JP5880110B2 - ロボットハンド、およびロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットハンドおよびロボットに関する。

近年のロボット技術の進歩により、工業製品の製造現場では多くの産業用ロボットが使用されるようになっている。例えば、工業製品の組み立てラインでは、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。あるいは、このようなロボットが組み付ける部品をラインサイドまで搬送する際にも、ロボットを用いて部品を搬送することで、工場全体としての生産効率を向上させることも広く行われている。

このように組み立てライン等で用いられる産業用ロボットは、様々な大きさや形状の対象物を取り扱うので、ロボットが対象物を把持する部分（ロボットハンド）には様々な対象物に対応可能な高い汎用性が要求される。そこで、例えば、ロボットハンドの掌部を基台に対して移動可能とすることで、対象物の形状および大きさに関わらず、対象物を安定して把持できるようにしたロボットハンドが提案されている（特許文献１）。

特開平９−１５０３８４号公報

しかし、特許文献１に提案のロボットハンドでは、掌部の原点合わせをする際に、掌部を基台側に引き込んで基台の度当たりに当接させることによって行っていたため、以下のような問題があった。尚、「度当たり」とは、可動物に当接することでその可動物の可動限界を決めている物あるいは部分をいう。例えば、掌部を基台側に引き込んだ時の基台の度当たりとは、掌部を引き込んだ時に掌部に当接して引き込む限界を決めている基台の部分を指す。すなわち、掌部を駆動する駆動機構には、ギアのバックラッシや摺動部品間でのガタの発生が避けらないので、掌部を引き込んで基台の度当たりに当接させると、掌部の駆動機構のガタが掌部を引き込む方向に寄った状態となる。尚、「ガタ」とは次のようなものを指す。駆動機構は一般に、駆動源（例えばモーターなど）からの駆動力を、複数の伝達要素（ギアなど）を介して伝達することによって、被駆動物（例えば掌部など）を駆動している。駆動源と伝達要素との間や各伝達要素の間には必ず隙間が存在しており、隙間の範囲内では一方が他方に対して自由に動き得る。その結果、駆動源と被駆動物とは、これらが集積した範囲内で一方が他方に対して自由に動き得る状態となる。このようにして発生した一方が他方に対して自由に動き得る状態、あるいは動き得る範囲がガタである。掌部を駆動する駆動機構にはガタが存在するから、対象物を把持するために掌部を移動させる際には、ガタ分を考慮して掌部の移動量を決めなければならなくなり、掌部の位置を精度よく管理することができない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、掌部を移動させる際に、掌部の位置を精度よく管理することが可能な技術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、本発明のロボットハンドは、
対象物を把持するロボットハンドであって、
複数の指部と、
複数の前記指部の間に設けられた掌部と、
前記掌部を前記対象物に接近あるいは離間させる掌部駆動部と、
前記掌部駆動部を制御して前記掌部の原点合わせを行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記掌部を前記指部に当接させることによって前記掌部の原点合わせを行うことを特徴とする。

かかる本発明のロボットハンドにおいては、掌部を対象物に接近あるいは対象物から離間させる動作は、制御部の制御の下で掌部駆動部が行う。掌部駆動部内にはガタが存在しており、掌部を駆動する際には、このガタが一方向に寄せられた状態となる。すなわち、ガタの範囲内では掌部駆動部の動きは掌部に伝わらないから、ガタの範囲を超えて掌駆動部を動かして始めて掌部が対象物に接近する。掌部が対象物に接近する方向に掌部駆動部を動かしているので、この状態では、掌部駆動部内の全てのガタは、動きとは逆の方向（掌部が対象物から離間する方向）に寄せられている。逆に、掌部を対象物から離間させる方向に動かすためには、掌部が対象物から離間する方向に、ガタの範囲を超えて掌駆動部を動かす必要があり、この状態では、掌部駆動部内の全てのガタは、掌部が対象物に接近する方向に寄せられる。対象物を把持する際には掌部を対象物に当接させるから、掌部の原点を合わせる際に、掌部を指部に当接させることとすれば、掌部を対象物に接近させる方向に動かして原点合わせを行うことができるので、ガタ分を考慮することなく、掌部の移動量を決めることが可能となる。そのため、対象物を把持するために掌部を移動させる際には、掌部の位置を精度よく管理することができ、指部と掌部とで対象物を正確に把持することができる。

また、上述した本発明のロボットハンドにおいて、指部は、掌部が当接される切欠部を有するようにしてもよい。こうすることにより、掌部が指部に当接した際、安定した当接状態を実現することができる。

また、上述した本発明のロボットハンドにおいて、指部は、掌部が当接される突起部を有するようにしてもよい。このようにしても、掌部が指部に当接した際、安定した当接状態を実現することができる。

さらに、上述した本発明のロボットハンドにおいて、複数の指部のうちの少なくとも１つの指部に、掌部が当接するようにしてもよい。安定した当接が可能であるなら、全ての指部を、掌部の原点合わせのために用いる必要はないからである。

また、上述した本発明のロボットハンドにおいては、掌部を指部に当接させることによって合わせた掌部の原点を、掌部を対象物に接近させる移動方向における原点として用いることができる。こうすれば、掌部にとっては指部が対象物の代わりとなるので、適切に原点合わせを行うことができる。

また、上述した本発明のロボットハンドは、掌部の位置を精度よく管理することができ、指部と掌部とで対象物を正確に把持することできる。このため、ロボットに搭載するロボットハンドとして特に優れている。

本実施例のロボットハンドの概略構造を示す説明図である。 掌部の原点合わせの処理フローを示すフローチャートである。 掌部が基台の度当たりに当接している状態を示す説明図である。 掌部が指部の度当たりに当接している状態を示す説明図である。 本実施例のロボットハンドを搭載したロボットを示す説明図である。 第１変形例におけるロボットハンドの概略構造を示す説明図である。 第２変形例におけるロボットハンドの外観を示す斜視図である。

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．第１本実施例のロボットハンドの構成および動作 ：
Ｂ．掌部原点合わせ処理 ：
Ｃ．適用例 ：
Ｄ．変形例 ：

Ａ．本実施例のロボットハンドの構成及び動作 ：
図１は、本発明の本実施例におけるロボットハンド１００の概略構造を示す説明図である。図１に示されるように、本実施例のロボットハンド１００には、向かい合わせに設けられた複数の指部２０や、複数の指部２０の間に設けられた掌部３０などが設けられている。各指部２０は、それぞれラック２２を介して基台１０の側面から立設している。ラック２２は、基台１０の内部に設けられたピニオンギア（図示せず）や、そのピニオンギアを駆動する指部モーター（図示せず）とともに、ラックピニオン機構を構成している。従って、指部モーターを駆動すると、ラックピニオン機構によって、向かい合う指部２０の間隔が、互いに接近あるいは離間する方向に移動する。

掌部３０は、略板状の部材によって形成されており、その裏面の中央部には、下方に向かって、掌部駆動軸であるボールネジ３２が立設されている。また、同じく裏面の周辺部には、下方に向かって、複数のガイド軸３４が立設されている。基台１０の上面の中央部には、内部に向かって貫通孔１２が形成されており、その貫通孔１２には、駆動ギア４０が回転自在に取り付けられている。駆動ギア４０は、内部が中空のパイプ状となっており、その上部にはボールナット４２が一体的に固定されている。ボールナット４２は、掌部３０に立設されているボールネジ３２と螺合している。

基台１０の上面の周辺部には、内部に向かって複数のガイド穴１６が形成されており、ガイド穴１６には、掌部３０に立設されたガイド軸３４が摺動自在に貫挿されている。基台１０の下部にはモーター室１４が形成されており、モーター室１４には、掌部モーター５０と、ロータリーエンコーダー６０が取り付けられている。掌部モーター５０の回転軸の先端には、伝達ギア７０が取り付けられており、その伝達ギア７０は、駆動ギア４０の下部と噛み合っている。掌部モーター５０およびロータリーエンコーダー６０は、ケーブルを介して、駆動制御部８０に接続されている。

従って、掌部モーター５０が駆動すると、伝達ギア７０を介して駆動ギア４０が回転する。すると、駆動ギア４０の上部に固定されているボールナット４２も、一体的に回転する。一方、掌部３０の裏面に設けられている複数のガイド軸３４が基台１０の各ガイド穴１６にそれぞれ貫挿されているので、同じく掌部３０の裏面に設けられているボールネジ３２は、その回転が規制されている。従って、ボールナット４２が回転すると、ボールネジ３２は回転することなく、上下方向に移動することになる。この結果、掌部３０も、ボールネジ３２の移動と共に上下方向に移動する。

ロータリーエンコーダー６０は、掌部モーター５０の駆動量を検知して駆動制御部８０に出力する。駆動制御部８０は、掌部モーター５０の駆動量に基づいて掌部３０の位置を検出して、掌部モーター５０の駆動を制御する。また、駆動制御部８０は、指部２０についても、ラックピニオン機構内に設けられたロータリーエンコーダー（図示せず）より、指部モーター（図示せず）の駆動量を受け取り、それに基づいて指部２０の位置を把握して、指部モーターの駆動も制御している。こうして、本実施例のロボットハンド１００は、指部モーターを駆動して指部２０の間隔を近付け、さらに、掌部モーター５０を駆動して掌部３０を移動させることによって、対象物９０を把持することができる。

Ｂ．掌部原点合わせ処理 ：
上述したとおり、本実施例のロボットハンド１００の掌部３０を駆動する駆動機構は、ボールネジ３２，ボールナット４２，駆動ギア４０，伝達ギア７０，掌部モーター５０などの複数の構成要素によって構成されている。それぞれの構成要素の間には必ず隙間が存在するから、これらの隙間では、一方の構成要素が他方の構成要素に対して自由に動いてしまうこととなり、これらの集積によっていわゆるガタが発生する。そこで、本実施例のロボットハンド１００では、このように掌部３０の駆動機構内にガタがあっても、基台１０に対する掌部３０の相対的位置（従って、指部２０に対する掌部３０の相対的位置）を精度よく管理するために、掌部３０の原点合わせの際に用いる度当たりを指部２０に設けるようにした。すなわち、本実施例では、図１に示すように、各指部２０の下側傾斜部分に、それぞれ、度当たり用の切欠部２０ａを設けるようにしている。尚、本実施例においては、掌部３０の駆動機構が本発明における「掌部駆動部」に対応し、駆動制御部８０が本発明における「制御部」に対応する。

図２は、掌部３０の原点合わせの処理フローを示すフローチャートである。本実施例におけるロボットハンド１００では、駆動制御部８０が、図２に示す処理フローに従って、３０の原点合わせを行う。まず、駆動制御部８０は、掌部モーター５０を制御して、掌駆動軸を縮めて、掌部３０を基台１０の度当たりに当接させる（ステップＳ１０２）。ここで、掌駆動軸とは、ボールネジ３２の基台１０から露出している部分を指す。従って、ステップＳ１０２では、掌駆動軸を縮めるべく、ボールネジ３２を下方に移動させて、掌部３０を基台１０に近づけることによって、図３に示すように掌部３０を、基台１０の度当たりである基台上面に当接させるようにしている。

次に、図３に示すように、掌部３０が基台１０の度当たりに当接している状態で、駆動制御部８０は、掌部用のロータリーエンコーダー６０をリセットする（ステップＳ１０４）。続いて、駆動制御部８０は、指部モーター（図示せず）を制御して、各指部２０を既定位置まで移動させる（ステップＳ１０６）。尚、既定位置については、後ほど説明する。

次に、駆動制御部８０は、掌部モーター５０のトルクが既定トルクに、回転速度が既定回転速度にそれぞれなるように、掌部モーター５０を制御しながら、今度は掌駆動軸を伸ばして、掌部３０を指部２０の度当たりに当接させる（ステップＳ１０８）。すなわち、ステップＳ１０８では、掌部モーター５０を既定トルク，既定回転速度に維持しながら、掌駆動軸を伸ばすべく、ボールネジ３２を上方に移動させて、掌部３０を指部２０に近づけることによって、図４に示すように、掌部３０を、指部２０の度当たりである切欠部２０ａに当接させるようにしている。

図４は、掌部３０が指部２０の度当たりに当接している状態を示す説明図である。図４から明らかなように、前述した各指部２０の既定位置とは、掌駆動軸が伸びたときに、掌部３０の周縁部の上面が各指部２０の切欠部２０ａにちょうど当接するような位置である。

次に、図４に示すように、掌部３０が、各指部２０の度当たりである切欠部２０ａに当接している状態で、駆動制御部８０は、掌部用のロータリーエンコーダー６０をリセットする（ステップＳ１１０）。掌部３０が、各指部２０の度当たりである切欠部２０ａに当接している状態では、掌部３０の駆動機構内のガタは逆方向（掌駆動軸を縮める方向）に寄せられている。従って、このような状態で、掌部用のロータリーエンコーダー６０をリセットして、掌部３０の原点を合わせると、掌駆動軸を伸ばす時には、ガタ分を考慮することなく、掌部３０の移動量を決めることが可能となる。本実施例におけるロボットハンド１００では、以上の処理によって、掌部３０の原点合わせを行う。

このように、本実施例のロボットハンド１００によれば、掌駆動軸を伸ばす方向とは逆方向にガタを寄せて原点合わせをすることができるため、掌駆動軸を伸ばす際には、ガタ分を考慮することなく、掌部３０の移動量を決めることができる。そのため、対象物９０を把持するために掌部３０を移動させる際には、掌部３０の位置を精度よく管理することができ、指部２０と掌部３０とで対象物９０を正確に把持することができる。その結果、掌部３０にかかる力を検出しながら掌部３０を動かすという複雑な力制御を行わなくても、掌部３０を目標位置に動かす単純な位置制御によって、対象物９０を指部２０と掌部３０とで把持することができる。また、例えば、ロボットハンド１００で穴に部品を嵌合する作業を行う際に、穴への部品の挿入深さを管理したい時にも、指部２０の指先から掌部３０までの距離が管理できているので、指先から部品の先端までの距離も管理することができる。

Ｃ．適用例 ：
図５は、本実施例のロボットハンド１００を搭載したロボットを示す説明図である。上述したように、本実施例のロボットハンド１００は、掌部３０を移動させる際、基台１０に対する掌部３０の相対的位置（従って、指部２０に対する掌部３０の相対的位置）を精度よく管理することができる。このため、図５に示すように、本実施例のロボットハンド１００をロボットアーム５００の先端に取り付けて搭載するようにすれば、指部２０に対する掌部３０の相対的位置を精度よく管理することができ、指部２０と掌部３０とで対象物を正確に把持することが可能なロボット６００を実現することが可能となる。

Ｄ．変形例 ：
上述した本実施例のロボットハンド１００には幾つかの変形例が存在している。以下では、これら変形例について、本実施例との相違点を中心として簡単に説明する。尚、各変形例においては、上述した本実施例と同様の構成については同じ番号を付して説明を省略する。

図６は、本発明の第１変形例におけるロボットハンド２００の概略構造を示す説明図である。第１変形例のロボットハンド２００が、前述の本実施例と異なる点は、指部２２０の構造である。すなわち、本実施例においては、掌部３０の原点合わせの際に用いる指部２０の度当たりとして、指部２０の下側傾斜部分に切欠部２０ａを設けていたのに対し、本実施例のロボットハンド２００では、切欠部でなく、突起部２２０ａを設けるようにしている。

このような突起部２２０ａを設けるようにした場合でも、掌部３０の原点合わせの際、掌駆動軸が伸びたときに、掌部３０の周縁部の上面を各指部２２０の突起部２２０ａに当接させることで、指部２２０の度当たりとして機能させることができる。従って、第１変形例のロボットハンド２００においても、本実施例と同様の効果を奏することができる。

図７は、本発明の第２変形例におけるロボットハンド３００の外観を示す斜視図である。第２変形例のロボットハンド３００が、前述の本実施例と異なる点は、指部３２０の動作方式である。すなわち、本実施例においては、指部２０の付け根を平行移動させて指部２０と指部２０との間隔を狭めることによって対象物を把持する方式であるのに対し、第２変形例のロボットハンド３００では、指部３２０の付け根の部分を支点として指部３２０を回転させて対象物を把持する方式となっている。尚、図７において、基台３１０の下面に設けられているのは、ロボットハンド３００を支えるロボットアーム５００である。

このような構成においても、掌部３３０の原点合わせの際に用いる指部３２０の度当たりとして、指部３２０の下側傾斜部分に切欠部３２０ａを設けることによって、本実施例と同様の効果を奏することができる。

以上、本実施例および各種変形例のロボットハンド１００〜３００について説明したが、本発明は上記した各実施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、本実施例あるいは第１変形例の掌部３０が当接する指部２０，２２０の度当たりは、本実施例では切欠部２０ａであり、第１変形例では突起部２２０ａであったが、そのように特別に形成した部位でなくても、単に、指部の下側の傾斜面を度当たりとしてもよい。また、指部の他の部位であってもよい。

また、上述した実施例あるいは各種変形例では、掌部３０，３３０が当接する指部の度当たりを、複数の指部の各々に設けるようにしたが、全ての指部に度当たりを設ける必要はない。精度よく掌部３０，３３０の原点合わせができるのであれば、少なくとも１つの指部に度当たりが設けられているようにしてもよい。また、２つ以上の指部に度当たりを設けた場合も、掌部の原点合わせの際に、そのうちの、全ての指部の度当たりを使用する必要はなく、精度よく原点合わせができるのであれば、少なくとも１つの指部の度当たりを使用するようにしてもよい。

１０…基台、 １２…貫通孔、 １４…駆動ギア、 １４…モーター室、
１６…ガイド穴、 ２０…指部、 ２０ａ…切欠部、 ２２…ラック、
３０…掌部、 ３２…ボールネジ、 ３４…ガイド軸、 ４０…駆動ギア、
４２…ボールナット、 ５０…掌部モーター、 ６０…ロータリーエンコーダー、
７０…伝達ギア、 ８０…駆動制御部、 ９０…対象物、
１００…ロボットハンド、 ２００…ロボットハンド、 ２２０…指部、
２２０ａ…突起部、 ３００…ロボットハンド、 ３１０…基台、
３２０…指部、 ３２０ａ…切欠部、 ３３０…掌部、
５００…ロボットアーム、 ６００…ロボット

Claims (6)

1. 対象物を把持するロボットハンドであって、
   複数の指部と、
   複数の前記指部の間に設けられた掌部と、
   前記掌部を前記対象物に接近あるいは離間させる掌部駆動部と、
   前記掌部駆動部を制御して前記掌部の原点合わせを行う制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記掌部を前記指部に当接させることによって前記掌部の原点合わせを行う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、
   前記指部は、前記掌部が当接される切欠部を有することを特徴とするロボットハンド。
3. 請求項１に記載のロボットハンドであって、
   前記指部は、前記掌部が当接される突起部を有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であって、
   複数の前記指部の中の少なくとも１つに、前記掌部が当接することを特徴とするロボットハンド。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載のロボットハンドであって、
   前記掌部の原点とは、前記掌部を対象物に接近させる移動方向における原点であることを特徴とするロボットハンド。
6. 請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載のロボットハンドを有するロボット。

Images