(57)【要約】【課題】対象物の寸法及び中心座標を検出すること。【解決手段】第一方向に並んで配置された第一指部及び第二指部を有する把持部と、前記第一方向に直交する第二方向に往復移動可能な可動部と、前記可動部と前記第一指部とを連結する第一連結部と、前記可動部と前記第二指部とを連結する第二連結部と、前記第一連結部及び前記第二連結部を介して前記第一指部及び前記第二指部が前記第一方向に開閉移動するように前記可動部を駆動する駆動部とを備える。【選択図】図２３
2014000627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一方向に並んで配置された第一指部及び第二指部を有する把持部と、
前記第一方向に直交する第二方向に往復移動可能な可動部と、
前記可動部と前記第一指部とを連結する第一連結部と、
前記可動部と前記第二指部とを連結する第二連結部と、
前記第一連結部及び前記第二連結部を介して前記第一指部及び前記第二指部が前記第一方向に開閉移動するように前記可動部を駆動する駆動部と
を備え、
前記第一指部及び前記第二指部は、それぞれ対象物を把持する先端部と前記先端部に対して前記第一方向及び前記第二方向のそれぞれに直交する第三方向上の位置に配置された基端部とを有し、
前記第一指部及び前記第二指部における他方の指部との対向面には、対象物を挟持する凹部が配置され、
前記第一指部及び前記第二指部のそれぞれの前記凹部は、前記第一指部及び前記第二指部の前記基端部側に配置された第一面と、前記第一指部及び前記第二指部の前記先端部側に配置された第二面とを有し、
前記第三方向視において、前記第一方向に平行な直線と、前記第二面を含む直線とのなす角の角度αが０°より大きく９０°未満であり、
前記第三方向視において、前記第一方向に平行な直線と、前記第一面を含む直線とのなす角の角度βが０°より大きく９０°未満であり、
前記基線における、前記基点から前記直行線までの長さｄが０より大きい
ロボットハンド。
【請求項２】
前記駆動部は、
前記可動部に螺合されるネジ山が所定方向に沿って形成されたネジ部と、
前記ネジ部を回転させるモーター部と
を有し、
前記所定方向は、前記第二方向に平行であり、
前記可動部は、前記ネジ部の回転によって前記第二方向に移動可能である
請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記モーター部は、
駆動源と、
前記駆動源に接続され、所定の軸周りに回転可能な回転伝達軸と
を有し、
前記回転伝達軸は、前記第二方向に平行に配置されている
請求項２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記ネジ山は、前記回転伝達軸に形成されている
請求項３に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記第一指部及び前記第二指部は、前記第二方向に直線状に延在している
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項６】
基部と、
前記基部に設けられたロボットハンドと
を備え、
前記ロボットハンドは、
第一方向に並んで配置された第一指部及び第二指部を有する把持部と、
前記第一方向に直交する第二方向に往復移動可能な可動部と、
前記可動部と前記第一指部とを連結する第一連結部と、
前記可動部と前記第二指部とを連結する第二連結部と、
前記第一連結部及び前記第二連結部を介して前記第一指部及び前記第二指部が前記第一方向に開閉移動するように前記可動部を駆動する駆動部と
を備え、
前記第一指部及び前記第二指部は、それぞれ対象物を把持する先端部と前記先端部に対して前記第一方向及び前記第二方向のそれぞれに直交する第三方向上の位置に配置された基端部とを有し、
前記第一指部及び前記第二指部における他方の指部との対向面には、対象物を挟持する凹部が配置され、
前記第一指部及び前記第二指部のそれぞれの前記凹部は、前記第一指部及び前記第二指部の前記基端部側に配置された第一面と、前記第一指部及び前記第二指部の前記先端部側に配置された第二面とを有し、
前記第三方向視において、前記第一方向に平行な直線と、前記第二面を含む直線とのなす角の角度αが０°より大きく９０°未満であり、
前記第三方向視において、前記第一方向に平行な直線と、前記第一面を含む直線とのなす角の角度βが０°より大きく９０°未満であり、
前記基線における、前記基点から前記直行線までの長さｄが０より大きい
ロボット装置。
【請求項７】
前記ロボットハンドは、前記第二方向に平行な所定の直線を中心軸とした軸回り方向に回転可能である
請求項６に記載のロボット装置。
【請求項８】
前記第一指部及び前記第二指部は、前記第一方向に前記中心軸を挟む位置に配置されている
請求項７に記載のロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンド及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用ロボットとして、垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット（スカラロボット）、直交型ロボットなどが開発されており、それらのロボットが各々の特徴に適合する用途に合わせて選択されている（例えば、特許文献１参照）。これらのロボットには、対象物を把持する２つの指部を有する把持部を目標位置に移動させ、これら２つの指部の回転軸を中心として回転することで、２つの指部を開閉させ、これによって対象物を把持させるロボットハンドが設けられている。このようなロボットハンドのうち、例えば２つの指部の対向面にそれぞれ凹部が設けられ、当該凹部において対象物を挟持する構成が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７８３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、上記で提案されているような凹部を有する指部の形状において、把持可能な対象物のサイズの範囲について検討した。この結果、回転軸を中心として開閉する上記の構成よりも、水平方向に２つの指部を移動させて開閉動作を行う構成の方が、幅広い範囲のサイズの対象物を把持可能であることが分かった。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明は、幅広い範囲のサイズの対象物を把持可能なロボットハンド、ロボット装置及びロボットハンドの駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るロボットハンドは、第一方向に並んで配置された第一指部及び第二指部を有する把持部と、前記第一方向に直交する第二方向に往復移動可能な可動部と、前記可動部と前記第一指部とを連結する第一連結部と、前記可動部と前記第二指部とを連結する第二連結部と、前記第一連結部及び前記第二連結部を介して前記第一指部及び前記第二指部が前記第一方向に開閉移動するように前記可動部を駆動する駆動部とを備え、前記第一指部及び前記第二指部は、それぞれ対象物を把持する先端部と前記先端部に対して前記第一方向及び前記第二方向のそれぞれに直交する第三方向上の位置に配置された基端部とを有し、前記第一指部及び前記第二指部における他方の指部との対向面には、対象物を挟持する凹部が配置され、前記第一指部及び前記第二指部のそれぞれの前記凹部は、前記第一指部及び前記第二指部の前記基端部側に配置された第一面と、前記第一指部及び前記第二指部の前記先端部側に配置された第二面とを有し、前記第三方向視において、前記第一方向に平行な直線と、前記第二面を含む直線とのなす角の角度αが０°より大きく９０°未満であり、前記第三方向視において、前記第一方向に平行な直線と、前記第一面を含む直線とのなす角の角度βが０°より大きく９０°未満であり、前記基線における、前記基点から前記直行線までの長さｄが０より大きい。
【０００７】
本発明によれば、所定の第一方向に並んで配置された第一指部及び第二指部を有する把持部と、第一方向に直交する第二方向に往復移動可能な可動部と、可動部と第一指部とを連結する第一連結部と、可動部と第二指部とを連結する第二連結部と、第一連結部及び第二連結部を介して第一指部及び第二指部が第一方向に開閉移動するように可動部を駆動する駆動部とを備えるので、第一指部と第二指部とを回転させるのではなく当該第一指部と第二指部とを第一方向に往復移動させることで、第一指部及び第二指部による開閉動作を行うことができる。これにより、幅広い範囲のサイズの対象物を把持可能となる。
【０００８】
上記のロボットハンドにおいて、前記駆動部は、前記可動部に螺合されるネジ山が所定方向に沿って形成されたネジ部と、前記ネジ部を回転させるモーター部とを有し、前記所定方向は、前記第二方向に平行であり、前記可動部は、前記ネジ部の回転によって前記第二方向に移動可能であることが好ましい。  
本発明によれば、可動部に螺合されるネジ山が所定方向に沿って形成された軸部と、ネジ部を回転させるモーター部とを有し、所定方向が第二方向に平行であり、可動部がネジ部の回転によって第二方向に移動可能であるので、モーター部による回転力はネジ部によって第二方向の移動力に変換される。可動部は、この第二方向の移動力によって移動可能であるため、モーター部の回転を直線方向の変位として効率的に第一指部及び第二指部に伝達することができる。
【０００９】
上記のロボットハンドにおいて、前記モーター部は、駆動源と、前記駆動源に接続され、所定の軸周りに回転可能な回転伝達軸とを有し、前記回転伝達軸は、前記第二方向に平行に配置されていることが好ましい。  
本発明によれば、モーター部が、駆動源と、当該駆動源に接続され所定の軸周りに回転可能な回転伝達軸とを有し、回転伝達軸が第二方向に平行に配置されているので、モーター部のコンパクト化を図ることができる。
【００１０】
上記のロボットハンドにおいて、前記ネジ山は、前記回転伝達軸の一部に形成されていることが好ましい。  
本発明によれば、ネジ山が回転伝達軸の一部に形成されているので、モーター部をよりコンパクトにすることができる。
【００１１】
上記のロボットハンドにおいて、前記第一指部及び前記第二指部は、前記第二方向に直線状に延在していることが好ましい。  
本発明によれば、第一指部及び第二指部が第二方向に直線状に延在しているので、把持部のコンパクト化を図ることができる。
【００１２】
本発明に係るロボット装置は、基部と、前記基部に設けられたロボットハンドとを備え、前記ロボットハンドは、第一方向に並んで配置された第一指部及び第二指部を有する把持部と、前記第一方向に直交する第二方向に往復移動可能な可動部と、前記可動部と前記第一指部とを連結する第一連結部と、前記可動部と前記第二指部とを連結する第二連結部と、前記第一連結部及び前記第二連結部を介して前記第一指部及び前記第二指部が前記第一方向に開閉移動するように前記可動部を駆動する駆動部とを備え、前記第一指部及び前記第二指部は、それぞれ対象物を把持する先端部と前記先端部に対して前記第一方向及び前記第二方向のそれぞれに直交する第三方向上の位置に配置された基端部とを有し、前記第一指部及び前記第二指部における他方の指部との対向面には、対象物を挟持する凹部が配置され、前記第一指部及び前記第二指部のそれぞれの前記凹部は、前記第一指部及び前記第二指部の前記基端部側に配置された第一面と、前記第一指部及び前記第二指部の前記先端部側に配置された第二面とを有し、前記第三方向視において、前記第一方向に平行な直線と、前記第二面を含む直線とのなす角の角度αが０°より大きく９０°未満であり、前記第三方向視において、前記第一方向に平行な直線と、前記第一面を含む直線とのなす角の角度βが０°より大きく９０°未満であり、前記基線における、前記基点から前記直行線までの長さｄが０より大きい。
【００１３】
本発明によれば、基部と、当該基部に設けられたロボットハンドとを備え、ロボットハンドが、第一方向に並んで配置された第一指部及び第二指部を有する把持部と、第一方向に直交する第二方向に往復移動可能な可動部と、可動部と第一指部とを連結する第一連結部と、可動部と第二指部とを連結する第二連結部と、第一連結部及び第二連結部を介して第一指部及び第二指部が第一方向に開閉移動するように可動部を駆動する駆動部とを備えるので、第一指部と第二指部とを回転させるのではなく当該第一指部と第二指部とを第一方向に往復移動させることで、第一指部及び第二指部による開閉動作を行うことができる。これにより、幅広い範囲のサイズの対象物を把持可能となる。
【００１４】
上記のロボット装置において、前記ロボットハンドは、前記第二方向に平行な所定の直線を中心軸とした軸回り方向に回転可能であることが好ましい。  
本発明によれば、ロボットハンドが第二方向に平行な所定の直線を中心軸とした軸回り方向に回転可能であるので、第一指部及び第二指部に対象物を把持させた状態で当該対象物の姿勢を変化させることができる。例えば、第一指部及び第二指部が対象物を把持した状態で、回転することにより、重力方向における向きを反転させることができる。
【００１５】
上記のロボット装置において、前記第一指部及び前記第二指部は、前記第一方向に前記中心軸を挟む位置に配置されていることが好ましい。  
本発明によれば、第一指部及び第二指部が第一方向に中心軸を挟む位置に配置されているので、対象物が回転する場合には、中心軸を中心として回転することになる。これにより、対象物の中心位置の移動を抑制しつつ当該対象物の姿勢を変化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係るロボット１の概略構成を示す斜視図である。
【図２】同実施形態に係る把持部の構成を示す平面図である。
【図３】同実施形態に係る爪部の開閉機構を説明する図である。
【図４】同実施形態に係る爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出する手順を説明する図である。
【図５】同実施形態に係る爪部が把持可能な部品を説明する図である。
【図６】同実施形態に係る把持可能な最大の大きさと爪部形状のパラメーターα、β、ｄとの関係を説明する図である。
【図７】同実施形態に係る爪部の頂点と部品との関係により把持可能な部品の大きさを説明する図である。
【図８】同実施形態に係る爪部の頂点と部品との関係を説明する図である。
【図９】本実施形態に係る爪部を閉じた時に把持可能な部品の大きさを説明する図である。
【図１０】同実施形態に係る爪部により把持可能な部品の最小の大きさの算出を説明する図である。
【図１１】同実施形態に係るケージング領域のパラメーターを説明する図である。
【図１２】同実施形態に係るケージング領域の形状と各パラメーターを説明する図である。
【図１３】同実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ２１の場合を説明する図である。
【図１４】同実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ２２の場合を説明する図である。
【図１５】同実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ２３の場合を説明する図である。
【図１６】同実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ２４の場合を説明する図である。
【図１７】同実施形態に係るケージング可能な最大の大きさｒｍａｘ２と距離ｃ１、ｃ２、ｃｌｉｍの関係を説明する図である。
【図１８】同実施形態に係るセルフアライメントの条件を説明する図である。
【図１９】同実施形態に係る爪部から部品に加わる力を説明する図である。
【図２０】同実施形態に係るｒと頂点ａ２の関係を説明する図である。
【図２１】同実施形態に係る部品Ｍを取り付ける場合に用いる条件を説明する図である。
【図２２】同実施形態に係る爪部先が取り付ける部品Ｍ２と干渉している例を説明する図である。
【図２３】同実施形態に係るロボットハンドの構成を示す斜視図である。
【図２４】同実施形態に係るロボットハンドの構成を示す図である。
【図２５】同実施形態に係るロボットハンドの構成を示す図である。
【図２６】同実施形態に係るロボットハンドの構成を示す図である。
【図２７】同実施形態に係るロボットハンドの動作の一態様を示す図である。
【図２８】同実施形態に係るロボットハンドの動作の一態様を示す図である。
【図２９】同実施形態に係るロボットハンドの動作の一態様を示す図である。
【図３０】同実施形態に係るロボットハンドの動作の一態様を示す図である。
【図３１】同実施形態に係るロボットハンドの動作の一態様を示す図である。
【図３２】同実施形態に係るロボットハンドの動作の一態様を示す図である。
【図３３】同実施形態に係るロボットハンドの動作の一態様を示す図である。
【図３４】同実施形態に係るロボットハンドの動作の一態様を示す図である。
【図３５】同実施形態に係るロボットハンドの動作の一態様を示す図である。
【図３６】同実施形態に係るロボットハンドの動作の一態様を示す図である。
【図３７】同実施形態に係るロボットハンドの動作の一態様を示す図である。
【図３８】同実施形態に係るロボットハンドの動作の一態様を示す図である。
【図３９】本発明の第二実施形態であるロボット装置を適用したロボットシステムが作業を行う様子を示す、概略の外観図である。
【図４０】本発明の第三実施形態におけるロボットシステムの概略の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００１８】
以下の説明においては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸が水平面に対して平行かつ互いに直交する方向に設定され、Ｚ軸がＸ軸及びＹ軸のそれぞれと直交する方向（鉛直方向）に設定されている。
【００１９】
［第一実施形態］  
図１は、本発明の第一実施形態に係るロボット１の概略構成を示す斜視図である。図１において、符号Ｗ１は第一対象物、符号Ｗ２は第二対象物である。また、符号Ｌ１Ａは第一アーム２１Ａの回転軸，符号Ｌ２Ａは第二アーム２２Ａの回転軸、符号Ｌ３Ａは第三アーム２３Ａの回転軸、符号Ｌ４Ａ及び符号Ｌ５Ａは把持部１０Ａの回転軸である。符号Ｌ１Ｂは第一アーム２１Ｂの回転軸，符号Ｌ２Ｂは第二アーム２２Ｂの回転軸、符号Ｌ３Ｂは第三アーム２３Ｂの回転軸、符号Ｌ４Ｂ及び符号Ｌ５Ｂは把持部１０Ｂの回転軸である。
【００２０】
ここでは、第一対象物Ｗ１として小型かつ軽量な歯車を例示して説明することとし、第二対象物Ｗ２として前記歯車を回転可能に支持する支持軸（ピン）を備える電子機器を例示して説明することとする。なお、第一対象物Ｗ１は把持部と接する側に曲面を有する略円柱形状となっている。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態に係るロボット１は、ロボットハンドＲＨを備えている。ロボットハンドＲＨは、把持部１０Ａ及び１０Ｂを有している。把持部１０Ａは、開閉可能に設けられ対象物を把持する第一指部４１及び第二指部４２を有している。把持部１０Ｂは、開閉可能に設けられ対象物を把持する一対の指部４３及び４４を有している。
【００２２】
また、ロボット１は、対象物と把持部１０Ａ，１０Ｂとをそれぞれ相対移動させるアーム（移動装置）２０Ａ，２０Ｂと、第一対象物Ｗ１を搬送するベルトコンベア３３，３４と、第一対象物Ｗ１を第一ベルトコンベア（移動装置）３３に搬入するフィーダと、第一対象物Ｗ１の受け渡し用の台となるステージ３７と、対象物Ｗ１，Ｗ２を載置するステージ（移動装置）３０と、アーム２０Ａ，２０Ｂ及びステージ３０を支持する基台５０と、アーム２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ取り付けられたカメラ４０Ａ，４０Ｂと、ロボット１自身の動作を制御する制御装置６０と、制御装置６０への入力指示を行う入力装置７０と、を備えている。
【００２３】
把持部１０Ａは、第三アーム２３Ａの先端部に接続されている。把持部１０Ａは、第一ベルトコンベア３３に配置された第一対象物Ｗ１を把持する。把持部１０Ａは、把持した第一対象物Ｗ１をステージ３７に搬送する。把持部１０Ａは、第一対象物Ｗ１を把持する力を検出する検出装置４１Ａを備えている。検出装置４１Ａとしては、例えば、圧力センサーを用いたりモーターのトルクの変化（モーターを流れる電流の変化）を検出するセンサーを用いたりすることができる。
【００２４】
把持部１０Ｂは、第三アーム２３Ｂの先端部に接続されている。把持部１０Ｂは、ステージ３７に配置された第一対象物Ｗ１を把持する。把持部１０Ｂは、把持した第一対象物Ｗ１をステージ３０に搬送する。把持部１０Ｂは、把持した（またはステージ３７に配置された）第一対象物Ｗ１を第二対象物Ｗ２に搬送する。具体的には、把持部１０Ｂによって、歯車Ｗ１が電子機器Ｗ２のピンに挿通される。把持部１０Ｂは、第一対象物Ｗ１を把持する力を検出する検出装置４１Ｂを備えている。検出装置４１Ｂとしては、例えば、圧力センサーを用いたりモーターのトルクの変化（モーターを流れる電流の変化）を検出するセンサーを用いたりすることができる。
【００２５】
アーム２０Ａは、第一アーム２１Ａ、第二アーム２２Ａ、第三アーム２３Ａがこの順に連結されており、第一アーム２１ＡがＺ軸方向に回転軸を有する主軸２４及び平面視略矩形の基底部２５を介して基台５０に接続されている。第一アーム２１Ａは、主軸２４との連結個所において、水平方向（ＸＹ平面と平行な方向）に回転軸Ｌ１Ａ周りを正逆回転可能に設けられている。第二アーム２２Ａは、第一アーム２１Ａとの連結個所において、水平方向に回転軸Ｌ２Ａ周りを正逆回転可能に設けられている。第三アーム２３Ａは、第二アーム２２Ａとの連結個所において、水平方向に回転軸Ｌ３Ａ周りを正逆回転可能であるとともに、垂直方向（Ｚ軸方向）に上下移動可能に設けられている。なお、把持部１０Ａは、第三アーム２３Ａとの連結個所において、水平方向に直交する方向に回転軸Ｌ４Ａ周りを正逆回転可能に設けられている。
【００２６】
アーム２０Ｂは、第一アーム２１Ｂ、第二アーム２２Ｂ、第三アーム２３Ｂがこの順に連結されており、第一アーム２１ＢがＺ軸方向に回転軸を有する主軸２４及び平面視略矩形の基底部２５を介して基台５０に接続されている。第一アーム２１Ｂは、主軸２４との連結個所において、水平方向（ＸＹ平面と平行な方向）に回転軸Ｌ１Ｂ周りを正逆回転可能に設けられている。第二アーム２２Ｂは、第一アーム２１Ｂとの連結個所において、水平方向に回転軸Ｌ２Ｂ周りを正逆回転可能に設けられている。第三アーム２３Ｂは、第二アーム２２Ｂとの連結個所において、水平方向に回転軸Ｌ３Ｂ周りを正逆回転可能であるとともに、垂直方向（Ｚ軸方向）に上下移動可能に設けられている。なお、把持部１０Ｂは、第三アーム２３Ｂとの連結個所において、水平方向に直交する方向に回転軸Ｌ４Ｂ周りを正逆回転可能に設けられている。
【００２７】
第一ベルトコンベア３３、第二ベルトコンベア３４は、アーム２０Ａが設けられた側からこの順に離間して配置されている。フィーダ３６は、第一ベルトコンベア３３の上流側（＋Ｙ方向側）に配置されている。第二ベルトコンベア３４は、第一ベルトコンベア３３の下流側（−Ｙ方向側）に突出するよう平面視において第一ベルトコンベア３３よりも大きくなっている。第一ベルトコンベア３３から落下した第一対象物Ｗ１は、第二ベルトコンベア３４に搬送されて図示しない傾斜したベルトコンベアによりフィーダ３６の開口部３６ａに投入される。このようにして、把持部１０Ａに把持されなかった第一対象物Ｗ１は、第一ベルトコンベア３３、第二ベルトコンベア３４、フィーダ３６を循環するようになっている。
【００２８】
ステージ３０は、対象物を載置する天板３１と、天板３１を支持するベース部３５と、を備えている。ベース部３５は、例えば、Ｘ方向に天板３１を水平移動させる移動機構と、Ｙ方向に天板３１を移動させる移動機構と、がそれぞれ独立に収納されており、天板３１を水平方向に移動可能に設けられている。
【００２９】
カメラ４０Ａは、アーム２０Ａを構成する第二アーム２２Ａの先端部に取り付けられている。カメラ４０Ａとしては、例えばＣＣＤカメラを用いる。カメラ４０Ａは、第一ベルトコンベア３３上に載置された第一対象物Ｗ１を撮像する。カメラ４０Ａの撮影画像は、制御装置６０に送信される。
【００３０】
カメラ４０Ｂは、アーム２０Ｂを構成する第二アーム２２Ｂの先端部に取り付けられている。カメラ４０Ｂとしては、例えばＣＣＤカメラを用いる。カメラ４０Ｂは、天板３１上に載置された第一対象物Ｗ１、第二対象物Ｗ２を撮像する。カメラ４０Ｂの撮影画像は、制御装置６０に送信される。
【００３１】
制御装置６０は、メモリー、ＣＰＵ、電源回路等を内蔵している。制御装置６０は、入力装置７０から入力されるロボット１の動作内容を規定する動作プログラム等を記憶し、ＣＰＵによってメモリーに記憶された各種プログラムを起動しロボット１を統括制御する。
【００３２】
図２は、本実施形態に係る爪部の構成を示す平面図である。ここでは、把持部１０Ａ及び把持部１０Ｂのうち把持部１０Ａの第一指部４１及び第二指部４２を例示して指部の構成を説明することとする。把持部１０Ｂの第一指部４３及び第二指部４４については把持部１０Ａの第一指部４１及び第二指部４２と同様の構成であるため、その詳細な説明を省略する。図２（ａ）は、指部の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は、指部の形状のパラメーターを説明する図である。
【００３３】
図２（ａ）に示すように、第一指部４１は爪部１０１を有しており、第二指部４２は爪部１０２を有している。爪部１０１及び爪部１０２は、基準線２０２で線対称の関係である。また、爪部１０１及び爪部１０２は、先端から後端（基端もしくは基部ともいう）に向かうにしたがって、互いに離れる方向に漸次傾斜する第一傾斜面（先端側の面ともいう）１１１及び１１２を有し、互いに近接する方向に漸次傾斜する第二傾斜面（基端側の面もしくは基部側の面もいう）１２１及び１２２を有している。また、爪部１０１及び爪部１０２は、例えば、アルミニウム等の金属（平板）を曲げたり、前記金属（直方体）を切削したりすることによって形成することができる。
【００３４】
このような構成により、第一対象物Ｗ１は爪部１０１と爪部１０２の先端付近で把持されることとなる。このため、爪部１０１及び爪部１０２は、第一対象物Ｗ１を把持して搬送するために、ケージング、セルフアライメント、摩擦把持の３つの機能を実現できる。制御装置６０は、爪部１０１及び爪部１０２に第一対象物Ｗ１を４点以上の接触点で把持させるよう制御を行う。
【００３５】
なお、「ケージング」とは、対象物（第一対象物Ｗ１）がある位置及び姿勢のときに、第一対象物Ｗ１が、一対の爪部１０１及び爪部１０２とによって閉じられた空間の中にあることをいう。ケージングでは、第一対象物Ｗ１の位置あるいは姿勢は、爪部１０１及び爪部１０２に拘束されておらず自由である。
【００３６】
「セルフアライメント」とは、爪部１０１及び爪部１０２が第一対象物Ｗ１を挟み込む際に、爪部１０１及び爪部１０２の形状や、爪部１０１及び爪部１０２と第一対象物Ｗ１との摩擦力によって、第一対象物Ｗ１を前記閉じられた空間の中で所定の位置に移動させることをいう。
【００３７】
「摩擦把持」とは、爪部１０１及び爪部１０２が第一対象物Ｗ１を４点以上の接触点で接触させて第一対象物Ｗ１を拘束し、かつ、摩擦力によって第一対象物Ｗ１を第一対象物Ｗ１が配置された面３３ａに対して垂直な方向に拘束して把持することをいう。
【００３８】
図２（ｂ）に示すように、爪部１０１の先端は、頂点ａ１、ａ２、ａ３に囲まれた三角形（凹部ともいう）の形状（以下、爪部形状という）になっている。この爪部形状を３つのパラメーターα、β、ｄで表す。符号βは、線分ａ１ａ２と線分ａ１ａ３とのなす角を表し、符号αは、頂点ａ２から線分ａ１ａ３に垂線（基線ともいう）をおろした場合の線分ａ２ａ３と垂線とのなす角を表す。また、符号ｄは、三角形ａ１ａ２ａ３の底辺ａ２までの高さ（＝ａ２ａ３ｃｏｓα）を表す。また、第一傾斜面１１１と第二傾斜面１２１との交点である点ａ２を基点ともいう。
【００３９】
爪部１０１において、爪部形状のパラメーターα、β、ｄが取り得る範囲は、次式（１）のようになる。
【００４０】
【数１】
2014000627.tif 000003
【００４１】
以下、この爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出する手法について説明する。図３（ａ）と図３（ｂ）は、本実施形態に係る爪部の開閉機構について一般的な原理を説明する図である。図３（ａ）に示すように、制御装置６０は、爪部１０１及び爪部１０２を、各々の頂点ａ１とａ３とを結ぶ辺を延長して交わる点Ｑを中心として、互いの辺ａ１ａ３とを延長した線同士のなす角φを制御することで開閉する。また、爪部１０１及び爪部１０２を、爪部１０１の開閉における３つのパラメーター（以下、開閉パラメーターという）θ、γ、ｌ（エル）で表す。点Ｐは回転中心を表し、符号l（エル）は、点Ｐから爪部１０１の三角形ａ１ａ２ａ３の下端ａ１（点Ｂ；基端側の面の端部ともいう）までの距離を表す。符号γは把持部１０１が閉じている時のＢＰとｘ軸がなす角を表し、符号θは、把持部１０１が閉じている時のＢＰと爪部１０１が開いた状態の時のＢ’Ｐがなす角を表す。なお、本実施形態では、後述するようにγ＝９０°を満たす構成となっているが、以下の説明では、γ＝９０°を含めた一般的な原理について説明する。
【００４２】
次に、爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出する手順を、図面を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出する手順を説明する図である。  
まず、図４を用いて爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出する手順の概略を説明する。
【００４３】
図示しない爪部設計装置は、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な範囲を算出する（ステップＳ１）。なお、本実施形態では、爪部１０１及び爪部１０２の爪部形状のパラメーターα、β、ｄを、爪部設計装置が算出する例について説明するが、例えば、これらの算出手順に従って算出を行う演算装置や、爪部の設計者が行うようにしてもよい。
【００４４】
次に、爪部設計装置は、後述するケージング条件とセルフアライメント条件を含む制約条件を用いて、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な範囲の絞り込みを行う（ステップＳ２）。
【００４５】
次に、爪部設計装置は、制約条件から爪部１０１及び爪部１０２の爪先形状の範囲の絞り込みを行う（ステップＳ３）。
【００４６】
次に、爪部設計装置は、爪部１０１及び爪部１０２の爪先形状を算出、すなわち、爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出する（ステップＳ４）。
【００４７】
［摩擦把持の条件］
次に、ステップＳ１で行う爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な範囲を計算手法について、詳細に説明する。爪部１０１及び爪部１０２が、対象物Ｗ１を把持する条件は、爪部１０１、１０２と対象物Ｗ１とが、少なくとも３点の接触点を有して接し、拘束していることである（摩擦把持の条件）。
【００４８】
ここで、まず、爪部設計装置は、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な対象物Ｗ１（部品）の最大の大きさを求める。
【００４９】
図５は、本実施形態に係る爪部が把持可能な部品を説明する図である。この図では、爪部１０１及び爪部１０２が把持する物体Ｍの形状は、ｘｙ平面から視たとき円形（例えば、円柱状）である。また、以下の説明において、爪部形状のパラメーターα、β、ｄを算出するため、前述した爪部１０１及び爪部１０２の先端の三角形の形状について説明する。なお、以下の説明では、爪部形状のパラメーターα、β、ｄが異なる把持部であっても、共通の符号１０１と１０２とを用いて、把持部１０１と１０２と称する。また、爪部１０１及び爪部１０２が把持する対象物Ｗ１は、以下、大きさが異なっても共通の符号Ｍを用いて、部品Ｍと称する。
【００５０】
また、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、爪部１０１の第一傾斜面１１１と物体Ｍとの接点を点ｐ１、爪部１０１の第二傾斜面１２１と部品Ｍとの接点を点ｐ２、爪部１０２の第一傾斜面１１２と部品Ｍとの接点を点ｐ４、爪部１０２の第二傾斜面１２２と部品Ｍとの接点を点ｐ３と称する。また、物体Ｍの中心点ｏは、基準線２０２上にあり、中心点ｏを通り、この基準線２０２に対して垂直な線分を中心線２０１と称する。
【００５１】
図５（ａ）は、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な部品を説明する図であり、図５（ｂ）は、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な最大の大きさの部品を説明する図であり、図５（ｃ）は、爪部１０１及び爪部１０２が把持不可能な部品を説明する図である。
【００５２】
図５（ａ）に示すように、中心線２０１は、接点ｐ１とｐ４を結ぶ線分と、接点ｐ２とｐ３を結ぶ線分との間に位置している。このような状態の場合、爪部１０１及び爪部１０２は、４つの接触点により部品Ｍを囲むように把持できるため、部品Ｍを摩擦把持により安定して把持している。
【００５３】
図５（ｃ）に示すように、中心線２０１は、接点ｐ１とｐ４を結ぶ線分よりｙ方向の正方向に位置している。このような状態の場合、爪部１０１及び爪部１０２は、４つの接触点により部品Ｍを囲むように把持できないため、部品Ｍを摩擦把持により安定して把持できない場合がある。例えば、物体Ｍと爪部１０１及び爪部１０２の摩擦係数が所定の値より小さい場合、部品Ｍは、摩擦把持された状態からｙ方向の正方向へ抜けて飛び出してしまう場合がある。
【００５４】
このため、爪部１０１及び爪部１０２が把持する部品Ｍの最大の大きさは、図５（ｂ）に示すように、中心線２０１と接点ｐ１とｐ４を結ぶ線分と一致する場合である。この爪部１０１及び爪部１０２の面（第一傾斜面１１１と１１２、第二傾斜面１２１と１２２）が把持できる部品Ｍの最大半径をｒｍａｘ１（以下、把持可能な最大の大きさという）で表す。
【００５５】
図６は、本実施形態に係る把持可能な最大の大きさと爪部形状のパラメーターα、β、ｄとの関係を説明する図である。図６に示すように、部品Ｍは、４つの接点ｐ１〜ｐ４で部品Ｍを囲んでいる。すなわち、全ての接点ｐ１〜ｐ４と部品Ｍが、爪部１０１及び爪部１０２の面（第一傾斜面１１１と１１２、第二傾斜面１２１と１２２）にある。このように、４つの接点で部品Ｍを囲むことができる把持可能な最大の大きさをｒｍａｘ１１で表す。
【００５６】
図７は、本実施形態に係る爪部の頂点と部品との関係により把持可能な部品の大きさを説明する図である。図８は、本実施形態に係る爪部の頂点と部品との関係を説明する図である。
【００５７】
図７（ａ）は、把持可能な場合を説明する図であり、図７（ｂ）は、把持不可能な場合を説明する図である。なお、以下の説明では、部品Ｍは、爪部１０１及び爪部１０２の材質より柔らかい樹脂などの場合について説明する。
【００５８】
図７（ａ）に示すように、部品Ｍは、爪部１０１の第二傾斜面１２１と接点ｐ２で接触し、および爪部１０２の第二傾斜面１２２と接点ｐ３で接触している。そして、部品Ｍは、爪部１０１の第一傾斜面１１１とは接していず、爪部１０１の先端の三角形ａ１ａ２ａ３の頂点ａ３（接点ｐ３）で接触している。接点ｐ１において、爪部１０１の三角形ａ１ａ２ａ３の辺ａ２ａ３は、部品Ｍの接線である。このため、爪部１０１の頂点ａ３は、部品Ｍに突き刺さらない。
【００５９】
一方、図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）と同様に、部品Ｍが、爪部１０１の第二傾斜面１２１と接点ｐ２で接触し、および爪部１０２の第二傾斜面１２２と接点ｐ３で接触している。しかしながら、爪部１０１の頂点ａ１と部品Ｍは、接点ｐ１で接している。この場合、接点ｐ１において、爪部１０１の三角形ａ１ａ２ａ３の辺ａ２ａ３は、部品Ｍの接線ではない。このため、爪部１０１の頂点ａ３は、部品Ｍに突き刺ささる。すなわち、把持可能な最大の大きさの条件として、爪部１０１の頂点ａ３または頂点ａ１が、部品Ｍに突き刺さらない必要がある。
【００６０】
以下、爪部１０１及び爪部１０２の頂点ａ３と、爪部１０１及び爪部１０２の頂点ａ１とを爪先と称する。
【００６１】
図８（ａ）は、爪部１０１及び爪部１０２の頂点ａ３が部品Ｍに突き刺さらない条件を説明する図である。図８（ｂ）は、爪部１０１及び爪部１０２の頂点ａ１が部品Ｍに突き刺さらない条件を説明する図である。図８（ａ）と図８（ｂ）の場合分けは、爪部形状のパラメーターαが、π／２−β未満であるか、π／２−β以上であるかである。このように、爪先に突き刺さらない条件を加味した把持可能な最大の大きさをｒｍａｘ１２で表す。
【００６２】
この結果、図６と図８に示すように、把持可能な最大の大きさｒｍａｘ１は、幾何学的関係から、爪部形状のパラメーターα、β、ｄおよび開閉パラメーターθ、γ、ｌ（エル）により、次式（２）〜次式（４）のようになる。
【００６３】
【数２】
2014000627.tif 000004
【００６４】
【数３】
2014000627.tif 000005
【００６５】
【数４】
2014000627.tif 000006
【００６６】
なお、式（２）において、ｒｍａｘ１が、ｒｍａｘ１１かｒｍａｘ１２かが選択されるかは、爪先の形状により異なる。また、式（４）において、ｉｆは、場合分けを表し、αがπ／２−β未満の場合は、ｒｍａｘ１２＝ｄ／ｃｏｓ（α）×ｔａｎ（（π／２−β＋α）／２）であり、αがπ／２−β以上の場合は、ｒｍａｘ１２＝ｄ／ｓｉｎ（β）×ｔａｎ（（π／２−β＋α）／２）である。
【００６７】
次に、爪部１０１及び爪部１０２を閉じた状態について説明する。図９は、本実施形態に係る爪部を閉じた時に把持可能な部品の大きさを説明する図である。
【００６８】
図９（ｂ）に示すように、爪部１０１及び爪部１０２を閉じた場合、爪部１０１及び爪部１０２の第一傾斜面１１１と１１２、第二傾斜面１２１と１２２のおのおのの面は、部品Ｍとそれぞれ接点ｐ１〜ｐ４と接している。この状態の部品Ｍは、爪部１０１及び爪部１０２によって把持可能な最小の大きさｒｍｉｎ１である。
【００６９】
一方、図９（ａ）に示すように、部品Ｍが小さい場合、爪部１０１及び爪部１０２を閉じた時、部品Ｍは、４つの接点ｐ１〜ｐ４すべてと接することができない。このような状態を、爪部１０１及び爪部１０２が部品Ｍを把持できない（把持不可能）とする。
【００７０】
また、図９（ｃ）に示すように、部品Ｍの後端は、爪部１０１及び爪部１０２の第二傾斜面１２１と１２２において接点ｐ２とｐ３に接している。そして、部品Ｍの先端と爪部１０１及び爪部１０２の接点ｐ１とｐ４は、爪部１０１及び爪部１０２の先端ａ３である。また、線分ａ２ａ３は、部品Ｍの接線である。このような状態は、図８で説明したように、爪部１０１及び爪部１０２が部品Ｍに突き刺さらない状態であるため、把持可能な状態である。
【００７１】
図１０は、本実施形態に係る爪部により把持可能な部品の最小の大きさの算出を説明する図である。この状態は、図９（ｂ）と同様に、爪部１０１及び爪部１０２を閉じた時に、部品Ｍが爪部１０１及び爪部１０２の面（第一傾斜面１１１と１１２、第二傾斜面１２１と１２２）に４つの接点ｐ１〜ｐ４で接している状態である。部品Ｍが円のため、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な部品Ｍの最小の大きさｒｍｉｎ１は、爪を閉じたときの内接円の半径である。従って、把持可能な部品の最小の大きさ は、図１０に示す幾何学的関係から次式（５）のように求められる。
【００７２】
【数５】
2014000627.tif 000007
【００７３】
以上で、ステップＳ１で行う演算の説明を終了する。
【００７４】
次に、ステップＳ２で行う処理について詳細に説明する。ステップＳ２では、ケージング条件とセルフアライメント条件を制約条件として用い、爪部１０１及び爪部１０２が把持可能な範囲の絞り込みを行う。
【００７５】
図１１は、本実施形態に係るケージング領域のパラメーターを説明する図である。図１１（ａ）に示すように、符号ｒは、部品Ｍの半径を表す。部品Ｍの中心点ｏが自由に動ける空間Ｓを、ｘ方向の長さをｃ２、ｙ方向の長さをｃ１で表す。また、図１１（ｂ）に示すように、符号Ｈは、ケージング領域Ｓのｙ方向の正方向側の頂点を表し、符号Ｊは、ｙ方向の負方向側の頂点を表す。また、符号Ｉは、ケージング領域Ｓの線分ＨＪに対して負方向側のｘ方向の頂点を表し、符号Ｋは、線分ＨＪに対して正方向側のｘ方向の頂点を表す。すなわち、ｙ方向の長さｃ１は、頂点ＨとＪとの間の距離であり、ｘ方向の長さｃ２は、頂点ＩとＫとの間の距離である。
【００７６】
図１２は、本実施形態に係るケージング領域の形状と各パラメーターを説明する図である。
【００７７】
まず、符号についての定義を行う。図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、爪部１０１及び爪部１０２の三角形ａ１ａ２ａ３において、符号ｌ（エル）２は、頂点ａ３とａ１とのｙ方向の距離を表す。また、図１１で説明したｙ方向の長さｃ１を、ケージング領域の形状に応じて、符号ｃ１１、ｃ１２で表す。また、図１１で説明したｘ方向の長さｃ２を、ケージング領域の形状に応じて、符号ｃ２１、ｃ２２、ｃ２３、ｃ２４で表す。また、符号ｌ（エル）１は、三角形ａ１ａ２ａ３の頂点ａ１を符号Ｂで表し、点Ｂと頂点Ｊとのｘ方向の距離を表す。
【００７８】
まず、図１２（ａ）と図１２（ｂ）に示すように、ケージング領域Ｓの頂点ＩＪＫで囲まれた領域の形状により、ｙ方向の長さｃ１１とｃ１２に場合分けする。左右の爪部１０１及び爪部１０２の爪先の先端位置の距離は、部品Ｍの直径以下となる。すなわち、距離ｃ１１の上端は左右の爪部１０１及び爪部１０２の爪先の先端位置の中点となる。
【００７９】
図１２（ａ）に示すように、ケージング領域Ｓの線分は、頂点ＩとＪの間が直線であり且つ頂点ＪとＫとの間が直線である。そして、ケージング領域Ｓの線分は、頂点ＨとＩの間が直線ではない且つ頂点ＨとＫとの間が直線でない。また、図１２（ａ）に示すように、点Ｂと頂点Ｊとの距離はｒではない。このような状態のケージング領域Ｓのｙ方向の長さをｃ１１とする。
【００８０】
図１２（ｂ）に示すように、ケージング領域Ｓの線分は、頂点ＩとＪの間が直線だけではなく且つ頂点ＪとＫとの間が直線だけではない。すなわち、頂点ＩとＪの間の線分は、図１２（ｂ）に示すように、直線と曲線と有している。そして、ケージング領域Ｓの線分は、頂点ＨとＩの間と、頂点ＨとＫの間とは、各々、直線と曲線と有している。また、図１２（ｂ）に示すように、点Ｂと頂点Ｊとの距離はｒである。このような状態のケージング領域Ｓのｙ方向の長さをｃ１２とする。
【００８１】
図１２（ａ）と図１２（ｂ）に示すように、ケージング領域Ｓのｙ方向の距離ｃ１は、次式（６）のように場合分けされる。
【００８２】
図１２（ａ）と図１２（ｂ）に示した幾何学的関係から、ケージング領域Ｓのｙ方向の長さをｃ１１とｃ１２は、次式（７）〜次式（８）のようになる。
【００８３】
【数６】
2014000627.tif 000008
【００８４】
【数７】
2014000627.tif 000009
【００８５】
【数８】
2014000627.tif 000010
【００８６】
式（７）、式（８）において、距離ｌ（エル）１、距離ｌ（エル）２は、次式（９）〜次式（１０）である。
【００８７】
【数９】
2014000627.tif 000011
【００８８】
【数１０】
2014000627.tif 000012
【００８９】
また、式（７）、式（８）において、角度θは、次式（１１）である
【００９０】
【数１１】
2014000627.tif 000013
【００９１】
なお、式（１１）において、ａ、ｂ、ｃは、次式（１２）〜次式（１４）である。
【００９２】
【数１２】
2014000627.tif 000014
【００９３】
【数１３】
2014000627.tif 000015
【００９４】
【数１４】
2014000627.tif 000016
【００９５】
［ケージング条件］  
次に、ケージング領域Ｓの形状により、図１３〜図１６に示すように、ケージング領域Ｓのｘ方向の距離ｃ２をｃ２１〜ｃ２４に場合分けする。
【００９６】
図１３は、本実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ２１の場合を説明する図である。図１４は、本実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ２２の場合を説明する図である。図１５は、本実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ２３の場合を説明する図である。図１６は、本実施形態に係るケージング領域のｘ方向の距離がｃ２４の場合を説明する図である。
【００９７】
まず、図１３〜図１６で用いる符号について定義する。符号Ｔは、爪部１０１の三角形ａ１ａ２ａ３の頂点ａ３を表し、符号Ｂは、頂点ａ１を表す。また、符号Ｃは、ケージング領域Ｓの頂点Ｊを表す。符号Ｌ１は、ケージング領域Ｓの頂点Ｊと頂点Ｉを結ぶ線分を通る直線を表す。符号Ａは、頂点Ｉと頂点Ｈとの間の直線範囲の終点を表す。すなわち、図１３において、線分ＩＡは直線であり、線分ＡＨは曲線である。
【００９８】
直線Ｌ２は、ケージング領域Ｓの頂点Ｉと頂点Ｈとの間の直線範囲ＩＡを通る直線である。符号ｌ（エル）３は、ケージング領域Ｓの頂点Ｊと、爪部１０１の三角形ａ１ａ２ａ３の頂点ａ２とのｘ方向の距離を表す。また、符号ｌ（エル）４は、点Ａ（円弧と直線の境界（上側））と直線Ｌ１との距離を表し、符号ｌ（エル）５は、点Ｃ（円弧と直線の境界（下側））と直線Ｌ２との距離を表す。符号ｌ（エル）６は、点Ａと点Ｂ（爪先の先端）の距離、ｌ（エル）７は点Ｃと点Ｔ（爪先の先端）の距離を表す。
【００９９】
図１３〜図１６に示すように、ケージング領域Ｓの頂点ＩＫの距離ｃ２は、次式（１５）のように場合分けされる。
【０１００】
【数１５】
2014000627.tif 000017
【０１０１】
式（１５）において、例えば、ｌ４が０（ゼロ）より大きいとは、ケージング領域Ｓの頂点Ｉと頂点Ｈとの間に直線領域があることを意味している。また、ｌ４が０（ゼロ）未満とは、ケージング領域Ｓの頂点Ｉと頂点Ｈとの間に直線領域がない、すなわち曲線領域があることを意味している。ｌ４が０（ゼロ）以上とは、ケージング領域Ｓの頂点Ｉと頂点Ｈとの間に直線領域があり、曲線領域を含むことを意味している。
【０１０２】
図１３に示すように、距離ｃ２１を有するケージング領域Ｓは、頂点Ｈと頂点Ｉの区間が直線と曲線で形成され、頂点Ｉと頂点Ｊの区間が直線のみで形成されている。図１４に示すように、距離ｃ２２を有するケージング領域Ｓは、頂点Ｈと頂点Ｉの区間が曲線のみで形成され、頂点Ｉと頂点Ｊの区間が直線のみで形成されている。図１５に示すように、距離ｃ２３を有するケージング領域Ｓは、頂点Ｈと頂点Ｉの区間が直線と曲線で形成され、頂点Ｉと頂点Ｊの区間が曲線のみで形成されている。図１６に示すように、距離ｃ２４を有するケージング領域Ｓは、頂点Ｈと頂点Ｉの区間が曲線のみで形成され、頂点Ｉと頂点Ｊの区間が曲線のみで形成されている。
【０１０３】
図１３〜図１６に示した幾何学的関係から、ケージング領域Ｓのｘ方向の長さをｃ２１〜ｃ２４は、次式（１６）〜次式（１９）のようになる。
【０１０４】
【数１６】
2014000627.tif 000018
【０１０５】
【数１７】
2014000627.tif 000019
【０１０６】
【数１８】
2014000627.tif 000020
【０１０７】
【数１９】
2014000627.tif 000021
【０１０８】
なお、式（１６）〜式（１９）において、ｌ（エル）３〜ｌ（エル）７、角度θは、次式（２０）〜次式（２５）である。
【０１０９】
【数２０】
2014000627.tif 000022
【０１１０】
【数２１】
2014000627.tif 000023
【０１１１】
【数２２】
2014000627.tif 000024
【０１１２】
【数２３】
2014000627.tif 000025
【０１１３】
【数２４】
2014000627.tif 000026
【０１１４】
【数２５】
2014000627.tif 000027
【０１１５】
なお、式（２５）において、ａ、ｂ、ｃは、次式（２６）〜次式（２８）である。
【０１１６】
【数２６】
2014000627.tif 000028
【０１１７】
【数２７】
2014000627.tif 000029
【０１１８】
【数２８】
2014000627.tif 000030
【０１１９】
ケージング領域Ｓが大きいほど，部品Ｍの位置誤差に対してロバストな把持が可能となる。また、部品Ｍが大きいほどケージング領域Ｓの距離ｃ１およびｃ２の値は小さくなる。そこで許容可能な位置誤差の最小値ｃｌｉｍを定め、距離ｃ１またはｃ２が最小値ｃｌｉｍを下回る部品Ｍの大きさをケージング可能な最大の大きさｒｍａｘ２とする。爪部設計装置は、ｒｍａｘ２を式（６）及び式（１５）から数値計算により求める。
【０１２０】
図１７は、本実施形態に係るケージング可能な最大の大きさｒｍａｘ２と距離ｃ１、ｃ２、ｃｌｉｍの関係を説明する図である。図１７において、縦軸は、距離ｃ１、ｃ２、ｃｌｉｍの長さであり、横軸は部品Ｍの半径である。図１７に示すように、ケージング可能な最大の大きさｒｍａｘ２は、距離ｃ１またはｃ２の曲線と最小値ｃｌｉｍの交点のｒが小さい値を選択する。例えば、式（６）の場合分けでｃ１２が選択され、式（１５）の選択でｃ２１が選択された場合、ケージング可能な最大の大きさｒｍａｘ２は、距離ｃ１２またはｃ２１の曲線と最小値ｃｌｉｍの交点のｒが小さい値を選択する。
【０１２１】
また、最小値ｃｌｉｍは、許容される位置誤差である。許容される位置誤差とは、ケージングが成立する状態で部品Ｍが自由に動ける範囲（ケージング領域Ｓ）の事で、例えば最小値ｃｌｉｍ＝２．０［ｍｍ］であれば、距離ｃ１またはｃ２が２．０［ｍｍ］となる。
【０１２２】
この値は、例えばカメラで対象物を認識して、把持部１０Ａで物体を把持する場合に、カメラの認識誤差や把持部１０Ａの位置決め誤差等が、ｃ１、ｃ２を２．０［ｍｍ］で形成する領域Ｓの範囲内であれば、ｒｍａｘ２の部品Ｍをケージングが出来る事を意味している。
【０１２３】
［セルフアライメント条件］
次に、爪部設計装置が、セルフアライメントが可能な部品Ｍの最大の大きさを算出する方法について説明する。
【０１２４】
図１８は、本実施形態に係るセルフアライメントの条件を説明する図である。図１８（ａ）に示すように、部品Ｍは、爪部１０１及び爪部１０２の第二傾斜面１２１と１２２の接点ｐ２とｐ３で接触している。この状態で、爪部１０１及び爪部１０２が互いに近づく方向に移動、すなわち閉じると、部品Ｍが、ｙ方向の正方向に移動させられる。これにより、セルフアライメントが行われる（上方向のセルフアライメントともいう）。また、図１８（ａ）において、符号φは、爪部１０１の線分ａ１ａ２と、頂点ａ１を始点としｙ方向に平行な線分４０１とのなす角を表す。
【０１２５】
また、図１８（ｂ）に示すように、部品Ｍは、爪部１０１及び爪部１０２の第一傾斜面１１１と１１２の接点ｐ１とｐ４で接触している。この状態で、爪部１０１及び爪部１０２が互いに近づく方向に移動、すなわち閉じると、部品Ｍが、ｙ方向の負方向に移動させられる。これにより、セルフアライメントが行われる（下方向のセルフアライメントともいう）。また、図１８（ｂ）において、符号φは、爪部１０１の線分ａ３ａ２と、頂点ａ３を始点としｙ方向に平行な線分４１１とのなす角を表す。  
このなす角φは、爪部１０１と部品Ｍの接触角である。
【０１２６】
図１９は、本実施形態に係る爪部から部品に加わる力を説明する図である。図１９（ａ）は、図１８（ａ）と同様に上方向のセルフアライメント時の爪部から部品に加わる力を説明する図である。図１９（ｂ）は、図１８（ｂ）と同様に上方向のセルフアライメント時の爪部から部品に加わる力を説明する図である。また、図１９（ｂ）において、符号ｘｂは、爪部１０１の頂点ａ３から部品Ｍの中心点ｏを通る線分４２１までの距離である。図２０は、本実施形態に係るｒと頂点ａ２の関係を説明する図である。
【０１２７】
図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示すように、爪部１０１及び爪部１０２から部品Ｍに加わる力Ｆを、爪部方向（線分ａ２ａ１方向または線分ａ３ａ２方向）の力ｆｓとｘ方向の力ｆｘに分解すると次式（２９）のように表される。
【０１２８】
【数２９】
2014000627.tif 000031
【０１２９】
また、部品Ｍに対して働く摩擦力ｆｆは、摩擦係数をμとすると、次式（３０）のように表される。
【０１３０】
【数３０】
2014000627.tif 000032
【０１３１】
式（２９）、式（３０）より、爪部１０１及び爪部１０２を閉じることによって、部品Ｍが移動する条件は、次式（３１）のように表される。
【０１３２】
【数３１】
2014000627.tif 000033
【０１３３】
式（３１）において、次式（３２）のように置く。
【０１３４】
【数３２】
2014000627.tif 000034
【０１３５】
次に、上方向のセルフアライメントの場合のセルフアライメント条件を説明する。図１９（ｂ）に示すように、接触角φは、次式（３３）のように表される。
【０１３６】
【数３３】
2014000627.tif 000035
【０１３７】
式（３３）のように、爪部１０１及び爪部１０２を閉じるほど、接触角φが小さくなるため、βが（ｔａｎ−１μ）未満の範囲では、セルフアライメントの途中で部品Ｍが止まってしまう場合がある。このため、上方向へセルフアライメントが可能な部品Ｍの最小の大きさｒｍｉｎ２は、図１９（a）に示した幾何学的関係から、次式（３４）のように表される。
【０１３８】
【数３４】
2014000627.tif 000036
【０１３９】
式（３４）に、式（３３）を代入すると、次式（３５）のようになる。
【０１４０】
【数３５】
2014000627.tif 000037
【０１４１】
次に、下方向のセルフアライメントの場合のセルフアライメント条件を説明する。図１９（ｂ）に示すように、接触角φは、次式（３６）のように表される。
【０１４２】
【数３６】
2014000627.tif 000038
【０１４３】
式（３６）のように、爪部１０１及び爪部１０２を閉じるほど、接触角φが大きくなるため、（π／２−α）が（ｔａｎ−１μ）以上の範囲では、最も爪部１０１及び爪部１０２が開いたときに、セルフアライメントが可能である。このため、下方向へセルフアライメントが可能な部品Ｍの最大の大きさｒｍａｘ３は、図１９（ｂ）に示した幾何学的関係から、次式（３７）のように表される。
【０１４４】
【数３７】
2014000627.tif 000039
【０１４５】
式（３７）に、式（３６）を代入すると、次式（３８）のようになる。
【０１４６】
【数３８】
2014000627.tif 000040
【０１４７】
以上のように、ステップＳ２では、爪部設計装置が、ケージング条件に基づき、ケージング可能な部品Ｍの最大の大きさｒｍａｘ２を式（６）と式（１５）から算出する。さらに、爪部設計装置は、セルフアライメント条件に基づき、上方向へセルフアライメントが可能な部品Ｍの最小の大きさｒｍｉｎ２を式（３５）から算出し、下方向へセルフアライメントが可能な部品Ｍの最大の大きさｒｍａｘ３を式（３８）から算出する。
【０１４８】
以上で、ステップＳ２で行う演算の説明を終了する。
【０１４９】
［対象部品組み付け可能な条件］  
次に、ステップＳ３で行う処理について詳細に説明する。ステップＳ３では、部品Ｍを取り付ける場合について考慮するときに用いる条件について説明する。
【０１５０】
図２１は、本実施形態に係る部品Ｍを取り付ける場合に用いる条件を説明する図である。図２１（ａ）に示すように、爪部１０１及び爪部１０２は、把持した部品Ｍ１を取り付け先の部品Ｍ２の歯車同士が組み合うように取り付ける。つまり、部品Ｍ１とＭ２は、例えば歯車を有するギアである。図２１（ｂ）は、爪部先が、取り付ける部品Ｍ２と干渉なく組み付けが可能な条件を説明する図である。また、図２２は、本実施形態に係る爪部先が取り付ける部品Ｍ２と干渉している例を説明する図である。
【０１５１】
図２１（ｂ）において、符号ｏ１は部品Ｍ１の中心点であり、符号ｏ２は、取り付けられる部品Ｍ２の中心点である。また、符号ｌ（エル）８は、爪部１０１の三角形ａ１ａ２ａ３の頂点ａ１と部品Ｍ１の中心点ｏ１とのｘ方向の距離を表し、符号ｌ（エル）９は、爪部１０１の頂点ａ１と頂点ａ３との距離を表し、符号ｌ（エル）１０は、取り付けられる部品Ｍ２の中心点ｏ２と爪部１０１の頂点ａ１との距離のｙ成分を表す。
【０１５２】
図２２に示すように、爪部１０１及び爪部１０２が、歯車の部品Ｍ１を歯車の部品Ｍ２に取り付ける場合、あまり部品Ｍ１を包み込むような爪部先形状であると、もう一方の歯車と爪先が干渉してしまう。すなわち爪部１０１及び爪部１０２は、干渉なく組み付けが可能な条件として、次式（３９）を満たす必要がある。
【０１５３】
【数３９】
2014000627.tif 000041
【０１５４】
なお、式（３９）において、距離ｌ（エル）８、ｌ（エル）９、ｌ（エル）１０は、次式（４０）〜次式（４２）である。
【０１５５】
【数４０】
2014000627.tif 000042
【０１５６】
【数４１】
2014000627.tif 000043
【０１５７】
【数４２】
2014000627.tif 000044
【０１５８】
なお、式（４２）において、図２１（ｂ）に示すように、ｒ１は把持対象の歯車の半径を表し、ｒ２は組み付けしている相手である歯車の半径を表し、ｄ１は歯車の軸間距離を表している。
【０１５９】
以上のように、ステップＳ３では、爪部設計装置が、部品組み付け可能な条件に基づき、爪部１０１及び爪部１０２の条件を式（３９）により算出する。
【０１６０】
なお、ステップＳ３は、図２１（ａ）に示したような歯車同士の取り付け時に考慮する必要があるが、例えば、把持された部品Ｍを軸に取り付ける場合には考慮しないようにしてもよい。この場合、ステップＳ３の演算処理は行わないようにしてもよい。
【０１６１】
なお、本実施形態では、取り付け先の部品Ｍ２に干渉しない条件を設定する例を説明したが、把持する部品Ｍの大きさに応じて、爪部１０１及び爪部１０２が取り付け部品Ｍ２と干渉する部分を削除するようにしてもよい。この場合においても、前述した摩擦把持する条件、セルフアライメント条件、ケージング条件を満たすようにして、干渉部分を削除する。
【０１６２】
以上で、ステップＳ３で行う演算の説明を終了する。
【０１６３】
次に、ステップＳ４で行う処理について詳細に説明する。ステップＳ４では、ステップＳ１〜ステップＳ３で算出された結果を用いて、爪部１０１及び爪部１０２の爪先形状を算出する。
【０１６４】
爪部設計装置は、許容可能な位置誤差ｃｌｉｍ、摩擦係数μを用いて次式（４３）と次式（４４）により、爪先形状において把持可能な部品Ｍの最小の大きさｒｍｉｎと、把持可能な最大の大きさｒｍａｘを算出する。
【０１６５】
【数４３】
2014000627.tif 000045
【０１６６】
【数４４】
2014000627.tif 000046
【０１６７】
すなわち、爪部設計装置は、式（４３）により、部品Ｍの最小の大きさｒｍｉｎとして、摩擦把持可能な部品Ｍの最小の大きさｒｍｉｎ１と、先端から基端へのセルフアライメントが可能な部品Ｍの最小の大きさｒｍｉｎ２のうち、大きい値を選択する。また、爪部設計装置は、式（４４）により、部品Ｍの最大の大きさｒｍａｘとして、摩擦把持可能な部品Ｍの最大の大きさｒｍａｘ１と、部品Ｍの中心が移動可能な領域が最大となる部品Ｍの最大の大きさｒｍａｘ２と、先端から基端へのセルフアライメントが可能な部品Ｍの最大の大きさｒｍａｘ３と、のうち、最も小さい値を選択する。このようにして選択された部品Ｍの最小の大きさｒｍｉｎと部品Ｍの最大の大きさｒｍａｘとが、爪部１０１及び爪部１０２で把持可能な部品Ｍの大きさの範囲である。
【０１６８】
なお、爪部１０１、１０２の先端部は、必ずしも厳密な意味での端部のみを示しているのではなく、例えば、図３（ａ）のように、点ａ１と点ａ３を通る直線を含む先端の方の側面やそれに類する箇所も含んでいる。同様に、爪部１０１、１０２の基部は、必ずしも厳密な意味での端部のみを示しているのではなく、例えば、図３（ａ）のように、点ａ１と点ａ３を通る直線を含む後ろ端の方の側面やそれに類する箇所も含んでいる。
【０１６９】
また、明細書中の式は対象物が円である前提で示しているが、歯車でも近似的に外接円として扱うことで十分に成り立つものである。
【０１７０】
［ロボットハンド］  
次に、上記のように設計された第一指部４１及び第二指部４２を有するロボットハンドＲＨの構成を説明する。図２３は、ロボットハンドＲＨの構成を示す斜視図である。図２４は、ロボットハンドＲＨを＋Ｚ方向に見たときの構成を示す図である。図２５は、ロボットハンドＲＨを＋Ｘ方向に見たときの構成を示す図である。図２６は、ロボットハンドＲＨを−Ｙ方向に見たときの構成を示す図である。
【０１７１】
図２３〜図２６（ａ）に示すように、ロボットハンドＲＨは、第一指部４１及び第二指部４２を有する把持部１０Ａと、Ｚ方向に往復移動可能な可動部１２と、当該可動部１２と第一指部４１とを連結する第一連結部１３と、可動部１２と第二指部４２とを連結する第二連結部１４と、第一連結部１３及び第二連結部１４を介して第一指部４１及び第二指部４２がＹ方向に開閉移動するように可動部１２を駆動する駆動部１５とを備えている。これら各部は、Ｙ方向視で円形に形成された支持台１６上に配置されている。支持台１６の中心は、中心軸Ｌ５Ａ上に設けられている。
【０１７２】
支持台１６には、Ｚ方向に間隔を空けて配置された壁部１７及び壁部１９が設けられている。壁部１７及び壁部１９は、ＸＹ平面に平行に配置されている。支持台１６は、中心軸Ｌ５Ａを中心としてＹ軸周りに回転可能である。支持台１６がＹ軸周りに回転することにより、当該支持台１６に支持された上記各部がＹ軸周りに回転移動することになる。なお、第一指部４１及び第二指部４２は、Ｚ方向において支持台１６の中央部に位置するように設けられており、Ｙ方向視で当該中心軸Ｌ５Ａを挟む位置に配置されている（図２６参照）。
【０１７３】
把持部１０Ａは、第一指部４１を支持する支持部４１ａと、第二指部４２を支持する支持部４２ａとを有する。第一指部４１は、支持部４１ａから＋Ｙ方向に直線状に延在している。第二指部４２は、支持部４２ａから＋Ｙ方向に直線状に延在している。支持部４１ａ及び支持部４２ａは、Ｘ方向視でコ字状に形成されている。
【０１７４】
支持部４１ａには、スライダー４１ｂが設けられている。また、支持部４２ａには、スライダー４２ｂが設けられている。スライダー４１ｂ及びスライダー４２ｂは、ガイドレール１８に取り付けられている。ガイドレール１８は、Ｘ方向に延在しており、壁部１７に固定されている。ガイドレール１８に取り付けられたスライダー４１ｂ及びスライダー４２ｂは、当該ガイドレール１８に沿ってＸ方向に移動可能である。スライダー４１ｂがＸ方向に移動することにより、当該スライダー４１ｂと一体的に支持部４１ａ及び第一指部４１がＸ方向に移動する。同様に、スライダー４２ｂがＸ方向に移動することにより、当該スライダー４２ｂと一体的に支持部４２ａ及び第二指部４２がＸ方向に移動する。このように、本実施形態では、第一指部４１及び第二指部４２が回転するのではなく、Ｘ方向に平行移動することになる。したがって、上記の図３におけるγの値が９０°である場合に相当する。本発明者は、γが９０°である場合に、把持可能な対象物のサイズが最大となることを見出している。
【０１７５】
可動部１２は、支持台１６のうちＸ方向のほぼ中央に配置されている。可動部１２は、第一連結部１３及び第二連結部１４に接続される第一接続部１２ａと、駆動部１５に接続される第二接続部１２ｂとを有する。第二接続部１２ｂは、Ｚ方向に円筒状に形成された貫通部を有しており、当該貫通部には、Ｚ方向に向けて螺旋状に形成された不図示のネジ山が配置されている。
【０１７６】
第一連結部１３は、金属などの剛性の高い材料を用いて棒状に形成されている。第一連結部１３は、＋Ｚ側端部が連結部材１３ａを介して第一指部４１の支持部４１ａに連結されており、−Ｚ側端部が連結部材１３ｂを介して可動部１２の第一接続部１２ａに連結されている。第一連結部１３及び支持部４１ａは、Ｙ軸周りに相対的に回転可能となるように連結されている。同様に、第一連結部１３及び第一接続部１２ａは、Ｙ軸周りに相対的に回転可能となるように連結されている。なお、第一連結部１３は、支持部４１ａと支持部４２ａとがＸ方向の中央で接触する状態において、＋Ｚ側端部がＸ方向の中央部よりも＋Ｘ方向に傾くように配置されている。
【０１７７】
第二連結部１４は、金属などの剛性の高い材料を用いて棒状に形成されている。第二連結部１４は、＋Ｚ側端部が連結部材１４ａを介して第二指部４２の支持部４２ａに連結されており、−Ｚ側端部が連結部材１４ｂを介して可動部１２の第一接続部１２ａに連結されている。第二連結部１４及び支持部４２ａは、Ｙ軸周りに相対的に回転可能となるように連結されている。同様に、第二連結部１４及び第一接続部１２ａは、Ｙ軸周りに相対的に回転可能となるように連結されている。なお、第二連結部１４は、支持部４１ａと支持部４２ａとがＸ方向の中央で接触する状態において、＋Ｚ側端部がＸ方向の中央部よりも−Ｘ方向に傾くように配置されている。
【０１７８】
駆動部１５は、Ｚ軸周りに回転可能に設けられたネジ部ＢＴと、当該ネジ部ＢＴを回転させるモーター部ＭＴＲとを有する。ネジ部ＢＴは、円柱状に形成されＺ方向に平行に配置された軸部２２を有する。ネジ部ＢＴの＋Ｚ側端部は、フレーム部１７によって回転可能に支持されている。ネジ部ＢＴの−Ｚ側端部は、フレーム部１９によって回転可能に支持されている。なお、ネジ部ＢＴは、フレーム部１７及びフレーム部１９により、Ｚ方向への移動が規制されている。
【０１７９】
軸部２２には、ネジ山２２ａ（図２６（ａ）参照）が形成されている。軸部２２は、可動部１２の第二接続部１２ｂに設けられた貫通孔を貫通するように配置されている。可動部１２の貫通孔に形成されるネジ山（不図示）と軸部２２のネジ山２２ａとが噛み合わされることで、可動部１２と軸部２２とが螺合されている。
【０１８０】
モーター部ＭＴＲは、支持台１６に固定されている。モーター部ＭＴＲは、ネジ部ＢＴの−Ｘ側に配置されている。モーター部ＭＴＲは、駆動源２０と、当該駆動源２０に接続されＺ軸周りに回転可能な回転伝達軸２１とを有する。回転伝達軸２１は、Ｚ方向に平行に配置されている。
【０１８１】
上記構成において、回転伝達軸２１とネジ部ＢＴの軸部２２とがＸ方向に並んで配置されている。駆動伝達軸２１と軸部２２との間には、駆動ベルト２３が掛け渡されている。駆動伝達軸２１の回転は、駆動ベルト２３を介して軸部２２に伝達されるようになっている。このように、駆動伝達軸２１と軸部２２とがＺ方向に平行であり、Ｚ方向に並んで配置されているため、両者の間の駆動力伝達手段として、駆動ベルト２３のみを設ければ良いことになる。このため、駆動部１５のコンパクト化を図ることができる。なお、例えば図２６（ｂ）に示すように、モーター部ＭＴＲの回転伝達軸２１に軸部２２及びネジ山２２ａが形成された構成、すなわち、回転伝達軸２１の一部がネジ部ＢＴとなっている構成であっても良い。この場合、ネジ部ＢＴとモーター部ＭＴＲとを直線状に配置させることができるため、駆動部１５ひいてはロボットハンドＲＨのコンパクト化を図ることができる。
【０１８２】
上記のように構成された把持部１０Ａの動作を説明する。モーター部ＭＴＲが回転伝達軸２１を回転させることにより、駆動ベルト２３がＺ軸周りに回転する。当該駆動ベルト２３の回転により、軸部２２がＺ軸周りに回転する。
【０１８３】
軸部２２がＺ軸周りに回転すると、ネジ部ＢＴがＹ軸周りに回転する。この回転により、ネジ部ＢＴと可動部１２の第二接続部１２ｂとの間で相対的な回転移動が生じ、第二接続部１２ｂがＺ方向に移動する。この移動により、第二接続部１２ｂを含む可動部１２全体がＺ方向に移動する。
【０１８４】
この動作において、モーター部ＭＴＲの回転方向を切り替えることで、可動部１２を＋Ｚ方向及び−Ｚ方向に切り替えて移動させることができる。例えば可動部１２を＋Ｚ方向に移動させる場合、可動部１２に連結された第一連結部材１３及び第二連結部材１４は、可動部１２に押されて＋Ｚ側に移動する。
【０１８５】
本実施形態では、第一連結部１３の＋Ｚ側端部がＸ方向の中央部よりも＋Ｘ方向に傾くように配置されており、第二連結部１４の＋Ｚ側端部がＸ方向の中央部よりも−Ｘ方向に傾くように配置されているため、可動部１２の＋Ｚ側への移動により、第一連結部１３の＋Ｚ側端部は＋Ｘ方向に移動し、第二連結部１４の＋Ｚ側端部は−Ｘ方向に移動する。
【０１８６】
第一連結部１３及び第二連結部１４の当該移動により、第一連結部１３に連結された第一指部４１は＋Ｘ方向に移動すると共に、第二連結部１４に連結された第二指部４２は−Ｘ方向に移動する。したがって、第一指部４１及び第二指部４２は、互いにＸ方向に遠ざかるように平行移動する。この移動により、第一指部４１及び第二指部４２が開いた状態となる。
【０１８７】
一方、可動部１２を−Ｚ方向に移動させる場合、可動部１２に連結された第一連結部材１３及び第二連結部材１４は、可動部１２に引っ張られて−Ｚ側に移動する。
【０１８８】
可動部１２の−Ｚ側への移動により、第一連結部１３の＋Ｚ側端部は−Ｘ方向に移動し、第二連結部１４の＋Ｚ側端部は＋Ｘ方向に移動する。第一連結部１３及び第二連結部１４の当該移動により、第一連結部１３に連結された第一指部４１は−Ｘ方向に移動すると共に、第二連結部１４に連結された第二指部４２は＋Ｘ方向に移動する。したがって、第一指部４１及び第二指部４２は、互いにＸ方向に近づくように平行移動する。この移動により、第一指部４１及び第二指部４２が閉じた状態となる。なお、第一指部４１及び第二指部４２が閉じた状態においては、互いの対向面同士が接触した状態となる。このように第一指部４１及び第二指部４２を開閉させることにより、対象物を把持することができる。
【０１８９】
図２７は、第一指部４１及び第二指部４２によって対象物Ｗを把持した状態を示す斜視図である。この状態から、中心軸Ｌ５Ａを中心として支持台１６をＹ軸周りに回転させると、図２８に示すように、対象物ＷのＸ座標及びＹ座標を固定させたまま、対象物ＷをＺ方向に反転させることができる。このため、例えばベルトコンベア３３に載置された状態の対象物Ｗの姿勢と、当該対象物Ｗを組み付ける場合の姿勢とが異なる場合であっても、支持台１６を回転させるだけで対象物Ｗの姿勢を変化させることができる。
【０１９０】
また、図２９〜図３１は、ＸＹ平面に対して傾いた状態の第一指部４１及び第二指部４２によって、ＸＹ平面に平行なテーブル上に載置された対象物Ｗを把持する場合の例を示す図である。  
まず、図２９に示すように、対象物ＷをＸ方向に挟むように第一指部４１及び第二指部４２を対象物Ｗの両側に配置させる。次に、図３０に示すように、第一指部４１及び第二指部４２をＸ方向に近づけて、当該第一指部４１及び第二指部４２によって対象物Ｗを挟持する。
【０１９１】
次に、図３１に示すように、第一指部４１及び第二指部４２を近づける方向に平行移動させつつ、当該第一指部４１及び第二指部４２を＋Ｚ方向へ移動させて対象物Ｗを持ち上げる。このとき、対象物Ｗは、第一指部４１の爪部１０１に形成された第一傾斜面１１１及び第二傾斜面１２１と、第二指部４２の爪部１０２に形成された第一傾斜面１１２及び第二傾斜面１２２とに挟持され、当該第一傾斜面１１１、１１２と及び第二傾斜面１２１、１２２に平行な姿勢となるようにセルフアライメントされる。このように、第一指部４１及び第二指部４２により、対象物Ｗの位置のみならず姿勢についてもセルフアライメントが実現する。
【０１９２】
また、図３２及び図３３に示すように、第一指部４１及び第二指部４２が−Ｚ側に先端部（爪部１０１及び爪部１０２）を向けた状態で、ベルトコンベア３３に横向きに載置された対象物Ｗを把持する場合についても同様である。この場合、対象物Ｗは、ヘッドが設けられたボルトであり、当該ヘッドの径が軸部の径よりも大きい分、載置した状態ではＸＹ平面に対して傾斜している。また、ボルトの軸部がＹ方向に対して傾いている。
【０１９３】
このような状態において、例えば、図３２に示すように、対象物ＷをＸ方向に挟むように第一指部４１及び第二指部４２を対象物Ｗの両側に配置させる。次に、図３３に示すように、第一指部４１及び第二指部４２をＸ方向に近づけて、当該第一指部４１及び第二指部４２によって対象物Ｗを挟持する。
【０１９４】
この結果、対象物Ｗは、第一指部４１の爪部１０１に形成された第一傾斜面１１１及び第二傾斜面１２１と、第二指部４２の爪部１０２に形成された第一傾斜面１１２及び第二傾斜面１２２とに挟持され、当該第一傾斜面１１１、１１２と及び第二傾斜面１２１、１２２に平行な姿勢となるようにセルフアライメントされる。したがって、ボルトの軸部がＸＹ平面に平行であり、かつ、Ｙ方向に平行となるように配置される。
【０１９５】
次に、対象物を重力方向（Ｚ方向）についてセルフアライメントさせる場合の例を説明する。図３４は、当該セルフアライメントの工程を示すフローチャートである。以下、対象物として、ヘッド部及び軸部を有するボルトを例に挙げて説明する。
【０１９６】
まず、第一指部４１及び第二指部４２を用いて対象物を把持する（ＳＴ０１）。この場合、例えば図２９〜図３１で示したように、ヘッド部Ｗａが底面に載置された状態であっても良いし、図３２で示したように、ベルトコンベア３３上に横向きで載置された場合であっても良い。いずれの場合においても、対象物Ｗを把持することにより、第一指部４１の爪部１０１に形成された第一傾斜面１１１及び第二傾斜面１２１と、第二指部４２の爪部１０２に形成された第一傾斜面１１２及び第二傾斜面１２２とに挟持され、当該第一傾斜面１１１、１１２と及び第二傾斜面１２１、１２２に平行な姿勢となるようにセルフアライメントされる。
【０１９７】
次に、Ｙ軸周りに支持台１６を回転させることで、図３５に示すように、軸部ＷｂがＺ方向に平行であり、かつ、ヘッド部Ｗａが＋Ｚ側に配置されるように対象物Ｗの姿勢を調整する（ＳＴ０２）。この動作により、対象物Ｗは、軸部Ｗｂを第一指部４１及び第二指部４２によって把持された状態となる。この状態では、対象物Ｗの軸部Ｗｂには、第一指部４１及び第二指部４２との間の摩擦力と、重力とが作用している。重力方向においては、摩擦力が重力を上回っているため、重力方向において対象物Ｗの移動は規制される。
【０１９８】
次に、第一指部４１及び第二指部４２をＸ方向に微小量だけ移動させることにより、第一指部４１及び第二指部４２による軸部Ｗｂの把持力を緩める（ＳＴ０３）。この動作により、第一指部４１及び第二指部４２と対象物Ｗとの間の摩擦力よりも、対象物Ｗに対して作用する重力の方が大きくなるため、対象物Ｗは重力方向に移動（落下）する。
【０１９９】
このとき、第一指部４１及び第二指部４２の移動量の和がヘッド部Ｗａの径と軸部Ｗｂの径との差よりも小さい場合、図３６に示すように、対象物Ｗのヘッド部Ｗａが第一指部４１及び第二指部４２に引っ掛かる。このため、重力方向に落下した対象物ＷのＺ方向への移動が規制される。
【０２００】
上記動作を行う場合、ヘッド部Ｗａ及び軸部Ｗｂの形状や寸法によらず、対象物Ｗのヘッド部Ｗａが第一指部４１及び第二指部４２に引っ掛かることになる。このため、対象物Ｗはヘッド部ＷａにおいてＺ方向に位置決めされることになる（セルフアライメント）。
【０２０１】
以上のように対象物ＷをＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に位置決め（セルフアライメント）した後、第一指部４１及び第二指部４２を近づけ、再度軸部Ｗｂを把持する（ＳＴ０４）。その後、支持台１６をＹ軸周りに回転させ、対象物Ｗが所望の姿勢となるように調整する（ＳＴ０５）。対象物Ｗの姿勢を調整した後、第一指部４１及び第二指部４２によって把持した状態で当該対象物Ｗを移動させ、所定の位置で第一指部４１及び第二指部４２を開くことで対象物Ｗを所定の位置に配置させる（ＳＴ０６）。
【０２０２】
このように、把持部１０Ａが支持台１６をＹ方向に自在に回転させて第一指部４１及び第二指部４２を回転移動させる構成において、対象物Ｗの一部を第一指部４１及び第二指部４２に引っ掛けることが可能な構成としたので、重力を利用したＺ方向のセルフアライメントが可能となる。これにより、対象物ＷをＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向のすべての方向のセルフアライメントが可能となる。
【０２０３】
なお、例えば、図３７に示すように、第一指部４１及び第二指部４２のそれぞれに、互いの対向方向に突出した突出部１０１ａ及び突出部１０２ａを設けて、当該突出部１０１ａ及び突出部１０２ａに対象物Ｗを引っ掛ける構成であっても良い。これにより、例えば図３８に示すように、対象物Ｗ（歯車）の拡径部Ｗａの端面側においてＺ方向の位置決めを行うことができる。勿論、対象物Ｗの拡径部Ｗａを＋Ｚ側に配置して縮径部Ｗｂを把持し、第一指部４１及び第二指部４２の把持力を緩めることで拡径部Ｗａを第一指部４１及び第二指部４２の＋Ｚ側に引っ掛けるようにしても良い。
【０２０４】
本発明者は、第一指部４１及び第二指部４２が上記のように第一傾斜部１１１及び構成を有する場合において、把持可能な対象物のサイズの範囲について検討した。この結果、第一指部４１及び第二指部４２を開閉する際に所定の回転軸を中心として回転させる構成よりも、第一指部４１及び第二指部４２を平行移動させることで開閉動作を行う構成の方が、幅広い範囲のサイズの対象物を把持可能であることが分かった。
【０２０５】
そこで、本実施形態によれば、Ｙ方向に並んで配置された第一指部４１及び第二指部４２を有する把持部１０Ａと、Ｙ方向に直交するＺ方向に往復移動可能な可動部１２と、可動部１２と第一指部４１とを連結する第一連結部１３と、可動部１２と第二指部４２とを連結する第二連結部１４と、第一連結部１３及び第二連結部１４を介して第一指部４１及び第二指部４２がＹ方向に開閉移動するように可動部１２を駆動する駆動部１５とを備えるので、第一指部４１と第二指部４２とを回転させるのではなく当該第一指部４１と第二指部４２とをＹ方向に往復移動させることで、第一指部４１及び第二指部４２による開閉動作を行うことができる。これにより、幅広い範囲のサイズの対象物を把持可能となる。
【０２０６】
［第二実施形態］  
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。  
本発明の第二実施形態におけるロボットシステムは、第一の部品が取り付けられたアセンブリー部品に、ロボット本体が搬送する第二の部品を第一の部品に物理的な負荷をかけずに組み合わせて取り付ける組立てシステムである。本実施形態では、第一の部品および第二の部品が平歯車（以下、歯車という。）である例について説明する。
【０２０７】
図３９は、第二実施形態であるロボット装置を適用したロボットシステムが作業を行う様子を示す、概略の外観図である。  
同図において、ロボットシステム８０１は、ロボット本体８１０と、把持部８１１と、ロボット制御装置８２０と、撮影装置８３０と、ケーブル８４０と、ケーブル８４１とを含んで構成される。  
ロボット本体８１０とロボット制御装置８２０とケーブル８４１とは、ロボット装置に含まれる。
【０２０８】
ロボット本体８１０は、具体的には、地面に対して固定された支持台８１０ａと、旋回可能および屈伸可能に支持台８１０ａに連結されたアーム部８１０ｂと、旋回可能および首振り可能にアーム部８１０ｂに連結されたハンド部１０ｃとを含んで構成される。ロボット本体８１０は、例えば７軸垂直多関節ロボットであり、支持台８１０ａとアーム部８１０ｂとハンド部１０ｃとの連係した動作によって７軸の自由度を有する。つまり、その７軸の自由度は、支持台８１０ａおよびアーム部８１０ｂによる６軸の自由度と、ハンド部１０ｃによる１軸の自由度とである。
【０２０９】
ロボット本体８１０は、把持部８１１を可動に備える。把持部８１１は、本発明の爪部を備える。なお、図３９では、把持部８１１を、その機能を示すために模式的に示してある。
【０２１０】
ロボット本体８１０は、ロボット制御装置８２０から供給されるロボット制御命令を取り込み、このロボット制御命令による駆動制御によって、把持部８１１の位置および姿勢を三次元空間内で所望に変更し、また把持部８１１の爪部を開閉させる。
【０２１１】
なお、ロボット本体８１０は、７軸の自由度を有するものに限られず、例えば、６軸の自由度を有するものであってもよい。また、支持台８１０ａを、壁や天井等、地面に対して固定された場所に設置してもよい。
【０２１２】
図３９に示すように、ロボット本体８１０の動作による把持部８１１の可動範囲内には、アセンブリー部品８０５が設置されている。なお、同図では、アセンブリー部品８０５の支持台（机）の図示を省略してある。アセンブリー部品８０５は、板状の基台８５０と、基台８５０に対してそれぞれ略垂直（垂直を含む。）に立てられた軸８５１と、軸８５２とを備える。そして、アセンブリー部品８０５は、軸８５１に歯車８５３（第一の部品）が取り付けられ、軸８５２に歯車８５４（第二の部品）が取り付けられて構成される。ただし、アセンブリー部品８０５は、軸８５１に歯車８５３が取り付けられた後、軸８５２に歯車８５４が取り付けられることにより完成される。  
なお、同図における部品や構造等の縮尺は、図を明りょうなものとするために実際のものとは異なる。
【０２１３】
撮影装置８３０は、アセンブリー部品８０５を撮影して静止画像または動画像である撮影画像を取得し、この撮影画像を、ケーブル８４０を介してロボット制御装置８２０に供給する。
【０２１４】
撮影装置８３０は、例えば、デジタルカメラ装置、デジタルビデオカメラ装置により実現され、アセンブリー部品８０５に対して略垂直（垂直を含む。）上方において、撮影方向が略垂直（垂直を含む。）下方となる位置に固定設置される。ただし、図３９において、軸８５１と軸８５２との距離に対して、軸８５１および軸８５２と撮影装置８３０との距離は十分に長い。
【０２１５】
ケーブル８４０は、ロボット制御装置８２０が出力する撮影装置８３０に対する制御データを撮影装置８３０に供給したり、撮影装置８３０が出力する応答データや撮影画像をロボット制御装置８２０に供給したりする。制御データは、例えば、ロボット制御装置８２０が撮影装置８３０に対して通知する、撮影開始命令や撮影停止命令等の制御命令を含む。応答データは、例えば、撮影装置８３０がロボット制御装置８２０に対して通知する、制御データに対する応答を含む。
【０２１６】
ケーブル８４１は、ロボット制御装置８２０が出力するロボット制御命令をロボット本体８１０に供給したり、ロボット本体８１０が出力するロボット制御応答をロボット制御装置８２０に供給したりする。ロボット制御命令は、ロボット本体８１０の各可動部を駆動制御する制御命令である。ロボット制御応答は、例えば、ロボット本体８１０がロボット制御装置８２０に対して通知する、ロボット制御命令に対する応答を含む。ケーブル８４１は、例えば、シリアル通信線等のケーブルやコンピューターネットワークである。
【０２１７】
ロボット制御装置８２０は、撮影装置８３０から供給される、アセンブリー部品８０５の追跡画像を取り込み、この追跡画像に基づいてロボット本体８１０の各可動部の動作を制御し、歯車８５４を軸８５２に通してアセンブリー部品８０５に取り付けさせる。
【０２１８】
［第三実施形態］  
本発明の第三実施形態におけるロボットシステムでは、ロボット本体は、２系統のアームを備える。本実施形態では、各アームにはハンドが取り付けられている。そしてこのロボットシステムは、ロボット本体の一方のアームのハンドに取り付けられた撮影装置によってアセンブリー部品の撮影画像を取得し、他方のアームのハンドに取り付けられた把持部によって部品を搬送させる。
【０２１９】
図４０は、第三実施形態におけるロボットシステムの概略の外観図である。  
同図において、ロボットシステム８０２は、ロボット本体８６０と、撮影装置８６１と、把持部８６２と、ロボット制御装置８２０と、ケーブル８６３とを含んで構成される。
【０２２０】
ロボット本体８６０とロボット制御装置８２０とケーブル８６３とは、ロボット装置に含まれる。  
ロボット制御装置８２０は、第二実施形態と同様の構成であるため、ロボット制御装置８２０についての詳細な説明を省略する。
【０２２１】
ロボット本体８６０は、具体的には、地面に対して可動に設置された本体８６０ａと、旋回可能に本体８６０ａに連結された首部８６０ｂと、首部８６０ｂに対して固定された頭部８６０ｃと、旋回可能および屈伸可能に頭部８６０ｃに連結された第一アーム部８６０ｄと、旋回可能および屈伸可能に頭部８６０ｃに連結された第二アーム部８６０ｅと、ロボット本体８６０の設置面に対してロボット本体８６０を移動可能に本体８６０ａに取り付けられた搬送部８６０ｆとを含んで構成される。
【０２２２】
第一アーム部８６０ｄの開放端であるハンドには、把持部８６２が取り付けられている。また、第二アーム部８６０ｅの開放端であるハンドには、撮影装置８６１が取り付けられている。
【０２２３】
搬送部８６０ｆは、ロボット本体８６０の設置面に対して、ロボット本体８６０を一定方向または方向自在に移動可能に支持する。搬送部８６０ｆは、四組の車輪、四組のキャスター、一対の無限軌道等により実現される。
【０２２４】
ロボット本体８６０は、例えば、２系統のアームを備えた垂直多関節ロボット（双腕ロボット）である。ロボット本体８６０は、ロボット制御装置８２０から供給されるロボット制御命令を取り込み、このロボット制御命令による駆動制御によって、撮影装置８６１および把持部８６２それぞれの位置および姿勢を三次元空間内で所望に変更し、また把持部８６２の爪部を開閉させる。
【０２２５】
撮影装置８６１は、被写体を撮影して静止画像または動画像である撮影画像を取得し、この撮影画像をロボット制御装置８２０に供給する。撮影装置８６１は、例えば、デジタルカメラ装置、デジタルビデオカメラ装置により実現される。
【０２２６】
把持部８６２は、本発明の爪部を備える。なお、図４０では、把持部８６２を、その機能を示すために模式的に示してある。
【０２２７】
ケーブル８６３は、ロボット制御装置８２０が出力するロボット制御命令をロボット本体８６０に供給したり、ロボット本体８６０が出力するロボット制御応答をロボット制御装置８２０に供給したりする。ロボット制御命令は、ロボット本体８６０の各可動部を駆動制御する制御命令である。ロボット制御応答は、例えば、ロボット本体８６０がロボット制御装置８２０に対して通知する、ロボット制御命令に対する応答を含む。ケーブル８６３は、例えば、シリアル通信線等のケーブルやコンピューターネットワークである。
【０２２８】
ロボット制御装置８２０は、ロボット本体８６０の首部８６０ｂと頭部８６０ｃと第二アーム部８６０ｅとの動作を制御し、撮影装置８６１の位置および姿勢を変更させる。具体的に、ロボット制御装置８２０は、撮影装置８６１を、図示しないアセンブリー部品に対して略垂直上方において、撮影方向が略垂直下方となる位置に設置させる。
【０２２９】
また、ロボット制御装置８２０は、ロボット制御装置８２０は、撮影装置８６１から供給される、アセンブリー部品の撮影画像を取り込み、この撮影画像に基づいてロボット本体８６０の首部８６０ｂと頭部８６０ｃと第一アーム部８６０ｄとの動作を制御し、第二実施形態と同様に、歯車を軸に通してアセンブリー部品に取り付ける。
【０２３０】
以上説明したとおり、本発明の第二実施形態および第三実施形態におけるロボット制御装置８２０では、テンプレート画像記憶部８２２が、互いに正常に組み合わされた状態での歯車８５３および歯車８５４の画像をテンプレート画像として記憶する。このテンプレート画像は、例えば、歯車８５３と歯車８５４とが互いに正常に組み合わされて基台８５０に取り付けられた状態のアセンブリー部品８０５を撮影した撮影装置８３０から供給される画像である。
【０２３１】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。  
なお、本実施形態では、爪部が部品を把持して、搬送あるいは第二対象物に組み付ける例を説明したが、例えば、アームに設けられているカメラで撮像された画像を用いて取り付けるようにしても良い。カメラは、制御装置６０の制御によって、部品または第二対象物を撮像し、取り付け位置を撮影した画像に基づき認識するようにしてもよい。そして、認識した結果に基づき、部品を第二対象物の取り付け位置に移動するように制御装置が制御するようにしてもよい。
【０２３２】
以上のように、爪部を設計することで、小型かつ軽量な部品の把持が可能なハンドの把持可能な部品の径の大きさの範囲が最も広くなる形状を求める事が可能となる。また、ロボットがこのように設計された爪部を備えているため、小型かつ軽量な部品の把持が可能で、さらに把持可能な部品の大きさの範囲を広くすることができる。また、把持可能な部品の大きさの範囲が広いため、ロボットに装着する爪部を部品毎に取り替える頻度が少なくなり、ロボットが幅広い大きさの部品を把持することができる。
【０２３３】
なお、本実施形態では、爪部１０１と１０２とを備える組み立てロボットに適用する例を説明したが、例えば、本実施形態のロボット１を、搬送装置などに適用してもよい。
また、本実施形態では、対象物を把持して搬送、または組み込む例を説明したが、例えば、物体の分解や検査など所定の動作を行うようにしてもよい。
【０２３４】
なお、実施形態の図１の制御部、図示しない爪部設計装置の各部の機能を実現するためのプログラムをコンピューター読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピューターシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【０２３５】
また、「コンピューターシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
【０２３６】
また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）  Ｉ／Ｆ（インタフェース）を介して接続されるＵＳＢメモリー、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、サーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリーのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【符号の説明】
【０２３７】
１…ロボット  １０Ａ、１０Ｂ…把持部  ２０Ａ、２０Ｂアーム
Ｗ１、Ｍ、Ｍ１…第１対象物（部品）  Ｗ２、Ｍ２…第２対象物
３０…ステージ（移動装置）  ３３…第１ベルトコンベア、３４…第２ベルトコンベア、３７…ステージ  ５０…基台  ４０Ａ、４０Ｂ…カメラ
６０…制御装置  ７０…入力装置
４１…第一指部  ４２…第二指部  １０１、１０２…爪部
ＲＨ…ロボットハンド  １２…可動部  １３…第一連結部  １４…第二連結部  １５…駆動部
【図１】
2014000627.tif 000047
【図２】
2014000627.tif 000048
【図３】
2014000627.tif 000049
【図４】
2014000627.tif 000050
【図５】
2014000627.tif 000051
【図６】
2014000627.tif 000052
【図７】
2014000627.tif 000053
【図８】
2014000627.tif 000054
【図９】
2014000627.tif 000055
【図１０】
2014000627.tif 000056
【図１１】
2014000627.tif 000057
【図１２】
2014000627.tif 000058
【図１３】
2014000627.tif 000059
【図１４】
2014000627.tif 000060
【図１５】
2014000627.tif 000061
【図１６】
2014000627.tif 000062
【図１７】
2014000627.tif 000063
【図１８】
2014000627.tif 000064
【図１９】
2014000627.tif 000065
【図２０】
2014000627.tif 000066
【図２１】
2014000627.tif 000067
【図２２】
2014000627.tif 000068
【図２３】
2014000627.tif 000069
【図２４】
2014000627.tif 000070
【図２５】
2014000627.tif 000071
【図２６】
2014000627.tif 000072
【図２７】
2014000627.tif 000073
【図２８】
2014000627.tif 000074
【図２９】
2014000627.tif 000075
【図３０】
2014000627.tif 000076
【図３１】
2014000627.tif 000077
【図３２】
2014000627.tif 000078
【図３３】
2014000627.tif 000079
【図３４】
2014000627.tif 000080
【図３５】
2014000627.tif 000081
【図３６】
2014000627.tif 000082
【図３７】
2014000627.tif 000083
【図３８】
2014000627.tif 000084
【図３９】
2014000627.tif 000085
【図４０】
2014000627.tif 000086