JP7360623B2 - robot hand - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットハンドに関する。 The present invention relates to a robot hand.
従来、ロボットハンドによる対象物の把持は、視覚センサを用いて対象物や治具の正確な三次元座標を検出することや、対象物の位置決めが正確に行われていることを前提としている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, grasping an object with a robot hand relies on the detection of accurate three-dimensional coordinates of the object or jig using a visual sensor, and the accurate positioning of the object ( For example, see Patent Document 1).
これまでのロボットハンドの把持制御は、検出した三次元座標に誤差が含まれると、対象物の把持に失敗したり、把持後に対象物を落下させたりする場合があった。特に、小さな対象物を把持する場合には、そのような不具合が顕著である。 In conventional grasping control for robot hands, if the detected three-dimensional coordinates contain errors, there are cases where the object fails to be grasped or the object falls after being grasped. This problem is particularly noticeable when grasping a small object.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、簡単な構造でありながら、対象物の検出誤差に対してロバスト性の高い、ロボットハンドを提供するものである。 The present invention has been made to solve these problems, and provides a robot hand that has a simple structure and is highly robust against detection errors of objects.
本発明の具体的態様におけるロボットハンドは、先端側から対象物を取り込んで挟み込む、可撓性のある複数のフィンガーと、対象物を挟み込む方向へ複数のフィンガーを駆動するアクチュエータとを備え、複数のフィンガーのそれぞれは、アクチュエータに駆動されて対象物を挟み込んだ場合に、撓みによって対象物が先端側へ押し出されることを防いで把持を維持するストッパを有する。 A robot hand according to a specific embodiment of the present invention includes a plurality of flexible fingers that take in and pinch an object from the tip side, and an actuator that drives the plurality of fingers in a direction to pinch the object. Each of the fingers has a stopper that maintains the grip by preventing the object from being pushed out toward the distal end due to flexure when the finger grips the object by being driven by the actuator.
このような態様によれば、対象物の検出位置が実際の位置とずれていた場合でも、フィンガーの撓みを利用して対象物を先端側で取り込むことができ、また、フィンガーにそのような可撓性を持たせても、ストッパによって対象物が押し出されることを防ぐことができる。つまり、対象物をより確実に把持することができる。 According to this aspect, even if the detected position of the object deviates from the actual position, the object can be taken in at the tip side by utilizing the bending of the finger, and the finger can be Even if the object is made flexible, the stopper can prevent the object from being pushed out. In other words, the object can be gripped more reliably.
上記の態様において、複数のフィンガーのそれぞれは、基端側より先端側の方が撓みやすいと良い。このように構成された複数のフィンガーによれば、撓みにくい基端側はオブジェクトからの反力で過度に反り返らず、撓みやすい先端側はオブジェクトの位置が多少ずれていても複数のフィンガーの内側空間へ当該オブジェクトを取り込みやすくなる。 In the above embodiment, it is preferable that each of the plurality of fingers is more flexible on the distal end side than on the proximal end side. According to the plurality of fingers configured in this way, the proximal end side, which is difficult to bend, does not bend excessively due to the reaction force from the object, and the distal end side, which is easy to bend, is inside the fingers even if the position of the object is slightly shifted. It becomes easier to take the object into space.
また、上記の態様において、複数のフィンガーのそれぞれは、先端側の断面積が基端側の断面積以下となるように構成することができる。このように断面積を構成することにより、撓みやすさを簡単に調整することができる。 Furthermore, in the above aspect, each of the plurality of fingers can be configured such that the cross-sectional area on the distal end side is equal to or less than the cross-sectional area on the proximal end side. By configuring the cross-sectional area in this way, the ease of bending can be easily adjusted.
また、上記の態様において、ストッパは、複数のフィンガーのそれぞれの先端から対象物の挟み込み方向へ突出するフックとすることができる。ストッパとしてフックを採用すれば、把持対象物の性質（大きさや滑りやすさなど）に応じて、最適な形状や大きさに簡単に調整することができる。 Furthermore, in the above aspect, the stopper may be a hook that protrudes from the tip of each of the plurality of fingers in the direction in which the object is held. If a hook is used as the stopper, it can be easily adjusted to the optimal shape and size depending on the properties (size, slipperiness, etc.) of the object to be gripped.
あるいは、上記の態様において、ストッパは、複数のフィンガーのそれぞれの先端部に設けられた切欠きとしてもよい。摘まみ上げるように把持することが好ましい対象物であれば、その表面の凹凸に応じて設けた切欠きの方がより確実に把持することができる。 Alternatively, in the above embodiment, the stopper may be a notch provided at the tip of each of the plurality of fingers. If the object is preferably gripped by picking it up, it can be gripped more reliably with a notch provided in accordance with the unevenness of the surface.
このとき、ストッパは、フックであっても切欠きであっても、複数のフィンガーのそれぞれに対して着脱可能に構成してもよい。着脱可能に構成すれば大きさや形状が異なるさまざまなストッパを準備することができるので、把持する対象物が予め想定されるのであれば、当該対象物に最適なストッパを選択して装着することができる。 At this time, the stopper may be a hook or a notch, or may be configured to be detachable from each of the plurality of fingers. If the stopper is removably configured, a variety of stoppers with different sizes and shapes can be prepared, so if the object to be gripped is anticipated in advance, it is possible to select and attach the stopper that is most suitable for the object. can.
また、上記の態様において複数のフィンガーのうち少なくともひとつのフィンガーの剛性が、他のフィンガーの剛性と異なるように構成しても良い。このように構成することにより、対象物を把持したときに、アクチュエータ側で制御をしなくても当該対象物を特定の方向に近づかないようにすることができる。あるいは、把持する対象物に重心の偏りがあっても、バランスよく把持することができる。 Further, in the above embodiment, the rigidity of at least one of the plurality of fingers may be different from the rigidity of the other fingers. With this configuration, when an object is gripped, it is possible to prevent the object from approaching a specific direction without any control on the actuator side. Alternatively, even if the center of gravity of the object to be gripped is biased, it can be gripped in a well-balanced manner.
また、上記の態様において、複数のフィンガーは、対象物を把持した場合に、対象物の中心軸が複数のフィンガーから等距離の仮想軸に沿うように、可撓性のバランスが調整されていると良い。対象物を持ち上げたときに複数のフィンガーが均等に撓めば、ロボットハンドは、バランス良く対象物を把持することができる。 Furthermore, in the above aspect, the balance of flexibility of the plurality of fingers is adjusted so that when the object is gripped, the central axis of the object is along a virtual axis equidistant from the plurality of fingers. Good. If the plurality of fingers flex evenly when lifting an object, the robot hand can grip the object in a well-balanced manner.
本発明により、簡単な構造でありながら、対象物の検出誤差に対してロバスト性の高い、ロボットハンドを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a robot hand that has a simple structure and is highly robust against detection errors of objects.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。 The present invention will be described below through embodiments of the invention, but the claimed invention is not limited to the following embodiments. Furthermore, not all of the configurations described in the embodiments are essential as means for solving the problem.
本実施形態におけるロボットハンドは、可撓性を有する複数のフィンガーを備え、これらを開閉することにより対象物を掴み、把持する。複数のフィンガーで囲まれる空間内に対象物を取り込んで徐々に当該空間を狭めて対象物を掴もうとする場合に、対象物の実際の位置が事前に検出した検出位置と多少ずれていても、それぞれのフィンガーが撓みながら対象物に接触するので、バランスの釣り合うところで対象物が安定する。 The robot hand in this embodiment includes a plurality of flexible fingers, and grasps and grasps an object by opening and closing these fingers. When an object is taken into a space surrounded by multiple fingers and the space is gradually narrowed to grasp the object, even if the actual position of the object is slightly different from the detected position detected in advance. Since each finger contacts the object while being bent, the object becomes stable when the balance is balanced.
フィンガーがそのまま把持力を高めて対象物を持ち上げようとすると、対象物はフィンガーの弾性力により先端側から押し出されてしまうが、ロボットハンドは、ストッパの作用によりこれを防いで把持を維持する。以下に２つの実施例を通じて、ロボットハンドの具体的な実施形態を説明する。 If the fingers try to lift the object by increasing their gripping force, the object will be pushed out from the tip side by the elastic force of the fingers, but the robot hand prevents this from happening and maintains the grip using the action of the stopper. Specific embodiments of the robot hand will be described below through two examples.
図１は、本実施形態における第１実施例のロボットハンド１００が対象物であるオブジェクト９１０を把持する過程における第１の状態を示す図である。特に図１（ａ）は、正面から見た様子を示し、図１（ｂ）は、側面から見た様子を示す。本実施例においては、ロボットハンド１００が、円筒面を横にして床面に置かれている円柱のオブジェクト９１０を把持する様子を説明する。なお、本実施形態においては、把持対象物をオブジェクトと称する。 FIG. 1 is a diagram showing a first state in a process in which the robot hand 100 of the first example in this embodiment grasps an object 910 as a target object. Particularly, FIG. 1(a) shows the state seen from the front, and FIG. 1(b) shows the state seen from the side. In this embodiment, a description will be given of how the robot hand 100 grips a cylindrical object 910 placed on the floor with its cylindrical surface sideways. Note that in this embodiment, the object to be grasped is referred to as an object.
ロボットハンド１００は、２本のフィンガー（第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０）と、アクチュエータ１３０と、ベース１４０を備える。第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０は、協働して、先端側からオブジェクトを取り込んで挟み込む機能を担う。第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０のそれぞれは、例えばステンレスの板材から形成され、可撓性を有する。具体的には、アクチュエータ１３０に駆動される基端側からオブジェクトを取り込む先端側へ向かって伸延する細長形状を成し、オブジェクトを挟み込んだ場合に長手方向に撓む。 Robot hand 100 includes two fingers (first finger 110 and second finger 120), an actuator 130, and a base 140. The first finger 110 and the second finger 120 work together to take in and pinch an object from the tip side. Each of the first finger 110 and the second finger 120 is made of, for example, a stainless steel plate and has flexibility. Specifically, it has an elongated shape extending from the proximal end side driven by the actuator 130 toward the distal end side where the object is taken in, and bends in the longitudinal direction when an object is caught.
図１（ａ）に示すように、第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０は、基端側から先端側へ向かって互いの距離が大きくなるように湾曲している。このような湾曲により、先端側からオブジェクトを取り込みやすくなっている。また、第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０のそれぞれは、基端側より先端側の方が撓みやすいように加工されている。具体的には、図１（ｂ）に示すように、基端側から先端側へ向かって幅が徐々に狭くなっている。すなわち、床面に対して水平に切断した場合には、基端側の断面積より先端側の断面積が小さい。なお、徐々に狭くする場合に限らず、先端側の幅を基端側の幅以下とすればよく、もしくは、先端側の断面積を基端側の断面積以下とすれば良い。また、基端側より先端側を撓みやすくする手法は、素材の形状を異ならせる他に、素材の硬度や塗装の厚みを段階的に変化させても良い。このように先端側を撓みやすくすることにより、以下に説明する把持過程において、撓みにくい基端側はオブジェクトからの反力で過度に反り返らず、撓みやすい先端側はオブジェクトの位置が多少ずれていても両フィンガーの内側へ当該オブジェクトを取り込みやすくなる。 As shown in FIG. 1(a), the first finger 110 and the second finger 120 are curved so that the distance from each other increases from the proximal end toward the distal end. Such curvature makes it easier to take in objects from the tip side. Further, each of the first finger 110 and the second finger 120 is processed so that the distal end side is more flexible than the base end side. Specifically, as shown in FIG. 1(b), the width gradually becomes narrower from the proximal end toward the distal end. That is, when cut horizontally with respect to the floor surface, the cross-sectional area on the distal end side is smaller than the cross-sectional area on the proximal end side. Note that the width on the distal end side may be made equal to or less than the width on the proximal end side, or the cross-sectional area on the distal end side may be made equal to or less than the cross-sectional area on the proximal end side. In addition to changing the shape of the material, the method of making the distal end more flexible than the proximal end may include changing the hardness of the material or the thickness of the coating in stages. By making the distal end more flexible in this way, during the grasping process described below, the proximal end, which is less flexible, does not excessively warp due to the reaction force from the object, and the distal end, which is more flexible, prevents the object from shifting slightly. This makes it easier to take the object inside both fingers.
アクチュエータ１３０は、例えば回転モータとギア列によって構成され、オブジェクトを掴むときには挟み込む方向へ、オブジェクトを放すときには反対方向へ、第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０を駆動する。具体的には、アクチュエータ１３０は、第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０のそれぞれの基端部に回転力を与え、それぞれの先端部が開いたり閉じたりするように第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０を一定範囲の角度で回動させる。なお、図１（ａ）に示すように、オブジェクトを先端側から取り込む段階では、アクチュエータ１３０は、第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０を互いに開く方向（点線で示す矢印方向）へ駆動する。 The actuator 130 is composed of, for example, a rotary motor and a gear train, and drives the first finger 110 and the second finger 120 in the pinching direction when grasping an object, and in the opposite direction when releasing the object. Specifically, the actuator 130 applies a rotational force to the base end portions of the first finger 110 and the second finger 120, and rotates the first finger 110 and the second finger so that the respective tip portions open and close. 120 is rotated within a certain range of angles. Note that, as shown in FIG. 1A, at the stage of taking in the object from the distal end side, the actuator 130 drives the first finger 110 and the second finger 120 in a direction in which they are opened from each other (in the direction of the arrow shown by the dotted line).
ベース１４０は、アクチュエータ１３０と、第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０の基端部を収容する筐体である。また、ロボットアーム２００の先端部にロボットハンド１００を装着するための装着部としての機能を担う。装着部は、ロボットハンド１００を、機械的かつ電気的にロボットアーム２００に接続する。アクチュエータ１３０は、ロボットアーム２００側から制御信号を受け取り、また、駆動電力を供給される。ロボットアーム２００は、装着されたロボットハンド１００を、稼働範囲内で任意の位置および姿勢に移動させる。 The base 140 is a housing that accommodates the actuator 130 and the proximal ends of the first finger 110 and the second finger 120. It also functions as a mounting section for mounting the robot hand 100 on the tip of the robot arm 200. The mounting section mechanically and electrically connects the robot hand 100 to the robot arm 200. The actuator 130 receives a control signal from the robot arm 200 side and is also supplied with driving power. The robot arm 200 moves the attached robot hand 100 to any position and posture within the operating range.
第１フィンガー１１０は、先端部に第１フック１１１を有する。同様に、第２フィンガー１２０は、先端部に第２フック１２１を有する。第１フック１１１および第２フック１２１は、第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０がアクチュエータ１３０に駆動されてオブジェクトを挟み込んだ場合に、その撓みによってオブジェクトが先端側へ押し出されることを防いで把持を維持するストッパとして機能する。それぞれのフックは、フィンガーの先端部からオブジェクトの挟み込み方向（内側方向）に向けて突出するように設けられている。 The first finger 110 has a first hook 111 at its tip. Similarly, the second finger 120 has a second hook 121 at its tip. When the first finger 110 and the second finger 120 are driven by the actuator 130 to sandwich an object, the first hook 111 and the second hook 121 prevent the object from being pushed out toward the tip side due to the flexure, thereby preventing the object from being grasped. Functions as a stopper to maintain. Each hook is provided so as to protrude from the tip of the finger in the direction in which the object is pinched (inward).
第１フック１１１は、例えば樹脂で成形され、第１フィンガー１１０の先端部に嵌合して装着される。第１フック１１１は、交換可能であっても良く、例えばオブジェクトの素材に応じて取り換えても良い。また、第１フック１１１は、第１フィンガー１１０と一体的に形成されても良い。例えば、第１フィンガー１１０の先端部を折り曲げることによって第１フック１１１を形成しても良い。同様に、第２フック１２１は、例えば樹脂で成形され、第２フィンガー１２０の先端部に嵌合して装着される。第２フック１２１は、交換可能であっても良く、例えばオブジェクトの素材に応じて取り換えても良い。また、第２フック１２１は、第２フィンガー１２０と一体的に形成されても良い。例えば、第２フィンガー１２０の先端部を折り曲げることによって第２フック１２１を形成しても良い。なお、第１フック１１１と第２フック１２１の構成は、後述する対称性の観点から、同一であることが好ましい。 The first hook 111 is made of resin, for example, and is fitted to the tip of the first finger 110. The first hook 111 may be replaceable, and may be replaced depending on the material of the object, for example. Further, the first hook 111 may be formed integrally with the first finger 110. For example, the first hook 111 may be formed by bending the tip of the first finger 110. Similarly, the second hook 121 is made of resin, for example, and is fitted to the tip of the second finger 120. The second hook 121 may be replaceable, and may be replaced depending on the material of the object, for example. Further, the second hook 121 may be formed integrally with the second finger 120. For example, the second hook 121 may be formed by bending the tip of the second finger 120. Note that the configurations of the first hook 111 and the second hook 121 are preferably the same from the viewpoint of symmetry, which will be described later.
図２は、オブジェクト９１０を把持する過程における第２の状態を示す図である。図示するように、ロボットアーム２００が床面方向へ移動されると、ロボットハンド１００の第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０は、床面と接触し、オブジェクト９１０を先端側に取り込んだ状態になる。なお、ロボットアーム２００のこのような一連の移動制御は、ロボットハンド１００を観察する不図示のカメラが撮影した映像に基づいて実行される。ロボットハンド１００は、オブジェクト９１０を先端側に取り込んだ状態になったら、第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０を閉じ方向（点線で示す矢印方向）へ駆動する。 FIG. 2 is a diagram showing a second state in the process of grasping the object 910. As shown in the figure, when the robot arm 200 is moved toward the floor, the first finger 110 and the second finger 120 of the robot hand 100 come into contact with the floor and take the object 910 into the tip side. . Note that such a series of movement controls of the robot arm 200 are executed based on an image taken by a camera (not shown) that observes the robot hand 100. After the robot hand 100 has taken in the object 910 to the distal end side, the robot hand 100 drives the first finger 110 and the second finger 120 in the closing direction (in the direction of the arrow shown by the dotted line).
図３は、オブジェクト９１０を把持する過程における第３の状態を示す図である。図２の状態から更に点線で示す矢印方向へ両フィンガーが駆動されると、両フィンガーはオブジェクト９１０に接触する。さらに駆動されると、両フィンガーは撓み、その弾性力が把持力としてオブジェクト９１０へ伝達する。このときの把持力の一部は、オブジェクト９１０を先端側（白抜き矢印の方向）へ押し出す力として作用する。 FIG. 3 is a diagram showing a third state in the process of grasping the object 910. When both fingers are further driven in the direction of the arrow shown by the dotted line from the state shown in FIG. 2, both fingers come into contact with the object 910. When driven further, both fingers flex and their elastic force is transmitted to the object 910 as a gripping force. A part of the gripping force at this time acts as a force that pushes the object 910 toward the tip side (in the direction of the white arrow).
なお、オブジェクト９１０が予め検出された位置に対してずれた位置に存在していても、両フィンガーの弾性力により、オブジェクト９１０は、両フィンガーのバランス位置に整合する。すなわち、ロボットハンド１００は、把持対象物であるオブジェクトの実際の位置が検出した位置と多少ずれていても、フィンガーの弾性力によりオブジェクトに自己整合が働くので、オブジェクトを確実に把持することができる。 Note that even if the object 910 is located at a position shifted from a previously detected position, the elastic force of both fingers causes the object 910 to align with the balanced position of both fingers. In other words, even if the actual position of the object to be grasped is slightly different from the detected position, the robot hand 100 can reliably grasp the object because the object is self-aligned by the elastic force of the fingers. .
両フィンガーが若干撓んでオブジェクト９１０へ把持力を伝達する状態になったら、ロボットアーム２００は、ロボットハンド１００を持ち上げる。なお、ロボットアーム２００がロボットハンド１００の持ち上げを開始するタイミングは、上述のカメラ映像から両フィンガーの撓みが検出されたタイミングとすることができる。また、両フィンガーに貼着された歪みゲージの出力や、アクチュエータ１３０の出力トルクの変化を観察することにより、当該タイミングを判断しても良い。 When both fingers are slightly bent to transmit gripping force to the object 910, the robot arm 200 lifts the robot hand 100. Note that the timing at which the robot arm 200 starts lifting the robot hand 100 can be the timing at which the deflection of both fingers is detected from the above-mentioned camera image. Alternatively, the timing may be determined by observing changes in the output of strain gauges attached to both fingers or the output torque of the actuator 130.
図４は、オブジェクト９１０を把持する過程における第４の状態を示す図である。図３の状態からロボットハンド１００がロボットアーム２００によって持ち上げられると、オブジェクト９１０は両フィンガーの弾性力により先端側へ押し出されるが、第１フック１１１および第２フック１２１が、オブジェクト９１０の落下を防ぎ、オブジェクト９１０の把持を維持する。すなわち、ロボットハンド１００は、第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０の腹がオブジェクト９１０を押し出そうとする力と、第１フック１１１および第２フック１２１がオブジェクト９１０を押し留めようとする力とが釣り合うことにより、オブジェクト９１０の把持を実現している。 FIG. 4 is a diagram showing a fourth state in the process of grasping the object 910. When the robot arm 200 lifts the robot hand 100 from the state shown in FIG. , maintains a grip on object 910. That is, the robot hand 100 has a force in which the bellies of the first finger 110 and the second finger 120 try to push out the object 910, and a force in which the first hook 111 and the second hook 121 try to hold down the object 910. Gripping of the object 910 is achieved by balancing the positions.
なお、第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０は、オブジェクトを把持した場合に、オブジェクトの中心軸が第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０からの等距離の仮想軸に沿うように、可撓性のバランスが調整されていることが望ましい。図４の例では、オブジェクト９１０の中心軸（この場合、正面視においてオブジェクト９１０の重心を通る鉛直軸）が一点鎖線であり、第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０からの正面視における等距離の仮想軸も一点鎖線である。すなわち、オブジェクトを持ち上げたときに両フィンガーが均等に撓めば、ロボットハンド１００は、バランス良くオブジェクトを把持することができる。第１フィンガー１１０および第２フィンガー１２０は、同一形状、同一素材の場合には、互いに閉じたときにオブジェクト９１０の中心軸上で交わるように調整される。 Note that the first finger 110 and the second finger 120 are flexible so that when the object is gripped, the central axis of the object is along a virtual axis equidistant from the first finger 110 and the second finger 120. It is desirable that the balance be adjusted. In the example of FIG. 4, the central axis of the object 910 (in this case, the vertical axis passing through the center of gravity of the object 910 when viewed from the front) is a dashed dotted line, and the center axis from the first finger 110 and the second finger 120 is equidistant from the center of gravity of the object 910 when viewed from the front. The virtual axis is also a dashed line. That is, if both fingers flex evenly when lifting an object, the robot hand 100 can grip the object in a well-balanced manner. If the first finger 110 and the second finger 120 have the same shape and are made of the same material, they are adjusted so that they intersect on the central axis of the object 910 when they are closed together.
図５は、本実施形態における第２実施例のロボットハンド３００が対象物であるオブジェクト９２０を把持する過程における第１の状態を示す図である。本実施例においては、ロボットハンド３００が、床面に置かれている直方体のオブジェクト９２０を把持する様子を説明する。 FIG. 5 is a diagram showing a first state in a process in which the robot hand 300 of the second example of this embodiment grasps an object 920 as a target object. In this embodiment, a description will be given of how the robot hand 300 grasps a rectangular parallelepiped object 920 placed on the floor.
ロボットハンド３００は、２本のフィンガー（第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０）と、アクチュエータ３３０と、ベース３４０を備える。第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０は、協働して、先端側からオブジェクトを取り込んで挟み込む機能を担う。第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０のそれぞれは、例えばステンレスの板材から形成され、可撓性を有する。具体的には、アクチュエータ３３０に駆動される基端側からオブジェクトを取り込む先端側へ向かって伸延する細長形状を成し、オブジェクトを挟み込んだ場合に長手方向に撓む。また、第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０のそれぞれは、基端側より先端側の方が撓みやすいように加工されている。 Robot hand 300 includes two fingers (first finger 310 and second finger 320), an actuator 330, and a base 340. The first finger 310 and the second finger 320 work together to take in and pinch an object from the tip side. Each of the first finger 310 and the second finger 320 is made of, for example, a stainless steel plate and has flexibility. Specifically, it has an elongated shape extending from the proximal end side driven by the actuator 330 toward the distal end side where the object is taken in, and bends in the longitudinal direction when an object is caught. Further, each of the first finger 310 and the second finger 320 is processed so that the distal end side is more flexible than the base end side.
アクチュエータ３３０は、例えば回転モータとギア列によって構成され、オブジェクトを掴むときには挟み込む方向へ、オブジェクトを放すときには反対方向へ、第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０を駆動する。具体的には、アクチュエータ３３０は、第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０のそれぞれの基端部に並進力を与え、それぞれの先端部が開いたり閉じたりするように第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０を一定範囲で水平移動させる。なお、図示するように、オブジェクトを先端側から取り込む段階では、アクチュエータ３３０は、第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０を互いに開く方向（点線で示す矢印方向）へ駆動する。 The actuator 330 is composed of, for example, a rotary motor and a gear train, and drives the first finger 310 and the second finger 320 in the pinching direction when grasping an object, and in the opposite direction when releasing the object. Specifically, the actuator 330 applies a translational force to the base end portions of the first finger 310 and the second finger 320, and moves the first finger 310 and the second finger 320 so that the respective tip portions open and close. 320 horizontally within a certain range. Note that, as shown in the figure, at the stage of taking in the object from the distal end side, the actuator 330 drives the first finger 310 and the second finger 320 in a direction in which they are opened from each other (in the direction of the arrow shown by the dotted line).
ベース３４０は、アクチュエータ３３０と、第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０の基端部を収容する筐体である。また、ロボットアーム２００の先端部にロボットハンド１００を装着するための装着部としての機能を担う。装着部は、ロボットハンド３００を、機械的かつ電気的にロボットアーム２００に接続する。アクチュエータ３３０は、ロボットアーム２００側から制御信号を受け取り、また、駆動電力を供給される。ロボットアーム２００は、装着されたロボットハンド３００を、稼働範囲内で任意の位置および姿勢に移動させる。 The base 340 is a housing that accommodates the actuator 330 and the proximal ends of the first finger 310 and the second finger 320. It also functions as a mounting section for mounting the robot hand 100 on the tip of the robot arm 200. The mounting section mechanically and electrically connects the robot hand 300 to the robot arm 200. The actuator 330 receives a control signal from the robot arm 200 side and is also supplied with driving power. The robot arm 200 moves the attached robot hand 300 to any position and posture within the operating range.
第１フィンガー３１０は、先端部に第１切欠き３１１を有する。同様に、第２フィンガー３２０は、先端部に第２切欠き３２１を有する。第１切欠き３１１および第２切欠き３２１は、第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０がアクチュエータ３３０に駆動されてオブジェクトを挟み込んだ場合に、その撓みによってオブジェクトが先端側へ押し出されることを防いで把持を維持するストッパとして機能する。それぞれの切欠きは、フィンガーの先端部にオブジェクトの挟み込み方向とは逆方向（外側方向）へ窪むように設けられている。 The first finger 310 has a first notch 311 at its tip. Similarly, the second finger 320 has a second notch 321 at its tip. The first notch 311 and the second notch 321 prevent the object from being pushed out toward the distal end due to deflection when the first finger 310 and the second finger 320 are driven by the actuator 330 and sandwich the object. Functions as a stopper to maintain grip. Each notch is provided at the tip of the finger so as to be recessed in the opposite direction (outward direction) to the direction in which the object is held.
上記のように切欠き部分がフィンガーと一体的に構成される場合に限らず、両フィンガーの先端部は、切欠き部分を含めて交換可能であっても良い。交換可能であれば、把持しようとするオブジェクトの形状に適した切欠き形状を有する先端部を装着することができる。また、オブジェクトの素材に応じて、硬度の適した素材で形成された先端部を装着するようにしても良い。 The notch portion is not limited to being integrally formed with the finger as described above, but the tips of both fingers may be replaceable including the notch portion. If it is replaceable, a tip having a notch shape suitable for the shape of the object to be gripped can be attached. Further, depending on the material of the object, a tip portion made of a material with suitable hardness may be attached.
図６は、オブジェクト９２０を把持する過程における第２の状態を示す図である。図示するように、ロボットアーム２００が床面方向へ移動されると、ロボットハンド３００の第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０は、床面に接近し、オブジェクト９２０を先端側に取り込んだ状態になる。なお、ロボットアーム２００のこのような一連の移動制御は、ロボットハンド３００を観察する不図示のカメラが撮影した映像に基づいて実行される。ロボットハンド３００は、オブジェクト９２０を先端側に取り込んだ状態になったら、第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０を閉じ方向（点線で示す矢印方向）へ駆動する。 FIG. 6 is a diagram showing a second state in the process of grasping the object 920. As shown in the figure, when the robot arm 200 is moved toward the floor, the first finger 310 and the second finger 320 of the robot hand 300 approach the floor and take in the object 920 at their tips. . Note that such a series of movement controls of the robot arm 200 are executed based on an image taken by a camera (not shown) that observes the robot hand 300. After the robot hand 300 has taken in the object 920 to the distal end side, the robot hand 300 drives the first finger 310 and the second finger 320 in the closing direction (in the direction of the arrow shown by the dotted line).
図７は、オブジェクト９２０を把持する過程における第３の状態を示す図である。図６の状態から更に点線で示す矢印方向へ両フィンガーが駆動されると、両フィンガーはオブジェクト９３０に接触する。さらに駆動されると、両フィンガーは撓み、その弾性力が把持力としてオブジェクト９２０へ伝達する。このときの把持力の一部は、オブジェクト９２０を先端側（白抜き矢印の方向）へ押し出す力として作用する。 FIG. 7 is a diagram showing a third state in the process of grasping the object 920. When both fingers are further driven in the direction of the arrow shown by the dotted line from the state shown in FIG. 6, both fingers come into contact with the object 930. When driven further, both fingers flex and their elastic force is transmitted to the object 920 as a gripping force. A part of the gripping force at this time acts as a force that pushes the object 920 toward the tip side (in the direction of the outlined arrow).
なお、オブジェクト９２０が予め検出された位置に対してずれた位置に存在していても、両フィンガーの弾性力により、オブジェクト９２０は、両フィンガーのバランス位置に整合する。すなわち、ロボットハンド３００は、把持対象物であるオブジェクトの実際の位置が検出した位置と多少ずれていても、フィンガーの弾性力によりオブジェクトに自己整合が働くので、オブジェクトを確実に把持することができる。 Note that even if the object 920 is located at a position shifted from a previously detected position, the elastic force of both fingers causes the object 920 to align with the balanced position of both fingers. In other words, even if the actual position of the object to be gripped is slightly different from the detected position, the robot hand 300 can reliably grip the object because the object is self-aligned by the elastic force of the fingers. .
両フィンガーが若干撓んでオブジェクト９２０へ把持力を伝達する状態になったら、ロボットアーム２００は、ロボットハンド３００を持ち上げる。なお、ロボットアーム２００がロボットハンド３００の持ち上げを開始するタイミングは、上述のカメラ映像から両フィンガーの撓みが検出されたタイミングとすることができる。また、両フィンガーに貼着された歪みゲージの出力や、アクチュエータ３３０の出力トルクの変化を観察することにより、当該タイミングを判断しても良い。 When both fingers are slightly bent to transmit gripping force to the object 920, the robot arm 200 lifts the robot hand 300. Note that the timing at which the robot arm 200 starts lifting the robot hand 300 can be the timing at which the deflection of both fingers is detected from the above-mentioned camera image. Alternatively, the timing may be determined by observing changes in the output of strain gauges attached to both fingers or the output torque of the actuator 330.
図８は、オブジェクト９２０を把持する過程における第４の状態を示す図である。図７の状態からロボットハンド３００がロボットアーム２００によって持ち上げられると、オブジェクト９２０は両フィンガーの弾性力により先端側へ押し出されるが、第１切欠き３１１および第２切欠き３２１が、オブジェクト９２０の角部を捉えて落下を防ぎ、オブジェクト９２０の把持を維持する。すなわち、ロボットハンド３００は、第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０の弾性力を第１切欠き３１１および第２切欠き３２１に作用させて、オブジェクト９２０をつまみ上げるように把持する。 FIG. 8 is a diagram showing a fourth state in the process of grasping the object 920. When the robot hand 300 is lifted by the robot arm 200 from the state shown in FIG. grip on the object 920 to prevent it from falling. That is, the robot hand 300 applies the elastic forces of the first finger 310 and the second finger 320 to the first notch 311 and the second notch 321, and grips the object 920 so as to pick it up.
なお、第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０は、オブジェクトを把持した場合に、オブジェクトの中心軸が第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０からの等距離の仮想軸に沿うように、可撓性のバランスが調整されていることが望ましい。図８の例では、オブジェクト９２０の中心軸（この場合、正面視においてオブジェクト９２０の重心を通る鉛直軸）が一点鎖線であり、第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０からの正面視における等距離の仮想軸も一点鎖線である。すなわち、オブジェクトを持ち上げたときに両フィンガーが均等に撓めば、ロボットハンド３００は、バランス良くオブジェクトを把持することができる。第１フィンガー３１０および第２フィンガー３２０は、同一形状、同一素材の場合には、互いに閉じたときにオブジェクト９２０の中心軸上で交わるように調整される。 Note that the first finger 310 and the second finger 320 are flexible so that when the object is gripped, the central axis of the object is along a virtual axis equidistant from the first finger 310 and the second finger 320. It is desirable that the balance be adjusted. In the example of FIG. 8, the central axis of the object 920 (in this case, the vertical axis passing through the center of gravity of the object 920 when viewed from the front) is a dashed dotted line, and the center axis from the first finger 310 and the second finger 320 is equidistant when viewed from the front. The virtual axis is also a dashed line. That is, if both fingers flex evenly when lifting an object, the robot hand 300 can grip the object in a well-balanced manner. If the first finger 310 and the second finger 320 have the same shape and are made of the same material, they are adjusted so that they intersect on the central axis of the object 920 when they are closed together.
以上、２つの実施例を通じて本実施形態に係るロボットハンドを説明したが、オブジェクトは上記の円柱や直方体に限らず、より複雑な形状の立体物であっても構わない。オブジェクトの形状、大きさ、重さに応じて、把持に適切なストッパに交換したり、フィンガーの長いロボットハンド、強力な駆動力を発揮するアクチュエータを備えるロボットハンドを選択したりすれば良い。もちろんフィンガーに対して異なる形状のフックを採用したり、くぼみ形状の異なる切欠きを設けたりしても良い。また、上記の実施例では２本のフィンガーを備えるロボットハンドを説明したが、フィンガーの本数は、３本以上であっても構わない。３本以上のフィンガーを採用する場合には、オブジェクトを取り込む空間に対してそれぞれのフィンガーを円環状に配列すると良い。 Although the robot hand according to the present embodiment has been described above through two examples, the object is not limited to the above-mentioned cylinder or rectangular parallelepiped, but may be a three-dimensional object with a more complicated shape. Depending on the shape, size, and weight of the object, you can replace the stopper with a stopper appropriate for gripping, or select a robot hand with long fingers or a robot hand equipped with an actuator that exerts a strong driving force. Of course, hooks with different shapes may be used for the fingers, or cutouts with different recess shapes may be provided. Further, in the above embodiment, a robot hand having two fingers has been described, but the number of fingers may be three or more. When using three or more fingers, it is preferable to arrange each finger in a ring shape with respect to the space into which the object is taken.
また、複数のフィンガーのうち少なくともひとつのフィンガーの剛性が、他のフィンガーの剛性と異なるように構成しても良い。例えば、対象物を把持して持ち上げた場合に、当該対象物が近くに存在する障害物に近づかないよう、その障害物側に位置するフィンガーの剛性を大きくすると良い。このようにフィンガー間の剛性を異ならせると、複雑な制御をアクチュエータ側で行わなくても良い。また、把持する対象物に重心の偏りがあっても、その偏りに合わせてフィンガー間の剛性を調整しておけば、バランスよく把持することができる。なお、フィンガーの基端側をベースに取り付ける角度を調整することにより、フィンガー間の撓み具合を調整してもよい。 Further, the rigidity of at least one of the plurality of fingers may be different from the rigidity of the other fingers. For example, when an object is gripped and lifted, it is preferable to increase the rigidity of the fingers located on the obstacle side so that the object does not approach a nearby obstacle. By varying the stiffness between the fingers in this way, it is not necessary to perform complicated control on the actuator side. Furthermore, even if the object to be gripped has a deviation in its center of gravity, by adjusting the rigidity between the fingers in accordance with the deviation, it is possible to grip the object in a well-balanced manner. Note that the degree of deflection between the fingers may be adjusted by adjusting the angle at which the proximal ends of the fingers are attached to the base.
また、オブジェクトを把持する方向は、上記の実施例のように鉛直方向に限らず、例えば棚に置かれたオブジェクトを把持する場合には、水平方向から把持動作を行っても良い。また、オブジェクトの形状を認識して把持しやすり方向を探索し、当該方向からフィンガーの先端部を接近させるように把持動作を行っても良い。 Further, the direction in which the object is gripped is not limited to the vertical direction as in the above embodiments, but, for example, when gripping an object placed on a shelf, the gripping operation may be performed in the horizontal direction. Alternatively, the shape of the object may be recognized, the gripping direction may be searched, and the gripping operation may be performed by approaching the tips of the fingers from this direction.
ここで、以上説明したロボットハンドの主要な構成について纏めておく。
［付記１］
先端側から対象物（９１０、９２０）を取り込んで挟み込む、可撓性のある複数のフィンガー（１１０、１２０、３１０、３２０）と、
前記対象物を挟み込む方向へ前記複数のフィンガーを駆動するアクチュエータ（１３０、３３０）と
を備え、
前記複数のフィンガーのそれぞれは、前記アクチュエータに駆動されて前記対象物を挟み込んだ場合に、撓みによって前記対象物が先端側へ押し出されることを防いで把持を維持するストッパ（１１１、１２１、３１１、３２１）を有するロボットハンド（１００、３００）。
［付記２］
前記複数のフィンガー（１１０、１２０、３１０、３２０）のそれぞれは、基端側より先端側の方が撓みやすい付記１に記載のロボットハンド（１００、３００）。
［付記３］
前記複数のフィンガー（１１０、１２０、３１０、３２０）のそれぞれは、先端側の断面積が基端側の断面積以下である付記２に記載のロボットハンド（１００、３００）。
［付記４］
前記ストッパは、前記複数のフィンガー（１１０、１２０）のそれぞれの先端から前記対象物の挟み込み方向へ突出するフック（１１１、１２１）である付記１から３のいずれか１項に記載のロボットハンド（１００）。
［付記５］
前記ストッパは、前記複数のフィンガー（３１０、３２０）のそれぞれの先端部に設けられた切欠き（３１１、３２１）である付記１から３のいずれか１項に記載のロボットハンド（３００）。
［付記６］
前記ストッパ（１１１、１２１、３１１、３２１）は、前記複数のフィンガー（１１０、１２０、３１０、３２０）のそれぞれに対して着脱可能である付記１から５のいずれか１項に記載のロボットハンド（１００、３００）。
［付記７］
前記複数のフィンガー（１１０、１２０、３１０、３２０）のうち少なくともひとつのフィンガーの剛性が、他のフィンガーの剛性と異なる付記１から６のいずれか１項に記載のロボットハンド。
［付記８］
前記複数のフィンガー（１１０、１２０、３１０、３２０）は、前記対象物を把持した場合に、前記対象物の中心軸が前記複数のフィンガーから等距離の仮想軸に沿うように、可撓性のバランスが調整されている付記１から７のいずれか１項に記載のロボットハンド（１００、３００）。
Here, the main configuration of the robot hand explained above will be summarized.
[Additional note 1]
A plurality of flexible fingers (110, 120, 310, 320) that take in and pinch the object (910, 920) from the tip side;
an actuator (130, 330) that drives the plurality of fingers in a direction to sandwich the object;
Each of the plurality of fingers includes a stopper (111, 121, 311, A robot hand (100, 300) having a robot hand (321).
[Additional note 2]
The robot hand (100, 300) according to appendix 1, wherein each of the plurality of fingers (110, 120, 310, 320) is more flexible on the distal end side than on the proximal end side.
[Additional note 3]
The robot hand (100, 300) according to appendix 2, wherein each of the plurality of fingers (110, 120, 310, 320) has a cross-sectional area on the distal end side that is less than or equal to a cross-sectional area on the proximal side.
[Additional note 4]
The robot hand according to any one of Supplementary Notes 1 to 3, wherein the stopper is a hook (111, 121) that protrudes from the tip of each of the plurality of fingers (110, 120) in the direction of pinching the object. 100).
[Additional note 5]
The robot hand (300) according to any one of Supplementary Notes 1 to 3, wherein the stopper is a notch (311, 321) provided at the tip of each of the plurality of fingers (310, 320).
[Additional note 6]
The robot hand according to any one of Supplementary Notes 1 to 5, wherein the stopper (111, 121, 311, 321) is removable from each of the plurality of fingers (110, 120, 310, 320). 100, 300).
[Additional note 7]
The robot hand according to any one of Supplementary Notes 1 to 6, wherein at least one of the plurality of fingers (110, 120, 310, 320) has a different rigidity from the other fingers.
[Additional note 8]
The plurality of fingers (110, 120, 310, 320) are flexible so that when the object is gripped, the central axis of the object is along an imaginary axis equidistant from the plurality of fingers. The robot hand (100, 300) according to any one of Supplementary Notes 1 to 7, wherein the balance is adjusted.
１００、３００ ロボットハンド、１１０、３１０ 第１フィンガー、１２０、３２０ 第２フィンガー、１１１ 第１フック、１２１ 第２フック、３１１ 第１切欠き、３２１ 第２切欠き、１３０、３３０ アクチュエータ、１４０、３４０ ベース、２００ ロボットアーム、９１０、９２０ オブジェクト 100, 300 Robot hand, 110, 310 First finger, 120, 320 Second finger, 111 First hook, 121 Second hook, 311 First notch, 321 Second notch, 130, 330 Actuator, 140, 340 Base, 200 Robot arm, 910, 920 Object
Claims (8)
前記対象物を挟み込む方向へ前記複数のフィンガーを駆動するアクチュエータと
を備え、
前記複数のフィンガーのそれぞれはストッパを有し、
前記複数のフィンガーは、前記アクチュエータに駆動されて前記対象物を挟み込んだ場合に、撓みによって前記対象物を先端側へ押し出す弾性力を作用させ、前記ストッパは、前記弾性力によって前記対象物が先端側へ押し出されることを防いで把持を維持するロボットハンド。 Multiple flexible fingers that capture and pinch objects from the tip side,
an actuator that drives the plurality of fingers in a direction to sandwich the object,
Each of the plurality of fingers has a stopper,
When the plurality of fingers are driven by the actuator and pinch the object, they apply an elastic force that pushes the object toward the tip side by bending, and the stopper is configured to cause the object to move toward the tip side due to the elastic force. A robot hand that maintains its grip by preventing it from being pushed out to the side.
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