JP5834480B2 - ロボットハンド及びロボット - Google Patents

Description

本発明は、対象物を掴むことが可能なロボットハンドに関する。

従来から工業製品の製造現場では、溶接や塗装などの作業を行うロボットが活用されて
いる。また、今日では、工業製品の組立ラインにロボットを設置しておき、ライン上の製
品に対してロボットが自動で各種の部品を組み付けることで、生産効率を向上させること
が広く行われている。

組立ラインに設置されるロボットは様々な大きさや形状の対象物を取り扱う。このため
、ロボットが対象物を把持する部分（ロボットハンド）には、様々な対象物を把持して組
み立てることが可能なように、高い汎用性が要求される。そこで、種々の大きさや形状の
部品を把持可能なロボットハンドが提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特開２０１０−２０１５３８号公報 特開平５−２２０６８７号公報

しかし、提案されているロボットハンドでは、特に小さな対象物を把持する場合に、対
象物を安定して把持することが難しいという問題があった。すなわち、これらのロボット
ハンドは、掌部の上に向かい合わせに設けられた複数本の指部で対象物を挟むことによっ
て把持する。この際、比較的大きな対象物であれば、指部で把持した対象物が掌部に当接
し、掌部によっても対象物が支持されることで安定して把持される。これに対して、比較
的小さな対象物を把持する場合、指部で把持した対象物は掌部に届かず指部によって保持
されるだけである。もちろん、指部を対象物に強く押し付ければ安定して対象物を把持で
きるが、対象物の表面に傷を付けてしまう恐れがあるため限界がある。このため、小さな
対象物を安定して把持することが困難であるという問題があった。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題の少なくとも一部を解決するためになさ
れたものであり、小さな対象物であっても安定して把持することが可能なロボットハンド
を提供することを目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明のロボットハンドは次の構成
を採用した。すなわち、対象物を把持する複数の指部と、前記複数の指部の間に設けられ
た掌部とを備え、前記掌部には、前記対象物に当接する当接部材を着脱可能に取り付ける
取付部が設けられていることを特徴とする。

このような構成を有する本発明のロボットハンドにおいては、複数の指部によって対象
物を把持する。このとき、複数の指部で把持した対象物が掌部に当接すれば、対象物が指
部と掌部とによって安定に把持される。また、掌部が当接できないような対象物（例えば
小さな対象物）を把持する場合には、掌部に当接部材を取り付けて、掌部の代わりに当接
部材を対象物に当接させる。これにより、掌部を当接させることができない対象物でも安
定して把持することができるので、ロボットハンドが安定して把持可能な対象物の範囲を
広げることが可能となる。

また、上述した本発明のロボットハンドにおいては、指部が把持した対象物に向かって
掌部を移動可能に設けることとしてもよい。

こうすれば、把持しようとする対象物の大きさや、対象物が把持されている位置に応じ
て掌部を移動させることができる。従って、指部と掌部（あるいは、掌部に取り付けられ
た当接部材）とによって、より安定して対象物を把持することが可能となる。

また、上述した本発明のロボットハンドにおいては、当接部材と対象物とが当接する部
分に凹部を設けることとしてもよい。

こうすれば、例えば対象物を把持した際に対象物の一部が凹部に嵌り込むことで、対象
物の動きを規制することができる。従って、例えばグラつかないように把持しておくこと
が困難な形状の対象物（例えば、薄い板状の対象物）であっても、安定して把持すること
が可能となる。

また、上述した本発明のロボットハンドは、単純な構造および制御でありながら、様々
な対象物を安定して把持することが可能である。従って、これら本発明のロボットハンド
を用いてロボットを構成すれば、構造や制御が単純でありながら、汎用性の高いロボット
を構成することが可能となる。

本実施例のロボットハンドの構造を示す説明図である。 ロボットハンドの掌部の動きを示す説明図である。 本実施例のロボットハンドが対象物を把持する様子を示した説明図である。 ロボットハンドが小さな対象物を把持する場合に対象物に掌部を当接させることが困難となる理由を示した説明図である。 小さな対象物を把持するためにロボットハンドの掌部に支持部材を装着する様子を示した説明図である。 掌部に支持部材が装着された本実施例のロボットハンドが小さな対象物を把持する様子を示した説明図である。 支持部材が薄板形状に形成されている理由を示した説明図である。 第１変形例のロボットハンドの掌部に装着される支持部材の形状を示した説明図である。 第２変形例のロボットハンドの支持部材の形状を示した説明図である。 第３変形例のロボットハンドの支持部材の形状を示した説明図である。 ロボットハンドを備えたロボットを示す説明図である。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施
例を説明する。
Ａ．本実施例のロボットハンドの構造：
Ｂ．本実施例のロボットハンドの把持動作：
Ｃ．変形例：
Ｃ−１．第１変形例：
Ｃ−２．第２変形例：
Ｃ−３．第３変形例：

Ａ．本実施例のロボットハンドの構造 ：
図１は、本実施例のロボットハンド１００の構造を示した説明図である。図示されてい
るように本実施例のロボットハンド１００は、大きくは３つの部分から構成されている。
ロボットハンド１００の土台部分は、矩形形状の上面に大きなガイド溝１１２が形成され
た基台１１０と、ガイド溝１１２のほぼ中央の位置に設けられた平板形状の掌部１４０な
どによって構成されている。

また、図面上で基台１１０の左右の位置には、略直方体形状の移動部材１２０，１３０
が設けられており、移動部材１２０の上面には２本の指部１２２が設けられ、移動部材１
３０の上面には２本の指部１３２が設けられている。移動部材１２０と移動部材１３０と
は、いずれも基台１１０のガイド溝１１２に嵌め込まれており、図示しない移動機構によ
って互いに近づく方向に摺動させたり、遠ざかる方向に摺動させたりすることが可能とな
っている。このような本実施例のロボットハンド１００では、移動機構（図示せず）によ
って移動部材１２０と移動部材１３０とを遠ざけると、図１（ａ）に示されるように、指
部１２２と指部１３２との間隔が広がり、逆に移動部材１２０と移動部材１３０と近づけ
ると、図１（ｂ）に示されるように、指部１２２と指部１３２との間隔が狭まるようにな
っている。また、本実施例のロボットハンド１００では、基台１１０の中央に設けた掌部
１４０を次のように移動させることが可能となっている。

図２は、本実施例のロボットハンド１００の掌部１４０の動きを示した説明図である。
図２には、図１に示したロボットハンド１００を手前側から見たときの様子が示されてい
る。図２（ａ）に示されるように、ロボットハンド１００の掌部１４０は、基台１１０の
中央から立設された支持バー１１４に支持された状態で、指部１２２，１３２の根元に近
い位置に収容されている。また、支持バー１１４は、基台１１０の内部の図示しない昇降
機構によって紙面上で上下の方向に移動可能となっており、昇降機構を駆動することによ
り、掌部１４０を上下に移動させることが可能である。図２（ｂ）には、掌部１４０を指
部１２２，１３２の先端側に移動させたときの様子が示されている。

Ｂ．本実施例のロボットハンドの把持動作 ：
図３は、本実施例のロボットハンド１００が対象物を把持する様子を示した説明図であ
る。図３には、比較的大きな対象物Ｗをロボットハンド１００が把持する様子が示されて
いる。図示されているように、ロボットハンド１００が対象物Ｗを把持する場合には、指
部１２２，１３２の間隔を狭めて対象物Ｗを掴むとともに、掌部１４０を指部１２２，１
３２の先端側に移動させて対象物Ｗに当接させる。このとき、指部１２２，１３２で対象
物Ｗを掴んだ後に掌部１４０を対象物Ｗに当接させてもよいし、逆に掌部１４０を対象物
Ｗに当接させた後に指部１２２，１３２で掴んでもよい。あるいは、指部１２２，１３２
で対象物Ｗを掴む動作と掌部１４０を当接させる動作を同時に行うこととしてもよい。

このように本実施例のロボットハンド１００は、掌部１４０が移動可能に設けられてい
るので、指部１２２，１３２によって対象物Ｗを掴むだけでなく、掌部１４０によっても
対象物Ｗを支持しておくことができる。従って、指部１２２，１３２のみによって対象物
Ｗを把持する場合と比較して、対象物Ｗを安定して把持することが可能となる。ところが
、小さな対象物Ｗを把持する場合には、以下に示すように掌部１４０で対象物Ｗを支持す
ることが困難となる場合がある。

図４は、ロボットハンド１００が小さな対象物Ｗを把持する場合に対象物Ｗに掌部１４
０を当接させることが困難となる理由を示した説明図である。図示されているように小さ
な対象物Ｗを把持する場合、対象物Ｗが指部１２２，１３２の先端付近に保持されるので
、対象物Ｗに掌部１４０を当接させるためには、掌部１４０を指部１２２，１３２の先端
付近まで移動させる必要がある。ここで、本実施例のロボットハンド１００の指部１２２
，１３２は先端がロボットハンド１００の中心軸に向かって末狭まり形状に形成されてい
るため（図１を参照）、掌部１４０を移動させると掌部１４０が対象物Ｗに当接する前に
指部１２２，１３２と干渉する。その結果、掌部１４０を対象物Ｗに当接させることがで
きなくなる。尚、図４では、指部１２２，１３２と掌部１４０とが干渉して掌部１４０の
移動が制限される位置が線分ＡＡによって示されている。そこで、本実施例のロボットハ
ンド１００では、小さな対象物Ｗを把持する場合には、以下のような部材をロボットハン
ド１００に装着してから対象物Ｗを把持する動作を行う。

図５は、小さな対象物Ｗを把持するためにロボットハンド１００の掌部１４０に支持部
材１４２を装着する様子を示した説明図である。図示されているように、本実施例のロボ
ットハンド１００の掌部１４０の中央の位置には、小さな取付孔１４０ｈ（取付部）が設
けられている。そして、ロボットハンド１００によって小さな対象物Ｗを把持する場合に
は、取付孔１４０ｈに対して薄板形状の支持部材１４２（当接部材）の凸部を挿入して、
支持部材１４２を掌部１４０に装着する。

図６は、掌部１４０に支持部材１４２が装着された本実施例のロボットハンド１００が
小さな対象物Ｗを把持する様子を示した説明図である。図示されているように掌部１４０
の上には支持部材１４２が装着されているので、小さな対象物Ｗを指部１２２，１３２で
掴んだ状態で掌部１４０を指部１２２，１３２の先端側に移動させていくと、掌部１４０
が指部１２２，１３２と干渉する前に支持部材１４２が対象物Ｗに当接する。その結果、
小さな対象物Ｗであっても支持部材１４２によって支持することができるので、指部１２
２，１３２と支持部材１４２とによって対象物Ｗを安定して把持することが可能となる。
また、本実施例の支持部材１４２は、上述したように薄い板状に形成されているが（図５
を参照）、これは次のような理由による。

図７は、本実施例の支持部材１４２が薄板形状に形成されている理由を示した説明図で
ある。尚、図７には、基台１１０の上方からロボットハンド１００を見たときの様子が示
されている。図７（ａ）に示されているように、本実施例のロボットハンド１００には、
移動部材１２０に設けられた２本の指部１２２の間と、移動部材１３０の２本の指部１３
２との間に、若干の隙間Ｇが設けられている。また、支持部材１４２は、この隙間Ｇより
も小さな厚みの薄板形状に形成されており、且つ隙間Ｇに対して嵌り込む位置に設けられ
ている。このため、指部１２２，１３２を図面上で左右の方向にどのように移動させたと
しても支持部材１４２とは干渉せず、また支持部材１４２を図面奥から手前の方向にどれ
だけ移動させても指部１２２，１３２には干渉しないようになっている。従って、例えば
、図７（ｂ）に示されるように、非常に薄い対象物Ｗを把持しようとして指部１２２と指
部１３２との間隔をかなり狭めたとしても、支持部材１４２を指部１２２，１３２に干渉
させることなく対象物Ｗに当接させることができる。その結果、こうした対象物Ｗであっ
ても指部１２２，１３２と支持部材１４２とによって安定して把持することが可能となる
。

Ｃ．変形例 ：
上述した実施例には、いくつかの変形例が考えられる。以下では、これらの変形例につ
いて簡単に説明する。尚、以下に説明する変形例において、上述した実施例と同様の構成
部分については、実施例と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

Ｃ−１．第１変形例 ：
上述した実施例のロボットハンド１００では、支持部材１４２を薄板形状に形成するも
のと説明した。ここで、支持部材は、掌部１４０が指部１２２，１３２と干渉する前に対
象物Ｗと当接可能となるように、ある程度の高さをもった部材であればよく、例えば以下
のような形状の部材を支持部材に用いることとしてもよい。

図８は、第１変形例のロボットハンド１００の掌部１４０に装着される支持部材の形状
を示した説明図である。図８（ａ）に示されているように、第１変形例の支持部材１４４
は、立方体形状に形成されている。

このように支持部材１４４を立方体形状にしておけば、前述した薄板形状の支持部材１
４２（図５を参照）と比べて対象物Ｗとの接触面積を大きく取ることができるので、支持
部材１４４によって対象物Ｗをより安定に支持することが可能である。また、対象物Ｗと
の接触面積が増えることで、対象物Ｗが支持部材１４４から受ける反力を大きな面積に分
散させることができる。従って、例えば図８（ｂ）に示されるように、把持した対象物Ｗ
１を別の対象物Ｗ２に圧入する作業を行う場合に、対象物Ｗ１が支持部材１４４に押し付
けられても、局所的に大きな力が作用して対象物Ｗを傷つけてしまうことを抑制すること
が可能である。また、対象物Ｗを把持しているだけでも、対象物Ｗが自重によって支持部
材１４４の方向に移動しようとすることで、対象物Ｗは支持部材１４４からの反力を受け
得るが、対象物Ｗとの接触面積が増えることで、こうした反力によって対象物Ｗが傷つく
ことも同様に抑制できる。

Ｃ−２．第２変形例 ：
上述した実施例および第１変形例のロボットハンド１００では、支持部材の上面（すな
わち対象物Ｗと当接する面）は平坦であるものと説明した。しかし、支持部材が対象物Ｗ
と当接する部分には、以下のような切欠き構造を設けることとしてもよい。

図９は、第２変形例のロボットハンド１００の支持部材の形状を示した説明図である。
図示した第２変形例の支持部材１４６は、薄板形状の支持部材１４６の上面に小さな切欠
き１４６ｒが設けられている。尚、図９では、薄板形状の支持部材１４６が示されている
が、支持部材の形状は薄板形状には限られず、例えば図８を用いて前述したように、立方
体形状の支持部材１４４の上面に切欠きを設けることとしてもよい。

このように支持部材１４６の上面に切欠き１４６ｒを設けておくと、図９に示されるよ
うに、対象物Ｗの一部が切欠き１４６ｒに嵌り込むことで対象物Ｗがグラつくことを防止
することができる。その結果、対象物Ｗをより安定に把持することが可能となる。

Ｃ−３．第３変形例 ：
上述した第２変形例では、支持部材に切欠きを設けておくことで、対象物Ｗがグラつく
ことを防止するものと説明した。ここで、ロボットハンド１００が把持した対象物Ｗが外
力を受けて動いてしまう場合には、対象物Ｗがグラつく場合の他にも、回転体形状の対象
物Ｗが、指部１２２，１３２の間で回転する場合が想定される。こうした対象物Ｗの回転
を防止する目的で、支持部材を以下のように形成することとしてもよい。

図１０は、第３変形例のロボットハンド１００の支持部材の形状を示した説明図である
。尚、図１０では、回転体形状の対象物の一例として、円筒形状の対象物Ｗを把持する場
合が示されている。図示した第３変形例の支持部材１４８には、上面に半月形の凹部１４
８ｈが設けられている。また、ロボットハンド１００が把持する円筒形状の対象物Ｗの一
端には、支持部材１４８の凹部１４８ｈに対して嵌め込み可能な半月形の凸部が設けられ
ている。尚、支持部材１４８の凹部１４８ｈの形状（および対象物Ｗの凸部の形状）は、
凸部を凹部１４８ｈに嵌合させた状態で、対象物Ｗが回転することを規制可能な形状であ
ればよく、必ずしも半月形である必要はない。

このように支持部材１４８および対象物Ｗを形成しておけば、対象物Ｗの凸部の位置と
支持部材１４８の凹部１４８ｈの位置とを対応させた状態で対象物Ｗを指部１２２，１３
２で掴み、この状態で対象物Ｗと支持部材１４８とを嵌合させることで、対象物Ｗの回転
を規制することができる。また、図９では、円筒形状の対象物Ｗを把持する場合について
例示したが、円筒形状に限られず、回転体形状の対象物をロボットハンド１００が把持す
る場合には、同様にして対象物Ｗの回転を規制することができる。従って、回転体形状の
対象物Ｗを指部１２２，１３２と支持部材１４８とによって安定して把持することが可能
となる。

以上、各種実施例のロボットハンドについて説明したが、本発明は上記の実施例および
変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施す
ることが可能である。例えば、上述した実施例および変形例のロボットハンドは、同じ移
動部材に設けられた２本の指部がセットになって、一の方向に接近あるいは離間するもの
と説明したが、これらの指部材は、向かい合う２本の指部がセットになって、上述した一
の方向と略直行する方向にも接近あるいは離間可能としてもよい。

また、上述した実施例および変形例のロボットハンドは、単純な構造および制御であり
ながら、様々な対象物を把持することが可能である。従って、図１１に示したように、ロ
ボットアーム３００の先端に、これらのロボットハンドを装着してロボット５００を構成
すれば、構造や制御が単純でありながら、汎用性の高いロボット５００を得ることが可能
となる。

１００…ロボットハンド、 １１０…基台、 １１２…ガイド溝、
１１４…支持バー、 １２０…移動部材、 １２２…指部、
１３０…移動部材、 １３２…指部、 １４０…掌部、
１４０ｈ…取付孔、 １４２…支持部材、 １４４…支持部材、
１４６…支持部材、 １４８…支持部材、 １４８ｈ…凹部、
３００…ロボットアーム、 ５００…ロボット

Claims (4)

1. 対象物を把持する複数の指部と、
   前記複数の指部の間に設けられた掌部と
   を備え、
   前記掌部は、前記対象物に当接する当接部材を着脱可能に取り付ける取付部が設けられ、前記指部が把持した前記対象物に向かって移動可能であることを特徴とするロボットハンド。
2. 請求項１に記載のロボットハンドであって、
   前記当接部材は、前記対象物と当接する部分に凹部が設けられた部材であることを特徴とするロボットハンド。
3. 請求項１または請求項２に記載のロボットハンドであって、
   前記掌部は孔を備え、
   前記孔に前記当接部材の凸部を挿入して、前記当接部材を前記掌部に装着することを特徴とするロボットハンド。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載のロボットハンドを備えることを特徴とするロボット。

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