ロボットハンドの挟み込み軽減機構及びロボットハンド

【課題】高い安全性と大きな指先力を確保できるロボットハンドの挟み込み軽減機構を提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係るロボットハンドの挟み込み軽減機構１は、駆動機構６から伝達される駆動力によって開閉する一対のハンド部２を備えるロボットハンドの挟み込み軽減機構であって、ハンド部２が開方向に回転駆動するときのみ、ハンド部２に所定の大きさの負荷が作用すると、駆動機構６からハンド部２への駆動力の伝達を減少させる過負荷軽減機構７を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンドの挟み込み軽減機構及びそれを用いたロボットハンドに関し、特にハンド部が開方向に回転駆動した際に、ハンド部と当該ハンド部が連結される被連結部材との間での挟み込みを軽減する機構及びそれを用いたロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンドは、把持対象物を把持するために一対のハンド部が開閉する構成とされている。このハンド部は、基部等の被連結部材に回転可能に連結されている。このようなロボットハンドは、ハンド部に大きな負荷が作用する場合があり、この場合にハンド部が損傷しない構成とすることが好ましい。
【０００３】
例えば特許文献１には、ハンド部と駆動機構との間にクラッチ機構を配置して、ハンド部に大きな負荷が作用した際に、ハンド部への駆動力の伝達を減少させる技術が開示されている。
【０００４】
ちなみに、特許文献２及び３には、ロボットハンドの関節部にクラッチ機構を配置する技術が開示されている。具体的に云うと、特許文献２の技術は、関節部に所定の大きさの負荷が作用すると、クラッチ機構が関節部の連結状態を解除できる構成とされている。これにより、ハンド部を把持対象物の外形に沿わせている。また、特許文献３の技術は、ロボットハンドの故障等の原因で関節部が回動不能となると、クラッチ機構が関節部の連結状態を解除できる構成とされている。これにより、関節部をフリーの状態として、人間が手の届かない箇所からロボットハンドを回収可能としている。
また、特許文献４乃至７には、ハンド部を元位置に復帰させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６１５０４号公報
【特許文献２】特開昭６３−４７０８５号公報
【特許文献３】特開平５−３０１１９１号公報
【特許文献４】特開２００８−１４９４４４号公報
【特許文献５】特開２００９−１０１４２４号公報
【特許文献６】特開２００３−１４５４７４号公報
【特許文献７】特開２００１−２７７１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術は、ハンド部が閉方向に回転駆動した場合と、開方向に回転駆動した場合と、の両方の場合で、クラッチ機構によってハンド部への駆動力の伝達を減少させる構成である。
【０００７】
ハンド部が開方向に回転駆動した場合、ハンド部と被連結部材との間に物等が強く挟み込まれないように、ハンド部への駆動力の伝達を減少させる必要がある。つまり、ハンド部が開方向に回転駆動するときの安全性を確保する必要がある。
【０００８】
一方、例えば重い物を把持しようとしてハンド部が閉方向に回転駆動する場合、ハンド部に大きな負荷が作用することになるが、このような場合にクラッチ機構によってハンド部への駆動力の伝達が減少されると、重い物を把持することができない。つまり、ハンド部が閉方向に回転駆動するときの指先力を確保する必要もある。
【０００９】
本発明の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、高い安全性と大きな指先力を確保できるロボットハンドの挟み込み軽減機構とそれを用いたロボットハンドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態に係るロボットハンドの挟み込み軽減機構は、駆動機構から伝達される駆動力によって開閉する一対のハンド部を備えるロボットハンドの挟み込み軽減機構であって、前記ハンド部が開方向に回転駆動するときのみ、前記ハンド部に所定の大きさの負荷が作用すると、前記駆動機構から前記ハンド部への駆動力の伝達を減少させる過負荷軽減機構を備える。
【００１１】
前記過負荷軽減機構は、前記ハンド部又は前記ハンド部が連結される被連結部材の一方の端部に設けられた第１の回転軸と、他方の端部に設けられた前記駆動機構の第２の回転軸との間に、前記駆動機構の駆動力を前記第１の回転軸に伝達可能に配置された弾性部材と、前記第１の回転軸に連結された第１の突出部と、前記第２の回転軸に連結された第２の突出部と、を備え、前記ハンド部が閉方向に回転駆動するとき、前記第１の突出部と前記第２の突出部とが接触して、前記駆動機構の駆動力を前記ハンド部に伝達しつつ、外力による前記ハンド部の開方向への回転動作を拘束し、前記ハンド部が開方向に回転駆動するとき、前記第１の突出部と前記第２の突出部とが離間可能な状態となり、前記弾性部材を介して前記駆動機構の駆動力を前記ハンド部に伝達しつつ、外力による前記ハンド部の閉方向への回転動作を許容すること、が好ましい。
【００１２】
前記過負荷軽減機構は、前記ハンド部が連結される被連結部材に搭載された前記駆動機構の回転軸に、当該回転軸から前記駆動機構の駆動力が伝達可能に設けられた第１の歯車と、前記第１の歯車と噛み合わされ、前記ハンド部の回転軸に回転可能に設けられた第２の歯車と、前記第２の歯車に設けられた突出部と、前記突出部が内部に配置され、前記ハンド部の端部に形成された切り欠き部と、一端が前記第２の歯車に係合され、他端が前記ハンド部に係合された弾性部材と、を備え、前記ハンド部が閉方向に回転駆動するとき、前記突出部と前記切り欠き部の端面とが接触して、前記駆動機構の駆動力を前記ハンド部に伝達しつつ、外力による前記ハンド部の開方向への回転動作を拘束し、前記ハンド部が開方向に回転駆動するとき、前記突出部が前記切り欠き部内を移動可能な状態となり、前記弾性部材を介して前記駆動機構の駆動力を前記ハンド部に伝達しつつ、外力による前記ハンド部の閉方向への回転動作を許容すること、が好ましい。
【００１３】
前記弾性部材は、外力によって前記ハンド部を閉方向に回転動作させた際における前記突出部の前記切り欠き部内の位置から、前記突出部を前記切り欠き部内の所定の位置に復帰させること、が好ましい。
前記ハンド部が開方向に回転駆動する際の前記ハンド部の回転量を検出する検出部を備えること、が好ましい。
【００１４】
前記過負荷軽減機構は、食い違い歯車の一方の歯車であって、前記ハンド部の回転軸に設けられた第１の歯車と、前記食い違い歯車の他方の歯車であって、前記第１の歯車と噛み合わされて前記駆動機構の駆動力を前記ハンド部に伝達し、前記ハンド部が連結される被連結部材の内部において長手方向に移動可能に配置された第２の歯車と、前記被連結部材の内部において、前記第２の歯車を被覆し、前記第２の歯車の移動に倣って移動する被覆部材と、前記被覆部材と、前記被連結部材の一方の内側面との間であって、前記第２の歯車の長手方向に配置された第１の弾性部材と、を備え、前記ハンド部が閉方向に回転駆動するとき、前記第２の歯車は前記第１の弾性部材を介して前記被連結部材の一方の内側面に反力をとって、前記駆動機構の駆動力を前記第１の歯車に伝達し、且つ前記被覆部材が前記被連結部材の他方側の内側面に接触して、外力による前記ハンド部の開方向への回転動作を拘束し、前記ハンド部が開方向に回転駆動するとき、前記被覆部材と前記被連結部材の他方側の内側面とが接触して、前記第２の歯車は前記被連結部材の他方側の内側面に反力をとって、前記駆動機構の駆動力を前記第１の歯車に伝達し、且つ前記第１の弾性部材の収縮によって、外力による前記ハンド部の閉方向への回転動作を許容すること、が好ましい。
【００１５】
前記被覆部材と、前記被連結部材の他方の内側面との間であって、前記第２の歯車の長手方向に配置された第２の弾性部材を備え、前記第２の弾性部材の弾性係数は、前記第１の弾性部材の弾性係数より大きいこと、が好ましい。
前記第２の歯車の移動量を検出する検出部を備えること、が好ましい。
【００１６】
前記駆動機構は、前記ハンド部が連結される被連結部材に搭載されており、前記駆動機構は、駆動源と、前記駆動源の回転軸に設けられた第１のプーリと、前記ハンド部の回転軸に設けられた第２のプーリと、前記第１のプーリと前記第２のプーリとに渡されたベルトと、を備え、前記過負荷軽減機構は、前記ハンド部が開方向に回転駆動するときに、前記ベルトにおける負荷が作用する側の前記第１のプーリと前記第２のプーリとの間に配置されていること、が好ましい。
【００１７】
前記過負荷軽減機構は、前記ベルトの両端部を挟み込む一組の板材と、前記一組の板材に挟み込み力を付与する付与機構と、を備え、前記付加機構は、前記ハンド部が開方向に回転駆動するとき、前記ハンド部に所定の大きさの負荷が作用すると、前記一組の板材における前記ベルトの端部の挟み込み状態が破綻するように、前記一組の板材を挟み込むこと、が好ましい。
前記板材に対する前記ベルトの変位を検出する検出部を備えること、が好ましい。
【００１８】
前記過負荷軽減機構は、磁気継手であって、前記磁気継手は、前記ハンド部が開方向に回転駆動するとき、前記ハンド部に所定の大きさの負荷が作用すると、前記磁気継手の接合関係が破綻すること、が好ましい。
【００１９】
前記過負荷軽減機構は、弾性部材であって、前記弾性部材は、前記ハンド部が開方向に回転駆動するとき、前記ハンド部に所定の大きさの負荷が作用すると、前記ハンド部の閉方向への回転動作を許容すること、が好ましい。
【００２０】
前記ハンド部は、前記駆動機構の駆動力が伝達される第１のリンク部と、前記第１のリンク部に前記過負荷軽減機構を介して連結される第２のリンク部と、を備え、前記過負荷軽減機構は、前記第２のリンク部に所定の大きさの負荷が作用すると、前記第２のリンク部の閉方向への回転動作を許容するように、与圧が与えられたボールジョイントと、前記第２のリンクの開方向への回転動作を所定の角度以下に拘束するストッパーと、を備えること、が好ましい。
前記第２のリンク部を元位置に復帰させる復帰部材を備えること、が好ましい。
前記第１のリンク部に対する前記第２のリンク部の閉方向への回転量を検出する検出部を備えること、が好ましい。
【００２１】
本発明の一形態に係るロボットハンドは、上述のロボットハンドの挟み込み軽減機構を備える。
【発明の効果】
【００２２】
以上、説明したように、本発明によると、高い安全性と大きな指先力を確保できるロボットハンドの挟み込み軽減機構とそれを用いたロボットハンドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る実施の形態１のロボットハンドを概略的に示す図である。
【図２】（ａ）は図１のII−II矢視断面図である。（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図３】ハンド部の回転量を検出する検出部を備えた、ロボットハンドの挟み込み軽減機構を示す断面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態２のロボットハンドを概略的に示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態２のロボットハンドの挟み込み軽減機構を概略的に示す斜視図である。
【図６】本発明に係る実施の形態２のロボットハンドの挟み込み軽減機構における、弾性部材周辺を概略的に示す拡大図である。
【図７】本発明に係る実施の形態２のロボットハンドの挟み込み軽減機構における、ハンド部が閉方向に回転駆動する際の様子を概略的に示す斜視図である。
【図８】本発明に係る実施の形態２のロボットハンドの挟み込み軽減機構における、ハンド部が閉方向に回転動作する際の様子を概略的に示す斜視図である。
【図９】本発明に係る実施の形態３のロボットハンドを概略的に示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態３のロボットハンドの挟み込み軽減機構を概略的に示す部分断面図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態３のロボットハンドの挟み込み軽減機構における、ハンド部が閉方向に回転駆動する際の様子を概略的に示す図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態３のロボットハンドの挟み込み軽減機構における、ハンド部が閉方向に回転動作する際の様子を概略的に示す図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態４のロボットハンドを概略的に示す図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態４のロボットハンドの挟み込み軽減機構における、過負荷軽減機構を概略的に示す図である。
【図１５】板材に対するベルトの変位を検出する検出部を備えた、過負荷軽減機構を示す図である。
【図１６】本発明に係る実施の形態４のロボットハンドの挟み込み軽減機構における、異なる過負荷軽減機構を概略的に示す図である。
【図１７】本発明に係る実施の形態４のロボットハンドの挟み込み軽減機構における、異なる過負荷軽減機構を概略的に示す図である。
【図１８】本発明に係る実施の形態５のロボットハンドを概略的に示す図である。
【図１９】復帰部材を備えた、ロボットハンドの挟み込み軽減機構を概略的に示す図である。
【図２０】第１のリンク部に対する第２のリンク部の回転量を検出する検出部を備えた、ロボットハンドの挟み込み軽減機構を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００２５】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１に係るロボットハンドの挟み込み軽減機構（以下、単に挟み込み軽減機構と省略する場合がある。）１は、図１及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ハンド部２と当該ハンド部２が連結される被連結部材（例えば基部３。但し、ロボットを構成する他の要素でも良い。）との間での物等の挟み込みを軽減するために、ロボットハンド４に搭載される。
【００２６】
ロボットハンド４は、一般的なロボットハンドを用いることができ、例えばロボットアーム５にＸ軸又はＹ軸と平行な軸回りに回転可能に基部３が連結された構成である。基部３には、当該基部３に搭載されている駆動機構６から伝達される駆動力によって開閉する一対のハンド部２が間隔を開けて連結されている。
【００２７】
但し、ハンド部２は、少なくとも一対備えていれば良く、対の個数は限定されない。なお、本実施の形態のハンド部２は、図１に示す状態を初期状態とする。しかし、ハンド部２の初期状態は、適宜変更することができる。
【００２８】
ハンド部２と基部３との連結部分、即ち関節部分に過負荷軽減機構７が配置されている。この過負荷軽減機構７が、ハンド部２が開方向に回転駆動するときのみ、ハンド部２に所定の大きさの負荷（駆動力や外力）が作用すると、駆動機構６からハンド部２への駆動力の伝達を減少（遮断も含む。）させることで、ハンド部２と基部３との間での物等の挟み込みを軽減する。なお、所定の大きさとしては、例えばハンド部２と基部３との間に物等が挟まった際に、当該物等が損傷しない大きさに設定される。
【００２９】
ここで、ハンド部２と基部３との関節部分の構成を説明する。基部３の筐体３ａには、図２（ａ）に示すように、ハンド部２の端部に形成された回転軸２ａが軸受を介して嵌合されている。回転軸２ａは、根元部分に形成された太径部分２ａ１、太径部分２ａ１より先端部に形成された細径部分２ａ２を有する。細径部分２ａ２の直径は、過負荷軽減機構７の弾性部材７ａを外周に嵌め込むことができるように設定されている。また、細径部分２ａ２の長さは、過負荷軽減機構７の弾性部材７ａの自然長よりも短く設定されている。
【００３０】
さらに基部３の筐体３ａは、ハンド部２の回転軸２ａに駆動力を与える駆動機構６を支持している。駆動機構６は、駆動源の一種である駆動モータ６ａ、減速機６ｂを備える。すなわち、駆動モータ６ａは、例えば図示を省略したロボットの制御装置の制御信号に基づいて動作する。駆動モータ６ａの回転軸は、減速機６ｂの入力側に連結されている。減速機６ｂの出力軸は、ハンド部２の回転軸２ａに連結されている。これにより、ハンド部２は、図１に示すように駆動モータ６ａの駆動力によって開閉方向に回転駆動する。
【００３１】
ちなみに、図２（ａ）では、駆動モータ６ａの回転軸の中心と、減速機６ｂの出力軸の中心と、ハンド部２の回転軸２ａの中心とが、同一線上に配置されているが、本実施の形態を実現するためには、少なくとも減速機６ｂの出力軸の中心と、ハンド部２の回転軸２ａの中心とが、同一線上に配置されていれば良い。
【００３２】
次に、過負荷軽減機構７の構成を説明する。過負荷軽減機構７は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、弾性部材７ａ、第１の突出部７ｂ、第２の突出部７ｃを備えている。
弾性部材７ａは、ハンド部２の回転軸２ａと減速機６ｂの出力軸との間に、減速機６ｂからの駆動力を当該回転軸２ａに伝達可能に配置されている。詳細には、弾性部材７ａは、圧縮した状態から復元力を発現する、コイルバネ等の部材である。弾性部材７ａは、ハンド部２における回転軸２ａの細径部分２ａ２の外周に嵌め込まれている。弾性部材７ａは、被覆部材８によって覆われている。
【００３３】
被覆部材８は、内部に被覆部材８を格納するのに十分な空間を有するカップ形状に形成されている。被覆部材８の底部外面は、減速機６ｂの出力軸に連結されている。一方、被覆部材８の底部内面は、弾性部材７ａと接触している。
【００３４】
つまり、弾性部材７ａの一方の端部は、ハンド部２の回転軸２ａにおける太径部分２ａ１と細径部分２ａ２との段差部分に接触し、他方の端部が被覆部材８の底部内面に接触することになる。
【００３５】
ここで、ハンド部２を開方向に回転駆動させるとき、減速機６ｂからの駆動力がハンド部２の回転軸２ａに伝達されるように、弾性部材７ａの他方の端部が被覆部材８の底部内面に押され、弾性部材７ａが圧縮した状態で、一方の端部がハンド部２の回転軸２ａにおける太径部分２ａ１と細径部分２ａ２との段差部分に押し付けられる。すなわち、ハンド部２を開方向に回転駆動させるとき、減速機６ｂからの駆動力が被覆部材８の底部から弾性部材７ａを介してハンド部２の回転軸２ａに伝達されるように、弾性部材７ａの圧縮力が設定される。
【００３６】
その一方で、ハンド部２を開方向に回転駆動させるとき、ハンド部２と基部３との間で物等の挟み込みが生じて、ハンド部２、ひいては関節部分に所定の大きさの負荷が作用すると、弾性部材７ａの一方の端部とハンド部２の回転軸２ａにおける太径部分２ａ１と細径部分２ａ２との段差部分との間、又は弾性部材７ａの他方の端部と被覆部材８の底部内面との間で滑りが生じて、ハンド部２に伝達される開方向への駆動力が減少するように弾性部材７ａの圧縮力が設定される。
【００３７】
第１の突出部７ｂは、ハンド部２の回転軸２ａにおける太径部分２ａ１に設けられている。第１の突出部７ｂは、ハンド部２の回転軸２ａの中心から外方に向かって突出する。第１の突出部７ｂは、ハンド部２の初期状態で第２の突出部７ｃと接触する。
【００３８】
第２の突出部７ｃは、図２（ｂ）に示すように、被覆部材８の開口部側の端面に設けられている。第２の突出部７ｃは、ハンド部２の回転軸２ａと略平行に形成され、減速機６ｂと逆側に突出する。第２の突出部７ｃは、ハンド部２の初期状態で第１の突出部７ｂより当該ハンド部２の開方向に配置されている。つまり、図２（ｂ）は、ハンド部２が初期状態における第１の突出部７ｂと第２の突出部７ｃとの配置関係を示している。
【００３９】
これにより、ハンド部２を閉方向に回転駆動させるとき、減速機６ｂからの駆動力は被覆部材８の第２の突出部７ｃを介して回転軸２ａの第１の突出部７ｂに伝達され、ハンド部２が閉方向に回転駆動する。
【００４０】
このような構成の挟み込み軽減機構１は、以下のように動作する。ハンド部２が閉方向に回転駆動するとき、第１の突出部７ｂと第２の突出部７ｃとが接触して減速機６ｂからの駆動力をハンド部２に伝達する。
【００４１】
このとき、外力によってハンド部２が開方向に動作しようとしても、第１の突出部７ｂが第２の突出部７ｃに接触して、ハンド部２の開方向への回転は殆ど拘束される。つまり、ハンド部２で把持対象物を把持する際に、外力によってハンド部２が開方向に逃げてしまうことがなく、ハンド部２に大きな指先力を発生させることが可能である。
【００４２】
一方、ハンド部２が開方向に回転駆動するとき、弾性部材７ａを介して減速機６ｂからの駆動力をハンド部２に伝達する。すなわち、ハンド部２が開方向に回転駆動するとき、第１の突出部７ｂと第２の突出部７ｃとが離間しようとするので、第１の突出部７ｂと第２の突出部７ｃとの接触状態が解除される。
【００４３】
このとき、ハンド部２と基部３との間に物等が挟まっても、上述のように弾性部材７ａの一方の端部とハンド部２の回転軸２ａにおける太径部分２ａ１と細径部分２ａ２との段差部分との間、又は弾性部材７ａの他方の端部と被覆部材８の底部内面との間で滑りが生じるので、ハンド部２に伝達される開方向への駆動力が減少する。
【００４４】
しかも、弾性部材７ａの一方の端部とハンド部２の回転軸２ａにおける太径部分２ａ１と細径部分２ａ２との段差部分との間、又は弾性部材７ａの他方の端部と被覆部材８の底部内面との間で滑りが生じる構成とされているので、外力（例えば人の力）によりハンド部２を閉方向に回転させることができ、ハンド部２と基部３との間に挟まった物等を容易に排除することができる。つまり、ハンド部２と基部３との間に物等が挟まっても、物等を強く挟み込むことがなく、しかも容易に排除することができるので、安全性が高い。
このように、本実施の形態の挟み込み軽減機構１は、高い安全性と大きな指先力を確保できる。
【００４５】
ちなみに、図３に示すように、ハンド部２と基部３との関節部分に、冶具９を介して角度検出センサ１０を設けることが好ましい。角度検出センサ１０としては、例えばエンコーダやポテンションメータ等を用いることができる。角度検出センサ１０は、少なくとも駆動モータ６ａの駆動力によってハンド部２が開方向に回転駆動する際の、ハンド部２の回転量を検出し、図示を省略したロボットの制御装置に出力する。制御装置には、予め駆動モータ６ａの回転数等とハンド部２の回転量との関係が格納されている。制御装置は、当該関係と、ハンド部２を開方向に回転駆動させる際の駆動モータ６ａの回転数等とに基づいて、本来、回転しているはずであるハンド部２の回転量を算出する。そして、制御装置は、算出したハンド部２の回転量と、角度検出センサ１０から入力されるハンド部２の回転量とを比較する。このとき、ハンド部２と基部３との間に物等が挟まって、ハンド部２の開方向への回転駆動が阻害されると、算出したハンド部２の回転量の方が、角度検出センサ１０から入力されるハンド部２の回転量より大きくなる。そこで、制御装置は、このような比較結果となると、駆動モータ６ａの駆動を停止、又はハンド部２を閉方向に回転駆動させる。これにより、安全性をより向上させることができる。
【００４６】
＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２に係るロボットハンドの挟み込み軽減機構１１も、図４及び図５に示すように、ハンド部１２と当該ハンド部１２が連結される被連結部材（例えば基部１３。但し、ロボットを構成する他の要素でも良い。）との間での物等の挟み込みを軽減するために、ロボットハンド１４に搭載される。
【００４７】
ここで、ロボットハンド１４も、一般的なロボットハンドを用いることができ、例えばロボットアーム１５にＸ軸又はＹ軸と平行な軸回りに回転可能に基部１３が連結された構成である。基部１３には、当該基部１３に搭載されている駆動機構１６から伝達される駆動力によって開閉する一対のハンド部１２が間隔を開けて連結されている。
【００４８】
但し、ハンド部１２は、少なくとも一対備えていれば良く、対の個数は限定されない。なお、本実施の形態のハンド部１２は、図４に示す状態を初期状態とする。しかし、ハンド部２の初期状態は、適宜変更することができる。
【００４９】
ハンド部１２と基部１３との関節部分に過負荷軽減機構１７が配置されている。この過負荷軽減機構１７が、ハンド部１２が開方向に回転駆動するときのみ、ハンド部１２に所定の大きさの負荷が作用すると、駆動機構１６からハンド部１２への駆動力の伝達を減少させることで、ハンド部１２と基部１３との間での物等の挟み込みを軽減する。
【００５０】
ここで、ハンド部１２と基部１３との関節部分の構成を説明する。基部１３の筐体１３ａ内には、駆動機構１６が内蔵されている。駆動機構１６は、図５に示すように、駆動モータ（図示を省略）の駆動力を歯車列によって伝達する構成とされている。駆動機構１６の最も出力側の歯車１６ａには、回転軸１６ｂが通されて接合されている。歯車１６ａに伝達された駆動力は回転軸１６ｂに伝達される。回転軸１６ｂは、筐体１３ａに軸受（図示を省略）を介して回転可能に支持されている。一方、ハンド部１２の回転軸１２ａは、回転軸１６ｂの近傍に当該回転軸１６ｂと略平行に配置され、基部１３の筐体１３ａに設けられている。この駆動機構１６の回転軸１６ｂとハンド部１２の回転軸１２ａとの間に、駆動モータの駆動力を伝達可能に過負荷軽減機構１７が配置されている。
【００５１】
次に、過負荷軽減機構１７の構成を説明する。過負荷軽減機構１７は、図５及び図６に示すように、第１の歯車１７ａ、第２の歯車１７ｂ、突出部１７ｃ、切り欠き部１７ｄ、弾性部材１７ｅを備える。なお、図６では第２の歯車１７ｂを省略して示している。
【００５２】
第１の歯車１７ａは、回転軸１６ｂに設けられている。つまり、第１の歯車１７ａには、駆動機構１６の回転軸１６ｂが通されて接合されている。そのため、歯車１６ａの回転と同じく歯車１７ａも回転する。第２の歯車１７ｂは、第１の歯車１７ａに噛み合わされている。第２の歯車１７ｂは、ハンド部１２の回転軸１２ａに回転可能に支持されている。
【００５３】
突出部１７ｃは、第２の歯車１７ｂの両平面（歯が形成されていない面）のいずれか一方の面から突出する。切り欠き部１７ｄは、ハンド部１２の回転軸１２ａ側の端部に形成されている。切り欠き部１７ｄ内には、突出部１７ｃが配置されている。切り欠き部１７ｄは、回転軸１２ａを中心とする略円弧状に形成されている。切り欠き部１７ｄは、ハンド部１２が図４に示す初期状態で、閉方向側の端面が突出部１７ｃに略接触するように形成されている。また、切り欠き部１７ｄは、ハンド部１２と基部１３との間に物等が挟まれたときに、駆動機構１６からの駆動力を逃がし、且つ当該物等をハンド部１２と基部１３との間から排除するために当該ハンド部１２を閉方向に回転させるために、突出部１７ｃが当該切り欠き部１７ｄ内を移動できるように形成されている。
【００５４】
弾性部材１７ｅは、図６に示すように捩じりバネである。本実施の形態の弾性部材１７ｅは、第２の歯車１７ｂ内に格納されている。弾性部材１７ｅの一方の端部は、第２の歯車１７ｂに形成された係止部（図示を省略）に係止されている。弾性部材１７ｅの他方の端部は、ハンド部１２に係止されている。弾性部材１７ｅは、ハンド部１２が図４に示す初期状態で、自然状態（即ち、復元力が発現していない状態）となるように調整される。
【００５５】
このような構成の挟み込み軽減機構１１は、以下のように動作する。ハンド部１２が閉方向に回転駆動するとき、駆動機構１６の駆動力を第１の歯車１７ａを介して第２の歯車１７ｂに伝達する。第２の歯車１７ｂはハンド部１２の閉方向に回転して、図７に示すように、突出部１７ｃが切り欠き部１７ｄの閉方向側の端面に接触し、第２の歯車１７ｂに伝達された駆動力を、突出部１７ｃを介してハンド部１２に伝達する。但し、図７も第２の歯車１７ｂを省略して示している。
【００５６】
このように、突出部１７ｃが切り欠き部１７ｄの閉方向側の端面に接触するので、外力によってハンド部１２が開方向に動作しようとしても、ハンド部１２の開方向への回転は殆ど拘束される。つまり、ハンド部１２で把持対象物を把持する際に、ハンド部１２が外力によって開方向に逃げてしまうことがなく、ハンド部１２に大きな指先力を発生させることが可能である。
【００５７】
一方、ハンド部１２が開方向に回転駆動するとき、駆動機構１６の駆動力を第１の歯車１７ａを介して第２の歯車１７ｂに伝達する。第２の歯車１７ｂはハンド部１２の開方向に回転する。それに伴い、第２の歯車１７ｂにおけるハンド部１２の開方向の回転に倣うように弾性部材１７ｅが捻じれ、第２の歯車１７ｂに伝達された駆動力を、弾性部材１７ｅを介してハンド部１２に伝達する。
【００５８】
このとき、ハンド部１２と基部１３との間に物等が挟まると、図８に示すように、突出部１７ｃは切り欠き部１７ｄの閉方向側の端面から離間するように、切り欠き部１７ｄ内を移動する。これにより、ハンド部１２に伝達される開方向への駆動力が減少される。
【００５９】
しかも、挟まった物等をハンド部１２と基部１３との間から排除しようとして、外力によってハンド部１２を閉方向に回転させるとき、突出部１７ｃを切り欠き部１７ｄの閉方向側の端面から離間するように、切り欠き部１７ｄ内を移動させることができる。そのため、ハンド部１２と基部１３との間に挟まった物等を容易に排除することができる。つまり、ハンド部１２と基部１３との間に物等が挟まっても、物等を強く挟み込むことがなく、しかも容易に排除することができるので、安全性が高い。
【００６０】
さらに、挟まった物等をハンド部１２と基部１３との間から排除した後は、弾性部材１７ｅが復元力を発現するので、突出部１７ｃを切り欠き部１７ｄ内におけるハンド部１２と基部１３との間に物等が挟まる以前の位置、即ち切り欠き部１７ｄの閉方向側の端面に略接触した、初期状態に復帰させることができる。
このように、本実施の形態の挟み込み軽減機構１１は、高い安全性と大きな指先力を確保できる。
【００６１】
ちなみに、図示を省略するが、ハンド部１２と当該ハンド部１２の回転軸１２ａとの間に角度検出センサを配置することが好ましい。角度検出センサとしては、例えばエンコーダやポテンションメータ等を用いることができる。角度検出センサは、駆動モータの駆動力によってハンド部１２が開方向に回転駆動する際の、回転軸１２ａに対するハンド部１２の回転量を検出し、図示を省略したロボットの制御装置に出力する。制御装置には、予め駆動モータの回転数等と回転軸１２ａに対するハンド部１２の回転量との関係が格納されている。制御装置は、当該関係と、ハンド部１２を開方向に回転駆動させる際の駆動モータの回転数等とに基づいて、本来、回転しているはずであるハンド部１２の回転量を算出する。そして、制御装置は、算出したハンド部１２の回転量と、角度検出センサから入力されるハンド部１２の回転量とを比較する。このとき、ハンド部１２と基部１３との間に物等が挟まって、ハンド部１２の開方向への回転駆動が阻害されると、算出したハンド部１２の回転量の方が、角度検出センサから入力されるハンド部１２の回転量より大きくなる。そこで、制御装置は、このような比較結果となると、駆動モータの駆動を停止、又はハンド部１２を閉方向に回転駆動させる。これにより、安全性をより向上させることができる。
【００６２】
＜実施の形態３＞
本発明の実施の形態３に係るロボットハンドの挟み込み軽減機構２１も、図９及び図１０に示すように、ハンド部２２と当該ハンド部２２が連結される（例えば基部２３。但し、ロボットを構成する他の要素でも良い。）との間での物等の挟み込みを軽減するために、ロボットハンド２４に搭載される。ちなみに、図９に示すロボットハンド２４は、ロボットアーム２５と連続するようにカバー部材によって覆われている。
【００６３】
ロボットハンド２４も、一般的なロボットハンドを用いることができ、例えばロボットアーム２５に基部２３が連結された構成である。基部２３には、当該基部２３に搭載されている駆動機構２６から伝達される駆動力によって開閉する一対のハンド部２２が間隔を開けて連結されている。このとき、図示は省略するが、ハンド部２２が基部２３に対して開閉可能に、ハンド部２２と基部２３とが連結部材によって連結されている。
【００６４】
但し、ハンド部２２は、少なくとも一対備えていれば良く、対の個数は限定されない。なお、本実施の形態のハンド部２２は、図９に示す状態を初期状態とする。しかし、ハンド部２２の初期状態は、適宜変更することができる。
【００６５】
ハンド部２２と基部２３との関節部分に過負荷軽減機構２７が配置されている。この過負荷軽減機構２７が、ハンド部２２が開方向に回転駆動するときのみ、ハンド部２２に所定の大きさの負荷が作用すると、駆動機構２６からハンド部２２への駆動力の伝達を減少させることで、ハンド部２２と基部２３との間での物等の挟み込みを軽減する。
【００６６】
ここで、駆動機構２６の構成を説明する。駆動機構２６は、基部２３の筐体２３ａに支持されている。駆動機構２６は、駆動源である駆動モータ２６ａ、減速機２６ｂ、第１のプーリ２６ｃ、第２のプーリ２６ｄ、ベルト２６ｅを備えている。
【００６７】
駆動モータ２６ａの回転軸は、減速機２６ｂの入力側に連結されている。減速機２６ｂの出力軸には、第１のプーリ２６ｃが設けられている。
第１のプーリ２６ｃと第２のプーリ２６ｄとには、無端体であるベルト２６ｅが渡されている。第２のプーリ２６ｄは、後述する過負荷軽減機構２７における第２の歯車２７ｂの回転軸２７ｂ１に設けられている。これにより、駆動モータ２６ａの駆動力は、減速機２６ｂ、第１のプーリ２６ｃ、ベルト２６ｅ、第２のプーリ２６ｄを介して第２の歯車２７ｂに伝達される。
【００６８】
ちなみに、第２のプーリ２６ｄの幅寸法Ｔは、第２のプーリ２６ｄの外周面をベルト２６ｅが摺動して、後述する第２の歯車２７ｂの軸方向への移動を許容できるように設定されている。
【００６９】
次に、過負荷軽減機構２７の構成を説明する。過負荷軽減機構２７は、図１０に示すように、第１の歯車２７ａ、第２の歯車２７ｂ、被覆部材２７ｃ、弾性部材２７ｄを備える。第１の歯車２７ａは、第２の歯車２７ｂとで食い違い歯車を構成する、ウォームホイールである。
【００７０】
第１の歯車２７ａは、ハンド部２２における筐体２２ｂの端部に設けられた回転軸２２ａに連結されている。この回転軸２２ａの端部は、第１の歯車２７ａから伝達される駆動力をハンド部２２に伝達できるように、ハンド部２２の筐体２２ｂに接合されている。
【００７１】
第１の歯車２７ａは、ハンド部２２の端部に形成された開口部２２ｂ１から露出し、第２の歯車２７ｂに噛み合わされている。この開口部２２ｂ１は、第１の歯車２７ａを第２の歯車２７ｂに噛み合わせることができ、且つハンド部２２の開閉方向への回転を阻害しないように、ハンド部２２の筐体２２ｂに形成されている。
【００７２】
第２の歯車２７ｂは、ウォームギアである。第２の歯車２７ｂの歯車部分は、基部２３の筐体２３ａ内に格納されている。第２の歯車２７ｂの歯車部分は、基部２３の筐体２３ａに形成された開口部２３ａ１から露出し、第１の歯車２７ａと噛み合わされている。この開口部２３ａ１は、駆動モータ２６ａの駆動力によってハンド部２２を回転駆動させるとき、第１の歯車２７ａと第２の歯車２７ｂとを噛み合わせることができ、且つ外力よってハンド部２２を閉方向に回転させるときに第２の歯車２７ｂが軸方向に移動しても、第１の歯車２７ａと第２の歯車２７ｂとを噛み合わせることができるように、基部２３の筐体２３ａに形成されている。
第２の歯車２７ｂの回転軸２７ｂ１は、基部２３の筐体２３ａから突出する。第２の歯車２７ｂの回転軸２７ｂ１には、第２のプーリ２６ｄが設けられている。第２の歯車２７ｂの歯車部分は、被覆部材２７ｃで覆われている。
【００７３】
被覆部材２７ｃは、内部に第２の歯車２７ｂの歯車部分を格納することが可能な空間を有する。被覆部材２７ｃは、基部２３の筐体２３ａ内で第２の歯車２７ｂが軸方向に移動することができるように、第２の歯車２７ｂの歯車部分を覆う。詳細には、被覆部材２７ｃの長手方向に配置された一方の端部２７ｃ１には、軸受２８ａを介して第２の歯車２７ｂの先端軸が嵌合されている。被覆部材２７ｃの長手方向に配置された他方の端部２７ｃ２には、軸受２８ｂを介して第２の歯車２７ｂにおける回転軸２７ｂ１の根元部分が通されている。
【００７４】
被覆部材２７ｃには、第２の歯車２７ｂの歯車２７ｂ２を露出させるために、開口部２７ｃ３が形成されている。この開口部２７ｃ３は、駆動モータ２６ａの駆動力によってハンド部２２を回転駆動させるとき、第１の歯車２７ａと第２の歯車２７ｂとを噛み合わせることができ、且つ外力よってハンド部２２を閉方向に回転させるときに第２の歯車２７ｂが軸方向に移動しても、第１の歯車２７ａと第２の歯車２７ｂとを噛み合わせることができるように、被覆部材２７ｃに形成されている。
【００７５】
つまり、ハンド部２２の筐体２２ｂの開口部２２ｂ１と、基部２３の筐体２３ａの開口部２３ａ１と、被覆部材２７ｃの開口部２７ｃ３とは、駆動モータ２６ａの駆動力によってハンド部２２を回転駆動させるときに、第１の歯車２７ａと第２の歯車２７ｂとを噛み合わせることができ、且つ外力よってハンド部２２を閉方向に回転させるときに第２の歯車２７ｂが軸方向に移動しても、第１の歯車２７ａと第２の歯車２７ｂとを噛み合わせることができるように、配置されている。
【００７６】
このような被覆部材２７ｃにおける端部２７ｃ２の外面は、ハンド部２２の初期状態において、基部２３の筐体２３ａにおける第２の歯車２７ｂの軸方向に配置される一方の内側面２３ａ２に略接触する。そして、被覆部材２７ｃにおける端部２７ｃ１の外面と、基部２３の筐体２３ａにおける第２の歯車２７ｂの軸方向に配置される他方の内側面２３ａ３との間には、弾性部材２７ｄが配置されている。
【００７７】
ちなみに、被覆部材２７ｃにおける端部２７ｃ１の外面には、弾性部材２７ｄを固定する突出部２９ａを形成し、対応するように基部２３の筐体２３ａの他方の内側面２３ａ３にも突出部２９ｂを形成することが好ましい。弾性部材２７ｄの両端部をそれぞれ、突出部２９ａ、２９ｂに嵌合することで、第２の歯車２７ｂが軸方向に移動する際に弾性部材２７ｄの位置がずれることがない。
【００７８】
弾性部材２７ｄは、圧縮した状態から復元力を発現する、コイルバネ等の部材である。弾性部材２７ｄの弾性係数やバネレートは、外力によってハンド部２２を閉方向に回転させて、第２の歯車２７ｂを基部２３の筐体２３ａの内側面２３ａ３に向かって移動させることができ、且つハンド部２２を開方向に回転駆動させる際に、基部２３の筐体２３ａの内側面２３ａ３から反力をとって、第２の歯車２７ｂから第１の歯車２７ａに駆動力が伝達されるように、設定される。
【００７９】
ちなみに、被覆部材２７ｃの外周面と、基部２３の筐体２３ａにおける当該外周面と向かい合う内周面との間に、摺動部材３０を配置することが好ましい。摺動部材３０としては、低摩擦樹脂素材やローラ、リニアガイド、油を塗布した部材等を用いることができる。これにより、基部２３の筐体２３ａ内で被覆部材２７ｃ、ひいては第２の歯車２７ｂを良好に摺動させることができる。
【００８０】
このような構成の挟み込み軽減機構２１は、以下のように動作する。ハンド部２２が閉方向に回転駆動するとき、駆動モータ２６ａの駆動力を、減速機２６ｂ、第１のプーリ２６ｃ、ベルト２６ｅ、第２のプーリ２６ｄを介して第２の歯車２７ｂに伝達する。第２の歯車２７ｂは回転しつつ、弾性部材２７ｄを介して基部２３の筐体２３ａの内側面２３ａ３から反力をとって、第１の歯車２７ａ、ひいてはハンド部２２を閉方向に回転させる。
【００８１】
このとき、被覆部材２７ｃにおける端部２７ｃ２の外面は、図１１に示すように、基部２３の筐体２３ａの内側面２３ａ２に接触しているので、外力によってハンド部２２が開方向に回転しようとしても、ハンド部２２の開方向への回転は殆ど拘束される。つまり、ハンド部２で把持対象物を把持する際に、外力によってハンド部２２が開方向に逃げてしまうことがなく、ハンド部２２に大きな指先力を発生させることが可能である。
【００８２】
一方、ハンド部２２が開方向に回転駆動するとき、駆動モータ２６ａの駆動力を、減速機２６ｂ、第１のプーリ２６ｃ、ベルト２６ｅ、第２のプーリ２６ｄを介して第２の歯車２７ｂに伝達する。第２の歯車２７ｂは回転しつつ、基部２３の筐体２３ａの内側面２３ａ２から反力をとって、第１の歯車２７ａ、ひいてはハンド部２２を開方向に回転させる。
【００８３】
このとき、ハンド部２２と基部２３との間に物等が挟まると、第１の歯車２７ａの回転が略止まり、図１２に示すように、第２の歯車２７ｂが被覆部材２７ｃを介して弾性部材２７ｄを押し込んで、基部２３の筐体２３ａの内側面２３ａ３に向かって移動する。これにより、ハンド部２２に伝達される開方向への駆動力が減少する。
【００８４】
しかも、挟まった物等をハンド部２２と基部２３との間から排除しようとして、外力によってハンド部２２を閉方向に回転させるとき、第１の歯車２７ａにおけるハンド部２２の閉方向への回転が第２の歯車２７ｂに伝達され、第２の歯車２７ｂが被覆部材２７ｃを介して弾性部材２７ｄを押し込んで、基部２３の筐体２３ａの内側面２３ａ３に向かって移動する。この第２の歯車２７ｂの移動に伴って第１の歯車２７ａがハンド部２２の閉方向に回転し、ハンド部２２は閉方向に回転する。
【００８５】
そのため、ハンド部２２と基部２３との間に挟まった物等を容易に排除することができる。つまり、ハンド部２２と基部２３との間に物等が挟まっても、物等を強く挟み込むことがなく、しかも容易に排除することができるので、安全性が高い。
【００８６】
さらに、挟まった物等をハンド部２２と基部２３との間から排除した後は、弾性部材２７ｄが復元力を発現するので、被覆部材２７ｃにおける端部２７ｃ２の外面が基部２３の筐体２３ａの内側面２３ａ２に略接触した、初期状態に復帰させることができる。
このように、本実施の形態の挟み込み軽減機構２１は、高い安全性と大きな指先力を確保できる。
【００８７】
ちなみに、図示を省略するが、被覆部材２７ｃに距離センサを設けることが好ましい。距離センサとしては、例えば光ファイバやレーザを用いた光学式の距離センサ等を用いることができる。このとき、被覆部材２７ｃの内側面２３ａ３（但し、内側面２３ａ２でも良い。）には、距離センサから出射される光等を反射する反射部材が設けられる。距離センサは、第２の歯車２７ｂの軸方向への移動量を検出し、図示を省略したロボットの制御装置に出力する。このとき、ハンド部２２と基部２３との間に物等が挟まって、第１の歯車２７ａの回転が阻害されると、第２の歯車２７ｂが軸方向、即ち基部２３の筐体２３ａの内側面２３ａ３に向かって移動する。そこで、制御装置は、例えば当該移動量が閾値より大きくなると、駆動モータ２６ａの駆動を停止、又はハンド部２２を閉方向に回転駆動させる。これにより、安全性をより向上させることができる。
【００８８】
なお、上記実施の形態では、被覆部材２７ｃにおける端部２７ｃ１の外面と、基部２３における筐体２３ａの内側面２３ａ３との間にのみに弾性部材（第１の弾性部材）２７ｄを配置したが、この限りでない。すなわち、図示を省略するが、被覆部材２７ｃにおける端部２７ｃ２の外面と、基部２３における筐体２３ａの内側面２３ａ２との間にも、第２の弾性部材を配置しても良い。この場合は、第２の弾性部材の弾性係数は、第１の弾性部材の弾性係数より大きく設定される。
【００８９】
また、上記実施の形態では、ウォームギアを構成要素とする食い違い歯車を用いたが、この限りでない。すなわち、図示を省略するが、ネジ歯車やハイポイントギア等を構成要素とする食い違い歯車を用いても、略同様に実施できる。
【００９０】
＜実施の形態４＞
本発明の実施の形態４に係るロボットハンドの挟み込み軽減機構３１も、図１３に示すように、ハンド部３２と当該ハンド部３２が連結される被連結部材（例えば基部３３。但し、ロボットを構成する他の要素でも良い。）との間での物等の挟み込みを軽減するために、ロボットハンド３４に搭載される。
【００９１】
ロボットハンド３４も、一般的なロボットハンドを用いることができ、例えばロボットアーム３５に基部３３が連結された構成である。基部３３には、当該基部３３に搭載されている駆動機構３６から伝達される駆動力によって開閉する一対のハンド部３２が間隔を開けて連結されている。
【００９２】
但し、ハンド部３２は、少なくとも一対備えていれば良く、対の個数は限定されない。なお、図１３では、一方のハンド部３２の駆動機構３６のみを図示しており、他方のハンド部３２の駆動機構３６の図示を省略している。
【００９３】
ここで、ハンド部３２と基部３３との関節部分及び駆動機構３６の構成を説明する。ハンド部３２の根元部分には、回転軸３２ａが設けられている。回転軸３２ａは、基部３３に軸受等を介して回転可能に連結されている。この回転軸３２ａに駆動機構３６から駆動力が伝達されることで、ハンド部３２が回転駆動する。
【００９４】
駆動機構３６は、基部３３内に格納されている。駆動機構３６は、駆動源である駆動モータ３６ａ、減速機（図示を省略）、第１のプーリ３６ｂ、第２のプーリ３６ｃ、ベルト３６ｄを備えている。
【００９５】
駆動モータ３６ａの回転軸は、減速機の入力側に連結されている。減速機の出力軸には、第１のプーリ３６ｂが設けられている。第２のプーリ３６ｃは、ハンド部３２の回転軸３２ａに設けられている。第１のプーリ３６ｂと第２のプーリ３６ｃとには、ベルト３６ｄが渡されている。これにより、駆動モータ３６ａの駆動力が、減速機、第１のプーリ３６ｂ、ベルト３６ｄ、第２のプーリ３６ｃを介してハンド部３２に伝達される。本実施の形態では、一対のハンド部３２の間に駆動モータ３６ａが配置されているので、駆動モータ３６ａからハンド部３２に伝達される閉方向への駆動力は、ベルト３６ｄにおける第１のプーリ３６ｂと第２のプーリ３６ｃとの間の一方の部分である、基部３３の外方側の部分Ｍで伝達される。一方、駆動モータ３６ａからハンド部３２に伝達される開方向への駆動力は、ベルト３６ｄにおける第１のプーリ３６ｂと第２のプーリ３６ｃとの間の他方の部分である、基部３３の内方側の部分Ｎで伝達される。
【００９６】
ベルト３６ｄには、ハンド部３２が開方向に回転駆動するときに、負荷が作用する側の第１のプーリ３６ｂと第２のプーリ３６ｃとの間の部分、即ち当該部分Ｎに過負荷軽減機構３７が配置されている。ちなみに、ベルト３６ｄの当該部分Ｎの長さ、ひいては第１のプーリ３６ｂと第２のプーリ３６ｃとの間隔などは、ハンド部３２が開方向及び閉方向に回転したときに、過負荷軽減機構３７が第１のプーリ３６ｂ又は第２のプーリ３６ｃに干渉しないように設定される。
【００９７】
次に、過負荷軽減機構３７の構成を説明する。過負荷軽減機構３７は、ハンド部３２が開方向に回転駆動するときのみ、ハンド部３２に所定の大きさの負荷が作用すると、駆動機構３６からハンド部３２への駆動力の伝達を減少させることで、ハンド部３２と基部３３との間での物等の挟み込みを軽減する。
【００９８】
具体的に云うと、過負荷軽減機構３７は、図１４に示すように、一組の板材３７ａ、当該一組の板材３７ａに挟み込み力を付加する付加機構３７ｂを備える。一組の板材３７ａは、ベルト３６ｄの両端部を挟み込んでいる。このとき、ベルト３６ｄの両端部は、間隔を開けて板材３７ａに挟み込まれる。一方の板材３７ａにおける当該間隔部分には、付加機構３７ｂが通される貫通孔（図示を省略）が形成されている。他方の板材３７ａにおける当該間隔部分には、付加機構３７ｂの先端部に形成された雄ネジ部が捻じ込まれる雌ネジ部（図示を省略）が形成されている。
【００９９】
付加機構３７ｂは、ボルト等の締結部材である。付加機構３７ｂは、一方の板材３７ａにおける当該間隔部分の貫通孔に通され、その先端の雄ネジ部が他方の板材３７ａにおける当該間隔部分の雌ネジ部に捻じ込まれる。但し、付加機構３７ｂは、一組の板材３７ａを挟み込むことができる機構であれば良い。
【０１００】
このとき、付加機構３７ｂは、ハンド部３２が開方向に回転駆動するとき、ハンド部３２に所定の大きさの負荷が作用すると、一組の板材３７ａにおけるベルト３６ｄの端部の挟み込み状態が破綻するように、一組の板材３７ａを挟み込む。
【０１０１】
このような構成の挟み込み軽減機構３１は、以下のように動作する。ハンド部３２が閉方向に回転駆動するとき、駆動モータ３６ａの駆動力を、減速機、第１のプーリ３６ｂ、ベルト３６ｄ、第２のプーリ３６ｃを介してハンド部３２に伝達し、当該ハンド部３２を閉方向に回転させる。
【０１０２】
このとき、ベルト３６ｄの部分Ｍは、第１のプーリ３６ｂと第２のプーリ３６ｃとの間で張った状態であるので、外力によってハンド部３２が開方向に回転しようとしても、ハンド部３２の開方向への回転は殆ど拘束される。つまり、ハンド部３２で把持対象物を把持する際に、外力によってハンド部３２が開方向に逃げてしまうことがなく、ハンド部３２に大きな指先力を発生させることが可能である。
【０１０３】
一方、ハンド部３２が開方向に回転駆動するとき、駆動モータ３６ａの駆動力を、減速機、第１のプーリ３６ｂ、ベルト３６ｄ、第２のプーリ３６ｃを介してハンド部３２に伝達し、当該ハンド部３２を開方向に回転させる。
【０１０４】
このとき、ハンド部３２と基部３３との間に物等が挟まって、ハンド部３２に所定の大きさの負荷が作用すると、張った状態のベルト３６ｄの部分Ｎは強く引っ張られ、一組の板材３７ａにおけるベルト３６ｄの端部の挟み込み状態が破綻する。これにより、駆動モータ３６ａからのハンド部３２の開方向への駆動力が遮断される。
【０１０５】
しかも、ハンド部３２に所定の大きさの負荷が作用すると、一組の板材３７ａにおけるベルト３６ｄの端部の挟み込み状態が破綻するので、ハンド部３２と基部３３との間に挟まった物等を容易に排除することができる。つまり、ハンド部３２と基部３３との間に物等が挟まっても、物等を強く挟み込むことがなく、しかも容易に排除することができるので、安全性が高い。
このように、本実施の形態の挟み込み軽減機構３１は、高い安全性と大きな指先力を確保できる。
【０１０６】
ちなみに、図１５に示すように、板材３７ａに距離センサ３８を設けることが好ましい。距離センサ３８としては、例えば光ファイバやレーザを用いた光学式の距離センサ等を用いることができる。このとき、ベルト３６ｄの部分Ｍにおける板材３７ａを挟んで第１のプーリ３６ｂ側には、距離センサから出射される光等を反射する反射部材３９が設けられる。距離センサ３８は、板材３７ａに対するベルト３６ｄの移動量（間隔）を検出し、図示を省略したロボットの制御装置に出力する。このとき、ハンド部３２と基部３３との間に物等が挟まって、ハンド部３２の回転が阻害されると、ベルト３６ｄの部分Ｍは強く引っ張られ、板材３７ａに対するベルト３６ｄの移動量が大きくなる。そこで、制御装置は、当該移動量が閾値より大きくなると、駆動モータ３６ａの駆動を停止、又はハンド部３２を閉方向に回転駆動させる。これにより、安全性をより向上させることができる。
【０１０７】
なお、上記実施の形態の過負荷軽減機構３７は、一組の板材３７ａ、付加機構３７ｂを備える構成であるが、この限りでない。すなわち、図１６に示すように、過負荷軽減機構３７を磁気継手で構成しても良い。このとき、磁気継手の接合力は、ハンド部３２が開方向に回転駆動するとき、ハンド部３２に所定の大きさの負荷が作用すると、当該磁気継手の接合関係が破綻するように設定される。
【０１０８】
また、図１７に示すように、過負荷軽減機構３７を弾性部材で構成しても良い。このとき、弾性部材の弾性係数は、ハンド部３２が開方向に回転駆動するとき、ハンド部３２に所定の大きさの負荷が作用すると、外力によるハンド部３２の閉方向への回転を許容するように設定される。但し、図１７の過負荷軽減機構３７は、コイルバネを用いたが、弾性係数などによって、ハンド部３２が開方向に回転駆動するとき、ハンド部３２に所定の大きさの負荷が作用すると、外力によるハンド部３２の閉方向への回転を許容するように設定することができる部材であれば良い。
【０１０９】
＜実施の形態５＞
本発明の実施の形態５に係るロボットハンドの挟み込み軽減機構４１も、図１８に示すように、ハンド部４２と当該ハンド部４２が連結される被連結部材（例えばロボットアーム４５。但し、ロボットを構成する他の要素でも良い。）との間での物等の挟み込みを軽減するために、ロボットハンド４４に搭載される。
【０１１０】
ロボットハンド４４も、一般的なロボットハンドを用いることができ、例えばロボットアーム４５に基部４３が連結された構成である。基部４３には、当該基部４３に搭載されている駆動機構（図示を省略）から伝達される駆動力によって開閉する一対のハンド部４２が間隔を開けて連結されている。
【０１１１】
ハンド部４２は、少なくとも第１のリンク部４２ｂ、第２のリンク部４２ｃを備えている。第１のリンク部４２ｂの一方の端部は、回転軸４２ａを有する。第１のリンク部４２ｂの他方の端部は、過負荷軽減機構４７を介して第２のリンク部４２ｃと連結されている。この過負荷軽減機構４７が、第２のリンク部４２ｃが開方向に回転駆動するときのみ、第２のリンク部４２ｃに所定の大きさの負荷が作用すると、駆動機構から第２のリンク部４２ｃへの駆動力の伝達を減少させることで、ハンド部４２と基部４３との間での物等の挟み込みを軽減する。
【０１１２】
但し、ハンド部４２は、少なくとも一対備えていれば良く、対の個数は限定されない。なお、図１８では、一方のハンド部４２のみを図示しており、他方のハンド部４２の図示を省略している。
【０１１３】
ここで、ハンド部４２と基部４３との関節部分の構成を説明する。第１のリンク部４２ｂの回転軸４２ａは、基部４３に軸受等を介して回転可能に連結されている。この回転軸４２ａに駆動機構（図示を省略）から駆動力が伝達されることで、ハンド部４２が回転駆動する。
【０１１４】
次に、過負荷軽減機構４７の構成を説明する。過負荷軽減機構４７は、ボールジョイント４７ａ、ストッパー４７ｂを備えている。ボールジョイント４７ａは、一般的なボールジョイントと略同様に、ボール部分が受け皿部分に嵌め込まれている。このとき、ボール部分は、第２のリンク部４２ｃに所定の大きさの負荷が作用すると、第２のリンク部４２ｃの回転を許容するように、バネ等の弾性部材によって与圧が与えられた状態で、受け皿部分に嵌め込まれている。これにより、第２のリンク部４２ｃは、当該第２のリンク部４２ｃに所定の大きさの負荷が作用すると、第１のリンク部４２ｂに対してＸ・Ｙ・Ｚ軸と平行な軸回りに回転可能となる。
【０１１５】
ストッパー４７ｂは、第１のリンク部４２ｂの他方の端部における当該第１のリンク部４２ｂの開方向側の隅部に形成されている。ストッパー４７ｂは、第２のリンク部４２ｃの開方向への回転を所定の角度以下に（本実施の形態では、第１のリンク部４２ｂとで成す角度θが約１８０°以下になるように）拘束する。
【０１１６】
このような構成の挟み込み軽減機構４１は、以下のように動作する。ハンド部４２が閉方向に回転駆動するとき、駆動モータの駆動力を、第１のリンク部４２ｂ及びストッパー４７ｂを介して第２のリンク部４２ｃに伝達し、当該第２のリンク部４２ｃを閉方向に回転させる。
【０１１７】
このとき、第２のリンク部４２ｃの開方向への回転は、ストッパー４７ｂによって拘束される。つまり、ハンド部４２で把持対象物を把持する際に、外力によって第２のリンク部４２ｃが開方向に逃げてしまうことがなく、ハンド部４２に大きな指先力を発生させることが可能である。
【０１１８】
一方、ハンド部４２が開方向に回転駆動するとき、駆動モータの駆動力を、第１のリンク部４２ｂ及びボールジョイント４７ａを介して第２のリンク部４２ｃに伝達し、当該第２のリンク部４２ｃを開方向に回転させる。
【０１１９】
このとき、第２のリンク部４２ｃとロボットアーム４５との間に物等が挟まって、第２のリンク部４２ｃに所定の大きさの負荷が作用すると、第２のリンク部４２ｃは、ボールジョイント４７ａによって第１のリンク部４２ｂに対して閉方向への回転が許容されているので、閉方向に回転して逃げようとする。これにより、駆動モータから第２のリンク部４２ｃに伝達される開方向への駆動力が減少する。
【０１２０】
しかも、第２のリンク部４２ｃは、ボールジョイント４７ａによって第１のリンク部４２ｂに対して閉方向への回転が許容されているので、第２のリンク部４２ｃと基部４３との間に挟まった物等を容易に排除することができる。つまり、第２のリンク部４２ｃとロボットアーム４５との間に物等が挟まっても、物等を強く挟み込むことがなく、しかも容易に排除することができるので、安全性が高い。
【０１２１】
また、例えば基部４３をＹ軸と平行な軸回りに回転させた際に、第２のリンク部４２ｃとロボットアーム４５との間に物等が挟まっても、ボールジョイント４７ａによって第２のリンク部４２ｃはＸ軸と平行な軸回りの回転も許容されているので、第２のリンク部４２ｃがＺ軸と平行な軸だけでなく、Ｘ軸と平行な軸回りにも回転して、挟まった物等を強く押し込むことがない。つまり、本実施の形態の過負荷軽減機構４７は、基部４３がＸ・Ｙ・Ｚ軸と平行な軸回りに回転可能なロボットハンドに好適に用いることができる。
このように、本実施の形態の挟み込み軽減機構４１は、高い安全性と大きな指先力を確保できる。
【０１２２】
ちなみに、図１９に示すように、第１のリンク部４２ｂと第２のリンク部４２ｃとを、バネやゴム等の弾性部材４８で連結することが好ましい。弾性部材４８は、第２のリンク部４２ｃをＸ・Ｙ・Ｚ軸と平行な軸回りに回転した状態から元位置に復帰させることができるように、第１のリンク部４２ｂと第２のリンク部４２ｃとを連結する。これにより、第２のリンク部４２ｃがＸ・Ｙ・Ｚ軸と平行な軸回りに回転しても、第２のリンク部４２ｃを容易に元位置に復帰させることができる。
【０１２３】
また、図２０に示すように、第１のリンク部４２ｂに距離センサ４９を設けることが好ましい。距離センサ４９としては、例えば光ファイバやレーザを用いた光学式の距離センサ等を用いることができる。このとき、第２のリンク部４２ｃには、距離センサ４９から出射される光等を反射する反射部材５０が設けられる。距離センサ４９は、第１のリンク部４２ｂに対する第２のリンク部４２ｃの回転量（例えば、第１のリンク部４２ｂに対する第２のリンク部４２ｃの閉方向の移動量）を検出し、図示を省略したロボットの制御装置に出力する。このとき、第２のリンク部４２ｃとロボットアーム４５との間に物等が挟まると、第２のリンク部４２ｃが閉方向に回転して第１のリンク部４２に近付く。そこで、制御装置は、当該移動量が閾値より大きくなると、駆動モータの駆動を停止、又はハンド部を閉方向に回転駆動させる。これにより、安全性をより向上させることができる。但し、本実施の形態の距離センサ４９は第１のリンク部４２ｂに設け、反射部材５０を第２のリンク部４２ｃに設けたが、逆の構成でも良い。
【０１２４】
以上、本発明に係るロボットハンドの挟み込み軽減機構及びそれを用いたロボットハンドの実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１ロボットハンドの挟み込み軽減機構
２ハンド部
２ａ回転軸、２ａ１太径部分、２ａ２細径部分
３基部、３ａ筐体
４ロボットハンド
５ロボットアーム
６駆動機構、６ａ駆動モータ、６ｂ減速機
７過負荷軽減機構
７ａ弾性部材
７ｂ突出部
７ｃ突出部
８被覆部材
９冶具
１０角度検出センサ
１１ロボットハンドの挟み込み軽減機構
１２ハンド部、１２ａ回転軸
１３基部、１３ａ筐体
１４ロボットハンド
１５ロボットアーム
１６駆動機構、１６ａ歯車、１６ｂ回転軸
１７過負荷軽減機構、１７ａ第１の歯車、１７ｂ第２の歯車、１７ｃ突出部、１７ｄ切り欠き部、１７ｅ弾性部材
２１ロボットハンドの挟み込み軽減機構
２２ハンド部、２２ａ回転軸、２２ｂ筐体、２２ｂ１開口部
２３基部、２３ａ筐体、２３ａ１開口部、２３ａ２、２３ａ３内側面
２４ロボットハンド
２５ロボットアーム
２６駆動機構、２６ａ駆動モータ、２６ｂ減速機、２６ｃ第１のプーリ、２６ｄ第２のプーリ、２６ｅベルト
２７過負荷軽減機構、２７ａ第１の歯車、２７ｂ第２の歯車、２７ｂ１回転軸、２７ｂ２歯車、２７ｃ被覆部材、２７ｄ弾性部材
２８ａ、２８ｂ軸受
２９ａ、２９ｂ突出部
３０摺動部材
３１ロボットハンドの挟み込み軽減機構
３２ハンド部、３２ａ回転軸
３３基部
３４ロボットハンド
３５ロボットアーム
３６駆動機構、３６ａ駆動モータ、３６ｂ第１のプーリ、３６ｃ第２のプーリ、３６ｄベルト
３７過負荷軽減機構、３７ａ板材、３７ｂ付加機構
３８距離センサ
３９反射部材
４１ロボットハンドの挟み込み軽減機構
４２ハンド部、４２ａ回転軸、４２ｂ第１のリンク部、４２ｃ第２のリンク部
４３基部
４４ロボットハンド
４５ロボットアーム
４７過負荷軽減機構、４７ａボールジョイント、４７ｂストッパー
４８弾性部材
４９距離センサ
５０反射部材

【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動機構から伝達される駆動力によって開閉する一対のハンド部を備えるロボットハンドの挟み込み軽減機構であって、
前記ハンド部が開方向に回転駆動するときのみ、前記ハンド部に所定の大きさの負荷が作用すると、前記駆動機構から前記ハンド部への駆動力の伝達を減少させる過負荷軽減機構を備えるロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項２】
前記過負荷軽減機構は、
前記ハンド部又は前記ハンド部が連結される被連結部材の一方の端部に設けられた第１の回転軸と、他方の端部に設けられた前記駆動機構の第２の回転軸との間に、前記駆動機構の駆動力を前記第１の回転軸に伝達可能に配置された弾性部材と、
前記第１の回転軸に連結された第１の突出部と、
前記第２の回転軸に連結された第２の突出部と、を備え、
前記ハンド部が閉方向に回転駆動するとき、前記第１の突出部と前記第２の突出部とが接触して前記駆動機構の駆動力を前記ハンド部に伝達しつつ、外力による前記ハンド部の開方向への回転動作を拘束し、
前記ハンド部が開方向に回転駆動するとき、前記第１の突出部と前記第２の突出部とが離間可能な状態となり、前記弾性部材を介して前記駆動機構の駆動力を前記ハンド部に伝達しつつ、外力による前記ハンド部の閉方向への回転動作を許容する請求項１に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項３】
前記過負荷軽減機構は、
前記ハンド部が連結される被連結部材に搭載された前記駆動機構の回転軸に、当該回転軸から前記駆動機構の駆動力が伝達可能に設けられた第１の歯車と、
前記第１の歯車と噛み合わされ、前記ハンド部の回転軸に回転可能に設けられた第２の歯車と、
前記第２の歯車に設けられた突出部と、
前記突出部が内部に配置され、前記ハンド部の端部に形成された切り欠き部と、
一端が前記第２の歯車に係合され、他端が前記ハンド部に係合された弾性部材と、を備え、
前記ハンド部が閉方向に回転駆動するとき、前記突出部と前記切り欠き部の端面とが接触して、前記駆動機構の駆動力を前記ハンド部に伝達しつつ、外力による前記ハンド部の開方向への回転動作を拘束し、
前記ハンド部が開方向に回転駆動するとき、前記突出部が前記切り欠き部内を移動可能な状態となり、前記弾性部材を介して前記駆動機構の駆動力を前記ハンド部に伝達しつつ、外力による前記ハンド部の閉方向への回転動作を許容する請求項１に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項４】
前記弾性部材は、外力によって前記ハンド部を閉方向に回転動作させた際における前記突出部の前記切り欠き部内の位置から、前記突出部を前記切り欠き部内の所定の位置に復帰させる請求項３に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項５】
前記ハンド部が開方向に回転駆動する際の前記ハンド部の回転量を検出する検出部を備える請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項６】
前記過負荷軽減機構は、
食い違い歯車の一方の歯車であって、前記ハンド部の回転軸に設けられた第１の歯車と、
前記食い違い歯車の他方の歯車であって、前記第１の歯車と噛み合わされて前記駆動機構の駆動力を前記ハンド部に伝達し、前記ハンド部が連結される被連結部材の内部において長手方向に移動可能に配置された第２の歯車と、
前記被連結部材の内部において、前記第２の歯車を被覆し、前記第２の歯車の移動に倣って移動する被覆部材と、
前記被覆部材と、前記被連結部材の一方の内側面との間であって、前記第２の歯車の長手方向に配置された第１の弾性部材と、を備え、
前記ハンド部が閉方向に回転駆動するとき、前記第２の歯車は前記第１の弾性部材を介して前記被連結部材の一方の内側面に反力をとって、前記駆動機構の駆動力を前記第１の歯車に伝達し、且つ前記被覆部材が前記被連結部材の他方側の内側面に接触して、外力による前記ハンド部の開方向への回転動作を拘束し、
前記ハンド部が開方向に回転駆動するとき、前記被覆部材と前記被連結部材の他方側の内側面とが接触して、前記第２の歯車は前記被連結部材の他方側の内側面に反力をとって、前記駆動機構の駆動力を前記第１の歯車に伝達し、且つ前記第１の弾性部材の収縮によって、外力による前記ハンド部の閉方向への回転動作を許容する請求項１に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項７】
前記被覆部材と、前記被連結部材の他方の内側面との間であって、前記第２の歯車の長手方向に配置された第２の弾性部材を備え、
前記第２の弾性部材の弾性係数は、前記第１の弾性部材の弾性係数より大きい請求項６に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項８】
前記第２の歯車の移動量を検出する検出部を備える請求項６又は７に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項９】
前記駆動機構は、前記ハンド部が連結される被連結部材に搭載されており、
前記駆動機構は、
駆動源と、
前記駆動源の回転軸に設けられた第１のプーリと、
前記ハンド部の回転軸に設けられた第２のプーリと、
前記第１のプーリと前記第２のプーリとに渡されたベルトと、を備え、
前記過負荷軽減機構は、前記ハンド部が開方向に回転駆動するときに、前記ベルトにおける負荷が作用する側の前記第１のプーリと前記第２のプーリとの間に配置されている請求項１に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項１０】
前記過負荷軽減機構は、
前記ベルトの両端部を挟み込む一組の板材と、
前記一組の板材に挟み込み力を付与する付与機構と、を備え、
前記付加機構は、前記ハンド部が開方向に回転駆動するとき、前記ハンド部に所定の大きさの負荷が作用すると、前記一組の板材における前記ベルトの端部の挟み込み状態が破綻するように、前記一組の板材を挟み込む請求項９に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項１１】
前記板材に対する前記ベルトの変位を検出する検出部を備える請求項９又は１０に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項１２】
前記過負荷軽減機構は、磁気継手であって、
前記磁気継手は、前記ハンド部が開方向に回転駆動するとき、前記ハンド部に所定の大きさの負荷が作用すると、前記磁気継手の接合関係が破綻する請求項９に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項１３】
前記過負荷軽減機構は、弾性部材であって、
前記弾性部材は、前記ハンド部が開方向に回転駆動するとき、前記ハンド部に所定の大きさの負荷が作用すると、前記ハンド部の閉方向への回転動作を許容する請求項９に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項１４】
前記ハンド部は、
前記駆動機構の駆動力が伝達される第１のリンク部と、
前記第１のリンク部に前記過負荷軽減機構を介して連結される第２のリンク部と、を備え、
前記過負荷軽減機構は、
前記第２のリンク部に所定の大きさの負荷が作用すると、前記第２のリンク部の閉方向への回転動作を許容するように、与圧が与えられたボールジョイントと、
前記第２のリンクの開方向への回転動作を所定の角度以下に拘束するストッパーと、を備える請求項１に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項１５】
前記第２のリンク部を元位置に復帰させる復帰部材を備える請求項１４に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項１６】
前記第１のリンク部に対する前記第２のリンク部の閉方向への回転量を検出する検出部を備える請求項１４又は１５に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のロボットハンドの挟み込み軽減機構を備えるロボットハンド。

【図１】