WO2013069118A1 - ロボットハンド及びロボット - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、劣駆動によるロボットハンド及び該ハンドを備えたロボットを提供することを目的とする。
前記フレームに設けられ、把持対象物を把持する少なくとも2つの指ユニットとを備え、
前記各指ユニットは、前記フレームに設けられた指フレームと、
一端部が前記指フレームに対して回転可能に連結された揺動レバー部材と、中間部に位置する連結部にて前記揺動レバー部材の他端部に回転可能に連結され、一端部が他端部の移動方向と交差する方向に移動し、前記把持対象物に接触可能な変換リンク部材とにより少なくとも構成されるスコットラッセル機構と、
前記揺動レバー部材と、前記連結部に回転可能に連結された共通リンク部材とにより少なくとも構成される第1の平行リンク機構と、
前記共通リンク部材と、前記変換リンク部材と、該共通リンク部材に対向する位置に配置され、該変換リンク部材の他端部に回転可能に連結され、前記把持対象物に接触可能な先端部リンク部材と、前記変換リンク部材に対向する位置に配置され、前記共通リンク部材及び前記先端部リンク部材にそれぞれ回転可能に連結された対向変換リンク部材により少なくとも構成される第2の平行リンク機構とを有するロボットハンドが適用される。
前記フレームに設けられ、把持対象物を把持する第1~第3の指ユニットと、
前記第1~第3の指ユニットを駆動するためのロバーバルユニットと、
前記フレームに設けられ、前記ロバーバルユニットを駆動するサーボモータとを備え、
前記第1~第3の指ユニットは、それぞれ、前記フレームに設けられた指フレームと、
一端部が前記指フレームに対して回転可能に固定された揺動レバー部材と、中間部に位置する連結部にて前記揺動レバー部材の他端部に回転可能に連結され、一端部が他端部の移動方向と交差する方向に移動し、前記把持対象物に接触可能な変換リンク部材とにより少なくとも構成されるスコットラッセル機構と、
前記揺動レバー部材と、前記連結部に回転可能に連結された共通リンク部材とにより少なくとも構成される第1の平行リンク機構と、
前記共通リンク部材と、前記変換リンク部材と、該共通リンクに対向する位置に配置され、該変換リンク部材の他端部に回転可能に連結され、把持対象物に接触可能な先端部リンク部材と、前記変換リンク部材に対向する位置に配置され、前記共通リンク部材及び前記先端部リンク部材にそれぞれ回転可能に連結された対向変換リンク部材により少なくとも構成される第2の平行リンク機構とを有し、
前記ロバーバルユニットは、前記サーボモータの出力を、中間出力と前記第1の指ユニットを駆動するための第1の出力とに分割する第1のロバーバル機構と、
前記中間出力を、前記第2の指ユニットを駆動するための第2の出力と前記第3の指ユニットを駆動するための第3の出力とに分割する第2のロバーバル機構とを有するロボットハンドが適用される。
前記各指ユニットは、前記フレームに設けられた指フレームと、
一端部が前記指フレームに対して回転可能に固定された揺動レバー部材と、中間部に位置する連結部にて前記揺動レバー部材の他端部に回転可能に連結され、一端部が他端部の移動方向と交差する方向に移動し、前記把持対象物に接触可能な変換リンク部材とにより少なくとも構成されるスコットラッセル機構と、
前記揺動レバー部材と、前記連結部に回転可能に連結された共通リンク部材とにより少なくとも構成される第1の平行リンク機構と、
前記共通リンク部材と、前記変換リンク部材と、該共通リンク部材に対向する位置に配置され、該変換リンク部材の他端部に回転可能に連結され、前記把持対象物に接触可能な先端部リンク部材と、前記変換リンク部材に対向する位置に配置され、前記共通リンク部材及び前記先端部リンク部材にそれぞれ回転可能に連結された対向変換リンク部材により少なくとも構成される第2の平行リンク機構とを有するロボットが適用される。
なお、ロボットハンド10の向きは、ロボット12の姿勢によって変化するが、説明の便宜上、ロボットハンド10の先端方向を上方向として説明する。
更に、状態Dのように変換リンク部材41によって把持された把持対象物を先端部リンク部材42を用いて押さえ込む、握り込み動作も行える。この握り込み動作により、例えば図5Bに示すように、ロボットハンド10は、円柱状の把持対象物OBJbを把持することができる。
なお、図5A及び図5Bに示すように、指ユニット22の基端側の部分にカバー50を設けることもできる。
ロバーバルユニット30の第1~第3の出力は、それぞれ、第1~第3の指ユニット22a、22b、22cの入力(駆動力)となる。つまりサーボモータSVM1の出力が、ロバーバルユニット30を介して指ユニット22の入力部INPに力Finとして加えられる構成となっている。
即ち、サーボモータSVM1による駆動力が入力されると、スライダ52と共に第1のロバーバル機構RM1が駆動され、第1のロバーバル機構RM1によって第2のロバーバル機構RM2が駆動される。その結果、ロバーバルユニット30によって各指ユニット22a、22b、22cが駆動され、図4に示したような動作をして摘み動作や握り込み動作が行われる。
なお、図12は指ユニット22が閉じる方向に動作する場合のロバーバルユニット30の動作を示している。サーボモータSVM1を逆転させることで、図12に示した入力及び第1~第3の出力の方向も反転し、指ユニット22は開く方向に動作する。
次に、指ユニット22(各指ユニット22a、22b、22c)について、詳細に説明する。
図6A~図6D及び図7A~図7Dに示す指ユニット22は、それぞれ、図8に示すように、スコットラッセル機構SRMと、第1の平行リンク機構PLM1と、第2の平行リンク機構PLM2と、入力リンク部材ILとを有している。
揺動レバー部材SLの一端部は、連結部J10にて指フレーム21に対して回転可能に連結されている。なお、指フレーム21は、後述の調整ユニットによってフレーム20に対して並進移動するが、回転移動しないので、揺動レバー部材SLの一端部は、連結部J10にて、指フレーム21だけでなくフレーム20に対しても回転可能に連結されているといえる。
なお、変換リンク部材41は、図7Bに示すように、正面側と背面側にそれぞれ設けられ、先端部リンク部材42を両持ちにより支持できる。
対向共通リンク部材CLfの連結部J10側の端部には、図11Bに示すように、切り欠き45が設けられている。この切り欠き45は、指フレーム21に固定された第2のストッパ57に突き当たり、対向共通リンク部材CLfの連結部J10回りの回転が予め決められた範囲に規制される。
ただし、第1の平行リンク機構PLM1が思案点を通過するように各リンクの角度配置を設定することも可能である。この場合、第1の平行リンク機構PLM1が思案点を通過しても、動作が不安定にならないように、思案点回避用のリンクを追加すればよい。
ただし、第2の平行リンク機構PLM2が思案点を通過するように各リンクの角度配置を設定することも可能である。この場合、第2の平行リンク機構PLM2が思案点を通過しても、動作が不安定にならないように、思案点回避用のリンクを追加すればよい。
また、入力リンク部材ILの連結部J31及び連結部J32を結ぶ線分は、変換リンク部材41(連結部J11及び連結部J13を結ぶ線分)と平行に延びている。なお、ここに言う「平行」とは、厳密な意味での平行ではない。即ち、「平行」とは、設計上、製造上の誤差が許容され、「実質的に平行」という意味である(以下、同様)。
この場合、第3の平行リンク機構は、指ユニット22が把持対象物を握り込む過程において、思案点を通過する。第2の平行リンク機構PLM2の一部を構成する対向変換リンク部材41fは、第3の平行リンク機構が思案点に到達しても安定して動作を継続するための思案点回避用リンクと捉えることもできる。
次に、ロバーバルユニット30について、詳細に説明する。
ロバーバルユニット30は、前述の通り、第1のロバーバル機構RM1と、第2のロバーバル機構RM2とを有している(図12参照)。
第1のロバーバル機構RM1は、例えば図14Aに示すように、サーボモータSVM1の駆動力が入力される入力リンクRaILと、入力されたサーボモータSVM1の駆動力の一部を出力する第1の出力リンクROL1と、入力されたサーボモータSVM1の駆動力の残りを出力する中間出力リンクMLとを有している。図14A及び図14Bは第1のロバーバル機構RM1を上から見た状態の模式図である。
入力リンクRaILの一端部は、図14Aに示すように、平面視してカムプレートCPの移動方向と交差して延びるリンクRL11の中間部に回転可能に連結されている。入力リンクRaILの他端部は、平面視してカムプレートCPの移動方向と交差し、リンクRL11と平行に延びるリンクRL12の中間部に回転可能に連結されている。
第1の出力リンクROL1の出力部OUT1は、図13に示すように、連結部材88aに形成された長孔H2に嵌っている。
連結部材88aの側面には、ラックギア92が設けられ、フレーム20に回転軸が固定されたピニオンギア94と噛み合っている。ピニオンギア94は、更にラックギア96と噛み合っている。
従って、第1の出力リンクROL1は、連結部材88a及びラックアンドピニオン機構を有する反転ユニット100を介して、カムプレートCPを第1の出力リンクROL1の出力部OUT1の移動方向とは反対の方向に駆動できる。換言すると、第1の出力は反転ユニット100によって方向が反転された反転出力となり(図13に示す矢印参照)、この反転出力によって、カムプレートCPが駆動される。
但し、中間出力リンクMLは図12に示すように、省略することも可能である。この場合、リンクRL11の第1の出力リンクROL1とは反対側の端部J91、及びリンクRL12の第1の出力リンクROL1とは反対側の端部J92が中間出力を出力すると考えることができる。
第2のロバーバル機構RM2は、例えば図15Aに示すように、中間出力が駆動力として入力される入力リンクRbILと、入力された駆動力の一部を出力する第2の出力リンクROL2と、入力された駆動力の残りを出力する第3の出力リンクROL3とを有している。図15A及び図15Bは第2のロバーバル機構RM2を上から見た状態の模式図である。
入力リンクRbILには、第1のロバーバル機構RM1の中間出力リンクML(リンクRL11及びリンクRL12の、第1の出力リンクROL1とは反対側の端部J91、J92)が出力する中間出力が入力される(図14A参照)。
第2の出力リンクROL2の出力部OUT2は、連結レバー88bに形成された長孔H12に嵌っている(図2C参照)。即ち、第2の出力リンクROL2は、連結レバー88bを介して、カムプレートCPを駆動できる。
第3の出力リンクROL3の出力部OUT3は、連結レバー88cに形成された長孔H13に嵌っている(図2C参照)。即ち、第3の出力リンクROL3は、連結レバー88cを介して、カムプレートCPを駆動できる。
また、入力リンクRbILから第2の出力リンクROL2までの距離D2と入力リンクRbILから第3の出力リンクROL3までの距離D3の比は、1:1となるように設定されることが好ましい(図15A参照)。このように、距離D2と距離D3の比が設定されることで、中間出力が等しく分割され、第2の出力と第3の出力の大きさの比が1:1となるように設定される。
つまり、第1の出力と中間出力の大きさの比が1:1、第2の出力と第3の出力の大きさの比が1:1となるように設定されることで、第1の指ユニット22aを駆動するための第1の出力、第2の指ユニット22bを駆動するための第2の出力、及び第3の指ユニット22cを駆動するための第3の出力の大きさの比は、1.0:0.5:0.5となり、第1の指ユニット22aが把持対象物を把持する力の大きさが、第2及び第3の指ユニット22b、22cが把持対象物を把持する力の大きさの合計と釣り合うように設定される。
ロボットハンド10が開いた状態からサーボモータSVM1が駆動されると、ラックアンドピニオン機構RP1を介して、ロバーバルユニット30が駆動される。即ち、第1のロバーバル機構RM1及び第2のロバーバル機構RM2が駆動され、サーボモータSVM1の出力は、第1~第3の出力に分割される。
その結果、各指ユニット22a、22b、22cは、先端部リンク部材42(第2の把持部)が把持対象物を把持した場合には、図5Aに示すような摘み動作を行う。また、各指ユニット22a、22b、22cは、変換リンク部材41(第1の把持部)が把持対象物を把持した場合又はスライダ76が第1のストッパ55に接触した場合には、先端部リンク部材42(第2の把持部)が折れ曲がり、図5Bに示す握り込み動作を行う。
その際、第2の平行リンク機構PLM2の一部を構成する変換リンク部材41及び第1の平行リンク機構PLM1の一部を構成する揺動レバー部材SLは、スコットラッセル機構SRMを構成するので、図4に示すように、先端部リンク部材42は、その先端方向の位置Pの変動が抑制された状態で移動する。
また、引っ張りバネSPの引っ張り力の作用によって、対向共通リンク部材CLfの切り欠き45が第2のストッパ57に突き当たった状態に維持されるので、対向共通リンク部材CLfに対向する共通リンク部材CLの姿勢も維持される。結果として、先端部リンク部材42は、共通リンク部材CLに対向しているので、その姿勢の変動が抑制された状態で移動する。即ち、摘み動作が行われる。
具体的には、入力リンク部材ILにより、共通リンク部材CLが連結部J11を中心に回転するので、対向する位置にある先端部リンク部材42も共通リンク部材CLと平行を維持しながら回転する。即ち、握り込み動作が行われる。
このように、ロボットハンド10は、ロバーバルユニット30によって、サーボモータSVM1の出力が3つに分割されるので、1つのサーボモータSVM1を用いて第1~第3の指ユニット22a、22b、22cをそれぞれ駆動し、把持対象物を摘んだり握り込んだりして把持することができる。
また、ロボットハンド10は、前述のようにサーボモータSVM1を逆転させることで、閉じた指ユニット22を開く方向に動作させることができ、把持した把持対象物を放すことができる。
調整ユニットにより、第2の指ユニット22bと第3の指ユニット22cとの距離Dpが調整されるので、ロボットハンドは、大きさの異なる把持対象物を把持できる。
サーボモータSVM2は、フレーム20に固定され、モータシャフトの回転軸が、中心線Cに沿う方向に配置されている。サーボモータSVM2の上には、ロバーバルユニット30が載っている。
Claims (8)
- フレームと、
前記フレームに設けられ、把持対象物を把持する少なくとも2つの指ユニットとを備え、
前記各指ユニットは、前記フレームに設けられた指フレームと、
一端部が前記指フレームに対して回転可能に連結された揺動レバー部材と、中間部に位置する連結部にて前記揺動レバー部材の他端部に回転可能に連結され、一端部が他端部の移動方向と交差する方向に移動し、前記把持対象物に接触可能な変換リンク部材とにより少なくとも構成されるスコットラッセル機構と、
前記揺動レバー部材と、前記連結部に回転可能に連結された共通リンク部材とにより少なくとも構成される第1の平行リンク機構と、
前記共通リンク部材と、前記変換リンク部材と、該共通リンク部材に対向する位置に配置され、該変換リンク部材の他端部に回転可能に連結され、前記把持対象物に接触可能な先端部リンク部材と、前記変換リンク部材に対向する位置に配置され、前記共通リンク部材及び前記先端部リンク部材にそれぞれ回転可能に連結された対向変換リンク部材により少なくとも構成される第2の平行リンク機構とを有するロボットハンド。 - 請求項1記載のロボットハンドにおいて、
前記共通リンク部材と前記先端部リンク部材とをそれぞれ回転可能に連結し、前記指ユニットを駆動するための力が一方向に向かって加えられる入力リンク部材を更に備えたロボットハンド。 - 請求項1又は2記載のロボットハンドにおいて、
前記変換リンク部材と前記対向変換リンク部材との間に引っ張り力を作用させる引っ張りバネを更に備えたロボットハンド。 - 請求項3記載のロボットハンドにおいて、
前記引っ張りバネは、コイルバネであり、該引っ張りバネの長手方向は、前記変換リンク部材が延びる方向と交差する方向となっているロボットハンド。 - 請求項1又は2記載のロボットハンドにおいて、
前記変換リンク部材が閉じるように力を加えるバネを更に備えたロボットハンド。 - フレームと、
前記フレームに設けられ、把持対象物を把持する第1~第3の指ユニットと、
前記第1~第3の指ユニットを駆動するためのロバーバルユニットと、
前記フレームに設けられ、前記ロバーバルユニットを駆動するサーボモータとを備え、
前記第1~第3の指ユニットは、それぞれ、前記フレームに設けられた指フレームと、
一端部が前記指フレームに対して回転可能に固定された揺動レバー部材と、中間部に位置する連結部にて前記揺動レバー部材の他端部に回転可能に連結され、一端部が他端部の移動方向と交差する方向に移動し、前記把持対象物に接触可能な変換リンク部材とにより少なくとも構成されるスコットラッセル機構と、
前記揺動レバー部材と、前記連結部に回転可能に連結された共通リンク部材とにより少なくとも構成される第1の平行リンク機構と、
前記共通リンク部材と、前記変換リンク部材と、該共通リンク部材に対向する位置に配置され、該変換リンク部材の他端部に回転可能に連結され、前記把持対象物に接触可能な先端部リンク部材と、前記変換リンク部材に対向する位置に配置され、前記共通リンク部材及び前記先端部リンク部材にそれぞれ回転可能に連結された対向変換リンク部材により少なくとも構成される第2の平行リンク機構とを有し、
前記ロバーバルユニットは、前記サーボモータの出力を、中間出力と前記第1の指ユニットを駆動するための第1の出力とに分割する第1のロバーバル機構と、
前記中間出力を、前記第2の指ユニットを駆動するための第2の出力と前記第3の指ユニットを駆動するための第3の出力とに分割する第2のロバーバル機構とを有するロボットハンド。 - 請求項6記載のロボットハンドにおいて、
前記第1~第3の指ユニットを先端側から見て、前記第1の指ユニットが一方の側に、前記第2及び第3の指ユニットが他方の側に並んで配置され、
前記第1の指ユニットが前記把持対象物を把持する力が、前記第2及び第3の指ユニットが前記把持対象物を把持する力の合計と釣り合うように、前記第1~第3の出力が設定されるロボットハンド。 - フレーム及び該フレームに設けられ把持対象物を把持する少なくとも2つの指ユニットを有するロボットハンドを備え、
前記各指ユニットは、前記フレームに設けられた指フレームと、
一端部が前記指フレームに対して回転可能に固定された揺動レバー部材と、中間部に位置する連結部にて前記揺動レバー部材の他端部に回転可能に連結され、一端部が他端部の移動方向と交差する方向に移動し、前記把持対象物に接触可能な変換リンク部材とにより少なくとも構成されるスコットラッセル機構と、
前記揺動レバー部材と、前記連結部に回転可能に連結された共通リンク部材とにより少なくとも構成される第1の平行リンク機構と、
前記共通リンク部材と、前記変換リンク部材と、該共通リンク部材に対向する位置に配置され、該変換リンク部材の他端部に回転可能に連結され、前記把持対象物に接触可能な先端部リンク部材と、前記変換リンク部材に対向する位置に配置され、前記共通リンク部材及び前記先端部リンク部材にそれぞれ回転可能に連結された対向変換リンク部材により少なくとも構成される第2の平行リンク機構とを有するロボット。
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