ロボットハンド
【課題】簡素な構成でフィンガーが指根元から指先にかけて順に曲がる動作を実現する。
【解決手段】ロボットハンド１は、モータ３１からの回転動力が入力される遊星歯車ユニット４４と、遊星歯車ユニット４４から出力される回転動力が伝達される第１及び第２駆動軸３，４と、第１及び第２駆動軸３，４に夫々駆動される第１及び第２関節９、１２を有するフィンガーＦ１，Ｆ２と、を備え、遊星歯車ユニット４４は、太陽歯車６５と、太陽歯車６５の外歯に噛み合う遊星歯車６６と、遊星歯車６６の公転に連動するように遊星歯車６６に接続された遊星腕６８と、遊星歯車６６の自転に連動するように遊星歯車６６の外歯に噛み合う内歯歯車６７とを有し、太陽歯車６５がモータ３１に接続され、遊星腕６８が第１駆動軸３に接続され、内歯歯車６７が第２駆動軸４に接続され、内歯歯車６７の運動抵抗を遊星腕６８の運動抵抗よりも大きくする抵抗発生手段が設けられている。
【解決手段】ロボットハンド１は、モータ３１からの回転動力が入力される遊星歯車ユニット４４と、遊星歯車ユニット４４から出力される回転動力が伝達される第１及び第２駆動軸３，４と、第１及び第２駆動軸３，４に夫々駆動される第１及び第２関節９、１２を有するフィンガーＦ１，Ｆ２と、を備え、遊星歯車ユニット４４は、太陽歯車６５と、太陽歯車６５の外歯に噛み合う遊星歯車６６と、遊星歯車６６の公転に連動するように遊星歯車６６に接続された遊星腕６８と、遊星歯車６６の自転に連動するように遊星歯車６６の外歯に噛み合う内歯歯車６７とを有し、太陽歯車６５がモータ３１に接続され、遊星腕６８が第１駆動軸３に接続され、内歯歯車６７が第２駆動軸４に接続され、内歯歯車６７の運動抵抗を遊星腕６８の運動抵抗よりも大きくする抵抗発生手段が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の関節を有するフィンガーが複数の駆動軸により夫々駆動されるロボットハンドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、製造現場等においてワーク保管場所から目的とするワークを把持して取り出すためのロボットハンドが知られている。このロボットハンドには様々な機構のものがあり、例えば、一対のフィンガーを単一のモータで駆動する連動駆動ハンドや、１つのフィンガーに対して１つの駆動軸が設けられた単軸平行リンクハンドなどが存在する。しかし、連動駆動ハンドでは、重量のあるワークが一対のフィンガーの間の中央に位置されていない場合には、ワークが先に片方のフィンガーにのみ当接すると、その抗力でモータが動けなくなり、ワークを確実に把持することができない。また、単軸平行リンクハンドは、フィンガーが平行を保ったまま近接／離反する構成であるため、角型ワークを安定して把持することはできるが、丸型ワーク等は安定して把持することができない。
【０００３】
そのような問題に鑑みて、近年は、１つのフィンガーに対して複数のモータで夫々制御される複数の駆動軸が設けられた多軸平行リンクハンドのニーズが高まっている。この多軸平行リンクハンドによれば、フィンガーをワーク形状に倣うように形状変化させることができ、多様な形状のワークを安定保持することが可能となる。しかし、ワーク形状に応じて複数の駆動軸の動作を個別に制御する必要があり、制御が複雑となるという問題が残っている。そこで、フィンガーを構成する複数の関節を夫々駆動する複数の駆動軸を機械的に連動させ、１つのモータで複数の関節を動作させるシリアル型のロボットハンドが提供されている（例えば、特許文献１参照）。このようなロボットハンドによれば、複雑な制御を伴うことなく、フィンガーをワーク形状に倣うように形状変化させることが可能となる。
【特許文献１】特許第３１７９４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、バラ積みされたワークや、仕切板で区切られた箱に収容されたワークを取り出す場合には、その僅かな隙間にフィンガーの指先を挿入してワークを把持しなければならない。しかしながら、シリアル型のロボットハンドでは、フィンガーが挟持動作を行う際に、指根元側の関節の動作に機械的に連動して指先側の関節も動作することとなる。そうすると、指先が曲がった状態でフィンガーを隙間に挿入しなければならず、ロボット操作が困難になる場合が生じてしまう。よって、１つのモータで複数の関節を駆動しながらも、指根元側の関節と指先側の関節とを互いに連動させずに個別に駆動可能とし、指根元側の関節の動作時に指先が曲がらないようにすることが望まれる。
【０００５】
そこで本発明は、簡素な構成でフィンガーが指根元から指先にかけて順に曲がるような動作を実現可能とすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係るロボットハンドは、 動力源からの回転動力が入力される遊星歯車ユニットと、前記遊星歯車ユニットから出力される回転動力が伝達される第１及び第２駆動軸と、前記第１駆動軸に駆動される第１関節と、前記第１関節の指先側に設けられた第１指要素と、前記第１指要素の指先側に設けられて前記第２駆動軸に駆動される第２関節と、前記第２関節の指先側に設けられた第２指要素とを有するフィンガーと、を備え、前記遊星歯車ユニットは、太陽歯車と、前記太陽歯車の外歯に噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車の公転に連動するように前記遊星歯車に接続された遊星腕と、前記遊星歯車の自転に連動するように前記遊星歯車の外歯に噛み合う内歯歯車と、を有し、前記太陽歯車、前記遊星腕及び前記内歯歯車のいずれか１つを動力入力部とし、他の２つをそれぞれ第１動力出力部及び第２動力出力部とし、前記動力入力部が、前記動力源に動力伝達可能に接続され、前記第１動力出力部が、前記第１駆動軸に動力伝達可能に接続され、前記第２動力出力部が、前記第２駆動軸に動力伝達可能に接続され、前記第２動力出力部の運動抵抗を前記第１動力出力部の運動抵抗よりも大きくする抵抗発生手段が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
前記構成によれば、遊星歯車ユニットの動力入力部に入力された回転動力が、第１動力出力部と第２動力出力部とに分流され、第１動力出力部及び第２動力出力部のうち何れか一方の回転が不可となっても、何れか他方が回転可能であるので、第１駆動軸と第２駆動軸とが個別に回転しうる。そして、第２動力出力部の運動抵抗は第１動力出力部の運動抵抗よりも大きいので、第１動力出力部の回転運動が第２動力出力部の回転運動よりも優先して行われる。そうすると、動力源からの回転動力を動力入力部に伝達するだけで、第１関節が第２関節よりも優先して動き、第１指要素が第２指要素よりも優先して動くこととなる。したがって、特別な制御を行うことなく、フィンガーが指根元から指先にかけて順に曲がるような動作を実現することが可能となる。
【０００８】
前記運動抵抗は、前記第１動力出力部が動作不可となった後に前記第２動力出力部が動作可能となるように設定されており、前記動力入力部に回転動力が伝達された際、前記第１指要素がワークからの抗力で移動不可になった後に前記第２指要素がワークに向って移動するように構成されていてもよい。
【０００９】
前記構成によれば、第１関節が駆動されて指根元側の第１指要素が移動しても、第２関節は駆動されず指先側の第２指要素は移動しないので、フィンガーによるワークの把持動作の際にフィンガーを僅かな隙間に挿入しやすくなる。よって、バラ積みされたワークや、仕切板で区切られた箱に収容されたワークも容易に把持して取り出すことが可能となる。また、指根元側の第１指要素でワークを挟持した後には、指先側の第２指要素がワークを挟持し、フィンガーがワーク形状に倣うように形状変化するので、多様な形状のワークを安定保持することが可能となる。
【００１０】
前記抵抗発生手段は、前記第２動力出力部から前記第２駆動軸までの第２動力伝達機構における動力伝達抵抗を、前記第１動力出力部から前記第１駆動軸までの第１動力伝達機構における動力伝達抵抗よりも大きくすることで構成されてもよい。
【００１１】
前記構成によれば、第１動力伝達機構における動力伝達抵抗と第２動力伝達機構における動力伝達抵抗との間に差をつけるだけで（例えば、動力伝達機構として用いられるギアの数を第１動力伝達機構と第２動力伝達機構との間で異ならせる等）、容易に第２動力出力部の運動抵抗を第１動力出力部の運動抵抗よりも大きくすることが可能となる。
【００１２】
前記抵抗発生手段は、前記第２動力出力部から前記第２駆動軸までの動力伝達経路に存在する部材に接触抵抗を付与するボールプランジャであってもよい。
【００１３】
前記構成によれば、ボールプランジャのボールを第２動力出力部から前記第２駆動軸までの動力伝達経路に存在する部材に接触させることで、第２動力出力部に所定の運動抵抗を容易に付与することが可能となる。しかも、ボールプランジャのボールは転動するため、前記動力伝達経路に存在する部材の磨耗も抑止することが可能となる。
【００１４】
前記抵抗発生手段は、前記第２動力出力部から前記第２駆動軸までの動力伝達経路に存在する部材に回転抵抗を付与するバネであってもよい。
【００１５】
前記構成によれば、バネの弾性力により第２動力出力部から前記第２駆動軸までの動力伝達経路に存在する部材に回転抵抗を付与することで、第２動力出力部に運動抵抗を容易かつ安価に付与することが可能となる。
【００１６】
前記第１動力出力部又は第２動力出力部と前記第１駆動軸又は第２駆動軸との間に、第２の遊星歯車ユニットが介設され、前記第２の遊星歯車ユニットの動力入力部に、前記第１動力出力部又は第２動力出力部が動力伝達可能に接続され、前記第２の遊星歯車ユニットの第１動力出力部に、前記第１駆動軸又は前記第２駆動軸が動力伝達可能に接続され、前記第２の遊星歯車ユニットの第２動力出力部に、第３駆動軸が動力伝達可能に接続されていてもよい。
【００１７】
前記構成によれば、遊星歯車ユニットが２つ連なって設けられているので、１つの動力源からの回転動力が３つに分流されることとなる。よって、１つの動力源からの回転動力で第１〜第３駆動軸をそれぞれ独立して駆動することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、特別な制御を行うことなく、フィンガーが指根元から指先にかけて順に曲がるような動作を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るロボットハンド１の平面図である。図２は図１のII-II線断面図である。図３は図１のIII-III線断面図である。図１に示すように、ロボットハンド１は、ケーシング２と、そのケーシング２に設けられた左右一対のフィンガーＦ１，Ｆ２とを有し、ケーシング２を産業用ロボット（図示せず）のアーム先端に取り付けて使用するものである。なお、図１では見易さのために、図中右側においてフィンガーＦ１の駆動軸３，４より動力伝達下流のリンク構造を主に図示し、図中左側においてフィンガーＦ２の駆動軸３，４より動力伝達上流のギア構造を主に図示しているが、左右のフィンガーＦ１，Ｆ２は左右対称の略同一構成である。
【００２１】
まず、フィンガーＦ１，Ｆ２のリンク構造について説明する。図１及び２に示すように、ケーシング２には、第２駆動軸４が軸受６を介して回動自在に支持されており、その第２駆動軸４に指根元部材８の一端部が軸受７を介して回動自在に支持されている。指根元部材８の他端部には、第１関節軸９（第１関節）が軸受１０を介して回動自在に支持されている。第１関節軸９には、指腹部材１２（第１指要素）が軸受１１を介して回動自在に支持されている。指腹部材１２は、指根元側の一端部がもう一方のフィンガーＦ２から離反するように斜めに屈曲した形状であり、その屈曲部１２ａに第１関節軸９が支持されている。指腹部材１２の他端部には、第２関節軸１３（第２関節）が軸受１４を介して回動自在に支持されている。第２関節軸１３には、指先部材１５（第２指要素）の一端部が回動自在に支持されている。
【００２２】
図１及び３に示すように、ケーシング２には、第２駆動軸４に対してフィンガーＦ１の指先から離れた側で且つもう一方のフィンガーＦ２から離れた側において、第２駆動軸４と平行な軸線を有する第１駆動軸３が軸受５を介して回動自在に支持されている。第１駆動軸３には、帯板状のリンク部材１６の一端部が回動自在に支持されている。リンク部材１６の他端部には、回転軸１７が軸受１８を介して回動自在に支持されている。回転軸１７には、指腹部材１２の一端部が回動自在に支持されている。
【００２３】
図１及び２に示すように、第２駆動軸４には、リンク部材１９の一端部が一体的に接続されている。リンク部材１９の他端部には、回転軸２０が軸受２１を介して回動自在に支持されている。回転軸２０には、リンク部材２２の一端部が回動自在に支持されている。リンク部材２２の他端部には、回転軸２３が回動自在に支持されている。回転軸２３には、リンク部材２５の一端部が軸受２４を介して回動自在に支持されている。リンク部材２５の他端部は第１関節軸９に回動自在に支持されている。
【００２４】
図１及び３に示すように、リンク部材２５の中間部には、回転軸２６が軸受２７を介して回動自在に支持されている。回転軸２６には、リンク部材２８の一端部が回動自在に支持されている。リンク部材２８の他端部は、指先部材１５が回転軸２９を介して回動自在に支持されている。指先部材１５は、もう一方のフィンガーＦ２から離れるように突出した突出部１５ａを有し、回転軸２９はその突出部１５ａに支持されている。
【００２５】
以上のリンク構造によれば、例えば、右側のフィンガーＦ１の第１駆動軸３が図１において時計回りに回転すると、リンク部材１６が時計回りに傾動し、第１関節軸９のある第１関節を屈曲させながら、指腹部材１２が右方に平行移動する。そして、フィンガーＦ１の第２駆動軸４が図１において反時計回りに回転すると、リンク部材１９が反時計回りに傾動し、リンク部材２２，２５，２８を介して指先部材１５が反時計回りに傾動する。
【００２６】
次に、フィンガーＦ１，Ｆ２のギア構造について説明する。図１及び２に示すように、ケーシング２には、第１及び第２駆動軸３，４と略平行の出力軸３２を有するモータ３１（動力源）が取り付けられている。このモータ３１には、コントローラ（図示せず）が接続されており、当該コントローラからの指令でモータ３１が駆動されるようになっている。モータ３１の出力軸３２には、ケーシング３３に軸受３４を介して回動自在に支持された第１ギア３５が固定されている。第１ギア３５には、ケーシング３３に軸受３８を介して回動自在に支持された第２ギア４０が噛み合っている。第２ギア４０の中心にはギア軸３７が固定されており、そのギア軸３７はケーシング３６に軸受３９を介して回動自在に支持されている。
【００２７】
図１及び３に示すように、第２ギア４０には、ケーシング３３に軸受４２を介して回動自在に支持された第３ギア４１が噛み合っている。第３ギア４１の中心には、ギア軸４３が固定されている。ギア軸４３は、ケーシング２，３６に支持された遊星歯車ユニット４４に入力軸として接続されている。
【００２８】
図４は図１に示すロボットハンド１の遊星歯車ユニット４４の模式図である。図５は図４に示す遊星歯車ユニット４４の模式断面図である。図４及び５に示すように、遊星歯車ユニット４４は、ギア軸４３が入力軸として一体的に接続される太陽歯車６５と、太陽歯車６５の外歯に噛み合う複数の遊星歯車６６と、遊星歯車６６の公転に連動するように遊星歯車６６に接続された遊星腕６８と、遊星歯車６６の自転に連動するように遊星歯車６６の外歯に噛み合う内歯歯車６７とを有している。そして、太陽歯車６５を動力入力部とし、遊星腕６８を第１動力出力部とし、内歯歯車６７を第２動力出力部としている。
【００２９】
再び図３に戻って、遊星歯車ユニット４４の遊星腕６８には、第１波動歯車減速機４８の入力部４９が一体的に接続されている。第１波動歯車減速機４８の出力部５０は第１駆動軸３に一体的に接続されている。遊星歯車ユニット４４の内歯歯車６７（図４及び５参照）には、ケーシング３６に軸受４５を介して回動自在に支持された第４ギア４６が一体的に外嵌されている。第４ギア４６には、第５ギア５１（図２参照）が噛み合っている。図２に示すように、第５ギア５１の中心にはギア軸５３が固定されており、そのギア軸５３はケーシング３６に軸受５２を介して回動自在に支持されている。ギア軸５３には、第２波動歯車減速機５５の入力部５６が一体的に接続されている。第２波動歯車減速機５５の出力部５７は第２駆動軸４に一体的に接続されている。
【００３０】
以上のギア構造によれば、モータ３１からの回転動力が、第１〜第３ギア３５，４０，４１及びギア軸４３を介して遊星歯車ユニット４４の太陽歯車６５に入力され、その回転動力が遊星歯車ユニット４４において遊星腕６８と内歯歯車６７との２つに分流出力される。そして、遊星腕６８の回転動力が第１波動歯車減速機４８を含む第１動力伝達機構６１を介して第１駆動軸３を回転駆動し、内歯歯車６７の回転動力が第４ギア４６、第５ギア５１及び第２波動歯車減速機４８を含む第２動力伝達機構６２を介して第２駆動軸４を回転駆動する。つまり、第２動力伝達機構６２には、第１動力伝達機構６１に比べて、動力伝達抵抗となるギア（例えば、第４ギア４６等）が多く設けられることで、第２動力伝達機構６２の動力伝達抵抗が第１動力伝達機構６１の動力伝達抵抗よりも大きくなっており、これにより内歯歯車６７の運動抵抗を遊星腕６８の運動抵抗よりも大きくする抵抗発生手段が構成されている。
【００３１】
よって、遊星腕６８に負荷が掛かっていない状態（例えば、遊星腕６８に動力伝達可能に接続された指腹部材１２にワークからの反力等が掛かっていない状態）では、太陽歯車６５の回転動力は全て遊星腕６８に伝達され、内歯歯車６７は回転しない。即ち、第２駆動軸４が回転せず指先部材１５が傾動しない状態で、第１駆動軸３が回転して指腹部材１２が平行移動する。一方、遊星腕６８に負荷が掛かった状態（例えば、遊星腕６８に動力伝達可能に接続された指腹部材１２にワークからの反力等が掛かった状態）では、当該負荷が第２動力伝達機構６２の動力伝達抵抗を超えることで、内歯歯車６７が回転し始めて、太陽歯車６５の回転動力が内歯歯車６７に分流され、第２駆動軸４が回転駆動して指先部材１５が傾動する。
【００３２】
次に、ロボットハンド１のワーク把持動作について説明する。図６は図１に示すロボットハンド１の右半分のみを表した動作図である。図６（ａ）に示すように、ロボットハンド１は、初期状態において、フィンガーＦ１の指根元部材８、指腹部材１２及び指先部材１５が一直線上に並んだ指閉じ状態となっている。次いで、図６（ｂ）に示すように、コントローラ（図示せず）によりモータ３１（図１等参照）に指開き動作が指令されると、ボールプランジャ６０（図３参照）による運動抵抗で第２駆動軸４は回転せず、第１駆動軸３が時計回りに回転する。そうすると、指腹部材１２と指先部材１５とが、一直線上に並んだまま、もう一方のフィンガーＦ２（図１参照）から離れるように平行移動し、指腹部材１２と指根元部材８とが直交する状態となった最大開き位置で停止する。
【００３３】
次いで、図６（ｃ）に示すように、コントローラ（図示せず）によりモータ３１（図１等参照）に指閉じ動作が指令されると、第２動力伝達機構６２の動力伝達抵抗が第１動力伝達機構６１の動力伝達抵抗よりも大きいことで第２駆動軸４は回転せず、第１駆動軸３が反時計回りに回転する。そうすると、指腹部材１２と指先部材１５とが、一直線上に並んだまま、もう一方のフィンガーＦ２（図１参照）に近づくように平行移動して、指腹部材１２がワークＷに当接する。この際、図６では図示していないが、もう一方のフィンガーＦ２（図１参照）の指腹部材１２もワークＷの反対側に当接する。
【００３４】
次いで、図６（ｄ）に示すように、指腹部材１２がワークＷからの抗力でそれ以上動けなくなると、第４ギア４６（図３参照）のトルクが第２動力伝達機構６２の動力伝達抵抗に打ち勝ち、第２駆動軸４が反時計回りに回転できるようになる。そうすると、指先部材１５が、もう一方のフィンガーＦ２（図１参照）に向けて傾動（即ち、ワークＷに向って移動）して、ワークＷに当接し、フィンガーＦ１がワークＷの形状に倣うようにワークＷを把持することとなる。この把持状態で、ロボットハンド１が取り付けられた産業用ロボットのアームを動作させ、ワークＷを所要の場所に移動させる。
【００３５】
次いで、図６（ｅ）に示すように、コントローラ（図示せず）によりモータ３１（図１等参照）に指開き動作が指令されると、第１駆動軸３が時計回りに回転し、指腹部材１２及び指先部材１５がもう一方のフィンガーＦ２（図１参照）から離れるように平行移動し、指腹部材１２と指根元部材８とが直交する状態となった最大開き位置で停止する。その際、第２動力伝達機構６２の動力伝達抵抗で第２駆動軸４は回転しにくいが、リンク干渉により指先部材１５がある程度開いた状態となる。
【００３６】
次いで、図６（ｆ）に示すように、モータ３１（図１参照）が開き方向に駆動され続けることで、指腹部材１２は最大開き位置ではそれ以上動けないため、第４ギア４６（図３参照）のトルクが増大して第２動力伝達機構６２の動力伝達抵抗に打ち勝ち、第２駆動軸４が時計回りに回転し、指先部材１５が指腹部材１２と一直線上に並んだ位置まで開く。次いで、図６（ｇ）に示すように、コントローラ（図示せず）によりモータ３１（図１等参照）に指閉じ動作が指令され、初期状態に戻る。
【００３７】
以上に説明した構成によれば、遊星歯車ユニット４４の太陽歯車６５に入力された回転動力が遊星腕６８と内歯歯車６７とに分流され、遊星腕６８が回転不可となっても、内歯歯車６７が回転可能であるので、第１駆動軸３と第２駆動軸４とが個別に回転しうる。そして、内歯歯車６７から第２駆動軸４までの第２動力伝達機構６２における動力伝達抵抗は、遊星腕６８から第１駆動軸３までの第１動力伝達機構６１における動力伝達抵抗よりも大きいので、遊星腕６８の回転運動が内歯歯車６７の回転運動よりも優先して行われる。そうすると、モータ３１からの回転動力を太陽歯車６５に伝達するだけで、指腹部材１２が指先部材１５よりも優先して動かされる。よって、特別な制御を行うことなく、第１関節軸９を第２関節軸１３よりも優先して動かすことができ、フィンガーＦ１、Ｆ２が指根元から指先にかけて順に曲がるような動作を実現することが可能となる。
【００３８】
また、第１関節軸９が駆動されて指腹部材１２が移動しても、第２関節軸１３は駆動されず指先部材１５は移動しないので、フィンガーＦ１，Ｆ２によるワークＷの把持動作の際にフィンガーＦ１、Ｆ２を僅かな隙間に挿入しやすくなる。よって、バラ積みされたワークや、仕切板で区切られた箱に収容されたワークも容易に把持して取り出すことが可能となる。そして、指腹部材１２でワークＷを挟持した後には、指先部材１５がワークＷを挟持し、フィンガーＦ１，Ｆ２がワーク形状に倣うように形状変化するので、多様な形状のワークＷを安定保持することが可能となる。
【００３９】
（第２実施形態）
図７は本発明の第２実施形態に係るロボットハンド１０１の図３相当の図面である。図８は図７に示すロボットハンド１０１のボールプランジャ７０の断面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図７及８に示すように、本実施形態では、内歯歯車６７の運動抵抗を遊星腕６８の運動抵抗よりも大きくする抵抗発生手段としてボールプランジャ７０が設けられている。ボールプランジャ７０は第４ギア４６に押し付けられ、第４ギア４６に連動する内歯歯車６７に接触抵抗を付与している。
【００４０】
ボールプランジャ７０は、バネ収容空間７３を有するハウジング７１と、ハウジング７１の先端に設けられた開口部７１ａと、開口部７１ａの内径よりも大きい外径を有するボール７２と、バネ収容空間７３に配置されてボール７２の一部を開口部７１ａから突出させるように付勢するコイルバネ７４とを備えている。ボール７２は、回動自在に設けられており、開口部７１ａから出没可能となっている。このボールプランジャ７０は、ハウジング７１がケーシング３３，３６に固定されており、ボール７２がコイルバネ７４の弾性力により第４ギア４６の回転軸線に垂直な表面に押し付けられている。これにより、第４ギア４６にはボール７２からの圧力により回転抵抗が生じ、内歯歯車６７の運動抵抗が遊星腕６８の運動抵抗よりも大きくなっている。
【００４１】
遊星腕６８に負荷が掛かっていない状態（例えば、遊星腕６８に動力伝達可能に接続された指腹部材１２にワークからの反力等が掛かっていない状態）では、太陽歯車６５の回転動力は全て遊星腕６８に伝達され、内歯歯車６７は回転しない。即ち、第２駆動軸４が回転せず指先部材１５が傾動しない状態で、第１駆動軸３が回転して指腹部材１２が平行移動する。一方、遊星腕６８に負荷が掛かった状態（例えば、遊星腕６８に動力伝達可能に接続された指腹部材１２にワークからの反力等が掛かった状態）では、当該負荷がボールプランジャ７０のボール７２の第４ギア４６への押付力を超えることで、第４ギア４６が回転し始めて、太陽歯車６５の回転動力が内歯歯車６７に分流され、第２駆動軸４が回転駆動して指先部材１５が傾動する。この際、ボールプランジャ７０のボール７２は第４ギア４６に接触しながら転がるので、第４ギア４６の磨耗が抑止される。
【００４２】
なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。また、本実施形態では、抵抗発生手段であるボールプランジャ６０は、第４ギア４６に当接して接触抵抗を付与しているが、内歯歯車６７から第２駆動軸４までの動力伝達機構に存在する部材であれば、他の部材（例えば、第５ギア５１等）にボールプランジャを当接させて接触抵抗を付与するようにしてもよい。また、ボールプランジャ６０を設ける代わりに、内歯歯車６７から第２駆動軸４までの動力伝達経路に存在する回転部材（例えば、第５ギア５１の中心に固定されたギア軸５３）に抵抗発生手段としてコイルバネ１１５を設け、その弾性力により前記部材（例えば、ギア軸５３）に回転抵抗を付与することで、ギア軸５３に連動する内歯歯車６７の運動抵抗を遊星腕６８の運動抵抗よりも大きくしてもよい。
【００４３】
（第３実施形態）
図９は本発明の第３実施形態に係るロボットハンドの遊星歯車ユニット４４，２４４の模式断面図である。図９に示すように、本実施形態のロボットハンドは、遊星歯車ユニット４４，２４４を二段に繋げて回転動力を３つに分流する構成となっている。具体的には、第１の遊星歯車ユニット４４の遊星腕６８が、第２の遊星歯車ユニット２４４の太陽歯車２６５に入力軸として接続されている。そして、第１の遊星歯車ユニット４４の内歯歯車６７に第１駆動軸（図示せず）が動力伝達可能に接続され、第２の遊星歯車ユニット２４４の遊星腕２６８に第２駆動軸（図示せず）が動力伝達可能に接続され、第２の遊星歯車ユニット２４４の内歯歯車２６７に第３駆動軸（図示せず）が動力伝達可能に接続されている。
【００４４】
これら第１〜第３駆動軸は、１本のフィンガーが有する第１〜第３関節（図示せず）をそれぞれ駆動するもので、第１関節、第２関節、第３関節の順番で指先側に向けて配置されている。第１の遊星歯車ユニット４４の内歯歯車６７が第１関節を駆動する第１駆動軸に接続され、第２の遊星歯車ユニット２４４の遊星腕２６８が第２関節を駆動する第２駆動軸に接続され、第２の遊星歯車ユニット２４４の内歯歯車２６７が第３関節を駆動する第３駆動軸に接続されている。そして、第１の遊星歯車ユニット４４の内歯歯車６７、第２の遊星歯車ユニット２４４の遊星腕２６８、第２の遊星歯車ユニット２４４の内歯歯車２６７の順で、運動抵抗が大きくなるように設定されている。なお、運動抵抗の調整は、前述したように、ギア数やボールプランジャやバネにより容易に実施可能である。
【００４５】
このような構成によれば、遊星歯車ユニット４４，２４４が２つ連なって設けられているので、１つのモータからの回転動力が３つに分流され、１つのモータからの回転動力で第１〜第３駆動軸をそれぞれ独立して駆動することができる。そして、分流される各動力に対する抵抗を調整することで、１本のフィンガーに３つ以上の関節がある場合でも、特別な制御を行うことなく、指根元から指先にかけて順に曲がるような動作を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明に係るロボットハンドは、特別な制御を行うことなくフィンガーが指根元から指先にかけて順に曲がる動作を実現可能とする優れた効果を有し、産業用ロボットのアーム先端に取り付けるロボットハンドに広く適用すると有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの平面図である。
【図２】図１のII-II線断面図である。
【図３】図１のIII-III線断面図である。
【図４】図１に示すロボットハンドの遊星歯車ユニットの模式図である。
【図５】図４に示す遊星歯車ユニットの模式断面図である。
【図６】図１に示すロボットハンドの右半分を表した動作図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るロボットハンドの図３相当の図面である。
【図８】図７に示すロボットハンドのボールプランジャの断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るロボットハンドの遊星歯車ユニットの模式断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１，１０１ ロボットハンド
３ 第１駆動軸
４ 第２駆動軸
８ 指根元部材
９ 第１関節軸（第１関節）
１２ 指腹部材（第１指要素）
１３ 第２関節軸（第２関節）
１５ 指先部材（第２指要素）
３１ モータ（動力源）
４４，２４４ 遊星歯車ユニット
６０ ボールプランジャ
６５ 太陽歯車
６６ 遊星歯車
６７ 内歯歯車
６８ 遊星腕
２４４ 第２の遊星歯車ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の関節を有するフィンガーが複数の駆動軸により夫々駆動されるロボットハンドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、製造現場等においてワーク保管場所から目的とするワークを把持して取り出すためのロボットハンドが知られている。このロボットハンドには様々な機構のものがあり、例えば、一対のフィンガーを単一のモータで駆動する連動駆動ハンドや、１つのフィンガーに対して１つの駆動軸が設けられた単軸平行リンクハンドなどが存在する。しかし、連動駆動ハンドでは、重量のあるワークが一対のフィンガーの間の中央に位置されていない場合には、ワークが先に片方のフィンガーにのみ当接すると、その抗力でモータが動けなくなり、ワークを確実に把持することができない。また、単軸平行リンクハンドは、フィンガーが平行を保ったまま近接／離反する構成であるため、角型ワークを安定して把持することはできるが、丸型ワーク等は安定して把持することができない。
【０００３】
そのような問題に鑑みて、近年は、１つのフィンガーに対して複数のモータで夫々制御される複数の駆動軸が設けられた多軸平行リンクハンドのニーズが高まっている。この多軸平行リンクハンドによれば、フィンガーをワーク形状に倣うように形状変化させることができ、多様な形状のワークを安定保持することが可能となる。しかし、ワーク形状に応じて複数の駆動軸の動作を個別に制御する必要があり、制御が複雑となるという問題が残っている。そこで、フィンガーを構成する複数の関節を夫々駆動する複数の駆動軸を機械的に連動させ、１つのモータで複数の関節を動作させるシリアル型のロボットハンドが提供されている（例えば、特許文献１参照）。このようなロボットハンドによれば、複雑な制御を伴うことなく、フィンガーをワーク形状に倣うように形状変化させることが可能となる。
【特許文献１】特許第３１７９４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、バラ積みされたワークや、仕切板で区切られた箱に収容されたワークを取り出す場合には、その僅かな隙間にフィンガーの指先を挿入してワークを把持しなければならない。しかしながら、シリアル型のロボットハンドでは、フィンガーが挟持動作を行う際に、指根元側の関節の動作に機械的に連動して指先側の関節も動作することとなる。そうすると、指先が曲がった状態でフィンガーを隙間に挿入しなければならず、ロボット操作が困難になる場合が生じてしまう。よって、１つのモータで複数の関節を駆動しながらも、指根元側の関節と指先側の関節とを互いに連動させずに個別に駆動可能とし、指根元側の関節の動作時に指先が曲がらないようにすることが望まれる。
【０００５】
そこで本発明は、簡素な構成でフィンガーが指根元から指先にかけて順に曲がるような動作を実現可能とすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係るロボットハンドは、 動力源からの回転動力が入力される遊星歯車ユニットと、前記遊星歯車ユニットから出力される回転動力が伝達される第１及び第２駆動軸と、前記第１駆動軸に駆動される第１関節と、前記第１関節の指先側に設けられた第１指要素と、前記第１指要素の指先側に設けられて前記第２駆動軸に駆動される第２関節と、前記第２関節の指先側に設けられた第２指要素とを有するフィンガーと、を備え、前記遊星歯車ユニットは、太陽歯車と、前記太陽歯車の外歯に噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車の公転に連動するように前記遊星歯車に接続された遊星腕と、前記遊星歯車の自転に連動するように前記遊星歯車の外歯に噛み合う内歯歯車と、を有し、前記太陽歯車、前記遊星腕及び前記内歯歯車のいずれか１つを動力入力部とし、他の２つをそれぞれ第１動力出力部及び第２動力出力部とし、前記動力入力部が、前記動力源に動力伝達可能に接続され、前記第１動力出力部が、前記第１駆動軸に動力伝達可能に接続され、前記第２動力出力部が、前記第２駆動軸に動力伝達可能に接続され、前記第２動力出力部の運動抵抗を前記第１動力出力部の運動抵抗よりも大きくする抵抗発生手段が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
前記構成によれば、遊星歯車ユニットの動力入力部に入力された回転動力が、第１動力出力部と第２動力出力部とに分流され、第１動力出力部及び第２動力出力部のうち何れか一方の回転が不可となっても、何れか他方が回転可能であるので、第１駆動軸と第２駆動軸とが個別に回転しうる。そして、第２動力出力部の運動抵抗は第１動力出力部の運動抵抗よりも大きいので、第１動力出力部の回転運動が第２動力出力部の回転運動よりも優先して行われる。そうすると、動力源からの回転動力を動力入力部に伝達するだけで、第１関節が第２関節よりも優先して動き、第１指要素が第２指要素よりも優先して動くこととなる。したがって、特別な制御を行うことなく、フィンガーが指根元から指先にかけて順に曲がるような動作を実現することが可能となる。
【０００８】
前記運動抵抗は、前記第１動力出力部が動作不可となった後に前記第２動力出力部が動作可能となるように設定されており、前記動力入力部に回転動力が伝達された際、前記第１指要素がワークからの抗力で移動不可になった後に前記第２指要素がワークに向って移動するように構成されていてもよい。
【０００９】
前記構成によれば、第１関節が駆動されて指根元側の第１指要素が移動しても、第２関節は駆動されず指先側の第２指要素は移動しないので、フィンガーによるワークの把持動作の際にフィンガーを僅かな隙間に挿入しやすくなる。よって、バラ積みされたワークや、仕切板で区切られた箱に収容されたワークも容易に把持して取り出すことが可能となる。また、指根元側の第１指要素でワークを挟持した後には、指先側の第２指要素がワークを挟持し、フィンガーがワーク形状に倣うように形状変化するので、多様な形状のワークを安定保持することが可能となる。
【００１０】
前記抵抗発生手段は、前記第２動力出力部から前記第２駆動軸までの第２動力伝達機構における動力伝達抵抗を、前記第１動力出力部から前記第１駆動軸までの第１動力伝達機構における動力伝達抵抗よりも大きくすることで構成されてもよい。
【００１１】
前記構成によれば、第１動力伝達機構における動力伝達抵抗と第２動力伝達機構における動力伝達抵抗との間に差をつけるだけで（例えば、動力伝達機構として用いられるギアの数を第１動力伝達機構と第２動力伝達機構との間で異ならせる等）、容易に第２動力出力部の運動抵抗を第１動力出力部の運動抵抗よりも大きくすることが可能となる。
【００１２】
前記抵抗発生手段は、前記第２動力出力部から前記第２駆動軸までの動力伝達経路に存在する部材に接触抵抗を付与するボールプランジャであってもよい。
【００１３】
前記構成によれば、ボールプランジャのボールを第２動力出力部から前記第２駆動軸までの動力伝達経路に存在する部材に接触させることで、第２動力出力部に所定の運動抵抗を容易に付与することが可能となる。しかも、ボールプランジャのボールは転動するため、前記動力伝達経路に存在する部材の磨耗も抑止することが可能となる。
【００１４】
前記抵抗発生手段は、前記第２動力出力部から前記第２駆動軸までの動力伝達経路に存在する部材に回転抵抗を付与するバネであってもよい。
【００１５】
前記構成によれば、バネの弾性力により第２動力出力部から前記第２駆動軸までの動力伝達経路に存在する部材に回転抵抗を付与することで、第２動力出力部に運動抵抗を容易かつ安価に付与することが可能となる。
【００１６】
前記第１動力出力部又は第２動力出力部と前記第１駆動軸又は第２駆動軸との間に、第２の遊星歯車ユニットが介設され、前記第２の遊星歯車ユニットの動力入力部に、前記第１動力出力部又は第２動力出力部が動力伝達可能に接続され、前記第２の遊星歯車ユニットの第１動力出力部に、前記第１駆動軸又は前記第２駆動軸が動力伝達可能に接続され、前記第２の遊星歯車ユニットの第２動力出力部に、第３駆動軸が動力伝達可能に接続されていてもよい。
【００１７】
前記構成によれば、遊星歯車ユニットが２つ連なって設けられているので、１つの動力源からの回転動力が３つに分流されることとなる。よって、１つの動力源からの回転動力で第１〜第３駆動軸をそれぞれ独立して駆動することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、特別な制御を行うことなく、フィンガーが指根元から指先にかけて順に曲がるような動作を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るロボットハンド１の平面図である。図２は図１のII-II線断面図である。図３は図１のIII-III線断面図である。図１に示すように、ロボットハンド１は、ケーシング２と、そのケーシング２に設けられた左右一対のフィンガーＦ１，Ｆ２とを有し、ケーシング２を産業用ロボット（図示せず）のアーム先端に取り付けて使用するものである。なお、図１では見易さのために、図中右側においてフィンガーＦ１の駆動軸３，４より動力伝達下流のリンク構造を主に図示し、図中左側においてフィンガーＦ２の駆動軸３，４より動力伝達上流のギア構造を主に図示しているが、左右のフィンガーＦ１，Ｆ２は左右対称の略同一構成である。
【００２１】
まず、フィンガーＦ１，Ｆ２のリンク構造について説明する。図１及び２に示すように、ケーシング２には、第２駆動軸４が軸受６を介して回動自在に支持されており、その第２駆動軸４に指根元部材８の一端部が軸受７を介して回動自在に支持されている。指根元部材８の他端部には、第１関節軸９（第１関節）が軸受１０を介して回動自在に支持されている。第１関節軸９には、指腹部材１２（第１指要素）が軸受１１を介して回動自在に支持されている。指腹部材１２は、指根元側の一端部がもう一方のフィンガーＦ２から離反するように斜めに屈曲した形状であり、その屈曲部１２ａに第１関節軸９が支持されている。指腹部材１２の他端部には、第２関節軸１３（第２関節）が軸受１４を介して回動自在に支持されている。第２関節軸１３には、指先部材１５（第２指要素）の一端部が回動自在に支持されている。
【００２２】
図１及び３に示すように、ケーシング２には、第２駆動軸４に対してフィンガーＦ１の指先から離れた側で且つもう一方のフィンガーＦ２から離れた側において、第２駆動軸４と平行な軸線を有する第１駆動軸３が軸受５を介して回動自在に支持されている。第１駆動軸３には、帯板状のリンク部材１６の一端部が回動自在に支持されている。リンク部材１６の他端部には、回転軸１７が軸受１８を介して回動自在に支持されている。回転軸１７には、指腹部材１２の一端部が回動自在に支持されている。
【００２３】
図１及び２に示すように、第２駆動軸４には、リンク部材１９の一端部が一体的に接続されている。リンク部材１９の他端部には、回転軸２０が軸受２１を介して回動自在に支持されている。回転軸２０には、リンク部材２２の一端部が回動自在に支持されている。リンク部材２２の他端部には、回転軸２３が回動自在に支持されている。回転軸２３には、リンク部材２５の一端部が軸受２４を介して回動自在に支持されている。リンク部材２５の他端部は第１関節軸９に回動自在に支持されている。
【００２４】
図１及び３に示すように、リンク部材２５の中間部には、回転軸２６が軸受２７を介して回動自在に支持されている。回転軸２６には、リンク部材２８の一端部が回動自在に支持されている。リンク部材２８の他端部は、指先部材１５が回転軸２９を介して回動自在に支持されている。指先部材１５は、もう一方のフィンガーＦ２から離れるように突出した突出部１５ａを有し、回転軸２９はその突出部１５ａに支持されている。
【００２５】
以上のリンク構造によれば、例えば、右側のフィンガーＦ１の第１駆動軸３が図１において時計回りに回転すると、リンク部材１６が時計回りに傾動し、第１関節軸９のある第１関節を屈曲させながら、指腹部材１２が右方に平行移動する。そして、フィンガーＦ１の第２駆動軸４が図１において反時計回りに回転すると、リンク部材１９が反時計回りに傾動し、リンク部材２２，２５，２８を介して指先部材１５が反時計回りに傾動する。
【００２６】
次に、フィンガーＦ１，Ｆ２のギア構造について説明する。図１及び２に示すように、ケーシング２には、第１及び第２駆動軸３，４と略平行の出力軸３２を有するモータ３１（動力源）が取り付けられている。このモータ３１には、コントローラ（図示せず）が接続されており、当該コントローラからの指令でモータ３１が駆動されるようになっている。モータ３１の出力軸３２には、ケーシング３３に軸受３４を介して回動自在に支持された第１ギア３５が固定されている。第１ギア３５には、ケーシング３３に軸受３８を介して回動自在に支持された第２ギア４０が噛み合っている。第２ギア４０の中心にはギア軸３７が固定されており、そのギア軸３７はケーシング３６に軸受３９を介して回動自在に支持されている。
【００２７】
図１及び３に示すように、第２ギア４０には、ケーシング３３に軸受４２を介して回動自在に支持された第３ギア４１が噛み合っている。第３ギア４１の中心には、ギア軸４３が固定されている。ギア軸４３は、ケーシング２，３６に支持された遊星歯車ユニット４４に入力軸として接続されている。
【００２８】
図４は図１に示すロボットハンド１の遊星歯車ユニット４４の模式図である。図５は図４に示す遊星歯車ユニット４４の模式断面図である。図４及び５に示すように、遊星歯車ユニット４４は、ギア軸４３が入力軸として一体的に接続される太陽歯車６５と、太陽歯車６５の外歯に噛み合う複数の遊星歯車６６と、遊星歯車６６の公転に連動するように遊星歯車６６に接続された遊星腕６８と、遊星歯車６６の自転に連動するように遊星歯車６６の外歯に噛み合う内歯歯車６７とを有している。そして、太陽歯車６５を動力入力部とし、遊星腕６８を第１動力出力部とし、内歯歯車６７を第２動力出力部としている。
【００２９】
再び図３に戻って、遊星歯車ユニット４４の遊星腕６８には、第１波動歯車減速機４８の入力部４９が一体的に接続されている。第１波動歯車減速機４８の出力部５０は第１駆動軸３に一体的に接続されている。遊星歯車ユニット４４の内歯歯車６７（図４及び５参照）には、ケーシング３６に軸受４５を介して回動自在に支持された第４ギア４６が一体的に外嵌されている。第４ギア４６には、第５ギア５１（図２参照）が噛み合っている。図２に示すように、第５ギア５１の中心にはギア軸５３が固定されており、そのギア軸５３はケーシング３６に軸受５２を介して回動自在に支持されている。ギア軸５３には、第２波動歯車減速機５５の入力部５６が一体的に接続されている。第２波動歯車減速機５５の出力部５７は第２駆動軸４に一体的に接続されている。
【００３０】
以上のギア構造によれば、モータ３１からの回転動力が、第１〜第３ギア３５，４０，４１及びギア軸４３を介して遊星歯車ユニット４４の太陽歯車６５に入力され、その回転動力が遊星歯車ユニット４４において遊星腕６８と内歯歯車６７との２つに分流出力される。そして、遊星腕６８の回転動力が第１波動歯車減速機４８を含む第１動力伝達機構６１を介して第１駆動軸３を回転駆動し、内歯歯車６７の回転動力が第４ギア４６、第５ギア５１及び第２波動歯車減速機４８を含む第２動力伝達機構６２を介して第２駆動軸４を回転駆動する。つまり、第２動力伝達機構６２には、第１動力伝達機構６１に比べて、動力伝達抵抗となるギア（例えば、第４ギア４６等）が多く設けられることで、第２動力伝達機構６２の動力伝達抵抗が第１動力伝達機構６１の動力伝達抵抗よりも大きくなっており、これにより内歯歯車６７の運動抵抗を遊星腕６８の運動抵抗よりも大きくする抵抗発生手段が構成されている。
【００３１】
よって、遊星腕６８に負荷が掛かっていない状態（例えば、遊星腕６８に動力伝達可能に接続された指腹部材１２にワークからの反力等が掛かっていない状態）では、太陽歯車６５の回転動力は全て遊星腕６８に伝達され、内歯歯車６７は回転しない。即ち、第２駆動軸４が回転せず指先部材１５が傾動しない状態で、第１駆動軸３が回転して指腹部材１２が平行移動する。一方、遊星腕６８に負荷が掛かった状態（例えば、遊星腕６８に動力伝達可能に接続された指腹部材１２にワークからの反力等が掛かった状態）では、当該負荷が第２動力伝達機構６２の動力伝達抵抗を超えることで、内歯歯車６７が回転し始めて、太陽歯車６５の回転動力が内歯歯車６７に分流され、第２駆動軸４が回転駆動して指先部材１５が傾動する。
【００３２】
次に、ロボットハンド１のワーク把持動作について説明する。図６は図１に示すロボットハンド１の右半分のみを表した動作図である。図６（ａ）に示すように、ロボットハンド１は、初期状態において、フィンガーＦ１の指根元部材８、指腹部材１２及び指先部材１５が一直線上に並んだ指閉じ状態となっている。次いで、図６（ｂ）に示すように、コントローラ（図示せず）によりモータ３１（図１等参照）に指開き動作が指令されると、ボールプランジャ６０（図３参照）による運動抵抗で第２駆動軸４は回転せず、第１駆動軸３が時計回りに回転する。そうすると、指腹部材１２と指先部材１５とが、一直線上に並んだまま、もう一方のフィンガーＦ２（図１参照）から離れるように平行移動し、指腹部材１２と指根元部材８とが直交する状態となった最大開き位置で停止する。
【００３３】
次いで、図６（ｃ）に示すように、コントローラ（図示せず）によりモータ３１（図１等参照）に指閉じ動作が指令されると、第２動力伝達機構６２の動力伝達抵抗が第１動力伝達機構６１の動力伝達抵抗よりも大きいことで第２駆動軸４は回転せず、第１駆動軸３が反時計回りに回転する。そうすると、指腹部材１２と指先部材１５とが、一直線上に並んだまま、もう一方のフィンガーＦ２（図１参照）に近づくように平行移動して、指腹部材１２がワークＷに当接する。この際、図６では図示していないが、もう一方のフィンガーＦ２（図１参照）の指腹部材１２もワークＷの反対側に当接する。
【００３４】
次いで、図６（ｄ）に示すように、指腹部材１２がワークＷからの抗力でそれ以上動けなくなると、第４ギア４６（図３参照）のトルクが第２動力伝達機構６２の動力伝達抵抗に打ち勝ち、第２駆動軸４が反時計回りに回転できるようになる。そうすると、指先部材１５が、もう一方のフィンガーＦ２（図１参照）に向けて傾動（即ち、ワークＷに向って移動）して、ワークＷに当接し、フィンガーＦ１がワークＷの形状に倣うようにワークＷを把持することとなる。この把持状態で、ロボットハンド１が取り付けられた産業用ロボットのアームを動作させ、ワークＷを所要の場所に移動させる。
【００３５】
次いで、図６（ｅ）に示すように、コントローラ（図示せず）によりモータ３１（図１等参照）に指開き動作が指令されると、第１駆動軸３が時計回りに回転し、指腹部材１２及び指先部材１５がもう一方のフィンガーＦ２（図１参照）から離れるように平行移動し、指腹部材１２と指根元部材８とが直交する状態となった最大開き位置で停止する。その際、第２動力伝達機構６２の動力伝達抵抗で第２駆動軸４は回転しにくいが、リンク干渉により指先部材１５がある程度開いた状態となる。
【００３６】
次いで、図６（ｆ）に示すように、モータ３１（図１参照）が開き方向に駆動され続けることで、指腹部材１２は最大開き位置ではそれ以上動けないため、第４ギア４６（図３参照）のトルクが増大して第２動力伝達機構６２の動力伝達抵抗に打ち勝ち、第２駆動軸４が時計回りに回転し、指先部材１５が指腹部材１２と一直線上に並んだ位置まで開く。次いで、図６（ｇ）に示すように、コントローラ（図示せず）によりモータ３１（図１等参照）に指閉じ動作が指令され、初期状態に戻る。
【００３７】
以上に説明した構成によれば、遊星歯車ユニット４４の太陽歯車６５に入力された回転動力が遊星腕６８と内歯歯車６７とに分流され、遊星腕６８が回転不可となっても、内歯歯車６７が回転可能であるので、第１駆動軸３と第２駆動軸４とが個別に回転しうる。そして、内歯歯車６７から第２駆動軸４までの第２動力伝達機構６２における動力伝達抵抗は、遊星腕６８から第１駆動軸３までの第１動力伝達機構６１における動力伝達抵抗よりも大きいので、遊星腕６８の回転運動が内歯歯車６７の回転運動よりも優先して行われる。そうすると、モータ３１からの回転動力を太陽歯車６５に伝達するだけで、指腹部材１２が指先部材１５よりも優先して動かされる。よって、特別な制御を行うことなく、第１関節軸９を第２関節軸１３よりも優先して動かすことができ、フィンガーＦ１、Ｆ２が指根元から指先にかけて順に曲がるような動作を実現することが可能となる。
【００３８】
また、第１関節軸９が駆動されて指腹部材１２が移動しても、第２関節軸１３は駆動されず指先部材１５は移動しないので、フィンガーＦ１，Ｆ２によるワークＷの把持動作の際にフィンガーＦ１、Ｆ２を僅かな隙間に挿入しやすくなる。よって、バラ積みされたワークや、仕切板で区切られた箱に収容されたワークも容易に把持して取り出すことが可能となる。そして、指腹部材１２でワークＷを挟持した後には、指先部材１５がワークＷを挟持し、フィンガーＦ１，Ｆ２がワーク形状に倣うように形状変化するので、多様な形状のワークＷを安定保持することが可能となる。
【００３９】
（第２実施形態）
図７は本発明の第２実施形態に係るロボットハンド１０１の図３相当の図面である。図８は図７に示すロボットハンド１０１のボールプランジャ７０の断面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図７及８に示すように、本実施形態では、内歯歯車６７の運動抵抗を遊星腕６８の運動抵抗よりも大きくする抵抗発生手段としてボールプランジャ７０が設けられている。ボールプランジャ７０は第４ギア４６に押し付けられ、第４ギア４６に連動する内歯歯車６７に接触抵抗を付与している。
【００４０】
ボールプランジャ７０は、バネ収容空間７３を有するハウジング７１と、ハウジング７１の先端に設けられた開口部７１ａと、開口部７１ａの内径よりも大きい外径を有するボール７２と、バネ収容空間７３に配置されてボール７２の一部を開口部７１ａから突出させるように付勢するコイルバネ７４とを備えている。ボール７２は、回動自在に設けられており、開口部７１ａから出没可能となっている。このボールプランジャ７０は、ハウジング７１がケーシング３３，３６に固定されており、ボール７２がコイルバネ７４の弾性力により第４ギア４６の回転軸線に垂直な表面に押し付けられている。これにより、第４ギア４６にはボール７２からの圧力により回転抵抗が生じ、内歯歯車６７の運動抵抗が遊星腕６８の運動抵抗よりも大きくなっている。
【００４１】
遊星腕６８に負荷が掛かっていない状態（例えば、遊星腕６８に動力伝達可能に接続された指腹部材１２にワークからの反力等が掛かっていない状態）では、太陽歯車６５の回転動力は全て遊星腕６８に伝達され、内歯歯車６７は回転しない。即ち、第２駆動軸４が回転せず指先部材１５が傾動しない状態で、第１駆動軸３が回転して指腹部材１２が平行移動する。一方、遊星腕６８に負荷が掛かった状態（例えば、遊星腕６８に動力伝達可能に接続された指腹部材１２にワークからの反力等が掛かった状態）では、当該負荷がボールプランジャ７０のボール７２の第４ギア４６への押付力を超えることで、第４ギア４６が回転し始めて、太陽歯車６５の回転動力が内歯歯車６７に分流され、第２駆動軸４が回転駆動して指先部材１５が傾動する。この際、ボールプランジャ７０のボール７２は第４ギア４６に接触しながら転がるので、第４ギア４６の磨耗が抑止される。
【００４２】
なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。また、本実施形態では、抵抗発生手段であるボールプランジャ６０は、第４ギア４６に当接して接触抵抗を付与しているが、内歯歯車６７から第２駆動軸４までの動力伝達機構に存在する部材であれば、他の部材（例えば、第５ギア５１等）にボールプランジャを当接させて接触抵抗を付与するようにしてもよい。また、ボールプランジャ６０を設ける代わりに、内歯歯車６７から第２駆動軸４までの動力伝達経路に存在する回転部材（例えば、第５ギア５１の中心に固定されたギア軸５３）に抵抗発生手段としてコイルバネ１１５を設け、その弾性力により前記部材（例えば、ギア軸５３）に回転抵抗を付与することで、ギア軸５３に連動する内歯歯車６７の運動抵抗を遊星腕６８の運動抵抗よりも大きくしてもよい。
【００４３】
（第３実施形態）
図９は本発明の第３実施形態に係るロボットハンドの遊星歯車ユニット４４，２４４の模式断面図である。図９に示すように、本実施形態のロボットハンドは、遊星歯車ユニット４４，２４４を二段に繋げて回転動力を３つに分流する構成となっている。具体的には、第１の遊星歯車ユニット４４の遊星腕６８が、第２の遊星歯車ユニット２４４の太陽歯車２６５に入力軸として接続されている。そして、第１の遊星歯車ユニット４４の内歯歯車６７に第１駆動軸（図示せず）が動力伝達可能に接続され、第２の遊星歯車ユニット２４４の遊星腕２６８に第２駆動軸（図示せず）が動力伝達可能に接続され、第２の遊星歯車ユニット２４４の内歯歯車２６７に第３駆動軸（図示せず）が動力伝達可能に接続されている。
【００４４】
これら第１〜第３駆動軸は、１本のフィンガーが有する第１〜第３関節（図示せず）をそれぞれ駆動するもので、第１関節、第２関節、第３関節の順番で指先側に向けて配置されている。第１の遊星歯車ユニット４４の内歯歯車６７が第１関節を駆動する第１駆動軸に接続され、第２の遊星歯車ユニット２４４の遊星腕２６８が第２関節を駆動する第２駆動軸に接続され、第２の遊星歯車ユニット２４４の内歯歯車２６７が第３関節を駆動する第３駆動軸に接続されている。そして、第１の遊星歯車ユニット４４の内歯歯車６７、第２の遊星歯車ユニット２４４の遊星腕２６８、第２の遊星歯車ユニット２４４の内歯歯車２６７の順で、運動抵抗が大きくなるように設定されている。なお、運動抵抗の調整は、前述したように、ギア数やボールプランジャやバネにより容易に実施可能である。
【００４５】
このような構成によれば、遊星歯車ユニット４４，２４４が２つ連なって設けられているので、１つのモータからの回転動力が３つに分流され、１つのモータからの回転動力で第１〜第３駆動軸をそれぞれ独立して駆動することができる。そして、分流される各動力に対する抵抗を調整することで、１本のフィンガーに３つ以上の関節がある場合でも、特別な制御を行うことなく、指根元から指先にかけて順に曲がるような動作を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明に係るロボットハンドは、特別な制御を行うことなくフィンガーが指根元から指先にかけて順に曲がる動作を実現可能とする優れた効果を有し、産業用ロボットのアーム先端に取り付けるロボットハンドに広く適用すると有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの平面図である。
【図２】図１のII-II線断面図である。
【図３】図１のIII-III線断面図である。
【図４】図１に示すロボットハンドの遊星歯車ユニットの模式図である。
【図５】図４に示す遊星歯車ユニットの模式断面図である。
【図６】図１に示すロボットハンドの右半分を表した動作図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るロボットハンドの図３相当の図面である。
【図８】図７に示すロボットハンドのボールプランジャの断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るロボットハンドの遊星歯車ユニットの模式断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１，１０１ ロボットハンド
３ 第１駆動軸
４ 第２駆動軸
８ 指根元部材
９ 第１関節軸（第１関節）
１２ 指腹部材（第１指要素）
１３ 第２関節軸（第２関節）
１５ 指先部材（第２指要素）
３１ モータ（動力源）
４４，２４４ 遊星歯車ユニット
６０ ボールプランジャ
６５ 太陽歯車
６６ 遊星歯車
６７ 内歯歯車
６８ 遊星腕
２４４ 第２の遊星歯車ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源からの回転動力が入力される遊星歯車ユニットと、
前記遊星歯車ユニットから出力される回転動力が伝達される第１及び第２駆動軸と、
前記第１駆動軸に駆動される第１関節と、前記第１関節の指先側に設けられた第１指要素と、前記第１指要素の指先側に設けられて前記第２駆動軸に駆動される第２関節と、前記第２関節の指先側に設けられた第２指要素とを有するフィンガーと、を備え、
前記遊星歯車ユニットは、太陽歯車と、前記太陽歯車の外歯に噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車の公転に連動するように前記遊星歯車に接続された遊星腕と、前記遊星歯車の自転に連動するように前記遊星歯車の外歯に噛み合う内歯歯車と、を有し、
前記太陽歯車、前記遊星腕及び前記内歯歯車のいずれか１つを動力入力部とし、他の２つをそれぞれ第１動力出力部及び第２動力出力部とし、
前記動力入力部が、前記動力源に動力伝達可能に接続され、
前記第１動力出力部が、前記第１駆動軸に動力伝達可能に接続され、
前記第２動力出力部が、前記第２駆動軸に動力伝達可能に接続され、
前記第２動力出力部の運動抵抗を前記第１動力出力部の運動抵抗よりも大きくする抵抗発生手段が設けられていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記運動抵抗は、前記第１動力出力部が動作不可となった後に前記第２動力出力部が動作可能となるように設定されており、
前記動力入力部に回転動力が伝達された際、前記第１指要素がワークからの抗力で移動不可になった後に前記第２指要素がワークに向って移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記抵抗発生手段は、前記第２動力出力部から前記第２駆動軸までの第２動力伝達機構における動力伝達抵抗を、前記第１動力出力部から前記第１駆動軸までの第１動力伝達機構における動力伝達抵抗よりも大きくすることで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記抵抗発生手段は、前記第２動力出力部から前記第２駆動軸までの動力伝達機構に存在する部材に接触抵抗を付与するボールプランジャであることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記抵抗発生手段は、前記第２動力出力部から前記第２駆動軸までの動力伝達機構に存在する部材に回転抵抗を付与するバネであることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記第１動力出力部又は第２動力出力部と前記第１駆動軸又は第２駆動軸との間に、第２の遊星歯車ユニットが介設され、
前記第２の遊星歯車ユニットの動力入力部に、前記第１動力出力部又は第２動力出力部が動力伝達可能に接続され、
前記第２の遊星歯車ユニットの第１動力出力部に、前記第１駆動軸又は前記第２駆動軸が動力伝達可能に接続され、
前記第２の遊星歯車ユニットの第２動力出力部に、第３駆動軸が動力伝達可能に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のロボットハンド。
【請求項１】
動力源からの回転動力が入力される遊星歯車ユニットと、
前記遊星歯車ユニットから出力される回転動力が伝達される第１及び第２駆動軸と、
前記第１駆動軸に駆動される第１関節と、前記第１関節の指先側に設けられた第１指要素と、前記第１指要素の指先側に設けられて前記第２駆動軸に駆動される第２関節と、前記第２関節の指先側に設けられた第２指要素とを有するフィンガーと、を備え、
前記遊星歯車ユニットは、太陽歯車と、前記太陽歯車の外歯に噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車の公転に連動するように前記遊星歯車に接続された遊星腕と、前記遊星歯車の自転に連動するように前記遊星歯車の外歯に噛み合う内歯歯車と、を有し、
前記太陽歯車、前記遊星腕及び前記内歯歯車のいずれか１つを動力入力部とし、他の２つをそれぞれ第１動力出力部及び第２動力出力部とし、
前記動力入力部が、前記動力源に動力伝達可能に接続され、
前記第１動力出力部が、前記第１駆動軸に動力伝達可能に接続され、
前記第２動力出力部が、前記第２駆動軸に動力伝達可能に接続され、
前記第２動力出力部の運動抵抗を前記第１動力出力部の運動抵抗よりも大きくする抵抗発生手段が設けられていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記運動抵抗は、前記第１動力出力部が動作不可となった後に前記第２動力出力部が動作可能となるように設定されており、
前記動力入力部に回転動力が伝達された際、前記第１指要素がワークからの抗力で移動不可になった後に前記第２指要素がワークに向って移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記抵抗発生手段は、前記第２動力出力部から前記第２駆動軸までの第２動力伝達機構における動力伝達抵抗を、前記第１動力出力部から前記第１駆動軸までの第１動力伝達機構における動力伝達抵抗よりも大きくすることで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記抵抗発生手段は、前記第２動力出力部から前記第２駆動軸までの動力伝達機構に存在する部材に接触抵抗を付与するボールプランジャであることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記抵抗発生手段は、前記第２動力出力部から前記第２駆動軸までの動力伝達機構に存在する部材に回転抵抗を付与するバネであることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記第１動力出力部又は第２動力出力部と前記第１駆動軸又は第２駆動軸との間に、第２の遊星歯車ユニットが介設され、
前記第２の遊星歯車ユニットの動力入力部に、前記第１動力出力部又は第２動力出力部が動力伝達可能に接続され、
前記第２の遊星歯車ユニットの第１動力出力部に、前記第１駆動軸又は前記第２駆動軸が動力伝達可能に接続され、
前記第２の遊星歯車ユニットの第２動力出力部に、第３駆動軸が動力伝達可能に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のロボットハンド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１３１７０３（Ｐ２０１０−１３１７０３Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０９８４８（Ｐ２００８−３０９８４８）
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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