JP2019155563A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の損傷を抑制しつつ、当該対象物を把持したり、吸着したり、することができるロボットハンドを実現する。【解決手段】本発明の一形態に係るロボットハンド１は、基部２に開閉可能に連結された一対の把持部４で対象物１０を把持可能であると共に、少なくとも一方の把持部４に設けられた吸着部６によって対象物１０を吸着可能なロボットハンドであって、把持部４と基部２とを連結するリンク機構と、駆動源からの駆動力を伝達する駆動伝達機構７と、リンク機構と駆動伝達機構７との間に配置され、リンク機構に駆動伝達機構７からの駆動力を伝達する弾性部材８と、を備え、弾性部材８は、把持部４が開く方向に当該把持部４に外力が作用した場合に変形して、把持部４が開くように駆動伝達機構７に対するリンク機構の回転を許容すると共に、把持部４が閉じる方向にリンク機構を付勢する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットハンドに関し、例えば、基部に開閉可能に連結された一対の把持部で対象物を把持可能であると共に、少なくとも一方の把持部に設けられた吸着部によって対象物を吸着可能なロボットハンドに関する。

例えば、特許文献１の物品把持ハンドは、一対の把持部によって対象物を把持可能であると共に、把持部に設けられた吸着部によって対象物を吸着可能な構成とされている。詳細には、特許文献１の物品把持ハンドは、開閉可能な一対のフィンガ、フィンガの先端に取り付けられた把持用爪、把持用爪における他方の把持用爪と対向する面に設けられた第１の吸着部、及び把持用爪の先端面に設けられた第２の吸着部を備えている。このような構成により、一対のフィンガを閉じることで対象物を把持可能であると共に、第２の吸着部で対象物を吸着可能である。

実開平６−３５８８号公報

一般的なロボットハンドの吸着部で吸着される対象物は、小型軽量物であるため、脆弱性が高い傾向にある。そのため、ロボットハンドで対象物を把持したり、吸着したり、した場合、対象物が損傷し易い。しかしながら、特許文献１の物品把持ハンドは、脆弱性の高い対象物を把持したり、吸着したり、することを想定していないため、脆弱性の高い対象物を把持したり、吸着したり、した場合に当該対象物が損傷し易い。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、対象物の損傷を抑制しつつ、当該対象物を把持したり、吸着したり、することができるロボットハンドを実現する。

本発明の一態様に係るロボットハンドは、基部に開閉可能に連結された一対の把持部で対象物を把持可能であると共に、少なくとも一方の前記把持部に設けられた吸着部によって対象物を吸着可能なロボットハンドであって、
前記把持部と前記基部とを連結するリンク機構と、
駆動源からの駆動力を伝達する駆動伝達機構と、
前記リンク機構と前記駆動伝達機構との間に配置され、前記リンク機構に前記駆動伝達機構からの駆動力を伝達する弾性部材と、
を備え、
前記弾性部材は、前記把持部が開く方向に当該把持部に外力が作用した場合に変形して、前記把持部が開くように前記駆動伝達機構に対する前記リンク機構の回転を許容すると共に、前記把持部が閉じる方向に前記リンク機構を付勢する。
これにより、対象物を把持する際に、駆動伝達機構から伝達される駆動力を弾性部材に逃がすことができる。また、対象物を吸着する際に、ロボットハンドによる押し込み力を弾性部材に逃がすことができる。そのため、対象物が脆弱性の高い部材であっても、対象物の損傷を抑制しつつ、当該対象物を把持したり、吸着したり、することができる。

本発明によれば、対象物の損傷を抑制しつつ、当該対象物を把持したり、吸着したり、することができるロボットハンドを実現できる。

実施の形態のロボットハンドを模式的に示す正面図である。 実施の形態のロボットハンドにおける平行リンク機構のリンクへの駆動力の伝達構造を示す図である。 本実施の形態のロボットハンドを用いて対象物を把持する様子を示す図である。 実施の形態のロボットハンドで対象物を吸着する様子を示す図である。 実施の形態のロボットハンドで対象物を吸着する際の好ましくない状態を示す図である。 他の実施の形態のロボットハンドを模式的に示す正面図である。 他の実施の形態のロボットハンドを用いて対象物を把持する様子を示す図である。 他の実施の形態のロボットハンドで対象物を吸着する様子を示す図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

先ず、本実施の形態のロボットハンドの基本構成を説明する。図１は、本実施の形態のロボットハンドを模式的に示す正面図である。なお、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元（ＸＹＺ）座標系を用いて説明する。

本実施の形態のロボットハンド１は、例えば、生活支援用ロボットに用いられるロボットハンドである。但し、ロボットハンド１は、産業用ロボットに用いられてもよく、用途は限定されない。

ロボットハンド１は、図１に示すように、基部２及び一対の開閉部３ａ、３ｂを備えている。基部２は、ロボットハンド１が用いられるロボットの先端部に接続される。一対の開閉部３ａ、３ｂは、基部２におけるＹ軸方向の略中央を通り、且つＺ軸方向に延在する中心軸ＡＸ１を中心に略線対称の構成である。このような一対の開閉部３ａ、３ｂは、例えば、中心軸ＡＸ１を中心に線対称に動作する。

開閉部３ａは、把持部４及び平行リンク機構５を備えている。把持部４は、対象物１０（図３）と接触する接触面４ａを備えており、当該接触面４ａは、略ＸＺ平面上に配置されている。平行リンク機構５は、二本のリンク５ａを備えている。

各々のリンク５ａは、等しい形状であり、略平行に配置されている。リンク５ａの一方の端部は、基部２のＹ軸−側の部分にＸ軸回りに回転可能に連結されている。そして、リンク５ａの他方の端部は、把持部４にＸ軸回りに回転可能に連結されている。

平行リンク機構５に駆動源（図示を省略）から駆動力が伝達され、当該平行リンク機構５がＸ軸回りに回転すると、把持部４は、図１の一点鎖線で示すように、接触面４ａが略ＸＺ面上に維持された状態で平行リンク機構５と共に揺動する。ちなみに、駆動源は、ロボットハンド１が用いられるロボットの制御装置によって制御される。

このような開閉部３ａは、把持部４に吸着部６を備えている。吸着部６は、例えば、吸盤で構成されており、Ｚ軸−側に吸着面が配置されるように把持部４に設けられている。但し、吸着部６は、ポンプ（図示を省略）の吸引力によって対象物１０を吸着させる構成でもよい。ちなみに、ポンプも、ロボットハンド１が用いられるロボットの制御装置によって制御される。

開閉部３ｂは、開閉部３ａと中心軸ＡＸ１を中心に略線対称の構成であるため、重複する説明は省略するが、開閉部３ａと同様に、把持部４及び平行リンク機構５を備えている。但し、開閉部３ｂは、開閉部３ａと異なり、吸着部６を備えていない。なお、本実施の形態では、吸着部６を開閉部３ａが備えた構成であるが、吸着部６を開閉部３ｂが備えた構成でもよく、各々の開閉部３ａ、３ｂが吸着部６を備えた構成でもよい。

このようなロボットハンド１の構成により、各々の平行リンク機構５が駆動源の駆動力によってＸ軸回りに回転すると、一対の開閉部３ａ、３ｂは、把持部４が相互に近づくように閉じたり、把持部４が相互に離れるように開いたり、する。このとき、例えば、把持部４の接触面４ａの相互が接触した、一対の開閉部３ａ、３ｂが閉じた状態で、各リンク５ａは、略Ｚ軸方向に延在する。

次に、平行リンク機構５のリンク５ａへの駆動力の伝達構造を説明する。図２は、本実施の形態のロボットハンドにおける平行リンク機構のリンクへの駆動力の伝達構造を示す図である。

リンク５ａの一方の端部には、図２に示すように、駆動伝達機構７及び弾性部材８を介して駆動源からの駆動力が伝達される。詳細には、リンク５ａの一方の端部には、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔５ｂが形成されている。

駆動伝達機構７は、第１の歯車７ａ及び第２の歯車７ｂを備えている。第１の歯車７ａは、第２の歯車７ｂと噛み合わされており、駆動源から入力される駆動力を第２の歯車７ｂに伝達する。第２の歯車７ｂの中央には、Ｘ軸方向に延在する回転軸７ｃが設けられている。

回転軸７ｃは、基部２に回転可能に連結されている。そして、回転軸７ｃは、リンク５ａの貫通孔５ｂに通されている。これにより、リンク５ａは、第２の歯車７ｂに対して回転可能である。第２の歯車７ｂは、例えば、リンク５ａに対してＸ軸−側に配置されている。

弾性部材８は、第２の歯車７ｂに伝達された駆動力をリンク５ａに伝達する。弾性部材８は、例えば、トーションバネを備えている。弾性部材８の中空部８ａは、回転軸７ｃに通されている。

弾性部材８の一方の端部８ｂは、第２の歯車７ｂから突出する突出部７ｄに掛けられている。突出部７ｄは、例えば、第２の歯車７ｂからＸ軸＋側に突出している。そして、弾性部材８の一方の端部８ｂは、例えば、突出部７ｄにおける第２の歯車７ｂの中心軸を中心とする反時計回り側の面に接触するように当該突出部７ｄに掛けられる。

弾性部材８の他方の端部８ｃは、リンク５ａから突出する突出部５ｃに掛けられている。突出部５ｃは、例えば、リンク５ａからＸ軸＋側に突出している。そして、弾性部材８の他方の端部８ｃは、例えば、突出部５ｃにおける第２の歯車７ｂの中心軸を中心とする時計回り側の面に接触するように当該突出部５ｃに掛けられている。

但し、第２の歯車７ｂは、リンク５ａに対してＸ軸＋側に配置されてもよい。また、弾性部材８の端部８ｂ、８ｃは、第２の歯車７ｂの回転をリンク５ａに伝達できるように配置されていればよく、第２の歯車７ｂの突出部７ｄ及びリンク５ａの突出部５ｃは、弾性部材８の端部８ｂ、８ｃの配置に応じて、配置すればよい。

次に、本実施の形態のロボットハンド１を用いて対象物を把持する動作を説明する。図３は、本実施の形態のロボットハンドを用いて対象物を把持する様子を示す図である。本実施の形態では、脆弱性の高い卵を対象物１０として把持する。

一対の開閉部３ａ、３ｂを開いた状態（即ち、一対の開閉部３ａ、３ｂの把持部４が相互に離れた状態）から駆動源を駆動させ、図３に示すように、平行リンク機構５をＸ軸回りに回転させて把持部４を相互に近付け、把持部４で対象物１０を把持する。このとき、駆動源の駆動力が第２の歯車７ｂの突出部７ｄから弾性部材８を介してリンク５ａの突出部５ｃに伝達されることで、平行リンク機構５はＸ軸回りに回転する。

このように把持部４で対象物１０を把持する際に、把持部４の接触面４ａが対象物１０に接触した状態からさらに把持部４を対象物１０の側に押し込むと、開閉部３ａ、３ｂには、対象物１０から開閉部３ａ、３ｂが開く方向に外力が作用する。このとき、弾性部材８が弾性変形して、リンク５ａの第２の歯車７ｂに対する回転を許容する。これにより、第２の歯車７ｂから伝達される駆動力を弾性部材８に逃がすことができ、対象物１０の損傷を抑制できる。

一方、弾性部材８は、弾性変形しているので開閉部３ａ、３ｂを閉じる方向に各々の平行リンク機構５を付勢する。これにより、ロボットハンド１は、対象物１０を良好に把持部４で把持した状態に維持できる。

次に、本実施の形態のロボットハンド１で対象物を吸着する動作を説明する。図４は、本実施の形態のロボットハンドで対象物を吸着する様子を示す図である。図５は、本実施の形態のロボットハンドで対象物を吸着する際の好ましくない状態を示す図である。本実施の形態では、脆弱性の高い卵を対象物１０として吸着する。

一対の開閉部３ａ、３ｂを開いた状態で、図４に示すように、ロボットハンド１をＺ軸−方向に移動させ、吸着部６で対象物１０を吸着する。このように吸着部６で対象物１０を吸着する際に、吸着部６の吸着面が対象物１０に接触した状態からさらにロボットハンド１をＺ軸−方向に移動させると、開閉部３ａには、対象物１０から開閉部３ａが開く方向（即ち、時計回りの方向）に外力が作用する。このとき、弾性部材８が弾性変形して、リンク５ａの第２の歯車７ｂに対する回転を許容する。これにより、ロボットハンド１によるＺ軸−方向への押し込み力を弾性部材８に逃がすことができ、対象物１０の損傷を抑制できる。

ここで、図５に示すように、リンク５ａがＺ軸方向に延在した状態で、吸着部６の吸着面が対象物に接触した状態からさらにロボットハンド１をＺ軸−方向に移動させると、リンク５ａには、対象物１０からＺ軸＋方向の外力が作用するが、リンク５ａに回転を生じさせる外力が当該リンク５ａに作用しない。そのため、ロボットハンド１によるＺ軸−方向への押し込み力を弾性部材８に逃がすことができず、対象物１０が損傷する可能性がある。

したがって、上述のように、吸着部６で対象物１０を吸着するためにロボットハンド１をＺ軸−方向に移動させる場合は、一対の開閉部３ａ、３ｂが開いた状態であるとよい。但し、一対の開閉部３ａ、３ｂが閉じた状態であっても、リンク５ａがＺ軸方向に延在していなければ、一対の開閉部３ａ、３ｂが閉じた状態でロボットハンド１をＺ軸−方向に移動させてもよい。要するに、吸着部６で対象物１０を吸着する際に、リンク５ａがＺ軸方向に延在していなければよい。

このような本実施の形態のロボットハンド１は、把持部４が開く方向に当該把持部４が対象物１０から外力を受けた場合に弾性部材８が変形して、把持部４が開くように第２の歯車７ｂに対するリンク５ａの回転を許容する。これにより、対象物１０を把持する際に、第２の歯車７ｂから伝達される駆動力を弾性部材８に逃がすことができる。また、対象物１０を吸着する際に、ロボットハンド１による押し込み力を弾性部材８に逃がすことができる。そのため、本実施の形態のロボットハンド１は、対象物１０が脆弱性の高い部材であっても、対象物１０の損傷を抑制しつつ、当該対象物１０を把持したり、吸着したり、することができる。

しかも、対象物１０を把持する際と対象物１０を吸着する際との何れの場合も、共通の機構で対象物１０の損傷を抑制できるため、ロボットハンド１の機構の複雑化を抑制できる。

ここで、本実施の形態では、弾性部材８の変形量に基づいて、把持部４の把持力やロボットハンド１によるＺ軸−方向への押し込み力を測定し、測定結果に基づいて、例えば、把持部４の把持力やロボットハンド１によるＺ軸−方向への押し込み力を制御することができる。この場合、弾性部材８を用いて把持部４の把持力とロボットハンド１によるＺ軸−方向への押し込み力との両方を測定することができるので、ロボットハンド１の機構を簡略化できる。但し、一般的なロボットハンドと同様に、駆動源であるモータの電流値などに基づいて、把持部４の把持力やロボットハンド１によるＺ軸−方向への押し込み力を測定してもよい。

＜他の実施の形態＞
実施の形態１のロボットハンド１は、単自由度の平行リンク機構５を用いて基部２と把持部４とを連結したが、図６に示すように、複数自由度のリンク機構２１を用いて基部２と把持部４とを連結してもよい。この場合、リンク機構２１における基部２の側のリンク２１ａの端部が弾性部材８を介して第２の歯車７ｂに接続される。

このようなロボットハンドも、図７に示すように、リンク機構２１をＸ軸回りに回転させることで、対象物１０を把持したり、対象物１０の把持を開放したり、することができる。また、図８に示すように、ロボットハンドをＺ軸−方向に移動させることで、対象物１０を吸着部６で吸着することができる。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ ロボットハンド
２ 基部
３ａ、３ｂ 開閉部
４ 把持部、４ａ 接触面
５ 平行リンク機構、５ａ リンク、５ｂ 貫通孔、５ｃ 突出部
６ 吸着部
７ 駆動伝達機構、７ａ 第１の歯車、７ｂ 第２の歯車、７ｃ 回転軸、７ｄ 突出部
８ 弾性部材、８ａ 中空部、８ｂ 弾性部材の一方の端部、８ｃ 弾性部材の他方の端部
１０ 対象物
２１ リンク機構、２１ａ リンク
ＡＸ１ 中心軸

Claims (1)

1. 基部に開閉可能に連結された一対の把持部で対象物を把持可能であると共に、少なくとも一方の前記把持部に設けられた吸着部によって対象物を吸着可能なロボットハンドであって、
   前記把持部と前記基部とを連結するリンク機構と、
   駆動源からの駆動力を伝達する駆動伝達機構と、
   前記リンク機構と前記駆動伝達機構との間に配置され、前記リンク機構に前記駆動伝達機構からの駆動力を伝達する弾性部材と、
   を備え、
   前記弾性部材は、前記把持部が開く方向に当該把持部に外力が作用した場合に変形して、前記把持部が開くように前記駆動伝達機構に対する前記リンク機構の回転を許容すると共に、前記把持部が閉じる方向に前記リンク機構を付勢する、ロボットハンド。

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