[发明专利]机器人关节结构和机器人手指

说明书

技术领域

本发明涉及机器人关节结构以及组合机器人关节结构而构成的机器人手指，特别涉及能实现顺畅的关节动作且提高把持力的机器人关节结构以及机器人手指。

背景技术

人的指关节是上肢中对于把持物体来说最重要的部分，是最基本的铰链关节。如果指关节的功能受损，则可说上肢的大半功能都会丧失，所以指关节是人把持物体非常重要的部位。手指的基本结构，如果例举说明从第二指到第五指(食指、中指、无名指、小拇指)的结构，则如表示人手的骨骼结构的图6所示，人的手指，从指根起按掌骨10、基节骨12、中节骨14、末节骨16的顺序构成，作为它们的连接部的指关节，由手掌基节关节(以下记作MP关节)11、基节中节关节(以下记作PIP关节)13以及中节末节关节(以下记作DIP关节)15构成。而且，将掌骨10的部位叫做手掌20，以下同样将基节骨12的部位叫做基节22，中节骨14的部位叫做中节24，末节骨16的部位叫做末节26。

由于手指的结构非常复杂，所以其动作也复杂。例如，手指根部的MP关节11可单独动作，但位于其末端的PIP关节13和DIP关节15则是联动动作。即，如果以无意识的自然状态弯曲手指，则首先PIP关节13开始弯曲，PIP关节13弯曲使得DIP关节15可以弯曲。因此，人的手指具有基节22、中节24、末节26整体以MP关节11为支点一体弯曲的动作、和以PIP关节13以及DIP关节15为支点基节22、中节24、末节26分别弯曲的动作。另外，这些动作借助复杂的肌肉关联动作实现。

一直以来，有将具有以上复杂的结构、动作的人的手指作为机器人再现，来代替人进行各种作业的要求。如果可对高温、多湿等的恶劣场所或存在放射线照射的危险场所、宇宙空间等特殊环境下的作业等使用具有人手指功能的机器人，则可提高作业效率和安全性，并降低成本。此前提出过各种机器人的关节结构。

例如，在下述专利文献1中公开了使驱动臂的马达的旋转轴与该臂的摆动运动的中心轴平行地设置的技术。在该关节结构中，在第1臂的末端旋转自如地轴支承第2臂而构成关节部，另一方面，在该关节部的摆动运动的中心轴上设置马达，该马达的旋转运动通过由直齿轮等构成的减速机构传递给第1臂或第2臂，将与马达的旋转方向和旋转量对应的摆动运动传递到这些臂之间。

另一方面，在下述专利文献2以及下述专利文献3中公开了利用连杆机构摆动自如地连接第1臂与第2臂之间，并且该连杆机构的一部分使用滚珠丝杠，利用马达使该滚珠丝杠旋转，从而使第1臂相对第2臂摆动的技术。例如，在下述专利文献2所述的关节结构中，第2臂相对第1臂摆动自如地被轴支承，在第2臂上与该臂大致平行地设置丝杠轴，该丝杠轴由搭载于第2臂上的马达驱动旋转。又，在上述丝杠轴上螺纹结合有螺母部件，在该螺母部件上，旋转自如地结合从第1臂延伸的连杆板的端部。从而当马达旋转时螺纹结合在丝杠轴上的螺母部件在丝杠轴上与马达的旋转量以及旋转方向对应地移动，但由于在该螺母部件上结合有连杆板的端部，所以与螺母部件的移动对应的推出力以及拉回力由连杆板作用在第2臂上，从而使第2臂相对第1臂产生摆动运动。

专利文献1：特开平05-092377号公报

专利文献2：特开平10-217158号公报

专利文献3：特开2002-113681号公报

上述专利文献1的关节结构中，由于马达的旋转轴与摆动运动的中心轴平行地设置，所以结构上非常简单。但是，由于用于驱动臂的马达和减速机构伸出关节部的外侧很多，所以存在不能紧凑构成关节部的问题。所以上述专利文献1的关节结构，虽然适合重视牢固度和维护性的大型的产业用机器人等的关节结构，但不适合用于机械手上的手指结构等小型的关节结构。

另一方面，在上述专利文献2所述的关节结构中，利用与丝杠轴的旋转相伴的螺母部件的移动推拉连杆板，从而使第2臂相对第1臂摆动，但进行这样的摆动运动时作用在连杆板上的推出力或拉回力的方向与螺母部件的移动方向不一致。因此，在第2臂进行摆动运动时，弯曲力矩会作用在丝杠轴上，有如果不通过加粗丝杠轴的轴径等来提高丝杠轴的刚性，则不能对第2臂的摆动施加足够力的问题。