JP2004284001A - ロボットハンド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ベース部2に対し多自由度を有するアーム部3と、把持対象物9を把持する方向で対峙する3本の指41〜43を有するハンド部4と、把持対象物9の距離を検知する2台の視覚センサ114と、全体の動作を制御する制御部101と、把持対象物9の属性に関する情報を読み取るタグリーダ121とを備える。一方、把持対象物9に、該把持対象物9自身の属性に関する情報を記録する小型タグ131を添付しておく。そして、上記タグリーダによって上記把持対象物9の小型タグ131から読み取った把持対象物9自身の属性に関する情報に応じて該把持対象物9を把持する。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意の把持対象物を安定して把持するロボットハンドに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ロボットハンドによって物体を把持する方法としては、ワーク把持方法がある。この把持方法では、ロボット本体に把持対象物を撮影する撮影手段と、把持対象物を所定の方向から見たときの把持対象物の形状情報を記録している記録手段とを有し、撮影画像と形状情報とから把持対象物の姿勢を検出し、その検出結果に応じて把持動作を開始するようにしている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−263482号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のロボットハンドによる把持方法では、把持対象物を撮影した撮影画像と、把持対象物を所定の方向から見たときの把持対象物の形状情報とから把持対象物の姿勢を検出して把持動作が行われるため、ロボット本体の記録手段としての情報記録部に形状情報が記録されている把持対象物しか把持することができず、情報記録部に形状情報が記録されていない新規の把持対象物を把持することができない。
【0005】
さらに、撮影手段による撮影画像からは硬さなどの材質に関する情報を得ることができないため、ロボット本体の情報記録部に記録されている形状情報と同じ形状であっても、把持対象物の硬さに差、例えば想定硬さよりも柔らかければ、ロボットハンドの指先の力が強過ぎて把持対象物を破損してしまうおそれがある。
【0006】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロボットハンドの情報記録部に形状情報が記録されていない新規の把持対象物を安定して把持することができるロボットハンドを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が講じた解決手段は、ロボットハンドとして、ベースに対し多自由度を有するアーム部と、少なくとも把持対象物を把持する方向で対峙する2本の指を有するハンド部と、把持対象物の距離を検知する視覚センサと、全体の動作を制御する制御部と、把持対象物の属性に関する情報を読み取る情報読み取り部とを備える。一方、把持対象物に、該把持対象物自身の属性に関する情報を記録する情報記録部を添付または内蔵しておく。そして、上記情報読み取り部によって上記把持対象物の情報記録部から読み取った把持対象物自身の属性に関する情報に応じて該把持対象物を把持するようにしている。
【0008】
この特定事項により、把持対象物に添付または内蔵されている情報記録部から情報読み取り部を利用してその把持対象物自身の属性に関する情報が取得されるので、ロボットハンド装置内の情報記録部に記録されている把持対象物しか把持できないものに比べて把持可能な把持対象物の範囲が飛躍的に拡大され、全く新規な把持対象物もその属性に関する情報に応じた把持力でもって安定して把持することが可能となる。
【0009】
ここで、ハンド部の各指部を折り曲げ駆動させる関節を各指部に備えている場合には、各指部によって把持対象物を包み込むことも可能となり、各指部に関節がないものに比べてより安定して把持対象物を把持することが可能となる。
【0010】
特に、把持対象物の属性に関する情報を具体的に示すものとして、以下の構成が掲げられる。
【0011】
つまり、少なくとも把持対象物の重量に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として情報読み取り部でもって読み取るようにしている。
【0012】
この特定事項により、同じ形状であるにも係わらず把持対象物同士の間で重量に大きなバラツキがあったとしても、把持対象物個々に異なる重量のバラツキも把持対象物毎の属性に関する情報として情報読み取り部により確実に取得されることになり、想定重量よりも重い把持対象物に応じた把持力でもって安定して把持することが可能となる。
【0013】
また、少なくとも把持対象物の材質に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として情報読み取り部でもって読み取るようにしている場合には、同じ形状であるにも係わらず把持対象物の硬さに大きな差があったとしても、把持対象物個々の硬さの違いも把持対象物毎の属性に関する情報として情報読み取り部により確実に取得されることになり、想定硬さよりも柔らかい把持対象物を破損させることなくその把持対象物に応じた把持力でもって安定して把持することが可能となる。
【0014】
特に、把持対象物の破損をより効果的に防止するものとして、以下の構成が掲げられる。
【0015】
つまり、情報読み取り部は、情報記録部から情報を読み取るに際し、把持対象物に対し非接触の通信により情報記録部からの情報の読み取りが行えるようにしている。
【0016】
この特定事項により、ロボットハンドが把持対象物に接触する前に把持対象物に関する情報が取得されることになり、把持作業が効率よく行える上、把持対象物が非常に脆くてもその把持対象物が破損する危険性を確実に回避することが可能となる。
【0017】
ここで、把持対象物に対する非接触の通信手段として、電磁放射の周波数を適用している場合には、把持対象物に添付または内蔵する情報記録部に対しバッテリを付設する必要がなくなる。
【0018】
特に、把持対象物に加わる指先力を高精度に検出し得るものとして、以下の構成が掲げられる。
【0019】
つまり、ハンド部に触覚センサを設けている。
【0020】
この特定事項により、把持対象物に加わる指先力をモータトルクから算出する場合に比べて高精度に検出することが可能となる。
【0021】
また、情報読み取り部をハンド部に設けている場合には、アーム部の自由度を利用して情報読み取り部が環境をスキャンすることが可能となり、情報記録部と情報読み取り部との間の通信距離が比較的短い場合にもロボットハンドの可動範囲内に存在する把持対象物を検出することが可能となる。
【0022】
更に、少なくとも把持対象物の把持に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として情報読み取り部でもって読み取るようにしている場合には、把持対象物の属性に関する情報として少なくとも把持対象物の把持に関する情報を記録し、その把持に関する情報をロボットハンドの制御に利用することで、より高速で安定した把持制御を実現することが可能となる。
【0023】
特に、各指の関節の高トルク駆動を実現し得るものとして、以下の構成が掲げられる。
【0024】
つまり、各指に、指先側から順に第1ないし第3指部を設けるとともに、その互いに相隣なる指部同士の間およびハンド部との間に指先側から順に第1ないし第3関節を設ける。そして、上記第1指部を第2指部に対し第1関節回りに駆動させる第1モータを、第2関節よりもハンド部側に内蔵し、この第1モータの駆動力を第1ベルト機構を介して第2関節から第1関節に伝達させるように構成するとともに、上記第2指部を第3指部に対し第2関節回りに駆動させる第2モータを、第3関節よりもハンド部側に設け、この第2モータの駆動力を第2ベルト機構を介して第3関節から第2関節に伝達させるように構成している。
【0025】
この特定事項により、第1モータは、第2関節よりもハンド部側となる各指部の中で最も容積の大きい第3指部に内蔵され、第1ベルト機構を介して第2関節から第1関節に伝達される駆動力によって第1指部を第2指部に対し第1関節回りに駆動させるようになされているので、所定の指部を関節回りに駆動させるモータをその関節のハンド部側に隣接する指部内に内蔵している場合、例えば、第1モータを第1関節のハンド部側となる第2指部に内蔵している場合のように、狭い第2指部の容積によって第1モータのサイズが第2指部の容積内で制約されることがなく、より容積の大きい第3指部内にサイズの大きい第1モータが内蔵されることになり、第2指部の容積を拡大させることなく第1関節回りに駆動する第1指部の高トルク駆動を実現することが可能となる。また、第2モータは、第3関節よりもハンド部側となる広い容積のハンド部に内蔵され、第2ベルト機構を介して第3関節から第2関節に伝達される駆動力によって第2指部を第3指部に対し第2関節回りに駆動させるようになされているので、第2モータを第2関節のハンド部側に隣接する第3指部に内蔵している場合のように、第2モータのサイズが第3指部の容積内で制約されることがなく、容積の大きいハンド部内にサイズの大きい第2モータが内蔵されることになり、第3指部の容積を拡大させることなく第2関節回りに駆動する第2指部の高トルク駆動を実現することが可能となる。
【0026】
ここで、第3関節から第2関節に伝達される駆動力に対し第2関節から第1関節に伝達される駆動力を切り離して第1指部を駆動する駆動力分離機構を第1ベルト機構に設けている場合には、第1ベルト機構により第2関節から第1関節に伝達される第1指部の駆動力は、第2ベルト機構により第3関節から第2関節に伝達される第2指部の駆動力と切り離して伝達され、第2指部の駆動時に第1指部を円滑に駆動させることが可能となる。
【0027】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0028】
<第1の実施の形態>
この第1の実施形態では、本発明に係わるロボットハンド装置およびタグの構成、並びに動作を図1ないし図7を参照しながら説明する。
【0029】
図1に示すように、ロボットハンド装置1は、ベースとしてのベース部2と、このベース部2に一端が連結されたアーム部3と、このアーム部3の他端に連結され、3本の指41〜43を有するハンド部4とによって構成されている。
【0030】
ベース部2は、ロボットハンド装置1全体の動作を制御する制御部101と、ロボットハンド装置1の動力源となるバッテリ5とを備えている。そして、図2に示すように、制御部101は、プログラムに基づいて各種演算を行う演算装置102と、情報及びプログラムなどを記録する情報記録部としてのメモリ103と、デジタル入力をアナログ出力に変換するD/A変換器104と、エンコーダ112からの入力パルス数をカウントするカウンタ105と、アナログ入力をデジタル出力に変換するA/D変換器106と、視覚センサ114からの出力を入力する画像入力インターフェース107と、シリアル通信を行う際のインターフェースとなるシリアルポート108と、これらをつなぐバス109とによって構成されている。
【0031】
アーム部3は、ハンド部4寄りの他側関節6が2自由度に、ベース部2寄りの一側関節8が3自由度に、この両関節6,8の間に位置する中央関節7が1自由度にそれぞれ設定されており、アーム部3として6自由度を有している。ハンド部4の各指41〜43は、それぞれ指先から順に第1関節44に1自由度、第2関節45に1自由度、第3関節46に2自由度を有している。各関節6〜8,44〜46には、それぞれの自由度に等しい数のモータ111,…が設けられ、これらのモータ111,…によって各関節6〜8,44〜46が駆動するようになっている。各モータ111には、その回転角度を検出するためのエンコ−ダ112が設けられている。この場合、各指41〜43の第1ないし第3関節44〜46は、その各モータ111によって折り曲げ駆動されるようになっている。
【0032】
上記各指41〜43の先端には触覚センサ113が配置されており、指先に加わる圧力が検出されるようになっている。また、ハンド部4の掌部には、把持対象物9に添付された情報記録部としての小型タグ131(後述)内の情報を読むための情報読み取り部としてのタグリーダ121が内蔵されている。
【0033】
また、上記ベース部2には2台の視覚センサ114が接続されており、把持対象物9および上記ハンド部4などを撮像して、その位置を計測できるようになっている。
【0034】
図2は制御部101の詳細を示すブロック図である。
【0035】
この図2において、触覚センサ113などの出力はA/D変換器106でデジタル値に変換され、その出力はバス109を介してメモリ103に送られる。また、各モータ111に設けられているエンコーダ112の出力はカウンタ105とバス109とを介してメモリ103に送られる。視覚センサ114の出力は画像入力インターフェース107とバス109とを介してメモリ103に送られる。また、演算装置102で各関節6〜8,44〜46の駆動に必要な制御値を算出してD/A変換器104でアナログ出力に変換し、モータドライバ110を介して各関節6〜8,44〜46を駆動するモータ111に出力する。
【0036】
次に、タグシステムに関して図3ないし図5を参照しながら説明する。
【0037】
タグによる情報通信システムでは、タグリーダ121と小型タグ131とが存在する。図3に示すように、タグリーダ121は、演算装置122、メモリ123、無線送信部124、無線受信部125、シリアルポート126を備えている。一方、図4に示すように、小型タグ131は、演算装置132、メモリ133、不揮発性メモリ134、無線送信部135、無線受信部136を備えている。タグリーダ121と小型タグ131との間は、電磁放射の周波数(10kHz〜100GHz)による無線通信となっており、図5に示すように、一定の範囲A内に存在する小型タグA138とタグリーダ121との間でのみ通信が成立し、範囲A外に存在する小型タグB139とタグリーダ121との間では通信は成立しない。本実施例においては公知の電磁放射の周波数による無線通信技術を用いて小型タグ131とタグリーダ121との間での通信を行うものとする。
【0038】
そして、本実施形態におけるタグシステムの利用法としては、図1に示す把持対象物9に小型タグ131を添付または内蔵し、ロボットハンド装置1のハンド部4に内蔵のタグリーダ121で小型タグ131を検出するようにしている。小型タグ131内の不揮発性メモリ134には、把持対象物9に関する属性情報が記録されている。この属性情報とは、例えば把持対象物9の重量、材質(摩擦係数、剛性など)に関する情報のことである。また、把持対象物9をロボットハンド装置1で把持する際の把持時のハンド部4の位置・姿勢に関する情報も不揮発性メモリ134に記録されている。この場合、ハンド部4の位置・姿勢に関する情報とは、例えば正面から把持、あるいは右側面から把持、後方から把持するといった情報のことである。
【0039】
次に、ロボットハンド装置1における制御プログラムのソフトウェア構成を図6に示す。図6に示すように、制御プログラムは、画像処理部141、行動計画部142、制御演算部143を備えている。入力としては、触覚センサ113などの各種センサからのセンサ入力、視覚センサ114からの画像入力、および小型タグ131からの情報入力がある。画像処理部141は、画像入力より把持対象物9のエッジ抽出や把持対象物9までの距離などを算出する。行動計画部142は、各種センサからの情報、画像処理部141の結果として抽出される情報、小型タグ131からの情報などを入力して、ロボットハンド装置1全体としての行動を決定する。制御演算部143は、行動計画部142が決定した動作と現在のロボットハンド装置1の状態とに従って、各関節6〜8,44〜46のモータ111へ目標指令値を出力する。
【0040】
ここで、ロボットハンド装置1が、静止している把持対象物9を把持する手順を図7のフローチャートに基づいて説明する。
【0041】
図7のステップST201において、把持対象物9に添付している小型タグ131とロボットハンド装置1に内蔵のタグリーダ121とが通信可能な状態になるまで、ハンド部4を把持対象物9に近づける。実現方法としては、上記2台の視覚センサ114の画像より三角測量の原理を利用して把持対象物9およびハンド部4の空間上の位置を測定し、ハンド部4が把持対象物9に近づくように制御部101でロボットハンド装置1の制御を行う。
【0042】
ステップST202において、ロボットハンド装置1に内蔵のタグリーダ121が把持対象物9に添付の小型タグ131より把持対象物9の属性情報(重量、摩擦係数、剛性など)と、把持対象物9を安定に把持するためのハンド部4の位置と姿勢に関する少なくとも1つ以上の情報とを取得し、ロボットハンド装置1の制御部101内のメモリ103に記録する。
【0043】
ステップST203において、上記小型タグ131より取得した把持対象物9を安定に把持するためのハンド部4の位置と姿勢の情報が2つ以上存在する場合には、把持対象物9とハンド部4とを上記2台の視覚センサ114で撮像した画像情報より、目標とするハンド部4の位置と姿勢を決定する。
【0044】
ステップST204において、ハンド部4の位置と姿勢が上記ステップST203で決定したハンド部4の位置と姿勢になるように、制御部101によりロボットハンド装置1を制御する。実現方法としては、把持対象物9とハンド部4とを2台の視覚センサ114で撮像した画像より、三角測量の原理を利用して把持対象物9とハンド部4の位置と姿勢を計測する。上記小型タグ131より取得した把持対象物9を安定に把持するためのハンド部4の位置と姿勢の情報が上記計測値の目標値となるように制御部101がハンド部4の位置と姿勢を制御する。この結果、ハンド部4は把持対象物9を把持可能な位置と姿勢を実現する。
【0045】
ステップST205において、アーム部3を固定し、ハンド部4の制御のみで把持対象物9の把持を行う。上記メモリ103に保存している把持対象物9の重量と摩擦係数と剛性との情報より指先力を決定し、ハンド部4制御則に従って把持制御することによって、把持対象物9を把持する。また、指先の触覚センサ113により実際の指先力を検出し、フィードバック制御を行うことでより正確な制御を実現する。
【0046】
したがって、本実施形態では、把持対象物9に添付されている小型タグ131からタグリーダ121を利用してその把持対象物9自身の属性に関する情報が取得されるので、ロボットハンド装置内の情報記録部に記録されている把持対象物しか把持できないものに比べて把持可能な把持対象物9の範囲が飛躍的に拡大され、全く新規な把持対象物9もその属性に関する情報に応じた把持力でもって安定して把持することができる。また、把持対象物9の重量に関する情報がその把持対象物9の属性に関する情報としてタグリーダ121でもって読み取られる場合には、同じ形状であるにも係わらず把持対象物9同士の間で重量に大きなバラツキがあったとしても、把持対象物9個々に異なる重量のバラツキも把持対象物9毎の属性に関する情報としてタグリーダ121により確実に取得されることになり、想定重量よりも重い把持対象物9に応じた把持力でもって安定して把持することができる。更に、把持対象物9の材質に関する情報をその把持対象物9の属性に関する情報としてタグリーダ121でもって読み取るようにしている場合には、同じ形状であるにも係わらず把持対象物9の硬さに大きな差があったとしても、把持対象物9個々の硬さの違いも把持対象物9毎の属性に関する情報としてタグリーダ121により確実に取得されることになり、想定硬さよりも柔らかい把持対象物9を破損させることなくその把持対象物9に応じた把持力でもって安定して把持することができる。
【0047】
また、ハンド部4の各指41〜43の第1ないし第3関節44〜46がその各モータ111によって折り曲げ駆動されるようになっているので、各指41〜43によって把持対象物9を包み込むことも可能となり、各指に関節がないものに比べてより安定して把持対象物9を把持することができる。
【0048】
そして、タグリーダ121は、小型タグ131から情報を読み取るに際し、把持対象物9に対し非接触の通信により小型タグ131からの情報の読み取りが行われるようになっているので、ロボットハンド装置1が把持対象物9に接触する前に把持対象物9に関する情報が取得されることになり、把持作業を効率よく行うことができる上、把持対象物9が非常に脆くてもその把持対象物9が破損する危険性を確実に回避することができる。しかも、把持対象物9に対する非接触の通信手段として電磁放射の周波数が適用されているので、把持対象物9に添付した小型タグ131に対しバッテリを付設する必要がない。
【0049】
また、ハンド部4の各指41〜43の先端には触覚センサ113が設けられているので、把持対象物9に加わる指先力をモータトルクから算出する場合に比べて高精度に検出することができる。
【0050】
しかも、タグリーダ121がハンド部4の掌部に設けられているので、アーム部3の自由度を利用してタグリーダ121が環境をスキャンすることができ、小型タグ131とタグリーダ121との間の通信距離が比較的短い場合にもロボットハンド装置1の可動範囲内に存在する把持対象物9を検出することができる。
【0051】
更に、メモリ103に保存している把持対象物9の重量と摩擦係数と剛性との情報より指先力を決定し、ハンド部4制御則に従って把持制御することによって、把持対象物9が把持されるので、より高速で安定した把持制御を実現することができる。
【0052】
<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施形態を図8ないし図12に基づいて説明する。
【0053】
この実施形態では、各指を関節回りに駆動する駆動機構の構成を変更している。なお、各指の駆動機構を除くその他の構成は、上記第1の実施形態の場合と同じであり、同じ部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0054】
すなわち、本実施形態では、図8および図9に示すように、各指40は、指先側(図8では左側)から順に第1ないし第3指部401〜403を備えているとともに、その互いに相隣なる第1指部401と第2指部402との間、第2指部402と第3指部403との間、および第3指部403とハンド部404との間に指先側から順に第1ないし第3関節411〜413を備えている。この場合、第1ないし第3指部401〜403は、人間の手と同じように、第1指部401が第2および第3指部402,403よりも細くて短く、第3指部403が第2指部402よりも太くて長くなるように形成されている。
【0055】
そして、図10ないし図12に示すように、第1指部401と第2指部402との間の第1関節411は、第2指部402の先端(図10では左端)に回転自在に支持された第1回転軸411aを有し、この第1回転軸411aに第1指部401の基端(図10および図11では右端)が回転一体に連結されている。これにより、第1指部401は、第2指部402に対し第1関節411(第1回転軸411a)回りに回転するようになっている。
【0056】
第2指部402と第3指部403との間の第2関節412は、第3指部403の先端に回動自在に支持された第2回転軸412aを有し、この第2回転軸412aに第2指部402の基端(図10および図11では右端)が連結部材402aを介して回転一体に連結されている。これにより、第2指部402は、第3指部403に対し第2関節412(第2回転軸412a)回りに回転するようになっている。
【0057】
第3指部403とハンド部404との間の第3関節413は、ハンド部404の指40の付け根に回転一体に連結された第3回転軸413aを有し、この第3回転軸413aに第3指部402の基端(図10および図11では右端)が回転自在に支持されている。これにより、第3指部403は、ハンド部404に対し第3関節413(第3回転軸413a)回りに回転するようになっている。
【0058】
また、各指40は、第1指部401を第1関節411回りに駆動させる第1駆動機構421と、第2指部402を第2関節412回りに駆動させる第2駆動機構422と、第3指部403を第3関節413回りに駆動させる第3駆動機構423とを備えている。この場合、第1ないし第3回転軸411a,412a,413aは互いに平行に配置されている。
【0059】
第1駆動機構421は、第1回転軸411aの一側(図10では上側)に回転一体に連結された第1ギヤ421aと、第1回転軸411aよりもハンド部404側に位置する第2指部402の先端に回動自在に支持された第4回転軸421bと、この第4回転軸421bの一側(図10では上側)に回転一体に連結され、上記第1ギヤ421aと噛合する第2ギヤ421cと、上記第4回転軸421bの他側(図10では下側)に回転一体に連結された第1プーリ421dと、上記第2回転軸412aの他側に回転自在に支持された第2プーリ421eと、上記第1および第2プーリ421d,421e間に掛け渡された第1ベルト421fと、上記第2回転軸412aの略中央に回転自在に支持され、上記第2プーリ421eの一側(図10では上側)に一体的に固設されたベベルギヤ状の第3ギヤ421gと、第2関節412よりもハンド部404側となる第3指部403内に内蔵され、上記第3ギヤ421gと噛合する出力ギヤ421hを出力軸421iの先端に回転一体に連結してなる第1モータとしての第1駆動モータ421jとを備えている。そして、この第1駆動モータ421jは、出力ギヤ421hから第3ギヤ421gを介して第2回転軸412a回りに第2プーリ421eを回転させることによって、第1ベルト421fを介して第1プーリ421dを回転させ、この第1プーリ421dの回転により第4回転軸421bを回転させて第2ギヤ421cと噛合する第1ギヤ421aを回転させ、これにより第1回転軸411aを第2指部402の先端で回転させることで、第2指部402に対し第1指部401を第1関節411(第1回転軸411a)回りに回転させるようになっている。この場合、第1プーリ421d、第2プーリ421eおよび第1ベルト421fによって、第1ベルト機構441を構成している。
【0060】
第2駆動機構422は、第2回転軸412aの一側(図10では上側)に回転一体に連結された第5ギヤ422aと、第2回転軸412aよりもハンド部404側に位置する第3指部403の先端に固設された第5回転軸422bと、この第5回転軸422bの他側(図10では下側)に回転自在に支持され、上記第5ギヤ422aと噛合する第6ギヤ422cと、上記第5回転軸422bの一側(図10では上側)に回転自在に支持され、上記第6ギヤ422cの一側(図10では上側)に一体的に固設された第3プーリ422dと、上記第3回転軸413aの一側に回転自在に支持された第4プーリ422eと、上記第1および第2プーリ422d,422e間に掛け渡された第2ベルト422fと、上記第3回転軸413aの一側(図10では上側)に回転自在に支持され、上記第4プーリ422eの一側に一体的に固設されたベベルギヤ状の第7ギヤ422gと、第3関節412よりもハンド部404側となるハンド部404内に内蔵され、上記第7ギヤ422gと噛合する出力ギヤ422hを出力軸422iの先端に回転一体に連結してなる第2モータとしての第2駆動モータ422jとを備えている。そして、この第2駆動モータ422jは、出力ギヤ422hから第7ギヤ422gを介して第4プーリ422eを回転させることによって、第2ベルト422fを介して第3プーリ422dを回転させ、この第3プーリ422dの回転により第5回転軸422b回りに第6ギヤ422cを回転させて第5ギヤ422aを回転させ、これにより第2回転軸412aを第3指部403の先端で回転させることで、第3指部403に対し第2指部402を第2関節412(第2回転軸412a)回りに回転させるようになっている。この場合、第2駆動機構422の第5ギヤ422aが第2関節412の第2回転軸412aに回転一体に連結されているのに対し、第1駆動機構421の第2プーリ421eおよび第3ギヤ421gは、第2関節412の第2回転軸412aに回転自在に支持され、第2ベルト22fを介して第3関節413から第2関節412に伝達される第2駆動モータ422jの駆動力に対し第2関節412から第1関節411に伝達される第1駆動モータ421jの駆動力を切り離して第1指部401を駆動する駆動力分離機構431を構成している。また、第3プーリ422d、第4プーリ422eおよび第2ベルト422fによって、第2ベルト機構442を構成している。
【0061】
第3駆動機構423は、第3回転軸413aの他側(図10では下側)に回転自在に支持され、かつ第3指部403に一体的に固定されたベベルギヤ状の第8ギヤ423aと、第3関節412よりもハンド部404側となるハンド部404内に内蔵され、上記第8ギヤ423aと噛合する出力ギヤ423bを出力軸423cの先端に回転一体に連結してなる第3駆動モータ423dとを備えている。そして、第3駆動モータ423dは、出力ギヤ423bにより第3回転軸413a回りに第8ギヤ423aを回転させることによって、ハンド部404に対し第3指部403を第3関節413(第3回転軸413a)回りに回転させるようになっている。
【0062】
したがって、本実施形態では、第1駆動モータ421jは、第2関節412よりもハンド部404側となる各指部401〜403の中で最も容積の大きい第3指部403に内蔵され、第1ベルト機構421fを介して第2関節412から第1関節411に伝達される第1駆動モータ421jの駆動力によって第1指部401を第2指部402に対し第1関節411(第1回転軸411a)回りに駆動させるようになされているので、所定の指部を関節回りに駆動させるモータをその関節のハンド部側に隣接する指部内に内蔵している場合、例えば、第1駆動モータを第1関節のハンド部側となる第2指部に内蔵している場合のように、狭い第2指部402の容積によって第1駆動モータ421jのサイズが第2指部402の容積内で制約されることがなく、より容積の大きい第3指部403内にサイズの大きい第1駆動モータ421jが内蔵されることになり、第2指部402の容積を拡大させることなく第1関節411回りに駆動する第1指部401の高トルク駆動を実現することができる。また、第2駆動モータ422jは、第3関節413よりもハンド部404側となる広い容積のハンド部404内に内蔵され、第2ベルト機構442を介して第3関節413から第2関節412に伝達される第2駆動モータ422jの駆動力によって第2指部402を第3指部403に対し第2関節412(第2回転軸412a)回りに駆動させるようになされているので、第2駆動モータを第2関節のハンド部側に隣接する第3指部に内蔵している場合のように、第2駆動モータ422jのサイズが第3指部403の容積内で制約されることがなく、容積の大きいハンド部404内にサイズの大きい第2駆動モータ422jが内蔵されることになり、第3指部403の容積を拡大させることなく第2関節412回りに駆動する第2指部402の高トルク駆動を実現することができる。
【0063】
しかも、第1駆動機構421の第2プーリ421eおよび第3ギヤ421gは、第2関節412の第2回転軸412aに回転自在に支持され、第2ベルト22fを介して第3関節413から第2関節412に伝達される第2駆動モータ422jの駆動力に対し第2関節412から第1関節411に伝達される第1駆動モータ421jの駆動力を切り離して第1指部401を駆動する駆動力分離機構431を構成しているので、第1ベルト機構441により第2関節412から第1関節411に伝達される第1指部401の駆動力は、第2ベルト機構442により第3関節413から第2関節412に伝達される第2指部402の駆動力と切り離して伝達され、第2指部402の駆動時に第1指部401を円滑に駆動させることができる。
【0064】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、把持対象物に添付または内蔵した情報記録部から情報読み取り部を利用してその把持対象物自身の属性に関する情報を取得することで、把持可能な把持対象物の範囲を飛躍的に拡大し、全く新規な把持対象物もその属性に関する情報に応じた把持力でもって安定して把持することができる。
【0065】
また、ハンド部の各指部を折り曲げ駆動させる関節を各指部に設けることで、各指部によって把持対象物を包み込むこともでき、より安定して把持対象物を把持することができる。
【0066】
そして、少なくとも把持対象物の重量に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として情報読み取り部でもって読み取ることで、把持対象物個々に異なる重量のバラツキも把持対象物毎の属性に関する情報として情報読み取り部により確実に取得し、想定重量よりも重い把持対象物に応じた把持力でもって安定して把持することができる。
【0067】
また、少なくとも把持対象物の材質に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として情報読み取り部でもって読み取ることで、把持対象物個々の硬さの違いも把持対象物毎の属性に関する情報として情報読み取り部により確実に取得し、想定硬さよりも柔らかい把持対象物を破損させることなくその把持対象物に応じた把持力でもって安定して把持することができる。
【0068】
そして、情報記録部から情報を読み取るに際し、把持対象物に対し非接触の通信により情報記録部からの情報を読み取ることで、ロボットハンドの把持対象物への接触前に把持対象物に関する情報を取得し、把持作業を効率よく行うことができる上、非常に脆い把持対象物を破損させる危険性を確実に回避することができる。しかも、把持対象物に対する非接触の通信手段として電磁放射の周波数を適用することで、把持対象物に添付または内蔵した情報記録部に対しバッテリを付設する必要がない。
【0069】
また、ハンド部に触覚センサを設けることで、把持対象物に加わる指先力をモータトルクから算出する場合に比べて高精度に検出することができる。
【0070】
そして、情報読み取り部をハンド部に設けることで、アーム部の自由度を利用して情報読み取り部で環境をスキャンすることができ、情報記録部と情報読み取り部との間の通信距離が比較的短くてもロボットハンドの可動範囲内に存在する把持対象物を検出することができる。
【0071】
また、少なくとも把持対象物の把持に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として情報読み取り部でもって読み取ることで、より高速で安定した把持制御を実現することができる。
【0072】
そして、第2関節よりもハンド部側となる各指部の中で最も容積の大きい第3指部に第1モータを内蔵し、第1ベルト機構を介して第2関節から第1関節に第1モータの駆動力を伝達して第1指部を第2指部に対し第1関節回りに駆動させることで、狭い容積によってサイズが制約される第2指部内に第1モータを内蔵する必要がなく、より容積の大きい第3指部内にサイズの大きい第1モータを内蔵させ、第2指部の容積を拡大させることなく第1関節回りに駆動する第1指部の高トルク駆動を実現することができる。また、第3関節よりもハンド部側となる広い容積のハンド部内に第2モータを内蔵し、第2ベルト機構を介して第3関節から第2関節に第2モータの駆動力を伝達して第2指部を第3指部に対し第2関節回りに駆動させることで、第2モータのサイズを第3指部の容積内で制約させることなく容積の大きいハンド部内にサイズの大きい第2モータを内蔵し、第3指部の容積を拡大させることなく第2関節回りに駆動する第2指部の高トルク駆動を実現することができる。
【0073】
更に、第3関節から第2関節に伝達される駆動力に対し第2関節から第1関節に伝達される駆動力を切り離して第1指部を駆動する駆動力分離機構を設けることで、第1ベルト機構により第2関節から第1関節に伝達される第1指部の駆動力を、第2ベルト機構により第3関節から第2関節に伝達される第2指部の駆動力と切り離して伝達し、第2指部の駆動時に第1指部を円滑に駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係わるロボットハンド装置の全体構成を示す斜視図である。
【図2】同ロボットハンド装置の制御構成を示すブロック図である。
【図3】同じくダグリーダの構成を示すブロック図である。
【図4】同じく小型タグの構成を示すブロック図である。
【図5】同じくタグシステムを説明する説明図である。
【図6】同ロボットハンド装置における制御プログラムのソフトウェア構成を示すブロック図である。
【図7】同じく静止している把持対象物をロボットハンド装置により把持する手順を示すフローチャート図である。
【図8】本発明の第2の実施形態に係わるロボットハンド装置を上方から見た平面図である。
【図9】同ロボットハンド装置を側方から見た側面図である。
【図10】同じく指の各駆動機構を上方から見た平面図である。
【図11】同指の各駆動機構を側方から見た側面図である。
【図12】同指の第1指部の駆動機構を斜め上方から見た斜視図である。
【符号の説明】
1 ロボットハンド装置
2 ベース部(ベース)
3 アーム部
4 ハンド部
41〜43 指
44〜46 第1ないし第3関節
9 把持対象物
101 制御部
113 触覚センサ
114 視覚センサ
121 タグリーダ(情報読み取り部)
131 小型タグ(情報記録部)
138 小型タグA(情報記録部)
139 小型タグB(情報記録部)
40 指
401 第1指部
402 第2指部
403 第3指部
404 ハンド部
411 第1関節
412 第2関節
413 第3関節
421j 第1駆動モータ(第1モータ)
422j 第2駆動モータ(第2モータ)
431 駆動力分離機構
441 第1ベルト機構
442 第2ベルト機構
Claims (11)
- ベースに対し多自由度を有するアーム部と、
少なくとも把持対象物を把持する方向で対峙する2本の指を有するハンド部と、
把持対象物の距離を検知する視覚センサと、
全体の動作を制御する制御部と、
把持対象物の属性に関する情報を読み取る情報読み取り部と
を備えている一方、
把持対象物には、該把持対象物自身の属性に関する情報を記録する情報記録部が添付または内蔵されており、
上記情報読み取り部によって上記把持対象物の情報記録部から読み取った把持対象物自身の属性に関する情報に応じて該把持対象物を把持するようにしたことを特徴とするロボットハンド。 - 上記請求項1に記載のロボットハンドにおいて、
ハンド部の各指部は、各指部を折り曲げ駆動させる関節を備えていることを特徴とするロボットハンド。 - 上記請求項1に記載のロボットハンドにおいて、
情報読み取り部は、少なくとも把持対象物の重量に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として読み取るようにしたことを特徴とするロボットハンド。 - 上記請求項1に記載のロボットハンドにおいて、
情報読み取り部は、少なくとも把持対象物の材質に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として読み取るようにしたことを特徴とするロボットハンド。 - 上記請求項1に記載のロボットハンドにおいて、
情報読み取り部は、情報記録部から情報を読み取るに際し、把持対象物に対し非接触の通信により情報記録部からの情報の読み取りが行われるようにしたことを特徴とするロボットハンド。 - 上記請求項5に記載のロボットハンドにおいて、
把持対象物に対する非接触の通信手段としては、電磁放射の周波数が適用されていることを特徴とするロボットハンド。 - 上記請求項1に記載のロボットハンドにおいて、
ハンド部は、触覚センサを備えていることを特徴とするロボットハンド。 - 上記請求項1に記載のロボットハンドにおいて、
情報読み取り部は、ハンド部に設けられていることを特徴とするロボットハンド。 - 上記請求項1に記載のロボットハンドにおいて、
情報読み取り部は、少なくとも把持対象物の把持に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として読み取るようにしたことを特徴とするロボットハンド。 - 上記請求項1に記載のロボットハンドにおいて、
各指は、指先側から順に第1ないし第3指部を備えているとともに、その互いに相隣なる指部同士の間およびハンド部との間に指先側から順に第1ないし第3関節を備えており、
上記第1指部を第2指部に対し第1関節回りに駆動させる第1モータは、第2関節よりもハンド部側に内蔵され、この第1モータの駆動力が第1ベルト機構を介して第2関節から第1関節に伝達されるように構成されているとともに、
上記第2指部を第3指部に対し第2関節回りに駆動させる第2モータは、第3関節よりもハンド部側に設けられ、この第2モータの駆動力が第2ベルト機構を介して第3関節から第2関節に伝達されるように構成されていることを特徴とするロボットハンド。 - 上記請求項10に記載のロボットハンドにおいて、
第1ベルト機構は、第3関節から第2関節に伝達される駆動力に対し第2関節から第1関節に伝達される駆動力を切り離して第1指部を駆動する駆動力分離機構を備えていることを特徴とするロボットハンド。
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