(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部に固定されたモータと、
前記基部の一端縁から延設される指機構と、
前記モータが生成する回転力を前記モータの駆動軸に垂直な方向の直線運動に変換する１次リンク機構と、
前記１次リンク機構により変換された直線運動を前記モータの駆動軸に平行な軸回りの回転運動に変換する２次リンク機構と、
前記２次リンク機構により変換された回転運動を前記モータの駆動軸に垂直な方向の直線運動に変換すると共に前記指機構と相対的に運動可能に構成された直線運動機構とを備え、
前記２次リンク機構から前記回転運動を前記指機構に伝達することによって前記指機構を前記直線運動機構と共に水平状態から起立状態に又は起立状態から水平状態に回動させ、前記指機構と前記直線運動機構とが共に回動して回動範囲の端点に達した際に、前記指機構と前記直線運動機構とが相対的に運動する状態に替わり、前記直線運動機構から前記直線運動を前記指機構に伝達することによって前記指機構を起立状態から屈曲状態に又は屈曲状態から起立状態に変化させ、前記指機構と前記直線運動機構とが相対的に運動して運動範囲の端点に達した際に、前記指機構と前記直線運動機構とが共に回動する状態に替わるように構成したことを特徴とするロボットハンド装置。
【請求項２】
請求項１記載のロボットハンド装置において、
前記１次リンク機構は、前記モータの駆動軸に固定され前記モータが生成する回転力を伝達する第１リンク部材と、前記第１リンク部材に回動自在に設けられた第２リンク部材と、前記モータの駆動軸に垂直な方向に延びる垂直伝達軸と、前記垂直伝達軸に摺動自在に設けられた垂直伝達軸部材と、前記垂直伝達軸部材に回動自在に設けられ前記第２リンク部材と当接して前記モータの回転運動を前記モータの駆動軸に垂直な方向の直線運動に変換する第３リンク部材とを備えることを特徴とするロボットハンド装置。
【請求項３】
請求項２記載のロボットハンド装置において、
前記２次リンク機構は、前記垂直伝達軸部材と前記直線運動機構とに連結され、前記第３リンク部材の直線運動を前記回転運動に変換する第４リンク部材を備えることを特徴とするロボットハンド装置。
【請求項４】
請求項３記載のロボットハンド装置において、
前記直線運動機構は、前記指機構の基端部に設けられ、前記第４リンク部材の回転運動を前記直線運動に変換する第５リンク部材を備えることを特徴とするロボットハンド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２軸回りに指機構を動作させることができるロボットハンド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットに多種多様な作業を行わせることを目的として、人間の手を模倣したロボットハンド装置の研究開発が種々行われてきた。特に、人間の５指のうちの親指の機能を再現する場合には、例えば、手のひらを上に向けたときに、親指を高さ方向に回動させる軸と、親指を左右方向に回動させる軸の２つの軸が必要となる。
【０００３】
上記のようなロボットハンド装置としては、ベースに固定されたモータ、及びベースにより、モータの駆動軸に対し平行かつオフセットした第１軸周りに回動可能に支持され、制御軸が移動可能な第１案内経路を有する第１リンク部材を備える。また、モータの駆動軸に連結されると共に制御軸が支持され、モータの駆動軸の回動により制御軸を第１案内経路内で往復させる第２リンク部材を備える。更に、第１リンク部材により、第１軸に交差した第２軸周りに回動可能に支持され、制御軸と直接または間接にリンク結合され、制御軸の動作により回動駆動される指リンク部材を備えるものが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
このロボットハンド装置では、単一のモータで交差する２軸回り指機構を操作させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６７８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来技術で、ベースは、第１案内経路の可動範囲内に第２案内経路を有する。第２リンク部材は、駆動軸に固着された回転体と、回転体に回動可能に支持され、制御軸が支持された連結リンクとから構成されている。第２案内経路は、制御軸が第１軸を中心に円周方向に案内される第１案内路と、第１軸を中心に径方向に案内される第２案内路とが連続して構成されている。制御軸は、第１案内路および第２案内路に対して摺動自在に構成されている。
【０００７】
以上の構成により、回転体が所定方向に回動することにより、連結リンクに設けられた制御軸が、案内長穴及び第２案内経路内をそれぞれ移動する。制御軸が第１案内路に案内されることにより、第１リンク部材が、ベースに対して固定軸を支点として回動し、制御軸が第２案内路に案内されることにより、指リンク部材が第１リンク部材に対し連結ピンを支点として、昇降部材及びアーム部材を介して回動される。
【０００８】
従来の技術では、単一のモータで交差する２軸回りに指機構を動作させるために、上記のような複雑な構造が必要であり、構成部品多くを組み立ても工数が多くなってコスト高になるという課題がある。
【０００９】
本発明は、構造が簡素であり単一のモータで２軸回りに指機構を作動させることができるロボットハンド装置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】
【００１０】
本発明のロボットハンド装置は、基部と、前記基部に固定されたモータと、前記基部の一端縁から延設される指機構と、前記モータが生成する回転力を前記モータの駆動軸に垂直な方向の直線運動に変換する１次リンク機構と、前記１次リンク機構により変換された直線運動を前記モータの駆動軸に平行な軸回りの回転運動に変換する２次リンク機構と、前記２次リンク機構により変換された回転運動を記モータの駆動軸に垂直な方向の直線運動に変換すると共に前記指機構と相対的に運動可能に構成された直線運動機構とを備え、
前記２次リンク機構から前記回転運動を前記指機構に伝達することによって前記指機構を前記直線運動機構と共に水平状態から起立状態に又は起立状態から水平状態に回動させ、前記指機構と前記直線運動機構とが共に回動して回動範囲の端点に達した際に、前記指機構と前記直線運動機構とが相対的に運動する状態に替わり、前記直線運動機構から前記直線運動を前記指機構に伝達することによって前記指機構を起立状態から屈曲状態に又は屈曲状態から起立状態に変化させ、前記指機構と前記直線運動機構とが相対的に運動して運動範囲の端点に達した際に、前記指機構と前記直線運動機構とが共に回動する状態に替わるように構成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明のロボットハンド装置では、1次リンク機構は、モータが生成する回転力をモータの駆動軸に垂直な方向の直線運動に変換する。２次リンク機構は、１次リンク機構により変換された直線運動をモータの駆動軸に平行な軸回りの回転運動に変換する。直線運動機構は、２次リンク機構にて変換された回転運動をモータの駆動軸に垂直な方向の直線運動に変換すると共に指機構と相対的に運動可能に構成されている。そして、２次リンク機構から回転運動を指機構に伝達することによって指機構を直線運動機構と共に水平状態から起立状態に又は起立状態から水平状態に回動させ、指機構と前記直線運動機構とが共に回動して回動範囲の端点に達した際に、指機構と直線運動機構とが相対的に運動する状態に替わり、直線運動機構から直線運動を指機構に伝達することによって指機構を起立状態から屈曲状態に又は屈曲状態から起立状態に変化させ、指機構と直線運動機構とが相対的に運動して運動範囲の端点に達した際に、指機構と直線運動機構とが共に回動する状態に替わる。
本発明によれば、上記のように、ロボットハンド装置の駆動を１次リンク機構、２次リンク機構、及び直線運動機構により実現するので、ロボットハンド装置の構造が簡素で、単一のモータで２軸回りに指機構を作動させることができる。
【００１２】
本発明のロボットハンド装置において、前記１次リンク機構は、前記モータの駆動軸に固定され前記モータが生成する回転力を伝達する第１リンク部材と、前記第１リンク部材に回動自在に設けられた第２リンク部材と、前記モータの駆動軸に垂直な方向に延びる垂直伝達軸と、前記垂直伝達軸に摺動自在に設けられた垂直伝達軸部材と、前記垂直伝達軸部材に回動自在に設けられ前記第２リンク部材と当接して前記モータの回転力を前記モータの駆動軸に垂直な方向の直線運動に変換する第３リンク部材とを備えることが好ましい。
【００１３】
この好ましい形態によれば、１次リンク機構は、第１リンク部材、第２リンク部材、垂直伝達軸、垂直伝達軸部材、及び第３リンク部材により構成され、モータが生成する回転力をモータの駆動軸に垂直な方向の直線運動に変換する。
【００１４】
また、上記好ましい形態のロボットハンド装置において、前記２次リンク機構は、前記垂直伝達軸部材と前記直線運動機構とに連結され、前記第３リンク部材の直線運動を前記回転運動に変換する第４リンク部材を備える構成が好ましい。
【００１５】
この好ましい構成によれば、２次リンク機構は、１次リンク機構により変換された直線運動を、指機構が水平状態から起立状態に又は起立状態から水平状態になるようにモータの駆動軸に平行な軸回りの回転運動に変換する。
【００１６】
更に、上記好ましい構成のロボットハンド装置において、前記直線運動機構は、前記指機構の基端部に設けられ、前記第４リンク部材の回転運動を前記直線運動に変換する第５リンク部材を備える構成が好ましい。
【００１７】
この好ましい構成によれば、２次リンク機構により１次リンク機構の直線運動が変換された回転運動を、指機構が伸張状態から屈曲状態に又は屈曲状態から伸張状態になるようにモータの駆動軸に垂直な方向の直線運動に変換する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るロボットハンド装置の一例を示す上面図である。
【図２】図１のロボットハンド装置の指機構を示す図であり、（ａ）は指機構が直立した状態を示す斜視図、（ｂ）は指機構が屈曲した状態を示す斜視図である。
【図３】図１のロボットハンド装置の表現を示す正面図である。
【図４】図１のロボットハンド装置の指機構の動作を示す図であり、（ａ）は指機構が直立する動作を示す斜視図、（ｂ）は指機構が屈曲する動作を示す図である。
【図５】図１のロボットハンド装置の直線運動機構の基端部を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本実施形態では、人間の手のように構成されるロボットハンド装置の指機構のうちの親指の指機構に対して本発明を適用した例を説明する。
【００２０】
本発明のロボットハンド装置１０は、図１に示すように、人間の手のひらや手の甲の部分に相当する基部１２と、基部１２に固定されたモータ１４と、基部１２の一端縁から延設される指機構１６と、モータ１４が生成する回転力をモータ１４の駆動軸１４ａに垂直な方向の直線運動に変換する１次リンク機構１８と、１次リンク機構１８により変換された直線運動を指機構１６が水平状態から起立状態に又は起立状態から水平状態になるように前記モータ１４の駆動軸１４ａに平行な軸回りの回転運動に変換する２次リンク機構２０と、２次リンク機構２０により１次リンク機構１８の直線運動が変換された回転運動を指機構１６が伸張状態から屈曲状態に又は屈曲状態から伸張状態になるようにモータ１４の駆動軸１４ａに垂直な方向の直線運動に変換する直線運動機構２２とを備えている。
【００２１】
基部１２は、人間の手のひらの部分に相当する手掌部と、人間の手の甲の部分に相当する手甲部とを合わせてケース状に形成されている。手掌部と手甲部とを形成するケース内に、モータ１４、１次リンク機構１８、２次リンク機構２０、及び直線運動機構２２等が収容されている。
【００２２】
指機構１６は、図２（ａ）に示すように、２つの節間部材２４，２６と、これらの節間部材のうち根元側の節間部材２４と基部１２に固定されるフレームＦとを回動自在に連結する関節部材２８と、２つの節間部材２４，２６を回動自在に連結する関節部材３０と、根元側の節間部材２４の動作と連動して、その先の関節部材３０を動作させるためのリンクアーム３２とで主に構成されている。尚、以下の説明においては、便宜上、２つの節間部材２４，２６を、根元側から順に根元部材２４、指先部材２６ともいい、２つの関節部材２８，３０を、手先側から順に第１関節部材３０、第２関節部材２８という。
【００２３】
根元部材２４は、側面視で長方形の両端を半円状に形成したような形状となる部材であり、その基端部２４ａがフレームＦに固定された第２関節部材２８に回動自在に連結されると共に、その先端部２４ｂに第１関節部材３０を介して指先部材２６が回動自在に連結されている。また、根元部材２４には、その第２関節部材２８の近傍における手のひら側の適所に、ピンＰ１を介して後述する直線運動機構２２が回動自在に連結される。尚、フレームＦには、第２関節部材２８の近傍における手の甲側の適所に、ピンＰ２を介してリンクアーム３２が回動自在に連結されている。
【００２４】
指先部材２６は、その外形が根元部材２４と略同様の形状となる部材であり、その基端部２６ａが第１関節部材３０を介して根元部材２４に回動自在に連結されている。また、指先部材２６には、その第１関節部材３０の近傍における手のひら側の適所に、ピンＰ３を介してリンクアーム３２が回動自在に連結されている。
【００２５】
リンクアーム３２は、フレームＦと指先部材２６とに回動自在に連結される部材であり、図２（ｂ）に示すように、直線運動機構２２によって根元部材２４が引っ張られて（矢印Ａ１）、根元部材２４が回動すると（矢印Ａ２）、これに応じて固定ピンＰ２を中心に回動して（矢印Ａ３）、ピンＰ３を介して指先部材２６を引っ張って（矢印Ａ４）、指先部材２６を回動させるように作用している（矢印Ａ５）。
【００２６】
尚、指機構１６を屈曲状態から伸張状態するときには、矢印Ａ１〜Ａ５の向きが全て逆になるように、指機構１６が動作するようになっている。
【００２７】
次に、図３を参照して、本実施形態のロボットハンド装置１０の親指の指機構１６の動作で表現される態様について説明する。
【００２８】
第１態様は、図３（ａ）に示すように、モータ１４の駆動軸１４ａに対して指機構１６が平行になる水平状態である。第２態様は、図３（ｂ）に示すように、モータ１４の駆動軸１４ａに対して指機構１６が垂直になる起立状態（伸張状態）である。第３態様は、図３（ｃ）に示すように、モータ１４の駆動軸１４ａに対して指機構１６が垂直になる伸張状態から屈曲した屈曲状態である。
【００２９】
次に、図４を参照して、指機構１６が水平状態から屈曲状態になる動作を実現する１次リンク機構１８、２次リンク機構２０、直線運動機構２２、及びフレームＦの構成について説明する。
【００３０】
１次リンク機構１８は、モータ１４の駆動軸１４ａに固定されモータ１４の回転運動を伝達する第１リンク部材５０、第１リンク部材５０に回動自在に設けられた第２リンク部材５２、モータ１４の駆動軸１４ａに垂直な方向に延びる垂直伝達軸５４、垂直伝達軸５４に摺動自在に設けられた垂直伝達軸部材５６、及び垂直伝達軸部材５６に回動自在に設けられ第２リンク部材５２と当接してモータ１４の回転運動をモータ１４の駆動軸１４ａに垂直な方向の直線運動に変換する第３リンク部材５８を備えている。
【００３１】
第１リンク部材５０は、円板状に形成されモータ１４の駆動軸１４ａにネジ等で固定される円板部５０ａ、及び円板部５０ａと一体的に形成されモータ１４の駆動軸１４ａから偏心してモータ１４の駆動軸１４ａに垂直な方向に延びる円柱部５０ｂから構成されている。
【００３２】
第２リンク部材５２は、第１リンク部材５０の円柱部５０ｂに回動自在に外嵌される外筒部５２ａから構成されている。
【００３３】
垂直伝達軸５４は、円柱状に形成されフレームＦに基端部が固定されている円柱部５４ａから構成されている。
【００３４】
垂直伝達軸部材５６は、垂直伝達軸５４の円柱部５４ａに外嵌されると円筒部５６ａ、モータ１４の駆動軸１４ａと平行な方向に設けられている第１穴部５６ｂ、及びモータ１４の駆動軸１４ａと所定の角度を有して平行な方向に設けられている第２穴部５６ｃから構成されている。
【００３５】
第３リンク部材５８は、垂直伝達軸部材５６の第１穴部５６ｂに嵌合する軸部５８ａ、及び軸部５８ａに回動自在に嵌合する円筒部５８ｂから構成されている。
【００３６】
２次リンク機構２０は、第３リンク部材５８の直線運動を、指機構１６が水平状態から起立状態になる又は起立状態から水平状態になるようにモータ１４の駆動軸１４ａに平行な軸回りの回転運動に変換する、第３リンク部材５８と直線運動機構２２とを連絡する第４リンク部材６０を備えている。
【００３７】
第４リンク部材６０は、垂直伝達軸部材５６の第２穴部５６ｃに回動自在に嵌合する第１円柱部６０ａ、第１円柱部６０ａの基端部から所定の方向に延びるアーム部６０ｂ、及びアーム部６０ｂの先端部で外側にアーム部６０ｂが延びている所定の方向に垂直に突出している第２円柱部６０ｃから構成されている。
【００３８】
直線運動機構２２は、第４リンク部材６０の回転運動を指機構１６が伸張状態から屈曲状態になる又は屈曲状態から伸張状態になるようにモータ１４の駆動軸１４ａに垂直な方向の直線運動に変換する指機構１６の基端部に設けられ指機構１６を駆動する第５リンク部材６２を備えている。
【００３９】
第５リンク部材６２は、第４リンク部材６０の第２円柱部６０ｃが嵌合する穴部６２ａを形成した部分と一体的に形成され、長穴部６２ｂと、外側に位置するフレームＦに向けて突出している円柱部６２ｃとを有して、指機構１６の方向に延びる第１リンク部６２ｄ、及びこの第１リンク部６２ｄと連結すると共に指機構１６の方向に延びて指機構１６の根元部材２４の基端部２４ａと連結する第２リンク部６２ｅから構成されている。
【００４０】
フレームＦは、垂直伝達軸５４が固定されると共に貫通穴が形成されている左右壁Ｆａ，Ｆｂを有する第１フレーム部材Ｆｃ、並びに、第５リンク部材６２の長穴部６２ｂを貫通して第５リンク部材６２の第１リンク部６２ｄをスライド可能にするように第５リンク部材６２側に突出する円柱部Ｆｄ、及び第５リンク部材６２の円柱部６２ｃをスライド可能にするように長穴部Ｆｅを有して先端部で指機構１６の根元部材２４の基端部２４ａと連結する第２フレーム部材Ｆｆから構成されている。
【００４１】
次に、図４を参照して、指機構１６が水平状態から屈曲状態になる動作について説明する。
【００４２】
まず、図４（ａ）を参照して、指機構１６がモータ１４の駆動軸１４ａに対して平行になる水平状態からモータ１４の駆動軸１４ａに対して垂直になる起立状態（伸張状態）になる動作について説明する。
【００４３】
最初に、モータ１４が左側面視で反時計回り方向に回転して、第１リンク部材５０の円板部５０ａ及び第２リンク部材５２の外筒部５２ａが左側面視で反時計回り方向に回転する。
【００４４】
次いで、第２リンク部材５２の外筒部５２ａが、垂直伝達軸部材５６に設けられている第３リンク部材５８の円筒部５８ｂに当接して第３リンク部材５８の円筒部５８ｂを左側面視で反時計回り方向に回転させる。
【００４５】
第３リンク部材５８の円筒部５８ｂが左側面視で反時計回り方向に回転されると、第３リンク部材５８の円筒部５８ｂが、垂直伝達軸部材５６をモータ１４の駆動軸１４ａに垂直な方向に延びる垂直伝達軸５４に沿って下降させる。
【００４６】
垂直伝達軸部材５６を垂直伝達軸５４に沿って下降されると、第３リンク部材５８と直線運動機構２２とを連絡する第４リンク部材６０が正面視で時計回り方向に回転させる。
【００４７】
第４リンク部材６０が正面視で時計回り方向に回転されると、指機構１６が起立状態になる。
【００４８】
次に、図４（ｂ）を参照して、指機構１６がモータ１４の駆動軸１４ａに対して垂直になる起立状態（伸張状態）から指機構１６が屈曲した屈曲状態になる動作について説明する。
【００４９】
指機構１６がモータ１４の駆動軸１４ａに対して垂直になる起立状態になると、図５に示すストッパ７０がフレームＦに当接して起立状態が維持される。
【００５０】
そして、更に、第４リンク部材６０が正面視で反時計回り方向に回転されると、第５リンク部材６２の第１リンク部６２ｄ及び第２リンク部６２ｅを基端方向にスライドさせる。
【００５１】
第５リンク部材６２の第２リンク部材６２ｅを基端方向にスライドさせると、第５リンク部材６２の第２リンク部材６２ｅに連結されている指機構１６の根元部材２４の基端部２４ａが、第５リンク部材６２の第２リンク部材６２ｅの基端部側に引っ張られ指機構１６が屈曲する。
【００５２】
以上、本実施形態によれば、1次リンク機構１８は、モータ１４が生成する回転力をモータ１４の駆動軸１４ａに垂直な方向の直線運動に変換する。２次リンク機構２０は、１次リンク機構１８により変換された直線運動をモータ１４の駆動軸１４ａに平行な軸回りの回転運動に変換する。直線運動機構２２は、２次リンク機構２０にて変換された回転運動をモータ１４の駆動軸１４ａに垂直な方向の直線運動に変換すると共に指機構１６と相対的に運動可能に構成されている。そして、２次リンク機構２０から回転運動を指機構１６に伝達することによって指機構１６を直線運動機構２２と共に水平状態から起立状態に又は起立状態から水平状態に回動させ、指機構１６と直線運動機構２２とが共に回動して回動範囲の端点に達した際に、指機構１６と直線運動機構２２とが相対的に運動する状態に替わり、直線運動機構２２から直線運動を指機構１６に伝達することによって指機構１６を起立状態から屈曲状態に又は屈曲状態から起立状態に変化させ、指機構１６と直線運動機構２２とが相対的に運動して運動範囲の端点に達した際に、指機構１６と直線運動機構２２とが共に回動する状態に替わる。
このように、ロボットハンド装置１０の駆動を、上記構成の１次リンク機構１８、２次リンク機構２０及び直線運動機構２２により実現することで、ロボットハンド装置１０は構造が簡素で、単一のモータで２軸回りに指機構を作動させることができるものとなっている。
【符号の説明】
【００５３】
１０…ロボットハンド装置、１２…基部、１４…モータ、１４ａ…駆動軸、１６…指機構、１８…1次リンク機構、２０…２次リンク機構、２２…直線運動機構、２４…根元部材、２４ａ…基端部、２４ｂ…先端部、２６…指先部材、２８…第２関節部材、３０…第１関節部材、３２…リンクアーム、５０…第１リンク部材、５０ａ…円板部、５０ｂ…円柱部、５２…第２リンク部材、５２ａ…外筒部、５４…垂直伝達軸、５４ａ…円柱部、５６…垂直伝達軸部材、５６ａ…円筒部、５６ｂ…第１穴部、５６ｃ…第２穴部、５８…第３リンク部材、５８ａ…軸部、５８ｂ…円筒部、６０…第４リンク部材、６０ａ…第１円柱部、６０ｂ…アーム部、６０ｃ…第２円柱部、６２…第５リンク部材、６２ａ…穴部、６２ｂ…長穴部、６２ｃ…円柱部、６２ｄ…第１リンク部、６２ｅ…第２リンク部、７０…ストッパ、Ｆ…フレーム、Ｆａ…左壁、Ｆｂ…右壁、Ｆｃ…第１フレーム部材、Ｆｄ…円柱部、Ｆｅ…長穴部、Ｆｆ…第２フレーム部材、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…ピン。
【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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