JP2659454B2 - 把持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、把持装置に関し、詳しくは、産業用ロボッ
トや更により高度の知能的ロボット等のマニピュレータ
にエンドエフェクタとして設けられる把持装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来のこの種の把持装置として知られているものに、
例えば第３図に示す特開昭49−3353号公報に開示されて
るもの、あるいは第４図に示す特開昭49−3351号公報に
開示されているものがある。これらの例はいずれも平行
レバー100,100を介してそれぞれが支持される左右２つ
の指部材101,102を具え、アクチュエータによって作動
されるリンク機構103を介して双方の指部材101および10
2を対称的に平行移動させ、その間に被把持物104を把持
させるようにしたものである。

〔発明を解決しようとする課題〕

しかしながら、かかる従来の把持装置では、２つの指
部材101および102による主として把持方向という一方向
性の動作のみによって把持が行われるために、例えば第
５図に示すように方形断面を有する箱形の被把持物104
が把持方向に対して斜めに傾いた状態で把持された場
合、指部材101,102の把持面に働く分力Ｆによってモー
メントＭが発生する。このために、安定した把持状態が
保たれず、被把持物104を落としたり、特に把持力を検
知しようとするような場合にはその正確な検出が果たさ
れない。

本発明の目的は、上述したような従来の問題点の解決
を図り、被把持物の形状を問わず２つの指部材で安定し
た把持状態が保たれるのみならず、従来に比して格段に
優れた機能を発揮することのできる把持装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明によれば、平行
に対向させた２つの指部材が互いに近接する方向に移動
させ、前記２つの指部材の間に被把持物の把持が可能な
把持装置において、前記２つの指部材のうちの少なくと
も１つに、把持動作時の移動方向とは直角の方向に移動
可能な第２の移動手段と、前記指部材のそれぞれ対向面
に設けられ、前記被把持物からその把持にかかわる力の
検出が可能な触覚的検出手段と、を具え、前記指部材と
前記触覚的検出手段との間には板ばねが介装され、前記
触覚的検出手段は被把持物を把持する把持面にアレイ状
に設けられた触覚センサユニットであり、前記２つの指
部材間の最小間隔を規制するストッパ部材が指部材に備
えられたものとする。

〔作用〕

２つの互いに平行する指部材で構成される把持装置の
片方の指部材をその把持方向と直角方向に移動自在と第
２の移動手段により被把持物が安定した把持状態でない
場合でも、ハンド内に発生するモーメントＭ（第５図参
照）を０にするように一方の把持面を移動させ、被把持
物を安定状態にすることができる。このとき、モーメン
トＭを計算する必要があるが、これは、例えばX,Y,Z方
向後からの分力を同時に検出できる素子をアレイ状に構
成した３分力検出型検出手段によって検出する一方、第
５図に示したようにレバー距離ｘおよびｌを把持動作用
のモータの軸に例えばエンコーダを設けることにより求
め、 Ｍ＝−Fl＋Nx ……（１） を計算することによって算出できる。

また、指部材と触覚的検出手段との間に板ばねを介装
したので、触覚的検出手段が被把持物に接触したときに
発生する衝撃力が緩和されると共に、指部材と被把持物
とのなじみが良くなり、把持が確実なものとなる。さら
に、触覚的検出手段は被把持物を把持する把持面にアレ
イ状に設けられた触覚センサユニットであるので、触覚
的検出手段は被把持物に直接接触して３方向の分力を検
出することとなると共に、アレイ状に設けられた触覚セ
ンサユニットであるので、被把持物の把持状態を細かに
検出したセンサ出力が得られる。加えて、２つの指部材
間の最小間隔を規制するストッパ部材を指部材に備えた
ので、一般に破損し易い精密部品で構成される触覚セン
サ同士が衝突する可能性が一掃される。

〔実施例〕

以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具
体的に説明する。

第1A図〜第1C図において、１は把持装置の支持体、２
は支持体１をその軸1Aの周りに回動可能とするモータ
（手首モータという）、３は支持体に取付けられ、後述
するようにして右指部材４および左指部材５を対向の向
きに移動させ把持動作を行わせる開閉用モータ、６は開
閉用モータ３によって回転させられるピニオンギヤであ
る。また、7Aは一端が右指部材４に固定され、他端が支
持体１に設けたリニアガイド8Aにより移動自在に支持さ
れる右指部材４移動案内用のガイド軸、7Bは一端が左指
部材５に固定され、他端が支持体１のリニアガイド8Bに
より移動自在に支持される左指部材５移動案内用のガイ
ド軸である。

かくして、カイド軸7Aおよび7Bにより、これらに沿っ
て移動自在に支持される右指部材４および左指部材５に
対し、11は一端が右指部材４に固定され、他端が左指部
材５に摺動自在に支持される右指部材移動用のラックギ
ヤ、12は一端が左指部材５に固定され、他端が右指部材
４に摺動自在に支持される左指部材移動用のラックギヤ
である。これらのラックギヤ11および12はそれぞれ開閉
用モータ３のピニオンギヤ６にその両側から噛合してい
て、モータ３の正逆回転によりピニオンギヤ６を介して
ラックギヤ11および12を互いに反対の方向、例えば正回
転の場合は指部材を近接する方向に、また逆回転の場合
は指部材を互いに離隔する方向に移動させることができ
る。よって、右指部材４と左指部材５とを互いに近づけ
る方向または遠ざかる方向に平行移動させ、把持または
手放し動作を行わせることができる。

ついで、本発明により、左右双方の指部材間におい
て、その対向する把持面同士を把持方向とは直角の方
向、すなわち把持面と平行する方向に相対移動可能とす
る手段について説明する。なお、本実施例ではこれらの
把持面にそれぞれ３方向の分力が検出可能な触覚センサ
を設けた場合について述べる。

第1A図において、21および22は触覚センサユニットで
あり、触覚センサユニット21,22としては、例えば本出
願人が先に特願平２−51063号で提案したものを用いる
ことができる。また、23は触覚センサユニット21や22を
支持している板ばね、24は板ばね23を介して触覚センサ
ユニット21が取付けられているセンサ取付台であり、せ
ンサ取付台24にはボールネジ25に嵌め合わされた移動ナ
ット26が固定されていて、ボールネジ25の上下駆動用モ
ータ27による回転により移動ナット26を介してセンサ取
付台24を上下方向に移動させることができる。

28は右指部材４に取付けられセンサ取付台24を移動自
在に支持しているスライドガイド、29はボールネジ25に
取付けられた大歯車、30は上下駆動用モータ27に取付け
られ、大歯車29と噛合する小歯車である。なお、モータ
27は右指部材４に固定されており、またボールネジ25も
また右指部材４に軸支されている。

そこで、このような構成した把持装置においては、手
首モータ２により支持体１を回動させて把持装置全体を
所望の方向に向けることができると共に、その状態で開
閉用モータ３を駆動してピニオンギヤ６によりラックギ
ヤ11および12を互いに反対方向に移動させ、右指部材４
と左指部材５との間の相対間隔を狭めたり広めたりして
指部材による開閉動作を行わせことができる。また、本
発明ではその間隔が最小幅に狭められた状態で左指部材
５に設けたストッパ31にガイド軸7Aの第1A図に示す左端
が当接することによりその把持動作が規制されると共に
間隔が広められる場合は各ガイド軸7A,7Bの支持体側軸
端に設けたＥリング32によって規制され、かくして開閉
のストロークが規制される。

なお、第1A図〜第1C図では左右の指部材間の間隔が最
大幅に広げられた状態を示す。また右指部材４の方はセ
ンサ取付台24を介して触覚センサユニット21が最下位に
まて引下げられた状態が示されている。そこで、このよ
うな状態から触覚センサユニット21を例えば１点鎖線で
示す位置まで引上げようとするときは、上下駆動用モー
タ27を駆動してボールネジ25を回転させ、移動ナット26
を介してセンサ取付台24をスライドガイド28に沿わせて
引上げることができる。また、最上位にまで引上げられ
るとスライドガイド28に設けた不図示のストッパにセン
サ取付台24が係合して係止される。

かくして被把持物が把持されると、右指部材４の触覚
センサユニット21と左指部材５の触覚センサユニット22
とにより把持力に対し３方向の分力が検出されるが、仮
に第５図に示したような状態で被把持物104が把持され
たとしても第1A図で右指部材４を上部に引上げるように
操作することにより安定した把持状態とすることがで
き、その状態で把持力を正確に検出することができる。
従って、バラ積みされ、しかも姿勢がそろっていないよ
うな例えばパッケージ等を把持する場合に上述の操作に
より姿勢の補正が可能なので極めて好適といえる。

更にまた、第2A図に示すように、例えば方形の断面形
状を有する被把持物104を右左の指部材４および５によ
って把持させた状態で指部材４を上下いずれかの方向に
移動させる摺動動作を行わせ、そのときの摺動方向の力
Ｆの変化をここでは不図示の触覚センサユニットを介し
て検出することにより被把持物104が円柱形状の断面を
有するものであるか否かを判断することができる。すな
わち、第2B図に示すように円柱型の断面の場合は、被把
持物104が双方の指部材４と５との間で転動するので、
力Ｆが急激に線形の変化を示すことがない。また、この
ときの力Ｆの微小変動の有無から同じ円柱型断面を有す
る被把持物104に対してその表面の粗度に関する情報を
得るようにすることも可能である。

なお、以上に述べた実施例では、一方の指部材を指部
材による把持方向とは直角方向の上下に移動自在なよう
にしたが、その移動方向は上下方向に限られるものでは
なく、第1A図で例えば紙面とは直角の方向に移動自在に
構成してもよい。また、指部材のいずれかを上下と共に
横方向にも移動自在とすることも可能であり、更にま
た、一方の指部材を上下方向に移動自在に保つと共に他
方の指部材を把持方向に対してこれとは直交する横方向
に移動自在に構成することができるのはいうまでもな
い。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、２つの指
部材のうちの少なくとも１つを把持動作時の移動方向と
は直角の方向に移動可能な第２の移動手段を設けたこと
により、被把持物が不安定な状態で把持されたときに、
その把持姿勢を補正することができ、バラ積みされてい
るような姿勢の不揃いな被把持物の場合でも、最終的に
安定した状態で把持動作を行うことができ、更にまた、
双方の指部材の対向面に、被把持物からその把持にかか
わる力を例えば互いに直交する３方向の分力として検出
可能な触覚的検出手段を設けることにより、正確な把持
力と共に、被把持物の形状にかかわる情報やその表面の
粗度にかかわる情報の検出が可能となった。また、指部
材と触覚的検出手段との間に板ばねを介装したので、触
覚的検出手段が被把持物に接触したときに発生する衝撃
力が緩和されると共に、指部材と被把持物とのなじみが
良くなり、把持が確実なものとなる。よって、被把持物
を取り落とす可能性は皆無となる。さらに、触覚的検出
手段は被把持物を把持する把持面にアレイ状に設けられ
た触覚センサユニットであるので、触覚的検出手段は被
把持物に直接接触して３方向の分力を検出することとな
ると共に、アレイ状に設けられた触覚センサユニットで
あるので、被把持物の把持状態を、詳細に検出したセン
サ出力を得ることができ、センサ出力の精度が向上し、
被把持物の把持状態をより正確に検知することができ
る。加えて、２つの指部材間の最小間隔を規制するスト
ッパ部材を指部材に備えたので、触覚センサ自体同士が
衝突して破損することはない。

【図面の簡単な説明】

第1A図、第1B図および第1C図は本発明把持装置の構成の
一例を示す正面図，右側側面図および左側側面図、第2A
図および第2B図は本発明による把持状態の２態様を示す
説明図、第３図および第４図は２つの従来例の構成をそ
れぞれ示す正面図、第５図は従来例による特殊な把持状
態での発生把持力の説明図である。 1:支持体、3:開閉用モータ、4,5:指部材、6:ピニオンギ
ヤ、7A,7B:ガイド軸、11,12:ラックギヤ、21,22:触覚セ
ンサユニット、24:センサ取付台、25:ボールネジ、26:
移動ナット、27:上下駆動用モータ、28:スライドガイ
ド、29,30:歯車。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平行に対向させた２つの指部材を互いに近
   接する方向に移動させ、前記２つの指部材の間に被把持
   物の把持が可能な把持装置において、 前記２つの指部材のうちの少なくとも１つに、把持動作
   時の移動方向とは直角の方向に移動可能な第２の移動手
   段と、前記指部材のそれぞれ対向面に設けられ、前記被
   把持物からその把持にかかわる力の検出が可能な触覚的
   検出手段と、を具え、 前記指部材と前記触覚的検出手段との間には板ばねが介
   装され、 前記触覚的検出手段は被把持物を把持する把持面にアレ
   イ状に設けられた触覚センサユニットであり、 前記２つの指部材間の最小間隔を規制するストッパ部材
   が指部材に備えられたことを特徴とする把持装置。