(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状のアクチュエータ本体部と、前記アクチュエータ本体部の出力軸に取り付けられ、前記アクチュエータ本体部の外周周りに沿って回転する部位に第１の位置決め用凹部が形成された回転リンク部材と、前記アクチュエータ本体部の外周面に突設された第１の位置決め用凸部と、を備える第１、第２および第３の指用アクチュエータと、
前記回転リンク部材のうち前記出力軸側の部位に取り付けられる取付部と、前記第１の位置決め用凸部が突き当てられる第２の位置決め用凹部と、を備える第１のリンク接続部材と、
前記第１の位置決め用凸部が突き当てられる第３の位置決め用凹部と、前記第１の位置決め用凹部に突き当てる第２の位置決め用凸部と、を備える第２のリンク接続部材と
を備え、
前記第１の指用アクチュエータが備える前記回転リンク部材の前記出力軸側の部位に前記第１のリンク接続部材の前記取付部が取り付けられるとともに、該第１のリンク接続部材の前記第２の位置決め用凹部に前記第２の指用アクチュエータの前記第１の位置決め用凸部が突き当てられて固定されることによって、前記第１の指用アクチュエータと前記第２の指用アクチュエータとが連結され、
前記第２の指用アクチュエータが備える前記回転リンク部材の前記第１の位置決め用凹部に前記第２のリンク接続部材の前記第２の位置決め用凸部が突き当てられて固定されるとともに、該第２のリンク接続部材の前記第３の位置決め用凹部に前記第３の指用アクチュエータの前記第１の位置決め用凸部が突き当てられて固定されることによって、前記第２の指用アクチュエータと前記第３の指用アクチュエータとが連結されることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記第１、第２および第３の指用アクチュエータは、ケーブルクランプ部を備え、該ケーブルクランプ部が前記回転リンク部材に当接することによりメカストッパ機構を構成したことを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記第１、第２および第３の指用アクチュエータならびに前記第１および第２のリンク接続部材の表面に低摩擦性材料を皮膜したことを特徴とする請求項１または２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記第１、第２および第３の指用アクチュエータは、ケーブルクランプ部を備え、前記ケーブルクランプ部に接続されるケーブルがより合わせされ配置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記ケーブルのケーブルシースは低摩擦性材料が皮膜されたことを特徴とする請求項４記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットや人型ロボット等の多関節ロボットアームの先端に取付けてハンドリング作業を行うロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願発明者らは、多指構造のロボットハンドを提案している（例えば、特許文献１参照）。筆者らの提案している構造は、図７に示すロボットハンドの構成であり、図８はこのロボットハンドの多指部の拡大図である。９個のギヤードモータ１６を用いて構成した多指部と、これを制御する４枚のサーボアンプ基板３とが一体構造となっている。多指部は、汎用のギヤードモータに固定側リンク部材２０、回転側リンク部材１８を取り付け、軸受１９を配置して各指の関節部を構成し、これらをリンク接続部材２にて繋ぎ合わせた構造である。２１はギヤードモータのモータ／エンコーダ用ケーブルであり、図６に示す断面図のように、中央にエンコーダ用電線１３、外側にモータ用電線１２があり、間に銅シールド材１４を配置してエンコーダ信号線へのノイズ対策を図っている。各ギヤードモータからの合計９本のモータ／エンコーダ用ケーブルは、サーボアンプ基板の上部に設けたコネクタに直接接続されており、外部から多指ハンドシステムへは、電源用ケーブル６と通信用ケーブル５の２本が接続されている。
【特許文献１】特開２００７−１６０４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、産業用ロボットや人型ロボット用のロボットハンドでは、今まで人が行なっていた物を掴んでの作業をロボットハンドに置き換える要求が増えており、人間の手や指と同程度の大きさに小形化する必要があった。
また、ロボットハンドを小形化すると、これに用いられるアクチュエータも小形化され、小形化されたアクチュエータの故障時の交換作業が容易にできることが、保守性の面で要求されている。
しかしながら、従来のロボットハンドでは、少しでも小形化にするために、各指を近づけた配置にすると、モータ部とケーブルとが動作時に接触し、プラスチック製のケーブルシースが金属製のモータフレームに擦られて傷つき、長期使用では断線するなどの問題があった。
また、各指の複雑な動作に対してケーブルに無理な力が加わらぬよう、遊びを持たせておく必要があるが、ケーブルの最小曲げ半径にて配置しても、かなりのスペースを要し、これによりロボットハンドが大きくなっていた。また、小さくすることを優先してモータ回転部のメカストッパを設けていなかったため、万一モータが誤動作した場合に、ケーブルが引っ張られ断線するなどの問題があった。
また、アクチュエータ間の接続を単純なブロック形状のリンク接続部材にて行っているため、位置決めの基準がなく、組み立ての際にねじと取付用穴の隙間分だけ位置がずれてしまい、再組み立てを行う度に、位置制御のための原点調整を行う必要があった。さらに、このリンク接続部材の形状では、物を把持した時などに加わる力に対して、取付用ねじのみで力を受ける構造であり、指部が大きく撓むなど剛性が不足するといった問題が生じていた。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、ロボットハンドの小形化を実現するとともに、保守性の向上を図り、産業用ロボットの分野はもとより、デザイン、小形・軽量化が重視される、人型ロボットなどの用途にも適用できる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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、円柱状のアクチュエータ本体部と、前記アクチュエータ本体部の出力軸に取り付けられ、前記アクチュエータ本体部の外周周りに沿って回転する部位に第１の位置決め用凹部が形成された回転リンク部材と、前記アクチュエータ本体部の外周面に突設された第１の位置決め用凸部と、を備える第１、第２および第３の指用アクチュエータと、前記回転リンク部材のうち前記出力軸側の部位に取り付けられる取付部と、前記第１の位置決め用凸部が突き当てられる第２の位置決め用凹部と、を備える第１のリンク接続部材と、前記第１の位置決め用凸部が突き当てられる第３の位置決め用凹部と、前記第１の位置決め用凹部に突き当てる第２の位置決め用凸部と、を備える第２のリンク接続部材とを備え、前記第１の指用アクチュエータが備える前記回転リンク部材の前記出力軸側の部位に前記第１のリンク接続部材の前記取付部が取り付けられるとともに、該第１のリンク接続部材の前記第２の位置決め用凹部に前記第２の指用アクチュエータの前記第１の位置決め用凸部が突き当てられて固定されることによって、前記第１の指用アクチュエータと前記第２の指用アクチュエータとが連結され、前記第２の指用アクチュエータが備える前記回転リンク部材の前記第１の位置決め用凹部に前記第２のリンク接続部材の前記第２の位置決め用凸部が突き当てられて固定されるとともに、該第２のリンク接続部材の前記第３の位置決め用凹部に前記第３の指用アクチュエータの前記第１の位置決め用凸部が突き当てられて固定されることによって、前記第２の指用アクチュエータと前記第３の指用アクチュエータとが連結されるものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記第１、第２および第３の指用アクチュエータは、ケーブルクランプ部を備え、該ケーブルクランプ部が前記回転リンク部材に当接することによりメカストッパ機構を構成したものである。
請求項３に記載の発明は、前記第１、第２および第３の指用アクチュエータならびに前記第１および第２のリンク接続部材の表面に低摩擦性材料を皮膜したものである。
請求項４に記載の発明は、前記第１、第２および第３の指用アクチュエータは、ケーブルクランプ部を備え、前記ケーブルクランプ部に接続されるケーブルがより合わせされ配置されたものである。
請求項５に記載の発明は、前記ケーブルのケーブルシースは低摩擦性材料が皮膜されたものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、ロボットハンドに特化した指用アクチュエータにて構成することで、汎用のギヤードモータを用いた時に比べて、指部のサイズを小さくでき、人間の手や指と同程度の大きさのロボットハンドを実現できる。
また、特に追加部品を設ける必要なくコンパクトなサイズを維持して、メカストッパ機構を有することができ、万一誤動作した場合でも、ケーブルが引っ張られて断線するようなことがなくなる。
また、全軸共通の指用アクチュエータを使用し、これらを直接もしくはリンク接続部材にて連結してロボットハンドの多指部を構成することで、部品点数を大幅に削減でき、生産性、品質の向上を図ることができる。また、この連結部に設けた位置決め用凹凸により、多指部の剛性向上および再現性のある位置決めが行える。
またと、指用アクチュエータを連結するリンク接続部材の交換により、各指の動作方向、関節間ピッチ等を容易に変易に変更することができ、従来のように用途に合わせてロボットハンドの専用設計を行なう必要がなくなる。
また、指用アクチュエータにモータ／エンコーダ用ケーブルが引っ掛かるのを防止でき、また接触によるケーブルシース表面の擦れを緩和するため、ケーブル断線を防止し、ロボットハンドの長寿命化を図ることができる。
また、モータ用ケーブル、エンコーダ用ケーブルを１本のケーブルにまとめるよりも、各ケーブルの曲げ半径が小さくなり、ケーブルのスペースが減るため、ロボットハンドをよりコンパクトにできる。また、ケーブルをそのまま配置すると、動作時に２本のケーブルが広がって、他の軸に引っ掛かる恐れがあるが、これらをより合わせることで、そのような問題を防ぐことができる。
また、ケーブル表面が滑りやすくなり、より合わせたケーブル間および指用アクチュエータとの接触の際に、擦れによってケーブルシースが傷つくのを緩和して、ケーブル断線を防止し、ロボットハンドの長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は本発明のロボットハンドの構成図であり、図２はこのロボットハンドの多指部の拡大図である。従来同様、９個の指用アクチュエータ１で構成された多指部と、これを制御する複数枚のサーボアンプ基板３とが一体構造となったロボットハンドである。各指用アクチュエータ１からのケーブルは、サーボアンプ基板３の上部に設けたコネクタに直接接続されており、外部からロボットハンドへは、電源用ケーブル６と通信用ケーブル５の２本が接続されている。
本指用アクチュエータ１は図２に示すようにロボットハンドに特化した構造で、従来のモータ出力軸と他関節軸への接続を行う回転側リンク部材とが一体になったアクチュエータ出力部（回転部）１０となっており、指用アクチュエータ１をコンパクトにでき、人間の手や指と同程度の大きさのロボットハンドが実現できる。
次に、２２はアクチュエータ本体より突出したケーブルクランプ部であり、リンク部材一体形のアクチュエータ出力部（回転部）をこれに当てることでメカストッパ機構を実現している。このように、特に追加部品を設ける必要なくコンパクトなサイズを維持して、メカストッパ機構を有することができ、万一モータが誤動作した場合でも、ケーブルが引っ張られて断線するなどの問題を解決できる。
次に、図３および図４は、本発明のロボットハンドの多指部の構成例を示す図である。隣接する指用アクチュエータを、図３のようにアクチュエータ出力部のブラケット端面側にリンク接続部材２を取り付ければアクチュエータ出力部のブラケット端面の面内で回転し、図４のようにアクチュエータ出力部のリンク部材側に取り付ければ、アクチュエータ出力軸まわりにアクチュエータの出力を取り出せる構造となっている。すなわち、リンク接続部材２を交換することで、アクチュエータの回転方向を９０°変えられ、またリンク接続部材の長さを変更すれば、ロボットハンドの指の関節間ピッチも容易に変更できる。このように、従来は使用用途が変わる度にロボットハンド全体の設計変更が必要であったが、リンク接続部材の交換のみで目的に合ったロボットハンドの軸構成を実現することができる。また、指用アクチュエータおよびリンク接続部材には位置決め用凹凸１１を設けており、再現性のあるＸ、Ｙ、Ｚ方向の位置決めが精度良く行なえる。さらに、この位置決め用凹凸を突き当てての固定により、多指部に加わる外力に対して、取り付け用のねじのみでなく面全体で力を受ける構造のため、十分な剛性を確保できる。
次に、指用アクチュエータのフレームおよびリンク接続部材の表面には、弗素樹脂等の低摩擦性材料のコーティングが皮膜されている。ロボットハンド全体をコンパクトにするためには、各指を近づけた配置にしたいが、従来、近づけすぎると動作中に指用アクチュエータのケーブルが他の構成部品と接触して、ケーブルシースが摩耗し断線に至る問題があった。このコーティングによれば、表面が滑りやすくなるため、動作中に接触しても、ケーブルシースの擦れを緩和でき、断線を防ぐことができる。
次に、８はモータ用ケーブル、９はエンコーダ用ケーブルで、エンコーダ信号線へのノイズ対策として各々シールドケーブルを用いており、図５に各ケーブルの断面図を示す。従来のケーブル１本の時よりも各ケーブルが細くなることで、最小曲げ半径も小さくなるため、ケーブルのスペースが減り、ロボットハンドをよりコンパクトにまとめることができる。また、２本のケーブルをそのまま並べて配置すると、ロボットハンド動作時に２本のケーブルが広がって指用アクチュエータに引っ掛かり断線する恐れがあるため、これらをより合わせてロボットハンドに配置している。ケーブルの広がり防止策として、他に、結束バンドによって２本のケーブルを固定する方法も考えられるが、結束バンド自体が指用アクチュエータに引っ掛かる恐れがある。
また、これらのケーブルは、ケーブル間および構成部品との接触によるケーブルシースの摩耗を防止するため、ケーブルシースの材料に弗素樹脂等の低摩擦性材料を使用している。これによって、ケーブル表面が滑りやすくなり、より合わせたケーブル間および指用アクチュエータとの接触の際に、擦れによってケーブルシースが傷つくのを緩和し、ケーブルの断線を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【０００８】
本発明によれば、従来と同体格、同出力で、アクチュエータ部をコンパクトにでき、人間の手や指と同程度の大きさのロボットハンドを実現できる。また、指用アクチュエータを連結するリンク接続部材の交換だけで、各指の動作方向、関節間ピッチ等を容易に変えることができ、使用用途に柔軟に対応できる。さらに、製品寿命を決めていたケーブル部の改善により、製品の長寿命化が図れる。
これらの改善により、産業用ロボットの分野はもとより、小形・軽量化、デザインが重視される人型ロボットなどの用途にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例を示すロボットハンドの構造図
【図２】本発明のロボットハンドの多指部の拡大図
【図３】本発明のロボットハンドの多指部の構成例
【図４】本発明のロボットハンドの多指部の構成例
【図５】本発明の指用アクチュエータのケーブルの断面図
【図６】従来のギヤードモータのケーブルの断面図
【図７】従来のロボットハンドの構造図
【図８】従来のロボットハンドの多指図の拡大図
【符号の説明】
【００１０】
１  指用アクチュエータ
２  リンク接続部材
３  サーボアンプ基板
４  フレーム
５  通信用ケーブル
６  電源用ケーブル
７  取付面
８  モータ用ケーブル
９  エンコーダ用ケーブル
１０  アクチュエータ出力部（回転部）
１１  位置決め用凹凸
１２  モータ用電線
１３  エンコーダ用電線
１４  シールド材
１５  ケーブルシース
１６  ギヤードモータ
１７  ギヤードモータ出力軸
１８  回転側リンク部材
１９  軸受
２０  固定側リンク部材
２１  モータ／エンコーダ用ケーブル
２２  ケーブルクランプ（メカストッパ）
【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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