JP2019025551A - エンドエフェクタと、エンドエフェクタを用いた物体把持システム - Google Patents

Abstract

【課題】把持対象物を把持するためのエンドエフェクタにおいて、エンドエフェクタの構造を複雑化することなく、安定して把持対象物を把持することができ、また、把持対象物の性状に関わらず、把持対象物にならうように把持することができる。
【解決手段】把持対象物を把持するためのエンドエフェクタにおいて、力入力連結部材１０１と、把持部材１０２と、力伝達連結部材１０６と、拘束連結部材１０７と、を備え、サポート部材１と、力入力連結部材１０１と、把持部材１０２と、力伝達連結部材１０６と、拘束連結部材１０７と、をそれぞれ連結する回転軸のうち、少なくとも１つ以上に回転制御装置２１０を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンドエフェクタと、エンドエフェクタを用いた物体把持システムに関する。

少子高齢化に伴い、生産年齢人口の減少が進展している。この生産年齢人口の減少は、製造業の現場における人手不足、過重な労働、生産性の低下を引き起こす要因となっている。さらに生産年齢人口の減少は、医療や福祉、生活支援、防災、保守点検などのサービス分野においても労働力不足、過酷環境下の労働、サービス品質の低下を引き起こす要因となっている。このような社会課題を解決する手段の1つとして、ロボットの活用が期待されている。ロボットは、センサ技術、アクチュエータ技術、制御技術の３つの要素技術を有する機械システムである。ロボットが前記社会課題を解決するためには、人が行う（複雑な、緻密な、柔軟性を要する）作業を代替できることが必須である。特に、作業対象物と人との接点であるエンドエフェクタは重要である。

エンドエフェクタの一例として、特許文献１記載のハンド機構がある。特許文献１記載のハンド機構は、対象物を把持するために、２つの多関節指と１つの単関節指を有し、単関節指側に、ハンド機構を閉じる方向の付勢力を掛ける構成を採用することで、ハンド機構の構造の簡素化と比較的高い把持機能と、を持つ。

エンドエフェクタの別の一例として、特許文献２記載の多指ロボットハンドがある。特許文献２記載の多指ロボットハンドは、根元関節を介して３本の指機構が連結された第１掌部と、根元関節を介して１本の指機構が連結された第２掌部と、第１掌部と第２掌部とを連結する掌関節と、を備え、掌関節は第１掌部に対する第２掌部の連結角度が変わるのを許容するように構成されている。前記のように構成することにより、指機構の関節数が増大するのを抑制しつつ、多様な物品を安定して把持することができる。

特開２０１５−１１２６５１号公報 特開２００８−１４９４４８号公報

特許文献１のハンド機構は、多指関節指と単関節指を有し、単関節指側にハンド機構を閉じる方向の付勢力を掛けるようになっているため、把持対象物は多指関節指と単関節指の両方より力を受けて確実に把持できるとしている。前記多関節指は、４節リンク機構を複数組み合わせた構成となっている。それぞれの節（リンク）を結合する関節部は、各リンク間を回転自由に支持する。前記多関節指は、第２モードで把持対象物に対して指部が巻き込んでいく形で把持対象物を把持するようになっている。前記指部が把持対象物を巻き込んでいく形で把持するためには、第１指部が把持対象物に当接し、第１指部が第１指部の根元側にある回転中心回りに回転することを阻止するだけの力を把持対象物が第１指部に付与する必要がある。把持対象物が第１指部に力を付与することを効果的に行うには、例えば、把持対象物をある一定以上の重量として限定するか、把持対象物を固定しなければならない。さらに把持対象物の表面が柔軟である場合、又は把持対象物の曲げ剛性が小さい場合、指部が巻き込んでいく形で把持することができない恐れがある。

特許文献２の多指ロボットハンドは、骨部材や掌部にモータが内蔵され、関節部を駆動するようになっている。モータの駆動力を関節部に伝達する方法として、ギア駆動方式、ワイヤ駆動方式、ベルト駆動方式、リンク駆動方式、を用いることができるとしている。多指ロボットハンドは、把持対象物を確実に把持する動作を、各関節をモータ駆動して指を細かく制御することにより実現しようとしている。しかしながら、モータを多用することにより構造が複雑化すること、保守性が悪化すること、などの好ましくない状況になる恐れがある。さらに骨部材等にモータを内蔵するため、発生したい把持力によっては、モータの出力を大きくしなければならない。一般的にはモータの出力を大きくした場合、モータの大きさも大きくなることから、多指ロボットハンド自体の寸法が大きくなり、故に重量が大きくなる。多指ロボットハンドの重量が大きくなると、想定する把持重量を実現するには、多指ロボットハンドを装着するアームの可搬性能を上げる必要性がある恐れもある。

上記課題を鑑み、本発明は例えば以下の特徴を有する。

把持対象物を把持するためのエンドエフェクタにおいて、力入力連結部材と、把持部材と、力伝達連結部材と、拘束連結部材と、を備え、サポート部材と、力入力連結部材と、把持部材と、力伝達連結部材と、拘束連結部材と、をそれぞれ連結する回転軸のうち、少なくとも１つ以上に回転制御装置を備える。

把持対象物を把持するためのエンドエフェクタにおいて、エンドエフェクタの構造を複雑化することなく、安定して把持対象物を把持することができ、また、把持対象物の性状に関わらず、把持対象物にならうように把持することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。

多関節指部の一例 多関節指部１００の断面図 多関節指部１００の斜視図 エンドエフェクタの一例 エンドエフェクタ２００の動作の一例 エンドエフェクタ２００の動作の一例 エンドエフェクタ２００の動作の一例 回転制御装置の一例 回転制御装置の一例 回転制御装置の一例 回転制御装置の一例 回転制御装置の一例 回転制御装置の一例 回転制御装置の一例 回転制御装置の一例 回転制御装置の一例 回転制御装置の一例 回転制御装置の一例 回転制御装置の一例 回転制御装置の一例 エンドエフェクタ５３０を用いた物体把持システム５００を示す説明図 物体把持システム５００により把持対象物を把持する動作を説明するフローチャート

以下、本発明の形態を図面に従い説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。

図１に発明を実施するための形態の一例を示す。

図１は、多関節指部の一例を示す。多関節指部１００は、図示していない固定部（記号Ｇで示す）に回転可能に支持された力入力連結部材１０１と、力入力連結部材１０１と回転可能に連結され、力入力連結部材１０１に入力された力を伝達する第１の力伝達連結部材１０６と、第１の力伝達連結部材１０６と回転可能に連結され、力入力連結部材１０１に入力され、第１の力伝達連結部材１０６を介した力を伝達する第２の力伝達連結部材１０８と、第２の力伝達連結部材１０８と回転可能に連結され、力入力連結部材１０１に入力され、第１の力伝達連結部材１０６と第２の力伝達連結部材１０８と、を介した力を伝達する第３の力伝達連結部材１１０と、を備える。さらに多関節指部１００は、力入力連結部材１０１が図示していない固定部に支持されている回転軸と同軸に回転支持された第１の把持部材１０２と、第１の把持部材１０２と回転可能に連結された第２の把持部材１０３と、第２の把持部材１０３と回転可能に連結された第３の把持部材１０４と、第３の把持部材１０４と第３の力伝達連結部材１１０と、に回転可能に連結された第４の把持部材１０５と、から構成される。さらに多関節指部１００は、第１の力伝達連結部材１０６と第２の力伝達連結部材１０８と、が回転可能に連結されている回転軸と、第１の把持部材１０２と第２の把持部材１０３と、が回転可能に連結されている回転軸と、を回転可能に連結する第１の拘束連結部材１０７と、第２の力伝達連結部材１０８と第３の力伝達連結部材１１０と、が回転可能に連結されている回転軸と、第２の把持部材１０３に配置された回転軸と、を回転可能に連結する第２の拘束連結部材１０９と、を含んでいる。

第１の把持部材１０２、第２の把持部材１０３、第３の把持部材１０４、及び第４の把持部材１０５は、図中左と記載されている方向に相対する面をそれぞれ有しており、それら相対する面上にそれぞれ第１の緩衝部材１１２、第２の緩衝部材１１３、第３の緩衝部材１１４、第４の緩衝部材１１５が配置されている。それぞれの緩衝部材は、例えば、樹脂、ゴム、ゲルといった高分子材料であっても良いし、ばね要素を持つ構造体であっても良い。

図示していない固定部に回転可能に支持された力入力連結部材１０１は、固定部に回転可能に支持された回転軸と、第１の力伝達連結部材１０６を回転可能に連結する回転軸と、図示していない動力部からの力を受ける回転軸を持ち、その回転軸は、概ねＦで示される矢印方向に力を受ける。概ねＦで示される矢印方向に作用する動力部からの力は、例えば、電動直動モータであっても良いし、回転を直動方向に変換する機構を有する電動回転モータであっても良いし、空気圧を利用したシリンダであっても良いし、流体（例えば、水や油など）圧を利用したシリンダであっても良い。動力部から付与される力は、力伝達連結部材によって伝達され、さらには拘束連結部材を通して把持部材に伝達され、部材間を連結する回転軸回りに回転させることで把持部材間の連結角度を変化させることができるように構成されている。

図２に図１で示した多関節指部１００の断面図を示す。第１の拘束連結部材１０７は回転可能な回転軸として、第１の回転軸１２３と第２の回転軸１２４を備える。また、第２の拘束連結部材１０９は回転可能な回転軸として、第３の回転軸１２５と第４の回転軸１２６を備える。第１の拘束連結部材１０７によって、回転軸１２４は回転軸１２３を中心として回転軸１２３と回転１２４を半径とする軌跡上を移動する。また第２の拘束連結部材１０９によって、回転軸１２６は回転軸１２５を中心として回転軸１２５と回転１２６を半径とする軌跡上を移動する。

図３に多関節指部１００の斜視図を示し、多関節指部１００の回転軸を説明する。回転軸１２０は、図示していない固定部と、力入力連結部材１０１と、第１の把持部材１０２と、を同軸に連結している。
回転軸１２１は、力入力連結部材１０１と、第１の力伝達連結部材１０６と、を同軸に連結している。

回転軸１２２は、図示していない動力部と連結されている。

回転軸１２３は、第１の把持部材１０２と、第２の把持部材１０３と、第１の拘束連結部材１０７と、を同軸に連結している。

回転軸１２４は、第１の力伝達連結部材１０６と、第２の力伝達連結部材１０８と、第１の拘束連結部材１０７と、を同軸に連結している。

回転軸１２５は、第２の把持部材１０３と、第２の拘束連結部材１０９と、を同軸に連結している。

回転軸１２６は、第２の力伝達連結部材１０８と、第３の力伝達連結部材１１０と、第２の拘束連結部材１０９と、を同軸に連結している。

回転軸１２７は、第２の把持部材１０３と、第３の把持部材１０４と、を同軸に連結している。

回転軸１２８は、第３の把持部材１０４と、第４の把持部材１０５と、を同軸に連結している。

回転軸１２９は、第３の力伝達連結部材１１０と、第４の把持部材１０５と、を同軸に連結している。

回転軸１２０は、図示していない固定部（記号Ｇで示す）に支持されている。回転軸１２２に直交する方向に力が入力されることにより、回転軸１２０回りに力入力連結部材１０１が回転する。力入力連結部材１０１が回転軸１２０回りに回転することによって、回転軸１２１と連結された第１の力伝達連結部材１０６を移動させることができる。

各々の回転軸と部材との間で回転を拘束することにより、多関節指部１００の形態を変更することができる。また、それぞれの回転軸で連結される各部材は、コ字状とし、各部材の開口部を、回転軸をまたいで相対させる構造としている。そのため、多関節指部は概略矩形形状に構成されることになり、強度を増す効果がある。

図４はエンドエフェクタの一例を示す。エンドエフェクタ２００は、第１のサポート部材１と、第２のサポート部材２と、固定把持部材３と、力入力連結部材６と、力入力連結部材６に配置された回転軸７、回転軸８、回転軸９、と、回転軸９とその一端が同軸となっている第１の力伝達連結部材１２と、第１の力伝達連結部材１２の、回転軸９とは異なる他端に配置される回転軸１３と、回転軸１３を一端とする第２の力伝達連結部材１８と、第２の力伝達連結部材１８の、回転軸１３とは異なる他端に配置される回転軸１９と、回転軸１９を一端とする第３の力伝達連結部材２３と、第３の力伝達連結部材２３の、回転軸１９とは異なる他端に配置される回転軸２４と、回転軸２４のほかに回転軸２２を配置する第４の把持部材２５と、から成る多関節指部を有する。さらにエンドエフェクタ２００は、回転軸７を一端とする第１の把持部材１０と、第１の把持部材１０にあって回転軸７とは異なる他端に配置される回転軸１１と、回転軸１１を一端とする第２の把持部材１５と、第２の把持部材１５にあって回転軸１１とは異なる他端に配置される回転軸１６と、第２の把持部材１５に配置される回転軸１１と回転軸１６において、それぞれを回転軸１３と回転軸１９と連結する第１の拘束連結部材１４と、第２の拘束連結部材２０と、第２の把持部材１５において回転軸１１と回転軸１６とを含む平面から離れて配置される回転軸１７と、回転軸１７を一端として、また他端に第４の把持部材２５に配置される回転軸２２が配置される第３の把持部材２１と、から成る多関節指部を有する。さらに、力入力連結部材６に配置される回転軸７を共用する第３のサポート部材５と、第３のサポート部材５と連結されて第２のサポート部材２に固定される第４のサポート部材４と、から成る多関節指部を有する。図４では多関節指部が１つ配置されているが、複数の多関節指部が並列に並べられていても良い。回転軸７、回転軸１１、回転軸１７、回転軸１３、回転軸１９には後述する回転制御装置が備えられており、前記回転制御装置は、回転軸を共用する部材と部材がその回転軸回りに固定あるいは回転するように上位装置からの指令により制御する。

図５はエンドエフェクタ２００の動作の一例を説明する図である。力入力連結部材６の回転軸８に力を作用させると、回転軸７を中心にして左回りに力入力連結部材６が回転する。このとき、後述する（図示していない）回転制御装置によって第１の把持部材１０の回転軸７回りの回転を抑止し、さらに第２の把持部材１５の回転軸１１回りの回転を抑止し、さらに第３の把持部材２１の回転軸１７回りの回転を抑止する。力入力連結部材６が回転軸７回りに回転すると、回転軸９に連結された第１の力伝達連結部材１２が移動する。さらに第１の力伝達連結部材が移動すると、回転軸１３で連結された第２の力伝達連結部材１８、第１の拘束連結部材１４も移動する。第２の力伝達連結部材１８が移動すると、回転軸１９で連結された第３の力伝達連結部材２３が移動する。第３の力伝達連結部材２３が移動すると、回転軸２２回りに回転軸２４を回転させる。このようにして力入力連結部材６の回転軸８に力を作用させて力入力連結部材６を回転させ、かつ図示していない回転制御装置を所定の動作をさせることで、第４の把持部材２５を回転軸２２回りに回転させることができる。

図６はエンドエフェクタ２００の動作の一例を説明する図である。把持対象物５０を把持する例を示す。図５のように力入力連結部材６の回転軸８に力を作用させると、回転軸７を中心にして左回りに力入力連結部材６が回転する。このとき、後述する（図示していない）回転制御装置によって第１の把持部材１０の回転軸７回りの回転を抑止し、さらに回転軸１３回りの第２の力伝達連結部材１８と第１の拘束連結部材１４と、の回転を抑止し、さらに回転軸１９回りの第３の力伝達連結部材２３と第２の拘束連結部材２０と、の回転を抑止する。力入力連結部材６が回転すると、第１の力伝達連結部材１２が移動する。さらに、第１の力伝達連結部材１２が移動すると、回転拘束された第２の力伝達連結部材１８と第１の拘束連結部材１４と、が回転軸１１回りに回転する。さらに第２の力伝達連結部材１８の回転に伴って相対する第２の把持部材１５が回転軸１１回りに回転し、把持対象物５０に接触して停止する。さらに第２の力伝達連結部材１８が移動すると、回転拘束された第３の力伝達連結部材２３と第２の拘束連結部材２０と、が回転軸１６回りに回転する。第３の力伝達連結部材２３の回転に伴って相対する第３の把持部材２１は、回転軸１７回りに回転し、把持対象物５０に接触して停止する。さらに第３の力伝達連結部材２３が移動すると、回転軸２２回りに回転して把持対象物５０に接触して停止する。このようにしてエンドエフェクタ２００は、把持対象物５０を把持する。図１で説明した、第１から第４の把持部材に取り付けられている第１から第４の緩衝部材に力を検知するセンサ（図示せず）を配置することにより、把持対象物５０を把持する力を制御することも可能である。さらに把持対象物５０に作用する把持力の方向と直交する方向の力（すべり力）を検出することによって、把持対象物５０が安定して（静止して）把持されているかを判断することが可能である。判定して把持していない、と判断した場合、力入力連結部材６に図示していない動力部から力を入力して把持力を増加させ、把持対象物５０を安定して把持することが可能である。

図７はエンドエフェクタ２００の動作の一例を説明する図である。把持対象物５１を把持する例を示す。図６と重複する部分を除いて説明する。力入力連結部材６が回転軸７回りに回転を開始したタイミングでは、後述する（図示していない）回転制御装置によって第１の把持部材１０が回転軸７回りに回転するようにし、第１の把持部材１０が所定の回転角に達したときに、回転制御承知によって第１の把持部材１０が回転軸７回りに回転することを抑止する。前述及び図６で説明したように各部を動作させることで、把持対象物５１を把持することが可能となる。

図８から図１４に回転制御装置を実現する形態の一例を示す。本発明のエンドエフェクタは、力伝達連結部材と、把持部材と、拘束連結部材と、を連結する回転軸に回転制御装置を備え、任意のタイミングで回転軸回りの各部材の回転角度を規制することが可能である。また、回転制御装置を配置することで、把持対象物に当接させることなく多関節指部を屈曲させ、把持対象物を把持することができるとともに、エンドエフェクタの構造簡素化を図る。なお、図８から図１４に記載した回転制御装置を組合せて、新たな回転制御装置としても良い。

図８Ａと図８Ｂは、回転制御装置の一例を示す説明図である。図８Ａの回転制御装置２１０は、力入力連結部材、力伝達連結部材あるいは把持部材２１４に配置された磁石２１３と、磁石２１３に相対して接触する面を有する可動鉄心２１２と、図示していないボビンやリード線と銅線からなるコイル２１１と、から構成されている。図８Ａに示すように力入力連結部材、力伝達連結部材あるいは把持部材２１４に配置された磁石２１３と可動鉄心２１２は、磁石２１３の磁力により両者が接触する面に垂直方向に吸着力が発生する。そのため、磁石２１３と可動鉄心２１２が当接する面の最大静止摩擦係数をμ、吸着力をＮと表記すれば、静止最大摩擦力Ｆは、Ｆ＝μＮと表すことができ、磁石２１３あるいは磁石２１３を配置した力入力連結部材、力伝達連結部材あるいは把持部材２１４と可動鉄心２１２と、が当接面内で相対移動しようとするときの抑止力となり、回転を抑止する。図８Ｂはコイル２１１に電気を流すことにより、磁石２１３と反発する方向に磁界を発生させて磁石２１３と可動鉄心２１２を離間させた状態である。磁石２１３と可動鉄心２１２は離間されられているので、前述の静止最大摩擦力は作用せず、回転は抑止されない。また通電を止めれば磁石２１３の磁界により可動鉄心２１２は吸引されて再び当接する。説明してきたとおり、回転を抑止する回転制御装置２１０を備えることで、コイル２１１への通電有無により回転軸を同じくする２つの部材間の相対移動を制御することができる。

通電をしない場合、静止最大摩擦力を超える外力が部材に作用しても、当接面がすべるだけで、各部材が破損することを防ぐことができる。通電をする場合、コイル２１１により発生する磁界の向きを吸着力が増加する方向になるように電流が流れる向きを変更することで、前記抑止力を増加させることができる。

図９Ａと図９Ｂは、回転制御装置の一例を示す説明図である。図９Ａの回転制御装置２２０は、力入力連結部材、力伝達連結部材あるいは把持部材、つまり部材２２４に相対して接触する面を有する可動鉄心２２２と、図示していないボビンやリード線と銅線からなるコイル２２１と、可動鉄心２２２が前記部材２２４に当接するように付勢するばね２２３と、ばね２２３の一端を固定する固定部２２５と、から構成されている。図９Ａは、コイル２２１に通電していない状態を示し、ばね２２３により可動鉄心２２２が部材２２４に当接させられているため、図８で説明した抑止力が発生し、２２４と可動鉄心２２２は相対移動せず、回転を抑止する。図９Ｂはコイル２２２に電気を流すことにより可動鉄心２２２がばね２２３の付勢力と逆方向に移動して、部材２２４と可動鉄心２２２と、を離間させた状態である。部材２２４と可動鉄心２２２は離間されられているので、前述の静止最大摩擦力は作用せず、回転は抑止されない。通電を止めれば、ばね２２３の付勢力により可動鉄心２２２は部材２２４に当接する。

回転制御装置２２０は、摩擦力により部材の相対移動を抑止するものであるため、部材に前記静止最大摩擦力を超える力が作用しても、当接面がすべることにより各部材が破損することを防ぐことができる。

回転制御装置２２０は、コイル２２２に流す電流の向きを変更して可動鉄心２２２の移動方向をばね２２３による付勢力の向きと同じくすることで、前記抑止力を増加させることができる。なお、図８に記載の磁石を用いた回転制御装置と、図９に記載のばねを用いた回転制御装置を組合せて、新たな回転制御装置として用いても良い。

図１０は、回転制御装置の一例を示す説明図である。図１０の回転制御装置２３０は、力入力連結部材、力伝達連結部材あるいは把持部材２３６と、前記部材に配置された当接板２３５と、図示していないボビンやリード線と銅線からなるコイル２３２と、コイル２３２と同軸に回転可能に支持された可動鉄心２３１と、可動鉄心２３１と当接板２３５と、の間に充填された磁性体２３４と、磁性体２３４と、当接板２３５と可動鉄心２３１の一部を含んで密閉するヨーク２３３、とから構成されている。磁性体２３４は、例えば、磁性流体あるいは磁性粉体であっても良い。回転制御装置２３０は、コイル２３２に通電されない場合、磁性体２３４は、当接板２３５と可動鉄心２３１と、の相対移動を妨げる抑止力を発生しない。コイル２３２に通電されると、可動鉄心２３１、磁性体２３４、当接板２３５、及びヨーク２３３の間で磁気回路が形成され、磁性体２３４が当接板２３５と可動鉄心２３１と、の相対移動を抑止する。説明してきたように、回転制御装置２３０は、コイル２３２への通電有無により、当接板２３５と可動鉄心２３１の相対移動抑止を制御することができる。

図１１Ａと図１１Ｂは、回転制御装置の一例を示す説明図である。図１１Ａの回転制御装置２４０は、力入力連結部材、力伝達連結部材あるいは把持部材２４３と、前記部材２４３に設けられた孔部２４４と、孔部２４４に嵌合可能な可動鉄心２４２と、可動鉄心２４２と同軸に設けられて、図示していないボビンやリード線と銅線からなるコイル２４１と、から構成されている。図１１Ｂは孔部２４４に可動鉄心２４２が嵌合された状態を示す。この状態では、部材２４３と可動鉄心２４２と、は可動鉄心２４２が移動可能な方向と直交する方向に相対移動することはできないため、回転は抑止される。図１１Ａは、可動鉄心２４２を孔部２４４から離間させるようにコイル２４１に通電した状態を示す。部材２４３の孔部２４４に可動鉄心２４２が嵌合されていないため、回転は抑止されない。以上説明したように、回転制御装置２４０は、コイル２４１への通電有無により部材２４４と可動鉄心２４２の相対移動抑止を制御することができる。

図１２Ａと図１２Ｂは、回転制御装置の一例を示す説明図である。図１２Ａの回転制御装置２５０は、図示していない力入力連結部材、力伝達連結部材あるいは把持部材が共有する回転軸２５７と、回転軸２５７に設けられた突起部２５６と、突起部２５６に当接する可動突起２５５と、可動突起２５５を備える可動鉄心２５２と、可動鉄心２５２を回転軸２５７の方向に付勢するばね２５３と、ばね２５３の一端を固定する固定部２５４と、可動鉄心２５２と同軸に配置されて図示していないボビンやリード線と銅線からなるコイル２５１と、から構成されている。また可動鉄心２５２は、回転軸２５７の軸心方向と直交する方向に移動可能に配置されている。図１２Ａの回転制御装置２５０は、ばね２５３によって、可動鉄心２５２が回転軸２５７の方向に付勢されて可動鉄心２５２と突起部２５６が当接するようにしているため、突起部２５６が可動突起２５５側に移動することを妨げて、すなわち回転軸２５７が回転することを抑止している。図１２Ｂの回転制御装置２５０は、コイル２５１に電流を流すことにより可動鉄心２５２をばね２５３による付勢力の方向と逆方向に移動させた状態を示す。この場合、突起部２５６と可動突起２５５は当接することがなく、矢印方向に回転軸２５７が回転することができる。以上説明してきたように、コイル２５１への通電有無によって回転軸２５７の回転抑止を制御することができる。

図１３Ａと図１３Ｂは、回転制御装置の一例を示す説明図である。図１３Ａの回転制御装置２６０は、図示していない力入力連結部材、力伝達連結部材あるいは把持部材が共有するコイルばね２６３と、回転軸２６４と同軸に配置されたコイルばね２６３と、コイルばね２６３の一端を固定する固定部２６５と、コイルばね２６３の固定部２６５と異なる他端に支持された可動鉄心２６２と、可動鉄心２６２と同軸に配置されて図示していないボビンやリード線と銅線からなるコイル２６１と、から構成されている。回転軸２６４の外径をＤ１、コイルばね２６３の内径をＤ２、とするとき、Ｄ１＞Ｄ２という関係に設定している。回転軸２６４の外径Ｄ１がコイルばね２６３の内径Ｄ２よりも大きいため、コイルばね２６３は、回転軸２６４に対して締め付け力を発生しており、回転軸２６４の回転を妨げる抑止力を発生している。図１３Ｂは、コイル２６１に通電して可動鉄心２６２を軸心方向に移動させた状態を示す。コイルばね２６３の一端と可動鉄心２６２と、が係合されているため、可動鉄心２６２が移動することによりコイルばね２６３の両端部を押し開く。コイルばね２６３の両端部が押し開かれると、コイルばね２６３の内径Ｄ２が大きくなり、回転軸２６４に対する締め付け力が弱くなる。回転軸２６４に対する締め付け力が弱くなることで、回転軸２６４が回転することができる。以上説明したように、コイル２６１への通電有無によって回転軸２６４の回転抑止を制御することができる。

図１４Ａと図１４Ｂは、回転制御装置の一例を示す説明図である。図１４Ａの回転制御装置２７０は、図示していない力入力連結部材、力伝達連結部材あるいは把持部材が共有する回転軸２７４と、回転軸２７４の曲率に沿った曲げＲ部を有する割りピン２７３と、割りピン２７３の一端を固定する固定部２７５と、割りピン２７３の固定部２７５と異なる他端に支持された可動鉄心２７２と、可動鉄心２７２と同軸に配置されて図示していないボビンやリード線と銅線からなるコイル２７１と、から構成されている。回転軸２７４の外径をＤ３、割りピン２７３の曲げＲ部で可動鉄心２７２の軸方向と並行な方向の割りピン内寸法をＤ４、とするとき、Ｄ３＞Ｄ４という関係に設定している。回転軸２７４の外径Ｄ３が割りピン２７３の内寸法Ｄ４よりも大きいため、割りピン２７３は、回転軸２７４に対して締め付け力を発生しており、回転軸２７４の回転を妨げる抑止力を発生している。図１４Ｂは、コイル２７１に通電して可動鉄心２７２を軸心方向に移動させた状態を示す。割りピン２７３の一端と可動鉄心２７２と、が係合されているため、可動鉄心２７２が移動することにより割りピン２７３の両端部を押し開く。割りピン２７３の両端部が押し開かれると、割りピン２７３の内寸法Ｄ４が大きくなり、回転軸２７４に対する締め付け力が弱くなる。回転軸２７４に対する締め付け力が弱くなることで、回転軸２７４が回転することができる。以上説明したように、コイル２７１への通電有無によって回転軸２７４の回転抑止を制御することができる。

以上のように、回転制御装置は、コイルに通電しない時に回転軸回りの回転を抑制するようになっている。またコイルに通電する場合、回転軸回りの回転を抑制する力を減じさせ、各部材が回転軸回りに回転することができる。

図１５は、前記説明してきたエンドエフェクタ５３０を用いた物体把持システム５００を示す説明図である。物体把持システム５００は、物体把持制御部５１０と、把持対象物５１８と、把持対象物５１８を把持するエンドエフェクタ５３０と、エンドエフェクタ５３０を備えるアーム部５４０と、把持対象物５１８やエンドエフェクタ５３０、アーム部５４０を観察する撮像装置５２０と、から構成されている。物体把持制御部５１０は、撮像装置５２０の情報を処理する画像処理部５１３と、エンドエフェクタ５３０に搭載される力センサ（図示せず）の情報を処理する把持状態検出部５１４と、エンドエフェクタ５３０を動作させる動作力を与える動力部５１７を制御する動力制御部５１６と、エンドエフェクタ５３０を所定の形状になるように制御する回転制御部５１５と、アーム動作を制御するアーム制御部５１２と、画像処理部５１３、把持状態検出部５１４、動力制御部５１６、回転制御部５１５、及びアーム制御部５１２と、に接続されて把持対象物５１８の把持するためにアーム部５４０やエンドエフェクタ５３０の動作計画を行うことや、動作計画に基づいてアーム部５４０やエンドエフェクタ５３０へ指令値を発信することや、アーム部５４０やエンドエフェクタ５３０からの情報（例えば、位置情報や力情報、トルク情報など）を受け取る中央制御部５１１と、から構成されている。撮像装置５２０は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を撮像素子とするビデオカメラであっても良い。また撮像装置５２０は、前記ビデオカメラを少なくとも２台以上設置して、ステレオ視ができるようにしても良い。

図１６は、前記物体把持システム５００により把持対象物を把持する動作を説明するフローチャート６００である。
（６０１）
はじめに把持対象物を把持する指令を受け取る。
（６０２）
前記撮像装置から情報を取得し（６０３）、物体把持制御部へ撮像情報が入力される。
（６０４）
入力された撮像情報を元に画像処理部で把持対象物の形状が認識される。
（６０５）
認識された形状情報を把持動作データベース（６０６）に送り、既に蓄積されている形状と一致するか、を判断する。既知の形状であれば、その形状に付随する把持動作計画を引用する。データベースにない形状であれば、新規に形状情報を作成し、類似形状を検索して類似形状に基づく把持動作計画を引用する。
（６０７）
引用された把持動作計画に基づいて、駆動部を動作させる。
（６０８）
駆動部を動作させている間、把持状態を監視する。具体的にはエンドエフェクタに搭載された力センサの出力を監視する。
（６０９）
力センサの出力の監視した結果、所定の力センサ出力が得られた場合、把持対象物の把持が完了した、と判断する。一方、所定の力センサ出力が得られない場合、把持対象物の把持が完了していない、と判断し、駆動部動作及び把持状態監視を継続する。
（６１０）
把持が完了した場合、駆動部動作の手順を把持動作計画として、把持動作データベースに登録して次回以降の把持動作に用いる。把持動作が完了すると、アーム部が動作したり、アーム部を搭載した移動手段が移動することで、把持対象物を所定の場所へ搬送、位置決めする。詳細は省略するが、所定の場所の環境情報を撮像装置で観察し、配置動作を計画し、前記計画に基づいて駆動部を動作させ、撮像装置で把持対象物の位置情報を監視しながら所定の位置に位置決めされたと判断したとき、把持状態を解除するようにしても良い。

１ 第１のサポート部材
２ 第２のサポート部材
３ 固定把持部材
４ 第４のサポート部材
５ 第３のサポート部材
６，１０１ 力入力連結部材
７，８，９，１１，１３、１６、１７、１９、２２、２４ 回転軸
１０，１０２ 第１の把持部材
１２，１０６ 第１の力伝達連結部材
１４，１０７ 第１の拘束連結部材
１５，１０３ 第２の把持部材
１８，１０８ 第２の力伝達連結部材
２０，１０９ 第２の拘束連結部材
２１，１０４ 第３の把持部材
２３，１１０ 第３の力伝達連結部材
２５，１０５ 第４の把持部材
５０、５１ 把持対象物
１００ 多関節指部
２００ エンドエフェクタ
１１２ 第１の緩衝部材
１１３ 第２の緩衝部材
１１４ 第３の緩衝部材
１１５ 第４の緩衝部材
１２０、１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７，１２８、１２９ 回転軸
２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０、２７０ 回転制御装置
２１１、２２１、２３２、２４１、２５１、２６１、２７１ コイル
２１２，２２２，２３１，２４２，２５２，２６２、２７２ 可動鉄心
２１３ 磁石
２１４ 力入力連結部材、力伝達連結部材あるいは把持部材
２２３，２５３ ばね
２２４ 力入力連結部材、力伝達連結部材あるいは把持部材
２２５、２５４、２６５，２７５ 固定部
２３３ ヨーク
２３４ 磁性体
２３５ 当接板
２３６，２４３ 力入力連結部材、力伝達連結部材あるいは把持部材
２４４ 孔部
２５５ 可動突起
２５６ 突起部
２５７，２６４、２７４ 回転軸
２６３ コイルばね
２７３ 割りピン
５００ 物体把持システム
５１０ 物体把持制御部
５１１ 中央制御部
５１２ アーム制御部
５１３ 画像処理部
５１４ 把持状態検出部
５１５ 回転制御部
５１６ 動力制御部
５１７ 動力部
５１８ 把持対象物
５２０ 撮像装置
５３０ エンドエフェクタ
５４０ アーム部

Claims (14)

1. 把持対象物を把持するためのエンドエフェクタにおいて、力入力連結部材と、把持部材と、力伝達連結部材と、拘束連結部材と、を備え、
   サポート部材と、前記力入力連結部材と、前記把持部材と、前記力伝達連結部材と、前記拘束連結部材と、をそれぞれ連結する回転軸のうち、少なくとも１つ以上に回転制御装置を備えることを特徴とするエンドエフェクタ。
2. 請求項１に記載のエンドエフェクタにおいて、
   前記サポート部材と、固定把持部材と、多関節指部と、動力部と、を備え、
   前記多関節指部は、第１の把持部材と、第２の把持部材と、第３の把持部材と、第４の把持部材と、第１の力伝達連結部材と、第２の力伝達連結部材と、第３の力伝達連結部材と、第１の拘束連結部材と、第２の拘束連結部材と、を備え、
   前記固定把持部材は前記サポート部材と接続され、
   前記力入力連結部材は前記サポート部材に回転可能に支持され、
   前記第１の把持部材は、前記サポート部材において前記力入力連結部材が回転可能に支持されている回転軸を共有し、
   前記第１の力伝達連結部材は、前記力入力連結部材の一端に回転可能に支持され、
   前記第２の力伝達連結部材は、前記力入力連結部材が前記サポート部材に支持されている回転軸回りに回転することで、前記第１の力伝達連結部材に伝達された力を第３の力伝達連結部材に伝達し、
   前記第３の力伝達連結部材は、前記第２の力伝達連結部材に伝達された力を第４の把持部材に伝達し、
   前記第３の把持部材は、前記第２の把持部材と回転可能に接続され、
   前記第１の拘束連結部材は、前記第１の把持部材と前記第２の把持部材とが共有する回転軸と、前記第１の力伝達連結部材と前記第２の力伝達連結部材とが共有する回転軸と、を連結し、
   前記第２の拘束連結部材は、前記第２の力伝達連結部材と前記第３の力伝達連結部材とが共有する回転軸と、第２の把持部材に設けられ、第１の把持部材とも第３の把持部材とも共有しない回転軸と、を連結し、
   前記第３の力伝達連結部材は、第４の把持部材に設けられ、第３の把持部材と共有しない回転軸と、第２の力伝達連結部材と第２の拘束連結部材とが共有する回転軸と、を連結し、
   前記動力部は、前記力入力連結部材に力を入力することを特徴とするエンドエフェクタ。
3. 請求項１に記載のエンドエフェクタにおいて、
   前記回転制御装置は、磁石と、可動鉄心と、コイルと、を備え、
   前記磁石は、前記力入力連結部材、前記力伝達連結部材又は前記把持部材に配置され、
   前記可動鉄心は、前記磁石に相対して接触する面を有し、
   前記コイルの非通電時に前記磁石と前記可動鉄心とが接触し、前記コイルの通電時に前記磁石と前記可動鉄心とが離間することを特徴とするエンドエフェクタ。
4. 請求項１に記載のエンドエフェクタにおいて、
   前記回転制御装置は、可動鉄心と、コイルと、ばねと、固定部と、を備え、
   前記可動鉄心は、前記力入力連結部材、前記力伝達連結部材又は前記把持部材と相対して接触する面を有し、
   前記ばねは、前記可動鉄心が前記把持部材に当接するように付勢し、
   前記固定部は、前記ばねの一端を固定し、
   前記コイルの非通電時に前記可動鉄心と前記力入力連結部材、前記力伝達連結部材又は把持部材とが接触し、前記コイルの通電時に前記可動鉄心と前記力入力連結部材、前記力伝達連結部材又は把持部材とが離間することを特徴とするエンドエフェクタ。
5. 請求項４に記載のエンドエフェクタにおいて、
   前記回転制御装置は、磁石を備え、
   前記コイルの非通電時に前記磁石と前記可動鉄心とが接触し、前記コイルの通電時に前記磁石と前記可動鉄心とが離間することを特徴とするエンドエフェクタ。
6. 請求項１に記載のエンドエフェクタにおいて、
   前記回転制御装置は、当接板と、コイルと、可動鉄心と、磁性体と、ヨークとを備え、
   前記当接板は、前記力入力連結部材、前記力伝達連結部材又は前記把持部材に配置され、
   前記可動鉄心は、前記コイルと同軸に回転可能に支持され、
   前記磁性体は、前記可動鉄心と前記当接板との間に充填され、
   前記ヨークは、前記磁性体と前記当接板と前記可動鉄心の一部とを含んで密閉し、
   前記コイルの非通電時に前記磁性体と前記可動鉄心とは相対的にすべり、前記コイルの通電時に前記磁性体が磁化されて前記磁性体と前記可動鉄心とが相対的にすべることを抑制することを特徴とするエンドエフェクタ。
7. 請求項１に記載のエンドエフェクタにおいて、
   前記回転制御装置は、孔部と、可動鉄心と、コイルと、を備え、
   前記孔部は、前記力入力連結部材、前記力伝達連結部材又は前記把持部材に設けられ、
   前記可動鉄心は、前記孔部に嵌合可能であり、
   前記コイルは、前記可動鉄心と同軸に設けられており、
   前記コイルの非通電時に前記可動鉄心は前記孔部と嵌合せず、前記コイルの通電時に前記可動鉄心が移動して前記孔部と嵌合することを特徴とするエンドエフェクタ。
8. 請求項１に記載のエンドエフェクタにおいて、
   前記回転制御装置は、前記力入力連結部材、前記力伝達連結部材又は前記把持部材が共有する回転軸と、前記回転軸に設けられた突起部と、前記突起部に当接する可動突起と、前記可動突起を備える可動鉄心と、前記可動鉄心を前記回転軸の方向に付勢するばねと、前記ばねの一端を固定する固定部と、前記可動鉄心と同軸に配置されているコイルと、を備え、
   前記コイルの非通電時に前記突起部と前記可動突起とが当接して前記回転軸の回転を抑制し、前記コイルの通電時に前記可動鉄心が移動して前記突起部と前記可動突起が接触せず、前記回転軸の回転を可能とすることを特徴とするエンドエフェクタ。
9. 請求項１に記載のエンドエフェクタにおいて、
   前記回転制御装置は、前記力入力連結部材、前記力伝達連結部材又は前記把持部材が共有する回転軸と、前記回転軸と同軸に配置されたコイルばねと、前記コイルばねの一端を固定する固定部と、前記コイルばねの前記固定部と異なる他端に支持された可動鉄心と、前記可動鉄心と同軸に配置されているコイルと、を備え
   前記回転軸の外径をＤ１、前記コイルばねの内径をＤ２、とした場合に、Ｄ１＞Ｄ２という関係であることを特徴とするエンドエフェクタ。
10. 請求項９に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記コイルの通電時に、前記コイルばねの両端部を押し広げるように前記可動鉄心が移動することを特徴とするエンドエフェクタ。
11. 請求項１に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記回転制御装置は、前記力入力連結部材、前記力伝達連結部材又は前記把持部材が共有する回転軸と、前記回転軸の曲率に沿った曲げＲ部を有する割りピンと、前記割りピンの一端を固定する固定部と、前記割りピンの前記固定部と異なる他端に支持された可動鉄心と、前記可動鉄心と同軸に配置されているコイルと、を備え、
    前記回転軸の外径をＤ３、前記割りピンの曲げＲ部で前記可動鉄心の軸方向と並行な方向の割りピン内寸法をＤ４、とした場合に、Ｄ３＞Ｄ４という関係であることを特徴とするエンドエフェクタ。
12. 請求項１１に記載のエンドエフェクタにおいて、
    前記コイルの通電時に、前記コイルばねの両端部を押し広げるように前記可動鉄心が移動することを特徴とするエンドエフェクタ。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載のエンドエフェクタと、アーム部と、撮像装置と、把持状態検出部と、物体把持制御部とを備え、
    前記アーム部は、前記エンドエフェクタに装着して前記エンドエフェクタを位置決めし、
    前記撮像装置は、前記エンドエフェクタ又は把持対象物を撮影し、
    前記把持状態検出部は、前記回転制御装置、前記動力部、前記アーム部、前記撮像装置、又は前記エンドエフェクタに配置されており、前記エンドエフェクタが把持対象物に接触したことや、把持対象物を把持した際の把持力を検出し、
    前記物体把持制御部は、前記把持状態検出部の情報に基づいて前記回転制御装置、前記動力部、前記アーム部、又は前記撮像装置を制御することを特徴とする物体把持システム。
14. 請求項１３に記載の物体把持システムにおいて、
    前記物体把持制御部は、前記回転制御装置を制御する回転制御部と、前記動力部を制御する動力制御部と、前記アーム部を制御するアーム制御部と、把持状態を検出する前記把持状態検出部と、各部からの情報を入出力する中央制御部と、を備えることを特徴とする物体把持システム。

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