WO2005102619A1 - 指ユニットおよび多指型把持機構 - Google Patents

指ユニットおよび多指型把持機構 Download PDF

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WO2005102619A1
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finger
joint
fingertip
unit
shaft
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PCT/JP2004/004564
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English (en)
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Inventor
Junji Koyama
Original Assignee
Harmonic Drive Systems Inc.
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0009Gripping heads and other end effectors comprising multi-articulated fingers, e.g. resembling a human hand
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08Gripping heads and other end effectors having finger members
    • B25J15/10Gripping heads and other end effectors having finger members with three or more finger members
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S294/00Handling: hand and hoist-line implements
    • Y10S294/907Sensor controlled device

Definitions

  • the present invention provides a finger unit used for a robot hand or the like suitable for gripping parts made of various shapes and materials and performing various kinds of work, and a multi-unit having a plurality of finger units.
  • the present invention relates to a finger-type gripping mechanism. Background art
  • the gripping mechanism of a robot hand is generally configured to have a plurality of articulated finger units. By driving each finger unit simultaneously or individually, it is possible to grip components, move components, and mount components.
  • an object of the present invention is to propose a gripping mechanism having a highly versatile gripping function.
  • Another object of the present invention is to propose a gripping mechanism having a highly versatile work function.
  • an object of the present invention is to propose a finger unit suitable for use in a grip mechanism having a high versatility and a grip mechanism having a work function.
  • the present invention provides a
  • a finger base, a finger tip, and a link connecting the finger base and the finger tip Having a node,
  • the joint section supports the fingertip so as to be pivotable about a joint axis orthogonal to a center axis of the fingertip section,
  • the finger base includes a joint driving actuator for rotating the fingertip around the joint axis.
  • the joint has a torque detecting unit such as a strain gauge for detecting torque transmitted through the joint.
  • the finger base may be configured to include the joint driving actuator and a mounting flange to which the joint driving actuator is mounted.
  • the joint portion includes a drive-side bevel gear fixed coaxially to a tip end of a rotation output shaft of the joint-drive actuator, and projects forward from a front surface of the mounting flange through both sides of the drive-side bevel gear.
  • a pair of bearing housings, bearings mounted on each bearing housing, and both ends are rotatably supported by these bearings, and are orthogonal to a central axis of a rotation output shaft of the joint driving actuator.
  • a driven bevel gear fixed coaxially to the joint shaft and engaged with the driving bevel gear; one end fixed to the joint shaft; And a connecting member extending in a direction orthogonal to the above.
  • the turning member of the fingertip may be connected to the connecting member.
  • the joint shaft is a hollow joint shaft having a hollow portion for wiring.
  • connection member 4 004564 the light transmitted through the connection member to the side surface of the connection member 4 004564
  • the rotating member of the fingertip may be an outer cylinder of the fingertip.
  • a working tool such as a drill and a driver bit can be attached to the rotating member of the fingertip portion in a coaxial state.
  • the present invention relates to an articulated finger unit
  • the finger base side joint section supports the finger middle section so as to be pivotable about a finger base side joint axis orthogonal to a center axis of the finger middle section, and the finger base section includes the finger base.
  • a finger root joint driving actuator for rotating the intermediate portion around the finger root joint axis;
  • the fingertip-side joint portion supports the fingertip portion so as to be pivotable about a fingertip-side joint axis orthogonal to a center axis of the fingertip portion,
  • the finger middle portion includes a fingertip-side joint drive actuator for turning the fingertip portion around the fingertip-side joint axis.
  • the fingertip side joint and the finger base side joint are provided with a torque detecting unit such as a strain gauge for detecting a torque transmitted through each.
  • a plurality of finger middle portions are connected as the finger middle portions, and the finger middle portions are connected to each other.
  • the intermediate joint portion is used to move the finger intermediate portion on the fingertip side around a joint axis orthogonal to the center axis of the finger intermediate portion. It adopts a configuration that supports the pivotable state and has an intermediate joint driving actuator for rotating the finger intermediate portion on the fingertip side around the joint axis as the finger intermediate portion on the finger base side. I'll do it.
  • the intermediate joint also includes a torque detecting unit such as a strain gauge that detects torque transmitted through the intermediate joint.
  • a torque detecting unit such as a strain gauge that detects torque transmitted through the intermediate joint.
  • the finger base portion may be configured to include a mounting flange and the finger base side joint driving actuator mounted on the mounting flange.
  • a pair of bearing housings projecting forward through both side positions of the gear, bearings attached to each bearing housing, and both ends rotatably supported by these bearings; the finger root side joint driving actuator A joint shaft arranged in a direction perpendicular to the center axis of the rotary output shaft, and a driven side fixed coaxially to an outer peripheral surface of the joint shaft and meshing with the drive-side bevel gear.
  • a bevel gear and a connecting member fixed at one end to the joint shaft and extending in a direction perpendicular to the joint shaft can be provided.
  • the turning member at the middle of the finger is connected to the connecting member. It is preferable that a strain gauge for detecting torque transmitted through the connecting member is attached to a side surface of the connecting member. Furthermore, it is desirable that the joint shaft is a hollow joint shaft having a hollow portion for wiring.
  • the fingertip-side joint is coaxial with the tip of the rotation output shaft of the fingertip-side joint driving actuator that protrudes toward the fingertip from the middle part of the finger. JP2004 / 004564
  • a pair of bearing housings connected to the turning member at the middle of the finger, and protruding to the fingertip side through both sides of the driving side bevel gear, and each bearing housing.
  • a bearing mounted, and a joint shaft rotatably supported at both ends by these bearings and arranged in a direction orthogonal to a center axis of a rotation output shaft of the fingertip-side joint driving actuator;
  • a driven bevel gear fixed coaxially to the outer peripheral surface of the joint shaft and meshing with the drive bevel gear; and one end fixed to the joint shaft and extending in a direction orthogonal to the joint shaft.
  • a connecting member also in this case, the turning member of the fingertip is connected to the connecting member.
  • a strain gauge for detecting torque transmitted through the connecting member may be attached to a side surface of the connecting member.
  • the joint shaft may be a hollow joint shaft having a hollow portion for wiring.
  • the rotating member of the fingertip may be an outer cylinder of the fingertip.
  • working tools such as a drill and a driver bit can be attached to the rotating member in a coaxial state.
  • the present invention relates to a multi-finger gripping mechanism, and is characterized by comprising a plurality of finger units having the above configuration.
  • the multi-fingered gripping mechanism of the present invention can be configured to include at least three finger units and a common finger unit mounting plate supporting each finger unit.
  • 1A, 1B, and 1C are a side view, a plan view, and a schematic cross-sectional view, respectively, showing a two-joint unit to which the present invention is applied.
  • 2A to 2D are a plan view, a front view, a rear view, and a side view, respectively, showing an example of the two-joint finger unit in FIG.
  • 3A and 3B are a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2 and a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 2, respectively.
  • FIG. 4A is a plan view showing an example of a one-joint finger unit
  • FIG. 4B is a plan view showing an example of a multi-joint finger unit having three or more joints.
  • 5A and 5B are a perspective view and a plan view showing an example of a multi-fingered gripping mechanism provided with three two-joint finger units of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIGS. 1A to 1C are a side view, a plan view, and a schematic cross-sectional view of a two-joint finger unit to which the present invention is applied.
  • the two-joint finger unit 1 in this example includes a finger base part 2, a finger middle part 3, a finger tip part 4, a finger base side joint part 5 connecting the finger base part 2 and the finger middle part 3, and It is composed of a fingertip-side joint 6 connecting the finger middle part 3 and the fingertip part 4.
  • the finger base side joint part 5 can rotate the finger middle part 3 around a joint axis 5 a orthogonal to the center axis 3 a of the finger middle part over a predetermined angle range as shown by an arrow a. It is supported in a state.
  • the fingertip-side joint 6 places the fingertip 4 around a joint axis 6 a orthogonal to the center axis 4 a of the fingertip 4.
  • the finger base 2 includes a finger base side joint driving actuator 7 for turning the finger middle part 3 around the joint axis 5a.
  • the middle finger portion 3 includes a fingertip-side joint driving actuator 8 for rotating the fingertip portion 4 around the joint axis 6a.
  • the fingertip portion 4 of the present example includes a turning cylinder 9 (swinging member) supported by the fingertip side joint portion 6 so as to be capable of turning.
  • the outer peripheral surface of the turning cylinder 9 causes the fingertip portion 4 to rotate.
  • the fingertip outer cylinder (rotating member) 10 is supported so as to be rotatable around the central axis 4a of the fingertip as shown by the arrow c.
  • a rotation driving actuator 11 for rotating the fingertip outer cylinder 10 is disposed coaxially inside the fingertip outer cylinder 10, and the rotation driving actuator 11 is turned. It is mounted coaxially inside the cylinder 9.
  • the fingertip side joint part 5 and the finger base side joint part 6 are provided with a torque detecting unit for detecting torque transmitted through each of them.
  • the strain gauges 12 and 13 are attached to the joints 5 and 6, respectively.
  • 2A to 2D are a plan view, a front view, a rear view, and a side view showing the two-joint finger unit 1, respectively.
  • 3A and 3B are a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2 and a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 2, respectively. With reference to these figures, the structure of each part of the two-joint finger cut 1 will be described.
  • the finger base 2 is provided with a mounting flange 21 at its front end (the end on the fingertip side), and this mounting flange 21 is vertically attached to a fixed-side support member (not shown), for example.
  • a finger root side joint driving actuator 7 is horizontally mounted on the mounting flange 21 in a forward facing posture.
  • the rotation output shaft 7 c of the finger root side joint driving actuator 7 projects forward from the mounting flange 21.
  • the finger root joint driving actuator 7 is composed of, for example, a motor 7a and a reduction gear 7b which are coaxially connected.
  • As the speed reducer 7b a wave gear speed reducer including an annular rigid internal gear, a flexible external gear arranged inside thereof, and a wave generator fitted inside the inside can be used. .
  • the flexible external gear is radiused in the radial direction and partially meshes with the rigid internal gear, and when the wave generator is rotated by the motor 7a, the meshing positions of both gears are changed.
  • the rotation output shaft 7c outputs the rotation output shaft 7c in which the speed is reduced at the reduction ratio according to the difference in the number of teeth between the two gears. Since the wave gear reducer is publicly known, further description is omitted.
  • the finger base joint 5 connected to the front end of the finger base 2 is a rotary output shaft.
  • a drive-side bevel gear 51 fixed coaxially to the tip of c and a pair of bearing housings 52, which project forward from the front of the mounting flange 21 through the upper and lower sides of the drive-side bevel gear 51 , 53 and.
  • Bearings 54, 55 are mounted on the bearing housings 52, 53, respectively, and the bearings 54, 55 vertically support the hollow joint shaft 56 with both ends rotatable. ing.
  • the center axis of the joint shaft 56 is the joint axis 5a, and the joint axis 5a is orthogonal to the center axis 7d of the rotary output shaft 7c of the finger root side joint driving actuator 7.
  • a driven bevel gear 57 is coaxially fixed to the upper end of the joint shaft 56, and meshes with the drive bevel gear 51. Further, a rear end portion of a connecting member 58 extending horizontally forward is fixed to a middle portion of the joint shaft 56 in the vertical direction. Note that the strain gauges 12 are attached to the side surfaces of the connecting member 58. The front side portion of the connecting member 58 is an arm portion 58a which is bifurcated vertically.
  • the finger middle portion 3 includes a rear end portion of the fingertip-side joint driving actuator 8 fixed between the upper and lower arm portions 58a of the connecting shaft 58.
  • the fingertip side joint drive actuator 8 is also composed of a motor 8a and a speed reducer 8b, like the finger base side joint drive actuator 7. Arm part 5 of connecting shaft 5 8
  • a rotation output shaft 8c projects forward from the front end of the fingertip-side joint driving actuator 8.
  • the fingertip side joint 6 has the same structure as the finger base side joint 5 described above. That is, the drive bevel gear 61 fixed coaxially to the tip of the rotation output shaft 8c of the fingertip joint drive actuator 8 protruding from the middle finger portion 3 toward the fingertip, and the drive from the front end of the actuator 8 A pair of bearing housings 62, 63 projecting forward through upper and lower sides of the side bevel gear 61 are provided. Bearings 64, 65 are attached to the bearing housings 62, 63, respectively, and the hollow joint shaft 66 is vertically supported by these bearings 64, 65 with both ends rotatable. ing.
  • the center axis of this joint axis 6 6 is the joint axis 6 a, and this joint axis 6 a is the center axis of the rotation output shaft 8 c of the finger root side actuator drive actuator 8 c (the center axis 3 a of the finger middle part 3 ) Is orthogonal to.
  • a driven bevel gear 67 is coaxially fixed to the upper end of the joint shaft 66, and meshes with the drive bevel gear 61. Further, a rear end portion of a connecting member 68 extending horizontally forward is fixed to a middle portion of the joint shaft 66 in the vertical direction.
  • the strain gauge 13 is attached to the side surface of the connecting shaft 68.
  • the turning cylinder 9 of the fingertip portion 4 is attached to the upper and lower arm portions 68 a on the front side of the connecting member 68.
  • a rotary drive actuator 11 is fixed coaxially inside the swivel cylinder 9.
  • the fingertip outer cylinder 10 of the present example includes a cylindrical portion 10a rotatably supported by the outer peripheral surface of the revolving cylinder 9 so as to cover the entire revolving cylinder 9, and a cylindrical portion 10a. It is formed from a hemispherical tip portion 10b formed at the front end.
  • a center hole 10c is formed in the hemispherical tip portion 10b, into which the rotation output shaft 11c of the actuator 11 is inserted and fixed.
  • the actuator 11 also includes a motor 11a and a reduction gear 11b similar to the actuators 7 and 8 described above.
  • a rotary tool 42 such as a drill ⁇ driver bit can be inserted into the center hole 10c from the front and fixed to the rotary output shaft 11c.
  • FIG. 4A shows an example of a one-joint finger unit.
  • the one-joint finger unit 100 includes a finger base part 102, a finger tip part 104, and a joint part 106 connecting the finger base part 102 and the finger tip part 104. .ing.
  • the finger base 102 can be configured in the same manner as the finger base 2 described above
  • the finger tip 104 can be configured in the same manner as the finger tip 4 described above
  • the joint 106 is similar to the joint 6 described above. Can be configured.
  • FIG. 4B shows an example of a multi-joint finger unit having three or more joints.
  • the articulated finger unit 200 has a finger base portion 202, a finger middle portion 203, a finger tip portion 204, a finger base side joint portion 205, and a finger tip side joint portion 206.
  • the finger middle part 203 includes a plurality of finger middle parts 213 and an intermediate joint part 223 connecting the finger middle parts 213 to each other.
  • the finger base 2 ⁇ 2 can be configured in the same manner as the above-described finger base 2, each middle finger portion 2 13 can be configured in the same manner as the middle finger portion 3, and the fingertip 204 can be configured as the above fingertip 4 It can be configured similarly to The finger base joints 204 and the respective intermediate joints 222 can be configured in the same manner as the finger base joints 5 described above, and the fingertip joints 206 are similar to the finger tip joints 6 described above. Can be configured.
  • FIGS. 5A and 5B are a perspective view and a plan view showing an example of a multi-finger gripping mechanism provided with three two-joint finger units shown in FIGS.
  • the multi-finger gripping mechanism 300 of this example has three two-joint finger units 1-1, 1-1, 1-3 having the same structure. These two-joint finger units 1-1 to 1_3 are fixed to three corners of an equilateral triangular common mounting plate 302 having a column 301. In other words, the mounting flanges of each two-joint finger unit 11-1 to 1_3 2 1 is fixed to each corner of the common mounting plate 302.
  • components W such as a screw.
  • the component W can be rotated around its central axis. Therefore, the work of screwing a bolt, a screw, or the like into a bolt hole, a screw hole, or the like can be performed.
  • the finger unit of the present invention can rotate its fingertip around the central axis. Therefore, if a rotary tool such as a drill or a driver bit is attached to the tip, drilling work or screwing work can be performed.
  • a multi-finger gripping mechanism having a plurality of finger units can grip components of various shapes or materials. In addition to gripping and transferring parts, it is also possible to position bolts and screws in port holes and screw holes and screw them into them.
  • each finger unit can be appropriately driven based on the torque detected by a torque detector such as a strain gauge attached to each joint.

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Abstract

 多指型把持機構(300)は、3本の2関節型指ユニット(1−1~1−3)を備えている。各2関節型指ユニットは、指根元部(2)、指根元側関節部(5)、指中間部(3)、指先側関節部(6)および指先部(4)を備え、指根元側関節部(5)の関節軸線(5a)を中心として指中間部(3)が旋回可能であり、指先側関節部(6)の関節軸線(6a)を中心として指先部(4)が旋回可能である。指先部(4)はその中心軸線回りに回転可能である。ボルトWを指先部(4)に挟み、各指先部(4)を回転させると、ボルトWの締結作業を行うことができる。

Description

明細書 指ュニッ トおよび多指型把持機構 技術分野
本発明は、 各種の形状、 材質からなる部品の把持、 および多種類の作 業を行うのに適したロボッ トハンドなどに用いられる指ュニッ ト、 およ び複数本の指ユニッ トを備えた多指型把持機構に関するものである。 背景技術
ロボッ トハンドの把持機構は一般に多関節構造の指ュニッ トを複数備 えた構造とされている。 各指ュニッ トを同時あるいは個別に駆動するこ とにより、 部品の把持、 部品の移動、 部品の取り付け作業などを行うこ とが可能である。
しかしながら、 従来の把持機構は、 予め定められた特定形状あるいは 特定材質の部品の取り扱いを前提としており、 汎用性に欠けるという欠 点がある。 また、 処理可能な作業が限定されており、 作業の種類毎に、 専用の把持機構に交換する必要がある。 発明の開示
本発明の目的は、 かかる点に鑑みて、 汎用性の高い把持機能を備えた 把持機構を提案することにある。
また、 本発明の目的は、 汎用性の高い作業機能を備えた把持機構を提 案することにある。
さらに、 本発明の目的は、 汎用性の高い把持機構および作業機能を備 えた把持機構に用いるのに適した指ュニッ トを提案することにある。 上記の課題を解決するために、 本発明の指ュ-ッ トは、
指根元部と、 指先部と、 前記指根元部および指先部を連結している関 節部とを有し、
前記関節部は、 前記指先部を当該指先部の中心軸線に直交する関節軸 線を中心として旋回可能に支持しており、
前記指根元部は、 前記指先部を前記関節軸線回りに旋回させるための 関節駆動用ァクチユエータを備えており、
前記指先部は、 前記関節部によって旋回可能な状態で支持されている 旋回部材と、 この旋回部材によって当該指先部の中心軸線回りに回転可 能な状態で支持されている回転部材と、 この回転部材を回転させるため の回転駆動用ァクチユエータとを備え、 この回転駆動用ァクチユエータ は前記旋回部材によって支持されていることを特徴としている。
ここで、 前記関節部は、 当該関節部を介して伝達される トルクを検出 する歪ゲージなどのトルク検出部を備えていることが望ましい。
また、 前記指根元部は、 前記関節駆動用ァクチユエータと、 当該関節 ' 駆動用ァクチユエータが取り付けられている取付用フランジとを備えた 構成とすることができる。
前記関節部は、 前記関節駆動用ァクチユエータの回転出力軸の先端部 に同軸状態に固定した駆動側傘歯車と、 前記取付用フランジの前面から 前記駆動側傘歯車の両側位置を通って前方に張り出している一対の軸受 ハウジングと、 各軸受ハウジングに取り付けられている軸受と、 これら の軸受によって両端が回転自在に支持され、 前記関節駆動用ァクチユエ ータの回転出力軸の中心軸線に対して直交する方向に配列されている関 節軸と、 この関節軸に同軸状態に固定され、 前記駆動側傘歯車に嚙み合 つている従動側傘歯車と、 前記関節軸に一端が固定され、 当該関節軸に 直交する方向に延びている連結部材とを備えた構成とすることができる。
この場合には、 前記指先部の前記旋回部材を、 前記連結部材に連結し ておけばよい。 また、 前記関節軸は、 配線用の中空部を備えた中空関節 軸であることが望ましい。
さらに、 前記連結部材の側面に、 当該連結部材を介して伝達される ト 4 004564
3 ルクを検出するための歪みゲージを貼り付ければ、 前記関節部を介して 伝達される トルクを検出できる。
本発明の指ュニッ トにおいては、 前記指先部の前記回転部材を当該指 先部の外筒とすることができる。 また、 前記指先部の前記回転部材に、 同軸状態でドリル、 ドライバビッ トなどの作業用工具を取り付けること ができる。
次に、 本発明は多関節型の指ュニッ トに関するものであり、
指根元部と、 指中間部と、 指先部と、 前記指根元部および指中間部を 連結している指根元側関節部と、 前記指中間部および指先部を連結して いる指先側関節部とを有し、
前記指根元側関節部は、 前記指中間部を当該指中間部の中心軸線に直 交する指根元側関節軸線を中心として旋回可能な状態で支持しており、 前記指根元部は、 前記指中間部を前記指根元側関節軸線回りに旋回さ せるための指根元側関節駆動用ァクチユエータを備えており、
前記指先側関節部は、 前記指先部を当該指先部の中心軸線に直交する 指先側関節軸線を中心として旋回可能に支持しており、
前記指中間部は、 前記指先部を前記指先側関節軸線回りに旋回させる ための指先側関節駆動用ァクチユエータを備えており、
前記指先部は、 前記指先側関節部によって旋回可能な状態で支持され ている旋回部材と、 この旋回部材によって当該指先部分の中心軸線回り に回転可能な状態で支持されている回転部材と、 この回転部材を回転さ せるための回転駆動用ァクチユエータとを備え、 この回転駆動用ァクチ ユエータは前記旋回部材によって支持されていることを特徴と している。 ここで、 前記指先側関節部および前記指根元側関節部は、 それぞれを 介して伝達される トルクを.検出するための歪ゲージなどのトルク検出部 を備えていることが望ましい。
また、 3個以上の関節を備えた指ユニッ トを構成するためには、 前記 指中間部として、 複数の指中間部分と、 これら指中間部分の間を連結し ている中間関節部とを備えた構成のものを採用し、 前記中間関節部によ り、 指先側の前記指中間部分を当該指中間部分の中心軸線に直交する関 節軸線を中心と して旋回可能な状態で支持し、 指根元側の前記指中間部 分として、 指先側の前記指中間部分を前記関節軸線回りに旋回させるた めの中間関節駆動用ァクチユエータを備えた構成のものを採用すればよ レ、。
この場合には、 前記中間関節部も、 当該中間関節部を介して伝達され る トルクを検出する歪ゲージなどのトルク検出部を備えていることが望 ましい。
ここで、 前記指根元部は、 取付用フランジと、 この取付用フランジに 取り付けられた前記指根元側関節駆動用ァクチユエータとを備えた構成 とすることができる。
前記指根元側関節部は、 前記指根元側関節駆動用ァクチユエ一タの回 転出力軸の先端部に同軸状態に固定した駆動側傘歯車と、 前記取付用フ ランジの前面から前記駆動側傘歯車の両側位置を通って前方に張り出し ている一対の軸受ハゥジングと、 各軸受ハウジングに取り付けられてい る軸受と、 これらの軸受によって両端が回転自在に支持され、 前記指根 元側関節駆動用ァクチユエータの回転出力軸の中心軸線に対して直交す る方向に配列されている関節軸と、 この関節軸の外周面に同軸状態に固 定され、 前記駆動側傘歯車に嚙み合っている従動側傘歯車と、 前記関節 軸に一端が固定され、 当該関節軸に直交する方向に延びている連結部材 とを備えた構成とすることができる。 この場合には、 前記指中間部の前 記旋回部材が前記連結部材に連結される。 また、 前記連結部材の側面に は当該連結部材を介して伝達される トルクを検出するための歪みゲージ が貼り付けられていることが望ましい。 さらにまた、 前記関節軸は、 配 線用の中空部を備えた中空関節軸であることが望ましい。
次に、 前記指先側関節部は、 前記指中間部から指先側に突出している 前記指先側関節駆動用ァクチユエータの回転出力軸の先端部に同軸状態 JP2004/004564
5 に固定した駆動側傘歯車と、 前記指中間部の前記旋回部材に連結され、 前記駆動側傘歯車の両側位置を通って指先側に張り出している一対の軸 受ハウジングと、 各軸受ハウジングに取り付けられている軸受と、 これ らの軸受によって両端が回転自在に支持され、 前記指先側関節駆動用ァ クチユエータの回転出力軸の中心軸線に対して直交する方向に配列され ている関節軸と、 この関節軸の外周面に同軸状態に固定され、 前記駆動 側傘歯車に嚙み合っている従動側傘歯車と、 前記関節軸に一端が固定さ れ、 当該関節軸に直交する方向に延びている連結部材とを備えた構成と することができる。この場合においても、前記指先部の前記旋回部材が、 前記連結部材に連結される。 また、 前記連結部材の側面に当該連結部材 を介して伝達される トルクを検出するための歪みゲージを貼り付ければ よい。 さらに、 前記関節軸は、 配線用の中空部を備えた中空関節軸とす ることができる。
ここで、 前記指先部の前記回転部材を当該指先部の外筒とすることが できる。 また、 前記回転部材に同軸状態でドリル、 ドライバビッ トなど の作業用工具を取り付けることができる。
一方、 本発明は多指型把持機構に関するものであり、 上記構成の指ュ ニッ トを複数備えていることを特徴としている。
ここで、 本発明の多指型把持機構は、 少なく とも 3つの前記指ュニッ トと、 各指ュニッ トを支持している共通の指ュニッ ト取付板とを備えた 構成とすることができる。
この構成において、 複数の指ュニッ トの指先部の外筒が回転する場合 には、 これら指先部でねじやボルトなどの部材を把持して、 ねじ穴ゃボ ルト穴にねじ込む作業を行うことができる。 また、 指先部の回転部材に ドリルが取り付けられている場合には、穴開け作業を行うことができる。 さらに、 指先部の回転部材にドライバビッ トが取り付けられている場合 には、 例えば、 1本の指ユエッ トを除く複数本の指ユニッ トを用いて、 ねじ、 ボルトなどを把持して、 ねじ穴、 ボルト穴などに位置決めし、 こ の状態で、 1本の指ュニッ トの指先部に取り付けたドライバビッ トを用 いて、 ねじ、 ボルトなどの締結作業を行うことができる。 図面の簡単な説明
図 1 A、 1 Bおよび 1 Cは、 それぞれ、 本発明を適用した 2関節型指 ュニットを示す側面図、 平面図および概略断面図である。
図 2 A〜 2 Dは、 それぞれ、 図 1の 2関節型指ユニッ トの一例を示す 平面図、 正面図、 裏面図、 および側面図である。
図 3 Aおよび 3 Bは、 それぞれ、 図 2の A— A線で切断した場合の断 面図および図 2の B— B線で切断した場合の断面図である。
図 4 Aは 1関節型指ュニッ トの一例を示す平面図であり、 図 4 Bは 3 関節以上の関節を備えた多関節型指ュニッ トの一例を示す平面図である。 図 5 Aおよび 5 Bは、 図 1の 2関節指ュニッ トを 3本備えた多指型把 持機構の一例を示す斜視図および平面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 図面を参照して、 本発明の実施の形態を説明する。
( 2関節指ユニッ ト) , 図 1 A〜 1 Cは、 それぞれ、 本発明を適用した 2関節指ユニッ トの側 面図、 平面図および概略断面図である。 本例の 2関節指ュニッ ト 1は、 指根元部 2と、 指中間部 3と、 指先部 4と、 指根元部 2および指中間部 3を連結している指根元側関節部 5 と、 指中間部 3および指先部 4を連 結している指先側関節部 6から構成されている。
指根元側関節部 5は、 指中間部 3を当該指中間部の中心軸線 3 aに直 交する関節軸線 5 aを中心と して矢印 aで示すように所定の角度範囲に 亘つて旋回可能な状態で支持している。 同様に、 指先側関節部 6は、 指 先部 4を当該指先部 4の中心軸線 4 aに直交する関節軸線 6 aを中心と 4
7 して矢印 bで示すように所定の角度範囲に亘つて旋回可能な状態で支持 している。 本例では、 関節軸線 5 aおよび 6 aが垂線であり、 指中間部 3および指先部 4は同一水平面上を個別に左右方向に旋回可能である。 指根元部 2は、 指中間部 3を関節軸線 5 a回りに旋回させるための指 根元側関節駆動用ァクチユエータ 7を備えている。 指中間部 3は、 指先 部 4を関節軸線 6 a回りに旋回させるための指先側関節駆動用ァクチュ エータ 8を備えている。
本例の指先部 4は、 指先側関節部 6によって旋回可能な状態で支持さ れている旋回筒 9 (旋回部材) を備えており、 この旋回筒 9の外周面に よって、 当該指先部 4の中心軸線 4 a回りに矢印 cで示すように回転可 能な状態で指先外筒 (回転部材) 1 0が支持されている。 また、 この指 先外筒 1 0の内部には同軸状態に、 当該指先外筒 1 0を回転させるため の回'転駆動用ァクチユエータ 1 1が配置され、 当該回転駆動用ァクチュ エータ 1 1が旋回筒 9の内部に同軸状態に取り付けられている。
また、 指先側関節部 5および指根元側関節部 6には、 それぞれを介し て伝達される トルクを検出するための トルク検出部が配置されている。 本例では、各関節部 5 、 6に歪ゲージ 1 2 、 1 3が貼り付けられている。 図 2 A〜 2 Dは、 それぞれ、 2関節型指ユニッ ト 1を示す平面図、 正 面図、 裏面図、 および側面図である。 また、 図 3 Aおよび 3 Bは、 それ ぞれ、 図 2の A— A線で切断した場合の断面図および図 2の B— B線で 切断した場合の断面図である。 これらの図を参照して、 2関節型指ュ- ッ ト 1の各部の構造を説明する。
まず、 指根元部 2は、 その前端 (指先側の端) に取付用フランジ 2 1 を備えており、この取付用フランジ 2 1が不図示の固定側の支持部材に、 例えば垂直に取り付けられている。 この取付用フランジ 2 1には、 指根 元側関節駆動用ァクチユエータ 7が前向き姿勢で水平に取り付けられて いる。 指根元側関節駆動用ァクチユエータ 7の回転出力軸 7 cは、 取付 用フランジ 2 1よりも前方に突出している。 指根元側関節駆動用ァクチユエータ 7は、 例えば、 同軸状態に連結さ れたモータ 7 a と減速機 7 bから構成されている。減速機 7 bと しては、 円環状の剛性内歯車と、 この内側に配置された可撓性外歯車と、 この内 側の嵌めた波動発生器からなる波動歯車減速機を用いることができる。 波動発生器によって、 可撓性外歯車が半径方向に橈められて剛性内歯車 に部分的に嚙み合い、 波動発生器をモータ 7 aによって回転させると、 両歯車の嚙み合い位置が周方向に移動して、 両歯車の歯数差に応じた減 速比で減速された減速回転出力が回転出力軸 7 cから出力される。 波動 歯車減速機は公知であるので、.これ以上の説明は省略する。
指根元部 2の前端に連結されている指根元側関節部 5は、 回転出力軸
7 cの先端部に同軸状態に固定した駆動側傘歯車 5 1 と、 取付用フラン ジ 2 1の前面から駆動側傘歯車 5 1の上下を通って前方に張り出してい る一対の軸受ハウジング 5 2、 5 3 とを備えている。 軸受ハウジング 5 2、 5 3にはそれぞれ軸受 5 4、 5 5が取り付けられており、 これらの 軸受 5 4、 5 5によって両端が回転自在の状態で中空型の関節軸 5 6が 垂直に支持されている。 この関節軸 5 6の中心軸線が関節軸線 5 aであ り、 この関節軸線 5 aは指根元側関節駆動用ァクチユエータ 7の回転出 力軸 7 cの中心軸線 7 dに直交している。 関節軸 5 6の上端部には従動 側傘歯車 5 7が同軸状態に固定され、 駆動側傘歯車 5 1に嚙み合ってい る。 また、 関節軸 5 6の上下方向の中程の部位には、 前方に向けて水平 に延びる連結部材 5 8の後端部が固定されている。 なお、 歪ゲージ 1 2 は、 連結部材 5 8の側面に貼り付けられている。 連結部材 5 8の前側部 分は上下に二股に分かれた腕部分 5 8 a となっている。
指中間部 3は、 連結軸 5 8の上下の腕部分 5 8 aの間に固定された指 先側関節駆動用ァクチユエータ 8の後端部分を備えている。 指先側関節 駆動用ァクチユエータ 8も指根元側関節駆動用ァクチユエータ 7と同様 にモータ 8 a と減速機 8 bから構成されている。 連結軸 5 8の腕部分 5
8 aおよびァクチユエータ 8を覆う状態で円筒状の指中間部外筒 3 2 これらの部材 5 8 a、 8に取り付けられている。 指先側関節駆動用ァク チユエータ 8の前端からは回転出力軸 8 cが前方に突出している。
次に、 指先側関節部 6は、 上記の指根元側関節部 5 と同様な構造とな つている。 すなわち、 指中間部 3から指先側に突出している指先側関節 駆動用ァクチユエータ 8の回転出力軸 8 cの先端部に同軸状態に固定し た駆動側傘歯車 6 1 と、 ァクチユエータ 8の前端から駆動側傘歯車 6 1 の上下を通って前方に張り出している一対の軸受ハウジング 6 2、 6 3 とを備えている。 軸受ハウジング 6 2、 6 3にはそれぞれ軸受 6 4、 6 5が取り付けられており、 これらの軸受 6 4、 6 5によって両端が回転 自在の状態で中空型の関節軸 6 6が垂直に支持されている。 この関節軸 6 6の中心軸線が関節軸線 6 aであり、 この関節軸線 6 aは指根元側関 節駆動用ァクチユエータ 8の回転出力軸 8 cの中心軸線 (指中間部 3の 中心軸線 3 a ) に直交している。 関節軸 6 6の上端部には従動側傘歯車 6 7が同軸状態に固定され、駆動側傘歯車 6 1に嚙み合っている。また、 関節軸 6 6の上下方向の中程の部位には、 前方に向けて水平に延びる連 結部材 6 8の後端部が固定されている。 歪ゲージ 1 3は連結軸 6 8の側 面に貼り付けられている。
指先部 4の旋回筒 9は、 連結部材 6 8の前側の上下の腕部分 6 8 aに 取り付けられている。 旋回筒 9の内部に同軸状態で回転駆動用ァクチュ エータ 1 1が固定されている。 本例の指先外筒 1 0は、 旋回筒 9の全体 を覆う状態で当該旋回筒 9の外周面によって回転可能な状態で支持され ている円筒部分 1 0 a と、 この円筒部分 1 0 aの前端に形成されている 半球状先端部分 1 0 bから形成されている。 半球状先端部分 1 0 bには 中心穴 1 0 cが形成されており、 ここには、 ァクチユエータ 1 1の回転 出力軸 1 1 cが差し込まれて固定されている。 ァクチユエータ 1 1 も上 記の各ァクチユエータ 7、 8 と同様のモータ 1 1 a と減速機 1 1 bから 構成されている。
ここで、 図 3において想像線で示すように、 半球状先端部分 1 0 の 中心穴 1 0 cに前方から ドリルゃドライバビッ トなどの回転式の工具 4 2を差し込み、 回転出力軸 1 1 cに連結固定することもできる。
(指ュニッ トの別の例)
図 4 Aには 1関節指ユニッ トの例を示してある。 1関節指ユニッ ト 1 0 0は、 指根元部 1 0 2と、 指先部 1 0 4と、 指根元部 1 0 2および指 先部 1 0 4を連結している関節部 1 0 6を備え.ている。 指根元部 1 0 2 は、 上記の指根元部 2と同様に構成でき、 指先部 1 0 4は上記の指先部 4と同様に構成でき、 関節部 1 0 6は上記の関節部 6 と同様に構成でき る。
図 4 Bには 3関節以上の関節を備えた多関節指ュニッ トの例を示して ある。 多関節指ュニッ ト 2 0 0は、 指根元部 2 0 2と、 指中間部 2 0 3 と、 指先部 2 0 4と、 指根元側関節部 2 0 5 と、 指先側関節部 2 0 6を 備えている。 また、 指中間部 2 0 3は、 複数の指中間部分 2 1 3 と、 こ れら指中間部分 2 1 3の間を連結している中間関節部 2 2 3 とを備えて いる。 指根元部 2 ◦ 2は上記の指根元部 2 と同様に構成でき、 各指中間 部分 2 1 3は上記の指中間部 3 と同様に構成でき、 指先部 2 0 4は上記 の指先部 4と同様に構成できる。 また、 指根元側関節部 2 0 4および各 中間関節部 2 2 3は上記の指根元側関節部 5 と同様に構成でき、 指先側 関節部 2 0 6は上記の指先側関節部 6と同様に構成できる。
(多指型把持機構)
図 5 Aおよび 5 Bは、 図 1〜 3に示す 2関節指ュニッ トを 3本備えた 多指型把持機構の一例を示す斜視図および平面図である。 本例の多指型 把持機構 3 0 0は、同一構造の 3本の 2関節指ュニッ ト 1 — 1、 1一 2、 1— 3を有している。 これらの 2関節指ュニッ ト 1ー 1〜 1 _ 3は、 支 柱 3 0 1を備えた正三角形の共通取付板 3 0 2の 3つの角に固定されて いる。 すなわち、 各 2関節指ュニッ ト 1一 1〜 1 _ 3の取付用フランジ 2 1が共通取付板 3 0 2の各角に固定されている。 この結果、 各 2関節 指ュニッ ト 1— ι〜 ι 一 3の指先部 4を開閉可能であり、これらの間に、 ポルト、 ねじなどの部品 Wを把持することができる。 また、 各指先部 4 を平行に保持した状態で部品 Wを把持し、 この状態で各指先部 4を回転 させると、 部品 Wをその中心軸線回りに回転させることができる。 よつ て、 ボルト、 ねじなどを、 ボルト穴、 ねじ穴などにねじ込む作業を行う ことができる。 産業上の利用の可能性
以上説明したように、 本発明の指ユニッ トは、 その指先部を中心軸線 周りに回転させることが可能となっている。 従って、 ドリル、 ドライバ ビッ トなどの回転式の工具を先端に取り付けると、 穴開け作業やねじ込 み作業などを行うことができる。 また、 複数本の指ュニッ トを備えた多 指型把持機構は、 各種の形状あるいは材質の部品を把持することができ る。 また、 部品の把持、 移送作業は勿論のこと、 ボルト、 ねじなどをポ ルト穴、ねじ穴に位置決めしてそこにねじ込む作業も行うことができる。
よって、 本発明によれば、 汎用性の高い把持機能および、 汎用性の高 い作業機構を備えた指ュニッ トおよび多指型把持機構を実現できる。
また、 各関節部に取り付けられている歪ゲージなどの トルク検出部に よって検出される トルクに基づき、 各指ユニッ トを適切に駆動すること ができる。

Claims

請求の範囲
1 . 指根元部と、 指先部と、 前記指根元部および指先部を連結し ている関節部とを有し、
前記関節部は、 前記指先部を当該指先部の中心軸線に直交する関節軸 線を中心として旋回可能に支持しており、
前記指根元部は、 前記指先部を前記関節軸線回りに旋回させるための 関節駆動用ァクチユエータを備えており、
前記指先部は、 前記関節部によって旋回可能な状態で支持されている 旋回部材と、 この旋回部材によって当該指先部の中心軸線回りに回転可 能な状態で支持されている回転部材と、 この回転部材を回転させるため の回転駆動用ァクチユエータとを備え、 この回転駆動用ァクチユエータ は前記旋回部材に取り付けられている指ュニッ ト。
2 . 請求の範囲第 1項において、 .
前記関節部は、 当該関節部を介して伝達される トルクを検出する歪ゲ ージなどのトルク検出部を備えている指ュニッ ト。
3 . 請求の範囲第 1項において、
前記指根元部は、 取付用フランジと、 この取付用フランジに取り付け られている前記関節駆動用ァクチユエータとを備えており、
前記関節部は、 前記関節駆動用ァクチユエータの回転出力軸の先端部 に同軸状態に固定した駆動側傘歯車と、 前記取付用フランジの前面から 前記駆動側傘歯車の両側位置を通って前方に張り出している一対の軸受 ハウジングと、 各軸受ハウジングに取り付けられている軸受と、 これら の軸受によって両端が回転自在に支持され、 前記関節駆動用ァクチユエ ータの回転出力軸の中心軸線に対して直交する方向に配列されている関 節軸と、 この関節軸に同軸状態に固定され、 前記駆動側傘歯車に嚙み合 つている従動側傘歯車と、 前記関節軸に一端が固定され、 当該関節軸に 直交する方向に延びている連結部材とを備えており、 この連結部材に前 記指先部の前記旋回部材が連結されている指ユニッ ト。
4 . 請求の範囲第 3項において、
前記関節軸は、 配線用の中空部を備えた中空関節軸である多関節型指 ュニッ ト。
5 . 請求の範囲第 1項ないし第 4項のうちのいずれかの項におい て、
前記指先部の前記回転部材は、 当該指先部の円筒状の外筒である指ュ ニッ ト。
6 . 請求の範囲第 1項ないし第 4項のうちのいずれかの項におい て、
前記指先部の前記回転部材には同軸状態でドリル、 ドライバビッ トな どの作業用工具が取り付けられている指ュニッ ト。
7 . 指根元部と、 指中間部と、 指先部と、 前記指根元部および指 中間部を連結している指根元側関節部と、 前記指中間部および指先部を 連結している指先側関節部とを有し、
前記指根元側関節部は、 前記指中間部を当該指中間部の中心軸線に直 交する関節軸線を中心として旋回可能な状態で支持しており、
前記指根元部は、 前記指中間部を前記関節軸線回りに旋回させるため の指根元側関節駆動用ァクチユエータを備えており、
前記指先側関節部は、 前記指先部を当該指先部の中心軸線に直交する 関節軸線を中心として旋回可能に支持しており、
前記指中間部は、 前記指先部を前記関節軸線回りに旋回させるための 指先側関節駆動用ァクチユエータを備えており、
前記指先部は、 前記指先側関節部によつて旋回可能な状態で支持され ている旋回部材と、 この旋回部材によって当該指先部分の中心軸線回り に回転可能な状態で支持されている回転部材と、 この回転部材を回転さ せるための回転駆動用ァクチユエ一タとを備え、 この回転駆動用ァクチ ユエータは前記旋回部材に取り付けられている多関節指ュニット。
8 . 請求の範囲第 7項において、
前記指先側関節部および前記指根元側関節部は、 それぞれを介して伝 達される トルクを検出するための歪ゲージなどのトルク検出部を備えて いる多関節型指ュニッ ト。
9 . 請求の範囲第 8項において、
前記指中間部は、 複数の指中間部分と、 これら指中間部分の間を連結 している中間関節部とを備えており、
前記中間関節部は、 指先側の前記指中間部分を当該指中間部分の中心 軸線に直交する関節軸線を中心として旋回可能な状態で支持しており、 指根元側の前記指中間部分は、 指先側の前記指中間部分を前記関節軸 線回りに旋回させるための中間関節駆動用ァクチユエータを備えている 多関節型指ュニッ ト。
1 0 . 請求の範囲第 9項において、
前記中間関節部は、 当該中間関節部を介して伝達される トルクを検出 する歪ゲージなどのトルク検出部を備えている多関節型指ュニッ ト。
1 1 . 請求の範囲第 7項において、
前記指根元部は、 取付用フランジと、 この取付用フランジに取り付け られた前記指根元側関節駆動用ァクチユエ一タとを備えており、 前記指根元側関節部は、 前記指根元側関節駆動用ァクチユエ一タの回 転出力軸の先端部に同軸状態に固定した駆動側傘歯車と、 前記取付用フ ランジの前面から前記駆動側傘歯車の両側位置を通って前方に張り出し ている一対の軸受ハウジングと、 各軸受ハウジングに取り付けられてい る軸受と、 これらの軸受によって両端が回転自在に支持され、 前記指根 元側関節駆動用ァクチユエータの回転出力軸の中心軸線に対して直交す る方向に配列されている関節軸と、 この関節軸の外周面に同軸状態に固 定され、 前記駆動側傘歯車に嚙み合っている従動側傘歯車と、 前記関節 軸に一端が固定され、 当該関節軸に直交する方向に延びている連結部材 とを備えており、 この連結部材に前記指中間部の前記旋回部材が連結さ れている多関節型指ュニッ ト。
1 2 . 請求の範囲第 1 1項において、
前記関節軸は、 配線用の中空部を備えた中空関節軸である多関節型指 ユニッ ト。
1 3 . 請求の範囲第 7項において、
前記指先側関節部は、
前記指中間部から指先側に突出している前記指先側関節駆動用ァクチ ユエータの回転出力軸の先端部に同軸状態に固定した駆動側傘歯車と、 前記指中間部の前記旋回部材に連結され、 前記駆動側傘歯車の両側位 置を通って指先側に張り出している一対の軸受ハウジングと、
各軸受ハウジングに取り付けられている軸受と、
これらの軸受によって両端が回転自在に支持され、 前記指先側関節駆 動用ァクチユエータの回転出力軸の中心軸線に対して直交する方向に配 列されている関節軸と、
この関節軸の外周面に同軸状態に固定され、 前記駆動側傘歯車に嚙み 合っている従動側傘歯車と、 前記関節軸に一端が固定され、 当該関節軸に直交する方向に延びてい る連結部材とを備え おり、
前記連結部材に前記指先部の前記旋回部材が連結されいる多関節型指 ュニッ ト。
1 4 . 請求の範囲第 1 3項において、
前記関節軸は、 配線用の中空部を備えた中空関節軸である多関節型指 ュニッ ト。
1 5 . 請求の範囲第 7項ないし第 1 4項のうちのいずれかの項にお いて、
前記指先部の前記回転部材は、 当該指先部の円筒状の外筒である多関 節型指ュニッ ト。
1 6 . 請求の範囲第 7項ないし第 1 4項のうちのいずれかの項にお いて、 '
前記指先部の前記回転部材には同軸状態でドリル、 ドライバビッ トな どの作業用工具が取り付けられている多関節型指ュニッ ト。
1 7 . 複数の指ユニッ トを有し、
各指ュニッ トは、 請求の範囲第 1項ないし第 6項のうちのいずれかの 項に記載の指ュニッ トである多指型把持機構。
1 8 . 複数の多関節型指ュュッ トを有し、
各多関節型指ユニッ トは、 請求の範囲第 7項ないし第 1 6項のうちの いずれかの項に記載の多関節型指ュニッ トである多指型把持機構。
1 9 . 請求の範囲第 1 8項において、 少なく とも 3つの前記多関節型指ュニッ トと、
各多関節型指ュニッ トを支持している共通の指ュニッ ト取付板とを有 している多指型把持機構。
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