JPH0683980B2 - ロボット用ハンド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、布、紙、その他軽量で微妙な取扱いを必要と
する物品のハンドリングに適したロボット用ハンドに関
するものである。

［従来の技術］ 従来、複数の指片を関節において連結したロボット用ハ
ンドは公知である。このようなハンドで各関節の駆動に
それぞれ個別的に普通のモータ（電流と磁界の相互作用
によって駆動されるモータ）を用いたものでは、通常、
ギヤ等を使用して低速・高トルク化を図ったり、静止時
に姿勢を固定させるためのブレーキを必要とする。その
ため、モータの自重に加えて指先側の重量が一層増加
し、それに伴ってその指先を駆動するための基部側の指
片やモータを一層大型化する必要が生じ、全体的に著し
く大型化、大重量化する。しかも、上記ギヤを用いた場
合には、バックラッシュを避けることができず、高精度
の制御が困難であり、また、ギヤの慣性によって、急速
な速度変化が困難であるため、満足すべき動特性を得る
ことができず、従って、布、紙、その他軽量で微妙な取
扱いを必要とする物品のハンドリングには、到底利用す
ることができない。

さらに、ワイヤーを利用して基部側に設けたモータで各
関節を駆動するようにしたものでは、ワイヤーを使用す
ることにより必然的に生じる制御の困難さがあると同時
に、ワイヤーの伸縮等に伴って制御の精度が低下するな
どの問題もある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の技術的課題は、ロボット用ハンドにおける関節
の駆動に、低速・高トルク化のためのギヤや静止状態を
保持するためのブレーキを不要にすることにより、構成
部品を少なくして、その分だけ軽量化を図ると共に、制
御の高精度化を図り、しかも自重に比してトルクが大き
いモータを用い、指片の動特性を改善して、布、紙、そ
の他軽量で微妙な取扱いを必要とする物品のハンドリン
グに適するようにしたロボット用ハンドを得ることにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本発明のロボット用ハンド
は、基枠から突出する支持部材に複数の指を備え、各指
は、基枠から突出する支持部材に、関節を構成する超音
波モータのステータを取付けると共に、その超音波モー
タのロータに指片を取付け、さらにその指片に次の関節
を構成する超音波モータのステータを取付け、そのロー
タに次の指片を取付け、これを繰り返すことにより複数
の指片を順次連結することにより構成される。

［作用］ 上記ロボット用ハンドの各指は、それぞれの関節におい
て指片を回転駆動可能に連結している超音波モータの制
御により必要な動作が与えられるもので、超音波モータ
の特性を有効に活用して、特に、布、紙、その他軽量で
微妙な取扱いを必要とする物品のハンドリングに有効に
適用することができる。

即ち、自重及び体積に比してトルクが大きい超音波モー
タを用いているので、各関節の駆動に、低速・高トルク
化のためのギヤや静止状態を保持するためのブレーキが
不要になり、構成部品を少なくして、軽量小型化を図る
と共に、制御の高精度化を図ることが可能になり、しか
も、指片の動特性を改善して、上述した布、紙等のハン
ドリングに適するロボット用ハンドを得ることが可能に
なる。

［実施例］ 第１図ないし第３図は本発明のロボット用ハンドの一実
施例を示している。

このロボット用ハンドは、布、紙、その他軽量で微妙な
取扱いを必要とする物品のハンドリングに用いるもので
あり、特に、布片の自動縫製のためのハンドリングに適
している。

図示したロボット用ハンドにおいて、基枠１は、適宜固
定部２に取付けられ、この基枠１には、３本の指10,20,
30を備えている。指数は、必要に応じて増減することが
できる。

第１の指10は、第１図において基枠１から側方に突出す
る支持部材４の先端に、第１の関節を構成する超音波モ
ータ16のステータ16aを取付け、その超音波モータのロ
ータ16bに第１の指片11を取付けることにより、第１の
指片11を第１図において紙面に平行な軸線の回りに回転
可能に取付けている。また、この第１の指片11の先端に
は、回転の軸線が上記超音波モータ16の回転軸線と直交
する第２の超音波モータ17のステータ17aを取付け、そ
のロータ17bに第２の指片12を取付けて、この第２の超
音波モータ17により第２の関節を構成させている。

第３の関節は、上記第２の指片12の先端に、回転の軸線
が上記超音波モータ17の回転軸線と平行な第３の超音波
モータ18のステータ18aを取付け、そのロータ18bに第３
の指片13を取付けることにより構成し、第４の関節は、
第３の指片13の先端に、同様に回転の軸線が平行な第４
の超音波モータ19のステータ19aを取付け、そのロータ1
9bに第４の指片14を取付けることにより構成している。

第４の指片14の先端には、指先片15を取付けているが、
この指先片15の形状、構造は、このハンドが取り扱う対
象物品に応じて適切なものが選択される。

第２の指20は、第１図において基枠１から上方に突出し
ているが、第２図及び第３図からわかるように、その第
２の指20の基部は、第１図に矢印Ａで示す方向に回転可
能に取付けている。即ち、基枠１に取付けた支持部材５
に、第１の関節を構成する超音波モータ26のステータ26
aを取付け、その超音波モータのロータ26bに第１の指片
21を取付けている。この超音波モータ26は、回転の軸線
を第１図において紙面に直交する方向に向けたものであ
り、従って第１の指片21はその超音波モータ26の駆動に
より同図に矢印Ａで示す方向に回転することになる。ま
た、この第１の指片21の先端には、回転の軸線が上記超
音波モータ26の回転軸線と直交する第２の超音波モータ
27のステータ27aを取付け、そのロータ27bに第２の指片
22を取付けて、この第２の超音波モータ27により第２の
関節を構成させている。

第３の関節は、上記第２の指片22の先端に、回転の軸線
が上記超音波モータ27の回転軸線と平行な第３の超音波
モータ28のステータ28aを取付け、そのロータ28bに第３
の指片23を取付けることにより構成し、第４の関節は、
第３の指片23の先端に、同様に回転の軸線が平行な第４
の超音波モータ29のステータ29aを取付け、そのロータ2
9bに第４の指片24を取付けることにより構成している。

第４の指片24の先端には、第１の指10と同様に、必要な
構成を有する指先片25が取付けられる。

第３の指30は、第１図において基枠１から上方に突出さ
せたもので、基枠１に設けた支持部材６の先端に、第１
の関節を構成する超音波モータ36のステータ36aを取付
け、その超音波モータのロータ36bに第１の指片31を取
付けている。この超音波モータ36は、回転の軸線を第１
図において紙面に平行する方向に向けたものである。ま
た、この第１の指片31の先端には、回転の軸線が上記超
音波モータ36の回転軸線と平行な第２の超音波モータ37
のステータ37aを取付け、そのロータ37bに第２の指片32
を取付けて、この第２の超音波モータ37により第２の関
節を構成させている。さらに、第３の関節は、上記第２
の指片32の先端に、回転の軸線が上記超音波モータ37の
回転軸線と平行な第３の超音波モータ38のステータ38a
を取付け、そのロータ38bに第３の指片33を取付けるこ
とにより構成している。

第３の指片の先端には、同様に必要な構成を有する指先
片35が取付けられる。

上記指の各関節に用いている超音波モータは、弾性体に
圧電セラミックスを貼ったステータに、時間と共に移動
する進行波を発生させ、ライニングを介してそれに対面
接触したロータを回転させるもので、モータに印加する
電圧によりその駆動を制御できるものである。

超音波モータは、上記ライニングを介してロータとの間
の摩擦で駆動されるものであるため、経年あるいは温度
変化等によって摩擦部分の摩擦係数が変わると、滑りが
変わってくるが、各モータにエンコーダやポテンショメ
ータ等のセンサを取付けてフィードバック制御を行うこ
とにより、センサの分解能に対応した正確な位置制御を
行うことができる。上述した各超音波モータのステータ
には、その超音波モータによって駆動される指片の一部
に設けた支持部41、またはその指片に取付けた超音波モ
ータのステータの一部に設けた支持部42を対面させ、そ
れらの間にエンコーダ等を取付け可能に構成している。
このようにしてセンサを取付けると、それが超音波モー
タと一体化されるので、構造がコンパクト化される。

上記構成を有するロボット用ハンドの各指10,20,30は、
それぞれの関節において指片を回転駆動可能に連結して
いる超音波モータの制御により必要な動作が与えられる
ものであるが、特に、それらの関節の駆動に超音波モー
タを用いているため、その特性を有効に活用して、布、
紙、その他軽量で微妙な取扱いを必要とする物品のハン
ドリングを実現することができる。

即ち、超音波モータは自重及び体積に比してトルクが大
きいので、各関節の駆動に、低速・高トルク化のための
ギヤや静止状態を保持するためのブレーキが不要で、構
成部品を少なくして軽量小型化すると同時に、制御の高
精度化を図ることができ、また超音波モータ自体は単純
で薄型の円盤状であるため、それを関節に取付けても、
ハンドを十分に軽量小型化することができる。また、ハ
ンドに複雑な作業を行わせるためには、関節の数をでき
るだけ多くして自由度を高めることが要求されるが、上
述したように軽量で小型のモータを用いると、それを実
現することが可能になる。

さらに、超音波モータはロータの慣性力が小さくてトル
クが大きいため、制御性がよく、急速な回転、停止、速
度制御、位置制御等も比較的容易に行うことができ、し
かも普通のモータが不得意としている低速の安定性にも
すぐれている。従って、普通のモータを用いる場合に比
して、指片の動特性を十分に改善し、上述した布、紙等
のハンドリングに適するロボット用ハンドを得ることが
可能になる。

［発明の効果］ このような本発明のロボット用ハンドによれば、次のよ
うな効果を期待することができる。

ロボット用ハンドは、各関節における回転駆動のた
めの機構を簡単、軽量化しなければ、それ自体の駆動の
ために基部側が著しく大型化、大重量化される。しかる
に、本発明のように自重及び体積に比してトルクが非常
に大きい超音波モータを用いると、全体を著しく軽量
化、小型化することが可能になり、布、紙等の微妙な取
扱いを要する物品のハンドリングが可能になる。また、
その軽量化、小型化に伴って関節の数を増すことが可能
になるため、一層複雑で細かいハンドリングの制御を実
現できる。

ロボット用ハンドにおいては、モータに低速・高ト
ルク化のためのギヤを装着すると、それだけ大重量化す
ると共に、バックラッシュによる精度の低下を避けるこ
とができないが、本発明において用いている超音波モー
タは、低速での安定性がよく、しかも大トルクが得られ
て、低速・高トルク化のためのギヤが不要であるため、
指片を精度よく安定的に駆動できる。

ロボット用ハンドは、それ自体を静止状態に保持す
ることが多いが、超音波モータは通電を断った静止時の
トルクが最大になる。そのため、本発明では、ロボット
用ハンドの各関節にブレーキを設ける必要がなくなり、
軽量化を図れると共に、静止時にエネルギを必要としな
いため、省エネルギ化を図ることができる。

布、紙等のハンドリングを行うロボット用ハンドで
は、すぐれた制御性が要求されるが、超音波モータは、
一般のモータに比べてトルクが大きく、またロータの慣
性が小さいため、応答性がよく、さらに速度制御、位置
制御が容易であるため、制御性が十分に高められ、すぐ
れた動特性を得ることができる。

超音波モータを用いているので、電磁気的な雑音の
影響を受けないし、他の機器に雑音の影響を与えること
もない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明のロボット用ハンドの実施例を示すもの
で、第１図はその正面図、第２図は側面図、第３図は平
面図である。 10,20,30……指、 11〜14,21〜24,31〜33……指片、 16〜19,26〜29,36〜38……超音波モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基枠から突出する支持部材に複数の指を備
   え、各指は、基枠から突出する支持部材に、関節を構成
   する超音波モータのステータを取付けると共に、その超
   音波モータのロータに指片を取付け、さらにその指片に
   次の関節を構成する超音波モータのステータを取付け、
   そのロータに次の指片を取付け、これを繰り返すことに
   より複数の指片を順次連結したことを特徴とするロボッ
   ト用ハンド。