JP2007160490A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】リモコンや電話機のハンドセット等の幅や厚みの異なる長尺物体を滑らかに移動させることが可能なロボットハンドを提供する。
【解決手段】ロボットハンド１０は、親指１１、人差し指１２、中指１３、薬指１４、及び小指１５と、各指１１〜１５の付け根を支持する手の平部１６と、手の平部１６に設けられた搬送ベルト機構１７とを備えている。搬送ベルト機構１７は、手の平部１６を斜めに横切る様に配置された搬送ベルト１７ａを有しており、この搬送ベルト１７ａを矢印Ａに示す様に順方向及び逆方向に回転移動させて、この搬送ベルト１７ａに当接する対象物を順方向及び逆方向に搬送する。この搬送ベルト１７ａの搬送面は、手の平部１６の面に対して矢印Ａの搬送方向と直交する方向で角度αだけ傾斜している。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の指を駆動制御して、手作業等を行うことが可能なロボットハンドに関する。

この種の従来の装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。ここでは、指付け根の関節を相互に直交する２軸により構成し、この指付け根の関節を２つのモータにより２軸周りに回転させている。また、指中程の関節を１軸により構成し、この指中程の関節を１つのモータにより１軸周りに回転させ、同様に指先の関節を１軸により構成し、この指先の関節を１つのモータにより１軸周りに回転させている。従って、１本の指の自由度が４に設定されている。

このように指の自由度を人間の自由度に近づけることにより、人間の手が行う動作の多くを実現しようとしている。
特開平１１−１５６７７８号公報

しかしながら、人間の手の自由度は少なく見積もっても６０程度あり、この全ての自由度をロボットハンドに持たせ、その全ての自由度を同時駆動するモータを人間サイズのロボットハンドの中に配置し、その上で十分な力と駆動速度を実現することは現状のモータでは不可能である。

このため、ロボットハンドが使用される環境に応じてその自由度と自由度配置を特定して、モータの個数を低減する等の必要がある。

ところが、上記特許文献１の様に指の自由度を４に設定したとしても、各指の可動範囲が人間の手と比較すると限定されるため、片手で長尺の対象物を手の平内で移動させることができなかった。あるいは、仮にできたとしても、対象物を滑らかに移動させるには至らず、ロボットハンドにより人間に代わる作業を行うことができなかった。

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、例えば家庭内の環境で使用されることを想定し、リモコンや電話機のハンドセット等の幅や厚みの異なる長尺物体を滑らかに移動させることが可能なロボットハンド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、本発明のロボットハンドにおいては、対象物に当接して該対象物を移動させる搬送ベルトをロボットハンドの手の平に設けており、ロボットハンドの手の平に対して前記搬送ベルトの搬送面を該搬送ベルトの搬送方向と直交する方向で傾斜させている。

また、本発明においては、ロボットハンドの手の平に対する前記搬送ベルトの搬送面の傾斜角を変更する傾斜角変更手段を備えている。

更に、本発明においては、前記搬送ベルトをロボットハンドの手の平に対する法線周りに回転させる回転手段を備えている。

また、本発明においては、前記搬送ベルトをロボットハンドの指の付け根側もしくは手首側に移動させる移動手段を備えている。

本発明のロボットハンドによれば、対象物に当接して該対象物を移動させる搬送ベルトをロボットハンドの手の平に設けている。例えば、ロボットハンドの手の平上で、エンドレスの搬送ベルトを一対のプーリに架け渡して、一方のプーリを駆動源により回転駆動して、搬送ベルトを回転移動させる。この搬送ベルトの搬送面は、ロボットハンドの手の平に対して該搬送ベルトの搬送方向と直交する方向で傾斜されている。従って、搬送ベルトの搬送面とロボットハンドの手の平面は、所定の傾斜角を挟んで隣り合う２つの面となる。このため、対象物は、ロボットハンドに把持されると、ロボットハンドの手の平面と搬送ベルトの搬送面に同時に接触し、つまり所定の傾斜角を挟んで隣り合う２つの面に押し付けられ、これにより安定的に支持され、この状態で搬送ベルトにより滑らかに移動される。また、対象物の大きさにかかわらず、あるいは長尺の対象物であっても、対象物を２つの面で安定的に支持しつつ滑らかに移動させることができる。更に、搬送ベルトの幅を広くしなくても、搬送ベルトを対象物に当接させ易い。

また、ロボットハンドの手の平に対する搬送ベルトの搬送面の傾斜角を変更可能にしているので、対象物の大きさに応じて搬送ベルトの搬送面とロボットハンドの手の平面がなす傾斜角を変更し、対象物を搬送ベルトの搬送面と手の平面に確実に接触させることが可能になる。

更に、搬送ベルトをロボットハンドの手の平に対する法線周りに回転させることができるので、搬送ベルトとロボットハンドの指との位置関係を調節することができ、これにより対象物を把持したときに、対象物を搬送ベルトの搬送面と手の平面に確実に接触させることが可能になる。また、搬送ベルトによる対象物の搬送方向を変更することができる。

また、搬送ベルトをロボットハンドの指の付け根側もしくは手首側に移動させることができるので、搬送ベルトとロボットハンドの指との間隔を調節することができ、対象物の大きさにかかわらず、対象物を確実に把持して、対象物を搬送ベルトの搬送面と手の平面により確実に接触させることが可能になる。

以上の様に本発明によれば、対象物の大きさにかかわらず、あるいは長尺の対象物であっても、ロボットハンドの手の平内で対象部を滑らかに移動させることが可能となる。

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。

図１は、本発明のロボットハンドの実施形態を示す斜視図である。このロボットハンド１０は、親指１１、人差し指１２、中指１３、薬指１４、及び小指１５と、各指１１〜１５の付け根を支持する手の平部１６と、手の平部１６に設けられた搬送ベルト機構１７とを備えている。

各指１１〜１５は、複数の関節をそれぞれ有しており、指毎に、各関節が回転駆動されて、指の屈伸動作がなされる。各指１１〜１５の駆動機構としては、プーリとワイヤーを組み合わせたものやギヤを組み合わせたもの等、多種多様なものが既に提案されており、いずれの駆動機構を適用しても構わない。また、各指１１〜１５の駆動機構は、図示しない信号線を通じて駆動制御される。

搬送ベルト機構１７は、手の平部１６を斜めに横切る様に配置された搬送ベルト１７ａを有しており、この搬送ベルト１７ａを矢印Ａに示す様に順方向及び逆方向に回転移動させて、この搬送ベルト１７ａに当接する対象物を順方向及び逆方向に搬送する。この搬送ベルト１７ａの搬送面は、手の平部１６の面に対して矢印Ａの搬送方向と直交する方向で角度αだけ傾斜している。また、この搬送ベルト１７ａの搬送面は、手の平部１６の面を横切る線分Ｂに対して角度βだけ傾斜している。

図２は、搬送ベルト機構１７を示す斜視図である。この搬送ベルト機構１７では、一対のプーリ２１、２２をＬ型アングル２３上で軸支し、各プーリ２１、２２間に搬送ベルト１７ａを架け渡している。一方のプーリ２１は、搬送ベルト１７ａを回転移動させる駆動プーリであり、このプーリ２１にギア２４を同心状に固定している。他方のプーリ２２は、搬送ベルト１７ａに従動回転する従動プーリである。

また、ギアユニット２５をＬ型アングル２３に固定し、モータ２６をギアユニット２５のフレーム２５ａに固定している。ギアユニット２５は、モータ２６の駆動軸に固定されたべベルギア２５ｂと、このべベルギア２５ｂに歯合されたべベルギア２５ｃと、このべベルギア２５ｃに同心状に固定されたギア２５ｄとを備えており、ギア２５ｄをプーリ２１のギア２４に歯合させている。

モータ２６の駆動軸が回転すると、この駆動軸の回転がギアユニット２５を通じてプーリ２１のギア２４に減速されて伝達され、ギア２４と共にプーリ２１が回転し、搬送ベルト１７ａが回転移動する。モータ２６の駆動軸が順方向及び逆方向のいずれにも回転して、搬送ベルト１７ａが矢印Ａに示す様に順方向及び逆方向に回転移動される。

また、モータ２６の駆動軸には、エンコーダ（図示せず）を接続しており、このエンコーダによりモータ２６の駆動軸の回転方向、回転速度、及び回転数が検出され、この検出された駆動軸の回転方向、回転速度、及び回転数に基づいて搬送ベルト１７ａの回転移動方向、移動速度、移動距離が制御される。

図３（ａ）及び（ｂ）の分解斜視図及び組立て斜視図に示す様に、Ｌ型アングル２３は、ベースアングル２７上で枢支されている。より詳しくは、Ｌ型アングル２３の一辺に一対の円筒部２３ａを離間して設けると共に、ベースアングル２７の一辺に円筒部２７ａを設け、Ｌ型アングル２３の各円筒部２３ａ間にベースアングル２７の円筒部２７ａを挟み込んで、軸２９を各円筒部２３ａの孔及び円筒部２７ａの孔に貫き通し、これによりベースアングル２７に対してＬ型アングル２３を枢支している。

Ｌ型アングル２３の一方の円筒部２３ａの端部には、ギア２８を固定している。また、ギアユニット３１をベースアングル２７に固定し、モータ３２をギアユニット３１のフレーム３１ａに固定している。ギアユニット３１は、モータ３２の駆動軸の回転を伝達されるギア３１ｂを備えており、このギア３１ｂをＬ型アングル２３のギア２８に歯合させている。

モータ３２の駆動軸が回転すると、この駆動軸の回転がギア３１ｂを通じてＬ型アングル２３のギア２８に伝達され、ギア２８と共にＬ型アングル２３が回転する。このＬ型アングル２３が回転すると、搬送ベルト１７ａも軸２９周りで回転することになり、手の平部１６の面に対する搬送ベルト１７ａの搬送面の角度αが変更される。モータ３２の駆動軸が順方向及び逆方向のいずれにも回転して、搬送ベルト１７ａの搬送面の角度αが増減される。

また、モータ３２の駆動軸には、エンコーダ（図示せず）を接続しており、このエンコーダによりモータ３２の駆動軸の回転方向及び回転数が検出され、この検出された駆動軸の回転方向及び回転数等に基づいて搬送ベルト１７ａの搬送面の角度αが制御される。

更に、ベースアングル２７は、手の平部１６上の軸３３により回転自在に軸支されている。そして、ベースアングル２７には、軸３３と同心のギア３４を固定している。また、モータ３５を手の平部１６側に固定し、モータ３５の駆動軸に固定されたギア３６をベースアングル２７のギア３４に歯合させている。

モータ３５の駆動軸が回転すると、この駆動軸の回転がギア３６を通じてベースアングル２７のギア３４に伝達され、ギア３４と共にベースアングル２７が回転する。このベースアングル２７が回転すると、Ｌ型アングル２３並びに搬送ベルト１７ａも軸３３回りで回転することになり、手の平部１６の面を横切る線分Ｂに対する搬送ベルト１７ａの搬送面の角度βが変更される。モータ３５の駆動軸が順方向及び逆方向のいずれにも回転して、搬送ベルト１７ａの搬送面の角度βが増減される。

また、モータ３５の駆動軸には、エンコーダ（図示せず）を接続しており、このエンコーダによりモータ３５の駆動軸の回転方向及び回転数が検出され、この検出された駆動軸の回転方向及び回転数等に基づいて搬送ベルト１７ａの搬送面の角度βが制御される。

従って、搬送ベルト機構１７では、搬送ベルト１７ａが矢印Ａに示す順方向及び逆方向に回転移動するだけではなく、搬送ベルト１７ａの搬送面の角度α、βが変更される。

次に、この様な構成のロボットハンド１０による対象物の把持動作を説明する。ここでは、把持される対象物として、一般家庭の多くの電化製品に付属するリモコンを一例として挙げている。

周知の様に電化製品のリモコンは、細長い形状の物が多く、その幅、厚さ、長さが多種多様である。ロボットハンド１０によりその様なリモコンを操作する場合は，ロボットハンド１０の手の平部１６にリモコンを載せて、親指１１によりリモコンのボタンを押すことになる。ところが、リモコンの略全面に複数のボタンが配置されていることから、親指１１だけを動かしても、全てのボタンを操作することができない。そこで、本実施形態のロボットハンド１０では、手の平部１６上でリモコンを移動させて、親指１１に対するリモコンの位置を変更し、親指１１により全てのボタンを操作することを可能にしている。

図４は、ロボットハンド１０によりリモコン４１を把持した状態を示す斜視図である。また、図５は、図４の状態をロボットハンド１０の手の平部１６の面に沿って見て示す側面図である。

図４及び図５に示す様にロボットハンド１０では、リモコン４１を手の平部１６に載せ、リモコン４１を４本の指１２〜１５と搬送ベルト機構１７の搬送ベルト１７ａ間に挟み込んで把持している。このリモコン４１の把持動作は、ロボットハンド１０を撮影することが可能な部位、例えばロボットハンド１０がアームを介して連結されたロボット本体（図示せず）の部位にカメラを設け、このカメラによりロボットハンド１０周辺を撮影して、４本の指１２〜１５の動きとリモコン４１の位置を認識しつつ、各指１２〜１５を駆動制御することにより行われ、各指１２〜１５を屈伸させて、これらの指１２〜１５によりリモコン４１を搬送ベルト１７ａに当接させる。

このとき、搬送ベルト１７ａの搬送面が手の平部１６の面に対して角度αだけ傾斜していることから、リモコン４１の底にハンドリング向上のための段差部４１ａが設けられていても、手の平部１６上でリモコン４１を僅かに傾斜させるだけで、リモコン４１の側壁面を搬送ベルト１７ａに容易に当接させることができる。また、リモコン４１の側壁面が平面及び曲面のいずれであっても、この側壁面を搬送ベルト１７ａに容易に当接させることができる。更に、角度αを挟んで隣り合う搬送ベルト１７ａの搬送面と手の平部１６の面にリモコン４１が押し付けられて、リモコン４１が安定的に支持される。

仮に、搬送ベルト１７ａの搬送面を手の平部１６の面に対して垂直に設けた場合は、手の平部１６上にリモコン４１をべた置きにして、リモコン４１の側壁面を手の平部１６の面に対して垂直にした上で、リモコン４１の側壁面を搬送ベルト１７ａに当接させる必要がある。ところが、リモコン４１の底に段差部４１ａが設けられて、リモコン４１の側壁面が高くなっていることから、リモコン４１の側壁面を搬送ベルト１７ａに確実に当接させるには、搬送ベルト１７ａの幅を広くする必要がある。また、ロボットハンド１０そのものが非常に厚くなって、人間サイズの小型のロボットハンドの実現が困難になる。更に、リモコン４１の様な長尺のもの以外の対象物を把持するときには、搬送ベルト機構１７が邪魔になる。

また、仮にロボットハンド１０の手の平部１６の面と搬送ベルト１７ａの搬送面を同一平面にした場合は、４本の指１２〜１５によりリモコン４１を搬送ベルト１７ａの搬送面に押し付けることが非常に困難になる。

さて、先に述べた様に４本の指１２〜１５によりリモコン４１を搬送ベルト１７ａに当接させたならば、引き続いて搬送ベルト機構１７のモータ２６を駆動制御して、搬送ベルト１７ａを回転移動させる。このとき、搬送ベルト１７ａにリモコン４１の側壁面が当接し、かつ搬送ベルト１７ａの搬送面と手の平部１６の面によりリモコン４１が安定的に支持されていることから、リモコン４１が搬送ベルト１７ａに沿って滑らかに移動する。これにより、リモコン４１の操作すべき任意のボタンを、親指１１により該任意のボタンを操作することが可能な箇所まで移動させることができる。このリモコン４１の移動操作も、カメラによりロボットハンド１０周辺を撮影して、親指１１とリモコン４１の任意のボタンを認識しつつ、搬送ベルト機構１７のモータ２６を駆動制御することにより行われ、該任意のボタンが親指１１の操作可能な箇所に来る様にリモコン４１を移動させる。より詳しくは、リモコン４１の任意のボタンの移動方向と移動距離を求め、モータ２６のエンコーダの検出出力に基づいて、その求められた移動方向と移動距離だけリモコン４１が移動する様にモータ２６を駆動制御して、搬送ベルト１７ａを回転移動させる。

図６は、ロボットハンド１０によりリモコン４１Ａを把持した状態を示す斜視図である。また、図７は、図６の状態をロボットハンド１０の手の平部１６の面に沿って見て示す側面図である。

尚、図６及び図７においては、図４及び図５に示す搬送ベルト機構１７のカバー１７ｂを外して、搬送ベルト１７ａ等を露出させて示している。

リモコン４１Ａは、図４及び図５のリモコン４１よりも厚く、該リモコン４１Ａの側壁面が高くなっている。そこで、手の平部１６の面に対する搬送ベルト１７ａの搬送面の角度αを増大させ、かつ手の平部１６上でのリモコン４１Ａの傾斜角も増大させている。これにより、リモコン４１Ａの側壁面が高くても、このリモコン４１Ａの側壁面が搬送ベルト１７ａに当接する。そして、搬送ベルト１７ａが回転移動すると、この搬送ベルト１７ａと共にリモコン４１Ａが移動する。

搬送ベルト１７ａの搬送面の角度αの調節は、４本の指１２〜１５によるリモコン４１Ａの把持動作に際し、カメラによりロボットハンド１０周辺を撮影して、リモコン４１Ａの側壁面と搬送ベルト１７ａの搬送面を認識しつつ、搬送ベルト機構１７のモータ３２を駆動制御することにより行われ、リモコン４１Ａの側壁面が搬送ベルト１７ａに当接する様にモータ３２を駆動制御して傾斜角αを調節する。

図８は、ロボットハンド１０によりリモコン４１を把持した他の状態を示す斜視図である。また、図９は、図８の状態をロボットハンド１０の手の平部１６の面に沿って見て示す側面図である。

尚、図８及び図９においては、図４及び図５に示す搬送ベルト機構１７のカバー１７ｂを外して、搬送ベルト１７ａ等を露出させて示している。

ここでは、親指１１によりリモコン４１の任意のボタンを操作し難いときに、手の平部１６上でリモコン４１の向きを変更して、該任意のボタンを操作し易い位置まで移動させる。

まず、図４及び図５に示す様に４本の指１２〜１５と搬送ベルト１７ａ間でリモコン４１が把持されており、親指１１によるリモコン４１の任意のボタンの操作が困難であるものとする。そこで、手の平部１６の面を横切る線分Ｂに対する搬送ベルト１７ａの搬送面の角度βを小さくする。これにより、図８及び図９に示す様にリモコン４１の向きが変更されて、親指１１による該任意のボタンの操作が容易になる。

また、操作すべき任意のボタンの位置によっては搬送ベルト１７ａの搬送面の角度βを大きくして、親指１１による該任意のボタンの操作を容易にする。

搬送ベルト１７ａの搬送面の角度βの調節は、リモコン４１の把持動作に際し、カメラによりロボットハンド１０周辺を撮影して、親指１１とリモコン４１の任意のボタンを認識しつつ、搬送ベルト機構１７のモータ３５を駆動制御することにより行われ、親指１１による該任意のボタンの操作が容易になる様にモータ３５を駆動制御して傾斜角βを調節する。

ところで、本実施形態のロボットハンド１０では、搬送ベルト１７ａの搬送面の角度α、βを調節可能にしているが、搬送ベルト１７ａをロボットハンドの指の付け根側もしくは手首側に平行移動させて、その位置を変更可能にしても良い。例えば、図２の搬送ベルト機構１７を別のフレーム（図示せず）に搭載して、このフレームを手の平部１６上で平行移動可能に支持し、モータの駆動軸の回転をラックアンドピニオン等の機構により直線運動に変換して、この直線運動により該フレームを平行移動させる。あるいは、ベースアングル２７を手の平部１６上で回転自在に軸支して、角度βを調節可能にする代わりに、ベースアングル２７を手の平部１６上で平行移動可能に支持して、モータ駆動によりベースフレーム２７を平行移動させても良い。

図１０は、搬送ベルト１７ａを平行移動可能にしたロボットハンドの変形例を示す斜視図である。また、図１１は、この変形例のロボットハンドを手の平部１６の面に沿って見て示す側面図である。

この変形例のロボットハンド１０Ａでは、先に述べた様に搬送ベルト機構１７を平行移動させて、搬送ベルト１７ａを矢印Ｃに示す順方向及び逆方向（ロボットハンド１０Ａの指の付け根側及び手首側）に平行移動させることができる。

ここで、リモコン４１Ｂは、図４及び図５のリモコン４１よりも幅が広いものとする。この場合は、搬送ベルト１７ａをロボットハンド１０Ａの手首側に平行移動させて、４本の指１２〜１５の付け根と搬送ベルト１７ａ間を広くする。これにより、リモコン４１Ｂの幅が広くても、リモコン４１Ｂを各指１２〜１５と搬送ベルト１７ａ間に容易に挟み込んで把持することができ、リモコン４１Ｂの側壁面を搬送ベルト１７ａに当接させることができる。

また、リモコンの幅が狭い場合は、搬送ベルト１７ａをロボットハンド１０Ａの指の付け根側に平行移動させて、４本の指１２〜１５の付け根と搬送ベルト１７ａ間を狭くし、リモコンを確実に把持して、リモコンの側壁面を搬送ベルト１７ａに当接させる。

搬送ベルト１７ａの位置調節も、４本の指１２〜１５によるリモコン４１Ｂの把持動作に際し、カメラによりロボットハンド１０周辺を撮影して、リモコン４１Ｂの幅を認識しつつ、搬送ベルト１７ａを平行移動させるモータを駆動制御することにより行われる。

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、ロボットハンドの手の平部における搬送ベルトの位置を適宜に変更しても良い。また、ロボットハンドの指の本数、位置、及び構造等を適宜に変更しても構わない。

本発明のロボットハンドの実施形態を示す斜視図である。 図１のロボットハンドにおける搬送ベルト機構を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図２の搬送ベルト機構の一部を示す分解斜視図及び組立て斜視図である。 図１のロボットハンドによりリモコンを把持した状態を示す斜視図である。 図４の状態のロボットハンドを示す側面図である。 図１のロボットハンドにより厚いリモコンを把持した状態を示す斜視図である。 図６の状態のロボットハンドを示す側面図である。 図１のロボットハンドによりリモコンを把持した他の状態を示す斜視図である。 図８の状態のロボットハンドを示す側面図である。 図１のロボットハンドの変形例を示す斜視図である。 図１０のロボットハンドを示す側面図である。

符号の説明

１０、１０Ａ ロボットハンド
１１ 親指
１２ 人差し指
１３ 中指
１４ 薬指
１５ 小指
１６ 手の平部
１７ 搬送ベルト機構
１７ａ 搬送ベルト
２１、２２ プーリ
２３ Ｌ型アングル
２４、２８、３４ ギア
２５、３１ ギアユニット
２６、３２、３５ モータ
２７ ベースアングル
２９、３３ 軸
４１、４１Ａ、４１Ｂ リモコン

Claims (4)

1. ロボットハンドにおいて、
   対象物に当接して該対象物を移動させる搬送ベルトをロボットハンドの手の平に設けており、ロボットハンドの手の平に対して前記搬送ベルトの搬送面を該搬送ベルトの搬送方向と直交する方向で傾斜させたことを特徴とするロボットハンド。
2. ロボットハンドの手の平に対する前記搬送ベルトの搬送面の傾斜角を変更する傾斜角変更手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記搬送ベルトをロボットハンドの手の平に対する法線周りに回転させる回転手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
4. 前記搬送ベルトをロボットハンドの指の付け根側もしくは手首側に移動させる移動手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。

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