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 - Google Patents

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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、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、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、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。
Figure 0006878027
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。
Figure 0006878027
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 (16)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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、
    Figure 0006878027

    の関係であることを特徴とするロボットハンド。
  11. 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、
    Figure 0006878027

    の関係であることを特徴とするロボットハンド。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
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