JPH06285782A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２つの爪を相近づき、相遠ざかる向きに可動に
支持するすべり対遇部と、これら２つの爪を連結してい
る２本のアームからなる３節リンクと、前記爪に駆動力
を与える駆動源を有するロボットハンドにおいて、硬い
ワーク、柔らかいワークの何れについても的確な把持を
迅速に行うことのできるロボットハンドを提供するこ
と。 【構成】駆動源としてリニアアクチュエータ４７（４
８）を使用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットハンドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】２つの爪を相近づき、相遠ざかる向きに
可動に支持するすべり対遇部と、これら２つの爪を連結
している２本のアームからなる３節リンクと、前記爪に
駆動力を与える駆動源を有するロボットハンドがあり、
駆動源としてエアシリンダを用いているものがある。

【０００３】このタイプのハンドでは、ハンドによるワ
ーク把持力の制御は、エアシリンダにより行っている。

【０００４】一方、被動体に体し直線的な動きを与える
手段として、リニアアクチュエータがある移動位置を検
知するセンサを一体化したタイプのものが知られている
（実開平３−７４９９８号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エアシリンダへのエア
ー量を絞り制御することにより異種ワークに対する把持
態様を制御するロボットハンドでは、エアー量を少なく
するのに限度があり、比較的硬いワークを掴むのには適
するが柔らかいワークを的確に掴むことが困難であると
の問題がある。また、エアーの絞り加減によりハンドの
動き速度に変化が生じ、迅速な掴み操作ができないとの
問題もある。

【０００６】従って本発明は、硬いワーク、柔らかいワ
ークの何れについても的確な把持を迅速に行うことので
きるロボットハンドを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は次のように構成した。

【０００８】（１）．駆動源としてリニアアクチュエー
タを使用した（請求項１）。

【０００９】（２）．（１）において、２つの爪の一方
の爪に連結したリニアアクチュエータと、このリニアア
クチュエータの連結された側の爪の位置を検出するセン
サを有することとした（請求項２）。

【００１０】（３）．（１）において、２つの爪の一方
の爪に連結したリニアアクチュエータと、このリニアア
クチュエータの連結された側の爪と反対の側の爪の位置
を検知するセンサを有することとした（請求項３）。

【００１１】（４）．（１）において、２つの爪のう
ち、一方の側の爪に連結されたリニアアクチュエータ
と、２本のアームの交差部を連結する節の部分と連結さ
れており、爪移動方向と直交する方向に移動するスライ
ダーと、このスライダーの位置検知用のセンサを有する
こととした（請求項４）。

【００１２】（５）．（１）において、２つの爪のそれ
ぞれに連結されたリニアアクチュエータと、２本のアー
ムの交差部を連結する節の部分と連結されており、爪移
動方向と直交する方向に移動するスライダーと、このス
ライダーの位置検知用のセンサを有することとした（請
求項５）。

【００１３】（６）．（１）において、２つの爪のそれ
ぞれに連結したリニアアクチュエータと、２つの爪のう
ち一方の爪の位置を検出するセンサを有することとした
（請求項６）。

【００１４】（７）．（１）乃至は（６）において、セ
ンサは、ホール素子を磁界中に任意の平面内で直線的に
移動させるときの該ホール素子出力の変化に基づき該ホ
ール素子の位置を検出する手段であって、磁界発生源と
して異極の磁石をホール素子の移動方向に対して前記任
意の平面と対向する他の任意の平面内で傾けた配置で設
けた（請求項７）。

【００１５】（８）．（４）において、２つの爪の何れ
にもリニアアクチュエータを連結せず、スライダー及び
センサに代えて、センサ付きのリニアアクチュエータを
設け、このリニアアクチュエータにより２本のアームの
交差部を連結する節の部分を駆動することとした。

【００１６】

【作用】爪駆動源として、電気的な制御が可能なリニア
アクチュエータを使用しているので、爪によるワークの
把持は、爪がワークに接する直前までは、センサによる
爪の位置情報に基づき、迅速かつ的確に行ない得ると共
に、爪がワークに接した後は、ワークの硬さ加減に応じ
た把持制御が可能である。

【００１７】

【実施例】

例１．請求項１、請求項５、請求項７に対応する例（図
１乃至図８、図１２、図１５乃至図１７参照） （１）．爪部のリンク機構及びリニアアクチュエータ 本例にかかるリニアアクチュエータは、被動体の移動量
を検知するセンサは、別体として構成されている。

【００１８】図１、図４、図５において、符号１、符号
２はそれぞれ爪を示している。爪１にはピン３が植設さ
れており、このピン３には軸受４を介してアーム５の一
端側が軸支されて節を構成している。

【００１９】爪２に関しても同様で、ピン６が植設され
ており、このピン６には軸受７を介してアーム８の一端
側が軸支されて節を構成している。

【００２０】これら２つのアームの各他端側は互いに交
差しており、この交差部分にはピン９が貫通しており、
このピンと各アームとの間には軸受１０、１１が介在し
ている。ピン９は下面に凸条１２を有するスライダー１
３の上面に植設されている。以上により、２つのアーム
は、各軸受部分とともに３節リンクを構成する。

【００２１】スライダー１３の凸条１２は、ガイド１４
の凹溝１５と摺動自在に嵌合していてＹ方向に移動可能
である。ガイド１４はねじ１６、１７によりベース１８
と一体的な架台１９に固定されている。従って、スライ
ダー１４はＹ方向にのみ移動可能である。

【００２２】一方、爪１はねじ２０、２１によりＬ字状
の可動片２２０に固定されている。同様に爪２はねじ２
３、２４により、Ｌ字状の可動片２２に固定されてい
る。可動片２２は図２に示すように、Ｘ方向に長い溝２
５が形成された溝部材２６をゆうしており、この溝２５
が凸条片２７に摺動自在に係合している。

【００２３】溝部材２６はねじ２８、２９をもってブラ
ケット３０に固定されている。ブラケット３０は、図５
に符号４８ａ、４８ｂで示すねじにより、架台１９と一
体的な板状部３３に固定されている。ヨーク３４は、ね
じ３１、３２によりブラケット３０に締め付け固定され
ている。つまり、ねじ３１、３２はブラケット３０を貫
通して、底付きの円筒形をした磁性体からなるヨーク３
４の底の部分に捩じ込まれている。

【００２４】かかる構成により、爪２はＸ方向にのみ拘
束されて往復動が可能である。爪１に関しても、爪２に
かかる構成と全く同様の構成になっているので、Ｘ方向
にのみ拘束されて往復動が可能である。

【００２５】ここで、溝２５と、凸状片２７との摺動係
合関係部分は、すべり対遇部を構成する。爪１に関して
も同様である。

【００２６】可動片２２のＹ方向に折曲された面の部分
には、ねじ軸３６を余裕をもって貫通させる穴３５が形
成されている。このねじ軸３６の頭部３８には、緩衝用
のゴムリング３７が嵌めてある。

【００２７】ねじ軸３６の先端部のねじ３９は、ブラケ
ット３９の折曲部４０に捩じ込まれている。これによ
り、可動片２２は爪２と一体的に、ゴムリング３７に突
き当たるまでねじ軸３６の範囲でＸ方向に移動可能であ
る。この関係は、爪１についても同様である。

【００２８】円筒状のコイル４１はヨーク３４の内径部
に余裕をもって収まり、外端部は、ベークライト製で円
柱状のコイルヘッド４２に接着固定されている。コイル
ヘット４２には２つの端子が形成されていて、これらの
端子には、コイルの巻線部が接続されている。

【００２９】コイルヘッド４２の中央部にはねじ穴４３
が形成されている。このねじ穴に、ねじ４４が可動片２
２の穴４５を通って捩じ込まれており、よって、コイル
４１は、コイルヘッド４２と共に可動片２２に固定され
ている。

【００３０】円筒状のコイル４１の中には、伸長性のコ
イルばね４６が貫通状に納められている。該コイルの一
端側はヨーク３４の底部に当接し、該コイルの他端側は
コイルヘッド４２に当接している。

【００３１】よって、可動片２２は、コイルばねの弾性
により、爪２が爪１から離間する向きの付勢力を受けて
おり、この付勢力による可動片の移動は、該可動片がゴ
ムリング３７に当接することにより阻止されている。

【００３２】これにより、爪は開状態が保持されるの
で、ワークに対する予期しない干渉を防ぐことができ
る。コイルばねの弾性は爪の把持力に対し抵抗となるの
で、爪の開状態を保持できる限りにおいて、できるだけ
弱いばねを使うのが好ましい。

【００３３】ヨーク３４とコイル４１との構成により一
種のリニアモータが構成され、端子４２ａ，４２ｂに電
流を通すことにより、可動片２２、つまり、爪２をコイ
ルばね４６の弾性に逆らう向きに駆動し、電流をオフす
ることによりばね力に従い移動させることができる。か
かる爪の駆動源を、ここでは、リニアアクチュエータと
称し、符号４７をもって全体を示すこととする。爪１を
駆動するリニアアクチュエータは符号４８で示す。

【００３４】かかる構成により、リニアアクチュエータ
４７、４８によって爪２、爪１が互いに近づき、或は遠
ざかる向きに移動するとき、リンク機構の働きにより、
スライダー１３も連動してＹ方向に拘束されて往復動す
ることになる。

【００３５】本例では、スライダーの位置をセンサで把
握し、その位置情報を以て爪の位置制御に利用してい
る。

【００３６】（２）．センサ センサはリニアアクチュエータとは別体で構成されてい
る。不動部材に固定されたホール素子と、このホール素
子に対し移動する磁界発生用の磁石との組み合わせによ
り、スライダー及び爪の位置検知用のセンサが構成され
る。

【００３７】原理的には、スライダーの移動に応じて、
ホール素子が磁石による磁界中を移動して移動に応じた
磁界強度の変化を受ければよいのであり、従って、上記
に限らず、磁石側が不動でホール素子が移動する態様で
あってもよい。

【００３８】図１、図３に示すように、スライダー１３
の上面には、磁性材による略コの字状の磁石取り付け板
４９が固定されている。この磁石取り付け板４９の裏側
には、図６のＧ−Ｇ矢視断面である図７に示すように角
柱状の２つの磁石５０、５１が極を異ならせて配置され
ている。ここで、極を異ならせるとは、磁石５０の片を
Ｓ極、裏面をＮ極とすると、磁石５１の片面をＮ極、裏
面をＳ極とすることをいう。

【００３９】一方、ホール素子５２及び増幅回路５７が
樹脂板５３上に固定されており、この樹脂板はさらに、
Ｌ字状の取り付け板５４に固定されている。取り付け板
５４はその折曲部を架台１９に、ねじ５５、５６により
固定されている。

【００４０】図３、図７、図１６に示すように、スライ
ダー１３のＹ方向の移動に応じ、ホール素子５２は磁石
５０、５１による磁界中を通過する。つまり、ホール素
子５２は、通過軌跡Ｏ₁₁−Ｏ₁₁を含みＸＹ平面に平行な
平面内で移動する。

【００４１】ここで、各磁石の表面部分が接している境
界線Ｏ₂−Ｏ₂上の、磁石の中点ｍを通り、Ｙ方向に平行
な線分をＯ₁−Ｏ₁とすると、境界線Ｏ₂−Ｏ₂は当該境界
線Ｏ₂−Ｏ₂を含みＸＹ平面に平行な平面内にて、ホール
素子の通過軌跡Ｏ₁₁−Ｏ₁₁に対し、角度θ傾いている。

【００４２】ここで、ホール素子の通過軌跡Ｏ₁₁−Ｏ₁₁
は、磁石表面上の線分Ｏ₁−Ｏ₁に対しＺ方向にΔだけ離
間している。これは、ホール素子と磁石との干渉を避け
るためである。

【００４３】かかる構成により、スライダー１３の移動
に応じてホール素子５２は、磁石５０、５１による向き
の異なる磁界中を進行し、傾きの角度θに応じた磁界強
度の変化を受けるので、図１５に示すようにホール素子
出力は、中点ｍを境に＋，−が逆転するが、スライダー
１３の位置変化に応じたホール素子出力を得ることがで
きる。

【００４４】磁石の配置の他の態様として、図１７に示
すように、ホール素子５２の通過軌跡Ｏ₁₁−Ｏ₁₁に対
し、単数の磁石５２をＸＺ平面内で角度δ傾ける例もあ
る。この場合もホール素子５２の移動に応じてホール素
子の受ける磁界の強度が変化するので、ホール素子出力
もリニアに変化し、位置検出情報として利用できる。

【００４５】しかし、この場合は、検出精度を上げるべ
く出力線５９の傾斜を急にしようとするには、磁石５２
の傾きも大きくせざるをえず、そのようにすると、Ｚ方
向、つまり、高さ方向での寸法が大きくなり、大きなス
ペースを要するとの問題がある。

【００４６】これに対し、本例のように、異極の磁石を
用い、ＸＹ平面内で傾けた場合には、高さ方向での寸法
増加はないので、傾きの角度を大きくしてもスペース効
率上不利となることはない。

【００４７】（３）．全体構成 以上に述べた構成の全体を模視的に表すと図１２に示す
ようになる。図１２において、２つの爪１，２にはそれ
ぞれリニアアクチュエータ４７、４８が連結されてい
る。

【００４８】各爪の一部は、Ｘ方向にのびるガイドバー
６１と嵌合しており、すべり対遇により拘束されている
ので、これらの爪はＸ方向上で、開閉自在である。

【００４９】各爪１，２はアーム５，８により連結され
ていてこれらのアームの交差部を連結している節６０の
部分は、爪移動方向と直交する方向であるＹ方向に拘束
されて移動するスライダー１３に連結されている。

【００５０】スライダー１３の移動領域には、スライダ
ーの位置検知用のセンサ６２が配置されていて、スライ
ダーの位置、つまり、爪の位置を検知するようにしてい
る。

【００５１】このセンサ６２としては、図１で述べたよ
うな磁石５０、５１とホール素子５２との組み合わせが
採用され、これらの一方をスライダーに、他方を不動側
に設けてセンサを構成している。ただし、図示の便宜
上、図１２においては、１個のセンサとして符号６２で
示している。

【００５２】本例の場合、爪の把持力は２つのアクチュ
エータの推力を合計したものとなり、１つのアクチュエ
ータしか有しない構成のものよりも大きな把持力を得る
ことができる。

【００５３】センサ６２の位置は、２つの爪の中間位置
にあり、それぞれ位置誤差発生要素として１個のアーム
５或はアーム８を介してリニアアクチュエータと連結さ
れているだけであるので、各爪の位置精度に及ぼす影響
は、比較的少ない。

【００５４】（４）．制御 図８において、コイル４１とホール素子５２との組み合
わせからなるセンサ６２からの位置出力はＰＩＤ（Ｐｒ
ｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅ
ｒｅｎｔｉａｌ）６４，編差演算部６５及びコントロー
ラ６３に入力されるようになっている。

【００５５】コントローラ６３からは、位置指示情報を
含む出力ｆ、力指示情報を含む出力ｇ、（位置／力）切
替信号たる出力ｈ、の３種の出力が出されるようになっ
ている。切替信号の出力ｈは切替スイッチ６６の状態を
位置コントロール用か、力コントロール用か、の何れか
に切り替えるものである。かかるスイッチの切替により
コントローラ６３の機能がスイッチにより指示されたモ
ードになる。

【００５６】切替スイッチの状態が位置コントロール用
になっている場合、編差演算部６５は、所望の爪位置情
報を含む出力ｆと、センサ６２からのフィードバックさ
れた位置出力とから、編差をゼロにするための出力をＰ
ＩＤに送り、リニアアクチュエータ４７、４８を駆動す
る。

【００５７】かかる制御により、爪の位置を正確に制御
できるので、爪が開いた状態からワークの直近の把持位
置まで迅速に爪を移動でき、適切な把持位置までの微小
な爪移動もコントロールできる。

【００５８】また、切替スイッチ６６の状態を力コント
ロール用に切替た場合には、爪把持力を主体としたコン
トロールがなされるので、柔らかいワーク、硬いワーク
などのワークの特質に応じた確実な把持が可能になる。

【００５９】このような、爪把持の微妙なコントロール
は、駆動源としてリニアアクチュエータを使用すること
により可能となるものであり、ワークに応じ、迅速か
つ、確実なワークの把持が可能である。

【００６０】例２．請求項２に対応する例（図９参照） 本例では、位置検知用のセンサを一体化したリニアアク
チュエータを使用することもできるし、或は、センサと
別体のリニアアクチュエータを使用することもできる。

【００６１】前者の場合、かかるリニアアクチュエータ
としては、実開平３−７４９９８号公報に開示されたも
のを適用できる。

【００６２】後者の場合、例１にかかるリニアアクチュ
エータ４７と、例１におけるホール素子と磁石との組み
合わせにかかる位置検知手段を利用したセンサ６２とを
用いる。この場合は、センサ６２は、リニアアクチュエ
ータ４７の移動部分に設けられる。

【００６３】本例では、図９に示すように、２つの爪
１、２のうち、一方の爪２の爪にのみリニアアクチュエ
ータ４７を連結するとともに、このリニアアクチュエー
タの連結された側の爪の位置を検知するべく、リニアア
クチュエータ４７に付帯して該アクチュエータの移動部
分を検知するセンサ６２を設けている。本例の場合、把
持力は１個のリニアアクチュエータの推力による。

【００６４】 例３．請求項３に対応する例（図１０参照） 本例は、２つの爪１，２のうち、一方の爪２にリニアア
クチュエータ４７を連結し、他方の爪１の側に該爪１の
位置を検知するセンサ６２を設けている。本例の場合、
把持力は、１個のリニアアクチュエータの推力による。

【００６５】なお、爪位置情報検知用のセンサ６２と、
その情報を受けて爪を駆動するリニアアクチュエータ４
７とが、誤差発生要素として２つのアーム５，８を介し
て連結されているため、他の例と比較した場合、爪の位
置精度に誤差が生ずる可能性がある。

【００６６】 例４．請求項４に対応する例（図１１参照） 本例は、２つの爪１，２のうち、一方の側の爪２に連結
されたリニアアクチュエータ４７を有し、また、スライ
ダー１３の位置を検知するセンサ６２を該スライダーの
部分に設けている。

【００６７】本例の場合、爪の把持力は、１個のリニア
アクチュエータの推力による。センサ６２とリニアアク
チュエータ４７とは、一個のアーム８を介して連結され
ているので、２個のアームを介する例３の場合に比べ、
爪の位置精度は比較的高い。

【００６８】 例５．請求項６に対応する例（図１３参照） 本例は、例２の場合と同様、位置検知用のセンサを一体
化したリニアアクチュエータを使用することもできる
し、或は、センサと別体のリニアアクチュエータを使用
することもできる。

【００６９】センサと別体のリニアアクチュエータそ使
用する場合、２つの爪５，８のそれぞれに連結したリニ
アアクチュエータ４７、４８を有し、何れか一方のリニ
アアクチュエータ、本例では、リニアアクチュエータ４
７に付帯して該アクチュエータの移動部分を検知するセ
ンサ６２を設けている。

【００７０】本例の場合、リニアアクチュエータが２個
使用されているので爪の把持力は大きく、例１、２、４
の場合と同様、爪位置精度は比較的高い。

【００７１】 例６．請求項８に対応する例（図１４参照） 本例では、アーム５とアーム８との交差部を連結する節
の部分にセンサ付きのリニアアクチュエータ（実開平１
−１３５６５９号公報参照）を設け、或は、図に示すよ
うに、該節の部分にリニアアクチュエータ４７を連結す
ると共に、該リニアアクチュエータに付帯して該アクチ
ュエータの移動部分の位置を検知するセンサ６２を設け
たものである。

【００７２】本例では、リニアアクチュエータは１個で
あるので、爪の把持力は比較的小さいが、爪の位置精度
は高い。

【００７３】

【発明の効果】本発明により硬いワーク、柔らかいワー
クの何れについても的確な把持を迅速に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る、ロボットハンドの全体構成を説
明した斜視図である。

【図２】本発明に係る、リニアアクチュエータの要部の
分解斜視図である。

【図３】本発明に係る、センサの斜視図である。

【図４】本発明に係る、図５に示すロボットハンドを爪
方向からみた側面図である。

【図５】本発明に係る、ロボットハンドの正面図であ
る。

【図６】本発明に係る、図５に示すロボットハンドの左
側面図である。

【図７】図６に示すロボットハンドのＧ−Ｇ矢視断面図
である。

【図８】本発明に係る、ロボットハンドの制御系のブロ
ック図である。

【図９】本発明に係る、爪駆動源及びセンサの構成例を
模視的に説明した図である。

【図１０】本発明に係る、爪駆動源及びセンサの構成例
を模視的に説明した図である。

【図１１】本発明に係る、爪駆動源及びセンサの構成例
を模視的に説明した図である。

【図１２】本発明に係る、爪駆動源及びセンサの構成例
を模視的に説明した図である。

【図１３】本発明に係る、爪駆動源及びセンサの構成例
を模視的に説明した図である。

【図１４】本発明に係る、爪駆動源及びセンサの構成例
を模視的に説明した図である。

【図１５】センサの構成と出力の関係を説明した図であ
る。

【図１６】センサの構成を説明した斜視図である。

【図１７】センサの構成と出力の関係を説明した図であ
る。

【符号の説明】

４７ リニアアクチュエータ ４８ リニアアクチュエータ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つの爪を相近づき、相遠ざかる向きに可
   動に支持するすべり対遇部と、これら２つの爪を連結し
   ている２本のアームからなる３節リンクと、前記爪に駆
   動力を与える駆動源を有するロボットハンドにおいて、 駆動源としてリニアアクチュエータを使用したことを特
   徴とするロボットハンド。
2. 【請求項２】請求項１において、２つの爪の一方の爪に
   連結したリニアアクチュエータと、 このリニアアクチュエータの連結された側の爪の位置を
   検出するセンサを有することを特徴とするロボットハン
   ド。
3. 【請求項３】請求項１において、２つの爪の一方の爪に
   連結したリニアアクチュエータと、 このリニアアクチュエータの連結された側の爪と反対の
   側の爪の位置を検知するセンサを有することを特徴とす
   るロボットハンド。
4. 【請求項４】請求項１において、２つの爪のうち、一方
   の側の爪に連結されたリニアアクチュエータと、 ２本のアームの交差部を連結する節の部分と連結されて
   おり、爪移動方向と直交する方向に移動するスライダー
   と、 このスライダーの位置検知用のセンサを有することを特
   徴とするロボットハンド。
5. 【請求項５】請求項１において、２つの爪のそれぞれに
   連結されたリニアアクチュエータと、 ２本のアームの
   交差部を連結する節の部分と連結されており、爪移動方
   向と直交する方向に移動するスライダーと、 このスライダーの位置検知用のセンサを有することを特
   徴とするロボットハンド。
6. 【請求項６】請求項１において、２つの爪のそれぞれに
   連結したリニアアクチュエータと、 ２つの爪のうち一方の爪の位置を検出するセンサを有す
   ることを特徴とするロボットハンド。
7. 【請求項７】請求項１乃至は請求項６において、センサ
   は、ホール素子を磁界中に任意の平面内で直線的に移動
   させるときの該ホール素子出力の変化に基づき該ホール
   素子の位置を検出する手段であって、 磁界発生源として異極の磁石をホール素子の移動方向に
   対して前記任意の平面と対向する他の任意の平面内で傾
   けた配置で設けたことを特徴とするロボットハンド。
8. 【請求項８】請求項４において、２つの爪の何れにもリ
   ニアアクチュエータを連結せず、スライダー及びセンサ
   に代えて、センサ付きのリニアアクチュエータを設け、
   このリニアアクチュエータにより２本のアームの交差部
   を連結する節の部分を駆動することを特徴とするロボッ
   トハンド。