機械手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及如人類的手指那樣具有多個關(guān)節(jié)、能夠握持物體并對握持的物體進(jìn)行操作的機械手。
【背景技術(shù)】
[0002]作為如人類的手指那樣具有多個關(guān)節(jié)的機械手，已知具備與手背對應(yīng)的基部、與手指的基節(jié)骨對應(yīng)的第一手指連桿、與手指的中節(jié)骨對應(yīng)的第二手指連桿、與手指的末節(jié)骨對應(yīng)的第三手指連桿的機械手。第一手指連桿以能夠旋轉(zhuǎn)的方式與基部連結(jié)。第二手指連桿以能夠旋轉(zhuǎn)的方式與第一手指連桿連結(jié)。第三手指連桿以能夠旋轉(zhuǎn)的方式與第二手指連桿連結(jié)。
[0003]在機械手握持物體時，通過手指卷繞物體。為了通過手指來卷繞物體，構(gòu)成為第一手指連桿、第二手指連桿、第三手指連桿依次彎曲。作為典型的機械手，已知如下的機械手，其構(gòu)成為當(dāng)?shù)谝皇种高B桿彎曲時第二手指連桿與第一手指連桿連動而彎曲，當(dāng)?shù)诙种高B桿彎曲時第三手指連桿連動而彎曲。使手指彎曲的驅(qū)動源是馬達(dá)、直動致動器等致動器。驅(qū)動源向第一手指連桿施加驅(qū)動力，相對于基部使第一手指連桿彎曲。當(dāng)?shù)谝皇种高B桿彎曲時，第二手指連桿、第三手指連桿依次彎曲。
[0004]但是，在以往的典型的機械手中，雖然能夠穩(wěn)定地“握持”物體，但存在難以對物體進(jìn)行“操作”的課題?！拔粘帧笔侵缸ノ瘴矬w，“操作”是指操作機械等使其動作。例如，在使機械手進(jìn)行使用電動螺絲刀的螺紋緊固作業(yè)的情況下，機械手需要抓握(握持)電動螺絲刀的柄，引導(dǎo)(操作)電動螺絲刀的起動裝置。在以往的典型的機械手中，存在抓握電動螺絲刀的柄較為容易，但引導(dǎo)電動螺絲刀的起動裝置較為困難的課題。
[0005]作為解決該課題的機械手，申請人提出了在手指的各關(guān)節(jié)設(shè)置有小型的致動器的機械手(參照專利文獻(xiàn)I)。在該機械手中，在基部與第一手指連桿之間的第一關(guān)節(jié)組裝有第一致動器。在第一手指連桿與第二手指連桿之間的第二關(guān)節(jié)組裝有第二致動器。在第二手指連桿與第三手指連桿之間的第三關(guān)節(jié)組裝有第三致動器。根據(jù)專利文獻(xiàn)I所記載的機械手，由于能夠使第一至第三手指連桿獨立地彎曲，因此既能夠握持物體，還能夠?qū)ξ粘值奈矬w進(jìn)行操作。
[0006]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開2002-113681號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的課題
[0010]但是，在專利文獻(xiàn)I所記載的機械手中，存在難以通過能夠收納于手指的各關(guān)節(jié)的大小的致動器來得到與人類相同的指尖力(力矩)和手指的彎曲角度(行程)的課題。另外，由于在各關(guān)節(jié)設(shè)置有致動器，因此存在致動器的個數(shù)較多的課題。
[0011]因此，本發(fā)明的目的在于，提供能夠如人類的手那樣握持物體并對握持的物體進(jìn)行操作、并且還能夠減少致動器的個數(shù)的機械手。
[0012]用于解決課題的手段
[0013]為了解決上述課題，本發(fā)明涉及一種機械手，具備:基部；第一手指連桿，其以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)于所述基部；第二手指連桿，其以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)于所述第一手指連桿；第三手指連桿，其以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)于所述第二手指連桿；輔助連桿，其使所述第二手指連桿相對于所述第一手指連桿的相對旋轉(zhuǎn)與所述第三手指連桿相對于所述第二手指連桿的相對旋轉(zhuǎn)連動；第一致動器，其對所述第一手指連桿施加驅(qū)動力，以使所述第一手指連桿相對于所述基部相對旋轉(zhuǎn)；第二致動器，其對所述第二手指連桿以及所述第三手指連桿中的至少一方施加驅(qū)動力，以使所述第二手指連桿相對于所述第一手指連桿進(jìn)行相對旋轉(zhuǎn)，并且使所述第三手指連桿相對于所述第二手指連桿進(jìn)行相對旋轉(zhuǎn)。
[0014]發(fā)明效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，(I)例如當(dāng)在使第一致動器停止的狀態(tài)下驅(qū)動第二致動器時，能夠在不使手指的根部(第一手指連桿)彎曲的情況下僅使指尖(第二手指連桿以及第三手指連桿)彎曲。另外，(2)例如當(dāng)大致等速且同時地驅(qū)動第一致動器以及第二致動器時，能夠在不使指尖(第二手指連桿以及第三手指連桿)彎曲的情況下僅使根部(第一手指連桿)彎曲。此時，能夠使兩個致動器的力矩作用于手指。并且，(3)例如當(dāng)同時驅(qū)動第一致動器以及第二致動器并且與第一致動器相比高速地驅(qū)動第二致動器時，能夠使手指的根部(第一手指連桿)以及指尖(第二手指連桿以及第三手指連桿)彎曲。因此，能夠如人類的手那樣握持物體，并且能夠進(jìn)行對握持的物體進(jìn)行操作的動作。
【附圖說明】
[0016]圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的機械手的手指伸長的狀態(tài)的立體圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的一實施方式的機械手的俯視圖。
[0018]圖3是本發(fā)明的一實施方式的機械手的側(cè)視圖。
[0019]圖4是本發(fā)明的一實施方式的機械手的側(cè)視圖。
[0020]圖5是本實施方式的機械手的動作圖。
[0021]圖6是表示本實施方式的機械手的第一以及第二致動器的另一例子的圖。
【具體實施方式】
[0022]以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的一實施方式的機械手進(jìn)行說明。圖1是表示本實施方式的機械手的手指伸長的狀態(tài)的立體圖。圖2是表示機械手的俯視圖，圖3以及圖4是表示機械手的側(cè)視圖。該實施方式的機械手與人類的手指對應(yīng)地具有三個關(guān)節(jié)，能夠進(jìn)行靈巧且精細(xì)的物體操作。代表性地，與其他手指組合使用，構(gòu)成多關(guān)節(jié)多手指手。
[0023]首先，對機械手整體的機構(gòu)進(jìn)行說明。機械手具備與人類的手背對應(yīng)的基部1、與手指的基節(jié)骨對應(yīng)的第一手指連桿11、與手指的中節(jié)骨對應(yīng)的第二手指連桿12、與手指的末節(jié)骨對應(yīng)的第三手指連桿13。第一手指連桿11的基端部經(jīng)由第一軸21以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)于基部I。第二手指連桿12的基端部經(jīng)由第二軸22以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)于第一手指連桿11的前端部。第三手指連桿13的基端部經(jīng)由第三軸23以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)于第二手指連桿12的前端部。第一至第三軸21、22、23與人類的手的中間指節(jié)間關(guān)節(jié)、近位指節(jié)間關(guān)節(jié)、遠(yuǎn)位指節(jié)間關(guān)節(jié)對應(yīng)。第一至第三軸21、22、23相互平行。
[0024]輔助連桿2的一端部經(jīng)由連結(jié)軸3以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)于第一手指連桿11，并且其另一端部經(jīng)由連結(jié)軸4以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)于第三手指連桿13(參照圖3以及圖4)。輔助連桿2具有使第二手指連桿12相對于第一手指連桿11的相對旋轉(zhuǎn)和第三手指連桿13相對于第二手指連桿12的相對旋轉(zhuǎn)連動的功能。第一手指連桿11、第二手指連桿12、第三手指連桿13、輔助連桿2這四個連桿構(gòu)成全部通過旋轉(zhuǎn)副形成鏈接的四節(jié)旋轉(zhuǎn)鏈接。若假設(shè)將第一手指連桿11固定，則第三手指連桿13僅能夠進(jìn)行某固定的運動。
[0025]如圖1所示，第一致動器對第一手指連桿11施加驅(qū)動力，以使第一手指連桿11相對于基部I進(jìn)行相對旋轉(zhuǎn)。第一致動器是具有主體部31a以及相對于主體部31a進(jìn)行直線運動的軸部31b (參照圖2)的第一直動致動器31。第一直動致動器31的主體部31a以能夠繞中心線LI旋轉(zhuǎn)的方式支承于基部I。第一直動致動器31的軸部31b以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)于第一手指連桿11，以能夠?qū)Φ谝皇种高B桿11施加驅(qū)動力。當(dāng)?shù)谝恢眲又聞悠?1對第一手指連桿11施加驅(qū)動力時，第一手指連桿11相對于基部I進(jìn)行相對旋轉(zhuǎn)。伴隨于第一手指連桿11相對于基部I的相對旋轉(zhuǎn)，第一直動致動器31的主體部31a相對于基部I繞中心線LI擺動。
[0026]第二致動器對第二手指連桿12施加驅(qū)動力，以使第二手指連桿12相對于第一手指連桿11進(jìn)行相對旋轉(zhuǎn)。第二致動器是具有主體部32a以及相對于主體部32a進(jìn)行直線運動的軸部32b的第二直動致動器32。第一直動致動器31與第二直動致動器32的大小相同。第二直動致動器32的主體部32a以能夠繞中心線LI旋轉(zhuǎn)的方式支承于基部I。第二直動致動器32的軸部32b以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)于工作連桿5的基端部。工作連桿5的前端部以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)于第二手指連桿12。當(dāng)?shù)诙眲又聞悠?2對第二手指連桿12施加驅(qū)動力時，第二手指連桿12相對于第一手指連桿11進(jìn)行相對旋轉(zhuǎn)。與之連動地，第三手指連桿13相對于第二手指連桿12旋轉(zhuǎn)。另外，第二直動致動器32的主體部32a相對于基部I繞中心線LI擺動。
[0027]圖5是表示機械手的動作圖。根據(jù)以上這樣構(gòu)成的機械手，(I)例如當(dāng)在使第一直動致動器31停止的狀態(tài)下驅(qū)動第二直動致動器32時，能夠在不使手指的根部(第一手指連桿11)彎曲的情況下僅使指尖(第二手指連桿12以及第三手指連桿13)彎曲(圖5(C) — (B) — (A))。換言之，能夠使第一手指連桿11相對于基部I保持恒定的角度不變，而使第二手指連桿12相對于第一手指連桿11相對旋轉(zhuǎn)，并且使第三手指連桿13相對于所述第二手指連桿12相對旋轉(zhuǎn)。
[0028]另外，(2)例如當(dāng)大致等速且同時地驅(qū)動第一直動致動器31以及第二直動致動器32時，能夠在不使指尖(第二手指連桿12以及第三手指連桿13)彎曲的情況下僅使根部(第一手指連桿11)彎曲(圖5(C)—⑶一(E))。此時，能夠使將第一以及第二直動致動器31、32的力矩合計而得到的力矩作用于手指。
[0029]并且，(3)例如當(dāng)同時驅(qū)動第一直動致動器31以及第二直動致動器32并且與第一直動致動器31相比高速地驅(qū)動第二直動致動器32時，能夠使手指的根部(第一手指連桿11)及指尖(第二手指連桿12以及第三手指連桿13)彎曲(圖5(C) — (F))。
[0030]接下來，對機械手的各部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。如圖1所示，在以下的說明中，將伸長的手指延伸的方向設(shè)為前后方向，將與伸長的手指正交的方向設(shè)為左右方向。
[0031]基部I具備底部la、從底部Ia的左右方向上的端部垂直地立起設(shè)置的一對支承壁IbUco在一對支承壁lb、Ic之間設(shè)置有中間壁Id。第一直動致動器31的主體部31a以能夠旋轉(zhuǎn)的方式支承在支承壁Ib與中間壁Id之間。第二直動致動器32的主體部32a以能夠旋轉(zhuǎn)的方式支承在中間壁Id與支承壁Ic之間。第一直動致動器31相對于基部I旋轉(zhuǎn)的中心線LI與第二直動致動器32相對于基部I旋轉(zhuǎn)的中心線LI位于同一直線上。
[0032]第一以及第二直動致動器31、32使用滾珠絲杠以使軸部相對于主體部進(jìn)行直線運動。在軸部31b、32b的外周面形成有螺紋。在主體部31a、32a上組裝有與軸部31b、32b的螺紋螺合的滾珠絲杠螺母。在主體部31a、32a上安裝有驅(qū)動滾珠絲杠螺母旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)31c、32c。當(dāng)馬達(dá)31c、32c驅(qū)動滾珠絲杠螺母旋轉(zhuǎn)時，軸部31b、32b沿軸線方向進(jìn)行直線運動。
[0033]在基部I上配置有為了控制第一直動致動器31以及第二直動致動器32的馬達(dá)而供給適當(dāng)?shù)碾娏Φ牡谝或?qū)動器33以及第二驅(qū)動器(在圖1中僅圖示了第一驅(qū)動器33，但在第二直動致動器32的下方配置有第二驅(qū)動器)。第一驅(qū)動器33以及第二驅(qū)動器具備:向馬達(dá)供給電力的PWM(pulse width modulat1n)逆變器等電力轉(zhuǎn)換器、根據(jù)來自操作控制器等上位指令器以及后述的傳感器的信息來