JP2013193130A - ロボットハンド、ロボット装置及びロボットハンドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の寸法及び中心座標を検出すること。
【解決手段】対象物を把持可能な一対の指部と、一対の指部にそれぞれ連結されると共に、一対の指部との連結部分とは異なる部分にそれぞれ第一分岐部及び第二分岐部が形成された一対の連結部と、一対の連結部の第一分岐部同士を接続すると共に、一対の連結部を回転可能に支持する支持部と、一対の連結部の第二分岐部同士を接続すると共に、一対の連結部を回転可能に支持し、一対の連結部が回転する方向に移動可能な可動部と、一対の連結部の回転に連動して一対の指部が開閉するように可動部を移動させる駆動部と、対象物の周辺に一対の指部を配置させると共に、駆動部を制御して一対の指部を対象物が載置された載置面と平行な面で開閉させることで対象物の側方から一対の指部の間に対象物を挟み込ませ、３点以上の接触点で一対の指部に対象物を把持させる制御装置とを備える。
【選択図】図２３

Description

本発明は、ロボットハンド、ロボット装置及びロボットハンドの駆動方法に関する。

従来、産業用ロボットとして、垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット（スカラロボット）、直交型ロボットなどが開発されており、それらのロボットが各々の特徴に適合する用途に合わせて選択されている。これらのロボットには、対象物を把持する把持部を目標位置に移動させ、該把持部に対象物を把持させるロボットハンドが設けられている。

このような産業用ロボットにおいては、自動組立その他の作業工程において、不特定で多様な姿勢をとる対象物を所定の姿勢で効率的に掴み取ることが要求されている。例えば、特許文献１のロボットでは、対象物を把持するチャック機構が回転機構によってチャック自身を支持する中心軸周りに正逆回転可能とされ、更に、回転機構自身が首振り機構によって下向きの所定角度範囲内で回転可能とされている。

特許文献１には、ロボットハンドが手首部に支持されており、当該手首部がアームに支持された構成が開示されている。この構成においては、ロボットハンドが対象物を把持した状態で当該ロボットハンドとアームとの間の角度と、アームと手首部との間の角度とを検出し、当該検出結果に基づいて対象物の中心座標が求められる。

特開昭６０−１５０９８５号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、対象物の中心座標を求めることができるものの、対象物の寸法を検出することはできない。このため、対象物の寸法及び中心座標を検出可能な技術が求められている。

以上のような事情に鑑み、本発明は、対象物の寸法及び中心座標を検出可能なロボットハンド、ロボット装置及びロボットハンドの駆動方法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、対象物を把持可能な一対の指部と、前記一対の指部にそれぞれ連結されると共に、前記一対の指部との連結部分とは異なる部分にそれぞれ第一分岐部及び第二分岐部が形成された一対の連結部と、前記一対の連結部の前記第一分岐部同士を接続すると共に、前記一対の連結部を回転可能に支持する支持部と、前記一対の連結部の前記第二分岐部同士を接続すると共に、前記一対の連結部を回転可能に支持し、前記一対の連結部が回転する方向に移動可能な可動部と、前記一対の連結部の回転に連動して前記一対の指部が開閉するように前記可動部を移動させる駆動部と、前記対象物の周辺に前記一対の指部を配置させると共に、前記駆動部を制御して前記一対の指部を前記対象物が載置された載置面と平行な面で開閉させることで前記対象物の側方から前記一対の指部の間に前記対象物を挟み込ませ、３点以上の接触点で前記一対の指部に前記対象物を把持させる制御装置とを備える。

本発明によれば、駆動部を制御して一対の指部を対象物が載置された載置面と平行な面で開閉させることで対象物の側方から一対の指部の間に対象物を挟み込ませ、３点以上の接触点で一対の指部に対象物を把持させることとしたので、対象物の周辺は一対の指部で囲まれることとなる。これにより、対象物は一対の指部で囲まれた領域の外に飛び出さないようになる。また、一対の指部は対象物を側方から挟み込むので、対象物は一対の指部の動作に従って移動し、これにより位置が整われる。また、把持部は対象物を３点以上の接触点で把持するので、対象物の寸法及び中心座標を検出できるように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、前記一対の指部の開閉角度を検出する検出部を更に備え、前記制御装置は、前記検出部の検出結果に基づいて前記対象物の寸法及び中心位置を含む情報を算出することが好ましい。
本発明によれば、一対の指部の開閉角度を検出する検出部を更に備え、制御装置は、検出部の検出結果に基づいて対象物の寸法及び中心位置を含む情報を算出することとしたので、対象物の寸法及び中心座標を簡単に検出することができる。

上記のロボットハンドにおいて、前記検出部は、前記可動部の移動量に基づいて前記開閉角度を検出することが好ましい。
本発明によれば、検出部が可動部の移動量に基づいて開閉角度を検出するので、対象物の寸法及び中心座標をより確実に検出することができる。

上記のロボットハンドにおいて、前記支持部は、前記回転方向とは異なる方向への前記一対の連結部の移動を規制することが好ましい。
本発明によれば、支持部が回転方向とは異なる方向への一対の連結部の移動を規制するので、一対の連結部の回転精度を高めることができる。

上記のロボットハンドにおいて、前記可動部は、前記一対の連結部の回転面に平行な方向とは異なる方向への前記一対の連結部の移動を規制することが好ましい。
本発明によれば、可動部が一対の連結部の回転面に平行な方向とは異なる方向への一対の連結部の移動を規制するので、一対の連結部の回転精度を高めることができる。

上記のロボットハンドにおいて、前記可動部は、回転軸が移動方向に沿うように配置され回転軸周りに回転可能に設けられたボルト部に対して螺合されると共に、前記ボルト部の回転によって前記移動方向に移動可能に設けられており、前記駆動部は、回転軸が前記可動部の移動方向に沿うように配置された軸部と、前記軸部を回転させる駆動源と、前記軸部と前記ボルト部との間に架け渡され、前記軸部の回転を前記ボルト部に伝達するベルト部とを有し、前記軸部、前記ベルト部及び前記ボルト部は、コ字状に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、軸部、ベルト部及びボルト部がコ字状に配置されているので、全体の寸法を抑えることができる。これにより、コンパクト化を図ることができる。

上記のロボットハンドにおいて、前記一対の指部は、前記連結部に対して着脱可能に設けられている。
本発明によれば、一対の指部が連結部に対して着脱可能に設けられているので、一対の指部のサイズ変更、高硬度変更、高耐食性などの用途により一対の指部を使い分けることができる。

上記のロボットハンドにおいて、前記連結部は、前記一対の指部に対して着脱可能に連結される支持部材と、前記支持部材に対して着脱可能に連結され、前記第一分岐部及び前記第二分岐部が設けられた連結部材とを有することが好ましい。
本発明によれば、一対の指部と連結部材（第一分岐部及び第二分岐部）との間に、支持部材が着脱可能に設けられているので、連結部材と一対の指部との間の距離に応じて最適な寸法の支持部材を用いるなど、支持部材を使い分けることができる。

本発明に係るロボット装置は、基部と、前記基部に設けられたロボットハンドとを備えるロボット装置であって、前記ロボットハンドは、対象物を把持可能な一対の指部と、前記一対の指部にそれぞれ連結されると共に、前記一対の指部との連結部分とは異なる部分にそれぞれ第一分岐部及び第二分岐部が形成された一対の連結部と、前記一対の連結部の前記第一分岐部同士を接続すると共に、前記一対の連結部を回転可能に支持する支持部と、前記一対の連結部の前記第二分岐部同士を接続すると共に、前記一対の連結部を回転可能に支持し、前記一対の連結部が回転する方向に移動可能な可動部と、前記一対の連結部の回転に連動して前記一対の指部が開閉するように前記可動部を移動させる駆動部と、前記ロボットハンドが搭載され、前記対象物の周辺に前記一対の指部を配置させると共に、前記駆動部を制御して前記一対の指部を前記対象物が載置された載置面と平行な面で開閉させることで前記対象物の側方から前記一対の指部の間に前記対象物を挟み込ませ、３点以上の接触点で前記一対の指部に前記対象物を把持させる制御装置とを有する。
本発明によれば、対象物の寸法及び中心座標を検出できるように対象物を把持するロボットハンドが搭載されているため、高性能なロボット装置を得ることができる。

本発明に係るロボットハンドの駆動方法は、対象物を把持可能な一対の指部と、前記一対の指部にそれぞれ連結されると共に、前記一対の指部との連結部分とは異なる部分にそれぞれ第一分岐部及び第二分岐部が形成された一対の連結部と、前記一対の連結部の前記第一分岐部同士を接続すると共に、前記一対の連結部を回転可能に支持する支持部と、前記一対の連結部の前記第二分岐部同士を接続すると共に、前記一対の連結部を回転可能に支持し、前記一対の連結部が回転する方向に移動可能な可動部と、前記一対の連結部の回転に連動して前記一対の指部が開閉するように前記可動部を移動させる駆動部と、前記一対の指部の開閉角度を検出する検出部とを備えるロボットハンドの駆動方法であって、前記対象物の周辺に前記一対の指部を配置させるステップと、前記一対の指部を前記対象物が載置された載置面と平行な面で開閉させるステップと、前記対象物の側方から前記一対の指部の間に前記対象物を挟み込ませることで３点以上の接触点で前記一対の指部に前記対象物を把持させるステップと、前記検出部の検出結果に基づいて前記対象物の寸法及び中心位置を含む情報を算出するステップとを含む。

本発明によれば、一対の指部を対象物が載置された載置面と平行な面で開閉させることで対象物の側方から一対の指部の間に対象物を挟み込ませ、３点以上の接触点で一対の指部に対象物を把持させることとしたので、対象物の周辺は一対の指部で囲まれることとなる。これにより、対象物は一対の指部で囲まれた領域の外に飛び出さないようになる。また、一対の指部は対象物を側方から挟み込むので、対象物は一対の指部の動作に従って移動し、これにより位置が整われる。また、把持部は対象物を３点以上の接触点で把持するので、対象物の寸法及び中心座標を検出できるように対象物を把持することができる。この状態で、検出部の検出結果に基づいて対象物の寸法及び中心位置を含む情報を算出することとしたので、対象物の寸法及び中心座標を簡単に検出することができる。

本実施形態に係るロボット１の概略構成を示す斜視図である。 同実施形態に係る把持部の構成を示す平面図である。 同実施形態に係る爪部の開閉機構を説明する図である。 同実施形態に係る爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出する手順を説明する図である。 同実施形態に係る爪部が把持可能な部品を説明する図である。 同実施形態に係る把持可能な最大の大きさと爪部形状のパラメーターα、β、ｄとの関係を説明する図である。 同実施形態に係る爪部の頂点と部品との関係により把持可能な部品の大きさを説明する図である。 同実施形態に係る爪部の頂点と部品との関係を説明する図である。 本実施形態に係る爪部を閉じた時に把持可能な部品の大きさを説明する図である。 同実施形態に係る爪部により把持可能な部品の最小の大きさの算出を説明する図である。 同実施形態に係るケージング領域のパラメーターを説明する図である。 同実施形態に係るケージング領域の形状と各パラメーターを説明する図である。 同実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ２１の場合を説明する図である。 同実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ２２の場合を説明する図である。 同実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ２３の場合を説明する図である。 同実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ２４の場合を説明する図である。 同実施形態に係るケージング可能な最大の大きさｒｍａｘ２と距離ｃ１、ｃ２、ｃｌｉｍの関係を説明する図である。 同実施形態に係るセルフアライメントの条件を説明する図である。 同実施形態に係る爪部から部品に加わる力を説明する図である。 同実施形態に係るｒと頂点ａ２の関係を説明する図である。 同実施形態に係る部品Ｍを取り付ける場合に用いる条件を説明する図である。 同実施形態に係る爪部先が取り付ける部品Ｍ２と干渉している例を説明する図である。 同実施形態に係るロボットハンドの構成を示す斜視図である。 同実施形態に係る爪部の開き角及び部品寸法を算出する手順を説明する図である。 同実施形態に係るリンク機構の構成を示す図である。 同実施形態に係るリンク機構の構成を模式的に示す図である。 同実施形態に係る部品の寸法を算出するための説明図である。 同実施形態に係る部品の中心座標を算出するための説明図である。 同実施形態に係る爪部の設計例を説明する図である。 同実施形態に係る爪部の他の設計例を説明する図である。 本発明の第二実施形態であるロボット装置を適用したロボットシステムが作業を行う様子を示す、概略の外観図である。 本発明の第三実施形態におけるロボットシステムの概略の外観図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

以下の説明においては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸が水平面に対して平行かつ互いに直交する方向に設定され、Ｚ軸がＸ軸及びＹ軸のそれぞれと直交する方向（鉛直方向）に設定されている。

［第一実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボット１の概略構成を示す斜視図である。図１において、符号Ｗ１は第１対象物、符号Ｗ２は第２対象物である。また、符号Ｌ１Ａは第１アーム２１Ａの回転軸，符号Ｌ２Ａは第２アーム２２Ａの回転軸、符号Ｌ３Ａは第３アーム２３Ａの回転軸、符号Ｌ４Ａは把持部１０Ａの回転軸である。符号Ｌ１Ｂは第１アーム２１Ｂの回転軸，符号Ｌ２Ｂは第２アーム２２Ｂの回転軸、符号Ｌ３Ｂは第３アーム２３Ｂの回転軸、符号Ｌ４Ｂは把持部１０Ｂの回転軸である。

ここでは、第１対象物Ｗ１として小型かつ軽量な歯車を例示して説明することとし、第２対象物Ｗ２として前記歯車を回転可能に支持する支持軸（ピン）を備える電子機器を例示して説明することとする。なお、第１対象物Ｗ１は把持部と接する側に曲面を有する略円柱形状となっている。

図１に示すように、本実施形態に係るロボット１は、ロボットハンドＲＨを備えている。ロボットハンドＲＨは、本体部１１に設けられた把持部１０Ａ及び１０Ｂを有している。把持部１０Ａは、開閉可能に設けられ対象物を把持する一対の指部４１及び４２を有している。把持部１０Ｂは、開閉可能に設けられ対象物を把持する一対の指部４３及び４４を有している。

また、ロボット１は、対象物と把持部１０Ａ，１０Ｂとをそれぞれ相対移動させるアーム（移動装置）２０Ａ，２０Ｂと、第１対象物Ｗ１を搬送するベルトコンベア３３，３４と、第１対象物Ｗ１を第１ベルトコンベア（移動装置）３３に搬入するフィーダと、第１対象物Ｗ１の受け渡し用の台となるステージ３７と、対象物Ｗ１，Ｗ２を載置するステージ（移動装置）３０と、アーム２０Ａ，２０Ｂ及びステージ３０を支持する基台５０と、アーム２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ取り付けられたカメラ４０Ａ，４０Ｂと、ロボット１自身の動作を制御する制御装置６０と、制御装置６０への入力指示を行う入力装置７０と、を備えている。

把持部１０Ａは、第３アーム２３Ａの先端部に接続されている。把持部１０Ａは、第１ベルトコンベア３３に配置された第１対象物Ｗ１を把持する。把持部１０Ａは、把持した第１対象物Ｗ１をステージ３７に搬送する。把持部１０Ａは、第１対象物Ｗ１を把持する力を検出する検出装置４１Ａを備えている。検出装置４１Ａとしては、例えば、圧力センサーを用いたりモーターのトルクの変化（モーターを流れる電流の変化）を検出するセンサーを用いたりすることができる。

把持部１０Ｂは、第３アーム２３Ｂの先端部に接続されている。把持部１０Ｂは、ステージ３７に配置された第１対象物Ｗ１を把持する。把持部１０Ｂは、把持した第１対象物Ｗ１をステージ３０に搬送する。把持部１０Ｂは、把持した（またはステージ３７に配置された）第１対象物Ｗ１を第２対象物Ｗ２に搬送する。具体的には、把持部１０Ｂによって、歯車Ｗ１が電子機器Ｗ２のピンに挿通される。把持部１０Ｂは、第１対象物Ｗ１を把持する力を検出する検出装置４１Ｂを備えている。検出装置４１Ｂとしては、例えば、圧力センサーを用いたりモーターのトルクの変化（モーターを流れる電流の変化）を検出するセンサーを用いたりすることができる。

アーム２０Ａは、第１アーム２１Ａ、第２アーム２２Ａ、第３アーム２３Ａがこの順に連結されており、第１アーム２１ＡがＺ軸方向に回転軸を有する主軸２４及び平面視略矩形の基底部２５を介して基台５０に接続されている。第１アーム２１Ａは、主軸２４との連結個所において、水平方向（ＸＹ平面と平行な方向）に回転軸Ｌ１Ａ周りを正逆回転可能に設けられている。第２アーム２２Ａは、第１アーム２１Ａとの連結個所において、水平方向に回転軸Ｌ２Ａ周りを正逆回転可能に設けられている。第３アーム２３Ａは、第２アーム２２Ａとの連結個所において、水平方向に回転軸Ｌ３Ａ周りを正逆回転可能であるとともに、垂直方向（Ｚ軸方向）に上下移動可能に設けられている。なお、把持部１０Ａは、第３アーム２３Ａとの連結個所において、水平方向に直交する方向に回転軸Ｌ４Ａ周りを正逆回転可能に設けられている。

アーム２０Ｂは、第１アーム２１Ｂ、第２アーム２２Ｂ、第３アーム２３Ｂがこの順に連結されており、第１アーム２１ＢがＺ軸方向に回転軸を有する主軸２４及び平面視略矩形の基底部２５を介して基台５０に接続されている。第１アーム２１Ｂは、主軸２４との連結個所において、水平方向（ＸＹ平面と平行な方向）に回転軸Ｌ１Ｂ周りを正逆回転可能に設けられている。第２アーム２２Ｂは、第１アーム２１Ｂとの連結個所において、水平方向に回転軸Ｌ２Ｂ周りを正逆回転可能に設けられている。第３アーム２３Ｂは、第２アーム２２Ｂとの連結個所において、水平方向に回転軸Ｌ３Ｂ周りを正逆回転可能であるとともに、垂直方向（Ｚ軸方向）に上下移動可能に設けられている。なお、把持部１０Ｂは、第３アーム２３Ｂとの連結個所において、水平方向に直交する方向に回転軸Ｌ４Ｂ周りを正逆回転可能に設けられている。

第１ベルトコンベア３３、第２ベルトコンベア３４は、アーム２０Ａが設けられた側からこの順に離間して配置されている。フィーダ３６は、第１ベルトコンベア３３の上流側（＋Ｙ方向側）に配置されている。第２ベルトコンベア３４は、第１ベルトコンベア３３の下流側（−Ｙ方向側）に突出するよう平面視において第１ベルトコンベア３３よりも大きくなっている。第１ベルトコンベア３３から落下した第１対象物Ｗ１は、第２ベルトコンベア３４に搬送されて図示しない傾斜したベルトコンベアによりフィーダ３６の開口部３６ａに投入される。このようにして、把持部１０Ａに把持されなかった第１対象物Ｗ１は、第１ベルトコンベア３３、第２ベルトコンベア３４、フィーダ３６を循環するようになっている。

ステージ３０は、対象物を載置する天板３１と、天板３１を支持するベース部３５と、を備えている。ベース部３５は、例えば、Ｘ方向に天板３１を水平移動させる移動機構と、Ｙ方向に天板３１を移動させる移動機構と、がそれぞれ独立に収納されており、天板３１を水平方向に移動可能に設けられている。

カメラ４０Ａは、アーム２０Ａを構成する第２アーム２２Ａの先端部に取り付けられている。カメラ４０Ａとしては、例えばＣＣＤカメラを用いる。カメラ４０Ａは、第１ベルトコンベア３３上に載置された第１対象物Ｗ１を撮像する。カメラ４０Ａの撮影画像は、制御装置６０に送信される。

カメラ４０Ｂは、アーム２０Ｂを構成する第２アーム２２Ｂの先端部に取り付けられている。カメラ４０Ｂとしては、例えばＣＣＤカメラを用いる。カメラ４０Ｂは、天板３１上に載置された第１対象物Ｗ１、第２対象物Ｗ２を撮像する。カメラ４０Ｂの撮影画像は、制御装置６０に送信される。

制御装置６０は、メモリー、ＣＰＵ、電源回路等を内蔵している。制御装置６０は、入力装置７０から入力されるロボット１の動作内容を規定する動作プログラム等を記憶し、ＣＰＵによってメモリーに記憶された各種プログラムを起動しロボット１を統括制御する。

図２は、本実施形態に係る爪部の構成を示す平面図である。ここでは、把持部１０Ａ及び把持部１０Ｂのうち把持部１０Ａの指部４１及び４２を例示して指部の構成を説明することとする。把持部１０Ｂの指部４３及び４４については把持部１０Ａの指部４１及び４２と同様の構成であるため、その詳細な説明を省略する。図２（ａ）は、指部の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は、指部の形状のパラメーターを説明する図である。

図２（ａ）に示すように、指部４１は爪部１０１を有しており、指部４２は爪部１０２を有している。爪部１０１及び爪部１０２は、基準線２０２で線対称の関係である。また、爪部１０１及び爪部１０２は、先端から後端（基端もしくは基部ともいう）に向かうにしたがって、互いに離れる方向に漸次傾斜する第１傾斜面（先端側の面ともいう）１１１及び１１２を有し、互いに近接する方向に漸次傾斜する第２傾斜面（基端側の面もしくは基部側の面もいう）１２１及び１２２を有している。また、爪部１０１及び爪部１０２は、例えば、アルミニウム等の金属（平板）を曲げたり、前記金属（直方体）を切削したりすることによって形成することができる。

このような構成により、第１対象物Ｗ１は爪部１０１と爪部１０２の先端付近で把持されることとなる。このため、爪部１０１及び爪部１０２は、第１対象物Ｗ１を把持して搬送するために、ケージング、セルフアライメント、摩擦把持の３つの機能を実現できる。制御装置６０は、爪部１０１及び爪部１０２に第１対象物Ｗ１を４点以上の接触点で把持させるよう制御を行う。

なお、「ケージング」とは、対象物（第１対象物Ｗ１）がある位置及び姿勢のときに、第１対象物Ｗ１が、一対の爪部１０１及び爪部１０２とによって閉じられた空間の中にあることをいう。ケージングでは、第１対象物Ｗ１の位置あるいは姿勢は、爪部１０１及び爪部１０２に拘束されておらず自由である。

「セルフアライメント」とは、爪部１０１及び爪部１０２が第１対象物Ｗ１を挟み込む際に、爪部１０１及び爪部１０２の形状や、爪部１０１及び爪部１０２と第１対象物Ｗ１との摩擦力によって、第１対象物Ｗ１を前記閉じられた空間の中で所定の位置に移動させることをいう。

「摩擦把持」とは、爪部１０１及び爪部１０２が第１対象物Ｗ１を４点以上の接触点で接触させて第１対象物Ｗ１を拘束し、かつ、摩擦力によって第１対象物Ｗ１を第１対象物Ｗ１が配置された面３３ａに対して垂直な方向に拘束して把持することをいう。

図２（ｂ）に示すように、爪部１０１の先端は、頂点ａ_１、ａ_２、ａ_３に囲まれた三角形（凹部ともいう）の形状（以下、爪部形状という）になっている。この爪部形状を３つのパラメーターα、β、ｄで表す。符号βは、線分ａ_１ａ_２と線分ａ_１ａ_３とのなす角を表し、符号αは、頂点ａ_２から線分ａ_１ａ_３に垂線（基線ともいう）をおろした場合の線分ａ_２ａ_３と垂線とのなす角を表す。また、符号ｄは、三角形ａ_１ａ_２ａ_３の底辺ａ_２までの高さ（＝ａ_２ａ_３ｃｏｓα）を表す。また、第１傾斜面１１１と第２傾斜面１２１との交点である点ａ_２を基点ともいう。

爪部１０１において、爪部形状のパラメーターα、β、ｄが取り得る範囲は、次式（１）のようになる。

以下、この爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出する手法について説明する。図３（ａ）と図３（ｂ）は、本実施形態に係る爪部の開閉機構を説明する図である。
図３（ａ）に示すように、制御装置６０は、爪部１０１及び爪部１０２を、各々の頂点ａ_１とａ_３とを結ぶ辺を延長して交わる点Ｑを中心として、互いの辺ａ_１ａ_３とを延長した線同士のなす角φを制御することで開閉する。また、爪部１０１及び爪部１０２を、爪部１０１の開閉における３つのパラメーター（以下、開閉パラメーターという）θ、γ、ｌ（エル）で表す。点Ｐは回転中心を表し、符号l（エル）は、点Ｐから爪部１０１の三角形ａ_１ａ_２ａ_３の下端ａ_１（点Ｂ；基端側の面の端部ともいう）までの距離を表す。符号γは把持部１０１が閉じている時のＢＰとｘ軸がなす角を表し、符号θは、把持部１０１が閉じている時のＢＰと爪部１０１が開いた状態の時のＢ’Ｐがなす角を表す。

次に、爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出する手順を、図面を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出する手順を説明する図である。
まず、図４を用いて爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出する手順の概略を説明する。

図示しない爪部設計装置は、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な範囲を算出する（ステップＳ１）。なお、本実施形態では、爪部１０１及び爪部１０２の爪部形状のパラメーターα、β、ｄを、爪部設計装置が算出する例について説明するが、例えば、これらの算出手順に従って算出を行う演算装置や、爪部の設計者が行うようにしてもよい。

次に、爪部設計装置は、後述するケージング条件とセルフアライメント条件を含む制約条件を用いて、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な範囲の絞り込みを行う（ステップＳ２）。

次に、爪部設計装置は、制約条件から爪部１０１及び爪部１０２の爪先形状の範囲の絞り込みを行う（ステップＳ３）。

次に、爪部設計装置は、爪部１０１及び爪部１０２の爪先形状を算出、すなわち、爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出する（ステップＳ４）。

［摩擦把持の条件］
次に、ステップＳ１で行う爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な範囲を計算手法について、詳細に説明する。爪部１０１及び爪部１０２が、対象物Ｗ１を把持する条件は、爪部１０１、１０２と対象物Ｗ１とが、少なくとも３点の接触点を有して接し、拘束していることである（摩擦把持の条件）。

ここで、まず、爪部設計装置は、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な対象物Ｗ１（部品）の最大の大きさを求める。

図５は、本実施形態に係る爪部が把持可能な部品を説明する図である。この図では、爪部１０１及び爪部１０２が把持する物体Ｍの形状は、ｘｙ平面から視たとき円形（例えば、円柱状）である。また、以下の説明において、爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出するため、前述した爪部１０１及び爪部１０２の先端の三角形の形状について説明する。なお、以下の説明では、爪部形状のパラメーターα、β、ｄが異なる把持部であっても、共通の符号１０１と１０２とを用いて、把持部１０１と１０２と称する。また、爪部１０１及び爪部１０２が把持する対象物Ｗ１は、以下、大きさが異なっても共通の符号Ｍを用いて、部品Ｍと称する。

また、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、爪部１０１の第１傾斜面１１１と物体Ｍとの接点を点ｐ_１、爪部１０１の第２傾斜面１２１と部品Ｍとの接点を点ｐ_２、爪部１０２の第１傾斜面１１２と部品Ｍとの接点を点ｐ_４、爪部１０２の第２傾斜面１２２と部品Ｍとの接点を点ｐ_３と称する。また、物体Ｍの中心点ｏは、基準線２０２上にあり、中心点ｏを通り、この基準線２０２に対して垂直な線分を中心線２０１と称する。

図５（ａ）は、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な部品を説明する図であり、図５（ｂ）は、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な最大の大きさの部品を説明する図であり、図５（ｃ）は、爪部１０１及び爪部１０２が把持不可能な部品を説明する図である。

図５（ａ）に示すように、中心線２０１は、接点ｐ_１とｐ_４を結ぶ線分と、接点ｐ_２とｐ_３を結ぶ線分との間に位置している。このような状態の場合、爪部１０１及び爪部１０２は、４つの接触点により部品Ｍを囲むように把持できるため、部品Ｍを摩擦把持により安定して把持している。

図５（ｃ）に示すように、中心線２０１は、接点ｐ_１とｐ_４を結ぶ線分よりｙ方向の正方向に位置している。このような状態の場合、爪部１０１及び爪部１０２は、４つの接触点により部品Ｍを囲むように把持できないため、部品Ｍを摩擦把持により安定して把持できない場合がある。例えば、物体Ｍと爪部１０１及び爪部１０２の摩擦係数が所定の値より小さい場合、部品Ｍは、摩擦把持された状態からｙ方向の正方向へ抜けて飛び出してしまう場合がある。

このため、爪部１０１及び爪部１０２が把持する部品Ｍの最大の大きさは、図５（ｂ）に示すように、中心線２０１と接点ｐ_１とｐ_４を結ぶ線分と一致する場合である。この爪部１０１及び爪部１０２の面（第１傾斜面１１１と１１２、第２傾斜面１２１と１２２）が把持できる部品Ｍの最大半径をｒ_ｍａｘ１（以下、把持可能な最大の大きさという）で表す。

図６は、本実施形態に係る把持可能な最大の大きさと爪部形状のパラメーターα、β、ｄとの関係を説明する図である。図６に示すように、部品Ｍは、４つの接点ｐ_１〜ｐ_４で部品Ｍを囲んでいる。すなわち、全ての接点ｐ_１〜ｐ_４と部品Ｍが、爪部１０１及び爪部１０２の面（第１傾斜面１１１と１１２、第２傾斜面１２１と１２２）にある。このように、４つの接点で部品Ｍを囲むことができる把持可能な最大の大きさをｒ_{ｍａｘ１１}で表す。

図７は、本実施形態に係る爪部の頂点と部品との関係により把持可能な部品の大きさを説明する図である。図８は、本実施形態に係る爪部の頂点と部品との関係を説明する図である。

図７（ａ）は、把持可能な場合を説明する図であり、図７（ｂ）は、把持不可能な場合を説明する図である。なお、以下の説明では、部品Ｍは、爪部１０１及び爪部１０２の材質より柔らかい樹脂などの場合について説明する。

図７（ａ）に示すように、部品Ｍは、爪部１０１の第２傾斜面１２１と接点ｐ_２で接触し、および爪部１０２の第２傾斜面１２２と接点ｐ_３で接触している。そして、部品Ｍは、爪部１０１の第１傾斜面１１１とは接していず、爪部１０１の先端の三角形ａ_１ａ_２ａ_３の頂点ａ_３（接点ｐ_３）で接触している。接点ｐ_１において、爪部１０１の三角形ａ_１ａ_２ａ_３の辺ａ_２ａ_３は、部品Ｍの接線である。このため、爪部１０１の頂点ａ_３は、部品Ｍに突き刺さらない。

一方、図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）と同様に、部品Ｍが、爪部１０１の第２傾斜面１２１と接点ｐ_２で接触し、および爪部１０２の第２傾斜面１２２と接点ｐ_３で接触している。しかしながら、爪部１０１の頂点ａ_１と部品Ｍは、接点ｐ_１で接している。この場合、接点ｐ_１において、爪部１０１の三角形ａ_１ａ_２ａ_３の辺ａ_２ａ_３は、部品Ｍの接線ではない。このため、爪部１０１の頂点ａ_３は、部品Ｍに突き刺ささる。
すなわち、把持可能な最大の大きさの条件として、爪部１０１の頂点ａ_３または頂点ａ_１が、部品Ｍに突き刺さらない必要がある。

以下、爪部１０１及び爪部１０２の頂点ａ_３と、爪部１０１及び爪部１０２の頂点ａ_１とを爪先と称する。

図８（ａ）は、爪部１０１及び爪部１０２の頂点ａ_３が部品Ｍに突き刺さらない条件を説明する図である。図８（ｂ）は、爪部１０１及び爪部１０２の頂点ａ_１が部品Ｍに突き刺さらない条件を説明する図である。図８（ａ）と図８（ｂ）の場合分けは、爪部形状のパラメーターαが、π／２−β未満であるか、π／２−β以上であるかである。このように、爪先に突き刺さらない条件を加味した把持可能な最大の大きさをｒ_{ｍａｘ１２}で表す。

この結果、図６と図８に示すように、把持可能な最大の大きさｒ_ｍａｘ１は、幾何学的関係から、爪部形状のパラメーターα、β、ｄおよび開閉パラメーターθ、γ、ｌ（エル）により、次式（２）〜次式（４）のようになる。

なお、式（２）において、ｒ_ｍａｘ１が、ｒ_{ｍａｘ１１}かｒ_{ｍａｘ１２}かが選択されるかは、爪先の形状により異なる。また、式（４）において、ｉｆは、場合分けを表し、αがπ／２−β未満の場合は、ｒ_{ｍａｘ１２}＝ｄ／ｃｏｓ（α）×ｔａｎ（（π／２−β＋α）／２）であり、αがπ／２−β以上の場合は、ｒ_{ｍａｘ１２}＝ｄ／ｓｉｎ（β）×ｔａｎ（（π／２−β＋α）／２）である。

次に、爪部１０１及び爪部１０２を閉じた状態について説明する。図９は、本実施形態に係る爪部を閉じた時に把持可能な部品の大きさを説明する図である。

図９（ｂ）に示すように、爪部１０１及び爪部１０２を閉じた場合、爪部１０１及び爪部１０２の第１傾斜面１１１と１１２、第２傾斜面１２１と１２２のおのおのの面は、部品Ｍとそれぞれ接点ｐ_１〜ｐ_４と接している。この状態の部品Ｍは、爪部１０１及び爪部１０２によって把持可能な最小の大きさｒ_ｍｉｎ１である。

一方、図９（ａ）に示すように、部品Ｍが小さい場合、爪部１０１及び爪部１０２を閉じた時、部品Ｍは、４つの接点ｐ_１〜ｐ_４すべてと接することができない。このような状態を、爪部１０１及び爪部１０２が部品Ｍを把持できない（把持不可能）とする。

また、図９（ｃ）に示すように、部品Ｍの後端は、爪部１０１及び爪部１０２の第２傾斜面１２１と１２２において接点ｐ_２とｐ_３に接している。そして、部品Ｍの先端と爪部１０１及び爪部１０２の接点ｐ_１とｐ_４は、爪部１０１及び爪部１０２の先端ａ_３である。また、線分ａ_２ａ_３は、部品Ｍの接線である。このような状態は、図８で説明したように、爪部１０１及び爪部１０２が部品Ｍに突き刺さらない状態であるため、把持可能な状態である。

図１０は、本実施形態に係る爪部により把持可能な部品の最小の大きさの算出を説明する図である。この状態は、図９（ｂ）と同様に、爪部１０１及び爪部１０２を閉じた時に、部品Ｍが爪部１０１及び爪部１０２の面（第１傾斜面１１１と１１２、第２傾斜面１２１と１２２）に４つの接点ｐ_１〜ｐ_４で接している状態である。部品Ｍが円のため、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な部品Ｍの最小の大きさｒ_ｍｉｎ１は、爪を閉じたときの内接円の半径である。従って、把持可能な部品の最小の大きさ は、図１０に示す幾何学的関係から次式（５）のように求められる。

以上で、ステップＳ１で行う演算の説明を終了する。

次に、ステップＳ２で行う処理について詳細に説明する。ステップＳ２では、ケージング条件とセルフアライメント条件を制約条件として用い、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な範囲の絞り込みを行う。

図１１は、本実施形態に係るケージング領域のパラメーターを説明する図である。図１１（ａ）に示すように、符号ｒは、部品Ｍの半径を表す。部品Ｍの中心点ｏが自由に動ける空間Ｓを、ｘ方向の長さをｃ_２、ｙ方向の長さをｃ_１で表す。また、図１１（ｂ）に示すように、符号Ｈは、ケージング領域Ｓのｙ方向の正方向側の頂点を表し、符号Ｊは、ｙ方向の負方向側の頂点を表す。また、符号Ｉは、ケージング領域Ｓの線分ＨＪに対して負方向側のｘ方向の頂点を表し、符号Ｋは、線分ＨＪに対して正方向側のｘ方向の頂点を表す。すなわち、ｙ方向の長さｃ_１は、頂点ＨとＪとの間の距離であり、ｘ方向の長さｃ_２は、頂点ＩとＫとの間の距離である。

図１２は、本実施形態に係るケージング領域の形状と各パラメーターを説明する図である。

まず、符号についての定義を行う。図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、爪部１０１及び爪部１０２の三角形ａ_１ａ_２ａ_３において、符号ｌ（エル）_２は、頂点ａ_３とａ_１とのｙ方向の距離を表す。また、図１１で説明したｙ方向の長さｃ_１を、ケージング領域の形状に応じて、符号ｃ_１１、ｃ_１２で表す。また、図１１で説明したｘ方向の長さｃ_２を、ケージング領域の形状に応じて、符号ｃ_２１、ｃ_２２、ｃ_２３、ｃ_２４で表す。また、符号ｌ（エル）_１は、三角形ａ_１ａ_２ａ_３の頂点ａ_１を符号Ｂで表し、点Ｂと頂点Ｊとのｘ方向の距離を表す。

まず、図１２（ａ）と図１２（ｂ）に示すように、ケージング領域Ｓの頂点ＩＪＫで囲まれた領域の形状により、ｙ方向の長さｃ_１１とｃ_１２に場合分けする。左右の爪部１０１及び爪部１０２の爪先の先端位置の距離は、部品Ｍの直径以下となる。すなわち、距離ｃ_１１の上端は左右の爪部１０１及び爪部１０２の爪先の先端位置の中点となる。

図１２（ａ）に示すように、ケージング領域Ｓの線分は、頂点ＩとＪの間が直線であり且つ頂点ＪとＫとの間が直線である。そして、ケージング領域Ｓの線分は、頂点ＨとＩの間が直線ではない且つ頂点ＨとＫとの間が直線でない。また、図１２（ａ）に示すように、点Ｂと頂点Ｊとの距離はｒではない。このような状態のケージング領域Ｓのｙ方向の長さをｃ_１１とする。

図１２（ｂ）に示すように、ケージング領域Ｓの線分は、頂点ＩとＪの間が直線だけではなく且つ頂点ＪとＫとの間が直線だけではない。すなわち、頂点ＩとＪの間の線分は、図１２（ｂ）に示すように、直線と曲線と有している。そして、ケージング領域Ｓの線分は、頂点ＨとＩの間と、頂点ＨとＫの間とは、各々、直線と曲線と有している。また、図１２（ｂ）に示すように、点Ｂと頂点Ｊとの距離はｒである。このような状態のケージング領域Ｓのｙ方向の長さをｃ_１２とする。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）に示すように、ケージング領域Ｓのｙ方向の距離ｃ_１は、次式（６）のように場合分けされる。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）に示した幾何学的関係から、ケージング領域Ｓのｙ方向の長さをｃ_１１とｃ_１２は、次式（７）〜次式（８）のようになる。

式（７）、式（８）において、距離ｌ（エル）_１、距離ｌ（エル）_２は、次式（９）〜次式（１０）である。

また、式（７）、式（８）において、角度θは、次式（１１）である

なお、式（１１）において、ａ、ｂ、ｃは、次式（１２）〜次式（１４）である。

［ケージング条件］
次に、ケージング領域Ｓの形状により、図１３〜図１６に示すように、ケージング領域Ｓのｘ方向の距離ｃ_２をｃ_２１〜ｃ_２４に場合分けする。

図１３は、本実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ_２１の場合を説明する図である。図１４は、本実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ_２２の場合を説明する図である。図１５は、本実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ_２３の場合を説明する図である。図１６は、本実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ_２４の場合を説明する図である。

まず、図１３〜図１６で用いる符号について定義する。符号Ｔは、爪部１０１の三角形ａ_１ａ_２ａ_３の頂点ａ_３を表し、符号Ｂは、頂点ａ_１を表す。また、符号Ｃは、ケージング領域Ｓの頂点Ｊを表す。符号Ｌ１は、ケージング領域Ｓの頂点Ｊと頂点Ｉを結ぶ線分を通る直線を表す。符号Ａは、頂点Ｉと頂点Ｈとの間の直線範囲の終点を表す。すなわち、図１３において、線分ＩＡは直線であり、線分ＡＨは曲線である。

直線Ｌ２は、ケージング領域Ｓの頂点Ｉと頂点Ｈとの間の直線範囲ＩＡを通る直線である。符号ｌ（エル）_３は、ケージング領域Ｓの頂点Ｊと、爪部１０１の三角形ａ_１ａ_２ａ_３の頂点ａ_２とのｘ方向の距離を表す。また、符号ｌ（エル）_４は、点Ａ（円弧と直線の境界（上側））と直線Ｌ１との距離を表し、符号ｌ（エル）_５は、点Ｃ（円弧と直線の境界（下側））と直線Ｌ２との距離を表す。符号ｌ（エル）_６は、点Ａと点Ｂ（爪先の先端）の距離、ｌ（エル）_７は点Ｃと点Ｔ（爪先の先端）の距離を表す。

図１３〜図１６に示すように、ケージング領域Ｓの頂点ＩＫの距離ｃ_２は、次式（１５）のように場合分けされる。

式（１５）において、例えば、ｌ_４が０（ゼロ）より大きいとは、ケージング領域Ｓの頂点Ｉと頂点Ｈとの間に直線領域があることを意味している。また、ｌ_４が０（ゼロ）未満とは、ケージング領域Ｓの頂点Ｉと頂点Ｈとの間に直線領域がない、すなわち曲線領域があることを意味している。ｌ_４が０（ゼロ）以上とは、ケージング領域Ｓの頂点Ｉと頂点Ｈとの間に直線領域があり、曲線領域を含むことを意味している。

図１３に示すように、距離ｃ_２１を有するケージング領域Ｓは、頂点Ｈと頂点Ｉの区間が直線と曲線で形成され、頂点Ｉと頂点Ｊの区間が直線のみで形成されている。図１４に示すように、距離ｃ_２２を有するケージング領域Ｓは、頂点Ｈと頂点Ｉの区間が曲線のみで形成され、頂点Ｉと頂点Ｊの区間が直線のみで形成されている。図１５に示すように、距離ｃ_２３を有するケージング領域Ｓは、頂点Ｈと頂点Ｉの区間が直線と曲線で形成され、頂点Ｉと頂点Ｊの区間が曲線のみで形成されている。図１６に示すように、距離ｃ_２４を有するケージング領域Ｓは、頂点Ｈと頂点Ｉの区間が曲線のみで形成され、頂点Ｉと頂点Ｊの区間が曲線のみで形成されている。

図１３〜図１６に示した幾何学的関係から、ケージング領域Ｓのｘ方向の長さをｃ_２１〜ｃ_２４は、次式（１６）〜次式（１９）のようになる。

なお、式（１６）〜式（１９）において、ｌ（エル）_３〜ｌ（エル）_７、角度θは、次式（２０）〜次式（２５）である。

なお、式（２５）において、ａ、ｂ、ｃは、次式（２６）〜次式（２８）である。

ケージング領域Ｓが大きいほど，部品Ｍの位置誤差に対してロバストな把持が可能となる。また、部品Ｍが大きいほどケージング領域Ｓの距離ｃ_１およびｃ_２の値は小さくなる。そこで許容可能な位置誤差の最小値ｃ_ｌｉｍを定め、距離ｃ_１またはｃ_２が最小値ｃ_ｌｉｍを下回る部品Ｍの大きさをケージング可能な最大の大きさｒ_ｍａｘ２とする。爪部設計装置は、ｒ_ｍａｘ２を式（６）及び式（１５）から数値計算により求める。

図１７は、本実施形態に係るケージング可能な最大の大きさｒ_ｍａｘ２と距離ｃ_１、ｃ_２、ｃ_ｌｉｍの関係を説明する図である。図１７において、縦軸は、距離ｃ_１、ｃ_２、ｃ_ｌｉｍの長さであり、横軸は部品Ｍの半径である。図１７に示すように、ケージング可能な最大の大きさｒ_ｍａｘ２は、距離ｃ_１またはｃ_２の曲線と最小値ｃ_ｌｉｍの交点のｒが小さい値を選択する。例えば、式（６）の場合分けでｃ_１２が選択され、式（１５）の選択でｃ_２１が選択された場合、ケージング可能な最大の大きさｒ_ｍａｘ２は、距離ｃ_１２またはｃ_２１の曲線と最小値ｃ_ｌｉｍの交点のｒが小さい値を選択する。

また、最小値ｃ_ｌｉｍは、許容される位置誤差である。許容される位置誤差とは、ケージングが成立する状態で部品Ｍが自由に動ける範囲（ケージング領域Ｓ）の事で、例えば最小値ｃ_ｌｉｍ＝２．０［ｍｍ］であれば、距離ｃ_１またはｃ_２が２．０［ｍｍ］となる。

この値は、例えばカメラで対象物を認識して、把持部１０Ａで物体を把持する場合に、カメラの認識誤差や把持部１０Ａの位置決め誤差等が、ｃ_１、ｃ_２を２．０［ｍｍ］で形成する領域Ｓの範囲内であれば、ｒ_ｍａｘ２の部品Ｍをケージングが出来る事を意味している。

［セルフアライメント条件］
次に、爪部設計装置が、セルフアライメントが可能な部品Ｍの最大の大きさを算出する方法について説明する。

図１８は、本実施形態に係るセルフアライメントの条件を説明する図である。図１８（ａ）に示すように、部品Ｍは、爪部１０１及び爪部１０２の第２傾斜面１２１と１２２の接点ｐ_２とｐ₃で接触している。この状態で、爪部１０１及び爪部１０２が互いに近づく方向に移動、すなわち閉じると、部品Ｍが、ｙ方向の正方向に移動させられる。これにより、セルフアライメントが行われる（上方向のセルフアライメントともいう）。また、図１８（ａ）において、符号φは、爪部１０１の線分ａ_１ａ_２と、頂点ａ_１を始点としｙ方向に平行な線分４０１とのなす角を表す。

また、図１８（ｂ）に示すように、部品Ｍは、爪部１０１及び爪部１０２の第１傾斜面１１１と１１２の接点ｐ_１とｐ_４で接触している。この状態で、爪部１０１及び爪部１０２が互いに近づく方向に移動、すなわち閉じると、部品Ｍが、ｙ方向の負方向に移動させられる。これにより、セルフアライメントが行われる（下方向のセルフアライメントともいう）。また、図１８（ｂ）において、符号φは、爪部１０１の線分ａ_３ａ_２と、頂点ａ_３を始点としｙ方向に平行な線分４１１とのなす角を表す。
このなす角φは、爪部１０１と部品Ｍの接触角である。

図１９は、本実施形態に係る爪部から部品に加わる力を説明する図である。図１９（ａ）は、図１８（ａ）と同様に上方向のセルフアライメント時の爪部から部品に加わる力を説明する図である。図１９（ｂ）は、図１８（ｂ）と同様に上方向のセルフアライメント時の爪部から部品に加わる力を説明する図である。また、図１９（ｂ）において、符号ｘｂは、爪部１０１の頂点ａ_３から部品Ｍの中心点ｏを通る線分４２１までの距離である。図２０は、本実施形態に係るｒと頂点ａ_２の関係を説明する図である。

図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示すように、爪部１０１及び爪部１０２から部品Ｍに加わる力Ｆを、爪部方向（線分ａ_２ａ_１方向または線分ａ_３ａ_２方向）の力ｆ_ｓとｘ方向の力ｆ_ｘに分解すると次式（２９）のように表される。

また、部品Ｍに対して働く摩擦力ｆ_ｆは、摩擦係数をμとすると、次式（３０）のように表される。

式（２９）、式（３０）より、爪部１０１及び爪部１０２を閉じることによって、部品Ｍが移動する条件は、次式（３１）のように表される。

式（３１）において、次式（３２）のように置く。

次に、上方向のセルフアライメントの場合のセルフアライメント条件を説明する。図１９（ｂ）に示すように、接触角φは、次式（３３）のように表される。

式（３３）のように、爪部１０１及び爪部１０２を閉じるほど、接触角φが小さくなるため、βが（ｔａｎ^−１μ）未満の範囲では、セルフアライメントの途中で部品Ｍが止まってしまう場合がある。このため、上方向へセルフアライメントが可能な部品Ｍの最小の大きさｒ_ｍｉｎ２は、図１９（a）に示した幾何学的関係から、次式（３４）のように表される。

式（３４）に、式（３３）を代入すると、次式（３５）のようになる。

次に、下方向のセルフアライメントの場合のセルフアライメント条件を説明する。図１９（ｂ）に示すように、接触角φは、次式（３６）のように表される。

式（３６）のように、爪部１０１及び爪部１０２を閉じるほど、接触角φが大きくなるため、（π／２−α）が（ｔａｎ^−１μ）以上の範囲では、最も爪部１０１及び爪部１０２が開いたときに、セルフアライメントが可能である。このため、下方向へセルフアライメントが可能な部品Ｍの最大の大きさｒ_ｍａｘ３は、図１９（ｂ）に示した幾何学的関係から、次式（３７）のように表される。

式（３７）に、式（３６）を代入すると、次式（３８）のようになる。

以上のように、ステップＳ２では、爪部設計装置が、ケージング条件に基づき、ケージング可能な部品Ｍの最大の大きさｒ_ｍａｘ２を式（６）と式（１５）から算出する。さらに、爪部設計装置は、セルフアライメント条件に基づき、上方向へセルフアライメントが可能な部品Ｍの最小の大きさｒ_ｍｉｎ２を式（３５）から算出し、下方向へセルフアライメントが可能な部品Ｍの最大の大きさｒ_ｍａｘ３を式（３８）から算出する。

以上で、ステップＳ２で行う演算の説明を終了する。

［対象部品組み付け可能な条件］
次に、ステップＳ３で行う処理について詳細に説明する。ステップＳ３では、部品Ｍを取り付ける場合について考慮するときに用いる条件について説明する。

図２１は、本実施形態に係る部品Ｍを取り付ける場合に用いる条件を説明する図である。図２１（ａ）に示すように、爪部１０１及び爪部１０２は、把持した部品Ｍ１を取り付け先の部品Ｍ２の歯車同士が組み合うように取り付ける。つまり、部品Ｍ１とＭ２は、例えば歯車を有するギアである。図２１（ｂ）は、爪部先が、取り付ける部品Ｍ２と干渉なく組み付けが可能な条件を説明する図である。また、図２２は、本実施形態に係る爪部先が取り付ける部品Ｍ２と干渉している例を説明する図である。

図２１（ｂ）において、符号ｏ_１は部品Ｍ１の中心点であり、符号ｏ_２は、取り付けられる部品Ｍ２の中心点である。また、符号ｌ（エル）_８は、爪部１０１の三角形ａ_１ａ_２ａ_３の頂点ａ１と部品Ｍ１の中心点ｏ_１とのｘ方向の距離を表し、符号ｌ（エル）_９は、爪部１０１の頂点ａ１と頂点ａ_３との距離を表し、符号ｌ（エル）_１０は、取り付けられる部品Ｍ２の中心点ｏ_２と爪部１０１の頂点ａ_１との距離のｙ成分を表す。

図２２に示すように、爪部１０１及び爪部１０２が、歯車の部品Ｍ１を歯車の部品Ｍ２に取り付ける場合、あまり部品Ｍ１を包み込むような爪部先形状であると、もう一方の歯車と爪先が干渉してしまう。すなわち爪部１０１及び爪部１０２は、干渉なく組み付けが可能な条件として、次式（３９）を満たす必要がある。

なお、式（３９）において、距離ｌ（エル）_８、ｌ（エル）_９、ｌ（エル）_１０は、次式（４０）〜次式（４２）である。

なお、式（４２）において、図２１（ｂ）に示すように、ｒ_１は把持対象の歯車の半径を表し、ｒ_２は組み付けしている相手である歯車の半径を表し、ｄ_１は歯車の軸間距離を表している。

以上のように、ステップＳ３では、爪部設計装置が、部品組み付け可能な条件に基づき、爪部１０１及び爪部１０２の条件を式（３９）により算出する。

なお、ステップＳ３は、図２１（ａ）に示したような歯車同士の取り付け時に考慮する必要があるが、例えば、把持された部品Ｍを軸に取り付ける場合には考慮しないようにしてもよい。この場合、ステップＳ３の演算処理は行わないようにしてもよい。

なお、本実施形態では、取り付け先の部品Ｍ２に干渉しない条件を設定する例を説明したが、把持する部品Ｍの大きさに応じて、爪部１０１及び爪部１０２が取り付け部品Ｍ２と干渉する部分を削除するようにしてもよい。この場合においても、前述した摩擦把持する条件、セルフアライメント条件、ケージング条件を満たすようにして、干渉部分を削除する。

以上で、ステップＳ３で行う演算の説明を終了する。

次に、ステップＳ４で行う処理について詳細に説明する。ステップＳ４では、ステップＳ１〜ステップＳ３で算出された結果を用いて、爪部１０１及び爪部１０２の爪先形状を算出する。

爪部設計装置は、許容可能な位置誤差ｃ_ｌｉｍ、摩擦係数μを用いて次式（４３）と次式（４４）により、爪先形状において把持可能な部品Ｍの最小の大きさｒ_ｍｉｎと、把持可能な最大の大きさｒ_ｍａｘを算出する。

すなわち、爪部設計装置は、式（４３）により、部品Ｍの最小の大きさｒ_ｍｉｎとして、摩擦把持可能な部品Ｍの最小の大きさｒ_ｍｉｎ１と、先端から基端へのセルフアライメントが可能な部品Ｍの最小の大きさｒ_ｍｉｎ２のうち、大きい値を選択する。また、爪部設計装置は、式（４４）により、部品Ｍの最大の大きさｒ_ｍａｘとして、摩擦把持可能な部品Ｍの最大の大きさｒ_ｍａｘ１と、部品Ｍの中心が移動可能な領域が最大となる部品Ｍの最大の大きさｒ_ｍａｘ２と、先端から基端へのセルフアライメントが可能な部品Ｍの最大の大きさｒ_ｍａｘ３と、のうち、最も小さい値を選択する。このようにして選択された部品Ｍの最小の大きさｒ_ｍｉｎと部品Ｍの最大の大きさｒ_ｍａｘとが、爪部１０１及び爪部１０２で把持可能な部品Ｍの大きさの範囲である。

なお、爪部１０１、１０２の先端部は、必ずしも厳密な意味での端部のみを示しているのではなく、例えば、図３（ａ）のように、点ａ_１と点ａ_３を通る直線を含む先端の方の側面やそれに類する箇所も含んでいる。同様に、爪部１０１、１０２の基部は、必ずしも厳密な意味での端部のみを示しているのではなく、例えば、図３（ａ）のように、点ａ_１と点ａ_３を通る直線を含む後ろ端の方の側面やそれに類する箇所も含んでいる。

また、明細書中の式は対象物が円である前提で示しているが、歯車でも近似的に外接円として扱うことで十分に成り立つものである。

［ロボットハンド］
次に、上記のように設計された爪部１０１及び爪部１０２を有するロボットハンドＲＨの本体部１１の構成を示す模式図である。図２３（ａ）及び図２３（ｂ）は、指部４１及び４２と本体部１１との構成を示す図である。
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）に示すように、本体部１１は、指部４１及び４２に連結されたリンク機構ＣＮと、当該リンク機構ＣＮを駆動する駆動部ＡＣＴと、これらリンク機構ＣＮ及び駆動部ＡＣＴを支持する支持機構ＦＬを備えている。

支持機構ＦＬは、ステージ５０９及び支持柱５１０を有している。ステージ５０９は、例えば円板状に形成されている。支持柱５１０は、ステージ５０９上に設けられており、＋Ｙ方向に立った状態で配置されている。支持柱５１０はステージ５０９に固定されており、ステージ５０９と支持柱５１０とは一体的に設けられている。

リンク機構ＣＮは、一対の指部４１及び４２が同期して対象物に対して近づくまたは遠ざかる方向に移動するように把持部１０Ａを駆動する。リンク機構ＣＮは、指部４１及び４２を支持する支持部材５２０を有している。支持部材５２０は、指部４１に連結される支持部材５２０Ａと、指部４２に連結される支持部材５２０Ｂとを有している。

支持部材５２０は、例えば棒状に形成された剛性部材である。なお、指部４１及び４２は関節部５１２に支持されており、支持部材５２０は、当該関節部５１２に接続されている。このため、指部４１及び４２は、関節部５１２を介して支持部材５２０に支持されていることになる。

各支持部材５２０は、連結部材５２２に連結されている。連結部材５２２は、支持部材５２０との連結部から分岐されている。連結部材５２２の分岐部分のうち一方が関節部５１４に接続されており、他方が関節部５１５に接続されている。関節部５１４は、固定部材５２１に取り付けられている。固定部材５２１は、支持機構ＦＬの支持柱５１０に固定されている。このため、関節部５１４は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の移動が規制されている。

一方、関節部５１４は、Ｚ軸周りには回転可能に支持されている。このため、支持部材５２０は、関節部５１４を中心としてＺ軸周りに回転可能である。各支持部材５２０が関節部５１４を中心としてＺ軸周りに回転することで、一対の指部４１及び４２が開閉する構成となっている。

関節部５１５は、連結部材５０４に連結されている。連結部材５０４は、関節部５１６を介して昇降部材５０５に連結されている。昇降部材５０５は、例えば角柱状に形成されている。昇降部材５０５は、駆動部ＡＣＴに接続されており、Ｙ方向に移動可能に設けられている。

駆動部ＡＣＴは、モーター装置ＭＴＲを有している。モーター装置ＭＴＲは、支持柱５１０に固定されている。モーター装置ＭＴＲは、不図示の回転軸を有しており、当該回転軸をＹ軸周りに回転させる。モーター装置ＭＴＲの回転軸は、ステージ５０９上に設けられたギア部５３０に接続されている。また、モーター装置ＭＴＲの回転軸には、エンコーダーＥＣが取り付けられている。エンコーダーＥＣは、モーター装置ＭＴＲによる回転軸の回転角度を検出する。

ギア部５３０には、駆動ベルト５０８が掛けられている。当該駆動ベルト５０８は、ギア部５３０と、ステージ５０９上に設けられたプーリー部５３１との間に掛け渡されている。

プーリー部５３１は、ボールネジ機構５０７のボルト部５０７ａに接続されている。ボルト部５０７ａは、Ｙ軸回りに回転可能に設けられると共に、Ｙ方向への移動が規制されている。ボルト部５０７ａには、ナット部５０７ｂが螺合されている。ナット部５０７ｂは、昇降部材５０５に一体的に接続されており、Ｙ方向へ移動可能に設けられているが、Ｙ軸周りの回転が規制されている。

上記のように構成された把持部１０Ａの動作を説明する。モーター装置ＭＴＲが回転軸を回転させることにより、ギア部５３０がＹ軸周りに回転する。ギア部５３０がＹ軸周りに回転することで駆動ベルト５０８が回転移動し、当該駆動ベルト５０８の回転移動によりプーリー部５３１がＹ軸周りに回転する。

プーリー部５３１がＹ軸周りに回転すると、ボルト部５０７ａがＹ軸周りに回転する。この回転により、ボルト部５０７ａとナット部５０７ｂとの間で相対的な回転移動が生じ、ナット部５０７ｂがＹ方向に移動する。この移動により、ナット部５０７ｂに一体的に接続された昇降部材５０５がＹ方向に移動する。

なお、モーター装置ＭＴＲの回転方向を調整することで、例えば昇降部材５０５を＋Ｙ方向に移動させると、連結部材５０４が＋Ｙ方向に移動し、関節部５１５を＋Ｙ方向に押し出す。各支持部材５２０は関節部５１４においてＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の移動が規制されている。このため、各支持部材５２０は、この関節部５１５の動きにより、関節部５１４を中心として一対の指部４１及び４２を近づける方向に回転する。

また、昇降部材５０５を例えば−Ｙ方向に移動させると、連結部材５０４が−Ｙ方向に移動し、関節部５１５を−Ｙ方向に引っ張る。各支持部材５２０は関節部５１４においてＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の移動が規制されている。このため、各支持部材５２０は、この関節部５１５の動きにより、関節部５１４を中心として一対の指部４１及び４２を遠ざける方向に回転する。

次に、上記のロボットハンドＲＨにおいて、爪部１０１及び爪部１０２によって把持される対象物の寸法及び中心位置を検出する手順を説明する。
図２４は、ロボットハンドＲＨを用いて対象物（部品Ｍ）の寸法及び中心位置を検出する手順を示すフローチャートである。

図２４に示すように、まず、エンコーダーＥＣを用いて、モーター装置ＭＴＲの回転角度を検出する（ステップ１０１）。次に、リンク機構ＣＮの移動距離を算出する（ステップ１０２）。次に、爪部１０１及び爪部１０２の開き角を算出する（ステップ１０３）。以上の結果をもとに、部品Ｍの寸法（半径）を算出する（ステップ１０４）と共に、部品Ｍの中心位置（座標）を算出する（ステップ１０５）。以下、順に説明する。

［回転角度の検出］
エンコーダーＥＣの変化量をＥ（パルス）とすると、例えばエンコーダーＥＣの１（パルス）に対応するモーター装置ＭＴＲの回転角度を０．００１°とすると、モーター装置ＭＴＲの回転角度Ｍ（ｄｅｇ）は、式（４５）で示される。

［リンク機構の移動距離］
例えば、ボールネジ機構５０７のボルト部５０７ａに形成されたネジ山のピッチが１ｍｍである場合、モーター装置ＭＴＲが１回転すると、ナット部５０７ｂはＹ方向に１ｍｍ移動することになる。このことを考慮し、以下の式（４６）に基づいて、モーター装置ＭＴＲの回転角度Ｍからリンク機構ＣＮの移動距離Ｘ（ｍｍ）を算出する。

［爪部の開き角］
図２５は、一対の指部４１、４２及びリンク機構ＣＮの構成を示す図であり、図２３の一部を拡大して示す図である。図２６は、図２５の構成を模式的に示す図である。なお、図２６では、一対の指部４１及び４２のうち、指部４２を代表させて示している。これに伴い、以下では指部４２の構成を中心に説明するが、以下の説明は指部４１についても適用可能である。

図２５及び図２６に示すように、指部４２の第二傾斜面１２２の端部（−Ｙ側端部）から関節部５１４までの直線距離をｌとし、昇降部材５０５のうちＸ方向の中央部から関節部５１６までの距離をＡ_Ｌとし、関節部５１６から関節部５１５までの距離をＢ_Ｌとし、関節部５１５から関節部５１４までの距離をＣ_Ｌとする。

ここで、指部４１と指部４２とを閉じた状態（図２６において図中実線で示した状態：以下、「第一状態」と表記する）において、Ｘ方向（２つの関節部５１４を結ぶ直線に平行な方向）と支持部材５２０との間の傾斜角度をγとする。また、指部４１と指部４２との間を開いた状態（図２６において図中一点鎖線で示した状態：以下、「第二状態」と表記する）において、指部４２の開き角をθとする。また、支持部材５２０と連結部材５２２の分岐部分（関節部５１５側）とがなす角度をδとする。

以上のようにパラメーターを設定した場合、図２６に示すように、第一状態において、関節部５１５と関節部５１６との間のＹ方向の距離は、以下の式（４７）で示される。また、この場合、関節部５１５と関節部５１４との間のＹ方向の距離は以下の式（４８）で示される。

また、第二状態において、関節部５１５と関節部５１６との間のＹ方向の距離は、以下の式（４９）で示される。また、この場合、関節部５１５と関節部５１４との間のＹ方向の距離は以下の式（５０）で示される。

以上の式（４７）〜式（５０）を用いてリンク機構ＣＮの移動距離Ｘを求める。この場合、リンク機構ＣＮの移動距離Ｘは、関節部５１６の移動距離に等しい。ここで、図２６（ａ）及び図２６（ｂ）に示すように、関節部５１６の移動距離Ｘと、式（４７）との和は、式（４８）と、式（４９）と式（５０）との和に等しい。このことから、下記式（５１）を得る。

式（５０）を変形すると、下記の式（５２）を得る。

ここで、以下の式（５３）〜式（５５）のようにａ、ｂ、ｃを定義する。

すると、上記式（５２）は、ａ、ｂ、ｃを用いて以下の式（５６）のように示される。

上記式（５６）を開き角θについて変形すると、以下の式（５７）を得る。

［部品の寸法（半径）］
爪部１０１と爪部１０２との間の開き角θの場合の部品Ｍの半径ｒの導出を行う。爪部１０１と爪部１０２及びリンク機構ＣＮは、左右対称であるから、中心線に対して一方（例、左側）のみを考え、その結果を他方（例、右側）に対しても適用すればよい。

図２７（ａ）及び図２７（ｂ）は、部品Ｍの寸法を算出するための概念図である。
図２７（ａ）及び図２７（ｂ）に示すように、爪部１０１の三角形の頂点を根元側から順に、点Ａ、点Ｂ及び点Ｃとする。部品Ｍの中心を点Ｄ、部品Ｍと爪部１０１との接触点を根元側から順に点Ｅ、点Ｆとする。点Ｂから中心線に対して垂線を下ろしたときの交点を点Ｇとし、点Ａから線分ＢＧに垂線を下ろしたときの交点を点Ｈとする。点Ａから中心線に垂線を下ろしたときの交点を点Ｉとする。

線分ＢＧの長さは、上記の式（２０）で示されたｌ_３と同一あり、線分ＦＤ及び線分ＥＤの長さは共にｒであるから、線分ＢＤは∠ＡＢＣの二等分線である。∠ＡＢＣの大きさは、以下の式（５８）の通りであるから、∠ＡＢＤの大きさは以下の式（５９）のようになる。また、∠ＡＢＨの大きさは以下の式（６０）のようになる。

よって、∠ＤＧＢは、以下の式（６１）のようになる。

したがって、三角形ＤＢＧを考えると、線分ＢＤの長さは、以下の式（６２）で示される。

三角形ＢＤＥを考えると、求めるｒは、以下の式（６３）のようになる。

［部品の中心位置（座標）］
図２８は、爪部１０１が閉じた状態と開いた状態とを示している。
図２８に示すように、爪部１０１が閉じた状態における三角形の頂点を根元側から順に、点Ａ、点Ｂ及び点Ｃとする。なお、点Ａは、中心線上に位置する。また、爪部１０１が開き角θで開いた状態における三角形の頂点を根元側から順に、点Ａ´、点Ｂ´及び点Ｃ´とする。また、点Ａ´から中心線に対して垂線を下ろしたときの交点を点Ｇとする。

このとき、爪部１０１が閉じた状態から、開き角θで開いた状態となったときに、三角形の根元側の頂点（点Ａ）は、線分ＡＧの長さに等しい分、Ｙ方向に移動することになる。このときの線分ＡＧの長さ（点ＡのＹ方向の移動距離）は、式（６４）によって示される。

また、図２７において、点Ｄの座標が求める中心点の座標（Ｐｘ、Ｐｙ）である。点Ｄは中心線上に位置するため、Ｘ座標Ｐｘは０である。ここでは、点ＤのＹ座標を求める場合を説明する。なお、点ＤのＹ座標としては、爪部１０１が閉じた状態における三角形の根元側の頂点（図２８の点Ａ）を基準（原点）とする。

点Ｄと、点Ａ（爪部１０１が開いた状態の三角形の根元側の頂点）とのＹ方向の距離は、線分ＩＧと線分ＧＤとの和である。線分ＩＧの長さは、以下の式（６５）で示される。また、線分ＧＤの長さは、以下の式（６６）で示される。

したがって、点Ｄの座標（Ｐｘ、Ｐｙ）は、上記の式（６４）〜式（６６）より、以下の式（６７）で示される。

以上のように、本実施形態によれば、把持部１０Ａ、１０Ｂの動作によって対象物である部品Ｍを所定の位置で把持することができる。これにより、対象物の寸法及び中心座標を検出可能となるように対象物を把持することができる。この場合、一対の爪部１０１及び１０２の開閉角度を検出するエンコーダーＥＣを更に備え、制御装置６０がエンコーダーＥＣの検出結果に基づいて部品Ｍの寸法（半径ｒ）及び中心位置（座標（Ｐｘ、Ｐｙ））を算出することとしたので、これらの対象物の寸法及び中心座標を簡単に検出することができる。

図２９は、本実施形態に係る演算結果による爪部の設計例を説明する図である。

図２９（ａ）は、式（４３）と式（４４）により算出された爪部１０２の例である。
上述したように、爪先形状のパラメーターは、ｄ＝４．１［ｍｍ］、α＝６１．８［ｄｅｇ］、β＝１８．４［ｄｅｇ］である。この爪部の把持可能な部品Ｍの直径の範囲は、９．３［ｍｍ］〜３３．５［ｍｍ］である。

すなわち、このようなパラメーターの爪部を備えるロボット１は、部品の直径が９．３［ｍｍ］〜３３．５［ｍｍ］の範囲で把持可能である。

また、図２９（ｂ）に示すように、爪部１０２’は、図２９（ａ）に示した爪部１０２から部品Ｍを把持する上で不要な部分を削除したものである。このように、爪部１０１と１０２の形状から、部品Ｍを把持する上で不要な部分を削除するようにしてもよい。

図３０は、本実施形態に係る爪部の他の設計例を説明する図である。図３０（ａ）は、爪部の斜視図であり、図３０（ｂ）は、爪部の三面図である。

図３０に示すように、爪部１０２’は、第１傾斜面１１１に相当する箇所に鍔５０１、第２傾斜面１２１に相当する箇所に鍔５０２を備えている。図３０（ｂ）の側面図に示すように、鍔５０１（リブ）と鍔５０２（リブ）の高さはｄ１である。すなわち、鍔５０１と鍔５０２は、爪部１０２’の面５１０に対して、高さｄ１だけ凸状の形状に形成されている。鍔５０１が、第１傾斜面（先端側面）であり、鍔５０２が、第２傾斜面（基端側面）である。

このように、爪部１０２’は、鍔５０１と５０２を備えるようにしたので、図２９（ａ）の爪先形状から部品Ｍを把持する上で不要な部分を削除しても、部品Ｍを把持することが可能になる。このように、第１傾斜面（先端側面）と第２傾斜面（基端側面）とが連続していなくてもよい。また、この鍔５０１と５０２は、ｚ軸方向（特に正方向）に対して部品Ｍをケージングする効果も有する。また、上記のように不要な部分を削除した場合、ロボットハンドＲＨの軽量化、材料削減によるコスト低下、周辺部品への干渉防止といった点や、狭い部分への侵入が可能な点など、特有の効果を奏する。

［第二実施形態］
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の第二実施形態におけるロボットシステムは、第１の部品が取り付けられたアセンブリー部品に、ロボット本体が搬送する第２の部品を第１の部品に物理的な負荷をかけずに組み合わせて取り付ける組立てシステムである。本実施形態では、第１の部品および第２の部品が平歯車（以下、歯車という。）である例について説明する。

図３１は、第二実施形態であるロボット装置を適用したロボットシステムが作業を行う様子を示す、概略の外観図である。
同図において、ロボットシステム８０１は、ロボット本体８１０と、把持部８１１と、ロボット制御装置８２０と、撮影装置８３０と、ケーブル８４０と、ケーブル８４１とを含んで構成される。
ロボット本体８１０とロボット制御装置８２０とケーブル８４１とは、ロボット装置に含まれる。

ロボット本体８１０は、具体的には、地面に対して固定された支持台８１０ａと、旋回可能および屈伸可能に支持台８１０ａに連結されたアーム部８１０ｂと、旋回可能および首振り可能にアーム部８１０ｂに連結されたハンド部１０ｃとを含んで構成される。ロボット本体８１０は、例えば７軸垂直多関節ロボットであり、支持台８１０ａとアーム部８１０ｂとハンド部１０ｃとの連係した動作によって７軸の自由度を有する。つまり、その７軸の自由度は、支持台８１０ａおよびアーム部８１０ｂによる６軸の自由度と、ハンド部１０ｃによる１軸の自由度とである。

ロボット本体８１０は、把持部８１１を可動に備える。把持部８１１は、本発明の爪部を備える。なお、図３１では、把持部８１１を、その機能を示すために模式的に示してある。

ロボット本体８１０は、ロボット制御装置８２０から供給されるロボット制御命令を取り込み、このロボット制御命令による駆動制御によって、把持部８１１の位置および姿勢を三次元空間内で所望に変更し、また把持部８１１の爪部を開閉させる。

なお、ロボット本体８１０は、７軸の自由度を有するものに限られず、例えば、６軸の自由度を有するものであってもよい。また、支持台８１０ａを、壁や天井等、地面に対して固定された場所に設置してもよい。

図３１に示すように、ロボット本体８１０の動作による把持部８１１の可動範囲内には、アセンブリー部品８０５が設置されている。なお、同図では、アセンブリー部品８０５の支持台（机）の図示を省略してある。アセンブリー部品８０５は、板状の基台８５０と、基台８５０に対してそれぞれ略垂直（垂直を含む。）に立てられた軸８５１と、軸８５２とを備える。そして、アセンブリー部品８０５は、軸８５１に歯車８５３（第１の部品）が取り付けられ、軸８５２に歯車８５４（第２の部品）が取り付けられて構成される。ただし、アセンブリー部品８０５は、軸８５１に歯車８５３が取り付けられた後、軸８５２に歯車８５４が取り付けられることにより完成される。
なお、同図における部品や構造等の縮尺は、図を明りょうなものとするために実際のものとは異なる。

撮影装置８３０は、アセンブリー部品８０５を撮影して静止画像または動画像である撮影画像を取得し、この撮影画像を、ケーブル８４０を介してロボット制御装置８２０に供給する。

撮影装置８３０は、例えば、デジタルカメラ装置、デジタルビデオカメラ装置により実現され、アセンブリー部品８０５に対して略垂直（垂直を含む。）上方において、撮影方向が略垂直（垂直を含む。）下方となる位置に固定設置される。ただし、図３１において、軸８５１と軸８５２との距離に対して、軸８５１および軸８５２と撮影装置８３０との距離は十分に長い。

ケーブル８４０は、ロボット制御装置８２０が出力する撮影装置８３０に対する制御データを撮影装置８３０に供給したり、撮影装置８３０が出力する応答データや撮影画像をロボット制御装置８２０に供給したりする。制御データは、例えば、ロボット制御装置８２０が撮影装置８３０に対して通知する、撮影開始命令や撮影停止命令等の制御命令を含む。応答データは、例えば、撮影装置８３０がロボット制御装置８２０に対して通知する、制御データに対する応答を含む。

ケーブル８４１は、ロボット制御装置８２０が出力するロボット制御命令をロボット本体８１０に供給したり、ロボット本体８１０が出力するロボット制御応答をロボット制御装置８２０に供給したりする。ロボット制御命令は、ロボット本体８１０の各可動部を駆動制御する制御命令である。ロボット制御応答は、例えば、ロボット本体８１０がロボット制御装置８２０に対して通知する、ロボット制御命令に対する応答を含む。ケーブル８４１は、例えば、シリアル通信線等のケーブルやコンピューターネットワークである。

ロボット制御装置８２０は、撮影装置８３０から供給される、アセンブリー部品８０５の追跡画像を取り込み、この追跡画像に基づいてロボット本体８１０の各可動部の動作を制御し、歯車８５４を軸８５２に通してアセンブリー部品８０５に取り付けさせる。

［第三実施形態］
本発明の第三実施形態におけるロボットシステムでは、ロボット本体は、２系統のアームを備える。本実施形態では、各アームにはハンドが取り付けられている。そしてこのロボットシステムは、ロボット本体の一方のアームのハンドに取り付けられた撮影装置によってアセンブリー部品の撮影画像を取得し、他方のアームのハンドに取り付けられた把持部によって部品を搬送させる。

図３２は、第三実施形態におけるロボットシステムの概略の外観図である。
同図において、ロボットシステム８０２は、ロボット本体８６０と、撮影装置８６１と、把持部８６２と、ロボット制御装置８２０と、ケーブル８６３とを含んで構成される。

ロボット本体８６０とロボット制御装置８２０とケーブル８６３とは、ロボット装置に含まれる。
ロボット制御装置８２０は、第二実施形態と同様の構成であるため、ロボット制御装置８２０についての詳細な説明を省略する。

ロボット本体８６０は、具体的には、地面に対して可動に設置された本体８６０ａと、旋回可能に本体８６０ａに連結された首部８６０ｂと、首部８６０ｂに対して固定された頭部８６０ｃと、旋回可能および屈伸可能に頭部８６０ｃに連結された第１アーム部８６０ｄと、旋回可能および屈伸可能に頭部８６０ｃに連結された第２アーム部８６０ｅと、ロボット本体８６０の設置面に対してロボット本体８６０を移動可能に本体８６０ａに取り付けられた搬送部８６０ｆとを含んで構成される。

第１アーム部８６０ｄの開放端であるハンドには、把持部８６２が取り付けられている。また、第２アーム部８６０ｅの開放端であるハンドには、撮影装置８６１が取り付けられている。

搬送部８６０ｆは、ロボット本体８６０の設置面に対して、ロボット本体８６０を一定方向または方向自在に移動可能に支持する。搬送部８６０ｆは、四組の車輪、四組のキャスター、一対の無限軌道等により実現される。

ロボット本体８６０は、例えば、２系統のアームを備えた垂直多関節ロボット（双腕ロボット）である。ロボット本体８６０は、ロボット制御装置８２０から供給されるロボット制御命令を取り込み、このロボット制御命令による駆動制御によって、撮影装置８６１および把持部８６２それぞれの位置および姿勢を三次元空間内で所望に変更し、また把持部８６２の爪部を開閉させる。

撮影装置８６１は、被写体を撮影して静止画像または動画像である撮影画像を取得し、この撮影画像をロボット制御装置８２０に供給する。撮影装置８６１は、例えば、デジタルカメラ装置、デジタルビデオカメラ装置により実現される。

把持部８６２は、本発明の爪部を備える。なお、図３２では、把持部８６２を、その機能を示すために模式的に示してある。

ケーブル８６３は、ロボット制御装置８２０が出力するロボット制御命令をロボット本体８６０に供給したり、ロボット本体８６０が出力するロボット制御応答をロボット制御装置８２０に供給したりする。ロボット制御命令は、ロボット本体８６０の各可動部を駆動制御する制御命令である。ロボット制御応答は、例えば、ロボット本体８６０がロボット制御装置８２０に対して通知する、ロボット制御命令に対する応答を含む。ケーブル８６３は、例えば、シリアル通信線等のケーブルやコンピューターネットワークである。

ロボット制御装置８２０は、ロボット本体８６０の首部８６０ｂと頭部８６０ｃと第２アーム部８６０ｅとの動作を制御し、撮影装置８６１の位置および姿勢を変更させる。具体的に、ロボット制御装置８２０は、撮影装置８６１を、図示しないアセンブリー部品に対して略垂直上方において、撮影方向が略垂直下方となる位置に設置させる。

また、ロボット制御装置８２０は、ロボット制御装置８２０は、撮影装置８６１から供給される、アセンブリー部品の撮影画像を取り込み、この撮影画像に基づいてロボット本体８６０の首部８６０ｂと頭部８６０ｃと第１アーム部８６０ｄとの動作を制御し、第二実施形態と同様に、歯車を軸に通してアセンブリー部品に取り付ける。

以上説明したとおり、本発明の第二実施形態および第三実施形態におけるロボット制御装置８２０では、テンプレート画像記憶部８２２が、互いに正常に組み合わされた状態での歯車８５３および歯車８５４の画像をテンプレート画像として記憶する。このテンプレート画像は、例えば、歯車８５３と歯車８５４とが互いに正常に組み合わされて基台８５０に取り付けられた状態のアセンブリー部品８０５を撮影した撮影装置８３０から供給される画像である。

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。
なお、本実施形態では、爪部が部品を把持して、搬送あるいは第２対象物に組み付ける例を説明したが、例えば、アームに設けられているカメラで撮像された画像を用いて取り付けるようにしても良い。カメラは、制御装置６０の制御によって、部品または第２対象物を撮像し、取り付け位置を撮影した画像に基づき認識するようにしてもよい。そして、認識した結果に基づき、部品を第２対象物の取り付け位置に移動するように制御装置が制御するようにしてもよい。

以上のように、爪部を設計することで、小型かつ軽量な部品の把持が可能なハンドの把持可能な部品の径の大きさの範囲が最も広くなる形状を求める事が可能となる。また、ロボットがこのように設計された爪部を備えているため、小型かつ軽量な部品の把持が可能で、さらに把持可能な部品の大きさの範囲を広くすることができる。また、把持可能な部品の大きさの範囲が広いため、ロボットに装着する爪部を部品毎に取り替える頻度が少なくなり、ロボットが幅広い大きさの部品を把持することができる。

なお、本実施形態では、爪部１０１と１０２とを備える組み立てロボットに適用する例を説明したが、例えば、本実施形態のロボット１を、搬送装置などに適用してもよい。
また、本実施形態では、対象物を把持して搬送、または組み込む例を説明したが、例えば、物体の分解や検査など所定の動作を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、指部４１及び指部４２が３点の接触点で対象物を把持する構成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４１及び指部４２が４点以上の接触点で対象物を把持する構成であっても構わない。

なお、実施形態の図１の制御部、図示しない爪部設計装置の各部の機能を実現するためのプログラムをコンピューター読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピューターシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピューターシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。

また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ） Ｉ／Ｆ（インタフェース）を介して接続されるＵＳＢメモリー、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、サーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリーのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

１…ロボット １０Ａ、１０Ｂ…把持部 ２０Ａ、２０Ｂアーム（移動装置）
Ｗ１、Ｍ、Ｍ１…第１対象物（部品） Ｗ２、Ｍ２…第２対象物
３０…ステージ（移動装置） ３３…第１ベルトコンベア、３４…第２ベルトコンベア、３７…ステージ ５０…基台 ４０Ａ、４０Ｂ…カメラ
６０…制御装置 ７０…入力装置
４１Ａ、４１Ｂ、１０１、１０２…爪部
ＲＨ…ロボットハンド ＣＮ…リンク機構 ＥＣ…エンコーダー

Claims (10)

1. 対象物を把持可能な一対の指部と、
   前記一対の指部にそれぞれ連結されると共に、前記一対の指部との連結部分とは異なる部分にそれぞれ第一分岐部及び第二分岐部が形成された一対の連結部と、
   前記一対の連結部の前記第一分岐部同士を接続すると共に、前記一対の連結部を回転可能に支持する支持部と、
   前記一対の連結部の前記第二分岐部同士を接続すると共に、前記一対の連結部を回転可能に支持し、前記一対の連結部が回転する方向に移動可能な可動部と、
   前記一対の連結部の回転に連動して前記一対の指部が開閉するように前記可動部を移動させる駆動部と、
   前記対象物の周辺に前記一対の指部を配置させると共に、前記駆動部を制御して前記一対の指部を前記対象物が載置された載置面と平行な面で開閉させることで前記対象物の側方から前記一対の指部の間に前記対象物を挟み込ませ、３点以上の接触点で前記一対の指部に前記対象物を把持させる制御装置と
   を備えるロボットハンド。
2. 前記一対の指部の開閉角度を検出する検出部を更に備え、
   前記制御装置は、前記検出部の検出結果に基づいて前記対象物の寸法及び中心位置を含む情報を算出する
   請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記検出部は、前記可動部の移動量に基づいて前記開閉角度を検出する
   請求項２に記載のロボットハンド。
4. 前記支持部は、前記回転方向とは異なる方向への前記一対の連結部の移動を規制する
   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. 前記可動部は、前記一対の連結部の回転面に平行な方向とは異なる方向への前記一対の連結部の移動を規制する
   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. 前記可動部は、回転軸が移動方向に沿うように配置され回転軸周りに回転可能に設けられたボルト部に対して螺合されると共に、前記ボルト部の回転によって前記移動方向に移動可能に設けられており、
   前記駆動部は、
   回転軸が前記可動部の移動方向に沿うように配置された軸部と、
   前記軸部を回転させる駆動源と、
   前記軸部と前記ボルト部との間に架け渡され、前記軸部の回転を前記ボルト部に伝達するベルト部と
   を有し、
   前記軸部、前記ベルト部及び前記ボルト部は、コ字状に配置されている
   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. 前記一対の指部は、前記連結部に対して着脱可能に設けられている
   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. 前記連結部は、
   前記一対の指部に対して着脱可能に連結される支持部材と、
   前記支持部材に対して着脱可能に連結され、前記第一分岐部及び前記第二分岐部が設けられた連結部材と
   を有する
   請求項７に記載のロボットハンド。
9. 基部と、
   前記基部に設けられたロボットハンドと
   を備えるロボット装置であって、
   前記ロボットハンドは、
   対象物を把持可能な一対の指部と、
   前記一対の指部にそれぞれ連結されると共に、前記一対の指部との連結部分とは異なる部分にそれぞれ第一分岐部及び第二分岐部が形成された一対の連結部と、
   前記一対の連結部の前記第一分岐部同士を接続すると共に、前記一対の連結部を回転可能に支持する支持部と、
   前記一対の連結部の前記第二分岐部同士を接続すると共に、前記一対の連結部を回転可能に支持し、前記一対の連結部が回転する方向に移動可能な可動部と、
   前記一対の連結部の回転に連動して前記一対の指部が開閉するように前記可動部を移動させる駆動部と、
   前記ロボットハンドが搭載され、前記対象物の周辺に前記一対の指部を配置させると共に、前記駆動部を制御して前記一対の指部を前記対象物が載置された載置面と平行な面で開閉させることで前記対象物の側方から前記一対の指部の間に前記対象物を挟み込ませ、３点以上の接触点で前記一対の指部に前記対象物を把持させる制御装置と
   を有する
   ロボット装置。
10. 対象物を把持可能な一対の指部と、
    前記一対の指部にそれぞれ連結されると共に、前記一対の指部との連結部分とは異なる部分にそれぞれ第一分岐部及び第二分岐部が形成された一対の連結部と、
    前記一対の連結部の前記第一分岐部同士を接続すると共に、前記一対の連結部を回転可能に支持する支持部と、
    前記一対の連結部の前記第二分岐部同士を接続すると共に、前記一対の連結部を回転可能に支持し、前記一対の連結部が回転する方向に移動可能な可動部と、
    前記一対の連結部の回転に連動して前記一対の指部が開閉するように前記可動部を移動させる駆動部と、
    前記一対の指部の開閉角度を検出する検出部と
    を備えるロボットハンドの駆動方法であって、
    前記対象物の周辺に前記一対の指部を配置させるステップと、
    前記一対の指部を前記対象物が載置された載置面と平行な面で開閉させるステップと、
    前記対象物の側方から前記一対の指部の間に前記対象物を挟み込ませることで３点以上の接触点で前記一対の指部に前記対象物を把持させるステップと、
    前記検出部の検出結果に基づいて前記対象物の寸法及び中心位置を含む情報を算出するステップと
    を含むロボットハンドの駆動方法。

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