JP2023111488A - グリッパ及びロボット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、グリッパにおいて多様な把持姿勢を実現し、それにより把持可能範囲を拡大する。【解決手段】複数の爪５４Ｒ，５４Ｌを有し、各前記爪と本体部５１との間にそれぞれ設けられた駆動リンクにより各前記爪を開閉動作させる、グリッパであって、各前記爪と各前記駆動リンクとの間には、各前記爪を、各前記駆動リンクに対して、前記開閉動作方向に平行な軸回りに回動させる爪関節部５３Ｒが備えられている、グリッパが提供される。【選択図】図６

Description

この発明は、グリッパ又はグリッパを備えたロボット等に関する。

近年、物流現場等においてロボットの導入が試みられている。そのような現場において、ロボットには、対象物を把持して移動し、再び、載置するといった作業（例えば、パレタイジング作業等）を実行することが求められる。

ロボットによる把持を実現するために、様々なエンドエフェクタ又はハンドが利用され得る。例えば、複数の爪を開閉することで把持等を行うグリッパがある（例として、特許文献１）。

特開２０１８－００１２８１号公報

ところで、グリッパを用いて対象物を把持する場合、爪を対象物に対して水平にした状態でリーチすることが一般的である。そのため、例えば、特許文献１に示されるような従前のグリッパを用いて対象物にリーチする場合、爪と共にグリッパ全体を対象物に対して平行とする必要があった。

しかしながら、このようにグリッパにおいて把持姿勢が限定されていると、対象物を把持可能な範囲が限定されてしまうおそれがあった。

本発明は上述の技術的背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、グリッパにおいて多様な把持姿勢を実現し、それにより把持可能範囲を拡大することにある。

上述の技術的課題は、以下の構成を有するグリッパ又はロボット等により解決することができる。

すなわち、本発明に係るグリッパは、複数の爪を有し、各前記爪と本体部との間にそれぞれ設けられた駆動リンクにより各前記爪を開閉動作させる、グリッパであって、各前記爪と各前記駆動リンクとの間には、各前記爪を、各前記駆動リンクに対して、前記開閉動作方向に平行な軸回りに回動させる爪関節部が備えられている。

このような構成によれば、爪の開閉動作に加えて、爪の駆動リンクに対する回動を実現することができる。これにより、グリッパにおいて多様な把持姿勢を実現し、それにより把持可能範囲を拡大することができる。なお、駆動リンクは、本体部と爪の間に介在する駆動されるリンクであり、例えば、出力リンク、爪連結部等の部品を含む。

各前記爪関節部において、各前記爪は互いに独立に駆動される、ものであってもよい。

このような構成によれば、一部の爪だけを把持対象物に対して作用させること等ができ、例えば、載置されている対象物を横から押すといった多様な動作を実現することができる。

各前記駆動リンクは、互いに独立に駆動される、ものであってもよい。

このような構成によれば、把持対象物の位置に応じてグリッパの把持中心位置を自在に変更することができる。

前記爪は２つであり、前記爪は互いに平行な状態で開閉動作する、ものであってもよい。

このような構成によれば、平行な一対の爪を開閉することにより把持を行うことができる。これにより、最小限の構成で把持動作を行うことができる。また、部品点数を減らすことができるので、コストを低減することができる。

各前記駆動リンクは、それぞれ直動機構により駆動される、ものであってもよい。

このような構成によれば、爪の開閉動作を簡潔な構成により実現することができる。

各前記直動機構は、ボールねじ又はすべりねじのいずれか一方とリニアガイドとを含む、ものであってもよい。

このような構成によれば、信頼性の高い直動機構により駆動リンクを駆動することができる。

各前記爪と各前記駆動リンクとの間には、各前記爪にはたらく力又はモーメントを検出する検出手段がさらに備えられている、ものであってもよい。

このような構成によれば、把持位置の近くで各爪にはたらく力又はモーメントを直接的に検出することができる。

各爪の開閉方向にはたらく外力を算出する外力算出部をさらに備える、ものであってもよい。

このような構成によれば、各爪の開閉方向にはたらく外力を検出することができるので、爪による把持制御の精度を向上させることができる。

前記爪のいずれかを閉動作するよう駆動させる、閉駆動部と、閉動作している前記爪が把持対象物に接触したか否かを検出する、接触検出部と、前記爪が前記把持対象物に接触したことが検出された場合、前記爪の動作を停止させる、動作停止部と、前記閉駆動部、前記接触検出部、及び、前記動作停止部による一連の処理を、すべての爪が停止するまで繰り返し実行する、繰り返し実行処理部と、すべての前記爪が動作を停止した場合、前記把持対象物に対して目標把持力を加えるよう各前記爪の制御を行う、把持制御部と、をさらに備える、ものであってもよい。

このような構成によれば、爪を独立駆動できる利点を活かして、把持対象物の位置に応じた把持制御を行うことができる。

各前記爪において、その床面側の端面が、前記本体部の筐体表面よりも床面側に近くなるよう延在する、ものであってもよい。

このような構成によれば、各爪の床面側の端面が、本体部の筐体表面よりも床面側に近くなるよう延在するので、グリッパを床面付近で使用しても、本体部の筐体が直接床年に接触することがない。そのため、本体部の筐体を保護することができる。

各前記爪には、前記開閉動作方向に平行な軸回りに各前記爪に対して回動する、把持部材が備えられている、ものであってもよい。

このような構成によれば、さらに高い自由度を以て把持を行うことができる。

各前記爪には、各前記爪の長手方向軸に直交する軸回りに各前記爪に対して回動する、把持部材が備えられている、ものであってもよい。
このような構成によれば、さらに高い自由度を以て把持を行うことができる。

各前記爪には、チャックハンドが取り付けられている、ものであってもよい。

このような構成によれば、さらに高い自由度を以て把持を行うことができる。

別の側面から見た本発明はロボットである。すなわち、本発明に係るロボットは、複数の爪を有し、各前記爪と本体部との間にそれぞれ設けられた駆動リンクにより各前記爪を開閉動作させ、各前記爪と各前記駆動リンクとの間には、各前記爪を、各前記駆動リンクに対して、前記開閉動作方向に平行な軸回りに回動させる爪関節部が備えられている、グリッパと、移動機構部と、前記グリッパと移動機構部との間に配置される複数の駆動関節部と、を備えている。

このような構成によれば、グリッパにおいて多様な把持姿勢を実現し、それにより把持可能範囲を拡大することができる。また、グリッパが移動すると共に複数の駆動関節部によってグリッパ位置を自在に制御することができる。そのため、様々な対象物を柔軟にかつ精度良く把持することができる。なお、駆動リンクは、本体部と爪の間に介在する駆動されるリンクであり、例えば、出力リンク、爪連結部等の部品を含む。

前記移動機構部は、全方位移動台車であってもよい。

このような構成によれば、自在にグリッパを移動させることができる。

前記全方位移動台車は、オムニホイールにより駆動される、ものであってもよい。

このような構成によれば、オムニホイールを用いて自在にグリッパを移動させることができる。

前記駆動関節部は、前記グリッパを、鉛直方向に延びる第１の軸回りに回動させる、第１の関節部を含む、ものであってもよい。

このような構成によれば、第１の関節部によりグリッパ自体を鉛直軸回りに旋回させることができるので、グリッパによる把持をより容易に行うことができる。

各前記爪と前記第１の関節部とは、逆運動学を解くことにより連動制御される、ものであってもよい。

このような構成によれば、爪と関節部の動作が連動しているので、グリッパ位置を最適化して把持を行うこと等ができる。

各前記爪関節部において、各前記爪は互いに独立に駆動される、ものであってもよい。

このような構成によれば、一部の爪だけを把持対象物に対して作用させること等ができ、例えば、載置されている対象物を横から押すといった多様な動作を実現することができる。

各前記駆動リンクは、互いに独立に駆動される、ものであってもよい。

このような構成によれば、把持対象物の位置に応じてグリッパの把持中心位置を自在に変更することができる。

前記爪は２つであり、前記爪は互いに平行な状態で開閉動作する、ものであってもよい。

このような構成によれば、平行な一対の爪を開閉することにより把持を行うことができる。これにより、最小限の構成で把持動作を行うことができる。また、部品点数を減らすことができるので、コストを低減することができる。

各前記駆動リンクは、それぞれ直動機構により駆動される、ものであってもよい。

このような構成によれば、爪の開閉動作を簡潔な構成により実現することができる。

各前記直動機構は、ボールねじ又はすべりねじのいずれか一方とリニアガイドとを含む、ものであってもよい。

このような構成によれば、信頼性の高い直動機構により駆動リンクを駆動することができる。

各前記爪と各前記駆動リンクとの間には、各前記爪にはたらく力又はモーメントを検出する検出手段がさらに備えられている、ものであってもよい。

このような構成によれば、把持位置の近くで各爪にはたらく力又はモーメントを直接的に検出することができる。

各爪の開閉方向にはたらく外力を算出する外力算出部をさらに備える、ものであってもよい。

このような構成によれば、各爪の開閉方向にはたらく外力を検出することができるので、爪による把持制御の精度を向上させることができる。

前記外力算出部は、各前記駆動関節部に加わる力又はモーメントから前記爪における前記外力を算出する、ものであってもよい。

このような構成によれば、爪自体にセンサ等を取り付けなくても爪に加わる力又はモーメントを算出することができるので、グリッパの構成を簡潔なものとすることができる。

前記爪のいずれかを閉動作するよう駆動させる、閉駆動部と、閉動作している前記爪が把持対象物に接触したか否かを検出する、接触検出部と、前記爪が前記把持対象物に接触したことが検出された場合、前記爪の動作を停止させる、動作停止部と、前記閉駆動部、前記接触検出部、及び、前記動作停止部による一連の処理を、すべての爪が停止するまで繰り返し実行する、繰り返し実行処理部と、すべての前記爪が動作を停止した場合、前記把持対象物に対して目標把持力を加えるよう各前記爪の制御を行う、把持制御部と、をさらに備える、ものであってもよい。

このような構成によれば、爪を独立駆動できる利点を活かして、把持対象物の位置に応じた把持制御を行うことができる。

各前記爪において、その床面側の端面が、前記本体部の筐体表面よりも床面側に近くなるよう延在する、ものであってもよい。

このような構成によれば、各爪の床面側の端面が、本体部の筐体表面よりも床面側に近くなるよう延在するので、グリッパを床面付近で使用しても、本体部の筐体が直接床年に接触することがない。そのため、本体部の筐体を保護することができる。

別の側面から見た本発明はロボットである。すなわち、本発明に係るロボットは、２つの爪を有し、各前記爪と本体部との間にそれぞれ設けられた駆動リンクをそれぞれ直動機構により駆動して、各前記爪を互いに平行な状態で開閉動作させ、各前記爪と各前記駆動リンクとの間には、各前記爪を、各前記駆動リンクに対して、前記開閉動作方向に平行な軸回りに回動させる爪関節部が備えられ、各前記爪関節部において各前記爪は互いに独立に駆動され、各前記駆動リンクは互いに独立に駆動される、グリッパと、床面上を移動する、移動機構部と、第１の関節部を介して、前記移動機構部に連結され、前記移動機構部に対して鉛直方向に延びる第１の軸回りに回動する、第１リンクと、第２の関節部を介して、前記第１リンクに連結され、前記第１リンクに対して前記第１の軸と直交する第２の軸回りに回動する、第２リンクと、第３の関節部を介して、前記第２リンクに連結され、前記第２リンクに対して前記第２リンクと平行な軸上をスライドする、第３リンクと、を有し、前記グリッパは、第４の関節部を介して、前記第３リンクに連結され、前記第３リンクに対して前記第２の軸と平行な第４の軸回りに回動する。

このような構成によれば、爪の開閉動作に加えて、爪の駆動リンクに対する回動を実現することができる。これにより、グリッパにおいて多様な把持姿勢を実現し、それにより把持可能範囲を拡大することができる。また、爪を独立に駆動することで、多様な動作を実現することができると共に、グリッパの把持中心位置を自在に変更することができる。さらに、構造を簡潔なものとすることができる。さらに、グリッパが移動すると共に複数の駆動関節部によってグリッパ位置を自在に制御することができる。そのため、様々な対象物を柔軟にかつ精度良く把持することができる。なお、駆動リンクは、本体部と爪の間に介在する駆動されるリンクであり、例えば、出力リンク、爪連結部等の部品を含む。

本発明によれば、グリッパにおいて多様な把持姿勢を実現し、それにより把持可能範囲を拡大することができる。

図１は、ロボットの斜視図である。 図２は、ロボットに備えられるグリッパの斜視図である。 図３は、ロボットの機能ブロック図である。 図４は、出力リンクの独立駆動に関する説明図である。 図５は、把持位置の変更に関する説明図である。 図６は、爪屈曲関節部の独立駆動に関する説明図である。 図７は、爪屈曲関節部を設ける利点に関する説明図（その１）である。 図８は、爪屈曲関節部を設ける利点に関する説明図（その２）である。 図９は、爪屈曲関節部を設ける利点に関する説明図（その３）である。 図１０は、爪形状を用いた筐体保護に関する説明図（その１）である。 図１１は、爪形状を用いた筐体保護に関する説明図（その２）である。 図１２は、グリッパを用いて対象物を把持する工程について示す説明図である。 図１３は、把持の初期状態を示す説明図である。 図１４は、把持準備状態を示す説明図である。 図１５は、第１の変形例に係るロボットの斜視図である。 図１６は、第２の変形例に係るロボットの斜視図である。 図１７は、第３の変形例に係るロボットの斜視図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

（１．第１の実施形態）
第１の実施形態として、本発明をグリッパ１５０を備えたロボット１００に対して適用した例について説明する。なお、本実施形態においては、複数の部材の間の距離を小さくすることにより対象物を挟持する装置をグリッパと称するものの、エンドエフェクタ、ハンド等、他の名称により称呼してもよい。

（１．１ ロボット及びグリッパの構成）
図１及び図２を参照しつつ、ロボット１００及びグリッパ１５０の構成について説明する。図１は、ロボット１００の斜視図であり、図２は、ロボット１００に備えられるグリッパ１５０の斜視図である。

図１から明らかな通り、本実施形態に係るロボット１００は、床面上を移動するための移動機構である台車部１１と、台車部１１の天面を基端とする多関節アーム部（２１、３１、４１、４２）と、多関節アーム部の先端に取り付けられたグリッパ１５０と、から構成されている。

なお、以下では、説明の便宜上、図１における鉛直上方向を上、鉛直下方向を下、グリッパ１５０が設けられている面を正面、その反対側を背面と称することがある。また、背面を背にして右側を右、左側を左、左右をまとめて側面と称することがある。

台車部１１は、上方向にやや窄まった略円柱状の筐体を有し、筐体天面には平面が設けられている。台車部１１の筐体内部の底面側には、４つのオムニホイール１２が設けられている。オムニホイール１２とは、車輪の回転と円周上の樽の回転の組み合わせにより、全方位への移動を可能とする車輪である。このオムニホイール１２により、台車部１１は全方位に自在に移動することができる。

なお、本実施形態においては、全方位への移動機構としてオムニホイールを採用するものの、本発明はこのような構成に限定されない。従って、メカナムホイール等、全方位移動を可能とする他の車輪を採用してもよい。また、移動機構は、全方位移動機構に限定されない。従って、移動方位が限定された他の移動機構を採用してもよい。さらに、移動機構は、多関節アーム部とグリッパ１５０とを移動させることができるものであればよい。従って、例えば、床面上を移動するものに限定されず、天井から吊り下げられる移動機構、又は飛行する移動機構等であってもよい。

台車部１１の天面には、第１関節部（Ｊ１）を介して、第１リンク２１が連結されている。第１関節部（Ｊ１）は、第１リンク２１を、鉛直方向に延びる第１の軸回りに、前記台車部１１に対して回動させる。なお、第１関節部（Ｊ１）は不図示のアクチュエータにより駆動される駆動関節である。

第１リンク２１の上部は、第２関節部（Ｊ２）を介して、第２リンク３１と連結されている。第２関節部（Ｊ２）は、第２リンク３１を、第１の軸と直交する水平軸である第２の軸回りに、前記第１リンク２１に対して回動させる。なお、第２関節部（Ｊ２）は、不図示のアクチュエータにより駆動される駆動関節である。

第２リンク３１は、Ｊ字形状を有しており、その直線部にはリニアガイド部が設けられている。第３リンク４１は、このリニアガイド部（第３の軸）上を摺動して、第３関節部（Ｊ３）を構成する。同図の姿勢においては、第３の軸は、鉛直方向軸である。

なお、第３リンク４１は、底面に開口を有する中空の略直方体形状を有している。また、第３関節部（Ｊ３）は、不図示のアクチュエータにより駆動される駆動関節である。

第３リンク４１の上部かつ正面側には、第４リンク４２が固定されている。グリッパ１５０は、第４関節部（Ｊ４）を介して、第４リンク４２の正面側先端部に連結されている。第４関節部（Ｊ４）は、グリッパ１５０を、第２の軸と平行な水平軸である第４の軸回りに、前記第４リンク４２に対して回動させる。なお、第４関節部（Ｊ４）は、不図示のアクチュエータにより駆動される駆動関節である。

図１及び図２（特に、図２）から明らかな通り、グリッパ１５０は、基端部において第４の関節部（Ｊ４）を介して第４リンク４２へと回動可能に連結されるグリッパ本体部５１と、グリッパ本体部５１から左右に延びて直動する出力リンク５２Ｌ、５２Ｒと、各出力リンク５２Ｌ、５２Ｒの先端部に取り付けられる爪連結部５３Ｌ、５３Ｒと、爪連結部５３Ｌ、５３Ｒの内側に連結される爪５４Ｌ、５４Ｒと、から構成されている。なお、符号のＬはグリッパ１５０の左側の構成を表し、Ｒは右側の構成を表している。

グリッパ本体部５１は、第４の関節部（Ｊ４）を介して第４リンク４２へと回動可能に連結されると共に、その筐体は、出力リンク５２Ｌ、５２Ｒを駆動する直動機構とそのアクチュエータ等を内部に保持する。

本実施形態において、直動機構は、ボールねじとリニアガイドとから構成されている。直動機構により直動する出力リンク５２Ｌ、５２Ｒは、グリッパ本体部５１の正面側の左右の側面に上下に設けられた開口部から、互いに平行に突出している。

右側から延びる出力リンク５２Ｒは直動するよう駆動され、第５の関節部（Ｊ５）を構成する。同様に、左側から延びる出力リンク５２Ｌも直動するよう駆動され、第６の関節部（Ｊ６）を構成する。これらの出力リンク５２Ｌ、５２Ｒを駆動することにより爪５４Ｌ、５４Ｒを平行に維持した状態での開閉動作が実現される。

なお、直動機構は上述のものに限定されず、他の機構を採用してもよい。例えば、ボールねじに代えてすべりねじ等他の部品を採用してもよい。

出力リンク５２Ｌ、５２Ｒの先端には、出力リンク５２Ｌ、５２Ｒに直交し正面方向へと延びる爪連結部５３Ｌ、５３Ｒが取り付けられている。爪連結部５３Ｌ、５３Ｒの内部には、その内面側に取り付けられる爪５４Ｌ、５４Ｒを回動させる不図示のアクチュエータが配置されている。

爪５４Ｌ、５４Ｒは、略長円形状を有する。ただし、後述するように、爪５４Ｌ、５４Ｒは、爪連結部５３Ｌ、５３Ｒとの連結部近傍において緩やかに屈曲した形状を有している。

左側の爪５４Ｌの基端は、爪連結部５３Ｌの内面側に回動自在に連結されて駆動され、第７の関節部（Ｊ７）を構成する。同様に、右側の爪５４Ｒの基端は、爪連結部５３Ｒの内面側に回動自在に連結されて駆動され、第８の関節部（Ｊ８）を構成する。以下では、便宜上、第７の関節部及び第８の関節部を、それぞれ爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）と呼ぶことがある。

なお、爪５４Ｌ、５４Ｒの回動動作を揺動と表現してもよい。また、爪の語は、グリッパ１５０において対象物を挟んで把持する部品を意味する。従って、挟持体、挟持片、把持体又は把持片等の他の用語により表現してもよい。また、大きさや形状について限定はなく、小片に限定されない。

本実施形態においては、第１～第８の各関節部（Ｊ１～Ｊ８）及び台車部１１の車輪には、それぞれ、各種の検出手段が備えられている。より詳細には、各関節部（Ｊ１、Ｊ２、Ｊ４、Ｊ７、Ｊ８）及び台車部１１の車輪には、不図示の角度センサ、直動する関節部（Ｊ３、Ｊ５、Ｊ６）には位置センサが備えられている。また、第１～第４の各関節部（Ｊ１～Ｊ４）には、さらに力センサが備えられている。これらのセンサからの検出値に基づいて、後述の制御部１１５は、ロボット１００の姿勢や、ロボット１００の各所に加えられる力やモーメントを算出又は推定することができる。

例えば、各種検出値に基づいて、爪５４Ｌ、５４Ｒの先端部の３軸方向（ｘ，ｙ，ｚ）に加わる力を算出することができる（図２の爪５４Ｌ、５４Ｒ先端部の矢印参照）。なお、ｚ方向は、開閉動作方向、把持動作方向又は押し込み方向を表し、ｘ、ｙ軸方向は、環境との接触方向を示している。

なお、本実施形態においては、第１～第４の各関節部（Ｊ１～Ｊ４）に力センサを設ける構成について説明したが、本発明はそのような構成に限定されない。従って、各前記爪５４Ｌ、５４Ｒの付け根に力又はモーメントの検出手段となるセンサを設けてもよい。

図３は、ロボット１００の機能ブロック図である。同図から明らかな通り、ロボット１００はその内部にマイコン１１０を備えており、マイコン１１０は、各関節部（Ｊ１～Ｊ８）及び移動台車部に設けられたアクチュエータ及びセンサと接続されている。

なお、同図において、第１～第８の各関節部（Ｊ１～Ｊ８）及び移動台車部は、各関節部又は台車部１１に備えられた各種のアクチュエータ及びセンサを表している。

マイコン１１０は、記憶部１１１、通信部１１２、Ｉ／Ｏ部１１３、制御部１１５を備えている。記憶部１１１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ等の記憶装置であり、後述の各種のデータやプログラム等を記憶している。通信部１１２は、外部との送受信を行う通信ユニットであり、外部装置やシステムとの間の通信を行う。Ｉ／Ｏ部１１３は、外部装置との入出力を行う。

制御部１１５は、ＣＰＵ等の制御装置であり、記憶部１１１に記憶された各種のプログラム等を読み込んで実行する処理を行う。例えば、各関節部又は移動台車部に設けられたアクチュエータに対して動作指令を行ったり、各関節又は移動台車部に設けられたセンサからの検出情報に基づき姿勢等の算出処理を行う。

なお、同図において、バッテリ等の電源装置については記載が省略されている。

また、ロボット１００の機能ブロックは、本実施形態に係る構成に限定されない。従って、機能の一部を外部情報処理装置等において実行する等してシステムとして構成してもよい。

（開閉動作に係る爪の独立駆動）
本実施形態において、出力リンク５２Ｌ、５２Ｒは連動せず、独立に駆動されている。そのため、把持動作を行う際、把持位置又は把持中心位置を変更することができる。

図４は、出力リンク５２Ｌ、５２Ｒの独立駆動に関する説明図である。同図においては、右の出力リンク５２Ｒが相対的に長く延出し、左の出力リンク５２Ｌが相対的に短く延出している。

図５は、把持位置の変更に関する説明図である。同図から明らかな通り、出力リンク５２Ｌ、５２Ｒが独立に駆動されるロボット１００においては、ロボット１００に把持されている対象物８０の中心位置がロボット１００を左右に分割する中心平面より側面側、同図の例にあってはロボット１００から見て右側にずれている。

このような構成によれば、各出力リンク５２Ｌ、５２Ｒに取り付けられる各爪５４Ｌ、５４Ｒも開閉動作にあたって独立に駆動されることから、把持対象物の位置に応じてグリッパ１５０の把持位置を自在に変更することができる。

このような構成によれば、把持対象物の位置ずれ等をグリッパ１５０の把持位置の変更により吸収すること等ができ、さらに効率的かつ安定的な把持を実現することができる。

（爪屈曲関節部の独立駆動）
本実施形態において、各爪５４Ｌ、５４Ｒの付け根にそれぞれ爪屈曲関節部（第７及び第８の関節部（Ｊ７、Ｊ８））が設けられ、これらは独立に駆動される。

図６は、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）の独立駆動に関する説明図である。同図において、右の爪５４Ｒは、下方向にやや回動して屈曲し、左の爪５４Ｌは、上方向にやや回動して屈曲している。

このような構成によれば、爪５４Ｌ、５４Ｒの開閉動作に加えて、爪５４Ｌ、５４Ｒの出力リンク５２Ｌ、５２Ｒ又は爪連結部５３Ｌ、５３Ｒに対する屈曲動作を実現することができる。

図７は、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）を設ける利点に関する説明図（その１）である。なお、同図においてロボット１００は、説明のための概略構成として描写されている点に留意されたい。

同図から、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）が無い場合には、比較的に限定的な空間領域（同図（Ａ）のＳ１）がリーチ範囲であるところ、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）を設けることにより、リーチ可能な空間領域が拡大されていることが看取される（同図（Ｂ）のＳ２）。すなわち、グリッパ１５０において多様な把持姿勢を実現し、それにより把持可能範囲を拡大することができることが看取される。

図８は、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）を設ける他の利点に関する説明図（その２）である。なお、同図においてもロボット１００は、説明のための概略構成として描写されている点に留意されたい。

図８（Ａ）から明らかな通り、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）が無い場合、爪５４Ｌ、５４Ｒを対象物８０に対して平行な状態として把持することが望ましいことから、第４の関節部をおよそ９０度に屈曲させる必要がある。この場合、第１リンク２１の基端部の中心から対象物８０までの距離はＬ_１となる。

一方、図８（Ｂ）から明らかな通り、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）を設けた場合、爪５４Ｌ、５４Ｒを対象物８０に対して平行な状態とする場合、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）を９０度に屈曲させればよい。この場合、第１リンク２１の基端部の中心から対象物８０までの距離はＬ_２となる。

このとき、基端部の中心から対象物８０までの距離はＬ_１＞Ｌ_２となる。このため、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）を設けることにより、多関節アーム部の基端部におけるモーメントを小さくすることができる。これにより、対象物を把持することによるロボット１００の転倒、負荷による破損等を防止することができる。

図９は、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）を設ける他の利点に関する説明図（その３）である。同図においては、直方体の対象物８１、８２が、鉛直方向に２つ揃えて積まれている。また、奥行き方向には不図示ではあるもの対象物が３つ以上積まれている。この状態において新たに対象物８３を対象物８２上に揃えて載置することを考える。

この場合、本実施形態に係るグリッパ１５０によれば、まず、右の爪５４Ｒが入る程度の距離を空けて対象物８３をやや左にずらして対象物８２上に載置することができる。その後、右の爪５４Ｒを上方向に回動させて退避させ、最後に、左の爪５４Ｌを用いて左側から対象物８３を水平に押すことができる。

このような構成によれば、一部の爪だけを把持対象物に対して作用させること等ができ、例えば、載置されている対象物を横から押すといった多様な動作を実現することができる。これにより、対象物を敷き詰める作業等を実現することができる。

（爪の形状）
本実施形態においては、爪５４Ｌ、５４Ｒの長手方向の中心軸が第７又は第８の関節部近傍において屈曲している。

図１０は、爪形状を用いた筐体保護に関する説明図（その１）である。同図から明らかな通り、爪５４Ｌ、５４Ｒの長手方向の中心軸は、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）近傍において爪連結部５３Ｌ、５３Ｒとの連結部の中心方向に向けて屈曲している。同図の例にあっては、第８の関節部を表す外径線の最下端は、左の爪５４Ｌの底面よりｄだけ上方に配置されている。すなわち、爪５４Ｌ、５４Ｒの底面が、本体部（爪連結部５３Ｌ、５３Ｒ及びグリッパ本体部５１）の筐体表面よりも下（床面側）に延在する。

図１１は、爪形状を用いた筐体保護に関する説明図（その２）である。第２の関節部（Ｊ２）を大きく屈曲させた同図の姿勢にあるロボット１００において、爪５４Ｌは、床面と略平行に配置されているものの、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）近傍において爪連結部５３Ｌ、５３Ｒとの連結部の中心方向に向けて屈曲している。そのため、爪連結部５３Ｌの筐体は床面に接触することがない。

このような構成によれば、各爪５４Ｌ、５４Ｒの床面側の端面が、本体部（５３Ｌ、５３Ｒ又は５１）の筐体表面よりも床面側に近くなるよう延在しているので、グリッパ１５０を床面付近で使用しても、本体部の筐体が直接床年に接触することがない。そのため、本体部（５３Ｌ、５３Ｒ又は５１）の筐体を保護することができる。

（１．２ グリッパによる把持動作）
次に、グリッパ１５０又はロボット１００による把持制御動作について説明する。

図１２は、本実施形態に係るグリッパ１５０を用いて対象物８５を把持する工程について示す説明図である。なお、同図はグリッパ１５０の平面図である。同図において、グリッパ１５０は、グリッパ本体部５１と、２本の爪（出力リンク５２、爪連結部５３、爪５４）に簡略化して記載されている点に留意されたい。

同図から明らかな通り、初期状態において、グリッパ１５０の２つの爪の間には、対象物８５が、その側面が爪と平行となった状態で配置されている（一番左側の図参照）。把持処理が開始すると、まず、右側の爪が、対象物８５からの反力が検出されるまで内側へと移動する。反力が検出された場合、右側の爪は移動を停止する（左から２番目の図参照）。次に、左側の爪が、対象物８５からの反力が検出されるまで内側へと移動する。反力が検出された場合、左側の爪は移動を停止する（右から２番目の図参照）。ここまでの状態において、２つの爪が対象物８５に接触した状態となる。最後に、両爪は、目標把持力となるまで応力を発生させるよう制御される（一番右の図参照）。

このような構成によれば、爪を独立に開閉動作することが出来る点を活かして、対象物の位置に応じた把持位置の変更を実現することができる。

なお、図１２に例にあっては、対象物８５が、その側面が爪と平行な状態で配置されていた。しかしながら、本実施形態に係るロボット１００によれば、把持対象物が爪との接触面に対して斜めに配置されている場合であっても対応することができる。

図１３は、爪の間に対象物８６が斜めに配置されている場合の把持の初期状態を示す説明図である。なお、同図は平面図であり、ロボット１００は概略構成で示されている。同図においてグリッパ本体部５１の下側に描かれた円は、多関節アーム部を示しており、その中心の点は第１の関節部（Ｊ１）の回動中心軸を表している。

同図の状態において、両方の爪を内側へと移動させて把持を行えば把持に失敗するか又は所望の態様で把持できないおそれがある。そこで、本実施形態においては、第１の関節部（Ｊ１）の回動を利用して把持を行う。

図１４は、爪の間に対象物８６が斜めに配置されている場合の把持準備状態を示す説明図である。同図から明らかな通り、対象物８６を把持する準備として、第１の関節部（Ｊ１）を回動させてロボット１００を対象物８６へと正対させる。このとき、第１の関節部における回動と同時に、爪を連動制御し、対象物８６と接触しないよう同図右方向へと移動させる。その後、図１３にて示した工程で把持を行う。このとき、爪と第１の関節部との連動は、逆運動学を解くことにより行われる。

このような構成によれば、第１の関節部と爪の連動制御により、一般に正確な位置制御が難しい台車部１１による移動を伴うことなく、把持準備態勢を整えることができる。これにより、精度良く把持準備を行うことができる。

（２． 変形例）
本発明は、様々に変形して実施することができる。

上述の実施形態においては、爪５４Ｌ、５４Ｒが先端の部材であったが、本発明はそのような構成に限定されない。従って、爪５４Ｌ、５４Ｒに対してさらに他の部材を取り付けてもよい。

図１５は、追加の把持部材を備えた第１の変形例に係るロボット２００の斜視図である。同図から明らかな通り、ロボット２００の爪５４Ｌ、５４Ｒの先端には、爪屈曲関節部（Ｊ７、Ｊ８）の回動中心軸と平行な軸回りに回動又は揺動する、平板状の第２の爪５５Ｌ、５５Ｒが設けられている。

このような構成によっても自在な把持を行うことができる。

図１６は、追加の把持部材を備えた第２の変形例に係るロボット３００の斜視図である。同図から明らかな通り、右の爪５４Ｒの先端には、爪屈曲関節部（Ｊ７）の回動中心軸と直交し爪５４Ｒの短辺方向に延びる軸（Ｊ１１）回りに回動又は揺動する、短い薄板状の把持部材５６Ｒが設けられ、左の爪５４Ｌの先端には、爪屈曲関節部（Ｊ８）の回動中心軸と直交し爪５４Ｌの長手方向軸（Ｊ１２）回りに回動又は揺動する、短い薄板状の把持部材５６Ｌが設けられている。

このような構成によれば、２つの薄板状把持部材を用いて、抱きかかえる又は囲い込むような把持を行うことができる。また、片方の把持部材で対象物を手前に引き寄せて、もう一方の把持部材で物体の底面を支持すること等ができる。

図１７は、追加の把持部材を備えた第３の変形例に係るロボット４００の斜視図である。同図から明らかな通り、ロボット１００の爪５４Ｌ、５４Ｒの先端には、爪５４Ｌ、５４Ｒの長手方向軸と平行な軸回りに回動するチャックハンド５７Ｌ、５７Ｒが備えられている。

このような構成によれば、物体を自在に掴むことができる。

上述の実施形態では、ロボットは左右対称の構成を有していたものの、本発明はそのような構成に限定されない。従って、一方の爪５４や出力リンク５２を相対的に長くし、他方を相対的に短くする等して、左右非対称な構成を採用してもよい。

上述の実施形態においては、グリッパ１５０が２本の爪という最小限の構成を備える構成を例示したが、本発明はそのような構成に限定されない。従って、例えば、爪の本数を３本以上としてもよい。このような場合においても、対象物に応じて把持位置を変更することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、上記の実施形態は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせ可能である。

本発明は、例えば、産業用ロボットを製造する産業等において利用可能である。

１１ 台車部
１２ オムニホイール
２１ 第１リンク
３１ 第２リンク
４１ 第３リンク
４２ 第４リンク
５１ グリッパ本体部
５２ 出力リンク
５３ 爪連結部
５４ 爪
５５ 把持部材
５６ 把持部材
５７ チャックハンド
１００ ロボット
１５０ グリッパ
２００ ロボット（第１の変形例）
３００ ロボット（第２の変形例）
４００ ロボット（第３の変形例）

Claims (29)

1. 複数の爪を有し、各前記爪と本体部との間にそれぞれ設けられた駆動リンクにより各前記爪を開閉動作させる、グリッパであって、
   各前記爪と各前記駆動リンクとの間には、各前記爪を、各前記駆動リンクに対して、前記開閉動作方向に平行な軸回りに回動させる爪関節部が備えられている、グリッパ。
2. 各前記爪関節部において、各前記爪は互いに独立に駆動される、請求項１に記載のグリッパ。
3. 各前記駆動リンクは、互いに独立に駆動される、請求項１又は２のいずれか１項に記載のグリッパ。
4. 前記爪は２つであり、前記爪は互いに平行な状態で開閉動作する、請求項１～３のいずれか１項に記載のグリッパ。
5. 各前記駆動リンクは、それぞれ直動機構により駆動される、請求項１～４のいずれか１項に記載のグリッパ。
6. 各前記直動機構は、ボールねじ又はすべりねじのいずれか一方とリニアガイドとを含む、請求項５に記載のグリッパ。
7. 各前記爪と各前記駆動リンクとの間には、各前記爪にはたらく力又はモーメントを検出する検出手段がさらに備えられている、請求項１～６のいずれか１項に記載のグリッパ。
8. 各爪の開閉方向にはたらく外力を算出する外力算出部をさらに備える、請求項１～６のいずれか１項に記載のグリッパ。
9. 前記爪のいずれかを閉動作するよう駆動させる、閉駆動部と、
   閉動作している前記爪が把持対象物に接触したか否かを検出する、接触検出部と、
   前記爪が前記把持対象物に接触したことが検出された場合、前記爪の動作を停止させる、動作停止部と、
   前記閉駆動部、前記接触検出部、及び、前記動作停止部による一連の処理を、すべての爪が停止するまで繰り返し実行する、繰り返し実行処理部と、
   すべての前記爪が動作を停止した場合、前記把持対象物に対して目標把持力を加えるよう各前記爪の制御を行う、把持制御部と、
   をさらに備える、請求項１～８のいずれか１項に記載のグリッパ。
10. 各前記爪において、その床面側の端面が、前記本体部の筐体表面よりも床面側に近くなるよう延在する、請求項１～９のいずれか１項に記載のグリッパ。
11. 各前記爪には、前記開閉動作方向に平行な軸回りに各前記爪に対して回動する、把持部材が備えられている、請求項１～１０のいずれか１項に記載のグリッパ。
12. 各前記爪には、各前記爪の長手方向軸に直交する軸回りに各前記爪に対して回動する、把持部材が備えられている、請求項１～１０のいずれか１項に記載のグリッパ。
13. 各前記爪には、チャックハンドが取り付けられている、請求項１～１０のいずれか１項に記載のグリッパ。
14. 複数の爪を有し、各前記爪と本体部との間にそれぞれ設けられた駆動リンクにより各前記爪を開閉動作させ、各前記爪と各前記駆動リンクとの間には、各前記爪を、各前記駆動リンクに対して、前記開閉動作方向に平行な軸回りに回動させる爪関節部が備えられている、グリッパと、
    移動機構部と、
    前記グリッパと移動機構部との間に配置される複数の駆動関節部と、
    を備えた、ロボット。
15. 前記移動機構部は、全方位移動台車である、請求項１４に記載のロボット。
16. 前記全方位移動台車は、オムニホイールにより駆動される、請求項１５に記載のロボット。
17. 前記駆動関節部は、前記グリッパを、鉛直方向に延びる第１の軸回りに回動させる、第１の関節部を含む、請求項１４～１６のいずれか１項に記載のロボット。
18. 各前記爪と前記第１の関節部とは、逆運動学を解くことにより連動制御される、請求項１７に記載のロボット。
19. 各前記爪関節部において、各前記爪は互いに独立に駆動される、請求項１４～１８のいずれか１項に記載のロボット。
20. 各前記駆動リンクは、互いに独立に駆動される、請求項１４～１９のいずれか１項に記載のロボット。
21. 前記爪は２つであり、前記爪は互いに平行な状態で開閉動作する、請求項１４～２０のいずれか１項に記載のロボット。
22. 各前記駆動リンクは、それぞれ直動機構により駆動される、請求項１４～２１のいずれか１項に記載のロボット。
23. 各前記直動機構は、ボールねじ又はすべりねじのいずれか一方とリニアガイドとを含む、請求項２２に記載のロボット。
24. 各前記爪と各前記駆動リンクとの間には、各前記爪にはたらく力又はモーメントを検出する検出手段がさらに備えられている、請求項１４～２３のいずれか１項に記載のロボット。
25. 各爪の開閉方向にはたらく外力を算出する外力算出部をさらに備える、請求項１４～２３のいずれか１項に記載のロボット。
26. 前記外力算出部は、各前記駆動関節部に加わる力又はモーメントから前記爪における前記外力を算出する、請求項２５に記載のロボット。
27. 前記爪のいずれかを閉動作するよう駆動させる、閉駆動部と、
    閉動作している前記爪が把持対象物に接触したか否かを検出する、接触検出部と、
    前記爪が前記把持対象物に接触したことが検出された場合、前記爪の動作を停止させる、動作停止部と、
    前記閉駆動部、前記接触検出部、及び、前記動作停止部による一連の処理を、すべての爪が停止するまで繰り返し実行する、繰り返し実行処理部と、
    すべての前記爪が動作を停止した場合、前記把持対象物に対して目標把持力を加えるよう各前記爪の制御を行う、把持制御部と、
    をさらに備える、請求項１４～２６に記載のロボット。
28. 各前記爪において、その床面側の端面が、前記本体部の筐体表面よりも床面側に近くなるよう延在する、請求項１４～２７のいずれか１項に記載のロボット。
29. ２つの爪を有し、各前記爪と本体部との間にそれぞれ設けられた駆動リンクをそれぞれ直動機構により駆動して、各前記爪を互いに平行な状態で開閉動作させ、各前記爪と各前記駆動リンクとの間には、各前記爪を、各前記駆動リンクに対して、前記開閉動作方向に平行な軸回りに回動させる爪関節部が備えられ、各前記爪関節部において各前記爪は互いに独立に駆動され、各前記駆動リンクは互いに独立に駆動される、グリッパと、
    床面上を移動する、移動機構部と、
    第１の関節部を介して、前記移動機構部に連結され、前記移動機構部に対して鉛直方向に延びる第１の軸回りに回動する、第１リンクと、
    第２の関節部を介して、前記第１リンクに連結され、前記第１リンクに対して前記第１の軸と直交する第２の軸回りに回動する、第２リンクと、
    第３の関節部を介して、前記第２リンクに連結され、前記第２リンクに対して前記第２リンクと平行な軸上をスライドする、第３リンクと、を有し、
    前記グリッパは、第４の関節部を介して、前記第３リンクに連結され、前記第３リンクに対して前記第２の軸と平行な第４の軸回りに回動する、ロボット。

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