机器人手及机器人的制作方法
【专利摘要】课题在于提供小型且轻量、能够可靠地把持各种各样的工件的机器人手及机器人。为了解决该课题，该机器人手及机器人具备：多个关节部，它们分别绕相互平行的旋转轴旋转；多个连杆，它们从近端开始一个一个地经由上述关节部而连结；张紧架设部件，其使相邻的所述关节部彼此联动地旋转；以及一个驱动源，其只驱动近端的所述关节部旋转。
【专利说明】机器人手及机器人
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及机器人手及机器人。
【背景技术】
[0002]以往，已知如下机器人手:其设于机器人所具有的多关节臂的终端可动部，用于把持作为把持对象物的工件。所述机器人手例如具有多个模拟人类手指的手指机构，利用所述手指机构夹入工件，由此进行把持动作。
[0003]然而，近些年，所述工件的形状和尺寸的多样性增加。因此，提出了如下技术:该技术的目的是通过使上述手指机构多关节化来提高手指机构的自由度，以响应工件的多样性。
[0004]这里，在所述多关节化中，可以利用单独的驱动源驱动各个关节，但在该情况下，导致机器人手的自重增加，因此限制了能够把持的工件的重量，不是优选的。
[0005]因此，在专利文献I和专利文献2中，公开了具备所谓的欠驱动系统的动力传递机构的机器人手，该动力传递机构利用I个驱动源的动力使各关节联动地动作。另外，所述机器人手借助齿轮系(以下，记作“齿轮系”)传递I个驱动源的动力，使各关节动作，所述齿轮系配设成沿着相当于上述手指机构的手指主体或指状构件相互啮合。
[0006]由此，机器人手能够减少搭载的驱动源的数量，实现轻量化。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献1:日本特开2010-064185号公报
[0009]专利文献2:日本特开2008-049456号公报
【发明内容】
[0010]发明所要解决的课题
[0011]然而，在使用现有技术的情况下，由于作为动力传递机构的齿轮系自身需要一定大小的配设空间，所以存在机器人手大型化的问题。
[0012]本发明公开的技术正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供小型且轻量，能够可靠地把持各种各样的工件的机器人手及机器人。
[0013]用于解决课题的技术方案
[0014]本申请公开的机器人手及机器人的特征在于，在一个方式中，具备:多个关节部，它们分别绕相互平行的旋转轴旋转；多个连杆，它们经由所述关节部而连结；张紧架设部件，其使相邻的所述关节部的旋转联动；以及一个驱动源，其驱动近端的所述关节部旋转。
[0015]发明效果
[0016]根据本申请公开的机器人手及机器人的一个方式，小型且轻量，能够可靠地把持各种各样的工件。
【专利附图】
【附图说明】[0017]图1A是具备实施例1的机器人手的机器人的侧视图。
[0018]图1B是具备实施例1的机器人手的机器人的主视图。
[0019]图2是实施例1的机器人手的立体图。
[0020]图3是实施例1的机器人手所具备的手指机构的主视图。
[0021]图4A是手指机构的初始姿势的侧视图。
[0022]图4B是手指机构的第I动作姿势的简略的侧视图。
[0023]图4C是手指机构的第2动作姿势的简略的侧视图。
[0024]图5是实施例2的手指机构的初始姿势的侧视图。
[0025]图6是实施例2的手指机构的动作姿势的侧视图。
【具体实施方式】
[0026]以下，参照附图，对本申请公开的机器人手及机器人的实施例进行详细说明。另夕卜，本发明不受以下示出的各实施例中的例示所限定。
[0027]另外，以下内容中，在将机器人手看做人的手的情况下，相当于手指的部件记作“手指机构”。另外，“手指机构”所含有的、与手指的可以说是连杆的指节对应的部件记作“指节部”。另外，以下内容中，对于相当于拇指的结构不包含在“手指机构”中，特别记作“拇指部”。
[0028]另外，在以下内容中，将在手指机构的旋转关节安装有圆形的带轮的情况的实施例作为实施例1，将所述带轮为非圆形的情况的实施例作为实施例2，分别进行说明。
[0029]实施例1
[0030]首先，使用图1A和图1B对具备实施例1的机器人手的机器人的概略进行说明。图1A是具备实施例1的机器人手20的机器人10的侧视图，图1B是具备实施例1的机器人手20的机器人10的主视图。
[0031 ] 另外，在图1A和图1B中，为了容易理解说明，图示出包含以铅直方向为正方向的Z轴的三维直角坐标系。在以下的说明中使用的其他附图中，也有示出所述直角坐标系的情况。
[0032]另外，在以下内容中存在如下情况:对于构成为一对的结构要素，仅对一对中的一方的各部件标注标号，对另一方省略了标号的标注。在该情况下，双方的结构相同。
[0033]如图1A所示，实施例1的机器人10具备:主体部10a、臂部IOb和脚部10c。主体部IOa是机器人10的主体部分，是相当于人的躯体的机构。
[0034]臂部IOb是安装于主体部IOa侧面的所谓的多关节臂，在终端可动部具有作为末端执行器的机器人手20。脚部IOc是配置于主体部IOa的下部、用于使机器人10沿X轴方向行进及绕与Z轴大致平行的轴线旋转的机构。
[0035]另外，如图1B所示，在从X轴的正方向观察的情况下，机器人10具备一对臂部IOb0即，机器人10是所谓的双臂机器人。另外，如图1B所示，通过对臂部IOb覆盖以FRP(Fiber Reinforced Plastics:纤维增强塑料)等为原材料的臂罩10b’，能够保护臂部IOb的机构部分。
[0036]另外，如图1B所示，在臂罩10b’中能够安装压力传感器IOd和温度传感器(未图示)等，例如检测与障碍物的接触等，从而能够进行以回避所述障碍物的方式移动的控制。[0037]另外，如图1B所示，机器人10能够具备输出显示信息等的显示监视器IOe这种与用户接口相关联的各种设备。
[0038]接下来，使用图2对实施例1的机器人手20的结构例进行说明。图2是实施例1的机器人手20的立体图。另外，图2中示出了从X轴的正方向观察机器人10 (参照图1B)的情况下的与左手对应的机器人手20。
[0039]如图2所示，实施例1的机器人手20安装在臂部IOb的终端可动部10ba。这里，终端可动部IOba能够绕图2所示的轴线AXp旋转。因此，机器人手20也与所述终端可动部IOba的旋转对应地旋转。
[0040]另外，如图2所示，机器人手20具备手指机构21和拇指部22。机器人手20将作为把持对象物的工件夹入所述手指机构21和拇指部22之间，来把持所述工件。
[0041]另外，在以下内容中，将把持工件时的手指机构21的动作方向、即手指机构21之后要与工件接触的朝向记作“握持方向”。另外，在以下内容中存在如下情况，将向所述握持方向的旋转驱动记作“正转驱动”，将与所述“正转驱动”方向相反的旋转驱动记作“反转驱动”。
[0042]这里，使用图3对机器人手20的结构例，更详细地讲，特别对手指机构21进行说明。图3是实施例1的机器人手20所具备的手指机构21的主视图。
[0043]如图3所示，手指机构21具备固定部21a、第I指节部21b和第2指节部21c。
[0044]固定部21a是固定于终端可动部IOba (参照图2)的部件。在所述固定部21a配置有进行旋转驱动的致动器21f。
[0045]第I指节部21b是相当于与人的手指的根部对应的指节的部件，具有二组轴支承部，这二组轴支承部具备用于降低摩擦的轴承(未图示)。
[0046]而且，在二组轴支承部中的一组轴支承部轴支承有绕轴线AXxl的旋转轴，该旋转轴包含致动器21f的输出轴。另外，在以下内容中，将包含所述轴支承部和绕轴线AXxl的旋转轴的可动机构记作“第I关节部21d”。
[0047]S卩，第I指节部21b经由第I关节部21d旋转自如地连结于固定部21a。另外，在致动器21f的输出轴固定有驱动带轮21g。而且，在从X轴方向观察的情况下，驱动带轮21g的形状为圆形。
[0048]另外，能够在固定部21a和第I指节部21b之间配置扭簧211，所述扭簧211作为对第I指节部21b向握持方向施力的施力部件。对于所述扭簧211，在后述的手指机构21的动作说明时详细叙述。
[0049]另外，在上述二组轴支承部中的另一组轴支承部轴支承有第2指节部21c所具有的绕轴线AXx2的旋转轴。另外，在以下内容中，将包含所述轴支承部和绕轴线AXx2的旋转轴的可动机构记作“第2关节部21e”。
[0050]S卩,第2指节部21c经由第2关节部21e旋转自如地连结于第I指节部21b。所述第2指节部21c是相当于与人的指尖对应的指节的部件。
[0051]另外，在所述第2指节部21c的旋转轴的一端，以与上述驱动带轮21g排列设置的方式固定有从动带轮21h。而且，在从X轴方向观察的情况下，从动带轮21h的形状也是圆形。
[0052]而且，第I关节部21d和第2关节部21e之间通过张紧架设的线而连结。[0053]具体而言，如图3所示，正转驱动线21i以一端固定于驱动带轮21g、另一端固定于在第2指节部21c设置的终端部21k的方式张紧架设。此时，正转驱动线21i在驱动带轮21g和从动带轮21h上分别向相同的方向卷绕而被固定成不打滑。
[0054]另外，同样地，反转驱动线21 j以一端固定于驱动带轮21g、另一端固定于终端部21k的方式张紧架设。此时，反转驱动线21 j在驱动带轮21g和从动带轮21h上分别向与正转驱动线21i相反的方向卷绕而被固定成不打滑。
[0055]由此，致动器21f的旋转驱动不打滑地传递至第I关节部21d的旋转轴和第2关节部2Ie的旋转轴。
[0056]而且，在这样将第I关节部2Id和第2关节部2Ie连结起来的情况下，通过致动器21f的旋转驱动而在第I关节部21d和第2关节部21e分别产生的转矩，是致动器21f的输出转矩按照驱动带轮21g的半径和从动带轮21h的半径的比分配的。
[0057]另外，这里，举出了将线张紧架设的例子，但只要是能够张紧架设的张紧架设部件即可，也可以使用正时带等。另外，在上述终端部21k不仅固定有正转驱动线21i和反转驱动线21 j的一端，也可以包括调整两条线的有效长度的机构。
[0058]接下来，使用图4A、图4B和图4C对实施例1的机器人手20的动作进行说明。图4A是手指机构21的初始姿势的侧视图。另外，图4B是手指机构21的第I动作姿势的简略的侧视图。另外，图4C是手指机构21的第2动作姿势的简略的侧视图。
[0059]另外，如图4A?图4C所示，在从X轴的正方向观察的情况下，向握持方向的旋转是指顺时针旋转。
[0060]如图4A所示，手指机构21在未进行把持动作阶段为如下的初始姿势:将第I关节部21d和第2关节部21e双方的旋转轴配置在与Z轴大致平行的轴线AXz上。
[0061]所述初始姿势通过张紧架设的正转驱动线21i和反转驱动线21j的张力来保持。而且，如已经使用图3所说明的那样，第I指节部21b是将致动器21f的输出轴和第2指节部21c的旋转轴分别利用对应的轴支承部轴支承为旋转自如的部件。
[0062]换句话说，第I指节部21b是即使所述双方的轴旋转，也不从动于所述旋转的部件。
[0063]然而，所述第I指节部21b借助所述正转驱动线21i及反转驱动线21 j的张力，沿着轴线AXz固定朝向，从而可以看做第I指节部21b和第2指节部21c经由驱动带轮21g和从动带轮21h而一体化。
[0064]这里，随着把持动作的开始，固定部21a的致动器21f进行正转驱动。所述致动器2If的正转驱动首先在第I关节部2Id产生转矩。
[0065]然后，如图4B所示，在第I关节部21d产生的转矩使驱动带轮21g和与所述驱动带轮21g —体化的第I指节部21b及第2指节部21c以第I关节部21d的旋转轴为中心，向握持方向300旋转，直到第I指节部21b接触工件100。
[0066]另外，为了方便以下的说明，如图4B所示，将第I指节部21b的连杆长定义为“LI”，将从第I关节部21d的旋转轴到第I指节部21b中与工件100的接触点即把持点kl的距离定义为“L’ 1”，将与工件100接触时的第I关节部21d的旋转角定义为“ Θ I”。
[0067]这里，在把持点kl处与工件100接触的第I指节部21b被限制了活动。而且，在所述状态下，第I关节部21d的转矩使正转驱动线21i (参照图4A)卷绕于驱动带轮21g，借助在所述卷绕时施加的张力，向从动带轮21h传递驱动带轮21g的驱动力。即，在第2关节部21e产生转矩。
[0068]而且，如图4C所示，在第2关节部21e产生的转矩解除所述一体化，仅使第2指节部21c以第2关节部21e的旋转轴为中心向握持方向400旋转直到与工件100接触。
[0069]而且，为了方便以下的说明，如图4C所示，将从第2关节部21e的旋转轴到第2指节部21c中与工件100的接触点即把持点k2的距离定义为“L’2”，将与工件100接触时的、以轴线AXyz为基准的第2关节部21e的旋转角定义为“ Θ 2”。
[0070]即，如从图4A至图4C所示，手指机构21在进行工件100的把持动作时，从与手指的根部对应的第I指节部21b至与指尖对应的第2指节部21c依次进行仿照工件100的形状的“仿形动作”。
[0071]利用所述“仿形动作”，能够在把持点kl和把持点k2等各点对工件100进行多点支承，因此能够可靠地把持各种形状和尺寸的工件100。 [0072]另外，如图4C所示，在设第I指节部21b的质量为ml、第2指节部21c的质量为m2、重力加速度为g的情况下，第I指节部21b和第2指节部21c分别与工件100接触时的在第I关节部21d施加的转矩Tl是例如基于把持点kl的转矩和基于把持点k2的转矩的总和，并能够通过式(I)算出。
[0073][数学式I]
[0074]T1=Hi1.g.L' 1.cos Θ ^m2.g.(L1.cos Θ X+V 2.cos ( Θ ^ Θ 2)}...(I)
[0075]另外，同样地在第2关节部21e施加的转矩T2能够通过例如式(2)算出。
[0076][数学式2]
[0077]T2=m2.g.L，2.cos ( Θ 丄+ θ 2)...(L)
[0078]然而，优选的是，在手指机构21进行“仿形动作”时，防止只有第2指节部21c先旋转。换句话说，优选的是，使一体化的第I指节部21b和第2指节部21c可靠地先旋转。
[0079]这能够通过将上述扭簧211 (参照图3)所具有的规定的作用力(B卩，弹性力)加到第I关节部21d的转矩上来实现。具体而言，在设利用扭簧211的弹性力进行施力的转矩为Tb的情况下，
[0080][数学式3]
[0081 ] Tb > Iii1.g.L' 1.cos Θ ^m2.g.(L1.cos Θ「L，2.cos ( Θ ^ Θ 2)}...(3)
[0082]只要将具有满足式(3)的条件的弹性力的扭簧211，以在初始姿势积蓄弹性力并在动作姿势对第I指节部21b向握持方向300 (参照图4B)施力的方式，配置在固定部21a和第I指节部21b之间即可。
[0083]另外，使式(3)的右边为最大是在从初始姿势开始进行把持动作的情况。即，为受到重力的影响最大的COS Θ 1=1及cos ( θ 1+Θ 2)=1时，若将其应用于式(3)的右边，则能够得到表示重力补偿条件的式(4)。
[0084][数学式4]
[0085]Tb > Iii1.g, L' !十 m2.g.(L1-L' 2)...(4)
[0086]因此，通过具备具有满足所述式(4)的条件的弹性力的扭簧211，能够可靠地使手指机构21进行“仿形动作”。
[0087]而且，处于图4C所示的动作姿势的第I指节部21b的按压力P1，能够通过例如仅基于第I指节部21b在第I关节部21d施加的转矩除以到把持点kl的距离L’ I的、以下的式(5)算出。
[0088][数学式5]
【权利要求】
1.一种机器人手，其特征在于，所述机器人手具备: 多个关节部，它们分别绕相互平行的旋转轴旋转； 多个连杆，它们经由所述关节部而连结； 张紧架设部件，其使相邻的所述关节部的旋转联动；以及 一个驱动源，其驱动近端的所述关节部旋转。
2.根据权利要求1所述的机器人手，其特征在于， 所述张紧架设部件与所述关节部的正反的旋转方向对应地分别设置。
3.根据权利要求2所述的机器人手，其特征在于， 在把持作为把持对象物的工件时，在所述连杆中的一个连杆由于与所述工件接触而被限制了活动的情况下，用于使与该连杆在远端侧相邻的所述连杆活动的所述关节部相对于被限制了活动的所述连杆旋转。
4.根据权利要求3所述的机器人手，其特征在于， 所述机器人手还具备施力部件，所述施力部件具有基于所述连杆的自重和长度而预先被调整为使所述关节部按照从所述近端至所述远端的顺序旋转的规定的作用力，并且借助所述规定的作用力对所述关节部的旋转向握持方向施力。
5.根据权利要求1所述的机器人手，其特征在于， 所述多个关节部在所述旋转轴的一端分别具有带轮， 所述带轮的形状预先被调整为，在所述驱动源的旋转驱动时，在所述关节部之间分配的该驱动源的输出转矩的比随着所述关节部的旋转角的移位而始终恒定。
6.根据权利要求5所述的机器人手，其特征在于， 所述机器人手还具备张力保持部件，该张力保持部件通过以规定的弹性力始终向所述张紧架设部件按压，即使在所述旋转角移位的情况下，也消除所述张紧架设部件的松弛从而保持张力。
7.根据权利要求2所述的机器人手，其特征在于， 所述张紧架设部件是线或正时带。
8.—种机器人,其特征在于， 所述机器人具有机器人手， 所述机器人手具备: 多个关节部，它们分别绕相互平行的旋转轴旋转； 多个连杆，它们经由所述关节部而连结； 张紧架设部件，其使相邻的所述关节部的旋转联动；以及 一个驱动源，其驱动近端的所述关节部旋转。
【文档编号】B25J15/08GK103702804SQ201180072173
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2011年7月12日 优先权日:2011年7月12日
【发明者】赤江裕光 申请人:株式会社安川电机