JPH06155357A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多種異形状の工作物等を把持する汎用ロボッ
トハンドにおいて、機構的に高精度制御可能なコンパク
トかつ簡単構造のロボットハンドの提供。 【構成】 少なくとも２本の指を有したロボットハンド
において、指関節の駆動の伝達を連結リンクにて行うこ
とにより、高精度かつコンパクトなロボットハンドを実
現し、さらに、駆動装置をユニット化することで構造の
簡単化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多種異形状の工作物等
を把持する指を備えたロボットハンドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作物等を把持するロボットハン
ドには多くのものが提案されている。これらのロボット
ハンドの指の関節を駆動する手段で区別してみると、各
関節ごとに駆動装置を持ち直接関節を駆動するもの、ワ
イヤとプーリとにより構成され、駆動装置からの動力を
ワイヤで伝達し、関節を駆動するもの、駆動装置の動力
を歯車により伝達し関節を駆動するものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した手段
により駆動するロボットハンドには次の問題点がある。
即ち、各関節ごとに駆動装置を持つものにおいては、そ
の駆動装置の大きさに依存して、指部をコンパクトにで
きない。また、ワイヤにより動力を伝達するものは、使
用経過時間によりワイヤに伸びが発生するので、高精度
な制御が困難であり、その上構造が複雑なのでワイヤ切
断時の修理に時間がかかってしまう。

【０００４】歯車を使用したものは、歯車のバックラッ
シュのため精度に問題が生じまた、バックラッシュを除
去するためには非常に複雑な機構を必要とするといった
問題がある。そこで本発明は、上述した問題点を解決
し、コイパクトかつ簡単な構造で高精度な制御が可能な
ロボットハンドを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るためには、少なくとも２本の指を持つロボットハンド
において、２本の指のうち少なくとも１本はロボットア
ームの先端の手首部に第１軸を中心として揺動可能に取
り付けられた指付け根部と、前記指付け根部を駆動させ
る動力を伝える連結リンクと、前記指付け根部を前記連
結リンクを介して揺動させる第１駆動装置と、前記指付
け根部に、前記第１軸とは同一ではない第２軸を中心に
揺動させる第２駆動装置とからなる構成をしたロボット
ハンドである。

【０００６】

【作用】第１駆動装置が駆動すると、連結リンクを介し
て指付け根部が揺動し、これによって指付け根部に取り
付けられている指部材全体が揺動する。次に、第２駆動
装置により指部材が、指付け根方向とは同一ではない方
向に揺動される。上記２つの作用の組み合わせが、少な
くとも２本の指で実施されることにより、多種異形状の
工作物を把持する。

【０００７】

【実施例】以下に、図面に基づき本発明の実施例を説明
する。図７は本実施例の指部を３本配設したロボットハ
ンドの構成を示すモデル図である。以下にこの指部の構
成について説明する。図１は第１実施例であるロボット
ハンドの指１本についての機構を示す構成図である。ま
た、図２は図１中のＡ−Ａ’方向から見た矢視図であ
る。

【０００８】ロボットアーム１００に固定されている手
首部１０１の指支持板１０９に、指回動部１０２が、第
１軸１２１を中心として回動可能に支持されている。指
回動部１０２には、駆動部ユニット１１０が固定されて
いる。駆動部ユニット１１０には、第１指部材１０３
が、第１軸１２１と垂直方向をなす第２軸１２２を中心
に揺動可能に支持されている。また、第１指部材１０３
の先端には、第２指部材１０４が、第２軸１２２と平行
な第３軸１２３を中心に揺動可能に支持されている。以
上の可動部が指の関節を構成している。ただし，本実施
例において指付け根部１３０は指回動部１０２と駆動部
ユニット１１０によって構成されている。

【０００９】駆動部ユニット１１０には、指の関節を駆
動するための駆動装置である、図２に示されるように第
１モータ１１１、第２モータ１１２および第３モータ１
１３が、それぞれの駆動軸１２４、１２２、１２６が互
いに平行になるように配設されている。また、第１モー
タ１１１には第１エンコーダ１１４が、第２モータ１１
２には第２エンコーダ１１５が、第３モータ１１３には
第３エンコーダ１１６が、各モータ１１１、１１２、１
１３の回転変位量を検出するために取り付けられてい
る。

【００１０】第１モータ１１１には、第１連結リンク１
０７が第１減速機１１７を介して連結されており、第１
モータ１１１の回動により、第１モータ１１１の駆動軸
である第１駆動軸１２４を中心に第１連結リンク１０７
を揺動するようになっている。また、第１連結リンク１
０７の先端には、第２連結リンク１０５の一端１０５ｂ
がボールジョイントにより支持されている。第２連結リ
ンク１０５の他端１０５ａは手首部１０１の指支持板１
０９にボールジョイントによって支持されており、第２
連結リンク１０５の両端１０５ａ、１０５ｂのボールジ
ョイント取り付け方向は互いに垂直方向をなしている。

【００１１】第２モータ１１２には、第２減速機１１８
を介して第１指部材１０３が取り付けられている。この
第２モータ１１２の駆動部ユニット１１０に第２軸１２
２（第２駆動軸と等しい）を中心として揺動可能に支持
された第１指部材１０３を直接揺動するようになってい
る。第３モータ１１３には、第３減速機１１９を介して
第３連結リンク１０８が連結されている。この第３モー
タ１１３は駆動軸である第３駆動軸１２６を中心として
第３連結リンク１０８を揺動するようになっている。第
３連結リンク１０８の先端には、第４連結リンク１０６
の一端１０６ａが、ボールジョイントによって結合され
ており、また、第４連結リンク１０６の他端１０６ｂ
は、ボールジョイントによって第２指部材１０４に連結
されている。

【００１２】第２指部材１０４は、Ｌ型をした部材であ
りその屈曲部で第１指部材１０３に、第２軸１２２に平
行な第３軸１２３を中心として揺動可能に支持されてい
る。第２指部材１０４の一端１０４ａは、ロボットハン
ドの指先を構成し、他端１０４ｂは上述したように第４
連結リンク１０６に連結されており、この第４連結リン
クは、第３モータ１１３の駆動により第２指部材１０４
を揺動するようになっている。なお、第４連結リンク１
０６の両端に取り付けられたボールジョイントは同一方
向をなすように取り付けられている。

【００１３】次に上述した第１実施例の作用を説明す
る。第１モータ１１１を駆動すると、指回動部１０２と
駆動部ユニット１１０で構成される指付け根部が揺動さ
れる。ここで、指付け根部の揺動を図３に基づき説明す
る。図３〔Ａ〕は第１実施例のロボットハンドをモデル
化したものである。図中の駆動部ユニット１１０は、指
回動部１０２に固定されており、第１軸１２１を中心に
揺動可能である。第２連結リンク１０５の一端である１
０５ａは、指支持板１０９とのボールジョイント結合し
た支点を意味し、他端１０５ｂは、第１モータ１１１の
回動によって揺動する第１連結リンク１０７とのボール
ジョイント結合した支点を意味している。いま、第１モ
ータ１１１が駆動することにより、第２連結リンク１０
５を介して支点１０５ａに、図面Ｘ軸方向に力Ｆ₁ が作
用する。しかし、支点１０５ａはＸ軸方向には固定のた
め、力Ｆ₁ と反対方向で同じ力をもつ反力Ｒ₁ が支点１
０５ｂに作用する。この反力Ｒ₁ は、第１軸１２１と支
点１０５ｂを結ぶ直線方向の分力Ｒ₂ と、第１軸１２１
と支点１０５を結ぶ直線と垂直をなす方向の分力Ｒ ₃ に
分けられる。すると、第１軸１２１と分力Ｒ₃ とにより
モーメントを生じる。また、支点１０５ｂは第１リンク
１０７と第１モータ１１１を介して、駆動部ユニット１
１０に支持されているので、これにより図５〔Ｂ〕に示
すように、指付け根部（指回動部１０２と駆動部ユニッ
ト１１０）を第１軸１２１を中心に図中矢印の方向に回
動する。また、矢印と反対方向の回動については、第１
モータ１１１によって作用する力Ｆ₁ の符号を負とする
ことで同様である。従って、以上により駆動部ユニット
１１０に支持されている、第１，第２指部材１０３，１
０４等の指を構成する部分全体を第１軸を中心に揺動す
る。

【００１４】また、第２モータ１１２を駆動すると、第
１指部材１０３を第２軸１２２中心に直接揺動する。さ
らに、第３モータ１１３を駆動すると、第３，第４連結
リンク１０８，１０６を介して、第２指部材１０４が第
３軸１２３を中心に揺動する。以上、上述した３つの指
の揺動作用の組み合わせが、図７のモデル図に示すよう
に３本の指で実施されることにより多種異形状の工作物
を把持する。

【００１５】次に、本実施例の効果を示す。以上に述べ
たように本ロボットハンドは、駆動装置からの動力伝達
を第２，第４連結リンク１０５，１０６で行うことによ
り、モータ等の駆動装置を関節ごとに設ける必要がなく
指をコンパクトにすることができ、特に指付け根部の回
動を第２連結リンク１０５で行うことで、図１中ロボッ
トアーム１００の中心線と第１軸１２１の交点と、第１
軸１２１と第２軸１２２の交点との距離であるｄを狭め
られ、結果として指と指との間隔を狭めることができ
る。また、ワイヤの使用によるワイヤの伸び、歯車の使
用によるバックラッシュといったものを発生せず、機構
的に高精度な制御が行えるものである。その上、駆動装
置をユニット化したことで、構造が簡単化され、故障時
の修理時間の軽減化を図ることができる。

【００１６】次に図４、及び図５に基づき本発明の第２
実施例を説明する。図４は第２実施例のロボットハンド
の指１本についての機構を示す構成図である。また、図
５は図４の側面図である。ロボットアーム２００先端に
固定されている指支持部２０１に駆動部ユニット２１０
が固定されている。駆動部ユニット２１０には、指付け
根部２０２が、第１軸２２１を中心に揺動可能に支持さ
れている。指付け根部２０２の先端には、Ｌ型の第１指
部材２０３が、その屈曲部で第１軸２２１と垂直方向を
なす第２軸２２２を中心に揺動可能に支持されている。
また、第１指部材２０３の先端には、Ｌ型の第２指部材
２０４が、その屈曲部で第２軸２２２と平行方向をなす
第３軸２２３を中心に揺動可能に支持されており、以上
の可動部で指の関節を構成しいてる。なお、第２実施例
において、手首２４０は指支持部２０１と駆動部ユニッ
ト２１０とで構成されている。

【００１７】駆動部ユニット２１０には、指の各関節を
駆動するための、第１モータ２１１，第２モータ２１
２，第３モータ２１３が、それぞれの駆動軸２２４，２
２５，２２６を平行にするように配設されている。ま
た、各モータ２１１，２１２，２１３の回転変位量を検
出するために、第１モータ２１１には第１エンコーダ２
１４が、第２モータ２１２には第２エンコーダ２１５
が、第３モータ２１３には第３エンコーダ２１６がそれ
ぞれ取り付けられている。

【００１８】第１モータ２１１には、第１連結リンク２
３１が第１減速機２１７を介して固定されており、第１
モータ２１１の駆動により第１連結リンク２３１を第１
駆動軸２３４を中心に揺動するようになっている。第１
連結リンク２３１の先端には、第２連結リンク２０５の
一端がボールジョイントにより結合され、さらに第２連
結リンク２０５の他端２０５ｂは、第３連結リンク２３
４がボールジョイントにより結合されている。また、第
３連結リンク２３４は、駆動部ユニット２１０に第１軸
２２１を中心に揺動可能に支持されている指付け根部２
０２の、第１軸２２１と平行な方向の側面に固定されて
いる。第１モータ２１１は以上の連結リンク２３１，２
０５，２３４介して、指付け根部２０２を第１軸２２１
を中心に揺動するようになっている。

【００１９】第２モータ２１２には、第４連結リンク２
３２が、第２減速機２１８を介して固定されており、第
２モータ２１２は、第４連結リンク２３２を第２駆動軸
２２５を中心に揺動するようになっている。第４連結リ
ンク２３２の先端には、第５連結リンク２０６の一端２
０６ａがボールジョイントにより結合され、さらに第５
連結リンク２０６の他端２０６ｂは、指付け根部２０２
に第２軸２２２を中心として揺動可能に支持されている
Ｌ型の第１指部材２０３の一端２０３ｂにボールジョイ
ントによって結合されている。以上の連結リンク２３
２，２０６を介して、第２モータ２１２は、第１指部材
２０３を、第２軸２２２を中心に揺動するようになって
いる。

【００２０】同様に、第３モータ２１３には、第６連結
リンク２３３が、第３減速機２１９を介して固定されて
おり、第３駆動軸２２６を中心揺動するようになってい
る。第６連結リンク２３３の先端には、第７連結リンク
２０７の一端２０７ａがボールジョイントにより結合さ
れ、さらに、第７連結リンク２０７の他端２０７ｂは、
第１指部材２０３に第３軸２２３を中心として揺動可能
に支持されているＬ型の第２指部材２０４の一端２０４
ｂにボールジョイントＬによって結合されている。ま
た、第２指部材２０４の他端２０４ａが指先を構成して
いる。以上の連結リンク２２３，２０７を介して、第３
モータ２１３は、第２指部材２０４を、第３軸２２３中
心に揺動するようになっている。なお、上述した連結リ
ンク２０５，２０６，２０７のそれぞれの両端に取り付
けられている。ベアリングの取り付け方向は、それぞれ
の両端が互いに同方向になるように取り付けられてい
る。

【００２１】次に上述した第２実施例の作用を説明す
る。第１モータ２１１を駆動すると、第１，第２，第３
連結リンク２３１，２０５，２３４を介して指付け根部
２０２を第１軸２２１を中心に揺動する。ここで指付け
根部２０２の揺動を図６に基づき説明する。図６〔Ａ〕
は第２実施例のロボットハンドをモデル化した図であ
る。図中、駆動部ユニット２１０は固定である。指付け
根部２０２は駆動部ユニットに第１軸２２１を中心に揺
動可能であり、第３連結リンク２３４は指付け根部に固
定されている。第３連結リンク２３４の先端は、第２連
結リンク２０５の一端にボールジョイント結合され、さ
らに第２連結リンク２０５の他端２０５ａは第１連結リ
ンク２３１にボールベアリング結合されている。第１連
結リンク２３１は第１モータ２１１の駆動により揺動さ
れ、その先端は図面Ｘ軸方向に移動する。（実際には紙
面垂直方向のＺ軸方向にも移動している）いま、第１モ
ータ２１１の駆動により、第２連結リンク２０５を介
し、ボールジョイントの結合点である２０５ｂに、図面
Ｘ軸方向に力Ｆ₄ が作用する。この力Ｆ₄ は、第１軸２
２１と結合点２０５ｂを結ぶ直線方向の分力Ｆ ₅ と、第
１軸２２１と結合点２０５ｂを結ぶ直線と垂直方向の分
力Ｆ₆ に分けられる。すると、第１軸２２１と力Ｆ₆ と
によって、モーメントを発生し、指付け根部２０２は図
６〔Ｂ〕の矢印方向に回動する。また、矢印と反対方向
の回動については、第１モータ２１１によって作用され
る力Ｆ₄ の符号を負にすることで同様に説明される。従
って以上の作用により、指付け根部２０２に支持されて
いる、第１，第２指部材２０３，２０４等の指を構成す
る部分全体を第１軸２２１を中心に揺動する。

【００２２】また、第２モータ２１２を駆動すると、第
５連結リンク２０６を介して、第１指部材２０３を第２
軸２２２を中心に揺動する。さらに、第３モータ２１３
を駆動すると、第３連結リンク２０７を介して、第２指
部材２０４を第３軸２２３を中心に揺動する。以上、上
述した第１，第２，第３軸２２１，２２２，２２３回り
の指の駆動作用の組み合わせが図７のモデル図に示すよ
うに３本指で実施されることにより、多種異形状の工作
物を把持する。

【００２３】次に本第２実施例の効果を示す。以上に述
べたように、本ロボットハンドは、前述した第１実施例
と同様の効果を持ち、さらに、駆動部ユニット２１０を
指支持部２０１を固定することにより、指の部分だけを
駆動できるため、小さい容量のモータで済むという効果
ももつ。

【００２４】なお、上述した第１，第２実施例において
指付け根部１３０，２０２の揺動軸である、第１軸１１
１，１２１と、第１指部材１０３，２０３の揺動軸であ
る第２軸１１，１２２とは、垂直方向をなしているが、
同一（平行）方向でなければ、必ずしも垂直方向でなく
てもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明はロボット
ハンドの指の駆動手段に連結リンクを使用するため、構
成が簡単化され、ワイヤ駆動によるワイヤの伸び、歯車
駆動によるバックラッシュ等を発生しないため、機構的
な高精度な制御が行える。また、ロボットハンドの指と
指の駆動装置を離して配設できるため、互いの指の距離
の小さいコンパクトなロボットハンドを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を有するロボットハンドの第１実施例の
構成図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ’から見た矢視図である。

【図３】本発明の第１実施例に係る指付け根部の揺動作
用を示すモデルである。

【図４】本発明を有するロボットハンドの第２実施例の
構成図である。

【図５】図４の側面図である。

【図６】本発明の第２実施例に係る指付け根部揺動作用
を示すモデル図である。

【図７】本発明の実施例に係るロボットハンドのモデル
図である。

【符号の説明】

１０１ 手首部 １０２ 指回動部 １０５ 第２連結リンク １１０ 駆動部ユニット １２１ 第１軸 １３０ 指付け根部 ２０１ 指支持部 ２０２ 指付け根部 ２０５ 第１連結リンク ２１０ 駆動部ユニット ２２１ 第１軸 ２４０ 手首部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２本の指によって工作物を把
   持するロボットハンドにおいて、前記２本の指のうち少
   なくとも１本は、ロボットアームの先端の手首部に第１
   軸を中心として揺動可能に取り付けられた指付け根部
   と、前記指付け根部を駆動させる動力を伝える連結リン
   クと、前記指付け根部を前記連結リンクを介して揺動さ
   せる第１駆動装置と、前記指付け根部に、前記第１軸と
   は同一ではない第２軸を中心に揺動可能に取り付けられ
   た指部材と、前記指部材を揺動させる第２駆動装置とを
   備えたことを特徴とするロボットハンド。