CN111295270B

CN111295270B - 机械手机构

Info

Publication number: CN111295270B
Application number: CN201880070949.5A
Authority: CN
Inventors: 远藤嘉将; 日高健儿
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2023-05-09
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: CN111295270A; WO2019087613A1; US20200391390A1; US11485025B2; JP2019084591A; DE112018005186T5; JP6927852B2

Abstract

为了延长通过可动部的柔性电缆的寿命而提供一种具有多个手指部且通过该手指部来把持对象物的机械手机构，该机械手机构具备：柔性电缆；关节部，其伴随对象物的把持而弯曲或者伸展，该关节部具有柔性电缆的路径，并且在路径具有第一面以及从第一面在弯曲部处弯曲而成的面即第二面；以及片材，其设置于第一面与柔性电缆之间且具有挠性，所述片材以在第二面与片材之间具有间隙的方式形成。

Description

机械手机构

技术领域

本发明涉及机械手机构。

背景技术

开发了安装于机器人臂等且通过多个手指部把持对象物的机械手机构。例如，在专利文献1中，公开有一种机器人装置，其具备：具有多个手指部的机械手机构(多指机械手部)、以及在前端安装有该机械手机构的机器人臂。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5505138号公报

发明内容

发明要解决的课题

在机械手机构中，有时在手指部的前端部具备压敏传感器。在压敏传感器上连接有柔性电缆，以将该压敏传感器的输出信号向控制装置输入。该柔性电缆的路径设置于手指部的内部。在手指部设置有在把持对象物时弯曲或者伸展的关节部，柔性电缆通过该关节部。

当关节部随着对象物的把持而反复进行弯曲或者伸展时，柔性电缆也与该动作相应地反复进行弯曲或者伸展。这里，若在关节部中存在棱边且在柔性电缆弯曲或者伸展时柔性电缆与棱边接触并摩擦，则柔性电缆有可能磨损。另外，若柔性电缆沿着棱边反复进行弯曲或者伸展，则也有可能在柔性电缆中发生疲劳破坏。这样，若柔性电缆的寿命变短，则迫使用户进行柔性电缆的更换作业。需要说明的是，在手指部、臂部具备其他传感器、马达等且与它们连接的柔性电缆通过关节部的情况下也可能发生同样的情况。

本发明是鉴于上述的各种实际情况而完成的，其目的在于延长通过可动部的柔性电缆的寿命。

用于解决课题的手段

本发明的方案之一是具有多个手指部且通过该手指部来把持对象物的机械手机构，其中，该机械手机构具备：柔性电缆；关节部，其伴随所述对象物的把持而弯曲或者伸展，该关节部具有所述柔性电缆的路径，并且在所述路径具有第一面以及从所述第一面在弯曲部处弯曲而成的面即第二面；以及片材，其设置于所述第一面与所述柔性电缆之间且具有挠性，并且以在所述第二面与所述片材之间具有间隙的方式形成。

发明效果

根据本发明，能够延长通过可动部的柔性电缆的寿命。

附图说明

图1是表示实施方式的机器人臂的概略结构的图。

图2是实施方式的机械手机构的立体图。

图3是实施方式的机械手机构的俯视图。

图4是实施方式的机械手机构的手指部的侧视图。

图5是从图4的箭头A的方向观察实施方式的机械手机构的手指部的前端部侧的图。

图6是表示实施方式的机械手机构的手指部中的第二关节部的可动范围的图。

图7是表示实施方式的机械手机构的手指部中的第一关节部的可动范围的图。

图8是表示实施方式的机械手机构的手指部的第一手指连杆部的前端侧的压敏传感器的配置的图。

图9是表示实施方式的手指部的第一关节部的概略结构的图。

图10是表示棱边附近的保护片材的状态的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明具体实施方式进行说明。其中，本实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别记载，就不表示将本发明的范围仅限定于这些内容。

根据本发明的机械手机构，由于在棱边上具备片材，因此能够抑制柔性电缆直接与棱边接触的情况。另外，由于以在第二面与片材之间具有间隙的方式形成片材，片材不沿着棱边弯曲，因此能够抑制柔性电缆的曲率半径过度地变小。另外，由于片材具有挠性，因此能够与关节部的弯曲以及伸展相应地变形，所以能够抑制妨碍柔性电缆的动作的情况。由此，能够抑制以棱边为原因引起的柔性电缆的磨损、疲劳破坏。

<实施方式>

这里，对将本发明的机械手机构应用于机器人臂的情况进行说明。图1是表示本实施方式的机器人臂的概略结构的图。机器人臂1具备机械手机构2、臂机构3、以及底座部4。在臂机构3的一端安装有机械手机构2。另外，臂机构3的另一端安装于底座部4。机械手机构2具备与臂机构3连接的基座部20、以及可动自如地支承于该基座部20的多个手指部21(在图1所示的例子中为4根手指部21)。

<机械手机构>

接下来，基于图2至图8，对机械手机构2的结构进行说明。图2是机械手机构2的立体图。图3是机械手机构2的俯视图。需要说明的是，在图3中，箭头表示各手指部21的旋转可动范围。如图2以及图3所示，在机械手机构2中，4根手指部21在以机械手机构2的长度方向(图3中与纸面垂直的方向)的轴为中心的圆周上以等角度间隔(即90deg间隔)配置于基座部20。另外，4根手指部21全部具有相同的结构并且为相同的长度。其中，各手指部21的动作分别被独立地控制。

图4至图8是用于对机械手机构2的手指部21的结构以及其驱动机构进行说明的图。图4是手指部21的侧视图。需要说明的是，在图4中，以透视基座部20的状态记载，还示出手指部21的位于基座部20的内部的一部分的内部结构。另外，图5是从图4的箭头A的方向观察手指部21的前端部侧的图。需要说明的是，在图4以及图5中，以透视后述的手指部21的第二手指连杆部212的一部分的状态记载，还示出该第二手指连杆部212的内部结构。

如图2以及图4所示，各手指部21具有第一手指连杆部211、第二手指连杆部212、以及基端部213。而且，手指部21的基端部213连接于基座部20。这里，在图3中如箭头所示，基端部213相对于基座部20能够绕手指部21的长度方向(图3中与纸面垂直的方向)的轴旋转地进行连接。另外，在手指部21中，在基端部213连接有第二手指连杆部212的一端。而且，在该第二手指连杆部212与基端部213的连接部形成有第二关节部23。另外，如图4以及图5所示，在手指部21中，在第二手指连杆部212的另一端连接有第一手指连杆部211的一端。而且，在该第一手指连杆部211与第二手指连杆部212的连接部形成有第一关节部22。

另外，如图4所示，在基座部20的内部设置有第二马达52以及第三马达53。第三马达53是用于驱动基端部213绕其轴旋转的马达。第三马达53的旋转力经由齿轮向基端部213的旋转轴传递，驱动基端部213旋转，与此相伴，驱动手指部21整体在图3中箭头所示的范围内旋转。另外，第二马达52是用于在第二关节部23处驱动第二手指连杆部212相对于基端部213相对旋转的马达。第二马达52的旋转力向第二手指连杆部212的旋转轴传递。其结果是，在图6中箭头所示的范围内，第二手指连杆部212被驱动为相对于基端部213相对旋转。如图6所示，第二关节部23形成为能够弯曲以及伸展。需要说明的是，利用第二马达52而得的驱动力与利用第三马达53而得的驱动力构成为分别独立地向其动作对象传递。

另外，如图4以及图5所示，在第二手指连杆部212的内部设置有第一马达51。第一马达51是用于在第一关节部22处驱动第一手指连杆部211相对于第二手指连杆部212相对旋转的马达。第一马达51的旋转力经由齿轮而向第一手指连杆部211的旋转轴传递。其结果是，在图7中箭头所示的范围内，第一手指连杆部211被驱动为相对于第二手指连杆部212相对旋转。如图7所示，第一关节部22形成为能够弯曲以及伸展。

另外，如图2、图4、图5、以及图8所示，在本实施方式中，在手指部21的第一手指连杆部211的前端侧设置有压敏传感器70。压敏传感器70是对作用于第一手指连杆部211的前端部的外力(压力)进行检测的传感器。另外，如图4所示，压敏传感器70设置于第一手指连杆部211中的、第一关节部22的弯曲方向侧的壁面(以下，也有时称为“弯曲侧壁面”。)215以及伸展方向侧的壁面(以下，也有时称为“伸展侧壁面”。)216这两面。这里，在本实施方式中，在第一手指连杆部211的前端侧的弯曲侧壁面215形成为曲面状。因此，如图8所示，在第一手指连杆部211的前端侧的弯曲侧壁面215可以沿着其曲面形状排列地设置有多个压敏传感器70。

<臂机构>

臂机构3具备第一臂连杆部31、第二臂连杆部32、第三臂连杆部33、第四臂连杆部34、第五臂连杆部35、以及连接构件36。在各臂连杆部设置有用于使其绕轴旋转的马达(省略图示)。通过使臂机构3成为这样的结构，例如，能够使该臂机构3成为具有6自由度的自由度的机构。

<底座部>

在底座部4内置有用于控制机械手机构2以及臂机构3的控制装置(省略图示)。控制装置包括生成用于驱动设置于机械手机构2以及臂机构3的各马达的驱动信号的多个驱动器，并且构成为使来自各驱动器的驱动信号向对应的各马达供给。另外，向控制装置输入来自压敏传感器70的信号。控制装置包括具有运算处理装置以及存储器的计算机。另外，控制装置存储规定的控制程序，执行该程序，从而控制机械手机构2以及臂机构3。

<关节部>

图9是表示手指部21的第一关节部22的概略结构的图。在图9中省略了一部分机构。在手指部21的第一手指连杆部211的前端侧如图7所示那样设置有压敏传感器70，压敏传感器70经由柔性电缆200而连接于控制装置。柔性电缆200是将平板导体并列排列并用绝缘体覆盖整体的电线，并且具有挠性。平板导体例如能够使用铜。另外，绝缘体例如能够使用聚酰亚胺或者聚酯。

柔性电缆200从第一手指连杆部211配线到底座部4，因此在第一关节部22的内部也存在柔性电缆200的路径。在第一关节部22的弯曲以及伸展时，通过柔性电缆200与其动作相应地变形，从而抑制该柔性电缆200的断线，维持电连接。

但是，在第一关节部22的弯曲或者伸展时，存在柔性电缆200与形成于第一关节部22的棱边201接触的情况。这里所提到的棱边201是在形成第一关节部22的构件的表面上呈凸状弯曲的位置。图9所示的棱边201存在于在第一关节部22的弯曲时柔性电缆200可能接触的位置。棱边201在两个面(第一面203以及第二面204)的交线处形成。因此，第二面204是从第一面203在棱边201(弯曲部)处弯曲而成的面。即，在本实施例中，棱边201相当于本发明中的弯曲部。

假设，在为每当第一关节部22反复弯曲时柔性电缆200与棱边201接触的那种结构的情况下，棱边201使柔性电缆200磨损。另外，若由于棱边201(弯曲部)而使柔性电缆200弯折，则有可能导致疲劳破坏。需要说明的是，对于弯曲部，能够包括对其完成了倒角的结构、具有曲面的结构。例如，通过用曲面形成弯曲部，增大其曲率半径，能够在一定程度上抑制磨损、疲劳破坏的发生，但有可能在第一关节部22反复弯曲时，磨损、疲劳发展。

因此，在本实施方式中，在柔性电缆200与棱边201之间设置有具有挠性的片状的构件即保护片材202。图10是表示棱边201附近的保护片材202的状态的图。需要说明的是，第一面203以及第二面204是构成第一关节部22的构件的表面。保护片材202例如使用粘接剂粘接于柔性电缆200。另外，保护片材202在第一面203上夹在柔性电缆200与棱边201之间，第一面203与保护片材202例如通过粘接剂固定。因此，柔性电缆200以与第一面203之间夹着保护片材202的状态沿着第一面203配置。

另一方面，保护片材202不与第二面204粘接。因此，保护片材202不在图10中的棱边201处弯曲，而是从第一面203向第二面204上的空间突出。即，保护片材202从棱边201沿第一面203的面方向突出。保护片材202由于具有挠性而能够在第二面204上的空间内挠曲。这样，即使保护片材202挠曲，也以在第二面204与保护片材202之间具有间隙的方式形成有该保护片材202。需要说明的是，以使保护片材202不与第二面204接触且能够向第二面204侧挠曲的方式，确定保护片材202的材料以及形状。

这样，通过配置保护片材202，能够抑制柔性电缆200与棱边201接触的情况。因此，在第一关节部22弯曲时，能够抑制柔性电缆200在棱边201摩擦而磨损。

另外，在第一关节部22弯曲时，柔性电缆200由于与保护片材202成为一体地挠曲，因此与柔性电缆200以单体挠曲的情况相比，难以挠曲。即，假设在棱边201上直接配线了柔性电缆200的情况下，柔性电缆200在棱边201上弯曲，此时的棱边201上的柔性电缆200的曲率半径较小。另一方面，配线于保护片材202上的柔性电缆200在弯曲时在棱边201周边处最小的曲率半径(参照图10。)较大。因此，即使在第一关节部22反复弯曲时柔性电缆200反复弯曲，由于此时的曲率半径较大，所以也难以发生疲劳破坏。

保护片材202从棱边201向第二面204的上部突出的长度的上限值以柔性电缆200不与其他构件接触的方式确定。若保护片材202过长，则柔性电缆200变得难以挠曲，因此在第一关节部22弯曲时，有可能柔性电缆200不充分挠曲而与其他构件接触。因此，以抑制与其他构件的接触的方式确定保护片材202的长度。

另外，保护片材202从棱边201向第二面204的上部突出的长度的下限值以柔性电缆200的磨损、疲劳强度为容许范围的方式确定。例如，若保护片材202过短，则在第一关节部22弯曲时保护片材202不充分挠曲，因此柔性电缆200容易在保护片材202的端部处弯曲。在该情况下，在保护片材202的端部处容易发生柔性电缆200的疲劳破坏。以抑制这种疲劳破坏的方式设定保护片材202的长度。

考虑到以上情况，预先通过实验或者模拟等预先求出保护片材202从棱边201向第二面204的上部突出的长度。另外，通过使保护片材202的宽度为柔性电缆200的宽度以上，来抑制柔性电缆200与棱边201直接接触的情况。

另外，也可以以抑制保护片材202自身使柔性电缆200磨损的情况的方式，选定保护片材202的材料。在该情况下，若将保护片材202的硬度设定为柔性电缆200的硬度以下，则能够抑制柔性电缆200的磨损。另外，从抑制保护片材202因棱边201而磨损的这一观点出发，保护片材202的硬度较高为佳。因此，为了抑制保护片材202以及柔性电缆200的磨损，使保护片材202的硬度在柔性电缆200的硬度以下的范围内尽量高为佳。于是，也可以以保护片材202的硬度和柔性电缆200的硬度为相同程度的方式，选定保护片材202的材料。在该情况下，也可以使柔性电缆200的材料与保护片材202的材料相同。例如，也可以将不与任何地方电连接的柔性电缆用作保护片材202。

需要说明的是，在本实施方式中，举出在第一关节部22弯曲时柔性电缆200与棱边201接触的结构为例进行了说明，但取而代之，即使具有在第一关节部22的伸展时柔性电缆与棱边接触的结构，通过在棱边与柔性电缆之间设置保护片材，也能够抑制在第一关节部22的伸展时的柔性电缆的磨损以及疲劳破坏。

另外，在本实施方式中，对通过第一关节部22的压敏传感器70用的柔性电缆200进行了说明，但保护片材202不限于此，也能够用于通过其他位置的柔性电缆200。即，在柔性电缆200通过存在于其他位置的棱边上的情况下，通过在该位置设置保护片材，能够抑制柔性电缆200的磨损以及疲劳破坏。

例如，连接于压敏传感器70的柔性电缆200由于从第一手指连杆部21配线到底座部4，因此也通过第二关节部23的内部。因此，在第二关节部23中，也同样设置保护片材202，能够抑制柔性电缆200的磨损以及疲劳破坏。

另外，例如，也可以考虑为了向第二手指连杆部212的内部具备的第一马达51供给电力而使用柔性电缆。由于该柔性电缆通过第二关节部23，因此在该第二关节部23存在棱边的情况下，通过与上述说明同样地设置保护片材202，能够抑制柔性电缆的磨损以及疲劳破坏。

而且，也能够是在臂机构3内也同样地设置保护片材202。

根据如以上那样本实施方式，通过设置保护片材202，能够抑制柔性电缆200的磨损以及疲劳破坏。因此，由于能够延长柔性电缆200的更换周期，因此能够减轻维护的工夫。

附图标记说明

1···机器人臂，2···机械手机构，21···手指部，200···柔性电缆，201···棱边，202···保护片材。

Claims

1.一种机械手机构，其具有多个手指部且通过该手指部来把持对象物，其中，

所述机械手机构具备：

柔性电缆；

关节部，其伴随所述对象物的把持而弯曲或者伸展，所述关节部具有所述柔性电缆的路径，并且在所述路径具有第一面以及从所述第一面在弯曲部处弯曲而成的面即第二面；以及

片材，其设置于所述第一面与所述柔性电缆之间且具有挠性，所述片材以在所述第二面与所述片材之间具有间隙的方式形成，并粘接于所述柔性电缆，

所述片材固定于所述第一面，并且通过从所述弯曲部沿所述第一面的面方向突出，从而在所述第二面与所述片材之间形成间隙。

2.根据权利要求1所述的机械手机构，其中，

所述片材的硬度设定为所述柔性电缆的硬度以下。

3.根据权利要求2所述的机械手机构，其中，

所述片材的硬度设定为与所述柔性电缆的硬度相同。

4.根据权利要求1或2所述的机械手机构，其中，

所述片材使用与所述柔性电缆相同的材料而形成。

5.根据权利要求3所述的机械手机构，其中，

所述片材使用与所述柔性电缆相同的材料而形成。