JP2016187843A - ロボットハンド及び関節ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットハンドになるべく多種類の作業を行わせることができる技術又は同じ作業でもその作業対象の汎用性を広げることができる技術を提供することを目的とする。
【解決手段】ロボットハンド１０は、少なくとも１つの連鎖部１２を備える。連鎖部１２は、複数の関節ユニット５０が螺旋状に姿勢変更可能、かつ、螺旋の径を変更可能に連鎖状に連結されている。このようなロボットハンド１０としては、例えば、複数の関節ユニット５０のうち隣り合う一対の関節ユニット５０が、両者の並ぶ方向と平行な方向に設定された第１軸及び第１軸と交差する方向に設定された第２軸周りに相対回転可能であることなどが考えられる。
【選択図】図２２

Description

この発明は、ロボットハンド及び関節ユニットに関する。

近年、工業製品の製造に多くの種類のロボットが関わっている。このようなロボットの制御を行う処理装置が、例えば、特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の処理装置は、力覚センサーからのセンサー情報を取得する取得部と、取得した前記センサー情報に対して線形予測分析処理を行う分析処理部と、前記線形予測分析処理に基づいて、ロボットの力制御に使用する制御パラメーターを設定するパラメーター設定部と、を含むとされている。

特開２０１４−１８４５１７号公報

ところで、ロボットは、一般的に、当該ロボットが行う特定の作業及びその作業の対象等に特化した構成を有している。このため、ロボットに行わせる作業の種類又はその作業の対象の種類を変更したい場合、ロボットのうち製品を扱う手先、つまりロボットハンドにその作業又は作業対象に合ったツールをその都度取り付けるなどが必要になる場合がある。この場合、ツールの取付又は交換等に時間がかかる恐れがあった。

そこで、本発明は、ロボットハンドになるべく多種類の作業を行わせることができる技術又は同じ作業でもその作業対象の汎用性を広げることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の態様に係るロボットハンドは、複数の関節ユニットが螺旋状に姿勢変更可能、かつ、螺旋の径を変更可能に連鎖状に連結されている連鎖部を少なくとも１つ備える。

第２の態様に係るロボットハンドは、第１の態様に係るロボットハンドであって、前記複数の関節ユニットのうち隣り合う一対の前記関節ユニットが、両者の並ぶ方向と平行な方向に設定された第１軸及び前記第１軸と交差する方向に設定された第２軸周りに相対回転可能である。

第３の態様に係るロボットハンドは、第２の態様に係るロボットハンドであって、前記関節ユニットは、基体と、第１連結部と、他の関節ユニットの第１連結部と連結可能な第２連結部とを備え、前記基体に連なるように設けられた連結部と、前記基体と前記連結部により連結される他の関節ユニットの基体とを第１軸周りに相対回転駆動する第１駆動源を備える第１回転機構部と、前記基体と前記連結部により連結される他の関節ユニットの基体とを前記第１軸と交差する第２軸周りに相対回転駆動する第２駆動源を備える第２回転機構部と、を備える。

第４の態様に係るロボットハンドは、第３の態様に係るロボットハンドであって、前記第１回転機構部は、前記基体に対して前記第１連結部を前記第１軸周りに回転駆動可能に設けられている。

第５の態様に係るロボットハンドは、第３又は第４の態様に係るロボットハンドであって、前記第２回転機構部は、前記第２連結部に他の関節ユニットの第１連結部が連結された状態で、前記第２連結部に対して前記他の関節ユニットの前記第１連結部を前記第２軸周りに回転駆動可能に設けられている。

第６の態様に係るロボットハンドは、第１〜第５のいずれか１つの態様に係るロボットハンドであって、前記連鎖部を複数備える。

第７の態様に係るロボットハンドは、第１〜第６のいずれか１つの態様に係るロボットハンドであって、前記連鎖部の先端に設けられた保持機構部をさらに備える。

第８の態様に係るロボットハンドは、第７の態様に係るロボットハンドであって、前記保持機構部は吸着パッドを含む。

第９の態様に係るロボットハンドは、第７又は第８の態様に係るロボットハンドであって、前記保持機構部は把持機構部を含む。

第１０の態様に係るロボットハンドは、第１〜第９のいずれか１つの態様に係るロボットハンドであって、前記関節ユニットよりも柔軟な材料で形成され、前記連鎖部の周囲を覆う柔軟部をさらに備える。

第１１の態様に係る関節ユニットは、基体と、第１連結部と、他の関節ユニットの第１連結部と連結可能な第２連結部とを備え、前記基体に連なるように設けられた連結部と、前記基体と前記連結部により連結される他の関節ユニットの基体とを第１軸周りに相対回転駆動する第１駆動源を備える第１回転機構部と、前記基体と前記連結部により連結される他の関節ユニットの基体とを前記第１軸と交差する第２軸周りに相対回転駆動する第２駆動源を備える第２回転機構部と、を備える。

第１〜第１０の態様に係るロボットハンドによると、複数の関節ユニットが螺旋状に姿勢変更可能な連鎖状に連結されているとともに、螺旋状に姿勢変更する際に螺旋の径を変更可能に連結されている連鎖部を少なくとも１つ備えるため、例えば、１つのロボットハンドで異なる種類の電線径に巻付くことが可能になるなど、同じ作業でもその作業対象の汎用性を広げることができる。

特に、第２の態様に係るロボットハンドによると、複数の関節ユニットのうち隣り合う一対の関節ユニットが、両者の並ぶ方向と平行な方向に設定された第１軸及び第１軸に交差する方向に設定された第２軸周りに相対回転可能であるため、隣り合う関節ユニット同士がねじれあうことができるとともに、隣り合う関節ユニット同士の関節角度を変更することができる。

特に、第３の態様に係るロボットハンドによると、関節ユニットが、基体と連結部により連結される他の関節ユニットの基体とを第１軸周りに相対回転駆動する第１駆動源を備える第１回転機構部を備えるため、隣り合う関節ユニット同士がねじれあうことができる。また、関節ユニットが、基体と連結部により連結される他の関節ユニットの基体とを第１軸と交差する第２軸周りに相対回転駆動する第２駆動源を備える第２回転機構部を備えるため、隣り合う関節ユニット同士の関節角度を変更することができる。これにより、ロボットハンドが螺旋状に姿勢変形できるとともに、螺旋以外の姿勢にも変形可能となることによって、ロボットハンドになるべく多種類の作業を行わせることができる又は同じ作業でもその作業対象の汎用性を広げることができる。

特に、第４の態様に係るロボットハンドによると、第１回転機構部は、基体に対して第１連結部を第１軸周りに回転駆動可能に設けられているため、当該関節ユニットと、当該関節ユニットの当該第１連結部に連結される他の関節ユニットとが、第１軸周りに相対回転駆動可能となる。

特に、第５の態様に係るロボットハンドによると、第２回転機構部は、第２連結部に他の関節ユニットの第１連結部が連結された状態で、第２連結部に対して他の関節ユニットの第１連結部を第２軸周りに回転駆動可能に設けられているため、当該関節ユニットと、当該関節ユニットの当該第２連結部に連結される他の関節ユニットとが、第２軸周りに相対回転駆動可能となる。

特に、第６の態様に係るロボットハンドによると、連鎖部を複数備えるため、複数の連鎖部によって複雑な動きを実現することができる。

特に、第７の態様に係るロボットハンドによると、連鎖部の先端に設けられた保持機構部をさらに備えるため、ロボットハンドによって部品をより容易に保持することができる。

特に、第８の態様に係るロボットハンドによると、保持機構部は吸着パッドを含むため、吸着により対象を容易に保持することができる。

特に、第９の態様に係るロボットハンドによると、保持機構部は把持機構部を含むため、対象を容易に把持することができる。

特に、第１０の態様に係るロボットハンドによると、関節ユニットよりも柔軟な材料で形成され、連鎖部の周囲を覆う柔軟部をさらに備えるため、ロボットハンドの連鎖部が取扱対象に当接しても取扱対象を傷つけにくい。

第１１の態様に係る関節ユニットによると、基体と、第１連結部と他の関節ユニットの第１連結部と連結可能な第２連結部とを備え基体に連なるように設けられた連結部と、基体と連結部により連結される他の関節ユニットの基体とを第１軸周りに相対回転駆動する第１駆動源を備える第１回転機構部と、基体と連結部により連結される他の関節ユニットの基体とを第１軸と交差する第２軸周りに相対回転駆動する第２駆動源を備える第２回転機構部と、を備えるため、当該関節ユニットをつなげることで、連結された関節ユニット同士が異なる２つの軸周りに相対回転駆動可能となる。これにより、ロボットハンドになるべく多種類の作業を行わせることができる又は同じ作業でもその作業対象の汎用性を広げることができる。

第１実施形態に係るロボットハンドを示す斜視図である。 第１実施形態に係るロボットハンドを示す斜視図である。 第１実施形態に係るロボットハンドを示す斜視図である。 第１実施形態に係るロボットハンドを示す斜視図である。 第１実施形態に係るロボットハンドを示す斜視図である。 第１実施形態に係る関節ユニットを示す斜視図である。 第１実施形態に係る関節ユニットを示す斜視図である。 第１実施形態に係る関節ユニットを示す背面図である。 第１実施形態に係る関節ユニットを示す底面図である。 第１実施形態に係る関節ユニットを示す側面図である。 ロボットハンドが姿勢変更した様子を示す斜視図である。 ロボットハンドが姿勢変更した様子を示す斜視図である。 ロボットハンドが姿勢変更した様子を示す斜視図である。 ロボットハンドが姿勢変更した様子を示す斜視図である。 ロボットハンドが姿勢変更した様子を示す斜視図である。 ロボットハンドが姿勢変更した様子を示す斜視図である。 ロボットハンドが姿勢変更した様子を示す斜視図である。 ロボットハンドが姿勢変更した様子を示す斜視図である。 ロボットハンドが姿勢変更した様子を示す斜視図である。 ロボットハンドが姿勢変更した様子を示す斜視図である。 ロボットハンドが姿勢変更した様子を示す斜視図である。 ロボットハンドが螺旋状に姿勢変更した様子を示す斜視図である。 ロボットハンドが螺旋状に姿勢変更した様子を線材の長手方向に沿って見た図である。 第２実施形態に係るロボットハンドを示す斜視図である。 吸着パッドを示す説明図である。 把持機構部を示す説明図である。 把持機構部を示す説明図である。

｛第１実施形態｝
以下、第１実施形態に係るロボットハンド１０について説明する。図１〜図５は、第１実施形態に係るロボットハンド１０を示す斜視図である。なお、図１〜図５は、同じ姿勢のロボットハンド１０に対して、それぞれ別の方向から見た斜視図である。

第１実施形態に係るロボットハンド１０は、複数の関節ユニット５０が連結されている連鎖部１２を少なくとも１つ備える。さらにここでは、ロボットハンド１０は、連鎖部１２の一端側に位置する関節ユニット５０が連結される支持部１６を備える。

ここでは、支持部１６から２つの連鎖部１２ａ，１２ｂが延びる例で説明するが、このことは必須ではない。連鎖部１２は、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。連鎖部１２の数が多いほど、ロボットハンド１０が扱える作業種及び作業対象が増える。なお、支持部１６は、例えば、ロボットアーム等に連結される。

ここで、本実施形態に係るロボットハンド１０が扱う作業および作業対象について説明する。ここでは、ロボットハンド１０は、電線等の線材を把持する作業及び線材をしごく作業等をするものとして説明する。この際、取り扱う線材の径は１種類に限られず、異なる径になることもあり得る。また、線材は、複数本の電線を含む場合もあり得る。

なお、線材をしごく作業とは、線材に対して力をかけながら摺動させていく作業のことを言い、線材をしごくことで、線材についた癖等を矯正することができる。また、線材が複数本の電線を含む場合、電線束の断面を円形等、所望の形状に整えることもできる。複数本の電線を含む電線束をしごく作業は、例えば、グリッパーと呼ばれる円環状の部材を用いることが想定される。より詳細には、所望の径を有する当該グリッパーに電線束を通した状態で電線束に対してグリッパーを摺動させることで、電線束の断面を所望の円形状に整えていた。この場合、所望の径ごとにグリッパーの種類を変える必要があった。

また、線材を把持する作業では、その線材が電線等の柔軟物である場合、把持する位置で線材の形状が変わってしまう恐れがある。また、線材が柔軟物である場合、線材を把持する際に、強く把持すると線材を傷つけてしまう恐れがある。また、線材が電線等の柔軟物である場合、ある１つの決まった形で存在することが難しいため、同じ構成を有するように形成されている線材であっても、その形状等が異なる場合がある。

もっとも、ロボットハンド１０が扱う作業及び作業対象は上記に限られるものではない。例えば、ロボットハンド１０は、複数の線材Ｗを束ねる作業などを行ってもよい。また、例えば、ロボットハンド１０は、コネクタ等を取り扱ってもよい。

連鎖部１２は、複数の関節ユニット５０が螺旋状に姿勢変更可能な連鎖状に連結されている。また、螺旋状に姿勢変更する際に螺旋の径を変更可能に連結されている。

ここでは、複数の関節ユニット５０のうち隣り合う一対の関節ユニット５０ごとに、両者の並ぶ方向と平行な方向に設定された第１軸及び第１軸に直交する方向に設定された第２軸周りに相対回転可能に設定されている。

ここで、連鎖部１２を構成する関節ユニット５０について説明する。図６及び図７は、それぞれ異なる方向から見た第１実施形態に係る関節ユニット５０を示す斜視図である。図８は、第１実施形態に係る関節ユニット５０を示す背面図である。図９は、第１実施形態に係る関節ユニット５０を示す底面図である。図１０は、第１実施形態に係る関節ユニット５０を示す側面図である。

まず関節ユニット５０の全体構成から先に説明する。関節ユニット５０は、基体５２と、連結部６０と、第１回転機構部８０と、第２回転機構部９０とを備える。

基体５２は、連鎖部１２を全体的に見た際に、連鎖部１２の概形を形成する部分である。

連結部６０は、基体５２に連なるように設けられている。連結部６０は、第１連結部６２と、他の関節ユニット５０の第１連結部６２と連結可能な第２連結部７０とを備える。連結部６０を用いて、複数の関節ユニット５０が互いに連結される。

第１回転機構部８０は、基体５２と連結部６０により連結される他の関節ユニット５０の基体５２とを第１軸周りに相対回転駆動する第１駆動源８４を備える。ここでは、第１駆動源８４は、第１回転部８２を介して基体５２と連結部６０により連結される他の関節ユニット５０の基体５２とを相対回転駆動する。

第２回転機構部９０は、基体５２と連結部６０により連結される他の関節ユニット５０の基体５２とを第１軸と交差する第２軸周りに相対回転駆動する第２駆動源９４を備える。ここでは、第２駆動源９４は、第２回転部９２を介して、基体５２と連結部６０により連結される他の関節ユニット５０の基体５２とを相対回転駆動する。

次に、関節ユニット５０の各部についてより詳しく見ていく。

＜基体５２＞
基体５２は、第１収容部５３と第２収容部５６とを含む。

第１収容部５３は、ここでは、第１回転機構部８０を収容可能に形成されている。具体的には、第１収容部５３は、直方体状に形成された第１直方体状部５４と、三角柱状に形成された第１三角柱状部５５とを含む。

第１直方体状部５４のうち１つの側面に第１三角柱状部５５が設けられている。また、第１直方体状部５４のうち第１三角柱状部５５が設けられる側面と直交する側面に第２収容部５６が連なっている。第１直方体状部５４のうち第１三角柱状部５５が設けられる側面は、第１三角柱状部５５の側面と第２連結部７０とを合わせた寸法と同程度に設定されている。

第１三角柱状部５５は、その一対の底面が上記第１直方体状部５４の側面と直交する態様で、第１直方体状部５４の端部から突出するように設けられている。そして、第１三角柱状部５５の一対の底面のうち一方の底面に第１連結部６２が連なると共に、他方の底面に第２連結部７０が設けられている。

ここでは、この第１三角柱状部５５の一対の底面を結ぶ方向が、隣り合う関節ユニット５０が連結する方向（以降、単に連結方向と称する）となっている。この連結方向は、図８で見ると紙面横方向、図９で見ると紙面縦方向、図１０でみると紙面に直交する方向となっている。

そして、第１連結部６２は、第１三角柱状部５５から連結方向に沿って基体５２よりも外方に突出するように設けられている。また、第２連結部７０は、第１三角柱状部５５から連結方向に沿って基体５２の端部とほぼ同じ位置まで突出するように設けられている。

第２収容部５６は、第２回転機構部９０を収容する部分である。具体的には、第２収容部５６は、直方体状に形成された第２直方体状部５７と、三角柱状に形成された第２三角柱状部５８とを含む。

第２直方体状部５７のうち１つの側面が第１直方体状部５４に連なる。また、第２直方体状部５７のうち、第１直方体状部５４から第１三角柱状部５５が突出する側と同じ側に面する側面に第２三角柱状部５８が連なっている。

第２三角柱状部５８はその底面が上記第２直方体状部５７の側面と直交する態様で、第２直方体状部５７の連結方向端部側から突出するように設けられている。そして、第２三角柱状部５８は、一対の底面のうち一方の底面に連結部６０のうち後述する第２連結部７０の軸受面７４が連なる。

＜第１連結部６２＞
第１連結部６２は、突出部６４と支軸部６６とを含む。ここでは、第１連結部６２は、第１三角柱状部５５の一対の底面のうちの一方から連結方向に沿って基体５２よりも外方へ突出する態様で形成されている。また、第１連結部６２は、第１回転機構部８０により、連結方向に平行な方向に設定された第１軸周りに基体５２と相対回転駆動可能に連結されている。

突出部６４は、第１回転部８２により、基体５２と第１軸周りに相対回転駆動可能に保持されている。突出部６４は、基端側に位置する直方体状に形成された部分と、先端側に位置する半円柱状に形成された部分とで構成されている。

支軸部６６は、半円柱状の部分と直方体状の部分の連結部分であって、半円の中心に相当する部分から、棒状に突出するように形成されている。支軸部６６は、一対設けられ、それぞれ、第２連結部７０に設けられる軸受面７４に形成される支持凹部７６に嵌合可能とされている。支軸部６６は、第１軸に直交する方向に突出するように形成されている。

突出部６４のうち、支軸部６６の周囲にはガイド凹部６８が形成されている。ガイド凹部６８は、支軸部６６を中心とする弧状に形成されている。当該ガイド凹部６８に、第２連結部７０の軸受面７４に設けられるガイド凸部７８が嵌って第１連結部６２と第２連結部７０との相対回転をガイドする。また、ガイド凸部７８がガイド凹部６８の周方向端部に当接することで、第１連結部６２と第２連結部７０との相対回転量を規制している。

具体的には、ここでは、ガイド凹部６８は、略半円弧状（ここでは、半円弧よりも若干小さい円弧状）に形成されている。そして、図１のように関節ユニット５０が直線状に連なった状態で、ガイド凹部６８のうちその周方向一端部の内周面に、ガイド凸部７８が当接するように設定されている。その状態から、連結部６０を内側にして隣り合う関節ユニット５０同士が１８０度弱曲がった状態で、ガイド凹部６８のうちその周方向他端部の内周面に、ガイド凸部７８が当接するように設定されている。

また、ここでは、直方体状部分の基端側には、支軸部６６が突出する側と同じ側に突出するようにフランジ部６９が形成されている。フランジ部６９のうち支軸部６６側を向く面は、第２連結部７０の後述する軸受面７４の先端縁部に沿って円弧状に形成されている。

＜第２連結部７０＞
第２連結部７０は、基端面７２と軸受面７４とを含む。ここでは、第２連結部７０は、基体５２に固定されている。

基端面７２は、第１三角柱状部５５の一対の底面のうち第１連結部６２が設けられる面とは反対側の面に回転不能に固定されるように形成されている。

軸受面７４は基端面７２の幅方向両端縁部から連結方向にそれぞれ突出するように一対形成されている。軸受面７４は基端側に位置する長方形板状部分と、先端側に位置する半円形板状部分とで構成されている。そして、長方形板状部分と半円形板状部分の連結部分であって、半円の中心に相当する部分に支持凹部７６が形成されている。

支持凹部７６は、ここでは、軸受面７４を貫通する貫通孔状に形成されている。そして、第２回転部９２と、一対の軸受面７４のうち第２三角柱状部５８側に位置する軸受面７４に形成された支持凹部７６に挿通された他の関節ユニット５０の支軸部６６とがかみ合い、第２回転機構部９０により当該支軸部６６が回転駆動する。

ここでは、一対の軸受面７４のうち一方の軸受面７４にガイド凸部７８が形成されている。ガイド凸部７８は、支持凹部７６よりも第１直方体状部５４に近い側に形成されている。上述したようにガイド凸部７８は、ガイド凹部６８に嵌まるように形成されている。

＜第１回転機構部８０＞
ここでは、第１回転機構部８０は、基体５２に対して自身の第１連結部６２を回転させる。第１回転機構部８０が第１連結部６２を回転させる構成としては、例えば、以下のような構成が考えられる。即ち、第１回転部８２は、第１駆動源８４によって回転させられるシャフトを含む。当該シャフトは、第１三角柱状部５５内から第１連結部６２内にかけて連結方向に沿って延びるように配設される。そして、第１連結部６２内にシャフトにかみ合う部分が形成され、シャフトと、当該シャフトにかみ合う部分とがかみ合った状態で、シャフトが回転することにより、第１回転部８２が基体５２に対して第１連結部６２を回転させる。

このように、第１回転機構部８０は、第１軸周りに第１連結部６２を回転させる。第１軸は、ここでは、連結方向に設定されている。

第１駆動源８４として、ここでは、モータが採用されている。なお、ここでは、図示は省略するが、モータとシャフトとの間は、必要に応じて適宜ギア等が噛み合っていればよい。もっとも、第１駆動源８４としては、モータが採用されることは必須ではない。例えば、第１駆動源は、エアシリンダ等であっても構わない。この場合、第１駆動源と第１回転体との間に、直線運動を回転運動に変換するリンク機構部が設けられているとよい。第１駆動源は基体と他の基体とを相対回転駆動可能なものであればよい。

＜第２回転機構部９０＞
また、ここでは、第２回転機構部９０が、基体５２に対して、第２連結部７０に連結された他の関節ユニット５０の第１連結部６２（以降、他の第１連結部６２と称する）を回転させる。第２回転機構部９０が、他の第１連結部６２を回転させる構成としては、例えば、以下のような構成が考えられる。即ち、第２回転部９２は、第２駆動源９４によって回転させられるシャフトを含む。当該シャフトは、第２三角柱状部５８内から第２連結部７０の軸受面７４に形成された支持凹部７６に向かって連結方向に直交する方向に沿って延びるように配設される。そして、第２連結部７０の支持凹部７６内に挿通された他の第１連結部６２の支軸部６６と、シャフトとがかみ合った状態で、シャフトが回転することにより、第２回転機構部９０が基体５２に対して他の第１連結部６２を回転させる。

このように、第２回転機構部９０は、第１軸に直交する方向に設定された第２軸周りに他の第１連結部６２を回転させる。ここでは、第２軸は、支軸部６６の延在方向、つまり、支持凹部７６の中心軸方向に設定されている。このため、ここでは、第１軸と第２軸とは互いに直行する方向に延びるように設定されている。

第２駆動源９４として、ここでは、モータが採用されている。なお、ここでは、図示は省略するが、モータとシャフトとの間は、必要に応じて適宜ギア等が噛み合っていればよい。もっとも、第２駆動源９４としては、モータが採用されることは必須ではない。例えば、第２駆動源は、エアシリンダ等であっても構わない。この場合、第２駆動源と第２回転体との間に、直線運動を回転運動に変換するリンク機構部が設けられているとよい。また、ここでは、第１駆動源８４と第２駆動源９４とは、共にモータが採用されているが、それぞれ別の構成が採用されてもよい。

図１〜図５に戻って、ここでは、連鎖部１２の両端部のうち他の関節ユニット５０の第１連結部６２に連結されていない第２連結部７０を有する関節ユニット５０の当該第２連結部７０が支持部１６に連結されている。ここでは、当該第２連結部７０と支持部１６とも相対回転駆動可能とされている。

第２連結部７０と支持部１６とが相対回転駆動可能となる構成としては、例えば、以下のような構成が考えられる。即ち、支持部１６に第１連結部６２の支軸部６６と同形状の支軸部６６が形成され、当該支軸部６６が第２連結部７０の支持凹部７６にはまり込んで、第２回転部９２のシャフトとかみ合う。この状態で、第２回転機構部がシャフトを回転させることで、支持部１６に対して第２連結部７０が支持凹部７６の中心軸周りに回転駆動可能となる。

また、ここでは、２つの連鎖部１２ａ，１２ｂは、連結部６０に対して同じ側に第１直方体状部５４及び第２直方体状部５７が位置するように連結されている。

また、ここでは、上記関節ユニット５０が複数直鎖状に連なっている。ここで、直鎖状とは、枝分かれしていない１本の線状のことを言うものとする。より詳細には、ここでは、２つの連鎖部１２ａ，１２ｂのうち一方の連鎖部１２ａでは、５つの関節ユニット５０が直鎖状に連結されている。また、２つの連鎖部１２ａ，１２ｂのうち他方の連鎖部１２ｂでは、７つの関節ユニット５０が直鎖状に連結されている。

もっとも、直鎖状に連なる関節ユニット５０の数は上記に限られない。関節ユニット５０の数は適宜設定されていればよい。この際、ロボットハンドが複数の連鎖部を備える場合、それぞれの連鎖部における関節ユニット５０の数は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

また、図１〜図５では、２つの連鎖部１２がそれぞれ直線状に整列している。この状態から、それぞれの関節ユニット５０の各回転部を回転させることにより、ロボットハンド１０は、さまざま姿勢に姿勢変更する。以下では、ロボットハンド１０が、とり得る姿勢の中の３つの姿勢に姿勢変更した様子について説明する。

＜姿勢変更＞
図１１〜図２１は、ロボットハンド１０が姿勢変更した様子を示す斜視図である。なお、図１１〜図１５は、同じ一の姿勢のロボットハンド１０に対し、それぞれ異なる方向から見た斜視図である。また、図１６〜図２１は、図１１〜図１５とは異なる一の姿勢のロボットハンド１０に対し、それぞれ異なる方向から見た斜視図である。

図１１〜図１５の状態は、一方の連鎖部１２ｂの一番支持部１６側に位置する関節ユニット５０の第２回転機構部９０のみを回転駆動させたものである。当該関節ユニット５０と支持部１６とは６０度程度相対回転している。これにより、図１１〜図１５のように、ロボットハンド１０は、Ｖ字状の姿勢をとる。

図１６〜図２１の状態は、それぞれの連鎖部１２ａ，１２ｂの関節ユニット５０の第２回転機構部９０を回転駆動させたものである。それぞれ隣り合う関節ユニット５０同士は、２０度〜３０度程度相対回転している。これにより、図１６〜図２１のように、ロボットハンド１０は、Ｃ字状の姿勢をとる。このようなＣ字状の姿勢は、例えば、作業対象を把持するのに適している。

この際に、それぞれの連鎖部１２ａ，１２ｂの関節ユニット５０の第２回転部９２の回転量を適宜調節することで、一方の連鎖部１２ａの先端と他方の連鎖部１２ｂの先端との間隔を適宜調節可能である。このため、一方の連鎖部１２ａの先端と他方の連鎖部１２ｂの先端との間隔を、作業対象のうち把持したい部分の大きさに適宜合わせることができることによって、作業対象に適した把持力で把持することができる。

図２２は、ロボットハンド１０が螺旋状に姿勢変更した様子を示す斜視図である。図２３は、ロボットハンド１０が螺旋状に姿勢変更した様子を線材Ｗの長手方向に沿って見た図である。なお、図２２及び図２３では、螺旋状に姿勢変形したロボットハンド１０が線材Ｗに巻付いている。

図２２及び図２３の状態は、それぞれの連鎖部１２ａ，１２ｂの関節ユニット５０の第１回転機構部８０及び第２回転機構部９０を回転駆動させたものである。これにより、図２２及び図２３のように、ロボットハンド１０は、螺旋状の姿勢をとる。このような螺旋状の姿勢は、例えば、線材Ｗをしごくのに適している。

この際に、それぞれの連鎖部１２の関節ユニット５０の第１回転部８２及び第２回転部９２の回転量を適宜調節することで、螺旋の径を適宜調節可能である。このため、螺旋の径を、線材Ｗの径に適宜合わせることができることによって、線材Ｗに適した力でしごくことができる。

また、ロボットハンド１０が連鎖部１２を複数備える場合、図２２及び図２３のように、複数の連鎖部１２ａ，１２ｂを螺旋状に姿勢変形した際に、少なくとも２つの連鎖部で螺旋の中心軸が一致するように、複数の連鎖部１２ａ，１２ｂが支持部１６に取り付けられているとよい。これにより、線材Ｗのうち１つのロボットハンド１０が巻付ける領域を大きくすることができる。

第１実施形態に係るロボットハンド１０によると、複数の関節ユニット５０が螺旋状に姿勢変更可能、かつ、螺旋の径を変更可能な連鎖状に連結されている連鎖部１２を少なくとも１つ備えるため、例えば、１つのロボットハンド１０で異なる種類の電線径に巻付くことが可能になるなど、同じ作業でもその作業対象の汎用性を広げることができる。また、電線束の周囲に巻付いた後、螺旋の径を小さくすることで、広がった電線束の径を小さくすることができる。

また、対象の周囲のクリアランスが小さい場合でも、ロボットハンド１０を姿勢変形させることで、当該クリアランスにロボットハンド１０を挿し込むことができる。さらに挿し込んだ後にその作業対象に適した姿勢に姿勢変更することができる。

また、作業対象に対して接点（作用点）を分散して当接することができることによって、作業対象を傷つけにくい。

また、複数の関節ユニット５０のうち隣り合う一対の関節ユニット５０が、両者の並ぶ方向と平行な方向に設定された第１軸及び第１軸に直交する方向に設定された第２軸周りに相対回転駆動可能であるため、隣り合う関節ユニット５０同士がねじれあうことができるとともに、隣り合う関節ユニット５０同士の関節角度を変更することができる。

特にここでは、関節ユニット５０が、基体５２と連結部６０により連結される他の関節ユニット５０の基体５２とを第１軸周りに相対回転駆動する第１駆動源８４を備える第１回転機構部８０を備えるため、隣り合う関節ユニット５０同士がねじれあうことができる。また、関節ユニット５０が、基体５２と連結部６０により連結される他の関節ユニット５０の基体５２とを第１軸と交差する第２軸周りに相対回転駆動する第２駆動源９４を備える第２回転機構部９０を備えるため、隣り合う関節ユニット５０同士の関節角度を変更することができる。これにより、ロボットハンド１０が螺旋状に姿勢変形できるとともに、螺旋以外の姿勢にも変形可能となることによって、ロボットハンド１０になるべく多種類の作業を行わせることができる又は同じ作業でもその作業対象の汎用性を広げることができる。

特に、第１回転機構部８０は、基体５２に対して第１連結部６２を第１軸周りに回転駆動可能に設けられているため、当該関節ユニット５０と、当該関節ユニット５０の当該第１連結部６２に連結される他の関節ユニット５０とが、第１軸周りに相対回転駆動可能となる。また、第２回転機構部９０は、第２連結部７０に他の関節ユニット５０の第１連結部６２が連結された状態で、第２連結部７０に対して他の関節ユニット５０の第１連結部６２を第２軸周りに回転駆動可能に設けられているため、当該関節ユニット５０と、当該関節ユニット５０の当該第２連結部７０に連結される他の関節ユニット５０とが、第２軸周りに相対回転駆動可能となる。

また、連鎖部１２を複数備えるため、複数の連鎖部１２によって複雑な動きを実現することができる。また、複数の連鎖部１２にそれぞれ異なる部品を取り付けることで、ロボットハンド１０が行える作業の種類を増やすことができる。

また、１つの連鎖部１２を同一種類の関節ユニット５０で構成することで、製造に係るコストを抑えることができる。

｛第２実施形態｝
次に、第２実施形態に係るロボットハンド１０Ａについて説明する。図２４は、第２実施形態に係るロボットハンド１０Ａを示す斜視図である。なお、本実施の形態の説明において、第１実施形態で説明したものと同様構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

第２実施形態に係るロボットハンド１０Ａは、以下の２つの点で第１実施形態に係るロボットハンド１０とは、異なる。

第１の点は、ロボットハンド１０Ａが、柔軟部１７をさらに備える点である。柔軟部１７は、関節ユニット５０よりも柔軟な材料（例えば、樹脂等）で形成されている。柔軟部１７は、連鎖部１２の周囲を覆う。

ここでは、２つの連鎖部１２ａ，１２ｂのうち一方の連鎖部１２ｂのみに柔軟部１７が設けられているが、このことは必須ではない。両方の連鎖部に柔軟部が設けられていてもよい。また、ここでは、連鎖部１２にその基端から先端にかけて全体的に柔軟部１７が設けられているが、このことは必須ではない。連鎖部１２に部分的に柔軟部１７が設けられていてもよい。つまり、柔軟部１７は、連鎖部１２のうち対象に当接する可能性のある部分に設けられているとよい。

柔軟部１７は、連鎖部１２の回転をなるべく阻害しないように設けられているとよい。連鎖部１２の回転をなるべく阻害しないためには、例えば、１つの関節ユニット５０ごとにその基体５２部分に柔軟部１７が設けられるなどの構成などが考えられる。

関節ユニット５０よりも柔軟な材料で形成され、連鎖部１２の周囲を覆う柔軟部１７をさらに備えることで、ロボットハンド１０Ａの連鎖部１２が取扱対象に当接しても取扱対象を傷つけにくい。

第２の点は、ロボットハンド１０Ａが、連鎖部１２の先端に設けられた保持機構部１８をさらに備える点である。

保持機構部１８は、対象を保持可能に構成されている。保持機構部１８は、例えば、吸着パッド又は把持機構部等を含むことが考えられる。ここでは、２つの連鎖部１２ａ，１２ｂの先端に保持機構部１８がそれぞれ設けられている。そして、ここでは、２つの連鎖部１２ａ，１２ｂのうち一方の連鎖部１２ａに設けられた保持機構部１８が吸着パッド２０を含み、他方の連鎖部１２ｂに設けられた保持機構部１８が把持機構部３０を含むものとして説明する。

ここで、吸着パッド２０について説明する。図２５は、吸着パッド２０を示す説明図である。図２５では、パッド本体部２２の一部が部分的に切り欠かれて断面図とされている。

吸着パッド２０は、パッド本体部２２とエジェクタ２４とを含む。パッド本体部２２は筒状に形成されている。より詳細には、ここでは、パッド本体部２２は、円錐台筒状と円筒状が合わさった形状に形成されている。そして、パッド本体部２２の先端に向けて外径及び内径が大きくなるように設定されている。パッド本体部２２の内部空間は、気体の流路とされ、エジェクタ２４までつながっている。

エジェクタ２４は、パッド本体部２２内の空気を吸引可能に構成されている。

そして、パッド本体部２２の開口部を対象Ｗ１に近づけた状態でエジェクタ２４によりパッド本体部２２内の気体を吸い込むことでパッド本体部２２に対象Ｗ１が保持される。また、対象Ｗ１を保持している状態で吸引をやめることで対象Ｗ１を解放することができる。

吸着パッド２０は、例えば、厚みの薄い部材など、作業対象Ｗ１が把持しにくい部材である場合に適している。

なお、吸着パッド２０としては、エジェクタ２４を含まない場合もあり得る。この場合、パッド本体部２２は、吸盤状に形成されるとよい。パッド本体部が吸盤状に形成されていると、パッド本体部内の空気が抜けるように対象に対してパッド本体部が押し付けられることで、対象を保持することができる。

次に、把持機構部３０について説明する。図２６及び図２７は、把持機構部３０を示す説明図である。図２６は、対象を把持する前の状態を示す図であり、図２７は、対象を把持している状態を示す図である。

把持機構部３０は、一対の把持部３２と、一対の把持部３２を駆動する駆動機構部３４とを備える。ここでは、把持機構部３０は、駆動機構部３４としてエアシリンダ３４が用いられている、いわゆるエアチャックと呼ばれるものとして説明する。もっとも、把持機構部３０は、エアチャックに限られるものではない。例えば、駆動機構部３４としては、エアシリンダ３４に限られるものではなく、モータが採用されてもよい。つまり、駆動機構部３４としては、一対の把持部３２を開いた状態と閉じた状態とに姿勢変更可能なものが採用されていればよい。

一対の把持部３２はその先端が間隔をあけて対向すると共に、その基端がエアシリンダ３４に連結されている。そして、エアシリンダ３４の往復運動に伴い、一対の把持部３２の先端が互いに接近及び離隔する。これにより、一対の把持部３２の先端の間隔が変化し、図２６のように対象Ｗ２を把持する前の状態と、図２７のように対象Ｗ２を把持した状態に姿勢変更可能とされている。

連鎖部１２の先端に把持機構部３０が設けられることで、１つの連鎖部１２で対象Ｗ２を把持することができる。

なお、連鎖部１２と保持機構部１８とは、関節ユニット５０の空いている連結部６０を利用して連結されてもよいし、連結部６０を用いずに連結されてもよい。

また、ロボットハンドに複数の連鎖部が設けられる場合、上述したように、１つの連鎖部の先端に吸着パッドを設けるとともに、他の連鎖部の先端に把持機構部を設けるなど、それぞれの連鎖部の先端に別構成の保持機構部を設けてもよい。また、例えば、保持機構部が設けられない連鎖部があってもよい。また、例えば、１つの連鎖部の先端に把持機構部と吸着パッドとを両方設けてもよい。

また、保持機構部としては、上記吸着パッド２０及び把持機構部３０以外の構成であってもよい。例えば、保持機構部としては、磁力を用いて磁性体を保持するものであってもよい。

第２実施形態に係るロボットハンド１０Ａによっても、第１実施形態に係るロボットハンド１０と同様の効果を得ることができる。

また、第２実施形態に係るロボットハンド１０Ａによると、連鎖部１２の先端に設けられた保持機構部１８をさらに備えるため、ロボットハンド１０Ａによって部品をより容易に保持することができる。特に、ここでは、保持機構部１８は吸着パッド２０を含むため、吸着により対象を容易に保持することができる。また、保持機構部１８は把持機構部３０を含むため、対象を容易に把持することができる。

また、関節ユニット５０よりも柔軟な材料で形成され、連鎖部１２の周囲を覆う柔軟部１７をさらに備えるため、ロボットハンド１０Ａの連鎖部１２が取扱対象に当接しても取扱対象を傷つけにくい。

｛変形例｝
上記実施形態において、隣り合う一対の関節ユニット５０が、両者の並ぶ方向と平行な方向に設定された第１軸及び第１軸に直交する方向に設定された第２軸周りに相対回転駆動可能に設けられているものとして説明したが、このことは必須ではない。例えば、１つの関節ユニットと一方側の隣に位置する関節ユニットとで第１軸周りに相対回転駆動可能であるとともに、上記１つの関節ユニットと他方側の隣に位置する関節ユニットとで第２軸周りに相対回転駆動可能であってもよい。

上記に関連して、上記実施形態において、基体５２に対して第１連結部６２を第１軸周りに回転駆動可能であるとともに、基体５２に対して第２連結部７０に連結される他の第１連結部６２を第２軸周りに回転駆動可能であるものとして説明したが、このことは必須ではない。例えば、第１軸周りに回転させる機能と第２軸周りに回転させる機能とをそれぞれ異なる関節ユニットが担っていてもよい。

また、例えば、関節ユニットは、基体に対して第１連結部及び第２連結部のどちらか一方を第１軸及び第２軸周りに回転駆動可能であってもよい。

また、上記実施形態の連鎖部１２において、関節ユニット５０は、直鎖状に連結されているものとして説明したが、このことは必須ではない。例えば、第１連結部及び第２連結部に加えて第３連結部を有する関節ユニットを用いることで、連鎖部に枝分かれする部分を設けてもよい。

また、上記実施形態において、第１軸の延びる方向を連結方向と平行な方向とし、第２軸の延びる方向を第１軸と直交する方向としたが、このことは必須ではない。例えば、第１軸の延びる方向を連結方向と交差する方向とし、第２軸の延びる方向を第１軸と交差する方向としてもよい。つまり、第１軸と第２軸としては、連鎖部が螺旋状に姿勢変更可能な方向に設定されていればよい。

なお、上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。

以上のようにこの発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１０，１０Ａ ロボットハンド
１２ 連鎖部
１６ 柔軟部
１８ 保持機構部
２０ 吸着パッド
３０ 把持機構部
５０ 関節ユニット
５２ 基体
６０ 連結部
６２ 第１連結部
７０ 第２連結部
８０ 第１回転機構部
８４ 第１駆動源
９０ 第２回転機構部
９４ 第２駆動源
Ｗ 線材

Claims (11)

1. 複数の関節ユニットが螺旋状に姿勢変更可能、かつ、螺旋の径を変更可能に連鎖状に連結されている連鎖部を少なくとも１つ備える、ロボットハンド。
2. 請求項１に記載のロボットハンドであって、
   前記複数の関節ユニットのうち隣り合う一対の前記関節ユニットが、両者の並ぶ方向と平行な方向に設定された第１軸及び前記第１軸と交差する方向に設定された第２軸周りに相対回転可能である、ロボットハンド。
3. 請求項２に記載のロボットハンドであって、
   前記関節ユニットは、
   基体と、
   第１連結部と、他の関節ユニットの第１連結部と連結可能な第２連結部とを備え、前記基体に連なるように設けられた連結部と、
   前記基体と前記連結部により連結される他の関節ユニットの基体とを第１軸周りに相対回転駆動する第１駆動源を備える第１回転機構部と、
   前記基体と前記連結部により連結される他の関節ユニットの基体とを前記第１軸と交差する第２軸周りに相対回転駆動する第２駆動源を備える第２回転機構部と、
   を備える、ロボットハンド。
4. 請求項３に記載のロボットハンドであって、
   前記第１回転機構部は、前記基体に対して前記第１連結部を前記第１軸周りに回転駆動可能に設けられている、ロボットハンド。
5. 請求項３又は請求項４に記載のロボットハンドであって、
   前記第２回転機構部は、前記第２連結部に他の関節ユニットの第１連結部が連結された状態で、前記第２連結部に対して前記他の関節ユニットの前記第１連結部を前記第２軸周りに回転駆動可能に設けられている、ロボットハンド。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のロボットハンドであって、
   前記連鎖部を複数備える、ロボットハンド。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のロボットハンドであって、
   前記連鎖部の先端に設けられた保持機構部をさらに備える、ロボットハンド。
8. 請求項７に記載のロボットハンドであって、
   前記保持機構部は吸着パッドを含む、ロボットハンド。
9. 請求項７又は請求項８に記載のロボットハンドであって、
   前記保持機構部は把持機構部を含む、ロボットハンド。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のロボットハンドであって、
    前記関節ユニットよりも柔軟な材料で形成され、前記連鎖部の周囲を覆う柔軟部をさらに備える、ロボットハンド。
11. 基体と、
    第１連結部と、他の関節ユニットの第１連結部と連結可能な第２連結部とを備え、前記基体に連なるように設けられた連結部と、
    前記基体と前記連結部により連結される他の関節ユニットの基体とを第１軸周りに相対回転駆動する第１駆動源を備える第１回転機構部と、
    前記基体と前記連結部により連結される他の関節ユニットの基体とを前記第１軸と交差する第２軸周りに相対回転駆動する第２駆動源を備える第２回転機構部と、
    を備える、関節ユニット。

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