JP6878027B2

JP6878027B2 - ロボットハンド、ロボットハンドの制御方法、ロボットハンドを用いた物品の製造方法、ロボット装置、制御プログラムおよび記録媒体

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Publication number: JP6878027B2
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Description

本発明は、少なくとも３つの把持指を備え、各把持指の把持面を介して対象物を把持し、対象物を操作するロボットハンド、そのロボットハンドの制御方法、そのロボットハンドを用いた組立方法、およびロボット装置に関する。

産業用ロボットの把持手段を構成するエンドエフェクタとして、様々な形状のロボットハンド（以下単に「ハンド」という場合がある）が用いられている。この種のロボットハンドには、一般に、掌部と、掌部に設けられた複数の把持指（以下「フィンガ」と呼ぶ場合がある）を備えた多指ハンドがある。この種の多指ハンドは、少なくとも１本の変位可能な把持指を動作させる駆動部を有し、制御装置によって駆動部を制御し、把持指を開閉させ、対象物を把持、ないし開放する構成である。

多指ハンドでは、可動の把持指の基部の１関節を直線的に移動させて開閉し、対象物を把持、開放するものがある。このような単一関節のハンドでは、対象物（例えば工業製品のワーク以下「ワーク」と呼ぶ場合がある）の形状や特性、重量などに応じて把持面の形状や材質の異ならせた複数種類のフィンガを用意し、交換して用いる仕様のものがある。

ところが、製品の自動組立工程において、複数種類の部品を１組のロボットアームと多指ハンドで把持し、組み立てを行う場合、フィンガを部品の種類毎に交換する必要があり、交換に時間がかかってしまう。この問題を解決するために、特許文献１に示されるような３つ爪構造を有する単一関節の多指ハンドが提案されている。

上記特許文献１の多指ハンドの構成では、大きさや形状の異なる多様なワークを把持するために、ワークと接する指先の把持面の形状を円筒面で構成し、ワークと指先に働く摩擦力でワークを把持する。このため、ワークの特定形状に適合した専用形状を用意しなくても多様な形状や材質、重量のワークに対応できる場合が多い。

特開２００９−２９１８７１号公報

特許文献１のロボットハンドでは、指先把持面の形状が単純な円筒形状のため、多様な形状や材質、重量のワークが把持できるが、ワークと指先把持面の接触は円筒面での線接触となる。また、ワークと指先に働く摩擦力でワークを把持するため、搬送時の加速度や組付時の反力の影響を受けずに、ワークを安定把持するには、より強い把持力が必要となる。しかしながら、ワークを強い力で把持する場合、ワークと指先把持面とが円筒面での線接触であり、十分な接触面積が稼げず、ワークや指先把持面が傷つくため、安定した把持が不可能になる。

また、特許文献１の把持指は回転軸により把持指自体が回転し、ワークに接触する把持指の把持面位置が変わる構成となっている。ゆえに接触面積を稼ぐために、ワークと指先把持面が面接触となるよう把持指の指先形状を角柱形状に設けた場合、ワークを把持する際、把持指の回転駆動により把持指のエッジをワークに接触させてしまい、ワークを傷つけてしまう恐れがある。

そこで本発明の課題は、上記問題に鑑み、ロボットハンドによって、多様な形状のワークを安定把持するために、大きな把持力でワークを把持しても、ワークを傷付けずに把持することができる汎用ハンドを提供することにある。

複数の指部により対象物を操作するロボットハンドであって、前記指部は、曲面部からなる第１の面と、平面部からなる第２の面とを有する第１指部を少なくとも１つ含み、前記指部を互いに接近、もしくは互いに離間させる第１駆動機構と、前記対象物と接触させる前記第１指部の面として、前記第１の面または前記第２の面を選択可能であり、前記第１の面と前記第２の面とは、エッジが存在しないように連続して接続されるように前記第１指部に設けられている、ことを特徴とするロボットハンドを採用した。

上記請求項１に係る構成によれば、把持指を開閉させる開閉駆動機構と、各把持指が持つ複数の面を対象物の形状に応じて変更可能に接触できる機構に加え、対象物と接触する把持面に曲面部と平面部を併せ持たせた少なくとも１つの把持指を設けている。このため、多様な形状の対象物を把持する際、平面部を用いて接触面積を稼ぎつつ、曲面部によりエッジ接触での対象物の損傷の危険性も低減できる。これにより、搬送加速度や組付反力を受けても対象物がずれないよう十分な把持力で把持しても、対象物を傷つけないようにすることができる。

（ａ）（ｂ）本発明の実施例１に係るロボットハンドの異なる状態を側面方向からそれぞれ示した説明図である。（ｃ）本発明の実施例１に係るロボットハンドを斜視方向から簡略化して示した説明図である。本発明の実施例１に係るロボットハンドを、異なる把持指旋回姿勢において、把持指の指先方向からそれぞれ示した説明図である。本発明の実施例１に係るロボットハンドの把持指の指先部の形状を、把持指の指先方向から拡大して示した説明図である。ロボットハンドの把持指の指先部が円柱の場合について、異なる把持指旋回姿勢における、ワークと把持面の接触状態を示した説明図である。ロボットハンドの把持指の指先部が角柱の場合について、異なる把持指旋回姿勢における、ワークと把持面の接触状態を示した説明図である。本発明の実施例１に係るロボットハンドの把持指の指先部とワークとの接触における、把持指の指先部の半径と接触面積の関係を示した説明図である。本発明の実施例１に係るロボットハンドの制御系の構成例を示した説明図である。本発明の実施例１に係るロボットハンドをロボットアームに装着した際の制御系を含めた簡易的な全体図である。本発明の実施例２に係るロボットハンドの把持指の指先部の形状を、把持指の指先方向から拡大して示した説明図である。本発明の実施例２に係るロボットハンドを、異なる把持指旋回姿勢において、把持指の指先方向からそれぞれ示した説明図である。

以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。

（実施例１）
まず、図１〜図３を参照して、本発明を採用したロボットハンド１００の概略構成の一例につき説明する。図１（ａ）、（ｂ）は本発明を適用した実施例１におけるロボットハンド１００の異なる状態を側面方向から示している。図１（ｃ）は斜視方向から簡略化して示している。また、図２（ａ）〜（ｅ）は図１のロボットハンド１００の旋回指がそれぞれ異なる方向にある状態をハンドの指先方向から示している。

なお、以下の図面においては、必要に応じて図中の矢印はＸ、Ｙ、Ｚの各座標軸を示す。また、これら各座標軸方向に働く力をＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚのような形式で示す。一般に、ロボット装置では、ＸＹＺ３次元座標系は、設置環境全体のグローバル座標系の他に制御の都合などによって、ロボットハンド、フィンガなどに関して適宜ローカル座標系を用いる場合がある。

本実施例で図示するＸ、Ｙ、Ｚの各座標軸は、主に、複数設けられた各フィンガにつき設定され、各フィンガの制御にそれぞれ用いられるローカル座標系を意味するものとする。本実施例では、各フィンガの基材部から掌部１に対して直角にそのフィンガの指先方向に伸びる座標軸をＹ軸とする（指先側がＹ方向：図１（ａ）などを参照）。また、Ｚ軸はフィンガが（他のフィンガに対して）開閉駆動される方向に取られる（他のフィンガに接近する方向がＺ方向：図２（ａ）などを参照）。また、Ｚ軸に対して、Ｘ軸は直角に取られる。

図１、図２に示すように、本実施例のロボットハンド１００は、掌部１と、この掌部１よりも手先側に固定指２０、第１の旋回指４０、第２の旋回指６０を配置したものである。

掌部１の下方には、ロボットアーム取付部２が配置され、ロボットハンド１００はロボットアーム取付部２を介してロボットアーム３００（図８参照）に対して装着される。

図１（ｃ）より、第１の旋回指４０は、旋回軸４７を中心にアクチュエータ４６によって矢印４０Ａの方向に旋回駆動される。この旋回駆動のためのアクチュエータ４６は、旋回軸４７を回転駆動する例えばモータや減速機などから構成する。また、第２の旋回指６０は、旋回軸６７を中心にアクチュエータ４６と同様に構成された旋回指６０のためのアクチュエータ６６によって矢印６０Ａの方向に旋回駆動される。なお、図１（ａ）、（ｂ）においては、旋回指６０は例えば図２（ａ）の状態で位置している。

なお、固定指２０は、旋回指４０、６０の上記アクチュエータ４６、６６のような旋回手段を有していないため、便宜上「固定指」という。

さらに、本実施例のロボットハンド１００では、把持部のフィンガ形状の部分の全体を、固定指２０、旋回指４０、６０と呼んでいるが、これら固定指２０、旋回指４０、６０は、それぞれ特にワークの把持に作用する狭義の指先部３０、５０、７０の部分を備えている。

また、指先部３０、５０、７０の下部には、力センサ２５、４５、６５が配置されている。この力センサ２５、４５、６５は、指先部３０、５０、７０が受ける３軸方向に係る力を検出することができる。力センサ２５、４５、６５によって把持力Ｆｚと組付け力Ｆｙを検出することができるものとする。

さらに、本実施例のロボットハンド１００では、指先部３０、５０、７０および力センサ２５、４５、６５の間の距離を変更し、指先部３０、５０、７０および力センサ２５、４５、６５を開閉させる開閉駆動機構を設けている。

即ち、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、固定指２０、旋回指４０（６０も同様）の力センサ２５、４５の下面は、基材部２２、４２に装着され、基材部２２、４２によって支持されている。この基材部２２、４２はリンク可動部として機能する。一方、掌部１側には、リンク固定部として、基材部２１、４１が配置されている。

図１（ｃ）より、基材部２１、４１、６１は、矩形（平行四辺形）パンタグラフ構成の少なくとも２本のリンク２３、４３、６３を介して基材部２２、４２、６２とそれぞれ連結されている。そして、各フィンガについて、各リンクを詳細不図示のモータおよび減速機２４、４４、６４などの駆動系を介して回転駆動できるよう構成する。これにより、リンク２３、４３、６３の基材部２１、４１、６１に対する傾斜角度を選択することができる。このような構造により、パンタグラフ構成のリンク２３、４３、６３を介して、指先部３０、５０、７０の部分を含む基材部２２、４２、６２よりも指先側の部分を基材部２１、４１、６１（ないし掌部１）に対してほぼ平行な姿勢を保ったまま直線的に２０Ｂ、４０Ｂ、６０Ｂそれぞれの方向へ開閉（接近／離間）できる。

図１（ａ）、（ｂ）では、第２の旋回指６０は、第１の旋回指４０の向こうに隠れており図示されていないが、図１（ｃ）より上記の第１の旋回指４０と同様の構造を有する。これら旋回駆動可能な第１、第２の旋回指４０、６０は、例えばそれぞれ独立に駆動制御される構造とするが、駆動系やアクチュエータの一部を適当な連動機構を介して共通化し、同一アクチュエータで同期駆動するよう構成してもよい。

図３は、図２（ａ）のように２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向２０Ｂが実質平行のときの、固定指２０の指先部３０と、旋回指４０、６０の指先部５０、７０を拡大した図である。

図３に示すように、掌部１に固定された固定指２０の指先部３０の把持面３１は平面部のみが形成されている。また、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の把持面は、旋回軸４７，６７と実質平行な中心軸を有する曲面部５２、７２と、第１の平面部５１、７１と、第２の平面部５３、７３を有する。

図２（ａ）のように、２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向２０Ｂが実質平行のときには、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の第１の平面部５１、７１は固定指２０の把持面３１と実質平行となる。

また、図２（ｃ）のように、２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向２０Ｂが実質直角のときには、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の第２の平面部５３、７３は固定指２０の把持面３１と実質平行となる。

また、図２（ｂ）のように、２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向２０Ｂが互いにほぼ１２０度の角度をなすように旋回姿勢に制御されているときには、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の曲面部５２、７２が、固定指２０の把持面３１と対向する。

２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向が互いに実質平行から実質直角の角度をなすように旋回姿勢が遷移する間は、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の曲面部５２、７２が、固定指２０の把持面３１と対向する。

このような構造では、旋回指４０、６０を自在に旋回、開閉させることができ、ワークと指先部の把持面との接触の仕方を曲面部による接触か、平面部による接触かをワークの形状に合わせて選ぶことができる。以下、本実施例におけるワークと指先部の把持面との接触面積について説明する。

本実施例のロボットハンドが、多様な形状のワークを把持する際の指先部３０、５０、７０の把持面とワーク（３、４、５，６，７）との接触状態について図２（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。また、本実施例の指先部の把持面とワークとの接触状態を比較するために、図４（ａ）〜（ｅ）に、３つの指先部が円筒形状の場合のワーク（３、４、５，６，７）との接触状態を示す。同様に図５（ａ）〜（ｅ）に、３つの指先部が角柱形状の場合のワーク（３、４、５，６，７）との接触状態、図６に本発明の実施例１に係るロボットハンドの把持指の指先部とワークとの接触における、把持指の指先部の半径と接触面積の関係を示す。

図２（ａ）のように、２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向２０Ｂが平行のときには、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の第１の平面領域５１、７１は固定指２０の把持面３１と平行となるような旋回姿勢に制御されている。図２（ａ）のような固定指２０、旋回指４０、６０の相対姿勢で、図示のような長方形形状のワーク３を把持する場合、ワークは２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の第１の平面部、および固定指２０の把持面３１と接触するため、平面同士の面接触となる。

図２（ｂ）のように、２つの旋回指４０、６０の開閉方向と、固定指２０の開閉方向が互いに（ほぼ）１２０度の角度のときには、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の曲面部５２、７２が、固定指２０の把持面３１と平行となる旋回姿勢に制御されている。図２（ｂ）のような固定指２０、旋回指４０、６０の相対姿勢で、図示のような三角形断面形状のワーク４を把持する場合、ワークは２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の曲面部５２、７２、および固定指２０の把持面３１と接触するため、平面と曲面との線接触となる。また、図２（ｄ）のような固定指２０、旋回指４０、６０の相対姿勢で、図示のような円形断面形状のワーク６を把持する場合、ワークは２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の第１の平面部、および固定指２０の把持面３１と接触するため、平面と曲面との線接触となる。

図２（ｃ）のように、２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向２０Ｂが直角のときには、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の第２の平面部５３、７３が固定指２０の把持面３１と平行となる旋回姿勢に制御されている。図２（ｃ）のような固定指２０、旋回指４０、６０の相対姿勢で、図示のような細長い四角形断面形状のワーク５を把持する場合、ワークは２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の第２の平面部５３、７３、および固定指２０の把持面３１と接触するため、平面同士の面接触となる。また、図２（ｅ）のような小型薄物形状のワーク７を把持する場合、ワークは２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の第１の平面部５１、７１、および固定指２０の把持面３１と接触するため、平面同士の面接触となる。

図６に旋回指４０、６０の指先部の曲面部５２、７２の曲率半径を変化させた際の、ワークと指先部の把持面との接触面積の関係を示す。図６（ａ）は指先部の把持面と接触するワークの面が平面の場合を、図６（ｂ）は図６（ａ）のグラフの指先部の把持面の曲面部５２、７２の曲率半径のスケールを０〜２０ｍｍまでに拡大したもの、図６（ｃ）は指先部の把持面と接触するワークの面が曲面の場合をそれぞれ示している。この接触面積は、指先部の把持面とワークとの接触長さを１５ｍｍ、指先部およびワークの材質を鉄、指先部の把持面と接触するワークの面が曲面の場合の曲率半径を２０ｍｍ、把持力を６０Ｎとして、算出している。

以下では、ワークと指先部の把持面の接触面積について、指先部の把持面が本実施例の場合（平面部と曲面部を併せ持っている（図２に示す把持））と、指先部の把持面が円筒形状の場合（曲面部のみしか持っておらず円筒半径は２．５ｍｍ（図４に示す把持））、指先部の把持面が角柱形状の場合（平面部のみしか持っておらずエッジが存在する（図５に示す把持））とで比較している。

なお、曲面部による接触においては、点接触および線接触となり実際には面積が生じないが、把持力により曲面部が変形、もしくは接触部同士の凹凸により生じる真実接触面積を接触面積として計算している。

指先部の把持面と接触するワークの面が平面の場合、図６（ａ）および図６（ｂ）で示すように、指先部の把持面が円筒形状の場合は、指先部の把持面の曲面部の曲率半径が２．５ｍｍであるため、図６（ｂ）より、接触面積を０．１６７ｍｍ^２までしか稼ぐことができない。しかし、本実施例の場合は平面部を持っているため、指先部の把持面の曲面部の曲率半径が∞（すなわち平面）になり、図６（ａ）より、接触面積は７５ｍｍ^２、指先部の把持面が円筒形状の場合より本実施例の方が５００倍程度接触面積を増やすことができる。

次に、指先部の把持面と接触するワークの面が曲面の場合、図６（ｃ）で示すように、指先部の把持面が円筒形状の場合は、接触面積を０．１５ｍｍ^２までしか稼ぐことができないが、本実施例の場合は指先部の把持面の曲面部の曲率半径が∞（すなわち平面）になり、接触面積は０．４５ｍｍ^２、指先部の把持面が円筒形状の場合より本実施例の方が３倍程度接触面積を増やすことができる。

なお、本実施例の指先部の把持面の曲面部と、指先部の把持面が円筒形状の場合では、半径が同じであれば接触面積は変わらない。

また、ワークと指先部の把持面との接触面積について、指先部の把持面が角柱形状の場合、指先部の把持面と接触するワークの面が平面の場合では、図６（ｂ）で示すように、エッジでワークに接触させてしまうと、指先部の把持面の曲面部の半径が０．１ｍｍ（すなわち角柱のエッジ）となり、接触面積は０．０３３ｍｍ^２、指先部の把持面と接触するワークの面が曲面の場合では接触面積が０．０３２ｍｍ^２と極端に小さくなってしまい、ワークを損傷してしまう危険性が高くなる。

なお、図３で示す本実施例の指先部の把持面の平面領域と、指先把持部が角柱形状の場合とでは、最大接触応力の緩和という点から見れば、両者とも十分に接触面積がとれているため、大差はない。

また、図３より旋回指４０、６０の指先部の把持面の曲面部５２，７２の曲率半径Ｒは、以下のように定義される。

このとき、旋回指４０、６０の指先部の把持面にかかる把持力Ｆ、旋回指４０、６０の指先部の把持面と把持対象物との接触長さＬ、指先部の最小幅Ａ、把持対象物のヤング率Ｅ、把持対象物の降伏応力σとする。

また、図３より旋回指４０、６０の指先部の把持面の第１の平面部５１、７１と第２の平面部５３、７３の最小長さＡ’は、以下のように定義される。

このとき、旋回指４０、６０の指先部の把持面にかかる把持力Ｆ、旋回指４０、６０の指先部の把持面と前記把持対象物との接触長さＬ、指先部の最小幅Ａ、把持対象物の降伏応力σとする。

これにより、旋回指４０、５０の指先部の把持面５１，５２，５３、７１，７２，７３とワーク３，４，５，６，７とが、互いに塑性変形しないように、曲面部５２，５３の曲率半径Ｒの最小値を規定している。また、２つの旋回する指先部の把持面の第１の平面部５１、７１と第２の平面部５３、７３についても、互いに塑性変形しないように、最小長さＡ’を規定している。

以上のように本実施例の２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の把持面は、旋回軸４７，６７と平行な中心軸を有する曲面部５２、７２と、第１の平面部５１、７１と、第２の平面部５３、７３を形成している。また、掌部１に固定された固定指２０の指先部３０の把持面３１は平面が形成されている。これら２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向２０Ｂが平行のときには、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の第１の平面部５１、７１は固定指２０の把持面３１と平行となる形状となっている。また、２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向２０Ｂが直角のときには、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の第２の平面部５３、７３は固定指２０の把持面３１と平行となる形状となっている。また、２つの旋回指４０、６０の開閉方向と、固定指２０の開閉方向が互いに（ほぼ）１２０度の角度をなすように旋回姿勢に制御されているときには、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の曲面部５２、７２が、固定指２０の把持面３１と対向する形状となっている。

これにより、長方形形状のワーク３、細長い四角形断面形状のワーク５、小型薄物形状のワーク７は、本実施例の指先把持面との接触は平面同士の接触となるため、従来の円筒形状の指先部と比較して十分な接触面積を稼ぐことができる。また、円形断面形状のワーク６と本実施例の指先把持面との接触は、平面と曲面の接触となるため、従来の円筒形状の指先部と比較して十分な接触面積を稼ぐことができる。

従って、強い力で把持してもワークや指先把持面を傷つけずに、搬送加速度や組付反力を受けてもワークをずらさず安定把持が可能となる。

また、三角形断面形状のワーク４と本実施例の指先把持面との接触は、平面対曲面の線接触となるが、従来の角柱形状の指先部との接触（平面対エッジの線接触）の場合に比べると顕著に接触面積を稼ぐことができる。

上記のように、ワークの形状に応じて接触させる、旋回指４０、６０の指先部の把持面の平面部と曲面部の制御方法はコントローラにより人間の目視で行ってもよいし、制御装置により行っても良い。以下に制御装置による制御方法について説明する。

図７に開閉機構制御部２０２、２０３、２０４と旋回機構制御部２０５を含むロボットハンド１００の制御系の構成例を示す。ハンド制御部２００は、ロボットハンド制御部を構成する。制御部２００は、例えば指令値を生成するＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０６、ＲＡＭ２０７によって構成することができる。

図８に本実施例のロボットハンド１００をロボットアーム３００に装着した際の全体図を示す。ハンド制御部を２００、アーム制御部を４００とする。Ｗ１、Ｗ２は把持、組立されるワークを示す。

図７より、ＲＯＭ２０６には、後述のロボットハンド制御手順をＣＰＵ２０１が読み取り、実行可能な例えばロボットハンド制御プログラム（あるいはさらに制御データ）の形式で格納しておくことができる。ＲＡＭ２０７は、ロボットハンド制御プログラムを実行する際のワークエリアとして用いることができる。

さらに、ＲＯＭ２０６にはあらかじめロボットハンドが把持するワークの形状とその形状に対応した各把持指の把持位置情報を格納しておくことができる。これにより多様な形状のワークに対応した把持を行うことができる。

後述の制御プログラムやワークの形状をＲＯＭ２０６（や不図示の各種フラッシュメモリやＨＤＤのような外部記憶装置）に記録（格納）する場合、これらの記録媒体は、本発明を実施するための制御手順を格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成する。なお、後述の制御手順を実行させるプログラムは、ＲＯＭやＨＤＤのような固定的な記録媒体に格納する他、各種フラッシュメモリや光（磁気）ディスクのような着脱可能なコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。このような格納形態は、本発明の制御手順を実行させる制御プログラムをインストールしたり更新したりする場合に利用できる。また、本発明の制御手順を実行させるプログラムをインストールしたり更新したりする場合、上記のような着脱可能な記録媒体を用いる他、不図示のネットワーク（イントラネットなど）を介してプログラムをダウンロードする方式を利用してもよい。

掌部１には、フィンガの開閉駆動機構（例えば図１（ａ）、（ｂ）の駆動軸４４のアクチュエータ）、旋回機構（例えば図１（ａ）、（ｂ）の旋回軸４６のアクチュエータ）を駆動するための駆動インターフェースなどを含む。また、インターフェースには、その他にもロボットハンド１００が装着されるロボットアームの制御部などと通信するためのネットワークインターフェースなどが含まれる。

このような旋回機構制御部により２つの旋回指４０、６０の旋回軸４７、６７の駆動量を制御することが可能である。また、旋回駆動系の構造によっては、旋回角度を連続的に可変制御するだけではなく、特定の角度ピッチずつ段階的に駆動するような制御方式を取ることもできる。連続制御、段階的制御のいずれであっても、旋回指４０、６０は種々のワーク（３、４、５，６，７）の形状に応じた旋回角度に制御することができる。

次に本実施例のロボットハンドが、多様な形状のワークを把持する際の形態について図２（ａ）〜（ｃ）、図８を用いて説明する。同図はロボットアーム３００に密着されたロボットハンド１００でワークＷ１を把持し、ワークＷ２に嵌合させる組立動作を表している。

本実施例のロボットハンド１００は、固定指２０、旋回指４０、６０によるフィンガ構造、開閉駆動機構、旋回機構と制御部によりワークに適した各フィンガ（２０、４０、６０）の相対的な開閉（フィンガ同士が接近する、あるいは離間する）方向を変更可能に制御することができる。以下、実際に把持、組み立てる際の動作の一例について説明する。

まず、ＲＯＭ２０６に把持するワークの形状に対応した各把持指の位置情報、掴むワークの順番を記憶させる。掴むワークの順番どおりベルトコンベア（不図示）等でワークを流せばワークの形状に合わせて把持することができる。

ワークを把持する際、最初に、ワークの形状情報から、固定指２０を接触させても良い場所に固定指２０の平面部を接触させる。次に図１（ｃ）より、旋回指４０、６０を開閉させるアクチュエータ４４、６４と、旋回指４０、６０を旋回させるアクチュエータ４６、６６を駆動させ、曲面部を接触させる。

ワークの形状情報から、曲面部で接触させた位置以外にも把持面を接触させることができる場合、旋回指４０、６０を旋回させるアクチュエータ４６、６６を駆動させ、旋回指４０、６０の第１の平面部５１、７１を接触させて把持、もしくは第２の平面部５３、７３を接触させて把持させる。

ワークの剛性により曲面部で接触させた位置以外に把持面を接触させることができない場合、曲面部との線接触で把持する。

例えば、図２（ａ）では、旋回指４０、６０は、その開閉方向４０Ｂ、６０Ｂが固定指２０と実質平行、即ちこれら各フィンガごとに取られた３次元座標系のＺ軸（把持力Ｆｚの方向）が全て実質平行になるような旋回姿勢に制御されている。

また、図２（ｃ）および（ｅ）では、旋回指４０、６０の旋回姿勢がちょうど図２（ａ）の姿勢と点対称になっている。これにより、旋回指４０、６０の３次元座標系のＺ軸はほぼ一直線上にあり、かつＺ軸の正方向（把持力Ｆｚの方向）は、互いに逆向きになっている。

このような長方形形状のワークを把持する際、ワークの剛性により平面部を接触させても良い場所が多いワークの場合は接触面積を稼げるよう、図２（ａ）、（ｃ）、（ｅ）に示した旋回姿勢が適している。なお、平面部を接触させても良い場所が無い場合は、最初に接触させた曲面部で把持する。

また、図２（ｂ）および（ｄ）では、旋回指４０、６０は、これら旋回指と固定指２０の開閉方向が互いに（ほぼ）１２０度の角度をなすように旋回姿勢に制御されている。

図２（ｂ）では、曲面部をワークに接触させて把持しているが、平面部を接触させても良い場所があるならば、接触面積が稼げるよう旋回指４０、６０を旋回させ、平面部を接触させても良い。

図２（ｄ）も同様に、ワーク剛性により接触面積が稼げるよう平面部と曲面部の接触を自在に変更して把持させてよい。

図８より、Ｗ１、Ｗ２のような嵌合しあうワークである場合は、Ｗ１を把持しＷ２まで運び、上記のように接触面積を大きく稼いで把持することで、組付反力を受けてもずれないよう組み立てることができる。

以上の構成により、ワークの形状に応じて、把持指の指先部の平面部と曲面部を接触させ、平面部を用いて接触面積を稼ぎつつ、曲面部によりエッジ接触でのワークの損傷の危険性も低減でき、搬送加速度や組付反力を受けても対象物がずれないよう十分な把持力で把持しても、ワークを傷つけないようにすることができる。

また、図８より、ロボットアーム制御部４００は、ワーク操作を行うためのロボット制御プログラムを実行し、必要に応じて、把持、開放、把持力などの制御情報をロボットハンド制御部２００に送信する。

ただし、ロボット装置の実装仕様などによっては、ロボットアーム制御部４００がロボットハンド制御部２００を兼ねる構造も考えられる。

（実施例２）
上記実施例１では、第１と第２の平面部が実質垂直となるようにＲ面取り加工を設けたが、第１と第２の平面部がある角度θをなすように設けても良い。以下で説明する。なお、制御機構、旋回機構、開閉駆動機構等は実施例１と同様であるため、説明は省略する。

図９は本発明の第２の実施例の説明として、図１０（ａ）のように２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向２０Ｂが平行のときの、固定指２０の指先部３０と、旋回指４０、６０の指先部５０、７０を拡大した図である。

本実施例２のロボットハンド１００では、指先部３０、５０、７０と対象物とを接触させる把持面を備えている。

図９に示すように、掌部１に固定された固定指２０の指先部３０の把持面３１は平面が形成されている。また、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の把持面は、旋回軸４７，６７と平行な中心軸を有する曲面部５２、７２と、第１の平面部５１、７１と、第２の平面部５３、７３を有する。前記第２の平面部５３、７３は、前記第１の平面部５１，７１に対して、θ°の角度をなしている。

図１０（ａ）のように、２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向２０Ｂが平行のときには、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の第１の平面部５１、７１は固定指２０の把持面３１と平行となる。

また、図１０（ｃ）のように、２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向２０Ｂとの角度がそれぞれ１２０°のときには、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の第２の平面部５３、７３は固定指２０の把持面３１と平行となる。

また、図１０（ｂ）のように、２つの旋回指４０、６０の開閉方向４０Ｂ、６０Ｂと、固定指２０の開閉方向２０Ｂが互いに（ほぼ）１２０度の角度をなすように旋回姿勢に制御されているときには、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の曲面部５２、７２が、固定指２０の把持面３１と対向する。

２つの旋回指４０、６０の開閉方向と、固定指２０の開閉方向が互いに平行から±１２０°の角度をなすように旋回姿勢が遷移する間は、２つの旋回指４０、６０の指先部５０、７０の曲面部５２、７２が、固定指２０の把持面３１と対向する。

以上の構成により、旋回指４０、６０の旋回可変位置の範囲を大きくしても実施例１と同様の効果を得ることができる。

なお、指先部３０の把持面３１および，指先部５０，７０の把持面５１，５２，５３，７１，７２，７３は、対象物（ワーク）の特性に適した弾性変形率や硬度を有する各種の材料から構成することができる。例えば、対象物（ワーク）の特性に応じた硬軟のラバー材料などを把持面５１，５２，５３，７１，７２，７３に用いることが考えられる。ラバー材料の場合は、適当な弾性変形率を選択しておくことにより、把持指先部５０，７０の把持面５１，５２，５３，７１，７２，７３と対象物（ワーク）との間の摩擦係数を向上させ、安定把持の効果を期待できる可能性がある。

さらに、実施例１、実施例２では旋回指４０、６０の持つエッジのうち１つにＲ面取り加工を施して説明してきたが、旋回機構により他のエッジがワークに接触する場合は、Ｒ面取り加工するエッジを増やしても良い。

１掌部
２ロボットアーム取付面
３、４、５、６、７ワーク
２０固定指
４０、６０旋回指
２３、４３、６３リンク機構
２４、４４、６４開閉駆動機構を動かすアクチュエータ
４６、６６旋回指を旋回させるアクチュエータ
４７、６７旋回軸
３０、５０、７０指先部
５１、７１第１の平面部
５３、７３第２の平面部
５２、７２曲面部
１００ロボットハンド

Claims

複数の指部により対象物を操作するロボットハンドであって、
前記指部は、曲面部からなる第１の面と、平面部からなる第２の面とを有する第１指部を少なくとも１つ含み、
前記指部を互いに接近、もしくは互いに離間させる第１駆動機構と、を備え、
前記第１指部は、前記対象物と接触させる前記第１指部の面として、前記第１の面または前記第２の面を選択可能であり、
前記第１の面と前記第２の面とは、エッジが存在しないように連続して接続されるように前記第１指部に設けられている、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
前記曲面部の曲率半径は、前記第１指部における幅方向の長さよりも小さい、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１または２に記載のロボットハンドにおいて、
前記指部は、前記第２の面を有し前記第１の面を有しない第２指部を少なくとも１つ含む、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項３に記載のロボットハンドにおいて、
前記第２指部は、前記対象物と接触させる面を変更できない、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項３または４に記載のロボットハンドにおいて、
前記第１指部は、第２駆動機構により、前記第１の面または前記第２の面を選択可能となっている、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項５に記載のロボットハンドにおいて、
前記第１指部および前記第２指部が支持される掌部を有し、
前記第２駆動機構は、前記掌部に対して、前記第１指部全体を旋回させる旋回機構である、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項６に記載のロボットハンドにおいて、
前記曲面部は、前記旋回機構の旋回軸と平行な関係となる中心軸を有している、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項３から７のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記第１指部を２つ備え、前記第２指部を１つ備え、
前記第１指部の第２の面と、前記第２指部の第２の面と、を前記対象物に接触させて把持する第１モードと、
前記第１指部の第１の面と、前記第２指部の第２の面と、を前記対象物に接触させて把持する第２モードと、
前記第１指部の第１の面を前記対象物に接触させ、前記第１指部によって前記対象物を把持する第３モードと、を備えている、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から８のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記第１指部は、前記第１の面を複数、備えている、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から９のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記第１指部にかかる力をＦ、前記第１指部の最小幅をＡ、前記第１指部と前記対象物との接触長さＬ、前記対象物のヤング率Ｅ、前記対象物の降伏応力σとした場合、前記第１指部の第１の面の曲率半径Ｒは、

の関係であることを特徴とするロボットハンド。
請求項１から１０のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記第１指部にかかる力をＦ、前記第１指部の最小幅をＡ、前記第１指部と前記対象物との接触長さＬ、前記対象物のヤング率Ｅ、前記対象物の降伏応力σとした場合、前記第１指部の第２の面の平面部の最小長さＡ’は、

の関係であることを特徴とするロボットハンド。
請求項１から１１のいずれか１項に記載のロボットハンドをロボットアームに備えたロボット装置。
複数の指部により対象物を操作するロボットハンドの制御方法であって、
前記指部は、曲面部からなる第１の面と、平面部からなる第２の面とを有する第１指部を少なくとも１つ含み、
前記ロボットハンドは、
前記指部を互いに接近、もしくは互いに離間させる第１駆動機構と、を備えており、
前記第１指部は、前記対象物と接触させる前記第１指部の面として、前記第１の面または前記第２の面を選択可能であり、
前記第１の面と前記第２の面とは、エッジが存在しないように連続して接続されるように前記第１指部に設けられており、
制御装置が、前記指部の動作を制御することで、前記対象物を操作する、
ことを特徴とするロボットハンドの制御方法。
複数の指部により対象物を操作するロボットハンドを用いた物品の製造方法であって、
前記指部は、曲面部からなる第１の面と、平面部からなる第２の面とを有する第１指部を少なくとも１つ含み、
前記ロボットハンドは、
前記指部を互いに接近、もしくは互いに離間させる第１駆動機構と、を備えており、
前記第１指部は、前記対象物と接触させる前記第１指部の面として、前記第１の面または前記第２の面を選択可能であり、
前記第１の面と前記第２の面とは、エッジが存在しないように連続して接続されるように前記第１指部に設けられており、
制御装置が、前記指部の動作を制御することで前記対象物を操作し、物品の製造を行う、
ことを特徴とする物品の製造方法。
請求項１３に記載の制御方法を実行可能な制御プログラム。
請求項１５に記載の制御プログラムを格納した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。