WO2019176809A1

WO2019176809A1 - ロボットハンド、ロボット

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Publication number: WO2019176809A1
Application number: PCT/JP2019/009484
Authority: WO
Inventors: 博文長澤
Original assignee: 日本電産株式会社
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2019-09-19

Abstract

本発明のロボットハンドの一つの態様は、対象物を把持するロボットハンドにおいて、前記対象物に対向するベース面を有し、前記ベース面に直交する方向に延びる所定の回転軸の周りに回転可能なベース部と、前記ベース部に設けられ、前記対象物を把持する少なくとも２つの指部と、前記ベース部の前記ベース面に設けられ、前記対象物の位置測定に用いられるカメラユニットと、を備え、前記カメラユニットの光学軸は前記回転軸と同軸上にある。本発明のロボットハンドの一つの態様は、対象物を把持するロボットハンドにおいて、前記対象物に対向するベース面を有するベース部と、前記ベース部に設けられ、前記対象物を把持する少なくとも２つの指部と、前記ベース部の前記ベース面に設けられ、前記対象物の測定に用いられる少なくとも２つのユニット部と、を備え、前記ユニット部は、前記指部の可動域と異なる領域に配置されている。本発明のロボットハンドの一つの態様は、対象物を把持するロボットハンドにおいて、前記対象物に対向するベース面を有するベース部と、前記ベース部に設けられ、前記対象物を把持する少なくとも２つの指部と、前記ベース部の前記ベース面に設けられ、前記対象物までの距離を計測する測距センサと、を備える。

Description

ロボットハンド、ロボット

本発明は、ロボットハンド、ロボットに関する。

ロボットアームの先端部等に設けられて、対象物（ワーク）を把持するロボットハンドが知られている。特許文献１には、対象物をクランプする爪を有した把持装置と、ワークを照らすライトと、ワークを撮影するカメラとを備えた構成が記載される。　

この構成において、カメラのレンズの中心とライトの中心とは、把持装置の中心と同一線上に配置される。また、把持装置の爪は、把持装置の中心の周りに周方向に間隔をあけて複数設けられる。これら複数の爪は、把持装置の中心に対して径方向に変位することで開閉し、対象物を把持する。

ロボットアームの先端部等に設けられて、対象物（ワーク）を把持するロボットハンドが知られている。特許文献１には、対象物をクランプする爪を有した把持装置と、ワークを照らすライトと、ワークを撮影するカメラとを備えた構成が記載される。　この構成において、カメラのレンズの中心とライトの中心とは、把持装置の中心と同一線上に配置される。また、把持装置の爪は、把持装置の中心の周りに周方向に間隔をあけて複数設けられる。これら複数の爪は、把持装置の中心に対して径方向に変位することで開閉し、対象物を把持する。　

ロボットハンド及びロボットアームを備えたロボットにおいて、対象物を把持するには、対象物の位置座標に基づいて、ロボットアームやロボットハンドの作動を制御する。対象物の位置座標は、例えば、対象物が載置された載置台の表面に沿った２軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）の座標と、台の表面に直交する方向（Ｚ軸方向）の座標とで表される。特許文献１に開示されたロボットハンドにおいて、対象物のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置座標は、カメラで対象物を撮像した画像データに基づいて検出される。一方、Ｚ軸方向においては、ロボットハンドが装着されたロボットアーム側で、予めティーチングされた対象物のＺ軸方向の位置座標に基づいた作動制御が行われる。

特開２００７－１４４５４６号公報

上記のような構成において、ロボットアームの先端部に設けられたロボットハンドを回転させると、ロボットハンドに設けられたカメラもロボットハンドと一体に回転する。このとき、ロボットハンドの回転によって、カメラで撮像する画像内における対象物の位置座標にずれが生じる場合がある。すると、対象物に対して指部の位置を高精度に調整するには、ロボットハンドの回転角度に応じ、対象物の位置座標を補正する等の処理が必要となり、対象物の位置測定のための処理が煩雑となるという問題がある。　

本発明は、上記事情に鑑みて、ロボットハンドを回転させた場合でも、対象物の位置測定を効率よく行い、対象物の把持動作を高精度に行うことができるロボットハンド、ロボットを提供することを目的の一つとする。

本発明は、上記事情に鑑みて、対象物の位置測定を精度よく行い、対象物の把持動作を高精度に行うことができるロボットハンド、ロボットを提供することを目的の一つとする。

上記のような構成において、ロボットアーム側で、予めティーチングされた対象物のＺ軸方向の位置座標に基づいた作動制御を行う場合、以下のような問題が生じる場合がある。例えば、対象物を順次複数段に積み重ねていく場合や、複数段に積み重ねた対象物から最上段の対象物を順次把持して移動させる場合、把持すべき対象物の高さが変化する。このような場合、予めロボットアームにティーチングした位置座標では、対象物の高さの変化に対応できず、対象物の把持動作が困難となる。　また、さらに、何らかの原因で、例えば、対象物を載置する載置台側とロボットアーム側との間で相対的な位置ズレが生じた場合、Ｚ軸方向における対象物に対するロボットハンドの位置精度が低下してしまうこともある。　

本発明は、上記事情に鑑みて、対象物に対するロボットハンドの位置精度を高め、対象物の把持動作を高精度に行うことができるロボットハンド、ロボットを提供することを目的の一つとする。

本発明のロボットハンドの一つの態様（第一実施形態）は、対象物を把持するロボットハンドにおいて、前記対象物に対向するベース面を有し、前記ベース面に直交する方向に延びる所定の回転軸の周りに回転可能なベース部と、前記ベース部に設けられ、前記対象物を把持する少なくとも２つの指部と、前記ベース部の前記ベース面に設けられ、前記対象物の位置測定に用いられるカメラユニットと、を備え、前記カメラユニットの光学軸は前記回転軸と同軸上にある。　

本発明のロボットの一つの態様（第一実施形態）は、上記のロボットハンドと、前記ロボットハンドに接続されるアーム部と、を備える。

本発明のロボットハンドの一つの態様（第二実施形態）は、対象物を把持するロボットハンドにおいて、前記対象物に対向するベース面を有するベース部と、前記ベース部に設けられ、前記対象物を把持する少なくとも２つの指部と、前記ベース部の前記ベース面に設けられ、前記対象物の測定に用いられる少なくとも２つのユニット部と、を備え、前記ユニット部は、前記指部の可動域と異なる領域に配置されている。　

本発明のロボットの一つの態様（第二実施形態）は、上記のロボットハンドと、前記ロボットハンドに接続される。

本発明のロボットハンドの一つの態様（第三実施形態）は、対象物を把持するロボットハンドにおいて、前記対象物に対向するベース面を有するベース部と、前記ベース部に設けられ、前記対象物を把持する少なくとも２つの指部と、前記ベース部の前記ベース面に設けられ、前記対象物までの距離を計測する測距センサと、を備える。　

本発明のロボットの一つの態様（第三実施形態）は、上記のロボットハンドと、前記ロボットハンドに接続されるアーム部と、を備える。アーム部と、を備える。

本発明の一つの態様（第一実施形態）によれば、ロボットハンドを回転させた場合でも、対象物の位置測定を効率よく行い、対象物の把持動作を高精度に行うことができるロボットハンド、ロボットが提供される。

本発明の一つの態様（第二実施形態）によれば、対象物の位置測定を精度よく行い、対象物の把持動作を高精度に行うことができるロボットハンド、ロボットが提供される。

本発明の一つの態様（第三実施形態）によれば、対象物に対するロボットハンドの位置精度を高め、対象物の把持動作を高精度に行うことができるロボットハンド、ロボットが提供される。

図１は、第一実施形態のロボットハンド及びロボットを示す斜視展開図である。図２は、第一実施形態のロボットハンドを示す斜視図である。図３は、第一実施形態のロボットハンドを、ベース面側から見た図である。図４は、第一実施形態の変形例のロボットハンドを示す側面図である。図５は、第二実施形態のロボットハンド及びロボットを示す斜視展開図である。図６は、第二実施形態のロボットハンドを示す斜視図である。図７は、第二実施形態のロボットハンドを、ベース面側から見た図である。図８は、第二実施形態の変形例のロボットハンドを示す側面図である。図９は、第三実施形態のロボットハンド及びロボットを示す斜視展開図である。図１０は、第三実施形態のロボットハンドを示す斜視図である。図１１は、第三実施形態のロボットハンドを、ベース面側から見た図である。

図１から図４を用いて、第一実施形態を説明する。　

図１は、一実施形態のロボットハンド及びロボットを示す斜視展開図である。　図１に示すように、本実施形態のロボット１００は、アーム部５０と、ロボットハンド１と、を備える。　

アーム部５０は、ロボット１００が設置される基台（図示無し）に固定される。アーム部５０は、例えば６つの関節部５１Ａ～５１Ｆを有した６軸構成である。アーム部５０において、関節部５１Ａ～５１Ｆがそれぞれ駆動軸の周りに回転可能とされる。なお、本実施形態において、アーム部５０は６軸構成であるが、その駆動軸の数については何ら限定するものではない。　

アーム部５０の長さ方向における一方端には、接続フランジ５２が設けられる。接続フランジ５２は、基台（図示無し）にボルト（図示無し）によって接続される。アーム部５０の長さ方向における他方端には、ハンド接続フランジ５３が設けられる。ハンド接続フランジ５３には、ロボットハンド１が着脱可能に接続される。ハンド接続フランジ５３は、ロボットハンド１に給電する給電端子（図示無し）、及びロボットハンド１に電気信号を入出力する信号端子（図示無し）を備える。給電端子及び信号端子には、アーム部５０内に挿通される配線が接続される。　

図２は、一実施形態のロボットハンドを示す斜視図である。図３は、一実施形態のロボットハンドを、ベース面側から見た図である。　図２、図３に示すように、ロボットハンド１は、対象物２００を把持する。ロボットハンド１は、ベース部１０と、指部１１と、カメラユニット１２と、を備える。　

ベース部１０は、円盤状で、アーム部５０のハンド接続フランジ５３に着脱可能に接続されるジョイント部１０ｊを有する。ベース部１０は、ジョイント部１０ｊとは反対側に、ベース面１０ａを有する。　

ベース面１０ａは、平面状で、把持対象となる対象物２００に対向する。ベース部１０は、ハンド接続フランジ５３と一体に、関節部５１Ｆの回転軸Ｏ周りに回転する。本実施形態において、回転軸Ｏは、円盤状のベース部１０の中心１０ｃを通り、ベース面１０ａに直交する法線に一致する。　

指部１１は、ベース部１０に設けられる。指部１１は回転軸Ｏを中心とする同心円Ｃ１上に配置されている。指部１１は、ベース部１０の中心１０ｃ（回転軸Ｏ）の径方向外側に、中心１０ｃ周りの周方向に等間隔をあけて配置されている。本実施形態において、指部１１は、３つが設けられている。　

各指部１１は、中間部に屈曲部１１ｃを有した略Ｌ字状に形成される。各指部１１は、基端部１１ａがベース部１０に回転自在に連結され、基端部１１ａを中心として先端部１１ｂ側がベース部１０の径方向に変位（揺動）可能である。すなわち、図３に示すように、各指部１１の可動域Ａｍは、ベース部１０の中心１０ｃから指部１１の基端部１１ａを通り、放射状に延びる領域となる。複数の指部１１は、例えば、同期してベース部１０の径方向に変位することで開閉動作する。複数の指部１１が開閉動作することによって、対象物２００を把持又は解放する。　

図２、図３に示すように、カメラユニット１２は、ベース部１０のベース面１０ａの中心部に設けられる。カメラユニット１２は、指部１１で対象物２００を把持するため、ロボットハンド１に対する対象物２００の位置測定に用いられる。カメラユニット１２は、その光学軸１２ｃが、ベース部１０の回転中心となる回転軸Ｏと同軸上に位置するよう設けられる。

カメラユニット１２は、対象物２００を撮像する。カメラユニット１２で撮像した画像データは、ハンド接続フランジ５３に設けられた信号端子（図示無し）から、アーム部５０内の配線（図示無し）を通して、ロボット１００のコントローラ５５（図１参照）に転送される。コントローラ５５は、カメラユニット１２から転送された画像データを画像処理することで、対象物２００の位置情報を検出する。　

また、本実施形態において、ロボットハンド１は、ライト１３１をさらに備える。ライト１３は、ベース面１０ａに設けられ、対象物２００に光を照射する。このライト１３１は、ベース部１０の中心１０ｃに対して径方向外側で、周方向で互いに隣り合う指部１１の間に配置される。このようにして、ライト１３１は、指部１１の可動域Ａｍと異なる領域Ａに配置される。　

本実施形態のロボットハンド１において、カメラユニット１２及びライト１３１がベース部１０のベース面１０ａに設けられている。このため、カメラユニット１２及びライト１３がベース部１０の側面に設けられる構成に比べて、ロボットハンド１の回転時の慣性モーメントが低減する。よって、慣性モーメントの影響によって、アーム部５０の動作部（例えば、関節部５１Ａ～５１Ｆ等）に負荷が加わることによる故障の発生を低減できる。また、慣性モーメントの影響によってアーム部５０に設けられた配線が断線することを低減できる。　また、ベース面１０ａに設けられたカメラユニット１２及びライト１３１は、アーム部５０の可動範囲内において周囲との接触が起こり難い。そのため、アーム部５０の可動範囲における制限の少ないロボット１００が提供される。　

このようなロボットハンド１及びロボット１００で対象物２００を把持するには、まず、コントローラ５５の制御により、アーム部５０を駆動し、予め設定された座標に設けられたワーク載置台（図示無し）に載置された対象物２００に対し、ロボットハンド１を対向させる。このとき、ロボットハンド１は、ベース部１０のベース面１０ａを、対象物２００との間に間隔をあけた状態で位置させる。　

次いで、ロボットハンド１に設けられたカメラユニット１２で対象物２００を撮像し、撮像した画像データを、コントローラ５５に転送する。このとき、必要に応じ、ライト１３により光を対象物２００に照射した状態で、カメラユニット１２で対象物２００を撮像する。そして、コントローラ５５では、カメラユニット１２から転送された画像データを画像処理し、対象物２００の位置を検出する。　

ここで、本実施形態のロボット１００では、ロボットハンド１を回転させるときの中心である回転軸Ｏと、カメラユニット１２の光学軸１２ｃとが一致する。このため、対象物２００の位置を検出させるまでの過程でロボットハンド１を回転させた場合でも、カメラユニット１２で撮像した画像内における対象物２００の座標位置にずれが生じ難い。　

コントローラ５５は、検出された対象物２００の位置に基づき、アーム部５０を駆動してロボットハンド１を移動させ、ロボットハンド１の複数の指部１１を、対象物２００の外周側に位置させる。　続いて、コントローラ５５は、複数の指部１１の先端部１１ｂを径方向内側に変位させ、これら複数の指部１１で対象物２００を把持させる。　

この後は、予め設定されたコンピュータプログラムに基づいてアーム部５０を駆動し、ロボットハンド１で把持した対象物２００に対し、所定の動作（例えば他の場所への搬送動作）を実行させる。所定の動作完了後は、複数の指部１１を径方向外側に変位させ、把持していた対象物２００を解放する。　このようにして、本実施形態のロボット１００は、ロボットハンド１における対象物２００の把持・解放動作を行う。　

本実施形態のロボットハンド１は、所定の回転軸Ｏの周りに回転可能なベース部１０と、ベース部１０のベース面１０ａに設けられるカメラユニット１２と、を備え、カメラユニット１２の光学軸１２ｃは回転軸Ｏと同軸上にある。このような構成によれば、ロボットハンド１の動作時において、ロボットハンド１を回転させるときの中心である回転軸Ｏと、カメラユニット１２の光学軸１２ｃとが一致する。このため、ロボットハンド１を回転させた場合でも、カメラユニット１２で撮像した画像内における対象物２００の座標位置にずれが生じ難い。これにより、カメラユニット１２で撮像した画像に対し、ロボットハンド１の回転角度に応じて対象物２００の位置座標の補正処理等を行う必要が抑えられる。したがって、対象物２００の位置測定を効率良く行い、対象物２００の把持動作を高精度に行うことが可能となる。　

本実施形態によれば、３つの指部１１が同心円Ｃ１状に配置されるので、対象物２００を、より安定的に把持することができる。　

また、本実施形態によれば、ライト１３１により対象物２００が照明されるので、カメラユニット１２で撮像した画像に基づいて対象物２００の位置測定を確実に行うことができる。これにより、ロボットハンド１による対象物２００の把持動作をより精度よく行うことができる。　

また、本実施形態によれば、ライト１３１は、指部１１の可動域Ａｍと異なる領域Ａに設けられている。このような構成によれば、ライト１３１で照射した光によって指部１１の影が生じることを抑える。これにより、対象物２００を良好に照明し、カメラユニット１２で撮像した画像に基づいて対象物２００の位置測定を確実に行うことができる。したがって、ロボットハンド１による対象物２００の把持動作をより精度よく行うことができる。　

本実施形態によれば、ロボット１００は、上記のようなロボットハンド１と、ロボットハンド１が接続されるアーム部５０と、を備える。これにより、ロボットハンド１を回転させた場合でも、対象物２００の位置測定を効率よく行い、対象物２００の把持動作を高精度に行うロボット１００を提供できる。　

（実施形態の変形例）　上記実施形態では、ライト１３１を、ベース部１０に設けたが、これに限らない。　例えば、図４に示すように、アーム部５０（例えば、ハンド接続フランジ５３）に、ライト６０を設けてもよい。この場合、ライト６０は、ブラケット６１等によって、その光照射面６０ａが、ベース部１０における対象物２００と対向するベース面１０ａよりも対象物２００側に位置するように設けられる。　

本実施形態の変形例によれば、ライト６０をアーム部５０に設けることによって、アーム部５０によってロボットハンド１を移動させても、ライト６０により対象物２００が良好に照明される。これにより、カメラユニット１２で撮像した画像に基づいて対象物２００の位置測定を確実に行うことができる。これにより、ロボットハンド１による対象物２００の把持動作をより精度よく行うことができる。　

以上に、本発明の一実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。　

例えば、上述の実施形態において、ロボットハンド１（ベース部１０）は、ハンド接続フランジ５３と一体に、関節部５１Ｆの回転軸Ｏ周りに回転するようにしたが、これに限らない。例えば、ロボットハンド１自体に、ベース部１０を回転軸Ｏ周りに回転させる回転機構を備えてもよい。また、ロボットハンド１とアーム部５０との間に、ベース部１０を回転軸Ｏ周りに回転させる回転機構を備えてもよい。　

また、上述の実施形態において、対象物２００の位置測定のため、カメラユニット１２を備えるようにしたが、さらに、他の部位に設けたカメラユニット、超音波センサ等の測距手段や、アーム部５０におけるハンド接続フランジ５３の位置検出機能等と組み合わせて、対象物２００の位置検出を行うようにしても良い。　

また、上述の実施形態において、指部１１を３つ備えるようにしたが、指部１１は、２つ、あるいは４つ以上を備えてもよい。さらに、指部１１は、基端部１１ａを中心として回転するようにしたが、例えば、複数の指部１１がベース面１０ａに沿った方向にスライドすることで、対象物２００を把持・解放するようにしてもよい。また、指部１１が途中に関節部を有することで折り曲げ可能な構成としてもよい。　

また、例えば、上述した実施形態に示したロボットハンド１、ロボット１００の用途は、特に限定されない。

図５から図８を用いて、第二実施形態を説明する。

図５は、一実施形態のロボットハンド及びロボットを示す斜視展開図である。　図５に示すように、本実施形態のロボット１００は、アーム部５０と、ロボットハンド１と、を備える。　

図６は、一実施形態のロボットハンドを示す斜視図である。図７は、一実施形態のロボットハンドを、ベース面側から見た図である。　図６、図７に示すように、ロボットハンド１は、対象物２００を把持する。ロボットハンド１は、ベース部１０と、指部１１と、カメラユニット１２と、を備える。　

ベース部１０は、円盤状で、アーム部５０のハンド接続フランジ５３に着脱可能に接続されるジョイント部１０ｊを有する。ベース部１０は、ジョイント部１０ｊとは反対側に、ベース面１０ａを有する。ベース面１０ａは、平面状で、把持対象となる対象物２００に対向する。ベース部１０は、ハンド接続フランジ５３と一体に、関節部５１Ｆの回転軸Ｏ周りに回転する。本実施形態において、回転軸Ｏは、円盤状のベース部１０の中心１０ｃを通り、ベース面１０ａに直交する法線に一致する。　

指部１１は、ベース部１０に設けられる。指部１１は、ベース部１０の中心１０ｃ（回転軸Ｏ）の径方向外側に、中心１０ｃ周りの周方向に等間隔をあけて配置されている。本実施形態において、指部１１は、３つが設けられている。各指部１１は、中間部に屈曲部１１ｃを有した略Ｌ字状に形成される。各指部１１は、基端部１１ａがベース部１０に回転自在に連結され、基端部１１ａを中心として先端部１１ｂ側がベース部１０の径方向に変位（揺動）可能である。すなわち、図７に示すように、各指部１１の可動域Ａｍは、ベース部１０の中心１０ｃから指部１１の基端部１１ａを通り、放射状に延びる領域となる。複数の指部１１は、例えば、同期してベース部１０の径方向に変位することで開閉動作する。複数の指部１１が開閉動作することによって、対象物２００を把持又は解放する。　

図６、図７に示すように、カメラユニット１２は、ベース部１０のベース面１０ａに設けられる。カメラユニット１２は、指部１１で対象物２００を把持するため、ロボットハンド１に対する対象物２００の位置や形状、大きさ等の検出に用いられる。カメラユニット１２は、少なくとも２つが設けられる。本実
施形態において、カメラユニット１２は、３つがベース面１０ａに設けられる。本実施形態において、カメラユニット１２は、例えば２つのカメラ１２Ａ，１２Ｂと、プロジェクタ１２Ｃと、を含む。　

カメラ１２Ａ、１２Ｂは、対象物２００を撮像する。カメラ１２Ａ、１２Ｂは、撮像した画像データを、ハンド接続フランジ５３に設けられた信号端子（図示無し）から、アーム部５０内の配線（図示無し）を通して、ロボット１００のコントローラ５５（図５参照）に転送する。コントローラ５５は、カメラ１２Ａ、１２Ｂから転送された画像データを画像処理することで、対象物２００の位置を検出する。　

以下の説明では、必要に応じてＸＹＺ座標系を用いることもある。Ｚ軸は、回転軸Ｏに沿った方向を規定し、Ｘ軸はＺ軸に直交するとともにベース面１０ａに平行な面に沿う第１の方向を規定し、Ｙ軸はＸ軸及びＹ軸に直交するとともにベース面１０ａに平行な面に沿う第２の方向を規定する。　

カメラ１２Ａ、１２Ｂのそれぞれにおいては、撮像した画像データに基づき、ベース面１０ａ上における対象物２００の位置を、例えばベース面１０ａに沿って互いに直交する２つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向の座標として検出することができる。さらに、互いに離間した２つのカメラ１２Ａ、１２Ｂで撮像した画像データに基づいて位置検出を行うことで、三角法により、対象物２００の位置を、ベース面１０ａに沿ったＸ軸、Ｙ軸、及びベース面１０ａに直交するＺ軸方向の三次元座標として検出することができる。　

プロジェクタ１２Ｃは、対象物２００に所定の像を投影する。プロジェクタ１２Ｃで投影する像としては、例えば格子状（グリッド）のパターン像がある。このようなパターン像をプロジェクタ１２Ｃから対象物２００に投影すると、対象物２００と対象物２００が載置される載置台（図示無し）との色が類似している場合や、対象物２００の表面の反射率が高い場合等であっても、カメラ１２Ａ、１２Ｂで撮像したときに対象物２００の形状が立体的に検出される。すなわち、カメラ１２Ａ、１２Ｂが対象物２００を良好に撮像できる。　

図７に示すように、これらのカメラ１２Ａ、１２Ｂとプロジェクタ１２Ｃとは、ベース部１０の中心１０ｃに対して径方向外側で、中心１０ｃ周りの周方向に等間隔をあけて、回転軸Ｏを中心とする同心円Ｃ１上に配置される。カメラ１２Ａ、１２Ｂ、およびプロジェクタ１２Ｃのそれぞれは、周方向で互いに隣り合う指部１１の間に配置される。このようにして、複数のカメラユニット１２は、指部１１の可動域Ａｍと異なる領域Ａに配置される。　また、カメラ１２Ａ、１２Ｂ、およびプロジェクタ１２Ｃのそれぞれは、ベース部１０に埋設され、その先端部のみがベース面１０ａに露出するよう設けられる。　

このようなロボットハンド１及びロボット１００で対象物２００を把持するには、まず、コントローラ５５の制御により、アーム部５０を駆動し、予め設定された座標に設けられたワーク載置台（図示無し）に載置された対象物２００に対し、ロボットハンド１を対向させる。このとき、ロボットハンド１は、ベース部１０のベース面１０ａを、対象物２００との間に間隔をあけた状態で位置する。　

次いで、ロボットハンド１に設けられたカメラ１２Ａ、１２Ｂで対象物２００を撮像し、撮像した画像データを、コントローラ５５に転送する。このとき、プロジェクタ１２Ｃにより、所定のパターン像を対象物２００に投影した状態で、カメラ１２Ａ、１２Ｂにおける撮像を行う。　コントローラ５５では、カメラ１２Ａ、１２Ｂから転送された画像データを画像処理し、対象物２００の位置情報を検出する。　

本実施形態によれば、ロボットハンド１は、対象物２００の測定に用いられる少なくとも２つのカメラユニット１２を備え、カメラユニット１２は、対象物２００を把持する複数の指部１１の可動域Ａｍと異なる領域Ａに配置される。このような構成により、本実施形態のロボットハンド１は、対象物２００の測定に用いられるカメラユニット１２において、指部１１による死角の発生を低減できる。これにより、対象物２００の位置測定を精度よく行うことができるので、対象物２００の把持動作を高精度に行うことが可能となる。　

また、本実施形態のロボットハンド１によれば、ベース部１０は、ベース面１０ａに直交する方向に延びる所定の回転軸Ｏの周りに回転可能であり、少なくとも２つのユニット部１２は、回転軸Ｏを中心とする同心円Ｃ１上に配置される。このように、カメラユニット１２が同心円Ｃ１上に配置されるので、ベース部１０上にカメラユニット１２をコンパクトに配置できる。これにより、ロボットハンド１を小型化且つ軽量化できる。　

また、本実施形態のロボットハンド１によれば、少なくとも２つのカメラユニット１２は、２つのカメラ１２Ａ，１２Ｂを含む。このように、２つのカメラ１２Ａ，１２Ｂを備えることで、対象物２００の３次元位置座標を検出し、対象物２００の把持動作を高精度に行うことが可能となる。　

また、本実施形態のロボットハンド１によれば、少なくとも２つのカメラユニット１２は、対象物２００に所定の像を投影するプロジェクタ１２Ｃを含む。このように、対象物２００に像を投影することで、対象物２００の形状を、より高精度に計測できる。　

また、本実施形態のロボットハンド１によれば、指部１１を３つ以上備えるので、対象物２００を、より安定的に把持できる。　

また、本実施形態のロボット１００によれば、上記のようなロボットハンド１と、ロボットハンド１が接続されるアーム部５０と、を備える。これにより、対象物２００の位置測定を精度よく行い、対象物２００の把持動作を高精度に行うロボット１００を提供することができる。　

（実施形態の変形例）　上記実施形態では、カメラユニット１２を、ベース部１０に埋設するようにしたが、これに限らない。　例えば、図８に示すように、ベース部１０のベース面１０ａに、ベース面１０ａに対するカメラユニット１２（カメラ１２Ａ，１２Ｂ、プロジェクタ１２Ｃ）の取り付け角度を変更可能な可動部４を有するようにしてもよい。　

本実施形態の変形例によれば、可動部４によってベース面１０ａに対するカメラユニット１２の取り付け角度を変更することで、例えば、カメラ１２Ａ，１２Ｂによる測定範囲を変更できる。これにより、ベース面１０ａにより近い位置で対象物２００を計測できるので、より高精度にロボットハンド１の位置制御を行うことができる。　

例えば、上述の実施形態において、カメラユニット１２として、２つのカメラ１２Ａ、１２Ｂは、を備えるようにしたが、１台のみ、または３台以上のカメラを備えることもできる。さらに、カメラだけでなく、超音波センサ等の測距手段や、アーム部５０におけるハンド接続フランジ５３の位置検出機能等と組み合わせて、対象物２００の位置検出を行うようにしても良い。　

また、上述の実施形態において、カメラユニット１２として、プロジェクタ１２Ｃを備えるようにしたが、これに代えて、照明光を照射するライトを備えるようにしてもよい。　

図９から図１１を用いて、第三実施形態を説明する。

図９は、一実施形態のロボットハンド及びロボットを示す斜視展開図である。　図９に示すように、本実施形態のロボット１００は、アーム部５０と、ロボットハンド１と、を備える。　

アーム部５０の第一端部には、接続フランジ５２が設けられる。接続フランジ５２は、基台（図示無し）にボルト（図示無し）によって接続される。アーム部５０の第二端部には、ハンド接続フランジ５３が設けられる。ハンド接続フランジ５３には、ロボットハンド１が着脱可能に接続される。ハンド接続フランジ５３は、ロボットハンド１に給電する給電端子（図示無し）、及びロボットハンド１に電気信号を入出力する信号端子（図示無し）を備える。給電端子及び信号端子には、アーム部５０内に挿通される配線が接続される。　

図１０は、一実施形態のロボットハンドを示す斜視図である。図１１は、一実施形態のロボットハンドを、ベース面側から見た図である。　図１０、図１１に示すように、ロボットハンド１は、図示しない載置台上に載置された対象物２００を把持する。ロボットハンド１は、ベース部１０と、指部１１と、カメラユニット１２と、測距センサ１３と、を備える。　

各指部１１は、中間部に屈曲部１１ｃを有した略Ｌ字状に形成される。各指部１１は、基端部１１ａがベース部１０に回転自在に連結され、基端部１１ａを中心として先端部１１ｂ側がベース部１０の径方向に変位（揺動）可能である。複数の指部１１は、例えば、同期してベース部１０の径方向に変位することで開閉動作する。複数の指部１１が開閉動作することによって、対象物２００を把持又は解放する。　

以下の説明では、必
要に応じてＸＹＺ座標系を用いることもある。Ｚ軸は、回転軸Ｏに沿った方向を規定し、Ｘ軸はＺ軸に直交するとともにベース面１０ａに平行な面に沿う第１の方向を規定し、Ｙ軸はＸ軸及びＹ軸に直交するとともにベース面１０ａに平行な面に沿う第２の方向を規定する。　

図１０、図１１に示すように、カメラユニット１２は、ベース部１０のベース面１０ａに設けられる。カメラユニット１２は、例えば、ベース部１０の中心１０ｃに対して径方向外側で、周方向で互いに隣り合う指部１１の間に配置される。カメラユニット１２は、指部１１で載置台（図示無し）上の対象物２００を把持するため、ロボットハンド１に対する対象物２００の位置測定に用いられる。カメラユニット１２は、載置台(図示無し）の表面に沿って互いに直交する２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）における対象物２００の位置座標を測定する。　

カメラユニット１２は、対象物２００を撮像する。カメラユニット１２で撮像した画像データは、ハンド接続フランジ５３に設けられた信号端子（図示無し）から、アーム部５０内の配線（図示無し）を通して、ロボット１００の駆動制御部５５（図９参照）に転送される。駆動制御部５５は、カメラユニット１２から転送された画像データを画像処理することで、対象物２００のＸ軸方向及びＹ軸方向における位置座標を検出する。　

測距センサ１３は、ベース部１０のベース面１０ａに設けられる。測距センサ１３は、載置台（図示無し）の表面に直交するＺ軸方向における、対象物２００までの距離を計測する。測距センサ１３は、光照射部１３ａと、光検出部１３ｂとを備える。光照射部１３ａは、対象物２００に向けて検出光（光）を照射する。測距センサ１３は、光照射部１３ａの光軸１３ｃが、ベース部１０の回転中心となる回転軸Ｏと同軸上に位置するように設けられる。検出光としては、例えば赤外線やレーザ光が用いられる。光検出部１３ｂは、光照射部１３ａから照射した検出光が対象物２００で反射した反射光（光）を検出する。光検出部１３ｂは、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の撮像素子を有し、撮像素子上における反射光の受光位置を検出する。測距センサ１３は、光検出部１３ｂで検出した反射光の受光位置の情報を、ハンド接続フランジ５３に設けられた信号端子（図示無し）から、アーム部５０内の配線（図示無し）を通して、ロボット１００の駆動制御部５５（図９参照）に転送する。駆動制御部５５は、測距センサ１３から転送された情報に基づき、対象物２００のＺ軸方向における位置座標を検出する。　

上記のようなロボットハンド１及びアーム部５０は、駆動制御部５５によりその駆動が制御される。以下、駆動制御部５５によるロボットハンド１及びアーム部５０の制御方法について説明する。　このようなロボットハンド１及びロボット１００で対象物２００を把持するには、まず、駆動制御部５５の制御により、アーム部５０を駆動し、予め設定された座標に設けられた載置台（図示無し）に載置された対象物２００に対し、ロボットハンド１を対向させる。このとき、ロボットハンド１は、ベース部１０のベース面１０ａを、対象物２００との間にＺ軸方向に間隔をあけた状態で位置させる。　

次いで、ロボットハンド１に設けられたカメラユニット１２で対象物２００を撮像し、撮像した画像データを、駆動制御部５５に転送する。駆動制御部５５では、カメラユニット１２から転送された画像データを画像処理し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における対象物２００の位置座標を検出する。　

また、ロボットハンド１に設けられた測距センサ１３の光照射部１３ａで対象物２００に向けて検出光を照射し、対象物２００からの反射光を光検出部１３ｂで検出する。測距センサ１３は、光検出部１３ｂの撮像素子で検出した反射光の受光位置の情報を、駆動制御部５５に転送する。駆動制御部５５では、測距センサ１３から転送された情報（反射光の受光位置）に基づき、Ｚ軸方向における、対象物２００までの距離を計測する。　このようにして、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向における対象物２００の位置座標が検出される。　

ここで、本実施形態のロボットハンド１において、ロボットハンド１を回転させるときの中心である回転軸Ｏと、測距センサ１３の光照射部１３ａの光軸１３ｃとが一致する。このため、対象物２００の位置を検出させるまでの過程でロボットハンド１を回転させた場合でも、測距センサ１３と対象物２００とのＺ軸方向における距離は変動しない。　

駆動制御部５５は、カメラユニット１２及び測距センサ１３の検出結果に基づいて、ロボットハンド１の移動経路を補正するように、アーム部５０を駆動する。すなわち、駆動制御部５５は、検出された対象物２００の位置に基づき、アーム部５０を駆動してロボットハンド１を移動させ、ロボットハンド１の複数の指部１１を、対象物２００を中心としてその外周側に位置させる。　続いて、駆動制御部５５は、複数の指部１１の先端部１１ｂを径方向内側に変位させ、これら複数の指部１１で対象物２００を把持させる。　

この後は、予め設定されたコンピュータプログラムに基づいてアーム部５０を駆動し、ロボットハンド１で把持した対象物２００に対し、所定の動作（例えば他の場所への搬送動作）を実行させる。所定の動作完了後は、複数の指部１１を径方向外側に変位させ、把持していた対象物２００を解放する。　このようにして、ロボットハンド１における対象物２００の把持・解放動作を行う。　

本実施形態のロボット１００によれば、対象物２００を把持するロボットハンド１が、対象物２００に対向するベース面１０ａを有するベース部１０と、ベース部１０に設けられ、対象物２００を把持する少なくとも２つの指部１１と、ベース部１０のベース面１０ａに設けられ、対象物２００までの距離を計測する測距センサ１３と、を備える。　

このように、ベース面１０ａに測距センサ１３を備えることによって、ロボットハンド１と対象物２００とのＺ軸方向における距離を高精度に測定することができる。例えば、対象物２００を順次複数段に積み重ねていく場合や、複数段に積み重ねた対象物２００から最上段の対象物２００を順次把持して移動させる場合には、把持すべき対象物２００の高さが変化する。　このような場合においても、ロボットハンド１のベース面１０ａに測距センサ１３が設けられるので、把持対象となる対象物２００のＺ軸方向の位置を正確に検出することができる。また、何らかの原因で、対象物２００を載置する載置台側とアーム部５０側との間で相対的な位置ズレが生じた場合でも、ロボットハンド１のベース面１０ａに測距センサ１３が設けられているので、把持対象となる対象物２００のＺ軸方向の距離を高精度に計測できる。　その結果、本実施形態のロボットハンド１によれば、対象物２００に対するロボットハンド１の位置精度を高め、対象物２００の把持動作を高精度に行うことができる。　

また、本実施形態によれば、ベース部１０は、ベース面１０ａに直交する方向に延びる所定の回転軸Ｏの周りに回転可能であり、測距センサ１３は、ベース面１０ａにおける回転軸Ｏの同軸上に設けられている。　このように、測距センサ１３が回転軸Ｏの同軸上に配置されるので、ロボットハンド１を回転させた場合でも、測距センサ１３の座標軸がずれ難く、把持対象となる対象物２００のＺ軸方向の距離を高精度に計測できる。　

また、本実施形態によれば、測距センサ１３は、対象物２００に向けて光を照射する光照射部１３ａと、対象物２００からの光を検出する光検出部１３ｂとを含む。さらに、測距センサ１３は、光照射部１３ａの光軸１３ｃが回転軸Ｏの同軸上に位置するように、ベース面１０ａに設けられる。　このように、光照射部１３ａの光軸１３ｃが回転軸Ｏの同軸上に配置されるので、ロボットハンド１を回転させた場合でも、光照射部１３ａの光軸１３ｃがずれない。そのため、ロボットハンド１を回転させた場合でも、ベース面１０ａと対象物２００とのＺ軸方向の距離を高精度に計測できる。　

また、本実施形態によれば、指部１１を３つ備えるので、対象物２００をより確実に把持できる。　

また、本実施形態によれば、上記のようなロボットハンド１と、ロボットハンド１に接続されるアーム部５０と、を備える。これにより、対象物２００に対するロボットハンド１の位置精度を高め、対象物２００の把持動作を高精度に行うことができるロボット１００を提供できる。　

また、本実施形態によれば、アーム部５０の駆動を制御する駆動制御部５５をさらに備え、駆動制御部５５は、測距センサ１３の検出結果に基づいて、ロボットハンド１の移動経路を補正するように、アーム部５０を駆動する。これにより、対象物２００に対してロボットハンド１を最短経路で移動させることができる。よって、対象物２００の把持動作を迅速かつ高精度に行うことができる。　

（実施形態の変形例）　上記実施形態のロボットハンド１においては、載置台上に載置された対象物２００を把持するようにしたが、例えば、ベルトコンベア等の搬送装置によって搬送される対象物２００をロボットハンド１で把持するようにしてもよい。この場合、カメラユニット１２によって、対象物２００のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置座標の検出を、所定の時間間隔をあけて行う。駆動制御部５５では、複数回の対象物２００の位置座標の検出結果に基づき、搬送装置による対象物２００の移動速度を検出する。さらに、駆動制御部５５は、検出した対象物２００の移動速度に基づき、アーム部５０の作動を制御し、ロボットハンド１を、対象物２００に追従して移動させながら、対象物２００の把持動作を行うことができる。　

また、測距センサ１３で、対象物２００との距離を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を含む面内の複数個所で行うようにしてもよい。これにより、対象物２００が傾いている場合であっても、その傾斜度合いを検出することができる。したがって、検出された傾斜度合いに合わせてロボットハンド１を傾斜させることで、ロボットハンド１により対象物２００を確実に把持することができる。　

以上に、本発明の一実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。　例えば、上述の実施形態において、ロボットハンド１（ベース部１０）は、ハンド接続フランジ５３と一体に、関節部５１Ｆの回転軸Ｏ周りに回転するようにしたが、これに限らない。例えば、ロボットハンド１自体に、ベース部１０を回転軸Ｏ周りに回転させる回転機構を備えてもよい。また、ロボットハンド１とアーム部５０との間に、ベース部１０を回転軸Ｏ周りに回転させる回転機構を備えてもよい。　

１…ロボットハンド、１０…ベース部、１０ａ…ベース面、１１…指部、１２…カメラユニット、１２ｃ…光学軸、１２Ａ…カメラ、１２Ｂ…カメラ、１２Ｃ…プロジェクタ、１３１…ライト、１３…測距センサ、１３ａ…光照射部、１３ｂ…光検出部、１３ｃ…光軸、５０…アーム部、５５…駆動制御部、６０…ライト、６０ａ…光照射面、１００…ロ
ボット、２００…対象物、Ａ…領域、Ａｍ…可動域、Ｃ１…同心円、Ｏ…回転軸。

Claims

対象物を把持するロボットハンドにおいて、　前記対象物に対向するベース面を有するベース部と、　前記ベース部に設けられ、前記対象物を把持する少なくとも２つの指部と、　前記ベース部の前記ベース面に設けられ、　前記対象物の測定に用いられる測定部と、を備えるロボットハンド。
前記ベース部は、前記ベース面に直交する方向に延びる所定の回転軸の周りに回転可能であり、　前記測定部として、前記対象物の位置測定に用いられるカメラユニットと、を備え、　前記カメラユニットの光学軸は前記回転軸と同軸上にある　請求項１に記載のロボットハンド。
前記指部を３つ以上備えており、　前記３つ以上の指部は前記回転軸を中心とする同心円上に配置されている　請求項２に記載のロボットハンド。
前記ベース面に設けられ、前記対象物に光を照射するライトをさらに備えている　請求項２又は３に記載のロボットハンド。
前記ライトは、前記指部の可動域と異なる領域に設けられている　請求項４に記載のロボットハンド。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のロボットハンドと、　前記ロボットハンドに接続されるアーム部と、を備える　ロボット。
前記アーム部に設けられ、前記対象物に光を照射するライトをさらに備え、　前記ライトの光照射面は、前記ベース部における前記対象物と対向するベース面よりも前記対象物側に位置する　請求項６に記載のロボット。
前記測定部として、少なくとも２つのカメラユニットと、を備え、　前記カメラユニットは、前記指部の可動域と異なる領域に配置されている　請求項１に記載のロボットハンド。
前記ベース部は、前記ベース面に直交する方向に延びる所定の回転軸の周りに回転可能であり、　前記少なくとも２つのカメラユニットは、前記回転軸を中心とする同心円上に配置されている　請求項８に記載のロボットハンド。
請求項９に記載のロボットハンドであって、その特徴は、　前記少なくとも２つのカメラユニットは、２つのカメラを含む　請求項１又は２に記載のロボットハンド。
前記少なくとも２つのカメラユニットは、前記対象物に所定の像を投影するプロジェクタを含む　請求項１０に記載のロボットハンド。
前記ベース面に対する前記カメラユニットの取り付け角度を変更可能な可動部を有する　請求項８乃至１１のいずれか一項に記載のロボットハンド。
前記指部を３つ以上備える　請求項８乃至１２のいずれか一項に記載のロボットハンド。
請求項８乃至１２のいずれか一項に記載のロボットハンドと、　前記ロボットハンドに接続されるアーム部と、を備える　ロボット。
前記測定部として、前記対象物までの距離を計測する測距センサと、を備える　請求項１に記載のロボットハンド。
前記ベース部は、前記ベース面に直交する方向に延びる所定の回転軸の周りに回転可能であり、　前記測距センサは、前記ベース面における前記回転軸の同軸上に設けられている　請求項１５に記載のロボットハンド。
前記測距センサは、前記対象物に向けて光を照射する光照射部と、前記対象物からの前記光を検出する光検出部とを含み、　前記測距センサは、前記光照射部の光軸が前記回転軸の同軸上に位置するように、前記ベース面に設けられる　請求項１６に記載のロボットハンド。
前記指部を３つ以上備える　請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載のロボットハンド。
請求項１５乃至１８のいずれか一項に記載のロボットハンドと、　前記ロボットハンドに接続されるアーム部と、を備える　ロボット。
前記アーム部の駆動を制御する駆動制御部をさらに備え、　前記駆動制御部は、前記測距センサの検出結果に基づいて、前記ロボットハンドの移動経路を補正するように、前記アーム部を駆動する　請求項１９に記載のロボット。