(57)【要約】【課題】扇柱状の物体を把持する際に、従来構成に対して安定した把持を可能とする。【解決手段】把持方向に移動する一対の把持爪部１５−１，１５−２と、把持爪部１５−１，１５−２に個々に設けられ、当該把持爪部１５−１，１５−２を把持方向に垂直な方向周りに回動可能とする回動軸部１６−１，１６−２とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
把持方向に移動する一対の把持爪部と、
前記把持爪部に個々に設けられ、当該把持爪部を把持方向に垂直な方向周りに回動可能とする回動軸部と
を備えたロボットハンド。
【請求項２】
前記把持爪部のうちの少なくとも一方の把持面内側であって、前記回動軸部の軸心方向に垂直な方向における一端側に設けられたストッパ部を備えた
ことを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
【請求項３】
モータと、
前記モータにより駆動される駆動リンクを含む４つのリンクを有する一対の４節のリンク機構と、
前記リンク機構のうちの１つ以上のリンク機構における前記リンクのうちの何れかに設けられ、変位を検出する変位センサと、
前記変位センサによる検出結果から把持力を検出する把持力検出部とを備え、
前記把持爪部は、前記リンク機構の動作により把持方向に移動する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロボットハンド。
【請求項４】
モータと、
前記モータにより駆動される駆動リンクを含む複数のリンクを有し、１つ以上設けられた５節以上のリンク機構と、
前記リンク機構のうちの１つ以上のリンク機構における前記駆動リンクに設けられ、変位を検出する変位センサと、
前記変位センサによる検出結果から把持力を検出する把持力検出部とを備え、
前記把持爪部は、前記リンク機構の動作により把持方向に移動する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロボットハンド。
【請求項５】
自機の開度を検出する開度検出部と、
前記開度検出部により検出された開度に基づいて、前記把持爪部が把持している物体の位置を推定する位置推定部とを備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか１項記載のロボットハンド。
【請求項６】
自機の開度を検出する開度検出部と、
前記開度検出部により検出された開度に基づいて、前記把持爪部が把持している物体のサイズを推定するサイズ推定部とを備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか１項記載のロボットハンド。
【請求項７】
請求項５記載のロボットハンドと、
前記ロボットハンドが先端に取付けられたロボットアームと、
前記位置推定部による推定結果に基づいて、前記ロボットアームの搬送ストロークを補正するストローク補正部とを備えた
ことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、物体を把持するロボットハンド及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンドが有する機能の一つとして「把持機能」がある。把持とは、例えばロボットハンドを用いて物体を運搬する際に、物体を持ち上げるために挟み込み等の作用を物体に与える行為である。
【０００３】
ロボットハンドの把持機能の重要なポイントとして、「物体を把持する力（以降、把持力と称す）の発揮」が挙げられる。つまり、ロボットハンドが把持を行う場合には、ロボットハンドの物体を把持する部分（以降、把持爪部と称す）が、物体に何らかの力を与えることが重要である。そして、その力の大きさを管理（検出、可能であれば制御）することはロボットハンドに求められる機能の一つであると言える。
【０００４】
このロボットハンドにおいて、従来から、把持力を制御するために、把持爪部を駆動するモータの回転トルクを制御することで、把持爪部の把持力を制御する方法がある。
【０００５】
しかしながら、この方法では、モータの出力軸（トルク制御された回転軸）が把持爪部を直接駆動しない伝達機構の場合、その伝達機構の摩擦等の影響により実際には把持力を正確に制御することは困難である。つまり、モータが発揮しているトルクが把持爪部に伝わるまでに摩擦等でロスし、また、そのロスが常に一定とは限らないため、実際に把持爪部で発揮している把持力を正確に制御できない。なお、上記伝達機構としては、例えば、モータと把持爪部との間に、例えば歯車、ベルト又は送りねじのような変速機等、或いは、回転方向の変更を行うための機構（直交歯車等）の機構が存在する伝達機構が挙げられる。
【０００６】
例えば特許文献１に開示された電動ハンドでは、モータが把持力（推力）を制御するためにトルクを制御しているが、モータと把持爪部（第１組、第２組のハンド部材）の間にカム及びリニアガイドと呼ばれる回転直動変換機構が設けられている。
【０００７】
これに対し、例えば特許文献２に開示されたロボットハンドでは、把持爪部の根元部分に力センサを設け、この力センサにより物体を把持している把持爪部への反力を検出することで、把持爪部の把持力を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−９４８０４号公報
【特許文献２】特開２０１７−１６４８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一方、物体が扇柱状である場合、ロボットハンドが把持可能な面に制約があるため、ロボットハンドで安定した把持ができない場合がある。また、物体が食品である場合、表面に傷又は凹みが付くと不良となる。そのため、ロボットハンドにおいて、より安定性が向上し且つ傷及び凹みが付き難い把持が求められており、改善が求められている。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、扇柱状の物体を把持する際に、従来構成に対して安定した把持を可能とするロボットハンドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るロボットハンドは、把持方向に移動する一対の把持爪部と、把持爪部に個々に設けられ、当該把持爪部を把持方向に垂直な方向周りに回動可能とする回動軸部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、上記のように構成したので、扇柱状の物体を把持する際に、従来構成に対して安定した把持が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係るロボットハンドの構成例（１つのフィンガ部から先の構成のみ）を示す模式図である。
【図２】図２Ａは、実施の形態１に係るロボットハンドの構成例を示す模式図であり、図２Ｂは、図２Ａにおける変位センサにより検出される変位を示す図である。
【図３】実施の形態１に係るロボットハンドの構成例（変位センサを有する１つのリンク機構のみ）を示す斜視図である。
【図４】図４Ａ、図４Ｂは、実施の形態１における変位センサの構成例（フルブリッジ回路）及び配置例を示す図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂは実施の形態１に係るロボットハンドの動作例を示す図であり、図５Ａは扇柱状の物体を把持する前の状態を示す図であり、図５Ｂは扇柱状の物体を把持している状態を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る４節リンク機構のモデル（１つのリンク機構のみ）を示す図である。
【図７】図６に示すモデルの一部を仮想的に切断した図である。
【図８】図８Ａ、図８Ｂは、図７における分割部位を示す図である。
【図９】図９Ａ、図９Ｂは、実施の形態１に係るロボットハンドによる外力が加えられる位置の違いによる変位量及び応力（シミュレーション結果）の違いの一例を示す図である。
【図１０】図１０Ａ、図１０Ｂは、実施の形態１に係るロボットハンドによる外力が加えられる位置の違いによるセンサ出力（実測結果）の違いの一例を示す図である。
【図１１】図１１Ａは、実施の形態１に係るロボットハンドの別の構成例を示す模式図であり、図１１Ｂは、図１１Ａにおける変位センサにより検出される変位を示す図である。
【図１２】実施の形態１に係るロボットハンドの別の構成例を示す模式図である。
【図１３】実施の形態２に係るロボットハンドの構成例を示す模式図である。
【図１４】実施の形態３に係るロボットハンドの構成例を示す制御ブロック図である。
【図１５】図１５Ａ〜図１５Ｃは、実施の形態３に係るロボットハンドの動作例を示す図である。
【図１６】実施の形態４に係るロボットハンドの構成例を示す制御ブロック図である。
【図１７】図１７Ａ〜図１７Ｃは、実施の形態４に係るロボットハンドの動作例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１〜３はこの発明の実施の形態１に係るロボットハンドの構成例を示す図である。なお図１では、ロボットハンドのうちの１つのフィンガ部１２５から先の構成のみを図示している。また図２では、ロボットハンドのうちのフィンガ部１２５よりも先の構成の図示を省略している。また図３では、変位センサ１３を有する１つのリンク機構１２のみを図示している。
ロボットハンドは、物体（不図示）を把持する機能を有する。このロボットハンドは、図１〜３に示すように、モータ１１、一対のリンク機構１２−１，１２−２、１つ以上の変位センサ１３、把持力検出部１４（不図示）、一対の把持爪部１５−１，１５−２、一対の回動軸部１６−１，１６−２及び１つ以上のストッパ部１７を備えている。なおここでは、同一の構成要素が複数系統存在する場合には、その構成要素を示す符号に系統毎の接尾記号（−１，−２，・・・）を付すものとし、また、特に区別する必要がない場合には接尾記号を付さずに説明を行う。
【００１５】
モータ１１は、ロボットハンドに把持力を発生させるための動力源である。図２では、モータ１１が有する出力軸１１１が両軸であり、モータ１１が各出力軸１１１−１，１１１−２により回転出力を行う場合を示している。
【００１６】
リンク機構１２−１は、４節のリンク機構である。リンク機構１２−１は、駆動リンク１２１−１、角度保持リンク１２２−１及び従動リンク１２３−１を有する。
【００１７】
駆動リンク１２１−１は、一端が、ウォーム１８−１及びウォームホイール１９−１等の減速機並びにヒンジピン（回転軸）１２４−１ａを介して、モータ１１が有する出力軸１１１−１に接続されている。この駆動リンク１２１−１は、モータ１１により駆動され、出力軸１１１−１の回転に応じて一端の揺動量（角度、速度又はトルク等）が制御される。
【００１８】
角度保持リンク１２２−１は、一端が、ヒンジピン１２４−１ｂを介して、ロボットハンドの本体に回転自在に接続されている。
【００１９】
従動リンク１２３−１は、駆動リンク１２１−１の他端がヒンジピン１２４−１ｃを介して回転自在に連結され、角度保持リンク１２２−１の他端がヒンジピン１２４−１ｄを介して回転自在に連結され、一端にフィンガ１２５−１が連結されている。この従動リンク１２３−１は、フィンガ１２５−１と一体に連動して運動する。図２では、角度保持リンク１２２−１は従動リンク１２３−１の一端側（フィンガ１２５−１側）に回転自在に接続され、駆動リンク１２１−１は従動リンク１２３−１の他端側に回転自在に接続されている。
【００２０】
リンク機構１２−２は、４節のリンク機構である。リンク機構１２−２は、駆動リンク１２１−２、角度保持リンク１２２−２及び従動リンク１２３−２を有する。
【００２１】
駆動リンク１２１−２は、一端が、ウォーム１８−２及びウォームホイール１９−２等の減速機並びにヒンジピン（回転軸）１２４−２ａを介して、モータ１１が有する出力軸１１１−２に接続されている。この駆動リンク１２１−２は、モータ１１により駆動され、出力軸１１１−２の回転に応じて一端の揺動量（角度、速度又はトルク等）が制御される。
【００２２】
角度保持リンク１２２−２は、一端が、ヒンジピン１２４−２ｂを介して、ロボットハンドの本体に回転自在に接続されている。
【００２３】
従動リンク１２３−２は、駆動リンク１２１−２の他端がヒンジピン１２４−２ｃを介して回転自在に連結され、角度保持リンク１２２−２の他端がヒンジピン１２４−２ｄを介して回転自在に連結され、一端にフィンガ１２５−２が連結されている。この従動リンク１２３−２は、フィンガ１２５−２と一体に連動して運動する。図２では、角度保持リンク１２２−２は従動リンク１２３−２の一端側（フィンガ１２５−２側）に回転自在に接続され、駆動リンク１２１−２は従動リンク１２３−２の他端側に回転自在に接続されている。
【００２４】
変位センサ１３は、１つ以上のリンク機構１２における駆動リンク１２１に設けられ、取付けられた部位の変位を検出する（変位に応じた電気的な出力（抵抗値、静電容量、電圧又は電流等の出力）を行う）。図２では、変位センサ１３が、駆動リンク１２１−１の対向する２つの側面（駆動リンク１２１−１の回転軸方向に垂直な方向における２つの側面）にそれぞれ取付けられ、曲げモーメントによる変位を検出する場合を示している（図２Ｂ参照）。
【００２５】
なお、変位センサ１３は、例えば金属歪ゲージから構成される。また、例えば図４Ｂのように、変位センサ１３として４個の金属歪ゲージ（Ｒ１〜Ｒ４）を貼り、図４Ａのようにフルブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）を構成することで、変位センサ１３は、曲げモーメント以外の歪成分の除去及び温度補償等を行うことができ、高精度化が可能である。なお図４Ａにおいて、Ｅは印加電圧を表し、Ｅｏは出力電圧を表す。
なお、変位センサ１３は、上記に示す理由により駆動リンク１２１−１の２つ以上の側面にそれぞれ取付けられる場合もあるが、１つの側面に１つのみ取付けられてもよく、本発明の本質を変更するものではない。
【００２６】
また、変位センサ１３は、例えば半導体歪ゲージから構成されてもよい。半導体歪ゲージは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）により実現される。
【００２７】
把持力検出部１４は、変位センサ１３による検出結果（例えば、出力電圧、出力電流、抵抗値変化又は静電容量変化等）からロボットハンドの把持力（把持爪部１５−１，１５−２に加えられた外力）を検出する。なお、把持力検出部１４は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等により実現される。
【００２８】
把持爪部１５−１，１５−２は、リンク機構１２−１，１２−２の動作により把持方向（開閉方向）に移動する部位である。把持爪部１５−１，１５−２は、把持方向への移動に伴い物体を把持する。
【００２９】
図１では、把持爪部１５−１は、回動部１５１−１及び把持部１５２−１を有している。
回動部１５１−１は、棒状部材であり、一端が回動軸部１６−１を介してフィンガ部１２５−１に接続されている。
把持部１５２−１は、板状部材であり、一端面が回動部１５１−１の他端に取付けられ、他端面が物体に接触する。
【００３０】
図１では、把持爪部１５−２は、回動部１５１−２及び把持部１５２−２を有している。
回動部１５１−２は、棒状部材であり、一端が回動軸部１６−２を介してフィンガ部１２５−２に接続されている。
把持部１５２−２は、板状部材であり、一端面が回動部１５１−２の他端に取付けられ、他端面が物体に接触する。
【００３１】
回動軸部１６−１は、把持爪部１５−１の回動軸となる部位である。回動軸部１６−１は、把持爪部１５−１を把持方向に垂直な方向周りに回動可能とする。図１では、回動軸部１６−１は、一端がフィンガ部１２５−１に接続され、他端が回動部１５１−１に接続されている。
【００３２】
回動軸部１６−２は、把持爪部１５−２の回動軸となる部位である。回動軸部１６−２は、把持爪部１５−２を把持方向に垂直な方向周りに回動可能とする。図１では、回動軸部１６−２は、一端がフィンガ部１２５−２に接続され、他端が回動部１５１−２に接続されている。
【００３３】
ストッパ部１７−１は、把持爪部１５により把持される物体の移動を規制するための部位である。ストッパ部１７−１は、把持爪部１５−１の把持面（把持部１５２−１）内側に設けられ、回動軸部１６−１の軸心方向に垂直な方向における一端側に取付けられている。
【００３４】
ストッパ部１７−２は、把持爪部１５により把持される物体の移動を規制するための部位である。ストッパ部１７−２は、把持爪部１５−２の把持面（把持部１５２−２）内側に設けられ、回動軸部１６−２の軸心方向に垂直な方向における一端側に取付けられている。
【００３５】
なお図１では、把持爪部１５−１にストッパ部１７−１が設けられ、把持爪部１５−２にストッパ部１７−２が設けられている。しかしながら、これに限らず、図１に示すロボットハンドに対し、ストッパ部１７−１及びストッパ部１７−２のうちの一方を取除いてもよい。
また図１では、ストッパ部１７が突起状の部材である場合を示した。しかしながら、これに限らず、ストッパ部１７は、把持爪部１５により把持される物体の移動を規制可能な形状であればよく、例えば板状の部材であってもよい。
【００３６】
次に、図１に示す実施の形態１に係るロボットハンドによる作用及び効果について、図５を参照しながら説明する。図５では、一例として、ロボットハンドの把持対象である物体がケーキ等のような扇柱状の食品５０である場合を示している。なお、食品５０の側面と把持部１５２−１，１５２−２との間の摩擦係数は小さい（食品５０が滑り易い）ものとする。
ロボットハンドは、食品５０を把持する場合、図５Ａに示すように、まず、リンク機構１２−１，１２−２により把持爪部１５−１，１５−２間を十分に広げた状態で、食品５０の位置まで移動する。そして、ロボットハンドは、リンク機構１２−１，１２−２により把持爪部１５−１，１５−２間を狭める。これにより、把持爪部１５−１，１５−２は食品５０に接触する。その後、図５Ｂに示すように、ロボットハンドがリンク機構１２−１，１２−２により把持爪部１５−１，１５−２間を更に狭めると、把持爪部１５−１，１５−２はそれぞれ、食品５０の側面に倣うように、回動軸部１６−１，１６−２を中心にして回動する。また、食品５０は、把持爪部１５−１，１５−２間が狭まりながら把持爪部１５−１，１５−２が回動することで、ロボットハンドの根元側に滑り込むように移動し、ストッパ部１７−１，１７−２に接触する。
【００３７】
その後、ロボットハンドは、把持爪部１５−１，１５−２により食品５０を把持した状態で、所定の場所まで移動する。そして、ロボットハンドは、リンク機構１２−１，１２−２により把持爪部１５−１，１５−２間を広げ、食品５０の把持を解除する。
【００３８】
このように、実施の形態１に係るロボットハンドでは、把持爪部１５−１，１５−２が回動可能に構成されている。そのため、実施の形態１に係るロボットハンドでは、把持対象である物体が扇柱状である場合でも、把持爪部１５−１，１５−２が物体の側面に倣って回動するため、物体を安定して把持可能となる。
【００３９】
なお、実施の形態１に係るロボットハンドでは、回動軸部１６−１，１６−２を用いて物体の側面に倣わせて把持を行っているため、把持方向に垂直な方向に分力が発生する。そのため、物体の側面と把持部１５２−１，１５２−２との間の摩擦力が十分でないと、滑りが発生し、安定した把持が困難になる可能性がある。
そこで、実施の形態１に係るロボットハンドでは、把持爪部１５にストッパ部１７が設けられている。これにより、実施の形態１に係るロボットハンドは、扇柱状の物体を把持する際に、分力の発生による滑りを抑制可能となり、側面の傷及び凹みの発生を抑制しつつ、安定した把持が可能となる。その結果、実施の形態１に係るロボットハンドでは、物体の把持による不良率の改善が期待できる。
【００４０】
また、従来構成において把持幅を位置制御で制御すると、物体が小さい場合には把持力不足となる可能性があり、物体が大きい場合には側面に傷又は凹みが生じる可能性がある。そこで、実施の形態１に係るロボットハンドでは、把持力制御を行うことで物体に対する傷及び凹みの発生を抑制している。以下、図２に示すロボットハンドの効果について説明する。なお以下では、把持爪部１５が固定である（回動しない）ものとして説明を行う。
【００４１】
特許文献２のように、把持爪部の根元部分に設けられた力センサを用いてロボットハンドの把持力を検出する方法では、把持力を正確に検出できない場合がある。その要因としては以下の２点が挙げられる。
１点目は、力センサは、把持力の検出において、実質的に、把持方向の並進力だけではなく、モーメントによる影響を受けるという点である。
２点目は、把持位置（把持爪部における外力を受ける位置）によって、把持爪部の根元部分に加わるモーメントが変化するという点である。
【００４２】
そこで、図２に示すロボットハンドでは、駆動リンク１２１を有する４節のリンク機構１２と、駆動リンク１２１の変位を検出する変位センサ１３とを用い、変位センサ１３による検出結果からロボットハンドの把持力を検出している。すなわち、４節のリンク機構１２において、駆動リンク１２１の他端のヒンジ部分（図６に示すＤ点）のみがモータ１１により駆動されるアクティブであり、残りのヒンジ部分（図６に示すＡ点、Ｂ点、Ｃ点）はパッシブである。よって、把持爪部１５に加えられた外力は駆動リンク１２１の他端で受けられ、駆動リンク１２１には外力と駆動リンク１２１の長さに基づくモーメントが加わる。このモーメントは外力が加えられた位置に依らずに一定であり、このモーメントによる変位を変位センサ１３で検出することで、ロボットハンドは把持力を検出可能である。このように、図２に示すロボットハンドでは、把持位置による影響を低減でき、把持爪部１５のどの位置で物体の把持を行っても同じ変位として検出できるため、把持力の検出精度を確保できる。なお、把持位置は、把持爪部１５の把持面上であればどの位置（図における上下方向及び奥行き方向のどの位置）でもよい。
【００４３】
次に、図２に示すロボットハンドにおいて、外力が加えられる位置が異なっていても同一のセンサ出力が得られる原理について説明する。
図６は、図２に示す１つのリンク機構１２をモデル化した図であり、各リンク１２１〜１２３により平行四辺形のリンク機構が構成されている。この図６において、θはリンク機構１２の揺動角度を表し、Φはジョイントの配置角度（駆動リンク１２１の一端と角度保持リンク１２２の一端とを結ぶ線分と水平方向との成す角度）を表し、Ｌは駆動リンク１２１の長さを表し、Ｆは把持爪部１５に加えられる外力（並進力）を表している。
【００４４】
また図７は、図６に示すモデルの一部を仮想的に切断した場合を示す図であり、具体的には、角度保持リンク１２２のヒンジ間と従動リンク１２３のヒンジ間を切断している。ここで、図７では、リンク１２２，１２３のパッシブなヒンジ間をそれぞれ切断しているため、切断箇所には曲げモーメントが発生せず引張方向又は圧縮方向の力のみが発生することになる。
【００４５】
そして、図８Ａに示す分割部位でのつり合い式は、Ｘ軸方向成分（水平方向成分）は下式（１）のようになり、Ｙ軸方向成分（垂直方向成分）は下式（２）のようになる。なお、式（１），（２）において、Ｎ１は角度保持リンク１２２の切断箇所に加わる力を表し、Ｎ２は従動リンク１２３の切断箇所に加わる力を表している。
Ｆ−Ｎ１ｓｉｎθ＋Ｎ２ｃｏｓΦ＝０            （１）
Ｎ１ｃｏｓθ＋Ｎ２ｓｉｎΦ＝０            （２）
【００４６】
また、図８Ｂに示す分割部位でのつり合い式は、Ｘ軸方向成分は下式（３）のようになり、Ｙ軸方向成分は下式（４）のようになり、Ｚ軸周りの成分は下式（５）のようになる。すなわち、駆動リンク１２１の一端（図８Ｂに示すＤ点）は固定端であるため、駆動リンク１２１は、Ｘ軸方向の並進力であるＨｅ、Ｙ軸方向の並進力であるＶｅ及びＺ軸周りのモーメントであるＭｅを受ける。
−Ｎ２ｃｏｓΦ＋Ｈｅ＝０  （３）
−Ｎ２ｓｉｎΦ＋Ｖｅ＝０  （４）
Ｍｅ＝Ｌ・Ｎ２・ｃｏｓ（θ−Φ）            （５）
【００４７】
そして、式（１），（２）から下式（６），（７）が得られる。
Ｎ１＝Ｆ・（ｓｉｎφ／ｃｏｓ（θ−Φ））        （６）
Ｎ２＝−Ｆ・（ｃｏｓθ／ｃｏｓ（θ−Φ））        （７）
【００４８】
そして、式（５），（７）から下式（８）が得られる。
Ｍｅ＝Ｌ・Ｆ・ｃｏｓθ    （８）
【００４９】
式（８）において、Ｌはロボットハンドのリンク構造が確定した場合に定数となり既知である。また、θは、モータ１１が有するエンコーダ（不図示）により検出可能である。以上から、式（８）には外力の位置に依存する要素は含まれておらず、Ｍｅ（駆動リンク１２１に加わるモーメント）は、外力の位置に依らないことが言える。よって、図２に示すロボットハンドでは、外力が加えられる位置が異なっていても同一のセンサ出力が得られ、外力（把持力）を正確に検出可能である。
【００５０】
次に、外力が加えられる位置の違いによる駆動リンク１２１の変位量（曲げモーメント量）及び応力の違いを検証したシミュレーション結果を図９に示す。図９では、把持爪部１５の異なる位置Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ１Ｎの圧縮力を加える場合のシミュレーション結果を示している。この図９から、位置Ｐ１の場合と位置Ｐ２の場合とで駆動リンク１２１の変位量及び応力がほぼ等しいことが分かる。
また、実機に変位センサ１３を搭載して外力が加えられる位置の違いによるセンサ出力を実測した結果を図１０に示す。図１０では、把持爪部１５の異なる位置Ｐ３，Ｐ４にそれぞれ矢印方向の力を加えた際の実測結果を示している。この図１０から、位置Ｐ３の場合と位置Ｐ４の場合とで駆動リンク１２１の出力がほぼ等しいことが分かる。
これらの結果から、図２に示すロボットハンドでは、外力が加えられる位置の違いによるセンサ出力の変化が少ないことが分かる。
【００５１】
なお上記では、変位センサ１３が曲げモーメントによる変位を検出する場合を示した。しかしながら、これに限らず、変位センサ１３はせん断力による変位を検出してもよい（図１１Ｂ参照）。この場合、変位センサ１３は、例えば図１１Ａに示すように、駆動リンク１２１−１の対向する２つの側面（駆動リンク１２１−１の回転軸方向における２つの側面）にそれぞれ取付けられる。
【００５２】
また上記では、駆動リンク１２１が角度保持リンク１２２より外側に配置された場合を示した。しかしながら、これに限らず、駆動リンク１２１は角度保持リンク１２２より内側に配置されてもよい。
また上記では、モータ１１の出力軸１１１が両軸である場合を示した。しかしながら、これに限らず、モータ１１の出力軸１１１は単軸でもよい。
【００５３】
例えば図１２では、駆動リンク１２１が角度保持リンク１２２より内側に配置され、且つ、出力軸１１１が単軸である場合を示している。
図１２では、モータ１１が有する出力軸１１１が単軸であり、モータ１１が出力軸１１１により回転出力を行う場合を示している。
【００５４】
また、図１２に示す駆動リンク１２１−１は、一端が、ウォーム１８及びウォームホイール１９−１等の減速機並びにヒンジピン１２４−１ａを介して、モータ１１が有する出力軸１１１に接続されている。この駆動リンク１２１−１は、モータ１１により駆動され、出力軸１１１の回転に応じて、一端の揺動量（角度、速度又はトルク等）が制御される。
また図１２では、駆動リンク１２１−１は従動リンク１２３−１の一端側（フィンガ１２５−１側）に回転自在に接続され、角度保持リンク１２２−１は従動リンク１２３−１の他端側に回転自在に接続されている。
【００５５】
同様に、図１２に示す駆動リンク１２１−２は、一端が、ウォーム１８及びウォームホイール１９−２等の減速機並びにヒンジピン１２４−２ａを介して、モータ１１が有する出力軸１１１に接続されている。この駆動リンク１２１−２は、モータ１１により駆動され、出力軸１１１の回転に応じて、一端の揺動量（角度、速度又はトルク等）が制御される。
また図１２では、駆動リンク１２１−２は従動リンク１２３−２の一端側（フィンガ１２５−２側）に回転自在に接続され、角度保持リンク１２２−２は従動リンク１２３−２の他端側に回転自在に接続されている。
【００５６】
その他の構成は図２に示すロボットハンドと同様であり、その説明を省略する。また、図１２に示すロボットハンドの効果及び原理についても、図２に示すロボットハンドの効果及び原理と同様である。
なお図１２に示すロボットハンドでは、変位センサ１３が曲げモーメントによる変位を検出する場合を示しているが、変位センサ１３はせん断力による変位を検出してもよい。この場合、変位センサ１３の取付け箇所は図１１Ａと同様である。
【００５７】
また上記では、出力軸１１１と駆動リンク１２１の回転軸とが直交（略直交の意味を含む）するように構成された場合を示した。しかしながら、これに限らず、平歯車等を用いて、出力軸１１１と駆動リンク１２１の回転軸とが平行（略平行の意味を含む）となるように構成されてもよい。
【００５８】
また上記では、変位センサ１３が駆動リンク１２１に設けられた場合を示した。しかしながら、これに限らず、変位センサ１３が角度保持リンク１２２又は従動リンク１２３に設けられていてもよい。
すなわち、例えば図８Ａに示すように、把持爪部１５に外力が加えられた場合に、角度保持リンク１２２にはＮ１という力のみが加えられ、従動リンク１２３にはＮ２という力のみが加えられる。そして、Ｎ１及びＮ２はそれぞれ式（６），（７）に示すように、外力の位置に依らない力である。よって、変位センサ１３を角度保持リンク１２２又は従動リンク１２３に設けて、当該変位センサ１３がＮ１又はＮ２による変位を検出することでも、ロボットハンドは把持力を検出可能となる。
【００５９】
また上記では、変位センサ１３は、１つのリンク機構１２におけるリンク（図２，１１，１２では駆動リンク１２１−１）に設けられた場合を示した。しかしながら、これに限らず、変位センサ１３は、他のリンク機構１２のうちの一部又は全部のリンク機構におけるリンクにも設けられていてもよい。このように、複数のリンク機構１２に変位センサ１３を設けることで、ロボットハンドは把持力の検出精度が向上する。
【００６０】
以上のように、この実施の形態１によれば、ロボットハンドは、把持方向に移動する一対の把持爪部１５−１，１５−２と、把持爪部１５−１，１５−２に個々に設けられ、当該把持爪部１５−１，１５−２を把持方向に垂直な方向周りに回動可能とする回動軸部１６−１，１６−２とを備えた。これにより、実施の形態１に係るロボットハンドは、扇柱状の物体を把持する際に、従来構成に対して安定した把持が可能となる。
【００６１】
実施の形態２．
実施の形態１に係るロボットハンドでは、４節のリンク機構１２を用いた場合を示した。これに対し、ロボットハンドは、５節以上のリンク機構１２を用いてもよい。具体的には、例えば図１３に示すように、角度保持リンク１２２を回転自在に直列接続された複数（Ｍ個）のリンク（図１３ではリンク１２２１，１２２２）から構成することで、（４＋Ｍ）節のリンク機構１２を構成してもよい。なお図１３では、出力軸１１１−２、リンク機構１２−２、ウォーム１８−２及びウォームホイール１９−２の図示は省略している。また図１３では、駆動リンク１２１が角度保持リンク１２２より内側に配置され、且つ、出力軸１１１が両軸である場合を示しているが、構成がこれに限らない点は実施の形態１と同様である。
また、角度保持リンク１２２が複数のリンクから構成される場合、各リンクのヒンジ部分には、ロボットハンドが物体の把持を行う場合に、外力によってリンクが回転してしまわないようにロック機構が設けられる必要がある。
【００６２】
なお、ロボットハンドが５節以上のリンク機構１２を有する場合には、変位センサ１３は、１つ以上のリンク機構１２における駆動リンク１２１に設けられる。
【００６３】
また、実施の形態１，２に係るロボットハンドでは、モータ１１が出力軸１１１により回転出力を行う場合を示した。しかしながら、これに限らず、モータ１１は直動出力を行ってもよい。また、モータ１１の動力は、電動に限らず、例えばエア又は油圧式であってもよい。
【００６４】
実施の形態３．
実施の形態１，２に係るロボットハンドは、把持爪部１５にストッパ部１７が設けられることで、扇柱状の物体を把持する際に分力の発生による滑りを抑制可能とする場合を示した。一方、この構成であっても、摩擦力によって、扇柱状の物体がロボットハンドに対して常に同じ位置で把持されるとは限らない。そのため、ロボットハンドによる搬送後の物体の位置が常に同じ位置とならない可能性がある。そこで、実施の形態３では、ロボットハンドにより把持されている物体の位置を推定可能な構成について示す。
【００６５】
図１４は実施の形態３に係るロボットハンドの構成例を示す制御ブロック図である。図１４に示すロボットハンドは、図１〜３に示す実施の形態１に係るロボットハンドの構成例に対し、開度検出部２０及び位置推定部２１を備えている。
【００６６】
開度検出部２０は、ロボットハンドの開度（フィンガ部１２５−１，１２５−２間の距離）を検出する。
【００６７】
位置推定部２１は、開度検出部２０により検出された開度に基づいて、把持爪部１５−１，１５−２により把持されている物体の位置を推定する。
なお、ロボットハンドの開度と把持爪部１５−１，１５−２により把持されている物体の位置との関係は、扇柱状である物体のサイズに基づいて幾何学的に算出可能である。一方、これに限らず、予め実験データを収集して機械学習等により推定器を作成し、ロボットハンドの開度と把持爪部１５−１，１５−２により把持されている物体の位置との関係を算出してもよい。
【００６８】
ここで、例えば図１５に示すように、ロボットハンドが一定の把持力で把持を行う場合、物体のサイズが同じであれば、ロボットハンドに対する物体の位置に応じてロボットハンドの開度に差異が生じる。すなわち、ロボットハンドで把持力を一定にしても、ロボットハンドの開度が一定になるわけではない。
そこで、実施の形態２に係るロボットハンドでは、ロボットハンドの開度を検出することで、ロボットハンドに対する物体の位置を推定可能となる。これにより、例えば、ロボットハンドが取付けられたロボットは、搬送後の物体の位置が一定となるように、ロボットアームの搬送ストロークを補正可能となる（ストローク補正部）。これにより、実施の形態３に係るロボットハンドが取付けられたロボットでは、搬送後の物体の位置についても安定性を向上可能となる。
【００６９】
実施の形態４．
実施の形態１，２に係るロボットハンドは、把持爪部１５にストッパ部１７が設けられることで、扇柱状の物体を把持する際に分力の発生による滑りを抑制可能とする場合を示した。これに対し、ロボットハンドにおける物体の把持位置を固定とすることで、物体の大きさを推定可能となる。
【００７０】
図１６は実施の形態４に係るロボットハンドの構成例を示す制御ブロック図である。図１６に示すロボットハンドは、図１〜３に示す実施の形態１に係るロボットハンドの構成例に対し、開度検出部２０及びサイズ推定部２２を備えている。
【００７１】
開度検出部２０は、ロボットハンドの開度（フィンガ部１２５−１，１２５−２間の距離）を検出する。
【００７２】
サイズ推定部２２は、開度検出部２０により検出された開度に基づいて、把持爪部１５−１，１５−２により把持されている物体のサイズを推定する。
【００７３】
ここで、実施の形態４に係るロボットハンドでは、物体の把持位置を固定とし、把持力制御により把持を行う。例えば、物体の側面と把持部１５２−１，１５２−２との間の摩擦力が低く、把持爪部１５−１，１５−２により把持されている物体は滑りによりストッパ部１７に当接するものとする。この場合、図１７に示すように、実施の形態４に係るロボットハンドは、把持爪部１５−１，１５−２の開度を検出することで、物体のサイズを推定可能となる。その結果、実施の形態４に係るロボットハンドでは、物体の簡易的な形状検査を行うことが可能となり、生産効率の向上が期待できる。
【００７４】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組合わせ、或いは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１１  モータ
１２  リンク機構
１３  変位センサ
１４  把持力検出部
１５  把持爪部
１６  回動軸部
１７  ストッパ部
１８  ウォーム
１９  ウォームホイール
２０  開度検出部
２１  位置推定部
２２  サイズ推定部
１１１  出力軸
１２１  駆動リンク
１２２  角度保持リンク
１２３  従動リンク
１２４  ヒンジピン
１２５  フィンガ
１５１  回動部
１５２  把持部
１２２１，１２２２  リンク
【図１】
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【図２】
2020171998.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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