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JP4190248B2 - Clutch mechanism and finger driving mechanism of robot hand - Google Patents

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JP4190248B2
JP4190248B2 JP2002295717A JP2002295717A JP4190248B2 JP 4190248 B2 JP4190248 B2 JP 4190248B2 JP 2002295717 A JP2002295717 A JP 2002295717A JP 2002295717 A JP2002295717 A JP 2002295717A JP 4190248 B2 JP4190248 B2 JP 4190248B2
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JP
Japan
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gear
finger
face gear
molded resin
robot hand
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浩二 秋山
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Enplas Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フェースギヤを使用したクラッチ機構、及びこのクラッチ機構を使用したロボットハンドの指駆動機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、人間の代わりに各種作業や各種動作を行うように構成されたロボットハンドが開発されてきた。例えば、特許文献1に開示されたロボットハンドは、ロボットハンドの指を人間の指の動作に似せて作動させるため、ロボットハンドの指関節に相当する部分に、それぞれモータとそのモータの回転を減速する歯車減速機構とを備えている。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−156778号公報(段落番号0009〜0012,図1〜4)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなロボットハンドの指には、作業の種類によっては想像以上の負荷が作用することがある。このような場合に、設計において想定した力よりも大きな力を歯車減速機構で受けるとすれば、歯車の歯の破損や歯車を支持する軸の損傷を生じたり、指の骨組み構造に損傷を生じる虞がある。
【0005】
このような不具合を解消するためには、ロボットハンドの駆動部にクラッチ機構を設置し、設計値内の負荷が作用している状態では動力伝達を可能にする一方、設計値を越える過剰な負荷が作用した状態ではクラッチ機構の滑りにより動力伝達を遮断することが効果的である。そこで、本発明は、構造が簡単でコンパクトなクラッチ機構及びこのクラッチ機構を備えたロボットハンドの指駆動機構を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、フェースギヤと、前記フェースギヤに噛み合う相手ギヤと、前記相手ギヤが形成されたボス部を回転可能に支持するハウジングの軸受け穴とを有するクラッチ機構に関するものである。この発明において、前記軸受け穴は、一端部側に位置する小径部と他端部側に位置する大径部とを有している。前記小径部は、前記ボス部を回転可能に支持するようになっている。また、前記大径部は、前記フェースギヤと前記相手ギヤとの噛み合い部分に過負荷が作用した際に、前記相手ギヤが前記フェースギヤから離れる方向へ移動できるように、前記ボス部が傾くのを許容し、前記フェースギヤと前記相手ギヤとの噛み合いが解除されることを可能にするようになっている。
【0010】
請求項の発明は、人の指の動きに似た動きをする指部と、この指部を駆動する駆動部と、を備えたロボットハンドの指駆動機構に関するものである。そして、このロボットハンドの指駆動機構は、前記駆動部が複数のギヤからなり、この駆動部に前記請求項1の発明に係るクラッチ機構を備えたことを特徴としている。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
【0012】
[第1の実施の形態]
図1及び図2は、本実施の形態に係るロボットハンド1を構成する指駆動機構2を示すものであり、この指駆動機構2が5本の指のいずれか1指に対応するようになっている。このロボットハンド1の指駆動機構2は、モータ3の回転が遊星歯車装置4を介して射出成形樹脂フェースギヤ5に伝達され、この射出成形樹脂フェースギヤ5に形成された小径の平歯車(第2歯車)6から指部7の第3歯車であるセクタギヤ(扇形のギヤ)8に伝達されることにより、二点鎖線で示す指部7が動くようになっている。また、ロボットハンド1の指駆動機構2は、後に詳述するように、射出成形樹脂フェースギヤ5をコイルスプリング(弾性力付与手段)9によって下方から弾性的に付勢することにより、過負荷作用時に動力伝達を遮断するクラッチ機構Kを構成している。尚、モータ3からセクタギヤ8までの動力伝達を行う部分である駆動部10と指部7とを区別して図示するため、指部7を二点鎖線で表してある。
【0013】
(駆動部)
モータ3は、ハウジング11の端部の空間12に嵌合された状態で固定されており、その出力軸13の先端に遊星歯車装置4の太陽歯車14が固定されている。太陽歯車14の周囲には3個の遊星歯車15が等間隔で配置されており、この3個の遊星歯車15が太陽歯車14に噛み合うと共にハウジング11の内周面に形成された固定内歯車16に噛み合っている(図4参照)。また、この3個の遊星歯車15は、ハウジング11に回動可能に支持された可動内歯車17に噛み合っている(図5参照)。そして、可動内歯車17のボス部18に形成された平歯車(第1歯車)20が射出成形樹脂フェースギヤ5と噛み合っている(図6参照)。そして、このような太陽歯車14,遊星歯車15,固定内歯車16及び可動内歯車17によって遊星歯車装置4が構成されている。尚、可動内歯車17の歯数は、固定内歯車16の歯数と異なるように形成されている。そして、可動内歯車17と固定内歯車16との歯数差が小さいほど遊星歯車装置4の減速比が大きくなる。
【0014】
射出成形樹脂フェースギヤ5は、図1,図2及び図7に示すように、ハウジング11に固定された軸22に回動可能に支持されている。そして、この射出成形樹脂フェースギヤ5に一体的に形成された平歯車(第2歯車)6は、指部7の第1骨部材23に固定された第3歯車としてのセクタギヤ(扇形ギヤ)8に噛み合っている。また、この射出成形樹脂フェースギヤ5は、コイルスプリング9によって下方から弾性的に付勢されており、このコイルスプリング9のばね力を受けて第1歯車20と噛み合っている。
【0015】
コイルスプリング9は、予め圧縮された状態で軸22の外周側の穴21内に収容されており、射出成形樹脂フェースギヤ5と第1歯車20が所定の接触圧力で噛み合うように、その圧縮量(プリロード)が設定されている。したがって、このコイルスプリング9は、射出成形樹脂フェースギヤ5を第1歯車20側に付勢するばね力以上の力で押し込まれないかぎり、圧縮変形させられることがなく、射出成形樹脂フェースギヤ5と第1歯車20の噛み合い状態を保持することができる。
【0016】
一方、このコイルスプリング9は、図9に示すように、第1歯車20と射出成形樹脂フェースギヤ5との噛み合い部分に過負荷が作用し、射出成形樹脂フェースギヤ5を押し下げる方向に作用する力(F2)が予め付与されたプリロード(FV)よりも大きくなると(F2>FV)、押し縮められる方向へ弾性変形し、その弾性変形量が所定値以上になると射出成形樹脂フェースギヤ5の歯と第1歯車20の歯の噛み合いが解除され、第1歯車20と射出成形樹脂フェースギヤ5との間での動力伝達が遮断される(図8参照)。すなわち、コイルスプリング9,射出成形樹脂フェースギヤ5及び第1歯車20によりクラッチ機構Kが構成されている。尚、F0は、第1歯車20から射出成形樹脂フェースギヤ5に伝達される力である。また、F1は、第1歯車20と射出成形樹脂フェースギヤ5との噛み合い部における斜面に垂直な方向の分力である。
【0017】
このように駆動部10のクラッチ機構Kは、射出成形樹脂フェースギヤ5がコイルスプリング9によって第1歯車20に対して接・離可能に(噛み合うか、又は噛み合いを解除できるように)弾性的に支持されており、作動時に過負荷が作用すると、射出成形樹脂フェースギヤ5と第1歯車20との噛み合い状態がコイルスプリング9の弾性変形によって解除されるため、各歯車(5,6,8,14,15,16,17,20)の歯や各歯車の軸(13,22)に過負荷が作用するのを防止でき、過負荷の作用に起因する各歯車の歯の破損や各歯車の軸の損傷の発生を防止することができる。
【0018】
(指部)
指部7は、ハウジング11に固定された第1関節としての軸24を中心として揺動する第1骨部材23と、この第1骨部材23の先端側(前記第1関節とは反対側)の第2関節としての軸25を中心として揺動する第2骨部材26と、この第2骨部材26の先端側(前記第2関節とは反対側)の第3関節としての軸27を中心として揺動する第3骨部材28と、を有している。ここで、第2骨部材26は、第2関節となる軸25及び第3関節となる軸27が突接された基板30と、この基材30の軸25,27にかしめ穴31,32を嵌合させた後にかしめ固定される押さえ板33とからなり、これら基板30と押さえ板33との間に第1骨部材23と第3骨部材28の端部を揺動可能に収容している。
【0019】
また、ハウジング11には、第1リンク34の一端側が軸35を介して揺動可能に取り付けられている。この第1リンク34の揺動中心となる軸35は、モータ3の軸芯36の延長上に位置している(図1参照)。そして、この第1リンク34の他端側は、第2骨部材26の基板30から突出する軸37に揺動可能に係合し、第1骨部材23と第2骨部材26の基板30との間の空間内に収容されている。また、第2リンク38の一端側は、第1関節としての軸24と第2関節としての軸25とを結ぶ線40の延長上の第1骨部材23から突出する軸41に揺動可能に係合している(図1参照)。そして、この第2リンク38の他端側は、第3骨部材28から突出する軸42に揺動可能に係合している。ここで、第1リンク34の他端側の軸37と第2リンク38の一端側の軸41は、第2関節としての軸25と同心の円上に位置している。また、第1リンク34は、第1関節としての軸24と第2関節としての軸25を結ぶ線40を斜めに横切るように取り付けられている。また、第2リンク38は、第2関節としての軸25と第3関節としての軸27を結ぶ線43を斜めに横切るように取り付けられている。
【0020】
また、図3に示すように、指部7は、第1骨部材23がモータ3の軸芯36から角度θ1傾けて取り付けられた状態において、第2骨部材26がモータ3の軸芯36から角度θ2(θ1<θ2)傾き、第3骨部材28がモータ3の軸芯36から角度θ3(θ2<θ3)傾くように構成されている。そして、第1骨部材23が第1関節としての軸24を揺動中心として角度αだけ時計回り方向に回動すると、第1リンク34の他端側の軸位置がA1点からA2点に移動し、第2骨部材26が軸25を揺動中心として角度βだけ時計回り方向に回動する。その結果、第2リンク38の他端側の軸位置がB1点からB2点に移動し、第3骨部材28が軸27を揺動中心として角度δだけ時計回り方向に回動する。すなわち、指部7は、第1骨部材23が時計回り方向に回動するにしたがって、第2骨部材26が第2関節としての軸25を揺動中心として大きく回動し、第3骨部材28が第3関節としての軸27を揺動中心として大きく回動し、指先が(P1)の位置から(P2)の位置まで移動して、手の握り動作を行う。
【0021】
一方、指先が(P2)の位置から(P1)の位置まで移動すると、第1骨部材23が(P2)に示す状態から反時計回り方向へ角度αだけ回動することになり、手を開く動作が行われる。尚、指部7の可動範囲は、少なくとも、第1骨部材23が図1の点線で示す位置から時計回り方向にほぼ90°回動した位置までの範囲である。
【0022】
以上のように構成された本実施の形態によれば、ロボットハンド1の指駆動機構2の作動中に過負荷が作用しても、コイルスプリング9が撓み変形することにより、射出成形樹脂フェースギヤ5と第1歯車20の噛み合いを解除することができるため、駆動部10の各構成部品に過剰な負荷が作用するようなことがなく、各歯車(5,6,8,14,15,16,17,20)の歯の破損や各歯車の軸(13,22)の損傷を効果的に防止できると共に、指部7の骨組み構造の損傷を効果的に防止することができる。
【0023】
尚、本実施の形態において、射出成形樹脂フェースギヤ5を第1歯車20側に弾性的に付勢する弾性力付与手段は、上述のコイルスプリング9に限られず、コイルスプリング9と同様に弾性力を付与できるものであればよく、例えば、皿ばねや板ばね,ゴムパッド等でもよい。
【0024】
また、本実施の形態において、射出成形樹脂フェースギヤ5及び第1歯車20を金属製のフェースギヤと第1歯車に置き換えてもよい。
【0025】
[第2の実施の形態]
図10は、本発明の第2の実施の形態を示すものであり、クラッチ機構Kの他の実施の形態を示すものである。この図10に示すように、本実施の形態において、可動内歯車17のボス部18を回動可能に支持するハウジング11の軸受け穴46は、可動内歯車17側から第1歯車20側に向かうにしたがって穴径が大きくなるようなテーパ穴であり、ボス部18の撓み変形及びボス部18の傾きを許容するようになっている(図11参照)。すなわち、第1歯車20に接続するボス部18は、軸受け穴46の一端部側に位置する小径部によって支持され、軸受け穴46内で揺動することにより、第1歯車20を射出成形樹脂フェースギヤ5に対して接・離させる(第1歯車20を射出成形樹脂フェースギヤ5に噛み合わせたり、第1歯車20と射出成形樹脂フェースギヤ5との噛み合いを解除させたりする)ことができるようになっている。
【0026】
ここで、図12に示すように、射出成形樹脂フェースギヤ5と第1歯車20の噛み合い部に過剰な負荷が作用した場合において、第1歯車20から射出成形樹脂フェースギヤ5に作用する回転伝達力をF0とすると、噛み合い部の斜面に垂直な方向の分力がF1となり、噛み合い部の斜面方向分力がF3となり、この斜面方向分力F3が噛み合い部の斜面に作用する摩擦力(μF1)等の抵抗力よりも大きくなると、第1歯車20が射出成形樹脂フェースギヤ5から離れる方向に移動し、ボス部18が撓み変形したり、また、ボス部18が傾くことになる。そして、このボス部18の撓み変形やボス部18の傾きがテーパ状の軸受け穴46によって許容される。その結果、射出成形樹脂フェースギヤ5と第1歯車20との噛み合いが解除される。
【0027】
このような構成の本実施の形態によっても、上述の第1の実施の形態と同様に、各歯車(5,6,8,14,15,16,17,20)の歯や各歯車の軸(13,22)に過負荷が作用するのを防止でき、過負荷の作用に起因する各歯車の歯の破損や各歯車の軸の損傷の発生を防止することができる(図1及び図2参照)。
【0028】
尚、軸受け穴46は、図13に示すように、片側(図13の上方側)だけ傾斜させることにより、ボス部18が第1歯車20と射出成形樹脂フェースギヤ5の噛み合いを解除する方向に傾くのを許容するようにしてもよい。
【0029】
また、本実施の形態において、図14に示すように、ボス部18に小径部47を形成することにより、ボス部18を部分的に細くし、ボス部18を撓み変形し易くしてもよい。又は、図15に示すように、ボス部18の全体を細くして(例えば、第1歯車20の歯底円の直径よりも小径にして)、ボス部18を撓み変形し易くしてもよい。このようにすれば、前述の軸受け穴46の作用と相俟って、第1歯車20と射出成形樹脂フェースギヤ5の噛み合いの解除が容易化する。
【0030】
また、本実施の形態において、射出成形樹脂フェースギヤ5及び第1歯車20を金属製のフェースギヤ及び第1歯車に置き換えてもよい。
【0031】
[第3の実施の形態]
図16は、本発明の第3の実施の形態を示すものであり、クラッチ機構Kの他の実施の形態を示すものである。この図16に示すように、本実施の形態は、射出成形樹脂フェースギヤ5のウェブ48を略円板状に肉抜きして薄肉部50を形成し、射出成形樹脂フェースギヤ5と第1歯車20との噛み合い部に過剰な負荷が作用すると、第1歯車20と射出成形樹脂フェースギヤ5の噛み合い部に作用する射出成形樹脂フェースギヤ5を押し下げる方向の分力によって薄肉部50が撓み変形し、射出成形樹脂フェースギヤ5と第1歯車20との噛み合い状態が解除されるようになっている。
【0032】
このような構成の本実施の形態によっても、上述の第1の実施の形態と同様に、各歯車(5,6,8,14,15,16,17,20)の歯や各歯車の軸(13,22)に過負荷が作用するのを防止でき、過負荷の作用に起因する各歯車の歯の破損や各歯車の軸の損傷の発生を防止することができる(図1及び図2参照)。
【0033】
[第4の実施の形態]
図17は、本発明の第4の実施の形態を示すものであり、クラッチ機構Kの他の実施の形態を示すものである。この図17に示すように、本実施の形態は、射出成形樹脂フェースギヤ5の歯51及び第1歯車20の歯52の圧力角αを小さくすると共に、射出成形樹脂フェースギヤ5及び第1歯車20の歯51,52の歯厚sを薄くし、射出成形樹脂フェースギヤ5の歯51及び第1歯車20の歯52を撓み変形し易くして、射出成形樹脂フェースギヤ5と第1歯車20との噛み合い部に過剰な負荷が作用すると、噛み合っている歯51,52が撓み変形し、射出成形樹脂フェースギヤ5と第1歯車20との噛み合い部で滑りが生じるようになっている。
【0034】
このような構成の本実施の形態によっても、上述の第1の実施の形態と同様に、各歯車(5,6,8,14,15,16,17,20)の歯や各歯車の軸(13,22)に過負荷が作用するのを防止でき、過負荷の作用に起因する各歯車の歯の破損や各歯車の軸の損傷の発生を防止することができる(図1及び図2参照)。
【0035】
尚、上述の各実施の形態において、射出成形樹脂フェースギヤ5を使用したクラッチ機構Kは、ロボットハンド1の指駆動機構2に適用する場合に限られず、様々な用途に使用される動力伝達装置に広く適用することができる。
【0036】
【発明の効果】
以上の本発明は、射出成形樹脂フェースギヤとこれに噛み合う相手ギヤとの噛み合い部に過負荷が作用すると、射出成形樹脂フェースギヤと相手ギヤとの噛み合い状態が解除されるようになっているため、過負荷の作用に起因する歯車の歯の破損や歯車の軸の損傷の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るロボットハンドの指駆動機構を示す図であって、一部分を破断して示す平面図である。
【図2】図1のE−E線に沿って切断して示すロボットハンドの指駆動機構の縦断面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係るロボットハンドの指駆動機構の作動状態を示す図である。
【図4】図1のB−B線に沿って切断して示すロボットハンドの指駆動機構の断面図である。
【図5】図1のC−C線に沿って切断して示すロボットハンドの指駆動機構の断面図である。
【図6】図1のD−D線に沿って切断して示すロボットハンドの指駆動機構の断面図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態に係るクラッチ機構を示す断面図である。
【図8】図7に示すクラッチ機構の作動状態図である。
【図9】図7のクラッチ機構における力の作用状態を説明する図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態に係るクラッチ機構を示す断面図である。
【図11】図10に示すクラッチ機構の作動状態図である。
【図12】図10のクラッチ機構における力の作用状態を説明する図である。
【図13】本発明の第2の実施の形態に係るクラッチ機構の第1変形例を示す断面図である。
【図14】本発明の第2の実施の形態に係るクラッチ機構の第2変形例を示す断面図である。
【図15】本発明の第2の実施の形態に係るクラッチ機構の第3変形例を示す断面図である。
【図16】本発明の第3の実施の形態に係るクラッチ機構を示す断面図である。
【図17】本発明の第4の実施の形態に係るクラッチ機構を示す射出成形樹脂フェースギヤと第1歯車の噛み合い部の拡大図である。
【符号の説明】
1……ロボットハンド、2……指駆動機構、5……射出成形樹脂フェースギヤ、7……指部、9……コイルスプリング(弾性力付与手段)、10……駆動部、20……第1歯車(相手ギヤ)、48……ウェブ、50……薄肉部、51,52……歯
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a clutch mechanism using a face gear, and a finger drive mechanism of a robot hand using the clutch mechanism.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, robot hands configured to perform various operations and various operations instead of humans have been developed. For example, in the robot hand disclosed in Patent Document 1, the motor and the rotation of the motor are decelerated at portions corresponding to the finger joints of the robot hand in order to operate the finger of the robot hand in a manner similar to that of a human finger. And a gear reduction mechanism.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-11-156778 (paragraph numbers 0009 to 0012, FIGS. 1 to 4)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, depending on the type of work, a load greater than expected may be applied to the fingers of such a robot hand. In such a case, if the gear reduction mechanism receives a force larger than the force assumed in the design, the gear teeth may be damaged, the shaft supporting the gear may be damaged, or the finger framework structure may be damaged. There is a fear.
[0005]
In order to solve such problems, a clutch mechanism is installed in the robot hand drive unit to enable power transmission when the load within the design value is applied, while excessive load exceeding the design value. It is effective to cut off the power transmission by the slippage of the clutch mechanism in the state in which the act is applied. Accordingly, an object of the present invention is to provide a clutch mechanism that is simple in structure and compact, and a finger driving mechanism for a robot hand including the clutch mechanism.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 relates to a clutch mechanism having a face gear, a mating gear meshing with the face gear, and a bearing hole of a housing that rotatably supports a boss portion on which the mating gear is formed. In the present invention, the bearing hole has a small diameter portion located on one end side and a large diameter portion located on the other end side. The small diameter portion is configured to rotatably support the boss portion. In addition, the boss portion inclines in the large-diameter portion so that the counterpart gear can move away from the face gear when an overload is applied to the meshing portion of the face gear and the counterpart gear. And the meshing between the face gear and the mating gear can be released.
[0010]
The invention of claim 2 relates to a finger driving mechanism of a robot hand comprising a finger portion that moves like a human finger and a driving portion that drives the finger portion. The finger driving mechanism of the robot hand is characterized in that the driving unit is composed of a plurality of gears, and the driving unit includes the clutch mechanism according to the invention of claim 1 .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
[First Embodiment]
1 and 2 show a finger drive mechanism 2 constituting the robot hand 1 according to the present embodiment, and this finger drive mechanism 2 corresponds to any one of five fingers. ing. The finger drive mechanism 2 of the robot hand 1 transmits the rotation of the motor 3 to the injection-molded resin face gear 5 via the planetary gear unit 4, and a small-diameter spur gear (first gear) formed on the injection-molded resin face gear 5. (2 gears) 6 is transmitted to a sector gear (fan gear) 8 which is the third gear of finger part 7, so that finger part 7 indicated by a two-dot chain line moves. Further, as will be described later in detail, the finger drive mechanism 2 of the robot hand 1 elastically urges the injection-molded resin face gear 5 from below by a coil spring (elastic force applying means) 9, thereby causing an overload action. A clutch mechanism K that interrupts power transmission is sometimes configured. In addition, in order to distinguish and illustrate the drive unit 10 and the finger unit 7 which are parts for transmitting power from the motor 3 to the sector gear 8, the finger unit 7 is represented by a two-dot chain line.
[0013]
(Drive part)
The motor 3 is fixed in a state where it is fitted in the space 12 at the end of the housing 11, and the sun gear 14 of the planetary gear device 4 is fixed to the tip of the output shaft 13. Around the sun gear 14, three planetary gears 15 are arranged at equal intervals. The three planetary gears 15 mesh with the sun gear 14 and are fixed on the inner peripheral surface 16 of the housing 11. (See FIG. 4). Further, the three planetary gears 15 mesh with a movable internal gear 17 that is rotatably supported by the housing 11 (see FIG. 5). A spur gear (first gear) 20 formed on the boss portion 18 of the movable internal gear 17 meshes with the injection molded resin face gear 5 (see FIG. 6). The sun gear 14, the planetary gear 15, the fixed internal gear 16, and the movable internal gear 17 constitute the planetary gear device 4. Note that the number of teeth of the movable internal gear 17 is different from the number of teeth of the fixed internal gear 16. The reduction gear ratio of the planetary gear device 4 increases as the difference in the number of teeth between the movable internal gear 17 and the fixed internal gear 16 decreases.
[0014]
The injection-molded resin face gear 5 is rotatably supported by a shaft 22 fixed to the housing 11 as shown in FIGS. A spur gear (second gear) 6 formed integrally with the injection molded resin face gear 5 is a sector gear (fan gear) 8 as a third gear fixed to the first bone member 23 of the finger portion 7. Are engaged. The injection-molded resin face gear 5 is elastically biased from below by a coil spring 9 and meshes with the first gear 20 by receiving the spring force of the coil spring 9.
[0015]
The coil spring 9 is accommodated in the hole 21 on the outer peripheral side of the shaft 22 in a pre-compressed state, and its compression amount so that the injection molded resin face gear 5 and the first gear 20 are engaged with each other with a predetermined contact pressure. (Preload) is set. Therefore, the coil spring 9 is not compressed and deformed unless it is pushed by a force equal to or greater than the spring force that urges the injection molded resin face gear 5 toward the first gear 20 side. The meshing state of the first gear 20 can be maintained.
[0016]
On the other hand, as shown in FIG. 9, the coil spring 9 has an overload acting on a meshing portion between the first gear 20 and the injection molded resin face gear 5, and a force acting in a direction to push down the injection molded resin face gear 5. When (F2) becomes larger than a preload (FV) given in advance (F2> FV), it is elastically deformed in the direction of being compressed, and when the amount of elastic deformation exceeds a predetermined value, the teeth of the injection molded resin face gear 5 The meshing of the teeth of the first gear 20 is released, and the power transmission between the first gear 20 and the injection molded resin face gear 5 is interrupted (see FIG. 8). That is, the coil spring 9, the injection molding resin face gear 5, and the first gear 20 constitute a clutch mechanism K. Note that F0 is a force transmitted from the first gear 20 to the injection-molded resin face gear 5. F1 is a component force in a direction perpendicular to the inclined surface at the meshing portion between the first gear 20 and the injection-molded resin face gear 5.
[0017]
As described above, the clutch mechanism K of the drive unit 10 is elastic so that the injection-molded resin face gear 5 can be brought into and out of contact with the first gear 20 by the coil spring 9 (so that the meshing can be released or the meshing can be released). When an overload is applied during operation, the meshing state between the injection molded resin face gear 5 and the first gear 20 is released by the elastic deformation of the coil spring 9, so that each gear (5, 6, 8, 14, 15, 16, 17, 20) and the shafts (13, 22) of the gears can be prevented from being overloaded. Occurrence of shaft damage can be prevented.
[0018]
(Finger)
The finger portion 7 includes a first bone member 23 that swings about a shaft 24 serving as a first joint fixed to the housing 11, and a distal end side of the first bone member 23 (the side opposite to the first joint). A second bone member 26 that swings about a shaft 25 serving as a second joint, and a shaft 27 serving as a third joint on the distal end side (the side opposite to the second joint) of the second bone member 26. And a third bone member 28 that swings. Here, the second bone member 26 includes a base plate 30 on which a shaft 25 serving as a second joint and a shaft 27 serving as a third joint project, and caulking holes 31 and 32 formed on the shafts 25 and 27 of the base material 30. The presser plate 33 is fixed by caulking after being fitted, and the end portions of the first bone member 23 and the third bone member 28 are accommodated between the substrate 30 and the presser plate 33 so as to be swingable. .
[0019]
Further, one end side of the first link 34 is attached to the housing 11 via a shaft 35 so as to be swingable. A shaft 35 serving as a swing center of the first link 34 is located on an extension of the shaft core 36 of the motor 3 (see FIG. 1). The other end side of the first link 34 is slidably engaged with a shaft 37 protruding from the substrate 30 of the second bone member 26, and the first bone member 23 and the substrate 30 of the second bone member 26 are connected to each other. Is contained in the space between. Further, one end side of the second link 38 is swingable to a shaft 41 protruding from the first bone member 23 on the extension of the line 40 connecting the shaft 24 as the first joint and the shaft 25 as the second joint. They are engaged (see FIG. 1). The other end of the second link 38 is slidably engaged with a shaft 42 protruding from the third bone member 28. Here, the shaft 37 on the other end side of the first link 34 and the shaft 41 on the one end side of the second link 38 are located on a circle concentric with the shaft 25 as the second joint. The first link 34 is attached so as to obliquely cross a line 40 connecting the shaft 24 as the first joint and the shaft 25 as the second joint. The second link 38 is attached so as to obliquely cross a line 43 connecting the shaft 25 as the second joint and the shaft 27 as the third joint.
[0020]
Further, as shown in FIG. 3, in the state where the first bone member 23 is attached to the finger core 7 at an angle θ1 from the axis 36 of the motor 3, the second bone member 26 extends from the axis 36 of the motor 3. The angle θ2 (θ1 <θ2) is inclined, and the third bone member 28 is configured to be inclined from the shaft core 36 of the motor 3 by an angle θ3 (θ2 <θ3). Then, when the first bone member 23 is rotated clockwise by the angle α with the shaft 24 as the first joint as the swing center, the shaft position on the other end side of the first link 34 moves from the A1 point to the A2 point. Then, the second bone member 26 rotates in the clockwise direction by an angle β with the shaft 25 as the swing center. As a result, the shaft position on the other end side of the second link 38 moves from the B1 point to the B2 point, and the third bone member 28 rotates clockwise by the angle δ with the shaft 27 as the swing center. That is, in the finger portion 7, as the first bone member 23 rotates in the clockwise direction, the second bone member 26 largely rotates about the shaft 25 as the second joint as the swing center, and the third bone member 28 pivots about the axis 27 as the third joint as a swing center, and the fingertip moves from the position (P1) to the position (P2) to perform a hand gripping operation.
[0021]
On the other hand, when the fingertip moves from the position (P2) to the position (P1), the first bone member 23 rotates counterclockwise by the angle α from the state shown in (P2), and the hand is opened. Operation is performed. The movable range of the finger portion 7 is at least a range from the position indicated by the dotted line in FIG. 1 to a position rotated approximately 90 ° in the clockwise direction.
[0022]
According to the present embodiment configured as described above, even when an overload is applied during operation of the finger drive mechanism 2 of the robot hand 1, the coil spring 9 is bent and deformed, whereby the injection molded resin face gear. Since the meshing between the first gear 20 and the first gear 20 can be released, an excessive load does not act on each component of the driving unit 10, and each gear (5, 6, 8, 14, 15, 16 , 17, 20) and the shafts (13, 22) of the gears can be effectively prevented from being damaged, and the frame structure of the finger portion 7 can be effectively prevented from being damaged.
[0023]
In the present embodiment, the elastic force applying means for elastically urging the injection-molded resin face gear 5 toward the first gear 20 is not limited to the coil spring 9 described above, and an elastic force similar to the coil spring 9 is used. For example, a disc spring, a leaf spring, a rubber pad, or the like may be used.
[0024]
In the present embodiment, the injection molded resin face gear 5 and the first gear 20 may be replaced with a metal face gear and the first gear.
[0025]
[Second Embodiment]
FIG. 10 shows a second embodiment of the present invention and shows another embodiment of the clutch mechanism K. In FIG. As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the bearing hole 46 of the housing 11 that rotatably supports the boss portion 18 of the movable internal gear 17 is directed from the movable internal gear 17 side to the first gear 20 side. Accordingly, the diameter of the boss portion 18 is increased, and the bending deformation of the boss portion 18 and the inclination of the boss portion 18 are allowed (see FIG. 11). That is, the boss portion 18 connected to the first gear 20 is supported by a small diameter portion located on one end side of the bearing hole 46, and swings in the bearing hole 46, thereby causing the first gear 20 to be injection molded resin face. The first gear 20 can be brought into contact with and separated from the gear 5 (the first gear 20 can be engaged with the injection molded resin face gear 5 or the first gear 20 and the injection molded resin face gear 5 can be disengaged). It has become.
[0026]
Here, as shown in FIG. 12, when an excessive load is applied to the meshing portion between the injection molded resin face gear 5 and the first gear 20, the rotation transmission acting on the injection molded resin face gear 5 from the first gear 20. When the force is F0, the component force in the direction perpendicular to the slope of the meshing portion is F1, the slope direction component of the meshing portion is F3, and this slope direction component F3 acts on the slope of the meshing portion (μF1). ) And the like, the first gear 20 moves in a direction away from the injection-molded resin face gear 5, and the boss portion 18 is bent and deformed, or the boss portion 18 is inclined. The bending deformation of the boss portion 18 and the inclination of the boss portion 18 are allowed by the tapered bearing hole 46. As a result, the meshing between the injection molded resin face gear 5 and the first gear 20 is released.
[0027]
Also in the present embodiment having such a configuration, as in the first embodiment described above, the teeth of the gears (5, 6, 8, 14, 15, 16, 17, 20) and the shafts of the gears. It is possible to prevent an overload from acting on (13, 22), and it is possible to prevent damage to the teeth of each gear and damage to the shaft of each gear due to the action of the overload (FIGS. 1 and 2). reference).
[0028]
As shown in FIG. 13, the bearing hole 46 is inclined only on one side (upper side in FIG. 13), so that the boss portion 18 releases the meshing between the first gear 20 and the injection molded resin face gear 5. It may be allowed to tilt.
[0029]
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 14, by forming a small diameter portion 47 in the boss portion 18, the boss portion 18 may be partially thinned and the boss portion 18 may be easily bent and deformed. . Alternatively, as shown in FIG. 15, the entire boss portion 18 may be made thin (for example, smaller in diameter than the diameter of the root circle of the first gear 20), and the boss portion 18 may be easily bent and deformed. . This facilitates the release of the meshing between the first gear 20 and the injection molded resin face gear 5 in combination with the operation of the bearing hole 46 described above.
[0030]
In the present embodiment, the injection molded resin face gear 5 and the first gear 20 may be replaced with a metal face gear and the first gear.
[0031]
[Third Embodiment]
FIG. 16 shows a third embodiment of the present invention, and shows another embodiment of the clutch mechanism K. FIG. As shown in FIG. 16, in the present embodiment, the web 48 of the injection molded resin face gear 5 is thinned into a substantially disk shape to form a thin portion 50, and the injection molded resin face gear 5 and the first gear are formed. When an excessive load is applied to the meshing portion with 20, the thin-walled portion 50 is bent and deformed by a component force in the direction of pushing down the injection molded resin face gear 5 acting on the meshing portion of the first gear 20 and the injection molded resin face gear 5. The meshing state between the injection-molded resin face gear 5 and the first gear 20 is released.
[0032]
Also in the present embodiment having such a configuration, as in the first embodiment described above, the teeth of the gears (5, 6, 8, 14, 15, 16, 17, 20) and the shafts of the gears. It is possible to prevent an overload from acting on (13, 22), and it is possible to prevent damage to the teeth of each gear and damage to the shaft of each gear due to the action of the overload (FIGS. 1 and 2). reference).
[0033]
[Fourth Embodiment]
FIG. 17 shows a fourth embodiment of the present invention and shows another embodiment of the clutch mechanism K. In FIG. As shown in FIG. 17, in the present embodiment, the pressure angle α of the teeth 51 of the injection molded resin face gear 5 and the teeth 52 of the first gear 20 is reduced, and the injection molded resin face gear 5 and the first gear are reduced. The tooth thickness s of the 20 teeth 51 and 52 is reduced, and the teeth 51 of the injection-molded resin face gear 5 and the teeth 52 of the first gear 20 are bent and deformed easily so that the injection-molded resin face gear 5 and the first gear 20 are deformed. When an excessive load is applied to the meshing portion, the meshing teeth 51 and 52 are bent and deformed, and slippage occurs at the meshing portion between the injection molded resin face gear 5 and the first gear 20.
[0034]
Also in the present embodiment having such a configuration, as in the first embodiment described above, the teeth of the gears (5, 6, 8, 14, 15, 16, 17, 20) and the shafts of the gears. It is possible to prevent an overload from acting on (13, 22), and it is possible to prevent damage to the teeth of each gear and damage to the shaft of each gear due to the action of the overload (FIGS. 1 and 2). reference).
[0035]
In each of the above-described embodiments, the clutch mechanism K using the injection molded resin face gear 5 is not limited to being applied to the finger driving mechanism 2 of the robot hand 1, and is a power transmission device used for various purposes. Can be widely applied to.
[0036]
【The invention's effect】
In the present invention described above, when an overload is applied to the meshing portion of the injection molded resin face gear and the mating gear meshing with the injection molded resin face gear, the meshing state between the injection molded resin face gear and the mating gear is released. Further, it is possible to prevent the gear teeth from being damaged and the gear shaft from being damaged due to the overload.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a finger driving mechanism of a robot hand according to a first embodiment of the present invention, with a part thereof broken away.
2 is a longitudinal sectional view of a finger driving mechanism of a robot hand shown cut along line EE in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an operating state of the finger drive mechanism of the robot hand according to the first embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of the finger drive mechanism of the robot hand shown cut along the line BB in FIG. 1. FIG.
5 is a cross-sectional view of the finger drive mechanism of the robot hand shown cut along line CC in FIG. 1. FIG.
6 is a cross-sectional view of the finger drive mechanism of the robot hand shown cut along the line DD in FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the clutch mechanism according to the first embodiment of the present invention.
8 is an operational state diagram of the clutch mechanism shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram for explaining a force acting state in the clutch mechanism of FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a clutch mechanism according to a second embodiment of the present invention.
11 is an operational state diagram of the clutch mechanism shown in FIG. 10;
12 is a diagram for explaining a force acting state in the clutch mechanism of FIG. 10;
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a first modification of the clutch mechanism according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a second modification of the clutch mechanism according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a third modification of the clutch mechanism according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a clutch mechanism according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 17 is an enlarged view of a meshing portion between an injection molded resin face gear and a first gear showing a clutch mechanism according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Robot hand, 2 ... Finger drive mechanism, 5 ... Injection molding resin face gear, 7 ... Finger part, 9 ... Coil spring (elastic force provision means), 10 ... Drive part, 20 ... 1st 1 gear (counter gear), 48 …… Web, 50 …… Thin part, 51,52 …… Tooth

Claims (2)

フェースギヤと、前記フェースギヤに噛み合う相手ギヤと、前記相手ギヤが形成されたボス部を回転可能に支持するハウジングの軸受け穴とを有し、A face gear, a mating gear that meshes with the face gear, and a bearing hole in a housing that rotatably supports a boss formed with the mating gear;
前記軸受け穴は、一端部側に位置する小径部と他端部側に位置する大径部とを有し、  The bearing hole has a small diameter portion located on one end side and a large diameter portion located on the other end side,
前記小径部は、前記ボス部を回転可能に支持し、  The small diameter part rotatably supports the boss part,
前記大径部は、前記フェースギヤと前記相手ギヤとの噛み合い部分に過負荷が作用した際に、前記相手ギヤが前記フェースギヤから離れる方向へ移動できるように、前記ボス部が傾くのを許容し、前記フェースギヤと前記相手ギヤとの噛み合いが解除されることを可能にする、  The large-diameter portion allows the boss portion to tilt so that the counterpart gear can move away from the face gear when an overload is applied to a meshing portion of the face gear and the counterpart gear. And allowing the meshing of the face gear and the mating gear to be released,
ことを特徴とするクラッチ機構。  A clutch mechanism characterized by that.
人の指の動きに似た動きをする指部と、この指部を駆動する駆動部と、を備えたロボットハンドの指駆動機構において、In a finger drive mechanism of a robot hand comprising a finger portion that moves similar to the movement of a human finger, and a drive portion that drives the finger portion,
前記駆動部が複数のギヤからなり、この駆動部に前記請求項1に記載のクラッチ機構を備えたことを特徴とするロボットハンドの指駆動機構。  The finger driving mechanism for a robot hand, wherein the driving unit includes a plurality of gears, and the driving unit includes the clutch mechanism according to claim 1.
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