JPH03239493A - 多関節指 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、産業用ロボットの指として用いて好適な多
関節指に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、人間に代わって作業を行うロボットが多数開発さ
れているが、従来のロボットの指は複数の指片を接手機
構によって節で回動自在に連結し、サーボモータをギヤ
減速した力でこれを駆動することにより、各指片を同し
方向に回動させて指を曲げるようにしている。

このようなロボットの指では、サーボモータおよびギア
がスペースを必要とするために指を小形化するのにも限
度があり、かつ節の数も多くはとれないので指の細かい
運動ができない等積々の欠点がある。

このため、特願昭５７−５４９６６号に示されるような
、「ロボットの指構造」が提案されている。この「ロボ
ットの指構造」では、第１の関節体と第２の関節体を複
数個積み重ねて構威し、第１の関節体の周辺部とこの周
辺部と対向する第２の関節体の周辺部とを異極に磁化す
ることによって互いに接近させ、指を曲げるようにして
いる。

この「ロボットの指構造」によると、簡単な構成で小形
化が図られ、しかも多数の節が形成されるために、指の
曲げ運動が細かくかつ円滑になされる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した「ロボットの指構造」によると
、簡単な構成で小形化が図れるとはいっても、第１の関
節体および第２の関節体を磁性材を用いて形成するため
に、高価となる。また、全体としての重量が嵩み、この
ためその応答速度が鈍る。また、その組み立て・分解が
容易とは言えず、構造的にみても未だ複雑である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこのような課題を解決するために提案されたも
ので、その第１発明（請求項１に係わる発明）は、第１
〜第Ｎの流体通過通路を有する第１の関節体と、同じく
第１〜第Ｎの流体通過通路を有しこの第１〜第Ｎの流体
通過通路を第１の関節体の第１〜第Ｎの流体通過通路と
各個に連通させた状態で第１の関節体に全方向へ回動可
能に軸支され、かつその全方向への回動が第１の関節体
に当接して規制される第２の関節体と、第１の関節体の
第１〜第Ｎの流体通過通路へ選択的に流体を送り込む流
体供給手段と、第２の関節体に全方向へ回動可能に軸支
され、第１および第２の関節体の流体通過通路を経て与
えられる流体の圧力を受けて回動し第２の関節体に当接
する第３の関節体とを備えている。

また、その第２発明（請求項２に係わる発明〉は、第１
発明において、戻帰手段を設け、第１の関節体の流体通
過通路へ流体を送り込んだ結果として回動された関節体
を、元の位置へ戻し得るようにしたものである。

また、その第３発明（請求項３に係わる発明）は、第１
発明において、少なくとも第２の関節体が、この関節体
を回動させる方向への受圧面を、その流体通過通路中に
有している。

〔作用〕

したがって、本願の第１発明によれば、第１の関節体の
第１〜第Ｎの流体通過通路へ選択的に流体を送り込むと
、この選択された流体通過通路に連通ずる第２の関節体
の流体通過通路を経て、その流体が第３の関節体へ与え
られる。そして、この与えられる流体の圧力を受けて、
第３の関節体が回動し、第２の関節体に当接する。然る
に、この第３の関節体の当接により、第２の関節体が回
動し、第１の関節体へ当接する。

また、本願の第２発明によれば、第１発明にて回動され
た関節体を、元の位置へ戻し得る。

また、本願の第３発明によれば、第１の関節体の第１〜
第Ｎの流体通過通路へ選択的に流体を送り込むと、この
選択された流体通過通路に連通ずる第２の関節体の流体
通過通路を経て、その流体が第３の関節体へ与えられる
一方、第２の関節体の流体通過通路中の受圧面に作用し
、これを受圧力として第２の関節体を回動させる。した
がって、第３の関節体の当接および自身の受圧力を併せ
た恰好で、第２の関節体が回動し、第１の関節体へ当接
する。

〔実施例〕

以下、本発明に係る多関節指を詳細に説明する。

第１図はこの多関節指の一実施例を示す正面断面図であ
る。同図において、１は関節体ユニットトップ、２−１
および２−２は関節体ユニット、３は関節体ユニットエ
ンド、４は関節体ユニットフィンガである。関節体ユニ
フトトフプｌ、関節体ユニット２−１．２−２および関
節体ユニットエンド３はガラス繊維入りポリアミドより
底形され、関節体ユニットフィンガ４はウレタンより底
形されている。

関節体ユニットトップ１は、第２図にその側面図を示す
ように、流体通過通路としての第１の通路１−１．第２
の通路１−２および第３の通路１−３を有している。通
路１−１．ｌ−２および１−３の一端側開ロ部１−１１
　、　１−２１および１−３１．ならびに他端側開口部
１−１２　、　１−２２および１−３２は大口径とされ
ており、他端側聞口部１−１２　、　１−２２および１
−３２は、互いにその開口部が１２０度間隔とされてい
る。また、関節体ユニットトップｌは、ユニットトップ
１ａとユニットトップｌｂとの２分割構造とされており
、その合致する中央部分に内球面状のユニバーサル軸受
１−４が作られる。なお、本実施例において第２の通路
１２は、流体通過通路としては利用しない。また、第１
図に示した正面断面図において、関節体ユニットトップ
１は、第２゛図におけるＡ−Ａ’　断面として示されて
いる。

関節体ユニット２−１は、第３図にその側面図を示すよ
うに、流体通過通路としての第１の通路２−１１．第２
の通路２−１２および第３の通路２−１３を有し、これ
ら通路２−１１　、　２−１２および２−１３の通路心
は、互いに１２０度間隔とされている。

この関節体ユニフｌ−２−１において、その通路２−１
１．２−１２および２−１３の一端側開ロ部２−１１　
ａ。

２−Ｌ１２および２−１３ａ、ならびに他端側開口部２
−１１　ｂ、　　２−１２　ｂおよび２−１３ｂは、大
口径とされている。すなわち、第１の通路２−１１にお
いて、その一端側開口部２−１１ａと他端側開口部２−
１１　ｂとが小口径の途中通路２−１１　ｃで連通され
、第２の通路２−１２において、その一端側開口部２−
１２　ａと他端側開口部２−１２ｂとが小口径の途中通
路２−１２ｃで連通され、第３の通路２−１３において
、その一端側開口部２−１３ａと他端側開口部２−１３
ｂとが小口径の途中通路２−１３ｃで連通されている。

また、関節体ユニット２−１は、ユニット２−１３とユ
ニット２−１ｂとの２分割構造とされており、その合致
する中央部分の図示前方側に内球面状のユニバーサル軸
受２−１４が作られ、図示後方側に球面状のユニバーサ
ル軸球２−１５が作られる。関節体ユニット２−２は、
関節体ユニット２■を共通部品として、用いている。な
お、本実施例において第２の通路２−１２　　（２−２
２）　　は、流体通過通路としては利用しない。また、
第１図に示した正面断面図において、関節体ユニッ）２
−１および２−２は、第３図におけるＢ−Ｂ’断面とし
て示されている。

関節体ユニットエンド３は、第４図にその側面図を示す
ように、側方にボス孔３−１．３−２および３−３が形
成されており、このボス孔３−１．３−２および３−３
の開口部は互いに１２０度間隔とされている。また、関
節体ユニットエンド３には、その中央部分にユニバーサ
ル軸球３−４が形成されている。また、下方へ延出して
矩形状の鍔面部３−５Ｆおよび３−５Ｒが形成され、こ
の鍔面部３−５Ｆおよび３−５Ｒの中央部に貫通孔３−
５Ｆ、、３−５Ｆｚおよび３−５Ｒ，，３−５Ｒ２が設
けられている。また、第１図に示した正面断面図におい
て、関節体ユニー／　トエンド３は、第４図におけるｃ
−ｃ’断面として示されている。

次に、この多関節指１０の組み付は状況について説明す
る。

関節体ユニットトップ１はロボット本体（図示せず）側
に固定され、通路［１の一端側開ロ部１−１１および通
路１−３の一端側開ロ部１−３１に、各個にエア配管（
図示せず）が連結されている。そして、ユニバーサル軸
受１−４内にユニバーサル軸球２−１５を位置させ、ユ
ニットトップ１ａとｌｂとを接合して、関節体ユニット
２−１を関節体ユニットトップ１に組み付けている。こ
れにより、その回動が関節体ユニットトップ１に後述す
る如く当接規制されるものとして、関節体ユニット２−
１が関節体ユニットトップ１に全方向へ回動可能に軸支
されている。この際、関節体ユニットトップｌの他端側
開口部１−１２および１−３２と関節体ユニット２−１
の一端側開ロ部２−１１　ａおよび２−１３ａとの間に
、Ｏリング７の装着された関節体ユニットピストン６−
１および６−１′を挿入配置するものとしている。また
、関節体ユニットトップ１の他端側開口部１−２２と関
節体ユニッｌ−２−１の一端側開ロ部２−１２ａとの間
に、圧縮コイルばね８−１を挿入配置するものとしてい
る。

第５図は関節体ユニットピストン６−１　（６−１’）
の一部破断側筒図であり、その軸心方向に貫通して通路
６−１１を有している。この通路６−１１の内径Φａは
、関節体ユニットトップ１の途中通路１−１３〜１−３
３の通路径Φｂ（第２図参照）および関節体ユニット２
−１の途中通路２−１１ｃ〜２−１３０の通路径ΦＣ（
第３図参照）と等しく形成されている。また、関節体ユ
ニットピストン６−１の長さしは長く形成され、第１図
に示した状態で、関節体ユニットトップ１と関節体ユニ
ット２−１との対向する外壁面には若干の隙間がおいて
いる。

すなわち、関節体ユニットトップ１の途中通路１１３と
関節体ユニット２−１の途中通路２−１１ｃとは、関節
体ユニットピストン６−１の通路６−１１を介して連通
状態となっている。また、関節体ユニ・ノドトップ１の
途中通路１−３３と関節体ユニット２−１の途中通路２
−１３ｃとは、関節体ユニットピストン６−１”の通路
６−１１”を介して連通状態となっている。なお、関節
体ユニットピストン６−１（６−１’　）には、Ｏリン
グ７を装着することができるように、その外周囲の両端
に凹溝６−１２　　（６−１２”）および６−１３　　
（６−１３’　）が形成されている。また、第１図に示
した状態で、圧縮コイルばね８−１は、関節体ユニンｌ
−２−１に対し押圧付勢力を発揮している。

面シて、ユニバーサル軸受２−１４内にユニバーサル軸
球２−２５を位置させ、ユニット２−１ａとユニット２
−１ｂとを接合して、関節体ユニット２−２を関節体ユ
ニット２−１に組み付けている。これにより、その回動
が関節体ユニット２−１に後述する如く当接規制される
ものとして、関節体ユニット２−２が関節体ユニット２
−１に全方向へ回動可能に軸支されている。この際、関
節体ユニット２−１の他端側開口部２−１１　ｂおよび
２−１３ｂと関節体ユニット２−２の一端側開口部２〜
２１　ａおよび２−２３ａとの間に、０リング７の装着
された関節体ユニットピストン６−２および６−２°を
挿入配置するものとしている。また、関節体ユニット２
−１の他端側開口部２−１２ｂと関節体ユニット２−２
の一端側開口部２〜２２３との間に、圧縮コイルばね８
−２を挿入配置するものとしている。

そして、ユニバーサル軸受２−２４内にユニバーサル軸
球３−４を位置させ、ユニット２−２ａとユニ・ｙト２
−２ｂとを接合して、関節体ユニットエンド３を関節体
ユニット２−２に組み付けている。これにより、その回
動が関節体ユニット２−２に後述する如く当接規制され
るものとして、関節体ユニットエンド３が関節体ユニッ
ト２−２に全方向へ回動可能に軸支されている。この際
、関節体ユニット２−２の他端側開口部２−２１ｂおよ
び２−２３ｂと関節体ユニットエンド３のボス孔３−１
および３−３との間に、Ｏリング７の装着された関節体
ユニットピストン６−３および６−３′　を挿入配置す
るものとしている。また、関節体ユニット２−２の他端
側開口部２−２２ｂと関節体ユニットエンド３のポス孔
３−２との間に、圧縮コイルばね８−３を挿入配置する
ものとしている。

なお、関節体ユニットピストン６−１〜６−３．　６＝
１゛　〜６−３゛　は、後述する説明の都合上、別番号
を付しているが、全てのピストンについて共通の関節体
ユニットピストン６を用いている。また、圧縮コイルば
ね８−１〜８−３についても、共通部品として用いてい
る。また、第１図に示した状態で、関節体ユニット２−
１と関節体ユニット２−２との対向する外壁面に若干の
隙間があき、圧縮コイルばね８−２が関節体ユニット２
−２に対し押圧付勢力を発揮しており、関節体ユニット
２−２と関節体ユニットエンド３との対向する外壁面に
若干の隙間があき、圧縮コイルばね８−３が関節体ユニ
ットエンド３に対し押圧付勢力を発揮している。また、
関節体ユニット２−１の途中通路２−１１　ｃ　（２−
１３ｃ）と関節体ユニット２−２の途中通路２−２１　
ｃ　（２２３Ｃ）とは、関節体ユニットピストン６−２
（６−２゛）の通路６−２１　　（６−２１’　）を介
して連通状態とされている。

そして、関節体ユニットエンド３の鍔面部３−５Ｆと３
−５Ｒとの間に、関節体ユニットフィンガ４の凸段部４
−２を差し込んで、合致するその貫通孔にピン９−１．
９−２を挿着している。

次にこのように構成された多関節指ＩＯの動作について
説明する。

第１図に示された状態にて、関節体ユニットト・ノブｌ
の通路１−１に対し圧縮空気を送ると、この圧縮空気は
途中通路１−１３＝関節体ユニットピストン６−１の通
路６−１１−関節体ユニット２−１の途中通路２−１１
　　ｃ−関節体ユニットピストン６−２の通路６−２１
−関節体ユニット２−２の途中通路２−２Ｉ　Ｃ＝関節
体ユニットピストン６−３の通路６−３１−ヲ経て、関
節体ユニットエンド３のポス孔３−１の底壁面３−１１
へ与えられる。すなわち、このボス孔３−１の底壁面３
−１１を受圧面として、圧縮空気が関節体ユニ・ノドエ
ンド３へ作用する。これにより、圧縮コイルばね８−３
の押圧付勢力に抗して、関節体ユニットエンド３が、紙
面後方へ斜めに傾きながら、反時計方向へ回転し始める
。そして、関節体ユニットエンド３がさらに回転し、そ
の外壁面が関節体ユニット２−２の外壁面に当接すると
、この関節体ユニットエンド３の外壁面に押されて、関
節体ユニット２−２が反時計方向へ回転し始める。

このとき、関節体ユニットピストン６−２を挾んで対向
する関節体ユニット２−１と２−２との外壁面間隔が広
がり、関節体ユニット２−１においてその他端側聞口部
２−１１ｂへ与えられる圧縮空気が関節体ユニットピス
トン６−２のフランジ面に作用するようになり、その作
用力が関節体ユニット２−２の一端側開ロ部２−２１ａ
の底壁面２−２１３．（第３図参照）へと伝達される。

すなわち、その底壁面２−２１ａ、を受圧面として、関
節体ユニット２−２に反時計方向への回転力すなわち自
身の受圧力が加わり、関節体ユニットエンド３の当接お
よび自身の受圧力を併せた恰好で、関節体ユニット２−
２が、圧縮コイルばね８−２の押圧付勢力に抗して、紙
面後方へ斜めに傾きながら、反時計方向へさらに回転す
るものとなる。そして、関節体ユニット２−２の外壁面
が関節体ユニット２−１の外壁面に当接すると、この関
節体ユニット２−２の当接および自身の受圧力を併せた
恰好で、関節体ユニット２１が、圧縮コイルばね８−１
の押圧付勢力に抗して、紙面後方へ斜めに傾きながら、
反時計方向へ回転する。そして、関節体ユニット２−１
がさらに回転し、その外壁面が関節体ユニットトップ１
の外壁面に当接して規制される。

第６図にこのときの多関節指１０の動作状況を示す。

そして、関節体ユニソトトッブ１の通路１１からの圧縮
空気の供給を適当な時点で遮断すれば、圧縮コイルばね
８−１〜８−３の復帰力によって関節体ユニット２−１
．２−２および関節体ユニットエンド３が時計方向へ押
し戻され、この結果として関節体ユニ・ノド２−１．２
−２および関節体ユニットエンド３が元の位置、すなわ
ち第１図に示された状態に自動的に戻る。

一方、第１図に示された状態にて、関節体ユニッＩ−）
フプ１の通路１−３に対し圧縮空気を送ると、関節体ユ
ニットエンド３．関節体ユニット２−１および２−２が
、紙面前方へ斜めに傾きながら反時計方向へ回転するも
のとなり、上述とは対称の方向への動作が得られる。

このように本実施例による多関節指１０によれば、圧縮
空気を送る連通路を選択することにより、関節体ユニッ
トフィンガ４が二方向へ振り分けて円弧状に移動するも
のとなり、この関節体ユニットフィンガ４の動きを利用
すれば、例えば二方向へ配置された目標物を選択的に掴
みとる等の作業を行うことが可能となる。また、本実施
例による多関節指１０によると、磁性材料を用いること
なく簡単な構成で小形化が図れ、しかも共通部品が多く
、安価となる。また、全体としての軽量化が達せられ、
その応答速度が早まる。さらに、その組み立て・分解が
容易となり、構造的にみても簡単となる。

第７図はこの多関節指１０に対しての圧縮空気の供給部
を示す概略的なブロック構成図である。

この圧縮空気供給部２０は、ＣＰＵ２１−１．ＲＯＭ２
１−２．　ＲＡＭ２１−３．　Ｉ１０ボート２１−４．
キーボード２１−５等から構成される制御部２１と圧縮
空気の供給源２２とから構成され、エア配管への圧縮空
気の供給タイミングや供給量を制御する。

なお、上述の実施例においては、戻帰手段として圧縮コ
イルばね８−１〜８−３を用いたが、これに代えて、関
節体ユニットピストン６よりもそのＬ寸法の短い関節体
ユニットピストンを使用するようにしてもよい。この場
合、関節体ユニットトップｌの第２の通路１−２側にも
エア配管を連結するものとし、第１の通路１−１あるい
は第３の通路１−３からの圧縮空気の供給を遮断したう
えで、通路１２より圧縮空気を供給するようにしてやる
。

また、上述の実施例においては、関節体ユニットトップ
ｌに通路１１〜１−３を設け、関節体ユニットフィンガ
４を二方向へ振り分けて円弧状に移動させるようにした
が、例えば第８図に示すように、関節体ユニフ）ｌ−ツ
ブ１゛に通路１−１’　〜１−４゛　を設け、関節体ユ
ニットフィンガ４を三方向へ振り分けて円弧状に移動さ
せるようにしてもよい。この場合、関節体ユニットトッ
プ１′の通路ｌ−１′〜１−４゛　に合わせて、関節体
ユニットおよび関節体ユニットエンドに通路およびボス
孔を設け、その四速の通路の内のいずれか一つに圧縮コ
イルばね若しくはＬ寸法の短い関節体ユニットピストン
を挿入配置するようになすことは述べるまでもない。ま
た、四速の通路の全てにＬ寸法の短い関節体ユニットピ
ストンを挿入配置したうえ、圧縮空気を送る連通路を選
択すると共にその量を調整すれば、関節体ユニットフィ
ンガ４の移動方向および移動量を自由に調整することが
できるようになり、全方向への移動も可能となる。

また、上述した実施例においては、関節体ユニッｌ−２
−１，２−２の流体通過通路中に自身の受圧面を設ける
ものとしたが、この受圧面は必ずしも設けなくてもよい
。

また、上述した実施例においては、２つの関節体ユニッ
トを組み合わせた構成例として説明したが、さらに多く
の関節体ユニットを組み合わせることにより、関節体ユ
ニットフィンガ４の円弧状の移動ストロークを大きくす
ることができるようになり、かつ節の数を多数として細
かい運動ができるようになる。

なお、関節体ユニットは２つ以上の組み合わせでなくて
よく、１つとしてもよい。すなわち、第１図において、
関節体ユニット２−１を省略した構成としてもよい。こ
の場合、関節体ユニットトップ１が第１の関節体を、関
節体ユニット２−２が第２の関節体を、関節体ユニット
エンド３が第３の関節体に対応する。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明による多関節指によると、
その第１発明では、第１の関節体の第１〜第Ｎの流体通
過通路へ選択的に流体を送り込むと、この選択された流
体通過通路に連通ずる第２の関節体の流体通過通路を経
て、その流体が第３の関節体へ与えられる。そして、こ
の与えられる流体の圧力を受けて、第３の関節体が回動
し、第２の関節体に当接する。然るに、この第３の関節
体の当接により、第２の関節体が回動し、第１の関節体
へ当接するものとなり、細かくかつ円滑な指の他方向へ
の動きを、磁性材料を用いることなく簡単な構成で小形
化を図ったうえで、得ることができるようになる。しか
も、共通部品を多くし、安価に製作し得るものとなる。

また、全体としての軽量化を図って、その応答速度を早
めることが可能となる。また、その組み立て・分解を容
易とし、構造的にも簡単とすることができるなど数多く
の優れた効果を奏する。

また、その第２発明では、第１発明にて回動された関節
体を元の位置へ戻し得るものとなり、目標物を掴む等の
動作を行うロボットの指として用いて好適となる。

また、その第３発明では、第３の関節体の当接および自
身の受圧力を併せた恰好で第２の関節体が回動し、第１
の関節体へ当接するものとなり、その動作が確実となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多関節指の一実施例を示す正面図
、第２図はこの多関節指に用いる関節体ユニットトップ
の側面図、第３図はこの多関節指に用いる関節体ユニッ
トの側面図、第４図はこの多関節指に用いる関節体ユニ
ットエンドの側面図、第５図はこの多関節指に用いる関
節体ユニットピストンの一部破断側面図、第６図はこの
多関節指の動作状況を示す正面図、第７図はこの多関節
指に対しての圧縮空気の供給部を示す概略的なブロック
構成図、第８図はこの多関節指の他の実施例にて用いる
関節体ユニットトップの側面図である。 １・・・関節体ユニソｌ−）・ノブ、２−１．２−２・
・・関節体ユニット、３・・・関節体ユニットエンド、
４・・・関節体ユニットフィンガ、６（６１〜６−３．
　６−１’　〜６−３”）・・・関節体ユニットピスト
ン、８−１〜８−３・・・圧縮コイルばね、１０・・・
多関節指。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１〜第Ｎの流体通過通路を有する第１の関節体
   と、 同じく第１〜第Ｎの流体通過通路を有しこの第１〜第Ｎ
   の流体通過通路を前記第１の関節体の第１〜第Ｎの流体
   通過通路と各個に連通させた状態で前記第１の関節体に
   全方向へ回動可能に軸支され、かつその全方向への回動
   が前記第１の関節体に当接して規制される第２の関節体
   と、 前記第１の関節体の第１〜第Ｎの流体通過通路へ選択的
   に流体を送り込む流体供給手段と、前記第２の関節体に
   全方向へ回動可能に軸支され、前記第１および第２の関
   節体の流体通過通路を経て与えられる流体の圧力を受け
   て回動し前記第２の関節体に当接する第３の関節体と を備えてなる多関節指。
2. （２）請求項１において、第１の関節体の流体通過通路
   へ流体を送り込んだ結果として回動された関節体を、元
   の位置へ戻す戻帰手段を備えたことを特徴とする多関節
   指。
3. （３）請求項１において、少なくとも第２の関節体は、
   この関節体を回動させる方向への受圧面を、その流体通
   過通路中に有することを特徴とする多関節指。