JP2022118860A - ハンド機構 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の把持と対象物の吸着とを好適に両立することができる技術を提供する。
【解決手段】本発明に係るハンド機構は、指先を含む第１指リンク部と、第１指リンク部の指元側の端部に設けられる第１関節部と、第１関節部を介して第１指リンク部に接続される第２指リンク部と、第２指リンク部の指元側の端部に設けられる第２関節部と、を含む指部を、複数備える。複数の指部のうちの少なくとも一本の所定の指部には、吸着機構が設けられる。吸着機構は、所定の指における第１指リンク部の背面に設けられ、負圧を発生させることで対象物を吸着及び保持する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、複数の指部により対象物をピックアップする技術に関する。

従来、ロボットアーム等に取り付けられ、複数の指部によって対象物を把持するハンド機構が知られている。また、対象物を吸着するための吸着機構を、ハンド機構に組み合わせたものも知られている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、複数の指部を支持するベース部に、吸着ロッドを進退自在に設ける構成が開示されている。特許文献３には、指部の腹部に、吸盤を取り付ける構成が開示されている。特許文献４には、指部における第１関節よりも指元側の部位に、吸着機構の吸盤を取り付ける構成が開示されている。

特開２０１９－２０９４５８号公報 特開２０２０－００６４９０号公報 特許第５５２５５８７号公報 特許第６２１５０２９号公報

上記した従来技術では、対象物の置き方等が制限される場合がある。例えば、特許文献１、２、及び４の構成においては、対象物が間口の狭い収容箱に収容されている場合、対象物の上方に壁が存在する場合、又は対象物が収容箱の角部分に置かれている場合等に、対象物の吸着に適した位置へ吸着機構をアプローチさせることが困難になる可能性がある。また、特許文献３の構成においては、厚さの薄い対象物を把持する場合等に、吸盤の一部のみが対象物と指部との間に挟まる可能性があり、対象物を安定した姿勢で把持することが困難になる可能性がある。

本発明の目的は、対象物の把持と対象物の吸着とを好適に両立することができる技術を提供することにある。

本発明は、指先を含む第１指リンク部と、前記第１指リンク部の指元側の端部に設けられる第１関節部と、前記第１関節部を介して前記第１指リンク部に接続される第２指リンク部と、前記第２指リンク部の指元側の端部に設けられる第２関節部と、を含む指部を、複数備えるハンド機構である。該ハンド機構は、複数の前記指部のうち少なくとも一本の所定の指部における前記第１指リンク部の背面に設けられ、負圧を発生させることで対象物を吸着及び保持する吸着機構を備える。

本発明によれば、対象物の把持と対象物の吸着とを好適に両立することができる技術を提供することができる。

実施例に係るロボットアームの概略構成を示す図である。 実施例に係るハンド機構の斜視図である。 実施例に係るハンド機構の上面図である。 実施例に係るハンド機構の指部の側面図である。 実施例に係るハンド機構の指部の先端部側を図４の矢印Ａの方向から見た図である。 実施例に係るハンド機構の指部における第２関節部の可動範囲を示す図である。 実施例に係るハンド機構の指部における第１関節部の可動範囲を示す図である。 実施例に係る吸着機構の構成例を示す第１の図である。 実施例に係る吸着機構の構成例を示す第２の図である。 吸着機構と第１指リンク部との位置関係を示す第１の図である。 吸着機構と第１指リンク部との位置関係を示す第２の図である。 対象物を吸着する場合におけるハンド機構の基本的な動作例を説明するための図である。 対象物を把持する場合におけるハンド機構の基本的な動作例を説明するための図である。 取り出し口が側面に設けられた収容箱から対象物をピックアップする場合におけるハンド機構の動作例を説明するための第１の図である。 取り出し口が側面に設けられた収容箱から対象物をピックアップする場合におけるハンド機構の動作例を説明するための第２の図である。 収容箱内の壁際に置かれている対象物をピックアップする場合におけるハンド機構の動作例を説明するための図である。 収容箱内の角部分に置かれている対象物をピックアップする場合におけるハンド機構の動作例を説明するための第１の図である。 収容箱内の角部分に置かれている対象物をピックアップする場合におけるハンド機構の動作例を説明するための第２の図である。 斜めに傾いた状態で収容箱に収容されている対象物をピックアップする場合におけるハンド機構の動作例を説明するための第１の図である。 斜めに傾いた状態で収容箱に収容されている対象物をピックアップする場合におけるハンド機構の動作例を説明するための第２の図である。 斜めに傾いた状態で収容箱に収容されている対象物をピックアップする場合におけるハンド機構の動作例を説明するための第３の図である。 球状の対象物をピックアップする場合におけるハンド機構の動作例を説明するための図である。 ２つの対象物を同時にピックアップする場合におけるハンド機構の動作例を説明するための図である。 ハンド機構の他の構成例を示す図である。

本発明に係るハンド機構は、複数の指部を備える。複数の指部の各々は、指先を含む第１指リンク部、第１指リンク部の指元側の端部に設けられる第１関節部、第１関節部を介して第１指リンク部に接続される第２指リンク部、及び第２指リンク部の指元側の端部に設けられる第２関節部を含む。すなわち、複数の指部の各々は、少なくとも２つの関節部を有する。これにより、対象物の置かれている状況又は対象物の形状等に応じて、各指部の形態を柔軟に変更することができる。例えば、対象物の把持に適した位置へハンド機構をアプローチさせる場合に、対象物の周囲に存在する物体等に干渉しないように、各指部の形態を変更させることが容易となる。また、対象物の形状又は大きさ等に応じて、各指部の形態を変更することも容易となる。

ところで、把持によるピックアップが適している対象物と、吸着によるピックアップが適している対象物とが混在する現場においては、把持と吸着とを両立可能な機構が望まれ
る。これに対し、ハンド機構に吸着機構を併設する方法が考えられる。しかしながら、対象物の把持又は吸着に適した位置へハンド機構をアプローチさせる際に、対象物の周囲に存在する物体等に干渉しないように、指部の形態を変更することが困難になったり、又はその際の制御が複雑になったりする可能性がある。また、対象物を把持する際に吸着機構が周囲の物体若しくは対象物と干渉したり、又は対象物を吸着する際に指部が周囲の物体若しくは対象物と干渉したりすることで、対象物を安定した姿勢で把持又は吸着することが困難になる可能性もある。

そこで、本発明に係るハンド機構では、複数の指部のうち、少なくとも１本の指部（所定の指部）には、第１指リンク部の背面に吸着機構が設けられるようにした。すなわち、所定の指部における指先の背面に、吸着機構が設けられるようにした。吸着機構は、負圧を発生させることで対象物を吸着及び保持する機構である。ここで、所定の指部を含む複数の指部により対象物を把持する場合、所定の指部における第１指リンク部の腹面を対象物に接触させて把持を行うことができる。これにより、吸着機構を対象物に干渉させることなく、対象物を把持することが可能になる。また、所定の指部以外の指部を利用して対象物を把持することもできる。よって、対象物を安定した姿勢で把持することが可能になる。

また、本発明に係る複数の指部は、少なくとも２つの関節部を有するため、対象物の把持又は吸着に適した位置へハンド機構をアプローチさせる際に、吸着機構又は指部が対象物の周囲に存在する物体等に干渉しないように、複数の指部の形態を変更することも容易である。例えば、間口の狭い収容箱に対象物が収容されている場合、所定の指部を略直線状の形態にして収容箱の内部へ挿入させることで、対象物の吸着に適した位置へ吸着機構をアプローチさせることができる。その際、所定の指部以外の指部については、収容箱の壁等に干渉せずに当該収容箱内に挿入可能な形態にすることもできるし、又は収容箱の壁等に干渉せずに当該収容箱内に挿入されない形態にすることもできる。これにより、間口の狭い収容箱に収容されている対象物を、安定した姿勢で吸着することが可能となる。また、収容箱の角部分に対象物が置かれている場合、例えば、所定の指部を略クランク状の形態にすることで、対象物の吸着に適した位置へ吸着機構をアプローチさせることができる。これにより、収容箱の角部分に置かれている対象物を、安定した姿勢で吸着することが可能となる。

したがって、本発明に係るハンド機構によれば、対象物の把持と対象物の吸着とを好適に両立することができる。

本発明に係る吸着機構は、所定の指部における第１指リンク部の指元側から指先側へ向かって延在する吸着ノズルと、吸着ノズルの先端に取り付けられ、第１指リンク部の指先側から指元側へ向かって収縮可能に形成されるパッドと、を含んで構成されてもよい。その際、第１指リンク部の軸方向において、吸着ノズルの先端の位置が第１指リンク部の指先側の端部よりも指元側に位置するように、吸着機構が第１指リンク部に取り付けられるようにしてもよい。

ここで、所定の指部を含む複数の指部により対象物を把持する場合には、対象物の把持に適した位置へ所定の指部をアプローチさせる途中で、対象物の置かれている床等にパッドが干渉する可能性がある。これに対し、第１指リンク部の指先側から指元側へ向かって収縮可能にパッドが形成されていれば、上記したアプローチの途中でパッドが床等に干渉しても、当該パッドを収縮させることで、上記したアプローチを適正に継続させることができる。さらに、吸着ノズルの先端の位置が、第１指リンク部の指先側の端部よりも指元方向に引っ込んでいるため、上記したアプローチの途中で吸着ノズルの先端が床等に干渉することも抑制される。これにより、所定の指部を含む複数の指部により対象物を把持す
る場合であっても、対象物の把持に適した位置へ所定の指部をアプローチさせることが可能となる。

なお、上記したパッドが収縮していない状態にあるときに、第１指リンク部の軸方向における該パッドの先端面の位置が第１指リンク部の指先側の端部よりも指先方向に突出した位置となるように、上記した吸着機構が第１指リンク部に取り付けられるようにしてもよい。これにより、吸着機構により対象物を吸着する場合に、第１指リンク部の先端よりも先に、パッドの先端面を対象物に接触させることができる。すなわち、対象物の吸着に適した位置へ吸着機構をアプローチさせる場合に、所定の指部の指先部分（第１指リンク部における指先側の端部）が対象物に干渉することを抑制することができる。その結果、対象物をより確実に安定した姿勢で吸着することが可能となる。

ここで、パッドが収縮していない状態にあるときに、第１指リンク部の軸方向における該パッドの先端面の位置が第１指リンク部の指先側の端部よりも指先方向に突出した位置となるように、吸着機構が第１指リンク部に取り付けられる場合において、対象物の吸着時とは異なる外力がパッドに加わった際には、第１指リンク部の軸方向におけるパッドの先端面の位置が第１指リンク部の指先側の端部と同等の位置まで収縮するように、パッドが形成されてもよい。これにより、所定の指部を含む複数の指部により対象物を把持する場合において、対象物の把持に適した位置へ所定の指部をアプローチさせる途中で、パッドが当該アプローチを阻害することが抑制される。

ここで、本発明に係るハンド機構は、所定の指部の吸着機構によって対象物を吸着してピックアップするための第一のモードと、複数の指部のうち、少なくとも２本の指部によって対象物を把持してピックアップするための第二のモードと、を切替可能に構成されてもよい。これにより、把持によるピックアップが適している対象物と、吸着によるピックアップが適している対象物とが混在する現場においても、それらの対象物を効率的にピックアップすることが可能となる。

なお、上記した第一のモードにおいては、所定の指部が吸着機構のパッドを対象物に接触させた上で該対象物を吸着するための吸着用指部として機能するとともに、所定の指部以外の指部のうち少なくとも１本の指部が、所定の指部によって吸着された対象物の姿勢を保持するための保持用指部として機能するようにしてもよい。これにより、吸着機構により吸着された対象物の姿勢を安定させることができる。その結果、対象物を持ち上げる工程、及び持ち上げられた対象物を所定のプレイス位置へ移動させる工程等において、対象物の姿勢が不安定になることが抑制される。

＜実施例＞
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

ここでは、本発明に係るハンド機構をロボットアームに適用した場合について説明する。図１は、本実施形態に係るロボットアームの概略構成を示す図である。ロボットアーム１は、ハンド機構２、アーム機構３、及び台座部４を備えている。ハンド機構２は、アーム機構３の一端に取り付けられる。また、アーム機構３の他端は、台座部４に取り付けられる。ハンド機構２は、アーム機構３に接続されたベース部２０と、該ベース部２０により可動自在に支持された複数の指部２１（図１に示す例では、４本の指部２１）と、を備えている。なお、ハンド機構２の詳細な構成については後述する。

（アーム機構）
アーム機構３は、第１アームリンク部３１、第２アームリンク部３２、第３アームリンク部３３、第４アームリンク部３４、第５アームリンク部３５、及び接続部材３６を備えている。そして、ハンド機構２のベース部２０が、アーム機構３の第１アームリンク部３１の一端側に形成された第１関節部３０ａに接続されている。第１関節部３０ａには、第１アームリンク部３１に対してハンド機構２を該第１アームリンク部３１の軸周りに回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。第１アームリンク部３１の他端側は、第２関節部３０ｂで第２アームリンク部３２の一端側に接続されている。第１アームリンク部３１と第２アームリンク部３２とはその中心軸が垂直に交わるように接続されている。そして、第２関節部３０ｂには、第２アームリンク部３２に対して、第１アームリンク部３１を、その他端側を中心に該第２アームリンク部３２の軸周りに回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。また、第２アームリンク部３２の他端側は、第３関節部３０ｃで第３アームリンク部３３の一端側に接続されている。第３関節部３０ｃには、第３アームリンク部３３に対して第２アームリンク部３２を相対的に回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。

同様に、第３アームリンク部３３の他端側は、第４関節部３０ｄで第４アームリンク部３４の一端側に接続されている。また、第４アームリンク部３４の他端側は、第５関節部３０ｅで第５アームリンク部３５に接続されている。そして、第４関節部３０ｄには、第４アームリンク部３４に対して第３アームリンク部３３を相対的に回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。また、第５関節部３０ｅには、第５アームリンク部３５に対して第４アームリンク部３４を相対的に回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。さらに、第５アームリンク部３５は、台座部４から垂直に配置された接続部材３６に第６関節部３０ｆで接続されている。第５アームリンク部３５と接続部材３６とは、それぞれの中心軸が同軸となるように接続されている。そして、第６関節部３０ｆには、第５アームリンク部３５を、該第５アームリンク部３５及び接続部材３６の軸回りに回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。斯様な構成によれば、例えば、アーム機構３を６自由度の自由度を有する機構とすることができる。

（ハンド機構）
次に、ハンド機構２の構成について図２から図１１に基づいて説明する。本例におけるハンド機構２は、ワーク等の対象物を把持してピックアップするモード（第一のモード）と、対象物を吸着してピックアップするモード（第二のモード）と、を切替可能に構成される。

図２は、ハンド機構２の斜視図である。図３は、ハンド機構２の上面図である。なお、図３中の矢印は、各指部２１の回転可動範囲を示している。図２及び図３に示すように、ハンド機構２においては、ベース部２０に４本の指部２１が、ハンド機構２の長手方向（図３において紙面に垂直な方向）の軸を中心とした円周上に、等角度間隔（すなわち９０ｄｅｇ間隔）に配置されている。本例においては、４本の指部２１のうち、２本の指部２１（所定の指部）には、吸着機構６００が設けられている。なお、吸着機構６００以外の構造は、４本の指部２１の全てにおいて共通である。ただし、４本の指部２１の動作は、それぞれ独立して制御される。

図４から図７は、指部２１の構成を説明するための図である。図４から図７では、４本の指部２１のうち、所定の指部２１の構成が記載されている。図４は、所定の指部２１の側面図である。なお、図４では、ベース部２０が透過された状態で記載されている。また、図５は、指部２１の先端部側を図４の矢印Ａの方向から見た図である。また、図４及び図５では、後述する指部２１の第２指リンク部２１２の一部が透過された状態で記載されており、該第２指リンク部２１２の内部構造も示されている。

図２及び図４に示すように、各指部２１は、第１指リンク部２１１、第２指リンク部２１２、及び基端部２１３を有している。第１指リンク部２１１と第２指リンク部２１２との間には、屈曲及び伸展可能に形成された第１関節部２２が設けられている。第２指リンク部２１２と基端部２１３との間には、屈曲及び伸展可能に形成された第２関節部２３が設けられている。指部２１の基端部２１３は、該指部２１の長手方向（図３において紙面に垂直な方向）の軸回りに回転自在な状態でベース部２０に接続されている。

ベース部２０には、図４に示すように、第２モータ５２と第３モータ５３とが内蔵されている。第２モータ５２は、図６に示すように、第２関節部２３を屈曲及び伸展させるためのモータである。第３モータ５３は、図３中の矢印で示す範囲において指部２１全体を回転駆動させるためのモータである。また、第２指リンク部２１２には、図５に示すように、第１モータ５１が内蔵されている。この第１モータ５１は、図７に示すように、第１関節部２２を屈曲及び伸展させるためのモータである。

ここまでに述べた構造は、所定の指部２１に固有のものではなく、４本の指部２１に共通するものである。

次に、図８から図１１は、所定の指部２１に設けられる吸着機構６００の構成を説明するための図である。図８及び図９は、吸着機構６００の側面図である。なお、図８では、後述するノズルボディ６０１が透過された状態で記載されている。また、図９では、ノズルボディ６０１に加え、後述するパッド６０３も透過された状態で記載されている。

吸着機構６００は、図４に示すように、所定の指部２１における指先の背面（第１指リンク部２１１の背面２１６）に取り付けられている。これにより、所定の指部２１を含む複数の指部２１により対象物の把持を行う場合には、所定の指部２１における指先の腹面（第１指リンク部２１１の腹面２１５）を利用して対象物を把持することが可能である。吸着機構６００は、負圧を利用して対象物を吸着するための機構である。斯様な吸着機構６００は、図８及び図９に示すように、ノズルボディ６０１、吸着ノズル６０２、及びパッド６０３を含んで構成される。ノズルボディ６０１は、内部に負圧通路６０１Ａが形成された筐体であり、第１指リンク部２１１の背面２１６に取り付けられる。吸着ノズル６０２は、ノズルボディ６０１に突設される円筒状のノズルであり、該吸着ノズル６０２の内部が負圧通路６０１Ａと連通している。本例における吸着ノズル６０２は、第１指リンク部２１１の軸方向に沿って、指元側から指先側へ向かって延在するように形成される。吸着ノズル６０２は、ノズルボディ６０１と一体的に成形されてもよく、又はネジ機構等によってノズルボディ６０１に固定されてもよい。また、吸着ノズル６０２には、パッド６０３が被せられている。パッド６０３は、ベローズ状に形成された筒体であり、シリコーンゴム等のように可撓性を有する材料により製造される。これにより、吸着機構６００により対象物を吸着する際に、パッド６０３の先端面を対象物に密着させることができる。斯様なパッド６０３は、図８に示すように、吸着ノズル６０２から着脱可能である。

上記したように構成される吸着機構６００は、図４に示すように、バキュームパイプ６１０を介してバキュームポンプと接続される。詳細には、ノズルボディ６０１の負圧通路６０１Ａが、バキュームパイプ６１０を介してバキュームポンプに接続される。バキュームポンプは、気体を吸引するためのポンプである。バキュームポンプは、ロボットアーム１とは別途に設けられてもよく、又は台座部４等に設けられてもよい。斯様なバキュームポンプが作動されると、負圧通路６０１Ａ、吸着ノズル６０２の内部、及びパッド６０３の内部の空気を、バキュームパイプ６１０を介してバキュームポンプに吸引させることができる。その結果、パッド６０３の先端に負圧を発生させることができる。よって、パッド６０３の先端面を対象物に密着させた状態で、パッド６０３の先端に負圧を発生させることにより、パッド６０３の先端に対象物を吸着させることができる。なお、バキューム
パイプ６１０の途中には、該バキュームパイプ６１０の内部通路を導通（開）又は遮断（閉）するための電磁弁（以下、「負圧電磁弁」と記す場合もある。）６２０が設けられるようにしてもよい。これにより、バキュームポンプを作動させた状態に維持しつつ、負圧電磁弁６２０を開閉させることで、パッド６０３の先端における負圧の発生と負圧のキャンセルとを速やかに切り替えることができる。

図１０及び図１１は、吸着機構６００の各部と第１指リンク部２１１との位置関係を説明するための図である。図１０は、吸着機構６００のパッド６０３が収縮していない状態にある場合を示す図である。図１１は、吸着機構６００のパッド６０３が所定の収縮状態にある場合を示す図である。ここでいう「パッド６０３が収縮していない状態」とは、パッド６０３に外力が作用していない状態であり、パッド６０３の軸方向の長さが自由長となる状態である。また、ここでいう「所定の収縮状態」とは、対象物を吸着及び保持させる際にパッド６０３が最も収縮し得る状態であり、パッド６０３の物性に応じた限界まで収縮した状態よりも収縮度合いが小さい状態である。なお、図１０及び図１１中のＣ１は、第１指リンク部２１１を前述した図７に示したように屈曲方向及び伸展方向を回動させる際の中心である。また、図１０及び図１１中のＰｃ１は、Ｃ１を中心とし且つＣ１から第１指リンク部２１１の先端（指先側の端部）までの距離を半径とする仮想の円である。

図１０及び図１１に示すように、本例における吸着機構６００の各部のサイズおよびまたは第１指リンク部２１１への取付位置は、吸着ノズル６０２の先端が円Ｐｃ１の内側に位置するように定められる。これにより、第１指リンク部２１１の軸方向における吸着ノズル６０２の先端の位置は、第１指リンク部２１１の先端よりも指元側へ引っ込んだ位置となる。また、図１０に示すように、本例における吸着機構６００の各部のサイズおよびまたは第１指リンク部２１１への取付位置は、パッド６０３が収縮していない状態にあるときの該パッド６０３の先端面が円Ｐｃ１の外側に位置するように定められる。これにより、パッド６０３が収縮していない状態にあるときは、第１指リンク部２１１の軸方向における該パッド６０３の先端面の位置が、第１指リンク部２１１の先端よりも突出した位置となる。さらに、図１１に示すように、本例における吸着機構６００の各部のサイズおよびまたは第１指リンク部２１１への取付位置は、パッド６０３が所定の収縮状態にあるときの該パッド６０３の先端面が円Ｐｃ１の円周上又は円Ｐｃ１の外側に位置するように定められる。これにより、パッド６０３が所定の収縮状態にあるときは、第１指リンク部２１１の軸方向における該パッド６０３の先端面の位置が、第１指リンク部２１１の先端と同等の位置又は指先方向に突出した位置となる。なお、ここでいう「所定の収縮状態」は、前述したように、パッド６０３の物性に応じた限界まで収縮した状態よりも収縮度合いが小さい状態である。そのため、パッド６０３が所定の収縮状態にあるときの該パッド６０３の先端面が円Ｐｃ１の外側に位置するように、吸着機構６００の各部のサイズおよびまたは第１指リンク部２１１への取付位置が定められた場合であっても、対象物の吸着時とは異なる外力がパッド６０３に加わった際には、パッド６０３の先端面の位置が円Ｐｃ１の円周上の位置（第１指リンク部２１１の軸方向におけるパッド６０３の先端面の位置が第１指リンク部２１１の先端と同等になる位置）になるまで、パッド６０３が収縮可能である。

（台座部）
台座部４は、アーム機構３を支持するための台座である。台座部４には、アーム機構３を制御するための制御装置、ハンド機構２を制御するための制御装置、及び吸着機構６００を制御するための制御装置等の各種の制御装置が内蔵されている。これらの制御装置により、アーム機構３の各関節部を駆動するためのモータ、ハンド機構２の各関節部を駆動するためのモータ、ハンド機構２の負圧電磁弁６２０等が制御される。なお、台座部４には、前述したバキュームポンプが内蔵されてもよい。

（本実施形態の作用効果）
ここで、本実施形態の作用効果について、図１２から図１９に基づいて説明する。図１２は、対象物を吸着する場合におけるハンド機構２の基本的な動作例を説明するための図である。図１２に示す例では、矩形の断面を有する対象物１０が、収容箱８０の底７０に置かれている。斯様な場合、先ず、２本の所定の指部２１の各々におけるパッド６０３の先端面が対象物１０の上面と平行になるように、各指部２１の第１モータ５１、第２モータ５２、及び第３モータ５３が制御される。次に、対象物１０の吸着に適した位置（例えば、パッド６０３の先端面が対象物１０の上面に密着する位置）まで吸着機構６００が下降するように、アーム機構３が制御される。これらの制御が行われた場合、図１２に示すように、吸着機構６００のパッド６０３の先端面が、所定の指部２１よりも先に対象物１０の上面に接触する。これは、前述の図１０に示したとおり、パッド６０３が収縮していない状態におけるパッド６０３の先端面の位置が、第１指リンク部２１１の先端よりも指先方向に突出した位置にあるためである。そして、対象物１０の吸着に適した位置に吸着機構６００が移動すると、負圧電磁弁６２０が開かれる。これにより、パッド６０３の内部の空気が、吸着ノズル６０２内の負圧通路６０１Ａ及びバキュームパイプ６１０を通じてバキュームポンプに吸引される。その結果、パッド６０３の先端に負圧が発生する。パッド６０３の先端に負圧が発生すると、対象物１０が第１指リンク部２１１の指元側へ吸引され、それに伴ってパッド６０３が収縮するが、斯様な吸引動作が所定の指部２１によって阻害されることはない。これは、前述の図１１に示したとおり、パッド６０３が所定の収縮状態あるときのパッド６０３の先端面の位置が、第１指リンク部２１１の先端と同等の位置又は指先方向に突出した位置になるためである。その結果、対象物１０の吸着に適した位置へ吸着機構６００をアプローチさせることができる。よって、対象物１０を安定した姿勢で吸着及び保持することが可能となる。

次に、対象物を把持する場合におけるハンド機構２の基本的な動作例について、図１３に基づいて説明する。図１３に示す例では、矩形の断面を有する対象物１０が、収容箱８０の底７０に置かれている。斯様な場合、先ず、２本の所定の指部２１の指先における腹面（第１指リンク部２１１の腹面２１５）の間隔が対象物１０の幅よりも広くなり、且つそれら指先の高さが同じになるように、２本の所定の指部２１の各々における第１モータ５１、第２モータ５２、及び第３モータ５３が制御される。次に、２本の所定の指部２１の指先の位置が対象物１０の把持に適した位置まで下降するように、アーム機構３が制御される。そして、２本の所定の指部２１の指先の位置が対象物１０の把持に適した位置まで下降すると、２本の所定の指部２１の指先の間隔が狭められるように、各指部２１の第１モータ５１、第２モータ５２、及び第３モータ５３が制御される。これらの制御が行われた場合、図１３に示すように、２本の所定の指部２１における指先の腹面（第１指リンク部２１１の腹面２１５）が対象物１０の対向する側面に各々接触する。ここで、本例における吸着機構６００は、所定の指部２１における指先の背面（第１指リンク部２１１の背面２１６）に取り付けられている。そのため、上記した把持動作において、吸着機構６００が対象物１０と干渉することはない。なお、対象物１０の厚さが薄い場合等には、当該対象物１０の把持に適した位置へハンド機構２を下降させる途中で、吸着機構６００のパッド６０３が収容箱の底７０に接触する可能性がある。しかしながら、本例におけるパッド６０３は、第１指リンク部２１１の軸方向におけるパッド６０３の先端面の位置が第１指リンク部２１１の先端と同等になる位置まで収縮可能に構成されているため、当該パッド６０３が上記の下降動作を阻害することはない。また、前述の図１０及び図１１に示したとおり、吸着ノズル６０２の先端の位置が、第１指リンク部２１１の先端よりも指元方向に引っ込んだ位置にあるため、吸着ノズル６０２が収容箱の底７０に干渉することもない。その結果、吸着機構６００が取り付けられている所定の指部２１を利用して対象物１０を把持する場合であっても、対象物１０の把持に適した位置へ指部２１をアプローチさせることができる。よって、対象物１０を安定した姿勢で把持することが可能となる。

次に、取り出し口が側面に設けられた収容箱から対象物をピックアップする場合におけるハンド機構２の動作例について、図１４Ａに基づいて説明する。図１４Ａに示す例では、対象物１０は、側面に取り出し口が設けられた収容箱８０に収容されている。斯様な場合、先ず、ベース部２０が横向き（水平）になるように、アーム機構３が制御される。また、第２指リンク部２１２が水平となり、且つ第１指リンク部２１１が垂直方向下向きとなるように、所定の指部２１の第１モータ５１、第２モータ５２、及び第３モータ５３が制御される。すなわち、所定の指部２１が略Ｌ字型の形態となるように、第１モータ５１、第２モータ５２、及び第３モータが制御される。続いて、ハンド機構２を水平に移動するように、アーム機構３が制御される。これにより、所定の指部２１の指先が収容箱８０の内部へ挿入され、パッド６０３の先端面が対象物１０の上方へ移動させられる。パッド６０３の先端面を対象物１０の上方へ移動させた後は、ハンド機構２が垂直方向に沿って下降するように、アーム機構３が制御される。これらの制御が行われた場合、図１４Ａに示すように、対象物１０の吸着に適した位置（パッド６０３の先端面が対象物１０の上面に密着する位置）に吸着機構６００が移動させられる。パッド６０３の先端面が対象物１０の上面に密着する位置に移動すると、負圧電磁弁６２０が開かれる。これにより、対象物１０を吸着機構６００に吸着させることができる。その後、ハンド機構２が上昇するようにアーム機構３が制御され、次いで上記とは逆方向へ向かってハンド機構２が水平に移動するようにアーム機構３が制御されることで、対象物１０が収容箱８０から取り出される。よって、取り出し口が側面に設けられる収容箱８０に対象物１０が収容されている場合であっても、対象物１０の吸着に適した位置へ吸着機構６００をアプローチさせることができる。

なお、図１４Ａに示したような収容箱８０から対象物１０が取り出された後に、所定の指部２１以外の指部２１を、対象物１０の姿勢を安定させるための保持用指部として機能させてもよい。例えば、図１４Ｂに示すように、所定の指部２１以外の指部２１の指先（第１指リンク部２１１）を、対象物１０の下面に接触させるようにしてもよい。これにより、ピックアップされた対象物１０をプレイス位置へ移動させる途中で、対象物１０の姿勢が不安定になることが抑制される。

次に、収容箱内の壁際に置かれている対象物をピックアップする場合におけるハンド機構２の動作例について、図１５に基づいて説明する。図１５に示す例では、対象物１０は、収容箱８０内の側壁面に接触した状態で収容されている。斯様な場合、先ず、パッド６０３の先端面が水平となり、且つ所定の指部２１が略Ｖ字型の形態となるように、所定の指部２１の第１モータ５１、第２モータ５２、及び第３モータ５３が制御される。続いて、パッド６０３の先端面が対象物１０の上方へ移動するように、アーム機構３が制御される。パッド６０３の先端面を対象物１０の上方へ移動させた後は、ハンド機構２が垂直方向に沿って下降するようにアーム機構３が制御される。これらの制御が行われた場合、図１５に示すように、対象物１０の吸着に適した位置（パッド６０３の先端面が対象物１０の上面に密着する位置）に吸着機構６００が移動させられる。パッド６０３の先端面が対象物１０の上面に密着する位置に移動すると、負圧電磁弁６２０が開かれる。これにより、対象物１０を吸着機構６００に吸着させることができる。その後、ハンド機構２が上昇するようにアーム機構３が制御されることで、収容箱８０の壁際に置かれていた対象物１０が、収容箱８０から取り出される。よって、収容箱８０内の壁際に対象物１０が置かれている場合であっても、対象物１０の吸着に適した位置へ吸着機構６００をアプローチさせることができる。なお、対象物１０が収容箱８０から取り出された後に、図１４Ｂと同様に、所定の指部２１以外の指部２１を、対象物１０の姿勢を安定させるための保持用指部として機能させてもよい。

次に、収容箱内の角部分に置かれている対象物をピックアップする場合について、図１６Ａ及び図１６Ｂに基づいて説明する。図１６Ａは、対象物１０をピックアップする際の
ハンド機構２の状態を側方から見た図である。図１６Ｂは、対象物１０をピックアップする際のハンド機構２の状態を上方から見た図である。なお、図１６Ａ及び図１６Ｂ中の対象物１０は、比較的広い面積の上面を持つものとする。また、図１６Ａ及び図１６Ｂ中の対象物１０は、円形の断面を有しているが、矩形の断面を有していてもよい。

図１６Ａ及び図１６Ｂに示す例では、対象物１０は、収容箱８０内の角部分に置かれている。斯様な場合、先ず、２本の所定の指部２１の各々について、前述の図１５に示した例と同様に、パッド６０３の先端面が水平となり、且つ所定の指部２１が略Ｖ字型の形態となるように、各々の指部２１の第１モータ５１、第２モータ５２、及び第３モータ５３が制御される。続いて、２本の所定の指部２１のパッド６０３の先端面が対象物１０の上方へ移動するように、アーム機構３が制御される。２つのパッド６０３の先端面を対象物１０の上方へ移動させた後は、ハンド機構２が垂直方向に沿って下降するように、アーム機構３が制御される。これらの制御が行われた場合、図１６Ａに示すように、対象物１０の吸着に適した位置（２つのパッド６０３の双方の先端面が対象物１０の上面に密着する位置）に、２本の所定の指部２１の吸着機構６００が移動させられる。２つのパッド６０３の双方が対象物１０の上面に密着する位置へ移動すると、負圧電磁弁６２０が開かれる。これにより、２本の所定の指部２１に取り付けられた２つの吸着機構６００によって対象物１０を吸着することができる。その後、ハンド機構２が上昇するようにアーム機構３が制御されることで、収容箱８０の角部分に置かれていた対象物１０が、収容箱８０から取り出される。よって、収容箱８０内の角部分に対象物１０が置かれている場合であっても、対象物１０の吸着に適した位置へ吸着機構６００をアプローチさせることができる。

次に、収容箱内に斜めに置かれている対象物をピックアップする場合におけるハンド機構２の動作例について、図１７Ａから図１７Ｃに基づいて説明する。図１７Ａは、吸着機構６００に対象物１０を吸着させた状態を示す図である。図１７Ｂは、収容箱から取り出された対象物１０が吸着機構６００のみで保持されている状態を示す図である。図１７Ｃは、収容箱から取り出された対象物１０が吸着機構６００と保持用指部とにより保持されている状態を示す図である。

図１７Ａに示す例では、板状の対象物１０が斜めに傾いた状態で収容箱８０に収容されている。斯様な場合、先ず、所定の指部２１におけるパッド６０３の先端面が対象物１０の上面と平行になる状態で、該先端面が対象物１０の上面に接触するように、アーム機構３及びハンド機構２（所定の指部２１の第１モータ５１、第２モータ５２、及び第３モータ５３）が制御される。このような制御が行われた場合、図１７Ａに示すように、対象物１０の吸着に適した位置（パッド６０３の先端面が対象物１０の上面に密着する位置）に吸着機構６００が移動させられる。パッド６０３の先端面が対象物１０の上面に密着する位置に移動すると、負圧電磁弁６２０が開かれる。これにより、対象物１０を吸着機構６００に吸着させることができる。その後、ハンド機構２が上昇するようにアーム機構３が制御されることで、図１７Ｂに示すように、対象物１０が収容箱８０から取り出される。対象物１０が収容箱８０から取り出された後は、図１７Ｃに示すように、対象物１０におけるパッド６０３の吸着面とは反対側の面に、所定の指部２１以外の指部２１の指先（第１指リンク部２１１）を接触させるように、ハンド機構２が制御される。これにより、吸着機構６００による吸着と、所定の指部２１以外の指部２１とパッド６０３とによる把持と、によって対象物１０を保持することができる。その結果、対象物１０が斜めに傾いた状態で収容箱８０に収容されている場合であっても、対象物１０の吸着に適した位置へ吸着機構６００をアプローチさせることができるとともに、収容箱８０から取り出された対象物１０をより確実に保持し続けることができる。

次に、球状の対象物をピックアップする場合について、図１８に基づいて説明する。図１８に示す例では、対象物１０は、球状の形状を有している。斯様な場合、２本の所定の
指部２１の各々が略Ｖ字型の形態となるように、各指部２１の第１モータ５１、第２モータ５２、及び第３モータ５３が制御される。その際、一方の指部２１の指先（第１指リンク部２１１）が他方の指部２１へ向かって屈曲し、且つ他方の指部２１の指先（第１指リンク部２１１）が一方の指部２１へ向かって屈曲するように、各指部２１の第１モータ５１、第２モータ５２、及び第３モータ５３が制御される。上記した形態に制御された状態で、所定の指部２１のパッド６０３を対象物１０の表面に接触させると、２つのパッド６０３を対象物１０の表面に密着させることができる。そして、２つのパッド６０３が対象物１０の表面に密着した状態で、各々の指部２１の負圧電磁弁６２０が開かれると、２本の所定の指部２１の吸着機構６００によって対象物１０が吸着される。これにより、球状の対象物１０であっても、安定した姿勢でピックアップすることが可能となる。

次に、２つの対象物１０を同時にピックアップする場合について、図１９に基づいて説明する。図１９に示す例では、２つの対象物１０が並んで置かれている。斯様な場合、先ず、２本の所定の指部２１のうち、一方の指部２１のパッド６０３が一方の対象物１０の上方に位置し、且つ他方の指部２１のパッド６０３が他方の対象物１０の上方に位置するように、アーム機構３及びハンド機構２が制御される。次に、一方のパッド６０３の先端面が一方の対象物１０の上面に密着し、且つ他方のパッド６０３の先端面が他方の対象物１０の上面に密着する位置へハンド機構２が下降するように、アーム機構３が制御される。２つのパッド６０３の各々の先端面が吸着対象となる対象物１０の上面に密着すると、各々の指部２１の負圧電磁弁６２０が開かれる。これにより、２本の所定の指部２１の吸着機構６００が、互いに異なる対象物を吸着することができる。その結果、２つの対象物１０を同時にピックアップすることが可能となる。

以上述べた各種の動作は、前述の図１０及び図１１に示したように吸着機構６００のサイズ及び取付位置が決定されることに加え、所定の指部２１が２自由度以上の自由度を持つことで実現される。

したがって、本実施形態におけるハンド機構２によれば、対象物の把持と対象物の吸着とを好適に両立することができる。

＜他の実施例＞
前述した実施形態では、ハンド機構２が備える４本の指部２１のうち、２本の所定の指部２１に吸着機構６００が設けられる例について述べたが、図２０に示すように、４本の指部２１の全てに吸着機構６００が設けられてもよい。これにより、対象物を吸着する際の自由度を高めることができる。例えば、比較的重量の大きな対象物をピックアップする場合に、３本以上の指部２１の吸着機構６００を利用して、対象物１０をピックアップすることも可能になる。その際、４本の指部２１のうち、一部の指部２１の吸着機構６００を対象物１０の上面に吸着させ、残りの指部２１の吸着機構６００を対象物１０の側面に吸着させることも可能である。また、３つ以上の対象物１０を、同時にピックアップすることも可能となる。よって、上記した例を含めた様々な条件に応じて、対象物１０のピックアップ方法を柔軟に変更することができる。

なお、前述した実施形態では、４本の指部を備えたハンド機構を例示したが、指部の本数は４本に限定されるものではなく、２本以上であれば、ハンド機構の使用条件等に応じて適宜変更可能である。また、前述した実施形態では、４本の指部のうちの２本の指部に吸着機構が設けられる構成を例示したが、吸着機構が設けられる指部の本数は、１本以上であれば、ハンド機構の使用条件等に応じて適宜変更可能である。

１・・・ロボットアーム、２・・・ハンド機構、２０・・・ベース部、２１・・・指部、
２２・・・第１関節部、２３・・・第２関節部、２１１・・・第１指リンク部、２１２・・・第２指リンク部、２１３・・・基端部、２１５・・・腹面、２１６・・・背面、３・・・アーム機構、４・・・台座部、５１・・・第１モータ、５２・・・第２モータ、５３・・・第３モータ、６００・・・吸着機構、６０１・・・ノズルボディ、６０１Ａ・・・負圧通路、６０２・・・吸着ノズル、６０３・・・パッド、６１０・・・バキュームパイプ、６２０・・・負圧電磁弁

Claims (6)

1. 指先を含む第１指リンク部と、
   前記第１指リンク部の指元側の端部に設けられる第１関節部と、
   前記第１関節部を介して前記第１指リンク部に接続される第２指リンク部と、
   前記第２指リンク部の指元側の端部に設けられる第２関節部と、
   を含む指部を、複数備えるハンド機構であって、
   複数の前記指部のうち少なくとも一本の所定の指部における前記第１指リンク部の背面に設けられ、負圧を発生させることで対象物を吸着及び保持する吸着機構を備える、
   ハンド機構。
2. 前記吸着機構は、
   前記第１指リンク部の指元側から指先側へ向かって延在する吸着ノズルと、
   前記吸着ノズルの先端に取り付けられ、前記第１指リンク部の指先側から指元側へ向かって収縮可能に形成されるパッドと、
   を備え、
   前記第１指リンク部の軸方向において、前記吸着ノズルの先端の位置が前記第１指リンク部の指先側の端部よりも指元側に位置するように、前記吸着機構が前記第１指リンク部に取り付けられる、
   請求項１に記載のハンド機構。
3. 前記パッドが収縮していない状態にあるときに、前記第１指リンク部の軸方向における該パッドの先端面の位置が前記第１指リンク部の指先側の端部よりも指先方向に突出した位置となるように、前記吸着機構が前記第１指リンク部に取り付けられる、
   請求項２に記載のハンド機構。
4. 対象物の吸着時とは異なる外力が前記パッドに加わった際に、前記第１指リンク部の軸方向における該パッドの先端面の位置が前記第１指リンク部の指先側の端部と同等の位置まで収縮するように、前記パッドが形成される、
   請求項３に記載のハンド機構。
5. 前記ハンド機構は、前記所定の指部の前記吸着機構によって対象物を吸着してピックアップするための第一のモードと、複数の指部のうち少なくとも２本の指部によって対象物を把持してピックアップするための第二のモードと、を切替可能に構成される、
   請求項１から４の何れか１項に記載のハンド機構。
6. 前記第一のモードにおいて、前記所定の指部が、前記パッドを対象物に接触させた上で該対象物を吸着するための吸着用指部として機能するとともに、前記所定の指部以外の指部のうち少なくとも１本の指部が、前記所定の指部によって吸着された対象物の姿勢を保持するための保持用指部として機能する、
   請求項５に記載のハンド機構。

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