JP2011161577A - ロボットハンド及びロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して対象物を把持することができるロボットハンド及びロボット装置を提供すること。
【解決手段】所定位置を囲うように配置された支持部材を有する複数の指部と、複数の指部の一端部と連結する連結部と、を備えたロボットハンドであって、少なくとも１つの指部は、屈曲部を有する接触部材と受動素子とを有し、接触部材は屈曲部で回転可能に支持部材に支持され、受動素子は支持部材と接触部材とに接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットハンド及びロボット装置に関するものである。

産業用ロボットアーム等のロボット装置に取り付けて、対象物を把持又は開放することで所定の作業を行うロボットハンドが知られている。近年では、例えば工具を把持して部品の組み付け等の作業を行うと共に、微小な部品を把持して精度良く配置する多機能なロボットハンドが提案されている。

例えば、特許文献１などに示されるように、差動歯車機構及び受動素子としてバネを用いることで、把持対象物の形状変化等があっても確実かつ安定して把持することができ、外乱に対して充分な順応性を有するロボットハンドの技術が公開されている。

特開昭６０−２５６８６号公報

しかしながら、従来のロボットハンドにおいては、各指の受動素子が指全体の開閉を調整する機能を果たしているに過ぎないため、安定に対象物を把持することは困難であった。

以上のような事情に鑑み、本発明は、安定して対象物を把持することができるロボットハンド及びロボット装置を提供することを目的とする。

本発明に係るロボットハンドは、所定位置を囲うように配置された支持部材を有する複数の指部と、前記複数の指部の一端部と連結する連結部と、を備えたロボットハンドであって、少なくとも１つの前記指部は、屈曲部を有する接触部材と受動素子とを有し、前記接触部材は前記屈曲部で回転可能に前記支持部材に支持され、前記受動素子は前記支持部材と前記接触部材とに接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも１つの指部が屈曲部を有する接触部材と受動素子とを有し、接触部材が屈曲部で回転可能に支持部材に支持され、受動素子が支持部材と接触部材とに接続されているので、指部が対象物に接触する部分を、当該対象物の位置や形状に対して受動的に変化させることができる。これにより、指部の多くの点において対象物との接触が可能となるため、安定して対象物を把持することができる。なお、対象物が所定位置から僅かにずれる場合であっても、指部が閉じていく過程で把持対象が所定位置に移動するので、結果的に安定した把持が可能になる。

上記のロボットハンドは、前記接触部材は前記屈曲方向に回転可能に前記支持部材に支持されていることを特徴とする。
本発明によれば、接触部材が屈曲方向に回転可能であるため、当該接触部材が把持対象を把持しやすくなる。

上記のロボットハンドは、前記接触部材は前記所定位置の方向へ屈曲していることを特徴とする。
本発明によれば、接触部材が所定位置の方向へ屈曲しているため、当該接触部材が把持対象に接触しやすくなる。

上記のロボットハンドは、前記複数の指部が同期して前記所定位置に対して近づくまたは遠ざかるように移動するように、前記連結部を駆動する駆動部を有することを特徴とする。
本発明によれば、駆動部が連結部を駆動することにより、当該連結部に連結された２つ以上の指部が同期して所定位置に対して近づく又は遠ざかるように屈曲することになる。これにより、例えば所定位置付近に配置される対象物は、２つ以上の点で把持されるため、対象物の把持状態が安定することとなる。

上記のロボットハンドは、前記複数の指部は、互いに異なる方向から前期所定位置に近づき、互いに異なる方向に前期所定位置から遠ざかるように配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、複数の指部が、互いに異なる方向から所定位置に対して近づく又は遠ざかるように配置されていることとしたので、互いに干渉することなく中心に向かって閉じることとなる。これにより、例えば微小な部品を把持する場合においても安定な把持が可能となる。

上記のロボットハンドは、前記接触部材は、前記ロボットハンドが把持する被把持物と複数の接触部で接することを特徴とする。
本発明によれば、接触部材が、当該ロボットハンドが把持する被把持物と複数の接触部で接することとしたので、接触部材と対象物との間の摩擦力を増大させることができるので、一層安定して対象物を把持することができる。

上記のロボットハンドは、複数の前記接触部のうち第一接触部は、前記接触部材のうち前記屈曲部から一方の端部までの間に設けられ、複数の前記接触部のうち第二接触部は、前記接触部材のうち前記屈曲部から他方の端部までの間に設けられることを特徴とする。
本発明によれば、複数の接触部のうち第一接触部が接触部材のうち屈曲部から一方の端部までの間に設けられ、複数の接触部のうち第二接触部が接触部材のうち屈曲部から他方の端部までの間に設けられることとしたので、対象物を効率的に把持することができる。

上記のロボットハンドは、前記接触部材の断面は円形であることを特徴とする。
本発明によれば、接触部材の断面が円形であるため、把持対象の形状に拘らず安定して当該把持対象を把持することができる。

上記のロボットハンドは、各々の前記指部は、各々の前記接触部材の回転を規制するストッパーを有することを特徴とする。
本発明によれば、各々の指部が各々の接触部材の回転を規制するストッパーを有することとしたので、受動素子の機能を一時的に停止させることができる。これにより、駆動部の駆動力に応じて能動的に接触部材が発生する力を制御することができる。

本発明に係るロボット装置は、上記のロボットハンドを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、安定して対象物を把持することができるロボットハンドを備えた構成であるため、高性能なロボット装置を得ることができる。

本発明の第一実施形態に係るロボットハンドの全体構成を示す図である。 本実施形態に係るロボットハンドの平面構成を示す図である。 本実施形態に係るロボットハンドの動作時の状態を示す図である。 本実施形態に係るロボットハンドの動作時の状態を示す図である。 本発明の第二実施形態に係るロボット装置の構成を示す図である。 本発明に係るロボットハンドの他の構成を示す図である。 本発明に係るロボットハンドの他の構成を示す図である。 本発明に係るロボットハンドの他の構成を示す図である。 本発明に係るロボットハンドの他の構成を示す図である。

［第一実施形態］
以下、図面を参照しつつ、本発明の第一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係るロボットハンドＲＨの構成を示す模式図である。
図１に示すように、ロボットハンドＲＨは、例えば３つの指部１０２、１０３及び１０４と、当該指部１０２〜１０４を連結する連結部ＣＮと、当該連結部ＣＮを駆動する駆動部ＡＣＴとを備えている。このロボットハンドＲＨは、例えば工具や部品などの対象物を把持する産業用ロボットの把持装置として用いられる。なお、ロボットハンドＲＨとしては、産業ロボットに限られず、他の用途（宇宙関連、遊具など）に用いても構わない。

指部１０２〜１０４は、対象物に近づき接触する部分である。指部１０２〜１０４は、それぞれ対象物に接触する接触部材１１１と、当該接触部材１１１を支持する支持部材１２０とを有している。

接触部材１１１は、屈曲部１１１Ｃを有するように例えばＬ字型に形成された剛性部材である。接触部材１１１は、当該屈曲部１１１Ｃが関節部１１２によって支持されている。関節部１１２は、接触部材１１１を回転可能に支持する。接触部材１１１は、断面が例えば円形に形成されている。このため、対象物の形状に拘らず、当該対象物を安定して把持することができる構成である。

接触部材１１１のうち屈曲部１１１Ｃに対して一方の端部側が第一接触部１１１Ａであり、屈曲部１１１Ｃに対して他方の端部側が第二接触部１１１Ｂである。接触部材１１１は、屈曲部１１１Ｃに対して第一接触部１１１Ａが伸びる方向、及び、当該屈曲部１１１Ｃに対して第二接触部１１１Ｂが伸びる方向に回転可能に設けられている。すなわち、接触部材１１１は、屈曲方向に回転可能に支持されていることになる。このため、接触部材１１１が対象物を把持しやすい構成となっている。

第一接触部１１１Ａ及び第二接触部１１１Ｂは、例えば対象物に接触され、当該対象物を把持する部分である。このように各接触部材１１１には、複数（２つ）の接触部が設けられていることになる。接触部材１１１の第二接触部１１１Ｂには、受動素子１１３が接続されている。このような受動素子１１３としては、例えばバネなどの弾性部材が挙げられる。

支持部材１２０は、例えばＬ字状に形成された剛性部材である。支持部材１２０は、関節部１１２に接続されている。このため、接触部材１１１は、関節部１１２を介して支持部材１２０に支持されている。支持部材１２０には、受動素子１１３が接続されている。接触部材１１１は、受動素子１１３を介してそれぞれ支持部材１２０に接続されていることになる。支持部材１２０には、関節部１１４が取り付けられている。支持部材１２０は、関節部１１４を中心として回転可能になっている。

また、指部１０２〜１０４には、接触部材１１１の回転を規制するストッパー１１７が設けられている。ストッパー１１７は、例えば支持部材１２０から図中上方に伸びるように突出した部分である。ストッパー１１７は、例えば関節部１１２が所定角度以上に回転しないように規制する機能を有している。例えば受動素子１１３が自然長の場合においては、接触部材１１１がストッパー１１７に接触した状態になっている。

連結部ＣＮは、固定部材１２１及び連結部材１０６を有している。固定部材１２１は、支持部材１２０に取り付けられた関節部１１４に接続されている。固定部材１２１は、関節部１１４をテーブル１０５に固定する。テーブル１０５は、例えば平面視で円形に形成されている（図２参照）。勿論、矩形や多角形など、他の形状であっても構わない。支持部材１２０は、関節部１１４を介してテーブル１０５に固定された状態で、回転可能に設けられることになる。

連結部材１０６は、関節部１１５を介して支持部材１２０の端部に連結されている。連結部材１０６は、例えばテーブル１０５を貫通して設けられており、駆動部ＡＣＴに接続されている。

駆動部ＡＣＴは、連結部材１０６に含まれるボールネジのナット部に接続され、当該連結部材１０６を一体的に昇降させるボールネジのネジ部１０７と、当該ネジ部１０７を駆動するモーター装置ＭＴＲと、当該モーター装置ＭＴＲの回転を伝達するプーリー１０８とを有している。

図２は、ロボットハンドＲＨの構成を示す平面図である。図２に示すように、接触部材１１１は、所定位置Ｐを囲うように配置されている。接触部材１１１は、例えば所定位置Ｐを中心とした同一円周上に配置されている。接触部材１１１は、所定位置Ｐに対してそれぞれ異なる方向から近づくことになる。このため、接触部材１１１同士の間で軌跡が重なってしまうことが無く、互いに干渉することなく近づくことが可能になっている。接触部材１１１は、第一接触部１１１Ａ及び第二接触部１１１Ｂが例えば所定位置Ｐに向けられている。このため、接触部材１１１が対象物に接触しやすい構成となっている。

図２では、所定位置Ｐを中心とした同一円周上に接触部材１１１が配置された構成が示されているが、勿論他の構成としても構わない。また、図２では、接触部材１１１が所定位置Ｐを中心としてそれぞれ等しい角度だけ回転した位置に配置されているが、この位置に限られることは無い。例えば、接触部材１１１が、所定位置Ｐを中心とした同一円周上の異なる角度ずつずれた位置に配置された構成としても構わない。

次に、上記のように構成されたロボットハンドＲＨの動作を説明する。
例えば図３に示すように、まずモーター装置ＭＴＲが回転するとプーリー１０８を介してボールネジ１０７が回転する。ボールネジのネジ部１０７が回転すると、ボールネジのナット部を含む連結部材１０６が、ネジ部１０７に対して相対的に上下に運動し、関節部１１５はそれに伴って上下に運動する。

接触部材１１１、関節部１１２及び受動素子１１３は、関節部１１４を介してテーブル１０５に取り付けられているため、関節部１１５が上下に運動すると、各部は関節部１１４を中心に一体として回転する。例えば関節部１１５が下方に移動すると、指部１０２〜１０４が所定位置Ｐに近づくように同期して移動する。また、関節部１１５が上方に移動すると、指部１０２〜１０４が所定位置Ｐから遠ざかるように同期して移動する。

指部１０２〜１０４がそれぞれ所定位置Ｐに近づくように同期して移動する場合、例えば接触部材１１１の第二接触部１１１Ｂが対象物に接触すると、関節部１１２を軸とするモーメントが発生する。このモーメントが、受動素子１１３が関節部１１２を軸として発生するモーメントよりも大きければ、接触部材１１１が関節部１１２を中心にして回転する。また、当該モーメントが受動素子１１３の発生するモーメントと釣りあえば、接触部材１１１の回転が停止する。

このように、連結部材１０６が昇降することにより、指部１０２〜１０４が同期して所定位置Ｐに対して近づく又は遠ざかるように移動することができる。例えば所定位置Ｐに対象物Ｒが配置されている場合には、上記動作により、指部１０２〜１０４の各接触部材１１１によって少なくとも３点で対象物Ｒが把持されることになる。

なお、接触部材１１１の回転運動がストッパー１１７によって規制された状態で指部１０２〜１０４を移動させる場合には、受動素子１１３が機能しなくなる。このため、モーター装置ＭＴＲが発生するトルクを制御することにより、各接触部材１１１の先端に発生する力を制御することが出来るようになるため、能動的に力を制御することが可能になる。

また、図４に示すように、第一接触部１１１Ａと第二接触部１１１Ｂとが同時に対象物Ｒに接触することも可能である。この場合、接触部材１１１の回転運動は、第一接触部１１１Ａが対象物Ｒに接触して発生するモーメントと、受動素子１１３が発生するモーメントと、第二接触部１１１Ｂが対象物に接触して発生するモーメントの合モーメントが０になると停止する。

この時、対象物Ｒと各指部１０２〜１０４との間では、第一接触部１１１Ａ上の点Ｔ１、Ｔ３及びＴ５と、第二接触部１１１Ｂ上の点Ｔ２、Ｔ４及びＴ６の、計６点で接触している。これにより、対象物Ｒと３本の指部１０２〜１０４との間の摩擦力が増大し、安定した把持が可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、駆動部ＡＣＴが連結部ＣＮを駆動することにより、当該連結部ＣＮに連結された指部１０２〜１０４が同期して所定位置Ｐに対して近づく又は遠ざかるように移動することになる。これにより、例えば所定位置Ｐに配置される対象物Ｒは、３つ以上の点で把持されるため、対象物Ｒの把持状態が安定することとなる。

また、指部１０２〜１０４のそれぞれに設けられる受動素子１１３は、指部１０２〜１０４が対象物Ｒに接触する部分を、当該対象物Ｒの位置や形状に対して受動的に変化させることができる。これにより、指部１０２〜１０４の多くの点において対象物Ｒとの接触が可能となるため、更に安定して対象物Ｒを把持することができる。

また、各々の指部１０２〜１０４が、互いに異なる方向から前期所定位置に近づき、互いに異なる方向に前期所定位置から遠ざかるように配置されていることとしたので、互いに干渉することなく中心に向かって指部１０２〜１０４が閉じることとなる。これにより、例えば微小な部品を把持する場合においても安定な把持が可能となる。

また、指部１０２〜１０４が対象物Ｒに接触させる接触部材１１１を有し、受動素子１１３が接触部材１１１に接続されていることとしたので、接触部材１１１が対象物Ｒに接触する部分を、当該対象物Ｒの位置や形状に対して受動的に変化させることができる。これにより、接触部材１１１の多くの点において対象物Ｒとの接触が可能となるため、安定して対象物を把持することができる。

また、各々の接触部材１１１が第一接触部１１１Ａ及び第二接触部１１１Ｂを有することとしたので、少なくとも６点以上の把持点によって対象物Ｒを把持することができる。これにより、接触部材１１１と対象物Ｒとの間の摩擦力を増大させることができるので、一層安定して対象物Ｒを把持することができる。

また、接触部材１１１が屈曲部１１１Ｃにおいて屈曲した形状をしており、第一接触部１１１Ａが接触部材１１１のうち屈曲部１１１Ｃから一方の端部までの間に設けられ、第二接触部１１１Ｂが接触部材１１１のうち屈曲部１１１Ｃから他方の端部までの間に設けられることとしたので、対象物Ｒを効率的に把持することができる。

また、指部１０２〜１０４が接触部材１１１を支持する支持部材１２０を有し、支持部材１２０が例えば関節部１１２などを介して接触部材１１１を回転可能に支持することとしたので、対象物Ｒを柔軟に把持することができる。これにより、安定した把持が可能となる。

また、接触部材１１１が屈曲部１１１Ｃにおいて屈曲した形状をしており、支持部材１２０が当該接触部材１１１の屈曲部１１１Ｃを支持することとしたので、接触部材１１１を安定して回転させることができる。これにより、受動素子１１３が発生する接触部材１１１に対するモーメントを容易に調整することができる。

また、指部１０２〜１０４が接触部材１１１の回転を規制するストッパー１１７を有することとしたので、受動素子１１３の機能を一時的に停止させることができる。これにより、駆動部ＡＣＴの駆動力に応じて能動的に接触部材１１１が発生する力を制御することができる。

また、接触部材１１１が受動素子１１３を介して支持部材１２０に接続されているので、受動素子１１３は当該接触部材１１１の回転に応じて、接触部材１１１が対象物Ｒと接触する部分を柔軟に変化させることができる。これにより、更に安定した把持が可能となる。

また、連結部ＣＮが各々の支持部材１２０を連結する連結部材１０６を有し、駆動部ＡＣＴが連結部材１０６を駆動することとしたので、単純な駆動により、指部１０２〜１０４を同期させて所定位置Ｐに対して近づく又は遠ざかるように移動させることができる。これにより、例えば１つの駆動装置で全指部を駆動することが可能となり、ロボットハンドＲＨのコストを抑えることができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
本実施形態では、上記第一実施形態で記載のロボットハンドＲＨを備えたロボット装置を説明する。

図５は、本実施形態に係るロボット装置ＲＡの構成を示す斜視図である。
図５に示すように、ロボット装置ＲＡは、例えば産業用ロボットアームとして用いられる。ロボット装置ＲＡは、取付部ＡＴＣ、第一関節１０、第二関節２０、第三関節３０、第四関節４０、第五関節５０及び第六関節６０を有している。

取付部ＡＴＣは、例えば床部や壁部、天井部などに取り付けられる部分である。第一関節１０〜第六関節６０は、例えば取付部ＡＴＣから順に直列に接続されている。第一関節１０〜第六関節６０は、例えば隣接する関節との間で回転軸を介して接続されており、互いにその回転軸を中心に回転可能に設けられている。第一関節１０〜第六関節６０のそれぞれが回転可能に設けられているため、それぞれの関節を適宜回転させることで、ロボットアームＲＡ全体としての複合的な動作が可能になっている。

第六関節６０は、ロボット装置ＲＡの先端部分である。この第六関節６０の先端部に、上記実施形態に記載のロボットハンドＲＨが取り付けられている。このように、安定して対象物を把持することができるロボットハンドＲＨを備えた構成であるため、高性能なロボット装置ＲＡが提供される。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態では、対象物Ｒとして例えば球形の部材を挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば図６に示すように、円柱状の工具（例えば、ドライバーなど）などを対象物Ｒとして用いても構わない。このような円柱状の対象物Ｒを把持する場合には、指部１０２〜１０４の中心を通るように工具Ｒを配置させるようにする。このような配置により、安定した把持が可能となる。

また、例えば、上記実施形態では、指部が３つの場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば指部を２つ又は４つ以上設ける場合であっても、本発明の適用は可能である。

例えば、図７は、指部が２つ設けられたロボットハンドＲＨ２の構成を示している。ロボットハンドＲＨ２は、指部１０２及び１０４を有している。２つの指部１０２及び１０４のうち、例えば指部１０４には、接触部材１１１が設けられていない構成である。したがって、ロボットハンドＲＨ２が対象物を把持しようとする場合、指部１０２に設けられた接触部材１１１と、指部１０４の一部とが用いられることになる。

このように、一部の指部に接触部材１１１が設けられて無い場合であっても、対象物を安定して把持することができる。例えば指部が３つ以上設けられた構成であり、そのうちの一部の指部に接触部材１１１が設けられていない場合であっても同様の説明が可能である。

また、例えば図８（ａ）は、指部が４つ設けられたロボットハンドＲＨ３の構成を示している。ロボットハンドＲＨ３は、指部１０１〜１０４を有している。４つの指部１０１〜１０４は、例えば図８（ｂ）に示すように、テーブル１０５の中心に対して９０°ずつ回転させた位置に配置されている。また、各指部１０１〜１０４は、当該テーブル１０５の中心を向くように配置されている。

なお、図８（ｂ）においては、指部１０１〜１０４がテーブル１０５の中心に対して９０°ずつ回転させた位置、すなわち、正方形の４つの頂点の位置に配置された構成としているが、これに限られることは無い。例えば、正方形ではなく、例えば長方形の４つの頂点の位置に配置された構成としても構わないし、他の四角形（例えば、平行四辺形、ひし形、台形など）の頂点の位置に指部１０１〜１０４が配置された構成であっても構わない。

また、上記実施形態では、各指部１０２〜１０４がストッパー１１７を有する構成としたが、これに限られることは無い。例えば図９に示すように、指部１０２〜１０４にストッパー１１７が設けられないようにした構成であっても構わない。図９は、指部が３本の場合について示しており、しかも全ての指部にストッパー１１７が設けられてない状態を示しているが、勿論これに限られるものではない。例えば、複数の指部のうち一部の指部のみにストッパー１１７が設けられない構成であっても構わない。また、指部が４本以上の場合であっても同様の説明が可能である。

ＲＨ…ロボットハンド Ｐ…所定位置 Ｒ…対象物 ＭＴＲ…モーター装置 ＡＣＴ…駆動部 ＣＮ…連結部 １０２〜１０４…指部 １０６…連結部材 １１１…接触部材 １１１Ａ…第一接触部 １１１Ｂ…第二接触部 １１２…関節部 １１３…受動素子 １１４…関節部 １１５…関節部 １１７…ストッパー １２０…支持部材 １２１…固定部材

Claims (10)

1. 所定位置を囲うように配置された支持部材を有する複数の指部と、
   前記複数の指部の一端部と連結する連結部と、を備えたロボットハンドであって、
   少なくとも１つの前記指部は、屈曲部を有する接触部材と受動素子とを有し、
   前記接触部材は前記屈曲部で回転可能に前記支持部材に支持され、
   前記受動素子は前記支持部材と前記接触部材とに接続されている
   ロボットハンド。
2. 前記接触部材は前記屈曲方向に回転可能に前記支持部材に支持されている
   請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記接触部材は前記所定位置の方向へ屈曲している
   請求項１又は請求項２に記載のロボットハンド。
4. 前記複数の指部が同期して前記所定位置に対して近づくまたは遠ざかるように移動するように、前記連結部を駆動する駆動部を有する
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
5. 前記複数の指部は、互いに異なる方向から前期所定位置に近づき、互いに異なる方向に前期所定位置から遠ざかるように配置されている
   請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
6. 前記接触部材は、前記ロボットハンドが把持する被把持物と複数の接触部で接する
   請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
7. 複数の前記接触部のうち第一接触部は、前記接触部材のうち前記屈曲部から一方の端部までの間に設けられ、
   複数の前記接触部のうち第二接触部は、前記接触部材のうち前記屈曲部から他方の端部までの間に設けられる
   請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
8. 前記指部は、前記接触部材の回転を規制するストッパーを有する
   請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
9. 前記接触部材の断面は円形である
   請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
10. 請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載のロボットハンドを備えたロボット装置。

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