(57)【要約】【課題】  簡易な構造で、短時間に、対象物の状態や素材、物性の異なる複数の対象物を安定的に把持できるロボットハンドおよびロボットを得る。【解決手段】本発明のロボットハンドは、ハンド基部４に関節８を介して連結された指リンクを開閉動作することにより対象物10を把持するもので、指リンクは、ハンド基部の一方端から関節を介して連結した拇指リンク５と、ハンド基部の他方端から関節を介して連結した指先リンク７とからなり、ハンド基部４の一方の側面と指先リンク７の一方の側面、またはハンド基部の他方の側面と指先リンク７の他方の側面とにより対象物を選択的に把持できるようにしたものである。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンド基部に関節を介して連結された指リンクを開閉動作することにより対象物を把持するロボットハンドにおいて、
前記指リンクは、前記ハンド基部の一方端から関節を介して連結した拇指リンクと、前記拇指リンクの先端部に関節を介して連結した拇指先端リンクと、前記ハンド基部の他方端から関節を介して連結した指先リンクとからなることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記ハンド基部の両側面は、それぞれ異なる材質の接触部材を配置し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】
前記拇指リンクの関節の回転軸は、前記アームの中心軸に対して傾けて配置したことを特徴とする請求項1または２記載のロボットハンド。
【請求項４】
ハンド基部に関節を介して連結された指リンクを開閉動作することにより対象物を把持するロボットハンドと、全体の動作を制御する制御部とを備えたロボットにおいて、
前記ロボットハンドは、指リンクが前記ハンド基部の一方端から関節を介して連結した拇指リンクと前記拇指リンクの先端部に関節を介して連結した拇指先端リンクと前記ハンド基部の他方端から関節を介して連結した指先リンクとからなることを特徴とするロボット。
【請求項５】
ハンド基部に関節を介して連結された指リンクを開閉動作することにより対象物を把持するロボットハンドと、前記対象物を認識する対象物認識手段と、全体の動作を制御する制御部と、制御に必要な各種データを記憶する記憶部とを備えたロボットにおいて、
前記ロボットハンドは、指リンクが前記ハンド基部の一方端から関節を介して連結した拇指リンクと前記拇指リンクの先端部に関節を介して連結した拇指先端リンクと前記ハンド基部の他方端から関節を介して連結した指先リンクとからなり、
前記制御部は前記ロボットハンドの駆動を制御するハンド制御部を有することを特徴とするロボット。
【請求項６】
前記記憶部は、前記対象物に関するデータを保存する対象物データ記憶部を有したことを特徴とする請求項５記載のロボット。
【請求項７】
請求項４記載のロボットを制御する制御方法において、
前記対象物の材質、表面状態、物性値に応じて、前記ロボットハンドの前記ハンド基部の一方の側面と前記指リンクの一方の側面、または前記ハンド基部の他方の側面と前記指リンクの他方の側面のいずれかを選定し、前記対象物を把持することを特徴とするロボットの制御方法。
【請求項８】
請求項５および請求項６記載のロボットを制御する制御方法において、
前記対象物認識手段により前記対象物を認識し、前記対象物データ記憶部より前記対象物の材質、表面状態、物性値のデータを参照し、前記ロボットハンドの前記ハンド基部の一方の側面と前記指リンクの一方の側面、または前記ハンド基部の他方の側面と前記指リンクの他方の側面のいずれかを選定し、前記対象物を把持することを特徴とするロボットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、教示データを基に作業するロボットのロボットハンドとこのロボットハンドを用いたロボットおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在一般的に使用されているロボットハンドは、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように電動モータ２０を駆動し、ロボットハンド３の片側の指リンク５０を開閉することで対象物を把持する構造や、もしくは図１０（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように把持する対象物１０の両側の指リンクが開閉するグリッパ５１のような構造である。
このようなロボットハンドは把持姿勢および対象物との接触面が固定であるため、形状や素材の異なる対象物を適切な条件で把持するためにはツールチェンジャ等でハンドを取り替える必要があり、把持に長い時間がかかるとともに装置が複雑化・大型化し、外観的に違和感を生じるという問題がある。
この問題に対して、指リンクの根元を平行移動させることでロボットハンドの指リンクの配置を対象物の形状に合わせて変更し、安定的に把持できるロボットハンドが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
このロボットハンドについて、図１１を用いて説明する。図１１は従来のロボットハンドの構成と動作を表す図である。
図１１（ａ）および（ｃ）は、図１１（ａ）に示す円筒型の対象物１０７を把持する場合のロボットハンドの動作を表す図である。図１１（ａ）において、１００はハンド基部、１０５はハンドの上板である。固定フィンガー１０２は少なくとも１つの関節１０６を有し、ハンド基部１００に固定されている。第一の移動フィンガー１０３および第二の移動フィンガー１０４は平行移動具１０１を介してハンド基部１００に対して平行移動可能に固定されている。円筒型の対象物１０７に対しては図１１（ｃ）のように固定フィンガー１０２と移動フィンガー１０３および１０４が対向するように固定フィンガー１０２と移動フィンガー１０３を移動させて把持する。
図１１（ｂ）および（ｄ）は、図１１（ｂ）に示す球型の対象物１０８を把持する場合のロボットハンドの動作を表す図である。対象物１０８に対しては図１１（ｄ）のように固定フィンガー１０２と移動フィンガー１０３および１０４が球の中心に対して等間隔に接触するように固定フィンガー１０２と移動フィンガー１０３を移動させて把持する。
このようにして対象物の形状に応じてロボットハンドの指リンクの配置を変更し、形状の異なる複数の対象物を安定的に把持するものである。
【特許文献１】特開２００３−２７５９８４号（第１０−１３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、特許文献１においてはロボットハンドの形状は変化するが、対象物との接触面は一つしかないため、素材や物性の異なる複数の対象物を安定的に把持するためにはツールチェンジャ等でハンドを取り替える必要があり、把持に長い時間を要するとともに装置が複雑化・大型化するという問題がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で、短時間に、対象物の状態や素材、物性の異なる複数の対象物を安定的に把持できるロボットハンドおよびロボット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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、ハンド基部に関節を介して連結された指リンクを開閉動作することにより対象物を把持するロボットハンドにおいて、前記指リンクは、前記ハンド基部の一方端から関節を介して連結した拇指リンクと、前記拇指リンクの先端部に関節を介して連結した拇指先端リンクと、前記ハンド基部の他方端から関節を介して連結した指先リンクとからなるものである。
請求項２に記載の発明は、前記ハンド基部の両側面が、それぞれ異なる材質の接触部材を配置したものである。
請求項３に記載の発明は、前記拇指リンクの関節の回転軸が、前記アームの中心軸に対して傾けて配置したものである。
請求項４に記載の発明は、ハンド基部に関節を介して連結された指リンクを開閉動作することにより対象物を把持するロボットハンドと、全体の動作を制御する制御部とを備えたロボットにおいて、前記ロボットハンドは、指リンクが前記ハンド基部の一方端から関節を介して連結した拇指リンクと前記拇指リンクの先端部に関節を介して連結した拇指先端リンクと前記ハンド基部の他方端から関節を介して連結した指先リンクとからなるものである。
請求項５に記載の発明は、ハンド基部に関節を介して連結された指リンクを開閉動作することにより対象物を把持するロボットハンドと、前記対象物を認識する対象物認識手段と、全体の動作を制御する制御部と、制御に必要な各種データを記憶する記憶部とを備えたロボットにおいて、
前記ロボットハンドは、指リンクが前記ハンド基部の一方端から関節を介して連結した拇指リンクと前記拇指リンクの先端部に関節を介して連結した拇指先端リンクと前記ハンド基部の他方端から関節を介して連結した指先リンクとからなり、
前記制御部は前記ロボットハンドの駆動を制御するロボットハンド制御部を有することを特徴とするロボット。
である。
請求項６に記載の発明は、前記記憶部が前記対象物に関するデータを保存する対象物データ記憶部を有したものである。
請求項７に記載の発明は、請求項４記載のロボットを制御する制御方法において、前記対象物の材質、表面状態、物性値に応じて、前記ロボットハンドの前記ハンド基部の一方の側面と前記指リンクの一方の側面、または前記ハンド基部の他方の側面と前記指リンクの他方の側面のいずれかを選定し、前記対象物を把持するものである。
請求項８に記載の発明は、請求項５および請求項６記載のロボットを制御する制御方法において、前記対象物認識手段により前記対象物を認識し、前記対象物データ記憶部より前記対象物の材質、表面状態、物性値のデータを参照し、前記ロボットハンドの前記ハンド基部の一方の側面と前記指リンクの一方の側面、または前記ハンド基部の他方の側面と前記指リンクの他方の側面のいずれかを選定し、前記対象物を把持するものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、ハンド基部の両側で把持可能で、接触面を選択できるので、対象物の状態や素材、物性に応じて接触面を簡単にかつ短時間に切り替え、把持、搬送ができる。
請求項２に記載の発明によると、両面で異なる接触部材を配置したハンド基部の両側で把持可能で、接触部材を選択できるので、対象物の素材や物性に応じて接触部材を簡単にかつ短時間に切り替え、把持、搬送ができる。
請求項３に記載の発明によると、拇指リンクの回転軸をアームの中心軸に対して傾けることができ、指先リンク７およびハンド基部４がアーム２の延長領域から突出する部分を減少させまたは無くすことができるので、請求項１のロボットハンドと同様の効果を得るとともに、外観的な違和感をも低減できる。
請求項４から８に記載の発明によると、把持対象物に対して適切な接触面を選択でき、選択した接触面で把持できるので、対象物の状態や素材、物性に応じて接触面を簡単にかつ短時間に切り替え、把持、搬送ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の把持および搬送動作を行うロボットの全体構成を示す概略図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。図１において、１はロボット、２はアーム、３はロボットハンド、１３はロボット１の前面に設けたインターフェースパネル、１４はカメラ、３０はモータアンプ、３１は制御部、３２は記憶部である。ロボットハンド３は、制御部３１のハンド制御部31ａにより制御される。記憶部３２には、対象物データ記憶部３２ａが設けられ、把持する対象物１０に関する材質、表面状態、物性値などのデータが記憶されている。図３に対象物データ記憶部３２ａに保存されている例を示す。対象物データ３２ｂは、対象物の名称と、その対象物に対してロボットハンド３のどちらの接触面で把持するかの設定が記述されている。
ロボットハンド３の詳細を図２に示す。図２は本発明の実施例１を示すロボットハンドの構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は把持状態を示す上面図、（ｃ）はハンド基部の内部を示す側面図である。図２において、４はハンド基部、５は拇指リンク、６は拇指先端リンク、７は指先リンク、８は関節、１０は把持する対象物、２０は電動モータである。
ハンド基部４は、図２（ａ）に示すようにロボット１のアーム２に固定されており、ハンド基部４の一方端には関節８ａを介して拇指リンク５と、その先端に関節８ｂを介して拇指先端リンク６が、ハンド基部４の他方端には関節８ｃを介して指先リンク７がそれぞれ回転可能に連結されている。
【０００８】
本発明が特許文献１と異なる部分は、拇指リンク５および拇指先端リンク６がアーム２に干渉しないように配置することでロボットハンド３がハンド基部４の両側で把持可能な構成として、対象物との接触面を選択できるようにした点である。
つぎに、本発明のロボットハンドの動作について説明する。
いま、対象物１０を把持する場合、インターフェースパネル１３上のカメラ１４で対象物１０を認識すると、ハンド制御部３１ａにより対象物データ記憶部３２ａのデータ（図３）を参照し、モータアンプ３０にロボットハンド３の動作指令を出力する。モータアンプ３０はハンド制御部３１ａから入力されたロボットハンド３の動作指令に従ってハンド基部４の内部に設けている電動モータ２０を駆動する。そうすると、図２（ｃ）に示すベルト２４ｃを介して関節８が駆動して、拇指リンク５、拇指先端リンク６、指先リンク７が開閉動作を行い、図２（ｂ）の実線に示すように対象物１０を把持する。
このように構成したことにより、接触面を選択できるので、対象物の状態や素材、物性に応じて接触面を簡単にかつ短時間に切り替え、把持、搬送ができる。
【０００９】
さらにロボット全体の動作について、図４を用いて説明する。
図４は、テーブル１５上の対象物１０を把持するロボット１の様子を示す図である。対象物データ３２ｂ（図３）には、トレーや缶、きれいな皿やきれいなコップといった、清潔で汚れが付着していない対象物は、ロボットハンド３の裏面で把持し、使用済の皿やコップといった汚れが付着した対象物は、ロボットハンド３の表面で把持するように記述されている。ハンド制御部３１ａは、カメラ１４で対象物１０を認識し、対象物データ記憶部３２ａに記憶している対象物データ３２ｂに従い、対象物１０を把持する際の接触面を、図４（ａ）のようにロボットハンド３の表面、または、図４（ｂ）のようにロボットハンド３の裏面に切り替えて把持させる。
【００１０】
このように制御することで、清潔な対象物を把持する接触面と汚れが付着した対象物を把持する際の接触面等、対象物の状態や素材、物性に応じて接触面を簡単にかつ短時間に切り替え、把持、搬送が可能になる。ここで清潔な接触面と汚れが付着した接触面の切り替えのみに限らず、対象物との接触で損傷や変形が生じても良い接触面と生じてはならない接触面とで切り替えるようにしてもよい。
【実施例２】
【００１１】
図５は、本発明の実施例２を示すロボットハンドの上面図である。図において、１１は第１の接触部材、１２は第２の接触部材である。なお、他の符号は実施例１と同じである。
本実施例が実施例１のロボットハンドと異なる点は、ハンド基部４、指先リンク７、拇指リンク５および拇指先端リンク６の各両面で種類の異なる第１の接触部材１１および第２の接触部材１２を配置した点である。
このような構成にしたことで、接触部材を選択できるので、対象物の素材や物性に応じて接触部材を簡単にかつ短時間に切り替え、把持、搬送ができる。
【００１２】
つぎに、本実施例の動作について説明する。
対象物データ３２ｂには、図６に示すように、缶やトレーといった、頑丈で堅い把持対象物は比較的堅い第１の接触部材１１が配置されたロボットハンド３の表面で把持し、紙コップや卵といった、変形しやすいまたは脆い対象物１０は比較的柔らかい第２の接触部材１２が配置されたロボットハンド３の裏面で把持するように記述されている。実施例１と同様に、対象物データ記憶部３２ａに記憶している対象物データ３２ｂに従い、把持する接触面を切り替えロボットハンド３の表面または裏面で把持する（図４）。
【００１３】
このように制御することで、対象物の素材や物性に応じてロボットハンド３の接触面を簡単にかつ短時間に切り替え、対象物１０を安定的かつ破損しないように把持、搬送することが可能になる。ここで堅い接触面と柔らかい接触面の切り替えのみに限らず、対象物に応じて滑らかな接触面と凹凸がある接触面とで切り替えるようにしてもよい。
【実施例３】
【００１４】
図７は、本発明の実施例３を示すロボットハンドの構成図である。図７において、２１は第一のプーリ、２２は第二のプーリ、２３は第三のプーリ、２４ａ、２４ｂはベルト、２５は傘歯歯車である。
ハンド基部４には回転可能な関節８ａを介して拇指リンク９、指先リンク７が固定されてロボットハンド３を構成している。ここで本実施例が特許文献１および実施例１と異なる点は、拇指リンク９の回転軸をアーム２の中心軸(長手方向)に対して傾けて配置している点である。電動モータ２０は、第一のプーリ２１と傘歯歯車２５を回転させる。ハンド制御部３１ａは、モータアンプ３０にロボットハンド３の動作指令を出力する。モータアンプ３０は、ハンド制御部３１ａから入力されたロボットハンド３の動作指令に従って電動モータ２０を駆動する。拇指リンク９は電動モータ２０の駆動力が傘歯歯車２５第二のプーリ２２、ベルト２４ｂを介して第三のプーリ２３と第三のプーリ２３に固定された関節８ａに伝わることで動作し、指先リンク７は電動モータ２０の駆動力が第一のプーリ２１からベルト２４ａを介して指先リンク７が固定された関節８に伝わることで動作する。以上のようにロボットハンド３の開閉動作を行うことで対象物を把持する。また、図８に示すようにハンド基部４、拇指リンク９、指先リンク７表面にロボットハンド３の両面で異なる第１の接触部材１１および第２の接触部材１２を配置してもよい。
【００１５】
このように構成したロボットハンド３の制御方法は実施例１および２と同様であるので省略する。
【００１６】
本発明が特許文献１、請求項１および請求項２記載のロボットハンドと異なる点は、拇指リンク９の回転軸をアーム２の中心軸に対して傾けて配置することで、図９（ａ）のように指先リンク７およびハンド基部４がアーム２の延長領域から突出する部分を減少させまたは無くすことができるように構成した点である。
【００１７】
また同時に、対象物１０を把持した際に指先リンク７およびハンド基部４が拇指リンク９と対向する点が、請求項１のロボットハンド３の場合は図９（ｂ）に示すアーム２の延長領域から外れた点Ｂであったのを図９（ａ）の点Ａで示すようにアーム２の延長領域上とする構成とした点である。このような構成とすることで、請求項１および請求項２のロボットハンドと同様の効果を得るとともに、外観的な違和感をも減少できる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明はロボットのロボットハンドに限らず、産業機械や文具、玩具等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のロボットの全体構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】本発明の実施例１のロボットハンドを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は駆動を示す側面図である。
【図３】本発明の実施例１における対象物データの具体例を示す図である。
【図４】本発明の実施例１におけるロボットの把持状態を示す上面図である。
【図５】本発明の実施例２のロボットハンドを示す上面図である。
【図６】本発明の実施例２における対象物データの具体例を示す図である。
【図７】本発明の実施例３におけるロボットハンドを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は把持状態を示す上面図、（ｄ）は駆動を示す内部の側面図である。
【図８】本発明の実施例３のロボットハンドで対象物を把持した状態を示す上面図である。
【図９】本発明の実施例３においてロボットハンドの両面で異なる接触部材を設置したロボットハンドの構成を示す図である。
【図１０】従来のロボットハンドの構成を示す上面図である。
【図１１】従来の他のロボットハンドの構成を示す上面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  ロボット
２  アーム
３  ロボットハンド
４  ハンド基部
５、９  拇指リンク
６  拇指先端リンク
７  指先リンク
８、８ａ、８ｂ、８ｃ  関節
１０  対象物
１１  第１の接触部材
１２  第２の接触部材
１３  インターフェースパネル
１４  カメラ
１５  テーブル
２０  電動モータ
２１  第一のプーリ
２２  第二のプーリ
２３  第三のプーリ
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ  ベルト
２５  傘歯歯車
３０  モータアンプ
３１  制御部
３１ａ  ロボットハンド制御部
３２  記憶部
３２ａ  対象物データ記憶部
３３  アームの延長領域
５０  指リンク
５１  グリッパ
１００  ハンド基部
１０１  平行移動具
１０２  固定フィンガー
１０３  第一の移動フィンガー
１０４  第二の移動フィンガー
１０５  軸制御器
１０６  上板
１０７  対象物(円筒型)
１０８  対象物(球型)
【図１】
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【図２】
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【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】
2006334674.tif 000011
【図１０】
2006334674.tif 000012
【図１１】
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