(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易なハンド機構及び制御により複雑な把持対象物体の安定把持を実現する。【解決手段】屈伸自在に連結された２節以上のリンク部材１１，１２，１３からなる指機構１０を２本以上備え、各指機構をベース部に連結してなるロボットハンドにおいて、少なくても１節以上のリンク部材が指長手方向軸中心０２に回転する構成である。そして、リンク部材に設けた感圧センサ３０からの信号を利用し、リンク部材を把持対象物の形状に応じて、指長手方向の軸中心０２廻りに回転させる。【選択図】図１
2006043843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈伸自在に連結された２節以上のリンク部材からなる指機構を２本以上備え、各指機構をベース部に連結してなるロボットハンドにおいて、
少なくても１節以上のリンク部材が指長手方向軸中心に回転する構成であることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
少なくても１節以上のリンク部材が指長手方向軸中心に回転する指機構を、少なくても１本以上有する請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記指長手方向軸中心に回転するリンク部材の把持対象物と接触する部分が、略平坦状に形成されている請求項第１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記指長手方向軸中心に回転するリンク部材の把持対象物と接触する部分が、柔軟材で形成された請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記指長手方向軸中心に回転するリンク部材の把持対象物と接触する部分が、凹凸形状に形成された請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記指機構を動作させる指機構駆動部と、該指機構の動作状態を検出する動作検出部と、前記指機構に設けられた感圧センサの出力を検出する圧力検出部と、該圧力検出部と前記動作検出部の情報に基づいて前記指機構駆動部を制御する駆動制御部を備えた請求項１〜５の何れかに記載のロボットハンド。
【請求項７】
前記指機構を動作させる指機構駆動部と、該指機構の動作状態を検出する動作検出部と、把持対象物の把持状況を画像処理するカメラ部と、前記動作検出部と前記カメラ部の情報に基づいて前記指機構駆動部を制御する駆動制御部を備えた請求項１〜５の何れかに記載のロボットハンド。
【請求項８】
前記指機構の指長手方向軸中心に回転するリンク部材が、把持状態に応じて回転する請求項１〜７の何れかに記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のロボットハンドは、殆どが関節機構を持たない２本指の開閉により掴んだり、離したりする所謂グリッパと呼ばれるもので、把持対象の形状や設置状態を特定する必要があった。そこで、把持対象物の形状や設置状態に依存せず把持可能となる多自由度のロボットハンドが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−３４７４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記ロボットハンドは、把持対象物に応じて指機構の各指関節部を自在に動かし、所望接触点かつ所望の接触点数となるように把持する形態拘束把持、さらに力/モーメントを加えて運動を拘束する力拘束把持、或るいは指先だけでなく指機構の腹や掌を使ったパワーグラスプなどにより、複雑な形状の物体の安定把持を実現している。
【０００４】
然るにこれらの安定把持を実現するためには、３次元物体では少なくても７点接触が必要であり、各接触点の厳密な位置決めが必要であり、精緻なハンド機構及び複雑な把持制御が必要であった。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、簡易なハンド機構及び制御により複雑な把持対象物体の安定把持を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、屈伸自在に連結された２節以上のリンク部材からなる指機構を２本以上備え、各指機構をベース部に連結してなるロボットハンドにおいて、少なくても１節以上のリンク部材が指長手方向軸中心に回転する構成である。
【０００７】
本発明に係るロボットハンドは、リンク部材を把持対象物の形状に応じて、指長手方向の軸中心に回転するため、例えばリンク部材を把持対象物に倣うように把持させ、把持対象物との接触面積を調整し安定把持を実現できる。
【０００８】
また、少なくても１節以上のリンク部材が指長手方向軸中心に回転する指機構を、少なくても１本以上有することにある。
【０００９】
本発明においては、前記指長手方向軸中心に回転するリンク部材の把持対象物と接触する部分が、略平坦状に形成されている。
【００１０】
本発明においては、前記指長手方向軸中心に回転するリンク部材の把持対象物と接触する部分が、柔軟材で形成されている。
【００１１】
本発明においては、前記指長手方向軸中心に回転するリンク部材の把持対象物と接触する部分が、凹凸形状に形成されている。
【００１２】
本発明においては、前記指機構を動作させる指機構駆動部と、該指機構の動作状態を検出する動作検出部と、前記指機構に設けられた感圧センサの出力を検出する圧力検出部と、該圧力検出部と前記動作検出部の情報に基づいて前記指機構駆動部を制御する駆動制御部を備えている。
【００１３】
本発明は、把持対象物の把持する指機構に設けられた感圧センサの出力を、圧力検出部が検出し、しかも、動作検出部は、指機構を動作させる指機構駆動部の情報を把握しているため、駆動制御部は、指機構が把持対象物に対して最適な状態となるように、リンク部材を指長手方向軸中心に回転制御することができる。
【００１４】
本発明においては、指機構を動作させる指機構駆動部と、該指機構の動作状態を検出する動作検出部と、把持対象物の把持状況を画像処理するカメラ部と、前記動作検出部と前記カメラ部の情報に基づいて前記指機構駆動部を制御する駆動制御部を備えている。なお、把持対象物の把持状況を画像処理するとは、把持対象物および指機構での把持対象物の把持周辺部の状況の画像を処理することをいう。
【００１５】
本発明は、カメラ部による把持対象物の把持状況の画像処理情報と、動作検出部による指機構駆動部の情報により、駆動制御部は、指機構が把持対象物に対して最適な状態となるように、リンク部材を指長手方向軸中心に回転制御することができる。
【００１６】
本発明においては、前記指機構の指長手方向軸中心に回転するリンク部材が、把持状態に応じて回転するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のロボットハンドによれば、簡易なハンド機構及び制御により複雑な把持対象物体の安定把持を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明にかかるロボットハンドの一実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態のロボットハンド１における１本の指機構１０を示す概略断面図、図２は、同指機構１０を直線状態にした斜視図、図３は、同指機構１０を屈曲状態にした斜視図である。通常は、ロボットハンド１は複数本の指機構１０を備えているが、本実施の形態では、それぞれの構成が同一のため、ここでは１本の指機構１０を示している。
【００２０】
指機構１０は、第１〜第３の３節のリンク部材１１〜１３を、ロボットハンドの掌に相当するベース（図示せず）から順に、第１〜第３の関節部１４〜１６を介して連接した構造となっている。なお、図１は、第３関節部１６の２軸の駆動を説明する図であり、第１関節部１４および第２関節部１５の駆動は、第３関節部１６の１軸の駆動と同様な構造となっている。
【００２１】
第２リンク部材１２および第３リンク部材１３を連結する第３関節部１６は、第２リンク部材１２の指幅方向の軸中心Ｏ１を中心に回転するプーリ等の回転体３を備え、この回転体３には連結板５が固定されている。そして、ベース側に設けられたモータ等の駆動源６の駆動力を、駆動伝達要素７を介して回転体３に伝達することにより、回転体３を任意の方向に回転させることができる。駆動伝達要素７は、例えば、ワイヤ、ギヤ、ベルト等を挙げることができる。なお、この駆動伝達要素７は、必ずしも必要ではなく、駆動源６が回転体３を直接駆動することも可能である。
【００２２】
回転体３と同軸に回転検出手段１９が設けられ、この回転検出手段１９により、第３リンク部材１３が、第２リンク部材１２に対して軸中心Ｏ１を中心にして（軸中心Ｏ１回りに）回転する回転角度を検出可能となる。
【００２３】
また、指先部分に相当する第３リンク部材１３は、指長手方向軸中心Ｏ２回りに回転を行う駆動手段２０を備えている。この駆動手段２０は、巻線コイル２１ａ、固定軸受２１ｂおよび中心軸２１ｃからなる固定子２１と、磁石２２ａおよび回転軸受２２ｂからなる回転子２２とを備える電磁モータの構成になっている。第２リンク部材１２側の連結板５を固定子２１の中心軸２１ｃに連結固定することにより、第３リンク部材１３は第２リンク部材１２に対して指長手方向軸中心Ｏ２回りに回転可能となる。この第３リンク部材１３の指長手方向軸中心Ｏ２を中心とする回転角度の検出は、駆動手段２０の端に設置されている回転検出手段２４により行うようになっている。
【００２４】
第３リンク部材１３の腹部に相当する部分には、略平面状の平坦部１３ａが形成され、この平坦部１３ａには、平板状の感圧センサ３０が設けられている。この感圧センサ３０は、図４に示すようにフレキシブルプリント基盤３１と、各感圧検出位地に対応するようにフレキシブルプリント基盤３１上に配置された複数個の感圧センサ用電極３２と、この感圧センサ用電極３２を被覆するようにフレキシブルプリント基盤３１に重ね合わされる感圧センサ素子３３とからなる。この感圧センサ素子３３は、感圧ゴムのようにセンサ素子部分に圧力を加えて押し当てると抵抗値が変化するものである。
【００２５】
感圧ゴムは、例えばシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム等の合成ゴムや、ゴム弾性を示す熱可塑性エラストマー等の非導電性エラストマーの中に、金属粒子、カーボンブラック、黒鉛粒子等の導電性粒子を混合分散させてなる。この感圧ゴムは、圧力により圧縮変形したり伸張変形したりすると、その変形箇所で各導電性粒子が接近もしくは接触して抵抗値が低下する。従って、各感圧ゴムの抵抗値が低下した箇所、及び抵抗値の低下変動分を検出すれば、各感圧ゴムのいずれの箇所に、どの程度の圧力が作用したかを検出することができる。
【００２６】
次に、前記構成からなる指機構１０を備えたロボットハンド１の制御について説明する。図５は、かかるロボットハンド１の駆動制御装置３５をブロック図にて示す。かかる駆動制御装置３５は、各リンク部材１１〜１３を回転させる第１〜第４駆動機構部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄと、各リンク部材に設けられた回転検出手段１９により各リンク部材の回転角度（指機構の動作状態）を検出する動作検出部３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄと、第３リンク部材１３に配置した感圧センサ３０の出力を検出する圧力検出部３８と、各動作検出部３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄと圧力検出部３８の情報に基づいて各駆動機構部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを制御する駆動制御部３９とから構成されている。
【００２７】
ここで、第１〜第３駆動機構部３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、指機構１０が屈伸動作するように、関節部を指幅方向の軸中心Ｏ１回りに回転させるもので、本実施の形態では、各関節部の回転体３、回転検出手段１９、駆動伝達要素７および駆動源６が含まれる。また、第４駆動機構部３６ｄは、第３リンク部材１３を指長手方向軸中心Ｏ回りに回転させるもので、本実施の形態では、回転検出手段２４および駆動手段２０が相当する。
【００２８】
なお、第１〜第３駆動機構部３６ａ、３６ｂ、３６ｃの駆動源６は、それぞれ別体のものであってよいが、単体の駆動源６で連動してリンク部材を屈伸動作させる構成であってもよい。また、第１〜第４駆動機構部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄにより指機構１０を動作させる指機構駆動部が構成されている。
【００２９】
次に、図６に示すように、前記ロボットハンド１で把持対象物４０を把持する場合について説明する。先端の第３リンク部材１３の平坦部１３ａに感圧センサ３０を配置した指機構１０を３本有するロボットハンド１により、小径部４０ａと大径部４０ｂとかなる径の相違する棒状物体（把持対象物）４０の把持状態を示す。なお、２本の指機構１０が大径部４０ｂに接触し、１本の指機構１０が小径部４０ａに接触するものとする。
【００３０】
仮に、各指機構１０の第３リンク部材１３が、第２リンク部材１２に対して指長手方向軸中心Ｏ２回りに回転しないロボットハンド１で、３個の第１〜第３リンク部材１１、１２、１３を任意かつ自在に屈曲させて把持対象物４０を把持する場合、先端部の第３リンク部材１３の向きは制約され、図７（ａ）に示すような接触状態となる。すなわち、各指機構１０の感圧センサ３０は、把持対象物４０の長手方向（軸方向）に対して傾斜した状態となる。この状態でも把持対象物４０の把持は可能であるが、各指機構１０の把持対象物４０に対する位地ズレの許容範囲が限られ、精密かつ複雑な制御および機構が必要となる。
【００３１】
本発明に係る実施の形態のロボットハンド１は、各指機構１０の第３リンク部材１３に設けられた感圧センサ３０を、把持対象物４０に接触させ、その出力信号に基づいて第３リンク部材１３を、指長手方向軸中心Ｏ２回りに回転制御する。このため、第３リンク部材１３を把持対象物４０に倣うように把持させ、把持対象物４０との接触面積を拡大し安定把持を実現している（図６（ｂ）参照）。
【００３２】
図８（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態のロボットハンド１の把持動作に応じて、より最適な接触状態になるように、各指機構１０の第３リンク部材１３を、指長手方向軸中心Ｏ２回りに回転させることを特徴としている。ロボットハンド１の把持動作中で難しい動作のひとつである把持繰りの場合、各指機構１０の複雑な動作により、把持対象物４０をロボットハンド１内で相対的に移動させるものである。かかる場合、把持対象物４０に対して安定把持より寧ろ回転させるために点接触状態の方が、操作し易い。従って、把持繰りに際しては、各指機構１０の指先が良好な接触状態になるように、第３リンク部材１３を、把持状態に応じて指長手方向軸中心Ｏ２回りに回転制御する。
【００３３】
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、図９（ａ）は、先端部となる第３リンク部材１３の把持対象物４０と接触する部分に柔軟層４１を形成し、この柔軟層４１内に圧力センサ３０を設置した例を示す。かかる場合には、柔軟層４１を介して把持対象物４０を把持するため、その押圧力を広範囲の感圧センサ用電極３２で検出することができる。図９（ｂ）は、表面に凹凸部４３ａを有する柔軟層４３で感圧センサ３０を被覆したものである。この凹凸部４１ａにより把持対象物４０への把持力を向上できる。
【００３４】
また、前記駆動制御装置３５は、図５に仮想線で示すように、把持対象物４０およびロボットハンド１の把持周辺部を画像処理するカメラ部４５を設けたものであってもよい。かかる場合には、このカメラ部４５および前記動作検出部３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄとの情報に基づいて駆動制御部３９が、各指機構１０を制御する。なお、カメラ部４５、動作検出部３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄおよび圧力検出部３８の情報に基づいて各指機構１０を制御することも可能である。
【００３５】
前記感圧センサ３０の形状も前記平板状に限定されるものではなく、例えば、図１０に示すように、筒状のコア４６の腹部及び側部となる外周部位に、複数片の感圧ゴム３３を重ね合わせたフレキシブルプリント基盤３１を巻き付けた構成でもよい。感圧ゴム３３を重ね合わせたフレキシブルプリント基盤３１は、シリコン材等からなりかつ把持対象物４０に直接接触する柔軟層４７で被覆されている。かかる場合には、感圧センサ３０を指機構の全周に設ける必要がなくなるため、感圧センサ３０の小型化および配線の簡素化を図ることできる利点がある。
【００３６】
本実施の形態では、３本の指機構１０を備えた場合について例示したが、指機構１０は２本以上であればよく、全ての指機構１０の第３リンク部材１３が、指長手方向軸中心Ｏ２回りに回転する必要はない。また、指長手方向軸中心Ｏ２回りに回転するリンク部材は、先端部のものに限らない。しかも、リンク部材は、３節に限らず２節以上であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るロボットハンドの一実施例における１本の指機構を示す概略断面図である。
【図２】同指機構を直線状態にした斜視図である。
【図３】同指機構を屈曲状態にした斜視図である。
【図４】感圧ゴム及びフレキシブル基板を平面状に展開して示す斜視図である。
【図５】指機構の駆動制御装置を示すブロック図である。
【図６】本実施の形態のロボットハンドで把持対象物を把持した状態を示す斜視図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、ロボットハンドで把持対象物を把持した状態をそれぞれ示す正面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、ロボットハンドの把持繰り状態をそれぞれ示す正面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、感圧センサを含む指機構の先端部の変形例をそれぞれ示す側面図である。
【図１０】感圧センサの変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ロボットハンド
１０  指
１１〜１３  リンク部材
３０  感圧センサ
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ  駆動機構部
３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ  動作検出部
３８  圧力検出部
３９  駆動制御部
４５  カメラ部
【図１】
2006043843.tif 000003
【図２】
2006043843.tif 000004
【図３】
2006043843.tif 000005
【図４】
2006043843.tif 000006
【図５】
2006043843.tif 000007
【図６】
2006043843.tif 000008
【図７】
2006043843.tif 000009
【図８】
2006043843.tif 000010
【図９】
2006043843.tif 000011
【図１０】
2006043843.tif 000012