JP2015085481A

JP2015085481A - ロボット、ロボットシステム、ロボット制御部及び把持方法

Info

Publication number: JP2015085481A
Application number: JP2013227971A
Authority: JP
Inventors: 浩之川田; Hiroyuki Kawada
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】様々な種類のネジ締め等の作業を、特別な道具を用いることなく、１種類のエンドエフェクターを用いて行うことができる。【解決手段】第１〜第４の指部を有するエンドエフェクターが棒状の把持対象物を把持したときの、把持対象物と第１〜第４の指部との接触位置を結んだ形状が矩形であり、当該矩形における把持対象物の長手方向に沿った辺の長さが、把持対象物の長手方向に直交する断面における把持対象物の最も長い線分よりも長い。【選択図】図１１

Description

本発明は、ロボット、ロボットシステム、ロボット制御部、ロボットの把持方法及びプログラムに関する。

特許文献１には、各々識別標識を持つ複数のエンドエフェクターをエンドエフェクター置場に保持し、エンドエフェクター置場に保持されたエンドエフェクターの識別標識を撮像し、撮像手段が撮像したエンドエフェクターの識別標識の画像に基づきエンドエフェクターの３次元位置を算出し、算出したエンドエフェクターの３次元位置を作業ロボットの作動制御装置に教示する作業ロボット用エンドエフェクター交換装置が開示されている。

特開２０１２−３５３９１号公報

特許文献１に記載の発明においては、電動ドライバーを固定する専用のアタッチメントをロボットアームに取り付けてネジ締め作業を行っている。しかしながら、特許文献１に記載の発明のように、専用のアタッチメントを取り付けたロボットアームでサイズ、形状等の異なるネジを扱う場合には、部品の種類毎にエンドエフェクターを用意しなければならないという問題がある。また、エンドエフェクターに設けるアタッチメントについても、部品の種類毎に用意しなければならないという問題もある。

そこで、本発明は、人が作業現場で扱う棒状の組立作業工具を、特別なアタッチメントを用意することなく、汎用のエンドエフェクターでしっかり把持することができるロボット、ロボットシステム、ロボット制御部及び把持方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための第一の態様は、ロボットであって、棒状の把持対象物を把持するエンドエフェクターを備えるアームを含み、前記エンドエフェクターは、第１、第２、第３及び第４の指部を含み、前記エンドエフェクターが前記把持対象物を把持した場合には、前記把持対象物と前記第１、第２、第３及び第４の指部との接触位置を結んだ形状が矩形となり、前記矩形における前記把持対象物の長手方向の辺の長さが、前記把持対象物の長手方向に直交する断面における前記把持対象物の最も長い線分よりも長くなる、ことを特徴とする。

第一の態様によれば、第１、第２、第３及び第４の指部を有するエンドエフェクターが棒状の把持対象物を把持したときの、把持対象物と第１、第２、第３及び第４の指部との接触位置を結んだ形状が矩形となり、当該矩形における把持対象物の長手方向に沿った辺の長さが、把持対象物の長手方向に直交する断面における把持対象物の最も長い線分よりも長となり。これにより、人が作業現場で扱う棒状の組立作業工具（把持対象物）を、特別なアタッチメントを用意することなく、汎用のエンドエフェクターでしっかり把持することができる。特に、把持対象物の長手方向の傾きを小さくすることができる。

ここで、前記エンドエフェクターは、板部を有し、前記把持対象物を把持したときに前記板部と前記把持対象物とが当接してもよい。これにより、把持対象物をしっかり把持することができる。

ここで、前記第１の指部と前記第２の指部は、把持方向に沿って設けられ、前記第１の指部と前記第２の指部は、前記第１の指部及び第２の指部と前記把持対象物との当接位置を含む断面において、前記把持対象物と前記第１の指部との当接位置と前記把持対象物と前記第２の指部との当接位置との間の前記把持方向に平行な距離が、当該断面における前記把持対象物の前記把持方向に平行な最も長い線分の長さ以下であり、かつ、前記板部から見て前記線分の位置又はそれより遠い位置で、前記把持対象物を把持してもよい。これにより、把持対象物をしっかり把持することができる。

ここで、前記第１の指部と前記第３の指部は、前記把持対象物の長手方向に沿って設けられ、前記板部と前記把持対象物とが当接する線分の中心を通り、前記把持方向に平行な面は、前記第１の指部と前記把持対象物との当接位置と、前記第３の指部と前記把持対象物との当接位置との中間を通ってもよい。これにより、指部と把持対象物との当接位置間の距離が均等になり、指部で把持したときの把持対象物の長手方向の傾きを小さくすることができる。

上記課題を解決するための第二の態様は、ロボットシステムであって、棒状の把持対象物を把持する第１、第２、第３及び第４の指部を含むエンドエフェクターを備えるアームを含むロボットと、前記エンドエフェクターを制御するエンドエフェクター制御部と、を備え、前記エンドエフェクター制御部は、棒状の把持対象物の長手方向に異なる２カ所において、前記第１、第２、第３及び第４の指部のうちの前記把持対象物の長手方向に直交する断面に沿って設けられた２本の指部で前記把持対象物を把持させ、その後、前記第１、第２、第３及び第４の指部のうちの前記把持対象物の長手方向に沿って設けられた２本の指部を、前記把持対象物の長手方向に沿って離間させる方向に移動させることで、前記エンドエフェクターが前記把持対象物を把持することを特徴とする。これにより、人が作業現場で扱う棒状の組立作業工具（把持対象物）を、特別なアタッチメントを用意することなく、汎用のエンドエフェクターでしっかり把持することができる。特に、把持対象物の長手方向の傾きを小さくすることができる。なお、当該第二の態様としては、ロボットシステムを構成するロボットでもよいし、ロボットシステムを構成するロボット制御部でもよい。

ここで、前記エンドエフェクターは、板部を有し、前記エンドエフェクター制御部は、前記第１、第２、第３及び第４の指部が前記把持対象物を把持するまえに、前記板部と前記把持対象物とを当接させてもよい。これにより、把持対象物をしっかり把持することができる。

ここで、前記第１の指部と前記第３の指部は、前記把持対象物の長手方向に沿って設けられ、前記エンドエフェクター制御部は、前記第１の指部及び前記第３の指部を、前記板部に対して対称に、前記把持対象物の長手方向に沿って離間させる方向に移動させてもよい。これにより、指部と把持対象物との当接位置間の距離が均等になり、指部で把持したときの把持対象物の長手方向の傾きを小さくすることができる。

上記課題を解決するための第三の態様は、ロボットの把持方法であって、棒状の把持対象物の長手方向に異なる２カ所において、エンドエフェクターに設けられた前記把持対象物を把持する第１〜第４の指部のうちの前記把持対象物の長手方向に直交する断面に沿って設けられた２本の指部で前記把持対象物を把持させ、その後、前記第１〜第４の指部のうちの前記把持対象物の長手方向に沿って設けられた２本の指部を、前記把持対象物の長手方向に沿って離間させる方向に移動させることを特徴とする。これにより、人が作業現場で扱う棒状の組立作業工具（把持対象物）を、特別なアタッチメントを用意することなく、汎用のエンドエフェクターでしっかり把持することができる。特に、把持対象物の長手方向の傾きを小さくすることができる。

ここで、前記エンドエフェクターに設けられた板部と前記把持対象物とを当接させてから、前記第１〜第４の指部のうちの前記断面に沿って設けられた２本の指部で前記把持対象物を把持させてもよい。これにより、把持対象物をしっかり把持することができる。

本発明の一実施形態におけるロボット１の正面斜視図である。ロボット１の背面斜視図である。ロボット１を上から見た図である。ハンドの詳細を示す図である。ハンドの詳細を示す図である。制御部の機能ブロック図である。制御部の概略構成の一例を示すブロック図である。ハンドで把持対象物を把持する処理の流れを示すフローチャートである。ハンドで把持対象物を把持する処理の流れを説明する図であり、底板部をハンドドライバーの外周に当接させた状態を示す。ハンドで把持対象物を把持する処理の流れを説明する図であり、２本のフィンガーでハンドドライバーを把持した状態を示す。ハンドで把持対象物を把持する処理の流れを説明する図であり、図１０に対してフィンガーを開き切った状態を示す。図１１（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。把持対象物の変形例を示す図である。把持対象物の変形例を示す図である。把持対象物の変形例を示す図である。把持対象物の変形例を示す図である。

本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態におけるロボット１の正面斜視図である。図２は、ロボット１の背面斜視図である。本実施形態におけるロボット１は、主として、胴部１０と、アーム１１と、タッチパネルモニター１２と、脚部１３と、搬送用ハンドル１４と、電子カメラ１５と、信号灯１６と、電源スイッチ１７と、外部Ｉ／Ｆ部１８と、昇降ハンドル１９と、を備える。ロボット１は、人間型双腕ロボットであり、制御部２０（図７参照）からの制御信号に従い処理を行う。このロボット１は、例えば腕時計のような精密機器等を製造する製造工程で用いることができるものである。なお、この製造作業は、通常、作業台（図示せず）上で行なわれる。

なお、以下では、説明の都合上、図１、図２中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図１の手前側を「正面側」または「正面」といい、図２の手前側を「背面側」または「背面」という。

胴部１０は、肩領域１０Ａと、胴部本体１０Ｂとを有する。胴部１０は、本発明のロボット本体に相当する。肩領域１０Ａは、胴部本体１０Ｂの上に設けられる。肩領域１０Ａの両側面の上端近傍には、アーム１１（いわゆるマニピュレーター）が設けられる。

アーム１１は、複数のアーム部材１１Ａがジョイント（図示せず）により連結されて構成される。ジョイントには、それらを動作させるためのアクチュエーター（図示せず）が設けられる。アクチュエーターは、例えば、サーボモーターやエンコーダーなどを備える。エンコーダーが出力するエンコーダー値は、制御部２０によるロボット１のフィードバック制御に使用される。また、アクチュエーターには、回動軸を固定する電磁ブレーキが設けられる。

アーム１１の先端には、図示しない力覚センサーが設けられている。力覚センサーは、ロボット１が出している力に対する反力として受けている力や、モーメントを検出するセンサーである。力覚センサーとしては、例えば、並進３軸方向の力成分と、回転３軸回りのモーメント成分の６成分を同時に検出することができる６軸力覚センサーを用いることができる。なお、力覚センサーは、６軸に限らず、例えば３軸でもよい。

アーム１１には、作業台の上に載置されたワーク等を撮影するハンドアイカメラ１１Ｂが設けられる。

なお、ロボット１に設けられるのはアーム１１に限られない。例えば、複数のジョイントとリンクとにより構成され、ジョイントを動かすことで全体が動くマニピュレーターであれば、どのような形態でもよい。

アーム１１の先端には、ワークＷや道具を把持するハンド１１０（いわゆるエンドエフェクター）が設けられる。アーム１１のエンドポイントの位置は、例えば、ハンド１１０の取付位置である。

図４、５は、ハンド１１０の詳細を示す図である。図４は、ハンド１１０を閉じた状態であり、図５は、ハンド１１０を開いた状態である。ハンド１１０は、いわゆる汎用の多指ハンドである。

ハンド１１０は、主として、本体部１１１と、本体部１１１の外側に設けられた４個の可動部１１２（１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、及び１１２Ｄ）と、可動部１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄにそれぞれ設けられたフィンガー１１３（１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、及び１１３Ｄ）と、底板部１１４と、を有する。フィンガー１１３は、本発明の指部（第１〜第４の指部）に相当する。底板部１１４は、本発明の板部に相当する。

本体部１１１は、外形形状がほぼ直方体状をなし、その内部に可動部１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄを駆動させる駆動機構（図示せず）が設けられる。

可動部１１２Ａにはシャフト１１５Ａが設けられ、可動部１１２Ｂにはシャフト１１５Ｂが設けられる。可動部１１２Ｃにはシャフト１１５Ｃが設けられ、可動部１１２Ｄにはシャフト１１５Ｄ（図４、５では図示せず）が設けられる。シャフト１１５Ａ、１１５Ｂは、可動部１１２Ｅの内部に設けられた図示しない駆動部に連結され、シャフト１１５Ｃ、１１５Ｄは、可動部１１２Ｆの内部に設けられた図示しない駆動部に連結される。これらの駆動部は、本体部１１１内部の駆動機構に連結される。駆動部により２本のシャフト１１５Ａ、１１５Ｂが異なる方向に移動され、かつ２本のシャフト１１５Ｃ、１１５Ｄが異なる方向に移動されることで、可動部１１２Ａ及び可動部１１２Ｂと、可動部１１２Ｃ及び可動部１１２Ｄとが、すなわちフィンガー１１３Ａ及びフィンガー１１３Ｂと、フィンガー１１３Ｃ及びフィンガー１１３Ｄとが、離れる方向又は近づく方向に同時に移動する。

また、可動部１１２Ａにはシャフト１１５Ｅが設けられ、可動部１１２Ｃにはシャフト１１５Ｆが設けられる。可動部１１２Ｂにはシャフト１１５Ｇが設けられ、可動部１１２Ｄにはシャフト１１５Ｈ（図４、５では図示せず）が設けられる。シャフト１１５Ｅ、１１５Ｆは、可動部１１２Ｇの内部に設けられた図示しない駆動部に連結され、シャフト１１５Ｇ、１１５Ｈは、可動部１１２Ｈの内部に設けられた図示しない駆動部に連結される。これらの駆動部は、本体部１１１内部の駆動機構に連結される。駆動部により２本のシャフト１１５Ｅ、１１５Ｆが異なる方向に移動され、かつ２本のシャフト１１５Ｇ、１１５Ｈが異なる方向に移動されることで、可動部１１２Ａ及び可動部１１２Ｃと、可動部１１２Ｂ及び可動部１１２Ｄとが、すなわちフィンガー１１３Ａ及びフィンガー１１３Ｃと、フィンガー１１３Ｂ及びフィンガー１１３Ｄとが、離れる方向又は近づく方向に同時に移動する。

このように、フィンガー１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄ同士を互いに接近させることにより、これらの間で部品等の把持対象物（ここでは、ハンドドライバーＤ、図３参照）を把持することができる。また、駆動機構によりこの把持状態からフィンガー１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄ同士を互いに離間させることにより、把持対象物を解放することができる。

なお、フィンガー１１３は、本体部１１１の辺に対して４５度（４５度に限らず、例えば４５度に対し数度程度の誤差を含む概念である）ずつ本体部１１１の内側に向けて傾いている。したがって、図４に示すように、ハンド１１０を閉じた状態では、フィンガー１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄが先端近傍で接触する。

また、本体部１１１の下側（フィンガー１１３が設けられている側）には、板状の底板部１１４が設けられる。底板部１１４は、４本のフィンガー１１３の移動方向と水平な面を有する。底板部１１４には、シャフト１１６が設けられ、シャフト１１６は本体部１１１の内部に設けられた図示しない駆動機構に連結される。これにより、シャフト１１６、すなわち底板部１１４が上下（本体部１１１に対して遠ざかる又は近づく方向）に移動できる。

なお、本実施の形態では、エンドエフェクターとしてハンド１１０を用いたが、エンドエフェクターはハンド１１０に限られない。例えば、本実施の形態では、フィンガー１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄが４本設けられるが、フィンガーは４本以上であればよく、４本に限られない。

次に、ロボット１の機能構成例について説明する。図６は、制御部２０の機能ブロック図を示している。

制御部２０は、主として、全体制御部２００と、アーム制御部２０１と、ハンド制御部２０２と、を備える。

全体制御部２００は、制御部２０の全体を制御する処理を行う。

アーム制御部２０１は、アクチュエーターのエンコーダー値、力覚センサーのセンサー値等に基づいて、アーム１１を駆動するための信号を出力する。この信号は、アーム駆動アンプ１１ｂで増幅され、アーム駆動アクチュエーター１１ａに入力される。これにより、アーム１１が制御される。

具体的には、アーム制御部２０１は、電子カメラ１５で撮像された画像に基づいて、ハンド１１０で所定の作業を行わせるように、エンドポイントの位置を移動させる。当該処理は一般的な方法を用いることができるため、説明を省略する。なお、アーム１１の制御は、ビジュアルサーボに限らず、位置制御等を用いることもできる。

ハンド制御部２０２は、エンドポイントを目標位置に移動させると、ハンド１１０へ作業を行わせるための信号を出力する。この信号は、ハンド駆動アンプ１１０ｂで増幅され、ハンド駆動アクチュエーター１１０ａに入力される。これにより、ハンド１１０により作業を行うことができる。ハンド制御部２０２が行う処理については、後に詳述する。

なお、本実施の形態では、制御部２０を脚部１３の内部に設けたが、制御部２０は、ロボット１の外部に設けてもよい。制御部２０をロボット１の外部に設ける場合には、制御部２０は、有線又は無線でロボット１と接続される。

図７は、制御部２０の概略構成の一例を示すブロック図である。図示するように、例えばコンピューターなどで構成される制御部２０は、演算装置であるＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２１と、揮発性の記憶装置であるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）や不揮発性の記憶装置であるＲＯＭ（ＲｅａｄｏｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）からなるメモリー２２と、外部記憶装置２３と、ロボット１等の外部の装置と通信を行う通信装置２４と、タッチパネルモニター等の入力装置を接続する入力装置インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２５と、タッチパネルモニター等の出力装置を接続する出力装置Ｉ／Ｆ２６と、制御部２０と他のユニットを接続するＩ／Ｆ２７と、を備える。

上記の各機能部は、例えば、ＣＰＵ２１がメモリー２２に格納された所定のプログラムをメモリー２２に読み出して実行することにより実現される。なお、所定のプログラムは、例えば、予めメモリー２２にインストールされてもよいし、通信装置２４を介してネットワークからダウンロードされてインストール又は更新されてもよい。

以上のロボット１の構成は、本実施形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、上記の構成に限られない。また、一般的なロボットシステムが備える構成を排除するものではない。

次に、本実施形態における、上記構成からなるロボット１の特徴的な処理について説明する。図８は、ハンド１１０がハンドドライバーＤを把持する処理の流れを示すフローチャートである。図８に示す処理は、タッチパネルモニター１２を介して制御部２０に何等かの入力が行われることにより、開始される。

全体制御部２００は、ハンドドライバーＤの把持指示が行われたか否かを判断する（ステップＳ１００）。例えば、メモリー２２に読み出された所定のプログラムに組み込まれた一連の作業の中にハンドドライバーＤの把持指示が組み込まれており、ＣＰＵ２１が所定のプログラムを実行することで、ハンドドライバーＤの把持指示が行われてもよい。また、タッチパネルモニター１２を介してハンドドライバーＤの把持指示が入力されることで、ハンドドライバーＤの把持指示が行われてもよい。

ハンドドライバーＤの把持指示が行われていない場合（ステップＳ１００でＮＯ）は、全体制御部２００は、再度ステップ１００の処理を行う。

ハンドドライバーＤの把持指示が行われている場合（ステップＳ１００でＹＥＳ）は、全体制御部２００は、アーム制御部２０１に指示を出力する。アーム制御部２０１は、底板部１１４がハンドドライバーＤの外周面に当接する位置に、アーム１１のエンドポイントを移動させる（ステップＳ１０２）。

図９は、底板部１１４がハンドドライバーＤの外周面に当接する状態（ステップＳ１０２が終了した状態）を示す図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図（ハンドドライバーＤを一部省略している）を示す。底板部１１４は板状であり、ハンドドライバーＤは断面が円形であるため、底板部１１４とハンドドライバーＤの外周面とは、ハンドドライバーＤの長手方向に沿って線接触している。ここで、円形とは、円形に限らず、円形と認識できる形状等を含む概念である。なお、図９に示す状態では、ハンドドライバーＤは把持されていない。

なお、ステップＳ１０２において、アーム制御部２０１は、アーム１１のエンドポイントがハンドドライバーＤの外周面から所定の距離だけ離れた位置にくるようにアーム１１を制御し、ハンド制御部２０２が底板部１１４を本体部１１１に対して移動させることで、底板部１１４をハンドドライバーＤの外周面に当接させてもよい。

次に、ハンド制御部２０２は、ハンドドライバーＤの長手方向に異なる２カ所において、ハンドドライバーＤの長手方向に直交する方向に設けられた２本のフィンガー１１３を用いてハンドドライバーＤを把持する（ステップＳ１０４）。ここで、直交とは、直交のみでなく、直交に対し微小角度（例えば数度程度）だけずれた状態を含む概念である。

図１０は、ハンドドライバーＤを把持した状態（ステップＳ１０４が終了した状態）を示す図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）はフィンガー１１３Ａ、１１２ＢとハンドドライバーＤとの当接位置を含み、かつハンドドライバーＤの長手方向に直交する（把持方向に沿った）面における断面図である。なお、図１０（ｂ）においては、断面を示すハッチングを省略している。

ステップＳ１０４では、ハンド制御部２０２は、ハンドドライバーＤの長手方向に直交する方向に設けられた２本のフィンガー１１３であるフィンガー１１３Ａと１１２ＢとでハンドドライバーＤを把持し、ハンドドライバーＤの長手方向に直交する方向に設けられた２本のフィンガー１１３であるフィンガー１１３Ｃとフィンガー１１３ＤとでハンドドライバーＤを把持するように、ハンド１１０を制御する。フィンガー１１３Ａと１１２ＢとでハンドドライバーＤを把持する位置と、フィンガー１１３Ｃとフィンガー１１３ＤとでハンドドライバーＤを把持する位置とは、ハンドドライバーＤの長手方向に異なる位置である。

図１０（ｂ）に示すように、ハンド１１０は、底板部１１４と、フィンガー１１３Ａ、１１３Ｂとの３点でハンドドライバーＤを支持している。

また、図１０（ｂ）に示すようにハンドドライバーＤとフィンガー１１３Ａ、１１３Ｂとの当接位置間の把持方向に平行な距離ａは、Ａ−Ａ断面におけるハンドドライバーＤの把持方向に平行な最も長い線分（ここでは、ハンドドライバーＤの直径ｄ）より短い。

さらに、底板部１１４から見て、図１０（ｂ）に示す断面におけるハンドドライバーＤの把持方向に平行な最も長い線分の位置（図１０一点鎖線参照）より遠い位置で、フィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤを把持している。

したがって、汎用のハンド１１０を用いてハンドドライバーＤをしっかり把持することができる。なお、フィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤを把持する位置は、図１０に示す場合に限られない。図１０（ｂ）の斜線で示す位置、すなわちハンドドライバーＤとフィンガー１１３Ａ、１１３Ｂとの当接位置間の把持方向に平行な距離ａが、Ａ−Ａ断面におけるハンドドライバーＤの把持方向に平行な最も長い線分（ここでは直径ｄ）以下であり、かつ底板部１１４から見て、Ａ−Ａ断面におけるハンドドライバーＤの把持方向に平行な最も長い線分の位置又はそれより遠い位置で、フィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤを把持すればよい。

その後、ハンド制御部２０２は、ハンドドライバーＤを把持した状態のまま、ハンドドライバーＤの長手方向に沿った方向に設けられた２本のフィンガー１１３をハンドドライバーＤの長手方向に沿った方向に離間させる（ステップＳ１０６）。

図１１は、ハンド制御部２０２は、ハンドドライバーＤを把持した状態のまま、ハンドドライバーＤの長手方向に沿った方向にある２本のフィンガー１１３同士の間隔を遠ざけた状態（ステップＳ１０６が終了した状態）を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は側面図である。ここでは、ハンド制御部２０２は、ハンドドライバーＤの長手方向に沿った方向にある２本のフィンガー１１３として、フィンガー１１３Ａ及び１１３Ｃと、フィンガー１１３Ｂ及びフィンガー１１３Ｄと、を離間させるように、可動部１１２を移動させる。

図１１に示す場合には、ハンドドライバーＤに凸部（図１１網掛け部参照）があるため、ハンド制御部２０２は、フィンガー１１３が凸部等に当接するまで、フィンガー１１３Ａ及び１１３Ｃと、フィンガー１１３Ｂ及びフィンガー１１３Ｄとを離間させる。

図１１においては、図１０に対して、フィンガー１１３Ａとフィンガー１１３Ｃとの間隔及びフィンガー１１３Ｂとフィンガー１１３Ｄとの間隔が遠くなっている。図１０に示す状態では、フィンガー１１３Ａとフィンガー１１３Ｃとの間隔及びフィンガー１１３Ｂとフィンガー１１３Ｄとの間隔が近いため、ハンドドライバーＤが長手方向（図１０（ａ）の矢印参照）に回転しやすく、ドライバービット先端位置のバラツキが大きい状態である。それに対し、図１１に示す状態では、フィンガー１１３Ａとフィンガー１１３Ｃとの間隔及びフィンガー１１３Ｂとフィンガー１１３Ｄとの間隔が遠いため、ハンドドライバーＤが長手方向に回転しにくく、ドライバービット先端位置のバラツキを小さくすることができる。

図１２は、図１１（ｂ）のＡ―Ａ断面図である。フィンガー１１３とハンドドライバーＤとの当接位置を結んだ形状は、図１０の二点鎖線で示すように、長方形となっている。長方形とは、長方形に限らず、長方形に対して辺の長さが微小（例えば数ミリ程度）に異なる形状や、一部に曲線を含む形状等を含む概念である。

フィンガー１１３とハンドドライバーＤとの当接位置が構成する長方形の、ハンドドライバーＤの長手方向に沿った辺の長さｌは、ハンドドライバーＤの直径ｄ（把持対象物の長手方向に直交する断面（図８（ｂ）のＡ−Ａ断面）における最も長い線の長さ）より大きい。

このようにハンド１１０を用いてハンドドライバーＤを把持することにより、安定してハンド１１０でハンドドライバーＤを把持することができる。この把持方法を用いることにより、アーム１１に専用アタッチメントを取り付け、専用アタッチメントにハンドドライバーＤを固定したときと同等の位置決め精度（ドライバービット先の位置決め精度）を得ることが出来る。

図１０（Ｂ）では、ハンドドライバーＤに凸部（図１１網掛け部参照）があるため、フィンガー１１３が凸部等に当接するまで、フィンガー１１３Ａ及び１１３Ｃと、フィンガー１１３Ｂ及びフィンガー１１３Ｄとを離間させたが、ハンドドライバーＤに凸部等がない場合には、フィンガー１１３Ａとフィンガー１１３Ｃとの距離及びフィンガー１１３Ｂとフィンガー１１３Ｄとの距離（すなわち、フィンガー１１３とハンドドライバーＤとの当接位置が構成する長方形の、ハンドドライバーＤの長手方向に沿った辺の長さｌ）が、ハンドドライバーＤの直径ｄより大きくなるまで、フィンガー１１３Ａ及び１１３Ｃと、フィンガー１１３Ｂ及びフィンガー１１３Ｄとを離間させる。ただし、ハンドドライバーＤの先端位置のばらつきを最も小さくするためには、フィンガー１１３Ａ及び１１３Ｃとの距離、フィンガー１１３Ｂ及びフィンガー１１３Ｄとの距離が最も遠くなるように、フィンガー１１３Ａ及び１１３Ｃと、フィンガー１１３Ｂ及びフィンガー１１３Ｄとを離間させることが望ましい。

なお、ステップＳ１０６では、ハンド制御部２０２は、ハンドドライバーＤの長手方向に沿った方向にあるフィンガー１１３を、底板部１１４（すなわち本体部１１１）に対して対称に離間させる。これにより、図１０に示すように、底板部１１４とハンドドライバーＤとが当接する線分のうちの中心Ｍを通り、フィンガー１１３の把持方向と平行な面ｍが、フィンガー１１３Ａ（１１３Ｂ）とハンドドライバーＤとの当接位置と、フィンガー１１３Ｃ（１１３Ｄ）とハンドドライバーＤとの当接位置との中間を通る。ここで、中間とは、中間点に限らず、中間点から微小距離（例えば数ミリ程度）だけ中心からずれた場合を含む概念である。これにより、ハンド１１０とハンドドライバーＤとの当接位置間の距離が均等になり、ハンド１１０が把持したときのハンドドライバーＤの傾きが最小となる。したがって、ドライバービット先の位置を安定させることができる。

本実施の形態によれば、人が作業現場で扱う棒状の組立作業工具を、特別なアタッチメントを用意することなく、そのまま汎用のハンドで把持することができる。これにより、装置コストを削減することができる。

また、本実施の形態によれば、フィンガー１１３とハンドドライバーＤとの当接位置が矩形であり、かつ矩形のハンドドライバーＤの長手方向に沿った辺の長さが、ハンドドライバーＤの直径ｄより大きいため、ドライバービット先端位置のバラツキ小さくすることができる。矩形とは、矩形に限らず、矩形の一部に曲線部を含む形状等を含む概念である。

さらに、本実施の形態によれば、様々な大きさのハンドドライバーＤを同様の把持方法で把持できるため、１種類のハンドで複数のハンドドライバーＤを扱うことができる。したがって、様々なサイズの締結部品（多種類のネジ）を１又は少数のアームで扱うことができる。

なお、本実施の形態では、エンドエフェクターとしてハンド１１０を用いたが、エンドエフェクターはハンド１１０に限られない。例えば、２本セットのフィンガーが開閉可能に設けられたグリッパーを２個以上有し、これらのグリッパーが、グリッパーの開閉方向と直交する方向に移動できるように構成されたエンドエフェクターを使用してもよい。また、ハンド１１０は底板部１１４を有したが、底板部１１４は必須ではない。例えば、グリッパーを用いる場合には、グリッパーの根元部分が底板部１１４と同様の機能を果たすため、底板部１１４は不要である。さらに、ハンド１１０では対向する２本のフィンガー１１３が同時に移動したが、フィンガー１１３が１本ずつバラバラに移動可能なエンドエフェクターを使用してもよい。

また、本実施の形態では、ハンドドライバーＤの径が一定であるため、フィンガー１１３とハンドドライバーＤとの当接位置が長方形となっている（図１２参照）が、ハンドドライバーＤの径が一定でない場合には、フィンガー１１３とハンドドライバーＤとの当接位置が台形となる。これは、２個のグリッパーが、グリッパーの開閉方向と直交する方向に移動できるように構成されたエンドエフェクターを持ちれば、このような場合に対応することができる。台形とは、台形に限らず、台形に対して辺の長さが微小に異なる形状や、一部に曲線を含む形状等を含む概念である。矩形とは、長方形、台形を含む概念である。

また、本実施の形態では、円筒形のハンドドライバーＤを把持したが、把持対象物の形状はこれに限られない。把持対象物は、棒状であればよく、断面形状は円形に限られない。

図１３〜１６は、ハンドドライバーの断面が多角形の場合の、フィンガー１１３とハンドドライバーとの当接位置を含み、ハンドドライバーの長手方向に直交する（把持方向に沿った）断面における、フィンガー１１３がハンドドライバーを把持した状態の断面図である。多角形とは、多角形に限らず、多角形に対して辺の長さが微小（例えば数ミリ程度）に異なる形状や、一部に曲線を含む形状等を含む概念である。

図１３は、断面が四角形のハンドドライバーＤ１を把持した状態である。図１３（Ａ）はハンドドライバーＤ１の頂点が底板部１１４に当接するように把持した場合であり、（Ｂ）は、ハンドドライバーＤ１の辺が底板部１１４に当接するように把持した場合である。

図１３（Ａ）に示す場合は、ハンドドライバーＤ１とフィンガー１１３Ａ、１１３Ｂとの当接位置間の把持方向に平行な距離ａ１が、ハンドドライバーの長手方向に直交する断面におけるハンドドライバーＤ１の把持方向に平行な最も長い線分の長さｗ１以下であり、かつ底板部１１４から見て、断面におけるハンドドライバーＤ１の把持方向に平行な最も長い線分より遠い位置（図１５一点鎖線参照）で、フィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤ１を把持している。

図１３（Ｂ）に示す場合は、ハンドドライバーＤ１の底板部１１４に当接していない角でフィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤ１を把持している。すなわち、ハンドドライバーＤ１とフィンガー１１３Ａ、１１３Ｂとの当接位置間の把持方向に平行な距離ｘが、ハンドドライバーの長手方向に直交する断面におけるハンドドライバーＤ１の把持方向に平行な最も長い線分の長さｘと同じであり、かつ底板部１１４から見て、断面におけるハンドドライバーＤ１の把持方向に平行な最も長い線分の位置で、フィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤ１を把持している。

このように、断面が四角形のハンドドライバーＤ１を、ハンドドライバーＤ１の姿勢によらず、フィンガー１１３Ａ、１１３Ｂを用いてしっかり把持することができる。

図１４は、断面が台形のハンドドライバーＤ２を把持した状態である。図１４（Ａ）はハンドドライバーＤ２の上底（短い底）が底板部１１４に当接するように把持した場合であり、（Ｂ）は、ハンドドライバーＤ２の下底（長い底）が底板部１１４に当接するように把持した場合である。

図１４（Ａ）に示す場合は、ハンドドライバーＤ２の底板部１１４に当接していない下底の両端でフィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤ１を把持している。すなわち、ハンドドライバーＤ２とフィンガー１１３Ａ、１１３Ｂとの当接位置間の把持方向に平行な距離ｃが、ハンドドライバーの長手方向に直交する断面におけるハンドドライバーＤ１の把持方向に平行な最も長い線分の長さｃと同じであり、かつ底板部１１４から見て、断面におけるハンドドライバーＤ１の把持方向に平行な最も長い線分の位置で、フィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤ１を把持している。

図１４（Ｂ）に示す場合は、ハンドドライバーＤ２の底板部１１４に当接していない上底の両端でフィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤ１を把持している。すなわち、ハンドドライバーＤ２とフィンガー１１３Ａ、１１３Ｂとの当接位置間の把持方向に平行な距離ｂが、ハンドドライバーの長手方向に直交する断面におけるハンドドライバーＤ１の把持方向に平行な最も長い線分の長さｃより短く、かつ底板部１１４から見て、断面におけるハンドドライバーＤ１の把持方向に平行な最も長い線分の位置（底板部１１４の位置）より遠い位置で、フィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤ１を把持している。

このように、断面が台形のハンドドライバーＤ２を、ハンドドライバーＤ２の姿勢によらず、フィンガー１１３Ａ、１１３Ｂを用いてしっかり把持することができる。

図１５は、断面が五角形のハンドドライバーＤ３を把持した状態である。図１５（Ａ）はハンドドライバーＤ３の辺が底板部１１４に当接するように把持した場合であり、（Ｂ）は、ハンドドライバーＤ３の頂点が底板部１１４に当接するように把持した場合である。

図１５（Ａ）に示す場合は、ハンドドライバーＤ３とフィンガー１１３Ａ、１１３Ｂとの当接位置間の把持方向に平行な距離ａ２は、ハンドドライバーの長手方向に直交する断面におけるハンドドライバーＤ３の把持方向に平行な最も長い線分の長さｗ３と同じであり、かつ底板部１１４から見て、断面におけるハンドドライバーＤ３の把持方向に平行な最も長い線分の位置で、フィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤ３を把持している。

図１５（Ｂ）に示す場合は、ハンドドライバーＤ３とフィンガー１１３Ａ、１１３Ｂとの当接位置間の把持方向に平行な距離ａ３が、ハンドドライバーの長手方向に直交する断面におけるハンドドライバーＤ３の把持方向に平行な最も長い線分の長さｗ３以下であり、かつ底板部１１４から見て、断面におけるハンドドライバーＤ３の把持方向に平行な最も長い線分の位置より遠い位置（図１５（Ｂ）一点鎖線参照）で、フィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤ３を把持している。

このように、断面が五角形のハンドドライバーＤ３を、ハンドドライバーＤ３の姿勢によらず、フィンガー１１３Ａ、１１３Ｂを用いてしっかり把持することができる。

図１６は、断面が六角形のハンドドライバーＤ４を把持した状態である。

図１６に示すように、ハンドドライバーＤ４とフィンガー１１３Ａ、１１３Ｂとの当接位置間の把持方向に平行な距離ａ４が、ハンドドライバーの長手方向に直交する断面におけるハンドドライバーＤ４の把持方向に平行な最も長い線分の長さｗ４以下であり、かつ底板部１１４から見て、断面におけるハンドドライバーＤ４の把持方向に平行な最も長い線分の位置より遠い位置で、フィンガー１１３Ａ、１１３ＢがハンドドライバーＤ４を把持している。これにより、フィンガー１１３Ａ、１１３Ｂを用いてハンドドライバーＤ４をしっかり把持することができる。

なお、図１３（Ａ）、図１５（Ｂ）、図１６に示す場合には、ハンドドライバーが把持される位置は、図中一点鎖線で示す位置に限られない。図中斜線で示す位置、すなわちハンドドライバーとフィンガー１１３Ａ、１１３Ｂとの当接位置間の把持方向に平行な距離が、ハンドドライバーの長手方向に直交する断面におけるハンドドライバーＤ４の把持方向に平行な最も長い線分の長さ以下であり、かつ底板部１１４から見て、断面におけるハンドドライバーの把持方向に平行な最も長い線分の位置より遠い位置であれば、どの位置で把持されてもよい。

また、本実施の形態では、ハンド１１０を用いてハンドドライバーＤを把持したが、把持する把持対象物はハンドドライバーＤに限定されない。同様の把持方法により、様々な種類の作業工具を把持することができる。ここで、様々な種類の作業工具とは、掴む、包み込むといった把持要素を持つ工具ならどのような工具でもよい。例えば、フードプロセッサー、ノミ、スプーン、フォーク、ナイフ等も様々な種類の作業工具に含まれる。

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。特に、本発明は、ロボットと、制御部及び撮像部とが別に設けられたロボットシステムとして提供してもよいし、ロボットに制御部等が含まれたロボットとして提供してもよいし、制御部のみ、又は制御部及び撮像部からなるロボット制御装置として提供してもよい。また、本発明は、ロボット等を制御するプログラムやプログラムを記憶した記憶媒体として提供することもできる。

１：ロボット、１０：胴部、１０Ａ：肩領域、１０Ｂ：胴部本体、１１：アーム、１１Ａ：アーム部材、１１Ｂ：ハンドアイカメラ、１１ａ：アーム駆動アクチュエーター、１１ｂ：アーム駆動アンプ、１２：タッチパネルモニター、１３：脚部、１４：搬送用ハンドル、１５：電子カメラ、１６：信号灯、１７：電源スイッチ、１７ａ：電源ＯＮスイッチ、１７ｂ：電源ＯＦＦスイッチ、１８：外部Ｉ／Ｆ部、１９：昇降ハンドル、２０：制御部、２１：ＣＰＵ、２２：メモリー、２３：外部記憶装置、２４：通信装置、２５：入力装置、２６：出力装置、２７：インターフェイス、１１０：ハンド、１１０ａ：ハンド駆動アクチュエーター、１１０ｂ：ハンド駆動アンプ、１１１：本体部、１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄ、１１２Ｅ、１１２Ｆ、１１２Ｇ、１１２Ｈ：可動部、１１３、１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄ：フィンガー、１１４：底板部、１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃ、１１５Ｄ、１１５Ｅ、１１５Ｆ、１１５Ｇ、１１５Ｈ、１１６：シャフト、２００：全体制御部、２０１：アーム制御部、２０２：ハンド制御部

Claims

棒状の把持対象物を把持するエンドエフェクターを備えるアームを含み、
前記エンドエフェクターは、第１、第２、第３及び第４の指部を含み、
前記エンドエフェクターが前記把持対象物を把持した場合には、
前記把持対象物と前記第１、第２、第３及び第４の指部との接触位置を結んだ形状が矩形となり、
前記矩形における前記把持対象物の長手方向の辺の長さが、前記把持対象物の長手方向に直交する断面における前記把持対象物の最も長い線分よりも長くなる、
ことを特徴とするロボット。
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記エンドエフェクターは、板部を有し、前記把持対象物を把持したときに前記板部と前記把持対象物とが当接する
ことを特徴とするロボット。
請求項２に記載のロボットにおいて、
前記第１の指部と前記第２の指部は、把持方向に沿って設けられ、
前記第１の指部と前記第２の指部は、前記第１の指部及び第２の指部と前記把持対象物との当接位置を含む断面において、前記把持対象物と前記第１の指部との当接位置と前記把持対象物と前記第２の指部との当接位置との間の前記把持方向に平行な距離が、当該断面における前記把持対象物の前記把持方向に平行な最も長い線分の長さ以下であり、かつ、前記板部から見て前記線分の位置又はそれより遠い位置で、前記把持対象物を把持する
ことを特徴とするロボット。
請求項２に記載のロボットにおいて、
前記第１の指部と前記第３の指部は、前記把持対象物の長手方向に沿って設けられ、
前記板部と前記把持対象物とが当接する線分の中心を通り、前記把持方向に平行な面は、前記第１の指部と前記把持対象物との当接位置と、前記第３の指部と前記把持対象物との当接位置との中間を通る
ことを特徴とするロボット。
棒状の把持対象物を把持する第１、第２、第３及び第４の指部を含むエンドエフェクターを備えるアームを含むロボットと、
前記エンドエフェクターを制御するエンドエフェクター制御部と、
を備え、
前記エンドエフェクター制御部は、
棒状の把持対象物の長手方向に異なる２カ所において、前記第１、第２、第３及び第４の指部のうちの前記把持対象物の長手方向に直交する断面に沿って設けられた２本の指部で前記把持対象物を把持させ、
その後、前記第１、第２、第３及び第４の指部のうちの前記把持対象物の長手方向に沿って設けられた２本の指部を、前記把持対象物の長手方向に沿って離間させる方向に移動させる
ことで、前記エンドエフェクターが前記把持対象物を把持することを特徴とするロボットシステム。
請求項５に記載のロボットシステムにおいて、
前記エンドエフェクターは、板部を有し、
前記エンドエフェクター制御部は、前記第１、第２、第３及び第４の指部が前記把持対象物を把持するまえに、前記板部と前記把持対象物とを当接させる
ことを特徴とするロボットシステム。
請求項６に記載のロボットシステムにおいて、
前記第１の指部と前記第２の指部は、把持方向に沿って設けられ、
前記第１の指部と前記第２の指部は、前記第１の指部及び第２の指部と前記把持対象物との当接位置を含む断面において、前記把持対象物と前記第１の指部との当接位置と前記把持対象物と前記第２の指部との当接位置との間の前記把持方向に平行な距離が、当該断面における前記把持対象物の前記把持方向に平行な最も長い線分の長さ以下であり、かつ、前記板部から見て前記線分の位置又はそれより遠い位置で、前記把持対象物を把持する
ことを特徴とするロボットシステム。
請求項６に記載のロボットにおいて、
前記第１の指部と前記第３の指部は、前記把持対象物の長手方向に沿って設けられ、
前記エンドエフェクター制御部は、前記第１の指部及び前記第３の指部を、前記板部に対して対称に、前記把持対象物の長手方向に沿って離間させる方向に移動させる
ことを特徴とするロボット。
請求項５から８のいずれか一項に記載のロボットシステムを構成するロボット。
請求項５から８のいずれか一項に記載のロボットシステムを構成するロボット制御部。
棒状の把持対象物の長手方向に異なる２カ所において、エンドエフェクターに設けられた前記把持対象物を把持する第１〜第４の指部のうちの前記把持対象物の長手方向に直交する断面に沿って設けられた２本の指部で前記把持対象物を把持させ、
その後、前記第１〜第４の指部のうちの前記把持対象物の長手方向に沿って設けられた２本の指部を、前記把持対象物の長手方向に沿って離間させる方向に移動させる
ことを特徴とするロボットの把持方法。
請求項１１に記載のロボットの把持方法において、
前記エンドエフェクターに設けられた板部と前記把持対象物とを当接させてから、前記第１〜第４の指部のうちの前記断面に沿って設けられた２本の指部で前記把持対象物を把持させる
ことを特徴とするロボットの把持方法。