JPH0716902B2 - マニプレ−タ用ハンド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、部材の形状の如何を問わず確実に掴むことの
できるマニプレータ用ハンドに関する。

B.発明の概要 本発明は、マニプレータのアームの先端にハンド本体を
取り付けるとともに該ハンド本体に開閉可能な複数の把
持手段を具えたマニプレータ用ハンドにおいて、 夫々の把持手段をウォーム・ウォームホイル機構とトル
クリミッタとを介して単一の駆動手段に連動連結するこ
とにより、 いかなる形状の部材でも確実かつ安定な状態で掴めるよ
うにしたものである。

C.従来の技術 一般に物を掴む場合には、人の手のように複数の関節を
有する指を５本も有していればいかなる形状の部材でも
容易に掴むことができるが、マニプレータ用ハンドとし
ては通常２本のフィンガーを有するトング式が採用され
ているため、限られた形状の部材しか安定して保持でき
ない。

このため、フィンガーを３〜５本有するマニプレータ用
ハンドも考案されており、フィンガーを駆動するために
フィンガーの基端部近傍に小型モータを具えたものや、
ワイヤロープでフィンガーを操作するものなどがある。

D.発明が解決しようとする課題 ところが、斯かる従来のマニプレータ用ハンドでは夫々
のフィンガー毎に小型モータが接続されているので出力
が小さく、確実に部材を掴むことができない。

そこで本発明は、斯かる課題を解決したマニプレータ用
ハンドを提供することを目的とする。

E.課題を解決するための手段 斯かる目的を達成するための本発明の構成は、マニプレ
ータのアームの先端に取り付けられるハンド本体に回転
自在に出力歯車を具えるとともに、対向的に配置された
少なくとも２以上の把持手段の夫々の入力歯車を前記出
力歯車に噛み合わせる一方、前記出力歯車に駆動手段を
接続し、前記把持手段は、基端部が前記ハンド本体に回
動自在に結合された第一フィンガーと、中間部が回動自
在に第一フィンガーの先端部に結合された第二フィンガ
ーと、基端部がハンド本体に回動自在に結合されて先端
部が第二フィンガーの基端部に回動自在に結合された補
助フィンガーとで構成し、ハンド本体に回転自在に支持
された伝達軸の一端側に回転自在に前記入力歯車を設
け、入力歯車の内周面に凹凸面を形成する一方、伝達軸
には半径方向へ貫通する貫通孔を形成し、当該貫通孔に
スプリングを介して、凹凸面へ押圧するための鋼球を収
容してトルクリミッタを構成し、伝達軸の他端側にはウ
ォームを形成してウォーム・ウォームホイル機構を構成
するウォームホイルを第一フィンガーの基端部に形成し
たことを特徴とする。

F.作用 駆動手段により出力歯車を回転させると、回転力は出力
歯車から夫々個別に複数の把持手段へ伝わる。夫々の把
持手段では入力歯車，トリクリミッタ，ウォーム，ウォ
ームホイール機構を介して動力がフィンガーへ伝わる。
掴もうとする部材の形状によっては、夫々のフィンガー
が部材へ到着する時間が異なるが、早く部材へフィンガ
ーが到着したところの把持手段ではトルクリミッタが動
作して入力歯車が空回りし、フィンガーの回動が止ま
る。また、ウォームとウォームホイールを介して動力が
フィンガーへ伝達されるので、部材の重さ等によって外
部からフィンガーを開く方向へ力が加わってもウォーム
ホイールによってウォームが回されることはなく、フィ
ンガーが勝手に開いたりしない。このように夫々のフィ
ンガーが個別に人の手の指の如く動作をして部材を掴む
ので、部材を確実かつ安定して保持できる。フィンガー
を開く場合においては出力歯車等を前記と反対方向へ回
転させればよく、フィンガーが完全に開いた状態になる
と前記と同様に入力歯車が空回りしてフィンガーの回動
が停止するので、全てのフィンガーが開いてから駆動手
段の回転を止めればよい。また、補助フィンガーの存在
により、第一フィンガーどうしを閉じるにつれて第二フ
ィンガーが第一フィンガーに対して内側へ屈曲し、人の
手が部材を掴む場合のようにして部材を掴むことができ
る。

G.実施例 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

本発明によるマニプレータ用ハンドの実施例を第１図，
第２図に示す。図示しないマニプレータのアームの先端
にハンド本体６が取り付けられており、ハンド本体６の
中央部には駆動手段としての図示しないモータ等に連動
連結された出力軸７が回転自在に具えられている。そし
て、出力軸７の先端には出力歯車８が形成され、出力歯
車８の周囲に対向的に本実施例では５つの把持手段１〜
５が配置されている。対向的とは、必ずしも対向してい
る必要はなく、少なくとも２以上の把持手段により部材
を把持できるような状態をいう。これらの把持手段１〜
５は第２図に示す位置に配置され、夫々の把持手段の有
する入力歯車が出力歯車８とその外周で噛み合ってい
る。

把持手段１〜５は同一構造なので、把持手段２のみにつ
いて説明する。フィンガーは第一フィンガー2aと第二フ
ィンガー2bと補助フィンガー2cとから構成されている。
即ち、紙面と直角なピン2dを介して第一フィンガー2aの
基端部が回動自在にハンド本体６の外側に結合され、第
二フィンガー2bの中央部がピン2eを介して回動自在に第
一フィンガー2aの先端部に結合され、ハンド本体６の内
側に取り付けられた蓋９にはピン2fを介して補助フィン
ガー2cの基端部が回動自在に結合され、補助フィンガー
2cの先端部がピン2gを介して第二フィンガー2bの基端部
に回動自在に結合されている。そして、出力歯車８に噛
み合う入力歯車2hと第一フィンガー2aの基端部とがウォ
ーム・ウォームホイール機構及びクリミッタを介して接
続されている。

次に、ウォーム・ウォームホイール機構及びトルクリミ
ッタについて説明する。出力軸７と平行に配置されると
ともに一端側にウォーム2iを有する伝達軸2jが軸受2k,2
lによって回転自在に支持されており、ウォーム2iは第
一フィンガー2aの基端部に形成されたウォームホイール
2mと噛み合っている。この伝達軸2jの他端側には前述し
た入力歯車2hが回転自在に挿通されており、入力歯車2h
は出力歯車８と噛み合っている。入力歯車2hの内周面に
は円周方向へ順次に凹凸を設けた凹凸面2nが形成されて
おり、凹凸面2nに鋼球2pが押圧されている。つまり、伝
達軸2jの軸心と直交する貫通孔2rが形成され、スプリン
グ2qを挾んだ状態で２個の鋼球2pが貫通孔2r内へ押し込
まれてトルクリミッタを構成している。

以上、把持手段２等について説明したが、他の把持手段
も同一構造である。

次に、斯かるマニプレータ用ハンドの作用について説明
する。

図示しないモータにより出力軸７がある方向へ回転する
と、出力歯車８を介して入力歯車1h〜5hが同時に回転す
る。すると、ピン1d〜5dを中心として第一フィンガー1a
〜5aが夫々内側へ曲がり、それとともに第二フィンガー
1b〜5bが第一フィンガー1a〜5aに対して内側へ屈曲して
部材を掴む。把持手段１〜５のうち第二フィンガーが掴
もうとする部材へ早く到着するものと遅く到着するもの
とがあるにも拘わらず一本の出力軸７にて動力を伝達し
ているが、夫々の把持手段２にはトルクリミッタを介し
て動力が伝わるので、第二フィンガーが部材へ早く到着
した方の把持手段では所定トルク以上の抵抗力が加わっ
て第一フィンガーの回動が停止し、その他のフィンガー
は部材へ到着するまで回動し続ける。

把持手段は前述のようにその構造が同一であり同一作用
を行うので、ここでは把持手段２の作用のみを説明す
る。出力歯車８の回転力は入力歯車2hを介して伝達軸2j
へと伝わり、伝達軸2jと一体のウォーム2i及びウォーム
ホイール2mを介して第一フィンガー2aへ伝わる。第１図
中に実線で示すように、フィンガーが開いているときは
ピン2gが第一フィンガー2aの外側近傍に位置するために
第一フィンガー2aに対して第二フィンガー2bが少しだけ
内側へ屈曲した状態となるが、二点鎖線で示すように第
一フィンガー2aが第１図中、右方向へ回動してフィンガ
ーが閉じると、ピン2gが前記の状態よりも更に第一フィ
ンガー2aの外側へ移動し、第一フィンガー2aに対する第
二フィンガー2bの屈曲度が大きくなる。つまり、補助フ
ィンガー2cが存在することにより、人の手が部材を掴む
場合のように第一フィンガー2aを閉じるにつれて第二フ
ィンガー2bが内側へ屈曲し、部材が掴み易くなる。第二
フィンガー2bが部材に当接すると第一フィンガー2aはそ
れ以上回動できなくなり、第一フィンガー2aへ加わるト
ルク抵抗が一定値以上になると、トルクリミッタの働き
によって入力歯車2hから伝達軸2jへ一定のトルクは伝わ
るが運動は伝わらなくなり、入力歯車2hは空回りするこ
とになる。これは、伝達軸2jのトルク抵抗が小さいとき
にはスプリング2qの付勢力で入力歯車2hに形成された凹
凸面2nの凹部へ鋼球2pが押圧されて入力歯車2hから伝達
軸2jへ動力が伝わるが、伝達軸2jの回転が拘束されてト
ルク抵抗が大きくなるとスプリング2qの付勢力よりも大
きい力で鋼球2pが押し戻され、凹凸面2nへ鋼球2pが付勢
されているにも拘わらず入力歯車2hのみが回転すること
になるからである。

前述のようにして５本の第二フィンガー1b〜5bが部材を
掴んだら出力軸７の回転を止めるが、掴んだ部材の重さ
等によって各フィンガーが開いて部材を落としてしまう
ようなことはない。これは、ウォーム2iとウォームホイ
ール2mの働きにより、ウォームホイール2mの回転力でウ
ォーム2iを回転させることができないからである。出力
軸７を前記とは反対の方向へ回転させることによって全
てのフインガーを開くことができる。この場合も先に開
き終わるものと遅れるものとがあるが、先に開き終えた
把持手段２では第一フインガー2aがハンド本体６の外周
部に当たると前記と同様にトルクリミッタが機能を発揮
し、入力歯車2hが空回りする。すべての把持手段２が開
き終えたら出力軸７の回転を止めればよい。

マニプレータ用ハンドを用いて形状の複雑なスパナの頭
部を掴んだときの説明図を第３図に示す。スパナ10を掴
んでいるときの第二フインガー1b〜5bの開閉位置が夫々
異なるが、すべての第二フインガーがスパナ10に当接
し、確実かつ安定した状態で掴んでいる。

このように、夫々の把持手段が同時に開閉動作を行いは
じめ、夫々の把持手段へ個別にモータが接続されている
かのように夫々の把持手段に一定のトルク抵抗が加わる
とその回動が止まり、人の手と類似した動作をする。

なお、本実施例では把持手段を５組設けた場合について
示したが、部材を掴めればよいので２組以上あればよ
い。

H.発明の効果 以上説明したように本発明によれば、フインガーにウォ
ーム・ウォームホイール機構及びトルクリミッタを接続
して構成した複数の把持手段を出力歯車に連動連結した
ので、任意の数の把持手段を設けることができ複雑な形
状の部材でも確実かつ安定した状態で掴むことができ
る。また、１個の出力歯車のみを回転させることによっ
て複数の把持手段を回動させることができるので大きな
出力のモータ等を使用でき、部材を掴む力を大きくでき
る。更に、把持手段を第一フインガーと第二フインガー
と補助フインガーとで構成することにより、より人の手
の動きに近い動作で部材を掴むことができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明によるマニプレータ用ハンドの実施例に係
り、第１図は正面断面図、第２図は側面断面図、第３図
はマニプレータ用ハンドでスパナの頭部を掴んだ状態を
示す説明図である。 １〜５…把持手段、1a〜5a…第一フインガー、1b〜5b…
第二フインガー、1c〜5c…補助フインガー、1h〜5h…入
力歯車、1i〜5i…ウォーム、1j〜5j…伝達軸、1m〜5m…
ウォームホイール、1n〜5n…凹凸面、1p〜5p…鋼球、1q
〜5q…スプリング、1r〜5r…貫通孔、６…ハンド本体、
７…出力軸、８…出力歯車、９…蓋。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マニプレータのアームの先端に取り付けら
   れるハンド本体に回転自在に出力歯車を具えるととも
   に、対向的に配置された少なくとも２以上の把持手段の
   夫々の入力歯車を前記出力歯車に噛み合わせる一方、前
   記出力歯車に駆動手段を連動連結し、 前記把持手段は、基端部が前記ハンド本体に回動自在に
   結合された第一フィンガーと、中間部が回動自在に第一
   フィンガーの先端部に結合された第二フィンガーと、基
   端部がハンド本体に回動自在に結合されて先端部が第二
   フィンガーの基端部に回動自在に結合された補助フィン
   ガーとで構成し、ハンド本体に回転自在に支持された伝
   達軸の一端側に回転自在に前記入力歯車を設け、入力歯
   車の内周面に凹凸面を形成する一方、伝達軸には半径方
   向へ貫通する貫通孔を形成し、当該貫通孔にスプリング
   を介して、凹凸面へ押圧するための鋼球を収容してトル
   クリミッタを構成し、伝達軸の他端側にはウォームを形
   成してウォーム・ウォームホイル機構を構成するウォー
   ムホイルを第一フィンガーの基端部に形成したことを特
   徴とするマニプレータ用ハンド。