JP2004130405A - ロボットハンド駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】設置スペースが小さく、且つ、作動位置が安定するロボットハンド駆動機構を提供すること。
【解決手段】本発明のロボットハンド駆動機構は、掌部分と指１２を備え、指が付け根関節１４と第１の指部分１６と第２の指部分２０とを有するロボットハンドの指部分を回動させるロボットハンド駆動機構であって、第１の指部分を回動させる駆動手段と、自転不能に取付けられた第１の固定歯車４０と、第１の固定歯車に噛合して自転可能に取付けられた第１の位相歯車４４と、第１の位相歯車と一体的に回転する第１のプーリ４６と、第２の指部分に固定された第２の固定歯車５０と、第２の固定歯車に同軸に固定された第２のプーリ５２と、第１のタイミングベルト５４と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットハンド駆動機構に関し、詳細には、ヒューマノイド（人型）ロボット等のロボットハンドの指を屈伸させるための駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットハンドの指を屈伸させるための駆動機構では、設置スペースの制約により、一般に、掌部分に駆動機構の動力源を配置している。そして、駆動源からの動力を指先に伝達するために、指の関節にプーリを配置し、このプーリをワイヤで繋ぐ構成が採られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成は、プーリがワイヤとの摩擦力で回転駆動させられる構成であるため、ワイヤとプーリとの間に滑りが不可避であり、繰り返し作動させたとき、作動位置即ち指の位置が安定しないという問題を有している。ワイヤに代えて、タイミングベルトを用いて動力伝達を行うことも考えられるが、従来の構成のワイヤをタイミングベルトに置き換えた構成では、１つのプーリに最低でも２本のタイミングベルトが巻回されるので、設置スペースが大きくなるという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、設置スペースが小さく、且つ、作動位置が安定するロボットハンド駆動機構を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、掌部分と、少なくとも１本の指とを備え、該指が、付け根部分の付け根関節と、該付け根関節を介して前記掌部分に対して回動可能に連結された第１の指部分と、該第１の指部分の先端部に設けられた第１の関節を介し該第１の指部分の先端部に回動可能に連結された第２の指部分とを有するロボットハンドの前記指部分を前記関節を中心に回動させるロボットハンド駆動機構であって、前記第１の指部分を前記付け根関節を中心に回動させる駆動手段と、前記付け根関節に自転不能に取付けられた第１の固定歯車と、前記第１の固定歯車の先端側で該第１の固定歯車に噛合して自転可能に前記第１の指部分に取付けられた第１の位相歯車と、前記第１の位相歯車と一体的に回転する第１のプーリと、前記第１の関節で第２の指部分に固定された第２の固定歯車と、該第２の固定歯車に同軸に固定された第２のプーリと、前記第１および第２のプーリに巻回された第１のタイミングベルトと、を備えているロボットハンド駆動機構が提供される。
【０００６】
このような構成によれば、動力伝達にタイミングベルトが使用されるので、プーリとの間で滑りが生じることなく、作動位置が安定する。また、１つのプーリに複数のタイミングベルトが巻回されることがなく、直列の動力伝達系となるので、特に、幅方向の設置スペースが小さくなる。さらに、複数の指部分（関節の間の部分）をシンクロさせて駆動でき、噛合する固定歯車と位相歯車とのギア比を変更することにより、指部分の相対的な駆動（屈伸）速度を調整できる。
【０００７】
本発明の好ましい態様によれば、前記第２の指部分の先端部に設けられた第２の関節を介し前記第２の指部分の先端部に回動可能に連結された第３の指部分と、前記第２の固定歯車の先端側で該第２の固定歯車に噛合して自転可能に前記第２の指部分に取付けられた第２の位相歯車と、前記第２の位相歯車と一体的に回転する第３のプーリと、該第３の固定歯車に同軸に固定された第４のプーリと、前記第３および第４のプーリに巻回された第２のタイミングベルトと、を更に備えている。
【０００８】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記指が複数本、設けられ、該指の各々が、前記駆動手段をそれぞれ備えている。このような構成によれば、複数の指を完全に独立して曲げ伸ばしさせることが可能となる。
【０００９】
本発明の別の好ましい態様によれば、前記指が複数本、設けられ、該各指が、同一の駆動手段によって、駆動される。
本発明のもう一つの好ましい態様によれば、前記駆動手段が、前記掌部分に設けられている。さらに、本発明のもう一つの好ましい態様によれば、前記駆動手段が、前記付け根関節で第１の指部分に固定された従動プーリと、駆動源に連結された駆動プーリと、前記従動プーリと駆動プーリとに巻回された駆動タイミングベルトとを備えている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。尚、説明の都合上、各指の他の２つの関節のうち掌側（指の基端、即ち、付け根側）の関節を「第１の関節」、指の先端側の関節を「第２の関節」とする。
【００１１】
図１は、本発明の好ましい実施形態のロボットハンド駆動機構が組み込まれたロボットハンド１の概略な図面であり、図２は、３本の指の付け根関節および第１関節近傍を透視した斜視図である。また、図３は、小指を伸ばした状態に配置しているロボットハンド駆動機構の構成を側面から示す図面である。図４は、図３の構成の付け根関節付近を正面から示す図である。図５は、小指を曲げた状態に配置しているロボットハンド駆動機構の構成を側面から示す図面である。
【００１２】
図１に示されているように、ロボットハンド１は、人間の手と同様に、掌部分２と、５本の指４、６、８、１０、１２とを備えている。人差し指６、中指８、薬指１０および小指１２は、それぞれ、指の付け根の付け根関節１４と、付け根関節１４を介して掌部分２に対して回動可能に連結された第１の指部分１６と、第１の指部分１６の先端部に設けられた第１の関節１８を介し第１の指部分１６の先端部に回動可能に連結された第２の指部分２０と、第２の指部分２０の先端部に設けられた第２の関節２２を介し第２の指部分２０の先端部に回動可能に連結された第３の指部分２４とを備えている。
これらの４本の指６、８、１０、１２は同一の構造を備え、同一の駆動機構が組み込まれている。従って、以下、小指１２の構成を説明し、他の指６、８、１０に関する説明は省略する。
【００１３】
次に、図２ないし図５を参照して、小指１２に組み込まれているロボットハンド駆動機構の具体的な構成を説明する。掌部分２の小指１２の付け根近傍には、正逆転可能なモータ２６が内蔵されている。モータ２６の出力軸２８には、ウォームギア３０が取付けられ、このウォームギア３０は、掌部分２に回転可能に取付けられたウォームホイール３２に噛み合っている。ウォームホイール３２には、これと一体に回転する駆動プーリ３４が同軸に付けられている。
【００１４】
小指１２の基端部分を構成する第１の指部分１６の基端側（掌部分側）部が、付け根関節１４を構成する付け根回転軸３６を中心として回動可能に、掌部分２に連結されている。この付け根回転軸３６には、従動プーリ３８と第１の固定歯車４０が同軸に取付けられている。従動プーリ３８は、第１の指部分１６に対して回転しないように、即ち、第１の指部分１６と一体的に回転するように第１の指部分１６の基端部に固定されている。従って、従動プーリ３８が回転することにより、第１の指部分１６が付け根回転軸３６を中心に回動する。また、第１の固定歯車４０は、掌部分２に対して回転しないように、即ち、付け根回転軸３６を中心に自転しないように、掌部分２に固定されている（図４参照）。
駆動プーリ３４と従動プーリ３８に、駆動タイミングベルト４２が巻回されている。このような構成により、モータ２８の回転が、従動プーリ３８に伝達される。
【００１５】
第１の固定歯車４０の先端側に、第１の位相歯車４４が配置されている。第１の位相歯車４４は、第１の固定歯車４０に噛合して、自転可能に第１の指部分１６に取付けられている。第１の位相歯車４４には、これと一体的に回転する第１のプーリ４６が同軸に固定されている。
【００１６】
また、第１の指部分１６の先端部には、小指１２の中間部分を構成する第２の指部分２０の基端側（掌部分側）部が、第１の関節１８を構成する第１の回転軸４８を中心として回動可能に連結されている。この第１の回転軸４８には、第２の固定歯車５０と第２のプーリ５２が同軸に取付けられている。第２の固定歯車５０は、第１の指部分１６に対して回転しないように、即ち、第１の回転軸４８を中心に自転しないように、第１の指部分１６に固定されている。また、第２のプーリ５２は、第２の指部分２０に対して回転しないように、即ち、第２の指部分２０と一体的に回転するように第２の指部分２０の基端部に固定されている。従って、第２のプーリ５２が回転することにより、第２の指部分２０が第１の回転軸４８を中心に回動する。第１のプーリ４６と第２のプーリ５２に、第１のタイミングベルト５４が巻回されている。
【００１７】
第２の固定歯車５０の先端側に、第２の位相歯車５６が配置されている。第２の位相歯車５６は、第２の固定歯車５０に噛合して、自転可能に第２の指部分２０に取付けられている。第２の位相歯車５６には、これと一体的に回転する第３のプーリ５８が同軸に固定されている。
【００１８】
さらに、第２の指部分２０の先端部には、小指１２の先端部分を構成する第３の指部分２４の基端側（掌部分側）部が、第２の関節２２を構成する第２の回転軸６０を中心として回動可能に連結されている。この第２の回転軸６０には、第４のプーリ６２が同軸に取付けられている。第４のプーリ６２は、第２の指部分２０に対して回転しないように、即ち、第２の回転軸６０を中心として第２の指部分２０と一体的に回転するように第２の指部分２０の基端部に固定されている。従って、第４のプーリ６２が回転することにより、第３の指部分２４が第２の回転軸６０を中心に回動する。第３のプーリ５８と第４のプーリ６２に、第２のタイミングベルト６６が巻回されている。
【００１９】
このような構成を有する小指１２の駆動機構の動作を説明する。小指１２を図３に示す伸び状態から図５に示す曲げ状態に移行させるときには、モータ２６を回転させて駆動タイミングベルト４２を矢印Ａ方向に回転駆動させる。駆動タイミングベルト４２の回転により、従動プーリ３８が矢印Ｂ方向に回転させられる。従動プーリ３８は第１の指部分１６の基端部に固定されているので、従動プーリ３８の矢印Ｂ方向への回転により、第１の指部分１６は付け根回転軸３６を中心として矢印Ｃ方向に回動する。
【００２０】
このとき、第１の固定歯車４０は、第１の指部分１６に対して回転しないので、第１の指部分１６に自転（回転）可能に取付けられている第１の位相歯車４４は、自転しながら第１の固定歯車４０に沿って矢印Ｄ方向に転がる。
【００２１】
この第１の位相歯車４４の回転（自転）が、第１のプーリ４６、第１のタイミングベルト５４を介して、第２のプーリ５２に伝わり、第２のプーリ５２を矢印Ｅ方向に回転させる。第２プーリ５２は、第２の指部分２０と一体的に回転するように第２の指部分２０の基端部に固定されているので、第２のプーリ５２が矢印Ｅ方向に回転すると、第２の指部分２０が第１の回転軸４８を中心に矢印Ｆ方向に回動する。
【００２２】
この第２の指部分２０の回動により、第２の位相歯車５６が自転しながら、第２の固定歯車５０に沿って矢印Ｇ方向に転がる。この第２の位相歯車５６の回転（自転）が、第３のプーリ５８、第２のタイミングベルト６６を介して、第４のプーリ６２に伝達される。第４プーリ６２は、第３の指部分２４と一体的に回転するように第３の指部分２４の基端部に固定されているので、第４のプーリ６２が矢印Ｈ方向に回転すると、第３の指部分２４が第２の回転軸６０を中心に矢印Ｊ方向に回動する。
【００２３】
このように、モータ２６の回転により、各指部分１６、２０、２４が関節１４、１８、２２を中心として回動させられ、指を曲げる動作が実行され、図５にしめされた各指が曲がった状態となる。なお、各指部分の曲げは、シンクロして実行される。また、曲げの速度は、各歯車のギア比によって、適宜設定される。
指を伸ばすときには、モータ２６を逆回転させることにより、上述した曲げ動作と逆の動作が起こり、指が伸びる。
【００２４】
親指４も基本的には、小指１２と同一の駆動機構を備えている。しかしながら、第２の関節を備えていないため、親指４の駆動機構は、第２の固定歯車５０から先端側の構成を備えていない点で、小指１２の駆動機構と異なる。
【００２５】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなくて、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
上記実施形態では、指毎に専用モータ２６が取付けられた構成であるが、１つのモータで複数の指を駆動する構成としてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、設置スペースが小さく、且つ、作動位置が安定するロボットハンド駆動機構が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態のロボットハンド駆動機構が組み込まれたロボットハンドの概略な図面である。
【図２】３本の指の付け根関節と第１の関節の近傍を拡大して透視した斜視図である。
【図３】小指を伸ばした状態に配置しているロボットハンド駆動機構の構成を側面から示す図面である。
【図４】図３の構成の付け根関節付近を正面から示す図である。
【図５】小指を曲げた状態に配置しているロボットハンド駆動機構の構成を側面から示す図面である。
【符号の説明】
１：ロボットハンド
２：掌部分
６：人差し指
８：中指
１０：薬指
１２：小指
１４：付け根関節
１６：第１の指部分
１８：第１の関節
２０：第２の指部分
２２：第２の関節
２４：第３の指部分
２６：モータ
４０：第１の固定歯車
４４：第１の位相歯車
４６：第１のプーリ
５０：第２の固定歯車
５６：第２の位相歯車

Claims (6)

1. 掌部分と、少なくとも１本の指とを備え、該指が、付け根部分の付け根関節と、該付け根関節を介して前記掌部分に対して回動可能に連結された第１の指部分と、該第１の指部分の先端部に設けられた第１の関節を介し該第１の指部分の先端部に回動可能に連結された第２の指部分とを有するロボットハンドの前記指部分を前記関節を中心に回動させるロボットハンド駆動機構であって、
   前記第１の指部分を前記付け根関節を中心に回動させる駆動手段と、
   前記付け根関節に自転不能に取付けられた第１の固定歯車と、
   前記第１の固定歯車の先端側で該第１の固定歯車に噛合して自転可能に前記第１の指部分に取付けられた第１の位相歯車と、
   前記第１の位相歯車と一体的に回転する第１のプーリと、
   前記第１の関節で第２の指部分に固定された第２の固定歯車と、
   該第２の固定歯車に同軸に固定された第２のプーリと、
   前記第１および第２のプーリに巻回された第１のタイミングベルトと、を備えている、
   ことを特徴とするロボットハンド駆動機構。
2. 前記第２の指部分の先端部に設けられた第２の関節を介し前記第２の指部分の先端部に回動可能に連結された第３の指部分と、
   前記第２の固定歯車の先端側で該第２の固定歯車に噛合して自転可能に前記第２の指部分に取付けられた第２の位相歯車と、
   前記第２の位相歯車と一体的に回転する第３のプーリと、
   該第３の固定歯車に同軸に固定された第４のプーリと、
   前記第３および第４のプーリに巻回された第２のタイミングベルトと、を更に備えている、
   請求項１に記載のロボットハンド駆動機構。
3. 前記指が複数本、設けられ、
   該指の各々が、前記駆動手段をそれぞれ備えている、
   請求項１または２に記載のロボットハンド駆動機構。
4. 前記指が複数本、設けられ、
   該各指が、同一の駆動手段によって、駆動される、
   請求項１または２に記載のロボットハンド駆動機構。
5. 前記駆動手段が、前記掌部分に設けられている、
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のロボットハンド駆動機構。
6. 前記駆動手段が、前記付け根関節で前記第１の指部分に固定された従動プーリと、駆動源に連結された駆動プーリと、前記従動プーリと駆動プーリとに巻回された駆動タイミングベルトと、を備えている、
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボットハンド駆動機構。

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