JP2014039988A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な制御で載置面に載置された厚みの薄い把持対象物を把持することができるロボットハンドを提供すること。
【解決手段】指先側回動部１３における指先部１２を回動させるための駆動力を、掌側回動部１５における中間指部１４を回動させるための駆動力よりも小さくするとともに、指先側回動部１３における指先部１２を回動させる回動速度を、掌側回動部１５における中間指部１４を回動させる回動速度よりも速くした。そして、平坦面状の載置面Ｈ１に載置された厚みの薄い把持対象物Ｈを把持する場合、制御部１６は、指先部１２が把持対象物Ｈから離れる方向に回動するように指先側回動部１３を制御するとともに、中間指部１４が指先部１２の回動方向と反対方向に回動するように掌側回動部１５を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、把持対象物を把持する多関節構造の指機構を備えたロボットハンドに関する。

この種のものとして、例えば特許文献１のものがある。このようなロボットハンドは、掌部と、掌部に取り付けられる複数の指機構とを有している。各指機構は、把持対象物を把持する指先部と、指先部を回動自在に支持する指先側回動部と、指先側回動部と掌部との間に設けられる少なくとも一つの中間指部と、中間指部を回動自在に支持する掌側回動部とを有している。そして、各指機構の指先部によって把持対象物を把持する際には、指先側回動部及び掌側回動部によって指先部及び中間指部が回動することで、各指機構の動きの自由度が向上し、把持対象物を効率良く把持することが可能となっている。

特許第４７９８１０５号公報

ところで、このようなロボットハンドを用いて、平坦面状の載置面に載置された厚みの薄い把持対象物を把持したい場合がある。この場合、各指機構の指先部を把持対象物の両側に位置させた状態で、各指先部を把持対象物に近づけるように各指先側回動部によって各指先部を回動させると、各指先部が載置面に対して接離する方向へ移動する。すなわち、各指先部によって把持対象物を把持可能とするには、各指先部が各指先側回動部によって回動されて各指先部の先端が載置面に対して最も近づいたときに、各指先部が把持対象物の両端に接触して各指先部によって把持対象物を両側から挟み込むことが必要となる。しかし、このようにするためには、各指先部同士の間隔の調整、及び各指先側回動部と載置面との間隔の調整を精度良く行なう必要があり、それぞれの位置制御が複雑化してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡単な制御で載置面に載置された厚みの薄い把持対象物を把持することができるロボットハンドを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、掌部と、前記掌部に取り付けられるとともに把持対象物を把持する複数の指機構と、を備えるロボットハンドであって、前記複数の指機構は、指先部と、前記指先部を回動自在に支持する指先側回動部と、前記指先側回動部と前記掌部との間に設けられる少なくとも一つの中間指部と、前記中間指部を回動自在に支持する掌側回動部と、をそれぞれ有し、前記指先側回動部における前記指先部を回動させるための駆動力は前記掌側回動部における前記中間指部を回動させるための駆動力よりも小さいとともに、前記指先側回動部における前記指先部を回動させる回動速度は前記掌側回動部における前記中間指部を回動させる回動速度よりも速く、前記指先側回動部における前記指先部の回動方向と前記掌側回動部における前記中間指部の回動方向とを独立して制御可能であることを要旨とする。

この発明によれば、例えば、指先部が把持対象物から離れる方向に回動するように指先側回動部を制御するとともに、中間指部が指先部の回動方向と反対方向に回動するように掌側回動部を制御することで、指先部を、載置面に接触させた状態で、その載置面上を滑らせるように把持対象物に向けて移動させることができる。したがって、各指先部同士の間隔の調整、及び各指先側回動部と載置面との間隔の調整を精度良く行なわずとも、簡単な制御で載置面に載置された厚みの薄い把持対象物を把持することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記指先部は、柔軟性を有する材料から形成されるとともに前記指先部の腹部を少なくとも形成する柔軟部と、前記柔軟部よりも硬く、且つ摩擦係数が低い材料で形成されるとともに前記腹部と対向する位置に設けられる爪部と、を有していることを要旨とする。

この発明によれば、例えば、指先部を載置面上を滑らせるようにして厚みの薄い把持対象物を把持する場合、摩擦係数の低い指先部の爪部が載置面に接触するように制御することで、指先部を、載置面上を滑らせるようにして把持対象物に向けてスムーズに移動させることができる。また、腹部は、柔軟性を有する材料により形成されている。よって、指先部により把持対象物を把持したときに、腹部が把持対象物の外郭形状に沿って変形するため、把持対象物を傷付けてしまうことを抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記把持対象物が載置される載置面に前記指先部の先端が接触した状態で、前記指先部が前記把持対象物から離れる方向に回動するように前記指先側回動部を制御するとともに、前記中間指部が前記指先部の回動方向と反対方向に回動するように前記掌側回動部を制御することを要旨とする。

この発明によれば、指先部の先端を、載置面に接触させた状態で、その載置面上を滑らせるように把持対象物に向けて移動させることができる。したがって、各指先部同士の間隔の調整、及び各指先側回動部と載置面との間隔の調整を精度良く行なわずとも、簡単な制御で載置面に載置された厚みの薄い把持対象物を把持することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記把持対象物を把持する際には、前記指先部が前記把持対象物に接触するまで、前記掌部を、その位置が維持されるように制御することを要旨とする。

この発明によれば、掌部の位置が維持されているため、例えば、載置面に載置された厚みの薄い把持対象物を把持する場合において、指先部を、載置面に接触した状態で載置面上を滑らせるようにして把持対象物に向けて移動させる際に、掌部の位置が載置面側に動いて指先部を載置面に押し付けてしまうことを防止することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記指先部が前記把持対象物に接触した際に前記指先側回動部の駆動を停止することを要旨とする。

指先部が把持対象物に接触すれば、指先側回動部の駆動を停止しても、掌側回動部の駆動のみで把持対象物を把持することができるため、指先部が把持対象物に接触した際に指先側回動部の駆動を停止することで、ロボットハンドにおける省エネルギー化を図ることができる。

この発明によれば、簡単な制御で載置面に載置された厚みの薄い把持対象物を把持することができる。

（ａ）は実施形態におけるロボットハンドの概略図、（ｂ）はロボットハンドの電気的構成を示すブロック図。 各指先部が把持対象物から離れる方向へ回動して、各指先部の爪部が載置面に接触した状態を示す概略図。 各指先部を載置面上を滑らせるようにして把持対象物に向けて移動させて、各指先部により把持対象物を把持した状態を示す概略図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、ロボットハンド１０は、掌部１０ａと、掌部１０ａに取り付けられるとともに把持対象物Ｈを把持する一対の指機構１１とを有している。すなわち、本実施形態では、複数の指機構１１が掌部１０ａに取り付けられている。掌部１０ａには駆動装置１０ｂが接続されている。

各指機構１１は、指先部１２と、指先部１２を回動自在に支持する指先側回動部１３と、指先側回動部１３と掌部１０ａとの間に設けられる中間指部１４と、中間指部１４を回動自在に支持する掌側回動部１５とから構成されている。指先側回動部１３及び掌側回動部１５は、例えば超音波モータを備えた振動アクチュエータである。

指先側回動部１３における指先部１２を回動させるための駆動力は、掌側回動部１５における中間指部１４を回動させるための駆動力よりも小さくなっている。また、指先側回動部１３における指先部１２を回動させる回動速度は、掌側回動部１５における中間指部１４を回動させる回動速度よりも速くなっている。具体的には、掌側回動部１５を構成する超音波モータには減速機が設けられている。これにより、掌側回動部１５における中間指部１４を回動させるための駆動力が、指先側回動部１３における指先部１２を回動させるための駆動力よりも大きくなるとともに、掌側回動部１５における中間指部１４を回動させる回動速度が、指先側回動部１３における指先部１２を回動させる回動速度よりも遅くなる。

指先部１２は、柔軟性を有する材料（例えばシリコンゴムやウレタン樹脂等のゴム系材料、又は樹脂材料）により形成される柔軟部１２ａを有している。柔軟部１２ａは、指先部１２の腹側を形成する腹部１２１ａと、指先部１２の背側を形成する背部１２２ａとを備える。背部１２２ａの先端側には、柔軟部１２ａよりも硬く、且つ摩擦係数が低い材料（例えばＡＢＳ樹脂等の樹脂材料）により形成される平板状をなす爪部１２ｂが設けられている。爪部１２ｂは、指先部１２の先端に向かうにつれて腹部１２１ａ側へ傾斜している。

図１（ｂ）に示すように、駆動装置１０ｂ、指先側回動部１３及び掌側回動部１５には制御部１６が接続されている。そして、制御部１６からの指令により駆動装置１０ｂ、指先側回動部１３及び掌側回動部１５が駆動制御されるとともに、掌部１０ａ、中間指部１４、及び指先部１２の駆動が制御される。具体的には、駆動装置１０ｂが駆動制御されることで、掌部１０ａの駆動が制御されて、ロボットハンド１０を任意の位置に位置合わせすることができるとともに、指機構１１の延設方向を変更することができるようになっている。また、掌側回動部１５が駆動制御されることで、掌側回動部１５における中間指部１４の回動方向が制御されて、例えば、両指先部１２同士の間の間隔を調整することができるようになっている。さらに、指先側回動部１３が駆動制御されることで、指先側回動部１３における指先部１２の回動方向が制御されて、例えば、把持動作を行うことができるようになっている。よって、本実施形態では、制御部１６は、指先側回動部１３における指先部１２の回動方向と、掌側回動部１５における中間指部１４の回動方向とを独立して制御可能になっている。

次に、本実施形態の作用を、上記構成のロボットハンド１０を用いて、平坦面状の載置面Ｈ１に載置された厚みの薄い把持対象物Ｈを把持する場合を例に説明する。
図１（ａ）に示すように、まず、制御部１６の指令により駆動装置１０ｂを駆動制御するとともに、掌部１０ａの駆動を制御し、ロボットハンド１０を把持対象物Ｈの上方に位置合わせする。また、このとき、制御部１６の指令により駆動装置１０ｂを駆動制御するとともに、掌部１０ａの駆動を制御し、指機構１１の延設方向が載置面Ｈ１側に向くように調整される。なお、各指先部１２同士の間隔は、各指先部１２が把持対象物Ｈの両側に位置するように調整されている。

続いて、図２に示すように、制御部１６の指令により駆動装置１０ｂを駆動制御するとともに、掌部１０ａの駆動を制御し、ロボットハンド１０を載置面Ｈ１側へ移動させる。すると、各指先部１２の先端が載置面Ｈ１に接触する。載置面Ｈ１に各指先部１２の先端が接触すると、制御部１６の指令により駆動装置１０ｂの駆動が停止される。これにより、掌部１０ａの位置が維持される。なお、制御部１６は、指先部１２が把持対象物Ｈに接触するまで、掌部１０ａを、その位置が維持されるように制御する。

続いて、制御部１６の指令により各指先側回動部１３における指先部１２の回動方向が把持対象物Ｈから離れる方向（図２に示す矢印Ｒ１の方向）となるように、各指先側回動部１３における指先部１２の回動方向を駆動制御する。すると、各指先部１２が把持対象物Ｈから離れる方向へ回動するとともに、各指先部１２の爪部１２ｂが載置面Ｈ１に接触する。この各指先部１２の爪部１２ｂと載置面Ｈ１との接触により、各指先部１２の位置が維持される。

続いて、図３に示すように、制御部１６の指令により各掌側回動部１５における中間指部１４の回動方向が、指先部１２の回動方向と反対方向（図３に示す矢印Ｒ２の方向）となるように、各掌側回動部１５における中間指部１４の回動方向を駆動制御する。このとき、各指先側回動部１３における指先部１２を回動させるための駆動力は、各掌側回動部１５における中間指部１４を回動させるための駆動力よりも小さくなっているとともに、各指先側回動部１３における指先部１２を回動させる回動速度は、各掌側回動部１５における中間指部１４を回動させる回動速度よりも速くなっている。その結果、各指先部１２の爪部１２ｂが載置面Ｈ１に接触した状態で、載置面Ｈ１上を滑るようにして各指先部１２が把持対象物Ｈに向けて移動する。このとき、爪部１２ｂは、柔軟部１２ａよりも硬く、且つ摩擦係数が低い材料で形成されているため、各指先部１２が、載置面Ｈ１上を滑るようにして把持対象物Ｈに向けてスムーズに移動する。

そして、各指先部１２の腹部１２１ａが把持対象物Ｈの両側に接触することで、把持対象物Ｈが各指先部１２によって両側から挟み込まれる。各指先部１２が把持対象物Ｈに接触すると、制御部１６の指令により各指先側回動部１３の駆動が停止される。このとき、各掌側回動部１５の駆動によって各中間指部１４及び各指先部１２が互いに近づく方向へ回動されることで、各指先部１２の腹部１２１ａによって把持対象物Ｈが把持される。ここで、腹部１２１ａは、柔軟性を有する材料により形成されている。よって、各指先部１２により把持対象物Ｈを把持したときに、腹部１２１ａが把持対象物Ｈの外郭形状に沿って変形するため、把持対象物Ｈを傷付けてしまうことが抑制されている。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）指先側回動部１３における指先部１２を回動させるための駆動力を、掌側回動部１５における中間指部１４を回動させるための駆動力よりも小さくするとともに、指先側回動部１３における指先部１２を回動させる回動速度を、掌側回動部１５における中間指部１４を回動させる回動速度よりも速くした。さらに、指先側回動部１３における指先部１２の回動方向と、掌側回動部１５における中間指部１４の回動方向とは独立して制御可能である。これによれば、例えば、指先部１２が把持対象物Ｈから離れる方向に回動するように指先側回動部１３を制御するとともに、中間指部１４が指先部１２の回動方向と反対方向に回動するように掌側回動部１５を制御することで、指先部１２を、載置面Ｈ１に接触させた状態で、その載置面Ｈ１上を滑らせるように把持対象物Ｈに向けて移動させることができる。したがって、各指先部１２同士の間隔の調整、及び各指先側回動部１３と載置面Ｈ１との間隔の調整を精度良く行なわずとも、簡単な制御で載置面Ｈ１に載置された厚みの薄い把持対象物Ｈを把持することができる。

（２）指先部１２は、柔軟性を有する材料から形成されるとともに指先部１２の腹部１２１ａを少なくとも形成する柔軟部１２ａと、柔軟部１２ａよりも硬く、且つ摩擦係数が低い材料で形成されるとともに腹部１２１ａと対向する位置に設けられる爪部１２ｂと、を有している。よって、平坦面状の載置面Ｈ１に載置された厚みの薄い把持対象物Ｈを把持する場合、摩擦係数の低い指先部１２の爪部１２ｂが載置面Ｈ１に接触することで、指先部１２を、載置面Ｈ１上を滑らせるようにして把持対象物Ｈに向けてスムーズに移動させることができる。また、腹部１２１ａは、柔軟性を有する材料により形成されている。よって、指先部１２により把持対象物Ｈを把持したときに、腹部１２１ａが把持対象物Ｈの外郭形状に沿って変形するため、把持対象物Ｈを傷付けてしまうことを抑制することができる。

（３）載置面Ｈ１に各指先部１２の先端が接触した状態で、制御部１６は、指先部１２が把持対象物Ｈから離れる方向に回動するように指先側回動部１３を制御するとともに、中間指部１４が、指先部１２の回動方向と反対方向に回動するように掌側回動部１５を制御する。これによれば、各指先部１２の先端を、載置面Ｈ１に接触させた状態で、その載置面Ｈ１上を滑らせるように把持対象物Ｈに向けて移動させることができる。したがって、各指先部１２同士の間隔の調整、及び各指先側回動部１３と載置面Ｈ１との間隔の調整を精度良く行なわずとも、簡単な制御で載置面Ｈ１に載置された厚みの薄い把持対象物Ｈを把持することができる。

（４）制御部１６は、把持対象物Ｈを把持する際に、指先部１２が把持対象物Ｈに接触するまで、掌部１０ａを、その位置が維持されるように制御する。これによれば、平坦面状の載置面Ｈ１に載置された厚みの薄い把持対象物Ｈを把持する場合において、指先部１２を、載置面Ｈ１に接触した状態で載置面Ｈ１上を滑らせるようにして把持対象物Ｈに向けて移動させる際に、掌部１０ａの位置が載置面Ｈ１側に動いて指先部１２を載置面Ｈ１に押し付けてしまうことを防止することができる。

（５）指先部１２が把持対象物Ｈに接触した際に指先側回動部１３の駆動を停止するようにした。指先部１２が把持対象物Ｈに接触すれば、指先側回動部１３の駆動を停止しても、掌側回動部１５の駆動のみで把持対象物Ｈを把持することができるため、指先部１２が把持対象物Ｈに接触した際に指先側回動部１３の駆動を停止することで、ロボットハンド１０における省エネルギー化を図ることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、指先部１２が把持対象物Ｈに接触した際に指先側回動部１３の駆動を停止しなくてもよい。

○ 実施形態において、把持対象物Ｈを把持する際に掌部１０ａの位置が維持されていなくてもよい。
○ 実施形態において、爪部１２ｂが柔軟部１２ａと同じ材質で形成されていてもよいし、腹部１２１ａが爪部１２ｂと同じ材質で形成されていてもよい。

○ 実施形態において、指先側回動部１３と掌部１０ａとの間に中間指部１４が二つ以上設けられていてもよい。
○ 実施形態において、掌部１０ａに指機構１１が３本以上取り付けられていてもよい。

○ 実施形態において、指先側回動部１３及び掌側回動部１５として、例えば、サーボモータを備えたアクチュエータを用いてもよい。
○ 実施形態において、ロボットハンド１０の用途は、平坦面状の載置面Ｈ１に載置された厚みの薄い把持対象物Ｈを把持する場合に限定されるものではなく、例えば、箱の中に収容された把持対象物を把持する場合に用いてもよい。この場合、制御部１６は、各掌側回動部１５における中間指部１４の回動方向と、各指先側回動部１３における指先部１２の回動方向とが同じ方向となるように、各掌側回動部１５における中間指部１４の回動方向、及び各指先側回動部１３における指先部１２の回動方向を駆動制御してもよい。

１０…ロボットハンド、１０ａ…掌部、１１…指機構、１２…指先部、１２ａ…柔軟部、１２ｂ…爪部、１３…指先側回動部、１４…中間指部、１５…掌側回動部、１２１ａ…腹部、Ｈ…把持対象物、Ｈ１…載置面。

Claims (5)

1. 掌部と、前記掌部に取り付けられるとともに把持対象物を把持する複数の指機構と、を備えるロボットハンドであって、
   前記複数の指機構は、指先部と、前記指先部を回動自在に支持する指先側回動部と、前記指先側回動部と前記掌部との間に設けられる少なくとも一つの中間指部と、前記中間指部を回動自在に支持する掌側回動部と、をそれぞれ有し、
   前記指先側回動部における前記指先部を回動させるための駆動力は前記掌側回動部における前記中間指部を回動させるための駆動力よりも小さいとともに、前記指先側回動部における前記指先部を回動させる回動速度は前記掌側回動部における前記中間指部を回動させる回動速度よりも速く、
   前記指先側回動部における前記指先部の回動方向と前記掌側回動部における前記中間指部の回動方向とを独立して制御可能であることを特徴とするロボットハンド。
2. 前記指先部は、柔軟性を有する材料から形成されるとともに前記指先部の腹部を少なくとも形成する柔軟部と、前記柔軟部よりも硬く、且つ摩擦係数が低い材料で形成されるとともに前記腹部と対向する位置に設けられる爪部と、を有してい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. 前記把持対象物が載置される載置面に前記指先部の先端が接触した状態で、
   前記指先部が前記把持対象物から離れる方向に回動するように前記指先側回動部を制御するとともに、前記中間指部が前記指先部の回動方向と反対方向に回動するように前記掌側回動部を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボットハンド。
4. 前記把持対象物を把持する際には、
   前記指先部が前記把持対象物に接触するまで、前記掌部を、その位置が維持されるように制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のロボットハンド。
5. 前記指先部が前記把持対象物に接触した際に前記指先側回動部の駆動を停止することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のロボットハンド。