JP5306948B2

JP5306948B2 - マニプレータ装置

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Publication number: JP5306948B2
Application number: JP2009209447A
Authority: JP
Inventors: 淳一中野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-09-10
Also published as: CN102019617A; CN102019617B; JP2011056627A

Description

本発明は、ハンドおよびマニプレータ装置に関する。詳しくは、ワークを把持するハンドおよびマニプレータ装置に関する。

従来より、ロボットのハンドにより、異なる大きさのワークを把持して、トレイに搬送することが行われている。このハンドは、例えば、ハウジングと、このハウジングに開閉可能に支持された一対のアームと、ピストンを進退させることでアームを開閉させるリンク機構と、アームの先端に設けられたクランプ爪と、を備える（特許文献１参照）。

このハンドによれば、ピストンを進退させることで、ワークの大きさに応じてリンクの開き幅を調整して、クランプ爪の間隔を調整できるから、異なる大きさのワークを把持できる。

特開２００６−２６９７９３号公報

しかしながら、上述のようなハンドの構造では、リンク機構によりこのピストンの進退運動をアームの開閉運動に変換するので、アームの開き幅によって把持力が異なる、という問題があった。
また、リンク機構を設けることにより、ハンドが複雑な構造となり、ハンドが大型化する、という問題があった。

本発明は、ワークの大きさが変化しても把持力を一定にでき、かつ、小型化を実現できるハンドおよびマニプレータ装置を提供することを目的とする。

本発明のマニプレータ装置（例えば、後述のマニプレータ装置１）は、筒状のワーク（例えば、後述のワークＷ _１〜Ｗ _６）を把持するハンドおよび当該ハンドの３次元空間上の位置を変化させるアーム（例えば、後述のアーム６）を有するロボット（例えば、後述のロボット２）と、当該ロボットを制御する制御手段と、を備えるマニプレータ装置であって、前記ハンドは、前記アームの先端に固定された固定部（例えば、後述の固定部２０）と、当該固定部に接近または離間可能な可動部（例えば、後述の可動部３０）と、を備え、前記固定部および前記可動部の一方は、直線上に配置され且つ所定方向に互いに平行に延出する２本の第１フィンガ（例えば、後述の第１フィンガ２２Ａ、２２Ｂ）を有し、前記固定部および前記可動部の他方は、直線上に配置され且つ前記第１フィンガに対して平行に延出する３本の第２フィンガを有し、前記可動部は、前記第２フィンガが前記第１フィンガに対して平行である状態を維持しつつ移動することで、当該固定部に対して接近または離間可能であり、前記３本の第２フィンガ（例えば、後述の第２フィンガ３２Ａ〜３２Ｃ）のうち、一方の端に位置するフィンガと中央に位置するフィンガとの距離（例えば、後述の間隔ｔ _１）は、他方の端に位置するフィンガと中央に位置するフィンガとの距離（例えば、後述の間隔ｔ _２）より大きく、前記２本の第１フィンガの一方のフィンガは、前記３本の第２フィンガの一方の端に位置するフィンガと中央に位置するフィンガとを結ぶ線分の中点と交差し且つ前記３本の第２フィンガに対して垂直な直線上に配置され、前記２本の第１フィンガの他方のフィンガは、前記３本の第２フィンガの他方の端に位置するフィンガと中央に位置するフィンガとを結ぶ線分の中点と交差し且つ前記３本の第２フィンガに対して垂直な直線上に配置され、前記制御手段は、動作決定手段（例えば、後述の動作決定部４１）と、ロボット制御手段（例えば、後述のロボット制御部４２）とを備え、前記動作決定手段は、前記ワークの内径に基づいて、前記ワークを、前記２本の第１フィンガの一方のフィンガと、前記３本の第２フィンガの一方の端に位置するフィンガと、前記３本の第２フィンガの中央に位置するフィンガと、を用いて把持するか、前記２本の第１フィンガの他方のフィンガと、前記３本の第２フィンガの他方の端に位置するフィンガと、前記３本の第２フィンガの中央に位置するフィンガと、を用いて把持するかを選択し、前記筒状のワークの内径に基づいて、前記筒状のワークを把持するフィンガを、前記筒状のワークの外周面に当接させるか、前記筒状のワークの外周面および内周面に当接させるか、または前記筒状のワークの内周面に当接させるかを選択して当接位置を決定し、さらに、前記可動部の前記固定部に対する移動方向を決定し、前記ロボット制御手段は、前記動作決定手段で決定した前記当接位置に前記ワークを把持するために用いられる第１フィンガおよび第２フィンガを配置し、前記決定した移動方向に前記第２フィンガを移動させることを特徴とする。

また、本発明のマニプレータ装置は、前記制御手段は、前記ワークを撮影する撮影手段（例えば、後述のカメラ３）をさらに備え、前記動作決定手段は、前記撮影手段で撮影した画像に基づいて、前記当接位置を決定することが好ましい。

この発明によれば、第２フィンガが第１フィンガに対して略平行である状態を維持しつつ、可動部を固定部に対して接近または離間させた。可動部が移動する際、この可動部が移動方向に加える力は一定であるので、ワークの大きさが変化しても、把持力を一定にできる。
また、従来のようなリンク機構を設けないので、ハンドの小型化を実現できる。

本発明によれば、第２フィンガが第１フィンガに対して略平行である状態を維持しつつ、可動部を固定部に対して接近または離間させた。可動部が移動する際、この可動部が移動方向に加える力は一定であるので、ワークの大きさが変化しても、把持力を一定にできる。また、従来のようなリンク機構を設けないので、ハンドの小型化を実現できる。

本発明の一実施形態に係るマニプレータ装置の概略構成を示す図である。前記実施形態に係るマニプレータ装置のハンドの側面図および下面図である。前記実施形態に係るハンドの断面図および側面図である。前記実施形態に係るハンドの第１フィンガと第２フィンガとの関係を示す図である。前記実施形態に係るマニプレータ装置の動作を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るマニプレータ装置１の概略構成を示す図である。
マニプレータ装置１は、筒状のワークＷを把持するロボット２と、ワークＷを撮影する撮影手段としてのカメラ３と、カメラ３で撮影した画像に基づいてロボット２を制御する制御装置４と、を備える。
ロボット２は、ワークＷを把持するハンド５と、このハンド５の３次元空間上の位置を変化させるアーム６と、を備える。

図２（ａ）は、ハンド５の側面図であり、図２（ｂ）は、ハンド５の下面図である。図３（ａ）は、ハンド５のＡ−Ａ断面図であり、図３（ｂ）は、ハンド５のＢ−Ｂ側面図である。
ハンド５は、アーム６の先端フランジ面６Ａに固定された基部１０と、この基部１０に固定された固定部２０と、基部１０上を移動することで、この固定部２０に対して接近または離間可能な可動部３０と、を備える。

基部１０は、先端フランジ面６Ａに固定されて先端フランジ面６Ａに略垂直に延出する延出部１１と、この延出部１１の延出方向に沿って延びるレール１２と、を備える。

固定部２０は、延出部１１の先端フランジ面６Ａ側から可動部３０の移動方向に交差する方向に延出する第１軸部２１と、この第１軸部２１から所定方向としての第１軸部２１に交差する方向に延出する２本の第１フィンガ２２Ａ、２２Ｂと、を備える。

第１フィンガ２２Ａ、２２Ｂは、第１軸部２１に互いに略平行に設けられており、基部１０側から第１フィンガ２２Ａ、第１フィンガ２２Ｂの順に並んでいる。

可動部３０は、基部１０のレール１２に沿って移動可能でありかつ固定部２０の第１軸部２１に略平行に延出する第２軸部３１と、この第２軸部３１から第１フィンガ２２Ａ、２２Ｂに略平行に延出する３本の第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと、を備える。

第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、第２軸部３１に互いに略平行に設けられており、基部１０側から第２フィンガ３２Ａ、第２フィンガ３２Ｂ、第２フィンガ３２Ｃの順に並んでいる。
ここで、図４に示すように、第２フィンガ３２Ａと第２フィンガ３２Ｂとの間隔ｔ_１は、第２フィンガ３２Ｂと第２フィンガ３２Ｃとの間隔ｔ_２よりも大きくなっている。また、第１フィンガ２２Ａから可動部３０の移動方向に延びる直線は、第２フィンガ３２Ａと第２フィンガ３２Ｂとの中点を通っている。また、第１フィンガ２２Ｂから可動部３０の移動方向に延びる直線は、第２フィンガ３２Ｂと第２フィンガ３２Ｃとの中点を通っている。

したがって、可動部３０が基部１０のレール１２に沿って移動することで、第１軸部２１は、第２軸部３１に平行な状態を維持しつつ、この第２軸部３１に対して接近または離間することになる。その結果、第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、第１フィンガ２２Ａ、２２Ｂに対して略平行である状態を維持しつつ、この第１フィンガ２２Ａ、２２Ｂに対して接近または離間する。

図１に戻って、制御装置４は、動作決定手段としての動作決定部４１と、ロボット制御手段としてのロボット制御部４２と、を備える。
動作決定部４１は、カメラ３で撮影した画像に基づいて、ワークＷの内周面および外周面のうち第１フィンガ２２Ａ、２２Ｂおよび第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを当接させる当接位置を決定し、さらに、可動部３０の固定部２０に対する移動方向を決定する。

なお、動作決定部４１は、ワークＷの内径に基づいて、フィンガ２２Ａ、２２Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ、３２ＣをワークＷの内周面に当接させるか、ワークＷの外周面に当接させるかを、決定してもよい。例えば、ワッシャやナット等の筒状部材のワークＷについて、ワークＷの内径が所定寸法未満である場合には、ワークＷの外周面に当接させる。
また、ワークＷの内径に基づいて、固定側の第１フィンガ２２Ａ、２２Ｂのうちのどちらを用いてワークＷを把持するかを決定してもよい。例えば、例えば、ワッシャやナット等の筒状部材であるワークＷについて、ワークＷの内径が所定寸法未満である場合には、間隔の狭い第２フィンガ３２Ｂ、３２Ｃに対向する第１フィンガ２２Ｂを用いる。

ロボット制御部４２は、動作決定部４１で決定した当接位置に第１フィンガ２２Ａ、２２Ｂおよび第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを配置し、決定した移動方向に第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを移動させる。
このとき、ロボット制御部４２は、ワークＷの把持に用いることを決定した１本の第１フィンガを基準フィンガとし、この基準フィンガの位置をハンド５の基準位置として、マニプレータ装置１を動作させる。

以上のマニプレータ装置１は、以下のように動作する。
例えば、外径が互いに異なる円筒状のワークＷ_１、Ｗ_２、Ｗ_３、Ｗ_４、Ｗ_５、Ｗ_６を把持するものとする。具体的には、ワークＷの外径は、ワークＷ_１、Ｗ_２、Ｗ_３、Ｗ_４、Ｗ_５、Ｗ_６の順に大きくなる。

外径が最小であるワークＷ_１を把持する場合、図５（ａ）に示すように、第１フィンガ２２Ｂおよび第２フィンガ３２Ｂ、３２ＣをワークＷ_１の外周面に配置する。
ここで、ワークＷがワッシャやナットのような管状部材である場合には、第１フィンガ２２Ｂを基準フィンガとし、この基準フィンガをハンド５の基準位置として、ワークＷ_１の周面に沿って基準フィンガを配置すればよい。これにより、第１フィンガ２２Ｂおよび第２フィンガ３２Ｂ、３２ＣによるワークＷ_１の移動量を極力少なくできる。後述の図５（ｂ）〜（ｆ）についても同様なことがいえる。
次に、第２フィンガ３２Ｂ、３２Ｃを第１フィンガ２２Ｂに接近させて、これら第１フィンガ２２Ｂおよび第２フィンガ３２Ｂ、３２Ｃで、ワークＷ_１の外周面を三方から内向きに力を加えて把持する。

ワークＷ_２を把持する場合、図５（ｂ）に示すように、第１フィンガ２２ＢをワークＷ_２の外周面に配置し、第２フィンガ３２Ｂ、３２ＣをワークＷ_２の内周面に配置する。次に、第２フィンガ３２Ｂ、３２Ｃを第１フィンガ２２Ｂに接近させて、これら第１フィンガ２２Ｂおよび第２フィンガ３２Ｂ、３２Ｃで、ワークＷ_１の一部を挟み込んで把持する。

ワークＷ_３を把持する場合、図５（ｃ）に示すように、第１フィンガ２２Ｂおよび第２フィンガ３２Ｂ、３２ＣをワークＷ_２の内周面に配置する。次に、第２フィンガ３２Ｂ、３２Ｃを第１フィンガ２２Ｂから離間させて、これら第１フィンガ２２Ｂおよび第２フィンガ３２Ｂ、３２Ｃで、ワークＷ_１の内周面に外向きに力を加えて把持する。

ワークＷ_４を把持する場合、図５（ｄ）に示すように、第１フィンガ２２Ａおよび第２フィンガ３２Ａ、３２ＢをワークＷ_４の外周面に配置する。次に、第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂを第１フィンガ２２Ａに接近させて、これら第１フィンガ２２Ａおよび第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂで、ワークＷ_４の外周面を三方から内向きに力を加えて把持する。

ワークＷ_５を把持する場合、図５（ｅ）に示すように、第１フィンガ２２Ａおよび第２フィンガ３２Ａ、３２ＢをワークＷ_５の内周面に配置する。次に、第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂを第１フィンガ２２Ａから離間させて、これら第１フィンガ２２Ａおよび第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂで、ワークＷ_５の内周面に外向きに力を加えて把持する。

ワークＷ_６を把持する場合、図５（ｆ）に示すように、第１フィンガ２２ＡをワークＷ_６の外周面に配置し、第２フィンガ３２Ａ、３２ＢをワークＷ_６の内周面に配置する。次に、第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂを第１フィンガ２２Ａに接近させて、これら第１フィンガ２２Ａおよび第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂで、ワークＷ_６の一部を挟み込んで把持する。

なお、図５（ａ）〜（ｆ）のような動作パターンは、ワークＷの内径に応じて予め決定しておいてもよいし、カメラ３により撮影したワークＷの状況に応じて、複数の動作パターンの中から選択してもよい。この場合、例えば、ハンド５が他の設備に干渉しないように、複数の動作パターンの中から選択する。

以上のように、小さめのワークＷ_１〜Ｗ_３を把持する場合には、第１フィンガ２２Ｂおよび第２フィンガ３２Ｂ、３２Ｃを用いる。一方、大きめのワークＷ_４〜Ｗ_６を把持する場合には、第１フィンガ２２Ａおよび第２フィンガ３２Ａ、３２Ｂを用いる。
さらに、ワークＷ_１〜Ｗ_６の外径の大きさに応じて、内周面で把持したり、外周面で把持したり、内周面および外周面で把持したりする。
換言すると、カメラ３により撮影したワークＷの形状に応じて、より具体的には、ピンのようにワークＷが穴のない形状である場合は、図５（ａ）または図５（ｄ）の動作パターンが選択され、ワッシャ、ナット、茶椀、コップ等のようにワークＷが穴のある形状である場合、図５（ａ）〜（ｆ）の動作パターンの中から選択される。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）第２フィンガ３２Ａ〜３２Ｃが第１フィンガ２２Ａ、２２Ｂに対して略平行である状態を維持しつつ、可動部３０を固定部２０に対して接近または離間させた。可動部３０が移動する際、この可動部３０が移動方向に加える力は一定であるので、ワークＷ_１〜Ｗ_６の大きさが変化しても、把持力を一定にできる。
また、従来のようなリンク機構を設けないので、ハンド５の小型化を実現できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

Ｗ_１〜Ｗ_６ワーク
１マニプレータ装置
２ロボット
３カメラ（撮影手段）
５ハンド
６アーム
２０固定部
２２Ａ、２２Ｂ第１フィンガ
３０可動部
３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ第２フィンガ
４１動作決定部（動作決定手段）
４２ロボット制御部（ロボット制御手段）

Claims

筒状のワークを把持するハンドおよび当該ハンドの３次元空間上の位置を変化させるアームを有するロボットと、当該ロボットを制御する制御手段と、を備えるマニプレータ装置であって、
前記ハンドは、前記アームの先端に固定された固定部と、当該固定部に接近または離間可能な可動部と、を備え、
前記固定部および前記可動部の一方は、直線上に配置され且つ所定方向に互いに平行に延出する２本の第１フィンガを有し、
前記固定部および前記可動部の他方は、直線上に配置され且つ前記第１フィンガに対して平行に延出する３本の第２フィンガを有し、
前記可動部は、前記第２フィンガが前記第１フィンガに対して平行である状態を維持しつつ移動することで、当該固定部に対して接近または離間可能であり、
前記３本の第２フィンガのうち、一方の端に位置するフィンガと中央に位置するフィンガとの距離は、他方の端に位置するフィンガと中央に位置するフィンガとの距離より大きく、
前記２本の第１フィンガの一方のフィンガは、前記３本の第２フィンガの一方の端に位置するフィンガと中央に位置するフィンガとを結ぶ線分の中点と交差し且つ前記３本の第２フィンガに対して垂直な直線上に配置され、
前記２本の第１フィンガの他方のフィンガは、前記３本の第２フィンガの他方の端に位置するフィンガと中央に位置するフィンガとを結ぶ線分の中点と交差し且つ前記３本の第２フィンガに対して垂直な直線上に配置され、
前記制御手段は、動作決定手段と、ロボット制御手段とを備え、
前記動作決定手段は、
前記ワークの内径に基づいて、前記ワークを、前記２本の第１フィンガの一方のフィンガと、前記３本の第２フィンガの一方の端に位置するフィンガと、前記３本の第２フィンガの中央に位置するフィンガと、を用いて把持するか、前記２本の第１フィンガの他方のフィンガと、前記３本の第２フィンガの他方の端に位置するフィンガと、前記３本の第２フィンガの中央に位置するフィンガと、を用いて把持するかを選択し、
前記筒状のワークの内径に基づいて、前記筒状のワークを把持するフィンガを、前記筒状のワークの外周面に当接させるか、前記筒状のワークの外周面および内周面に当接させるか、または前記筒状のワークの内周面に当接させるかを選択して当接位置を決定し、
さらに、前記可動部の前記固定部に対する移動方向を決定し、
前記ロボット制御手段は、前記動作決定手段で決定した前記当接位置に前記ワークを把持するために用いられる第１フィンガおよび第２フィンガを配置し、前記決定した移動方向に前記第２フィンガを移動させることを特徴とするマニプレータ装置。
前記制御手段は、前記ワークを撮影する撮影手段をさらに備え、
前記動作決定手段は、前記撮影手段で撮影した画像に基づいて、前記当接位置を決定することを特徴とする請求項１に記載のマニプレータ装置。