JP2006192523A - Articulated finger mechanism - Google Patents

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Masanobu Furukawa
正信 古川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an articulated finger mechanism suitable for a robot hand and also suitable for miniaturization. <P>SOLUTION: A driven pulley 14 is connected to and fixed on a shaft 5a of a joint 5, the driven pulley 14 is communicated to a finger drum part 2 through a connecting piece 2a, and the driven pulley 14, the shaft 5a of the joint 5 and the finger drum part 2 are rotated together by transmitting rotation of an output shaft of a motor 11 to the driven pulley 14 through each of wires 5. Consequently, it is possible to shorten the finger drum part 2 (distance between each of the joints 5, 6) without requiring an intermediate pulley as conventionally. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ロボットハンドに好適な多関節指機構に関する。   The present invention relates to an articulated finger mechanism suitable for a robot hand.

周知の様にロボットハンドの指を屈伸させるための駆動機構としては、プーリとワイヤーを組み合わせたものやギヤを組み合わせたもの等、多種多様なものが既に提案されている。   As is well known, various drive mechanisms for bending and extending the fingers of a robot hand have been proposed, such as a combination of pulleys and wires and a combination of gears.

例えば、特許文献１には、プーリとワイヤーを組み合わせた多関節型マニピュレータ機構と称するものが開示されている。ここでは、図１５に示す様に各リンク部材１０１、１０２、１０３を各関節１０４、１０５により連結し、各関節１０４、１０５にそれぞれの関節プーリ１０６、１０７を設け、各リンク部材１０２、１０３にそれぞれの中間プーリ１０８、１０９を設けている。そして、各ワイヤー１１１、１１２を各関節プーリ１０６、１０７及び各中間プーリ１０８、１０９間で交差する様に張設し、各ワイヤー１１１、１１２の先端１１１ａ、１１２ａをリンク部材１０３に接続固定している。   For example, Patent Document 1 discloses an articulated manipulator mechanism that combines a pulley and a wire. Here, as shown in FIG. 15, each link member 101, 102, 103 is connected by each joint 104, 105, each joint 104, 105 is provided with a respective joint pulley 106, 107, and each link member 102, 103 is attached to each link member 102, 103. Respective intermediate pulleys 108 and 109 are provided. Then, the wires 111 and 112 are stretched so as to intersect between the joint pulleys 106 and 107 and the intermediate pulleys 108 and 109, and the tips 111a and 112a of the wires 111 and 112 are connected and fixed to the link member 103. Yes.

この様な構成においては、ワイヤー１１１を左方向に引くと、ワイヤー１１１の張設経路が短くなって、関節１０５が回転して曲がり、またワイヤー１１２を左方向に引くと、ワイヤー１１２の張設経路が短くなって、関節１０５が回転して元に戻る。換言すれば、各ワイヤー１１１、１１２のテンションの差により関節１０５回りのモーメントが生じ、関節１０５が回転する。
特開２００４−２２３６８８号公報 In such a configuration, when the wire 111 is pulled leftward, the tensioning path of the wire 111 is shortened, the joint 105 rotates and bends, and when the wire 112 is pulled leftward, the tensioning of the wire 112 is performed. The path becomes shorter and the joint 105 rotates and returns. In other words, a moment around the joint 105 is generated by the difference in tension between the wires 111 and 112, and the joint 105 rotates.
JP 2004-223688 A

しかしながら、特許文献１に記載のマニピュレータ機構では、中間プーリをリンク部材に設けているので、リンク部材が長くなりかつ大型化するという問題があった。特に、中間プーリ１０９を指先に相当するリンク部材１０３に設けると、この指先のリンク部材１０９が長くなり過ぎ、マニピュレータ機構のサイズ及び形状と人の指のそれとの差異が著しくなった。   However, in the manipulator mechanism described in Patent Document 1, since the intermediate pulley is provided on the link member, there is a problem that the link member becomes long and large. In particular, when the intermediate pulley 109 is provided on the link member 103 corresponding to the fingertip, the link member 109 of the fingertip becomes too long, and the difference between the size and shape of the manipulator mechanism and that of a human finger becomes significant.

このため、中間プーリを小型化して、リンク部材を短くかつ小型化することが考えられるが、ワイヤーを中間プーリに掛けているので、中間プーリの小型化には限界があった。これは、ワイヤーが複数の素線を撚ったものであることから、中間プーリの径が小さくなって、中間プーリに掛けられたワイヤーの曲率が大きくなると、ワイヤーの各素線のテンションに大きなバラツキが生じ、ワイヤーのテンションの安定的な維持が困難になるためである。一般には、プーリ径をワイヤーの素線径の２００〜３００倍程度に設定することが推奨されている。例えば、ワイヤーの素線径が０．０５ｍｍであるならば、プーリ径を１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度にする必要がある。   For this reason, it can be considered that the intermediate pulley is reduced in size and the link member is shortened and reduced in size. However, since the wire is hung on the intermediate pulley, there is a limit to downsizing the intermediate pulley. This is because the wire is made by twisting a plurality of strands, and when the diameter of the intermediate pulley decreases and the curvature of the wire hung on the intermediate pulley increases, the tension of each strand of the wire increases. This is because variation occurs and it is difficult to stably maintain the tension of the wire. Generally, it is recommended to set the pulley diameter to about 200 to 300 times the wire diameter of the wire. For example, if the wire diameter of the wire is 0.05 mm, the pulley diameter needs to be about 10 mm to 15 mm.

従って、中間プーリの小型化によりリンク部材を短くかつ小型化することは殆ど不可能であり、延いてはマニピュレータ機構そのものの小型化並びにロボットハンドの小型化もできなかった。   Therefore, it is almost impossible to reduce the size of the link member by reducing the size of the intermediate pulley, and it is impossible to reduce the size of the manipulator mechanism and the size of the robot hand.

そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、小型化に好適な多関節指機構を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an articulated finger mechanism suitable for downsizing.

上記課題を解決するために、本発明は、少なくとも１つの関節を回転させて、屈伸動作を行う多関節指機構において、関節を回転させるための駆動源と、関節と共に回転する様に該関節に設けられたプーリと、前記駆動源と前記プーリ間に張設されて、該プーリに固定接続された一対のワイヤーとを備え、前記駆動源により前記各ワイヤーのいずれかを引き込んで、前記プーリを回転させ、前記関節を回転させている。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a multi-joint finger mechanism that performs bending and stretching operations by rotating at least one joint, a drive source for rotating the joint, and the joint to rotate together with the joint. A pulley provided, and a pair of wires stretched between the driving source and the pulley and fixedly connected to the pulley, and the pulley is pulled in by pulling one of the wires by the driving source. The joint is rotated.

また、本発明においては、前記各ワイヤーを前記関節のプーリと前記駆動源のプーリ間に張設しており、該各プーリの少なくとも一方は、各ワイヤーにそれぞれ固定接続された第１及び第２プーリを重ね合わせて支持したものであり、第１及び第２プーリの相対的な回転及び固定が可能である。   In the present invention, each wire is stretched between the joint pulley and the drive source pulley, and at least one of the pulleys is fixedly connected to each wire. The pulleys are superposed and supported, and the first and second pulleys can be relatively rotated and fixed.

あるいは、本発明においては、前記関節を回転させるための前記駆動源と該関節間に他の関節を有し、該各関節間の距離を調節する距離調節手段を備えている。   Alternatively, in the present invention, the driving source for rotating the joint and another joint are provided between the joints, and distance adjusting means for adjusting the distance between the joints is provided.

また、本発明においては、前記関節を回転させるための前記駆動源と該関節間に他の関節を有し、該他の関節に各ワイヤーを掛け渡して支持するアイドラプーリを設け、前記他の関節の軸に対して前記アイドラプーリを該軸方向に移動自在に支持している。   Further, in the present invention, there is provided another idler between the drive source for rotating the joint and the joint, and an idler pulley is provided to support each wire over the other joint. The idler pulley is supported so as to be movable in the axial direction with respect to the joint axis.

本発明の多関節指機構によれば、一対のワイヤーを駆動源と関節のプーリ間に張設して、該各ワイヤーをプーリに固定接続しており、駆動源により各ワイヤーのいずれかを引き込んで、プーリを回転させ、関節を回転させている。すなわち、駆動源の駆動力を各ワイヤーを通じて関節のプーリに伝達し、関節を回転させている。このため、従来の様に中間プーリを必要とせず、各関節間を短くすることができ、多関節指機構を小型化することができる。また、この多関節指機構を適用したロボットハンドも小型化することができ、人の手作業と同等の作業を行うことが可能になる。   According to the multi-joint finger mechanism of the present invention, a pair of wires are stretched between the drive source and the pulley of the joint, and each wire is fixedly connected to the pulley, and any one of the wires is pulled in by the drive source. The pulley is rotated and the joint is rotated. That is, the driving force of the driving source is transmitted to the joint pulley through each wire to rotate the joint. For this reason, an intermediate pulley is not required as in the prior art, the distance between each joint can be shortened, and the multi-joint finger mechanism can be miniaturized. In addition, a robot hand to which this multi-joint finger mechanism is applied can be miniaturized, and it is possible to perform work equivalent to human manual work.

また、各ワイヤーを関節のプーリと駆動源のプーリ間に張設しており、該各プーリの少なくとも一方が各ワイヤーにそれぞれ固定接続された第１及び第２プーリからなり、第１及び第２プーリの相対的な回転及び固定が可能である。この場合は、第１及び第２プーリを相対的に回転させて、各ワイヤーのテンションを調節することができ、この後に第１及び第２プーリを固定して、各ワイヤーのテンションを維持することができる。   Each wire is stretched between a joint pulley and a drive source pulley, and at least one of the pulleys includes first and second pulleys fixedly connected to the wires, respectively. The relative rotation and fixing of the pulley is possible. In this case, the tension of each wire can be adjusted by relatively rotating the first and second pulleys, and then the first and second pulleys are fixed to maintain the tension of each wire. Can do.

あるいは、駆動源と該関節間に他の関節を有し、該各関節間の距離を調節する距離調節手段を有する。この場合は、各関節間の距離を調節して、各ワイヤーのテンションを調節することができる。   Or it has another joint between a drive source and this joint, and has a distance adjustment means which adjusts the distance between these joints. In this case, the distance between each joint can be adjusted to adjust the tension of each wire.

更に、関節を回転させるための駆動源と該関節間に他の関節を有し、該他の関節に各ワイヤーを掛け渡して支持するアイドラプーリを設け、他の関節の軸に対してアイドラプーリを該軸方向に移動自在に支持している。この場合は、ワイヤーのテンションが最小となる様にアイドラプーリが軸方向に移動して、ワイヤーの張設経路が最短距離になる。このため、ワイヤーのテンションを常に略一定に維持することが可能になる。   In addition, a drive source for rotating the joint and another joint is provided between the joints, and an idler pulley is provided to support the other joints over the wires. Is supported to be movable in the axial direction. In this case, the idler pulley moves in the axial direction so that the tension of the wire is minimized, and the wire tensioning path becomes the shortest distance. For this reason, it becomes possible to always maintain the tension of the wire substantially constant.

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明の多関節指機構の一実施形態を示す斜視図である。本実施形態の多関節指機構１は、例えばロボットハンドの指として適用されるものであり、中空の各指胴部２、３、及び中空の指先部４を有しており、関節５に対応する軸５ａにより指胴部２を手の平に相当するベース（図示せず）で回転自在に支持し、関節６に対応する軸６ａにより指胴部３を指胴部２に対して回転自在に支持し、関節７に対応する軸７ａにより指先部４を指胴部３に対して回転自在に支持している。   FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the articulated finger mechanism of the present invention. The multi-joint finger mechanism 1 of this embodiment is applied as a finger of a robot hand, for example, and has hollow finger body portions 2 and 3 and a hollow fingertip portion 4 and corresponds to the joint 5. The finger barrel 2 is rotatably supported by a base (not shown) corresponding to the palm by a shaft 5a, and the finger barrel 3 is rotatably supported by the shaft 6a corresponding to the joint 6. The fingertip portion 4 is rotatably supported with respect to the finger barrel portion 3 by the shaft 7 a corresponding to the joint 7.

尚、図１においては、後で述べる各軸のアイドラプーリやワイヤー等を省略している。   In FIG. 1, idler pulleys, wires, and the like of the respective axes described later are omitted.

図２は、手の平のベース上の各モータ１１、１２、１３、及び各指胴部２、３と指先部４等の断面を示す平面図である。手の平のベース（図示せず）には、関節５に対応する軸５ａを支持するための一対の支持片１０ａを設けている。この軸５ａには、該軸５ａと共に回転する従動プーリ１４を接続固定し、また各アイドラプーリ１５、１６を該軸５ａ並びに従動プーリ１４に対して回転自在に支持し、かつ各アイドラプーリ１５、１６を軸方向に移動自在に支持している。従動プーリ１４には、指胴部２の連結片２ａを接続固定しており、指胴部２が関節５周りで従動プーリ１４と共に回転する。   FIG. 2 is a plan view showing cross sections of the motors 11, 12, 13 on the palm base, the finger body parts 2, 3, the fingertip part 4, and the like. A palm base (not shown) is provided with a pair of support pieces 10 a for supporting a shaft 5 a corresponding to the joint 5. A driven pulley 14 that rotates together with the shaft 5a is connected and fixed to the shaft 5a, and the idler pulleys 15 and 16 are rotatably supported with respect to the shaft 5a and the driven pulley 14, and each idler pulley 15, 16 is supported so as to be movable in the axial direction. The driven pulley 14 is connected and fixed to the connecting piece 2 a of the finger barrel 2, and the finger barrel 2 rotates together with the driven pulley 14 around the joint 5.

また、指胴部２の先端側で関節６に対応する軸６ａを支持している。軸６ａには、該軸６ａと共に回転する従動プーリ１８を接続固定し、アイドラプーリ１９を該軸６ａ並びに従動プーリ１８に対して回転自在に支持し、かつアイドラプーリ１９を軸方向に移動自在に支持している。従動プーリ１８には、指胴部３の連結片３ａを接続固定しており、指胴部３が関節６周りで従動プーリ１８と共に回転する。   In addition, a shaft 6 a corresponding to the joint 6 is supported on the distal end side of the finger barrel 2. A driven pulley 18 that rotates together with the shaft 6a is connected and fixed to the shaft 6a, an idler pulley 19 is rotatably supported with respect to the shaft 6a and the driven pulley 18, and the idler pulley 19 is movable in the axial direction. I support it. The driven pulley 18 is connected and fixed to the coupling piece 3 a of the finger barrel 3, and the finger barrel 3 rotates together with the driven pulley 18 around the joint 6.

更に、指胴部３の先端側で関節７に対応する軸７ａを支持している。軸７ａには、該軸７ａと共に回転する従動プーリ２２を接続固定している。従動プーリ２２には、指先部４の連結片４ａを接続固定しており、指先部４が関節７周りで従動プーリ２２と共に回転する。   Further, a shaft 7 a corresponding to the joint 7 is supported on the distal end side of the finger barrel 3. A driven pulley 22 that rotates together with the shaft 7a is connected and fixed to the shaft 7a. A connection piece 4 a of the fingertip portion 4 is connected and fixed to the driven pulley 22, and the fingertip portion 4 rotates together with the driven pulley 22 around the joint 7.

図３は、手の平のベース上の各モータ１１、１２、１３、及び指胴部２等を示す側面図である。図２及び図３に示す様にモータ１１の出力軸のモータプーリ２４と軸５ａの従動プーリ１４には、２本のワイヤー２５を張設している。   FIG. 3 is a side view showing the motors 11, 12, 13, the finger body 2, and the like on the palm base. As shown in FIGS. 2 and 3, two wires 25 are stretched between the motor pulley 24 of the output shaft of the motor 11 and the driven pulley 14 of the shaft 5a.

図４は、張設された状態の各ワイヤー２５の形状を示す斜視図である。図４に示す様に各ワイヤー２５は、各プーリ２４、１４間で交差して張設され、それらの一端Ｐ１をモータプーリ２４に固定され、それらの他端Ｐ２を従動プーリ１４に固定されている。   FIG. 4 is a perspective view showing the shape of each wire 25 in a stretched state. As shown in FIG. 4, the wires 25 are stretched across the pulleys 24, 14, and one end P <b> 1 is fixed to the motor pulley 24, and the other end P <b> 2 is fixed to the driven pulley 14. .

モータ１１の出力軸が回転すると、モータプーリ２４が回転し、このモータプーリ２４の回転が各ワイヤー２５を介して従動プーリ１４に伝達され、従動プーリ１４が軸５ａ及び連結片２ａと共に回転し、指胴部２が関節５周りで回転する。   When the output shaft of the motor 11 rotates, the motor pulley 24 rotates, and the rotation of the motor pulley 24 is transmitted to the driven pulley 14 via each wire 25, and the driven pulley 14 rotates together with the shaft 5a and the connecting piece 2a. The part 2 rotates around the joint 5.

図５は、ベース上の各モータ１１、１２、１３、指胴部２の断面、及び指胴部３等を示す側面図である。図２及び図５に示す様にモータ１２出力軸のモータプーリ２６と、軸５ａのアイドラプーリ１５と、軸６ａの従動プーリ１８とには、２本のワイヤー２７を張設しており、各ワイヤー２７を中空の指胴部２に通している。   FIG. 5 is a side view showing the motors 11, 12, 13 on the base, the cross-section of the finger barrel 2, the finger barrel 3, and the like. 2 and 5, two wires 27 are stretched between the motor pulley 26 of the motor 12 output shaft, the idler pulley 15 of the shaft 5a, and the driven pulley 18 of the shaft 6a. 27 is passed through the hollow finger barrel 2.

図６は、張設された状態の各ワイヤー２７の形状を示す斜視図である。図６に示す様に各ワイヤー２７は、各プーリ２６、１５間で交差し、各プーリ１５、１８間でも交差して張設され、それらの一端Ｐ１をモータプーリ２６に固定され、それらの他端Ｐ２を従動プーリ１８に固定されている。   FIG. 6 is a perspective view showing the shape of each wire 27 in a stretched state. As shown in FIG. 6, the wires 27 intersect between the pulleys 26 and 15, and also extend across the pulleys 15 and 18, and one end P <b> 1 is fixed to the motor pulley 26, and the other end thereof P2 is fixed to the driven pulley 18.

モータ１２の出力軸が回転すると、モータプーリ２６が回転し、このモータプーリ２６の回転が各ワイヤー２７を介してアイドラプーリ１５及び従動プーリ１８に伝達され、アイドラプーリ１５が空転し、従動プーリ１８が軸６ａ及び連結片３ａと共に回転し、指胴部３が関節６周りで回転する。   When the output shaft of the motor 12 rotates, the motor pulley 26 rotates, and the rotation of the motor pulley 26 is transmitted to the idler pulley 15 and the driven pulley 18 via each wire 27, the idler pulley 15 rotates idle, and the driven pulley 18 rotates. It rotates with 6a and the connection piece 3a, and the finger trunk | drum 3 rotates around the joint 6. FIG.

図７は、ベース上の各モータ１１、１２、１３、各指胴部２、３の断面、及び指先部４等を示す側面図である。図２及び図７に示す様にモータ１３出力軸のモータプーリ２８と、軸５ａのアイドラプーリ１６と、軸６ａのアイドラプーリ１９と、軸７ａの従動プーリ２２とには、２本のワイヤー２９を張設しており、各ワイヤー２９を中空の各指胴部２、３に通している。   FIG. 7 is a side view showing the motors 11, 12, 13 on the base, the cross sections of the finger barrels 2, 3, the fingertips 4, and the like. 2 and 7, two wires 29 are provided on the motor pulley 28 of the motor 13 output shaft, the idler pulley 16 of the shaft 5a, the idler pulley 19 of the shaft 6a, and the driven pulley 22 of the shaft 7a. Each wire 29 is passed through the hollow finger barrels 2 and 3.

図８は、張設された状態の各ワイヤー２９の形状を示す斜視図である。図８に示す様に各ワイヤー２９は、各プーリ２８、１６間で交差し、各プーリ１６、１９間、各プーリ１９、２２間でもそれぞれ交差して張設され、それらの一端Ｐ１をモータプーリ２８に固定され、それらの他端Ｐ２を従動プーリ２２に固定されている。   FIG. 8 is a perspective view showing the shape of each wire 29 in a stretched state. As shown in FIG. 8, the wires 29 cross between the pulleys 28 and 16, and are also stretched so as to cross between the pulleys 16 and 19 and between the pulleys 19 and 22, and one end P <b> 1 thereof is connected to the motor pulley 28. The other end P <b> 2 of these is fixed to the driven pulley 22.

モータ１３の出力軸が回転すると、モータプーリ２８が回転し、このモータプーリ２８の回転が各ワイヤー２９を介してアイドラプーリ１６、アイドラプーリ１９、及び従動プーリ２２に伝達され、各アイドラプーリ１６、１９が空転し、従動プーリ２２が軸７ａ及び連結片４ａと共に回転し、指先部４が関節７周りで回転する。   When the output shaft of the motor 13 rotates, the motor pulley 28 rotates, and the rotation of the motor pulley 28 is transmitted to the idler pulley 16, the idler pulley 19 and the driven pulley 22 through the wires 29. As a result, the driven pulley 22 rotates together with the shaft 7a and the connecting piece 4a, and the fingertip portion 4 rotates around the joint 7.

この様な構成の多関節指機構１では、各モータ１１、１２、１３をそれぞれ駆動制御して、各指胴部２、３及び指先部４を別々に回転させ、この多関節指機構１を屈伸動作させることができ、その自由度が３である。   In the articulated finger mechanism 1 having such a configuration, the motors 11, 12, and 13 are respectively driven and controlled, and the finger barrel parts 2, 3 and the fingertip part 4 are separately rotated. It can bend and stretch, and its degree of freedom is 3.

また、この多関節指機構１では、従動プーリ１４を関節５の軸５ａに接続固定し、従動プーリ１４を連結片２ａを介して指胴部２に連結しており、モータ１１の出力軸の回転を各ワイヤー２５を介して従動プーリ１４に伝達して、従動プーリ１４、関節５の軸５ａ、及び指胴部２を共に回転させている。このため、従来の様に中間プーリを必要とせず、指胴部２（各関節５、６間の距離）を短くすることができる。   In this multi-joint finger mechanism 1, the driven pulley 14 is connected and fixed to the shaft 5 a of the joint 5, and the driven pulley 14 is connected to the finger body 2 via the connecting piece 2 a, and the output shaft of the motor 11 is connected. The rotation is transmitted to the driven pulley 14 via each wire 25 to rotate the driven pulley 14, the shaft 5 a of the joint 5, and the finger body 2 together. For this reason, an intermediate pulley is not required as in the prior art, and the finger barrel 2 (distance between the joints 5 and 6) can be shortened.

同様に、従動プーリ１８を関節６の軸６ａに接続固定し、従動プーリ１８を連結片３ａを介して指胴部３に連結しており、モータ１２の出力軸の回転を各ワイヤー２７を介して従動プーリ１８に伝達して、従動プーリ１８、関節６の軸６ａ、及び指胴部３を共に回転させているので、従来の様に中間プーリを必要とせず、指胴部３（各関節６、７間の距離）を短くすることができる。あるいは、従動プーリ２２を関節７の軸７ａに接続固定し、従動プーリ２２を連結片４ａを介して指先部４に連結しており、モータ１３の出力軸の回転を各ワイヤー２９を介して従動プーリ２２に伝達して、従動プーリ２２、関節７の軸７ａ、及び指先部４を共に回転させているので、やはり指胴部４を短くすることができる。   Similarly, the driven pulley 18 is connected and fixed to the shaft 6 a of the joint 6, the driven pulley 18 is connected to the finger body portion 3 through the connecting piece 3 a, and the rotation of the output shaft of the motor 12 is performed through each wire 27. Since the driven pulley 18, the shaft 6 a of the joint 6, and the finger barrel 3 are rotated together, an intermediate pulley is not required as in the prior art, and the finger barrel 3 (each joint 6 and 7) can be shortened. Alternatively, the driven pulley 22 is connected and fixed to the shaft 7 a of the joint 7, the driven pulley 22 is connected to the fingertip portion 4 via the connecting piece 4 a, and the rotation of the output shaft of the motor 13 is driven via each wire 29. Since it is transmitted to the pulley 22 and the driven pulley 22, the shaft 7a of the joint 7 and the fingertip portion 4 are rotated together, the finger barrel portion 4 can also be shortened.

従って、各指胴部２、３及び指先部４を短くすることができ、多関節指機構１そのものを小型化することができる。また、この多関節指機構１を適用したロボットハンドも小型化することができ、人の手作業と同等の作業を行うことが可能になる。   Therefore, each finger trunk part 2, 3 and the fingertip part 4 can be shortened, and the articulated finger mechanism 1 itself can be miniaturized. Also, the robot hand to which the multi-joint finger mechanism 1 is applied can be miniaturized, and it is possible to perform an operation equivalent to a human manual operation.

仮に、ロボットハンドのサイズや形状が人の手のそれと全く異なると、ロボットハンドにより人が用いる道具等を扱えず、人の手作業を代行することができなくなる。   If the size and shape of the robot hand are completely different from those of a human hand, the robot hand cannot handle the tools used by the person and cannot perform the human manual work.

また、この多関節指機構１では、軸５ａのアイドラプーリ１５を軸方向に移動自在に支持していることから、各ワイヤー２７のテンションが最小になる様にアイドラプーリ１５が軸方向に移動して、各ワイヤー２７の張設経路が最短距離になる。これにより、各ワイヤー２７のテンションが常に略一定に維持される。   In this multi-joint finger mechanism 1, since the idler pulley 15 of the shaft 5a is supported so as to be movable in the axial direction, the idler pulley 15 moves in the axial direction so that the tension of each wire 27 is minimized. Thus, the extending path of each wire 27 is the shortest distance. Thereby, the tension of each wire 27 is always maintained substantially constant.

同様に、軸５ａのアイドラプーリ１６及び軸６ａのアイドラプーリ１９を軸方向に移動自在に支持していることから、各ワイヤー２９のテンションが最小になる様に各アイドラプーリ１６、１９が軸方向に移動して、各ワイヤー２９の張設経路が最短距離になる。これにより、各ワイヤー２９のテンションが常に略一定に維持される。   Similarly, since the idler pulley 16 of the shaft 5a and the idler pulley 19 of the shaft 6a are supported so as to be movable in the axial direction, the idler pulleys 16 and 19 are axially arranged so that the tension of each wire 29 is minimized. And the extending path of each wire 29 becomes the shortest distance. Thereby, the tension of each wire 29 is always kept substantially constant.

例えば、図９（ａ）に示す様に多関節指機構１を上方から見て、各ワイヤー２９が略直線状に架設されている状態で、モータ１３の出力軸の回転を各ワイヤー２９を介して従動プーリ２２に伝達して、従動プーリ２２を回転させると、各ワイヤー２９がアイドラプーリ１９の溝１９ａ内で回転移動する。このとき、アイドラプーリ１９の溝１９ａ内での各ワイヤー２９の巻き付き箇所が移動して、各ワイヤー２９が軸６ａの方向にも移動する。これに伴って、図９（ｂ）に示す様に各ワイヤー２９のテンションが最小になる様にアイドラプーリ１９が矢印Ａの軸方向に移動し、各ワイヤー２９の張設経路が直線状になって最短距離になる。この結果、各ワイヤー２９のテンションが常に略一定に維持される。   For example, as shown in FIG. 9A, when the multi-joint finger mechanism 1 is viewed from above, the rotation of the output shaft of the motor 13 is performed via each wire 29 in a state where each wire 29 is installed in a substantially linear shape. When the driven pulley 22 is rotated by being transmitted to the driven pulley 22, each wire 29 rotates in the groove 19 a of the idler pulley 19. At this time, the winding portion of each wire 29 in the groove 19a of the idler pulley 19 moves, and each wire 29 also moves in the direction of the shaft 6a. Accordingly, as shown in FIG. 9B, the idler pulley 19 moves in the axial direction of the arrow A so that the tension of each wire 29 is minimized, and the extending path of each wire 29 becomes linear. The shortest distance. As a result, the tension of each wire 29 is always kept substantially constant.

仮に、アイドラプーリ１９が軸方向に移動しないならば、図１０に示す様に各ワイヤー２９がアイドラプーリ１９の溝１９ａ内で矢印Ｂで示す軸方向に移動して、各ワイヤー２９の張設経路が折れ曲がって長くなり、各ワイヤー２９のテンションが強くなる。このため、多関節指機構１の屈伸動作を行う度に、各ワイヤー２９のテンションが変化し、テンションの狂いが生じ易く、テンションの維持が極めて困難になる。   If the idler pulley 19 does not move in the axial direction, each wire 29 moves in the axial direction indicated by the arrow B in the groove 19a of the idler pulley 19 as shown in FIG. Is bent and lengthened, and the tension of each wire 29 is increased. For this reason, every time the multi-joint finger mechanism 1 is bent and stretched, the tension of each wire 29 changes, and the tension tends to be out of order, making it difficult to maintain the tension.

ところで、この多関節指機構１では、ワイヤーとプーリを組み合わせた動力伝達機構を用いているので、ワイヤーのテンションを適宜に調節して維持する必要がある。   By the way, in this multi-joint finger mechanism 1, since the power transmission mechanism which combined the wire and the pulley is used, it is necessary to adjust and maintain the tension of the wire appropriately.

そこで、本実施形態では、モータ１１の出力軸のモータプーリ２４として、図１１（ａ）及び（ｂ）に示す様な第１プーリ３１及び第２プーリ３２を重ね合わせて支持したものを用いている。   Therefore, in the present embodiment, the motor pulley 24 of the output shaft of the motor 11 is used by superposing and supporting the first pulley 31 and the second pulley 32 as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). .

第１プーリ３１は、図１２（ａ）及び（ｂ）に示す様に円板状の鍔部３３及び溝部３４と、それらの中央の円筒状の軸受け部３１ａとを有しており、軸受け部３１ａがモータ１１の出力軸に嵌め入れられて固定される。溝部３４には、スリット３４ａ及び凹部３４ｂが形成されており、図４に示す一方のワイヤー２５の端部Ｐ１が凹部３４ｂに嵌合固定され、この一方のワイヤー２５がスリット３４ａに差し込まれる。これにより、一方のワイヤー２５が第１プーリ２４ａの溝部３４に接続固定される。また、スリット３４ａは、溝部３４周面の接線に対して斜め方向に形成されており、スリット３４ａと溝部３４の周面間が滑らかな曲面にされている。このため、一方のワイヤー２５が滑らかに曲がって溝部３４の周面に直ちに巻き付く。   As shown in FIGS. 12A and 12B, the first pulley 31 has a disk-shaped flange portion 33 and a groove portion 34, and a cylindrical bearing portion 31a at the center thereof, and the bearing portion 31 a is fitted into the output shaft of the motor 11 and fixed. A slit 34a and a recess 34b are formed in the groove 34. The end P1 of one wire 25 shown in FIG. 4 is fitted and fixed to the recess 34b, and the one wire 25 is inserted into the slit 34a. Thereby, one wire 25 is connected and fixed to the groove part 34 of the 1st pulley 24a. Moreover, the slit 34a is formed in an oblique direction with respect to the tangent line of the circumferential surface of the groove 34, and a smooth curved surface is formed between the circumferential surfaces of the slit 34a and the groove 34. For this reason, one wire 25 bends smoothly and immediately winds around the circumferential surface of the groove 34.

第２プーリ３２は、図１３（ａ）及び（ｂ）に示す様に円板状の鍔部３５及び溝部３６を有しており、鍔部３５及び溝部３６の中央の孔３２ａに第１プーリ３１の軸受け部３１ａが通されて、この第２プーリ３２が第１プーリ３１に対して支持される。溝部３６には、溝部３４と同様に、スリット３６ａ及び凹部３６ｂが形成されており、図４に示す他方のワイヤー２５の端部Ｐ１が凹部３５ｂに嵌合固定され、この他方のワイヤー２５がスリット３５ａに差し込まれ、この他方のワイヤー２５が第２プーリ３２の溝部３６に接続固定される。また、スリット３６ａが溝部３６周面の接線に対して斜め方向に形成され、スリット３６ａと溝部３６の周面間が滑らかな曲面にされていることから、他方のワイヤー２５が滑らかに曲がって溝部３６の周面に直ちに巻き付く。   As shown in FIGS. 13A and 13B, the second pulley 32 has a disk-like flange portion 35 and a groove portion 36, and the first pulley is inserted into the central hole 32 a of the flange portion 35 and the groove portion 36. The second pulley 32 is supported with respect to the first pulley 31 through the bearing portion 31 a of 31. Similar to the groove 34, the groove 36 is formed with a slit 36a and a recess 36b, and the end P1 of the other wire 25 shown in FIG. 4 is fitted and fixed to the recess 35b, and the other wire 25 is slit. The other wire 25 is connected and fixed to the groove 36 of the second pulley 32. Further, since the slit 36a is formed in an oblique direction with respect to the tangent to the circumferential surface of the groove 36, and the space between the circumferential surface of the slit 36a and the groove 36 is a smooth curved surface, the other wire 25 is smoothly bent to form the groove Immediately wrap around the circumference of 36.

ここで、各ワイヤー２５を第1及び第２プーリ３１、３２に接続してから、第２プーリ３２の中央の孔３２ａに第１プーリ３１の軸受け部３１ａを通し、図１１（ａ）及び図１２（ａ）に示すナット３７を第１プーリ３１の軸受け部３１ａに捩じ込んで、第１及び第２プーリ３１、３２を重ね合わせて、モータプーリ２４を形成する。   Here, after connecting each wire 25 to the first and second pulleys 31 and 32, the bearing portion 31a of the first pulley 31 is passed through the central hole 32a of the second pulley 32, and FIG. A nut 37 shown in FIG. 12A is screwed into the bearing portion 31 a of the first pulley 31, and the first and second pulleys 31 and 32 are overlapped to form the motor pulley 24.

そして、ナット３７を緩めた状態で、第２プーリ３２に接続固定された他方のワイヤー２５が第２プーリ３２と従動プーリ１４間で張る様に、第２プーリ３２を手動で回転させる。このとき、第２プーリ３２の回転が他方のワイヤー２５を通じて従動プーリ１４に伝達され、従動プーリ１４が回転して、第１プーリ３１に接続固定された一方のワイヤー２５も第１プーリ３１と従動プーリ１４間で張る。従って、第２プーリ３２を手動で回転させて、他方のワイヤー２５のテンションを適宜に調節すれば、これと同時に一方のワイヤー２５のテンションも適宜に調節することができる。   Then, with the nut 37 loosened, the second pulley 32 is manually rotated so that the other wire 25 connected and fixed to the second pulley 32 is stretched between the second pulley 32 and the driven pulley 14. At this time, the rotation of the second pulley 32 is transmitted to the driven pulley 14 through the other wire 25, the driven pulley 14 rotates, and the one wire 25 connected and fixed to the first pulley 31 is also driven by the first pulley 31. Tighten between pulleys 14. Therefore, if the second pulley 32 is manually rotated to adjust the tension of the other wire 25 as appropriate, the tension of the one wire 25 can be adjusted as appropriate at the same time.

こうして各ワイヤー２５のテンションを調節した状態で、ナット３７を締め付けて、第１及び第２プーリ３１、３２をモータ１１の出力軸に固定する。これにより、各ワイヤー２５のテンションが維持される。   In this manner, with the tension of each wire 25 adjusted, the nut 37 is tightened to fix the first and second pulleys 31 and 32 to the output shaft of the motor 11. Thereby, the tension of each wire 25 is maintained.

この様にモータプーリ２４として、第１及び第２プーリ３１、３２を重ね合わせて支持したものを用い、第１及び第２プーリ３１、３２にそれぞれのワイヤー２５を接続固定しているので、第１及び第２プーリ３１、３２を相対的に回転させて固定すれば、同時に各ワイヤー２５のテンションを調節して維持することができる。   As described above, the motor pulley 24 is one in which the first and second pulleys 31 and 32 are overlapped and supported, and the respective wires 25 are connected and fixed to the first and second pulleys 31 and 32. And if the 2nd pulleys 31 and 32 are relatively rotated and fixed, the tension | tensile_strength of each wire 25 can be adjusted and maintained simultaneously.

また、各ワイヤー２５のテンションの維持により、関節５のガタツキを抑えて、関節５の回転角度並びに指胴部２の位置を高精度で制御することが可能になる。   Further, by maintaining the tension of each wire 25, it is possible to control the rotation angle of the joint 5 and the position of the finger body portion 2 with high accuracy while suppressing rattling of the joint 5.

尚、モータプーリ２４と同様に、他の各モータプーリ２６、２８についても、第１及び第２プーリを重ね合わせて支持したものを用い、第１及び第２プーリにそれぞれのワイヤーを接続固定すれば、同時に各ワイヤーのテンションを調節して維持することができる。また、モータプーリの代わりに、従動プーリとして第１及び第２プーリを重ね合わせて支持したものを用い、第１及び第２プーリにそれぞれのワイヤーを接続固定しても良い。   As with the motor pulley 24, the other motor pulleys 26 and 28 are supported by overlapping the first and second pulleys, and the respective wires are connected and fixed to the first and second pulleys. At the same time, the tension of each wire can be adjusted and maintained. Further, instead of the motor pulley, a driven pulley in which the first and second pulleys are overlapped and supported may be used, and the respective wires may be connected and fixed to the first and second pulleys.

また、第１及び第２プーリを重ね合わせたプーリを用いる代わりに、図１４（ａ）に示す様な構成の関節を適用して、ワイヤーのテンションを適宜に調節して維持しても良い。   Further, instead of using a pulley in which the first and second pulleys are overlapped, a joint having a configuration as shown in FIG. 14A may be applied to appropriately adjust and maintain the wire tension.

例えば、関節６において、連結片３ａの先端にコの字型の移動枠４１を固定して、この移動枠４１を指胴部３の内側に差し込み、更にコの字型の留め枠４２を移動枠４１の内側に配置する。   For example, at the joint 6, a U-shaped moving frame 41 is fixed to the tip of the connecting piece 3 a, the moving frame 41 is inserted inside the finger barrel 3, and the U-shaped retaining frame 42 is further moved. Arranged inside the frame 41.

指胴部３の側壁に孔３ｂを形成し、移動枠４１の側壁に長孔４１ａを形成し、留め枠４２の側壁にねじ孔４２ａを形成しており、ビス４３を指胴部３の孔３ｂ及び移動枠４１の長孔４１ａを介して留め枠４２のねじ孔４２ａに捩じ込んで、移動枠４１を指胴部３に固定し、連結片３ａを指胴部３に接続する。   A hole 3 b is formed in the side wall of the finger barrel 3, a long hole 41 a is formed in the side wall of the moving frame 41, a screw hole 42 a is formed in the side wall of the retaining frame 42, and the screw 43 is inserted into the hole in the finger barrel 3. The moving frame 41 is fixed to the finger barrel portion 3 and the connecting piece 3 a is connected to the finger barrel portion 3 by being screwed into the screw holes 42 a of the retaining frame 42 through the long holes 41 a of 3 b and the moving frame 41.

ここで、ビス４３を緩めると、指胴部３を各ワイヤー２９の長手方向に移動させることが可能になる。このとき、図１４（ｂ）に示す様に指胴部３がモータ１３の出力軸から離間する様に該指胴部３を矢印Ｃの方向へと移動させると、従動プーリ２２とモータプーリ２８が相互に離間して、各ワイヤー２９が従動プーリ２２とモータプーリ２８間で張り、各ワイヤー２９のテンションを調節することができる。この状態で、ビス４３を締め付けて、連結片３ａの移動枠４１を指胴部３に固定すると、従動プーリ２２ａとモータプーリ２８間の離間距離が維持されて、各ワイヤー２９のテンションが維持される。   Here, when the screw 43 is loosened, the finger barrel portion 3 can be moved in the longitudinal direction of each wire 29. At this time, when the finger barrel 3 is moved in the direction of arrow C so that the finger barrel 3 is separated from the output shaft of the motor 13 as shown in FIG. 14B, the driven pulley 22 and the motor pulley 28 are moved. Separated from each other, each wire 29 is stretched between the driven pulley 22 and the motor pulley 28, and the tension of each wire 29 can be adjusted. In this state, when the screw 43 is tightened and the moving frame 41 of the connecting piece 3a is fixed to the finger barrel 3, the separation distance between the driven pulley 22a and the motor pulley 28 is maintained, and the tension of each wire 29 is maintained. .

関節５についても、関節６と同様の構造を適用すれば、各ワイヤー２５及び各ワイヤー２９のテンションを調節することができる。   If the same structure as the joint 6 is applied to the joint 5, the tension of each wire 25 and each wire 29 can be adjusted.

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、本発明の多関節指機構は、ロボットハンドの指の機構ばかりでなく、アームの機構等にも適用することができる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can deform | transform variously. For example, the articulated finger mechanism of the present invention can be applied not only to a finger mechanism of a robot hand but also to an arm mechanism or the like.

本発明の多関節指機構の一実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one Embodiment of the multi joint finger mechanism of this invention. 図１の多関節指機構における各モータ、及び各指胴部と指先部等の断面を示す平面図である。It is a top view which shows the cross sections of each motor in each articulated finger mechanism of FIG. 1, each finger trunk part, a fingertip part, etc. 図１の多関節指機構における各モータ及び１つの指胴部等を示す側面図である。It is a side view which shows each motor in the articulated finger mechanism of FIG. 図３のモータのプーリと指胴部のプーリに張設された各ワイヤーの形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the shape of each wire stretched by the pulley of the motor of FIG. 3, and the pulley of a finger trunk. 図１の多関節指機構における各モータ及び２つの指胴部等を示す側面図である。It is a side view which shows each motor in the articulated finger mechanism of FIG. 図５のモータのプーリと各指胴部のプーリに張設された各ワイヤーの形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the shape of each wire stretched by the pulley of the motor of FIG. 5, and the pulley of each finger trunk | drum. 図１の多関節指機構における各モータ、各指胴部、及び指先部等を示す側面図である。It is a side view which shows each motor, each finger trunk | drum, a fingertip part, etc. in the articulated finger mechanism of FIG. 図７のモータのプーリと、各指胴部及び指先部のプーリに張設された各ワイヤーの形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the shape of each wire stretched by the pulley of the motor of FIG. 7, and the pulley of each finger trunk | drum and fingertip part. （ａ）及び（ｂ）は、関節の回転に伴うアイドラプーリの軸方向の移動を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the movement of the axial direction of the idler pulley accompanying rotation of a joint. アイドラプーリが軸方向に移動しないときのワイヤーの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of a wire when an idler pulley does not move to an axial direction. （ａ）及び（ｂ）は、図１の多関節指機構におけるモータプーリを示す側面図及び平面図である。(A) And (b) is the side view and top view which show the motor pulley in the articulated finger mechanism of FIG. （ａ）及び（ｂ）は、図１１のモータプーリにおける第１プーリを示す側面図及び平面図である。(A) And (b) is the side view and top view which show the 1st pulley in the motor pulley of FIG. （ａ）及び（ｂ）は、図１１のモータプーリにおける第２プーリを示す側面図及び平面図である。(A) And (b) is the side view and top view which show the 2nd pulley in the motor pulley of FIG. （ａ）は図１の多関節指機構における関節の変形例を示す断面図であり、（ｂ）は該関節でのワイヤーのテンション調節の状態を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the modification of the joint in the multi joint finger mechanism of FIG. 1, (b) is sectional drawing which shows the state of tension adjustment of the wire in this joint. 従来の多関節型マニピュレータ機構を示す側面図である。It is a side view which shows the conventional articulated manipulator mechanism.

符号の説明Explanation of symbols

１ 指
２、３ 指胴部
４ 指先部
５、６、７ 関節
５ａ、６ａ、７ａ 軸
１１、１２、１３ モータ
１４、１８、２２ 従動プーリ
１５、１６、１９ アイドラプーリ
２４、２６、２８ モータプーリ
２５、２７、２９ ワイヤー
３１ 第1プーリ
３２ 第２プーリ 1 Finger 2, 3 Finger body 4 Fingertip 5, 6, 7 Joint 5 a, 6 a, 7 a Shaft 11, 12, 13 Motor 14, 18, 22 Driven pulley 15, 16, 19 Idler pulley 24, 26, 28 Motor pulley 25 , 27, 29 Wire 31 First pulley 32 Second pulley

Claims (4)

少なくとも１つの関節を回転させて、屈伸動作を行う多関節指機構において、
関節を回転させるための駆動源と、
関節と共に回転する様に該関節に設けられたプーリと、
前記駆動源と前記プーリ間に張設されて、該プーリに固定接続された一対のワイヤーとを備え、
前記駆動源により前記各ワイヤーのいずれかを引き込んで、前記プーリを回転させ、前記関節を回転させることを特徴とする多関節指機構。 In a multi-joint finger mechanism that rotates and rotates at least one joint,
A drive source for rotating the joint;
A pulley provided at the joint to rotate with the joint;
A pair of wires stretched between the drive source and the pulley and fixedly connected to the pulley;
An articulated finger mechanism that pulls in any of the wires by the driving source, rotates the pulley, and rotates the joint. 前記各ワイヤーを前記関節のプーリと前記駆動源のプーリ間に張設しており、
該各プーリの少なくとも一方は、各ワイヤーにそれぞれ固定接続された第１及び第２プーリを重ね合わせて支持したものであり、第１及び第２プーリの相対的な回転及び固定が可能であることを特徴とする請求項１に記載の多関節指機構。 Each wire is stretched between the pulley of the joint and the pulley of the drive source,
At least one of the pulleys is supported by overlapping the first and second pulleys fixedly connected to the wires, and the first and second pulleys can be relatively rotated and fixed. The multi-joint finger mechanism according to claim 1. 前記関節を回転させるための前記駆動源と該関節間に他の関節を有し、該各関節間の距離を調節する距離調節手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の多関節指機構。   2. The multi-joint finger according to claim 1, further comprising distance adjusting means for adjusting a distance between each of the joints, wherein the driving source for rotating the joint and another joint are provided between the joints. mechanism. 前記関節を回転させるための前記駆動源と該関節間に他の関節を有し、該他の関節に各ワイヤーを掛け渡して支持するアイドラプーリを設け、
前記他の関節の軸に対して前記アイドラプーリを該軸方向に移動自在に支持したことを特徴とする請求項１に記載の多関節指機構。 There is another joint between the drive source for rotating the joint and the joint, and an idler pulley is provided to support each wire over the other joint.
The multi-joint finger mechanism according to claim 1, wherein the idler pulley is supported so as to be movable in the axial direction with respect to the shaft of the other joint.
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