JP5434766B2 - ロボットハンド - Google Patents

Description

本発明はロボットハンドに関する。

この種の技術として、多品種のワークを把持可能な産業用ロボットのハンド装置を開示している。このハンド装置は、フレームと、フレームに回転可能に支持される２個のＬ字状フィンガーとを備えた一般的構成となっている。そして、２個のＬ字状フィンガーがサーボモータによって回転駆動され、２個のＬ字状フィンガーが近接することで、２個のＬ字状フィンガーがワークを挟み込むようになっている。

特開２００９−２０２３３２号公報

しかし、上記特許文献１のハンド装置は、あくまでワークを把持する機能しか有さず、改善の余地が残されていた。

本願発明の目的は、新たな機能を搭載したロボットハンドを提供することにある。

本願発明の観点によれば、物体を挟み込んで把持するために複数の指本体を備えたロボットハンドは、以下のように構成されている。即ち、前記複数の指本体のうち少なくとも何れかの指本体には、その指本体の把持面と反対側の反把持面に、他の物体を引っ掛けることが可能な引っ掛け部が形成されている。◆以上の構成によれば、前記ロボットハンドが、単に物体を把持するだけでなく、他の物体を引っ掛けておくことができるようになる。

上記のロボットハンドは更に以下のように構成されている。即ち、前記引っ掛け部は、前記指本体の前記反把持面に凹状に形成されている。◆以上の形状によれば、前記引っ掛け部に引っ掛けた物体が前記引っ掛け部からずれてしまうのを簡素な形状で抑えることができる。

上記のロボットハンドは更に以下のように構成されている。即ち、前記引っ掛け部に凹凸面が形成されている。◆以上の構成によれば、前記引っ掛け部に引っ掛けた物体が前記引っ掛け部から一層ずれにくくなる。

上記のロボットハンドは更に以下のように構成されている。即ち、前記指本体は３本で設けられる。各指本体は、前記３本の指本体の中心に向かう法線を有する第１の面が形成される。隣り合う一対の指本体の夫々には、互いに平行となる第２の面が形成されている。◆以上の構成によれば、円柱状物体や球状物体、角柱状物体、サイコロ状物体をしっかりと把持できるようになる。

上記のロボットハンドは更に以下のように構成されている。即ち、各指本体の先端部には、把持側に突出した突部が形成されている。◆以上の構成によれば、把持した物体を前記指本体の基端部側に向けて安定的に保持することが可能となる。

本願発明によれば、前記ロボットハンドが、単に物体を把持するだけでなく、他の物体を引っ掛けておくことができるようになる。

第１実施形態に係るロボットハンドの斜視図 ロボットハンドの概略側面図 手提げバッグを引っ掛けた状態のロボットハンドの概略側面図 ボールを把持した状態のロボットハンドの概略側面図 指本体の端面図 ボールを把持した状態の指本体の端面図 ブロックを把持した状態の指本体の端面図 ブロックを把持した状態の指本体の端面図 指本体の開閉動作を示すロボットハンドの概略側面図 第２実施形態に係るロボットハンドの概略側面図 第３実施形態に係るロボットハンドの概略側面図 ボールを把持した状態のロボットハンドの概略側面図 第４実施形態に係るロボットハンドが備えた動力伝達機構の平面図 上記動力伝達機構の作動説明図 上記動力伝達機構の作動説明図 第５実施形態に係るロボットハンドが備えた動力伝達機構の平面図

（第一実施形態）
以下、図１〜図９を参照しつつ、本願発明の第１実施形態について説明する。

図１に示すようにロボットハンド１は、略示のベース２と、ベース２に固定されたリンクベース３と、リンクベース３にリンク４を介して支持された３本の指本体５と、を主たる構成として備えている。

本実施形態において３本の指本体５は、リンク４を介してリンクベース３に支持されることで、ベース２の軸心Cに対して近づいたり軸心Cから離れたりする開閉動作ができるようになっている。そして、３本の指本体５は上記開閉動作によって円柱状物体や球状物体、角柱状物体、サイコロ状物体などの物体を把持する。

図２には、ロボットハンド１の側面図を概略的に示している。即ち、本実施形態に係るロボットハンド１の特徴を説明するために、便宜上、ロボットハンド１が２本の指本体５を備えている構成を用いる。

図２に示すように上記のリンク４は、リンク長の異なる基端側リンク６と、先端側リンク７と、によって構成されている。基端側リンク６は、基端がリンクベース３に回転可能に接続され、先端が指本体５の基端部５ａに回転可能に接続されている。先端側リンク７は、基端がリンクベース３に回転可能に接続され、先端が指本体５の中途部５ｂに回転可能に接続されている。更に、リンクベース３には図示しない駆動モータが設けられており、駆動モータを適宜に制御することで、基端側リンク６のリンクベース３に対する姿勢、即ち、指本体５のリンクベース３に対する姿勢を適宜に制御できるようになっている。なお、本実施形態において基端側リンク６のリンク長は、先端側リンク７のリンク長よりも図２に示すように短く設定されている。

また、図２に示す指本体５の先端部５ｃには、ロボットハンド１の把持側に突出した突部９が形成されている。突部９は、指本体５の把持面８に形成されている。一方、指本体５の把持面８と反対側の反把持面１０には、図３に示すように、例えば手提げバッグ１２（他の物体）の紐部１３を引っ掛けることが可能な引っ掛け部１１が形成されている。この引っ掛け部１１は、具体的には反把持面１０に凹状に形成されている。

図４に示すように、ロボットハンド１の指本体５でボール１４（球状物体）を把持する際は、指本体５の先端部５ｃに形成された突部９が、ボール１４の重心Gよりもリンクベース３と反対側に対して接することになる。従って、突部９は、ボール１４をリンクベース３（基端部５ａ）側に押し込もうとする押し込み力Fを発生させる。この押し込み力Fの存在により、ボール１４は指本体５の先端側に抜け出ないように拘束され、もって、指本体５によるボール１４の安定的な把持が実現されている。

次に、図５〜図８を参照しつつ、各指本体５の先端部５ｃの断面形状について説明する。各指本体５の先端部５ｃには軸心C（図１を併せて参照）に向かう法線を有する第１支持面５ｄ（第１の面）が形成されている。図５に示す軸心Cは、３本の指本体５の図５の断面視における中心に相当している。また、図５の断面視で隣り合う一対の指本体５の夫々には、互いに平行となる第２支持面５ｅ（第２の面）が形成されている。なお、図５に示される３本の指本体５のうち紙面下側に示される指本体５の先端部５ｃでは、上記の第１支持面５ｄと第２支持面５ｅが同一面となっている。

この構成によると、図６に示すようにロボットハンド１の指本体５でボール１４を把持する際は、ボール１４に対して指本体５の先端部５ｃの第１支持面５ｄが接触することになる。即ち、ボール１４を面で把持することができるので、ボール１４の表面に傷を付ける心配がない。また、曲面同士の接触よりも、曲面と平面との接触の方が接触面積を多く確保できるので、この点、上記の構成は、広い接触面積でボール１４を保持することが可能となる。この効果は、把持対象の物体がボール１４の場合ではなく、円柱状物体であったとしても有効に奏される。

また、図７及び図８に示すようにロボットハンド１の指本体５でブロック１５（角柱状物体）を把持する際は、ブロック１５に対して指本体５の先端部５ｃの第２支持面５ｅが接触することになる。即ち、ブロック１５を面で把持することができるので、ブロック１５の表面に傷を付ける心配がない。また、曲面と平面との接触よりも、平面同士の接触の方が接触面積を多く確保できるので、この点、上記の構成は、広い接触面積でブロック１５を保持することが可能となる。この効果は、把持対象の物体がブロック１５の場合ではなく、サイコロ状物体であったとしても有効に奏される。

次に、図２及び図９を参照しつつリンク４について説明する。図２に示すようにリンク４は基端側リンク６と先端側リンク７から構成されており、基端側リンク６のリンク長は、先端側リンク７のリンク長より短くなっている。従って、指本体５を開閉動作させると、図９（ａ）に示すように開いた状態では指本体５の先端部５ｃが基端部５ａよりも大胆に大きく開き（符号ｘ参照）、一方で、図９（ｂ）に示すように閉じた状態では指本体５の先端部５ｃは基端部５ａよりも狭くなっている（符号ｙ参照）。このようにメリハリのある開閉動作を実現することで、大きな物体から小さな物体まで、幅広く把持することが可能となる。

（まとめ）
（１）以上説明したように上記実施形態において、例えばボール１４やブロック１５といった物体を挟み込んで把持するために複数の指本体５を備えたロボットハンド１は、以下のように構成されている。即ち、指本体５には、その指本体５の把持面８と反対側の反把持面１０に、例えば手提げバッグ１２といった他の物体を引っ掛けることが可能な引っ掛け部１１が形成されている。◆以上の構成によれば、前記ロボットハンド１が、単に物体を把持するだけでなく、他の物体を引っ掛けておくことができるようになる。

（２）また、引っ掛け部１１は、指本体５の反把持面１０に凹状に形成されている。◆以上の形状によれば、前記引っ掛け部１１に引っ掛けた物体が引っ掛け部１１からずれてしまうのを簡素な形状で抑えることができる。

（３）また、指本体５は３本で設けられる。各指本体５は、軸心Cに向かう法線を有する第１支持面５ｄが形成される。隣り合う一対の指本体５の夫々には、互いに平行となる第２支持面５ｅが形成されている。◆以上の構成によれば、円柱状物体や球状物体、角柱状物体、サイコロ状物体をしっかりと把持できるようになる。

（４）また、各指本体５の先端部５ｃには、把持側に突出した突部９が形成されている。◆以上の構成によれば、把持した物体を指本体５の基端部５ａ側に向けて安定的に保持することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、図１０を参照しつつ、本願発明の第２実施形態を説明する。ここでは、本実施形態が上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は適宜割愛する。また、上記第１実施形態の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。

上記第１実施形態に係る引っ掛け部１１の底面１１ａは、図２に示すように平面状とした。しかし、これに代えて本実施形態では、引っ掛け部１１の底面１１ａに凹凸面を形成している。即ち、引っ掛け部１１の底面１１ａを図９に示すように凹凸状とした。

（まとめ）
（５）以上説明したように本実施形態において、引っ掛け部１１に凹凸面１１ａが形成されている。◆以上の構成によれば、引っ掛け部１１に引っ掛けた物体が引っ掛け部１１から一層ずれにくくなる。

（第３実施形態）
次に、図１１〜１２を参照しつつ、本願発明の第３実施形態を説明する。ここでは、本実施形態が上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は適宜割愛する。また、上記第１実施形態の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。

本実施形態において指本体５の把持面８には、例えばウレタンゴムやシリコンゴムなどの柔軟物質によって構成されたクッション１６が形成されている。このクッション１６によれば、図１１に示すようにクッション１６がボール１４の外周面に対して広い面積で接触することになるから、結果的に、指本体５とボール１４との接触面積を一層大きく確保することができる。

（第４実施形態）
次に、図１３〜１５を参照しつつ、本願発明の第４実施形態を説明する。ここでは、本実施形態が上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は適宜割愛する。また、上記第１実施形態の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。

本実施形態では、リンクベース３に内蔵された図略の駆動モータと、リンク４の基端側リンク６と、の間の動力伝達機構Pを以下のように構成している。即ち、駆動モータ側のギヤ１７に第１摩擦材１８を固定的に設け、基端側リンク６に第２摩擦材１９を固定的に設ける。そして、第１摩擦材１８と第２摩擦材１９が相互に押し付けられるようにバネ３０を設ける。この構成によれば、図１４に示すように指本体５によってボール１４を把持した際に、誤って指本体５に過度なトルクTが発生しても、図１３の第１摩擦材１８と第２摩擦材１９間での滑りにより、指本体５がボール１４を押しつぶすことがない。また、図１５に示すように障害物２０が指本体５に意図せずに衝突した場合も、第１摩擦材１８と第２摩擦材１９間での滑りにより、障害物２０が指本体５との衝突によって傷が付くのを回避することができる。

（第５実施形態）
次に、図１６を参照しつつ、本願発明の第５実施形態を説明する。ここでは、本実施形態が上記第４実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は適宜割愛する。また、上記第４実施形態の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。

本実施形態では、上記第４実施形態の第１摩擦材１８と第２摩擦材１９が省略されており、ギヤ１７と基端側リンク６とが相互に直接、押し付けられるように構成されている。そして、ギヤ１７と基端側リンク６との間に所定以上のトルクが発生した場合、ギヤ１７と基端側リンク６間で滑りが発生するように構成されている。この場合でも、上記第４実施形態と同様、指本体５がボール１４を押しつぶすこともないし、指本体５に衝突した障害物２０に傷が付くのを回避することができる。

１ ロボットハンド
２ ベース
３ リンクベース
４ リンク
５ 指本体

Claims (5)

1. リンクベースと、
   複数のリンクと、
   前記複数のリンクを介して前記リンクベースに夫々支持され、物体を挟み込んで把持する複数の指本体と、
   を備えたロボットハンドであって、
   前記各リンクは、
   基端が前記リンクベースに回転可能に接続され、先端が前記各指本体の基端部に回転可能に接続される基端側リンクと、
   基端が前記リンクベースに回転可能に接続され、先端が前記各指本体の中途部に回転可能に接続される先端側リンクと、
   を有し、
   前記基端側リンクのリンク長は、前記先端側リンクのリンク長より短く設定され、
   前記複数の指本体のうち少なくとも何れかの指本体には、その指本体の把持面と反対側の反把持面に、他の物体を引っ掛けることが可能な引っ掛け部が形成されている、
   ロボットハンド。
2. 請求項１に記載のロボットハンドであって、
   前記引っ掛け部は、前記指本体の前記反把持面に凹状に形成されている、
   ロボットハンド。
3. 請求項２に記載のロボットハンドであって、
   前記引っ掛け部に凹凸面が形成されている、
   ロボットハンド。
4. 請求項１〜３の何れかに記載のロボットハンドであって、
   前記指本体は３本で設けられ、
   各指本体は、前記３本の指本体の中心に向かう法線を有する第１の面が形成され、
   隣り合う一対の指本体の夫々には、互いに平行となる第２の面が形成されており、
   球体又は円柱状物体を把持する際は、前記第１の面が、前記球体又は前記円柱状物体に対して接触し、
   立方体又は角柱状物体を把持する際は、前記第２の面が、前記立方体又は前記角柱状物体に対して接触する、
   ロボットハンド。
5. 請求項１〜４の何れかに記載のロボットハンドであって、
   各指本体の先端部には、把持側に突出した突部が形成されている、
   ロボットハンド。

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