WO2006054443A1

WO2006054443A1 - ロボット関節構造、ロボットフィンガ

Info

Publication number: WO2006054443A1
Application number: PCT/JP2005/020112
Authority: WO
Inventors: Takeki Shirai; Kaoru Hoshide; Koji Ozawa
Original assignee: Thk Co., Ltd.
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2006-05-26
Also published as: JPWO2006054443A1; JP4727590B2; DE112005002849B4; CN100553901C; US20080127768A1; DE112005002849T5; CN101107101A; US7592768B2

Description

明細書

ロボット関節構造、ロボットフィンガ

技術分野

[0001] 本発明は、ロボット関節構造及びロボット関節構造を組み合わせて構成するロボットフィンガに係るものであり、特に、スムーズな関節動作を実現し、且つ、把持力の向上を図ったロボット関節構造及びロボットフィンガに関するものである。

背景技術

[0002] 人の指関節は、物を把持するという上肢の内で一番の目的を担う部分であり、最も基本的な蝶番関節である。そして、指関節の機能が傷害されてしまうと上肢の機能の大半が消失するとも言われており、人が物を把持する上で非常に重要な部位である。指の基本的な構造として、第二指から第五指 (示指、中指、薬指、小指)の構造を例に挙げて説明すると、人の手の骨格構造を示す図 6において示されるように、人の指は、根元から見て中手骨 10、基節骨 12、中節骨 14、末節骨 16の順に構成されており、それらの繋ぎ目である指関節は、中手基節関節 (以下、 MP関節と記す） 11、基節中節関節 (以下、 PIP関節と記す) 13及び中節末節関節 (以下、 DIP関節と記す） 15によって構成されている。そして、中手骨 10の部位を中手 20と呼び、以下同様に基節骨 12の部位を基節 22、中節骨 14の部位を中節 24、末節骨 16の部位を末節 26と呼んでいる。

[0003] 指の構造は非常に複雑であるため、その動きも複雑である。例えば、指の根元の M P関節 11は単独で動かすことができる力その先にある PIP関節 13と DIP関節 15は、連動して動作することになる。すなわち、意識しない自然な状態で指を曲げると、まず PIP関節 13が屈曲を開始し、 PIP関節 13が屈曲することで DIP関節 15が屈曲できるようになる。したがって、人の指は、 MP関節 11を支点として基節 22,中節 24,末節 26全体が一体に折り曲げられる動作と、 PIP関節 13と DIP関節 15を支点として基節 22、中節 24、末節 26のそれぞれが折り曲げられるという動作を有していることになる。なお、こうした動きは複雑な筋肉の連携によって実現されるものである。

[0004] ところで、従来から、以上のような複雑な構造 ·動作を有する人の指をロボットとして再現し、人に代わって様々な作業を行わせたいとする要請がある。高温'多湿等の悪所や放射線被曝のおそれがある場所、宇宙空間等の特殊環境下での作業等に人の指の機能を備えたロボットを適用できれば、作業効率や安全性の向上、コストの削減を行うことができるからである。そしてこれまで、様々なロボットの関節構造が提案されている。

[0005] 例えば、下記特許文献 1には、アームを駆動するモータの回転軸を該アームの揺動運動の中心軸と平行に設けたものが開示されている。この関節構造では、第 1ァームの先端に第 2アームを旋回自在に軸支して関節部を構成する一方、この関節部における揺動運動の中心軸上にモータを設け、かかるモータの回転運動を平歯車等で構成された減速機構を介して第 1アーム若しくは第 2アームに伝達し、モータの回転方向及び回転量に応じた揺動運動をこれらアーム間に与えている。

[0006] 一方、下記特許文献 2及び下記特許文献 3には、第 1アームと第 2アームの間をリンク機構で揺動自在に接続するとともに、力かるリンク機構の一部にボールねじを用い、力かるボールねじをモータで回転させることによって、第 1アームを第 2アームに対して揺動させるようにしたものが開示されている。例えば、下記特許文献 2に開示されている関節構造では、第 1アームに対して第 2アームが揺動自在に軸支されているが、第 2アームには該アームと略平行にねじ軸が設けられており、このねじ軸は第 2ァームに搭載されたモータによって回転駆動されるように構成されている。また、上記ねじ軸にはナット部材が螺合しており、このナット部材には、第 1アーム力延びるリンクプレートの端部が回転自在に結合している。これにより、モータを回転させるとねじ軸に螺合するナット部材がねじ軸上をモータの回転量及び回転方向に応じて移動するが、このナット部材にはリンクプレートの端部が結合されていることから、ナット部材の移動に応じた押し出し力又は引き戻し力カ^ンタプレートから第 2アームに対して作用し、これによつて第 2アームが第 1アームに対して揺動運動を生じるようになって、る。

[0007] 特許文献 1 :特開平 05— 092377号公報

特許文献 2 :特開平 10— 217158号公報

特許文献 3 :特開 2002— 113681号公報

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0008] 上記特許文献 1に係る関節構造は、モータの回転軸が揺動運動の中心軸と平行に設けられていることから、構造的には非常に簡易なものとなっている。しかしながら、アームを駆動するためのモータや減速機構が関節部の外側に大きく張り出してしまうため、関節部をコンパクトに構成することができないという問題を有している。このため、上記特許文献 1に係る関節構造は、堅牢さやメンテナンス性を重視する大型の産業用ロボット等の関節構造としては適しているものの、メカ-カルノヽンドにおける指構造等、小型の関節構造に適用するには不向きであった。

[0009] 一方、上記特許文献 2に開示される関節構造では、ねじ軸の回転に伴うナット部材の移動によってリンクプレートが押し引きされ、これによつて第 1アームに対して第 2ァームを揺動させることになるが、かかる揺動運動の際にリンクプレートに作用する押し出し力又は引き戻し力の方向は、ナット部材の移動方向とは合致していない。このため、第 2アームが揺動運動を行う際には、ねじ軸に対して曲げモーメントが作用してしまい、ねじ軸の軸径を太くする等してねじ軸の剛性を高めなくては、第 2アームの摇動に対して充分な力を与えることができないという問題点があった。

[0010] また、上記特許文献 2に開示される関節構造を用いて物品を把持するメカ-カルハンドのロボットフィンガを構成した場合、物品を把持した際に発生する反力がリンクプレートを介してねじ軸に曲げモーメントとして作用するので、やはりねじ軸の剛性を充分に確保しなくては、ロボットフィンガが充分な把持力を発揮できないことになつてしまう。しかし、曲げモーメントに対するねじ軸の剛性を高めると、関節構造そのものの大型化、重量化に繋がり、小型軽量なロボットフィンガを構成することができないといつた問題点が生じてしまう。また、このようなロボットフィンガは、関節ごとに駆動手段としてのボールねじを設けなければならないので、制御対象が多くなつてしまうという問題も抱えている。

[0011] 本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、人の指のようなスムーズな関節動作を実現し、且つ、把持力の向上を図ったロボット関節構造及びロボットフィンガを提供することにある。課題を解決するための手段 [0012] 本発明に係るロボット関節構造は、基準面を有する中手部材と、前記基準面に設置され、前記基準面と略平行方向に可動体を押し引き動作させる中手側駆動手段と、前記中手部材の側端部にヒンジを介して揺動自在に接続される基節部材と、前記基節部材における前記中手部材との接続側端面に設置され、基節部材の揺動に対応して移動可能な移動体を備える MP関節用直線案内装置と、を有し、前記可動体と前記移動体カ^ンタ機構を介して接続されることにより、前記基節部材は、前記中手側駆動手段による前記可動体の押し引き動作に応じて揺動することを特徴とする。

[0013] また、本発明に係るロボット関節構造において、前記中手部材は、前記可動体と接続して同一方向に移動可能な移動体を備える中手用直線案内装置を有しており、か力る中手用直線案内装置が前記可動体を案内するように構成することができる。

[0014] さらに、本発明に係るロボット関節構造において、前記リンク機構は、回転べアリングと、前記回転ベアリングの外輪側を固定収納して前記移動体に設置されるべアリングケースと、前記回転ベアリングの内輪内に回転自在に導通されるとともに前記可動体に接続するリンクシャフトと、を含むこととすることができる。

[0015] またさらに、本発明に係るロボット関節構造において、前記中手側駆動手段はエアシリンダであり、かかるエアシリンダは、前記可動体としてのロッドを押し引き動作可能であることとすることができる。

[0016] 本発明に係る別のロボット関節構造は、基節部材と、前記基節部材とヒンジを介して揺動自在に接続される中節部材と、前記中節部材とヒンジを介して接続されるとともに、前記中節部材の揺動方向と同一方向で揺動自在に接続される末節部材と、を有し、前記中節部材は、可動体を押し引き動作させる中節側駆動手段と、前記可動体に接続され、前記可動体の押し引き動作に連動して同一方向に移動するドライブシャフトと、を備え、前記基節部材及び前記末節部材は、それぞれ前記中節部材との接続側端面に自己の揺動に対応して移動可能な移動体を備える PIP関節用直線案内装置及び DIP関節用直線案内装置を備え、前記ドライブシャフトの両端が、前記 PIP関節用直線案内装置及び前記 DIP関節用直線案内装置の各移動体とリンク機構を介してそれぞれ接続されることにより、前記基節部材及び前記末節部材は、前記中節側駆動手段による前記可動体の押し引き動作に応じて揺動することを特徴とする。

[0017] また、本発明に係る別のロボット関節構造において、前記中節部材は、前記ドライブシャフトと接続して同一方向に移動可能な移動体を備える中節用直線案内装置を有しており、力かる中節用直線案内装置が前記ドライブシャフトを案内するように構成することができる。

[0018] さらに、本発明に係る別のロボット関節構造において、前記リンク機構は、回転ベアリングと、前記回転ベアリングの外輪側を固定収納して前記移動体に設置されるベアリングケースと、前記回転ベアリングの内輪内に回転自在に導通されるとともに前記可動体に接続するリンクシャフトと、を含むこととすることができる。

[0019] またさらに、本発明に係る別のロボット関節構造において、前記中節側駆動手段はエアシリンダであり、かかるエアシリンダは、前記可動体としてのロッドを押し引き動作可會であることとすることができる。

[0020] なお、上述した本発明に係るロボット関節構造と、本発明に係る別のロボット関節構造とを組み合わせることにより、ロボットフィンガとして構成することも可能である。

[0021] なお上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなぐこれらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

発明の効果

[0022] 本発明によれば、人の指のようなスムーズな関節動作を実現し、且つ、把持力の向上を図ったロボット関節構造及びロボットフィンガを提供することができる。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1A]図 1Aは、本実施形態に係るロボットフィンガの外観側面を示しており、ロボットフィンガがホームポジションに位置する状態を示す図である。

[図 1B]図 1Bは、本実施形態に係るロボットフィンガの外観側面を示しており、ロボットフィンガが駆動され、物体を把持する位置に移動した状態を示す図である。

[図 2]図 2は、本実施形態に係る第 1のロボット関節構造を説明するための側面透視図である。

[図 3A]図 3Aは、本実施形態に採用することが好適な一般的な直線案内装置を例示する図である。 [図 3B]図 3Bは、本実施形態に係るリンク機構の構成を示す図である。

[図 4]図 4は、本実施形態に係る第 2のロボット関節構造を説明するための側面透視図である。

[図 5]図 5は、本実施形態に係る第 2のロボット関節構造を説明するための斜視透視図である。

[図 6]図 6は、人の手の骨格構造を示すとともに、各部位の名称を説明するための図である。

符号の説明

[0024] 10 中手骨、 11 MP関節、 12 基節骨、 13 PIP関節、 14 中節骨、 15 DIP関節、 16 末節骨、 20 中手、 22 基節、 24 中節、 26 末節、 30 中手部材、 31a 基準面、 31, 61, 71 ヒンジ、 32, 62 エアシリンダ、 32a, 62a ロッド、 40 基節部材、 40a, 40b, 70a 接続側端面、 42, 46, 55, 64, 72 移動体、 42a 凹溝、 43, 56, 65 軌道レール、 43a ボール転走溝、 44 MP関節用直線案内装置、 45 ボール、 48 PIP関節用直線案内装置、 50, 69, 75 リンク機構、 51 回転ベアリング、 52 ベアリングケース、 53, 58 接続部材、 54 リンクシャフト、 57 中手用直線案内装置、 60 中節部材、 63 ドライブシャフト、 66 中節用直線案内装置、 70 末節部材、 74 DIP関節用直線案内装置。

発明を実施するための最良の形態

[0025] 以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなぐまた、実施形態の中で説明されて!、る特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

[0026] 図 1A及び図 1Bは、本実施形態に係るロボットフィンガの外観側面を示す図であり、特に、図 1Aは、ロボットフィンガがホームポジションに位置する状態を示している。また、図 1Bは、ロボットフィンガが駆動され、物体を把持する位置に移動した状態を示している。そして、本実施形態に係るロボットフィンガは、 2つの駆動手段を備えている関係上、大きく分けて 2種類のロボット関節構造によって成り立つている。

[0027] まず、第 1のロボット関節構造は、図 1 Aにおいて符号 αで示される箇所であり、人の指における中手 20, MP関節 11,基節 22に相当する部分である。また、第 2の口ボット関節構造は、図 1 Aにおいて符号 |8で示される箇所であり、人の指における基節 22, PIP関節 13,中節 24, DIP関節 15,末節 26に相当する部分である。そして、第 1及び第 2のロボット関節構造は、それぞれ別の駆動手段を備えており、し力も人の指と同様の駆動動作を行えるように構成されている。以下、それぞれのロボット関節構造について詳細に説明する。

[0028] [第 1のロボット関節構造]

図 2は、本実施形態に係る第 1のロボット関節構造を説明するための側面透視図である。本実施形態に係る第 1のロボット関節構造は、基準面 30aを有する中手部材 3 0と、中手部材 30の側端部にヒンジ 31を介して揺動自在に接続される基節部材 40と、を備えている。人の指構造に対応させると、中手部材 30は中手 20に、ヒンジ 31は MP関節 11に、基節部材 40は基節 22に相当する部材である。

[0029] 中手部材 30の基準面 30aには、可動体としてのロッド 32aを基準面 30aと略平行方向に押し引き動作させることが可能な中手側駆動手段としてのエアシリンダ 32が設置されている。かかるエアシリンダ 32は、エアの供給によってロッド 32aが押し出され、エアの吸引によってロッド 32aが引き戻されるように動作する。

[0030] 一方、基節部材 40における中手部材 30との接続側端面 40aには、基節部材 40の揺動に対応して移動可能な移動体 42を備える MP関節用直線案内装置 44が設置されている。この MP関節用直線案内装置 44は、例えば、図 3Aにおいて示されるような、一般的な直線案内装置を採用することが好適である。

[0031] 図 3Aに示すような直線案内装置を採用する場合、まず、断面略矩形状に形成される軌道レール 43は、基節部材 40の接続側端面 40aにボルト等の接続手段を用いて固定されることになる。ここで、軌道レール 43の両側面には、長手方向に沿ってボール 45· ··が転走するボール転走溝 43aが形成されている。また、移動体 42は、凹溝 4 2aを有してチャネル状に形成されており、この凹溝 42a内に軌道レール 43が遊嵌している。凹溝 42aの内側面には軌道レール 43のボール転走溝 43aと対向する負荷転走溝が形成されており、多数のボール 45· ··が軌道レール 43のボール転走溝 43a と移動体 42の負荷転走溝との間を転走しながら、軌道レール 43と移動体 42との間に作用する荷重を負荷するようになっている。さらに、移動体 42には、ボール 45· "の無限循環路が形成されており、これら多数のボール 45· · ·が無限循環路を循環することにより、軌道レール 43に対して移動体 42が軸方向へ移動可能となって、る。

[0032] なお、本実施形態で使用される MP関節用直線案内装置 44は、中手部材 30の基準面 30aに対して角度を持って設置されているが、これは本実施形態に係る基節部材 40のホームポジション力図 1Aに示したように斜め下方向を向いて設定されているためであり、基節部材 40が円滑に揺動動作を行えるように配慮して設定されたものである。この MP関節用直線案内装置 44の設置角度については、ロボット関節構造の全体構成や把持対象物に応じて任意に設定すれば良い。

[0033] さらに、本実施形態に係る第 1のロボット関節構造においては、ロッド 32aと移動体 4 2がリンク機構 50を介して接続されている。このリンク機構 50は、回転ベアリング 51を収納するベアリングケース 52と、回転ベアリング 51に導通するリンクシャフト 54によつて構成されている。このリンク機構 50について、図 2及び図 3Bを用いてより詳細に説明すると、移動体 42にはベアリングケース 52が固定設置されており、このベアリングケース 52には外輪側が固定された状態で回転ベアリング 51が収納されている。一方、ロッド 32a側には、接続部材 53を介してロッド 32aと接続するリンクシャフト 54が設置されており、このリンクシャフト 54は回転ベアリング 51の内輪内に回転自在に導通されている。したがって、ロッド 32aからの押し出し力及び引き戻し力は、リンクシャフト 54を通じて回転ベアリング 51に伝達され、さらに移動体 42へと伝達されることになる

[0034] 以上の構成を有することにより、基節部材 40は、エアシリンダ 32によるロッド 32aの押し引き動作に応じて揺動することになる。すなわち、エアの供給によってロッド 32a が押し出されると、移動体 42はロッド 32aからの押し出し力を受け、この押し出し力によって、基節部材 40はヒンジ 31を回転中心として矢印 Aの方向に揺動することになる (図 2参照)。このとき、移動体 42にはリンク機構 50を介してロッド 32aの押し出し力が伝達され、移動体 42は基節部材 40の揺動に対応して移動することができるので、基節部材 40のスムーズな揺動が実現する。

[0035] 逆に、エアの吸引によってロッド 32aが引き戻されると、移動体 42はロッド 32aからの引き戻し力を受け、この引き戻し力によって、基節部材 40はヒンジ 31を回転中心として矢印 Bの方向に揺動することになる（図 2参照)。このときも同様に、移動体 42にはリンク機構 50を介してロッド 32aの引き戻し力が伝達され、移動体 42は基節部材 4 0の揺動に対応して移動することができるので、基節部材 40のスムーズな揺動が実現するのである。

[0036] さらに、本実施形態に係る第 1のロボット関節構造の中手部材 30には、ロッド 32aと接続して同一方向に移動可能な移動体 55を備える中手用直線案内装置 57が設置されている。この中手用直線案内装置 57についても、図 3Aにおいて示されるような、一般的な直線案内装置を採用することが好適である。具体的な構造としては、図 2において示されるように、中手用直線案内装置 57が有する軌道レール 56は、エアシリンダ 32本体に固定されている。また、ロッド 32aと移動体 55とは接続部材 58を介して接続されており、移動体 55は、ロッド 32aの押し引き動作に対応してロッド 32aと同一方向に移動することができるようになつている。そして、移動体 55は、ロッド 32aにカロわる基節部材 40の揺動動作に伴う荷重やモーメントの一部を引き受けることができる。つまり、中手用直線案内装置 57は、ロッド 32aに加わる荷重を軽減し、第 1のロボット関節構造の安定した動作に貢献することができる。

[0037] [第 2のロボット関節構造]

次に、図 4及び図 5を用いて、本実施形態に係る第 2のロボット関節構造について説明する。図 4は、本実施形態に係る第 2のロボット関節構造を説明するための側面透視図であり、図 5は、本実施形態に係る第 2のロボット関節構造を説明するための斜視透視図である。本実施形態に係る第 2のロボット関節構造は、基節部材 40と、基節部材 40とヒンジ 61を介して揺動自在に接続される中節部材 60と、中節部材 60とヒンジ 71を介して接続されるとともに、中節部材 60の揺動方向と同一方向で揺動自在に接続される末節部材 70と、を備えている。これらの部材は、人の指構造に対応させると、基節部材 40は基節 22に、ヒンジ 61は PIP関節 13〖こ、中節部材 60は中節 24に、ヒンジ 71は DIP関節 15〖こ、末節部材 70は末節 26に相当している。

[0038] まず、本実施形態に係る第 2のロボット関節構造が有する中節部材 60には、可動体としてのロッド 62aを押し引き動作することができる中節側駆動手段としてのエアシリンダ 62と、ロッド 62aに接続されるとともに、このロッド 62aの押し引き動作に連動して同一方向に移動可能なドライブシャフト 63とが設置されている。エアシリンダ 62は、エアの供給によってロッド 62aが押し出され、エアの吸引によってロッド 62aが引き戻されるように動作する。一方、ドライブシャフト 63には、ドライブシャフト 63と同一方向に移動可能な移動体 64が接続している。この移動体 64は、中節部材 60に固定設置される駆動レール 65上を移動可能な部材であり、移動体 64と駆動レール 65とによつて中節用直線案内装置 66を構成している。そして、移動体 64は、ドライブシャフト 63の移動を案内し、ロッド 62aとの安定した連動動作を実現させるという役割を担つている。

[0039] また、中節部材 60を挟むようにその両端に設置される基節部材 40及び末節部材 7 0には、それぞれ中節部材 60との接続側端面 40b, 70aに自己の揺動に対応して移動可能な移動体 46, 72を備える PIP関節用直線案内装置 48及び DIP関節用直線案内装置 74を備えている。そして、これら PIP関節用直線案内装置 48及び DIP関節用直線案内装置 74が有する各移動体 46, 72には、それぞれリンク機構 69, 75を介してドライブシャフト 63の両端が接続されて、る。

[0040] つまり、エアの供給によってロッド 62aが押し出されると、ドライブシャフト 63は図 4において紙面左方向に移動することになるので、基節部材 40の側では移動体 46が引き戻し力を受けて紙面下方向に移動し、その結果として基節部材 40はヒンジ 61を回転中心として矢印 Cの方向に揺動することになる。一方、末節部材 70の側では、逆に移動体 72が押し出し力を受けて紙面上方向に移動し、その結果として末節部材 7 0はヒンジ 71を回転中心として矢印 Eの方向に揺動することになる。このとき、移動体 46, 72には、リンク機構 69, 75を介してドライブシャフト 63の引き戻し力又は押し出し力が伝達され、移動体 46, 72は基節部材 40及び末節部材 70の揺動に対応して移動することができる。したがって、基節部材 40及び末節部材 70のスムーズな揺動が実現することになる。

[0041] 逆に、エアの吸引によってロッド 62aが引き戻されると、ドライブシャフト 63は紙面右方向に移動して図 4で示すような状態になるので、基節部材 40の側では移動体 46 が押し出し力を受けて紙面上方向に移動し、図 4で示すような状態になる。その結果として基節部材 40はヒンジ 61を回転中心として矢印 Dの方向に揺動することになる。一方、末節部材 70の側では、逆に移動体 72が引き戻し力を受けて紙面下方向に移動し、その結果として末節部材 70はヒンジ 71を回転中心として矢印 Fの方向に揺動すること〖こなる。このとき、移動体 46, 72には、リンク機構 69, 75を介してドライブシャフト 63の押し出し力又は引き戻し力が伝達され、移動体 46, 72は基節部材 40及び末節部材 70の揺動に対応して移動することができる。したがって、基節部材 40及び末節部材 70のスムーズな揺動が実現する。

[0042] なお、リンク機構 69, 75については、第 1のロボット関節構造で説明したリンク機構 50と同様の構造であるから、説明を省略する。また、 PIP関節用直線案内装置 48、中節用直線案内装置 66及び DIP関節用直線案内装置 74についても、第 1のロボット関節構造の場合と同様、図 3Aにおいて示されるような、一般的な直線案内装置を採用することが好適である。

[0043] [ロボットフィンガ]

以上、本発明の好適な実施形態を例示する構造として、第 1のロボット関節構造及び第 2のロボット関節構造という 2種類のロボット関節構造を説明した。ところで、各口ボット関節構造では、基節部材 40という同一の部材を有していた力これら第 1及び第 2のロボット関節構造は、共有する基節部材 40の箇所で組み合わせることが可能であり、例えば、図 1A及び図 1Bに示すようなロボットフィンガとして構成することができる。

[0044] そして、中手咅材 30、ヒンジ 31、基節咅材 40、ヒンジ 61、中節咅材 60、ヒンジ 71、末節部材 70によって、人の指構造である中手 20、 MP関節 11、基節 22、 PIP関節 1 3、中節 24、 DIP関節 15、末節 26が再現され、 2つのエアシリンダ 32, 62とドライブシャフト 63、 3つのリンク機構 50, 69, 75、 5つの直線案内装置 44, 48, 57, 66, 7 4によって指の筋繊維の機能が発揮される。

[0045] 本実施形態で説明した第 1及び第 2のロボット関節構造、ロボットフィンガでは、その駆動手段として、エアシリンダ 32, 62を採用した場合について例示した。このように駆動手段にエアシリンダ 32, 62を採用したのは、比較的簡単に高い把持力を得ることができるからである。なお、エアシリンダ 32, 62では、ロボット関節構造及びロボットフィンガの動きが把持'解放という 2つの動作に限定されてしまうが、本発明に適用可能な駆動手段はエアシリンダ 32, 62に限られるものではない。例えば、電動シリンダやモータ等のあらゆる駆動機構を採用することが可能である。例えば、ステッピングモ一タ等を採用することによって、姿勢維持と位置制御に優れたロボット関節構造を得ることが可能である。

[0046] また、 2つの駆動手段である中手側駆動手段と中節側駆動手段については、同じ制御を行っても良いし、それぞれ別々に制御しても良い。例えば、本実施形態のようにエアシリンダ 32, 62を採用した場合には、エアの同時供給による「把持」（図 1Bの状態）、エアの同時吸引による「解放」（図 1Aの状態）、エアシリンダ 32のみへのエア供給による「ロボットフィンガ根元のみの折り曲げ」、エアシリンダ 62のみへのエア供給による「ロボットフィンガ指先部分のみの折り曲げ」という 4種類の動作状態を得ることが可能である。さらに、駆動手段に停止精度が高く反応速度の速いモータ等を採用することによって、より人の指動作に近い動きを再現することが可能となる。

[0047] 以上、本発明の好適な実施形態につ!、て説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。例えば、本実施形態では、エアシリンダ、直線案内装置、リンク機構の組み合わせでロボットフィンガを構成した場合を例示して説明した力本発明が有する技術思想の適用範囲は、人の指構造に限られるものではなぐ腕などの上肢構造、足や足首などの下肢構造、動物の関節構造等を含むあらゆる関節構造に適用可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

Claims

請求の範囲

[1] 基準面を有する中手部材と、

前記基準面に設置され、前記基準面と略平行方向に可動体を押し引き動作させる中手側駆動手段と、

前記中手部材の側端部にヒンジを介して揺動自在に接続される基節部材と、前記基節部材における前記中手部材との接続側端面に設置され、基節部材の摇動に対応して移動可能な移動体を備える MP関節用直線案内装置と、

を有し、

前記可動体と前記移動体力 Sリンク機構を介して接続されることにより、

前記基節部材は、前記中手側駆動手段による前記可動体の押し引き動作に応じて揺動することを特徴とするロボット関節構造。

[2] 請求項 1に記載のロボット関節構造にぉ、て、

前記中手部材は、前記可動体と接続して同一方向に移動可能な移動体を備える中手用直線案内装置を有しており、力かる中手用直線案内装置が前記可動体を案内することを特徴とするロボット関節構造。

[3] 請求項 1に記載のロボット関節構造にぉ、て、

前記リンク機構は、

回転ベアリングと、

前記回転ベアリングの外輪側を固定収納して前記移動体に設置されるベアリングケースと、

前記回転ベアリングの内輪内に回転自在に導通されるとともに前記可動体に接続するリンクシャフトと、

を含むことを特徴とするロボット関節構造。

[4] 請求項 1〜3のいずれか 1項に記載のロボット関節構造において、

前記中手側駆動手段はエアシリンダであり、

力かるエアシリンダは、前記可動体としてのロッドを押し引き動作可能であることを特徴とするロボット関節構造。

[5] 基節部材と、前記基節部材とヒンジを介して揺動自在に接続される中節部材と、前記中節部材とヒンジを介して接続されるとともに、前記中節部材の揺動方向と同一方向で揺動自在に接続される末節部材と、

を有し、

前記中節部材は、

可動体を押し引き動作させる中節側駆動手段と、

前記可動体に接続され、前記可動体の押し引き動作に連動して同一方向に移動するドライブシャフトと、

を備え、

前記基節部材及び前記末節部材は、それぞれ前記中節部材との接続側端面に自己の揺動に対応して移動可能な移動体を備える PIP関節用直線案内装置及び DIP 関節用直線案内装置を備え、

前記ドライブシャフトの両端が、前記 PIP関節用直線案内装置及び前記 DIP関節用直線案内装置の各移動体とリンク機構を介してそれぞれ接続されることにより、前記基節部材及び前記末節部材は、前記中節側駆動手段による前記可動体の押し引き動作に応じて揺動することを特徴とするロボット関節構造。

[6] 請求項 5に記載のロボット関節構造において、

前記中節部材は、前記ドライブシャフトと接続して同一方向に移動可能な移動体を備える中節用直線案内装置を有しており、力かる中節用直線案内装置が前記ドライブシャフトを案内することを特徴とするロボット関節構造。

[7] 請求項 5に記載のロボット関節構造において、

前記リンク機構は、

回転ベアリングと、

を含むことを特徴とするロボット関節構造。

[8] 請求項 5〜7のいずれか 1項に記載のロボット関節構造において、前記中節側駆動手段はエアシリンダであり、

[9] 請求項 1〜4のいずれか 1項に記載のロボット関節構造と、請求項 5〜8のいずれか 1項に記載のロボット関節構造を組み合わせて構成されることを特徴とするロボットフインガ。