JP2007125624A - Hand device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、部品等を把持したり移動させたりし、製品の組み立て等を行うハンド装置に関する。 The present invention relates to a hand device that assembles a product or the like by gripping or moving a component or the like.
この種の従来の装置としては、特許文献1に記載のものがある。ここでは、複数の関節を有するアーム部の先端に把持機構部を設けており、把持機構部により部品等を把持した状態で、アーム部の各関節をそれぞれ適量回転駆動しかつ各関節の回転を組み合わせて、把持機構部により把持されている部品等を回転移動させたり直線移動させたりする。
There exists a thing of
このとき、把持機構部を現在位置から所望の位置まで移動させるには、把持機構部の現在位置でのアーム部の現在姿勢を求め、この現在姿勢を把持機構部が所望の位置に移動したときのアーム部の姿勢へと変化させるのに必要な該アーム部の各関節の回転角度を求め、それぞれの回転角度だけ各関節を回転させて、把持機構部を所望の位置まで移動させる。この様な関節の回転角度を計算するための様々な手法が既に提案されている。 At this time, in order to move the gripping mechanism unit from the current position to the desired position, the current posture of the arm unit at the current position of the gripping mechanism unit is obtained, and this current posture is moved to the desired position. The rotation angle of each joint of the arm portion necessary for changing to the posture of the arm portion is obtained, and each joint is rotated by the respective rotation angle, and the gripping mechanism portion is moved to a desired position. Various methods for calculating the rotation angle of such a joint have already been proposed.
また、アーム部と把持機構部との接続部分に弾性機構によるコンプライアンスを持たせ、作業時に把持機構部に受ける反力によって弾性機構が変位する様にして、把持機構部により把持されている部材と他の部材同士の位置や姿勢を合致させている。
しかしながら、上記アーム部により把持機構部を所望の位置まで移動させる場合は、アーム部の各関節の回転角度誤差の積み重ねが該アーム部先端の把持機構部の位置誤差となるので、把持機構部を高精度で位置決めすることが困難であった。 However, when the arm mechanism moves the gripping mechanism to a desired position, the accumulated rotation angle error of each joint of the arm becomes the position error of the gripping mechanism at the tip of the arm. It was difficult to position with high accuracy.
また、部材同士の組み立てに際し、把持機構部を微動させるときにもアーム部を移動させるので、狭いスペースでは、アーム部が周囲の機器や部品等に干渉してしまい、部品等の移動が困難になったり、部品等を破損したりした。 In addition, when assembling the members, the arm unit is also moved when the gripping mechanism unit is finely moved. Therefore, in a narrow space, the arm unit interferes with surrounding equipment and components, making it difficult to move the components. Or parts were damaged.
更に、アーム部と把持機構部間のコンプライアンスにより部材同士の位置や姿勢を合致させるには、部材同士の接触が前提となるので、組み立て時に部材や製品等を傷つける恐れがあった。 Furthermore, in order to match the positions and postures of the members by compliance between the arm portion and the gripping mechanism portion, contact between the members is a prerequisite, and there is a risk of damaging the members, products, and the like during assembly.
これを避けるには、部材同士の位置ずれ等の検出が必要となる。しかしながら、部材の近くでないと部材同士の位置ずれ等の検出ができず、この位置ずれ等の検出のための装置を把持機構部に搭載するには、この把持機構部を小型化せねばならなかった。 In order to avoid this, it is necessary to detect misalignment between members. However, it is not possible to detect misalignment between members unless it is close to the member, and in order to mount a device for detecting this misalignment on the gripping mechanism unit, the gripping mechanism unit must be downsized. It was.
そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、アーム部を移動させなくても把持機構部の向き及び位置を高精度で変えることができ、また小型化が可能であって、部材同士の位置ずれ等の検出を行う装置の搭載も可能なハンド装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the orientation and position of the gripping mechanism can be changed with high accuracy without moving the arm, and the size can be reduced. Thus, an object of the present invention is to provide a hand device that can be mounted with a device that detects misalignment between members.
上記課題を解決するために、アーム部と、部材を把持する把持機構部と、前記アーム部の先端に前記把持機構部を連結する多軸機構部とを備え、前記多軸機構部により前記把持機構部の向き及び位置を変えるハンド装置において、前記多軸機構部は、前記アーム部の先端及び前記把持機構部間に介在し、両者間に設定された平面及び曲面に沿って該把持機構部をスライド可能に支持するベース部と、前記アーム部の先端に対する前記ベース部並びに前記把持機構部のスライドを前記平面及び曲面の一方に沿って行う第1超音波モーターと、前記ベース部に対する前記把持機構部のスライドを前記平面及び曲面の他方に沿って行う第2超音波モーターとを備えている。 In order to solve the above-described problem, an arm unit, a gripping mechanism unit that grips a member, and a multi-axis mechanism unit that connects the gripping mechanism unit to a tip of the arm unit, and the gripping by the multi-axis mechanism unit In the hand device that changes the orientation and position of the mechanism unit, the multi-axis mechanism unit is interposed between the tip of the arm unit and the gripping mechanism unit, and the gripping mechanism unit is arranged along a plane and a curved surface set between the two. A first ultrasonic motor that slides the base portion and the gripping mechanism portion along one of the plane and the curved surface with respect to the tip of the arm portion, and the gripping portion with respect to the base portion. A second ultrasonic motor that slides the mechanism along the other of the flat surface and the curved surface.
この様な本発明によれば、多軸機構部は、アーム部の先端及び把持機構部間に設定された平面及び曲面に沿って該把持機構部をスライド可能に支持し、第1及び第2超音波モーターにより把持機構部を平面及び曲面に沿ってスライドさせ、把持機構部の向き及び位置を変えている。従って、アーム部を移動させることなく、アーム部を周囲の機器や部品等に干渉させずに、多軸機構部により把持機構部を移動させて、把持機構部を高精度で位置決めすることができる。 According to the present invention as described above, the multi-axis mechanism portion supports the gripping mechanism portion slidably along a plane and a curved surface set between the tip of the arm portion and the gripping mechanism portion, and the first and second The gripping mechanism is slid along a plane and a curved surface by an ultrasonic motor to change the orientation and position of the gripping mechanism. Therefore, the gripping mechanism can be positioned with high accuracy by moving the gripping mechanism by the multi-axis mechanism without moving the arm and without interfering with the surrounding equipment or parts. .
また、第1及び第2超音波モーターにより把持機構部を平面及び曲面に沿ってスライドさせる構成であるから、複数の関節を組み合わせた他の構成と比較すると、小型化が容易であり、部材同士の位置ずれ等の検出を行う装置を把持機構部に搭載することが可能である。 Moreover, since it is the structure which slides a holding | grip mechanism part along a plane and a curved surface with a 1st and 2nd ultrasonic motor, compared with the other structure which combined the several joint, size reduction is easy, and members are mutually. It is possible to mount a device for detecting misalignment or the like on the gripping mechanism.
例えば、前記第1及び第2超音波モーターは、振動子と、この振動子により振動され前記平面及び曲面のいずれかに当接する振動体とを備えている。前記振動子は、圧電素子又は高分子アクチュエータである。 For example, the first and second ultrasonic motors include a vibrator and a vibrator that is vibrated by the vibrator and abuts on one of the plane and the curved surface. The vibrator is a piezoelectric element or a polymer actuator.
この様な超音波モーターは、小型化が容易なため、本発明のハンド装置に好適である。 Such an ultrasonic motor is suitable for the hand device of the present invention because it can be easily downsized.
また、本発明においては、前記平面及び曲面には複数の線が描かれており、該平面及び曲面に沿ってスライドする箇所には前記平面及び曲面に描かれた線を検出するセンサを設けている。 Further, in the present invention, a plurality of lines are drawn on the plane and the curved surface, and a sensor for detecting the line drawn on the plane and the curved surface is provided at a position that slides along the plane and the curved surface. Yes.
この様なセンサにより平面及び曲面に描かれた線を検出すれば、平面及び曲面に沿ってスライドする箇所から見た線の移動を検出することができ、延いては平面及び曲面に沿う把持機構部のスライド量や方向を検出することができる。 If a line drawn on a flat surface and a curved surface is detected by such a sensor, the movement of the line seen from a portion sliding along the flat surface and the curved surface can be detected. It is possible to detect the sliding amount and direction of the part.
更に、本発明においては、2つの部材の相対的な位置もしくは姿勢を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出された前記各部材の相対的な位置もしくは姿勢に基づき前記多軸機構部の第1及び第2超音波モーターを駆動制御して、前記把持機構部の向き及び位置を制御する制御手段とを備え、前記把持機構部により前記各部材の一方を把持し、前記制御手段により前記多軸機構部の第1及び第2超音波モーターを制御して、前記把持機構部の向き及び位置を制御し、該各部材の位置合わせを行っている。 Furthermore, in the present invention, position detecting means for detecting the relative position or orientation of two members, and the multi-axis mechanism section based on the relative position or orientation of each member detected by the position detecting means. And a control means for controlling the orientation and position of the gripping mechanism section by driving and controlling the first and second ultrasonic motors. The gripping mechanism section grips one of the members, and the control means The first and second ultrasonic motors of the multi-axis mechanism unit are controlled to control the orientation and position of the gripping mechanism unit, thereby aligning the members.
これにより、把持機構部により把持された部材と他の部材同士の位置や姿勢を合致させることができる。 Thereby, the position and attitude | position of the member hold | gripped by the holding | grip mechanism part and other members can be made to correspond.
例えば、前記位置検出手段は、2つの部材にそれぞれのスリット光を照射して、これらのスリット光を該各部材に跨って投影する複数のスリット光投影手段と、前記各スリット光投影手段から照射されているそれぞれのスリット光を移動もしくは振動させるスリット光駆動手段と、前記各部材に投影されているそれぞれのスリット光の投影光像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された各スリット光の投影光像に基づいて前記各部材の相対的な位置もしくは姿勢を求める演算手段とを備えている。 For example, the position detecting means irradiates two slit members with respective slit lights, and projects the slit lights across the members, and the slit light projection means emits the slit lights. Slit light driving means for moving or vibrating each slit light, image pickup means for picking up a projected light image of each slit light projected on each member, and each slit imaged by the image pickup means Arithmetic means for obtaining a relative position or posture of each member based on a projected light image of light.
これにより、2つの部材の相対的な位置もしくは姿勢を非接触で正確に求めることができ、部材同士の組み立て作業を阻害することがない。 Thereby, the relative position or attitude | position of two members can be correctly calculated | required by non-contact, and the assembly operation | work of members is not inhibited.
この様な本発明のハンド装置は、アーム部を移動させることなく、アーム部を周囲の機器や部品等に干渉させずに、多軸機構部により把持機構部を移動させて、把持機構部を高精度で位置決めすることができる。また、第1及び第2超音波モーターにより把持機構部を平面及び曲面に沿ってスライドさせる構成であるから、複数の関節を組み合わせた他の構成と比較すると、小型化が容易であり、部材同士の位置ずれ等の検出を行う装置を把持機構部に搭載することが可能である。 Such a hand device of the present invention moves the gripping mechanism part by the multi-axis mechanism part without moving the arm part, without interfering with the surrounding equipment or parts, etc. Positioning can be performed with high accuracy. Moreover, since it is the structure which slides a holding | grip mechanism part along a plane and a curved surface with a 1st and 2nd ultrasonic motor, compared with the other structure which combined the several joint, size reduction is easy, and members are mutually. It is possible to mount a device for detecting misalignment or the like on the gripping mechanism.
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明のハンド装置の一実施形態を示す側面図である。本実施形態のハンド装置1は、土台2に設けられたアーム部6と、部材を把持する把持機構部5と、アーム部6の先端と把持機構部5を連結する多軸機構部7とを備えている。
FIG. 1 is a side view showing an embodiment of the hand device of the present invention. The
アーム部6は、3つの関節3a、3b、3cと、各関節3a、3b、3cを回転駆動するそれぞれの駆動源4a、4b、4cと、2本のリンク棒8a、8bとを備えており、リンク棒8aの一端を関節3aを介して多軸機構7に連結し、リンク棒8aの他端を関節3bを介してリンク棒8bの一端に連結し、リンク棒8bの他端を関節3cを介して土台2に連結している。それぞれの駆動源4a、4b、4cにより各関節3a、3b、3cを回転駆動すると、アーム部6が屈伸して、アーム部6の先端側の把持機構部5が回転移動もしくは直線移動等する。
The
各駆動源4a、4b、4cは、例えば電動モーターであり、各電動モーターの出力軸が各関節部3a、3b、3cの回転軸に直結されたり減速機を介して接続されたりし、各電動モーターの駆動力が各関節部3a、3b、3cに伝達されて、各関節部3a、3b、3cが回転する。減速機としては、複数のギアを組み合わせたギアユニットやハーモニックドライブ等がある。
The
尚、アーム部6の関節の数を増減させたり、アーム部6全体を旋回させるための関節を設けたりしても良い。ハンド装置1の用途や把持機構部5の作業空間によっては、関節部の数やリンク棒の数と長さを適宜に変更して設定する必要がある。
Note that the number of joints of the
把持機構部5は、本体部5aに2本の指9a、9bを設けたものである。各指9a、9bは、本体部5aでX方向に移動可能に支持さており、本体部5aに内蔵の電動モーターにより相互に接近及び離間する様に移動される。例えば、電動モーターの出力軸の回転がラックギアとピニオンギアの組み合わせにより直線運動に変換されて各指9a、9bに伝達され、各指9a、9bがX方向に移動される。
The
多軸機構部7は、把持機構部5の向き及び位置を変えるものである。この多軸機構部7は、図2に示す様にアーム部6の関節3aに接続された連結部40と、この連結部40と把持機構部5の本体部5a間に介在するベース部41と、ベース部41を連結部40に対して移動可能に支持する第1支持機構42と、把持機構部5の本体部5aをベース部41に対して移動可能に支持する第2支持機構43と、連結部40の端面40aに固定されて、ベース部41の平面41aに当接する3つの第1超音波モーター44と、把持機構部5の本体部5aの端面5bに固定されて、ベース部41の曲面41bに当接する3つの第2超音波モーター45とを備えている。
The
第1支持機構42は、例えば図2及び図3に示す様にベース部41の平面41aの縁付近に突設された2本のL字型ステー46と、連結部40の端面40aの縁付近に固定された2つのガイド部材47とを備えている。各L字型ステー46の平板状端部46aは、連結部40の平坦な端面40aに当接し、各ガイド部材47のガイド孔47aにそれぞれ差し込まれている。これにより、ベース部41が連結部40に対してXZ方向に移動可能に支持される。すなわち、ベース部41が該ベース部41の平面41aに沿って移動可能に支持される。また、ベース部41の平面41aに各第1超音波モーター44が押し付けられた状態となっている。
For example, as shown in FIGS. 2 and 3, the
第2支持機構43は、例えば図2及び図4に示す様に3本の弾性アーム48の一端をベース部41の曲面41bの縁付近に固定接続し、該各弾性アーム48の他端を把持機構部5の本体部5aの端面5bの縁に固定接続している。これにより、把持機構部5の本体部5aがベース部41の曲面41bに沿って移動可能に支持され、かつベース部41の曲面41bに各第2超音波モーター45が押し付けられた状態が維持される。
For example, as shown in FIGS. 2 and 4, the
尚、第1支持機構42の代わりに、第2支持機構43と同様の機構によりベース部41を連結部40に対してXZ方向に移動可能に支持し、かつベース部41の平面41aに各第1超音波モーター44を押し付けても良い。
Note that, instead of the
また、第1支持機構42の代わりに、ベース部41の平面41aに各第1超音波モーター44もしくは連結部40を吸着したり、磁気的に吸引したりして、ベース部41を連結部40に対してXZ方向に移動可能に支持する機構を適用しても良い。同様に、第2支持機構43の代わりに、ベース部41の曲面41bに各第2超音波モーター45もしくは把持機構部5の本体部5aを吸着したり、磁気的に吸引したりして、把持機構部5の本体部5aをベース部41の曲面41bに沿って移動可能に支持する機構を適用しても良い。吸着の場合は、ベース部41の平面41a及び曲面に沿って各超音波モーターが容易にスライドする必要がある。また、磁気的な吸引の場合は、ベース部41や各超音波モーターを磁性体にする必要がある。
Further, instead of the
各第1超音波モーター44及び各2超音波モーター45は、図5に示す様に基板19と、この基板19に積層された複数の振動体20a、20b、21a、21b、22a、22bと、振動体22b表面に固定された振動子23とを備えている。
Each of the first
各振動体20a、20b、21a、21b、22a、22bは、例えば圧電素子であり、それぞれの矢印等に示す方向に振動する。各振動体20a、20bがそれぞれ左右方向に振動し、各振動体21a、21bがそれぞれ上下方向に振動し、各振動体22a、22bがそれぞれ前後方向に振動する。
Each vibrating
これらの振動体を任意に振動させることにより、振動子23の先端を図6に示す様な楕円軌跡24に沿って楕円運動させることができる。この場合は、振動子23の先端に接触しているベース部41の面が矢印Aの方向の摩擦力(推進力)を受け、ベース部41が振動子23に対して矢印Aの方向に相対的に移動する。
By arbitrarily vibrating these vibrating bodies, the tip of the
これらの振動体の振動振幅をそれぞれ制御することにより楕円軌跡24の短軸の向きを変更することができ、これにより振動子23の先端に接触しているベース部41の面が受ける摩擦力(推進力)の向きを変更して、ベース部41の移動方向を変更することができる。
By controlling the vibration amplitude of each of these vibrating bodies, the direction of the short axis of the
従って、各第1超音波モーター44の各振動体の印加電圧を制御して、それぞれの振動振幅を制御すれば、該各第1超音波モーター44に当接するベース部41の平面41aが各第1超音波モーター44の振動子に対して相対的に移動し、その移動方向を変更することができる。
Therefore, if the applied voltage of each vibrating body of each first
同様に、各第2超音波モーター45の各振動体の印加電圧を制御して、それぞれの振動振幅を制御すれば、該各第2超音波モーター44に当接するベース部41の曲面41bが各第2超音波モーター45の振動子に対して相対的に移動し、その移動方向を変更することができる。
Similarly, by controlling the voltage applied to each vibrating body of each second
尚、各振動体20a、20b、21a、21b、22a、22bは、図5に示す様な積層順序に限らず、他の積層順序で積層しても構わない。例えば、各振動体の配線や作成方法等の要因により該各振動体の積層順序を変更しても良い。
The
また、各振動体の振動方向(振動軸)を相互に直交させているが、必ずしも直交させる必要はなく、任意の方向の推進力を大きくするために各振動体の振動方向の交差角度を変更しても構わない。 In addition, the vibration direction (vibration axis) of each vibrating body is orthogonal to each other, but it is not necessarily orthogonal, and the crossing angle of the vibration direction of each vibrating body is changed to increase the propulsive force in any direction. It doesn't matter.
更に、振動体として圧電素子を例示しているが、これに限定されるものだはなく、他の振動素子を用いても構わない。例えば、振動体として高分子アクチュエータを適用することができる。この高分子アクチュエータは、図7(a)に示す様に高分子材料(誘電性エラストマ、電歪高分子等とも称される)26を2枚の電極27で挟み込んだものであり、図7(b)に示す様に各電極27間に電圧を印加すると、矢印Bの方向に高分子材料が伸びる。各電極27間に電圧を周期的に印加すると、高分子アクチュエータが伸縮を繰り返して振動するので、振動体として適用することができる。この高分子アクチュエータは、各電極27間に電圧を印加するという電圧制御であって、消費電流が少なく、発熱が非常に少ない等のメリットがある。
Furthermore, although the piezoelectric element is illustrated as a vibrating body, it is not limited to this, You may use another vibrating element. For example, a polymer actuator can be applied as the vibrating body. This polymer actuator is obtained by sandwiching a polymer material (also called dielectric elastomer, electrostrictive polymer, etc.) 26 between two
図8は、各第1超音波モーター44及び各第2超音波モーター45の配置位置を示す平面図である。各第1超音波モーター44及び各第2超音波モーター45のいずれも、連結部40の端面40a又は把持機構部5の本体部5aの端面5b上で正三角形の各頂点に配置されている。各第1超音波モーター44の振動子23は、ベース部41の平面41a上の正三角形の各頂点に接して、このベース部41の平面41aを安定的に位置決めする。同様に、各第2超音波モーター45の振動子23は、ベース部41の曲面41b上の正三角形の各頂点に接して、このベース部41の曲面41bを安定的に位置決めする。
FIG. 8 is a plan view showing the arrangement positions of the first
尚、各第1超音波モーター44及び各第2超音波モーター45のいずれについても、その個数や配置位置が限定されるものではなく、必要とされる推進力の確保や推進方向等を考慮して、その個数を増やしたり、配置位置を変更したりしても良い。
Note that the number and arrangement position of each of the first
ここで、第1支持機構42によりベース部41がXZ方向に移動可能に(該ベース部41の平面41aに沿って移動可能に)支持されている。また、ベース部41は、その平面41aが各第1超音波モーター44の振動子23に当接しており、各第1超音波モーター44の振動子23の振動により移動され、その移動方向を変更される。従って、図9(a)、(b)に示す様に各第1超音波モーター44の振動子23の振動を制御することによりベース部41をXZ平面上の任意の方向に移動させることができ、これに伴ってベース部41に連結されている把持機構部5も同方向に移動される。
Here, the
また、第2支持機構43により把持機構部5の本体部5aがベース部41の曲面41bに沿って移動可能に支持されている。また、ベース部41は、その曲面41bが各第2超音波モーター45の振動子23に当接しており、各第2超音波モーター45の振動子23の振動により移動され、その移動方向を変更される。従って、図10(a)、(b)に示す様に各第2超音波モーター45の振動子23の振動を制御することにより把持機構部5の本体部5aをベース部41の曲面41bに沿って任意の方向に移動させることができる。このとき、把持機構部5の本体部5aがベース部41の曲面41bに沿って移動することから、把持機構部5が該曲面41b周りで回転し、把持機構部5の向きが変わる。
Further, the
更に、図11に示す様に各第2超音波モーター45の振動子23の振動方向をY方向の軸を中心とする円の接線方向にそれぞれ設定すれば、把持機構部5の本体部5aが該Y方向の軸周りに自転し、把持機構部5がベース部41の曲面41b上で旋回する様にして向きを変える。
Furthermore, as shown in FIG. 11, if the vibration direction of the
従って、本実施形態のハンド装置1では、アーム部6の各関節3a〜3cを回転させて、アーム部6を屈伸させ、これによりアーム部6先端側の把持機構部5を移動させたりその向きを変えたりすることができるだけではなく、多軸機構部7の各第1超音波モーター44及び各第2超音波モーター45を駆動制御して、把持機構部5を該多軸機構部7のベース部41の平面41aに沿って移動させたり、把持機構部5を該ベース部41の曲面41bに沿って回転移動させたり、把持機構部5を該ベース部41の曲面41b上で自転させることができる。このため、アーム部6の屈伸動作による把持機構部5の位置決めを高精度で行うことができなくても、多軸機構部7により把持機構部5を微動で移動させたりその向きを変えたりして高精度で位置決めすることができる。
Therefore, in the
実際には、アーム部6により把持機構部5を大きく移動させたりその向きを変えて、把持機構部5により把持されている部材の位置決めを大まかに行い、引き続いて多軸機構部7により把持機構部5を微動で移動させたりその向きを変えて、把持機構部5により把持されている部材の位置決めを高精度で行うことになる。このため、多軸機構部7による把持機構部5の移動量及び回転量が小さくても構わない。
In practice, the
また、アーム部6が周囲の機器や部品等に干渉しそうなときには、多軸機構部7により把持機構部5を移動させたりその向きを変えたりすることができるので、周囲の機器や部品等へのアーム部6の干渉を未然に防止することができる。
In addition, when the
しかも、多軸機構部7の基本構成が簡単であり、超音波モーターが小型であって、電動モーターの様に駆動力の伝達機構や減速機構を必要としないため、把持機構部5を小型化することができる。
In addition, since the basic configuration of the
尚、ベース部41の曲面41bは、球面、楕円面、他の種類の曲面等に設定することができる。また、曲面41bの曲率を変更すれば(例えば球面の半径を変更すれば)、ベース部41の曲面41bのスライド量に対する把持機構部5の向きの変更量(回転角度量)を変更することができる。例えば、曲面41bの曲率を大きくすれば(例えば球面の半径を小さくすれば)、ベース部41の曲面41bのスライド量に対する把持機構部5の回転角度量が大きくなり、逆に曲面41bの曲率を小さくすれば(例えば球面の半径を大きくすれば)、ベース部41の曲面41bのスライド量に対する把持機構部5の回転角度量が小さくなる。
The
また、ベース部41の両面を平面及び曲面とする代わりに、連結部40の端面40aを平面にしたり、把持機構部5の本体部5aの端面5bを曲面にし、ベース部41の両面に各第1超音波モーター44及び各第2超音波モーター45を設け、ベース部41側の各第1超音波モーター44及び各第2超音波モーター45を連結部40の端面40a及び把持機構部5の本体部5aの端面5bにそれぞれ当接させる構成でも構わない。この場合も、把持機構部5を平面及び曲面に沿って移動させることができる。
Further, instead of making both surfaces of the
ところで、多軸機構部7により把持機構部5を適確に移動させたりその向きを変更したりするには、これらの移動量や向きの変更(回転角度量)を検出する必要がある。
By the way, in order to accurately move the
そこで、本実施形態のハンド装置1では、図12に示す様に多軸機構部7のベース部41の曲面41bの中心Oの周囲に同心状の複数の円LAを等間隔で描くと共に、ベース部41の中心Oから放射状の複数の直線LBを一定角度間隔で描いている。
Therefore, in the
また、曲面41bの各円LA及び各直線LBを検出する2つの光学センサS1、S2を把持機構部5の本体部5aの端面5bの2箇所に設けている。各光学センサS1、S2の位置は、ベース部41の曲面41bの中心Oと把持機構部5の本体部5aの端面5bの中心とが重なっているときに該中心Oに対して点対称に設けても良いが、該中心Oに対して非対称に設けると、各光学センサS1、S2により円LAや直線LBが交互に検出されるので、各円LA及び各直線LBの検出感度が向上する。
Further, two optical sensors S1 and S2 for detecting each circle LA and each straight line LB of the
把持機構部5をベース部41の曲面41bに沿って回転移動させたり、把持機構部5をベース部41の曲面41b上で自転させると、把持機構部5の本体部5aの各光学センサS1、S2がベース部41の曲面41bに対して移動したり自転する。このとき、把持機構部5の本体部5aの各光学センサS1、S2により検出された円LAの数及び直線LBの数を計数すれば、つまり各光学センサS1、S2の検出エリアを通過した円LAの数及び直線LBの数を計数すれば、円LAの計数値に対応する回転移動量及び直線LBの計数値に対応する回転角度を求めることができ、これらの回転移動量及び回転角度をベース部41に対する把持機構部5の回転移動量や自転角度として求めることができる。
When the
同様に、多軸機構部7のベース部41の平面41aに、XZ方向の方眼線を描き、この方眼線を検出する2つの光学センサを連結部40の端面40aに設ける。把持機構部5をベース部41の平面41aに沿って移動させるに際し、各光学センサの検出エリアをXY方向に通過した方眼線の数を計数して、XY方向に通過したそれぞれの計数値に対応するXY方向の移動量を求めれば、これを把持機構部5のXY方向の移動量として求めることができる。
Similarly, a grid line in the XZ direction is drawn on the
尚、光学センサとしては、例えばLEDとフォトディテクタを組み合わせたものがある。LEDによりベース部41の面を照明し、フォトディテクタによりベース部41の面からの反射光を検出する。ベース部41の面からの反射光の強度は、ベース部41の面に線が描かれている箇所と他の箇所では異なり、フォトディテクタの検出エリアをベース部41の面に描かれた線が通過する度に、フォトディテクタの検出出力レベルが変動するので、フォトディテクタの検出出力レベルの変化に基づいて該フォトディテクタの検出エリアを通過した線の数を計数することができる。また、フォトディテクタを4分割して、このフォトディテクタにより線の境界を検出すれば、更に感度良く位置検出を行うことが可能となる。
An optical sensor includes, for example, a combination of an LED and a photodetector. The surface of the
更に、光学センサとしてCCDカメラを用いれば、ベース部41の面に描かれている線を高精度で検出することができる。また、1つのCCDカメラのみによりベース部41の面に描かれている線を検出することができる。
Furthermore, if a CCD camera is used as the optical sensor, a line drawn on the surface of the
また、ベース部41の曲面41bの各円LA及び各直線LB及び平面41aの方眼線の間隔を狭くすると、位置検出の感度が向上し、これらの線の感覚を広くすると、位置検出の感度が低下する。
Further, if the intervals between the circles LA and the straight lines LB of the
更に、ベース部41の面に線を描く代わりに、ベース部41の面の各部位で反射率が異なる様にしておけば、光学センサの検出出力レベルの変化に基づいて把持機構部5の移動量や自転角度等を検出することができる。例えば、ベース部41の面の各部位で該面の粗さを変化させて、該各部位での光の反射率を異ならせる。
Further, instead of drawing a line on the surface of the
一方、本実施形態のハンド装置1は、多軸機構7の小型化が可能であるため、図13に示す様に位置合わせ装置30を多軸機構部7の連結部40に搭載することができる。この位置合わせ装置30は、スリット光Stを出射するスリット光投光機30aと、スリット光Stの投影光像を撮像する撮像装置30bとからなる。スリット光投光機30aから出射されたスリット光Stは、把持機構部5により把持されている部材31と他の部材32に照射され、該各部材31、32の側面に該スリット光Stの2つの投影光像st1、st2が投影される。撮像装置30bは、各部材31、32の側面に投影された各投影光像st1、st2を撮像し、この撮像画面をマイクロコンピュータ等の演算制御装置33に出力する。演算制御装置33は、この撮像画面上の各投影光像s1、s2に基づいて各部材31、32の相対的な位置を把握し、各部材31、32を組み立てるのに必要な部材31の移動量を求め、各センサS1、S2の検出出力に基づいて把持機構部5の位置を検出しつつ、多軸機構部7の各第1超音波モーター44と各第2超音波モーター45を駆動制御して、把持機構部5により把持されている部材31を該移動量だけ移動させて他の部材32に組み合わせる。
On the other hand, since the
具体的には、相互に対向する各投影光像s1、s2の一端の位置を把握し、各投影光像s1、s2の一端が相互に接近して直線状に接合するのに必要な移動量を求めて、部材31を該移動量だけ移動させて他の部材32に組み合わせる。各部材31、32が組み合わせられると、各投影光像s1、s2の一端が直線状に接合する。
Specifically, the amount of movement necessary for grasping the position of one end of each of the projection light images s1 and s2 facing each other and bringing one end of each of the projection light images s1 and s2 closer to each other and joining them linearly. The
また、各部材31、32の位置関係が完全に一致しているときの各投影光像st1、st2を予め求めて記憶しておき、この記憶している各投影光像st1、st2と撮像画面上の各投影光像st1、st2とを比較することにより各部材31、32の位置ずれを検出する。
Further, the projection light images st1 and st2 when the positional relationship between the
図13では、1つの位置合わせ装置30だけを設置しているが、2つ以上の位置合わせ装置30を多軸機構部7の連結部40に設置して、各部材31、32の複数箇所を位置合わせする様にしても良い。この場合は、各部材31、32の縦横の側面の位置を把握しつつ、多軸機構部7による把持機構部5の移動を行って、各部材31、32の縦横の位置合わせを行うことができる。
In FIG. 13, only one
また、位置合わせ検出装置として、スリット光を用いた方法を提案したが、これに限定されるわけではない。いろいろな位置合わせ検出装置を適用することができるが、複雑な形状をした機構にも対応できるように位置合わせ検出装置は、ハンド装置と分離して設置するのではなく、把持機構5にできるだけ近い位置に設置した方がよい。
Further, although a method using slit light has been proposed as an alignment detection device, the present invention is not limited to this. Various alignment detection devices can be applied, but the alignment detection device is not installed separately from the hand device so as to be able to deal with a complicated shape mechanism, but is as close as possible to the
1 ハンド装置
2 土台
3a、3b、3c 関節
4a、4b、4c 駆動源
5 把持機構部
6 アーム部
7 多軸機構部
8a、8b リンク棒
9a、9b 指
19 基板
20a、20b、21a、21b、22a、22b 振動体
23 振動子
30 位置合わせ装置
33 演算制御装置
40 連結部
41 ベース部
42 第1支持機構
43 第2支持機構
44 第1超音波モーター
45 第2超音波モーター
S1、S2 センサ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記多軸機構部は、
前記アーム部の先端及び前記把持機構部間に介在し、両者間に設定された平面及び曲面に沿って該把持機構部をスライド可能に支持するベース部と、
前記アーム部の先端に対する前記ベース部並びに前記把持機構部のスライドを前記平面及び曲面の一方に沿って行う第1超音波モーターと、
前記ベース部に対する前記把持機構部のスライドを前記平面及び曲面の他方に沿って行う第2超音波モーターとを備えることを特徴とするハンド装置。 An arm unit, a gripping mechanism unit that grips a member, and a multi-axis mechanism unit that connects the gripping mechanism unit to a tip of the arm unit, and the orientation and position of the gripping mechanism unit are changed by the multi-axis mechanism unit. In the hand device,
The multi-axis mechanism is
A base portion interposed between the tip of the arm portion and the gripping mechanism portion, and slidably supporting the gripping mechanism portion along a plane and a curved surface set between the two;
A first ultrasonic motor that slides the base portion and the gripping mechanism portion with respect to the tip of the arm portion along one of the plane and the curved surface;
A hand device comprising: a second ultrasonic motor that slides the gripping mechanism portion with respect to the base portion along the other of the flat surface and the curved surface.
前記位置検出手段により検出された前記各部材の相対的な位置もしくは姿勢に基づき前記多軸機構部の第1及び第2超音波モーターを駆動制御して、前記把持機構部の向き及び位置を制御する制御手段とを備え、
前記把持機構部により前記各部材の一方を把持し、前記制御手段により前記多軸機構部の第1及び第2超音波モーターを制御して、前記把持機構部の向き及び位置を制御し、該各部材の位置合わせを行うことを特徴とする請求項1に記載のハンド装置。 Position detecting means for detecting the relative position or posture of the two members;
Based on the relative position or orientation of each member detected by the position detection means, the first and second ultrasonic motors of the multi-axis mechanism are driven and controlled to control the orientation and position of the gripping mechanism. Control means for
Gripping one of the members by the gripping mechanism, and controlling the first and second ultrasonic motors of the multi-axis mechanism by the control means to control the orientation and position of the gripping mechanism, The hand device according to claim 1, wherein each member is aligned.
2つの部材にそれぞれのスリット光を照射して、これらのスリット光を該各部材に跨って投影する複数のスリット光投影手段と、
前記各スリット光投影手段から照射されているそれぞれのスリット光を移動もしくは振動させるスリット光駆動手段と、
前記各部材に投影されているそれぞれのスリット光の投影光像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された各スリット光の投影光像に基づいて前記各部材の相対的な位置もしくは姿勢を求める演算手段とを備えることを特徴とする請求項6に記載のハンド装置。 The position detecting means includes
A plurality of slit light projection means for irradiating the two members with respective slit lights and projecting these slit lights across the respective members;
Slit light driving means for moving or vibrating each slit light irradiated from each slit light projection means;
Imaging means for capturing a projected light image of each slit light projected on each member;
The hand device according to claim 6, further comprising: an arithmetic unit that obtains a relative position or posture of each member based on a projection light image of each slit light imaged by the imaging unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005318492A JP2007125624A (en) | 2005-11-01 | 2005-11-01 | Hand device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2007125624A true JP2007125624A (en) | 2007-05-24 |
Family
ID=38148716
Family Applications (1)
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Country | Link |
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JP (1) | JP2007125624A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009000782A (en) * | 2007-06-21 | 2009-01-08 | Idec Corp | System for controlling robot, and robot hand |
CN117656074A (en) * | 2023-12-29 | 2024-03-08 | 苏州华明智能科技有限公司 | Intelligent positioning grabbing system of robot |
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2005
- 2005-11-01 JP JP2005318492A patent/JP2007125624A/en active Pending
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