WO2021029230A1 - ロボットハンド - Google Patents

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WO2021029230A1
WO2021029230A1 PCT/JP2020/029260 JP2020029260W WO2021029230A1 WO 2021029230 A1 WO2021029230 A1 WO 2021029230A1 JP 2020029260 W JP2020029260 W JP 2020029260W WO 2021029230 A1 WO2021029230 A1 WO 2021029230A1
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WO
WIPO (PCT)
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hand
movement
link
work
gripping
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/029260
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English (en)
French (fr)
Inventor
柚香 磯邉
吉成 松山
知之 八代
江澤　弘造
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Filing date
Publication date
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Publication of WO2021029230A1 publication Critical patent/WO2021029230A1/ja
Priority to US17/592,949 priority patent/US20220152847A1/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0009—Gripping heads and other end effectors comprising multi-articulated fingers, e.g. resembling a human hand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0033—Gripping heads and other end effectors with gripping surfaces having special shapes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697—Vision controlled systems

Definitions

  • This disclosure relates to a robot hand.
  • Patent Document 1 describes a plurality of links, a plurality of joint shafts rotatably connected between the links, a plurality of actuators for driving the joint shafts, and a plurality of cables for transmitting an electric current and a signal to the actuators.
  • a robot hand arranged based on at least one robot finger having the above, one end of an elastic body is attached to the joint axis between at least one pair of joint axes, and the other end of the elastic body is relative to the joint axis.
  • the cable is attached to a second joint shaft that rotates relative to the joint and the cable moves along the elastic body.
  • the present disclosure is devised in view of the above-mentioned conventional situation, and an object of the present disclosure is to provide a robot hand capable of adjusting a gripping force and gripping workpieces of various shapes.
  • the present disclosure includes a movable portion, a hand that deforms according to the movement of the movable portion, and an elastic body that changes the gripping force of the hand, and when the amount of movement of the movable portion is less than a predetermined value,
  • a robot hand in which at least when the hand is deformed and the amount of movement of the movable portion is equal to or greater than a predetermined value, the elastic force of the elastic body changes while the deformation of at least a part of the hand is stopped. ..
  • FIG. 1 shows the configuration example of the robot arm 1 and the end effector 2 (robot hand).
  • Top view showing an example of the end effector 2 (robot hand) of the present disclosure.
  • Side view corresponding to FIG. Perspective view of the end effector 2 (robot hand) of the present disclosure
  • Block diagram showing an example of the hardware configuration of the control system 100
  • FIG. showing the gripping state following FIG.
  • FIG. showing the gripping force control state following FIG.
  • Top view showing a modified example of the gripping state in the end effector 2 (robot hand) of the present disclosure.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the gripping state of the gripping part G of this disclosure, (a) general gripping, (b) slightly tilted gripping, (c) gripping in the same modification as FIG.
  • An embodiment of the end effector 2 (robot hand) of the present disclosure when gripping a large work is shown, (a) a plan view of an initial state of the end effector 2 (robot hand), and (b) a plane of a gripped state.
  • Figure An embodiment of the end effector 2 (robot hand) of the present disclosure when gripping a large work W is shown, (a) is a plan view of a gripping force control completed state following FIG. 12, and (b) FIG. And a graph showing the transition of the lengths of arrows A to C shown in FIG.
  • Robot devices used in factories and the like can perform various operations by attaching end effectors to robot arms.
  • a robot hand is used as an end effector to pick a work (work object) flowing on a production line of a factory.
  • a robot hand capable of gripping workpieces of various shapes while reducing the number of actuators used by the robot hand is provided.
  • a robot hand that can adjust the gripping force while reducing the number of actuators used by the robot hand is provided.
  • the present embodiment an embodiment in which the robot hand according to the present disclosure is specifically disclosed (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed explanations of already well-known matters and duplicate explanations for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid unnecessary redundancy of the following description and to facilitate the understanding of those skilled in the art. It should be noted that the accompanying drawings and the following description are provided for those skilled in the art to fully understand the present disclosure and are not intended to limit the subject matter described in the claims.
  • a robot hand having two fingers will be described as an end effector.
  • the end effector can exhibit various shapes.
  • the work that is the work object is gripped by two (or five, etc.) fingers, sucked and supported by an adsorbent, or the bent finger is inserted into the hook provided in the work and hooked. be able to.
  • the end effector grips the work in order to perform some work.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a robot arm 1 and an end effector 2 (robot hand).
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of the end effector 2 (robot hand) of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a side view corresponding to FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of the end effector 2 (robot hand) of the present disclosure.
  • the end effector 2 (robot hand) of the present disclosure will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the end effector 2 which may be the robot hand of the present disclosure, is used by being connected to the robot arm 1.
  • a control system 100 which will be described later, controls a robot device including the robot arm 1 and an end effector 2.
  • the box-shaped controller 4 is connected to the end effector 2 via a robot arm 1 arranged on the base 3.
  • the end effector 2 may be provided with a camera CAM.
  • the control system 100 described later may control the end effector 2 based on the image captured by the camera CAM.
  • the camera CAM may be arranged at a position where the end effector 2 and the work W which is the work target of the end effector 2 can be imaged. That is, the shape of the end effector 2 and the shape of the work W, which is the work target for supporting (grasping), are simultaneously reflected in the image captured by the camera CAM.
  • the camera CAM is arranged near the connection portion between the end effector 2 and the robot arm 1, the camera CAM may be arranged in a place other than this.
  • the end effector 2 which may be the robot hand of the present disclosure, includes a hand H, a movable portion 10, and a spring 20 (see FIGS. 2 to 4).
  • the hand H is composed of two first hand H1 and a second hand H2.
  • the number of hands H is not limited to two.
  • the hand H is deformed according to the movement of the movable portion 10, and the spring 20 changes the gripping force of the hand H.
  • the first hand H1 has five links L. That is, the first link L1, the second link L2, the third link L3, the fourth link L4, and the fifth link L5 are in order from the tip of the first hand H1.
  • the second link L2 has a pair of links, a 21st link L21 and a 22nd link L22, and the 21st link L21 and the 22nd link L22 face each other in the thickness direction of the end effector 2.
  • the 21st link L21 is arranged and is formed longer than the 22nd link L22.
  • the third link L3 has a pair of links, the 31st link L31 and the 32nd link L32, and the 31st link L31 and the 32nd link L32 are arranged apart from each other and in parallel.
  • the link outside the hand H is referred to as the 31st link L31, and the link inside the hand H is referred to as the 32nd link L32, but the 31st and 32nd, as well as the first, second, etc., are for the sake of clarity. It is used, and the positional relationship is not particularly limited.
  • the tip of the first link L1 is a grip portion G that grips the work W, and the other end is connected to one end of the second link L2.
  • the connection is made via the first joint axis J1.
  • each link L is provided with a joint axis J, and each link L is rotatably connected to the joint axis J.
  • the second link L2 At the other end of the second link L2, there is a second joint axis J2 in which the 21st link L21 and one end of the 31st link L31 are connected, and a third joint axis J3 in which the 22nd link L22 and the 32nd link L32 are connected. And are provided. Since the 31st link L31 and the 32nd link L32, which are the third joints from the tip of the finger, have a structure in which the degree of freedom of rotation remains, even if the control of the hand H is the same, the work W having a different shape and size can be gripped. Can be done.
  • the fourth link L4 generally has a triangular shape while the other links L generally have a rectangular shape, and a joint axis J is provided near each apex of the triangular shape.
  • the three joint axes J are connected to a fourth joint axis J4 connected to the other end of the 31st link L31, a fifth joint axis J5 connected to the other end of the 32nd link L32, and one end of the fifth link L5. It is a 6-joint axis J6.
  • the other end of the fifth link L5 is connected to the seventh joint shaft J7 provided at both ends of the holding portion 15 described later.
  • the second hand H2 since the second hand H2 also has the same configuration as the first hand H1, the description thereof will be omitted.
  • the first hand H1 and the second hand H2 each have a grip portion G at the tip of the first link L1.
  • FIG. 2 illustrates a work W which is a work object.
  • the work W exhibiting a rectangular parallelepiped shape actually has various sizes, shapes, hardnesses, and weights.
  • the work W is gripped by the two gripping portions G provided by the first hand H1 and the second hand H2, respectively, sandwiching the work W.
  • the movable portion 10 is movably attached to the base 11 fixed to the robot arm 1, and the hand H is deformed by the movement of the movable portion 10.
  • the movable portion 10 is driven by an actuator controlled via, for example, a motor or a gear, and the actuator is, for example, an electric type, a hydraulic type, a pneumatic type, or the like.
  • the grip portion G for gripping the work W is provided at the tip of the hand H, and the movable portion 10 for deforming the hand H is in a positional relationship connected to the end opposite to the tip of the hand H.
  • the actuator is also arranged at the end opposite to the tip of the hand H.
  • the movable portion 10 has a movable shaft X, and includes a base 11, a moving portion 12 that moves along the movable shaft X, and a support portion 13 that is fixed to the moving portion 12 and interlocked with the movement of the moving portion 12.
  • a support shaft 14 for stabilizing the movement of the moving portion 12 and a holding portion 15 fixed to the tip of the support shaft 14 are provided.
  • the moving portion 12 and the holding portion 15 are elastically urged via the elastic portion 16.
  • springs 20 are fixed to both ends of the support portions 13 arranged orthogonally to the movable shaft X, and the other end of the spring 20 is a first joint connecting the first link L1 and the second link L2. It is fixed to the shaft J1, and the first hand H1 and the second hand H2 are elastically urged with respect to the movable portion 10.
  • a stopper 17 is provided at the tip of the base 11.
  • the moving unit 12 may be an actuator.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the control system 100.
  • the control system 100 controls the operations of the robot arm 1 and the end effector 2.
  • the control system 100 in this example has a configuration including a processor 101, a memory 102, an input device 103, an image acquisition unit 104, an end effector connection unit 105, a communication device 106, and an input / output interface 107.
  • the memory 102, the input device 103, the image acquisition unit 104, the end effector connection unit 105, the communication device 106, and the input / output interface 107 are each connected to the processor 101 by an internal bus or the like so that data or information can be input and output.
  • the processor 101 is configured by using, for example, a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the processor 101 functions as a control unit of the control system 100, and controls processing for overall control of the operation of each unit of the control system 100, data or information input / output processing with and from each unit of the control system 100, and data. Calculation processing and storage processing of data or information.
  • the processor 101 also functions as a control unit that controls the end effector 2.
  • the memory 102 may include an HDD, a ROM, a RAM, and the like, and stores various programs (OS, application software, etc.) and various data executed by the processor 101.
  • the input device 103 may include a keyboard, a mouse, and the like, has a function as a human interface with the user, and inputs the user's operation. In other words, the input device 103 is used for input or instruction in various processes executed by the control system 100.
  • the input device 103 may be a programming pendant connected to the controller 4.
  • the image acquisition unit 104 can be connected to the camera CAM via wire or wireless, and acquires an image captured by the camera CAM.
  • the control system 100 can appropriately perform image processing on the image acquired by the image acquisition unit 104.
  • the main body of this image processing may be the processor 101.
  • the control system 100 may further include an image processing unit (not shown), and the image processing unit may be connected to the control system 100. Image processing can be performed by this image processing unit under the control of the processor 101.
  • the end effector connection portion 105 is a component that secures a connection with the end effector 2 which may be the robot hand of the present disclosure, and the control system 100 and the end effector 2 (and the robot arm 1) are provided via the end effector connection portion 105. ) Is connected.
  • This connection may be a wired connection using a connector, a cable, or the like, but may be a wireless connection.
  • the end effector connection unit 105 acquires identification information for identifying the end effector 2 from the end effector 2. That is, the end effector connection unit 105 functions as an identification information acquisition unit. The identification information may be further acquired by the processor 101 from the end effector connection unit 105. With this identification information, it is possible to identify the type of the connected end effector 2.
  • the communication device 106 is a component for communicating with the outside via a network. Note that this communication may be wired communication or wireless communication.
  • the input / output interface 107 has a function as an interface for inputting / outputting data or information between the control system 100.
  • control system 100 is an example, and it is not always necessary to include all the above components.
  • control system 100 may further include additional components.
  • the box-shaped control system 100 (controller 4) may have wheels, and the robot arm 1 and the end effector 2 may be mounted on the control system 100 to run on its own.
  • the end effector 2 is brought close to the work W to perform the work.
  • the image is taken by the camera CAM, and the control system 100 controls the deformation of the end effector 2 according to the work W based on the image acquired by the image acquisition unit 104.
  • This control may also include the control of the actuator described above.
  • the holding portion 15 is not in contact with the stopper 17 of the base 11, and the distance between the two is widened.
  • the moving portion 12 of the movable portion 10 is moved along the movable axis X in a direction (D direction) away from the work W. This movement may be performed by an actuator. As the moving portion 12 moves, the supporting portion 13 and the holding portion 15 move in the D direction. Following the movement of the holding portion 15, the seventh joint shaft J7 provided at both ends of the holding portion 15 approaches the base 11 side, and the sixth joint shaft J6 moves inside the hand H. The movement causes rotation of the fourth link L4 about the fifth joint axis J5, the fourth joint axis J4 moves inward of the end effector 2, and the third joint axis J3 is the center. The two links L2 rotate.
  • the second link L2 was positioned in a V shape that spreads with respect to the movable axis X, but due to the rotation of the second link L2, it is substantially parallel to the movable axis X. It moves to the position (see FIG. 7). Due to the rotation of the second link L2, the first link L1 rotates about the first joint axis J1, the grip portion G of the first link L1 faces the work W, and the grip portion G approaches the work W. .. Since the moving portion 12 of the movable portion 10 is moved along the movable axis X in the direction away from the work W (D direction), the elastic force of the spring 20 becomes stronger. The distance between the holding portion 15 and the stopper 17 of the base 11 is reduced, but in the state of FIG. 7, the holding portion 15 does not come into contact with the stopper 17.
  • the rotation of the fourth link L4 is further advanced, the rotation of the second link L2 is also advanced, the pressing of the 21st link L21 on the first link L1 and the first joint axis.
  • the rotation in J1 becomes large, and the grip portion G of the first link L1 comes closer to the work W.
  • the spring 20 always elastically urges the movable portion 10 and the hand H, and can suppress mechanical errors due to the rotation of the link L and absorb displacement due to vibration.
  • the spring 20 is connected to the first joint axis J1 and the support portion 13 of the movable portion 10, so that the movement of the first link L1 can be stabilized and the accuracy of the gripping position is required. Appropriate gripping of the work W can be performed.
  • the gripping portion G may grip the work W at the timing when the moving portion 12 moves in the D direction increases and the holding portion 15 comes into contact with the stopper 17 of the base 11. However, the gripping portion G may grip the work W before the holding portion 15 comes into contact with the stopper 17 of the base 11.
  • the amount of movement of the movable portion 10 (in the moving portion 12) from the initial state (see FIG. 6) in the state where the holding portion 15 is in contact with the stopper 17 of the base 11, and the amount of movement of the movable portion 10 is a predetermined value. Is defined as. From the initial state (see FIG. 6) until the holding portion 15 comes into contact with the stopper 17 of the base 11 (see FIG. 8), the amount of movement of the movable portion 10 is less than a predetermined value, during which the hand H is It keeps transforming.
  • FIG. 9 shows the change in the gripping force due to the change in the elastic force.
  • the deformation of the hand H can be controlled by moving the movable portion 10 (moving portion 12 in).
  • the gripping force of the grip portion G can be controlled by moving the movable portion 10 (the moving portion 12 in the movable portion 10).
  • the hand H can be deformed by pulling the movable portion 10 or twisting the movable portion 10. That is, as long as the hand H can be deformed according to the movement of the movable portion 10, a configuration other than pulling the movable portion 10 may be used.
  • the amount of movement of the movable portion 10 may be a value indicating the amount of movement, and in the case of a type in which the movable portion 10 is twisted, it corresponds to the amount of movement in the twisting direction.
  • the gripping force of the gripping portion G by adjusting the gripping force of the gripping portion G by using the elastic force of the elastic body, it is not necessary to provide the actuator near the tip of the hand H, for example, on the first joint axis J1. As a result, it is possible to reduce the number of actuators to be used, and to provide a robot hand that is low in cost, lightweight, and does not require complicated wiring. Further, in the robot hand of the present disclosure, if the hand H is provided with one actuator for moving the moving portion 12, the gripping force can be appropriately adjusted.
  • the first hand H1 and the second hand H2 which are a plurality of hands, do not always grip the work W evenly.
  • the first link L1 of the first hand H1 is gripped by the tip of the grip portion G, but the first link L1 of the second hand H2 is gripped by the side surface of the grip portion G. .. Even in such a case, the work W can be gripped with an appropriate gripping force by adjusting the elastic force of the spring 20.
  • the inclination of the first link L1 has a degree of freedom, and as shown in FIG. 11, there are various states in which the work W is gripped.
  • FIG. 11A the side surface of the work W is gripped substantially vertically
  • FIG. 11B the work W is gripped from a slightly oblique direction with respect to the side surface of the work W.
  • one side of the work W is gripped by the tip of the grip portion G, and the other side is gripped by the side surface of the grip portion G.
  • the gripping force of the gripping portion G can be adjusted by using an elastic body such as a spring 20.
  • the adjustment of the elastic force may be performed based on the image acquired by the image acquisition unit 104 of the control system 100 and the image captured by the camera CAM.
  • the processor 101 which has acquired the image via the image acquisition unit 104, derives an appropriate gripping force in the grip unit G based on the shapes of the end effector 2 and the work W reflected in the image, and via the end effector connection unit 105. Controls the end effector 2 (hand H).
  • This control also includes the control of the actuator for moving the moving unit 12. That is, the control system 100 can control the gripping force of the gripping portion G based on the image captured by the camera CAM.
  • FIGS. 12 and 13 show examples of the end effector 2 (robot hand) of the present disclosure when gripping a large workpiece.
  • FIG. 12A shows an initial state
  • FIG. 12B shows a gripping state (a state in which the end effector 2 is in contact with the work W)
  • FIG. 13A shows a gripping force control completed state.
  • the reference position is indicated by a bold broken line
  • the arrow A indicates the movement of the holding portion 15 interlocked with the movement of the entire hand H.
  • the arrow B indicates the movement of the movable portion 10
  • the arrow C indicates the movement of the elastic portion 16.
  • the arrow D indicates the distance from the contact point between the elastic portion 16 and the moving portion 12 to the support portion 13, and this distance is constant.
  • the grip portion G grips the work W before the holding portion 15 comes into contact with the stopper 17 of the base 11 ((b) in FIG. 12).
  • the graph of FIG. 13B shows the movement of the entire hand H (arrow A), the movement of the movable portion 10 (arrow B), and the movement of the elastic portion 16 (arrow C) in this case.
  • the horizontal axis shows the elapsed time
  • the vertical axis shows the distance (length of the arrow) from the start point to the end point of each of the arrows A, B, and C.
  • FIG. 14 shows an embodiment of the end effector 2 (robot hand) of the present disclosure when gripping a small work.
  • FIG. 14A shows a gripping force control complete state.
  • the reference position is indicated by a bold broken line, and the arrow A indicates the movement of the holding portion 15 interlocked with the movement of the entire hand H.
  • the arrow B indicates the movement of the movable portion 10, and the arrow C indicates the movement of the elastic portion 16.
  • the holding portion 15 comes into contact with the stopper 17 of the base 11, and the movement of the hand H (arrow A) stops.
  • the graph of FIG. 14B shows the movement of the entire hand H (arrow A), the movement of the movable portion 10 (arrow B), and the movement of the elastic portion 16 (arrow C) in this case.
  • the horizontal axis indicates the elapsed time
  • the vertical axis indicates the distance (length of the arrow) from the start point to the end point of each of the arrows A, B, and C.
  • the state on the graph at the time point [1] in FIG. 14 (b) is the same as the state on the graph at the time point [1] in FIG. 13 (b).
  • the movable portion 10 is driven in the direction of the arrow B and the length of the arrow B becomes long, the holding portion 15 interlocked with the entire hand H moves in the direction of the arrow A, and the length of the arrow A becomes short. Since the elastic portion 16 is not stretched at this point, the length of the arrow C remains constant.
  • the time point [2] in FIG. 14 (b) is different from the time point [2] in FIG. 13 (b), and the holding portion 15 comes into contact with the stopper 17.
  • the holding portion 15 comes into contact with the stopper 17
  • the movement of the holding portion 15 linked to the movement of the entire hand H stops there. That is, the length of the arrow A becomes constant thereafter.
  • the movable portion 10 is driven in the direction of the arrow B to increase the length of the arrow B, and the elastic portion 16 begins to be stretched, so that the length of the arrow C becomes longer.
  • the gripping force of the work W by the gripping portion G also increases.
  • the tip of the hand H or the work W may be deformed. Even after the grip portion G comes into contact with the work W at the time point [1] in FIG. 14 (b), the length of the arrow A may be further shortened due to the deformation of the hand H or the work W. In this case, the length of the arrow A is shortened by moving to the "contact state with the stopper", and the state of [2] in (b) of FIG. 14 is obtained.
  • the movable part 10 (arrow B) can move regardless of the shape of the stopper 17 and the work W, it always keeps moving by a certain amount. Since the elastic portion 16 (arrow C) moves in conjunction with the movable portion 10 while the holding portion 15 is moving, the length of the arrow C does not change. On the other hand, after the holding portion 15 comes into contact with the work W or the stopper 17 and stops, the length of the arrow C increases according to the movement of the movable portion 10. In the illustrated example, the spring of the elastic portion 16 is stretched.
  • the elastic force of the elastic body changes with at least a part of the hand H stopped being deformed.
  • the gripping force of the grip portion G can be adjusted by the elastic body.
  • the robot hand is further provided with a stopper 17, and when the amount of movement of the movable portion 10 reaches a predetermined value, the stopper 17 stops the deformation of at least a part of the hand H.
  • the gripping force of the grip portion G can be adjusted while suppressing the deformation of the hand H.
  • the robot hand further includes an actuator
  • the elastic body is a spring 20
  • the spring 20 connects the first joint axis J1 of the hand H and the movable portion 10, and the actuator moves the movable portion 10.
  • the elastic force can be adjusted by moving the movable portion 10 under the control of the control system 100.
  • the robot hand may be equipped with only one actuator.
  • the number of actuators can be reduced while adjusting the gripping force.
  • the cost can be reduced, the labor of wiring can be reduced, the maintenance can be facilitated, and the weight can be reduced.
  • the movable portion 10 is connected to the end opposite to the tip of the hand H, and the actuator is arranged at the end opposite to the tip of the hand H.
  • the movable portion 10 can be moved in the direction away from the tip of the hand H by the actuator, and the deformation of the hand H and the gripping force of the grip portion G can be smoothly controlled.
  • the first joint axis J1 does not have an actuator. As a result, the weight of the tip portion of the robot hand can be reduced, and the labor of wiring can be reduced.
  • This disclosure is useful as a robot hand that can grip a work.

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Abstract

ロボットハンドは、可動部と、前記可動部の動きに応じて変形するハンドと、前記ハンドの把持力を変化させる弾性体と、を備える。前記可動部の動いた量が所定値未満の場合、少なくとも前記ハンドが変形し、前記可動部の動いた量が所定値以上の場合、前記ハンドの少なくとも一部の変形が止まった状態で、前記弾性体の弾性力が変化する。

Description

ロボットハンド
　本開示は、ロボットハンドに関する。
　特許文献１には、複数のリンクと、前記リンク間を回転自在に接続する複数の関節軸と、前記関節軸を駆動する複数のアクチュエータと、前記アクチュエータに電流と信号を伝達する複数のケーブルとを有する少なくとも１つのロボットフィンガをベースに配置したロボットハンドにおいて、少なくとも１対の関節軸間について、前記関節軸に弾性体の一端が取り付けられ、前記弾性体の他端が、前記関節軸に対して相対的に回転する第２の関節軸に取り付けられ、前記ケーブルが、前記弾性体にそって可動するものが開示されている。
特開２００８－１７８９６８号公報
　本開示は、上述した従来の状況に鑑みて案出され、把持力を調整し種々の形状のワークを把持できるロボットハンドを提供することを目的とする。
　本開示は、可動部と、前記可動部の動きに応じて変形するハンドと、前記ハンドの把持力を変化させる弾性体と、を備え、前記可動部の動いた量が所定値未満の場合、少なくとも前記ハンドが変形し、前記可動部の動いた量が所定値以上の場合、前記ハンドの少なくとも一部の変形が止まった状態で、前記弾性体の弾性力が変化する、ロボットハンドを提供する。
　本開示によれば、把持力を調整し種々の形状のワークを把持できるロボットハンドを提供することができる。
ロボットアーム１およびエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の構成例を示す図 本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の一例を示す平面図 図２に対応した側面図 本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の斜視図 制御システム１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図 本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）における初期状態の平面図 図６に続く把持移行動作状態を示す平面図 図７に続く把持状態を示す平面図 図８に続く把持力制御状態を示す平面図 本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）における、把持状態の変形例を示す平面図 本開示の把持部Ｇの把持状態を示す模式図であり、（ａ）一般的把持、（ｂ）やや傾いた把持、（ｃ）図１０と同じ変形例における把持 大きなワークを把持する場合の、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の実施例を示しており、（ａ）エンドエフェクタ２（ロボットハンド）における初期状態の平面図、（ｂ）把持状態の平面図 大きなワークＷを把持する場合の、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の実施例を示しており、（ａ）図１２に続く把持力制御完了状態の平面図であり、（ｂ）図１２および図１３の（ａ）に示した矢印Ａ～Ｃの長さの遷移を示すグラフ 小さなワークＷを把持する場合の、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の実施例を示しており、（ａ）把持力制御完了状態の平面図であり、（ｂ）図１４の（ａ）に示した矢印Ａ～Ｃの長さの遷移を示すグラフ
　（本開示に至る経緯）
　工場等で用いられるロボット装置は、ロボットアームにエンドエフェクタを取り付けることで、種々の作業を行うことができる。例えば、エンドエフェクタとしてロボットハンドを用いて、工場の生産ライン上を流れるワーク（作業対象物）をピッキングする、等の作業である。
　特許文献１に開示されるように、指の各関節軸にアクチュエータを備えたロボットハンドが存在する。指の各関節軸にアクチュエータを備えることにより、各関節をアクチュエータによって適宜制御することができる。しかし一方、指の各関節軸にアクチュエータを備える構成では、アクチュエータの数が多くなる。アクチュエータはコストも高く、重量も大きい。特に、アクチュエータをロボットハンドの先端に備えた場合、アクチュエータの重量の負担が大きくなり、アクチュエータを動かすための配線も面倒になる。
　そこで、本開示においては、ロボットハンドが用いるアクチュエータの数を削減しつつ、種々の形状のワークを把持することが可能なロボットハンドを提供する。
　また、アクチュエータの数を削減すると、ロボットハンドでワークを把持する時の把持力の調整が難しくなる。
　そこで、本開示においては、ロボットハンドが用いるアクチュエータの数を削減しつつ、把持力の調整も行い得るようなロボットハンドを提供する。
　以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係るロボットハンドを具体的に開示した実施の形態（以下、「本実施形態」という）を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
　以下の本実施形態では、エンドエフェクタとして、２本のフィンガを有したロボットハンドを想定して説明する。なお、エンドエフェクタは、種々の形状を呈することができる。例えば、作業対象物であるワークを、２本の（あるいは５本などの）フィンガで把持したり、吸着体によって吸いつけて支持したり、曲げたフィンガをワークが備えるフックに差し入れてひっかけたりすることができる。いずれにせよ、何らかの作業を行うために、エンドエフェクタがワークを把持する。
　図１は、ロボットアーム１およびエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の構成例を示す図である。図２は、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の一例を示す平面図である。図３は、図２に対応した側面図である。図４は、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の斜視図である。図１から図４に基づいて、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）を詳述する。
　図１に示したように、本開示のロボットハンドであってよいエンドエフェクタ２は、ロボットアーム１に接続して用いられる。後述の制御システム１００が、このロボットアーム１とエンドエフェクタ２とを備えたロボット装置を制御する。この例においては箱型のコントローラ４が、ベース３上に配置されたロボットアーム１を介してエンドエフェクタ２と接続されている。
　また、図１に示したように、エンドエフェクタ２はカメラＣＡＭを備えていてよい。後述の制御システム１００は、カメラＣＡＭによる撮像画像に基づいて、エンドエフェクタ２を制御してよい。また、カメラＣＡＭは、エンドエフェクタ２と、エンドエフェクタ２の作業対象であるワークＷとを撮像可能な位置に配置されてよい。すなわち、カメラＣＡＭによって撮像された画像には、エンドエフェクタ２の形状と、支持（把持）を行う際の作業対象であるワークＷの形状とが同時に映り込むことになる。なお、カメラＣＡＭはエンドエフェクタ２とロボットアーム１との接続部付近に配置されているが、これ以外の場所にカメラＣＡＭが配置されてもよい。
　本開示のロボットハンドであってよいエンドエフェクタ２は、ハンドＨと、可動部１０と、バネ２０とを備えている（図２から図４参照）。本例においては、ハンドＨは、２本の第１ハンドＨ１および第２ハンドＨ２により構成されている。ただし、ハンドＨの本数は２本とは限らない。ハンドＨは可動部１０の動きに応じて変形し、バネ２０はハンドＨの把持力を変化させる。
　図２および図４に示すように、本例において、第１ハンドＨ１は５つのリンクＬを有している。すなわち、第１ハンドＨ１の先端から順に、第１リンクＬ１、第２リンクＬ２、第３リンクＬ３、第４リンクＬ４、第５リンクＬ５である。また、第２リンクＬ２は、一対のリンクである第２１リンクＬ２１と第２２リンクＬ２２とを有し、第２１リンクＬ２１と第２２リンクＬ２２とは、エンドエフェクタ２の厚み方向に互いに対向して配置され、第２１リンクＬ２１の方が、第２２リンクＬ２２に比較して長く形成されている。そして、第３リンクＬ３は、一対のリンクである第３１リンクＬ３１と第３２リンクＬ３２を有し、第３１リンクＬ３１と第３２リンクＬ３２とは離間しかつ並列的に配置されている。
　ハンドＨの外側にあるリンクを第３１リンクＬ３１、内側にあるリンクを第３２リンクＬ３２としているが、第３１、第３２、同様に第１、第２、等は、説明を分かり易くするために用いており、特に位置関係を限定しない。
　第１リンクＬ１は、先端がワークＷを把持する把持部Ｇであり、他端が第２リンクＬ２の一端と連結する。当該連結は、第１関節軸Ｊ１を介して行われる。同様に、各リンクＬには関節軸Ｊが設けられ、各リンクＬが関節軸Ｊに対して回動自在に連結されている。
　第２リンクＬ２の他端には、第２１リンクＬ２１と第３１リンクＬ３１の一端とが連結する第２関節軸Ｊ２と、第２２リンクＬ２２と第３２リンクＬ３２とが連結する第３関節軸Ｊ３とが設けられている。指の先端から３関節目である第３１リンクＬ３１および第３２リンクＬ３２は回転自由度が残る構造となっているため、ハンドＨの制御が同じでも、異なる形状やサイズのワークＷを把持することができるようになっている。
　第４リンクＬ４は、他のリンクＬが概して長方形状を呈しているのに対して、概して三角形状を呈し、三角形状の各頂点近傍に関節軸Ｊが設けられている。３つの関節軸Ｊは、第３１リンクＬ３１の他端と接続する第４関節軸Ｊ４と、第３２リンクＬ３２の他端と接続する第５関節軸Ｊ５および第５リンクＬ５の一端と接続する第６関節軸Ｊ６である。第５リンクＬ５の他端は、後述する保持部１５の両端に設けられている第７関節軸Ｊ７に接続されている。本実施形態においては、第２ハンドＨ２も、第１ハンドＨ１と同様の構成を備えているため、説明を省略する。
　第１ハンドＨ１と第２ハンドＨ２はそれぞれ、第１リンクＬ１の先端に把持部Ｇを備えている。また、図２には、作業対象物であるワークＷが例示されている。図２の例では直方体形状を呈するワークＷは、実際には様々な大きさ、形状、硬さ、重量を有している。第１ハンドＨ１と第２ハンドＨ２がそれぞれ備える２つの把持部ＧがワークＷを挟み込むことにより、ワークＷを把持する。
　可動部１０は、ロボットアーム１に固定される基台１１に可動自在に取り付けられ、可動部１０の動きによりハンドＨが変形する。可動部１０は、例えばモーターやギヤなどを介して制御されるアクチュエータにより駆動し、アクチュエータは、例えば、電動式、油圧式、空気圧式などである。また、ワークＷを把持する把持部Ｇは、ハンドＨの先端に設けられ、ハンドＨを変形させる可動部１０は、ハンドＨの先端とは反対側の端に接続されている位置関係にあり、同時にアクチュエータも、ハンドＨの先端とは反対側の端に配置されている。
　また、可動部１０は、可動軸Ｘを有し、基台１１と、可動軸Ｘに沿って移動する移動部１２と、移動部１２に固定され移動部１２の動きに連動する支持部１３と、移動部１２の動きを安定させる支持軸１４と、支持軸１４の先端に固定される保持部１５とを備えている。また、移動部１２と保持部１５とは、弾性部１６を介して弾性的に付勢されている。さらに、可動軸Ｘと直交して配置される支持部１３の両先端にはそれぞれバネ２０が固定され、バネ２０の他端は、第１リンクＬ１と第２リンクＬ２とを接続する第１関節軸Ｊ１に固定され、第１ハンドＨ１および第２ハンドＨ２は、可動部１０に対して弾性的に付勢されている。また、基台１１の先端にはストッパー１７が設けられている。尚、移動部１２がアクチュエータであっても良い。
　（制御システムの構成）
　図５は、制御システム１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。制御システム１００は、ロボットアーム１およびエンドエフェクタ２の動作を制御する。
　本例における制御システム１００は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２と、入力装置１０３と、画像取得部１０４と、エンドエフェクタ接続部１０５と、通信装置１０６と、入出力インターフェース１０７とを含む構成である。メモリ１０２、入力装置１０３、画像取得部１０４、エンドエフェクタ接続部１０５、通信装置１０６、入出力インターフェース１０７は、それぞれプロセッサ１０１との間でデータもしくは情報の入出力が可能に内部バス等で接続される。
　プロセッサ１０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、あるいはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いて構成される。プロセッサ１０１は、制御システム１００の制御部として機能し、制御システム１００の各部の動作を全体的に統括するための制御処理、制御システム１００の各部との間のデータもしくは情報の入出力処理、データの計算処理、およびデータもしくは情報の記憶処理を行う。また、プロセッサ１０１は、エンドエフェクタ２を制御する制御部としても機能する。
　メモリ１０２は、ＨＤＤやＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んでいてよく、プロセッサ１０１によって実行される各種プログラム（ＯＳ、アプリケーションソフト等）や各種データを格納している。
　入力装置１０３は、キーボードやマウス等を含んでいてよく、ユーザとの間のヒューマンインターフェースとしての機能を有し、ユーザの操作を入力する。言い換えると、入力装置１０３は、制御システム１００により実行される各種の処理における、入力または指示に用いられる。なお、入力装置１０３は、コントローラ４に接続されたプログラミングペンダントであってよい。
　画像取得部１０４は、カメラＣＡＭと有線あるいは無線を介して接続可能であり、カメラＣＡＭが撮像した画像を取得する。制御システム１００は、画像取得部１０４が取得した画像に対し、画像処理を適宜行うことができる。この画像処理の主体は、プロセッサ１０１であってよい。また、制御システム１００が、図示を省略する画像処理ユニットを更に備えてよく、該画像処理ユニットが制御システム１００に接続される構成でもよい。プロセッサ１０１による制御の下、この画像処理ユニットによって、画像処理を行うことができる。
　エンドエフェクタ接続部１０５は、本開示のロボットハンドであってよいエンドエフェクタ２との接続を確保する構成要素であり、エンドエフェクタ接続部１０５を介して制御システム１００とエンドエフェクタ２（およびロボットアーム１）とが接続される。この接続は、コネクタおよびケーブル等を用いた有線接続であってよいが、無線による接続であってもよい。この接続の際、エンドエフェクタ接続部１０５は、エンドエフェクタ２を識別する識別情報をエンドエフェクタ２から取得する。すなわち、エンドエフェクタ接続部１０５は、識別情報取得部として機能する。なお、識別情報を、プロセッサ１０１がエンドエフェクタ接続部１０５からさらに取得してよい。この識別情報によって、接続されたエンドエフェクタ２の種類を特定することが可能である。
　通信装置１０６は、ネットワークを介して外部と通信を行うための構成要素である。なお、この通信は有線通信であっても、無線通信であってもよい。
　入出力インターフェース１０７は、制御システム１００の間でデータもしくは情報の入出力を行うインターフェースとしての機能を有する。
　なお、制御システム１００の上記構成は一例であり、必ずしも上記の構成要素を全て備えていなくともよい。また、制御システム１００は追加の構成要素をさらに備えていてもよい。例えば、箱型の制御システム１００（コントローラ４）が車輪を有し、制御システム１００の上にロボットアーム１およびエンドエフェクタ２を載せて自走してもよい。
　（ロボットハンドの動作）
　次に、本開示のロボットハンドであってよいエンドエフェクタ２が、ワークＷを把持する動作を、図６から図９に基づいて説明する。
　（初期状態：図６参照）
　作業を行うためエンドエフェクタ２をワークＷに接近させる。カメラＣＡＭによる撮像が行われており、画像取得部１０４により取得した画像に基づいて、制御システム１００が、ワークＷに合わせたエンドエフェクタ２の変形を制御している。この制御には、上述のアクチュエータの制御も含まれていてよい。この時点においては、保持部１５は基台１１のストッパー１７に当接しておらず、両者の間の距離が開いた状態にある。
　（把持移行動作状態：図７参照）
　可動部１０の移動部１２を可動軸Ｘに沿ってワークＷに対して離間する方向（Ｄ方向）に移動させる。この移動は、アクチュエータによって行われてよい。移動部１２の移動に伴って支持部１３および保持部１５が前記Ｄ方向に移動する。保持部１５の移動に追従して保持部１５の両端に設けられた第７関節軸Ｊ７が基台１１側に接近し、第６関節軸Ｊ６がハンドＨの内側に移動する。当該移動は、第５関節軸Ｊ５を中心とした第４リンクＬ４の回動を生じさせ、第４関節軸Ｊ４がエンドエフェクタ２の内側方向に移動すると共に、第３関節軸Ｊ３を中心として第２リンクＬ２が回動する。
　初期状態（図６参照）において、第２リンクＬ２は、可動軸Ｘに対して広がるハ字状に位置づけられていたが、第２リンクＬ２の回動により、可動軸Ｘに対してほぼ平行な位置へと移動してくる（図７参照）。第２リンクＬ２の回動により第１リンクＬ１が第１関節軸Ｊ１を中心として回転し、第１リンクＬ１の把持部ＧがワークＷの方向に向き、また把持部ＧがワークＷへと近づく。なお、可動部１０における移動部１２を可動軸Ｘに沿ってワークＷに対して離間する方向（Ｄ方向）に移動させたので、バネ２０の弾性力は強くなる。保持部１５と基台１１のストッパー１７との間の距離は縮小するが、図７の状態では、保持部１５がストッパー１７に当接するには至っていない。
　移動部１２を前記Ｄ方向へとさらに移動させると、第４リンクＬ４の回転がより進み、第２リンクＬ２の回転も進み、第２１リンクＬ２１の第１リンクＬ１への押圧と第１関節軸Ｊ１での回転が大きくなり、第１リンクＬ１の把持部ＧがよりワークＷに接近する。バネ２０は、可動部１０とハンドＨとを常に弾性的に付勢しており、リンクＬの回動に伴う機械的誤差の抑制や振動に対する変位を吸収することができる。特に、本例においてバネ２０は、第１関節軸Ｊ１と可動部１０の支持部１３とに連結されており、第１リンクＬ１の動きを安定させ、把持位置の精度を要求する作業においても、適切なワークＷの把持を行うことができる。
　（把持状態：図８参照）
　図８に示したように、移動部１２が前記Ｄ方向へと動く量が増え、保持部１５が基台１１のストッパー１７に当接するタイミングで、把持部ＧがワークＷを把持してよい。ただし、保持部１５が基台１１のストッパー１７に当接しないうちに、把持部ＧがワークＷを把持してもよい。
　保持部１５が基台１１のストッパー１７に当接した状態における、可動部１０（における移動部１２）が初期状態（図６参照）から動いた量を、可動部１０の動いた量が所定値である、と定義する。初期状態（図６参照）から、保持部１５が基台１１のストッパー１７に当接するまで（図８参照）の間は、可動部１０の動いた量が所定値未満であり、この間ハンドＨは変形し続ける。
　保持部１５が基台１１のストッパー１７に当接すると（可動部１０の動いた量が所定値になると）、保持部１５のＤ方向へのそれ以上の移動が、ストッパー１７によって妨げられる。従って、保持部１５の移動に追従して発生していた、第４リンクＬ４の回動等が停止する。従って、ハンドＨの変形が止まる。ただし、後述のように、第１リンクＬ１の傾きには自由度があるので、変形が止まるのは、ハンドＨの少なくとも一部である。すなわち、可動部１０の動いた量が前記所定値になった時に、ストッパー１７により、ハンドＨの少なくとも一部の変形が止まることになる。
　可動部１０の動いた量が所定値以上の場合、つまり可動部１０における移動部１２が前記Ｄ方向へとさらに動いた場合、保持部１５はストッパー１７に妨げられてこれ以上移動することはできないので、ハンドＨ（の少なくとも一部）の変形は止まった状態となる。そして、バネ２０がさらに伸びることになる。すなわち、バネ２０の弾性力が変化する。この、弾性力の変化による把持力の変化を示しているのが、図９である。
　（把持力制御状態：図９参照）
　可動部１０の移動部１２を前記Ｄ方向にさらに移動させる。すると、移動部１２の移動に伴いバネ２０の弾性力が増加する。バネ２０の弾性力が増加すると、バネ２０が第１関節軸Ｊ１をより強く引っ張ることにより、把持部Ｇが図９に示すＹ方向へと、ワークＷをより強く押すように把持する。すなわち、バネ２０の弾性力が増加すると、ハンドＨの把持力が増加する。
　このように、可動部１０の動いた量が所定値未満の時は、可動部１０（における移動部１２）を動かすことでハンドＨの変形を制御する事ができる。一方、可動部１０の動いた量が所定値以上の時は、可動部１０（における移動部１２）を動かすことで把持部Ｇの把持力を制御することができる。
　本実施形態に基づいて可動部１０の動きを説明したが、可動部１０を引く形でも良く、可動部１０をねじる形式でもハンドＨを変形させることができる。即ち、可動部１０の動きに応じてハンドＨを変形させることができれば、可動部１０を引く以外の構成でも良い。なお、可動部１０の動いた量は、移動量を示す値であってよく、可動部１０をねじる形式の場合は、ねじる方向に動いた量に相当する。
　上述のバネ２０に限らず、弾性体の弾性力を利用して把持部Ｇの把持力を調整することにより、アクチュエータをハンドＨの先端付近、例えば第１関節軸Ｊ１に設けなくとも良くなる。その結果、アクチュエータを使用する数を削減し、低コストであり、軽量であり、かつ配線の煩雑さも無いロボットハンドを提供することができる。また、本開示のロボットハンドであれば、移動部１２を移動させるためのアクチュエータをハンドＨが１つ備えていれば、把持力の調整を適切に行うことができる。
　なお、把持部ＧがワークＷを把持する時、複数のハンドである第１ハンドＨ１および第２ハンドＨ２が均等に把持するとは限らない。図１０に示すように、第１ハンドＨ１の第１リンクＬ１は把持部Ｇの先端で把持しているが、第２ハンドＨ２の第１リンクＬ１は、把持部Ｇの側面で把持している。このようなケースにおいても、バネ２０の弾性力の調整により、適切な把持力でワークＷを把持することができる。
　また、第１リンクＬ１の傾きには自由度があり、図１１に示すように、ワークＷを把持する状態は様々である。図１１の（ａ）のようにワークＷの側面をほぼ垂直に把持する、図１１の（ｂ）のようにワークＷの側面に対してやや斜め方向から把持する、図１１の（ｃ）のようにワークＷの側面を一方は把持部Ｇの先端で、一方は把持部Ｇの側面で把持する、等である。このように、第１リンクＬ１の傾きに自由度を持たせておくことで、種々の形状や大きさ、硬さ等を有するワークＷを適切な把持力で把持することができる。
　（撮像画像に基づく把持力の調節）
　上述のように、本開示に係るハンドＨは、把持部Ｇの把持力をバネ２０などの弾性体を用いて調整することができる。この弾性力の調整は、カメラＣＡＭが撮像した画像を制御システム１００の画像取得部１０４が取得し、取得画像した画像に基づいて行われてよい。画像取得部１０４経由で上記画像を取得したプロセッサ１０１が、画像に映り込んだエンドエフェクタ２やワークＷの形状に基づいて、把持部Ｇにおける適切な把持力を導出し、エンドエフェクタ接続部１０５経由でエンドエフェクタ２（ハンドＨ）を制御する。この制御には、移動部１２を移動させる為の前記アクチュエータの制御も含まれる。すなわち、制御システム１００は、カメラＣＡＭによる撮像画像に基づいて、把持部Ｇの把持力を制御することができる。
　（大きなワークの把持：図１２および図１３参照）
　大きなワークを把持する場合の、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の実施例を図１２および図１３に示す。図１２の（ａ）は初期状態を、図１２の（ｂ）は把持状態（エンドエフェクタ２がワークＷと接触した状態）を、図１３の（ａ）は把持力制御完了状態を、それぞれ示している。図中、基準位置を太字の破線で示し、矢印ＡはハンドＨ全体の動きと連動する保持部１５の動きを示している。矢印Ｂは可動部１０の動きを、矢印Ｃは弾性部１６の動きをそれぞれ示している。矢印Ｄは弾性部１６と移動部１２との接点から支持部１３までの距離を示しており、この距離は一定である。
　保持部１５が基台１１のストッパー１７に当接する前に、把持部ＧがワークＷを把持する（図１２の（ｂ））。この場合のハンドＨ全体の動き（矢印Ａ）、可動部１０の動き（矢印Ｂ）、弾性部１６の動き（矢印Ｃ）を示したのが、図１３の（ｂ）のグラフである。図１３の（ｂ）のグラフは、横軸が経過時間を示し、縦軸が矢印Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの始点から終点までの距離（矢印の長さ）を示す。
　図１３の（ｂ）の［１］の時点において、可動部１０が矢印Ｂの方向に駆動して矢印Ｂの長さが長くなると、ハンドＨ全体と連動している保持部１５が矢印Ａの方向に動き、矢印Ａの長さが短くなる。弾性部１６はこの時点においては引き延ばされないので、矢印Ｃの長さは一定のままである。
　図１３の（ｂ）の［２］の時点において、把持部ＧがワークＷを把持するように接触すると、ハンドＨ全体の動きと連動している保持部１５の動きはそこで止まり、ストッパー１７と当接しない。つまり、矢印Ａの長さは以後一定になる。一方、可動部１０は矢印Ｂの方向に駆動して矢印Ｂの長さが長くなり、弾性部１６は引き延ばされ始めて、矢印Ｃの長さが長くなる。なお、図１３の（ｂ）のグラフに併せて示したように、把持部ＧによるワークＷの把持力も増大する。矢印Ｂの長さが長くなるにつれて、バネ２０の弾性力が増大するからである。
　図１３の（ｂ）の［３］の時点においても、ハンドＨ全体の動きと連動している保持部１５の動きは止まったままであり、矢印Ａの長さは一定になる。一方、可動部１０は矢印Ｂの方向に駆動して矢印Ｂの長さがさらに長くなり、弾性部１６は引き延ばされて、矢印Ｃの長さが長くなる。なお、図１３の（ｂ）のグラフに併せて示したように、把持部ＧによるワークＷの把持力も増大する。
　（小さなワークの把持：図１４参照）
　小さなワークを把持する場合の、本開示のエンドエフェクタ２（ロボットハンド）の実施例を図１４に示す。図１４の（ａ）は把持力制御完了状態を示している。図中、基準位置を太字の破線で示し、矢印ＡはハンドＨ全体の動きと連動する保持部１５の動きを示している。矢印Ｂは可動部１０の動きを、矢印Ｃは弾性部１６の動きをそれぞれ示している。
　この実施例においては、保持部１５は基台１１のストッパー１７に当接して、ハンドＨの動き（矢印Ａ）が止まる。この場合のハンドＨ全体の動き（矢印Ａ）、可動部１０の動き（矢印Ｂ）、弾性部１６の動き（矢印Ｃ）を示したのが、図１４の（ｂ）のグラフである。図１４の（ｂ）のグラフは、横軸が経過時間を示し、縦軸が矢印Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの始点から終点までの距離（矢印の長さ）を示す。
　図１４の（ｂ）の［１］の時点におけるグラフ上の状態は、図１３の（ｂ）の［１］の時点におけるグラフ上の状態と同様である。可動部１０が矢印Ｂの方向に駆動して矢印Ｂの長さが長くなると、ハンドＨ全体と連動している保持部１５が矢印Ａの方向に動き、矢印Ａの長さが短くなる。弾性部１６はこの時点においては引き延ばされないので、矢印Ｃの長さは一定のままである。
　図１４の（ｂ）の［２］の時点は、図１３の（ｂ）の［２］の時点とは異なり、保持部１５がストッパー１７に当接する。保持部１５がストッパー１７に当接すると、ハンドＨ全体の動きと連動している保持部１５の動きはそこで止まる。つまり、矢印Ａの長さは以後一定になる。一方、可動部１０は矢印Ｂの方向に駆動して矢印Ｂの長さが長くなり、弾性部１６は引き延ばされ始めるので、矢印Ｃの長さが長くなる。なお、図１４の（ｂ）のグラフに併せて示したように、把持部ＧによるワークＷの把持力も増大する。
　図１４の（ｂ）の［３］の時点においても、ハンドＨ全体の動きと連動している保持部１５の動きはストッパー１７によって止まったままであり、矢印Ａの長さは一定になる。一方、可動部１０は矢印Ｂの方向に駆動して矢印Ｂの長さがさらに長くなり、弾性部１６は引き延ばされて、矢印Ｃの長さが長くなる。なお、図１４の（ｂ）のグラフに併せて示したように、把持部ＧによるワークＷの把持力も増大する。
　なお、ストッパー１７との接触状態においては、ハンドＨの例えば先端や、ワークＷが変形する場合が考えられる。図１４の（ｂ）の［１］の時点において、把持部ＧがワークＷに接触した後も、ハンドＨまたはワークＷの変形により、矢印Ａの長さがさらに短くなる場合があり得る。この場合、矢印Ａの長さは「ストッパーと接触状態」まで移動することで短くなり、図１４の（ｂ）の［２］の状態になる。
　図１２～図１４で示した２つの実施例にあるように、保持部１５がワークＷもしくはストッパー１７に接触することで、保持部１５の動きが止まる。保持部１５はハンドＨ全体と連動しているため、保持部１５の動きが止まることにより、ハンドＨ全体の動きが止まる。ただし、把持対象であるワークＷが柔らかい場合、把持部ＧによるワークＷの把持力の変化に応じて、保持部１５の位置が変化せずにハンドＨの先端の形状が変化することがある。
　また、可動部１０（矢印Ｂ）は、ストッパー１７やワークＷの形状に関係なく移動できるため、常に一定量動き続ける。弾性部１６（矢印Ｃ）は、保持部１５が動いている間は可動部１０と連動して動くので、矢印Ｃの長さが変化しない。一方、保持部１５がワークＷあるいはストッパー１７に接触して止まった後は、矢印Ｃの長さは可動部１０の動きに応じて大きくなる。図示した例では、弾性部１６のバネが引き延ばされる。
　以上のように、ハンドＨがワークＷに接した場合に、ハンドＨの少なくとも一部の変形が止まった状態で、弾性体（バネ２０）の弾性力が変化する。これにより、ハンドＨがワークＷに接した後に、弾性体によって、把持部Ｇの把持力を調整できるようになる。
　また、ロボットハンドがストッパー１７をさらに備え、可動部１０の動いた量が所定値になった時に、ストッパー１７により、ハンドＨの少なくとも一部の変形が止まる。これにより、可動部１０の動いた量が所定値以上の時に、ハンドＨの変形を抑制しつつ、把持部Ｇの把持力を調整できるようになる。
　また、ロボットハンドが、アクチュエータを更に備え、弾性体はバネ２０であり、バネ２０は、ハンドＨの第１関節軸Ｊ１と可動部１０とを連結しており、アクチュエータが可動部１０を動かす。これにより、制御システム１００の制御により可動部１０を動かして、弾性力を調整することができる。
　また、ロボットハンドは、ただ１つのアクチュエータを備えてよい。これにより、把持力の調整を行いつつ、アクチュエータの数を減らすことができる。その結果、コストが低減でき、配線の手間が削減され、メンテナンスが容易となると共に軽量化が図れる。
　また、可動部１０が、ハンドＨの先端とは反対側の端に接続されており、アクチュエータが、ハンドＨの先端とは反対側の端に配置されている。これにより、アクチュエータによって可動部１０をハンドＨの先端から遠ざかる方向に動かして、ハンドＨの変形と把持部Ｇの把持力とをスムーズに制御することができる。
　また、第１関節軸Ｊ１がアクチュエータを備えていない。これにより、ロボットハンドの先端部分の重量を削減でき、また、配線の手間が削減される。
　以上、図面を参照して本開示に係るロボットハンドの各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　本開示は、ワークを把持できるロボットハンドとして有用である。
１　　　ロボットアーム
２　　　エンドエフェクタ
４　　　コントローラ
１０　　可動部
１１　　基台
１２　　移動部
１３　　支持部
１４　　支持軸
１５　　保持部
１６　　弾性部
１７　　ストッパー
２０　　バネ（弾性体）
１００　制御システム
１０１　プロセッサ
１０２　メモリ
１０３　入力装置
１０４　画像取得部
１０５　エンドエフェクタ接続部
１０６　通信装置
１０７　入出力インターフェース
ＣＡＭ　カメラ
Ｇ　　　把持部
Ｈ　　　ハンド
Ｈ１　　第１ハンド
Ｈ２　　第２ハンド
Ｊ　　　関節軸
Ｊ１　　第１関節軸
Ｊ２　　第２関節軸
Ｊ３　　第３関節軸
Ｊ４　　第４関節軸
Ｊ５　　第５関節軸
Ｊ６　　第６関節軸
Ｊ７　　第７関節軸
Ｌ　　　リンク
Ｌ１　　第１リンク
Ｌ２　　第２リンク
Ｌ２１　第２１リンク
Ｌ２２　第２２リンク
Ｌ３　　第３リンク
Ｌ３１　第３１リンク
Ｌ３２　第３２リンク
Ｌ４　　第４リンク
Ｌ５　　第５リンク
Ｗ　　　ワーク
Ｘ　　　可動軸

Claims (7)

  1. 　可動部と、
    　前記可動部の動きに応じて変形するハンドと、
    　前記ハンドの把持力を変化させる弾性体と、を備え、
    　前記可動部の動いた量が所定値未満の場合、少なくとも前記ハンドが変形し、
    　前記可動部の動いた量が所定値以上の場合、前記ハンドの少なくとも一部の変形が止まった状態で、前記弾性体の弾性力が変化する、
    　ロボットハンド。
  2. 　前記ハンドがワークに接した場合に、前記ハンドの少なくとも一部の変形が止まった状態で、前記弾性体の弾性力が変化する、
    　請求項１に記載のロボットハンド。
  3. 　ストッパーをさらに備え、
    　前記可動部の動いた量が前記所定値になった時に、前記ストッパーにより、前記ハンドの少なくとも一部の変形が止まる、
    　請求項１または請求項２に記載のロボットハンド。
  4. 　アクチュエータを更に備え、
    　前記弾性体はバネであり、
    　前記バネは、前記ハンドの第１関節軸と前記可動部とを連結しており、
    　前記アクチュエータが、前記可動部を動かす、
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロボットハンド。
  5. 　ただ１つの前記アクチュエータを備える、
    　請求項４に記載のロボットハンド。
  6. 　前記可動部が、前記ハンドの先端とは反対側の端に接続されており、
    　前記アクチュエータが、前記ハンドの先端とは反対側の端に配置されている、
    　請求項４または請求項５に記載のロボットハンド。
  7. 　前記第１関節軸がアクチュエータを備えていない、
    　請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のロボットハンド。
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