(57)【要約】【課題】把持動作機能を備えるロボットハンド全体の体積が小さく、フィンガー動作の自由度と把持力が高いロボットフィンガーユニットを提供する。【解決手段】ベースと、当該ベースに固定した、回転軸を備える駆動機構と、片端側を回転軸と平行に設置した平行車軸を介し、平行車軸を回転軸として回転運動可能にベースに設置した第１部材と、第１部材の他端側に、回転軸と垂直に設置した垂直車軸を介し、垂直車軸を回転軸として回転運動可能に第１部材と連結した第２部材と、垂直車軸に垂直車軸を回転軸として回転可能に設置した滑車と駆動ケーブルとを備え、駆動ケーブルは、回転軸に巻き付けて固定した片端部と第２部材に固定した他端部と滑車に巻き付けた中間部とを備えるロボットフィンガーユニットを採用する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
把持動作機能を備えるロボットフィンガーユニットであって、
ベースと、当該ベースに固定した、回転軸を備える駆動機構と、片端側を当該回転軸と平行に設置した平行車軸を介し、当該平行車軸を回転軸として回転運動可能に当該ベースに設置した第１部材と、当該第１部材の他端側に、当該回転軸と垂直に設置した垂直車軸を介し、当該垂直車軸を回転軸として回転運動可能に当該第１部材と連結した第２部材と、当該垂直車軸に当該垂直車軸を回転軸として回転可能に設置した滑車と駆動ケーブルとを備え、
前記駆動ケーブルは、前記回転軸に巻き付けて固定した片端部と前記第２部材に固定した他端部と前記滑車に巻き付けた中間部とを備えることを特徴とするロボットフィンガーユニット。
【請求項２】
前記第１部材と前記第２部材との間に、ｎ＋１（但し、ｎは１以上の整数）個の垂直車軸を介して連結したｎ個の中間部材を備える請求項１に記載のロボットフィンガーユニット。
【請求項３】
前記駆動ケーブルが第１ケーブルと第２ケーブルとを備えるものである請求項１又は請求項２に記載のロボットフィンガーユニット。
【請求項４】
前記ｎ＋１個の垂直車軸はそれぞれが第１滑車と第２滑車とを備え、前記第１ケーブルの前記中間部は当該第１滑車に回転方向１に沿って巻き付け、前記第２ケーブルの前記中間部は当該第２滑車に当該回転方向１とは異なる回転方向２に沿って巻き付けたものである請求項１〜請求項３のいずれかに記載のロボットフィンガーユニット。
【請求項５】
前記第２部材が、回転式張力調整部材と固定部材とを備え、前記第１ケーブル及び前記第２ケーブルのいずれか一方の前記他端部を当該回転式張力調整部材に巻き付けて固定し、前記第１ケーブル及び前記第２ケーブルのいずれか他方の前記他端部を当該固定部材に固定したものである請求項１〜請求項４のいずれかに記載のロボットフィンガーユニット。
【請求項６】
前記他端部を前記回転式張力調整部材に巻き付けて固定した前記第１ケーブルの前記片端部及び前記第２ケーブルの当該片端部のいずれか一方を前記回転軸に時計回り方向に巻き付けて固定し、前記他端部を前記固定部材に固定した前記第１ケーブルの前記片端部及び前記第２ケーブルの前記片端部の他方を当該回転軸に反時計回り方向に巻き付けて固定したものである請求項１〜請求項５のいずれかに記載のロボットフィンガーユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、把持動作機能を備えるロボットフィンガーユニットに関するものであり、特にフィンガー動作の自由度と把持力が高いロボットフィンガーユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の把持動作機能を備えるロボットハンドは複雑な機構を備えており、且つロボットハンドのフィンガーは、通常、特定の目的にあわせて設計される。そのため、異なる物体を把持するためにはロボットハンドのフィンガーを交換することになって、実際に使用する現場では大きな不便を感じている。また、フィンガー動作の自由度を高め、フィンガーをいろいろな方向に運動させるためには、フィンガーを駆動するモータ等の数を多くしなければならない。しかし、モータの数が多くなると、ロボットハンド全体の体積と質量が増加する。一方、ロボットハンドの体積や質量を減らすために、配置するモータの数を減らすと、フィンガー動作の自由度も小さくなる。さらに、小さなモータを選択した場合には、駆動能力が過小であると、フィンガーの把持力が不足する。従って、ロボットハンドの設計においては、体積が小さなままでフィンガー動作の自由度と把持力とを大きくすることが最大の目標であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−６９２８６号公報
【特許文献２】特開２００９−１８４０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本件発明の目的は、把持動作機能を備えるロボットハンド全体の体積が小さく、フィンガー動作の自由度と把持力が高いロボットフィンガーユニットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本件発明に係るロボットフィンガーユニット：  本件発明に係るロボットフィンガーユニットは把持動作機能を備えるロボットフィンガーユニットであって、ベースと、当該ベースに固定した、回転軸を備える駆動機構と、片端側を回転軸と平行に設置した平行車軸を介し、平行車軸を回転軸として回転運動可能にベースに設置した第１部材と、第１部材の他端側に、回転軸と垂直に設置した垂直車軸を介し、垂直車軸を回転軸として回転運動可能に第１部材と連結した第２部材と、垂直車軸に垂直車軸を回転軸として回転可能に設置した滑車と駆動ケーブルとを備え、駆動ケーブルは、回転軸に巻き付けて固定した片端部と第２部材に固定した他端部と滑車に巻き付けた中間部とを備えることを特徴としている。
【０００６】
本件発明に係るロボットフィンガーユニットにおいては、第１部材と第２部材との間に、ｎ＋１（但し、ｎは１以上の整数）個の垂直車軸を介して連結したｎ個の中間部材を備えものであることも好ましい。
【０００７】
本件発明に係るロボットフィンガーユニットは、駆動ケーブルが第１ケーブルと第２ケーブルとを備えるものであることも好ましい。
【０００８】
本件発明に係るロボットフィンガーユニットにおいては、ｎ＋１個の垂直車軸はそれぞれが第１滑車と第２滑車とを備え、第１ケーブルの中間部は第１滑車に回転方向１に沿って巻き付け、第２ケーブルの中間部は第２滑車に回転方向１とは異なる回転方向２に沿って巻き付けたものであることも好ましい。
【０００９】
本件発明に係るロボットフィンガーユニットにおいては、第２部材が、回転式張力調整部材と固定部材とを備え、第１ケーブル及び第２ケーブルのいずれか一方の他端部を回転式張力調整部材に巻き付けて固定し、第１ケーブル及び第２ケーブルのいずれか他方の他端部を固定部材に固定したものであることも好ましい。
【００１０】
本件発明に係るロボットフィンガーユニットは、回転式張力調整部材に巻き付けて固定した第１ケーブルの片端部及び第２ケーブルの片端部のいずれか一方を回転軸に時計回り方向に巻き付けて固定し、他端部を固定部材に固定した第１ケーブルの片端部及び第２ケーブルの片端部の他方を回転軸に反時計回り方向に巻き付けて固定したものであることも好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本件発明に係るロボットハンドは、駆動ケーブルと滑車を利用してロボットフィンガーユニットの屈曲動作を制御するため、物体を把持する際には、部材間に形成される角度は、把持する物体の形状に最適な角度になる。その結果、ロボットハンドの自由度が高まり、部材と物体との接触がより密接になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本件発明に係るロボットハンドの一例を示す模式図である。
【図２】本件発明に係るロボットハンドユニットの駆動機構を示す側面模式図である。
【図３】本件発明に係るロボットハンドユニットの駆動機構を示す立面模式図である。
【図４】本件発明に係るロボットフィンガーユニットの駆動ケーブルの中間部を滑車に巻き付けた状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本件発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を示し、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
図１に示すロボットハンド１００は、ベース２００と３セットのロボットフィンガーユニット３００と３セットの駆動機構Ｄを備えている。ロボットフィンガーユニット３００は、ベース２００に、回転可能に接続している。駆動機構Ｄは、ベース２００に接続しており、それぞれの駆動機構Ｄは、対応するロボットフィンガーユニット３００に接続し、それぞれのロボットフィンガーユニット３００を屈曲動作させて物体を把持するように駆動する。
【００１５】
ここで断っておくが、図１に示すロボットハンド１００が備えているロボットフィンガーユニット３００は３セットであるが、ベース２００に接続するロボットフィンガーユニット３００は、３セットに限定されるものではない。ロボットハンド１００は、少なくとも２セットのロボットフィンガーユニット３００を備えれば、物体を把持することができる。また、ロボットハンド１００には、使用目的によってさらに複数のロボットフィンガーユニット３００を増設することができる。その場合には、物体をより強固に把持することができる。
【００１６】
以下に各ロボットフィンガーユニット３００の構成と駆動方式を説明する。図２及び図３に示す各ロボットフィンガーユニット３００は、第１部材３０１と、第２部材３０２と、中間部材３０３と、２つの車軸Ｗと、２つ滑車４００と、回転式張力調整部材５００と、固定部材６００とを備えている。
【００１７】
まず、第１部材３０１は、ベース２００に接続しており、中間部材３０３は、第１部材３０１と第２部材３０２の両方に接続している。車軸Ｗは、２つの隣接する部材を接続するために配置しており、第１部材３０１と中間部材３０３とは車軸Ｗを中心として回転可能であり、第２部材３０２と中間部材３０３も車軸Ｗを中心として回転可能である。
【００１８】
ここで断っておくが、この実施形態において、ロボットフィンガーユニット３００は、第１部材３０１と、第２部材３０２と、中間部材３０３とを備えているが、これに限定されるものではない。ロボットハンド１００は、少なくとも第１部材３０１と第２部材３０２とを備えていれば、物体を把持することができる。従って、中間部材３０３の配置を必須とするものではない。また、複数の中間部材３０３を備えることもでき、配置する中間部材３０３の数量は使用目的に合わせて決めれば良い。この時、核部材間に配置する車軸Ｗと滑車４００の数も部材と部材との接続部分の数から決めれば良い。
【００１９】
そして、図３に示す様に、滑車４００は、第１滑車４０１と第２滑車４０２とを備え、第１滑車４０１と第２滑車４０２とはフリーホイールであり、各車軸Ｗに対してそれぞれ緩みがあるように設けられている。そして、回転式張力調整部材５００と固定部材６００とが第２部材３０２に配置されている。回転式張力調整部材５００は、所定の方向に回転させるためには所定のトルクを必要とする部材である。また、駆動機構Ｄは、モータＭと回転軸Ａを備え、図１に示すようにモータＭはベース２００に接続し、回転軸ＡはモータＭと接続している。回転軸Ａは、モータＭに駆動され、時計回り、又は反時計回りに回転する。ここで断っておくが、本実施形態の駆動機構ＤはモータＭと回転軸Ａで構成されているが、この構成に限定されるものではない。駆動機構Ｄは、電磁弁、ギヤ、又はその他の機構で構成することもできる。
【００２０】
また、図４に示すように、ロボットフィンガーユニット３００は、第１ケーブル７０１と第２ケーブル７０２とで構成される駆動ケーブル７００を備えている。この第１ケーブル７０１の中間部は回転方向Ｆ１に沿って、２つの第１滑車４０１に巻き付けられ、第２ケーブル７０２の中間部は回転方向Ｆ２に沿って、２つの第２滑車４０２に巻き付けられている。そして、第１ケーブル７０１と第２ケーブル７０２とはそれぞれ片端部Ｅ１と他端部Ｅ２とを備えている。そして、第１ケーブル７０１の片端部Ｅ１と第２ケーブル７０２の片端部Ｅ１とは回転軸Ａに反対方向に巻き付けられて固定される。また、第１ケーブル７０１の他端部Ｅ２は回転式張力調整部材５００に巻き付けられて固定され、第２ケーブル７０２の他端部Ｅ２は固定部材６００に固定される。
【００２１】
ここで断っておくが、第１ケーブル７０１の片端部Ｅ１と第２ケーブル７０２の片端部Ｅ１とは回転軸Ａに反対方向に巻き付けられることから、回転軸Ａが時計回りに回転した時、必ず、いずれか一方のケーブルを引っ張り、他方のケーブルを緩める。反時計回りにした場合もまた同様である。よって、第１ケーブル７０１と第２ケーブル７０２とを回転軸Ａのどちらの方向に巻き付けるかに特段の制限はなく、第１ケーブル７０１と第２ケーブル７０２とが、互いに反対方向に向かって回転軸Ａに巻き付けられた状態で固定されていれば良い。
【００２２】
ロボットハンドが物体を把持する際には、例えば、モータＭを駆動して回転軸Ａを時計方向に回転させ、他端部を回転式張力調節部材に巻き付けて固定した第１ケーブル７０１を引っ張り、他端部を固定部材に固定した第２ケーブル７０２を緩める。このようにすれば、各ロボットフィンガーユニット３００は互いに向き合う方向に屈曲動作するため、物体をロボットフィンガーユニット３００の間に把持することができる。一方、モータＭを逆方向に駆動して回転軸Ａを反時計方向に回転させると、第１ケーブル７０１を緩め、第２ケーブル７０２を引っ張るため、各ロボットフィンガーユニット３００は互いに向き合っている屈曲状態を解消する方向に動作し、物体を放出する。
【００２３】
さらに詳しく説明すると、駆動ケーブル７００の中間部を巻き付ける滑車４００はフリーホイールである。よって、駆動ケーブル７００の張力を調整すれば、第１部材３０１、第２部材３０２と中間部材３０３の各部材で形成するロボットフィンガーユニット３００の屈曲動作レベルを制御できる。具体的には、他端部を回転式張力調節部材に巻き付けて固定した第１ケーブル７０１を引っ張れば、中間部材３０３が第１部材３０１に対して車軸Ｗを中心に回転し、第２部材３０２が中間部材３０３に対して車軸Ｗを中心に回転する。この時、それぞれの部材は、把持する物体の形状に適応した角度まで回転する。より具体的には、中間部材３０３は第１部材３０１に対して車軸Ｗを中心に回転し、中間部材３０３が物体と接触すると、中間部材３０３はそれ以上回転しない。しかし、第２部材３０２は、第２部材３０２が物体と接触するまでさらに中間部材３０３に対して車軸Ｗを中心に回転する。言い換えれば、第２部材３０２が物体と接触するまで中間部材３０３に対して回転すると、第２部材３０２はそれ以上回転しない。しかし、中間部材３０３は、第１部材３０１と物体とが接触するまで、さらに第１部材３０１に対して車軸Ｗを中心に回転する。その結果、物体をロボットフィンガーユニット３００の間にしっかり把持することができる。
【００２４】
上述した記載をまとめると、本件発明に係るロボットハンド１００は、駆動ケーブル７００と滑車４００を利用してロボットフィンガーユニット３００の屈曲動作を制御するため、物体を把持する時、各部材間には、物体の形状に対して最適な把持角度が形成される。その結果、物体と各部材との接触がより密接になると同時に、ロボットハンドの動作の自由度が大きくなる。
【００２５】
以上、本件発明に係る好適な実施形態を例示したが、図又は説明書の説明では、類似又は同一の部分は、同一の符号を用いている。また、実施形態を示す図では、形状又は厚さをデフォルメしたり、表示を簡略化している。また、図に記載して説明している各構成要素については、本件発明を限定するものではない。従って、当業者であれば、本件発明に係る精神及び範囲を逸脱しない範囲で、多少の変更や修正を加えることが可能である。よって、本件発明が請求する権利の保護範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【符号の説明】
【００２６】
１００  ロボットハンド
２００  ベース
３００  ロボットフィンガーユニット
３０１  第１部材
３０２  第２部材
３０３  中間部材
４００  滑車
４０１  第１滑車
４０２  第２滑車
５００  回転式張力調整部材  
６００  固定部材
７００  駆動ケーブル
７０１  第１ケーブル
７０２  第２ケーブル
Ａ  回転軸  
Ｄ  駆動機構
Ｅ１  片端部
Ｅ２  他端部
Ｆ１  回転方向１
Ｆ２  回転方向２
Ｍ  モータ
Ｗ  垂直車軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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