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[Technischer Bereich]
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Greifsystem mit einem Handmechanismus zum Greifen eines Gegenstands unter Verwendung einer Vielzahl von Fingerabschnitten und einem Greifverfahren zum Greifen eines Gegenstands unter Verwendung des Handmechanismus.
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[Technischer Hintergrund]
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Ein Handmechanismus, der an einem Roboter o.ä. befestigt ist, ist im Stand der Technik entwickelt worden. Darüber hinaus sind Mechanismen, die einen Gegenstand mit mehreren Fingerabschnitten greifen, als Handmechanismen erhältlich. Die PTL 1 zeigt zum Beispiel einen Handmechanismus (eine Handflächenstruktur einer Hand) mit einer Vielzahl von Fingerabschnitten, wobei jeder Fingerabschnitt so strukturiert ist, dass er eine Vielzahl von Gelenkabschnitten enthält. Bei dem in PTL 1 offenbarten Handmechanismus wird jeder der Gelenkabschnitte an jedem Fingerabschnitt durch eine Drehwelle eines Zahnrades (Stirnradgetriebe) gebildet. Darüber hinaus sind ein Motor und ein Schneckengetriebe als Antriebseinheit für jeden der Gelenkabschnitte jedes Fingerabschnitts vorgesehen. Die vom Motor ausgehende Drehkraft wird über das Schneckengetriebe und ein Untersetzungsgetriebe auf das den Gelenkabschnitt bildende Getriebe übertragen, und als Ergebnis wird der Gelenkabschnitt angetrieben.
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[Zitierliste]
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[Patentliteratur]
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[PTL 1] Veröffentlichte
japanische Patentanmeldung Nr. 2003-266357 -
[Zusammenfassung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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Bei einem Handmechanismus muss, um sicherzustellen, dass der Gegenstand von den mehreren Fingerabschnitten stabil gegriffen wird, muss während der Zeit, in der der Gegenstand gegriffen wird, kontinuierlich von den Fingerabschnitten aus eine geeignete Druckkraft auf den Gegenstand ausgeübt werden. Hier können Motoren in dem Handmechanismus als Antriebsmechanismen für den Antrieb der Gelenkabschnitte der Fingerabschnitte verwendet werden. Zum Beispiel kann jeder Gelenkabschnitt angetrieben werden, indem der Motor zur Drehung angetrieben wird und seine Drehkraft mit Hilfe eines Zahnrads (Stirnradgetriebe, Kegelradgetriebe, Schneckengetriebe oder dergleichen) auf die Drehwelle des Gelenkabschnitts übertragen wird. Wenn darüber hinaus in einem Fall, in dem Motoren als Antriebsmechanismen verwendet werden, von den Fingerabschnitten eine Druckkraft auf den Gegenstand ausgeübt werden soll, werden die Motoren so angetrieben, dass sie sich in einer Richtung drehen, in der die Gelenkabschnitte der Fingerabschnitte in einem Zustand gebogen werden, in dem die Spitzenendabschnitte der Fingerabschnitte mit dem Gegenstand in Kontakt sind.
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Wenn zu diesem Zeitpunkt versucht wird, eine ausreichende Druckkraft auf den Gegenstand auszuüben, indem die Gelenkabschnitte der Fingerabschnitte unter Verwendung der Antriebsmechanismen der Gelenkabschnitte, die vergleichsweise weit von den Spitzenendabschnitten der Fingerabschnitte, die den Gegenstand berühren entfernt sind, angetrieben werden, muss die Leistung der Motoren erhöht werden, um den Momenten zu widerstehen, die durch die auf die Spitzenendabschnitte der Fingerabschnitte wirkenden Lasten erzeugt werden. Eine Erhöhung der Leistung der Motoren kann jedoch Probleme wie eine Vergrößerung der Motoren und eine Zunahme der von den Motoren erzeugten Wärmemenge mit sich bringen.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des oben beschriebenen Problems entworfen, und eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Technik für ein Greifsystem mit einem Handmechanismus bereitzustellen, der einen Gegenstand unter Verwendung einer Vielzahl von Fingerabschnitten greift, wodurch ein Gegenstand stabil gegriffen werden kann, während eine Zunahme der Größe und der von den Motoren erzeugten Wärmemenge unterdrückt wird, die zum Antrieb von Gelenkabschnitten der jeweiligen Fingerabschnitte verwendet werden.
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[Lösung des Problems]
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Ein Greifsystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Handmechanismus, der einen Gegenstand unter Verwendung einer Vielzahl von Fingerabschnitten greift, wobei jeder Fingerabschnitt des Handmechanismus mit einem ersten Gelenkabschnitt und einem zweiten Gelenkabschnitt, der weiter von einem Spitzenendabschnitt des Fingerabschnitts entfernt positioniert ist als der erste Gelenkabschnitt ausgebildet ist, wobei der Handmechanismus einen ersten Antriebsmechanismus zum Antreiben des ersten Gelenkabschnitts jedes Fingerabschnitts und einen zweiten Antriebsmechanismus zum Antreiben des zweiten Gelenkabschnitts jedes Fingerabschnitts enthält, und der erste Antriebsmechanismus und der zweite Antriebsmechanismus jeweils so konfiguriert sind, dass sie einen Motor enthalten, wobei der zweite Antriebsmechanismus ein Mechanismus mit geringerer Rückwärtsantriebsfähigkeit als der erste Antriebsmechanismus ist, wobei das Greifsystem eine Steuervorrichtung umfasst, die den Handmechanismus steuert, wenn der Gegenstand durch den Handmechanismus zu greifen ist, und wenn der Gegenstand durch den Handmechanismus zu greifen ist, in einem Zustand, in dem die jeweiligen Spitzenendabschnitte der greifenden Fingerabschnitte, die zum Greifen des Gegenstands verwendet werden sollen, unter der Vielzahl von Fingerabschnitten in Kontakt mit dem Gegenstand sind, die Steuervorrichtung die Motoren, die in den ersten Antriebsmechanismen der greifenden Fingerabschnitte vorgesehen sind, so antreibt, dass sie sich in einer Richtung zum Biegen der ersten Gelenkabschnitte drehen, während die Motoren, die in den zweiten Antriebsmechanismen der greifenden Fingerabschnitte vorgesehen sind, in einem gestoppten Zustand gehalten werden, wodurch von den greifenden Fingerabschnitte eine Druckkraft auf den Gegenstand ausgeübt wird.
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[Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung]
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Nach der vorliegenden Erfindung kann in einem Greifsystem mit einem Handmechanismus, der einen Gegenstand unter Verwendung einer Vielzahl von Fingerabschnitten greift, der Gegenstand stabil gegriffen werden, während eine Zunahme der Größe und der Wärmeerzeugungsmenge von Motoren, die zum Antrieb von Gelenkabschnitten der jeweiligen Fingerabschnitte verwendet werden, unterdrückt wird.
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Figurenliste
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- [1]
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration eines Roboterarms nach einer Ausführungsform zeigt.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Handmechanismus entsprechend der Ausführungsform.
- [3]
3 ist eine Draufsicht auf den Handmechanismus entsprechend der Ausführungsform.
- [4]
4 ist eine Seitenansicht eines Fingerabschnitts des Handmechanismus entsprechend der Ausführungsform.
- [5]
5 ist eine Ansicht, die eine Seite des Fingerabschnitts des Handmechanismus entsprechend der Ausführungsform aus der Richtung eines Pfeils A in 4 zeigt.
- [6]
6 ist eine Ansicht, die die innere Struktur eines Teils eines Basisabschnitts in der Nähe eines Verbindungsabschnitts, der mit dem Fingerabschnitt verbunden ist, und die inneren Strukturen eines Basisendabschnitts und eines zweiten Gelenkabschnitts des Fingerabschnitts auf dem Handmechanismus entsprechend der Ausführungsform zeigt.
- [7]
7 ist eine Ansicht, die die inneren Strukturen eines ersten Gelenkabschnitts und eines zweiten Fingergliedabschnitts des Fingerabschnitts auf dem Handmechanismus entsprechend der Ausführungsform zeigt.
- [8]
8 ist eine Ansicht, die einen Bewegungsbereich des zweiten Gelenkabschnitts des Fingerabschnitts auf dem Handmechanismus entsprechend der Ausführungsform zeigt.
- [9]
9 ist eine Ansicht, die einen Bewegungsbereich des ersten Gelenkabschnitts des Fingerabschnitts auf dem Handmechanismus entsprechend der Ausführungsform zeigt.
- [10]
10 ist eine Ansicht, die eine Anordnung von Drucksensoren auf einem ersten Gliedabschnitt des Fingerabschnitts auf dem Handmechanismus entsprechend der Ausführungsform zeigt.
- [11]
11 ist ein Blockschaltbild, das die Funktionseinheiten zeigt, die je nach Ausführungsform in einem Arm- und einem Handsteuergerät enthalten sind.
- [12A]
12A ist eine erste Ansicht, die einen Zustand des Handmechanismus in Zeitreihen während der Ausführung der Annäherungsbetriebssteuerung gemäß der Ausführungsform zeigt.
- [12B]
12B ist eine zweite Ansicht, die einen Zustand des Handmechanismus in Zeitreihen während der Ausführung der Annäherungsbetriebssteuerung gemäß der Ausführungsform zeigt.
- [12C]
12C ist eine erste Ansicht, die einen Zustand des Handmechanismus in Zeitreihen während der Ausführung der Greifbetriebssteuerung entsprechend der Ausführungsform zeigt.
- [12D]
12D ist eine zweite Ansicht, die einen Zustand des Handmechanismus in Zeitreihen während der Ausführung der Greifbetriebssteuerung entsprechend der Ausführungsform zeigt.
- [13]
13 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Steuerung des Greifvorgangs entsprechend der Ausführungsform zeigt.
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[Beschreibung der Ausführungsformen]
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An jedem Fingerabschnitt eines Handmechanismus nach der vorliegenden Erfindung ist mindestens ein erster Gelenkabschnitt und ein zweiter Gelenkabschnitt ausgebildet. An jedem Fingerabschnitt ist der zweite Gelenkabschnitt in einer Position gebildet, die weiter von einem Spitzenendabschnitt des Fingerabschnitts entfernt ist als der erste Gelenkabschnitt. Der erste Gelenkabschnitt wird durch einen ersten Antriebsmechanismus angetrieben, und der zweite Gelenkabschnitt wird durch einen zweiten Antriebsmechanismus angetrieben. Der erste Antriebsmechanismus und der zweite Antriebsmechanismus sind so konfiguriert, dass sie jeweils einen Motor enthalten. Mit anderen Worten, in jedem Antriebsmechanismus wird bei der Drehung des Motors die resultierende Drehkraft über einen Übertragungsmechanismus auf eine Drehwelle des Gelenkabschnitts übertragen, wodurch der Gelenkabschnitt angetrieben wird. Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Handmechanismus als zweiter Antriebsmechanismus ein Mechanismus mit geringerer Rückwärtsantriebsfähigkeit als der erste Antriebsmechanismus verwendet.
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Wenn hier ein Gegenstand durch den Handmechanismus gegriffen werden soll, werden die Fingerabschnitte, die zum Greifen des Gegenstands verwendet werden, unter der Vielzahl der Fingerabschnitte als Greiffingerabschnitte bezeichnet. Um den Gegenstand mit den Greiffingerabschnitten zu greifen, müssen die Spitzenendabschnitte der Greiffingerabschnitte mit dem Gegenstand in Kontakt gebracht werden, und von den Greiffingerabschnitten muss eine Druckkraft auf den Gegenstand ausgeübt werden. Zu diesem Zeitpunkt treibt in dem erfindungsgemäßen Greifsystem eine Steuervorrichtung die Motoren der ersten Antriebsmechanismen, die in den Greiffingerabschnitten vorgesehen sind, an, sich in einer Richtung zu drehen, um die ersten Gelenkabschnitte in einem Zustand zu biegen, in dem die Spitzenendabschnitte der Greiffingerabschnitte mit dem Gegenstand in Kontakt sind, während die Motoren der zweiten Antriebsmechanismen, die in den Greiffingerabschnitten vorgesehen sind, in einem gestoppten Zustand gehalten werden, und als Folge davon eine Druckkraft von den Greiffingerabschnitten auf den Gegenstand ausgeübt wird. Mit anderen Worten, nur die Motoren der ersten Antriebsmechanismen werden als Antriebsquellen verwendet, wenn von den Greiffingerabschnitten eine Druckkraft auf den Gegenstand ausgeübt wird. Es ist zu beachten, dass, während die Motoren der zweiten Antriebsmechanismen im gestoppten Zustand gehalten werden, eine Stromzufuhr zu den Motoren entweder fortgesetzt oder gestoppt werden kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Handmechanismus hat, wie oben beschrieben, der zweite Antriebsmechanismus eine geringere Rückwärtsantriebsfähigkeit als der erste Antriebsmechanismus. In diesem Fall ist die Rückwärtsantriebsfähigkeit ein Index, der die Antriebsfähigkeit des Antriebsmechanismus in einem Fall angibt, in dem eine äußere Kraft von der Seite in den Antriebsmechanismus eingeleitet wird, die der Seite gegenüberliegt, auf der die Antriebskraft von der Antriebsquelle (dem Motor) eingeleitet wird. Wenn zum Beispiel der Antriebsmechanismus so konfiguriert ist, dass er Zahnräder als Übertragungsmechanismus zur Übertragung der Drehkraft des Motors auf die Drehwelle des Gelenkabschnitts enthält, ist die Rückwärtsantriebsfähigkeit ein Index, der die Drehbarkeit der ineinandergreifenden Zahnräder in einem Fall anzeigt, in dem eine externe Kraft in die Zahnräder von der gegenüberliegenden Seite zu der Seite eingegeben wird, auf der die Antriebskraft vom Motor eingegeben wird. Mit anderen Worten, ist bei dem erfindungsgemäßen Handmechanismus der zweite Antriebsmechanismus schwieriger anzutreiben als der erste Antriebsmechanismus, wenn die äußere Kraft von der Seite, die der Seite, auf der die Antriebskraft vom Motor eingeleitet wird, gegenüberliegt, eingeleitet wird. Daher kann selbst dann, wenn von den Greiffingerabschnitten eine Druckkraft auf den Gegenstand ausgeübt wird, indem die ersten Gelenkabschnitte mit den ersten Antriebsmechanismen angetrieben werden, während die Motoren der zweiten Antriebsmechanismen der Greiffingerabschnitte im gestoppten Zustand gehalten werden, das Zurücktreiben der zweiten Antriebsmechanismen, oder mit anderen Worten, das Antreiben der zweiten Gelenkabschnitte in einer Ausfahrrichtung, unterdrückt werden. Dadurch kann auch dann eine ausreichende Anpresskraft der Greiffingerabschnitte auf den Gegenstand ausgeübt werden, wenn nur die Motoren der ersten Antriebsmechanismen angetrieben werden.
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Ferner ist der erste Gelenkabschnitt des Fingerabschnitts näher am Spitzenendabschnitt positioniert als der zweite Gelenkabschnitt. Dementsprechend ist ein Moment, das durch eine auf den Spitzenendabschnitt des Fingerabschnitts ausgeübte Last erzeugt wird, beim Beugen des ersten Gelenkabschnitts kleiner als beim Beugen des zweiten Gelenkabschnitts. Wenn die ersten Gelenkabschnitte gebogen werden, kann daher von den Greiffingerabschnitten mit einem geringeren Drehmoment als bei der Biegung der zweiten Gelenkabschnitte eine ausreichende Druckkraft auf den Gegenstand ausgeübt werden. Indem die ersten Gelenkabschnitte der Greiffingerabschnitte unter Verwendung der ersten Antriebsmechanismen angetrieben werden, während die Motoren der zweiten Antriebsmechanismen im gestoppten Zustand gehalten werden, so dass von den Greiffingerabschnitten eine Druckkraft auf den Gegenstand ausgeübt wird, kann der Gegenstand durch den Handmechanismus mit Stabilität gegriffen werden, während Zunahmen der Größe und der Wärmeerzeugungsmenge der jeweils in den Antriebsmechanismen vorgesehenen Motoren unterdrückt werden.
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<Ausführungsform>
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Eine konkrete Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren beschrieben. Sofern nicht anders angegeben, beschränkt sich der technische Anwendungsbereich der Erfindung nicht nur auf die Abmessungen, Materialien, Formen, relative Anordnungen usw. der in dieser Ausführungsform beschriebenen Bestandteile.
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Hier wird ein Fall beschrieben, in dem der erfindungsgemäße Handmechanismus und das erfindungsgemäße Greifsystem auf einen Roboterarm angewendet werden. 1 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration des Roboterarms nach dieser Ausführungsform. Ein Roboterarm 1 umfasst einen Handmechanismus 2, einen Armmechanismus 3 und einen Stützabschnitt 4. Der Handmechanismus 2 ist an einem Ende des Armmechanismus 3 befestigt. Darüber hinaus ist das andere Ende des Armmechanismus 3 an dem Stützabschnitt 4 befestigt. Der Handmechanismus 2 weist einem Basisabschnitt 20, der mit dem Armmechanismus 3 verbunden ist, und vier Fingerabschnitte 21, die auf dem Basisabschnitt 20 vorgesehen sind, auf. Es ist zu beachten, dass die Konfiguration des Handmechanismus 2 im Folgenden ausführlich beschrieben wird.
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(Arm-Mechanismus)
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Der Armmechanismus 3 umfasst einen ersten Armgliedabschnitt 31, einen zweiten Armgliedabschnitt 32, einen dritten Armgliedabschnitt 33, einen vierten Armgliedabschnitt 34, einen fünften Armgliedabschnitt 35 und ein Verbindungselement 36. Der Basisabschnitt 20 des Handmechanismus 2 ist mit einem ersten Gelenkabschnitt 30a verbunden, der an einer Endseite des ersten Armgliedabschnitt 31 des Armmechanismus 3 ausgebildet ist. Ein Motor (nicht abgebildet) zum Drehen des Handmechanismus 2 relativ zum ersten Armgliedabschnitt 31 um den ersten Armgliedabschnitt 31 ist im ersten Gelenkabschnitt 30a vorgesehen. Die andere Endseite des ersten Armgliedabschnitts 31 ist mit einer Endseite des zweiten Armgliedabschnitts 32 durch ein zweites Gelenkteil 30b verbunden. Der erste Armgliedabschnitt 31 und der zweite Armgliedabschnitt 32 sind so verbunden, dass ihre jeweiligen Mittelachsen sich senkrecht schneiden. Ein Motor (nicht abgebildet) zum Drehen des ersten Armgliedabschnitts 31 relativ zum zweiten Armgliedabschnitt 32 um dessen andere Endseite ist im zweiten Gelenkabschnitts 30b vorgesehen. Ferner ist die andere Endseite des zweiten Armgliedabschnitts 32 mit einer Endseite des dritten Armgliedabschnitts 33 durch einen dritten Gelenkabschnitt 30c verbunden. Ein Motor (nicht abgebildet) zum Drehen des zweiten Armgliedabschnitts 32 relativ zum dritten Armgliedabschnitt 33 ist im dritten Gelenkabschnitt 30c vorgesehen.
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In ähnlicher Weise ist die andere Endseite des dritten Armgliedabschnitt 33 mit einer Endseite des vierten Armgliedabschnitt 34 durch einen vierten Gelenkabschnitt 30d verbunden. Darüber hinaus ist die andere Endseite des vierten Armgliedabschnitts 34 durch einen fünften Gelenkabschnitt 30e mit dem fünften Armgliedabschnitt 35 verbunden. Ein Motor (nicht abgebildet) zur Drehung des dritten Armgliedabschnitts 33 relativ zum vierten Armgliedabschnitts 34 ist im vierten Gelenkabschnitt 30d vorgesehen. Darüber hinaus ist im fünften Gelenkabschnitt 30e ein Motor (nicht gezeigt) zur Drehung des vierten Armgliedabschnitts 34 relativ zum fünften Armgliedabschnitt 35 vorgesehen. Darüber hinaus ist der fünfte Armgliedabschnitt 35 durch einen sechsten Gelenkabschnitt 30f mit dem Verbindungselement 36 verbunden, das so angeordnet ist, dass es sich vertikal vom Stützabschnitt 4 aus erstreckt. Der fünfte Armgliedabschnitt 35 und das Verbindungselement 36 sind so verbunden, dass ihre jeweiligen Mittelachsen koaxial verlaufen. Ein Motor (nicht abgebildet) zum Drehen des fünften Armgliedabschnitts 35 um den fünften Armgliedabschnitt 35 und das Verbindungselement 36 ist im sechsten Gelenkabschnitt 30f vorgesehen. Durch eine solche Konfiguration des Armmechanismus 3 kann der Armmechanismus 3 z.B. als ein Mechanismus mit sechs Freiheitsgraden realisiert werden.
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(Handmechanismus)
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Als nächstes wird die Konfiguration des Handmechanismus 2 anhand der 2 bis 10 beschrieben. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Handmechanismus 2, und 3 ist eine Draufsicht auf den Handmechanismus 2. Es ist zu beachten, dass in 3 die Pfeile die Rotationsbereiche der jeweiligen Fingerabschnitte 21 darstellen. Wie in 2 und 3 dargestellt, sind bei dem Handmechanismus 2 die vier Fingerabschnitte 21 auf dem Basisabschnitt 20 in gleichen Winkelabständen (genauer gesagt in 90-Grad-Abständen) auf einem Umfang angeordnet, der in Längsrichtung (senkrechte Richtung zur Papieroberfläche in 3) auf der Achse des Handmechanismus 2 zentriert ist. Ferner haben die vier Fingerabschnitte 21 alle identische Strukturen und identische Längen. Es ist jedoch zu beachten, dass die Funktionen der jeweiligen Fingerabschnitte 21 unabhängig voneinander gesteuert werden.
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Die 4 bis 10 sind Ansichten, die die Konfiguration eines Fingerabschnitts 21 des Handmechanismus 2 und deren Antriebsmechanismen veranschaulichen. 4 ist eine Seitenansicht des Fingerabschnitts 21. Es ist zu beachten, dass in 4 der Basisabschnitt 20 in einem durchsichtigen Zustand dargestellt ist, so dass auch der Teil der inneren Struktur des Fingerabschnitts 21, der sich innerhalb des Basisabschnitts 20 befindet, zu sehen ist. Ferner ist in 5 eine Ansicht zu sehen, die eine Spitzenendabschnittsseite des Fingerabschnitts 21 aus der Richtung eines Pfeils A in 4 zeigt. Es ist zu beachten, dass in 4 und 5 ein Teil eines zweiten Fingerabschnitts 212 des Fingerabschnitts 21, der nachstehend beschrieben wird, in einem durchsichtigen Zustand dargestellt ist, so dass auch die innere Struktur des zweiten Fingerabschnitts 212 zu sehen ist.
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Wie in 2 und 4 dargestellt, enthält jeder Fingerabschnitt 21 einen ersten Fingergliedabschnitt 211, den zweiten Fingergliedabschnitt 212 und einen Basisendabschnitt 213. Der Basisendabschnitt 213 des Fingerabschnitts 21 ist mit dem Basisabschnitt 20 verbunden. Hier ist der Basisendabschnitt 213 mit dem Basisabschnitt 20 so verbunden, dass er sich relativ zum Basisabschnitt 20 um eine Längsrichtung (eine zur Papieroberfläche senkrechte Richtung in 3) des Fingerabschnitts 21 drehen kann, wie durch die Pfeile in 3 dargestellt. Ferner ist auf dem Fingerabschnitt 21 ein Ende des zweiten Fingergliedabschnitts 212 mit dem Basisendabschnitt 213 verbunden. Ein zweiter Gelenkabschnitt 23 wird in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Fingergliedabschnitt 212 und dem Basisendabschnitt 213 gebildet.
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Hier wird ein Antriebsmechanismus des Basisendabschnitts 213 und ein Antriebsmechanismus des zweiten Gelenkabschnitts 23 anhand von 6 beschrieben. 6 ist eine Ansicht, die den inneren Aufbau eines Teils des Basisabschnitts 20 in der Nähe eines mit dem Fingerabschnitt 21 verbundenen Verbindungsabschnitt und die inneren Strukturen des Basisendabschnitts 213 und des zweiten Gelenkabschnitts 23 des Fingerabschnitts 21 zeigt. Wie in 6 dargestellt, sind im Inneren des Basisabschnitts 20 ein Zahnrad 65, ein Zahnrad 66, ein zweiter Motor 52 und ein dritter Motor 53 vorgesehen. Das Zahnrad 65 ist ein Getriebe zum Drehen des gesamten Fingerabschnitts 21 und ist mit einer Drehwelle des Basisendabschnitts 213 verbunden. Das Zahnrad 66 ist mit einer Drehwelle des dritten Motors 53 verbunden. Das Zahnrad 65 und das Zahnrad 66 sind miteinander im Eingriff. Bei dieser Konfiguration wird, wenn sich der dritte Motor 53 dreht, die resultierende Drehkraft über die beiden Zahnräder 65, 66 auf die Drehwelle des Basisendabschnitts 213 übertragen. Infolgedessen wird der Basisendabschnitt 213 zur Drehung angetrieben, und dementsprechend wird der gesamte Fingerabschnitt 21 innerhalb des durch die Pfeile in 3 angegebenen Bereichs zur Drehung angetrieben. Somit bilden das Zahnrad 65, das Zahnrad 66 und der dritte Motor 53 zusammen einen Antriebsmechanismus für den Antrieb des Basisendabschnittes 213.
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Weiterhin sind im Inneren des zweiten Gelenkabschnitts 23 ein Schneckenrad 63 und eine mit dem Schneckenrad 63 kämmende Schnecke 64 vorgesehen. Das Schneckenrad 63 ist mit einer Drehwelle des zweiten Fingergliedabschnitts 212 im zweiten Gelenkabschnitt 23 verbunden. Außerdem ist die Schnecke 64 mit einer Drehwelle des zweiten Motors 52 verbunden, die im Inneren des Basisabschnitts 20 vorgesehen ist. Bei dieser Konfiguration wird, wenn der zweite Motor 52 zur Drehung angetrieben wird, die resultierende Drehkraft durch die Schnecke 64 und das Schneckenrad 63 auf die Drehwelle des zweiten Fingergelenkabschnitts 212 übertragen. Infolgedessen wird der zweite Fingergliedabschnitt 212 zur Drehung relativ zum Basisendabschnitt 213 angetrieben. Somit bilden das Schneckenrad 63, die Schnecke 64 und der zweite Motor 52 zusammen einen Antriebsmechanismus (im Folgenden auch als „zweiter Antriebsmechanismus“ bezeichnet) zum Antrieb des zweiten Gelenkabschnitts 23. Mit anderen Worten, wird ein Schneckenrad als Getriebe des zweiten Antriebsmechanismus verwendet. 7 zeigt hier eine Ansicht, die einen Bewegungsbereich des zweiten Gelenkabschnitts 23 des Fingerabschnitts 21 zeigt, der durch den zweiten Antriebsmechanismus realisiert wird. Wie in 7 dargestellt, ist der zweite Gelenkabschnitt 23 so geformt, dass es biegbar und ausziehbar ist. Es ist zu beachten, dass die durch den zweiten Motor 52 erzeugte Antriebskraft und die durch den dritten Motor 53 erzeugte Antriebskraft unabhängig voneinander auf die jeweiligen Operationssubjekte davon übertragen werden.
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Ferner ist, wie in 4 und 5 gezeigt, im Fingerabschnitt 21 ein Ende des ersten Fingergelenkabschnitts 211 mit dem anderen Ende des zweiten Fingergelenkabschnitts 212 verbunden. Ein erster Gelenkabschnitt 22 wird in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Fingergliedabschnitt 211 und dem zweiten Fingergliedabschnitt 212 gebildet. Hier wird ein Antriebsmechanismus des ersten Gelenkabschnitts 22 auf der Grundlage von 8 beschrieben. 8 ist eine Ansicht, die die inneren Strukturen des ersten Gelenkabschnitts 22 und des zweiten Fingergliedabschnitts 212 im Fingerabschnitt 21 zeigt. Im Inneren des ersten Gelenkabschnitts 22 sind zwei ineinander greifende Kegelräder 61, 62 vorgesehen. Eines der Kegelräder 61 ist mit einer Drehwelle des ersten Fingergelenkabschnitts 211 im ersten Gelenkabschnitt 22 verbunden. Das andere Kegelrad 62 ist mit einer Drehwelle eines ersten Motors 51 verbunden, die sich im Inneren des zweiten Fingergelenkabschnitts 212 befindet. Bei dieser Konfiguration wird, wenn der erste Motor 51 zur Drehung angetrieben wird, die resultierende Drehkraft durch die beiden Kegelräder 61, 62 auf die Drehwelle des ersten Fingergelenkabschnitts 211 übertragen. Infolgedessen wird der erste Fingergliedabschnitt 211 zur Drehung relativ zum zweiten Fingergliedabschnitt 212 angetrieben. Somit bilden das Kegelrad 61, das Kegelrad 62 und der erste Motor 51 zusammen einen Antriebsmechanismus (im Folgenden auch als „erster Antriebsmechanismus“ bezeichnet) für den Antrieb des ersten Gelenkabschnitts 22. Mit anderen Worten, werden Kegelräder als die Zahnräder des ersten Antriebsmechanismus verwendet. 9 zeigt hier eine Ansicht, die einen Bewegungsbereich des ersten Gelenkabschnitts 22 des Fingerabschnitts 21 zeigt, der durch die Antriebskraft des ersten Antriebsmechanismus realisiert wird. Wie in 9 dargestellt, ist das erste Gelenkabschnitt 22 so geformt, dass es biegbar und ausziehbar ist.
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Darüber hinaus ist, wie in 2 und 4 gezeigt, in der Ausführungsform, im Fingerabschnitt 21, der zweite Fingergliedabschnitt 212 auf der Seite des Basisabschnitts 20 (der Seite des Basisendabschnitts 213) des ersten Gelenkabschnitts 22 länger als der erste Fingergliedabschnitt 211 auf der Seite des Spitzenendabschnitts des ersten Gelenkabschnitts 22.
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Darüber hinaus ist, wie in den 2, 4, 5 und 10 dargestellt, in der Ausführungsform ein Drucksensor 70 auf der Spitzenendseite des ersten Fingergelenkabschnitts 211 des Fingerabschnitts 21 vorgesehen. Der Drucksensor 70 ist ein Sensor zur Erfassung einer externen Kraft (Druck), die auf den Spitzenendabschnitt des ersten Fingergliedabschnitts 211 wirkt. Darüber hinaus ist, wie in 4 gezeigt, der Drucksensor 70 auf dem ersten Fingergliedabschnitt 211 sowohl auf einer Wandfläche (im Folgenden auch als „biegeseitige Wandfläche“ bezeichnet) 215 auf einer Biegerichtungsseite des ersten Gelenkabschnitts 22 als auch auf einer Wandfläche (im Folgenden auch als „erstreckungsseitige Wandfläche“ bezeichnet) 216 auf einer Erstreckungsrichtungsseite des ersten Gelenkabschnitts 22 vorgesehen. Hier, in dieser Ausführungsform, ist die biegeseitige Wandfläche 215 auf der Spitzenendseite des ersten Fingergelenkabschnitts 211 in einer gekrümmten Oberflächenform ausgebildet. Dementsprechend kann, wie in 10 gezeigt, eine Mehrzahl von Drucksensoren 70 auf der biegeseitigen Wandfläche 215 auf der Spitzenendseite des ersten Fingergelenkabschnitts 211 so angeordnet werden, dass sie sich entlang der gekrümmten Oberflächenform desselben erstrecken. Es ist zu beachten, dass ein Sensor, der eine beliebige bekannte Methode verwendet, wie z.B. ein piezoelektrischer Sensor, ein Dehnungsmessstreifen oder ein elektrostatischer Kapazitätssensor, als Drucksensor 70 verwendet werden kann.
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(Stützabschnitt)
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Als nächstes werden anhand von 11 die Konfigurationen einer Armsteuervorrichtung 42 und einer im Stützabschnitt 4 eingebauten Handsteuervorrichtung 43 beschrieben. Die Armsteuervorrichtung 42 ist eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Armmechanismus 3 des Roboterarms 1. Die Handsteuervorrichtung 43 ist eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Handmechanismus 2 des Roboterarms 1. 11 ist ein Blockdiagramm, das die jeweiligen Funktionseinheiten der Armsteuervorrichtung 42 und der Handsteuervorrichtung 43 zeigt.
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Die Armsteuervorrichtung 42 ist so konfiguriert, dass sie eine Vielzahl von Treibern enthält, die Antriebssignale für den Antrieb der Motoren erzeugen, die in den jeweiligen Gelenkabschnitten des Armmechanismus 3 vorgesehen sind, wobei das Antriebssignal von jedem Treiber dem entsprechenden Motor zugeführt wird. Die Armsteuervorrichtung 42 enthält auch einen Computer mit einer Rechenverarbeitungsvorrichtung und einem Speicher. Die Armsteuervorrichtung 42 enthält ferner eine Armsteuereinheit 420 und eine Motorzustandsmengenerfassungseinheit 421 als Funktionseinheiten. Diese Funktionseinheiten werden dadurch gebildet, dass der in der Armsteuervorrichtung 42 enthaltene Computer ein vorbestimmtes Steuerprogramm ausführt.
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Die Armsteuereinheit 420 steuert die Motoren, die jeweils in den Gelenkabschnitten 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f des Armmechanismus 3 vorgesehen sind, indem sie die Antriebssignale von den jeweiligen Treibern an diese auf der Grundlage von Gegenstandinformationen liefert, die von einer nachfolgend zu beschreibenden Gegenstandsinformationserfassungseinheit 430 erfasst werden, die als Funktionseinheit des Handsteuervorrichtung 43 dient. Die Armsteuereinheit 420 bewegt den Armmechanismus 3 durch Steuerung der jeweiligen Motoren, wodurch der Handmechanismus 2 in eine vorbestimmte Greifposition bewegt wird, die zum Greifen eines Gegenstands geeignet ist. Ferner ist jeder der Motoren, die in den Gelenkabschnitten 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f des Armmechanismus 3 vorgesehen sind, mit einem Encodern (nicht dargestellt) versehen, um Zustandsgrößen (eine Drehposition und eine Drehgeschwindigkeit der Drehwelle des Motors usw.) zu erfassen, die sich auf den Drehzustand des entsprechenden Motors beziehen. Die Zustandsgrößen der Motoren, die von den Encodern der jeweiligen Motoren erfasst werden, werden in die Motorzustandsgrößen-Erfassungseinheit 421 der Armsteuervorrichtung 42 eingegeben. Anschließend werden auf der Grundlage der Zustandsgrößen der jeweiligen Motoren, die in die Motorzustandsgrößen-Erfassungseinheit 421 eingegeben werden, von der Armsteuereinheit 420 die jeweiligen Motoren servogesteuert, so dass z.B. der Handmechanismus 2 in die vorgegebene Greifposition fährt.
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Ferner ist die Handsteuervorrichtung 43 so konfiguriert, dass sie eine Vielzahl von Treibern enthält, die Antriebssignale für den Antrieb der im Handmechanismus 2 vorgesehenen Motoren erzeugen, wobei das Antriebssignal von jedem Treiber dem entsprechenden Motor zugeführt wird. Die Handsteuervorrichtung 43 enthält auch einen Computer mit einem Rechenverarbeitungsgerät und einem Speicher. Die Handsteuervorrichtung 43 enthält als Funktionseinheiten die Gegenstandsinformationserfassungseinheit 430, eine Handsteuereinheit 431, eine Motorzustandsmengenerfassungseinheit 432 und eine Sensorinformationserfassungseinheit 433. Diese Funktionseinheiten werden dadurch gebildet, dass der in der Handsteuervorrichtung 43 enthaltene Computer ein vorbestimmtes Steuerprogramm ausführt.
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Die Gegenstandsinformationserfassungseinheit 430 erfasst Gegenstandsinformationen, d.h. Informationen, die sich auf einen mit dem Handmechanismus 2 zu greifenden Gegenstand beziehen. Hier umfassen die Gegenstandinformationen Informationen, die sich auf die Form, die Abmessungen und die Position des Gegenstands beziehen, Informationen, die die Umgebung des Gegenstands angeben (Informationen, die sich auf andere Gegenstände als den Gegenstand beziehen, die sich an der Peripherie des Gegenstand befinden, z.B. Informationen, die sich auf die Form eines Behälters, in dem der Gegenstand untergebracht ist, oder auf eine Reihe von Gegenständen in dem Behälter beziehen), und so weiter. Die Gegenstandinformationserfassungseinheit 430 kann auch von einem Benutzer eingegebene Gegenstandinformationen erfassen. Wenn außerdem ein visueller Sensor zur Erfassung eines Bildes, das den Gegenstand enthält, zur Verfügung gestellt wird, kann die Gegenstandinformationserfassungseinheit 430 Gegenstandinformationen aus einem vom visuellen Sensor erfassten Bild erfassen.
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Darüber hinaus steuert die Handsteuereinheit 431 die ersten Motoren 51, die zweiten Motoren 52 und die dritten Motoren 53 zum Antrieb der jeweiligen Fingerabschnitte 21 des Handmechanismus 2, indem sie auf der Grundlage der von der Gegenstandinformationserfassungseinheit 430 erfassten Gegenstandinformationen Antriebssignale von den Treibern an diese liefert. Zum Beispiel steuert die Handsteuereinheit 431 die ersten Motoren 51, die zweiten Motoren 52 und die dritten Motoren 53 des Handmechanismus 2, so dass der Gegenstand von dem Handmechanismus 2 gegriffen wird, der durch Steuerung des Armmechanismus 3 unter Verwendung der Armsteuereinheit 420 in die vorbestimmte Greifposition bewegt wurde. Darüber hinaus ist jeder erste Motor 51, jeder zweite Motor 52 und jeder dritte Motor 53 des Handmechanismus 2 mit einem Encoder (nicht dargestellt) versehen, um Zustandsgrößen (die Drehposition und die Drehgeschwindigkeit der Drehwelle des Motors usw.) in Bezug auf den Drehzustand des entsprechenden Motors zu erfassen. Die Zustandsgrößen der Motoren 51, 52, 53, die von den Encodern der Motoren 51, 52, 53 erfasst werden, werden in die Motorzustandsgrößenerfassungseinheit 432 der Handsteuervorrichtung 43 eingegeben. Dann steuert die Handsteuervorrichtung 431 auf der Grundlage der Zustandsgrößen der Motoren 51, 52, 53, die in die Motorzustandsgrößenerfassungseinheit 432 eingegeben werden, die Motoren 51, 52, 53 der jeweiligen Fingerabschnitte 21 servogesteuert, so dass die Mehrzahl der Fingerabschnitte 21 z.B. den Gegenstand greifen.
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Die Handsteuervorrichtung 43 enthält auch die Sensorinformationserfassungseinheit 433. Detektionswerte von den Drucksensoren 70, die im ersten Fingergliedabschnitt 211 jedes Fingerabschnitts 21 des Handmechanismus 2 vorgesehen sind, werden in die Sensorinformationserfassungseinheit 433 eingegeben. Die Handsteuereinheit 431 kann auf der Grundlage der von der Sensorinformationserfassungseinheit 433 erfassten Detektionswerte der Drucksensoren 70 erkennen, dass der entsprechende Fingerabschnitt 21 mit dem Gegenstand Kontakt gekommen ist, und kann die Motoren 51, 52, 53 jedes der Fingerabschnitte 21 auf der Grundlage der Detektionswerte steuern.
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Es ist zu beachten, dass, wenn ein Gegenstand mit dem Handmechanismus 2 gegriffen werden soll, der Gegenstand zwischen mindestens zwei Fingerabschnitten 21 eingeklemmt werden muss. Im Folgenden werden die Fingerabschnitte, die zum Klemmen des Gegenstands 10 verwendet werden, wenn der Gegenstand von dem Handmechanismus 2 gegriffen wird, auch als „Greiffingerabschnitte“ bezeichnet. Gemäß dem Handmechanismus 2 kann ein Gegenstand mit zwei der vier Fingerabschnitte 21 als Greiffingerabschnitte, mit drei der vier Fingerabschnitte 21 als Greiffingerabschnitte oder mit allen vier Fingerabschnitten 21 als Greiffingerabschnitte gegriffen werden.
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< Annäherungsbetriebssteuerung und Greifbetriebssteuerung>
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Hier werden die Annäherungsbetriebssteuerung und Greifbetriebssteuerung, die der Roboterarm 1 gemäß dieser Ausführungsform zum Greifen eines Gegenstands durchführt, anhand der 12A bis 12D beschrieben. Um einen Gegenstand mit den Greiffingerabschnitten des Handmechanismus 2 zu greifen, muss der Handmechanismus 2, bevor der Gegenstand von den Greiffingerabschnitten geklemmt wird, in eine vorbestimmte Greifposition bewegt werden, in der der Gegenstand zwischen den Spitzenendabschnitten von mindestens zwei Greiffingerabschnitten positioniert ist. Die Steuerung zum Bewegen des Handmechanismus 2 in die vorbestimmte Greifposition auf diese Weise wird als Annäherungsbetriebssteuerung bezeichnet. Ferner wird die Steuerung für das Einklemmen des Gegenstands zwischen den Greiffingerabschnitten, nachdem der Handmechanismus 2 in der vorbestimmten Greifposition positioniert worden ist, als Greifbetriebssteuerung bezeichnet. Es ist zu beachten, dass die 12A bis 12D einen Vorgang zeigen, der in einem Fall ausgeführt wird, in dem der zweite Fingerabschnitt 21B und der dritte Fingerabschnitt 21C des Handmechanismus 2 als Greiffingerabschnitte verwendet werden. Darüber hinaus zeigen die 12A bis 12D der Einfachheit halber nur den ersten Fingerabschnitt 21A, den zweiten Greiffingerabschnitt 21B und den dritten Fingerabschnitt 21C des Handmechanismus 2 und nicht den vierten Fingerabschnitt 21D.
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Bei der Annäherungsbetriebssteuerung, wie in 12A gezeigt, wird zunächst die Form des Handmechanismus 2 auf eine Annäherungsform gesteuert, bei der ein Intervall zwischen den jeweiligen Spitzenendabschnitten des zweiten Fingerabschnitts 21B und des dritten Fingerabschnitts 21C (dem Spitzenendabschnitt des ersten Fingerverbindungsabschnitts 211B des zweiten Fingerabschnitts 21B und dem Spitzenendabschnitt des ersten Fingerverbindungsabschnitts 211C des dritten Fingerabschnitts 21C), die als die Greiffingerabschnitte beim Greifen des Gegenstands 10 verwendet werden, auf ein vorbestimmtes Anfangsintervall df erweitert wird, das größer ist als eine Breite dt zwischen einer Fläche S1 (die linksseitige Fläche in 12A bis 12D) und einer Fläche S2 (die rechtsseitige Fläche in den 12A bis 12D) des Gegenstands 10 ist. Der auf die Annäherungsform gesteuerte Handmechanismus 2 wird dann näher an den Gegenstand 10 gebracht. Es ist zu beachten, dass ein schwarz umrandeter Pfeil in 12A die Bewegungsrichtung des Handmechanismus 2 kennzeichnet.
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Hier wird die Annäherungsform als eine Form festgelegt, bei der beim Greifen des Gegenstands 10 durch den zweiten Fingerabschnitt 21B und den dritten Fingerabschnitt 21C des Handmechanismus 2 die anderen Fingerabschnitte, d.h. der erste Fingerabschnitt 21A und der vierte Fingerabschnitt 21D, den Gegenstand 10 nicht berühren. Diese Annäherungsform wird auf der Grundlage der von der Gegenstandinformationserfassungseinheit 430 erfassten Informationen in Bezug auf Form und Abmessungen des Gegenstands 10 bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt wird das vorbestimmte Anfangsintervall df zwischen dem Spitzenendabschnitt des zweiten Fingerabschnitts 21B und dem Spitzenendabschnitt des dritten Fingerabschnitts 21C in der zweiten Annäherungsform auf der Grundlage der Breite dt zwischen der Oberfläche S1 und der Oberfläche S2 des Gegenstands 10 bestimmt, die von der Gegenstandinformationserfassungseinheit 430 erfasst wird. Ferner werden, wenn die Form des Handmechanismus 2 auf die Annäherungsform gesteuert wird, die Motoren 51, 52, 53 zum Antrieb der ersten Gelenkabschnitte 22, der zweiten Gelenkabschnitte 23 und der Basisendabschnitte 213 der jeweiligen Fingerabschnitte 21 durch die Handsteuereinheit 43 servogesteuert.
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Darüber hinaus werden während der Annäherungsbetriebssteuerung mit der in der Annäherungsform eingestellten Form des Handmechanismus 2 die jeweiligen Motoren des Armmechanismus 3 von der Armsteuervorrichtung 42 servogesteuert, um den Handmechanismus 2 in die vorbestimmte Greifposition zu bewegen. In diesem Fall ist, wie in 12B gezeigt, die vorbestimmte Greifposition eine Position, in der die Oberfläche S1 und die Oberfläche S2 des Gegenstands 10 zwischen dem Spitzenendabschnitt des zweiten Fingerabschnitts 21B und dem Spitzenendabschnitt des dritten Fingerabschnitts 21C positioniert sind. Ferner wird, wenn der Handmechanismus 2 in der vorbestimmten Greifposition positioniert ist, wird der Armmechanismus 3 von der Armsteuervorrichtung 42 auf der Grundlage der Positionsinformation des Gegenstands 10 gesteuert, die von der Gegenstandinformationserfassungseinheit 430 erfasst wird.
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Nachdem der Handmechanismus 2 durch die oben beschriebene Annäherungsbetriebssteuerung in die vorbestimmte Greifposition gebracht wurde, wird die Greifbetriebssteuerung durchgeführt. Bei der Greifbetriebssteuerung werden zunächst die Fingerabschnitte der Greiffingerabschnitte in Kontakt mit dem Gegenstand 10 gebracht. Genauer gesagt wird, wie in 12C gezeigt, der Spitzenendabschnitt des zweiten Fingerabschnitts 21B mit der Oberfläche S1 des Gegenstands 10 und der Spitzenendabschnitt des dritten Fingerabschnitts 21C mit der Oberfläche S2 des Gegenstands 10 in Kontakt gebracht. Zu diesem Zeitpunkt treibt die Handsteuervorrichtung 43 die jeweiligen zweiten Motoren 52 des zweiten Fingerabschnitts 21B und des dritten Fingerabschnitts 21C an, um sich in einer Richtung zum Biegen der zweiten Gelenkabschnitte 23 zu drehen. An dem Punkt, an dem die an den Spitzenendabschnitten der jeweiligen Fingerabschnitte 21B, 21C vorgesehenen Drucksensoren 70 einen Kontakt mit dem Gegenstand 10 erkennen, stoppt die Handsteuervorrichtung 43 den Antrieb der zweiten Motoren 52 der Fingerabschnitte, in Bezug auf die ein Kontakt erkannt wurde. Mit anderen Worten, werden während der Greifbetriebssteuerung die Vorgänge der Antriebsmechanismen, die in den jeweiligen Gelenkabschnitten der Greiffingerabschnitte vorgesehen sind, an dem Punkt angehalten, an dem die Spitzenendabschnitte der Greiffingerabschnitte den Gegenstand 10 berühren.
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Als nächstes muss während der Greifbetriebssteuerung von den Greiffingerabschnitten eine Druckkraft auf den Gegenstand 10 ausgeübt werden. Daher treibt bei der Greifbetriebssteuerung gemäß dieser Ausführungsform die Handsteuervorrichtung 43 die ersten Motoren 51 der ersten Antriebsmechanismen an, die jeweils im zweiten Fingerabschnitt 21B und im dritten Fingerabschnitt 21C vorgesehen sind, deren Spitzenendabschnitte mit dem Gegenstand 10 in Kontakt stehen, um sich in einer Richtung zum Biegen der ersten Gelenkabschnitte 22 zu drehen. Es ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt die zweiten Motoren 52 der zweiten Antriebsmechanismen in einem gestoppten Zustand gehalten werden. Wie die schwarz umrandeten Pfeile in 12D zeigen, wird also vom zweiten Fingerabschnitt 21B und vom dritten Fingerabschnitt 21C eine Druckkraft auf den Gegenstand 10 ausgeübt. Infolgedessen wird der Gegenstand 10 von dem zweiten Fingerabschnitt 21B und dem dritten Fingerabschnitt 21C ergriffen.
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Hier werden, wie oben beschrieben, im Handmechanismus 2 gemäß dieser Ausführungsform die beiden Kegelräder 61, 62 als Zahnräder des ersten Antriebsmechanismus zum Antrieb des ersten Gelenkabschnitts 22 jedes Fingerabschnitts 21 verwendet. Weiterhin wird ein Schneckengetriebe, aus dem Schneckenrad 63 und der Schnecke 64, als Getriebe des zweiten Antriebsmechanismus zum Antrieb des zweiten Gelenkabschnitts 23 jedes Fingerabschnitts 21 verwendet. Ein Schneckengetriebe hat typischerweise eine extrem geringe Rückwärtsantriebsfähigkeit. Daher kann selbst dann, wenn eine Druckkraft von den Greiffingerabschnitten auf den Gegenstand 10 ausgeübt wird, indem die ersten Motoren 51 der ersten Antriebsmechanismen zur Drehung angetrieben werden, während die zweiten Motoren 52 der zweiten Antriebsmechanismen in einem gestoppten Zustand gehalten werden, so dass nur die ersten Gelenkabschnitte 22 der jeweiligen Greiffingerabschnitte angetrieben werden, der Rücktrieb der Schneckenräder 63, 64 unterdrückt werden. Mit anderen Worten, wenn von den Greiffingerabschnitten eine Druckkraft auf den Gegenstand 10 ausgeübt wird, kann ein unbeabsichtigtes Antreiben der zweiten Gelenkabschnitte 23 der Greiffingerabschnitte in Ausfahrrichtung unterdrückt werden. Dadurch kann auch dann eine ausreichende Druckkraft von den Greiffingerabschnitten auf den Gegenstand 10 ausgeübt werden, wenn nur die ersten Motoren 51 der ersten Antriebsmechanismen angetrieben werden.
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Ferner ist in jedem Fingerabschnitt 21 der erste Gelenkabschnitt 22 näher am Spitzenendabschnitt positioniert als der zweite Gelenkabschnitt 23. Daher ist bei Ausübung von Druckkraft auf den Gegenstand 10 das Moment, das durch die auf den Spitzenendabschnitt des Greiffingerabschnitts ausgeübte Last erzeugt wird, bei Biegung des ersten Gelenkabschnitts 22 kleiner als bei Biegung des zweiten Gelenkabschnitts 23. Wenn also durch Biegen des ersten Gelenkabschnitts 22 eine Druckkraft auf den Gegenstand 10 ausgeübt wird, kann von den Greiffingerabschnitten mit einem geringeren Drehmoment eine ausreichende Druckkraft auf den Gegenstand 10 ausgeübt werden, als wenn durch Biegen des zweiten Gelenkabschnitts 23 eine Druckkraft auf den Gegenstand 10 ausgeübt wird. Mit anderen Worten, wenn versucht wird, durch Biegen des zweiten Gelenkabschnitts 23 eine ausreichende Presskraft auf den Gegenstand 10 auszuüben, ist ein größeres Drehmoment erforderlich als beim Biegen des ersten Gelenkabschnitts 22. Dementsprechend werden bei der Ausübung von Druckkraft auf den Gegenstand 10 durch die Greiffingerabschnitte während der Greifbetriebssteuerung gemäß dieser Ausführungsform die ersten Gelenkabschnitte 22 durch die ersten Motoren 51 der ersten Antriebsmechanismen angetrieben, während die zweiten Motoren 52 der zweiten Antriebsmechanismen in einem gestoppten Zustand gehalten werden. Mit anderen Worten, werden nur die ersten Motoren 51 als Antriebsquellen für die Ausübung der Presskraft auf den Gegenstand 10 verwendet. Dadurch kann der Gegenstand 10 von dem Handmechanismus 2 stabil gegriffen werden, während eine Zunahme der Größe und der Wärmeentwicklung der Motoren, die in den Antriebsmechanismen der jeweiligen Gelenkabschnitte der Fingerabschnitte 21 verwendet werden, unterdrückt wird.
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Wenn darüber hinaus ein Schneckengetriebe als Zahnrad des ersten Antriebsmechanismus sowie als Zahnrad des zweiten Antriebsmechanismus in jedem der Fingerabschnitte 21 des Handmechanismus 2 gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird und eine äußere Kraft irgendeiner Art auf den Spitzenendabschnitt des Fingerabschnitts 21 wirkt, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich der erste Gelenkabschnitt 22 als Reaktion auf die äußere Kraft biegt oder ausstreckt, als wenn eine andere Art von Zahnrad als Zahnrad des ersten Antriebsmechanismus verwendet wird. Mit anderen Worten, es ist weniger wahrscheinlich, dass der durch die äußere Kraft erzeugte Stoß durch die Bewegung des ersten Gelenkabschnitts 22 absorbiert wird. Außerdem hat ein Schneckengetriebe typischerweise ein vergleichsweise hohes Untersetzungsverhältnis. Daher verschlechtert sich bei Verwendung eines Schneckengetriebes als Getriebe des ersten Antriebsmechanismus der Antriebswirkungsgrad des ersten Gelenkabschnitts 22 im Vergleich zu einem Fall, in dem ein anderer Getriebetyp als Getriebe des ersten Antriebsmechanismus verwendet wird, oder einem Fall, in dem ein Kegelrad als Getriebe des ersten Antriebsmechanismus verwendet wird. Außerdem muss bei Verwendung eines Schneckengetriebes als Getriebe des ersten Antriebsmechanismus ein Schneckenrad im ersten Gelenkabschnitt 22 des Fingerabschnitts 21 vorgesehen werden, was zu einer Vergrößerung des ersten Gelenkabschnitts 22 führt.
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Deshalb wird in dem Handmechanismus 2 nach dieser Ausführungsform ein Kegelradgetriebe, das eine größere Rückdrehbarkeit und eine geringere Untersetzung als ein Schneckengetriebe aufweist, als Getriebe des ersten Antriebsmechanismus verwendet. Wenn also eine externe Kraft irgendeiner Art auf den Spitzenendabschnitt des Fingerabschnitts 21 wirkt, kann der durch die externe Kraft erzeugte Stoß leicht durch die Bewegung des ersten Gelenkabschnitts 22 absorbiert werden. Darüber hinaus kann die Antriebseffizienz des ersten Gelenkabschnitts 22 verbessert werden. Darüber hinaus kann eine Zunahme der Größe des ersten Gelenkabschnitts 22 unterdrückt werden. Es ist zu beachten, dass ein anderes Zahnrad als ein Kegelrad als Zahnrad des ersten Antriebsmechanismus verwendet werden kann. Durch die Verwendung eines Kegelrads als Zahnrad des ersten Antriebsmechanismus lässt sich jedoch eine Vergrößerung des ersten Gelenkabschnitts 22 leichter unterdrücken als bei der Verwendung eines anderen Zahnradtyps.
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<Fluss der Greifbetriebssteuerung >
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Als nächstes wird anhand eines in 13 gezeigten Flussdiagramms ein Ablauf der Greifbetriebssteuerung nach dieser Ausführungsform beschrieben. Der Fluss der Greifbetriebssteuerung wird durch die Ausführung eines vorgegebenen Steuerprogramms in der Handsteuervorrichtung 43 realisiert, nachdem der Handmechanismus 2 durch die Implementierung der Annäherungsbetriebssteuerung in die vorgegebene Greifposition gebracht wurde.
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In diesem Fluss wird zunächst in S101 der zweite Motor 52 von jedem der Greiffingerabschnitte, dessen Spitzenendabschnitt nicht mit dem Gegenstand in Kontakt ist, unter den Greiffingerabschnitten des Handmechanismus 2 während der aktuellen Steuerung des Greifvorgangs in eine Richtung zum Biegen des zweiten Gelenkabschnitts 23 angetrieben. Infolgedessen bewegen sich die Spitzenendabschnitte der Greiffingerabschnitte, die nicht in Kontakt mit dem Gegenstand sind, auf den Gegenstand zu. Es ist zu beachten, dass unmittelbar nach dem Ende der Annäherungsbetriebssteuerung keiner der Greiffingerabschnitte in Kontakt mit dem Gegenstand ist. In diesem Fall werden daher die zweiten Motoren 52 aller Greiffingerabschnitte in S101 angetrieben.
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Als nächstes wird in S102 bestimmt, ob die Drucksensoren 70 der jeweiligen Greiffingerabschnitte den Kontakt mit dem Gegenstand erkannt haben oder nicht. Wenn die Bestimmung von S102 negativ ist, wird die Verarbeitung von S101 erneut ausgeführt. Wenn die Bestimmung von S102 positiv ausfällt, wird dagegen als nächstes in S103 der Antrieb der zweiten Motoren 52 der Greiffingerabschnitte gestoppt, bei denen die Drucksensoren 70 der jeweiligen Greiffingerabschnitte einen Kontakt mit dem Gegenstand erkannt haben. Zu diesem Zeitpunkt kann die Stromzufuhr zu den zweiten Motoren 52 der Greiffingerabschnitte, bei denen ein Kontakt mit dem Gegenstand erkannt wurde, unterbrochen werden. Als nächstes wird in S104 festgestellt, ob in allen Greiffingerabschnitten ein Kontakt mit dem Gegenstand erkannt wurde oder nicht. Wenn die Bestimmung von S104 negativ ist, wird die Verarbeitung von S101 erneut ausgeführt. Dementsprechend werden die zweiten Motoren 52 der Greiffingerabschnitte, die nicht in Kontakt mit dem Gegenstand sind, weiterhin angesteuert. Es ist jedoch zu beachten, dass auch in diesem Fall der Antrieb der zweiten Motoren 52 in den Greiffingerabschnitten, bei denen bereits ein Kontakt mit dem Gegenstand erkannt wurde, im gestoppten Zustand gehalten wird. Durch wiederholtes Ausführen der Verarbeitung von S101 bis S104 wird der Antrieb der zweiten Motoren 52 der Greiffingerabschnitte nacheinander an dem Punkt gestoppt, an dem die Drucksensoren 70 den Kontakt mit dem Gegenstand 10 erkennen, bis alle Greiffingerabschnitte den Gegenstand berühren.
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Wenn die Bestimmung von S104 positiv ausfällt, wird dagegen als nächstes die Verarbeitung von S105 ausgeführt. In S105 werden in einem Zustand, in dem alle Greiffingerabschnitte mit dem Gegenstand in Kontakt sind, die ersten Motoren 51 aller Greiffingerabschnitte so angetrieben, dass sie sich in einer Richtung zum Biegen der ersten Verbindungsabschnitte 22 drehen. Zu diesem Zeitpunkt werden die zweiten Motoren 52 der Greiffingerabschnitte in einem gestoppten Zustand gehalten. Mit anderen Worten, die Stromzufuhr zu den zweiten Motoren 52 der jeweiligen Greiffingerabschnitte kann in einem gestoppten Zustand gehalten werden. Infolgedessen wird der Gegenstand durch die Greiffingerabschnitte gedrückt, wobei nur die ersten Motoren 51 der jeweiligen Greiffingerabschnitte als Antriebsquellen verwendet werden. Es ist zu beachten, dass es in S105 nicht immer erforderlich ist, die ersten Motoren 51 aller Greiffingerabschnitte zu betreiben. Genauer gesagt kann der erste Motor 51 von nur einem der Greiffingerabschnitte so betrieben werden, dass der Gegenstand 10 von diesem Greiffingerabschnitt gedrückt wird.
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Als nächstes wird in S106 bestimmt, ob das Greifen des Gegenstands durch die Greiffingerabschnitte abgeschlossen ist oder nicht. Es ist zu beachten, dass das vollständige Greifen des Gegenstands durch die Greiffingerabschnitte auf der Grundlage der Positionen der Spitzenendabschnitte der Greiffingerabschnitte oder des von den Drucksensoren 70 der Greiffingerabschnitte erfassten Drucks bestimmt werden kann. Wenn die Bestimmung von S106 negativ ist, wird die Verarbeitung von S105 fortgesetzt. Wenn die Bestimmung von S106 positiv ausfällt, wird dagegen als nächstes in S107 der Antrieb der ersten Motoren 51 der jeweiligen Greiffingerabschnitte gestoppt. Infolgedessen werden die Positionen der Spitzenendabschnitte der Greiffingerabschnitte oder der zu diesem Zeitpunkt von den Greiffingerabschnitten auf den Gegenstand ausgeübte Druck beibehalten. Die laufende Greifbetriebssteuerung wird dann beendet. Es ist zu beachten, dass in S107 die Leistung, die den ersten Motoren 51 der jeweiligen Greiffingerabschnitte zugeführt wird, auf der Leistung beibehalten werden kann, die an dem Punkt zugeführt wurde, an dem in S106 eine positive Bestimmung vorgenommen wurde.
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Gemäß dem oben beschriebenen Fluss werden, wenn die Spitzenendabschnitte der Greiffingerabschnitte mit dem Gegenstand in Kontakt gebracht werden, die Greiffingerabschnitte unter Verwendung der zweiten Motoren 52 der Greiffingerabschnitte als Antriebsquellen betrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt nicht nur die zweiten Gelenkabschnitt 23 der Greiffingerabschnitte, sondern auch die ersten Gelenkabschnitt 22 der Greiffingerabschnitte unter Verwendung der ersten Motoren 51 der Greiffingerabschnitte als Antriebsquellen angetrieben werden können. In der Zwischenzeit, wenn durch die Greiffingerabschnitte, deren Spitzenendabschnitte in Kontakt mit dem Gegenstand stehen, Druckkraft auf den Gegenstand ausgeübt wird, werden die Greiffingerabschnitte nur mit den ersten Motoren 51 der Greiffingerabschnitte als Antriebsquellen betrieben.
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(modifizierte Beispiele)
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Es ist zu beachten, dass in der obigen Ausführungsform als Beispiel eine Konfiguration beschrieben wurde, in der Motoren und Getriebe als Antriebsmechanismen verwendet werden, die in den jeweiligen Gelenkabschnitten 22, 23 der Fingerabschnitte 21 des Handmechanismus 2 vorgesehen sind, aber der Übertragungsmechanismus zur Übertragung der Drehkraft des Motors auf die Drehwelle des Gelenkabschnitts muss nicht notwendigerweise ein Getriebe sein. Anstelle eines Getriebes kann zum Beispiel ein Zahnriemen verwendet werden. Als Antriebsmechanismen der Gelenkabschnitte 22, 23 können auch Linearaktuatoren verwendet werden. Es ist jedoch zu beachten, dass unabhängig von der Konfiguration des Antriebsmechanismus angenommen wird, dass ein Mechanismus mit geringerer Rückwärtsantriebsfähigkeit als der erste Antriebsmechanismus für den Antrieb des ersten Gelenkabschnitts 22 als zweiter Antriebsmechanismus für den Antrieb des zweiten Gelenkabschnitts 23 verwendet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboterarm
- 2
- Handmechanismus
- 20
- Basisabschnitt
- 21
- Fingerabschnitt
- 22
- Erster Gelenkabschnitt
- 23
- Zweiter Gelenkabschnitt
- 211
- Erster Fingergliedabschnitt
- 212
- Zweiter Fingergliedabschnitt
- 213
- Basis-Endabschnitt
- 3
- Armmechanismus
- 30a
- Erster Gelenkabschnitt
- 30b
- Zweiter Gelenkabschnitt
- 30c
- Dritter Gelenkabschnitt
- 30d
- Vierter Gelenkabschnitt
- 30e
- Fünfter Gelenkabschnitt
- 30f
- Sechster Gelenkabschnitt
- 31
- Erster Armgliedabschnitt
- 32
- Zweiter Armgliedabschnitt
- 33
- Dritter Armgliedabschnitt
- 34
- Vierter Armgliedabschnitt
- 35
- Fünfter Armgliedabschnitt
- 36
- Verbindungselement
- 4
- Halteabschnitt
- 42
- Armsteuervorrichtung
- 420
- Armsteuereinheit
- 421
- Motorzustandsmengenerfassungseinheit
- 43
- Handsteuervorrichtung
- 430
- Gegenstandsinformationserfassungseinheit
- 431
- Handsteuereinheit
- 432
- Motorzustandsmengenerfassungseinheit
- 433
- Sensorinformationserfassungseinheit
- 51
- Erster Motor
- 52
- Zweiter Motor
- 53
- Dritter Motor
- 61, 62
- Kegelradgetriebe
- 63
- Schneckenrad
- 64
- Schnecke
- 65, 66
- Zahnrad
- 70
- Drucksensor
- 71
- Signalübertragungseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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