JP5729288B2 - ロボットハンド装置 - Google Patents

Description

この発明は、ロボットハンド装置に関し、特に３本以上の把持爪を有するロボットハンド装置に関する。

従来のロボットハンド装置としては、例えば、特許文献１に開示されたロボットハンドが知られている。特許文献１のロボットハンドは、多関節ロボットの第１アームの先端に取り付けた多種部品対応ハンドを備えている。この多品種部品対応ハンドの基盤には、第１のサーボモータと第２のサーボモータが取り付けられている。各サーボモータのシャフトが基盤に形成された孔を貫通して表面側に突出し、その先端に対応するピニオンがそれぞれ装着されている。基盤の下面には第１〜第４のラックがリニアガイドにより直線往復移動可能に支持されている。この場合、第１、第２のラックは互いに対向した状態でＸ方向に沿って直線移動可能に支持されており、それらのラックが第１のサーボモータに装着されたピニオンに噛合っている。また、第３、第４のラックは互いに対向した状態で第１、第２のラックの移動方向と直交するＹ方向に沿って直線移動可能に支持されており、それらのラックが第２のサーボモータに装着されたピニオンに噛合っている。

このような構成により、第１のサーボモータの駆動に応じて第１、第２のラックがＸ方向に沿って互いに反対方向に直線移動すると共に、第２のサーボモータの駆動に応じて第３、第４のラックがＹ方向に沿って互いに反対方向に直線移動する。第１のラックの端部には第１の指が立設されており、第１のラックの移動に伴ってＸ方向に沿って直線移動するようになっている。また、第２のラックの端部にはスライド部材が固定されていると共に、その両端部には第２、第３の指が立設されており、第２のラックの移動に伴ってＸ方向に沿って直線移動するようになっている。

特開２００４−９０１３４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたロボットハンドは、ラックを案内するリニアガイドを基盤に設けた構成であるため、各指の移動距離を規定するリニアガイドに応じたサイズの基盤が必要となる。つまり、基盤のサイズは、各指の移動距離に応じて決定されるという問題がある。このため、例えば、指の移動距離と比較して小さな小型部品を各指により把持することが可能であっても、把持した小型部品の移動先が狭隘な空間に存在すると、基盤が障害となって多種部品対応ハンドにより部品を移動することができない。また、基盤のサイズを小さくするために各指の移動距離を小さく設定すると、大型の部品が把持不可能となり汎用性が低下する。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、把持爪の移動距離を支持体のサイズの制約を受けることなく設定することが可能なロボットハンド装置の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、３本以上の把持爪と、各把持爪を互いに独立して作動させる駆動源と、前記駆動源を支持する支持体と、を備えたロボットハンド装置であって、前記駆動源は、把持爪毎に配設されたサーボモータであり、前記支持体は、前記サーボモータの出力軸の回転運動を前記把持爪の直線運動に変換するチェビシェフリンク機構と連結され、前記チェビシェフリンク機構は、前記把持爪毎に配設され、前記支持体に接続された固定軸を介して回動可能で、前記チェビシェフリンク機構と連結される平行リンク機構を備え、前記平行リンク機構は、前記チェビシェフリンク機構の出力端と連結される連結リンクと、当該連結リンクと連結され、前記把持爪を設けた把持爪リンクと、前記連結リンクと連結され、前記固定軸を介して前記支持体と連結された第１リンクと、前記把持爪リンクに連結され、前記固定軸を介して前記支持体と連結され、前記固定軸を介して前記第１リンクと接続された第２リンクと、を有していることを特徴とする。

本発明によれば、把持爪はチェビシェフリンク機構を介して支持体に支持され、把持爪の移動距離はチェビシェフリンク機構により規定される。このため、支持体の外側に把持爪を位置させることが可能であり、把持爪の移動距離を支持体のサイズの制約を受けることなく設定することができる。また、平行リンク機構を介してチェビシェフリンク機構と連結される把持爪の移動距離を、チェビシェフリンク機構のみで設定される把持爪の移動距離よりも大きく設定することができる。

また、本発明は、上記のロボットハンド装置において、前記平行リンク機構および前記チェビシェフリンク機構は、前記固定軸の軸心方向に互いに重なるように配置される構成としてもよい。この場合、チェビシェフリンク機構と平行リンク機構は、固定軸の軸心方向に重なるように配置されることから、ロボットハンド装置の小型化を図ることができる。

また、本発明は、上記のロボットハンド装置において、前記平行リンク機構は、前記把持爪の移動距離を前記チェビシェフリンク機構の出力端の移動距離よりも大きく設定する複数のリンク部材を有する構成としてもよい。この場合、平行リンク機構が把持爪の移動距離をさらに大きく設定することができ、相対的にチェビシェフリンク機構の寸法を抑制することができる。

本発明によれば、把持爪の移動距離が把持爪を支持する支持体のサイズと制約を受けることなく設定することが可能なロボットハンド装置を提供することができる。

第１の実施形態に係るロボットハンド装置を備えた多関節ロボットの概略側面図である。 第１の実施形態に係るロボットハンド装置の斜視図である。 第１の実施形態に係るロボットハンド装置の要部を模式的に示した把持爪側から見た底面図である 大型円板形のワークを把持するロボットハンド装置のワーク側から見た底面図である。 小型円柱形のワークを把持するロボットハンド装置のワーク側からみた底面図である。 十字架形のワークを把持するロボットハンド装置のワーク側からみた底面図である。 参考例に係るロボットハンド装置の斜視図である。 参考例に係るロボットハンド装置の要部の側面図である。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係るロボットハンド装置について図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態のロボットハンド装置を備えた多関節ロボット１０の概略側面図である。本実施形態の多関節ロボット１０は、コンベア１１に搬送されたワークＷを所定の位置および姿勢にて把持し、組み付け先等へのワークＷの移動を行う。

多関節ロボット１０は、床面または設備上面に設けられた基台１２を備えている。基台１２は、第１アーム１３の基端部と連結されており、第１アーム１３は回動軸心Ｃ１を中心に基台に対して水平回動する。第１アーム１３の先端部は、第２アーム１４の基端部と連結されており、第２アーム１４は回動軸心Ｃ２を中心に第１アーム１３に対して回動自在である。第２アーム１４の先端部には、第３アーム１５の基端部が連結されており、第３アーム１５は回動軸心Ｃ３を中心に第２アーム１４に対して回動自在である。第３アーム１５の先端部に、第４アーム１６の基端部が連結されており、第４アーム１６は回動軸心Ｃ４を中心に第３アーム１５に対して回動自在である。第４アーム１６の先端部にロボットハンド装置２０が連結されており、ロボットハンド装置２０は回動軸心Ｃ５を中心に第４アーム１６に対して回動自在である。

多関節ロボット１０の第１アーム１３〜第４アーム１６にはサーボモータ（図示せず）が夫々備えられており、第１アーム１３〜第４アーム１６は対応するサーボモータにより駆動される。第１アーム１３〜第４アーム１６が備えるサーボモータは、制御手段としてのロボットコントローラ（図示せず）により制御される。また、ロボットコントローラは、次に説明するロボットハンド装置２０が備えるサーボモータ２４Ａ〜２４Ｂの駆動を制御する。

図２はロボットハンド装置２０の斜視図であり、ロボットハンド装置２０は回動軸１７を介して第４アーム１６と連結されている。回動軸１７の軸心は回動軸心Ｃ５に相当する。ロボットハンド装置２０は、３つのアーム部２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを備えた支持体２１を備えており、支持体２１の一側面（第４アーム１６を臨む面）の中心にはフランジ付きのボス２３が固定されている。ロボットハンド装置２０は、ボス２３に回動軸１７が固定されることにより、第４アーム１６の先端部と連結されている。支持体２１のアーム部２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、回動軸心Ｃ５の径方向外側へ向けて互いに１２０°の角度をなすように形成されている。

アーム部２２Ａの先端の一側面にはサーボモータ２４Ａが設けられている。同様にアーム部２２Ｂにはサーボモータ２４Ｂが設けられ、アーム部２２Ｃにはサーボモータ２４Ｃが設けられている。サーボモータ２４Ａ〜２４Ｃは同じ構成であり、エンコーダ（図示せず）を備えておりロボットコントローラによりフィードバック制御により駆動される。本実施形態のサーボモータ２４Ａでは、出力軸２５Ａが正逆方向の半回転を行うように制御される。サーボモータ２４Ａが備える出力軸２５Ａは、アーム部２２Ａを貫通してアーム部２２Ａの下面側から突出している。サーボモータ２４Ｂ、２４Ｃについてもサーボモータ２４Ａと同様に対応する出力軸２５Ｂ、２５Ｃを備えている（図４を参照）。

アーム部２２Ａの他側面（第４アーム１６側を臨む面と反対となる側の面）にはチェビシェフリンク機構２６Ａと、チェビシェフリンク機構２６Ａに連結され、把持爪２８Ａを備える平行リンク機構２７Ａが設けられている。同様に、アーム部２２Ｂには、チェビシェフリンク機構２６Ｂおよび平行リンク機構２７Ｂが設けられ、アーム部２２Ｃには、チェビシェフリンク機構２６Ｃおよび平行リンク機構２７Ｃが設けられている（図４を参照）。チェビシェフリンク機構２６Ａ〜２６Ｃは、回転運動を近似直線運動に変換するチェビシェフリンクを用いた機構である。因みに、チェビシェフリンクはホーキンスリンクと称される場合もある。

本実施形態のチェビシェフリンク機構２６Ａ〜２６Ｃを図２〜図６に基づき説明する。図３は、アーム部２２Ａにおけるチェビシェフリンク機構２６Ａと平行リンク機構２７Ａを模式的に示す要部底面図である。図４は、ロボットハンド装置２０の３個の把持爪２８Ａ〜２８Ｃによる把持可能な最大範囲を示しており、また、図５ではロボットハンド装置２０の把持可能な最小範囲を示している。図４では把持対象であるワークＷを大型の円板とし、図５ではワークＷを小径の円柱体として示しており、各把持爪２８Ａ〜２８Ｃは回動軸１７の回動軸心Ｃ５から等距離となる位置に存在する。一方、図６は、ワークＷが十字架形であり、各把持爪２８Ａ〜２８Ｃの回動軸１７の回動軸心Ｃ５からの距離はそれぞれ異なる。ここでは、アーム部２２Ａに設けたチェビシェフリンク機構２６Ａについて説明し、チェビシェフリンク機構２６Ｂ、２６Ｃについては、チェビシェフリンク機構２６Ａと同一構成であるため、チェビシェフリンク機構２６Ａの説明を援用する。

チェビシェフリンク機構２６Ａは、サーボモータ２４Ａの出力軸２５Ａと連結される回転アーム３０Ａと、回転アーム３０Ａと連結される変換リンク３１Ａと、支持体２１に支点を持ち、変換リンク３１Ａと連結される揺動アーム３２Ａを有する。回転アーム３０Ａの先端と変換リンク３１Ａの基端部は連結ピン３３Ａを介して互いに回動自在に連結されている。揺動アーム３２Ａの基端部は固定ピン３４Ａを介して支持体２１に対して回動自在に連結されており、揺動アーム３２Ａの先端部と変換リンク３１Ａの中間部は連結ピン３５Ａを介して互いに回動自在に連結されている。チェビシェフリンク機構２６Ａの出力端としての変換リンク３１Ａの先端には、平行リンク機構２７Ａと連結する連結ピン３６Ａが備えられている。これらの連結ピン３３Ａ、３５Ａ、３６Ａと固定ピン３４Ａは、チェビシェフリンク機構２６Ａのリンク運動の支点軸に相当し、連結ピン３３Ａ、３５Ａ、３６Ａはリンク運動に伴い支持体２１に対して変位可能な支点軸であり、固定ピン３４Ａは支持体２１に対して変位しない支点軸である。連結ピン３３Ａ、３５Ａ、３６Ａと固定ピン３４Ａの軸方向は、第４アーム１６の回動軸１７および出力軸２５Ａの軸方向と同方向である。尚、サーボモータ２４Ａの出力軸２５Ａの回転軸心と揺動アーム３２Ａの基端部における固定ピン３４Ａの軸心とを結ぶように仮想線Ｌを設定する。

サーボモータ２４Ａの出力軸２５Ａの軸心と揺動アーム３２Ａの基端部における固定ピン３４Ａの軸心との距離は、サーボモータ２４Ａの出力軸２５Ａの軸心と回転アーム３０Ａの連結ピン３３Ａの軸心との距離の２倍に設定されている。揺動アーム３２Ａの基端部における固定ピン３４Ａの軸心と変換リンク３１Ａの中間部における連結ピン３５Ａの軸心との距離は、出力軸２５Ａの軸心と連結ピン３３Ａの軸心との距離の２．５倍に設定されている。また、変換リンク３１Ａの基端部における連結ピン３３Ａの軸心と変換リンク３１Ａの中間部における連結ピン３５Ａの軸心との距離は、出力軸２５Ａの軸心と連結ピン３３Ａの軸心との距離の２．５倍に設定されている。さらに、変換リンク３１Ａの中間部における連結ピン３５Ａの軸心と変換リンク３１Ａの先端部における連結ピン３６Ａの軸心との距離は、出力軸２５Ａの軸心と連結ピン３３Ａの軸心との距離の２．５倍に設定されている。

従って、揺動アーム３２Ａの基端部における固定ピン３４Ａの軸心と変換リンク３１Ａの中間部における連結ピン３５Ａの軸心との距離と、変換リンク３１Ａの基端部における連結ピン３３Ａの軸心と変換リンク３１Ａの中間部における連結ピン３５Ａの軸心との距離と、変換リンク３１Ａの中間部における連結ピン３５Ａの軸心と変換リンク３１Ａの先端部における連結ピン３６Ａの軸心との距離とは同じ距離である。このように、本実施形態のチェビシェフリンク機構２６Ａにおいてチェビシェフリンクが成立しており、チェビシェフリンク機構２６Ａは回転アーム３０Ａ、変換リンク３１Ａ、揺動アーム３２Ａ、連結ピン３３Ａ、３５Ａおよび固定ピン３４Ａとから構成されている。そして、サーボモータ２４Ａの駆動により回転アーム３０Ａが半回転すると、変換リンク３１Ａの先端部における連結ピン３６Ａの軸心は近似直線運動に基づく軌跡を描く。

次に平行リンク機構２７Ａについて説明する。ここでは、チェビシェフリンク機構２６Ａに連結されている平行リンク機構２７Ａについて説明し、平行リンク機構２７Ｂ、２７Ｃについては平行リンク機構２７Ａと同一構成であるため、平行リンク機構２７Ａの説明を援用する。本実施形態の平行リンク機構２７Ａは複数のリンク部材を備えており、具体的にはチェビシェフリンク機構２６Ａと連結する連結リンク４０Ａと、連結リンク４０Ａと連結され、把持爪２８Ａを設けた把持爪リンク４１Ａである。また、平行リンク機構２７Ａは、支持体２１に設けたブラケット４２Ａおよび連結リンク４０Ａと連結される短リンク４３Ａと、ブラケット４２Ａおよび把持爪リンク４１Ａに連結される長リンク４４Ａを有する。短リンク４３Ａおよび長リンク４４Ａもリンク部材に相当する。平行リンク機構２７Ａは、変換リンク３１Ａの先端部における連結ピン３６Ａの軸心の近似直線運動を把持爪２８Ａに伝達するとともに、把持爪２８Ａの軌跡を連結ピン３６Ａの軸心の軌跡よりも拡大する。

連結リンク４０Ａの基端部と変換リンク３１Ａの先端部は連結ピン３６Ａを介して回動自在に連結されている。連結リンク４０Ａの基端部は平行リンク機構２７Ａの入力端に相当する。連結リンク４０Ａの先端部と把持爪リンク４１Ａの基端部は連結ピン４５Ａを介して回動自在に連結されており、把持爪リンク４１Ａの先端部には、把持爪リンク４１Ａの他面側から突出するように、棒状の把持爪２８Ａが取り付けられている。把持爪２８Ａは表面をセレーション加工した金属棒であり、セレーション加工により表面に凹凸が形成されており、ワークＷを把持しやすい構造である。短リンク４３Ａの基端部とブラケット４２Ａを連結するとともに、長リンク４４Ａの基端部とブラケット４２Ａとを連結する固定ピン４６Ａが設けられ、短リンク４３Ａおよび長リンク４４Ａはブラケット４２Ａに対して回動自在である。連結リンク４０Ａの基端部と先端部との間の中間部と、短リンク４３Ａの先端部は連結ピン４７Ａを介して回動自在に連結されている。把持爪リンク４１Ａの基端部と先端部との間の中間部と長リンク４４Ａの先端部は連結ピン４８Ａを介して回動自在に連結されている。従って、平行リンク機構２７Ａは固定ピン４６Ａを中心として支持体２１に対して回動可能であり、固定ピン４６Ａは平行リンク機構２７Ａの固定軸として機能する。

本実施形態の平行リンク機構２７Ａでは、連結リンク４０Ａの中間部における連結ピン４７Ａの軸心と先端部の連結ピン４５Ａの軸心との距離と、長リンク４４Ａの基端部における固定ピン４６Ａの軸心と把持爪リンク４１Ａの中間部における連結ピン４８Ａの軸心との距離が同じである。また、連結リンク４０Ａの中間部における連結ピン４７Ａの軸心と短リンク４３Ａの基端部における固定ピン４６Ａの軸心との距離と、把持爪リンク４１Ａの基端部における連結ピン４５Ａの軸心と把持爪リンク４１Ａの中間部における連結ピン４８Ａの軸心との距離が同じである。短リンク４３Ａと長リンク４４Ａとの寸法比は１：２であり、連結リンク４０Ａにおける連結ピン３６Ａ、４７Ａの軸心間の距離と、連結ピン４５Ａ、４７Ａの軸心間の距離との比も１：２である。また、把持爪リンク４１Ａにおける連結ピン４５Ａ、４８Ａの軸心間の距離と、連結ピン４８Ａと把持爪２８Ａの軸心間の距離との比も１：２に設定されている。これらの寸法比および距離比によって、変換リンク３１Ａの先端部における連結ピン３６Ａの近似直線運動の軌跡に対する把持爪２８Ａの軌跡の拡大度が規定される。これらの寸法比および距離比が大きくなるほど把持爪２８Ａの軌跡は連結ピン３６Ａの軌跡と比較してより拡大される。本実施形態では連結ピン３６Ａの軌跡を１とすると把持爪２８Ａの軌跡は連結ピン３６Ａの軌跡の２倍に拡大される。

これらの連結ピン４５Ａ、４７Ａ、４８Ａと固定ピン４６Ａは、平行リンク機構２７Ａのリンク運動の支点軸に相当し、連結ピン４５Ａ、４７Ａ、４８Ａはリンク運動に伴い支持体２１に対して変位可能な支点軸であり、固定ピン４６Ａは支持体２１に対して変位しない支点軸である。連結ピン４５Ａ、４７Ａ、４８Ａと固定ピン４６Ａの軸方向はチェビシェフリンク機構２６Ａの連結ピン３３Ａ、３５Ａ、３６Ａ、固定ピン３４Ａの軸方向と平行である。また、平行リンク機構２７Ａは、チェビシェフリンク機構２６Ａの他側面に配置されている。このため、平行リンク機構２７Ａの各リンク４０Ａ、４１Ａ、４３Ａ、４４Ａは、チェビシェフリンク機構２６Ａの他側面において固定ピン４６Ａを中心に変位する。従って、平行リンク機構２７Ａはチェビシェフリンク機構２６Ａと衝突することはない。

図３に示すように、チェビシェフリンク機構２６Ａの出力端である変換リンク３１Ａの先端部の連結ピン３６Ａは距離Ｄ１の範囲にて往復移動が可能である。図３では、把持爪２８Ａが最大に開く状態に近い位置に位置するときのチェビシェフリンク機構２６Ａおよび平行リンク機構２７Ａを実線にて示し、把持爪２８Ａがその他の位置に位置するときのチェビシェフリンク機構２６Ａおよび平行リンク機構２７Ａを二点鎖線により示す。距離Ｄ１は出力軸２５Ａの軸心と連結ピン３３Ａの軸心との距離の４倍の距離である。また、連結ピン３６Ａが設けられる平行リンク機構２７Ａの連結リンク４０Ａの基端部は、平行リンク機構２７Ａの入力端に相当する。そして、平行リンク機構２７Ａの出力端である把持爪リンク４１Ａの先端部の把持爪２８Ａは距離Ｄ２の範囲にて往復移動が可能である。距離Ｄ２は、平行リンク機構２７Ａの各リンク４０Ａ、４１Ａ、４３Ａ、４４Ａの寸法設定により距離Ｄ１の２倍となるように設定されている。

次に、本実施形態に係るロボットハンド装置２０によるワークＷの把持について説明する。まず、ロボットハンド装置２０が図４に示すワークＷを把持する場合について説明する。予め、ワークＷはコンベア１１上において所定の位置および姿勢にて載置されているとする。ロボットコントローラはワークＷの把持および移載を行うよう多関節ロボット１０を制御する。

多関節ロボット１０の第１アーム１３〜第４アーム１６の駆動により、ロボットハンド装置２０はワークＷの上方に位置する。ロボットハンド装置２０がワークＷの上方に位置する時点では、把持爪２８Ａ〜２８Ｃの間隔が互いに最大となるように、サーボモータ２４Ａ〜２４Ｃが正方向への半回転となるように駆動されている。把持爪２８Ａ〜２８Ｃ毎に対応するサーボモータ２４Ａ〜２４Ｃが駆動されることにより、把持爪２８Ａ〜２８Ｃは互いに独立して作動される。把持爪２８Ａ〜２８Ｃの間隔が互いに最大となる状態では、把持爪２８Ａ〜２８Ｃは支持体２１のアーム部２２から外側へ離れた位置にあり、把持爪２８Ａ〜２８Ｃは最大に開いた状態である。

把持爪２８Ａ〜２８Ｃが最大に開いた状態のまま、ロボットハンド装置２０をワークＷへ臨ませ、把持爪２８Ａ〜２８ＣがワークＷを把持できる位置に達したとき、サーボモータ２４Ａ〜２４Ｃを逆方向へ回転させるように駆動する。サーボモータ２４Ａ〜２４Ｃの駆動により、把持爪２８Ａ〜２８Ｃが閉じるように変位され、把持爪２８Ａ〜２８ＣはワークＷの側面と当接して押圧する。把持爪２８Ａ〜２８ＣがワークＷの側面を押圧することによりワークＷは把持爪２８Ａ〜２８Ｃに把持された状態となる。この場合、ワークＷのサイズが比較的大きいため、ワークＷを把持する把持爪２８Ａ〜２８Ｃは支持体２１から外側にはみ出た位置となる。

ワークＷを把持したロボットハンド装置２０は、第１アーム１３〜第４アーム１６の駆動により、ワークＷを所定の位置および姿勢により移載先へ移動する。移載先において、サーボモータ２４Ａ〜２４Ｃの駆動することにより、把持爪２８Ａ〜２８ＣによるワークＷの把持を解除する。

次に、ロボットハンド装置２０が図５に示すワークＷを把持する場合について説明する。図５に示すワークＷは、図４に示すワークＷと比較してサイズが著しく小さいワークである。ワークＷはコンベア１１上において所定の位置および姿勢にて載置される。多関節ロボット１０の第１アーム１３〜第４アーム１６の駆動により、ロボットハンド装置２０はワークＷの上方に位置させる。ロボットハンド装置２０がワークＷの上方に位置する時点では、把持爪２８Ａ〜２８Ｃの間隔が最大となる状態となるように、サーボモータ２４Ａ〜２４Ｃが正方向への半回転となるように駆動されている。

ロボットハンド装置２０をワークＷへ臨ませ、把持爪２８Ａ〜２８ＣがワークＷを把持できる位置に達したとき、サーボモータ２４Ａ〜２４Ｃを逆方向へ回転させるように駆動する。サーボモータ２４Ａ〜２４Ｃの駆動により、把持爪２８Ａ〜２８Ｃが閉じるように変位され、把持爪２８Ａ〜２８ＣはワークＷの側面と当接して押圧する。把持爪２８Ａ〜２８ＣがワークＷの側面を押圧することによりワークＷは把持爪２８Ａ〜２８Ｃに把持された状態となる。この場合、ワークＷのサイズが図４のワークと比較して著しく小さいことから、ワークＷを把持する把持爪２８Ａ〜２８Ｃは支持体２１の中心に近い位置となる。移載先への移載および把持の解除は図４のワークの場合と同じである。

次に、ロボットハンド装置２０が図６に示すワークＷを把持する場合について説明する。図６に示すワークＷは十字架状の形状であり、図４、図５に示すワークＷと比較して複雑な形状のワークである。ワークＷはコンベア１１上において所定の位置および姿勢にて載置される。多関節ロボット１０の第１アーム１３〜第４アーム１６の駆動により、ロボットハンド装置２０はワークＷの上方に位置させる。ロボットハンド装置２０がワークＷの上方に位置する時点では、把持爪２８Ａ〜２８Ｃの間隔が互いに最大となるように、サーボモータ２４Ａ〜２４Ｃが正方向への半回転となるように駆動されている。

ロボットハンド装置２０をワークＷへ臨ませ、把持爪２８Ａ〜２８ＣがワークＷを把持できる位置に達したとき、サーボモータ２４Ａ〜２４Ｃを逆方向へ回転させるように駆動する。サーボモータ２４Ａ〜２４Ｃの駆動により、把持爪２８Ａ〜２８Ｃが閉じるように変位され、把持爪２８Ａ〜２８ＣはワークＷの側面と当接して押圧する。把持爪２８Ａ〜２８ＣがワークＷの側面を押圧することによりワークＷは把持爪２８Ａ〜２８Ｃに把持された状態となる。この場合、最初に把持爪２８ＣがワークＷに当接し、その後に把持爪２８Ａ、２８ＢがワークＷに当接する。把持爪２８Ａ、２８ＢがワークＷと当接する位置は、回動軸心Ｃ５に近い位置である。一方、把持爪２８ＡがワークＷと当接する位置は、把持爪２８Ｃの開度が最大となる位置に近い位置である。サーボモータ２４Ａ〜２４Ｃが独立して駆動されることから、把持爪２８Ａ、２８Ｂの回動軸心Ｃ５からの距離と、把持爪２８Ｃの回動軸心Ｃ５からの距離とは異なっている。移載先への移載および把持の解除は図３のワークの場合と同じである。

本実施形態に係るロボットハンド装置２０は、以下の作用効果を奏する。
（１）把持爪２８Ａの移動距離はチェビシェフリンク機構２６Ａにより規定されることから、支持体２１の外側に把持爪２８Ａを位置させることが可能であり、把持爪２８Ａの移動距離は把持爪２８Ａを支持する支持体２１のサイズと制約を受けることなく設定することができる。把持爪２８Ｂ、２８Ｃの移動距離についても把持爪２８Ａと同様に設定することができる。これにより、ロボットハンド装置の小型化や軽量化を図ることができるほか、ワークＷの移載時に支持体２１が他物体と接触するなどの邪魔をする可能性は小さくなる。
（２）各把持爪２８Ａ〜２８Ｃを独立して作動させるサーボモータ２４Ａ〜２４Ｃが設けられていることにより、チェビシェフリンク機構２６Ａ〜２６Ｃによる把持爪の移動距離と相俟って、ワークを把持可能とする把持爪２８Ａ〜２８Ｃの範囲を拡大することができるほか、把持前のワークＷが所定の位置や姿勢にて載置されていない場合でも把持することが可能である。また、様々なサイズや形状のワークＷを把持することができる。
（３）把持爪２８Ａは、平行リンク機構２７Ａを介してチェビシェフリンク機構２６Ａと連結されているから、把持爪２８Ａの移動距離を、チェビシェフリンク機構２６Ａのみで設定される把持爪２８Ａの移動距離よりも大きく設定することができる。また、平行リンク機構２７Ａを設けることにより、チェビシェフリンク機構２６Ａのリンク運動は回動軸１７の軸心方向と直角の方向へのリンク運動となる。これにより、サーボモータ２４Ａを支持体２１の一側面に設けることができ、ロボットハンド装置２０の回動軸１７の径方向への寸法拡大を抑制することができる。把持爪２８Ｂ、２８Ｃの移動距離についても把持爪２８Ａと同様に設定することができる。

（４）チェビシェフリンク機構２６Ａと平行リンク機構２７Ｃは、固定軸を構成する固定ピン４６Ａの軸方向に重なるように配置されることから、ロボットハンド装置２０の回動軸１７の径方向への寸法拡大がさらに抑制され、ロボットハンド装置２０の一層の小型化を図ることができる。
（５）各把持爪２８Ａ〜２８Ｃは対応するサーボモータ２４Ａ〜２４Ｃにより作動されるほか、互いに１２０°の角度を保って支持体２１の中心（回動軸心Ｃ５）へ向けて移動することから、把持されるワークＷは３方向からそれぞれの把持爪２８Ａ〜２８Ｃにより押圧される。その結果、確実にワークＷを把持することができ、安定したワークＷの把持を行うことができる。
（６）平行リンク機構２７Ａは、把持爪２８Ａの移動距離をチェビシェフリンク機構２６Ａの出力端の移動距離よりも大きく設定する連結リンク４０Ａ、把持爪リンク４１Ａ、短リンク４３Ａ、長リンク４４Ａを有する。このため、平行リンク機構２７Ａが把持爪２８Ａの移動距離をさらに大きく設定することができ、相対的にチェビシェフリンク機構２６Ａの寸法を抑制することができる。平行リンク機構２７Ｂ、２７Ｃについても平行リンク機構２７Ａと同様である。

（参考例）
次に、参考例に係るロボットハンド装置について図７、図８を参照して説明する。参考例のロボットハンド装置は、第１の実施形態の多関節ロボットと同じ構成の多関節ロボットに備えられるが、チェビシェフリンク機構を備え、平行リンク機構を備えない構成である。多関節ロボットの構成については第１の実施形態と同じ符号を用いる。なお、図８では、把持爪が最大に開く状態のロボットハンド装置を実線により示し、把持爪が最小に閉じる状態のロボットハンド装置を二点鎖線により示す。

図７に示すように、ロボットハンド装置５０は、回動軸１７を介して多関節ロボットの第４アーム（図示せず）と接続されている。ロボットハンド装置５０は、３つのアーム部５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃを備えた支持体５１を備えている。ロボットハンド装置５０は、支持体５１の一側面（第４アーム１６を臨む面）の中心に回動軸１７が固定されることにより、第４アーム１６の先端部と連結されている。支持体２１のアーム部５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃは、支持体５１の中心である回動軸心Ｃ５の径方向外側へ向けて互いに１２０°の角度となるように形成されている。

アーム部５２Ａの他側面（第４アーム１６側を臨む面と反対となる側の面）には、断面Ｌ字形のブラケット５３Ａが固定されている。ブラケット５３Ａは、アーム部５２Ａに固定されるプレート部５４Ａと、プレート部５４Ａから延在され、アーム部５２Ａの他側面と直角な面を有するプレート部５５Ａを備えている。プレート部５５Ａには駆動源としてのサーボモータ５６Ａが設けられている。同様にアーム部５２Ｂにはブラケット５３Ｂを介してサーボモータ５６Ｂが設けられ、アーム部５２Ｃにはブラケット５３Ｃを介してサーボモータ５６Ｃが設けられている。サーボモータ５６Ａ〜５６Ｃは同じ構成であり、エンコーダ（図示せず）を備えておりロボットコントローラ（図示せず）によりフィードバック制御により駆動される。参考例のサーボモータ５６Ａ〜５６Ｃでは、出力軸５７Ａ（サーボモータ５６Ｂ、５６Ｃの出力軸は図示せず）が正逆方向の半回転を行うように制御される。サーボモータ５６Ａが備える出力軸５７Ａは、プレート部５５Ａを貫通してアーム部５２Ａの下面側に突出している。

アーム部５２Ａの他側面にはチェビシェフリンク機構５８Ａが設けられている。同様に、アーム部５２Ｂには、チェビシェフリンク機構５８Ｂが設けられ、アーム部２２Ｃには、チェビシェフリンク機構５８Ｃが設けられている。これらのチェビシェフリンク機構５８Ａ〜５８Ｃは、回転運動を近似直線運動に変換するチェビシェフリンクを用いた機構である。

参考例のチェビシェフリンク機構５８Ａを図８に基づき説明する。ここでは、アーム部５２Ａに設けたチェビシェフリンク機構５８Ａについて説明し、チェビシェフリンク機構５８Ｂ、５８Ｃについては、チェビシェフリンク機構５８Ａと同一構成であるため、チェビシェフリンク機構５８Ａの説明を援用する。

チェビシェフリンク機構５８Ａは、サーボモータ５６Ａの出力軸５７Ａと連結される回転アーム６０Ａと、回転アーム６０Ａと連結される変換リンク６１Ａと、変換リンク６１Ａと連結される揺動アーム６２Ａを有する。回転アーム６０Ａの先端と変換リンク６１Ａの基端部は連結ピン６３Ａを介して互いに回動自在に連結されている。ブラケット５３Ａのプレート部５４Ａにはアームベース５９Ａが固定されており、揺動アーム６２Ａの基端部は固定ピン６４Ａを介してアームベース５９Ａに対して回動自在に連結されている。揺動アーム６２Ａの先端部と変換リンク６１Ａの中間部は連結ピン６５Ａを介して互いに回動自在に連結されている。変換リンク６１Ａの先端は連結ピン６６Ａを介して把持爪ベース６７Ａと連結され、把持爪ベース６７Ａは変換リンク６１Ａに対して回動自在である。変換リンク６１Ａの先端はチェビシェフリンク機構５８Ａの出力端に相当する。把持爪ベース６７Ａは回動軸心Ｃ５と平行な軸心を有する把持爪６８Ａを備えている。なお、参考例では、揺動アーム６２Ａ、把持爪ベース６７Ａの両側に変換リンク６１Ａがそれぞれ配設されている。

サーボモータ５６Ａの出力軸５７Ａの軸心と揺動アーム６２Ａの基端部における固定ピン６４Ａの軸心との距離は、サーボモータ５６Ａの出力軸５７Ａの軸心と回転アーム６０Ａの連結ピン６３Ａの軸心との距離の２倍に設定されている。揺動アーム６２Ａの基端部における固定ピン６４Ａの軸心と変換リンク６１Ａの中間部における連結ピン６５Ａの軸心との距離は、出力軸５７Ａの軸心と連結ピン６３Ａの軸心との距離の２．５倍に設定されている。また、出力軸５７Ａの軸心と連結ピン６３Ａの軸心と変換リンク６１Ａの中間部における連結ピン６５Ａの軸心との距離は、出力軸５７Ａの軸心と連結ピン６３Ａの軸心との距離の２．５倍に設定されている。また、変換リンク６１Ａの中間部における連結ピン６５Ａの軸心と変換リンク６１Ａの先端部における連結ピン６６Ａの軸心との距離は、出力軸５７Ａの軸心と連結ピン６３Ａの軸心との距離の２．５倍に設定されている。このように、参考例のチェビシェフリンク機構５８Ａにおいてチェビシェフリンクが成立しており、チェビシェフリンク機構５８Ａは回転アーム６０Ａ、変換リンク６１Ａ、揺動アーム６２Ａおよび連結ピン６３Ａ〜６６Ａとから構成されている。

参考例では、把持爪ベース６７Ａは補助リンク機構７０Ａと連結されている。補助リンク機構７０Ａは、把持爪ベース６７Ａの姿勢を変化させずに移動させるための機構である。補助リンク機構７０Ａは、アームベース５９Ａに連結される補助揺動アーム７２Ａと、補助揺動アーム７２Ａと把持爪ベース６７Ａに連結される補助把持爪リンク７３Ａと、揺動アーム６２Ａと補助揺動アーム７２Ａに連結される連結リンク７１Ａを備える。

補助揺動アーム７２Ａの基端部は固定ピン７４Ａを介してアームベース５９Ａに対して回動自在に連結されている。補助揺動アーム７２Ａの先端部は連結ピン７５Ａを介して補助把持爪リンク７３Ａの先端部に対して回動自在に連結されている。補助把持爪リンク７３Ａの基端部は、連結ピン７６Ａを介して把持爪ベース６７Ａに対して回動自在に連結されている。連結リンク７１Ａの一端は連結ピン６５Ａを介して揺動アーム６２Ａに対して回動自在に連結されている一方、他端は連結ピン７５Ａを介して補助揺動アーム７２Ａに対して回動自在に連結されている。

補助リンク機構７０Ａにおける固定ピン７４Ａと連結ピン７５Ａの軸心間の距離は、チェビシェフリンク機構５８Ａの固定ピン６４Ａと連結ピン６５Ａの軸心間の距離と同じであり、補助揺動アーム７２Ａと揺動アーム６２Ａは互いに平行に配設されている。また、補助リンク機構７０Ａにおける連結ピン７５Ａ、７６Ａの軸心間の距離は、チェビシェフリンク機構５８Ａの連結ピン６５Ａ、６６Ａの軸心間の距離と同じであり、補助把持爪リンク７３Ａと変換リンク６１Ａは互いに平行に配設されている。このため、サーボモータ５６Ａの駆動により回転アーム６０Ａが半回転すると把持爪ベース６７Ａは、姿勢を変えることなく支持体５１の中心（回動軸心Ｃ５）へ向けて移動する。サーボモータ５６Ａの駆動により出力軸５７Ａは正逆方向へ交互に半回転されるから、把持爪６８Ａは、把持爪ベース６７Ａおよび把持爪６８Ａは近似直線運動に基づく軌跡を描き、距離Ｄ３の範囲にて往復移動が可能である。距離Ｄ３は出力軸５７Ａの軸心と連結ピン６３Ａの軸心との距離の４倍である。

チェビシェフリンク機構５８Ａおよび補助リンク機構７０Ａが備える連結ピン６３Ａ、６５Ａ、６６Ａ、７５Ａ、７６Ａ、固定ピン６４Ａ、７４Ａは、チェビシェフリンク機構２６Ａのリンク運動の支点軸に相当し、連結ピン６３Ａ、６５Ａ、６６Ａ、７５Ａ、７６Ａはリンク運動に伴い支持体５１に対して変位可能な支点軸であり、固定ピン６４Ａ、７４Ａは支持体５１に対して変位しない支点軸である。連結ピン６３Ａ、６５Ａ、６６Ａ、７５Ａ、７６Ａ、固定ピン６４Ａ、７４Ａの軸方向は、回動軸１７の回動軸心Ｃ５と直角方向であって、出力軸５７Ａの軸方向と同方向である。アーム部５２Ｂ（５３Ｃ）には、アーム部Ａと同様に、ブラケット５３Ｂ（５３Ｃ）、サーボモータ５６Ｂ（５６Ｃ）、チェビシェフリンク機構５８Ｂ（５８Ｃ）、補助リンク機構７０Ｂ（７０Ｃ）、把持爪ベース６７Ｂ（６７Ｃ）、把持爪６８Ｂ（６８Ｃ）が設けられている。

参考例のロボットハンド装置５０によれば、第１の実施形態の作用効果（１）、（２）、（５）と同等の作用効果を奏する。また、参考例のロボットハンド装置５０は、平行リンク機構を備えないため構造が簡単となる。

なお、上記の実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○ 上記の実施形態では、把持爪を３本持つロボットハンド装置としたが、把持爪は３本に限定されない。把持爪は３本以上とすればよく、例えば、５本の把持爪を持つロボットハンド装置としてもよい。
○ 上記の実施形態では、ロボットハンド装置が５軸の自由度を持つ多関節ロボットに装備されたが、例えば、２軸の自由度を持つ多関節ロボットに設けてもよく、多関節ロボットの自由度は２軸以上であれば特に制限されない。
○ 第１の実施形態では、平行リンク機構における出力端の移動距離がチェビシェフリンク機構における出力端の移動距離の２倍となるように平行リンク機構が構成されたが、チェビシェフリンク機構における出力端の移動距離に対する平行リンク機構における出力端の移動距離の倍率は、少なくとも１倍を超えるようにすればよく、実用的には約２倍以上とすることが好ましい。
○ 第１の実施形態では、把持爪を金属棒としたが把持爪は棒状だけでなく板状や直方体としてもよい。また、把持爪はワークを把持しやすくするためにセレーション加工が表面に施されたが、ワークを把持しやすくする工夫はセレーション加工に限定されない。また、ワークが傷つき易い場合には、ゴム系材料や樹脂を把持爪の表面に形成してもよい。

１０ 多関節ロボット
１２ 基台
１３ 第１アーム
１４ 第２アーム
１５ 第３アーム
１６ 第４アーム
１７ 回動軸
２０ ロボットハンド装置
２１ 支持体
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ アーム部
２３ ボス
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ サーボモータ
２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、５７Ａ、５７Ｂ、５７Ｃ 出力軸
２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ チェビシェフリンク機構
２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ 平行リンク機構
２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ 把持爪
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ 回転アーム
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ 変換アーム
３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ 揺動アーム
３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｂ、３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ、４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ、６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃ、６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７５Ａ、７５Ｂ、７５Ｃ、７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃ 連結ピン
３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ、６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ 固定ピン
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ 連結リンク
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ 把持爪リンク
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ 短リンク
４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ 長リンク
７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ 補助リンク機構
７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ 連結リンク
７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ 補助揺動アーム
７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ 補助把持爪リンク
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５ 回動軸心
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 距離
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. ３本以上の把持爪と、各把持爪を互いに独立して作動させる駆動源と、前記駆動源を支持する支持体と、を備えたロボットハンド装置であって、
   前記駆動源は、把持爪毎に配設されたサーボモータであり、
   前記支持体は、前記サーボモータの出力軸の回転運動を前記把持爪の直線運動に変換するチェビシェフリンク機構と連結され、
   前記チェビシェフリンク機構は、前記把持爪毎に配設され、前記支持体に接続された固定軸を介して回動可能で、前記チェビシェフリンク機構と連結される平行リンク機構を備え、
   前記平行リンク機構は、
   前記チェビシェフリンク機構の出力端と連結される連結リンクと、
   当該連結リンクと連結され、前記把持爪を設けた把持爪リンクと、
   前記連結リンクと連結され、前記固定軸を介して前記支持体と連結された第１リンクと、
   前記把持爪リンクに連結され、前記固定軸を介して前記支持体と連結され、前記固定軸を介して前記第１リンクと接続された第２リンクと、を有していることを特徴とするロボットハンド装置。
2. 前記平行リンク機構および前記チェビシェフリンク機構は、前記固定軸の軸心方向に互いに重なるように配置されることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド装置。
3. 前記平行リンク機構は、前記把持爪の移動距離を前記チェビシェフリンク機構の出力端の移動距離よりも大きく設定する複数のリンク部材を有することを特徴とする請求項２記載のロボットハンド装置。

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