JP2007083331A - Robot hand mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ロボットハンド機構に係り、特に、家庭など人間と共存する環境において、多様な形状・大きさ並びに様々な場所に位置されている対象物品を把持することができるロボットハンド機構に関する。 The present invention relates to a robot hand mechanism, and more particularly, to a robot hand mechanism capable of gripping various shapes / sizes and target articles located at various places in an environment where people coexist with humans such as homes.
近年、家庭内或いは施設内をはじめアームを使って物品を運搬するアームを搭載したサービス用途の移動ロボットの開発が進められている。このような移動ロボットは、物品を把持するロボットハンド機構を備え、このロボットハンド機構は、物品を把持するグリッパ及びこのグリッパを操作するマニピュレータから構成されている。 2. Description of the Related Art In recent years, development of service-use mobile robots equipped with an arm for carrying articles using an arm in a home or facility has been promoted. Such a mobile robot includes a robot hand mechanism that grips an article. The robot hand mechanism includes a gripper that grips an article and a manipulator that operates the gripper.
従来、ロボットハンド機構として特許文献1及び特許文献2に開示されるように、多様な形状、大きさの対象物品を把持しやすい方向から把持可能する機構が知られている。一方、薄板状の対象物品を運搬する装置として、特許文献3及び特許文献4が知られている。また、板状の対象を大量に運搬する装置が特に文献で指摘するまでもなく、一般的なフォークリフトとして知られている。
上述した従来技術に係るロボットハンド機構では、1対の平行移動可能な指を備えた1自由度の開閉式ハンドで対象物品を把持し、対象物品の荷重を支えている。従って、対象物品の荷重を支える間においては、ロボットハンド機構は、高いトルクを連続的に出し続けなければならず、運搬中に対象物品が変形又は破損に至る虞があり、また、ハンド駆動アクチュエータにより静動トルクを連続的に発生するために、運搬中において、ハンドの取る姿勢は変化しないにも拘わらず、把持に必要なエネルギー消費量を抑えることが困難である問題がある。また、1自由度の把持では、把持対象物の滑落の危険性も考えられる。 In the robot hand mechanism according to the related art described above, the target article is held by a one-degree-of-freedom open / close hand provided with a pair of parallel movable fingers to support the load of the target article. Therefore, while supporting the load of the target article, the robot hand mechanism must continuously generate a high torque, and the target article may be deformed or damaged during transportation. Therefore, there is a problem that it is difficult to suppress the energy consumption necessary for gripping even though the posture taken by the hand does not change during transportation. In addition, with one-degree-of-freedom grip, there is a risk of the object to be gripped slipping.
更に、上述した従来技術に係るロボットハンド機構では、1対の平行移動可能な指を持った2指1自由度の開閉式ハンドで、ハンド指方向に十分に長い板状の対象物品を把持して水平に運搬する場合には、板状体の先端に荷重に加えて板の長さに比例したモーメントが付加される。特に、板状体に他の物品が搭載され、或いは、付加される場合には、それらを安定して水平に支持したまま運搬することが困難であるとされている。ロボットハンド機構として制御を容易かつ安全に行うためには、手先はできるだけ小さく軽いことが求められ、耐久性・安全面からも、ハンドの指先が予め長く設計されることは好ましくないとされている。また、ハンドの指が十分に長い場合には、ハンドを搭載しているマニピュレータの可動域を狭めてしまう問題もある。 Furthermore, in the above-described robot hand mechanism according to the prior art, a two-finger one-degree-of-freedom open / closed hand having a pair of parallel-movable fingers is used to grip a plate-like target object that is sufficiently long in the direction of the hand fingers. When transporting horizontally, a moment proportional to the length of the plate is added to the tip of the plate-like body in addition to the load. In particular, when other articles are mounted on or added to the plate-like body, it is difficult to carry them while stably supporting them horizontally. In order to perform control easily and safely as a robot hand mechanism, the hand is required to be as small and light as possible, and it is not preferable that the fingertip of the hand be designed long in advance from the viewpoint of durability and safety. . Further, when the finger of the hand is sufficiently long, there is a problem that the movable range of the manipulator on which the hand is mounted is narrowed.
この発明は、上述した問題に鑑みなされたものであって、その目的は,水平方向に対象物品を把持し運搬する場合において、対象物品を安全に把持し、且つ、安定して運搬することのできる補助機構を備えたハンドに搭載することができるロボットハンド機構を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to safely hold and stably transport the target article when the target article is gripped and transported in the horizontal direction. It is an object of the present invention to provide a robot hand mechanism that can be mounted on a hand having an auxiliary mechanism that can be used.
この発明によれば、
マニピュレータに取り付けられ、このマニュピュレータで操作されるロボットハンド本体と、
このロボットハンド本体に設けられ把持対象物品を把持する為に互いに近接離反可能な一対のグリッパと、
前記ロボットハンド本体の収納位置及び前記一対のグリッパ下方の支持位置の間で進退可能で、前記支持位置で把持対象物品を支持する支持用プレートと、
前記ロボットハンド本体に設けられ、外部に当接させる動作で可動される可動ピン及びこの可動ピンに連動して前記支持用プレートを前記収納位置にロックさせて保持し、また、前記支持位置にロックを解除して移行させるように駆動する駆動機構と、
を具備することを特徴とするロボットハンド機構が提供される。
According to this invention,
A robot hand body attached to a manipulator and operated by this manipulator,
A pair of grippers provided in the robot hand body and capable of moving closer to and away from each other in order to grip an object to be gripped;
A support plate that is capable of advancing and retracting between a storage position of the robot hand body and a support position below the pair of grippers, and that supports an object to be grasped at the support position;
A movable pin that is provided in the robot hand body and is movable by abutment with the outside, and the support plate is locked and held at the storage position in conjunction with the movable pin, and is also locked at the support position. A drive mechanism that drives to release and shift,
A robot hand mechanism is provided.
また、この発明によれば、
マニピュレータに取り付けられ、このマニュピュレータで操作されるロボットハンド本体と、
このロボットハンド本体に設けられ把持対象物品を把持する為に互いに近接離反可能な一対のグリッパと、
前記ロボットハンド本体の収納位置及び前記一対のグリッパ下方の支持位置の間で進退可能で、前記支持位置で把持対象物品を支持する支持用プレートと、
この一対のグリッパを駆動する駆動機構であって、前記ロボットハンド本体に設けられ、前記グリッパ駆動機構による前記グリッパのグリップ動作に連動して前記支持用プレートを前記収納位置にロックして保持し、また、前記支持用プレートを前記支持位置にロックを解除して移行させる駆動機構と、
を具備することを特徴とするロボットハンド機構が提供される。
Moreover, according to this invention,
A robot hand body attached to a manipulator and operated by this manipulator,
A pair of grippers provided in the robot hand body and capable of moving closer to and away from each other in order to grip an object to be gripped;
A support plate that is capable of advancing and retracting between a storage position of the robot hand body and a support position below the pair of grippers, and that supports an object to be grasped at the support position;
A drive mechanism for driving the pair of grippers, provided in the robot hand body, and locking and holding the support plate in the storage position in conjunction with a grip operation of the gripper by the gripper drive mechanism; A drive mechanism for unlocking and shifting the support plate to the support position;
A robot hand mechanism is provided.
更に、この発明によれば、
マニピュレータに取り付けられ、このマニュピュレータで操作されるロボットハンド本体と、
このロボットハンド本体に設けられ把持対象物品を上下から把持する為に互いに近接離反可能な上方及び下方グリッパと、
前記下方グリッパ内に収納されるように設けられ、この下方グリッパから伸展並びに収納可能な支持用プレートと、
前記支持用プレートを外部に当接させる動作で前記支持用プレートを前記下方グリッパ内に収納して当該グリッパ内に保持し、また、前記支持用プレートを外部に当接させる動作で前記保持を解除して前記支持用プレート伸展させる駆動機構と、
を具備することを特徴とするロボットハンド機構が提供される。
Furthermore, according to the present invention,
A robot hand body attached to a manipulator and operated by this manipulator,
Upper and lower grippers provided on the robot hand body and capable of moving closer to and away from each other in order to grip an object to be gripped from above and below,
A support plate which is provided so as to be stored in the lower gripper and can be extended and stored from the lower gripper;
The support plate is accommodated in the lower gripper by the operation of bringing the support plate into contact with the outside and held in the gripper, and the holding is released by the operation of bringing the support plate into contact with the outside. A drive mechanism for extending the support plate;
A robot hand mechanism is provided.
この発明によれば、自由度の少ないロボットハンド機構においても、支持用プレートに把持した対象物品を載せて支持することによりハンドの指先に必要なトルクを軽減することが可能でハンド指先で対象物品の位置決めを行うことによりマニピュレータでハンドを動かしても、またマニピュレータを持つ移動ロボットが移動しても、水平を保ったまま安定して対象物品を運搬することができる。またアクチュエータによる自由度を増やさずに支持用プレートを補助装置として設けるので補助装置の駆動のために電気的エネルギーを必要とせず、全体として把持・運搬動作にかかるエネルギーを軽減することができる。 According to the present invention, even in a robot hand mechanism with a low degree of freedom, it is possible to reduce the torque required for the fingertip of the hand by placing and supporting the target article gripped on the support plate, and the target article can be reduced with the hand fingertip. Thus, even if the hand is moved by the manipulator or the mobile robot having the manipulator is moved, the target article can be stably conveyed while maintaining the level. Further, since the supporting plate is provided as an auxiliary device without increasing the degree of freedom by the actuator, no electric energy is required for driving the auxiliary device, and the energy for gripping and carrying operations can be reduced as a whole.
また、この発明によれば、2指1自由度等の自由度の少ないロボットハンド機構でも、把持した板状の対象物品の底面を支持用プレートに載せてハンド指先で支持し固定することにより、板状対象物品がハンド指先より長くても、ハンド手先にかかるモーメントが軽減されるので把持に必要なエネルギーを減らすことができる。マニピュレータでハンドを動かしても、またマニピュレータを持つ移動ロボットが移動しても、水平を保ったまま安定して板状体を運搬することができるので板状体をトレイとして、前記板状体の上にさらに搬送物品を搭載し、安定かつ安全に運搬することが可能である。また、アクチュエータによる自由度を増やさずに支持用プレート棒部材とその駆動機構を補助装置として設けるので補助装置の駆動のために電気的エネルギーを必要とせず、全体として把持・運搬動作にかかるエネルギーを軽減することができる。支持用プレート棒部材は、それ自体がノック式のスイッチになっている。スイッチはユーザが切り替えてもよいが、支持用プレート棒部材の展開と収納は、マニピュレータを搭載しているロボットが判断して行うことができる。 Further, according to the present invention, even with a robot hand mechanism having a low degree of freedom such as two fingers and one degree of freedom, by supporting and fixing the bottom surface of the gripped plate-like target article on the support plate with the hand fingertip, Even if the plate-like target article is longer than the hand fingertip, the moment applied to the hand tip is reduced, so that the energy required for gripping can be reduced. Even if the hand is moved by a manipulator or a mobile robot having a manipulator is moved, the plate-like body can be stably conveyed while maintaining the level. It is possible to carry a transported article on the top and carry it stably and safely. In addition, since the support plate rod member and its drive mechanism are provided as auxiliary devices without increasing the degree of freedom by the actuator, no electrical energy is required to drive the auxiliary device, and the energy required for gripping and transporting operations as a whole is reduced. Can be reduced. The supporting plate bar member itself is a knock type switch. Although the switch may be switched by the user, the deployment and storage of the support plate bar member can be performed by a robot equipped with a manipulator.
以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係るロボットハンド機構を説明する。 Hereinafter, a robot hand mechanism according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as necessary.
(実施例1)
図1は、この発明の第1の実施の形態に係るロボットハンド機構を概略的に示す側面図であり、図2は、図1に示されたロボットハンド機構の底面構造を概略的に示す平面図である。
Example 1
FIG. 1 is a side view schematically showing a robot hand mechanism according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view schematically showing a bottom structure of the robot hand mechanism shown in FIG. FIG.
図1及び図2に示すように、マニピュレータ21の先端部には、手首関節22を介してロボットハンド機構10が設けられている。このロボットハンド機構10には、ハンド本体11が手首関節22に取り付けられ、このハンド本体11から対象部品30を把持する為の一対のグリッパ12が互いに平行に延出されている。一対のグリッパ12は、互いに対向し、ハンド本体11内に設けられた駆動機構(図示せず)によってその間に対象物品30を把持する為にその間隔を均等に変えることができる。通常、この一対のグリッパ12は、マニピュレータ21の軸に略直交する方向に沿って配置され、最外周位置からグリッパ12間の中心位置まで同一速度で移動可能であって、その対向面間の中心で互いに接触させることができる。この対向面には、一対のグリッパ12の把持力を検出する為に接触センサ19が設けられ、この接触センサ19によって対象物品への接触力が測定される。従って、対象物品30が一対のグリッパ12の可動範囲で定まる把持可能な大きさの範囲内にあれば、対象物品30は、一対のグリッパ12によって予め定められた均等な把持力(狭持力)で挟まれて対象物品30が把持される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ロボットハンド機構10には、マニピュレータ21の軸を含む略垂直な平面内で1自由度が与えられ、その平面内で傾動可能に手首関節22に取り付けられている。従って、図3及び図4に示されるようにマニピュレータ21がその傾き角を変えても、ハンド本体11の姿勢を変えずに略水平に維持することができる。即ち、マニピュレータ21が傾動されても一対のグリッパ12に把持された対象物品30の姿勢を常に一定に維持することができる。
The
図1及び図2に示されるようにハンド本体11の底面下(収納位置)には、平行リンク機構14の一端が枢支固定されている支持プレート13が支持補助装置としてに配置され、平行リンク機構14の他端がハンド本体11内に枢支固定されている。平行リンク機構1には、これを駆動するための歯車14Aが設けられ、この歯車14Aがピニオン機構16に歯合されている。また、このピニオン機構16は、上下動可能に保持されている可動ピン15に設けられたラック17に歯合されている。一例として、可動ピン15は、筒状体19内に収納され、その内に配置されたバネ18によって附勢され、また、後に説明されるロック機構によって可動ピン15が筒状体19内に保持され、ロック機構が解除されることによって可動ピン15が筒状体19外にバネ18によって押し出される。ロック機構が解除される際には、可動ピン15は、バネ18によって附勢されて直線的に筒状体19内をスライドされるが、このスライドに伴い可動ピン15に設けられたラック17も直線的に移動される。従って、ラック17に歯合されているピニオン機構16が回転され、このピニオン機構16に歯合されている歯車14Aが回転されて平行リンク機構14が傾動される。即ち、平行リンク機構14がハンド本体11内の枢支部を基点として回動されてその一端がハンド本体11の前方に押し出されることとなる。その結果、平行リンク機構14の一端に固定された支持プレート13が収納位置から対象物品30の底面に向けてスイング(揺動)されて対象物品30の底面に接触される。この状態では、対象物品30は、一対のグリッパ12に把持され、支持プレート13が支持位置に位置されていることから、支持プレート13によっても底面支持されることとなる。従って、マニュピュレータ21が設けられたロボット(図示せず)が移動を開始して外部から振動を受けて対象物品30が下方にずり落ちるような力が対象物品に加わっても支持プレート13によってその落下が阻止され、ロボットが移動されても対象物品を確実に搬送することができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, below the bottom surface (storage position) of the hand
図3〜図6を参照して図1及び図2に示したロボットハンド機構10の動作について説明する。
The operation of the
平坦な面8上に載置されている対象物品30をロボットハンド機構10で把持して搬送する際には、始めにマニュピュレータ21が対象物品30に向けられその先端のロボットハンド機構10が対象物品30上に位置される。この状態でマニュピュレータ21が傾けられてロボットハンド機構10が平坦面8上に降下される。ロボットハンド機構10が降下される際には、手首関節22によってロボットハンド機構10の姿勢が維持されたままに降下され、対象物品30の両側にグリッパ12が位置されるようにロボットハンド機構10の位置が調整される。その後、グリッパ12が互いに近接される方向に移動されて対象物品30把持される。この把持の際には、対象物品30をその把持力でリフト可能な第1の把持力で対象物品30を確実に把持される。
When the
ハンド本体11が平坦面8上にまで降下されると、図3に示すようにその下面から突出している可動ピン15の自由端が平坦面8に当接される。この当接に伴い、可動ピン15のバネ18による押し出しを抑制していたロック機構が解除され、可動ピン15のバネ18による押し出しが可能となる。ロック機構の解除に前後して対象物品30がグリッパ12によって把持されてリフト(持ち上げ)可能とされる。この状態において、マニュピュレータ21がロボットハンド機構10をリフトすると、図4に示すように、グリッパ12によって把持された対象物品30がリフトされるとともに可動ピン15の突出に伴ってラック17が下方に前進してこれに歯合されているピニオン16を矢印R1に示すように回転させる。ピニオン16の回転により、平行リンク機構14のアームが本体11の枢支部を軸として矢印R2に示すように回転され、平行リンク機構14に固定されている支持プレート13が収納位置から矢印R3に示すように下方に押し出されるようにスイングされて支持プレート13が対象物品30の下方に位置される。平行リンク機構14によって支持プレート13がスイングしながら前進されると、対象物品30と平坦面8との間に支持プレート13が進入し、図5及び図6に示すように支持プレート13が対象物品30の下面に当接され、支持プレートが支持位置に移行される。従って、対象物品30が支持プレート13上に載置される。対象物品30が支持プレート13上に載置されていることから、グリッパ12による対象物品30の把持が緩められ、第1の把持力よりも把持力が小さい第2の把持力で対象物品30が把持される。第2の把持力で対象物品30が把持されても、対象物品30が支持プレート13上に載置されていることから、対象物品30のリフト中も確実にロボットハンド機構10によって保持されることとなる。
When the
対象物品30を搬送するに際しては、マニュピュレータ21がリフトされて対象物品がグリッパ12で把持されるとともに対象物品30が支持プレート13に載置された状態でマニュピュレータ21が設けられたロボット本体(図示せず)が移動を開始し、対象物品30を搬送することとなる。搬送に際して外部からロボット本体に衝撃が与えられる場合があり、グリッパ12の把持力で対象物品30を支えることができない場合が生じても、対象物品30の下面が支持プレート13を支えていることから、確実にロボットハンド機構10が対象物品30を搬送することが可能となる。
When the
ロボット本体が所定位置にまで移動して対象物品30を平坦面8に置く場合には、再び対象物品30の把持力が高められ、対象物品30がグリッパ12によって第1の把持力で確実に把持される。この状態で、図5に示されるようにマニュピュレータ21が傾けられてハンド本体11が降下される。ハンド本体11の降下に伴いハンド本体11から突出している可動ピン15が平坦部に当接され、次第に可動ピン15が矢印R4に示されるようにバネ18に抗して筒状体19内に押し込められる。この可動ピン15の直線的な移動に伴いラック17に歯合するピニオン16が回転されてこのピニヨン16から与えられる回転力で歯車14Aが矢印R5に示すように回転され、平行リンク14が揺動される。従って、支持プレート13が矢印R6に示すように対象物品30の下面(支持位置)から矢印R6に示されるように分離されてハンド本体11下(収納位置)に向けて矢印R7に示すように後退される。この支持プレート13の後退動作とともに可動ピン15は、筒状体19内に進入し、殆どが筒状体19内に押し込められると、図示しないロック機構が作用して可動ピン15が筒状体19内にバネ18に抗して保持収納される。この状態では、図1に示されるようにハンド本体11の下面に支持プレート13が当接された状態となる。
When the robot body moves to a predetermined position and places the
支持プレート13の後退が完了すると、一対のグリッパ12が互いに離反する方向に広げられ、対象物品30がグリッパ12から解放されて平坦面8上に載置される。その後、マニュピュレータ21が上昇され、ロボット本体が後退されてロボット本体による物品の搬送作業が完了される。
When the backward movement of the
上述したロック機構は、一例として図7(a)及び7(b)に示すようにラッチピン41に連動するプレート収納爪42、ラック17に歯合されるリンククラッチカム44及び可動ピン15に固定され、可動ピン15とともに上下動されるプレートロック爪43の組み合わせから構成される。このロック機構においては、図7(a)に示されるように、ロックが解除され、可動ピン15が最下端まで降下されている状態においては、プレートロック爪43を押し下げるバネ18が最も延びきった状態となり、リンククラッチカム44のリンクがプレートロック爪43に係合される。また、図7(a)に示されるように、可動ピン15が最上端まで上昇されている状態においては、プレートロック爪43を押し下げるバネ18が最も縮んだ状態となり、リンククラッチカム44の突起がプレート収納爪42に係合されてリンククラッチカム44がロックされる。
The lock mechanism described above is fixed to the
このような構造では、図7(b)に示すようにハンド本体11が降下されてラッチピン41が平坦面8に当接されると、ラッチピン41が上昇されるに伴いプレート収納爪42が上昇される。従って、プレート収納爪42とリンククラッチカム44の突起との係合が外れる。この状態で、ハンド本体11が上昇されると、バネ18によってプレートロック爪43が押し下げられ、プレートロック爪43が固定されている可動ピン15も押し下げられる。可動ピン15の押し下げに伴い、ラック17に係合されているリンククラッチカム44の扇ギアによってリンククラッチカム44が回転され、図7(a)に示すように降下されたプレートロック爪43にリンククラッチカム44の突起が係合される。リンククラッチカム44の回転に伴い平行リンク機構14によって支持プレート13が既に説明したように前方(支持位置)に迫り出される。
In such a structure, as shown in FIG. 7B, when the
支持プレート13を後退させる際には、図7(a)に示されるようにハンド本体11が降下されて可動ピン15が平坦面8に当接されてハンド本体11の降下とともに可動ピン15が上昇され、可動ピン15とともにプレートロック爪43もバネ18に抗して上昇される。従って、ラック17に係合されているリンククラッチカム44の扇ギアによってリンククラッチカム44が回転され、支持プレート13が平行リンク機構14によって後退される。ハンド本体11の降下が続くと、図7(b)に示すように、ラッチピン41が平坦面に接触されてプレート収納爪42が上昇されるとともにリンククラッチカム44の突起がプレート収納爪42に接触し、このプレート収納爪42上をスライドしてその突起がプレート収納爪42の段部内に位置され、プレート収納爪42に係合される。従って、可動ピン15がロックされる。このロック機構は、上述した説明から明らかなように、1度目に押されると、プレート収納爪42が上昇されてリンクラッチカム44ロックを解除することとなり、また、プレート収納爪42が2度目に押されると、僅かに上昇されることから、リンククラッチカム44と干渉して固定される。
When the
ロック機構は、図7(a)及び7(b)に示される構造に限らず、図8(a)及び8(b)に示されるような構造が採用されても良い。 The lock mechanism is not limited to the structure shown in FIGS. 7A and 7B, and a structure as shown in FIGS. 8A and 8B may be adopted.
図8(a)に示されるようにハンド本体11内には、ハンド駆動用モータ54が設けられ、このモータ54に設けられた歯車54Aに歯合される歯車56を介してボールネジ58にモータ54からの回転力が伝達される。また、歯車54Aに歯合される歯車57を介してボールネジ58に平行に設けられたボールネジ(図示せず)にモータ54からの回転力が伝達される。この一対のボールネジ58が貫通される一対のキャリッジ60(図面中には、一方のみが示されている。)が対応するボールネジ58上を移動可能とするように設けられている。このボールネジ58は、キャリッジ60のネジに螺合されている。従って、ボールネジ58が回転されると、その回転方向に応じて一対のキャリッジ60は、互いに近接する方向或いは互いに離反する方向に対応するボールネジ58に沿って移動される。一対のキャリッジ60には、夫々グリッパ12が固定され、このグリッパ12は、ハンド本体1外に延出されている。ボールネジ58の回転に応じて、このグリッパ12は、キャリッジ60と同様に互いに近接する方向或いは互いに離反する方向に移動され、この移動に伴い対象物品を把持する或いは把持解除することができる。
As shown in FIG. 8A, a
また、歯車54Aには、歯車62が歯合され、この歯車62は、電磁クラッチ68及びこの電磁クラッチ68に連結された軸70を介して歯車64に連結され、この歯車64には、軸72に設けられた歯車66が歯合されている。軸72には、バネ力によって軸72が回転可能となるようにねじりバネ74に連結されている。歯車66が設けられた軸72には、平行リンク機構14の一端が連結され、この軸72に回転力が与えられると、平行リンク機構14が揺動されて支持プレート13が支持位置へ前進或いは収納位置へ後退される。
A
図8(a)及び図8(b)に示されるロボットハンド機構10では、対象物品30を把持するに際して電磁クラッチ68がフリーとされる。この状態では、駆動用モータ54からの回転力は、歯車62に伝達されても歯車64に伝達されず、ねじりバネ74からの回転力によって支持プレート13のせり出しが開始される。支持プレート13は揺動運動して前進されることから、支持プレート13は、その下方に平坦面8がある場合には、この平坦面8でその前進が阻害される。駆動用モータ54からの回転力によって歯車56,57が回転され、キャリッジ60が互いに近接する方向に移動されると、グリッパ12によって対象物品30が完全に把持される。この状態で、ハンド本体11が上方にリフトされると、支持プレート13が平坦面から離れ、対象物品30の下方に進入して対象物品30の下面に接触するまで前進される。支持プレート13上に対象物品30が載置されると、駆動用モータ54が僅かに逆回転されてグリッパ12による対象物品30の把持力が僅かに緩められる。この状態で対象物品30がロボットハンド機構10を設けたロボット本体によって搬送される。
In the
対象物品30を平坦面8に置く場合には、電磁クラッチ68がフリーとされている状態で駆動用モータ54が僅かに回転されてグリッパ12による対象物品30の把持力が再び僅かに強められる。その後、電磁クラッチ68が接続され、駆動用モータ54が逆回転されると、歯車62、電磁クラッチ68及び歯車64、66を介して軸72に逆回転が与えられる。従って、バネ74に抗して軸72が回転され、平行リンク機構14が揺動され、支持プレート13が対象物品30の下方から除去されて本体11下に後退される。支持プレート13の後退に伴い、駆動用モータ54からの逆回転力がキャリッジ60に伝達されてグリッパ12の把持力が緩やかに弱まり、対象物品30が平坦面8上に載置される。完全にグリッパ12が対象物品30から離された時点で、ハンド本体11が対象物品30から離されて搬送作業が終了される。
When the
(実施例2)
図9〜図17を参照してこの発明の第2の実施の形態に係るロボットハンド機構10について説明する。尚、下記の第2の実施の形態の説明においては、第1の実施の形態で参照した符号と同一符号で示される部分或いは部品については、その説明を省略する場合があることに注意されたい。省略された説明に関しては、第1の実施の形態の説明を参照されたい。
(Example 2)
A
図9は、この発明の第2の実施の形態に係るロボットハンド機構10を概略的に示す側面図及び図9に示されるロボットハンド機構10の底部を概略的に示す平面図である。
FIG. 9 is a side view schematically showing the
図9に示すように、マニピュレータ21の先端部には、2指1自由度の開閉式ハンド本体11が手首関節22を介して設けられている。この手首関節22によってハンド本体11は、マニピュレータ21の軸を含む略垂直面内でマニピュレータ21に対しての角度を変えることができ、この手首関節22によってハンド本体11は、その姿勢を略一定に維持することができる。ここで、姿勢を維持するとは、マニピュレータ21の傾きに対してその姿勢を独立に設定できることを意味している。
As shown in FIG. 9, the
ハンド本体11からは、一対のグリッパ12―1、12−2が延出され、図示しない機構によってこの一対のグリッパ12―1、12−2は、互いに近接する方向並びに互いに離間する方向に移動可能に構成されている。図9に示されるロボットハンド機構10では、一対のグリッパ12―1、12−2は、図1に示されるロボットハンド機構10と異なり、略垂直方向に沿って上下に配置され、対象物品30を上下方向からグリッパ12―1、12−2で把持することができる。
A pair of grippers 12-1 and 12-2 is extended from the
下方に配置されるグリッパ12−2には、図9及び図10に示すように補助装置として支持棒部材113、即ち、支持用プレートが伸縮自在に設けられている。この支持棒部材113は、グリッパ12−1に対向するグリッパ12−2の把持面(対向面)と同一面を形成するようにグリッパ12−2に設けられ、グリッパ12−2に支持棒部材113が引き込まれた状態及び支持棒部材113がグリッパ12−2から延出された状態のいずれにおいても、支持棒部材113は、グリッパ12−2の把持面と同一面を形成する支持面を備えている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the gripper 12-2 disposed below is provided with a
対象物品30が対象物品30の重心或いはその近傍をグリッパ12―1、12−2で把持することが可能であるような大きさである場合には、図11に示すように支持棒部材113は、グリッパ12−2内に引き込められ、この引き込んだ状態で対象物品30がグリッパ12−1,12−2で把持される。また、対象物品30が対象物品30の重心或いはその近傍をグリッパ12―1、12−2で把持することが不可能であるような大きさを有する場合、例えば、対象物品30が長尺物或いは板状部材である場合には、図9に示されるように支持棒部材113は、グリッパ12−2から引き込出されてグリッパ12−1と引き出された支持棒部材113及びグリッパ12−2によってその対象物品30が把持される。
When the
移動ロボットは、単椀に相当するロボットハンド機構10しか設けられない場合に限らず、夫々が図9に示される構造を有する一対のロボットハンド機構10が移動ロボットに設けられた双椀の移動ロボットに構成されても良い。単椀の移動ロボットでは、そのロボットハンド機構10を利用して上述したように対象物品が把持されるが、双椀の移動ロボットでは、対象物品30が様々な態様で把持される。長尺物であっても、両椀でこの長尺物を支持する場合には、その長尺物の幅が小さく、しかも、その幅方向の中心付近で対象物品30をグリッパ12―1、12−2で把持することができれば、支持棒部材113を利用しなくとも、長尺物を確実に把持することができる。長尺物の幅が大きい板状の部材であって、その幅方向の中心付近で対象物品30をグリッパ12―1、12−2で把持することができなければ、支持棒部材113が利用されて長尺物が把持される。当然ながら、長尺物を両椀で支持する場合には、長尺物が両椀間に配置される場合を想定している。
The mobile robot is not limited to the case where only a single
支持棒部材113は、図11に示されるように、グリッパ12−2に収納された状態では、支持棒部材113の先端が僅かにグリッパ12−2の先端から突出するようにバネ115によって前方に附勢されたままロックされている。このロックは、後に説明するノック機構114により実現される。このロック機構では、図12(a)に示すように、ハンド機構を矢印141で示されるように押し出してその支持棒部材113の先端を他の部材、例えば、壁面130等の固定された部材に当接させて圧力を加えるノックする工程を経てロックが解除される。また、同様の工程を経て支持棒部材113がロックされる。即ち、図12(a)の矢印141で示されるようにグリッパ12―2から突出している支持棒部材113の先端部を壁面130など固定の物品に水平に押し当てると、ノック式ばね機構114により固定ロックが外され、図12(b)の矢印141で示されるようにマニピュレータ21を引くと、ばね115に押し出されて支持棒部材113が伸展される。このとき、ロボットハンド機構10及びマニピュレータ21を搭載しているロボットシステムは、支持棒部材113を固定するロックが外れたことを検出し、この検出を電気信号としてロボットハンド機構10外に出力している。この電気信号により、マニピュレータ21は、押し当てる動作を止めて図12(b)の矢印141に示すようにマニピュレータ21を引く動作に入り、支持棒部材113が展開され、先端部でロックされてその展開が固定される。このロックを解除するには、図12(a)と同様に壁面などに先端を水平に押し当てるとばね115に連動してロックが外されることとなる。支持棒先端からグリッパ12−1の先端までマニピュレータ21の駆動により押し当てることで、その格納場所でロックされる。支持棒の展開は、ノック式ばね機構のみではなく、例えば、一定の加速度を越えてマニピュレータをある方向に駆動し、その加速度が掛かることでロックが解除されるロック機構を設けてもよい。
As shown in FIG. 11, when the
尚、図12(a)及び12(b)においては、マニュピュレータ21は、腕関節24―1を介して連結され、ロボット本体(図示せず)に腕関節24−2を介して連結された一対のアーム23―1,23−2で構成され、図12(a)及び(b)に示すように腕関節24−1,24−2の位置を調整しながら、一対のアーム23−1,23−2を伸展させることによってグリッパ12−1の先端を壁130に押し付け、或いは、壁130から離反させることができる。
12 (a) and 12 (b), the
双椀のロボットにおいて、支持棒部材113を展開して図13に示すようにフランジ30Fが付けられている板状の対象物品30、例えば、取手のついたトレイを双腕で左右から把持する場合には、対象物品30に接近した後に、図14に示すように対象物品30のフランジ30Fと対象物品30が置かれている卓上面(平坦面)8との隙間に支持棒部材113が挿入される。この状態で対象物品30のフランジ30Fがグリッパ12−1、12−2で把持されて対象物品30がリフトされる。
In a double robot, when the
手先に相当するグリッパ12−1、12−2の挿入位置を決めるための運動制御においては、カメラ、タッチセンサ、フォトセンサ等のセンサからのセンサ信号をフィードバックしてグリッパ12−1、12−2の先端位置が制御される。グリッパ12−1、12−2でトレイ30の端面を安定して把持することのできる位置まで支持棒部材113とグリッパ12−1、12−2の指先が挿入され,センサ信号により把持位置が決められ、その後、グリッパ12−1、12−2でフランジ30Fが把持される。このとき、支持棒部材113は、グリッパ12−1、12−2と連動していることから、支持棒部材113とトレイ33とは同一平面内で接し、支持棒部材113の上面にトレイ30のフランジ30Fが乗っている状態となる。トレイ30に与えられる荷重は、支持棒部材113で支え、グリッパ12−1、12−2の把持部分で位置が固定される。このトレイ30を同一の姿勢を保ったまま水平に運搬し、再び卓上面に置く時、支持棒部材113にかかるモーメントまたはグリッパ12のトルクの低減がセンサにより検知され、卓上面8にトレイ30が乗ったことが検知される。グリッパ12−1、12−2による把持が解除され、支持棒部材113は、展開し固定されたままにあるので、マニピュレータ21を用いてハンドを水平に引き抜くか、或いは、マニピュレータ21を搭載した移動ロボットであるなら、移動機構を利用して後退し、マニピュレータ21ごとトレイ30から離れ、支持棒部材113とグリッパ12−1、12−2が引き抜かれる。展開された支持棒部材113を格納するため、支持棒部材113の先端を支持棒部材113の長手方向と平行に押し当て、固定ロックが外され、更に、押し当てて支持棒部材113が格納され、固定ロックが与えられる。このとき、トレイ30は、常に水平を保ったままに把持され、リフトされるのでトレイ30上にマニピュレータ21の搭載可能な重量の範囲で対象物品30及びこれに積載される物品を積載することができる。
In motion control for determining the insertion positions of the grippers 12-1 and 12-2 corresponding to the hands, sensor signals from sensors such as cameras, touch sensors, and photo sensors are fed back to the grippers 12-1 and 12-2. The tip position of is controlled. The
上述した第2の実施の形態に係るロボットハンド機構10におけるロック機構は、一例として図15〜図17に示される遊動ピン216が支持棒部材113に設けられ、グリッパ12−2に遊動ピン216がガイドされるガイド溝120に設けられて構成される。
As an example, the lock mechanism in the
図15及び図16に示されるように、遊動ピン216は、支持棒部材113の底面から突出され、ガイド溝214内に位置されている。また、支持棒部材113には、この支持棒部材113が上方に浮き上がることを防止するフランジ(図示せず)が水平方向に延出され、グリッパ12−2に設けた支持棒部材113を収納する為の壁面に設けた係合溝(図示せず)に、このフランジが係合されている。遊動ピン216をガイドする為のガイド溝214は、図17に示されるように支持棒部材113を直線的にガイドする為の直線部214A及び遊動ピン216をラッチする為の係止部221の周りに形成された周回部214Bから構成され、係止部221は、図17に示されるように直線部214Aにその先端が向けられた矢羽根状に形成され、また、その周回部214Bもこの係止部221の形状に対応した溝を定めるように形成されている。遊動ピン216は、直線部214Aが延びる方向に対して直交する方向に遊嵌されて支持棒部材113に取り付けられていることから、直線部214A内のみならず、周回部214B内も摺動することができる。
As shown in FIGS. 15 and 16, the floating
図15に示されるように、遊動ピン216がラッチされるラッチ時には、図17に示されるように矢羽根状係止部221の窪みを有する基部に遊動ピン216が受け入れられる。遊動ピン216のラッチを解除するラッチ解除時には、一時的にバネ115に抗して矢印P1に示すように周回部214B内で遊動ピン216を後退させ、その後、バネ115のバネ力によって遊動ピン216を矢印P2、P3に示すように前進させることによって遊動ピン216を直線部214Aに導くことができる。図16に示されるようにバネ115のバネ力によって遊動ピン216が直線部214Aの先端に当接されると、支持棒部材113は、グリッパ12−2から延出され、既に説明したように、グリッパ12−2とともに対象物品30を支持することが可能となる。
As shown in FIG. 15, when the floating
また、この遊動ピン216をバネ115に抗して直線部214A内で後退させ、更に、周回部214Bにおいても矢印P4,P5に示すように後退させることによって矢羽根状係止部221の窪みを有する基部に位置させてラッチさせることができる。このラッチ状態では、外部から遊動ピン216を後退させない限り、その矢羽根状係止部221の窪みを有する基部内に遊動ピン216を位置させ続けることができる。このロック状態では、図15に示されるように支持棒部材113は、グリッパ12−2内に格納され、グリッパ12−1、12−2のみで対象物品30を把持することが可能となる。
In addition, the
以上のように、この発明によれば、自由度の少ないロボットハンド機構においても、支持用プレートに把持した対象物品を載せて支持することによりハンドの指先に必要なトルクを軽減することが可能でハンド指先で対象物品の位置決めを行うことによりマニピュレータでハンドを動かしても、またマニピュレータを持つ移動ロボットが移動しても、水平を保ったまま安定して対象物品を運搬することができる。またアクチュエータによる自由度を増やさずに支持用プレートを補助装置として設けるので補助装置の駆動のために電気的エネルギーを必要とせず、全体として把持・運搬動作にかかるエネルギーを軽減することができる。 As described above, according to the present invention, even in a robot hand mechanism having a low degree of freedom, it is possible to reduce the torque required for the fingertip of the hand by placing and supporting the object to be gripped on the support plate. By positioning the target article with the hand fingertip, even if the hand is moved by the manipulator or the mobile robot having the manipulator moves, the target article can be stably conveyed while maintaining the level. Further, since the supporting plate is provided as an auxiliary device without increasing the degree of freedom by the actuator, no electric energy is required for driving the auxiliary device, and the energy for gripping and carrying operations can be reduced as a whole.
10は、ロボットハンド機構、12、12―1、12−2...グリッパ、13...支持プレート、14...平行リンク機構、15...可動ピン、16...ピニオン機構、17...ラック、18...ばね、19...接触センサ、21...マニピュレータ、22...手首関節、30...把持対象物品、41...ラッチピン、42...プレート収納爪、43...プレートロック爪、44...リンクラッチカム、51...電磁クラッチ、52...開閉ボールねじ、53...ハンド開閉モータ、54...支持プレートせり出しばね、113...支持棒部材、114...ノック機構、115...ばね、214...ガイド溝、216...遊動ピン、221...係止部
10 is a robot hand mechanism, 12, 12-1, 12-2. . . Gripper, 13. . . Support plate, 14. . . Parallel link mechanism, 15. . . Movable pin, 16. . . Pinion mechanism, 17. . . Rack, 18. . . Spring, 19. . . Contact sensor, 21. . . Manipulator, 22. . . Wrist joint, 30. . . 41. article to be grasped; . . Latch pin, 42. . .
Claims (5)
このロボットハンド本体に設けられ把持対象物品を把持する為に互いに近接離反可能な一対のグリッパと、
前記ロボットハンド本体の収納位置及び前記一対のグリッパ下方の支持位置の間で進退可能で、前記支持位置で把持対象物品を支持する支持用プレートと、
前記ロボットハンド本体に設けられ、外部に当接させる動作で可動される可動ピン及びこの可動ピンに連動して前記支持用プレートを前記収納位置にロックさせて保持し、また、前記支持位置にロックを解除して移行させるように駆動する駆動機構と、
を具備することを特徴とするロボットハンド機構。 A robot hand body attached to a manipulator and operated by this manipulator,
A pair of grippers provided in the robot hand body and capable of moving closer to and away from each other in order to grip an object to be gripped;
A support plate that is capable of advancing and retracting between a storage position of the robot hand body and a support position below the pair of grippers, and that supports an object to be grasped at the support position;
A movable pin that is provided in the robot hand body and is movable by abutment with the outside, and the support plate is locked and held at the storage position in conjunction with the movable pin, and is also locked at the support position. A drive mechanism that drives to release and shift,
A robot hand mechanism comprising:
このロボットハンド本体に設けられ把持対象物品を把持する為に互いに近接離反可能な一対のグリッパと、
前記ロボットハンド本体の収納位置及び前記一対のグリッパ下方の支持位置の間で進退可能で、前記支持位置で把持対象物品を支持する支持用プレートと、
この一対のグリッパを駆動する駆動機構であって、前記ロボットハンド本体に設けられ、前記グリッパ駆動機構による前記グリッパのグリップ動作に連動して前記支持用プレートを前記収納位置にロックして保持し、また、前記支持用プレートを前記支持位置にロックを解除して移行させる駆動機構と、
を具備することを特徴とするロボットハンド機構。 A robot hand body attached to a manipulator and operated by this manipulator,
A pair of grippers provided in the robot hand body and capable of moving closer to and away from each other in order to grip an object to be gripped;
A support plate that is capable of advancing and retracting between a storage position of the robot hand body and a support position below the pair of grippers, and that supports an object to be grasped at the support position;
A drive mechanism for driving the pair of grippers, provided in the robot hand body, and locking and holding the support plate in the storage position in conjunction with a grip operation of the gripper by the gripper drive mechanism; A drive mechanism for unlocking and shifting the support plate to the support position;
A robot hand mechanism comprising:
このロボットハンド本体に設けられ把持対象物品を上下から把持する為に互いに近接離反可能な上方及び下方グリッパと、
前記下方グリッパ内に収納されるように設けられ、この下方グリッパから伸展並びに収納可能な支持用プレートと、
前記支持用プレートを外部に当接させる動作で前記支持用プレートを前記下方グリッパ内に収納して当該グリッパ内に保持し、また、前記支持用プレートを外部に当接させる動作で前記保持を解除して前記支持用プレート伸展させる駆動機構と、
を具備することを特徴とするロボットハンド機構。 A robot hand body attached to a manipulator and operated by this manipulator,
An upper and lower gripper provided in the robot hand body and capable of moving closer to and away from each other in order to grip an object to be gripped from above and below;
A support plate which is provided so as to be stored in the lower gripper and can be extended and stored from the lower gripper;
The support plate is accommodated in the lower gripper by the operation of bringing the support plate into contact with the outside and held in the gripper, and the holding is released by the operation of bringing the support plate into contact with the outside. A drive mechanism for extending the support plate;
A robot hand mechanism comprising:
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