JP6988199B2 - Articulated one-finger hand and picking device - Google Patents
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Description
本発明は、多関節一指ハンド、及びピッキング装置に関する。 The present invention relates to an articulated one-finger hand and a picking device.
例えば、特許文献１には、ロボットアームの先端に少なくとも３本の指を備えた多指多関節ハンドを取り付け、ワーク（対象物）をピッキングするピッキング装置が記載されている。この特許文献１に記載されたピッキング装置は、ワークに対し各指先端に設けた照明装置を１つずつ照射して、ワークからの反射光をカメラで撮像し、ワークの形状や位置、姿勢認識を行い、認識結果によって各指を駆動することでワークを把持することができる。
For example,
また、例えば、特許文献２には、関節数と同数の直動モータを組み合わせた多段直動アクチュエータを用いたロボットハンドの指機構が記載されている。この特許文献２に記載されたロボットハンドの指機構は、複数の直動モータを個別に制御することで、各リンクの回動を行わせることができる。
Further, for example,
しかしながら、上記従来技術では、ワークの位置、姿勢を正確に認識し、認識結果によって多指多関節ハンドを駆動する必要があるため、ワークの認識処理や多指多関節ハンドの駆動制御が複雑化する。また、多指多関節ハンドの構造や直動機構が複雑になるため、低コスト化やメンテナンス性の向上には限界があった。 However, in the above-mentioned prior art, it is necessary to accurately recognize the position and posture of the work and drive the multi-fingered articulated hand based on the recognition result, so that the work recognition process and the drive control of the multi-fingered articulated hand are complicated. do. In addition, since the structure and linear motion mechanism of the multi-fingered multi-joint hand become complicated, there is a limit to cost reduction and improvement of maintainability.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、ワークを把持するための構造を簡素化することができ、ワークの認識処理や駆動制御が容易な多関節一指ハンド、及びピッキング装置を提供すること、を目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and is an articulated one-finger hand that can simplify the structure for gripping the work and facilitate recognition processing and drive control of the work, and picking. The purpose is to provide the device.
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る多関節一指ハンドは、複数の関節部を有し、前記複数の関節部が伸展状態を保つように付勢力が与えられた指機構と、前記付勢力に抗して前記指機構を屈曲させる駆動部と、を備え、前記指機構は、第１リンクと、前記第１リンクに対して、第１方向に屈曲可能に連結された１以上の第２リンクと、前記第２リンクに対して、前記第１方向、及び前記第１方向に対して逆方向となる第２方向の双方に屈曲可能に連結された第３リンクと、を備える。 In order to achieve the above object, the articulated one-finger hand according to one aspect of the present invention has a plurality of joints, and a finger mechanism is provided with an urging force so that the plurality of joints maintain an extended state. And a drive unit that bends the finger mechanism against the urging force, and the finger mechanism is flexibly connected to the first link in the first direction with respect to the first link. One or more second links, and a third link flexibly connected to both the first direction and the second direction opposite to the first direction with respect to the second link. To prepare for.
これにより、多関節一指ハンドは、ワークを把持するための構造を簡素化することができ、ワークの認識処理や駆動制御が容易となる。また、ワークを引っ掛けて把持する前の各関節部の伸展状態を維持することができ、指機構の揺れを抑制することができる。さらに、指機構の先端部に外力が作用した場合に、指機構にかかる負荷による破損を防止することができる。 As a result, the articulated one-finger hand can simplify the structure for gripping the work, and the work recognition process and drive control become easy. In addition, the extended state of each joint portion before the work is hooked and gripped can be maintained, and the shaking of the finger mechanism can be suppressed. Further, when an external force acts on the tip of the finger mechanism, it is possible to prevent damage due to the load applied to the finger mechanism.
多関節一指ハンドの望ましい態様として、前記駆動部は、軸方向に直動する直動軸を駆動する直動アクチュエータであって、前記第３リンクは、前記第１リンク及び前記第２リンクに挿通されたワイヤを介して前記直動軸に連結されていることが好ましい。 As a desirable embodiment of the articulated one-finger hand, the drive unit is a linear actuator for driving a linear axis that moves linearly in the axial direction, and the third link is connected to the first link and the second link. It is preferably connected to the linear motion shaft via an inserted wire.
これにより、多関節一指ハンドは、簡易な構造でワークを引っ掛けて把持することができる。 As a result, the articulated one-finger hand can hook and grip the work with a simple structure.
多関節一指ハンドの望ましい態様として、前記第３リンクの先端に、前記第１方向に湾曲した爪部を有することが好ましい。 As a desirable embodiment of the articulated one-finger hand, it is preferable to have a claw portion curved in the first direction at the tip of the third link.
これにより、ピッキング動作の初動においてワークを引っ掛け易くなる。 This makes it easier to catch the work in the initial movement of the picking operation.
本発明の一態様に係るピッキング装置は、上述した多関節一指ハンドと、前記多関節一指ハンドが取り付けられ、前記多関節一指ハンドを回動させるハンドエフェクトと、前記ハンドエフェクトを介して、前記多関節一指ハンドを支持するアームと、を備える。 In the picking device according to one aspect of the present invention, the above-mentioned articulated one-finger hand, the hand effect to which the articulated one-finger hand is attached and the articulated one-finger hand are rotated, and the hand effect are used. , An arm that supports the articulated one-finger hand.
これにより、ワークの認識処理や駆動制御が容易なピッキング装置を得ることができる。 As a result, it is possible to obtain a picking device that facilitates work recognition processing and drive control.
ピッキング装置の望ましい態様として、前記伸展状態において、前記ハンドエフェクタの回動軸の延長軸上に前記多関節一指ハンドの先端部が重なることが好ましい。 As a desirable aspect of the picking device, it is preferable that the tip of the articulated one-finger hand overlaps with the extension axis of the rotation axis of the hand effector in the extended state.
これにより、ピッキング装置は、ハンドエフェクタの回動位置によるずれを抑制することができ、制御が容易になる。 As a result, the picking device can suppress the deviation due to the rotation position of the hand effector, and the control becomes easy.
ピッキング装置の望ましい態様として、前記多関節一指ハンドに作用する力を検知する力覚センサを備えることが好ましい。 As a desirable embodiment of the picking device, it is preferable to include a force sensor for detecting a force acting on the articulated one-finger hand.
これにより、ピッキング装置は、多関節一指ハンドに作用する力を検知して信頼性の高い制御が可能となる。 As a result, the picking device can detect the force acting on the articulated one-finger hand and perform highly reliable control.
本発明によれば、ワークを把持するための構造を簡素化することができ、ワークの認識処理や駆動制御が容易な多関節一指ハンド、及びピッキング装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an articulated one-finger hand and a picking device, which can simplify the structure for gripping the work and facilitate the recognition process and drive control of the work.
以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments. Further, the components in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that are in a so-called equal range. Further, the components disclosed in the following embodiments can be appropriately combined.
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るピッキング装置の概略構成を示す図である。実施形態１に係るピッキング装置１００は、作業エリア１４内のトレー１３にランダムに積み上げ収容されたワーク（対象物）１５のピッキング及び搬送作業を行う。本実施形態では、リング形状のワーク１５をピッキング及び搬送作業の対象とする例について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a picking device according to the first embodiment. The
図１に示すように、ピッキング装置１００は、例えば基台３上に設置された多関節アーム２と、この多関節アーム２の先端に取り付けられた多関節一指ハンド１によって構成される。多関節アーム２及び多関節一指ハンド１は、制御装置４によって位置及び姿勢が制御される。
As shown in FIG. 1, the
多関節アーム２は、基台３側から順に、第１アーム部２１ａ、第２アーム部２１ｂ、第３アーム部２１ｃ、及び第４アーム部２１ｄを有している。
The articulated
第１アーム部２１ａは、基台３と第１軸２２ａを介して回動可能に連結されている。
The
第２アーム部２１ｂは、第１アーム部２１ａと第２軸２２ｂを介して回動可能に連結されている。
The
第３アーム部２１ｃは、第２アーム部２１ｂと第３軸２２ｃを介して回動可能に連結されている。
The
第４アーム部２１ｄは、第３アーム部２１ｃと第４軸２２ｄを介して回動可能に連結されている。
The
第４アーム部２１ｄの先端には、第５軸２２ｅを介して回動可能に連結されたハンドエフェクタ２３が設けられている。
A
第１軸２２ａ、第２軸２２ｂ、第３軸２２ｃ、第４軸２２ｄ、及び第５軸２２ｅには、それぞれ駆動部としてロータリアクチュエータ（図示せず）が設けられている。
The
ハンドエフェクタ２３には、複数の関節部を有する指機構１１と、この指機構１１を駆動する駆動部１２とを備える多関節一指ハンド１が取り付けられている。すなわち、多関節一指ハンド１は、ハンドエフェクタ２３を介して、多関節アーム２に支持されている。
The
作業エリア１４内の所定位置には、俯瞰センサ５が設けられている。俯瞰センサ５としては、例えばカメラや赤外線センサが用いられる。制御装置４は、俯瞰センサ５によって取り込まれた画像を解析することで、ピッキング装置１００とトレー１３内のワーク１５との位置を把握することができる。
A bird's-eye view sensor 5 is provided at a predetermined position in the
ハンドエフェクタ２３には、ハンドアイセンサ６が取り付けられている。ハンドアイセンサ６としては、例えばステレオ３Ｄカメラやレーザスキャナが用いられる。制御装置４は、ハンドアイセンサ６によって取り込まれた画像を解析することで、ワーク１５の３次元形状を検出することができる。
A hand eye sensor 6 is attached to the
図２は、実施形態１に係る多関節一指ハンドの伸展状態における概略構造図である。図３は、実施形態１に係る伸展状態の多関節一指ハンドを、図２に示す破線矢示方向から見た概略構造図である。図４は、実施形態１に係る多関節一指ハンドの屈曲状態における概略構造図である。 FIG. 2 is a schematic structural diagram of the articulated one-finger hand according to the first embodiment in an extended state. FIG. 3 is a schematic structural diagram of an articulated one-finger hand in an extended state according to the first embodiment as viewed from the direction indicated by the broken line arrow shown in FIG. FIG. 4 is a schematic structural diagram of the articulated one-finger hand according to the first embodiment in a flexed state.
図２から図４に示すように、指機構１１は、第１リンク１１１ａ、第２リンク１１１ｂ、及び第３リンク１１１ｃを備えている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
図２から図４に示す例では、３つの第２リンク１１１ｂ（１１１ｂ−１，１１１ｂ−２，１１１ｂ−３）を備えた例を示している。指機構１１は、第２リンク１１１ｂを１つ以上有することで、屈曲状態においてワーク１５を引っ掛けて把持することができる。なお、第２リンク１１１ｂの数は１つ以上であれば良く、第２リンク１１１ｂの数により本発明が限定されるものではない。以下、第１リンク１１１ａ、各第２リンク１１１ｂ、及び第３リンク１１１ｃを特に区別する必要がない場合には、単に「リンク１１１」ともいう。
In the example shown in FIGS. 2 to 4, an example including three
各リンク１１１は、それぞれ関節部１１２を介して屈曲可能に連結されている。各関節部１１２は、それぞれの回動軸が平行に設けられている。各関節部１１２には、各関節部１１２が伸展状態を保つように付勢バネ１１５が設けられている。
Each
これにより、指機構１１は、各関節部１１２が一列に並んだ状態となり、図２及び図３に示す伸展状態を維持することができる。また、ピッキング装置１００は、上述した構成の多関節一指ハンド１を備えることで、多関節一指ハンド１の移動時において、ワーク１５を引っ掛けて把持する前の伸展状態を維持することができ、指機構１１の揺れを抑制することができる。
As a result, the
なお、指機構１１は、付勢バネ１１５に代えて、板バネや他の弾性部材を用いた構成であっても良い。また、弾性部材によって各リンク１１１を連結し、関節部１１２が構成される態様であっても良い。
The
図２に示すように、指機構１１は、図４に示す屈曲状態において内側となる側に切り欠き１１６が設けられている。図２に示す例では、各関節部１１２を介して対向する各リンク１１１の一方に切り欠き１１６が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
これにより、各リンク１１１は、指機構１１が図４に示す屈曲状態となる第１方向に屈曲可能となる。より具体的には、各第２リンク１１１ｂは、第１リンク１１１ａに対して、第１方向に屈曲し、第３リンク１１１ｃは、各第２リンク１１１ｂに対して、第１方向に屈曲する。
As a result, each link 111 can be bent in the first direction in which the
なお、切り欠き１１６の態様は上記に限るものではない。図５は、実施形態１に係る多関節一指ハンドの関節部の変形例を示す図である。
The aspect of the
図５に示すように、各関節部１１２を介して対向する各リンク１１１の双方が切り欠かれた構造であっても良い。
As shown in FIG. 5, both of the
また、各リンクには、図４に示す指機構１１の屈曲状態において内側となる側にワイヤ１１３が滑動可能に挿通されている。ワイヤ１１３の一方端１１３ａは、第３リンク１１１ｃに設けられたワイヤ固定部１１４に固定されている。
Further, a
図２から図４に示す例において、駆動部１２は、軸方向に直動する直動軸１２ａを駆動する直動アクチュエータである。直動アクチュエータは、例えば、モータの回転運動をボールネジ等によって直線運動に変換し、直動軸１２ａを駆動する。なお、直動アクチュエータの構造は上記に限るものではなく、例えば、直動エアシリンダ、リニアサーボ、又は圧電アクチュエータ等であっても良い。
In the example shown in FIGS. 2 to 4, the
ワイヤ１１３の他方端は、駆動部１２である直動アクチュエータの直動軸１２ａに接合されている。すなわち、第３リンク１１１ｃは、第１リンク１１１ａ、及び各第２リンク１１１ｂに挿通されたワイヤ１１３を介して直動軸１２ａに連結されている。
The other end of the
図６は、実施形態１に係る指機構のリンクの横断面図である。図６に示すように、各リンク１１１には、ワイヤ１１３が挿通される挿通孔１１７を設けるのが好ましい。さらには、各リンク１１１に設ける挿通孔１１７の口径を、各リンク１１１毎に僅かに異ならせても良い。このようにすれば、挿通孔１１７とワイヤ１１３との間に生じる摩擦力を各リンク毎に異ならせることができる。これにより、各関節部１１２の屈曲優先度を設定することができる。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the link of the finger mechanism according to the first embodiment. As shown in FIG. 6, it is preferable that each link 111 is provided with an
図７は、実施形態１に係る駆動部の第１変形例を示す図である。図８は、実施形態１に係る駆動部の第２変形例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a first modification of the drive unit according to the first embodiment. FIG. 8 is a diagram showing a second modification of the drive unit according to the first embodiment.
図７に示す例では、滑車１２ｂを設けて駆動部１２（直動アクチュエータ）における直動軸１２ａの軸方向を変化させた例を示している。また、図８に示す例では、駆動部１２（回転モータ）の回転軸にローラ１２ｃを設けてワイヤ１３を巻き取る例を示している。駆動部１２の構成は、ワイヤ１３を実線矢示方向に引くことが可能な構成であればどのような構成であっても良く、駆動部１２の構成により本発明が限定されるものではない。
In the example shown in FIG. 7, an example in which the
上述した構成の多関節一指ハンド１を備えたピッキング装置１００において、多関節一指ハンド１の移動時には、付勢バネ１１５による付勢力によって、図４に示す指機構１１の屈曲状態において外側となる側で、対向する第１リンク１１１ａの端面と第２リンク１１１ｂ−１の端面とが突き当たる。また、対向する第２リンク１１１ｂ−１の端面と第２リンク１１１ｂ−２の端面とが突き当たる。また、対向する第２リンク１１１ｂ−２の端面と第２リンク１１１ｂ−３の端面とが突き当たる。これにより、多関節一指ハンド１は、図２及び図３に示す伸展状態となる。
In the
また、ワーク１５を引っ掛けて把持するピッキング動作時には、駆動部１２によってワイヤ１１３が図２から図４に示す実線矢示方向に引っ張られることで、各関節部１１２に設けられた付勢バネ１１５の付勢力に抗して指機構１１が第１方向に徐々に屈曲していく。そして、図４に示す指機構１１の屈曲状態において内側となる側で、対向する第１リンク１１１ａの端面と第２リンク１１１ｂ−１の端面とが突き当たる。また、対向する第２リンク１１１ｂ−１の端面と第２リンク１１１ｂ−２の端面とが突き当たる。また、対向する第２リンク１１１ｂ−２の端面と第２リンク１１１ｂ−３の端面とが突き当たる。また、対向する第２リンク１１１ｂ−３の端面と第３リンク１１１ｃの端面が突き当たる。これにより、多関節一指ハンド１は、図４に示す屈曲状態となる。この屈曲状態において、多関節一指ハンド１は、ワーク１５を引っ掛けて把持することができる。
Further, during the picking operation in which the
また、本実施形態では、図２に示すように、第２リンク１１１ｂ−３には、図４に示す指機構１１の屈曲状態において外側となる側にも切り欠き１１６が設けられている。このため、第３リンク１１１ｃは、指機構１１の屈曲方向、すなわち第１方向と、この第１方向に対して逆方向となる第２方向との双方に屈曲可能となる。これにより、多関節一指ハンド１の移動時において指機構１１の先端部にワーク１５やトレー１３によって外力が作用した場合に、指機構１１にかかる負荷による破損を防止することができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
図９は、実施形態１に係る多関節一指ハンドの屈曲状態における概略構造の変形例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a modified example of the schematic structure in the flexed state of the articulated one-finger hand according to the first embodiment.
図９に示す例において、第２リンク１１１ｂ−２，１１１ｂ−３は、屈曲状態において内側となる側に設けられた切り欠き１１６を大きくしている。具体的には、第２リンク１１１ｂ−２，１１１ｂ−３間、及び、第２リンク１１１ｂ−３、第３リンク１１１ｃ間の各関節部１１２の屈曲角度を略９０°としている。これにより、ワーク１５を第２リンク１１１ｂ−１と第３リンク１１１ｃとで挟み把持することができ、ワーク１５を確実に把持することができる。
In the example shown in FIG. 9, the
さらに、他の関節部１１２、具体的には、第１リンク１１１ａ、第２リンク１１１ｂ−１間、及び、第２リンク１１１ｂ−１、第２リンク１１１ｂ−２間の各関節部１１２の屈曲度合いを大きく（例えば、略９０°）しても良い。このようにすれば、ワーク１５を指機構１１で巻き込んで把持することができ、ワーク１５をより確実に把持することができる。
Further, the degree of bending of the other
なお、各関節部１１２における屈曲度合いは、ワーク１５の大きさ等に応じて適宜変更することが可能であり、各関節部１１２における屈曲度合いにより本発明が限定されるものではない。
The degree of flexion in each
図１０は、実施形態１に係る多関節一指ハンドの先端部分の具体的な形状例を示す図である。図１１は、実施形態１に係る多関節一指ハンドの先端部分を、図１０に示す実線矢示方向から見た図である。図１２は、実施形態１に係る多関節一指ハンドの先端部分を、図１０に示す破線矢示方向から見た図である。 FIG. 10 is a diagram showing a specific shape example of the tip portion of the articulated one-finger hand according to the first embodiment. FIG. 11 is a view of the tip end portion of the articulated one-finger hand according to the first embodiment as viewed from the direction indicated by the solid line arrow shown in FIG. FIG. 12 is a view of the tip end portion of the articulated one-finger hand according to the first embodiment as viewed from the direction indicated by the broken line arrow shown in FIG.
図１０から図１２に示すように、第３リンク１１１ｃの先端には、指機構１１の屈曲方向、すなわち第１方向に湾曲した爪部１１１Ａを有している。
As shown in FIGS. 10 to 12, the tip of the
図１３は、実施形態１に係る多関節一指ハンドにおけるピッキング動作の一例を示す第１図である。図１４は、実施形態１に係る多関節一指ハンドにおけるピッキング動作の一例を示す第２図である。図１５は、実施形態１に係る多関節一指ハンドにおけるピッキング動作の一例を示す第３図である。図１５において、Ｘは、ピッキング装置１００のハンドエフェクタ２３の回動軸を示している。
FIG. 13 is a diagram showing an example of a picking operation in the articulated one-finger hand according to the first embodiment. FIG. 14 is a second diagram showing an example of a picking operation in the articulated one-finger hand according to the first embodiment. FIG. 15 is a third diagram showing an example of a picking operation in the articulated one-finger hand according to the first embodiment. In FIG. 15, X indicates a rotation axis of the
図１３から図１５に示すように、実施形態１に係る多関節一指ハンド１は、ピッキング動作時において、まず、第３リンク１１１ｃが屈曲して第３リンク１１１ｃの爪部１１１Ａによってワーク１５を引っ掛ける（図１３）。続いて、多関節一指ハンド１は、第２リンク１１１ｂ−３、第２リンク１１１ｂ−２、第３リンク１１１ｂ−１の順で屈曲しワーク１５を把持する（図１４、図１５）。
As shown in FIGS. 13 to 15, in the articulated one-
本実施形態に係る多関節一指ハンド１は、第３リンク１１１ｃの爪部１１１Ａが指機構１１の屈曲方向に湾曲しているため、図１３に示すピッキング動作の初動においてワーク１５を引っ掛け易くなる。
In the articulated one-
例えば、複数のワーク１５がトレー１３内にランダムに積み上げられた状態でも、爪部１１１Ａがワーク１５間の隙間に入り易くなる。また、ワーク１５がトレー１３内で平置きされた状態でも、爪部１１１Ａによってワーク１５を引っ掛けて浮き上がらせることができる。
For example, even in a state where a plurality of
また、本実施形態に係る多関節一指ハンド１は、ピッキング動作時に指機構１１が屈曲していく過程において、指機構１１の先端部の振れ幅が大きいため、ワーク１５のピッキングの成功率が高くなる。
Further, in the articulated one-
例えば、図１５に示すように、ハンドエフェクタ２３の回動軸Ｘから離れた位置（図１５に示す例では、ハンドエフェクタ２３の回動軸ＸからＬだけ離れた位置）にワーク１５がある場合でも、ワーク１５を捉え易い。
For example, as shown in FIG. 15, when the
このように、本実施形態に係る多関節一指ハンド１は、ピッキング動作時におけるワーク１５と多関節一指ハンド１との位置ズレを、指機構１１の先端部の振れによって受動的に補完することができ、ワーク１５のピッキングの成功率を高めることができる。
As described above, the articulated one-
以上説明したように、実施形態１に係る多関節一指ハンド１、及びピッキング装置１００は、複数の関節部１１２を有し、複数の関節部１１２が伸展状態を保つように付勢力が与えられた指機構１１と、付勢力に抗して指機構１１を屈曲させる駆動部１２とを備える。指機構１１は、第１リンク１１１ａと、第１リンク１１１ａに対して、第１方向に屈曲可能に連結された１以上の第２リンク１１１ｂと、第２リンク１１１ｂに対して、第１方向、及び第１方向に対して逆方向となる第２方向の双方に屈曲可能に連結された第３リンク１１１ｃとを備える。
As described above, the multi-joint one-
また、駆動部１２は、軸方向に直動軸１２ａを駆動する直動アクチュエータを用いて構成される。第３リンク１１１ｃは、第１リンク１１１ａ及び第２リンク１１１ｂに挿通されたワイヤ１１３を介して直動軸１２ａに連結されている。
Further, the
上述のように構成された多関節一指ハンド１は、駆動部１２である直動アクチュエータを作動させることで指機構１１が屈曲し、ワーク１５を指機構１１に引っ掛けて把持することができる。また、多関節一指ハンド１の移動時において、ワーク１５を引っ掛けて把持する前の伸展状態を維持することができ、指機構１１の揺れを抑制することができる。さらに、多関節一指ハンド１の移動時において、指機構１１の先端部にワーク１５やトレー１３によって外力が作用した場合に、指機構１１にかかる負荷による破損を防止することができる。
In the articulated one-
また、第３リンク１１１ｃの先端に、指機構１１の屈曲方向、すなわち第１方向に湾曲した爪部１１１Ａを設けることで、ピッキング動作の初動においてワーク１５を引っ掛け易くなる。
Further, by providing the
また、多関節一指ハンド１は、ピッキング動作時に指機構１１が屈曲していく過程において、指機構１１の先端部の振れが大きい。このため、ピッキング動作時におけるワーク１５と多関節一指ハンド１との位置ズレを、指機構１１の先端部の振れによって受動的に補完することができ、ワーク１５のピッキングの成功率を高めることができる。
Further, in the articulated one-
このように、本実施形態によれば、ワーク１５を把持するための構造を簡素化することができ、ワーク１５の認識処理や駆動制御が容易な多関節一指ハンド１、及びピッキング装置１００が得られる。
As described above, according to the present embodiment, the articulated one-
（実施形態２）
図１６は、実施形態２に係るピッキング装置における多関節一指ハンドの先端位置の具体例を示す図である。図１７は、図１６に示す多関節一指ハンドの先端部分の具体的な形状の一例を示す図である。図１８は、多関節一指ハンドの先端位置の比較例を示す図である。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 16 is a diagram showing a specific example of the tip position of the articulated one-finger hand in the picking device according to the second embodiment. FIG. 17 is a diagram showing an example of a specific shape of the tip portion of the articulated one-finger hand shown in FIG. FIG. 18 is a diagram showing a comparative example of the tip position of the articulated one-finger hand. The same components as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
図１６及び図１７に示すように、多関節一指ハンド１は、指機構１１の伸展状態において、ハンドエフェクタ２３の回動軸Ｘの延長軸上に第３リンク１１１ｃの爪部１１１Ａの先端が位置する構成としている。
As shown in FIGS. 16 and 17, in the articulated one-
図１８に示すように、ハンドエフェクタ２３の回動軸Ｘの延長軸に対して第３リンク１１１ｃの爪部１１１Ａの先端がずれている（図１８に示す例では、ハンドエフェクタ２３の回動軸Ｘの延長軸に対して第３リンク１１１ｃの爪部１１１Ａの先端が距離ｄだけずれている）場合には、ハンドエフェクタ２３の回動位置によってずれた分だけ補正する必要があり制御が複雑になる。
As shown in FIG. 18, the tip of the
本実施形態では、指機構１１の伸展状態において、多関節一指ハンド１が取り付けられるハンドエフェクタ２３の回動軸Ｘの延長軸上に多関節一指ハンド１の先端部、すなわち第３リンク１１１ｃの爪部１１１Ａの先端が重なる構成とすることで、ハンドエフェクタ２３の回動位置によるずれを抑制することができ、制御が容易になる。
In the present embodiment, in the extended state of the
（実施形態３）
図１９は、実施形態３に係るピッキング装置の概略構成を示す図である。図１９に示すピッキング装置１００ａでは、図１に示す実施形態１の構成に加え、ハンドエフェクタ２３と多関節一指ハンド１との間に力覚センサ７が取り付けられている。その他の構成要素は、上述した実施形態１，２と同様であるので、ここでは説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 19 is a diagram showing a schematic configuration of the picking device according to the third embodiment. In the
力覚センサ７としては、例えばひずみゲージや圧電素子等を組み合わせて構成されるセンサであり、互いに直交する３軸の方向に作用する力の大きさと、各軸回りに作用するモーメントの大きさを同時に検出することができる。制御装置４ａは、力覚センサ７からの入力信号を解析することで、多関節一指ハンド１に作用する力を検知することができる。
The
この力覚センサ７を備えることで、制御装置４ａは、ワーク１５の有無や、指機構１１の屈曲方向に対して逆向きに掛かる力等、多関節一指ハンド１に作用する力を検知して信頼性の高い制御が可能となる。
By providing the
（実施形態４）
図２０は、実施形態４に係る多関節一指ハンドの伸展状態における概略構造図である。図２１は、実施形態４に係る多関節一指ハンドの屈曲状態における概略構造図である。
(Embodiment 4)
FIG. 20 is a schematic structural diagram of the articulated one-finger hand according to the fourth embodiment in an extended state. FIG. 21 is a schematic structural diagram of the articulated one-finger hand according to the fourth embodiment in a flexed state.
図２０、図２１に示す例では、指機構１１の屈曲状態において内側となる側にワイヤ１１３−１が滑動可能に挿通されている。ワイヤ１１３−１の一方端１１３ａ−１は、第３リンク１１１ｃに設けられたワイヤ固定部１１４−１に固定されている。
In the example shown in FIGS. 20 and 21, the wire 113-1 is slidably inserted on the inner side in the bent state of the
また、図２０、図２１に示す例では、指機構１１の屈曲状態において外側となる側にワイヤ１１３−２が滑動可能に挿通されている。ワイヤ１１３−２の一方端１１３ａ−２は、第３リンク１１１ｃに設けられたワイヤ固定部１１４−２に固定されている。
Further, in the example shown in FIGS. 20 and 21, the wire 113-2 is slidably inserted on the outer side of the
図２０、図２１に示す例において、駆動部１２は、支点Ｘ１を軸心として回動運動するシーソー１２０の両端部にワイヤ１１３−１，１１３−２の他方端が接合され、モータ１２１によってシーソー１２０を回動させることによって指機構１１を駆動するシーソー機構である。
In the example shown in FIGS. 20 and 21, in the
本実施形態において、指機構１１の第１リンク１１１ａは、ベース１２６に固定されている。
In this embodiment, the
シーソー１２０は、ベース１２６に固定されたシーソーベース１２７に、支点Ｘ１を軸心として回動可能に設けられている。また、シーソー１２０の支点Ｘ１にはシーソープーリー１２２が設けられている。
The
モータ１２１は、ベース１２６に固定されたモータベース１２８に固定されている。モータ１２１の軸心Ｘ２にはモータプーリー１２３が設けられている。
The
シーソープーリー１２２とモータプーリー１２３とにベルト１２４が巻き掛けられ、モータプーリー１２３、ベルト１２４、シーソープーリー１２２を介して、モータ１２１の駆動力がシーソー１２０に伝達される。
The
モータ１２１によって図２０に示す破線矢示方向にモータプーリー１２３が回転すると、モータ１２１の駆動力がシーソー１２０に伝達され、ガイドローラ１２５−１，１２５−２を介して、図２１に示す実線矢示方向にワイヤ１１３−１，１１３−２が滑動する。これにより、多関節一指ハンド１は、図２１に示す屈曲状態となる。
When the
上述した構成の多関節一指ハンド１を備えたピッキング装置１００において、多関節一指ハンド１の移動時には、多関節一指ハンド１が図２０に示す伸展状態となる。
In the
また、ワーク１５を引っ掛けて把持するピッキング動作時には、駆動部１２によってワイヤ１１３−１，１１３−２が滑動することで、指機構１１が第１方向に徐々に屈曲し、多関節一指ハンド１が図２１に示す屈曲状態となる。
Further, during the picking operation in which the
本実施形態では、図２０に示すように、駆動部１２（シーソー機構）によってワイヤ１１３−１，１１３−２にかかる張力で、多関節一指ハンド１の伸展状態が保たれる。これにより、多関節一指ハンド１の移動時において意図せず多関節一指ハンド１が屈曲することなく、より正確にワーク１５を捉えることができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 20, the tension applied to the wires 113-1 and 113-2 by the drive unit 12 (seesaw mechanism) keeps the articulated one-
（実施形態５）
図２２は、実施形態５に係る多関節一指ハンドのニュートラル状態における概略構造図である。図２３は、実施形態５に係る多関節一指ハンドの移動時における概略構造図である。図２４は、実施形態５に係る多関節一指ハンドのピッキング動作時における概略構造図である。
(Embodiment 5)
FIG. 22 is a schematic structural diagram of the articulated one-finger hand according to the fifth embodiment in a neutral state. FIG. 23 is a schematic structural diagram of the articulated one-finger hand according to the fifth embodiment when moving. FIG. 24 is a schematic structural diagram of the articulated one-finger hand according to the fifth embodiment at the time of picking operation.
本実施形態では、上述した実施形態１の図１０に示す多関節一指ハンドの先端部分の具体的な形状例を実施形態４に適用した場合における動作について説明する。 In this embodiment, the operation when a specific shape example of the tip portion of the articulated one-finger hand shown in FIG. 10 of the above-mentioned first embodiment is applied to the fourth embodiment will be described.
上述した実施形態２では、指機構１１の伸展状態において、多関節一指ハンド１が取り付けられるハンドエフェクタ２３の回動軸の延長軸上に多関節一指ハンド１の先端部が重なる構成とする例を示したが、本実施形態では、モータ１２１が駆動力を発生していない状態において、付勢バネ１１５による付勢力によって図２２に示すニュートラル状態が維持される。
In the second embodiment described above, in the extended state of the
多関節一指ハンド１の移動時には、図２３に示す破線矢示方向にモータプーリー１２３を回転させることで、図２３に示す実線矢示方向にワイヤ１１３−１，１１３−２を滑動させ、多関節一指ハンド１が取り付けられるハンドエフェクタ２３の回動軸の延長軸上に多関節一指ハンド１の先端部が重なるようにする。これにより、実施形態２と同様に、ハンドエフェクタ２３の回動位置によるずれを抑制することができ、制御が容易になる。
When the articulated one-
また、ピッキング動作時には、図２４に示す破線矢示方向にモータプーリー１２３を回転させることで、図２４に示す実線矢示方向にワイヤ１１３−１，１１３−２を滑動させ、指機構１１を屈曲状態とすることで、ワーク１５を引っ掛けて把持する。
Further, during the picking operation, by rotating the
本実施形態では、上述したように、移動時及びピッキング動作時において能動的に指機構１１の姿勢制御が行えるので、より精密に指機構１１を制御することができる。
In the present embodiment, as described above, since the posture control of the
１ 多関節一指ハンド
２ 多関節アーム
３ 基台
４，４ａ 制御装置
５ 俯瞰センサ
６ ハンドアイセンサ
７ 力覚センサ
１１ 指機構
１２ 駆動部（直動アクチュエータ）
１２ａ 直動軸
１２ｂ 滑車
１２ｃ ローラ
１３ トレー
１４ 作業エリア
１５ ワーク（対象物）
２１ａ 第１アーム部
２１ｂ 第２アーム部
２１ｃ 第３アーム部
２１ｄ 第４アーム部
２２ａ 第１軸
２２ｂ 第２軸
２２ｃ 第３軸
２２ｄ 第４軸
２２ｅ 第５軸
２３ ハンドエフェクタ
１００，１００ａ ピッキング装置
１１１ リンク
１１１Ａ 爪部
１１１ａ 第１リンク
１１１ｂ，１１１ｂ−１，１１１ｂ−２，１１１ｂ−３ 第２リンク
１１１ｃ 第３リンク
１１２ 関節部
１１３，１１３−１，１１３−２ ワイヤ
１１３ａ，１１３ａ−１，１１３ａ−２ 一方端（ワイヤ）
１１４ ワイヤ固定部
１１５ 付勢バネ
１１６ 切り欠き
１１７ 挿通孔
１２０ シーソー
１２１ モータ
１２２ シーソープーリー
１２３ モータプーリー
１２４ ベルト
１２５−１，１２５−２ ガイドローラ
１２６ ベース
１２７ シーソーベース
１２８ モータベース
1 articulated one-
114
Claims (6)
前記付勢力に抗して前記指機構を屈曲させる駆動部と、
を備え、
前記指機構は、
第１リンクと、
前記第１リンクに対して、第１方向に屈曲可能に連結された１以上の第２リンクと、
前記第２リンクに対して、前記第１方向、及び前記第１方向に対して逆方向となる第２方向の双方に屈曲可能に連結された第３リンクと、
前記指機構の屈曲状態において内側となる側に滑動可能に挿通され、一方端が前記第３リンクに固定された第１ワイヤと、
前記指機構の屈曲状態において外側となる側に滑動可能に挿通され、一方端が前記第３リンクに固定された第２ワイヤと、
を備え、
前記駆動部は、
支点を軸心として回動運動するシーソーの一方端に前記第１ワイヤの他方端が接合され、前記シーソーの他方端に前記第２ワイヤの他方端が接合され、モータによって前記シーソーを回動させることによって前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤが滑動し、前記指機構を駆動するシーソー機構であって、
前記指機構は、
前記モータの回転方向によって屈曲状態と伸展状態とが制御される、
多関節一指ハンド。 A finger mechanism having a plurality of joints and being urged so that the plurality of joints maintain an extended state.
A drive unit that bends the finger mechanism against the urging force,
Equipped with
The finger mechanism is
The first link and
With respect to the first link, one or more second links flexibly connected in the first direction, and
A third link flexibly connected to both the first direction and the second direction opposite to the first direction with respect to the second link.
A first wire that is slidably inserted to the inner side in the bent state of the finger mechanism and one end of which is fixed to the third link.
A second wire that is slidably inserted to the outer side in the bent state of the finger mechanism and one end of which is fixed to the third link.
Equipped with
The drive unit
The other end of the first wire is joined to one end of the seesaw that rotates around the fulcrum, the other end of the second wire is joined to the other end of the seesaw, and the seesaw is rotated by a motor. This is a seesaw mechanism in which the first wire and the second wire slide to drive the finger mechanism.
The finger mechanism is
The bent state and the extended state are controlled by the rotation direction of the motor.
Articulated one-finger hand.
前記挿通孔の口径は、前記第１リンク及び前記第２リンクごとに異なっている、The diameter of the insertion hole is different for each of the first link and the second link.
請求項１に記載の多関節一指ハンド。The articulated one-finger hand according to claim 1.
請求項１又は請求項２に記載の多関節一指ハンド。 The articulated one-finger hand according to claim 1 or 2, which has a claw portion curved in the first direction at the tip of the third link.
前記多関節一指ハンドが取り付けられ、前記多関節一指ハンドを回動させるハンドエフェクトと、
前記ハンドエフェクトを介して、前記多関節一指ハンドを支持するアームと、
を備える
ピッキング装置。 The articulated one-finger hand according to any one of claims 1 to 3.
The hand effect that the articulated one-finger hand is attached and rotates the articulated one-finger hand,
An arm that supports the articulated one-finger hand through the hand effect,
A picking device equipped with.
請求項４に記載のピッキング装置。 The picking device according to claim 4, wherein the tip of the articulated one-finger hand overlaps on the extension axis of the rotation axis of the hand effect in the extended state.
請求項４又は請求項５に記載のピッキング装置。 The picking device according to claim 4 or 5, further comprising a force sensor that detects a force acting on the articulated one-finger hand.
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