JP4618727B2 - ロボットハンドの指ユニット - Google Patents

Description

本発明はロボットハンドの指ユニットに関するものである。

ロボットハンドに用いる指ユニットは一般に多関節構造とされている。従来において、多関節指ユニットにおけるアクチュエータの回転出力軸から出力される回転を、これに直交する関節軸の回転運動に変換するために、ネジ及びラック・ピニオンの組み合せ、クランク機構、ウオームギヤ、ワイヤ及びシーブ方式等が採用されている。しかしながら、何れも関節部寸法が大きいなどの問題点がある。また、従来の指は、他の指と連動し関節の屈折も手の内側にのみ曲がるものが殆どであり、指同士の協調作業を行なわせる等、ロボットハンドの掌に応用して多様な動作を行なわせることが困難であった。

本願人は、かかる点に鑑みて、特許文献１において、人間の視覚認識から始まる身体器官の動作速度よりも、遥かに速く且つ正確に作動するロボットハンドに用いるのに適した指ユニットを提案している。
特開２００４−１２２３３９号公報

本願発明は、上記の特許文献１に開示されているロボットハンドの指ユニットと同様な構成の指ユニットにおいて、その全長を短くするのに有利な構成を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のロボットハンドの指ユニットは、
第１回転アクチュエータ、第１指関節部、第１指リンク、第２指関節部および第２指リンクがこの順序に連結され、前記第１指リンクには第２回転アクチュエータが取り付けられており、
前記第１回転アクチュエータによって前記第１指リンクが前記第１指関節部の第１関節軸を中心として旋回し、
前記第２回転アクチュエータによって前記第２指リンクが前記第２指関節部の第２関節軸を中心として旋回し、
前記第１関節軸と前記第２関節軸は平行となるように配置されており、
前記第１回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線が第１指関節軸の第１関節軸線に直角に交差するように、当該第１回転アクチュエータが配置されており、
前記第２回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線が第２指関節軸の第２関節軸線に直角に交差するように、当該第２回転アクチュエータが配置されており、
前記第１関節軸線および前記第２関節軸線に直交する方向から見た場合に、前記第１回転アクチュエータ、前記第１指リンク、前記第２アクチュエータおよび前記第２指リンクは、これらの中心軸線が同一のユニット中心軸線上に位置するように配置されており、
前記第１関節軸線および前記第２関節軸線に平行な方向から見た場合に、前記第１指関節部の第１関節軸線と前記第２指関節部の第２関節軸線を結ぶ直線に対して、傾斜した姿勢となるように、前記第２回転アクチュエータが前記第１指リンクに取り付けられており、
前記第１関節部は、前記第１回転アクチュエータの回転出力軸の先端部に同軸状態に固定した第１駆動側傘歯車と、前記第１関節軸に同軸状態に固定され、前記第１駆動側傘歯車にかみ合っている第１従動傘歯車とを備えており、
前記第２関節部は、前記第２回転アクチュエータの回転出力軸の先端部に同軸状態に固定した第２駆動側傘歯車と、前記第２関節軸に同軸状態に固定され、前記第２駆動側傘歯車にかみ合っている第２従動傘歯車とを備えていることを特徴としている。

本発明のロボットハンドの指ユニットでは、第２回転アクチュエータを、第１指リンクに対して斜めに取り付けてある。第１指リンクに第２回転アクチュエータを同軸状態に取り付けた場合には、第１指リンクの長さを第２回転アクチュエータの長さより短くできない。本発明では、第２回転アクチュエータを斜めに取り付けてあるので、第１指リンクの長さを、第２回転アクチュエータの長さに制約されることなく、短くできる。よって、全長の短い指ユニットを実現できる。

次に、本発明のロボットハンドの指ユニットは、
前記第１回転アクチュエータが取り付けられている取付用フランジを備えており、
前記第１回転アクチュエータは、前記取付用フランジを貫通して前方に突出している回転出力軸を備えており、
前記第１関節部は、前記第１駆動側傘歯車と、前記取付用フランジの前面から前記第１駆動側傘歯車の両側位置を通って前方に張り出している一対の第１軸受ハウジングと、各第１軸受ハウジングに取り付けられている第１軸受と、これらの第１軸受によって両端が回転自在に支持され、前記第１回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線に対して直交する方向に配列されている前記第１関節軸と、前記第１従動側傘歯車とを備えており、
前記第１指リンクは、前記第１関節軸に後端部が固定され、当該第１関節軸に直交する方向に延びており、
前記第２回転アクチュエータは、前記第１指リンクの前端部に取り付けられて、当該第１指リンクの前端部を貫通して前方に突出している回転出力軸を備えており、
前記第２指関節部は、前記第２駆動側傘歯車と、前記第１指リンクの前端部から前記第２駆動側傘歯車の両側位置を通って前方に張り出している一対の第２軸受ハウジングと、各第２軸受ハウジングに取り付けられている第２軸受と、これらの第２軸受によって両端が回転自在に支持され、前記第２回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線に対して直交する方向に配列されている前記第２関節軸と、前記第２従動側傘歯車とを備えており、
前記第２指リンクは、前記第２関節軸に後端部が固定され、当該第２関節軸に直交する方向に延びており、
前記第１指関節部の回転中心と前記第２指関節部の回転中心を結ぶ直線に対して、傾斜した姿勢となるように、前記第２回転アクチュエータが前記第１指リンクに取り付けられていることを特徴としている。

本発明の指ユニットでは、傘歯車を用いて指関節部を構成し、回転アクチュエータの回転力を第１指リンクあるいは第２指リンクの旋回運動に変換している。傘歯車を用いることにより指関節部を小型でコンパクトに構成でき、しかも、第２回転アクチュエータを第１指リンクに対して斜めに取り付ける構成を簡単に採用できる。

本発明のロボットハンドの指ユニットでは、第１および第２指関節部の間に連結されている第１指リンクに、第２回転アクチュエータを斜めに取り付けてある。したがって、第１指リンクの長さを、第２回転アクチュエータの長さに制約されずに、短くすることができ、全長の短い指ユニットを実現できる。特に、多関節型の指ユニットの場合は、各回転アクチュエータを斜めに配置することにより全長の短い指ユニットを実現できる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した高速ロボットハンドの指ユニットを説明する。

図１は本実施の形態に係る高速ロボットハンドの指ユニットを示す斜視図であり、図２はその平面図であり、図３はその側面図である。

ロボットハンドの指ユニット１は、第１回転アクチュエータ２、第１指関節部３、第１指リンク４、第２指関節部５および第２指リンク６がこの順序に連結された構成となっており、第１指リンク４には第２回転アクチュエータ７が取り付けられている。第１回転アクチュエータ２によって第１指リンク４が第１指関節部３の第１関節軸線３ａを中心として上下方向に所定の角度範囲内で旋回するようになっている。また、第２回転アクチュエータ７によって第２指リンク６が第２関節部５の第２間接軸線５ａを中心として上下方向に所定の角度範囲内で旋回するようになっている。

指ユニット１は、図１〜３に示す状態が中立状態であり、この中立状態では、第１回転アクチュエータ２、第１指リンク４および第２指リンク６が同一のユニット中心軸線１ａ上に位置する。これに対して、第２回転アクチュエータ７は、第１指関節部３の回転中心と第２指関節部５の回転中心を結ぶ直線に対して、傾斜した姿勢となるように、第１指リンク４に取り付けられている。

図４（ａ）〜（ｄ）は、指ユニット１の第１回転アクチュエータ２、第２指関節部３および第１指リンク４を示す斜視図、平面図、断面図および側面図である。図１〜図４を参照して、各部の構造を詳細に説明する。

まず、円柱状の第１回転アクチュエータ２は、その前端部分が取付用フランジ１１の背面側に固定されており、当該取付用フランジ１１を通って前方に回転出力軸２１が突出している。

第１回転アクチュエータ２に連結されている第１指関節部３では、回転出力軸２１の先端部に同軸状態に第１駆動側傘歯車３１が固定されている。また、一対の軸受ハウジング３２、３３が、取付用フランジ１１の前面の左右の端から、駆動側傘歯車３１の側方位置を通って平行に張り出している。駆動側傘歯車３１よりも前方に突出しているこれら軸受ハウジング３２、３３の先端部分には、同軸位置となるようにそれぞれボールベアリング３４、３５が取り付けられている。これらのボールベアリング３４、３５によって、左右の端が回転自在の状態で回転出力軸２１の軸線方向に直交する方向、本例では水平に関節軸３６が支持されている。この関節軸３６におけるその軸線方向の一方の端には同軸状態で従動側傘歯車３７が固定され、この従動側傘歯車３７が駆動側傘歯車３１に噛み合っている。関節軸３６における軸線方向の中央位置には、連結軸３８の後端部が固定されている。

連結軸３８の前端部には第１指リンク４が連結固定されている。第１指リンク４には、たとえば、前方に所定の角度で傾斜している傾斜板部分４１が形成され、ここに、第２回転アクチュエータ７が前向き状態で取り付けられ、その回転出力軸７１が傾斜板部分４１の円形開口部から前方に突出している。図３から分かるように、側方から見た場合において、第１および第２指関節部３および５の回転中心を結ぶ第１指リンク４の中心軸線４ａに対して、第２回転アクチュエータ７の中心軸線７ａが後側が上となるように斜めになっている。

このため、第１指リンク４の中心軸線４ａに、第２回転アクチュエータ７の中心軸線７ａが一致するように、第１指リンク４に第２回転アクチュエータ７を取り付けた場合に比べて、第１指リンク４を短くできる。すなわち、第１関節部３の回転中心（３ａ）から第２関節部５の回転中心（５ａ）までの長さを短くできる。

このように斜めに配置した第２回転アクチュエータ７の回転出力軸７１に連結されている第２関節部５は、先に述べた第１関節部３と同一構造である。すなわち、回転出力軸７１の先端部に同軸状態に駆動側傘歯車５１が固定されている。また、一対の軸受ハウジング５２、５３が、第１指リンク４の傾斜板部分４１の前面の左右の端から、駆動側傘歯車５１の側方位置を通って平行に張り出している。駆動側傘歯車５１よりも前方に突出しているこれら軸受ハウジング５２、５３の先端部分には、同軸位置となるようにそれぞれボールベアリング（図示せず）が取り付けられている。これらのボールベアリングによって、左右の端が回転自在の状態で回転出力軸７１の軸線方向に直交する方向に延びる関節軸５６が支持されている。この関節軸５６におけるその軸線方向の端部分には同軸状態で従動側傘歯車５７が固定され、この従動側傘歯車５７が駆動側傘歯車５１に噛み合っている。関節軸５６における軸線方向の中央位置には、連結軸５８の後端部が固定されている。

次に、連結軸５８の前端部には、当該連結軸５８と直交する状態で第２指リンク６が取り付けられている。第２指リンク６には例えば円筒状の指先部材などが取り付けられる。

なお、各指関節部３、５に用いている傘歯車３１、３７および傘歯車５１、５７は無背隙状態で組み付けられている。図４を参照して説明すると、第１指関節部３においては、その関節軸３６の左右端を回転自在に支持しているボールベアリング３４、３５の外端面に、スプリング板３９ａ、３９ｂを取り付けてある。これらのスプリング板３９ａ、３９ｂは、関節軸３６を傘歯車円錐中心方向に軸方向の偏移量を制限するための軸方向推力を加えるためのものである。同様に、指先側の第２指関節部５においても同様に機能するスプリング板（図示せず）を取り付けてある。

また、本例は指付け根側関節部および指先側関節部を備えた２関節の指ユニットであるが、３以上の関節部を備えた構成とすることも可能である。

このように構成したロボットハンドの指ユニット１では、第１回転アクチュエータ２の回転出力軸２１の回転が一対の傘歯車３１、３７を介して関節軸３６の回転運動に変換され、この関節軸３６に連結軸３８を介して連結されている第１指リンク４が、当該関節軸３６を中心として上下に所定の角度範囲で旋回する。同様に、第２回転アクチュエータ７の回転出力軸７１の回転が、一対の傘歯車５１、５７を介して、関節軸５６の回転運動に変換され、この関節軸５６に連結軸５８を介して連結されている第２指リンク６が、当該関節軸５６を中心として上下に所定の角度範囲で旋回する。第１および第２回転アクチュエータ２、７の駆動を制御することにより、図に示す直線状の中立状態から、各指リンク４、６を上下方向に個別に旋回させることができる。

また、第２回転アクチュエータ７は、第１指リンク４の中心軸線４ａに対して上下方向に所定角度だけ傾斜した状態に取り付けられている。したがって、これらを同軸状態に配置する場合とは異なり、第１指リンク４を、第２回転アクチュエータ７の長さの制約を受けずに、短くすることができる。よって、全長の短い多関節指ユニットを実現できる。例えば、第２指リンク６および第２回転アクチュエータ７を、指関節部を介して、多段に連結して多関節指ユニットを構成すれば、全長の極めて短い多関節指ユニットを実現できる。

本発明を適用した高速ロボットハンドの指ユニットを示す斜視図である。 図１の指ユニットの平面図である。 図１の指ユニットの側面図である。 （ａ）は図１の指ユニットの第１回転アクチュエータ、第１指関節部および第１指リンクを示す斜視図であり、（ｂ）はその平面図であり、（ｃ）はその断面図であり、（ｄ）はその側面図である。

符号の説明

１ ロボットハンドの指ユニット
１ａ 中心軸線
２ 第１回転アクチュエータ
３ 第１指関節部
４ 第１指リンク
４ａ 中心軸線
５ 第２指関節部
６ 第２指リンク
７ 第２回転アクチュエータ
７ａ 中心軸線
１１ 取付用フランジ
２１、７１ 回転出力軸
３１、５１ 駆動側傘歯車
３２、３３、５２、５３ 軸受ハウジング
３４、３５、５４、５５ ボールベアリング
３６、５６ 関節軸
３７、５７ 従動側傘歯車
３８、５８ 連結軸
４１ 傾斜板部分

Claims (2)

1. 第１回転アクチュエータ、第１指関節部、第１指リンク、第２指関節部および第２指リンクがこの順序に連結され、前記第１指リンクには第２回転アクチュエータが取り付けられており、
   前記第１回転アクチュエータによって前記第１指リンクが前記第１指関節部の第１関節軸を中心として旋回し、
   前記第２回転アクチュエータによって前記第２指リンクが前記第２指関節部の第２関節軸を中心として旋回し、
   前記第１関節軸と前記第２関節軸は平行となるように配置されており、
   前記第１回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線が第１指関節軸の第１関節軸線に直角に交差するように、当該第１回転アクチュエータが配置されており、
   前記第２回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線が第２指関節軸の第２関節軸線に直角に交差するように、当該第２回転アクチュエータが配置されており、
   前記第１関節軸線および前記第２関節軸線に直交する方向から見た場合に、前記第１回転アクチュエータ、前記第１指リンク、前記第２アクチュエータおよび前記第２指リンクは、これらの中心軸線が同一のユニット中心軸線上に位置するように配置されており、
   前記第１関節軸線および前記第２関節軸線に平行な方向から見た場合に、前記第１指関節部の第１関節軸線と前記第２指関節部の第２関節軸線を結ぶ直線に対して、傾斜した姿勢となるように、前記第２回転アクチュエータが前記第１指リンクに取り付けられており、
   前記第１関節部は、前記第１回転アクチュエータの回転出力軸の先端部に同軸状態に固定した第１駆動側傘歯車と、前記第１関節軸に同軸状態に固定され、前記第１駆動側傘歯車にかみ合っている第１従動傘歯車とを備えており、
   前記第２関節部は、前記第２回転アクチュエータの回転出力軸の先端部に同軸状態に固定した第２駆動側傘歯車と、前記第２関節軸に同軸状態に固定され、前記第２駆動側傘歯車にかみ合っている第２従動傘歯車とを備えていることを特徴とするロボットハンドの指ユニット。
2. 請求項１において、
   前記第１回転アクチュエータが取り付けられている取付用フランジを備えており、
   前記第１回転アクチュエータは、前記取付用フランジを貫通して前方に突出している回転出力軸を備えており、
   前記第１関節部は、前記第１駆動側傘歯車と、前記取付用フランジの前面から前記第１駆動側傘歯車の両側位置を通って前方に張り出している一対の第１軸受ハウジングと、各第１軸受ハウジングに取り付けられている第１軸受と、これらの第１軸受によって両端が回転自在に支持され、前記第１回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線に対して直交する方向に配列されている前記第１関節軸と、前記第１従動側傘歯車とを備えており、
   前記第１指リンクは、前記第１関節軸に後端部が固定され、当該第１関節軸に直交する方向に延びており、
   前記第２回転アクチュエータは、前記第１指リンクの前端部に取り付けられて、当該第１指リンクの前端部を貫通して前方に突出している回転出力軸を備えており、
   前記第２指関節部は、前記第２駆動側傘歯車と、前記第１指リンクの前端部から前記第２駆動側傘歯車の両側位置を通って前方に張り出している一対の第２軸受ハウジングと、各第２軸受ハウジングに取り付けられている第２軸受と、これらの第２軸受によって両端が回転自在に支持され、前記第２回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線に対して直交する方向に配列されている前記第２関節軸と、前記第２従動側傘歯車とを備えており、
   前記第２指リンクは、前記第２関節軸に後端部が固定され、当該第２関節軸に直交する方向に延びており、
   前記第１指関節部の回転中心と前記第２指関節部の回転中心を結ぶ直線に対して、傾斜した姿勢となるように、前記第２回転アクチュエータが前記第１指リンクに取り付けられていることを特徴とするロボットハンドの指ユニット。

Images