特開 2024-84733 人型ロボットハンドの指関節駆動機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024084733

(43)【公開日】2024-06-25

(54)【発明の名称】人型ロボットハンドの指関節駆動機構

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20240618BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 J

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023209615

(22)【出願日】2023-12-12

(31)【優先権主張番号】111147861

(32)【優先日】2022-12-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】523469043

【氏名又は名称】ジャン、イス

【氏名又は名称原語表記】ＺＨＡＮＧ， ＹＩＳＩ

【住所又は居所原語表記】５ ＧＯＮＥＬＬＡ ＣＲＥＳ ＢＵＮＤＯＯＲＡ ＶＩＣ ３０８３ ＡＵＳＴＲＡＬＩＡ

(71)【出願人】

【識別番号】523469054

【氏名又は名称】フワルド、エリック

【氏名又は名称原語表記】ＨＵＷＡＬＤ， ＥＲＩＣ

【住所又は居所原語表記】５ ＧＯＮＥＬＬＡ ＣＲＥＳ ＢＵＮＤＯＯＲＡ ＶＩＣ ３０８３ ＡＵＳＴＲＡＬＩＡ

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】ジャン、イス

(72)【発明者】

【氏名】フワルド、エリック

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707ES07

3C707HS27

3C707HT22

3C707HT24

(57)【要約】

【課題】人型ロボットハンドの指関節伝達機構を提供する。
【解決手段】本発明に係る人型ロボットハンドの指関節伝達機構は、第１指関節及び第２指関節が枢着されることで構成されている。第１指関節は枢着箇所に円弧状を呈して配置されているラックが設けられ、第２指関節には動力装置及び傾斜するように配置されている駆動組み合わせ部材が内設されている。駆動組み合わせ部材は第１指関節のラックに相互に噛合され、動力装置が駆動組み合わせ部材を作動するように駆動すると、駆動組み合わせ部材がラックに沿って移動するように駆動され、第２指関節が第１指関節に対して所定の角度で上下に枢動するように駆動される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端には第１枢着部及び第１関節部を有し、前記第１関節部にはＹ軸方向に沿って円弧状を呈して配置されているラックが設けられている第１指関節と、
中空状を呈していると共に内部には収容空間が形成されている第２指関節であって、前記第２指関節は先端及び前記先端の反対側にある末端を有し、前記第２指関節はその先端が前記第１指関節の第１枢着部に対して枢着され、且つ前記末端には第２枢着部及び第２関節部が形成され、動力装置は前記収容空間に設置され、前記動力装置は前記第１関節部に向けて突出する駆動軸を有し、且つ前記駆動軸の外周に沿って駆動ギアが連設されている第２指関節と、
前記第２指関節の先端に隣接する上方位置箇所に設置されている駆動組み合わせ部材であって、前記駆動組み合わせ部材は、前記駆動ギアと相互に噛合する溝付きディスクを含み、前記溝付きディスクの中心箇所には前記溝付きディスクに従って同期で作動するドライブシャフトが凸設され、且つ前記ドライブシャフトの外周に沿って前記ラックに相互に噛合するドライブギアが連設され、前記動力装置の駆動軸が駆動ギアにより前記溝付きディスク及び前記ドライブシャフトを回転するように駆動させると、前記ドライブギアが前記ラックに沿って移動するように同期で駆動され、且つ前記第２指関節が前記第１指関節に対して所定の角度で上または下に向けて枢動するように駆動される駆動組み合わせ部材と、を備えていることを特徴とする人型ロボットハンドの指関節駆動機構。

【請求項2】

前記溝付きディスクは外周に沿って所定の数量のスキューギアが周設され、且つ前記ドライブギアの歯数は前記溝付きディスクの歯数より少ないことを特徴とする請求項１に記載の人型ロボットハンドの指関節駆動機構。

【請求項3】

前記第１枢着部はＺ軸方向に沿って前記第２指関節の対向する両側に向けて凸状を呈するように凸設され、前記第１関節部はＸ軸方向に沿ってシート状を呈するように前に向けて凸設され、且つ前記第２指関節は先端の貫通孔により前記第１指関節の第１枢着部に対して枢着され、前記第１関節部が前記先端に対して収容されることを特徴とする請求項１に記載の人型ロボットハンドの指関節駆動機構。

【請求項4】

前記第２指関節が前記第１指関節に対して真直位置に位置する場合、前記動力装置の駆動軸の中心軸が前記ラックの前記Ｘ軸方向に沿って延伸されている中心線に相互に位置を揃えることを特徴とする請求項３に記載の人型ロボットハンドの指関節駆動機構。

【請求項5】

前記第２指関節は先端に隣接する真上位置箇所内に組立溝が形成され、前記駆動組み合わせ部材は前記組立溝に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の人型ロボットハンドの指関節駆動機構。

【請求項6】

前記駆動組み合わせ部材は前記組立溝に傾斜するように配置され、前記ドライブシャフトの中心軸と前記駆動軸の中心軸との間には傾斜夾角が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の人型ロボットハンドの指関節駆動機構。

【請求項7】

前記第２関節部には前記Ｙ軸方向に沿って円弧状を呈して配置されている他のラックが設けられ、第３指関節は先端により前記第２枢着部に枢着され、且つ前記第３指関節には前記第２指関節と同じ動力装置及び駆動組み合わせ部材が設置され、前記第３指関節のドライブギアが回転すると、他の前記ラックに沿って移動し、且つ前記第３指関節を前記第２指関節に対して所定の角度で上または下に向けて枢動するように駆動することを特徴とする請求項１に記載の人型ロボットハンドの指関節駆動機構。

【請求項8】

前記第１指関節の他端には受け座を有し、前記受け座にはＺ軸方向に沿って円弧状を呈して配置されているドライブラックが設けられ、駆動組み合わせ部材は駆動モーター及び前記駆動モーターに接続されている減速器を備え、前記減速器は出力軸を有し、且つ前記出力軸の外周には出力ギアが周設され、前記出力ギアは前記ドライブラックに相互に噛合され、前記駆動モーターが前記減速器により前記出力軸を作動するように駆動すると、前記出力ギアが前記ドライブラックを押動し、前記駆動組み合わせ部材に対して所定の角度で左または右に向けて傾斜してスイングするように前記第１指関節を駆動することを特徴とする請求項１に記載の人型ロボットハンドの指関節駆動機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットハンド構成に関し、より詳しくは、人型ロボットハンドの指関節駆動機構に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ロボット工業の勃興と発展に伴い、人間の手の構造を模倣した人型ロボットハンド（ａｎｔｈｒｏｐｏｍｏｒｐｈｉｃ ｒｏｂｏｔ ｈａｎｄ）が人間の手のように特定の作業を実行可能になっている。多指ロボットハンドの研究では、器用な操作を行えるようにする機能が重視されている。

【0003】

従来の人型ロボットハンドは、物品を掴み取るように設計されているため、指関節がそれぞれ互いに枢着されると共に駆動されると所定の自由度で運動するようになっている。従来の特許文献では、例えば、下記特許文献１に記載の義手装置は、指の各指関節がリンクロッドにより相互に枢着され、リニア駆動素子によりヘッド端の指関節のリンクロッドが連結されている。前記リニア駆動素子が作動すると、リンクロッドがそれぞれ互いに引き動かすことで湾曲や真直動作を行うように各指関節が駆動される。しかしながら、この構造で構成されているロボットハンドは、人間の手のように物体を掴む効果を達成するが、リンクロッドにより駆動される指関節は自由度が小さいのみならず、各指関節の湾曲動作を個別に制御して精確に位置決めすることもできないため、簡単な掴む作業しかこなせなかった。

【0004】

また、ケーブルにより各指関節を引っ張って相互に枢着する従来の他の設計は、湾曲や真直動作を達成しており、主に人間の手の腱（ｔｅｎｄｏｎ）を模倣する方式で指関節を引っ張ることで対応する枢動動作を発生させているが、このようなロボットハンドはケーブルを巻き取るための駆動装置の体積が大きく、且つ指のそれぞれを駆動するケーブルがロボットハンドにそれぞれ巻回するように設置されているため、この種のロボットハンドは全体の構成がより複雑化し、各指関節の湾曲動作も個別に制御して精確に位置決めすることができず、不十分であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】中国特許出願公開第１０８１８９０６５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に至った。

【0007】

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、上述のような問題点を解決することを課題の一例とする。すなわち、本発明は、構造の構成を簡略化し、空間を効果的に利用して体積を縮減すると共に減速比を確保し、同時に適応性を高め、精確に制御する効果を達成する人型ロボットハンドの指関節駆動機構を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の一態様である人型ロボットハンドの指関節駆動機構は、
一端には第１枢着部及び第１関節部を有し、前記第１関節部にはＹ軸方向に沿って円弧状を呈して配置されているラックが設けられている第１指関節と、
中空状を呈していると共に内部には収容空間が形成されている第２指関節であって、前記第２指関節は先端及び前記先端の反対側にある末端を有し、前記第２指関節はその先端が前記第１指関節の第１枢着部に対して枢着され、且つ前記末端には第２枢着部及び第２関節部が形成され、動力装置は前記収容空間に設置され、前記動力装置は前記第１関節部に向けて突出する駆動軸を有し、且つ前記駆動軸の外周に沿って駆動ギアが連設されている第２指関節と、
前記第２指関節の先端に隣接する真上位置箇所に設置されている駆動組み合わせ部材であって、前記駆動組み合わせ部材は、前記駆動ギアと相互に噛合する溝付きディスクを含み、前記溝付きディスクの中心箇所には前記溝付きディスクに従って同期で作動するドライブシャフトが凸設され、且つ前記ドライブシャフトの外周に沿って前記ラックに相互に噛合するドライブギアが連設され、前記動力装置の駆動軸が駆動ギアにより前記溝付きディスク及び前記ドライブシャフトを回転するように駆動させると、前記ドライブギアが前記ラックに沿って移動するように同期で駆動され、且つ前記第２指関節が前記第１指関節に対して所定の角度で上または下に向けて枢動するように駆動される駆動組み合わせ部材と、を備えている。

【0009】

本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施例に係る人型ロボットハンドの指関節駆動機構を模式的に示した分解図である。

【図2】本発明の一実施例に係る人型ロボットハンドの指関節駆動機構を模式的に示した外観傾斜図である。

【図3】本発明の一実施例に係る人型ロボットハンドの指関節駆動機構の組み合わせを示す概略構成図である。

【図4】図３の部分拡大の一例を概略的に示す。

【図5】本発明の一実施例に係る人型ロボットハンドの指関節駆動機構の各指関節が下に向かって枢動する場合の一例を概略的に示す。

【図6】本発明の一実施例に係る人型ロボットハンドの指関節駆動機構の各指関節が下に向かって枢動する場合の一例を概略的に示す。

【図7】本発明の一実施例に係る人型ロボットハンドの指関節駆動機構の第１指関節が駆動組み合わせ部材に対して横方向に傾斜にスイングした場合の一例を概略的に示す。

【図8】本発明の一実施例に係る人型ロボットハンドの指関節駆動機構の第１指関節が駆動組み合わせ部材に対して横方向に傾斜してスイングする場合の一例を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0012】

まず、図１～４を参照しながら、本発明に係る人型ロボットハンドの指関節駆動機構を詳しく説明する。本発明に係る人型ロボットハンドの指関節駆動機構は、主に第１指関節１１、第２指関節２１、第３指関節３１、及び第４指関節４１が順次枢着されることで構成され、且つ第１指関節１１、第２指関節２１、第３指関節３１、及び第４指関節４１が互いに枢着される箇所には駆動組み合わせ部材５１がそれぞれ設置されている。以下、それぞれについて説明する。

【0013】

＜第１指関節１１＞
一端には、Ｚ軸方向に沿って左右両側に向けて凸状を呈するように凸設されている第１枢着部１２、及びＸ軸方向に沿ってシート状を呈するように前に向けて凸設されている第１関節部１３を有し、且つ第１関節部１３にはＹ軸方向に沿って円弧状を呈して配置されているラック１４が設けられている。

【0014】

＜第２指関節２１＞
中空状を呈し、且つ内部には第２指関節２１の長軸方向に沿って延伸されている収容空間２２が形成されている。本実施例では、第２指関節２１は第１ハーフハウジング２１１及び第２ハーフハウジング２１２が相互に組み立てられることで形成され、他の実施可能な実施例においては、第２指関節２１は少なくとも１つの開口端を有している中空筒体、或いは、トラス型の支持フレームにより一体に構成されている。本発明は指関節自体の構成構造や製造方式に制限はない。第２指関節２１は先端２３及び先端２３の反対側にある末端２４を有し、且つ第２指関節２１の先端２３に隣接する真上位置箇所内には組立溝２５が更に形成され、第２指関節２１は先端２３の貫通孔２３１により第１指関節１１の第１枢着部１２に対して枢着され、第１関節部１３が先端２３に対して収容される。末端２４には前記Ｚ軸方向に沿って対向する両側に向けて凸状を呈するように凸設されている第２枢着部２６、及び前記Ｘ軸方向に沿ってシート状を呈するように前に向けて凸設されている第２関節部２７が形成され、且つ第２関節部２７には前記Ｙ軸方向に沿って円弧状を呈して配置されている他のラック２８が設けられている。動力装置６１は前記収容空間２２に対応するように収容され、動力装置６１は単一のモーターまたはモーターと減速器との組み合わせ部材で構成されている。動力装置６１は前記第１関節部１３に向けて突出する駆動軸６２を有し、且つ駆動軸６２の外周に沿ってかさ歯車またはハイポイドギヤで構成されている駆動ギア６３が連設されている。

【0015】

＜駆動組み合わせ部材５１＞
第２指関節２１の組立溝２５に設置され、駆動組み合わせ部材５１は傾斜するように配置されている溝付きディスク５２を備え、溝付きディスク５２はその外周に沿って所定の数量のスキューギア５２１が周設され、且つ溝付きディスク５２の中心箇所にはラックの方向に向けて溝付きディスク５２に従って同期で作動するドライブシャフト５３が凸設されている。ドライブシャフト５３の外周に沿ってラック１４に相互に噛合するドライブギア５４が連設され、ドライブギア５４も同様にかさ歯車またはハイポイドギヤで構成され、ドライブギア５４の歯数は溝付きディスク５２の歯数より少ない。ドライブシャフト５３の中心軸Ｌと駆動軸６２の中心軸Ｌ'との間には傾斜夾角θが形成され、本実施例では傾斜夾角θは４５度を例とする。駆動組み合わせ部材５１は第２指関節２１の真上位置箇所に位置する組立溝２５に傾斜するように配置され、その部材構成の数量及び全体の重量が簡略化されるのみならず、駆動組み合わせ部材５１の構成が空間を更に有効利用して全体の体積を縮減する効果を達成し、同時に駆動過程で十分大きな減速比を提供し、動力装置６１の駆動軸６２が駆動ギア６３により溝付きディスク５２及びドライブシャフト５３を同期で回転するように同期で駆動すると、ドライブギア５４がラック１４に沿って移動するように駆動され、第２指関節２１がＹ軸方向に沿って第１指関節１１に対して所定の角度で上または下に向けて枢動するように平穏に駆動される。動力装置６１のモーターには角度センサーが更に設置され、指関節の移動位置を精密に制御し、人間の指関節の湾曲及び真直動作を精確に模倣する。第２指関節２１が第１指関節１１に対して真直位置Ａに位置している場合、動力装置６１の駆動軸６２の中心軸Ｌ'はラック１４の前記Ｘ軸方向に沿って延伸される中心線に相互に位置を揃える（図４参照）。また、単一のモーターで構成されている動力装置６１が提供するトルクが不足している場合、モーターの前端に直列接続されている減速器で構成されている動力装置６１により、減速器が先ず第１段階の減速を行った後、駆動組み合わせ部材５１が第２段階の減速を行ってその出力トルクを確保する。

【0016】

＜第３指関節３１＞
先端３３が第２枢着部２６に枢着され、且つ第３指関節３１に第２指関節２１と同じ動力装置６１及び駆動組み合わせ部材５１が設置され、第３指関節３１及び第４指関節４１が相互に枢着される位置に第１指関節１１及び第２指関節２１と同じラック２８、動力装置６１、及び駆動組み合わせ部材５１がそれぞれ設置されることで、第３指関節３１及び第４指関節がそれぞれ属するドライブギア５４により対応するラック２８に沿ってそれぞれ移動し、第３指関節３１及び第４指関節４１が前記Ｙ軸方向に沿って所定の角度で上または下に向けて枢動するように個別に駆動される。図５と図６を併せて参照し、第２指関節２１、第３指関節３１、及び第４指関節４１の動力装置６１が正回転または逆回転するように駆動すると、対応する指関節が湾曲または真直動作を行うように駆動される。また、本発明が構成する指の各関節位置は全て独立して駆動するため、適応性が更に高くなり、精確に制御する効果を達成している。

【0017】

また、第１指関節１１の他端には受け座１５が突出するように形成され、受け座１５にはＺ軸方向に沿って円弧状を呈して配置されているドライブラック１６が設置され、駆動組み合わせ部材７１は駆動モーター７２及び駆動モーター７２に接続されている減速器７３を備えている。減速器７３は前記Ｘ軸方向に沿って突出する出力軸７４を有し、出力軸７４及び駆動軸６２は同じ中心軸Ｌ'を有し、且つ出力軸７４の外周にはかさ歯車またはハイポイドギヤで構成されている出力ギア７５が連設されている。出力ギア７５はドライブラック１６に相互に噛合され、駆動モーター７２が減速器７３により出力軸７４を作動するように駆動すると、図７と図８に示す如く、出力ギア７５がドライブラック１６を移動するように押動し、駆動組み合わせ部材７１に対して前記Ｚ軸方向に沿って所定の角度で左または右に向けて傾斜してスイングするように第１指関節１１を平穏に駆動し、且つ残りの指関節のそれぞれを横方向に偏向してスイングするように駆動し、その動作の適応性を高めている。

【0018】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0019】

１１ 第１指関節
１２ 第１枢着部
１３ 第１関節部
１４ ラック
１５ 受け座
１６ ドライブラック
２１ 第２指関節
２１１ 第１ハーフハウジング
２１２ 第２ハーフハウジング
２２ 収容空間
２３ 先端
２３１ 貫通孔
２４ 末端
２５ 組立溝
２６ 第２枢着部
２７ 第２関節部
２８ ラック
３１ 第３指関節
３３ 先端
４１ 第４指関節
５１ 駆動組み合わせ部材
５２ 溝付きディスク
５２１ スキューギア
５３ ドライブシャフト
５４ ドライブギア
６１ 動力装置
６２ 駆動軸
６３ 駆動ギア
７１ 駆動組み合わせ部材
７２ 駆動モーター
７３ 減速器
７４ 出力軸
７５ 出力ギア
Ｌ 中心軸
Ｌ' 中心軸
θ 傾斜夾角
Ａ 真直位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】