JP7182041B2 - ロボットハンド - Google Patents

Description

本開示は、ロボットハンドに関する。

特許文献１には、複数のリンクと、前記リンク間を回転自在に接続する複数の関節軸と、前記関節軸を駆動する複数のアクチュエータと、前記アクチュエータに電流と信号を伝達する複数のケーブルとを有する少なくとも１つのロボットフィンガをベースに配置したロボットハンドにおいて、少なくとも１対の関節軸間について、前記関節軸に弾性体の一端が取り付けられ、前記弾性体の他端が、前記関節軸に対して相対的に回転する第２の関節軸に取り付けられ、前記ケーブルが、前記弾性体にそって可動するものが開示されている。

特開２００８－１７８９６８号公報

本開示は、上述した従来の状況に鑑みて案出され、把持力を調整し種々の形状のワークを把持できるロボットハンドを提供することを目的とする。

本開示は、可動部と、前記可動部の動きに応じて変形するハンドと、前記ハンドの把持力を変化させる弾性体と、を備え、前記可動部の動いた量が所定値未満の場合、少なくとも前記ハンドが変形し、前記可動部の動いた量が所定値以上の場合、前記ハンドの少なくとも一部の変形が止まった状態で、前記弾性体の弾性力が変化する、ロボットハンドを提供する。

本開示によれば、把持力を調整し種々の形状のワークを把持できるロボットハンドを提供することができる。

ロボットアーム１およびエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の構成例を示す図 本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の一例を示す平面図 図２に対応した側面図 本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の斜視図 制御システム１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図 本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）における初期状態の平面図 図６に続く把持移行動作状態を示す平面図 図７に続く把持状態を示す平面図 図８に続く把持力制御状態を示す平面図 本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）における、把持状態の変形例を示す平面図 本開示の把持部Ｇの把持状態を示す模式図であり、（ａ）一般的把持、（ｂ）やや傾いた把持、（ｃ）図１０と同じ変形例における把持 大きなワークを把持する場合の、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の実施例を示しており、（ａ）エンドエフェクタ２（ロボットハンド）における初期状態の平面図、（ｂ）把持状態の平面図 大きなワークＷを把持する場合の、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の実施例を示しており、（ａ）図１２に続く把持力制御完了状態の平面図であり、（ｂ）図１２および図１３の（ａ）に示した矢印Ａ～Ｃの長さの遷移を示すグラフ 小さなワークＷを把持する場合の、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の実施例を示しており、（ａ）把持力制御完了状態の平面図であり、（ｂ）図１４の（ａ）に示した矢印Ａ～Ｃの長さの遷移を示すグラフ

（本開示に至る経緯）
工場等で用いられるロボット装置は、ロボットアームにエンドエフェクタを取り付けることで、種々の作業を行うことができる。例えば、エンドエフェクタとしてロボットハンドを用いて、工場の生産ライン上を流れるワーク（作業対象物）をピッキングする、等の作業である。

特許文献１に開示されるように、指の各関節軸にアクチュエータを備えたロボットハンドが存在する。指の各関節軸にアクチュエータを備えることにより、各関節をアクチュエータによって適宜制御することができる。しかし一方、指の各関節軸にアクチュエータを備える構成では、アクチュエータの数が多くなる。アクチュエータはコストも高く、重量も大きい。特に、アクチュエータをロボットハンドの先端に備えた場合、アクチュエータの重量の負担が大きくなり、アクチュエータを動かすための配線も面倒になる。

そこで、本開示においては、ロボットハンドが用いるアクチュエータの数を削減しつつ、種々の形状のワークを把持することが可能なロボットハンドを提供する。

また、アクチュエータの数を削減すると、ロボットハンドでワークを把持する時の把持力の調整が難しくなる。

そこで、本開示においては、ロボットハンドが用いるアクチュエータの数を削減しつつ、把持力の調整も行い得るようなロボットハンドを提供する。

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係るロボットハンドを具体的に開示した実施の形態（以下、「本実施形態」という）を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

以下の本実施形態では、エンドエフェクタとして、２本のフィンガを有したロボットハンドを想定して説明する。なお、エンドエフェクタは、種々の形状を呈することができる。例えば、作業対象物であるワークを、２本の（あるいは５本などの）フィンガで把持したり、吸着体によって吸いつけて支持したり、曲げたフィンガをワークが備えるフックに差し入れてひっかけたりすることができる。いずれにせよ、何らかの作業を行うために、エンドエフェクタがワークを把持する。

図１は、ロボットアーム１およびエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の構成例を示す図である。図２は、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の一例を示す平面図である。図３は、図２に対応した側面図である。図４は、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の斜視図である。図１から図４に基づいて、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）を詳述する。

図１に示したように、本開示のロボットハンドであってよいエンドエフェクタ２は、ロボットアーム１に接続して用いられる。後述の制御システム１００が、このロボットアーム１とエンドエフェクタ２とを備えたロボット装置を制御する。この例においては箱型のコントローラ４が、ベース３上に配置されたロボットアーム１を介してエンドエフェクタ２と接続されている。

また、図１に示したように、エンドエフェクタ２はカメラＣＡＭを備えていてよい。後述の制御システム１００は、カメラＣＡＭによる撮像画像に基づいて、エンドエフェクタ２を制御してよい。また、カメラＣＡＭは、エンドエフェクタ２と、エンドエフェクタ２の作業対象であるワークＷとを撮像可能な位置に配置されてよい。すなわち、カメラＣＡＭによって撮像された画像には、エンドエフェクタ２の形状と、支持（把持）を行う際の作業対象であるワークＷの形状とが同時に映り込むことになる。なお、カメラＣＡＭはエンドエフェクタ２とロボットアーム１との接続部付近に配置されているが、これ以外の場所にカメラＣＡＭが配置されてもよい。

本開示のロボットハンドであってよいエンドエフェクタ２は、ハンドＨと、可動部１０と、バネ２０とを備えている（図２から図４参照）。本例においては、ハンドＨは、２本の第１ハンドＨ１および第２ハンドＨ２により構成されている。ただし、ハンドＨの本数は２本とは限らない。ハンドＨは可動部１０の動きに応じて変形し、バネ２０はハンドＨの把持力を変化させる。

図２および図４に示すように、本例において、第１ハンドＨ１は５つのリンクＬを有している。すなわち、第１ハンドＨ１の先端から順に、第１リンクＬ１、第２リンクＬ２、第３リンクＬ３、第４リンクＬ４、第５リンクＬ５である。また、第２リンクＬ２は、一対のリンクである第２１リンクＬ２１と第２２リンクＬ２２とを有し、第２１リンクＬ２１と第２２リンクＬ２２とは、エンドエフェクタ２の厚み方向に互いに対向して配置され、第２１リンクＬ２１の方が、第２２リンクＬ２２に比較して長く形成されている。そして、第３リンクＬ３は、一対のリンクである第３１リンクＬ３１と第３２リンクＬ３２を有し、第３１リンクＬ３１と第３２リンクＬ３２とは離間しかつ並列的に配置されている。

ハンドＨの外側にあるリンクを第３１リンクＬ３１、内側にあるリンクを第３２リンクＬ３２としているが、第３１、第３２、同様に第１、第２、等は、説明を分かり易くするために用いており、特に位置関係を限定しない。

第１リンクＬ１は、先端がワークＷを把持する把持部Ｇであり、他端が第２リンクＬ２の一端と連結する。当該連結は、第１関節軸Ｊ１を介して行われる。同様に、各リンクＬには関節軸Ｊが設けられ、各リンクＬが関節軸Ｊに対して回動自在に連結されている。

第２リンクＬ２の他端には、第２１リンクＬ２１と第３１リンクＬ３１の一端とが連結する第２関節軸Ｊ２と、第２２リンクＬ２２と第３２リンクＬ３２とが連結する第３関節軸Ｊ３とが設けられている。指の先端から３関節目である第３１リンクＬ３１および第３２リンクＬ３２は回転自由度が残る構造となっているため、ハンドＨの制御が同じでも、異なる形状やサイズのワークＷを把持することができるようになっている。

第４リンクＬ４は、他のリンクＬが概して長方形状を呈しているのに対して、概して三角形状を呈し、三角形状の各頂点近傍に関節軸Ｊが設けられている。３つの関節軸Ｊは、第３１リンクＬ３１の他端と接続する第４関節軸Ｊ４と、第３２リンクＬ３２の他端と接続する第５関節軸Ｊ５および第５リンクＬ５の一端と接続する第６関節軸Ｊ６である。第５リンクＬ５の他端は、後述する保持部１５の両端に設けられている第７関節軸Ｊ７に接続されている。本実施形態においては、第２ハンドＨ２も、第１ハンドＨ１と同様の構成を備えているため、説明を省略する。

第１ハンドＨ１と第２ハンドＨ２はそれぞれ、第１リンクＬ１の先端に把持部Ｇを備えている。また、図２には、作業対象物であるワークＷが例示されている。図２の例では直方体形状を呈するワークＷは、実際には様々な大きさ、形状、硬さ、重量を有している。第１ハンドＨ１と第２ハンドＨ２がそれぞれ備える２つの把持部ＧがワークＷを挟み込むことにより、ワークＷを把持する。

可動部１０は、ロボットアーム１に固定される基台１１に可動自在に取り付けられ、可動部１０の動きによりハンドＨが変形する。可動部１０は、例えばモーターやギヤなどを介して制御されるアクチュエータにより駆動し、アクチュエータは、例えば、電動式、油圧式、空気圧式などである。また、ワークＷを把持する把持部Ｇは、ハンドＨの先端に設けられ、ハンドＨを変形させる可動部１０は、ハンドＨの先端とは反対側の端に接続されている位置関係にあり、同時にアクチュエータも、ハンドＨの先端とは反対側の端に配置されている。

また、可動部１０は、可動軸Ｘを有し、基台１１と、可動軸Ｘに沿って移動する移動部１２と、移動部１２に固定され移動部１２の動きに連動する支持部１３と、移動部１２の動きを安定させる支持軸１４と、支持軸１４の先端に固定される保持部１５とを備えている。また、移動部１２と保持部１５とは、弾性部１６を介して弾性的に付勢されている。さらに、可動軸Ｘと直交して配置される支持部１３の両先端にはそれぞれバネ２０が固定され、バネ２０の他端は、第１リンクＬ１と第２リンクＬ２とを接続する第１関節軸Ｊ１に固定され、第１ハンドＨ１および第２ハンドＨ２は、可動部１０に対して弾性的に付勢されている。また、基台１１の先端にはストッパー１７が設けられている。尚、移動部１２がアクチュエータであっても良い。

（制御システムの構成）
図５は、制御システム１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。制御システム１００は、ロボットアーム１およびエンドエフェクタ２の動作を制御する。

本例における制御システム１００は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２と、入力装置１０３と、画像取得部１０４と、エンドエフェクタ接続部１０５と、通信装置１０６と、入出力インターフェース１０７とを含む構成である。メモリ１０２、入力装置１０３、画像取得部１０４、エンドエフェクタ接続部１０５、通信装置１０６、入出力インターフェース１０７は、それぞれプロセッサ１０１との間でデータもしくは情報の入出力が可能に内部バス等で接続される。

プロセッサ１０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、あるいはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いて構成される。プロセッサ１０１は、制御システム１００の制御部として機能し、制御システム１００の各部の動作を全体的に統括するための制御処理、制御システム１００の各部との間のデータもしくは情報の入出力処理、データの計算処理、およびデータもしくは情報の記憶処理を行う。また、プロセッサ１０１は、エンドエフェクタ２を制御する制御部としても機能する。

メモリ１０２は、ＨＤＤやＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んでいてよく、プロセッサ１０１によって実行される各種プログラム（ＯＳ、アプリケーションソフト等）や各種データを格納している。

入力装置１０３は、キーボードやマウス等を含んでいてよく、ユーザとの間のヒューマンインターフェースとしての機能を有し、ユーザの操作を入力する。言い換えると、入力装置１０３は、制御システム１００により実行される各種の処理における、入力または指示に用いられる。なお、入力装置１０３は、コントローラ４に接続されたプログラミングペンダントであってよい。

画像取得部１０４は、カメラＣＡＭと有線あるいは無線を介して接続可能であり、カメラＣＡＭが撮像した画像を取得する。制御システム１００は、画像取得部１０４が取得した画像に対し、画像処理を適宜行うことができる。この画像処理の主体は、プロセッサ１０１であってよい。また、制御システム１００が、図示を省略する画像処理ユニットを更に備えてよく、該画像処理ユニットが制御システム１００に接続される構成でもよい。プロセッサ１０１による制御の下、この画像処理ユニットによって、画像処理を行うことができる。

エンドエフェクタ接続部１０５は、本開示のロボットハンドであってよいエンドエフェクタ２との接続を確保する構成要素であり、エンドエフェクタ接続部１０５を介して制御システム１００とエンドエフェクタ２（およびロボットアーム１）とが接続される。この接続は、コネクタおよびケーブル等を用いた有線接続であってよいが、無線による接続であってもよい。この接続の際、エンドエフェクタ接続部１０５は、エンドエフェクタ２を識別する識別情報をエンドエフェクタ２から取得する。すなわち、エンドエフェクタ接続部１０５は、識別情報取得部として機能する。なお、識別情報を、プロセッサ１０１がエンドエフェクタ接続部１０５からさらに取得してよい。この識別情報によって、接続されたエンドエフェクタ２の種類を特定することが可能である。

通信装置１０６は、ネットワークを介して外部と通信を行うための構成要素である。なお、この通信は有線通信であっても、無線通信であってもよい。

入出力インターフェース１０７は、制御システム１００の間でデータもしくは情報の入出力を行うインターフェースとしての機能を有する。

なお、制御システム１００の上記構成は一例であり、必ずしも上記の構成要素を全て備えていなくともよい。また、制御システム１００は追加の構成要素をさらに備えていてもよい。例えば、箱型の制御システム１００（コントローラ４）が車輪を有し、制御システム１００の上にロボットアーム１およびエンドエフェクタ２を載せて自走してもよい。

（ロボットハンドの動作）
次に、本開示のロボットハンドであってよいエンドエフェクタ２が、ワークＷを把持する動作を、図６から図９に基づいて説明する。

（初期状態：図６参照）
作業を行うためエンドエフェクタ２をワークＷに接近させる。カメラＣＡＭによる撮像が行われており、画像取得部１０４により取得した画像に基づいて、制御システム１００が、ワークＷに合わせたエンドエフェクタ２の変形を制御している。この制御には、上述のアクチュエータの制御も含まれていてよい。この時点においては、保持部１５は基台１１のストッパー１７に当接しておらず、両者の間の距離が開いた状態にある。

（把持移行動作状態：図７参照）
可動部１０の移動部１２を可動軸Ｘに沿ってワークＷに対して離間する方向（Ｄ方向）に移動させる。この移動は、アクチュエータによって行われてよい。移動部１２の移動に伴って支持部１３および保持部１５が前記Ｄ方向に移動する。保持部１５の移動に追従して保持部１５の両端に設けられた第７関節軸Ｊ７が基台１１側に接近し、第６関節軸Ｊ６がハンドＨの内側に移動する。当該移動は、第５関節軸Ｊ５を中心とした第４リンクＬ４の回動を生じさせ、第４関節軸Ｊ４がエンドエフェクタ２の内側方向に移動すると共に、第３関節軸Ｊ３を中心として第２リンクＬ２が回動する。

初期状態（図６参照）において、第２リンクＬ２は、可動軸Ｘに対して広がるハ字状に位置づけられていたが、第２リンクＬ２の回動により、可動軸Ｘに対してほぼ平行な位置へと移動してくる（図７参照）。第２リンクＬ２の回動により第１リンクＬ１が第１関節軸Ｊ１を中心として回転し、第１リンクＬ１の把持部ＧがワークＷの方向に向き、また把持部ＧがワークＷへと近づく。なお、可動部１０における移動部１２を可動軸Ｘに沿ってワークＷに対して離間する方向（Ｄ方向）に移動させたので、バネ２０の弾性力は強くなる。保持部１５と基台１１のストッパー１７との間の距離は縮小するが、図７の状態では、保持部１５がストッパー１７に当接するには至っていない。

移動部１２を前記Ｄ方向へとさらに移動させると、第４リンクＬ４の回転がより進み、第２リンクＬ２の回転も進み、第２１リンクＬ２１の第１リンクＬ１への押圧と第１関節軸Ｊ１での回転が大きくなり、第１リンクＬ１の把持部ＧがよりワークＷに接近する。バネ２０は、可動部１０とハンドＨとを常に弾性的に付勢しており、リンクＬの回動に伴う機械的誤差の抑制や振動に対する変位を吸収することができる。特に、本例においてバネ２０は、第１関節軸Ｊ１と可動部１０の支持部１３とに連結されており、第１リンクＬ１の動きを安定させ、把持位置の精度を要求する作業においても、適切なワークＷの把持を行うことができる。

（把持状態：図８参照）
図８に示したように、移動部１２が前記Ｄ方向へと動く量が増え、保持部１５が基台１１のストッパー１７に当接するタイミングで、把持部ＧがワークＷを把持してよい。ただし、保持部１５が基台１１のストッパー１７に当接しないうちに、把持部ＧがワークＷを把持してもよい。

保持部１５が基台１１のストッパー１７に当接した状態における、可動部１０（における移動部１２）が初期状態（図６参照）から動いた量を、可動部１０の動いた量が所定値である、と定義する。初期状態（図６参照）から、保持部１５が基台１１のストッパー１７に当接するまで（図８参照）の間は、可動部１０の動いた量が所定値未満であり、この間ハンドＨは変形し続ける。

保持部１５が基台１１のストッパー１７に当接すると（可動部１０の動いた量が所定値になると）、保持部１５のＤ方向へのそれ以上の移動が、ストッパー１７によって妨げられる。従って、保持部１５の移動に追従して発生していた、第４リンクＬ４の回動等が停止する。従って、ハンドＨの変形が止まる。ただし、後述のように、第１リンクＬ１の傾きには自由度があるので、変形が止まるのは、ハンドＨの少なくとも一部である。すなわち、可動部１０の動いた量が前記所定値になった時に、ストッパー１７により、ハンドＨの少なくとも一部の変形が止まることになる。

可動部１０の動いた量が所定値以上の場合、つまり可動部１０における移動部１２が前記Ｄ方向へとさらに動いた場合、保持部１５はストッパー１７に妨げられてこれ以上移動することはできないので、ハンドＨ（の少なくとも一部）の変形は止まった状態となる。そして、バネ２０がさらに伸びることになる。すなわち、バネ２０の弾性力が変化する。この、弾性力の変化による把持力の変化を示しているのが、図９である。

（把持力制御状態：図９参照）
可動部１０の移動部１２を前記Ｄ方向にさらに移動させる。すると、移動部１２の移動に伴いバネ２０の弾性力が増加する。バネ２０の弾性力が増加すると、バネ２０が第１関節軸Ｊ１をより強く引っ張ることにより、把持部Ｇが図９に示すＹ方向へと、ワークＷをより強く押すように把持する。すなわち、バネ２０の弾性力が増加すると、ハンドＨの把持力が増加する。

このように、可動部１０の動いた量が所定値未満の時は、可動部１０（における移動部１２）を動かすことでハンドＨの変形を制御する事ができる。一方、可動部１０の動いた量が所定値以上の時は、可動部１０（における移動部１２）を動かすことで把持部Ｇの把持力を制御することができる。

本実施形態に基づいて可動部１０の動きを説明したが、可動部１０を引く形でも良く、可動部１０をねじる形式でもハンドＨを変形させることができる。即ち、可動部１０の動きに応じてハンドＨを変形させることができれば、可動部１０を引く以外の構成でも良い。なお、可動部１０の動いた量は、移動量を示す値であってよく、可動部１０をねじる形式の場合は、ねじる方向に動いた量に相当する。

上述のバネ２０に限らず、弾性体の弾性力を利用して把持部Ｇの把持力を調整することにより、アクチュエータをハンドＨの先端付近、例えば第１関節軸Ｊ１に設けなくとも良くなる。その結果、アクチュエータを使用する数を削減し、低コストであり、軽量であり、かつ配線の煩雑さも無いロボットハンドを提供することができる。また、本開示のロボットハンドであれば、移動部１２を移動させるためのアクチュエータをハンドＨが１つ備えていれば、把持力の調整を適切に行うことができる。

なお、把持部ＧがワークＷを把持する時、複数のハンドである第１ハンドＨ１および第２ハンドＨ２が均等に把持するとは限らない。図１０に示すように、第１ハンドＨ１の第１リンクＬ１は把持部Ｇの先端で把持しているが、第２ハンドＨ２の第１リンクＬ１は、把持部Ｇの側面で把持している。このようなケースにおいても、バネ２０の弾性力の調整により、適切な把持力でワークＷを把持することができる。

また、第１リンクＬ１の傾きには自由度があり、図１１に示すように、ワークＷを把持する状態は様々である。図１１の（ａ）のようにワークＷの側面をほぼ垂直に把持する、図１１の（ｂ）のようにワークＷの側面に対してやや斜め方向から把持する、図１１の（ｃ）のようにワークＷの側面を一方は把持部Ｇの先端で、一方は把持部Ｇの側面で把持する、等である。このように、第１リンクＬ１の傾きに自由度を持たせておくことで、種々の形状や大きさ、硬さ等を有するワークＷを適切な把持力で把持することができる。

（撮像画像に基づく把持力の調節）
上述のように、本開示に係るハンドＨは、把持部Ｇの把持力をバネ２０などの弾性体を用いて調整することができる。この弾性力の調整は、カメラＣＡＭが撮像した画像を制御システム１００の画像取得部１０４が取得し、取得画像した画像に基づいて行われてよい。画像取得部１０４経由で上記画像を取得したプロセッサ１０１が、画像に映り込んだエンドエフェクタ２やワークＷの形状に基づいて、把持部Ｇにおける適切な把持力を導出し、エンドエフェクタ接続部１０５経由でエンドエフェクタ２（ハンドＨ）を制御する。この制御には、移動部１２を移動させる為の前記アクチュエータの制御も含まれる。すなわち、制御システム１００は、カメラＣＡＭによる撮像画像に基づいて、把持部Ｇの把持力を制御することができる。

（大きなワークの把持：図１２および図１３参照）
大きなワークを把持する場合の、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の実施例を図１２および図１３に示す。図１２の（ａ）は初期状態を、図１２の（ｂ）は把持状態（エンドエフェクタ２がワークＷと接触した状態）を、図１３の（ａ）は把持力制御完了状態を、それぞれ示している。図中、基準位置を太字の破線で示し、矢印ＡはハンドＨ全体の動きと連動する保持部１５の動きを示している。矢印Ｂは可動部１０の動きを、矢印Ｃは弾性部１６の動きをそれぞれ示している。矢印Ｄは弾性部１６と移動部１２との接点から支持部１３までの距離を示しており、この距離は一定である。

保持部１５が基台１１のストッパー１７に当接する前に、把持部ＧがワークＷを把持する（図１２の（ｂ））。この場合のハンドＨ全体の動き（矢印Ａ）、可動部１０の動き（矢印Ｂ）、弾性部１６の動き（矢印Ｃ）を示したのが、図１３の（ｂ）のグラフである。図１３の（ｂ）のグラフは、横軸が経過時間を示し、縦軸が矢印Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの始点から終点までの距離（矢印の長さ）を示す。

図１３の（ｂ）の［１］の時点において、可動部１０が矢印Ｂの方向に駆動して矢印Ｂの長さが長くなると、ハンドＨ全体と連動している保持部１５が矢印Ａの方向に動き、矢印Ａの長さが短くなる。弾性部１６はこの時点においては引き延ばされないので、矢印Ｃの長さは一定のままである。

図１３の（ｂ）の［２］の時点において、把持部ＧがワークＷを把持するように接触すると、ハンドＨ全体の動きと連動している保持部１５の動きはそこで止まり、ストッパー１７と当接しない。つまり、矢印Ａの長さは以後一定になる。一方、可動部１０は矢印Ｂの方向に駆動して矢印Ｂの長さが長くなり、弾性部１６は引き延ばされ始めて、矢印Ｃの長さが長くなる。なお、図１３の（ｂ）のグラフに併せて示したように、把持部ＧによるワークＷの把持力も増大する。矢印Ｂの長さが長くなるにつれて、バネ２０の弾性力が増大するからである。

図１３の（ｂ）の［３］の時点においても、ハンドＨ全体の動きと連動している保持部１５の動きは止まったままであり、矢印Ａの長さは一定になる。一方、可動部１０は矢印Ｂの方向に駆動して矢印Ｂの長さがさらに長くなり、弾性部１６は引き延ばされて、矢印Ｃの長さが長くなる。なお、図１３の（ｂ）のグラフに併せて示したように、把持部ＧによるワークＷの把持力も増大する。

（小さなワークの把持：図１４参照）
小さなワークを把持する場合の、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の実施例を図１４に示す。図１４の（ａ）は把持力制御完了状態を示している。図中、基準位置を太字の破線で示し、矢印ＡはハンドＨ全体の動きと連動する保持部１５の動きを示している。矢印Ｂは可動部１０の動きを、矢印Ｃは弾性部１６の動きをそれぞれ示している。

この実施例においては、保持部１５は基台１１のストッパー１７に当接して、ハンドＨの動き（矢印Ａ）が止まる。この場合のハンドＨ全体の動き（矢印Ａ）、可動部１０の動き（矢印Ｂ）、弾性部１６の動き（矢印Ｃ）を示したのが、図１４の（ｂ）のグラフである。図１４の（ｂ）のグラフは、横軸が経過時間を示し、縦軸が矢印Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの始点から終点までの距離（矢印の長さ）を示す。

図１４の（ｂ）の［１］の時点におけるグラフ上の状態は、図１３の（ｂ）の［１］の時点におけるグラフ上の状態と同様である。可動部１０が矢印Ｂの方向に駆動して矢印Ｂの長さが長くなると、ハンドＨ全体と連動している保持部１５が矢印Ａの方向に動き、矢印Ａの長さが短くなる。弾性部１６はこの時点においては引き延ばされないので、矢印Ｃの長さは一定のままである。

図１４の（ｂ）の［２］の時点は、図１３の（ｂ）の［２］の時点とは異なり、保持部１５がストッパー１７に当接する。保持部１５がストッパー１７に当接すると、ハンドＨ全体の動きと連動している保持部１５の動きはそこで止まる。つまり、矢印Ａの長さは以後一定になる。一方、可動部１０は矢印Ｂの方向に駆動して矢印Ｂの長さが長くなり、弾性部１６は引き延ばされ始めるので、矢印Ｃの長さが長くなる。なお、図１４の（ｂ）のグラフに併せて示したように、把持部ＧによるワークＷの把持力も増大する。

図１４の（ｂ）の［３］の時点においても、ハンドＨ全体の動きと連動している保持部１５の動きはストッパー１７によって止まったままであり、矢印Ａの長さは一定になる。一方、可動部１０は矢印Ｂの方向に駆動して矢印Ｂの長さがさらに長くなり、弾性部１６は引き延ばされて、矢印Ｃの長さが長くなる。なお、図１４の（ｂ）のグラフに併せて示したように、把持部ＧによるワークＷの把持力も増大する。

なお、ストッパー１７との接触状態においては、ハンドＨの例えば先端や、ワークＷが変形する場合が考えられる。図１４の（ｂ）の［１］の時点において、把持部ＧがワークＷに接触した後も、ハンドＨまたはワークＷの変形により、矢印Ａの長さがさらに短くなる場合があり得る。この場合、矢印Ａの長さは「ストッパーと接触状態」まで移動することで短くなり、図１４の（ｂ）の［２］の状態になる。

図１２～図１４で示した２つの実施例にあるように、保持部１５がワークＷもしくはストッパー１７に接触することで、保持部１５の動きが止まる。保持部１５はハンドＨ全体と連動しているため、保持部１５の動きが止まることにより、ハンドＨ全体の動きが止まる。ただし、把持対象であるワークＷが柔らかい場合、把持部ＧによるワークＷの把持力の変化に応じて、保持部１５の位置が変化せずにハンドＨの先端の形状が変化することがある。

また、可動部１０（矢印Ｂ）は、ストッパー１７やワークＷの形状に関係なく移動できるため、常に一定量動き続ける。弾性部１６（矢印Ｃ）は、保持部１５が動いている間は可動部１０と連動して動くので、矢印Ｃの長さが変化しない。一方、保持部１５がワークＷあるいはストッパー１７に接触して止まった後は、矢印Ｃの長さは可動部１０の動きに応じて大きくなる。図示した例では、弾性部１６のバネが引き延ばされる。

以上のように、ハンドＨがワークＷに接した場合に、ハンドＨの少なくとも一部の変形が止まった状態で、弾性体（バネ２０）の弾性力が変化する。これにより、ハンドＨがワークＷに接した後に、弾性体によって、把持部Ｇの把持力を調整できるようになる。

また、ロボットハンドがストッパー１７をさらに備え、可動部１０の動いた量が所定値になった時に、ストッパー１７により、ハンドＨの少なくとも一部の変形が止まる。これにより、可動部１０の動いた量が所定値以上の時に、ハンドＨの変形を抑制しつつ、把持部Ｇの把持力を調整できるようになる。

また、ロボットハンドが、アクチュエータを更に備え、弾性体はバネ２０であり、バネ２０は、ハンドＨの第１関節軸Ｊ１と可動部１０とを連結しており、アクチュエータが可動部１０を動かす。これにより、制御システム１００の制御により可動部１０を動かして、弾性力を調整することができる。

また、ロボットハンドは、ただ１つのアクチュエータを備えてよい。これにより、把持力の調整を行いつつ、アクチュエータの数を減らすことができる。その結果、コストが低減でき、配線の手間が削減され、メンテナンスが容易となると共に軽量化が図れる。

また、可動部１０が、ハンドＨの先端とは反対側の端に接続されており、アクチュエータが、ハンドＨの先端とは反対側の端に配置されている。これにより、アクチュエータによって可動部１０をハンドＨの先端から遠ざかる方向に動かして、ハンドＨの変形と把持部Ｇの把持力とをスムーズに制御することができる。

また、第１関節軸Ｊ１がアクチュエータを備えていない。これにより、ロボットハンドの先端部分の重量を削減でき、また、配線の手間が削減される。

以上、図面を参照して本開示に係るロボットハンドの各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

本開示は、ワークを把持できるロボットハンドとして有用である。

１ ロボットアーム
２ エンドエフェクタ
４ コントローラ
１０ 可動部
１１ 基台
１２ 移動部
１３ 支持部
１４ 支持軸
１５ 保持部
１６ 弾性部
１７ ストッパー
２０ バネ（弾性体）
１００ 制御システム
１０１ プロセッサ
１０２ メモリ
１０３ 入力装置
１０４ 画像取得部
１０５ エンドエフェクタ接続部
１０６ 通信装置
１０７ 入出力インターフェース
ＣＡＭ カメラ
Ｇ 把持部
Ｈ ハンド
Ｈ１ 第１ハンド
Ｈ２ 第２ハンド
Ｊ 関節軸
Ｊ１ 第１関節軸
Ｊ２ 第２関節軸
Ｊ３ 第３関節軸
Ｊ４ 第４関節軸
Ｊ５ 第５関節軸
Ｊ６ 第６関節軸
Ｊ７ 第７関節軸
Ｌ リンク
Ｌ１ 第１リンク
Ｌ２ 第２リンク
Ｌ２１ 第２１リンク
Ｌ２２ 第２２リンク
Ｌ３ 第３リンク
Ｌ３１ 第３１リンク
Ｌ３２ 第３２リンク
Ｌ４ 第４リンク
Ｌ５ 第５リンク
Ｗ ワーク
Ｘ 可動軸

Claims (6)

1. 可動部と、
   前記可動部の動きに応じて変形するハンドと、
   前記ハンドの把持力を変化させる弾性体と、
   ストッパーと、を備え、
   前記可動部の動いた量が所定値未満の場合、少なくとも前記ハンドが変形し、
   前記可動部の動いた量が所定値以上の場合、前記ハンドの少なくとも一部の変形が止まった状態で、前記弾性体の弾性力が変化し、
   前記可動部の動いた量が前記所定値になった時に、前記ストッパーにより、前記ハンドの少なくとも一部の変形が止まる、
   ロボットハンド。
2. 前記ハンドがワークに接した場合に、前記ハンドの少なくとも一部の変形が止まった状態で、前記弾性体の弾性力が変化する、
   請求項１に記載のロボットハンド。
3. アクチュエータを更に備え、
   前記弾性体はバネであり、
   前記バネは、前記ハンドの第１関節軸と前記可動部とを連結しており、
   前記アクチュエータが、前記可動部を動かす、
   請求項１または請求項２に記載のロボットハンド。
4. ただ１つの前記アクチュエータを備える、
   請求項３に記載のロボットハンド。
5. 前記可動部が、前記ハンドの先端とは反対側の端に接続されており、
   前記アクチュエータが、前記ハンドの先端とは反対側の端に配置されている、
   請求項３または請求項４に記載のロボットハンド。
6. 前記第１関節軸がアクチュエータを備えていない、
   請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のロボットハンド。

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