ロボットの関節構造、ロボットフィンガー及びロボットハンド
【課題】リンク部の回転角度を大きくすることなく、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することができるロボットの関節構造、その関節構造を備えたロボットフィンガー、及びそのロボットフィンガーを備えたロボットハンドを提供する。
【解決手段】相対的に移動可能に連結された第１リンク部１及び第２リンク部２と、第２リンク部２を第１リンク部１に対して回転させると共に第１リンク部１の長手方向（Ｘ方向）に沿って移動させる駆動手段４と、を備えることを特徴とする。
【解決手段】相対的に移動可能に連結された第１リンク部１及び第２リンク部２と、第２リンク部２を第１リンク部１に対して回転させると共に第１リンク部１の長手方向（Ｘ方向）に沿って移動させる駆動手段４と、を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの関節構造、ロボットフィンガー及びロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロボットの関節構造として、人間の指関節や腕関節の動作を元に構成されたものがある。このようなロボットの関節構造として、複数のリンク部材を互いに回転可能に連結したものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のロボットの関節構造では、各々のリンク部材をそれぞれ所定の角度回転させることで、人間の指と同様に屈曲し、物体を把持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６６１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のロボットの関節構造では、小さい物を把持するためには、各リンク部材の回転角度を大きくする必要があるという課題がある。また、把持可能な物体の大きさの範囲がリンク部材の寸法によって限定されやすく、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、リンク部の回転角度を大きくすることなく、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することができるロボットの関節構造、その関節構造を備えたロボットフィンガー、及びそのロボットフィンガーを備えた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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明のロボットの関節構造は、相対的に移動可能に連結された第１リンク部及び第２リンク部と、前記第２リンク部を前記第１リンク部に対して回転させると共に前記第１リンク部の長手方向に沿って移動させる駆動手段と、を備えることを特徴とする。また、この関節構造を適用してロボットフィンガーを構成してもよい。さらに、このロボットフィンガーを用いてロボットハンドを構成してもよい。
【０００７】
このように構成することで、第２リンク部を第１リンク部に対して回転（移動）させ、第１リンク部と第２リンク部とのなす角の角度を変化させることで、連結された第１リンク部と第２リンク部とを伸長させたり屈曲させたりすることができる。さらに、第２リンク部を第１リンク部の長手方向に移動させることで、第２リンク部の回転軸との関係における第１リンク部の長手方向の実質的な長さを変化させることができる。これにより、第２リンク部の第１リンク部に対する回転角度を大きくすることなく、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のロボットの関節構造、その関節構造を備えたロボットフィンガー、及びそのロボットフィンガーを備えたロボットハンドによれば、リンク部の回転角度を大きくすることなく、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るロボットハンドの斜視図である。
【図２】図１に示すロボットハンドが備える第１ロボットフィンガーの斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線に沿う矢視断面図である。
【図４】図２に示す第１ロボットフィンガーを屈曲させた状態を示す斜視図である。
【図５】図４に示す第１ロボットフィンガーを引き込んだ状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を用いて本実施形態に係るロボットハンドについて説明する。本実施形態のロボットハンドは、複数のロボットフィンガーを屈曲、伸長、回動させることで、物体を把持するものである。
図１は、本実施形態のロボットハンドの斜視図である。図１に示すように、ロボットハンドＲＨは、筐体状の本体部Ｂと、本体部Ｂに取り付けられた第１ロボットフィンガー１００、第２ロボットフィンガー２００及び第３ロボットフィンガー３００を備えている。
【００１１】
第１ロボットフィンガー１００は、本体部Ｂに固定され、本体部Ｂ側に設けられたリニアアクチュエータ４１の作動により、先端側の第１関節Ｊ１１と本体部Ｂ側の第２関節Ｊ１２とが屈曲したり伸長したりするようになっている。第１ロボットフィンガー１００は、第１関節Ｊ１１及び第２関節Ｊ１２が本体部Ｂ側に屈曲することで、本体部Ｂの保持面（保持部）Ｂ１との間に物体を把持可能に設けられている。
【００１２】
第２ロボットフィンガー２００は、本体部Ｂや第１関節Ｊ２１の近傍に設けられたモータＭ１，Ｍ２の作動により、先端側の第１関節Ｊ２１と本体部Ｂ側の第２関節Ｊ２２とが屈曲するように設けられている。
第３ロボットフィンガー３００は、本体部Ｂに設けられた不図示のモータの作動により、本体部Ｂに設けられたＹ軸方向と平行な不図示の回動軸を中心として、本体部Ｂに対して回動するようになっている。
ロボットハンドＲＨは、複数のモータを作動させ、第２ロボットフィンガー２００を屈曲させたり、第３ロボットフィンガー３００を回動させたりすることで、第２ロボットフィンガー２００と第３ロボットフィンガー３００との間に物体を把持可能の設けられている。
【００１３】
次に、本実施形態の第１ロボットフィンガー１００について、図２〜図５を用いて詳細に説明する。
図２は、第１ロボットフィンガー１００の第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２を伸長させた状態を示す斜視図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う矢視断面図である。図４は、図２に示す第１ロボットフィンガー１００の第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２を屈曲させた状態を示す斜視図である。図５は、第１ロボットフィンガー１００の第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２とを本体部Ｂ側に引き込んだ状態を示す斜視図である。
なお、以下では、図１に示す本体部Ｂの保持面Ｂ１及び側面Ｂ２に平行な方向をＺ方向、保持面Ｂ１に垂直な方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な方向をＹ方向とするＸＹＺ直交座標系を用いて説明する。
【００１４】
図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００は、直列に配置されて連結された、第１リンク部１と、第２リンク部２と、第３リンク部３とを備えている。また、第１ロボットフィンガー１００は、第２リンク部２と第３リンク部３とを、第１リンク部１に対して回転を含む移動をさせる駆動部（駆動手段）４を備えている。
【００１５】
図２及び図３に示すように、第１リンク部１は、主に、一対の側板１１と、一対の側板１１を連結する底板１２及び連結軸１３と、により構成されている。第１リンク部１の側板１１は、Ｙ方向に所定の厚みを有し、Ｚ方向に所定の幅を有し、Ｘ方向を長手方向とする板状の部材である。第１リンク部１の底板１２は、側板１１の−Ｚ側に、側板１１に対して略垂直に配置され、一対の側板１１間に掛け渡された板状の部材である。
【００１６】
側板１１は、−Ｚ側の端部における−Ｘ側の約半分の部分が、底板１２のＹ方向の両端縁に固定され、Ｙ方向に所定の間隔で対向して配置されている。連結軸１３は、一対の側板１１の長手方向（Ｘ方向）の中央部に配置され、Ｙ方向と略平行な方向に延びる棒状の部材である。連結軸１３は両端部がそれぞれ一対の側板１１の各々に固定されることで一対の側板１１を連結している。
【００１７】
側板１１の中央部よりも第２リンク部２側（＋Ｘ側）の位置には、略Ｌ字型に形成されたＬ型溝１１０が形成されている。Ｌ型溝１１０は、側板１１を貫通して設けられ、側板１１の長手方向（Ｘ方向）と略平行に延びる第１溝１１１と、第１溝１１１の第２リンク部２側（＋Ｘ側）の端部から−Ｚ方向に延びる第２溝１１２とを有している。
【００１８】
第２リンク部２は、主に、一対の側板２１と、一対の側板２１を連結する底板２２（図３参照）と、カム軸２３と、第２関節回転軸２４と、側板２１と共に第１関節回転軸３２を支持する支持部２５と、を有している。
【００１９】
第２リンク部２の側板２１は、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、Ｙ方向に所定の厚みを有し、Ｚ方向に所定の幅を有し、Ｘ方向を長手方向とする一対の板状の部材である。一対の側板２１は、幅方向（図３におけるＺ方向）の一方の端部が、底板２２のＹ方向の端縁にそれぞれ固定されている。これにより、一対の側板２１は、図２に示すように、Ｙ方向に所定の間隔で対向した状態で、第１リンク部１の側板１１の内側に、第１リンク部１の側板１１と略平行に配置されている。
【００２０】
また、第２リンク部２の一対の側板２１は、第１リンク部１の一対の側板１１と端部同士がＹ方向に重なるように、第１リンク部１の一対の側板１１の内側に配置されている。また、第２リンク部２の側板２１には、図１に示すように、第１ロボットフィンガー１００が伸長した状態における第３リンク部３側（＋Ｘ側）の端部の−Ｚ側に、切欠き部２１ａが設けられている。また、この状態における第２リンク部２の側板２１の第３リンク部３側（＋Ｘ側）の端部の＋Ｚ側には、第１関節回転軸３２が挿通されて支持されている。
【００２１】
第２リンク部２の底板２２は、図３に示すように、第１ロボットフィンガー１００が伸長した状態において、側板２１の−Ｚ側に、側板２１に対して略垂直に配置され、一対の側板２１間に掛け渡された板状の部材である。また、底板２２の−Ｚ側には、例えばゴムやウレタン等の樹脂材料により形成された緩衝材２６が固定されている。
【００２２】
カム軸２３は、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、第２リンク部２の側板２１の長手方向の第１リンク部１側（−Ｘ側）の端部の−Ｚ側の位置に挿通され、支持されている。カム軸２３は、第１リンク部１の一対の側板１１のＬ型溝１１０にもそれぞれ挿通され、第１リンク部１の側板１１の外側の両端部にストッパー２３ａが設けられている。カム軸２３は、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、Ｌ型溝１１０の第２溝１１２の−Ｚ側の端部に位置している。
【００２３】
第２関節回転軸２４は、図２及び図３に示すように、第１ロボットフィンガー１００が伸長した状態において、側板２１の第１リンク部１側（−Ｘ側）の端部の−Ｚ側に配置され、カム軸２３の第３リンク部３側（＋Ｘ側）に隣接して配置されている。第２関節回転軸２４の両端部は第２リンク部２の側板２１に挿通され、側板２１の外側にはストッパー２４ａが設けられている。
【００２４】
支持部２５は、Ｘ方向からみて＋Ｚ側が開口された略Ｕ字型の形状に形成され、図３に示すように、−Ｙ側から見て略台形状の形状に形成された部材であり、底部２５ｂが底板２２に固定されている。また、図３に示すように、支持部２５の側部２５ａは中央部の−Ｚ側に略三角形の切欠き部２５ｃを有している。切欠き部２５ｃの＋Ｘ側の部分の＋Ｚ側には、第１関節回転軸３２の一端が挿通されている。
【００２５】
第３リンク部３は、第２リンク部２の第１リンク部１と反対側の端部に一対が並列に配置されている。各々の第３リンク部３は、主に、本体部３１と、第１関節回転軸３２とにより構成されている。
【００２６】
本体部３１は、Ｘ方向から見て＋Ｚ側が開口された略Ｕ字型の形状に形成され、図３に示すように、Ｙ方向から見て、第２リンク部２と反対の先端側（図３における＋Ｘ側）ほどＺ方向の寸法が小さくなる先細状の形状に形成されている。本体部３１の底部３１ｂには、図３に示す第２リンク部２の緩衝材２６と同様の緩衝材３３が固定されている。また、本体部３１の開口部３１ｃは、カバー部材３４によって塞がれている。
【００２７】
図２に示すように、本体部３１の側部３１ａの第２リンク部２側の端部は、第２リンク部２の側板２１及び支持部２５の側部２５ａの第３リンク部３側の端部とＹ方向に重なるように、第２リンク部２の側板２１及び支持部２５の側部２５ａの外側にこれらと略平行に対向して配置されている。
【００２８】
図２及び図３に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、本体部３１の側部３１ａの第２リンク部２側（−Ｘ側）の端部の＋Ｚ側の位置には、第１関節回転軸３２が挿通されている。また、本体部３１の側部３１ａの第２リンク部２側（−Ｘ側）の端部の−Ｚ側の位置には、駆動部４の第２駆動リンク軸４４ｃが挿通されている。
【００２９】
第１関節回転軸３２は、第３リンク部３の本体部３１の両方の側部３１ａと、第２リンク部２の一方の側板２１及び支持部２５の一方の側部２５ａに挿通されている。図２に示すように、本体部３１の一方の側部３１ａに支持された第１関節回転軸３２の一端側には、ストッパー３２ａが設けられている。また、図３に示すように、本体部３１の他方の側部３１ａに支持された第１関節回転軸３２の他端側は、ボルト３２ｂによって固定されている。また、第１関節回転軸３２は、本体部３１と第２リンク部２の側板２１との間に配置されたスペーサー３２ｃに挿通されている。これにより、第３リンク部３は、第２リンク部２に対して相対的に回転可能に連結されている。
【００３０】
図２及び図３に示すように、駆動部４は、主に、リニアアクチュエータ４１と、リニアアクチュエータ４１に固定された一対の側板４２と、側板４２を連結する底板４３と、第３リンク部３を駆動させる駆動リンク部４４と、を有している。
リニアアクチュエータ４１は、モータ４１ａとボールねじ４１ｂとを備えている。リニアアクチュエータ４１は、モータ４１ａの作動により、ボールねじ４１ｂのねじ軸４１ｃをＸ方向に進退させるようになっている。ねじ軸４１ｃは、第１リンク部１の連結軸１３に設けられたねじ孔１３ａに螺合され、連結軸１３に固定されている。
【００３１】
駆動部４の側板４２は、第１リンク部１の一対の側板１１とＹ方向に重なるように、第１リンク部１の一対の側板１１の内側に、第１リンク部１の一対の側板１１と略平行に配置されている。駆動部４の側板４２は、側板４２の−Ｚ側に、側板４２と略垂直に配置された底板４３のＹ方向の端縁に固定され、Ｙ方向に所定の間隔で対向して配置されている。また、底板４３の−Ｚ側には、図３に示すように、第２リンク部２に設けられた緩衝材２６及び第３リンク部３に設けられた緩衝材３３と同様の緩衝材４５が固定されている。
【００３２】
また、側板４２の下端部には、第１リンク部１の側板１１と当接するガイド部４２ｄ（図４及び図５参照）が設けられている。ガイド部４２ｄは、第１リンク部１の側板１１が駆動部４の側板４２に対して相対的に移動する際に、第１リンク部１の側板１１と摺接し、Ｘ方向にガイドするようになっている。
図２に示すように、側板４２の−Ｘ側の端部にはフランジ部４２ａが設けられ、側板４２はフランジ部４２ａを介してリニアアクチュエータ４１の本体部４１０に固定されている。側板４２のＸ方向の中央部には、側板４２を貫通し、Ｘ方向に延びる長孔状の進退溝４２ｂが形成されている。進退溝４２ｂには、第１リンク部１の連結軸１３が挿通されて係合されている。
【００３３】
図３に示すように、駆動部４の側板４２の第２リンク部２側（＋Ｘ側）の端部の−Ｚ側には、第２リンク部２に設けられた第２関節回転軸２４が挿通されている。また、駆動部４の側板４２の第３リンク部３側（＋Ｘ側）の端部のＺ方向の略中央部には、駆動リンク部４４の第１駆動リンク軸４４ｂが挿通されている。また、駆動部４の側板４２の進退溝４２ｂの第３リンク部３側（＋Ｘ側）には、側板４２を貫通し、第２関節回転軸２４を中心とする円周に沿って形成された４半円分の長孔状の回転溝４２ｃが形成されている。回転溝４２ｃには、第２リンク部２に設けられたカム軸２３が挿通されて係合されている。カム軸２３は、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、回転溝４２ｃの−Ｚ側の端部に位置している。
【００３４】
駆動部４の駆動リンク部４４は、駆動リンク板４４ａと、駆動リンク板４４ａを回転可能に支持する第１駆動リンク軸４４ｂ及び第２駆動リンク軸４４ｃとを有している。
第１駆動リンク軸４４ｂは、駆動リンク板４４ａの一方の端部に挿通されると共に、端部が駆動部４の側板４２に挿通されて支持されている。これにより、駆動リンク板４４ａは、第１駆動リンク軸４４ｂを中心として回転可能に設けられている。
【００３５】
また、駆動リンク板４４ａの他方の端部には、駆動リンク板４４ａの長手方向に延びる不図示の長孔状の溝部が設けられ、この溝部に第２駆動リンク軸４４ｃが挿通されている。
第２駆動リンク軸４４ｃは、図２に示すように一方の端部が第３リンク部３の本体部３１の側部３１ａに挿通されてストッパー４４ｃ１が設けられ、図３に示すように他方の端部がボルト４４ｃ２によって第３リンク部３の本体部３１の側部３１ａに固定されている。この第２駆動リンク軸４４ｃと、図１に示す駆動リンク板４４ａと第２リンク部２とに支持されたスプリング軸４４ｄとの間には、これらの間に引っ張り方向の力を作用させるスプリング４４ｅが掛け渡されている。
【００３６】
図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、第１リンク部１の側板１１の長手方向と、第２リンク部２の側板２１の長手方向とは、略一直線になり、それぞれがＸ方向と略平行になっている。すなわち、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態においては、第１リンク部１の長手方向と、第２リンク部２の長手方向とのなす角度は、略１８０°になっている。
【００３７】
また、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、第２リンク部２の側板２１の長手方向と、第３リンク部３の本体部３１の長手方向とは、略一直線になり、それぞれがＸ方向と略平行になっている。すなわち、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態においては、第２リンク部２の長手方向と平行な中心軸と、第３リンク部３の長手方向と平行な中心軸とのなす角度は、略１８０°になっている。
【００３８】
次に、第１ロボットフィンガー１００の動作について説明する。
まず、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００の第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２が伸長し、第１リンク部１、第２リンク部２、及び第３リンク部３がＸ方向に沿って一直線に配置された状態で、駆動部４のリニアアクチュエータ４１を作動させる。すると、モータ４１ａが回転し、ボールねじ４１ｂのねじ軸４１ｃを回転させ、ねじ軸４１ｃが＋Ｘ方向に伸長する。すると、ねじ軸４１ｃの先端に固定された連結軸１３が進退溝４２ｂに沿って＋Ｘ方向に移動する。
【００３９】
連結軸１３が進退溝４２ｂに沿って＋Ｘ方向に移動すると、図４に示すように、側板１１を含む第１リンク部１が、駆動部４の側板４２に設けられたガイド部４２ｄに対して摺動し、駆動部４の側板４２に対して相対的に＋Ｘ方向に移動する。これにより、図２に示すように、第１リンク部１のＬ型溝１１０の第２溝１１２に係合したカム軸２３に＋Ｘ方向の力が作用し、カム軸２３が駆動部４の側板４２に設けられた回転溝４２ｃに沿って移動する。すると、カム軸２３の移動により、第２リンク部２に、図３に示す第２関節回転軸２４まわりのトルクが発生する。これにより、側板２１を含む第２リンク部２が、側板１１を含む第１リンク部１及び駆動部４の側板４２に対して、第２関節回転軸２４を中心として、−Ｙ側から見て右回りに回転する。
【００４０】
第２リンク部２の第１リンク部１に対する回転角度が増加し、第１リンク部１の側板１１の長手方向と第２リンク部２の側板２１の長手方向とのなす角の角度が略１８０°の状態から減少するに従って、カム軸２３は、回転溝４２ｃ及びＬ型溝１１０（図２参照）の第２溝１１２に沿って＋Ｚ方向に移動していく。そして、図４に示すように、第２リンク部２の第１リンク部１に対する回転角度が約９０°になり、第１リンク部１の側板１１の長手方向と第２リンク部２の側板２１の長手方向とのなす角の角度が略９０°の状態になると、カム軸２３は回転溝４２ｃ及びＬ型溝１１０の第２溝１１２の＋Ｚ側の端部に位置した状態になる。
【００４１】
また、図２及び図３に示すように、第１駆動リンク軸４４ｂは駆動部４の側板４２に支持され、第１関節回転軸３２は第２リンク部２の側板２１、支持部２５及び第３リンク部３の本体部３１に支持されている。そのため、図３に示すように、第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２とが伸長した状態から、側板２１を含む第２リンク部２が、側板１１を含む第１リンク部１及び駆動部４の側板４２に対して、第２関節回転軸２４を中心として、−Ｙ側から見て右回りに回転すると、第１駆動リンク軸４４ｂと第１関節回転軸３２との距離が離れていく。
【００４２】
このとき、駆動リンク板４４ａに挿通された第１駆動リンク軸４４ｂと、第２駆動リンク軸４４ｃとの距離は変わらない。そのため、第３リンク部３の本体部３１には、第１関節回転軸３２まわりのトルクが発生する。これにより、第３リンク部３が側板１１を含む第２リンク部２に対して、第１関節回転軸３２を中心として、−Ｙ側から見て右回りに回転する。そして、図４に示すように、第２リンク部２の第１リンク部１に対する回転角度が約９０°になると、第３リンク部３の第２リンク部２に対する回転角度が約９０°になり、第２リンク部２の側板２１の長手方向と第３リンク部３の本体部３１の長手方向とのなす角の角度が略９０度になる。
【００４３】
このように、第１ロボットフィンガー１００の第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２とを略９０°屈曲させることで、第２リンク部２の側板２１及び底板２２と、図１に示す本体部Ｂの保持面Ｂ１とが対向した状態になる。そのため、本体部Ｂの保持面Ｂ１、第１リンク部１及び第２リンク部２との間に形成される空間に物体を保持することができる。また、第３リンク部３と第２リンク部２とのなす角の角度が略９０°になっているので、第３リンク部３によって物体を引っ掛けるように保持し、本体部Ｂの保持面Ｂ１、第１リンク部１及び第２リンク部２の間に形成される空間から物体が脱落することを防止できる。
【００４４】
また、図１に示すように、第２駆動リンク軸４４ｃとスプリング軸４４ｄとの間には、これらの間に引っ張り方向の力を作用させるスプリング４４ｅが掛け渡され、駆動リンク板４４ａには第２駆動リンク軸４４ｃを挿通させる長孔状の溝部（図示略）が設けられている。したがって、第３リンク部３は、図４に示すように、第２リンク部２に対して略９０°回転した状態から、第１関節回転軸３２を中心として、−Ｙ側から見て左回りに、所定の角度、回転させることができる。
【００４５】
また、第３リンク部３をこのように−Ｙ側から見て左回りに回転させると、第３リンク部３にはスプリング４４ｅによって元の位置に戻ろうとする付勢力が作用する。したがって、図４に示す状態において、第３リンク部３と第１リンク部１との間の間隔Ｄ３よりもやや大きい物体であっても、第３リンク部３を、第２リンク部２に対して−Ｙ側から見て左回りに回転させ、第３リンク部３により物体に付勢力を作用させた状態で、物体を保持することができる。
【００４６】
また、図１に示すロボットハンドＲＨにより、比較的小さな物体を把持する場合には、図４に示すように、ロボットフィンガーの第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２とを屈曲させた後、さらにリニアアクチュエータ４１を作動させ、ねじ軸４１ｃを＋Ｘ方向に伸長させる。すると、図４に示す第１リンク部１は、図５に示すように、駆動部４のガイド部４２ｄに沿って、駆動部４の側板４２に対して相対的に＋Ｘ方向に移動する。
【００４７】
ここで、図４に示す状態において、カム軸２３は、第１リンク部１のＬ型溝１１０の第１溝１１１と連続する第２溝１１２の＋Ｚ側の端部に位置し、かつ、駆動部４の回転溝４２ｃの＋Ｚ側の端部に位置しており、駆動部４の側板４２に対して＋Ｘ方向へは移動できない状態になっている。そのため、第１リンク部１が、駆動部４の側板４２に対して相対的に＋Ｘ方向へ移動すると、カム軸２３は、図５に示すように、第１リンク部１のＬ型溝１１０の第１溝１１１に沿って、第１リンク部１に対して相対的に−Ｘ方向へ移動する。
【００４８】
すると、カム軸２３を支持する第２リンク部２が、カム軸２３と共に第１リンク部１に対して相対的に−Ｘ方向へ移動し、第２リンク部２と連結された第３リンク部３も第１リンク部１に対して相対的に−Ｘ方向へ移動する。これにより、第１関節Ｊ１１及び第２関節Ｊ１２が屈曲した状態で、第２リンク部２、第３リンク部３及び駆動部４が、第１リンク部１に対して、第１リンク部１の長手方向の本体部Ｂ（図１参照）側（−Ｘ側）に相対的に移動する。すると、図５に示すように、互いに対向する本体部Ｂの保持面Ｂ１と第２リンク部２との間隔Ｄ２が、図４に示すように、第２リンク部２を第１リンク部１に対して相対的に−Ｘ方向に移動させる前の間隔Ｄ１よりも狭くなる。
【００４９】
したがって、図５のように、本体部Ｂの保持面Ｂ１（図１参照）、第１リンク部１、第２リンク部２及び第３リンク部３によって形成される空間に、図４に示す状態よりも小さい物体を確実に把持することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態の第１ロボットフィンガー１００の関節構造によれば、第２リンク部２を第１リンク部１に対して回転させると共に、第１リンク部１の長手方向（Ｘ方向）に沿って移動させることで、第２リンク部２の第１リンク部１に対する回転角度を大きくすることなく、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することができる。したがって、この関節構造を備えた第１ロボットフィンガー１００及び第１フィンガーを備えたロボットハンドＲＨによれば、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することができる。
【００５１】
また、駆動部４が上記のリニアアクチュエータ４１を備えることから、その他のアクチュエータと比較して、動力の節減効果が大きく、起動抵抗が小さく、潤滑油を節約することができる。また、部品の磨耗が少なく、メンテナンス頻度を低下させ、長時間に亘って高い精度を維持することが可能になる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態であるロボットの関節構造を適用したロボットフィンガー及びロボットハンドについて説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第１リンク部の長手方向と第２リンク部の長手方向とがなす角の角度は９０°以下であってもよい。また、第２リンク部の長手方向と第３リンク部の長手方向とがなす角の角度は９０°以下であってもよい。
また、上記の実施形態では、第１関節と第２関節を屈曲させてから、第２リンク部を第１リンク部の長手方向に沿って移動させたが、第１関節、第２関節の屈曲と、第１リンク部に対する第２リンク部の第１リンク部の長手方向への移動は同時に行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ 第１リンク部、２ 第２リンク部、３ 第３リンク部、４ 駆動部（駆動手段）、４１ リニアアクチュエータ、１００ 第１ロボットフィンガー、Ｂ１ 保持面（保持部）、ＲＨ ロボットハンド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの関節構造、ロボットフィンガー及びロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロボットの関節構造として、人間の指関節や腕関節の動作を元に構成されたものがある。このようなロボットの関節構造として、複数のリンク部材を互いに回転可能に連結したものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のロボットの関節構造では、各々のリンク部材をそれぞれ所定の角度回転させることで、人間の指と同様に屈曲し、物体を把持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６６１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のロボットの関節構造では、小さい物を把持するためには、各リンク部材の回転角度を大きくする必要があるという課題がある。また、把持可能な物体の大きさの範囲がリンク部材の寸法によって限定されやすく、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、リンク部の回転角度を大きくすることなく、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することができるロボットの関節構造、その関節構造を備えたロボットフィンガー、及びそのロボットフィンガーを備えた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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明のロボットの関節構造は、相対的に移動可能に連結された第１リンク部及び第２リンク部と、前記第２リンク部を前記第１リンク部に対して回転させると共に前記第１リンク部の長手方向に沿って移動させる駆動手段と、を備えることを特徴とする。また、この関節構造を適用してロボットフィンガーを構成してもよい。さらに、このロボットフィンガーを用いてロボットハンドを構成してもよい。
【０００７】
このように構成することで、第２リンク部を第１リンク部に対して回転（移動）させ、第１リンク部と第２リンク部とのなす角の角度を変化させることで、連結された第１リンク部と第２リンク部とを伸長させたり屈曲させたりすることができる。さらに、第２リンク部を第１リンク部の長手方向に移動させることで、第２リンク部の回転軸との関係における第１リンク部の長手方向の実質的な長さを変化させることができる。これにより、第２リンク部の第１リンク部に対する回転角度を大きくすることなく、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のロボットの関節構造、その関節構造を備えたロボットフィンガー、及びそのロボットフィンガーを備えたロボットハンドによれば、リンク部の回転角度を大きくすることなく、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るロボットハンドの斜視図である。
【図２】図１に示すロボットハンドが備える第１ロボットフィンガーの斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線に沿う矢視断面図である。
【図４】図２に示す第１ロボットフィンガーを屈曲させた状態を示す斜視図である。
【図５】図４に示す第１ロボットフィンガーを引き込んだ状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を用いて本実施形態に係るロボットハンドについて説明する。本実施形態のロボットハンドは、複数のロボットフィンガーを屈曲、伸長、回動させることで、物体を把持するものである。
図１は、本実施形態のロボットハンドの斜視図である。図１に示すように、ロボットハンドＲＨは、筐体状の本体部Ｂと、本体部Ｂに取り付けられた第１ロボットフィンガー１００、第２ロボットフィンガー２００及び第３ロボットフィンガー３００を備えている。
【００１１】
第１ロボットフィンガー１００は、本体部Ｂに固定され、本体部Ｂ側に設けられたリニアアクチュエータ４１の作動により、先端側の第１関節Ｊ１１と本体部Ｂ側の第２関節Ｊ１２とが屈曲したり伸長したりするようになっている。第１ロボットフィンガー１００は、第１関節Ｊ１１及び第２関節Ｊ１２が本体部Ｂ側に屈曲することで、本体部Ｂの保持面（保持部）Ｂ１との間に物体を把持可能に設けられている。
【００１２】
第２ロボットフィンガー２００は、本体部Ｂや第１関節Ｊ２１の近傍に設けられたモータＭ１，Ｍ２の作動により、先端側の第１関節Ｊ２１と本体部Ｂ側の第２関節Ｊ２２とが屈曲するように設けられている。
第３ロボットフィンガー３００は、本体部Ｂに設けられた不図示のモータの作動により、本体部Ｂに設けられたＹ軸方向と平行な不図示の回動軸を中心として、本体部Ｂに対して回動するようになっている。
ロボットハンドＲＨは、複数のモータを作動させ、第２ロボットフィンガー２００を屈曲させたり、第３ロボットフィンガー３００を回動させたりすることで、第２ロボットフィンガー２００と第３ロボットフィンガー３００との間に物体を把持可能の設けられている。
【００１３】
次に、本実施形態の第１ロボットフィンガー１００について、図２〜図５を用いて詳細に説明する。
図２は、第１ロボットフィンガー１００の第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２を伸長させた状態を示す斜視図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う矢視断面図である。図４は、図２に示す第１ロボットフィンガー１００の第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２を屈曲させた状態を示す斜視図である。図５は、第１ロボットフィンガー１００の第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２とを本体部Ｂ側に引き込んだ状態を示す斜視図である。
なお、以下では、図１に示す本体部Ｂの保持面Ｂ１及び側面Ｂ２に平行な方向をＺ方向、保持面Ｂ１に垂直な方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な方向をＹ方向とするＸＹＺ直交座標系を用いて説明する。
【００１４】
図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００は、直列に配置されて連結された、第１リンク部１と、第２リンク部２と、第３リンク部３とを備えている。また、第１ロボットフィンガー１００は、第２リンク部２と第３リンク部３とを、第１リンク部１に対して回転を含む移動をさせる駆動部（駆動手段）４を備えている。
【００１５】
図２及び図３に示すように、第１リンク部１は、主に、一対の側板１１と、一対の側板１１を連結する底板１２及び連結軸１３と、により構成されている。第１リンク部１の側板１１は、Ｙ方向に所定の厚みを有し、Ｚ方向に所定の幅を有し、Ｘ方向を長手方向とする板状の部材である。第１リンク部１の底板１２は、側板１１の−Ｚ側に、側板１１に対して略垂直に配置され、一対の側板１１間に掛け渡された板状の部材である。
【００１６】
側板１１は、−Ｚ側の端部における−Ｘ側の約半分の部分が、底板１２のＹ方向の両端縁に固定され、Ｙ方向に所定の間隔で対向して配置されている。連結軸１３は、一対の側板１１の長手方向（Ｘ方向）の中央部に配置され、Ｙ方向と略平行な方向に延びる棒状の部材である。連結軸１３は両端部がそれぞれ一対の側板１１の各々に固定されることで一対の側板１１を連結している。
【００１７】
側板１１の中央部よりも第２リンク部２側（＋Ｘ側）の位置には、略Ｌ字型に形成されたＬ型溝１１０が形成されている。Ｌ型溝１１０は、側板１１を貫通して設けられ、側板１１の長手方向（Ｘ方向）と略平行に延びる第１溝１１１と、第１溝１１１の第２リンク部２側（＋Ｘ側）の端部から−Ｚ方向に延びる第２溝１１２とを有している。
【００１８】
第２リンク部２は、主に、一対の側板２１と、一対の側板２１を連結する底板２２（図３参照）と、カム軸２３と、第２関節回転軸２４と、側板２１と共に第１関節回転軸３２を支持する支持部２５と、を有している。
【００１９】
第２リンク部２の側板２１は、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、Ｙ方向に所定の厚みを有し、Ｚ方向に所定の幅を有し、Ｘ方向を長手方向とする一対の板状の部材である。一対の側板２１は、幅方向（図３におけるＺ方向）の一方の端部が、底板２２のＹ方向の端縁にそれぞれ固定されている。これにより、一対の側板２１は、図２に示すように、Ｙ方向に所定の間隔で対向した状態で、第１リンク部１の側板１１の内側に、第１リンク部１の側板１１と略平行に配置されている。
【００２０】
また、第２リンク部２の一対の側板２１は、第１リンク部１の一対の側板１１と端部同士がＹ方向に重なるように、第１リンク部１の一対の側板１１の内側に配置されている。また、第２リンク部２の側板２１には、図１に示すように、第１ロボットフィンガー１００が伸長した状態における第３リンク部３側（＋Ｘ側）の端部の−Ｚ側に、切欠き部２１ａが設けられている。また、この状態における第２リンク部２の側板２１の第３リンク部３側（＋Ｘ側）の端部の＋Ｚ側には、第１関節回転軸３２が挿通されて支持されている。
【００２１】
第２リンク部２の底板２２は、図３に示すように、第１ロボットフィンガー１００が伸長した状態において、側板２１の−Ｚ側に、側板２１に対して略垂直に配置され、一対の側板２１間に掛け渡された板状の部材である。また、底板２２の−Ｚ側には、例えばゴムやウレタン等の樹脂材料により形成された緩衝材２６が固定されている。
【００２２】
カム軸２３は、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、第２リンク部２の側板２１の長手方向の第１リンク部１側（−Ｘ側）の端部の−Ｚ側の位置に挿通され、支持されている。カム軸２３は、第１リンク部１の一対の側板１１のＬ型溝１１０にもそれぞれ挿通され、第１リンク部１の側板１１の外側の両端部にストッパー２３ａが設けられている。カム軸２３は、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、Ｌ型溝１１０の第２溝１１２の−Ｚ側の端部に位置している。
【００２３】
第２関節回転軸２４は、図２及び図３に示すように、第１ロボットフィンガー１００が伸長した状態において、側板２１の第１リンク部１側（−Ｘ側）の端部の−Ｚ側に配置され、カム軸２３の第３リンク部３側（＋Ｘ側）に隣接して配置されている。第２関節回転軸２４の両端部は第２リンク部２の側板２１に挿通され、側板２１の外側にはストッパー２４ａが設けられている。
【００２４】
支持部２５は、Ｘ方向からみて＋Ｚ側が開口された略Ｕ字型の形状に形成され、図３に示すように、−Ｙ側から見て略台形状の形状に形成された部材であり、底部２５ｂが底板２２に固定されている。また、図３に示すように、支持部２５の側部２５ａは中央部の−Ｚ側に略三角形の切欠き部２５ｃを有している。切欠き部２５ｃの＋Ｘ側の部分の＋Ｚ側には、第１関節回転軸３２の一端が挿通されている。
【００２５】
第３リンク部３は、第２リンク部２の第１リンク部１と反対側の端部に一対が並列に配置されている。各々の第３リンク部３は、主に、本体部３１と、第１関節回転軸３２とにより構成されている。
【００２６】
本体部３１は、Ｘ方向から見て＋Ｚ側が開口された略Ｕ字型の形状に形成され、図３に示すように、Ｙ方向から見て、第２リンク部２と反対の先端側（図３における＋Ｘ側）ほどＺ方向の寸法が小さくなる先細状の形状に形成されている。本体部３１の底部３１ｂには、図３に示す第２リンク部２の緩衝材２６と同様の緩衝材３３が固定されている。また、本体部３１の開口部３１ｃは、カバー部材３４によって塞がれている。
【００２７】
図２に示すように、本体部３１の側部３１ａの第２リンク部２側の端部は、第２リンク部２の側板２１及び支持部２５の側部２５ａの第３リンク部３側の端部とＹ方向に重なるように、第２リンク部２の側板２１及び支持部２５の側部２５ａの外側にこれらと略平行に対向して配置されている。
【００２８】
図２及び図３に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、本体部３１の側部３１ａの第２リンク部２側（−Ｘ側）の端部の＋Ｚ側の位置には、第１関節回転軸３２が挿通されている。また、本体部３１の側部３１ａの第２リンク部２側（−Ｘ側）の端部の−Ｚ側の位置には、駆動部４の第２駆動リンク軸４４ｃが挿通されている。
【００２９】
第１関節回転軸３２は、第３リンク部３の本体部３１の両方の側部３１ａと、第２リンク部２の一方の側板２１及び支持部２５の一方の側部２５ａに挿通されている。図２に示すように、本体部３１の一方の側部３１ａに支持された第１関節回転軸３２の一端側には、ストッパー３２ａが設けられている。また、図３に示すように、本体部３１の他方の側部３１ａに支持された第１関節回転軸３２の他端側は、ボルト３２ｂによって固定されている。また、第１関節回転軸３２は、本体部３１と第２リンク部２の側板２１との間に配置されたスペーサー３２ｃに挿通されている。これにより、第３リンク部３は、第２リンク部２に対して相対的に回転可能に連結されている。
【００３０】
図２及び図３に示すように、駆動部４は、主に、リニアアクチュエータ４１と、リニアアクチュエータ４１に固定された一対の側板４２と、側板４２を連結する底板４３と、第３リンク部３を駆動させる駆動リンク部４４と、を有している。
リニアアクチュエータ４１は、モータ４１ａとボールねじ４１ｂとを備えている。リニアアクチュエータ４１は、モータ４１ａの作動により、ボールねじ４１ｂのねじ軸４１ｃをＸ方向に進退させるようになっている。ねじ軸４１ｃは、第１リンク部１の連結軸１３に設けられたねじ孔１３ａに螺合され、連結軸１３に固定されている。
【００３１】
駆動部４の側板４２は、第１リンク部１の一対の側板１１とＹ方向に重なるように、第１リンク部１の一対の側板１１の内側に、第１リンク部１の一対の側板１１と略平行に配置されている。駆動部４の側板４２は、側板４２の−Ｚ側に、側板４２と略垂直に配置された底板４３のＹ方向の端縁に固定され、Ｙ方向に所定の間隔で対向して配置されている。また、底板４３の−Ｚ側には、図３に示すように、第２リンク部２に設けられた緩衝材２６及び第３リンク部３に設けられた緩衝材３３と同様の緩衝材４５が固定されている。
【００３２】
また、側板４２の下端部には、第１リンク部１の側板１１と当接するガイド部４２ｄ（図４及び図５参照）が設けられている。ガイド部４２ｄは、第１リンク部１の側板１１が駆動部４の側板４２に対して相対的に移動する際に、第１リンク部１の側板１１と摺接し、Ｘ方向にガイドするようになっている。
図２に示すように、側板４２の−Ｘ側の端部にはフランジ部４２ａが設けられ、側板４２はフランジ部４２ａを介してリニアアクチュエータ４１の本体部４１０に固定されている。側板４２のＸ方向の中央部には、側板４２を貫通し、Ｘ方向に延びる長孔状の進退溝４２ｂが形成されている。進退溝４２ｂには、第１リンク部１の連結軸１３が挿通されて係合されている。
【００３３】
図３に示すように、駆動部４の側板４２の第２リンク部２側（＋Ｘ側）の端部の−Ｚ側には、第２リンク部２に設けられた第２関節回転軸２４が挿通されている。また、駆動部４の側板４２の第３リンク部３側（＋Ｘ側）の端部のＺ方向の略中央部には、駆動リンク部４４の第１駆動リンク軸４４ｂが挿通されている。また、駆動部４の側板４２の進退溝４２ｂの第３リンク部３側（＋Ｘ側）には、側板４２を貫通し、第２関節回転軸２４を中心とする円周に沿って形成された４半円分の長孔状の回転溝４２ｃが形成されている。回転溝４２ｃには、第２リンク部２に設けられたカム軸２３が挿通されて係合されている。カム軸２３は、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、回転溝４２ｃの−Ｚ側の端部に位置している。
【００３４】
駆動部４の駆動リンク部４４は、駆動リンク板４４ａと、駆動リンク板４４ａを回転可能に支持する第１駆動リンク軸４４ｂ及び第２駆動リンク軸４４ｃとを有している。
第１駆動リンク軸４４ｂは、駆動リンク板４４ａの一方の端部に挿通されると共に、端部が駆動部４の側板４２に挿通されて支持されている。これにより、駆動リンク板４４ａは、第１駆動リンク軸４４ｂを中心として回転可能に設けられている。
【００３５】
また、駆動リンク板４４ａの他方の端部には、駆動リンク板４４ａの長手方向に延びる不図示の長孔状の溝部が設けられ、この溝部に第２駆動リンク軸４４ｃが挿通されている。
第２駆動リンク軸４４ｃは、図２に示すように一方の端部が第３リンク部３の本体部３１の側部３１ａに挿通されてストッパー４４ｃ１が設けられ、図３に示すように他方の端部がボルト４４ｃ２によって第３リンク部３の本体部３１の側部３１ａに固定されている。この第２駆動リンク軸４４ｃと、図１に示す駆動リンク板４４ａと第２リンク部２とに支持されたスプリング軸４４ｄとの間には、これらの間に引っ張り方向の力を作用させるスプリング４４ｅが掛け渡されている。
【００３６】
図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、第１リンク部１の側板１１の長手方向と、第２リンク部２の側板２１の長手方向とは、略一直線になり、それぞれがＸ方向と略平行になっている。すなわち、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態においては、第１リンク部１の長手方向と、第２リンク部２の長手方向とのなす角度は、略１８０°になっている。
【００３７】
また、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態において、第２リンク部２の側板２１の長手方向と、第３リンク部３の本体部３１の長手方向とは、略一直線になり、それぞれがＸ方向と略平行になっている。すなわち、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００が一直線に伸長した状態においては、第２リンク部２の長手方向と平行な中心軸と、第３リンク部３の長手方向と平行な中心軸とのなす角度は、略１８０°になっている。
【００３８】
次に、第１ロボットフィンガー１００の動作について説明する。
まず、図２に示すように、第１ロボットフィンガー１００の第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２が伸長し、第１リンク部１、第２リンク部２、及び第３リンク部３がＸ方向に沿って一直線に配置された状態で、駆動部４のリニアアクチュエータ４１を作動させる。すると、モータ４１ａが回転し、ボールねじ４１ｂのねじ軸４１ｃを回転させ、ねじ軸４１ｃが＋Ｘ方向に伸長する。すると、ねじ軸４１ｃの先端に固定された連結軸１３が進退溝４２ｂに沿って＋Ｘ方向に移動する。
【００３９】
連結軸１３が進退溝４２ｂに沿って＋Ｘ方向に移動すると、図４に示すように、側板１１を含む第１リンク部１が、駆動部４の側板４２に設けられたガイド部４２ｄに対して摺動し、駆動部４の側板４２に対して相対的に＋Ｘ方向に移動する。これにより、図２に示すように、第１リンク部１のＬ型溝１１０の第２溝１１２に係合したカム軸２３に＋Ｘ方向の力が作用し、カム軸２３が駆動部４の側板４２に設けられた回転溝４２ｃに沿って移動する。すると、カム軸２３の移動により、第２リンク部２に、図３に示す第２関節回転軸２４まわりのトルクが発生する。これにより、側板２１を含む第２リンク部２が、側板１１を含む第１リンク部１及び駆動部４の側板４２に対して、第２関節回転軸２４を中心として、−Ｙ側から見て右回りに回転する。
【００４０】
第２リンク部２の第１リンク部１に対する回転角度が増加し、第１リンク部１の側板１１の長手方向と第２リンク部２の側板２１の長手方向とのなす角の角度が略１８０°の状態から減少するに従って、カム軸２３は、回転溝４２ｃ及びＬ型溝１１０（図２参照）の第２溝１１２に沿って＋Ｚ方向に移動していく。そして、図４に示すように、第２リンク部２の第１リンク部１に対する回転角度が約９０°になり、第１リンク部１の側板１１の長手方向と第２リンク部２の側板２１の長手方向とのなす角の角度が略９０°の状態になると、カム軸２３は回転溝４２ｃ及びＬ型溝１１０の第２溝１１２の＋Ｚ側の端部に位置した状態になる。
【００４１】
また、図２及び図３に示すように、第１駆動リンク軸４４ｂは駆動部４の側板４２に支持され、第１関節回転軸３２は第２リンク部２の側板２１、支持部２５及び第３リンク部３の本体部３１に支持されている。そのため、図３に示すように、第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２とが伸長した状態から、側板２１を含む第２リンク部２が、側板１１を含む第１リンク部１及び駆動部４の側板４２に対して、第２関節回転軸２４を中心として、−Ｙ側から見て右回りに回転すると、第１駆動リンク軸４４ｂと第１関節回転軸３２との距離が離れていく。
【００４２】
このとき、駆動リンク板４４ａに挿通された第１駆動リンク軸４４ｂと、第２駆動リンク軸４４ｃとの距離は変わらない。そのため、第３リンク部３の本体部３１には、第１関節回転軸３２まわりのトルクが発生する。これにより、第３リンク部３が側板１１を含む第２リンク部２に対して、第１関節回転軸３２を中心として、−Ｙ側から見て右回りに回転する。そして、図４に示すように、第２リンク部２の第１リンク部１に対する回転角度が約９０°になると、第３リンク部３の第２リンク部２に対する回転角度が約９０°になり、第２リンク部２の側板２１の長手方向と第３リンク部３の本体部３１の長手方向とのなす角の角度が略９０度になる。
【００４３】
このように、第１ロボットフィンガー１００の第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２とを略９０°屈曲させることで、第２リンク部２の側板２１及び底板２２と、図１に示す本体部Ｂの保持面Ｂ１とが対向した状態になる。そのため、本体部Ｂの保持面Ｂ１、第１リンク部１及び第２リンク部２との間に形成される空間に物体を保持することができる。また、第３リンク部３と第２リンク部２とのなす角の角度が略９０°になっているので、第３リンク部３によって物体を引っ掛けるように保持し、本体部Ｂの保持面Ｂ１、第１リンク部１及び第２リンク部２の間に形成される空間から物体が脱落することを防止できる。
【００４４】
また、図１に示すように、第２駆動リンク軸４４ｃとスプリング軸４４ｄとの間には、これらの間に引っ張り方向の力を作用させるスプリング４４ｅが掛け渡され、駆動リンク板４４ａには第２駆動リンク軸４４ｃを挿通させる長孔状の溝部（図示略）が設けられている。したがって、第３リンク部３は、図４に示すように、第２リンク部２に対して略９０°回転した状態から、第１関節回転軸３２を中心として、−Ｙ側から見て左回りに、所定の角度、回転させることができる。
【００４５】
また、第３リンク部３をこのように−Ｙ側から見て左回りに回転させると、第３リンク部３にはスプリング４４ｅによって元の位置に戻ろうとする付勢力が作用する。したがって、図４に示す状態において、第３リンク部３と第１リンク部１との間の間隔Ｄ３よりもやや大きい物体であっても、第３リンク部３を、第２リンク部２に対して−Ｙ側から見て左回りに回転させ、第３リンク部３により物体に付勢力を作用させた状態で、物体を保持することができる。
【００４６】
また、図１に示すロボットハンドＲＨにより、比較的小さな物体を把持する場合には、図４に示すように、ロボットフィンガーの第１関節Ｊ１１と第２関節Ｊ１２とを屈曲させた後、さらにリニアアクチュエータ４１を作動させ、ねじ軸４１ｃを＋Ｘ方向に伸長させる。すると、図４に示す第１リンク部１は、図５に示すように、駆動部４のガイド部４２ｄに沿って、駆動部４の側板４２に対して相対的に＋Ｘ方向に移動する。
【００４７】
ここで、図４に示す状態において、カム軸２３は、第１リンク部１のＬ型溝１１０の第１溝１１１と連続する第２溝１１２の＋Ｚ側の端部に位置し、かつ、駆動部４の回転溝４２ｃの＋Ｚ側の端部に位置しており、駆動部４の側板４２に対して＋Ｘ方向へは移動できない状態になっている。そのため、第１リンク部１が、駆動部４の側板４２に対して相対的に＋Ｘ方向へ移動すると、カム軸２３は、図５に示すように、第１リンク部１のＬ型溝１１０の第１溝１１１に沿って、第１リンク部１に対して相対的に−Ｘ方向へ移動する。
【００４８】
すると、カム軸２３を支持する第２リンク部２が、カム軸２３と共に第１リンク部１に対して相対的に−Ｘ方向へ移動し、第２リンク部２と連結された第３リンク部３も第１リンク部１に対して相対的に−Ｘ方向へ移動する。これにより、第１関節Ｊ１１及び第２関節Ｊ１２が屈曲した状態で、第２リンク部２、第３リンク部３及び駆動部４が、第１リンク部１に対して、第１リンク部１の長手方向の本体部Ｂ（図１参照）側（−Ｘ側）に相対的に移動する。すると、図５に示すように、互いに対向する本体部Ｂの保持面Ｂ１と第２リンク部２との間隔Ｄ２が、図４に示すように、第２リンク部２を第１リンク部１に対して相対的に−Ｘ方向に移動させる前の間隔Ｄ１よりも狭くなる。
【００４９】
したがって、図５のように、本体部Ｂの保持面Ｂ１（図１参照）、第１リンク部１、第２リンク部２及び第３リンク部３によって形成される空間に、図４に示す状態よりも小さい物体を確実に把持することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態の第１ロボットフィンガー１００の関節構造によれば、第２リンク部２を第１リンク部１に対して回転させると共に、第１リンク部１の長手方向（Ｘ方向）に沿って移動させることで、第２リンク部２の第１リンク部１に対する回転角度を大きくすることなく、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することができる。したがって、この関節構造を備えた第１ロボットフィンガー１００及び第１フィンガーを備えたロボットハンドＲＨによれば、大きな物体から小さな物体までを確実に把持することができる。
【００５１】
また、駆動部４が上記のリニアアクチュエータ４１を備えることから、その他のアクチュエータと比較して、動力の節減効果が大きく、起動抵抗が小さく、潤滑油を節約することができる。また、部品の磨耗が少なく、メンテナンス頻度を低下させ、長時間に亘って高い精度を維持することが可能になる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態であるロボットの関節構造を適用したロボットフィンガー及びロボットハンドについて説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第１リンク部の長手方向と第２リンク部の長手方向とがなす角の角度は９０°以下であってもよい。また、第２リンク部の長手方向と第３リンク部の長手方向とがなす角の角度は９０°以下であってもよい。
また、上記の実施形態では、第１関節と第２関節を屈曲させてから、第２リンク部を第１リンク部の長手方向に沿って移動させたが、第１関節、第２関節の屈曲と、第１リンク部に対する第２リンク部の第１リンク部の長手方向への移動は同時に行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ 第１リンク部、２ 第２リンク部、３ 第３リンク部、４ 駆動部（駆動手段）、４１ リニアアクチュエータ、１００ 第１ロボットフィンガー、Ｂ１ 保持面（保持部）、ＲＨ ロボットハンド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に移動可能に連結された第１リンク部及び第２リンク部と、
前記第２リンク部を前記第１リンク部に対して回転させると共に前記第１リンク部の長手方向に沿って移動させる駆動手段と、
を備えることを特徴とするロボットの関節構造。
【請求項２】
前記第２リンク部は、前記第１リンク部に対して回転することで、前記第１リンク部の長手方向と交差する方向に設けられた保持部と対向することを特徴とする請求項１に記載のロボットの関節構造。
【請求項３】
前記第２リンク部に対して相対的に回転可能に連結された第３リンク部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロボットの関節構造。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記第３リンク部を前記第２リンク部に対して回転させることを特徴とする請求項３に記載のロボットの関節構造。
【請求項５】
前記駆動手段は、リニアアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１から請求項４に記載のロボットの関節構造。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載されたロボットの関節構造を備えたことを特徴とするロボットフィンガー。
【請求項７】
請求項６に記載されたロボットフィンガーを備えたことを特徴とするロボットハンド。
【請求項１】
相対的に移動可能に連結された第１リンク部及び第２リンク部と、
前記第２リンク部を前記第１リンク部に対して回転させると共に前記第１リンク部の長手方向に沿って移動させる駆動手段と、
を備えることを特徴とするロボットの関節構造。
【請求項２】
前記第２リンク部は、前記第１リンク部に対して回転することで、前記第１リンク部の長手方向と交差する方向に設けられた保持部と対向することを特徴とする請求項１に記載のロボットの関節構造。
【請求項３】
前記第２リンク部に対して相対的に回転可能に連結された第３リンク部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロボットの関節構造。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記第３リンク部を前記第２リンク部に対して回転させることを特徴とする請求項３に記載のロボットの関節構造。
【請求項５】
前記駆動手段は、リニアアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１から請求項４に記載のロボットの関節構造。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載されたロボットの関節構造を備えたことを特徴とするロボットフィンガー。
【請求項７】
請求項６に記載されたロボットフィンガーを備えたことを特徴とするロボットハンド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１０４７５２（Ｐ２０１１−１０４７５２Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６５０１３（Ｐ２００９−２６５０１３）
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
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