JP3356706B2 - 機械的に巧みな握持を行なう方法 - Google Patents
機械的に巧みな握持を行なう方法Info
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- JP3356706B2 JP3356706B2 JP00181299A JP181299A JP3356706B2 JP 3356706 B2 JP3356706 B2 JP 3356706B2 JP 00181299 A JP00181299 A JP 00181299A JP 181299 A JP181299 A JP 181299A JP 3356706 B2 JP3356706 B2 JP 3356706B2
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- gripping
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- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
- B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
- B25J13/081—Touching devices, e.g. pressure-sensitive
- B25J13/084—Tactile sensors
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
- B25J15/0009—Gripping heads and other end effectors comprising multi-articulated fingers, e.g. resembling a human hand
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D43/00—Automatic clutches
- F16D43/02—Automatic clutches actuated entirely mechanically
- F16D43/20—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by torque, e.g. overload-release clutches, slip-clutches with means by which torque varies the clutching pressure
- F16D43/21—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by torque, e.g. overload-release clutches, slip-clutches with means by which torque varies the clutching pressure with friction members
- F16D43/213—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by torque, e.g. overload-release clutches, slip-clutches with means by which torque varies the clutching pressure with friction members with axially applied torque-limiting friction surfaces
- F16D43/218—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by torque, e.g. overload-release clutches, slip-clutches with means by which torque varies the clutching pressure with friction members with axially applied torque-limiting friction surfaces with conical friction surfaces
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S294/00—Handling: hand and hoist-line implements
- Y10S294/907—Sensor controlled device
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Robotics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はロボット分野に関す
る。より詳しくは、本発明は物体を操作するための物品
を握持する握持方法に関する。
る。より詳しくは、本発明は物体を操作するための物品
を握持する握持方法に関する。
【0002】
【従来の技術】産業市場における競争力及び効率の増大
が強調される結果、各種の生産作業の実行方法に劇的な
変化が生じている。ロボット装置は考えられる限りのあ
らゆる製造品の製造工程にますます増大する数で採用さ
れている。原料の取扱から、製品の製造、貯蔵及び輸送
まで、ロボット装置の融通性はインパクトを与えあるい
は新たな効率の基準を創出している。過去20年間のロ
ボット装置の驚異的な発達にもかかわらず、更なる改良
あるいは成長の可能性には限界がない様に見える。非常
に重要な一つの分野は端部作動子(end effector) であ
る。末端作動子は通常環境と相互作用を行うロボット装
置の部分と理解されている。大抵の工業ロボット装置は
大ざっぱにアーム(腕)として分類されるから、端部作
動子はロボット装置のハンド(手)といえる。一般に、
端部作動子は独立に制御可能であり、そのまま工具を操
作したり、あるいは工作物、部品、あるいは材料を操作
できる。端部作動子はまた環境と被操作物に関する情報
を得るのに理想的な手段である。理想的には、端部作動
子は各種の作業をその運動を制御するプログラム命令を
変更するだけで実行できるべきである。しかし、実際に
はこのことは端部作動子が広い範囲の負荷条件及び位置
条件、並びに各種の環境条件で動作するため不可能であ
る。ロボット装置の複雑さ及びそれが引き受けるべき仕
事の種類の増大につれて、ロボット装置が環境に影響を
与えまた学習する様な改良が重要性を増している。
が強調される結果、各種の生産作業の実行方法に劇的な
変化が生じている。ロボット装置は考えられる限りのあ
らゆる製造品の製造工程にますます増大する数で採用さ
れている。原料の取扱から、製品の製造、貯蔵及び輸送
まで、ロボット装置の融通性はインパクトを与えあるい
は新たな効率の基準を創出している。過去20年間のロ
ボット装置の驚異的な発達にもかかわらず、更なる改良
あるいは成長の可能性には限界がない様に見える。非常
に重要な一つの分野は端部作動子(end effector) であ
る。末端作動子は通常環境と相互作用を行うロボット装
置の部分と理解されている。大抵の工業ロボット装置は
大ざっぱにアーム(腕)として分類されるから、端部作
動子はロボット装置のハンド(手)といえる。一般に、
端部作動子は独立に制御可能であり、そのまま工具を操
作したり、あるいは工作物、部品、あるいは材料を操作
できる。端部作動子はまた環境と被操作物に関する情報
を得るのに理想的な手段である。理想的には、端部作動
子は各種の作業をその運動を制御するプログラム命令を
変更するだけで実行できるべきである。しかし、実際に
はこのことは端部作動子が広い範囲の負荷条件及び位置
条件、並びに各種の環境条件で動作するため不可能であ
る。ロボット装置の複雑さ及びそれが引き受けるべき仕
事の種類の増大につれて、ロボット装置が環境に影響を
与えまた学習する様な改良が重要性を増している。
【0003】ロボット学が進展するにつれ、未知の環境
に接近可能で各種の仕事を実行できる真にプログラム可
能な装置が制作できなければならない。こうした装置は
宇宙、危険な環境、軍事、及び海底探索等の新たな用途
を刺激することになろう。こうしてロボットは工業分野
から、不特定の環境で各種の仕事で遭遇する労働や危険
を減じる一般的な目標に向かっている。
に接近可能で各種の仕事を実行できる真にプログラム可
能な装置が制作できなければならない。こうした装置は
宇宙、危険な環境、軍事、及び海底探索等の新たな用途
を刺激することになろう。こうしてロボットは工業分野
から、不特定の環境で各種の仕事で遭遇する労働や危険
を減じる一般的な目標に向かっている。
【0004】従来の端部作動子は大きく分類して2種あ
る。これらの一方の端部作動子は複雑な多フィンガー式
ハンドと言える。この方式は正確な指先の運動を行う能
力により特徴づけられ、小さな物体を正確、器用にかつ
制御された握持力で取り扱う能力を達成するのに成功を
収めている。この方式は人の運動を模擬しようとする擬
人ハンドを設計する試みを含んでいる。しかし、この第
1の方式の端部作動子は強度が不十分なこと、構造がも
ろいこと、過度に複雑である、といった欠点を有し、こ
のため厳しい環境で使用する装置としては有効性に乏し
い。第2の方式の端部作動子は大抵の工業用ロボット装
置及び複雑な装置に具備されている周知の単純なグリッ
パ(握持子)である。この方式は強度が大きく頑丈であ
り、大きな加重を支持でき、信頼性良く作働する。しか
しながら、この方式に特有の構造上の単純性及び制御系
の単純性のため多くの作業への適用範囲に制限が生じ
る。大抵の場合は単独作業例えば溶接、塗装、穴明け、
部品装着、または材料移送等に有用である。特殊化した
端部作動子の設計及び構成において生じる費用、及びそ
れらを交換する際の非能率は、しばしばロボット装置の
最適作働に対する大きな障害となる。
る。これらの一方の端部作動子は複雑な多フィンガー式
ハンドと言える。この方式は正確な指先の運動を行う能
力により特徴づけられ、小さな物体を正確、器用にかつ
制御された握持力で取り扱う能力を達成するのに成功を
収めている。この方式は人の運動を模擬しようとする擬
人ハンドを設計する試みを含んでいる。しかし、この第
1の方式の端部作動子は強度が不十分なこと、構造がも
ろいこと、過度に複雑である、といった欠点を有し、こ
のため厳しい環境で使用する装置としては有効性に乏し
い。第2の方式の端部作動子は大抵の工業用ロボット装
置及び複雑な装置に具備されている周知の単純なグリッ
パ(握持子)である。この方式は強度が大きく頑丈であ
り、大きな加重を支持でき、信頼性良く作働する。しか
しながら、この方式に特有の構造上の単純性及び制御系
の単純性のため多くの作業への適用範囲に制限が生じ
る。大抵の場合は単独作業例えば溶接、塗装、穴明け、
部品装着、または材料移送等に有用である。特殊化した
端部作動子の設計及び構成において生じる費用、及びそ
れらを交換する際の非能率は、しばしばロボット装置の
最適作働に対する大きな障害となる。
【0005】複雑な多フィンガーハンドの例はサラリス
ベリ,ジェー・ケネス「ロボットハンドと操作のメカニ
ックス」マサツセッツ州ケンブリッジ、The MIT
Press発行、およびジャコブセン,エス「ユタ/
MIT人工ハンドの設計」に記載されており、ここに本
明細書の一部として引用する。
ベリ,ジェー・ケネス「ロボットハンドと操作のメカニ
ックス」マサツセッツ州ケンブリッジ、The MIT
Press発行、およびジャコブセン,エス「ユタ/
MIT人工ハンドの設計」に記載されており、ここに本
明細書の一部として引用する。
【0006】サリスベリ氏のハンドは物品に3フィンガ
の先端で触れるものであり、安定な握持を行うために摩
擦的な抑止力と力フィードバックを利用している。構造
はハンドの見込み設計の数値分析の結果から導かれてい
る。これらの結果から、3フィンガとフィンガあたり3
個の関節とからなるハンドが開発された。この装置は小
さな物品(直径2.5cmの球体を典型例として選択)
のフィンガー先端での操作を行う能力を有し、また小さ
な部品の運動を可能にする様にプログラムされた。
の先端で触れるものであり、安定な握持を行うために摩
擦的な抑止力と力フィードバックを利用している。構造
はハンドの見込み設計の数値分析の結果から導かれてい
る。これらの結果から、3フィンガとフィンガあたり3
個の関節とからなるハンドが開発された。この装置は小
さな物品(直径2.5cmの球体を典型例として選択)
のフィンガー先端での操作を行う能力を有し、また小さ
な部品の運動を可能にする様にプログラムされた。
【0007】上記のユタ/MITのハンドは本質的に人
間の手を模擬する。4本のフィンガしかないが、各フィ
ンガは4個の関節を有し、擬人的な形状を有する。この
方式は非常に高価につき非常に複雑な制御技術と構造を
必要とする。したがって、この方式は進んだ研究環境に
限定される。
間の手を模擬する。4本のフィンガしかないが、各フィ
ンガは4個の関節を有し、擬人的な形状を有する。この
方式は非常に高価につき非常に複雑な制御技術と構造を
必要とする。したがって、この方式は進んだ研究環境に
限定される。
【0008】第2の方式の端部作動子、すなわち単純な
方の、自由度2のグリッパは、研究及び工業の分野で最
も一般に使用されている端部作動子である。これらのグ
リッパの例の記載と図示はコイフェット,ピー及びチル
ーズ,エム「ロボット技術入門」McGraw−Hil
l(1982)に記載されている。この文献の特に15
9−163頁をここに飲用する。これらのグリッパは融
通性が低いが一般に強固かつ頑丈であり、経済的であ
る。実際には、物品の変化により各用途に応じて端部作
動子の特定化が必要である。
方の、自由度2のグリッパは、研究及び工業の分野で最
も一般に使用されている端部作動子である。これらのグ
リッパの例の記載と図示はコイフェット,ピー及びチル
ーズ,エム「ロボット技術入門」McGraw−Hil
l(1982)に記載されている。この文献の特に15
9−163頁をここに飲用する。これらのグリッパは融
通性が低いが一般に強固かつ頑丈であり、経済的であ
る。実際には、物品の変化により各用途に応じて端部作
動子の特定化が必要である。
【0009】ロボットのフィンガの制御系の複雑性を減
じるため、及び作動装置の数を減じるために、剛性結合
された関節を特徴とする設計が提案されている。関節の
剛性結合は各作動装置の一組の関節角度を規定する。例
えば、2個の関節が半径r1及びr2を有するプーリで結
合されると、関節運動角度をφ1、φ2は次式で定義され
る。
じるため、及び作動装置の数を減じるために、剛性結合
された関節を特徴とする設計が提案されている。関節の
剛性結合は各作動装置の一組の関節角度を規定する。例
えば、2個の関節が半径r1及びr2を有するプーリで結
合されると、関節運動角度をφ1、φ2は次式で定義され
る。
【数1】 φ1/φ 2 =r2/r 1 結合した関節を有するフィンガの例は本出願人の所有す
るリイバー他の米国特許出願第101142号に記載さ
れている。リーバ他は2つの作働装置を有する3関節フ
ィンガを記載し、固定された剛性結合を作るために使用
するケーブル掛けを表すマトリックス法を使用すること
により、関節間のかかる結合を表示し且つ最適化を行う
方法を提案している。リーバ他のこの結合は関節間の既
知の比率を維持するので、それら握り中に包み込める物
品の種類は限定される。
るリイバー他の米国特許出願第101142号に記載さ
れている。リーバ他は2つの作働装置を有する3関節フ
ィンガを記載し、固定された剛性結合を作るために使用
するケーブル掛けを表すマトリックス法を使用すること
により、関節間のかかる結合を表示し且つ最適化を行う
方法を提案している。リーバ他のこの結合は関節間の既
知の比率を維持するので、それら握り中に包み込める物
品の種類は限定される。
【0010】スキナIIの米国特許第3866966号
に記載されているように、掌にフィンガを置く作用もま
た物品の操作に所定の役割を果たすことができる。スキ
ナに記載された3フィンガ式ハンドは、フィンガ12、
12a、12bをフィンガの基部リンクと一致する軸の
周りに回転できる掌構造を有する。したがって、一般に
掌に向いていてそれと一緒に物品の周りに閉じることが
できるフィンガの掌側の面は、掌に対して各位置に対し
て回転できる。スキナはこうして各フィンガに回転自由
度を与えるが、フィンガの掌に対する平行移動はできな
いので、いろいろな協動する及び/または対抗する配向
移動の達成を可能にできない。
に記載されているように、掌にフィンガを置く作用もま
た物品の操作に所定の役割を果たすことができる。スキ
ナに記載された3フィンガ式ハンドは、フィンガ12、
12a、12bをフィンガの基部リンクと一致する軸の
周りに回転できる掌構造を有する。したがって、一般に
掌に向いていてそれと一緒に物品の周りに閉じることが
できるフィンガの掌側の面は、掌に対して各位置に対し
て回転できる。スキナはこうして各フィンガに回転自由
度を与えるが、フィンガの掌に対する平行移動はできな
いので、いろいろな協動する及び/または対抗する配向
移動の達成を可能にできない。
【0011】したがって、単純なグリッパの場合の得ら
れる単純さ、強固さ、制御容易さと、より複雑な多フィ
ンガ式ハンドの融通性と器用さを兼備した装置に対する
必要性があるが実現されていない。したがって、本発明
の目的は従来のグリッパよりも大きな自由度と融通性を
有し、しかも従来の複雑な多フィンガ式ハンドには見ら
れない強固で有用且つ安価な構造のグリッパを提供する
ことである。
れる単純さ、強固さ、制御容易さと、より複雑な多フィ
ンガ式ハンドの融通性と器用さを兼備した装置に対する
必要性があるが実現されていない。したがって、本発明
の目的は従来のグリッパよりも大きな自由度と融通性を
有し、しかも従来の複雑な多フィンガ式ハンドには見ら
れない強固で有用且つ安価な構造のグリッパを提供する
ことである。
【0012】充分な数の自由度をフィンガと掌の間に有
し、それにより各種の握りを達成できるロボットハンド
のための構造を提供することが望まれる。各関節に対す
る作働装置は構造を単純化し、動力伝達系の複雑化と非
能率を減じるために各関節の近くに配置すべきである。
従って、特定の握りの形を作るのに必要な作働装置の数
を減少するのが有利である。
し、それにより各種の握りを達成できるロボットハンド
のための構造を提供することが望まれる。各関節に対す
る作働装置は構造を単純化し、動力伝達系の複雑化と非
能率を減じるために各関節の近くに配置すべきである。
従って、特定の握りの形を作るのに必要な作働装置の数
を減少するのが有利である。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、本発明の目
的は握り形の種類と器用さを最大にし、一方では作働装
置の数を最小にする掌−フィンガ−作働装置構造を提供
することにある。本発明の他の目的は、本発明で使用さ
れるハンドに使用されるフィンガがそれらが取り付けら
れる掌に対して様々な方位で配向出来るようにすること
である。固い握りを行なうには、ロボットフィンガのよ
うな関節のある部材が物品の周りを包むことが出来る必
要がある。さらに、この作用は握持すべき物品の形状に
関する予備知識がほとんどなしに実行出来ること、又関
節をサーボループで制御することなしに達成出来ること
が望ましい。従って、本発明の更に他の目的は、物品の
形状に順応して確実で包囲形の握りを行なう関節つき部
材を提供することである。本発明は更に、この作用を行
なうのに、一連の関節作働用の制御指令を必要としない
で機械的インテリジェンスに基いて行なう関節つき部材
を提供することにある。物品の意図した握持は物品が様
々な方位を取ることにより握りの安定性に影響するため
に失敗することがある。本発明の他の目的は、握りの安
定性を決定出来る触覚センサを装備した物品の取扱い装
置を提供することにある。本発明の更に他の目的は、触
覚センサにより収集された情報を利用して装置の方位を
安定な握りが達成出来る方法を提供することにある。本
発明の実施例のあるものの目的は、フィンガが閉鎖握り
を行なうときに充分な柔軟性を有する一方で、それらに
対向する力に対しては堅く抵抗するフィンガを提供する
ことにある。
的は握り形の種類と器用さを最大にし、一方では作働装
置の数を最小にする掌−フィンガ−作働装置構造を提供
することにある。本発明の他の目的は、本発明で使用さ
れるハンドに使用されるフィンガがそれらが取り付けら
れる掌に対して様々な方位で配向出来るようにすること
である。固い握りを行なうには、ロボットフィンガのよ
うな関節のある部材が物品の周りを包むことが出来る必
要がある。さらに、この作用は握持すべき物品の形状に
関する予備知識がほとんどなしに実行出来ること、又関
節をサーボループで制御することなしに達成出来ること
が望ましい。従って、本発明の更に他の目的は、物品の
形状に順応して確実で包囲形の握りを行なう関節つき部
材を提供することである。本発明は更に、この作用を行
なうのに、一連の関節作働用の制御指令を必要としない
で機械的インテリジェンスに基いて行なう関節つき部材
を提供することにある。物品の意図した握持は物品が様
々な方位を取ることにより握りの安定性に影響するため
に失敗することがある。本発明の他の目的は、握りの安
定性を決定出来る触覚センサを装備した物品の取扱い装
置を提供することにある。本発明の更に他の目的は、触
覚センサにより収集された情報を利用して装置の方位を
安定な握りが達成出来る方法を提供することにある。本
発明の実施例のあるものの目的は、フィンガが閉鎖握り
を行なうときに充分な柔軟性を有する一方で、それらに
対向する力に対しては堅く抵抗するフィンガを提供する
ことにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明のこれら及び他の
目的は、掌(てのひら)及び少なくとも一つの関節運動
出来る部材よりなるロボットハンドにより達成される。
好ましい実施例では、3つの関節つき部材が存在し、そ
の内2つの部材はそれらが掌の周辺の回りで相対位置を
変化し得るようにして掌に回転自在に取り付けられる。
これらの2つの部材は単一の作働装置により作働される
もので、それらの運動は同一且つ反対となるように関連
付けられる。3番目の関節つき部材は静止状態に留ま
る。3つの全ての部材の開閉運動はそれらが取り付けら
れている独立の作働装置により独立に操作出来る。
目的は、掌(てのひら)及び少なくとも一つの関節運動
出来る部材よりなるロボットハンドにより達成される。
好ましい実施例では、3つの関節つき部材が存在し、そ
の内2つの部材はそれらが掌の周辺の回りで相対位置を
変化し得るようにして掌に回転自在に取り付けられる。
これらの2つの部材は単一の作働装置により作働される
もので、それらの運動は同一且つ反対となるように関連
付けられる。3番目の関節つき部材は静止状態に留ま
る。3つの全ての部材の開閉運動はそれらが取り付けら
れている独立の作働装置により独立に操作出来る。
【0015】本発明の重要な一面は関節つき部材の関節
に柔軟性を具備させることであり、これによりこれらの
部材は物品の周りにまとい付くことが出来る。最も好ま
しくはウオムギヤとクラッチ機構を設けて一つの関節を
所定の大きさのトルク水準で解離させ(これは遠隔調整
させても良い)、他の関節は続けて駆動させることが出
来る。他の実施例においては、この柔軟性は腱の一部を
形成するばね又は弾性手段と、この実施例のプーリ動力
伝達系とにより与えられる。
に柔軟性を具備させることであり、これによりこれらの
部材は物品の周りにまとい付くことが出来る。最も好ま
しくはウオムギヤとクラッチ機構を設けて一つの関節を
所定の大きさのトルク水準で解離させ(これは遠隔調整
させても良い)、他の関節は続けて駆動させることが出
来る。他の実施例においては、この柔軟性は腱の一部を
形成するばね又は弾性手段と、この実施例のプーリ動力
伝達系とにより与えられる。
【0016】本発明はまた物品を包み込むように握持す
るのに物品の形状に関する事前の詳細な知識を必要とし
ない反復的な方法により物品を握持できる方法を提供す
ることである。この方法は握りの安定性が触覚センサに
より決定され、握りが不安定だと決定されたら握持装置
が再位置決めされ、安定性が再び決定される。各試行ご
とに収集された情報はこうして物品の空間位置特性に関
して学習するために利用される。
るのに物品の形状に関する事前の詳細な知識を必要とし
ない反復的な方法により物品を握持できる方法を提供す
ることである。この方法は握りの安定性が触覚センサに
より決定され、握りが不安定だと決定されたら握持装置
が再位置決めされ、安定性が再び決定される。各試行ご
とに収集された情報はこうして物品の空間位置特性に関
して学習するために利用される。
【0017】
【発明の実施の形態】図1を参照するに、本発明に従っ
て構成されるロボットハンド装置は全体的に10で示し
てある。ロボットハンド装置10は掌20、実質的な静
止フィンガ30、第1の回転フィンガ40、及び第2の
回転フィンガ45を含む。これらの3つのフィンガ3
0、40、45は掌軸70に結合されている。図1に矢
印で示したように、回転フィンガ40、45はそれぞれ
の掌軸70の周りに回転駆動される。本発明の一つの面
によると、フィンガ40、45は各々単独の作働装置8
0(この図では見えない)により駆動され、それらの掌
軸70の周りの回転が同一且つ反対方向となるように機
械的にリンクされている。静止フィンガ30は掌軸70
の周りに回転しない。しかし、全ての3つのフィンガ3
0、40、45は掌20の方へ独立に操作でき、これに
より握持を行なうことが出来る。
て構成されるロボットハンド装置は全体的に10で示し
てある。ロボットハンド装置10は掌20、実質的な静
止フィンガ30、第1の回転フィンガ40、及び第2の
回転フィンガ45を含む。これらの3つのフィンガ3
0、40、45は掌軸70に結合されている。図1に矢
印で示したように、回転フィンガ40、45はそれぞれ
の掌軸70の周りに回転駆動される。本発明の一つの面
によると、フィンガ40、45は各々単独の作働装置8
0(この図では見えない)により駆動され、それらの掌
軸70の周りの回転が同一且つ反対方向となるように機
械的にリンクされている。静止フィンガ30は掌軸70
の周りに回転しない。しかし、全ての3つのフィンガ3
0、40、45は掌20の方へ独立に操作でき、これに
より握持を行なうことが出来る。
【0018】フィンガ30、40、45に結合された掌
20は、直列リンクの関節と呼ぶことが出来る。掌20
の周りのフィンガ30、40、45の配置は図2に示し
てある。この配置は、関節への固定点間の距離が各リン
クをそのいずれかの側のリンクと平行にさせるように選
択されることにより、最適化される。この分野の通常の
知識を有する者にはこの条件が各種の握りを行なうのに
有用であることが分かるであろう。幅wのリンクを有す
るフィンガに対して、もしも半径dの円がフィンガと掌
の各取り付け点の回転中心を通るならば、リンクを平行
にする円の直径は次式で記述出来る。
20は、直列リンクの関節と呼ぶことが出来る。掌20
の周りのフィンガ30、40、45の配置は図2に示し
てある。この配置は、関節への固定点間の距離が各リン
クをそのいずれかの側のリンクと平行にさせるように選
択されることにより、最適化される。この分野の通常の
知識を有する者にはこの条件が各種の握りを行なうのに
有用であることが分かるであろう。幅wのリンクを有す
るフィンガに対して、もしも半径dの円がフィンガと掌
の各取り付け点の回転中心を通るならば、リンクを平行
にする円の直径は次式で記述出来る。
【数2】 ここにθ=2π/n 及びnは零番リンク(この例では
掌軸70)の周りに回るフィンガの数であり、ws は掌
内に置かれた静止フィンガの幅である。好ましい実施例
では2つの回転フィンガ40、45の数は2であるから
n=2である。フィンガの回転中心間の距離はdに対す
る式により制御される。好ましい実施例では、第3の非
回転フィンガ30が追加されていて、握持の融通性を増
している。当業者は任意数のフィンガがこのような円の
周りに配置出来ること、又この式を使用することにより
それらのリンクがある制限運動範囲で平行になることが
分かるであろう。更に、例えば発明の実施の形態で示さ
れたような、非回転フィンガ、固定柱又は板、あるいは
他の装置等の、付加により広範囲の有用なハンド構造が
可能になる。
掌軸70)の周りに回るフィンガの数であり、ws は掌
内に置かれた静止フィンガの幅である。好ましい実施例
では2つの回転フィンガ40、45の数は2であるから
n=2である。フィンガの回転中心間の距離はdに対す
る式により制御される。好ましい実施例では、第3の非
回転フィンガ30が追加されていて、握持の融通性を増
している。当業者は任意数のフィンガがこのような円の
周りに配置出来ること、又この式を使用することにより
それらのリンクがある制限運動範囲で平行になることが
分かるであろう。更に、例えば発明の実施の形態で示さ
れたような、非回転フィンガ、固定柱又は板、あるいは
他の装置等の、付加により広範囲の有用なハンド構造が
可能になる。
【0019】図3を見ると、各フィンガ30、40、4
5は掌軸70により掌20に取り付けられている。図3
に示されている回転フィンガ40、45の場合には、掌
軸70はその周りのフィンガの回転を可能にし、それに
より、掌20に面しているフィンガのリンク62、64
の面66、68として定義される掌側の面の相対向き、
及びフィンガと掌の相対位置の両者を変化させる。各フ
ィンガ30、40、45は各自のグリップ駆動装置50
により各個に操作される。本発明のハンドの好ましい例
では、3つのグリップ駆動装置50があり、各一つが各
フィンガを担当する。第4の駆動装置は握り駆動装置8
0で、稼動フィンガ40、45を各自の掌軸70の周り
に回転させる。各グリップ駆動装置50は機械的にフィ
ンガに結合されている。好ましい実施例では、トルクを
グリップ駆動装置50から第1フィンガ関節72に伝達
するのはウオーム歯車120である。ウオーム歯車は両
方向への正確な回転運動を可能にし、寸法特性に対する
充分な強度を与え、更に負荷で生じるトルクに対する抵
抗能力(つまりウオーム歯車が逆駆動されないこと)を
与える利点を有する。第1関節72は掌リンク60と第
1フィンガリンク62を結合する。第2関節74は第1
リンク62の末端部にあって、それを第2リンク64に
結合する。本発明の他の特徴に従って、第1関節72と
第2関節74は、掌リンク60と第1リンク62との間
の角度を変えると第2リンク64の角度が一定の仕方で
当然に変化するように機械的に結合されている。従っ
て、単一グリップ駆動装置50は関節結合により2つの
関節72、74に運動を生じる。この特徴は図3に示し
た仮想線を見れば理解出来る。各フィンガは更に好まし
くは触覚センサ及びフィードバック手段200を有し、
それにより握持すべき物品に関する情報をハンド制御装
置250に与える。図1及び図3に示したように、触覚
センサ及びフィードバック手段200は本発明のハンド
の掌20の表面に設けることが出来る。
5は掌軸70により掌20に取り付けられている。図3
に示されている回転フィンガ40、45の場合には、掌
軸70はその周りのフィンガの回転を可能にし、それに
より、掌20に面しているフィンガのリンク62、64
の面66、68として定義される掌側の面の相対向き、
及びフィンガと掌の相対位置の両者を変化させる。各フ
ィンガ30、40、45は各自のグリップ駆動装置50
により各個に操作される。本発明のハンドの好ましい例
では、3つのグリップ駆動装置50があり、各一つが各
フィンガを担当する。第4の駆動装置は握り駆動装置8
0で、稼動フィンガ40、45を各自の掌軸70の周り
に回転させる。各グリップ駆動装置50は機械的にフィ
ンガに結合されている。好ましい実施例では、トルクを
グリップ駆動装置50から第1フィンガ関節72に伝達
するのはウオーム歯車120である。ウオーム歯車は両
方向への正確な回転運動を可能にし、寸法特性に対する
充分な強度を与え、更に負荷で生じるトルクに対する抵
抗能力(つまりウオーム歯車が逆駆動されないこと)を
与える利点を有する。第1関節72は掌リンク60と第
1フィンガリンク62を結合する。第2関節74は第1
リンク62の末端部にあって、それを第2リンク64に
結合する。本発明の他の特徴に従って、第1関節72と
第2関節74は、掌リンク60と第1リンク62との間
の角度を変えると第2リンク64の角度が一定の仕方で
当然に変化するように機械的に結合されている。従っ
て、単一グリップ駆動装置50は関節結合により2つの
関節72、74に運動を生じる。この特徴は図3に示し
た仮想線を見れば理解出来る。各フィンガは更に好まし
くは触覚センサ及びフィードバック手段200を有し、
それにより握持すべき物品に関する情報をハンド制御装
置250に与える。図1及び図3に示したように、触覚
センサ及びフィードバック手段200は本発明のハンド
の掌20の表面に設けることが出来る。
【0020】本発明の他の重要な特徴は図4に示されて
いる。フィンガ30、40、45のグリップ駆動装置5
0は全体的に100で示した新規な解離クラッチを有す
る。好ましい実施例においては、クラッチ100の外側
本体102はほぼウオーム歯車の形に構成されている。
従って、ウオームねじ101は各フィンガ30、40、
45にある第1関節72を駆動するウオーム輪120と
作用する。
いる。フィンガ30、40、45のグリップ駆動装置5
0は全体的に100で示した新規な解離クラッチを有す
る。好ましい実施例においては、クラッチ100の外側
本体102はほぼウオーム歯車の形に構成されている。
従って、ウオームねじ101は各フィンガ30、40、
45にある第1関節72を駆動するウオーム輪120と
作用する。
【0021】クラッチ機構の外側本体102の第1端に
は、一体の又は固着した円筒部107が第1取付箇所で
回転軸受172により支持されている。外側本体102
は軸方向接触のスラスト軸受又は保持子106により軸
方向に運動しないように拘束されている。解離クラッチ
100が取り付けられる剛性結合の必要な箇所は、一般
にクラッチハウジング180により与えられる。
は、一体の又は固着した円筒部107が第1取付箇所で
回転軸受172により支持されている。外側本体102
は軸方向接触のスラスト軸受又は保持子106により軸
方向に運動しないように拘束されている。解離クラッチ
100が取り付けられる剛性結合の必要な箇所は、一般
にクラッチハウジング180により与えられる。
【0022】図4に示されているように、外側本体10
2のねじ孔103の閉鎖端部には弾性手段160が配置
されている。好ましい例においては、弾性手段はO型リ
ングであり、例えばゴム、ネオプレン、又はシリコーン
のような弾性体から構成される。所望により、ばね又は
ベルビルワッシャーを代わりに使用して偏倚に比例した
抵抗力を生じる手段として機能させても良い。更に弾性
手段160は比較的高いばね常数を有すること、すなわ
ち比較的小さい偏倚で比較的大きい抵抗力を生じること
が望ましい。その結果、小さい力を生じるのに必要な偏
倚と、大きい力を生じるのに必要な偏倚との直性距離差
は比較的小さい。
2のねじ孔103の閉鎖端部には弾性手段160が配置
されている。好ましい例においては、弾性手段はO型リ
ングであり、例えばゴム、ネオプレン、又はシリコーン
のような弾性体から構成される。所望により、ばね又は
ベルビルワッシャーを代わりに使用して偏倚に比例した
抵抗力を生じる手段として機能させても良い。更に弾性
手段160は比較的高いばね常数を有すること、すなわ
ち比較的小さい偏倚で比較的大きい抵抗力を生じること
が望ましい。その結果、小さい力を生じるのに必要な偏
倚と、大きい力を生じるのに必要な偏倚との直性距離差
は比較的小さい。
【0023】他の実施例においては、外側本体102は
孔103を取り囲む円筒状壁に切り込んだ1本以上の軸
方向スロットを有しても良く、これによりコレットのよ
うな確実ロック特性を有する装置とすることが出来る。
他の変形例として、軸孔103はテーパを有しても良
く、これにより同じく解離トルクが達成されたときに実
質的なロック状態を与える。
孔103を取り囲む円筒状壁に切り込んだ1本以上の軸
方向スロットを有しても良く、これによりコレットのよ
うな確実ロック特性を有する装置とすることが出来る。
他の変形例として、軸孔103はテーパを有しても良
く、これにより同じく解離トルクが達成されたときに実
質的なロック状態を与える。
【0024】クラッチ部110はねじ孔103に嵌合さ
れる。クラッチ部分110はねじ孔103のねじ筋10
4にかみ合うような寸法を有するねじ筋111を有す
る。クラッチ部110の第1端は一体的な又は固着した
平歯車130として構成される。クラッチ部110に固
定した平歯車130は入力トルクをクラッチ機構に伝導
する駆動歯車105にかみ合っている。入力トルクは駆
動モータ175又は他の作働源から供給される。この入
力トルクを直接又は電動装置を介して任意の動力電動源
から供給することが出来ることは当業者には明らかであ
ろう。更に、平歯車105、130は動力伝達の任意手
段例えば、ベルト−プーリで、摩擦輪で、あるいはチェ
ーン−スプロケットに置換出来ることも明らかである。
れる。クラッチ部分110はねじ孔103のねじ筋10
4にかみ合うような寸法を有するねじ筋111を有す
る。クラッチ部110の第1端は一体的な又は固着した
平歯車130として構成される。クラッチ部110に固
定した平歯車130は入力トルクをクラッチ機構に伝導
する駆動歯車105にかみ合っている。入力トルクは駆
動モータ175又は他の作働源から供給される。この入
力トルクを直接又は電動装置を介して任意の動力電動源
から供給することが出来ることは当業者には明らかであ
ろう。更に、平歯車105、130は動力伝達の任意手
段例えば、ベルト−プーリで、摩擦輪で、あるいはチェ
ーン−スプロケットに置換出来ることも明らかである。
【0025】クラッチ部110の平滑な孔135内には
軸140が嵌合されている。軸140及び孔135は滑
り嵌めされている。軸140の一端は孔135の中では
なくて第2の取り付け箇所で回転軸受け170により支
持されている。こうしてクラッチ部110は端部が軸受
け170により支持された軸140上に支持されてい
る。軸の他端は軸受け106により自由回転する外側本
体102の中に支持され、全体装置の回転を可能にし、
又関節72の位置に作用する。
軸140が嵌合されている。軸140及び孔135は滑
り嵌めされている。軸140の一端は孔135の中では
なくて第2の取り付け箇所で回転軸受け170により支
持されている。こうしてクラッチ部110は端部が軸受
け170により支持された軸140上に支持されてい
る。軸の他端は軸受け106により自由回転する外側本
体102の中に支持され、全体装置の回転を可能にし、
又関節72の位置に作用する。
【0026】クラッチ部110に固定した平歯車130
は半径方向に向いたねじ孔152を有する。このねじ孔
は歯車の外周から平滑孔135にむけて延びている。軟
質先端155を有する止めねじ150がねじ孔152に
ねじ込まれている。軟質先端は好ましくはナイロン製で
あるが、他の先端155と平滑軸140との間に摩擦抵
抗を生じるが軸140を傷付けない材料代替しても良
い。別法として、止めねじ150全体をこのような材料
から製作しても良い。先端155を備えた止めねじ15
0はねじ孔152にねじ込んだのちに容易に軟質先端1
55を平滑孔135の面に一致させることが出来るよう
に容易に操作出来る充分な長さを有する。
は半径方向に向いたねじ孔152を有する。このねじ孔
は歯車の外周から平滑孔135にむけて延びている。軟
質先端155を有する止めねじ150がねじ孔152に
ねじ込まれている。軟質先端は好ましくはナイロン製で
あるが、他の先端155と平滑軸140との間に摩擦抵
抗を生じるが軸140を傷付けない材料代替しても良
い。別法として、止めねじ150全体をこのような材料
から製作しても良い。先端155を備えた止めねじ15
0はねじ孔152にねじ込んだのちに容易に軟質先端1
55を平滑孔135の面に一致させることが出来るよう
に容易に操作出来る充分な長さを有する。
【0027】動作において、クラッチ部110は先ず外
側本体102に弾性手段160に接触するまでねじ込ま
れる。弾性手段160の直線偏倚が増すと精密ねじ10
4、111の間の摩擦力は増すから、外側本体へのクラ
ッチ部110のねじの締め込み又はそれからの緩めに必
要なトルクは同様に増す。この事実は、解離トルクの値
を、クラッチ部110を外側本体102にねじ込むのに
必要なトルクを測定することにより予め測定しておくこ
とを可能にする。
側本体102に弾性手段160に接触するまでねじ込ま
れる。弾性手段160の直線偏倚が増すと精密ねじ10
4、111の間の摩擦力は増すから、外側本体へのクラ
ッチ部110のねじの締め込み又はそれからの緩めに必
要なトルクは同様に増す。この事実は、解離トルクの値
を、クラッチ部110を外側本体102にねじ込むのに
必要なトルクを測定することにより予め測定しておくこ
とを可能にする。
【0028】品物の握持を行なうために、平歯車130
又は他の動力電動手段がクラッチ部110を逆回転(す
なわちねじを弛める方向の回転)させると、2つの状況
のいずれかが起きる。一つは、ウオーム輪120の動き
に抵抗する外部トルクがねじ筋104、111の摩擦力
を超えるに充分な場合である。この条件はフィンガが更
に閉鎖するを妨げる障害物に出会ったときである。この
場合、クラッチ部110は外部本体102から弛められ
てウオーム輪120は結果的に運動しない。そうすると
装置は自由、つまり解離する。しかし、もしもウオーム
輪120に抵抗する力がねじ筋104、111の間の摩
擦力を超えなければ、クラッチ部110は外側本体10
2からねじ戻されることはなく、平歯車130と一体に
なって回転し、ウオームのねじ筋101がウオーム輪1
20を回転させる。
又は他の動力電動手段がクラッチ部110を逆回転(す
なわちねじを弛める方向の回転)させると、2つの状況
のいずれかが起きる。一つは、ウオーム輪120の動き
に抵抗する外部トルクがねじ筋104、111の摩擦力
を超えるに充分な場合である。この条件はフィンガが更
に閉鎖するを妨げる障害物に出会ったときである。この
場合、クラッチ部110は外部本体102から弛められ
てウオーム輪120は結果的に運動しない。そうすると
装置は自由、つまり解離する。しかし、もしもウオーム
輪120に抵抗する力がねじ筋104、111の間の摩
擦力を超えなければ、クラッチ部110は外側本体10
2からねじ戻されることはなく、平歯車130と一体に
なって回転し、ウオームのねじ筋101がウオーム輪1
20を回転させる。
【0029】本発明のクラッチ機構100の動作は止め
ねじ150の調整によっても調整される。図4を見る
に、止めねじ150は先端155と平滑軸140との間
に摩擦力を作り出す。クラッチ部が外側本体102にね
じ込まれあるいはねじ戻される際に、先端155により
作られた摩擦力はこの運動を妨げる。先端155により
与えられる摩擦力は通常解離トルクよりはやや小さい
が、もしもフィンガの運動に抵抗するトルクが先端15
5によって作り出される摩擦力を超えるに必要な大きさ
に減じると、再び外側本体101を回転させ始める。本
発明のこの特徴は、もしも例えば物品が握りの中で移動
するなどにより負荷状態が変動すると、関節の再結合を
生じる。
ねじ150の調整によっても調整される。図4を見る
に、止めねじ150は先端155と平滑軸140との間
に摩擦力を作り出す。クラッチ部が外側本体102にね
じ込まれあるいはねじ戻される際に、先端155により
作られた摩擦力はこの運動を妨げる。先端155により
与えられる摩擦力は通常解離トルクよりはやや小さい
が、もしもフィンガの運動に抵抗するトルクが先端15
5によって作り出される摩擦力を超えるに必要な大きさ
に減じると、再び外側本体101を回転させ始める。本
発明のこの特徴は、もしも例えば物品が握りの中で移動
するなどにより負荷状態が変動すると、関節の再結合を
生じる。
【0030】各フィンガ30、40、45の第2関節は
図5に示された作働装置175により作働される。本発
明の特徴に従って、駆動モータその他の作働装置175
に固着された平歯車105は第2ウオーム歯車140に
固定した第2平歯車132を駆動する。このウオーム歯
車は第2ウオーム輪142を駆動して回転させる。第2
ウオーム輪142に固定したタイミングベルトプーリ1
44も又回転する。タイミングベルト148はこの動力
を第2関節に結合された第2タイミングベルトプーリ1
46に伝動する。従って第1及び第2関節は結合してい
る。この結合は2つの関節72、74の間の相対運動が
ウオーム歯車102、140及びウオーム輪120、1
42の間の歯車減速比により支配されることを示してい
る。別法として、従来慣用のプーリ及び腱又は他の動力
伝動装置を、タイミングベルト146及びタイミングプ
ーリ144、148の代わりに使用しても良い。
図5に示された作働装置175により作働される。本発
明の特徴に従って、駆動モータその他の作働装置175
に固着された平歯車105は第2ウオーム歯車140に
固定した第2平歯車132を駆動する。このウオーム歯
車は第2ウオーム輪142を駆動して回転させる。第2
ウオーム輪142に固定したタイミングベルトプーリ1
44も又回転する。タイミングベルト148はこの動力
を第2関節に結合された第2タイミングベルトプーリ1
46に伝動する。従って第1及び第2関節は結合してい
る。この結合は2つの関節72、74の間の相対運動が
ウオーム歯車102、140及びウオーム輪120、1
42の間の歯車減速比により支配されることを示してい
る。別法として、従来慣用のプーリ及び腱又は他の動力
伝動装置を、タイミングベルト146及びタイミングプ
ーリ144、148の代わりに使用しても良い。
【0031】動作において、フィンガ又は他の関節つき
装置であって本発明の解離型クラッチ機構100を具備
した装置は、先ず相対空間位置と、クラッチ機構100
が被駆動関節72へのトルク伝動を中止することが所望
されるトルク(つまり解離トルク)の大きさとの両面か
ら調整される。これは先ず駆動モータ175を一方向に
回転させて被駆動フィンガを開放位置又は握持作用を行
なった後で開放状態へ戻ることが望まれる位置へ駆動す
ることにより実行される。握持が行なわれたら、作働装
置175の回転を反転して、クラッチ部110を外側本
体102の中へとそれが弾性手段160に接触するまで
後退させる。この時点で、ウオームねじ101はウオー
ム輪120に係合して回転させ、各フィンガ30、4
0、45をその握持状態から開放させる。各フィンガ3
0、40、45はフィンガが延びだして図3のように作
働装置50の構造部分に接触したとき、それらに固有の
伸長限界停止を行なう。
装置であって本発明の解離型クラッチ機構100を具備
した装置は、先ず相対空間位置と、クラッチ機構100
が被駆動関節72へのトルク伝動を中止することが所望
されるトルク(つまり解離トルク)の大きさとの両面か
ら調整される。これは先ず駆動モータ175を一方向に
回転させて被駆動フィンガを開放位置又は握持作用を行
なった後で開放状態へ戻ることが望まれる位置へ駆動す
ることにより実行される。握持が行なわれたら、作働装
置175の回転を反転して、クラッチ部110を外側本
体102の中へとそれが弾性手段160に接触するまで
後退させる。この時点で、ウオームねじ101はウオー
ム輪120に係合して回転させ、各フィンガ30、4
0、45をその握持状態から開放させる。各フィンガ3
0、40、45はフィンガが延びだして図3のように作
働装置50の構造部分に接触したとき、それらに固有の
伸長限界停止を行なう。
【0032】更に本発明に従って構成した各フィンガ3
0、40、45は動力を単一の作働装置から第1関節7
2及び第2関節74に伝達する手段を具備するが、これ
らの関節の相対運動は柔軟結合となっている。上記の解
離クラッチ機構100はフィンガ30、40、45に自
律的に物品を包み込む能力を有する(制御装置250か
らの別個の一連の指示を要しない)。この特徴は握持を
実行し、又フィンガを作働させる単一作働装置を制御す
るのに必要なアルゴリズムを簡略化する。この能力は更
に包み込むような握持に利用される。これの実行は図3
に最もよく示されている。包み込み握持に対しては、安
定性は物品と各リンク62、64の掌側面66、68の
少なくとも1点との間の接触に依存する。つまり、接触
は末端の最後のリンク64(フィンガ先端)ではなく
て、リンク62、64の内面で生じなければならない。
包み込む形の握持は強力且つ安定である。これは物品の
摩擦力によらないからである。例えば、包み込み式の握
持のすぐれた安定性は、人がハンドルを握る際に行なう
握りの場合に対比出来る。
0、40、45は動力を単一の作働装置から第1関節7
2及び第2関節74に伝達する手段を具備するが、これ
らの関節の相対運動は柔軟結合となっている。上記の解
離クラッチ機構100はフィンガ30、40、45に自
律的に物品を包み込む能力を有する(制御装置250か
らの別個の一連の指示を要しない)。この特徴は握持を
実行し、又フィンガを作働させる単一作働装置を制御す
るのに必要なアルゴリズムを簡略化する。この能力は更
に包み込むような握持に利用される。これの実行は図3
に最もよく示されている。包み込み握持に対しては、安
定性は物品と各リンク62、64の掌側面66、68の
少なくとも1点との間の接触に依存する。つまり、接触
は末端の最後のリンク64(フィンガ先端)ではなく
て、リンク62、64の内面で生じなければならない。
包み込む形の握持は強力且つ安定である。これは物品の
摩擦力によらないからである。例えば、包み込み式の握
持のすぐれた安定性は、人がハンドルを握る際に行なう
握りの場合に対比出来る。
【0033】上記の新規なクラッチ機構は、握持すべき
物品の形状に関する事前の知識なしに包み込み形式の握
持を行なうのに必要な順応性を新規なクラッチ機構を備
えている。上記のようにクラッチ機構100は一体のウ
オーム歯車減速機構を有し、又第1関節72の運動をあ
るしきい値トルクで停止させる。クラッチ機構100は
完全に開放したときに関節を常に同じ相対位置に戻すた
めの固有の記憶手段を有する。これは各クラッチ機構の
内部に設けた弾性手段160の相互作用により行なわれ
る。クラッチ部110を精密ねじ111を使用して予め
適当な解離トルクに調節することにより、握りの強さと
クラッチ機構の記憶機能が達成出来る。
物品の形状に関する事前の知識なしに包み込み形式の握
持を行なうのに必要な順応性を新規なクラッチ機構を備
えている。上記のようにクラッチ機構100は一体のウ
オーム歯車減速機構を有し、又第1関節72の運動をあ
るしきい値トルクで停止させる。クラッチ機構100は
完全に開放したときに関節を常に同じ相対位置に戻すた
めの固有の記憶手段を有する。これは各クラッチ機構の
内部に設けた弾性手段160の相互作用により行なわれ
る。クラッチ部110を精密ねじ111を使用して予め
適当な解離トルクに調節することにより、握りの強さと
クラッチ機構の記憶機能が達成出来る。
【0034】解離トルクが、フィンガがそれらの停止体
に対して完全に開放すると、フィンガに加わるモータト
ルクに比例すること、又各握持動作の前に変更出来るこ
とは当業者には明らかである。この特徴は、これらのフ
ィンガを使用しているハンドは、卵や軽い電球のような
脆い物品を持ち上げ可能にし、同時にハンマのような工
具を取り扱うための頑丈さを備えている。
に対して完全に開放すると、フィンガに加わるモータト
ルクに比例すること、又各握持動作の前に変更出来るこ
とは当業者には明らかである。この特徴は、これらのフ
ィンガを使用しているハンドは、卵や軽い電球のような
脆い物品を持ち上げ可能にし、同時にハンマのような工
具を取り扱うための頑丈さを備えている。
【0035】動作において、各フィンガは図3のように
開放し、鎖線で示した閉鎖位置に移動させられる。フィ
ンガと物品が接触しなければ、両関節はそれぞれの減速
機構により規定される関係をもちながら移動する。フィ
ンガの第1関節72が予め設定した解離トルクよりも大
きい値を必要とする場合には、駆動モータ又は作働装置
175を脱結合する。この脱結合されたフィンガは、逆
回転出来ないウオーム歯車減速器のためにその位置とト
ルクを受動的に保持する。解離トルクよりも大きいトル
クに遭遇した第2フィンガ74はフィンガ作働装置に結
合されたままであり、回転を続ける。もしも物品が握持
の範囲内で移動し、第1関節72が作り出すトルクがね
じ152の作るトルクよりも低くなれば、第1関節は作
働装置175との結合を回復して再び解離トルクとなる
まで移動する。
開放し、鎖線で示した閉鎖位置に移動させられる。フィ
ンガと物品が接触しなければ、両関節はそれぞれの減速
機構により規定される関係をもちながら移動する。フィ
ンガの第1関節72が予め設定した解離トルクよりも大
きい値を必要とする場合には、駆動モータ又は作働装置
175を脱結合する。この脱結合されたフィンガは、逆
回転出来ないウオーム歯車減速器のためにその位置とト
ルクを受動的に保持する。解離トルクよりも大きいトル
クに遭遇した第2フィンガ74はフィンガ作働装置に結
合されたままであり、回転を続ける。もしも物品が握持
の範囲内で移動し、第1関節72が作り出すトルクがね
じ152の作るトルクよりも低くなれば、第1関節は作
働装置175との結合を回復して再び解離トルクとなる
まで移動する。
【0036】本発明で使用されるフィンガの利点は、当
業者には直ちに明らかであろう。先ず、フィンガの掌側
の面と物品の間の多点接触は大抵の物品で最も起こり易
いであろう。第2に脱結合(解離)ののちには、第2関
節74は積極的に制御される。しきい値解離トルクが第
1関節72に加わると、関節トルクは中間となり、次の
一つの式で関係付けられる。
業者には直ちに明らかであろう。先ず、フィンガの掌側
の面と物品の間の多点接触は大抵の物品で最も起こり易
いであろう。第2に脱結合(解離)ののちには、第2関
節74は積極的に制御される。しきい値解離トルクが第
1関節72に加わると、関節トルクは中間となり、次の
一つの式で関係付けられる。
【数3】 ただしt1 、t2 は関節1と2でのトルクであり、G
1 、G2 は関節1、2に対する減速比であり、tmotor
はモータ又は作働装置のトルクである。フィンガの第1
関節72が解離値よりも大きいトルクに遭遇した後、各
関節に加わるトルクは次式で表わされる。
1 、G2 は関節1、2に対する減速比であり、tmotor
はモータ又は作働装置のトルクである。フィンガの第1
関節72が解離値よりも大きいトルクに遭遇した後、各
関節に加わるトルクは次式で表わされる。
【数4】 ここにtかいり は止めねじ152によるトルクであ
る。こうして、解離ののちには第2関節72の周りのト
ルクは式中の唯一の変数であるモータ175の出力トル
クを調整することにより独立して制御できる。
る。こうして、解離ののちには第2関節72の周りのト
ルクは式中の唯一の変数であるモータ175の出力トル
クを調整することにより独立して制御できる。
【0037】本発明の好ましい実施例として記載された
クラッチの他の利点は、動力伝動手段として逆駆動出来
ないウオーム歯車列101、102の使用からえられ
る。その結果、大きな接触力がハンドの構成材料の強度
限界に対して抵抗する。包み込み握持の使用は、本発明
のハンドが大きな関節トルクを生じるかなり重い物品を
持ち上げることを許容する。もしも、動力伝達手段が逆
回転するとしたら、こうした大きい関節トルクに抵抗す
るために大型の作働モータが必要になる。本発明のフィ
ンガにより使用される作働モータは同様な能力の従来装
置のそれよりも小型且つ軽量で良いから、各フィンガの
根元に取り付けられる。上記のように、作働装置175
は直接このウオーム歯車102、140を駆動するか
ら、所望されないバックラッシュは最小限度に抑制され
る。第2関節74を駆動するタイミング(調時)ベルト
146は短いために減少出来る固有の弾性を有する唯一
の部材である。別の実施例では従来の腱(tendo
n)又は他の動力伝動手段を用いて更にこの条件を緩和
する。本発明はモータの周りに正確なサーボ制御ループ
を閉じさせる。総合的な結果は動力伝動においてフィン
ガ作働装置に最小の誤差しか生じさせない。フィンガの
根元すなわち基部に作働モータを取り付ける他の利益
は、全て4つのモータは掌の下に取り付けられることで
ある。図1で分かるように、センサ及び動力ケーブル2
40は同じく掌の下にあるコネクタ230に接続してい
る。その結果、ロボットの腕及び制御系統に迅速に着脱
出来る自己完結的ユニットが得られる。このことは、本
発明のフィンガを取り付けるべきロボットの腕が多重端
部作働子と共に使用されることが意図される場合には重
要な利点である。又、ロボットの腕又は作働子の修理を
行なう場合には、又は単一作働子が異なったロボットの
腕と共に使用される場合には重要な利点である。
クラッチの他の利点は、動力伝動手段として逆駆動出来
ないウオーム歯車列101、102の使用からえられ
る。その結果、大きな接触力がハンドの構成材料の強度
限界に対して抵抗する。包み込み握持の使用は、本発明
のハンドが大きな関節トルクを生じるかなり重い物品を
持ち上げることを許容する。もしも、動力伝達手段が逆
回転するとしたら、こうした大きい関節トルクに抵抗す
るために大型の作働モータが必要になる。本発明のフィ
ンガにより使用される作働モータは同様な能力の従来装
置のそれよりも小型且つ軽量で良いから、各フィンガの
根元に取り付けられる。上記のように、作働装置175
は直接このウオーム歯車102、140を駆動するか
ら、所望されないバックラッシュは最小限度に抑制され
る。第2関節74を駆動するタイミング(調時)ベルト
146は短いために減少出来る固有の弾性を有する唯一
の部材である。別の実施例では従来の腱(tendo
n)又は他の動力伝動手段を用いて更にこの条件を緩和
する。本発明はモータの周りに正確なサーボ制御ループ
を閉じさせる。総合的な結果は動力伝動においてフィン
ガ作働装置に最小の誤差しか生じさせない。フィンガの
根元すなわち基部に作働モータを取り付ける他の利益
は、全て4つのモータは掌の下に取り付けられることで
ある。図1で分かるように、センサ及び動力ケーブル2
40は同じく掌の下にあるコネクタ230に接続してい
る。その結果、ロボットの腕及び制御系統に迅速に着脱
出来る自己完結的ユニットが得られる。このことは、本
発明のフィンガを取り付けるべきロボットの腕が多重端
部作働子と共に使用されることが意図される場合には重
要な利点である。又、ロボットの腕又は作働子の修理を
行なう場合には、又は単一作働子が異なったロボットの
腕と共に使用される場合には重要な利点である。
【0038】本発明の他の実施例は図6に示される。2
つの関節372、374は順応性の腱(tendon)
320で結合されている。順応性の腱320は順応部3
25を有する。順応性の腱320は好ましくは動作中に
遭遇する負荷が弾性限界以内に納まるようなばね又は弾
性材料で製作する。図示の腱による方法の利点は、腱が
閉鎖時にのみ関節に順応性を示すことである。図示にフ
ィンガは既に述べた態様で関節372、374を駆動す
るための作働装置を使用する。しかし、動力は作働装置
から腱372を経て第1関節342の周りに自由に回転
するプーリ300に伝動する。第2関節374の回転は
それに固定されたプーリ315を回転させる。このプー
リの回転は順応性の腱320を回転しない固定プーリの
周りに巻き付けあるいは巻き戻し、それにより第1関節
372の周りの運動を生じる。かくして、第1関節の運
動は第2関節の作働に依存し、関節間の相対偏倚はプー
リの直径比によって支配される。順応部325は一端第
1関節が抵抗に遭遇したら第2関節を連続して運動させ
る。第1関節の運動を阻止する抵抗力の大きさは順応部
325のばね常数を調整することにより制御される。従
って、2つの関節の相対運動は結合されるがそれは順応
運動である。
つの関節372、374は順応性の腱(tendon)
320で結合されている。順応性の腱320は順応部3
25を有する。順応性の腱320は好ましくは動作中に
遭遇する負荷が弾性限界以内に納まるようなばね又は弾
性材料で製作する。図示の腱による方法の利点は、腱が
閉鎖時にのみ関節に順応性を示すことである。図示にフ
ィンガは既に述べた態様で関節372、374を駆動す
るための作働装置を使用する。しかし、動力は作働装置
から腱372を経て第1関節342の周りに自由に回転
するプーリ300に伝動する。第2関節374の回転は
それに固定されたプーリ315を回転させる。このプー
リの回転は順応性の腱320を回転しない固定プーリの
周りに巻き付けあるいは巻き戻し、それにより第1関節
372の周りの運動を生じる。かくして、第1関節の運
動は第2関節の作働に依存し、関節間の相対偏倚はプー
リの直径比によって支配される。順応部325は一端第
1関節が抵抗に遭遇したら第2関節を連続して運動させ
る。第1関節の運動を阻止する抵抗力の大きさは順応部
325のばね常数を調整することにより制御される。従
って、2つの関節の相対運動は結合されるがそれは順応
運動である。
【0039】順応性部材で結合した関節の利点は、物体
の形状に順応することである。関節が剛性結合の場合に
は関節の各増分に対してただ一組の関節角度しかない。
従って、少なくとも2つの掌面で握持する物品の形状が
わずかな変動範囲でのみ使用出来るに過ぎない。実施に
は、大抵の物品は単一点で剛性のフィンガに接触する。
順応性の腱が使用される、フィンガは物品を包み込み又
少なくとも二つの異なった表面の内面に少なくとも一つ
の接触点を生じる。図示のフィンガの腱かけ通しは閉鎖
時にのみ順応性であるから大きな接触力を作用出来る。
しかし、順応性の腱は剛性結合の関節の不都合を除去し
て多重接触点を可能にする。
の形状に順応することである。関節が剛性結合の場合に
は関節の各増分に対してただ一組の関節角度しかない。
従って、少なくとも2つの掌面で握持する物品の形状が
わずかな変動範囲でのみ使用出来るに過ぎない。実施に
は、大抵の物品は単一点で剛性のフィンガに接触する。
順応性の腱が使用される、フィンガは物品を包み込み又
少なくとも二つの異なった表面の内面に少なくとも一つ
の接触点を生じる。図示のフィンガの腱かけ通しは閉鎖
時にのみ順応性であるから大きな接触力を作用出来る。
しかし、順応性の腱は剛性結合の関節の不都合を除去し
て多重接触点を可能にする。
【0040】図7A〜図7Eに示したように本発明の他
の実施例は掌20及びフィンガ30、40、45の新規
な構造である。好ましい実施例においては1つのフィン
ガ30は固定であり、その掌軸70の周りに回転しな
い。しかし2つのフィンガは同一回転角度で且つ反対方
向に回転する。これらのフィンガの回転は単一の作働装
置80による駆動で得られる。したがって、本発明の掌
とフィンガの関係は掌20の周りに1自由度の運動を許
容する。この構成により掌20はフィンガ30、40、
45と相互作用して物品の取扱の際に工具として使用さ
れる。したがって、掌は20は物品を保持する台とか
け、押しつけるとかの表面として使用できる。しかし触
角センサ210を情報収集装置として組み込めば物品の
徴表を得ることができる。触角センサ210は掌20の
面上に位置して物品の接触位置に関する情報を制御装置
250へ送り、図3のようにフィンガ30、40、45
の掌側の面上に位置したセンサ200により送られる情
報と一緒に使用される。こうして収集された情報は掌及
びフィンガが協動して作用して、物品の形状に関する情
報をあらかじめプログラム等をしないでも複雑な形状の
物品を確実に握持する。
の実施例は掌20及びフィンガ30、40、45の新規
な構造である。好ましい実施例においては1つのフィン
ガ30は固定であり、その掌軸70の周りに回転しな
い。しかし2つのフィンガは同一回転角度で且つ反対方
向に回転する。これらのフィンガの回転は単一の作働装
置80による駆動で得られる。したがって、本発明の掌
とフィンガの関係は掌20の周りに1自由度の運動を許
容する。この構成により掌20はフィンガ30、40、
45と相互作用して物品の取扱の際に工具として使用さ
れる。したがって、掌は20は物品を保持する台とか
け、押しつけるとかの表面として使用できる。しかし触
角センサ210を情報収集装置として組み込めば物品の
徴表を得ることができる。触角センサ210は掌20の
面上に位置して物品の接触位置に関する情報を制御装置
250へ送り、図3のようにフィンガ30、40、45
の掌側の面上に位置したセンサ200により送られる情
報と一緒に使用される。こうして収集された情報は掌及
びフィンガが協動して作用して、物品の形状に関する情
報をあらかじめプログラム等をしないでも複雑な形状の
物品を確実に握持する。
【0041】図7A〜図7Eに示したように、本発明の
好ましい掌及びフィンガ構造は端部作動子の多様な握持
形態を可能にする。図7Bは可動フィンガ40、45が
一緒に固定フィンガ30から見て掌の反対側に回転して
きた時に(矢印)、生じるはさみグリップを示す。これ
らの2本のフィンガの面内は摩擦による握持であり、は
さみフックで手術を受けたヒトが使用するものとにてい
る。他の握りの形態は図7Cに示す円筒グリップであ
る。これは可動フィンガ40、45が固定フィンガ30
に対抗している場合に生じる。固定フィンガは可動フィ
ンガの間を通ることができるので、この態様は小さな円
筒状物品から大きい四角形の箱形の形状及び寸法を包含
し得る。図7Aに示した球状グリップではフィンガ3
0、40、45は約120度離れている。強力グリップ
ではフィンガの掌側の面は球体を掌へ押しつけ、精密グ
リップでは3点は3側面の指先グリップを形成する。他
のグリップの形態は図7Eに示したように、フィンガ4
0、45をそれらが互いに対向するまで回転させること
により得られる。先端握持モードは物品を操作するのに
使用できる。このグリップは安定性に摩擦を利用してい
るが、起き方のぎこちない場合にまたは小さな物体を操
作するのに有用である。最後の図7Dに示したように鈎
グリップはフィンガの3つのグリップ形態を掌の面と共
に使用する。これによると2種類のグリップが可能とな
る。一つはフィンガが鈎状をなしている場合にハンドル
等の物品を握持する消極グリップであり、他は3つのフ
ィンガで物品を掌に押しつける態様である積極グリップ
である。このグリップは包み込み形式のグリップができ
ない場合に他のハンドと協動して大きな平面状の物品例
えばテーブルの端部を持ち上げるのに有用である。
好ましい掌及びフィンガ構造は端部作動子の多様な握持
形態を可能にする。図7Bは可動フィンガ40、45が
一緒に固定フィンガ30から見て掌の反対側に回転して
きた時に(矢印)、生じるはさみグリップを示す。これ
らの2本のフィンガの面内は摩擦による握持であり、は
さみフックで手術を受けたヒトが使用するものとにてい
る。他の握りの形態は図7Cに示す円筒グリップであ
る。これは可動フィンガ40、45が固定フィンガ30
に対抗している場合に生じる。固定フィンガは可動フィ
ンガの間を通ることができるので、この態様は小さな円
筒状物品から大きい四角形の箱形の形状及び寸法を包含
し得る。図7Aに示した球状グリップではフィンガ3
0、40、45は約120度離れている。強力グリップ
ではフィンガの掌側の面は球体を掌へ押しつけ、精密グ
リップでは3点は3側面の指先グリップを形成する。他
のグリップの形態は図7Eに示したように、フィンガ4
0、45をそれらが互いに対向するまで回転させること
により得られる。先端握持モードは物品を操作するのに
使用できる。このグリップは安定性に摩擦を利用してい
るが、起き方のぎこちない場合にまたは小さな物体を操
作するのに有用である。最後の図7Dに示したように鈎
グリップはフィンガの3つのグリップ形態を掌の面と共
に使用する。これによると2種類のグリップが可能とな
る。一つはフィンガが鈎状をなしている場合にハンドル
等の物品を握持する消極グリップであり、他は3つのフ
ィンガで物品を掌に押しつける態様である積極グリップ
である。このグリップは包み込み形式のグリップができ
ない場合に他のハンドと協動して大きな平面状の物品例
えばテーブルの端部を持ち上げるのに有用である。
【0042】本発明の他の重要な特徴は上記の装置の制
御である。本発明の各種の特徴は好ましくは図1に示し
たハンド組立体と組み合わせる。本発明にしたがって構
成したハンドの制御はハンド自体に備わった機械的なイ
ンテリジェンス(器用さ)によりおおいに単純化され、関
節運動をししかも包み込み握りを行うことができるハン
ドに関連したコンピュータ費用を節約する。図8には好
ましいグリップ(握持)計画アルゴリズムを示す。
御である。本発明の各種の特徴は好ましくは図1に示し
たハンド組立体と組み合わせる。本発明にしたがって構
成したハンドの制御はハンド自体に備わった機械的なイ
ンテリジェンス(器用さ)によりおおいに単純化され、関
節運動をししかも包み込み握りを行うことができるハン
ドに関連したコンピュータ費用を節約する。図8には好
ましいグリップ(握持)計画アルゴリズムを示す。
【0043】図8に示したアルゴリズムの基本的な目的
は方針を探ることにより握持動作を実行し計画を単純化
することである。研究によると黙視観察やレーザ観察装
置のような遠隔センサに加えて積極センサを使用するこ
とが必要なことがわかったその上、人の心理的な研究に
より重量や体積のような構造上の特性を決定するのに物
品の安定性の考慮及び運動を必要とする多数の探究手順
が定められている。物品の特徴に対する事前の知識がほ
とんどない場合には、フィンガの物品との接触位置を計
算するのに物品の詳細な情報を必要とする洗練された握
時計画ルーチンを実行することはできない。
は方針を探ることにより握持動作を実行し計画を単純化
することである。研究によると黙視観察やレーザ観察装
置のような遠隔センサに加えて積極センサを使用するこ
とが必要なことがわかったその上、人の心理的な研究に
より重量や体積のような構造上の特性を決定するのに物
品の安定性の考慮及び運動を必要とする多数の探究手順
が定められている。物品の特徴に対する事前の知識がほ
とんどない場合には、フィンガの物品との接触位置を計
算するのに物品の詳細な情報を必要とする洗練された握
時計画ルーチンを実行することはできない。
【0044】本発明にしたがって構成されたフィンガ及
び他のフィンガは物品に合わせて自分自身を成形する。
安定した握持はしたがって近似的な空間位置以上のもの
が得られる。このアルゴリズムの相互作用的な性格によ
り、取り扱い装置及び制御装置は引き続く握持動作の間
に集積された物品の形状に関する情報を処理及び結合す
ることにより物品について知ることができる。
び他のフィンガは物品に合わせて自分自身を成形する。
安定した握持はしたがって近似的な空間位置以上のもの
が得られる。このアルゴリズムの相互作用的な性格によ
り、取り扱い装置及び制御装置は引き続く握持動作の間
に集積された物品の形状に関する情報を処理及び結合す
ることにより物品について知ることができる。
【0045】図8を参照すると、握時計画アルゴリズム
は適当な開始場所400で始まる。この時点では制御装
置は取扱装置を位置決めし、フィンガを握持動作の開始
を行う適当な位置にセットする。ステップ410は「リ
ーチ」とラベルしてある。このステップが実行される
と、ロボットの腕は掌が物品に接触するまで移動する。
このステップはまずロボット腕が荒い取扱を実行するた
めの取扱及び制御能力に依存している。ロボット腕の制
御装置はこれらの運動を物品との接触を感知する掌の面
上の触角センサからの情報に基づいて行う。
は適当な開始場所400で始まる。この時点では制御装
置は取扱装置を位置決めし、フィンガを握持動作の開始
を行う適当な位置にセットする。ステップ410は「リ
ーチ」とラベルしてある。このステップが実行される
と、ロボットの腕は掌が物品に接触するまで移動する。
このステップはまずロボット腕が荒い取扱を実行するた
めの取扱及び制御能力に依存している。ロボット腕の制
御装置はこれらの運動を物品との接触を感知する掌の面
上の触角センサからの情報に基づいて行う。
【0046】ハンド制御装置は実際の握持をステップ4
20「フレックス」のステップで実行する。このステッ
プの実行は特定数の関節に結合するリンクとの接触がな
されるまでフィンガを閉じる動作である。好ましい実施
例では、図示のアルゴリズムは本発明により構成された
ハンドと共に実行される。したがって、フィンガは接触
が掌と第1関節、を結合するリンク及びフィンガ先端を
含むリンクであって第2関節に結合されたものに対して
なされるまで閉じられる。制御装置は末端リンクがフィ
ンガの末端への接触が、数種の望ましくない条件、例え
ば物品が遠過ぎるとか、小さ過ぎて安定したハンドの包
み込みが型のグリップができないとかの条件を表示でき
ることを認識するようにプログラムされている。このス
テップでハンドの制御装置及び腕の制御装置は関節角度
をほぼ等しく保ち、それにより物品をハンドのグリップ
内に位置付けるように作用する。好ましいアルゴリズム
の第1の判断ステップはステップ430「閉鎖」で表さ
れている。閉鎖は安定な握持が得られるかどうかを決定
するのに必要な計算を行うブール演算である。閉鎖の安
定性を決定するのに必要なパラメータの検討に対しては
公知例がある。このアルゴリズムはまた握持を維持する
のに必要なトルクを計算する。もしも握持が所定の安定
性を決定するパラメータの範囲に入れば、アルゴリズム
はステップ440「絞り」を実行する。これはモータの
トルクを握持に必要な値に増す。このステップの後で、
握持アルゴリズムは終了し、ハンド制御装置が他の命令
を待つ。しかしもしも十分に握持が安定でないと決定さ
れたら、ステップ450「フレックスなし」が実行さ
れ、ハンドのフィンガは元の開放位置に復帰する。最後
に「フレックスなし」が実行された後に第6のステップ
460「後退」が実行される。後退中に腕は握持される
物品から離れる。この制御ステップ、例えばリーチはハ
ンドが取りつけてある腕の制御及び運動能力に依存して
いる。
20「フレックス」のステップで実行する。このステッ
プの実行は特定数の関節に結合するリンクとの接触がな
されるまでフィンガを閉じる動作である。好ましい実施
例では、図示のアルゴリズムは本発明により構成された
ハンドと共に実行される。したがって、フィンガは接触
が掌と第1関節、を結合するリンク及びフィンガ先端を
含むリンクであって第2関節に結合されたものに対して
なされるまで閉じられる。制御装置は末端リンクがフィ
ンガの末端への接触が、数種の望ましくない条件、例え
ば物品が遠過ぎるとか、小さ過ぎて安定したハンドの包
み込みが型のグリップができないとかの条件を表示でき
ることを認識するようにプログラムされている。このス
テップでハンドの制御装置及び腕の制御装置は関節角度
をほぼ等しく保ち、それにより物品をハンドのグリップ
内に位置付けるように作用する。好ましいアルゴリズム
の第1の判断ステップはステップ430「閉鎖」で表さ
れている。閉鎖は安定な握持が得られるかどうかを決定
するのに必要な計算を行うブール演算である。閉鎖の安
定性を決定するのに必要なパラメータの検討に対しては
公知例がある。このアルゴリズムはまた握持を維持する
のに必要なトルクを計算する。もしも握持が所定の安定
性を決定するパラメータの範囲に入れば、アルゴリズム
はステップ440「絞り」を実行する。これはモータの
トルクを握持に必要な値に増す。このステップの後で、
握持アルゴリズムは終了し、ハンド制御装置が他の命令
を待つ。しかしもしも十分に握持が安定でないと決定さ
れたら、ステップ450「フレックスなし」が実行さ
れ、ハンドのフィンガは元の開放位置に復帰する。最後
に「フレックスなし」が実行された後に第6のステップ
460「後退」が実行される。後退中に腕は握持される
物品から離れる。この制御ステップ、例えばリーチはハ
ンドが取りつけてある腕の制御及び運動能力に依存して
いる。
【0047】本発明の方法により意図されている握持計
画の相互作用的な性格はステップ470「握り」を参照
することによりわかる。このステップはロボットの腕と
ハンドが次の握持実行の試みのために従うべき軌跡を含
む。実行される計算は前回までの握持の試みから収集し
た情報、物品及び実行する仕事の蓄積情報を使用するこ
とができ、あるいは、最も簡単には腕を所定の位置に整
列させることができる。例えば、好ましい例では、後退
ステップの後、腕が接近する角度を15度修正すること
ができる。握りの計算及び命令が実行されたら、ステッ
プ480「再配置」に進み腕を次の握持動作に進める。
アルゴリズムはリセットされ矢印のように「リーチ」に
行き、安定握持が再び探索される。各種の相互作用的な
握持は、各不安定性が物品の空間特性及び配向に関する
情報に加えられる。この情報は更なる握持、蓄積、また
は後日のための他の情報に合体されるように処理でき
る。
画の相互作用的な性格はステップ470「握り」を参照
することによりわかる。このステップはロボットの腕と
ハンドが次の握持実行の試みのために従うべき軌跡を含
む。実行される計算は前回までの握持の試みから収集し
た情報、物品及び実行する仕事の蓄積情報を使用するこ
とができ、あるいは、最も簡単には腕を所定の位置に整
列させることができる。例えば、好ましい例では、後退
ステップの後、腕が接近する角度を15度修正すること
ができる。握りの計算及び命令が実行されたら、ステッ
プ480「再配置」に進み腕を次の握持動作に進める。
アルゴリズムはリセットされ矢印のように「リーチ」に
行き、安定握持が再び探索される。各種の相互作用的な
握持は、各不安定性が物品の空間特性及び配向に関する
情報に加えられる。この情報は更なる握持、蓄積、また
は後日のための他の情報に合体されるように処理でき
る。
【0048】以上に若千の実施例を特に説明したが、本
発明の範囲内で他の実施例が可能なことは当業者には明
らかであろう。本発明は上に記載の相対寸法に拘束され
るものではなく広範囲な構造に適用可能であるものと理
解されたい。新規なクラッチ機構は同様にここに開示し
た相対寸法及び用途に限定されない。
発明の範囲内で他の実施例が可能なことは当業者には明
らかであろう。本発明は上に記載の相対寸法に拘束され
るものではなく広範囲な構造に適用可能であるものと理
解されたい。新規なクラッチ機構は同様にここに開示し
た相対寸法及び用途に限定されない。
【図1】図1は本発明により構成したロボットハンドの
斜視図である。
斜視図である。
【図2】図2は本発明により構成したフィンガ関節、
掌、フィンガ構造を示す平面図である。
掌、フィンガ構造を示す平面図である。
【図3】図3は本発明に従って構成したロボットフィン
ガと駆動手段の一部破断側面図である。
ガと駆動手段の一部破断側面図である。
【図4】図4は図3の線4−4に沿った、本発明に従っ
て構成した解離グリップ駆動手段の部分断面側面図であ
る。
て構成した解離グリップ駆動手段の部分断面側面図であ
る。
【図5】図5は図3に示したフィンガの正面図で、関節
作働のある面を示す図である。
作働のある面を示す図である。
【図6】図6は本発明のフィンガの他の実施例を示す図
である。
である。
【図7】図7Aないし図7Eは本発明のハンドによって
達成できる各種の握持を一度に示す説明図である。
達成できる各種の握持を一度に示す説明図である。
【図8】図8は本発明の原理を使用して物品を握持する
方法を示す流れ図である。
方法を示す流れ図である。
10 ロボットハンド装置 20 掌 30 静止フィンガ 40 第1の回転フィンガ 45 第2の回転フィンガ 50 グリップ駆動装置 60 掌リンク 62 第1リンク 64 第2リンク 66、68 面 70 掌軸 72 第1関節 74 第2関節 80 握り駆動装置 100 クラッチ 101 ウオームねじ 102 解離クラッチ 103 ねじ孔 104 ねじ筋 105 駆動歯車 106 軸受又は保持子 107 円筒部 110 クラッチ部 111 ねじ筋 120 ウオーム歯車 130 平歯車 135 平滑な孔 140 平滑軸 150 止めねじ 152 ねじ孔 155 硬質先端 160 弾性手段 170 回転軸受け 172 回転軸受 175 駆動モータ又は装置 200 触覚センサ及びフィードバック手段 250 ハンド制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 15/08 B25J 13/00 JICSTファイル(JOIS)
Claims (1)
- 【請求項1】(a)該物品を包み込みあるいは固定する
ことが出来る物品を握持する装置を複数個設けた取り扱
い装置であって前記複数の握時する装置の1つは固定で
ありその他の握持する装置は前記固定の握持する装置に
対して相対的に回転できるものを用い、前記握持する装
置を延伸させ、 (b)握持すべき物品の接触を感知し、 (c)前記握持する装置を閉鎖方向に駆動して前記物品
の一部を実質的に包み込み、そして (d)行なわれた握持が物品を移動させるのに実質的に
安定かどうかを、握持すべき物品が接触する前記握持す
る装置の箇所を検出し、この情報を計算機に送ること
と、この送られた情報から握持が安定かどうかを計算す
ることにより決定し、もし、行なわれた握持が安定なら
前記握持する装置を完全に閉じ、もしそうでないならば
前記握持する装置を開放させ、前記取り扱い装置を後退
させ、再配置した後、新たな上記(a)の握持動作を開
始させること、よりなる物品の握持方法。
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