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JP6749539B2 - Robot hand - Google Patents

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JP6749539B2 JP2016574806A JP2016574806A JP6749539B2 JP 6749539 B2 JP6749539 B2 JP 6749539B2 JP 2016574806 A JP2016574806 A JP 2016574806A JP 2016574806 A JP2016574806 A JP 2016574806A JP 6749539 B2 JP6749539 B2 JP 6749539B2
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    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B25J15/08Gripping heads and other end effectors having finger members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00Freewheels or freewheel clutches
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Description

本発明は、対象物を把持し、操ることができる多指多関節のロボットハンドに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a multi-fingered and multi-jointed robot hand capable of gripping and manipulating an object.

従来より、対象物を把持して移動することなどを目的とした様々なロボットハンドが開発されており、主に各種工場の生産ラインなどで、自動化と省力化のために数多く使用されている。近年、このロボットハンドは、義手やヒューマノイド型のロボット等に適用可能であって、より汎用性が高く、複雑で、高精度な動作を行えるものとすることが望まれている。 Conventionally, various robot hands for the purpose of gripping and moving an object have been developed, and are used in large numbers for automation and labor saving mainly in production lines of various factories. In recent years, this robot hand is applicable to artificial hands, humanoid robots, and the like, and it is desired that the robot hand be more versatile, complex, and capable of highly accurate motion.

例えば、特許文献1には、複数ある関節部分の駆動源となる複数のアクチュエータを備えるとともに、各アクチュエータの出力をハーモニックドライブ(登録商標)減速装置又は遊星歯車減速装置で減速して関節を駆動する構造によって、高精度に制御可能であって、対象物を器用に操ることができるロボットハンドの指構造が開示されている。 For example, Patent Document 1 includes a plurality of actuators that serve as drive sources for a plurality of joint parts, and drives the joints by decelerating the output of each actuator with a Harmonic Drive (registered trademark) speed reducer or a planetary gear speed reducer. According to the structure, a finger structure of a robot hand is disclosed, which can be controlled with high precision and can manipulate an object dexterously.

特許第4469957号公報Japanese Patent No. 4469957

特許文献1のロボットハンドは、指構造部分自体に、複数のアクチュエータと、アクチュエータに対応するハーモニックドライブ(登録商標)減速装置などを配置することによって、バックラッシやガタの少ない指関節の駆動動作を実現している。 In the robot hand of Patent Document 1, a plurality of actuators and a HarmonicDrive (registered trademark) reduction gear corresponding to the actuators are arranged on the finger structure itself to realize a driving operation of a finger joint with less backlash and backlash. doing.

しかしながら、ロボットハンドが動作を停止している状態で、外部から指部分に大きな力が加えられた場合には指の位置を保持できずに動いてしまったり、更に、強い衝撃力が加わった場合には減速装置の機構が破壊するおそれもある。 However, when a large force is applied to the finger part from the outside while the robot hand is not moving, the position of the finger cannot be held and the robot moves, or when a strong impact force is applied. There is also a risk that the mechanism of the speed reducer will be destroyed.

特に、汎用性の高い、義手やヒューマノイド型ロボット等の用途に使用する場合には、想定外の負荷が外部から加わる可能性がある。 In particular, when it is used for a versatile prosthetic hand, a humanoid robot, or the like, an unexpected load may be applied from the outside.

また、少ないといえども関節部にバックラッシやガタつきがある中では、何らかの対象物を把持しているロボットハンドの駆動源へのエネルギー供給が停止した場合に、把持状態を維持できないおそれがある。 In addition, even if the amount is small, there is a possibility that the gripping state cannot be maintained when the energy supply to the drive source of the robot hand that is gripping an object is stopped, even if the joint has backlash or backlash.

本発明は、これらの問題に対処するためになされたものであり、その課題とするところは、出力側からの負荷を遮断できるクラッチ機構を組み込むことにより、駆動源へのエネルギー供給を絶った状態でも、指部分の位置を保持することに対する安定性と高い信頼性を備えるロボットハンドを提供することにある。 The present invention has been made to deal with these problems, and its problem is to incorporate a clutch mechanism capable of interrupting the load from the output side to cut off the energy supply to the drive source. However, the object is to provide a robot hand having stability and high reliability for holding the position of the finger portion.

本発明によるロボットハンドは、指の関節の駆動源となるモータと、このモータの回転を入力トルクとして入力側から出力側に伝達する回転力伝達装置とを備える。そして、回転力伝達装置は、入力側に加えられる入力トルクを出力側に伝達するが、出力側に加えられる逆入力トルクは入力側に伝達しないクラッチ機構と、複数の歯車からなる歯車機構とで構成されることを特徴とする。 A robot hand according to the present invention includes a motor that serves as a drive source for a finger joint and a rotational force transmission device that transmits the rotation of the motor as input torque from the input side to the output side. Then, the rotational force transmission device includes a clutch mechanism that transmits the input torque applied to the input side to the output side, but does not transmit the reverse input torque applied to the output side to the input side, and a gear mechanism including a plurality of gears. It is characterized by being configured.

このような特徴を有する本発明では、外部から加わる負荷から内部の機構を保護するとともに、駆動源へのエネルギー供給を絶って駆動源が停止した場合でも、指位置の現状態を維持できる極めて信頼性の高く、省エネルギー化のできるロボットハンドを実現する。 In the present invention having such characteristics, the internal mechanism is protected from the load applied from the outside, and even if the drive source is stopped by cutting off the energy supply to the drive source, it is extremely reliable to maintain the current state of the finger position. Realize a robot hand with high efficiency and energy saving.

本発明の実施形態に係わるロボットハンドの一例を示す斜視図である。It is a perspective view showing an example of a robot hand concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係わるロボットハンドの構造図である。FIG. 3 is a structural diagram of a robot hand according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係わるロボットハンドに配置される回転力伝達装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the rotational force transmission device arrange|positioned at the robot hand which concerns on embodiment of this invention. 同回転力伝達装置内に備わるクラッチ機構の一例を示す構造図である。It is a structural diagram showing an example of a clutch mechanism provided in the same torque transmission device. 同クラッチ機構の構造を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the structure of the same clutch mechanism. 本発明に係るロボットハンドに配置される回転力伝達装置内に備わるクラッチ機構の動作説明図である。It is an operation explanatory view of a clutch mechanism provided in a torque transmitting device arranged in a robot hand according to the present invention. 収納室内周面と係合子とカム面との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the storage chamber inner peripheral surface, an engagement element, and a cam surface. 係合子と出力回転体の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between an engagement element and an output rotary body. 本発明の実施形態に係わるロボットハンドの他例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the robot hand which concerns on embodiment of this invention.

本発明を実施するために第一の形態では、複数の指を有するロボットハンドにおいて、指の関節の駆動源となるモータと、このモータの回転を入力トルクとして入力側から出力側に伝達する回転力伝達装置とを備える。そして回転力伝達装置は、入力側に加えられる入力トルクを出力側に伝達するが、出力側に加えられる逆入力トルクは入力側に伝達しないクラッチ機構と、複数の歯車からなる歯車機構とで構成している。
この形態によれば、出力側に外部から負荷が加えられても、その力をクラッチ機構が入力側に伝達しないので、ロボットハンドの指の位置の状態を維持できるとともに、内部機構を保護することができる。
In a first embodiment for carrying out the present invention, in a robot hand having a plurality of fingers, a motor serving as a drive source of a finger joint and a rotation for transmitting the rotation of the motor as an input torque from an input side to an output side. And a force transmission device. The torque transmitting device is composed of a clutch mechanism that transmits the input torque applied to the input side to the output side, but does not transmit the reverse input torque applied to the output side to the input side, and a gear mechanism including a plurality of gears. doing.
According to this aspect, even if an external load is applied to the output side, the clutch mechanism does not transmit the force to the input side, so that the state of the position of the finger of the robot hand can be maintained and the internal mechanism can be protected. You can

また、第二の形態では、第一の形態のクラッチ機構が構造上、円柱状空間を有する収納室と、この収納室に同軸状に収納された出力回転体と、出力回転体に対し同軸状に設けられた入力回転体と、収納室の内周面と出力回転体の外周面との間に設けられた係合子と、係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備える。そして、出力回転体の外周面に、一方側へ向かって収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面を形成し、入力回転体が一方側に対する他方側に回転した際に、入力回転体を係合子に当接した後に、同入力回転体を出力回転体に当接して、この出力回転体を押動するようにした。
この形態によれば、駆動源が停止した場合にも、ロボットハンドの現状態を維持できるので、絶対的な把持信頼性を有する。より具体的には、例えば駆動源となるモータが電動である場合に、ロボットハンドが対象物を把持している状態で通電が意図的にあるいは非意図的に遮断されても把持状態を維持できる。また、このことで低消費電力駆動が可能となる。
Further, in the second mode, the clutch mechanism of the first mode is structurally a storage chamber having a cylindrical space, an output rotary member coaxially stored in the storage chamber, and a coaxial output shaft. An input rotor provided in the housing, an engagement member provided between the inner peripheral surface of the storage chamber and the outer peripheral surface of the output rotor, and a biasing member for biasing the engagement member to one side in the circumferential direction. Prepare Then, a cam surface is formed on the outer peripheral surface of the output rotary member to gradually narrow the gap between the output rotary member and the inner peripheral surface of the storage chamber, and when the input rotary member rotates to the other side with respect to the one side, After the rotor is brought into contact with the engaging element, the input rotor is brought into contact with the output rotor to push the output rotor.
According to this aspect, even if the drive source is stopped, the current state of the robot hand can be maintained, and thus absolute gripping reliability is provided. More specifically, for example, when the motor serving as the drive source is electric, the gripping state can be maintained even if the power is intentionally or unintentionally cut off while the robot hand is gripping the object. .. Further, this enables low power consumption driving.

また、第三の形態では、第一又は第二の形態において、ロボットハンドの複数の指は、各指が1つ以上の関節を有し、1つの関節に対して、この関節を駆動するモータと回転力伝達装置との組合せを一組以上配置した。
この形態によれば、すべての指がクラッチ機構を備えるので、駆動源を停止しても、より安定した状態で確実に、対象物を把持している状態等を維持できる。
Further, in the third mode, in the first or second mode, each of the plurality of fingers of the robot hand has one or more joints, and a motor that drives the joints with respect to one joint. One or more combinations of the above and the torque transmission device are arranged.
According to this aspect, since all the fingers are provided with the clutch mechanism, even when the drive source is stopped, it is possible to more reliably maintain the state of gripping the target object in a more stable state.

また、第四の形態では、より高い精度で指の位置を保持するために、第一から第三の形態において構成されているクラッチ機構を歯車機構よりも出力側に配置した。 Further, in the fourth mode, in order to hold the finger position with higher accuracy, the clutch mechanism configured in the first to third modes is arranged on the output side of the gear mechanism.

次に、上述した形態の特に好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。 Next, a particularly preferred embodiment of the above-described mode will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本実施例におけるロボットハンド200の外観を示す斜視図である。ロボットハンド200は、ベース210に連結されたフィンガー220、230、240を備える。各フィンガーは複数のリンクと関節を有している。例えば、フィンガー240は、第一リンク241、第二リンク242と、第一関節243、第二関節244を有している。 FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a robot hand 200 in this embodiment. The robot hand 200 includes fingers 220, 230, 240 connected to a base 210. Each finger has a plurality of links and joints. For example, the finger 240 has a first link 241, a second link 242, a first joint 243, and a second joint 244.

各関節は、各々独立した駆動源の力が伝達装置を介して伝達されることにより動作する。また、基本的に、伝達装置は外部からの負荷の影響を受けない。この構造について、具体的にフィンガー240の第一関節243及び第一リンク241を動作で、以下に説明する。 Each joint operates by the force of an independent drive source being transmitted via a transmission device. Further, basically, the transmission device is not affected by an external load. This structure will be specifically described below by operating the first joint 243 and the first link 241 of the finger 240.

図2は、フィンガー240の部分断面図であって、特に第二リンク242の内部構造を示している。第二リンク242の内部には、電動モータ60と、クラッチ機構1と歯車機構2とからなる回転力伝達装置100が配置されている。 FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the finger 240, and particularly shows the internal structure of the second link 242. Inside the second link 242, an electric motor 60 and a torque transmission device 100 including the clutch mechanism 1 and the gear mechanism 2 are arranged.

電動モータ60の回転力が回転力伝達装置を介して、第一関節243に伝わり、第一関節243と第一リンク241を動作させる。 The rotational force of the electric motor 60 is transmitted to the first joint 243 via the rotational force transmission device to operate the first joint 243 and the first link 241.

クラッチ機構1は、歯車機構2を介して伝達される電動モータ60の回転力を、第一関節243に伝えて第一リンク241を動作させるが、第一リンク241側から負荷が加わっても、歯車機構2には力を伝えない。 The clutch mechanism 1 transmits the rotational force of the electric motor 60 transmitted via the gear mechanism 2 to the first joint 243 to operate the first link 241, but even if a load is applied from the first link 241 side, No force is transmitted to the gear mechanism 2.

すなわち、電動モータ60に通電していない状態においても、外部からフィンガー240の指先である第一リンク241に負荷が加わっても、第一リンク241は動かずに、その位置を保持する。したがって、クラッチ機構1は、外部からの負荷に対してはロック機構として機能する。 That is, even when the electric motor 60 is not energized, even if a load is applied to the first link 241 that is the fingertip of the finger 240 from the outside, the first link 241 does not move and maintains its position. Therefore, the clutch mechanism 1 functions as a lock mechanism against an external load.

各関節を動作させるため、ロボットハンド200を構成するベース210及びこのベース210に連結された各フィンガーには、第一関節243を駆動させる第二リンク242の内部構造と同様に、各関節に対応した電動モータ及び回転力伝達装置が組み込まれている。 In order to operate each joint, the base 210 that constitutes the robot hand 200 and each finger connected to this base 210 correspond to each joint similarly to the internal structure of the second link 242 that drives the first joint 243. The electric motor and the torque transmission device are incorporated.

図3は第二リンク242内部の回転力伝達装置100の部分を拡大して示した図である。回転力伝達装置100において、構造を示すために回転力伝達装置の外装部でもある保持器80の部分のみを断面で示している。
回転力伝達装置100は、図3に示すように、保持器80内でクラッチ機構1と歯車機構2とを軸方向に連結している。
FIG. 3 is an enlarged view of a portion of the torque transmission device 100 inside the second link 242. In the rotational force transmission device 100, only the portion of the retainer 80, which is also the exterior part of the rotational force transmission device, is shown in cross section in order to show the structure.
As shown in FIG. 3, the rotational force transmission device 100 axially connects the clutch mechanism 1 and the gear mechanism 2 in the retainer 80.

保持器80は、上板81aと下板81b、支柱83a、83b、ハウジング84及び軸受85とで構成されている。
保持器80の内部ではクラッチ機構1の固定部材10が上板81aに固定配置されている。
また保持器80の内部では歯車機構2を構成する多段歯車71が支柱83aを軸として回転可能に保持されている。更に、同じく歯車機構2を構成する多段歯車72が支柱83bを軸として回転可能に保持されている。
The cage 80 includes an upper plate 81a, a lower plate 81b, columns 83a and 83b, a housing 84, and a bearing 85.
Inside the cage 80, the fixing member 10 of the clutch mechanism 1 is fixedly arranged on the upper plate 81a.
Further, inside the cage 80, the multi-stage gear 71 that constitutes the gear mechanism 2 is rotatably held around the column 83a. Further, the multi-stage gear 72 which also constitutes the gear mechanism 2 is rotatably held around the column 83b.

電動モータ60を駆動源とする回転軸61の回転力は、回転軸61に固着されるピニオン歯車62が、多段歯車71の大歯車部71aと噛み合って回転することにより、伝達される。
同時に、多段歯車71の小歯車部71bが、多段歯車72の大歯車部72aと噛み合い回転力を伝達する。
そして、多段歯車72の小歯車部72bが、クラッチ機構1の入力側の軸部33に固着される歯車34と噛み合い回転力をクラッチ機構1に伝達する。
The rotational force of the rotary shaft 61 that uses the electric motor 60 as a drive source is transmitted when the pinion gear 62 fixed to the rotary shaft 61 rotates while meshing with the large gear portion 71a of the multistage gear 71.
At the same time, the small gear portion 71b of the multistage gear 71 meshes with the large gear portion 72a of the multistage gear 72 to transmit the rotational force.
Then, the small gear portion 72 b of the multi-stage gear 72 meshes with the gear 34 fixed to the input side shaft portion 33 of the clutch mechanism 1 to transmit the rotational force to the clutch mechanism 1.

すなわち、歯車機構2を用いた一連の回転力の伝達機構は、いわゆるスパー減速機を構成している。
歯車34を介してクラッチ機構1の入力側の軸部33に伝達された回転力は、軸受85が支持する出力軸24から出力される。
That is, a series of torque transmission mechanisms using the gear mechanism 2 constitutes a so-called spur reduction gear.
The rotational force transmitted to the input side shaft portion 33 of the clutch mechanism 1 via the gear 34 is output from the output shaft 24 supported by the bearing 85.

出力軸24は、第一関節243の一部に連結されており、第一関節243と、第一関節243に保持されている第一リンク241を動作させる。 The output shaft 24 is connected to a part of the first joint 243, and operates the first joint 243 and the first link 241 held by the first joint 243.

次に、クラッチ機構1の構造について、図4から図10を用いて説明する。
クラッチ機構1は、図5の(I)−(I)線断面である図4および図4の(II)−(II)線方向から見たクラッチ機構1の側断面図である図5に示すように、円柱状空間を有する収納室11を形成した固定部材10と、収納室11に同軸状に収納された出力回転体20と、出力回転体20に対し同軸状に設けられた入力回転体30と、収納室内周面11aと出力回転体20の外周面との間に設けられた一対の係合子41,42と、一方の係合子41を周方向の一方側(図4によれば時計方向側)へ付勢するとともに他方の係合子42を周方向の他方側(図4によれば反時計方向側)へ付勢する付勢部材50とを備える。
Next, the structure of the clutch mechanism 1 will be described with reference to FIGS. 4 to 10.
The clutch mechanism 1 is shown in FIG. 4 which is a sectional view taken along the line (I)-(I) of FIG. 5 and in FIG. 5 which is a side sectional view of the clutch mechanism 1 seen from the direction of the line (II)-(II) in FIG. As described above, the fixed member 10 forming the storage chamber 11 having the cylindrical space, the output rotary body 20 coaxially stored in the storage chamber 11, and the input rotary body provided coaxially with the output rotary body 20. 30, a pair of engaging elements 41, 42 provided between the inner peripheral surface 11a of the storage chamber and the outer peripheral surface of the output rotating body 20, and one engaging element 41 on one side in the circumferential direction (according to FIG. And a biasing member 50 that biases the other engaging element 42 to the other side in the circumferential direction (counterclockwise side in FIG. 4).

そして、このクラッチ機構1は、入力回転体30の軸部33に固着される歯車34に噛み合う多段歯車72の小歯車部72bから、該入力回転体30に回転力を受けた際に、この回転力を出力回転体20に伝達して出力回転体20を回転させ、また、出力回転体20に対し外部から回転力が加わった際には、該出力回転体20を回転不能にロックする。 The clutch mechanism 1 rotates when the input rotary body 30 receives a rotational force from the small gear portion 72b of the multistage gear 72 that meshes with the gear 34 fixed to the shaft portion 33 of the input rotary body 30. The force is transmitted to the output rotary body 20 to rotate the output rotary body 20, and when a rotational force is applied to the output rotary body 20 from the outside, the output rotary body 20 is locked so as not to rotate.

固定部材10は、その内部に、出力回転体20、係合子41,42および付勢部材50を収納するための収納室11を有する。収納室11は、内周面11aにより囲まれた略円柱状空間を確保している。前記内周面11aは、凹凸のない円筒内周面状の曲面である。 The fixing member 10 has a storage chamber 11 therein for storing the output rotary body 20, the engaging elements 41 and 42, and the biasing member 50. The storage chamber 11 secures a substantially columnar space surrounded by the inner peripheral surface 11a. The inner peripheral surface 11a is a curved surface of a cylindrical inner peripheral surface having no irregularities.

この固定部材10は、保持器80の上板81aに回転不能に固定されている。
この固定の方法としては、図3に示される固定部材10において、収納室11の軸方向に対して垂直な面の壁から軸方向出力側への厚み部分11tの少なくとも一部で、上板81aに対してネジ止め、溶着等を行う。
The fixing member 10 is non-rotatably fixed to the upper plate 81a of the retainer 80.
As a method of this fixing, in the fixing member 10 shown in FIG. 3, at least a part of the thickness portion 11t from the wall of the surface perpendicular to the axial direction of the storage chamber 11 to the axial output side is the upper plate 81a. Screwing, welding, etc. to.

出力回転体20は、収納室11に同芯状に配置された略円板状の部材であり、その中心側が固定部材10に対し回転自在に支持されている。この出力回転体20の軸方向の一端側の部分は、固定部材10に対し回転自在に嵌め合せられるとともに、その中心部に、外部へ露出した出力軸24を一体に有する。
この出力回転体20の外周部には、周方向の一方側(図4によれば時計方向側)へ向かって収納室11の内周面11aとの間を徐々に狭める一方のカム面21と、この一方のカム面21の前記一方側に隣接する凹部22と、前記一方のカム面21に背反するように他方側(図4によれば反時計方向側)へ向かって収納室11の内周面11aとの間を徐々に狭める他方のカム面23と、付勢部材50を係止するための係止部25とが、所定角度(等間隔)置きに複数組(図示例によれば3組)並べ設けられる。
The output rotator 20 is a substantially disk-shaped member arranged concentrically in the storage chamber 11, and its center side is rotatably supported by the fixed member 10. The axially one end side portion of the output rotary body 20 is rotatably fitted to the fixed member 10, and integrally has an output shaft 24 exposed to the outside at the center thereof.
On the outer peripheral portion of the output rotary body 20, one cam surface 21 that gradually narrows between the inner peripheral surface 11a of the storage chamber 11 toward one side in the circumferential direction (clockwise side in FIG. 4). , The concave portion 22 adjacent to the one side of the one cam surface 21 and the inside of the storage chamber 11 toward the other side (counterclockwise side according to FIG. 4) so as to be contrary to the one cam surface 21. A plurality of sets (according to the illustrated example), the other cam surface 23 that gradually narrows the gap with the peripheral surface 11a and the locking portion 25 that locks the biasing member 50 are arranged at predetermined angles (equal intervals). 3 sets) are arranged side by side.

カム面21とカム面23は、左右対称に設けられる。各カム面21,23は、周方向に湾曲する凸曲面状に形成され、より詳細に説明すれば、収納室内周面11aの半径から、各係合子41,42の直径を減じた値よりも大きな半径の円弧状に形成されるとともに、該円弧の中心位置を出力回転体20の中心位置からずらすようにして設けられる。 The cam surface 21 and the cam surface 23 are provided symmetrically. Each of the cam surfaces 21, 23 is formed in a convex curved shape that curves in the circumferential direction, and more specifically, it will be more than a value obtained by subtracting the diameter of each of the engagement elements 41, 42 from the radius of the storage chamber inner peripheral surface 11a. It is formed in an arc shape having a large radius and is provided such that the center position of the arc is displaced from the center position of the output rotary body 20.

凹部22は、出力回転体20の外周面から求心方向へ凹むとともに、出力回転体20の軸方向へ貫通している。この凹部22内の周方向の両端には、後述する入力回転体30の押圧伝達部31によって押圧される被押圧面22a,22bを有する。これら被押圧面22a,22bは、径方向へわたる平坦面状に形成され、一方の被押圧面22aは、一方のカム面21と交差し、他方の被押圧面22bは、他方のカム面23と交差している。 The recess 22 is recessed from the outer peripheral surface of the output rotary body 20 in the centripetal direction and penetrates in the axial direction of the output rotary body 20. At both ends of the recess 22 in the circumferential direction, there are pressed surfaces 22a and 22b that are pressed by the pressing transmission portion 31 of the input rotating body 30 to be described later. These pressed surfaces 22a, 22b are formed in a flat surface shape extending in the radial direction, one pressed surface 22a intersects one cam surface 21, and the other pressed surface 22b the other cam surface 23. Intersects with.

係止部25は、出力回転体20の外周部において、背反する一方のカム面21と他方のカム面23との間に配置された凹部であり、詳細には、付勢部材50を挿通する挿入空間部25aと、該挿入部よりも奥側(底側)に形成された底側空間部25bとからなる。
挿入空間部25aは、一定幅の空間を形成している。また、底側空間部25bは、挿入空間部25aよりも周方向の幅の広い空間を形成している。これら挿入空間部25a及び底側空間部25bは、挿入される付勢部材50の基端側部分を、容易に引き抜けることのないように固定する。
The locking portion 25 is a concave portion that is arranged between the one cam surface 21 and the other cam surface 23 that are opposite to each other on the outer peripheral portion of the output rotary body 20, and specifically, the biasing member 50 is inserted therethrough. It is composed of an insertion space portion 25a and a bottom space portion 25b formed on the back side (bottom side) of the insertion portion.
The insertion space portion 25a forms a space having a constant width. Further, the bottom space portion 25b forms a space having a wider width in the circumferential direction than the insertion space portion 25a. The insertion space portion 25a and the bottom space portion 25b fix the proximal end portion of the biasing member 50 to be inserted so as not to be easily pulled out.

また、入力回転体30における出力回転体20側の側面には、凹部22毎に対応するように、周方向に所定間隔を置いて複数(図示例によれば3つ)の押圧伝達部31が突設されている。 Further, on the side surface of the input rotary body 30 on the output rotary body 20 side, a plurality (three in the illustrated example) of pressure transmitting portions 31 are provided at predetermined intervals in the circumferential direction so as to correspond to each recess 22. It is projected.

押圧伝達部31は、出力回転体20の凹部22に対し周方向の遊びを有する状態で嵌り合うとともに、凹部22内から遠心方向へ突出する略扇形状に形成され、周方向の両端部に、出力回転体20の被押圧面22a,22bに当接可能であって、且つ係合子41,42にも当接可能な当接面31a,31bを有する。 The pressure transmitting portion 31 is fitted in the recess 22 of the output rotary body 20 in a state having a circumferential play, and is formed in a substantially fan shape projecting from the inside of the recess 22 in the centrifugal direction. It has contact surfaces 31a and 31b that can contact the pressed surfaces 22a and 22b of the output rotary body 20 and can also contact the engaging elements 41 and 42.

当接面31a,31bの各々は、凹部22内から凹部22外へわたって径方向へ連続している。一方の当接面31aは、凹部22における一方の被押圧面22aと略平行な平坦面状に形成され、他方の当接面31bは、凹部22における他方の被押圧面22bと略平行な平坦面状に形成される。
両当接面31a,31b間の周方向の幅は、出力回転体20における被押圧面22a,22b間の周方向の幅よりも若干小さく設定されている。
Each of the contact surfaces 31a and 31b is continuous in the radial direction from the inside of the recess 22 to the outside of the recess 22. One abutting surface 31a is formed in a flat surface shape that is substantially parallel to the one pressed surface 22a in the recess 22, and the other contact surface 31b is a flat surface that is substantially parallel to the other pressed surface 22b in the recess 22. It is formed in a planar shape.
The circumferential width between the contact surfaces 31a and 31b is set to be slightly smaller than the circumferential width between the pressed surfaces 22a and 22b of the output rotary body 20.

係合子41,42は、円柱状又は球状(図示例によれば円柱状)に形成され、一方及び他方のカム面21,23に対応して一対に設けられている。
一対の係合子41,42のうち、一方の係合子41は、一方のカム面21および収納室内周面11aに接触するように配置され、他方の係合子42は、他方のカム面23および収納室内周面11aに接触するように配置される。そして、各係合子41,42は、後述する付勢部材50に押圧された状態で、凹部22の各被押圧面22a,22bよりも凹部22内側へ若干突出した位置で静止している。
The engagement elements 41, 42 are formed in a cylindrical shape or a spherical shape (a cylindrical shape in the illustrated example), and are provided in a pair corresponding to the one and the other cam surfaces 21, 23.
Of the pair of engaging elements 41, 42, one engaging element 41 is arranged so as to contact the one cam surface 21 and the storage chamber inner peripheral surface 11a, and the other engaging element 42 is arranged on the other cam surface 23 and the accommodation surface. It is arranged so as to contact the indoor peripheral surface 11a. Then, each of the engaging elements 41 and 42 is stationary at a position slightly protruding to the inside of the recess 22 from the pressed surfaces 22a and 22b of the recess 22 while being pressed by the biasing member 50 described later.

付勢部材50は、長尺平板状のばね材を略Y字状に曲げ成形してなり、出力回転体20の係止部25に止着固定された止着部51と、該止着部51から二股状に分かれるようにして延設された二つの押圧部52,52とからなり、押圧部52,52によって一対の係合子41,42を引き離すように付勢する。
止着部51は、出力回転体20外周の係止部25における底側空間部25bにならう略円形状の部分と、同係止部25における挿入空間部25aにならう幅狭の平行板状の部分とからなる。
各押圧部52は、止着部51から延設されてカム面21側(又はカム面23側)へ傾斜し、その傾斜方向の面を、対応する係合子41(又は係合子42)の外周面に当接させている。
The urging member 50 is formed by bending a long flat plate-shaped spring material into a substantially Y shape, and has a fastening portion 51 fixed to the fastening portion 25 of the output rotor 20 and the fastening portion. It is composed of two pressing portions 52, 52 extending in a bifurcated manner from 51, and the pressing portions 52, 52 urge the pair of engaging elements 41, 42 to separate.
The fastening portion 51 is a substantially circular portion that follows the bottom space portion 25b of the locking portion 25 on the outer periphery of the output rotary body 20, and a narrow parallel plate that follows the insertion space portion 25a of the locking portion 25. It is composed of a shape part.
Each pressing portion 52 extends from the fastening portion 51 and inclines toward the cam surface 21 side (or cam surface 23 side), and the surface in the inclination direction is the outer circumference of the corresponding engaging element 41 (or engaging element 42). It is in contact with the surface.

次に、上記構成のクラッチ機構1について、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
先ず、出力回転体20及び入力回転体30の何れにも回転力が加わっていない状態(図4参照)では、係合子41,42が、それぞれ、付勢部材50に押圧されて、カム面21,23と収納室11の内周面11aとの間の楔状部分に押し付けられる。
したがって、出力回転体20は、一方向(図4によれば時計方向)と他方向(図4によれば反時計方向)の何れにも回転しないように、静止した状態に維持される。
Next, the characteristic effects of the clutch mechanism 1 having the above structure will be described in detail.
First, in a state where no rotational force is applied to either the output rotary body 20 or the input rotary body 30 (see FIG. 4 ), the engaging elements 41 and 42 are pressed by the biasing member 50, respectively, and the cam surface 21 is pressed. , 23 and the inner peripheral surface 11a of the storage chamber 11 are pressed against a wedge-shaped portion.
Therefore, the output rotary body 20 is maintained in a stationary state so as not to rotate in one direction (clockwise according to FIG. 4) or the other direction (counterclockwise according to FIG. 4).

前記状態から、出力回転体20に、外部から、例えば前記一方向(図4によれば時計方向)の回転力が加わった場合には、前記一方向へ回転しようとする出力回転体20の他方のカム面23と収納室内周面11aとの間に、他方の係合子42が食い込むようにして強く押し付けられるため、出力回転体20の前記一方向への回転が阻まれる。
同様にして、出力回転体20に、外部から、例えば前記他方向(図4によれば反時計方向)の回転力が加わった場合には、前記他方向へ回転しようとする出力回転体20の一方のカム面21と収納室内周面11aとの間に、一方の係合子41が食い込むようにして強く押し付けられるため、出力回転体20の前記他方向への回転が阻まれる。
From the above state, when the output rotary body 20 is externally applied with a rotational force in the one direction (clockwise according to FIG. 4), the other of the output rotary bodies 20 that tries to rotate in the one direction. Since the other engaging element 42 is strongly pressed between the cam surface 23 and the inner peripheral surface 11a of the storage chamber, the output rotating body 20 is prevented from rotating in the one direction.
Similarly, when a rotational force in the other direction (counterclockwise according to FIG. 4) is applied to the output rotary body 20 from the outside, the output rotary body 20 that tries to rotate in the other direction is rotated. Since the one engagement member 41 is strongly pressed against the one cam surface 21 and the storage chamber inner peripheral surface 11a so as to bite, the rotation of the output rotor 20 in the other direction is prevented.

また、例えば、図6に示すように、入力回転体30に、前記一方向の回転力が加わった場合〔図6(a)〕には、入力回転体30の押圧伝達部31が、先ず一方の係合子42に当接する〔図6(b)〕ことで、該係合子42とカム面23との摩擦、および該係合子42と収納室内周面11aとの摩擦が小さくなり、その後で、押圧伝達部31が凹部22内の被押圧面22bに当接して出力回転体20を押動する〔図6(c)〕ため、出力回転体20が前記他方向へスムーズに回転する。
また、入力回転体30に前記他方向の回転力が加わった場合には、図示を省略するが、入力回転体30の押圧伝達部31が、先ず他方の係合子41に当接することで、該係合子41とカム面21との摩擦、および該係合子41と収納室内周面11aとの摩擦が小さくなり、その後で、押圧伝達部31が凹部22内の被押圧面22aに当接して出力回転体20を押動するため、出力回転体20が前記他方向へスムーズに回転する。
Further, for example, as shown in FIG. 6, when the rotational force in one direction is applied to the input rotary body 30 [FIG. 6( a )], the pressing transmission portion 31 of the input rotary body 30 is first By contacting the engaging element 42 of FIG. 6(b), the friction between the engaging element 42 and the cam surface 23 and the friction between the engaging element 42 and the storage chamber inner peripheral surface 11a are reduced, and thereafter, Since the pressure transmitting portion 31 comes into contact with the pressed surface 22b in the recess 22 to push the output rotary body 20 [FIG. 6(c)], the output rotary body 20 smoothly rotates in the other direction.
Further, when the rotational force in the other direction is applied to the input rotating body 30, although not shown, the pressure transmitting portion 31 of the input rotating body 30 first comes into contact with the other engaging element 41, The friction between the engaging element 41 and the cam surface 21 and the friction between the engaging element 41 and the inner peripheral surface 11a of the storage chamber are reduced, and then the pressure transmitting portion 31 comes into contact with the pressed surface 22a in the recess 22 to output. Since the rotating body 20 is pushed, the output rotating body 20 smoothly rotates in the other direction.

上記のような係合子41,42による係脱作用は、各カム面21,23と収納室内周面11aとの角度を適正に設定することで良好に得ることができる。このため、本実施例では、収納室内周面11aと各係合子41,42との接線と、各係合子41,42と各カム面21,23との接線とがなす角度をθとし、収納室内周面11aと各係合子41,42との静摩擦係数と、各係合子41,42と各カム面21,23との静摩擦係数とのうち、何れか小さい方の静摩擦係数をμとした場合に、sinθ/(cosθ+1)≦μの関係が成り立つようにしている。以下に、このことについて詳細に説明する。 The engagement/disengagement action by the engaging elements 41, 42 as described above can be satisfactorily obtained by appropriately setting the angle between the cam surfaces 21, 23 and the inner peripheral surface 11a of the storage chamber. Therefore, in the present embodiment, the angle formed by the tangent line between the storage chamber inner peripheral surface 11a and the engaging elements 41, 42 and the tangent line between the engaging elements 41, 42 and the cam surfaces 21, 23 is θ, and the accommodation is performed. When the coefficient of static friction between the inner peripheral surface 11a and the engaging elements 41, 42 and the coefficient of friction between the engaging elements 41, 42 and the cam surfaces 21, 23, whichever is smaller, is μ In addition, the relationship of sin θ/(cos θ+1)≦μ is established. This will be described in detail below.

なお、以下の説明では、他方の係合子42及び他方のカム面23を用いた説明としているが、一方の係合子41及び一方のカム面21についても、左右対称が対象となって同様に作用するのは勿論である。 In the following description, the other engagement element 42 and the other cam surface 23 are used, but the one engagement element 41 and the one cam surface 21 are also symmetrically symmetrical and operate similarly. Of course

図7および図8は、収納室内周面11aと係合子42とカム面23との関係を示す模式図である。
図8中、y軸は、一対の係合子41,42について、図上で出力回転体20の右回転を係止する係合子42を左側、左回転を係止する係合子41を右側に配置されるように見たときに、これら左右の係合子42,41の中間線であって、且つ出力回転体20の中心点Oを通る直線とする。x軸は、y軸に直交し、且つ出力回転体20の中心点Oを通る直線とする。
FIG. 7 and FIG. 8 are schematic diagrams showing the relationship among the storage chamber inner peripheral surface 11a, the engagement element 42, and the cam surface 23.
In FIG. 8, with respect to the pair of engaging elements 41 and 42, the y-axis is arranged such that the engaging element 42 that locks the right rotation of the output rotary body 20 is on the left side and the engaging element 41 that locks the left rotation is on the right side in FIG. When viewed as described above, it is a straight line which is an intermediate line between the left and right engaging elements 42, 41 and which passes through the center point O of the output rotary body 20. The x-axis is a straight line orthogonal to the y-axis and passing through the center point O of the output rotary body 20.

また、図7〜8中及び数式中の記号の意味は、次の通りである。
A:係合子42と収納室内周面11aとの接線(図7参照)
B:係合子42とカム面23との接線
h:x軸から、係合子42と出力回転体20の接触点までの高さ(図8参照)
L:モーメントアーム(出力回転体20の中心Oと、出力回転体20が係合子42から受ける荷重の作用線との最短距離)
POFF:出力回転体20の中心Oから、出力回転体20が係合子42から受ける荷重の作用線とy軸との交点までの距離
OFF:出力回転体20の中心Oから、係合子42の接触点位置での法線とy軸との交点までの距離
P:係合子42がカム面23から受ける荷重(図7参照)
:係合子42が付勢部材50から受ける荷重
:係合子42が収納室内周面11aから受ける荷重
:収納室内周面11aと係合子42の摩擦力
:係合子42とカム面23の摩擦力
r:係合子42と出力回転体20の接触点から、その接触点位置での法線とy軸が交わる点までの距離(図8参照)
θ:係合子42と収納室内周面11aとの接線Aと、係合子42と他方のカム面23との接線Bとの角度(図7参照)
θ:係合子42と収納室内周面11aとの接線Aと、x軸との角度
θ:係合子42と他方のカム面23との接線Bと、x軸との角度
θPOFF:出力回転体20が係合子42から受ける荷重の作用線とy軸との角度(図8参照)
α:定数
μ:収納室内周面11aと係合子42との静摩擦係数と、係合子42とカム面23との静摩擦係数のうち、何れか小さい方の静摩擦係数
The meanings of the symbols in FIGS. 7 to 8 and the mathematical formulas are as follows.
A: A tangent line between the engagement element 42 and the storage chamber inner peripheral surface 11a (see FIG. 7)
B: Tangent line between the engagement element 42 and the cam surface 23: Height from the x-axis to the contact point between the engagement element 42 and the output rotor 20 (see FIG. 8)
L: Moment arm (the shortest distance between the center O of the output rotary body 20 and the line of action of the load that the output rotary body 20 receives from the engagement element 42)
L POFF : Distance from the center O of the output rotor 20 to the intersection of the line of action of the load received by the output rotor 20 from the engaging element 42 and the y-axis L OFF : From the center O of the output element 20 to the engaging element 42 Distance P to the intersection of the normal line and the y-axis at the contact point position: The load that the engaging element 42 receives from the cam surface 23 (see FIG. 7)
P s : Load received by the engaging element 42 from the biasing member 50 R 1 : Load received by the engaging element 42 from the storage chamber inner peripheral surface 11 a R 2 : Friction force between the storage chamber inner peripheral surface 11 a and the engagement element 42 R p : Engagement element 42 And the frictional force r of the cam surface 23: The distance from the contact point between the engaging element 42 and the output rotary body 20 to the point where the normal line at the contact point and the y-axis intersect (see FIG. 8).
θ: Angle between a tangent line A between the engaging element 42 and the inner peripheral surface 11a of the storage chamber and a tangent line B between the engaging element 42 and the other cam surface 23 (see FIG. 7)
θ 1 : tangent line A between the engaging element 42 and the inner peripheral surface 11a of the storage chamber and the angle with the x axis θ 2 : tangent line B between the engaging element 42 and the other cam surface 23 and the angle with the x axis θ POFF : Output The angle between the line of action of the load that the rotating body 20 receives from the engaging element 42 and the y-axis (see FIG. 8)
α: Constant μ: The smaller static friction coefficient of the static friction coefficient between the storage chamber inner peripheral surface 11a and the engagement element 42 or the static friction coefficient between the engagement element 42 and the cam surface 23.

先ず、保持トルクを発生させる係合子42周辺の力の静バランスを考える。前提条件として、係合子42は回転しないで滑り、付勢部材50からの荷重は一定で、付勢部材50と係合子42との摩擦は無視できるものとし、収納室内周面11a、カム面23及び係合子42は、弾性変形しないものとする。 First, consider the static balance of the force around the engaging element 42 that generates the holding torque. As a precondition, it is assumed that the engaging element 42 does not rotate and slips, the load from the urging member 50 is constant, and the friction between the urging member 50 and the engaging element 42 can be ignored, and the storage chamber inner peripheral surface 11 a and the cam surface 23. Also, the engagement element 42 is not elastically deformed.

係合子42は回転せず、付勢部材50との接触部の摩擦は無視できることから、係合子42中心のモーメントのつり合いから、
=R ・・・・・(1)
Since the engaging element 42 does not rotate and the friction of the contact portion with the urging member 50 can be ignored, from the balance of the moment of the engaging element 42,
R p =R 2 (1)

x方向、y方向それぞれの力の静バランスより、
-Ps-Psinθ2-RPcosθ2+R1sinθ1-R2cosθ1=0
Pcosθ2-RPsinθ2-R1cosθ1-R2sinθ1=0 ・・・・・(2)
From the static balance of the forces in the x and y directions,
-P s -Psinθ 2 -R P cosθ 2 + R 1 sinθ 1 -R 2 cosθ 1 = 0
Pcosθ 2 -R P sinθ 2 -R 1 cosθ 1 -R 2 sinθ 1 =0 ・・・・・ (2)

(2)式に(1)式を代入し、
R1sinθ1-R2(cosθ1+cosθ2)=Ps+Psinθ2
R1cosθ1+R2(sinθ1+sinθ2)=Pcosθ2 ・・・・・(3)
Substituting equation (1) into equation (2),
R 1 sin θ 1 -R 2 (cos θ 1 +cos θ 2 )=P s +P sin θ 2
R 1 cos θ 1 +R 2 (sin θ 1 +sin θ 2 )=P cosθ 2 (3)

ここで、係合子42がすべらないぎりぎりの荷重が負荷された場合を想定すると、
R2=μR1 ・・・・・(4)
Here, assuming a case where a load just before the engaging element 42 slips is applied,
R 2 = μR 1 (4)

(3)式に(4)式を代入し、
R1(sinθ1-μ(cosθ1+cosθ2))=Ps+Psinθ2
R1(cosθ1+μ(sinθ1+sinθ2))=Pcosθ2 ・・・・・(5)
Substituting equation (4) into equation (3),
R 1 (sin θ 1 -μ(cos θ 1 +cos θ 2 ))=P s +P sin θ 2
R 1 (cos θ 1 + μ(sin θ 1 +sin θ 2 ))=P cosθ 2 (5)

辺々をそれぞれ除し、
{sinθ1-μ(cosθ1+cosθ2)}/{cosθ1+μ(sinθ1+sinθ2)}=(Ps+Psinθ2)/Pcosθ2
Divide each side,
{sinθ 1 -μ(cosθ 1 +cosθ 2 )}/{cosθ 1 +μ(sinθ 1 +sinθ 2 )}=(P s +Psinθ 2 )/Pcosθ 2

簡単のため、構造が決まれば定数となる左辺をαと置く。
{sinθ1-μ(cosθ1+cosθ2)}/{cosθ1+μ(sinθ1+sinθ2)}=α
α=(Ps+Psinθ2)/Pcosθ2
For simplicity, let α be the left side that is a constant once the structure is determined.
{sin θ 1 -μ(cos θ 1 +cos θ 2 )}/{cos θ 1 +μ(sin θ 1 +sin θ 2 )}=α
α=(P s +P sin θ 2 )/P cos θ 2

Pについて解くと、
P=Ps/(αcosθ−sinθ) ・・・・・(6)
Solving for P,
P=P s /(α cos θ 2 −sin θ 2 ) (6)

係合子42からの反力が出力回転体20に及ぼすトルクは、3ヶ所の係合子42が同時に接触する場合、
T=3Lsqrt(P+RP ) ・・・・・(7)
(なお、sqrt()は平方根を表す。)
The torque exerted on the output rotary body 20 by the reaction force from the engaging elements 42 is:
T=3Lsqrt(P 2 +R P 2 )・・・・・(7)
(Note that sqrt() represents the square root.)

ここで、モーメントアームLは、
L=LPOFFsinθPOFF ・・・・・(8)
Where the moment arm L is
L=L POFF sin θ POFF (8)

θPOFFは係合子42と出力回転体20接触面の角度θ2に、P、RP合力角度を加算したものであるから、
θPOFF2+Tan-1(RP/P) ・・・・・(9)
θ POFF is obtained by adding the P and R P resultant force angles to the angle θ 2 between the engagement element 42 and the contact surface of the output rotor 20.
θ POFF = θ 2 +Tan -1 (R P /P) (9)

また、出力回転体20の中心Oを通るx軸から、係合子42と出力回転体20の接触点までの高さをh、係合子42と出力回転体20の接触点から、その法線とy軸が交わる点までの距離をrとすると、以下の式が成り立つ。
rsinθ2=(LPOFF+h)tanθPOFF
h=rcosθ2-LOFF
In addition, the height from the x-axis passing through the center O of the output rotor 20 to the contact point between the engagement element 42 and the output rotation element 20 is h, and the normal from the contact point between the engagement element 42 and the output rotation element 20. Let r be the distance to the point where the y-axis intersects.
rsin θ 2 =(L POFF +h)tan θ POFF
h=rcos θ 2 -L OFF

上式より、
LPOFF=(rsinθ2/tanθPOFF)-rcosθ2+LOFF ・・・・・(10)
From the above formula,
L POFF =(rsin θ 2 /tan θ POFF )-rcos θ 2 +L OFF・・・・・ (10)

以上より、与えられるPsおよび各構造の寸法、角度および静摩擦係数μから、(6)式、(4)、(5)式を使用してP、R1、R2を求め、(7)〜(10)式で係合子42が耐えられる最大トルクを算出できる。From the above, from the given P s and the dimensions, angles and static friction coefficient μ of each structure, P, R 1 and R 2 are obtained using the equations (6), (4) and (5), and (7) The maximum torque that the engaging element 42 can withstand can be calculated by the equation (10).

ところで、(6)式に注目すると、右辺分母が0に近づくにつれて滑らないぎりぎりの荷重Pは大きくなり続け、やがては無限大に発散する。すなわち、ある条件ではトルクをいくらかけても理論上滑ることはないと言える。 By the way, paying attention to the expression (6), the load P just before slipping increases as the denominator on the right side approaches 0, and eventually diverges to infinity. In other words, under certain conditions, no matter how much torque is applied, theoretically there is no slippage.

(6)式右辺分母が正の値をとる場合は、有限の荷重で滑り出す。
αcosθ2-sinθ2>0
When the denominator on the right side of the equation (6) has a positive value, it starts sliding with a finite load.
αcos θ 2 -sin θ 2 >0

上記以外の条件では、有限の荷重で滑り出すことはない。
αcosθ2-sinθ2≦0
ここで、αを元に戻すと、
{sinθ1-μ(cosθ1+cosθ2)}cosθ2/{cosθ1+μ(sinθ1+sinθ2)}-sinθ2≦0
これを解くと、
sin(θ12)/{cos(θ12)+1}≦μ ・・・・・(11)
Under conditions other than the above, it does not slide out under a finite load.
αcosθ 2 -sinθ 2 ≦ 0
Here, if α is restored,
{sinθ 1 -μ(cosθ 1 +cosθ 2 )}cosθ 2 /{cosθ 1 +μ(sinθ 1 +sinθ 2 )}-sinθ 2 ≤0
Solving this,
sin(θ 12 )/{cos(θ 12 )+1}≦μ ・・・(11)

(11)式の条件を満たすθ1、θ2の組み合わせとすると、いくらトルクをかけても滑らない固定部材10、係合子42および出力回転体20が設計できる。できるだけθ1とθ2の角度差がない状態になるように設定することが重要である。If the combination of θ 1 and θ 2 that satisfy the condition of the expression (11) is adopted, the fixed member 10, the engagement element 42, and the output rotary body 20 that do not slip even if torque is applied can be designed. It is important to set the angle difference between θ 1 and θ 2 as little as possible.

ここで、θ12=θだから、
sinθ/(cosθ+1)≦μ ・・・・・(11)
が成り立つ。
Here, since θ 12 =θ,
sin θ/(cos θ+1)≦μ (11)
Holds.

よって、(11)式を満たすように、角度θを設定することで、係合子41,42による係脱作用を良好に得るようにしている。 Therefore, by setting the angle θ so as to satisfy the expression (11), the engagement and disengagement action of the engagement elements 41, 42 is satisfactorily obtained.

上記構成のクラッチ機構1によれば、一体状の押圧伝達部31を凹部22内外の単一空間に嵌め合せ、押圧伝達部31における平坦面状の当接面31a,31bを被押圧面22a,22bと係合子41,42に順次に当接する構造としている。この簡素な構造により、小型化が容易な上、生産性も良好であり、異物等に起因する作動不良も生じ難く、耐久性も良好である。 According to the clutch mechanism 1 having the above-described configuration, the integral pressure transmitting portion 31 is fitted into the single space inside and outside the recess 22, and the flat contact surfaces 31a and 31b of the pressure transmitting portion 31 are pressed against the pressed surface 22a. 22b and the engaging elements 41 and 42 are sequentially brought into contact with each other. With this simple structure, size reduction is easy, productivity is good, malfunctions due to foreign matter do not easily occur, and durability is good.

また、カム面21,23を、収納室内周面11aの半径から係合子41,42の直径を減じた値よりも大きな半径の円弧状の凸曲面に形成しているため、収納室内周面11aと係合子41,42との接線と、係合子41,42とカム面21,23とがなす角度θを、カム面を平坦状に形成した従来技術と比較して、より広い範囲の中で適切に設定できる。よって、例えば、係合子41,42を前記楔状部分の奥側へ寄せるようにして小型化した場合でも、角度θを比較的大きく確保して、係合子41,42が収納室内周面11aとカム面21,23とがなす楔状部分に食い込み易い設計にできる。これにより、係合子41,42による係脱作用を良好に維持した上で、クラッチ機構1全体の小型化が可能となる。 Further, since the cam surfaces 21 and 23 are formed into arcuate convex curved surfaces having a radius larger than the value obtained by subtracting the diameter of the engaging elements 41 and 42 from the radius of the storage chamber inner peripheral surface 11a, the storage chamber inner peripheral surface 11a is formed. The angle θ between the tangent line between the engagement element 41 and 42 and the engagement element 41, 42 and the cam surface 21, 23 is within a wider range compared to the conventional technique in which the cam surface is formed flat. Can be set appropriately. Therefore, for example, even when the engaging elements 41, 42 are made smaller by bringing them closer to the inner side of the wedge-shaped portion, the angle θ can be secured relatively large, and the engaging elements 41, 42 can be connected to the storage chamber inner peripheral surface 11a and the cam. The wedge-shaped portion formed by the surfaces 21 and 23 can be easily designed to bite. As a result, the clutch mechanism 1 as a whole can be downsized while maintaining a good engagement/disengagement action by the engagement elements 41, 42.

また、クラッチ機構1の説明として、出力回転体20の外周部に、カム面21,23、凹部22、係合子41,42及び付勢部材50等を3組並べた形態として説明したが、これらを2組又は4組以上設ける形態とすることも可能である。 Further, as the description of the clutch mechanism 1, three sets of the cam surfaces 21, 23, the concave portions 22, the engaging elements 41, 42, the biasing member 50, and the like are arranged on the outer peripheral portion of the output rotary body 20, but these are described. It is also possible to provide two sets or four or more sets.

尚、クラッチ機構1において、長期間の使用などによる機械的な摩耗や変形による不具合の可能性を低減する上で、次のような形態を取り入れることも有効であることが確認されている。その一つは、カム面21,23に、係合子41,42との接触点よりも凹部22寄りに、径外方向にわずかに突出する突起を設けることである。また、一つには、出力回転体20の外周におけるカム面21,23と凹部22無いの周方向端面との角度を90°以上に設定することである。更に、一つには、収納室11の内径に対する係合子41,42の外径の比率を、0.20以上0.27以下の範囲とすることである。 It has been confirmed that it is also effective to adopt the following configuration in the clutch mechanism 1 in order to reduce the possibility of malfunction due to mechanical wear or deformation due to long-term use or the like. One of them is to provide the cam surfaces 21 and 23 with a projection that slightly protrudes radially outward, closer to the recess 22 than the contact point with the engaging elements 41 and 42. Further, one is to set the angle between the cam surfaces 21 and 23 on the outer periphery of the output rotary body 20 and the circumferential end face without the recess 22 to be 90° or more. Further, one is to set the ratio of the outer diameters of the engagement elements 41 and 42 to the inner diameter of the storage chamber 11 to a range of 0.20 or more and 0.27 or less.

小型化が可能となることについて、より具体的には、他のクラッチ機構の構成では実現が困難であった外径φ12mmサイズから、φ6mm程度までの小型化が可能である。このようにクラッチ機構自体を小型化できるので、上記実施例で示したように、小型のロボットハンドの指部分に組み入れることができる。 Regarding the reduction in size, more specifically, it is possible to reduce the size from an outer diameter of 12 mm, which was difficult to achieve with other clutch mechanism configurations, to about 6 mm. Since the clutch mechanism itself can be miniaturized in this manner, it can be incorporated in the finger portion of a small robot hand, as shown in the above embodiment.

上記実施例では、歯車機構2として、有段歯車を組み合わせた所謂スパー減速機の構造を採用し、この歯車機構2よりも出力側(関節側)に、クラッチ機構1を配置することにより、外部からの負荷によるバックラッシを完全に除去するようにした。しかし、敢えて、歯車機構2を構成する複数の歯車の中間にクラッチ機構1を配置して、わずかなバックラッシが残るようにしてもよい。
例えば、他例として、図9に示す構成等も考えられる。図9に示すフィンガー310は、モータ301の回転駆動力を次のように伝えることで動作する。モータ301にはギヤヘッド302が接続されている。ギヤヘッドの内部は複数段の遊星歯車減速機構と、出力側からの力は伝達しないクラッチ機構(図示しない)とが組み込まれている。ギヤヘッド302は第二リンク312に保持されている。ギヤヘッド302からの出力は、第二リンク312に配置された、かさ歯車機構303からプーリ機構304に伝えられる。プーリ機構304の出力により、関節313と第一リンク311が動作する。
In the above embodiment, the structure of a so-called spur reducer in which a stepped gear is combined is adopted as the gear mechanism 2, and the clutch mechanism 1 is arranged on the output side (joint side) of the gear mechanism 2 to externally The backlash due to the load from was completely removed. However, the clutch mechanism 1 may be intentionally arranged in the middle of the plurality of gears forming the gear mechanism 2 so that a slight backlash remains.
For example, as another example, the configuration shown in FIG. 9 may be considered. The finger 310 shown in FIG. 9 operates by transmitting the rotational driving force of the motor 301 as follows. A gear head 302 is connected to the motor 301. Inside the gear head, a plurality of stages of planetary gear reduction mechanisms and a clutch mechanism (not shown) that does not transmit the force from the output side are incorporated. The gear head 302 is held by the second link 312. The output from the gear head 302 is transmitted to the pulley mechanism 304 from the bevel gear mechanism 303 arranged on the second link 312. The joint 313 and the first link 311 are operated by the output of the pulley mechanism 304.

本発明のロボットハンドは、出力側からの負荷を遮断できるクラッチ機構と、複数の歯車などで構成される減速機構とを一体に構成することが可能なので、全体サイズの過剰な増加や重量の増加を避けることができる。また、減速機構とクラッチ機構との取付ずれによる動作精度の低下も防止することができる。これによって、小型のロボットハンドにおける応答性や動作効率、精度の向上に有効である。
また、停電やノイズ等により意図しない駆動モータの出力低下或いは停止が発生したとしても、クラッチ機構は無通電状態で指機構の位置を保持することができるため、把持しているものを落としたりすることがなく、高い安全性を付与することができる。
また、ロボットハンドの指機構での把持を行ったまま駆動モータへの電力供給を絶った場合でも把持状態を維持し続けることができるので、消費電流を大幅に低減することができる。
In the robot hand of the present invention, the clutch mechanism capable of interrupting the load from the output side and the speed reducing mechanism including a plurality of gears can be integrally configured, so that the overall size increases excessively and the weight increases. Can be avoided. In addition, it is possible to prevent a decrease in operation accuracy due to a misalignment between the reduction mechanism and the clutch mechanism. This is effective in improving responsiveness, operation efficiency, and accuracy in a small robot hand.
Further, even if the output of the drive motor is unintentionally reduced or stopped due to power failure, noise, etc., the clutch mechanism can hold the position of the finger mechanism in a non-energized state, so that the gripped object may be dropped. It is possible to provide high safety without any trouble.
Further, even when the power supply to the drive motor is cut off while gripping with the finger mechanism of the robot hand, the gripped state can be maintained, so that the current consumption can be greatly reduced.

本発明のロボットハンドは、主に産業用ロボットにおいて、把持能力のあるエンドエフェクタとして使用して、高い把持信頼性と低消費電力駆動を可能にするといった付加価値を付与できる。
The robot hand of the present invention is mainly used in an industrial robot as an end effector having a gripping ability, and can provide added value such as high gripping reliability and low power consumption driving.

1:クラッチ機構
2:歯車機構
10:固定部材
11:収納室
11a:収納室内周面
20:出力回転体
21,23:カム面
22:凹部
22a,22b:被押圧面
24:出力軸
30:入力回転体
31:押圧伝達部
31a,31b:当接面
41,42:係合子
50:付勢部材
60:モータ
51:止着部
52:押圧部
71,72:多段歯車
80:保持器
100:回転力伝達装置
200:ロボットハンド
210:ベース
220,230,240:フィンガー
241:第一リンク
242:第二リンク
243:第一関節
244:第二関節
1: Clutch mechanism 2: Gear mechanism 10: Fixed member 11: Storage chamber 11a: Peripheral surface of storage chamber 20: Output rotor 21,23: Cam surface 22: Recessed portion 22a, 22b: Pressed surface 24: Output shaft 30: Input Rotor 31: Pressing transmission part 31a, 31b: Contact surface 41, 42: Engagement member 50: Energizing member 60: Motor 51: Fastening part 52: Pressing part 71, 72: Multistage gear 80: Cage 100: Rotation Force transmission device 200: robot hand 210: bases 220, 230, 240: fingers 241: first link 242: second link 243: first joint 244: second joint

Claims (2)

複数の指を有するロボットハンドにおいて、
前記指の関節の駆動源となるモータと、前記モータの回転を入力トルクとして入力側から出力側に伝達する回転力伝達装置とを備え、
前記回転力伝達装置は、前記入力側に加えられる前記入力トルクを前記出力側に伝達するが前記出力側に加えられる逆入力トルクは入力側に伝達しないクラッチ機構と、複数の歯車からなる歯車機構とで構成されており、
前記クラッチ機構は、円柱状空間を有する収納室と、前記収納室に同軸状に収納された出力回転体と、前記出力回転体に対し同軸状に設けられた入力回転体と、前記収納室の内周面と出力回転体の外周面との間に設けられた係合子と、前記係合子を周方向の一方側へ付勢する付勢部材とを備え、前記出力回転体の外周面に、前記一方側へ向かって前記収納室の内周面との間を徐々に狭めるカム面を形成し、前記入力回転体が前記一方側に対する他方側に回転した際に、前記入力回転体を前記係合子に当接した後に、同入力回転体を前記出力回転体に当接して前記出力回転体を押動するようにしたものであって、前記指に組み入れられており、
前記複数の指は、各指が1つ以上の前記関節を有し、
1つの前記関節に対して、該関節を駆動する前記モータと前記回転力伝達装置との組合せが、一組以上配置されていることを特徴とするロボットハンド。
In a robot hand with multiple fingers,
A motor that serves as a drive source for the finger joint, and a torque transmission device that transmits the rotation of the motor as input torque from the input side to the output side,
The torque transmission device includes a clutch mechanism that transmits the input torque applied to the input side to the output side but does not transmit a reverse input torque applied to the output side to the input side, and a gear mechanism including a plurality of gears. is composed of a,
The clutch mechanism includes a storage chamber having a cylindrical space, an output rotary body coaxially stored in the storage chamber, an input rotary body provided coaxially with the output rotary body, and the storage chamber. An engaging member provided between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the output rotating body, and a biasing member for biasing the engaging member to one side in the circumferential direction, the outer peripheral surface of the output rotating body, A cam surface is formed that gradually narrows a space between the input rotary body and the inner peripheral surface of the storage chamber toward the one side, and when the input rotary body rotates to the other side with respect to the one side, the input rotary body is engaged with the engagement surface. After abutting against the mating member, the input rotating body is brought into contact with the output rotating body to push the output rotating body, which is incorporated in the finger,
The plurality of fingers, each finger having one or more of the joints;
A robot hand , wherein one or more combinations of the motor for driving the joint and the rotational force transmitting device are arranged for one joint .
前記クラッチ機構は、前記歯車機構よりも前記出力側に配置されていることを特徴とする請求項1記載のロボットハンド。 The robot hand according to claim 1, wherein the clutch mechanism is disposed on the output side of the gear mechanism .
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6737466B2 (en) * 2016-08-29 2020-08-12 アダマンド並木精密宝石株式会社 Finger mechanism and robot hand equipped with the finger mechanism
CN106272491B (en) * 2016-08-31 2019-02-22 清华大学 The long-range flat folder adaptive robot finger apparatus of transmission guide sleeve link linear
CN106476023B (en) * 2016-08-31 2018-11-09 清华大学 Horizontalization presss from both sides adaptive robot finger apparatus in seven wheel idle running motors
JP6982289B2 (en) * 2017-04-12 2021-12-17 国立大学法人東海国立大学機構 Hand robot and control method of hand robot
JP6750154B2 (en) * 2017-12-07 2020-09-02 アダマンド並木精密宝石株式会社 Robot hand
JP6564991B2 (en) * 2017-12-07 2019-08-28 アダマンド並木精密宝石株式会社 Robot hand
GB201917151D0 (en) 2019-11-25 2020-01-08 Steeper Hugh Ltd An anti-back drive device
DE102020120435A1 (en) 2020-08-03 2022-02-03 Schunk Gmbh & Co. Kg Spann- Und Greiftechnik Fixing device for a rotating element of a handling unit and handling unit
CN112388664B (en) * 2020-11-02 2022-01-07 江南大学 Four-finger agile end effector of electric-gas composite driving series mechanism palm

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2713601B2 (en) * 1989-04-12 1998-02-16 エヌティエヌ株式会社 clutch
GB9404830D0 (en) * 1994-03-12 1994-04-27 Lothian Health Board Hand prosthesis
JP4234547B2 (en) * 2003-09-18 2009-03-04 博允 井上 Hand device
JP2006116667A (en) * 2004-10-22 2006-05-11 Sharp Corp Articulated mechanism and robot hand
JP4850544B2 (en) * 2006-03-15 2012-01-11 Ntn株式会社 Reverse input cutoff clutch
EP2114315B1 (en) * 2007-02-06 2016-05-18 DEKA Products Limited Partnership Arm prosthetic device
JP2008264896A (en) * 2007-04-17 2008-11-06 Toyota Motor Corp Robot hand
JP2009113195A (en) * 2007-10-19 2009-05-28 Tokyo Univ Of Science Joint device
JP5185209B2 (en) * 2009-06-09 2013-04-17 オリジン電気株式会社 Reverse input cutoff clutch
CN103158162B (en) * 2011-12-19 2015-09-16 苏茂 External-framework type bidirectional force feedback data glove
KR101340294B1 (en) * 2012-07-04 2013-12-11 한국과학기술원 Under-actuated robot finger with joint locking mechanism
JP5645900B2 (en) * 2012-10-16 2014-12-24 オリジン電気株式会社 Reverse input cutoff clutch

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