WO2017135252A1 - ハンド機構 - Google Patents

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WO2017135252A1
WO2017135252A1 PCT/JP2017/003427 JP2017003427W WO2017135252A1 WO 2017135252 A1 WO2017135252 A1 WO 2017135252A1 JP 2017003427 W JP2017003427 W JP 2017003427W WO 2017135252 A1 WO2017135252 A1 WO 2017135252A1
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WO
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finger
hand mechanism
predetermined
joint
attachment
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/003427
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正樹 永塚
文哉 小泉
Original Assignee
Thk株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thk株式会社 filed Critical Thk株式会社
Publication of WO2017135252A1 publication Critical patent/WO2017135252A1/ja

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a hand mechanism for gripping an object to be gripped.
  • a robot hand has a structure similar to a human finger, and attempts have been made to grip various objects.
  • the plurality of finger mechanisms respectively connect the distal phalanx and the middle phalanx adjacent to the distal phalanx. It may be composed of a plurality of bone parts.
  • the distal phalange portion can be rotated in a predetermined angular range in two directions, the inner direction and the outer direction, from the state in which the distal phalanx portion extends straight with respect to the middle phalanx portion. Operation close to the “pinch” operation is realized.
  • Patent Document 1 discloses a hand mechanism including a first multi-joint finger and a second multi-joint finger, and a single joint finger that rotates around a predetermined connection portion together with the first multi-joint finger and the second multi-joint. Has been.
  • the first multi-joint finger and the second multi-joint finger rotate in the same direction through the connecting portion with the attachment member, and the first mode
  • the first predetermined finger part included in the first multi-joint finger and the second predetermined finger part included in the second multi-joint finger are prevented from rotating in the first mode
  • Finger parts other than the first predetermined finger part rotate with respect to the first predetermined finger part
  • finger parts other than the second predetermined finger part included in the second multi-joint finger rotate with respect to the second predetermined finger part.
  • the second mode is executed.
  • a hand mechanism that can be used for an operation that supports its own weight by the hand mechanism when the robot is standing up or a walking operation that supports the robot load by the hand mechanism.
  • a load-bearing member such as a bracket is attached as a separate component from the hand mechanism so that an excessive load is not applied to the link mechanism that constitutes the finger or the like of the hand mechanism.
  • a load-bearing member can hinder the gripping operation of the hand mechanism due to its size, mounting position, and the like.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and is a hand mechanism that performs a gripping operation of a gripping object, exhibits sufficient resistance against an external load, and the gripping operation is It is an object to provide a hand mechanism that is suitably maintained.
  • the present invention in order to solve the above-mentioned problem, when the hand mechanism is in a predetermined closed state, a configuration is adopted in which the finger is brought into contact with a contact member that prevents one rotation operation of the finger performing the gripping operation. . Even if a load is applied to the finger due to the simple configuration of the contact member, the load is received by the contact member. Therefore, it is possible to avoid applying an excessive load to each finger constituting the hand mechanism. it can.
  • the present invention is composed of an attachment member, a drive portion for transmitting a drive force from the drive actuator, and one or a plurality of finger portions, and is rotatable about the first attachment connection portion with respect to the attachment member.
  • the one or more finger portions of the first finger include a predetermined rotation finger portion including a rotation center by the first attachment connection portion, and the attachment member includes the first finger of the first finger.
  • the first finger rotates on the mounting connection and the second finger rotates about the second mounting connection, and the first finger and the second finger rotate relative to each other.
  • Contact that prevents the rotation of the predetermined rotating finger portion with respect to the attachment member when the predetermined rotating finger portion of the first finger contacts when the finger and the second finger are in a predetermined closed state It has a member. Further, when the predetermined rotating finger portion contacts the contact member and is in the predetermined closed state, the predetermined portion of the predetermined rotating finger portion is positioned outside the second finger in the predetermined closed state. To do.
  • the hand mechanism according to the present invention has a first finger and a second finger, and a gripping operation of a gripping object is performed by these fingers. These fingers realize various gripping operations by transmitting the driving force from the drive actuator via the drive unit, and the gripping operations are not limited to specific operations.
  • a predetermined closing in which the first finger and the second finger intersect on the rotation surface where the first finger and the second finger rotate relative to each other is performed. It becomes a state. That is, the first finger and the second finger can be gripped when there is a gripping object between them, and when there is no gripping object, both fingers intersect without interfering, A predetermined closed state is reached in which the hand mechanism is closed.
  • the first finger and the second finger may have a plurality of finger parts or a single finger part as long as the finger structure can be in the predetermined closed state described above.
  • the first finger includes a predetermined rotating finger part.
  • the first finger may be a single-joint finger having only the predetermined rotation finger portion that is connected to the attachment member so as to be rotatable around the first attachment connection portion.
  • the first finger is connected to the attachment member so as to be rotatable around the first attachment connection portion, and a plurality of finger portions including the predetermined rotation finger portion are connected via the connection portion. Articulated fingers connected so as to be rotatable with respect to each other may be used.
  • the hand mechanism when the hand mechanism reaches a predetermined closed state, a predetermined rotating finger portion included in the first finger comes into contact with a contact member provided on the mounting member. As a result, the rotation of the predetermined rotation finger portion around the first attachment connection portion is hindered. Further, in this predetermined closed state, the predetermined part of the predetermined rotating finger portion of the first finger is positioned outside the second finger in the predetermined closed state. When the first finger and the second finger in the hand mechanism are closed, the side surrounded by these fingers is “inside”, and “outside” here means the side opposite to the “inside”. Therefore, when the hand mechanism is in the predetermined closed state, the predetermined rotating finger part including the predetermined part, that is, the first finger is positioned outside the second finger. For this reason, external force applied to the hand mechanism from the outside generally acts on a predetermined portion of the predetermined rotating finger portion of the first finger.
  • the gripping operation of the gripping object can be performed by the rotational motion of the first finger and the second finger.
  • the hand mechanism when the hand mechanism is in a predetermined closed state, the predetermined part of the first finger is positioned so as to be easily exposed to external force from the outside, and the predetermined rotating finger portion of the first finger is the contact member. It will be in the state which touched. As a result, even if an external force is applied to the predetermined part of the first finger, the external force is received by the contact member.
  • the hand mechanism according to the present invention can exhibit a sufficient resistance against an external load, and the contact member has a simple configuration for preventing the rotation of a predetermined rotating finger portion. Therefore, the gripping operation by the first finger and the second finger is not hindered, and the gripping operation of the hand mechanism can be suitably maintained.
  • FIG. 1st figure which shows schematic structure of the link mechanism inside the hand mechanism shown in FIG.
  • FIG. 2nd figure which shows schematic structure of the link mechanism inside the hand mechanism shown in FIG.
  • toe part which comprises the hand mechanism shown in FIG.
  • toe part which comprises the hand mechanism shown in FIG.
  • FIG. 6 is a first diagram illustrating a state in which a second mode is executed in the hand mechanism illustrated in FIG. 1 and a gripping target is gripped by a multi-joint finger entrainment operation. It is a figure which shows the state in which the articulated finger is involved when the hand mechanism shown in FIG. It is a figure which shows the state which the single joint finger and the multi joint finger are closed in the hand mechanism shown in FIG. 1, and has taken the load bearing posture. In the hand mechanism shown in FIG. 13, it is the figure which showed the state inside a hand mechanism. It is a figure which shows the state which the robot provided with the hand mechanism of this invention is performing stand-up operation.
  • FIG. 1 is a perspective view of a hand mechanism 1 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a side view of the hand mechanism 1
  • FIG. 3 is a view visualizing a link mechanism included in the hand mechanism 1
  • FIG. 4 is a front view of the hand mechanism 1.
  • FIG. 5 is a diagram in which the inside of the hand mechanism 1 is visualized so that the state of the link mechanism including the multi-joint fingers 80A and 80B and the single joint finger 80C in the hand mechanism 1 can be grasped similarly to FIG.
  • the hand mechanism shown in FIG. 5 is in a state where the opening of the multi-joint fingers 80A and 80B and the single joint finger 80C is larger than the state of the hand mechanism shown in FIG.
  • the hand mechanism 1 includes an attachment member 10, a drive mechanism 30 attached to the attachment member 10 (see FIG. 3 and the like), and a pair attached to the attachment member 10 and driven by the drive mechanism 30.
  • the pair of articulated fingers 80 ⁇ / b> A and 80 ⁇ / b> B are articulated fingers that are connected by a plurality of connecting portions so that the plurality of finger portions can rotate with each other, and the base finger portions are attached to the attachment member 10.
  • the single joint finger 80 ⁇ / b> C is a single joint finger that has one finger portion and is connected to the attachment member 10 via a connection portion at the base of the finger portion.
  • each finger 80A, 80B, and 80C the direction in which the fingers 80A, 80B, and 80C are bent (the direction in which the space between the multi-joint fingers 80A and 80B and the single-joint finger 80C is narrowed in FIGS. 2 and 3) is the inner side or the palm.
  • the opposite direction (the direction in which the space expands in FIGS. 2 and 3) is referred to as the outer side or the instep side.
  • the attachment member 10 is a place where the linear actuator 31 of the drive mechanism 30 is attached, and rotatably supports the connecting member 50 and the first finger portion 81 at the position of the first connection portion 87, respectively.
  • the drive mechanism 30 includes a linear actuator 31 and a connecting member 50.
  • the linear actuator 31 includes a substantially cylindrical actuator body 33 and a rod 35 protruding from one end face of the actuator body 33 so as to be able to advance and retract.
  • the linear actuator 31 is electrically driven and can adjust the advance / retreat amount of the rod 35 in accordance with a command from a control device arranged in the mounting member 10.
  • FIG. 6 is a perspective view of the connecting member 50.
  • the connecting member 50 has a block shape that is substantially V-shaped when viewed from the side.
  • a first connecting portion shaft 61 is rotatably inserted into the lower center of the connecting member 50, and a third connecting portion shaft 63 is rotatably inserted into one upper portion of the connecting member 50, Further, a connecting rod 65 that rotatably connects the pair of side wall portions 55 is attached to the other upper portion of the connecting member 50.
  • the connecting member 50 has both side portions of the first connecting portion shaft 61 attached to the mounting member 10 and is respectively described below at both ends of the first connecting portion shaft 61 that penetrates the mounting member 10 and protrudes to the outer sides thereof.
  • the first connection part 87 of the first finger part 81 is rotatably attached. That is, the connecting member 50 and the first finger portion 81 are attached to the attachment member 10 so as to be independently rotatable.
  • a single joint finger 80 ⁇ / b> C is connected to the first finger portion 81 via a connecting portion 190.
  • the tip of the rod 35 of the linear actuator 31 is attached to the center of the connecting rod 65 of the connecting member 50.
  • the third connection portion 113 of the first drive portion 111 described later is attached to both ends of the third connection portion shaft 63 of the connecting member 50.
  • the one linear actuator 31 in the hand mechanism 1, the two multi-joint fingers 80 ⁇ / b> A and 80 ⁇ / b> B, and the single-joint finger 80 ⁇ / b> C are connected via the connecting member 50.
  • the articulated finger 80A includes a first finger portion 81 that is rotatably connected to the attachment member 10 at a first connection portion 87 on the base side (attachment member 10 side), and a distal end side (attachment member) of the first finger portion 81.
  • the second finger part 91 whose base side is rotatably connected at the second connecting part 97 on the side away from the base 10 and the base side is rotatably connected at the fifth connecting part 107 on the tip side of the second finger part 91.
  • the articulated finger 80A is rotatably connected at the distal end side thereof by a fourth connection portion 115 on the root side of the second finger portion 91, and the root side is connected to the third connection portion 113 that applies driving power.
  • the first drive unit 111 and the distal end side are rotatably connected to the seventh connection portion 125 on the root side of the third finger portion 101, and the root side is rotatable to the sixth connection portion 123 on the distal end side of the first finger portion 81.
  • the connected second driving unit 121 is connected, and these driving units 111 and 121 are configured to transmit the driving force from the driving mechanism 30 to each finger portion of the multi-joint finger 80A as will be described later. is there.
  • FIG. 7 is a view showing the first finger portion 81
  • FIG. 7 (a) is a side view of the first finger portion 81
  • FIG. 7 (b) is an AA sectional view of FIG. 7 (a). is there.
  • the first finger portion 81 has a pair of side surface portions 83 so as to be parallel to both sides of the central bottom surface portion 82 by bending one flat plate (plate material) into a substantially U shape at the lower side. Is provided.
  • the first connection portion 87 is provided at the base side portion of the pair of side surface portions 83, and in this portion, the first finger portion 81 is rotatably connected to the mounting member 10, and at this time, the bottom surface at the center
  • the first finger portion 81 is arranged so that the portion 82 faces inward (palm side), in other words, the opening portion 85 faces outward (back side).
  • a bearing is installed in the first connecting portion 87 (assuming that the following connecting portions are similarly supported by bearings).
  • a second connection portion 97 is provided on the distal end side of the first finger portion 81, and a sixth connection portion 123 is provided on a portion protruding further toward the distal end side than the second connection portion 97.
  • a bottom surface portion 82 is notched and a second finger portion insertion portion 821 is formed in the lower portion on the distal end side from the vicinity of the second connection portion 97 of the first finger portion 81.
  • the tenth connection portion 202 is provided between the first connection portion 87 and the second connection portion 97 and closer to the first connection portion 87.
  • the tenth connecting portion 202 is a connecting portion that pivotally supports the first finger portion 81 and the connecting portion 190 so that the first finger portion 81 and the connecting portion 190 are rotatable relative to each other.
  • FIG. 8 is a side view of the second finger portion 91.
  • the second finger portion 91 is also paired so as to be parallel to both sides of the central bottom surface portion 92 by bending one flat plate (plate material) into a substantially U shape at the lower side.
  • Side surface portion 93 is provided.
  • a second connecting portion 97 is provided at the base side portion of the pair of side surface portions 93, and is connected to the pair of side surface portions 83 of the first finger portion 81 in this portion so as to be freely rotatable. In the second connection portion 97, the shaft is passed between the side surface portions 83 and 93.
  • a portion projecting to the base side from the second connection portion 97 is provided on both side surface portions 93 of the second finger portion 91, and a fourth connection portion 115 that is rotatably connected to the first drive portion 111 is provided in that portion.
  • a substantially U-shaped sixth connecting portion into which the sixth connecting portion 123 is inserted at a position closer to the tip side than the second connecting portion 97 of the side 93a on the back side of the left and right side surface portions 93 of the second finger portion 91.
  • An insertion recess 931 is formed.
  • the portion on the base side of the sixth connection portion insertion recess 931 on the side 93a on the back side has a lower height than the portion on the tip side (see height h1 in FIG. 8).
  • a substantially U-shaped second insertion portion 125 is inserted at a position closer to the root side than the fifth connection portion 107 of the side 93b on the inner side (palm side) of the left and right side surface portions 93 of the second finger portion 91.
  • 7 connection part insertion recessed part 933 is formed.
  • a portion of the inner side 93b closer to the tip than the seventh connection portion insertion recess 933 has a higher height than a portion on the base side (see height h2 in FIG. 8).
  • the width dimension between the outer side surfaces of the both side surface parts 93 of the second finger part 91 is formed to be slightly smaller than the width dimension between the inner side surfaces of the both side surface parts 83 of the first finger part 81.
  • the left and right side surface portions 83 of the root side portion of the second finger portion 91 are the tip side portions of the first finger portion 81. Inserted between.
  • the sixth connection portion insertion recess 931 is disposed between the side surface portions 83 of the first finger portion 81.
  • the root side portion of the second finger portion 91 is fitted into the second finger portion insertion portion 821 of the first finger portion 81.
  • the second finger portion 91 is arranged in the multi-joint finger 80A so that the bottom surface portion 92 at the center of the second finger portion 91 faces the palm side.
  • FIG. 9 is a side view of the third finger 101.
  • the third finger part 101 is bent on both sides of the bottom face part 102 at the center by bending a flat plate (plate material) into a substantially U shape at the lower side.
  • a pair of side surface portions 103 are provided so as to be parallel to each other.
  • a fifth connecting portion 107 is provided at the upper part on the base side of the pair of side surface portions 103, and is connected to the second finger portion 91 so as to be rotatable at this portion.
  • a seventh connection portion 125 is provided below the fifth connection portion 107.
  • the 1st drive part 111 is a rod-shaped flat plate, and as above-mentioned, in the 3rd connection part 113 of the root side, it is connected to the connection member 50 rotatably.
  • the distal end side of the first drive unit 111 is rotatably connected at a fourth connection portion 115 of a portion protruding from the second connection portion 97 of the second finger portion 91 to the root side. Further, a part of the fourth connection portion 115 enters the opening portion 85 on the outer side (back side) of the first finger portion 81 via the second finger portion insertion portion 821.
  • the second drive unit 121 is a rod-like flat plate as in the first drive unit 111, and the distal end side of the second connection unit 97 of the first finger unit 81 in the sixth connection unit 123 on the base side thereof. It is rotatably connected to the protruding part.
  • the base side portion of the third finger portion 101 is rotatably connected to the seventh connection portion 125 on the distal end side of the second drive portion 121.
  • a biasing means 140 made of a tension spring is attached between the second finger portion 91 and the third finger portion 101, and the direction between the second finger portion 91 and the third finger portion 101 is always opened (first A biasing force in the direction in which the tip side portion of the third finger portion 101 moves outward (back side) is applied to the second finger portion 91 with the 5 connecting portion 107 as the center.
  • the fifth connecting portion 107 is located on the inner side (palm side) of the fulcrum a1 on the second finger portion 91 side of the biasing means 140.
  • the urging means 140 urges the separation distance between the fulcrum a1 locked to the second finger portion 91 and the fulcrum a2 locked to the third finger portion 101 to approach the second fulcrum a1.
  • the fulcrums a1 and a2 move away from each other, so that the urging means 140 urges more strongly toward the original open position. It will be.
  • the first finger 81 and the second finger 91 are also biased in the opening direction, and eventually the first finger 81, the second finger 91, and the third finger 101 are biased in the opening direction. Will be.
  • the urging means 140 applies an urging force between the first finger part 81 and the second finger part 91 in a direction in which the first finger part 81 and the second finger part 91 always open. May be attached as is.
  • the hand mechanism 1 is provided with one single-joint finger 80C as well as two multi-joint fingers 80A and 80B.
  • This single-joint finger 80C has a fourth finger portion 180 that is one finger portion, and faces the two multi-joint fingers 80A and 80B, and the mounting member 10 with the eighth connection portion 200 as the center. Are attached to the attachment member 10 so as to be rotatable.
  • the eighth connecting portion 200 is provided at a certain distance from the base side of the fourth finger portion 180 toward the tip side, and a connecting portion 201 is further provided on the base side of the fourth finger portion 180. It has been.
  • This connecting portion 201 is for connecting the connecting portion 190 rotatably connected to the first finger portion 81 via the tenth connecting portion 202 as described above to the fourth finger portion 180. It is a connection part.
  • the single-joint finger 80C interlocks with the movement of the first finger unit 81 included in the multi-joint fingers 80A and 80B, in other words, the drive mechanism 30 that applies driving force to the first finger unit 81.
  • the driving force rotates around the eighth connecting portion 200 with respect to the mounting member 10.
  • a substantially trapezoidal protrusion 183 is provided outside the fourth finger 180 included in the single joint finger 80C.
  • a surface that is a part of the side surface of the projection 183 and is farthest from the fourth finger 180 is a load contact surface 183a. The load contact surface 183a will be described later with reference to FIGS.
  • the gripping target located in the space between the multi-joint finger 80A and the multi-joint finger 80B and the single-joint finger 80C (gripping space 300: see FIGS. 3 and 5).
  • An object can be gripped. That is, the hand mechanism 1 can realize various gripping operations by executing two gripping operation modes described later so that the gripping space 300 is narrowed by the driving force from the drive mechanism 30.
  • a spring 181 is provided between the position near the connection portion 201 on the base side of the fourth finger 180 and the fulcrum 182 near the actuator body 33, that is, inside the mounting member 10. Has been placed.
  • the spring 181 always moves the fourth finger 180 in the direction of the arrow m1 in FIG. Energize to generate a moment to rotate in the clockwise direction. Then, when a moment is always applied in the direction of the arrow m1 in FIG. 5 by the spring 181 in this way, the direction of the arrow m2 in FIG. A moment to rotate in the counterclockwise direction in the figure is generated. Therefore, the spring 181 urges each finger 80A, 80B, 80C constituting the hand mechanism 1 in a direction to be always closed.
  • the spring 181 urges the first finger part 81 of the multi-joint fingers 80A and 80B, but does not urge the second finger part 91 and the third finger part 101. It will not hinder your energizing power. Therefore, the urging force to the second finger part 91 and the third finger part 101 by the urging means 140 and the urging force to the first finger part 81 by the spring 181 work effectively without being canceled out.
  • the rotation surface of the multi-joint finger 80 ⁇ / b> A (the trajectory when the finger rotates in the first mode and the second mode to be described later, hereinafter the same applies to the rotation surfaces of other fingers).
  • the rotation surface of the multi-joint finger 80B and the rotation surface of the single-joint finger 80C are configured to be parallel to each other, and each finger is attached to the attachment member 10. Therefore, even if a first mode and a second mode, which will be described later, are executed, the multi-joint fingers 80A and 80B and the single-joint finger 80C do not collide and contact each other, and do not affect the gripping of the gripping target. As can be seen from FIG.
  • the relative positions of the fingers are determined so that the rotation surface of the single-joint finger 80C is sandwiched between the rotation surfaces of the multi-joint fingers 80A and 80B. Has been. With such an arrangement, the two articulated fingers 80A and 80B grip the both sides of the single joint finger 80C with respect to the grasped object through the first mode and the second mode. It becomes possible to support three points.
  • most of the connecting portion 190 that connects the first finger portion 81 of the multi-joint fingers 80 ⁇ / b> A and 80 ⁇ / b> B and the fourth finger portion 180 of the single-joint finger 80 ⁇ / b> C is inside the mounting member 10. And only a part thereof is exposed to the gripping space 300.
  • the first finger portion of the connecting portion 190 is suppressed so as to suppress the exposure amount of the connecting portion 190 to the gripping space 300 side as much as possible while the first mode and the second mode described later are executed.
  • the positions of the tenth connecting portion 202 that is the connecting portion to 81 and the ninth connecting portion 201 that is the connecting portion to the fourth finger portion 180 are determined. Further, since the spring 181 that applies the urging force to the fourth finger portion 180 is also accommodated in the attachment member 10, the spring 181 does not interfere with the gripping operation of the gripping object by the hand mechanism 1.
  • FIG. 5 shows a state in which the rod 35 of the linear actuator 31 is most retracted into the actuator main body 33.
  • the connecting member 50 is most retracted toward the linear actuator with the first connecting portion 87 as the center. It is in the state.
  • the multi-joint fingers 80A and 80B are in a state where the entire finger is rotated outwardly due to the link structure by the finger portion and the drive portion included in each finger, and each finger is straight as shown in FIG. It is in a stretched state.
  • the fourth finger portion 180 of the single joint finger 80C is also connected to the eighth connection via the connecting portion 190. It is placed at a position that is most rotated outward about the part 200.
  • the multi-joint fingers 80A and 80B and the single-joint finger 80C are in the most open state, and the gripping space 300 is formed to be the largest.
  • the linear actuator 31 is driven to push out the rod 35.
  • the connecting member 50 rotates counterclockwise in FIG. 5 around the first connecting portion 87, and the third connecting portion 113 moves toward the fourth connecting portion 115. Extruded.
  • the first finger 81, the second finger 91, and the third finger 101 as a whole are united as they are with the first connection portion 87 as the center, that is, the articulated fingers 80A and 80B are straightly extended.
  • the biasing means 140 maintains the posture of each finger with the articulated fingers 80A and 80B. This is because the urging force to be applied is given.
  • the fourth finger portion 180 of the single-joint finger 80C also centers on the eighth connection portion 200 via the connection portion 190. Rotate inward.
  • the multi-joint fingers 80A and 80B and the single-joint finger 80C are such that the distance between the tip of the multi-joint fingers 80A and 80B and the tip of the single-joint finger 80C is narrowed when the fingers are extended.
  • An operation in which the hand mechanism 1 is closed that is, a knob operation is performed. For example, the state shown in FIG. 10 is obtained. Note that the state shown in FIG.
  • the tip of the third finger 101 ie, the tip of the articulated fingers 80A and 80B
  • the tip of the fourth finger 180 ie, a single part
  • the rotation surfaces of the multi-joint fingers 80A and 80B and the rotation surface of the single-joint finger 80C are in a state of being very close to each other. Note that does not interfere.
  • this pinching operation since the biasing force is applied to the fourth finger portion 180 inward by the spring 181, the pinching operation is performed smoothly.
  • FIG. 10 shows a state in which the distance between the tip of the multi-joint fingers 80A and 80B and the tip of the single-joint finger 80C is minimized when viewed from the side of the hand mechanism 1 by the knob operation in the first mode.
  • the tip portions are opposed to each other in a side view with the distance between the two tip portions being reduced in this way. Therefore, if the position and posture of the hand mechanism 1 are controlled so that the object to be grasped is positioned between the two tip portions, the grasped object is pinched by the tip portions of the multi-joint fingers 80A and 80B and the single joint finger 80C. It can be gripped in a state.
  • the hand posture in which the hand mechanism 1 can grip the object to be grasped by the multi-joint fingers 80A and 80B and the single-joint finger 80C in this way corresponds to the predetermined posture according to the present invention.
  • an urging force is applied to the fourth finger 180 by the spring 181 as shown in FIG. Therefore, in the first mode, the urging force acts to maintain the gripping state of the gripping object between the tip portions, and thus the position of the entire hand mechanism 1 in the state where the gripping object is gripped. Even if the posture fluctuates, it is possible to stably hold the object to be held. Further, even when the linear actuator 31 is turned off and the supply of the driving force is cut off, it is possible to continue to grip the object to be gripped by the biasing force of the spring 181.
  • FIG. 11 is a side view of the hand mechanism 1 as in FIG. 3, and FIG. 12 describes a configuration related to the single joint finger 80 ⁇ / b> C so that the structure of the multi-joint fingers 80 ⁇ / b> A and 80 ⁇ / b> B can be easily grasped from the inside. It is a perspective view which omits and shows the structure of articulated fingers 80A and 80B.
  • the second mode is a gripping operation performed following the first mode.
  • the first mode described above is executed, and the first finger portion 81 is centered on the first connecting portion. Assuming that the first finger 81 is in contact with the object to be grasped in the process of rotating inwardly. If the linear actuator 31 is further driven from this state and the rod 35 is pushed out to rotate the connecting member 50 around the first connecting portion 87, the third connecting portion 113 is pushed out toward the fourth connecting portion 115. .
  • the first drive unit 111 connected to the connecting member 50 is connected to the second finger unit 91 at the fourth connection unit 115, and the first finger unit 81 is further connected to the inner side of the fourth connection unit 115. Since the second connecting portion 97 is connected to the second finger portion 91, the driving force of the first driving portion 111 connected to the driving mechanism 30 is first transmitted to the second finger portion 91 and then to the first finger portion 81. It will be transmitted. And the torque centering on the 1st connection part 87 and the 2nd connection part 97 will arise in the 1st finger part 81 and the 2nd finger part 91, respectively.
  • the rotation of the first finger portion 81 is effectively prevented because there is an object to be grasped, and as a result, when the driving force from the driving mechanism 30 overcomes the urging force of the urging means 140, As shown in FIG. 11, the second finger portion 91 rotates inward about the second connection portion 97.
  • the stationary sixth connection portion 123 provided on the first finger portion 81 is close to the fourth connection portion 115 rotating around the second connection portion 97. Therefore, the second drive unit 121 is retracted backward with respect to the second finger unit 91, and the sixth connection unit 123 is relatively removed from the sixth connection unit insertion recess 931. As a result, the seventh connection part 125 is retracted backward and enters the seventh connection part insertion recess 933, and the third finger part 101 is located inside the fifth finger part 107 with respect to the second finger part 91. Rotate to. As shown in FIG. 11, when the second finger portion 91 is folded inward with respect to the first finger portion 81, the fourth connection portion 115 is exposed outward from the inside of the opening portion 85 of the first finger portion 81. I will do it.
  • the second drive unit 121 is connected at the sixth connection part 123 on the distal end side of the first finger part 81, and the second finger part 91 is connected at the second connection part 97 on the root side of the sixth connection part 123. Since the second finger unit 91 is rotated with respect to the first finger unit 81, the second driving unit 121 connects the third finger unit 101 to the fifth connection unit 107.
  • the inner seventh connecting portion 125 restricts pulling or movement, and as a result, the second finger portion 91 and the third finger portion 101 simultaneously rotate inward, bend, and grip the object to be gripped. That is, whenever the second finger portion 91 rotates relative to the first finger portion 81, the third finger portion 101 always rotates relative to the second finger portion 91 at the same time.
  • the connecting member 50 rotates toward the mounting member 10 around the first connecting portion 87, and the second connection is performed by an operation opposite to that described above.
  • the second finger part 91 and the third finger part 101 rotate around the part 97 and the fifth connection part 107, and the caught state of the object to be grasped by these finger parts is eliminated.
  • the 2nd finger part 91 and the 3rd finger part 101 return to the state when the 1st finger part 81 contact
  • the operation mode of the mechanism 1 is switched, and the first mode described above is executed. Therefore, the multi-joint fingers 80A and 80B rotate around the first connection portion 87, and the single joint finger 80C rotates around the eighth connection portion 200.
  • the gripping operation in the first mode is performed and the rotation of the first finger unit 81 is gripped unless the object to be gripped contacts the first finger unit 81 and the rotation is prevented.
  • the first mode is switched to the gripping operation in the second mode. Therefore, it is possible to reliably grip a gripping object positioned in the gripping space 300 by at least the gripping operation in the first mode or the second mode.
  • the rotation surfaces of the multi-joint fingers 80A and 80B and the single-joint finger 80C do not collide with or come into contact with each other.
  • the urging force of the spring 181 is applied over the first mode and the second mode, and assistance is provided for the driving force in the direction in which the finger of the hand mechanism 1 is closed.
  • This urging force is applied to the simple joint finger 80C side having a simple structure, so that the structure of the hand mechanism 1 is not complicated and the controllability of the hand mechanism 1 is not deteriorated.
  • output assistance of the linear actuator 31 can be realized, and the hand mechanism 1 can be reduced in size.
  • the hand mechanism 1 when the position where the gripping object comes into contact with the first finger part 81 of one multi-joint finger 80 ⁇ / b> A and the position where the other finger 80 ⁇ / b> B comes into contact with the first finger part 81 are different, While the positions of the third connection portions 113 are the same, the multi-joint fingers 80A and the multi-joint fingers 80B perform different independent operations in the second mode. That is, the two articulated fingers 80A and 80B arranged in parallel are simply driven by the single drive mechanism 30 at the same time. The bent state of the first finger part 81, the second finger part 91, and the third finger part 101 can be easily changed, so that a stable object to be grasped can be grasped.
  • the first finger portion 81, the second finger portion 91, and the third finger portion 101 are all bent in a U-shape so that the bottom surface portions 82, 92, 102 at the center thereof are inward. Therefore, the bottom surface portions 82, 92, 102 can directly function as contact surfaces with the object to be grasped. For this reason, it is not necessary to separately attach a part to be a contact surface, and the structure can be simplified and reduced in weight.
  • the fourth connection portion 115 is provided at a portion of the second finger portion 91 that protrudes to the base side from the second connection portion 97, the second connection portion 97 and the fourth connection portion 115 are provided. Therefore, the height dimension of the vicinity of the second connection part 97 connecting the first finger part 81 and the second finger part 91 can be reduced. Similarly, a part of the fourth connecting portion 115 enters the opening portion 85 that opens to the outside of the first finger portion 81, so that the inside of the first finger portion 81 can be used as the swinging space of the fourth connecting portion 115. Will be used as part.
  • the fourth connection portion 115 protrudes outward from the inside of the opening portion 85 of the first finger portion 81 (protrusion). (Dimension) can be reduced. Thereby, regardless of the bent state between the first finger part 81 and the second finger part 91, the height dimension in the vicinity of the second connection part 97 connecting the first finger part 81 and the second finger part 91 is reduced. Can be achieved.
  • the sixth connecting portion 123 is provided in a portion protruding from the second connecting portion 97 to the front end side, the second connecting portion 97 and the sixth connecting portion 123 do not overlap in the height direction.
  • the sixth connecting portion 123 is provided on the first finger portion 81 in order to connect the second driving portion 121 that drives the third finger portion 101, and also by this, the first finger portion 81 and the second finger portion. It is possible to reduce the height dimension of the vicinity of the second connecting portion 97 to which 91 is connected.
  • the sixth connection portion insertion recess 931 provided in the second finger portion 91 is disposed between the left and right side surface portions 83 of the first finger portion 81, the sixth connection portion 123 faces outward from the second finger portion 91.
  • the protruding amount (projecting dimension) can be reduced. That is, regardless of the bent state between the first finger part 81 and the second finger part 91, the height dimension of the vicinity of the second connection part 97 connecting the first finger part 81 and the second finger part 91 is reduced. This configuration can also be achieved.
  • both the first drive unit 111 and the second drive unit 121 are rod-shaped flat plates, the width between the side surface portions 93 can be reduced even if a configuration of fitting between the side surface portions 93 of the second finger portion 91 is adopted.
  • the second finger portion 91 can be made to have a minimum width dimension.
  • the hand mechanism 1 can realize the gripping operation of the gripping object in the first mode and the second mode using the multi-joint fingers 80A and 80B and the single joint finger 80C by the driving force of the drive mechanism 30.
  • the fourth finger portion 180 constituting the single joint finger 80 ⁇ / b> C is connected to the attachment member 10 so as to be rotatable around the eighth connection portion 200. Accordingly, the eighth connection portion 200 corresponds to the first attachment connection portion according to the present invention, and the single joint finger 80C corresponds to the first finger according to the present invention.
  • the first finger portion 81 constituting the multi-joint fingers 80 ⁇ / b> A and 80 ⁇ / b> B is connected to the attachment member 10 so as to be rotatable around the first connection portion 87.
  • the first connection portion 87 corresponds to the second attachment connection portion according to the present invention
  • the multi-joint fingers 80A and 80B correspond to the second finger according to the present invention.
  • a metal bar-shaped stopper 11 is provided near the eighth connection portion 200.
  • the stopper 11 When the fourth finger portion 180 rotates so as to approach the attachment member 10 around the eighth connection portion 200, the stopper 11 has a fourth finger portion 180 before the fourth finger portion 180 contacts the attachment member 10. This prevents the fourth finger 180 from rotating further. Accordingly, the fourth finger portion 180 included in the single joint finger 80C corresponds to the predetermined rotation finger portion according to the present invention, and the stopper 11 is provided on the attachment member 10 of the fourth finger portion 180 of the single joint finger 80C. It is a member that determines the actual movable range with respect to the adjacent rotation, and corresponds to the contact member according to the present invention.
  • the hand mechanism 1 when the hand mechanism 1 is driven in the first mode from the state shown in FIG. 5 with no gripping object in the gripping space 300 of the hand mechanism 1, the tips of the articulated fingers 80A and 80B and As the distance from the distal end of the single joint finger 80C is reduced, the hand mechanism 1 takes a pinchable posture (predetermined posture according to the present invention) shown in FIG. Further, when the linear actuator 31 is driven from this state, since there is no gripping object in the gripping space 300, each finger is continuously driven in the first mode without being driven in the second mode. Then, the receiving portion 180a of the fourth finger portion 180 of the single joint finger 80C comes into contact with the stopper 11 to prevent the rotation of the single joint finger 80C, and the linear actuator 31 stops driving.
  • a pinchable posture predetermined posture according to the present invention
  • the single joint finger 80C and the multi-joint fingers 80A and 80B are closed, and a predetermined crossing between the two is performed.
  • the hand mechanism 1 takes a load-bearing posture.
  • the load bearing posture will be described with reference to FIGS. 13 and 14.
  • FIG. 13 is a diagram showing a predetermined closed state of each finger when the hand mechanism 1 is in the load bearing posture.
  • FIG. 14 visualizes the inside of the attachment member 10 so that the contact state between the fourth finger portion 180 and the stopper 11 can be grasped with respect to the hand mechanism 1 in the predetermined closed state. Further, the illustration of the configuration related to the multi-joint fingers 80A and 80B is omitted.
  • the fourth finger portion 180 is in contact with the rod-shaped stopper 11 so as to cover from above, and more specifically, it is formed in a concave shape.
  • the stopper 11 is fitted in the receiving portion 180a (see FIG. 14).
  • the load contact surface 183a of the protrusion 183 provided on the fourth finger 180 is outside the configuration related to the multi-joint fingers 80A and 80B. positioned.
  • the hand mechanism 1 Since the hand mechanism 1 has such a configuration in the closed state, when a load (external force) is applied to the hand mechanism 1 from the outside along the predetermined direction, the protrusion 183 of the fourth finger portion 180 is The load is received by the load contact surface 183a, and no load is applied to the multi-joint fingers 80A and 80B. Since the fourth finger portion 180 is in contact with the stopper 11 at the inner receiving portion 180a, the fourth finger portion 180 is pressed against the stopper 11 by the load when the load is applied. The load applied to the finger part 180 is substantially supported by the stopper 11.
  • the stopper 11 is directly fixed to the mounting member 10, and as a result, an external load is supported by the mounting member 10 and hardly acts on the multi-joint fingers 80 ⁇ / b> A and 80 ⁇ / b> C. It is possible to avoid applying an excessive load to each of the fingers constituting 80B. Thereby, in the hand mechanism 1 having the link mechanism for realizing the driving in the first mode and the second mode, it is possible to exhibit sufficient load resistance against a load from the outside.
  • the load resistance is realized by contact between the receiving portion 180a of the fourth finger portion 180 and the stopper 11.
  • the stopper 11 itself is disposed inside the attachment member 10 as shown in FIG. 1, and does not have a shape in which a part thereof protrudes into the gripping space 300. Therefore, in this embodiment, the load resistance can be imparted to the hand mechanism 1 without hindering the gripping ability of the hand mechanism 1.
  • the distal end portion of the fourth finger portion 180 is also located outside the articulated fingers 80A and 80B. Therefore, even when an external load is applied to the distal end portion of the fourth finger portion 180, the load can be received by the stopper 11 and the articulated fingers 80A and 80B can be hardly applied with the load.
  • the fourth finger portion 180 is rotatably supported by the eighth connection portion 200, and when a load is received at the tip portion, the moment around the eighth connection portion 200 tends to increase, The load applied to the stopper 11 and the eighth connection part 200 increases.
  • the hand mechanism 1 As an application example of the hand mechanism 1, it can be considered to be mounted on a robot. By mounting on a humanoid robot, it is possible to perform a gripping operation of a gripping object. In such a case, as shown in FIG. 15, it is also possible to use the hand mechanism 1 at the time of a stand-up operation to stand up from a state where the robot is seated. That is, by supporting a part of the robot's own weight with the hand mechanism 1 at the time of the robot's rising operation, it is possible to reduce outputs of actuators such as knees, ankles, and hip joints that are necessary for starting the robot.
  • actuators such as knees, ankles, and hip joints
  • the posture of the hand mechanism 1 is controlled so that the load contact surface 183a of the protrusion 183 of the fourth finger 180 presses the ground where the robot stands.
  • a striking operation such as driving an object through the load contact surface 183a.
  • the stopper 11 is provided near the base of the single joint finger 80C.
  • the stopper 11 may be provided on the multi-joint fingers 80A and 80B side.
  • the first finger portion 81 that is rotatably attached to the attachment member 10 via the first connection portion 87 is provided on the attachment member 10 side.
  • a configuration corresponding to the projection 183 is arranged on the first finger portion 81.
  • the protrusion configuration of the first finger portion 81 is positioned outside the fourth finger portion 180 of the single joint finger 80C, so that the external Is easily received by the projection structure.
  • the hand mechanism 1 can also realize a load-bearing posture that can receive a load on the multi-joint fingers 80A and 80B side.
  • a part of the fourth connection part 115 is inserted into the opening part 85 of the first finger part 81, but the entire fourth connection part 115 is an opening part of the first finger part 81. 85 may be included. Further, the driving force of the linear actuator 31 may be transmitted to the third connecting portion 113 by a member other than the connecting member 50 (for example, a linear guide or the like).
  • the link mechanisms of the multi-joint fingers 80A and the multi-joint fingers 80B are the same, but the configuration of the link mechanisms of both multi-joint fingers may be different. That is, the position of any of the first connection part 87, the second connection part 97, the third connection part 113, and the fourth connection part 115 may be different between the two multi-joint fingers 80A and 80B.
  • a groove portion is formed in a portion of the tip portion of the multi-joint finger 80A and the multi-joint finger 80B that comes into contact with the gripping object when the gripping target object is gripped by a pinch operation in the first mode.
  • a deformable portion that can be deformed by contact with the gripping object at a portion of the tip of the single joint finger 80C that contacts the gripping object when the gripping object is gripped by a pinch operation in the first mode. It may be provided.
  • the formation of the groove is effective for grasping the object to be grasped without slipping by the pinch operation, but the groove is formed in both the tip of the multi-joint finger 80A and the multi-joint finger 80B and the tip of the single joint finger 80C. If formed, if a part of the gripping object is fitted in the groove, the gripping object may be picked up in a very unstable state. Therefore, in order to avoid such an unstable pinch operation, the gripping operation in the first mode is performed by forming a deformable portion that can deform the tip of one finger in accordance with the shape of the object to be gripped. It can be certain. Accordingly, the groove may be formed at the tip of the single joint finger 80C, and the deformed portion may be formed at the tip of the multi-joint finger 80A and the multi-joint finger 80B.
  • connection part 111 ... first drive part, 113 ... third connection part, 115 ... 4th connection part, 121 ... 2nd drive part, 123 ... 6th connection part, 125 ... 7th connection part, 180 ... 4th finger part, 180a ⁇ Receiving portion, 183 ⁇ projection, 183a ⁇ load contact surface, 190 ⁇ connecting portion, 200 ⁇ eighth connecting portion (first mounting connecting portion), 201 ⁇ ninth connecting portion 202 ... 10th connecting part, 300 ... gripping space

Abstract

第1指(80C)と第2指(80A,80B)を備えるハンド機構(1)であって、第1指(80C)の一又は複数の指部には、第1取付接続部(200)による回転中心を含む所定の回転指部が含まれる。また、取付部材(10)は、第1指(80C)が第1取付接続部(200)を中心として回転し且つ第2指(80A,80B)が第2取付接続部(87)を中心として回転し、第1指(80C)と第2指(80A,80B)とが交差した所定の閉状態であるときに、該第1指(80C)の所定の回転指部が接触し、該所定の回転指部の該取付部材(10)に対する回転を阻止する接触部材(11)を有する。そして、所定の回転指部が接触部材(11)に接触し所定の閉状態である場合に、該所定の回転指部の所定部位(183)が、該所定の閉状態において第2指(80A,80B)より外側に位置する。このような構成により、外部からの荷重に対しても十分な耐性を示すとともに、その把持動作が好適に維持される。

Description

ハンド機構
 本発明は、把持対象物を把持するためのハンド機構に関する。
 従来、ロボットハンドに人間の指に近い構造を採用し、多様な対象物の把持が試みられている。例えば、大きい物から小さい物まで安定に把持するために複数本の指機構を備えるハンド機構では、この複数本の指機構が、それぞれ末節骨部及び該末節骨部に隣接する中節骨部を含む複数の骨部によって構成される場合がある。そして、中節骨部に対して末節骨部が真っ直ぐに伸びた状態から末節骨部を内側方向と外側方向の二方向に所定の角度範囲内で回転可能となることで、人間の指における「つまむ」動作に近い動作が実現される。
 また、特許文献1には、第1多関節指及び第2多関節指と、第1多関節指及び第2多関節とともに所定接続部を中心に回転する単関節指とを備えるハンド機構が開示されている。当機構では、駆動アクチュエータから駆動力が付与されると、第1多関節指及び第2多関節指が取付部材との接続部を介して各指全体が同じ方向に回転する第1モードと、第1多関節指に含まれる第1所定指部及び第2多関節指に含まれる第2所定指部の第1モードでの回転が阻止された場合に、第1多関節指に含まれる第1所定指部以外の指部が第1所定指部に対して回転し、且つ、第2多関節指に含まれる第2所定指部以外の指部が第2所定指部に対して回転する第2モードが実行される。
特開2015-112650号公報
 従来のハンド機構の開発では、把持対象物をどのように把持するか、すなわち、把持対象物に対して様々な把持動作を行うことを目的として、その開発が進められてきた経緯がある。そのため、ハンド機構による複雑な動作や柔軟な動作を実現するためにリンク機構が多用されている。一方で、ハンド機構における荷重への耐性については、必ずしもその検討は十分ではない。すなわち、把持対象物を把持するハンド機構を用いて、何らかの荷重が掛かる作業をそのハンド機構に行わせるという想定の下、ハンド機構の開発は行われてきてはいない。
 例えば、ロボットが立ち上がり動作を行うときにハンド機構によって自重を支えるような動作や、ハンド機構でロボット荷重を支えながらの歩行動作等のために利用可能なハンド機構の開発は行われていない。一般には、ハンド機構の指等を構成するリンク機構に過大な荷重が掛からないように、ハンド機構とは別の構成物としてブラケット等の耐荷重性のある部材が取り付けられる。しかし、このような耐荷重性のある部材は、その大きさや取付位置等に起因して、ハンド機構の把持動作を阻害し得るものである。
 本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、把持対象物の把持動作を行うハンド機構であって、外部からの荷重に対しても十分な耐性を示すとともに、その把持動作が好適に維持されるハンド機構を提供することを目的とする。
 本発明において、上記課題を解決するために、ハンド機構が所定の閉状態にあるときに、把持動作を行う指の一方の回転動作を阻止する接触部材と当該指とを接触させる構成を採用した。この接触部材による単純な構成により、当該指に荷重が掛かったとしても、その荷重は接触部材で受け止められることになるため、ハンド機構を構成する各指への過大な荷重印加を回避することができる。
 詳細には、本発明は、取付部材と、駆動アクチュエータからの駆動力を伝える駆動部と、一又は複数の指部から構成され、前記取付部材に対して第1取付接続部を中心に回転自在に取り付けられた第1指と、前記第1指と接続され、且つ、前記取付部材に対して第2取付接続部を中心に回転自在に取り付けられた第2指であって、前記駆動部からの駆動力により該第1指に対して近接するように該第1指とともに該取付部材に対して回転する第2指と、を備えるハンド機構である。そして、前記第1指の前記一又は複数の指部には、前記第1取付接続部による回転中心を含む所定の回転指部が含まれ、前記取付部材は、前記第1指が前記第1取付接続部を中心として回転し且つ前記第2指が前記第2取付接続部を中心として回転し、該第1指と該第2指との相対的な回転が行われる回転面において該第1指と該第2指とが交差した所定の閉状態であるときに、該第1指の前記所定の回転指部が接触し、該所定の回転指部の該取付部材に対する回転を阻止する接触部材を有している。更に、前記所定の回転指部が前記接触部材に接触し前記所定の閉状態である場合に、該所定の回転指部の所定部位が、該所定の閉状態において前記第2指より外側に位置する。
 本発明に係るハンド機構は、第1指と第2指とを有し、これらの指により把持対象物の把持動作が行われる。これらの指は、駆動アクチュエータからの駆動力が駆動部を介して伝えられることで、様々な把持動作が実現されるものであり、その把持動作は特定の動作に限定されるものではない。ただし、当該ハンド機構では、把持対象物が存在しない場合には、第1指と第2指との相対的な回転が行われる回転面において第1指と第2指とが交差した所定の閉状態となる。すなわち、第1指と第2指は、両者の間に把持対象物が存在する場合にはそれを把持可能となり、把持対象物が存在しない場合には、両指が干渉することなく交差し、ハンド機構が閉じた形となる所定の閉状態に至る。
 第1指及び第2指のそれぞれは、上述の所定の閉状態となり得る指構成であれば、複数の指部を有していてもよく、又は、1つの指部を有していてもよい。なお、第1指には、所定の回転指部が含まれる。例えば、第1指は、取付部材に対して第1取付接続部を中心に回転可能となるように接続された、当該所定の回転指部のみを有する単関節指であってもよい。別法として、第1指は、取付部材に対して第1取付接続部を中心に回転可能となるように接続され、当該所定の回転指部を含む複数の指部同士が接続部を介して互いに回転可能となるように接続された多関節指であってもよい。
 ここで、ハンド機構が所定の閉状態に至ると、第1指に含まれる所定の回転指部が、取付部材に設けられた接触部材に接触する。この結果、所定の回転指部の第1取付接続部を中心とした回転が阻害されることになる。更に、この所定の閉状態では、第1指の所定の回転指部における所定部位が、その所定の閉状態にある第2指より外側に位置することとなる。なお、ハンド機構での第1指と第2指とが閉じたときこれらの指に囲まれる側が「内側」となり、ここで言う「外側」とは当該「内側」と反対側を意味する。したがって、ハンド機構が所定の閉状態にあるときには、所定の部位を含む所定の回転指部、すなわち第1指が第2指より外側に位置することになる。そのため、外部からハンド機構に対して掛かる外力は、概ね第1指の所定の回転指部における所定部位に作用することになる。
 このようなハンド機構では、所定の閉状態にない場合には、第1指と第2指との回転動作により把持対象物の把持動作が可能となる。一方で、ハンド機構が所定の閉状態におかれると、第1指における所定部位が外部からの外力に晒されやすいように位置し、且つ、当該第1指の所定の回転指部が接触部材に接触した状態となる。この結果、第1指の所定部位に外力が作用しても、その外力は接触部材によって受け止められることになる。そして、所定の回転指部は、第1指において第1取付接続部を介して取付部材に取り付けられているため、所定の回転指部が接触部材に接触し外力を受けている状態では、その外力は、第1指の所定の回転指部以外の指部や第2指には過大な荷重として伝わりにくい。そのため、本発明に係るハンド機構は、外部からの荷重に対しても十分な耐性を示すことが可能となるとともに、接触部材は所定の回転指部の回転を阻止するための単純な構成であるため、第1指と第2指による把持動作を阻害することはなく、以てハンド機構の把持動作は好適に維持され得る。
 把持対象物の把持動作を行うハンド機構であって、外部からの荷重に対しても十分な耐性を示すとともに、その把持動作が好適に維持されるハンド機構を提供することができる。
本発明の実施例に係るハンド機構の斜視図である。 図1に示すハンド機構の側面図である。 図1に示すハンド機構の内部のリンク機構の概略構成を示す第1の図である。 図1に示すハンド機構の正面図である。 図1に示すハンド機構の内部のリンク機構の概略構成を示す第2の図である。 図1に示すハンド機構を構成する連結部材の構成を示す図である。 図1に示すハンド機構を構成する第1指部の構成を示す図である。 図1に示すハンド機構を構成する第2指部の構成を示す図である。 図1に示すハンド機構を構成する第3指部の構成を示す図である。 図1に示すハンド機構において、第1モードが実行され多関節指と単関節指が駆動されてつまみ動作を行った状態を示す図である。 図1に示すハンド機構において第2モードが実行され、多関節指の巻き込み動作により、把持対象物を把持している状態を示す第1の図である。 図1に示すハンド機構が第2モードによる巻き込み動作実行時の、多関節指の巻き込み状態を示す図である。 図1に示すハンド機構において単関節指と多関節指が閉じられ、耐荷重姿勢をとっている状態を示す図である。 図13に示すハンド機構において、ハンド機構内部の状態を示した図である。 本発明のハンド機構を備えたロボットが立ち上がり動作を行っている状態を示す図である。
 以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
 <ハンド機構1の構成>
 図1は、本発明の実施形態にかかるハンド機構1の斜視図である。そして、図2はハンド機構1の側面図、図3はハンド機構1が内部に有するリンク機構を可視化した図であり、また図4はハンド機構1の正面図である。また、図5も、図3と同様にハンド機構1における多関節指80A、80B、単関節指80Cを含むリンク機構の状態が把握可能となるように、ハンド機構1の内部を可視化させた図であり、図5に示すハンド機構は、図3に示すハンド機構の状態と比べ、多関節指80A、80Bと、単関節指80Cとの開きが大きくなった状態にある。これらの図に示すように、ハンド機構1は、取付部材10と、取付部材10に取り付けられる駆動機構30(図3等を参照)と、取付部材10に取り付けられ駆動機構30によって駆動される一対の多関節指80A、80Bと単関節指80Cを具備している。この一対の多関節指80A、80Bは、複数の指部が互いに回転可能となるように複数の接続部によって接続され、その根元の指部が取付部材10に取り付けられた多関節指である。また、単関節指80Cは、一つの指部を有し、当該指部の根元において接続部を介して取付部材10に接続される単関節指である。各指の詳細な構造は、後述する。なお、以下の説明において、指80A、80B、80Cが折れ曲がっていく方向(図2、図3において、多関節指80A、80Bと単関節指80Cとの間の空間が狭まる方向)を内側又は掌側、その反対方向(図2、図3において当該空間が広がる方向)を外側又は甲側ということとする。
 取付部材10は、駆動機構30のリニアアクチュエータ31を取り付ける場であるとともに、連結部材50と第1指部81を第1接続部87の位置においてそれぞれ独立に回転自在に軸支している。駆動機構30は、リニアアクチュエータ31と連結部材50とを具備している。リニアアクチュエータ31は、概略円筒形をなすアクチュエータ本体33とアクチュエータ本体33の一方の端面から進退可能に突出するロッド35とを有している。リニアアクチュエータ31は電動で、取付部材10内に配置された制御装置からの指令に従いロッド35の進退量を調節することができる。
 図6は、連結部材50の斜視図である。同図に示すように連結部材50は、側面から見て概略V字形となっているブロック形状である。連結部材50の下部中央には回転自在に第1接続部用シャフト61が挿通され、また連結部材50の2つに分かれる一方の上部には回転自在に第3接続部用シャフト63が挿通され、さらに連結部材50のもう一方の上部には一対の側壁部55間を回転自在に連結する連結ロッド65が取り付けられている。
 連結部材50はその第1接続部用シャフト61の両側部分が取付部材10に取り付けられるとともに、取付部材10を貫通してその両外側に突出した第1接続部用シャフト61の両端にそれぞれ下記する第1指部81の第1接続部87を回転自在に取り付けている。つまり、連結部材50と第1指部81はそれぞれ独立して回転自在となるように取付部材10に取り付けられている。なお、後述するように、この第1指部81には、連結部190を介して単関節指80Cが連結されている。一方、連結部材50の連結ロッド65の中央には、リニアアクチュエータ31のロッド35の先端が取り付けられている。また連結部材50の第3接続部用シャフト63の両端には後述する第1駆動部111の第3接続部113が取り付けられている。このように、連結部材50を介して、ハンド機構1における1つのリニアアクチュエータ31と、2本の多関節指80A、80Bと単関節指80Cとが連結されている。
 次に、多関節指80A、80Bの構造について詳細に説明する。なお、多関節指80A、80Bは同一構造であるため、本明細書では代表として多関節指80Aについて説明する。多関節指80Aは、根元側(取付部材10側)の第1接続部87にて取付部材10に回転自在に接続される第1指部81と、第1指部81の先端側(取付部材10と離れる側)の第2接続部97にて根元側が回転自在に接続される第2指部91と、第2指部91の先端側の第5接続部107にて根元側が回転自在に接続される第3指部101と、を有する。更に、多関節指80Aには、先端側が第2指部91の根元側の第4接続部115にて回転自在に接続され且つ根元側が駆動動力を印加する前記第3接続部113に接続される第1駆動部111と、先端側が第3指部101の根元側の第7接続部125に回転自在に接続され且つ根元側が第1指部81の先端側の第6接続部123に回転自在に接続される第2駆動部121とが連結されており、これらの駆動部111、121は、後述するように駆動機構30からの駆動力を多関節指80Aの各指部に伝えるための構成である。
 ここで、図7は第1指部81を示す図であり、図7(a)は第1指部81の側面図、図7(b)は図7(a)のA-A断面図である。同図に示すように第1指部81は、1枚の平板(板材)を下辺において略U字状に折り曲げることで、中央の底面部82の両側に平行になるように一対の側面部83が設けられている。一対の側面部83の根元側部分には前述のように第1接続部87が設けられており、この部分において第1指部81は取付部材10に回転自在に接続され、その際中央の底面部82は内側(掌側)に向けて、換言すれば、開口部分85が外側(甲側)を向くように第1指部81は配置される。第1接続部87にはベアリングが設置されている(以下の各接続部においても、同様にベアリングによる軸支が行われているものとする)。第1指部81の先端側には第2接続部97が設けられ、さらに第2接続部97よりも先端側に突出させた部分に第6接続部123が設けられている。第1指部81の第2接続部97付近から先端側の下部には、底面部82が切り欠かれて第2指部挿入部821が形成されている。また、図7(a)に示すように、第1接続部87と第2接続部97との間であって、第1接続部87寄りに第10接続部202が設けられている。この第10接続部202は、後述するように第1指部81と連結部190とが互いに回転自在となるように両者を軸支する接続部である。
 次に図8は、第2指部91の側面図である。第2指部91も、第1指部81と同じように、1枚の平板(板材)を下辺において略U字状に折り曲げることで、中央の底面部92の両側に平行になるように一対の側面部93が設けられている。一対の側面部93の根元側部分には第2接続部97が設けられており、この部分において第1指部81の一対の側面部83に回転自在に接続される。第2接続部97では、両側面部83、93間に軸が渡されている。第2指部91の両側面部93には第2接続部97よりも根元側に突出する部分を設け、その部分に第1駆動部111に回転自在に接続される第4接続部115を設けている。また、第2指部91の左右両側面部93の甲側の辺93aの第2接続部97よりも先端側の位置には、第6接続部123を挿入する略U字状の第6接続部挿入凹部931が形成されている。甲側の辺93aの第6接続部挿入凹部931よりも根元側の部分は先端側の部分よりも高さを低くしている(図8中の高さh1を参照)。
 また、第2指部91の左右両側面部93の内側(掌側)の辺93bの第5接続部107よりも根元側の位置には、第7接続部125を挿入する略U字状の第7接続部挿入凹部933が形成されている。内側の辺93bの第7接続部挿入凹部933よりも先端側の部分は根元側の部分よりも高さを高くしている(図8中の高さh2を参照)。第2指部91の両側面部93の外側面間の幅寸法は、前記第1指部81の両側面部83の内側面間の幅寸法よりも若干小さい寸法に形成されている。これにより、第2指部91と第1指部81を第2接続部97において接続する際は、第2指部91の根元側部分が第1指部81の先端側部分の左右両側面部83の間に挿入される。このとき第6接続部挿入凹部931は、第1指部81の両側面部83の間に配置される。また第2指部91の根元側部分は第1指部81の第2指部挿入部821に嵌り込む。また第2指部91の中央の底面部92が掌側に向くように、多関節指80Aにおいて第2指部91が配置される。
 次に、図9は、第3指部101の側面図である。第3指部101も、第1指部81、第2指部91と同じように、1枚の平板(板材)を下辺において略U字状に折り曲げることで、中央の底面部102の両側に平行になるように一対の側面部103を設けて形成されている。一対の側面部103の根元側の上部には第5接続部107が設けられており、この部分において第2指部91に回転自在に接続されている。第5接続部107の下部には第7接続部125が設けられている。
 次に、第1駆動部111及び第2駆動部121について説明する。第1駆動部111は棒状の平板であり、上述の通り、その根元側の第3接続部113において、連結部材50に回転自在に接続されている。一方、第1駆動部111の先端側は第2指部91の第2接続部97よりも根元側に突出させた部分の第4接続部115において回転自在に接続されている。さらに第4接続部115は、その一部が、第2指部挿入部821を介して第1指部81の外側(甲側)の開口部分85内に入り込んでいる。
 また、第2駆動部121は、第1駆動部111と同じように棒状の平板であり、その根元側の第6接続部123において第1指部81の第2接続部97よりも先端側に突出させた部分に回転自在に接続されている。一方、第2駆動部121の先端側の第7接続部125において第3指部101の根元側の部分が回転自在に接続されている。
 更に、第2指部91と第3指部101の間には、引っ張りバネからなる付勢手段140が取り付けられ、第2指部91と第3指部101との間が常に開く方向(第5接続部107を中心にして第2指部91に対して第3指部101の先端側部分が外側(甲側)に移動する方向)の付勢力が付与されている。なお、第5接続部107は付勢手段140の第2指部91側の支点a1より内側(掌側)に位置している。換言すると、付勢手段140は、第2指部91に係止された支点a1と第3指部101に係止された支点a2間の離間距離が近づくように付勢しており、第2指部91に対して第3指部101を内側(掌側)に移動した際は両支点a1、a2間が遠ざかるので、付勢手段140は元の開いた位置に向けてより強く付勢することになる。これにより、第1指部81と第2指部91間も開く方向に付勢され、結局、第1指部81、第2指部91、第3指部101全体は開く方向に付勢されることになる。なお付勢手段140は、このような配置に代わって、第1指部81、第2指部91間に、第1指部81、第2指部91間が常に開く方向の付勢力が付与されるように、取り付けてもよい。
 ここで、図1~図5からも分かるように、ハンド機構1には2つの多関節指80A、80Bとともに、一つの単関節指80Cが備えられている。この単関節指80Cは、一つの指部である第4指部180を有しており、2つの多関節指80A、80Bに対向するように、且つ第8接続部200を中心に取付部材10に対して回転自在となるように取付部材10に取り付けられている。なお、第8接続部200は、第4指部180の根元側から先端側に向かって一定距離の位置に設けられており、その第4指部180の根元側には更に接続部201が設けられている。この接続部201は、上記の通り第1指部81に対して第10接続部202を介して回転自在に接続された連結部190を、第4指部180に対して回転自在に接続するための接続部である。このようなリンク構成により、単関節指80Cは、多関節指80A、80Bに含まれる第1指部81の動きに連動して、換言すると第1指部81に駆動力を付与する駆動機構30からの駆動力の一部が連結部190を介して伝えられることで、第8接続部200を中心に取付部材10に対して回転する。また、単関節指80Cに含まれる第4指部180の外側には概ね台形状の突起部183が設けられている。この突起部183の側面の一部であり、第4指部180から最も離れた面は、荷重接触面183aとされる。この荷重接触面183aについては、図12、図13に基づいて後述する。
 このような指に関する構成を有するハンド機構1では、多関節指80A及び多関節指80Bと単関節指80Cとの間の空間(把持空間300:図3、図5を参照)に位置する把持対象物を把持することが可能となる。すなわち、駆動機構30からの駆動力によって把持空間300が狭まるように、後述する2つの把持動作モードが実行されることで、ハンド機構1は多様な把持動作を実現することができる。
 なお、図5に示すように、第4指部180の根元側であって接続部201の近傍位置と、アクチュエータ本体33近くの支点182との間、すなわち、取付部材10の内部にバネ181が配置されている。バネ181は、第4指部180の第8接続部200を中心とした回転範囲において、常時、第4指部180を、第8接続部200を中心に図5中の矢印m1の方向(図中において時計回り方向)に回転させるモーメントを発生するように付勢する。そして、このようにバネ181によって常時図5中の矢印m1方向にモーメントが掛かると、多関節指80A及び多関節指80Bに対しては、連結部190を介して図5中の矢印m2の方向(図中において反時計回り方向)に回転させるモーメントが発生することになる。したがって、バネ181は、ハンド機構1を構成する各指80A、80B、80Cを常時閉じる方向に付勢していることになる。しかも、バネ181は多関節指80A、80Bの第1指部81に対しては付勢するが、第2指部91と第3指部101に対しては付勢しないので、付勢手段140の付勢力を阻害することはない。したがって、付勢手段140による第2指部91及び第3指部101への付勢力と、バネ181による第1指部81への付勢力は、相殺されることなく各々有効に働く。
 ここでハンド機構1では、図4に示すように多関節指80Aの回転面(後述する第1モード及び第2モードにより指が回転するときの軌跡、以下、他の指の回転面についても同じ)及び多関節指80Bの回転面、単関節指80Cの回転面が互いに平行となるように、各指における指部が構成され、且つ各指が取付部材10に取り付けられている。したがって、後述する第1モード及び第2モードが実行されても、多関節指80A、80B、単関節指80Cは互いに衝突、接触することなく、把持対象物の把持に影響を及ぼすことはない。また、図4から分かるように、ハンド機構1を正面から見たとき、単関節指80Cの回転面が、多関節指80A、80Bの回転面に挟まれるように、各指の相対位置が決定されている。このような配置により、第1モード及び第2モードを通して、把持対象物に対して単関節指80Cの両側を2つの多関節指80A、80Bが把持する形になるため、常に安定的に把持対象物を3点支持することが可能となる。
 また、図3に示すように、多関節指80A、80Bの第1指部81と単関節指80Cの第4指部180とを連結する連結部190は、その大部分が取付部材10の内部に隠れ、その一部だけが把持空間300に露出されている。このような構成にすることで、連結部190の大部分が把持空間300に露出している構成と比べて連結部190により把持空間300が狭くなるのを回避でき、ハンド機構1によって把持対象物をより的確に把持でき、又は、把持対象物を把持しようとするときのハンド機構1の位置決めや姿勢決めの制御が容易となる。好ましくは、後述する第1モード及び第2モードが実行されている間にわたって、連結部190の把持空間300側への露出量を可及的に少なく抑えるように、連結部190の第1指部81への連結部位である第10接続部202及び第4指部180への連結部位である第9接続部201の位置が決定される。また、第4指部180に付勢力を付与しているバネ181も取付部材10内に納められているので、バネ181がハンド機構1による把持対象物の把持動作を邪魔することはない。
 <ハンド機構1の動作>
 ここで、ハンド機構1の把持動作について詳細に説明する。ハンド機構1においては、多関節指80A、80Bと単関節指80Cとによる把持対象物のつまみ動作を行う第1モードと、主に多関節指80A、80Bによる把持対象物の巻き込み動作を行う第2モードが実行される。これらのモードにおけるハンド機構1の動作について、ハンド機構1の各指が最大に開いている状態(例えば、図5に示す状態)から、第1モード、第2モードが順次実行される形態を例として説明する。
 (1)第1モード
 第1モードでは、把持対象物のつまみ動作が可能となる。ここで、図5は、リニアアクチュエータ31のロッド35をアクチュエータ本体33内に最も引き込んだ状態を示しており、この状態では連結部材50は第1接続部87を中心にしてリニアアクチュエータ側に最も引き込まれた状態になっている。このとき、多関節指80A、80Bは、各指に含まれる指部および駆動部によるリンク構造上、指全体が最も外側に回転した状態であって、各指が図5に示すように真っ直ぐに伸ばされた状態となっている。この状態においては、第1指部81が第1接続部87を中心として外側に最も回転した位置にあるため、連結部190を介して、単関節指80Cの第4指部180も第8接続部200を中心として外側に最も回転した位置に置かれる。その結果、多関節指80A、80Bと、単関節指80Cは最も開いた状態となり、把持空間300が最も大きく形成されることになる。
 この状態からリニアアクチュエータ31を駆動してそのロッド35を押し出す。このとき把持空間300に把持対象物が存在しないとすると、連結部材50が第1接続部87を中心にして図5中左回転し、第3接続部113が第4接続部115方向に向かって押し出される。これによって、第1接続部87を中心として第1指部81、第2指部91、第3指部101全体がそのまま一体になって、すなわち、多関節指80A、80Bが真っ直ぐ伸びた状態のままで内側に回転していく。このように第1指部81、第2指部91、第3指部101全体がそのまま一体に回転するのは、付勢手段140によって多関節指80A、80Bでの各指部の姿勢を維持する付勢力が付与されているからである。
 また、多関節指80A、80Bの全体が第1接続部87を中心に内側に回転すると、連結部190を介して、単関節指80Cの第4指部180も第8接続部200を中心として内側に回転する。この結果、多関節指80A、80Bと単関節指80Cとは、それぞれの指が伸びた状態で、多関節指80A、80Bの先端部と単関節指80Cの先端部との距離が狭まるようにハンド機構1が閉じていく動作、すなわちつまみ動作が行われることになり、例えば、図10に示す状態となる。なお、図10に示す状態は、ハンド機構1の側面視において、第3指部101の先端部(すなわち多関節指80A、80Bの先端部)と、第4指部180の先端部(すなわち単関節指80Cの先端部)との間の距離が極めて近接した状態となっているが、図4に示すように、多関節指80A、80Bのそれぞれの回転面と、単関節指80Cの回転面は干渉しないことに留意したい。このつまみ動作が行われている過程では、バネ181によって第4指部180に対して内側に付勢力が付与されているため、つまみ動作が円滑に行われる。
 図10は、第1モードでのつまみ動作により、ハンド機構1の側面から見たときに多関節指80A、80Bの先端部と単関節指80Cの先端部との距離が極小となった状態を示している。本実施例では、このように両先端部間の距離が小さくなる状態で、側面視において先端部同士が対向する状態となる。そこで、この両先端部間に把持対象物が位置するようにハンド機構1の位置および姿勢を制御すれば、多関節指80A、80Bと単関節指80Cの各先端部により把持対象物をつまんだ状態で把持することが可能となる。また、このようにハンド機構1が把持対象物を多関節指80A、80Bと単関節指80Cとで把持可能(つまみ動作可能)となるハンド姿勢が、本発明に係る所定の姿勢に相当する。なお、この把持対象物を把持している状態においても、図10に示すようにバネ181によって第4指部180に対して内側に付勢力が付与されている。そのため、第1モードでは、当該付勢力が、先端部間での把持対象物の把持状態を維持しようと作用することになり、以て把持対象物を把持した状態でハンド機構1全体の位置や姿勢が変動しても、安定して把持対象物を把持し続けることが可能となる。また、リニアアクチュエータ31の電源が切られ駆動力の供給が絶たれた場合でも、バネ181の付勢力により把持対象物を把持し続けることが可能となる。
 なお、リニアアクチュエータ31を駆動して前記押し出したロッド35を後方に引き込むと、上述とは逆の動作によって多関節指80A、80B全体がそのまま第1接続部87を中心にして一体に回転するとともに、単関節指80Cの第4指部180も第8接続部200を中心として回転することで、多関節指80A、80Bと単関節指80Cが開き、図5に示す状態に戻ることになる。
 (2)第2モード
 次に、ハンド機構1での第2モードについて図11、図12に基づいて説明する。図11は、図3と同様にハンド機構1の側面図であり、図12は、多関節指80A、80Bの構造が内側から把握しやすいように、単関節指80Cに関連する構成の記載を省略して多関節指80A、80Bの構成を示す斜視図である。第2モードは、上記第1モードに続いて行われる把持動作である。ここで、把持空間300に把持対象物(図中、2点鎖線で示される)が配置された状態で、上述の第1モードが実行されて、第1指部81が第1接続部を中心に内側に回転している過程で、その第1指部81が把持対象物に当接した状態を想定する。この状態から更にリニアアクチュエータ31を駆動してロッド35を押し出すことで連結部材50を第1接続部87を中心に回転させると、第3接続部113が第4接続部115方向に向かって押し出される。ここで連結部材50に接続されている第1駆動部111は、第2指部91に第4接続部115において連結され、更に第1指部81は、第4接続部115よりも内側の第2接続部97において第2指部91に連結されているので、駆動機構30に連結した第1駆動部111の駆動力が、まず第2指部91に伝わり、次に第1指部81に伝わっていく。そして、第1指部81、第2指部91に、それぞれ第1接続部87、第2接続部97を中心とするトルクが生じることになる。このとき、第1指部81は把持対象物が存在するためその回転は事実的に阻止されているので、結果として、駆動機構30からの駆動力が付勢手段140の付勢力に打ち勝つと、図11に示すように第2指部91が第2接続部97を中心に内側に回転していく。
 このとき図11に示すように、第1指部81に設けた静止している第6接続部123は、第2接続部97を中心に回転する第4接続部115に対して近接した状態となるため、第2駆動部121が第2指部91に対して後方に引き込められ、第6接続部123が相対的に第6接続部挿入凹部931内から抜け出た状態となる。これによって、第7接続部125が、後方に引き込められて第7接続部挿入凹部933内に入り込み、第3指部101は第2指部91に対して第5接続部107を中心に内側に回転していく。そして図11に示すように、第1指部81に対して第2指部91を内側に折り曲げた際、第4接続部115は第1指部81の開口部分85内から外側に向けて露出していく。
 これによって第2指部91と第3指部101が折れ曲がり、把持対象物に対してこれらの指部が巻き込んでいく形で把持対象物が把持される。換言すると、第1指部81の先端側の第6接続部123において第2駆動部121を接続し、その第6接続部123の根元側の第2接続部97において第2指部91を第1指部81に対して接続しているので、第1指部81に対して第2指部91が回転した際は、第2駆動部121が第3指部101を第5接続部107の内側の第7接続部125において引っ張り又は移動を規制し、その結果、第2指部91と第3指部101は同時に内側に向かって回転し、折れ曲がり、把持対象物を巻き込むように把持する。つまり、第1指部81に対して第2指部91が回転した際は必ず同時に第3指部101が第2指部91に対して回転することになる。
 ここで、第2モードにおいてリニアアクチュエータ31によりロッド35が引き込むように駆動すると、第1接続部87を中心に連結部材50が取付部材10側に回転し、上述とは逆の動作によって第2接続部97、第5接続部107を中心に第2指部91、第3指部101が回転して、これらの指部による把持対象物の巻き込み状態が解消される。そして、第2指部91、第3指部101が、第1モードから第2モードに移り変わる際に第1指部81が把持対象物に当接したときの状態に戻ると、その後は、ハンド機構1の動作モードが切り替わり、上述した第1モードが実行される。そのため、多関節指80A、80Bは指全体が、第1接続部87を中心とした回転を行うとともに、単関節指80Cが第8接続部200を中心とした回転を行う。
 このようにハンド機構1では、第1指部81に対して把持対象物が接触し、その回転を阻止しない限りは、第1モードによる把持動作が行われ、第1指部81の回転が把持対象物によって阻止されると、第1モードから第2モードによる把持動作に切り替わる。そのため、把持空間300に位置する把持対象物を少なくとも第1モードか第2モードによる把持動作で確実に把持することができる。また、上述の通り、多関節指80A、80B、単関節指80Cのそれぞれの回転面は互いに衝突、接触しない。そのため、第1モードおよび第2モードにわたって、各指がどのように回転しても、把持空間300に存在しうる限りにおいて把持対象物を的確に把持することが可能となる。また、上述の通り第1モード及び第2モードにわたってバネ181の付勢力は付与され、ハンド機構1の指が閉じる方向の駆動力に対して補助が行われる。この付勢力は、構造の簡素な単関節指80C側に付与されることで、ハンド機構1の構造をいたずらに複雑化することなく、また、ハンド機構1の制御性を悪化させることなく、効果的なリニアアクチュエータ31の出力補助を実現し、ハンド機構1の小型化を促進し得るものである。
 ところで、ハンド機構1において、把持対象物が一方の多関節指80Aの第1指部81に当接する位置と、他方の指80Bの第1指部81に当接する位置とが異なっている場合、両者の第3接続部113の位置は同一位置のまま、多関節指80Aと多関節指80Bは、第2モードにおいてそれぞれ異なる独立した動作を行う。即ち、並列に配置した2組の多関節指80A、80Bを同時に単一の駆動機構30によって駆動するだけで、把持しようとする把持対象物の形状に応じて多関節指80A、80Bそれぞれの第1指部81、第2指部91、第3指部101の屈曲状態を容易に異ならせることができ、以て、安定した把持対象物の把持が可能となる。
 また、上述のハンド機構1では、第1指部81と第2指部91と第3指部101は何れも板材をU字状に折り曲げてその中央の底面部82、92、102を内側に向けて配置しているので、これら底面部82、92、102を把持対象物との当接面として直接機能させることができる。このため当接面となる部品を別途取り付ける必要がなく、構造の簡素化、軽量化が図れる。
 また、ハンド機構1においては、第2指部91の第2接続部97よりも根元側に突出させた部分に第4接続部115を設けたので、第2接続部97、第4接続部115が高さ方向に重ならず、これによって第1指部81、第2指部91を接続した第2接続部97近傍部分の高さ寸法の薄型化を図ることができる。同じように、第4接続部115の一部が第1指部81の外側に開口する開口部分85内に入り込むことで、第1指部81の内部を第4接続部115の揺動スペースの一部として使用することになる。この結果、第1指部81に対して第2指部91を内側に折り曲げた際に第4接続部115が第1指部81の開口部分85内から外側に向けて突出する突き出し量(突き出し寸法)を小さくすることができる。これにより、第1指部81、第2指部91間の折り曲げ状態にかかわらず、第1指部81、第2指部91を接続した第2接続部97近傍部分の高さ寸法の薄型化を図ることができる。
 一方、第2接続部97よりも先端側に突出させた部分に第6接続部123を設けているので、第2接続部97、第6接続部123は高さ方向に重ならない。第6接続部123は第3指部101を駆動する第2駆動部121を連結するために第1指部81に設けたものであるが、これによっても第1指部81および第2指部91を接続した第2接続部97近傍部分の高さ寸法の薄型化を図ることができる。また、第2指部91に設けた第6接続部挿入凹部931を第1指部81の左右両側面部83の間に配置したので、第6接続部123が第2指部91から外側に向けて突出する突き出し量(突き出し寸法)を小さくできる。つまり、第1指部81、第2指部91間の折り曲げ状態にかかわらず、第1指部81、第2指部91を接続した第2接続部97近傍部分の高さ寸法の薄型化を、この構成からも図ることができる。
 なお、第1駆動部111、第2駆動部121は何れも棒状の平板なので、第2指部91の両側面部93の間に嵌り込む構成を採用しても、両側面部93間の幅を小さくでき、第2指部91を必要最小限の幅寸法にすることができる。
 (ハンド機構1による耐荷重姿勢)
 上述のように、ハンド機構1は、駆動機構30の駆動力により多関節指80A、80Bと単関節指80Cとを用いて、第1モードと第2モードによる把持対象物の把持動作を実現可能とする。ここで、図1に戻る。上記の通り、単関節指80Cは、それを構成する第4指部180が、取付部材10に対して第8接続部200を中心に回転自在に接続されている。したがって、当該第8接続部200が本発明に係る第1取付接続部に相当するとともに、単関節指80Cが、本発明に係る第1指に相当する。また、多関節指80A、80Bについては、それを構成する第1指部81が、取付部材10に対して第1接続部87を中心に回転自在に接続されている。したがって、当該第1接続部87が本発明に係る第2取付接続部に相当するとともに、多関節指80A、80Bが、本発明に係る第2指に相当する。そして、取付部材10においては、第8接続部200の近くに、金属製の棒状のストッパ11が設けられている。ストッパ11は、第4指部180が第8接続部200を中心に取付部材10に近づくように回転してきたときに、第4指部180が取付部材10に接触する前に第4指部180の受け部180aと接触し、第4指部180のそれ以上の回転を阻止する。したがって、単関節指80Cに含まれる第4指部180が、本発明に係る所定の回転指部に相当し、また、ストッパ11は、単関節指80Cの第4指部180の取付部材10に近接する回転に関し事実上の可動範囲を決定する部材であり、本発明に係る接触部材に相当する。
 そして、ハンド機構1の把持空間300内に把持対象物が存在しない状態で、図5に示す状態からハンド機構1を第1モードで駆動していくと、多関節指80A、80Bの先端部と単関節指80Cの先端部との間の距離が縮まっていき、ハンド機構1は図10に示すつまみ可能な姿勢(本発明に係る所定の姿勢)をとることになる。更にこの状態からリニアアクチュエータ31が駆動すると、把持空間300に把持対象物が存在しないため、各指は第2モードで駆動されることなく、引き続き第1モードで駆動されることになる。そして、単関節指80Cの第4指部180の受け部180aが、ストッパ11と接触して単関節指80Cの回転が阻止され、リニアアクチュエータ31が駆動停止する。このように第2モードでの駆動が行われる前に単関節指80Cがストッパ11によってその回転が阻止されるまで、単関節指80Cと多関節指80A、80Bとが閉じ、両者が交差した所定の閉状態となったとき、ハンド機構1は耐荷重姿勢をとることになる。以降、この耐荷重姿勢について図13及び図14に基づいて説明する。
 図13はハンド機構1が耐荷重姿勢をとっているときの各指の所定の閉状態を示す図である。また、図14は、その所定の閉状態にあるハンド機構1に関し、第4指部180とストッパ11との接触状態が把握可能となるように、取付部材10の内部を可視化したものであり、更に、多関節指80A、80Bに関連する構成の図示を省略したものである。このようにハンド機構1が所定の閉状態に置かれているとき、棒状のストッパ11に対して第4指部180が上から覆うように接触しており、より具体的には、凹状に形成されている受け部180aにストッパ11が嵌まり込んでいる状態となっている(図14を参照)。更に、この閉状態においては、ハンド機構1の取付部材10の基部10a(各指が設けられている部位とは反対側の部位。図13、図14を参照。)に対して垂直の方向(図13に矢印で示す方向であり、以降「所定方向」という)において、第4指部180に設けられた突起部183の荷重接触面183aが、多関節指80A、80Bに関する構成よりも外側に位置している。
 このような閉状態における構成をハンド機構1が有することで、所定方向に沿ってハンド機構1に対して外部から荷重(外力)が掛けられたとき、第4指部180の突起部183が、その荷重接触面183aでその荷重を受けることになり、多関節指80A、80Bには荷重は掛からないことになる。そして、第4指部180はその内側の受け部180aでストッパ11に接触しているため、当該荷重印加時においては、荷重により第4指部180はストッパ11に押し付けられ、換言すれば第4指部180に印加された荷重は実質的にストッパ11によって支持されることになる。ストッパ11は取付部材10に直接固定されており、結果として外部からの荷重は、取付部材10によって支えられることになり、多関節指80A、80Cには作用しにくくなるため、多関節指80A、80Bを構成する各指部等に過大な荷重が掛かることを回避できる。これにより、第1モード及び第2モードでの駆動を実現するためのリンク機構を有するハンド機構1において、外部からの荷重に対しても十分な耐荷重性を発揮させることが可能となる。
 また、上記耐荷重性は、第4指部180の受け部180aとストッパ11との接触によって実現されている。ストッパ11自体は、図1に示すように取付部材10の内部に配置されるものであり、把持空間300にその一部が飛び出す形状を有するものではない。そのため、本実施例では、ハンド機構1の把持能力を阻害することなく、ハンド機構1に対して上記耐荷重性を付与することが可能となる。
 なお、図13を見ると理解できるが、ハンド機構1が所定の閉状態に置かれているとき、第4指部180の先端部についても多関節指80A、80Bより外側に位置している。そのため、外部からの荷重が第4指部180の先端部に掛かる場合でも、当該荷重をストッパ11で受け且つ多関節指80A、80Bに当該荷重が掛かりにくい状態とすることが可能である。ただし、単関節指80Cにおいては、第4指部180は第8接続部200で回転自在に支持されており、その先端部で荷重を受けると第8接続部200回りのモーメントが大きくなりやすく、ストッパ11や第8接続部200に掛かる負荷が大きくなる。そのため、外部からの荷重を受けるには、第4指部180の先端部よりも荷重接触面183aで荷重を受けるのが好ましいが、ストッパ11等への負荷が過大に大きくならない限りにおいて、第4指部180の先端部での荷重印加も可能である。
 ここで、ハンド機構1の用途例として、ロボットへの装着が考えられる。ヒューマノイド型のロボットに搭載することで、把持対象物の把持動作を行うことが可能となる。そのような場合、更に、図15に示すように、ロボットが座り込んだ状態から立ち上がろうとする立ち上がり動作時に、ハンド機構1を利用することも可能である。すなわち、ロボットの立ち上がり動作時に、ロボットの自重の一部をハンド機構1で支えることで、ロボットを立ち上がらせるために必要な、膝、足首、股関節等のアクチュエータの出力を軽減させることができる。なお、この立ち上がり動作時においては、第4指部180の突起部183の荷重接触面183aで、ロボットの立つ地面を押すようにハンド機構1の姿勢が制御される。この他、荷重接触面183aを介して対象物を打ち込むような打撃動作を行うことも可能である。
 <変形例1>
 上記実施例のハンド機構1では、単関節指80Cの根元近くにストッパ11を設けているが、これに代えて多関節指80A、80B側にストッパ11を設けてもよい。この場合、多関節指80A、80Bの構成のうち、取付部材10に第1接続部87を介して回転自在に取り付けられている第1指部81が、取付部材10側に設けられたストッパ11に接触するとともに、第1指部81に突起部183に相当する構成(突起構成)が配置される。そして、ハンド機構が図13等に示す所定の閉状態に置かれたときに、第1指部81の突起構成が単関節指80Cの第4指部180よりも外側に位置することで、外部からの荷重を当該突起構成で受けやすくする。このような構成により、多関節指80A、80B側で荷重を受け得る耐荷重姿勢をハンド機構1で実現することも可能である。
 <変形例2>
 上記実施例のハンド機構1では、第4接続部115の一部を第1指部81の開口部分85内に入り込ませたが、第4接続部115の全部を第1指部81の開口部分85内に入り込ませてもよい。また、連結部材50以外の部材(例えばリニアガイド等)によってリニアアクチュエータ31の駆動力を第3接続部113に伝達してもよい。
 <変形例3>
 また上記実施例のハンド機構1では、多関節指80Aと多関節指80Bにおけるリンク機構は同一としているが、両多関節指におけるリンク機構の構成を異ならせてもよい。すなわち、第1接続部87、第2接続部97、第3接続部113、第4接続部115の何れかの位置を両多関節指80A、80B間で異ならせてもよい。
 <変形例4>
 また、上記実施例のハンド機構1において、多関節指80Aと多関節指80Bの先端部の、特に第1モードで把持対象物をつまみ動作によって把持する際に把持対象物に接触する部位に溝部を設け、単関節指80Cの先端部の、特に第1モードで把持対象物をつまみ動作によって把持する際に把持対象物に接触する部位に、把持対象物との接触により変形可能な変形部を設けてもよい。溝部の形成は、つまみ動作によって把持対象物を滑らずに把持するために有効であるが、多関節指80A及び多関節指80Bの先端部と、単関節指80Cの先端部の両方に溝部が形成されると、仮に溝部に把持対象物の一部が嵌まってしまった場合に、把持対象物を非常に不安定な状態でつまみ上げてしまう可能性がある。そこで、このような不安定なつまみ動作を回避するために、一方の指の先端部を把持対象物の形状にならって変形しうる変形部を形成することで、第1モードでの把持動作を確実なものとすることができる。したがって、溝部が形成されるのが単関節指80Cの先端部であって、変形部が形成されるのが多関節指80Aと多関節指80Bの先端部であってもかまわない。
1・・・ハンド機構、10・・・取付部材、11・・・ストッパ(接触部材)、30・・・駆動機構、31・・・リニアアクチュエータ、50・・・連結部材、80A、80B・・・多関節指(第2指)、80C・・・単関節指(第1指)、81・・・第1指部、82・・・底面部、83・・・側面部、87・・・第1接続部(第2取付接続部)、91・・・第2指部、92・・・底面部、93・・・側面部、93a・・・甲側の辺、931・・・第6接続部挿入凹部、97・・・第2接続部、101・・・第3指部、107・・・第5接続部、111・・・第1駆動部、113・・・第3接続部、115・・・第4接続部、121・・・第2駆動部、123・・・第6接続部、125・・・第7接続部、180・・・第4指部、180a・・・受け部、183・・・突起部、183a・・・荷重接触面、190・・・連結部、200・・・第8接続部(第1取付接続部)、201・・・第9接続部、202・・・第10接続部、300・・・把持空間 

Claims (4)

  1.  取付部材と、
     駆動アクチュエータからの駆動力を伝える駆動部と、
     一又は複数の指部から構成され、前記取付部材に対して第1取付接続部を中心に回転自在に取り付けられた第1指と、
     前記第1指と接続され、且つ、前記取付部材に対して第2取付接続部を中心に回転自在に取り付けられた第2指であって、前記駆動部からの駆動力により該第1指に対して近接するように該第1指とともに該取付部材に対して回転する第2指と、
     を備えるハンド機構であって、
     前記第1指の前記一又は複数の指部には、前記第1取付接続部による回転中心を含む所定の回転指部が含まれ、
     前記取付部材は、前記第1指が前記第1取付接続部を中心として回転し且つ前記第2指が前記第2取付接続部を中心として回転し、該第1指と該第2指との相対的な回転が行われる回転面において該第1指と該第2指とが交差した所定の閉状態であるときに、該第1指の前記所定の回転指部が接触し、該所定の回転指部の該取付部材に対する回転を阻止する接触部材を有し、
     前記所定の回転指部が前記接触部材に接触し前記所定の閉状態である場合に、該所定の回転指部の所定部位が、該所定の閉状態において前記第2指より外側に位置する、
     ハンド機構。
  2.  前記第1指は、前記取付部材に対して前記第1取付接続部を中心に回転可能となるように接続された、前記所定の回転指部のみを有する単関節指である、
     請求項1に記載のハンド機構。
  3.  前記第1指は、前記取付部材に対して前記第1取付接続部を中心に回転可能となるように接続され、前記所定の回転指部を含む複数の指部同士が接続部を介して互いに回転可能となるように接続された多関節指である、
     請求項1に記載のハンド機構。
  4.  前記第1指の回転面及び前記第2指の回転面は互いに干渉せず、
     前記駆動部により前記第1指と前記第2指が回転され、該第1指と該第2指とによって把持対象物を把持し得る、前記ハンド機構の所定の姿勢を経て、該第1指が該第2指に対して更に回転されることで、前記所定の回転指部が前記接触部材に接触し、該ハンド機構が前記所定の閉状態に至る、
     請求項1から請求項3の何れか1項に記載のハンド機構。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3389954A1 (en) * 2015-12-16 2018-10-24 Comau LLC Adaptable end effector and method
JP6924129B2 (ja) * 2017-11-24 2021-08-25 川崎重工業株式会社 人型ロボット
JP6750154B2 (ja) * 2017-12-07 2020-09-02 アダマンド並木精密宝石株式会社 ロボットハンド
JP6937682B2 (ja) * 2017-12-26 2021-09-22 株式会社Preferred Networks デバイス組み立て用のシート及びデバイス
US11772839B2 (en) 2018-01-24 2023-10-03 Hunterwood Technologies Ltd Grabber clamp for material handling and apparatus and method for handling bale materials

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013069118A1 (ja) * 2011-11-09 2013-05-16 株式会社安川電機 ロボットハンド及びロボット
JP2015112650A (ja) * 2013-12-09 2015-06-22 Thk株式会社 ハンド機構

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4234547B2 (ja) * 2003-09-18 2009-03-04 博允 井上 ハンド装置
JP4535979B2 (ja) * 2005-09-29 2010-09-01 川田工業株式会社 ロボットの関節機構
JP5921225B2 (ja) * 2011-07-20 2016-05-24 株式会社岩田鉄工所 多指ハンド装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013069118A1 (ja) * 2011-11-09 2013-05-16 株式会社安川電機 ロボットハンド及びロボット
JP2015112650A (ja) * 2013-12-09 2015-06-22 Thk株式会社 ハンド機構

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KAZUMICHI MORIYAMA, SAIGAI TAIO-YO HUMANOID NO DEMO O MIRARERU 2015 KOKUSAI ROBOT TEN KAISAI, 2 December 2015 (2015-12-02), Retrieved from the Internet <URL:http://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/733270.html> [retrieved on 20170407] *

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