(57)【要約】  このロボットの関節構造は、一つの駆動手段（１８）が設けられた固定部材（１１）と、固定部材（１１）と接続されて固定ヒンジ部（１５）を中心として回動される基端部材（１２）と、基端部材（１２）と接続されて第１ヒンジ部（１６）を中心に回動可能に配置された中間部材（１３）と、中間部材（１３）と接続されて第２ヒンジ部（１７）を中心に回動可能に配置された先端部材（１４）と、固定部材（１１）と中間部材（１３）とを連結し、基端部材（１２）の回動に連動して中間部材（１３）を回動させる第１リンク部材（１９）と、基端部材（１２）と先端部材（１４）とを連結し、中間部材（１３）の回動に連動して先端部材（１４）を回動させる第２リンク部材（２０）と、を備え、一つの駆動手段（１８）により、これら基端部材（１２）、中間部材（１３）及び先端部材（１４）を駆動可能に構成されている。この構造によれば、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、関節構造の小型化及び軽量化が容易となる。
2008026574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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５】
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６】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
前述のロボットの関節構造としては、人間の指関節や腕関節の動作を元に構成されたものがある。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、先端部材の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る第２ヒンジ部の３つのヒンジ部（関節）とを備えている。
これら複数のヒンジ部（関節）を駆動させる方法として、例えば特許文献１では、各ヒンジ部（関節）にワイヤを巻回させて回転モータの動力を伝達して駆動させるものが提案されている。
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提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２７７１７５号公報
【特許文献２】特開２００２−１１３６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。【０００４】
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いては、各関節に多くの機構を備える必要があり、小型化及び軽量化が困難であった。【０００５】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために、本発明に係るロボットの関節構造は、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、を備える。そして、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。【０００７】
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回りに回動させると、この基端部材の回動に連動して第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する。さらに、中間部材の回動に連動して第２リンク部材が先端部材を押圧又は牽引し、先端部材が第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つの可動部材が連動して駆動される。したがって、関節ごとに２以上のワイヤを配置したり、駆動手段を配置したりする必要がなく、このロボットの関節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いるので、基端部材、中間部材及び先端部材を軽量化することができる。【０００８】
ここで、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を、前記関節構造の長手方向に縦列するように配置し、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となるように配置し、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を同一平面上で回動する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配置されるので、関節構造の一層の小型化を図ることができる。【０００９】
また、前記駆動手段としてリニアアクチュエータを用いてもよい。リニアアクチュエータのロッドを進退させることで、基端部材を押圧又は牽引して固定ヒンジ部回りに回動させることができる。さらに、リニアアクチュエータの推力を大きくすることで、把持力を大きくすることができる。【００１０】
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の少なくとも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部材、前記中間部材及び前記先端部材を回動させ、これら前記基端部材、前記中間部材及び前記先端部材の一部に回動方向とは反対側に向けて押圧力が作用しても、駆動手段に大きな負荷が掛かることを防止でき、前記基端部材、前記中間部材及び前記先端部材の回動をスムーズに行うことができる。また、一定揺動した状態では、駆動手段の駆動力を先端部材に伝達させることができる。【００１１】
また、これらの関節構造を適用してロボットフィンガを構成してもよい。さらに、このロボットフィンガを複数用いてロボットハンドを構成してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態であるロボットフィンガの伸長した状態における斜視図である。
【図２】図１に示すロボットフィンガの側面図である。
【図３】図１に示すロボットフィンガの平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態であるロボットフィンガの動作を示す側面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態であるロボットフィンガを屈曲させた状態における側面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態であるロボットフィンガの伸長した状態における側面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態であるロボットフィンガを屈曲させた状態における側面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態であるロボットフィンガを用いて構成されたロボットハンドの斜視図である。
【図９】図８に示すロボットハンドで物体Ｗを把持した状態を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態であるロボットフィンガの伸長した状態における斜視図である。
【図１１】図１０に示すロボットフィンガの側面図である。
【図１２】図１０に示すロボットフィンガの平面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態であるロボットフィンガを屈曲させた状態における側面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態であるロボットフィンガを用いて構成されたロボットハンドにより、物体を把持した状態を示す説明図である。
【図１５】倣い機構を備えていないロボットフィンガを用いて構成されたロボットハンドにより、物体を把持した状態を示す説明図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態であるロボットフィンガの伸長した状態における側面図である。
【符号の説明】
【００１４】
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
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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つの可動部材と、固定部材１１と基端部材１２とを回動可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、ロボットフィンガ１０を伸長した状態を示した図１から図３を参照して説明する。【００１６】
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一対の柱部１１Ｂと、一対の柱部１１Ｂ上端のそれぞれの外側面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１１Ｃとを有している。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なしている。
ベース部１１Ａには、その幅方向（図中矢印Ｙで示す：図３において上下方向）中央部から先端側に向けて突出した突出部１１Ｄが設けられている。【００１７】
ベース部１１Ａの上方には、駆動手段としてリニアアクチュエータ１８が配設されている。リニアアクチュエータ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。アクチュエータ本体１８Ａは、その先端側の角部がベース部１１Ａの上面に設けられた支持ヒンジ部１１Ｅによって揺動可能に支持されている。ロッド１８Ｂの先端には、先端側に向けてU字状に開口した取付部１８Ｃが設けられている。この取付部１８Ｃの幅は、ロッド１８Ｂが前記柱部１１Ｂの間の空間を通じて進退できるように、柱部１１Ｂの間隔よりも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、ロッド１８Ｂの進退量を調節し得る。また、本実施形態においては、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。【００１８】
基端部材１２は、基体部１２Ａと、この基体部１２Ａの先端側の幅方向中央部から上方に向けて略直交するように突設された支柱部１２Ｂと、支柱部１２Ｂの上端から先端側に向けて略直交するように延設された梁状部１２Ｃとを備えている。これにより、基端部材１２は、側面視して図２に示すように、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、固定部材１１の一対の支持プレート１１Ｃの間隔よりも小さく構成されている。【００１９】
また、支柱部１２Ｂの後端側（図２、図３において左側）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付部１８Ｃとが嵌合され、軸ピン１２Ｅによって回転自在に連結されている。これにより、ロッド１８Ｂを進退させることで、基端部材１２の支柱部１２Ｂが押圧又は牽引される。【００２０】
そして、基体部１２Ａの後端側には、後端側に向けて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のベース部１１Ａに設けられた突出部１１Ｄ（図２参照）が嵌入され、突出部１１Ｄと開口溝１２Ｆの側壁部とが固定ヒンジ軸１５Ａ（図１参照）によって回動可能に支持されることにより、固定ヒンジ部１５が構成されている。【００２１】
また、梁状部１２Ｃの先端には、先端側に向けて開口するようにスリット１２Ｇ（図３参照）が形成されており、このスリット１２Ｇの後方には、幅方向に沿って基端部材１２を貫通した貫通孔（図示なし）が穿設されている。【００２２】
中間部材１３は、板状をなす本体部１３Ａと、この本体部１３Ａの先端側の幅方向中央部から上方に向けて略直交するように突設されたピラー部１３Ｂと、ピラー部１３Ｂの上端から先端側に向けて略直交するように延設された棒状部１３Ｃとを備えている。
本体部１３Ａの先端側、ピラー部１３Ｂ、及び棒状部１３Ｃの後端側の幅方向中央部には、スリット部１３Ｄ（図１参照）が形成されている。【００２３】
また、中間部材１３には、本体部１３Ａの後端の幅方向両端からそれぞれ上方に向けて略直交するとともに上端が後端側に向けて折り曲げられた一対の挟持プレート１３Ｅが設けられている。この一対の挟持プレート１３Ｅの間に前記基端部材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）によって回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。【００２４】
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、幅方向両端からそれぞれ後端側に向けて延びる一対の装着プレート１４Ａが設けられている。これら一対の装着プレート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によって回動可能に支持されることにより、第２ヒンジ部１７が構成されている。【００２５】
ここで、固定部材１１の一対の支持プレート１１Ｃの先端には、それぞれ第１支軸部２１が設けられるとともに、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。【００２６】
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によってそれぞれ回動可能に連結されている。また、第２リンク部材２０は、中間部材１３の本体部１３Ａの先端側、ピラー部１３Ｂ、棒状部１３Ｃの後端側の幅方向中央部に設けられたスリット部１３Ｄ（図１参照）内を移動するように構成されている。【００２７】
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リンク部材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、固定ヒンジ軸１５Ａ、第１ヒンジ軸１６Ａ、第２ヒンジ軸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支軸部２１、第２支軸部２２、第３支軸部２３、第４支軸部２４の回転軸及び固定ヒンジ軸１５Ａ、第１ヒンジ軸１６Ａ、第２ヒンジ軸１７Ａに直交する仮想平面に対して平行に回動される。【００２８】
次に、このロボットフィンガ１０の動作について説明する。図４にロボットフィンガ１０を若干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のロッド１８Ｂを前進させると、ロッド１８Ｂが基端部材１２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回りに移動しようとする。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、中間部材１３は第１ヒンジ部１６を中心として回動する。【００２９】
同様に、中間部材１３が第１ヒンジ部１６回りに矢印Ｃ方向に向けて回動する。これに伴って先端部材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リンク部材２０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、先端部材１４は第２ヒンジ部１７を中心として回動する。
このようにして、ロッド１８Ｂで基端部材１２を押圧することで、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、ロボットフィンガ１０を図５のように屈曲させることができる。【００３０】
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が基端部材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´方向に向けて回動する。これに伴って中間部材１３も固定ヒンジ部１５回りに移動しようとする。ここで、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。【００３１】
同様に、中間部材１３が第１ヒンジ部１６回りに矢印Ｃ´方向に向けて回動する。これに伴って先端部材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リンク部材２０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を中心として回動する。
このようにして、ロッド１８Ｂで基端部材１２を牽引することで、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、ロボットフィンガ１０を図２のように伸長させることができる。【００３２】
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を中心とした基端部材１２の回動方向と第１支軸部２１を中心とした第２支軸部２２の回動方向との違いから、基端部材１２と中間部材１３とがそれぞれ異なる方向に移動することになり、その結果、中間部材１３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材１３の回動方向と第３支軸部２３を中心とした第４支軸部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することになり、その結果、先端部材１４が第２ヒンジ部１７回りに回動する。【００３３】
ここで、ロッド１８Ｂを前進させた際の反力がアクチュエータ本体１８Ａに作用することになるが、アクチュエータ本体１８Ａが支持ヒンジ部１１Ｅによって揺動可能に支持されているため、アクチュエータ本体１８Ａには無理な力が加わらない。【００３４】
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を伸長又は屈曲させることができる。したがって、これらのヒンジ部１５、１６、１７ごとに駆動手段を配置したりワイヤを巻回させたりする必要がなく、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。【００３５】
さらに、ヒンジ部１５、１６、１７回りに回動される基端部材１２、中間部材１３、先端部材１４が簡易な構成とされているので、これらを駆動させるための駆動力を小さくすることができ、小型のリニアアクチュエータ１８を使用することができる。
また、リニアアクチュエータ１８の推力を大きくすることで、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。【００３６】
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リンク部材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度良く制御することができる。【００３７】
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を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。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の配置が第１の実施形態と異なっている。【００３８】
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、固定部材１１のベース部１１Ａと略平行に配置されている。つまり、この第２の実施形態においては、固定部材１１の柱部１１Ｂの高さが第１の実施形態より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を伸長させた状態での長手方向とが略一致するように配置されている。【００３９】
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、かつ、これら２つのロボットフィンガ１０Ａ、１０Ｂの間に位置するように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つのロボットフィンガ１０Ｃ側に向かうように屈曲され、１つのロボットフィンガ１０Ｃは２つのロボットフィンガ１０Ａ、１０Ｂ側に向かうように屈曲されるように構成されている。【００４０】
このロボットハンド３０では、ロボットフィンガ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの後端側に配置されたリニアアクチュエータ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を把持することが可能となる。
また、駆動手段であるリニアアクチュエータ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及びロボットハンド３０を小型化することができる。【００４１】
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を参照して説明する。
本実施形態であるロボットフィンガ４０は、固定部材４１と、基端部材４２、中間部材４３、先端部材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する第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つのヒンジ部（関節）とを備えている。【００４２】
固定部材４１は、上方（図中矢印Ｚで示す）に向けて開口した概略U字状をなしており、その後端部分には、駆動手段であるリニアアクチュエータ４８を揺動可能に軸支する支持部４１Ａが設けられている。また、固定部材４１の先端側（図中、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が形成されている。また、柱部４１Ｂの下端部分には、基端部材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ュエータ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。【００４３】
基端部材４２は、一対のプレートが互いに対向するように配置され、これら一対のプレートの下端部分が連結された構造とされ、その幅（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、後端側に突出する突起部４２Ａが形成され、この突起部４２Ａにリニアアクチュエータ４８のロッド４８Ｂの先端が接続されている。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と連結されている。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。【００４４】
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リンク部材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、基端部材４２の最も先端側に第３支軸部５３が配設され、この第３支軸部５３の後端側に隣接するように第１ヒンジ部４６が配設されている。【００４５】
中間部材４３は、下側に向けて開口したU字状断面を有しており、その幅（図中矢印Ｙ方向長さ）は、基端部材４２の一対のプレートの幅よりも狭くされている。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リンク部材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、先端部材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４３Ａは先端側に開口させられている。【００４６】
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、その後端の上部が第２ヒンジ部４７に連結されている。また、この第２ヒンジ部４７の下側には、前述の第２リンク部材５０の他端が軸支される第４支軸部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。【００４７】
ここで、固定部材４１に形成された第１支軸部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（図中矢印Ｙ方向長さ）は、前述の基端部材４２の一対のプレート同士の間の距離よりも薄くされ、一対のプレート同士の間を移動できるように構成されている。第１支軸部５１の軸部５１Ａは、基端部材４２の第１リンク溝４２Ｂに挿通されており、第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。【００４８】
また、基端部材４２に形成された第３支軸部５３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（図中矢印Ｙ方向長さ）は、前述の中間部材４３の幅よりも薄くされ、中間部材４３の内部を移動できるように構成されている。第４支軸部５４の軸部５４Ａは、中間部材４３の第２リンク溝４３Ａに挿通されており、第２リンク部材５０の回動に応じて軸部５４Ａが第２リンク溝４３Ａ内を移動するように構成されている。【００４９】
そして、第２リンク部材５０の他端が軸支された第４支軸部５４の軸部５４Ａは、先端部材４４のガイド溝４４Ａにも挿通されており、ロボットフィンガ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、このコイルバネ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及び前述のガイド溝４４Ａが、第２ヒンジ部４７の倣い機構５５を構成している。【００５０】
次に、このロボットフィンガ４０の動作について説明する。
リニアアクチュエータ４８のロッド４８Ｂを前進させると、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。これに伴って中間部材４３も固定ヒンジ部４５回りに移動しようとする。ここで、中間部材４３に設けられた第２支軸部５２は、第１リンク部材４９によって固定部材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リンク部材４９が中間部材４３を牽引して、中間部材４３は第１ヒンジ部４６を中心として回動する。このとき、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。【００５１】
また、中間部材４３が第１ヒンジ部４６回りに回動する。これに伴って先端部材４４も第１ヒンジ部４６回りに移動しようとする。ここで、第４支軸部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れる。これにより、第２リンク部材５０が先端部材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に示すように、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。【００５２】
このようにして、ロッド４８Ｂで基端部材４２を押圧することで、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、ロボットフィンガ１０を図１３のように屈曲させることができる。【００５３】
そして、このロボットフィンガ４０には、先端部材４４にガイド溝４４Ａ及びコイルバネ５６を備えた倣い機構５５が設けられているので、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した場合には、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、第４支軸部５４の軸部５４Ａはガイド溝４４Ａ内を移動する。ここで、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をなしている。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に先端部材４４が接触した場合や先端部材４４が衝突した場合等が挙げられる。【００５４】
次に、本実施形態であるロボットフィンガ４０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つのロボットフィンガ４０が対向するように配置されている。ここで、本実施形態である倣い機構５５を有するロボットフィンガ４０にてロボットハンド６０によってワークＷを把持した場合、図１４に示すように、先端部材４４がワークＷに接触して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、リニアアクチュエータ４８への負荷を抑制し、屈曲方向への回動を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がガイド溝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の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に巻き込むように安定して把持することができる。【００５５】
これに対して、倣い機構５５を備えていない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からの反力がリニアアクチュエータ７８に作用してしまい、屈曲方向への回動を進めるためには大きな駆動力が必要となる。よって、リニアアクチュエータ７８の出力によっては、ロボットフィンガ７０全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。【００５６】
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で、先端部材４４に回動方向とは反対側に押圧力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及びロボットフィンガ４０の動作を妨げることがない。また、倣い機構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をなしているので、先端部材４４が一定量揺動した後には、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。【００５７】
以上、本発明の実施形態であるロボットの関節構造を適用したロボットフィンガ１０について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しな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、ロボットフィンガを構成するのみでなく、ロボットアームに適用してもよい。この場合には、固定ヒンジ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する。【００５８】
また、駆動手段として、例えば電動のリニアアクチュエータを備えたものとして説明したが、駆動手段はこれに限定されることはなく、エアシリンダや油圧シリンダ等を利用することも可能である。但し、ロボットフィンガの屈曲状態を任意に変えたい場合は、出力ロッドの進退量を調節し得るアクチュエータとする必要がある。
さらに、固定部材、基端部材、中間部材、先端部材の個々の形状は、本実施形態に限定されることはなく、任意の形状とすることができる。ただし、固定ヒンジ部を中心とした基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、かつ、第１ヒンジ部を中心とした中間部材１３の回動方向と第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。【００５９】
さらに、倣い機構としてガイド溝、コイルスプリングを備えたもので説明したが、例えば図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してもよい。この場合、コイルスプリング１５０とガイド溝１４４Ａとが倣い機構１５５を構成する。【００６０】
また、第３の実施形態では、先端部材４４と中間部材４３とを連結する第２ヒンジ部４７に倣い機構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に倣い機構を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、リニアアクチュエータ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大きくなるので、第２ヒンジ部４７に倣い機構を設けることが特に効果的である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明した通り、本発明によれば、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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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