JPH0736990B2 - ロボット・ハンド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オシロスコープ等の電
子機器の回転つまみ、レバー等の調整を行うロボット・
ハンドに関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットの期待される利用分野の
ひとつに、オシロスコープ等電子機器の調整があげられ
る。ここで必要になるのが、これら電子機器のパネルの
回転つまみ及びレバーを操作するハンド部分である。回
転つまみをつまんで回転させるにあたって、回転つまみ
の回転軸とハンド部分の回転軸にずれがあると、ハンド
部分に回転つまみに対する追従機能がないかぎり回転に
伴って回転つまみに望ましくない力が加わる。

【０００３】ハンド部分の回転軸と、回転つまみの回転
軸が一致した状態でハンド部分がつまみを操作できるよ
うにするため、従来の技術ではハンド部分に３本以上の
爪を設けることによって解決していた。特開昭５０−６
０９７０号公報におけるロボットハンドは、その好適な
従来例であって、４本の爪を用いている。

【０００４】一方、電子機器の調整作業に必要になる動
作にレバーを上下又は左右に操作する動作があるが、こ
のような場合、ハンド部分が適切にレバーの操作を行う
ためには爪は２本であることが望ましいことは明かであ
る。２本爪のハンドの従来例は枚挙にいとまがない。

【０００５】以上述べたように、電子機器の調整をロボ
ットが行う場合、回転つまみの操作のために３本以上の
爪をもったハンドと、レバーの操作のために２本の爪を
もったハンドとをそれぞれ用意し操作を行わざるをえな
かった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の技
術では回転つまみの操作用とレバーの操作用とにそれぞ
れ専用のハンドを必要としていたために、操作にあわせ
てハンド部を取り替えるといった作業行程が必要とな
り、制御が複雑であった。

【０００７】そこで本発明の目的は、２本爪のハンド部
でさまざまな操作状態に対応できるロボット・ハンドを
提供することである。本発明の他の目的は、操作状態に
応じて本体に対するハンド部の回転軸に垂直な平面内に
おける柔軟性（コンプライアンス）を３段階に制御でき
るロボット・ハンドを提供することである。本発明の他
の目的は、本体が敏速に動く場合には、本体に対してハ
ンド部を高い剛性で拘束できるロボット・ハンドを提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のロボット・ハン
ドは、本体上に第１軸受けハウジングを取り付け、この
第１軸受けハウジングに第１回転軸を回転自在に取り付
ける。この第１回転軸に、自在継手によって第２回転軸
を連結する。この第２回転軸の一端にハンド部を設ける
とともに、第２回転軸は第２軸受けハウジングに保持さ
れる。この第２軸受けハウジングは、スライド機構によ
り第２回転軸に垂直な平面内で本体に対して移動可能で
ある。第２軸受けハウジングには、ガイドが固定されて
いる。位置決めヘッドは、このガイドに係合可能であ
る。弾性部材は、ガイド又は位置決めヘッドに連結され
る。また、高剛性手段もガイド又は位置決めヘッドに係
合可能である。そして、弾性部材及び高剛性手段を夫々
移動させる移動手段を具えている。

【０００９】

【作用】上述したガイド、位置決めヘッド、弾性部材及
び高剛性手段は、可変コンプライアンス機構を構成す
る。これによって、本体に対する第２軸受けハウジング
の移動の柔軟性を、無拘束状態、中程度の剛性による拘
束状態、高い剛性による拘束状態の３段階に制御でき
る。中程度の剛性で回転つまみを把持した後、可変コン
プライアンス機構が第２軸受けハウジングの動きを無拘
束に解き放つと、スライド機構は、第２軸受けハウジン
グを保持しながら、第１、第２回転軸と垂直な平面内の
所定範囲内で、第２軸受けハウジングが円滑に移動でき
るようにする。電子機器の回転つまみの回転に追従して
第２回転軸が第１回転軸に対してずれた場合でも、自在
継手は円滑かつ正確に第１回転軸からの回転を第２回転
軸へ伝達する。

【００１０】以上の作用により、仮え２本の爪をもった
ハンド部が電子機器の回転つまみをつまんで回転させる
場合でも、ハンド部の回転軸と回転つまみの回転軸との
ずれからくる回転時における回転つまみへの力の負担を
さけながら回転つまみの回転操作を行うことが可能であ
る。また、回転操作用の２本爪のハンド部でレバー操作
も行える。

【００１１】さらに高剛性手段がガイド又は位置決めヘ
ッドと係合することによって、非常に高い剛性で第２軸
受けハウジングを本体に拘束できるので、この拘束によ
って第２回転軸及び第２軸受けハウジング、よってハン
ド部は、本体の急な動きに追従できる。

【００１２】

【実施例】本発明の好適な実施例を以下に説明する。図
２は、電子機器のつまみ・レバー等を操作するための２
本爪を伴った本発明のロボット・ハンドの好適な実施例
の斜視図である。図１は、本発明のロボット・ハンドの
側面図である。図１及び図２において、本体１０は昇降
機（後述）に設けられており、これにより上下すること
ができる。１２は第１回転軸であり、その回転駆動力
は、回転駆動軸７４からかさ歯車９４及びかさ歯車９６
を経て伝達される。動力源は主としてパルスモーターが
よく、その選定と設置は当業者にとって容易であろう。
第１軸受けハウジング１４は第１回転軸１２を回転自在
に保持し、自在継手１６を介して第２回転軸１８へ回転
駆動力を伝達する。本実施例では自在継手をとしてオル
ダム継手を用いているがここに中空のたわみ継手等を用
いてもよく、第１回転軸と第２回転軸のいずれを克服し
ながら回転駆動力を伝達しうる中空の部材であればよ
い。中空にする理由は後述する。第２軸受けハウジング
２０は第２回転軸１８を回転自在に保持しスライド機構
（後述）及び可変コンプライアンス機構（後述）は第２
軸受けハウジング２０を保持している。

【００１３】第２回転軸１８の自在継手１６と反対端に
は爪ホルダー２２が取付けられており、この爪ホルダー
２２は第２回転軸１８と一体に回転可能である。破断線
２３と３３とによりはさまれた領域は爪ホルダー２２の
内部を示している。爪ホルダー２２の内部では、爪開閉
カム２８が２本の爪３２の夫々の一端に設けられたロー
ラー２６と係合している。爪開閉カム２８を爪開閉軸２
４に固定し爪開閉軸２４を軸方向に移動する。これによ
り爪開閉カム２８のローラーとの係合面が、ローラー２
６を上下させピン３０を中心に爪３２を回転させる。こ
のようにして爪３２の対象物に対する把持と解除の動作
が行なわれる。爪開閉軸２４は、中空な第１回転軸１２
の内部で相互に回転自在かつたわみ自在に爪開閉軸９２
と連結されており（連結部分を図示せず）、爪３２の回
転に伴って回転する爪開閉軸２４の回転を逃すと共に対
象物を把持しての回転に追従（後述）する爪３２がもた
らす爪開閉軸２４の第２爪開閉軸９２に対するずれを逃
がす。爪開閉軸９２は、本体１０に固定された軸受け９
０に軸方向移動自在に取りつけられ、爪開閉軸２４と反
対側の一端が移動プーリー８８の軸と連結されている。
爪開閉軸９２は、部材８３とも連結している。バネ８４
の両端は軸受け９０及び部材８３に取付けられているの
で、このバネ８４は部材８３を常時爪方向へ引っ張る。

【００１４】移動プーリー８８、部材８３及び爪開閉軸
９２は一体となってスライド部材８６に沿って軸方向に
移動できる。把持用ワイヤ８０は、本体１０に取付けら
れているプーリー８２を経て移動プーリー８８に半周巻
きつき、本体に固定される。バネ８４の爪３２方向への
引っ張り力と、把持用ワイヤー８０の移動プーリー８８
へ及ぼすプーリー８２方向への引っ張り力はここで均衡
している。把持用ワイヤー８０の一端は本体に固定され
ているので、このワイヤー８０の他端を適当な駆動プー
リー（図示せず）が巻き取るようにし、この駆動プーリ
ーの回転を適当なモーターが制御すればこのモーターに
より移動プーリー８８の位置を制御できる。移動プーリ
ー８８の軸は、爪開閉軸９２と連結されているから移動
プーリー８８の移動は爪開閉軸９２を軸方向へ移動させ
る。従って爪開閉軸２４を経て爪開閉カム２８を駆動さ
せ爪３２を開閉させる。

【００１５】つぎに図１及びスライド機構の斜視図であ
る図３を用いて本発明のスライド機構を説明する。第２
軸受けハウジング２０は、第２回転軸１８を回転自在に
保持する。第２軸受けハウジング２０の下部には第２回
転軸１８に沿った溝が設けられており、この溝の両側面
に２組の穴が空けられている。これらの穴へ２本の溝方
向スライドシャフト３６が各々２個のミニチュアストロ
ーク４６を介して挿入され外側からストッパー３８を取
付ける。ミニチュアストローク４６は略円筒状をしてお
り、その内円筒面はこれが取付けられる軸３６となめら
かに摺動すると共にその外円筒面はこれが取付けられる
第２軸受けハウジング２０の穴となめらかに摺動する。
取付けによって内外の円筒面に適当な予圧がかかるよう
に軸の太さ、軸受けハウジングの穴の大きさを設定する
ことにより安定した位置で摺動部材として機能させう
る。なお、ミニチュアストローク４６は、スライドベア
リングにおきかえてもよい。

【００１６】２本の横方向スライドシャフト３６の中央
部分はスライドブロック３４の２個の穴に各々固定され
る。よって、このスライドブロック３４が第２軸受けハ
ウジング２０の下部の溝内に配置されることになる。な
お、スライドブロック３４とスライドブロック４４とは
ひとつの部品であり、その事が判るように第２軸受けハ
ウジングの図１における下部とブラケット４２の図３に
おける上部の各々の一部を破断線４３と４０によって夫
々破りこみ開示してある。２本の縦方向スライドシャフ
ト４８をその中央部でスライドブロック４４に固定す
る。固定ブロック５０の各々に第２軸受けハウジング２
０と同様に穴５２を空けそこへ縦方向スライドシャフト
４８を夫々ミニチュアストローク４６を介して挿入し、
シャフトの両端にストッパー３８を取付ける。スライド
ブロック４４は固定ブロック５０から適当な強さのバネ
５４によってつるされておりこれで常時スライドブロッ
ク４４の固定ブロック５０に対する高さを適切に保つ。
固定ブロック５０は本体１０に固定する。なおブラケッ
ト４２は、第２軸受けハウジング２０の図１における下
面にて固定されており図３においてスライドブロック３
４とブラケット４２との間に直接の係合関係は存在しな
いが相互位置関係を明示するために記載しておいた。

【００１７】以上の説明で明らかなように第２軸受けハ
ウジング２０はスライドブロック３４に対して横方向移
動自在であり、スライドブロック４４は本体１０に固定
されている固定ブロック５０に対して縦方向移動自在で
ある。従って第２軸受けハウジング２０は本体に対して
第２回転軸に垂直な平面内で移動自在である。従って第
２軸受けハウジング２０に保持され自在継手１６を介し
て回転力を伝達される第２回転軸１８と爪ホルダー２２
を介してこれに取付けられている爪３２も本体に対して
第２回転軸に垂直な平面内で移動自在となる。

【００１８】次に図１と可変コンプライアンス機構の斜
視図である図４を用いて可変コンプライアンス機構を説
明する。図４において４２はブラケットであり上述の如
く第２軸受けハウジング２０の下部に固定する。５６は
ガイドであり、ブラケット４２の下部の穴４５に挿入し
て一体に固定する。ガイド５６の位置決めヘッド５８側
は円錐状のくぼみとなっており位置決めヘッド５８がガ
イド５６の円錐状の穴に係合（又は嵌合）されガイド５
６を押さえつけることによってガイド５６の動きを拘束
する。従ってガイド５６と一体になっているブラケット
４２及び第２軸受けハウジング２０の動きを拘束する。

【００１９】６０は弾性シャフト（弾性部材）であっ
て、適度な可撓性をもっており位置決めヘッド５８がガ
イド５６の動きを拘束しているとき弾性シャフト６０の
可撓性がガイド５６の、ひいては第２軸受けハウジング
２０の移動の柔軟性に影響を与える。なお弾性シャフト
６０の位置決めヘッド５８の反対側は、中空シャフト
（高剛性手段）６２及びプレート６４を突き抜けてプレ
ート６６に固定される。この中空シャフト６２は一端が
プレート６４に固定されており、このプレート６４に一
端が固定された２本のスライドシャフト７０はプレート
６６を突き抜けて伸びる。また、他の２本のスライドシ
ャフト７２は一端がプレート６６に固定され、シャフト
７０と同様に他端が伸びている。

【００２０】下部ブロック７３は、スライドシャフト７
２を軸方向移動自在に保持する。一端を下部ブロック７
３に、他端をスライドシャフト７２に連結したバネ６８
によってスライドシャフト７２は位置決めヘッド側に常
時加圧しておく。プレート６４とバネ６９の働きは後に
説明する。

【００２１】スライドシャフト７０はスライドシャフト
７２と同様に本体に固定された下部ブロック７３によっ
て軸方向移動自在に保持される。このスライドシャフト
７０のプレート６４と反対端はコンプライアンス変更用
ワイヤー７８と連結している。このワイヤー７８のスラ
イドシャフト７０と反対端はプーリー７６を経て把手用
ワイヤー８０の場合と同様に適当な駆動プーリー（図示
せず）が巻き取るようにし、この駆動プーリーの回転を
適当なモーターが制御すればこのモーターにより中空シ
ャフト６２をスライドできる。ここでもスライドシャフ
ト７２の場合と同様にスライドシャフト７０は一端を下
部ブロック７３と他端をスライドシャフト７０に固定し
たバネ６９によって位置決めヘッド５８側に常時加圧し
ておく。コンプライアンス変更用ワイヤー７８がスライ
ドシャフト７０を引っ張りプレート６４がプレート６６
に当たる位置まで来るとプレート６４はプレート６６を
プーリー７６側に引っ張ることができる。プレート６６
のプーリー７６側の移動により弾性シャフト６０を介し
てこれと一体となっている位置決めヘッド５８は、ガイ
ド５６から離れる。従ってガイド５６は位置決めヘッド
５８からの拘束力を失う。この様にしてコンプライアン
ス変更用ワイヤー７８を調節することにより以下に述べ
る可変コンプライアンス機構の３通りの状態を実現でき
る。

【００２２】図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、上述の可変コ
ンプライアンス機構が取り得る３通りの段階を夫々図１
における上方向から見た図である。図５Ａは位置決めヘ
ッド５８、中空シャフト６２が共にガイド５６へ向けて
押圧されており、ここでは中空シャフト６２の剛性が弾
性シャフト６０の剛性と加算されてガイド５６の動きを
拘束している。ガイド５６の動きを拘束しているこの状
態は可変コンプライアンス機構のガイド５６への拘束力
が最も強い状態である。上述のごとくガイド５６はブラ
ケット４２を介して第２軸受けハウジング２０と一体に
なっており第２軸受けハウジング２０は爪３２を有する
第２回転軸１８を保持している。また、可変コンプライ
アンス機構は本体１０と一体になった下部ブロック７３
に保持されている。従ってこの状態では本体１０が高い
剛性で第２軸受けハウジング２０を拘束している状態で
ある。この様な状態は、対象とする電子機器のつまみ等
を変えるために位置を変えて敏速に動くときに取るべき
状態として好適である。

【００２３】図５Ｂは中空シャフト６２が位置決めヘッ
ド５８から離れ、位置決めヘッド５８に対する拘束力を
持たず弾性シャフト６０のみが位置決めヘッド５８を介
してガイド５６を拘束している状態である。従ってこの
状態における可変コンプライアンス機構の可変コンプラ
イアンスは、弾性シャフト６０の可変コンプライアンス
にほぼ等しい。ゆえに弾性シャフト６０の可変コンプラ
イアンスを適切に設計することによって、爪３２が電子
機器のレバースイッチ、プッシュボタンスイッチなどを
操作する際に設定する可変コンプライアンス機構の状態
として好適となる。

【００２４】図５Ｃは中空シャフト６２をさらに本体側
に引っ張りプレート６４がプレート６６を押圧してロー
ラー７６側に後退させ位置決めヘッド５８もガイド５６
から離れた状態の図である。この状態では位置決めヘッ
ド５８はガイド５６をなんら拘束せず従ってガイド５６
の動き、すなわち第２軸受けハウジング２０の動きは既
に説明したスライド機構にゆだねられる。この状態では
第２軸受けハウジング２０に保持されている第２回転軸
１８はスライド機構が許す範囲内で第１回転軸１２に対
しずれながら回転できる。従って２本の爪３２が電子機
器の回転つまみを回転させる際、爪がつまみの中心を把
持していなくとも回転用つまみに望ましくない力をかけ
ずにこれを回転することができる。すなわち図５Ｃに示
す状態は回転つまみの回転操作に好適である。

【００２５】以上図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃでも述べた
とおり本発明の実施例における可変コンプライアンス機
構では、図５Ａにおける高い剛性による第２軸受けハウ
ジング２０の拘束状態、図５Ｂにおける低い剛性による
第２軸受けハウジング２０の拘束状態、図５Ｃにおける
所定の範囲内の無拘束状態と言うように３段階に拘束状
態をかえる事が可能である。

【００２６】図６は本発明のロボット・ハンド１２２の
産業用ロボットの搭載例の概念図である。１２６は本体
１２４を上下させるための昇降機、１２８は本体１２４
をハンド部の軸方向に動かすための駆動装置、１３０は
本体を図面と直角な方向へ動かすための駆動装置（ガイ
ドレールを含む）であって、１２６、１２８、１３０の
各装置の作用によってハンド本体は所定の空間内で任意
の位置を読み取ることができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、ガイド、位置決めヘッ
ド、弾性部材及び高剛性手段を有する可変コンプライア
ンス機構により、第２軸受けハウジングを本体に維持し
たまま本体に対する第２軸受けハウジングの移動の柔軟
性を３段階に制御できる。即ち、第１の段階では、高剛
性手段をガイド又は位置決めヘッドと係合させ、本体に
第２軸受けハウジングを拘束させるので、本体を急速に
移動させたい場合にもハンド部は本体に敏速に追従でき
る。第２の段階では、本体に対して第２軸受けハウジン
グが中程度の柔軟性を有するため、回転軸にずれがある
回転つまみの把持操作などに適している。さらに第３の
段階では、本体に対して第２軸受けハウジングが無拘束
であるため、ハンド部は回転軸に垂直な平面内で回転軸
に対して円滑に移動可能である。よって、上記第２の段
階での把持により、第２回転軸が第１回転軸に対してず
れた場合でも回転力を円滑かつ正確に伝達できる。従っ
て、本発明により、２本爪のハンド部でレバー操作のほ
かに回転操作等をも行ない得るため、各操作夫々に専用
ハンドを用意して交換する必要がなく、同じハンド部で
さまざまな操作状態に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロボット・ハンドの好適な一実施例の
側面図である。

【図２】本発明のロボット・ハンドの好適な一実施例の
斜視図である。

【図３】本発明に用いるスライド機構の一部をブラケッ
トとの位置関係と共に示した分解斜視図である。

【図４】本発明に用いる可変コンプライアンス機構を示
した分解斜視図である。

【図５】可変コンプライアンス機構の３通りの剛性の状
態を夫々示した図である。

【図６】本発明のロボット・ハンドを産業用ロボットに
搭載した例を示す概念図である。

【符号の説明】

１０ 本体 １２ 第１回転軸 １４ 第１軸受けハウジング １６ 自在継手 １８ 第２回転軸 ２０ 第２軸受けハウジング ２２〜３２ ハンド部 ３４〜５２ スライド機構 ５６ ガイド ５８ 位置決めヘッド ６０ 弾性部材 ６２ 高剛性手段 ６４、６６、７０、７６及び７８ 移動手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体と、 該本体上に取り付けられた第１軸受けハウジングと、 該第１軸受けハウジングに回転自在に取付けられた第１
   回転軸と、 該第１回転軸に自在継手によって連結された第２回転軸
   と、 該第２回転軸を保持する第２軸受けハウジングと、 上記第２回転軸の一端に設けられたハンド部と、 上記第２回転軸に垂直な平面内で上記第２軸受けハウジ
   ングを上記本体に対して移動可能にするスライド機構
   と、 上記第２軸受けハウジングに固定されたガイドと、 該ガイドと係合可能な位置決めヘッドと、 上記ガイド又は上記位置決めヘッドに連結される弾性部
   材と、 上記ガイド又は上記位置決めヘッドに係合可能な高剛性
   手段と、 上記弾性部材及び上記高剛性手段を夫々移動させる移動
   手段とを具えるロボット・ハンド。