| JP06121808 | PRESSURE CONTROLLER |
| JP2008238303 | CHUCK |
| JP2002326179 | CHUCK DEVICE FOR FINE CONTACT |
小澤 浩司 (〒03 東京都品川区西五反田三丁目11番6号 THK株式会社内 Tokyo, 1418503, JP)
THK株式会社 (〒03 東京都品川区西五反田三丁目11番6号 Tokyo, 1418503, JP)
OZAWA, Koji (3-11-6, Nishi-Gotanda, Shinagawa-k, Tokyo 03, 1418503, JP)
| 一つの駆動手段が設けられた固定部材と、 前記固定部材に固定ヒンジ部を介して一端が接続され、前記駆動手段によって前記固定ヒンジ部を中心として回動される基端部材と、 前記基端部材の他端側に設けられた第1ヒンジ部に一端が接続されて前記第1ヒンジ部を中心に回動可能に配置された中間部材と、 前記中間部材の他端側に設けられた第2ヒンジ部に一端が接続されて前記第2ヒンジ部を中心に回動可能に配置された先端部材と、 前記固定部材と前記中間部材とを連結し、前記基端部材の回動に連動して前記中間部材を前記第1ヒンジ部回りに回動させる第1リンク部材と、 前記基端部材と前記先端部材とを連結し、前記中間部材の回動に連動して前記先端部材を前記第2ヒンジ部回りに回動させる第2リンク部材と、を備え、 一つの前記駆動手段により、これら基端部材、中間部材及び先端部材の3つの可動部材が、前記固定ヒンジ部、前記第1ヒンジ部及び前記第2ヒンジ部の3つのヒンジ部回りにそれぞれ回動されるロボットの関節構造。 |
| 前記駆動手段、前記固定部材、前記基端部材、前記中間部材及び前記先端部材は、前記関節構造の長手方向に縦列するように配置され、前記固定ヒンジ部、前記第1ヒンジ部及び前記第2ヒンジ部は、それぞれの回転軸線が前記長手方向に対して直交するとともに互いに平行に配置されており、 一つの前記駆動手段により、前記基端部材、前記中間部材及び前記先端部材は、同一平面上で回動するように構成されている請求項1に記載のロボットの関節構造。 |
| 前記駆動手段がリニアアクチュエータである請求項1又は請求項2に記載のロボットの関節構造。 |
| 前記固定ヒンジ部、前記第1ヒンジ部及び前記第2ヒンジ部の3つのヒンジ部のうちの少なくとも1つには、そのヒンジ部に一端が接続された前記可動部材が、回動方向とは反対側に押圧力が作用した際にこの押圧力に沿って一定量揺動可能とされるとともに、前記押圧力が作用しなくなった際には元の位置に復帰する倣い機構が設けられている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のロボットの関節構造。 |
| 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のロボットの関節構造を備えるロボットフィンガ。 |
| 請求項5に記載されたロボットフィンガを複数備えるロボットハンド。 |
本発明は、3つの関節を備えたロボットの関
節構造、この関節構造を備えたロボットフィ
ンガ及びロボットハンドに関する。
本願は、2006年8月28日に日本に出願された特
願2006-231038号及び2007年8月17日に日本に出願さ
れた特願2007-212726号に基づき優先権を主張し
その内容をここに援用する。
前述のロボットの関節構造としては、人間
指関節や腕関節の動作を元に構成されたも
がある。このようなロボットの関節構造は
固定部材、基端部材、中間部材、先端部材
4つの部材と、固定部材と基端部材とを回動
可能に接続する固定ヒンジ部、基端部材と中
間部材とを回動可能に接続する第1ヒンジ部
中間部材と先端部材とを回動可能に接続す
第2ヒンジ部の3つのヒンジ部(関節)とを備え
いる。
これら複数のヒンジ部(関節)を駆動させる
法として、例えば特許文献1では、各ヒンジ
(関節)にワイヤを巻回させて回転モータの
力を伝達して駆動させるものが提案されて
る。
また、特許文献2では、それぞれのヒンジ部
(関節)に駆動手段を別途独立に設けたものが
案されている。
しかしながら、特許文献1のようにワイヤ を用いたロボットの関節構造においては、ワ イヤの伸びや切れ等のトラブルが発生し、頻 繁にワイヤ交換を行う必要がある。しかも、 ワイヤはギアやプーリに巻回されているため 、その取り外しや装着に非常な手間を要する 。また、ワイヤの伸びに起因して関節を精度 良く動作させることができない。さらに、ワ イヤでは部材を牽引することで関節を駆動さ せることになるため、関節の屈曲動作、伸長 動作を行うワイヤをそれぞれ配置する必要が ある。
また、特許文献2のように駆動手段を各関節
ごとに設けたものでは、各関節または関節を
中心として回動される部材に駆動手段を固定
するため、関節構造が大型化する。一方、小
型の駆動手段を使用すると、駆動力が小さく
なって十分に関節を駆動させることができな
くなるため、把持力を確保することができな
い。
このように従来のロボットの関節構造にお
ては、各関節に多くの機構を備える必要が
り、小型化及び軽量化が困難であった。
本発明は、前述の事情に鑑みてなされた のであって、一つの駆動手段によって3つの 関節をスムーズに駆動させることができて、 小型化及び軽量化が容易なロボットの関節構 造、これを備えたロボットフィンガ及びロボ ットハンドを提供することを目的とする。
この課題を解決するために、本発明に係 ロボットの関節構造は、一つの駆動手段が けられた固定部材と、前記固定部材に固定 ンジ部を介して一端が接続され、前記駆動 段によって前記固定ヒンジ部を中心として 動される基端部材と、前記基端部材の他端 に設けられた第1ヒンジ部に一端が接続され て前記第1ヒンジ部を中心に回動可能に配置 れた中間部材と、前記中間部材の他端側に けられた第2ヒンジ部に一端が接続されて前 第2ヒンジ部を中心に回動可能に配置された 先端部材と、前記固定部材と前記中間部材と を連結し、前記基端部材の回動に連動して前 記中間部材を前記第1ヒンジ部回りに回動さ る第1リンク部材と、前記基端部材と前記先 部材とを連結し、前記中間部材の回動に連 して前記先端部材を前記第2ヒンジ部回りに 回動させる第2リンク部材と、を備える。そ て、一つの前記駆動手段により、これら基 部材、中間部材及び先端部材の3つの可動部 が、前記固定ヒンジ部、前記第1ヒンジ部及 び前記第2ヒンジ部の3つのヒンジ部回りにそ ぞれ回動される。
この構成のロボットの関節構造においては
駆動手段によって基端部材を固定ヒンジ部
りに回動させると、この基端部材の回動に
動して第1リンク部材が中間部材を押圧又は
牽引し、中間部材が第1ヒンジ部回りに回動
る。さらに、中間部材の回動に連動して第2
ンク部材が先端部材を押圧又は牽引し、先
部材が第2ヒンジ部回りに回動する。このよ
うにして、一つの駆動手段によって基端部材
、中間部材及び先端部材の3つの可動部材が
動して駆動される。したがって、関節ごと
2以上のワイヤを配置したり、駆動手段を配
したりする必要がなく、このロボットの関
構造を小型化することができる。
さらに、固定部材に駆動手段が設けられて
るので、基端部材、中間部材及び先端部材
軽量化することができる。
ここで、前記駆動手段、前記固定部材、前
基端部材、前記中間部材及び前記先端部材
、前記関節構造の長手方向に縦列するよう
配置し、前記固定ヒンジ部、前記第1ヒンジ
部及び前記第2ヒンジ部を、それぞれの回転
線が前記長手方向に対して直交するととも
互いに平行となるように配置し、一つの前
駆動手段により、前記基端部材、前記中間
材及び前記先端部材を同一平面上で回動す
ように構成してもよい。
この場合には、駆動手段も縦列するように
置されるので、関節構造の一層の小型化を
ることができる。
また、前記駆動手段としてリニアアクチ エータを用いてもよい。リニアアクチュエ タのロッドを進退させることで、基端部材 押圧又は牽引して固定ヒンジ部回りに回動 せることができる。さらに、リニアアクチ エータの推力を大きくすることで、把持力 大きくすることができる。
また、前記固定ヒンジ部、前記第1ヒンジ部
及び前記第2ヒンジ部の3つのヒンジ部のうち
少なくとも1つに、そのヒンジ部に一端が接
続された前記可動部材が、回動方向とは反対
側に押圧力が作用した際にこの押圧力に倣っ
て一定量揺動可能とされるとともに、前記押
圧力が作用しなくなった際には元の位置に復
帰する倣い機構を設けてもよい。
この場合、前記駆動手段によって前記基端
材、前記中間部材及び前記先端部材を回動
せ、これら前記基端部材、前記中間部材及
前記先端部材の一部に回動方向とは反対側
向けて押圧力が作用しても、駆動手段に大
な負荷が掛かることを防止でき、前記基端
材、前記中間部材及び前記先端部材の回動
スムーズに行うことができる。また、一定
動した状態では、駆動手段の駆動力を先端
材に伝達させることができる。
また、これらの関節構造を適用してロボ トフィンガを構成してもよい。さらに、こ ロボットフィンガを複数用いてロボットハ ドを構成してもよい。
本発明によれば、一つの駆動手段によっ 3つの関節をスムーズに駆動させることによ り、小型化及び軽量化が容易なロボットの関 節構造、これを備えたロボットフィンガ及び ロボットハンドの提供が可能となる。
10、40、70、140 ロボットフィンガ
11、41、71、141 固定部材
12、42、72、142 基端部材
13、43、73、143 中間部材
14、44、74、144 先端部材
15、45、75、145 固定ヒンジ部
16、46、76、146 第1ヒンジ部
17、47、77、147 第2ヒンジ部
18、48、78、148 リニアアクチュエータ(駆動手
段)
19、49 第1リンク部材
20、50 第2リンク部材
30、60、90 ロボットハンド
以下に、本発明の第1の実施形態であるロボ
ットの関節構造が適用されたロボットフィン
ガについて添付した図面を参照して説明する
。
このロボットフィンガ10は、固定部材11と、
基端部材12、中間部材13、先端部材14の3つの
動部材と、固定部材11と基端部材12とを回動
能に接続する固定ヒンジ部15、基端部材12と
中間部材13とを回動可能に接続する第1ヒンジ
部16、中間部材13と先端部材14とを回動可能に
接続する第2ヒンジ部17の3つのヒンジ部(関節)
とを備えている。これら固定部材11と3つの可
動部材と3つのヒンジ部について、ロボット
ィンガ10を伸長した状態を示した図1から図3
参照して説明する。
固定部材11は、平板状をなすベース部11Aと
このベース部11Aの先端側(図中、矢印Xで示す
:図2、図3において右側)から上方(図中矢印Zで
示す)に向けて略直交するように突設された
対の柱部11Bと、一対の柱部11B上端のそれぞ
の外側面から先端側に向けて略直交するよ
に延設された一対の支持プレート11Cとを有
ている。これにより、固定部材11は、側面視
して図2に示すように、概略クランク形状を
している。
ベース部11Aには、その幅方向(図中矢印Yで
す:図3において上下方向)中央部から先端側
向けて突出した突出部11Dが設けられている
ベース部11Aの上方には、駆動手段としてリ
アアクチュエータ18が配設されている。リ
アアクチュエータ18は、概略円柱状をなすア
クチュエータ本体18Aとアクチュエータ本体18A
に対して進退可能(図2において、矢印Sで示す
)に動作するロッド18Bとを有している。アク
ュエータ本体18Aは、その先端側の角部がベ
ス部11Aの上面に設けられた支持ヒンジ部11E
よって揺動可能に支持されている。ロッド18
Bの先端には、先端側に向けてU字状に開口し
取付部18Cが設けられている。この取付部18C
幅は、ロッド18Bが前記柱部11Bの間の空間を
じて進退できるように、柱部11Bの間隔より
小さく構成されている。
なお、リニアアクチュエータ18は電動で、
ッド18Bの進退量を調節し得る。また、本実
形態においては、リニアアクチュエータ18は
、先端側に向かうにしたがい漸次下方側へと
向かうようにベース部11Aに対して傾斜する方
向に沿ってロッド18Bが進退するように配置さ
れている。
基端部材12は、基体部12Aと、この基体部12 Aの先端側の幅方向中央部から上方に向けて 直交するように突設された支柱部12Bと、支 部12Bの上端から先端側に向けて略直交する うに延設された梁状部12Cとを備えている。 れにより、基端部材12は、側面視して図2に すように、概略クランク形状をなしている なお、基体部12Aの幅は、図3に示すように、 定部材11の一対の支持プレート11Cの間隔よ も小さく構成されている。
また、支柱部12Bの後端側(図2、図3におい 左側)には、後端側に向けて突出した取付板 12Dが突設され、この取付板12Dとリニアアクチ ュエータ18のロッド18Bの先端に設けられた取 部18Cとが嵌合され、軸ピン12Eによって回転 在に連結されている。これにより、ロッド1 8Bを進退させることで、基端部材12の支柱部12 Bが押圧又は牽引される。
そして、基体部12Aの後端側には、後端側 向けてU字状に開口した開口溝12Fが設けられ ている。この開口溝12Fには、固定部材11のベ ス部11Aに設けられた突出部11D(図2参照)が嵌 され、突出部11Dと開口溝12Fの側壁部とが固 ヒンジ軸15A(図1参照)によって回動可能に支 されることにより、固定ヒンジ部15が構成 れている。
また、梁状部12Cの先端には、先端側に向 て開口するようにスリット12G(図3参照)が形 されており、このスリット12Gの後方には、 方向に沿って基端部材12を貫通した貫通孔( 示なし)が穿設されている。
中間部材13は、板状をなす本体部13Aと、こ
本体部13Aの先端側の幅方向中央部から上方
向けて略直交するように突設されたピラー
13Bと、ピラー部13Bの上端から先端側に向け
略直交するように延設された棒状部13Cとを
えている。
本体部13Aの先端側、ピラー部13B、及び棒状
13Cの後端側の幅方向中央部には、スリット
13D(図1参照)が形成されている。
また、中間部材13には、本体部13Aの後端 幅方向両端からそれぞれ上方に向けて略直 するとともに上端が後端側に向けて折り曲 られた一対の挟持プレート13Eが設けられて る。この一対の挟持プレート13Eの間に前記 端部材12の梁状部12Cが挿入され、梁状部12Cの 上記貫通孔において挟持プレート13Eと梁状部 12Cとが第1ヒンジ軸16A(図1、図3参照)によって 動可能に支持されることにより、第1ヒンジ 部16が構成されている。
先端部材14は、図2、図3に示すように、先端
が半円状に面取りされた概略四角柱状をなし
ている。
そして、先端部材14の上端には、幅方向両
からそれぞれ後端側に向けて延びる一対の
着プレート14Aが設けられている。これら一
の装着プレート14Aの間に前記中間部材13の棒
状部13Cの先端が挿入され、装着プレート14Aと
棒状部13Cとが第2ヒンジ軸17Aによって回動可
に支持されることにより、第2ヒンジ部17が
成されている。
ここで、固定部材11の一対の支持プレー 11Cの先端には、それぞれ第1支軸部21が設け れるとともに、中間部材13の本体部13Aの後端 側両側面には、それぞれ第2支軸部22が設けら れ、これら第1支軸部21と第2支軸部22とが、プ レート状をなす第1リンク部材19によって連結 されている。なお、この第1リンク部材19は、 第1支軸部21及び第2支軸部22にそれぞれ回動可 能に連結されている。
また、基端部材12の梁状部12Cの先端部と 先端部材14の後端側の下端部分とは、プレー ト状をなす第2リンク部材20によって連結され ている。この第2リンク部材20は、梁状部12C及 び先端部材14と、第3支軸部23、第4支軸部24に ってそれぞれ回動可能に連結されている。 た、第2リンク部材20は、中間部材13の本体 13Aの先端側、ピラー部13B、棒状部13Cの後端 の幅方向中央部に設けられたスリット部13D( 1参照)内を移動するように構成されている
そして、これら固定部材11、基端部材12、中
間部材13、先端部材14、第1リンク部材19、第2
ンク部材20は、リニアアクチュエータ18の推
力によって大きく変形することがないように
、例えば金属、セラミックス、合成樹脂等の
剛性を有する材料で構成されている。
また、第1支軸部21、第2支軸部22、第3支軸部
23、第4支軸部24のそれぞれの回転軸、及び、
定ヒンジ軸15A、第1ヒンジ軸16A、第2ヒンジ
17Aは、ロボットフィンガ10の長手方向に直交
、かつ、互いに平行に配置されている。これ
により、基端部材12、中間部材13、先端部材14
、第1リンク部材19、第2リンク部材20は、第1
軸部21、第2支軸部22、第3支軸部23、第4支軸
24の回転軸及び固定ヒンジ軸15A、第1ヒンジ
16A、第2ヒンジ軸17Aに直交する仮想平面に対
て平行に回動される。
次に、このロボットフィンガ10の動作につ
て説明する。図4にロボットフィンガ10を若
屈曲させた状態を示す。
図4において、リニアアクチュエータ18のロ
ド18Bを前進させると、ロッド18Bが基端部材1
2の支柱部12Bを押圧し、基端部材12は固定ヒン
ジ部15回りに矢印A方向に向けて回動する。こ
れに伴って中間部材13も固定ヒンジ部15回り
移動しようとする。ここで、中間部材13に設
けられた第2支軸部22は、第1リンク部材19によ
って固定部材11の第1支軸部21に連結されてい
ので、第1支軸部21を中心とした円周方向(矢
印B)に移動が規制される。これにより、第1リ
ンク部材19が中間部材13を牽引して、中間部
13は第1ヒンジ部16を中心として回動する。
同様に、中間部材13が第1ヒンジ部16回りに
印C方向に向けて回動する。これに伴って先
部材14も第1ヒンジ部16回りに移動しようと
る。ここで、第4支軸部24は、第2リンク部材2
0によって基端部材12の第3支軸部23に連結され
ているので、第3支軸部23を中心とした円周方
向(矢印D)に移動が規制される。これにより、
第2リンク部材20が先端部材14を牽引して、先
部材14は第2ヒンジ部17を中心として回動す
。
このようにして、ロッド18Bで基端部材12を
圧することで、中間部材13を第1ヒンジ部16回
りに回動させるとともに、先端部材14を第2ヒ
ンジ部17回りに回転させて、ロボットフィン
10を図5のように屈曲させることができる。
一方、図4において、リニアアクチュエー タ18のロッド18Bを後退させると、ロッド18Bが 端部材12の支柱部12Bを牽引し、基端部材12は 固定ヒンジ部15回りに矢印A´方向に向けて回 する。これに伴って中間部材13も固定ヒン 部15回りに移動しようとする。ここで、第2 軸部22は、第1リンク部材19によって固定部材 11の第1支軸部21に連結されているので、第1支 軸部21を中心とした円周方向(矢印B´)に移動 規制される。これにより、第1リンク部材19 中間部材13を押圧して、中間部材13は第1ヒン ジ部16を中心として回動する。
同様に、中間部材13が第1ヒンジ部16回りに
印C´方向に向けて回動する。これに伴って
端部材14も第1ヒンジ部16回りに移動しようと
する。ここで、第4支軸部24は、第2リンク部
20によって基端部材12の第3支軸部23に連結さ
ているので、第3支軸部23を中心とした円周
向(矢印D´)に移動が規制される。これによ
、第2リンク部材20が先端部材14を押圧して、
先端部材14は第2ヒンジ部17を中心として回動
る。
このようにして、ロッド18Bで基端部材12を
引することで、中間部材13を第1ヒンジ部16回
りに回動させるとともに、先端部材14を第2ヒ
ンジ部17回りに回転させて、ロボットフィン
10を図2のように伸長させることができる。
つまり、基端部材12を固定ヒンジ部15回りに
回動した際に、固定ヒンジ部15を中心とした
端部材12の回動方向と第1支軸部21を中心と
た第2支軸部22の回動方向との違いから、基
部材12と中間部材13とがそれぞれ異なる方向
移動することになり、その結果、中間部材1
3が第1ヒンジ部16回りに回動する。
同様に、第1ヒンジ部16を中心とした中間部
13の回動方向と第3支軸部23を中心とした第4
軸部24の回動方向との違いから、中間部材13
と先端部材14とがそれぞれ異なる方向に移動
ることになり、その結果、先端部材14が第2
ンジ部17回りに回動する。
ここで、ロッド18Bを前進させた際の反力 アクチュエータ本体18Aに作用することにな が、アクチュエータ本体18Aが支持ヒンジ部1 1Eによって揺動可能に支持されているため、 クチュエータ本体18Aには無理な力が加わら い。
この構成のロボットフィンガ10によれば 一つのリニアアクチュエータ18のロッド18Bを 前進又は後退させることで、固定ヒンジ部15 第1ヒンジ部16、第2ヒンジ部17の3つのヒンジ 部(関節)を駆動させて、ロボットフィンガ10 伸長又は屈曲させることができる。したが て、これらのヒンジ部15、16、17ごとに駆動 段を配置したりワイヤを巻回させたりする 要がなく、ロボットフィンガ10の構成を簡単 にして、小型化、軽量化を図ることができる 。
さらに、ヒンジ部15、16、17回りに回動され
基端部材12、中間部材13、先端部材14が簡易
構成とされているので、これらを駆動させ
ための駆動力を小さくすることができ、小
のリニアアクチュエータ18を使用すること
できる。
また、リニアアクチュエータ18の推力を大
くすることで、ロボットフィンガ10の把持力
を向上させることができる。
また、これら固定部材11、基端部材12、中 間部材13、先端部材14、第1リンク部材19、第2 ンク部材20は、リニアアクチュエータ18の推 力によって大きく変形することがないように 、例えば金属、セラミックス、合成樹脂等の 剛性を有する材料で構成されているので、リ ニアアクチュエータ18による関節の動作を精 良く制御することができる。
次に、本発明の第2の実施形態であるロボ ットフィンガ10について、図6、図7を参照し 説明する。なお、第1の実施形態と同じ構成 素には、同一の符号を付して詳細な説明を 略する。この第2の実施形態においては、駆 動手段であるリニアアクチュエータ18の配置 第1の実施形態と異なっている。
第2の実施形態においては、リニアアクチ ュエータ18のアクチュエータ本体18Aが、固定 材11のベース部11Aと略平行に配置されてい 。つまり、この第2の実施形態においては、 定部材11の柱部11Bの高さが第1の実施形態よ も大きく設定されており、ベース部11Aが第1 の実施形態よりも下方側に位置させられ、ロ ッド18Bの進退方向とロボットフィンガ10を伸 させた状態での長手方向とが略一致するよ に配置されている。
図8に、図6に示したロボットフィンガ10を 複数配置することで構成されたロボットハン ド30を示す。2つのロボットフィンガ10A、10Bを 屈曲方向を同じくして平行に配置し、これら 2つのロボットフィンガ10A、10Bに対向し、か 、これら2つのロボットフィンガ10A、10Bの間 位置するように1つのロボットフィンガ10Cを 配置する。2つのロボットフィンガ10A、10Bは1 のロボットフィンガ10C側に向かうように屈 され、1つのロボットフィンガ10Cは2つのロ ットフィンガ10A、10B側に向かうように屈曲 れるように構成されている。
このロボットハンド30では、ロボットフィ
ガ10A、10B、10Cの後端側に配置されたリニア
クチュエータ18を駆動させることでそれぞれ
のロボットフィンガ10A、10B、10Cを屈曲させて
、図9に示すように、物体Wを把持することが
能となる。
また、駆動手段であるリニアアクチュエー
18が固定部材11のベース部11Aと略平行に配置
されているので、このロボットフィンガ10及
ロボットハンド30を小型化することができ
。
次に、本発明の第3の実施形態であるロボッ
トフィンガについて、図10~図15を参照して説
する。
本実施形態であるロボットフィンガ40は、
定部材41と、基端部材42、中間部材43、先端
材44の3つの可動部材と、固定部材41と基端部
材42とを回動可能に接続する固定ヒンジ部45
基端部材42と中間部材43とを回動可能に接続
る第1ヒンジ部46、中間部材43と先端部材44と
を回動可能に接続する第2ヒンジ部47の3つの
ンジ部(関節)とを備えている。
固定部材41は、上方(図中矢印Zで示す)に向
て開口した概略U字状をなしており、その後
部分には、駆動手段であるリニアアクチュ
ータ48を揺動可能に軸支する支持部41Aが設
られている。また、固定部材41の先端側(図
、矢印Xで示す)には、上下方向に延びる一対
の柱部41Bと、この一対の柱部41B下端から先端
側に向けて略直交するように延設された一対
の支持プレート41Cとが設けられている。
支持プレート41Cには、後述する第1リンク部
材49の一端が軸支される第1支軸部51が形成さ
ている。また、柱部41Bの下端部分には、基
部材42と連結される固定ヒンジ部45が形成さ
れている。
この固定部材41に支持されるリニアアクチ
エータ48は、概略円柱状をなすアクチュエー
タ本体48Aとアクチュエータ本体48Aに対して進
退可能に動作するロッド48Bとを有している。
基端部材42は、一対のプレートが互いに 向するように配置され、これら一対のプレ トの下端部分が連結された構造とされ、そ 幅(図中矢印Y方向の長さ)は、固定部材41の一 対の支持プレート41C同士の距離よりも狭い。 基端部材42の後端上部には、後端側に突出す 突起部42Aが形成され、この突起部42Aにリニ アクチュエータ48のロッド48Bの先端が接続 れている。また、基端部材42の後端下部が固 定ヒンジ部45にて固定部材41と連結されてい 。さらに、基端部材42の後端部分には、固定 ヒンジ部45を中心とした円弧状に延びる第1リ ンク溝42Bが形成されている。
基端部材42の先端上部には、中間部材43と 連結される第1ヒンジ部46と、後述する第2リ ク部材50の一端が軸支される第3支軸部53とが 形成されている。図11に示すように、基端部 42の最も先端側に第3支軸部53が配設され、 の第3支軸部53の後端側に隣接するように第1 ンジ部46が配設されている。
中間部材43は、下側に向けて開口したU字状
面を有しており、その幅(図中矢印Y方向長
)は、基端部材42の一対のプレートの幅より
狭くされている。また、中間部材43の後端上
部が第1ヒンジ部46に連結されている。この第
1ヒンジ部46の下側には、前述の第1リンク部
49の他端が軸支される第2支軸部52が形成され
ている。
また、中間部材43の先端上部には、先端部
44が連結される第2ヒンジ部47が配設されてお
り、中間部材43の先端下部には、第2ヒンジ部
47を中心とした円弧状に延びる第2リンク溝43A
が形成されている。なお、この第2リンク溝43
Aは先端側に開口させられている。
先端部材44は、中間部材43と同様に下側に 向けて開口したU字状断面を有しており、そ 後端の上部が第2ヒンジ部47に連結されてい 。また、この第2ヒンジ部47の下側には、前 の第2リンク部材50の他端が軸支される第4支 部54が形成されている。さらに、先端部材44 の後端下部には、第2ヒンジ部47を中心とした 円弧状に延びるガイド溝44Aが形成されている 。
ここで、固定部材41に形成された第1支軸 51と中間部材43に形成された第2支軸部52とが 、プレート状の第1リンク部材49によって連結 されている。この第1リンク部材49の厚さ(図 矢印Y方向長さ)は、前述の基端部材42の一対 プレート同士の間の距離よりも薄くされ、 対のプレート同士の間を移動できるように 成されている。第1支軸部51の軸部51Aは、基 部材42の第1リンク溝42Bに挿通されており、 1リンク部材49の回動に応じて軸部51Aが第1リ ンク溝42B内を移動するように構成されている 。
また、基端部材42に形成された第3支軸部5 3と先端部材44に形成された第4支軸部54とが、 プレート状の第2リンク部材50によって連結さ れている。この第2リンク部材50の厚さ(図中 印Y方向長さ)は、前述の中間部材43の幅より 薄くされ、中間部材43の内部を移動できる うに構成されている。第4支軸部54の軸部54A 、中間部材43の第2リンク溝43Aに挿通されて り、第2リンク部材50の回動に応じて軸部54A 第2リンク溝43A内を移動するように構成され いる。
そして、第2リンク部材50の他端が軸支さ た第4支軸部54の軸部54Aは、先端部材44のガ ド溝44Aにも挿通されており、ロボットフィ ガ40が伸長した状態においてガイド溝44Aの先 端に軸部54Aが位置している。この軸部54Aには 、コイルバネ56の一端が連結され、このコイ バネ56の他端が先端部材44の先端上部に連結 されている。このコイルバネ56及び前述のガ ド溝44Aが、第2ヒンジ部47の倣い機構55を構 している。
次に、このロボットフィンガ40の動作につ
て説明する。
リニアアクチュエータ48のロッド48Bを前進
せると、ロッド48Bが基端部材42を押圧し、基
端部材42は固定ヒンジ部45回りに回動する。
れに伴って中間部材43も固定ヒンジ部45回り
移動しようとする。ここで、中間部材43に
けられた第2支軸部52は、第1リンク部材49に
って固定部材41の第1支軸部51に連結されてい
るので、第1支軸部51を中心とした円周方向に
移動が規制される。これにより、第1リンク
材49が中間部材43を牽引して、中間部材43は
1ヒンジ部46を中心として回動する。このと
、図13に示すように、第1支軸部51の軸部51Aは
第1リンク溝42Bに沿って移動する。
また、中間部材43が第1ヒンジ部46回りに 動する。これに伴って先端部材44も第1ヒン 部46回りに移動しようとする。ここで、第4 軸部54は、第2リンク部材50によって基端部材 42の第3支軸部53に連結されているので、第3支 軸部53を中心とした円周方向に移動が規制さ る。これにより、第2リンク部材50が先端部 44を牽引して、先端部材44は第2ヒンジ部47を 中心として回動する。このとき、図13に示す うに、第4支軸部54の軸部54Aは第2リンク溝44B に沿って移動する。
このようにして、ロッド48Bで基端部材42 押圧することで、中間部材43を第1ヒンジ部46 回りに回動させるとともに、先端部材44を第2 ヒンジ部47回りに回転させて、ロボットフィ ガ10を図13のように屈曲させることができる 。
そして、このロボットフィンガ40には、 端部材44にガイド溝44A及びコイルバネ56を備 た倣い機構55が設けられているので、先端 材44に屈曲状態への回動方向とは反対側に向 けて押圧力が作用した場合には、先端部材44 第2ヒンジ部47を中心として回動する。この き、第4支軸部54の軸部54Aはガイド溝44A内を 動する。ここで、ガイド溝44Aの後端が先端 材44の揺動量を決定するストッパの役割を している。なお、先端部材44に屈曲状態への 回動方向とは反対側に向けて押圧力が作用す る場合としては、例えば、ワークWに先端部 44が接触した場合や先端部材44が衝突した場 等が挙げられる。
次に、本実施形態であるロボットフィンガ4
0を用いたロボットハンド60について説明する
。
このロボットハンド60は、少なくとも2つの
ボットフィンガ40が対向するように配置さ
ている。ここで、本実施形態である倣い機
55を有するロボットフィンガ40にてロボット
ンド60によってワークWを把持した場合、図1
4に示すように、先端部材44がワークWに接触
て屈曲状態への回動方向とは反対側に向け
押圧力が作用しても、倣い機構55によって先
端部材44が一定量揺動し、リニアアクチュエ
タ48への負荷を抑制し、屈曲方向への回動
進めることができる。さらに、先端部材44が
一定量だけ揺動して、第4支軸部54の軸部54が
イド溝44の後端(ストッパ)にまで達すると、
この先端部材44にもリニアアクチュエータ48
力が作用するようになる。このようにして
ワークWをロボットハンド60に巻き込むよう
安定して把持することができる。
これに対して、倣い機構55を備えていな ロボットフィンガー70を用いたロボットハン ド90では、図15に示すように、先端部材74がワ ークWに接触すると、ワークWからの反力がリ アアクチュエータ78に作用してしまい、屈 方向への回動を進めるためには大きな駆動 が必要となる。よって、リニアアクチュエ タ78の出力によっては、ロボットフィンガ70 体を屈曲状態にすることができず、ワークW を安定して把持することができない場合があ る。
この構成のロボットフィンガ40によれば 先端部材44に倣い機構55が設けられているの 、先端部材44に回動方向とは反対側に押圧 が作用しても倣い機構55がその押圧力を吸収 し、リニアアクチュエータ48及びロボットフ ンガ40の動作を妨げることがない。また、 い機構55においては、ガイド溝44Aの後端が先 端部材44の揺動量を決定するストッパの役割 なしているので、先端部材44が一定量揺動 た後には、リニアアクチュエータ48の力を先 端部材44に作用させてワークWを確実に把持す ることができる。
以上、本発明の実施形態であるロボットの
節構造を適用したロボットフィンガ10につ
て説明したが、本発明はこれに限定される
とはなく、その発明の技術的思想を逸脱し
い範囲で適宜変更可能である。
このロボットの関節構造は、ロボットフィ
ガを構成するのみでなく、ロボットアーム
適用してもよい。この場合には、固定ヒン
部が肩関節に相当し、第1ヒンジ部がひじ関
節に相当し、第2ヒンジ部が手首関節に相当
る。
また、駆動手段として、例えば電動のリニ
アクチュエータを備えたものとして説明し
が、駆動手段はこれに限定されることはな
、エアシリンダや油圧シリンダ等を利用す
ことも可能である。但し、ロボットフィン
の屈曲状態を任意に変えたい場合は、出力
ッドの進退量を調節し得るアクチュエータ
する必要がある。
さらに、固定部材、基端部材、中間部材、
端部材の個々の形状は、本実施形態に限定
れることはなく、任意の形状とすることが
きる。ただし、固定ヒンジ部を中心とした
端部材の回動方向と第1支軸部を中心とした
第2支軸部の回動方向とが異なるように、か
、第1ヒンジ部を中心とした中間部材13の回
方向と第3支軸部を中心とした第4支軸部の回
動方向とが異なるように構成する必要がある
。
さらに、倣い機構としてガイド溝、コイ スプリングを備えたもので説明したが、例 ば図16に示すロボットフィンガ140のように 第2リンク部材150自体をコイルスプリングと てもよい。この場合、コイルスプリング150 ガイド溝144Aとが倣い機構155を構成する。
また、第3の実施形態では、先端部材44と 間部材43とを連結する第2ヒンジ部47に倣い 構55を設けたものとして説明したが、倣い機 構の設置位置はこれに限定されることはなく 、固定ヒンジ部45、第1ヒンジ部46に倣い機構 それぞれ設けてもよい。ただし、第2ヒンジ 部47に連結された先端部材44は、リニアアク ュエータ48からの距離が大きく離れているた め、先端部材44を動作させるためのトルクが きくなるので、第2ヒンジ部47に倣い機構を けることが特に効果的である。
以上説明した通り、本発明によれば、一 の駆動手段によって3つの関節をスムーズに 駆動させることにより、小型化及び軽量化が 容易なロボットの関節構造、これを備えたロ ボットフィンガ及びロボットハンドの提供が 可能となる。
Next Patent: POLYESTER-CONTAINING RESIN COMPOSITION
