JP7458338B2

JP7458338B2 - ロボットハンド

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Publication number: JP7458338B2
Application number: JP2021027201A
Authority: JP
Inventors: 嘉毅金井; 弘樹高橋; 敏史三山; 亨柴田
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2021-02-24
Publication date: 2024-03-29
Anticipated expiration: 2041-02-24
Also published as: JP2022128789A; DE102022200781A1; US20220266455A1

Description

本発明は、ロボットハンドに係り、特に分注作業を自動化するのに好適なロボットハンドに関する。

計測、分析作業といった実験室・研究室での作業の自動化に向け、ロボットにピペットなどの作業ツールを把持、操作させるために、ロボットアームの先端に備えられるロボットハンドの開発や研究が行われている。

例えば、特許文献１には、ピペット（マルチチャンネルピペット）を保持する保持部と、モータと、モータで駆動されて揺動することでピペットの押圧ボタンを押圧操作する揺動部を備えるエンドエフェクタが開示されている。

また、例えば、特許文献２には、ロボットアームの先端に着脱可能に装着される複数の手先ツールを備え、複数の手先ツールの一つとしてピペットを固定するホルダと押圧部材を備えたピペット操作ハンドを用意し、ピペット操作ハンドのみでピペットの操作が可能な検体処理システムが開示されている。

特開2019-117072号公報特開2016-209949号公報

特許文献１で開示されるエンドエフェクタ（ロボットハンド）は、特定のピペット（マルチチャンネルピペット）の対応のみを想定しており、他の種類（構成が異なる種類）のピペットを扱う場合には、別のエンドエフェクタを用意しなければならない可能性があり、汎用性が低い。作業内容によっては、構成が異なる複数種類のピペットを扱うことも考えられるため、それに対応して用意するエンドエフェクタの台数が多くなると、ロボットの作業時にエンドエフェクタを交換する機会が多くなり、ロボットの作業時間が増加してしまう課題が生じる。

また、特許文献２で開示されている検体処理システムでは、構成が異なる複数種類のピペットを扱う場合、特許文献１と同様に構成が異なるピペット毎に手先ツール（ピペット操作ハンド）を作製する必要がある。また、手先ツールには、ロボットアーム先端に着脱するための機構と、ピペットを操作する機構を搭載する必要があるため、手先ツールが大型化してしまう可能性がある。この場合、特に作業者とロボットが共同で作業を行う環境においては、作業者がピペットを扱うことが困難となる可能性がある。このため、ピペットは作業者が扱いやすいような状態であることが望ましい。

本発明は、構成が異なる複数種類のピペットを容易に扱うことが可能な汎用性の高いロボットハンドを提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本発明のロボットハンドは、特許請求の範囲に記載のように構成したものである。なお、特許請求の範囲において、引用形式の請求項における他の請求項の引用は、引用形式の請求項の記載を分かり易くするために単項引用としているが、本発明は、引用形式の請求項において、複数の請求項を引用する形態（多項引用項）、及び、複数の多項引用項を引用する形態を含む。
本開示におけるロボットハンドの具体的な一例は、ピペットを把持、操作するためのロボットハンドであって、電動グリッパと、前記電動グリッパにより開閉される一対の第一指部材と、前記第一指部材に設置され、ピペット把持面を備える一対の第二指部材と、前記第一指部材に設置され、前記ピペットの被操作部を操作する操作機構を備える。

本発明によれば、構成が異なる複数種類のピペットを容易に扱うことが可能な汎用性の高いロボットハンドが得られる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第一の実施例におけるロボットの外観を示す図である。第一の実施例におけるロボットハンドのピペット解放時を示す図である。第一の実施例における第一指部材と第二指部材の構成関係を示す図である。第一の実施例における第一指部材と操作機構の構成関係を示す図である。第一の実施例におけるロボットハンドのピペット把持時を示す図である。第一の実施例におけるピペット操作時の操作機構とピペット被把持部の位置関係を示す図である。第一の実施例におけるピペット操作時の第一指部材および第二指部材の断面図を示す図である。第一の実施例におけるロボットハンドのピペット把持時を示す図である。第一の実施例におけるピペット操作時の操作機構とピペット被把持部の位置関係を示す図である。第二の実施例における第一指部材と第二指部材の構成関係を示す図である。第二の実施例における第一指部材の第二の円筒状凹面と第二指部材との嵌合の様子を示す図である。第三の実施例における第一指部材と操作機構の構成関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。なお、図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、特許請求の範囲又は本発明の適用例を如何なる意味においても限定するものではない。
以下に説明する実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

先ず、本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明の実施形態の概要について説明する。
ピペット把持、操作のために、ロボットハンドに必要な要件について着目すると、（１）ピペットと接触するピペット把持部の内面がピペット外形形状に嵌合する形状を持つこと、（２）ピペット内の液体の吸引または吐出、あるいはピペット先端に取付けたチップの取り外しなどのためにピペットに設けられた押圧ボタン等（以下、被操作部とする）を押圧操作する機構（以下、操作機構とする）が簡潔な一軸の動作だけで被操作部を操作できる位置にあること、の２つが挙げられる。
本発明の実施形態では、上記２つの要件をそれぞれ満たす部材を備え、それぞれの部材単位での交換ができるようにすることにより、構成が異なる複数種類のピペットを容易に扱うことを可能にするものである。
すなわち、本発明の実施形態に係るロボットハンドは、ピペットを把持、操作するためのロボットハンドであって、電動グリッパと、電動グリッパにより開閉される第一指部材と、第一指部材の把持面に設置される第二指部材と、第一指部材に設置され、ピペットの被操作部を操作するための操作機構を備える。言い換えれば、本発明の実施形態に係るロボットハンドは、ロボットハンドの電動グリッパに装着又は一体化した第一指部材に（ａ）ピペットの外径に対応した形状を有する第二指部材と（ｂ）ピペットの被操作部を操作する操作機構を別々に取り付けて交換可能にしている。第二指部材および操作機構は取り扱うピペットに対応して複数準備しておく。
上記２つの要件のうち、（１）ピペットと接触するピペット把持部の内面がピペット外形形状に嵌合する形状を持つことは第二指部材を介してピペットを把持することで、（２）操作機構が簡潔な一軸の動作だけで被操作部を操作できる位置にあることは操作機構が第一指部材に設置されていることで、それぞれ満たされ、いずれも電動グリッパに取付けた第一指部材に配置されていることで、容易な交換が可能となる。すなわち、第二指部材を交換することで多種のピペットに対応し、操作機構の操作部を複数設置又は移動可能にすることで多種のピペットの被操作部の位置に対応するようにしている。
このように、本発明の実施形態によるロボットハンドは、ロボットハンド全体をピペットに応じて取り換える構成ではなく、第一指部材から末梢側に取付けられた第二指部材と操作機構のみの交換で、複数種類のピペットを扱うことを可能にしている。その結果、多種類のピペットを把持、操作する際、従来のロボットハンドよりも交換すべき部品点数が少ないため交換性が高く、汎用性の高いロボットハンドが得られる。
次に本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１～図９を参照して本発明における第一の実施例によるロボットハンド２の構成を説明する。

図１は、ロボットハンド２が装着されたロボット１の構成例を示す。ロボット１は、ロボット胴体部１０と、各関節にアクチュエータおよび位置センサを搭載した多関節のロボットアーム１１と、カメラ１２１を内蔵したロボット頭部１２と、移動機構１３から構成される。ロボットアーム１１の先端には、ロボットハンド２が取付けられている。また、ロボット１は、上記構成要素の動作の制御を行う制御部１４を有する。
ロボット１は、移動機構１３により作業環境内の移動を行い、ピペットなどが載置された作業台前に移動する。その後、ロボット１は、カメラ１２１により作業台上のピペット位置を認識し、認識した位置までロボットアーム１１を動作させてロボットハンド２をピペット位置に接近させる。その後、ロボット１は、ロボットハンド２により、ピペットを把持、操作し、分注作業を行う。上記の動作は、制御部１４によって計画、制御され、自動的に実行可能である。
なお、ロボット１の構成は上記の構成に限定されるものではなく、公知の様々なロボットを用いることができる。

図２に、ロボットハンド２の構成を示す。ロボットハンド２は、第一指部材２１、第二指部材２２、操作機構２３、および電動グリッパ２４により構成され、ピペット３０を把持、操作する。なお、詳細は後述するが、電動グリッパ２４に、第一指部材２１を介して第二指部材２２および操作機構２３が着脱されるので、第一指部材２１、第二指部材２２および操作機構２３の全体をロボットハンドアタッチメントと捉えることもできる。

第一指部材２１は、対になって構成されている（図面上左右に一つずつ配置されている。）。一対の第一指部材２１は、電動グリッパ２４のストローク動作を行う動作端に取付けられ、電動グリッパ２４により開閉され、互いに向かい合う方向に移動可能である。電動グリッパ２４は公知の電動グリッパを用いることができる。本実施形態では、第一指部材２１は電動グリッパ２４に着脱、交換が可能なようにねじ構造や嵌合構造などで取付けられているが、第一指部材２１を電動グリッパ２４の動作端として構成しても良い。すなわち、第一指部材２１を電動グリッパ２４の一部として構成しても良い。ただし、電動グリッパ２４とは別に第一指部材２１を構成し、第一指部材２１を電動グリッパ２４に着脱するようにすれば汎用品の電動グリッパ２４を用いることができる。

一対の第一指部材２１同士が向かい合う第一指部材２１のそれぞれの面、すなわち、第一指部材２１の内側には第二指部材２２が取付けられ配置されている。本実施形態は、電動グリッパ２４を駆動することにより一対の第一指部材２１を介して一対の第二指部材２２によりピペット３０を把持する構造となっている。この構成は、電動グリッパ２４により駆動される把持部を第一指部材２１と第二指部材２２とに分割したものとも言える。第二指部材２２の第一指部材２１への取付け方については後述する。

操作機構２３は、ピペット３０の被操作部３０１，３０２を操作するもので、ロボットハンド２内に少なくとも一つ備えられ、第一指部材２１に取付けられている。本実施形態では、二つの操作機構２３が設置されている。詳細は後述するが、操作機構２３はピペット３０の操作ができる位置となるように第一指部材２１へ設置される。

操作機構２３が第一指部材２１に設置されていることで、第一指部材２１の把持動作制御により操作機構２３をピペット３０の把持位置に近づけることができる。そのため、操作機構２３自体に移動機構を別途設ける必要がなく、操作機構２３を小型化できる。さらに、ピペット３０を把持するためにロボットハンド２をピペット３０に接近させるとき、一対の第一指部材２１間を開いた状態にしておけば、操作機構２３がピペット３０を把持する妨げとならない。

本実施形態で扱うピペット３０は、電動ピペットであり、第一の被操作部３０１、第二の被操作部３０２、フィンガーフック３０３、表示画面３０４、被把持部３０５から構成されている。本実施形態では、第一の被操作部３０１は吐出または吸引するためのボタンであり、第二の被操作部３０２はピペット３０の先端に取付けたチップを取外すためのレバーである。フィンガーフック３０３はピペット操作時にピペット３０がずれるのを防止するためのもので後述の第二指部材２２の支持面２２３に支持される。表示画面３０４はピペットの設定や状態などを表示する液晶ディスプレイである。被把持部３０５は第二指部材２２により把持される部分である。ピペット３０は例えば市販のものが用いられ、被把持部の形状や被操作部の形状や位置が異なる多種多様のピペットが用いられる。なお、ピペット３０は電動のものに限らず、手動操作のものであってもよい。

本実施形態では、第二指部材２２がピペット３０（被把持部３０５）と直接接触する構成であり、第二指部材２２の内面がピペット３０（被把持部３０５）の外形に嵌合する又は対応する形状を有する。また、本実施形態では、操作機構２３は、ピペット３０の被操作部（第一の被操作部３０１、第二の被操作部３０２）を簡潔な一軸の動作だけで操作できる位置にある（詳細後述）。第二指部材２２および操作機構２３が、第一指部材２１に装着される構成となっている。これにより、第二指部材２２の交換、また、必要に応じて操作機構２３の位置を調整することで、他種多様のピペット３０の把持、操作が可能となる。さらに、第一指部材２１を交換することによって第二指部材２２及び操作機構２３も含めて交換するというツール交換も選択できる。これらにより、従来のロボットハンドと比較して構成が異なる複数種類のピペット対応のためのツール交換が容易となり、また、電動グリッパ２４はピペットの形状によらず共通な構成とすることができ、汎用性も高くなる。次にこれらの点について詳細に説明する。

図３に、第一指部材２１と第二指部材２２の構造例を示す。第一指部材２１および第二指部材２２それぞれの対は、図２に示される通りほぼ同じ構成（略左右対称の構成）であるため、図３には片側（図２における左側）のみ示している。

第二指部材２２は、第一指部材２１と接触する外面に、ピペットの長手方向と垂直な方向の断面の外側が円弧状に形成されている半円筒状凸部２２０を有している。第一指部材２１は、第二指部材２２と接触する内面（把持面）に、ピペットの長手方向と垂直な方向の断面の内側が円弧状に形成され、第二指部材２２の半円筒状凸部２２０と嵌合可能な半円筒状凹部２１０を有している。これら半円筒状凸部２２０と半円筒状凹部２１０との嵌合を第一の嵌合構造と呼ぶ。

また、第二指部材２２の半円筒状凸部２２０は嵌合用凸部２２１を有し、第一指部材２１の半円筒状凹部２１０は、この嵌合用凸部２２１と嵌合可能な嵌合用凹部２１１を有している。これら嵌合用凸部２２１と嵌合用凹部２１１との嵌合を第二の嵌合構造と呼ぶ。

以上の第一の嵌合構造と第二の嵌合構造によって、第一指部材２１に対する第二指部材２２の位置姿勢が固定可能となる。

ロボットハンド２でピペット３０を扱う際、第二指部材２２をあらかじめ第一指部材２１に取付けてからピペット３０を把持するようにしても良いし、第二指部材２２をあらかじめピペット３０に取付けたものを第一指部材２１に取付けるようにしても良い。

第二指部材２２があらかじめ第一指部材２１に取付けられている場合、第二指部材２２は内面がピペット３０（被把持部３０５）の外形に嵌合する又は対応する形状を有するので、ピペット３０に追加で取付ける部材が不要となる。このためロボット１と共同で作業を行う作業者にとっても、ピペット３０の扱いが容易となる。

一方、第二指部材２２があらかじめピペット３０に取付けられている場合、第二指部材２２を交換することなく、複数のピペットを取扱うことができる。
また、第二指部材２２があらかじめピペット３０に取付けられている場合、第一指部材２１の把持面である半円筒状凹部２１０が半円筒形状であることにより、第二指部材２２を装着したピペット３０を適切な把持位置で把持することができる。すなわち、例えばロボットアーム１１を駆動して、第二指部材２２を装着したピペット３０を自動的に把持する時、手先位置にずれが生じていた場合でも、嵌合用凸部２２１を、突起先端の球面２２４と半円筒状凹部２１０の接触によって嵌合用凹部２１１に誘導し、第二指部材２２を適切な嵌合位置に移動させることができ、ピペット３０を適切な把持位置で把持することができる。
なお、第二指部材２２があらかじめピペット３０に取付けられている場合、第二指部材２２同士（半円筒状の端部の突合せ面同士）は、嵌合形状もしくは磁力により結合されていることとする。

また、第二指部材２２があらかじめピペット３０に取付けられている場合、一対の第二指部材２２の外側面がそれぞれの半円筒状凸部２２０により円筒形状となるため、作業者とロボット１が共同で作業を行う環境においては、作業者も把持しやすい形状となっており、ピペット３０の扱いが容易となる。また、ピペット３０を把持する第二指部材２２に操作機構２３を取付けておくことも考えられるが、そのような構成で第二指部材２２があらかじめピペット３０に取付けられている場合、構成が複雑化・大型化し、作業者にとって把持しにくい構成となり、作業者とロボットでピペットを共用することが難しくなる。すなわち、第二指部材２２と操作機構２３を別々に第一指部材２１に取付け取外しする構成とすることにより作業者とロボットでピペットを共用できる汎用性が高い構成となる。

図３では、第一指部材２１が半円筒状凹部２１０を有し、第二指部材２２が半円筒状凸部２２０を有しているが、第一指部材２１が凸形状、第二指部材２２が凹形状を有していてもよい。すなわち、第一指部材２１と第二指部材２２が接する面のどちらか一方に凸形状を形成し、もう一方に凹形状を形成すればよい。ただし、第二指部材２２が凹形状を有する場合、第二指部材２２を装着したピペット３０は作業者にとって把持しにくい形状となるので、第二指部材２２を第一指部材２１に取付けてからピペット３０を把持するようにした方が望ましい。

また、嵌合部（嵌合用凹部２１１および嵌合用凸部２２１）も、同様にどちらか一方が凸形状で、もう一方が凹形状であればよく、第一指部材２１が嵌合用凸部、第二指部材２２が嵌合用凹部を有していてもよい。

さらに、第二指部材２２は、内面にピペット３０の被把持部３０５の外形形状と嵌合可能な曲面２２２と、ピペット３０のフィンガーフック３０３と嵌合して、ピペット３０をピペット３０の長手方向に支持可能な支持面２２３を有する。一対の第二指部材２２により支持面２２３の箇所に凹部が形成され、この凹部にフィンガーフック３０３が載置され嵌合することになる。第二指部材２２の支持面２２３は、ピペット３０のフィンガーフック３０３を、被操作部３０１および３０２に操作機構２３が与える力に対抗するように支持する。これにより、ピペット操作時に、ピペット３０がずれることがなく、適切にピペット操作を行うことができる。

以上の構成により、第二指部材２２によりピペット３０の把持時のピペット３０と第二指部材２２の位置姿勢が固定可能である。上述の固定方法以外にも、例えばピペット３０の表示画面３０４などの凹凸部分を利用し、ピペット３０と第二指部材２２の位置姿勢の固定を行ってもよい。またはピペット３０の被操作部以外であれば、その外形の特徴を用いてピペット３０と第二指部材２２の位置姿勢の固定をしてもよい。

以上のピペット３０と第二指部材２２の嵌合構造と、第一指部材２１と第二指部材２２の嵌合構造と合わせると、ピペット３０と第一指部材２１の位置姿勢を一意に定めることができ、操作機構２３で力を加えた場合でも、ピペット３０の位置姿勢がずれることがない。以上により、ロボット１への分注作業の教示が容易となる。

図４に、第一指部材２１と操作機構２３の構造を示す。第一指部材２１および操作機構２３それぞれの対は、図２に示される通りほぼ同じ構成（略左右対称の構成）であるため、図４には片側（（図２における右側））のみ示している。操作機構２３は、操作部材（レバー）２３０、ストローク部２３１、アクチュエータユニット２３２から構成される。操作部材２３０は、電動グリッパ２４の開閉方向Ａの把持方向成分を持って第一指部材２１の内側（第二指部材２２側）に張出している。アクチュエータユニット２３２内部のアクチュエータが駆動することにより、ストローク部２３１が方向Ａに対して垂直の成分を持つ方向Ｂに揺動（図面上、上下動）することで、ピペット３０の被操作物の操作を行う。方向Ｂはピペットの長手方向と同じ方向でもある。

また、アクチュエータユニット２３２の内部には、バッテリ２３２ａおよび無線通信用装置２３２ｂが搭載されており、制御部１４と無線通信を行うことにより、アクチュエータ駆動が可能となる。以上の構成により、操作機構２３交換時に配線作業を省略でき、交換時間短縮が見込めるほか、配線の劣化による操作機構２３の動作不具合も生じない。

第一指部材２１には、操作機構２３を固定するための操作機構位置調整用穴２１２を２つ以上有しており、この操作機構位置調整用穴２１２により、第一指部材２１に対する操作機構２３の着脱および位置調整（方向Ｃの位置調整）を可能とする。

操作機構２３を第一指部材２１の操作機構位置調整用穴２１２に固定するために、操作機構２３もしくは操作機構２３に取付けた操作機構固定用の固定プレートなどの固定部材（図示省略）に操作機構位置調整用穴２１２と嵌合する突起を形成してもよい。
また、第一指部材２１が操作機構位置調整用穴２１２の代わりに突起形状を有し、操作機構２３側に穴を設け、それぞれを嵌合することで固定してもよい。

操作機構２３を固定するために第一指部材２１が有する操作機構位置調整用穴２１２は、ネジ穴であってもよい。この場合、操作機構２３もしくは操作機構２３を固定するための部材（図示省略）に長穴を設け、この長穴を通してネジ止めすることで、無段階の位置調整が可能となる。

なお、図４においては、操作機構２３を第一指部材２１の外側に設置しているが第一指部材２１の上面または下面や内側に設置するようにしても良い。ただし、ピペット３０の把持の障害にならない位置であることが必要であるので、第一指部材２１の外側に設置するのが望ましい。

以上が本発明における第一の実施例によるロボットハンド２の構成である。図２に示すピペット３０と異なる他種ピペット、つまり、被把持部３０５と異なる被把持部形状を持ち、被操作部３０１および３０２と異なる形状、位置、数の被操作部を持つピペットを把持、操作する場合は、第二指部材２２をピペットの各特徴に適合するものに交換することで、操作機構２３をピペットの各特徴に適合するものに交換または位置を調整することで対応可能になる。

続いて、第一の実施例によるロボットハンド２の動作について説明する。
図５に、ロボットハンド２が、ピペット３０を把持した時の様子を示す。
ピペット３０は、一対の第一指部材２１が電動グリッパ２４により閉じられることにより、第二指部材２２を介して、ロボットハンド２に把持される。

第一の実施例では、ピペット３０が被操作部を二つ有している（第一の被操作部３０１および第二の被操作部３０２）。二つの被操作部に対応するため、一対の第一指部材２１のそれぞれに操作機構２３を一つずつ取り付けている。把持するピペット３０の被操作部の位置と数に応じて、操作機構の設置位置、数は調整される。例えば、第一指部材２１の一つに操作機構２３を２つ載せてもよい。図５において、操作機構２３は、把持時にその操作部材２３０の揺動方向Ｂがそれぞれ対応するピペット３０の第一の被操作部３０１および第二の被操作部３０２と重なるように設置される。すなわち、右側の操作機構２３はピペット３０の第一の被操作部３０１を操作できる位置に、左側の操作機構２３はピペット３０の第二の被操作部３０２を操作できる位置にそれぞれ位置調整してそれぞれの第一指部材２１に固定されている。

また、ピペット３０の表示画面３０４が、電動グリッパ２４に対し、反対側を向くように把持されている。これにより、作業者と共同で作業を行う場合、作業者が表示画面３０４を目視可能となるため、ピペット３０の状態を監視しやすくなる。

図６に、ロボットハンド２が、ピペット３０を操作する時の様子を正面図として示す。ストローク部２３１が方向Ｂに揺動することにより、それぞれの操作部材２３０にピペット３０の第一の被操作部３０１および第二の被操作部３０２と接する方向にそれぞれ設置された操作突起２３３aが第一の被操作部３０１、第二の被操作部３０２に接触し、ピペット３０の操作を行う。

図７に、ロボットハンド２が、ピペット３０を操作する時の正面図において、第一指部材２１と第二指部材２２を断面表示した図を示す。
第一の実施例において、グリッパ開閉方向Ａに対し、操作機構２３と第一指部材２１の接触面から第一指部材２１と第二指部材２２の接触面までの距離（第一指部材２１の厚さ）をＴ１、第一指部材２１と第二指部材２２の接触面から、第二指部材２２とピペット３０の接触面までの距離（第二指部材２２の厚さ）をＴ２、第二指部材２２とピペット３０の接触面から、被操作部３０１の中心までの距離をＲ１、操作機構２３と第一指部材２１の接触面から、操作突起２３３ａの中心までの距離をＬ１とする。ここで被操作部３０１を操作部材２３０の上下動で操作するために、それぞれの距離の関係は、
Ｌ１＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｒ１
とする。ここで、異なる外径のピペットを把持する場合、ピペットの外径変化によりＲ１の値がＲ１´となったとすると、Ｔ２を新たにＴ２´として、
Ｔ２´＝Ｌ１－Ｔ１－Ｒ１´
とする。ただし、Ｔ２´＞０とする。これにより、第一指部材２１と操作機構２３を交換することなく、第二指部材２２の交換のみで、異なる外径のピペットの操作が可能である。

第一の実施例では、２つの操作部材２３０の長さ、操作突起の個数、形状は同じであるが、異なっていてもよい。また、操作部材２３０の電動グリッパ２４の開閉方向Ａに、高さの異なる複数の操作突起を設置することで、被操作部の形状が異なるピペットの操作が可能になる。

操作突起２３３の素材は、対象の被操作部を傷めることなく確実に操作できれば特に選ばない。例えばゴム素材であれば、突起と被操作部間の滑りが生じにくい状態で操作することができ、操作失敗や余分な推力発生を防ぐことができる。

また、操作部材２３０は、２３３のような操作突起を有していなくてもよく、対象の被操作部を確実に操作できる形状を有していればよい。例えば、操作部材２３０の被操作部３０１に接触する面に凹形状を有していてもよい。

第一の実施例では操作突起２３３ａと操作突起２３３ｂを設置している。操作機構２３と第一指部材２１の接触面から、操作突起２３３ｂの中心までの距離をＬ２とする。第二指部材２２とピペット３０の接触面から、操作突起２３３ｂの操作対象である被操作部の中心までの距離Ｒ１´´とすると、第一指部材２１と第二指部材２２の接触面から、第二指部材２２とピペット３０の接触面までの距離Ｔ２´´を、
Ｔ２´´＝Ｌ２－Ｔ１－Ｒ１´´
とする。これにより、第一指部材２１と操作機構２３を交換することなく、第二指部材２２の交換のみで、被操作部の形状が異なるピペットの操作が可能である。

第二指部材２２があらかじめピペット３０に取付けられている場合、第二指部材２２の厚さを、上記のようにピペットの外径に応じて被操作部３０１が操作可能となる値Ｔ２´などとすることで、異なる外径のピペットを取扱う場合においても、操作機構２３は交換不要となる。このように、第二指部材２２以外のロボットハンド２の構成を一定とすれば、構成要素の交換時間を無くすことができる。

続いて、異なる形状のピペット３１を把持、操作するときのロボットハンド２の構成について示す。
図８に、ロボットハンド２でピペット３１を把持した時の様子を示す。ピペット３１は、被操作部３１１，３１２、表示部３１４を持ち、被操作部３１２は凹形状である。第二指部材２５は、ピペット３１を固定するための形状を持っている。ピペット３１の被把持部に表示面３１４が存在する場合、図のように表示部が見えるような開口部２５５を第二指部材２５に設けることで、表示画面３１４が目視可能である。

図９は、ロボットハンド２が、ピペット３１を操作した時の様子を正面図で示す。被操作部３１２は凹形状であるため、操作突起２３３ａよりストローク方向Ｂに長い寸法を持ち高い突起を有する操作突起２３３ｂによって、操作を行う。このように、突起形状によって被操作部を操作することによって、凹形状の被操作部にも対応可能となる。操作突起２３３ｂを被操作部３１２の位置に合わせるために、厚さも異なる第二指部材２５が用いられる。
以上の構成のように、操作部材２３０に高さの異なる操作突起を複数備えることによって、操作機構２３を交換すること無く、異なる形状の被操作部を有するピペットに対応可能となる。

図１０および図１１に、本発明における第二の実施例によるロボットハンド２の、第一指部材２１と第二指部材２２の固定方法について示す。ただし、図１０および図１１で示されていない構成については、第一の実施例と同様である。

第二の実施例では、第一指部材２１と第二指部材２２の固定は、それぞれに内蔵された磁石２１４と磁石２２４により行われている。ここで磁石は、永久磁石でも電磁石でもよい。また、磁石２１４と磁石２２４のどちらか一方が磁性体であってもよい。

本実施例の構成であると、嵌合構造を少なくできるため、第二指部材２２の交換がより容易になる。

図１０に示す本実施例における第一指部材２１の半円筒状凹部は、複数の第二指部材と嵌合するための、第一の円筒状凹面２１０ａと、第二の円筒状凹面２１０ｂから構成される。２つの円筒状凹面２１０ａおよび２１０ｂは半径と円中心が異なる。円筒状凹面２１０ａは半径Ｒａ、円中心Ｏａであり、円筒状凹面２１０ｂは半径Ｒｂ、円中心Ｏｂである。

図１０に、外半径Ｒ２のピペット３２に対応するための第二指部材２２ａを示す。第二指部材２２ａの外形の、半円筒状凸部２２０ａの半径はＲａであり、第一指部材２１の第一の円筒状凹面２１０ａと嵌合可能である。

図１１に、半径Ｒａより大きな外半径Ｒ３を持つピペット３３に対応するための第二指部材２２ｂを示す。第二指部材２２ｂの外形の、半円筒状凸部２２０ｂの半径はＲｂであり、第一指部材２１の第二の円筒状凹面２１０ｂと嵌合可能である。

本実施例の構成であると、半円筒状凸部の半径が異なる第二指部材を使用することができるため、外径の異なる複数のピペットへの対応がより容易となる。さらに、第二指部材の厚みをピペット外形に応じた値に調整できるため、第二指部材の大型化を防ぐことが可能である。

図１２に、本発明における第三の実施例によるロボットハンド２の、第一指部材２１と操作機構２３の固定方法について示す。ただし、図１２で示されていない構成については、第一の実施例と同様である。

第三の実施例では、第一指部材２１と操作機構２３の固定、操作機構２３の方向Ｃにおける移動方法が操作機構位置調整用スライダ２１５による。さらに、第一指部材２１と操作機構２３の位置を固定するために、それぞれに磁石を備えて、固定を行ってもよい。この場合、永久磁石でも電磁石でもよい。また、どちらか一方が磁性体であってもよい。

本実施例の構成であると、無段階での操作機構２３の方向Ｃにおける位置調整が可能となり、第一指部材２１の穴への取付け、取り外しの必要がなくなるため、操作機構２３の交換、位置調整時間短縮が見込める。

１ロボット、１０ロボット胴体部、１１ロボットアーム、１２ロボット頭部、１２１カメラ、１３移動機構、１４制御部、２ロボットハンド、２１第一指部材、２１０半円筒状凹部、２１０ａ第一の円筒状凹面、２１０ｂ第二の円筒状凹面、２１１嵌合用凹部、２１２操作機構位置調整用穴、２１４第二指部材固定用磁石、２１５操作機構位置調整用スライダ、２２第二指部材、２２０半円筒状凸部、２２１嵌合用凸部、２２２被把持部嵌合用曲面、２２３支持面、２２４突起先端球面、２２５第一指部材固定用磁石、２３操作機構、２３０操作部材、２３１ストローク部、２３２アクチュエータユニット、２３２ａバッテリ、２３２ｂ無線通信用装置、２３３操作突起、２４電動グリッパ、２５第二指部材、２５５開口部、３０ピペット、３０１被操作部、３０２被操作部、３０３フィンガーフック、３０４表示画面、３０５被把持部、３１ピペット、３１１被操作部、３１２被操作部、３１４表示画面、３１５被把持部、３２外半径寸法２×Ｒ２のピペット、３３外半径Ｒ３のピペット。

Claims

構成が異なる複数種類のピペットを把持し、操作するためのロボットハンドであって、
電動グリッパと、
前記電動グリッパにより開閉される一対の第一指部材と、
前記第一指部材に交換可能に設置され、ピペットの外形に対応するピペット把持面を備える一対の第二指部材であって、前記第二指部材は、取り扱う複数種類のピペットに対応して複数準備され、
前記第一指部材に設置され、前記ピペットの被操作部を操作する操作機構を備えるロボットハンド。
ピペットを把持し、操作するためのロボットハンドであって、
電動グリッパと、
前記電動グリッパにより開閉される一対の第一指部材と、
前記第一指部材に設置され、ピペット把持面を備える一対の第二指部材と、
前記第一指部材に設置され、前記ピペットの被操作部を操作する操作機構を備え、
前記第二指部材は、前記ピペットを把持した際に前記ピペットのフィンガーフックが載置され、前記ピペットを前記被操作部の操作方向に支持可能な支持面を有するロボットハンド。
ピペットを把持し、操作するためのロボットハンドであって、
電動グリッパと、
前記電動グリッパにより開閉される一対の第一指部材と、
前記第一指部材に設置され、ピペット把持面を備える一対の第二指部材と、
前記第一指部材に設置され、前記ピペットの被操作部を操作する操作機構を備え、
前記第一指部材は、前記第二指部材が設置される面に穴が形成されており、
前記第二指部材は、前記第一指部材と対向する面に前記第一指部材の前記穴と嵌合する突起を有するロボットハンド。
請求項１～３のいずれか一項に記載のロボットハンドにおいて、
前記第一指部材は前記電動グリッパに着脱可能に設置されているロボットハンド。
請求項１～３のいずれか一項に記載のロボットハンドにおいて、
前記第二指部材は、前記ピペットの被把持部と接触する前記ピペット把持面が前記ピペットの被把持部にならった曲面に形成されているロボットハンド。
請求項１～３のいずれか一項に記載のロボットハンドにおいて、
前記第二指部材は、前記第一指部材と接触する面に半円筒状凸部を有しており、
前記第一指部材は、前記第二指部材の前記半円筒状凸部と嵌合する半円筒状凹部を有しているロボットハンド。
請求項６に記載のロボットハンドにおいて、
前記第一指部材は、前記半円筒状凹部に半径および円中心位置が異なる２つ以上の円筒状凹面が形成されているロボットハンド。
請求項１または２に記載のロボットハンドにおいて、
前記第二指部材は、磁力により前記第一指部材に取付けられているロボットハンド。
請求項１～３のいずれか一項に記載のロボットハンドにおいて、
前記操作機構は、アクチュエータと、前記アクチュエータにより駆動される操作部材を有し、
前記操作部材は、前記第一指部材から前記ピペットが把持される側に張出しており、前記アクチュエータによって前記ピペットの長手方向に移動可能であるロボットハンド。
請求項９に記載のロボットハンドにおいて、
前記操作部材は、前記ピペットの前記被操作部と対向する面に高さの異なる突起を有するロボットハンド。
請求項９に記載のロボットハンドにおいて、
前記操作部材は、前記ピペットの前記被操作部と対向する面に突起を有し、
前記第二指部材は、前記ピペットを把持した時に、前記ピペットの被操作部と、前記操作部材の前記突起の位置が等しくなるような厚さを有するロボットハンド。
請求項１～３のいずれか一項に記載のロボットハンドにおいて、
前記第一指部材は、前記操作機構を複数の位置に設置できる手段を有するロボットハンド。
請求項１～３のいずれか一項に記載のロボットハンドにおいて、
前記操作機構は、バッテリと、無線通信用基板を有し、無線方式により駆動されるロボットハンド。
請求項２または３に記載のロボットハンドにおいて、
前記第二指部材は、取り扱う複数種類のピペットに対応して複数準備され、取り扱うピペットに対応した第二指部材が前記第一指部材に設置され、
前記操作機構は、前記取り扱う複数種類のピペットに対応して複数準備され、取り扱うピペットに対応した操作機構が前記第一指部材に設置されているロボットハンド。