JPH0852683A

JPH0852683A - ハンド機構

Info

Publication number: JPH0852683A
Application number: JP18971094A
Authority: JP
Inventors: Joji Yamaguchi; 城治山口; Yasuhide Nishida; 安秀西田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1994-08-11
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】ハンド部に水平面内座標Ｘ軸，Ｙ軸方向に並進
２自由度方向のみのコンプライアンスが必要とされるよ
うなロボットを対象とし、それに用いられる小型のハン
ド機構を提供する。【構成】対象物を把持するハンド部１７と当該ハンド部
１７のコンプライアンスを与えるコンプライアンス部１
６よりなるハンド機構Ｂにおいて、コンプライアンス部
１６を、Ｘ軸方向平行バネ機構１８とＹ軸方向平行バネ
機構１９とで、それぞれの可動方向のなす角を相互にＸ
Ｙ直交軸の９０゜として、ハンド部１７を２自由度並進
自在に設けることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットに装備され
る、ハンド機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５はロボットに用いられる、ハンド機
構の従来例Ａである。図中、１はハンド部、２はフレー
ム形ハンド取り付け部、３はアーム４の周方向９０゜等
間隔にハンド取り付け部２間に亙り張設したコイルバ
ネ、５はコンプライアンス部である。ハンド部１は、ハ
ンド取り付け部２に対し、コイルバネ３を介してアーム
４に取り付けられている。

【０００３】部品のアセンブリなどを目的とするロボッ
トでは、アセンブリ部品の損傷を防ぎ、より円滑な動作
を実現するため、ハンド部１にコンプライアンスを持た
せることが好ましい。そのため、適したコンプライアン
スをハンド部１に持たせるための、コンプライアンス部
５をハンド機構Ａに設けることが一般的である。

【０００４】図５に示す従来例では、コイルバネ３群が
コンプライアンス部５を構成しており、同図中、ハンド
部１の水平面内直角座標Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の並進２自
由度方向、およびＸ軸回り、Ｙ軸回りの回転２自由度方
向のコンプライアンスを与えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記のハンド機構Ａ
は、コンプライアンス部５としてコイルバネ３を用いて
いるため、並進方向、および回転方向のコンプライアン
スを有している。したがって、並進方向のみのコンプラ
イアンスが必要とされる場合には、このようなハンド機
構Ａは適さない。

【０００６】また、大きなコンプライアンス値が必要と
される場合には、コイルバネ３が長くなり、コンプライ
アンス部５が大きくなる。そのため、ハンド機構Ａ全体
の大型化が避けられない。

【０００７】他方、図６に示す垂直面内直角座標Ｙ軸，
Ｚ軸方向可動自在な平行バネ機構よりなるコンプライア
ンス部６が従来より知られている。同図中（ａ）は正面
図、（ｂ）は可動部の変位状態正面図、（ｃ）は正面斜
視図である。

【０００８】図中、７は固定部、８はバネ部、９は弾性
ヒンジ部、１０は断面略半円弧形弾性溝、１１は剛体
部、１２は可動部である。図６（ａ）は可動部移動前の
図、図６（ｂ）は可動部移動後の図、図６（ｃ）は全体
の構造斜面図である。バネ部８は、弾性ヒンジ部９と剛
体部１１より構成される。

【０００９】可動部１２に＋Ｙ軸方向の力が作用する
と、弾性ヒンジ部９が曲り、図６（ｂ）に示したように
可動部１２は平行に移動する。すなわち、平行バネ部８
は可動部１２の並進方向のみにコンプライアンスを有
し、可動部１２の回転方向のコンプライアンスは０であ
る。

【００１０】また、並進方向のコンプライアンス値は、
図６（ｃ）に示したような弾性ヒンジ部９の肉厚ｔ、バ
ネ部８の長さｌ、バネ部８の幅ｂにより決定される。２
組のバネ部８を平行延在したこの平行バネ機構を用い、
２自由度並進方向コンプライアンス部６を構成する。

【００１１】しかしながら、このコンプライアンス部６
はあくまでも垂直面内座標Ｙ軸，Ｚ軸方向の可動は可能
でも平面内座標ではＹ軸方向の単方向のみの可動しか実
現し得ないため図５に示すハンド機構Ａでの課題として
の水平面内座標Ｘ軸，Ｙ軸方向のみの可動コンプライア
ンスを満足することは出来ない。

【００１２】ここにおいて、本発明の解決すべき主要な
目的は次の通りである。本発明の第１の目的は、ハンド
部に水平面内座標Ｘ軸，Ｙ軸方向に並進２自由度方向の
みのコンプライアンスが必要とされるようなロボットを
対象とするハンド機構を提供せんとするものである。

【００１３】本発明の第２の目的は、小型のハンド機構
を提供せんとするものである。

【００１４】本発明の第３の目的は、コンプライアンス
値を可変形成自在なハンド機構を提供せんとするもので
ある。

【００１５】本発明の第４の目的は、一対のＸ軸方向平
行バネ機構とＹ軸方向平行バネ機構との組合せによるハ
ンド機構を提供せんとするものである。

【００１６】本発明の第５の目的は、一対のＸ軸方向平
行バネ機構とＹ軸方向平行バネ機構が、剛体部の所要位
置に弾性ヒンジ部を形成したバネ部を有するハンド機構
を提供せんとするものである。

【００１７】本発明のその他の目的は、明細書及び図
面、特に特許請求の範囲の記載から自づと明らかとなろ
う。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明が次に列挙する新規な特徴的構成手段を採用すること
により達成される。すなわち、本発明の第１の特徴は、
対象物を把持するハンド部と当該ハンド部のコンプライ
アンスを与えるコンプライアンス部よりなり、ロボット
などに装備されるハンド機構において、当該コンプライ
アンス部を、Ｘ軸方向平行バネ機構と、Ｙ軸方向平行バ
ネ機構と、でそれぞれの可動方向のなす角を相互にＸＹ
直交軸の９０゜として、前記ハンド部を２自由度並進自
在に設けてなるハンド機構である。

【００１９】本発明の第２の特徴は、前記本発明の第１
の特徴におけるＸ軸方向平行バネ機構とＹ軸方向平行バ
ネ機構が、それぞれ固定部と可動部間にバネ部を平行に
介在結合し、各可動部をＸ軸，Ｙ軸直交方向にそれぞれ
可動自在に組合形成してなるハンド機構である。

【００２０】本発明の第３の特徴は、前記本発明の第２
の特徴におけるバネ部が、剛体部所要の両側又は片側に
弾性溝を凹設し、弾性ヒンジ部を形成してなるハンド機
構である。

【００２１】本発明の第４の特徴は、前記本発明の第３
の特徴における弾性溝が、断面略半円弧に形成してなる
ハンド機構である。

【００２２】本発明の第５の特徴は、前記本発明の第３
又は第４の特徴におけるバネ部が、コンプライアンス値
可変調整自在に剛体部所要位置の弾性ヒンジ部の肉厚、
前記バネ部の幅員及び長さを形成してなるハンド機構で
ある。

【００２３】本発明の第６の特徴は、前記本発明の第
２，第３，第４又は第５の特徴におけるＸ軸方向平行バ
ネ機構とＹ軸方向平行バネ機構が、それぞれのバネ部の
弾性ヒンジ部相互を直角交差方向に配向延在してなるハ
ンド機構である。

【００２４】本発明の第７の特徴は、前記本発明の第
２，第３，第４，第５又は第６の特徴における固定部と
可動部が、当該固定部を、当該可動部を中に挟んだ両側
に又は当該可動部により両側を挟まれた中間に配設して
なるハンド機構である。

【００２５】本発明の第８の特徴は、前記本発明の第
２，第３，第４，第５，第６又は第７の特徴におけるＸ
軸方向平行バネ機構とＹ軸方向平行バネ機構が、それぞ
れ一方の固定部と可動部を結合して直列連合してなるハ
ンド機構である。

【００２６】本発明の第９の特徴は、前記本発明の第
２，第３，第４，第５，第６，第７又は第８の特徴にお
けるＸ軸方向平行バネ機構とＹ軸方向平行バネ機構が、
当該Ｘ軸方向平行バネ機構を当該Ｙ軸方向平行バネ機構
の内側又は外側に嵌合状に配置結合してなるハンド機構
である。

【００２７】本発明の第１０の特徴は、前記本発明の第
２，第３，第４，第５，第６，第７，第８又は第９の特
徴におけるＸ軸方向平行バネ機構とＹ軸方向平行バネ機
構が、いずれかの固定部をハンド取り付け部にかついず
れかの可動部をハンド部にそれぞれ取付けてなるハンド
機構である。

【００２８】

【作用】本発明は、前記のような新規な手段を講じ、対
象物を把持するハンド部と、ハンド部のコンプライアン
スを与えるコンプライアンス部よりなり、コンプライア
ンス部が、水平面内座標Ｘ軸、およびＹ軸方向の一対の
平行バネ機構より構成され、Ｘ軸、およびＹ軸方向の平
行バネ機構の可動方向のなす角が９０度であり、これら
一対のＸ軸およびＹ軸方向平行バネ機構が直列に結合さ
れ、Ｘ軸方向平行バネ機構が、Ｙ軸方向平行バネ機構の
内側又は外側に配置されることにより、並進２自由度方
向にのみコンプライアンスを有し、しかも機構の小型化
が実現できる。

【００２９】また、一対のＸ軸及びＹ軸方向平行バネ機
構の弾性ヒンジ部の肉厚、バネ部の長さ、あるいはバネ
部の幅を変えて形成することにより、機構の大きさを変
化させることなくコンプライアンス値の調整ができ、ま
たコンプライアンス値の設計も比較的容易となる。

【００３０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本実施例を用いたロボットの構成例
である。図中、Ｂは本実施例のハンド機構、１３はＸ軸
方向移動機構、１４はＹ軸方向移動機構、１５はハンド
取り付け部、１６はコンプライアンス部、１７は逆Ｌ形
ハンド部、αはコネクタプラグ、βはコネクタアダプタ
である。ハンド機構Ｂはハンド部１７、およびコンプラ
イアンス部１６より構成され、ハンド部１７はコンプラ
イアンス部１６上に固定されている。

【００３１】図１に示したようなコネクタの自動挿抜用
ロボットを対象とした場合、角度方向にコンプライアン
スを有する従来例のハンド機構Ａを用いると、挿抜の際
に作用する力により、ハンド部１７がＹ軸回りに回転
し、コネクタプラグαも同様に回転する。そのため、コ
ネクタプラグαとコネクタアダプタβの軸間に角度ずれ
が生じ、コネクタに過大な力が作用する可能性がある。

【００３２】したがって、図１に示したような構成で
は、ハンド部１７の角度方向のコンプライアンスは必要
なく、ハンド機構Ａのコネクタアダプタβに対する位置
決め誤差を吸収するための並進方向のコンプライアンス
のみが必要とされる。本発明は、このような場合に用い
られる、２自由度並進方向のコンプライアンスを有する
ハンド機構である。

【００３３】図２にコンプライアンス部１６の構造図を
示す。図中、１８はＸ軸方向平行バネ機構、１９はＹ軸
方向平行バネ機構、１８ａはＸ軸方向平行バネ機構１８
の固定部、１８ｂはＸ軸方向平行バネ機構１８の可動
部、１９ａはＹ軸方向平行バネ機構１９の固定部、１９
ｂはＹ軸方向平行バネ機構１９の可動部、１８ｃ，１９
ｃはバネ部、１８ｄ，１９ｄは剛体部、１８ｅ，１９ｅ
は弾性ヒンジ部、１８ｆ，１９ｆは断面略半円弧形弾性
溝、１８ｇ，１９ｇは遊隙である。

【００３４】なお、図１中に示された部材と同一部材は
同一符号を付した。コンプライアンス部１６は一対のＸ
軸方向平行バネ機構１８、およびＹ軸方向平行バネ機構
１９より雌雄嵌合状に組合構成されている。可動部１８
ｂ，１９ｂの並進方向にのみコンプライアンスを有す
る。

【００３５】Ｙ軸方向平行バネ機構１９の固定部１９ａ
はハンド取り付け部１５に固定されている。Ｘ軸方向平
行バネ機構１８の固定部１８ａはＹ軸方向平行バネ機構
１９の可動部１９ｂに固定されており、２つの平行バネ
機構１８，１９は直列に結合されている。また、Ｘ軸方
向平行バネ機構１８を、Ｙ軸方向平行バネ機構１９を構
成する２つのバネ部１９ｃの内側に嵌合配置することに
より、コンプライアンス部１６の小型化を実現してい
る。

【００３６】各平行バネ機構１８，１９の可動方向のな
す角は９０度であり、コンプライアンス部１６は独立２
自由度の並進方向のコンプライアンスを有する。ハンド
部１７は、Ｘ軸方向平行バネ機構１８の可動部１８ｂ上
に固定されている。したがって、ハンド部１７はハンド
取り付け部１５に対して、並進２自由度方向のコンプラ
イアンスを有し、角度方向のコンプライアンスは０とな
る。

【００３７】コンプライアンス部１６のコンプライアン
ス値は、前記したように、図６で規定したような弾性ヒ
ンジ部１８ｅ，１９ｅの肉厚ｔ、バネ部１８ｃ，１９ｃ
の長さｌ、バネ部１８ｃ，１９ｃの幅ｂにより決定され
る。そのため、弾性ヒンジ部１８ｅ，１９ｅの肉厚ｔ、
あるいはバネ部１８ｃ，１９ｃの長さｌを変えて形成す
ることにより、コンプライアンス部１６自体の大きさを
変化させることなく、そのコンプライアンス値を調整す
ることができる。

【００３８】図３は図２に示したコンプライアンス部１
６のＸ軸方向平行バネ機構１８について、そのコンプラ
イアンス値を変えた実施例である。図３（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）ともＸ軸方向平行バネ機構１８の底面図
である。バネ部１８ｃは、弾性ヒンジ部１８ｅと剛体部
１８ｄより構成される。

【００３９】図３（ａ）に示したＸ軸方向平行バネ機構
１８の、弾性ヒンジ部１８ｅの肉厚ｔを変化させたもの
が同図（ｂ）である。弾性ヒンジ部１８ｅの肉厚ｔを厚
くすることにより、コンプライアンス値を減少させてい
る。また、バネ部１８ｃの長さｌを変化させたものが図
３（ｃ）であり、バネ部１８ｃの長さｌを短くすること
により、コンプライアンス値を減少させている。

【００４０】肉厚ｔを薄くする、あるいはバネ部１８ｃ
の長さｌを増すことにより、コンプライアンス値を増加
させることも可能である。いずれの場合も機構自体の大
きさを変える必要はない。コンプライアンス値を大きく
する場合には、バネ部１８ｃの幅を小さくする手段をと
ることも可能である。

【００４１】図４は、コンプライアンス部１６のＸ軸方
向平行バネ機構１８′について、そのコンプライアンス
値を大きくした場合の構造図である。図中、１８ａ′は
固定部、１８ｂ′は可動部、１８ｃ′はバネ部、１８
ｄ′は剛体部、１８ｅ′は弾性ヒンジ部、１８ｆ′は弾
性溝、１８ｇ′は遊隙、１８ｈ′は空隙部である。バネ
部１８ｃ′は、弾性ヒンジ部１８ｅ′と剛体部１８ｄ′
より構成される。

【００４２】コンプライアンス値を大きくするため、バ
ネ部１８ｃ′に空隙部１８ｈ′をもうけ、バネ部１８
ｃ′の幅ｂを小さくしている。このような構造を用いる
と、空隙部１８ｈ′の幅を変化させることでコンプライ
アンス値の調整が可能であり、この場合もコンプライア
ンス部１８′自体の大きさを変えることはない。

【００４３】図２、および図３はＸ軸方向平行バネ機構
１８，１８′について示したが、Ｙ軸方向平行バネ機構
１９においても同様であり、２自由度並進方向のコンプ
ライアンスを独立に調整することができる。また、平行
バネ機構１８，１８′，１９の各部の寸法よりコンプラ
イアンス値を計算することができ、コンプライアンス値
の設計が比較的容易にできる。

【００４４】以上のように、本発明のハンド機構Ｂは、
コンプライアンス部１６を小型化できるため、機構全体
も小型で実現可能である。また、２自由度並進方向のコ
ンプライアンス値を機構自体の大きさを変えることなく
調整可能である。

【００４５】なお、本実施例においては可動部１８ｂ、
１８ｂ′を中に挟んで両側に固定部１８ａ，１８ａ′を
配置したが、固定部１８ａ，１８ａ′を中に挟んで両側
に可動部１８ｂ，１８ｂ′を配しても良いし、Ｘ軸方向
平行バネ機構１８を雄形にかつＹ軸方向平行バネ機構１
９を雌形に形成したが、Ｙ軸方向平行バネ機構１９を雄
形にかつＸ軸方向平行バネ機構１８を雌形に形成して雌
雄嵌合状としても良い。また、弾性溝１８ｆ，１８ｆ′
は弾性ヒンジ部１８ｅ，１８ｅ′の片側のみでも構わな
い。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のハンド機
構によれば、対象物を把持するハンド部とハンド部のコ
ンプライアンスを与えるコンプライアンス部よりなり、
コンプライアンス部がＸ軸、およびＹ軸方向の２つの平
行バネ機構より構成され、Ｘ軸、およびＹ軸方向の平行
バネ機構の可動方向のなす角が９０度であり、これら２
つの平行バネ機構が直列に結合され、Ｘ軸方向の平行バ
ネ機構が、Ｙ軸方向の平行バネ機構を構成する２つのバ
ネの内側または外側に配置することにより、２自由度並
進方向のコンプライアンスを有する小型のハンド機構を
実現している。

【００４７】また、平行バネ機構の弾性ヒンジ部の肉
厚、バネ部の長さ、あるいはバネ部の幅を変えて形成す
るという構造を用いることにより、機構の大きさを変化
させることなくコンプライアンス値の調整ができ、また
コンプライアンス値の設計も比較的容易となる等優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を装備したロボットの構成例を
示す斜面図である。

【図２】同上のコンプライアンス部の分解拡大斜面図で
ある。

【図３】同上における雄形Ｘ軸方向平行バネ機構のコン
プライアンス値の調整変形例であって、（ａ）は標準
型、（ｂ）は弾性ヒンジ部の変形型、（ｃ）はバネ部の
変形型をそれぞれ示す拡大底面図である。

【図４】同上におけるその他の雄形Ｘ軸方向平行バネ機
構の調整変形例であって、（ａ）は拡大正面図、（ｂ）
は（ａ）中IVb −IVb 線視拡大断面図である。

【図５】従来例のハンド機構の模式図である。

【図６】従来例の他のハンド機構であって、（ａ）は可
動前の拡大正面図、（ｂ）は可動後の拡大正面図、
（ｃ）は拡大正面斜視図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ…ハンド機構１…ハンド部２…コイルバネ３…ハンド取り付け部４…アーム５，６…コンプライアンス部７…固定部８…バネ部９…弾性ヒンジ部１０…弾性溝１１…剛体部１２…可動部１３…Ｘ軸方向移動機構１４…Ｙ軸方向移動機構１５…ハンド取り付け部１６…コンプライアンス部１７…ハンド部 α…コネクタプラグ β…コネクタアダプタ１８…Ｘ軸方向平行バネ機構１８ａ，１８ａ′…Ｘ軸方向平行バネ機構の固定部１８ｂ，１８ｂ′…Ｘ軸方向平行バネ機構の可動部１８ｃ，１８ｃ′，１９ｃ…バネ部１８ｄ，１８ｄ′，１９ｄ…剛体部１８ｅ，１８ｅ′，１９ｅ…弾性ヒンジ部１８ｆ，１８ｆ′，１９ｆ…遊隙１８ｇ′…空隙部１９…Ｙ軸方向平行バネ機構１９ｃ…Ｙ軸方向平行バネ機構の固定部１９ｂ…Ｙ軸方向平行バネ機構の可動部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物を把持するハンド部と当該ハンド部
のコンプライアンスを与えるコンプライアンス部よりな
り、ロボットなどに装備されるハンド機構において、当該コンプライアンス部を、Ｘ軸方向平行バネ機構と、Ｙ軸方向平行バネ機構と、でそれぞれの可動方向のなす角を相互にＸＹ直交軸の９
０゜として、前記ハンド部を２自由度並進自在に設けることを特徴と
するハンド機構。
【請求項２】Ｘ軸方向平行バネ機構とＹ軸方向平行バネ
機構は、それぞれ固定部と可動部間にバネ部を平行に介
在結合し、各可動部をＸ軸，Ｙ軸直交方向にそれぞれ可
動自在に組合形成することを特徴とする請求項１記載の
ハンド機構。
【請求項３】バネ部は、剛体部所要の両側又は片側に弾
性溝を凹設して弾性ヒンジ部を形成することを特徴とす
る請求項２記載のハンド機構。
【請求項４】弾性溝は、断面略半円弧に形成することを
特徴とする請求項３記載のハンド機構。
【請求項５】バネ部は、コンプライアンス値可変調整自
在に剛体部所要位置の弾性ヒンジ部の肉厚、前記バネ部
の幅員及び長さを形成することを特徴とする請求項３又
は４記載のハンド機構。
【請求項６】Ｘ軸方向平行バネ機構とＹ軸方向平行バネ
機構は、それぞれのバネ部の弾性ヒンジ部相互を直角交
差方向に配向延在することを特徴とする請求項２，３，
４又は５記載のハンド機構。
【請求項７】固定部と可動部は、当該固定部を、当該可
動部を中に挟んだ両側に又は当該可動部により両側を挟
まれた中間に配設することを特徴とする請求項２，３，
４，５又は６記載のハンド機構。
【請求項８】Ｘ軸方向平行バネ機構とＹ軸方向平行バネ
機構は、それぞれ一方の固定部と可動部を結合して直列
連合することを特徴とする請求項２，３，４，５，６又
は７記載のハンド機構。
【請求項９】Ｘ軸方向平行バネ機構とＹ軸方向平行バネ
機構は、当該Ｘ軸方向平行バネ機構を当該Ｙ軸方向平行
バネ機構の内側又は外側に嵌合状に配置結合することを
特徴とする請求項２，３，４，５，６，７又は８記載の
ハンド機構。
【請求項１０】Ｘ軸方向平行バネ機構とＹ軸方向平行バ
ネ機構は、いずれかの固定部をハンド取り付け部にかつ
いずれかの可動部をハンド部にそれぞれ取付けることを
特徴とする請求項２，３，４，５，６，７，８又は９記
載のハンド機構。