JPH05196B2 - - Google Patents

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ツ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ツトや自動
組立機械において、ロボツト本体部の動作は高速
化されかつ自由度が上がつてきた反面、部品との
接点として重要な役割を担うべきハンドに関して
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
ンドが要求されているにも関わらず実用に供する
ハンドは少ない。一般には、空圧駆動による平行
開閉チヤツクや平行リング機構による平行ハンド
が多く使用され、部品に応じたハンドを交換して
作業を行つているのが現状である。そのため種々
のハンドが提案されている。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、複数のグリツパを装着したタ
レツト形回転ヘツド構造のハンドが挙げられる。

(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じた
複数のグリツパを備えた回転ヘツド形構造のハン
ドでは、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
してロボツト本体部への負担を招き、かえつてロ
ボツト性能の低下を招く原因になつている。また
一般に、被把持部品は位置決めしてあるのが普通
で、ハンドの中心と部品の中心が一致していない
とロボツ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ツトハンド
を提供することにある。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明のロボツトハンドは、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部とから構成し、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によつ
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と共に、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
軸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
遊び車であつ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
動するラツク１９に噛み合つているので、ラツク
１９の動きに連動して指先１は揺動可能な状態に
ある。当該ラツク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可動指の指先３は軸９に可変設定可能な状態
で固定され、第１可動指と同じく３個の歯車１
６，１７，１８に連動しているが、歯車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が太陽歯車となつて指機部の揺動角と
同一揺動角分逆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ど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
エーンのような伝達要素で構成される回転伝達機
構であつてもよい。

軸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本のワイヤ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。ストツパー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、ストツパー２７，２９は開き位置をストツパ
ー２６，２８は閉じ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、開き位置と閉じ位置を同じに、すなわち可動
指を拘束すれば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本のワイヤ３２，３３
の他端はそれぞれ引張スプリング３４，３５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。従つて、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
させる摺動部材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、ワイヤやシヤ
フトによつて連結されれば、駆動源がハンドから
遠隔した場所に設置することができるのでハンド
の軽量化に有益である。

(ホ) 作用 本発明のロボツ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つてワイ
ヤ３６は張力を受け、ワイヤ３６の接続された摺
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本のワイヤ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４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１指基部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個の歯車に連動
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。従つてここに、２個の指基部の回転力
によつて２個の指先が平行移動しながら被把持物
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、先に接触した
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、更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
るまで回転を接続し、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てあ
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
動指のストツパ２６，２８を被把持物の大きさ形
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、被把持物
の位置姿勢を安定に維持し続けることができる。
更に、第１指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逆方向に回転する。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。従つて、
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本の可動指
は開かれ、把持状態は解除される。

(ヘ) 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つた。本発明
のロボツトハンドは汎用性が高く、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図に円筒物の把握例を示す。第２可動指の
ストツパー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
部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Ｖ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できる。

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と噛み合つたラ
ツク１９は、平行バネブロツク３７に歪形素子３
８を固着して構成された把持力検出器の一端と結
合され、さ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。従つて、
ラツク１９は弾性的に支持された半固定状態にあ
る。支持した時の指先からの反力が支持力検出器
に作用して平行バネを歪ませる。歪計素子３８か
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 本発明のロボツトハンドは２間節を有した２本
の可動指で構成され、動滑車及びワイヤを利用し
た滑車式指駆動機構と、指先姿勢が可変設定でき
初期設定の姿勢を一定に保ち続けることのでぎる
平行移動指機構によつ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、平行開閉チヤツクとしての機
能の他に、１個の駆動源で被把持物の位置に倣う
がごとく適合動作するのでロボツトアームに無理
な負荷がかからない。

ワイヤやシヤフトを介して、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点接触にて握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ツトハンドは、
産業用ロボツトや自動組立機械の汎用性を高める
効果は大きく、生産性の向上に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明のロボツトハンド
を構成する滑車式指駆動機構、平行移動指機構、
把持解除用復元力比較機構を示す正面図及び要部
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図を示す。 １，３：指先、２，４：指基部、５：柔軟部
材、６，７，８，９，１０，１１：軸、１２：支
持部材、１３，１４，１５，１６，１７，１８：
歯車、１９：ラツク、２０，２１：滑車、２２：
摺動部材、２３：軸、２４：動滑車、２５：ワイ
ヤ、２６，２７，２８，２９：ストツパ、３０，
３１：滑車、３２，３３：ワイヤ、３４，３５：
引張スプリング、３６：ワイヤ、３７：平行バネ
ブロツク、３８：歪計素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ツ
   トハンド。 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第１項に記載
   するロボツトハンド。 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第１項に記載するロボツトハ
   ンド。 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
   第１項に記載するロボツトハンド。