JPH01252386A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は産業用ロボットや自動組立機械における部品の
把持装置に関するものである。

（ロ）従来の技術 部品をハンドリングする産業用ロボットや自動組立機械
において、ロボット本体部の動作は高速化されかつ自由
度が上がってきた反面、部品との接点として重要な役割
を担うべきハントに関しＣは、部品の大きさや形状及び
部品の硬軟や強度等の性状の多様性のため、汎用性と知
能化の高いハントが要求されているにも関わらず実用に
供するハントは少ない。一般には、空圧駆動による平行
開閉チャックや平行リンク機構による平行ハントが多く
使用され、部品に応したハントを交換して作業を行って
いるのが現状である。そのため種々のハントが提案され
ている。一つは多関節構造で指の自由度を上げて汎用性
に対処しようとしたものであり、他方は、複数のグリッ
パを装着したタレット形回転ヘット構造のハントが挙げ
られる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 上記のように多関節構造や部品の形状に応した複数のグ
リッパを備えた回転ヘッド形構造のハントでは、多数の
モータやシリンダ等の動力部を必要とし、ハンド重量の
増大と制御系の複雑さを増してロボット本体部への負担
を招き、かえってロボット性能の低下を招く原因になっ
ている。また一般に、被把持部品は位置決めしであるの
が普通で、ハンドの中心と部品の中心が一致していない
とロボットのアームに無理な負荷が生じることがある。

本発明の目的は、部品のハンドリングや組立作業用の単
純な構造で軽量な、かつ簡単な制御で把持動作を可能と
する汎用性の高いロボットハンドを提供することにある
。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明のロボットハンドは、被把持部品と接触する指の
関節数として、必要最小限の２個の関節を有した２本指
構造をなし、指先姿勢を可変設定のできる平行移動指機
構部、ワイヤと滑車による指駆動機構部、及び把持解除
用スプリングの復元力比例機構部そして操作器とから構
成し、多様な部品を把持することを可能にしている。

本発明を図面に基づいて説明する。第１図及び第２図に
おいて、支持部材１２には２本の可動指が軸８と軸１１
に回転自在に取り付けられ、可動指の構成要素である２
個の指先と２個の指基部はそれぞれ指基部の先端部にお
いて軸６．９によって回転自在に連結された構成をして
いる。第１可動指において、指先１は軸６に固定され、
当該軸６に固定された歯車１３と」（に、支持部材１２
に固定された軸８及び指基部２の中間に設置された寺内
７に回転自在に取り付けられた歯車１５及び歯車１４に
連動している。３個の歯車のうち両端の歯車１３．１５
は同一歯数であり中間歯車１４は遊び車であって単に回
転方向の変換の役割をなすのみである。更に、歯車１５
は、支持部材上を摺動するラック１９に噛み合っている
ので、ラック１９の動きに連動して指先１は揺動可能な
状態にある。当該ラック１９は、支持部材１２に対しボ
ルトにて適宜固定されて、被把持部品の形状に適合する
ように指先姿勢の設定が行われる。他方、第２可動指の
１旨先３は軸９に可変設定可能な状態で固定され、第１
可動指と同しく３個の歯車１６．１７．１８に連動して
いるが、歯４［１８は支持部材に固定された軸１１に固
着されている。このように自在に回転可能な２本の可動
指の先端部に設置され３個の歯車に連動された指先は、
歯車１５．１８が太陽歯車となって指基部の揺動角と同
−揺動角分道方向に揺動するよう回転が伝達されるので
、指先は支持部材に対して同一姿勢を保持し続けること
ができる。また指先の被把持物と接触する面にゴムなと
の弾性のある柔軟部材５を張り付けることは、被把持物
との密着性を高めたり、被把持物の保護に有益である。

ここで、指基部に設置された３個の歯車に代えて、ベル
トやチェーンのような伝達要素で構成される回転伝達機
構であってもよい。

◆自８及び軸１１には滑車２０及び滑車２１が回転自在
に取り付けられ、また当該軸間距離の中間における垂直
線上には前後に摺動のできる摺動部材２２を設け、さら
に当該摺動部材に固定された軸２３には動滑車２４が回
転自在に取り付けられている。１本のりイヤ２５がこれ
らの２個の滑車２０．２１及び動滑車２４に巻き付けら
れ、その両端は第１指基部２と第２指基部４の先端部に
固定されている。ストッパー２６．２７及び２８．２９
はそれぞれ可動指の可動範囲を制限するもので、ストッ
パー２７．２９は開き位置をストッパー２６．２８は閉
し位置を制限し被把持物の形状、大きさに合わせて設定
される。特に必要ならば、開き位置と閉し位置を同じに
、すなわち可動指を拘束すれは固定指としての機能が作
用する。

可動指の軸６及び軸９には滑車３０．３１が固定されて
いる。当該滑車３０．３１にその一端が固定され巻き付
けられた２本のｇツイヤ３２．３３の他端はそれぞれ引
張スプリング３１Ｌ、３５に連結され、当該スプリング
の他端は更に軸８及び軸１１に係合されている。従って
、２本の可動指には常時開き位置に戻ろうとするスプリ
ングの復元力が作用している。

指駆動機構の構成要素である動滑車２４を滑動させるｍ
動部材２２には、ワイヤ３６やシリンダ等の操作器が連
結される。ここで、ワイヤやシャフトによって連結され
れば、駆動源がハントから遠隔した場所に設置すること
ができるのでハントの軽量化に有益である。

（ホ）作用 本発明のロボットハンドにて被把持物を把持する動作に
ついて説明する。ハンドから遠隔した場所に設置された
シリンダ等の駆動源によってワイヤ３６は張力を受け、
ワイヤ３６の接続されたＩ！（動部材２２に動力が伝達
される。摺動部材２２に設けられた軸２３に回転自在に
取り付けられた動滑車２４には１本のワイＡ・２５が巻
き付けられている。当該ワイヤの両端は２個の指基部の
先端部に固定され、第１指基部２及び第２指基部１１は
それぞれ軸８．１１を中心として自在に回転するので、
摺動部材の直線運動は２個の滑車２０．２１を介して２
本の可動指の回転運動に変換される。

一方、第ｉｆｆ！基部２及び第２指基部４の先端部で回
転自在に設けられた軸６及び軸９に固定された第１指先
１及び第２指先３は、３個の歯車にｉ！！動されて初期
に設定した姿勢を維持しながら平行移動できる。従って
ここに、２個の指基部の回転力によって２個の指先が平
行移動しながら被ｒｅ持物を把持する動作が始まる。

２本の可動指が回転して２個の指先のうちいずれかが先
に被把持物に接触すると、先に接触シた指先の反力が指
基部に伝達され、ワイヤ２５の動きは制限されるので当
該可動指の回転は停止する・しかし、史に駆動源から動
力が伝達されるので、他方の可動指の指先が接触して回
転を停止するまで回転を継続し、把持動作が完了する。

このようにして２本の可動指は位置決めしである被把持
物の位置に倣うがごとく適合動作をして把持することが
できる。またこのとき、２本の可動指のストッパ２６．
２８をｗ１把持物の大きさ形状に合わせて適宜調節して
置けば、把持後の状態においても第２指先３を基準面と
して、１１１！持物の位置姿勢を安定に維持し続けるこ
とができる。

更に、第ｉｔ￥１先の表面に固着された柔軟材は、指先
姿勢の設定誤差の吸収や被把持物との密着性を高めるの
に役立つ。

次に、把持状態を解除するためのスプリングの復元力比
例機構について説明する。一般に、変位に比例した復元
力を得るにはコイルスプリングが用いられるが、揺動部
に対して使用した場合、揺動角に比例した変位は得られ
ない。しかし、平行移動指機構の作用により、可動指が
閉じ側に角度θ揺動すると、軸６．９に固定された滑車
３０．３１は可動指の揺動角分道方向に回転する。滑車
３０．３１にその一端が固定され巻き付けられたワイヤ
３２．３３の端部は滑車半径をＲとするとＲθ短くなり
、その結果、引張スプリング３４．３５はＲθ伸びるこ
とになるので可動指の揺動角に比例した復元力を得るこ
とができる。従って、駆動源の動作を逆方向に作用させ
ることにより摺動部材２２への動力の伝達は逆転し、２
個の引張スプリング３４．３５の張力により２本のｍｌ
ｌ上指開かれ、把持状態は解除される。

（へ）実施例 上記の把持動作についての説明は、被把持物が硬い場合
や矩形物に関するものであった。本発明のロボットハン
トは汎用性が高く、円筒形状の物体や強度の弱い物体に
も容易に適用できる。

第３図に円筒物の把ｎ例を示す。第２可動指のストッパ
ー２６．２７を調節することにより支持部材１２に対し
て指を垂直に立つ状態にして指基Ｂｋ！４が回転しない
固定指にできる。他方、第１可動指の指先１と指基部２
が１字形状を作るように指先を設定すると、第２可動指
を基準として円筒形状物を３点接触にて握るように把持
てきる。

次に把持力制御を行うための力覚センサーの取付例を第
４図に示す。第１可動指の指先姿勢が可変設定できる機
構の中で歯車１５と噛み合ったラック１９は、平行バネ
ブロック３７に歪形素子３８を固着して構成された把持
力検出器の一端と結合され、ざらに把持力検出器の他端
部は支持部材に対しボルトにて適宜固定されている。従
って、ラック１９は弾性的に支持された半固定状態にあ
る。把持した時の指先からの反力が把持力検出器に作用
して平行バネを歪ませる。歪計素子３８ｂ）らの出力を
増幅器を介して制御装置に取り込み、モータ等の駆動源
を制御して強度の弱い物体を破壊することなく把持する
ことが可能である。

（ト）発明の効果 本発明のロボットハンドは２関節を有した２本の可動指
で構成され、動滑車及びワイヤを利用した滑車式ｆｆｆ
駆動機構と、指先姿勢が可変設定でき籾量設定の姿勢を
一定に保ち続けることのできる平行移動指機構によって
指を駆動しているので次のような従来にない効果がある
。

２本の可動指が、平行開閉チャックとしての機能の他に
、１個の駆動源でｗｔ把持物の位置に倣うがごとく適合
動作をするのでロボットアームに無理な負荷がかからな
い。

ワイヤやシャフトを介して、駆動源をハンドから離して
設置できるので軽量化が可能である。

一方の指を固定化することにより、被把持物と３点接触
にて理る動作が可能なので円筒形状物にも適用できる。

強度の弱い物体を破壊することなく把持するために力覚
センサーを設置し、駆動源を可逆モータとして容易に把
持力制御が可能である。

以上の利点を有す本発明のロボットハンドは、産業用ロ
ボットや自動組立機械の汎用性を高める効果は大きく、
生産性の向上に寄４できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明のロボットハントを構成す
る滑車式ｔｍ駆動機構、平行移動指機構、把持解除用復
元力比例機構を示す正Ｗｉ図及び要部断面図である。第
３図は円筒物体の把握例、第４図は力覚センサーの取付
例を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）指先部と指基部の二箇所に関節を有する２本の可
   動指と、一端が一方の指基部の先端部で固定された１本
   のワイヤが、当該指基部関節軸に設けた自在に回転する
   滑車を経て、２本の指基部関節軸間の中間における垂直
   線上を滑動する動滑車に巻き付けられ、さらに他端が第
   ２の指基部関節軸で自在に回転する滑車を経て再び第２
   指基部の先端部で固定されて開ループを形成し、当該動
   滑車を前進や後退させることにより２本の指を揺動せし
   める滑車式指駆動部と、２本の可動指の指先姿勢が可変
   設定可能でかつ初期設定の姿勢を一定に保ち続けること
   のできる平行移動指機構部と、ワイヤの掛けられた動滑
   車を直線移動せしめる操作器とで構成し、２本の可動指
   が、位置決めしてある被把持物の位置に倣うがごとく適
   合動作をする滑車式指駆動機構と指先姿勢を可変設定の
   できる平行移動指機構を有することを特徴とするロボッ
   トハンド。
2. （２）被把持物を把持状態から解除するスプリングの復
   元力が可動指の揺動角に比例した力を発生することを特
   徴とする特許請求の範囲１項に記載するロボットハンド
   。
3. （３）被把持物と接触する指先の姿勢を可変設定するこ
   とのできる平行移動指機構部の中に、把持力を検出する
   力覚センサー部を有することを特徴とする特許請求の範
   囲１項に記載するロボットハンド。
4. （４）被把持物と接触する指先に弾性のある柔軟部材を
   取り付けたことを特徴とする特許請求の範囲１項に記載
   するロボットハンド。