机械手手部以及机械手的制作方法

本发明涉及作为安装于机械手手臂的梢端部的末端执行器的机械手手部以及具备该机械手手部的机械手。

背景技术：

以往，使用在机械手手臂的梢端部安装适于作业的末端执行器的工业用机械手。作为末端执行器的一种，已知具有两根手指并把持工件的机械手手部（所谓的夹具（gripper））。这种机械手手部是利用将旋转运动转换成直线运动的切比雪夫连杆（chebyshevlinkage）机构的机械手手部，在专利文献1中由本申请的申请人提案。

专利文献1所述的机械手手部的手指由切比雪夫连杆机构构成，该切比雪夫连杆机构具备：以支持于基台的基端部为中心而被旋转驱动的原动节；基端部能够转动地与基台连结的从动节；基端部能够转动地与原动节的梢端部连结且中间部能够转动地与从动节的梢端部连结的中间节。而且，该切比雪夫连杆机构的中间节的梢端部上设置有指尖部，以该指尖部的移动轨迹与切比雪夫连杆机构的中间节所取得的周状的移动轨迹中的直线部对应的形式决定原动节的旋转范围。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：国际公开wo2010/007795号公报。

技术实现要素：

发明要解决的问题：

利用了上述专利文献1的切比雪夫连杆机构且具有两根手指的夹具形的机械手手部，具有两个原动节，每个原动节具备马达。两个原动节的旋转轴平行配设，两个马达集中配置于轴支持原动节的基台的一侧。一般地，减速装置与马达组合使用，马达与减速装置串联（即同轴上）配置。为了避免包括这些马达以及减速装置的手指的驱动部与机械手手臂的干扰，限制机械手手部的可动范围。因此，期望手指的驱动部尽量小。

利用了上述专利文献1的切比雪夫连杆机构的机械手手部，手指的指尖的行程大于固定节的长度，所以可以使手指相对于所要求的指尖的行程而小型化。这样实现了手指的小型化的机械手手部中，期望由于手指的驱动部的小型化而引起的机械手手部整体的进一步小型化。

本发明是鉴于以上情况产生的，其目的是实现利用了切比雪夫连杆机构的机械手手部的进一步小型化。

解决问题的手段：

根据本发明一形态的机械手手部，其特征在于，具备：基座；把持爪；连结所述基座与所述把持爪的切比雪夫连杆机构；固定于所述基座的壳体；能够转动地支持于所述基座以及所述壳体中的至少一个并向所述切比雪夫连杆机构输入动力的输入轴；具有与所述输入轴平行的输出轴并支持于所述壳体的马达；与所述输入轴配设于同轴上并能够转动地支持于所述壳体的传动轴；从所述输出轴向所述传动轴传递动力的动力传递机构；和设置于所述传动轴与所述输入轴之间的减速装置。

又，根据本发明一形态的机械手，其特征在于，具备：具有机械手手臂的机械手主体；安装于所述机械手手臂的梢端部的所述的机械手手部；和控制所述机械手手臂以及所述机械手手部的动作的控制器。

根据上述结构的机械手手部以及具备该机械手手部的机械手，能够将马达与减速装置并列配置。因此，与将马达和减速装置串联配置的机械手手部相比较，能够减小壳体的大小（尤其是与马达的输出轴平行的方向的大小）。进而能够谋求机械手手部的小型化。

发明效果：

根据本发明，能够谋求机械手手部的进一步小型化。

附图说明

图1是具备根据本发明的一实施形态的机械手手部的多关节机械手的大致侧视图；

图2是示出机械手手部的大致结构的图；

图3是示出指尖为关闭状态的机械手手部的手指的图；

图4是示出指尖为打开状态的机械手手部的手指的图；

图5是示出机械手手部的手指的构造的图2的v向视图；

图6是示出手指的驱动部的构造的图2的vi-vi向剖视图；

图7是示出多关节机械手的控制系统的结构的图；

图8中的图8a是根据本实施形态的机械手手部的图，图8b是根据伺服马达、减速装置以及制动装置配置于同轴上的比较例的机械手手部的图；

图9是说明一般的切比雪夫连杆机构以及其动向的图。

具体实施方式

接着，参照附图说明本发明的实施形态。图1是具备根据本发明一实施形态的机械手手部的多关节机械手10的大致侧视图。如图1所示，根据本发明一实施形态的多关节机械手10大致由具有机械手手臂20的机械手主体2；安装于机械手手臂20的梢端部的机械手手部1；和控制多关节机械手10的动作的控制器3构成。以下详细说明多关节机械手10的各结构要素。

首先，详细说明机械手主体2。根据本实施形态的机械手主体2具备基台30和支持于基台30的机械手手臂20。机械手手臂20具有：垂直的臂旋转轴21、水平的臂前后轴22、水平的臂上下轴23、与臂上下轴23大致正交的手腕旋转轴24、与手腕旋转轴24大致正交的手腕弯曲轴25以及与手腕弯曲轴25大致正交的手腕扭转轴26。即，机械手主体2为六轴垂直多关节型机械手。但是，适用本发明的机械手主体2不限定于此，也可以是具有机械手手臂20即可。机械手主体2例如也可以是六轴以外的垂直多关节型机械手或水平多关节型机械手等。

机械手手臂20具备：能够绕臂旋转轴21转动地与基台30连结的第一臂31；能够绕臂前后轴22转动地与第一臂31的梢端部连结的第二臂32；能够绕臂上下轴23转动地与第二臂32的梢端部连结的第三臂33；能够绕手腕旋转轴24转动地与第三臂33连接的第四臂34；能够绕手腕弯曲轴25转动地与第四臂34的梢端部连接的手腕35；和绕手腕扭转轴26与手腕35连结的手部适配器36。机械手主体2还具备绕各轴21～26旋转驱动各臂要素31～35的伺服马达61～66（图7）等驱动机构。

接着，详细说明机械手手部1。图2是示出机械手手部1的大致结构的图，图3是示出指尖为关闭状态的机械手手部1的手指42的图，图4是示出指尖为打开状态的机械手手部1的手指42的图，图5是示出机械手手部1的手指42的构造的图2的v向视图，图6是示出手指42的驱动部43的构造的图2的vi-vi向剖视图。

如图2～6所示，机械手手部1具备：固定于机械手主体2的手部适配器36的基座41；支持于基座41的一对手指42；和驱动一对手指42的驱动部43。一对手指42的指尖（梢端部）上分别安装有把持爪44。把持爪44的与工件的接触部分上贴设有缓冲材料45。一对手指42中，一个手指42为由从后述的伺服马达81传递的动力带动的主动系的手指42a，另一个手指42为由从主动系的手指42a传递的动力（更详细地，从输入轴46向从动系输入轴47传递的动力）带动的从动系的手指42b。该说明书中，不特意区分主动系的手指42a与从动系的手指42b时，表示为手指42。

基座41形成为剖面u字状（图5），具有固定于手部适配器36的底壁411和从底壁411立起的一对侧壁412、412。一对侧壁412的一个上固定有容纳驱动部43的结构要素的壳体40。用于从驱动部43向手指42输入动力的两根平行的输入轴（输入轴46以及从动系输入轴47）贯穿这一个侧壁422，两根输入轴46、47向基座41内突出。

各手指42形成为包括切比雪夫连杆机构5的连杆机构。换而言之，把持爪44借助包括切比雪夫连杆机构5的连杆机构支持于基座41。

图9是说明一般的切比雪夫连杆机构5及其动向的图。如图9所示，切比雪夫连杆机构5为具备原动节51、固定节50、从动节52以及中间节53四个节（连杆）的连杆机构。原动节51的基端部能够转动地与固定节50的基端部连结，从动节52的基端部能够转动地与固定节50的梢端部连结，原动节51的梢端部能够转动地与中间节53的基端部连结，从动节52的梢端部能够转动地与中间节53的中间部连结。若以原动节51的长度为“1”，则比例为：固定节50的长度为“2”、从动节52的长度为“2.5”、中间节53的长度为“5”。上述结构的切比雪夫连杆机构5中，原动节51以基端部为中心一个旋转期间的、中间节53的梢端部的移动轨迹500为：在某个面内与固定节50大致平行的直线部501和连结该直线部501的端部之间的曲线部502所形成的大致d字形的周状。以立起状态的原动节51的旋转角度为0度，以逆时针的旋转方向为正的旋转方向，则与原动节51从0度到180度之间的旋转运动相对应的中间节53梢端部的移动轨迹500为上述直线部501。

返回至图2～6，一对手指42形成为以机械手手部1的中心为轴对称（图2～4的各纸面上左右对称）。以下详细说明一个手指42的结构，因为用相同的参照符号表示对应的构件，所以省略关于另一个手指42的结构的说明。

手指42具备：原动节51、从动节52、中间节53、从动辅助节54、中间辅助节55、中间结合节56以及梢端部结合节57。而且，连结基座41与把持爪44的连杆机构由这些节51～57以及作为固定节发挥功能的基座41构成。梢端部结合节57上设置有接合部57a，把持爪44借助未图示的紧固件等可装卸地固定于该接合部57a。

原动节51的基端部固定于输入轴46（或从动系输入轴47），并与输入轴46（或从动系输入轴47）一体转动。原动节51的梢端部借助第一关节轴71能够转动地与中间节53的基端部连结。从动节52的基端部固定于能够转动地支持于基座41一对侧壁412的第二关节轴72。从动节52的梢端部借助第三关节轴73能够转动地与中间节53的长度方向中间位置连结。中间节53的梢端部借助第四关节轴74能够转动地与梢端部结合节57连结。

输入轴46、第一关节轴71、第二关节轴72、第三关节轴73以及第四关节轴74各轴的轴心的延伸方向平行。而且，以输入轴46与第一关节轴71的距离为“1”时，以输入轴46与第二关节轴72的距离为“2”，第一关节轴71与第三关节轴73的距离为“2.5”，第二关节轴72与第三关节轴73的距离为“2.5”，第三关节轴73与第四关节轴74的距离为“2.5”的形式决定各节的长度的比。但是，该说明书中轴与轴的距离严格来说是从轴心到轴心的距离。

切比雪夫连杆机构5由上述结构的原动节51、从动节52、中间节53、以及作为固定节发挥功能的基座41的一部分构成。而且，以切比雪夫连杆机构5的中间节53的梢端部的移动范围（移动轨迹）与作为切比雪夫连杆机构5的、切比雪夫连杆机构5所取得的周状的移动轨迹500（图9）中的直线部501（图9）对应的形式，决定原动节51（即输入轴46或从动系输入轴47）的转动范围。

从动辅助节54的基端部在输入轴46与第二关节轴72之间，固定于能够转动地支持于基座41的一对侧壁412的第五关节轴75。输入轴46、第二关节轴72以及第五关节轴75排列于大致同一直线上。为了说明的方便将连结该输入轴46与第二关节轴72的直线称为“基准线l”。从动辅助节54的梢端部借助第六关节轴76能够转动地与中间结合节56连结。中间结合节56借助第三关节轴73能够转动地与从动节52连结。另外，如图5所示，在第三关节轴73的轴方向上，从动节52的内侧配设有中间节53，此外，中间节53的内侧配设有中间结合节56。如此一来，能够谋求手指42的紧凑化。

上述中，第二关节轴72与第五关节轴75的距离、和第三关节轴73与第六关节轴76的距离相等。又，第二关节轴72与第三关节轴73的距离、和第五关节轴75与第六关节轴76的距离相等。即，基部侧的四节平行连杆机构48由从动节52、从动辅助节54、中间结合节56以及基座41的一部分构成。

中间辅助节55的基端部借助第六关节轴76能够转动地与中间结合节56连结。又，中间辅助节55的梢端部借助第七关节轴77能够转动地与梢端部结合节57连结。上述中，第三关节轴73与第六关节轴76的距离、和第四关节轴74与第七关节轴77的距离相等。又，第三关节轴73与第四关节轴74的距离、和第六关节轴76与第七关节轴77的距离相等。即，梢端部侧的四节平行连杆机构49由中间节53的梢端部侧、中间辅助节55、中间结合节56以及梢端部结合节57构成。

如图6所示，手指42的驱动部43具备：伺服马达81；传递来自伺服马达81的动力的输出齿轮82；与输出齿轮82啮合的从动齿轮83；和设置于从伺服马达81到输出齿轮82的动力传递路径上的减速装置84以及制动装置85。

伺服马达81，其输出轴811以与两根输入轴46、47大致平行的形式配设，并支持于壳体40。伺服马达81上设置有用于检测伺服马达81的旋转位置以及旋转速度的检测器86。检测器86例如为旋转编码器。检测器86借助检测器电缆86a与后述的控制器3以及伺服放大器97电气连接。

壳体40的输入轴46的延长线上设置有能够转动地支持于壳体40的传动轴90。输入轴46与传动轴90配置于同轴上，伺服马达81的输出轴811与传动轴90的各轴心的延伸方向大致平行。

伺服马达81的输出轴811上装嵌有驱动皮带轮87，与该驱动皮带轮87对应的从动皮带轮88装嵌于传动轴90。驱动皮带轮87与从动皮带轮88上卷装有环状的传动带89。由这些皮带轮87、88以及传动带89形成带式动力传递机构8，由该动力传递机构8向传动轴90传递伺服马达81的输出。

传动轴90上设置有制动装置85。根据本实施形态的制动装置85，为由对线圈通电而产生的电磁力带动的电磁制动器，非通电时进行制动，通电时解除制动动作。借助这样的制动装置85的动作，即使在机械手手部1（或多关节机械手10）强制停止时等切断向机械手手部1的电力供给时，机械手手部1也能继续把持工件。

从伺服马达81向输出齿轮82的动力传递路径上，制动装置85的后段设置有减速装置84。更详细地，传动轴90与输入轴46之间，即，从传动轴90向输入轴46的动力传递路径上设置有减速装置84。减速装置84的输入部与传动轴90连结，动力从传动轴90向减速装置84输入。减速装置84的输出部与输出齿轮82连结，由减速装置84减速的旋转动力从输出齿轮82输出。另外，根据本实施形态的减速装置84、为由与传动轴90连结的波发生器、与输出齿轮82连结的柔性齿轮、固定于壳体40的刚性齿轮形成的谐波齿轮装置。

减速装置84及制动装置85、和伺服马达81并列配置于壳体40内。本实施形态中，在使伺服马达81与检测器86连接的伺服马达81的轴方向长度之间，配设有减速装置84以及制动装置85。

输出齿轮82与从动齿轮83都能够转动地支持于壳体40。输出齿轮82与从动齿轮83为同一形状的车轮，输入轴46一体地设置于输出齿轮82，从动系输入轴47一体地设置于从动齿轮83。旋转动力从伺服马达81传递至输出齿轮82从而输出齿轮82旋转，则与之啮合的从动齿轮83也以与输出齿轮82相同的旋转角度反向旋转。即，输入轴46与从动系输入轴47同时并以相同旋转角度相互反向旋转。借此，机械手手部1的手指42的指尖以及一对把持爪44同时并同量地向相互远离或相互靠近的方向移动。

接着，说明控制器3。图7是示出多关节机械手10的控制系统的结构的图。该图中，尤其示出了与机械手手部1的控制关联的控制系统的结构，省略了其他结构。如图7所示，向旋转驱动机械手主体2的各轴21～26的各伺服马达61～66供给驱动电流的伺服放大器91～96与控制器3连接。又，各伺服马达61～66上设置有例如编码器等检测器61a～66a，向控制器3（或控制器3以及各伺服马达61～66）输入由该检测器61a～66a检测出的伺服马达61～66的旋转位置。又，向机械手手部1的伺服马达81供给驱动电流的伺服放大器97与控制器3连接。该伺服放大器97将由检测器86检测出的伺服马达81的旋转位置向控制器3（或控制器3以及各伺服马达61～66）输入。此外，检测输出齿轮82、从动齿轮83、输入轴46以及从动系输入轴47中任意一个旋转位置的旋转位置检测器98与控制器3连接。借助由该旋转位置检测器98检测出的旋转位置，能够推测机械手手部1的一对手指42的指尖以及一对把持爪44的位置。

控制器3即计算机，具有cpu等计算处理部、rom、ram等存储部（均未图示）。存储部中存储有计算处理部所执行的程序、各种固定数据等。计算处理部进行与外部装置的数据收发。又，计算处理部进行来自各种传感器的检测信号的输入或控制信号向各控制对称的输出。控制器3通过计算处理部读出并执行存储于存储部的程序等软件而进行用于控制多关节机械手10的动作的处理。另外，控制器3可以是通过单一计算机的集中控制执行各处理，也可以是通过多个计算机协作的分散控制执行各处理。又，也可以是控制器3由微型控制器、程控逻辑控制器（plc）等构成。

由上述控制器3执行程序时，以使机械手手部1按照程序向目标位置移动的形式，基于由检测器61a～66a检测出的旋转位置，从控制器3向各伺服放大器91～96输出控制信号。各伺服放大器91～96将与控制信号对应的驱动电流供给至伺服马达61～66。又，按照程序为使一对把持爪44靠近并把持工件而关闭手指42的指尖（图3），为使一对把持爪44远离并松开工件而打开手指42的指尖（图4）的形式，基于由检测器86以及旋转位置检测器98检测出的旋转位置，从控制器3向伺服放大器97输出控制信号。伺服放大器97将与控制信号对应的驱动电流供给至伺服马达81。如此，与机械手手臂20同样地，对于一对手指42，控制器3也以一对手指42的位置，方位，姿势等作为控制量，进行跟随目标值那样的自动控制（即伺服控制）。

如以上说明，本实施形态的机械手手部1具备：基座41、把持爪44、连结基座41和把持爪44的切比雪夫连杆机构5；固定于基座41的壳体40；向切比雪夫连杆机构5输入动力的输入轴46；具有与输入轴46平行的输出轴811的伺服马达81；与输入轴46配设于同轴上的传动轴90；从输出轴811向传动轴90传递动力的动力传递机构8；和设置于传动轴90与输入轴46之间的减速装置84。上述中，输入轴46与传动轴90分别能够转动地支持于壳体40，伺服马达81支持于壳体40。

上述结构的机械手手部1中，传动轴90以及输入轴46与伺服马达81的输出轴811平行设置，减速装置84与该传动轴90以及输入轴46配置于同轴上，所以能够并列配置伺服马达81与减速装置84。图8a示出根据本实施形态的机械手手部1，图8b示出了根据伺服马达81、减速装置84以及制动装置85串联配置于同轴上的比较例的机械手手部101。比较图8a与图8b可明确，根据伺服马达81与减速装置84串联配置的比较例的机械手手部101的壳体40’，比根据本实施形态的机械手手部1的壳体40长了与伺服马达81的轴方向长度对应的δh。如此，与根据比较例的机械手手部101相比较，能够减小根据本实施形态的机械手手部1中将容纳有手指42的驱动部43的壳体40的大小（尤其是与伺服马达81的轴方向平行的方向的大小）。机械手手部1具备谋求小型化且由切比雪夫连杆机构5构成的手指42，如上所述能够使驱动部43及其壳体40小型化，由此能够实现机械手手部1整体的进一步小型化。

又，本实施形态的机械手手部1还具备：与前述主动系的把持爪44成对的从动系的把持爪44；连结从动系的把持爪44与基座41的从动系的切比雪夫连杆机构5；与向从动系的切比雪夫连杆机构5输入动力的输入轴46平行的从动系的从动系输入轴47；和从输入轴46向从动系的从动系输入轴47传递动力的齿轮机构（输出齿轮82与从动齿轮83）。

上述结构的机械手手部1中，由一个伺服马达81驱动两个切比雪夫连杆机构5（手指42）。如此，即使切比雪夫连杆机构5（手指42）的数量增加伺服马达81的数量也不会变化，所以能够抑制容纳手指42的驱动部43的壳体40的大型化。

又，本实施形态的机械手手部1还具备设置于传动轴90上的制动装置85。

上述结构的机械手手部1中，传动轴90与伺服马达81的输出轴811平行设置，减速装置84以及制动装置85与该传动轴90配置于同轴上，所以能够并列地配置伺服马达81与减速装置84及制动装置85。因此，与根据比较例的机械手手部101（图8b）相比较，能够减小容纳手指42的驱动部43的壳体40的大小（尤其是与伺服马达81的轴方向平行的方向的大小）。

又，本实施形态的机械手手部1的切比雪夫连杆机构5具备：基端部固定于输入轴46（或从动系输入轴47）的原动节51；基端部能够转动地支持于基座41的从动节52；和基端部与原动节51的梢端部连结且中间部与从动节52的梢端部连结的中间节53。该机械手手部1具备：用于形成包括从动节52的四节平行连杆机构48的、基端部能够转动地支持于基座41的从动辅助节54，以及，连结从动节52的梢端部与从动辅助节54的梢端部的中间结合节56。该机械手手部1还具备：用于形成包括中间节53以及中间结合节56的四节平行连杆机构49的、基端部与中间结合节56连结的中间辅助节55，以及，对连结中间节53的梢端部与中间辅助节55的梢端部进行连结的梢端部结合节57。而且，把持爪44固定于梢端部结合节57。

此外，本实施形态的机械手手部1中，原动节51（即输入轴46或从动系输入轴47）在使切比雪夫连杆机构5的中间节53梢端部所取得的周状移动轨迹500（图9）中的直线部501（图9）成为中间节53梢端部的移动范围那样的规定角度范围内旋转。

上述结构的机械手手部1中，通过切比雪夫连杆机构5的作用，中间节53的梢端部（即手指42的指尖）与基准线l保持一定的距离移动。同时，通过基部侧的四节平行连杆机构48以及梢端部侧的四节平行连杆机构49的作用，位于手指42的指尖的梢端部结合节57以及固定于此的把持爪44与基准线l平行移动。如上所述，把持爪44能够与基准线l保持一定距离的同时与基准线l平行移动。如此，把持爪44从基准线l的距离不会变化，所以容易把握把持爪44的位置，又，能够容易进行由一对把持爪44的工件的把持。

以上说明了适于本发明的实施形态，但上述机械手手部1的结构例如能够做如下变更。

根据上述实施形态的机械手手部1中，输入轴46以及从动系输入轴47支持于壳体40，但也可以是支持于基座41与壳体40中的至少一个。

又，根据上述实施形态的机械手手部1中，从输出轴811向传动轴90传递动力的动力传递机构8为带式动力传递机构，但动力传递机构8不限定于此。例如，也可以是作为从输出轴811向传动轴90传递动力的动力传递机构8，使用由啮合的驱动齿轮与从动齿轮形成的齿轮式动力传递机构，或由驱动链轮齿、从动链轮齿和卷绕于这些链轮齿的链条形成的链条式动力传递机构。

又，根据上述实施形态的机械手手部1中，分别设置有伺服马达81与制动装置85。d但是，也可以是不设置伺服马达81以及制动装置85，而采用同时具备这些功能的具有制动器功能的伺服马达代替伺服马达81。此时，省略传动轴90上的制动装置85。

又，根据上述实施形态的机械手手部1中，为了使从动系的手指42b与主动系的手指42a的动作同步动作，而设置由输出齿轮82和与之啮合的从动齿轮83形成的齿轮机构。如此优选的是在降低主动系的手指42a与从动系的手指42b同步误差的基础上将输出齿轮82与从动齿轮83直接啮合、但也可以是在输出齿轮82与从动齿轮83之间存在至少一个以上的齿轮。又，也可以是输出齿轮82与从动齿轮83之间，或，从动齿轮83与从动系输入轴47之间存在有离合器等动力断续切换机构。借此，能够仅使一个手指42（主动系的手指42a）工作。

又，根据上述实施形态的机械手手部1具备主动系的手指42a与从动系的手指42b各一个，但是也可以增加一个以上的从动系的手指42b。例如，也可以是增加一个从动系的手指42b，作为具有三根手指42的机械手手部1。此时，以使从动系输入轴47也与手指42的数量对应地增加，并使与从动系输入轴47一体设置的从动齿轮83和输出齿轮82啮合的形式，形成驱动部43。

符号说明：

1　机械手手部；

2　机械手主体；

3　控制器；

5　切比雪夫连杆机构；

8　动力传递机构；

10　多关节机械手；

20　机械手手臂；

40　壳体；

41　基座；

42　手指；

（42a　主动系的手指）；

（42b　从动系的手指）；

43　驱动部；

44　把持爪；

46　（主动系的）输入轴；

47　（从动系的）输入轴；

48、49　四节平行连杆机构；

50　固定节；

51　原动节；

52　从动节；

53　中间节；

54　从动辅助节；

55　中间辅助节；

56　中间结合节；

57　梢端部结合节；

61～66　伺服马达；

81　伺服马达；

811　输出轴；

82　输出齿轮；

83　输出齿轮；

84　减速装置；

85　制动装置；

86　检测器；

90　传动轴；

91～97　伺服放大器；

98　旋转位置检测器。