JP2008049456A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】このロボットハンドは，１個のモータを用いて一対の駆動軸を互いに逆転させ，駆動軸から歯車列を介して複数のフインガを枢動させるので，構造そのものがシンプルで製造コストも安価であり，各フインガを確実に高精度に作動させることができる。
【解決手段】このロボットハンドは，モータ１からの回転を互いに逆転させ且つフレーム２に回転自在に取り付けられた一対の駆動軸５，６，駆動軸５，６に一端がそれぞれ固着されて枢動する一対の板状部材から成る第１フインガ１０，１１，２０，及び駆動軸５，６の回転を第１フインガに配置された歯車列２５を介してそれぞれ伝達され且つ物体を把持解放可能に互いに逆方向に枢動する第２フインガ１２，１３，２１から構成されている。第２フインガは第１フインガの他端に枢着されている。
【選択図】図１

Description

この発明は，例えば，好ましくない作業環境，高温や低温作業環境，危険な作業環境，狭小な場所，宇宙等の種々の作業環境において，物品，部材，機器等の物体を移動させたり，物体を設備に設置したり，取り外したりする各種の作業を遠隔操作で行う作業用ロボット，義手等のハンドとして適用できるロボットハンドに関する。

近年，宇宙での作業，危険な場所等の各種の場所での作業に用いられる作業ロボットのマニピュレーターとして，各種のロボットハンドが提案されている。ロボットハンドは，物体を移動，部材の組立て等の各種の作業をさせるために，正確で，充分な強度を持ち，確実に物体をしっかりと把持する機能を有していることが必要がある。ロボットハンドの動きは単純ではあるが，その動きに対して位置の正確さ，物体の把持の確実さ，物体に対する充分な握力等の機能を満足し，それに加えて装置そのものとしてシンプルで，低コストであり，ロボットハンドとしての精度の維持を含めた耐久性が充分であること等の要求に対して，充分に満足するものはないのが現状である。

また，人の手を擬似したロボットハンドは，数多く開発されいる。人の手は機構的にみると，２０自由度と言われている。ロボットハンドを全く同じ機構として作るためには，２０個という多数の駆動源が必要になり，ロボットハンドそのものが複雑化し，大型化し，重量が重くなったり，高コストになるので，実用的ではないものになっていた。ロボットハンドについて，このような技術の背景にあって，通常，自由度を１〜３程度にしたロボットハンドが開発されている。

従来，ロボットハンドとして，複数の駆動源を持つものが知られている。該ロボットハンドは，ワイヤとシャフトとを組み合わせ，多関節アームのアーム間の回転力の伝達を行うものであり，１個の多関節のハンドにモータをそれぞれ装備した構造に構成されており，本体には関節で回転可能にアームを連結した多関節アームが２本取り付けられている。モータの回転は，巻取り装置を介して関節からワイヤプーリ系，シャフト，ワイヤプーリ系，関節，ワイヤプーリ系，シャフト，ワイヤプーリ系，関節へ伝達され，アームをそれぞれ関節において内側に回動して把持対象物を挟み込んで把持することができるものである（例えば，特許文献１参照）。

また，ロボットハンドとして対象物を左右より把持し，把持後に対象物を水平に持ち上げ，移動させるものが知られている。該ロボットハンドは，ハンドの指部に設けられたガイドと固定部及び巻取り部とがロープ状部材により閉ループを構成するように配置され，連動されており，固定部から指部にそれぞれ設けられたガイドを介して巻取り部によりロープ状部材を巻き取ることにより，ハンドに把持力を付与し，指部を解放させる方向に作用するスプリングを設け，スプリングの作用によって巻き取られたロープ状部材の張力を解放することによりハンドの指部を定められた位置まで開放し，スプリングの力のバランスにより把持後に対象物を持ち上げると定められた位置に戻るものである（例えば，特許文献２参照）。

また，多指可動ロボットハンドとして，異径物を含む把持対象物に対して，１個の駆動源により複数の指を動かし，生体の把持動作に近い挙動をするように制御したものが知られている。該多指可動ロボットハンドは，歯車，ワイヤ，プーリで指を動かす構造であり，関節を持ちほぼ平行に配置された２本以上の指と，それらの指と対向するように配置された別の１本に指と，２本以上に指の関節を曲げるために牽引されるワイヤの可撓部材で構成され，２本以上の指と１本に指を異径物を含む把持対象物に接触させて把持動作可能とするため，１個の駆動源から発生する動力を１個以上の差動歯車を介して２本以上の可撓部材に伝達し，各々の可撓部材を牽引することにより，２本以上の指に把持力を発生させるものである（例えば，特許文献３参照）。

また，ロボットハンドとして，指ユニットの数と配置を選択することで種々の把持機能を有するものが知られている。該ロボットハンドは，指ユニットを指の基端部をユニット本体に回動自在に結合し，ユニット本体に回転自在に設けた入力軸に連動連結して構成し，前記指ユニットをハンド本体に複数配置し，各々のユニット本体をハンド本体に結合すると共に，各々の入力軸に駆動手段を連動連結したものである（例えば，特許文献４参照）。
特開２００３−３０５６８１号公報 特開平４−１１１７９１号公報 特開２００１−２７７１７５号公報 特開平１−３０６１９０号公報

従来のロボットハンドは，動きの精度，力の伝達の有効性が期待できないという問題があった。また，従来のロボットハンドは，多関節の連結部を屈曲させた複雑な構造であり，しかも複雑な動きを必要とし，そのため，小型モータやアクチュエータ等の部品を多く必要とする上に，製作がし難く，故障の原因となり，特に，ハンドそのものを小型に構成する場合には，ワイヤ，プーリ等の動力の伝達が的確に機能せず，指即ちフインガの正確な動きができず，問題があった。また，ワイヤ・プーリ系で構成した多関節のアームを屈曲させるタイプのハンドは，ワイヤのゆるみ，すべり等が発生し，正確な把持を行うために対策が望まれているし，該ハンドは，ワイヤとプーリで多関節の単一アームを駆動する方式に回転するシャフトを組み合わせるものであって複雑な構造であった。

この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，駆動源として１個のモータを使用し，指即ちフインガの関節の数に所望に応じて容易に選択して構成でき，各関節の枢動即ち揺動を歯車列の動力伝達で達成し，装置そのものを小形化し易く構成でき，小形化しても高精度に作動させることができ，部品，部材，機器等の物体を確実にしっかりと把持することができ，歯車列による動力伝達であって動きが正確になり，力の伝達が確実になって時間遅れが発生せず，しかも製造コストが安価であることを特徴とするロボットハンドを提供することである。

この発明は，フレームに取り付けられた検出器で得た情報に基づいて駆動制御されるモータ，前記モータからの回転を減速機を介して伝達され且つ前記フレームに回転自在に取り付けられた互いに逆回転する駆動軸，前記駆動軸に一端がそれぞれ固着されて枢動する少なくとも一対の第１フインガ，及び前記駆動軸の回転が歯車列を介してそれぞれ伝達され且つ物体把持部を形成する互いに逆方向に枢動する少なくとも一対の第２フインガから構成され，前記第１フインガと前記第２フインガとが少なくとも２関節を構成することから成るロボットハンドに関する。

また，前記第１フインガは互いに対向する一対の板状部材から構成され，前記板状部材間の端部に前記第２フインガの端部が挟持されて枢着されている。

前記歯車列は，前記フレームに固定された固定軸に設けたガイド歯車と噛み合う回転歯車，前記回転歯車に隣接して噛み合う中間回転歯車，及び前記中間回転歯車に噛み合い且つ前記第２フインガの端部に設けたフインガ歯車から構成されている。

また，このロボットハンドは，前記第１フインガと前記第２フインガとの間には，少なくとも１つの中間フインガが介在され，前記中間フインガは前記第１フインガに配置された歯車列を介してそれぞれ伝達され，前記第２フインガは前記中間フインガに配置された歯車列を介してそれぞれ伝達され，前記第１フインガ，前記中間フインガ及び前記第２フインガとが少なくとも３関節を構成するものである。

また，前記第１フインガと前記中間フインガは，互いに対向する一対の板状部材からそれぞれ構成され，前記第１フインガの前記板状部材間に前記中間フインガの一方の前記板状部材の端部が枢着され，前記中間フインガの前記板状部材間に前記第２フインガの一方の前記板状部材の端部が枢着されている。

また，このロボットハンドは，前記第１フインガと前記第２フインガとの間に１個の前記中間フインガが介在して前記３関節に構成され，前記第１フインガに組み込まれた前記歯車列は，前記フレームに固定された固定軸に設けたガイド歯車と噛み合う回転歯車，該回転歯車に隣接して噛み合う中間回転歯車，該中間回転歯車に噛み合って前記中間フインガの端部に設けたフインガ歯車，及び前記第１フインガの一方の前記板状部材の端部に設けたフインガ歯車から構成され，前記中間フインガに組み込まれた前記歯車列は，前記第１フインガの前記フインガ歯車と噛み合う回転歯車，該回転歯車に隣接して噛み合う中間回転歯車，該中間回転歯車と噛み合って前記第２フインガの端部に設けたフインガ歯車，及び前記第１フインガの前記中間回転歯車と噛み合って前記中間フインガの一方の前記板状部材の端部に設けたフインガ歯車から構成されている。

また，このロボットハンドは，前記第１フインガと前記中間フインガとの間に１個以上で且つ歯車列を介してそれぞれ伝達される別の前記中間フインガが介在して４関節以上に構成され，別の前記中間フインガに組み込まれた前記歯車列は，前記中間フインガの一方の前記板状部材の端部に設けたフインガ歯車，前記第１フインガ又は隣接する前記中間フインガの前記フインガ歯車と噛み合う回転歯車，該回転歯車に隣接して噛み合う中間回転歯車，及び該中間回転歯車と噛み合う別の隣接する前記中間フインガの他方の前記板状部材の端部に設けたフインガ歯車から構成されている。

また，このロボットハンドは，一方の前記板状部材には雌ねじ付きボス部が設けられ，他方の前記板状部材にはビス挿通孔が形成され，前記ビス挿通孔に挿通したビスを前記雌ねじ付きボス部に螺入して前記板状部材が互いに固定され，前記ボス部には前記回転歯車と前記中間歯車とが回転自在に嵌着されているものである。

また，このロボットハンドでは，前記第１フインガ及び前記中間フインガの一方の前記板状部材の端部に設けた前記フインガ歯車は，前記中間回転歯車の回転に干渉しないように切欠きが形成されてる。

また，このロボットハンドにおいて，前記検出器はカメラであり，前記カメラによって得た前記情報がコントローラに入力され，前記コントローラの指令で前記モータが駆動制御されるものである。

このロボットハンドは，上記のように，１個のモータからの駆動力を減速機で減速して互いに逆転する一対の駆動軸にそれぞれ伝達し，駆動軸からの回転を歯車列を介してフインガの枢動運動に変換するので，歯車列によって動力が伝達され，構造そのものが極めてシンプルであり，装置そのものの小形化を容易に達成でき，フインガ部材から成る各々の関節を時間遅れなく，確実に高精度に作動させることができ，製造コストも安価にすることができる。

この発明によるロボットハンドは，図１〜図９及び図１９を参照して説明した第１実施例である３本指即ち３本のフインガで２箇所の関節を持つ最小単位のものとして構成することができるが，フインガは人の指に疑似させた５本のフインガに構成することもでき，５本以上の多数のフインガに構成することもできる。また，フインガの関節としては，図１０〜図１６を参照して説明した第２実施例である３個の関節に構成することもできるし，また，図１７と図１８を参照して説明した第３実施例である３個以上の関節に構成することもできることは勿論である。また，このロボットハンドは，駆動源としての１個のモータ１によってフインガ関節の動きを制御するように構成されている。また，モータ１は，フレーム２に支持されており，第１フインガ１０，１１，２０の付け根のフレーム部分には検出器としてのカメラ３が設けられており，カメラ３によって部品，部材，機器等の物体の位置，サイズ等の情報を確認し，その情報を遠隔装置等に設けたコントローラに入力し，コントローラがそれらの情報に基づいてモータ１を駆動制御し，第２フインガ１２，１３，２１により物体の把持動作が制御されるものである。また，このロボットハンドを構成する各種の部品や部材は，金属，セラミックス，合成樹脂等の各種の材料で作製することができ，特に材料限定されるものではなく，このロボットハンドの使用目的に応じて材料を適正に選択することができる。このロボットハンドは，主として，フインガ部材，歯車伝動装置等の部品や部材で構成されているので，例えば，これらの部品や部材をオール金属で作製した場合には，特に，高温環境でも各部品や部材に熱変形が発生せず，耐熱性に富み，強固で高精度なものに構成することができる。

図１〜図９及び図１９を参照して，このロボットハンドの第１実施例として，３本指を持ち，２関節のロボットハンドの構造とその動作について説明する。このロボットハンドは，フレーム２に取り付けられた検出器のカメラ３で得た情報に基づいて駆動制御されるモータ１，及びフレーム２に回転自在に取り付けられ且つモータ１からの回転を減速機４を介して伝達される互いに逆転する駆動軸５，６を有している。具体的には，モータ１は，その出力軸１９からの駆動力が減速機４を介して駆動軸５，６を回転駆動する。減速機４は，大径歯車１４と小径歯車１５とが一体構造に構成されている。モータ１の出力軸１９は，その回転が出力歯車１６に伝達される。出力歯車１６は，減速機４の大径歯車１４に噛み合っているので，その回転は大径歯車１４に伝達される。大径歯車１４と一体に回転する小径歯車１５は，中間歯車７に噛み合うと共に駆動歯車９に噛み合っている。また，中間歯車７は，駆動歯車８に噛み合っているので，その回転は駆動歯車８に伝達される。従って，モータ１の回転は，減速機４を介して駆動歯車９，及び減速機４と中間歯車７を介して駆動歯車８に伝達されるので，駆動歯車８と駆動歯車９とは互いに逆回転することになる。このロボットハンドでは，出力歯車１６と減速機４の大径歯車１４とは互いに噛み合うので同一平面に位置し，また，小径歯車１５，中間歯車７，及び駆動歯車８，９は互いに噛み合うので同一平面に位置している。

このロボットハンドでは，駆動歯車８は駆動軸５にビスによって固定され，駆動軸５はフレーム２に軸受４７を介して回転自在に支持されている。また，駆動歯車９は駆動軸６に一体構造又はビスによって固定され，駆動軸６はフレーム２に軸受４７を介して回転自在に支持されている。従って，駆動歯車８は，中間歯車７を介して小径歯車１５に連結されて駆動歯車９とは逆方向に回転するので，駆動歯車８が固定された駆動軸５と駆動歯車９が固定された駆動軸６とは，互いに逆回転することになる。即ち，中間歯車７は，減速機４からの回転を互いに逆転させて駆動歯車８，９に伝達するのに設けられている。また，駆動軸５と駆動軸６とは，掌等の本体を構成するフレーム２を中心に左右に対向した位置に設けられている。また，フレーム２の中央先端部には，物体を検出するための検出器のカメラ３が設置されている。従って，このロボットハンドでは，減速機付きモータ１の出力は，出力歯車１６から大径歯車１４と小径歯車１５に伝達され，図１の右側は中間歯車７を介して駆動歯車８と右側の駆動軸５に伝達され，また，左側は小径歯車１５から駆動歯車９と左側の駆動軸６に伝達されることになる。

このロボットハンドは，駆動軸５，６に一端がそれぞれ固着され且つ駆動軸５，６を中心に枢動する第１フインガ１０，１１，２０，及び駆動軸５，６の回転を歯車列２５から成る歯車伝動装置を介してそれぞれ伝達され且つ物体を把持解放可能に互いに逆方向に枢動即ち揺動する第２フインガ１２，１３，２１から構成されている。具体的には，駆動軸５と駆動軸６とは，ロボットハンドの関節に相当する部分を構成している。右側の駆動軸５と左側の駆動軸６は，右側の第一指即ち第１フインガ１０，左側の第一指即ち第１フインガ１１，及び左側の第一指即ち第１フインガ２０の３本の指即ちフインガの第１関節を形成している。

第１フインガ１０，１１，２０について，図３〜図５を参照して説明する。第１フインガ１０，１１，２０は，互いに対向する一対の板状部材１０Ａ，１０Ｂ，板状部材１１Ａ，１１Ｂ，及び板状部材２０Ａ，２０Ｂからそれぞれ構成され，板状部材１０Ａ，１０Ｂ間，板状部材１１Ａ，１１Ｂ間，及び板状部材２０Ａ，２０Ｂ間の端部には，第二指即ち第２フインガ１２，１３，２１の端部がそれぞれ挟持されて枢動可能に構成されている。図６に示すように，板状部材１０Ａ，板状部材１１Ａ，及び板状部材２０Ａには，雌ねじ４１，４２，４３を形成したボス部３８，３９．４０が設けられている。板状部材１０Ａと板状部材１０Ｂ，板状部材１１Ａと板状部材１１Ｂ，及び板状部材２０Ａと板状部材２０Ｂをボス部３８，３９．４０を間にして両者間に歯車列２５を配設する空間が形成されるように互いに対向させ，次いで，ねじ付きビス３５，３６，３７を雌ねじ４１，４２，４３に螺入して，板状部材１０Ａと板状部材１０Ｂ，板状部材１１Ａと板状部材１１Ｂ，及び板状部材２０Ａと板状部材２０Ｂがそれぞれ互いに固定される。また，板状部材１０Ａ，１１Ａ，２０Ａのボス部３８，３９．４０には，軸受４４，４５，４６を介して回転歯車２９，３０，３１，又は中間回転歯車２９，３０，３１が各板状部材に挟持した状態で回転自在に配置される。

板状部材１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，２０Ａ，２０Ｂのそれぞれの間には，歯車列２５がそれぞれ配置されている。また，歯車列２５は，フレーム２に固定された固定軸１７，１８に設けたガイド歯車２２，２３，２４と噛み合い且つ第１フインガ１０，１１，２０の端部に設けられた回転歯車３２，３３，３４，回転歯車３２，３３，３４に噛み合う隣接した中間回転歯車２９，３０，３１，及び中間回転歯車２９，３０，３１に噛み合う第２フインガ１２，１３，２１の端部に設けられたフインガ歯車２６，２７，２８から構成されている。第１実施例では，回転歯車３２，３３，３４，中間回転歯車２９，３０，３１，及びフインガ歯車２６，２７，２８は，それらの歯幅が板状部材１０Ａ，１０Ｂ，板状部材１１Ａ，１１Ｂ，板状部材２０Ａ，２０Ｂ間の間隔とほぼ等しい厚さに形成されている。また，このロボットハンドでは，第２フインガ１２，第２フインガ１３及び第２フインガ２１のそれぞれの端部に設けられたフインガ歯車２６，２７，２８の中心は，３本の第１フインガ１０，１１，２０と第２フインガ１２，１３，２１の第２関節を形成している。

また，一対の板状部材１０Ａ，１０Ｂ，板状部材１１Ａ，１１Ｂ，及び板状部材２０Ａ，２０Ｂの間の空間には，駆動軸５，６に回転自在に取り付けられ且つ自身が回転しないガイド歯車２２，２３，２４をそれぞれ配設されており，また，ガイド歯車２２，２３，２４は，片方に１８０度強の歯を設けた形状に形成され，固定軸１７，１８に固定された固定アーム４８，４９，５０にそれぞれ固定されている。また，ガイド歯車２２，２３，２４には，第１フインガ１０，１１，２０の回転歯車３２，３３，３４が噛み合っている。ガイド歯車２２，２３，２４は，固定状態であるので，回転歯車３２，３３，３４は，第１フインガ１０，１１，２０が揺動することによってガイド歯車２２，２３，２４の周上を転動して移動し，駆動軸５，６を中心に第１関節を構成することになる。

次に，図８及び図９を参照して，第１フインガ１０，１１，２０，及び第２フインガ１２，１３，２１の動きについて説明する。駆動軸５と駆動軸６とは逆方向に回転しているので，第１フインガ１０及び第２フインガ１２の動きは，第１フインガ１１，２０及び第２フインガ１３，２１の動きとは逆方向，即ち対向する方向に移動即ち揺動することになる。まず，第１フインガ１０は駆動軸５に固定されており，ガイド歯車２２は固定軸１７及びアーム４８に固定されているので，駆動軸５が回転して第１フインガ１０が矢印Ａの方向に動かされると，第１フインガ１０に回転自在に配設された回転歯車３２がガイド歯車２２の周上を噛み合った状態でガイドされて矢印Ｂ方向の回転する。回転歯車３２が矢印Ｂ方向に回転すると，回転歯車３２に噛み合っている中間回転歯車２９が矢印Ｃ方向に回転する。中間回転歯車２９が矢印Ｃ方向の回転すると，中間回転歯車２９に噛み合っているフインガ歯車２６が矢印Ｄ方向の回転し，第２フインガ１２を矢印Ｅ方向に揺動させることになる。また，第１フインガ１１，２０は駆動軸６に固定されており，ガイド歯車２３，２４は固定軸１８及びアーム４９，５０に固定されているので，駆動軸６が回転して第１フインガ１１，２０が矢印Ａ１の方向に動かされると，第１フインガ１１，２０に回転自在に配設された回転歯車３３，３４がガイド歯車２３，２４の周上を噛み合った状態でガイドされて矢印Ｂ１方向に回転する。回転歯車３３，３４が矢印Ｂ１方向に回転すると，回転歯車３３，３４に噛み合っている中間回転歯車３０．３１が矢印Ｃ１方向に回転する。中間回転歯車３０，３１が矢印Ｃ１方向の回転すると，中間回転歯車３０，３１に噛み合っているフインガ歯車２７，２８が矢印Ｄ１方向に回転し，第２フインガ１３，２１を矢印Ｅ１方向に揺動させることになる。従って，このロボットハンドは，モータ１の回転制御によって図８に示すような開放状態から図９に示すような把持する閉状態に揺動させたり，その逆方向に揺動させることができる。

また，第１フインガ１０，１１，２０，及び第２フインガ１２，１３，２１の回転角は，各歯車のサイズを同じにすれば，同じになるが，各歯車のサイズや歯数を変更すれば種々に調整することができる。例えば，第２フインガ１２，１３，２１の回転角を第１フインガ１０，１１，２０の回転角よりも小さくしたい場合には，第１フインガ１０，１１，２０の３本の指の端にある歯車部分の直径を大きくして歯車の歯一本当りの回転角を小さくすれば，簡単に回転角を小さくすることができる。言い換えれば，各歯車の直径，歯数等を種々に変更すれば，第２フインガ１２，１３，２１の動きを所望な移動即ち揺動状態に適正に容易に変更することができるものである。

次に，図１０〜図１６を参照して，この発明によるロボットハンドの第２実施例である３関節を持つタイプのロボットハンドを説明する。第２実施例は，第１実施例が人の親指のように２関節タイプであったのに対し，１関節を増加させた親指以外の指のように３関節タイプのロボットハンドである。第２実施例は，モータ１から駆動軸５，６までの構成は，第１実施例と同様であるので，ここではそれらの説明を省略する。第２実施例のロボットハンドは，第１実施例の第１フインガ１０，１１，２０と第２フインガ１２，１３，２１との間に，中間フインガ５３をそれぞれ介在させることによって構成することができる。ここで説明を簡単にするため，駆動軸５に枢着した第１フインガ５１，第１フインガ５１に枢着した中間フインガ５３，及び中間フインガ５３に枢着した第２フインガ５２について図示し説明することとする。このロボットハンドでは，中間フインガ５３が第１フインガ５１と第２フインガ５２との間に介在されている。第１フインガ５１の回転歯車６４が駆動軸５に回転自在に嵌合したフインガ歯車２２の周上を揺動することによって第１関節が構成され，また，中間フインガ５３のフインガ歯車６６が第１フインガ５１の中間回転歯車６５の回転によって第１フインガ５１のフインガ歯車５８の周上を揺動することによって第２関節が構成され，更に，第２フインガ５２のフインガ歯車６７が中間フインガ５３の中間回転歯車６５の回転によって第２フインガ５２のフインガ歯車６７が中間回転歯車６５の周上を転動することによって第２フインガ５２が揺動してフインガ歯車６７を中心に第３関節を構成するようになっている。

図１１及び図１２を参照して，第１フインガ５１について説明する。第１フインガ５１は，図１１に示す板状部材５１Ａと図１２に示す板状部材５１Ｂとが互いに隔置して対向状態に配置して構成されている。板状部材５１Ａと板状部材５１Ｂは，第１実施例と同様に，ビス５４によって互いに固着されて一体構造になっており，両者の板状部材間に歯車列５５が組み込まれている。第１フインガ５１を構成する板状部材５１Ａ，５１Ｂには，駆動軸５が嵌合する取付け孔６０及びビス孔５７が形成され，駆動軸５を取付け孔６０に嵌合してビス孔５７にビス５４を螺入して，駆動軸５と第１フインガ５１とが固定されている。従って，第１フインガ５１は，駆動軸５の回転によって駆動軸５を中心に揺動し，第１関節を構成することになる。第１フインガ５１の板状部材５１Ａの先端側には，図１１に示すように，第２関節の動作を可能にする歯車を一体構造で成形したフインガ歯車５８が設けられている。フインガ歯車５８は中間フインガ５３のガイドとして機能する。また，板状部材５１Ａには，ビスが挿通するビス孔５９が形成されている。また，板状部材５１Ｂは，図１２に示すように，雌ねじ付きのボス部６１，６２が設けられている。ボス部６２は，板状部材５１Ｂの先端部に位置してボス部６１の半分の高さである。第１フインガ５１は，ボス部６１，６２に回転歯車６４と中間回転歯車６５を回転自在に装着し，次いで板状部材５１Ａと板状部材５１Ｂとの間に，ボス部６１，６２，回転歯車６４及び中間回転歯車６５を介在させた状態で，互いに対向させてビス５４によって固着することによって構成される。板状部材５１Ａと板状部材５１Ｂとの間には，ガイド歯車２２と噛み合ってガイド歯車２２の周上を転動する回転歯車６４，回転歯車６４に噛み合う中間回転歯車６５，中間回転歯車６５に隣接して中間フインガ５３の回転歯車６３と噛み合うフインガ歯車５８，及び中間回転歯車６５に噛み合ってフインガ歯車５８と側面に接する中間フインガ５３のフインガ歯車６６が配列されている。フインガ歯車５８は中間回転歯車６５の回転に干渉しないように切欠き７６が形成されている。図１３に示すように，回転歯車６４と中間回転歯車６５とは同一歯幅に形成され，また，フインガ歯車５８と回転歯車６３は回転歯車６４の歯幅の半分のサイズに形成されている。従って，板状部材５１Ａと板状部材５１Ｂとを対向させた状態では，フインガ歯車５８と後述の中間フインガ５３に設けたフインガ歯車６６とが側面を接した状態になって，中間回転歯車６５の歯幅になっている。また，これらの歯車６３，６４，６５には，その中心にボス部６１，６２に嵌着した軸受４４，４５，４６（図６）が挿通する取付孔５６が形成されている。

図１４及び図１５を参照して，中間フインガ５３について説明する。中間フインガ５３は，図１４に示す板状部材５３Ａと図１５に示す板状部材５３Ｂとが互いに隔置して対向状態に配置して構成されている。板状部材５３Ａと板状部材５３Ｂは，第１フインガ５１と同様に，ビス５４によって互いに固着されて一体構造になっており，両者の板状部材間に歯車列５５が組み込まれている。板状部材５３Ａの先端側には，図１４に示すように，第２関節の動作を可能にする歯車を一体構造で成形したフインガ歯車６６が設けられている。また，板状部材５３Ａには，ビスが挿通するビス孔５９が形成されている。また，板状部材５３Ｂは，図１５に示すように，雌ねじ付きのボス部６１，６２が設けられている。中間フインガ５３は，ボス部６１，６２に回転歯車６３と中間回転歯車６５を回転自在に装着し，次いで板状部材５３Ａと板状部材５３Ｂとの間に，ボス部６１，６２，回転歯車６３と中間回転歯車６５を介在させた状態で，互いに対向させてビス５４によって固着することによって構成される。第１フインガ５１の板状部材５１Ａと板状部材５１Ｂとの間には，第１フインガ５１の中間回転歯車６５と噛み合って中間回転歯車６５の周上を転動する中間フインガ５３のフインガ歯車６６が配列されている。更に，中間フインガ５３の板状部材５３Ａと板状部材５３Ｂとの間には，第１フインガ５１のフインガ歯車５８と噛み合う回転歯車６３，回転歯車６３に噛み合う中間回転歯車６５，及び第２フインガ５２のフインガ歯車６７が配列されている。中間フインガ５３は，そのフインガ歯車６６が第１フインガ５１の板状部材５１Ａと板状部材５１Ｂとの間にフインガ歯車５８と側面を接して配置され，ボス部６２を取付孔５６に挿通してビス５４で板状部材５１Ａと板状部材５１Ｂを固着することによって揺動可能に第１フインガ５１に取り付けられている。板状部材５３Ｂは，第１フインガ５１の端部のフインガ歯車５８の周上を転動する時に，第１フインガ５１に干渉しないように切欠き６８が形成されている。また，中間フインガ５３の中間回転歯車６５の回転に応じて，第２フインガ５２のフインガ歯車６７が中間回転歯車６５の周上を転動することによって第３関節が構成されることになっている。

図１６を参照して，第２フインガ５２について説明する。第２フインガ５２は，端部にフインガ歯車６７が一体構造に設けられている。第２実施例の第２フインガ５２は，第１実施例の第２フインガ１２と実質的に同一の形状に構成されている。第２フインガ５２は，物体の把持部７４を形成すると共に，その先端部にフインガ歯車６７を備えている。フインガ歯車６７の中心にはボス部６１が挿通する取付孔５６が形成されている。第２フインガ５２は，図１０に示すように，中間フインガ５３の板状部材５３Ａと板状部材５３Ｂとの間に配置され，中間フインガ５３のボス部６１を取付孔５６に挿通してビス５４で板状部材５３Ａと板状部材５３Ｂを固着することによって揺動可能に中間フインガ５３に取り付けられ，第３関節を構成している。

次に，第２実施例の３関節を持つロボットハンドの作動について説明する。モータ１によって駆動軸５が回転する動作は，第１実施例と同様である。駆動軸５が回転することによって，駆動軸５に固定されている第１フインガ５１が駆動軸５を中心にして回転する。そこで，第１フインガ５１は駆動軸５を中心にして揺動し，第１関節の機能を果たすように枢動即ち揺動する。また，駆動軸５には回転自在にガイド歯車２２が支持されている。ガイド歯車２２は，固定軸１７に固定されているので，回転することはない。第１フインガ５１に回転自在に支持されている回転歯車６４は，第１フインガ５１の回転に従ってガイド歯車２２の周上をガイドされて回転しつつ転動する。回転歯車６４が回転すると，回転歯車６４に噛み合っている第１フインガ５１の中間回転歯車６５が回転する。

また，第１フインガ５１の中間回転歯車６５には，中間フインガ５３のフインガ歯車６６が噛み合っているので，中間回転歯車６５の回転は，中間フインガ５３のフインガ歯車６６を回転させて中間フインガ５３をフインガ歯車６６を中心に回転させることになる。そこで，中間フインガ５３はフインガ歯車６６を中心にして揺動し，第２関節の機能を果たすように枢動即ち揺動する。一方，第１フインガ５１のフインガ歯車５８は，中間フインガ５３の端部に配置された回転歯車６３に噛み合っているので，第１フインガ５１の回転に従って，中間フインガ５３の回転歯車６３は，第１フインガ５１のフインガ歯車５８をガイドとしてフインガ歯車５８の周上を回転しつつ転動する。回転歯車６３の回転は，回転歯車６３に噛み合っている中間フインガ５３の中間回転歯車６５を回転させる。

更に，中間フインガ５３の中間回転歯車６５には，第２フインガ５２のフインガ歯車６７が噛み合っている。そこで，第２フインガ５２は，フインガ歯車６７を中心にして揺動し，第３関節の機能を果たすように枢動即ち揺動することになる。従って，第２実施例のロボットハンドは，上記のように，固定軸１７に固定されたガイド歯車２２が第１フインガ５１をガイドして第１関節が形成され，第１フインガ５１のフインガ歯車５８が中間フインガ５３をガイドして第２関節が形成され，中間フインガ５３の中間回転歯車６５が第２フインガ５２をガイドして第３関節が形成されている。

次に，図１７と図１８を参照して，この発明によるロボットハンドの第３実施例として４関節以上の多関節を持つタイプのロボットハンドについて説明する。第３実施例のロボットハンドは，第２実施例のロボットハンドにおける第１フインガ５１と中間フインガ５３との間に，中間フインガ６９を組み込むことによって構成される。中間フインガ６９を１個加える毎に関節数が増加するようになっている。中間フインガ６９は，板状部材７０と板状部材５３Ａとを対向させてビス５４で固定することによって構成される。中間フインガ６９の板状部材５３Ａは，中間フインガ５３の板状部材と同一形状であるので，その説明は省略する。板状部材７０は，図１８に示すように，先端部に一体構造のフインガ歯車７２を備えると共に，端部にボス部６１，中間にボス部６２，先端部にフインガ歯車７２上にボス部７３が設けられている。板状部材７０は，先端部には手前に隣接するフインガ５１，６９に干渉しないように切欠き７５が形成されている。また，フインガ歯車７２には，中間回転歯車６５の回転に干渉しないように切欠き７１が形成されている。ボス部７３は，フインガ歯車７２の中心部に設けられている。また，中間フインガ６９には，端部側のボス部６２に挿通した回転歯車６３，及び回転歯車６３に噛み合う中間回転歯車６５が配置されている。フインガ歯車７２は，隣接する中間フインガ６９の回転歯車６３と噛み合っており，板状部材５３Ａに設けたフインガ歯車６６に対して側面を接した状態に配設されている。このロボットハンドでは，フインガ歯車７２の周上を回転歯車６３が転動することによって先端側に位置する中間フインガ６９がフインガ歯車６６を中心に揺動して関節を構成している。

第３実施例のロボットハンドは，上記のように構成されているので，次のように作動することができる。モータ１によって駆動軸５が回転する動作は，第１実施例と同様である。また，第１フインガ５１の作動は，第２実施例と同様である。駆動軸５が回転することによって，駆動軸５に固定されている第１フインガ５１が駆動軸５を中心にして回転する。第１フインガ５１に回転自在に支持されている回転歯車６４は，第１フインガ５１の回転に従ってガイド歯車２２の周上を回転しつつ転動する。そこで，第１フインガ５１は駆動軸５を中心にして枢動し，第１関節の機能を果たすように枢動即ち揺動させることになる。また，回転歯車６４が回転すると，回転歯車６４に噛み合っている第１フインガ５１の中間回転歯車６５が回転する。中間回転歯車６５には板状部材５３Ａに設けたフインガ歯車６６と噛み合っているので，中間回転歯車６５の回転は，第１の中間フインガ６９を揺動させることになる。また，第１フインガ５１の回転はフインガ歯車５８を回転させ，フインガ歯車５８に噛み合っている回転歯車６３を回転させることになる。従って，第１フインガ５１の回転は，フインガ歯車６６を通じて第１の中間フインガ６９を回転させると共に，回転歯車６３をフインガ歯車５８の周上に沿って回転しつつ転動させ，第１の中間フインガ６９をフインガ歯車５８，６６を中心とする第２関節の機能を果たすように枢動即ち揺動させることになる。更に，回転歯車６３の回転は，第１の中間フインガ６９の中間回転歯車６５を回転させる。中間回転歯車６５には隣接する第２の中間フインガ６９のフインガ歯車６６が噛み合っているので，第１の中間回転歯車６５の回転は第２の中間フインガ６９を揺動させることになる。第２の中間フインガ６９を揺動すると，第２の回転歯車６３が第１のフインガ歯車７２と噛み合っているので，第２の回転歯車６３は第１のフインガ歯車７２の周上に沿って回転しつつ転動させ，第２の中間フインガ６９をフインガ歯車６６，７２を中心とする第３関節の機能を果たすように枢動即ち揺動させることになる。また，中間フインガ６９と第２フインガ５２との作動は，第２実施例の中間フインガ５３と第２フインガ５２との作動と同等である。このようにして，中間フインガ６９を増加させる毎に関節の数が増加することになる。従って，この発明によるロボットハンドは，４関節以上の多関節についても，上記の３関節のタイプのロボットハンドの構造と同じ考えで延長すればよく，図１７に示すように多関節のロボットハンドを設計することができる。

この発明によるロボットハンドは，上記のように構成されているので，３本指に限らず，５本フインガ即ち５本指の構造で，２関節，３関節，多関節の構造のロボットハンドを構成することもできる。また，親指に相当する指を２関節タイプに構成し，他の指を３関節タイプに構成すれば，５本の指を持つ人の手と同じ構造に構成でき，人の擬似ハンドを製作することもできる。

この発明によるロボットハンドは，例えば，好ましくない作業環境，高温や低温作業環境等の場所，宇宙等で物品や部材を移動させたり，物品や部材を設備に設置したりする作業を遠隔操作で行う作業用ロボットのハンド部分，義手のハンド部分等に組み込んで適用できる。

この発明によるロボットハンドの第１実施例である２関節タイプのロボットハンドを示す平面図である。 図１のロボットハンドを図１の左側から見た側面図である。 第１フインガと第２フインガの動きを説明する説明図である。 第１フインガと第２フインガを構成する板状部材を示す平面図である。 図４の第１フインガと第２フインガを示す側面図である。 図４の第１フインガを構成する一対の板状部材を固着した状態を示す部分側面図である。 左側の第１フインガを構成する板状部材が左側の回転軸駆動歯車と一体構造であることを示し，Ａは平面図であり，Ｂは側面図である。 第１フインガと第２フインガとの作動状態を説明する説明図である。 第１フインガと第２フインガとの把持状態まで作動した状態を示す説明図である。 この発明によるロボットハンドの第２実施例である３関節タイプのロボットハンドを示しており，Ａは平面図，及びＢは側面図である。 図１０における第１フインガの一方の板状部材を示し，Ａは平面図，Ｂは側面図，及びＣは裏面図である。 図１０における第１フインガの他方の板状部材を示し，Ａは平面図，Ｂは側面図，及びＣは裏面図である。 このロボットハンドにおける板状部材間に配設された回転歯車を示し，Ａ−１は小径の回転歯車の平面図，Ａ−２は小径の回転歯車の側面図，Ｂ−１は大径の回転歯車の平面図，Ｂ−２は大径の回転歯車の側面図である。 このロボットハンドにおける中間フインガの一方の板状部材を示し，Ａは平面図，Ｂは側面図，及びＣは裏面図である。 このロボットハンドにおける中間フインガの他方の板状部材を示し，Ａは平面図，及びＢは側面図である。 このロボットハンドにおける第２フインガを示し，Ａは平面図，及びＢは側面図である。 この発明によるロボットハンドの第３実施例である多関節タイプのロボットハンドを示しており，Ａは平面図，及びＢは側面図である。 図１７のロボットハンドに組み込まれている中間フインガの板状部材を示しており，Ａは側面図，及びＢは平面図である。 図１に示すロボットハンドを示す斜視図である。

符号の説明

１ モータ
２ フレーム
３ カメラ
４ 減速機
５，６ 駆動軸
１０，１１，２０ 第１フインガ
１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ ２０Ａ，２０Ｂ 第１フインガの板状部材
１２，１３，２１ 第２フインガ
１７，１８ 固定軸
２２，２３，２４ ガイド歯車
２５，５５ 歯車列 ２６，２７，２８ フインガ歯車
２９，３０，３１ 中間回転歯車
３２，３３，３４ 回転歯車
３５，３６，３７，５４ ビス
３８，３９，４０，６１，６２，７３ ボス部
４１，４２，４３ 雌ねじ
５１ 第１フインガ
５１Ａ，５１Ｂ 板状部材
５２ 第２フインガ
５３ 中間フインガ
５３Ａ，５３Ｂ 板状部材
５８ フインガ歯車
５９ ビス孔
６０ 取付け孔
６３，６４ 回転歯車
６５ 中間回転歯車
６６，６７ フインガ歯車
６８，７５，７６ 切欠き
６９ 中間フインガ
７０ 中間フインガ７０の板状部材
７２ フインガ歯車
７４ 把持部

Claims (10)

1. フレームに取り付けられた検出器で得た情報に基づいて駆動制御されるモータ，前記モータからの回転を減速機を介して伝達され且つ前記フレームに回転自在に取り付けられた互いに逆回転する駆動軸，前記駆動軸に一端がそれぞれ固着されて枢動する少なくとも一対の第１フインガ，及び前記駆動軸の回転が歯車列を介してそれぞれ伝達され且つ物体把持部を形成する互いに逆方向に枢動する少なくとも一対の第２フインガから構成され，前記第１フインガと前記第２フインガとが少なくとも２関節を構成することから成るロボットハンド。
2. 前記第１フインガは互いに対向する一対の板状部材から構成され，前記板状部材間の端部に前記第２フインガの端部が挟持されて枢着されていることから成る請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記歯車列は，前記フレームに固定された固定軸に設けたガイド歯車と噛み合う回転歯車，前記回転歯車に隣接して噛み合う中間回転歯車，及び前記中間回転歯車に噛み合い且つ前記第２フインガの端部に設けたフインガ歯車から構成されていることから成る請求項１又は２に記載のロボットハンド。
4. 前記第１フインガと前記第２フインガとの間には，少なくとも１つの中間フインガが介在され，前記中間フインガは前記第１フインガに配置された歯車列を介してそれぞれ伝達され，前記第２フインガは前記中間フインガに配置された歯車列を介してそれぞれ伝達され，前記第１フインガ，前記中間フインガ及び前記第２フインガとが少なくとも３関節を構成することから成る請求項１に記載のロボットハンド。
5. 前記第１フインガと前記中間フインガは，互いに対向する一対の板状部材からそれぞれ構成され，前記第１フインガの前記板状部材間に前記中間フインガの一方の前記板状部材の端部が枢着され，前記中間フインガの前記板状部材間に前記第２フインガの一方の前記板状部材の端部が枢着されていることから成る請求項４に記載のロボットハンド。
6. 前記第１フインガと前記第２フインガとの間に１個の前記中間フインガが介在して前記３関節に構成され，
   前記第１フインガに組み込まれた前記歯車列は，前記フレームに固定された固定軸に設けたガイド歯車と噛み合う回転歯車，該回転歯車に隣接して噛み合う中間回転歯車，該中間回転歯車に噛み合って前記中間フインガの端部に設けたフインガ歯車，及び前記第１フインガの一方の前記板状部材の端部に設けたフインガ歯車から構成され，
   前記中間フインガに組み込まれた前記歯車列は，前記第１フインガの前記フインガ歯車と噛み合う回転歯車，該回転歯車に隣接して噛み合う中間回転歯車，該中間回転歯車と噛み合って前記第２フインガの端部に設けたフインガ歯車，及び前記第１フインガの前記中間回転歯車と噛み合って前記中間フインガの一方の前記板状部材の端部に設けたフインガ歯車から構成されていることから成る請求項５に記載のロボットハンド。
7. 前記第１フインガと前記中間フインガとの間に１個以上で且つ歯車列を介してそれぞれ伝達される別の前記中間フインガが介在して４関節以上に構成され，
   別の前記中間フインガに組み込まれた前記歯車列は，前記中間フインガの一方の前記板状部材の端部に設けたフインガ歯車，前記第１フインガ又は隣接する前記中間フインガの前記フインガ歯車と噛み合う回転歯車，該回転歯車に隣接して噛み合う中間回転歯車，及び該中間回転歯車と噛み合う別の隣接する前記中間フインガの他方の前記板状部材の端部に設けたフインガ歯車から構成されていることから成る請求項５に記載のロボットハンド。
8. 一方の前記板状部材には雌ねじ付きボス部が設けられ，他方の前記板状部材にはビス挿通孔が形成され，前記ビス挿通孔に挿通したビスを前記雌ねじ付きボス部に螺入して前記板状部材が互いに固定され，前記ボス部には前記回転歯車と前記中間歯車とが回転自在に嵌着されていることから成る請求項３，６又は７に記載のロボットハンド。
9. 前記第１フインガ及び前記中間フインガの一方の前記板状部材の端部に設けた前記フインガ歯車は，前記中間回転歯車の回転に干渉しないように切欠きが形成されてることから成る請求項６〜８のいずれか１項に記載のロボットハンド。
10. 前記検出器はカメラであり，前記カメラによって得た前記情報がコントローラに入力され，前記コントローラの指令で前記モータが駆動制御されることから成る請求項１〜９のいずれか１項に記載のロボットハンド。

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