WO2009107164A1

WO2009107164A1 - ロボットハンドの指機構

Info

Publication number: WO2009107164A1
Application number: PCT/JP2008/000320
Authority: WO
Inventors: 金山尚樹
Original assignee: 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2009-09-03
Also published as: US20110017008A1; DE112008003736T5; TW200944346A; CN101952088A; JPWO2009107164A1

Abstract

　ロボットハンドの指機構（１）の指ユニット（２）は、先端側指リンク（３）と、根元側指リンク（４）と、これらの間を連結している指関節部（５）とを備えている。先端側指リンク（３）は、常にねじりコイルバネ（８）によって、指関節軸（６）を中心としてロボットハンドの握り方向Ａへのトルクが付与されているので、指機構（１）を握り方向Ａの駆動するために必要な電磁モータ（７）の出力トルクを低減できる。低出力で小型のアクチュエータを用いてロボットハンドの握り方向に必要な駆動力を得ることのできるロボットハンドの指機構を実現できる。

Description

ロボットハンドの指機構

　本発明はロボットハンドの指機構に関し、特に、その小型化、低コスト化を達成するための改良技術に関する。

　物体の把持やハンドリングを行うロボットハンドとしては本願出願人により特許文献１、２に開示のものが提案されている。これらの特許文献に開示されているようなロボットハンドの指機構では、一般に、物体を握る方向に指を駆動する場合に必要とされる力に比べて、開く方向に指を駆動するための力は小さくてよく、駆動方向に応じて必要とされる力の間に大きな差がある。しかしながら、ロボットハンドの指関節の駆動に用いられている電磁モータは回転方向によらず同等のトルクを発生する。したがって、ロボットハンドの指機構には、握りに必要な駆動トルクを発生可能なアクチュエータを使用する必要がある。例えば、開き方向に必要なトルクに対して握り方向には３倍の駆動トルクが必要な場合には、３倍の駆動トルクを発生可能なアクチュエータを組み込む必要がある。ロボットハンドの指機構の小型化、低コスト化には、指機構を握り方向および開き方向に駆動するためのアクチュエータの小型化、低容量化が有効である。
特開２００６－２６８０６号公報特開２００６－２６８０７号公報

　本発明の課題は、このような点に鑑みて、低出力で小型のアクチュエータを用いてロボットハンドの握り方向に必要な駆動力を得ることのできるロボットハンドの指機構を提案することにある。

　上記の課題を解決するために、本発明のロボットハンドの指機構は、
　ロボットハンドの指を構成している根元側指リンクおよび先端側指リンクと、
　前記先端側指リンクを前記根元側指リンクに対して前記ロボットハンドの握り方向および開き方向に旋回可能に連結している指関節軸と、
　前記先端側指リンクを前記握り方向に所定の力で常に付勢している付勢部材と、
　前記先端側指リンクを前記指関節軸を中心として前記握り方向および前記開き方向に旋回させるためのモータとを有していることを特徴としている。

　ここで、前記付勢部材として、前記先端側指リンクおよび前記根元側指リンクの間に掛け渡したコイルバネ、あるいは、ねじりバネを用いることができる。

　また、本発明のロボットハンドの多関節型指機構は、
　ロボットハンドの指を構成している根元側指リンク、少なくとも１本の中間指リンク、および先端側指リンクと、
　前記先端側指リンクを前記中間指リンクに対して前記ロボットハンドの握り方向および開き方向に旋回可能に連結している先端側指関節軸と、
　前記中間指リンクを前記根元側指リンクに対して前記ロボットハンドの握り方向および開き方向に旋回可能に連結している根元側指関節軸と、
　前記先端側指リンクを前記握り方向に所定の力で常に付勢している先端側付勢部材と、
　前記先端側指リンクを前記先端側指関節軸を中心として前記握り方向および前記開き方向に旋回させるための先端側モータと、
　前記中間指リンクを前記握り方向に所定の力で常に付勢している根元側付勢部材と、
　前記中間指リンクを前記根元側指関節軸を中心として前記握り方向および前記開き方向に旋回させるための根元側モータとを有していることを特徴としている。

　ここで、前記先端側付勢部材および前記根元側付勢部材として、コイルバネ、あるいは、ねじりバネを用いることができる。

　本発明のロボットハンドの指機構では、ロボットハンドの指における先端側指リンクは常にコイルバネなどの付勢部材によってロボットハンドの握り方向に付勢されている。ここで、ロボットハンドの開き方向に先端側指リンクを駆動するために必要な駆動力に対して、当該先端側リンクを握り方向に駆動するために３倍の駆動力が必要であるとし、付勢部材の付勢力によって、開き方向に先端側指リンクを駆動するために必要な駆動力と同一の駆動力が常に先端側指リンクに作用しているものとする。

　この場合には、先端側指リンクを握り方向に駆動するためには、それを開き方向に駆動する場合の２倍の駆動力があればよい。開き方向に駆動する場合には、付勢部材の付勢力に逆らって先端側指リンクを駆動する必要があるので、やはり２倍の駆動力が必要になる。したがって、２倍の駆動力を発生可能なモータを用いて先端側指リンクを握り方向および開き方向に駆動することができ、３倍の駆動力を発生可能な大型で高価なモータを用いる必要がなく、モータの利用効率が改善される。よって、指機構の小型化、低コスト化に有利である。

　本発明をロボットハンドの多関節型指機構に適用した場合にも同様な作用効果が得られる。

本発明を適用したロボットハンドの１関節型の指機構の主要部分を示す説明図である。図１の指機構において、ねじりコイルバネの代わりに、引張りコイルバネを用いた場合の例を示す説明図である。

符号の説明

１　　ロボットハンドの指機構
２　　指ユニット
３　　先端側指リンク
３ａ　先端部
３ｂ　後端部
４　　根元側指リンク
４ａ　先端部
４ｂ　後端部
５　　関節部
６　　関節軸
６ａ　中心軸線
７　　電磁モータ
８　　ねじりコイルバネ
８Ａ　引張りコイルバネ
９、９Ａ、１０、１０Ａ　バネ掛け
Ａ　　ロボットハンドの握り方向
Ｂ　　ロボットハンドの開き方向

　以下に、図面を参照して、本発明を適用したロボットハンドの指機構の実施の形態を説明する。

　図１は、本実施の形態に係るロボットハンドの指機構における主要部分を示す説明図である。ロボットハンドの指機構１は、１本あるいは複数本の指あるいは指ユニット２を備えており、図においては１本の指ユニットのみを示してある。指ユニット２は、先端側指リンク３と根元側指リンク４と、これらの間を連結している指関節部５とを備えている。

　先端側指リンク３は例えば細長い板部材から形成されており、その後端部３ｂは指関節部５の指関節軸６に対して、その中心軸線６ａに直交する方向に延びる状態で、連結固定されている。指関節軸６を回転すると、先端側指リンク３は、当該指関節軸６を中心として、ロボットハンドの握り方向Ａおよび開き方向Ｂに旋回する。

　指関節部５の指関節軸６は、根元側指リンク４の先端部４ａによって回転自在の状態で支持されている。指関節部５は電磁モータ７を備えており、電磁モータ７によって指関節軸６が回転駆動される。根元側指リンク４の後端部４ｂは、例えば、ロボットハンドの掌（図示せず）を規定している部位に取り付けられている。

　ここで、指関節軸６には、その外周面を同軸状態に取り囲むように、ねじりコイルバネ８が配置されている。このねじりコイルバネ８の一端８ａは先端側指リンク３の先端部３ａの側面に固定したバネ掛け９に連結されており、他端８ｂは根元側指リンク４における先端部４ａから後端部４ｂまでの間の中間の部位の側面に固定したバネ掛け１０に連結されている。ねじりコイルバネ８によって、先端側指リンク３には、常に、指関節軸６を中心として、握り方向Ａに向かうバネ力が作用している。

　この構成のロボットハンドの指機構１において、ロボットハンドの開き方向Ｂに先端側指リンク３を駆動するために必要な駆動トルクに対して、当該先端側リンク３を握り方向Ａに駆動するために３倍の駆動力が必要であるとする。また、ねじりコイルバネ６のバネ力によって、開き方向Ｂに先端側指リンク３を駆動するために必要な駆動トルクと同一の駆動トルクが常に先端側指リンク３に作用しているものとする。

　この場合には、先端側指リンク３を握り方向Ａに駆動するためには、それを開き方向Ｂに駆動する場合の２倍の駆動トルクがあればよい。開き方向Ｂに先端側指リンク３を駆動する場合には、ねじりコイルバネ８のバネ力に逆らって先端側指リンク３を駆動する必要があるので、やはり２倍の駆動トルクが必要になる。したがって、２倍の駆動トルクを発生可能な電磁モータ７を用いて先端側指リンク３を握り方向Ａおよび開き方向Ｂに駆動することができる。したがって、従来のように３倍の駆動トルクを発生可能な大型で高価なモータを用いる必要がなくなるので、モータの利用効率が改善されると共に、指機構の小型化、低コスト化に有利である。

　図２は先端側指リンク３を握り方向に付勢している付勢部材として引張りコイルバネを用いた場合のロボットハンドの指機構の主要部分を示す説明図である。この図に示すように、先端側指リンク３の後端部３ｂの側面に取り付けたバネ掛け９Ａと、根元側指ユニット４の後端部４ａの側面に取り付けたバネ掛け１０Ａとの間に、引張り状態で引張りコイルバネ８Ａが掛け渡されている。この構成のロボットハンドの指機構１Ａも図１に示す指機構１と同様な作用効果を奏する。

　なお、上記の各例は１関節型の指ユニットの例であるが、多関節型の指ユニットを備えた指機構に対しても本発明を同様に適用可能なことは勿論である。

　例えば、先端側指リンク３と根元側指リンク４の間に中間指リンクを連結して、先端側関節部および根元側関節部を備えた２関節の指機構を構成し、先端側指リンク３を先端側付勢部材によって常に握り方向に付勢し、中間指リンクを根元側付勢部材によって常に握り方向に付勢しておけばよい。この構成によれば、先端側指リンクを駆動するための電磁モータ、中間指リンクを駆動するための電磁モータの小型化を図り、指機構の小型化、低コスト化に有利になる。

　以上説明したように、本発明のロボットハンドの指機構では、コイルバネなどの付勢部材によって、先端側指リンクをロボットハンドの握り方向に常に付勢している。また、本発明のロボットハンドの多関節型指機構では、コイルバネなどの付勢部材によって、先端側指リンクおよび中間指リンクをロボットハンドの握り方向に常に付勢している。したがって、先端側指リンクおよび中間指リンクを握り方向に駆動するための駆動力が少なくて済むので、指関節部の駆動機構として小容量のモータを用いることができる。よって、指機構の小型化、低コスト化に有利である。

Claims

　ロボットハンドの指（２）を構成している根元側指リンク（４）および先端側指リンク（３）と、
　前記先端側指リンク（３）を前記根元側指リンク（４）に対して前記ロボットハンドの握り方向（Ａ）および開き方向（Ｂ）に旋回可能に連結している指関節軸（６）と、
　前記先端側指リンク（３）を前記握り方向（Ａ）に所定の力で常に付勢している付勢部材（８、８Ａ）と、
　前記先端側指リンク（３）を前記指関節軸（６）を中心として前記握り方向（Ａ）および前記開き方向（Ｂ）に旋回させるためのモータ（７）とを有していることを特徴とするロボットハンドの指機構（１）。
　請求項１に記載のロボットハンドの指機構（１）において、
　前記付勢部材は、前記先端側指リンクおよび前記根元側指リンクの間に掛け渡したコイルバネ（８Ａ）、あるいは、ねじりバネ（８）であることを特徴とするロボットハンドの指機構（１）。
　ロボットハンドの指（２）を構成している根元側指リンク（４）、少なくとも１本の中間指リンク、および先端側指リンク（３）と、
　前記先端側指リンク（３）を前記中間指リンクに対して前記ロボットハンドの握り方向（Ａ）および開き方向（Ｂ）に旋回可能に連結している先端側指関節軸（６）と、
　前記中間指リンクを前記根元側指リンク（４）に対して前記ロボットハンドの握り方向（Ａ）および開き方向（Ｂ）に旋回可能に連結している根元側指関節軸（６）と、
　前記先端側指リンク（３）を前記握り方向（Ａ）に所定の力で常に付勢している先端側付勢部材（８、８Ａ）と、
　前記先端側指リンク（３）を前記先端側指関節軸（６）を中心として前記握り方向（Ａ）および前記開き方向（Ｂ）に旋回させるための先端側モータ（７）と、
　前記中間指リンクを前記握り方向（Ａ）に所定の力で常に付勢している根元側付勢部材（８，８Ａ）と、
　前記中間指リンクを前記根元側指関節軸（６）を中心として前記握り方向（Ａ）および前記開き方向（Ｂ）に旋回させるための根元側モータ（７）とを有していることを特徴とするロボットハンドの多関節型指機構（１）。
　請求項３に記載のロボットハンドの指機構（１）において、
　前記先端側付勢部材は、前記先端側指リンク（３）および前記中間指リンクの間に掛け渡したコイルバネ（８Ａ）、あるいは、ねじりバネ（８）であり、
　前記根元側付勢部材は、前記中間指リンクおよび前記根元側指リンク（４）の間の掛け渡したコイルバネ（８Ａ）、あるいは、ねじりバネ（８）であることを特徴とするロボットハンドの多関節型指機構（１）。