ方向又は矢示Ｂ方
向に互いに同期して開閉させることができる。

そのため、把持部４，５を矢示Ｂ方向に閉じれば、爪部
１７の把持面１７ａと爪部２０の把持面２０ａの圧覚セ
ンサ２１とによってワークを把持することができる。

そして、そのワークを把持する力は、同一のワ−りを把
持した場合、把持部４，５の閉じた量に応じて発生する
コイルスプリング１５．１５の弾性復元力によって決ま
る。

なお、上記のボールネジ７は、モータ９の停止時に把持
部４，５に加わる反力によって把持部４゜５が開閉する
のを阻止する戻り防止手段の役目もなしている。

何故なら、ボールネジ７は逆伝達効率が非常に悪いので
、把持部４，５側から第１のキャリッジ１３及びキャリ
ッジ１８を矢示Ａ又はＢ方向に移動させようとしても絶
対に動かないからである。

次に、制御回路の一実施例を第３図を参照しながら説明
する。なお、同図におり・て、第１．第２図に対応する
部分には同一符号を付しである。

同図において、モータ９の通電回路２２には、バッテリ
２６と、常開接点２４と、常閉接点２５とを夫々直列に
接続して（・る。

メインスイッチとしての常開接点２４は、第１のリレー
回路２６が作動している間のみ、オンし、通電遮断用の
スイッチとしての常閉接点２５は第２のリレー回路２７
が作動している間のみオフする。

第１のリレー回路２６は、例えばロボットの制御部２８
から起動指令ｓＴが入力されると作動すると共に、制御
部２８から停止指令ｓＴが入力される不作動となる。

第２のリレー回路２７は、比較器２９から通電遮断信号
Ｓｐが入力されている間だけ作動する。

−比較器２９は、圧覚センサバイアス回路３０からの把
持部４，５の把持力に応じた圧覚電圧Ｖｐと、制御部２
８からの基準圧覚データＳｒをＤ／Ａ変換器３１によっ
てアナログ値に変換して得た基準圧覚電圧■ｒとを入力
して比較し、Ｖｐ　＝　ｖｒとなった時にのみ通電遮断
信号８ｐを第２のリレー回路２７に出力する。

なお、圧覚センサバイアス回路３０は、例えば圧覚セン
サ２１の一方の電極を電源を介してアースすると共に、
他方の電極を抵抗を介してアースして、この抵抗の両端
から圧覚電圧Ｖｐを取）出すような回路構成となってい
る。したがって、感圧導電ゴムは加圧力が大きくなる程
抵抗値が小さくなるので、圧覚電圧Ｖｐは加圧力が大き
くなるに従って太き（なる。

また、通電回路２２には、モータ９を時計方向及び反時
計方向に夫々回転させるために、バッテリ２３の接続極
性を制御部２８からのハンド開、閉信号Ｓｈによって切
り替える極性反転回路６５を設けである。

ただし、以下の説明では図示の状態のバッテリ２３の接
続極性を以て、モータ９が時計方向に回転して把持部４
，５を矢示Ｂ方向に閉じるものとする。

次に、この実施例の作用を説明する。

なお、前提として把持部４，５は開眼位置まで開いてい
るものとする。

ここで、制御部２８がＩ）　／　Ａ変換器６１に基準圧
覚データＳｒを出力すると共に、第１のリレー回路２６
に起動指令ｓＴを出方する。同時にハンドの閉信号Ｓｈ
が出力される。

この時、把持部４の把持面１７ａと把持部５の把持面２
０ａの圧覚センサ２１が図示しないワークを掴んでいな
ければＶｐ＜Ｖｒ　　であるので、通電遮断信号８ｐは
比較器２９から出方されず、常閉接点２５は閉じたまま
である。

そのため、起動指令ＳＴ　Ｋよって第１のリレー回路２
６が作動して常開接点２４が閉じると、モータ９が直ち
に時計方向に回転して、把持部４゜５が矢示Ｂ方向に−
じ始める。

そして、把持部４ノの把持面１７ａと把持部５の把持面
２０ａの圧覚センサ２１が図示しないワークに接触して
、コイルスプリング１５．１５が圧縮し始め、その弾性
復元力にょる把持力に応じた圧覚電圧Ｖｐが基準圧覚電
圧■ｒと等しくなると、比較器２９から通電遮断信号Ｓ
ｐが第２のリレー回路２７に出力されて、常閉接点２５
がオフする。

常閉接点２５がオフすると、モータ９への通電が直ちに
遮断されるため、モータ９の回転が停止する。

モータ９の回転が停止すると、把持部４，５も停止する
ため、ワークは基準圧覚データＳｒによつて決まるコイ
ルスプリング１５．１５の弾性復元力による把持力によ
って把持され続ける。

そして、把持したワークから把持部４，５を離す時には
、例えば制御部２８によって第２のリレー回路２７をリ
セットしてオフしている常閉接点２５をオンすると共に
、ノ・ンド開信号８ｈによって極性反転回路６５が作動
してバッテリ２３の接続極性を切り替えれば、モータ９
は反時計方向に回転するため、把持部４，５が矢示Ａ方
向に開いてワークから離れる。

そして、モータ９の回転を止める場合は、制御部２８か
ら停止指令ｓＴを第１のリレー回路２６に出力して、オ
ンしている常開接点２４をオフすれば良い。

なお、停止指令ｓＴによってモータ９０回転を止めるよ
うにすると、把持部４，５の停止位置を一定にすること
が難しく、・が、その場合メカニカル・・ンド１のブラ
ケット６の所定位置に常閉のリミットスイッチを設けて
おいて、このリミットスイッチを通電回路２２に直列に
接続すると共に、把持部４又は５によってこのリミット
スイッチを叩くようにすれば良い。

また、上記実施例では、把持部４，５の開閉方向に弾性
変形可能な弾性部材としてコイルスプリング１５．１５
を用いた例について述べたが、これに限るものではなく
例えばゴム等の弾性材料を用いても良いし、その取り付
は場所も上記の例に限るものではなく、例えば把持面１
７ａに直接ゴム製のパッドを取り付けても良い。

さらに、上記実施例では戻シ防止手段として把持部４，
５を送る働きをするボールネジ７を併用したが、把持部
４，５を逆伝達効率の良い歯車等で開閉するようなメカ
ニカルハンドの場合、戻り防止手段としてその歯車軸又
はモータ軸の回転を止める無励磁式のブレーキの励磁回
路を、モータ９に並列に接続すれば良い。

さらにまた、上記実施例では圧覚センサとして圧覚導電
ゴムを利用したものを用いた例について述べたが、これ
に限るものではなく、例えばストレインゲージやロード
セル等を用いても良い。

以−ト述べたように、この発明によるメカニカル・・ン
ドの把持力制御装置は、従来のような高価なサーボコン
トローラを用いなくても、それを用いた場合と同等の効
果が得られるので、メカニカル・・ンドの把持力制御の
簡素化及び低廉化を計る上で非常に効果があるばかりか
、モータの発熱が殆んどないのでモータの延命効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、夫々この発明の一実施例を示すメ
カニカルノ・ンドの正面図及び下面図、第６図は、同じ
くこの発明の一実施例を示す制御回路図である。 １・・・・・・メカニカルハンド　　４，５・・・・・
・把持部７・・・・・・ボールネジ（戻シ防止手段）９
・・・・・・モータ １５・・・・・・コイルスプリング（弾性部材）２１・
・・・・・圧覚センサ ２５・・・・・・常閉接点（スイッチ手段）２９・・陣
・比較器 ○　　　ヤー　　　ゝｒ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　モータによって開閉駆動される対になった把持部を
   有するメカニカルハンドにおいて、前記把持部の少なく
   とも一方に設けられ、該把持部の開閉方向に弾性変形可
   能な弾性部材と、前記モータの停止時に前記把持部に加
   わる反力によって該把持部が開閉するのを阻止する戻シ
   防止手段と、前記把持部の少な（とも一方の把持面に設
   けた圧覚センサと、この圧覚センサからの把持力に応じ
   た圧覚データと予め定めた基準圧覚データとが等しくな
   った時に通電遮断信号を出力する比較手段と、この比較
   手段から通電遮断信号が出力された時に前記モータへの
   通電を遮断するスイッチ手段とを設けたことを特徴とす
   るメカニカルハンドの把持力制御装置。