JP2007007783A

JP2007007783A - 搬送装置

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Publication number: JP2007007783A
Application number: JP2005192410A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakai; 博之中井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】多関節指機構を持つ搬送装置において、多関節指機構の負担を増大させることなく、搬送物を多様な移動軌跡で移動させる。
【解決手段】搬送される搬送物３３に接する搬送板３２と、搬送板３２表面に対して垂直軸周りの回転方向の振動を発生させる回転方向振動部３４と、搬送板３２表面に対して平行方向の振動を発生する各平行方向振動部３５、３６と、搬送板３２表面に対して垂直方向の振動を発生する垂直方向振動部３７とを備えている。各振動部３４〜３７は、搬送板３２表面に対して垂直方向に積み重ねられている。搬送板３２表面には、回転方向の振動、Ｘ方向の振動、Ｙ方向の振動、及びＺ方向の振動を合成してなる振動が生じる。
【選択図】図３

Description

本発明は、多関節指機構により搬送物を把持しつつ、搬送物を任意の位置に搬送することが可能な搬送装置に関する。

多関節指機構を持つ搬送装置、例えばロボットハンドのような装置では、搬送物に対して多関節指機構により様々な操作を行う。しかし、搬送物の位置から多関節指機構が離れており、操作が困難である状況では、搬送物を多関節指機構による操作が可能な位置まで移動させる必要がある。

このとき、搬送装置において、能動的に作動する機構が多関節指機構のみであるならば、多関節指機構を制御することにより搬送物を移動させる必要がある。しかし、多関節指機構により搬送物を移動させるには、目標位置及び物体の硬度情報等を考慮した多関節指機構の操作軌道を求めなければならず、複雑な軌道計算が必要になる。また、多関節指機構に対しては精度の高い動作が要求され、多関節指機構の構成や制御が複雑化する。

一方、特許文献１では、マニピュレータ等の把持装置の掌に嵌合溝を形成し、搬送物を嵌合溝に嵌合させて、搬送物を確実に把持している。

ここで、特許文献１の様な嵌合溝に搬送物を嵌合させた状態で、多関節指機構により搬送物を移動させるならば、多関節指機構の操作軌道の精度が要求されず、複雑な軌道計算が必要でなく、多関節指機構の構成や制御が簡単になる。

ところが、この様な方法では、搬送物の形状や移動軌跡が特定されてしまい、多様な搬送物及び移動軌跡に対処することができない。

また、特許文献２では、搬送表面を垂直方向と水平方向に振動させて、この搬送表面を楕円運動させ、この搬送表面上の搬送物を直線的に移動させている。

この様な特許文献２の装置と多関節指機構を併用するならば、多関節指機構の負担が低減するので、多関節指機構の構成や制御が簡単になる。

しかしながら、特許文献２の装置では、搬送物を直線的にしか移動させることができないので、多様な移動軌跡に対処することができない。
特開２００２−４６８４４号公報特開平９−２９６７５号公報

この様に多関節指機構だけで搬送物を移動させるには、多関節指機構の操作軌道を求めるための複雑な軌道計算が必要となり、多関節指機構の構成や制御が複雑化した。

また、特許文献１、２等の周知の方法もしくは装置を組み合わせて、多関節指機構の負担を減らすことができたとしても、搬送物の移動軌跡が特定されてしまい、多様な移動軌跡を実現することができなかった。

そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、多関節指機構の負担を増大させることなく、搬送物を多様な移動軌跡で移動させることが可能な搬送装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の搬送装置は、搬送部と、搬送物を搬送部表面に押し当てる多関節指機構とを備え、搬送部は、該搬送部表面に対して平行方向の振動を発生する平行方向振動部と、該搬送部表面に対して垂直方向の振動を発生する垂直方向振動部と、該搬送部表面に対して垂直軸周りの回転方向の振動を発生させる回転方向振動部とを、該搬送部表面に対して積み重ねてなる。

平行方向振動部、垂直方向振動部、及び回転方向振動部は、例えば圧電素子を振動部上板と振動部下板間に挟み込んで固定したものである。これらの振動部の振動方向は、圧電素子の取り付けの向き等によって決定される。平行方向振動部では、圧電素子の振動方向が搬送部表面に対して平行方向となる様に該圧電素子の取り付けの向きを決定する。また、垂直方向振動部では、圧電素子の振動方向が搬送部表面に対して垂直方向となる様に該圧電素子の取り付けの向きを決定する。一方、回転方向振動部では、圧電素子を挟み込む振動部上板と振動部下板を同一の回転軸周りに回転可能に支持し、この回転軸周りの回転以外の運動を拘束しておき、また圧電素子の振動をクランク機構を通じて振動部上板と振動部下板に伝達して、振動部上板と振動部下板に回転方向の振動を発生させる。

従って、平行方向振動部の圧電素子に電圧が印加されると、この圧電素子が振動して、平行方向の振動が発生し、また垂直方向振動部の圧電素子に電圧が印加されると、この圧電素子が振動して、垂直方向の振動が発生する。更に、回転方向振動部の圧電素子に電圧が印加されると、この圧電素子が振動して、回転方向の振動が発生する。

このとき、搬送部表面には各振動部の振動が合成されて伝達され、各振動部の振動周期が同じであれば、搬送部表面の各箇所は、それらの表面上の位置に応じて相互に異なる三次元の楕円運動をする。この楕円運動では、搬送部が該搬送部表面に対して垂直な方向の振動成分を持つため、搬送部が搬送物に対して押し付けられる方向の力と離れる方向の力が交互に働く。搬送部表面が搬送物側に変位しているときには、搬送部表面が搬送物に対して押し付けられて、搬送物に搬送部表面の楕円運動における進行方向の振動が伝達され、逆に搬送部表面が搬送物から離れる方向に変位して、この搬送部表面の加速度が該搬送部表面に追従する方向の搬送物の重力加速度よりも大きくなったときには、搬送物が搬送部表面から離れて、搬送部表面の楕円運動が搬送物に伝達されることはない。従って、搬送物には楕円運動における進行方向の振動のみが伝達され、搬送部表面上で搬送物が移動される。

尚、搬送部表面に追従する方向の搬送物の加速度は、搬送物の重力加速度だけではなく、多関節指機構により搬送部表面上に搬送物が弾性的に押え付けられていても生じ得る。

この搬送部表面の３次元の楕円運動は、各振動部の位相差及び振幅を変えることで制御する。例えば、平行方向振動部の平行方向の振動と垂直方向振動部の垂直方向の振動を組み合わせた場合は、搬送部表面の楕円運動により搬送物が並進運動する。また、回転方向振動部の回転方向の振動と垂直方向振動部の垂直方向の振動を組み合わせた場合は、搬送部の楕円運動により搬送物が回転運動する。

すなわち、搬送部表面の三次元の楕円運動により、前後もしくは左右方向及び回転方向に搬送物を移動させることができる。

また、本発明においては、平行方向振動部、垂直方向振動部、及び回転方向振動部は、１個ずつ設けられている。

この場合は、平行方向振動部の振動を時間的に変化させることにより、前後又は左右方向に搬送物を移動させることができる。

更に、本発明においては、平行方向振動部、垂直方向振動部、及び回転方向振動部のうちの少なくとも１つは、複数個設けられている。

通常、振動部の振幅を変化させるためには圧電素子に印加する電圧を変化させるが、振動方向が同じである振動部が複数あれば、振動の位相をずらすことで振幅を変えることが可能である。また、複数の平行方向振動部を併用したり、それぞれの平行方向振動部の振動を時間的に変化させることにより、前後及び左右方向共に搬送物を移動させることができる。

また、本発明においては、搬送部表面を、柔軟部材もしくは弾性部材により形成している。

柔軟部材もしくは弾性部材としては、例えば高いダンパ性を持つポリウレタン等がある。本発明の搬送装置は、搬送部表面に対して搬送物を押し付けることができる多関節指機構を持つ。この多関節指機構によって搬送物を押し付けると、柔軟材が搬送物に沿った形状に変形する。一方、搬送物の搬送のときに、搬送部表面に高周波の振動を発生させると、柔軟部材もしくは弾性部材のダンパ係数が高いので、その形状が変化せず、搬送物に振動を伝達して移動させることができる。また、柔軟部材もしくは弾性部材の変形が回復する速度も遅く、原型に戻るまでに時間がかかるため、変形形状における凹凸に沿って搬送物を移動させることができる。

この様に本発明によれば、搬送部表面に重ねられた平行方向振動部、垂直方向振動部、及び回転方向振動部のそれぞれの振動を組み合わせることによって、搬送部表面を楕円運動させ、多関節指機構により搬送部表面に押し付けられた搬送物を移動させたりその姿勢を変化させることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１（ａ）乃至（ｅ）は、本発明の搬送装置の一実施形態を示す図である。図１（ａ）は本実施形態の搬送装置を上側から見た平面図、図１（ｂ）は同搬送装置を横から見た側面図、図１（ｃ）は同搬送機構を下側から見た平面図、図１（ｄ）及び（ｅ）は同搬送装置を部分的に示す平面図である。

図１（ａ）乃至（ｅ）から明らかな様に本実施形態の搬送装置は、人間の手に似せたロボットハンドＲＨであり、手のひらに相当するベース１と、ベース１に装着された複数本（本実施形態では５本）の多関節指機構（以下フィンガと称す）２、３、４、５、６と、各フィンガ２、３、４、５、６を駆動するそれぞれの駆動部を備えている。各駆動部は、複数のモータと、各モータの駆動力を各フィンガ２、３、４、５、６に伝達する動力伝達機構を備えている。

フィンガ２について説明する。フィンガ２は、人間の手の親指に相当し、３つの関節部７ａ、７ｂ、７ｃと２つのフレーム８ａ、８ｂと先端部９からなる。各関節部７ａ、７ｂ、７ｃは、動力伝達機構を通じて、それぞれモータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと連結されており、各モータを駆動すると、関節部が回転し、フィンガ２が屈曲動作を行う。

また、フィンガ２の関節部７ｃ側は、ベース１に取り付けられた回転軸７ｄを有し、回転軸７ｄが前記関節部７ａ、７ｂ、７ｃの回転中心線と略直交する方向に設けられている。フィンガ２全体は、モータ２２ｄの駆動力を動力伝達機構によって伝えることで回転軸７ｄを中心に回転することができる。以上、フィンガ２は、３つの関節部と1つの回転軸の計４自由度を有しており、それぞれ独立して駆動することができる。

フィンガ３について説明する。フィンガ３は、人間の手の人差し指に相当し、３つの関節部１０ａ、１０ｂ、１０ｃと２つのフレーム１１ａ、１１ｂと先端部１２からなる。各関節部１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、動力伝達機構を通じて、それぞれモータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃと連結されており、各モータを駆動すると各関節部が回転し、フィンガ３が屈曲動作を行う。

また、フィンガ３とベース１が結合する関節部１０ｃ側には、ベース１に取り付けられた回転軸１０ｄを有している。この回転軸１０ｄは、フィンガ３の各関節部１０ａ、１０ｂ、１０ｃの回転中心線と略直交する方向に設けられている。なお、この回転軸１０ｄの方向は、前記フィンガ２の回転軸７ｄと平行である。フィンガ３全体は、動力伝達機構を通じて、モータ２３ｄの駆動力を伝えることで回転軸１０ｄを中心に回転することができる。以上、フィンガ３は、３つの関節部と1つの回転軸の計４自由度を有しており、それぞれ独立して駆動することができる。

フィンガ４について図１（ｅ）を用いて説明する。フィンガ４は、人間の手の中指に相当し、３つの関節部１３ａ、１３ｂ、１３ｃと２つのフレーム１４ａ、１４ｂと先端部１５からなる。各関節部１３ｂ、１３ｃは、動力伝達機構を通じて、それぞれモータ２４ａ、２４ｂと連結されており、各モータを駆動すると各関節部が回転し、フィンガ４が屈曲動作を行う。一方、関節部１３ａは、関節部１３ｂと連結されており、関節部１３ｂが回転すると連動して回転する。以上、フィンガ４は、３つの関節部からなる２自由度を有する。

各フィンガ５、６について図１（ｄ）を用いて説明する。フィンガ５、６は、回転軸１６で連結されており、動力伝達機構を通じて、モータ２５の駆動力を該回転軸１６に伝えることにより該各フィンガ５、６の屈曲動作が行われる。フィンガ５は、２つの関節部１７ａ、１７ｂと２つのフレーム１８ａ、１８ｂと先端部１９からなり、各関節部１７ａ、１７ｂが回転軸16と連結されているため、回転軸１６と連動して回転し、このフィンガ５が屈曲する。一方、フィンガ６も２つの関節部２０ａ、２０ｂと２つのフレーム２１ａ、２１ｂと先端部２２からなり、関節部２０ａ、２０ｂが回転軸１６と連結されているため回転軸１６と連動して、フィンガ５と同じように、このフィンガ６が屈曲する。以上、各フィンガ５、６は、1自由度を有する。

従って、ロボットハンドＲＨの各フィンガ２、３、４、５、６の総自由度は１１である。また、各関節部、各回転軸にはポテンショメータが取り付けられており、各関節部、各回転軸の回転角を検出し、それらの回転角に基づいて各フィンガの運動を制御する。また、フィンガ２が設置されたベース１の面においては、各モータ上に搬送機構２６が重ね合わせて設置されている。

尚、本実施形態では、各フィンガ２、３、４、５、６の動力伝達機構の詳細を示していないが、ギヤ、プーリ、及びリンク等やそれらを組み合わせてなる動力伝達機構を適用することができ、また如何なる動力伝達機構であっても構わない。

次に、このロボットハンドＲＨの搬送機構２６について説明する。この搬送機構２６は、ロボットハンドＲＨのベース１（掌に相当する）上で搬送物を搬送するためのものである。例えば、図２（ａ）に示す様にロボットハンドＲＨにより搬送物であるリモコン２７を把持している状態で、フィンガ２がリモコン２７のボタン２８に届かず、フィンガ２によりボタン２８を押すことができないときに、図２（ｂ）に示す様に搬送機構２６によりベース１上でリモコン２７を下方に移動させて、フィンガ２がボタン２８に届く様にしてから、フィンガ２によりボタン２８を押す。

仮に、搬送機構２６を設けていない場合は、図１２のフローチャートに示す様な操作手順を踏まえる必要がある。まず、ロボットハンドＲＨでは、フィンガ２がボタン２８に届くかどうかを判定する（ステップＳ１０１）。この判定は、ロボットハンドＲＨにカメラが搭載されていれば、カメラにより撮影された画像を利用したり、あるいは各フィンガに触覚センサが搭載されていれば、実際にリモコン２７を操作しているときの触覚センサの検出出力を用いて行うことができる。このとき、もしフィンガ２がボタン２８に届けば（ステップＳ１０１で「Ｙｅｓ」）、フィンガ２によりボタン２８を押し（ステップＳ１０２）、ボタン２８に届かなければ（ステップＳ１０１で「Ｎｏ」）、リモコン２７を移動するために、次の様な処理に移る。

リモコン２７の移動方法として、ロボットハンドＲＨのフィンガを用いる方法と、フィンガ以外の他の搬送手段を用いる方法とがある。ロボットハンドＲＨが搬送機構２６とは異なる他の複数の搬送手段を持ち、リモコン２７を把持しているフィンガ以外で運動学的にリモコン２７の操作可能な他の搬送手段があれば（ステップＳ１０３で「Ｙｅｓ」）、その搬送手段を用いてリモコン２７を移動させることができる（ステップＳ１０４）。しかし、リモコン２７の操作可能な他の搬送手段がなければ（ステップＳ１０３で「Ｎｏ」）、フィンガ２〜６を用いてリモコン２７の搬送を行う必要がある（ステップＳ１０５）。

これに対して図１の様にロボットハンドＲＨのベース1に搬送機構２６を設けた場合は、図１３のフローチャートに示す様な操作手順となる。ロボットハンドＲＨでは、図１３のステップＳ１０１と同様の手順で、フィンガ２がボタン２８に届くかどうかを判定する（ステップＳ１１１）。そして、フィンガ２がボタン２８に届けば（ステップＳ１１１で「Ｙｅｓ」）、フィンガ２によりボタン２８を押し（ステップＳ１１２）、ボタン２８に届かなければ（ステップＳ１１１で「Ｎｏ」）、搬送機構２６によりリモコン２７を移動させて、フィンガ２がボタン２８に届く様にしてから（ステップＳ１１３）、フィンガ２によりボタン２８を押す（ステップＳ１１２）。

このため、フィンガを用いなくとも目的の位置までリモコン２７を移動させることができ、高精度のフィンガや複雑な経路計算は必要でなくなる。

次に、搬送機構２６の構成及び制御方法について説明する。

図３は、搬送機構２６の構成を示しており、図３（ａ）が搬送機構２６を上側から見て示す平面図であり、図３（ｂ）が搬送機構２６を横から見て示す側面図である。

この搬送機構２６は、搬送される搬送物３３に接する搬送板３２と、搬送板３２表面に対して垂直軸周りの回転方向の振動を発生させる回転方向振動部３４と、搬送板３２表面に対して平行方向の振動を発生する各平行方向振動部３５、３６と、搬送板３２表面に対して垂直方向の振動を発生する垂直方向振動部３７とを備えている。各振動部３４〜３７は、搬送板３２表面に対して垂直方向に積み重ねられている。

ここで、振動部３４が搬送板３２表面に対して垂直なＺ軸周りの回転方向の振動を発生し、振動部３５が搬送板３２表面に対して平行なＸ方向の振動を発生し、振動部３６が搬送板３２表面に対して平行なＹ方向の振動を発生し、振動部３７が搬送板３２表面に対して垂直なＺ方向の振動を発生するものとする。

振動部３７は、図４に示す様に振動部上板４１と振動部下板４２間に複数の圧電素子４３を挟み込んで固定したものである。各圧電素子４２に電圧を印加すると、各圧電素子４２が搬送板３２表面に対して垂直なＺ方向に振動し、振動部上板４１が振動部下板４２に対してＺ方向に相対的に振動する。

また、振動部３５は、図５に示す様に振動部上板５１と振動部下板５２間に複数の圧電素子５３を配置し、振動部上板５１の突起部５４と振動部下板５２の突起部５５間に圧電素子５３を挟み込んで固定したものである。各突起５４、５５は、Ｘ方向に並んでおり、圧電素子５２のＸ方向の両端を各突起５４、５５間に挟み込んでいる。各圧電素子５３に電圧を印加すると、各圧電素子５３が搬送板３２表面に対して平行なＸ方向に振動し、各圧電素子５３のＸ方向の振動が各突起５４、５５を介して振動部上板５１と振動部下板５２に伝達され、振動部上板５１が振動部下板５２に対してＸ方向に相対的に振動する。

振動部３６は、振動部３５と同様に、振動部上板と振動部下板間に複数の圧電素子を配置し、振動部上板の突起部と振動部下板の突起部間に圧電素子を挟み込んで固定したものであり、圧電素子のＹ方向の両端を各突起間に挟み込んでいる。各圧電素子に電圧を印加すると、各圧電素子が搬送板３２表面に対して平行なＹ方向に振動し、各圧電素子のＹ方向の振動が各突起を介して振動部３６に伝達され、振動部３６がＹ方向に振動する。

更に、振動部３４では、図６（ａ）、（ｂ）に示す様に振動部上板６１と振動部下板６２を搬送板３２表面に対して垂直な回転軸６３（Ｚ軸と平行）の両端に接続し、回転軸６３のＸＹＺ方向の変位を拘束して、振動部３４を回転軸６３回りの回転方向で変位可能に支持しかつＸＹＺ方向で変位しない様にしている。また、振動部上板６１の突起部６６と振動部下板６２の突起部６７間に圧電素子６４を挟み込んで固定し、振動部上板６１の突起部６６と振動部下板６２の突起部６８間に圧電素子６５を挟み込んで固定している。各圧電素子６４、６５にそれぞれの電圧を印加し、１８０°の位相をずらして、各圧電素子６４、６５を振動させると、振動部上板６１の突起部６６が振動部下板６２の各突起部６７、６８間で水平方向に振動し、振動部上板６１が回転軸６３回りの回転方向に振動する。すなわち、各圧電素子６４、６５の振動は、回転軸６３及び振動部上板６１の突起部６６からなるクランク機構を通じて回転方向の振動に変換されて振動部上板６１に伝達される。

この様な振動部３４のＺ軸周りの回転方向の振動、振動部３５のＸ方向の振動、振動部３６のＹ方向の振動、及び振動部３７のＺ方向の振動は、搬送板３２へと伝達されて合成される。この結果、搬送板３２表面には、回転方向の振動、Ｘ方向の振動、Ｙ方向の振動、及びＺ方向の振動を合成してなる振動が生じる。

次に、これらの振動の合成について説明する。まず、振動部３４の回転方向の振動が式（１）で、振動部３５のＸ方向の振動が式（２）で、振動部３６のＹ方向の振動が式（３）で、振動部３７のＺ方向の振動が式（４）で与えられているとする。ただし、振動部３４の回転方向の振動は、図６における回転軸６３を中心とする回転方向の振動であり、式（１）はその角度変化(ラジアン)を表す。

それぞれ振動方向は、Ｚ軸周りの回転方向、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向であり、Ａ₃₄、Ａ₃₅、Ａ₃₆、Ａ₃₇がＺ軸周りの回転方向の振動振幅、Ｘ方向の振動振幅、Ｙ方向の振動振幅、Ｚ方向の振動振幅であり、φ₃₄、φ₃₅、φ₃₆がＺ軸方向の振動と他の各振動との位相差である。

ここで、振動部３４の回転軸６３を原点とするＸＹ座標系を用いて表される搬送板３２表面上の点の（ｘ，ｙ）の振動を考える。まず、搬送板３２表面に対する振動部３４の上板６１の振動は、点（ｘ，ｙ）を式（１）で表される角度だけ回転させる変換を行えばよく、次式（５）となる。

次に、振動部３７の上板４１に対する振動部３４の上板６１の振動は、この振動にＸ方向及びＹ方向の振動を加えたものとなり、次式（６）で表される。

最後に、これにＺ方向の振動を合成することでベース1に対する搬送板３２の振動が得られ、これは次式（７）で表される振動となる。

この式（７）を用いて搬送板３２の振動を求めると、それぞれ図７、図８に示す様になる。ここでは、搬送板３２の大きさが１０×１０（ｃｍ）の正方形としている。また、図７、図８において、（ａ）は三次元空間における搬送板３２表面上の各点の軌道であり、（ｂ）はＺ方向正側から見たときの平面上の該各点の軌道である。

また、図７は、Ａ₃₄＝１０（度）、Ａ₃₅＝１（ｍｍ）、Ａ₃₆＝１（ｍｍ）、Ａ₃₇＝１（ｍｍ）、φ₃₄＝φ₃₅＝φ₃₆＝φ₃₇＝π／４の場合であり、図８は、Ａ₃₄＝１０（度）、Ａ₃₅＝−１（ｍｍ）、Ａ₃₆＝−０．５（ｍｍ）、Ａ₃₇＝２（ｍｍ）、φ₃₄＝φ₃₅＝φ₃₆＝φ₃₇＝π／２の場合である。

これらの図７、８から、振動を合成すると、搬送板３２は、その表面上の各点がそれぞれの位置によって異なる楕円運動を生成し、その楕円運動が各振動部３４〜３７の振幅及び位相差によって制御可能であることが分かる。

例えば、各平行方向振動部３５、３６のＸ方向、Ｙ方向の振動と垂直方向振動部３７のＺ方向の振動を組み合わせた場合は、搬送板３２表面の楕円運動により搬送物３３が並進移動する。また、回転方向振動部３４の回転方向の振動と垂直方向振動部３７のＺ方向の振動を組み合わせた場合は、搬送板３２表面の楕円運動により搬送物３３が回転移動する。また、各振動部の振動の位相差を制御することにより、搬送物３３の前後方向の移動を切替えたり、左右方向の移動を切替えたり、時計回りと反時計周りの回転方向を切替えることができる。

次に、図１５を参照しつつ、この楕円運動を利用して、搬送機構２６により搬送物３３を搬送する方法について説明する。

尚、ここでは、ロボットハンドＲＨの各フィンガ２〜６が搬送物３３から離れているものとする。そして、搬送物３３の重量により該搬送物３３が搬送板３２に押し付けられているものとする。

図１５は、搬送板３２の１回の楕円運動によって搬送物３３が移動する様子を示す。図１５（ａ）が初期状態であるとすると、まず図１５（ｂ）の様に搬送板３２の振動によって搬送物３３は斜め上方向に変位する。

このとき、搬送板３２と搬送物３３との接触箇所をみると、搬送物３３に搬送板３２が押し付けられ、抗力１５１が生じる。このため、搬送板３２と搬送物３３の間に働く最大静止摩擦力が大きくなる。同時に、搬送板３２が一方の方向に変位するので、搬送物３３が搬送板３２表面上で滑らずに該搬送板３２に追従して一方向に変位する。

また、振動部３２が重力加速度以上の加速度で下方向に移動すると、図１５（ｃ）の様に搬送板３２と搬送物３３は離脱する。もしくは、搬送板３２の移動速度が重力加速度以下でこれらが完全に離脱しなくとも、搬送板３２表面における摩擦係数が充分に小さくなる。このため、それらの間の最大静止摩擦力が搬送板３２から搬送物３３に加えられる力よりも小さくなる。このときには、搬送板３２が逆方向に変位するものの、搬送物３３が搬送板３２表面上で滑るので逆方向に変位しない。

すなわち、搬送板３２の楕円運動において、搬送板３２の上向きの運動のときには搬送物３３が搬送板３２表面上で滑らずに一方向に変位し、搬送板３２の下向きの運動のときには搬送物３３が搬送板３２表面上で滑って逆方向に変位せず、これにより搬送物３３が搬送板３２の表面上をδだけ移動する。

尚、ここでは、各フィンガ２〜６が搬送物３３から離れていることを想定しているが、各フィンガ２〜６により搬送物３３が搬送板３２に軽く把持されている状態でも、搬送板３２の楕円運動に伴い、搬送物３３に搬送板３２が押し付けられるときには搬送物３３が搬送板３２表面上で滑らずに変位し、搬送物３３から搬送板３２が離れ様とするときには搬送物３３が搬送板３２表面上で滑って変位せず、これにより搬送物３３が搬送板３２の表面上で移動する。

図９は、ロボットハンドＲＨにおける搬送機構の変形例を示す図である。この変形例の搬送機構２６Ａでは、各振動部３４、３５、３６、３７を２個ずつ積み重ねて設けている。

図３の搬送機構２６の様に各振動部３４、３５、３６、３７を１個ずつ設けた場合は、振動部毎に、振動部の振幅を変化させるために、圧電素子の印加電圧を変化させる必要がある。

これに対して図９に示す様に各振動部３４、３５、３６、３７を２個ずつ積み重ねた場合は、同一方向に振動する２つの振動部の振動に位相差持たせることで振幅を変化させることができる。

ここで、それぞれの振動方向が一致する２つの振動部の振動は、次の式（８）、（９）で与えられているとすると、

これらを合成した振動は、次式（１０）で表される。

よって、振動に位相差を持たせることで振幅を変化させることができる。一般に、圧電素子の振幅と印加電圧の特性は非線形性が強く、電圧による正確な振幅制御が困難である。これに対して２つの振動部の振動の位相差で振幅を制御すると、振幅の制御精度が向上する。

図１０は、ロボットハンドＲＨにおける搬送機構の他の変形例を示す図である。この変形例の搬送機構２６Ｂでは、搬送板３２に高いダンパ特性を持つ、例えばポリウレタンを原料とする柔軟材１０１を配置している。

ここで、例えば図１０に示す様にロボットハンドＲＨの各フィンガ３、４により搬送物３３が柔軟材１０１に押し付けられると、図１１に示す様に柔軟材１０１が搬送物３３に沿った形状に変形する。このとき、柔軟材１０１のダンパ特性が高いことから、柔軟材１０１の形状変化に対する抑制力が大きく、搬送物３３から各フィンガ３、４を離して、柔軟材１０１への圧力を除いた後では、元の形状を復帰するまでに時間がかかり、しばらくは柔軟材１０１の変形形状が維持される。さらに、各振動部の圧電素子により高周波振動を与えた場合にも、同様にダンパ特性が変形を抑制し、柔軟材１０１が硬度の高い物質のように振舞うため、搬送板３２の振動を搬送物３３に伝達することが可能である。このため、搬送物３３が円筒形等の転がり易いものであっても、変形した柔軟材１０１の凹凸に沿って、搬送物３３の転がり方向の運動を抑制しつつ、搬送物３３を円筒の長軸に沿って搬送することができる。

図１４は、搬送機構２６Ｂを設けた場合のロボットハンドＲＨの操作手順を示すフローチャートである。ここでは、まず各フィンガ３、４により搬送物３３を柔軟材１０１に押し付けて、柔軟材１０１を搬送物３３に沿った形状に変形させる（ステップＳ１２１）。この後、搬送物３３から各フィンガ３、４を離す（ステップＳ１２２）。この状態で、しばらくは柔軟材１０１の変形形状が維持されるので、各振動部の圧電素子により高周波振動を与え、搬送板３２を振動させて、搬送物３３を柔軟材１０１の凹凸に沿って搬送する（ステップＳ１２３）。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、Ｘ方向の振動を発生する振動部３５及びＹ方向の振動を発生する振動部３６が搬送板３２の一方を省略しても良い。また、振動部３４〜３７の個数を選択的に単数にしたり複数にしても構わない。更に、振動部そのものの構造を変更しても構わない。

本発明の搬送装置の実施形態であるロボットハンドを示しており、（ａ）はロボットハンド全体の上側からの平面図、（ｂ）はロボットハンドの側面図、（ｃ）はロボットハンドの下側からの平面図、（ｄ）は中指に相当するロボットハンドのフィンガの平面図、（ｅ）は薬指及び小指に相当するロボットハンドの各フィンガの平面図である。ロボットハンドによる搬送物の操作を示しており、（ａ）は操作開始前の状態であり、（ｂ）は操作後の状態を示す図である。（ａ）及び（ｂ）は、ロボットハンドの搬送機構を示す平面図及び側面図である。搬送機構におけるＺ方向の振動を発生する振動部の構成を示す側面図である。搬送機構におけるＸ方向の振動を発生する振動部の構成を示す側面図である。（ａ）及び（ｂ）は、搬送機構におけるＺ軸周りの回転方向の振動を発生する振動部の構成を示す平面図及び側面図である。（ａ）及び（ｂ）は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向及び回転方向の振動を設定した状態で、搬送板に伝達される振動パターンを３次元空間及び２次元平面上で示す図である。（ａ）及び（ｂ）は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向及び回転方向の振動を設定した他の状態で、搬送板に伝達される振動パターンを３次元空間及び２次元平面上で示す図である。搬送機構の変形例を示す側面図である。搬送機構の他の変形例を示す側面図である。図１０の搬送機構による搬送物の搬送状態を示す斜視図である。搬送機構を持たないロボットハンドによる搬送物の操作手順を示すフローチャート。図３の搬送機構を利用したロボットハンドによる搬送物の操作手順を示すフローチャート。図１０の搬送機構を利用したロボットハンドによる搬送物の操作手順を示すフローチャート。（ａ）〜（ｃ）は、図３の搬送機構搬送物の移動過程を示す図である。

符号の説明

１ベース
２、３、４、５、６多関節指機構(フィンガ)
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄフィンガ２の回転軸
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄフィンガ３の回転軸
１３ａ、１３ｂ、１３ｃフィンガ４の回転軸
１６フィンガ５及びフィンガ６の共通回転軸
１７ａ、１７ｂフィンガ５の回転軸
２０ａ、２０ｂフィンガ６の回転軸
８ａ、８ｂフィンガ２のフレーム
１１ａ、１１ｂフィンガ３のフレーム
１４ａ、１４ｂフィンガ４のフレーム
１８ａ、１８ｂフィンガ５のフレーム
２１ａ、２１ｂフィンガ６のフレーム
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄフィンガ２駆動用のモータ
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄフィンガ３駆動用のモータ
２４ａ、２４ｂフィンガ４駆動用のモータ
２５フィンガ５及び６駆動用のモータ
９、１２、１５、１９、２２フィンガ先端部
２６搬送機構
２７搬送物(リモコン装置)
２８リモコン装置のボタン
３２搬送板
３３搬送物
３４回転方向の振動部
３５Ｘ方向の振動部
３６Ｙ方向の振動部
３７Ｚ方向の振動部
４１、５１、６１振動部上板
４２、５２、６２振動部下板
４３、５３、６４圧電素子
５４、６６振動部上板の突起物
５５、６７、６８振動部下板の突起物
６３回転軸
１０１柔軟材
１１１搬送物
１５１抗力

Claims

搬送部と、搬送物を搬送部表面に押し当てる多関節指機構とを備え、
搬送部は、該搬送部表面に対して平行方向の振動を発生する平行方向振動部と、該搬送部表面に対して垂直方向の振動を発生する垂直方向振動部と、該搬送部表面に対して垂直軸周りの回転方向の振動を発生させる回転方向振動部とを、該搬送部表面に対して積み重ねてなることを特徴とする搬送装置。
平行方向振動部、垂直方向振動部、及び回転方向振動部は、１個ずつ設けられたことを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
平行方向振動部、垂直方向振動部、及び回転方向振動部のうちの少なくとも１つは、複数個設けられたことを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
搬送部表面を、柔軟部材もしくは弾性部材により形成したことを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。