JP2849056B2

JP2849056B2 - 位置決め部を有する把持装置

Info

Publication number: JP2849056B2
Application number: JP7207407A
Authority: JP
Inventors: 啓造宮原; 利之井床; 清五百井; 謙一村井
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1995-07-23
Filing date: 1995-07-23
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2015-07-23
Also published as: JPH0929675A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、把持物体の位置決
め装置を装備した把持装置に関し、特に多様な形状を有
する各種対象物体を所定の姿勢で把持するために位置決
め装置を装備したパワーグラスプハンド型の把持装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】産業用に用いられる把持装置は、対象物
を決めた上でその形状等に基づいてアタッチメントの設
計を行うのが一般的である。すなわち、対象物体の形状
に対応した最も把握しやすい形状をしたアタッチメント
を設計し、かつ工程に対応して最も適切な姿勢となるよ
うに把持装置とアタッチメントが組み合わされ、把持状
態における物体の位置決めがなされる。従って、対象と
する物体が変更されれば、それに適合した把持装置とア
タッチメントが新たに必要となる。特開平５−２９３７
８６号公報は、多様な対象物に対して一対一に対応した
把持機構を準備することなく、一対の指の対向面に角度
が変えられるＶ字状凹面を回転可能に取り付けて対応す
るようにした把持装置を開示している。この把持装置
は、平行リンク機構により常に平行を保持して開閉する
平行グリッパの対向する把持面が角度を変化できるＶ字
状凹面になっているため、対象物が円筒状であっても角
柱であっても、把持しやすい方向から安定よく球心把持
することが可能である。このように、指先に当たる把持
面の形状を対象物に合わせて変形させることにより、把
持する対象範囲を拡大することができた。

【０００３】また、対象が変わる毎にアタッチメントを
交換する不便を解消するため、指表面をゴム等でライニ
ングして各種形状寸法の部品を把持できるようにした汎
用的な指もあるが、把持前の対象物に応じた任意の姿勢
で把持するためロボットが直接的に作業を行うために必
要となる姿勢を維持できるような確実な把持が困難であ
る。このため把持した位置で部品が回転やずれを起こさ
ないようにしたロボットハンドが特公平２−１８５３８
９号公報に開示されている。この開示技術の把持装置
は、２本の指の先端部の対向面にそれぞれ碁盤目上に配
置された、内部に押し込み可能に突出して設けられた複
数本のスリーブピンを備えている。この把持装置によれ
ば、指で把持する物体が物体からはみ出たために突出し
たままになっているスリーブピンの腹の部分に当たるた
め、把持対象物は回転やずれを起こさないとされる。こ
のように、引用の把持装置によれば、把持物体を予め決
めた位置や姿勢に規制することはできないが、一旦把持
された物体は把持装置内の位置を変えないようにするこ
とができる。

【０００４】さらに、対象物体が変わる毎にアタッチメ
ントを差し替えて用いる不便を回避するため、把持物体
を限定せず色々な物体を把持することができるいわゆる
パワーグラスプハンドがある。パワーグラスプハンドに
よれば、一般のハンドが関節指の指先だけで対象物を把
持するのに対して、複数の多関節指の指先以外に指リン
クや掌も対象物体に接触して握るように把持するため、
対象物の形状や姿勢に左右されずに色々な物を把持する
ことができる。しかし、パワーグラスプハンドで把持し
た物体の姿勢は把持する前の物体の状態に基づいて決ま
るため、把持毎に姿勢や位置が異なる。これは、把持物
体をモデル化することなく広く各種の物体を把持できる
というパワーグラスプハンドの長所と表裏をなすもので
ある。このため、次の工程で必要とされる姿勢に変更す
るため複雑な姿勢調整機能を備えて手の中で持ち替えた
り、把持した物体を一旦別の姿勢調整台に置き直して、
所定の姿勢を持つようにしてから対象物を把持し直し
て、次工程に送るようにすることも一般に行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上に述べたように、従
来の把持装置にも対象物を特定して専用に設計されたも
のでなく、色々な形状をした物体を把持することができ
る汎用のものもあるが、これらはいずれも把持したとき
の物体の姿勢が把持する前の状態に基づいて決まるた
め、次の工程で必要とされる姿勢と合わせて予め把握前
の姿勢を調整しておく必要がある。そうでなければ、次
工程にその物体を供給する前に持ち変えをするか、例え
ば４本の指を備えて手の中で対象物を回転させるなど、
把持装置に高度な機構を備えて姿勢を変更する必要があ
った。本発明の目的は、ハンドとアタッチメントを対象
毎に一対一設計せず汎用として用いられるようにすると
共に、簡単な機構を利用して把持動作の中で把持物体の
姿勢を規制して次の工程に直接アクセスできるような把
持装置を提供するところにある。本発明のさらに別の目
的は、把持対象物が搬送されるべき次の工程が対象物の
種類や大きさにより異なる場合に、対象物を把持すると
同時にその形状・大きさを判定して直接に把持対象物に
適合する工程に弁別供給することができるような把持装
置を提供するところにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の把持装置は、複数の関節指を備え、その指
の指先以外の部分が対象物に接触して対象物を把持する
把持装置であって、少なくとも１個の接触部に対象物の
形状に適合する形状を有して対象物を把持するとその姿
勢を規制する位置決め部を有し、さらに、位置決め部の
案内面が方向毎に別の対象物に対応して形成されている
ことを特徴とする。また、関節指が取り付けられる掌を
備え、その掌の表面に対象物の案内面を有する位置決め
部が備えられていてよい。また、対象物の形状に適合さ
せるため位置決め部の案内面の位置を変更することがで
きることが好ましい。さらにまた、突出長を調整するこ
とができる多数のプッシュロッドを備え、案内面をそれ
らプッシュロッドの先端の包絡面で形成するようにした
ものであってよい。また、本発明の位置決め部を有する
把持装置は、対象物を把持するときに対象物の形状を推
定することができるように構成されていてもよい。

【０００７】本発明の把持装置によれば、指先部だけで
対象物を摘むのではなく、指リンクあるいは掌をも用い
て対象物を握り込むようにして把持するため、かなり広
範囲の形状の物を一つの把持装置で扱うことができるば
かりでなく、把持することにより対象物の特定部分が所
定の案内面に沿うように規制されるため、対象物の姿勢
を次の工程に合致するように設定して、対象物を把持す
るだけで次工程に搬送して直接に利用することができ
る。このように、本発明の把持装置を使用することによ
り、姿勢を調整する工程を省略することができる。

【０００８】掌に位置決め部を備える場合は、広い面積
が利用できることから、比較的自由に案内面を設計する
ことができる利点があり、対象物が変わるときにも位置
決め部の交換が容易である。また、適当なアクチュエー
タを収納する空間も確保できるから、対象物に適合させ
るために案内面を変更することも簡単になる。

【０００９】また、位置決め部が突出長を調整すること
ができる多数のプッシュロッドを備え、案内面をそれら
プッシュロッドの先端の包絡面で形成するようにしたも
のは、いかなる形状の対象物であっても簡単に案内面の
形状を合わせることができるため、極めて広範囲の対象
物に適合させることができる。また、プッシュロッドで
案内面を形成する前に対象物を把持してプッシュロッド
を突き出して対象物に当たるまでの突出長を測定して対
象物の形状を推定するように構成されたものは、把持す
ると同時に対象物の弁別を実施することができるので、
後工程が対象物によって異なる場合にも的確に目的の工
程に搬送することが可能になる。

【００１０】指に接触位置検出センサを備えた把持装置
であるときは、対象物との接触位置と案内面との相対的
な位置関係を算出することにより、対象物の形状を推定
することができるので、上記と同じように把持と同時に
対象物の形状を弁別して、目的の工程に搬送することが
可能になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の把持装置は、ロボットの
腕の先端等に取り付けて対象物を把持するために使用さ
れる。把持装置は、複数の関節を有する関節指を備え、
指先だけでなく各指の指リンクや掌でも把持対象物を支
持することにより把持する、いわゆるパワーグラスプを
行う形式の物が好ましい。そして、姿勢を決定するよう
な規制面を把持対象物中に見いだして、把持装置が対象
物を握ったときにその規制面が接触する指リンクや掌に
その規制面の方向を決めて対象物が所定の姿勢になるよ
うに案内する案内面を形成する。この案内面は、Ｖ字溝
のようなものであっても、対象物の外形に合致するよう
な特別な断面をした溝であってもよい。また各種対象に
適合させるため形状を変化させることができるように構
成してもよい。さらに、僅かな機構を付加するだけで、
把持と同時に対象物の大きさなどを検出できるようにす
ることも可能である。この場合は、対象物の大きさなど
により後の工程が異なる場合においても把持装置が直接
選別して搬送することができるようになる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の把持体の位置決め装置を有
する把持装置の第１の実施例を示す斜視図である。ま
た、図２は第１実施例の把持装置によりテーパピンを穴
に挿入するときの関係を説明する図面で、関節指は描画
を省略してある。図１を参照すると、本実施例の把持装
置１は直方体の掌２を有し、その４つの側面に関節指３
が１本ずつ取り付けられている。掌２の上面には把持物
体の姿勢を規制するためのＶ字型の案内溝４が付けられ
ている。前工程からテーパピン５が供給され、このテー
パピンを取り上げて、パネル６の所定位置に開けた穴７
に挿し込むという作業をさせるものとする。このとき、
汎用チャックを用いるとすれば、汎用チャックは指先が
対向する平行面となっているからテーパピン５のテーパ
部の径の大きい部分をつかむためピンの軸方向が一定し
ないので、そのままテーパピン５を穴７に挿入しても失
敗する場合が多く高い作業能率は期待できない。

【００１３】これに対して、本実施例の把持装置１によ
れば、掌２を一方の把持面とするパワーグラスプを行う
ことにより、把持行為を行う過程でテーパピン５が掌２
に形成された案内溝４に規制されて固定される。従っ
て、案内溝４の側面と穴７の関係位置を調整することに
より必ずテーパピン５を穴７に挿入させるようにするこ
とができる。案内溝４の部分は付け替えることができる
から、必要に応じて溝形状を変更することができる。具
体的な手順では、把持装置１がパーツフィーダへアプロ
ーチしてテーパピン５を握る。このときテーパピン５は
複数の指リンクと掌２とに接触して把持されるが、一部
が掌２に形成された案内溝４にはまった状態になる。こ
の後指３を閉じていくと、ピン５は掌面に押しつけられ
て、ピン側面の稜線が案内溝４の２面に接して固定され
るようになる。こうしてピン５の中心軸の姿勢が決ま
る。従って、挿入すべき穴７の中心軸がＶ字溝４の開角
を２分する面に含まれるように配置した上で前後関係を
適当に調整してテーパピン５を押し込めば、テーパピン
５は容易にかつ確実に穴７に挿入される。

【００１４】図３は本発明の第２の実施例の把持装置の
掌部を示す図面である。第２実施例の把持装置１は、図
３（１）に見るように、掌２上の案内溝４が蝶番８で掌
２に回動可能に取り付けられた２枚の側板９で構成され
ていて、図示しないアクチュエータにより側板９の開度
を調整できるようになっている。図中、関節指３の描画
は省略されている。図３の（２）は位置決め装置と把持
対象物の関係を表す平面図である。把握対象物１０の規
制面１１に適合するように開度を調整することにより、
把持装置１が対象物１０を把握すると２枚の側板９に挟
まれて固定され対象物１０は自然に予定の姿勢を取るよ
うになる。

【００１５】図４は、第２実施例の把持装置の掌部の別
の態様を示す図面である。この態様においては、直方体
の掌２の表面に直方体のストッパ１２が２個それぞれ軸
１３を中心として回動可能に設けられていて、図示しな
いアクチュエータによりストッパ１２の向きが調整でき
るようになっている。従って把持対象物１４の姿勢を決
める規制面に適合するようにストッパ１２の向きを調整
すれば、把握する過程で把持対象物は掌の面とストッパ
の側面で規制されて自然に予定の姿勢を取るようにな
る。

【００１６】図５は、本発明の第３の実施例の把持装置
の掌部を示す図面である。図５（１）に示すように、第
３実施例の把持装置では掌２の表面に適当な数の行と列
を有する行列状に穴が開けられており各穴からプッシュ
ロッド１５が突き出している。図５（２）に１本のプッ
シュロッドについて断面図で示すように、プッシュロッ
ド１５は掌２の内部に設けた図示しないアクチュエータ
によりそれぞれについて予め決められた長さだけ突出す
るようにされる。突出長はロッド１５に仕込んだセンサ
により機械的あるいは磁気的に長さを測る方法や、押し
出しにステップモータを利用するときのように押し出し
量をアクチュエータ側で決める方法などがある。把持対
象物の形状あるいは姿勢を規制する面に適合するパター
ンを形成するように各プッシュロッド１５の突出長さを
決めてセットすることにより、対象物を把持装置で把持
して掌２に押しつけたときにそのパターンに基づいて対
象物の姿勢が規制される。本実施例の把持装置は、この
ように自在に位置決め面の形状を変更できるようになっ
ているため、パワーグラスプハンドの働きと相俟って極
めて広範囲の対象物を把持し位置決めすることができ
る。

【００１７】また、このプッシュロッド１５は把持した
物の形状を認識するために利用することも可能である。
始めにロッド群を掌の中に収納するか適当な長さにセッ
トしておき、対象物を把持した後で、プッシュロッド群
を押し出していく。対象物に当接してそれ以上押し出す
ことができなくなったロッドについて駆動を停止して、
そのロッドの突出長を検出する。全てのロッドの駆動が
停止したとき、測長手段から得られるロッドの変位情報
を総合することにより、対象物の形状が明らかになる。
ロッドと対象物との当接状態はロッド先端に設ける接触
センサによって検出することもできるが、ロッドの受け
る反力やロッドを押し出すのにＤＣモータを用いたとき
の電機子電流の変化から知ることなども可能である。こ
のようにして対象物の形状を認識弁別した後に、各プッ
シュロッド１５を所定の長さ突出させて位置決めパター
ンを形成し、対象物の姿勢を規制することができる。

【００１８】図６は、本発明の第４の実施例の把持装置
の掌部を示す図面である。本実施例の把持装置は、対象
物１６を把持すると同時に対象物の寸法を測定すること
ができる。例えば、円柱状の物体１６を対象とするとす
れば、対象物が指３により把握されて掌２の位置決め溝
４に嵌合して姿勢が決まる。このとき指の腹と対象物の
接触位置Ｔは、エンコーダで計測する各ジョイントにお
ける指リンクの方向と、各指リンクの長さ、および対象
物１６に触れている指リンクの接触位置Ｔとから、算出
できる。指リンクにおける対象物との接触位置Ｔは、指
の腹部に接触センサ群をマトリックス状に配置して接触
したセンサの位置から知る方法や、感圧導電性エラスト
マーシートを応用した加圧センサシステムを用いた方法
や、触覚アンテナが対象物に接触して擦るときにアンテ
ナ根元で受ける反力から知る方法（金子他 IEEE Int. C
onf. on Robotics and Automation, pp1113-1119)等種
々の方法がある。いま、図６において、角度αのＶ字型
溝４の先端を原点（０、０）とし、接触位置Ｔを（Ｘ
ｔ、Ｙｔ）、半径Ｒの円柱の中心位置（０、Ｙｏ）で表
せば、相互の関係が下の式で表される。

【００１９】

【数１】Ｒ＝Ｙｏ・sin（α／２）

【数２】Ｒ²＝Ｘｔ²＋（Ｙｔ−Ｙｏ）²

【００２０】従って、両式からＲを消去してＹｏを求
め、これを数式１に代入して円柱１６の半径Ｒを求める
ことができる。また、円柱に限らず、扱う物体の種類・
形状が決まっているときは、対象物の種類毎に把持によ
り姿勢が決まったときの輪郭を予め求めておき、指との
接触点がどの輪郭線上に存在するかを判定することによ
っても、簡単に対象物の種類・大きさを判別することが
できる。このようにして、対象物を把持して位置と姿勢
を決めると同時に対象物の寸法形状を認識することがで
きる。この実施例による把持装置を用いれば、たとえ
ば、任意の寸法の円筒が混在する混同バットから拾い出
した円筒を別の寸法計測装置を介在させることなくその
まま必要な分別を行い、形状に合致した工程を選択して
直接そこに運搬することができる。

【００２１】図７は、本発明の第５の実施例の把持装置
の掌部を示す図面である。本実施例の把持装置掌部は複
数種類の嵌合溝１７、１８を有する位置決め装置１９を
装着している。対象物２０を把握するときの向きにより
適合する嵌合溝１８を選択することができるから、位置
決め装置１９を取り替えなくても異なる形態の物体を対
象として把持し姿勢を規制することができる。

【００２２】なお、上記実施例では位置決め装置は掌に
設置される場合について説明したが、指リンクに取り付
ける場合も同様の作用を有し同様の効果が得られること
はいうまでもない。例えば、指リンクに横断溝を設けて
おき、把握過程で対象物の稜線がこの横断溝に嵌合する
ことにより対象物の姿勢を規制するようにすることが可
能である。このとき複数の指リンクに案内溝を形成して
おいて対象物が同時にこれら案内溝に嵌合するようにす
ると、位置決めはより正確になることは言うまでもな
い。指リンクは、それ自体の位置・姿勢を変化させるこ
とが可能だが、その位置・姿勢は指関節の角度情報を基
に順変換演算を行うことで順次求めることができる。す
なわち指リンクの位置・姿勢は全ての時刻について既知
であり、指リンクに設けられた位置決め装置の位置・姿
勢も決定できる。したがって、把持装置で把持した対象
物はこれら位置決め装置により、予め定められた位置・
姿勢を有するように調整できるのである。

【００２３】

【発明の効果】本発明の位置決め装置付き把持装置は、
ロボットのマニピュレータ等に付属させて、ワークを取
り上げ扱うときに、把持すると同時にワークの姿勢を所
定の状態に規制するから、別の姿勢規制装置を用いるこ
となく直接に次の処理に進めることができる。また、対
象物が変化するときにも位置決め部だけを入れ替えれば
よく、１個の把持装置で広範囲の対象物を扱うことがで
きる。さらに、位置決め部の形状をアクチュエータ等で
調整することができる形式の把持装置では、位置決め部
の交換をしなくとも、さらに広範な対象物を扱うことが
可能である。また、把持すると同時に対象物の形状を認
識できる把持装置は別の形状測定装置を用いなくとも直
ちに対象物の形状による仕訳を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の把持体の位置決め装置を有する把持装
置の第１実施例を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１実施例の把持装置によりテーパピ
ンを穴に挿入するときの関係を説明する図面である。

【図３】本発明の第２実施例の把持装置の掌部を示す図
面である。

【図４】本発明の第２実施例の把持装置の掌部の別の態
様を示す図面である。

【図５】本発明の第３の実施例の把持装置の掌部を示す
図面である。

【図６】本発明の第４の実施例の把持装置の掌部を示す
図面である。

【図７】本発明の第５の実施例の把持装置の掌部を示す
図面である。

【符号の説明】

１把持装置２、１９掌部３指４、１７、１８溝５、１０、１４、１６、２０把持対象物７嵌合穴９側板１５プッシュロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村井謙一千葉県野田市二ツ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内 (56)参考文献特開昭63−251186（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−37088（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−201778（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−117088（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B25J 15/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の関節指を備え、少なくとも該関節
指の指先以外の接触部分が対象物に接触して対象物を把
持する把持装置において、前記接触部分の少なくとも１
個に対象物の形状に適合する形状を有して該対象物を把
持するときに該対象物を案内してその姿勢を規制する位
置決め部であって、位置決め部の案内面が方向毎に別の
対象物に対応して形成されている位置決め部を有する把
持装置。
【請求項２】請求項１記載の位置決め部を有する把持
装置であって、前記複数の指が取り付けられる掌を備
え、前記位置決め部が該掌の表面に備えられ案内面を有
することを特徴とする把持装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の位置決め部を
有する把持装置であって、前記位置決め部が着脱して交
換可能であることを特徴とする把持装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の位
置決め部を有する把持装置であって、対象物の形状に適
合させるため前記位置決め部において対象物を案内する
案内面の位置を変更することができることを特徴とする
把持装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の位
置決め部を有する把持装置であって、該位置決め部が突
出長を調整することができる多数のプッシュロッドを備
え、前記案内面を該プッシュロッドの先端の包絡面で形
成することを特徴とする把持装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の位
置決め部を有する把持装置であって、該位置決め部が突
出長を調整することができる多数のプッシュロッドを備
え、対象物を把持した後に該プッシュロッドを押し出し
て、該プッシュロッドが対象物に接触するときのプッシ
ュロッドの押し出し長さから該対象物の形状を推定する
ことを特徴とする把持装置。
【請求項７】請求項１ないし５のいずれかに記載の位
置決め部を有する把持装置であって、指リンクが物体に
接触した位置を検出する接触センサを備え、根元側の各
指リンクの姿勢と該接触センサの接触位置情報とから把
持対象物の大きさを推定することを特徴とする把持装
置。