JP7155479B2 - ハンド機構、把持システム、および把持プログラム - Google Patents
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Description
以下、本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
アーム機構3は、第1アームリンク部31、第2アームリンク部32、第3アームリンク部33、第4アームリンク部34、第5アームリンク部35、および接続部材36を備えている。そして、ハンド機構2のベース部20が、アーム機構3の第1アームリンク部31の一端側に形成された第1関節部30aに接続されている。第1関節部30aには、第1アームリンク部31に対してハンド機構2を該第1アームリンク部31の軸周りに回転させるためのモータ(図示略)が設けられている。第1アームリンク部31の他端側は、第2関節部30bで第2アームリンク部32の一端側に接続されている。第1アームリンク部31と第2アームリンク部32とはその中心軸が垂直に交わるように接続されている。そして、第2関節部30bには、第2アームリンク部32に対して、第1アームリンク部31を、その他端側を中心に該第2アームリンク部32の軸周りに回転させるためのモータ(図示略)が設けられている。また、第2アームリンク部32の他端側は、第3関節部30cで第3アームリンク部33の一端側に接続されている。第3関節部30cには、第3アームリンク部33に対して第2アームリンク部32を相対的に回転させるためのモータ(図示略)が設けられている。
次に、ハンド機構2の構成について図2から図10に基づいて説明する。図2はハンド機構2の斜視図である。図3はハンド機構2の上面図である。なお、図3において、矢印は、各指部21の回転可動範囲を示している。図2および図3に示すように、ハンド機構2においては、ベース部20に4本の指部21が、ハンド機構2の長手方向(図3において紙面に垂直な方向)の軸を中心とした円周上に、等角度間隔(すなわち90deg間隔)に配置されている。また、4本の指部21は全て同一の構造を有し且つ同一の長さである。但し、各指部21の動作は、それぞれ独立して制御される。
次に、台座部4に内蔵された、アーム制御装置42およびハンド制御装置43の構成について図11に基づいて説明する。アーム制御装置42はロボットアーム1のアーム機構3を制御するための制御装置である。ハンド制御装置43はロボットアーム1のハンド機構2を制御するための制御装置である。図11は、アーム制御装置42およびハンド制御装置43に含まれる各機能部を示すブロック図である。
量取得部432に入力された各モータ51、52、53の状態量に基づいて、例えば、複数の指部21によって対象物を把持するように、各指部21における各モータ51、52、53をサーボ制御する。
次に、ハンド機構2によって対象物を把持する際の各指部21の機能について説明する。ここで、図12は、ハンド機構2によって把持する対象物10の形状の一例を示す図である。また、図13は、複数の対象物10(10´)が並べられて配置された状態を示す図である。図12および図13に示すように、対象物10は、6つの面(S1~S6)を有する直方体である。ただし、図12に示す対象物10の形状はあくまでも一例であって、ハンド機構2によって把持する対象物の形状は直方体に限られるものではない。
ハンド機構2の第1指部21Aによって対象物10の姿勢を変更する際の動作を示す図である。また、図16および図17は、ハンド機構2の第2指部21B、第3指部21C、および第4指部21Dによって対象物10を把持した状態を示す図である。また、以下に説明するようなハンド機構2による対象物10の把持手順は、アーム制御装置42によってアーム機構3が制御されることでハンド機構2が所定の把持可能位置に移動した後で、ハンド制御装置43によって該ハンド機構2を制御することで実現される。
では第1指部21A)を状態変更用指部として機能させることで、該対象物10の姿勢を所定の把持可能状態に変更することができる。そして、状態変更用指部として機能する指部によって対象物10の姿勢を所定の把持可能状態に変更することで、他の対象物10´に接触していた該対象物10の所定の把持面を露出させることができる。その結果、対象物10の所定の把持面に、ハンド機構2における、状態変更用指部として機能する指部以外の指部であって把持用指部として機能する指部(上述の例では、第2指部21B、第3指部21C、および第4指部21D)を接触させることが可能となる。そのため、ハンド機構2において把持用指部として機能する3本の指部によって対象物10を挟み込むことが出来るようになり、以て該対象物10を把持することが可能となる。
に等角度間隔で配置するとともに、いずれの指部21も同一構造としてもよい。そして、5本以上の指部21のいずれもが、状態変更用指部としても把持用指部としても機能することが可能な構成としてもよい。
であっても、ハンド機構2によって対象物10を把持する際に、上記と同様の把持手順を適用することで、該対象物10を把持することができる。
ここで、本実施例に係るハンド機構2を用いて対象物を把持する際に該対象物の状態を所定の把持可能状態とする場合における該ハンド機構2の動作は図14および図15に示すような動作に限られるものではない。以下、対象物の状態を所定の把持可能状態とする場合におけるハンド機構2の動作の他の例について図18から図21に基づいて説明する。図18および図19は、ハンド機構2の動作の第1の他の例を示す図である。図20および図21は、ハンド機構2の動作の第2の他の例を示す図である。
該対象物12が、対象物12´の上面S4の高さよりも上方に突出した状態となる。つまり、対象物12の一方の把持面S5の上方部分が露出した状態となる。これにより、対象物12における他方の把持面S6のみならず一方の把持面S5にも、ハンド機構2における把持用指部として機能する指部が接触可能となる。つまり、対象物12の状態が所定の把持可能状態となる。なお、図20および図21に示すような場合においても、ハンド機構2の4本の指部21のうち第1指部21A以外の指部を状態変更用指部として用いることもできる。
次に、ハンド機構2によって対象物を把持する際の制御フローついて図22に示すフローチャートに基づいて説明する。この制御フローは、アーム制御装置42及びハンド制御装置43において所定の制御プログラムが実行されることで実現される。本フローでは、先ずS101において、今回の把持対象となる対象物についての対象物情報が対象物情報取得部430によって取得される。
上記のように、第2関節部23の内部には、ねじ機構として、ウォームホイール63と、該ウォームホイール63に噛み合ったウォーム64が設けられている。そして、第2関節部23における第2指リンク部212の回転軸にウォームホイール63が接続されている。また、ベース部20の内部に設けられた第2モータ52の回転軸にウォーム64が接続されている。このような構成により、第2モータ52が回転駆動すると、その回転力が
ウォーム64およびウォームホイール63によって第2指リンク部212の回転軸に伝達される。その結果、第2指リンク部212が、基端部213に対して相対的に回転駆動される。
第2当接部2322に係る平面と第3ストッパ233に係る平面とが平行になって当接するように形成される。このように、第2関節部23がこれ以上屈曲しないように、第3ストッパ233が物理的な制限を加えている。第2ストッパ232が第3ストッパ233に当接した状態で、ボルト234を外すことにより、第2ストッパ232は、ボルト234の軸方向に移動可能である。
ストッパ233の一方を省略してもよい。
Claims (12)
- 3本以上の指部を備え、
対象物を把持する際には、前記3本以上の指部のうちの少なくとも1本の指部が、該対象物に接触した上で該対象物の姿勢および/または位置を変更する状態変更用指部として機能するとともに、該状態変更用指部として機能する指部以外の指部のうちの少なくとも2本の指部が、該状態変更用指部によって姿勢および/または位置が変更された状態の該対象物を把持する把持用指部として機能し、
前記状態変更用指部が、屈曲および伸展可能な関節部を有し、
前記状態変更用指部における前記関節部より先端部側の第1指リンク部が、前記状態変更用指部における前記関節部よりベース部側の第2指リンク部に対して屈曲または伸展することにより、前記対象物の姿勢および/または位置を変更するように構成され、
前記第1指リンク部は、前記第2指リンク部に対して屈曲する方向側の面及び伸展する方向側の面に、接触圧検知手段を備える、
ハンド機構。 - 前記3本以上の指部のいずれもが、前記状態変更用指部としても前記把持用指部としても機能することが可能に構成された請求項1に記載のハンド機構。
- 前 記3本以上の指部が前記ベース部において周方向に等角度間隔で配置されており、且つ、前記3本以上の指部がいずれも同一構造である請求項2に記載のハンド機構。
- 前記3本以上の指部全ての長さが略同一である請求項3に記載のハンド機構。
- 前記指部を4本以上備え、
前記対象物を把持する際には、前記状態変更用指部として機能する指部以外の指部のうちの少なくとも3本の指部が前記把持用指部として機能する請求項1から4のいずれか一項に記載のハンド機構。 - 前記指部が、該指部の軸回りに回転可能に設けられ、且つ、
前記指部が、屈曲および伸展可能な関節部を有し、
前記指部の先端部に接触圧検知手段が設けられている請求項1から5のいずれか一項に
記載のハンド機構。 - 前記指部の先端部における、複数の壁面または周囲壁面に前記接触圧検知手段が設けられている請求項6に記載のハンド機構。
- 前記指部が、前記関節部を二箇所以上有している請求項6または7に記載のハンド機構。
- 前記指部が、該指部の軸回りに回転可能に設けられ、且つ、
前記指部が、屈曲および伸展可能な関節部を有し、
前記指部における前記関節部より先端部側の第1指リンク部よりも、前記指部における前記関節部より前記ベース部側の第2指リンク部の方が長い請求項1から5のいずれか一項に記載のハンド機構。 - 指部を有するハンド機構において、
前記指部が、
ねじ機構によって屈曲および伸展可能な関節部と、
前記屈曲又は伸展可能な範囲を制限するストッパと、
を有し、
前記ストッパが着脱可能であり、
前記ねじ機構が、ウォーム及びウォームホイールを含み、
前記指部が、
基端部と、
前記関節部において前記基端部に接続され、前記関節部の屈曲及び伸展にしたがって前記ウォームホイールの軸回りに前記基端部に対して相対的に回転する指リンク部と、
を有し、
前記ストッパが、前記基端部に設けられる第1ストッパと、前記指リンク部に設けられる第2ストッパと、前記基端部に設けられる第3ストッパと、を含み、
前記関節部が最も伸展したときに、前記第1ストッパと前記第2ストッパとが当接することにより、前記関節部が伸展可能な範囲を制限し、
前記関節部が最も屈曲したときに、前記第3ストッパと前記第2ストッパとが当接することにより、前記関節部が屈曲可能な範囲を制限し、
前記第2ストッパにおいて、前記第1ストッパに当接する箇所と、前記第3ストッパに当接する箇所とが異なる、
ハンド機構。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載のハンド機構と、
前記ハンド機構によって前記対象物を把持する際に該ハンド機構を制御する制御装置と、を備える把持システムであって、
前記ハンド機構によって前記対象物を把持する際に、前記制御装置が、前記ハンド機構の前記3本以上の指部のうち前記状態変更用指部として選択した指部を前記対象物に接触させるとともに、該状態変更用指部として選択した指部によって前記対象物の姿勢および/または位置を変更することで前記対象物の状態を所定の把持可能状態とし、さらに、該所定の把持可能状態となった前記対象物を前記ハンド機構の前記3本以上の指部のうち前記把持用指部として選択した指部によって把持させる把持システム。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載のハンド機構を制御する制御装置に、
前記ハンド機構の前記3本以上の指部のうち前記状態変更用指部として選択した指部を前記対象物に接触させるステップと、
前記対象物に接触させた前記状態変更用指部によって前記対象物の姿勢および/または
位置を変更することで前記対象物の状態を所定の把持可能状態とするステップと、
前記所定の把持可能状態となった前記対象物を前記ハンド機構の前記3本以上の指部のうち前記把持用指部として選択した指部によって把持させるステップと、を実行させる把持プログラム。
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