JP2006062019A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】関節周辺のワイヤーやギヤ等の他の部材と干渉したり、関節の回転の繰り返しに伴う金属疲労により断線することがなく、また大型化を招かずに、複数の信号経路を関節経由で形成することが可能なロボットハンドを提供する。
【解決手段】指先部４の感圧センサの信号線３７を関節７のポテンショメータ２３で中継接続し、この信号線３７を手の平のフレーム側へと導いている。このため、関節７周りの指先部４の回転に際し、信号線３７が関節７周辺のワイヤーやプーリに干渉することはなく、また信号線３７が屈曲することもなく、金属疲労による信号線３７の断線が生じる虞もない。
【選択図】図１０

Description

本発明は、多関節マニピュレータ、多本指ハンド、及びグリッパ等のロボットハンドに関し、より詳しくは関節の回転角度を検出するポテンショメータを有するロボットハンドに関する。

近年、ロボティクス分野においては様々な研究が進められている。工業用のマニピュレータとして開発が行われてきたロボットハンドに関しても、人型のロボットに搭載するための新たな技術が開発されつつある。

この種のロボットハンドでは、指に相当するマニピュレータの関節に複数の信号経路を通す必要がある。最も簡単な方法としては、関節に複数の導線を通すという方法があるが、導線が関節周辺のワイヤーやギヤ等の他の部材と干渉したり、関節の回転の繰り返しに伴い、導線が繰り返し屈曲されて金属疲労により断線するという問題がある。

このため、例えば特許文献１では、ロボット本体とアームとの間に、アームに追従動作するリンク機構を設け、このリンク機構を中空状に形成し、このリンク機構内側に電源線や信号線等を通して、電源線や信号線等が周辺の部品や部材と干渉すること防止している。

また、特許文献２では、関節の軸周りにスリップリングを設けて、このスリップリングに導電ブラシを接触させることにより関節経由の信号経路を形成したり、関節の軸周りにロータリートランスを設け、このロータリートランスにより関節経由の信号経路を形成し、導線を用いない様にしている。
特開平７−３２８９８２号公報 特開２００３−１１７８７７号公報

しかしながら、特許文献１では、電源線や信号線等が周辺の部品や部材と干渉すること防止することができても、リンク機構の動作に伴い、リンク機構内側の電源線や信号線等が繰り返し屈曲されるので、電源線や信号線等が金属疲労により断線するという問題を解決することができない。

更に、ロボットハンドの指に相当するマニピュレータに適用する場合は、マニピュレータに追従動作するリンク機構を設ける必要があり、ロボットハンドの大型化と複雑化を招く。

また、特許文献２では、関節の軸周りにスリップリングや導電ブラシ、あるいはロータリートランスを設けるので、関節の大型化を避けることができず、ロボットハンドの指に相当するマニピュレータに適用することはできない。仮に、適用することができたとしても、ロボットハンドそのものが大型化してしまい、人間の手作業を代行することが不可能になる。

そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、関節周辺のワイヤーやギヤ等の他の部材と干渉したり、関節の回転の繰り返しに伴う金属疲労により断線することがなく、また大型化を招かずに、複数の信号経路を関節経由で形成することが可能なロボットハンドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、関節の回転角度を検出するポテンショメータを該関節に設け、ポテンショメータにより検出された回転角度に基づいて関節の回転制御を行うロボットハンドにおいて、ポテンショメータは、関節の軸周りに回転する回転部と、関節の軸周りに固定された固定部とを備え、回転部及び固定部は、関節の回転及び停止にかかわらず、回転部側の電極と固定部側の電極間での相互接触を維持する複数組の電極を有し、少なくとも１組の電極をポテンショメータの信号経路とは異なる他の信号経路に介在させて、他の信号経路を関節経由で形成している。

また、本発明においては、相互接触を維持する回転部側の電極と固定部側の電極の一方が関節の軸を中心とする環状のものであり、他方が該環状の電極に摺接している。

更に、本発明においては、ポテンショメータの信号経路に、相互接触を維持する回転部側の電極と固定部側の電極を介在させることにより、この信号経路を関節経由で形成している。

また、本発明においては、回転部と共に回転する関節の軸に、回転部側の各電極に接触するそれぞれの端子を設けている。

この様な本発明によれば、回転部及び固定部に、関節の回転及び停止にかかわらず、回転部側の電極と固定部側の電極間での相互接触を維持する複数組の電極を設けており、少なくとも１組の電極をポテンショメータの信号経路とは異なる他の信号経路に介在させて、他の信号経路を関節経由で形成している。従って、導線を関節に通さなくても、信号経路を関節経由で形成することができ、導線が関節周辺のワイヤーやギヤ等の他の部材と干渉したり、導線が金属疲労により断線するという様な事態が生じることはない。また、ポテンショメータの回転部及び固定部を利用するので、関節部が大型化することはなく、ロボットハンドが大型化することもない。

通常、ロボットハンドの制御においては、関節の回転角度を検出することが必須要件であることから、既存のポテンショメータを利用すれば良く、このためにロボットハンドの大型化を回避するだけではなく、部品点数及びコストの増大を抑えることもできる。

回転部側の電極と固定部側の電極間での相互接触を維持するには、例えば一方の電極を関節の軸を中心とする環状のものとし、他方の電極を該環状の電極に摺接させれば良い。

また、本発明によれば、ポテンショメータの信号経路に相互接触を維持する回転部側の電極と固定部側の電極を介在させることにより、ポテンショメータの信号経路を関節経由で形成しても良い。これにより、ポテンショメータの信号経路と他の信号経路を部分的に共通化することができ、信号経路の簡単化及びメンテナンス性の向上等を図ることができる。共通化される信号経路としては、接地用の経路や電圧供給用の経路等がある。

更に、本発明によれば、回転部と共に回転する関節の軸に、回転部側の各電極に接触するそれぞれの端子を設けている。この場合は、関節の軸と回転部を組み合わせると、軸の各端子が回転部側の各電極に接触し、該各端子が回転部側の各電極を通じてそれぞれの信号経路に接続される。このため、組み立て工程の簡略化、及びメンテナンス性の向上等を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明のロボットハンドの実施例１における１本の指を示す斜視図である。

この指１は、中空の各指胴部２、３、及び中空の指先部４を有しており、関節５に対応する軸５ａにより指胴部２を手の平のフレーム（図示せず）に対して回転自在に支持し、
関節６に対応する軸６ａにより指胴部３を指胴部２に対して回転自在に支持し、関節７に対応する軸７ａにより指先部４を指胴部３に対して回転自在に支持している。

尚、図１においては、後で述べる各軸のアイドラープーリやワイヤー等を省略している。

図２は、手の平のフレーム上の各モータ１１、１２、１３、各指胴部２、３、及び指先部４等を部分的に破断して示す断面図である。図２に示す様に手の平のフレームには、関節５に対応する軸５ａを支持するための一対の支持片１０ａを設けている。軸５ａには、該軸５ａと共に回転する従動プーリ１４を接続固定し、各アイドラープーリ１５、１６を該軸５ａ並びに従動プーリ１４に対して回転自在に支持している。また、軸５ａは、ポテンショメータ１７の検出軸でもある。従動プーリ１４には、指胴部２の連結片２ａを接続固定しているので、指胴部２が関節５周りで従動プーリ１４と共に回転する。

また、指胴部２の先端側で関節６に対応する軸６ａを支持している。軸６ａには、該軸６ａと共に回転する従動プーリ１８を接続固定し、アイドラープーリ１９を該軸６ａ並びに従動プーリ１８に対して回転自在に支持している。また、軸６ａは、ポテンショメータ２１の検出軸でもある。従動プーリ１８には、指胴部３の連結片３ａを接続固定しているので、指胴部３が関節６周りで従動プーリ１８と共に回転する。

更に、指胴部３の先端側で関節７対応する軸７ａを支持している。軸７ａには、該軸７ａと共に回転する従動プーリ２２を接続固定している。軸６ａは、ポテンショメータ２３の検出軸でもある。従動プーリ２２には、指先部４の連結片４ａを接続固定しているので、指先部４が関節７周りで従動プーリ２２と共に回転する。

図３は、手の平のフレーム上の各モータ１１、１２、１３、及び指胴部２等を示す側面図である。図１及び図３に示す様にモータ１１の出力軸のモータプーリ２４と軸５ａの従動プーリ１４には、２本のワイヤー２５を張架している。

図４は、張架された状態の各ワイヤー２５の形状を示す斜視図である。図４に示す様に各ワイヤー２５は、各プーリ２４、１４間で交差されて張架され、それらの一端Ｐ１をモータプーリ２４に固定され、それらの他端Ｐ２を従動プーリ１４に固定されている。

モータ１１の出力軸が回転すると、モータプーリ２４が回転し、このモータプーリ２４の回転が各ワイヤー２５を介して従動プーリ１４に伝達され、従動プーリ１４が軸５ａ及び連結片２ａと共に回転し、指胴部２が関節５周りで回転する。このとき、ポテンショメータ１７は、関節５の軸５ａの回転角度を検出する。このポテンショメータ１７により検出された軸５ａの回転角度が目標値となる様にモータ１１により関節５を回転させる。

図５は、フレーム上の各モータ１１、１２、１３、及び各指胴部２、３等を部分的に破断して示す側面図である。図１及び図５に示す様にモータ１２出力軸のモータプーリ２６と、軸５ａのアイドラープーリ１５と、軸６ａの従動プーリ１８とには、２本のワイヤー２７を張架しており、各ワイヤー２７を中空の指胴部２に通している。

図６は、張架された状態の各ワイヤー２７の形状を示す斜視図である。図６に示す様に各ワイヤー２７は、各プーリ２６、１５間で交差され、各プーリ１５、１８間でも交差されて張架され、それらの一端Ｐ１をモータプーリ２６に固定され、それらの他端Ｐ２を従動プーリ１８に固定されている。

モータ１２の出力軸が回転すると、モータプーリ２６が回転し、このモータプーリ２６の回転が各ワイヤー２７を介してアイドラープーリ１５及び従動プーリ１８に伝達され、アイドラープーリ１５が空転し、従動プーリ１８が軸６ａ及び連結片３ａと共に回転し、指胴部３が関節６周りで回転する。このとき、ポテンショメータ２１は、関節６の軸６ａの回転角度を検出する。このポテンショメータ２１により検出された軸６ａの回転角度が目標値となる様にモータ１２により関節６を回転させる。

図７は、フレーム上の各モータ１１、１２、１３、各指胴部２、３、及び指先部４等を部分的に破断して示す側面図である。図１及び図７に示す様にモータ１３出力軸のモータプーリ２８と、軸５ａのアイドラープーリ１６と、軸６ａのアイドラープーリ１９と、軸７ａの従動プーリ２２とには、２本のワイヤー２９を張架しており、各ワイヤー２９を中空の各指胴部２、３に通している。

図８は、張架された状態の各ワイヤー２９の形状を示す斜視図である。図８に示す様に各ワイヤー２９は、各プーリ２８、１６間で交差され、各プーリ１６、１９間、各プーリ１９、２２間でもそれぞれ交差されて張架され、それらの一端Ｐ１をモータプーリ２８に固定され、それらの他端Ｐ２を従動プーリ２２に固定されている。

モータ１３の出力軸が回転すると、モータプーリ２８が回転し、このモータプーリ２８の回転が各ワイヤー２９を介してアイドラープーリ１６、アイドラープーリ１９、及び従動プーリ２２に伝達され、各アイドラープーリ１６、１９が空転し、従動プーリ２２が軸７ａ及び連結片４ａと共に回転し、指先部４が関節７周りで回転する。このとき、ポテンショメータ２３は、関節７の軸７ａの回転角度を検出する。このポテンショメータ２３より検出された軸７ａの回転角度が目標値となる様にモータ１３により関節７を回転させる。

図９は、指１の制御システムを概略的に示すブロック図である。演算処理部３１は、指１の各関節５、６、７の回転目標角度を設定し、これらの回転目標角度を駆動制御部３２に指示する。駆動制御部３２は、各ポテンショメータ１７、２１、２３より検出された各関節５、６、７の軸５ａ、６ａ、７ａの回転角度、及び各エンコーダ３５により検出された各モータ１１、１２、１３の回転数等に基づいて、各関節５、６、７の軸５ａ、６ａ、７ａの回転角度が各関節５、６、７の回転目標角度となる様に各モータ１１、１２、１３を駆動制御する。これにより、指１が屈伸動作する。

また、センサ情報取得部３３は、指先部４周りに設けられた感圧センサ３６の検出出力を収集して演算処理部３１に通知する。演算処理部３１は、感圧センサ３６の検出出力に基づいて、各関節５、６、７の回転目標角度を修正して駆動制御部３２に指示する。例えば、指１により対象物が把持されるときには、この把持力に対応する感圧センサ３６の検出出力に応じて、各関節５、６、７の回転目標角度を修正し、ロボットハンドの把持力を調節する。

更に、演算処理部３１は、指１の制御に際し、この制御に必要な各種情報を記録部３４に対して読み書きする。

尚、通常、ロボットハンドは、複数本の指１を有する。これらの指１は、それぞれ制御されて屈伸動作し、対象物を持ったり離したりする。

さて、この様な構成のロボットハンドにおいては、例えば演算処理部３１、駆動制御部３２、センサ情報取得部３３、及び記録部３４等を手の平のフレーム側に設けている。このため、ポテンショメータの信号経路や感圧センサの信号経路等を手の平のフレームへと導かねばならず、このために該各信号経路等を指１の関節経由で形成する必要がある。

そこで、本実施例では、感圧センサの信号経路をポテンショメータを通じて形成している。例えば、図１０に示す様に指先部４に設けられた感圧センサ（図示せず）の信号線３７を関節７のポテンショメータ２３で中継接続し、この信号線３７を手の平のフレーム側へと導いている。

尚、ポテンショメータ２３から手の平のフレーム側へは、感圧センサの信号線３７だけではなく、ポテンショメータ２３そのものの信号線３８も導かれている。

次に、ポテンショメータ２３の構成を詳しく説明する。図１１は、ポテンショメータ２３を示す斜視図である。図１１に示す様にポテンショメータ２３は、指胴部３の内壁面に固定される固定部４１と、関節７の軸７ａを嵌合支持する回転部４２とを備えている。

固定部４１と回転部４２に関節７の軸７ａを共に通し、固定部４１を指胴部３の内壁面に固定し、回転部４２を関節７の軸７ａに嵌合支持している。このため、先に述べた様にモータプーリ２８が回転し、従動プーリ２２が軸７ａ及び連結片４ａと共に回転し、指先部４が関節７周りで回転すると、回転部４２も軸７ａ及び連結片４ａと共に回転する。また、固定部４１は回転しない。このとき、関節７周りの指先部４の回転角度は、固定部４１に対する回転部４２の回転角度に等しい。ポテンショメータ２３では、固定部４１に対する回転部４２の回転角度を関節７周りの指先部４の回転角度として検出する。

図１２は、固定部４１を示す斜視図である。また、図１３（ａ）は、固定部４１の表面を示す平面図である。図１２及び図１３（ａ）に示す様に固定部４１は、平板状であって、その略半分を半円状に形成され、その略中央に孔４１ａを有し、その直線状の一端に８個の端子４３ａ〜４３ｈを設けたものである。固定部４１の孔４１ａには、関節７の軸７ａを回転自在に通す。

固定部４１表面には、孔４１ａを中心とする同心状の６本の環状導電パターン４４ａ〜４４ｆを形成し、更に外側に円弧状抵抗パターン４５を形成している。

また、固定部４１は、多層基板構造を有しており、そのうちの１層に図１３（ｂ）に示す様な３本の配線パターン４６ａ〜４６ｃを形成している。２本の配線パターン４６ａ、４６ｃは、それぞれのスルーホール４７ａ、４７ｃを通じて円弧状抵抗パターン４５両端に接続され、円弧状抵抗パターン４５両端と２個の端子４３ａ、４３ｃ間を接続している。また、１本の配線パターン４６ｂは、スルーホール４７ｂを通じて環状導電パターン４４ａに接続され、環状導電パターン４４ａと端子４３ｂ間を接続している。

更に、固定部４１の多層基板構造の他の１層に図１３（ｃ）に示す様な５本の配線パターン４６ｄ〜４６ｈを形成している。５本の配線パターン４６ｄ〜４６ｈは、各スルーホール４７ｄ〜４７ｈを通じて各環状導電パターン４４ｂ〜４４ｆに接続され、各環状導電パターン４４ｂ〜４４ｆと各端子４３ｄ〜４３ｈ間をそれぞれ接続している。

尚、図１３（ｂ）、（ｃ）においては、各環状導電パターン４４ａ〜４４ｆ及び円弧状抵抗パターン４５を透視して示し、各配線パターン４６ａ〜４６ｈとの位置関係を分かり易くしている。また、固定部４１の裏面は、図１３（ｄ）に示す様に平坦になっており、指胴部３の内壁面に当接される。

図１４（ａ）、（ｂ）は、回転部４２の表面及び裏面をそれぞれ示す斜視図である。また、図１５（ａ）は、回転部４２の表面を示す平面図である。図１４（ａ）、（ｂ）及び図１５（ａ）に示す様に回転部４２は、円板状であって、その中央に嵌合部５１を有し、嵌合部５１の近傍に５個の端子５２ａ〜５２ｅを設けたものである。嵌合部５１の孔５１ａには、関節７の軸７ａを通して嵌合支持する。具体的には、嵌合部５１の孔５１ａの縁を部分的に直線状に形成すると共に、この孔５１ａと略同じ断面形状に関節７の軸７ａを形成し、関節７の軸７ａを嵌合部５１の孔５１ａに嵌合させて固定する。

また、回転部４２は、多層基板構造を有しており、そのうちの１層に図１５（ｂ）に示す様な６本の配線パターン５３ａ〜５３ｆを形成している。更に、回転部４２の裏面には、図１５（ｃ）に示す様な７個の接触ピン５４ａ〜５４ｇを設けている。配線パターン５３ａは、回転部４２に沿う略環状のものであり、各スルーホール５５ａ、５５ｂを通じて２個の接触ピン５４ａ、５４ｂに接続され、該各接触ピン５４ａ、５４ｂ間を接続している。他の各配線パターン５３ｂ〜５３ｆは、各スルーホール５５ｃ〜５５ｇを通じてそれぞれの接触ピン５４ｃ〜５４ｇに接続され、各接触ピン５４ｃ〜５４ｇと各端子５２ａ〜５２ｅ間を接続している。

尚、図１３（ｂ）、（ｃ）においては、回転部４２に重ね合わせられた固定部４１の各環状導電パターン４４ａ〜４４ｆ及び円弧状抵抗パターン４５を透視して示し、各接触ピン５４ａ〜５４ｇとの位置関係を分かり易くしている。

図１５（ｃ）から明らかな様に回転部４２裏面において、該回転部４２中心から各接触ピン５４ａ〜５４ｇまでのそれぞれの距離が固定部４１表面の各環状導電パターン４４ａ〜４４ｆ及び円弧状抵抗パターン４５の半径に等しくされている。また、固定部４１及び回転部４２いずれの中心にも関節７の軸７ａが通り、固定部４１表面に回転部４２裏面を重ね合わせている。このため、固定部４１に対する回転部４２の回転角度にかかわらず、回転部４２裏面の各接触ピン５４ａ〜５４ｇが固定部４１表面の各環状導電パターン４４ａ〜４４ｆ及び円弧状抵抗パターン４５にそれぞれ接触する。

ただし、円弧状抵抗パターン４５には欠落箇所があるので、この欠落箇所では円弧状抵抗パターン４５に接触ピン５４ａが接触することはない。

図１６は、回転部４２裏面の各接触ピン５４ａ〜５４ｇと固定部４１表面の各環状導電パターン４４ａ〜４４ｆ及び円弧状抵抗パターン４５との接触により形成される回路を示している。

図１６において、回転部４２裏面の２個の各接触ピン５４ａ、５４ｂは、固定部４１表面の円弧状抵抗パターン４５及び環状導電パターン４４ａにそれぞれ接触し、配線パターン５３ａを通じて相互接続されている。そして、回転部４２裏面の接触ピン５４ａは、配線パターン５３ａ、接触ピン５４ｂ、固定部４１表面の環状導電パターン４４ａ、及び配線パターン４６ｂを通じて、固定部４１の端子４３ｂに接続されている。更に、固定部４１の各端子４３ａ、４３ｃは、環状導電パターン４４ａ両端に接続されている。

ここで、指先部４が関節７周りで回転すると、関節７の軸７ａが回転し、回転部４２も回転する。このとき、回転部４２裏面の接触ピン５４ａが固定部４１表面の円弧状抵抗パターン４５に摺接しつつ回転移動するので、回転部４２裏面の接触ピン５４ａと円弧状抵抗パターン４５両端との間のそれぞれの抵抗値が変化する。従って、これらの抵抗値は、関節７周りの指先部４の回転角度に対応する。

また、図１６から明らかな様に回転部４２裏面の接触ピン５４ａと円弧状抵抗パターン４５両端は、固定部４１の各端子４３ａ、４３ｂ、４３ｃに接続されている。従って、固定部４１の各端子４３ａ、４３ｂ間の抵抗値及び各端子４３ｂ、４３ｃ間の抵抗値は、回転部４２裏面の接触ピン５４ａと円弧状抵抗パターン４５両端との間のそれぞれの抵抗値であり、関節７周りの指先部４の回転角度に対応する。

このため、固定部４１の各端子４３ａ、４３ｂ、４３ｃをポテンショメータ２３の信号線３８に接続し、この信号線３８を手の平のフレーム側の駆動制御部３２に導いて接続すれば、駆動制御部３２は、固定部４１の各端子４３ａ、４３ｂ、４３ｃ及び信号線３８を通じて、関節７周りの指先部４の回転角度を判定することができる。例えば、信号線３８を通じて、端子４３ａに一定電圧を印加すると共に、端子４３ｃを接地しておき、各端子４３ｂ、４３ｃ間の電圧変化に基づいて、関節７周りの指先部４の回転角度を判定する。

また、図１６において、回転部４２裏面の５個の各接触ピン５４ｃ〜５４ｇは、固定部４１表面の各環状導電パターン４４ｂ〜４４ｆにそれぞれ接触している。そして、回転部４２裏面の各端子５２ａ〜５２ｅは、各配線パターン５３ｂ〜５３ｆ、各接触ピン５４ｃ〜５４ｇ、固定部４１表面の各環状導電パターン４４ｂ〜４４ｆ、及び各配線パターン４６ｄ〜４６ｈを通じて、固定部４１の各端子４３ｄ〜４３ｈにそれぞれ接続されている。

ここで、図１７に示す様に指先部４が関節７周りで回転し、回転部４２が回転しても、回転部４２裏面の各接触ピン５４ｃ〜５４ｇが固定部４１表面の各環状導電パターン４４ｂ〜４４ｆに摺接しつつ回転移動するので、各接触ピン５４ｃ〜５４ｇと各環状導電パターン４４ｂ〜４４ｆ間の接触が維持される。

このため、指先部４の感圧センサの信号線３７を回転部４２裏面の各端子５２ａ〜５２ｅに接続し、指先部４の関節７から手の平のフレーム側へと導かれる信号線３７を固定部４１の各端子４３ｄ〜４３ｈに接続すれば、この信号線３７をポテンショメータ２３で中継接続して手の平のフレーム側の演算処理部３１へと導くことができる。演算処理部３１は、感圧センサの検出出力に基づいて、各関節５、６、７の回転目標角度を修正して駆動制御部３２に指示する。

この様に本実施例では、指先部４の感圧センサの信号線３７を関節７のポテンショメータ２３で中継接続し、この信号線３７を手の平のフレーム側へと導いている。このため、関節７周りの指先部４の回転に際し、信号線３７が関節７周辺のワイヤーやプーリに干渉することはなく、また信号線３７が屈曲することもなく、金属疲労による信号線３７の断線が生じる虞もない。

また、ポテンショメータ２３の固定部４１及び回転部４２を利用して、各信号線を関節７で中継接続しているので、関節７が大型化することはなく、ロボットハンドが大型化することもない。

尚、他の各関節５、６においても、それぞれのポテンショメータ１７、２１としてポテンショメータ２３と同様の構成のものを適用することにより、それぞれのポテンショメータ１７、２１で信号線を中継接続することができる。ただし、ポテンショメータ２１では、感圧センサの信号線３７及びポテンショメータ２３の信号線３８を中継接続する必要があり、またポテンショメータ１７では、感圧センサの信号線３７、ポテンショメータ２３の信号線３８、及びポテンショメータ２１の信号線を中継接続する必要があるため、ポテンショメータ２１の環状導電パターンや接触ピンの個数をポテンショメータ２３よりも多くし、ポテンショメータ１７の環状導電パターンや接触ピンの個数をポテンショメータ２１よりも多くする必要がある。

また、固定部４１の各端子４３ａ〜４３ｈと回転部４２の各端子５２ａ〜５２ｅ間の接続を変更しても構わない。例えば、図１８に示す様に固定部４１の各端子４３ａ、４３ｃを各端子４３ｇ、４３ｈに共通接続した上で、各端子４３ａ、４３ｃを各環状導電パターン及び各接触ピン等を通じて回転部４２裏面の各端子５２ｄ、５２ｅに接続しても良い。この場合は、先に述べた様に端子４３ａに一定電圧を印加すると共に、端子４３ｂを接地すると、この接地電位に対する一定電圧（例えば３．３Ｖや５Ｖ）を、回転部４２裏面の各端子５２ｄ、５２ｅに接続された信号線を通じて他のポテンショメータ、感知センサ、及びマイクロコンピュータ等に供給することができる。すなわち、複数のポテンショメータ、感知センサ、及びマイクロコンピュータ間で、電圧供給線を共有化することができる。このため、配線の簡略化、メンテナンス性の向上等を図ることができる。

図１９（ａ）、（ｂ）は、本発明のロボットハンドの実施例２における指の関節の回転角度を検出するポテンショメータを示す平面図及び断面図である。また、図２０は、本実施例のポテンショメータを示す斜視図である。

本実施例のポテンショメータ６１では、図１１に示すポテンショメータ２３の回転部４２の代わりに、回転部６２を適用している。また、図１１に示すポテンショメータ２３と同様の固定部４１を適用し、回転部６２と固定部４１を組み合わせている。

図２１は、回転部６２の表面を示す斜視図である。図２１に示す様に回転部６２は、円板状であって、その中央に嵌合部６３を有し、嵌合部６３の孔６３ａ内周壁に５個の端子６４ａ〜６４ｅを設けたものである。嵌合部６３の孔６３ａには、後述する関節７の軸７Ａを通して嵌合支持する。

回転部６２は、多層基板構造を有しており、そのうちの１層に図２２（ａ）に示す様な６本の配線パターン６５ａ〜６５ｆを形成している。更に、回転部６２の裏面には、図２２（ｂ）に示す様な７個の接触ピン６６ａ〜６６ｇを設けている。配線パターン６５ａは、回転部６２に沿う略環状のものであり、各スルーホール６７ａ、６７ｂを通じて２個の接触ピン６６ａ、６６ｂに接続され、該各接触ピン６６ａ、６６ｂ間を接続している。他の各配線パターン６５ｂ〜６５ｆは、各スルーホール６７ｃ〜６７ｇを通じてそれぞれの接触ピン６６ｃ〜６６ｇに接続され、各接触ピン６６ｃ〜６６ｇと各端子６４ａ〜６４ｅ間を接続している。

尚、図２２（ｂ）においては、回転部６２に重ね合わせられた固定部４１の各環状導電パターン４４ａ〜４４ｆ及び円弧状抵抗パターン４５を透視して示し、各接触ピン６６ａ〜６６ｇとの位置関係を分かり易くしている。

図２３（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、関節７の軸７Ａを示す平面図、側面図、及び斜視図である。図２３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す様に関節７の軸７Ａの外周には、５個のＬ字型端子７１ａ〜７１ｅを並設している。各Ｌ字型端子７１ａ〜７１ｅは、それぞれの接触部７２ａ〜７２ｅと、それぞれの接続部７３ａ〜７３ｅとを有する。軸７ａは、嵌合部６３の孔６３ａと略同じ断面形状であり、その円周面に各Ｌ字型端子７１ａ〜７１ｅの接触部７２ａ〜７２ｅを固定支持し、その円周面から各Ｌ字型端子７１ａ〜７１ｅの接続部７３ａ〜７３ｅを突出させている。

この様な関節７の軸７Ａを回転部６２の嵌合部６３の孔６３ａに嵌合させると、軸７Ａ側の各Ｌ字型端子７１ａ〜７１ｅの接触部７２ａ〜７２ｅが嵌合部６３の孔６３ａ内周壁の各端子６４ａ〜６４ｅに接触して、各Ｌ字型端子７１ａ〜７１ｅと各端子６４ａ〜６４ｅとが導通する。

このため、図２４に示す様に指先部４の感圧センサの信号線３７を関節７の軸７Ａ側の各Ｌ字型端子７１ａ〜７１ｅの接続部７３ａ〜７３ｅに接続しておけば、関節７の軸７Ａを回転部６２の嵌合部６３の孔６３ａに嵌合させると同時に、指先部４の感圧センサの信号線３７を各Ｌ字型端子７１ａ〜７１ｅを通じて回転部４２の各端子５２ａ〜５２ｅに接続することができ、組み立て作業の簡単化及びメンテナンスの向上等を図ることができる。

本実施例のポテンショメータ６１においても、図１１に示すポテンショメータ２３と同様に、固定部４１に対する回転部６２の回転角度にかかわらず、回転部６２裏面の各接触ピン６６ａ〜６６ｇが固定部４１表面の各環状導電パターン４４ａ〜４４ｆ及び円弧状抵抗パターン４５にそれぞれ摺接し、図１６と同様の回路を形成する。

このため、図２４に示す様に固定部４１の各端子４３ａ、４３ｂ、４３ｃをポテンショメータ６１の信号線３８に接続し、この信号線３８を手の平のフレーム側の駆動制御部３２に導いて接続すれば、駆動制御部３２は、固定部４１の各端子４３ａ、４３ｂ、４３ｃ及び信号線３８を通じて、関節７周りの指先部４の回転角度を判定することができる。

また、指先部４の感圧センサの信号線３７を各Ｌ字型端子７１ａ〜７１ｅを通じて回転部６２の各端子５２ａ〜５２ｅに接続し、指先部４の関節７から手の平のフレーム側へと導かれる信号線３７を固定部４１の各端子４３ｄ〜４３ｈに接続すれば、この信号線３７をポテンショメータ６１で中継接続して手の平のフレーム側の演算処理部３１へと導くことができる。演算処理部３１は、感圧センサの検出出力に基づいて、各関節５、６の回転目標角度を修正して駆動制御部３２に指示する。

この様に本実施例では、関節７の軸７Ａを回転部６２の嵌合部６３の孔６３ａに嵌合させるだけで、指先部４の感圧センサの信号線３７を回転部４２の各端子５２ａ〜５２ｅに接続することができ、組み立て作業の簡単化及びメンテナンスの向上等を図ることができる。

尚、関節７の軸７Ａの代わりに、図２５に示す様な軸７Ｂを適用しても良い。この軸７Ｂは、各Ｌ字型端子７１ａ〜７１ｅの接触部７２ａ〜７２ｅと接続部７３ａ〜７３ｅを離間させ、各接触部７２ａ〜７２ｅと各接続部７３ａ〜７３ｅをそれぞれの短絡部７４ａ〜７４ｅを通じて接続し、各短絡部７４ａ〜７４ｅを軸７Ｂに埋設したものである。これにより、ポテンショメータ６１から軸方向に離間した箇所で、各接続部７３ａ〜７３ｅと指先部４の感圧センサの信号線３７間の接続を行うことができる。

また、他の各関節５、６においても、それぞれのポテンショメータ１７、２１としてポテンショメータ６１と同様の構成のものを適用することにより、それぞれのポテンショメータ１７、２１で信号線を中継接続することができる。ただし、ポテンショメータ２１の環状導電パターンや接触ピンの個数をポテンショメータ６１よりも多くし、ポテンショメータ１７の環状導電パターンや接触ピンの個数をポテンショメータ２１よりも多くする必要がある。

また、固定部４１の各端子４３ａ〜４３ｈと回転部４２の各端子５２ａ〜５２ｅ間の接続を変更して、図１７に示す様な回路を形成しても良い。この場合も、先に述べた様に端子４３ａの一定電圧及び端子４３ｂの接地電位を、回転部４２裏面の各端子５２ｆ、５２ｇに接続された信号線を通じて他のポテンショメータ、感知センサ、及びマイクロコンピュータ等に供給することができる。このため、配線の簡略化、メンテナンス性の向上等を図ることができる。

尚、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、本発明は、ロボットハンドの指の関節ばかりでなく、アームの関節等にも適用することができる。

本発明のロボットハンドの実施例１における１本の指を示す斜視図である。 実施例１のロボットハンドにおける手の平のフレーム上の各モータ、各指胴部及び指先部等を部分的に破断して示す断面図である。 手の平のフレーム上の各モータ及び１つの指胴部等を示す側面図である。 図３のモータのプーリと指胴部のプーリに張架された状態の各ワイヤーの形状を示す斜視図である。 手の平のフレーム上の各モータ及び２つの指胴部等を部分的に破断して示す側面図である。 図５のモータのプーリと各指胴部のプーリに張架された状態の各ワイヤーの形状を示す斜視図である。 手の平のフレーム上の各モータ及び各指胴部と指先部等を部分的に破断して示す側面図である。 図７のモータのプーリと各指胴部及び指先部のプーリに張架された状態の各ワイヤーの形状を示す斜視図である。 実施例１のロボットハンドにおける指の制御システムを概略的に示すブロック図である。 指先部の関節のポテンショメータ付近を拡大して示す断面図である。 図１０のポテンショメータを示す斜視図である。 図１０のポテンショメータにおける固定部を示す斜視図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）は、図１２の固定部表面を示す平面図、固定部の多層基板構造のうちの１層を示す平面図、他の１層を示す平面図、及び固定部裏面を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１０のポテンショメータにおける回転部の表面及び裏面をそれぞれ示す斜視図である。 （ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、回転部表面を示す平面図、回転部の多層基板構造のうちの１層を示す平面図、及び回転部裏面を示す平面図である。 図１０のポテンショメータにより形成される回路構成を示すブロック図である。 指先部が関節周りで回転したときのポテンショメータ周辺を概略的に示す側面図である。 図１０のポテンショメータにより形成される回路構成の変形例を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明のロボットハンドの実施例２における指の関節の回転角度を検出するポテンショメータを示す平面図及び断面図である。 図１８のポテンショメータを示す斜視図である。 図１８のポテンショメータにおける回転部表面を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、回転部の多層基板構造のうちの１層を示す平面図、及び回転部裏面を示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例２のロボットハンドにおける指の関節の軸を示す平面図、側面図、及び斜視図である。 図１８の指先部の関節のポテンショメータ付近を拡大して示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、関節の軸の変形例を示す平面図、側面図、及び斜視図である。

符号の説明

１ 指
２、３ 指胴部
４ 指先部
５、６、７ 関節
５ａ、６ａ、７ａ 軸
１７、２１、２３、６１ ポテンショメータ
４１ 固定部
４２ 回転部

Claims (4)

1. 関節の回転角度を検出するポテンショメータを該関節に設け、ポテンショメータにより検出された回転角度に基づいて関節の回転制御を行うロボットハンドにおいて、
   ポテンショメータは、関節の軸周りに回転する回転部と、関節の軸周りに固定された固定部とを備え、
   回転部及び固定部は、関節の回転及び停止にかかわらず、回転部側の電極と固定部側の電極間での相互接触を維持する複数組の電極を有し、
   少なくとも１組の電極をポテンショメータの信号経路とは異なる他の信号経路に介在させて、他の信号経路を関節経由で形成したことを特徴とするロボットハンド。
2. 相互接触を維持する回転部側の電極と固定部側の電極の一方が関節の軸を中心とする環状のものであり、他方が該環状の電極に摺接するものであることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. ポテンショメータの信号経路に、相互接触を維持する回転部側の電極と固定部側の電極を介在させることにより、この信号経路を関節経由で形成したことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
4. 回転部と共に回転する関節の軸に、回転部側の各電極に接触するそれぞれの端子を設けたことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
   
   
   

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