WO2014006680A1

WO2014006680A1 - ロボット

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Publication number: WO2014006680A1
Application number: PCT/JP2012/066914
Authority: WO
Inventors: 山口　剛; 洋一郎壇; 善康高瀬
Original assignee: Yaskawa Electric Corp; Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2015-01-02

Description

ロボット

　開示の実施形態は、ロボットに関する。

　従来、物体を把持し、捻転させる作業をロボットで行おうとすると、通常、１自由度のグリッパと、捻転するための軸を用いている。しかし、２つのアクチュエータを用いるとコストが増加し、構成的にも大型化してしまう。

　そこで、単一のアクチュエータを用いた技術として、例えば、把持対象物を捻って回転させるハンド構造が提案されている。これは、ハンド本体に回転可能に支持され、外周面が、例えば把持対象物であるノブの外周面に当てられる回転体を備えている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９－１８３７１号公報

　しかし、特許文献１に示したハンド構造は、回転体を把持対象物の外周に当接させ、摩擦力によって回転させているため、把持対象物に対する十分な把持力が得られない。

　実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、十分な把持力を発揮するハンドを備えるロボットを提供することを目的とする。

　実施形態の一態様に係るロボットは、ロボット本体に取付けられたアームと、前記アームの先端に取付けられたハンドとを備える。前記ハンドは、ドアに設けられたノブを把持可能とした複数の爪体を備えるグリッパを備える。また、前記ハンドは、前記複数の爪体を、前記ノブに対する接離方向へ移動させるとともに、当該ノブに前記複数の爪体が接触した把持状態で、当該ノブの軸周りに前記グリッパを回転させる単一のアクチュエータを備える。

　実施形態の一態様によれば、ノブ付きのドアを容易に開けることが可能なロボットを提供することができる。

図１は、実施形態に係るロボットの概略構成を示す説明図である。図２は、同ロボットの外観を示す説明図である。図３は、同ロボットが備える第１の実施形態におけるハンドのグリッパおよび動力伝達機構を示す分解斜視図である。図４は、同ハンドのグリッパおよび動力伝達機構の模式的説明図である。図５は、同グリッパの爪体の動きを示す説明図である。図６は、同グリッパの変形例を示す説明図である。図７は、実施形態に係るロボットが備える第２の実施形態におけるハンドのグリッパの説明図である。図８は、同グリッパの断面視による説明図である。図９Ａは、同グリッパの爪部の動きを示す説明図である。図９Ｂは、同グリッパの爪部の動きを示す説明図である。図９Ｃは、同グリッパの爪部の動きを示す説明図である。図９Ｄは、同グリッパの爪部の動きを示す説明図である。図１０は、実施形態に係るロボットが備える第３の実施形態におけるハンドのグリッパを示す説明図である。図１１は、同グリッパの断面視による説明図である。図１２Ａは、同グリッパの爪部の動きを示す説明図である。図１２Ｂは、同グリッパの爪部の動きを示す説明図である。図１２Ｃは、同グリッパの爪部の動きを示す説明図である。図１３は、実施形態に係るロボットのハンドにおけるグリッパが備えるバネ部の説明図である。図１４Ａは、同バネ部の作用を示す説明図である。図１４Ｂは、同バネ部の作用を示す説明図である。図１４Ｃは、同バネ部の作用を示す説明図である。図１５は、第２の実施形態におけるグリッパの変形例を示す説明図である。図１６は、第３の実施形態におけるグリッパの変形例を示す説明図である。図１７は、ロボットがドアを開けて他の部屋へ移動する態様を示す説明図である。

　以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットの実施形態を詳細に説明する。ただし、以下の実施形態における例示で本発明が限定されるものではない。

　（第１の実施形態）
　図１は第１の実施形態に係るロボット１０の概略構成を示す説明図、図２は、ロボット１０の外観を示す説明図である。図１に示すように、本実施形態におけるロボット１０は、ロボット本体１（以下、単に「本体１」とする場合がある）に取付けられたアーム２と、アーム２の先端に取付けられたハンド３とを備える。

　図１に示すように、ハンド３は、何らかの物体（以下、「把持対象物」とする）を把持可能としたグリッパ４と、このグリッパ４の駆動力を発生する単一のアクチュエータとしてのモータ６と、モータ６からの動力をグリッパ４に伝達する動力伝達機構５を備えている。グリッパ４は、図２に示すように、複数の爪体４１（図２では２つの爪体４１，４１）を備えている。

　また、ロボット本体１は、図２に示すように、全方向移動機構や二輪差動機構などの走行装置を備えた台車１１と、この台車１１に立設された胴部１２とを備えている。そして、ロボット１０は、本体１の高さ方向における中央よりも上側位置に、矢印ｆ１で示すように胴部１２の周りに回転自在とした回転テーブル７が取付けられている。なお、回転テーブル７は、胴部１２に対して、上下昇降自在な取付構造とすることが好ましい。

　かかる回転テーブル７に、垂直軸２１を有する受動関節を介してアーム２を連結するとともに、このアーム２を挟むように、フック８，８を左右に突設している。なお、アーム２の先端に取付けられたハンド３は、水平軸を有する図示しない受動関節を介して連結されており、ハンド３のグリッパ４は矢印ｆ２で示すように、水平軸周りに回転可能に構成される。

　また、モータ６は、２つの爪体４１，４１を、把持対象となる物体に対する接離方向へ移動させるとともに、２つの爪体４１，４１が物体に接触した把持状態では、グリッパ４を物体を捻るように回転させることができる。例えば、把持対象となる物体が、ドア１００のノブ１１０（図１７を参照）であれば、ノブ１１０を把持した状態でノブ１１０の軸周りに回転（捻転）させることができる。

　また、モータ６からの動力をグリッパ４に伝達する動力伝達機構５は、モータ６が備える回転軸（モータ軸）の回転方向に拘わらず、爪体４１を互いが接近して把持対象物を把持する方向へ移動させることが可能な構成となっている。

　ここで、本実施形態に係るロボット１０の要部をなすハンド３の詳細な構成について、図３～図６を参照しながら具体的に説明する。図３は、ロボット１０が備える第１の実施形態におけるハンド３のグリッパ４および動力伝達機構５を示す分解斜視図、図４は、同ハンド３のグリッパ４および動力伝達機構５の模式的説明図、図５は、グリッパ４の爪体４１の動きを示す説明図である。なお、第１の実施形態におけるハンド３の動力伝達機構５は差動減速機構として、遊星歯車機構を備えた構成としている。

　ハンド３は、グリッパ４と動力伝達機構５とモータ６とを備えており、図３～図５に示すように、第１の実施形態に係るロボット１０が備えるグリッパ４は、互いに逆向きに移動する一対の矩形棒状に形成された爪体４１，４１を３組備えている。爪体４１は、他の爪体４１と協働して、把持対象物を挟持するための十分な接触面積を確保するために、その先端に肉厚の当接部４１１を形成している。

　また、動力伝達機構５としては、上述したように、差動減速機構の一例としての遊星歯車機構を用いた構成としており、かかる動力伝達機構５を介して爪体４１，４１を具備するグリッパ４を駆動している。

　すなわち、図示するように、リング状のアウタギヤ５４内に、入力軸５１を介してモータ６と連動連結した太陽歯車５２を中心として、３つの遊星歯車５３，５３，５３を自転および公転可能に配置している。各遊星歯車５３は、回転軸５３０に、これを貫装した状態で取付けられており、太陽歯車５２と、アウタギヤ５４の内歯５４ａに同時に噛合している。

　そして、各遊星歯車５３の回転軸５３０に、プラネタリキャリア５５を介して摩擦車５７を取付けている。摩擦車５７は、少なくとも爪体４１と当接する周面については、摩擦係数の高い材料で形成されたものとすることが好ましい。

　本実施形態におけるプラネタリキャリア５５は、３つの遊星歯車５３の配置に合わせた三又状に矩形板が延在する形状に形成されており、各矩形板に形成された軸挿通孔５５１に回転軸５３０を挿通している。なお、プラネタリキャリア５５の形状としては限定されるものではなく、例えば、円板状に形成してもよい。

　また、プラネタリキャリア５５には、爪体４１を直動自在に支持するリニアガイド５５２が設けられている。すなわち、図４および図５では省略して示したが、図３に示すように、三又状に形成された矩形板の両側縁を鉤状に折曲してリニアガイド５５２を形成し、このリニアガイド５５２により、爪体４１を抱持しつつ長手方向に進退自在にガイドしている。

　したがって、モータ６が駆動すると、図５（ａ）の矢印ｆ３で示すように、入力軸５１を介して太陽歯車５２が回転する（図４を参照）。太陽歯車５２が回転すると、これとアウタギヤ５４に噛合する３つの遊星歯車５３，５３，５３が、図５(ａ)の矢印ｆ４に示すように自転する。すなわち、遊星歯車５３の自転により回転軸５３０が回転し、これに固着された摩擦車５７も矢印ｆ４に示す方向へ回転する。

　摩擦車５７に当接している一対の爪体４１，４１のうち一方は、図５（ｂ）の矢印ｆ５に示すように、摩擦力によって内側方向へと移動させられる。他方の爪体４１は、矢印ｆ６で示すように、外側方向へと移動させられる。こうして、３組の６つの爪体４１のうち、３つの爪体４１が中心方向へと移動することになる。

　したがって、ハンド３を動かして、グリッパ４の略中心に把持対象物を位置させた場合、３つの爪体４１，４１，４１が内側方向へ移動して、把持対象物の周面をしっかりと把持することができる。なお、十分な把持力が得られた後は、摩擦車５７がスリップする適宜な摩擦力が得られるように、摩擦車５７の材質などを設定するとよい。

　また、動力伝達機構５の遊星歯車５３は、自転しながら公転している。したがって、把持対象物を把持した爪体４１を保持しているプラネタリキャリア５５が回転して、把持された状態の把持対象物を回転させることができる。すなわち、把持対象物が、例えば施錠機構と連動したノブ１１０（図１７参照）であれば、ノブ１１０を回転させて開錠（ラッチ解除）することができる。

　なお、上述した例では、爪体４１を移動させながら、グリッパ４を回転させる構成としている。すなわち、把持対象物を把持しながら当該把持対象物を捻転させるようにしており、そのために、爪体４１を進退動作させるために摩擦車５７を用いた。しかし、かかる構成に限定されるものではなく、爪体４１の内側面に歯列を形成し、摩擦車５７に代えてピニオンを用いた、所謂「ラックアンドピニオン」によって爪体４１を進退させることもできる。その場合、爪体４１の移動量、ひいては把持力を一義的に決めることが可能である。

　上述してきたグリッパ４であれば、モータ６の回転軸の回転方向に拘わらず、１対の爪体４１，４１の一方は把持対象物を把持する方向（内側方向）へ移動するため、モータ６の回転軸の回転方向に拘わらず把持対象物を把持することができる。

　また、単一のモータ６を用いているにも拘わらず、把持対象物を把持し、かつ当該把持対象物を回転させるという、２自由度の動作を実現することができる。しかも、把持対象物を把持するに十分な力を得ることも可能である。

　図６は、変形例に係るグリッパ４０を示す説明図である。すなわち、爪体４１を移動させながらグリッパ４０を回転させるために、動力伝達機構５としては、遊星歯車機構ではなくカム機構を利用しており、カムを利用することによって、把持対象物を把持しながら回転させることを実現している。

　グリッパ４０は、図示するように、ハンド３の外殻となる環状枠体４００と、環状枠体４００の内部に配設された略三角形の回転板５５０と、この回転板５５０の３つの頂部に、環状枠体４００の径方向に進退自在にそれぞれ配設された爪体４１０とを備えている。

　環状枠体４００の内周面には円弧状曲面４２０が形成され、略三角形の回転板５５０の中心には上述してきたアクチュエータとしてのモータ６（図６では不図示）が連動連結している。

　図では省略したが、爪体４１０の先端には、円弧状曲面４２０に当接するローラ体を回転自在に取付けるとともに、爪体４１０は、例えばバネなどの弾性体を用いて円弧状曲面４２０側に付勢している。また、回転板５５０には、爪体４１０を直動自在に支持するリニアガイドなどを設けておくものとする。

　かかる構成により、モータ６を駆動して略三角形の回転板５５０を、軸周りに、例えば図６（ａ）の矢印ｆ６の方向へ回転させると、円弧状曲面４２０がカムとして機能し、３つの爪体４１０，４１０，４１０は、それぞれ、図６（ｂ）および図６（ｃ）の矢印ｆ７に示すように、中心に向けて移動する。図６（ｂ）は回転板５５０が４５度回転した状態を示し、図６（ｃ）は回転板５５０が６０度回転した状態を示す。

　この例では、回転板５５０の回動範囲を左右にそれぞれ６０度で規定しており、６０度回動する間に、爪体４１で把持対象物を把持し、回転させることができる。すなわち、グリッパ４０の略中心に把持対象物を位置させ、モータ６を駆動させた場合、３つの爪体４１０，４１０，４１０が内側方向へ移動する。そして、把持対象物の周面をしっかりと把持し、６０度の回転角の間で回転板５５０の回転が継続されると、把持した状態の把持対象物が捻転する。

　このように、本変形例に係るハンド３の構成であっても、動力伝達機構５は、爪体４１０を移動させながら、グリッパ４を回転させることが可能である。

　（第２の実施形態）
　次に、図７～図９Ｄを参照しながら、第２の実施形態におけるハンド３の構成および動作について説明する。図７は、ロボット１０が備える第２の実施形態におけるハンド３のグリッパ４の説明図、図８は、グリッパ４の断面視による説明図、図９Ａ～図９Ｄは、グリッパ４の爪体４１の動きを示す説明図である。

　本実施形態におけるハンド３は、単一の駆動源であるモータ６からの動力を、まず爪体４１の進退動作に用い、その後、グリッパ４全体の回転動作に用いる劣駆動による駆動制御を行う。また、第１の実施形態と同様に、モータ軸の回転方向に拘わらず、爪体４１を所定の方向（例えば、把持対象物を把持する方向）へと移動させることができる。

　図７および図８に示すように、本実施形態におけるハンド３は、２つの爪体４１，４１を備えるグリッパ４と、単一のアクチュエータであるモータ６と、モータ６からの動力をグリッパ４に伝達する動力伝達機構５とを備える。動力伝達機構５は、２つの爪体４１，４１を、例えば、把持対象物に対して接離方向へ移動させるとともに、当該把持対象物に２つの爪体４１，４１の当接部４１１，４１１が接触した把持状態で、当該把持対象物の軸周りにグリッパ４を回転させることができる。

　動力伝達機構５としては、第１の実施形態における構成と同じように、遊星歯車機構を採用している。すなわち、モータ６に、入力軸５１を介して太陽歯車５２を連動連結し、太陽歯車５２を中心として、アウタギヤ５４内に、３つの遊星歯車５３，５３，５３を自転および公転可能に配置している。

　各遊星歯車５３の回転軸５３０に連動連結されたプラネタリキャリア５５には、クランク機構が設けられている。クランク機構は、プラネタリキャリア５５に連接された第１リンク５８ａと、この第１リンク５８ａの両端に連結された第２リンク５８ｂ，５８ｂから構成されており、第２リンク５８ｂの先端側に突設された連結ピン５８０を介して爪体４１が連結されている。

　他方、２つの第２リンク５８ｂ，５８ｂにそれぞれ連結された爪体４１には、ガイド挿通孔が形成されており、かかるガイド挿通孔にスライドガイド４３が挿通されている。すなわち、一対の爪体４１，４１は、スライドガイド４３に、スライド自在に対向状態に嵌装されている。なお、スライドガイド４３は、アウタギヤ５４の上縁に架設された杆状のガイド保持体４２の略中央から直交方向に延在している。本実施形態に係るスライドガイド４３は、ガイド保持体４２と一体的に形成されているが、別体で形成して連接してもよい。

　ところで、モータ６とアウタギヤ５４との間には、軸受６５を介してバネ部６１が設けられている。バネ部６１は、基盤６４の中央に形成された段付ボス部６６にコイル軸部を嵌合するとともに、両端をバネ規制ピン６３，６３に係止した２つのトーションバネ６２ａ、６２ｂを備えている。そして、２つのトーションバネ６２ａ、６２ｂの一端側同士をクロスさせてバネ規制ピン６３，６３に係止させている。そして、これらバネ規制ピン６３，６３の間に位置するように、アウタギヤ５４の底板部に連動ピン５９を基盤６４側に向けて突設している。

　かかるバネ部６１が設けられることにより、プラネタリキャリア５５へ動力が伝達された後にアウタギヤ５４へ回転力が伝達され、爪体４１，４１の当接部４１１，４１１で、例えば把持対象物を把持した後、グリッパ４全体を回転させて把持対象物を回転させることができる。なお、バネ部６１の作用などについては、後に詳述する。

　かかる構成としたことにより、本実施形態におけるハンド３のグリッパ４は、モータ６が駆動すると、離隔していた爪体４１，４１が近接して把持対象物を把持し、その後、把持対象物を回転させることができる。すなわち、遊星歯車機構とクランク機構とを備える動力伝達機構５は、バネ部６１と協働して、爪体４１を移動させた後、グリッパ４を回転させることができる。

　すなわち、図９Ａに示すように、第１リンク５８ａと第２リンク５８ｂ，５８ｂとが略一直線となり、爪体４１，４１同士が最も離隔した状態から、モータ６が駆動したとする。

　モータ６の駆動により、遊星歯車機構を介してプラネタリキャリア５５が入力軸５１周りに回動すると、クランク機構の第１リンク５８ａもプラネタリキャリア５５と共に回動する。一方、第１リンク５８ａの両端に連結された第２リンク５８ｂ，５８ｂは、それぞれ先端にスライドガイド４３に規制された爪体４１と連結されている。

　したがって、図９Ｂに示すように、爪体４１，４１同士はスライドガイド４３上を、互いに接近する方向へと移動する。

　プラネタリキャリア５５の回転角度がさらに大きくなると、図９Ｃに示すように、爪体４１，４１同士は、さらに互いに接近する方向へと移動する。そして、爪体４１，４１同士で把持対象物をしっかりと把持できる適切な力が爪体４１に生じると、上述したバネ部６１が機能して、アウタギヤ５４を回動させる。すなわち、爪体４１の把持力が、トーションバネ６２ａおよび６２ｂで設定された値よりも大きくなるタイミングでアウタギヤ５４が回動する。こうして、グリッパ４は、把持対象物を把持したまま当該把持対象物を回転させる。

　ところで、本実施形態におけるグリッパ４でも爪体４１，４１同士は、モータ６の回転軸の回転方向に拘わらず、接近する方向へ移動する。すなわち、図９（Ｂ）では、プラネタリキャリア５５が時計回りに回転した場合であるが、プラネタリキャリア５５が反時計回りに回転したとしても、図９（Ｄ）に示すように、爪体４１，４１同士はスライドガイド４３上を、互いに接近する方向へと移動する。

　（第３の実施形態）
　次に、図１０～図１２Ｃを参照しながら、第３の実施形態におけるハンド３の構成および動作について説明する。図１０は、ロボット１０が備える第３の実施形態におけるハンド３のグリッパ４の説明図、図１１は、グリッパ４の断面視による説明図、図１２Ａ～図１２Ｃは、グリッパ４の爪体４１の動きを示す説明図である。

　なお、本実施形態におけるハンド３も、第２の実施形態に係るハンド３と同じように、単一の駆動源であるモータ６からの動力を、まず爪体４１の進退動作に用い、その後、グリッパ４全体の回転動作に用いる劣駆動による駆動制御を行うようにしている。

　そして、そのために、モータ６と動力伝達機構５との間には、軸受６５を介してバネ部６１を設けている。また、この場合も、第１の実施形態と同様に、モータ軸の回転方向に拘わらず、爪体４１を所定の方向（例えば、把持対象物を把持する方向）へと移動させることができる。

　図１０および図１１に示すように、本実施形態におけるハンド３は、２つの爪体４１，４１を備えるグリッパ４と、単一のアクチュエータであるモータ６と、モータ６からの動力をグリッパ４に伝達する動力伝達機構５とを備える。第２の実施形態における動力伝達機構５が遊星歯車機構とクランク機構とを採用したのに対し、本実施形態における動力伝達機構５は、カム機構を採用している。なお、カム機構に代えて、例えばクランク機構を採用することもできる。

　カム機構を採用した動力伝達機構５であっても、２つの爪体４１，４１を、例えば、把持対象物に対する接離方向へ移動させるとともに、当該把持対象物に２つの爪体４１，４１の当接部４１１，４１１が接触した把持状態で、当該把持対象物の軸周りにグリッパ４を回転させることができる。

　カム機構を採用した動力伝達機構５において、一対の爪体４１，４１が、スライドガイド４３に、スライド自在に対向状態に嵌装されている構成は、先の第２の実施形態と同様であるが、爪体４１の基部には、動作規制溝４１３が形成された直動規制部４１２が連接されている。

　また、モータ６に連動連結した入力軸５１の先端は、皿状に形成されたクランク保持部５４０内に配設された水平駆動ピン５６の中央に連結しており、水平駆動ピン５６の両端部にはピン体などからなる凸部５６ａが設けられている。そして、かかる凸部５６ａを、長孔状に形成された動作規制溝４１３に遊嵌してカム機構が構成される。

　かかる構成としたことにより、本実施形態におけるハンド３のグリッパ４においても、モータ６が駆動すると、離隔していた爪体４１，４１が近接して把持対象物を把持し、その後、把持対象物を回転さることができる。すなわち、カム機構を備える動力伝達機構５は、バネ部６１と協働して爪体４１を移動させた後、グリッパ４を回転させることができる。つまり、把持対象物がノブ１１０（図１７を参照）であれば、これを回転させて開錠（ラッチ解除）することができる。

　図１２Ａに示すように、水平駆動ピン５６がスライドガイド４３と略一直線に重なり、爪体４１，４１同士が最も離隔した状態から、モータ６が駆動したとする。

　モータ６の駆動により、水平駆動ピン５６が入力軸５１周りに回動すると、水平駆動ピン５６の両端部に突設された凸部５６ａ，５６ａは、それぞれ、爪体４１，４１を互いに引き寄せるようにして動作規制溝４１３を摺動する。すなわち、図１２Ｂに示すように、爪体４１，４１同士はスライドガイド４３上を、互いに接近する方向へと移動する。

　水平駆動ピン５６の回転角度がさらに大きくなると、図１２Ｃに示すように、凸部５６ａ，５６ａが動作規制溝４１３の端部へと移動した状態となり、爪体４１，４１同士は、さらに移動して、互いに最接近した状態となる。

　そして、この場合も、爪体４１，４１同士で把持対象物をしっかりと把持できる適切な力が爪体４１に生じるとバネ部６１が機能するように構成し、クランク保持部５４０を回動させるようにする。こうして、本グリッパ４でも、把持対象物を把持したまま当該把持対象物を回転させることができる。

　次に、図１３～図１４Ｃを参照しながら、バネ部６１の構成および動作について説明する。なお、バネ部６１の構成は、上述してきた第２の実施形態および第３の実施形態のいずれも同じである。図１３は、グリッパ４が備えるバネ部６１の説明図、図１４Ａ～図１４Ｃは、バネ部６１の作用を示す説明図である。

　前述したように、モータ６と、アウタギヤ５４（図８を参照）あるいはクランク保持部５４０（図１１を参照）との間には、軸受６５を介してバネ部６１が設けられている。

　図１３に示すように、バネ部６１は、円盤状の基盤６４の中央に形成された段付ボス部６６に、トーションバネ６２ａ、６２ｂのコイル軸部をそれぞれ高さ違いに嵌着している。そして、トーションバネ６２ａ、６２ｂ両端を、基盤６４の周縁近傍にそれぞれ突設されたバネ規制ピン６３，６３に係止している。すなわち、２つのトーションバネ６２ａ、６２ｂは、高さ方向に重合した状態で配設されている。

　基盤６４の一方の半円側で互いに近接して設けられた２つのバネ規制ピン６３，６３の間に位置するように、バネ規制ピン６３よりも大形の連動ピン５９が、アウタギヤ５４あるいはクランク保持部５４０の底板部から基盤６４側に向けて突設されている。かかる連動ピン５９の先端は、図８および図１１に示すように、基盤６４に近接している。

　そして、２つのトーションバネ６２ａ、６２ｂの一端側同士を、連動ピン５９を挟むようにクロスさせて、基盤６４の一方の半円側で互いに近接して設けられたバネ規制ピン６３，６３の外側に係合させる。一方、トーションバネ６２ａ、６２ｂの他端側同士は、基盤６４の他方の半円側で互いに近接して設けられた２つのバネ規制ピン６３，６３の内側にそれぞれ係合させる。

　かかる構成により、基盤６４およびアウタギヤ５４（図８を参照）あるいはクランク保持部５４０（図１１を参照）には、モータ６からの回転力に抗するトーションバネ６２ａ、６２ｂの初張力が、連動ピン５９を介して付与されることになる。この初張力は、爪体４１に生じる適切な力、すなわち、把持対象物をしっかりと把持できるだけの力に合わせて設定されている。したがって、回転力がトーションバネ６２ａ、６２ｂの初張力以下の場合、爪体４１，４１が移動するのみでアウタギヤ５４あるいはクランク保持部５４０は回転しない。

　ここで、図１４Ａ～図１４Ｃを参照しながら、バネ部６１の動作について、より具体的に説明する。図１４Ａに示すように、モータ６が駆動していない状態では、前述したように、２つのトーションバネ６２ａ、６２ｂの一端側同士は、連動ピン５９を挟むようにクロスさせて、基盤６４の一方の半円側で互いに近接して設けられたバネ規制ピン６３，６３の外側に係合している。一方、トーションバネ６２ａ、６２ｂの他端側同士は、基盤６４の他方の半円側で互いに近接して設けられた２つのバネ規制ピン６３，６３の内側にそれぞれ係合している。

　モータ６が駆動して、図９Ｃや図１２Ｃに示すように、爪体４１，４１同士が接近し、これらで把持対象物をしっかりと把持できる適切な力が爪体４１に生じると、回転力がトーションバネ６２ａ、６２ｂ初張力を超える。このとき、モータ６の回転軸が時計回りであれば、図１４Ｂに示すように、連動ピン５９がトーションバネ６２ｂを押しながらアウタギヤ５４あるいはクランク保持部５４０を回転させる。

　また、図１４Ｃに示すように、モータ６の回転軸が反時計回りであれば、連動ピン５９は、他方のトーションバネ６２ａを押しながらアウタギヤ５４あるいはクランク保持部５４０を回転させる。しかし、モータ６の回転軸の回転方向がいずれの場合であっても、前述したように、爪体４１，４１は、先ず、互いが接近する方向に移動することには変わりない。

　以上、説明してきたように、本実施形態に係るロボット１０は、単一のモータ６の駆動により、グリッパ４が、ドア１００の把持対象物を把持した後に回転して、把持対象物を容易に回転させることができる。すなわち、グリッパ４は、把持の１自由度と、回転の１自由度からなる２自由度劣駆動となっている。つまり、モータ６を回転させても、爪体４１による把持動作とグリッパ４全体の回転動作のどちらが先になるかは分からない。

　そこで、本実施形態におけるハンド３はバネ部６１を備えた構成とし、回転側にトーションバネ６２ａ，６２ｂで規制をかけ、初張力を超えない限りは回転側が動かないようにしている。したがって、モータ６でトルクをかけると、先ず、把持側である爪体４１が動作し、把持対象物を掴むと把持側のトルクが上がり、把持側の抵抗が回転側のトーションバネ６２ａ，６２ｂによる抵抗よりも大きくなると、今度は動きやすい回転側、すなわちグリッパ４全体が回転することになる。

　なお、上述してきた例では、ハンド３におけるグリッパ４を、２つの爪体４１，４１を備える構成としたが、３つ以上であっても構わない。図１５および図１６に、３つの爪体４１，４１，４１を備えたグリッパ４の構成を示す。

　すなわち、図１５は、第２の実施形態におけるグリッパ４の変形例を示す説明図であり、グリッパ４は、動力伝達機構５として遊星歯車機構およびクランク機構を採用している。そして、３つの爪体４１，４１，４１を、三又状に形成したスライドガイド４０１に、スライド自在に嵌装している。

　また、クランク機構として、図示しないプラネタリキャリアに連接されたＹ字状の三又リンク５８１と、この三又リンク５８１の３つの伸延端に、それぞれ連結されたリンク体５８２により構成している。そして、各リンク体５８２の先端側に突設された連結ピン（不図示）を介して爪体４１を連結している。

　また、図１６は、第３の実施形態におけるグリッパ４の変形例を示す説明図であり、グリッパ４は、動力伝達機構５としてカム機構を採用している。そして、それぞれ動作規制溝４１３が形成された直動規制部４１２が連接された３つの爪体４１，４１，４１を、これも三又状に形成したスライドガイド４０１に、スライド自在に嵌装している。

　また、この変形例では、モータ６に連動連結した入力軸５１の先端は、皿状に形成されたクランク保持部５４０内に配設された三又状水平駆動ピン５６０の中央に連結しており、三又状水平駆動ピン５６０の各先端部に凸部５６１が設けられている。そして、かかる凸部５６１を、長孔状に形成された動作規制溝４１３に遊嵌してカム機構が構成される。

　上述した構成のハンド３を備えるロボット１０（図２を参照）は、把持対象物をドア１００に設けたノブ１１０とした場合、台車１１と協働しながら、ドア１００を開けて他の部屋へ容易に移動することができる。

　すなわち、ドア１００のノブ１１０をグリッパ４によりしっかり把持するとともに、ノブ１１０を回動して開錠（例えば、ラッチの解除）し、台車１１を駆動してドア１００を開け、ドア１００を回り込むようにして移動することができる。なお、このとき、アーム２を挟むように設けたフック８をドア１００に係合させることにより、ドア１００の開放状態を維持することもできる。

　ここで、上述した構成のハンド３を備えるロボット１０が、実際にドア１００を開けて他の部屋へ移動する態様について説明する。図１７は、ロボット１０がドア１００を開けて他の部屋へ移動する態様を示す説明図である。

　図１７（ａ）に示すように、先ず、ロボット１０は、台車１１を駆動してドア１００の前に移動し、ハンド３のグリッパ４によりノブ１１０を把持する。すなわち、爪体４１，４１を移動させてノブ１１０を把持する。そして、かかる状態でグリッパ４を回転させることにより、ノブ１１０を回転させる。

　次いで、図１７（ｂ）に示すように、ノブ１１０を把持したまま、本体１を、ノブ側壁面１２０の方向へ移動させる。なお、図１７は模式図であって、ハンド３とノブ１１０との位置関係は必ずしも正確ではないが、本体１を移動しても、受動関節によりハンド３はノブ１１０に対する正対姿勢は崩れることがない。

　次いで、図１７（ｃ）に示すように、ノブ１１０を把持したまま、回転テーブル７を回転させるとともに（図１７では反時計回りに回転）、台車１１を駆動して、本体１をノブ側壁面１２０からやや離隔させる。これにより、ドア１００が開き、ドア１００とノブ側壁面１２０との間に通過空間２００が形成される。

　そして、図１７（ｄ）に示すように、ハンド３のグリッパ４の爪体４１，４１をノブ１１０から離隔する方向へ移動させてノブ１１０の把持を解除する。そして、本体１を反転させながら台車１１を駆動して通過空間２００側に回りこませるとともに、フック８をドア１００の裏面に係合し、ドア１００の開放状態を維持させる。

　次に、図１７（ｅ）に示すように、本体１をドア１００のヒンジ側に移動させ、フック８の先端でドア１００を開方向へ押しながらドア１００をより大きく開く。

　そして、図１７（ｆ）に示すように、台車１１を駆動して本体１が通過空間２００の略中央に位置するまで移動し、本体１を反転させた状態のまま通過空間２００を後退して他の部屋へと移動する。

　上述したように、本実施形態に係るロボット１０は、ドア１００のノブ１１０を把持可能なグリッパ４と、このグリッパ４の駆動力を発生するモータ６と、モータ６からの動力をグリッパ４に伝達する動力伝達機構５とを備えたハンド３を備えている。したがって、ロボット１０は、ノブ１１０が付いているドア１００を容易に開けて、他の部屋への移動を円滑に行うことができる。

　なお、ロボット１０の構成は、上述の実施形態に限定されるものではなく、ロボット本体１に取付けられたアーム２と、アーム２の先端に取付けられたハンド３を備え、ハンド３は、上述してきた構成のグリッパ４や動力伝達機構５を備えた構成であればよい。このように、ロボット本体１やアーム２の構成は何ら限定されるものではないが、ロボット本体１としては、何らかの走行装置を備え、移動自在とした構成であることが好ましい。

　また、上述してきた例では、動力伝達機構５が備える差動減速機構として遊星歯車機構を例示したが、入力された動力を差動可能な構成であれば、サイクロイド減速機、あるいはハーモニックドライブ（登録商標）機構などを適宜採用することができる。

　上述した実施形態のさらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

　１　　ロボット本体
　２　　アーム
　３　　ハンド
　４　　グリッパ
　５　　動力伝達機構
　６　　モータ（アクチュエータ）
　１０　　ロボット
　４１　　爪体
　１００　　ドア
　１１０　　ノブ

Claims

　ロボット本体に取付けられたアームと、
　前記アームの先端に取付けられたハンドと
を備え、
　前記ハンドは、
　ドアに設けられたノブを把持可能とした複数の爪体を備えるグリッパと、
　前記複数の爪体を、前記ノブに対する接離方向へ移動させるとともに、当該ノブに前記複数の爪体が接触した把持状態で、当該ノブの軸周りに前記グリッパを回転させる単一のアクチュエータと
　を備えることを特徴とするロボット。
　前記アクチュエータが備える回転軸の回転方向に拘わらず、前記爪体を前記ノブと接触する方向へ移動させる動力伝達機構をさらに備える
　ことを特徴とする請求項１に記載のロボット。
　前記動力伝達機構は、
　前記爪体を移動させながら、前記グリッパを回転させる
　ことを特徴とする請求項１または２に記載のロボット。
　前記動力伝達機構は、
　前記爪体を移動させた後、前記グリッパを回転させる
　ことを特徴とする請求項１または２に記載のロボット。
　前記動力伝達機構は、
　差動減速機構を備える
　ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載のロボット。