特開 2024-84741 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】P2024084741

(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】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023210605

(22)【出願日】2023-12-13

(31)【優先権主張番号】111147860

(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）】

3C707CY36

3C707ES08

3C707ES09

3C707ET03

3C707EU04

3C707EU17

3C707EU19

3C707HS27

(57)【要約】

【課題】人型ロボットハンドの指関節駆動機構を提供する。
【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】

一端に第１枢着部及び第１関節部を有し、且つ前記第１関節部にはＹ軸方向に沿って円弧状を呈するように配置されているラックが設けられている第１指関節と、
Ｘ軸方向に沿って延伸されて中空状を呈す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指関節は前記Ｘ軸方向に沿って先端及び前記先端の反対側にある末端を有し、前記第２指関節は先端により前記第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関節部が形成されている第２指関節と、
前記収容空間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Ｘ軸方向に沿って相互に連結されている減速器ユニット及びモーターユニットを含み、前記減速器ユニットは前記第１関節部に向けて突出しているドライブシャフトを有し、前記ドライブシャフトの中心軸は前記Ｙ軸方向と直交し、前記ドライブシャフトには前記ラックと相互に噛合されている駆動ギアが連設され、前記減速器ユニットは前記モーターユニットの回転速度を低下させると共に前記ドライブシャフトにより動力を出力するために用いられ、前記モーターユニットが前記減速器ユニットによりそのドライブシャフトを回転するように駆動すると、前記ラックに沿って移動するように前記駆動ギアが同期で駆動され、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、前記第２関節部には前記Ｙ軸方向に沿って円弧状を呈するように配置されている他のラックが設けられ、第３指関節はその先端により前記第２枢着部に枢着され、且つ前記第３指関節には前記第２指関節と同じ駆動組み合わせ部材が設置され、前記第３指関節の駆動ギアが回転する際に他の前記ラックに沿って移動し、前記第３指関節が前記第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更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に凸設され、前記第１関節部は前記Ｘ軸方向に沿って前に向けてシート状に凸設され、且つ前記第２指関節はその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関節部は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3】

前記減速器ユニット及び前記モーターユニットは同じ中心軸により前記収容空間に直列接続されるように配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4】

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するように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第２減速器ユニットを備え、前記第２減速器ユニットは出力軸を有し、前記出力軸の外周部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第２減速器ユニットにより前記出力軸を作動するように駆動すると、前記出力ギアにより前記ドライブラックが押動され、前記第１指関節が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駆動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。

【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、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。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【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

【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】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、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にある。
[課題を解決するための手段]

【0008】

上記目的を達成するための主たる発明は、
一端に第１枢着部及び第１関節部を有し、且つ前記第１関節部にはＹ軸方向に沿って円弧状を呈するように配置されているラックが設けられている第１指関節と、
Ｘ軸方向に沿って延伸されて中空状を呈す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指関節は前記Ｘ軸方向に沿って先端及び前記先端の反対側にある末端を有し、前記第２指関節は先端により前記第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関節部が形成されている第２指関節と、
前記収容空間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Ｘ軸方向に沿って相互に連結されている減速器ユニット及びモーターユニットを含み、前記減速器ユニットは前記第１関節部に向けて突出しているドライブシャフトを有し、前記ドライブシャフトの中心軸は前記Ｙ軸方向と直交し、前記ドライブシャフトには前記ラックと相互に噛合されている駆動ギアが連設され、前記減速器ユニットは前記モーターユニットの回転速度を低下させると共に前記ドライブシャフトにより動力を出力するために用いられ、前記モーターユニットが前記減速器ユニットによりそのドライブシャフトを回転するように駆動すると、前記ラックに沿って移動するように前記駆動ギアが同期で駆動され、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である。

【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、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【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について説明する。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ている。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の内部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軸方向に沿って前に向けてシート状に凸設されている第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するように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＞
前記Ｘ軸方向に沿って延伸されて中空状を呈すると共に内部にはＸ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。本実施例において、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は前記Ｘ軸方向に沿った両端に先端２３及び先端２３の反対側にある末端２４がそれぞれ形成され、第２指関節２１はその先端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は先端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Ｘ軸方向に沿って前に向けてシート状に凸設されている第２関節部２７が形成され、第２関節部２７にはＹ軸方向に沿って円弧状を呈するように配置されている他のラック２８が設けられている。

【0015】

＜駆動組み合わせ部材５１＞
収容空間２２に対応するように設置され、駆動組み合わせ部材５１は減速器のモーターであるか、或いはモーターと減速器との組み合わせ部材で構成され、駆動組み合わせ部材５１はＸ軸方向に沿って相互に連結されると共に同じ中心軸Ｌが直列接続されるように配置されている減速器ユニット５２及びモーターユニット５３を備えている。モーターユニット５３はサーボモーターで構成され、減速器ユニット５２は第１関節部に向けて凸設されていると共にその中心軸Ｌに位置しているドライブシャフト５２１を有し、ドライブシャフト５２１の中心軸ＬはＹ軸方向と直交し、且つドライブシャフト５２１にはラック１４と相互に噛合されている駆動ギア５４が連設されている。駆動ギア５４はかさ歯車またはハイポイドギヤで構成され、減速器ユニット５２の内部には予め設けられている減速ギアセット（不図示）が配置され、減速器ユニット５２はモーターユニット５３の回転速度を低下させた後、ドライブシャフト５２１により動力を出力するために用いられている。減速器ユニット５２は一般的に使用されている減速器が採用されてもよく、モーターユニット５３の回転速度を低下させて所定のトルクを出力可能なものであればよい。減速器ユニット５２及びモーターユニット５３が同じ中心軸Ｌで収容空間２２に直列接続されるように配置されることにより、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するのみならず、部材構成の複雑さに起因する損耗を減らし、駆動過程で十分大きな減速比を提供する。モーターユニット５３が減速器ユニット５２によりそのドライブシャフト５２１を回転するように駆動すると、駆動ギア５４が前記ラック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、第２指関節２１が第１指関節１１に対して真直位置Ａと湾曲位置Ｂとの間でスイングする。第２指関節２１が真直位置Ａに位置している場合、ドライブシャフト５２１の中心軸Ｌが前記Ｙ軸方向に直交し、且つモーターユニット５３に角度センサーを更に設置することで、指関節の移動位置を精密に制御し、人の指関節の湾曲及び真直動作を精確に模倣している。

【0016】

＜第３指関節３１＞
その先端３３により第２枢着部２６に枢着され、第４指関節４１はその先端４３により第３指関節の末端３４に枢着され、第３指関節３１及び第４指関節４１には第２指関節２１と同じ駆動組み合わせ部材５１がそれぞれ設置されている。第３指関節３１はその末端３４に第２指関節２１と同じ円弧状を呈するラック２８が設置されることで、第３指関節３１及び第４指関節４１がそれぞれ属する駆動ギア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及び前記第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の駆動組み合わせ部材５１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するように配置されているドライブラック１６が設けられている。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に接続されている第２減速器ユニット７３を備え、第２減速器ユニット７３はＸ軸方向に沿って突出する出力軸７４を有している。出力軸７４及びドライブシャフト５２１は同じ中心軸Ｌを有し、且つ出力軸７４の外周部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が減速器ユニット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】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【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
３４ 末端
４１ 第４指関節
４３ 先端
５１ 駆動組み合わせ部材
５２ 減速器ユニット
５２１ ドライブシャフト
５３ モーターユニット
５４ 駆動ギア
７１ 駆動組み合わせ部材
７２ 駆動モーター
７３ 第２減速器ユニット
７４ 出力軸
７５ 出力ギア
Ｌ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】