JP2017080819A - Robot hand - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セルフロック性を有するギアを用いたロボットハンドに関する。 The present invention relates to a robot hand using a self-locking gear.
従来、このような分野の技術として、特開2000−288971号公報がある。この公報に記載されたロボットハンドでは、セルフロック性ギアであるウォームギアの両側にウォームホイールを配置し、さらにその外側に把持爪が配置されている。 Conventionally, there is JP 2000-288971 A as a technique in such a field. In the robot hand described in this publication, worm wheels are arranged on both sides of a worm gear which is a self-locking gear, and gripping claws are arranged on the outside thereof.
このロボットハンドは、モータに接続されたウォームギアが回転動作することにより、ウォームギアの両側に設けられたウォームホイールが互いに逆回転を行う。これにより、ウォームホイールと連動して把持爪が動作し、把持爪の開閉が行われる。 In this robot hand, the worm gears connected to the motor rotate, so that the worm wheels provided on both sides of the worm gear rotate in the opposite directions. As a result, the gripping claw operates in conjunction with the worm wheel, and the gripping claw is opened and closed.
ロボットハンドをロボットに搭載する際には、ロボットハンドの幅方向の大きさと、高さ方向の大きさを等しくすることが好ましい。したがって、モータとセルフロック性ギアを高さ方向に並べることになるため、モータとセルフロック性ギアとの間にベルトを介する構造となる。しかしながら、図6に示すように、把持爪により把持対象物を把持させた後に、モータの出力をパルス状に停止させると、ベルトにかかっていた張力が開放されることにより、プーリと、セルフロック性ギアの入力側に逆回転の力がかかる。そのため、図7に示すように、最大出力で把持させた状態に比べて、把持力の低下が発生する場合がある。
本発明は、把持対象物を把持した後にモータを停止させる際に、把持爪の把持力低下を抑制するロボットハンドを提供するものである。
When the robot hand is mounted on the robot, it is preferable that the size in the width direction of the robot hand is equal to the size in the height direction. Therefore, since the motor and the self-locking gear are arranged in the height direction, the belt is interposed between the motor and the self-locking gear. However, as shown in FIG. 6, when the output of the motor is stopped in a pulsed manner after the object to be gripped is gripped by the gripping claws, the tension applied to the belt is released, so that the pulley and the self-locking Reverse rotation force is applied to the input side of the sex gear. Therefore, as shown in FIG. 7, there is a case where the gripping force is reduced as compared with a state where the gripping is performed at the maximum output.
The present invention provides a robot hand that suppresses a decrease in gripping force of gripping claws when a motor is stopped after gripping an object to be gripped.
本発明にかかるロボットハンドは、モータと、前記モータに対して、プーリ、ベルトを介して動的に接続されたセルフロック性ギアと、前記セルフロック性ギアの動作により開閉可能な一対の把持爪と、前記モータの出力を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記モータに最大トルクを出力させた後に停止させる際に、前記ベルトの張力が開放される力が、前記プーリから把持爪までの間に設けられた前記セルフロック性ギアを含むギアトレインの静止摩擦力以下となる状態を維持しながら、前記モータの出力を徐々に低下させる。
これにより、モータの停止時にセルフロック性ギアが逆回転することを抑制できる。
A robot hand according to the present invention includes a motor, a self-locking gear dynamically connected to the motor via a pulley and a belt, and a pair of gripping claws that can be opened and closed by the operation of the self-locking gear. And a control unit that controls the output of the motor, and the control unit receives a force from the pulley to release the tension of the belt when the motor is stopped after outputting the maximum torque. The output of the motor is gradually decreased while maintaining a state where the frictional force of the gear train including the self-locking gear provided between the gripping claws and the gripping claw is maintained.
Thereby, it can suppress that a self-locking gear reversely rotates at the time of a motor stop.
これにより、把持爪の把持力低下を抑制することができる。 Thereby, the holding | grip force fall of a holding nail | claw can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1に示すように、ロボットハンド1は、一対の把持爪2a,2bと、把持爪2a,2bを動作させるための動作部3と、を備える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
一対の把持爪2a,2bは、間にワークを挟むことで把持を行う。また、一対の把持爪2a,2bは、離間する方向に動作することで、ワークの開放を行う。
The pair of gripping
図2に示すように、動作部3は、モータ11と、モータ11の動力により動作するピニオンギア12と、ピニオンギア12と連結され、把持爪2a,2bを動作させる複数の平歯ギア13と、平歯ギア13の出力を測定するポテンショメータ14と、モータ11の動作を制御する制御部15と、ピニオンギア12や平歯ギア13を収容している下板16a、中板16b、上板16cを有するケース16と、を備える。以下では、モータ11が配置された方向を上方として説明する。また、一対の把持爪2a,2b(図1参照)が左右方向に設けられているものとして説明する。
As shown in FIG. 2, the
モータ11は、本体部31に連結する回転シャフト(図示せず)と、回転シャフトの先に配置されベルト33が掛けられたプーリ32を備える。モータ11の本体部31は、上板16cの上方に配置されている。モータ11は、制御部15の制御に基づいて動作を行う。例えばモータ11は、制御部15によるポテンショメータ14の出力に基づくフィードバック制御によって、定格のトルクを出力させる。また、モータ11は、制御部15の制御により、回転シャフトを逆方向に回転させることができる。また、モータ11は、定格より大きい出力を行うことで、把持爪2a,2bにワークを強く把持させる。
The
ピニオンギア12は、ピニオン41と、ピニオン41とかみ合うリング状のギア42と、を備える。ピニオンギア12は、下板16aの上面に載置されている。例えばピニオンギア12は、ハイポイドギアである。
The
ピニオン41は、左右方向を軸方向とするシャフト部41aと、シャフト部41aの一端の外周側に設けられた複数の歯を有する歯部41bと、シャフト部41aの他端側に設けられたプーリ41cと、を備える。シャフト部41aは、モータ11により動作したベルト33を介して、プーリ41cが回転することによって回転する。すなわち、ピニオン41は、モータ11と動的に接続されている。シャフト部41aには、下板16aと連結されたベアリング41dと接続されており、シャフト部41aが安定して回転駆動する。これにより、シャフト部41aの先端に設けられた歯部41bが、安定して回転駆動する。
The
ギア42は、上下方向を中心としたリング状である。ギア42の上側には、リングに沿って歯部が形成されている。ピニオン41の歯部41bは、ギア42の歯部とかみ合っている。ギア42は、ピニオン41の回転駆動にあわせて回転駆動する。例えば、モータ11が順方向に回転駆動し、シャフト部41aの歯部41bが、歯部41b側から見て反時計周りの方向(順方向)に回転した場合に、ギア42は、上方から見て反時計方向に回転駆動する。また逆に、シャフト部41aの歯部41bが、歯部41b側から見て時計周りの方向(逆方向)に回転した場合に、ギア42は、上方から見て時計方向に回転駆動する。なお、ピニオンギア12に用いられるギア42は、セルフロック性を有するギアであり、ピニオン41によりギア42の静止摩擦力を超える回転駆動の力が与えられたときに回転駆動する。
The
4つの平歯ギア13は、中板16b上において、上下方向を軸方向とする状態で配置されている。4つの平歯ギアは略円柱状であり、外周側には歯部が形成されている。第1の平歯ギア13aは、ギア42の中央部に挿入された連結軸21により連結されており、ギア42の回転と同期して回転駆動する。
The four
第2の平歯ギア13bは、左側の把持爪2bに連結されている。また、第4の平歯ギア13dは、右側の把持爪2aに連結されている。第1の平歯ギア13aの歯部は、第2の平歯ギア13b、及び第3の平歯ギア13cの夫々の歯部とかみ合っている。また、第3の平歯ギア13cは、第4の平歯ギア13dの歯部とかみ合っている。したがって、第1の平歯ギア13aが回転駆動する際には、第2の平歯ギア13bと第4の平歯ギア13dは互いに逆回転を行う。したがって、ピニオン41が順方向に回転駆動した場合には、第2の平歯ギア13bと第4の平歯ギア13dは逆方向に動作するため、把持爪2a,2bは互いに逆方向に動作して間隔を狭め、物体の把持を行うことができる。また同様に、ピニオン41が逆方向に回転駆動した場合には、把持爪2a,2bの間隔を広げ、物体の開放を行うことができる。
The
ポテンショメータ14は、上板16c上に配置されている。ポテンショメータ14には、第2の平歯ギア13bの回転軸22が連結されており、第2の平歯ギア13bの回転力を測定して電気信号に変換し、制御部15に出力する。
The
制御部15は、モータ11の出力を制御する。例えば、制御部15は、ポテンショメータ14から入力された信号に基づいてフィードバック制御を行い、モータ11のトルクの調整を実行する。制御部15は、把持爪2a,2bが目標角度になった後に、モータ11の出力を変更させる。すなわち制御部15は、モータ11に、把持爪2a,2bに把持対象物を強く把持させるために、瞬時に最大トルクを発生させるように制御するとともに、その後、モータ11の出力を停止させる際に、把持爪2a,2bの把持力が低下しないように緩やかにモータ11の出力を下げる制御を行う。
The
次に、図3を用いて、把持爪2a,2bにより把持対象物を把持する際に、把持力の低下を抑制する具体的な制御方法について説明する。
Next, a specific control method for suppressing a reduction in gripping force when gripping a gripping object by the gripping
制御部15は、モータ11を順方向に定格トルクで動作させるように制御する(S1)。すなわち、図4に示すように、モータ11をOFF状態から定格出力にした後に、定格出力である状態を維持する。これにより、ベルト33を介してピニオンギア12が順方向に回転して、平歯ギア13が回転駆動することにより、把持爪2a,2bが閉じる方向に動作する。
The
制御部15は、ポテンショメータ14からの入力に基づいて、把持爪2a,2bが目標角度に到達したか否かを判定する(S2)。ここで目標角度とは、例えば、把持爪2a,2bが、それぞれ把持対象物を挟むように接触している角度である。なお目標角度は、把持爪2a,2bを目標位置まで動作させる場合の平歯ギア13の動作角度であっても良い。現在の角度が目標角度に到達していなければ(S2でNo)、S1に戻り、制御部15によるモータ11の動作制御を継続させる。目標角度に到達していれば(S2でYes)、S3に進む。
Based on the input from the
制御部15は、モータ11の出力トルクを瞬間的に定格トルクより大きくする(S3)。例えば、図4に示すように、制御部15は、モータ11の出力トルクを定格の状態から、最大の状態に引き上げる。ここで最大トルクとは、把持対象物を把持させた後、モータの出力を停止させた際にベルトに残る慣性力が、ギアなどの摩擦力よりも大きくなるトルクであり、例えば定格トルクより大きいトルクである。これにより図5に示すように、把持爪2a,2bは、モータ11を定格で動作させていたときに比べて、把持対象物に対して強い把持力を発揮した状態となる。
The
次に図4に示すように、制御部15は、モータ11の出力トルクを、最大出力の状態から徐々に低下させる(S4)。このとき、モータ11の出力が低下することにより、ベルト33では張力が開放されるため、逆回転方向の力が発生する。ここで、ベルト33の張力の開放により、ピニオンギア12は逆回転を行う力が発生する場合には、把持爪2a,2bが開く方向の力が発生する。
Next, as shown in FIG. 4, the
制御部15は、モータ11の出力を徐々に低下させることによって、ベルト33の張力が一度に開放される力を小さくする。これにより制御部15は、逆回転の力がピニオンギア12及び平歯ギア13の静止摩擦力を超えないように制御する。言い換えると、制御部15は、図4に示したモータ11の出力が最大の状態から停止させるまでの勾配部分について、ベルト33の張力の開放による力がピニオンギア12の静止摩擦力を超えないように、モータ11の出力低下の度合いを決定して、モータ11の出力を制御する。これにより、ピニオンギア12及び平歯ギア13より構成されたギアトレインにおいて、各ギアの逆回転の発生を抑え、把持爪2a,2bが開く方向に動作することを抑制する。
The
その後、図4に示すように、制御部15はモータ11の出力を完全に停止させる(S5)。
Then, as shown in FIG. 4, the
これにより、ベルト33の張力の開放による逆回転の力によって、把持爪2a,2bが開くのを抑制できる。すなわち、把持爪2a,2bにより把持対象物を強く把持し、その後、モータ11を停止させたときの把持力の低下を抑制することができる。
Thereby, it is possible to suppress the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、セルフロック性を有するギアとタイミングベルトを用いたものであれば、ロボットハンドに限られない。セルフロック性を有するギアは、ハイポイドギアではなく、ウォームギアやそれ以外のギアであってもよい。また、モータ11を最初に定格トルクで動作させ、その後、定格トルクより大きい最大トルクで動作させる場合について説明したが、定格トルク以下の状態で実行しても良い。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the robot hand is not limited to a robot hand as long as it uses a self-locking gear and a timing belt. The gear having the self-locking property may be a worm gear or other gear instead of the hypoid gear. Moreover, although the case where the
1 ロボットハンド
2a,2b 把持爪
3 動作部
11 モータ
12 ピニオンギア
13a〜13d 平歯ギア
14 ポテンショメータ
15 制御部
16 ケース
16a 下板
16b 中板
16c 上板
21 連結軸
22 回転軸
31 本体部
32 プーリ
33 ベルト
41 ピニオン
41a シャフト部
41b 歯部
41c プーリ
41d ベアリング
42 ギア
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記モータに対して、プーリ、ベルトを介して動的に接続されたセルフロック性ギアと、
前記セルフロック性ギアの動作により開閉可能な一対の把持爪と、
前記モータの出力を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記モータに最大トルクを出力させた後に停止させる際に、前記ベルトの張力が開放される力が、前記プーリから把持爪までの間に設けられた前記セルフロック性ギアを含むギアトレインの静止摩擦力以下となる状態を維持しながら、前記モータの出力を徐々に低下させる
ロボットハンド。 A motor,
A self-locking gear dynamically connected to the motor via a pulley and a belt;
A pair of gripping claws that can be opened and closed by the operation of the self-locking gear;
A control unit for controlling the output of the motor,
The control unit includes the self-locking gear that is provided between the pulley and the gripping claw so that the tension of the belt is released when the motor is stopped after outputting the maximum torque. A robot hand that gradually reduces the output of the motor while maintaining a state where the static friction force of the gear train is less than or equal to.
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