JP2002254382A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化・軽量化、組立・調整が容易で経済的
なロボットハンドを実現する。 【解決手段】 先端部に半円溝形状又はＶ溝形状の把持
部１２２が形成され該把持部１２２が対向する一対の片
持ち梁からなるフィンガ１２０を有する。フィンガ１２
０の内側中央部には把持部１２２の開閉を制御する偏肉
カム１４０が設けられている。さらにフィンガ１２０の
近傍の位置情報を取得するレンズ１６０およびＣＣＤ１
７０を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主としてビルディ
ング内の光配線の接続替えを行う自動光接続替え装置の
ロボットハンドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インターネットをはじめとする高速・大
容量のマルチメディア通信の進展を背景に、都市部を中
心としてインテリジェントビルディング内の光配線が本
格化してきている。このような都市ビルディング内の光
配線は、人手作業による接続が中心であるが、近年のビ
ルディング高層化にともなう光接続替え・管理稼働の増
大、フロアの模様替えに対する光配線の柔軟性、高信頼
化といった観点から、光接続替え・管理の自動化が要求
されている。このような要求に応えるため、ロボットを
用いてビルディング内の光接続替え・管理の自動化を行
う自動光接続替え装置の開発が進められている。

【０００３】図５は、従来の接続替えを説明する図であ
って、２０１は第１のプラグ、２０２は第１のジャッ
ク、２０３は第２のプラグ、２０４は第２のジャック、
２０５は割りスリーブ、２０６はコイルばね、３００は
ロボットハンド、４００は接続盤、４０１は接続盤挿入
穴である。

【０００４】なお、ここでは、便宜上、ロボットハンド
３００でハンドリングする側（１次側）の光コネクタプ
ラグをプラグ、接続盤４００内の割りスリーブ２０５と
コイルばね２０６を有する光コネクタプラグ（２次側）
をジャックとする。また光接続替えとは、図５におい
て、第１のプラグ２０１と第１のジャック２０２、第２
のプラグ２０３と第２のジャック２０４が各々接続され
ている状態から、第２のプラグ２０３と第１ジャック２
０２、第１のプラグ２０１と第２のジャック２０４の接
続に各々変更する接続替えのことである。プラグ２０１
とジャック２０２の間にはコイルばね２０６で押圧力が
付与されており、プラグ２０１とジャック２０３の光軸
合わせは割りスリーブ２０５により行われている。プラ
グやジャックに接続される光ファイバは図示していな
い。

【０００５】光配線の接続替えを行うロボットハンド３
００には、プラグとジャック間の光接続とその光接続を
解除する切断を高信頼に行うため、プラグ２０１の把持
とそのプラグ２０１の接続盤挿入穴４０１への挿入を高
精度に行う必要がある。他のプラグ２０３やジャック２
０２，２０４についても同様であるが、以下ではプラグ
２０１を代表して説明する。

【０００６】従来のロボットハンド３００を用いた光接
続替えでは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移送可能な３次元
移送機構５００の機構精度のみでロボットハンド３００
をプラグ２０１に位置決めし、そのプラグ２０１の把持
を行う。また、プラグ２０１を挿入する際にも、そのプ
ラグ２０１の把持の場合と同様、挿入穴４０１ヘのプラ
グ２０１の位置決めを３次元移送機構５００の機構精度
のみで行う。このように従来のロボットハンド３００に
おける光接続替えでは、機構系の精度のみで高精度な位
置決めを行う必要があり、このためリニアガイド、ボー
ルねじといった高価で高精度な機構部品が必要とされ、
自動光接続替え装置の小型化・軽量化、経済化が困難で
あった。

【０００７】また、この３次元移送機構５００に取り付
けられるロボットハンド３００についても、高信頼なハ
ンドリングを実現するため、高精度な機構部品が使用さ
れる。このような高精度な部品を組み合せて作られるロ
ボットハンドにおいて、プラグの把持を行う開閉機構と
してはいくつかの方法が考えられるが、ここでは楕円形
状のカムを用いてフィンガを開閉する例で説明する。

【０００８】図６は従来のロボットハンド３００を説明
する図であって、３１０はフィンガ、３２０はアーム、
３２１はアーム端部、３３０は支点、３４０は引張りば
ね、３５０は楕円カムである。プラグ２０１を把持する
フィンガ３１０は、アーム３２０の先端部に取り付けら
れており、この１組のアーム３２０間の距離を変えるこ
とにより、フィンガ３１０間に設けられた支点３３０を
回転中心としてフィンガ３１０の先端が開閉する構造で
ある。

【０００９】ア一ム端部３２１には引張りばね３４０が
取りつけられており、楕円カム３５０の長軸３５０Ｌが
アーム３２０と接触している時には、引張りばね３４０
が引き伸ばされフィンガ３２０の先端は閉状態となる
（図６(a)）。一方、楕円カム３５０を９０度回転させ
てその楕円カム３５０の短軸３５０Ｓをアーム３２０と
接触させると、引張りばね３４０が縮み、アーム端部３
２１に引張力が働くため、ラィンガ３１０の先端が開状
態となる（図６(b)）。

【００１０】このように従来のロボットハンド３００で
は高精度なロボットハンドリングを実現するため、複数
の高精度部品を組み合せて製作され、所定の精度を実現
するための組立・調整・検査工程に非常にコストがかか
っていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のロボットハンド３００は部品点数が多く、また組立
後の調整・検査工数が多いため、小型で経済的なロボッ
トハンドを構成できないという欠点があった。またこの
ようなロボットハンド３００を搭載した３次元移送機構
には、位置決め精度を確保する観点から高精度かつ高価
な移送機構を用いなけれぱならず、装置の小型・軽量
化、経済化が困難であるといった欠点もあった。さらに
機構系の精度に頼った位置決め法であるため、使用環境
温度変化があった場合、各組合せ部品の温度膨張係数の
差に起因した位置誤差がロボットハンドとプラグ間や接
続盤のプラグ挿入穴間に生じるため、プラグの把持や挿
入時にプラグを破損させる可能性があり、高信頼な光コ
ネクタ接続を実現できないという欠点があった。

【００１２】本発明の目的は、従来の課題を解決し、小
型・軽量で経済的な高い信頼性をもつ自動光配線機構の
ロボットハンドを実現し提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このために請求項１の発
明は、複数の光ファイバを配置した１次側光ファイバ群
と複数の光ファイバを配置した２次側光ファイバの間を
光接続する自動光接続替え装置のロボットハンドにおい
て、先端部に半円溝形状又はＶ溝形状の把持部が形成さ
れ該把持部が対向するよう支持された片持ち梁からなる
一対のフィンガと、該一対のフィンガの前記把持部を開
閉する開閉機構と有することを特徴とするロボットハン
ドとして構成した。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記フィンガ近傍の位置情報を取得する結像光学系
および撮像素子を有することを特徴とするロボットハン
ドとして構成した。

【００１５】

【発明の実施の形態】本実施形態では、ロボットハンド
の一対のフィンガを片持ち梁として支持部材と一体形成
し、このフィンガの開閉機構をフィンガ内部に実装し
て、組立・調整の容易化、小型・軽量化、経済化を実現
する。またＣＣＤを搭載してロボットハンドと対象物間
の相対位置誤差を検出できるようにし、廉価な移送機構
を実現する。さらに温度変化のある環境での使用や長時
間の使用に関しても、プラグ、ジャック等の光部品に破
損等が生じることなく高信頼な光接続が実現できるよう
にする。以下、詳しく説明する。

【００１６】図１(a)、(b)は本発明の１つの実施形態の
ロボットハンドの構造を示したものである。１００はロ
ボットハンド、１１０は取付部、１２０は一対の片持ち
梁からなるのフィンガ、１２１はフィンガ先端部、１２
２はプラグ把持部、１２３はフィンガ１２０のほぼ中間
位置、１２４はフィンガ１２０の開閉接触部、１３０は
フィンガ１２０の中央内側の矩形の間隙、１４０はその
間隙１３０に配置される偏肉カム、１５０はモータ、１
５１はモータシャフト、１６０はレンズ、１７０はＣＣ
Ｄである。

【００１７】ロボットハンド１００は、ハンド中央部に
１対のフィンガ１２０を取付部１１０と一体で形成して
なり、フィンガ先端部１２１には半円溝形状もしくはＶ
溝形状のプラグ把持部１２２が互いに対向するよう設け
てある。このようにフィンガ１２０と取付部１１０を一
体で形成することにより、複雑な組立・調整工数が不必
要となり、フィンガ１２０の設計が非常に容易となる。
フィンガ１２０のほぼ中間位置１２３には、その内側に
矩形の間隙１３０を形成し、この間隙１３０に回転によ
り肉厚が変化する偏肉カム１４０を取りつけてある。こ
の偏肉カム１４０は、モータ１５０のシャフト１５１に
直接取りつけられており、モータ１５０は取付部１１０
に固定されている。

【００１８】ここでは説明を簡単にするため、偏肉カム
１４０の肉厚を２種類（厚肉、薄肉）として説明する。
偏肉カム１４０はモータ１５０で回転させることにより
肉厚が緩やかに２段階変化し、薄肉部１４１がフィンガ
１２０の開閉接触部１２４側にある時は、薄肉部１４１
はその開閉接触部１２４に接触しないで、フィンガ１２
０は閉状態となる（図１(a)）。次にモータ１５０によ
り偏肉カム１４０を１８０度回転させると、厚肉部１４
２とフィンガ２の開閉接触部１２４が接触し、フィンガ
１２０は押し拡げられた開状態となる（図１(b)）。こ
のように偏肉カム１４０では、モータ１５０の回転に伴
う開閉接触部１２４内での肉厚の変化により、フィンガ
１２０のプラグ把持部１２２の開閉状態を制御できる。
フィンガ１２０の開閉状態として３状態が必要な場合
は、偏肉カム１４０の肉厚を周方向に３種類設ければ良
い。

【００１９】なお、この例ではロボットハンド１００を
すべて一体形成した例で説明したが、本質的に一体で形
成しなければいけない部分は、一対のフィンガ１２０と
そのフィンガ１２０の支持部１２５のみであり、フィン
ガ１２０の外側に設けた取付部１１０はフィンガ１２０
の把持性能に直接影響を及ぼさないので、この部分は別
構成としても特段間題はない。

【００２０】さらに、このロボットハンド１００の上部
には広角レンズ１６０付きのＣＣＤ１７０が取りつけら
れており、このＣＣＤ１７０の画像信号を用いることに
よりビジュアルフィードバックが可能となり、簡単な３
次元移送機構を用いた場合でも高精度な位置決めを行う
ことができる。

【００２１】次に、ＣＣＤ画像を用いた本発明のロボッ
トハンド１００によるプラグ２０１の把持と挿入につい
て、以下に説明を行う。図２は３次元移送機構５００に
本発明の実施例であるロボットハンド１００を搭載した
図である。

【００２２】本発明のロボットハンド１００は、先の従
来例と同様に３次元移送機構５００に取り付けられて使
用され、このロボットハンド１００のフィンガ１２０の
プラグ把持部１２２でプラグ２０１を把持し、ＣＣＤ１
７０の画像をもとに、接続盤４００のプラグ挿入穴４０
１へのプラグ２０１の挿入と接続盤４００上のプラグ２
０１の把持を行う。ロボットハンド１００のレンズ１６
０とＣＣＤ１７０は、フィンガ１２０の把持部１２２を
含む広範囲なエリアの画像を取得できるよう、取り付け
角度θを設定してある。このようにフィンガ１２０の先
端近傍の画像をＣＣＤ１７０により取得することによ
り、プラグ２０１の把持時のプラグ２０１とフィンガ１
２０の間、接続盤４００へのプラグ２０１の挿入時のプ
ラグ２０１と挿入穴４０１の間の相対位置誤差を検出す
ることができる。

【００２３】次に、この相対位置誤差の検出方法につい
て説明を行う。図３(a)はロボットハンド１００により
プラグ２０１を把持する説明図、図３(b)はその際のＣ
ＣＤ画像を示す図である。１７１はＣＣＤ画像、１７２
はプラグ２０１の像、１７３はプラグ把持部１２２の
像、１７４は接続盤４００の上縁４０２のラインエッジ
画像である。

【００２４】接続盤４００上でのプラグ把持手順は、ロ
ボットハンド１００を搭載した３次元移送機構５００に
より予め設定してある３次元のティーチング位置を用い
て、切断対象のプラグ２０１に粗位置決めを行う。図１
のロボットハンド１００の構成で述べたように、ロボッ
トハンド１００のＣＣＤ１７０には、ロボットハンド１
００のフィンガ１２０の２個のプラグ把持部１２２の像
１７３がＣＣＤ１７０の画像面１７１の同一平面内に結
像する。このＣＣＤ画像１７１を元に３次元の精密位置
決めを行う。

【００２５】画像を用いた３次元の位置決めには種々の
手法があるが、ここでは画像のエッジ微分信号を用いて
フォーカス制御する方法で説明する。まず予め設定した
Ｘ方向のフォーカス位置Ｘ０で接続盤４００の上縁４０
２のラインエッジ画像１７４が結像するようレンズ１６
０を配置しておく。このように設定したロボットハンド
１００を３次元移送機構５００によりＸ方向に移動させ
ていくと、接続盤４００の上縁４０２のラインエッジ画
像１７４がＣＣＤ１７０に結像する。ラインエヅジ画像
１７４のフォーカス位置は、接続盤４００の上縁４０２
のラインエッジ画像１７４の微分値が最大となる位置を
検出することにより行える。

【００２６】同じくＺ方向の位置決めについても、予め
測定した接続盤４００の上縁４０２のラインエッジ画像
１７４の位置Ｚ０に、上縁４０２のラインエッジ画像１
７４がくるよう移送機構５００のＺ軸を制卸することに
より行うことができる。

【００２７】ただし、ＣＣＤ１７０のフォーカスは、常
にフィンガ先端部１２１に合うよう固定されているた
め、いきなりＹ方向の誤差がある状態でＺ方向の位置決
めを行うとプラグ２０１を破損する可能性があるので、
次に述べるＹ方向の位置決めと合わせて行う。具体的に
は、Ｙ方向の位置決めを行った後にＺ方向に微動して位
置決めする一連の処理を繰り返すことにより、Ｚ、Ｙ方
向の位置決めを行う。Ｙ方向の位置誤差ΔＹは、フィン
ガ把持部像１７３の中心軸Ｃｆとプラグ像１７２の中心
軸ＣｐをＣＣＤ１７０の画像から算出することができ、
この誤差ΔＹがゼロとなるよう位置決めすることによ
り、Ｙ方向の位置決めが行える。

【００２８】図４(a)はプラグ２０１を接続盤４００の
挿入穴４０１に挿入する操作を説明する図、図４(b)は
その際のＣＣＤ画像１７１を示したものであって、１７
５はプラグ挿入穴４０１の像である。

【００２９】プラグ２０１のプラグ挿入穴４０１への挿
入は、図３で示した例と同じくＣＣＤ画像１７１を元に
行うことにより、高信頼な挿入が実現できる。すなわち
Ｘ方向の位置は接続盤４００の上縁４０２のラインエッ
ジ画像１７４から、Ｙ方向の位置は挿入穴像１７５の中
心軸Ｃｈとプラグ像１７１の中心軸Ｃｐから、Ｚ方向の
位置は接続盤４００の上縁４０２のラインエッジ画像１
７４とＣＣＤ１７０のＺ方向結像位置Ｚ０との偏差εか
ら、各々検出することにより３次元の位置誤差を検出す
ることができ、これら位置誤差がゼロとなるよう３次元
移送機構５００を制御することにより位置決めが可能で
ある。図４において、Δｙは挿入穴４０１とプラグ２０
１とのＹ方向誤差、ΔｚはＺ方向誤差である。

【００３０】

【発明の効果】本発明のロボットハンドは、一対のフィ
ンガを片持ち梁で形成しているので、小型化・軽量化が
可能であり、また部品点数を少なくできるので組立・調
整が容易になり、経済的なロボットハンドが実現でき
る。

【００３１】また、フィンガ近傍の位置情報を取得する
結像光学系および撮像素子を有するので、フィンガと対
象物の相対位置誤差を算出することが可能となり、プラ
グ把持直前位置やプラグ挿入穴直前位置といった最終位
置決め位置で撮像素子画像を用いた位置決めが可能とな
るため、機構系の積算誤差や組立誤差の影響を受けにく
く、従来例と違い高精度な移送機構を用いる必要がな
い。

【００３２】さらに、温度変化等によりプラグとロボッ
トハンド間の相対位置の誤差が生じても、常にその相対
位置誤差を検出することができるので、この位置誤差が
ゼロとなるよう制御することにより、プラグの破損等が
生じない高信頼なハンドリングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のロボットハンドの説明図で、(a)は
フィンガが閉じた状態の正面図、(b)は開いた状態の正
面図である。

【図２】 本発明のロボットハンドの使用説明の斜視図
である。

【図３】 本発明のロボットハンドによるプラグの挿入
の説明図で、(a)はその斜視図、(b)はＣＣＤ画像の説明
図である。

【図４】 本発明のロボットハンドによるプラグの把持
の説明図で、(a)はその斜視図、(b)はＣＣＤ画像の説明
図である。

【図５】 従来のロボットハンドによるプラグ操作を説
明ずる斜視図である。

【図６】 従来のロボットハンドの説明図で、(a)はフ
ィンガが閉じた状態の正面図、(b)は開いた状態の正面
図である。

【符号の説明】 １００：ロボットハンド、１１０：取付部、１２０：フ
ィンガ、１２１：フィンガ先端、１２２：プラグ把持
部、１２３：フィンガ中間部、１２４：開閉接触部、１
２５：フィンガ支持部、１３０：矩形の空間、１４０：
偏肉カム、１４１：肉薄部、１４２：肉厚部、１５０：
モータ、１５１：モータシャフト ２０１：プラグ、２０２：ジャック、２０３：プラグ、
２０４：ジャック、２０５：割りスリーブ、２０６：コ
イルばね ３００：ロボットハンド、３１０：フィンガ、３２０：
アーム、３３０：支点、３４０：引張ばね、３５０：楕
円カム、３５０Ｌ：長軸、３５０Ｓ：短軸 ４００：接続盤、４０１：挿入穴、４０２：上縁 ５００：３次元移送機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の光ファイバを配置した１次側光ファ
   イバ群と複数の光ファイバを配置した２次側光ファイバ
   の間を光接続する自動光接続替え装置のロボットハンド
   において、 先端部に半円溝形状又はＶ溝形状の把持部が形成され該
   把持部が対向するよう支持された片持ち梁からなる一対
   のフィンガと、該一対のフィンガの前記把持部を開閉す
   る開閉機構と有することを特徴とするロボットハンド。
2. 【請求項２】請求項１において前記フィンガ近傍の位置
   情報を取得する結像光学系および撮像素子を有すること
   を特徴とするロボットハンド。