專利名稱：機(jī)器人手以及機(jī)器人臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于機(jī)器人臂等機(jī)械裝置的鉗爪作用器的機(jī)器人手以及具 有機(jī)器人手的機(jī)器人臂。
背景技術(shù)：
為了通過機(jī)器人臂實(shí)現(xiàn)各種作業(yè)，使用能夠抓握成為作業(yè)對(duì)象的物體等的手作為 鉗爪作用器。由于手配設(shè)在機(jī)器人臂的鉗爪上，因此需要將其小型化、輕量化以盡量不成為 機(jī)器人臂的負(fù)荷。對(duì)于這個(gè)問題，如圖11所示，作為以往的技術(shù)公開了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的輕量化手 (參照專利文獻(xiàn)1)，其具有兩根可動(dòng)指101、103 ；固定在關(guān)節(jié)軸108、111上的可旋轉(zhuǎn)的定滑 輪120、121 ；動(dòng)滑輪141 ；以及經(jīng)由定滑輪120、121和動(dòng)滑輪141固定在兩根可動(dòng)指101、 103上的線繩125，通過驅(qū)動(dòng)動(dòng)滑輪141作平移運(yùn)動(dòng)，線繩125被牽引，從而驅(qū)動(dòng)指101、103 作開閉運(yùn)動(dòng)。專利文獻(xiàn)1 日本特公平5-196號(hào)公報(bào)。在上述專利文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu)中，由于用于增強(qiáng)握力的強(qiáng)力的致動(dòng)器大幅度地增加重 量，所以為了在保持輕量的狀態(tài)下提高手140即可動(dòng)指101、103的握力，需要采用在手140 的外部配設(shè)強(qiáng)力的致動(dòng)器而從外部使用例如線繩142驅(qū)動(dòng)指101、103作開閉運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。然而，在采用從外部驅(qū)動(dòng)指101、103作開閉運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)的情況下，即使在手140和 機(jī)器人臂的前端部之間(例如143的位置)設(shè)置力傳感器，并針對(duì)作用于手140的外力對(duì) 機(jī)器人臂進(jìn)行力量控制，也因從外部驅(qū)動(dòng)指101、103作開閉運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力影響力傳感器而 存在無法用力傳感器正確地測(cè)量外力、無法以良好的精度進(jìn)行力量控制的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種解決上述以往的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的問題的機(jī)器人手以及具 有機(jī)器人手的機(jī)器人臂，該機(jī)器人手因在手外部配設(shè)致動(dòng)器，因此能夠保持輕量和高握力， 并且，即使在手和機(jī)器人臂的前端部之間設(shè)置力傳感器，從外部驅(qū)動(dòng)指作開閉運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng) 力對(duì)力傳感器的影響也很小，能夠容易地進(jìn)行力量控制。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明如下構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種機(jī)器人手，具有手安裝基體部；力傳感器，其配設(shè)在所述手安裝基體部上；指基體，其配設(shè)在所述力傳感器的測(cè)量部上；一組指，其以對(duì)置的方式配設(shè)在所述指基體上；指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體，其配設(shè)在所述手安裝基體部上，并與所述力傳感器、所述指基體 以及所述一組指之間設(shè)有間隙；指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其具有端部分別與所述對(duì)置的一組指連接并且以從所述端部延伸的
4路徑彼此相對(duì)的方式配置在所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體上的線繩，通過在相對(duì)的方向上以大小相 等的力拉引所述線繩而使所述對(duì)置的一組指開閉；以及致動(dòng)器，其配設(shè)在所述手的外部并使所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。根據(jù)本發(fā)明的其他方案，提供一種前端部安裝在上述方案所記載的機(jī)器人手的所 述手安裝基體部上的機(jī)器人臂。根據(jù)本發(fā)明，通過拉動(dòng)指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的線繩而產(chǎn)生的力由指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體承受，并 且通過在相對(duì)的方向上以大小相等的力拉引線繩而使所述產(chǎn)生的力相互抵消，不會(huì)影響力 傳感器，因此，能夠在手外部配設(shè)致動(dòng)器。這樣，能夠獲得下述手，其保持輕量和高握力，即 使在手和機(jī)器人臂的前端部之間設(shè)置力傳感器，從外部驅(qū)動(dòng)指作開閉運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力對(duì)力傳 感器的影響也會(huì)小，從而能夠容易地進(jìn)行力量控制。


根據(jù)針對(duì)附圖的與優(yōu)選實(shí)施方式相關(guān)的以下描述，能夠明確本發(fā)明的上述目的以 及其它目的和特征。在附圖中，圖IA是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的機(jī)器人手的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的主視圖；圖IB是表示圖IA的本發(fā)明的上述第一實(shí)施方式的所述機(jī)器人手的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的側(cè) 視圖；圖2A表示圖IA的本發(fā)明的上述第一實(shí)施方式的所述機(jī)器人手的剖面，是圖IA的 A-A線剖視圖；圖2B表示圖IA的本發(fā)明的上述第一實(shí)施方式的所述機(jī)器人手的剖面，是圖IA的 B-B線剖視圖；圖3是表示將圖IA的本發(fā)明的上述第一實(shí)施方式的所述機(jī)器人手安裝到機(jī)器人 臂后的情況的應(yīng)用例的圖；圖4A是在圖IA的A-A線剖視圖中說明圖IA的本發(fā)明的上述第一實(shí)施方式的所 述機(jī)器人手的打開動(dòng)作的圖；圖4B是在圖IA的A-A線剖視圖中說明圖IA的本發(fā)明的上述第一實(shí)施方式的所 述機(jī)器人手的關(guān)閉動(dòng)作的圖；圖5A是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的機(jī)器人手的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的主視圖；圖5B是表示圖5A的本發(fā)明的上述第二實(shí)施方式的所述機(jī)器人手的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的側(cè) 視圖；圖6A表示圖5A的本發(fā)明的上述第二實(shí)施方式的所述機(jī)器人手的結(jié)構(gòu)，是圖5B的 C-C剖視圖；圖6B表示圖5A的本發(fā)明的上述第二實(shí)施方式的所述機(jī)器人手的結(jié)構(gòu)，是圖6A的 D-D剖視圖；圖7A是說明圖5A的本發(fā)明的上述第二實(shí)施方式的所述機(jī)器人手的打開動(dòng)作的 圖；圖7B是說明圖5A的本發(fā)明的上述第二實(shí)施方式的所述機(jī)器人手的關(guān)閉動(dòng)作的 圖；圖8A是說明利用圖5A的本發(fā)明的上述第二實(shí)施方式的所述機(jī)器人手的結(jié)構(gòu)來抓握物體的圖；圖8B是說明利用圖5A的本發(fā)明的上述第二實(shí)施方式的所述機(jī)器人手的結(jié)構(gòu)來抓 握其他物體的圖；圖9A是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的機(jī)器人手的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖9B是表示本發(fā)明的上述第三實(shí)施方式的所述機(jī)器人手的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖IOA是說明本發(fā)明的變形例的指結(jié)構(gòu)的圖；圖IOB是說明本發(fā)明的上述變形例的所述指結(jié)構(gòu)的圖；圖11是說明以往的機(jī)器人手的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式以下，在根據(jù)附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施方式之前，先對(duì)本發(fā)明的各種方案進(jìn) 行說明。根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供一種機(jī)器人手，其特征在于，包括手安裝基體部；力傳感器，其配設(shè)在所述手安裝基體部上；指基體，其配設(shè)在所述力傳感器的測(cè)量部上；一組指，其以對(duì)置的方式配設(shè)在所述指基體上；指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體，其配設(shè)在所述手安裝基體部上，并與所述力傳感器、所述指基體 以及所述一組指之間設(shè)有間隙；指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其具有端部分別與所述對(duì)置的一組指連接并且以從所述端部延伸的 路徑彼此相對(duì)的方式配置在所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體上的線繩，通過在相對(duì)的方向上以大小相 等的力拉引所述線繩而使所述對(duì)置的一組指開閉；以及致動(dòng)器，其配設(shè)在所述手的外部并使所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提供一種如第一方案所述的機(jī)器人手，其特征在于，所述 指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體具有引導(dǎo)所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述線繩的移動(dòng)的線繩引導(dǎo)部。根據(jù)本發(fā)明的第三方案，提供一種如第一方案所述的機(jī)器人手，其中，所述指驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)具有動(dòng)滑輪，所述動(dòng)滑輪能夠旋轉(zhuǎn)地被與所述致動(dòng)器連接的旋轉(zhuǎn)軸支承，并且能夠在 與所述旋轉(zhuǎn)軸的中心軸方向交叉的方向上和所述旋轉(zhuǎn)軸一同移動(dòng)地被所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基 體支承，所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在不限制所述對(duì)置的一組指的同向運(yùn)動(dòng)的情況下，通過以大小相 等的力沿相對(duì)的方向拉引所述線繩而使所述對(duì)置的一組指產(chǎn)生方向相反的運(yùn)動(dòng)，由此使所 述對(duì)置的一組指開閉。根據(jù)本發(fā)明的第四方案，提供一種如第二方案所述的機(jī)器人手，其特征在于，所述 一組指被相對(duì)地支承在所述指基體上的一對(duì)關(guān)節(jié)軸支承并能夠分別擺動(dòng)，并且具有與各所 述關(guān)節(jié)軸同軸的圓弧形狀的指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部，所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體具有與各所述關(guān)節(jié) 軸同軸的圓弧形狀的圓弧引導(dǎo)槽，所述線繩的端部卡止于所述一組指中的一個(gè)指上，所述 線繩通過下述方式配置在所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體上，即，使所述線繩沿所述一組指中的一個(gè) 指的所述指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部的圓弧面掛繞，與測(cè)量作用于所述指的所述基體部和所述手 的基體之間的力的所述力傳感器的測(cè)量面平行且與所述手安裝基體部的所述力傳感器的 安裝面平行地進(jìn)行配置，通過向與支承對(duì)置于所述指的另一個(gè)指的所述關(guān)節(jié)軸同軸的所述圓弧引導(dǎo)槽進(jìn)行架設(shè)，使得所述線繩從所述端部延伸的路徑彼此相對(duì)。根據(jù)本發(fā)明的第五方案，提供一種如第一方案至第三方案中任意一項(xiàng)所述的機(jī)器 人手，其特征在于，所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括所述線繩；一組第一定滑輪和第二定滑輪，其同 軸固定在所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體上并能夠各自旋轉(zhuǎn)；以及動(dòng)滑輪，其能夠旋轉(zhuǎn)地被與所述致 動(dòng)器連接的旋轉(zhuǎn)軸支承，并且能夠在與所述旋轉(zhuǎn)軸的中心軸方向交叉的方向上和所述旋轉(zhuǎn) 軸一同移動(dòng)地被所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體支承，所述線繩在所述端部連接所述對(duì)置的指中的一 個(gè)指之后，依次經(jīng)由所述第一定滑輪、所述動(dòng)滑輪、所述第二定滑輪，與所述端部不同的另 一端部與所述對(duì)置的指中的另一指連接，在所述致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下，使所述動(dòng)滑輪的所述旋 轉(zhuǎn)軸相對(duì)于所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體沿與所述旋轉(zhuǎn)軸的中心軸方向交叉的方向移動(dòng)，從而使所 述一組指開閉。根據(jù)本發(fā)明的第六方案，提供一種如第一方案至第五方案中任意一項(xiàng)所述的機(jī)器 人手，其特征在于，所述指具有彎曲成弓形的形狀或者前端部彎曲成L字形的形狀。根據(jù)本發(fā)明的第七方案，提供一種機(jī)器人臂，其前端部安裝在第一方案至第六方 案中任意一項(xiàng)所述的機(jī)器人手的所述手安裝基體部上。以下，根據(jù)附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施方式。(第一實(shí)施方式)圖IA以及圖IB是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的機(jī)器人手23的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖，圖2A 以及圖2B是示出在圖IB中以箭頭A以及箭頭B分別表示的A-A剖面以及B-B剖面的圖。 圖3是表示將所述機(jī)器人手23安裝到機(jī)器人臂24的前端部時(shí)的應(yīng)用例的圖。1是手安裝基體部，其作為用于在機(jī)器人臂24的前端部安裝機(jī)器人手23的基臺(tái)而 發(fā)揮作用。2是作為力傳感器的一個(gè)例子的利用了應(yīng)變儀的六軸力傳感器，其安裝在手安裝 基體部1上。六軸力傳感器2能夠?qū)ψ饔糜诎惭b面3和安裝面3相反側(cè)的測(cè)量面(測(cè)量部) (力作用面)4之間的力進(jìn)行計(jì)量，所述安裝面3面對(duì)手安裝基體部1的表面的平面。手安 裝基體部1的表面、安裝面3、測(cè)量面4平行配置。如圖IB所示，5是作為用于支承下述指6a、6b并確保其能夠擺動(dòng)的基臺(tái)而發(fā)揮作 用的指基體，在六軸力傳感器2的測(cè)量面4配設(shè)有一對(duì)指基體5。6a、6b是具有彎曲的形狀(例如，彎曲成弓形的形狀或者前端部彎曲成L字形的形 狀)的指，并以相互對(duì)置的方式分別配設(shè)在一對(duì)指基體5上，并且，指6a、6b的基端部繞支 承在指基體5上的指關(guān)節(jié)軸7a、7b分別旋轉(zhuǎn)自如。所述指6a是第一指，并配置有一對(duì)。所 述指6b是第二指，并配置成與一對(duì)第一指6a的中間位置相對(duì)(參照?qǐng)D1B)。12是向開放方向?qū)χ?a、6b施加力的指開放彈簧，其架設(shè)在第一指6a的基端部即 比指關(guān)節(jié)軸7a靠第二指6b側(cè)的突起6c和第二指6b的基端部即比指關(guān)節(jié)軸7b靠第一指 6a側(cè)的突起6d之間。其結(jié)果是，在通常狀態(tài)下，利用指開放彈簧12的彈簧力對(duì)第一指6a 和第二指6b分別施加力，使得圖2中的第一指6a繞指關(guān)節(jié)軸7a向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)并且第 二指6b繞指關(guān)節(jié)7b向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，從而第一指6a的前端和第二指6b的前端彼此打 開。9是一對(duì)指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體，其配設(shè)在手安裝基體部1上，并且與指基體5以及指6 均不相連，換句話說，其在與力傳感器2、所述指基體5以及所述一組指6 (6a、6b)之間分別設(shè)有縫隙G。指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9具有分別與關(guān)節(jié)軸7a、7b同軸的圓弧形的圓弧引導(dǎo)槽11a、 11b，其作為用于順滑地驅(qū)動(dòng)下述的作為指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)例子的兩條指驅(qū)動(dòng)線繩13a、 13b(或者一條線繩13)的基臺(tái)而發(fā)揮作用。13a、13b是作為指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)例子的兩條指驅(qū)動(dòng)線繩，其被配設(shè)成可分別沿 作為線繩引導(dǎo)部的一個(gè)例子而發(fā)揮作用的指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9的引導(dǎo)槽10a、10b滑動(dòng)。兩條 指驅(qū)動(dòng)線繩13a、13b的各自的端部分別通過銷13c、13d固定在形成于指6a、6b的基端部 的指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a、8b上。上述指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a、8b具有分別與關(guān)節(jié)軸7a、 7b同軸的圓弧形狀，并在指6a、6b的基端部一體地形成。需要說明的是，在說明書中，為了 便于理解關(guān)于兩根指6a、6b和兩條指驅(qū)動(dòng)線繩13a、13b的關(guān)系的說明，對(duì)兩條指驅(qū)動(dòng)線繩 13a、13b進(jìn)行了說明，并對(duì)它們的另一端部彼此結(jié)合的情況進(jìn)行了說明，但是實(shí)際上也可以 以一條線繩13構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)第一指6a的指驅(qū)動(dòng)線繩13a以如下方式配置，即，其一端部如圖2B所示通過 銷13c固定在指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a，從該一端部開始，沿所述指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a的 圓弧面掛繞后，與六軸力傳感器2的測(cè)量面4平行地向指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9的圓弧引導(dǎo)槽lib 架設(shè)，并將指驅(qū)動(dòng)線繩13a的配置方向沿圓弧引導(dǎo)槽lib彎曲變化90度。然后，沿引導(dǎo)槽 IOb通過指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9的側(cè)面后遠(yuǎn)離指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9。另外，驅(qū)動(dòng)第二指6b的指驅(qū)動(dòng)線繩13b以如下方式配置，即，其一端部如圖2A所 示通過銷13b固定在指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8b，從該一端部開始，沿所述指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo) 部8b的圓弧面掛繞后，與六軸力傳感器2的測(cè)量面4平行地向指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9的圓弧引 導(dǎo)槽Ila架設(shè)，并將指驅(qū)動(dòng)線繩13b的配置方向沿圓弧引導(dǎo)槽Ila彎曲變化90度。然后， 沿引導(dǎo)槽IOa通過指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9的側(cè)面后遠(yuǎn)離指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9。如后面所述，進(jìn)行上述配置的結(jié)果是進(jìn)行如下方式的驅(qū)動(dòng)，即使所述對(duì)置的一組 指6a、6b作開閉運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力的矢量在上述對(duì)置的一組指6a、6b作開閉運(yùn)動(dòng)的平面內(nèi)彼此 相對(duì)，相互抵消后的結(jié)果是合力大致為零。需要說明的是，指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a、8b的圓弧形狀和圓弧引導(dǎo)槽IlaUlb的 圓弧形狀不一定需要采用相同的半徑，只要圓周部的位置關(guān)系為使指驅(qū)動(dòng)線繩13a、13b的 張力相互抵消的關(guān)系即可。另外，由于圓弧引導(dǎo)槽IlaUlb只起到彎曲線繩13a、13b的作 用，所以圓弧引導(dǎo)槽Ila和lib的半徑可以不同。另外，當(dāng)指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a和8b的 圓弧形狀的半徑不同時(shí)，使第一指6a和第二指6b活動(dòng)的轉(zhuǎn)矩互不相同，因此，為了使第一 指6a和第二指6b的動(dòng)作控制簡(jiǎn)單化，優(yōu)選采用相同的半徑。然而，在不介意第一指6a和 第二指6b的動(dòng)作控制復(fù)雜化的情況下，第一指6a和第二指6b的轉(zhuǎn)矩也可以不同，在這種 情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的，即除去對(duì)力傳感器2的影響。如圖3所示，兩條指驅(qū)動(dòng)線繩13a、13b通過引導(dǎo)軟管25a、25b的內(nèi)部并沿機(jī)器人 臂24的兩個(gè)連桿24a、24b配設(shè)，兩條指驅(qū)動(dòng)線繩13a、13b的另一端部一同懸掛并結(jié)合在 一個(gè)動(dòng)滑輪14上。在將動(dòng)滑輪14旋轉(zhuǎn)自如地支承的旋轉(zhuǎn)軸部連接有牽引線繩15的一端 部。在牽引線繩15的一端部的相反一側(cè)的另一端部，配設(shè)有作為致動(dòng)器的一個(gè)例子而發(fā)揮 作用的基于電動(dòng)機(jī)16a的線繩牽引機(jī)構(gòu)16。S卩，通過在電動(dòng)機(jī)16a的旋轉(zhuǎn)軸固定旋轉(zhuǎn)圓板 16b、在旋轉(zhuǎn)圓板16固定牽引線繩15的另一端、并且使電動(dòng)機(jī)16a的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，可在旋轉(zhuǎn) 圓板16b上纏繞牽引線繩15，從而拉動(dòng)牽引線繩15。當(dāng)拉動(dòng)牽引線繩15時(shí)，通過動(dòng)滑輪14
8同時(shí)拉動(dòng)兩條指驅(qū)動(dòng)線繩13a、13b。電動(dòng)機(jī)16a的驅(qū)動(dòng)控制是通過控制手23的動(dòng)作的控制裝置29進(jìn)行的。以下，對(duì)第一實(shí)施方式的機(jī)器人手23的動(dòng)作進(jìn)行說明。機(jī)器人手23在通常的狀態(tài)下因受到指開放彈簧12的彈簧力而處于圖4A所示的 開放狀態(tài)。當(dāng)根據(jù)機(jī)器人控制裝置29的指令驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16a使線繩牽引機(jī)構(gòu)16動(dòng)作以拉 動(dòng)牽引線繩15時(shí)，動(dòng)滑輪14也被拉動(dòng)，指驅(qū)動(dòng)線繩13a、13b的結(jié)合部分(在只有一條線繩 13的情況下為中間部)受到動(dòng)滑輪14的作用，動(dòng)滑輪14側(cè)的另外兩端部一同被均等(相 等)的力拉動(dòng)。由于指驅(qū)動(dòng)線繩13a、13b的一端部(在只有一條線繩13的情況下為兩端 部)分別在指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a、8b與第一指6a和第二指6b相固定，所以牽引力可傳 遞到第一指6a和第二指6b，若基于該牽引力的轉(zhuǎn)矩勝過基于指開放彈簧12的彈簧力的轉(zhuǎn) 矩，第一指6a將相對(duì)于指關(guān)節(jié)軸7a向圖4A的箭頭X所示的紙面右旋方向(在圖4A中繞 指關(guān)節(jié)軸7a的順時(shí)針方向)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第二指6b將相對(duì)于指關(guān)節(jié)軸7b向圖4的箭頭Y 所示的紙面左旋方向(在圖4A中繞指關(guān)節(jié)軸7b的逆時(shí)針方向)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而手23成 為圖4B所示的關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)抓握對(duì)象物位于第一指6a和第二指6b之間時(shí)，可利用第一指 6a和第二指6b夾持抓握對(duì)象物而抓握物體狀的抓握對(duì)象物。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，當(dāng)以力Fv拉動(dòng)指驅(qū)動(dòng)線繩13a、13b時(shí)，力將 通過指驅(qū)動(dòng)線繩13a、13b傳遞，從而產(chǎn)生作用在圓弧引導(dǎo)槽1 la、lib的分布力Fra、Frb (Frb 未圖示)和作用在指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a、8b的力Fha、Fhb0其中，因分布力Fra、Frb由 指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9(的圓弧引導(dǎo)槽IlaUlb)承受，所以力不會(huì)作用到六軸力傳感器2本身， 在六軸力傳感器2無法觀測(cè)到作為分布力Fra、Frb的基于線繩牽引機(jī)構(gòu)16的牽引力。另 外，力Fha、Fhb通過指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a、8b傳遞到指關(guān)節(jié)軸7a、7b，產(chǎn)生力Fja、Fjb0 進(jìn)一步，力Fja、Fjb通過指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9在六軸力傳感器2產(chǎn)生力Fsa、Fsb0然而，由 于力Fsa、Fsb大小相等且方向相反而相互抵消的合力為零，所以用六軸力傳感器2無法觀 測(cè)到。即，通過使上述對(duì)置的一組指6a、6b作開閉運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力的矢量在上述對(duì)置的一組 指6a、6b作開閉運(yùn)動(dòng)的平面內(nèi)彼此相對(duì)，使其相互抵消而使合力為零，所以用箭頭表示的 Fha, Fhb方向的力相互抵消而不影響六軸力傳感器2。另外，如圖4A所示，當(dāng)在第一指6a的前端部直接施加外力Fexa時(shí)，由于等價(jià)的力 Fexj通過第一指6a也能傳遞到指關(guān)節(jié)軸7a、并進(jìn)一步傳遞到指基體5，所以通過六軸力傳 感器2可測(cè)量力Fexs。另外，同樣地，在向第二指6b或者抓握的物體施加外力的情況下，由 于等價(jià)的力Fexj通過第二指6b也能傳遞到指關(guān)節(jié)軸7b、并進(jìn)一步傳遞到指基體5，所以通 過六軸力傳感器2可測(cè)量力Fexs。在上述說明中，雖然僅說明了平移力的效果，但是由于力Fja、Fjb在六軸力傳感 器2上產(chǎn)生的力矩同樣被抵消，所以不會(huì)影響六軸力傳感器2。如上所述，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)下述的手23，S卩，因能夠在 手23的外部配設(shè)致動(dòng)器(作為一個(gè)例子即電動(dòng)機(jī)16a)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)輕量和高握力，并且 即使在手23和機(jī)器人臂24的前端部之間設(shè)置力傳感器2，從外部驅(qū)動(dòng)第一指6a和第二指 6b的開閉運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力對(duì)力傳感器2的影響也會(huì)小，能夠容易進(jìn)行力量控制。(第二實(shí)施方式)圖5A以及圖5B是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的機(jī)器人手23A的結(jié)構(gòu)的整體圖。另外，圖6A以及圖6B是說明圖5B的C-C剖面以及圖6A的D-D的剖面的圖。在圖5A至圖6B 中，對(duì)與圖IA至圖2B所示的第一實(shí)施方式結(jié)構(gòu)相同的部分賦予相同的符號(hào)，并省略對(duì)其詳 細(xì)說明，僅對(duì)不同的部分進(jìn)行說明。在圖5A至圖6B中，17是第一定滑輪，其以可繞指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9所支承的旋轉(zhuǎn)軸 18旋轉(zhuǎn)的方式配設(shè)在指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9上。19是第二定滑輪，其以可繞旋轉(zhuǎn)軸18旋轉(zhuǎn)的方式與第一定滑輪17同軸地配設(shè)在 指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9上。20是動(dòng)滑輪，其被支承為可繞滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸21旋轉(zhuǎn)，并以滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸21可沿指驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)基體9的滑動(dòng)引導(dǎo)槽22作平移運(yùn)動(dòng)的方式配設(shè)在指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9。在滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸 21連接有牽引線繩15的一端部，通過牽引線繩15的牽引，滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸21能夠在支承動(dòng)滑 輪20并保持其可旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下沿滑動(dòng)引導(dǎo)槽22移動(dòng)。指驅(qū)動(dòng)線繩28的一端部以及另一端部通過固定銷13e、13f分別固定在第一指6a、 第二指6b的指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a、8b。指驅(qū)動(dòng)線繩28在一端部通過固定銷13e固定在 指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a后，沿指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a的圓弧面掛繞，然后沿第一固定滑輪 17的外周彎曲大致90度并向動(dòng)滑輪20架設(shè)，然后沿動(dòng)滑輪20的外周彎曲大致180度而向 第二定滑輪19架設(shè)，然后沿第二定滑輪19的外周彎曲大致90度。隨后，沿指關(guān)節(jié)軸圓弧 引導(dǎo)部8b的圓弧面掛繞，并通過固定銷13f將另一端部固定在指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部Sb。以下，說明該第二實(shí)施方式的機(jī)器人手23A的動(dòng)作。機(jī)器人手23A在通常的狀態(tài)下因受到指開放彈簧12的彈簧力而處于圖7A所示的 開放狀態(tài)。若根據(jù)機(jī)器人控制裝置29的指令驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16a使線繩牽引機(jī)構(gòu)16動(dòng)作以拉 動(dòng)牽引線繩15，動(dòng)滑輪20也將被拉動(dòng)。由于動(dòng)滑輪20與滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸21 —同沿滑動(dòng)引導(dǎo) 槽22相對(duì)于指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9移動(dòng)，所以指驅(qū)動(dòng)線繩28在動(dòng)滑輪20的移動(dòng)作用下，使指 驅(qū)動(dòng)線繩28的中間部被拉動(dòng)、兩端部一同被均等的力(相等的力)拉動(dòng)。由于指驅(qū)動(dòng)線繩 28的各自的端部在指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8a、8b通過固定銷13e、13f固定在第一指6a和第 二指6b，所以牽引力被傳遞到第一指6a、第二指6b，若基于該牽引力的轉(zhuǎn)矩勝過基于指開 放彈簧12的彈簧力的轉(zhuǎn)矩，動(dòng)滑輪20將與滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸21 —同沿滑動(dòng)引導(dǎo)槽22移動(dòng)，第一 定滑輪17將進(jìn)行圖7A的箭頭R所示的右旋，第二定滑輪19將進(jìn)行圖7A的箭頭L所示的 左旋，由此，指驅(qū)動(dòng)線繩28的兩端部向相互接近的方向運(yùn)動(dòng)，第一指6a相對(duì)于指關(guān)節(jié)軸7a 向圖7A的箭頭U所示的紙面右旋方向(圖7A中繞指關(guān)節(jié)軸7a的順時(shí)針方向)作旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)，而第二指6b相對(duì)于指關(guān)節(jié)軸7b向圖7A的箭頭V所示的紙面左旋方向(圖7A中繞指 關(guān)節(jié)軸7b的逆時(shí)針方向)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而手23A成為圖7B所示的閉合狀態(tài)，若抓握對(duì)象 物位于第一指6a和第二指6b之間，利用第一指6a和第二指6b可夾持抓握對(duì)象物，從而可 抓握物體狀的抓握對(duì)象物。例如，如圖8A所示，抓握對(duì)象物若為圓形剖面的物體26，則通過第一指6a和第二 指6b與物體26多點(diǎn)接觸，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)靜力學(xué)上穩(wěn)定的物體26的抓握。另外，如圖8B所示， 即使在抓握對(duì)象物為非對(duì)稱形狀的物體27的情況下，通過第一指6a和第二指6b與物體27 多點(diǎn)接觸，也存在靜力學(xué)上的穩(wěn)定狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體27的抓握。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，由于通過拉動(dòng)指驅(qū)動(dòng)線繩28的中間部產(chǎn)生 的箭頭Fv方向的力通過第一定滑輪17以及第二定滑輪19由指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9承受，所以力無法作用到六軸力傳感器2本身，從而基于線繩牽引機(jī)構(gòu)16的牽引力不會(huì)影響六軸力傳 感器2。另外，關(guān)于線繩28的箭頭Fha、Fhb方向的力，由于線繩28的一端部從指關(guān)節(jié)軸圓 弧引導(dǎo)部8a向第一定滑輪17架設(shè)、而另一端部則相反地從指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部8b向第二 固定滑輪19架設(shè)，所以Fha、Fhb方向的力相互抵消，從而不會(huì)影響六軸力傳感器2。另外，在外力Fexa作用于第一指6a、第二指6b或者抓握物體的情況下，由于被 穩(wěn)定地抓握的抓握物體和第一指6a以及第二指6b作為一體發(fā)揮作用，所以，外力Fexj通 過指關(guān)節(jié)軸7a、7b以及指基體5可傳遞到力傳感器2，從而利用力傳感器2檢測(cè)出該外力 Fexs0(第三實(shí)施方式)圖9A以及圖9B是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的機(jī)器人手23B的結(jié)構(gòu)的剖視圖。第 三實(shí)施方式與第二實(shí)施方式同樣為由定滑輪和動(dòng)滑輪構(gòu)成的例子，但是兩個(gè)定滑輪的位置 與第二實(shí)施方式不同。在圖9A以及圖9B中，對(duì)結(jié)構(gòu)與圖6A所示的第二實(shí)施方式相同的部 分賦予相同的符號(hào)，并省略對(duì)其說明，而僅對(duì)不同的部分進(jìn)行說明。在圖9A以及圖9B中，17是第一定滑輪，其以可繞指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9所支承的旋轉(zhuǎn) 軸18旋轉(zhuǎn)的方式配設(shè)在指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9上。19是第二定滑輪，其以可繞旋轉(zhuǎn)軸18b旋轉(zhuǎn)的方式配設(shè)在指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體9上。第三實(shí)施方式的特征在于，第一定滑輪17和第二定滑輪19不同軸地分別配設(shè)在 指關(guān)節(jié)軸7a、7b的附近。這樣，即使采用第一定滑輪17和第二定滑輪19相分離的結(jié)構(gòu)，也 可發(fā)揮與第二實(shí)施方式相同的效果。需要說明的是，在上述實(shí)施方式中，第一指6a以及第二指6b雖然在指關(guān)節(jié)軸7a、 7b的作用下作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，但不限于此。例如，即使是在基于圖IOA以及圖IOB所示的線性引 導(dǎo)機(jī)構(gòu)的平移的作用下作開閉運(yùn)動(dòng)的指結(jié)構(gòu)，也可發(fā)揮同樣的效果。作為一個(gè)例子，所述線 性引導(dǎo)機(jī)構(gòu)由導(dǎo)軌101、沿導(dǎo)軌101滑動(dòng)自如地安裝的滑塊102構(gòu)成，在導(dǎo)軌101側(cè)和滑塊 102側(cè)分別具有凹部，以橫跨凹部之間的方式配置有滾珠軸承，并以防止滑塊102脫離導(dǎo)軌 101而進(jìn)行保持的方式組裝所述滑塊102。需要說明的是，通過適當(dāng)?shù)亟M合上述各種實(shí)施方式或者變形例中的任意的實(shí)施方 式或者變形例，能夠?qū)崿F(xiàn)其各自所具有的效果。(工業(yè)實(shí)用性)本發(fā)明的機(jī)器人手以及具有上述機(jī)器人手的機(jī)器人臂，作為用于以多關(guān)節(jié)機(jī)器人 臂抓握物體的機(jī)器人手以及具有所述機(jī)器人手的機(jī)器人臂是有用的。關(guān)于本發(fā)明，雖然參照附圖對(duì)優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行了充分地描述，但作為熟知此 技術(shù)的人員等能夠明確各種變形和修正。這些變形和修正，只要不脫離基于所附的權(quán)利要 求書的本發(fā)明的范圍，就應(yīng)理解為包含在其中。
權(quán)利要求
一種機(jī)器人手，具有手安裝基體部；力傳感器，其配設(shè)在所述手安裝基體部上；指基體，其配設(shè)在所述力傳感器的測(cè)量部上；一組指，其以對(duì)置的方式配設(shè)在所述指基體上；指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體，其配設(shè)在所述手安裝基體部上，并與所述力傳感器、所述指基體以及所述一組指之間設(shè)有間隙；指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其具有端部分別與所述對(duì)置的一組指連接并且以從所述端部延伸的路徑彼此相對(duì)的方式配置在所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體上的線繩，通過在相對(duì)的方向上以大小相等的力拉引所述線繩而使所述對(duì)置的一組指開閉；以及致動(dòng)器，其配設(shè)在所述手的外部并使所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手，其中，所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體具有引導(dǎo)所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述線繩的移動(dòng)的線繩引導(dǎo)部。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手，其中，所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有動(dòng)滑輪，所述動(dòng)滑輪能夠旋轉(zhuǎn)地被與所述致動(dòng)器連接的旋轉(zhuǎn)軸支 承，并且能夠在與所述旋轉(zhuǎn)軸的中心軸方向交叉的方向上和所述旋轉(zhuǎn)軸一同移動(dòng)地被所述 指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體支承，所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在不限制所述對(duì)置的一組指的同向運(yùn)動(dòng)的情況下，通過以大小相等的 力沿相對(duì)的方向拉引所述線繩而使所述對(duì)置的一組指產(chǎn)生方向相反的運(yùn)動(dòng)，由此使所述對(duì) 置的一組指開閉。
4.如權(quán)利要求2所述的機(jī)器人手，其中，所述一組指被相對(duì)地支承在所述指基體上的一對(duì)關(guān)節(jié)軸支承并能夠分別擺動(dòng)，并且具 有與各所述關(guān)節(jié)軸同軸的圓弧形狀的指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部，所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體具有與各所述關(guān)節(jié)軸同軸的圓弧形狀的圓弧引導(dǎo)槽， 所述線繩的端部卡止于所述一組指中的一個(gè)指上，所述線繩通過下述方式配置在所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體上，即，使所述線繩沿所述一組指 中的一個(gè)指的所述指關(guān)節(jié)軸圓弧引導(dǎo)部的圓弧面掛繞，與測(cè)量作用于所述指的所述基體部 和所述手的基體之間的力的所述力傳感器的測(cè)量面平行且與所述手安裝基體部的所述力 傳感器的安裝面平行地進(jìn)行配置，通過向與支承對(duì)置于所述指的另一個(gè)指的所述關(guān)節(jié)軸同 軸的所述圓弧引導(dǎo)槽進(jìn)行架設(shè)，使得所述線繩從所述端部延伸的路徑彼此相對(duì)。
5.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的機(jī)器人手，其中， 所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括所述線繩；一組第一定滑輪和第二定滑輪，其同軸固定在所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體上并能夠各自旋 轉(zhuǎn)；以及動(dòng)滑輪，其能夠旋轉(zhuǎn)地被與所述致動(dòng)器連接的旋轉(zhuǎn)軸支承，并且能夠在與所述旋轉(zhuǎn)軸 的中心軸方向交叉的方向上和所述旋轉(zhuǎn)軸一同移動(dòng)地被所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體支承，所述線繩在所述端部連接所述對(duì)置的指中的一個(gè)指之后，依次經(jīng)由所述第一定滑輪、 所述動(dòng)滑輪、所述第二定滑輪，與所述端部不同的另一端部與所述對(duì)置的指中的另一指連接，在所述致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下，使所述動(dòng)滑輪的所述旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于所述指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體沿與 所述旋轉(zhuǎn)軸的中心軸方向交叉的方向移動(dòng)，從而使所述一組指開閉。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人手，其中， 所述指具有彎曲成弓形的形狀或者前端部彎曲成L字形的形狀。
7.一種機(jī)器人臂，其前端部安裝在權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人手的所述手 安裝基體部上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)器人手，其在手安裝基體部(1)配設(shè)有力傳感器(2)，在力傳感器的測(cè)量部配設(shè)有指基體(5)，在該指基體(5)上對(duì)置地配設(shè)有一組指(6a、6b)，在手安裝基體部上以與力傳感器、指基體、指均不接觸的方式配設(shè)有指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體(9)，該機(jī)器人手設(shè)有指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13a、13b)和致動(dòng)器(16a)，指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13a、13b)配設(shè)在指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體上，以使對(duì)置的指作開閉運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力的矢量在對(duì)置的指作開閉運(yùn)動(dòng)的平面內(nèi)相對(duì)且相互抵消而使合力大致為零的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所述致動(dòng)器(16a)配設(shè)在手安裝基體部、力傳感器、指基體、指以及指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基體以外的部位，并使指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
文檔編號(hào)B25J15/08GK101945739SQ20098010523
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者岡崎安直, 山本正樹 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社