(57)【要約】【課題】ロボットハンドの指構造を効果的に小型化すること。【解決手段】ロボットハンドの指構造１０は、ロボットハンドの指付根部１１の関節１２を回転駆動する付根駆動部１と、指本体３の関節１３を回転駆動する指本体駆動部２と、指本体３の長手方向に沿って配設され、相互に歯合する歯車列４と、を備えている。また、指付根部１１の近傍には、付根駆動部１及び指本体駆動部２が併設されている。さらに、指本体駆動部２は、歯車列４を介して、指本体３の関節１３を回転駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットハンドの指付根部の関節を回転駆動する付根駆動部と、
指本体の関節を回転駆動する指本体駆動部と、を備えるロボットハンドの指構造であって、
前記指本体の長手方向に沿って配設され、相互に歯合する歯車列を備え、
前記指付根部の近傍には、前記付根駆動部及び前記指本体駆動部が併設されており、
前記指本体駆動部は、前記歯車列を介して、前記指本体の関節を回転駆動する、ことを特徴とするロボットハンドの指構造。
【請求項２】
請求項１記載のロボットハンドの指構造であって、
前記指本体は、
前記付根駆動部の駆動軸に連結された付根フレーム部と、
前記付根フレーム部に回動可能に連結された指先フレーム部と、を含んでおり、
前記歯車列は、
前記付根駆動部の駆動軸に略同軸に配設され、前記付根フレーム部に回転可能に連結された第１歯車と、
該第１歯車に歯合し、前記付根フレーム部に回転可能に連結された第２歯車と、
該第２歯車に歯合し、前記付根フレーム部に回転可能に連結された第３歯車と、
該第３歯車に歯合し、前記付根フレーム部に回転可能に連結され、前記指先フレーム部に固定された第４歯車と、を含むと共に、
前記指本体駆動部の駆動軸に連結された第５歯車と、
前記第１歯車及び前記第５歯車に歯合する第６歯車と、を更に備える、ことを特徴とするロボットハンドの指構造。
【請求項３】
請求項１記載のロボットハンドの指構造であって、
前記歯車列は、偶数個の歯車で構成されている、ことを特徴とするロボットハンドの指構造。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のロボットハンドの指構造であって、
一端が前記付根フレーム部に固定され、他端が前記指先フレーム部に固定され、該指先フレーム部を把持方向又は反把持方向へ付勢するバネ部材を更に備える、ことを特徴とするロボットハンドの指構造。
【請求項５】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のロボットハンドの指構造であって、
前記第４歯車は、厚さ方向に弾性を有する部材を介して、前記付根フレーム部に連結されている、ことを特徴とするロボットハンドの指構造。
【請求項６】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のロボットハンドの指構造であって、
前記付根フレーム部及び前記指先フレーム部のうち少なくとも一方には、触覚センサ、若しくは、近接センサのうち、少なくとも１つが設けられている、ことを特徴とするロボットハンドの指構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンドの指構造に関するものであり、より詳細には、ロボットハンドの指付根部の関節を回転駆動する付根駆動部と指本体の関節を回転駆動する指本体駆動部と、を備えるロボットハンドの指構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットハンドの指に設けられた複数の関節を、各関節に夫々設けられたモータ及び減速機により直接的に夫々駆動する関節装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−２９８１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、例えば、ロボットハンドに必要な把持力を発生させるために、各関節を駆動するためのアクチュエータ（モータ及び減速機等）のトルクを増加させる必要が生じた場合、一般に、そのアクチュエータのサイズが大きくなることがある。したがって、上記従来の関節装置において、各関節に夫々モータ及び減速機が設けられているため、各関節が太くなり大型化する可能性がある。
【０００４】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、効果的に小型化を実現したロボットハンドの指構造を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、ロボットハンドの指付根部の関節を回転駆動する付根駆動部と、指本体の関節を回転駆動する指本体駆動部と、を備えるロボットハンドの指構造であって、前記指本体の長手方向に沿って配設され、相互に歯合する歯車列を備え、前記指付根部の近傍には、前記付根駆動部及び前記指本体駆動部が併設されており、前記指本体駆動部は、前記歯車列を介して、前記指本体の関節を回転駆動する、ことを特徴とするロボットハンドの指構造である。この一態様によれば、ロボットハンドの指構造を効果的に小型化することができる。
【０００６】
また、この一態様において、前記指本体は、前記付根駆動部の駆動軸に連結された付根フレーム部と、前記付根フレーム部に回動可能に連結された指先フレーム部と、を含んでおり、前記歯車列は、前記付根駆動部の駆動軸に略同軸に配設され、前記付根フレーム部に回転可能に連結された第１歯車と、該第１歯車に歯合し、前記付根フレーム部に回転可能に連結された第２歯車と、該第２歯車に歯合し、前記付根フレーム部に回転可能に連結された第３歯車と、該第３歯車に歯合し、前記付根フレーム部に回転可能に連結され、前記指先フレーム部に固定された第４歯車と、を含むと共に、前記指本体駆動部の駆動軸に連結された第５歯車と、前記第１歯車及び前記第５歯車に歯合する第６歯車と、を更に備えていてもよい。
【０００７】
さらに、この一態様において、前記歯車列は、偶数個の歯車で構成されていてもよい。
【０００８】
なお、この一態様において、一端が前記付根フレーム部に固定され、他端が前記指先フレーム部に固定され、該指先フレーム部を把持方向又は反把持方向へ付勢するバネ部材を更に備えていてもよい。
【０００９】
またさらに、この一態様において、前記第４歯車は、厚さ方向に弾性を有する部材を介して、前記付根フレーム部に連結されていてもよい。
【００１０】
またさらに、この一態様において、前記付根フレーム部及び前記指先フレーム部のうち少なくとも一方には、触覚センサ、力覚センサ、及び近接センサのうち、少なくとも１つが設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ロボットハンドの指構造を効果的に小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施形態を挙げて説明する。
（第１実施形態）
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの指構造の概略構成を示す図である。本実施形態に係るロボットハンドの指構造１０は、ロボットハンドの指付根部１１の関節１２を回転駆動する付根用アクチュエータ（付根駆動部）１と、指本体３の関節１３を回転駆動する指本体用アクチュエータ（指本体駆動部）２と、を備えている。
【００１４】
指付根部１１の近傍には、付根用アクチュエータ１及び指本体用アクチュエータ２が併設されている。また、付根用アクチュエータ１の駆動軸と指本体用アクチュエータ２の駆動軸とは、略平行となるように夫々配置されている。さらに、付根用アクチュエータ１及び指本体用アクチュエータ２は、例えば、小型・高速・高トルクのサーボモータと、小型・高減速比の減速機と、小型・高分解能のエンコーダと、を含む駆動ユニットにより構成されている。
【００１５】
指構造１０は、指本体３と、歯車列４と、第５歯車５と、第６歯車６と、を備えている。また、指本体３は、付根フレーム部３１と、付根フレーム部３１に回転可能に連結された指先フレーム部３２と、を有している。
【００１６】
付根フレーム部３１は、一対の板状フレーム３１ａからなり、そのフレーム３１ａ間に歯車列４が回転可能に設けられている。付根フレーム部３１には、付根用アクチュエータ１の駆動軸が連結されている。そして、付根用アクチュエータ１は、付根フレーム部３１を把持方向（閉方向）又は反把持方向（開方向）へ回転駆動する。歯車列４は、指本体３の長手方向に沿って配設され相互に歯合する第１歯車４１、第２歯車４２、第３歯車４３および第４歯車４４から構成されている。
【００１７】
付根フレーム部３１の一端側には、第１歯車４１が回転可能に連結されている。第１歯車４１は、付根用アクチュエータ１の駆動軸に同軸に配設されている。また、第１歯車４１の隣には、第１歯車４１に歯合する第２歯車４２が、付根フレーム部３１に回転可能に連結されている。第２歯車４２の隣には、第２歯車４２に歯合する第３歯車４３が、付根フレーム部３１に回転可能に連結されている。第３歯車４３の隣には、第３歯車４３に歯合する第４歯車４４が、付根フレーム部３１に回転可能に連結されている。第４歯車４４は、指先フレーム部３２の端部に固定されている。
【００１８】
ここで、歯車列４は、第１乃至第４歯車４１、４２、４３、４４の４つの歯車で構成されているが、これに限らず、構成される歯車の数は任意でよい。なお、歯車列４は、後述の如く、偶数個の歯車で構成されているのがより好ましい。また、第１乃至第６歯車４１、４２、４３、４４、５、６は、例えば、平歯車により構成されているが、これに限らず、例えば、はすば歯車、山歯歯車、又はこれらの任意の組合せにより構成されていてもよい。
【００１９】
付根フレーム部３１の端部には、指先フレーム部３２の端部及び第４歯車４４が一対の板状フレーム３１ａに挟み込まれるようにして、回動可能に連結されている。指本体用アクチュエータ２の駆動軸には、第５歯車５が連結されており、指本体用アクチュエータ２は第５歯車５を回転駆動する。
【００２０】
第１歯車４１と第５歯車５との間には、これら第１歯車４１及び第５歯車５に歯合する第６歯車６が設けられている。第５歯車５は、第６歯車６を介して、第１歯車４１を回転させる。なお、第５歯車５が、第６歯車６を介することなく、第１歯車４１を直接的に回転駆動させる構成であってもよい。また、指本体用アクチュエータ２を、付根用アクチュエータ１に対向させるよう配置し、第１歯車４１を指本体用アクチュエータ２の駆動軸に直接連結し、回転駆動させる構成であってもよい。
【００２１】
以上のように指構造１０を構成することで、付根用アクチュエータ１及び指本体用アクチュエータ２を夫々回転駆動させる。これにより、付根フレーム部３１及び指先フレーム部３２を夫々回動させることができ、指構造１０は所望の把持姿勢をとることができる。なお、付根フレーム部３１には、歯車列４を覆うケース部材（不図示）が設けられており、指先フレーム部３２には、物体を把持するための把持部材（不図示）が設けられていてもよい。
【００２２】
次に、上述のように構成された本実施形態に係るロボットハンドの指構造１０の作用について詳細に説明する。
【００２３】
まず、指先フレーム部３２を把持方向へ移動させる場合において、指本体用アクチュエータ２の駆動軸及び第５歯車５が時計方向へ回動すると、第６歯車６が反時計方向へ回動し、第１歯車４１が時計方向へ回動する。また、第１歯車４１が時計方向へ回動すると、第２歯車４２が反時計方向へ回動し、第３歯車４３が時計方向へ回動し、第４歯車４４が反時計方向へ回動する。これにより、指先フレーム部３２は、反時計方向（把持方向）へ回動する。
【００２４】
一方、指先フレーム部３２を反把持方向へ移動させる場合において、指本体用アクチュエータ２の駆動軸及び第５歯車５が反時計方向へ回動すると、第６歯車６が時計方向へ回動し、第１歯車４１が反時計方向へ回動する。また、第１歯車４１が反時計方向へ回動すると、第２歯車４２が時計方向へ回動し、第３歯車４３が反時計方向へ回動し、第４歯車４４が時計方向へ回動する。これにより、指先フレーム部３２は、時計方向（反把持方向）へ回動する。
【００２５】
上述のように、本実施形態に係るロボットハンドの指構造１０において、指本体３に沿って配設され相互に歯合する第１乃至第４歯車４１、４２、４３、４４の歯車列４を介して、指本体用アクチュエータ２の駆動力を指先フレーム部３２へ伝達している。
【００２６】
したがって、本実施形態に係る指構造１０は、例えば、歯付きベルト、ワイヤ等からなる力伝達機構を用いた指構造と比較して、指本体３を効果的に細く構成できる。これは、上記力伝達機構を用いた場合、歯付きベルト自体の幅だけでなく、プーリのフランジ幅によって指本体の幅が太くなる可能性があるが、本実施形態に係る指構造１０はそのような制約を受けないからである。
【００２７】
また、付根用アクチュエータ１のみを駆動させ、付根フレーム部３１を把持方向へ移動させる場合において、付根用アクチュエータ１の駆動軸が反時計方向へ回動すると、付根フレーム部３１が反時計方向へ回動する。このとき、指本体用アクチュエータ２の駆動軸及び第５歯車５の停止により、第６歯車６は停止しているため、第１歯車４１は、時計方向へ回動する。また、第１歯車４１が時計方向へ回動すると、第２歯車４２が反時計方向へ回動し、第３歯車４３が時計方向へ回動し、第４歯車４４が反時計方向へ回動する。これにより、付根用アクチュエータ１により付根フレーム部３１が反時計方向へ回動するのと同時に、指先フレーム部３２は、反時計方向（把持方向）へ回動する。
【００２８】
以上、第１実施形態に係るロボットハンドの指構造１０において、指付根部１１の近傍には、付根用アクチュエータ１及び指本体用アクチュエータ２が併設されており、指本体用アクチュエータ２は、歯車列４、第５歯車５及び第６歯車６を介して、指本体３の関節１３を回転駆動する。これにより、本実施形態に係るロボットハンドの指構造１０は、指の各関節にその関節を駆動するアクチュエータ等を配設する従来の指構造と比較して、指本体３（特に、関節１３近傍）を細くすることができ、当該指構造１０の小型化を効果的に実現することができる。また、このように指本体３を細く構成することで、例えば、センサ等の配置スペースを容易に確保することができつつ、ロボットハンドの操作時に、操作対象でない、近接した物体への干渉をより確実に防止することができる。
【００２９】
さらに、歯車列４は、第１乃至第４歯車４１、４２、４３、４４からなる偶数個の歯車で構成されるのがより好ましい。これにより、上述の如く、付根フレーム部３１を把持方向へ移動させたときに、同時に指先フレーム部３２を把持方向へ連動させることができる。
【００３０】
なお、実際にロボットハンドの把持動作を行う場合において、付根フレーム部３１及び指先フレーム部３２を同時に把持方向へ移動させることが比較的多い。このため、上述のように歯車列４を偶数個の歯車で構成することにより、短時間で効率的に所望の把持姿勢を確立することができる。すなわち、作業効率が良好なロボットハンドを実現することができる。なお、歯車列４が、奇数個の歯車で構成された場合、付根フレーム部３１が把持方向へ移動したときに、同時に指先フレーム部３２は反把持方向へ連動することとなる。
（第２実施形態）
【００３１】
図２は、本発明の第２実施形態に係るロボットハンドの指構造の概略構成を示す図である。図２に示すように、本実施形態に係るロボットハンドの指構造２０は、指先フレーム部５２を把持方向（反時計方向）又は反把持方向（時計方向）へ付勢するバネ部材７を更に備えている。バネ部材７は、その一端７ａが付根フレーム部５１の取付穴５１ａに挿入され、その他端７ｂが指先フレーム部５２の取付穴５２ａに挿入され、第４歯車４４と付根フレーム部５１との間に連結されている。
【００３２】
第２実施形態に係るロボットハンドの指構造２０において、他の構成は、第１実施形態に係るロボットハンドの指構造１０と略同一である。したがって、略同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３３】
第２実施形態に係るロボットハンドの指構造２０によれば、当該指構造２０による把持時及び非把持時（外力が加わらない時）のいずれの時でも、指先フレーム部５２は、把持方向又は反把持方向のいずれかの側へ付勢される。このため、例えば、歯車列４のバックラッシュ等に起因して生じる、指先フレーム部５２の僅かなガタを抑えることができ、ロボットハンドの所望の姿勢をより確実かつ安定的に維持することができる。なお、ロボットハンドの主目的が把持である場合は、反把持方向へ付勢すると、把持時と非把持時の指先フレーム部５２の姿勢変化がなく、より好ましい。
（第３実施形態）
【００３４】
図３は、本発明の第３実施形態に係るロボットハンドの指構造の概略構成を示す図である。図３に示すように、本実施形態に係るロボットハンドの指構造３０において、第４歯車４４は、円環状の厚さ方向に弾性を有する部材８を介して、付根フレーム部３１に連結されている。
【００３５】
厚さ方向に弾性を有する部材８は、付根フレーム部３１と第４歯車４４との間に連結されている。ここで、厚さ方向に弾性を有する部材８は、例えば、シリコンゴム等の弾性部材で形成されており、他にも金属板を波型に形成したウェーブワッシャ等で形成してもよい。また、厚さ方向に弾性を有する部材８の形状（厚さ、内径、外径等）や材質は、指先フレーム部３２が自重により移動しないような、適度な摩擦力が生じるように調整されている。また、本実施形態において、部材８を円環状としたが、円環状でなくともよく、付根フレーム部３１に接着等の手段で固定し、指先フレーム部３２に接触する弾性部材を局部的に構成する等でもよい。
【００３６】
第３実施形態に係るロボットハンドの指構造３０において、他の構成は、第１実施形態に係るロボットハンドの指構造１０と略同一である。したがって、略同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３７】
第３実施形態に係るロボットハンドの指構造３０によれば、当該指構造３０の把持姿勢が最後の動作状態で安定的に保持される。このため、指先フレーム部３２を再度、把持方向又は反把持方向へ移動させる際に、指先フレーム部３２の僅かなガタ分だけ補正動作を行うのみで、所望の把持姿勢を迅速にとることができる。
（第４実施形態）
【００３８】
図４は、本発明の第４実施形態に係るロボットハンドの指構造の概略構成を示す図である。図４に示すように、本実施形態に係るロボットハンドの指構造４０において、付根フレーム部３１及び指先フレーム部３２の把持側面３１ｂ、３２ａには、触覚センサ９ａ、９ｂが夫々設けられている。
【００３９】
各触覚センサ９ａ、９ｂには、ロボットハンド本体側から延びる配線１４ａ、１４ｂが夫々接続されている。ここで、触覚センサ９ａ、９ｂは、例えば、フィルム状のセンサであり、分布型触覚センサ、滑りセンサ、力覚センサ、近接センサ等が用いられている。また、触覚センサの代わりに、若しくは共に、近接センサを用いても良い。さらに、付根フレーム部３１及び指先フレーム部３２には、夫々、カバー部材１５ａ、１５ｂが設けられている。
【００４０】
第４実施形態に係るロボットハンドの指構造４０において、他の構成は、第１実施形態に係るロボットハンドの指構造１０と略同一である。したがって、略同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４１】
第４実施形態に係るロボットハンドの指構造４０において、指本体３に沿って配設され相互に歯合する第１乃至第４歯車４１、４２、４３、４４の歯車列４を介して、指本体用アクチュエータ２の駆動力を指先フレーム部３２へ伝達している。これにより、指本体３を効果的に細く構成できる。したがって、触覚センサ９ａ、９ｂ等の回路部や配線１４ａ、１４ｂを配置するスペースを容易に確保することができつつ、ロボットハンドを操作して対象物を把持等する場合、対象物に近接する周辺環境（障害物）との干渉をより確実に防止することができる。
【００４２】
以上、本発明を実施するための最良の形態について上記実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした上記実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの指構造の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るロボットハンドの指構造の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るロボットハンドの指構造の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るロボットハンドの指構造の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    付根用アクチュエータ（付根駆動部）
２    指本体用アクチュエータ（指本体駆動部）
３    指本体
４    歯車列
５    第５歯車
６    第６歯車
７    バネ部材
８    ワッシャー部材
９    触覚センサ
１０    指構造
１１    指付根部
１２、１３    関節
３１    付根フレーム部
３２    指先フレーム部
４１    第１歯車
４２    第２歯車
４３    第３歯車
４４    第４歯車
【図１】
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【図２】
2010064185.tif 000004
【図３】
2010064185.tif 000005
【図４】
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